專利名稱：采用一個或多個浮柵器件的圖像傳感器結構的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及圖像傳感器技術。更具體來講，本發明包括采甩 一個或多個浮柵器件的圖像傳感器結構。
背景技術：
CMOS和CCD圖像傳感器已經廣泛地應用于消費品與工業產品 中。這些應用包括獨立數字攝像機，汽車夜間駕駛顯示器，計算機外 圍設備，集成式移動電話攝像機等。傳統的移動技術一直集中在使用用于捕獲圖像的CMOS圖像傳感 器。然而，消費者需求己經驅使市場使用高分辨率CMOS圖像傳感器 陣列，從而為圖像傳感器開發者提出了一系列問題。首先，移動技術 對于尺寸的限制要求在陣列的單位面積內的像素數目更大。因此，與 傳統CMOS像素相比，像素尺寸必須減小。像素尺寸的減小導致了在 像素的動態范圍和靈敏度方面的相應降低。其次，從這種高分辨率圖 像傳感器陣列中讀出圖像的時間隨著該陣列中采用的像素數目而增 加。為了降低由讀出時間增加導致的圖像惡化，應采用電子全局快門 機制。然而，采用電子全局快門的像素需要使用大量部件，這導致像 素填充系數的相應減小。因此，本發明已經發現工業上對于解決上述 一種或多種缺陷的改進像素結構的需求。
這些附圖用于進一步圖示各種實施例，并用于解釋根據本發明的 各種原理和優點，其中相似的附圖標記表示整個視圖中的相同或功能 相似的元件，并且與下文的詳細說明組合起來， 一起成為說明書的一 部分。圖1是圖像采集電路的示例性實施例的系統框圖。
圖2是一個改進的像素結構的實施例的示例性示意圖。
圖3是圖2所示的像素結構在擦除模式中操作的示例性示意圖。 圖4是圖2所示的像素結構在曝光模式中操作的示例性示意圖。 圖5是圖2所示的像素結構在在數據保持模式中操作的示例性示 意圖。
圖6是圖2所示的像素結構在讀取模式中操作的示例性示意圖。 圖7是圖2所示的像素結構在單塊襯底中的示例性的部件規劃布 局圖。
圖8和9示出了具有采用圖1所示圖像采集電路的攝像機的示例 性移動電話。
本領域技術人員將理解，圖中各元件是為了簡單性和清楚性而示 出的，而并不一定是按比例繪制。例如，圖中某些元件的尺寸可能相 對于其它元件被放大以助于對本發明實施例的更好理解。
具體實施例方式
圖1示出了主要在60處示出的圖像采集系統，其采用了根據本發 明的一個示例性實施例而構造的、包括多個像素電路70的圖像陣列65。 如圖所示，像素電路70以多行和多列的形式布置在陣列65中。每一 行像素電路70可以被單獨尋址，如果期望的話，可以同時讀取來自被 激活的一行的輸出信號。
在本示例性實施例中，來自圖像源的電磁輻射75經由鏡頭80和 陣列覆蓋物85，被引導到個別像素電路70的光敏部件上。可以構造陣 列覆蓋物85，使得選擇的像素僅僅對電磁輻射75的光譜內的某些波長 曝光。例如，陣列覆蓋物85可以選擇性地使得在陣列65中的預定像 素70僅僅對用于產生彩色圖像的紅色、綠色或藍色光曝光。行選擇電路卯用于激活對圖像陣列65的一給定行中的像素電路
70的讀取。來自于激活行中的像素電路70的輸出信號被提供給列讀取 電路95。可以以任何數量的不同方式來構造該列讀取電路95。例如， 列讀取電路95可以包括單獨相關雙倍采樣(CDS)電路，當陣列中的 單個行被行選擇電路90選定時，上述單獨相關雙倍采樣電路將有選擇 地讀取陣列65的個別列。在替代的示例性實施例中，可以使用多個CDS 電路，以使得陣列65的每一列(或者甚至少于所有列)可以被一個相 應CDS電路同時地讀取。在其它示例性實施例中，可能采用在單個讀 取周期期間從每一像素電路70進行單次讀取的電路，從而不再需要 CDS電路。優選的是，可以通過列讀取電路95，將來自像素電路70 的模擬信號轉換為數字格式，并隨后由幀捕獲器100將其組織成圖像 幀。優選的是，通過時鐘與定時生成器電路105等，對系統60所執行 的各種操作的定時進行協調。幀捕獲器100可自己執行許多的圖像處 理例程(例如，圖像壓縮，增強等)，或者在輸出114處提供圖像數 據以便由一個或多個進一步的系統來處理。
