成像裝置及其驅(qū)動方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及成像裝置及其驅(qū)動方法，更具體地，涉及一種能夠改變像素中的放大器晶體管的輸入節(jié)點的電容值的電容器的結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]在本領(lǐng)域中，通常使用電容器來擴大即將從像素輸出的信號的動態(tài)范圍。電容器被設置為使得電容器到浮置擴散區(qū)(floating diffus1n, FD)的電連接可以切換。
[0003]日本專利特開N0.2008-205639描述了這樣的配置:在該配置中，F(xiàn)D設置在第一區(qū)域中，并且導電類型與信號電荷相同的半導體區(qū)域設置在第二區(qū)域中，方式為使得被配置為切換電容器與FD的電連接的柵電極被放置在第一區(qū)域和第二區(qū)域之間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明的一個方面的成像裝置包括多個像素。所述多個像素中的每一個包括:光電轉(zhuǎn)換單元、被配置為保持在光電轉(zhuǎn)換單元中生成的電荷的浮置擴散區(qū)、與浮置擴散區(qū)電連接的放大器晶體管、以及包括電極的電容器。電容器被設置為使得電容器與浮置擴散區(qū)的電連接能根據(jù)提供給電極的信號來切換。電容器與浮置擴散區(qū)的電連接被切換以改變放大器晶體管的輸入節(jié)點的電容值。所述多個像素中的每個均具有活性區(qū)域，該活性區(qū)域包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，并且第一區(qū)域和第二區(qū)域被布置為在平面圖中在它們之間具有所述電極。作為活性區(qū)域的一部分且位于電極下方的部分形成電容器的至少一部分。第一區(qū)域包括第一導電類型的第一半導體區(qū)域，第一半導體區(qū)域形成浮置擴散區(qū)的至少一部分。第二區(qū)域包括與第一導電類型相反的第二導電類型的第二半導體區(qū)域。在第二半導體區(qū)域上設置有絕緣膜。
[0005]參照附圖閱讀示例性實施例的以下描述，本發(fā)明的其它特征將變得清楚。
【附圖說明】
[0006]圖1為成像裝置的框圖。
[0007]圖2為像素的電路圖。
[0008]圖3為驅(qū)動時序圖。
[0009]圖4A和4B為像素的示意性平面圖。
[0010]圖5A和5B為像素的沿著圖4中的線V_V所取的示意性截面圖。
[0011]圖6A為根據(jù)第一示例的像素的示意性平面圖，圖6B和6C為圖6A中所示的像素的示意性截面圖。
[0012]圖7A為根據(jù)第二示例的像素的示意性平面圖，圖7B為圖7A中所示的像素的示意性截面圖。
[0013]圖8A為根據(jù)第三示例的像素的示意性平面圖，圖8B為圖8A中所示的像素的示意性截面圖。
[0014]圖9A為根據(jù)第四示例的像素的示意性平面圖，圖9B為圖9A中所示的像素的示意性截面圖。
[0015]圖10A和10C為根據(jù)第五示例的像素的示意性平面圖，圖10B為圖10A中所示的像素的示意性截面圖。
[0016]圖11A為根據(jù)第六示例的像素的示意性平面圖，圖11B為圖11A中所示的像素的示意性截面圖。
[0017]圖12為驅(qū)動時序圖。
【具體實施方式】
[0018]將參照圖1到圖5B來描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的成像裝置。在附圖中，相同的附圖標記表示相同或基本相同的要素或者相同或基本相同的區(qū)域。
[0019]圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的成像裝置101的框圖。成像裝置101包括像素單元102、驅(qū)動脈沖生成單元103、垂直掃描電路104、信號處理單元105以及輸出單元106。
[0020]像素單元102包括以矩陣形式布置的多個像素。每個像素均將光轉(zhuǎn)換為電信號，并輸出所得到的電信號。驅(qū)動脈沖生成單元103生成驅(qū)動脈沖。垂直掃描電路104接收來自驅(qū)動脈沖生成單元103的驅(qū)動脈沖，并將控制信號提供給每個像素。信號處理單元105至少使從多個像素列并行輸出的信號串行化(serialize)，并將所得到的信號發(fā)送到輸出單元106。信號處理單元105可以包括列電路，每個列電路與一個像素列對應，并執(zhí)行諸如信號放大和模數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換之類的操作。
[0021]圖2示出了根據(jù)本實施例的像素單元102中的每個像素的等效電路的示例。在本實施例中，將在信號電荷由電子攜帶并且每個晶體管是η型金屬氧化物半導體(M0S)晶體管的背景下進行描述。在本實施例中，第一導電類型是η型，第二導電類型是與第一導電類型相反的導電類型Ρ型。注意，信號電荷可以由空穴攜帶，并且每個晶體管可以是Ρ型M0S晶體管。
