[发明专利]一种CMOS像素传感器有效

专利信息
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
【说明书】:

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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