本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及圖像傳感器及圖像傳感器的像素信號采集方法。

背景技術(shù)：

圖像傳感器是把光學(xué)圖像信息轉(zhuǎn)化成電信號的器件，傳統(tǒng)的固態(tài)圖像傳感器可包括CCD(電荷耦合裝置)圖像傳感器和CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器兩大類。其中CMOS圖像傳感器由于在像素陣列中采用了有源像素傳感器，且采用CMOS集成電路工藝制程，可將像素陣列光敏結(jié)構(gòu)和其他CMOS模擬、數(shù)字電路集成到同一塊芯片上。高度集成不但減少整機(jī)芯片數(shù)量，降低整機(jī)功耗和封裝成本，而且芯片內(nèi)部直接信號連接還有利于信號傳輸?shù)馁|(zhì)量和速度，從而提高圖像轉(zhuǎn)換的質(zhì)量。因此，CMOS圖像傳感器是市場上的主流技術(shù)。

目前，新興的圖像傳感器采用量子點(diǎn)(quantum dot)材料制成，其探測波長隨量子點(diǎn)大小可調(diào)，同時(shí)具有較高的響應(yīng)度，如現(xiàn)有技術(shù)中的圖像傳感器，通過接觸電極收集量子點(diǎn)的電荷信息，從而獲得圖像信息。相比傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器，量子點(diǎn)圖像傳感器具有靈敏度高，串?dāng)_小，填充率高，快門速度快等優(yōu)勢。在圖像傳感器中的一個(gè)重要指標(biāo)是動態(tài)范圍，動態(tài)范圍小則感光范圍小，在高光強(qiáng)是容易過曝光，通常傳感器的光電響應(yīng)度靈敏度越高，則低光成像越好，但高光強(qiáng)越容易過曝光。

因此，圖像傳感器的動態(tài)范圍不足是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的一個(gè)技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種圖像傳感器及其制作方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中圖像傳感器的動態(tài)范圍不足問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種圖像傳感器，包括襯底、接觸電極組和量子點(diǎn)層，所述襯底中設(shè)置有讀出電路單元，所述讀出電路單元包括第一傳輸管和第二傳輸管，所述第一傳輸管的柵極連接第一傳輸信號，所述第二傳輸管的柵極連接第二傳輸信號，所述接觸電極組設(shè)置在所述襯底上，所述接觸電極組包括第一接觸電極和第二接觸電極，所述第一接觸電極的接觸面積是所述第二接觸電極的接觸面積的兩倍以上，所述第一接觸電極連接所述第一傳輸管路的源極，所述第二接觸電極連接所述第二傳輸管路的源極，所述量子點(diǎn)層設(shè)置在所述襯底上覆蓋所述第一接觸電極和所述第二接觸電極。

可選的，在所述圖像傳感器中，所述第一傳輸管的源極連接第一節(jié)點(diǎn)電容，所述第二傳輸管的源極連接第二節(jié)點(diǎn)電容，所述第一節(jié)點(diǎn)電容的容量小于等于所述第二節(jié)點(diǎn)電容的容量，所述第一傳輸管的漏極與所述第二傳輸管的漏極均連接一懸浮電容。

可選的，在所述圖像傳感器中，所述讀出電路單元還包含復(fù)位管和行選擇管，所述復(fù)位管的漏極連接重置電壓源，所述第一傳輸管的漏極和所述第二傳輸管的漏極均與所述復(fù)位管的源極連接，所述復(fù)位管的柵極連接重置信號，所述行選擇管的源極連接信號輸出端，所述第一傳輸管的漏極和所述第二傳輸管的漏極均與所述行選擇管的漏極連接，所述行選擇管的柵極連接行選擇信號。

可選的，在所述圖像傳感器中，所述第一傳輸管的漏極和所述第二傳輸管的漏極均通過一源隨器與所述行選擇管的漏極連接，所述源隨器的漏極連接一源隨電壓源，所述源隨器的源極連接行選擇管的漏極，所述第一傳輸管的漏極和所述第二傳輸管的漏極均與所述源隨器的柵極連接。

