本發(fā)明涉及圖像傳感器領(lǐng)域，具體地講，涉及CMOS有源像素圖像傳感器及其校準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)：
互補型金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）圖像傳感器（CIS）由于體積小、耗電量低和成本低等優(yōu)勢已經(jīng)成為成像科技發(fā)展的主流，廣泛地用于光學(xué)式鼠標(biāo)、數(shù)碼相機、可視電話、智能手機等上。對于CMOS圖像傳感器而言，靈敏度和噪聲是通常衡量一個數(shù)字圖像傳感器水平的兩個重要參數(shù)，而由于噪聲中的固定圖形噪聲（FPN）對于每一幀是不變的，這有點像通過網(wǎng)柵看東西，因此固定圖形噪聲的降低比瞬態(tài)噪聲的降低更受到人們的重視?，F(xiàn)有的CIS技術(shù)是以像素陣列（pixelarray）的形式組成的CMOS圖像傳感器，而像素陣列則是由許多像素單元排列而成，一般像素單元主要可區(qū)分為無源像素傳感器（PPS）或有源像素傳感器（APS）。由于有源像素傳感器中的每個像素中增加了放大器，顯著地增大了傳感器速度并且改善了其信噪比，使得有源像素傳感器被廣泛應(yīng)用，目前有源像素傳感器的主要類型依據(jù)其具有的晶體管的數(shù)量區(qū)分為3T結(jié)構(gòu)及4T結(jié)構(gòu)的像素傳感器，簡稱為3T-APS和4T-APS。由于較短的積分時間，靈敏度對于幀速率高于100幀/S的高速CIS而言至關(guān)重要。從電路級別上來講，CIS像素的靈敏度取決于對光電流進行積分的電容器的大小。基于4T-APS的CIS在浮動漏極（floatingdrain，F(xiàn)D）上對光電流進行積分，該浮動漏極電容較大，通常為幾個fF至10fF?；?T-APS的CIS的積分電容更大。這些較大的積分電容將導(dǎo)致CIS靈敏度較小。在Gamal等的“CMOSimagesensors”,IEEECircuits&DevicesMag.,pp.6-20,May/Jun.2005中有關(guān) 于基于4T-APS的CIS和基于3T-APS的CIS的介紹。相對于CCD圖像傳感器而言，CMOS圖像傳感器的制造工藝與外圍電路的相同，都是采用CMOS工藝技術(shù)，因此CMOS圖像傳感器更加易于集成為單個片上系統(tǒng)。而且，使用CMOS圖像傳感器，可以實現(xiàn)控制邏輯和定時、圖像處理以及信號處理電路（諸如A/D轉(zhuǎn)換）的單片集成，因此能夠以較低的成本制造CMOS圖像傳感器。另外，CMOS器件僅需要單個電源供電，該電源也可以用于驅(qū)動外圍電路，因此CMOS圖像傳感器功耗較低。然而，相對于CCD圖像傳感器而言，CMOS圖像傳感器的一個突出的缺點是固定圖形噪聲（FPN）大。FPN是由于列處理電路和像素電路之間的失配造成的。FPN包括偏移失配和增益失配。在現(xiàn)有CIS的列中，F(xiàn)PN列偏移通常在列中使用DeltaDifferenceSampling(DDS)來去除，該技術(shù)可參見Mendis等的“CMOSactivepixelimagesensorsforhighlyintegratedimagingsystems”,IEEEJ.Solid-StateCircuits,Vol.32,pp.187-197,1997。在成像過程中，一些設(shè)計使用外部測試電壓來測量列偏移和FPN增益，從而補償失配。在“CircuitandmethodforcancellationofcolumnpatternnoiseinCMOSimagers)”的美國專利第6,903,670B1號中有相關(guān)記載。在本領(lǐng)域中，從未有過在電子域?qū)ο袼刂g的失配進行補償?shù)姆椒?。由于像素陣列的大小在近年來迅速增加，補償像素之間的失配的技術(shù)是必要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種CMOS有源像素圖像傳感器及其校準(zhǔn)方法，其針對當(dāng)前基于三個晶體管或四個晶體管的CMOS有源像素圖像傳感器中存在的積分電容較大從而導(dǎo)致的CMOS圖像傳感器靈敏度較低的問題，提出了采用CMOS有源像素圖像傳感器制造工藝中的金屬層之間或多晶硅層之間的寄生耦合所形成的小積分電容器作為CMOS圖像傳感器中的積分電容器來提高CMOS有源像素圖像傳感器的靈敏度；另外，本發(fā)明又針對小的寄生 積分電容器會增大有源像素之間的失配從而增大CMOS有源像素圖像傳感器的固定圖形噪聲的問題，提出了在每個像素中配置一個用以向該像素引入已知的校準(zhǔn)電流的開關(guān)從而借助于該已知的校準(zhǔn)電流來精確地測量所選像素的偏移和固定圖形噪聲增益，實現(xiàn)像素級的校準(zhǔn)，從而提供不僅靈敏度高而且具有改善的固定圖形噪聲補償?shù)腃MOS有源像素圖像傳感器。