KR101397090B1 - CMOS image sensor and operation method thereof - Google Patents
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Abstract
CMOS 이미지 센서 및 그것의 동작방법이 개시된다. 본 발명의 일실시예 따른 CMOS 이미지 센서는 전류-전압 변환 트랜지스터와 포토다이오드를 포함하고, 포토다이오드가 빛을 흡수하여 광전류를 발생시키는 동안 전류-전압 변환 트랜지스터는 게이트 유도 드레인 누설 전류를 발생시킬 수 있는 상태로 유지될 수 있다. 포토다이오드와 전류-전압 변환 트랜지스터를 연결함으로써, 포토다이오드의 광전류의 크기만큼 게이트 유도 드레인 누설 전류가 전류-전압 변환 트랜지스터로부터 유도되도록 할 수 있다. 전류-전압 변환 트랜지스터는 게이트 유도 드레인 누설 전류에 대응하는 전압을 드레인에 생성할 수 있다.A CMOS image sensor and method of operation thereof are disclosed. A CMOS image sensor according to an embodiment of the present invention includes a current-voltage conversion transistor and a photodiode, and the current-voltage conversion transistor generates a gate-induced drain leakage current while the photodiode absorbs light to generate a photocurrent Can be maintained. By connecting the photodiode and the current-voltage conversion transistor, the gate-induced drain leakage current can be derived from the current-voltage conversion transistor by the magnitude of the photocurrent of the photodiode. The current-voltage conversion transistor can generate a voltage in the drain corresponding to the gate-induced drain leakage current.
Description
본 발명은 CMOS 이미지 센서 및 CMOS 이미지 센서의 동작 방법에 관한 것으로, 자세하게는 CMOS 이미지 센서의 다이내믹 레인지(dynamic range) 및 민감도(sensitivity)를 개선한 CMOS 이미지 센서 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a CMOS image sensor and a method of operating the CMOS image sensor, and more particularly, to a CMOS image sensor and a method of operating the same, which improve the dynamic range and sensitivity of a CMOS image sensor.
일반적으로 이미지 센서는 영상을 전기적 신호로 변환하는 전자기기를 말한다. 이미지 센서에는 대표적으로 CCD(charge coupled device)와 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 이미지 센서가 있다. CMOS 이미지 센서는 CMOS LSI(large scale integration) 제작 공정을 기반으로 가공되는 반면, CCD 이미지 센서는 특별히 개발된 제작 공정에 기반하여 가공된다. 이러한 점으로 인하여, CMOS 이미지 센서는 CCD의 성능은 물론 일반적인 CMOS 이미지 센서의 성능보다 뛰어나도록 다양한 기능의 회로들을 같이 집적시킬 수 있다.Generally, an image sensor is an electronic device that converts an image into an electrical signal. Image sensors are typically CCD (charge coupled device) and CMOS (complementary metal oxide semiconductor) image sensors. CMOS image sensors are fabricated based on CMOS LSI (large scale integration) fabrication processes, while CCD image sensors are fabricated based on specially developed fabrication processes. Because of this, CMOS image sensors can integrate various functional circuits together to better perform the performance of CCD as well as the performance of general CMOS image sensor.
다이내믹 레인지(dynamic range) 및 민감도(sensitivity)는 CMOS 이미지 센서의 성능을 나타내는 요소이다. 다이내믹 레인지는 CMOS 이미지 센서가 손실 없이 획득할 수 있는 영상의 밝기 범위를 말하며, 민감도는 영상의 밝기 대비 출력되는 전압의 크기를 말한다.The dynamic range and sensitivity are factors that represent the performance of a CMOS image sensor. The dynamic range refers to the brightness range of the image that the CMOS image sensor can acquire without loss, and the sensitivity refers to the magnitude of the voltage output relative to the brightness of the image.
본 발명은 CMOS 이미지 센서 및 그것의 동작 방법에 관한 것으로서, 특히 CMOS 이미지 센서의 다이내믹 레인지 및 민감도를 개선한 CMOS 이미지 센서 및 그것의 동작방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention relates to a CMOS image sensor and an operation method thereof, and in particular, to provide a CMOS image sensor and an operation method thereof that improve the dynamic range and sensitivity of a CMOS image sensor.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 이미지 센서는, 빛을 흡수하여 광전류를 발생시키는 광 감지소자 및 광전류에 따른 전압을 드레인에 생성하는 전류-전압 변환 트랜지스터를 구비하고, 광전류는 전류-전압 변환 트랜지스터의 게이트 유도 드레인 누설(gate induced drain leakage) 전류인 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) image sensor comprising: a light sensing element that absorbs light to generate a photocurrent; - voltage conversion transistor, and the photocurrent is a gate induced drain leakage current of the current-voltage conversion transistor.
본 발명의 실시예들에 따라, 전류-전압 변환 트랜지스터는 광 감지소자가 빛을 흡수하여 광전류를 생성하는 동안, 게이트 유도 드레인 누설 전류가 발생할 수 있도록 전류-전압 변환 트랜지스터의 게이트에 제1 전압이 인가될 수 있다.According to embodiments of the present invention, the current-to-voltage conversion transistor may be configured such that a first voltage is applied to the gate of the current-to-voltage conversion transistor so that a photo- .
본 발명의 실시예들에 따라, 전류-전압 변환 트랜지스터는 광 감지소자가 빛을 흡수하기 전, 상기 전류-전압 변환 트랜지스터의 드레인 전압이 리셋 전압이 되도록 전류-전압 변환 트랜지스터의 게이트에 제2 전압이 인가될 수 있다.According to embodiments of the present invention, the current-to-voltage conversion transistor is configured such that before the light sensing element absorbs the light, the drain voltage of the current-voltage conversion transistor is the reset voltage, Can be applied.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 이미지 센서의 동작 방법에 있어서, CMOS 이미지 센서는 광 감지소자 및 광 감지소자를 통해 흐르는 광전류에 따른 전압을 드레인에 발생시키는 전류-전압 변환 트랜지스터를 포함하고, CMOS 이미지 센서의 동작 방법은 전류-전압 변환 트랜지스터의 드레인에 리셋 전압을 인가하는 단계, 광 감지소자가 빛을 흡수하여 광전류를 발생시키는 동안 광전류가 전류-전압 변환 트랜지스터의 게이트 유도 드레인 전류가 되도록 전류-전압 변환 트랜지스터의 게이트에 제1 전압을 인가하는 단계 및 드레인 전압을 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, in a method of operating a complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention, a CMOS image sensor includes a photosensor and a current sensor that generates a voltage corresponding to a photo- A method of operating a CMOS image sensor includes applying a reset voltage to a drain of a current to voltage conversion transistor, applying a reset voltage to the drain of the current-to-voltage conversion transistor while the photodetector absorbs light to generate a photocurrent, Applying a first voltage to the gate of the current-to-voltage conversion transistor so as to be a gate-induced drain current of the first transistor; and sensing a drain voltage.
