KR101026422B1 - Pixel device of semiconductor image sensor - Google Patents

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Abstract

반도체 이미지 센서의 픽셀 장치에 관한 것으로, 순수 신호전압 출력이 용이한 반도체 이미지 센서의 픽셀 장치에 관한 것이다. 잡음 없는 순수 신호 전압을 측정하기 위해서는, 리셋 잡음 전압 측정 후 신호 전압을 측정해야 하나, 3-트랜지스터 구조에서는 리셋부터 하면 신호 전자들이 리셋 되어 버려서 신호 전압을 측정할 수 없기 때문에 신호 전압부터 먼저 측정할 수밖에 없다. 이에 본 발명은, 포토다이오드에 신호전자들이 충전되기 전에 충전이전의 리셋 잡음을 기억시키고, 신호 전압에서 이 리셋 잡음을 제하여 최종 신호를 출력할 수 있는 반도체 이미지 센서의 픽셀 장치를 제안하고자 한다.The present invention relates to a pixel device of a semiconductor image sensor, and more particularly to a pixel device of a semiconductor image sensor that is capable of outputting pure signal voltage. In order to measure the pure noise-free signal voltage, the signal voltage should be measured after the reset noise voltage measurement. However, in the three-transistor structure, the signal voltage cannot be measured because the signal electrons are reset after the reset. There is no choice but to. Accordingly, an object of the present invention is to propose a pixel device of a semiconductor image sensor capable of storing the reset noise before charging before the signal electrons are charged in the photodiode and subtracting the reset noise from the signal voltage to output the final signal.

단위 화소, 포토다이오드, 선택 트랜지스터, 리셋 트랜지스터 Unit Pixel, Photodiode, Select Transistor, Reset Transistor

Description

반도체 이미지 센서의 픽셀 장치{PIXEL DEVICE OF SEMICONDUCTOR IMAGE SENSOR}Pixel device of semiconductor image sensor {PIXEL DEVICE OF SEMICONDUCTOR IMAGE SENSOR}

본 발명은 반도체 이미지 센서(image sensor)에 관한 것으로, 특히 순수 신호전압 출력이 용이한 반도체 이미지 센서의 픽셀 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a semiconductor image sensor, and more particularly to a pixel device of a semiconductor image sensor that can easily output pure signal voltage.

일반적으로 이미지 센서란 빛이 에너지에 반응하는 반도체 장치의 성질을 이용하여 이미지를 찍어(capture)내는 장치를 말한다. 자연계에 존재하는 각 피사체에서 발생되는 빛은 파장 등에서 고유의 값을 가진다. 그리고 이미지 센서의 화소(pixel)는 각 피사체에서 발생하는 빛을 감지하여, 전기적인 신호로 변환한다. 즉, 이미지 센서의 화소는 피사체에서 발생되는 빛의 파장에 따른 전기적인 신호를 발생한다. 이미지 센서는 이러한 전기적인 신호를 이용하여 피사체의 영상을 인식한다.In general, an image sensor refers to a device that captures an image by using a property of a semiconductor device in which light responds to energy. Light generated from each subject existing in the natural world has a unique value in wavelength and the like. The pixel of the image sensor detects light generated from each subject and converts the light into an electrical signal. That is, the pixel of the image sensor generates an electrical signal according to the wavelength of light generated from the subject. The image sensor recognizes an image of a subject using this electrical signal.

도 1은 종래의 반도체 소자의 이미지 센서, 특히 3-트랜지스터(3-transistor) 픽셀 구조의 시모스(CMOS : Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 이미지 센서의 픽셀 장치, 즉 단위화소(unit pixel)를 나타낸 회로 도이다.1 is a circuit diagram illustrating a pixel device, that is, a unit pixel, of an image sensor of a conventional semiconductor device, particularly a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) image sensor having a 3-transistor pixel structure. to be.

