TWI258311B - Semiconductor device, and control method and device for driving unit component of semiconductor device - Google Patents

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1258311 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種其中設置有複數個單位組件之半導體 波置及一種用於驅動該等單位組件之控制方法及裝置。具 體而言，本發明係關於一種可降低一諸如固態成像裝置等 物理量分佈感測半導體裝置之功耗並提高其動態範圍之技 術。舉例而言，在物理量分佈感測半導體裝置中，諸如單 位像素等對外部輸入電磁波（例如光及輻射）敏感的單位組 件係排列成一矩陣，且物理量分佈係轉換爲電子信號以供 讀出。 【先前技術】 目前，物理量分佈感測半導體裝置廣泛應用於各種領域 内，在该等半導體裝置中，諸如單位像素等對外部輸入電 磁波（例如光及輻射）敏感的單位組件係排列成一行或一矩 陣。舉例而言，在成像裝置領域内，係使用具有電荷耦合 裝置（CCD)、金屬氧化物半導體（M〇s)或互補型金屬氧化物 半導體（CMOS)之固態成像裝置，固態成像裝置所具有的所 有此專裒置皆將光感測爲一物理量。在此等半導體裝置 中，由單位組件（在固態成像裝置中爲單位像素）讀出自物理 量分佈轉換而成的電信號。 此外，固_成像裝置包括—種具有具主動式像素感測器 (▲奶，亦稱作增益單元）結構之像素的主動式像素感測器固 態成像裝置。在每一 APS像素中，一像素信號產生單元皆 包括一放大驅動電晶體，該放大驅動電晶體用於依據一電 94638.doc 1258311 各產生單元所産生的號電荷來産生—像素信號。舉例而 言，大多數CMOS固態成像裝置即具有此種結構。在此等主 動式像素感測器固態成像裝置中，爲讀出像素信號，一具 有複數個單位像素之像素單元受一位址控制，以便可選擇 任一單位像素以供自該單位像素讀出信號。換言之，主動 式像素感測器固態成像裝置係位址控制式固態成像裝置之 一實例。 、舉例而言，在主動式像素感測器（此係一種其單位像素排 成一矩陣之χ-γ位址型固態成像感測器）中，一像素係由一 具有MOS結構之主動元件（]^08電晶體）構成，從而爲像素 本身提供-放大功能。換言之，主動式像素感測器係將聚 積於-光電二極體(光電轉換器)中並由主動元件放大的信 號電荷（光電子）讀出作爲影像資訊。 舉例而言，在此種X-Y位址型固態成像感測器中，複數 個像素電晶體排列成一二維矩陣來構成一像素單元。信號 電何係依據入射光來開始逐行或逐像素地聚積。然後，藉 每一像素中讀出一基於所聚積信號 由對位址加以指定 電荷之電流或電壓信號。 單位像素結構；4-TR類型 -。般而言，在互補型金屬氧化物半導體（cm〇s)感測器 令，單位像素結構會因需降低雜訊而較電荷耦合裝置（CCD) 之單位像素結構複雜。舉例而言，如圖1A所示，一通用 CMOS感測n包括—浮動擴散放大器（而)(其係—具有寄 生電容之擴散層）及四個位於一單位像素3中的電晶體。此 94638.doc 1258311 結構衆所習知且稱作4電晶體像素結構（下文亦稱作4TR結 構）。 在此種4TR結構中，一浮動擴散單元38(其係一電荷聚積 單元之實例）連接至一放大電晶體42(其係一信號産生單元 之貫例）之閘極。因此，放大電晶體42根據浮動擴散單元3 8 之電位（下文亦％作FD電位）將一信號（在此情形中爲電壓 信號）經由一像素線51輸出至一豎直信號線53(其係一輸出 信號線之實例）。然後，一重設電晶體36重設浮動擴散單元 38 〇 -用作-電荷轉移單元之轉移閘極電晶體(讀出選擇電 晶體）34將由-電荷産生單元32所産生的信號電荷轉移至 浮動擴散單㈣。複數個像素連接至g直信號線53。爲選 擇-像素’需導通-欲選擇像素中的g直選擇電晶體的。 此使得能夠僅將所選像素連接至豎直信號線53 所選像素的一信號輸出至豎直信號線5 3。 並因此將 因此’單位像素3通常包括一光電轉換器(例如一光電二 極體（PD))及四個電晶體，其中—電晶體係用於選擇 之豐直選擇電晶體40。目前，大多數⑽喊㈣之單位像 素3皆具有選擇電晶體。因此，與咖感測器相比，c刪 感測器在提焉解析度方面存在缺陷。 單位像素結構；3-TR類型 稱人:議使用一種3電晶體像素結構(下文亦 冉乍R、、、.構）’以在保持效能之同時減少元件數旦 1B所示，爲藉由在單位像素3中減小電晶體所占^來^ 94638.doc 1258311 像素尺寸，單位像素3包括一光電轉換器（例光電二極 體（PD))及三個電晶體（例如參見曰本專利第27〇⑽號）。在 下文中，此專利文件稱作專利文件1。 每一具3TR結構之單位像素3皆包括：一諸如一光電二極 體之電荷產生單元32，其接收光並對光進行光電轉換以産 生信號電荷；一放大電晶體42，其連接至一豎直汲極線 PRN)57並》大-對應於電荷産生單元32所產生信號電荷 的信號電壓；及一重設電晶體36，其用於重設電荷產生單 元32。此外，一讀出選擇電晶體（轉移閘極單元）34設置於電 射産生單元32與一放大電晶體42之閘極之間。此讀出選擇 電曰曰體34由一豎直掃描電路（未圖示）中的一豎直移位暫存 器經由一轉移閘極導線（TRG)55來掃描。換言之，除電荷産 生單元32之外，具3TR結構的單位像素3亦包括用於轉移、 重設及放大之三個電晶體。 放大電晶體42之一閘極及重設電晶體36之源極皆經由轉 移閘極電晶體（讀出選擇電晶體）34連接至電荷産生單元 32。重設電晶體36之汲極及放大電晶體42之汲極皆連接至 沒極線。放大電晶體42之源極連接至豎直信號線53。轉移 閘極電晶體34由一轉移驅動緩衝器15〇經由轉移閘極導線 (TRG)55來驅動。重設電晶體36則由一重設驅動緩衝器152 經由一重設閘極導線（RST)56來驅動。 轉移驅動緩衝器150及重設驅動緩衝器i 52二者皆藉由兩 個值來運作：參考電壓0V及電源電壓。具體而言，在此種 類型之習知單位像素中，施加至轉移閘極電晶體34之問極 94638.doc 1258311 之低位準電壓爲0伏特。 同一水平列令的各像素皆連接至三條信號線，即轉移閘 極導線（TRG)55、重設閘極導線（11灯)56及一豎直汲極線 (DRN)5 7。同-g直排中的各像素皆連接至一公用g直信號 線（讀出信I線）53。放大電晶體42連接至每一 g直信號線 53，而豎直信號線53則連接至一對應的負載電晶體單元（未 圖示）。