상기와 같은 CMOS 이미지 센서 및 그것의 동작 방법에 따르면, 상대적으로 넓은 다이내믹 레인지를 유지하면서, 민감도를 높일 수 있다.According to the CMOS image sensor and the operation method thereof, the sensitivity can be increased while maintaining a relatively wide dynamic range.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 구조를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 픽셀 회로의 구현예를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 픽셀 회로를 구동하는 동안 제어신호 및 선택신호의 전압을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 픽셀 회로의 구현예를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4의 픽셀 회로를 구동하는 동안 제어신호 및 선택신호의 전압을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 동작 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 7a 및 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따라 도 2 및 4의 픽셀 회로의 다른 구현예를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 도 2의 픽셀 회로의 빛의 세기 대비 출력 전압의 실험 결과를 나타내는 그래프이다.1 is a block diagram showing the structure of a CMOS image sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating an embodiment of a pixel circuit according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the voltages of the control signal and the selection signal during driving the pixel circuit of FIG.
4 is a diagram illustrating an embodiment of a pixel circuit according to another embodiment of the present invention.
5 is a graph showing the voltages of the control signal and the selection signal during driving the pixel circuit of FIG.
6 is a flowchart illustrating an operation method of a CMOS image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
Figures 7A and 7B are diagrams illustrating another embodiment of the pixel circuit of Figures 2 and 4, in accordance with another embodiment of the present invention.
8 is a graph showing experimental results of output voltage versus light intensity of the pixel circuit of FIG. 2 according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예가, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 철저한 이해를 제공할 의도 외에는 다른 의도 없이, 첨부한 도면들을 참조로 하여 상세히 설명될 것이다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings without intending to intend to provide a thorough understanding of the present invention to a person having ordinary skill in the art to which the present invention belongs.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 구조를 나타내는 블록도이다. CMOS 이미지 센서(100)는 픽셀(pixel) 어레이(1000), 제어부(2000), 로우 드라이버(3000) 및 리드 회로(4000)를 포함할 수 있다. 픽셀 어레이(1000)는 복수 개의 픽셀(pixel)들을 포함한다. 픽셀은 CMOS 이미지 센서가 영상을 인식하여 저장하거나 처리하는 단위를 말하고, 각각의 픽셀은 픽셀 회로를 포함한다.1 is a block diagram showing the structure of a CMOS image sensor according to an embodiment of the present invention. The
픽셀 회로는 광 감지소자와 하나이상의 트랜지스터를 포함할 수 있다. 광 감지소자는 빛을 흡수하여 전하를 축적할 수 있고, 축적된 전하는 트랜지스터를 통해서 외부로 출력될 수 있다. 광 감지소자는 포토다이오드(photodiode), 포토게이트(photogate), 포토트랜지스터(phototransistor) 등이 될 수 있는데, 이하에서 상기 광 감지소자는 포토다이오드(photodiode)인 것으로 가정한다. 포토다이오드는 각각의 픽셀 회로에서 빛을 감지하고, 감지된 빛을 전기적 신호로 변환할 수 있다. 특히, 포토다이오드는 전자를 빛의 흡수에 따라 축적할 수 있다. 이러한 픽셀 회로의 성능에 의하여 CMOS 이미지 센서의 결과물인 이미지의 품질이 좌우될 수 있다.The pixel circuit may include a photo sensing element and one or more transistors. The photo-sensing device can absorb light and store the charge, and the accumulated charge can be output to the outside through the transistor. The photo-sensing device may be a photodiode, a photogate, a phototransistor, or the like. Hereinafter, it is assumed that the photo-sensing device is a photodiode. The photodiode can sense light in each pixel circuit and convert the sensed light into an electrical signal. In particular, photodiodes can accumulate electrons in response to absorption of light. The quality of the image, which is the result of a CMOS image sensor, can be influenced by the performance of such a pixel circuit.
제어부(2000)는 픽셀 회로들에 대한 제어 신호를 출력하고, CMOS 이미지 센서(100)의 동작을 제어한다. 로우 드라이버(3000)는 픽셀 어레이(1000)에 속하는 복수의 픽셀 회로를 포함하는 행을 선택하는 신호를 출력할 수 있고, 리드 회로(4000)는 로우 드라이버(3000)에 의해 선택된 행에 포함되는 픽셀 회로들이 변환한 전기적 신호들을 입력 받을 수 있다. 각 픽셀 회로가 출력하는 전기적 신호는 아날로그 신호로서, 리드 회로는 ADC(analog-to-digital converter)를 통해서 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 또한 리드 회로(4000)는 하나의 행에 포함되는 복수의 픽셀 회로에 대응하는 디지털 신호들을 순차적으로 출력할 수 있다.The
넓은 다이내믹 레인지를 CMOS 이미지 센서(100)를 구현하기 위하여, 다양한 방법들이 연구되었다. 예를 들면, CMOS 이미지 센서(100)가 빛의 세기에 대하여 로그 응답을 갖도록 하는 방법 또는 서로 다른 집적(integration) 시간을 이용하는 다중 샘플링 방법 등이 있다. 그 가운데 로그 응답을 갖는 CMOS 이미지 센서의 경우, 픽셀 회로는 3개의 MOSFET로 구성될 수 있고 이분화된 집적 시간의 필요 없이 연속적으로 신호를 감지할 수 있으므로, 비교적 간단하게 다이내믹 레인지를 확장할 수 있다.To implement the
한편, 로그 응답을 갖는 CMOS 이미지 센서 가운데, 트랜지스터의 약반전(weak inversion) 영역에서 문턱전압아래(subthreshold) 전류-전압 관계를 이용하는 픽셀회로를 포함하는 CMOS 이미지 센서는 빛의 세기에 대한 출력 전압의 크기인 민감도 및 센서의 출력 전압의 가변 범위를 제한할 수 있다.On the other hand, among CMOS image sensors with logarithmic response, a CMOS image sensor including a pixel circuit using a subthreshold current-voltage relationship in the weak inversion region of the transistor is used to determine the output voltage Size sensitivity and the variable range of the output voltage of the sensor.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 픽셀 회로의 구현예를 나타내는 도면이다. CMOS 이미지 센서의 픽셀 어레이가 포함하는 각각의 픽셀 회로(1100)는 포토다이오드가 변환한 전기적 신호를 증폭하는 구성요소를 포함할 수 있는데, 이러한 픽셀 회로(1100)를 APS(active pixel sensor)라고 한다. 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 픽셀 회로(1100)는 포토다이오드(PD), 전류-전압 변환 트랜지스터(M_CON), 소스-팔로워 트랜지스터(M_SF) 및 선택 트랜지스터(M_SEL)를 포함할 수 있다. 포토다이오드(PD)는 역방향 바이어스상태에서 입력 빛의 세기에 따라서 광전류(photocurrent)가 선형적으로 증가하는 특징을 가지는 광 감지소자의 일종이다.2 is a diagram illustrating an embodiment of a pixel circuit according to an embodiment of the present invention. Each
전류-전압 변환 트랜지스터(M_CON)는 포토다이오드(PD)에 의해 생성된 광전류에 대응하는 전압을 생성할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따라, 포토다이오드(PD)를 통해서 흐르는 광전류는 전류-전압 변환 트랜지스터(M_CON)의 게이트 유도 드레인 누설(gate induced drain leakage, 이하 GIDL라고 한다) 전류일 수 있다.The current-voltage conversion transistor M_CON can generate a voltage corresponding to the photocurrent generated by the photodiode PD. According to an embodiment of the present invention, the photocurrent flowing through the photodiode PD may be a gate induced drain leakage (GIDL) current of the current-voltage conversion transistor M_CON.
