專利名稱：用于cmos成像器的電荷泵的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有圖像感知單元陣列的CMOS成像器和運行該單元的驅動信號。尤其是，本發(fā)明涉及多種泵在CMOS成像器中的使用。
背景技術：
CMOS成像器是低成本的成像器件。能使圖像陣列和相關的處理電路更高程度集成的全兼容CMOS傳感器技術將有益于很多數字應用，例如，在照相機、掃描儀、機器視覺系統(tǒng)、車輛導航系統(tǒng)、可視電話、計算機輸入設備、監(jiān)視系統(tǒng)、自動聚焦系統(tǒng)、星體跟蹤儀、運動檢測系統(tǒng)、圖像穩(wěn)定系統(tǒng)和用于高清晰度電視的數據壓縮系統(tǒng)中。
CMOS成像器具有低電壓運行和低功耗；CMOS成像器和集成在芯片上的電子設備(控制邏輯和定時，圖像處理和信號調節(jié)，例如A/D轉換)是兼容的；CMOS成像器允許隨機訪問圖像數據；以及例如和傳統(tǒng)的CCD相比，CMOS成像器具有較低的制作成本，這是因為可以使用標準的CMOS處理技術。另外，對于CMOS成像器獲得了低功耗，這是因為在讀出的過程中一次只需要一行像素被激活，并且在圖像獲取的過程中不存在從像素到像素的電荷傳輸(和相關的切換)。因為可以在數字領域(相對于模擬信號處理)實現很多數字調節(jié)功能，所以電子設備的芯片上集成尤其有利，也能獲得系統(tǒng)尺寸和成本的降低。
CMOS成像器電路包括像素單元的焦平面陣列，單元的每一個包括和襯底重疊的光電柵(photogate)或光電二極管，用于積聚在襯底的重疊部分中光子產生的電荷。讀出電路連接到每一個像素單元并至少包括形成在襯底中的輸出場效應晶體管和形成在與具有感知節(jié)點的光電柵或者光電二極管相鄰的襯底上的電荷傳輸部分，感知節(jié)點通常是連接到輸出晶體管的柵極的浮動擴散節(jié)點。成像器可以包括至少一個電子器件，例如用于將電荷從襯底的下面部分傳輸到浮動擴散節(jié)點的晶體管，和一個器件，通常也是這樣的晶體管，用于在電荷傳輸之前將節(jié)點復位到預定的電荷級。
在CMOS成像器中，像素單元的有源元件實現必須的功能(1)光子到電荷的轉換；(2)圖像電荷的積聚；(3)通過電荷放大完成的電荷到浮動擴散節(jié)點的傳輸；(4)在電荷傳輸到浮動擴散節(jié)點之前將它復位成公知的狀態(tài)；(5)選擇用于讀出的像素；和(6)輸出和放大代表像素電荷的信號。當光子電荷從初始的電荷積聚區(qū)移動到浮動擴散節(jié)點時它可以被放大。在浮動擴散節(jié)點的電荷通常通過源跟隨器輸出晶體管轉換成像素輸出電壓。CMOS成像器像素的光敏元件通常是耗盡型p-n結光電二極管或者光電柵下的場感應的耗盡區(qū)。對于光電二極管，當讀出時，通過完全耗盡光電二極管可以消除圖像滯后。
通常所說的公知的是上述類型的CMOS成像器，例如在Nixon等人的“256×256 CMOS Active Pixel Sensor Camera-on-a-Chip”，IEEEJournal of Solid-State Circuit，卷31(12)2046-2050頁，1996；Mendi s等人的“CMOS Active Pixel Image Sensors”，IEEETransactions on Electron Devices，卷41(3)452-453頁，1994，以及美國專利號5708263和美國專利號5471515，它們在這里引作參考。
應當理解的是，CMOS成像器可以包括光電二極管或者其它的圖像電荷轉換器件，代替光電柵，作為用于光子產生的電荷的初始積聚。
圖1描述了對于具有像素陣列200的CMOS成像器的方框圖。圖2A示出了像素陣列200的2×2部分。像素陣列200(圖1)包括以預定數量的列和行布置的多個像素。通過行選擇線，例如線86(參見圖2A)使陣列200中的每行的像素同時都導通，和選擇性地將每列的像素信號輸出Vout定時到列選擇線，例如Vout線42上(參見圖2A)。對于整個陣列200設置多個行和列線。通過行驅動器210可選擇性地啟動行線以響應行地址解碼器220，和通過列驅動器260有選擇地啟動列選擇線以響應列地址解碼器270。由此，對于每個像素設置行和列地址。通過通過控制電路250操作CMOS成像器，該控制電路250控制為了像素讀出用于選擇適當的行和列線的地址解碼器220、270，和控制向所選擇的行和列線的驅動晶體管施加驅動電壓的行和列驅動電路210、260。
CMOS成像器的電荷收集的操作是本領域公知的并在幾個出版物中描述，例如Mendis等人的“Progress in CMOS Active Pixel ImageSensors”，SPIE卷2172，19-29頁，1994；Mendis等人的“CMOS ActivePixel Image Sensors for Highly Integrated Imaging Systems”，IEEE Journal of Solid State Circuits，卷32(2)，1997；和EricR，Fossum的“CMOS Image SensorsElectronic Camera on a Chip”，IEDM卷95第17至25頁(1995)，以及其它出版物。這些參考文獻在此引作參考。
