專(zhuān)利名稱(chēng)：固態(tài)成像裝置驅(qū)動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用在諸如家用攝像機(jī)、數(shù)字靜物照相機(jī)和移動(dòng)電話照相機(jī)等各種設(shè)備中的MOS型固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法。
背景技術(shù)：
參照?qǐng)D5和6說(shuō)明常規(guī)傳感器及其驅(qū)動(dòng)方法。圖5是常規(guī)傳感器的電路圖。圖5所示的傳感器具有設(shè)置成2×2矩陣形式的光敏單元(被虛線包圍的部分)。每個(gè)光敏單元包括光電二極管51、傳輸門(mén)52、浮置擴(kuò)散層部分53、放大晶體管54，復(fù)位晶體管55、以及地址晶體管56，并對(duì)應(yīng)于構(gòu)成圖像的像素之一。應(yīng)注意到，盡管為了簡(jiǎn)明起見(jiàn)，下面的說(shuō)明將假設(shè)光敏單元設(shè)置成2×2矩陣形式，但是實(shí)際上，在每個(gè)行和列方向上都設(shè)置幾十到幾千個(gè)光敏單元。
圖5所示的驅(qū)動(dòng)傳感器的方法如下。為了從第一行中的光敏單元提取信號(hào)，首先，通過(guò)垂直移位寄存器61控制包含在第一行光敏單元中的地址晶體管56a和56b為導(dǎo)通狀態(tài)。然后，同樣通過(guò)垂直移位寄存器61控制復(fù)位晶體管55a和55b為導(dǎo)通狀態(tài)。這使浮置擴(kuò)散層部分53a和53b復(fù)位。在這個(gè)階段，放大晶體管54b和負(fù)載晶體管63p形成源極跟隨器電路，并且來(lái)自源極跟隨器電路的輸出出現(xiàn)在垂直信號(hào)線62p上。同樣，放大晶體管54b和負(fù)載晶體管63q形成源極跟隨器電路，并且來(lái)自源極跟隨器電路的輸出也出現(xiàn)在垂直信號(hào)線62q上。在這個(gè)階段出現(xiàn)在垂直信號(hào)線62p和62q上的電壓是與積累在光電二極管51a和51b中的信號(hào)電荷無(wú)關(guān)的噪聲電壓。隨后，通過(guò)垂直移位寄存器61控制傳輸門(mén)52a和52b為導(dǎo)通狀態(tài)。借此，將積累在光電二極管51a和51b中的信號(hào)電荷傳輸?shù)礁≈脭U(kuò)散層部分53a和53b，并且對(duì)應(yīng)于積累在光電二極管51a和51b中的信號(hào)電荷的信號(hào)電壓出現(xiàn)在垂直信號(hào)線62p和62q上。
箝位電容器64p和64q、箝位晶體管65p和65q、采樣/保持晶體管66p和66q以及采樣/保持電容器67p和67q形成噪聲抑制電路。這個(gè)噪聲抑制電路確定當(dāng)在浮置擴(kuò)散層部分53中有信號(hào)電荷時(shí)獲得的像素輸出(即，信號(hào)輸出)與當(dāng)沒(méi)有信號(hào)電荷時(shí)獲得的像素輸出(即，噪聲輸出)之間的差異。在圖5所示的傳感器中，主要是產(chǎn)生由放大晶體管54的閾值電壓的變化產(chǎn)生的噪聲以及作為復(fù)位晶體管55的熱噪聲的kTC噪聲。當(dāng)噪聲輸出出現(xiàn)在垂直信號(hào)線62p和62q上時(shí)，通過(guò)控制端74和75控制箝位晶體管65p和65q和采樣/保持晶體管66p和66q為導(dǎo)通狀態(tài)，并且將無(wú)噪聲箝位電壓從箝位電壓輸送端73施加于采樣/保持電容器67p和67q。在經(jīng)過(guò)預(yù)定時(shí)間之后，通過(guò)控制端74控制箝位晶體管65p和65q為截止?fàn)顟B(tài)。
