KR20110019675A - 이미지 센서 및 그 구동 방법 - Google Patents
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Abstract
실시예는 이미지 센서 및 그 구동 방법에 관한 것이다. 실시예에 따른 이미지 센서는, 제1신호, 제2신호 및 제3신호를 생성하는 플로팅확산노드, 상기 플로팅확산노드와 연결되어 상기 제1신호, 제2신호 및 제3신호를 생성하도록 제어하는 리셋트랜지스터 및 상기 리셋트랜지스터의 제어에 의해 상기 제1신호 및 상기 제2신호를 선택적으로 출력하는 드라이브 트랜지스터를 포함한다. 실시예는 이미지 센서의 리셋트랜지스의 드레인과 게이트를 다이오드 커넥션(diode connection)하여 리셋트랜지스터의 기능을 확대시킴으로써 드라이브 트랜지스터의 동작을 간단히 제어할 수 있다.
이미지 센서, 구동, 리셋 트랜지스터
Description
실시예는 이미지 센서 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
일반적으로 이미지 센서는 광학 영상(optical image)을 전기신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 개별 모스(MOS:metaloxide-silicon) 캐패시터(capacitor)가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 이중결합소자(CCD:charge coupled device)와 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로에 사용하는 씨모스(CMOS)기술을 이용하여 화소수 만큼 모스 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용한 씨모스(CMOS:complementary MOS) 이미지 센서가 있다.
그리고 피사체의 정보를 전기적인 신호로 변환하는 씨모스 이미지 센서는 포토다이오드가 들어있는 시그날 처리칩들로 구성되어 있으며, 칩 하나에 증폭기(Amplifier), 아날로그/디지탈 변환기(A/D converter), 내부 전압 발생기(Internal voltage generator), 타이밍 제너레이터(Timing generator) 그리고 디지털 로직(Digital logic) 등이 결합되기도 하는데, 이는 공간과 전력 그리고 비용 절감에 큰 장점을 갖고 있다.
여기서, 네개의 트랜지스터 한개의 포토다이오드가 하나의 단위화소를 이루는 4T형 CMOS 이미지 센서의 단위화소에 대한 회로도를 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 종래 4T형 CMOS 이미지 센서의 등가 회로도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이미지 센서의 단위 화소(10)는 광전 변환부로서의 포토 다이오드(photo diode;PD)와, 4개의 트랜지스터들을 포함하여 구성된다. 상기 4개의 트랜지스터들의 각각은 트랜스퍼 트랜지스터(Tx), 리셋 트랜지스터(Rx), 드라이브 트랜지스터(Dx) 및 셀렉트 트랜지스터(Sx)이다.
여기서, 미설명 부호 FD는 플로팅 확산 노드이다.
실시예는 4T형 이미지 센서를 셀렉트 트랜지스터를 제거하여 3T형 이미지 센서로 구현할 수 있는 이미지 센서 및 그 구동 방법을 제공한다.
실시예에 따른 이미지 센서는, 제1신호, 제2신호 및 제3신호를 생성하는 플로팅확산노드, 상기 플로팅확산노드와 연결되어 상기 제1신호, 제2신호 및 제3신호를 생성하도록 제어하는 리셋트랜지스터 및 상기 리셋트랜지스터의 제어에 의해 상기 제1신호 및 상기 제2신호를 선택적으로 출력하는 드라이브 트랜지스터를 포함한다.
실시예에 따른 이미지 센서는, 실리콘 기판에 형성된 필드 산화막 및 상기 필드 산화막에 의해 정의된 활성 영역, 상기 활성 영역에 각각 형성된 트랜스퍼게이트, 리셋게이트 및 드라이브게이트, 상기 트랜스퍼게이트 일측에 형성된 포토다이오드 및 타측에 형성된 플로팅확산영역, 상기 리셋게이트 및 상기 드라이브게이트 각각의 양측에 형성된 소스 및 드레인들, 상기 실리콘 기판 상에 형성된 절연막 및 상기 절연막 내에 형성되며 상기 리셋 게이트의 상면 일부와 상기 리셋 게이트 일측의 드레인에 동시에 접속된 제1콘택전극을 포함한다.
