TW201720134A - 影像感測器 - Google Patents

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Abstract

一種圖像感測器可以包括在其中以矩陣結構佈置了多個像素單元的像素陣列。各該像素單元可以包括：光接收器，適用於響應於入射光而產生光電荷；浮置擴散節點，電耦接至光接收器的一端；以及重置電晶體，與浮置擴散節點電隔離，其中，多個像素單元之中的第一像素單元的浮置擴散節點電耦接至多個像素單元之中的鄰近於第一像素單元的第二像素單元的重置電晶體。

Description

影像感測器
本發明主張的優先權為在2015年11月18日在韓國智慧財產權局提出的申請案，其韓國專利申請號為10-2015-0161586，在此併入其全部參考內容。
本發明的示例性實施例關於一種半導體裝置，更具體地，關於一種圖像感測器。
圖像感測器將光學圖像轉換為電訊號。隨著電腦和的通訊產業的發展，在各種應用(諸如數位照相機、攝像機、智慧型電話、遊戲機、監控攝像機、醫用微型攝像機和機器人等)中存在對具有改善效能的圖像感測器的增大的需求。
各種實施例針對一種具有改善效能的圖像感測器。
在一個實施例中，一種圖像感測器可以包括在其中多個像素單元以矩陣結構佈置的像素陣列。各該像素單元可以包括：光接收器，適用於響應於入射光而產生光電荷；浮置擴散節點，電耦接至光接收器的一端；以及重置電晶體，與浮置擴散節點電隔離，其中，各該多個像素單元之中的第一像素單元的浮置擴散節點電耦接至各該多個像素單元之中的鄰近於第一像素單元的第二像素單元的重置電晶體。
第一像素單元可以佈置在與第二像素單元相同的列但不同的行處。在像素陣列中，當第一像素單元佈置在像素陣列中的第N行、第M列處時，第二像素單元可以佈置在第(N+1)行、第M列處或第(N-1)行、第M列處，其中，N和M是除0以外的自然數。第一像素單元可以佈置在與第二像素單元相同的行但不同的列處。在像素陣列中，當第一像素單元佈置在像素陣列中的第N行、第M列處時，第二像素單元可以佈置在第N行、第(M+1)列處或第N行、第(M-1)列處，其中，N和M是除0以外的自然數。第一像素單元可以佈置在與第二像素單元不同的行且不同的列處。第一像素單元可以沿基於第二像素單元的斜線方向佈置。在像素陣列中，當第一像素單元佈置在像素陣列中的第N行、第M列處時，第二像素單元可以佈置在第(N-1)行和第(N+1)行中的一行且第(M-1)列和第(M+1)列中的一列處，其中，N和M是除0以外的自然數。光接收器可以包括一個或更多個光接收單元。光接收單元可以包括：光電轉換元件，適用於響應於入射光而產生光電荷；以及傳輸電晶體，適用於將光電轉換元件與浮置擴散節點耦接。
在一個實施例中，一種圖像感測器可以包括在其中多個像素單元以矩陣結構佈置的像素陣列。各該像素單元可以包括：光接收器，適用於響應於入射光而產生光電荷；浮置擴散節點，電耦接至光接收器的一端；重置電晶體，與浮置擴散節點電隔離；以及源極跟隨電晶體，具有電耦接至浮置擴散節點的閘極。
多個像素單元之中的第一像素單元的浮置擴散節點可以電耦接至多個像素單元之中的鄰近於第一像素單元的第二像素單元的重置電晶體。第一像素單元可以佈置在與第二像素單元相同的列但不同的行處。第一像素單元 可以佈置在與第二像素單元相同的行但不同的列處。第一像素單元可以佈置在與第二像素單元不同的行且不同的列處。第一像素單元可以沿基於第二像素單元的斜線方向佈置。在像素陣列中，當第一像素單元佈置在像素陣列中的第N行、第M列處時，第二像素單元可以佈置在第(N+1)行、第M列處或第(N-1)行、第M列處，其中，N和M是除0以外的自然數。在像素陣列中，當第一像素單元佈置在像素陣列中的第N行、第M列處時，第二像素單元可以佈置在第N行、第(M+1)列處或第N行、第(M-1)列處，其中，N和M是除0以外的自然數。在像素陣列中，當第一像素單元佈置在像素陣列中的第N行、第M列處時，第二像素單元可以佈置在第(N-1)行和第(N+1)行中的一行且第(M-1)列和第(M+1)列中的一列處，其中，N和M是除0以外的自然數。
