一種高輸出幅度的x射線圖像傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高輸出幅度的X射線圖像傳感器，包括時(shí)序控制電路、像素單元電路、采樣保持電路和輸出緩沖電路，所述圖像傳感器中像元電路的電荷收集元與復(fù)位開(kāi)關(guān)管合二為一。復(fù)位開(kāi)關(guān)管采用PMOS晶體管結(jié)構(gòu)，在P型襯底上制作的PMOS晶體管是制作在N阱中的，電荷收集元即為利用該N阱與P型襯底之間形成的二極管(N阱/P襯底二極管)。本發(fā)明改進(jìn)的像元電路中將像元結(jié)構(gòu)中的復(fù)位管由通常的NMOS晶體管改為PMOS晶體管，PMOS復(fù)位晶體管構(gòu)建在形成電荷收集二極管的N阱結(jié)構(gòu)中。這樣PMOS晶體管同時(shí)起到了收集阱與復(fù)位管兩種功能，一方面避免了引入多余N阱影響對(duì)輻射電荷收集的效果，另一方面由于復(fù)位晶體管由NMOS晶體管改為PMOS晶體管使得電荷收集元的陰極電壓能夠更好的復(fù)位到電源電壓，從而提高信號(hào)電壓輸出幅度。
【專利說(shuō)明】一種高輸出幅度的X射線圖像傳感器
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:
本發(fā)明涉及輻射成像、高能粒子探測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種高輸出幅度的X射線圖像傳感器。
[0002]【背景技術(shù)】:
現(xiàn)有技術(shù)中，CMOS圖像傳感器主要包括時(shí)序控制電路、像素單元電路、采樣保持電路和輸出緩沖電路，參見(jiàn)圖1所示。其中像素單元電路是用于探測(cè)X射線的最基本單元，其輸出信號(hào)的優(yōu)劣直接決定圖像傳感器的最終性能。
[0003]而現(xiàn)有的X射線圖像傳感器中，直接探測(cè)X射線的CMOS圖像傳感器的像元電路一般采用在P型硅襯底上構(gòu)建N阱的方式形成N阱/P襯底二極管，用于收集輻射激發(fā)的電荷；由于PMOS晶體管的制作也需要N阱，為避免由于PMOS晶體管引入的多余N阱影響像元對(duì)輻射所激發(fā)的電荷的收集，一般在X射線輻射成像CMOS有源像素圖像傳感器的像元電路中都選用NMOS晶體管，即像元中所有的MOS晶體管均為NMOS管，收集元結(jié)構(gòu)為N阱/P襯底二極管，如圖2所示。由于像元內(nèi)只能采用NMOS晶體管構(gòu)建復(fù)位、源隨、選通等結(jié)構(gòu)，晶體管閾值電壓的存在會(huì)使得輸出信號(hào)幅度不斷降低，最終所獲得信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍小，信噪比小，不利于信號(hào)后期的成像處理。顯然，使用NMOS晶體管構(gòu)建像元電路雖然避免了輻射電荷收集阱外的其它N阱的引入，但是卻極大地限制了像元輸出信號(hào)的幅度。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍寬、有利于后期成像處理的高輸出幅度的X射線圖像傳感器。
[0005]實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種高輸出幅度的X射線圖像傳感器，包括時(shí)序控制電路、MXN位像元電路、N位采樣保持電路和輸出緩沖電路，其特征在于，MXN位像元電路與N位采樣保持電路以及輸出緩沖電路在時(shí)序電路的控制下共同組成CMOS有源像素圖像傳感器；所述像元電路的收集元與復(fù)位晶體管合二為一，采用PMOS晶體
管結(jié)構(gòu)。
[0006]進(jìn)一步，所述像元電路由PMOS復(fù)位管、源隨管、行選管和輻射電荷收集元構(gòu)成；PMOS復(fù)位管連接NMOS源隨管，源隨管輸出的電壓通過(guò)行選管輸出；
所述輻射電荷收集元是在P型襯底上構(gòu)建的N阱結(jié)構(gòu)以形成N阱/P襯底二極管，在用作電荷收集元的N阱中通過(guò)P+注入形成源極與漏極，在該N阱結(jié)構(gòu)中制作成PMOS晶體管；將PMOS晶體管的襯底即N阱用于電荷收集，控制該P(yáng)MOS晶體管的柵極以實(shí)現(xiàn)對(duì)電荷收集元的積分復(fù)位。
[0007]相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果:
