[发明专利]一种CMOS像素传感器有效
申请号: | 202010693043.8 | 申请日: | 2020-07-17 |
公开(公告)号: | CN111769130B | 公开(公告)日: | 2021-10-08 |
发明(设计)人: | 张亮;王萌;董家宁;王安庆;李龙 | 申请(专利权)人: | 山东大学 |
主分类号: | H01L27/146 | 分类号: | H01L27/146;H04N5/374 |
代理公司: | 济南圣达知识产权代理有限公司 37221 | 代理人: | 赵敏玲 |
地址: | 266237 *** | 国省代码: | 山东;37 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 cmos 像素 传感器 | ||
本发明公开了一种CMOS像素传感器,包括P型衬底、P型高阻外延层、N阱、P阱、深N阱和深P隔离层;其中,深N阱和P型高阻外延层形成P‑N二极管;深N阱上的N阱和N型有源区构成通路,通过金属线连接其他读出电路;深P隔离层用来隔离深N阱内的器件,深P隔离层内的N阱和P型有源区用于制作PMOS晶体管,深P隔离层内的P阱和N型有源区用于制作NMOS管。
技术领域
本发明涉及半导体集成电路领域,一种CMOS像素传感器。
背景技术
随着半导体技术工业和光刻技术的发展,CMOS像素传感器在X射线成像和粒子探测中的应用越来越广泛,其具有空间分辨率高、读出速度快、集成度高、功耗低以及成本低等特点,逐渐成为重要的检测技术。
但是,发明人发现CMOS像素传感器中的像素采用小面积二极管收集电荷,二极管面积在像素单元中的比例较小,导致电荷在收集过程中被复合,电荷收集时间较长、收集效率较低。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明的的目的是提供一种CMOS像素传感器及像素单元,该装置能够有效缩短电荷收集时间,提高了收集效率和灵敏度。
为了实现上述目的,本发明是通过如下的技术方案来实现:
第一方面,本发明提供了一种CMOS像素传感器,包括P型衬底、P型高阻外延层、N阱、P阱、深N阱和深P隔离层;
深N阱和P型高阻外延层形成P-N二极管;
深N阱上的N阱和N型有源区(N+)构成通路,通过金属线连接其他读出电路;
深P隔离层用来隔离深N阱内的器件,避免了PMOS晶体管与灵敏二极管之间的电荷竞争,在深P隔离层内可同时制作PMOS和NMOS管,能够实现复杂CMOS电路,这有助于在像素内实现复杂电路,对像素信号进行放大和降噪处理;
N阱和P型有源区(P+)用于制作PMOS晶体管,P阱和N型有源区(N+)用于制作NMOS管。
作为进一步的技术方案,P型高阻外延层电阻率大于1KΩ·cm。
更进一步,P-N二极管所在阳极区连接有反偏电压,用于加快电荷收集。
作为进一步的技术方案,所述的CMOS像素传感器,还包括多个像素单元,多个像素单元构成一个像素阵列,每个像素单元内铺满深N阱,使整个像素单元作为一个二极管。
作为进一步的技术方案,每个像素单元包括依次连接的校准测试电路、电荷灵敏放大器、整形器、比较器和事例驱动电路。
校准测试电路由Cinj电容和外部触发信号组成,用于模拟外部电荷注入,标定像素内部电路性能。
所述电荷灵敏放大器的增益约为1/Cf,定制MOM电容作为反馈电容。
所述的整形器采用CR-RC结构。
所述的比较器采用两级结构,第一级完成差分放大功能,第二级完成正反馈比较功能。
所述的事例驱动电路完成优先判断功能,如果某像素被粒子击中,事例驱动电路将判断信号传输至列端,完成优先触发。
作为进一步的技术方案,CMOS像素传感器还配置像素配置电路、时序逻辑、偏置电路、时钟电路和控制接口;所述的像素配置电路、时序逻辑、偏置电路、时钟电路均与像素阵列相连。
所述的控制接口主要用来调节偏置参数以及使能信号,使芯片工作在最佳状态。所述的像素配置电路用于像素内部电路性能标定。所述时序逻辑用于像素内部逻辑电路。所述偏置电路主要向像素单元电路提供静态工作点。所述时钟电路主要向数据处理模块提供高速时钟。
上述本发明的有益效果如下:
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H01L 半导体器件;其他类目中不包括的电固体器件
H01L27-00 由在一个共用衬底内或其上形成的多个半导体或其他固态组件组成的器件
H01L27-01 .只包括有在一公共绝缘衬底上形成的无源薄膜或厚膜元件的器件
H01L27-02 .包括有专门适用于整流、振荡、放大或切换的半导体组件并且至少有一个电位跃变势垒或者表面势垒的;包括至少有一个跃变势垒或者表面势垒的无源集成电路单元的
H01L27-14 . 包括有对红外辐射、光、较短波长的电磁辐射或者微粒子辐射并且专门适用于把这样的辐射能转换为电能的,或适用于通过这样的辐射控制电能的半导体组件的
H01L27-15 .包括专门适用于光发射并且包括至少有一个电位跃变势垒或者表面势垒的半导体组件
H01L27-16 .包括含有或不含有不同材料结点的热电元件的;包括有热磁组件的