在一個實施例中，一種圖像感測器可以包括在其中多個像素單元以矩陣結構佈置的像素陣列。各該像素單元可以包括：光接收器，適用於響應於入射光而產生光電荷；以及輸出單元，經由浮置擴散節點電耦接至光接收器，並且適用於回應於光電荷而輸出圖像訊號，其中，像素單元的浮置擴散節點由像素單元之中的相鄰像素單元來重置。
各該像素單元的輸出單元還可以包括重置電晶體，各該重置電晶體與像素單元的浮置擴散節點電隔離並且適用於重置像素單元之中的相鄰像素單元的浮置擴散節點。
10‧‧‧光接收器
11‧‧‧光接收單元
20‧‧‧輸出單元
100‧‧‧像素陣列
110‧‧‧像素單元
120‧‧‧相關雙採樣單元(CDS)
130‧‧‧類比轉數位轉換器(ADC)
140‧‧‧緩衝器
160‧‧‧時序產生器
170‧‧‧控制暫存器
180‧‧‧斜坡訊號產生器
210‧‧‧光接收器
220‧‧‧輸出單元
211‧‧‧光接收單元
310‧‧‧光接收器
311‧‧‧光接收單元
320‧‧‧輸出單元
410‧‧‧光接收器
411‧‧‧光接收單元
420‧‧‧輸出單元
500‧‧‧圖像感測器
510‧‧‧光學透鏡
511‧‧‧快門
512‧‧‧訊號處理電路
513‧‧‧驅動電路
FD‧‧‧浮置擴散節點
PD‧‧‧光電轉換元件
Rx‧‧‧重置電晶體
SFx‧‧‧源極跟隨電晶體
Sx‧‧‧選擇電晶體
Tx‧‧‧傳輸電晶體
VDD‧‧‧電源電壓節點
〔圖1〕是示意性地圖示圖像感測器的方塊圖。
〔圖2A和圖2B〕是圖示根據第一對比示例的圖像感測器的像素陣列的一 部分的示圖。
〔圖3A和圖3B〕是圖示根據第二對比示例的圖像感測器的像素陣列的一部分的示圖。
〔圖4A和圖4B〕是圖示根據本發明的第一實施例的圖像感測器的像素陣列的一部分的示圖。
〔圖5A和圖5B〕是圖示根據本發明的第一實施例的圖像感測器的變化例的示圖。
〔圖6A和圖6B〕是圖示根據本發明的第二實施例的圖像感測器的像素陣列的一部分的示圖。
〔圖7A和圖7B〕是圖示根據本發明的第二實施例的圖像感測器的變化例的示圖。
〔圖8A和圖8B〕是圖示根據本發明的第三實施例的圖像感測器的像素陣列的一部分的示圖。
〔圖9A和圖9B〕是圖示根據本發明的第三實施例的圖像感測器的變化例的示圖。
〔圖10〕是圖示根據本發明的實施例的電子設備的示圖。
以下將參照附圖更詳細地描述本發明的各種實施例和現有技術的對比示例。然而，本發明可以以不同的形式來實施，並且不應當被解釋為侷限於本文所闡述的實施例。更確切地說，這些實施例被提供使得本公開將是徹底和完整的，並且這些實施例將把本發明的範圍充分地傳達給本發明所屬技術領域中具有通常知識者。附圖不一定按照比例，在某些情況下，附圖中的結構的至少 一些結構的比例可以被放大以清楚地說明所描述的示例或實施方式的特定特徵。在附圖或描述中呈現具有多層結構中的兩層或更多層的特定示例中，這些層的相對位置關係或所示出層的佈置順序反映了所述示例或所示示例的特定實施方式，而不同的相對位置關係或佈置順序可以是可能的。另外，所述或所示的多層結構的示例可以不反映該特定多層結構中存在的所有層(例如，一個或更多個額外層可以存在於兩個所示層之間)。作為特定實施例，當所述或所示多層結構中的第一層被稱為在第二層“上”或“之上”或者在基底“上”或“之上”時，第一層不僅可以直接形成在第二層或基底上，還可以表示在其中一個或更多個其他的中間層可以存在於第一層與第二層或基底之間的結構。
圖像感測器可以將光學圖像轉換為電訊號。圖像感測器的示例可以包括CCD(電荷耦合裝置)和CIS(CMOS圖像感測器)。CIS可以包括簡單的驅動系統，由於CIS可以使用CMOS(互補金屬氧化物半導體)程序技術來製造，因此製造其可以比較便宜。CIS可以包括像素陣列，所述像素陣列包括以矩陣結構來佈置的多個像素單元，其中，各該像素單元可以包括用於回應於入射光來產生光電荷的光接收器。CIS還可以包括用於回應於產生的光電荷而輸出圖像訊號的輸出單元。輸出單元可以包括多個像素電晶體。輸出單元可以具有各種架構。
以下的本發明的實施例提供一種具有改善效能的圖像感測器，其可以防止其中的多個像素單元的特性劣化。具體地，圖像感測器可以防止其圖像訊號的訊噪比(SNR)因每個像素單元中的像素電晶體之間的干擾而增大。
圖1是示意性圖示圖像感測器的方塊圖。
