本发明涉及集成电路领域,具体地,涉及一种图像传感器的抗弥散方法及图像传感器。
背景技术:
图像传感器的设计和制作传统上采用电荷藕合器件(chargecoupleddevice,ccd)工艺。在1980-1990年代,ccd工艺由于在消费类相机上的应用,赢得巨大发展。然而在2005年后ccd在消费领域的应用快速被互补金属氧化物半导体工艺(complementarymetaloxidesemiconductor,cmos)取代。原有的ccd生产线纷纷关厂停线,迄今为止全世界已经剩下很少的ccd产线了。然而tdi图像传感器的设计制作一直到现在还部分使用ccd工艺,其原因就是tdi图像传感器的工作原理依赖于ccd的操作方式。
考虑到ccd工艺线的退出,从2012年开始,部分公司研究在cmos工艺上嵌入类似ccd功能的器件,称之为嵌入式ccd(eccd,embeddedccd),以此制作tdi图像传感器。这种图像传感器基于cmos工艺的基础上,所以称之为tdi-cmos图像传感器,核心是eccd。比较而言,把原来基于ccd工艺基础上的图像传感器称为延迟积分cmos(timedelayintegration–cmos,tdi-ccd)图像传感器。
每个ccd像素单元包括4个多晶硅电极,在强光的条件下,电极下方沟道的电子达到满阱后溢出到相邻电极或沟道的现象,,称为弥散现象(blooming)。弥散现象会对相邻的沟道产生干扰,导致相邻沟道的电子数增加,使得像素输出增大,输出图像出现光晕。
因此,需要一种抗弥散方法以解决强光条件下电子满阱后溢出干扰相邻电极或沟道问题。
技术实现要素:
为解决上述问题,本发明实施例提供一种图像传感器的抗弥散方法,适用于cmos图像传感器,所述cmos图像传感器的每个像素单元包括n型晶体管,所述n型晶体管包括栅极和漏极,所述漏极包括第一电极和第二电极;所述抗弥散方法包括:在所述n型晶体管的漏极上施加第一抗弥散信号,所述第一抗弥散信号为高电平;在所述n型晶体管的第一电极上施加第二抗弥散信号,在图像的曝光与转移期间内,所述第二抗弥散信号为周期性信号;其中,在所述第二抗弥散信号的一个周期内,所述第二抗弥散信号在第一时间段内为第一电平,在第二时间段内为第二电平,所述第二抗弥散信号的周期小于所述曝光与转移期间。
可选地,所述图像的曝光与转移期间包括:两个相邻的采样电平之间的间隔期间。
可选地,所述第一电平为高电平,所述第二电平为低电平。
可选地,所述第一电平为低电平,所述第二电平为高电平。
可选地,所述第一时间段与所述第二时间段的时长是可调的。
本发明实施例还提供一种图像传感器,所述图像传感器的每个像素单元包括n型晶体管,所述n型晶体管包括栅极和漏极;所述栅极包括第一电极与第二电极;所述第一电极上适于施加第一抗弥散信号,所述漏极上适于施加第二抗弥散信号;所述图像传感器还包括:第一抗弥散信号生成装置,适于向所述n型晶体管的漏极输出第一抗弥散信号,所述第一抗弥散信号为高电平;第二抗弥散信号生成装置,适于向所述n型晶体管的第一电极输出第二抗弥散信号,在图像的曝光与转移期间内,所述第二抗弥散信号为周期性信号;其中,在所述第二抗弥散信号的一个周期内,所述第二抗弥散信号在第一时间段内为第一电平,在第二时间段内为第二电平,所述第二抗弥散信号的周期小于所述曝光与转移期间。
可选地,所述图像的曝光与转移期间包括:两个相邻的采样电平之间的间隔期间。
可选地,所述第一电平为高电平,所述第二电平为低电平。
可选地,所述第一电平为低电平,所述第二电平为高电平。
可选地,所述第一时间段与所述第二时间段的时长是可调的。
与现有技术相比,本发明实施例的技术方案具有以下优点:
通过在所述n型晶体管的源极或者漏极上施加第一抗弥散信号,所述第一抗弥散信号为高电平,并在所述n型晶体管的栅极上施加第二抗弥散信号,在图像的曝光与转移期间内,所述第二抗弥散信号为周期性信号。在此种抗弥散信号的时序模式下,图像传感器不仅获得了抗弥散功能,同时也能有效的抑制沟道下方硅(si)和二氧化硅(sio2)表面的缺陷态,,从而减少了暗电流,提高输出图像质量。
