專(zhuān)利名稱(chēng)：用于圖像傳感器的傳輸管結(jié)構(gòu)以及圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種用于圖像傳感器的傳輸管結(jié)構(gòu)以及采用了該傳輸管結(jié)構(gòu)的圖像傳感器。
背景技術(shù)：
圖像傳感器是組成數(shù)字?jǐn)z像頭的重要組成部分。根據(jù)元件的不同，可分為 CCD (Charge Coupled Device,電荷耦合元件)和 CMOS (Complementary Metal-Oxide kmiconductor，金屬氧化物半導(dǎo)體元件)兩大類(lèi)。在圖像傳感器中，采用傳輸管(transfer transistor，TX)來(lái)傳輸光電二極管中的光生電子。圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于圖像傳感器的傳輸管結(jié)構(gòu)；并且圖2示出了包含圖1所示的傳輸管結(jié)構(gòu)的圖像傳感器的電路結(jié)構(gòu)。如圖1所示，光電二極管PD與傳輸管TX相連，第一浮置擴(kuò)散區(qū)FDl和第二浮置擴(kuò)散區(qū)FD2之間設(shè)置開(kāi)關(guān)SW。其中，浮置擴(kuò)散區(qū)FD是一個(gè)結(jié)電容，其起到了電荷-電壓轉(zhuǎn)換作用。如圖2所示，圖像傳感器包括光電二極管PD、傳輸管TX、開(kāi)關(guān)SW、重置晶體管 Reset、源跟隨晶體管SF、輸出晶體管RS、以及負(fù)載RL。光電二極管PD連接至傳輸管TX ；傳輸管TX的浮置擴(kuò)散區(qū)FDl與源跟隨晶體管SF的柵極相連；第一浮置擴(kuò)散區(qū)FDl和第二浮置擴(kuò)散區(qū)FD2之間設(shè)置開(kāi)關(guān)SW。所述開(kāi)關(guān)SW開(kāi)啟(即導(dǎo)通)時(shí)，所述第一浮置擴(kuò)散區(qū)FDl 和所述第二浮置擴(kuò)散區(qū)FD2聯(lián)通，所述開(kāi)關(guān)SW關(guān)閉(即不導(dǎo)通)時(shí)，所述第一浮置擴(kuò)散區(qū) FDl和所述第二浮置擴(kuò)散區(qū)FD2隔斷。重置晶體管Reset與源跟隨晶體管SF相連；并且源跟隨晶體管SF連接至輸出晶體管RS以及負(fù)載RL。AVfd表示電子傳輸后浮置擴(kuò)散區(qū)的壓降，則有AVfd= AQ/Cfd。其中，AQ為光電二極管PD中的光生電子(即信號(hào))，Cfd為浮置擴(kuò)散區(qū)FD的電容。當(dāng)外界光強(qiáng)較小時(shí)，光生電子Δ Q較小，則需要較小的浮置擴(kuò)散區(qū)電容Cfd ；外界光強(qiáng)較強(qiáng)時(shí)，光生電子 Δ Q較大，則相應(yīng)需要較大的浮置擴(kuò)散區(qū)電容Cfd，如此可得到較為穩(wěn)定的浮置擴(kuò)散區(qū)壓降 AVfd(AVfd= AQ/Cfd)。穩(wěn)定的AVfd可得到較穩(wěn)定的終端輸出信號(hào)，由此實(shí)現(xiàn)具有高動(dòng)態(tài)范圍的圖像傳感器。當(dāng)外界光強(qiáng)較弱時(shí)光生電子AQ較小，開(kāi)關(guān)SW和TX2關(guān)閉，浮置擴(kuò)散區(qū)電容 Cfd(Cfd = Cfdl)較小。當(dāng)外界光強(qiáng)較強(qiáng)時(shí)光生電子Δ Q較大，開(kāi)關(guān)SW和TX2開(kāi)啟，則可得到較大的浮置擴(kuò)散區(qū)電容〔€(1(0€(1 = 0€(11+0€業(yè))；由AVfd= Δ Q/Cfd可知，無(wú)論外界光強(qiáng)變化都可得到穩(wěn)定的浮置擴(kuò)散區(qū)壓降Δ Vfd，穩(wěn)定的浮置擴(kuò)散區(qū)壓降Δ Vfd可得到穩(wěn)定的終端輸出信號(hào)Vout，以實(shí)現(xiàn)具有高動(dòng)態(tài)范圍的圖像傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的具有高動(dòng)態(tài)范圍，并且能夠有效地提高光生電子的傳輸效率的圖像傳感器。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于圖像傳感器的傳輸管結(jié)構(gòu)，其包括第一傳輸管和第二傳輸管；其中所述第一傳輸管和所述第二傳輸管置于像傳感器的光感元件的兩端；并且所述第一傳輸管的第一浮置擴(kuò)散區(qū)和所述第二傳輸管的第二浮置擴(kuò)散區(qū)之間設(shè)置開(kāi)關(guān)SW。