TW201535702A - 成像元件及成像裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種成像元件，其包括一光電轉換單元，該光電轉換單元形成於一像素區域中且經組態以將光轉換為電荷。此外，該成像元件包含一電晶體，其形成於該像素區域中且經組態以自該光電轉換單元轉移電荷。該成像元件之該光電轉換單元可連接至該像素區域之一井，其中該像素區域之該井具有一負電位。

Description

成像元件及成像裝置 [相關申請案之交叉參考]
本申請案主張2014年2月25日申請之日本優先專利申請案JP 2014-034369之權利，該案之全文以引用方式併入本文中。
本發明係關於一種成像元件及一種成像裝置，且明確言之，本發明係關於能夠減少電力消耗同時控制影像品質之劣化的一種成像元件及一種成像裝置。
近年來，隨著生產技術改良，電子器件及/或電子電路已日益變小且消耗更少電力。另外，進一步期望設計成像元件，使得其消耗更少電力。
然而，在一成像元件(其中僅減小或依其他方式降低一電力供應電位以達成低電力消耗)中，一像素特性亦改變且可極大地劣化被讀取之一影像之影像品質。因此，已考量藉由將一光接收元件(其經組態以執行光電轉換)連接至一負電力供應器而減少雜訊及執行低電壓驅動(參閱(例如)專利文獻1)。
[引用列表]
[PTL 1]
JP 2009-117613 A
然而，在此一組態中且如專利文獻1中所描述，當接地電位係負的時，一像素中之各電晶體之一操作特性可不同於其中光接收元件之接地電位係0伏特之組態。另外，在此等實施例中，需要使用一緩衝型電晶體。因此，當利用專利文獻1中所描述之組態時，由於無法在光接收元件之接地電位係0伏特時使用一電晶體之相同操作特性，所以需要重新設計各電晶體之操作特性，使得像素特性變為最佳。因此，可導致操作困難及影像品質劣化。
已鑑於前述情況而提出本發明以減少電力消耗同時控制影像品質之劣化。
本發明之一成像元件包含一像素區域，其中一光電轉換單元(其經組態以對入射光進行光電轉換)及一電晶體(其經組態以控制該光電轉換單元中所累積之一電荷之一轉移)作為一單位像素形成於一井上，其中該光電轉換單元連接至該像素區域之一井電位，且該像素區域之該井電位設定為一負電位。
一周邊電路區域(其中形成一電路，將該電荷作為來自該單位像素之一信號傳輸至該電路)可進一步包含於該像素區域外之一區域中，其中該像素區域之該井電位可經設定使得該像素區域之該井電位低於該周邊電路區域之井電位。
一電路(其包含該光電轉換單元及該電晶體)之一電力供應電位可經組態使得其等於該周邊電路區域中之該電路之電力供應電位。
該電路可包含一類比轉數位(A/D)轉換單元，其經組態以執行自該單位像素傳輸之該信號之A/D轉換。
可包含彼此疊置或堆疊之複數個半導體基板，其中該像素區域及該周邊電路區域可分別形成於該等半導體基板上。
一負電位產生單元(其經組態以產生該像素區域之該井電位)可進一步包含於該周邊電路區域中。
該光電轉換單元可包含：一光二極體，其連接至該像素區域之該井電位；一讀出電晶體，其經組態以控制自該光二極體之讀出；一重設電晶體，其經組態以重設浮動擴散區域，將自該光二極體讀取之一電荷轉移至該浮動擴散區域；一放大器電晶體，其經組態以放大該浮動擴散區域之一電位；及一選擇電晶體，其經組態以控制自該放大器電晶體輸出之一信號之一轉移。
當切斷該讀出電晶體時，該讀出電晶體之一閘極電位可經設定使得該閘極電位低於該像素區域之該井電位。
一負電位產生單元(其經組態以在該切斷讀出電晶體時產生該閘極電位)可包含於該周邊電路區域中。
本發明之一成像裝置包含：一成像元件，其包含一像素區域，其中一光電轉換單元(其經組態以對入射光進行光電轉換)及一電晶體(其經組態以控制該光電轉換單元中所累積之一電荷之一轉移)作為一單位像素形成於一井上，該光電轉換單元可連接至該像素區域之井電位，其中該像素區域之該井電位可設定為或依其他方式組態為一負電位；及一影像處理單元，其經組態以執行一物體之一影像之影像處理。
在本發明之一態樣中，在一成像元件中，一光電轉換單元(其經組態以對入射光進行光電轉換)及一電晶體(其經組態以控制該光電轉換單元中所累積之一電荷之一轉移)作為一單位像素形成於一像素區域中之一井上。該光電轉換單元連接至該像素區域之一井電位且該像素區域之該井電位設定為一負電位。
在本發明之另一態樣中，在一成像裝置中，一光電轉換單元(其經組態以對入射光進行光電轉換)及一電晶體(其經組態以控制該光電 轉換單元中所累積之一電荷之一轉移)作為一單位像素形成於一像素區域中之一井上。該光電轉換單元連接至該像素區域之一井電位且該像素區域之該井電位設定為一負電位。該像素區域中所獲取之一物體之一影像可經受進一步影像處理。
本發明之又一態樣提供一種成像元件。該成像元件可包含：一光電轉換單元，其形成於一像素區域中且經組態以將光轉換為電荷；及一電晶體，其形成於該像素區域中且經組態以自該光電轉換單元轉移電荷。該光電轉換單元可連接至具有一負電位之該像素區域之一井。
本發明之又一態樣提供一種成像裝置。該成像裝置可包含：一光學單元，其具有一或多個透鏡；一類比轉數位轉換器單元；及一影像感測器單元，其包含形成於一像素區域中且配置成二維矩陣之複數個單位像素。該複數個單位像素之各單位像素可包含：一光電轉換單元，其形成於該像素區域中且經組態以將光轉換為電荷；及一電晶體，其形成於該像素區域中且經組態以自該光電轉換單元轉移電荷。該光電轉換單元可連接至具有一負電位之該像素區域之一井。
本發明之又一態樣提供一種成像元件。該成像元件可包含：一光電轉換單元，其連接至具有一負電位之一像素區域之一井且經組態以將光轉換為電荷；一浮動擴散區域，其經組態以根據自該光電轉換單元轉移之電荷量而產生一電壓；一重設電晶體，其經組態以使該浮動擴散區域中所累積之電荷量初始化；一讀出電晶體，其經組態以將電荷自該光電轉換單元轉移至該浮動擴散區域；一負電壓產生器；及一開關，其中在一第一組態中，該開關將該讀出電晶體之一閘極電連接至一共同電力供應電位，且在一第二組態中，該開關將該讀出電晶體之該閘極電連接至由該負電壓產生器提供之一負電位，該負電位小於該共同電力供應電位及該像素區域之該負電位。
根據本發明之一實施例，可處理一信號。另外，根據本發明之一實施例，可改良解析度及/或影像獲取時間。
10‧‧‧成像元件/單位像素
11‧‧‧像素單元
12‧‧‧放大器單元
13‧‧‧讀出單元
20‧‧‧成像元件
21‧‧‧光二極體(PD)
22‧‧‧讀出電晶體
22A‧‧‧讀出電晶體之井電位
23‧‧‧重設電晶體
23A‧‧‧重設電晶體之井電位
24‧‧‧放大器電晶體
24A‧‧‧放大器電晶體之井電位
25‧‧‧選擇電晶體
25A‧‧‧選擇電晶體之井電位
26‧‧‧電流源
27‧‧‧類比轉數位轉換器(ADC)
28‧‧‧負電壓產生單元
29‧‧‧開關
100‧‧‧成像元件
101‧‧‧像素單元
102‧‧‧放大器單元
103‧‧‧讀出單元
104‧‧‧負電壓產生單元
200‧‧‧成像元件
211‧‧‧光二極體(PD)
212‧‧‧讀出電晶體
212A‧‧‧讀出電晶體之井電位
213‧‧‧重設電競體
213A‧‧‧重設電晶體之井電位
214‧‧‧放大器電晶體
214A‧‧‧放大器電晶體之井電位
215‧‧‧選擇電晶體
215A‧‧‧選擇電晶體之井電位
216‧‧‧電流源
217‧‧‧類比轉數位轉換器(ADC)
218‧‧‧負電壓產生單元
219‧‧‧開關
300‧‧‧成像元件
301‧‧‧層疊晶片
301A‧‧‧像素區域
301B‧‧‧通孔(VIA)
302‧‧‧層疊晶片
302A‧‧‧周邊電路區域
302B‧‧‧通孔(VIA)
311‧‧‧光二極體(PD)
312‧‧‧讀出電晶體
313‧‧‧重設電晶體
314‧‧‧放大器電晶體
315‧‧‧選擇電晶體
316‧‧‧電流源
317‧‧‧類比轉數位轉換器(ADC)
318‧‧‧負電壓產生單元
600‧‧‧成像裝置
611‧‧‧光學單元
612‧‧‧CMOS感測器
613‧‧‧類比轉數位(A/D)轉換器
614‧‧‧操作單元
615‧‧‧控制單元
616‧‧‧影像處理單元
617‧‧‧顯示單元
618‧‧‧編解碼處理單元
619‧‧‧記錄單元
621‧‧‧成像元件
FD‧‧‧浮動擴散區域
PD‧‧‧光二極體
Qs‧‧‧飽和電子數目
RST‧‧‧重設脈衝
SEL‧‧‧選擇脈衝
VIA‧‧‧通孔
VRL‧‧‧低電位參考電壓
VSL‧‧‧垂直信號線
圖1係繪示一成像元件之一主組態實例的一視圖。
圖2係繪示成像元件之一不同組態實例的一視圖。
圖3係繪示各種電位之一實例的一視圖。
圖4係繪示圖3之一情況中之電位之一實例的一視圖。
圖5係繪示各種電位之一不同實例的一視圖。
圖6係繪示圖5之一情況中之電位之一實例的一視圖。
圖7係繪示成像元件之一不同組態實例的一視圖。
圖8係繪示成像元件之一不同組態實例的一視圖。
圖9係繪示一負電壓產生單元之一實例的一視圖。
圖10係繪示負電壓產生單元之一不同實例的一視圖。
圖11係繪示各種電位之一不同實例的一視圖。
圖12係繪示圖11之一情況中之電位之一實例的一視圖。
圖13係繪示成像元件之一不同組態實例的一視圖。
圖14係繪示圖13之一情況中之一電路實例的一視圖。
圖15係繪示一成像裝置之一主組態實例的一視圖。
在下文中，將描述實施本發明之一模式(下文中指稱實施例)。應注意，將依下列順序進行描述。
1.降低電力供應電位
2.第一實施例(成像元件)
3.第二實施例(成像元件)
4.第三實施例(成像元件)
5.第四實施例(成像裝置)
<1.降低電力供應電位>
<降低電位及像素特性>
近年來，隨著生產技術改良，一電子器件、一資訊處理裝置及其類似者之各者變小且趨向於消耗更少電力；因此，(例如)用作其之一組成部分之一電子電路亦可較小且可消耗較少電力。類似地，可期望利用消耗較少電力之一成像元件。
圖1繪示一成像元件10之一實例性組態。如圖1中所繪示，在一成像元件10中，一像素單元11將入射光光電地轉換為一電信號且將此電信號提供至一放大器單元12。放大器單元12放大由像素單元11提供之該電信號且將該經放大之電信號提供至一讀出單元13。接著，讀出單元13可執行放大器單元12中所放大之該電信號之類比轉數位(A/D)轉換且讀取該經轉換之電信號作為影像資料。例如，像素單元11(其包含一光二極體、一電晶體或其類似者)及放大器單元12(其包含一電晶體或其類似者)作為一單位像素形成於一像素區域中。讀出單元13包含一A/D轉換單元或其類似者，且作為該像素區域之一周邊電路形成於該像素區域外之一區域(周邊電路區域)中。
如圖1中所繪示，像素單元11、放大器單元12及讀出單元13利用一共同電力供應電位及接地電位。即，像素單元11之接地(下文中亦指稱像素接地)之一電位(諸如一電壓電位)、放大器單元12之接地之一電位、及讀出單元13之接地之一電位(下文中亦指稱電路接地)係相同的或實質上類似的。
在此一組態之成像元件10中，具有A/D轉換單元或其類似者之放大器單元12及/或讀出單元13之電力消耗趨向於較大。因此，例如，當減小或依其他方式降低一電力供應電位(諸如一供應電壓)(降低該電位)以減少此等單元之電力消耗時，亦減小或依其他方式降低像素單 元11之電力供應電位且像素電壓範圍變窄。因此，極大地劣化一像素之一特性(諸如，飽和電子之數目Qs或電荷轉移之完全性)且可同樣地劣化成像元件10中之獲取影像資料之品質。
<使閘極電位變為一負電位>
順便而言，在諸如單位像素10之單位像素中，存在用於控制雜訊產生之一方法。在一實施例中，當切斷讀出電晶體時，可藉由將閘極電位(諸如閘極電壓)切換至一負電位(諸如一負電壓)而控制雜訊之產生，其中讀出電晶體控制自光二極體讀出電荷。
圖2中繪示成像元件之一部分之一實例性組態。如圖2中所繪示，在一成像元件20中，在一光二極體(PD)21中對來自一物體之入射光進行光電轉換且將該入射光累積為一電荷。一讀出電晶體22控制自光二極體21讀出一電荷。將透過讀出電晶體22而讀取之該電荷提供至一浮動擴散區域(FD)。一重設電晶體23重設浮動擴散區域。由一放大器電晶體24放大作為一信號之浮動擴散區域之一電荷，且透過一選擇電晶體25而將該電荷提供至一垂直信號線(VSL)。垂直信號線(VSL)透過一電流源26而連接至接地(下文中亦指稱電路接地)，且亦連接至一類比轉數位轉換器(ADC)27，ADC 27可位於一周邊電路中。透過垂直信號線而將由選擇電晶體25提供之一電信號提供至ADC 27且對其進行A/D轉換。接著，將經轉換之信號作為(例如)數位資料(像素資料)輸出至(例如)成像元件20之一外部部件。可由一開關29將讀出電晶體22之閘極電位切換至電力供應電位(當接通時)或低電位參考電壓(VRL)(當切斷時)。一負電壓產生單元28產生VRL之電位。
