高信号摆幅的图像传感器像素及其操作方法技术

本发明专利技术公开了一种高信号摆幅的图像传感器像素及其操作方法，包括置于半导体基体中的光电二极管、电荷传输晶体管、复位晶体管、源跟随晶体管、选择晶体管、漂浮有源区，还包括第一N型离子区和第二N型离子区；第一N型离子区的一侧位于复位晶体管的沟道中，另一侧与漂浮有源区的N+区相连；第二N型离子区的一侧位于复位晶体管的沟道中并与第一N型离子区相连，另一侧与复位晶体管漏极有源区的N+区相连。在复位晶体管漏极N+区与复位晶体管沟道之间形成势垒，有效提高了像素的信号摆幅，解决了像素信号摆幅受到复位电势限制的问题，进而提升了图像传感器输出的图像品质。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，包括置于半导体基体中的光电二极管、电荷传输晶体管、复位晶体管、源跟随晶体管、选择晶体管、漂浮有源区，还包括第一N型离子区和第二N型离子区；第一N型离子区的一侧位于复位晶体管的沟道中，另一侧与漂浮有源区的N+区相连；第二N型离子区的一侧位于复位晶体管的沟道中并与第一N型离子区相连，另一侧与复位晶体管漏极有源区的N+区相连。在复位晶体管漏极N+区与复位晶体管沟道之间形成势垒，有效提高了像素的信号摆幅，解决了像素信号摆幅受到复位电势限制的问题，进而提升了图像传感器输出的图像品质。【专利说明】
本专利技术涉及一种图像传感器，尤其涉及一种高信号摆幅的图像传感器像素及其操 作方法。
技术介绍
图像传感器已经被广泛地应用于数码相机、移动手机、医疗器械、汽车和其他应用 场合。特别是制造 CMOS (互补型金属氧化物半导体）图像传感器技术的快速发展，使人们 对图像传感器的输出图像品质有了更高的要求。 在现有技术中，CMOS图像传感器一般采用四晶体管像素（4T)结构。如图1所示， 是采用CMOS图像传感器4T有源像素结构的示意图，包括虚线框内的切面示意图和虚线框 外的电路示意图两部分。4T有源像素的元器件包括：光电二极管区域101，电荷传输晶体管 102,复位晶体管103,漂浮有源区FD，源跟随晶体管104,选择晶体管105,列位线106 ;其中 101置于半导体基体中，STI为浅槽隔离区，N+区为晶体管源漏有源区；Vtx为102的栅极 端，Vrst为103的栅极端，Vsx为105的栅极端，Vdd为电源电压。光电二极管101接收外 界入射的光线，产生光电信号；开启晶体管102,将光电二极管中的光电信号转移至漂浮有 源区FD区后，由晶体管104所探测到的FD势阱内电势变化信号经106读取并保存。 图2示出了图1虚线框内器件部分，在进行漂浮有源区复位操作时的势阱示意图。 图2所示，201为光电二极管101势阱，202为FD区势阱，203为103的漏极端势阱，其中 Vpinl为201的完全耗尽电势，Vrstl为FD的复位电势，Vdd为电源电压。现有技术中的图 像传感器像素复位操作时FD的复位电势Vrstl，小于等于Vdd，FD区电压信号摆幅Vfdl = Vrstl-Vpinl，即最高信号摆幅为Vdd-Vpinl ;若Vdd固定不变，可以降低Vpinl来增大信号 摆幅，但降低Vpinl会减少光电二极管的电荷饱和容量，因此不可以轻易降低Vpinl参数。 由此可见，现有技术中的图像传感器像素的信号摆幅Vfdl受到Vrstl的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种图像传感器采集图像的质量高的高信号摆幅的图像传 感器像素及其操作方法。 本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的： 本专利技术的高信号摆幅的图像传感器像素，包括置于半导体基体中的光电二极管、 电荷传输晶体管、复位晶体管、源跟随晶体管、选择晶体管、漂浮有源区，其特征在于，还包 括第一 N型离子区和第二N型离子区； 所述第一 N型离子区的一侧位于所述复位晶体管的沟道中，另一侧与所述漂浮有 源区的N+区相连； 所述第二N型离子区的一侧位于所述复位晶体管的沟道中并与所述第一 N型离子 区相连，另一侧与所述复位晶体管漏极有源区的N+区相连。 本专利技术的上述的高信号摆幅的图像传感器像素的漂浮有源区的复位操作方法，包 括步骤： a、开启复位晶体管，即将复位晶体管的栅极端从低电平置为高电平，高电平持续 时间为〇. lus?10us，此高电平大于等于电源电压； b、关闭复位晶体管，即将复位晶体管的栅极端从高电平置为低电平，此低电平小 于等于0V，此低电平持续时间为Ins?lus ; c、重复步骤a?