為此，本發(fā)明提供了一種CMOS有源像素圖像傳感器，具有由多個CMOS有源像素組成的像素陣列，其中每個像素包括：光敏元件，其在入射光照射下產(chǎn)生光電流；放大器，其輸入端與所述光敏元件耦接，用于對所述光敏元件所產(chǎn)生的光電流進行放大；以及積分電容器，耦接在所述放大器輸入端和輸出端之間，用于對經(jīng)過所述放大器放大的光電流進行積分，以獲得積分電壓，其特征在于，所述積分電容器由CMOS有源像素傳感器制造工藝中形成的金屬層之間或者多晶硅層之間的寄生耦合形成。優(yōu)選地，所述積分電容器由連續(xù)堆疊的金屬層-氧化物層-金屬層形成。優(yōu)選地，所述氧化物層為二氧化硅層。優(yōu)選地，通過另一氧化物層而置于所述積分電容器下方的金屬層以及通過再一氧化物層而置于所述積分電容器上方的金屬層接地。所述積分電容器可以小于1fF。優(yōu)選地，所述積分電容器為0.7fF。根據(jù)本發(fā)明的CMOS有源像素圖像傳感器中的每個像素還包括校準(zhǔn)開關(guān)，該校準(zhǔn)開關(guān)的源極連接到所述放大器輸入端，漏極連接到校準(zhǔn)總線，而柵極在一個校準(zhǔn)控制信號的控制下將校準(zhǔn)模式下所用的校準(zhǔn)電流引入該像素，其中所述校準(zhǔn)總線用于在校準(zhǔn)模式下傳輸校準(zhǔn)電流。在根據(jù)本發(fā)明的CMOS有源像素圖像傳感器中，針對像素陣列中的每列像素設(shè)置一條校準(zhǔn)總線。優(yōu)選地，所述校準(zhǔn)電流與光電流具有相同的積分路徑。根據(jù)本發(fā)明的CMOS有源像素圖像傳感器中的每個像素還包括 復(fù)位開關(guān)，其漏極連接至所述放大器輸入端，源極連接至放大器輸出端，而柵極由復(fù)位控制信號控制，所述復(fù)位開關(guān)在所述積分電容器對光電流進行積分前在所述復(fù)位控制信號的控制下對所述積分電容器進行復(fù)位，以在所述積分電容器上獲得該像素的復(fù)位電壓。所述校準(zhǔn)總線在成像模式下被施加一個偏置電壓。優(yōu)選地，所述偏置電壓等于所述復(fù)位電壓。根據(jù)本發(fā)明的CMOS有源像素圖像傳感器的每個像素還可以包括：積分電壓采樣電容器，用于在積分電壓采樣信號的控制下對積分電壓進行采樣，以獲得采樣的積分電壓；以及復(fù)位電壓采樣電容器，用于在復(fù)位電壓采樣信號的控制下對復(fù)位電壓進行采樣，以獲得采樣的復(fù)位電壓。根據(jù)本發(fā)明的CMOS有源像素圖像傳感器的每個像素還可以包括：第一讀出開關(guān)，用于對采樣的積分電壓進行緩沖，以在第一讀出信號的控制下將采樣的積分電壓傳輸?shù)降谝涣锌偩€；以及第二讀出開關(guān)，用于對采樣的復(fù)位電壓進行緩沖，以在第二讀出信號的控制下將采樣的復(fù)位電壓傳輸?shù)降诙锌偩€。根據(jù)本發(fā)明的CMOS有源像素圖像傳感器還可以包括：校準(zhǔn)電流產(chǎn)生模塊，產(chǎn)生針對像素陣列中的每列像素的校準(zhǔn)電流；以及第一切換矩陣，用于將校準(zhǔn)電流產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的校準(zhǔn)電流切換到像素陣列中所選列的校準(zhǔn)總線。根據(jù)的CMOS有源像素圖像傳感器還可以包括：可變增益放大器陣列，包括多個可變增益放大器，每個可變增益放大器用于像素陣列中的每列像素，用于對從像素陣列中所選像素輸出的積分電壓進行放大以得到經(jīng)過放大的積分電壓；第二切換矩陣，用于對是否進一步處理經(jīng)過放大的積分電壓進行控制；模數(shù)轉(zhuǎn)換器陣列，用于對經(jīng)過第二切換矩陣輸入的經(jīng)過放大的積分電壓進行量化；以及水平位移寄存器，用于將經(jīng)過量化的積分電壓移位到輸出端。本發(fā)明還提供了一種校準(zhǔn)上述的CMOS有源像素圖像傳感器的方法，包括校準(zhǔn)模式和成像模式，在校準(zhǔn)模式下：使所選列的校準(zhǔn)總線傳輸校準(zhǔn)電流，而向其它列的校準(zhǔn)總線施加一個偏置偏壓；使所選 列中所選像素的校準(zhǔn)開關(guān)開啟，以將校準(zhǔn)電流引入所選像素；根據(jù)從水平移位寄存器輸出的經(jīng)過量化的積分電壓來計算所選像素的偏移和增益失配；以及存儲所計算出來的所選像素的偏移和增益失配；在成像模式下：向所有列的校準(zhǔn)總線施加所述偏置偏壓；從水平移位寄存器獲取與所選像素的光敏元件受光激發(fā)后產(chǎn)生的光電流相對應(yīng)的經(jīng)過量化的積分電壓；將所獲取的經(jīng)過量化的積分電壓減去所計算出來的所選像素的偏移和增益失配來獲得真實的所選像素的積分電壓。本發(fā)明針對常規(guī)的基于三個晶體管或四個晶體管的CMOS有源像素圖像傳感器中積分電容較大從而使得圖像傳感器靈敏度較低的問題，采用了CMOS圖像傳感器制造工藝中所形成的金屬層之間或者多晶硅層之間的寄生耦合所形成的電容值非常小的電容器作為CMOS圖像傳感器中的積分電容器，這樣形成的積分電容器的電容比常規(guī)的基于三個晶體管或四個晶體管的CMOS圖像傳感器中所使用的積分電容器的電容小一個數(shù)量級，因此能夠顯著地提高CMOS圖像傳感器的靈敏度；另外，發(fā)明人認(rèn)識到，小的積分電容將增大像素之間的失配，從而導(dǎo)致固定圖形噪聲增大。