所述開(kāi)關(guān)開(kāi)啟時(shí)，所述第一浮置擴(kuò)散區(qū)和所述第二浮置擴(kuò)散區(qū)聯(lián)通，所述開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)，所述第一浮置擴(kuò)散區(qū)和所述第二浮置擴(kuò)散區(qū)隔斷。本發(fā)明第一方面的傳輸管結(jié)構(gòu)根據(jù)外界光強(qiáng)的強(qiáng)弱來(lái)控制浮置擴(kuò)散區(qū)電容的大小，從而獲取穩(wěn)定的電子傳輸后浮置擴(kuò)散區(qū)壓降；并且，兩個(gè)傳輸管能有效地提高電子轉(zhuǎn)移效率，特別是對(duì)于像素尺寸較大的圖像傳感器。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種圖像傳感器，其包括構(gòu)成傳輸管結(jié)構(gòu)的第一傳輸管和第二傳輸管、光感元件、以及開(kāi)關(guān)；其中，所述第一傳輸管和所述第二傳輸管均與所述光感元件相連；并且所述第一傳輸管的第一浮置擴(kuò)散區(qū)和所述第二傳輸管的第二浮置擴(kuò)散區(qū)分別連接至所述開(kāi)關(guān)的兩端。優(yōu)選地，在上述圖像傳感器中，所述開(kāi)關(guān)是一個(gè)晶體管。優(yōu)選地，上述圖像傳感器還包括重置晶體管、源跟隨晶體管、輸出晶體管、以及負(fù)載；其中，所述第一傳輸管的第一浮置擴(kuò)散區(qū)連接至所述源跟隨晶體管的柵極以及所述重置晶體管的源極；并且所述重置晶體管的漏極與所述源跟隨晶體管的源極相連；并且所述源跟隨晶體管的漏極連接至所述輸出晶體管的源極，所述輸出晶體管的漏極連接至所述負(fù)載。優(yōu)選地，在上述圖像傳感器中，所述光感元件是光電二極管。優(yōu)選地，在上述圖像傳感器中，所述圖像傳感器是CMOS圖像傳感器。由于采用了根據(jù)本發(fā)明第一方面所述的用于圖像傳感器的傳輸管結(jié)構(gòu)，因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，根據(jù)本發(fā)明第二方面的圖像傳感器同樣能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的第一方面的用于圖像傳感器的傳輸管結(jié)構(gòu)所能實(shí)現(xiàn)的有益技術(shù)效果。本發(fā)明的通過(guò)開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟/關(guān)閉來(lái)控制浮置擴(kuò)散區(qū)電容的大小來(lái)獲取穩(wěn)定的電子傳輸后浮置擴(kuò)散區(qū)的壓降，以獲取穩(wěn)定的終端輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)具有高動(dòng)態(tài)的圖像傳感器； 并且，兩個(gè)傳輸管能有效地提高電子轉(zhuǎn)移效率，特別是對(duì)于像素尺寸較大的圖像傳感器。


結(jié)合附圖，并通過(guò)參考下面的詳細(xì)描述，將會(huì)更容易地對(duì)本發(fā)明有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優(yōu)點(diǎn)和特征，其中圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于圖像傳感器的傳輸管結(jié)構(gòu)。圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的圖像傳感器的電路結(jié)構(gòu)。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于圖像傳感器的傳輸管結(jié)構(gòu)。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器的電路結(jié)構(gòu)。需要說(shuō)明的是，附圖用于說(shuō)明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。注意，表示結(jié)構(gòu)的附圖可能并非按比例繪制。并且，附圖中，相同或者類(lèi)似的元件標(biāo)有相同或者類(lèi)似的標(biāo)號(hào)。