[发明专利]借助转移栅极升压读出图像传感器的方法

说明书

技术领域

本发明一般来说涉及图像传感器的读出，且特定来说(但并非排他性地)涉及包含共享电荷/电压转换机构的图像传感器的读出。

背景技术

图像传感器已变得普遍存在。其广泛用于数字静态相机、蜂窝式电话、安全相机以及医学、汽车及其它应用中。用以制造图像传感器且特定来说互补金属氧化物半导体(“CMOS”)图像传感器的技术已不断快速地发展。举例来说，对较高分辨率及较低电力消耗的需求已促进了这些图像传感器的进一步小型化及集成。

CMOS图像传感器可使用像素阵列。像素通常包含光电二极管(即，负责收集电磁能量并将所收集电磁能量转换成电子的光敏区)、转移晶体管、源极跟随器放大器晶体管及行选择晶体管。最终通过包含在像素中的电荷/电压机构(也称为浮动扩散部)将在光电二极管的光敏区中积累的光生电荷转换成电压。

一些图像传感器可包含共享像素架构，其中光电二极管被分组在一起以形成在数个光电二极管当中具有一共享电荷/电压机构以及一个或一个以上共享晶体管的像素单元。

像素单元的光敏区将入射电磁能量转换成所积累电子的效率取决于许多因素，包含光电二极管的全阱容量(FWC)。FWC是光电二极管在其达到饱和之前可存储的电子的数目的度量。当达到光电二极管的饱和时，过量电子可溢出到邻近像素。针对CMOS传感器，增加的光电二极管FWC可产生较高的动态范围及较高的信噪比，此最终产生较高质量的数字图像。

然而，光电二极管FWC的增加可导致所得图像中“黑点”的发生的增加。这是因为增加的FWC将需要被复位到较大电压以适应较大电压摆幅的电荷/电压转换区。电荷/电压机构上的此较大电压电位可致使像素晶体管中的一者或一者以上(例如，源极跟随器晶体管)在其线性操作区之外操作。源极跟随器晶体管的非线性操作可致使低光条件中的信号电平(即，浮动扩散部上的高电压)被压缩，此导致黑点的增加的发生。

发明内容

本发明的一个实施例涉及一种用于读出图像传感器的方法，所述图像传感器具有：第一光敏区；第二光敏区；共享电荷/电压机构；第一转移晶体管，其经安置以将所述第一光敏区选择性地耦合到所述共享电荷/电压机构；及第二转移晶体管，其经安置以将所述第二光敏区选择性地耦合到所述共享电荷/电压机构，所述方法包括：启用所述第一转移晶体管以将光生电荷从所述第一光敏区转移到所述共享电荷/电压机构；及在将所述光生电荷从所述第一光敏区转移到所述共享电荷/电压机构时，不多于部分地启用所述第二转移晶体管以部分地接通所述第二转移晶体管以增加所述共享电荷/电压机构的电容。

本发明的一个实施例涉及一种用于读出图像传感器的方法，所述图像传感器具有：第一光敏区；第二光敏区；共享电荷/电压机构；第一转移晶体管，其经安置以将所述第一光敏区选择性地耦合到所述共享电荷/电压机构；第二转移晶体管，其经安置以将所述第二光敏区选择性地耦合到所述共享电荷/电压机构；及复位晶体管，其耦合于所述共享电荷/电压机构与复位电压源之间，所述方法按以下次序包括：(a)第一次启用所述复位晶体管以复位所述共享电荷/电压机构；(b)启用所述第一转移晶体管以将光生电荷从所述第一光敏区转移到所述共享电荷/电压机构，且在将所述光生电荷从所述第一光敏区转移到所述共享电荷/电压机构时，不多于部分地启用所述第二转移晶体管以部分地接通所述第二转移晶体管以增加所述共享电荷/电压机构的电容；(c)第二次启用所述复位晶体管以复位所述共享电荷/电压机构；及(d)启用所述第二转移晶体管以将光生电荷从所述第二光敏区转移到所述共享电荷/电压机构，且在将所述光生电荷从所述第二光敏区转移到所述共享电荷/电压机构时，不多于部分地启用所述第一转移晶体管以部分地接通所述第一转移晶体管以增加所述共享电荷/电压机构的所述电容。

本发明的一个实施例涉及一种用于读出具有像素单元阵列的图像传感器的方法，每一像素单元包含四个光电二极管、四个转移晶体管及一共享电荷/电压机构，其中所述四个转移晶体管中的每一者经安置以将所述四个光电二极管中的相应一者选择性地耦合到所述共享电荷/电压机构，所述方法包括：启用所述四个转移晶体管中的第一者以将光生电荷从所述四个光电二极管中的第一者转移到所述共享电荷/电压机构；及在将所述光生电荷从所述第一光电二极管转移到所述共享电荷/电压机构时，不多于部分地启用所述四个转移晶体管中的第二者、第三者及第四者中的每一者以部分地接通所述四个转移晶体管中的所述第二、第三及第四转移晶体管以增加所述共享电荷/电压机构的电容。

附图说明