可選的，在所述圖像傳感器中，所述第二接觸電極圍繞所述第一接觸電極。

可選的，在所述圖像傳感器中，所述量子點(diǎn)層上設(shè)置有上電極，所述上電極的材料包括氧化銦錫、氟化氧化錫或鋁氧化鋅，所述上電極的厚度為50nm～500nm。

可選的，在所述圖像傳感器中，所述上電極上設(shè)置有鈍化層，所述鈍化層，所述鈍化層的材料包括二氧化硅或氮化硅，所述鈍化層上設(shè)置有濾光片和透鏡。

可選的，在所述圖像傳感器中，所述量子點(diǎn)層的材料包括CdS、CdSe、PdS、CuInS或InP中一種及其組合，所述量子點(diǎn)層中量子點(diǎn)的半徑為2nm～10nm，所述量子點(diǎn)之間的間距小于等于0.5nm。

可選的，在所述圖像傳感器中，所述接觸電極的材料包括功函數(shù)大于4.8eV的高功函數(shù)材料和功函數(shù)小于4.4eV的低功函數(shù)材料，所述高功函數(shù)材料包括金、鎢、銅、氧化銦錫、氟化氧化錫或氮化鈦中一種及其組合，所述低功函數(shù)材料包括鋁、鎂或氮化鉭中一種及其組合，所述接觸電極的厚度為20nm～500nm。

本發(fā)明還包括一種圖像傳感器的像素信號采集方法，所述圖像傳感器的像素信號采集方法包括：

關(guān)閉復(fù)位管、行選擇管、第一傳輸管和第二傳輸管；

打開第一傳輸管，使第一節(jié)點(diǎn)電容與懸浮電容相連，再打開復(fù)位管，使第一節(jié)點(diǎn)電容和懸浮電容都充滿電荷，然后關(guān)閉復(fù)位管和第一傳輸管；

打開行選擇管，讀出第一噪聲，然后關(guān)閉行選擇管；

打開第二傳輸管，使第二節(jié)點(diǎn)電容與懸浮電容相連，再打開復(fù)位管，使第二節(jié)點(diǎn)電容和懸浮電容都充滿電荷，然后關(guān)閉復(fù)位管和第二傳輸管；

打開行選擇管，讀出第二噪聲，然后關(guān)閉行選擇管；

曝光，第一節(jié)點(diǎn)電容和第二節(jié)點(diǎn)電容中的電荷通過接觸電極在量子點(diǎn)層流失；

打開第一傳輸管，使第一節(jié)點(diǎn)電容中的電荷與懸浮電容中的電荷中和，再關(guān)閉第一傳輸管，然后打開行選擇管，讀出第一采樣信號，再關(guān)閉行選擇管；

打開復(fù)位管，使懸浮電容充滿電荷，再關(guān)閉復(fù)位管；

打開第二傳輸管，使第二節(jié)點(diǎn)電容中的電荷與懸浮電容中的電荷中和，再關(guān)閉第二傳輸管，然后打開行選擇管，讀出第二采樣信號。

綜上所述，在本發(fā)明提供的圖像傳感器及圖像傳感器的像素信號采集方法中，所述圖像傳感器采用量子點(diǎn)材料，通過讀出電路單元與接觸電極組連接，所述接觸電極組包含第一接觸電極和第二接觸電極，所述第一接觸電極的接觸面積是所述第二接觸電極的接觸面積兩倍以上，可完成一次曝光同時(shí)輸出未飽和圖像和飽和圖像，進(jìn)而可以得到高動態(tài)范圍的圖像。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器的剖示圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器的電路連接示意圖；

圖3a至3f是本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器的第一接觸電極與第二接觸電極的俯視圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器的像素信號采集方法的時(shí)序示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器的芯片系統(tǒng)架構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，請參閱附圖。須知，本說明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種圖像傳感器，包括襯底10、接觸電極組20和量子點(diǎn)層30，所述襯底10中設(shè)置有讀出電路單元100，所述讀出電路單元100包括第一傳輸管110和第二傳輸管120，所述第一傳輸管110的柵極連接第一傳輸信號(TX1)，所述第二傳輸管120的柵極連接第二傳輸信號(TX2)，所述接觸電極組20設(shè)置在所述襯底10上，所述接觸電極組20包括第一接觸電極21和第二接觸電極22，所述第一接觸電極21的接觸面積是所述第二接觸電極22的接觸面積的兩倍以上，所述第一接觸電極21連接所述第一傳輸管路110的源極，所述第二接觸電極22連接所述第二傳輸管路120的源極，所述量子點(diǎn)層30設(shè)置在所述襯底30上覆蓋所述第一接觸電極21和所述第二接觸電極22。

繼續(xù)參考圖1所示，在本實(shí)施例中，所述第一傳輸管110的源極連接第一節(jié)點(diǎn)電容111，所述第二傳輸管120的源極連接第二節(jié)點(diǎn)電容121，節(jié)點(diǎn)電容用于存儲接觸電極的電位信息，即在曝光前后節(jié)點(diǎn)電容經(jīng)接觸電極由量子點(diǎn)層產(chǎn)生電位變化，所述第一節(jié)點(diǎn)電容111的容量小于等于所述第二節(jié)點(diǎn)電容121的容量，進(jìn)一步增加節(jié)點(diǎn)電容的容量與接觸電極的接觸面積的比例來增加形成的圖像信號的動態(tài)范圍，所述第一傳輸管110的漏極與所述第二傳輸管120的漏極均連接一懸浮電容130，懸浮電容用于存儲電荷。

如圖2所示，本發(fā)明提供的圖像傳感器的電路示意圖，所述讀出電路單元還包含復(fù)位管T1(Reset)和行選擇管T3(ROW)，所述復(fù)位管T1(Reset)的漏極連接重置電壓源Vreset，所述第一傳輸管T4(TG1)的漏極和所述第二傳輸管T5(TG2)的漏極均與所述復(fù)位管T1(Reset)的源極連接，所述復(fù)位管T1(Reset)的柵極連接重置信號RX，所述行選擇管T3(ROW)的源極連接信號輸出端Vout，所述第一傳輸管T4(TG1)的漏極和所述第二傳輸管T5(TG2)的漏極均與所述行選擇管T3(ROW)的漏極連接，所述行選擇管T3(ROW)的柵極連接行選擇信號RS。

繼續(xù)參考圖2所示，在本實(shí)施例中，所述第一傳輸管T4(TG1)的漏極和所述第二傳輸管T5(TG2)的漏極均通過一源隨器T2(SF)與所述行選擇管T3(ROW)的漏極連接，所述源隨器T2(SF)的漏極連接一源隨電壓源Vdd，所述源隨器T2(SF)的源極連接行選擇管T3(ROW)的漏極，所述第一傳輸管T4(TG1)的漏極和所述第二傳輸管T5(TG2)的漏極均與所述源隨器T2(SF)的柵極連接，經(jīng)過源隨器的輸入電壓和輸出電壓的大小及相位均一樣，由于源隨器的輸入阻抗很大，輸出阻抗很小，實(shí)現(xiàn)了阻抗的轉(zhuǎn)換，這樣提高電路帶負(fù)載的能力。

如圖3a至3f所示，所述第二接觸電極22圍繞所述第一接觸電極21，具體的，在圖3a和圖3b中，大面積的第一接觸電極21位于中心，小面積的第二接觸電極22位于第一接觸電極21的四周，在圖3c、圖3d、圖3e及圖3f中，大面積的電極為第一接觸電極21，其它小面積的電極可以連接在一起共享，同時(shí)開閉，效果相加在一起成為第二接觸電極22，通過共享的小面積的第二接觸電極22提高了對電極結(jié)構(gòu)的面積利用率，例如，其中圖3f所示設(shè)置方式相比圖3e所示設(shè)置方式對電極結(jié)構(gòu)的面積利用率更高。

繼續(xù)參考圖1所示，所述量子點(diǎn)層30上設(shè)置有上電極40，通過上電極實(shí)現(xiàn)各電路的連接，所述上電極40的材料包括氧化銦錫、氟化氧化錫或鋁氧化鋅中一種，其中所述上電極40的厚度為50nm～500nm，上述材料和厚度為較佳的滿足需要。

進(jìn)一步的，所述上電極40上設(shè)置有鈍化層，通過鈍化層起保護(hù)隔離作用，防止圖像傳感器受到空氣中的氧氣、水分等的影響，所述鈍化層的材料包括二氧化硅或氮化硅，二氧化硅和氮化硅性質(zhì)穩(wěn)定能起到較佳的隔離作用，所述鈍化層上設(shè)置有濾光片和透鏡，使用濾光片將不需要的光過濾掉，通過透鏡來確定光路。

可選的，所述量子點(diǎn)層的材料包括CdS、CdSe、PdS、CuInS或InP中一種，所述量子點(diǎn)層中量子點(diǎn)的半徑為2nm～10nm，所述量子點(diǎn)之間的間距小于等于0.5nm，根據(jù)需要選擇的量子點(diǎn)層的材料屬性，上述范圍為較佳選擇。

可選的，所述第一接觸電極21和所述第二接觸電極22的材料均包括功函數(shù)大于4.8eV的高功函數(shù)材料和功函數(shù)小于4.4eV的低功函數(shù)材料，所述高功函數(shù)材料包括金、鎢、銅、氧化銦錫、氟化氧化錫或氮化鈦中一種及其組合，所述低功函數(shù)材料包括鋁、鎂或氮化鉭中一種及其組合，針對不同運(yùn)用和不同量子點(diǎn)材料選用不同的功函數(shù)材料，所述第一接觸電極21的厚度為20nm～500nm，所述第二接觸電極22的厚度為20nm～500nm，通過該厚度范圍內(nèi)的接觸電極實(shí)現(xiàn)較佳的歐姆接觸，在具體的實(shí)施方式中，接觸電極在在襯底上成陣列狀排列，量子點(diǎn)層為連接均勻的薄膜，接觸電極可通過通孔相連接到讀出電路單元。

本發(fā)明還提供圖像傳感器的像素信號采集方法，所述圖像傳感器采用上述圖像傳感器，結(jié)合圖2和圖4所示，圖4中描述t1至t8時(shí)序中信號變換，所述圖像傳感器的像素信號采集方法包括：

初始化，關(guān)閉復(fù)位管T1(Reset)、行選擇管T3(ROW)、第一傳輸管T4(TG1)和第二傳輸管T5(TG2)；

第一節(jié)點(diǎn)電容Cn1重置，通過第一傳輸信號TX1打開第一傳輸管T4(TG1)，使第一節(jié)點(diǎn)電容Cn1與懸浮電容FD相連，即將第一節(jié)點(diǎn)電容Cn1與懸浮電容FD連接到同一電路上，再通過重置信號RX打開復(fù)位管T1(Reset)，使第一節(jié)點(diǎn)電容Cn1和懸浮電容FD都充滿電荷，即將第一節(jié)點(diǎn)電容Cn1和懸浮電容FD都重置為高電位，然后關(guān)閉復(fù)位管T1(Reset)和第一傳輸管T4(TG1)；

第一噪聲N1采樣，通過行選擇信號RS打開行選擇管T3(ROW)，在信號輸出端Vout讀出第一噪聲N1，然后關(guān)閉行選擇管T3(ROW)；

第二節(jié)點(diǎn)電容Cn2重置，通過第二傳輸信號TX2打開第二傳輸管T5(TG2)，使第二節(jié)點(diǎn)電容Cn2與懸浮電容FD相連，即將第二節(jié)點(diǎn)電容Cn2與懸浮電容FD連接到同一電路上，再通過重置信號RX打開復(fù)位管T1(Resst)，使第二節(jié)點(diǎn)電容Cn2和懸浮電容FD都充滿電荷，即將第二節(jié)點(diǎn)電容Cn2和懸浮電容FD都重置為高電位，然后關(guān)閉復(fù)位管T1(Resst)和第二傳輸管T5(TG2)；

第二噪聲N2采樣，通過行選擇信號RS打開行選擇管T3(ROW)，在信號輸出端Vout讀出第二噪聲，然后關(guān)閉行選擇管T3(ROW)；

曝光，第一節(jié)點(diǎn)電容Cn1和第二節(jié)點(diǎn)電容Cn2中的電荷通過接觸電極在量子點(diǎn)層流失，使第一節(jié)點(diǎn)電容Cn1和第二節(jié)點(diǎn)電容Cn2的電位降低；

