TW587334B - Solid-state image pickup device and electronic information apparatus - Google Patents

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587334 ⑴ 玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明） 技術領域 本發明係關於固態影像拾取裝置，像是CMOS型固態影 像拾取裝置、CCD型固態影像拾取裝置等等，其用於許多 > 種攝影機，像是攝錄放影機、監視攝影機、對講攝影機、 車内攝影機、影像電話攝影機、行動電話攝影機等等、使 用這些攝影機的攝影機系統等等。本發明也關於包含此固 態影像拾取裝置的電子資訊裝置。 鲁 先前技術 在目前，通用的CMOS型固態影像拾取裝置在半導體基 板上提供具有懸浮電位的擴散層，稱之為懸浮二極體。該 擴散層將入射光轉換成電能。此光電轉換產生的電荷會利 用擴散層的PN接合電容組件轉換成電壓，然後根據電荷 的電壓輸入信號分量。此後，利用將重設脈衝（重設控制 信號）供應至重設電晶體的閘極，透過重設汲極部分去除 懸浮二極體内累積的非必要電荷，如此可將懸浮二極體内 · 累積的電荷電位重設為預定重設電壓。 C C D型固態影像拾取裝置包含以一維或二維方式配置 在半導體基板上的CCD像素。由每一 CCD像素進行光電轉 換產生的電荷會透過電荷轉換部分，轉換至具有懸浮電位 的電荷累積區域。而對應至電荷累積區域内所累積的電荷 ‘ 電壓之信號分量則輸出至輸出電路。此後，利用將重設脈 衝（重設控制信號）供應至重設電晶體的閘極，透過重設汲 極部分去除懸浮二極體内累積的非必要電荷，如此可將懸 587334 (2) 電 的 積 累 内 體 極 二 浮 Μ C 統 傳 彳圖 示 ^ —路 顯電 ί之 圖構 架 荷 ο 壓 電 設 重 定 預 為 設 重 位 電 素 像 元 單 内 置 裝 取 拾 像 影 態 固 型 每 單 浮 懸 裝 取列 拾與 置 的 内 尤：提單 含和 3 包體 素極 像4 體 晶 電 換 切 擇 選 體 晶 電 大 放

οΜ C 體像 晶影 電態 設固 c-fn 二 一 J¾ 供 元 行 有 具 上 板 基 體 導 半 在 I 矩 於 置 配 個。 數素 複像 擇電 選大 放 體 晶 電 換 切 體 晶 極的 、 6 源線 的 5 ^ 線信 號列 信 至 j接 至連 接及 連以 有極 具汲 的 極 源 極 閘 至選 接 列 的 取 選 所 至 接 _c 驅 後 然 ο 6 線 -tcu 信 列 擇 選 於 用 ,I^PJ 脈 擇 體 晶 電 換 切 擇 選 之 6 線 ^ 信 重設電晶體2具有連接至電荷累積區域n 1的源極、連接 至電壓重設 >及極（重設電壓）的沒極以及連接至重設脈衝 信號線7的閘極。重設脈衝用於透過重設電晶體2 ,重設電 荷累積區域N 1的電荷累積電壓。 懸浮二極體3包含一 PN接合，其中由光電轉換產生的電 荷會累積在具有懸浮電位的電荷累積區域N 1内。 放大電晶體4具有連接至選擇切換電晶體1汲極的源 極、連接至電源電壓的沒極以及連接至電荷累積區域N i 的閘極（控制端子）。放大電晶體4根據電荷累積電壓（對應 至利用懸浮一極體3光電轉換過的入射光量）放大的信號 電壓。 影像拾取裝置提供複數個彼此平行配置的行信號線5 (垂直信號線），垂直選擇電晶體（未顯示）用於選擇每一行 587334 (3) 發明鍊_續買 k號線5，如此會選取二維矩陣對應行上的單元項素。單 元像素一維矩陣的每一列都提供有選擇脈衝列信號線6和 重設脈衝信號線7。 圖4為說明圖3的CMOS型固態影像拾取裝置運作之時機 圖。 當重設脈衝提昇至高位準，如此正電壓會供應至重設電 晶體2的閘極’在重設沒極與懸浮二極體3之間發生電路現 象，結果懸浮二極體3的電荷累積區域n 1之電位會固定 (重設）為電壓重設汲極的電位。 接下來，當重設脈衝降至低位準，懸浮二極體3的電荷 累積區域N 1在電位方面會與電壓重設汲極斷開。在此案 例中，當光線進入懸浮二極體3，將依照入射光的比例產 生電荷並且將電荷轉換成負電壓。結果，已經重設至電壓 重設汲極的懸浮二極體3之電荷累積區域N 1的電位會逐 漸降低。 在經過預定的曝光時間之後，當選擇脈衝提昇至高位 準，則透過對應的列信號線6選擇一列上每一單位像素的 選擇切換電晶體1。對應至電壓重設汲極與懸浮二極體3 之間電位盖異的信號電壓會透過選取的行信號線5輸出當 成信號分量’此後’當重設脈衝再度提昇至高位準，懸浮 二極體3的電荷累積區域N 1會重設至電壓重設汲極的電 位。上述運作會在母個訊框週期執行（例如3 0 m s)。 一般而言’上述重設脈衝和選擇脈衝的高位準為電源電 壓，並反低位準為〇V，在此電源電壓假設為3 v。重設汲 587334 發明諫_續頁 極的電壓通常和電源電壓一樣。 在重設電晶體2上，通常使用空乏型電晶體，其中當供 應至閘極的重設脈衝高位準為電源電壓，在具有電源電壓 的汲極（重設汲極）與源極（懸浮二極體）之間會發生導通 現象。 圖5為顯示閘極電壓與空乏型重設電晶體閘極（通道部 分）下電位之間關係的圖式。