在美國專利號6140630中描述了用于CMOS成像器的電荷泵的Vcc的使用和操作，它的全部內容在此引作參考。
現有技術的CMOS成像器都有它們的缺點。例如，這些CMOS成像器經受傳輸柵中的泄漏。而且，期望提供包括像素電壓泵、正極和/或負極泵和襯底泵的多個泵，包括像素電壓泵使得CMOS成像器陣列操作電壓不同于外電源電壓。

發(fā)明內容
通過驅動一個或者多個復位柵、傳輸柵(如果使用)和具有一個或者多個泵的行選擇柵來克服現有技術的缺點。電壓泵提供大于電源電壓Vdd的電壓，以改善復位、傳輸(如果使用)和行選擇晶體管的選通操作。通過用電壓泵的輸出來過驅動一個或者多個復位柵、傳輸柵和行選擇晶體管，還可以避免這些晶體管的電特性中的像素至像素的制造差異。而且，如果使用光電柵來獲得圖像電荷，那么這可能也被來自電壓泵的輸出電壓過驅動。上面只是可以受益于電壓泵的柵的例子，但是不應當認為是限制。
另外，負極泵引入到CMOS成像器柵，例如復位柵、行選擇柵或傳輸柵(如果使用)，這允許這些柵的關斷電流Ioff特性改善，以及CMOS成像器的整體圖像特性改善。這還允許柵長度縮短，并在不犧牲圖像質量時獲得更多的芯片/晶片。上面只是可以受益于負極泵的柵的例子，但不應當認為是限制。
另外，描述了襯底泵，其中通過襯底連接陣列的像素。
從結合附圖提供的下述具體描述可以更清楚地理解本發(fā)明的上述和其它優(yōu)點和特征。


圖1是CMOS有源像素傳感器芯片的方框圖；圖2A是表示根據本發(fā)明的一個實施例的2×2像素布局的典型像素布置；圖2B表示施加到CMOS成像器的任一個柵的普通信號；圖2C表示可以施加到CMOS成像器的任何一個柵的重復時鐘電壓；圖2D是作為五個單獨內部泵的輸入的外部Vdd電源的典型實施例；
圖2E是作為五個單獨內部泵的輸入的較低電壓時外部Vdd電源的典型實施例；圖2F是施加到正的高電壓泵和負的低電壓泵的外部Vdd電源的例子；圖3是使用根據本發(fā)明的Vaa-像素電荷泵的圖2的四個晶體管(4T)像素的分解圖；圖4是使用根據本發(fā)明的Vaa-像素電荷泵的3T像素的分解圖；圖5是使用根據本發(fā)明的負襯底泵的3T像素的分解圖；圖6A是使用根據本發(fā)明的負柵泵的4T像素的分解圖；圖6B是用于復位柵和傳輸柵的時序圖的例子；圖7是包括根據本發(fā)明的任一實施例構成的CMOS成像器的處理器系統(tǒng)。
具體實施例方式
現在將參考附圖描述本發(fā)明?，F在參考圖2A。該圖示出了根據本發(fā)明構成的有源像素陣列的部分，其中使用各個電荷泵300、301和302以向復位晶體管、傳輸柵晶體管和行選擇晶體管31、29和38提供柵電壓。如圖3所示，通過n+區(qū)30和n+區(qū)34形成并通過RST信號32控制復位晶體管31。通過n+區(qū)26和n+區(qū)30形成并通過TX信號28控制傳輸晶體管29。在圖2A中，示出電荷泵303，用于向用于電荷傳輸的光電柵24提供柵電壓。示出電荷泵304，用于向N+結提供電壓泵，在這種情況中，它是Vdd像素供給結。為了簡化該圖示出了2×2的像素陣列。應當理解的是，本發(fā)明指的是任何尺寸的M×N多像素陣列。
現在將描述圖2A的像素陣列的運行。像素行的光電檢測器14通過它們各自的行選擇晶體管38耦接到列線42上。通過線86由行解碼器選擇的光電檢測器將根據在源跟隨器晶體管36的柵極處由浮動擴散節(jié)點30提供的電壓來提供電流。這已經注意到，晶體管36的柵極控制通過負載晶體管39(圖2A中未示出)的電流，以及由此控制列線42上的電壓。
信號ROW SELECT導通行選擇晶體管38。由線86上的行選擇信號控制的電壓是電荷泵302的輸出電壓。行選擇線86連接到電荷泵302以過驅動行選擇晶體管38，也就是，晶體管38的柵極電壓高于Vdd電源電壓。在Vdd系統(tǒng)中，電荷泵302將向行選擇晶體管38的柵極提供V泵＞Vdd的電壓。在復位柵上不存在電荷泵時，復位柵RST導通復位晶體管31，這使得浮動擴散節(jié)點30復位到Vdd-Vth的電勢，其中Vth是復位晶體管31的閾值電壓。通過電荷泵300提供實際柵極32a到晶體管31，以用V泵＞Vdd的電壓過驅動復位晶體管31的柵極，以在Vdd的節(jié)點30上獲得更高的浮動擴散電壓復位值。通過在節(jié)點30具有更高的可利用復位電壓，對于像素輸出信號和電壓的變化，在該電壓時更寬的動態(tài)響應范圍是可獲得，在該電壓處由于降低了復位晶體管31的Vth的變化，所以浮動擴散節(jié)點30被復位。
還從電荷泵303提供提供光電柵24，確保用于圖像信號的所有可能收集的電荷存儲在光電柵下面的成像器襯底中，直到它被傳輸到收集區(qū)域之外。
圖2A的電路示出了傳輸柵28a和相關的傳輸晶體管29的使用。如果CMOS成像器單元使用傳輸晶體管，那么還可以響應傳輸信號TX以從電荷泵301提供傳輸柵28a的電壓；再次確保傳輸晶體管被過驅動到它的導通狀態(tài)并且消除了經常發(fā)生的Vth的電壓降。使得傳輸柵上的電荷泵改善光電傳感器和浮動擴散之間的電荷傳輸。另外如上面一樣描述圖2A的電路的運行以獲得、傳輸和輸出像素電荷。
電荷泵300和301在大于電源電勢Vdd的電勢下向復位柵32a和傳輸柵28a提供電壓。電荷泵電壓增強傳輸和復位晶體管的特性。為了“導通”像素陣列的多個晶體管，晶體管的柵電壓必須超過源極或漏極電壓(根據晶體管的類型)，使得V泵＞Vdd。然而，由于制造的缺陷，對于像素陣列的每個晶體管，閾值電壓(Vth)可能不同。結果，當利用電源電勢向晶體管的柵極提供控制信號來“導通”或者“關斷”陣列的所有晶體管時，一些“導通”的晶體管比其它晶體管更容易“導通”，由此不一致地傳輸和/或放大傳輸到像素輸出線42上的像素電荷。同樣，一些“關斷”的晶體管比其它導致泄漏的晶體管更容易“關斷”。這反映為反映由光電檢測器電路14收集的電荷的信號的不恰當輸出。
通過根據需要用確保它們導通或者關斷的電壓過驅動柵極，電荷泵300、301和302幫助克服晶體管的不一致的導通/關斷閾值電壓(Vth)，而不管制造的不一致性。電荷泵303保證最大可能的電荷被收集在光電柵下面的收集區(qū)中。
盡管在圖2A中示出了用于整個CMOS像素陣列的多個電荷泵300、301、302、303和304，但是應當理解的是，對于整個CMOS成像器和對于相關的邏輯電路可以使用具有多個受控輸出電壓的單一電荷泵。而且，對于成像器電路的不同部分和對于相關的邏輯電路可以使用單獨的電荷泵。而且，盡管示出了向復位柵、傳輸柵、行選擇柵和光電柵以及Vdd電源提供電壓的電荷泵300、301、302、303、304，但是應當理解的是，電荷泵可以用于這些柵極的一個或者多個，以獲得超過不使用電荷泵的常規(guī)CMOS成像器的優(yōu)點。應當理解的是，本發(fā)明不局限于這里所述的例子?？紤]支持全局快門(global shutter)、高動態(tài)范圍和雙重轉化增益應用的更復雜5T、6T、7T CMOS成像器。在這些應用中，泵激的柵極或者擴散也將是有利的。也就是，可以使用公共的電荷泵源，以向所有的泵激定時柵極(例如復位、行選擇、傳輸、光電柵和Vdd電源)提供高態(tài)的電壓電平，只要V泵＞Vdd。
電荷泵的具體結構對本發(fā)明不重要，可以使用很多電路。對于3.3伏特的Vdd電源并假定這些晶體管的每個的Vth小于0.7伏特，電荷泵300、301、302和303的典型輸出電壓分別是4.0、4.0和4.0。盡管有利的是使V泵≥Vdd+Vth，但它不是必要的或者不受限制于此。通過的時鐘脈沖導通的光電柵泵可以在泵激電壓，使得V泵＞Vdd。當施加到光電柵的時鐘電壓回到它的低或者關斷狀態(tài)電壓時該關斷狀態(tài)可以被泵激為低，使得柵極經歷負電壓。CMOS成像器的所有其它柵極可以受益于施加的負泵激電壓，以關斷晶體管。負電壓可以是任何值，只要它低于參考地(0V)電勢即可。應當理解的是，根據Vdd和/或Vss電源以及各個晶體管的Vth，電壓電荷泵300、301、302、303和304的輸出可以單獨變化。為了在光電柵中收集電荷，電荷泵被配置成提供輸出電壓Vpgp，其中Vpgp大于輸入電壓Vdd。
圖2B表示施加到CMOS成像器的任何柵極的普通信號。圖2C表示可以施加到任何柵極的重復時鐘電壓。泵激高態(tài)電壓205高于Vdd(V泵＞Vdd)。施加的時鐘電壓回到低或者關斷電壓215，導致低于地(0V)的泵激電壓。
上述的討論已經描述了用于圖2A中所示的典型2×2像素的電路。期望附加泵電路向擴散節(jié)點34提供電壓Vaa-像素并且通過擴散節(jié)點34到浮動擴散節(jié)點30，使得CMOS成像器操作電壓可以不同于外部電源電壓。泵電路包括Vaa-像素電荷泵，其由外電源Vdd提供。泵電路輸出自舉的新電源電壓。然后使用新自舉Vaa-像素電源供給所有的像素。這允許CMOS成像器陣列運行在不同于外部電壓的電壓。
如上所述使用泵電路從Vdd產生Vaa-像素，使得Vaa-像素＞Vdd。本發(fā)明還包括這種情形，其中使用小于施加的電源Vdd的調節(jié)電源V泵＜Vdd。在替換的Vdd中可以是高態(tài)的電壓，例如圖2B中所述的。從這種高態(tài)電壓，可以產生調節(jié)電壓Vreg，其中調節(jié)電壓是低態(tài)電壓。在該實例中，Vdd可以提供陣列，以及Vreg可以提供外部電壓，其中0＜Vreg＜Vdd。
圖2D是作為五個獨立內泵，Vaa-像素泵120、光電柵泵125、行選擇泵130、傳輸柵泵135和復位泵140的輸入的外Vdd電源115的例子。這可以被泵激成獨立的電源V泵＞Vdd和/或它們可以向驅動陣列晶體管柵極的所示多個時鐘電壓和成像器陣列110的擴散提供負的關斷態(tài)電壓。還示出了向外圍中例如外圍電路1(150)的成像器電路提供調節(jié)電壓的調節(jié)器145。如果外部電源是例如3.3伏特，那么所示的五個陣列泵可以向陣列產生時鐘電壓，使得V泵＞Vdd。在我們的例子中，如果陣列晶體管的Vth是0.7伏特，那么對于陣列柵極的適當V泵高電壓將是4.0伏特。泵還可以包括負極泵，以控制提供給陣列電路的電壓時鐘的關斷電壓。為了保存電源，在該例子中，在Vreg＜Vdd時提供給調節(jié)器，以支持成像器外圍中的電路。在該例子中，Vreg是2.5V到1.2V的可能適當范圍。通過Vdd外部電源直接驅動該例子中的外圍電路2(155)。例如，外圍電路1(150)可以是數字電路，和外圍電路2(155)可以是模擬電路。在該例子中，給成像器陣列110提供大于或等于用于陣列電路的“高態(tài)”或者“導通”電壓的電源的電壓。給外圍電路150、155提供小于等于電源的電壓。