PMOS 트랜지스터의 경우, 게이트와 드레인 사이에 역 방향의 높은 전압(예를 들면, PMOS 트랜지스터를 턴-오프시키는 전압보다 더 높은 PMOS 트랜지스터의 게이트와 드레인 사이의 전압)이 인가되면 게이트와 드레인의 중첩된 영역에서 깊은 공핍(depletion) 영역이 형성될 수 있다. 이로 인해 높은 전기장이 형성될 수 있고, 상기 전기장에 의하여 에너지 밴드와 밴드 사이에 전자의 터널링이 발생할 수 있다. 이 때, 생성되는 전자(electron)와 정공(hole)은 PMOS 트랜지스터의 드레인 및 바디(body) 사이에 전류를 발생시킬 수 있는데, 이러한 전류를 게이트 유도 드레인 누설(GIDL) 전류라고 한다.In the case of a PMOS transistor, when a high reverse voltage between the gate and the drain (for example, a voltage between the gate and the drain of the PMOS transistor higher than the voltage that turns off the PMOS transistor) is applied, A deep depletion region can be formed in the region. As a result, a high electric field can be formed, and tunneling of electrons between the energy band and the band can occur due to the electric field. At this time, the generated electrons and holes can generate a current between the drain and the body of the PMOS transistor, and this current is referred to as a gate-induced drain leakage (GIDL) current.
아래 수학식 1 내지 4는 PMOS 트랜지스터의 GIDL 전류 밀도(J_BTB) 모델을 나타낸 것이다. 아래 수학식 1 내지 4에서, m_r은 전자의 유효 질량, E_g는 밴드갭 에너지, h는 플랑크(Plank) 상수, T_ox는 PMOS 트랜지스터의 게이트 옥사이드(oxide)의 두께, V_gd는 PMOS 트랜지스터의 게이트와 드레인의 전압차, V_fb는 밴드 평탄화 전압(flat band voltage)을 나타낸다.Equations (1) to (4) below represent a GIDL current density (J_BTB) model of a PMOS transistor. In the equations (1) to (4), m_r is the effective mass of electrons, E_g is the bandgap energy, h is the Plank constant, T_ox is the thickness of the gate oxide of the PMOS transistor, V_gd is the gate and drain of the PMOS transistor And V_fb represents a band flattening voltage.
수학식 1에 나타난 바와 같이, GIDL 전류 밀도(J_BTB)는 exp(-B/F)의 값에 따라 크게 변경될 수 있고, 수학식 1 및 수학식 4에 따라 GIDL 전류 밀도(J_BTB)는 PMOS 트랜지스터의 게이트와 드레인의 전압차(V_gd)와 로그관계(또는 지수관계)를 갖는 영역을 가질 수 있다.As shown in Equation 1, the GIDL current density J_BTB can be largely changed according to the value of exp (-B / F), and the GIDL current density J_BTB according to Equations (1) and (4) (Or an exponential relationship) with the voltage difference (V_gd) between the gate and the drain of the transistor Q1.
전류-전압 변환 트랜지스터(M_CON)의 게이트에 인가되는 제어신호(CON)는 전류-전압 변환 트랜지스터(M_CON)의 드레인을 통해서 GIDL 전류가 흐르도록, 제1 전압이 될 수 있다. 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이 전류-전압 변환 트랜지스터(M_CON)가 PMOS 트랜지스터인 경우, 제1 전압은 PMOS 트랜지스터를 턴-오프(turn-off)시킬 수 있는 전압보다 더 높은 전압일 수 있다. 다시 말해서, 상기 제1 전압은 PMOS 트랜지스터의 게이트와 드레인의 중첩된 영역에서 깊은 공핍층이 발생할 수 있을 만큼 충분히 높은 전압일 수 있다.The control signal CON applied to the gate of the current-voltage conversion transistor M_CON may become the first voltage so that the GIDL current flows through the drain of the current-voltage conversion transistor M_CON. For example, when the current-voltage conversion transistor M_CON is a PMOS transistor as shown in FIG. 2, the first voltage may be a voltage higher than a voltage capable of turning off the PMOS transistor. In other words, the first voltage may be a voltage sufficiently high to allow a deep depletion layer to occur in the overlapping region of the gate and drain of the PMOS transistor.