當讀出一信號時，一連接至每一放大電晶體42的 M〇S負載電晶體向豎直信i線53連續提供一預定恒定電 流0 每一暨直信號線53皆連接至一可藉助一相關雙重取樣 (CDS)來消除雜訊之排電路（未圖示）、經處理的像素信號在 -水平知描電路（未圖示）控制下自排電路讀出。然後，像素 信號遞送至-放大電路（一輸出放大器）並輸出至外部。 一登直掃描電路（未圖示）以一適當的定時來驅_移間 極導線(TRG)55、重設閘極導線(RST)56及豎直汲極線 (DRN)57，從而控制同一水平列中的各像素。在讀出期間， 水平掃描電路依序輸人信號至各⑽處理單元，以導通該 等CDS處理單元。因此，自相應豐直信號線53讀出的信號 依序遞送至輸出放大器。 如同4TR結構一般，在具3TR結構的單位像素3中，一浮 動擴散單S38連接至-放大電晶體42的閘極。因此，放大 電晶體4 2根據浮動擴散單元3 8之電位將一信號輸出至豎直 信號線53。 連接至重設電晶體36之閘極的重設閘極線（RST)56沿列 94638.doc 1258311 (水平）方向延伸，且連接至重設電晶體36之汲極之豎直汲極 線（DRN)57爲所有像素所公用。豎直汲極線（DRN)57係由一 汲極驅動緩衝器140(下文稱作DRN驅動緩衝器）來驅動。重 設電晶體36係由重設驅動緩存器152來驅動，以控制浮動擴 散單元38之電位。 在專利文件1中，對應於某一列之豎直汲極線（DRN)57與 對應於另一列之豎直汲極線（DRN)57相分離。然而，由於豎 直汲極線（DRN)57必須使一排中各像素之電流信號能在其 上流動，因此實際上豎直汲極線（DRN)57爲所有列所公用。 由電荷産生單元（光電轉換器）32產生的信號電荷藉由轉 移閘極電晶體34轉移至浮動擴散單元38。 不同於4TR結構，一具3TR結構的單位像素3不具有串聯 連接至放大電晶體42的豎直選擇電晶體40。在3TR結構中， 並非藉由豎直選擇電晶體40而是藉由控制FD電位在連接至 豎直信號線53的複數個像素中選擇一像素。 因此，對豎直汲極線（DRN)57進行位準控制可起到像素 選擇之作用。豎直汲極線（DRN)57可有效地用作一像素選擇 線（SEL)，其與第一實例中的豎直選擇線（SEL)具有相同作 用。此外，豎直汲極線（DRN)57上一用於控制重設電晶體36 及放大電晶體42二者之汲極的脈衝信號與第一實例中的選 擇脈衝SEL具有相同作用。在下文中，將豎直汲極線 (DRN)57上的脈衝信號稱作DRN控制脈衝SEL。 舉例而言，通常藉由將豎直汲極線（DRN)57切換至一低 位準來將FD電位強制爲一低位準（Low)。若欲選擇一像素， 94638.doc -10- 1258311 需藉由如下方式將所選像素之FD電位強制爲一高位準 (High):將豎直汲極線（DRN)57切換至一高位準並切換所選 列中之重設電晶體36，以將所選像素的一信號輸出至豎直 信號線53。此後，藉由將豎直汲極線（DRN)57切換至一低位 準而使所選像素之FD電位恢復至一低位準。此項作業係對 所選列中的所有像素同時執行。 因此，爲控制FD電位，必須執行如下作業： 1) 若欲將所選列之FD電位變爲一高位準，應將豎直汲極 線（DRN)57切換至一高位準，此時FD電位藉由所選列之重 設電晶體36變爲一高位準。 2) 若欲將所選列之FD電位恢復至一低位準，應將豎直汲 極線（DRN)57切換至一低位準，此時FD電位藉由所選列之 重設電晶體36變爲一低位準。 圖2係一用於驅動具3-TR結構之單位像素3之驅動脈衝之 定時圖。藉由控制轉移閘極導線（TRG)55、重設閘極導線 (RST)56、各像素所公用之豎直汲極線（DRN)57，會使浮動 擴散單元38之電壓發生變化，並因此使豎直信號線53之電 壓亦發生變化。 舉例而言，DRN驅動缓衝器140將一沒極驅動脈衝 DRN(高位準）施加至豎直汲極線（DRN)57，以將豎直汲極線 (DRN)57切換至一高位準。當豎直汲極線（DRN)57處於一電 源電壓（高）位準時，一重設脈衝RST(高位準）施加至重設電 晶體36，以使重設閘極導線（RST)56升至一高位準（tl)。因 此，浮動擴散單元38連接至電源電壓。此後，當重設閘極 94638.doc -11 - 1258311 導線（RST)56降至一低位準（t2)時，浮動擴散單元38之電壓 會因重設電晶體36之閘極（重設閘極）與浮動擴散單元“之 間的電容耦合C1而下降。 此種變化經由放大電晶體42顯現於豎直信號線5 3上。因 此，豎直信號線53之電壓下降。此時，浮動擴散單元“之 電壓會因£直信號線53與放大電晶體42之閘極之間的電容 耦合C2而進一步下降。 此等效應使浮動擴散單元38之電壓（FD電位）降至低於電 源電壓M t2至t3)。一連接至豎直信號線53的下游電路接收 豎直信號線53之電壓（重設位準），該電壓對應於該fd電壓。 隨後，當一轉移閘極脈衝TRG(高位準）施加至轉移閘極電 晶體34時（自t3至t4)，電荷産生單元32將信號電荷（光電子） 轉移至浮動擴散單元38，以降低浮動擴散單元38之電壓， 因此，豎直信號線53之電壓亦隨浮動擴散單元38之電壓之 降低而降低（自Μ至t5)。該下游電路亦接收此豎直信號線53 電壓（信號位準）。 此後，當豎直汲極線57切換至一低位準且一重設脈衝 RST施加至重設電晶體36時（自^至“），浮動擴散單元％恢 復至一低位準（t5之後）。該下游電路會計算重設位準與信號 位準之差值，然後將該差值作爲一像素信號輸出。 然而，此種驅動類型會因電容耦合^及以而降低重設後 的洋動擴散單元38之電壓（自t2至t3)。因此，需要一高電源 電壓來補償此電壓降低，亦即，不可使用更低位準之電壓， 因此，無法達成低功耗及寬動態範圍，此很成問題。 94638.doc 12 1258311 “一具4-TR結構（其具有串聯至放大電晶體42的豎直選擇 電晶體4 〇)之像素單元3可能會增大浮動擴散單元3 8之電 虔，從而可使用更低位準之電屢，舉例而言，此揭示於日 本未審查專利申請公開案第2003-87662號中。 一然而，具3_TR結構（其不具有此種選擇電晶體）之像素單 兀3卻無法使用此種技術。 夕=佳^形爲’甚至mR結構（具有一選擇電晶體） 素單TC3亦會進一步降低功耗並增大動態範圍。 【發明内容】 因，’本發明之-目的係提供—種無論單位像素係徽 ^構《4TR結構，亦即無論是否存在選擇電晶體，皆會使 功耗降低及使動態範圍增大之半導體裝置結構及㈣方 法。 根據本發明，一種半導體裝置包括一信號獲取單元及一 驅動控制單元。該信號獲取單元包括-單位組件，該單位 組件具有：-電荷產生單元，其用於因應入射電磁波産生 信號電荷；-電荷聚積單元，其用於聚積由該電荷産生單 元產生的信號電荷；一作辨卢 σ — 二 乜唬產生早疋，其用於根據聚積於 该電荷聚積單元中的信號電荷來產生一信號；及一重設單 -用於重❸亥電何聚積單元。該驅動控制單元使用若 干控制脈衝來使該電荷聚積單元達到一重設位準，從而辦 加欲聚積於該電荷聚積單元中的電荷數量。 θ 根據本明，冑驅動控制方法驅動一半導體裝置之一 單位組件。該單位組件包括：一電荷産生單元，其用於因 94638.doc -13- 1258311 應入射電磁波産生信號電荷；_電荷聚積單元，其用於聚 積由忒電％産生單元産生的信號電荷·，一信號產生單元， 其用於根據聚積於該電荷聚積單元中的信號電荷來產生一 仏旒，及一重設單元，其用於重設該電荷聚積單元。該方 法匕括如下步驟··使用若干控制脈衝使該電荷聚積單元 達到一重設位準，從而增加欲聚積於該電荷聚積單元中的 電荷數量。 根據本發明，一種用於驅動一半導體裝置之一單位組件 之驅動控制展置包括一驅動控制單元。該單位組件包括： 電荷産生單元，其用於因應入射電磁波産生信號電荷； 一電何聚積單元，其用於聚積由該電荷産生單元産生的信 號電荷；一信號産生單元，其用於根據聚積於該電荷聚積 單元中的信號電荷來産生一信號；及一重設單元，其用於 重設該電荷聚積單元。該驅動控制單元使用若干控制脈衝 使該電荷聚積單元達到_重設位準，從而增加欲聚積於該 電荷聚積單元中的電荷數量。 根據本發明，一種照相機包括一信號獲取單元、一驅動 控制單元及一光學系統。該信號獲取單元包括一單位組 件，該單位組件包括··_電荷産生單元，其用於因應入射 電磁波產生信號電荷；_電荷聚積單元，其用於聚積由該 電荷產生單元産生的信號電荷；一信號産生單元，其用2 根據聚積於該電荷聚積單元中的信號電荷來產生一芦號 及-重設單元，其用於重設該電荷聚積單元。該驅動控制 單元使用若干控制脈衝來使該電荷聚積單元達到一重設位 94638.doc •14- 1258311 準，從而增加欲聚積於該電荷聚積單元中的電荷數量。該 光干系統將該等電磁波導引至該信號獲取單元。 【實施方式】 下文將參照附圖詳細闡述本發明之各實施例。下文所將 闌述的各實施例係使用—由―⑽s成像感測器構成之裝 置’該裝置係X-Y位址型固態成像裝置之—實例。而且，該 CMOS成像感測器之所有像素皆錢刪構成。然而，此僅 係一實例。該裝置並非限定爲一廳型成像裝置。下文所 述之所有實施例皆適用於所有其中複數個單位組件對外部 輪入電磁波(例如光及輻射)敏感且排列成一行或一矩陣之 物理量分佈感測半導體裝置。亦應注意，在本發明之實施 例中，用於表示像素佈置方向及線之措詞「列」.和「排」 分別表示矩陣的水平方向及豎直方向。然@，本發明並不 ::::等組件佈置。可藉由-沿水平方向設置的信號線 :—像素遞送至—成像區域外部的信號…般而言， 「列」及「排」之方向取決於其定義。舉例而言，若「列」 ::登直方向，則本發明所使用之措詞「列」&「排」應 互換。 固態成像裝置之結構；第一實施例 圖3Α及圖3Β係-本發明第_實施例之⑽⑽固態成像裝 ::!意性方塊圖。固態成像裝置〗具有-像素單元，在該 像素單元中，複數個皆 白具有-光接受器(-電荷産生單元之 貫例）之像素排成列及排，亦 口 丌即排成一二維矩陣。該光接受 裔依據入射光強度輸出一传 l就。自母一像素輸出之信號係 94638.doc * 15 - 1258311 一電壓信號，且每一排皆設置有一相關雙重取樣（CDS)處理 單元及一數位轉換器。換言之，該裝置係一排型裝置。 換言之，如圖3A所示，固態成像裝置！包括一其中複數個 單位像素3排成若干列及排之像素單元（成像單元）1〇、一驅 動技制單元7及一排處理單元26，且驅動控制單元7及排處 理單元26皆設置於像素單元10之週邊。驅動控制單元7包括 (例如）一水平掃描電路12及一豎直掃描電路14。 雖然爲簡單起見未在圖3 A及圖3B中顯示所有列及排，但 實際上在每一列及每一排中皆設置有數十至數千個像素。 女S 3 B所示，單位像素3之結構與圖1 b所示及本說明書之 「先前技術」部分中所述的3電晶體結構單位像素相同。豎 直汲極線57爲像素單元10中的幾乎所有像素所公用。豎= 汲極線57之各分支沿排方向延伸並在像素單元1〇末端處連 接在一起，或者延伸形成一於每一電荷産生單元32上方開 口之格子。 固態成像裝置1之驅動控制單元7進一步包括一水平掃描 電路12、一豎直掃描電路14及一通信及定時控制單元2〇。 驅動控制單元7之此等組件係使用與半導體積體電路製造 技術相同之技術與像素單元1〇整體形成於一諸如單晶矽之 半導體區域中。該等整體組件用作固態成像裝置（成像裝 置），其係一半導體系統之實例。 單位像素3經由一豎直控制線丨5連接至用於選擇一豎排 像素之豎直掃描電路14。而且，單位像素3經由一豎直信號 線19連接至排處理單元26，在排處理單元％中爲每一排設 94638.doc •16- 1258311 置有-排AD電路。在本文中1直控制㈣係指所有類型 的自豎直掃描電路14至像素之線路。 如下文所述，每-水平掃描電路12及登直掃描電路㈣ 包括-解碼器並因應-自通信及定時控制單元2g遞送之驅 動脈衝來起動一移位作業（掃描）。爲此，登直控制線15包括 各種類型之脈衝信號，例如重設脈衝RST、轉移脈衝則 及DRN控制脈衝DRN 〇 雖然未圖示’但通信及料控制單元2()包括—脈衝信號 產生單元用於産生一爲母一組件所需之時鐘並按一預定 疋時產生一脈衝信號。舉例而言，該脈衝信號産生單元包 括··一功能塊（一驅動控制裝置之實例），其用於以一預定定 時向水平掃描電路12、豎直掃描電路14及排處理單元以提 供脈衝信號；及-通信介面功能塊，其用於接收可提供指 令的資料以確定時鐘信號及作業模式並用於輸出含有固態 成像裝置1之資訊之資料。舉例而言，通信及定時控制單元 20將一水平位址信號輸出至一水平解碼器12&，及將一豎直 位址信號輸出至一豎直解碼器14a。在接收到信號時，水平 解碼器12a及豎直解碼器14a將分別選擇對應排及對應列。 根據此實施例，通信及定時控制單元2〇向該裝置内的各 組件（例如向水平掃描電路丨2、豎直掃描電路丨4、排處理單 兀26及一輸出電路28)提供一時鐘CLK1，該時鐘CLK1之頻 率相同於一自一端子5 a輸入的輸入時鐘cLK0(主.時鐘）、主 時鐘之除以2時鐘或一除以更大數之慢時鐘之頻率。在下文 中，將除以2時鐘及一頻率低於除以2時鐘之時鐘統稱作慢 94638.doc -17- 1258311 時鐘CLK2 〇 舉例而言，具VGA級尺寸（約300,000像素）之固態成像裝 置接收一 24百萬赫茲之輸入時鐘，並以24百萬赫茲之時鐘 CLK1或12百萬赫茲之慢時鐘clk2運作内部電路，然後以 30訊框/秒（fps)之速率輸出訊框。本文所述「VGA」係「視 頻圖形陣列（Video Graphics Array)」之縮寫，其界定一圖形 模式及一顯示解析度。 