도 1에 도시한 바와 같이, 단위화소는 1개의 포토다이오드(Photodiode : PD)와 3개의 트랜지스터(MD, MR, MS)로 구성된다.As shown in Fig. 1, the unit pixel is composed of one photodiode (PD) and three transistors (MD, MR, MS).

여기서, 3개의 트랜지스터는, 포토다이오드(PD)에 저장된 전하를 게이트(gate)로 입력받아 전기신호로 출력하며, 드레인(drain)에 전원전압(VDD)이 인가되는 드라이브 트랜지스터(MD)와, 드라이브 트랜지스터(MD)의 소스(source)와 단위화소 출력단자(Vout) 사이에 접속되어 스위칭으로 어드레싱(addressing)을 하는 선택 트랜지스터(MS)와, 드라이브 트랜지스터(MD)와 포토다이오드(PD)간에 접속되어 다음 신호 검출을 위해 포토다이오드(PD)의 전하를 리셋(reset)하기 위한 리셋 트랜지스터(MR)를 포함한다.Here, the three transistors receive a charge stored in the photodiode PD through a gate and output it as an electrical signal, and a drive transistor MD to which a power supply voltage VDD is applied to a drain, and a drive. Connected between the source of the transistor MD and the unit pixel output terminal V out , the selection transistor MS is addressed by switching, and is connected between the drive transistor MD and the photodiode PD. And a reset transistor MR for resetting the charge of the photodiode PD for the next signal detection.

이와 같은 시모스 이미지 센서의 픽셀 장치의 구체적인 동작 과정을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a detailed operation process of the pixel device of the CMOS image sensor will be described.

먼저, 픽셀이 이전 프레임(n-1)에서 오프(off)된 이후부터 현재 프레임(n)에서 다시 그 픽셀이 선택되어 온(on)될 때까지는 포토다이오드(PD)에 빛이 들어와서 광전자들이 생성되어 있는 상태이다.First, the photodiode PD enters light until the pixel is selected and turned on again in the current frame n until after the pixel is turned off in the previous frame n-1. It's created.

이때, 선택 트랜지스터(MS)가 온되어 픽셀이 선택되면, 포토다이오드(PD)에 생성되어 있던 전자들이 신호 전압(Sn)으로 출력되게 된다.At this time, when the selection transistor MS is turned on and the pixel is selected, electrons generated in the photodiode PD are output as the signal voltage Sn.

이후, 리셋 트랜지스터(MR)가 온/오프하여 포토다이오드(PD)의 전자들을 리셋 또는 디플리션(depletion)시키게 되고, 리셋 전압(Rn)이 출력되게 된다.Thereafter, the reset transistor MR is turned on / off to reset or deplete the electrons of the photodiode PD, and the reset voltage Rn is output.

그런데, 리셋 트랜지스터(MR)의 오프시, 채널에 남아있던 전자들이 임의 이동(random moving)하여 다시 포토다이오드(PD)로 돌아오는 경우가 발생될 수 있는데, 이를 리셋 잡음(reset noise)이라 하며, 이러한 리셋 잡음은 리셋할 때마다 그 레벨이 상이하다.However, when the reset transistor MR is turned off, electrons remaining in the channel may randomly move and return to the photodiode PD again. This is called reset noise. These reset noises are at different levels each time they are reset.

따라서, 잡음을 제거하기 위해서는 신호 전압(Sn)에서 리셋 전압(Rn)을 빼주게 되어 최종 출력신호는 Sn-Rn이 될 수 있다.Therefore, in order to remove the noise, the reset voltage Rn is subtracted from the signal voltage Sn so that the final output signal may be Sn-Rn.

이후, 선택 트랜지스터(MS)가 오프되어 선택이 해제되면, 다음 프레임(n+1)에서 다시 선택될 때까지 빛을 받아서 신호전자를 생성하는 상태를 유지한다.After that, when the selection transistor MS is turned off and the selection is released, the selection transistor MS maintains a state in which signal electrons are generated by receiving light until being selected again in the next frame n + 1.

