專利名稱：用于電荷轉(zhuǎn)移元件的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及成像系統(tǒng)中的電荷轉(zhuǎn)移元件，例如CCD(電荷耦合器件)，更具體地說(shuō)，涉及一種將來(lái)自電荷轉(zhuǎn)移元件的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換成具有增強(qiáng)的靈敏度的電壓的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
圖1顯示了成像系統(tǒng)100的示例，該成像系統(tǒng)100包括光電二極管陣列，例如示例的光電二極管102。每個(gè)光電二極管積累信號(hào)電荷，該信號(hào)電荷指示在光電二極管的像素位置的照射強(qiáng)度。沿著每列的光電二極管設(shè)置垂直的BCCD(埋層(buried)電荷耦合器件)，包括用于第一列的第一垂直BCCD 104、用于第二列的第二垂直BCCD 106以及用于最后一列的最后垂直BCCD 108。
每個(gè)垂直BCCD將信號(hào)電荷從該列的光電二極管轉(zhuǎn)移到水平BCCD 110。該水平BCCD 110將信號(hào)電荷從垂直BCCD轉(zhuǎn)移到輸出電路112(如圖1中虛線輪廓所示)。輸出電路112將來(lái)自水平BCCD 110的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換成電壓，Vout。
在輸出電路112內(nèi)，輸出MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)114連接在水平BCCD 110與電荷聚集區(qū)116之間。另外，復(fù)位MOSFET118耦接在復(fù)位電壓Vreset源和電荷聚集區(qū)116之間。電荷聚集區(qū)116通常是高摻雜的結(jié)(junction)，用于聚集來(lái)自水平BCCD 110的信號(hào)電荷。對(duì)輸出MOSFET 114進(jìn)行偏置，以便將來(lái)自最后級(jí)的水平BCCD 110的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到電荷聚集區(qū)116的電荷節(jié)點(diǎn)120。
開(kāi)啟復(fù)位MOSFET 118，用于將電荷聚集區(qū)116的電荷節(jié)點(diǎn)120重置(reset)到復(fù)位電壓Vreset。在復(fù)位MOSFET 118的柵極上施加RESET控制信號(hào)。當(dāng)來(lái)自水平BCCD 110的信號(hào)電荷正被聚集在電荷聚集區(qū)116時(shí)，復(fù)位MOSFET 118通常保持關(guān)閉。
信號(hào)轉(zhuǎn)換器122連接到電荷聚集區(qū)116，用于將聚集在區(qū)116的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓Vout。這樣的電壓Vout的電平指示聚集在區(qū)116的信號(hào)電荷的數(shù)量，由此表示對(duì)應(yīng)于這樣的信號(hào)電荷的照射強(qiáng)度。
圖2顯示了按照現(xiàn)有技術(shù)的信號(hào)轉(zhuǎn)換器122(虛線輪廓)的示例性實(shí)現(xiàn)。在圖1、2、3、4和5中具有相同參考標(biāo)記的元件表示具有類似結(jié)構(gòu)和功能的元件。圖2的信號(hào)轉(zhuǎn)換器122包括包含第一源極跟隨器級(jí)133的第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 132和第一負(fù)載MOSFET 134。此外，第二驅(qū)動(dòng)器MOSFET 136和第二負(fù)載MOSFET 138b包含第二源極跟隨器級(jí)139。并且，第三驅(qū)動(dòng)器MOSFET 140和第三負(fù)載MOSFET 142包含第三源極跟隨器級(jí)143。
在每個(gè)源極跟隨器級(jí)內(nèi)，各個(gè)驅(qū)動(dòng)器MOSFET的源極連接到各個(gè)負(fù)載MOSFET的漏極。各個(gè)驅(qū)動(dòng)器MOSFET 132、136和140的漏極連接到高偏壓VDD，以及負(fù)載MOSFET 134、138和142的源極連接到低偏壓GND。負(fù)載MOSFET 134、138和142的柵極連接到柵極偏置電壓，在圖2的示例中柵極偏置電壓是GND。
第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 132的柵極連接到電荷聚集區(qū)116。每個(gè)后續(xù)驅(qū)動(dòng)器MOSFET的柵極連接到前一個(gè)驅(qū)動(dòng)器MOSFET的源極。因此，第二驅(qū)動(dòng)器MOSFET136的柵極連接到第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 132的源極，以及第三驅(qū)動(dòng)器MOSFET 140的柵極連接到第二驅(qū)動(dòng)器MOSFET 136的源極。對(duì)于圖2中每個(gè)對(duì)應(yīng)的源極跟隨器級(jí)，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器MOSFET的柵極是輸入端，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器MOSFET的源極是輸出端。第三驅(qū)動(dòng)器MOSFET 140的源極提供信號(hào)轉(zhuǎn)換器122的輸出電壓Vout。
再次參照?qǐng)D2，第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 132被實(shí)施為增強(qiáng)型的MOSFET，而其它每個(gè)MOSFET 134、136、138、140和142被實(shí)施為耗盡型的MOSFET。通常，增強(qiáng)型的MOSFET在VGS＝0V時(shí)不導(dǎo)通，而耗盡型的MOSFET具有在源極和漏極之間注入形成的導(dǎo)電通道，其在VGS＝0V時(shí)導(dǎo)通。
信號(hào)轉(zhuǎn)換器122的靈敏度SV是指示信號(hào)轉(zhuǎn)換器122的質(zhì)量的特征。信號(hào)變換器122的靈敏度SV由以下公式計(jì)算SV＝CE×AVtotalCE是電荷轉(zhuǎn)移效率，而AVtotal是通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換器122的三個(gè)源極跟隨器級(jí)133、139和143的總的電壓增益。因此，AVtotal通過(guò)下面公式計(jì)算AVtotal＝AV1st×AV2nd×AV3rdAV1st是第一源極跟隨器級(jí)133的電壓增益，AV2nd是第二源極跟隨器級(jí)139的電壓增益，AV3rd是第三源極跟隨器級(jí)143的電壓增益。
任何源極跟隨器級(jí)的電壓增益AV可由以下公式計(jì)算AV＝gm/(gm+gds+gmb)
對(duì)于源極跟隨器級(jí)的驅(qū)動(dòng)器MOSFET來(lái)說(shuō)，gm是跨導(dǎo)，gds是通道的電導(dǎo)，gmb是背柵跨導(dǎo)。驅(qū)動(dòng)器MOSFET的跨導(dǎo)gm通常由以下公式計(jì)算gm＝[2μoxCox(W/L)ID]1/2對(duì)于驅(qū)動(dòng)器MOSFET來(lái)說(shuō)，μox是電荷遷移率，Cox是柵極電容，W是柵級(jí)寬度，L是柵級(jí)長(zhǎng)度，ID是漏極電流。
此外，電荷轉(zhuǎn)移效率CE由以下公式計(jì)算CE＝q/CS＝q/[CFD+CGS+CGD+CG]q是電子電荷，參照?qǐng)D1和2，CS是電荷聚集區(qū)116的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)120處的總電容。圖3顯示了輸出MOSFET 114、電荷聚集區(qū)116、復(fù)位MOSFET 118以及第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 132的布局示例。這樣的組件連接到電荷聚集區(qū)116的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)120。
輸出MOSFET 114包括設(shè)置在漏極154和源極156之間的柵極152。復(fù)位MOSFET 118包括設(shè)置在漏極160和源極154之間的柵極158。此外，第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 132包括設(shè)置在漏極164和源極166之間的柵極162。因此，存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)120處的總電容CS包括CFD，是浮動(dòng)擴(kuò)散結(jié)116的電容；CGS，是復(fù)位MOSFET 118的柵極158與源極154之間的交疊電容(即，在圖3中虛線輪廓所示的交疊區(qū)域172內(nèi))；CGD，是輸出MOSFET 114的柵極152與漏極154之間的交疊電容(即，在圖3中虛線輪廓所示的交疊區(qū)域174內(nèi))；CG，是第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 132的柵極電容。
