專利名稱：Cmos圖像傳感器的圖像像素的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種CMOS圖像傳感器的圖像像素，更具體地，涉及CMOS圖像傳感器的圖像像素，其中作為暗電流源的暗二極管(dark diode)直接連接至光電二極管，使得在圖像像素中產(chǎn)生的暗電流能夠被最小化。而且，由于可以減少可能由暗電流產(chǎn)生的噪聲，所以獲得高信噪比，并且動態(tài)范圍和低照度特性被提高。另外，由于防止了高溫下的特性惡化，所以能夠改進高溫下的運行特性。
背景技術(shù)：
圖像傳感器是一種元件，其中，當(dāng)光通過濾色器入射到光導(dǎo)體上時，由光導(dǎo)體根據(jù)光的波長和強度所產(chǎn)生的電子空穴形成信號以傳送到輸出部。圖像傳感器分為CCD(電荷耦合器件)圖像傳感器和CMOS(互補金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器。
CCD圖像傳感器包括用于接收光的光電二極管、電荷傳送部、以及信號輸出部。光電二極管接收光以產(chǎn)生信號電荷，電荷傳送部使用CCD以無損耗地將由光電二極管產(chǎn)生的信號電荷傳送至信號輸出部，以及信號輸出部積累信號電荷并檢測與信號電荷數(shù)量成比例的電壓，以產(chǎn)生模擬輸出。由于在最后步驟中信號電荷被轉(zhuǎn)換為電壓，所以CCD圖像傳感器具有極好的的噪聲特性，并且因此而被用在數(shù)碼相機、攝像機等中。在上述的CCD圖像傳感器中，其驅(qū)動方法如此復(fù)雜以致于需要較大電壓，并且因為需要單獨的驅(qū)動電路，所以其功率消耗很大。此外，因為掩模加工量大，所以不能在CCD芯片中實現(xiàn)信號處理電路。因此，為了克服這種缺陷，正在積極地進行亞微米CMOS圖像傳感器的開發(fā)。
不同于CCD圖像傳感器，CMOS圖像傳感器將由每個光電二極管產(chǎn)生的信號電荷轉(zhuǎn)換為電壓并將轉(zhuǎn)換的電壓傳送到最后步驟。因此，在CMOS圖像傳感器中，其信號比CCD圖像傳感器的信號弱，并且噪聲不僅有規(guī)律地出現(xiàn)，而且由于暗電流而出現(xiàn)。然而，隨著半導(dǎo)工藝技術(shù)的發(fā)展，采用CDS(correlated double sampling，相關(guān)雙采樣)電路以顯著地減小復(fù)位噪聲，以致能夠獲得改進的圖像信號。換言之，CDS電路采樣圖像像素的復(fù)位電壓，然后采樣信號電壓。此時，CDS電路的輸出等于復(fù)位電壓與信號電壓之差。從而，CDS電路可減小由于在圖像像素中的晶體管的閾值電壓差而造成的固定圖形噪聲，以及由于復(fù)位電壓差而造成的復(fù)位噪聲，從而獲得較高分辨率的圖像。因此，CMOS圖像傳感器被廣泛用于數(shù)碼相機、移動電話、PC相機等。此外，CMOS圖像傳感器的使用被擴展到汽車。
另一方面，為了實現(xiàn)這種用在汽車中的圖像傳感器，最小化暗電流和改善高溫下的運行特性比減小圖像像素的尺寸更重要。
此外，CMOS圖像傳感器應(yīng)該滿足許多要求，以獲得高分辨率圖像。就是說，CMOS圖像傳感器應(yīng)該實現(xiàn)高信噪比、高量子效率、高占空因數(shù)、和高動態(tài)范圍。
為了滿足CMOS圖像傳感器應(yīng)該滿足的這種要求，按照單一晶體管結(jié)構(gòu)、三晶體管結(jié)構(gòu)、和四晶體管結(jié)構(gòu)的順序開發(fā)了圖像像素的結(jié)構(gòu)。
圖1是示出了根據(jù)相關(guān)技術(shù)的CMOS圖像傳感器1及其外圍元件的示意圖。CMOS圖像傳感器1包括光電二極管，其是光接收部；以及多個圖像像素100，其中每個包括電荷傳送部和信號輸出部。此外，CMOS圖像傳感器1連接至包括行選信號輸入端子的行選線101，并且連接至讀出電路102，該讀出電路讀取由光電二極管產(chǎn)生的信號并在復(fù)位后讀出參考電壓。此時，讀取的信號被輸出至包括列選信號輸出端子的列選線103，并且輸出信號通過輸出緩沖器104和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器105被轉(zhuǎn)換為電信號。