실시예에 따른 이미지 센서는, 실리콘 기판에 형성된 필드 산화막 및 상기 필드 산화막에 의해 정의된 활성 영역, 상기 활성 영역에 각각 형성된 트랜스퍼게 이트, 리셋게이트 및 드라이브게이트, 상기 트랜스퍼게이트 일측에 형성된 포토다이오드 및 타측에 형성된 플로팅확산영역, 상기 리셋게이트 및 상기 드라이브게이트 각각의 양측에 형성된 소스 및 드레인들, 상기 실리콘 기판 상에 형성된 절연막 및 상기 절연막 내에 형성되며 상기 리셋 게이트의 상면 일부와 상기 리셋 게이트 일측의 드레인에 동시에 접속된 제1콘택전극을 포함한다.
실시예에 따른 이미지 센서의 구동 방법은, 제1신호, 제2신호 및 제3신호를 생성하는 플로팅확산노드, 상기 플로팅확산노드와 소스가 연결되어 상기 제1신호, 제2신호 및 제3신호를 생성하도록 제어하며 게이트와 드레인이 맞물린 리셋트랜지스터, 상기 리셋트랜지스터의 제어에 의해 동작하며 상기 제1신호 및 상기 제2신호를 선택적으로 출력하는 드라이브 트랜지스터, 상기 플로팅확산노드와 연결된 트랜스퍼트랜지스터 및 상기 트랜스퍼 트랜지스터와 연결된 포토다이오드를 포함하는 이미지 센서에 있어서, 상기 리셋 트랜지스터의 게이트에 제1전압신호가 인가되면 플로팅확산노드가 리셋되고, 제2전압신호가 인가되면 상기 제1 신호 또는 상기 제2신호를 상기 드라이브 트랜지스터를 통해 출력시키고, 상기 제3전압신호가 인가되면 상기 드라이브트랜지스터를 턴오프시키는 것을 특징으로 한다.
실시예는 4T형 이미지 센서를 셀렉트 트랜지스터를 제거하여 3T형 이미지 센서로 구현할 수 있어 공정이 간소화되고 메탈 라우팅이 줄어들어 제조 비용이 절감되며 공정이 단순해지는 효과가 있다.
실시예는 이미지 센서에서 제거된 셀렉트 트랜지스터 영역을 확보할 수 있어 수광 영역을 증대시켜 필팩터를 향상시키고 단위화소의 레이아웃이 간소화되는 효과가 있다.
실시예는 이미지 센서의 리셋트랜지스의 드레인과 게이트를 다이오드 커넥션(diode connection)하여 리셋트랜지스터의 기능을 확대시킴으로써 드라이브 트랜지스터의 동작을 간단히 제어할 수 있는 효과가 있다.
첨부한 도면을 참조로 하여 실시예들에 따른 이미지 센서 및 그 구동방법을 구체적으로 설명한다. 이하, "제 1 ", "제 2 " 등으로 언급되는 경우 이는 부재들을 한정하기 위한 것이 아니라 부재들을 구분하고 적어도 두개를 구비하고 있음을 보여주는 것이다. 따라서, 상기 "제 1 ", "제 2 "등으로 언급되는 경우 부재들이 복수 개 구비되어 있음이 명백하며, 각 부재들이 선택적으로 또는 교환적으로 사용될 수도 있다. 또한, 첨부한 도면의 각 구성요소들의 크기(치수)는 발명의 이해를 돕기 위하여 확대하여 도시한 것이며, 도시된 각 구성요소들의 치수의 비율은 실제 치수의 비율과 다를 수도 있다. 또한, 도면에 도시된 모든 구성요소들이 본 발명에 반드시 포함되어야 하거나 한정되는 것은 아니며 본 발명의 핵심적인 특징을 제외한 구성 요소들은 부가 또는 삭제될 수도 있다. 본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또 는 패턴들의 "위(on/above/over/upper)"에 또는 "아래(down/below/under/lower)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 그 의미는 각 층(막), 영역, 패드, 패턴 또는 구조물들이 직접 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들에 접촉되어 형성되는 경우로 해석될 수도 있으며, 다른 층(막), 다른 영역, 다른 패드, 다른 패턴 또는 다른 구조물들이 그 사이에 추가적으로 형성되는 경우로 해석될 수도 있다. 따라서, 그 의미는 발명의 기술적 사상에 의하여 판단되어야 한다.