圖4顯示了在Ohki等人的美國(guó)專利第5,432,364號(hào)中公開(kāi)的信號(hào)轉(zhuǎn)換器的一可替換實(shí)施方式122A。這樣的信號(hào)轉(zhuǎn)換器122A對(duì)三個(gè)源極跟隨器級(jí)使用具有對(duì)應(yīng)的三個(gè)負(fù)載MOSFET 134、138和142的三個(gè)驅(qū)動(dòng)器MOSFET 132、136和140。此外，第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 132的漏極經(jīng)過(guò)電阻182連接到VDD，而第二負(fù)載MOSFET 138的源極經(jīng)過(guò)電阻184連接到GND。第一和第三負(fù)載MOSFET 134和142的源極經(jīng)過(guò)電容器186一起連接到GND。柵極偏置電壓源188和柵極偏置電容器190連接到負(fù)載MOSFET 134、138和142的柵極。
圖4的信號(hào)轉(zhuǎn)換器122A的操作類似于圖2的信號(hào)轉(zhuǎn)換器122。但是，參照?qǐng)D4和5，第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 132的柵極電介質(zhì)192比第二驅(qū)動(dòng)器MOSFET136的柵極電介質(zhì)194薄。圖5顯示了第一和第二驅(qū)動(dòng)器MOSFET 132和136的剖面圖，如美國(guó)專利第5,432,364號(hào)中所述。
參照?qǐng)D5，第一和第二驅(qū)動(dòng)器MOSFET 132和136形成在P阱196中。第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 132由柵極132A、漏極132B和源極132C組成，以及第二驅(qū)動(dòng)器MOSFET 136由柵極136A、漏極136B和源極136C組成?；ミB結(jié)構(gòu)198將第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 132的源極132C連接到第二驅(qū)動(dòng)器MOSFET 136的柵極136A。
參照?qǐng)D4和5，在信號(hào)轉(zhuǎn)換器122A中使第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 132的柵極電介質(zhì)192的厚度降低于其它MOSFET的柵極電介質(zhì)的厚度，例如低于第二驅(qū)動(dòng)器MOSFET 136的柵電介質(zhì)的厚度，以便降低1/f噪聲。此外在此情況下，由于第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 132的跨導(dǎo)gm增加，所以第一源極跟隨器級(jí)的電壓增益AV1st增加。
但是，由于柵極電介質(zhì)192的降低的厚度增加了第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 132的柵極電容CG，所以有害地降低了電荷轉(zhuǎn)移效率。因此，現(xiàn)有技術(shù)的信號(hào)轉(zhuǎn)換器122A的整體靈敏度沒(méi)有必然的增強(qiáng)，并且僅通過(guò)降低第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET132的柵極電介質(zhì)192的厚度甚至可能導(dǎo)致變差。
然而，增加信號(hào)轉(zhuǎn)換器的整體靈敏度可產(chǎn)生更高質(zhì)量的成像系統(tǒng)。因此，期望信號(hào)轉(zhuǎn)換器具有增加的整體靈敏度，以提高成像系統(tǒng)的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
因此，在本發(fā)明的一般方面中，降低第一驅(qū)動(dòng)器FET之后的至少一個(gè)后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度，以增強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)換器的整體靈敏度。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，用于將信號(hào)電荷轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)成電壓的信號(hào)轉(zhuǎn)換器包括接收信號(hào)電荷的第一驅(qū)動(dòng)器FET。此外，后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET連接到第一驅(qū)動(dòng)器FET的輸出端，以及后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度小于信號(hào)轉(zhuǎn)換器的至少一個(gè)其它FET的柵極電介質(zhì)厚度。在本發(fā)明的一示例性典型實(shí)施例中每個(gè)驅(qū)動(dòng)器FET都被配置成源極跟隨器。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第一驅(qū)動(dòng)器FET用于第一級(jí)，后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET用于第一級(jí)之后的第二級(jí)。在此情況下，后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度小于第一驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度，或基本上等于第一驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度?？蛇x擇地，第一驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度下降，甚至小于后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，第一驅(qū)動(dòng)器FET用于第一級(jí)，后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET用于第三級(jí)，該第三級(jí)經(jīng)過(guò)具有第二驅(qū)動(dòng)器FET的第二級(jí)連接到第一級(jí)。在此情況下，后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度小于第一驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度，或基本上等于第一驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度。可選擇地，第一驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度下降，甚至小于后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度小于第一和第二驅(qū)動(dòng)器FET的相同的柵極電介質(zhì)厚度。
在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，最后驅(qū)動(dòng)器FET連接到后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的輸出端，以產(chǎn)生輸出電壓。在此情況下，后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度小于最后驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度，或基本上等于最后驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度?？蛇x擇地，最后驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度下降，甚至小于后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度小于第一和最后驅(qū)動(dòng)器FET的相同的柵極電介質(zhì)厚度。
在本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器FET連接到各自的負(fù)載FET。在此情況下，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器FET具有相同的柵極電介質(zhì)厚度，該厚度小于至少一個(gè)負(fù)載FET的柵極電介質(zhì)厚度。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度小于至少一個(gè)負(fù)載FET的柵極電介質(zhì)厚度，或者小于所有負(fù)載FET的每個(gè)各自的柵極電介質(zhì)厚度。
本發(fā)明的如此實(shí)施例的信號(hào)轉(zhuǎn)換器可以有利地用于根據(jù)信號(hào)電荷產(chǎn)生電壓，該信號(hào)電荷是由光電二極管成像系統(tǒng)的CCD(電荷耦合器件)輸出的。
以此方式，降低第一級(jí)驅(qū)動(dòng)器FET之后的至少一個(gè)后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度。如此降低至少一個(gè)后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度能增加總的電壓增益AVtotal，而不會(huì)降低信號(hào)轉(zhuǎn)換器的電荷轉(zhuǎn)移效率。因此，增強(qiáng)了信號(hào)轉(zhuǎn)換器的整體靈敏度。
通過(guò)考慮使用附圖表示的隨后的本發(fā)明的詳細(xì)描述，將會(huì)更好地理解本發(fā)明的這些和其它方面和優(yōu)點(diǎn)。


圖1顯示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的光電二極管成像系統(tǒng)的方框圖；