제어신호(CON)가 제1 전압으로 유지되는 동안, 전류-전압 변환 트랜지스터(M_CON)의 드레인은 수학식 1에 따라 상기 드레인을 통해 흐르는 전류에 대응하는 전압을 생성할 수 있다. 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이 전류-전압 변환 트랜지스터(M_CON)가 PMOS 트랜지스터인 경우, GIDL 전류는 포토다이오드(PD)의 광전류와 같을 수 있다. 포토다이오드(PD)가 외부로부터 빛을 흡수하여 광전류를 발생시키면, PMOS 트랜지스터의 드레인으로부터 상기 광전류의 양만큼 GIDL 전류가 흐를 수 있다. 그 결과, PMOS 트랜지스터의 드레인 전압은 수학식 1에 따라 변경될 수 있다. 본 실시예에서, 포토다이오드(PD)가 강한 빛을 받아서 더 많은 양의 광전류를 발생시킬수록, GILD 전류가 상승함에 따라 PMOS 트랜지스터의 드레인 전압은 더 낮아질 수 있다. 따라서, CMOS 이미지 센서는 PMOS 트랜지스터의 드레인 전압이 감소하는 변화량을 측정하여 포토다이오드(PD)가 흡수한 빛의 양을 감지할 수 있다.While the control signal CON is held at the first voltage, the drain of the current-voltage conversion transistor M_CON may generate a voltage corresponding to the current flowing through the drain according to Equation (1). For example, when the current-voltage conversion transistor M_CON is a PMOS transistor as shown in FIG. 2, the GIDL current may be the photocurrent of the photodiode PD. When the photodiode PD absorbs light from the outside to generate a photocurrent, a GIDL current can flow from the drain of the PMOS transistor by the amount of the photocurrent. As a result, the drain voltage of the PMOS transistor can be changed according to Equation (1). In this embodiment, as the photodiode PD receives strong light and generates a larger amount of photocurrent, the drain voltage of the PMOS transistor may become lower as the GILD current rises. Therefore, the CMOS image sensor can sense the amount of light absorbed by the photodiode PD by measuring the amount of change in which the drain voltage of the PMOS transistor decreases.
한편, 본 발명의 일실시예에 따라 전류-전압 변환 트랜지스터(M_CON)의 드레인을 광전류에 따른 전압 노드로 사용하는 경우, 외부로 출력되는 전압의 가변 범위가 확대될 수 있다. 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 포토다이오드(PD)가 전류-전압 변환 트랜지스터(M_CON)의 드레인에 연결된 경우, 트랜지스터의 게이트와 드레인 사이의 전압의 가변 범위는 트랜지스터의 약반전 영역에서 게이트와 소스 사이의 전압의 가변 범위보다 더 넓을 수 있다. 따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 픽셀 회로(1100)는 넓은 출력 전압의 가변 범위를 가질 수 있다.Meanwhile, when the drain of the current-voltage conversion transistor M_CON is used as a voltage node according to the photocurrent, the variable range of the voltage output to the outside can be enlarged according to an embodiment of the present invention. For example, as shown in FIG. 2, when the photodiode PD is connected to the drain of the current-voltage conversion transistor M_CON, the variable range of the voltage between the gate and the drain of the transistor is the gate- But may be wider than the variable range of the voltage between the sources. Thus, the
전류-전압 변환 트랜지스터(M_CON)의 드레인 전압은 소스-팔로워 트랜지스터(M_SF) 및 선택 트랜지스터(M_SEL)을 통해서 외부로 출력될 수 있다. 소스-팔로워 트랜지스터(M_SF)는 자신의 게이트 전압을 따르는 전압을 소스로 출력하는 역할을 한다. 즉, 픽셀 회로(1100)에서 소스-팔로워 트랜지스터(M_SF)는 전류의 누설을 최소화하면서 전류-전압 변환 트랜지스터(M_CON)의 드레인의 전압에 대응하는 전압을 소스-팔로워 트랜지스터(M_SF)의 소스로 출력할 수 있다.The drain voltage of the current-voltage conversion transistor M_CON may be output to the outside through the source-follower transistor M_SF and the selection transistor M_SEL. The source-follower transistor M_SF serves to output a voltage that follows its gate voltage to the source. That is, in the
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따라 소스-팔로워 트랜지스터(M_SF)가 PMOS 트랜지스터로 구현된 경우, 소스-팔로워 트랜지스터(M_SF)가 응답할 수 있는 전류-전압 변환 트랜지스터(M_CON)의 드레인 전압(즉, 소스-팔로워 트랜지스터(M_SF)의 게이트 전압)의 범위는 접지 전압 쪽으로 이동될 수 있다. 예컨대, 트랜지스터의 문턱전압이 0.7V라고 가정하는 경우, 소스-팔로워 트랜지스터(M_SF)가 NMOS 트랜지스터로 구현된 경우와 달리, 전류-전압 변환 트랜지스터(M_CON)의 드레인 전압이 0.7V보다 낮은 접지 전압 부근까지 낮아지더라도 PMOS 트랜지스터는 상기 드레인 전압에 대응되는 전압을 PMOS 트랜지스터의 소스로 출력할 수 있다.2, when the source-follower transistor M_SF is implemented as a PMOS transistor according to an embodiment of the present invention, the current-voltage conversion transistor M_CON, to which the source-follower transistor M_SF can respond, (I.e., the gate voltage of the source-follower transistor M_SF) can be shifted toward the ground voltage. For example, assuming that the threshold voltage of the transistor is 0.7V, unlike the case where the source-follower transistor M_SF is implemented as an NMOS transistor, the drain voltage of the current-voltage conversion transistor M_CON is lower than the ground voltage The PMOS transistor can output the voltage corresponding to the drain voltage to the source of the PMOS transistor.
선택 트랜지스터(M_SEL)는 선택신호(SEL)에 따라 소스-팔로워 트랜지스터(M_SF)의 소스 전압을 선택적으로 외부로 출력할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따라, 선택신호(SEL)는 로우 선택신호일 수 있고, 도 1의 로우 드라이버(3000)가 상기 로우 선택신호를 출력할 수 있다. 선택신호(SEL)가 활성화 되면, 선택 트랜지스터(M_SEL)의 소스와 드레인 사이에 전하의 통로가 형성되고, 픽셀 회로(1100)의 외부, 예컨대 컬럼 출력 라인으로 전압을 전달할 수 있다.The selection transistor M_SEL may selectively output the source voltage of the source-follower transistor M_SF according to the selection signal SEL. According to one embodiment of the present invention, the select signal SEL may be a row select signal, and the
도 2에서는 전류-전압 변환 트랜지스터(M_CON) 및 소스-팔로워 트랜지스터(M_SF) 가 각각 PMOS 트랜지스터인 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 다른 실시예들에 따라, 상기 트랜지스터들이 다른 종류의 트랜지스터인 구현예는 후술한다.Although FIG. 2 illustrates an embodiment in which the current-voltage conversion transistor M_CON and the source-follower transistor M_SF are PMOS transistors, the present invention is not limited thereto. In accordance with other embodiments of the present invention, embodiments in which the transistors are different types of transistors are described below.
도 3은 도 2의 픽셀 회로를 구동하는 동안 제어신호 및 선택신호의 전압을 나타내는 그래프이다. 도 2의 전류-전압 변환 트랜지스터(M_CON)는 게이트에 인가되는 제어신호(CON)에 따라 드레인에 전원 전압(VDD)을 인가하거나, 드레인을 통해서 GIDL 전류가 흐르도록 할 수 있다.3 is a graph showing the voltages of the control signal and the selection signal during driving the pixel circuit of FIG. The current-voltage conversion transistor M_CON of FIG. 2 may apply the power supply voltage VDD to the drain or cause the GIDL current to flow through the drain in accordance with the control signal CON applied to the gate.