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚和易懂，下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)描述。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于圖像傳感器的傳輸管結(jié)構(gòu)。圖4示出了包含圖3所示的傳輸管結(jié)構(gòu)的圖像傳感器的電路結(jié)構(gòu)。如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例的用于圖像傳感器的傳輸管結(jié)構(gòu)包括第一傳輸管TXl 和第二傳輸管TX2 ；其中第一傳輸管TXl和第二傳輸管TX2均與圖像傳感器的光電二極管 PD相連；并且第一傳輸管TXl的第一浮置擴(kuò)散區(qū)FDl和第二傳輸管TX2的第二浮置擴(kuò)散區(qū) FD2之間設(shè)置開(kāi)關(guān)SW。光電二極管PD是光感元件的一個(gè)具體示例，在其它應(yīng)用中，可以采用其它合適的光感元件。如圖4所示，在一個(gè)具體實(shí)施例中，本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器包括構(gòu)成傳輸管結(jié)構(gòu)的第一傳輸管TXl和第二傳輸管TX2、光電二極管PD、開(kāi)關(guān)SW、重置晶體管Reset、源跟隨晶體管SF、輸出晶體管RS、以及負(fù)載RL。其中，如圖4所示，第一傳輸管TXl和第二傳輸管TX2均與光電二極管PD相連；并且第一傳輸管TXl的第一浮置擴(kuò)散區(qū)FDl和第二傳輸管TX2的第二浮置擴(kuò)散區(qū)FD2之間設(shè)置開(kāi)關(guān)SW。所述開(kāi)關(guān)SW開(kāi)啟(即導(dǎo)通)時(shí)，所述第一浮置擴(kuò)散區(qū)FDl和所述第二浮置擴(kuò)散區(qū)FD2連通，所述開(kāi)關(guān)SW關(guān)閉(即不導(dǎo)通)時(shí)，所述第一浮置擴(kuò)散區(qū)FDl和所述第二浮置擴(kuò)散區(qū)FD2隔斷。此外，第一傳輸管TXl的第一浮置擴(kuò)散區(qū)FDl連接至源跟隨晶體管SF的柵極以及重置晶體管Reset的源極；并且重置晶體管Reset的漏極與源跟隨晶體管SF的源極相連； 并且源跟隨晶體管SF的漏極連接至輸出晶體管RS的源極，輸出晶體管RS的漏極連接至負(fù)載RL。外界光強(qiáng)較小時(shí)AQ較小，則需要較小的浮置擴(kuò)散區(qū)電容Cfd;外界光強(qiáng)較強(qiáng)時(shí) Δ Q較大，則相應(yīng)需要較大的浮置擴(kuò)散區(qū)電容Cfd，如此可得到較為穩(wěn)定的浮置擴(kuò)散區(qū)壓降 AVfd(AVfd= AQ/Cfd)。穩(wěn)定的Δ Vfd可得到較穩(wěn)定的終端輸出信號(hào)，由此實(shí)現(xiàn)具有高動(dòng)態(tài)范圍的圖像傳感器。當(dāng)外界光強(qiáng)較弱時(shí)光生電子AQ較小，開(kāi)關(guān)SW和ΤΧ2關(guān)閉，浮置擴(kuò)散區(qū)電容 Cfd(Cfd = Cfdl)較小。當(dāng)外界光強(qiáng)較強(qiáng)時(shí)光生電子Δ Q較大，開(kāi)關(guān)SW和ΤΧ2開(kāi)啟，則可得到較大的浮置擴(kuò)散區(qū)電容〔€(1(0€(1 = 0€(11+0€業(yè))；由AVfd= Δ Q/Cfd可知，無(wú)論外界光強(qiáng)變化都可得到穩(wěn)定終端輸出信號(hào)Vout，以實(shí)現(xiàn)具有高動(dòng)態(tài)范圍的圖像傳感器。并且，兩個(gè)傳輸管(TXl和TX》能有效地提高電子轉(zhuǎn)移效率，特別是對(duì)于像素 (pixel)尺寸較大的圖像傳感器。在一個(gè)具體示例中，例如，上述圖像傳感器是一個(gè)CMOS圖像傳感器?？梢岳斫獾氖牵m然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然而上述實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明。