실시예에 따른 이미지 센서는 각 단위화소의 트랜지스터의 개수에 따라 3T형, 4T형, 5T형 등의 다양한 구조에 적용할 수 있다. 또한, 다수의 단위화소들이 포토다이오드를 공유하는 이미지 센서의 구조에도 적용될 수 있다.
도 2는 실시예에 따른 이미지 센서의 단위화소의 등가 회로도이다.
도 2를 참조하면, 이미지 센서의 단위 화소(100)는, 광 감지 소자인 포토 다이오드(photo diode;PD)(115)와, 3개의 트랜지스터들을 포함하여 구성된다. 상기 3개의 트랜지스터들은 트랜스퍼 트랜지스터(111), 리셋 트랜지스터(112), 드라이브 트랜지스터(113)을 포함한다.
먼저, 상기 트랜스퍼 트랜지스터(111)는 포토다이오드(115)에서 생성된 광전하를 플로팅확산노드(114)로 운송하는 역할을 하는 것으로, 포토다이오드(115)와 플로팅노드(114) 사이에 소스-드레인 경로가 형성되며 게이트로 제어신호 Tx를 인가받는다.
상기 리셋 트랜지스터(112)는 신호검출을 위해 플로팅확산노드(114)에 저장되어 있는 전하를 배출하는 역할과 상기 드라이브 트랜지스터(113)의 동작을 제어 하는 역할을 한다.
상기 리셋 트랜지스터(112)는 챠지펌프회로(charge pump circuit, 110)로부터 게이트 신호 Rx를 인가받는다. 상기 리셋 트랜지스터(112)의 게이트는 자신의 드레인과 연결되어 다이오드 커넥션(diode connection)을 이룬다. 상기 챠지펌프회로(110)로부터 제공된 게이트 신호 Rx에 따라 상기 리셋 트랜지스터(112)는 소정의 제어 신호를 발생하게 되며, 이 제어 신호에 따라 플로팅확산노드(114)가 리셋되거나 트랜스퍼 트랜지스터(111)를 턴온시켜 포토다이오드(115)로부터 광전하를 전송하여 플로팅확산노드(114)에 저장하도록 하거나, 드라이브 트랜지스터(113)를 턴온시켜 리셋 신호 또는 시그널 신호를 출력하도록 한다.
상기 리셋 트랜지스터(112)는 채널에 카운터 도핑(counter doping)(112a)이 되어 문턱전압이 조절될 수 있다.
상기 드라이브트랜지스터(113)는 소스팔로워(source follower)로서 게이트가 플로팅확산노드(114)에 접속되고 드레인이 전원전압단자(VDD)에 접속되며, 상기 리셋 트랜지스터(112)에 의해 게이트에 제어신호 Dx를 인가받으며 소스는 단위화소출력단(Vout)에 접속된다.
도 3은 실시예에 따른 이미지 센서의 리셋트랜지스터의 게이트 신호를 보여주는 타이밍도이고, 도 4 내지 도 7은 도 2의 이미지 센서의 구동에 따라, 단위화소의 전류의 흐름을 보여주는 회로도이다.
여기서, 이해를 돕기 위하여 전류의 흐름을 화살 표시로 표시하였다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 실시예에 따른 리셋 트랜지스터(112)는 신호검출 을 위해 플로팅확산노드(114)에 저장되어 있는 전하를 배출하는 역할을 하기 위하여, V1 신호가 게이트에 인가되고 리셋 트랜지스터(112)는 턴온되어 플로팅확산노드(114)에 저장되어 있는 전하가 리셋 트랜지스터(112)를 통해 빠져나가 리셋이 이루어진다.