본 발명의 일실시예에 따라, 픽셀 회로가 빛을 흡수하기 전에 제어신호(CON)는 전류-전압 변환 트랜지스터(M_CON)를 턴-온(turn-on)시켜 드레인의 전압을 소스의 전압인 리셋 전압이 되도록 할 수 있다. 예컨대, 도 2의 전류-전압 트랜지스터(M_CON)는 PMOS 트랜지스터이므로, 도 3에 도시된 바와 같이 픽셀 회로가 빛을 감지하기 위하여 빛의 흡수를 시작하기 전에 제어신호(CON)는 제2 전압이 될 수 있다. 제2 전압은 접지전압 또는 PMOS 트랜지스터를 턴-온 시키기에 충분한 전압일 수 있다. 픽셀 회로가 빛의 흡수를 시작할 때, 선택신호(SEL)에 도 2의 선택 트랜지스터(M_SEL)를 턴-온 시키는 전압이 인가되고, 전류-전압 변환 트랜지스터(M_CON)의 드레인에 인가된 리셋 전압을 외부로 출력할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, before the pixel circuit absorbs the light, the control signal CON turns on the current-voltage conversion transistor M_CON to reset the voltage of the drain to the voltage of the source Voltage. For example, since the current-voltage transistor M_CON of FIG. 2 is a PMOS transistor, the control signal CON becomes a second voltage before the pixel circuit starts to absorb light to sense light, as shown in FIG. . The second voltage may be a ground voltage or a voltage sufficient to turn on the PMOS transistor. When the pixel circuit starts to absorb light, a voltage for turning on the selection transistor M_SEL of FIG. 2 is applied to the selection signal SEL, and a reset voltage applied to the drain of the current-voltage conversion transistor M_CON Can be output to the outside.
픽셀 회로의 포토다이오드가 빛을 흡수하여 광전류를 발생시키는 동안, 전류-전압 변환 트랜지스터는 GIDL 전류를 발생시킬 수 있는 상태에 존재할 수 있다. 전술한 바와 같이, 전류-전압 트랜지스터의 게이트와 드레인 사이에 역방향의 높은 전압이 인가되는 경우 GIDL 전류가 발생할 수 있다. 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 제어신호(CON)가 제1 전압이 되는 시점부터 집적 시간(integration time)이 시작될 수 있다. 집적 시간은 빛의 세기를 감지하기 위하여 포토다이오드에 빛이 입사되는 시간을 말한다. 상기 제1 전압은 PMOS 트랜지스터(도 2의 전류-전압 변환 트랜지스터)를 턴-오프 시키는 전압보다 높은 전압일 수 있다.While the photodiode of the pixel circuit absorbs light to generate photocurrent, the current-to-voltage conversion transistor may be in a state capable of generating a GIDL current. As described above, a GIDL current may be generated when a high reverse voltage is applied between the gate and the drain of the current-voltage transistor. For example, as shown in FIG. 3, an integration time may start from the time when the control signal CON becomes the first voltage. The integration time refers to the time the light enters the photodiode to sense the intensity of the light. The first voltage may be a voltage higher than a voltage that turns off the PMOS transistor (the current-voltage conversion transistor of FIG. 2).
본 발명의 일실시예에 따라, 집적 시간 동안 도 2의 포토다이오드(PD)는 빛을 흡수하여 광전류를 발생시키고, 발생된 광전류는 전류-전압 변환 트랜지스터(M_CON)의 GIDL 전류와 일치할 수 있다. 빛의 세기에 따라 광전류(즉, GIDL 전류)의 크기가 결정되고, 그 결과 전류-전압 변환 트랜지스터(M_CON)의 드레인 전압이 감소할 수 있다. 집적 시간이 종료하기 전, 선택신호(SEL)에 다시 선택 트랜지스터를 턴-온 시키는 전압이 인가되고, 빛의 세기에 따라 변화된 전류-전압 변환 트랜지스터(M_CON)의 드레인 전압이 외부로 출력될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, during the integration time, the photodiode PD of FIG. 2 absorbs light to generate a photocurrent, and the generated photocurrent may coincide with the GIDL current of the current-voltage conversion transistor M_CON . The magnitude of the photocurrent (i.e., the GIDL current) is determined according to the intensity of light, and as a result, the drain voltage of the current-voltage conversion transistor M_CON can be reduced. Before the integration time ends, a voltage for turning on the selection transistor again is applied to the selection signal SEL, and the drain voltage of the current-voltage conversion transistor M_CON, which is changed according to the intensity of the light, may be output to the outside .
한편, CMOS 이미지 센서의 데이터 처리부(미도시)는 픽셀회로로부터 리셋 전압 및 빛의 흡수에 따라 변화된 전압 사이의 차이를 통해서 흡수된 빛의 세기를 감지할 수 있다. 이처럼 상기 두 전압 사이의 차이를 통해 픽셀 회로에 흡수된 빛의 세기를 판별하는 방법을 상관 이중 샘플링(correlated dual sampling, CDS)라고 한다.Meanwhile, a data processing unit (not shown) of the CMOS image sensor can sense the intensity of the light absorbed through the difference between the reset voltage and the voltage changed according to the absorption of light from the pixel circuit. The method of determining the intensity of the light absorbed in the pixel circuit through the difference between the two voltages is called correlated dual sampling (CDS).
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 픽셀 회로의 구현예를 나타내는 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 하나의 픽셀 회로(1200)는 포토다이오드(PD), 전류-전압 변환 트랜지스터(M_CON), 소스-팔로워 트랜지스터(M_SF) 및 선택 트랜지스터(M_SEL)를 포함할 수 있다. 도 2의 픽셀 회로와 달리 전류-전압 변환 트랜지스터(M_CON)는 NMOS 트랜지스터일 수 있다.4 is a diagram illustrating an embodiment of a pixel circuit according to another embodiment of the present invention. 4, one
도 2의 설명부분에서 언급한 바와 같이, 포토다이오드(PD)가 빛을 흡수하여 광전류를 발생시키는 동안 전류-전압 변환 트랜지스터(M_CON)는 GIDL 전류가 흐를 수 있는 상태를 유지할 수 있다. 앞선 실시예와 달리, 전류-전압 변환 트랜지스터(M_CON)가 NMOS 트랜지스터인 경우, 상기 NMOS 트랜지스터의 소스는 픽셀 회로의 접지전압과 연결될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서 전류-전압 변환 트랜지스터(M_CON)의 드레인에 인가되는 리셋 전압은 접지전압일 수 있다. 본 실시예에서 포토다이오드(PD)가 흡수하는 빛의 세기가 강할수록 전류-전압 변환 트랜지스터(M_CON)의 드레인 전압은 상승할 수 있다. 소스-팔로워 트랜지스터(M_SF) 및 선택 트랜지스터(M_SEL)는 도 2에서 설명한 바와 같은 기능을 수행할 수 있다.2, the current-voltage conversion transistor M_CON can maintain a state in which a GIDL current can flow while the photodiode PD absorbs light to generate a photocurrent. Unlike the previous embodiment, when the current-voltage conversion transistor M_CON is an NMOS transistor, the source of the NMOS transistor can be connected to the ground voltage of the pixel circuit. Therefore, in this embodiment, the reset voltage applied to the drain of the current-voltage conversion transistor M_CON may be the ground voltage. The drain voltage of the current-voltage conversion transistor M_CON may increase as the intensity of light absorbed by the photodiode PD is stronger in this embodiment. The source-follower transistor M_SF and the selection transistor M_SEL may perform the functions as described with reference to FIG.