이상과 같은 픽셀 장치의 동작 과정을 간략히 정리해보면 다음과 같다.The operation process of the pixel device as described above is briefly described as follows.

n-1번째 프레임 : 픽셀 온 -> Sn-1 출력 -> Rn-1 출력 -> Sn-1 - Rn-1 신호출력 -> 픽셀 오프 ->n-1th frame: Pixel on-> Sn-1 output-> Rn-1 output-> Sn-1-Rn-1 signal output-> Pixel off->

n번째 프레임 : 픽셀 온 -> Sn 출력 -> Rn 출력 -> Sn-Rn 신호출력 -> 픽셀 오프 ->nth frame: Pixel on-> Sn output-> Rn output-> Sn-Rn signal output-> Pixel off->

n+1번째 프레임 : ->.....->n + 1st frame:-> .....->

즉, 잡음 없는 순수 신호 전압을 측정하기 위해서는, 리셋 잡음 전압 측정 후 신호 전압을 측정해야 하나, 3-트랜지스터 구조에서는 리셋부터 하면 신호 전자들이 리셋 되어 버려서 신호 전압을 측정할 수 없기 때문에 신호 전압부터 먼저 측정할 수밖에 없다.In other words, in order to measure the pure signal voltage without noise, the signal voltage should be measured after the measurement of the reset noise voltage, but in the three-transistor structure, the signal electrons are reset because the signal electrons are reset. You have no choice but to measure.

신호 전압에서 신호 전자가 충전되기 전에 리셋시킨 전압을 빼야 리셋 후 남은 전자 위에 쌓인 신호 전자만을 정확히 계산해 낼 수 있는데, 현재 구조는 충전 된 후 다시 리셋 시킨 전압을 빼므로 충전되기 전 리셋 전압과 충전 후 다시 리셋 시킨 전압은 같을 수가 절대 없으므로 순수 신호를 계산해 낼 수 없는 것이다.Only the signal electrons accumulated on the remaining electrons after the reset can be accurately calculated by subtracting the reset voltage before the signal electrons are charged from the signal voltage.The current structure subtracts the voltage reset after recharging. The reset voltage cannot be the same, so no pure signal can be calculated.

예컨대, 포토다이오드(PD)에 이전 프레임에서 리셋 후 전자가 10(Rn-1)이 남았다고 가정하면, 그 이후 현재 프레임에서 그 전자 위에 신호 전자가 충전되어서 110(Sn)이 되는 경우에 순수 신호 전자는 110(Sn)에서 10(Rn-1)을 빼면 100이 되는데, 현재 구조에서는 일단 110(Sn)을 읽고 PD를 리셋시켜서 Rn을 읽는데, 이 충전 후 리셋 전압(Rn)이 충전되기 전 리셋 전압(Rn-1)처럼 10이 되지 않고 13이 될 수도 있다는 것이다.(리셋할 때마다 남는 잡음 전자들이 다르므로 Rn-1과 Rn은 다를 수밖에 없다.) 이 경우, 110(Sn)에서 13(Rn)을 빼면 97이 되므로(순수 신호인 100이 아닌 97로 출력되므로), 최종 출력신호에 3이라는 잡음이 포함되는 것이다.For example, assuming that electrons 10 (Rn-1) remain after the reset in the previous frame in the photodiode PD, the signal electrons are charged above the electrons in the current frame thereafter to be 110 (Sn). The former is 100 by subtracting 10 (Rn-1) from 110 (Sn) .In the current structure, 110 (Sn) is read and RD is reset by reading the PD once. Like voltage (Rn-1), it can be 13 instead of 10 (Rn-1 and Rn must be different because the remaining noise electrons are different for each reset). In this case, 110 (Sn) to 13 ( Since Rn) is subtracted to 97 (the output is 97 instead of 100), the final output signal contains 3 noise.

따라서, 리셋 잡음을 배제한 순수한 신호 전압을 출력해 낼 수 있는 반도체 이미지 센서의 단위화소 구현이 필요한 실정이다.Accordingly, there is a need for a unit pixel implementation of a semiconductor image sensor capable of outputting a pure signal voltage excluding reset noise.

