KR101478248B1 - 두 개의 게이트로 이루어진 센싱 트랜지스터를 구비한 이미지 센서의 구동방법 - Google Patents

두 개의 게이트로 이루어진 센싱 트랜지스터를 구비한 이미지 센서의 구동방법 Download PDF

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Abstract

광전변환영역, 상기 광전변환영역으로부터의 전하가 저장되는 플로팅 확산영역에 연결된 제1게이트와 상기 제1게이트와 이격된 제2게이트를 구비한 센싱 트랜지스터, 상기 플로팅 확산영역에 연결되며 상기 플로팅 확산영역의 전위를 리셋시키는 리셋 트랜지스터, 상기 제2게이트에 인가되는 제어전압을 공급하는 제어전압원, 및 상기 센싱 트랜지스터의 소스에 연결된 컬럼 출력라인을 구비한 이미지 센서의 구동방법을 제공한다. 상술한 이미지 센서의 구동 방법은 상기 플로팅 확산영역의 전위를 리셋시키는 단계; 상기 광전변환영역에 광을 조사하는 단계; 상기 제2게이트에 단계별로 전압을 증가시키면서 상기 센싱 트랜지스터가 턴온될 때의 상기 제2게이트에 공급된 제1전압을 결정하는 단계; 상기 제1게이트 전압을 계산하는 단계; 및 상기 제1게이트 전압으로부터 상기 광전변환영역에 조사된 광의 세기를 계산하는 단계를 구비한다.

Description

두 개의 게이트로 이루어진 센싱 트랜지스터를 구비한 이미지 센서의 구동방법{Method of operating image sensor with sensing transistor having two gate}
본 발명은 두 개의 게이트로 이루어진 센싱 트랜지스터를 구비한 이미지 센서의 구동방법에 관한 것이며, 특히, 픽셀에 입사된 광이 강하여 센싱 트랜지스터가 턴온되지 않는 경우, 별도의 게이트에 전압을 인가하여 상기 센싱 트랜지스터를 턴온시켜서 상기 광의 세기를 측정하는 두 개의 게이트로 이루어진 센싱 트랜지스터를 구비한 이미지 센서의 구동방법에 관한 것이다.
이미지센서는 빛을 감지하여 전기적인 신호로 변환하는 광전 변환 소자이다. 일반적인 이미지센서는 반도체 기판 상에 행렬로 배열되는 복수개의 단위 화소들을 구비한다. 각각의 단위 화소는 포토다이오드 및 트랜지스터들을 구비한다. 상기 포토다이오드는 외부로부터 광을 받아서 광전하를 생성한다. 상기 트랜지스터들은 생성된 광전하의 전하량에 따른 전기적인 신호를 출력한다.
CMOS(상보성금속산화물반도체, Complimentary Metal Oxide Semiconductor) 이미지센서는 광 신호를 제어 또는 처리할 수 있는 제어소자를 CMOS 제조 기술을 이용하여 제조한다. CMOS 이미지센서는 그 제조 공정이 단순하다는 장점을 갖고, 나아가 신호 처리소자가 포토댜이오드와 하나의 칩(chip)으로 제조할 수 있다는 장점을 갖고 있다.
CMOS 이미지 센서는 다이내믹 레인지를 증가시키기 위해서 연구되어 왔다. 특히, 광이 센 경우, 센싱 트랜지스터의 게이트에 연결된 플로팅 확산영역의 전위가 감소하여, 상기 게이트 전압이 문턱전압 이하로 내려가고, 따라서 센싱 전압이 검출되지 않으므로 광의 세기를 표현할 수 없게 된다. 이러한 센싱 트랜지스터의 문턱전압 이하에서의 광의 세기를 측정하기 위해서 로그 스케일(logarithmic) 회로를 사용하는 방법이 있으나, 이 방법은 트랜지스터의 수를 증가시키고, 로그 스케일의 선형성이 낮으므로 강한 광의 세기를 정확하게 측정하기가 어렵다.
따라서, 강한 광의 세기를 측정할 수 있는 다이내믹 레인지가 넓은 CMOS 이미지 센서가 필요하다.