在上述CMOS型固態影像拾取裝置内，假設電源電壓為 3 V ’並且重設電晶體2的閘極電壓為和電源電壓相同的 3 V。在此案例中，為了利用重設操作完全重設懸浮二極 體的信號電荷（電荷累積區域N 1)»重設電晶體2閘極下的 電位需要高於（較深）3V(=電源電壓，就是懸浮二極體和重 設汲極的電位）。

在圖5内，由箭頭所指示，閘極下的電位幅度高於（深於） 閘極電壓。此後，利用將具有3 V電位的源極與没極短路 (導通），懸浮二極體3的電荷累積區域N 1會重設至電壓重 設汲極的電位。不過，重設電晶體2具有一特性，尤其是 臨界電壓，其會根據製程的變動而改變。因此，需要將此 變化列入考量。 圖6A至6C顯示當重設電晶體2的臨界電壓分別為最 小、標準和最大時，懸浮二極體（假設並無電荷累積在電 荷累積區域内）、重設電晶體2的重設閘極和重設〉及極之電 位。 當重設電晶體2的臨界電壓提昇至高位準，即使具有相 (5) (5)587334 同值的電壓供應炱閘極’藉由臨界電壓的變化可降低重設 閘極的電位（圖ό内向上）。在另一方面，即使製程内的變 動大至重設電晶體2的臨界電壓會最高’還是要在電位方 面讓懸浮二極體與重設沒極之間短路（導通），如此可重設 · 懸浮二極體的電位。因此，考慮臨界電壓的變化，所以設 計出標準臨界電麈’這樣即使當重設電晶體2的臨界電壓 為圖6Α所示的最大值’重設閘極的電位位準還是等於重 設汲極的電位位準。 Φ 在標準臨界電座的案例中’重設閘極的電位高於（圖6Β 内向下）重設沒極的電位，如圖6 Β内所示。 在另一方面，如圖6C内箭頭所指示，當重設電晶體2的 臨界電壓為最小’可累積於懸浮二極體3 (電為"累積區域 Ν 1)内的電荷量就會最少。如圖6 Α内所示，設計出標準臨 界電壓，這樣即使當重設電晶體2的臨界電壓為最大值’ 重設閘極的電位位準還是等於重設汲極的電位位準。在此 案例中，假設重設電晶體2的臨界電壓變化為土0.2 V，當 _ 臨界電壓為最小時，相較於臨界電壓為最大時，可累積的 電荷量會減少通道電位（0· 4 V)，其為臨界電歷變化（±0.2 V) 的兩倍。 如此，因為重設電晶體2的臨界電壓隨著製程變動而改 變，電荷累積區域N1内可儲存的電荷量就會減少通道電 > 位，其為重設電晶體2的臨界電壓變化的兩倍。 為了解決上述問題，本發明提出日本特許公開專利申請 案第9· 1 3 068 1號（標題為「固態影像拾取裝置」）内的固態 587334 發瞒·說明續頁 影像拾取裝置，其中在相同的半導體基板上提供二極體裝 置，其為由和重設電晶體相同製程所形成的電晶體（即是 有和重設電晶體相同的結構）並且具有二極體連接。在此 裝置内，二極體裝置的正向電壓用來當成供應至重設電晶 體閘極的電壓。

在此固態影像拾取裝置内，當重設電晶體的通道電位隨 著製程變動而改變時，上述二極體裝置内含的電晶體之通 道電位也會隨著重設電晶體的變化而變。因此，二極體裝 置的正向電壓也會改變。二極體裝置内正向電壓的變化導 致供應至重設電晶體閘極的電壓改變，而取消通道電位内 的變化。因此，即使若重設電晶體的特性改變，所要的重 設運作還是可持續執行，藉此可維持累積最大的電荷量。