為此，在本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的每個有源像素中設(shè)置了一個開關(guān)晶體管，用于在校準(zhǔn)模式下向該像素引入已知的校準(zhǔn)電流，來準(zhǔn)確地測量該像素的偏移和固定圖形噪聲增益。由于在每個像素中設(shè)置了用于向其中引入校準(zhǔn)電流的開關(guān)晶體管，因此該方式能夠以像素為單位對CMOS圖像傳感器進行校準(zhǔn)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)在沒有光學(xué)器件存在的情況下，在電子領(lǐng)域補償像素間的失配；優(yōu)選地，所述校準(zhǔn)電流遵循像素中的光敏元件在光激發(fā)下產(chǎn)生的光電流的相同路徑在像素中進行積分，因此可以利用成像模式下的外圍電路構(gòu)造來實現(xiàn)校準(zhǔn)模式下的像素級校準(zhǔn)，從而能夠采用相同的處理電路來對像素進行校準(zhǔn)和成像；為了使得在每個像素中引入開關(guān)晶體管之后不會降低像素的性能，在成像模式下，使將已知校準(zhǔn)電流引入像素的開關(guān)晶體管的漏極-源極電壓接近零，這是通過在成像模式下使得在校準(zhǔn)總線電壓上施加的偏置電壓等于像素的復(fù)位電壓來實現(xiàn)的，以此來限制漏電流，改善成像性能。附圖說明通過結(jié)合附圖的以下描述，將會更容易地理解本發(fā)明并且更容易地理解其伴隨的優(yōu)點和特征，其中：圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中CMOS圖像傳感器的框圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的框圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的像素電路圖；圖4示出了圖3所示的像素電路圖中的各控制信號的時序圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的像素中的積分電容器的截面圖；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的向像素施加校準(zhǔn)電流的示意圖；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的如何通過控制各控制信號來實現(xiàn)像素級校準(zhǔn)的示意圖；圖8示出了進行FPN補償前后的圖像對比的示意圖；圖9示出了CMOS圖像傳感器中所有像素的金屬層-氧化物層-金屬層構(gòu)成的積分電容器（MOM積分電容器）的失配情況的示意圖；圖10示出了在不同照明條件下拍攝的圖像對比的示意圖；圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器與其他現(xiàn)有CMOS圖像傳感器的多種參數(shù)比較的示意圖。具體實施方式為了使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚和易于理解，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例進行詳細(xì)描述。在本發(fā)明中，以示例方式，對本發(fā)明提出的CMOS圖像傳感器及其校準(zhǔn)方法進行說明，但是本發(fā)明不限于所公開的優(yōu)選實施例的具體形式。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容對本發(fā)明進行修改和變型，這些修改和變型也應(yīng)當(dāng)屬于由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的保護范圍。本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中CMOS圖像傳感器中積分電容較大從而使得靈敏度較低的問題，提出了采用在CMOS圖像傳感器制造工藝中所形成的金屬層之間或多晶硅層之間的寄生耦合形成的小電容電容器來作為CMOS圖像傳感器的積分電容器，以提高CMOS圖像傳 感器的靈敏度。另外，發(fā)明人認(rèn)識到，采用上述方式形成的小電容的積分電容器會增大整個CMOS圖像傳感器的像素之間的失配從而增大CMOS圖像傳感器的固定圖形噪聲。