豎直知描電路14選擇像素單 ,，一 、口A 厂/1 而 之脈衝舉例而δ，豎直掃描電路丨4包括··豎直解碼器1， 其確定豐直方向上的—讀出列（像素單元1G之—列）；及一登 直驅動電路14b ’其可驅動—位於暨直解碼器—所綠定的 讀出位址處（在列方向上）之單位像素3，其方法係向該單位 像素3的對應控制線提供—於 刊表捉仏脈衝。而且，除讀出信號的列之 外，登直解碼器14a尚選擇—列用於一電子快門。 水平掃描電路12盥一枵眭於η此，丨丄 ^慢時鐘冋步地在排處理單元26内依 序選擇一排AD電路，並將俨號* 灯现自4排AD電路引導至一水单 信號線1 8。舉例而言，水平 卞 水千知描電路12包括： 12a，其在水平方向上確 卩十解碼裔 〇貝出排，亦即，在排處理單元 26中k擇其中一個排電路；一 ,^ τ 及水千驅動電路12b，其根掳 一由水平解碼5| 1 2a被# ΛΑ Μ， 、很骒 ⑶確疋的讀出位址將排處理單元26之备 一信號引導至水平俨梦绩1S ^ 早兀26之母 八十乜唬線18。水平信號線 排AD電路所處判位元數量n(其巾里取決於 言，若η爲1〇，則設置_ 數）。舉例而 J又罝10條水平信號線18。 在此種結構的固態成像裝 中自母一單位像素3輪出 94638.doc -18- 1258311 的像素仏號（在此情形中爲電壓信號）皆經由豎直信號線19 遞送至一用於對應豎直排的排AD電路。排處理單元26中的 每一排AD電路皆接收並處理來自該排中各像素之信號。舉 例而言’排AD電路計算一信號位準與一重設位準（像素重設 後緊接的信號位準）之差值，該信號位準及重設位準皆係依 據兩個來自通信及定時控制單元2〇的抽樣脈衝ShP及SHD 經由豎直信號線19輸入的電壓模式下的像素信號位準。此 處理消除了稱作固定圖案雜訊（FPN)及重設雜訊之雜訊信 唬刀里。此外，在與排處理單元26相同的半導體區域中， 可於排處理單元26之下游連接一自動增益控制（AGC)電 路，以在需要時放大信號。 母一排AD電路亦包含一類比一數位轉換（adc)電路，舉 例而。，亥類比-數位轉換電路可使用慢時鐘將經處 理的類比信號轉換爲10位元數位資料。然後，藉由一由一 來自水平掃描電路12的水平選擇信號驅動的水平選擇開關 (未圖不）將數位化像素資料遞送至水平信號線18。然後，將 像素資料輸入至輸出電路28。1〇位元數位資料僅係一實 例。位元數量亦可小於10(例如8)或大於10(例如14)。 輸出電路28處理來自 ^^ ^ 千#諕線U之信號並將其作爲影 像貝料經由一屮C η . 、 别出。舉例而言，輸出電路28可僅 執行緩衝或可在繮種P夕二 、卸之别執行黑色位準調整、行偏差修 正、信號放大及色彩處理。 仃偏差‘ 豎 在此實施例中，每一排電路 直線產生數位資料。然而， 皆具有AD轉換功能並爲每一 另一組件可具有AD轉換功能 94638.doc 19 !258311 來取代排電路。舉例而言，像素單元中每 AD轉換功能。換言之㈢ 白了八有 ^ 豕常早儿可具有大置功能。另一選 擇爲’-類比像素信號可輸出至水平信號線18，然後，可 :,、AD轉換爲-數位信號，爾後’可將該數位信號遞送至 輸出電路28。 —在任:上述結構中，像素單元1G(其中純受器用作一電 何産生單元）排成—矩陣並依序逐列輸出像素信號。因此， 一對應於像素單元1G之圖像（亦即—訊框影像）係由一組來 自整個像素單元1〇的像素信號來表示。 /具此種結構的固態成像裝置1中’用於讀出像素信號之 艇動定時類似於圖2所示的習知3TR結構之驅動定時。然 ，不同之處在於，在此實施例中，由一控制脈衝用於將 :動擴散單元38(其係電荷聚積單元之一實例)切換至一重 η又位準之驅動時間明顯短於豎直信號線53因應控制脈衝之 因應時間。 第一實施例之特徵在於：單位像素3具有3TR結構；用於 動重設電晶體36之重設脈衝RST相當於用於將浮動擴散 單元3 8切換至重设位準之控制脈衝；及重設脈衝μ τ明 顯爲短，從而增加聚積於浮動擴散單元38内的電荷數量。 3 TR結構之驅動方法；第一實施例

圖4係一定時圖，其顯示在讀出信號電荷時第一實施例驅 動方法之第一貫例。具體而言，圖4顯示轉移閘極導線 (TRG)55、重設閘極導線（RST)56及豎直汲極線（drn)57上 的驅動脈衝之波形圖案。對於所有脈衝而言，低位準「L 94638.doc -20- 1258311 可使導線失能（不活動）而高位準「H」可對導線賦能（現用）。 在習知方法中，如圖2所示，係慮及豎直信號線53之因應 時間來確定重設脈衝RST之寬度，以使登直信號㈣可跟 隨重設脈衝RST。與此不同，在第一實施例中，如圖4中自 tl至t2之時間段所示，重設脈衝RST之寬度的確定方式須使 重設脈衝RST之寬度小於t直信號㈣之因應時間。、因 此:儘管具3TR結構之單位像素3無選擇電晶體且係藉由控 制洋動擴散單元38之電位來進行選擇，但仍可提高浮動擴 散早兀38之電位。下文將參照定時圖4來詳細闡述其原理。 首先如在驾知方法中一般，當重設脈衝RST上升時 ⑴)’浮動擴散單元38之電壓以一足夠快之速度(例如在數 奈:、内)達到一電源電壓。換言之，對用作一電荷聚積單元 #動擴政單兀38進行充分地重設。相反，豎直信號線53 之因應時間則較長，例如超過100奈秒。 酼後，在浮動擴散單元38達到電源電壓之後，重設脈衝 下降同時豎直信號線53跟隨之（t2)。此時，浮動擴散 單兀38之電壓因淨動擴散單元38與重設電晶體36之閘極 (重設閘極）之間的電容耦合（圖3B中的叫而降低。此情形與 習知方法相同。 、 然而，由於豎直信號線53之電壓仍然上升，因此豎直信 號線53與放大電晶體52之間的電容耦合（圖3B中的C2)會使 浮動擴散單元38之電壓上升。因&，浮動擴散單元38之電 壓升至高於習知方法中的電壓。因此，對應於電壓之重設 位準亦變向。此會增加聚積於浮動擴散單元38内的電荷數 94638.doc -21 - 1258311 重設脈衝RST之寬度可明顯短於^直信號線训用作一 驅動控制脈衝之重設脈衝RST的因應時間。此處，措詞「明 顯」意味著：在實際環境中，該位準下之重設脈衝咖之 寬度充分短於豐直信號線53之因應時間，以至於增加聚積 於浮動擴散單元38内㈣荷數量。此外，由於S直信號線 53之因應時間取決於分佈電容_所示電容搞合⑽ C2) ’因此必須慮及該分佈電容。 豐直信號線53之因應時間可爲（例如）90%因應時間。本文 所述的9G%因應日$間係指暨直信號線53自脈衝施加開始至 達到其最大位準之9〇%所耗用時間，丨中自初始值（完全低 位準）至最終值（完全高位準）之位準爲肅。。此與普通脈衝 “號之瞬態反應所用的定義相同。 ^用重α脈衝RST之寬度與習知驅動方法所用重設脈 _寬又之比率數）、對應於像素數量（更具體而言，係驅 動頻率及主時鐘）之t卜產 ) 羊 相對於一具體裝置中豎直信號 應㈣之比率、或重設脈衝麟自身之脈衝寬度