圖2中示出了適于在系統60中的圖像陣列65中使用的像素電路 70的一個實施例。 一般來說，像素電路70包括浮柵半導體器件115， 光敏半導體器件117,和像素控制電路120。浮柵半導體器件115包括 漏極125，源極130，控制柵極135和浮置柵極140。在所示的示例性 實施例中，光敏半導體器件117可以是針扎光電二極管，其被放置為 對來自待檢測圖像的電磁輻射曝光。所示的示例性實施例中的光電二 極管117包括陽極145和陰極150。
像素控制電路120被連接，用于指示浮柵半導體器件115和光電 二極管117進入多種控制模式。這些控制模式至少包括擦除模式和曝 光模式。在擦除模式下，電荷的至少一部分被從浮柵半導體器件115 的浮置柵極140移除。在擦除模式期間，光電二極管117兩端電壓也 可能被升高。以這種方式，浮柵半導體器件115和光電二極管117均 被置于初始化狀態。在曝光模式下，至少部分地響應于在光敏半導體器件117的端子 處的電壓，對浮柵半導體器件115的浮置柵極140進行充電。在所示 的示例性實施例中，至少部分地響應于在光電二極管117的陽極145 處的電壓，對浮置柵極140進行充電。該陽極145處的電壓取決于光 電二極管117對來自圖像源的電磁輻射曝光的程度。更具體來說，在 光電二極管117兩端，將存在與電磁輻射曝光對應的電壓降。光電二 極管117所經歷的曝光越多，在光電二極管117兩端將發生的電壓降 便越大，從而減小了控制柵極135處的電壓。
像素控制電路120還可以指示光電二極管117和浮柵半導體器件 115進入數據保持模式。在數據保持模式下，浮置柵極140上的在曝光 模式期間獲得的電荷被保持。特別是，即使光電二極管117兩端的電 壓降可能改變，浮置柵極140上的電荷通常仍保持恒定。例如， 一旦 浮置柵極140在曝光模式期間己被充電，則即使光電二極管117繼續 對來自圖像源的電磁輻射曝光，仍可以幾乎無限期地保持在浮置柵極 140上的電荷。
像素控制電路120還可以指示光電二極管117和浮柵半導體器件 115進入讀取模式，用于有效地感測在曝光模式期間放置到浮置柵極 140上的電荷。在所示的示例性實施例中，浮置柵極140上的電荷改變 了浮柵半導體器件115的閾值電壓VT。因此，可以在浮柵半導體器件 115的控制柵極135和源極130之間提供一預定電壓VGS，其用于在漏 極125和源極130之間產生與浮置柵極140上的電荷對應的電流155。
如圖所示，像素控制電路120可包括晶體管開關160和二極管165。 晶體管開關160可以是場效應晶體管，例如MOSFET等，其具有漏極 170，源極175和控制柵極180。控制柵極180被連接用于接收例如來 自圖1中的行選擇電路90的行讀取信號。MOSFET 160的漏極170和 源極175分別連接到光電二極管117的陰極150和陽極145。 二極管165包括與節點182連接的陽極180，該節點182包括MOSFET 160的 源極175和浮柵半導體器件115的控制柵極135。 二極管165還包括被 連接以用于接收復位/擦除信號的陰極185。在圖3中，并沒有示出用 于在漏極170、漏極125和源極130處產生工作電壓電平的各種部件， 然而這些內容屬于本領域技術人員能夠根據已闡述的對各種控制模式 的詳細說明來進行設計的能力范圍之內。