圖2示出了說明根據(jù)相關(guān)技術(shù)的三晶體管圖像像素200的電路圖。
如圖2所示，三晶體管圖像像素200包括第一晶體管203，其柵極連接至第一節(jié)點206，漏極連接至電源端子VDD，以及源極連接至第二節(jié)點207；第二晶體管204，其柵極接收行選信號209，漏極連接至第二節(jié)點207，以及源極連接至列選線210；第三晶體管202，其柵極通過復(fù)位信號輸入端子接收復(fù)位信號208，漏極連接至電源端子VDD，源極連接至第一節(jié)點206；以及光電二極管，其連接至第一節(jié)點206和接地端子。
第一節(jié)點206用于存儲由光電二極管201產(chǎn)生的電荷，以產(chǎn)生對應(yīng)于存儲電荷的電壓，并在復(fù)位操作時釋放存儲電荷。
下面將描述如上所述構(gòu)成的三晶體管圖像像素200的圖像傳感操作。
在光電二極管201中，積累由從外面入射的光產(chǎn)生的電荷。此時，積累的信號電荷改變第一節(jié)點206的電勢，該第一節(jié)點是第三晶體管202的源極。這種電勢的改變引起第一晶體管203的柵極電勢的改變，第一晶體管203用作圖像像素200的源跟隨器。
第一晶體管203的柵極電勢的改變引起第二節(jié)點207的偏壓的改變，第二節(jié)點連接至第一晶體管203的源極或第二晶體管204的漏極。
當(dāng)信號電荷被積累時，第三晶體管202的源極電勢或第一晶體管203的源極電勢被改變。此時，當(dāng)通過行選信號輸入端子將行選信號209輸入到第二晶體管204的柵極時，由光電二極管201產(chǎn)生的信號電荷所產(chǎn)生的電勢差被輸出至列選線210。
在檢測到由光電二極管201的電荷產(chǎn)生所產(chǎn)生的信號電平后，復(fù)位信號208通過復(fù)位信號輸入端子使第三晶體管202導(dǎo)通。因此，在光電二極管201中積累的所有信號電荷被復(fù)位。
圖3是示出了根據(jù)相關(guān)技術(shù)的四晶體管圖像像素300的電路圖。
用于解決三晶體管CMOS圖像傳感器的噪聲問題的四晶體管CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)如下。
如圖3所示，四晶體管圖像像素300包括第一晶體管303，其柵極連接至第一節(jié)點306，漏極連接至電源端子VDD，以及源極連接至第二節(jié)點307；第二晶體管304，其柵極接收行選信號310，漏極連接至第二節(jié)點307，以及源極連接至列選線311；第三晶體管302，其柵極通過復(fù)位信號輸入端子接收復(fù)位信號309，漏極連接至電源端子VDD，以及源極連接至第一節(jié)點306；第四晶體管305，其柵極接收傳送信號312，漏極連接至第一節(jié)點306，以及源極連接至第三節(jié)點308；以及光電二極管301，其連接至第三節(jié)點308和接地端子。
與圖2中一樣，圖3中示出的第一節(jié)點也用于存儲由光電二極管301產(chǎn)生的電荷，以產(chǎn)生對應(yīng)于存儲電荷的電壓，并且在復(fù)位操作時釋放存儲電荷。
下面將描述如上所述構(gòu)成的四晶體管圖像像素300的圖像傳感操作。
在光電二極管301中，積累由從外面入射的光產(chǎn)生的電荷。積累的信號電荷被聚焦在光電二極管301的表面上。此時，當(dāng)將傳送信號312輸入到第四晶體管305的柵極使得第四晶體管305導(dǎo)通時，信號電平被發(fā)送到第一節(jié)點306。
在這種狀態(tài)下，如果維持第三晶體管302的斷開狀態(tài)，則連接至第三晶體管302的源極的第一節(jié)點306的電勢被在第一節(jié)點306中積累的信號電荷改變。該電勢的改變引起第一晶體管303的柵極電勢的改變。