圖2顯示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的圖1的輸出電路內(nèi)的信號(hào)轉(zhuǎn)換器的示例性實(shí)施方式的電路圖；圖3顯示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的圖1的輸出電路中的元件的布局；圖4顯示了如現(xiàn)有技術(shù)所述的另一種實(shí)施方式的信號(hào)轉(zhuǎn)換器的電路圖；圖5顯示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的圖4的信號(hào)轉(zhuǎn)換器內(nèi)的第一和第二驅(qū)動(dòng)器MOSFET的剖面圖；圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有增強(qiáng)靈敏度的信號(hào)轉(zhuǎn)換器的電路圖；圖7、8、9、10、11、12、13、14和15顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖6的信號(hào)轉(zhuǎn)換器內(nèi)的MOSFET的剖面圖，所述MOSFET具有各種可能的柵極電介質(zhì)厚度；圖16顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的圖6的信號(hào)轉(zhuǎn)換器內(nèi)的MOSFET的可選剖面圖，其具有形成在絕緣的P阱內(nèi)的第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET；圖17顯示了按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的圖6的信號(hào)轉(zhuǎn)換器內(nèi)的MOSFET的可選剖面圖，其中每個(gè)具有分段合并在一起的驅(qū)動(dòng)器MOSFET的源極和負(fù)載MOSFET的漏極；圖18顯示了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的具有增強(qiáng)靈敏度的信號(hào)轉(zhuǎn)換器的可選電路圖；以及圖19顯示了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的使用圖6的信號(hào)轉(zhuǎn)換器的成像系統(tǒng)。
此處所引用的附圖是為了舉例說(shuō)明的清楚性而繪制的，并沒(méi)有嚴(yán)格地按照比例繪制。圖1至19中具有相同附圖標(biāo)記的元件表示具有類似結(jié)構(gòu)和功能的元件。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D6，按照本發(fā)明實(shí)施例的信號(hào)轉(zhuǎn)換器202將聚集在電荷聚集區(qū)204處的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換成具有增強(qiáng)靈敏度的電壓Vout。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，圖6的電荷聚集區(qū)204通常被形成為高摻雜結(jié)，類似于圖1、2、3和4的電荷聚集區(qū)116?；蛘撸梢允褂萌魏纹渌愋偷碾姾删奂瘏^(qū)來(lái)實(shí)施本發(fā)明。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，信號(hào)轉(zhuǎn)換器202包括第一源極跟隨器級(jí)206、第二源極跟隨器級(jí)208和第三源極跟隨器級(jí)210。第一源極跟隨器級(jí)206包括第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)212和第一負(fù)載MOSFET 214。第二源極跟隨器級(jí)208包括第二驅(qū)動(dòng)器MOSFET 216和第二負(fù)載MOSFET 218。第三源極跟隨器級(jí)210包括第三驅(qū)動(dòng)器MOSFET 220和第三負(fù)載MOSFET 222。
第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212具有連接到高偏置電壓VDD的漏極、連接到第一負(fù)載MOSFET 214的漏極的源極、以及連接到電荷聚集區(qū)204的柵極。此外，第一負(fù)載MOSFET 214具有連接到柵極偏置電壓VGG的柵極以及經(jīng)過(guò)第一負(fù)載電阻R1接地的源極。
類似地，第二驅(qū)動(dòng)器MOSFET 216具有連接到高偏置電壓VDD的漏極和連接到第二負(fù)載MOSFET 218的漏極的源極。此外，第二驅(qū)動(dòng)器MOSFET 216的柵極連接到第一源極跟隨器級(jí)206的輸出端(即，第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212的源極)。而且，第二負(fù)載MOSFET 218具有連接到柵極偏置電壓VGG的柵極以及經(jīng)過(guò)第二負(fù)載電阻R2接地的源極。
此外，第三驅(qū)動(dòng)器MOSFET 220具有連接到高偏置電壓VDD的漏極和連接到第三負(fù)載MOSFET 222的漏極的源極。此外，第三驅(qū)動(dòng)器MOSFET 220的柵極連接到第二源極跟隨器級(jí)208的輸出端(即，第二驅(qū)動(dòng)器MOSFET 216的源極)。而且，第三負(fù)載MOSFET 222具有連接到柵極偏置電壓VGG的柵極以及經(jīng)過(guò)第三負(fù)載電阻R3接地的源極。第三源極跟隨器級(jí)210的輸出端提供輸出電壓Vout。
通常，使用三個(gè)源極跟隨器級(jí)206、208和210，這是因?yàn)樽詈笠患?jí)210的第三驅(qū)動(dòng)器MOSFET 220被制成具有以足夠速度驅(qū)動(dòng)負(fù)載電容224的大小。例如，典型的負(fù)載電容CL大約是10pF(皮法)，為了有足夠的速度驅(qū)動(dòng)這樣的負(fù)載電容，第三驅(qū)動(dòng)器MOSFET 220的寬度大約是1000微米。
另一方面，期望最前級(jí)206的第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212的尺寸和由此的柵極電容被最小化，以使信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的電荷轉(zhuǎn)移效率最大。第二驅(qū)動(dòng)器MOSFET 216通過(guò)將來(lái)自第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212的電流放大提供給第三驅(qū)動(dòng)器MOSFET 220，而在第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212和第三驅(qū)動(dòng)器MOSFET 220之間平滑地過(guò)渡(smoothly transition)。
再次參照?qǐng)D6，第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212被實(shí)施成增強(qiáng)型的MOSFET，而每個(gè)其它的MOSFET 214、216、218、220和222被實(shí)施成耗盡型的MOSFET。通常，增強(qiáng)型的MOSFET在VGS＝0V時(shí)不導(dǎo)通，而耗盡型的MOSFET具有在源極和漏極之間注入形成的導(dǎo)電通道，其在VGS＝0V時(shí)導(dǎo)通。
圖7顯示了本發(fā)明示例性實(shí)施例中的圖6的信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的MOSFET212、214、216、218、220和222的剖面圖。MOSFET 212、214、216、218、220和222是形成在例如為硅晶片的半導(dǎo)體襯底232的P阱230中的N溝道MOSFET。
再次參照?qǐng)D7，第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212包括柵極212A、柵極電介質(zhì)212B、漏極212C和源極212D。第一負(fù)載MOSFET 214包括柵極214A、柵極電介質(zhì)214B、漏極214C、源極214D和作為耗盡型的MOSFET的注入導(dǎo)電通道214E。互連結(jié)構(gòu)234將第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212的源極212D連接到第一負(fù)載MOSFET214的漏極214C。
類似地，第二驅(qū)動(dòng)器MOSFET 216包括柵極216A、柵極電介質(zhì)216B、漏極216C、源極216D和作為耗盡型的MOSFET的注入導(dǎo)電通道216E。第二負(fù)載MOSFET 218包括柵極218A、柵極電介質(zhì)218B、漏極218C、源極218D和作為耗盡型的MOSFET的注入導(dǎo)電通道218E?；ミB結(jié)構(gòu)236將第二驅(qū)動(dòng)器MOSFET216的源極216D連接到第二負(fù)載MOSFET 218的漏極218C。
此外，第三驅(qū)動(dòng)器MOSFET 220包括柵極220A、柵極電介質(zhì)220B、漏極220C、源極220D和作為耗盡型的MOSFET的注入導(dǎo)電通道220E。第三負(fù)載MOSFET 222包括柵極222A、柵極電介質(zhì)222B、漏極222C、源極222D和作為耗盡型的MOSFET的注入導(dǎo)電通道222E。互連結(jié)構(gòu)238將第三驅(qū)動(dòng)器MOSFET220的源極220D連接到第三負(fù)載MOSFET 222的漏極222C。