圖3到圖6示出了在上述的各種操作模式中的圖2的像素結構70。 標識出了用于在這些模式下工作的示例性電壓電平。然而，應認識到 的是，在各種模式中操作像素結構70所需要的具體電壓電平取決于所 采用的個別器件的特性。
圖3示出了在擦除工作模式中的像素結構70。在該模式下，漏極 170和125以及源極130被驅動到+8V，同時柵極180處的行讀取信號 和陰極185處的復位/擦除信號被驅動為-8V。這將浮柵半導體115和 MOSFET 160置于不導通狀態，從而使得電流155和電流195近似為零。 二極管165被正向偏置，以便對浮置柵極140放電。結果得到的放電 電流的至少一部分如在箭頭200處所示。而且，光電二極管117通過 加在其兩端的大約15.2VDC的電壓降，被充電至初始化狀態。
圖4示出了在曝光工作模式中的像素結構70。在該模式下，漏極 125和陰極185被驅動到+8V，同時柵極180處的行讀取信號和源極130 被驅動為OV。這將MOSFET 160和二極管165置于不導通狀態，從而 使得電流195和電流200近似為零。而且，漏極170和陰極150處的 電壓電平被升高到12V的"編程電壓"。光電二極管117對電磁輻射 75曝光，這在陰極150和陽極145之間引起了相應的電壓降。控制柵 極135處的電壓反映出這一電壓降，并從而與在光電二極管117處檢 測到的電磁輻射的量相對應。這一控制柵極電壓隨后確定在曝光模式 期間被放置到浮置柵極140上的電荷的量。圖5示出了在數據保持工作模式中的像素結構70。在該模式下， 漏極125和陰極185被驅動到+8V，同時柵極180處的行讀取信號和源 極130被驅動到OV。這將MOSFET 160和二極管165置于不導通狀態， 從而使得電流195和電流200近似為零。光電二極管117的陰極150 處的電壓電平被減小到+8V，因此抑制了浮置柵極140上電荷的進一步 積累。更進一步來講，漏極125是開路的或者被連接到高阻抗負載， 以防止電流經過浮柵半導體器件115。因而，電流155近似為零。在這 一狀態，浮置柵極140上的電荷將在一延長的時間段內保持相對恒定。 由于浮置柵極140上的電荷可被保留在圖像陣列65的個別像素電路70 內，所以可以降低對外圍電路施加的圖像處理要求。如果期望的話， 可以因此減少任何這樣的圖像處理外圍電路的成本和復雜性。圖6示出了在讀取工作模式中的像素結構70。在該模式下，漏極 170和125、柵極180和陰極185被驅動到+8V，同時源極130被驅動 到0V。這將控制柵極135設置到相對于源極130具有近似+8V的固定 電壓。同樣的，Vcjs近似為+8V，并且流經像素輸出的電流155與在浮 置柵極140上的電荷相對應。在列讀取電路95中，可以進行將電流155 轉換為適當數字信號的操作，這可以通過本領域普通技術人員可以理 解的任意數目的不同方式來實現。像素結構70很容易在單塊襯底上實現。更具體來講，可以使用現 有的CMOS制造工藝來容易地制作像素結構70，以形成圖1中所示的 陣列65。圖7中示出了在單塊襯底中的像素結構70的部件的示例性計 劃布局。然而，應認識到，也可以采用其它布局。更進一步來講，任 何外圍部件，例如圖1中的行選擇電路90、列讀取電路95、幀捕獲器 100、以及時鐘與定時生成器105，均可類似地與圖像陣列65—起集成 在單塊襯底上。因為像素結構70是以浮柵半導體器件115為中心的，因而當與5T 像素結構相比時，可使用更少的部件來實現像素(包括用于實現全局復位功能所必需的部件)。