본 발명은 두 개의 게이트로 이루어진 센싱 트랜지스터를 구비한 이미지 센서의 구동방법을 제공하는 것이다.
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본 발명의 일 실시예에 따르면, 광전변환영역, 상기 광전변환영역으로부터의 전하가 저장되는 플로팅 확산영역에 연결된 제1게이트와 상기 제1게이트와 이격된 제2게이트를 구비한 센싱 트랜지스터, 상기 플로팅 확산영역에 연결되며 상기 플로팅 확산영역의 전위를 리셋시키는 리셋 트랜지스터, 상기 제2게이트에 인가되는 제어전압을 공급하는 제어전압원, 및 상기 센싱 트랜지스터의 소스에 연결된 컬럼 출력라인을 구비한 이미지 센서의 구동방법을 제공하되,
상술한 이미지 센서의 구동방법은 상기 플로팅 확산영역의 전위를 리셋시키는 단계; 상기 광전변환영역에 광을 조사하는 단계; 상기 제2게이트에 단계별로 전압을 증가시키면서 상기 센싱 트랜지스터가 턴온될 때의 상기 제2게이트에 공급된 제1전압을 결정하는 단계; 상기 제1게이트 전압을 계산하는 단계; 및 상기 제1게이트 전압으로부터 상기 광전변환영역에 조사된 광의 세기를 계산하는 단계를 구비한다.
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제1게이트 전압을 계산하는 단계는, 미리 작성한 룩업테이블로부터 상기 제1 전압에 따른 제1게이트 전압을 찾는 것일 수 있다.
상기 제1전압을 결정하는 단계는, 상기 컬럼 출력라인에서의 컬럼 전류가 기준 전류 보다 크면, 상기 센싱 트랜지스터가 턴온된 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 광전변환영역, 상기 광전변환영역으로부터의 전하가 저장되는 플로팅 확산영역에 연결된 제1게이트와 상기 제1게이트와 이격된 제2게이트를 구비한 센싱 트랜지스터, 상기 플로팅 확산영역에 연결되며 상기 플로팅 확산영역의 전위를 리셋시키는 리셋 트랜지스터, 상기 제2게이트에 인가되는 제어전압을 공급하는 제어전압원, 및 상기 센싱 트랜지스터의 소스에 연결된 컬럼 출력라인을 구비한 이미지 센서의 구동방법을 제공하되,
상술한 이미지 센서의 구동방법은, 상기 플로팅 확산영역의 전위를 리셋시키는 단계; 상기 광전변환영역에 광을 조사하는 단계; 상기 제2게이트에 제2전압을 인가하는 단계; 상기 센싱 트랜지스터가 턴온되었는 지를 판단하는 단계; 상기 센싱 트랜지스터가 턴온되지 않은 경우, 상기 제2게이트에 단계별로 전압을 증가시켜서 상기 센싱 트랜지스터가 턴온될 때의 상기 제2게이트에 공급된 제3전압을 측정하는 단계; 상기 제1게이트 전압을 계산하는 단계; 및 상기 제1게이트 전압으로부터 상기 광전변환영역에 조사된 광의 세기를 계산하는 단계를 구비한다.
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상기 센싱 트랜지스터가 턴온된 것인 지를 판단하는 단계;는 상기 컬럼 출력라인으로부터의 출력전압이 기준 전압 이상인 지를 판단하는 단계이며, 상기 출력전압이 상기 기준전압 이상인 경우, 상기 출력전압으로 상기 제1게이트 전압을 계산한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 두 개의 게이트로 이루어진 센싱 트랜지스터를 구비한 이미지 센서 및 그 구동방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 두 개의 게이트로 이루어진 센싱 트랜지스터를 구비한 이미지 센서(100)의 개략적인 도면이다.
도 1을 참조하면, 이미지 센서(100)는 광전변환영역인 포토다이오드(PD)와, 리셋 트랜지스터(Rx)와, 센싱 트랜지스터(110)를 구비한다.