專來精確界定 <玄「A ° 月心員短於豎直信號線53對重設脈衝 =之因應時間之時間内驅動重設電晶體36」之狀態。 〜之/、要可改善必需使用高電源電壓(亦即，無法使用 低位準電壓）、因而無法達成低功耗及寬動態範圍之問題， 便可使用該定義。 在本K例中’當重設脈衝咖現用(在此實施例中爲高位 ^亦P田重°又電晶體36導通時，浮動擴散單元38較佳重 94638.doc -22- 1258311 设至電源電壓位準，亦即，充分地重設用作電荷聚積單元 之浮動擴散單元38。 其原因在於，若重設脈衝RST之寬度極小因而在現用期 間浮動擴散單元38未充分重設，則浮動擴散單元38有時在 跟隨重設脈衝R S T時會給輸出信號輸出一較大的重設偏 差爲充分地重设浮動擴散單元3 8，較佳增大重設電晶體 36之閘極電壓或較佳使用深耗盡模式電晶體作爲重設電晶 體36 〇 舉例而言，在一其中豎直信號線53需要約1〇〇奈秒之因應 時間之裝置結構中，重設脈衝RST之寬度等於此因應時間 之一半（亦即50奈秒）即可提供上述優點。當然，該寬度亦可 小於彼值。舉例而言，若主時鐘CLK〇爲25百萬赫茲，則一 個時鐘之寬度爲40奈秒、半個時鐘之寬度爲2〇奈秒。此等 時鐘無需修改便可用作脈衝信號。若需要使脈衝寬度小於 彼等脈衝寬度，則可使用（例如）一延遲電路來産生該脈衝寬 度。 圖5顯示當應用該驅動方法之第一實例時對一具3tr結 構之實際裝置之模擬結果。在此圖式中，緊跟在符號「♦」 之後的數字表示脈衝寬度。此處係使用一符合vga桿準 (640x480，約300,000像素）之CM〇s感測器作爲該裝置p單 位像素3係3TR結構類型且其像素間距爲41微米。輸入時鐘 頻率爲24百萬赫兹。裝置之電源電壓爲26伏。暨直信號線 53之90%因應時間約爲13〇奈秒。 』、 自圖5可見，若重設脈衝RST之寬度小於或等於奈秒 94638.doc -23- 1258311 (其爲豎直信號線53之因應時間），則重設位準增大。若重嗖 脈衝RST之寬度小於約65奈秒（其爲豎直信號線53之因應時 間之一半（1/2))，則重設位準會顯著增大。而且，若重設脈 衝RST之寬度小於或等於26奈秒（其爲賢直信號線以因又應 時間之1/5)，則重設位準會極大地增大。舉例而言，2〇㈣、 的脈衝寬度可使重設位準增加約2〇〇毫伏，1〇奈秒之脈衝寬 度會使重設位準增加約3GG毫伏。此外’即使重設脈衝rst 之寬度爲10奈秒，浮動擴散單元38亦會在脈衝寬度期間達 到電源電壓。 在模擬所用之裝置中，主時鐘似〇爲24百萬赫兹且半個 時鐘寬度爲20奈秒。因此，自重設脈衝RST寬度觀點來看， 重設脈衝RST寬度小於—個時鐘（4()奈秒）會使重設位準顯 著增加而小於半個時鐘（2G奈秒）㈣使重設位準極大地增 加0 自上文可見，在具3TR結構之單位像素3(其中無選擇電晶 體且藉由控制浮動擴散單元38之電位來選擇單位像素3) 中，精由使用第一實施例之第一實例，聚積於浮動擴散單 元38中的電荷數量可因上述電壓增大效用而增多。相應 地，電源電塵可得以降低，亦即可使用更低 可提供一寬運作裕量。 逐並 因此’功耗可得以降低。此外，若所用f源電遷的位準 ^ 方法相同，則可增大浮動擴散單元3 8之動態範圍。 寬動心Id K會提供具有足夠信號位準之成像信號，儘管（例 如）為增大像素數量或減小晶片尺寸（τ文稱作「像素尺寸收 94638.doc -24- 1258311 縮」），必須減小像素尺寸。爲達成更低位準之電壓及像素 尺寸收縮，此係一種用於保持浮動擴散單元38之動態範圍 的優良技術。 3TR結構之驅動方法；第二實例 圖6係-用於闡釋當讀出信號電荷時第—實施例之驅動 方法之第二實例之圖式。圖6顯示該驅動方法之第二實例中 的電位。 -驅動方法之第二實例之特徵在於··在重設電晶體城 於一「臨限電壓降低（Vthdr〇p)」狀態時執行浮動擴散單元 38之重設過程，以便即使在重設脈衝RST之寬度較長時浮 動擴散單元38之電壓亦可增大。本文所述「臨限電壓降低」 係指一種狀態，在該狀態中，即使在將一高位準電壓施加」 至一電晶體之閘極時，該閘極之電位亦低於該電晶體之汲 極電位。下文將詳細闡述該方法。 舉例而言，假定驅動脈衝與圖2所示習知實例之驅動脈衝 相同。在-驅動方法之第一實例中，係在第一重設高位準 週期（自tl至t2)中，將浮動擴散單元38連接至放大電晶體 之汲極之電源電壓。與此不同，在一驅動方法之第二實例 =，則係將驅動狀態確定爲當重設電晶體36導通時重設電 晶體36處於一臨限電壓降低狀態中。 舉例而吕，如圖6所示，當rST變爲高位準時，浮動擴散 單兀38迅速跟隨該變化，而豎直信號線53則緩慢 , 匕’浮動擴散單元38之電壓在RST變爲高位準之 後立即變爲-臨限電壓降低狀態之電壓。此後，當豎直信 94638.doc -25- 1258311 號線53跟隨該變化時，浮動擴散單元％之電壓因放大電晶 體42與豎直信號線53之間的電容耦合(：2而增大。增大後的 FD電壓既可低於亦可高於電源電壓。 此處，「當重設脈衝RST處於一高位準時（亦即當重設電晶 體36導通時）重设電晶體36處於一臨限電壓降低狀態中」之 ㈣較佳位於-範圍中，在該範圍中，浮動擴散單元^之 電荷數量可多於重設電晶體36之臨限電壓降低狀態甲的電 荷數量。此時，重設電晶體36之_通道㈣介於重設電晶 體36之汲極之電源電壓與一低於該電源電壓之第二電壓之 間。此處，「第二電壓」（例如）略微低於該電源電壓。舉例 而言，該第二電壓較電源電壓低〇·3至〇7伏，更佳之情形爲 、’勺低0_5伏。虽然，若重設電晶體36處於一臨限電壓降低狀 態中’則第二電壓之其他值亦可達成電壓增大效用。 對於無豎直選擇電晶體之像素而言，僅當所有連接至豐 直信號線53之像素巾的浮動擴散單元38㈣先處於一低位 準且豎直信號線53亦在重設所選狀前處於—低位準時， 方可達成此效用。