隨后，等于無(wú)噪聲信號(hào)電壓和噪聲電壓之和的電壓出現(xiàn)在每一個(gè)垂直信號(hào)線62p和62q上。垂直信號(hào)線62p和62q每一個(gè)都從噪聲電壓變?yōu)樾盘?hào)電壓和噪聲電壓之和；變化量等于無(wú)噪聲信號(hào)電壓。因此，采樣/保持側(cè)上的每個(gè)箝位電容器64p和64q的電壓也改變了等于無(wú)噪聲信號(hào)電壓的量。實(shí)際上，每個(gè)采樣/保持電容器67p和67q兩端上的電壓從無(wú)噪聲箝位電壓變化的量等于通過(guò)用相應(yīng)的箝位電容器和相應(yīng)的采樣/保持電容器對(duì)相應(yīng)的垂直信號(hào)線62p和62q上的信號(hào)電壓變化的量進(jìn)行分壓所獲得的量。因此，每個(gè)采樣/保持電容器67p和67q兩端上的電壓是無(wú)噪聲箝位電壓和被除的信號(hào)電壓，并除去噪聲部分。在控制采樣/保持晶體管66p和66q為截止?fàn)顟B(tài)之后，通過(guò)水平移位寄存器69將水平晶體管68p和68q依次地和選擇地控制為導(dǎo)通狀態(tài)。借此，從輸出端70依次輸出對(duì)應(yīng)于積累在光電二極管51a和51b中的信號(hào)電荷的信號(hào)。
接著，為了從第二行中的光敏單元提取信號(hào)，在第二行中的光敏單元上進(jìn)行與第一行相同的操作。借此，從輸出端70依次輸出對(duì)應(yīng)于積累在光電二極管51c和51d中的信號(hào)電荷的信號(hào)。
圖6中示出了顯示上述操作的時(shí)序圖。在圖6中，從輸出端70最終輸出積累在一行光電二極管51中的信號(hào)的周期被稱(chēng)為水平有效周期，并且從光電二極管51向垂直信號(hào)線62輸出信號(hào)并抑制輸出信號(hào)的噪聲的周期被稱(chēng)為水平空白周期。水平空白周期和水平有效周期一起被稱(chēng)為一個(gè)水平周期。一個(gè)水平周期是讀取一行信號(hào)實(shí)際所需的時(shí)間。從整個(gè)傳感器讀取信號(hào)所需的時(shí)間被稱(chēng)為一幀周期。如圖6所示，積累在光電二極管51中的信號(hào)電荷的量由將要施加于傳輸門(mén)52的傳輸脈沖的時(shí)間間隔確定。在一幀周期期間傳輸脈沖的時(shí)間間隔是恒定的。因此，光電二極管51具有均勻靈敏度。
在圖5所示的傳感器中，每個(gè)光敏單元由四個(gè)晶體管(傳輸門(mén)52、放大晶體管54、復(fù)位晶體管55和地址晶體管56)構(gòu)成。另一方面，近年來(lái)，為了減小傳感器的尺寸，已經(jīng)研制了一種具有每一個(gè)都由三個(gè)晶體管構(gòu)成的光敏單元的傳感器。這種新研制的傳感器具有如下結(jié)構(gòu)其中從圖5所示的傳感器中除去了地址晶體管56并在光敏單元之間共享電源。為了從這個(gè)傳感器讀取信號(hào)，必須給每個(gè)光敏單元提供脈沖電源電壓。
例如，在日本特許公開(kāi)專(zhuān)利公報(bào)No.9-247537中說(shuō)明了圖5所示的傳感器的驅(qū)動(dòng)方法。此外，日本特許公開(kāi)專(zhuān)利公報(bào)No.2001-45375說(shuō)明了一種在一個(gè)水平周期中平均地輸出來(lái)自一行光電二極管的信號(hào)的驅(qū)動(dòng)方法。
然而，在其中每個(gè)光敏單元由三個(gè)晶體管構(gòu)成的傳感器中，由于電源由脈沖驅(qū)動(dòng)，因此可能出現(xiàn)如下所述的問(wèn)題。首先，由于電源連接到所有光敏單元，并且不僅驅(qū)動(dòng)所選擇的光敏單元而且驅(qū)動(dòng)整個(gè)傳感器，因此對(duì)整個(gè)傳感器的工作產(chǎn)生不良影響。其次，盡管高電平的電源電壓對(duì)傳感器的工作不產(chǎn)生不良影響，但是低電平的電源電壓對(duì)未選擇的光敏單元的工作產(chǎn)生不良影響。第三，電源的脈沖驅(qū)動(dòng)本身對(duì)整個(gè)傳感器就產(chǎn)生各種有害影響。
特別是，鑒于上述第二個(gè)問(wèn)題，如果電源的低電平電位變得太低，則這個(gè)低電平電位可能等于或低于未選擇的光敏單元的復(fù)位晶體管的低電平電位并且甚至達(dá)到放大晶體管的柵區(qū)。這里，大量放大晶體管同時(shí)進(jìn)行操作并驅(qū)動(dòng)整個(gè)傳感器。相應(yīng)地，在水平空白周期期間添加大的噪聲，由此難以進(jìn)行信號(hào)處理。
