[发明专利]全局曝光方式的图像传感器像素结构及其工作方法

权利要求书

1.一种全局曝光方式的图像传感器像素结构，包括置于半导体基体中的光电二极管、第一电荷传输晶体管、复位晶体管、源跟随晶体管、选择晶体管、漂浮有源区，其特征在于，还包括第二电荷传输晶体管，所述第一电荷传输晶体管与第二电荷传输晶体管之间设有晶体管电容；

所述晶体管电容的沟道位于N型离子区中，所述晶体管电容的源漏有源区的硅表面设置有P+型保护层，所述P+型保护层的下方为N型离子区。

2.根据权利要求1所述的全局曝光方式的图像传感器像素结构，其特征在于，所述第一电荷传输晶体管与所述光电二极管相连，所述第二电荷传输晶体管与所述漂浮有源区相连，所述晶体管电容的上方设有遮光金属。

3.根据权利要求2所述的全局曝光方式的图像传感器像素结构，其特征在于，所述光电二极管为N型光电二极管，所述第一电荷传输晶体管、复位晶体管、源跟随晶体管、选择晶体管、第二电荷传输晶体管为N型晶体管。

4.根据权利要求3所述的全局曝光方式的图像传感器像素结构，其特征在于，所述晶体管电容的栅极多晶硅位于有源区的内部，且与浅槽隔离区隔开，所述栅极多晶硅与所述浅槽隔离区的距离大于等于0.1um，所述栅极多晶硅的面积大于等于0.01um²。

5.根据权利要求4所述的全局曝光方式的图像传感器像素结构，其特征在于，所述N型离子区为第一电荷传输晶体管的漏极、第二电荷传输晶体管的源极，所述N型离子区与所述浅槽隔离区隔开，两者距离为0.05um～0.2um，所述N型离子区的深度小于等于0.5um；

所述P+型保护层覆盖所述晶体管电容的沟道之外的N型离子区，并且与所述浅槽隔离区接触，其厚度为0um～0.3um。

6.根据权利要求5所述的全局曝光方式的图像传感器像素结构，其特征在于，所述N型离子区的N型离子浓度为5E15Atom/cm³～5E17Atom/cm³；

所述P+型保护层的P型离子浓度大于等于5E17Atom/cm³。

7.根据权利要求6所述的全局曝光方式的图像传感器像素结构，其特征在于，所述N型离子区能被完全耗尽，其完全耗尽电势大于等于所述光电二极管的完全耗尽电势。

8.根据权利要求7所述的全局曝光方式的图像传感器像素结构，其特征在于，所述N型离子为磷离子或砷离子，所述P型离子为硼离子。

9.一种权利要求1至8任一项所述的全局曝光方式的图像传感器像素结构的工作方法，其特征在于，包括步骤：

a、光电二极管复位操作，开启复位晶体管、第一电荷传输晶体管、第二电荷传输晶体管，同时晶体管电容的栅极处于低电平，时间持续1us～10us后，关闭复位晶体管、第一电荷传输晶体管、第二电荷传输晶体管，像素开始曝光；

b、晶体管电容复位操作，像素曝光结束前，开启复位晶体管、第二电荷传输晶体管，同时第一电荷传输晶体管处于关闭状态，晶体管电容的栅极处于低电平，时间持续1us～10us后，关闭复位晶体管、第二电荷传输晶体管；

c、转移光电电荷操作，复位晶体管和第二电荷传输晶体管处于关闭状态，将晶体管电容的栅极从低电平置为高电平，开启第一电荷传输晶体管，时间持续1us～10us，将光电二极管中的光电电荷转移至晶体管电容后，关闭第一电荷传输晶体管，晶体管电容的栅极保持高电平，等待进一步操作，等待时间为0s～1s；

d、漂浮有源区的复位操作，第一电荷传输晶体管、第二电荷传输晶体管处于关闭状态，晶体管电容的栅极处于高电平，开启复位晶体管，时间持续1us～10us，关闭复位晶体管，然后读取漂浮有源区的复位信号；

e、光电电荷转移操作，复位晶体管、第一电荷传输晶体管处于关闭状态，开启第二电荷传输晶体管后，将晶体管电容的栅极端从高电平置为低电平，时间持续1us～10us，将晶体管电容中的光电电荷转移至漂浮有源区，关闭第二电荷传输晶体管，然后读取漂浮有源区的光电信号。

10.根据权利要求9所述的全局曝光方式的图像传感器像素结构的工作方法，其特征在于，所述低电平的电压小于等于0V，所述高电平的电压大于等于电源电压。