센싱 트랜지스터(110)는 p형 반도체 기판(111) 상에 서로 이격되게 형성되며 n형 불순물로 도핑된 소스(112) 및 드레인(113)을 구비한다. 소스(112) 및 드레인(113) 사이에는 트랜지스터 채널(114)이 형성된다. 상기 채널(114) 상에는 절연층(미도시)이 형성되어 있으며, 절연층 상에는 제1게이트(115) 및 제2게이트(116)가 서로 이격되게 형성되어 있다. 제1게이트(115)에는 플로팅 확산영역(FD)이 연결되며, 제2게이트(116)에는 제어전압원(120)이 연결된다. 드레인(113)에는 외부전압(Vdd)가 연결되며, 소스(112)에는 후술하는 컬럼 출력라인이 연결된다.
도 2는 도 1의 등가회로도이다. 도 1의 구성요소와 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 이미지 센서(100)는 로우 선택 트랜지스터(row selection transistor: Sx)를 더 구비할 수 있다. 로우 선택 트랜지스터(Sx)의 드레인은 센싱 트랜지스터(110)의 소스(113)에 연결되고, 로우 선택 트랜 지스터(Sx)의 드레인(112)은 컬럼 출력라인(130)에 연결된다.
다음은 도 1 및 도 2을 참조하며, 이미지 센서(100)의 구동 원리를 설명한다.
먼저, 리셋 트랜지스터(Rx)를 턴온하여 플로팅 확산영역(FD)의 전위를 외부 전압(Vdd)으로 리셋시킨다.
포토다이오드(PD)에 광이 조사되면, 포토다이오드(PD)에서 전자-홀 쌍들이 형성되며, 이들 전자-홀 쌍 중 전자는 플로팅 확산영역(FD)으로 이동한다. 이 플로팅 확산영역(FD)에 축적되는 전하의 양이 증가함에 따라 플로팅 확산영역(FD)에 연결된 제1게이트(115)의 전압이 낮아진다.
따라서, 포토다이오드(PD)에 입사된 광이 센 경우, 제1게이트(115) 전압이 센싱 트랜지스터(110)의 문턱전압 보다 낮을 수 있으며, 이에 따라 센싱 트랜지스터(110)가 턴온이 되지 않을 수 있다. 따라서, 로우 선택 트랜지스터(Sx)가 턴온되더라도 컬럼 출력라인(130)으로부터 전류가 검출되지 않아서 상기 광의 세기를 알 수가 없다.
도 3은 일반적인 센싱 트랜지스터에서의 Vg-Id 곡선 그래프이다.
도 3을 참조하면, 게이트 전압이 문턱전압(Vth) 이하인 제1구간(stage I)에서, 드레인 전류가 거의 없다. 또한, 게이트 전압이 포화전압(Vsat) 이상으로 증가하는 제3구간(stage III)에서, 포토다이오드(PD)로 입사되는 광이 거의 없어서 게이트 전압이 외부전압(Vdd)에 근접하는 경우에도 드레인 전류(Id)의 변화가 매우 적다.
제2구간(stage II)에서는 게이트 전압(Vg)와 드레인 전류(Id)가 직선적인 관계에 있다. 본 발명의 경우, 제2게이트(116)에 센싱 트랜지스터(110)의 문턱전압이 인가된 경우, 제1게이트(115)의 전압에 따른 드레인 전류(Id)의 특성은 도 3을 따른다.
도 3에서 보듯이, 제1게이트 전압이 제2구간(stage II)에 있을 경우 측정되는 드레인 전류(Id)로부터 광의 세기가 알 수 있지만, 제1게이트 전압이 문턱전압 보다 낮은 제1구간(stage I)에서는 드레인 전류(Id)를 정확하게 측정할 수 없으므로 광의 세기를 정확하게 측정할 수 없게 된다.
도 4는 제2게이트 전압에 따른 컬럼 출력라인으로부터의 전류(Icol)의 변화를 모사한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 제1게이트 전압이 고정된 상태에서, 제2게이트(116)에 전압을 인가하지 않으며, 센싱 트랜지스터(110)는 턴온되지 않으며, 따라서, 컬럼 출력라인(130)에서의 전류(Icol)는 거의 검출되지 않는다.