如果電源的低電平電位變得等于或低于未選擇的光敏單元的傳輸門(mén)的低電平電位，則電荷注入到光電二極管中，產(chǎn)生注入到光敏單元中的電荷量的變化。相應(yīng)地，在將要從光電二極管讀取的信號(hào)電荷中也發(fā)生這些變化，由此在重顯圖像中出現(xiàn)很大的噪聲。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法，通過(guò)該方法從具有每個(gè)都由三個(gè)晶體管構(gòu)成的光敏單元的傳感器讀取具有低噪聲的重顯圖像。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明具有以下方案。
本發(fā)明的第一方案關(guān)注一種固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法，該方法包括具有在半導(dǎo)體襯底上在行和列方向上兩維設(shè)置的光敏單元的光敏區(qū)，每個(gè)光敏單元包括用于積累信號(hào)電荷的光電二極管，所述信號(hào)電荷是通過(guò)將入射光轉(zhuǎn)換成電流而獲得的；用于傳輸積累在光電二極管中的信號(hào)電荷的傳輸晶體管；用于暫時(shí)積累傳輸?shù)男盘?hào)電荷的浮置擴(kuò)散層部分；用于放大被積累在浮置擴(kuò)散層部分中的信號(hào)電荷的放大晶體管；和用于使積累在浮置擴(kuò)散層部分中的信號(hào)電荷復(fù)位的復(fù)位晶體管；共同連接到放大晶體管的漏極的電源線；用于獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)設(shè)置在相同行中的傳輸晶體管以及設(shè)置在相同行中的復(fù)位晶體管的垂直驅(qū)動(dòng)電路；多個(gè)垂直信號(hào)線，每個(gè)垂直信號(hào)線具有共同連接到它們上的設(shè)置在相同列中的相應(yīng)放大晶體管；分別連接到垂直信號(hào)線的多個(gè)負(fù)載晶體管；用于抑制輸出到垂直信號(hào)線的信號(hào)噪聲的噪聲抑制電路；多個(gè)水平晶體管，它們?cè)O(shè)置在行方向上，并且將來(lái)自噪聲抑制電路的輸出輸入到所述多個(gè)水平晶體管；以及水平驅(qū)動(dòng)電路，用于允許水平晶體管依次和選擇地工作，由此依次輸出來(lái)自噪聲抑制電路的輸出，該方法包括如下步驟在每個(gè)水平周期基礎(chǔ)上脈沖驅(qū)動(dòng)電源線；使用水平驅(qū)動(dòng)電路在每個(gè)水平周期基礎(chǔ)上依次選擇不同行，并且當(dāng)驅(qū)動(dòng)電源線時(shí)允許包含于設(shè)置在選擇行中的相應(yīng)光敏單元中的相應(yīng)的復(fù)位晶體管和相應(yīng)的傳輸晶體管依次地工作，之后當(dāng)不驅(qū)動(dòng)電源線時(shí)允許相應(yīng)的復(fù)位晶體管工作；以及使用水平驅(qū)動(dòng)電路在每個(gè)水平周期基礎(chǔ)上，依次輸出來(lái)自噪聲抑制電路的輸出，其中電源線的低電平電位具有高于零電位的預(yù)定電位。
根據(jù)固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法，通過(guò)使電源線的低電平電位高于零電位，可以防止驅(qū)動(dòng)整個(gè)傳感器和使每個(gè)像素的電位穩(wěn)定。相應(yīng)地，可以讀取具有低噪聲的重顯圖像。
在固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法中，預(yù)定電位可以高于在給復(fù)位晶體管施加低電平時(shí)獲得的溝道電位。通過(guò)這樣做，防止放大晶體管在它們各自的柵極區(qū)附近工作，這樣可以防止如下情形大量放大晶體管同時(shí)進(jìn)行工作，結(jié)果是，驅(qū)動(dòng)整個(gè)傳感器。相應(yīng)地，可以解決在水平空白周期期間添加大噪聲，由此使信號(hào)處理難以進(jìn)行的問(wèn)題。