상기 리셋 트랜지스터(112)를 통해 플로팅확산노드(114)에 저장되어 있는 전하가 빠져나가는 동안, 트랜스퍼 트랜지스터(112)는 턴오프된 상태이며, 이 시간동안 상기 포토다이오드(115)에서는 광 전하를 생성할 수 있다.
또한, 상기 리셋 트랜지스터(112)와 연결된 드라이브 트랜지스터(113)는 상기 리셋 트랜지스터(112)의 턴온 전압(Vt_r)을 게이트 신호 Dx로 인가받으며, 드라이브 트랜지스터(113)는 턴오프 상태를 유지할 있다. 이를 위하여, 상기 드라이브 트랜지스터(113)의 턴온 전압(Vt_d)은 상기 리셋 트랜지스터(112)의 턴온 전압(Vt_r)보다 높게 설계된 것일 수 있다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 리셋 트랜지스터(112)는 게이트에 V3 신호가 인가되어 턴오프(turn off)된다. 이때, 상기 드라이브 트랜지스터(113)는 상기 리셋 트랜지스터(112)의 턴오프 전압이 게이트 신호 Dx로 인가되며, 이때, 상기 드라이브트랜지스터(113)는 드레인의 전원전압에 의하여 턴온(turn on)된다. 따라서, 상기 플로팅확산노드(114)의 리셋 신호 Vreset가 상기 드라이브 트랜지스터(113)는 통과하여 단위화소출력단(Vout)에서 출력된다.
트랜스퍼 트랜지스터(111)는 상기 리셋 신호의 출력이 이루어지는 동안 턴오프 상태를 유지하며, 이 시간동안 상기 포토다이오드(115)에서는 광 전하를 생성할 수 있다.
도 3 및 도 6을 참조하기 이전에, 트랜스퍼 트랜지스터(111)의 게이트에 턴온 전압이 인가되어 생성된 광 전하들이 상기 트랜스퍼 트랜지스터(111)를 통해 플로팅확산노드(114)에 저장된다.
이때, 상기 리셋트랜지스터(112)의 게이트에 게이트 신호 V2가 인가되고, 상기 리셋트랜지스터(112)에서 발생된 신호는 상기 드라이브 트랜지스터(113)에 게이트 신호 Dx로 인가되어 턴오프시킨다.
이후, 도 3 및 도 7을 참조하면, 해당 단위화소의 신호를 출력하기 위하여, 상기 트랜스퍼 트랜지스터(111)는 턴오프되고 상기 리셋 트랜지스터(112)에 게이트 신호 V3이 인가되어 턴오프된다. 이때, 상기 드라이브 트랜지스터(113)는 턴온되어 상기 플로팅확산노드(114)에 저장되어 있던 시그널 신호(Vsignal)가 상기 드라이브 트랜지스터(113)를 통과하여 단위화소출력단(Vout)에서 출력된다.
도 3 내지 도 7을 참고로 하여 설명한 실시예에 따른 이미지 센서의 구동에 대해 간략히 설명하면 다음과 같다.
플로팅확산노드(114)가 가지는 신호는 2가지로, 리셋 신호와 시그널 신호가 있다.
상기 리셋 신호는 상기 리셋 트랜지스터(112)가 턴온되어 생성된다. 이때, 상기 리셋 트랜지스터(112)의 턴온 전압이 VDD 이상일 수 있다. 상기 시그널 신호는 상기 리셋 트랜지스터가 턴오프된 상태에서 상기 포토다이오드(115)에서 전자가 턴온된 트랜스퍼 트랜지스터(111)를 통해 넘어와서 플로팅확산노드(114)에서 낮은 전압으로 생성된다.
