光电转换装置和成像系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光电转换装置和成像系统。提供一种能够防止由于晶体管的泄漏电流导致的暗电流噪声并提高信噪比的光电转换装置。光电转换装置包括像素，该像素依次包含适于将光转换成电荷的光电转换元件（101）、其输入端子与光电转换元件的输出端子连接并缓冲与光电转换元件的电荷对应的电压的缓冲器（107和108）、其第一电极与光电转换元件的输出端子连接的电容器（104）、连接在电容器的第二电极与缓冲器的输出端子之间的第一开关（105）、以及连接在电容器的第二电极与固定电压节点之间的第二开关（106）。

【技术实现步骤摘要】
光电转换装置和成像系统
本专利技术涉及光电转换装置和成像系统。
技术介绍
CMOS图像传感器的光电转换装置包含像素和读取电路，所述像素包含光电转换元件，所述读取电路适于读取源自由像素所执行的光电转换的信号。并且，取决于读取系统和增加的功能，光电转换装置包括感度切换(sensitivityswitching)电路、采样保持电路以及扫描电路等。日本专利申请公开No.2011-139427的图2公开了示出光电转换装置的单位像素和传送单元的配置的电路图。光电转换装置包括用于感度切换的MOS晶体管和电容器。将描述在MOS晶体管断开的情况下从输入端子电气切离电容器的情况。在价电子带与导电带之间存在能带间隙。在MOS晶体管的源极区域与副栅极(sub-gate)区域之间的pn结处，从源极区域向栅极下的区域的方向上的能带间隙宽度比MOS晶体管导通时小。因此，电子趋于在正方向上越过能带间隙，从而使得更容易出现隧穿电流。隧穿电流变为光电转换装置的暗电流。当MOS晶体管处于断开时所产生的隧穿电流被蓄积在输入端子或者电容器上以变为暗电流。作为噪声的暗电流具有降低光电转换装置的信噪比的问题。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，光电转换装置包括像素，其中，所述像素包含：光电转换元件，其被配置为将光转换成电荷；缓冲器，其具有与所述光电转换元件的输出端子连接的输入端子，用于对基于所述光电转换元件的电荷的电压执行缓冲；电容器，其具有与所述光电转换元件的输出端子连接的第一电极；第一开关，其连接在所述电容器的第二电极与所述缓冲器的输出端子之间；以及第二开关，其连接在所述电容器的第二电极与固定电压节点之间。从以下参照附图的示例性实施例的描述，本专利技术的其它特征将变得明显。附图说明图1是示出根据第一实施例的光电转换装置的配置示例的电路图。图2是描述根据第一实施例的光电转换装置的操作的时序图。图3是示出根据第一实施例的光电转换装置的配置示例的电路图。图4是示出根据第一实施例的光电转换装置的配置示例的电路图。图5是示出根据第二实施例的光电转换装置的配置示例的电路图。图6是示出根据第三实施例的光电转换装置的配置示例的电路图。图7是示出电容器的配置示例的电路图。图8是示出用于相位差AF的光电转换装置的配置示例的示图。图9是示出成像系统的配置示例的示图。具体实施方式将根据附图详细描述本专利技术的优选实施例。(第一实施例)图1是示出根据本专利技术的第一实施例的光电转换装置的配置示例的电路图。光电转换装置具有像素和与像素对应的读取电路。光电转换元件101例如是光电二极管。其阳极与节点N1连接、阴极与电源电压VDD的节点连接的光电转换元件101适于将光转换成电荷并蓄积电荷。光电转换元件101的输出端子与节点N1连接。电容器102连接在节点N1与接地电势节点之间并适于蓄积电荷，并且该电容器102例如是寄生电容器。复位MOS晶体管103是适于将光电转换元件101的电荷复位的复位部分，该复位MOS晶体管103具有与复位电压VRS的节点连接的源极、与电压φR的节点连接的栅极以及与节点N1连接的漏极。电容器104适于蓄积用于感度切换的电荷，并连接在节点N1与节点N3之间。电容器104的第一电极与节点N1连接，电容器104的第二电极与节点N3连接。感度切换MOS晶体管105具有与节点N3连接的漏极、与电压φSW的节点连接的栅极以及与节点N2连接的源极。感度切换MOS晶体管106具有与节点N3连接的漏极、与电压φSWB的节点连接的栅极以及与接地电势节点连接的源极。构成源极跟随器的MOS晶体管107具有与电源电压VDD的节点连接的漏极、与节点N1连接的栅极以及与节点N2连接的源极。作为源极跟随器的恒流负载的MOS晶体管108具有与节点N2连接的漏极、与电压φL的节点连接的栅极以及与接地电势节点连接的源极。晶体管107和108构成缓冲器(源极跟随器电路)。缓冲器(buffer)107和108的输入端子与节点N1连接，缓冲器107和108的输出端子与节点N2连接。MOS晶体管105在电压φSW变高时接通，该MOS晶体管105作为连接在电容器104的第二电极(节点N3)与缓冲器107和108的输出端子(节点N2)之间的第一开关。