이에 본 발명은, 포토다이오드에 신호전자들이 충전되기 전에 충전이전의 리셋 잡음을 기억시키고, 신호 전압에서 이 리셋 잡음을 제하여 최종 신호를 출력할 수 있는 반도체 이미지 센서의 픽셀 장치를 제안하고자 한다.Accordingly, an object of the present invention is to propose a pixel device of a semiconductor image sensor capable of storing the reset noise before charging before the signal electrons are charged in the photodiode and subtracting the reset noise from the signal voltage to output the final signal.

본 발명의 과제를 해결하기 위한 바람직한 실시예에 따르면, 광전자가 축적되는 포토다이오드와, 그 드레인에 전원전압이 인가되며, 상기 포토다이오드에 축적된 광전자를 그 게이트로 입력받아 전기신호로 출력하는 드라이브 트랜지스터와, 상기 드라이브 트랜지스터와 포토다이오드간에 접속되어 다음 신호 검출을 위해 상기 포토다이오드에 축적된 광전자를 리셋하는 리셋 트랜지스터와, 상기 드라이브 트랜지스터의 소스와 단위화소 출력단자 사이에 접속되며, 스위칭 동작으로 어드레싱을 수행하여 현재 프레임(n)에서 픽셀이 선택될 때 상기 포토다이오드에 축적된 광전자를 신호 전압(Sn)으로 출력시키는 선택 트랜지스터와, 상기 선택 트랜지스터의 소스와 상기 단위화소 출력단자 사이에 병렬로 연결되며, 온/오프 동작에 의해 이전 프레임(n-1)에서의 리셋 전압(Rn-1)이 저장되도록 하거나 상기 저장되는 리셋 전압(Rn-1)을 읽어내도록 하여, 최종 출력 신호가 상기 신호 전압(Sn)에서 상기 리 셋 전압(Rn-1)을 제한 값이 되도록 하는 스위칭 트랜지스터를 포함하는 반도체 이미지 센서의 픽셀 장치를 제공한다.According to a preferred embodiment of the present invention, a photodiode in which photoelectrons accumulate and a power supply voltage are applied to a drain thereof, and a drive for receiving the photoelectrons accumulated in the photodiode as its gate and outputting them as an electrical signal A reset transistor connected between the transistor, the drive transistor and the photodiode to reset the photoelectrons accumulated in the photodiode for the next signal detection, and connected between the source and the unit pixel output terminal of the drive transistor and addressed by a switching operation. A select transistor for outputting photoelectrons accumulated in the photodiode as a signal voltage Sn when a pixel is selected in the current frame n, and connected in parallel between a source of the select transistor and the unit pixel output terminal. Previous frame (n-1) by the on / off operation Allow the reset voltage Rn-1 to be stored or read the stored reset voltage Rn-1 so that the final output signal limits the reset voltage Rn-1 to the signal voltage Sn. A pixel device of a semiconductor image sensor comprising a switching transistor to be a value is provided.

본 발명에 의하면, 3-트랜지스터 픽셀 구조를 갖는 이미지 센서의 픽셀 장치에 있어서 리셋 잡음 없는 순수 신호 전압만을 출력할 수 있는 바, 보다 안정적인 이미지 센서의 제작이 가능하다.According to the present invention, in the pixel device of an image sensor having a three-transistor pixel structure, only a pure signal voltage without reset noise can be output, and thus a more stable image sensor can be manufactured.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자의 이미지 센서, 특히 3-트랜지스터(3-transistor) 픽셀 구조의 시모스(CMOS : Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 이미지 센서의 픽셀 장치, 즉 단위화소(unit pixel)를 나타낸 회로도이다.FIG. 2 illustrates a pixel device, that is, a unit pixel, of an image sensor of a semiconductor device, in particular, a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) image sensor having a three-transistor pixel structure. pixel).