進一步，本發明也提出其他日本特許公開專利申請案第 2000-26589號（標題為「固態影像拾取裝置」）内的固態影像 拾取裝置，其中固態影像拾取裝置進一步包含一電壓產生 電路，用於將重設電晶體的源極電位維持高於閘極下的通 道電位。 在上述公開申請案的固態影像拾取裝置内，重設電晶體 的閘極連接至由相同處理所形成並且具有相同結構的電 晶體之閘極，並且連接點透過電容器從外部提供一重設脈 衝。如此，這些固態影像拾取裝置需要用於重設電晶體閘 極的外部電容器。不過，這種外部電容器可併入半導體基 板内，以降低這種固態影像拾取裝置的大小、重量以及成 本。 -10- 587334 ⑺ 發_說_續頁 此外接電容器需要有大約5 0 pF的容量，以便保存夠一 個訊框週期（例如3 0 ms)的電荷。因此在半導體基板上需 要相當的機版面機來提供這種大約50 pF的電容器，這並 不實用。考慮到此電容器在基板上所佔用的面積，電容量 較好在10pF内。不過，電容量10pF或以下的電容器並無 法保留夠一個訊框週期（例如3 0 m s)的電荷。 發明内容

根據本發明一個領域，一種固態影像拾取裝置包含：一 可累積電荷的電荷累積區域、一包含一第一端子和一第二 端子的重設電晶體（其中會將一電荷放電電位供應至該第 一端子，並且該第二端子係連接至該電荷累積區域）以及 一包含一驅動器電晶體（具有和重設電晶體相同的結構） 的源極隨耦電路。可透過該重設電晶體將該電荷累積區域 的一電荷累積電壓設定為該電荷放電電位。一來自該源極 隨耦電路的輸出電壓為該電荷放電電位。

在本發明的一個具體實施例内，驅動器電晶體以和重設 電晶體相同的製程製造，並且具有和重設電晶體相同的電 晶體結構。該驅動器電晶體具有一控制端子、一第一驅動 端子以及一第二驅動端子，並且該控制端子連接至該第一 驅動端子。來自該驅動器電晶體第二端子的輸出電壓為該 源極隨搞電路的輸出電壓。 在本發明的一個具體實施例内，該源極隨耦電路進一步 包含一連接至驅動器電晶體第二驅動端子的恆等電流來 源部分。 -11 - 587334

⑻

根據本發明的其他領域，一固態影像拾取裝置包含一重 設電晶體（包含一控制端子、一第一驅動端子以及一第二 驅動端子，其中一重設控制電壓供應至該控制端子、一重 設電壓供應至該第一驅動端子以及一電荷累積電壓供應 至該第二驅動端子，並且該電荷累積電壓利用重設控制電 壓設定成為通過重設電晶體的重設電壓）、一源極隨耦電 路（包含以和重設電晶體相同製程製造的驅動器電晶體， 其中該驅動器電晶體具有一控制端子、一第一驅動端子以 及一第二驅動端子，並且該控制端子連接至該第一驅動端 子）以及一恆等電流來源部分（其連接至驅動器電晶體的 第二驅動端子以及重設電晶體的第一驅動端子）。源極隨 耦電路所產生的輸出電壓會供應至重設電晶體的第一驅 動端子。

在本發明的一個具體實施例内，供應至驅動器電晶體控 制端子的電壓和供應至重設電晶體控制端子的重設控制 電壓一樣。 在本發明的一個具體實施例内，恆等電流來源部分包含 一恆等電流來源電晶體，該電晶體具有連接至驅動器電晶 體第二驅動端子的第一驅動端子。 在本發明一個具體實施例内，固態影像拾取裝置進一步 包含一第一恆等電流來源控制電壓供應部份，用於輸出對 應至單一訊框平均輸出信號的可變電壓，當成供應至恆等 電流來源電晶體控制端子的控制電壓。 在本發明一個具體實施例内，固態影像拾取裝置進一步 -12 - 587334 (9) 包含一第二恆等電流來源控制電壓供應部份，用於輸出對 應至光電轉換所產生的電荷量之可變電壓，當成供應至恆 等電流來源電晶體控制端子的控制電壓。 在一個具體實施例内，固態影像拾取裝置在一基板上包 含一或多個像素。每一像素包含用於光電轉換入射光的第 一光電轉換部分、用於產生電荷累積電壓（利用第一光電 轉換部分產生）的第一電荷累積區域、重射電晶體以及源 極隨耦電路。 在一個具體實施例内，固態影像拾取裝置在一基板上包 含一或多個像素。每一像素包含用於光電轉換入射光的第 二光電轉換部分、用於轉換第二光電轉換部分所產生的電 荷之電荷轉換部分、用於累積從電荷轉換部分轉換的電荷 當成電何累積電壓之第二電荷累積區域、重射電晶體以及 源極隨輛電路。 依照本發明其他領域，電子資訊裝置包含上述固態影像 拾取裝置。 此後，本發明的功能將說明如下。 根據本發明，將電荷放電電位（重設電壓）供應至重設電 晶體的源極隨耦電路包含一驅動器電晶體，該電晶體和重 設電晶體一樣形成於相同半導體基板上，具有和重設電晶 體一樣的製程並且有和重設電晶體一樣的電晶體結構。來 自源極隨耦電路輸出的源極之電位會隨著輸入電壓而改 變 。 當製程中的變動導致重設電晶體的臨界電壓變高，則源 -13 - 587334