도 5는 도 4의 픽셀 회로를 구동하는 동안 제어신호 및 선택신호의 전압을 나타내는 그래프이다. 도 4의 전류-전압 변환 트랜지스터(M_CON)는 게이트에 인가되는 제어신호(CON)에 따라 드레인에 접지 전압을 인가하거나, 드레인을 통해서 GIDL 전류가 흐르도록 할 수 있다.5 is a graph showing the voltages of the control signal and the selection signal during driving the pixel circuit of FIG. The current-voltage conversion transistor M_CON of FIG. 4 may apply a ground voltage to the drain or a GIDL current through the drain in accordance with the control signal CON applied to the gate.
본 발명의 일실시예에 따라, 도 4의 전류-전압 트랜지스터(M_CON)는 NMOS 트랜지스터이므로, 픽셀 회로가 빛을 감지하기 위하여 빛의 흡수를 시작하기 전에 제어신호(CON)는 제2 전압이 될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 전압은 전원전압(VDD) 또는 NMOS 트랜지스터를 턴-온 시키기에 충분한 전압일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, since the current-voltage transistor M_CON of FIG. 4 is an NMOS transistor, the control signal CON becomes a second voltage before the pixel circuit starts to absorb light to sense light . As shown in FIG. 5, the second voltage may be a power supply voltage VDD or a voltage sufficient to turn on the NMOS transistor.
전술한 바와 같이, 전류-전압 트랜지스터의 게이트와 드레인 사이에 역방향의 높은 전압이 인가되는 경우 GIDL 전류가 발생할 수 있다. 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 집적 시간 동안 제어신호(CON)가 제1 전압이 될 수 있고, 상기 제1 전압은 NMOS 트랜지스터(도 4의 전류-전압 변환 트랜지스터)를 턴-오프 시키는 전압보다 낮은 전압일 수 있다.As described above, a GIDL current may be generated when a high reverse voltage is applied between the gate and the drain of the current-voltage transistor. For example, as shown in FIG. 5, the control signal CON may be the first voltage during the integration time, and the first voltage may be a voltage that turns off the NMOS transistor (the current-voltage conversion transistor of FIG. 4) Lt; / RTI >
집적 시간 동안, 도 4의 포토다이오드(PD)는 흡수하는 빛의 세기에 따라 광전류를 발생시키고, 상기 광전류는 NMOS 트랜지스터의 GIDL 전류와 일치할 수 있다. GIDL 전류의 양이 클수록 NMOS 트랜지스터의 드레인 전압의 크기는 상승하므로, 상기 드레인의 전압은 포토다이오드가 흡수하는 빛의 양에 비례하여 상승할 수 있다.During the integration time, the photodiode PD of FIG. 4 generates a photocurrent according to the intensity of the absorbing light, and the photocurrent can coincide with the GIDL current of the NMOS transistor. Since the magnitude of the drain voltage of the NMOS transistor rises as the amount of GIDL current increases, the voltage of the drain may rise in proportion to the amount of light absorbed by the photodiode.
상기 집적 시간의 시작 및 종료 시점에서, 선택신호(SEL)는 도 4의 선택 트랜지스터(M_SEL)를 턴-온 시키는 전압이 될 수 있다. 이에 따라, CMOS 이미지 센서의 처리부(미도시)는 픽셀 회로로부터 리셋 전압 및 빛의 흡수에 따라 상승된 전압 사이의 차이를 통해서 흡수된 빛의 세기를 감지할 수 있다.At the start and end of the integration time, the selection signal SEL may be a voltage for turning on the selection transistor M_SEL of FIG. Accordingly, the processing unit (not shown) of the CMOS image sensor can sense the intensity of the absorbed light through the difference between the reset voltage from the pixel circuit and the elevated voltage according to the absorption of light.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 동작 방법을 나타내는 플로우차트이다. 포토다이오드가 빛을 흡수하여 발생한 광전류에 따른 전류-전압 변환 트랜지스터의 드레인 전압의 변화량을 감지하기 위하여, 전류-전압 변환 트랜지스터의 드레인에 리셋 전압을 인가할 수 있다(S01). 전술한 바와 같이, 전류-전압 변환 트랜지스터의 게이트에 제2 전압을 인가함으로써 상기 드레인에 리셋 전압이 인가될 수 있다. 픽셀 회로는 상기 리셋 전압에 대응되는 전압을 외부로 출력할 수 있고, 외부로 출력된 전압의 크기가 임시로 저장될 수 있다(S02). 상기 리셋 전압을 감지한 후, 전류-전압 변환 트랜지스터의 게이트에 제1 전압을 인가함으로써 전류-전압 변환 트랜지스터의 드레인으로 GIDL 전류가 흐를 수 있도록 할 수 있다(S03). 일정시간 동안 포토다이오드는 빛에 노출되어 광전류를 발생시킬 수 있고(S04), 포토다이오드는 전류-전압 변환 트랜지스터의 드레인과 연결되어 상기 광전류 및 GIDL 전류의 크기가 일치하도록 할 수 있다. 상기 GIDL 전류에 따라 변한 전류-전압 변환 트랜지스터의 드레인 전압을 감지할 수 있다(S05). 앞서 감지한 드레인의 리셋 전압과 변화된 전압의 차이를 통해서 포토다이오드가 흡수한 빛의 세기를 계산할 수 있다(S06).6 is a flowchart illustrating an operation method of a CMOS image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention. The reset voltage may be applied to the drain of the current-voltage conversion transistor in order to sense the amount of change of the drain voltage of the current-voltage conversion transistor according to the photocurrent generated due to the absorption of light by the photodiode (S01). As described above, a reset voltage can be applied to the drain by applying a second voltage to the gate of the current-voltage conversion transistor. The pixel circuit can output the voltage corresponding to the reset voltage to the outside, and the magnitude of the voltage output to the outside can be temporarily stored (S02). After the reset voltage is sensed, a first voltage may be applied to the gate of the current-voltage conversion transistor to allow the GIDL current to flow to the drain of the current-voltage conversion transistor (S03). During a certain period of time, the photodiode may be exposed to light to generate a photocurrent (S04), and the photodiode may be connected to the drain of the current-voltage conversion transistor so that the magnitude of the photocurrent and the GIDL current may coincide with each other. The drain voltage of the current-voltage conversion transistor changed according to the GIDL current can be sensed (S05). The intensity of the light absorbed by the photodiode can be calculated through the difference between the reset voltage of the drain and the changed voltage (S06).