도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 픽셀 장치는, 포토다이오드(photodiode)(PD), 드라이브(drive) 트랜지스터(MD), 리셋(reset) 트랜지스터(MR), 선택(selective) 트랜지스터(MS), 스위칭(switching) 트랜지스터(M1), 스토리지 캐패시터(Storage Capacitor : SC)로 구성된다.As shown in FIG. 2, the pixel device according to the present embodiment includes a photodiode PD, a drive transistor MD, a reset transistor MR, and a select transistor. MS), a switching transistor M1, and a storage capacitor (SC).

여기서, 포토다이오드(PD)에는 광전자가 축적된다.Here, photoelectrons are accumulated in the photodiode PD.

드라이브 트랜지스터(MD)는 그 드레인(drain)에 전원전압(VDD)이 인가되며, 포토다이오드(PD)에 축적된 광전자를 그 게이트(gate)로 입력받아 전기신호로 출력하는 역할을 한다.The drive transistor MD is applied with a power supply voltage VDD to a drain thereof, and receives the photoelectrons accumulated in the photodiode PD through its gate to output an electric signal.

리셋 트랜지스터(MR)는 드라이브 트랜지스터(MD)와 포토다이오드(PD)간에 접속되어 다음 신호 검출을 위해 포토다이오드(PD)에 축적된 광전자를 리셋(reset)하는 역할을 한다.The reset transistor MR is connected between the drive transistor MD and the photodiode PD to reset photoelectrons accumulated in the photodiode PD for the next signal detection.

선택 트랜지스터(MS)는 드라이브 트랜지스터(MD)의 소스(source)와 단위화소 출력단자(Vout) 사이에 접속되어 스위칭 동작으로 어드레싱(addressing)을 하는데, 예컨대 픽셀이 이전 프레임(n-1)에서 오프(off)되어 포토다이오드(PD)에 광전자가 축적된 상태에서, 선택 트랜지스터(MS)가 온(on)되어 현재 프레임(n)에서 다시 해당 픽셀이 선택되면 포토다이오드(PD)에 축적된 광전자가 신호 전압(Sn)으로 출력될 수 있게 한다.The selection transistor MS is connected between the source of the drive transistor MD and the unit pixel output terminal V out to address the switching operation, for example, when the pixel is in the previous frame n-1. The photoelectrons accumulated in the photodiode PD are turned off when the selection transistor MS is turned on and the corresponding pixel is selected again in the current frame n while the photoelectrons are accumulated in the photodiode PD. Can be output to the signal voltage Sn.

본 실시예에 따른 스위칭 트랜지스터(M1)는 선택 트랜지스터(MS)의 소스와 단위화소 출력단자(Vout) 사이에 병렬로 연결되며, 온/오프 동작에 의해 스토리지 캐패시터(SC)에 리셋 전압(Rn-1)을 저장하거나, 다시 온/오프 동작하여 스토리지 캐패시터(SC)에 저장된 리셋 전압(Rn-1)을 읽어낸다. 이러한 스위칭 트랜지스터(M1)의 동작에 의해 최종 출력 신호는 신호 전압(Sn)에서 리셋 전압(Rn-1)을 제한 값이 된다.The switching transistor M1 according to the present embodiment is connected in parallel between the source of the selection transistor MS and the unit pixel output terminal V out , and reset voltage Rn is applied to the storage capacitor SC by an on / off operation. -1) or the on / off operation is performed again to read the reset voltage Rn-1 stored in the storage capacitor SC. By the operation of the switching transistor M1, the final output signal becomes a limit value of the reset voltage Rn−1 from the signal voltage Sn.

스토리지 캐패시터(SC)는 일단이 스위칭 트랜지스터(M1)의 드레인에, 타단이 접지에 연결되며, 스위칭 트랜지스터(M1)의 온/오프 동작에 의해 리셋 전압(Rn-1)이 저장된다.One end of the storage capacitor SC is connected to the drain of the switching transistor M1 and the other end of the storage capacitor SC, and the reset voltage Rn-1 is stored by the on / off operation of the switching transistor M1.