如圖1中所示，圖像感測器可以包括像素陣列100、相關雙採樣 單元(CDS)120、類比轉數位轉換器(ADC)130、緩衝器140、行驅動器150、時序產生器160、控制暫存器170和斜坡訊號產生器180。像素陣列100可以包括以矩陣結構佈置的多個像素單元110(或像素)。
時序產生器160可以產生用於控制行驅動器單元150、相關雙採樣單元120、類比轉數位轉換器130和斜坡訊號產生器180的操作的控制訊號。控制暫存器170可以產生用於控制斜坡訊號產生器180、時序產生器160和緩衝器140的操作的控制訊號。
行驅動器150基於行線來驅動像素陣列100。例如，行驅動器150可以產生能夠從多個行線中選擇一個行線的選擇訊號。一個或更多個像素單元110可以耦接至每個行線。一個行線耦接至每個像素單元110。
各該像素單元110可以檢測入射光並且經由列線將圖像重置訊號和圖像訊號輸出至相關雙採樣單元120。相關雙採樣單元120對接收到的每個圖像訊號和每個圖像重置訊號進行採樣。一個或更多個像素單元110可以耦接至每個列線。一個列線可以耦接至每個像素單元110。類比轉數位轉換器130可以將從斜坡訊號產生器180輸出的斜坡訊號與從相關雙採樣單元120輸出的採樣訊號進行比較。類比轉數位轉換器130可以將比較訊號輸出至緩衝器140。類比轉數位轉換器130可以基於從時序產生器160提供的時脈訊號而對比較訊號的位準轉變時間計數，以及可以將計數值輸出至緩衝器140。斜坡訊號產生器180可以在時序產生器160的控制下操作。
緩衝器140可以儲存從類比轉數位轉換器130輸出的多個計數值作為數位訊號。緩衝器140可以感測放大計數值並輸出。緩衝器140可以包括用於儲存計數值的記憶體，所述計數值與從像素單元110輸出的訊號相關聯。 緩衝器140還可以包括用於感測和放大從記憶體輸出的計數值的感測放大器(圖未示)。
之後，參照圖2A至圖3B來描述根據對比示例的圖像感測器以演示可以由每個像素單元110中的像素電晶體之間的干擾導致的SNR增大。
具體地，圖2A和圖2B圖示根據第一對比示例的圖像感測器的像素陣列的一部分，而圖3A和圖3B圖示根據第二對比示例的圖像感測器的像素陣列的一部分。圖2A和圖3A是平面圖，而圖2B和圖3B是等效電路圖。
在根據第一對比示例的圖像感測器中，各該像素單元110可以包括光接收器10和輸出單元20。光接收器10可以回應於入射光而產生光電荷，以及輸出單元20可以回應於由光接收器10產生的光電荷而輸出圖像訊號。光接收器10和輸出單元20可以經由浮置擴散節點FD電耦接。輸出單元20可以回應於經由行線施加的選擇訊號而將圖像訊號輸出至列線。
每個像素單元110中的光接收器10可以包括光電轉換元件PD和傳輸電晶體Tx。光電轉換元件PD可以包括光電二極體。每個像素單元110中的輸出單元20可以包括重置電晶體Rx、源極跟隨電晶體SFx和選擇電晶體Sx。傳輸電晶體Tx和重置電晶體Rx可以電耦接至浮置擴散節點FD，以及源極跟隨電晶體SFx的閘極也可以電耦接至浮置擴散節點FD。
在根據第一對比示例的圖像感測器中，每個像素單元110可以具有在其中傳輸電晶體Tx的閘極(在下文中被稱為傳輸閘極)與重置電晶體Rx的閘極(在下文中被稱為重置閘極)被佈置為彼此相鄰的結構。因此，在操作中，傳輸閘極與重置閘極之間可能產生干擾或耦合，這可能使圖像感測器的操作特性劣化。具體地，干擾可以增大圖像訊號的SNR。
在根據第二對比示例的圖像感測器中，像第一對比示例一樣，每個像素單元110可以包括光接收器10和輸出單元20。此時，光接收器10可以包括多個光接收單元11，其中，每個光接收單元11可以包括光電轉換元件PD和傳輸電晶體Tx。在第二對比示例中，光接收器10可以包括共用一個浮置擴散節點FD的四個光接收單元11。因此，根據第二對比示例的圖像感測器可以被稱為4-共用像素型圖像感測器。
在根據第二對比示例的圖像感測器中，像第一對比示例一樣，每個像素單元110可以具有在其中傳輸閘極與重置閘極可以被佈置為彼此相鄰的結構。因此，圖像感測器的操作特性可能透過傳輸閘極與重置閘極之間的干擾而劣化。此外，由於多個傳輸閘極與重置閘極之間的距離彼此不同，因此重置閘極與各個傳輸閘極之間的干擾程度可能存在變化。因此，特性劣化可能進一步加深。