為了降低固定圖形噪聲，在本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的每個像素中另外設(shè)置了一個開關(guān)晶體管，其置于針對像素陣列中的每一列像素而設(shè)置的用于傳遞校準(zhǔn)電流的校準(zhǔn)總線和該像素之間，與該像素中的像素積分節(jié)點耦接，用于在校準(zhǔn)模式下將已知的校準(zhǔn)電流引入該像素中，來測量像素的偏移和固定圖像噪聲增益，測得的像素偏移和固定圖形噪聲增益可以存儲在存儲器中；在成像模式下，斷開所述開關(guān)晶體管，對光敏元件受光激發(fā)產(chǎn)生的光電流進行積分，并且通過相同的量化模塊來量化積分電壓，然后減去在校準(zhǔn)模式下測得的像素的偏移和固定圖形噪聲增益，以此方法來在提高CMOS圖像傳感器靈敏度的同時降低整個CMOS圖像傳感器的像素之間的失配或電路失配導(dǎo)致的固定圖形噪聲。圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中的CMOS圖像傳感器（CIS）的構(gòu)造的框圖。該CMOS圖像傳感器包括由M*N個像素構(gòu)成的像素陣列100、可變增益放大器陣列101、開關(guān)矩陣103和ADC陣列102?？勺冊鲆娣糯笃麝嚵?01具有針對每列的可變增益放大器VGA，該可變增益放大器VGA具有相關(guān)雙采樣（CDS）功能，可由相關(guān)雙采樣放大器或相關(guān)雙采樣電路構(gòu)成。通常，為了校正CMOS圖像傳感器中外圍電路或像素之間的失配導(dǎo)致的固定圖形噪聲，采用了在像素復(fù)位和積分周期結(jié)束的不同時間對CMOS像素輸出進行雙采樣、然后用積分周期結(jié)束時的像素輸出值減去像素復(fù)位時的像素輸出值來去除固定圖形噪聲。開關(guān)矩陣103在控制信號的控制下將經(jīng)過可變增益放大器放大的積分電壓輸出到ADC陣列102，以進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后將經(jīng)過量化的積分電壓Dimage輸出。ADC陣列102中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）1021的數(shù)量取決于像素陣列的尺寸和速度要求以及所選的ADC結(jié)構(gòu)。有關(guān)具有可變增益放大器（VGA）和相關(guān)雙采樣功能的CIS結(jié)構(gòu)的教導(dǎo)可以參見美國專利No.6222175B1。有關(guān)對CIS的ADC陣列設(shè)計的教導(dǎo)可以參見美國專利No.6512546B1、美國專利 No.6953923B2、美國專利No.7015844B1和美國專利No.7876371B2。如圖1所示，在可變增益放大器陣列101和開關(guān)矩陣103之間還可以設(shè)置其他信號處理模塊，以在將信號進一步傳遞到ADC陣列102進行模數(shù)轉(zhuǎn)換之前對所獲取的積分電壓信號進行所需的額外處理，由于這些額外處理與本發(fā)明思想無關(guān)，在此省略對它們的描述。如上所述，為了提高CMOS圖像傳感器的靈敏度，本發(fā)明采用在CMOS圖像傳感器制造工藝中形成的金屬層之間或多晶硅層之間的寄生耦合形成的電容值較小的電容器作為積分電容器，由于該小電容的積分電容器會增加整個CMOS圖像傳感器的像素之間的失配，從而增加CMOS圖像傳感器的固定圖形噪聲，因此本發(fā)明在各個像素中引入了已知的校正電流來校正各個像素的偏移和固定圖形噪聲增益。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的CIS構(gòu)造的框圖。如圖2所示的根據(jù)本發(fā)明的CIS包括校準(zhǔn)電流產(chǎn)生模塊201、切換矩陣202、像素陣列203、可變增益放大器陣列204、開關(guān)矩陣205、ADC陣列206和水平移位寄存器207。其中，可變增益放大器陣列204、開關(guān)矩陣205和ADC陣列206的結(jié)構(gòu)和功能均可與圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)的CIS構(gòu)造中所包括的可變增益放大器陣列104、開關(guān)矩陣103和ADC陣列102相同。校準(zhǔn)電流產(chǎn)生模塊201針對每列像素產(chǎn)生在校準(zhǔn)模式下所使用的校準(zhǔn)電流Ical2011。相應(yīng)地，根據(jù)本發(fā)明的CIS還包括切換矩陣202，其用于把校準(zhǔn)電流產(chǎn)生模塊201所產(chǎn)生的針對每列像素的校準(zhǔn)電流Ical2011切換到像素陣列203中的對應(yīng)列。可變增益放大器陣列204與圖1所示的VGA陣列101可以相同，具有針對每列像素的增益放大器VGA，而每個增益放大器VGA均具有相關(guān)雙采樣功能，這種相關(guān)雙采樣功能可以由相關(guān)雙采樣放大器或相關(guān)雙采樣電路來實現(xiàn)，其用于放大來自像素陣列203的積分電壓。通過切換矩陣205，經(jīng)過前級放大后的積分電壓信號由ADC陣列206進行量化。經(jīng)過量化的積分電壓Dimage由水平移位寄存器207移位到CIS芯片的輸出。