第一晶體管303的柵極電勢的改變引起第二節(jié)點307的偏壓的改變，第二節(jié)點307連接至第一晶體管303的源極或第二晶體管304的漏極。
當(dāng)信號電荷被積累時，第三晶體管302的源極電勢或第一晶體管303的源極電勢被改變。此時，當(dāng)通過行選信號輸入端子將行選信號310輸入到第二晶體管304的柵極時，由光電二極管301產(chǎn)生的信號電荷所產(chǎn)生的電勢差被輸出至列選線311。
在檢測到由光電二極管301的電荷產(chǎn)生所產(chǎn)生的信號電平之后，復(fù)位信號309通過復(fù)位信號輸入端子使第三晶體管302導(dǎo)通。因此，在光電二極管301中積累的所有信號電荷被復(fù)位。
雖然通過在圖2或圖3中示出的圖像像素200或300執(zhí)行圖像傳感以輸出圖像信號，但是由光電二極管201或301產(chǎn)生的暗電流ID1導(dǎo)致在圖像信號中產(chǎn)生噪聲。因此，輸出失真的圖像信號。
暗電流是不利的電流，其由圖像傳感器的圖像像素產(chǎn)生，即使在沒有光信號到達時，這指的是由熱能在耗盡層內(nèi)產(chǎn)生的電流。因此，在光電二極管201或301中也產(chǎn)生暗電流ID1。產(chǎn)生的暗電流ID1被第一晶體管203或303轉(zhuǎn)換為電壓，并且當(dāng)沒有信號到達時充當(dāng)輸出信號。由于由暗電流ID1產(chǎn)生的信號而輸出失真的圖像信號。
圖4是示出了根據(jù)相關(guān)技術(shù)的圖像傳感器1的結(jié)構(gòu)的示意圖，其補償暗電流。暗電流補償將在下面被描述。
如圖4所示，在組成CMOS圖像傳感器1的圖像像素中的暗圖像像素400被放置在CMOS圖像傳感器1的外部，并且為了補償圖2和圖3中描述的暗電流，對由此產(chǎn)生的暗電流的值進行計算和補償。
換言之，計算由多個暗圖像像素400產(chǎn)生的暗電流的平均值，以相等地為各個圖像像素補償該平均值。因此，可最小化暗電流。
然而，在根據(jù)相關(guān)技術(shù)的CMOS圖像傳感器的圖像像素中，由于為了補償暗電流而計算由暗圖像像素產(chǎn)生的暗電流的平均值以相等地為各個圖像像素補償該平均值，所以不能對每個圖像像素執(zhí)行單獨的補償。
此外，在根據(jù)相關(guān)技術(shù)的暗電流補償中，由于不是對每個圖像像素執(zhí)行暗電流補償，在高溫下(其中暗電流增加)操作時，圖像像素的光電二極管被快速放電，以致惡化圖像像素的特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的優(yōu)點是提供了一種CMOS圖像傳感器的圖像像素，其中用作暗電流源的暗二極管直接連接至光電二極管，使得在圖像像素中產(chǎn)生的暗電流可以被最小化。此外，由于能夠減小可能由暗電流產(chǎn)生的噪聲，所以獲得高信噪比，并且提高了動態(tài)范圍和低照度特性。另外，由于防止了高溫下的特性惡化，可以改善高溫下的運行特性。
本發(fā)明總的發(fā)明思想的其它方面和優(yōu)點將部分地在隨后的描述中陳述，并且部分地，由描述而顯而易見，或者可通過實踐總的發(fā)明思想而了解。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，CMOS圖像傳感器的圖像像素包括光電轉(zhuǎn)換元件，其連接至第一節(jié)點和接地端子，以通過使用入射光來產(chǎn)生信號；電流源，其連接至第一節(jié)點和電源端子，以提供暗電流；第一開關(guān)，其連接至第二節(jié)點、電源端子、以及第一節(jié)點，并且其通過使用在第一節(jié)點中積累的信號電荷來改變連接至第一節(jié)點的節(jié)點的電勢，使得第二節(jié)點的偏壓被改變；第二開關(guān)，其連接至第一開關(guān)，并且其接收行選信號，以將由光電轉(zhuǎn)換元件產(chǎn)生的信號所產(chǎn)生的電勢差輸出至列選線；以及第三開關(guān)，其連接在第一節(jié)點與電源端子之間，并且其接收復(fù)位信號，以將在第一節(jié)點中積累的信號電荷復(fù)位。