或者，預(yù)定電位可以高于在給傳輸晶體管施加低電平時(shí)獲得的溝道電位。通過(guò)這樣做，可以防止由于注入到光電二極管中的電荷，而在光敏單元中發(fā)生注入的電荷量變化的情況。相應(yīng)地，可以在使大噪聲不再出現(xiàn)在重顯圖像中的情況下讀取具有低噪聲的美麗重顯圖像。
或者，預(yù)定電位可以高于光電二極管的溝道電位。通過(guò)這樣做，可以防止驅(qū)動(dòng)整個(gè)傳感器和使每個(gè)像素的電位穩(wěn)定。相應(yīng)地，可以讀取具有低噪聲的重顯圖像。
在固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法中，光敏區(qū)可以形成在p型襯底上。通過(guò)這樣做，可以從具有形成在p型襯底上的光敏區(qū)的固態(tài)成像裝置讀取具有低噪聲的重顯圖像。
或者，光敏區(qū)可以形成在n型襯底上的p型阱中。通過(guò)這樣做，可以從具有形成在n型襯底上的p型阱中的光敏區(qū)的固態(tài)成像裝置讀取具有低噪聲的重顯圖像。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的傳感器的電路圖；圖2A和2B是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的傳感器的噪聲抑制電路細(xì)節(jié)的圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的傳感器的驅(qū)動(dòng)方法的時(shí)序圖；圖4A和4B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的傳感器的光敏單元的剖面圖和電位圖；圖5是常規(guī)傳感器的電路圖；圖6是示出常規(guī)傳感器的驅(qū)動(dòng)方法的時(shí)序圖。
實(shí)施發(fā)明的最佳方式圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的傳感器的電路圖。圖1所示的傳感器具有設(shè)置成m×n矩陣形式的光敏單元(由虛線包圍的部分)；電源線10；垂直移位寄存器11；n個(gè)垂直信號(hào)線12-1到12-n；n個(gè)負(fù)載晶體管13-1到13-n；噪聲抑制電路14；n個(gè)水平晶體管；和水平移位寄存器16。每個(gè)光敏單元包括光電二極管1、傳輸門(mén)2、浮置擴(kuò)散層部分3、放大晶體管4、和復(fù)位晶體管5。所述光敏單元的特征在于它包括三個(gè)晶體管(傳輸門(mén)2、放大晶體管4和復(fù)位晶體管5)，并且不包括地址晶體管。實(shí)際傳感器中的m和n的值為幾十到幾千的數(shù)量級(jí)。
m×n光敏單元形成在半導(dǎo)體襯底上。更具體地說(shuō)，光敏單元形成在p型襯底上或n型襯底上的p阱中。在每個(gè)光敏單元中，光電二極管1將入射光轉(zhuǎn)換成電流并在其中積累獲得信號(hào)電荷。傳輸門(mén)2設(shè)置在光電二極管1和浮置擴(kuò)散層部分3之間，并將積累在光電二極管1中的信號(hào)電荷傳輸?shù)礁≈脭U(kuò)散層部分3。浮置擴(kuò)散層部分3在其中暫時(shí)積累從光電二極管1傳輸來(lái)的信號(hào)電荷。放大晶體管4將積累在浮置擴(kuò)散層部分3中的信號(hào)電荷放大。復(fù)位晶體管5使積累在浮置擴(kuò)散層部分3中的信號(hào)電荷復(fù)位。
在其中設(shè)置光敏單元的光敏區(qū)中，除了電源線10和垂直信號(hào)線12-1到12-n之外，還布線成對(duì)的m個(gè)信號(hào)線17-1到17-m和18-1到18-m。電源線10共同連接到放大晶體管4的漏極上。本實(shí)施例假設(shè)電源線10共同連接到包含于所有光敏單元中的放大晶體管4和復(fù)位晶體管5的漏極上，并且脈沖電源電壓VddC從電源端子20施加到所有光敏單元，其中所述電源端子20位于電源線10的另一端。應(yīng)該注意到，在圖1中，盡管所有光敏單元連接到一個(gè)電源線10，但是可以使用兩個(gè)或更多個(gè)電源線給光敏單元提供共用電源。