如上所述，由於在每個像素單元110中傳輸電晶體Tx的閘極與重置電晶體Rx的閘極被佈置為彼此相鄰，因此可能會使圖像感測器的操作特性劣化。當傳輸閘極和重置閘極的佈局被改變以增大兩個閘極之間的物理距離時，可以防止兩個閘極之間的上述干擾。然而，改變佈局實質上可以是不可能的且不實際的。
以下的本發明的實施例提供一種圖像感測器，其能夠防止因每個像素單元110中的傳輸閘極與重置閘極之間的干擾而導致的特性劣化，而不改變傳輸閘極和重置閘極的佈局。圖像感測器可以具有在每個像素單元110中將浮置擴散節點FD與重置電晶體電隔離(或絕緣)的佈線(wiring)結構，並增大操作中的傳輸閘極與重置閘極之間的電氣距離(即，絕緣電阻)。
圖4A和圖4B是圖示根據本發明的第一實施例的圖像感測器的 像素陣列的一部分的示圖。圖5A和圖5B是圖示根據本發明的第一實施例的圖像感測器的變化例(即，4-共用像素型圖像感測器)的示圖。圖4A和圖5A是平面圖，而圖4B和圖5B是等效電路圖。以供參考，雖然未圖示，但是圖4A和圖5A中的圖像感測器的行線和列線可以具有與圖2A和圖3A中的行線和列線類似的形狀。
如圖4A、圖4B、圖5A和圖5B中所示，根據第一實施例及其變化例的圖像感測器可以包括像素陣列100(參照圖1)，在所述像素陣列100中，多個像素單元110以矩陣形狀佈置。每個像素單元110可以包括光接收器210和輸出單元220。光接收器210可以回應於入射光而產生光電荷，以及輸出單元220可以回應於由光接收器210產生的光電荷而輸出圖像訊號。光接收器210的一端可以電耦接至浮置擴散節點FD。
在每個像素單元110中，光接收器210可以包括一個或更多個光接收單元211。光接收單元211可以包括光電轉換元件PD和傳輸電晶體Tx。光電轉換元件PD可以響應於入射光而產生光電荷。傳輸電晶體Tx可以將浮置擴散節點FD與光電轉換元件PD耦接。光電轉換元件PD可以包括光電二極體。傳輸電晶體Tx可以包括MOS電晶體或薄膜電晶體。傳輸電晶體Tx可以回應於施加至其傳輸閘極的傳輸訊號而將由光電轉換元件PD產生的光電荷傳輸至浮置擴散節點FD。圖4A和圖4B圖示了在其中光接收器210可以包括一個光接收單元211的情況。圖5A和圖5B圖示了在其中光接收器210可以包括彼此並聯耦接同時共用一個浮置擴散節點FD的多個光接收單元211的情況。
在每個像素單元110中，輸出單元220可以包括重置電晶體Rx，重置電晶體Rx可以與該像素單元110中的浮置擴散節點FD電隔離。重置電晶 體Rx可以回應於施加至其重置閘極的重置訊號而重置浮置擴散節點FD。重置電晶體Rx的一側可以電耦接至浮置擴散節點FD，而重置電晶體Rx的另一側可以耦接至電源電壓節點VDD。在根據第一實施例及其變化例的圖像感測器中，每個像素單元110中的浮置擴散節點FD與重置電晶體Rx可以彼此電隔離。因此，為了重置像素單元110中的一個像素單元的浮置擴散節點FD，可以使用像素單元110中的相鄰的另一像素單元110的重置電晶體Rx。以下描述每個像素單元110中的浮置擴散節點FD與重置電晶體Rx之間的耦接關係。
具體地，在每個像素單元110中，輸出單元220可以包括源極跟隨電晶體SFx和選擇電晶體Sx。源極跟隨電晶體SFx的閘極可以耦接至浮置擴散節點FD，而源極跟隨電晶體SFx的兩側可以分別耦接至電源電壓節點VDD和選擇電晶體Sx。源極跟隨電晶體SFx可以產生與浮置擴散節點FD中儲存的光電荷相對應的輸出電壓。光電荷表示圖像訊號。選擇電晶體Sx的閘極可以耦接至行線，而選擇電晶體Sx的兩側可以分別耦接至源極跟隨電晶體SFx和列線。選擇電晶體Sx可以回應於經由行線施加的選擇訊號而將由源極跟隨電晶體SFx產生的輸出電壓輸出至列線。
在操作中，為了防止每個像素單元110中的傳輸閘極與重置閘極之間的干擾而不改變其佈局，可以增大兩個閘極之間的電氣距離。根據第一實施例及其變化例的圖像感測器可以具有以下結構：像素單元110中的一個像素單元的浮置擴散節點FD可以電耦接至像素單元110之中的另一像素單元(例如，相鄰像素單元)的重置電晶體Rx。
具體地，像素單元110的浮置擴散節點FD可以耦接至可以與主體(subject)像素單元110佈置在同一列但不同行處的另一像素單元110的重置 電晶體Rx。
