[实用新型]高灵敏度CMOS图像传感器共享型像素结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种图像传感器，尤其涉及一种高灵敏度CMOS图像传感器共享型像素结构。

背景技术

图像传感器已经被广泛地应用于数码相机、移动手机、医疗器械、汽车和其他应用场合。特别是制造CMOS(互补型金属氧化物半导体)图像传感器技术的快速发展，使人们对图像传感器的输出图像品质有了更高的要求。

现有技术中的CMOS图像传感器，特别是采用小面积像素单元的CMOS图像传感器，一般使用共享型像素结构，例如两个像素共享，四个像素共享，或更多个像素共享。采用像素共享的重要原因，是节省晶体管，以便扩大光电二极管的面积，进而提高像素的感光灵敏度；但是这种提高感光灵敏度的方式，却牺牲了漂浮有源区的光电转换增益，因为共享结构中的每个像素的电荷传输晶体管都与漂浮有源区相连接，进而增加了漂浮有源区的寄生电容，共享的像素数量越多，漂浮有源区的寄生电容越大，所以光电转换增益越低；像素的光电转换增益越低，感光灵敏度越低，这恰与采用扩大光电二级面积的方法来提高感光灵敏度的初衷相违背。

现有技术中的图像传感器，以CMOS图像传感器四晶体管四个像素共享结构(4T4S)为例，如图1所示，101～104分别为四个像素的光电二极管，105～108分别为对应四个光电二极管的电荷传输晶体管，109为复位晶体管，110为源跟随晶体管，111为行选择晶体管，112为列位线，FD为漂浮有源区；其中FD电容部分，C1为FD与各电荷传输晶体管栅极的栅源交叠电容，C2为FD与109的栅源交叠电容，C3和C4分别为FD与110的栅漏和栅源交叠电容，Cm4为FD连线金属寄生电容，4Caa为FD有源区体电容。

由图1所示，可得出FD的总电容为：

CFD4＝4C1+C2+C3+C4+Cm4+4Caa

等式中的4C1和4Caa中的系数4与共享型结构中的像素数量相等，Cm4正比于像素数量。因此可推算N个像素共享结构中的FD区的寄生总电容为:

CFDn＝nC1+C2+C3+C4+Cmn+nCaa

上述等式中的n越大，像素平均节省的晶体管越多，进而像素的光电二极管扩大的面积越多，像素灵敏度就会越高；但是，等式中的n越大，漂浮有源区总电容CFDn越高，从而降低了光电转换增益，像素的感光灵敏度越低，这与采用扩大光电二极管面积的方法来提高感光灵敏度的初衷相违背。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种高灵敏度CMOS图像传感器共享型像素结构，通过采用开关晶体管隔离出小寄生电容的漂浮有源区方法，使像素的光电转换增益不受共享的像素数量影响。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型的高灵敏度CMOS图像传感器共享型像素结构，包括多个光电二极管及相同数量的电荷传输晶体管及第一漂浮有源区，还包括一个复位晶体管、一个源跟随晶体管、一个行选择晶体管和第二漂浮有源区，所述第一漂浮有源区与第二漂浮有源区之间通过一个开关晶体管隔开。

由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型提供的高灵敏度CMOS图像传感器共享型像素结构，由于使用开关晶体管将寄生电容较大的第一漂浮有源区与寄生电容较小的第二漂浮有源区隔开，源跟随晶体管探测第二漂浮有源区的电势信号，第二漂浮有源区的寄生电容不随共享像素数量变化，有效提高了共享型像素的光电转换增益，可有效提高采用共享型像素结构的CMOS图像传感器的感光灵敏度。

附图说明

图1为现有技术的CMOS图像传感器的四晶体管四个像素共享结构(4T4S)的电路示意图。

图2为本实用新型实施例中的CMOS图像传感器的四个像素共享结构的电路示意图。

图3为本实用新型实施例中的共享型像素在光电转移操作时的势阱示意图一。

图4为本实用新型实施例中的共享型像素在光电转移操作时的势阱示意图二。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例作进一步地详细描述。

本实用新型的高灵敏度CMOS图像传感器共享型像素结构，其较佳的具体实施方式是：

包括多个光电二极管及相同数量的电荷传输晶体管及第一漂浮有源区，还包括一个复位晶体管、一个源跟随晶体管、一个行选择晶体管和第二漂浮有源区，所述第一漂浮有源区与第二漂浮有源区之间通过一个开关晶体管隔开。

所述开关晶体管的漏极与所述第二漂浮有源区相连、源极与所述第一漂浮有源区相连。