本發(fā)明通過(guò)借助用作收集元的N阱構(gòu)建PMOS復(fù)位管，將復(fù)位管與收集元結(jié)構(gòu)合二為一，不會(huì)影響福射電荷的收集，同時(shí)可以大幅度提高輸出信號(hào)的幅值。在米用5V—0.5um工藝的三管像元結(jié)構(gòu)中，，該結(jié)構(gòu)的像元的輸出電壓由常規(guī)結(jié)構(gòu)的2.04V提升至3.32V，提高約65%，使得輸出信號(hào)的幅度大幅提高，動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)大，信噪比提高。
[0008]發(fā)明中對(duì)像元電路的改進(jìn)大幅度提高了像元信號(hào)的輸出電壓幅值，使得圖像傳感器的性能有大幅的提升。
[0009]【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
圖1為X射線有源像素圖像傳感器的電路框圖。
[0010]圖2為X射線有源像素圖像傳感器中像元電路的原理圖。
[0011]圖3為本發(fā)明的X射線有源像素圖像傳感器像元電路的原理圖。
[0012]【具體實(shí)施方式】:
如圖1所示為典型X射線圖像傳感器，包括時(shí)序控制電路、MXN位像元電路、N位采樣保持電路和輸出緩沖電路，像元電路與采樣保持電路以及輸出緩沖電路在時(shí)序電路的控制下共同組成CMOS有源像素圖像傳感器。本發(fā)明主要針對(duì)X射線圖像傳感器的像元電路進(jìn)行改進(jìn)，如圖3所示，其收集元與復(fù)合管合二為一，采用PMOS晶體管結(jié)構(gòu)。
[0013]如圖3所示，所述像元電路由PMOS復(fù)位管、源隨管、行選管和輻射電荷收集元構(gòu)成；PM0S復(fù)位管連接NMOS源隨管，源隨管輸出的電壓通過(guò)行選管輸出；所述輻射電荷收集元是在P型襯底上的N阱/P襯底二極管，在用作電荷收集元的N阱中通過(guò)P+注入形成源極與漏極，在該N阱中制作成PMOS晶體管；將PMOS晶體管的襯底即N阱用于電荷收集，控制其柵極以實(shí)現(xiàn)對(duì)像元電路的積分復(fù)位。本發(fā)明中像元電路采用的輻射電荷收集元是在P型襯底上的N阱/P襯底二極管，而PMOS晶體管的制作同樣需要在P型襯底上構(gòu)建N阱，通過(guò)在P型襯底上構(gòu)建PMOS晶體管就同時(shí)起到了電荷收集元與復(fù)位MOS晶體管的功能，其中PMOS晶體管本身用作復(fù)位管而取代原有的NMOS復(fù)位管從而提高輸出電壓，另一方面PMOS晶體管的N阱結(jié)構(gòu)用作輻射電荷收集阱從而實(shí)現(xiàn)電荷收集。這使得PMOS晶體管同時(shí)起到的輻射電荷收集阱與復(fù)位管的作用。發(fā)明對(duì)像元電路的改進(jìn)大幅度提高了像元信號(hào)的輸出電壓幅值，能夠使得圖像傳感器的性能有大幅的提升。
【權(quán)利要求】
1.一種高輸出幅度的X射線圖像傳感器，包括時(shí)序控制電路、MXN位像元電路、N位采樣保持電路和輸出緩沖電路，其特征在于，MXN位像元電路與N位采樣保持電路以及輸出緩沖電路在時(shí)序電路的控制下共同組成CMOS有源像素圖像傳感器；所述像元電路的收集元與復(fù)位晶體管合二為一，采用PMOS晶體管結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高輸出幅度的X射線圖像傳感器，其特征在于，所述像元電路由PMOS復(fù)位管、源隨管、行選管和輻射電荷收集元構(gòu)成；PM0S復(fù)位管連接NMOS源隨管，源隨管輸出的電壓通過(guò)行選管輸出； 所述輻射電荷收集元是在P型襯底上構(gòu)建的N阱結(jié)構(gòu)，在用作電荷收集元的N阱中通過(guò)P+注入形成源極與漏極，在該N阱結(jié)構(gòu)中制作成PMOS晶體管；將PMOS晶體管的襯底即N阱用于電荷收集，控制該P(yáng)MOS晶體管的柵極以實(shí)現(xiàn)對(duì)電荷收集元的積分復(fù)位。
【文檔編號(hào)】H01L27/146GK103928485SQ201410192257
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月8日
【發(fā)明者】孟麗婭, 王慶祥, 袁祥輝 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)