對(duì)于任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下， 都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種改進(jìn)的具有高動(dòng)態(tài)范圍的圖像傳感器，其特征在于包括第一傳輸管(TXl)和第二傳輸管(TX2)；所述第一傳輸管(TXl)的第一浮置擴(kuò)散區(qū)(FDl)和所述第二傳輸管 (TX2)的第二浮置擴(kuò)散(FD2)區(qū)分別置于所述圖像傳感器的光電二極管(PD)的兩端，并且第一浮置擴(kuò)散區(qū)(FDl)和第二浮置擴(kuò)散區(qū)(FD2)之間設(shè)置開(kāi)關(guān)(SW)；所述開(kāi)關(guān)(SW)開(kāi)啟時(shí)，所述第一浮置擴(kuò)散區(qū)(FDl)和所述第二浮置擴(kuò)散區(qū)(FD》聯(lián)通，所述開(kāi)關(guān)(SW)關(guān)閉時(shí)， 所述第一浮置擴(kuò)散區(qū)(FDl)和所述第二浮置擴(kuò)散區(qū)(FD》隔斷。
2.一種改進(jìn)的具有高動(dòng)態(tài)范圍的圖像傳感器，其特征在于包括構(gòu)成傳輸管結(jié)構(gòu)的第一傳輸管(TXl)和第二傳輸管(TX2)；、光感元件、以及開(kāi)關(guān)(SW)；所述第一傳輸管(TXl) 的第一浮置擴(kuò)散區(qū)(TXl)和所述第二傳輸管(TX》的第二浮置擴(kuò)散區(qū)(TX》分別連接至所述開(kāi)關(guān)(SW)的兩端；并且第一浮置擴(kuò)散區(qū)(FDl)和第二浮置擴(kuò)散區(qū)(FD2)之間設(shè)置開(kāi)關(guān) (Sff)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的圖像傳感器，其特征在于還包括重置晶體管(Reset)、 源跟隨晶體管(SF)、輸出晶體管(RS)、以及負(fù)載(RL)；其中，所述第一傳輸管(TXl)的第一浮置擴(kuò)散區(qū)(FDl)連接至所述源跟隨晶體管(SF)的柵極以及所述重置晶體管(Reset)的源極；并且所述重置晶體管(Reset)的漏極與所述源跟隨晶體管(SF)的源極相連；并且所述源跟隨晶體管(SF)的漏極連接至所述輸出晶體管0 )的源極，所述輸出晶體管(RS)的漏極連接至所述負(fù)載(RL)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的圖像傳感器，其特征在于，所述光感元件是光電二極管 (PD)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的圖像傳感器，其特征在于，所述圖像傳感器是CMOS圖像傳感器。
全文摘要
公開(kāi)了用于圖像傳感器的傳輸管結(jié)構(gòu)以及圖像傳感器。本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的具有高動(dòng)態(tài)范圍的圖像傳感器。傳輸管結(jié)構(gòu)包括第一傳輸管和第二傳輸管；第一傳輸管的第一浮置擴(kuò)散區(qū)和第二傳輸管的第二浮置擴(kuò)散區(qū)分別置于所述圖像傳感器的光電二極管的兩端，并且第一浮置擴(kuò)散區(qū)和第二浮置擴(kuò)散區(qū)之間設(shè)置開(kāi)關(guān)。開(kāi)關(guān)開(kāi)啟時(shí)，第一浮置擴(kuò)散區(qū)和第二浮置擴(kuò)散區(qū)聯(lián)通，開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)，第一浮置擴(kuò)散區(qū)和所述第二浮置擴(kuò)散區(qū)隔斷。本發(fā)明的通過(guò)開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟/關(guān)閉來(lái)控制浮置擴(kuò)散區(qū)電容的大小來(lái)獲取穩(wěn)定的電子傳輸后浮置擴(kuò)散區(qū)的壓降以獲取穩(wěn)定的終端輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)具有高動(dòng)態(tài)的圖像傳感器；兩個(gè)傳輸管能有效地提高電子轉(zhuǎn)移效率，特別是對(duì)于像素尺寸較大的圖像傳感器。
文檔編號(hào)H04N5/374GK102413288SQ20111034194
公開(kāi)日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月2日
發(fā)明者巨曉華, 張克云, 饒金華 申請(qǐng)人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司