相對于現(xiàn)有技術(shù)，可以看出，本發(fā)明的CIS構(gòu)造中不僅另外設(shè)置了用于產(chǎn)生校準(zhǔn)電流以對像素之間的失配進行補償?shù)男?zhǔn)電流產(chǎn) 生模塊201和與其相對應(yīng)設(shè)置的用于對像素陣列中所選列進行選擇的開關(guān)矩陣202，還另外設(shè)置了水平移位寄存器207。這是因為，為了降低由于靈敏度提高而增大的CMOS圖像傳感器的固定圖形噪聲，本發(fā)明的CMOS圖像傳感器需要在兩種模式下操作：校準(zhǔn)模式和成像模式。在校準(zhǔn)模式下，利用輸入到每個像素中的已知校準(zhǔn)電流對該像素的偏移和FPN增益進行測量，所測量的結(jié)果將通過本發(fā)明的CIS構(gòu)造中設(shè)置的水平移位寄存器207來移位到存儲器中，以在之后的成像模式中取出，用來補償固定圖形噪聲增益。因此，與現(xiàn)有技術(shù)中的CMOS圖像傳感器構(gòu)造相比，本發(fā)明在校準(zhǔn)模式下獲得的每個像素的偏移和固定圖形噪聲增益將被預(yù)先存儲起來以與成像模式中獲得的積分電壓Dimage進行相減，以此方式來補償固定圖形噪聲。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的像素2031的像素電路圖。像素2031包括作為光敏元件的光電二極管304，其在光激發(fā)下產(chǎn)生光電流Iph311。放大器305輸入端與光電二極管304在像素積分節(jié)點Vx處耦接，用于對光電二極管304受光激發(fā)產(chǎn)生的光電流Iph311進行放大。經(jīng)過放大的光電流通過耦接在放大器305兩端的積分電容器Cint307進行積分。在積分之前，利用開關(guān)M1308、通過施加在開關(guān)M1308上的控制信號來使積分電容器Cint307復(fù)位。控制信號首先控制積分電容器Cint307的復(fù)位電壓Vr在電容器Cr310上被采樣。積分周期結(jié)束時，控制信號控制積分電容器Cint307的積分電壓Vs在電容器Cs309上被采樣。復(fù)位電壓Vr和積分電壓Vs的電壓采樣分別通過第一讀出晶體管312和第二讀出晶體管313被緩沖并且分別通過兩個控制信號驅(qū)動兩條列總線302和303來通過這兩條列總線302和303將復(fù)位電壓Vr和積分電壓Vs的電壓采樣輸出。開關(guān)M4306耦接在校準(zhǔn)總線301和像素2031的積分節(jié)點Vx之間以啟用校準(zhǔn)模式。開關(guān)M4306由控制信號進行控制，用以控制是否將流經(jīng)校準(zhǔn)總線301的校準(zhǔn)電流Ical2011引入到像素2031。開關(guān)M4306可以為開關(guān)晶體管，其柵極由控制信號進行控制，以控制該開關(guān)晶體管的開啟與關(guān)斷。在校準(zhǔn)模式下，當(dāng)校準(zhǔn)總線 301被選擇從而其中有校準(zhǔn)電流傳導(dǎo)并且開關(guān)晶體管由控制信號號控制為開啟時，該像素2031被選擇進行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)總線301中傳輸?shù)囊阎?zhǔn)電流Ical2011被引入到像素2031中，用來計算和獲得該像素的偏移和增益失配數(shù)據(jù)，以在成像模式中用于補償該像素的固定圖形噪聲。基于此，本發(fā)明可以實現(xiàn)像素級的校準(zhǔn)和固定圖像噪聲補償。本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的改進之處在于利用CIS制造工藝中形成的金屬層之間或多晶硅層之間的寄生耦合形成的小電容作為每個像素中的積分電容器Cint307，其電容值非常小，可以低于1fF，比常規(guī)的基于三個晶體管的CMOS有源像素傳感器或者基于四個晶體管的CMOS有源像素傳感器中的積分電容器的電容值小一個數(shù)量級。在本發(fā)明中，采用寄生耦合所形成的較小電容值的積分電容器對CIS像素中的光敏元件受光激發(fā)產(chǎn)生的光電流進行積分來提高CIS的靈敏度。然而，小的寄生積分電容器增加了像素之間的失配，從而增大固定圖形噪聲。為此，本發(fā)明在每個像素中設(shè)置了一個用于將已知的校準(zhǔn)電流引入該像素的開關(guān)晶體管，該開關(guān)晶體管設(shè)置在為每列像素設(shè)置的用于傳遞校準(zhǔn)電流產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的校準(zhǔn)電流的校準(zhǔn)總線與像素中的積分節(jié)點之間，通過其開啟和斷開來控制是否向該像素引入校準(zhǔn)電流，從而實現(xiàn)了像素級的校準(zhǔn)?？梢愿鶕?jù)實際的CIS制造工藝選擇所采用的開關(guān)晶體管306。如上所述，在本發(fā)明的CMOS有源像素圖像傳感器中設(shè)置開關(guān)晶體管306是為了向采用小寄生電容的積分電容器的像素中引入已知的校準(zhǔn)電流來補償采用小積分電容器所帶來的固定圖形噪聲增益。