再次參照?qǐng)D7，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，降低第二驅(qū)動(dòng)器MOSFET 216的柵極電介質(zhì)216B的厚度(即，柵極電介質(zhì)厚度)，使其小于每個(gè)其它MOSFET212、214、218、220和222的柵極電介質(zhì)厚度。類似于上述圖2中的信號(hào)轉(zhuǎn)換器122，圖6的信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的靈敏度SV由以下公式計(jì)算SV＝CE×AVtotalCE是電荷轉(zhuǎn)移效率，AVtotal是通過(guò)三個(gè)源極跟隨器級(jí)206、208和210的總的電壓增益。因此，AVtotal通過(guò)下面公式計(jì)算AVtotal＝AV1st×AV2nd×AV3rdAV1st是第一源極跟隨器級(jí)206的電壓增益，AV2nd是第二源極跟隨器級(jí)208的電壓增益，AV3rd是第三源極跟隨器級(jí)210的電壓增益。
任何源極跟隨器級(jí)的電壓增益AV可由以下公式計(jì)算
AV＝gm/(gm+gds+gmb)對(duì)于源極跟隨器級(jí)的驅(qū)動(dòng)器MOSFET，gm是跨導(dǎo)，gds是通道的電導(dǎo)，gmb是背柵跨導(dǎo)。驅(qū)動(dòng)器MOSFET的跨導(dǎo)gm通常由以下公式計(jì)算gm＝[2μoxCox(W/L)ID]1/2對(duì)于驅(qū)動(dòng)器MOSFET，μox是電荷遷移率，Cox是柵極電容，W是柵極寬度，L是柵極長(zhǎng)度，ID是漏極電流。
此外，參照?qǐng)D6和19，信號(hào)轉(zhuǎn)換器202是成像系統(tǒng)300內(nèi)使用的輸出電路302的一部分。參照?qǐng)D1和19，圖19中的光電二極管102陣列和CCD(電荷耦合器件)104、106、108和110的操作類似于如上參照?qǐng)D1所述的。此外，圖19的輸出電路302中的輸出MOSFET 114和復(fù)位MOSFET 118的操作類似于如上參照?qǐng)D1所述的。
信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的電荷轉(zhuǎn)移效率CE由以下公式計(jì)算CE＝q/CS＝q/[CFD+CGS+CGD+CG]q是電子電荷，參照?qǐng)D6和19，CS是電荷聚集區(qū)204的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)205處的總電容。類似于參照?qǐng)D1和4所述的，圖6和19的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)205的總電容CS包括CFD，浮動(dòng)擴(kuò)散結(jié)204的電容；CGS，復(fù)位MOSFET 118的柵極與源極之間的交疊電容；CGD，輸出MOSFET 114的柵極與漏極之間的交疊電容；CG，第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212的柵極電容。
在圖7的實(shí)施例中，降低第二MOSFET 216的柵極電介質(zhì)216B的厚度，以便增加第二源極跟隨器級(jí)208的電壓增益AV2nd。因此，增加了信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的總的電壓增益AVtotal。但是，降低第二驅(qū)動(dòng)器MOSFET 216的柵極電介質(zhì)的厚度不會(huì)影響信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的電荷轉(zhuǎn)移效率CE。因此，圖7實(shí)施例的信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的整體靈敏度SV＝CE×AVtotal比現(xiàn)有技術(shù)的整體靈敏度有所增加。
參照?qǐng)D8，對(duì)于本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例，降低第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212的柵極電介質(zhì)212B的厚度，使其基本上與第二驅(qū)動(dòng)器MOSFET 216的柵極電介質(zhì)216B的厚度相同。因此，第一和第二驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212和216的柵極電介質(zhì)厚度基本上相同，并且都小于每個(gè)其它MOSFET 214、218、220和222的柵極電介質(zhì)厚度。
在此情況下，增加了第一和第二級(jí)206和208每級(jí)的電壓增益AV1st和AV2nd，從而增加了信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的總的電壓增益AVtotal。隨著第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212的柵極電介質(zhì)212B厚度的降低，信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的電荷轉(zhuǎn)移效率CE也降低了。但是，總的電壓增益AVtotal的增加可以比電荷轉(zhuǎn)移效率CE的這種降低多出一些，所以圖8實(shí)施例的信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的整體靈敏度SV＝CE×AVtotal仍然超過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的整體靈敏度。
參照?qǐng)D9，對(duì)于本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例，降低第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212的柵極電介質(zhì)212B的厚度，使其甚至小于第二驅(qū)動(dòng)器MOSFET 216的柵極電介質(zhì)216B的厚度。因此，第一和第二驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212和216的柵極電介質(zhì)厚度小于每個(gè)其它MOSFET 214、218、220和222的柵極電介質(zhì)厚度。此外，第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212的柵極電介質(zhì)212B厚度的降低甚至超過(guò)第二驅(qū)動(dòng)器MOSFET 216的柵極電介質(zhì)厚度。
在此情況下，圖9中的第一級(jí)206的電壓增益的增加甚至超過(guò)圖8中的實(shí)施例。因此，圖9中的信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的總電壓增益AVtotal的增加甚至超過(guò)了圖8中的實(shí)施例。但是，隨著第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212的柵極電介質(zhì)212B厚度的進(jìn)一步降低，圖9中的信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的電荷轉(zhuǎn)移效率CE的進(jìn)一步降低也超過(guò)了圖8中的實(shí)施例。然而，總的電壓增益AVtotal的進(jìn)一步增加可以比電荷轉(zhuǎn)移效率CE的這種進(jìn)一步降低多出一些，所以圖9實(shí)施例的信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的整體靈敏度SV＝CE×AVtotal仍然超過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的整體靈敏度。
參照?qǐng)D10，對(duì)于本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例，降低第三驅(qū)動(dòng)器MOSFET 220的柵極電介質(zhì)220B的厚度(即，柵極電介質(zhì)厚度)，使其小于每個(gè)其它MOSFET212、214、216、218和222的柵極電介質(zhì)厚度。在此情況下，增加了第三級(jí)210的電壓增益AV3rd，從而增加了信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的總的電壓增益AVtotal。
但是，降低第三驅(qū)動(dòng)器MOSFET 220的柵極電介質(zhì)厚度不影響信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的電荷轉(zhuǎn)移效率CE。因此，圖10實(shí)施例的信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的整體靈敏度SV＝CE×AVtotal超過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的整體靈敏度。
參照?qǐng)D11，對(duì)于本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例，也降低第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212的柵極電介質(zhì)212B的厚度，使其基本上與第三驅(qū)動(dòng)器MOSFET 220的柵極電介質(zhì)220B的厚度相同。因此，第一和第三驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212和220的柵極電介質(zhì)厚度基本上相同，并且都小于每個(gè)其它MOSFET 214、216、218和222的柵極電介質(zhì)厚度。