在一實施例中，光二極體21、讀出電晶體22、重設電晶體23、放大器電晶體24及選擇電晶體25作為一單位像素形成於像素區域中，而電流源26、ADC 27、負電壓產生單元28及開關29作為一周邊電路形成於像素區域外之一區域(亦指稱一周邊電路區域)中。
如圖2中所繪示，像素區域及周邊電路區域可具有一共同電力供應電位。光二極體21連接至其之像素接地之井電位、電流源26、ADC 27及負電壓產生單元28連接至其之電路接地之井電位、及像素區域之井電位(即，讀出電晶體22之井電位22A、重設電晶體23之井電位23A、放大器電晶體24之井電位24A、及選擇電晶體25之井電位25A)實質上相同。另外，當切斷讀出電晶體22時，開關29連接至其之VRL(即，切斷讀出電晶體22時之閘極電位)可與上述電位無關。
例如，如圖3中所繪示，負電壓產生單元28將VRL之一電位設定為一負電位，使得該電位低於電路接地及其類似者之電位。根據本發明之一實施例且如圖3中所繪示，將電力供應電位設定為2.7伏特且將像素接地、電路接地及井電位之各者設定為0伏特。另一方面，將低電壓參考電位VRL設定為-1.2伏特。依此一方式且如圖4中所繪示，藉由增大其中接通讀出電晶體22之一情況與其中切斷讀出電晶體22之一情況之間之一閘極電位差(例如，增大至3.9伏特)，可使光二極體21之飽和電子之數目Qs足夠大且可實現一電荷之一完全轉移。即，可控制影像品質之劣化。
然而，即使增大閘極電位，但當減小或依其他方式降低電力供應電位以減少放大器電晶體24、選擇電晶體25、電流源26及ADC 27及其類似者(例如電力消耗部件)之電力消耗時，可將電力供應電位減小至1.8伏特。如圖5中所繪示，減小接通讀出電晶體22時之情況與切斷讀出電晶體22時之情況之間之一閘極電位差且可使其變為(例如)3伏特。因此，如圖6中所繪示，光二極體21之飽和電子之數目Qs變小，且因此變得難以使飽和電子之數目Qs足夠大且實現一電荷之一完全轉移。即，會劣化影像品質。
<使光接收元件變為負電位>
專利文獻1揭示：將一光接收元件(其經組態以執行光電轉換)連 接至一負電力供應器而減少雜訊及執行低電壓驅動。然而，在專利文獻1中所描述之一組態中，由於接地電位係負的，所以一像素中之各電晶體之一操作特性自其中一光接收元件之接地電位係0伏特之一情況中之操作特性極大地改變。另外，由於像素區域之一井電位係0伏特，所以需要使用具有一負閘極切斷電壓之一緩衝型電晶體作為該像素中之各電晶體。因此，由於無法在該光接收元件之接地電位係0伏特時將一設計值用於一電晶體之一操作特性，所以當接地電位係負的時，需要利用一新設計，使得一或多個像素特性係最佳的。再者，利用等效於其中該光接收元件之接地電位係0伏特之一情況中之像素特性的一像素特性已不可行；因此，使像素特性及影像品質劣化。
<2.第一實施例>
<使像素區域之井電位變為負電位>
因此，根據本發明之實施例，成像元件包含一像素區域，其中一光電轉換單元(其對入射光進行光電轉換)及一電晶體(其控制該光電轉換單元中所累積之一電荷之轉移)作為一單位像素形成於一P型或N型井(即，形成於一基板區域中之一井)上。該光電轉換單元連接至該像素區域之井電位且該像素區域之該井電位設定為一負電位。據此，可控制一像素特性之劣化且減少電力消耗，同時控制影像品質之劣化。
另外，例如，此一成像元件可在該像素區域外之一區域中進一步包含一周邊電路區域，其中形成一電路(將一電荷作為來自該單位像素之一信號傳輸至該電路)且可將該像素區域之一井電位設定為低於該周邊電路區域之井電位的一電位。當該成像元件包含除該像素區域中之組態之外之一周邊電路時，藉由依此一方式設定各區域之井電位，即使當減小或依其他方式降低該周邊電路區域之電力供應電位與接地電位之間之一電位差時，仍可維持該像素區域之電力供應電位與 接地電位之間之一電位差。因此，可控制一像素特性之劣化且減少電力消耗，同時控制影像品質之劣化。
另外，在此一成像元件中，在其中難以將兩個區域之電力供應電位設計成彼此不同之一情況中，可將包含該光電轉換單元及該電晶體之該像素區域中之一電路之電力供應電位設定為實質上相同於該周邊電路區域中之一電路之電力供應電位的一電位。如上文所描述，藉由使兩個區域之電力供應電位相同且藉由將該像素區域之井電位(接地電位)設定為低於該周邊電路區域之井電位(接地電位)的一負電位，可使用光接收元件之接地電位係0伏特時之一組態設計值(諸如圖1之實例中之情況)且可進一步減少電力消耗同時控制影像品質之劣化。
根據本發明之一些實施例，此一成像元件可包含一A/D轉換單元(其經組態以執行自該單位像素傳輸之一信號之A/D轉換)作為該周邊電路區域中之一電路。當該成像元件包含諸如A/D轉換單元之一電路(其可消耗大量電力)作為一周邊電路時，減小或依其他方式降低電力供應電位進一步減少電力消耗。因此，利用上述組態且減少電力消耗同時控制影像品質之劣化變得重要。
另外，此一成像元件可在該周邊電路區域中進一步包含產生該像素區域之井電位的一負電位產生單元。藉由在該成像元件之一內部部件中產生該像素區域之井電位(負電位)而無需在該成像元件之一外部部件中產生一負電位。因此，在一電路(其中該成像元件包含一組態，其中光接收元件之接地電位係0伏特，諸如圖1之實例中之情況)中利用本發明應用於其之該成像元件變得可能。因此，改良該成像元件之多功能性且可更容易在該成像元件之一周邊中設計一電路，其可減少一相關聯之設計成本。
<成像元件>
圖7中繪示本發明應用於其之此一成像元件之一組態實例。圖7 中所繪示之成像元件100係一器件，其對自一物體傳輸之光進行光電轉換且輸出該經轉換之光作為影像資料。如圖7中所繪示，成像元件100包含一像素單元101、一放大器單元102、一讀出單元(A/D轉換單元)103及一負電壓產生器(諸如一負電壓產生單元104)。