在圖2所示的具體像素電路結構中，僅僅使用兩個晶體管115和160以及單個二極管165來與光電二極管117 相結合，從而方便了2T1D結構。通過采用浮柵半導體器件115，使得 可以通過操作提供給像素電路部件的電壓電平，來將像素電路70置于 各種控制模式下，而不是增加進一步的開關晶體管來實現相同的操作。在用于實現像素電路70的部件數量方面的減少可被用于實現任何 數量的不同目的。例如，可以制造像素電路70，以使得其填充系數可 與傳統3TCM0S圖像傳感器結構相比。并且，可以實現電路70，以使 其當與4T和5T CMOS圖像傳感器結構相比時，具有高得多的靈敏度 和更大的動態范圍。正如此處所公開的，像素電路70在曝光模式期間 可采用更高的工作電壓，從而提高光電二極管117的性能，并使其可 與相似CCD圖像傳感器的性能相比。還可以實現像素電路70，以使得讀取工作模式與在傳統CMOS圖 像傳感器中采用的讀取方法相似。例如，每個像素電路70可被單獨尋 址，以實現與在傳統CMOS傳感器中存在的窗口化和子釆樣優點相同 的窗口化和子采樣優點，從而不需要對相應外圍讀取部件進行實質性 的重新設計。并且，浮柵半導體器件115不具有電荷泄漏問題，也不 具有由于在可見光照明下而導致的電荷重新組合的問題。因此，它不 具有與5T CMOS結構相關聯的衰落問題。圖8和9示出了移動電話205的一個實施例，其可以包括采用了 所述圖像采集系統60的攝像機。如圖所示，電話205包括攝像機系統 210，鍵盤215，控制鍵220和顯示屏225。如上所述，圖像采集系統 60經由鏡頭80接收來自圖像源的電磁輻射。所獲取的圖像可被提供給 板上圖像處理系統230，或被直接提供給顯示屏225 (例如，用于取景 器功能等)。處理后的圖像可以被存儲在圖像存儲器235中，并響應 于用戶命令，將其提供給顯示屏225。此外，圖像存儲器235中的圖像 可被從中讀出，以便經由通信線路240提供給個人計算機或類似終端。在不脫離其基本教導的條件下，可對前述系統進行各種修改。盡 管已參考一個或多個具體實施例中，對本發明進行了相當詳細的說明， 然而本領域技術人員應認識到，在不脫離所附權利要求中闡述的本發 明的范圍和精神的條件下，可以對其作出改變。
權利要求
1.一種用于圖像傳感器中的電路，所述電路包括浮柵半導體器件，所述浮柵半導體器件具有浮置柵極、控制柵極、漏極和源極；光敏半導體器件，所述光敏半導體器件被安置以便對來自圖像的電磁輻射曝光；像素控制電路，所述像素控制電路被連接以用于指示所述浮柵半導體器件和所述光敏半導體器件進入多種控制模式，所述控制模式包括擦除模式，在所述模式下，電荷的至少一部分被從所述浮置柵極移除，以將所述浮柵半導體器件置于初始化狀態，曝光模式，在所述模式下，所述浮置柵極至少部分地響應于所述光敏半導體器件的端子處的電壓而被充電，所述端子處的所述電壓與所述光敏半導體器件對來自所述圖像的所述電磁輻射的曝光相對應。
2. 如權利要求l所述的電路，其中所述控制模式進一步包括數據 保持模式，在所述模式下，盡管所述光敏半導體器件進一步對來自所 述圖像的所述電磁輻射曝光，在所述浮柵半導體器件的所述浮置柵極 上的、在所述曝光模式期間獲得的電荷仍被保持在其上。
3. 如權利要求l所述的電路，其中所述控制模式進一步包括讀取 模式，在所述模式下，所述浮柵半導體器件的所述源極和漏極之間的 電流被檢測作為所述浮置柵極上的電荷的指標。
4. 如權利要求2所述的電路，其中所述控制模式進一步包括讀取 模式，在所述模式下，所述浮柵半導體器件的所述源極和漏極之間的 電流被檢測作為所述浮置柵極上的電荷的指標。