이와 같은 시모스 이미지 센서의 픽셀 장치의 구체적인 동작 과정을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a detailed operation process of the pixel device of the CMOS image sensor will be described.

먼저, 픽셀이 현재 프레임(n)의 이전 프레임(n-1)에서 선택해제되기 전에, 스위칭 트랜지스터(M1)가 온/오프되면 스토리지 캐패시터(SC)에 포토다이오드(PD)가 VDD전압으로 리셋되는 리셋 전압(Rn-1)이 저장된다. 이러한 리셋 전압(Rn-1)이 스토리지 캐패시터(SC)에 저장될 때, 리셋 트랜지스터(MR)는 오프(off) 상태이며, 드라이브 트랜지스터(MD)와 선택 트랜지스터(MS)는 온(on) 상태이다.First, before the pixel is deselected from the previous frame n-1 of the current frame n, when the switching transistor M1 is turned on / off, the photodiode PD is reset to the VDD voltage in the storage capacitor SC. The reset voltage Rn-1 is stored. When the reset voltage Rn-1 is stored in the storage capacitor SC, the reset transistor MR is in an off state, and the drive transistor MD and the selection transistor MS are in an on state. .

이후, 선택 트랜지스터(MS)가 오프(off)되면, 픽셀이 현재 프레임(n)의 이전 프레임(n-1)에서 선택해제되어 포토다이오드(PD)에 광전자가 축적되게 되는데, 이 상태에서 선택 트랜지스터(MS)가 온(on)되어 현재 프레임(n)에서 다시 그 픽셀이 선택되면 포토다이오드(PD)에 축적된 광전자가 신호 전압(Sn)으로 출력되게 된다.Thereafter, when the selection transistor MS is turned off, the pixel is deselected from the previous frame n-1 of the current frame n to accumulate photoelectrons in the photodiode PD. When MS is turned on and the pixel is selected again in the current frame n, the photoelectrons accumulated in the photodiode PD are output as the signal voltage Sn.

이후, 스위칭 트랜지스터(M1)가 온/오프되어 스토리지 캐패시터(SC)에 저장되어 있던 리셋 전압(Rn-1)을 읽어 낸다.Thereafter, the switching transistor M1 is turned on and off to read the reset voltage Rn-1 stored in the storage capacitor SC.

따라서, 최종 출력신호는 신호 전압(Sn)에서 리셋 전압(Rn-1)을 제한 순수 신호 전압이 되게 된다.Therefore, the final output signal becomes the pure signal voltage which limits the reset voltage Rn-1 from the signal voltage Sn.

즉, 본 실시예에서는, 이전 프레임(n-1)에서의 리셋 전압, 즉 포토다이오드(PD)의 충전되기 전의 리셋 전압(Rn-1)을 기억해 놓았다가, 현재 프레임(n)에서 신호 전압(Sn)에서 리셋 전압(Rn-1)을 제함으로써, 충전되기 전 리셋 후 남은 잡음 전자 위에 충전된 순수 신호 전압만을 읽어 내는 것이다.That is, in this embodiment, the reset voltage in the previous frame n-1, that is, the reset voltage Rn-1 before the photodiode PD is charged, is stored and then the signal voltage ( By subtracting the reset voltage (Rn-1) from Sn, only the pure signal voltage charged above the noisy electrons left after reset before being charged is read.

그런 다음, 포토다이오드(PD)를 리셋시켜 현재 리셋 전압(Rn)을 읽어서 스위칭 트랜지스터(M1)를 온/오프시킴으로써, 스토리지 캐패시터(SC)에 다시 다음 프레 임에 읽어들이기 위해 리셋 전압(Rn)을 저장해 놓은 후 픽셀 선택을 종료한다.Thereafter, the photodiode PD is reset to read the current reset voltage Rn to turn on / off the switching transistor M1, so that the reset voltage Rn is read back to the storage capacitor SC for the next frame. Save and finish pixel selection.