附图说明
图1是现有技术中eccd的像素结构示意图;
图2是现有技术中eccd4个电极的驱动电压和沟道中电荷传输示意图;
图3是现有技术中eccd的弥散现象的示意图;
图4是现有技术中的一种图像传感器的像素结构的版图;
图5是现有技术中的一种图像传感器的像素结构的切面示意图;
图6是现有技术中的一种抗弥散信号的时序示意图;
图7是本发明实施例提供的一种抗弥散方法的流程示意图;
图8是本发明实施例提供的一种抗弥散信号的时序示意图;
图9是本发明实施例提供的一种抗弥散信号的时序示意图;以及
图10是本发明实施例提供的一种图像传感器的像素结构的版图。
具体实施方式
参考图1,图1是现有技术中eccd的像素结构示意图。所述eccd的像素结构应用于tdi-cmos图像传感器。每个ccd像素单元包括4个多晶硅电极ph1-ph4(poly),这4个多晶硅电极ph1-ph4没有互相覆盖。多晶硅电极poly下面是栅氧化层sio2,栅氧化层下面是硅,在硅中注入n型离子从而在衬底p-epi上形成沟道pdn。
参考图2,图2是现有技术中eccd4个电极的驱动电压和沟道中电荷传输示意图。若所述沟道为n型沟道,则沟道中的电荷为电子。在图2(a)中,向四个多晶硅电极ph1-ph4施加不同的驱动电压,从而使得沟道中的电荷实现朝某个方向的传输。图2(b)示出了在t1-t5时刻,沟道中电荷传输的情形。
在强光的条件下,电极下方沟道的电子达到满阱后溢出到相邻电极或沟道,这被称为弥散现象(blooming),如图3所示。弥散现象会对相邻的沟道产生干扰,导致相邻沟道的电子数增加,使得像素输出增大,输出图像出现光晕。
为解决弥散现象,图4示出了一种图像传感器的像素结构的版图。所述图像传感器可以为tdi-cmos图像传感器。所述图像传感器的像素单元包括n型晶体管。具体地,所述图像传感器包括栅极、n型离子注入区pdn1、源漏注入区s/d1(即所述n型晶体管的漏极)、有源区activearea1以及像素单元间的沟道隔离sti1。
在一些实施例中,所述栅极包括第一电极poly11和第二电极poly12。所述第一电极poly11和所述第二电极poly12可以为多晶硅电极。具体地,所述第一电极poly11适于根据被施加的电压调整其下方的势垒高度,所述第二电极poly12适于根据被施加的电压在离子注入区内进行电子输运。所述源漏注入区s/d1和所述第一电极poly11分别接收第一抗弥散信号vdab1以及第二抗弥散信号vcab1。
结合参考图4及图5,图5是现有技术中的一种图像传感器的像素结构的切面示意图。所述第一抗弥散信号vdab1被施加于所述源漏注入区s/d1。所述第二抗弥散信号vdab1被施加于所述第一电极poly11。
在现有技术中,为实现抗弥散功能,始终保持第一抗弥散信号vdab1以及第二抗弥散信号vcab1为高电平。具体的抗弥散信号的时序示意图可以参考图6。所述采样信号为采样电路对所述像素单元进行采样的控制信号。当第二抗弥散信号vcab1为高电平时,可在所述第一电极poly11下方形成沟道,以使得溢出的电荷进入所述源漏注入区s/d1,并通过所述第一抗弥散信号vdab1吸收溢出的电荷。
但是,当所述第二抗弥散信号vcab1为高电平状态时,,沟道表面全部处于耗尽状态,si和sio2表面的缺陷容易产生电子-空穴对,,这会产生较大的暗电流,恶化图像质量。而当第一抗弥散信号vcab1处于低电平状态时,产生的暗电流虽小,但不能实现抗弥散功能。
参考图7,图7是本发明实施例提供的一种抗弥散方法的流程示意图。所述抗弥散方法适用于cmos图像传感器,所述图像传感器可以为tdi-cmos图像传感器。所述cmos图像传感器的每个像素单元包括n型晶体管,所述n型晶体管包括栅极和漏极,所述漏极包括第一电极和第二电极。所述抗弥散方法包括以下步骤:
