[发明专利]像素结构、传感器及信号采集方法

说明书

本发明提供了一种像素结构、传感器及信号采集方法，至少包括：多个量子点光敏电阻、多个信号存储电容复位MOS管和一个信号读取电路单元；所述信号读取电路单元包括：复位开关管(M1)、多个传输管(M2)、源跟随器(M3)、行选开关管(M4)和多个像素单元输入端。本发明采用量子点光敏电阻作为感光元件实现可见光和短波红外的探测，通过设置多个量子点光敏电阻和多个信号存储电容复位MOS管共享一组信号读取电路，从而节省了像素单元面积，提高了填充因子。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种多量子点共享读出电路的像素结构、传感器及信号采集方法。

背景技术

图像传感器是指将光信号转换为电信号的装置，其可以基于电荷耦合器件(CCD)技术、互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感技术或基于量子点的光电探测技术进行制备得到。

量子点是纳米尺寸的半导体晶粒，它具有禁带宽度随尺寸可调的的特性，其光吸收特性也是随之可调。通过选择合适的量子点材料和尺寸，可以采用溶液法制备对可见光或红外高灵敏度的量子点膜，工艺简单。量子点制备的光电探测器具有灵敏度高，波段易调制、工艺简单成本低等优势，市场前景广阔。同硅基的CMOS图像传感器比较，对于短波红外的检测，量子点具有成本低和性能优良的特点。

为了在硅片上实现光电集成，在过去的几十年，人们开展了大量硅基发光材料和器件的研究工作，如在硅衬底上集成III-V族发光材料，或者制作多孔硅等。然而，硅衬底上集成发光材料的重要因素是晶格匹配问题以及发光调制问题，而利用量子点则不需要考虑晶格匹配并且发光波长可通过粒径调控，如果能够在硅基上制作出量子点光敏电阻，并且结合业已成熟的CMOS图像传感技术，将能够制造价格更为低廉，感光波段更为宽广，灵敏度更高的硅基图像传感器。

发明内容

为了克服以上问题，本发明旨在提供一种多量子点共享读出电路的像素结构、传感器及信号采集方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种像素单元结构，至少包括：多个量子点光敏电阻、多个信号存储电容复位MOS管和一个信号读取电路单元；其中，

多个量子点光敏电阻与多个信号存储电容复位MOS管之间一一对应连接，一个量子点光敏电阻对应连接一个信号存储电容复位MOS管作为一个并联单元；每个并联单元中，量子点光敏电阻的一端接参考电平Vqd，另一端与对应的另一端与复位开关管M1的源极相连，且信号存储电容复位MOS管的源极、漏极与参考电平Vqd相连，信号存储电容复位MOS管的栅极与传输管M2的漏极相连，信号存储电容复位MOS管的体电容接地；

信号读取电路单元包括：复位开关管(M1)、多个传输管(M2)、源跟随器(M3)、行选开关管(M4)和多个像素单元输入端；其中，复位开关管(M1)的栅极接像素输入端(RX)，复位开关管(M1)的源极接每个传输管(M2)的源极至一节点(FD)，复位开关管(M1)的漏极接复位电压(Vreset)；每个传输管(M2)的漏极对应连接一个量子点光敏电阻的一端以及对应连接一个信号存储电容复位MOS管的栅极，每个传输管(M2)的栅极与对应的一个像素单元输入端(TG)相连；源跟随器(M3)的漏极接电源(VDD)，源跟随器(M3)的源极接行选开关管(M4)的漏极，源跟随器(M3)的栅极与节点(FD)相连；行选开关管(M4)的栅极与行选输入端(RS)相连，行选开关管(M4)的源极作为整个像素单元结构的输出端；

其中，曝光时，信号读取电路单元在曝光时间内将量子点光敏电阻流出的电流进行积分得到光生电压，当入射到量子点光敏电阻上的光线的强弱发生改变时导致量子点光敏电阻的阻值发生改变，从而改变流经量子点光敏电阻的电流，并且最终导致光生电压的数值发生改变。

优选地，量子点光敏电阻的数量、信号存储电容复位MOS管的数量、传输管(M2)的数量相同。

优选地，所述量子点光敏电阻包括可见光敏感量子点和红外光敏感量子点。