이상과 같은 픽셀 장치의 동작 과정을 간략히 정리해보면 다음과 같다.The operation process of the pixel device as described above is briefly described as follows.

n-1번째 프레임 : 픽셀 온 -> Sn-1 출력 -> Rn-2 불러옴 -> (Sn-1)-(Rn-2) 신호출력 -> Rn-1 저장 -> 픽셀 오프 ->n-1th frame: Pixel On-> Sn-1 Output-> Rn-2 Load-> (Sn-1)-(Rn-2) Signal Output-> Rn-1 Save-> Pixel Off->

n번째 프레임 : 픽셀 온 -> Sn 출력 -> Rn-1 불러옴 -> Sn-(Rn-1) 출력 -> Rn 저장 -> 픽셀 오프 ->nth frame: Pixel On-> Sn Output-> Rn-1 Load-> Sn- (Rn-1) Output-> Save Rn-> Pixel Off->

n+1번째 프레임 : ->.....->n + 1st frame:-> .....->

이상 설명한 바와 같이 본 발명은, 이전 프레임에서의 리셋 전압(Rn-1)을 스토리지 캐패시터(SC)에 저장해 놓고, 현재 프레임에서 스토리지 캐패시터(SC)에 있는 리셋 전압(Rn-1)을 다시 읽어와서 현재 신호 전압(Sn)에서 리셋 전압(Rn-1)을 제한다는 것으로, 신호 전압(Sn)에서 충전 이후의 리셋 전압(Rn)을 제하는 것이 아니라, 충전 이전의 리셋 전압(Rn-1), 리셋 잡음을 제하여 최종 순수 신호 전압만을 측정할 수 있도록 구현한 것이다.As described above, the present invention stores the reset voltage Rn-1 of the previous frame in the storage capacitor SC, and reads the reset voltage Rn-1 of the storage capacitor SC again in the current frame. By subtracting the reset voltage Rn-1 from the current signal voltage Sn, the reset voltage Rn-1 before charging, rather than subtracting the reset voltage Rn after charging from the signal voltage Sn, The reset noise is eliminated so that only the final pure signal voltage can be measured.

한편, 지금까지 본 발명의 실시예에 대해 상세히 기술하였으나 본 발명은 이러한 실시예에 국한되는 것은 아니며, 후술하는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주 내에서 당업자로부터 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.Meanwhile, the embodiments of the present invention have been described in detail, but the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the spirit and scope of the present invention described in the claims below. to be.

도 1은 종래 반도체 이미지 센서의 픽셀 장치에 대한 회로 구성도,1 is a circuit diagram illustrating a pixel device of a conventional semiconductor image sensor;

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 이미지 센서의 픽셀 장치에 대한 회로 구성도.2 is a circuit diagram of a pixel device of a semiconductor image sensor according to a preferred embodiment of the present invention.

Claims (5)