在s11中,在所述n型晶体管的漏极上施加第一抗弥散信号,所述第一抗弥散信号为高电平。
在s12中,在所述n型晶体管的第一电极上施加第二抗弥散信号,在图像的曝光与转移期间内,所述第二抗弥散信号为周期性信号。
需要注意的是,s11与s12并不存在先后的执行顺序,也就是说,在所述n型晶体管的漏极上施加第一抗弥散信号的同时,也在所述n型晶体管的第一电极上施加第二抗弥散信号。
在一些实施例中,在所述第二抗弥散信号的一个周期内,所述第二抗弥散信号在第一时间段内为第一电平,在第二时间段内为第二电平,所述第二抗弥散信号的周期小于所述曝光与转移期间。
在一些实施例中,所述第二抗弥散信号可以为周期脉冲信号。
在一些实施例中,所述图像的曝光与转移期间包括:两个相邻的采样电平之间的间隔期间。
参考图8,图8是本发明实施例提供的一种抗弥散信号的时序示意图。
在图8所示的实施例中,当所述图像传感器在实现抗弥散功能时,所述第一抗弥散信号vdab2始终保持高电平。而对于所述第二抗弥散信号vcab2,所述第一电平为高电平,所述第二电平为低电平。也就是说,在所述曝光与转移期间内,所述第二抗弥散信号vcab2在第一时间段t1内为高电平,在第二时间段内为低电平。在所述曝光与转移期间外,所述第二抗弥散信号vcab2保持低电平。
通过调节vcab的电压值从而调节第一电极poly11下方的势垒高度,获得相应的满阱容量,以避免弥散现象的发生。
所述第二抗弥散信号vcab2的脉冲周期为t,在一个曝光与转移期间内的高电平脉冲个数为n。
在一些实施例中,所述第一时间段与所述第一时间段的时长是可调的。也就是说,所述第二抗弥散信号vcab2的脉冲周期t可以根据实际需要调节。
参考图9,图9是本发明实施例提供的一种抗弥散信号的时序示意图。
在图9所示的实施例中,当所述图像传感器在实现抗弥散功能时,所述第一抗弥散信号vdab2始终保持高电平。而对于所述第二抗弥散信号vcab2,所述第一电平为低电平,所述第二电平为高电平。也就是说,在所述曝光与转移期间内,所述第二抗弥散信号vcab2在第一时间段t1内为低电平,在第二时间段内为高电平。在所述曝光与转移期间外,所述第二抗弥散信号vcab2保持高电平。
所述第二抗弥散信号vcab2的脉冲周期为t,在一个曝光与转移期间内的低电平脉冲个数为n。
在一些实施例中,所述第一时间段与所述第二时间段的时长是可调的。也就是说,所述第二抗弥散信号vcab的脉冲周期t可以根据实际需要调节。
通过使用以上两种抗弥散信号的工作时序,当所述第二抗弥散信号vcab处于低电平(负压)状态时,整个沟道表面处于空穴积累状态,被空穴所充满,使得表面缺陷态被钝化,类似于钳位光电二极管(pinnedphotodiode,ppd)的状态,这时表面缺陷产生的暗电流很少。而当所述第二抗弥散信号vcab2处于高电平(正压)状态时,沟道表面全部处于耗尽状态,si和sio2表面的缺陷容易产生电子-空穴对,但高压作用时间是间断的、不连续的。这就使得si和sio2表面的缺陷态在产生电子-空穴对后,电子不能及时的通过扩散和漂移运动跑到eccd沟道pdn里,随着高电平转变为低电平,缺陷态产生的电子-空穴对复合,随后表面又处于空穴积累状态,表面缺陷态又被钝化。
因此,在此种抗弥散信号的时序模式下,图像传感器不仅获得了抗弥散功能,同时也能有效的抑制沟道下方si和sio2表面的缺陷态,从而减少了暗电流,提高输出图像质量。
参考图10,图10是本发明实施例提供的一种图像传感器的像素结构的版图。
本发明实施例还提供了一种图像传感器,所述图像传感器的每个像素单元包括n型晶体管,所述n型晶体管包括栅极和漏极(源漏注入区s/d2,结构与图5中的源漏注入区s/d1相同);所述栅极包括第一电极poly21和第二电极poly22。所述第一电极poly21适于根据被施加的电压调整其下方的势垒高度,所述第二电极poly22适于根据被施加的电压在离子注入区内进行电子输运。所述源漏注入区s/d2上适于施加第一抗弥散信号vdab2,所述第一电极poly21上适于施加第二抗弥散信号vcab2。