在圖2E中，外部電源可以在2.5伏的較低電壓。在這種情況中，有利的是，具有外圍電路泵160，以增加給外圍電路2(155)的模擬電路的電源。還可能的是，具有提供給外圍電路1中的數字電路的較低的調節(jié)電壓，Vreg＜Vdd(1.2、1.5、1.8、2.0、2.2V)。
圖2F是施加給正的高電壓泵190、負的低電壓柵泵195和負的襯底泵197的外部Vdd電源115。負的襯底泵197向p阱和p襯底199提供電壓。正的高壓泵190和負的低壓泵195分別提供復位驅動器165、行選擇驅動器175、傳輸柵驅動器180、光電柵驅動器185和Vaa-像素驅動器170，其中的每個都耦接到成像器陣列110。在該例子中，正的高壓泵190還向外圍電路2(155)提供電壓。通過外部Vdd電源115直接提供給外圍電路1(150)。
用四個晶體管(4T)CMOS成像器描述CMOS成像器的有益操作。實際的CMOS成像器可以包括少于或者多于四個晶體管。可以理解的是，4TCMOS成像器的使用不意味著將本發(fā)明限制為4T的實施例。如果CMOS成像器需要多于四個晶體管，那么通過具有它們自己的泵，那些另外的一些晶體管將顯示出改善的特性。
圖3是圖2A中例舉的本發(fā)明的典型4T像素的分解圖，其中利用n溝道(n-ch)器件形成像素。相同的元件和在圖2A中標識的一樣。由Vaa 像素電荷泵100有效地驅動N+型區(qū)34，其從Vdd105獲得它的電壓(電荷)的供給。Vaa-像素電荷泵允許CMOS成像器在更高的電壓下運行，由此，獲得更好的圖像特性。Vaa-像素電荷泵允許更低的電壓外圍，并可以和更短長度的晶體管耦合以改善外圍特性。還可以通過復位晶體管31穿過N+擴散節(jié)點34由Vaa-像素電荷泵100提供N+型區(qū)30(浮動擴散節(jié)點)。光電二極管(PD)26是n型擴散區(qū)。n-ch器件在p阱中。如果提供負的襯底泵，那么襯底觸點20可以是地(0V)或者負的。本發(fā)明還應用到包含n-ch晶體管的陣列。
圖4是使用n-ch器件形成的本發(fā)明的典型3T像素的分解圖。除了沒有在3T實施中使用的傳輸晶體管之外，圖4的3T晶體管像素類似于圖3的4T像素。圖4適用于對于2T、3T、4T、5T或者任何類型的任何CMOS成像器的Vaa-像素電荷泵。PD 405是n型擴散區(qū)，RST信號410控制由PD 405和作為n+擴散區(qū)的擴散區(qū)415形成的復位晶體管。通過Vaa-像素電荷泵425有效地驅動N+擴散區(qū)420，其從Vdd430獲得它的電壓(電荷)的供給。n-ch器件在p阱中。本發(fā)明還應用到包含p-ch晶體管的陣列。
圖5是使用負的襯底泵的典型3T像素的分解圖。使用n-ch器件形成像素。PD 505是擴散n型；擴散區(qū)515是擴散型n+。襯底泵觸點526下面的擴散區(qū)520是p+。負的V襯底泵525還連接到地530和外部電源Vdd。復位信號(RST)510控制由n型擴散區(qū)505和提供Vaa-像素的n+擴散區(qū)515形成的復位晶體管。n-ch器件在p阱中。連接整個陣列中的所有的p阱，以及將附著到負的襯底泵的p阱連接到陣列p阱。本發(fā)明還應用到包含p-ch晶體管的陣列。
在另一個實施例中，負的柵泵提供負電壓，其施加到柵極，例如復位和傳輸柵極。特別地，圖6A是本發(fā)明的4T像素的分解圖，其中利用n-ch器件形成像素。分別通過傳輸電壓驅動器655和復位電壓驅動器660由負的柵極泵650驅動傳輸晶體管29和復位晶體管31的柵極(28a，32a)，負的柵極泵650從Vdd105獲得它的電壓的提供。傳輸柵極和復位柵極能經歷泵激的(pumped)負關斷態(tài)電壓，但是在那個例子中它們可以具有單獨的時鐘。在這個實施例中，負的柵極泵運行以更穩(wěn)定地驅動n-ch器件中的柵極“關斷”。負的柵極泵還可以應用到行選擇柵極或者CMOS成像器上的任何柵極，并不受這里描述的典型實施例的限制。CMOS成像器中使用的典型柵極包括但不局限于復位器件、傳輸器件、全局快門器件、存儲器件、高動態(tài)范圍器件和橫向溢出泄漏器件(lateraloverflow drain device)。圖6B是用于復位柵和傳輸柵的時序圖的例子。在每一種情況中，給柵極提供有泵激的負電壓。
本發(fā)明可以應用在從外電源接收輸入信號的任何集成電路中。圖7描述了典型的處理系統(tǒng)600，其可以使用包括CMOS成像器的處理器電路，該CMOS成像器是根據有關圖1-6B上面公開的本發(fā)明的任何實施例構成的。處理系統(tǒng)600包括耦接到局部總線604的一個或者多個處理器601。存儲控制器602和初級總線橋603還耦接到局部總線604。處理系統(tǒng)600可以包括多個存儲控制器602和/或多個初級總線橋603。存儲控制器602和初級總線橋603可以集成為單一器件606。