Ik後胃RST恢復至一低位準時〇2)，浮動擴散單元％之 電壓因重設電晶體36之閘極（重設閘極）與浮動擴散單元％ 之間的電容_合61而減小。此情形與習知方法相同。 如驅動方法之第一實例一般，在無臨限電壓降低狀態的 重設過程中，儘管電容搞合㈣圖增大浮動擴散單元％之 電C但，予動擴散單元38之電壓仍無法升高，此乃因浮動 擴政單70 3 8連接至具有電源電壓之放大電晶體42之汲極。 94638.doc -26- 1258311 圖7顯示使用一具3TR結構之裝置的實際像素的驅動方 法之第二實例之量測結果。如在圖5所示模擬中一般，使用 一符合VGA標準（640x480，約3〇〇,〇〇〇像素）之cM〇s感測器 作爲目標裝置。單位像素3係3TR結構類型且像素間距爲41 微米。輸入時鐘頻率爲24百萬赫茲。裝置之電源電壓爲26 伏。 在圖7所示畺測結果中，藉由在一足夠長的重設脈衝週期 中改變脈衝之重設電壓來繪製自豎直信號線53輸出之電 壓。由圖可見，當重設信號之高位準變化時，一高於2.68 伏的位準無法引起臨限電壓降低狀態。 據認爲，當重設信號之高位準降低至低於2·68伏時，將 出現臨界電壓降低狀態且豎直信號線53之電壓下降。然 而，如圖式中圓圈所示，量測結果表明：在約21伏（電源電 壓2.6伏-約0.5伏）至約2.68伏（電源電壓2·6伏+約〇 〇8伏）的 範圍内，重設位準因驅動方法之第二實例之電壓升高效應 而上升至咼於未出現臨限電壓降低狀態時的重設位準。 因此，在具3TR結構的單位像素3(其中無選擇電晶體且藉 由控制浮動擴散單元38之電位來選擇單位像素3)中，藉由 在設計時使用此電壓範圍，可使電源電壓降至低於在重設 信號高位準高於或等於2.68伏之情形下的電源電壓。因 此，如在驅動方法之第一實例中一般，功耗可得以降低。 若使用一與習知方法具有相同位準的電源電壓，則可增大 動態範圍。 單位像素結構，第二實施例及其驅動方法；第一實例 94638.doc -27- 1258311 圖8A及圖8B顯示本發明第二實施例之固態成像裝置 單位像素3之結構實例。固態成像裝置丨之整個結構可與圖 3A所不第一實施例之固態成像裝置結構相同。根據第二實 施例單位像素3包括至少該浮動擴散單元3 8及四個電晶 體。 換言之，具此種結構之單位像素3包括：一電荷産生單元 32，其具有一將入射光轉換爲信號電荷並聚積信號電荷之 光電轉換器（光電二極體）；一浮動擴散單元38; —放大電晶 體42，其閘極連接至浮動擴散單元38 ; 一重設電晶體％， 其汲極連接至放大電晶體42之汲極；一轉移閘極電晶體 34，其用於將由電荷産生單元32産生的信號電荷轉移至浮 動擴散單元38;及豎直選擇電晶體4〇，其用於選擇一豎直 排換σ之，單位像素3具有4TR結構，其包括放大電晶體 42及串聯至放大電晶體42以選擇像素之選擇電晶體。 在圖8 Α所示單位像素3中，在以下兩個電晶體之中：放大 電晶體42及£直選擇電晶體4G，係g直選擇電晶體4〇連接 至豎直信號線53。相反地，在圖8B所示單位像素3中，係放 大電晶體42連#至豎直信號線53。圖8B所示單位像素3與圖 1A所示單位像素相同。 對於圖8A及圖8B所示的兩種結構，若重設電晶㈣之汲 極未連接至一固定電源且可以與打尺結 動，則可應用在第-實施例之第-或第二實例中所 同驅動方法。在此種情形中，#重設電晶體％之汲極受驅 動至一低位準、浮動擴散單元38設定爲一低位準且豎直選 94638.doc -28- 1258311 擇電晶體40導通時，可應用在第一實施例之第一或第二實 例中所述之驅動方法。 4TR結構之驅動方法；第二實例 圖9係一在根據第二實施例讀出信號電荷時一種驅動方 法之第二實例之定時圖。該驅動方法之第二實例僅可應用 於具有其中放大電晶體42連接至豎直信號線53的結構（如 圖8B所示）之單位像素3。換言之，該第二實例僅可應用於 其中豎直選擇電晶體40連接至放大電晶體42之汲極之單位 像素3。 在第二實施例之第二實例中，目標單位像素3爲4tr結構 類型。用於使浮動擴散單元38(其係電荷聚積單元之實例） 達到一重e又位準之控制脈衝包括一用於驅動重設電晶體3 6 之重設脈衝RST及一用於驅動豎直選擇電晶體4〇之選擇脈 衝SEL。此第二實例之特徵在於如下驅動方法：換言之，導 通豎直選擇電晶體4〇(其係選擇開關單元之一實例）並同時 關斷重设電晶體36，從而增加浮動擴散單元％之電荷數 *。另一選擇爲，在使豎直選擇電晶體4〇導通之後，在一 -著Μ &豆直㈣線53之因應時間之時間内關斷重設電晶 體36,從而增加浮動擴散單元以之電荷數量。下文將詳細 闡述此等方法。 圖9顯示在（具體而言）一讀出期間内轉移閉極導線 )重σ又閘極導線⑽丁)56及一登直選擇線（sel)M 上之驅動脈衝之波形圖。對於所有脈衝而言，低位準「L」 皆會使導線失能（待用），而高位準「H」皆會使導線賦能（現 94638.doc -29- 1258311 用）。 右豎直選擇電晶體4〇連接至放大電晶體42之汲極，則可 應用與第實加例之第—或第二實例中相同之驅動方法， 而無需驅動一連接至重設電晶體36之汲極之線。 若當重設脈衝RST爲高位準時浮動擴散單元38重設爲電 源電壓位準而未出現臨限電壓降低狀態，則應執行圖7所示 之作業首先，在接通選擇脈衝SEL之前導通重設電晶體 36(t0)。然後，導通豎直選擇電晶體牝⑴），並同時或在一 足夠紐的時間内關斷重設電晶體36(t2)。 此處，措詞「足夠短的時間」表示一較豎直信號線53之 因應時間明顯爲短的時間。此處所使用措卩「明顯」表示 '下轾度·將一與控制脈衝（此處爲重設脈衝rst及選擇脈 衝SEL)相關的預定時間週期定義爲一自選擇脈衝導通 i直選擇電晶體40至重設脈衝RST關斷重設電晶體％爲止 的時間週期，φ即，兩個脈衝現用時間之交疊，在實際環 境中，該預定時間週期足夠短。 另一選擇爲，此可係一較豎直信號線53之因應時間足夠 早關斷重設脈衝RST之程度。換言之，重設脈衝體首先導 通重設電晶體36 ’然後’選擇脈衝SEL導通豎直選擇電晶體 4〇。兩個脈衝現用時間之交疊應足夠短。若賢直選擇電晶 體40基本在重设電晶體36關斷的同時導通，則兩個脈衝之 現用時間之交疊實際爲零。 第二實施例驅動方法之第二實例類似於第一實施例驅動 方去之第實例。當豎直信號線5 3跟隨一變化時，浮動擴 94638.doc 1258311 散單元38之電壓會因豎直信號線53與放大電晶體42之間的 電容耦合而增大。 因此，亦可以與第一實施例驅動方法之第一實例相同的 方式來定義「在一顯著短於豎直信號線53對重設脈衝rst 之因應時間内驅動重設電晶體3 6」之狀態。 舉例而言，在其中豎直信號線53需要因應時間約爲ι〇〇 奈秒的裝置中，在交疊短於或等於約該因應時間的一半 (50%，即50奈秒）時，可達成一顯著效用。若交疊短於或等 於20奈秒，則可達成一最大效用。 因此，甚至在具4TR結構的單位像素3(其中豎直選擇電晶 體40連接至放大電晶體42之汲極）中，亦可藉由應用此第: 實施例驅動方法之第二實例，來降低電源電壓，亦即，可 使用更低位準之電壓，並可提供一寬運作裕量。因此，如 在驅動方法之第-實例中一般，功耗可得以降低。若使用 與習知方法具有相同位準之電源電壓’則可增大動態範圍。 4TR結構之驅動方法；第三實例 如請所示’在具4TR結構的單位像素3(其中g直選擇 電晶體連接至放大電晶體42线極）中，以重設脈衝 謂爲-高位準時浮動擴散單元38之電屢變爲一臨限電麼 降低狀態之電壓，則重設脈衝RST與選擇脈衝飢之間的現 用時間交疊可能較長。亦即，可具有如下驅動計時。如圖9 所不，首先’導通重設電晶體36⑽。此後，導通登直選擇 電晶體40⑴）’然後’關斷重設電晶體3购。