광전자가 축적되는 포토다이오드와,A photodiode in which photoelectrons accumulate, 그 드레인에 전원전압이 인가되며, 상기 포토다이오드에 축적된 광전자를 그 게이트로 입력받아 전기신호로 출력하는 드라이브 트랜지스터와,A drive transistor having a power supply voltage applied to the drain thereof, and receiving a photoelectron accumulated in the photodiode through the gate thereof and outputting it as an electric signal; 상기 드라이브 트랜지스터와 포토다이오드간에 접속되어 다음 신호 검출을 위해 상기 포토다이오드에 축적된 광전자를 리셋하는 리셋 트랜지스터와,A reset transistor connected between the drive transistor and the photodiode to reset the photoelectrons accumulated in the photodiode for the next signal detection; 상기 드라이브 트랜지스터의 소스와 단위화소 출력단자 사이에 접속되며, 스위칭 동작으로 어드레싱을 수행하여 현재 프레임(n)에서 픽셀이 선택될 때 상기 포토다이오드에 축적된 광전자를 신호 전압(Sn)으로 출력시키는 선택 트랜지스터와,Selected to be connected between the source and the unit pixel output terminal of the drive transistor, and to perform the addressing in the switching operation to output the photoelectrons accumulated in the photodiode as a signal voltage (Sn) when the pixel is selected in the current frame (n) Transistors, 상기 선택 트랜지스터의 소스와 상기 단위화소 출력단자 사이에 병렬로 연결되며, 온/오프 동작에 의해 이전 프레임(n-1)에서의 리셋 전압(Rn-1)이 저장되도록 하거나 상기 저장되는 리셋 전압(Rn-1)을 읽어내도록 하여, 최종 출력 신호가 상기 신호 전압(Sn)에서 상기 리셋 전압(Rn-1)을 제한 값이 되도록 하는 스위칭 트랜지스터A parallel connection between the source of the selection transistor and the unit pixel output terminal, such that the reset voltage Rn-1 in the previous frame n-1 is stored by an on / off operation or the stored reset voltage ( A switching transistor which reads Rn-1) so that the final output signal becomes the limit value of the reset voltage Rn-1 at the signal voltage Sn. 를 포함하는 반도체 이미지 센서의 픽셀 장치.Pixel device of the semiconductor image sensor comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 선택 트랜지스터는,The selection transistor, 상기 픽셀의 이전 프레임(n-1)에서 오프(off)되어 상기 포토다이오드에 광전자가 축적된 상태에서, 상기 선택 트랜지스터가 온(on)되어 상기 현재 프레임(n)에서 다시 해당 픽셀이 선택되면 상기 포토다이오드에 축적된 광전자가 신호 전압(Sn)으로 출력될 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 반도체 이미지 센서의 픽셀 장치.When the selection transistor is turned on and the corresponding pixel is selected again in the current frame n while the photoelectric is accumulated in the photodiode by being turned off at the previous frame n-1 of the pixel, A pixel device of a semiconductor image sensor, characterized in that the photoelectrons accumulated in the photodiode can be output as a signal voltage (Sn). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반도체 이미지 센서의 픽셀 장치는,The pixel device of the semiconductor image sensor, 그 일단이 상기 스위칭 트랜지스터의 드레인에, 그 타단이 접지에 연결되며, 상기 스위칭 트랜지스터의 온/오프 동작에 의해 상기 리셋 전압(Rn-1)이 저장되는 스토리지 캐패시터를 더 포함하는 반도체 이미지 센서의 픽셀 장치.One end of which is connected to a drain of the switching transistor, and the other end of which is connected to ground, and further comprising a storage capacitor configured to store the reset voltage Rn-1 by an on / off operation of the switching transistor. Device. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 리셋 전압(Rn-1)은,The reset voltage (Rn-1), 상기 픽셀이 상기 이전 프레임(n-1)에서 오프되어 상기 포토다이오드에 광전자가 축적되기 전에 상기 스토리지 캐패시터에 저장되는 것을 특징으로 하는 반도체 이미지 센서의 픽셀 장치.And said pixel is stored in said storage capacitor before said pixel is off in said previous frame (n-1) and photoelectrons accumulate in said photodiode. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 리셋 전압(Rn-1)은,The reset voltage (Rn-1), 상기 포토다이오드에 축적된 광전자가 상기 신호 전압(Sn)으로 출력된 후 상기 스토리지 캐패시터에서 판독되는 것을 특징으로 하는 반도체 이미지 센서의 픽셀 장치.And the photoelectrons accumulated in the photodiode are outputted to the signal voltage (Sn) and then read from the storage capacitor.
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JP2002064751A (en) 2000-08-22 2002-02-28 Victor Co Of Japan Ltd Solid-state image pickup device
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KR100753973B1 (en) 2005-03-14 2007-08-31 매그나칩 반도체 유한회사 Cmos image sensors having 3t pixel with low reset noise and low dark current generation utilizing parametric reset

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