光電轉(zhuǎn)換元件是光電二極管，光電二極管的陽極端子連接至接地端子，并且其陰極端子連接至第一節(jié)點。
電流源是暗二極管，其被金屬覆蓋，使得光不被傳送到那里，暗二極管的陽極端子連接至第一節(jié)點，并且其陰極連接至電源端子。
第一開關(guān)是晶體管，該晶體管的柵極連接至第一節(jié)點，其漏極連接至電源端子，并且其源極連接至第二節(jié)點。
第二開關(guān)是晶體管，該晶體管的柵極接收行選信號，其漏極連接至第二節(jié)點，并且其源極連接至列選線。
第三開關(guān)是晶體管，該晶體管的柵極接收復(fù)位信號，其漏極連接至電源端子，并且其源極連接至第一節(jié)點。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，CMOS圖像傳感器的圖像像素包括光電轉(zhuǎn)換元件，其連接至第三節(jié)點和接地端子，以通過使用入射光來產(chǎn)生信號；電流源，其連接至第三節(jié)點和電源端子，以提供暗電流；第一開關(guān)，其連接至第二節(jié)點、電源端子、以及第一節(jié)點，并且其通過使用在第一節(jié)點中積累的信號電荷來改變連接至第一節(jié)點的節(jié)點的電勢，使得第二節(jié)點的偏壓被改變；第二開關(guān)，其連接至第一開關(guān)，并且其接收行選信號，以將由光電轉(zhuǎn)換元件產(chǎn)生的信號所產(chǎn)生的電勢差輸出至列選線；第三開關(guān)，其連接在第一節(jié)點與電源端子之間，并且其接收復(fù)位信號，以使在第一節(jié)點中積累的信號電荷復(fù)位；以及第四開關(guān)，其連接至第一和第三節(jié)點，并且其接收傳送信號，以傳送由光電轉(zhuǎn)換元件產(chǎn)生的信號電荷。
光電轉(zhuǎn)換元件是光電二極管，光電二極管的陽極端子連接至接地端子，并且其陰極端子連接至第三節(jié)點。
電流源是暗二極管，其被金屬覆蓋，使得光不被傳輸?shù)侥抢?，暗二極管的陽極端子連接至第三節(jié)點，并且其陰極連接至電源端子。
第一開關(guān)是晶體管，該晶體管的柵極連接至第一節(jié)點，其漏極連接至電源端子，并且其源極連接至第二節(jié)點。
第二開關(guān)是晶體管，該晶體管的柵極接收行選信號，其漏極連接至第二節(jié)點，并且其源極連接至列選線。
第三開關(guān)是晶體管，該晶體管的柵極接收復(fù)位信號，其漏極連接至電源端子，并且其源極連接至第一節(jié)點。
第四開關(guān)是晶體管，該晶體管的柵極接收傳送信號，其漏極連接至第一節(jié)點，并且其源極連接至第三節(jié)點。


本發(fā)明總的發(fā)明思想的這些和/或其它方面和優(yōu)點將從以下結(jié)合附圖對實施例的描述中變得顯而易見和更容易理解，附圖中圖1是示出了根據(jù)相關(guān)技術(shù)的CMOS圖像傳感器及其外圍元件的示意圖；圖2是示出了根據(jù)相關(guān)技術(shù)的三晶體管圖像像素的電路圖；圖3是示出了根據(jù)相關(guān)技術(shù)的四晶體管圖像像素的電路圖；圖4是示出了根據(jù)相關(guān)技術(shù)的用于補償暗電流的圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的CMOS圖像傳感器的圖像像素的電路圖；以及圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的CMOS圖像傳感器的圖像像素的電路圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將詳細地描述本發(fā)明的總的發(fā)明思想的實施例，其實例在附圖中示出，其中相同的附圖標(biāo)號表示相同的元件。為了解釋本發(fā)明總的發(fā)明思想，通過參考附圖，在下面描述實施例。