存儲控制器602還耦接到一個或者多個存儲總線607。每個存儲總線接受電路，例如608，其包括使用本發(fā)明的至少一個像素631。成像器件，例如CMOS成像器還可以和存儲卡或者存儲模塊以及根據本發(fā)明的CPU集成。存儲模塊的例子包括單列直插存儲模塊(SIMM)和雙列直插存儲模塊(DIMM)。成像器608可以包括一個或者多個附加器件609(未示出)。例如，在SIMM或者DIMM中，附加器件609可以是結構存儲器，例如串聯(lián)占用檢測(serial presence detect)(SPD)存儲器。存儲控制器602還可以耦接到高速緩沖存儲器605。高速緩沖存儲器605可以只是處理系統(tǒng)中的高速緩沖存儲器?？商鎿Q地，其它的器件，例如處理器601還可以包括高速緩沖存儲器，其可以和高速緩沖存儲器605形成高速緩沖體系。如果處理系統(tǒng)600包括作為總線主控器或者支持直接存儲器存取(DMA)的外圍設備或者控制器，那么存儲控制器602可以執(zhí)行超高速緩存相關性協(xié)議。如果存儲控制器602耦接到多個存儲總線607，那么可以并聯(lián)操作每個存儲總線607，或者可以將不同的地址范圍映射到不同的存儲總線607。
初級總線橋603耦接到至少一個外圍總線601。多個設備，例如外圍設備或者附加總線橋可以耦接到外圍總線610。這些設備可以包括存儲控制器611、各種I/O設備614、次級總線橋615、多媒體處理器618和傳統(tǒng)設備接口620。初級總線橋603還可以耦接到一個或者多個專用高速端口622。在個人計算機中，例如，專用端口可以是加速圖形接口(AGP)，用于耦接高性能視頻卡到處理系統(tǒng)600。
存儲控制器611通過存儲總線612將一個或者多個存儲設備613耦接到外圍總線610。例如，存儲控制器611可以是SCSI控制器，以及存儲設備613可以是SCSI盤。I/O設備614可以是任何類型的外圍設備。例如，I/O設備614可以是局域網接口，例如以太網卡?？梢允褂么渭壙偩€橋以通過另一個總線將附加設備連接到處理系統(tǒng)。例如，次級總線橋616可以是用于耦接USB總線設備617到處理系統(tǒng)600的通用串行接口(USB)控制器。多媒體處理器618可以是聲卡、顯卡，或者其它類型的多媒體接口，其還可以耦接到一個附加設備，例如揚聲器619。使用傳統(tǒng)設備接口620將傳統(tǒng)設備，例如老式鍵盤和鼠標耦接到處理系統(tǒng)600。除了可能包含本發(fā)明的泵電路的像素631之外，圖7的多媒體處理器681還可以使用包括CPU 601的本發(fā)明的成像器件。
圖7例舉的處理系統(tǒng)600僅僅是可以使用本發(fā)明的典型處理系統(tǒng)。盡管圖7例舉了特別適用于通用計算機的處理結構，例如個人計算機或者工作站，但是應當知道的是，可以進行公知的變形來設置處理系統(tǒng)600，使變得更適用于多種應用中。例如，使用依賴于耦接到成像設備608和/或存儲緩沖設備604的CPU 601的更簡單結構可以完成需要處理的很多電子設備。這些電子設備可以包括但是不局限于音頻/視頻處理器和記錄機、游戲控制臺、數字電視機、有線或者無線電話、導航設備(包括基于全球定位系統(tǒng)(GPS)的系統(tǒng)和/或慣性導航)和數碼相機和/或記錄機。變形可以包括，例如不必要元件的刪除、專用器件或者電路的增加，和/或多個器件的集成。
在另一個實施例中，負極泵提供負電壓，該負電壓提供給柵極，例如復位柵極和傳輸柵極。在該實施例中，負極泵運行以更穩(wěn)定地驅動n-ch器件中的柵極“關斷”。
在替換實施例中，正極泵提供正電壓，該正電壓提供給柵極，例如復位柵極和傳輸柵極。在該實施例中，正極泵運行以更穩(wěn)定地驅動p-ch器件中的柵極“關斷”。
盡管參考特定典型實施例已經描述和例舉了本發(fā)明，但是應當理解的是，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍時可以作出很多變形和代替。因此，不應當認為本發(fā)明受到前述的說明書的限制，而只受到附帶的權利要求的范圍的限制。
權利要求
1.一種用于成像器件的像素，包括光敏器件，設置在用于提供光子產生電荷的襯底中；和所述光敏器件相關的電路，用于提供代表所述光子產生電荷的至少一種像素輸出信號，所述電路至少包括在所述相關電路操作期間響應第一控制信號的第一可操作器件；和第一泵電路。
2.根據權利要求1的像素，其中所述電路和所述光敏器件對應于CMOS成像器。
3.根據權利要求1的像素，其中所述第一泵電路向所述第一可操作器件提供電壓。
4.根據權利要求3的像素，其中所述提供的電壓是外圍電壓。
5.根據權利要求4的像素，其中調節(jié)所述外圍電壓，使得產生調節(jié)電壓，所述調節(jié)電壓小于所述提供的電壓并且大于地電勢。
6.根據權利要求3的像素，其中所述第一泵電路包括由外圍電壓提供的電荷泵，所述電荷泵輸出新的電源電壓，所述新的電源電壓向所述第一可操作器件提供電壓。
7.根據權利要求6的像素，其中使用n溝道(n-ch)器件形成所述第一可操作器件，以及所述新電源電壓提供給所述第一可操作器件的n+擴散區(qū)。