第一信號S1采樣，通過第一傳輸信號TX1打開第一傳輸管T4(TG1)，使第一節(jié)點(diǎn)電容Cn1中的電荷與懸浮電容FD中的電荷中和，即使第一節(jié)點(diǎn)電容Cn1與懸浮電容FD的電平達(dá)到平衡后，再關(guān)閉第一傳輸管T4(TG1)，然后通過行選擇信號RS打開行選擇管T3(ROW)，在信號輸出端Vout讀出第一采樣信號S1+N1，再關(guān)閉行選擇管T3(ROW)；

懸浮電容FD重置，通過重置信號RS打開復(fù)位管T1(Resst)，使懸浮電容FD充滿電荷，即將懸浮電容FD重置為高電位，再關(guān)閉復(fù)位管T1(Resst)；

第二信號S2采樣，通過第二傳輸信號TX2打開第二傳輸管T5(TG2)，使第二節(jié)點(diǎn)電容Cn2中的電荷與懸浮電容FD中的電荷中和，即使第二節(jié)點(diǎn)電容Cn2與懸浮電容FD的電平達(dá)到平衡后，再關(guān)閉第二傳輸管T5(TG2)，再通過行選擇信號RS打開行選擇管T3(ROW)，在信號輸出端Vout讀出第二采樣信號S2+N2。

在本發(fā)明的圖像傳感器中，復(fù)位管、源隨器、行選擇管、第一傳輸管和第二傳輸管均為諸如MOS管或場效應(yīng)管(FET)等開關(guān)器件，開關(guān)器件的柵極所連接的重置信號、行選擇信號、第一傳輸信號及第二傳輸信號均為通過電路連接的控制信號，其中重置電壓源和源隨電壓源均為提供的一電壓源，本發(fā)明中各器件的連接方式均為芯片中可實(shí)現(xiàn)的多層金屬互聯(lián)線的布線方式，關(guān)于開關(guān)器件的源極和漏極均為本領(lǐng)域的常規(guī)描述，如圖5所示是芯片系統(tǒng)架構(gòu)示意圖，像素陣列包括本發(fā)明的圖像傳感器，在此基本上的變換及開關(guān)器件的不同選擇，均表明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容。

本發(fā)明提供的圖像傳感器，采用量子點(diǎn)材料形成的量子點(diǎn)層結(jié)構(gòu)可提高圖像傳感器的填充系數(shù)，由于量子點(diǎn)材料對光線響應(yīng)的非線性(高光強(qiáng)下響應(yīng)率降低)，可在一定程度上增大動態(tài)范圍。通過在量子點(diǎn)層下設(shè)置大小不同的第一接觸電極和第二接觸電極，所述第一接觸電極的接觸面積是所述第二接觸電極的接觸面積的兩倍以上，并分別由第一傳輸管和第二傳輸管的控制，得到高動態(tài)范圍的圖像，例如，通過控制第一傳輸管連接的第一接觸電極，曝光后輸出得到飽和圖像，通過控制第二傳輸管連接的第二接觸電極，曝光后輸出得到不飽和圖像，可分別形成兩張對暗光和強(qiáng)光細(xì)節(jié)敏感的圖像，從而完成一次曝光同時(shí)輸出未飽和圖像和飽和圖像，經(jīng)過后續(xù)軟件處理就可得到一張高動態(tài)范圍的圖像。同時(shí)，采用同一個(gè)源隨器讀出兩張圖像信號，減少電路中元件數(shù)量的同時(shí)避免了不同源隨器性能差異造成的影響。并且，通過本發(fā)明中圖像傳感器的像素信號采集方法去除掉噪聲后得到所述需要的圖像信息的第一信號和第二信號。

綜上所述，在本發(fā)明提供的圖像傳感器及圖像傳感器的像素信號采集方法中，所述圖像傳感器采用量子點(diǎn)材料，通過讀出電路單元與接觸電極組連接，所述接觸電極組包含第一接觸電極和第二接觸電極，所述第一接觸電極的接觸面積是所述第二接觸電極的接觸面積的兩倍以上，可完成一次曝光同時(shí)輸出未飽和圖像和飽和圖像，進(jìn)而可以得到高動態(tài)范圍的圖像。

上述描述僅是對本發(fā)明較佳實(shí)施例的描述，并非對本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書的保護(hù)范圍。