5. 如權利要求l所述的電路，其中所述光敏半導體器件是具有陽 極和陰極的光電二極管。
6. 如權利要求4所述的電路，其中所述光敏半導體器件是具有陽 極和陰極的光電二極管。
7. 如權利要求6所述的電路，其中所述像素控制電路包括晶體管開關，所述晶體管開關連接在所述光電二極管的所述陽極 和陰極之間，所述晶體管開關具有用于控制所述晶體管開關的導通狀態的控制端子；二極管，所述二極管被連接以響應于擦除信號、從所述浮柵半導 體器件的所述浮置柵極釋放至少一部分電荷。
8. 如權利要求6所述電路，其中所述像素控制電路包括 FET晶體管，所述FET晶體管具有控制柵極、連接到所述光電二極管的所述陰極的漏極、和連接到所述光電二極管的所述陽極的源極， 所述FET晶體管的所述源極和所述光電二極管的所述陽極被進一步連 接到所述浮柵半導體器件的所述控制柵極；二極管，所述二極管具有與所述浮柵半導體器件的所述控制柵極 連接的陽極。
9. 如權利要求8所述的電路，其中所述擦除模式包括所述FET 開關和所述浮柵半導體器件處于非導通狀態，所述光電二極管處于初 始電壓狀態，以及所述浮柵半導體器件的所述浮置柵極經由所述二極 管放電。
10. 如權利要求8所述的電路，其中所述曝光模式包括所述FET 開關和所述二極管均處于非導通狀態，所述光電二極管的所述陰極獲 得曝光電壓電平，以及在所述浮柵半導體器件的所述漏極和源極的兩 端具有電壓，所述電壓足以響應于所述光電二極管的所述陽極的電壓電平來對所述浮置柵極進行充電。
11. 如權利要求8所述的電路，其中所述數據保持模式包括所 述FET開關和所述二極管均處于非導通狀態，所述光電二極管的所述陰 極處于保持電壓電平，以及所述浮柵半導體器件的所述源極是有效開 路的。
12. 如權利要求8所述的電路，其中所述讀取模式包括所述浮 柵半導體器件的所述浮置柵極的所述控制柵極處的預定電壓、以及所述浮柵半導體器件的所述漏極和所述源極之間的電流，表示出在所述 曝光模式期間置于所述浮置柵極上的電荷。
13. —種在襯底上形成的單塊圖像傳感器，所述圖像傳感器具有 多個像素，所述多個像素中的一個或多個包括浮柵半導體器件，所述浮柵半導體器件在所述襯底中形成，所述 浮柵半導體器件具有浮置柵極、控制柵極、漏極和源極；光敏半導體器件，所述光敏半導體器件在所述襯底中形成、并被安置以便對來自圖像的電磁輻射曝光；像素控制電路，所述像素控制電路在所述襯底上形成、并被連接 用于指示所述浮柵半導體器件和所述光敏半導體器件進入多種控制模 式，所述控制模式包括擦除模式，在所述模式下，電荷的至少一部分被從所述浮置 柵極移除，以將所述浮柵半導體器件置于初始化狀態，曝光模式，在所述模式下，所述浮置柵極至少部分地響應于 所述光敏半導體器件的端子處的電壓而被充電，所述端子處的所述 電壓與所述光敏半導體器件對于來自所述圖像的所述電磁輻射的 曝光相對應。
14. 如權利要求13所述的單塊圖像傳感器，其中所述控制模式進一步包括數據保持模式，在所述模式下，盡管所述光敏半導體器件進一步對來自所述圖像的所述電磁輻射曝光，在所述浮柵半導體器件的 所述浮置柵極上的、在所述曝光模式期間獲得的電荷仍被保持在其上。
15. 如權利要求13所述的單塊圖像傳感器，其中所述控制模式進 一步包括讀取模式，在所述模式下，所述浮柵半導體器件的所述源極 和漏極之間的電流被檢測作為所述浮置柵極上的電荷的指標。
16. —種圖像傳感器，所述圖像傳感器具有在單塊襯底內形成的多個像素，所述多個像素中的一個或多個包括浮柵半導體器件，所述浮柵半導體器件具有浮置柵極、控制柵極、 漏極和源極；光電二極管，所述光電二極管被安置以便對來自圖像的電磁輻射曝光；FET晶體管，所述FET晶體管具有控制柵極、與所述光電二極管 的所述陰極連接的漏極、和與所述光電二極管的所述陽極連接的源極， 所述FET晶體管的所述源極和所述光電二極管的所述陽極被進一步連 接到所述浮柵半導體器件的所述控制柵極；二極管，所述二極管具有與所述浮柵半導體器件的所述控制柵極 連接的陽極。
17. 如權利要求16所述的圖像傳感器，其中所述圖像傳感器可在 擦除模式下工作，在所述模式下，所述FET開關和所述浮柵半導體器件 處于非導通狀態，所述光電二極管處于初始電壓狀態，并且所述浮柵 半導體器件的所述浮置柵極經由所述二極管放電。
18. 如權利要求16所述的圖像傳感器，其中所述圖像傳感器可在 曝光模式下工作，在所述模式下，所述FET開關和所述二極管均處于非 導通狀態，所述光電二極管的所述陰極獲得曝光電壓電平，并且在所 述浮柵半導體器件的所述漏極和源極的兩端具有電壓，所述電壓足以 響應于所述光電二極管的所述陽極處的電壓來對所述浮置柵極進行充電。
19. 如權利要求16所述圖像傳感器，其中所述圖像傳感器可在數據保持模式下工作，在所述模式下，所述FET開關和所述二極管均處于非導通狀態，所述光電二極管的所述陰極低于保持電壓電平，并且所 述浮柵半導體器件的所述源極是有效開路的。
20. 如權利要求18所述的圖像傳感器，其中所述圖像傳感器可在 讀取模式下工作，在所述模式下，在所述浮柵半導體器件的所述浮置 柵極的所述控制柵極處提供預定電壓，并且在所述浮柵半導體器件的 所述漏極和所述源極之間的電流表示出在所述曝光模式期間被置于所 述浮置柵極上的電荷。
21. —種數字攝像機，所述數字攝像機包括圖像傳感器，所述圖像傳感器具有像素陣列，所述像素中的一個或多個包括浮柵半導體器件，所述浮柵半導體器件具有浮置柵極、控制 柵極、漏極和源極，光敏半導體器件，所述光敏半導體器件被安置以便對來自圖 像的電磁輻射曝光，像素控制電路，所述像素控制電路被連接用于指示所述浮柵 半導體器件和所述光敏半導體器件進入多種控制模式，所述多種控制模式包括擦除模式，在所述模式下，電荷的至少一部分被 從所述浮置柵極移除，以將所述浮柵半導體器件置于初始化狀態， 用于對所述電磁輻射曝光；和曝光模式，在所述模式下，所述浮置柵極至少部分地響應于所述光敏半導體器件的端子處的電壓地 被充電，所述端子處的所述電壓與所述光敏半導體器件對于來自所述圖像的所述電磁輻射的曝光相對應；以及讀取模式，在所述 模式下，在所述浮柵半導體器件的所述浮置柵極的所述控制柵極 處提供預定電壓，并且在所述浮柵半導體器件的所述漏極和所述源極之間的電流表示出在所述曝光模式期間內被置于所述浮置柵 極上的電荷；圖像傳感器讀出電路，所述圖像傳感器讀出電路被連接，用于在 所述讀取模式期間從每個所述像素獲得圖像數據；幀捕獲器，所述幀捕獲器被連接，用于將由所述圖像傳感器讀出 獲得的圖像數據組織成為圖像幀。
22. 如權利要求21所述的數字攝像機，其中所述控制模式進一步 包括數據保持模式，在所述模式下，盡管所述光敏半導體器件進一步 對來自所述圖像的所述電磁輻射曝光，在所述浮柵半導體器件的所述 浮置柵極上的、在所述曝光模式期間獲得的電荷仍被保持在其上。
23. —種用于操作圖像傳感器中的像素的方法，所述像素包括具 有浮置柵極、控制柵極、漏極和源極的浮柵半導體器件，還包括被安 置以便對來自圖像的電磁輻射曝光的光敏半導體器件，所述方法包括 以下步驟使所述浮柵半導體器件和所述光敏半導體器件進入擦除模式，在 所述模式下，電荷的至少一部分被從所述浮置柵極移除，以將所述浮 柵半導體器件置于初始化狀態，用于對所述電磁輻射曝光；以及使所述浮柵半導體器件和所述光敏半導體器件進入曝光模式，在 所述模式下，所述浮置柵極至少部分地響應于所述光敏半導體器件的 端子處的電壓地被充電，所述端子處的所述電壓與所述光敏半導體器 件對來自所述圖像的所述電磁輻射的曝光相對應。