8.根據權利要求6的像素，其中使用p溝道(p-ch)器件形成所述第一可操作器件，以及所述新電源電壓提供給所述第一可操作器件的p+擴散區(qū)。
9.根據權利要求6的像素，其中所述新電源電壓大于所述外圍電壓。
10.根據權利要求6的像素，其中所述新電源電壓被調節(jié)到小于所述外圍電壓的電壓。
11.根據權利要求6的像素，其中所述新電源電壓是負的，小于地參考電壓。
12.根據權利要求1的像素，其中所述第一泵電路向所述第一可操作器件的注入的有源陣列擴散區(qū)提供電壓。
13.根據權利要求1的像素，其中所述第一可操作器件是復位器件、傳輸器件、行選擇器件、全局快門器件、存儲器件、存儲器件、高動態(tài)范圍器件和橫向溢出泄漏器件中的至少一種。
14.根據權利要求1的像素，其中所述第一可操作器件是晶體管。
15.根據權利要求1的像素，其中所述相關電路還包括在所述相關電路操作期間響應第二控制信號的第二可操作器件。
16.根據權利要求15的像素，其中所述第一泵電路向所述第一可操作器件和第二可操作器件提供電壓。
17.根據權利要求16的像素，其中所述提供的電壓是外圍電壓。
18.根據權利要求17的像素，其中調節(jié)所述外圍電壓，使得產生調節(jié)電壓，所述調節(jié)電壓小于所述提供的電壓并且大于地電勢。
19.根據權利要求15的像素，其中所述第一泵電路通過所述第一可操作器件向所述第二可操作器件提供電壓。
20.根據權利要求15的像素，其中所述第一泵電路通過所述第一可操作器件的注入的有源陣列擴散區(qū)向所述第一可操作器件提供電壓以及通過所述第一可操作器件向所述第二可操作器件提供電壓。
21.根據權利要求15的像素，其中所述第一泵電路包括由外圍電壓提供的電荷泵，所述電荷泵輸出新電源電壓，所述新電源電壓向所述第一可操作器件提供電壓。
22.根據權利要求21的像素，其中使用n溝道(n-ch)器件形成所述第一可操作器件和所述第二可操作器件，以及所述新電源電壓被提供給所述第一可操作器件的n+擴散區(qū)。
23.根據權利要求21的像素，其中使用p溝道(p-ch)器件形成所述第一可操作器件和所述第二可操作器件，以及所述新電源電壓被提供給所述第一可操作器件的p+擴散區(qū)。
24.根據權利要求15的像素，其中所述第一可操作器件是復位器件、傳輸器件、行選擇器件、全局快門器件、存儲器件、高動態(tài)范圍器件和橫向溢出泄漏器件中的至少一種。
25.根據權利要求15的像素，其中所述第二可操作器件是傳輸器件。
26.根據權利要求16的像素，其中所述第一可操作器件是晶體管。
27.根據權利要求15的像素，其中所述第二可操作器件是晶體管。
28.根據權利要求15的像素，其中所述泵電路包括接地的負的襯底泵，所述負的襯底泵輸出新電源電壓，所述新電源電壓向所述第一可操作器件的p+擴散區(qū)提供電壓。
29.根據權利要求28的像素，其中所述第一可操作器件由n溝道(n-ch)器件形成。
30.根據權利要求28的像素，其中所述p+擴散區(qū)附著到所述襯底的p阱以及所述p阱連接到p阱陣列，通過p阱陣列電壓施加到所述第一可操作器件和第二可操作器件。
31.根據權利要求15的像素，其中所述第一泵電路包括由外電壓提供的正的襯底泵，所述正的襯底泵輸出新電源電壓，所述新電源電壓向所述第一可操作器件的n+擴散區(qū)施加電壓。
32.根據權利要求31的像素，其中所述第一可操作器件由p溝道(p-ch)器件構成。
33.根據權利要求31的像素，其中所述n+擴散區(qū)附著到所述襯底的n阱以及所述n阱連接到n阱陣列，通過n阱陣列電壓施加到所述第一可操作器件和第二可操作器件。
34.根據權利要求15的像素，其中所述第一泵電路包括由外圍電壓提供的負的襯底泵，所述負的襯底泵輸出新電源電壓，所述新電源電壓向所述第一可操作器件施加電壓。
35.根據權利要求34的像素，其中所述第一可操作器件由n溝道(n-ch)器件形成。
36.根據權利要求34的像素，其中所述第一可操作器件是復位晶體管、傳輸晶體管、行選擇晶體管、全局快門晶體管、存儲晶體管、高動態(tài)范圍晶體管和橫向溢出泄漏晶體管中的至少一種。
37.根據權利要求34的像素，其中所述第二可操作器件是傳輸晶體管。
38.根據權利要求15的像素，其中所述第一泵電路包括由外圍電壓提供的正的柵極泵，所述正的柵極泵輸出新電源電壓，所述新電源電壓向所述第一可操作器件施加電壓。
39.根據權利要求38的像素，其中所述第一可操作器件由p溝道(p-ch)器件構成。
40.根據權利要求38的像素，其中所述第一可操作器件是復位晶體管、傳輸晶體管、行選擇晶體管、全局快門晶體管、存儲晶體管、高動態(tài)范圍晶體管和橫向溢出泄漏晶體管中的至少一種。
41.根據權利要求38的像素，其中所述第二可操作器件是傳輸晶體管。
42.根據權利要求1的像素，其中所述泵電路包括接地的負的襯底泵，所述負的襯底泵輸出新電源電壓，所述新電源電壓向所述第一可操作器件的p+擴散區(qū)提供電壓。
43.根據權利要求42的像素，其中所述第一可操作器件由n-ch器件構成。
44.根據權利要求1的像素，其中所述第一泵電路包括由外圍電壓提供的正的襯底泵，所述正的襯底泵輸出新電源電壓，所述新電源電壓向所述第一可操作器件的n+擴散區(qū)施加電壓。
45.根據權利要求44的像素，其中所述第一可操作器件由p溝道(p-ch)器件構成。
