[发明专利]固态成像装置、照相机和电子装置

说明书

技术领域

本发明总体上涉及固态成像装置、照相机和电子装置。特别是，本发明涉及在像素中包括转换器的固态成像装置，该转换器用于将光电转换元件产生的电荷转换成像素信号，例如CMOS图像传感器。本发明还涉及照相机和电子装置，它们每一个都提供有固态成像装置。这里，CMOS图像传感器是指至少部分利用CMOS工艺制造的图像传感器。

背景技术

CMOS图像传感器是通过包括二维布置的多个像素来提供的固态成像装置，每个像素包括光电转换元件和几个像素晶体管或者所谓的MOS晶体换，并且构造为将光电转换元件产生的电荷转换成图像信号，以随后被读出。近些年，CMOS图像传感器因其应用扩展到各种成像装置而受到人们的关注，例如应用于移动电话中使用的照相机、数字相机、数字摄像机和其它类似的装置。

图1图解了公知的CMOS图像传感器的实例。例如，CMOS图像传感器1通过包括具有布置为二维阵列的多个像素3(单元)的成像部分4以及包括周边电路来提供，其中每个像素都包括用作光电转换元件2的光敏二极管和几个像素晶体管(MOS晶体管)。

当光电转换元件2接收光时，积累光电转换所产生的信号电荷。这些像素晶体管在本实例中提供为四晶体管电路构造，包括转移晶体管6、复位晶体管7、放大晶体管8和选择晶体管9。转移晶体管6用作将积累在光电转换元件2中的信号电荷转移到浮置扩散(floating diffusion，FD)即放大晶体管8的栅极的晶体管。复位晶体管7是使放大晶体管8的栅极电位复位的晶体管。放大晶体管8用于放大信号电荷。选择晶体管9用于选择输出像素。

在像素3中，转移晶体管6的源极连接到光电转换元件2，并且转移晶体管6的漏极连接到复位晶体管7的源极。转移信号配线11连接到转移晶体管6的栅极，以控制该转移晶体管的栅极电位。对于复位晶体管7，其漏极连接到电源电压供给线(在下文称为电源配线)10，而其栅极连接到用于控制栅极电位的复位信号配线12。对于放大晶体管8，其漏极连接到电源配线10，其源极连接到选择晶体管9的漏极，而其栅极连接到转移晶体管6和复位晶体管7之间的浮置扩散(FD)。对于选择晶体管9，其源极连接到像素输出线14，而其栅极连接到用于控制栅极电位的选择信号配线13。

用于提供恒定电流的晶体管16连接到像素输出线14，以给被选择的放大晶体管8提供恒定电流，使放大晶体管8运行为源极跟随器，并且在像素输出线14上产生电位，从而该电位相对于晶体管8的栅极电位具有特定的固定电压差。恒定电位供给线17连接到晶体管16的栅极，用于提供固定的电位，从而晶体管16在饱和区域运行以提供固定的电流。

数字32表示接地电位，用于控制半导体阱区的电位适合于形成像素，而数字33表示接地配线。

另一方面，垂直选择单元21、列选择单元22和相关双采样(CDS，correlated double sampling)电路23提供为周边电路。另外，为像素3的每一行设置行选择AND电路25、另一个行选择AND电路26及再一个行选择AND电路27，行选择AND电路25的输出端连接到转移信号配线11，另一个行选择AND电路26的输出端连接到复位信号配线12，而再一个行选择AND电路27的输出端连接到选择信号配线13。

脉冲端28连接到每一行中行选择AND电路25的一个输入端，用于给转移信号配线11提供转移脉冲，而来自垂直选择单元21的输出连接到行选择AND电路25的另一个输入端。脉冲端29连接到每一行中行选择AND电路26的一个输入端，用于给复位信号配线12提供复位脉冲，而来自垂直选择单元21的输出连接到另一个输入端。脉冲端30连接到每一行中行选择AND电路27的一个输入端，用于给选择信号配线13提供选择脉冲，而来自垂直选择单元21的输出连接到另一个输入端。

对于这样的构造，每个控制脉冲仅提供给连接到由垂直选择单元21选择的行的信号配线。从每个像素3的读出操作通过如图2所示施加驱动信号执行如下。

图2所示的转移信号(脉冲)S1提供给转移信号配线11，复位信号(脉冲)S2提供给复位信号配线12，而选择信号(脉冲)S3提供给选择信号配线13。