[0022]另外，等效電路不限于圖2中所示的等效電路，并且該配置的一部分可以由多個像素共享。本發(fā)明的實施例能應用于其中光從成像裝置的正面進入的正面照射成像裝置或其中光從成像裝置的背面進入的背面照明成像裝置。
[0023]根據(jù)本實施例的每個像素包括電容器208，電容器208被配置為能夠改變放大器晶體管205的輸入節(jié)點的電容值。放大器晶體管205的輸入節(jié)點至少包括FD 203、放大器晶體管205的柵電極、以及與FD 203和放大器晶體管205的柵電極電連接的導體。
[0024]轉(zhuǎn)換開關(guān)207使得能夠切換電容器208與FD 203之間的電連接狀態(tài)和非連接狀態(tài)。電容器208在經(jīng)由轉(zhuǎn)換開關(guān)207電連接到FD203時形成放大器晶體管205的輸入節(jié)點的一部分。
[0025]相比于使電容器208與FD 203進入非連接狀態(tài)的情況，使電容器208與FD 203進入電連接狀態(tài)以增大放大器晶體管205的輸入節(jié)點的電容值使得能夠減小放大器晶體管205的輸入節(jié)點處的電荷-電壓轉(zhuǎn)換效率。相反，使電容器208與FD 203進入非連接狀態(tài)以減小放大器晶體管205的輸入節(jié)點的電容值使得能夠提高放大器晶體管205的輸入節(jié)點處的電荷-電壓轉(zhuǎn)換效率。
[0026]在放大器晶體管205的輸入節(jié)點處，相對較低的電荷-電壓轉(zhuǎn)換效率減小由于電荷-電壓轉(zhuǎn)換而獲得的電壓的幅度。這使得即使大量電荷已轉(zhuǎn)移到FD 203，也能夠提高放大器晶體管205的輸出信號的線性度(linearity)。
[0027]相反，在放大器晶體管205的輸入節(jié)點處，相對較高的電荷-電壓轉(zhuǎn)換效率增大由于電荷-電壓轉(zhuǎn)換而獲得的電壓的幅度。這使得即使少量電荷已轉(zhuǎn)移到FD 203，也能夠提高放大器晶體管205的輸出信號的線性度。
[0028]因此，F(xiàn)D 203與電容器208之間的電連接狀態(tài)和非連接狀態(tài)被切換以使動態(tài)范圍可變。
[0029]現(xiàn)在將參照圖2來詳細描述根據(jù)本實施例的每個像素。
[0030]光電轉(zhuǎn)換單元201執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換以生成電荷對，并積聚電子，其中所述電荷對的量對應于入射光的量。轉(zhuǎn)移晶體管202把在光電轉(zhuǎn)換單元201中積聚的電子轉(zhuǎn)移到FD 203?？刂菩盘朠TX被提供給轉(zhuǎn)移晶體管202的柵電極。FD 203保持由轉(zhuǎn)移晶體管202轉(zhuǎn)移的信號電荷。
[0031]放大器晶體管205具有與FD 203電連接的柵電極，并被配置為對基于由轉(zhuǎn)移晶體管202轉(zhuǎn)移到FD 203的電子的信號進行放大并輸出經(jīng)放大的信號。更具體地，轉(zhuǎn)移到FD203的電子被轉(zhuǎn)換為根據(jù)它們的量的電壓，并且與該電壓對應的電信號經(jīng)由放大器晶體管205輸出到像素外部。放大器晶體管205和電流源209形成源極跟隨器電路。
[0032]重置晶體管204重置放大器晶體管205的輸入節(jié)點的電位。重置晶體管204還可以通過重置晶體管204的接通時段與轉(zhuǎn)移晶體管202的接通時段的重合來重置光電轉(zhuǎn)換單元201的電位。控制信號pRES被提供給重置晶體管204的柵電極。
[0033]選擇晶體管206允許逐像素地或者按多個像素的組輸出為每個信號線211提供的多個像素的信號。選擇晶體管206具有與放大器晶體管205的源極電連接的漏極以及與信號線211電連接的源極。選擇晶體管206可以設置在放大器晶體管205的漏極與被提供電源電壓的電源線之間的電通路中，以替代根據(jù)本實施例的配置。
[0034]也就是說，選擇晶體管206被配置為能夠控制放大器晶體管205與信號線211之間的電傳導就足夠了?？刂菩盘朠SEL被提供給選擇晶體管206的柵電極。
[0035]選擇晶體管206可能不一定用來把放大器晶體管205的源極連接到信號線211。在這種情況下，通過切換放大器晶體管205的漏極或柵電極的電位來切換對像素的選擇和不選擇。
[0036]圖3示出了用于圖2中所示的成像裝置101的驅(qū)動脈沖的示例。參照圖3，僅描述了與本實施例的特征直接相關(guān)的驅(qū)動時序。圖3的部分(a)示出了第η行的驅(qū)動時序。圖3的部分(b)示出了第n+1行的驅(qū)動時序。
[0037]在圖3中，實線表示用于其中電容器208與FD 203處于連接狀態(tài)的像素的控制信號或者其中電容器208與FD 203連接的模式下的控制信號。
[0038]在圖3中，虛線表示用于其中電容器208與FD 203處于非連接狀態(tài)的像素的控制信號或者其中電容器208與FD 203不連接的模式下的控制信號。在其間每個控制信號處于高電平(下文稱為“H電平”)的時段中，對應的晶體管接通；在其間每個控制信號處于低電平(下文稱為“L電平”)的