在此情況下，增加了第一和第三級(jí)206和210每級(jí)的電壓增益AV1st和AV3rd，從而增加了信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的總的電壓增益AVtotal。隨著第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212的柵極電介質(zhì)212B厚度的降低，信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的電荷轉(zhuǎn)移效率CE也降低。但是，總的電壓增益AVtotal的增加可以比電荷轉(zhuǎn)移效率CE的這種降低多出一些，所以圖11實(shí)施例的信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的整體靈敏度SV＝CE×AVtotal仍然超過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的整體靈敏度。
參照?qǐng)D12，對(duì)于本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例，降低第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212的柵極電介質(zhì)212B的厚度，使其甚至小于第三驅(qū)動(dòng)器MOSFET 220的柵極電介質(zhì)220B的厚度。因此，第一和第三驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212和220的柵極電介質(zhì)厚度小于每個(gè)其它MOSFET 214、216、218和222的柵極電介質(zhì)厚度。此外，第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212的柵極電介質(zhì)212B厚度的降低甚至超過(guò)了第三驅(qū)動(dòng)器MOSFET 220的柵極電介質(zhì)厚度。
在此情況下，圖12中第一級(jí)206的電壓增益的增加甚至超過(guò)了圖11中的實(shí)施例。因此，圖12中的信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的總電壓增益AVtotal的增加甚至超過(guò)了圖11中的實(shí)施例。但是，隨著第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212的柵極電介質(zhì)212B厚度的進(jìn)一步降低，圖12中的信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的電荷轉(zhuǎn)移效率CE的進(jìn)一步降低也超過(guò)了圖11中的實(shí)施例。然而，總的電壓增益AVtotal的進(jìn)一步增加可以比電荷轉(zhuǎn)移效率CE的進(jìn)一步降低多出一些，所以圖12實(shí)施例的信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的整體靈敏度SV＝CE×AVtotal仍然超過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的整體靈敏度。
參照?qǐng)D13，對(duì)于本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例，第二驅(qū)動(dòng)器MOSFET 216的柵極電介質(zhì)216B的厚度與第三驅(qū)動(dòng)器MOSFET 220的柵極電介質(zhì)220B的厚度基本上相同，并被降低使其小于每個(gè)其它MOSFET 212、214、218和222的柵極電介質(zhì)厚度。在此情況下，增加了第二和第三級(jí)208和210每級(jí)的電壓增益AV2nd和AV3rd，從而增加了信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的總的電壓增益AVtotal。
但是，降低第二和第三驅(qū)動(dòng)器MOSFET 216和220的柵極電介質(zhì)厚度不影響信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的電荷轉(zhuǎn)移效率CE。因此，圖13實(shí)施例的信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的整體靈敏度SV＝CE×AVtotal超過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的整體靈敏度。此外，圖12中降低第二和第三驅(qū)動(dòng)器MOSFET 216和220兩者的柵極電介質(zhì)厚度所增加的信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的整體靈敏度，甚至超過(guò)圖7或10實(shí)施例中只降低第二或第三驅(qū)動(dòng)器MOSFET 216或220其中一個(gè)的柵極電介質(zhì)厚度的情況。
參照?qǐng)D14，對(duì)于本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例，第一、第二和第三驅(qū)動(dòng)器MOSFET212、216和220的柵極電介質(zhì)212B、216B和220B的厚度基本上相同，并被降低使其小于每個(gè)負(fù)載MOSFET 214、218和222的柵極電介質(zhì)厚度。在此情況下，增加了第一、第二和第三級(jí)206、208和210每級(jí)的電壓增益AV1st、AV2nd和AV3rd，從而增加了信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的總的電壓增益AVtotal。
隨著圖14中第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212的柵極電介質(zhì)212B厚度的降低，信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的電荷轉(zhuǎn)移效率CE也降低。但是，總的電壓增益AVtotal的增加可以比電荷轉(zhuǎn)移效率CE的這種降低多出一些，使得圖14實(shí)施例的信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的整體靈敏度SV＝CE×AVtotal仍然超過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的整體靈敏度。
參照?qǐng)D15，對(duì)于本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例，第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212的柵極電介質(zhì)212B厚度的降低甚至超過(guò)圖14中的實(shí)施例。因此，第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET212的柵極電介質(zhì)厚度小于第二和第三驅(qū)動(dòng)器MOSFET 216和220的相同的柵極電介質(zhì)厚度。圖15中第二和第三驅(qū)動(dòng)器MOSFET 216和220的柵極電介質(zhì)厚度仍然小于每個(gè)負(fù)載MOSFET 214、218和222的柵極電介質(zhì)厚度。此外，第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212的柵極電介質(zhì)212B厚度的降低甚至超過(guò)了第二和第三驅(qū)動(dòng)器MOSFET 216和220的柵極電介質(zhì)厚度。
在此情況下，圖15中第一級(jí)206的電壓增益的增加甚至超過(guò)圖14中的實(shí)施例。因此，圖15中的信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的總電壓增益AVtotal的增加甚至超過(guò)了圖14中的實(shí)施例。但是，隨著第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212的柵極電介質(zhì)212B厚度的進(jìn)一步降低，圖15中信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的電荷轉(zhuǎn)移效率CE的降低也超過(guò)了圖14中的實(shí)施例。然而，總的電壓增益AVtotal的進(jìn)一步增加可以比電荷轉(zhuǎn)移效率CE的進(jìn)一步降低多出一些，使得圖15實(shí)施例的信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的整體靈敏度SV＝CE×AVtotal仍然超過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的整體靈敏度。
以此方式，對(duì)于圖7至15所示的本發(fā)明的這些實(shí)施例，降低信號(hào)轉(zhuǎn)換器202中設(shè)置在第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212之后的至少一個(gè)后續(xù)驅(qū)動(dòng)器MOSFET 216和/或220的柵極電介質(zhì)厚度。通過(guò)降低這樣的柵極電介質(zhì)厚度，增加了總的電壓增益AVtotal，而不會(huì)影響電荷轉(zhuǎn)移效率CE，所以與現(xiàn)有技術(shù)相比有利地增加了信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的整體靈敏度SV＝CE×AVtotal。因此，優(yōu)選的盡可能的降低至少一個(gè)后續(xù)驅(qū)動(dòng)器MOSFET 216和/或220的柵極電介質(zhì)厚度，但其會(huì)受到如此薄的柵極電介質(zhì)的擊穿電壓的限制。