極隨耦電路内驅動器電晶體的臨界電壓也會增加。在此案 例中，源極隨耦電路的輸出電壓會降低，如此重設汲極電 壓就會降低。因此，即使當重設電晶體的臨界電壓增加導 致重設閘極部分的電位降低，還是可導致光二極體部分與 重設電晶體的重設汲極部分之間發生導通（短路），如此光 二極體部分就可重設為重設汲極電壓。

再者，當重設電晶體的臨界電壓降低，則驅動器電晶體 的臨界電壓也會降低。在此案例中，源極隨搞電路的輸出 電壓會增加，如此重設汲極電壓就會增加。因此，即使當 重設電晶體的臨界電壓降低，還是可避免可累積的電荷量 減少。

和曰本特許公開專利申請案第9-130681和2000-26589内公 佈的固態影像拾取裝置不同的是，其並不需要由外部提供 用於保留直流電壓的電容器，其加入重設脈衝（供應至重 設電晶體的閘極）的直流電壓。因此，可降低固態影像拾 取裝置的尺寸、重量以及成本。 如此，此處說明的本發明可具有下列優點，提供一固態 影像拾取裝置，其中即使當製程變動而導致重設電晶體特 性改變時，重設操作還是可在大體上理想的狀態下執行， 導致減少尺寸、重量和成本，以及包含該固態影像拾取裝 置的電子資訊裝置。 只要熟習本技術之專業人士詳讀並暸解下文中參考附 圖的詳細說明，將可明白本發明的這些及其它優點。 -14- 587334

00 實施方式 接下來，本發明將藉由說明性範例並參考所附圖式來作 說明。吾人可了解到，透過本發明，下面說明的CMOS型 固態影像拾取裝置也適用於C C D型固態影像拾取裝置。 h 具體實施例1 圖1為依照本發明具體實施例1顯示C Μ Ο S型固態影像拾 取裝置的電路圖。請注意，具有與圖3内對應構件相同功 能的構件都由相同參考號碼所表示。 _ 在圖1内，具體實施例1的固態影像拾取裝置提供有複數 個單元像素，每一單元像素都包含一選擇切換電晶體1、 一重設電晶體2 ' —懸浮二極體3、一放大電晶體4以及一 源極隨耦電路1 0，該電路包含一驅動器電晶體8和一恆等 電流來源部分9。在CMOS型固態影像拾取裝置内，單元 像素配置在半導體基板上具有行與列的矩陣内。 在重設電晶體2上，將使用空乏型電晶體，如此當供應 至閘極的重設脈衝高位準為電源電壓，在具有重設汲極電 鲁 壓的汲極（重設汲極部分）與源極（懸浮二極體部分）之間 會發生導通（短路）現象。 驅動器電晶體8具有連接至電源電壓的閘極（控制端子） 和汲極（一控制端子）。當電源電壓供應至驅動器電晶體8 的閘極，源極隨轉電路1 〇的輸出將當成重設汲極電壓供應 至重設電晶體2。驅動器電晶體8的源極（其他驅動端子） 連接至恆等電流來源部分9，並且此連接點會連接至重設 電晶體2的汲極。驅動器電晶體8以和重設電晶體2相同的 -15 - 587334 12)

0¾ I»毛 設的 重極 D t 8 具、3¾ 且晶 d電 並 ， 器板驅 基至 體 應 導供 半 同 相於 成形造 製程 製體 構 結 體 晶 電 的 同 相 重 /(- 壓 電 準位 高之脈 設 重 的極 閘 2 體 晶 。 電樣 設 一 \n/ 重壓 至電 應制 供控 和設 恆等電流來源部分9輸出一電流，電流值（例如大約 ΙΟΟμΑ)較好充分高於由懸浮二極體内光電轉換所產生的 電流值（通常是1 μ Α或以下），以便將源極隨耦電路丨〇上電 流的變化降至最低。流過源極隨耦電路1 〇的電流I、奚麟 動器電晶體8的輸入電壓Vin、來自驅動器電晶體8的輸出 電廢Vout以及驅動器電晶體8的臨界電壓vth具有下列多里 論關係： I a (Vin - Vout - Vth)2 若流過恆等電流來源部分9的電流假設為1 〇 〇 μ a， I = 100 μΑα (Vin - Vout - Vth)2 其中懸浮二極體3 (光二極體）受遮蔽不受光，以及 1=101 μΑα (Yin - Vout5 - Vth)2 其中光進入懸浮二極體3。 因此，源極隨耦電路1 0的輸出電壓會從懸浮二極體3遮 蔽不受光時的Vout改變成光線進入懸浮二極體3時的 Vout’。若流過恆等電流來源部分9的電流假設為100μΑ， 就可降低輸出電壓的變化。 底下將說明上述結構的運作。 圖4為說明圖1的CMOS型固態影像拾取裝置運作之時機 圖。 -16- 587334

