[发明专利]像素单元、图像传感器及提升像素单元中复位电平的方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像传感器。更特定来说，本发明的实施例涉及具有浮动扩散件的像素。

背景技术

图像传感器已经变得无处不在。它们广泛使用于数字照相机、蜂窝式电话、安全摄 像机中，还广泛使用于医学、汽车及其它应用中。用以制造图像传感器的技术，且更特 定来说，用以制造互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的技术已经快速地持续发 展。举例来说，对更高分辨率及更低电力消耗的需求已经促进这些图像传感器的进一步 微型化及集成。

在常规的CMOS有源像素单元中，图像电荷从光敏装置(举例来说，光电二极管)转 移且被转换成浮动扩散件节点上的像素单元内的电压信号。针对每一曝光在将图像电荷 从光敏装置转移到浮动扩散件之前将每一像素单元的浮动扩散件复位到复位电平。一般 来说，浮动扩散件中的更高复位电平有助于在浮动扩散件中容纳更大满阱容量(FWC)， 此有助于提供改进性能及图像质量。另外，应了解，更高浮动扩散件复位电平还可改进 像素单元的图像滞后性能。用以增加浮动扩散件中的复位电平的已知解决方案是添加额 外电路到像素单元，这因此导致额外成本且消耗宝贵的芯片有效面积。

发明内容

一方面，本申请案提供一种用于提升像素单元中的复位电平的方法，其包括：在浮 动扩散件的复位操作期间将耦合于所述像素单元的复位电压与所述浮动扩散件之间的 复位晶体管切换为ON以将所述浮动扩散件充电到第一复位电平，其中所述浮动扩散件 耦合到放大器晶体管的输入终端；在所述浮动扩散件复位操作期间将耦合于所述放大器 晶体管的输出终端与所述像素单元的输出位线之间的选择晶体管从OFF切换到ON以初 始地使所述放大器晶体管的所述输出终端放电；以及在所述浮动扩散件复位操作期间在 已响应于所述选择晶体管的所述切换为ON初始地使所述放大器晶体管的所述输出终端 放电之后将所述复位晶体管切换成OFF，其中在所述浮动扩散件的所述复位操作期间在 响应于所述选择晶体管的所述切换为ON经初始放电之后所述放大器晶体管的所述输出 终端充电到静态电平，以及其中随着所述放大器晶体管的所述输出终端充电到所述静态 电平，耦合到所述放大器晶体管的所述输入终端的所述浮动扩散件跟随所述放大器晶体 管的所述输出终端跨越耦合于所述放大器晶体管的所述输入终端与所述输出终端之间 的放大器电容以将所述浮动扩散件的所述复位电平从所述第一复位电平提升到第二复 位电平。

另一方面，本申请案提供一种像素单元，其包括：光电二极管，其经耦合在集成期 间响应于入射光而光生电荷；转移晶体管，其耦合到所述光电二极管以从所述光电二极 管转移所述电荷；浮动扩散件，其耦合到所述转移晶体管以接收从所述光电二极管转移 的所述电荷；复位晶体管，其耦合于复位电压与所述浮动扩散件之间以在浮动扩散件复 位操作期间将所述浮动扩散件中的所述电荷复位到第一复位电平；放大器晶体管，其具 有耦合到所述浮动扩散件的输入终端以响应于所述浮动扩散件中的所述电荷在所述放 大器晶体管的输出终端处产生放大信号，其中所述放大器晶体管包含耦合于所述放大器 晶体管的所述输入终端与所述输出终端之间的放大器电容；以及选择晶体管，其耦合于 所述放大器晶体管的所述输出终端与所述像素单元的输出位线之间，其中在所述复位晶 体管经耦合以切换到OFF之前在所述浮动扩散件复位操作期间所述选择晶体管经耦合 以从OFF切换到ON以经过所述放大器电容将所述浮动扩散件的复位电平从所述第一复 位电平提升到第二复位电平。