此外，可以使用不同于圖7至15所示實(shí)施例的其它柵極電介質(zhì)厚度關(guān)系來(lái)實(shí)施本發(fā)明。例如，與第二驅(qū)動(dòng)器MOSFET 216相比可以進(jìn)一步降低第三驅(qū)動(dòng)器MOSFET 220的柵極電介質(zhì)厚度，反之一樣，使得MOSFET 216和220的所述柵極電介質(zhì)厚度也可以小于每個(gè)其它MOSFET 212、214、218和222的各個(gè)柵極電介質(zhì)厚度。對(duì)于本發(fā)明，通常降低設(shè)置在第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212之后的至少一個(gè)隨后的MOSFET 216和/或220的柵極電介質(zhì)厚度。
此外，在本發(fā)明圖7至15的一些實(shí)施例中，降低第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212的柵極電介質(zhì)厚度，對(duì)應(yīng)的降低了電荷轉(zhuǎn)移效率CE。但是，由于還降低了至少一個(gè)后續(xù)驅(qū)動(dòng)器MOSFET 216和/或220的柵極電介質(zhì)厚度，所以總的電壓增益AVtotal的增加可以比電荷轉(zhuǎn)移效率CE的這種降低多出一些，所以信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的整體靈敏度SV＝CE×AVtotal仍然超過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的整體靈敏度。
前述的實(shí)施例只是示例性的并不是限制性的。例如，此處指出的或舉例說(shuō)明的任何的尺寸、數(shù)量和材料只是示例性的。此外，應(yīng)當(dāng)理解此處所用的例如“之后”和“隨后”的術(shù)語(yǔ)和短語(yǔ)是指各部分結(jié)構(gòu)關(guān)于其它部分的相對(duì)位置和方向，而不是指關(guān)于外部對(duì)象的任何具體絕對(duì)的方向是必需或要求的。
例如，盡管圖6至15例舉了三個(gè)源極跟隨器級(jí)206、208和210，但是也可以使用居于之間的中間級(jí)來(lái)實(shí)施本發(fā)明。當(dāng)降低設(shè)置在第一源極跟隨器級(jí)206之后的至少一個(gè)后續(xù)驅(qū)動(dòng)器MOSFET的柵極電介質(zhì)厚度以便增加信號(hào)轉(zhuǎn)換器的整體靈敏度時(shí)，通常可以實(shí)施本發(fā)明。
此外，也可以不同于圖6至15所示實(shí)施例的其它方式來(lái)實(shí)施按照本發(fā)明的具有增強(qiáng)的整體靈敏度的信號(hào)轉(zhuǎn)換器。例如，參照?qǐng)D16，對(duì)于本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例，在隔離的P阱402中形成第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212，P阱402與其中形成有其它MOSFET 214、216、218、220和222的P阱230分開(kāi)。
在圖16的實(shí)施例中，因?yàn)檫B接到電荷聚集區(qū)204的第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET212與其它MOSFET 214、216、218、220和222隔離，所以隔離的P阱402使信號(hào)轉(zhuǎn)換器202具有較低的噪聲。此外，可以降低隔離的P阱402的雜質(zhì)濃度，以降低第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212的背柵跨導(dǎo)gmb，由此增加信號(hào)轉(zhuǎn)換器202的總的電壓增益AVtotal。圖16的實(shí)施例類似于圖7的實(shí)施例，但是對(duì)于第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212具有隔離的P阱402。此外，對(duì)于圖8至15的任何其它實(shí)施例也可以形成用于第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212的隔離的P阱402。
參照?qǐng)D17，對(duì)于本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例，每個(gè)源極跟隨器級(jí)206、208和210中的驅(qū)動(dòng)器MOSFET的源極與負(fù)載MOSFET的漏極合并。因此，參照?qǐng)D7和17，第一驅(qū)動(dòng)器MOSFET 212的源極212D和第一負(fù)載MOSFET 214的漏極214C合并成為一個(gè)結(jié)404。類似地，第二驅(qū)動(dòng)器MOSFET 216的源極216D和第二負(fù)載MOSFET 218的漏極218C合并成為一個(gè)結(jié)406。此外，第三驅(qū)動(dòng)器MOSFET 220的源極220D和第三負(fù)載MOSFET 222的漏極222C合并成為一個(gè)結(jié)406。
使用圖17的實(shí)施例，對(duì)于每個(gè)源極跟隨器級(jí)206、208和210，可以有利地不使用互連結(jié)構(gòu)234、236和238來(lái)連接驅(qū)動(dòng)器MOSFET的源極和負(fù)載MOSFET的漏極。此外，通過(guò)圖17中這樣的合并，可有利地降低驅(qū)動(dòng)器MOSFET的源極以及負(fù)載MOSFET的漏極所占用的面積。
圖18顯示了按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的信號(hào)轉(zhuǎn)換器410。圖18的信號(hào)轉(zhuǎn)換器410類似于圖6的信號(hào)轉(zhuǎn)換器202。但是在圖18中，負(fù)載MOSFET 214、218和222的源極經(jīng)過(guò)同一個(gè)電阻RS一起接地。相反的在圖6中，負(fù)載MOSFET214、218和222的每個(gè)源極分別經(jīng)過(guò)電阻R1、R2和R3接地。無(wú)論如何，負(fù)載MOSFET源極處的電阻增加了負(fù)載MOSFET漏極處的有效負(fù)載電阻。
在圖18的實(shí)施例中，對(duì)于每個(gè)源極跟隨器級(jí)的較多的一致性操作，一個(gè)電阻RS的電阻值更容易控制。另一方面，由于是通過(guò)公共的電阻RS來(lái)連接源極跟隨器級(jí)，所以圖18所示的信號(hào)轉(zhuǎn)換器410更容易產(chǎn)生噪聲。因此，圖6的信號(hào)轉(zhuǎn)換器202可較好的工作在噪聲環(huán)境中。
無(wú)論如何，圖6至18示意性地顯示了本發(fā)明的典型實(shí)施例。也可以使用此處沒(méi)有具體示例和說(shuō)明的其它實(shí)施例來(lái)實(shí)施本發(fā)明。本發(fā)明只限于隨后的權(quán)利要求及其等價(jià)物所定義的范圍。
本發(fā)明要求于2003年12月16日提交的35 U.S.C.§119下的韓國(guó)專利申請(qǐng)第P2003-0091868號(hào)的優(yōu)先權(quán)，這里引用其全文作為參考。
權(quán)利要求
1.一種用于將信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換成電壓的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，包括接收信號(hào)電荷的第一驅(qū)動(dòng)器FET；和連接到第一驅(qū)動(dòng)器FET的輸出端的后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET，其中，后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度小于信號(hào)轉(zhuǎn)換器的至少一個(gè)其它FET的柵極電介質(zhì)厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其中，第一驅(qū)動(dòng)器FET用于第一級(jí)，以及其中，后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET用于第一級(jí)之后的第二級(jí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其中，后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度小于第一驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其中，后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度基本上等于第一驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其中，第一驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度小于后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其中，第一驅(qū)動(dòng)器FET用于第一級(jí)，以及其中后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET用于第三級(jí)，該第三級(jí)經(