此時，重設 脈衝RST與選擇脈衝SEL之間的現用時間交#長 ° 94638.doc -31 - 1258311 其原因在於，如在第一實例之驅動方法之第二實例中一 般，儘管浮動擴散單元38迅速地跟隨重設電晶體36(重設閘 極）’但豎直信號線53卻緩慢地跟隨該變化，因此浮動擴散 單元38之電壓會自重設通道所確定的值升高。當未出現臨 限電壓降低狀態時，浮動擴散單元38之電壓亦無法升高， 其原因爲··即使浮動擴散單元38試圖升高電壓，電子亦會 自汲極流入會因。 因此，如在第一實施例之驅動方法之第二實例中一般， 將驅動狀態確定爲當重設脈衝RST處於一高位準時重設電 晶體36處於一臨限電壓降低狀態中。在此種情形中，亦可 藉由使用重設電晶體36之汲極之電源電壓及一略微低於該 電源電壓之第二電壓來界定較佳狀態。 因此，甚至在4TR結構的單位像素3(其中豎直選擇電晶體 扣連接至放大電晶體42之汲極）巾，亦可藉由應用此第二實 把例之驅動方法之第三實㈣，來降低電源㈣，亦即，可 ，用低位準電壓，並可提供-寬運作裕量，此如同在第一 貫例之驅動方法之第二實例中一般。因此，如在第一實 施例之驅動方法之第一實例中一般，功耗可得以減小。若 使用與習知方法具有相同位準之電源電壓，則可增大 態範圍。 &此外，根據本發明，—目態成像裝置可係一單晶片型固 恶成像裝置，或可係一由複數個晶片構成的模組 勺 舉例而言，如圖10所示，-模組型固態成像裝置 用於成像之感測器晶片及一用於處理數位信號之信 94638.doc -32- 1258311 號處理晶片。該模組型固態成像裝置可進_步包括—光學 系統。 、田將本U應用於—照相機時，該照相機可降低其功耗 並可提供具寬動態範圍之成像圖像。 儘官上文係參照上述實施例來顯示並闡述本發明，但本 發明之技術範圍並非僅限於上述實施例所述範圍。可對上 述卢實施例作出各種改變及修改，此並不背離本發明之精神 範圍且此專實加例意欲囊括於本發明之技術範圍内。 由隨时請專利範圍所界定之本發明並不限於上述實施 例。本發明t解決方法未必要求必須具備上述實施例中所 述特徵之所有組合。上述實施例包括本發明之各階段，且 可藉由適當組合複數個所揭示的組件及因素來提取出多種 發明。儘管自上述實施例所述結構中去除了某些組件及因 素，但仍可將該等其中已去除此等組件及因素之結構提取 作爲發明，只要該等結構達成該效果即可。 舉例而言，上文詳細闡述之驅動方法僅係與本發明相關 之形貌。實際上，舉例而言，儘管圖4顯示豎直汲極線57 通常處於一高位準且在像素讀出之後施加一低位準脈衝， 但豎直汲極線57亦可通常處於一低位準且在像素讀出時間 期間施加一高位準脈衝。此驅動作業決不會改變上文說 明。此外’在除像素項出以外之各階段中，亦可執行上文 未闡述的諸如電子快門作業等其他作業，因此，實際上， 可對該等階段實施各種修改。由於熟習此項技術者易於瞭 解具體修改方法，因此本文不包含對該等具體方法之闡述。 94638.doc -33- !258311 一此外，舉例而言，儘管係參照一具fda結構（其中使用一 汙動擴散單元(電荷注入單元之一實例)作爲電荷注入單元) T像素仏號産生單元5來闡述上述實施例，但像素信號産生 單70 5未必爲FDA類型。舉例而言，一浮動閘極FG(其係電 锜’主入單70之一實例）可設置於一轉移電極下方的基板 j，且可使用一種偵測方法，在該偵測方法中，係使用由 牙過洋動閘極FG下方一通道的信號電荷變化而弓！起的浮動 閘極FG的電位變化。 而且， 述實施例 結構。 k笞上文係參照具有一轉移電極之結構來闡述上 ，但該結構亦可係一無轉移電極的虛擬閘極（vg) 具有一包括一電荷產生單元、 而且，儘管上文係參 子動擴散單元及三或四個M〇s電晶體之單位像素之固態 成像裝置來闡述上述實施例，但上述結構及方法僅需如下 狀態：-諸如光電二極體之電荷產生單元藉由電荷轉移構 件與一諸如一浮動擴散單元之電荷聚積單元相隔離。舉例 而言，可藉由使用一可達成相同功能之jfet來作出修改。 此外，儘管上文係參照-排型固態成像裝置（其中自排成 列及排的像素輸出的信號爲電壓信號且每—豎直排皆設置 有-CDS處理功能單元)來闡述上述實施例，但亦可使用一 可抑制來自-成像信號流的偏離固定圖案雜訊之電路結構 來替代排型電路。 【圖式簡單說明】 圖1A及圖1B顯示CM0S感測器之—單位像素之結構； 94638.doc -34- 1258311 圖2係一用於驅動一 3TR結構像素單元之驅動脈衝之定 時圖實例； 圖3A及圖3B爲一本發明第一實施例之CM〇s固態成像裝 置之示意性方塊圖； 圖4係一根據該第一實施例在信號電荷讀出期間使用的 驅動方法之第一實例的定時圖； 圖5顯示當將該驅動方法之第一實例應用於一具玎汉結 構之裝置時的模擬結果； 圖6係一用於闡釋根據該第一實施例在信號電荷讀出期 間使用的该驅動方法之一第二實例； 圖7顯示當將該驅動方法之第二實例應用於一具订尺妹 構之裝置時使用一實際像素進行量測之結果； 圖8A及圖8B係一本發明第二實施例之固態成 單位像素結構之實例； 1 - 了該第二實施例在信號電荷讀出期間使用的 ^動方法之定時圖；及 圖10係一本發明固態成像裝置之實例。 【主要元件符號說明】 3 單位像素 5 像素信號産生單元 32 電荷産生單元 34 讀出選擇電晶體（轉移閘極 36 重設電晶體 38 浮動擴散單元 94638.doc -35- 1258311 42 放大電晶體 51 像素線 53 豎直信號線 55 轉移閘極導線（TRG) 56 重設閘極導線（RST) 52 放大電晶體 150 轉移驅動緩衝器 152 重設驅動緩存器 Cl 電容耦合 C2 電容耦合 40 豎直選擇電晶體 57 豎直汲極線（DRN) 140 汲極驅動緩衝器 1 固態成像裝置 5a 端子 5c 輸出端 10 像素單元 12 水平掃描電路 12a 水平解碼器 12b 水平驅動電路 14 豎直掃描電路 14a 豎直解碼器 14b 豎直驅動電路 7 驅動控制單元 94638.doc -36- 1258311 15 豎直控制線 18 水平信號線 19 豎直信號線 20 通信及定時控制單元 26 排處理單元 28 輸出電路 94638.doc -37-

Claims (1)