상기 리셋 트랜지스터(112)의 게이트 신호는 파지티브 챠지 펌프(positive charge pump) 및 네거티브 챠지 펌프(negative charge pump) 중 적어도 하나와 연결되므로, 상기 드라이브 트랜지스터(113)의 드레인에 연결되어 있는 전원전압(VDD)라인은 리셋 트랜지스터(112)를 거치지 않고 레이아웃될 수 있어 메탈 라우팅이 줄어들게 된다. 따라서 레이아웃이 간소해질 수 있을 뿐만 아니라 포토다이오드의 필 팩터도 증가할 수 있다.
따라서, 상기 플로팅확산노드(114)의 전압은 3가지 상태를 가지게 되며, 첫번째는 리셋 상태의 리셋 전압 신호이다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 상기 리셋 트랜지스터(112)가 턴온된 상태에서 생성되는 것이다. 두번째는 시그널 전압 상태이다. 이때, 상기 리셋 트랜지스터(112)는 턴오프되고 상기 포토다이오드(115)에 축적된 전자가 플로팅확산노드(114)로 전달된 상태이다. 세번째는 일반적인 4T형 이미지 센서에서의 셀렉트 트랜지스터의 기능을 하기 위하여 드라이브 트랜지스터(113)를 턴오프시키기 위한 제어 전압 신호이다. 즉, 상기 단위 화소의 출력단, 즉, 컬럼 라인에 연결되어 있는 또 다른 로우(row)의 드라이브 트랜지스터로부터 리셋 신호 및 시그널 신호가 읽혀질 때 이전의 드라이브 랜지스터(113)는 오프 상태가 되어야 정상 동작하게 되며, 이러한 드라이브 트랜지스터(113)의 오프 상태를 위하여 플로팅확산노드(114)는 드라이브 트랜지스터(113)의 문턱전압(Vt_d)보다 낮은 전압을 가질 수 있다.
이를 위하여 상기 리셋 트랜지스터(112)의 턴오프 전압은 네거티브 챠지 펌 프를 이용하여 0V보다 낮은 전압으로 인가될 수 있다. 또한, 예를 들어, 상기 드라이브 트랜지스터(113)의 턴오프를 제어를 위해서는 상기 리셋 트랜지스터(112)의 문턱전압(Vt_r)을 약 0~0.1V 사이로 유지하되 상기 드라이브 트랜지스터(113)의 문턱전압을 약 0.5V 정도로 구현함으로써 플로팅확산노드(114)가 0.2V 상태에서 상기 드라이브 트랜지스터(113)의 턴오프가 되도록 상기 리셋 트랜지스터(112)의 게이트 신호 Rx를 조정할 수 있다.
이렇게 할 경우 리셋 트랜지스터(112)는 일정 부분 온 상태가 되어 플로팅확산노드(113)의 전압을 필요한 수준으로 가져갈 수 있다.
이러한 낮은 문턱전압을 가지는 리셋 트랜지스터(112)를 만들기 위해 리셋 트랜지스터(112)에 카운터 도핑(counter-doping) 공정을 적용하여 구현할 수 있다.
도 8은 실시예에 따른 이미지 센서의 단위화소를 보여주는 단면도이고, 도 9는 리셋트랜지스터를 보여주는 평면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 반도체 기판(101)의 소정영역에 소자분리막인 필드산화막(116)이 형성된다. 따라서, 필드산화막(116)에 의해 단위화소로 예정된 활성영역이 정의된다.
활성영역의 상부에 트랜스퍼게이트(101), 리셋게이트(102), 드라이브게이트(103)가 서로 일정 간격을 두고 배치되며, 각 게이트는 양측벽에 스페이서(105)가 구비된다.
그리고, 상기 트랜스퍼게이트(101)의 일측의 활성영역 내에 플로팅확산영역(122)이 형성되고, 트랜스퍼게이트(101)의 타측에 노출된 활성영역 내에 포토다 이오드영역(121)이 형성된다.
상기 플로팅확산영역(122)은 트랜스퍼게이트(101) 양측벽에 구비된 스페이서(105)의 에지에 정렬되고, 포토다이오드영역(121)은 트랜스퍼게이트(101)의 에지에 정렬될 수 있다.