jīng)過(guò)具有第二驅(qū)動(dòng)器FET的第二級(jí)連接到第一級(jí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其中，后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度小于第一驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其中，后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度基本上等于第一驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其中，第一驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度小于后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其中，后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度小于第一和第二驅(qū)動(dòng)器FET的相同的柵極電介質(zhì)厚度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，還包括連接到后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的輸出端的最后驅(qū)動(dòng)器FET，用于產(chǎn)生輸出電壓。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其中，后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度小于最后驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其中，后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度基本上等于最后驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其中，最后驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度小于后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其中，后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度小于第一和最后驅(qū)動(dòng)器FET的相同的柵極電介質(zhì)厚度。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其中，將每個(gè)驅(qū)動(dòng)器FET連接到各自的負(fù)載FET。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其中，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器FET都具有相同的柵極電介質(zhì)厚度，該相同的柵極電介質(zhì)厚度小于至少一個(gè)負(fù)載FET的柵極電介質(zhì)厚度。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其中，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器FET連接到各自的負(fù)載FET。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其中，后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度小于至少一個(gè)負(fù)載FET的柵極電介質(zhì)厚度。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其中，后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度小于所有負(fù)載FET的每個(gè)各自的柵極電介質(zhì)厚度。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其中，每個(gè)負(fù)載FET都經(jīng)過(guò)各自的電阻接地。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其中，每個(gè)負(fù)載FET都經(jīng)過(guò)同一個(gè)電阻一起接地。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其中，后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度小于信號(hào)轉(zhuǎn)換器的所有其它FET的每個(gè)各自的柵極電介質(zhì)厚度。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其中，第一驅(qū)動(dòng)器FET是增強(qiáng)型的MOSFET，以及其中信號(hào)轉(zhuǎn)換器的所有其它FET是耗盡型的MOSFET。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其中，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器FET都被配置成源極跟隨器。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其中，第一驅(qū)動(dòng)器FET被形成在一絕緣的阱內(nèi)。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其中，信號(hào)電荷是從CCD(電荷耦合器件)輸出的。
28.一種用于將信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換成電壓的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，包括多個(gè)級(jí)，每個(gè)級(jí)具有驅(qū)動(dòng)器FET和負(fù)載FET，最前級(jí)接收信號(hào)電荷，以及每個(gè)隨后級(jí)接收來(lái)自先前級(jí)的電壓；以及用于增加電壓增益而不會(huì)降低信號(hào)轉(zhuǎn)換器的電荷轉(zhuǎn)移效率的裝置。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其中，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器FET都被配置成源極跟隨器。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其中，每級(jí)的負(fù)載FET的源極經(jīng)過(guò)各自的電阻接地。
31.根據(jù)權(quán)利要求28所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其中，每級(jí)的負(fù)載FET的源極經(jīng)過(guò)同一個(gè)電阻接地。
32.根據(jù)權(quán)利要求28所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其中，最前級(jí)的驅(qū)動(dòng)器FET被形成在一絕緣的阱內(nèi)。
33.根據(jù)權(quán)利要求28所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其中，最前級(jí)的驅(qū)動(dòng)器FET被制成使柵極電容最小的尺寸；以及其中最后級(jí)的驅(qū)動(dòng)器FET被制成供應(yīng)足夠的電流以驅(qū)動(dòng)連接到最后級(jí)的輸出端的負(fù)載的尺寸；以及其中中間級(jí)的驅(qū)動(dòng)器FET被制成用于在最前級(jí)和最后級(jí)的驅(qū)動(dòng)器FET之間進(jìn)行電流放大的尺寸。
34.一種用于電荷轉(zhuǎn)移元件的輸出電路，包括用于聚集來(lái)自電荷轉(zhuǎn)移元件的電荷以產(chǎn)生信號(hào)電荷的區(qū)域；用于將信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換成電壓的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，該信號(hào)轉(zhuǎn)換器包括接收信號(hào)電荷的第一驅(qū)動(dòng)器FET；和連接到第一驅(qū)動(dòng)器FET的輸出端的后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET，其中后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度小于信號(hào)轉(zhuǎn)換器的至少一個(gè)其它FET的柵極電介質(zhì)厚度；復(fù)位晶體管，用于導(dǎo)通時(shí)將所述區(qū)域重置到復(fù)位電壓；和輸出晶體管，用于導(dǎo)通時(shí)將來(lái)自電荷轉(zhuǎn)移元件的電荷轉(zhuǎn)移到所述區(qū)域。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的輸出電路，其中，第一驅(qū)動(dòng)器FET用于第一級(jí)，以及其中后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET用于第一級(jí)之后的第二級(jí)。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的輸出電路，其中，第一驅(qū)動(dòng)器FET用于第一級(jí)，以及其中后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET用于第三級(jí)，該第三級(jí)經(jīng)過(guò)第二級(jí)連接到第一級(jí)。