24. 如權利要求23所述的方法，進一步包括以下步驟 使所述浮柵半導體器件和所述光敏半導體器件進入數據保持模式，在所述模式下，盡管所述光敏半導體器件進一步對來自所述圖像 的所述電磁輻射曝光，在所述浮柵半導體器件的所述浮置柵極上的、 在所述曝光模式期間獲得的電荷仍被保持在其上。
25. 如權利要求23所述的方法，進一步包括以下步驟使所述浮柵半導體器件和所述光敏半導體器件進入讀取模式，在 所述模式下，所述浮柵半導體器件的所述漏極和所述源極之間的電流表示出在所述浮置柵極上的電荷；以及感測在所述浮柵半導體器件的所述源極和漏極之間的所述電流。
26. 如權利要求23所述的方法，其中所述光敏半導體器件是具有 陽極和陰極的光電二極管，并且其中所述像素進一步包括FET晶體管， 所述FET晶體管具有控制柵極、與所述光電二極管的所述陰極連接的漏 極、和與所述光電二極管的所述陽極連接的源極，所述FET晶體管的所 述源極和所述光電二極管的所述陽極被進一步連接到所述浮柵半導體 器件的所述控制柵極，所述像素還進一步包括二極管，所述二極管具 有與所述浮柵半導體器件的所述控制柵極連接的陽極；使所述像素進 入所述擦除模式的所述步驟包括使所述FET開關和所述浮柵半導體器件變為非導通狀態； 使所述光電二極管變為初始電壓狀態；以及經由所述二極管，至少部分地對所述浮柵半導體器件的所述浮置 柵極進行放電。
27. 如權利要求27所述的方法，其中使所述像素進入所述曝光模式的所述步驟包括使所述FET開關和所述二極管均進入非導通狀態；使所述光電二極管的所述陰極達到曝光電壓電平；以及 使在所述浮柵半導體器件的所述漏極和源極兩端的電壓達到足以響應于所述光電二極管的所述陽極處的電壓電平來對所述浮置柵極充電的電壓。
28. 如權利要求27所述的方法，其中使所述像素進入所述數據保持模式的所述步驟包括使所述FET開關和所述二極管進入非導通狀態，使所述光電二極管的所述陰極達到保持電壓電平，以及 使所述浮柵半導體器件的所述源極進入有效開路狀態。
全文摘要
提出一種用于圖像傳感器的電路以及使用該電路的圖像感測系統。該電路包括具有浮置柵極、控制柵極、漏極和源極的浮柵半導體器件。該電路還采用光敏半導體器件，其被放置以便對來自圖像的電磁輻射曝光。像素控制電路與這些部件連接，用于指示浮柵半導體器件和光敏半導體器件進入多種控制模式。該控制模式可以包括擦除模式和曝光模式。在擦除模式中，電荷的至少一部分被從浮置柵極移除，以將浮柵半導體器件置于初始化狀態。在曝光模式下，至少部分地與光敏半導體器件的端子處的電壓對應地對所述浮置柵極充電。所述光敏半導體器件的端子處的所述電壓與所述光敏半導體器件對于來自圖像的電磁輻射的曝光相對應。該像素控制電路還可以指示浮柵半導體器件和光敏半導體器件進入更多模式，包括讀取模式和數據保持模式。在讀取模式中，浮柵半導體器件的源極和漏極之間的電流被檢測作為浮置柵極上電荷的指標。在數據保持模式中，盡管光敏半導體器件進一步地對來自圖像的電磁輻射曝光，浮柵半導體器件的浮置柵極上的、在曝光模式期間獲得的電荷仍被保持。該電路、以及一個或多個外圍支持電路可以在單塊襯底上實現，比如使用傳統的CMOS制造工藝。
文檔編號H04N5/378GK101263708SQ200680023494
公開日2008年9月10日 申請日期2006年5月23日 優先權日2005年6月28日
發明者帆 何, 卡爾·L·舒爾博夫 申請人:摩托羅拉公司