[发明专利]用于光敏元件系统的驱动控制法

说明书

本发明涉及用于光敏元件阵列的一种驱动控制法，该光敏元件阵列包括在二维方向上排列的多个光敏元件。

近年来，诸如电子静止摄像机和视频摄像机的拾取装置已经得到了广泛的应用。在这种拾取装置中，诸如CCD(电荷耦合器件)的固态拾取装置作为一种光伏器件使用，以用于把实物图象转换成图象信号。通过已有技术可知，CCD由排列形成一个矩阵的诸如光电二极管和TFT(薄膜晶体管)的光敏元件(光接收元件)构成。根据照射到每个光敏元件光接收部分的光量而产生的电子-空穴对的量(电荷量)可通过水平扫描电路和垂直扫描电路进行检测，以检测照射光的亮度。

在使用这种CCD的光敏元件系统中，需要单独配置用于把扫描的光敏元件置于选择状态的选择晶体管。另一方面，本发明者先前已经开发了一种光敏元件(双栅极型光敏元件)，它由具有所谓“双栅极”结构的薄膜晶体管构成，其中光敏元件本身能够执行光敏功能和选择功能。

图7A的剖面图表示这种双栅极型光敏元件10的结构。如图所示，双栅极型光敏元件10包括：由诸如非晶硅组成的半导体薄膜11；在半导体薄膜11两边的部分上形成的n+型硅层17、18；分别在n+型硅层17、18上形成的源极12和漏极13；在半导体薄膜11的上部形成的上栅极21，其中阻塞绝缘膜14和上栅极绝缘膜15置于它们之间；在上栅极21的上面形成的保护绝缘膜20；以及在半导体薄膜11的下部形成的下栅极22，其中下栅极绝缘膜置于它们之间。下栅极22在诸如玻璃衬底的透明绝缘衬底19上形成。

换句话说，双栅极型光敏元件10包括上MOS晶体管和下MOS晶体管，其中上MOS晶体管包括半导体薄膜11、源极12、漏极13和上栅极21，并且下MOS晶体管具有半导体薄膜11、源极12、漏极13和下栅极22。由图7B所示的等效电路图可以清晰地看出，包括作为公用沟道区的半导体薄膜11、TG(上栅极)、BG(下栅极)、S(源极端)和D(漏极端)的两个MOS晶体管可被理解为组合形成了双栅极型光敏元件10。

保护绝缘膜20、上栅极21、上栅极绝缘膜15、阻塞绝缘膜14、下栅极绝缘膜16均由一种具有高可见光透射比的材料构成，这种可见光用以激励半导体层11。从上栅极21入射的光经上栅极21、上栅极绝缘膜15和阻塞绝缘膜14传送，以入射到半导体薄膜11上，因此，电荷(空穴)产生并且累积在沟道区中。

图8示出了光敏元件系统的结构，它包括二维方向的双栅极型光敏元件10。由图可知，光敏元件系统包括：通过把大量双栅极型光敏元件10排列形成一个n行和m列的矩阵而形成的传感器阵列100；上栅极线101和下栅极线102，分别由矩阵行方向上彼此连接的双栅极型光敏元件10的上栅极TG和下栅极BT组成；分别与上栅极线101和下栅极线102连接的上栅极驱动器111和下栅极驱动器112；由矩阵列方向上彼此连接的双栅极型光敏元件10的漏极端D组成的数据线103；以及与数据线103连接的列转换113。

本图中所示的符号Vtg和Vbg表示用于分别产生随后所述的复位脉冲φTi和读脉冲φBi的参考电压，并且符号φpg表示预充电(pre-charge)脉冲，用于控制施加预充电电压Vpg的定时。

在上述结构中，通过把一个预定电压从上栅极驱动器111施加到上栅极端TG可执行光敏功能，并且通过把一个预定电压从下栅极驱动器112施加到下栅极端BG可执行读功能，以把光敏元件10的输出电压经数据线103提供给列转换113，从而产生作为输出信号的串行数据Vout。

图9A至9F所示为表示光敏元件系统的驱动控制法的定时图。在第一步中，图9A所示的复位脉冲φTi在第ⅰ行的检测操作周期(第ⅰ列的处理周期)期间施加到第ⅰ列的上栅极线101以执行复位操作，以用于在复位周期Treset期间释放累积在第ⅰ行双栅极型光敏元件10中的电荷。

在复位周期Treset结束之后，在沟道区中，通过电荷累积操作而开始电荷累积周期Ta。在电荷累积周期Ta期间，根据从上栅极侧入射的光量，电荷(空穴)在沟道区中累积。

预充电周期Tprch与电荷累积周期Ta同时提供，在预充电周期Tprch期间，图9E所示的具有预充电电压Vpg的预充电脉冲φpg施加到数据线103以允许漏极保持电荷。在预充电周期Tprch之后，图9C所示的读脉冲φBi施加到下栅极线102以接通双栅极型光敏元件10，从而开始读周期Tread。