步骤b，次数大于等于1次。 由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的高信号摆幅的图像 传感器像素及其操作方法，由于在复位晶体管沟道中设置了第一 N型离子区和第二N型离 子区，在复位晶体管漏极N+区与复位晶体管沟道之间形成势垒，有效提高了像素的信号摆 幅，解决了像素信号摆幅受到复位电势限制的问题，进而提升了图像传感器输出的图像品 质。 【专利附图】【附图说明】 图1是现有技术的图像传感器的像素结构示意图。 图2是现有技术的图像传感器像素在进行漂浮有源区复位操作时的势阱示意图。 图3是本专利技术的图像传感器的像素结构示意图。 图4是本专利技术的图像传感器像素进行漂浮有源区复位操作的时序控制示意图。 图5是本专利技术的图像传感器像素在进行漂浮有源区复位操作时，复位晶体管置为 关闭状态时的势阱示意图。 图6是本专利技术的图像传感器像素在进行漂浮有源区复位操作时，复位晶体管置为 开启状态时的势阱示意图。 图7是本专利技术的图像传感器像素在进行漂浮有源区复位操作时，复位晶体管未完 全关闭时的势阱示意图。 图8是本专利技术的图像传感器像素在进行漂浮有源区复位操作时，复位晶体管完全 关闭时的势阱示意图。 图9是本专利技术的图像传感器像素在进行漂浮有源区复位操作时，复位操作完毕时 的势阱示意图。 【具体实施方式】 下面将对本专利技术实施例作进一步地详细描述。 本专利技术的高信号摆幅的图像传感器像素，其较佳的【具体实施方式】是： 包括置于半导体基体中的光电二极管、电荷传输晶体管、复位晶体管、源跟随晶体 管、选择晶体管、漂浮有源区，其特征在于，还包括第一 N型离子区和第二N型离子区； 所述第一 N型离子区的一侧位于所述复位晶体管的沟道中，另一侧与所述漂浮有 源区的N+区相连； 所述第二N型离子区的一侧位于所述复位晶体管的沟道中并与所述第一 N型离子 区相连，另一侧与所述复位晶体管漏极有源区的N+区相连。 所述光电二极管为N型光电二极管，所述电荷传输晶体管、复位晶体管、源跟随晶 体管、选择晶体管为N型晶体管。 所述第一 N型离子区在复位晶体管沟道中的长度大于等于0. lum，深度小于等于 0· 2um ; 所述第二N型离子区在复位晶体管沟道中的长度大于等于0. lum，在复位晶体管 漏极有源区的长度大于等于〇· lum，所述第二N型离子区的深度小于等于0· 2um。 所述第一 N型离子区N型离子浓度小于第二N型离子区N型离子浓度。 所述第一 N型离子区的N型离子浓度为lE+15Atom/cm3?5E+16Atom/cm3 ; 所述第二N型离子区的N型离子浓度为5E+15Atom/cm3?lE+17Atom/cm 3。 所述N型离子是磷离子或砷离子。 所述漂浮有源区的复位电势大于等于电源电压。 本专利技术的上述的高信号摆幅的图像传感器像素的漂浮有源区的复位操作方法，其 较佳的【具体实施方式】是： 包括步骤： a、开启复位晶体管，即将复位晶体管的栅极端从低电平置为高电平，高电平持续 时间为〇. lus?10us，此高电平大于等于电源电压； b、关闭复位晶体管，即将复位晶体管的栅极端从高电平置为低电平，此低电平小 于等于0V，此低电平持续时间为Ins?lus ; c、重复步骤a?步骤b，次数大于等于1次。 所述复位晶体管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高信号摆幅的图像传感器像素，包括置于半导体基体中的光电二极管、电荷传输晶体管、复位晶体管、源跟随晶体管、选择晶体管、漂浮有源区，其特征在于，还包括第一N型离子区和第二N型离子区；所述第一N型离子区的一侧位于所述复位晶体管的沟道中，另一侧与所述漂浮有源区的N+区相连；所述第二N型离子区的一侧位于所述复位晶体管的沟道中并与所述第一N型离子区相连，另一侧与所述复位晶体管漏极有源区的N+区相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭同辉，旷章曲，
申请(专利权)人：北京思比科微电子技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11