(13) 请參閱.圖4，當重設脈衝在一訊框週期開始時提升至高 位準，則正電壓會供應至重設電晶體2的閘極。結果，重 設電晶體2的重設没極部分與懸浮二極體3之間會發生導 通（短路），藉此懸浮二極體3的電荷累積區域N 1之電荷累 積電壓會固定（重設）為重設汲極電壓（重設電壓）。 接下來，當重設脈衝降至低位準，重設電晶體2的重設 汲極部分在電性方面會與懸浮二極體3的電荷累積區域 N 1斷開。在此案例中，若光線進入懸浮二極體3，將依照 入射光的比例產生電荷。這些電荷會轉換成一負電壓。結 果，已經重設至電壓重設汲極的懸浮二極體3之電荷累積 區域N 1的電位會逐漸降低。 當選擇脈衝在一訊框週期結束時提昇至高位準，則選擇 切換電晶體1會透過列信號線6選擇一列上每一單位像 素。進一步會選擇行信號線5。在此將輸出對應至電壓重 設汲極與懸浮二極體3之間電位差異（電荷累積電壓）的信 號分量（放大信號電壓）。 此後，當重設脈衝再度提昇至高位準，懸浮二極體3的 電荷累積區域N 1之電荷累積電壓會重設至重設汲極電 壓。 這種運作會每個訊框週期執行（例如3 〇 ms)。請注意在 具體實施例1内，上述重設脈衝和選擇脈衝的高位準為電 源電壓，並且低位準為0V，在此電源電壓假設為3 v。 在具體實施例1内，重設汲極電壓會從源極隨耦電路！ 〇 供應至重設電晶體2的汲極。源極隨耦電路丨〇的輸出電壓 -17· 587334

(14)

(驅動器電晶體8的源極之電壓）低於驅動器電晶體8(供應 電源電壓）的閘極之電位（通道電位）。因為驅動器電晶體8 具有和像素内含的重設電晶體2相同之電晶體結構，則源 極隨輕電路1 〇的輸出電壓低於重設電晶體2閘極下的電 位。因此’若電源電壓當成重設脈衝供應至像素内含重設 電sa體2的閘極，則重設汲極部分（具有和源極隨耦電路1 〇 的輸出電壓相同之電位）與懸浮二極體部分之間會發生導 通現象（短路）。 若製程大幅度變動導致重設電晶體2的臨界電壓增加為 (Vth + AVh) >則供應電源電壓的重設電晶體2閘極下電位 會降低對應至AVli之值。為源極隨耦電路10輸出電壓的重 設汲極電壓也會降低對應至A Vh之值。理由如下··如上 述，當重設電晶體2的臨界電壓為Vh，流過源極隨耦電路 1〇的電流I可由下式表示：

Ioc (Vin - Vout - Vth)2。

當臨界電壓增加A Vh，則電流Γ由下式表示： I’a(Vin - Vout，- (Vth + Δνΐι))2。 在另一方面，恆等電流來源部分9導致流過源極隨耦電 路1 0的電流I等於I ’。因此，

Vout，= Vout - AVh。 因此，即使當製程内大幅度變動導致重設電晶體2的臨 界電壓增加為（Vth + AVh)，並且重設電晶體2閘即下之電 位降低，利用將當成重設脈衝的電源電壓供應至像素内含 的重設電晶體2，則會導致重設汲極部分（和源極隨耦電略 -18- 587334

⑼ 10具有相同的電位（Vout-AVh))與懸浮二極體部分之間發 生導通現象（短路）。結果，光二極體可重設至重設汲極電 壓。

若製程大幅度變動導致重設電晶體2的臨界電壓降低為 (Vth-AVh)，則供應電源電壓的重設電晶體2閘極下電位會 增加對應至AVh之值。為源極隨耦電路10輸出電壓的重設 没極電壓也會增加對應至A V h之值。理由如下：如上述， 當重設電晶體2的臨界電壓為Vh，流過源極隨辆電路1 0的 電流I可由下式表示： I a (Vin - Vout - Vth)2。 當臨界電壓下降AVh，則電流Γ由下式表示： I，a (Vin-Vout，- (Vth - Δνΐι))2。 在另一方面，恆等電流來源部分9導致流過源ά隨耦電 路1 0的電流I等於I ’。因此，

Vout’ = Vout + AVh 〇

因此，即使當製程大幅度變動導致重設電晶體2的臨界 電壓降低為（Vth-Δνΐι)，並且重設電晶體2閘極下之電位增 加，則重設汲極部分與懸浮二極體部分的電位為相當高的 (Vout + AVh)。因此，可避免因為臨界電壓變動造成可累積 的電荷數量下降之缺陷，這在傳統上就會發生。 當電源電壓變化時，供應電源電壓的重設電晶體2閘極 下之電位也跟著變動。在此案例中，為從源極隨耦電路1 0 輸出的電壓之重設汲極也會隨著變動而改變。因此，即使 電源電壓改變，還是可導致重設汲極部分與懸浮二極體部 -19- 587334

分之 壓。 再 耦電 請案 置不 (供廣 電容 上提 量以 具體 圖 主要 功能 根 電路 動端 恆等 取裝 制電 輸出 來源 驅 於相 (16) 間導通（短路），將光二極體部分重設至重設汲極電 者，在具體實施例1的固態影像拾取裝置内，源極隨 路1 0用於產生重設汲極電壓。和曰本特許公開專利申 第9-130681和2000-26589内公佈的固態影像拾取裝 同的是，源極隨耦電路1 〇並不會產生加入重設脈衝 i至重設電晶體2)的電流電壓。因此就不需要有外部 器來保留這種電流電壓。因此，不需要在半導體基板 供電容器，藉此可降低固態影像拾取裝置的尺寸、重 及成本。 實施例2 2為依照本發明具體實施例2顯示固態影像拾取裝置 架構的電路圖。請注意，具有與圖1内對應構件相同 的構件都由相同參考號碼所表示，並省略其說明。 據具體實施例2的固態影像拾取裝置提供一源極隨耦 l〇A，該電路包含一驅動器電晶體8，以及汲極（一驅 子）連接至該驅動器電晶體8源極（另一驅動端子）的 電流來源電晶體丨丨。根據具體實施例2的固態影像拾 置進一步提供DA轉換器12當成第一恆等電流來源控 壓供應部份，用於根據來自一訊框的輸出信號平均值 可變電壓。此可變電壓當成控制電壓供應制恆等電流 電晶體11的閘極（控制端子）。 動益電晶體8以和重設電晶體2相同的製程製造形成 同半導體基板上，並且相同的電晶體結構，如具體實 -20· 587334

(17) 知例1所示。驅動器電晶體8的閘極和汲極都連接至電源電 壓端’當電源電壓供應至驅動器電晶體8的閘極，源極隨 ί禺電路1 Ο A的輸出將當成重設汲極電壓供應至重設電晶 體2的沒極。驅動器電晶體8的源極連接至恆等電流來源部 分9的汲極’並且此連接點會連接至重設電晶體2的汲極。 怔等電流來源電晶體11的源極則連接至接地。 怔等電流來源電晶體丨丨的閘極連接至DA轉換器1 2，如

此流過恨等電流來源電晶體丨丨的電流就會受到da轉換器 1 2的輸出電壓所控制。 D A轉換器1 2由固態影像拾取裝置或外部提供的信號處 理部份（未顯示）内提供的信號處理部份（未顯示），供給具 有一訊框平均輸出信號的數位資料。DA轉換器12會在平 均輸出信號處於高狀態時輸出高位準的類比信號，或在平 均輸出化號處於低狀態時輸出低位準的類比信號。

請注意具體實施例2，對應至一訊框的平均輸出信號 可夔電壓將田成控制電壓輸出，該控制電壓會供應至恆 電流來源電晶體U的控制端子。但是本發明並不受限 此。在此可輸出對應至光電轉換所能獲得的電荷量之可 電壓。尤其I光電轉換可獲得的電荷量會隨著一訊框 平均輸出信號之比例增Λ 。户 ]增加在此案例中，藉由將DA轉 器12的輸出電壓供應至值等電流來源電晶體U的問極， 當由光電轉換所獲得的電荷量很大時，流過值等電流來 :晶體11的電流量就會變大’而當由光電轉換所獲得的 荷量很小時，流過恆箄雷法水、π 1 寺電/爪來源電晶體11的電流量就會 • 21 - 587334 (18) 酬_ 小。因此.，根據影像時取的情況可控制流過恆等電流來源 電晶體1 1的電流量。因此，並不需要像具體實施例1内要 有預定大的電流（大約1 〇 〇 μΑ)來導致電流恆等流過源極隨 耦電路10’藉此可進一步降低耗電量。 如上述，在具體實施例2内，DA轉換器12用於導致電壓 (供應至恆等電流來源電晶體1 1的閘極）改變。在此也可使 用其他裝置，只要可根據光電轉換所產生的電荷量來控制 流過源極隨耦電路的電流即可。 鲁 如上述，根據本發明，將電荷放電電位（重設電壓）供應 至重設電晶體的源極隨耦電路包含一驅動器電晶體，該電 晶體和重設電晶體一樣形成於相同半導體基板上，具有和 重設電晶體一樣的製程並且有和重設電晶體一樣的電晶 體結構。因此，即使當製程中的變動導致重設電晶體的臨 界電壓或電源電壓改變，則利用改變電壓重設汲極也可隨 耦此變化。因此，可導致光二極體部分與重設電晶體的重 設汲極部分之間發生導通現象（短路），如此光二極體部分 _ 就可重設至重設汲極電壓。再者，即使當重設電晶體的臨 界電壓降低，還是可避免可累積的電荷量減少。 和曰本特許公開專利申請案第9-130681和2000-26589内公 佈的固態影像拾取裝置不同的是，其並不需要由外部提供 用於保留直流電壓的電容器，其加入重設脈衝（供應至重 · 設電晶體的閘極）的直流電壓。因此，可降低固態影像拾 取裝置的尺寸、重量以及成本。 吾人可了解到’本發明的固態影像拾取裝置可輕易併入 -22- 587334

(19) 電子資訊裝置内，像是行動電話、照相機等等。在此情況 下，也可獲得本發明的效果。請參閱圖7，將說明範例電 子資訊裝置100。此電子資訊裝置100包含根據本發明的固 態影像拾取裝置1 〇 1、信號處理部分1 02、顯示部分1 03以 及記憶部分1 04。固態影像拾取裝置1 0 1拾取物體影像當成 外界光線，所拾取影像的像素資料經過轉換，當成送至信 號處理部分1 02的影像資料，該信號處理部分執行許多影 像資料的信號處理。所處理的影像資料輸出至顯示部分 103。信號處理部分102將處理過的影像資料儲存在記憶體 104内，並且需要時從記憶體104讀取影像資料並將資料輸 出至顯示部分1 03。如此，即使當固態影像拾取裝置1 0 1 供應至電子資訊裝置1 0 0，重設部分大體上可在理想狀態 下執行，並且因為製程變動導致重設電晶體的特性發生改 變，還是可維持電荷量。 熟悉此技藝人士應明白本發明的各種修改並且容易修 改，而不會脫離本發明的範疇與精神。因此，隨附的申請 專利範圍並不希望受限於本文中提供的說明中，而應對該 等申請專利範圍作廣泛的解釋。 圖式簡單說明 圖1為依照本發明具體實施例1顯示CMOS型固態影像拾 取裝置的電路圖。 圖2為依照本發明具體實施例2顯示CMOS型固態影像拾 取裝置的電路圖。 圖3為顯示傳統CMOS型固態影像拾取裝置的電路圖。 587334

(20) 圖4為說明圖1的CMOS型固態影像拾取裝置運作之時機 圖。 圖5為顯示空乏型固態影像拾取裝置主要架構之電路 圖。 圖6 A至6 C顯示當重設電晶體的臨界電壓分別為最小、 標準和最大時，重設電晶體的懸浮二極體部分、重設閘極 部分和重設汲極部分之電位。 圖7為顯示包含本發明固態影像拾取裝置的電子資訊裝 置基本架構之方塊圖。 〈圖式代表符號說明〉 1 選 擇 切 換 電 晶 體 2 重 設 電 晶 體 3 懸 浮 二 極 體 4 放 大 電 晶 體 5 行 信 號 線 6 列 信 號 線 8 驅 動 器 電 晶 體 10 源 極 隨 耦 電 路 10A 源 極 隨 耦 電 路 11 十亙 等 電 流 來 源 電 晶體 12 DA 轉 換 器 7 重 δ又 脈 衝 信 號 線 9 恆 定 電 流 來 源 部 分 100 電 子 資 訊 裝 置 -24- 587334 (21)

101 102 103 104 固態影像拾取裝置 信號處理部分 顯示部分 記憶體

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Claims (1)

1. 587334 拾、申讀專利範圍. 1. 一種固態影像拾取裝置，其包含： 一電荷累積區域，其可累積電荷； 一重設電晶體，其包含一第一端子和一第二端子，其 中會將一電荷放電電位供應至該第一端子，並且該第二 端子係連接至該電荷累積區域；以及 一源極隨轉電路5包含一結構和該重設電晶體相同的 驅動器電晶體， 其中可透過該重設電晶體將該電荷累積區域的一電 荷累積電壓設定為該電荷放電電位，以及 一來自該源極隨耦電路的輸出電壓為該電荷放電電 位。 2. 如申請專利範圍第1項之固態影像拾取裝置，其中該驅 動器電晶體以和該重設電晶體相同的製程所製造，並且 具有和該重設電晶體相同的電晶體結構’

   該驅動器電晶體具有一控制端子、一第一驅動端子以 及一第二驅動端子，並且該控制端子連接至該第一驅動 端子，並且一來自該驅動器電晶體第二端子的輸出電壓 為該源極隨耦電路的輸出電壓。 3. 如申請專利範圍第2項之固態影像拾取裝置，其中該源 極隨耦電路進一步包含一連接至該驅動器電晶體第二 驅動端子的恆等電流來源部分。 4. 如申請專利範圍第3項之固態影像拾取裝置，其中該恆 等電流來源部分進一步包含一恆等電流來源電晶體，該 恆等電流來源電晶體的第一驅動端子係連接至該驅動

