[发明专利]CMOS图像传感器及CMOS图像传感电路系统

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别是涉及一种CMOS图像传感器及信号读出电路。

背景技术

图像传感器是一种广泛应用于数码成像、航空航天以及医疗影像领域的电子元器件，其中，电荷耦合器件(charge coupled device，CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)图像传感器是常见的两种图像传感器。由于CCD图像传感器具有低的读出噪音和暗电流噪音、及高光子转换效率等优点，所以其信噪比及灵敏度都较高，即便很低光照强度的入射光也能被其侦测到，而且信号也不会被掩盖。此外，CCD图像传感器还具有高动态范围，使得系统环境的使用范围高，不会因亮度差异大而造成信号反差现象，但其缺点在于：功耗比较大，供给电压不一致，与传统的CMOS工艺不匹配，集成度不高，成本偏高等。

CMOS图像传感器在过去几十年中取得了显著的发展。至今，CMOS图像传感器已研制出三大类，即CMOS无源像素传感器(CMOS-PPS)、CMOS有源像素传感器(CMOS-APS)和CMOS数字像素传感器(CMOS-DPS)。有源像素结构相对无源像素传感器结构在像素单元里增加了有源放大管，由此减小了读出噪声并且提高了读出速度；另外由于有源放大管仅仅在读出状态下才工作，因此其功耗也较小；但是有源像素传感器在提高性能的同时也付出了增加像素单元面积和减小“填充系数(Fill Factor)”的代价。近年来，美国斯坦福大学最早提出了一种新的CMOS图像传感器结构--数字像素传感器(DPS)，即在像素单元里集成了ADC等。

然而，现有的CMOS图像传感器的动态范围较低，且敏感性也较差，故需要改进。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高动态范围及高灵敏性的CMOS图像传感器。

本发明的另一目的在于提供一种CMOS图像传感电路系统。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供的CMOS图像传感器，其至少包括：

形成于半导体衬底的第一光电区及第二光电区，分别用于基于所感测的光信号来产生相应电荷；

形成于所述半导体衬底的浮置扩散区，用于收集来自所述第一光电区或第二光电区的电荷；

形成于所述半导体衬底的存储区，用于存储所述第一光电区所产生的电荷；

形成于所述半导体衬底的复位晶体管区，其包含栅电极，用于基于所接入的复位信号使所述浮置扩散区复位；

连接所述第一光电区及存储区的第一电极，用于接入第一控制信号，以便所述第一光电区的电荷基于第一控制信号运动至所述存储区与所述浮置扩散区；

连接所述第二光电区及浮置扩散区的第二电极，用于接入第二控制信号，以便所述第二光电区的电荷基于第二控制信号运动至所述浮置扩散区；以及

连接所述存储区与浮置扩散区的第三电极，用于接入第三控制信号，以便使所述第一光电区的电荷基于第三控制信号运动至所述浮置扩散区。

优选地，所述第二光电区的结构为PIN结构。

本发明提供的CMOS图像传感电路系统，其至少包括：

前述的CMOS图像传感器；

信号读取单元，用于读取所述CMOS图像传感器输出的因第一光电区所感测的光信号所生成的第一电信号、或读取所述CMOS图像传感器输出的因第二光电区所感测的光信号所生成的第二电信号；以及

输出单元，用于基于第二电信号来判断所读取的所述第二光电区的光电二极管是否处于饱和区，并当所述第二光电区的光电二极管未处于饱和区时，将所读取的第二电信号作为所述CMOS图像传感器的输出信号予以输出；否则将所读取的第一电信号作为所述CMOS图像传感器的输出信号予以输出。

如上所述，本发明具有以下有益效果：具有高的动态范围及光敏感性。

附图说明

图1显示为本发明的CMOS图像传感器的结构示意图。

图2显示为图1所示的AA’方向的剖视图。

图3显示为本发明的CMOS图像传感器的第二光电区的优选结构示意图。

图4显示为本发明的CMOS图像传感电路系统结构示意图。

元件标号说明

1     CMOS图像传感器

11    第一光电区

12    第二光电区

13    浮置扩散区

14    存储区

15    复位晶体管区

151   栅电极