[发明专利]确定光电二极管的耗尽区时间常数的方法和改善残像的方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像传感器，特别涉及确定CMOS图像传感器的光电二极管的耗尽区时间常数的方法和改善CMOS图像传感器残像的方法。

背景技术

图像传感器分为互补金属氧化物(CMOS)图像传感器和电荷耦合器件(CCD)图像传感器。CCD图像传感器的优点是对图像敏感度较高，噪声小，但是CCD图像传感器与其他器件的集成比较困难，功耗较高。相比之下，CMOS图像传感器具有工艺简单、易与其他器件集成、体积小、重量轻、功耗小、成本低等优点。目前，CMOS图像传感器已经广泛应用于静态数码相机、照相手机、数码摄像机、医疗用摄像装置(例如胃镜)、车用摄像装置等。

通常CMOS图像传感器包括像素单元和外围单元，所述像素单元包括一个光电二极管和3个或4个MOS晶体管，简称3T型像素、4T型像素。以4T型像素单元为例进行说明。请参考图1，图1为现有的4T型CMOS图像传感器的像素单元结构示意图，所述像素单元包括光电二极管15、复位晶体管11、传输晶体管12、放大晶体管13和选择晶体管14。光电二极管15主要用于光电转换，将输入的光信号转换为电信号；传输晶体管12用于将在光电二极管15转换的电信号传输至放大晶体管13；放大晶体管13用于将所述电信号放大，选择晶体管14用于将所述电信号输出；复位晶体管11用于对光电二极管15进行复位。

所述像素单元的光电转换过程包括：曝光前，复位晶体管11和传输晶体管12分别接收复位脉冲和传输脉冲而导通，复位晶体管11对光电二极管15的阴极复位，使得光电二极管15的耗尽区完全耗尽，光电二极管15的阴极具有预定电压；然后，复位晶体管11和传输晶体管12关断，曝光开始，光电二极管15的耗尽区接收光信号，产生光生载流子，光电二极管15的阴极电压随着光信号的强度下降；然后曝光结束，传输晶体管12接收传输脉冲而导通，将所述光生载流子转移出去；然后，所述光生载流子经过放大晶体管13和选择晶体管14输出。

参考图1，由于光电二极管15的耗尽区具有较大耗尽电阻，所述耗尽电阻与光电二极管的耗尽电容使得光电二极管在工作时具有RC延迟效应。在复位晶体管11和传输晶体管12导通，对光电二极管15进行复位时，如果复位脉冲和传输脉冲的时间宽度小于所述光电二极管15真实的RC时间常数，则光电二极管15不能完全复位，使得上一次光电转换过程的光生载流子残留在耗尽区中，与下一次光电转换产生的光生载流子一起，形成残像；在传输晶体管12导通，对光电二极管15耗尽区的光生载流子进行传输时，如果传输脉冲的时间宽度小于所述RC时间常数，则光电二极管15耗尽区的光生载流子无法全部转移去除，残留在耗尽区中，与下一次光电转换产生的光生载流子一起，形成残像。并且现有技术的复位晶体管的复位脉冲宽度和传输晶体管的传输脉冲宽度设置不合理时，现有的CMOS图像传感器也具有残像。

发明内容

本发明解决的问题是提供了一种方法，能够获得光电二极管耗尽区的真实的RC时间常数，利用所述真实的RC时间常数，合理设置CMOS图像传感器的复位脉冲和传输脉冲的时间宽度，改善了CMOS图像传感器的残像现象。

为解决上述问题，本发明提供了一种确定光电二极管的耗尽区时间常数的方法，包括：

建立光电二极管耗尽区的电路模型；

对所述电路模型进行仿真，获得所述电路模型的仿真RC时间常数；

将所述仿真RC时间常数作为光电二极管耗尽区的真实RC时间常数。

可选地，所述建立光电二极管耗尽区的电路模型包括：

在预定电压下对光电二极管耗尽区进行测试，获得预定电阻值和预定电容值；

将所述耗尽区划分为至少两个子耗尽区；

建立耗尽区的电路模型，所述电路模型包括输入端、输出端、若干RC单元、平衡电容，所述RC单元的数目与子耗尽区的数目相同，所述RC单元包括依次串联的子电容和子电阻，不同RC单元间的子电阻依次串联于所述输入端和输出端之间，所有RC单元的子电容的一端对应电连接至不同RC单元的子电阻的一端，所述RC单元的子电容的另一端相互电连接，形成电容公共端，所述平衡电容一端电连接输出端，另一端与所述电容公共端电连接。

可选地，所述划分为沿耗尽区的长度方向划分。

可选地，对所述电路模型进行仿真，获得所述电路模型的仿真RC时间常数包括：

对所述电路模型施加测试电压进行仿真，获得所述电路模型的电阻值和电容值，所述电阻值与电容值的乘积为电路模型的仿真RC时间常数。

可选地，所述测试电压的电压值与预定电压的电压值相同。

相应地，本发明还提供一种改善残像的方法，包括：