給相應(yīng)列的光敏單元提供每個(gè)垂直信號(hào)線12-1到12-n。垂直信號(hào)線12-1到12-n連接在設(shè)置在同一列中的包含于光敏單元中的相應(yīng)放大晶體管4和相應(yīng)的負(fù)載晶體管13-1到13-n之間，并且與噪聲抑制電路14連接。信號(hào)線17-1到17-m和18-1和18-m是垂直移位寄存器11的輸出信號(hào)線，并且每一個(gè)提供給相應(yīng)行的光敏單元。信號(hào)線17-1到17-m連接在包含于設(shè)置在相同行中的光敏單元中的相應(yīng)傳輸門(mén)2的柵極之間。信號(hào)線18-1到18-m連接在包含于設(shè)置在相同行中的光敏單元中的相應(yīng)復(fù)位晶體管5的柵極之間。
垂直移位寄存器11作為垂直驅(qū)動(dòng)電路操作如下。當(dāng)電源線VddC處于高電平時(shí)，垂直移位寄存器11同時(shí)驅(qū)動(dòng)包含于設(shè)置在相同行中的光敏單元中的相應(yīng)傳輸門(mén)2。此外，當(dāng)電源線VddC處于高電平時(shí)，在不同于傳輸門(mén)2的驅(qū)動(dòng)時(shí)間的時(shí)間，垂直移位寄存器11同時(shí)驅(qū)動(dòng)包含于設(shè)置在相同行中的光敏單元中的相應(yīng)復(fù)位晶體管5。負(fù)載晶體管13-1到13-n分別連接到垂直信號(hào)線12-1到12-n，并設(shè)置在行方向上。噪聲抑制電路14連接到垂直信號(hào)線12-1到12-n，并捕獲從放大晶體管4輸出的信號(hào)，然后除去捕獲的信號(hào)中的噪聲分量。水平晶體管15-1到15-n設(shè)置在行方向。分別向水平晶體管15-1到15-n輸入從噪聲抑制電路14輸出的n個(gè)信號(hào)。水平移位寄存器16作為水平驅(qū)動(dòng)電路工作。具體地說(shuō)，水平移位寄存器16允許水平晶體管15-1到15-n依次地和選擇地工作。通過(guò)這樣做，從輸出端21依次輸出從噪聲抑制電路14輸出的n個(gè)信號(hào)。
圖2A和2B是用于說(shuō)明噪聲抑制電路14細(xì)節(jié)的圖。如圖2A所示，噪聲抑制電路14包括n個(gè)采樣/保持晶體管31-1到31-n；n個(gè)箝位電容器32-1到32-n；n個(gè)箝位晶體管33-1到33-n；以及n個(gè)采樣/保持電容器34-1到34-n。噪聲抑制電路14不同于圖5所示的噪聲抑制電路的地方在于采樣/保持晶體管31-1到31-n的位置，但是以與圖5所示的噪聲抑制電路相同的方式依次地進(jìn)行工作。從控制端22輸入的采樣/保持控制信號(hào)施加于采樣/保持晶體管31-1到31-n的柵極。同樣，從控制端23輸入的箝位控制信號(hào)施加于箝位晶體管33-1到33-n的柵極。這兩個(gè)控制信號(hào)如圖2B所示那樣變化。這兩個(gè)控制信號(hào)都處于高電平的周期用做噪聲輸出周期，并且采樣/保持控制信號(hào)處于高電平和箝位控制信號(hào)處于低電平的周期用做信號(hào)輸出周期。
參考圖3所示的時(shí)序圖，在適當(dāng)?shù)牡胤剑旅鎸⒄f(shuō)明圖1所示的傳感器的驅(qū)動(dòng)方法。為了驅(qū)動(dòng)該傳感器，進(jìn)行如下步驟在每個(gè)水平周期基礎(chǔ)上脈沖驅(qū)動(dòng)電源線10；使用垂直移位寄存器11從m×n個(gè)光電二極管1讀取一行的信號(hào)；以及使用水平移位寄存器16依次輸出一行的讀取信號(hào)。
如圖3所示，在初始狀態(tài)下，電源電壓VddC處于低電平。就是說(shuō)，在初始狀態(tài)下，還沒(méi)有驅(qū)動(dòng)電源線10。為了從第一行中的光敏單元提取信號(hào)，首先，控制電源電壓VddC處于高電平。由此，在所有光敏單元中，使傳輸門(mén)2和復(fù)位晶體管5的漏極都處于高電平。然后，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電源線10時(shí)，垂直移位寄存器11使信號(hào)線18-1在預(yù)定時(shí)間周期內(nèi)處于高電平。由此，使復(fù)位晶體管5a和5b以及包含于第一行中的光敏單元中的所有其他復(fù)位晶體管5的柵極電位都處于高電平，并且使這些復(fù)位晶體管5都處于導(dǎo)通狀態(tài)。在這個(gè)階段，使放大晶體管4a和4b和包含于第一行中的光敏單元中的所有其它放大晶體管4都處于工作狀態(tài)。同時(shí)，噪聲輸出出現(xiàn)在垂直信號(hào)線12-1到12-n上，所述噪聲輸出是在積累在浮置擴(kuò)散層部分3a和3b以及包含于第一行中的光敏單元中的所有其他浮置擴(kuò)散層部分3中的信號(hào)電荷復(fù)位時(shí)產(chǎn)生的。
隨后，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電源線10時(shí)，垂直移位寄存器11使信號(hào)線17-1在預(yù)定時(shí)間周期內(nèi)處于高電平。由此，使復(fù)位傳輸門(mén)2a和2b以及包含于第一行中的光敏單元中的所有其他傳輸門(mén)2的柵極電位都處于高電平，并且使這些傳輸門(mén)2都處于導(dǎo)通狀態(tài)。在這個(gè)階段，將在光電二極管1a和1b以及包含于第一行中的光敏單元中的所有其它光電二極管1中積累的信號(hào)電荷讀取到包含于光敏單元中的相應(yīng)浮置擴(kuò)散層部分3中，然后對(duì)應(yīng)于讀取信號(hào)電荷的信號(hào)輸出出現(xiàn)在垂直信號(hào)線12-1到12-n上。
通過(guò)這種方式，在每個(gè)垂直信號(hào)線12-1到12-n上，在噪聲電壓出現(xiàn)之后，信號(hào)電壓和噪聲電壓的總和出現(xiàn)。噪聲抑制電路14按照與常規(guī)噪聲抑制電路相同的方式進(jìn)行操作，并抑制輸出到垂直信號(hào)線12-1到12-n的信號(hào)噪聲。從噪聲抑制電路14輸出的n個(gè)信號(hào)分別輸入到水平晶體管15-1到15-n。
在噪聲抑制電路14進(jìn)行工作之后，電源電壓VddC變?yōu)榈碗娖健Ｈ缓?，在不?qū)動(dòng)電源線10時(shí)，垂直移位寄存器11使信號(hào)線18-1在預(yù)定時(shí)間周期內(nèi)處于高電平。由此，使積累在浮置擴(kuò)散層部分3a和3b以及包含于第一行中的光敏單元中的所有其它浮置擴(kuò)散層部分3中的信號(hào)電荷復(fù)位。放大晶體管4a和4b以及包含于第一行中的光敏單元中的所有其它放大晶體管4保持在非工作狀態(tài)，直到它們被再次選擇為止。
水平移位寄存器16輸出連接到水平晶體管15-1到15-n的柵極的n個(gè)輸出信號(hào)。水平移位寄存器16選擇地使n個(gè)輸出信號(hào)處于高電平，并由此依次和選擇地控制水平晶體管15-1到15-n處于導(dǎo)通狀態(tài)。由此，從輸出端21依次輸出與積累在光電二極管1a和1b以及包含于第一行中的所有其它光電二極管1中的信號(hào)電荷相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。
然后，為了從第二行中的光敏單元提取信號(hào)，在第二行中的光敏單元上進(jìn)行與第一行相同的操作。由此，從輸出端21依次輸出與積累在光電二極管1c和1d以及包含于第二行中的所有其它光敏單元中的光電二極管1中的信號(hào)電荷相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。之后，在從第三到第m行的光敏單元上進(jìn)行相同操作。注意到，圖3所示的水平空白周期、水平有效周期、一個(gè)水平周期和一個(gè)幀周期的定義以及光電二極管1具有均勻靈敏度的事實(shí)都與常規(guī)傳感器的相同。
在驅(qū)動(dòng)傳感器的方法中，如上所述，本實(shí)施例考慮了一種驅(qū)動(dòng)方法其特征在于電源電壓VddC的低電平電位是比零電位高的預(yù)定電位。具體地說(shuō)，考慮了其中電源電壓VddC的低電平電位高于在給復(fù)位晶體管5施加低電平時(shí)獲得的溝道電位的驅(qū)動(dòng)方法，以及其中電源電壓VddC的低電平電位高于在給傳輸門(mén)2施加低電平時(shí)獲得的溝道電位的驅(qū)動(dòng)方法。根據(jù)具有這種特性的驅(qū)動(dòng)方法，可以獲得具有比通過(guò)常規(guī)驅(qū)動(dòng)方法獲得的噪聲低的噪聲的重顯圖像。原因?qū)⒃谙旅鎱⒄請(qǐng)D4A和4B進(jìn)行說(shuō)明。