1. Tt 工25嘮I3j27359號專矛申襄正替換頁 中文申請專利範圍#換本(94年ϋ 十、申請專利範圍： I 一種固態成像裝置，其包含·· 一包括一單位組件之信號獲取單元，該單位組件包 括：-電荷産生單元，其用於因應入射電磁波而産生信 號電荷；一電荷聚積單元，其用於聚積由該電荷產生單 元産生的該信號電荷；-信號産生單元，其用於根據聚 積於該電荷聚積單元中的該信號電荷來産生一信號；及 一重没單元，其用於重設該電荷聚積單元丨及 一驅動控制單元，其用於使用若干控制脈衝來使該電 荷聚積單元達到-重設位準，從而增加欲聚積於該電荷 聚積單元中的電荷數量。 2. 如請求項丨之裝置，其中該等控制脈衝包含一用於驅動該 重σ又早元之重5又脈衝，且遠驅動控制單元之運作方式使 一與該等控制脈衝相關之預定時間週期顯著短於一因應 該重設脈衝而出現於該信號産生單元之一輸入信號線上 的信號的一因應時間。 3. 如請求項2之裝置，其中該驅動控制單元運作時將與該等 控制脈衝相關的該預定時間週期視爲該等控制脈衝之一 的一寬度。 4.如請求項2之裝置，其中該單位組件進一步包含一用於在 該信號獲取單元中選擇該等信號産生單元之一的選擇開 關單元，該選擇開關單元連接至一位於該信號産生單元 之該輸出信號線之對置侧處的電源線，該等控制脈衝包 含一用於驅動該重設單元之重設脈衝及一用於驅動該選

   日修(^)正替換頁 1258311 擇開關單兀之選擇脈衝，且該驅動控制單元運作時將與 4等&制脈衝相關的該預定時間週期視爲一自該選擇脈 衝導通忒選擇開關單元起至該重設脈衝關斷該重設單元 時止的時間週期。 如明求項4之裝置，其中該驅動控制單元藉由該選擇脈衝 一 L。亥選擇開關單元並同時藉由該重設脈衝關斷該重設 ου 一 早70。 6·如:求項2之裝置，其中該驅動控制單元之運作方式使與 § 制脈衝相關之該預定時間週期短於或等於因應該 重設脈衝而出現於該信號産生單元之該輸入信號線上的 該信號的因應時間的1 /2。

   8. 9. 如：求項6之裝置，其中該驅動控制單元之運作方式使與 孩等拴制脈衝相關之該預定時間週期短於或等於因應該 重，脈衝而出現於該信號産生單元之該輸入信號線上的 該信號的因應時間的1/5。 月求貝2之衣置’其中該驅動控制單元之運作方式使盘 該等控制脈衝相關之該預定時間週期短於或等於用於該 驅動控制單元的-主時鐘的-個時鐘。 如請求項8之裝置’其中該驅動控制單it之運作方式使與 該等控制脈衝相關之該職時間週期短於或等於用於該 驅動控制單元之該主時鐘的半個時鐘。 1〇·如請求項2之裝置，其中該驅動控制單元之運作方式使盥 該等控制脈衝相關之該預定日丰門 _成預疋牯間週期短於或等於40奈秒 (ns) 〇 ’、 94638-941214.doc 1258311 年月日修正替換 頁 11.如請求項1 〇之裝ϋ中該軸控制單元之運作 與該等控制脈衝相關之該預定時間週期短於或等於二 秒(ns)。 、不 如請求項2之農置，其中該驅動控制單元之運作方式使該 電荷聚積單元在與該等控制脈衝相關的該預定時二週： 内因應該重設脈衝之驅動而受到充分重設。 / 13·如之裝置’其中該等控制脈衝包含一用於驅動該 重設皁元之重設脈衝，且該驅動控制單元之運作方式使 當該重設脈衝變爲現用時，該重設單元達到一處於L預 疋電壓範圍内的臨限電壓降低狀態。 14·如請求項13之裝置，其中該驅動控制單元之運作方式使 該預定電壓範圍介於—電源電壓減Q.5伏至該電源電壓之 間0 5·如明求項13之裝置，其中該單位組件進一步包含一用於 在該信號獲取單&中選擇該等信號産以元之一的選擇 開關單元，該選擇開關單元連接至一位於該信號産生單 2之一輸出信號線之對置側的電源線，該等控制脈衝包 含一用於驅動言亥重設單元之重設脈衝及一用於驅動該選 擇開關單元之選擇脈衝，且該驅動控制單元在藉由使用 該選擇脈衝導通該選擇開關單元之前藉由使用該重設脈 衝一通4重設單元，然後，藉由使用該選擇脈衝導通該 k擇開關單兀，同時或此後藉由使用該重設脈衝關斷該 重設單元。 W· —種用於驅動一半導體裝置中一單位組件之驅動控制方 94638-941214.doc 1258311 :㈣1日絛，纖頁 法，該單位組件包含：一電荷産生單元，其用於因應入 射電磁波而産生信號電荷；一電荷聚積單元，其用於聚 積由該電荷産生單元産生的該信號電荷；一信號産生單 元，其用於根據聚積於該電荷聚積單元中的該信號電荷 來産生一信號；及一重設單元，其用於重設該電荷聚積 單元，該方法包含一如下步驟：使用若干控制脈衝使該 電荷聚積單元達到一重設位準，以增加聚積於該電荷聚 積單元中的電荷數量。 17. 18. 19. 如請求項16之驅動控制方法，其中該等控制脈衝包含一 用於驅動該重設單元之重設脈衝，且該步驟之運作方式 使一與該等控制脈衝相關之預定時間週期顯著短於一因 應該重設脈衝而出現於該信號産生單元之一輸入信號線 上的信號的一因應時間。 如明求項1 6之驅動控制方法’其中該等控制脈衝包含一 用於驅動該重設單元之重設脈衝，且該步驟之運作方式 使當該重設脈衝變爲現用時，該重設單元達到一處於一 預定電壓範圍内的臨限電壓降低狀態。 一種用於驅動一半導體裝置中一單位組件之驅動控制裝 置，该單位組件包含：一電荷産生單元，其用於因應入 射電磁波而産生信號電荷；一電荷聚積單元，其用於聚 積由该電荷産生單元産生的該信號電荷；一信號産生單 凡，其用於根據聚積於該電荷聚積單元中的該信號電荷 來産生一信號；及一重設單元，其用於重設該電荷聚積 單凡，該裝置包含一用於使用若干控制脈衝使該電荷聚 94638-941214.doc I2583H • > - """""1 ' 1'^— 積單7C達到-重設位準以增加聚積於該電荷聚積單元令 的一電荷數量之驅動控制單元。 20· U項19之驅動控制裝置，其中該驅動控制單元包含 一脈衝#唬產生單元，該脈衝信號産生單元用於產生一 用於驅動該重設單元之重設脈衝作爲該等控制脈衝之 且違驅動控制單元之運作方式使—與該等控制脈衝 相關：預定時間週期顯著短於一因應該重設脈衝而出現 於就號産生單凡之一輸入信號線上的信號的一因應時 間。 〜 21·如請求項19之驅動控制裝置，其中該驅動控制單元包含 一脈衝信號産生單元，該脈衝信號産生單元用於産生一 用於驅動該重設單元之重設脈衝作爲該等控制脈衝之 一，且該驅動控制單元之運作方式使當該重設脈衝變爲 現用時，該重設單元達到一處於一預定電壓範圍内的臨 限電壓降低狀態。 22·如明求項1之&置’其進一步包含一用於將該等電磁波 引至該信號獲取單元的光學系統。 23· —種具有感測器晶片之照相機，其包含： 一包括一單位組件之信號獲取單元，該單位組件 括：一電荷産生單元，其用於因應入射電磁波而産生 號電荷；-電荷聚積單元’其用於聚積由該電荷産生 元產生的該信號電荷；一信號產生單元，其用於根據 積於該電荷聚積單元中的該信號電荷來産生一信號； 一重设單兀，其用於重設該電荷聚積單元； 94638-941214.doc 1258311 S-41L14 卑月日修(正t換 頁 一驅動控制單元，其用於使用若干控制脈衝來使該電 荷聚積單元達到一重設位準，從而增加聚積於該電荷聚 積單元中的一電荷數量；及 一光學系統，其用於將該等電磁波導引至該信號獲取 單元内。 94638-941214.doc