상기 포토다이오드영역(121)은 잘 알려진 바와 같이 얕은 p형 불순물 도핑 영역과 깊은 n형 불순물 도핑 영역으로 된 수직 pn 접합일 수 있다.
그리고, 리셋게이트(102)는 일측은 플로팅확산영역(122)과 연결되고, 타측은 드라이브게이트(103)에 연결될 수 있다.
상기 리셋게이트(102) 및 드라이브게이트(103) 각각의 적어도 일측에는 고농도의 n형 불순물 주입 영역이 형성되어 소스 및 드레인 영역(123)을 형성할 수 있다.
상기 리셋 트랜지스터(112)는 리셋 게이트(102)와 고농도의 n형 불순물 주입 영역으로 이루어진 드레인이 제1콘택 전극(131)에 의해 부팅 콘택(butting contact)으로 동시에 접속될 수 있다.
또한, 상기 리셋 트랜지스터(112)는 문턱 전압을 조절하기 위하여 리셋게이트(102) 하부의 채널에 카운터 도핑 영역(112a)이 형성될 수 있다. 상기 카운터 도핑 영역(112a)은 n형 불순물이 주입되어 형성되거나 p형 불순물이 주입되어 형성될 수 있다.
상기 리셋 트래지스터(112)가 NMOS 트랜지스터일 경우 상기 카운터 도핑 영역(112a)은 n형 불순물이 주입되어 형성될 수 있다. 상기 카운터 도핑 영역(112a) 의 도핑 농도는 트랜지스터들의 설계에 따라 달라질 수 있으며, 특히 전원전압, 및 드라이브트랜지스터(113)의 문턱 전압관의 관계를 고려하여 설계될 수 있는 것이다.
또한, 상기 드라이브게이트(103) 일측에 고농도의 n형 불순물 주입 영역으로 이루어진 드레인이 제2 콘택 전극(132)과 접속되어 전원전압단과 연결될 수 있다.
또한, 상기 드라이브게이트(103)의 타측에서 고농도의 n형 불순물 주입 영역으로 이루어진 소스는 제3콘택 전극(133)과 접속되어 단위화소출력단과 연결될 수 있다.
상기 제 1 내지 제3 콘택 전극들(131, 132, 133)은 트랜지스터들을 덮는 절연막(130) 상에 형성된 제1금속 배선들(140)과 연결된다.
도 9를 참조하면, 리셋 트랜지스터(112)는 제1콘택전극(131)이 채널 상부에서 게이트의 상면 일부와 상기 드레인의 일부에 동시에 접속되도록 형성된다.
상기 리셋 트랜지스터(112) 및 제1콘택 전극(131)의 형상은, 이미지 센서의 레이아웃에 따라 달라질 수 있는 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 종래 4T형 CMOS 이미지 센서의 등가 회로도이다.
도 2는 실시예에 따른 이미지 센서의 단위화소의 등가 회로도이다.
도 3은 실시예에 따른 이미지 센서의 리셋트랜지스터의 게이트 신호를 보여주는 타이밍도이다.
도 4 내지 도 7은 도 2의 이미지 센서의 구동에 따라, 단위화소의 전류의 흐름을 보여주는 회로도이다.
도 8은 실시예에 따른 이미지 센서의 단위화소를 보여주는 단면도이다.
도 9는 리셋트랜지스터를 보여주는 평면도이다.
Claims (22)
- 제1신호, 제2신호 및 제3신호를 생성하는 플로팅확산노드;상기 플로팅확산노드와 연결되어 상기 제1신호, 제2신호 및 제3신호를 생성하도록 제어하는 리셋트랜지스터; 및상기 리셋트랜지스터의 제어에 의해 상기 제1신호 및 상기 제2신호를 선택적으로 출력하는 드라이브 트랜지스터를 포함하는 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,상기 플로팅확산노드와 연결된 트랜스퍼트랜지스터 및 상기 트랜스퍼 트랜지스터와 연결된 포토다이오드를 더 포함하는 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,상기 제1신호는 리셋 신호이고, 상기 제2신호는 시그널 신호인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,상기 리셋트랜지스터의 게이트에 제1전압신호, 제2전압신호 및 제3전압신호 중 하나가 인가되는 이미지 센서.