圖4A和4B分別是包含于圖1所示傳感器中的光敏單元的剖面圖和電位圖。在圖4A中，光敏單元形成在p型襯底上。該p型襯底、形成在p型襯底上的n型光電二極管層41以及形成在p型襯底的表面上的p型表面層42構(gòu)成光電二極管1。除了光電二極管1之外，浮置擴(kuò)散層部分3和n型表面層45形成在p型襯底上。由此，通過(guò)提供電極43，形成了傳輸門(mén)2，并通過(guò)提供電極44，形成復(fù)位晶體管5。
如上所述，電源電壓VddC以脈沖形式變化。這里，電源電壓VddC的高電平電位和低電平電位分別表示為VddC_H和VddC_L(見(jiàn)圖4B)。例如，VddC_H的實(shí)際值為2.8V。在從0V到2.8V范圍內(nèi)變化的電壓施加于復(fù)位晶體管5的柵極；在低電平電位(0V)施加于復(fù)位晶體管5的柵極時(shí)獲得的溝道電位表示為T(mén)RchL。在從0V到2.8V范圍內(nèi)變化的電壓施加于傳輸門(mén)2的柵極；在低電平電位(0V)施加于傳輸門(mén)2的柵極時(shí)獲得的溝道電位表示為T(mén)RchL。利用這種表示，在本實(shí)施例中，控制電源電壓的低電平電位VddC_L，從而滿足以下關(guān)系式RSchL＜VddC_L……(1)和/或TRchL＜VddC_L……(2)。
使用保持上述關(guān)系式(1)的低電平電位VddC_L防止放大晶體管4在它們各自的柵極區(qū)附近工作。這樣，不會(huì)發(fā)生大量放大晶體管4同時(shí)進(jìn)行工作并作為結(jié)果導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)整個(gè)傳感器的現(xiàn)象。相應(yīng)地，可以解決在水平空白周期期間添加大噪聲由此使信號(hào)處理難以進(jìn)行的問(wèn)題。
使用保持上述關(guān)系式(2)的低電平電位VddC_L防止其中由于注入到光電二極管1中的電荷而在光敏單元中發(fā)生注入的電荷量變化的現(xiàn)象的發(fā)生。相應(yīng)地，可以在不使大噪聲出現(xiàn)在重顯圖像的情況下讀取美麗的重顯圖像。
如上所述，通過(guò)使用保持上述關(guān)系式(1)和/或(2)的電源電壓的低電平電位VddC_L，不驅(qū)動(dòng)整個(gè)傳感器，并且使每個(gè)像素的電位穩(wěn)定，并且因此可以讀取具有低噪聲的美麗重顯圖像。
注意到，實(shí)際上，代替上述關(guān)系式(1)和(2)，或者除了上述關(guān)系式(1)和/或(2)之外，作為電源電壓的低電平電位VddC_L，可以使用高于光電二極管的溝道電位的電位。在使用這種電位的情況下，也可以從圖1所示的傳感器讀取具有低噪聲的重顯圖像。
對(duì)于一種傳感器，根據(jù)本實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)方法適用于所述傳感器，可以采用如圖4A所示的形成在p型襯底上的傳感器，或者可以采用形成在n型襯底上的p阱中的傳感器。根據(jù)本實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)方法可適用于通過(guò)這兩種的任何一種方法形成的傳感器。
工業(yè)實(shí)用性如上所述，根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法具有如下特性可以讀取低噪聲的重顯圖像，這樣可以用作通過(guò)其從各種固態(tài)成像裝置讀取重顯圖像的驅(qū)動(dòng)方法。