因此，可以根據(jù)實際需要，選擇設(shè)置在各個像素中的開關(guān)晶體管306，只要其能夠在校準(zhǔn)模式下將校準(zhǔn)總線中的已知校準(zhǔn)電流引入像素中即可，這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是容易實現(xiàn)的，因此本發(fā)明對開關(guān)晶體管306沒有具體限制。根據(jù)本發(fā)明，參照圖3所示的像素電路圖。在校準(zhǔn)模式下，將CIS覆蓋，以避免其中的光敏元件受光激發(fā)產(chǎn)生光電流，此時通過開 關(guān)矩陣202、校準(zhǔn)總線301和像素內(nèi)設(shè)置的開關(guān)晶體管306來選擇要進行校準(zhǔn)的像素，并且使得在所選像素中僅僅有校準(zhǔn)電流流過并且被積分，而針對該校準(zhǔn)電流所產(chǎn)生的復(fù)位電壓和積分電壓通過列總線302和列總線303傳遞到對應(yīng)的可變增益放大器204，利用其所具有的相關(guān)雙采樣功能計算出針對所注入的已知校準(zhǔn)電流的積分電壓，然后將針對該已知校準(zhǔn)電流的積分電壓進行量化并且利用水平移位寄存器207輸出到存儲器中進行存儲，所存儲的經(jīng)過量化的積分電壓即為該像素的偏移和固定圖形噪聲增益。在成像模式下，將校準(zhǔn)總線進行偏置，使其中沒有校準(zhǔn)電流流過，并且斷開像素中的用于傳輸校準(zhǔn)電流的開關(guān)晶體管，此時僅僅對CIS中光敏元件被光激發(fā)產(chǎn)生的光電流進行積分，然后將針對光電流產(chǎn)生的復(fù)位電壓和積分電壓從列總線302和列總線303傳遞到對應(yīng)的可變增益放大器204，利用其所具有的相關(guān)雙采樣功能計算出針對光電流的積分電壓，然后將針對光電流的積分電壓進行量化并且利用水平移位寄存器207輸出，然后減去存儲器中存儲的針對該像素的像素偏移和固定圖形噪聲增益，以獲得真實的光電流積分產(chǎn)生的積分電壓，從而實現(xiàn)補償固定圖形噪聲的目的。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的像素2031中各控制信號和在成像幀中的典型像素電壓的時序圖。首先，復(fù)位信號首先關(guān)斷，由于光電流的積分，像素電壓Vn開始建立。經(jīng)過一段較短的時間，復(fù)位電壓采樣信號繼而關(guān)斷。電容器Cr310對像素的復(fù)位電壓Vr進行采樣，其中包括復(fù)位噪聲。最后，像素電壓采樣信號會關(guān)斷。電容器Cs309對積分電壓Vs進行采樣，其中積分電壓Vs和復(fù)位電壓Vr之間的差值是與該像素中的積分電流成正比的。積分周期結(jié)束后，第一讀出開關(guān)312和第二讀出開關(guān)313開啟并將積分電壓Vs和復(fù)位電壓Vr傳遞到列總線302和303。在現(xiàn)有的實施方式中，均沒有實現(xiàn)同幀圖像的積分電壓Vs和復(fù)位電壓Vr的相關(guān)雙采樣。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的積分電容器的截面圖。在圖5所示的積分電容器的截面圖中，最下層為P型襯底，該P型襯底上的填充層均為絕緣層，可以為二氧化硅或其他絕緣材料；未被 填充的白色層為金屬層，可以為鋁、銅或者其他金屬互連金屬。其中M1層和M層均為金屬層。在該實施例中，本發(fā)明的積分電容器Cint307是由連續(xù)堆疊的金屬層M3502-氧化物層500-金屬層M4501所形成的MOM電容器，其中，金屬層M3502作為MOM電容器的下極板、金屬層M4501作為MOM電容器的上極板，上極板和下極板之間為氧化物層，這樣形成的電容器為MOM電容器，而不是通常的金屬電容器（MIM）。所述氧化物層500可以是SiO2層。由于形成MOM電容器的上極板和下極板的面積非常小、并且所形成的MOM電容器是采用通用的金屬層間耦合來實現(xiàn)的而不是由特殊制造的間距更小的金屬電容器（MIM），因此積分電容器Cint307的電容值非常小。由于積分電容器Cint307的電容值非常小，所以避免其耦合到像素中的其他信號線是非常重要的。在該實施例中，可以把通過氧化物層置于金屬層M3502下方的金屬層M2503和通過氧化物層置于金屬層M4501上方的金屬層M5504接地，從而使得MOM電容器與其它信號線屏蔽。在該實施例中，MOM電容器的電容值通常小于1fF，可以小到0.7fF。在本實施例中，采用CIS制造工藝中形成的金屬層M3502和金屬層M4501的金屬層間寄生耦合形成的電容器作為CMOS有源像素圖像傳感器中的積分電容器。實際上，可以根據(jù)需要，選擇在CIS制造工藝中所形成的任意連續(xù)堆疊的金屬層-氧化物層-金屬層或者多晶硅層-氧化物層-多晶硅層構(gòu)成的電容器作為CMOS圖像傳感器的積分電容器，而不限于圖5中所示的金屬層M3502-氧化物層-金屬層M4501構(gòu)成的電容器。