MOS晶体管106在电压φSWB变高时接通，该MOS晶体管106作为连接在电容器104的第二电极(节点N3)与固定电压节点(接地电势节点)之间的第二开关。用于像素选择的MOS晶体管109具有与节点N1连接的漏极以及与电压φSL的节点连接的栅极。箝位(clamp)电容器110连接在晶体管109的源极与晶体管111的源极之间。MOS晶体管111具有与电压VGR的节点连接的漏极、与电压φGR的节点连接的栅极以及与输出端子连接的源极。根据本实施例，读取电路包含MOS晶体管109、箝位电容器110以及MOS晶体管111，而像素包含上述元件以外的元件。图2是用于描述图1所示的光电转换装置的示例性操作的时序图。电压φSW保持高(或者低)。电压φSWB保持低(或者高)。首先，电压φR、φL、φSL、φGR在期间(period)t1中变为高，并且执行初始化处理。当电压φR变高时，复位MOS晶体管103接通，从而使复位电压VRS被供给到光电转换元件101和电容器102、104，因此，光电转换元件101和电容器102、104被初始化/复位到复位电压VRS。随后，电压φR和φGR在电荷蓄积期间t2中变为低。当电压φR变低时，MOS晶体管103断开，从而使得节点N1进入浮动(floating)状态。光电转换元件101将入射光转换成电荷。电荷在电容器102和104中被蓄积并经受电荷电压转换。电容器102和104用作检测电容器。由MOS晶体管107和108构成并适于用作缓冲器的源极跟随器电路缓冲节点N1的电压并将其输出到节点N2。在节点N1和N2的电势中出现与MOS晶体管107的栅源极电压(gate-to-sourcevoltage)对应的偏移(offset)，并且，节点N1和N2的电势的变化以1倍的增益追随偏移。当MOS晶体管106利用设定为高的电压φSWB保持接通且MOS晶体管105利用设定为低的电压φSW保持断开时，与电容器104的与节点N1连接的电极配对的电极节点N3在固定电压下被箝位到例如接地电势。在这种情况下，电容器104用作检测电容器，并且电容器102和电容器104的组合等同于检测电容器，这意味着低的电荷转换系数，并因此进入低感度模式(第二模式)。另一方面，将描述MOS晶体管105利用设定为高的电压φSW保持接通且MOS晶体管106利用设定为低的电压φSWB保持断开的情况。在这种情况下，与电容器104的与节点N1连接的电极配对的电极节点N3与源极跟随器的输出节点N2连接。当MOS晶体管107处于接通时，节点N1的电势的变化等于节点N2的电势的变化，因此，电容器104不用作检测电容器。因此，仅电容器102用作检测电容器，这意味着高的电荷转换系数，并因此进入高感度模式(第一模式)。最后，电压φSL在期间t3中变为高。因此，MOS晶体管109接通，源极跟随器的输出节点N2处的电势通过电容器110和MOS晶体管111被箝位，减去噪声的电势从晶体管111的源极经由输出端子输出到后续级(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电转换装置，该光电转换装置包括像素，其中，所述像素包含：光电转换元件，其被配置为将光转换成电荷；缓冲器，其具有与所述光电转换元件的输出端子连接的输入端子，用于对基于所述光电转换元件的电荷的电压执行缓冲；电容器，其具有与所述光电转换元件的输出端子连接的第一电极；第一开关，其连接在所述电容器的第二电极与所述缓冲器的输出端子之间；以及第二开关，其连接在所述电容器的第二电极与固定电压节点之间。

【技术特征摘要】
2013.03.08 JP 2013-0470311.一种光电转换装置，该光电转换装置包括像素，其中，所述像素包含：光电转换元件，其被配置为将光转换成电荷；缓冲器，其具有与所述光电转换元件的输出端子连接的输入端子，用于对基于所述光电转换元件的电荷的电压执行缓冲；电容器，其具有与所述光电转换元件的输出端子连接的第一电极；第一开关，其连接在所述电容器的第二电极与所述缓冲器的输出端子之间；以及第二开关，其连接在所述电容器的第二电极与固定电压节点之间，其中，所述电容器的第一电极是在硅中形成的杂质扩散区域，所述光电转换元件的输出端子是导电类型与所述电容器的第一电极的杂质扩散区域的导电类型相同的杂质扩散区域，并且，所述电容器的第一电极和所述光电转换元件的输出端子通过杂质扩散区域相互连接。2.根据权利要求1的光电转换装置，其中，所述第一开关和第二开关是MOS晶体管。3.根据权利要求1的光电转换装置，进一步包括：复位部分，其与所述光电转换元件的输出端子连接，并且被配置为对所述光电转换元件的电荷复位，...

【专利技术属性】
技术研发人员：小仓正德，衣笠友寿，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP