專利名稱：圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種圖像傳感器，尤指一種使用硅豐氧化硅(s i 1 icon r ich oxide)材料的圖像傳感器。
背景技術(shù)：
一般圖像傳感器利用各像素內(nèi)建的放大元件將光電轉(zhuǎn)換的信號放大之 后，各像素再利用XY尋址的方式進(jìn)行選擇以取出信號的電壓值。由于像素內(nèi) 建放大元件，當(dāng)光電元件受光照射后會(huì)產(chǎn)生光電荷的感測信號，經(jīng)由內(nèi)部放 大器予以放大，如此該感測信號由內(nèi)部傳遞至外部控制電路時(shí)，較不易受到 噪聲的影響。由電路架構(gòu)而言，圖像傳感器的靈敏度至少取決于三個(gè)因子。 第一影響因子是光感測元件的面積大小，基本上，相同照度下的光感測元件 的面積正比于感測電荷量；當(dāng)面積增加時(shí)，光傳感器產(chǎn)生的電荷量也隨之增 加。第二影響因子是積分電容值的大小，理論上，在相同的儲(chǔ)存電荷量下， 電容器兩端的電壓反比于電容值的大??；亦即當(dāng)電容值增加時(shí)，電容兩端的 電壓將被降低。第三影響因子是感測放大電路的增益。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一目的在于提供一種圖像傳感器。
本發(fā)明提供一種圖像傳感器，包含光感測元件、第一晶體管及第二晶體 管。該光感測元件具有第一端，以及第二端電性連接于一選擇線。該第一晶 體管具有第一端電性連接于第一控制線， 一控制端電性連接于該第一端，以 及第二端電性連接于該光感測元件的第一端。該第二晶體管具有第一端電性 連接于電壓源，控制端電性連接于該光感測元件的第一端，以及第二端電性 連接于一輸出線。
本發(fā)明還提供一種圖像傳感器，包含光感測元件、二極管及源極跟隨器。 該光感測元件具有第一端，以及第二端電性連接于一選擇線。該二極管具有 第一端電性連接于一控制線，以及第二端電性連接于該光感測元件的第一端。該源極跟隨器具有一輸入端電性連接于該光感測元件的第一端，以及一輸出 端電性連接于一輸出線，用來輸出該光感測元件所產(chǎn)生的感測電壓。
本發(fā)明還提供一種使用圖像傳感器感測亮度變化的方法，該圖像傳感器 包含光感測元件具有第一端，以及第二端電性連接于一選擇線，第一晶體管 具有第一端電性連接于一控制線，控制端電性連接于該第一端，以及第二端
電性連接于該光感測元件的第一端；以及第二晶體管，具有第一端電性連接 于電壓源，控制端電性連接于該光感測元件的第一端，以及第二端電性連接 于一輸出線，該方法包含該控制線傳輸高電平電壓將該第一晶體管導(dǎo)通， 以重置該光感測元件的電壓電平；該控制線傳輸?shù)碗娖诫妷簩⒃摰谝痪w管 關(guān)閉，使該光感測元件感應(yīng)光線產(chǎn)生電壓差；以及該選擇線傳輸該高電平電 壓以將該電壓差經(jīng)由該第二晶體管傳輸至該輸出線。


圖1為本發(fā)明的圖像傳感器的第一實(shí)施例的示意圖。
圖2為本發(fā)明的圖像傳感器的操作時(shí)序圖。
圖3為圖像傳感器的元件剖面圖。
圖4為本發(fā)明的圖像傳感器的第二實(shí)施例的示意圖。
圖5為本發(fā)明的圖像傳感器的第三實(shí)施例的示意圖。
30、50、 60圖像傳感器21、51第一晶體管
22、52、 62光感測元件65積分電容器
24、54、 64第二晶體管55、66第三晶體管
25、55、 65參考電流源61二極管
211、241柵極212、242漏極
213、243源極31基底
32柵極氧化層33第一絕緣層
34第二絕緣層
TO重置階段Tl積分階段
T2讀取階段■電壓源
VREF參考電壓VSS低電平電壓
Sl重置信號線S2列選捧線S3 行輸出線
具體實(shí)施例方式
請參考圖l，圖l為本發(fā)明的圖像傳感器30的第一實(shí)施例的示意圖。圖 像傳感器30包含第一晶體管21、光感測元件22、第二晶體管24及參考電流 源25。在本發(fā)明中，光感測元件22可為金屬層、硅豐氧化硅(silicon rich oxide)層及一透明金屬層所形成的電容，用來作為光檢測器及積分電容使用， 其中透明金屬層的材料例如氧化銦錫(ITO)。光感測元件22的一端電性連接 于列選擇線S2,光感測元件22的另一端電性連接于第一晶體管21的源極及 第二晶體管24的柵極；第一晶體管21的柵極與漏極電性連接形成一個(gè)二極 管元件，并由重置信號線SI所控制；第二晶體管24的漏極電性連接于電壓 源VDD,第二晶體管24的柵極電性連接于光感測元件22及第一晶體管21的 源極，形成一個(gè)源極跟隨器(source follower)當(dāng)作電荷-電壓放大電路，第 二晶體管24的源極電性連接于列輸出線S3。參考電流源25電性連接于列輸 出線S3 ，參考電流源25根據(jù)一參考電壓VREF來提供輸出電流。
請參考圖2，圖2為本發(fā)明的圖像傳感器30的操作時(shí)序圖。圖像傳感器 30的操作時(shí)序大致可分為重置階段T0、積分階段T1及讀取階段T2。圖像傳 感器30的操作說明如下列6個(gè)步驟
步驟l:當(dāng)重置信號SI在低電平(VSS)時(shí)，光感測元件22的節(jié)點(diǎn)A3電 位處于浮接(floating)狀態(tài)。當(dāng)重置信號SI由低電平(VSS)轉(zhuǎn)換至高電平 (VREF)時(shí)，圖像傳感器30進(jìn)入重置階段T0，第一晶體管21所形成的二極管 元件將因元件操作在順向偏壓而被導(dǎo)通，在重置信號SI為高電平(VREF)的階 段內(nèi)，此時(shí)光感測元件22的節(jié)點(diǎn)A3將因二極管操作在順向偏壓而被充電至 電壓電平(VREF-Vth),其中Vth為第一晶體管21的臨界電壓值。
步驟2:當(dāng)重置信號SI由高電平(VREF)轉(zhuǎn)換至低電平(VSS)時(shí)，第一晶 體管21所形成的二極管元件將因元件操作在逆向偏壓而被關(guān)閉，此時(shí)光感測 元件22的二端的電壓差為(VREF-Vth)-VSS，并且光感測元件22的節(jié)點(diǎn)A3電 位將處于浮接狀態(tài)，此時(shí)圖像傳感器30將進(jìn)入積分階,殳T1。
步驟3:當(dāng)圖像傳感器30在積分階段Tl時(shí)，光感測元件22的節(jié)點(diǎn)A3 電位將隨著照光強(qiáng)度而改變。當(dāng)光感測元件22受光照射時(shí)，光感測元件22 的節(jié)點(diǎn)A3將產(chǎn)生光電荷，這些光電荷會(huì)中和光感測元件22的節(jié)點(diǎn)A3的儲(chǔ)存電荷，造成光感測元件22兩端電壓差變小，當(dāng)照光強(qiáng)度愈大時(shí)，光感測元件 22的節(jié)點(diǎn)A3電位的下降的愈大，例如當(dāng)Lux B>Lux A時(shí)，節(jié)點(diǎn)A3電位的 下降斜率mB〉mA。
步驟4:由于第一晶體管21所形成的二極管元件因元件操作在逆向偏壓 而被關(guān)閉，因此光感測元件22的節(jié)點(diǎn)A3電位仍處于浮接狀態(tài)，當(dāng)列選擇信 號S2由低電平(VSS)轉(zhuǎn)換至高電平(VREF)時(shí)，節(jié)點(diǎn)A3因?yàn)楣飧袦y元件22(具 有電容特性)兩端電位差不會(huì)瞬間變化的特性，節(jié)點(diǎn)A3電位將被提升電壓值 (VREF-VSS)。
步驟5:當(dāng)光感測元件22的節(jié)點(diǎn)A3因?yàn)楣飧袦y元件22具有電容的特性 而被提升電壓值(VREF-VSS),此時(shí)節(jié)點(diǎn)A3的電壓值將足夠開啟源極跟隨器的 第二晶體管24。
步驟6:當(dāng)源極跟隨器的第二晶體管24開啟時(shí)，行輸出線S3的信號(即 節(jié)點(diǎn)A4)將會(huì)輸出光感測元件22的節(jié)點(diǎn)A3被提升后的電壓電平減去第二晶 體管24的起始臨界電壓Vth,舉例來說，在照光強(qiáng)度Lux A時(shí)為VA-Vth或 是在照光強(qiáng)度Lux B時(shí)為VB-Vth。
請參考圖3，圖3為圖像傳感器30的元件剖面圖。第一晶體管21及第 二晶體管24形成于基底31上，第一晶體管21、第二晶體管24及光感測元 件22之間包含柵極氧化層32、第一絕緣層33及第二絕緣層34。第一晶體管 21為NM0S晶體管，包含柵極211、源極212及漏極213;第二晶體管24為 NM0S晶體管，包含柵極241、源極242及漏極243。光感測元件22包含金屬 層221、硅豐氧化硅層222及透明金屬層223。
請參考圖4，圖4為本發(fā)明的圖像傳感器50的第二實(shí)施例的示意圖。圖 像傳感器50包含第一晶體管51、光感測元件52、第二晶體管54及第三晶體 管55。在本實(shí)施例中，利用第三晶體管55來取代參考電流源2、行輸出線 S3電性連接于第三晶體管55的漏極，第三晶體管55的柵極由信號線Vb所 控制，第三晶體管55的源極電性接于參考電壓源VREF。
請參考圖5，圖5為本發(fā)明的圖像傳感器60的第三實(shí)施例的示意圖。圖 像傳感器60包含二極管61、光感測元件62、第二晶體管64、取樣電容65 及第三晶體管66。在本實(shí)施例中，利用取樣電容65及第三晶體管66來取代 參考電流源25。此外，二極管61也取代了第一晶體管21。行輸出線S3電性 連接于與第三晶體管65的漏極與取樣電容65的一端，第三晶體管65的柵極，第三晶體管65的源極電性連接于取樣電容65的另 一端，并電性連接于參考電壓源VREF。