以下，將參考附圖詳細地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的CMOS圖像傳感器的圖像像素500，示出了三晶體管圖像像素500的電路圖。
如圖5所示，三晶體管圖像像素500包括第一晶體管504，其柵極連接至第一節(jié)點506，漏極連接至電源端子VDD，以及源極連接至第二節(jié)點507；第二晶體管505，其柵極接收行選信號509，漏極連接至第二節(jié)點507，以及源極連接至列選線510；第三晶體管503，其柵極通過復(fù)位信號輸入端子接收復(fù)位信號508，漏極連接至電源端子VDD，以及源極連接至第一節(jié)點506；光電二極管501，其連接至第一節(jié)點506和接地端子；以及暗二極管502，其連接至第一節(jié)點506和電源端子VDD。
第一節(jié)點506用于存儲由光電二極管501產(chǎn)生的電荷，以產(chǎn)生對應(yīng)于存儲電荷的電壓，以及在復(fù)位操作時釋放存儲電荷。
在暗二極管502(其上覆蓋有不透明材料)中，不出現(xiàn)由光產(chǎn)生的電流，并且只產(chǎn)生暗電流。因此，暗二極管502用作暗電流源。
下面將描述如上所述構(gòu)成的三晶體管圖像像素500的圖像傳感操作和暗電流補償。
在光電二極管501中，由從外面入射的光來積累電荷。此時，積累的信號電荷改變第一節(jié)點506的電勢，第一節(jié)點是第三晶體管503的源極，并且這種電勢的改變引起第一晶體管504的柵極電勢的改變，第一晶體管504作為圖像像素500的源跟隨器。
第一晶體管504的柵極電勢的改變引起第二節(jié)點507的偏壓的改變，第二節(jié)點507連接至第一晶體管504的源極和第二晶體管505的漏極。
當(dāng)信號電荷被積累時，第三晶體管503的源極電勢或第一晶體管504的源極電勢被改變。此時，如果通過行選信號輸入端子將行選信號509輸入到第二晶體管505的柵極，則由光電二極管501產(chǎn)生的信號電荷所產(chǎn)生的電勢差被輸出至列選線510。
在檢測到由光電二極管501的電荷產(chǎn)生所產(chǎn)生的信號電平之后，復(fù)位信號508通過復(fù)位信號輸入端子使第三晶體管503導(dǎo)通。因此，在光電二極管501中積累的所有信號電荷被復(fù)位。
雖然通過上述過程執(zhí)行三晶體管圖像像素500的圖像傳感以輸出圖像信號，但是在光電二極管501中產(chǎn)生的暗電流ID1引起在圖像信號中產(chǎn)生噪聲。因此，輸出失真的圖像信號。
換言之，暗電流ID1在光電二極管501中產(chǎn)生，并且通過第一晶體管504將產(chǎn)生的暗電流ID1轉(zhuǎn)換為電壓，以作為輸出信號，即使在沒有信號到達時。因此，由于暗電流ID1產(chǎn)生的信號，而輸出失真的圖像信號。
為了解決上述的問題，用作暗電流源的暗二極管502直接連接至光電二極管501，以補償在光電二極管501中產(chǎn)生的暗電流。
因為在光電二極管501中產(chǎn)生的暗電流ID1，第一節(jié)點506不能維持對應(yīng)于存儲電荷的恒定電壓。然而，暗二極管502的陽極端子連接至第一節(jié)點506，該第一節(jié)點直接連接至光電二極管501的陰極端子，使得為第一節(jié)點506補償在暗二極管502中產(chǎn)生的暗電流ID2。因此，第一節(jié)點506能夠維持對應(yīng)于存儲電荷的恒定電壓。
另外，雖然在光電二極管501中產(chǎn)生的暗電流ID1在高溫下操作時增加，暗二極管502的暗電流ID2也同樣增加，從而防止在高溫下操作期間發(fā)生特性惡化。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的CMOS圖像傳感器的圖像像素600，示出了四晶體管圖像像素600的電路圖。
如圖6所示，四晶體管圖像像素600包括第一晶體管604，其柵極連接至第一節(jié)點607，漏極連接至電源端子VDD，以及源極連接至第二節(jié)點608；第二晶體管605，其柵極接收行選信號611，漏極連接至第二節(jié)點608，以及源極連接至列選線612；第三晶體管603，其柵極通過復(fù)位信號輸入端子接收復(fù)位信號610，漏極連接至電源端子VDD，以及源極連接至第一節(jié)點607；第四晶體管606，其柵極接收傳送信號613，漏極連接至第一節(jié)點607，以及源極連接至第三節(jié)點609；光電二極管601，其連接至第三節(jié)點609和接地端子；以及暗二極管602，其連接至第三節(jié)點609和電源端子VDD。
與在第一實施例中一樣，第二實施例的第一節(jié)點607用于存儲由光電二極管601產(chǎn)生的電荷，以產(chǎn)生對應(yīng)于存儲電荷的電壓，以及在復(fù)位操作時釋放存儲電荷。
即使在用于第二實施例的暗二極管602(其上覆蓋有不透明材料)中，也不出現(xiàn)由光產(chǎn)生的電流，并且只有暗電流產(chǎn)生。因此，暗二極管602也用作暗電流源。
下面將描述如上所述構(gòu)成的四晶體管圖像像素600的圖像傳感操作和暗電流補償。
在光電二極管601中，通過從外面入射的光來積累電荷，并且將積累的信號電荷聚焦在光電二極管601的表面上。此時，將傳送信號613輸入到第四晶體管606的柵極，以及當(dāng)?shù)谒木w管606導(dǎo)通時，將信號電平傳送到第一節(jié)點607。
在此狀態(tài)下，如果維持第三晶體管603的斷開狀態(tài)，則連接至第三晶體管603的源極的第一節(jié)點607的電勢被在第一節(jié)點607中積累的信號電荷改變。這種電勢改變引起第一晶體管604的柵極電勢的改變。
第一晶體管604的柵極電勢的改變引起第二節(jié)點608的偏壓的改變，第二節(jié)點608連接至第一晶體管604的源極或第二晶體管605的漏極。
在信號電荷被積累時，第三晶體管603的源極電勢或第一晶體管604的源極電勢被改變。此時，如果通過行選信號輸入端子將行選信號611輸入到第二晶體管605的柵極，則由光電二極管601產(chǎn)生的信號電荷所產(chǎn)生的電勢差被輸出至列選線612。
在檢測到由光電二極管601的電荷產(chǎn)生所產(chǎn)生的信號電平后，復(fù)位信號610通過復(fù)位信號輸入端子使第三晶體管603導(dǎo)通。因此，在光電二極管601中積累的所有信號電荷被復(fù)位。
雖然通過上述過程執(zhí)行四晶體管圖像像素600的圖像傳感以輸出圖像信號，但是在光電二極管601中產(chǎn)生的暗電流ID1導(dǎo)致在圖像信號中產(chǎn)生噪聲。因此，輸出失真的圖像信號。
換言之，與在第一實施例中一樣，暗電流ID1在光電二極管601中產(chǎn)生，并且產(chǎn)生的暗電流ID1被第一晶體管604轉(zhuǎn)換為電壓，以作為輸出信號，即使在沒有信號到達時。因此，由于由暗電流ID1產(chǎn)生的信號，而輸出失真的圖像信號。
為了解決上述的問題，用作暗電流源的暗二極管602直接連接至光電二極管601，以補償在光電二極管601中產(chǎn)生的暗電流。
因為在光電二極管601中產(chǎn)生的暗電流ID1，第三節(jié)點609不能維持輸出圖像所需要的恒定電壓。然而，暗二極管602的陽極端子連接至第三節(jié)點609，該第三節(jié)點直接連接至光電二極管601的陰極端子，使得為第三節(jié)點609補償在暗二極管602中產(chǎn)生的暗電流ID2。因此，第三節(jié)點609能夠維持輸出圖像所需要的恒定電壓。
與在第一實施例中一樣，雖然在高溫下操作時在光電二極管601中產(chǎn)生的暗電流ID1增加，暗二極管602的暗電流ID2也同樣地增加，從而防止在高溫下操作期間發(fā)生特性惡化。
當(dāng)參考本發(fā)明的典型的實施例對本發(fā)明進行描述時，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在不脫離本發(fā)明的由權(quán)利要求所限定的范圍的情況下，可以對本發(fā)明進行形式上和細節(jié)上的各種改變和修改。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的圖像像素中，用作暗電流源的暗二極管直接連接至光電二極管，以補償在光電二極管中產(chǎn)生的暗電流。因此，可以最小化在圖像像素中產(chǎn)生的暗電流。
由于最小化暗電流使得合成噪聲減小，所以獲得高信噪比，并且提高了動態(tài)范圍特性。此外，改善了低照度特性，其中，可在暗處檢測形狀等。
而且，隨著溫度增加，在光電二極管中產(chǎn)生的暗電流也增加。然而，由于暗二極管的暗電流也同樣增加，防止了在高溫下的特性惡化，從而改善了在高溫下的運行特性。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種CMOS圖像傳感器的圖像像素，包括光電轉(zhuǎn)換元件，其連接至第一節(jié)點和接地端子，以通過使用入射光來產(chǎn)生信號；電流源，其連接至所述第一節(jié)點和電源端子，以提供暗電流；第一開關(guān)，其連接至第二節(jié)點、所述電源端子、和所述第一節(jié)點，并且其通過使用在所述第一節(jié)點中積累的信號電荷來改變連接至所述第一節(jié)點的節(jié)點的電勢，使得所述第二節(jié)點的偏壓被改變；第二開關(guān)，其連接至所述第一開關(guān)，并且其接收行選信號，以將由所述光電轉(zhuǎn)換元件產(chǎn)生的所述信號所產(chǎn)生的電勢差輸出至列選線；以及第三開關(guān)，其連接在所述第一節(jié)點與所述電源端子之間，并且其接收復(fù)位信號，以復(fù)位在所述第一節(jié)點中積累的所述信號電荷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器的圖像像素，其中，所述光電轉(zhuǎn)換元件是光電二極管，所述光電二極管的陽極端子連接至所述接地端子，并且其陰極端子連接至所述第一節(jié)點。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器的圖像像素，其中，所述電流源是暗二極管，其被金屬覆蓋，使得光不被傳播到那里，所述暗二極管的陽極端子連接至所述第一節(jié)點，并且其陰極連接至所述電源端子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器的圖像像素，其中，所述第一開關(guān)是晶體管，所述晶體管的柵極連接至所述第一節(jié)點，其漏極連接至所述電源端子，并且其源極連接至所述第二節(jié)點。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器的圖像像素，其中，所述第二開關(guān)是晶體管，所述晶體管的柵極接收行選信號，其漏極連接至所述第二節(jié)點，并且其源極連接至所述列選線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器的圖像像素，其中，所述第三開關(guān)是晶體管，所述晶體管的柵極接收復(fù)位信號，其漏極連接至所述電源端子，并且其源極連接至所述第一節(jié)點。