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法，包括具有在半導(dǎo)體襯底上在行和列方向上二維設(shè)置的光敏單元的光敏區(qū)，每個(gè)光敏單元包括用于積累信號(hào)電荷的光電二極管，所述信號(hào)電荷是通過(guò)將入射光轉(zhuǎn)換成電流而獲得的；用于傳輸積累在所述光電二極管中的信號(hào)電荷的傳輸晶體管；用于暫時(shí)積累傳輸?shù)男盘?hào)電荷的浮置擴(kuò)散層部分；用于放大積累在所述浮置擴(kuò)散層部分中的信號(hào)電荷的放大晶體管；以及用于使積累在所述浮置擴(kuò)散層部分中的信號(hào)電荷復(fù)位的復(fù)位晶體管；共同連接到所述放大晶體管的漏極的電源線；用于獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)設(shè)置在相同行中的傳輸晶體管以及設(shè)置在所述相同行中的復(fù)位晶體管的垂直驅(qū)動(dòng)電路；多個(gè)垂直信號(hào)線，每個(gè)垂直信號(hào)線具有共同連接到它之上的設(shè)置在相同列中的相應(yīng)放大晶體管；分別連接到所述垂直信號(hào)線的多個(gè)負(fù)載晶體管；用于抑制輸出到所述垂直信號(hào)線的信號(hào)噪聲的噪聲抑制電路；多個(gè)水平晶體管，所述多個(gè)水平晶體管設(shè)置在行方向上，并且將來(lái)自所述噪聲抑制電路的輸出輸入到所述多個(gè)水平晶體管；以及用于允許所述水平晶體管依次和選擇地工作的水平驅(qū)動(dòng)電路，由此依次輸出來(lái)自所述噪聲抑制電路的輸出，該方法包括如下步驟在每個(gè)水平周期基礎(chǔ)上脈沖驅(qū)動(dòng)所述電源線；使用所述水平驅(qū)動(dòng)電路在每個(gè)水平周期基礎(chǔ)上依次選擇不同的行，并且當(dāng)驅(qū)動(dòng)電源線時(shí)允許包含于設(shè)置在選擇行中的相應(yīng)光敏單元中的相應(yīng)復(fù)位晶體管和相應(yīng)傳輸晶體管依次地工作，之后當(dāng)不驅(qū)動(dòng)電源線時(shí)允許相應(yīng)的復(fù)位晶體管工作；以及使用所述水平驅(qū)動(dòng)電路在每個(gè)水平周期基礎(chǔ)上，依次輸出來(lái)自所述噪聲抑制電路的輸出，其中所述電源線的低電平電位具有高于零電位的預(yù)定電位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法，其中所述預(yù)定電位高于在給所述復(fù)位晶體管施加低電平時(shí)獲得的溝道電位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法，其中所述預(yù)定電位高于在給所述傳輸晶體管施加低電平時(shí)獲得的溝道電位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法，其中所述預(yù)定電位高于所述光電二極管的溝道電位。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法，其中所述光敏區(qū)形成在p型襯底上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法，其中所述光敏區(qū)形成在n型襯底上的p型阱中。
全文摘要
光敏單元各包括光電二極管(1)、傳輸門(mén)(2)、浮置擴(kuò)散層部分(3)、放大晶體管(4)、和復(fù)位晶體管(5)。光敏單元的放大晶體管(4)的漏極連接到電源線(10)，并且脈沖電源電壓(VddC)施加于電源線(10)。這里，電源電壓的低電平電位(VddC_L)具有高于零電位的預(yù)定電位。具體地說(shuō)，通過(guò)使低電平電位(VddC_L)高于在給復(fù)位晶體管(5)施加低電平時(shí)獲得的溝道電位，或者在給傳輸門(mén)(2)施加低電平時(shí)獲得的溝道電位，或者光電二極管(1)的溝道電位，可以讀取具有低噪聲的重顯圖像。
文檔編號(hào)H04N5/3745GK1706182SQ200480001278
公開(kāi)日2005年12月7日 申請(qǐng)日期2004年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月28日
發(fā)明者稻垣誠(chéng), 松長(zhǎng)誠(chéng)之 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社