46.根據權利要求1的像素，其中所述泵電路包括由外圍電壓提供的負的柵極泵，所述負的柵極泵輸出新電源電壓，所述新電源電壓向所述第一可操作器件施加電壓。
47.根據權利要求46的像素，其中所述第一可操作器件由n溝道(n-ch)器件形成。
48.根據權利要求1的像素，其中所述泵電路包括由外圍電壓提供的正的柵極泵，所述正的柵極泵輸出新電源電壓，所述新電源電壓向所述第一可操作器件施加電壓。
49.根據權利要求48的像素，其中所述第一可操作器件由p溝道(p-ch)器件構成。
50.根據權利要求1的像素，還包括第二泵電路。
51.根據權利要求50的像素，其中所述第一泵電路是柵極泵。
52.根據權利要求50的像素，其中所述第二泵電路是襯底泵。
53.一種成像器件，包括像素，該像素還包括光敏器件，設置在用于提供光子產生電荷的襯底中；和所述光敏器件相關的電路，用于提供代表所述光子產生電荷的至少一種像素輸出信號，所述電路至少包括在所述相關電路操作期間響應第一控制信號的第一可操作器件；和第一泵電路。
54.根據權利要求53的成像器件，其中所述電路和所述光敏器件對應于CMOS成像器。
55.根據權利要求53的成像器件，其中所述第一泵電路向所述第一可操作器件提供電壓。
56.根據權利要求55的成像器件，其中所述第一泵電路包括由外圍電壓提供的電荷泵，所述電荷泵輸出新電源電壓，所述新電源電壓向所述第一可操作器件提供電壓。
57.根據權利要求53的成像器件，其中所述第一泵電路向所述第一可操作器件的注入的有源陣列擴散區(qū)提供電壓。
58.根據權利要求53的成像器件，其中所述第一可操作器件是復位器件、傳輸器件、行選擇器件、全局快門器件、存儲器件、高動態(tài)范圍器件和橫向溢出泄漏器件中的至少一種。
59.根據權利要求53的成像器件，其中所述相關電路還包括在所述相關電路操作期間響應第二控制信號的第二可操作器件。
60.根據權利要求59的成像器件，其中所述第一泵電路向所述第一可操作器件和第二可操作器件提供電壓。
61.根據權利要求59的成像器件，其中所述第一泵電路通過所述第一可操作器件的注入的有源陣列擴散區(qū)向所述第一可操作器件提供電壓以及通過所述第一可操作器件向所述第二可操作器件提供電壓。
62.根據權利要求59的成像器件，其中所述第一泵電路包括由外圍電壓提供的電荷泵，所述電荷泵輸出新電源電壓，所述新電源電壓向所述第一可操作器件提供電壓。
63.根據權利要求59的成像器件，其中所述泵電路包括接地的負的襯底泵，所述負的襯底泵輸出新電源電壓，所述新電源電壓向所述第一可操作器件的p+擴散區(qū)提供電壓。
64.根據權利要求59的成像器件，其中所述第一泵電路包括由外圍電壓提供的正的襯底泵，所述正的襯底泵輸出新電源電壓，所述新電源電壓向所述第一可操作器件的n+擴散區(qū)施加電壓。
65.根據權利要求59的成像器件，其中所述第一泵電路包括由外圍電壓提供的負的柵極泵，所述負的柵極泵輸出新電源電壓，所述新電源電壓向所述第一可操作器件施加電壓。
66.根據權利要求59的成像器件，其中所述第一泵電路包括由外圍電壓提供的正的柵極泵，所述正的柵極泵輸出新電源電壓，所述新電源電壓向所述第一可操作器件施加電壓。
67.根據權利要求53的成像器件，其中所述泵電路包括接地的負的襯底泵，所述負的襯底泵輸出新電源電壓，所述新電源電壓向所述第一可操作器件的p+擴散區(qū)提供電壓。
68.根據權利要求53的成像器件，其中所述第一泵電路包括由外圍電壓提供的正的襯底泵，所述正的襯底泵輸出新電源電壓，所述新電源電壓向所述第一可操作器件的n+擴散區(qū)施加電壓。
69.根據權利要求53的成像器件，其中所述泵電路包括由外圍電壓提供的負的柵極泵，所述負的柵極泵輸出新電源電壓，所述新電源電壓向所述第一可操作器件施加電壓。
70.根據權利要求53的成像器件，其中所述泵電路包括由外圍電壓提供的正的柵極泵，所述正的柵極泵輸出新電源電壓，所述新電源電壓向所述第一可操作器件施加電壓。
71.根據權利要求53的成像器件，還包括第二泵電路。
72.根據權利要求71的成像器件，其中所述第一泵電路是柵極泵。
73.根據權利要求71的成像器件，其中所述第二泵電路是襯底泵。
74.一種成像系統(tǒng)，包括處理器；通過總線耦接到所述處理器的存儲器；和成像器件，所述成像器件包括像素，所述像素包括光敏器件，設置在用于提供光生電荷的襯底中；和所述光敏器件相關的電路，用于提供代表所述光子產生電荷的至少一種像素輸出信號，所述電路至少包括在所述相關電路操作期間響應第一控制信號的第一可操作器件；和第一泵電路。
75.根據權利要求74的成像系統(tǒng)，其中所述電路和所述光敏器件對應于CMOS成像器。
76.根據權利要求74的成像系統(tǒng)，其中所述第一泵電路向所述第一可操作器件提供電壓。
77.根據權利要求76的成像系統(tǒng)，其中所述第一泵電路包括由外圍電壓提供的電荷泵，所述電荷泵輸出新電源電壓，所述新電源電壓向所述第一可操作器件提供電壓。
78.根據權利要求74的成像系統(tǒng)，其中所述第一泵電路向所述第一可操作器件的注入的有源陣列擴散區(qū)提供電壓。