在本發(fā)明中，采用CIS制造工藝中形成的金屬層間或多晶硅層間的寄生耦合所形成的小電容值的電容器作為本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的積分電容器，因此可以顯著地提高CMOS圖像傳感器的靈敏度。雖然小積分電容器使得CMOS圖像傳感器的靈敏度大大提高，但是這也使得像素陣列中的像素失配變得非常嚴(yán)重，從而產(chǎn)生了FPN增益。為了降低小電容值的積分電容器所導(dǎo)致的嚴(yán)重像素失配從而產(chǎn)生FPN增益，如圖3所示，本發(fā)明在像素中增加了一個開關(guān)晶體管306，用于將通過校準(zhǔn)總線301引入的已知校準(zhǔn)電流引入像素中，通過已知校準(zhǔn)電流來對本發(fā)明的像素中較大的固定圖形噪聲進行補償，以在提高CMOS圖像傳感器靈敏度的同時降低固定圖形噪聲。圖6示出了在校準(zhǔn)模式下如何將校準(zhǔn)電流Ical2011引入像素的方法。同時參照附圖2和3，首先，利用切換矩陣202來選擇要將校準(zhǔn)電流Ical2011傳遞到的第j列校準(zhǔn)總線301。為了將校準(zhǔn)電流Ical2011傳遞到所選的像素(i,j)，需要開啟該像素中的開關(guān)M4306（圖6中未示出），而將其他像素的開關(guān)M4306均關(guān)閉。除了第j列，其他列的校準(zhǔn)總線均被偏置。優(yōu)選地，使得偏置電壓Vcm接近像素的復(fù)位電壓。因此，在這些列中的開關(guān)M4306的漏源電壓接近于零，這使得注入到這些像素中的漏電流降至最低。在該校準(zhǔn)模式中，將CIS覆蓋以避免其中的光敏元件被光激發(fā)產(chǎn)生光電流。由以上描述可以看出，在校準(zhǔn)模式下，本發(fā)明通過針對每列像素設(shè)置的校準(zhǔn)總線301和每個像素中設(shè)置的開關(guān)晶體管M4306可以選擇特定的像素來向其輸入已知的校準(zhǔn)電流，以便準(zhǔn)確地計算出該被選像素的偏移和固定圖形噪聲增益，從而實現(xiàn)了像素級校準(zhǔn)和補償。下面參照圖7具體地描述校準(zhǔn)模式下的漏電情況。示圖701示出未被選擇的列中的像素7011。校準(zhǔn)總線301被施加了偏置電壓Vcm。在復(fù)位控制信號變?yōu)榈碗娖綍r，積分電容器Cint開始進行積分。由于CIS被覆蓋，主要電流是從開關(guān)晶體管M4泄漏的電流。開關(guān)晶體管M4具有亞閾值漏電流Ilk,t和基板漏電流Ilk,s。由于開關(guān)晶體管M4很小，基板漏電流Ilk,s通常遠(yuǎn)小于作為光敏元件的光電二極管PD的暗電流。由于偏置電壓Vcm與積分節(jié)點處的Vx的值在積分期間很接近并且柵-源電壓為負(fù)，因此亞閾值電壓接近于零。示圖702顯示選定列中的兩個像素。當(dāng)開關(guān)晶體管M4上的控制信號變?yōu)榈碗娖?，像?021不會被選擇用于校準(zhǔn)。當(dāng)變?yōu)楦唠娖?，像?022會被選擇用于校準(zhǔn)。當(dāng)校準(zhǔn)總線301上的電壓被 像素7022偏置時，其偏置電壓值會很接近像素7021的復(fù)位電壓值。與像素7011類似，像素7021的漏電流會低于光電二極管的暗電流。而像素7022對校準(zhǔn)電流Ical2011進行了積分。根據(jù)本發(fā)明，在CIS中，設(shè)置了用于產(chǎn)生校準(zhǔn)電流的校準(zhǔn)電流產(chǎn)生模塊和與之相對應(yīng)設(shè)置的開關(guān)矩陣。在校準(zhǔn)模式下，由校準(zhǔn)電流產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的一組校準(zhǔn)電流在開關(guān)矩陣的控制下注入像素陣列中的對應(yīng)列的校準(zhǔn)總線。然后，通過在每個像素中設(shè)置的開關(guān)晶體管來選擇要注入校準(zhǔn)電流的像素。在校準(zhǔn)模式下，使得CIS結(jié)構(gòu)被覆蓋，以避免其中的光敏元件受光激發(fā)產(chǎn)生光電流，此時要確保僅有校準(zhǔn)電流注入像素，而該校準(zhǔn)電流與光敏元件受光激發(fā)產(chǎn)生的光電流具有相同的積分路徑，因此可以采用用于對光敏元件受光激發(fā)產(chǎn)生的光電流相同的積分路徑對校準(zhǔn)電流進行積分。校準(zhǔn)模式下像素的積分電壓由CIS量化路徑進行量化。量化后的數(shù)字編碼利用CIS以外的數(shù)字處理器來計算像素偏移和增益。取決于可用的硬件資源可以使用各種外插法進行該計算。計算后的像素偏移和增益將被存儲在存儲器中。在成像模式下，利用開關(guān)矩陣202斷開校準(zhǔn)電流與每列的校準(zhǔn)總線之間的連接，并且將校準(zhǔn)總線進行偏置，并且斷開每個像素中的用于注入校準(zhǔn)電流的校準(zhǔn)開關(guān)，使得該像素處于成像模式。