도 7a 및 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따라 도 2 및 4의 픽셀 회로의 다른 구현예를 나타내는 도면이다. 본 발명의 일실시예에 따라, 픽셀 회로의 소스-팔로워 트랜지스터는 NMOS 트랜지스터일 수 있다. 전류-전압 변환 트랜지스터(M_CON)의 드레인 전압은 소스-팔로워 트랜지스터(M_SF) 및 선택 트랜지스터(M_SEL)을 통해서 외부로 출력될 수 있다. 소스-팔로워 트랜지스터(M_SF)는 자신의 게이트 전압에 대응하는 전압을 자신의 소스로 출력하는 역할을 한다. 즉, 소스-팔로워 트랜지스터(M_SF)는 전류의 누설을 최소화하면서 전류-전압 변환 트랜지스터(M_CON)의 드레인의 전압에 따른 전압을 소스-팔로워 트랜지스터(M_SF)의 소스로 출력할 수 있다.Figures 7A and 7B are diagrams illustrating another embodiment of the pixel circuit of Figures 2 and 4, in accordance with another embodiment of the present invention. According to an embodiment of the present invention, the source-follower transistor of the pixel circuit may be an NMOS transistor. The drain voltage of the current-voltage conversion transistor M_CON may be output to the outside through the source-follower transistor M_SF and the selection transistor M_SEL. The source-follower transistor M_SF serves to output a voltage corresponding to its gate voltage to its source. That is, the source-follower transistor M_SF can output a voltage according to the voltage of the drain of the current-voltage conversion transistor M_CON to the source of the source-follower transistor M_SF while minimizing leakage of the current.
도 7a 및 7b는 각각 전류-전압 변환 트랜지스터가 PMOS 트랜지스터 및 NMOS트랜지스터인 픽셀회로에서 소스-팔로워 트랜지스터가 NMOS 트랜지스터인 예를 나타내는 도면이다. 도 7a 및 7b에 도시된 바와 같이, 소스-팔로워 트랜지스터(M_SF)가 NMOS 트랜지스터로 구현된 경우, 소스-팔로워 트랜지스터(M_SF)가 응답할 수 있는 소스-팔로워 트랜지스터(M_SF)의 게이트 전압의 범위는 전원 전압 쪽으로 이동될 수 있다. 도 2의 설명부분에서 언급한 바와 같이, 소스-팔로워 트랜지스터(M_SF)가 PMOS 트랜지스터인 경우, 소스-팔로워 트랜지스터(M_SF)의 게이트 전압의 범위는 접지 전압 쪽으로 이동될 수 있다. 따라서, 전류-전압 변환 트랜지스터의 드레인 전압의 범위에 따라 소스-팔로워 트랜지스터(M_SF)의 종류를 선택할 수 있다.7A and 7B are diagrams showing an example in which the source-follower transistor in the pixel circuit in which the current-voltage conversion transistor is a PMOS transistor and an NMOS transistor is an NMOS transistor, respectively. 7A and 7B, when the source-follower transistor M_SF is implemented as an NMOS transistor, the range of the gate voltage of the source-follower transistor M_SF, to which the source-follower transistor M_SF can respond, Can be moved toward the power supply voltage. 2, if the source-follower transistor M_SF is a PMOS transistor, the range of gate voltages of the source-follower transistor M_SF can be shifted toward the ground voltage. Therefore, the type of the source-follower transistor M_SF can be selected according to the range of the drain voltage of the current-voltage conversion transistor.
한편, 소스-팔로워 트랜지스터가 NMOS 트랜지스터로 구현되는 경우, 픽셀 회로의 필-펙터(fill-factor)를 높일 수 있다. 필-펙터는 픽셀의 면적 대비 포토다이오드(PD)가 차지하는 면적의 비율로서, 필-펙터가 높을 수록 빛에 대한 센서는 높은 민감도를 가질 수 있다. 일반적으로 NMOS 트랜지스터는 N형 웰(N-type well)이 불필요하므로, 픽셀 회로에서 소스-팔로워 트랜지스터가 차지하는 면적을 감소시켜 필-펙터를 높일 수 있다.On the other hand, when the source-follower transistor is implemented as an NMOS transistor, the fill-factor of the pixel circuit can be increased. The fill-factor is the ratio of the area occupied by the photodiode (PD) to the area of the pixel. The higher the fill-factor, the higher the sensitivity of the sensor to light. In general, since an N-type well is not required for an NMOS transistor, the area occupied by a source-follower transistor in a pixel circuit can be reduced to increase a fill factor.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 도 2의 픽셀 회로의 빛의 세기 대비 출력 전압의 실험 결과를 나타내는 그래프이다. 도 8의 가로축은 빛의 세기를 럭스(lx)단위로 로그 눈금에 맞춰서 나타내고, 세로축은 출력전압을 볼트(V) 단위로 나타낸다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 픽셀 회로는 101dB의 넓은 다이내믹 레인지 및 240mV/dec의 높은 민감도를 가질 수 있다. 8 is a graph showing experimental results of output voltage versus light intensity of the pixel circuit of FIG. 2 according to an embodiment of the present invention. The horizontal axis of FIG. 8 represents the intensity of light in units of lux (lx) in accordance with the log scale, and the vertical axis represents the output voltage in units of volts (V). As shown in FIG. 8, the pixel circuit according to an embodiment of the present invention may have a wide dynamic range of 101 dB and a high sensitivity of 240 mV / dec.
상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 명백하다 할 것이다.The foregoing description of the embodiments is merely illustrative of the present invention with reference to the drawings for a more thorough understanding of the present invention, and thus should not be construed as limiting the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the basic principles of the present invention.