更具體地，例如，佈置在像素陣列100中的第N行、第M列處的像素單元110的浮置擴散節點FD可以耦接至佈置在第(N+1)行、第M列處的像素單元110的重置電晶體Rx，其中，N和M是除0以外的自然數。此外，佈置在像素陣列100中的第N行和第M列處的像素單元110的浮置擴散節點FD可以耦接至佈置在第(N-1)行、第M列處的像素單元110的重置電晶體Rx。
這樣，佈置在第N行、第M列處的像素單元110的浮置擴散節點FD可以電耦接至佈置在第(N+1)行、第M列處或第(N-1)行、第M列處的像素單元110的重置電晶體Rx。因此，當在操作期間將預定偏置施加至佈置在第N行、第M列處的像素單元110的傳輸閘極時，可以不將預定偏置施加至同一像素單元110的重置閘極。因此，可以防止每個像素單元110中的傳輸閘極與重置閘極之間的干擾或耦合。
如上所述，每個像素單元110中的浮置擴散節點FD與重置電晶體Rx可以彼此電隔離，而不同像素單元110中的浮置擴散節點FD與重置電晶體Rx可以彼此電耦接。因此，在操作中，傳輸閘極與重置閘極之間的電氣距離可以增大而不改變像素電晶體的佈局。這種架構可以防止在圖像感測器的操作期間由每個像素中的傳輸閘極與重置閘極之間的干擾導致的特性劣化。此外，這種架構還可以防止由每個像素單元110之內的多個傳輸閘極與重置閘極之間的不同距離導致的非均勻干擾。
圖6A和圖6B是圖示根據本發明的第二實施例的圖像感測器的像素陣列的一部分的示圖。圖7A和圖7B是圖示根據本發明的第二實施例的圖像感測器的變化例(即，4-共用像素型圖像感測器)的示圖。圖6A和圖7A是 平面圖，而圖6B和圖7B是等效電路圖。以供參考，雖然未圖示，但是圖6A和圖7A中的圖像感測器的行線和列線可以具有與圖2A和圖3A中的行線和列線類似的形狀。
如圖6A、圖6B、圖7A和圖7B中所示，根據第二實施例及其變化例的圖像感測器可以包括像素陣列100(參照圖1)，在所述像素陣列100中，多個像素單元110以矩陣結構佈置。每個像素單元110可以包括光接收器310和輸出單元320。光接收器310可以回應於入射光而產生光電荷，以及輸出單元320可以回應於由光接收器310產生的光電荷而輸出圖像訊號。光接收器310的一端可以電耦接至浮置擴散節點FD。
在每個像素單元110中，光接收器310可以包括一個或更多個光接收單元311。光接收單元311可以包括光電轉換元件PD和傳輸電晶體Tx。光電轉換元件PD可以響應於入射光而產生光電荷。傳輸電晶體Tx可以將浮置擴散節點FD與光電轉換元件PD耦接。光電轉換元件PD可以包括光電二極體。傳輸電晶體Tx可以包括MOS電晶體或薄膜電晶體。傳輸電晶體Tx可以回應於施加至其傳輸閘極的傳輸訊號而將由光電轉換元件PD產生的光電荷傳輸至浮置擴散節點FD。圖6A和圖6B圖示了在其中光接收器310包括一個光接收單元311的情況。圖7A和圖7B圖示了在其中光接收器310包括彼此並聯耦接同時共用一個浮置擴散節點FD的多個光接收單元311的情況。
在每個像素單元110中，輸出單元320可以包括與該像素單元110中的浮置擴散節點FD電隔離的重置電晶體Rx。重置電晶體Rx可以回應於施加至其重置閘極的重置訊號而重置浮置擴散節點FD。重置電晶體Rx的一側可以電耦接至浮置擴散節點FD，而重置電晶體Rx的另一側可以耦接至電源電 壓節點VDD。在根據第二實施例及其變化例的圖像感測器中，每個像素單元110中的浮置擴散節點FD與重置電晶體Rx可以彼此電隔離。因此，為了重置像素單元110中的一個像素單元的浮置擴散節點FD，可以使用像素單元110中的相鄰的另一像素單元的重置電晶體Rx。以下描述每個像素單元110中的浮置擴散節點FD與重置電晶體Rx之間的耦接關係。
在每個像素單元110中，輸出單元320可以包括源極跟隨電晶體SFx和選擇電晶體Sx。源極跟隨電晶體SFx的閘極可以耦接至浮置擴散節點FD。源極跟隨電晶體SFx的兩側可以分別耦接至電源電壓節點VDD和選擇電晶體Sx。源極跟隨電晶體SFx可以產生與浮置擴散節點FD中儲存的光電荷相對應的輸出電壓(即，圖像訊號)。選擇電晶體Sx的閘極可以耦接至行線。選擇電晶體Sx的兩側可以分別耦接至源極跟隨電晶體SFx和列線。選擇電晶體Sx可以回應於經由行線施加的選擇訊號而將由源極跟隨電晶體SFx產生的輸出電壓輸出至列線。
在操作中，為了防止每個像素單元110中的傳輸閘極與重置閘極之間的干擾，可以增大兩個閘極之間的電氣距離。根據第二實施例及其變化例的圖像感測器可以具有以下結構：像素單元110中的一個像素單元的浮置擴散節點FD可以電耦接至像素單元110之中的相鄰的另一像素單元110的重置電晶體Rx。
具體地，像素陣列100中的多個像素單元110之中的任意一個像素單元的浮置擴散節點FD可以耦接至與所述一個像素單元佈置在同一行但不同列的另一像素單元110的重置電晶體Rx。
更具體地，佈置在像素陣列100中的第N行、第M列處的像素 單元110的浮置擴散節點FD可以耦接至佈置在第N行、第(M+1)列處的像素單元110的重置電晶體Rx，其中，N和M是除0以外的自然數。此外，佈置在像素陣列100中的第N行、第M列處的像素單元110的浮置擴散節點FD可以耦接至佈置在第N行、第(M-1)列處的像素單元110的重置電晶體Rx。
由於佈置在第N行、第M列處的像素單元110的浮置擴散節點FD電耦接至佈置在第N行、第(M+1)列處或第N行、第(M-1)列處的像素單元110的重置電晶體Rx，因此可以原樣地應用已知的操作方法。此時，雖然原樣地應用了已知的操作方法，但是佈置在第N行、第M列處的像素單元110可以在與佈置在第N行、第(M+1)列處以及第N行、第(M-1)列處的像素單元110不同的時間處被致能。因此，可以防止每個像素單元110中的傳輸閘極與重置閘極之間的干擾或耦合。
如上所述，每個像素單元110中的浮置擴散節點FD與重置電晶體Rx可以彼此電隔離，而不同像素單元110中的浮置擴散節點FD與重置電晶體Rx可以彼此電耦接。因此，在操作中，可以增大傳輸閘極與重置閘極之間的電氣距離而不改變像素電晶體的佈局。像素電晶體的這種架構可以防止在操作中由傳輸閘極與重置閘極之間的干擾導致的特性劣化。此外，這種架構還可以防止由每個像素單元110之內的多個傳輸閘極與重置閘極之間的不同距離導致的非均勻干擾。
圖8A和圖8B是圖示根據本發明的第三實施例的圖像感測器的像素陣列的一部分的示圖。圖9A和圖9B是圖示根據本發明的第三實施例的圖像感測器的變化例(即，4-共用像素型圖像感測器)的示圖。圖8A和圖9A是平面圖，而圖8B和圖9B是等效電路圖。以供參考，雖然未圖示，但是圖8A和 圖9A中的圖像感測器的行線和列線可以具有與圖2A和圖3A中的行線和列線類似的形狀。
如圖8A、圖8B、圖9A和圖9B中所示，根據第三實施例及其變化例的圖像感測器可以包括像素陣列100(參照圖1)，在所述像素陣列100中，多個像素單元110以矩陣形狀佈置。每個像素單元110可以包括光接收器410和輸出單元420。光接收器410可以回應於入射光而產生光電荷，以及輸出單元420可以回應於由光接收器410產生的光電荷而輸出圖像訊號。光接收器410的一端可以電耦接至浮置擴散節點FD。
在每個像素單元110中，光接收器410可以包括一個或更多個光接收單元411。光接收單元411可以包括光電轉換元件PD和傳輸電晶體Tx。光電轉換元件PD可以回應於入射光而產生光電荷，以及傳輸電晶體Tx可以將浮置擴散節點FD與光電轉換元件PD耦接。光電轉換元件PD可以包括光電二極體。傳輸電晶體Tx可以包括MOS電晶體或薄膜電晶體。傳輸電晶體Tx可以用於回應於施加至其傳輸閘極的傳輸訊號而將由光電轉換元件PD產生的光電荷傳輸至浮置擴散節點FD。圖8A和圖8B圖示了在其中光接收器410包括一個光接收單元411的情況。圖9A和圖9B圖示了在其中光接收器410包括彼此並聯耦接同時共用一個浮置擴散節點FD的多個光接收單元411的情況。
在每個像素單元110中，輸出單元420可以包括與該像素單元110中的浮置擴散節點FD電隔離的重置電晶體Rx。重置電晶體Rx可以回應於施加至其重置閘極的重置訊號而重置浮置擴散節點FD。重置電晶體Rx的一側可以電耦接至浮置擴散節點FD，而重置電晶體Rx的另一側可以耦接至電源電壓節點VDD。在根據第三實施例及其變化例的圖像感測器中，每個像素單元110 中的浮置擴散節點FD與重置電晶體Rx可以彼此電隔離。因此，為了重置一個像素單元110的浮置擴散節點FD，要使用像素單元110中的相鄰的另一像素單元110的重置電晶體Rx。以下將描述每個像素單元110中的浮置擴散節點FD與重置電晶體Rx之間的耦接關係。