- 제4항에 있어서,상기 제1전압신호는 상기 리셋트랜지스터를 턴온시켜 상기 플로팅확산노드를 리셋시키고 상기 플로팅확산노드에 상기 제1신호를 생성하는 이미지 센서.
- 제4항에 있어서,상기 제2전압신호는 상기 리셋트랜지스터를 턴오프시켜 상기 플로팅확산노드의 상기 제1 신호 또는 상기 제2신호를 상기 드라이브 트랜지스터를 통해 출력시키는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제4항에 있어서,상기 제3전압신호는 상기 플로팅확산노드에 상기 제2신호를 생성시키고 상기 제2신호는 상기 드라이브트랜지스터를 턴오프시키는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 4항에 있어서,상기 리셋트랜지스터는 상기 제1전압신호, 제2전압신호 및 제3전압신호를 공급하기 위한 챠지펌프회로가 연결된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제8항에 있어서,상기 챠지펌프회로는 파지티브 챠지 펌프(positive charge pump) 및 네거티브 챠지 펌프(negative charge pump) 중 적어도 하나를 포함하는 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,상기 리셋트랜지스터의 문턱전압은 상기 드라이브트랜지스터의 문턱전압보다 낮은 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,상기 리셋트랜지스터의 게이트와 드레인은 맞물린 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 실리콘 기판에 형성된 필드 산화막 및 상기 필드 산화막에 의해 정의된 활성 영역;상기 활성 영역에 각각 형성된 트랜스퍼게이트, 리셋게이트 및 드라이브게이트;상기 트랜스퍼게이트 일측에 형성된 포토다이오드 및 타측에 형성된 플로팅확산영역;상기 리셋게이트 및 상기 드라이브게이트 각각의 양측에 형성된 소스 및 드레인들;상기 실리콘 기판 상에 형성된 절연막; 및상기 절연막 내에 형성되며 상기 리셋 게이트의 상면 일부와 상기 리셋 게이트 일측의 드레인에 동시에 접속된 제1콘택전극을 포함하는 이미지 센서.
- 제12항에 있어서,상기 절연막 내에 형성되며, 드라이브게이트의 드레인에 접속된 제2콘택전극; 및상기 절연막 내에 형성되며, 상기 드라이브 게이트의 소스에 접속된 제3콘택전극을 더 포함하는 이미지 센서.
- 제12항에 있어서,상기 리셋게이트 하부의 채널 영역에 카운터 도핑 영역이 형성된 이미지 센서.
- 제14항에 있어서,상기 카운터 도핑 영역은 n형 불순물 또는 p형 불순물을 주입하여 형성된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제1신호, 제2신호 및 제3신호를 생성하는 플로팅확산노드, 상기 플로팅확산노드와 소스가 연결되어 상기 제1신호, 제2신호 및 제3신호를 생성하도록 제어하며 게이트와 드레인이 맞물린 리셋트랜지스터, 상기 리셋트랜지스터의 제어에 의해 동작하며 상기 제1신호 및 상기 제2신호를 선택적으로 출력하는 드라이브 트랜지스터, 상기 플로팅확산노드와 연결된 트랜스퍼트랜지스터 및 상기 트랜스퍼 트랜지스터와 연결된 포토다이오드를 포함하는 이미지 센서에 있어서,상기 리셋 트랜지스터의 게이트에 제1전압신호가 인가되면 플로팅확산노드가 리셋되고, 제2전압신호가 인가되면 상기 제1 신호 또는 상기 제2신호를 상기 드라이브 트랜지스터를 통해 출력시키고, 상기 제3전압신호가 인가되면 상기 드라이브 트랜지스터를 턴오프시키는 이미지 센서의 구동 방법.