在成像模式下，來自像素的光敏元件受光激發(fā)后產(chǎn)生的數(shù)字化的積分電壓信號將減去存儲在存儲器中的該像素的偏移和增益，從而來進行固定圖形噪聲補償。本發(fā)明的CIS芯片可以在0.18微米CMOS工藝下制造。該芯片可以包括一個256×256像素陣列，在1500fps下成像。圖8至圖11分別顯示所測量的根據(jù)本發(fā)明方法制備的CIS芯片的相關(guān)性能。圖8示出了在10lux照明條件下CIS拍攝出的圖像。圖片801是沒有經(jīng)過FPN補償?shù)膱D像。圖片802顯示了經(jīng)過FPN補償后的圖像，從而可以看出FPN補償后的圖像質(zhì)量被大大提高。圖9示出了在整個根據(jù)本發(fā)明的CIS芯片中的所有像素中計算出的MOM積分電容器的電容大小，其整體上的失配約5.6％。在該示例中，作為積分電容器的MOM電容器均值μMOM=0.7008fF，方差σMOM=0.0391fF。圖10示出一組在1500fps與不同的照明條件下拍攝的圖像。圖像1001是在0.1lux照明條件下拍攝的，其圖像強度被放大40分貝。圖像1002是在1lux照明條件下拍攝的，其圖像強度被放大20分貝。圖像1003是在10lux照明條件下拍攝的。根據(jù)本發(fā)明的CIS可在低至約0.1lux照明條件下捕捉圖像。圖11是對根據(jù)本發(fā)明制作的CIS與現(xiàn)有技術(shù)中存在的其他CIS的性能進行比較的示圖。與過去發(fā)表于IEEEJournalofSolid-StateCircuitsandIEEETransactionsonElectronicDevices的高速CIS設(shè)計基準(zhǔn)的性能進行比較，從根據(jù)本發(fā)明的CIS所得的測試結(jié)果比以前所有設(shè)計的靈敏度更高并且具有相當(dāng)?shù)偷腇PN?；谝陨蟽?nèi)容，本發(fā)明可以概括為以下構(gòu)思：構(gòu)思1.一種CMOS成像傳感器結(jié)構(gòu)，具有高靈敏度和低固定圖形噪聲，其至少包括：像素陣列，具有包括小寄生積分電容器的多個像素；校準(zhǔn)電流產(chǎn)生模塊；以及像素電壓量化模塊。構(gòu)思2.如構(gòu)思1的結(jié)構(gòu)，其中，所述像素具有由金屬層或多晶硅層之間的寄生耦合電容形成的積分電容器。構(gòu)思3.如構(gòu)思2的結(jié)構(gòu)，其中，所述積分電容遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于常規(guī)浮動漏極電容器。構(gòu)思4.如構(gòu)思1的結(jié)構(gòu)，其中，所述結(jié)構(gòu)在兩種模式下工作：校準(zhǔn)模式和成像模式。構(gòu)思5.如構(gòu)思1的結(jié)構(gòu)，其中，所述像素具有開關(guān)，用以在校準(zhǔn)模式下將校準(zhǔn)電流引入所述像素。構(gòu)思6.如構(gòu)思5的結(jié)構(gòu)，其中，所述像素陣列中的所有像素的所述開關(guān)具有小的漏極-源極電壓，以最小化亞閾值漏電流。構(gòu)思7.如構(gòu)思4的結(jié)構(gòu)，其中，所述傳感器在校準(zhǔn)模式下生成像素偏移和增益失配數(shù)據(jù)，并且在成像模式下用所述失配數(shù)據(jù)來補償 固定圖形噪聲。構(gòu)思8.如構(gòu)思1的結(jié)構(gòu)，其中，所述傳感器的固定圖形噪聲通過包括以下步驟的方法來進行補償：1）在校準(zhǔn)模式下，將一組校準(zhǔn)電流有選擇地引入所述像素中；2）通過所述量化模塊來量化所述像素的積分電壓；3）根據(jù)量化的校準(zhǔn)電流計算像素偏移和增益失配；4）在存儲器中存儲每個像素的偏移和增益失配數(shù)據(jù)；5）在成像模式下切斷校準(zhǔn)電流；6）使用所述量化模塊來對光電流積分電壓進行量化；7）從光電流積分電壓中減去所述偏移和增益失配數(shù)據(jù)。構(gòu)思9.在快速幀速率下實現(xiàn)高靈敏度并且能夠進行像素級校準(zhǔn)的CMOS成像傳感器的像素電路至少包括：列總線，傳遞像素積分電壓信號；校準(zhǔn)總線，傳遞校準(zhǔn)電流；感應(yīng)光的光電二極管；像素內(nèi)放大器，將光電二極管連接到輸出節(jié)點；與像素內(nèi)放大器并聯(lián)連接的寄生積分電容器；與電容器并聯(lián)連接的復(fù)位開關(guān)；較大的電容器，用于對像素的復(fù)位電壓進行采樣；源跟隨器和選擇開關(guān)，用于驅(qū)動列總線；以及校準(zhǔn)開關(guān)，將二極管與校準(zhǔn)總線連接起來。構(gòu)思10.如構(gòu)思9的電路，其中，所述校準(zhǔn)開關(guān)在校準(zhǔn)模式下將校準(zhǔn)電流引入像素。構(gòu)思11.如構(gòu)思9的電路，其中，如果一列未被選擇進行校準(zhǔn)，則所述校準(zhǔn)總線被偏置為像素復(fù)位電壓。最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。