79.根據權利要求74的成像系統(tǒng)，其中所述第一可操作器件是復位器件、傳輸器件、行選擇器件、全局快門器件、存儲器件、高動態(tài)范圍器件和橫向溢出泄漏器件中的至少一種。
80.根據權利要求74的成像系統(tǒng)，其中所述相關電路還包括在所述相關電路操作期間響應第二控制信號的第二可操作器件。
81.根據權利要求80的成像系統(tǒng)，其中所述第一泵電路向所述第一可操作器件和第二可操作器件提供電壓。
82.根據權利要求80的成像系統(tǒng)，其中所述第一泵電路通過所述第一可操作器件的注入的有源陣列擴散區(qū)向所述第一可操作器件提供電壓以及通過所述第一可操作器件向所述第二可操作器件提供電壓。
83.根據權利要求80的成像系統(tǒng)，其中所述第一泵電路包括由外圍電壓提供的電荷泵，所述電荷泵輸出新電源電壓，所述新電源電壓向所述第一可操作器件提供電壓。
84.根據權利要求80的成像系統(tǒng)，其中所述第一泵電路包括接地的負的襯底泵，所述負的襯底泵輸出新電源電壓，所述新電源電壓向所述第一可操作器件的p+擴散區(qū)提供電壓。
85.根據權利要求80的成像系統(tǒng)，其中所述第一泵電路包括由外圍電壓提供的正的襯底泵，所述正的襯底泵輸出新電源電壓，所述新電源電壓向所述第一可操作器件的n+擴散區(qū)施加電壓。
86.根據權利要求80的成像系統(tǒng)，其中所述第一泵電路包括由外圍電壓提供的負的柵極泵，所述負的柵極泵輸出新電源電壓，所述新電源電壓向所述第一可操作器件施加電壓。
87.根據權利要求80的成像系統(tǒng)，其中所述第一泵電路包括由外圍電壓提供的正的柵極泵，所述正的柵極泵輸出新電源電壓，所述新電源電壓向所述第一可操作器件施加電壓。
88.根據權利要求74的成像系統(tǒng)，其中所述泵電路包括接地的負的襯底泵，所述負的襯底泵輸出新電源電壓，所述新電源電壓向所述第一可操作器件的p+擴散區(qū)提供電壓。
89.根據權利要求74的成像系統(tǒng)，其中所述第一泵電路包括由外圍電壓提供的正的襯底泵，所述正的襯底泵輸出新電源電壓，所述新電源電壓向所述第一可操作器件的n+擴散區(qū)施加電壓。
90.根據權利要求74的成像系統(tǒng)，其中所述泵電路包括由外圍電壓提供的負的柵極泵，所述負的柵極泵輸出新電源電壓，所述新電源電壓向所述第一可操作器件施加電壓。
91.根據權利要求74的成像系統(tǒng)，其中所述泵電路包括由外圍電壓提供的正的柵極泵，所述正的柵極泵輸出新電源電壓，所述新電源電壓向所述第一可操作器件施加電壓。
92.根據權利要求74的成像系統(tǒng)，還包括第二泵電路。
93.根據權利要求92的成像器件，其中所述第一泵電路是柵極泵。
94.根據權利要求92的成像器件，其中所述第二泵電路是襯底泵。
95.一種操作成像器件的像素單元的方法，所述方法包括在存儲節(jié)點存儲光子產生的電荷；從所述存儲的光子產生的電荷產生像素輸出信號；和使用由至少一個泵電路產生的至少一個泵激電壓，以實現所述存儲和產生操作的至少一個。
96.根據權利要求95的操作像素單元的方法，其中所述至少一個泵電路由外圍電壓提供。
97.根據權利要求96的操作像素單元的方法，其中調節(jié)所述外圍電壓，使得產生調節(jié)電壓，所述調節(jié)電壓小于所述提供的電壓，并且大于地電勢。
98.根據權利要求96的操作像素單元的方法，其中所述至少一個泵電路包括電荷泵，所述電荷泵產生新電源電壓，所述新電源電壓向所述存儲和產生操作的至少一個提供電壓。
99.根據權利要求98的操作像素單元的方法，其中所述新電源電壓大于所述外圍電壓。
100.根據權利要求98的操作像素單元的方法，其中將新電源電壓調節(jié)到小于所述外圍電壓的電壓。
101.根據權利要求98的操作像素單元的方法，其中所述新電源電壓是負的，小于地參考電壓。
102.根據權利要求96的操作像素單元的方法，其中所述至少一個泵電路包括負的襯底泵，所述負的襯底泵產生新電源電壓，所述新電源電壓向所述存儲和產生操作的至少一個提供電壓。
103.根據權利要求96的操作像素單元的方法，其中所述至少一個泵電路包括正的襯底泵，所述正的襯底泵產生新電源電壓，所述新電源電壓向所述存儲和產生操作的至少一個提供電壓。
104.根據權利要求96的操作像素單元的方法，其中所述至少一個泵電路包括負的柵極泵，所述負的柵極泵產生新電源電壓，所述新電源電壓向所述存儲和產生操作的至少一個提供電壓。
105.根據權利要求96的操作像素單元的方法，其中所述至少一個泵電路包括正的柵極泵，所述正的柵極泵產生新電源電壓，所述新電源電壓向所述存儲和產生操作的至少一個提供電壓。
全文摘要
公開了一種用于成像器件的像素。該像素包括設置在用于提供光子產生電荷的襯底中的光敏器件，和所述光敏器件相關的電路，用于提供代表所述光子產生電荷的至少一種像素輸出信號，該電路至少包括在所述相關電路操作期間響應第一控制信號的第一可操作器件，和泵電路。該泵電路可以包括襯底泵、電荷泵和/或電壓泵。該像素還可以嵌在成像系統(tǒng)中。
文檔編號H04N3/15GK1836440SQ200480023502
公開日2006年9月20日 申請日期2004年6月10日 優(yōu)先權日2003年6月16日
發(fā)明者H·E·羅德斯 申請人:微米技術有限公司