在每個像素單元110中，輸出單元220可以包括源極跟隨電晶體SFx和選擇電晶體Sx。源極跟隨電晶體SFx的閘極可以耦接至浮置擴散節點FD，而源極跟隨電晶體SFx的兩側可以分別耦接至電源電壓節點VDD和選擇電晶體Sx。源極跟隨電晶體SFx可以產生與浮置擴散節點FD中儲存的光電荷相對應的輸出電壓(即，圖像訊號)。選擇電晶體Sx的閘極可以耦接至行線，而選擇電晶體Sx的兩側可以分別耦接至源極跟隨電晶體SFx和列線。選擇電晶體Sx可以回應於經由行線施加的選擇訊號而將由源極跟隨電晶體SFx產生的電壓輸出至列線。
在操作中，為了防止每個像素單元110中的傳輸閘極與重置閘極之間的干擾而不改變其佈局，可以增大兩個閘極之間的電氣距離。根據第三實施例及其變化例的圖像感測器可以具有以下結構：像素單元110中的一個像素單元的浮置擴散節點FD電耦接至像素單元110之中的相鄰的另一像素單元的重置電晶體Rx。
具體地，像素陣列100中的多個像素單元110之中的任意一個像素單元110的浮置擴散節點FD可以耦接至佈置在與所述一個像素單元110不同行且不同列處的另一像素單元110的重置電晶體Rx。即，一個像素單元110的浮置擴散節點FD可以耦接至被佈置為沿基於所述一個像素單元110斜線方向相鄰的另一像素單元110的重置電晶體Rx。
更具體地，佈置在像素陣列100中的第N行、第M列處的像素單元110的浮置擴散節點FD可以耦接至佈置在(N+1)行第(M-1)列處、第(N+1)行第(M+1)列處、第(N-1)行第(M-1)列處以及第(N-1)行第(M+1)列處的像素單元110的重置電晶體Rx中的任意一個，其中，N和M是除0以外的自然數。
這樣，佈置在第N行和第M列處的像素單元110的浮置擴散節點FD可以電耦接至被佈置為沿該像素單元110的斜線方向相鄰的另一像素單元110的重置電晶體Rx。因此，當在操作期間將預定偏置施加至佈置在第N行和第M列處的像素單元110的傳輸閘極時，可以不將該預定偏置施加至同一像素單元110的重置閘極。因此，可以防止每個像素單元110中的傳輸閘極與重置閘極之間的干擾或耦合。
如上所述，每個像素單元110中的浮置擴散節點FD與重置電晶體Rx可以彼此電隔離，而不同像素單元110中的浮置擴散節點FD與重置電晶體Rx可以彼此電耦接。因此，在操作中，可以增大傳輸閘極與重置閘極之間的電氣距離而不改變像素電晶體的佈局。這種架構可以防止在圖像感測器的操作期間由傳輸閘極與重置閘極之間的干擾導致的特性劣化。此外，這種架構還可以防止由每個像素單元110之內的多個傳輸閘極與重置閘極之間的不同距離導致的非均勻干擾。
前述的根據實施例的圖像感測器可以應用至各種電子設備。在下文中，參照圖10，描述了根據本發明的實施例的包括圖像感測器的電子設備的示例。具體地，圖10的電子設備可以是能夠捕捉靜止圖像的數位相機(digital still camera)。
如圖10中所示，電子設備可以包括光學透鏡510、快門511、圖像感測器500、驅動電路513和訊號處理電路512。圖像感測器511可以具有與圖4A至圖9B中所示的圖像感測器相同的配置。
光學透鏡510可以在圖像感測器500的成像表面上形成來自物體的入射光的圖像。因此，與訊號相對應的電荷在圖像感測器500中累積預定時段。驅動電路513將傳輸操作訊號供應至圖像感測器500。可以由從驅動電路513供應的驅動訊號(或時序訊號)來執行圖像感測器500的訊號傳輸。訊號處理電路512可以執行各種類型的訊號處理。經歷訊號處理的圖像訊號可以被儲存在諸如記憶體的儲存介質中或者可以被輸出至監控器。
根據本發明的實施例，圖像感測器可以防止由每個像素單元中的像素電晶體之間的干擾導致的特性劣化。
雖然已經出於說明的目的描述了各種實施例，但是對於本發明所屬技術領域中具有通常知識者將明顯的是，在不脫離所附申請專利範圍中限定的本發明的精神和範圍的情況下，可以做出各種改變和變化。
FD‧‧‧浮置擴散節點
PD‧‧‧光電轉換元件
Rx‧‧‧重置電晶體
SFx‧‧‧源極跟隨電晶體
Sx‧‧‧選擇電晶體
Tx‧‧‧傳輸電晶體

Claims (22)