- 제16항에 있어서,상기 플로팅확산노드가 리셋된 후 상기 리셋 트랜지스터의 게이트에 제2전압신호가 인가되면 상기 드라이브 트랜지스터를 통해 상기 제1신호가 출력되는 이미지 센서의 구동 방법.
- 제16항에 있어서,상기 플로팅확산노드가 리셋된 후 상기 트랜스퍼트랜지스터가 턴온되어 상기 포토다이오드에서 전자가 상기 플로팅확산노드로 전송되어 상기 제2신호를 생성하는 이미지 센서의 구동 방법.
- 제18항에 있어서,상기 제2신호가 생성된 후 상기 리셋 트랜지스터의 게이트에 상기 제2전압신호가 인가되면 상기 드라이브 트랜지스터를 통해 상기 제2신호가 출력되는 이미지 센서의 구동 방법.
- 제16항에 있어서,상기 드라이브 트랜지스터가 턴오프되면 다른 단위화소의 출력이 이루어지는 이미지 센서의 구동 방법.
- 제16항에 있어서,상기 리셋트랜지스터는 상기 제1전압신호, 제2전압신호 및 제3전압신호를 공급하기 위한 챠지펌프회로가 연결된 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 구동 방법.
- 제16항에 있어서,상기 리셋트랜지스터의 문턱전압은 상기 드라이브트랜지스터의 문턱전압보다 낮은 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 구동 방법.
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Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9001107B2 (en) * | 2011-07-14 | 2015-04-07 | SK Hynix Inc. | Image pixel and image pixel control method |
| US8610234B2 (en) * | 2011-09-02 | 2013-12-17 | Hoon Kim | Unit pixel of image sensor and photo detector thereof |
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| KR102418666B1 (ko) * | 2014-05-29 | 2022-07-11 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 촬상 소자, 전자 기기, 촬상 소자의 구동 방법, 및 전자 기기의 구동 방법 |
| US20160172397A1 (en) * | 2014-12-15 | 2016-06-16 | Dartmouth College | Solid State Image Sensor with Low Capacitance Floating Diffusion |
| US9735189B2 (en) | 2015-01-15 | 2017-08-15 | Hoon Kim | Image sensor with solar cell function and electronic device thereof |
| KR102546197B1 (ko) * | 2016-07-25 | 2023-06-21 | 에스케이하이닉스 주식회사 | 단위 픽셀 장치 및 그 동작 방법 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000048438A (ko) * | 1998-12-30 | 2000-07-25 | 로버트 디. 크루그 | 활성 화소 센서 및 그 제조 방법 |
| KR20070060631A (ko) * | 2005-12-09 | 2007-06-13 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 시모스 이미지 센서 |
| KR20070064854A (ko) * | 2005-12-19 | 2007-06-22 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 이미지 센서 및 그 제조방법 |
| JP2008227263A (ja) * | 2007-03-14 | 2008-09-25 | Sony Corp | 固体撮像装置及びその製造方法 |
-
2009
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-
2010
- 2010-07-21 US US12/840,404 patent/US8367998B2/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000048438A (ko) * | 1998-12-30 | 2000-07-25 | 로버트 디. 크루그 | 활성 화소 센서 및 그 제조 방법 |
| KR20070060631A (ko) * | 2005-12-09 | 2007-06-13 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 시모스 이미지 센서 |
| KR20070064854A (ko) * | 2005-12-19 | 2007-06-22 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 이미지 센서 및 그 제조방법 |
| JP2008227263A (ja) * | 2007-03-14 | 2008-09-25 | Sony Corp | 固体撮像装置及びその製造方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108089697A (zh) * | 2016-11-21 | 2018-05-29 | 三星电子株式会社 | 包括电力控制电路的基于事件的传感器 |
| CN108089697B (zh) * | 2016-11-21 | 2023-05-09 | 三星电子株式会社 | 包括电力控制电路的基于事件的传感器 |
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