綜上所述，本發(fā)明的圖像傳感器包含光感測元件、第一晶體管及第二晶 體管。該光感測元件具有第一端，以及第二端電性連接于一選擇線。該第一 晶體管具有第一端電性連接于第一控制線， 一控制端電性連接于該第一端， 以及第二端電性連接于該光感測元件的第一端。該第二晶體管具有第一端電 性連接于一電壓源，控制端電性連接于該光感測元件的第一端，以及第二端 電性連接于一輸出線。其中該光感測元件使用硅豐氧化硅的材料，使該光感 測元件可用來感測亮度變化，同時(shí)具有積分電容的特性，可作為電平提升使 用。因此，本發(fā)明的圖像傳感器使用二顆晶體管及硅豐氧化>5圭的光感測元件， 可簡化電路結(jié)構(gòu)。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求范圍所做的均 等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器，包含光感測元件，具有第一端，以及第二端電性連接于一選擇線；第一晶體管，具有第一端電性連接于第一控制線，控制端電性連接于該第一端，以及第二端電性連接于該光感測元件的第一端；以及第二晶體管，具有第一端電性連接于電壓源，控制端電性連接于該光感測元件的第一端，以及第二端電性連接于一輸出線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖像傳感器，還包含 電流源，電性連接于該輸出線。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其中該電流源包含 第三晶體管，具有第一端電性連接于該輸出線，控制端電性連接于第二控制線，以及第二端電性連接于參考電壓源。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像傳感器，其中該電流源還包含電容，具有第一端電性連接于該輸出線，以及第二端電性連接于該參考 電壓源。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中該光感測元件包含 金屬層，電性連接于該第一晶體管的第二端；透明金屬層，電性連接于該選擇線；以及 硅豐氧化硅層，形成于該金屬層及該透明金屬層之間。
6. —種圖像傳感器，包含光感測元件，具有第一端，以及第二端電性連接于一選擇線；二極管，具有第一端電性連接于控制線，以及第二端電性連接于該光感測元件的第一端；以及源極跟隨器，具有輸入端電性連接于該光感測元件的第一端，以及輸出端電性連接于一輸出線，用來輸出該光感測元件所產(chǎn)生的感測電壓。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖像傳感器，還包含 電流源，電性連接于該輸出線。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖像傳感器，還包含 電壓源，電性連接于該源極跟隨器。
9. 根據(jù)權(quán) 要求8所述的圖像傳感器，其中該源極跟隨器包含晶體管，具有漏極電性連接于該電壓源，柵極電性連接于該光感測元件 的第一端，以及源極電性連接于該輸出線。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖像傳感器，其中該光感測元件包含 金屬層，電性連接于該第一晶體管的源極；透明金屬層，電性連接于該選擇線；以及 硅豐氧化硅層，形成于該金屬層及該透明金屬層之間。
11. 一種使用圖像傳感器感測亮度變化的方法，該圖像傳感器包含光感 測元件具有第一端，以及第二端電性連接于一選擇線，第一晶體管具有第一 端電性連接于一控制線，控制端電性連接于該第一端，以及第二端電性連接 于該光感測元件的第一端；以及第二晶體管，具有第一端電性連接于電壓源， 控制端電性連接于該光感測元件的第一端，以及第二端電性連接于一輸出線， 該方法包含該控制線傳輸高電平電壓將該第 一晶體管導(dǎo)通，以重置該光感測元件的 電壓電平；該控制線傳輸?shù)碗娖诫妷簩⒃摰?一晶體管關(guān)閉，使該光感測元件感應(yīng)光 線產(chǎn)生電壓差；以及該選擇線傳輸該高電平電壓以將該電壓差經(jīng)由該第二晶體管傳輸至該輸 出線。
全文摘要
一種圖像傳感器包含光感測元件、第一晶體管及第二晶體管。該光感測元件具有第一端，以及第二端電性連接于選擇線。該第一晶體管具有第一端電性連接于第一控制線，控制端電性連接于該第一端，以及第二端電性連接于該光感測元件的第一端。該第二晶體管具有第一端電性連接于電壓源，控制端電性連接于該光感測元件的第一端，以及第二端電性連接于輸出線。其中該光感測元件使用硅豐氧化硅的材料，使該光感測元件可用來感測亮度變化，同時(shí)具有積分電容的特性，可作為電平提升使用。
文檔編號H01L27/146GK101621068SQ20091016181
公開日2010年1月6日 申請日期2009年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月3日
發(fā)明者莊銘宏 申請人:友達(dá)光電股份有限公司