   587334 器電晶體的第二驅動端子。 5. 如申請專利範圍第4項之固態影像拾取裝置，進一步包 含： 一第一恆等電流來源控制電壓供應部份，用於輸出對 1 應至一單一訊框平均輸出信號的可變電壓，當成供應至 該恆等電流來源電晶體之控制端子的該控制電壓。 6. 如申請專利範圍第4項之固態影像拾取裝置，進一步包 含： · 一第二恆等電流來源控制電壓供應部份，用於輸出一 對應至光電轉換所產生電荷量的可變電壓，當成供應至 該恆等電流來源電晶體之控制端子的該控制電壓。 7. 如申請專利範圍第I項之固態影像拾取裝置，其中一供 應至該驅動器電晶體之控制端子的電壓和供應至該重 設電晶體之控制端子的重設控制電壓一樣。 8. 如申請專利範圍第I項之固態影像拾取裝置，包含位於 一基板上的一或多個像素，其中每一像素都包含： 修 一第一光電轉換部分，用於光電轉換入射光； 一第一電荷累積區域，用於藉由累積該第一光電轉換 部分所產生的電荷來產生該電荷累積電壓； 該重設電晶體；以及 該源極隨耦電路。 ’ 9. 如申請專利範圍第I項之固態影像拾取裝置，包含位於 一基板上的一或多個像素；其中每一像素都包含： 一第二光電轉換部分，用於光電轉換入射光；

   587334 一電荷轉換部分，用於轉換該第二光電轉換部分所產 生的電荷； 一第二電荷累積區域，用於累積從該電荷轉換部分所 轉換的電荷，當成電荷累積電壓； 該重設電晶體；以及 該源極隨_電路。 10. —種固態影像拾取裝置，其包含： 一重設電晶體，其包含一控制端子、一第一驅動端子 以及一第二驅動端子，其中一重設控制電壓被供應至該 控制端子、一重設電壓被供應至該第一驅動端子以及由 光電轉換所產生的一電荷累積電壓被供應至該第二驅 動端子，並且利用該重設控制電壓透過該重設電晶體將 該電荷累積電壓設定成為該重設電壓； 一源極隨耦電路，其包含：一驅動器電晶體，以和該 重設電晶體相同的製程所製造，並且具有和該重設電晶 體相同的電晶體結構，該驅動器電晶體具有一控制端 子、一第一驅動端子以及一第二驅動端子，並且該控制 端子連接至該第一驅動端子；以及一恆等電流來源部 分，其連接至該驅動器電晶體的第二驅動端子以及該重 設電晶體的第一驅動端子， 其中該源極隨耦電路所產生的一輸出電壓被供應至 該重設電晶體的第一驅動端子。 11. 如申請專利範圍第1 0項之固態影像拾取裝置，其中恆等 電流來源部分進一步包含一恆等電流來源電晶體，該恆 587334

   等電流來源電晶體的第一驅動端子係連接至該驅動器 電晶體的第二驅動端子。 12. 如申請專利範圍第1 1項之固態影像拾取裝置，進一步包 含： 一第一恆等電流來源控制電壓供應部份，用於輸出對 應至一單一訊框平均輸出信號的可變電壓，當成供應至 該恆等電流來源電晶體之控制端子的該控制電壓。

   13. 如申請專利範圍第1 1項之固態影像拾取裝置，進一步包 含： 一第二恆等電流來源控制電壓供應部份，用於輸出一 對應至光電轉換所產生電荷量的可變電壓，當成供應至 該恆等電流來源電晶體之控制端子的該控制電壓。 14. 如申請專利範圍第1 〇項之固態影像拾取裝置，其中一供 應至該驅動器電晶體之控制端子的電壓和供應至該重 設電晶體之控制端子的重設控制電壓一樣。

   15. 如申請專利範圍第1 0項之固態影像拾取裝置，包含位於 一基板上的一或多個像素，其中每一像素都包含： 一第一光電轉換部分，用於光電轉換入射光； 一第一電荷累積區域，用於藉由累積該第一光電轉換 部分所產生的電荷來產生該電荷累積電壓； 該重設電晶體；以及 該源極隨耦電路。 16. 如申請專利範圍第1 0項之固態影像拾取裝置，包含位於 一基板上的一或多個像素，其中每一像素都包含：

   587334 一第二光電轉換部分，用於光電轉換入射光； 一電荷轉換部分，用於轉換該第二光電轉換部分所產 生的電荷， 一第二電荷累積區域，用於累積從該電荷轉換部分所 轉換的電荷，當成電荷累積電壓； 該重設電晶體；以及 該源極隨耦電路。 17. —種電子資訊裝置，包含如申請專利範圍第1項之固態 影像拾取裝置。 18. —種電子資訊裝置，包含如申請專利範圍第1 0項之固態 影像拾取裝置。