제2게이트 전압(V2)을 단계적으로 증가시키면, 컬럼 출력라인(30)으로부터의 측정전류(Icol)가 센싱 트랜지스터(110)가 턴온될 때 까지 거의 검출되지 않다가, 제1전압(V2_th)에서 측정전류(Icol)이 검출되기 시작하며, 이어서 계속 측정전류(Icol)은 증가된다. 상기 제1전압(V2_th)은 제1게이트(15)의 전압이 낮을 수록 증가한다. 상기 제1전압(V2_th)과 제1게이트 전압 사이의 관계로부터, 제1게이트 전압을 알 수 있으며,따라서, 도 3의 제1구간(stage I)에서의 광의 세기를 측정할 수 있게 된다. 따라서, 센싱 트랜지스터(110)를 구비한 이미지 센서(100)의 다이내 믹 레인지를 향상시킬 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)의 센싱 트랜지스터(110)의 턴온 전압을 측정한 결과를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 제1게이트(115) 및 제2게이트(116)의 폭을 각각 22nm, 제1게이트(115) 및 제2게이트(116) 사이의 폭을 10nm인 센싱 트랜지스터(110)에서, 제1전압을 0.075 V로 고정하였다. 제2게이트(116)에 제어전압(V2)을 증가시키면서 인가함에 따라, 드레인 전류(Id)는 거의 검출되지 않는 상태에서 약 0.2 V의 제어전압(V2)에서 센싱 트랜지스터(110)가 턴온되었다. 도 5는 두 개의 게이트를 구비한 센싱 트랜지스터(110)가 제1게이트 전압을 고정시, 제2게이트 전압(V2)의 인가에 따라서 턴온되는 것을 보여준다.
도 6은 제1게이트 전압과 제2게이트 전압의 관계를 도시한 그래프이다.
도 6을 참조하면, 제1게이트(115) 및 제2게이트(116)의 폭이 각각 40nm, 제1게이트(115) 및 제2게이트(116) 사이의 폭이 10nm인 제1 센싱 트랜지스터의 특성 커브(G1)와, 제1게이트(115) 및 제2게이트(116)의 폭이 각각 22nm, 제1게이트(115) 및 제2게이트(116) 사이의 폭이 10nm인 제2 센싱 트랜지스터의 특성 커브(G2)가 구별되게 도시되어 있다.
제1 센싱 트랜지스터의 문턱전압(Vth1)은 특성 커브(G1)에서 제1게이트 전압(V1)과 제2게이트 턴온 전압(V2)이 동일한 전압이 되며, 대략 0.29 V로 나타난다.
제2센싱 트랜지스터의 문턱전압(Vth2)은 특성 커브(G2)에서 제1게이트 전 압(V1)과 제2게이트 턴온 전압(V2)이 동일한 전압이 되며, 대략 0.12 V로 나타난다.
제1 및 제2 센싱 트랜지스터 모두 제1게이트(115)가 전압이 낮아짐에 따라 제2게이트(116)의 턴온 전압이 증가하는 것을 볼 수 있다. 따라서, 미지의 제1게이트 전압에서, 센싱 트랜지스터(110)가 턴온시 제2게이트의 턴온 전압을 알면, 도 6의 특성 커브를 조회하여 상기 제1게이트 전압을 정할 수 있게 된다.
도 6의 그래프는 센싱 트랜지스터의 크기 등의 물리적 특성에 따라 달라질 수 있으며, 따라서 각 센싱 트랜지스터(110)의 특성 그래프를 미리 작성한다. 도 6의 그래프는 룩업테이블(look-up table)과 같은 작용을 한다.
다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(100)의 구동방법을 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 리셋 트랜지스터(Rx)를 턴온하여 플로팅 확산영역(FD)의 전위를 외부 전압(Vdd)으로 리셋시킨다.
이어서, 포토다이오드(PD)에 광이 조사되면, 포토다이오드(PD)에서 전자-홀 쌍들이 형성되며, 이들 전자-홀 쌍 중 전자는 플로팅 확산영역(FD)으로 이동되어 플로팅 확산영역(FD)에 저장된다. 이 플로팅 확산영역(FD)에 축적되는 전하의 양에 따라 플로팅 확산영역(FD)에 연결된 제1게이트(15)의 전압이 낮아진다.