根據本發明之實施例，像素單元101包含具有一光二極體、一電晶體及其類似者之一電路，且作為一單位像素形成於像素區域中。放大器單元102可包含具有一電晶體、一電流源及其類似者之一電路，且可形成於像素區域中及/或形成於像素區域外之一區域(周邊像素區域)中。讀出單元103一般包含具有一A/D轉換單元或其類似者之一電路，且可作為像素區域之一周邊電路形成於像素區域外之一區域(周邊電路區域)中。負電壓產生單元104可作為像素區域之一周邊電路形成於像素區域外之一區域(周邊電路區域)中。負電壓產生單元104可包含(例如)一電荷泵電路，如隨後將描述之圖9及/或圖10中所繪示；可由此一電荷泵電路產生一負電位。
如圖7中所繪示，像素單元101、放大器單元102、讀出單元103及負電壓產生單元104可包含一共同電力供應電位，亦稱為一共同電力供應電壓。另外，像素單元101可連接至像素接地，其係像素區域之一接地。放大器單元102、讀出單元(A/D轉換單元)103及負電壓產生單元104可連接至電路接地，其係位於像素區域外之區域(周邊電路區域)中之一接地。
像素單元101對來自一物體之入射光進行光電轉換且獲取一電荷。像素單元101讀取該電荷且將該讀取電荷提供至放大器單元102。放大器單元102放大由像素單元101提供之一電信號且將該放大電信號提供至讀出單元13。讀出單元103執行放大器單元102中所放大之該電信號之A/D轉換且讀取該轉換電信號作為影像資料。
負電壓產生單元104產生一負電位且將所產生之負電位提供至像 素接地。即，負電壓產生單元104產生一負電位作為像素接地之電位。負電壓產生單元104將像素接地及像素區域之各者之一井之電位(井電位)設定為低於電路接地及周邊電路區域之井電位的一負電位。
藉由形成此一組態，在成像元件100中，當減小或依其他方式降低電力供應電位時，亦可依此一類似方式且獨立於電路接地而減小或依其他方式降低像素接地之電位。因此，可提供一足夠電位差(諸如類似於未降低電力供應電位時之圖1中之電位差的一電位差)作為像素單元101之電力供應電位與像素接地之間之一電位差。據此，亦可控制一像素之一特性(諸如飽和電子之數目Qs及/或電荷轉移之完全性)之劣化。即，成像元件100可減少電力消耗，同時控制影像品質之劣化。
另外，類似於像素接地之井電位，亦可減小或依其他方式降低像素區域之井電位。因此，電力供應電位與接地電位或井電位之間之一電位差可類似於其中未降低電力供應電位之情況。即，各元件之操作電位可經移位使得其包含減小電位。因此，各元件(諸如形成於像素單元101中之一電晶體或一光二極體)之一操作特性可類似於未減小或依其他方式降低電力供應電位時之圖1中之成像元件10之操作特性。即，藉由將圖1中之成像元件10之像素單元11之一設計值用於成像元件100之像素單元101，像素單元101之像素特性可類似於像素單元11之像素特性。因此，可在利用成像元件100時減少開發成本、開發時間及其類似者。另外，成像元件100可減少電力消耗，同時控制影像品質之劣化。
<3.第二實施例>
<成像元件>
在成像元件中，光電轉換單元可包含連接至像素區域之井電位的一光二極體，且電晶體可包含：一讀出電晶體，其控制來自該光二 極體之一讀出；一重設電晶體，其重設一浮動擴散區域，將一電荷自該光二極體讀取至該浮動擴散區域；一放大器電晶體，其放大該浮動擴散區域之一電位；及一選擇電晶體，其控制自該放大器電晶體輸出之一信號之一轉移。
如圖2之實例中所繪示，當切斷讀出電晶體時，可將閘極電位設定為低於像素區域之井電位的一電位。據此，當減小或依其他方式降低電力供應電位時，接通讀出電晶體時之閘極電位與切斷讀出電晶體時之閘極電位之間之一閘極電位差可較大。即，切斷讀出電晶體時之讀出電晶體之閘極之電位與接通讀出電晶體時之讀出電晶體之閘極之電位之間之差值可較大。因此，可控制雜訊之產生及影像品質之劣化。
圖8繪示一成像元件之一部分之一組態實例。類似於成像元件100，圖8中所繪示之一成像元件200係一器件，其對來自一物體之光進行光電轉換且輸出該經轉換之光作為影像資料。如圖8中所繪示，成像元件200在一像素區域中包含一光二極體211、一讀出電晶體212、一重設電競體213、一放大器電晶體214及一選擇電晶體215作為一單位像素。另外，成像元件200包含一電流源216、一ADC 217、一負電壓產生單元218及一開關219作為該像素區域外之一區域(周邊電路區域)中之一周邊電路。
光二極體(PD)211將所接收之光光電地轉換為一光電荷(例如一光電子)(其數量對應於所接收光之數量)且累計該光電荷。光二極體211之一陽極電極連接至像素區域之接地(像素接地)且其之一陰極電極透過讀出電晶體212而連接至一浮動擴散區域(FD)。
讀出電晶體212控制自光二極體211讀出一光電荷。讀出電晶體212之一汲極電極連接至浮動擴散區域且其之一源極電極連接至光二極體211之一陰極電極。另外，讀出電晶體212之一閘極電極連接至開 關219且閘極電位由開關219控制。當讀出電晶體212之閘極電位使得讀出電晶體212被切斷時，不執行自光二極體211讀出光電荷，即，使光電荷累積於光二極體211中。當讀出電晶體212之閘極電位使得讀出電晶體212被接通時，讀取光二極體211中所累積之光電荷且將其提供至浮動擴散區域。
重設電晶體213重設浮動擴散區域之電位。重設電晶體213之一汲極電極連接至電力供應電位且其之一源極電極連接至浮動擴散區域。另外，透過一重設線(圖中未繪示)而將一重設脈衝(RST)提供至重設電晶體213之閘極電極。當切斷重設電晶體213時，使浮動擴散區域與電力供應電位分離。當將重設脈衝(RST)提供至重設電晶體213之閘極電極時，接通重設電晶體213。藉由使浮動擴散區域中之一電荷放電至電力供應電位而重設浮動擴散區域。
放大器電晶體214放大浮動擴散區域(FD)中之一電位電荷且輸出該放大電荷作為一電信號(類比信號)。放大器電晶體214之一閘極電極連接至浮動擴散區域(FD)，放大器電晶體214之一汲極電極連接至電力供應電位，且放大器電晶體之一源極電極連接至選擇電晶體215之一汲極電極。例如，放大器電晶體214將由重設電晶體214重設之浮動擴散區域(FD)之一電位作為一重設信號(重設位準)輸出至選擇電晶體215。放大器電晶體214將浮動擴散區域(FD)(將一光電荷自讀出電晶體212轉移至浮動擴散區域(FD))之電位作為一光累積信號(信號位準)輸出至選擇電晶體215。
選擇電晶體215控制由放大器電晶體214提供之電信號輸出至垂直信號線(VSL)。選擇電晶體215之汲極電極連接至放大器電晶體214之源極電極且選擇電晶體215之一源極電極連接至垂直信號線(VSL)。另外，透過一選擇線(圖中未繪示)而將一選擇脈衝(SEL)提供至選擇電晶體215之一閘極電極。當切斷選擇電晶體215時，使放大器電晶體 214及垂直信號線(VSL)彼此電分離。因此，在此狀態中，未自單位像素輸出一信號。當將選擇脈衝(SEL)提供至閘極電極時，接通選擇電晶體215且選擇單位像素。即，放大器電晶體214及垂直信號線(VSL)彼此電連接且將自一放大器電晶體214輸出之一信號作為單位像素之一信號提供至垂直信號線(VSL)。
圖8中繪示一單位像素之一組態。然而，可將複數個單位像素配置於像素區域中。可依一任意方式配置該複數個單位像素；然而，更可能將該複數個單位像素配置成二維矩陣。垂直信號線(VSL)係一信號線，其將自像素區域中之該複數個單位像素中之一指定行中之一單位像素輸出之一信號傳輸至ADC 217。垂直信號線VSL連接至該指定派單位像素中之一選擇電晶體215之一源極電極、一電流源216及一ADC 217。
電流源216指示連接至垂直信號線(VSL)之一周邊電路之一負載。電流源216連接至垂直信號線(VSL)及周邊電路之接地(電路接地)。
ADC 217執行由各單位像素透過垂直信號線(VSL)而提供之一信號之A/D轉換且在後續階段中將數位資料輸出至一處理單元(圖中未繪示)或輸出至成像元件200之一外部部件。ADC 217連接至垂直信號線(VSL)。另外，ADC 217連接至電力供應電位及電路接地且可由自電力供應電位及電路接地獲取之電力驅動。
類似於負電壓產生單元104(圖7)，負電壓產生單元218或負電壓產生器產生用於像素接地之一負電位且將該負電位作為像素接地提供至各單位像素。可將提供至單位像素之各者之該負電位視為一第一負電位。另外，負電壓產生單元218產生除用於像素接地之負電位之外之用於低電壓參考電位VRL之一負電位且將該負電位作為低電壓參考電位VRL提供至一像素掃描單元(圖中未繪示)以控制各單位像素之一 操作。可將用於低電壓參考電位VRL之該負電位視為一第二負電位。負電壓產生單元218可連接至電力供應電位及電路接地且可由自電力供應電位及電路接地獲取之電力驅動。電力供應電位大於低電壓參考電位VRL、像素接地及電路接地。
類似於負電壓產生單元104，負電壓產生單元218可包含一電荷泵電路且可使用該電荷泵電路來產生一負電位。圖9中繪示該電荷泵電路之一實例。應注意，在圖9之一實例中，將該電荷泵電路之級數繪示為1，但該電荷泵電路之級數可大於1。例如，可存在圖10之一實例中所繪示之兩個級，或可存在三個或三個以上級。藉由增加該電荷泵電路之級數，負電壓產生單元218可產生一更大負電位。
負電壓產生單元218可包含用於產生像素接地之一負電位(諸如一負電壓)之一電荷泵電路及用於產生VRL之一負電位之一電荷泵電路。即，產生像素接地之一負電位之該電荷泵電路可不同於產生VRL之一負電位之該電荷泵電路。替代地或另外，產生像素接地之一負電位之該電荷泵電路可相同於產生VRL之一負電位之該電荷泵電路；在此一例項中，電荷泵可產生複數個負電位。
像素接地之電位(像素接地電位)及像素區域中之一井之電位(井電位)係相同的。即，類似於像素接地電位，將讀出電晶體212之井電位212A、重設電晶體213之井電位213A、放大器電晶體214之井電位214A及選擇電晶體215之井電位215A設定為由負電壓產生單元218產生之負電位。換言之，負電壓產生單元218將所產生之負電位提供至像素接地電位及像素區域之井電位且將此一電位進一步設定為負電位。
像素掃描單元形成於像素區域外之一區域(周邊電路區域)中且(例如)藉由將重設脈衝(RST)、選擇脈衝(SEL)或其類似者提供至各單位像素而控制各單位像素之一操作(諸如，讀出電荷)。另外，像素掃 描單元包含開關219且將藉由切換開關219之一連接而控制讀出電晶體212之一操作的一讀出脈衝提供至讀出電晶體212之閘極電極。
開關219作為一像素掃描單元形成於像素區域外之區域(周邊電路區域)中，且係切換或選擇讀出電晶體212之閘極電極之一連接目標的一元件。開關219將讀出電晶體212之閘極電極連接至電力供應電位或低電壓參考電位VRL。將VRL設定為由負電壓產生單元218產生之負電位。當開關219將讀出電晶體212之閘極電極連接至電力供應電位時，接通讀出電晶體212。另外，當開關219將讀出電晶體212之閘極電極連接至VRL時，切斷讀出電晶體212。
應注意，類似於圖2中之負電壓產生單元28，負電壓產生單元218設定低電壓參考電位VRL(即，切斷讀出電晶體時之讀出電晶體之閘極電位)，使得讀出電晶體之閘極電位低於像素接地電位(即，像素區域之井電位)。例如且類似於成像元件20，在成像元件200中，像素接地電位經設定使得接通讀出電晶體212時之閘極電位與切斷讀出電晶體22時之閘極電位之間之一閘極電位差較大。因此，相較於成像元件100，光二極體211之飽和電子之數目Qs可足夠大且可實現一電荷之一完全轉移。即，可控制影像品質之劣化。
另外，類似於負電壓產生單元104(圖7)，負電壓產生單元218設定或產生像素接地電位(即，像素區域之井電位)，使得像素接地電位低於電路接地電位。因此，將VRL設定為顯著低於像素接地電位。
因此，當減小或依其他方式降低電力供應電位時，依圖11中所繪示之一方式，為減少放大器電晶體214、選擇電晶體215、電流源216、ADC 217及其類似者(電力消耗部件)之電力消耗，負電壓產生單元218將像素接地電位設定為-0.9伏特且將VRL設定為-2.1伏特。即，類似於電力供應電位般減小或依其他方式降低像素接地及VRL。因此，類似於圖3之情況，可使接通讀出電晶體212時之閘極電位與切斷 讀出電晶體212時之閘極電位之間之一閘極電位差維持為3.9伏特，且因此可維持一足夠大電位差。即，如圖12中所繪示，成像元件200經組態使得光二極體211之飽和電子之數目Qs足夠大(類似於圖4之情況)，且因此可實現一電荷之一完全轉移。因此，成像元件200可減少電力消耗，同時控制影像品質之劣化。
應注意，在此一情況中且類似於成像元件100，亦可類似於像素接地般減小或依其他方式降低像素區域之井電位。因此，電力供應電位與接地電位或井電位之間之電位差可類似於其中未減小或依其他方式降低電力供應電位之情況。即，各元件之操作電位可經移位使得其包含降低電位或降低電壓。因此，各元件(諸如像素區域中之光二極體211、讀出電晶體212、重設電晶體213及選擇電晶體215)之一操作特性可類似於圖2中之成像元件20之情況之操作特性，其中未減小或依其他方式降低電力供應電位。即，藉由將圖2中之成像元件20之各元件之一設計值用於成像元件200之各元件，成像元件200之一像素特性可類似於成像元件20之像素特性。因此，可在利用成像元件200時減少開發成本、開發時間及其類似者。另外，成像元件200可減少電力消耗，同時控制影像品質之劣化。
<4.第三實施例>
<成像元件>
本發明應用於其之成像元件可包含彼此疊置或堆疊之複數個半導體基板。另外，一像素區域及一周邊電路區域可分別形成於該等半導體基板上。
圖13繪示本發明應用於其之成像元件之一實例之一組態。類似於成像元件100及成像元件200，圖13中所繪示之一成像元件300使一物體成像且獲取對應影像之數位資料。如圖13中所繪示，成像元件300包含彼此疊置之兩個半導體基板(層疊晶片301及層疊晶片302)。 應注意，半導體基板(層疊晶片)之層數可大於2且可(例如)大於等於3。
在層疊晶片301(亦指稱像素晶片)中，形成一像素區域301A，其中複數個單位像素各包含一光電轉換元件以對入射光進行光電轉換。可依一任意方式配置該複數個單位像素；然而，更可能將該複數個單位像素配置成二維矩陣。另外，在層疊晶片302中，形成一周邊電路區域302A，其可包含處理自像素區域301A讀取之一像素信號之一周邊電路。
如上文所描述，層疊晶片301及層疊晶片302彼此疊置且形成一多層結構(層疊結構)。即，層疊晶片301及層疊晶片302可經堆疊以形成一多層結構。層疊晶片301中所形成之像素區域301A中之各像素及層疊晶片302中所形成之周邊電路區域302A中之一電路藉由一通孔(VIA)或其類似者(其形成於一VIA 301B及一VIA 302B之各者中)而彼此電連接。
圖14繪示成像元件300之一電路之一組態之一實例。如圖14中所繪示，可類似於成像元件200般組態成像元件300。類似於光二極體211之一光二極體311、類似於讀出電晶體212之一讀出電晶體312、類似於重設電晶體213之一重設電晶體313、類似於放大器電晶體214之一放大器電晶體314、及類似於選擇電晶體215之一選擇電晶體315作為一單位像素形成於層疊晶片(像素晶片)301之像素區域301A中。圖14中繪示一單位像素之一組態。然而，可依一預定配置將複數個單位像素配置於像素區域301A中。例如，可將該複數個單位像素配置成二維矩陣。
另外，類似於電流源216之一電流源316、類似於ADC 217之一ADC 317、及類似於負電壓產生單元218之一負電壓產生單元318形成於層疊晶片(電路晶片)302之周邊電路區域302A中。負電壓產生器(諸 如一負電壓產生單元318)產生一負電位且將該負電位作為像素接地或井電位提供至層疊晶片301中之像素區域301A。
據此，成像元件300、像素區域301A(單位像素)及周邊電路區域302A(周邊電路)分別形成於層疊晶片上。因此，可藉由獨立地設定各層疊晶片之井電位而實現上述成像元件100或成像元件200之一組態。
例如，在一半導體基板中，形成一像素區域及該像素區域外之一區域(諸如周邊電路區域)且此等區域中之一井電位係不同的，如上文所描述。例如，像素接地電位及電路接地電位彼此不同。據此，需要在一半導體基板中形成具有不同井電位之複數個區域；因此，設計及生產此一半導體基板會較困難。
另一方面且如由成像元件300所繪示，藉由在層疊晶片上分別形成一像素區域及該像素區域外之一區域(諸如周邊電路區域)，該等層疊晶片之各者中之一井電位可經組態使得該井電位在該像素區域及該像素區域外之該區域(諸如周邊電路區域)中係共同的。因此，設計及生產此一組態可較容易。
應注意，在圖14之實例中，負電壓產生單元318亦可依類似於成像元件200之VRL之設定方式的一方式設定VRL。在此一情況中，開關219(像素掃描單元)可形成於層疊晶片302、層疊晶片301或一不同層疊晶片中。
<5.第四實施例>
<成像裝置>
本發明之應用不限於為一成像元件。例如，本發明可應用於一裝置及/或電子器件，諸如一成像裝置，其包含一成像元件。圖15係繪示一成像裝置之一組態的一方塊圖，該成像裝置係本發明應用於其之一電子器件之一實例。圖15中所繪示之一成像裝置600可為一裝 置，其使一物體成像且輸出該物體之一影像作為一電信號。
如圖15中所繪示。成像裝置600可包含(但不限於)一光學單元611、一CMOS感測器612、一A/D轉換器613、一操作單元614、一控制單元615、一影像處理單元616、一顯示單元617、一編解碼處理單元618及一記錄單元619。
光學單元611包含：一透鏡，其用於調整物體之一焦點且自一聚焦位置收集光；一光圈，其用於調整曝光；一快門，其用於控制與影像相關聯之一時序、及其類似者。光學單元611傳輸來自物體之光(入射光)且將該光提供至CMOS感測器612。
CMOS感測器612對入射光進行光電轉換且將各像素之一信號(像素信號)提供至A/D轉換器613。
A/D轉換器613將可由CMOS感測器612依一預定時序提供之像素信號轉換為數位信號(影像資料)且依一預定時序將該數位信號連續提供至影像處理單元616。
CMOS感測器612及A/D轉換器613可整合為或依其他方式形成為一單一模組，諸如一成像元件621(成像單元)。替代地或另外，CMOS感測器612及A/D轉換器613可形成為單獨模組。
操作單元614包含(例如)一微動轉盤(TM)、一鍵、一按鈕及/或一觸控面板。操作單元614接收由一使用者執行之一操作輸入且將對應於該操作輸入之一信號提供至控制單元615。
基於對應於操作輸入之信號(其由使用者通過操作單元614而輸入)，控制單元615控制光學單元611、CMOS感測器612、A/D轉換器613、影像處理單元616、顯示單元617、編解碼處理單元618及記錄單元619之驅動，且引起各單元執行與成像相關之處理。
影像處理單元616執行藉由成像而獲取之影像資料之影像處理。明確言之，影像處理單元616對由A/D轉換器613(成像元件621)提供 之影像資料執行各種影像處理功能，諸如色彩混合校正、黑色位準校正、白色平衡調整、去馬賽克處理、矩陣處理、伽瑪校正或YC轉換。影像處理單元616將對其執行影像處理之影像資料提供至顯示單元817及編解碼處理單元618。
顯示單元617組態為(例如)一液晶顯示器，且基於由影像處理單元616提供之影像資料而顯示物體之一影像。
編解碼處理單元618對由影像處理單元616提供之影像資料執行一預定方法之編碼處理，且將所獲取之編碼資料提供至記錄單元619。
記錄單元619記錄來自編解碼處理單元618之編碼資料。由影像處理單元616根據需要讀取及解碼記錄單元619中所記錄之編碼資料。 將藉由解碼處理而獲取之影像資料提供至顯示單元817且顯示一對應影像。
可將本發明之上述技術應用為成像元件621，其包含上述成像裝置600之CMOS感測器612及A/D轉換器613。即，可使用上述實施例之成像元件。據此，成像元件621可減少電力消耗，同時控制影像品質之劣化。因此，藉由使一物體成像，成像裝置600可獲取高影像品質之一影像，同時控制電力消耗增加。
應注意，本發明應用於其之成像裝置之一組態不限於為上述組態，而是可為一不同組態。例如，成像裝置不僅可為一數位靜態相機或一視訊攝影機，且可為包含一成像功能之一資訊處理裝置，諸如一行動電話、一智慧型電話、一平板器件及/或一個人電腦。另外，成像裝置可為藉由耦合(或作為內建式器件嵌入)至一不同資訊處理裝置而使用之一相機模組。
另外，可劃分在以上描述中描述為一個裝置(或處理單元)之一組態且可將其組態為複數個裝置(或處理單元)。替代地，可將在上文中 描述為複數個裝置(或處理單元)之一組態整合及組態為一個裝置(或處理單元)。另外，可將除上文已描述之組態之外之一組態新增至各裝置(或各處理單元)之一組態。再者，某一裝置(或處理單元)之一組態之一部分可包含於一不同裝置或不同處理單元之一組態中，只要作為一整體之一系統之一組態或一操作係實質上相同的。
在以上描述中，已參考附圖來詳細描述本發明之一較佳實施例。然而，本發明之技術範疇不受限於上述實例。雖然已結合大量實施例而描述此等實施例，但顯而易見地，一般技術者將明白或明白諸多替代、修改及變動。據此，意欲涵蓋包含申請專利範圍之本發明之精神及範疇內之所有此等替代、修改、等效物及變動。
應注意，本發明可包含下列組態。
(1)一種成像元件，其包括：一光電轉換單元，其形成於一像素區域中且經組態以將光轉換為電荷；及一電晶體，其形成於該像素區域中且經組態以自該光電轉換單元轉移電荷，其中該光電轉換單元連接至具有一負電位之該像素區域之一井。
(2)如(1)之成像元件，其進一步包括一開關，其中在一第一組態中，該開關將該電晶體之一閘極連接至一電力供應電位，且在一第二組態中，該開關將該電晶體之該閘極連接至除該像素區域之該負電位之外之一負電位。
(3)如(1)或(2)之成像元件，其中該像素區域之該負電位介於該電晶體之該閘極之一負電位與該電力供應器之一電位之間。
(4)如(1)至(3)中任一項之成像元件，其進一步包括一負電壓產生器，該負電壓產生器經組態以提供該像素區域之該負電位。
(5)如(4)之成像元件，其中該負電壓產生器連接至一電路接地， 該電路接地具有不同於該電晶體之該閘極之該負電位及該電力供應器之該電壓的一電位。
(6)如(1)至(5)中任一項之成像元件，其進一步包括：一浮動擴散區域，其經組態以根據自該光電轉換單元轉移之電荷量而產生一電壓；一重設電晶體，其組態以重設該浮動擴散區域；及一放大器電晶體，其連接至該浮動擴散區域及一像素信號線，其中該放大器電晶體經組態以放大該浮動擴散區域之一電位。
(7)如(6)之成像元件，其中該電晶體、該重設電晶體及該放大器電晶體之一或多者之該井連接至具有該負電位之該像素區域。
(8)如(1)至(7)中任一項之成像元件，其中該電晶體之該井連接至具有該負電位之該像素區域。
(9)如(1)至(8)中任一項之成像元件，其進一步包括：一周邊電路區域，其具有不同於該像素區域之該井之該電位的一井電位，其中該周邊電路區域包含提供該像素區域之該負電位的一負電壓產生器。
(10)如(9)之成像元件，其中該像素區域形成於一第一半導體基板中且該周邊電路區域形成於一第二半導體基板中。
(11)如(10)之成像元件，其中該第一半導體基板及該第二半導體基板形成一多層結構。
(12)一種電子裝置，其包括：一光學單元，其具有一或多個透鏡；一類比轉數位轉換器單元；及一影像感測器單元，其包含形成於一像素區域中且配置成一個二維矩陣之複數個單位像素，其中該複數個單位像素之各單位像素包含： 一光電轉換單元，其形成於該像素區域中且經組態以將光轉換為電荷；及一電晶體，其形成於該像素區域中且經組態以自該光電轉換單元轉移電荷，其中該光電轉換單元連接至具有一負電位之該像素區域之一井。
(13)如(12)之電子裝置，其進一步包括一開關，其中在一第一組態中，該開關將該電晶體之一閘極連接至一電力供應電位，且在一第二組態中，該開關將該電晶體之該閘極連接至除該像素區域之該負電位之外之一負電位。
(14)如(12)或(13)之電子裝置，其中該像素區域之該負電位介於該電晶體之該閘極之一負電位與該電力供應器之一電位之間。
(15)如(12)至(14)中任一項之電子裝置，其進一步包括一負電壓產生器，該負電壓產生器經組態以提供該像素區域之該負電位。
(16)如(15)之電子裝置，其中該負電壓產生器連接至一電路接地，該電路接地具有不同於該電晶體之該閘極之該負電位及該電力供應器之該電壓的一電位。
(17)如(12)至(16)中任一項之電子裝置，其進一步包括：一浮動擴散區域，其經組態以根據自該光電轉換單元轉移之電荷量而產生一電壓；一重設電晶體，其組態以重設該浮動擴散區域；及一放大器電晶體，其連接至該浮動擴散區域及一像素信號線，其中該放大器電晶體經組態以放大該浮動擴散區域之一電位。
(18)如(17)之電子裝置，其中該電晶體、該重設電晶體及該放大器電晶體之一或多者之該井連接至具有該負電位之該像素區域。
(19)如(12)至(18)中任一項之電子裝置，其中該電晶體之該井連接至具有該負電位之該像素區域。
(20)一種成像元件，其包括：一光電轉換單元，其連接至具有一負電位之一像素區域之一井且經組態以將光轉換為電荷；一浮動擴散區域，其經組態以根據自該光電轉換單元轉移之電荷量而產生一電壓；一重設電晶體，其經組態以使該浮動擴散區域中所累積之電荷量初始化；一讀出電晶體，其經組態以將電荷自該光電轉換單元轉移至該浮動擴散區域；一負電壓產生器；及一開關，其中在一第一組態中，該開關將該讀出電晶體之一閘極電連接至一共同電力供應電位，且在一第二組態中，該開關將該讀出電晶體之該閘極電連接至由該負電壓產生器提供之一負電位，該負電位小於該共同電力供應電位及該像素區域之該負電位。
100‧‧‧成像元件
101‧‧‧像素單元
102‧‧‧放大器單元
103‧‧‧讀出單元
104‧‧‧負電壓產生單元

Claims (20)

  1. 一種成像元件，其包括：一光電轉換單元，其形成於一像素區域中且經組態以將光轉換為電荷；及一電晶體，其形成於該像素區域中且經組態以自該光電轉換單元轉移電荷，其中該光電轉換單元連接至具有一負電位之該像素區域之一井。
  2. 如請求項1之成像元件，其進一步包括一開關，其中在一第一組態中，該開關將該電晶體之一閘極連接至一電力供應電位，且在一第二組態中，該開關將該電晶體之該閘極連接至除該像素區域之該負電位之外之一負電位。
  3. 如請求項2之成像元件，其中該像素區域之該負電位介於該電晶體之該閘極之一負電位與該電力供應器之一電位之間。
  4. 如請求項2之成像元件，其進一步包括一負電壓產生器，該負電壓產生器經組態以提供該像素區域之該負電位。
  5. 如請求項4之成像元件，其中該負電壓產生器連接至一電路接地，該電路接地具有不同於該電晶體之該閘極之該負電位及該電力供應器之電壓的一電位。
  6. 如請求項2之成像元件，其進一步包括：一浮動擴散區域，其經組態以根據自該光電轉換單元轉移之電荷量而產生一電壓；一重設電晶體，其經組態以重設該浮動擴散區域；及一放大器電晶體，其連接至該浮動擴散區域及一像素信號線，其中該放大器電晶體經組態以放大該浮動擴散區域之一電位。
  7. 如請求項6之成像元件，其中該電晶體、該重設電晶體及該放大器電晶體之一或多者之該井連接至具有該負電位之該像素區域。
  8. 如請求項1之成像元件，其中該電晶體之該井連接至具有該負電位之該像素區域。
  9. 如請求項1之成像元件，其進一步包括：一周邊電路區域，其具有不同於該像素區域之該井之該電位的一井電位，其中該周邊電路區域包含提供該像素區域之該負電位的一負電壓產生器。
  10. 如請求項9之成像元件，其中該像素區域形成於一第一半導體基板中且該周邊電路區域形成於一第二半導體基板中。
  11. 如請求項10之成像元件，其中該第一半導體基板及該第二半導體基板形成一多層結構。
  12. 一種電子裝置，其包括：一光學單元，其具有一或多個透鏡；一類比轉數位轉換器單元；及一影像感測器單元，其包含形成於一像素區域中且配置成一個二維矩陣之複數個單位像素，其中該複數個單位像素之各單位像素包含：一光電轉換單元，其形成於該像素區域中且經組態以將光轉換為電荷；及一電晶體，其形成於該像素區域中且經組態以自該光電轉換單元轉移電荷，其中該光電轉換單元連接至具有一負電位之該像素區域之一井。
  13. 如請求項12之電子裝置，其進一步包括一開關，其中在一第一組態中，該開關將該電晶體之一閘極連接至一電力供應電位， 且在一第二組態中，該開關將該電晶體之該閘極連接至除該像素區域之該負電位之外之一負電位。
  14. 如請求項13之電子裝置，其中該像素區域之該負電位介於該電晶體之該閘極之一負電位與該電力供應器之一電位之間。
  15. 如請求項13之電子裝置，其進一步包括一負電壓產生器，該負電壓產生器經組態以提供該像素區域之該負電位。
  16. 如請求項15之電子裝置，其中該負電壓產生器連接至一電路接地，該電路接地具有不同於該電晶體之該閘極之該負電位及該電力供應器之電壓的一電位。
  17. 如請求項13之電子裝置，其進一步包括：一浮動擴散區域，其經組態以根據自該光電轉換單元轉移之電荷量而產生一電壓；一重設電晶體，其經組態以重設該浮動擴散區域；及一放大器電晶體，其連接至該浮動擴散區域及一像素信號線，其中該放大器電晶體經組態以放大該浮動擴散區域之一電位。
  18. 如請求項17之電子裝置，其中該電晶體、該重設電晶體及該放大器電晶體之一或多者之該井連接至具有該負電位之該像素區域。
  19. 如請求項12之電子裝置，其中該電晶體之該井連接至具有該負電位之該像素區域。
  20. 一種成像元件，其包括：一光電轉換單元，其連接至具有一負電位之一像素區域之一井且經組態以將光轉換為電荷；一浮動擴散區域，其經組態以根據自該光電轉換單元轉移之電荷量而產生一電壓； 一重設電晶體，其經組態以使該浮動擴散區域中所累積之電荷量初始化；一讀出電晶體，其經組態以將電荷自該光電轉換單元轉移至該浮動擴散區域；一負電壓產生器；及一開關，其中在一第一組態中，該開關將該讀出電晶體之一閘極電連接至一共同電力供應電位，且在一第二組態中，該開關將該讀出電晶體之該閘極電連接至由該負電壓產生器提供之一負電位，該負電位小於該共同電力供應電位及該像素區域之該負電位。
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