[发明专利]半导体感光器件的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体感光器件与阵列，特别是一种半导体感光器件与阵列的结构与其制造方法。本发明还涉及一种半导体感光器件与阵列的操作原理。

背景技术

图像传感器是用来将光信号转换为电信号的半导体器件，由图像传感器器件组成的图像传感器芯片(Image Sensor)被广泛应用于数码相机、摄像机及手机等多媒体产品中。

目前图像传感器主要有两种：电荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)图像传感器和CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)图像传感器。电荷耦合器件具有图像质量高、噪声小等优点，但其生产成本也偏高，同时不宜同外围电路集成。CMOS图像传感器集成度高、体积小、功耗低、动态范围宽，并且可以与当前的制造工艺兼容，而且具有高度系统整合的条件。因此，近年来CMOS图像传感器已成为发展热点。

CMOS图像传感器包括多个MOS晶体管和用作外围电路的信号处理电路等部分，并利用CMOS技术将其整合在半导体衬底之上。传统CMOS图像传感器核心的感光元件部分即单个像素主要是由一个反偏二极管与放大MOS管组成，通过MOS晶体管依次检测出各单位像素的输出。

图1和图2展示了2种现有的CMOS图像传感器的单个像素单元的电路组成。

参照图1，该CMOS图像传感器的单个像素单元具有4个MOS管，具体包括：光电二极管(PD)、电荷溢出门管(TG)、复位晶体管(RST)、源极跟随器(SF)以及选择晶体管(RS)。它的工作过程是：首先进入“复位状态”，复位晶体管RST导通，对光敏二极管复位。然后进入“取样状态”，复位晶体管RST关闭，光照射到光电二极管上产生光生载流子，并通过源跟随器SF放大输出；最后进入“读出状态”，这时选择晶体管(RS)打开，信号通过列总线输出。

参照图2，该CMOS图像传感器的像素单元可以视为图1的结构在形式上的改进。4个电荷溢出门管(TG)和光电二极管的组合相互并联，共用一个复位晶体管、源极跟随器以及选择晶体管。单个像素的工作原理同图1相同。

从产品的技术发展趋势看，无论是CCD图像传感器还是CMOS图像传感器，体积小型化、高可靠性以及高像素化一直是业界积极研发的目标。上面两种技术中，每个像素单元除了光电二极管外还使用了多个晶体管。对于图1，每个像素单元都有4个独立工作的晶体管，占据了较大的衬底面积，像素较低，产品分辨率不高；图2在一定程度上提高了图像传感器的像素，但是由于像素单元中晶体管和光电二极管较多，CMOS感光电路变得复杂，相应地也使得外围控制电路的复杂化，同时图像传感器的可靠性降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是降低CMOS图像传感器中单个像素单元的电路复杂度，提高图像传感器的像素。为解决上述技术问题，本发明提出了一种新型的半导体感光器件及其阵列，同时提供了控制这种半导体感光器件的方法。

半导体感光器件的源区与多条源线中的任意一条相连接，其漏区与多条位线中的任意一条相连接，其控制栅极与多条字线中的任意一条相连接，其浮栅区储存电荷，所述浮栅区通过所述漏区和控制栅极进行电容耦合，以及一个用于连接所述浮栅区和所述漏区的感光二极管，所述半导体感光器件的控制方法包含以下步骤：

对多个半导体感光器件中的一个进行复位的步骤：

对与所述半导体感光器件相连接的源线施加第一个电压；

对与所述半导体感光器件相连接的字线施加第二个电压，并对与所述半导体感光器件相连接的位线施加第三个电压，由此使所述半导体感光器件中的所述感光二极管正向偏置，该半导体感光器件被重置；

对多个半导体感光器件中的一个进行感光的步骤：

对与所述半导体感光器件相连接的源线施加第一个电压；

对与所述半导体感光器件相连接的字线施加第四个电压，并对与所述半导体感光器件相连接的位线施加第五个电压，由此使所述半导体感光器件的栅控二极管处于反向偏置状态；

进行曝光，半导体感光器件的漏区与浮栅区之间的光生电流可以改变浮栅电势，使所述半导体感光器件的阈值电压变化；

对多个半导体感光器件中的一个进行读取的步骤：

对与所述半导体感光器件相连接的源线施加第一个电压；

对与所述半导体感光器件相连接的字线施加第六个电压，并对与所述半导体感光器件相连接的位线施加第七个电压，读取通过源区与漏区的电流，根据电流大小判断曝光强度。