이어서, 로우 선택 트랜지스터(Sx)를 턴온하여 픽셀 어레이 중 하나의 로우를 선택한다.
제어전압원(120)으로부터 제2게이트(116)에 인가되는 제어전압을 단계별로 증가시키면서 컬럼 출력라인(130)으로부터 컬럼 전류(Icol)를 측정한다. 상기 컬럼 전류(Icol)가 소정의 기준값 보다 크면 센싱 트랜지스터(110)가 턴온된 것으로 판단하며, 이 때의 제2게이트(116)에 공급된 제2전압을 결정한다. 상기 기준값은 컬럼 전류(Icol)에서의 노이즈를 감안한 최소의 값이 된다.
이어서, 미리 작성한 센싱 트랜지스터(110)의 특성 커브(도 6 참조) 또는 룩업테이블을 참조하여, 상기 제2전압에서의 제1게이트 전압을 결정한다. 상기 제1게이트 전압으로부터 상기 포토다이오드(PD)에 조사된 광의 세기가 계산될 수 있다.
다음은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 구동방법을 도면을 참조하여 설명한다.
먼저, 리셋 트랜지스터(Rx)를 턴온하여 플로팅 확산영역(FD)의 전위를 외부 전압(Vdd)으로 리셋시킨다.
이어서, 포토다이오드(PD)에 광이 조사되면, 포토다이오드(PD)에서 전자-홀 쌍들이 형성되며, 이들 전자-홀 쌍 중 전자는 플로팅 확산영역(FD)으로 이동되어 플로팅 확산영역(FD)에 저장된다. 이 플로팅 확산영역(FD)에 축적되는 전하의 양에 따라서 플로팅 확산영역(FD)에 연결된 제1게이트의 전압이 낮아진다.
제어전압원(120)으로부터 상기 제2게이트(116)에 소정의 전압, 예컨대 상기 센싱 트랜지스터(110)의 문턱 전압을 인가한다. 그리고, 로우 선택 트랜지스터(Sx)를 턴온시켜서 픽셀 어레이 중 하나의 로우를 선택한다.
그리고, 센싱 트랜지스터(110)가 턴온되었는 지를 판단한다.
상기 센싱 트랜지스터(110)가 턴온되지 않은 경우, 상기 컬럼라인으로부터의 출력전압을 측정할 수 없다. 제어전압원(120)으로부터 제2게이트(116)에 제어전압을 단계별로 증가시키면서 센싱 트랜지스터(110)를 턴온시킨다. 센싱 트랜지스터(110)가 턴온되면, 이 때의 제2게이트(116)에 공급된 상기 제어전압을 결정한다.
이어서, 미리 작성한 룩업테이블로부터 상기 제어전압에 따른 제1게이트 전압을 구한다. 상기 제1게이트 전압으로부터 상기 포토다이오드(PD)에 조사된 광의 세기가 측정된다.
상기 센싱 트랜지스터(110)의 턴온의 판단은, 컬럼 출력라인(130)으로부터의 출력전압이 소정 전압 이상으로 측정되면 턴온된 것으로 판단한다.
센싱 트랜지스터(110)의 턴온 판단과정에서, 센싱 트랜지스터(110)이 턴온된 것으로 판단되면, 상기 컬럼 출력라인(130)으로부터의 컬럼 전류(Icol)를 측정한다. 상기 컬럼 전류(Icol)로부터 제1게이트 전압이 계산될 수 있다.
상기 실시예에서는 3개의 트랜지스터를 구비한 이미지 센서(100)를 개시하였지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 로우 선택 트랜지스터(Sx)가 없는 2개의 트랜지스터를 구비한 이미지 센서에서도 두 개의 게이트를 구비한 센싱 트랜지스터(110)를 채용하여 상술한 작용을 할 수 있다. (이 경우, 로우 선택을 어떤 방법으로 하는 지 설명하여 주세요)
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 두 개의 게이트로 이루어진 센싱 트랜지스터(110)를 구비한 이미지 센서의 등가 회로도이다. 도 2의 구성요소와 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한 다.
도 7을 참조하면, 이미지 센서(200)는 도 2의 이미지 센서와 비교하여, 포토다이오드(PD)와 플로팅 확산영역(FD) 사이에 트랜스퍼 트랜지스터(Tx)를 더 구비한 4개의 트랜지스터를 구비한 이미지 센서이다.
트랜스퍼 트랜지스터(Tx)는 턴온되면 포토다이오드(PD)에서 생성된 전하를 플로팅 확산 영역(floating diffusion region, FD)로 운송을 한다. 기타 다른 구성요소의 작용은 도 2의 이미지 센서(100)과 실질적으로 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 두 개의 게이트로 이루어진 센싱 트랜지스터를 구비한 이미지 센서(300)의 개략적 도면이다. 도 1의 구성요소와 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 8을 참조하면, 이미지 센서(300)는 도 1의 이미지 센서(100)와 비교하여 두 개의 게이트(315, 316)가 서로 일부가 커플링되어 있다. 제1게이트(315) 상으로 제2게이트(316)이 연장되어 겹쳐지게 배치되어 있다. 이러한 커플링된 게이트들(315, 316)을 구비한 센싱 트랜지스터(310)는 제2게이트(316)에 제어전압을 인가시 도 1의 센싱 트랜지스터(110) 보다 낮은 제어전압에서 센싱 트랜지스터(310)이 턴온될 수 있다. 그 이외의 작용은 도 1의 이미지 센서(100)와 실질적으로 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 두 개의 게이트로 이루어진 센싱 트랜지스터(410)를 구비한 이미지 센서(400)의 개략적 도면이다. 도 1의 구성요소와 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 9를 참조하면, 이미지 센서(400)는 도 1의 이미지 센서(100)와 비교하여 두 개의 게이트(415, 416)가 채널(114)의 상부 및 하부에 설치되어 있다. 제2게이트(416) 및 기판(111) 사이에는 절연층(440)이 형성된다. 이미지 센서(400)의 작용은 도 1의 이미지 센서(100)와 실질적으로 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 두 개의 게이트로 이루어진 센싱 트랜지스터(510)를 구비한 이미지 센서(500)의 개략적 도면이다. 도 1의 구성요소와 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 10을 참조하면, 이미지 센서(400)는 도 1의 이미지 센서(100)와 비교하여 두 개의 게이트(415, 416)가 채널(114)의 양측에 각각 수직으로 설치되어 있다. 소스(512) 및 드레인(513) 및 채널(514)는 미도시된 기판 상에 수직으로 형성되어 있다.
이미지 센서(500)의 작용은 도 1의 이미지 센서(100)와 실질적으로 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 이미지 센서는 픽셀에 입사되는 광이 센 경우에도 넓은 다이내믹 레인지를 표현할 수 있으므로 정확한 이미지를 구현할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 구동방법에 따르면, 상기 이미지 센서를 사용하여 효과 적으로 넓은 다이내믹 레인지를 구현할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 두 개의 게이트로 이루어진 센싱 트랜지스터를 구비한 이미지 센서의 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1의 등가회로도이다.
도 3은 일반적인 센싱 트랜지스터에서의 V-I 곡선 그래프이다.
도 4는 제2게이트 전압에 따른 컬럼 출력라인으로부터의 전류의 변화를 모사한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 센싱 트랜지스터의 턴온 전압을 측정한 결과를 도시한 도면이다.
도 6은 제1게이트 전압과 제2게이트 전압의 관계를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 두 개의 게이트로 이루어진 센싱 트랜지스터를 구비한 이미지 센서의 등가 회로도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 두 개의 게이트로 이루어진 센싱 트랜지스터를 구비한 이미지 센서의 개략적 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 두 개의 게이트로 이루어진 센싱 트랜지스터를 구비한 이미지 센서의 개략적 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 두 개의 게이트로 이루어진 센싱 트랜지스터를 구비한 이미지 센서의 개략적 도면이다.

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  9. 광전변환영역, 상기 광전변환영역으로부터의 전하가 저장되는 플로팅 확산영역에 연결된 제1게이트와 상기 제1게이트와 이격된 제2게이트를 구비한 센싱 트랜지스터, 상기 플로팅 확산영역에 연결되며 상기 플로팅 확산영역의 전위를 리셋시키는 리셋 트랜지스터, 상기 제2게이트에 인가되는 제어전압을 공급하는 제어전압원, 및 상기 센싱 트랜지스터의 소스에 연결된 컬럼 출력라인을 구비한 이미지 센서의 구동방법에 있어서,
    상기 플로팅 확산영역의 전위를 리셋시키는 단계;
    상기 광전변환영역에 광을 조사하는 단계;
    상기 제2게이트에 단계별로 전압을 증가시키면서 상기 센싱 트랜지스터가 턴온될 때의 상기 제2게이트에 공급된 제1전압을 결정하는 단계;
    상기 제1게이트 전압을 계산하는 단계; 및
    상기 제1게이트 전압으로부터 상기 광전변환영역에 조사된 광의 세기를 계산하는 단계를 구비한 이미지 센서의 구동방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    제1게이트 전압을 계산하는 단계는, 미리 작성한 룩업테이블로부터 상기 제1전압에 따른 제1게이트 전압을 찾는 것인 이미지 센서의 구동방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1전압을 결정하는 단계는,
    상기 컬럼 출력라인에서의 컬럼 전류가 기준 전류 보다 크면, 상기 센싱 트랜지스터가 턴온된 것으로 판단하는 것인 이미지 센서의 구동방법.
  12. 광전변환영역, 상기 광전변환영역으로부터의 전하가 저장되는 플로팅 확산영역에 연결된 제1게이트와 상기 제1게이트와 이격된 제2게이트를 구비한 센싱 트랜지스터, 상기 플로팅 확산영역에 연결되며 상기 플로팅 확산영역의 전위를 리셋시키는 리셋 트랜지스터, 상기 제2게이트에 인가되는 제어전압을 공급하는 제어전압원, 및 상기 센싱 트랜지스터의 소스에 연결된 컬럼 출력라인을 구비한 이미지 센서의 구동방법에 있어서,
    상기 플로팅 확산영역의 전위를 리셋시키는 단계;
    상기 광전변환영역에 광을 조사하는 단계;
    상기 제2게이트에 제2전압을 인가하는 단계;
    상기 센싱 트랜지스터가 턴온되었는 지를 판단하는 단계;
    상기 센싱 트랜지스터가 턴온되지 않은 경우, 상기 제2게이트에 단계별로 전압을 증가시켜서 상기 센싱 트랜지스터가 턴온될 때의 상기 제2게이트에 공급된 제3전압을 측정하는 단계;
    상기 제1게이트 전압을 계산하는 단계; 및
    상기 제1게이트 전압으로부터 상기 광전변환영역에 조사된 광의 세기를 계산하는 단계를 구비한 이미지 센서의 구동방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 센싱 트랜지스터가 턴온된 것인 지를 판단하는 단계;는 상기 컬럼 출력라인으로부터의 출력전압이 기준 전압 이상인 지를 판단하는 단계이며, 상기 출력전압이 상기 기준전압 이상인 경우, 상기 출력전압으로 상기 제1게이트 전압을 계산하는 것인 이미지 센서의 구동방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    제1게이트 전압을 계산하는 단계는, 미리 작성한 룩업테이블로부터 상기 제3전압에 따른 제1게이트 전압을 찾는 것인 이미지 센서의 구동방법.
  15. 제 9 항 내지 제 14 항 중 선택된 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1게이트 및 상기 제2게이트는 하나의 채널 상에서 서로 이격되게 형성된 이미지 센서의 구동방법.
  16. 제 9 항 내지 제 14 항 중 선택된 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1게이트 및 제2게이트는 유전층을 사이에 두고 일부가 커플링된 이미지 센서의 구동방법.
  17. 제 9 항 내지 제 14 항 중 선택된 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1게이트 및 제2게이트는 채널을 사이에 두고 서로 마주보게 배치된 이미지 센서의 구동방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제1게이트 및 제2게이트는 수직으로 배치된 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 구동방법.
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