[发明专利]固态成像装置

说明书

本申请是申请日为2004年2月17日、申请号为200410005238.X以及发明名称为“固态成像装置”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于各种设备的MOS型固态成像装置，如用于家用摄相机、数字照相机或安装在移动电话中的照相机。

背景技术

参见图9和10，下面介绍常规传感器和驱动常规传感器的方法。

图9是常规传感器的电路图。图9中所示的传感器包括设置成2×2矩阵的光敏单元(每个单元被虚线包围)。每个光敏单元包括光电二极管51、传输门52、浮置扩散层部分53、放大器晶体管54、复位晶体管55、和寻址晶体管56。而且，每个光敏单元对应形成图像的一个像素。应该指出，为了简化说明，这里假设光敏单元设置成2×2矩阵形式。然而，实际上，光敏单元设置成几十到几千行和列的矩阵形式。而且，在图9中，包含在相同光敏单元中的元件设有相同的下标(a到d)，用于识别。

下面介绍图9中所示的传感器的驱动方法。为了从第一行上的光敏单元提取信号，首先通过垂直移位寄存器61控制包含于第一行上的第一光敏单元中的寻址寄存器56a和56b使其处于导通状态。借此，浮置扩散层部分53a和53b复位。此时，放大器晶体管54a和负载晶体管63p形成源跟随器电路，在垂直信号线62p上产生输出。同样，放大器晶体管54b和负载晶体管63p形成源跟随器电路，在垂直信号线62q上产生输出。这里，在垂直信号线62p和62q上呈现的电压是噪声电压，它们与储存在光电二极管51a和51b中的信号电荷无关。然后，传输门52a和52b被垂直移位寄存器61控制为导通状态。这样，储存在光电二极管51a和51b中的信号电荷被转移到浮置扩散层部分53a和53b，一起在垂直信号线62p和62q上出现对应储存在光电二极管51a和51b中的信号电荷的信号电压。

钳位电容器64p和64q、钳位晶体管65p和65q、采样/保持晶体管66p和66q以及采样/保持电容器67p和67q形成噪声抑制电路。这个噪声抑制电路获得给浮置扩散层部分53施加信号电荷的像素输出(信号输出)和不给其施加信号电荷的像素输出(即噪声输出)之间的差别。在图9中所示传感器中产生的噪声主要包括由放大器晶体管54上的阈值电压变化产生的噪声和kTC噪声，该kTC噪声是在复位晶体管55产生的热噪声。当在垂直信号线62p和62q上出现噪声输出时，钳位晶体管65p和65q和采样/保持晶体管66p和66q被将处于导通状态的控制端74和75控制。此时，通过钳位电压输送端73给采样/保持电容器67p和67q施加噪声抑制钳位电压。预定时间之后，由控制端74控制钳位晶体管65p和65q使其处于截止状态。

然后，在垂直信号线62p和62q上出现都等于噪声抑制信号电压和噪声电压的和的若干个电压。借此，垂直信号线62p和62q上的噪声电压各被改变为信号电压和噪声电压的和，并且改变的每个量对应每个噪声抑制信号电压。相应地，在钳位电容器64p和64q的采样/保持侧的电压也被改变，改变的量对应噪声抑制信号电压。实际上，施加于采样/保持电容器67p和67q的电压分别从噪声抑制钳位电压改变，改变的量对应通过由相应一个钳位电容器和相应一个采样/保持电容器划分垂直信号线62p和62q对应之一上的信号电压的改变量而获得的电压。因此，施加于每个采样/保持电容器67p和67q的电压是噪声抑制钳位电压和被划分信号电压的和，并抑制了噪声。将采样/保持晶体管66p和66q控制为截止状态之后，水平晶体管68p和68q依次地和选择地被水平移位寄存器69控制为导通状态。借此，从输出端70连续输出对应储存在光电二极管51a和51b中的信号电荷的信号。

然后，为了从第二行的光敏单元提取信号，对第二行上的光敏单元进行与在第一行上的光敏单元上所进行的操作相同的操作。借此，从输出端70输出对应储存在光电二极管51c和51d中的信号电荷的信号。

上述操作的时序图示于图10中。在图10中，储存在一行光电二极管51中的信号从输出端完全输出的周期被称为水平有效周期，而从光电二极管51向垂直信号线62输出信号用于抑制包含于输出信号中的噪声的周期被称为水平无效周期。此外，水平无效周期和水平有效周期集合起来称为水平周期。水平周期是用于读取每行信号所实际需要的时间周期。从整个传感器读取信号所需的时间周期称为一帧周期。如图10所示，储存在光电二极管51中的信号电荷量取决于施加于传输门52的转移脉冲的时间间隔。而且，转移脉冲的时间间隔在一帧周期期间是不变的。因此，光电二极管51的灵敏度也是不变的。