  1. 一種包括像素陣列的圖像感測器，多個像素單元以矩陣結構佈置在該像素陣列中，其中，各該像素單元包括：光接收器，適用於響應於入射光而產生光電荷；浮置擴散節點，電耦接至光接收器的一端；以及重置電晶體，與浮置擴散節點電隔離，其中，第一像素單元的浮置擴散節點電耦接至第二像素單元的重置電晶體。
  2. 如請求項1所述的圖像感測器，其中，第二像素單元鄰近於第一像素單元。
  3. 如請求項1所述的圖像感測器，其中，第一像素單元佈置在與第二像素單元相同的列但不同的行處。
  4. 如請求項1所述的圖像感測器，其中，當第一像素單元佈置在像素陣列中的第N行、第M列處時，第二像素單元佈置在第N+1行、第M列處或第N-1行、第M列處，其中，N和M是除0以外的自然數。
  5. 如請求項1所述的圖像感測器，其中，第一像素單元佈置在與第二像素單元相同的行但不同的列處。
  6. 如請求項1所述的圖像感測器，其中，當第一像素單元佈置在像素陣列中的第N行、第M列處時，第二像素單元佈置在第N行、第M+1列處或第N行、第M-1列處，其中，N和M是除0以外的自然數。
  7. 如請求項1所述的圖像感測器，其中，第一像素單元佈置在與第二像素單元不同的行且不同的列處。
  8. 如請求項1所述的圖像感測器，其中，第一像素單元沿基於第二像素單元的斜線方向佈置。
  9. 如請求項1所述的圖像感測器，其中，當第一像素單元佈置在像素陣列中的第N行、第M列處時，第二像素單元佈置在第N-1行和第N+1行中的一行且第M-1列和第M+1列中的一列處，其中，N和M是除0以外的自然數。
  10. 如請求項1所述的圖像感測器，其中，光接收器包括一個或更多個光接收單元，各該光接收單元包括：光電轉換元件，適用於響應於入射光而產生光電荷；以及傳輸電晶體，適用於將光電轉換元件與浮置擴散節點耦接。
  11. 一種包括像素陣列的圖像感測器，該像素陣列包括以矩陣結構佈置的多個像素單元，其中，各該像素單元包括：光接收器，適用於響應於入射光而產生光電荷；浮置擴散節點，電耦接至光接收器的一端；重置電晶體，與浮置擴散節點電隔離；以及源極跟隨電晶體，具有電耦接至浮置擴散節點的閘極。
  12. 如請求項11所述的圖像感測器，其中，第一像素單元的浮置擴散節點電耦接至第二像素單元的重置電晶體。
  13. 如請求項12所述的圖像感測器，其中，第二像素單元鄰近於第一像素單元。
  14. 如請求項12所述的圖像感測器，其中，第一像素單元佈置在與第二像素單元相同的列但不同的行處。
  15. 如請求項12所述的圖像感測器，其中，第一像素單元佈置在與第二像素單元相同的行但不同的列處。
  16. 如請求項12所述的圖像感測器，其中，第一像素單元佈置在與第二像素單元不同的行且不同的列處。
  17. 如請求項12所述的圖像感測器，其中，第一像素單元沿基於第二像素單元的斜線方向佈置。
  18. 如請求項11所述的圖像感測器，其中，當第一像素單元佈置在像素陣列中的第N行、第M列處時，第二像素單元佈置在第N+1行、第M列處或第N-1行、第M列處，其中，N和M是除0以外的自然數。
  19. 如請求項11所述的圖像感測器，其中，當第一像素單元佈置在像素陣列中的第N行、第M列處時，第二像素單元佈置在第N行、第M+1列處或第N行、第M-1列處，其中，N和M是除0以外的自然數。
  20. 如請求項11所述的圖像感測器，其中，當第一像素單元佈置在像素陣列中的第N行、第M列處時，第二像素單元佈置在第N-1行和第N+1行中的一行且第M-1列和第M+1列中的一列處，其中，N和M是除0以外的自然數。
  21. 一種包括像素陣列的圖像感測器，該像素陣列包括以矩陣結構佈置的多個像素單元，其中，各該像素單元包括：光接收器，適用於響應於入射光而產生光電荷；以及輸出單元，經由浮置擴散節點電耦接至光接收器，並且適用於回應於光電荷而輸出圖像訊號， 其中，像素單元的浮置擴散節點由像素單元之中的相鄰像素單元來重置。
  22. 如請求項21所述的圖像感測器，其中，各該像素單元的輸出單元還包括：重置電晶體，與像素單元的浮置擴散節點電隔離，並且適用於重置像素單元之中的相鄰像素單元的浮置擴散節點。
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