7.一種CMOS圖像傳感器的圖像像素，包括光電轉(zhuǎn)換元件，其連接至第三節(jié)點和接地端子，以通過使用入射光來產(chǎn)生信號；電流源，其連接至所述第三節(jié)點和電源端子，以提供暗電流；第一開關(guān)，其連接至第二節(jié)點、電源端子、和第一節(jié)點，并且其通過使用在所述第一節(jié)點中積累的信號電荷來改變連接至所述第一節(jié)點的節(jié)點的電勢，使得所述第二節(jié)點的偏壓被改變；第二開關(guān)，其連接至所述第一開關(guān)，并且其接收行選信號，以將由所述光電轉(zhuǎn)換元件產(chǎn)生的所述信號所產(chǎn)生的電勢差輸出至列選線；第三開關(guān)，其連接在所述第一節(jié)點與所述電源端子之間，并且其接收復(fù)位信號，以復(fù)位在所述第一節(jié)點中積累的所述信號電荷；以及第四開關(guān)，其連接至所述第一和第三節(jié)點，并且其接收傳送信號，以傳送由所述光電轉(zhuǎn)換元件產(chǎn)生的所述信號電荷。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的CMOS圖像傳感器的圖像像素，其中，所述光電轉(zhuǎn)換元件是光電二極管，所述光電二極管的陽極端子連接至所述接地端子，并且其陰極端子連接至所述第三節(jié)點。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的CMOS圖像傳感器的圖像像素，其中，所述電流源是暗二極管，其被金屬覆蓋，使得光不被傳播到那里，所述暗二極管的陽極端子連接至所述第三節(jié)點，并且其陰極連接至所述電源端子。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的CMOS圖像傳感器的圖像像素，其中，所述第一開關(guān)是晶體管，所述晶體管的柵極連接至所述第一節(jié)點，其漏極連接至所述電源端子，并且其源極連接至所述第二節(jié)點。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的CMOS圖像傳感器的圖像像素，其中，所述第二開關(guān)是晶體管，所述晶體管的柵極接收行選信號，其漏極連接至所述第二節(jié)點，并且其源極連接至所述列選線。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的CMOS圖像傳感器的圖像像素，其中，所述第三開關(guān)是晶體管，所述晶體管的柵極接收復(fù)位信號，其漏極連接至所述電源端子，并且其源極連接至所述第一節(jié)點。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的CMOS圖像傳感器的圖像像素，其中，所述第四開關(guān)是晶體管，所述晶體管的柵極接收傳送信號，其漏極連接至所述第一節(jié)點，并且其源極連接至所述第三節(jié)點。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種CMOS圖像傳感器的圖像像素，其中作為暗電流源的暗二極管直接連接至光電二極管，使得在圖像像素中產(chǎn)生的暗電流能夠被最小化。此外，由于能夠減小可能由暗電流產(chǎn)生的噪聲，所以獲得高信噪比，并且提高了動態(tài)范圍和低照度特性。另外，能夠改善高溫下的運行特性。根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的圖像像素包括光電轉(zhuǎn)換元件，連接至第一節(jié)點和接地端子；電流源，連接至第一節(jié)點和電源端子；第一開關(guān)，連接至第二節(jié)點、電源端子、以及第一節(jié)點，并且通過使用在第一節(jié)點中積累的信號電荷來改變連接至第一節(jié)點的節(jié)點的電勢；第二開關(guān)，連接至第一開關(guān)，并且接收行選信號；以及第三開關(guān)，連接在第一節(jié)點與電源端子之間，并且接收復(fù)位信號。
文檔編號H04N5/369GK1885913SQ20061005721
公開日2006年12月27日 申請日期2006年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月20日
發(fā)明者樸得熙, 崔愿太, 姜信在, 高主烈 申請人:三星電機株式會社