37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的輸出電路，其中，信號(hào)轉(zhuǎn)換器還包括連接到后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的輸出端的最后驅(qū)動(dòng)器FET，用于產(chǎn)生輸出電壓。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的輸出電路，其中，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器FET都連接到各自的負(fù)載FET。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的輸出電路，其中，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器FET都具有相同的柵極電介質(zhì)厚度，該相同的柵極電介質(zhì)厚度小于至少一個(gè)負(fù)載FET的柵極電介質(zhì)厚度。
40.根據(jù)權(quán)利要求34所述的輸出電路，其中，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器FET都被配置成源極跟隨器。
41.根據(jù)權(quán)利要求34所述的輸出電路，其中，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器FET都連接到各自的負(fù)載FET。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的輸出電路，其中，后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度小于至少一個(gè)負(fù)載FET的柵極電介質(zhì)厚度。
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的輸出電路，其中，每個(gè)負(fù)載FET都經(jīng)過(guò)各自的電阻接地。
44.根據(jù)權(quán)利要求41所述的輸出電路，其中，每個(gè)負(fù)載FET經(jīng)過(guò)同一個(gè)電阻一起接地。
45.根據(jù)權(quán)利要求34所述的輸出電路，其中，第一驅(qū)動(dòng)器FET是增強(qiáng)型的MOSFET，以及其中信號(hào)轉(zhuǎn)換器的所有其它FET是耗盡型的MOSFET。
46.根據(jù)權(quán)利要求34所述的輸出電路，其中，將第一驅(qū)動(dòng)器FET形成在一絕緣的阱內(nèi)。
47.根據(jù)權(quán)利要求34所述的輸出電路，其中，電荷轉(zhuǎn)移元件是CCD(電荷耦合器件)。
48.一種成像系統(tǒng)，包括光電二極管陣列，每個(gè)光電二極管聚集各自的信號(hào)電荷；至少一個(gè)電荷轉(zhuǎn)移元件，被連接到光電二極管陣列，用于轉(zhuǎn)移來(lái)自每個(gè)光電二極管的各個(gè)信號(hào)電荷；和連接到至少一個(gè)電荷轉(zhuǎn)移元件的輸出電路，該輸出電路包括用于聚集從電荷轉(zhuǎn)移元件轉(zhuǎn)移的各個(gè)信號(hào)電荷的區(qū)域；和用于將聚集在所述區(qū)域的各個(gè)信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換成電壓的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，該信號(hào)轉(zhuǎn)換器包括用于接收各個(gè)信號(hào)電荷的第一驅(qū)動(dòng)器FET；和連接到第一驅(qū)動(dòng)器FET的輸出端的后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET，其中后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度小于信號(hào)轉(zhuǎn)換器的至少一個(gè)其它FET的柵極電介質(zhì)厚度。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的成像系統(tǒng)，其中，第一驅(qū)動(dòng)器FET用于第一級(jí)，以及其中后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET用于第一級(jí)之后的第二級(jí)。
50.根據(jù)權(quán)利要求48所述的成像系統(tǒng)，其中，第一驅(qū)動(dòng)器FET用于第一級(jí)，以及其中后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET用于經(jīng)過(guò)第二級(jí)連接到第一級(jí)的第三級(jí)。
51.根據(jù)權(quán)利要求48所述的成像系統(tǒng)，其中，信號(hào)轉(zhuǎn)換器還包括連接到后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的輸出端的最后驅(qū)動(dòng)器FET，用于產(chǎn)生輸出電壓。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的成像系統(tǒng)，其中，將每個(gè)驅(qū)動(dòng)器FET都連接到各自的負(fù)載FET。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的成像系統(tǒng)，其中，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器FET都具有相同的柵極電介質(zhì)厚度，該相同的柵極電介質(zhì)厚度小于至少一個(gè)負(fù)載FET的柵極電介質(zhì)厚度。
54.根據(jù)權(quán)利要求48所述的成像系統(tǒng)，其中，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器FET都連接到各自的負(fù)載FET。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的成像系統(tǒng)，其中，后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度小于至少一個(gè)負(fù)載FET的柵極電介質(zhì)厚度。
56.根據(jù)權(quán)利要求54所述的成像系統(tǒng)，其中，每個(gè)負(fù)載FET都經(jīng)過(guò)各自的電阻接地。
57.根據(jù)權(quán)利要求54所述的成像系統(tǒng)，其中，每個(gè)負(fù)載FET都經(jīng)過(guò)同一個(gè)電阻接地。
58.根據(jù)權(quán)利要求48所述的成像系統(tǒng)，其中，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器FET都被配置成源極跟隨器。
59.根據(jù)權(quán)利要求48所述的成像系統(tǒng)，其中，第一驅(qū)動(dòng)器FET是增強(qiáng)型的MOSFET，以及其中信號(hào)轉(zhuǎn)換器的所有其它FET是耗盡型的MOSFET。
60.根據(jù)權(quán)利要求48所述的成像系統(tǒng)，其中，第一驅(qū)動(dòng)器FET形成在一絕緣的阱內(nèi)。
61.根據(jù)權(quán)利要求48所述的成像系統(tǒng)，其中，電荷轉(zhuǎn)移元件是CCD(電荷耦合器件)。
62.根據(jù)權(quán)利要求48所述的成像系統(tǒng)，其中，所述輸出電路還包括復(fù)位晶體管，用于導(dǎo)通時(shí)將所述區(qū)域復(fù)位到復(fù)位電壓；和輸出晶體管，用于導(dǎo)通時(shí)將來(lái)自電荷轉(zhuǎn)移元件的各個(gè)信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到所述區(qū)域，其中當(dāng)輸出晶體管導(dǎo)通時(shí)復(fù)位晶體管關(guān)閉。
全文摘要
一種用于將信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換成電壓的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，包括用于接收信號(hào)電荷的第一級(jí)的第一驅(qū)動(dòng)器FET。后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET連接到第一驅(qū)動(dòng)器FET的輸出端，且減少了后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度。后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET用于第二級(jí)或用于第三級(jí)。后續(xù)驅(qū)動(dòng)器FET的柵極電介質(zhì)厚度的減少增加了電壓增益AV
文檔編號(hào)H04N5/335GK1674297SQ20041009977
公開(kāi)日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2004年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月16日
發(fā)明者盧宰燮, 李德炯, 南丁鉉, 柳政澔, 金利泰, 孔海慶 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社