Claims (11)
상기 광전류에 따른 전압을 드레인에 생성하는 전류-전압 변환 트랜지스터;를 구비하고,
상기 광전류는 상기 전류-전압 변환 트랜지스터의 게이트 유도 드레인 누설(gate induced drain leakage) 전류이고,
상기 전류-전압 변환 트랜지스터는 상기 광 감지소자가 빛을 흡수하여 광전류를 생성하는 동안, 상기 게이트 유도 드레인 누설 전류가 발생할 수 있도록 상기 전류-전압 변환 트랜지스터의 게이트에 제1 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 이미지 센서.A light sensing element for absorbing light to generate a photocurrent; And
And a current-voltage conversion transistor for generating a voltage according to the photocurrent in a drain,
Wherein the photocurrent is a gate induced drain leakage current of the current-voltage conversion transistor,
Wherein the first voltage is applied to the gate of the current-voltage conversion transistor so that the gate-induced drain leakage current may be generated while the photo-sensing device absorbs light to generate a photocurrent, CMOS (complementary metal-oxide semiconductor) image sensor.
상기 광 감지소자가 빛을 흡수하기 전, 상기 전류-전압 변환 트랜지스터의 드레인 전압이 리셋 전압이 되도록 상기 전류-전압 변환 트랜지스터의 게이트에 제2 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the current-voltage conversion transistor
Wherein the second voltage is applied to the gate of the current-voltage conversion transistor such that a drain voltage of the current-voltage conversion transistor becomes a reset voltage before the photo-sensing device absorbs light.
상기 전류-전압 변환 트랜지스터는 PMOS 트랜지스터이고,
상기 제1 전압은 상기 제2 전압보다 높고,
상기 리셋 전압은 상기 CMOS 이미지 센서의 전원 전압인 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.The method of claim 3,
Wherein the current-voltage conversion transistor is a PMOS transistor,
Wherein the first voltage is higher than the second voltage,
Wherein the reset voltage is a power supply voltage of the CMOS image sensor.
상기 전류-전압 변환 트랜지스터는 NMOS 트랜지스터이고,
상기 제1 전압은 상기 제2 전압보다 낮고,
상기 리셋 전압은 상기 CMOS 이미지 센서의 접지 전압인 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.The method of claim 3,
Wherein the current-voltage conversion transistor is an NMOS transistor,
Wherein the first voltage is lower than the second voltage,
Wherein the reset voltage is a ground voltage of the CMOS image sensor.
상기 전류-전압 변환 트랜지스터의 드레인의 전압에 응답하여 전압을 출력하는 소스-팔로워 트랜지스터; 및
선택 신호에 따라 상기 소스-팔로워 트랜지스터가 출력하는 전압을 출력 라인으로 전달하는 선택 트랜지스터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.2. The image sensor as claimed in claim 1, wherein the CMOS image sensor
A source-follower transistor for outputting a voltage in response to a voltage of a drain of the current-voltage conversion transistor; And
And a selection transistor for transferring a voltage output from the source-follower transistor to an output line according to a selection signal.
상기 소스-팔로워 트랜지스터는 PMOS 트랜지스터 또는 NMOS 트랜지스터이고,
상기 소스-팔로워 트랜지스터의 게이트가 상기 전류-전압 변환 트랜지스터의 드레인과 연결된 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서.The method according to claim 6,
The source-follower transistor is a PMOS transistor or an NMOS transistor,
And the gate of the source-follower transistor is connected to the drain of the current-voltage conversion transistor.
상기 CMOS 이미지 센서는 광 감지소자 및 상기 광 감지소자를 통해 흐르는 광전류에 따른 전압을 드레인에 생성하는 전류-전압 변환 트랜지스터를 포함하고,
상기 전류-전압 변환 트랜지스터의 드레인에 리셋 전압을 인가하는 단계;
상기 광 감지소자가 빛을 흡수하여 광전류를 발생시키는 동안, 상기 광전류가 상기 전류-전압 변환 트랜지스터의 게이트 유도 드레인 전류가 되도록 상기 전류-전압 변환 트랜지스터의 게이트에 제1 전압을 인가하는 단계; 및
상기 드레인 전압을 감지하는 단계;를 포함하는 CMOS 이미지 센서의 동작 방법.A method of operating a complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) image sensor,
Wherein the CMOS image sensor includes a photo-sensing device and a current-voltage conversion transistor for generating a voltage according to a photocurrent flowing through the photo-sensing device in a drain,
Applying a reset voltage to a drain of the current-voltage conversion transistor;
Applying a first voltage to a gate of the current-voltage conversion transistor such that the photocurrent is a gate-induced drain current of the current-voltage conversion transistor while the photo-sensing device absorbs light to generate a photocurrent; And
And sensing the drain voltage.
상기 드레인에 리셋 전압을 인가하는 단계는 상기 드레인 전압이 리셋 전압으로 되도록 상기 전류-전압 변환 트랜지스터의 게이트에 제2 전압을 인가하는 단계를 포함하고,
상기 드레인 전압을 감지하는 단계는 상기 드레인의 리셋 전압을 감지하는 단계 및 상기 광전류에 따라 변화된 드레인의 전압을 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 동작 방법.9. The method of claim 8,
Wherein applying a reset voltage to the drain comprises applying a second voltage to a gate of the current-to-voltage conversion transistor such that the drain voltage is at a reset voltage,
Wherein sensing the drain voltage comprises sensing a reset voltage of the drain, and sensing a voltage of a drain that has been varied in accordance with the photocurrent.
상기 전류-전압 변환 트랜지스터는 PMOS 트랜지스터이고,
상기 제1 전압은 상기 제2 전압보다 높고,
상기 리셋 전압은 상기 CMOS 이미지 센서의 전원 전압인 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 동작 방법.10. The method of claim 9,
Wherein the current-voltage conversion transistor is a PMOS transistor,
Wherein the first voltage is higher than the second voltage,
Wherein the reset voltage is a power supply voltage of the CMOS image sensor.
상기 전류-전압 변환 트랜지스터는 NMOS 트랜지스터이고,
상기 제1 전압은 상기 제2 전압보다 낮고,
상기 리셋 전압은 상기 CMOS 이미지 센서의 접지 전압인 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 동작 방법.10. The method of claim 9,
Wherein the current-voltage conversion transistor is an NMOS transistor,
Wherein the first voltage is lower than the second voltage,
Wherein the reset voltage is a ground voltage of the CMOS image sensor.
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| KR100547515B1 (en) * | 2005-07-27 | 2006-01-31 | 실리콘 디스플레이 (주) | Organic light emitting diode display and method for driving oled |
| KR100691190B1 (en) * | 2005-07-13 | 2007-03-09 | 삼성전기주식회사 | Image Censor Array |
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