所述图像传感器还包括n型离子注入区pdn2、有源区activearea2、像素单元间的沟道隔离sti2。
所述图像传感器还包括:第一抗弥散信号生成装置21,,适于向所述源漏注入区s/d2输出第一抗弥散信号vdab2,所述第一抗弥散信号vdab2为高电平;以及第二抗弥散信号生成装置22,适于向多个所述第一电极poly21输出第二抗弥散信号vcab2,在图像的曝光与转移期间内,,所述第二抗弥散信号vcab为周期性信号。
在一些实施例中,在所述第二抗弥散信号的一个周期内,所述第二抗弥散信号在第一时间段内为第一电平,在第二时间段内为第二电平,所述第二抗弥散信号的周期小于所述曝光与转移期间。
在一些实施例中,所述图像的曝光与转移期间包括:两个相邻的采样电平之间的间隔期间。
在一些实施例中,所述第一电平为高电平,所述第二电平为低电平。
在一些实施例中,所述第一电平为低电平,所述第二电平为高电平。
在一些实施例中,所述第一时间段与所述第二时间段的时长是可调的。更多有关所述图像传感器的细节可以参考上文中的相关描述,在此不再赘述。
需要注意的是,所述抗弥散方法还可以适用于图10所示实施例之外的其它具有抗弥散结构的图像传感器。
所述抗弥散方法还可以适用于2相ccd、3相ccd和4相ccd。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成,该程序可以存储于以计算机可读存储介质中,存储介质可以包括:rom、ram、磁盘或光盘等。
虽然本发明披露如上,但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,均可作各种更动与修改,因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
1.一种图像传感器的抗弥散方法,适用于cmos图像传感器,所述cmos图像传感器的每个像素单元包括n型晶体管,所述n型晶体管包括栅极和漏极,所述漏极包括第一电极和第二电极;
其特征在于,所述抗弥散方法包括:
在所述n型晶体管的漏极上施加第一抗弥散信号,所述第一抗弥散信号为高电平;
在所述n型晶体管的第一电极上施加第二抗弥散信号,在图像的曝光与转移期间内,所述第二抗弥散信号为周期性信号;
其中,在所述第二抗弥散信号的一个周期内,所述第二抗弥散信号在第一时间段内为第一电平,在第二时间段内为第二电平,所述第二抗弥散信号的周期小于所述曝光与转移期间。
2.根据权利要求1所述的抗弥散方法,其特征在于,所述图像的曝光与转移期间包括:
两个相邻的采样电平之间的间隔期间。
3.根据权利要求1所述的抗弥散方法,其特征在于,所述第一电平为高电平,所述第二电平为低电平。
4.根据权利要求1所述的抗弥散方法,其特征在于,所述第一电平为低电平,所述第二电平为高电平。
5.根据权利要求1所述的抗弥散方法,其特征在于,所述第一时间段与所述第二时间段的时长是可调的。
6.一种图像传感器,所述图像传感器的每个像素单元包括n型晶体管,所述n型晶体管包括栅极和漏极;所述栅极包括第一电极与第二电极;所述第一电极上适于施加第一抗弥散信号,所述漏极上适于施加第二抗弥散信号;其特征在于,所述图像传感器还包括:
第一抗弥散信号生成装置,适于向所述n型晶体管的漏极输出第一抗弥散信号,所述第一抗弥散信号为高电平;
第二抗弥散信号生成装置,适于向所述n型晶体管的第一电极输出第二抗弥散信号,在图像的曝光与转移期间内,所述第二抗弥散信号为周期性信号;其中,在所述第二抗弥散信号的一个周期内,所述第二抗弥散信号在第一时间段内为第一电平,在第二时间段内为第二电平,,所述第二抗弥散信号的周期小于所述曝光与转移期间。
7.根据权利要求6所述的抗弥散装置,其特征在于,所述图像的曝光与转移期间包括:
两个相邻的采样电平之间的间隔期间。
8.根据权利要求6所述的抗弥散装置,其特征在于,所述第一电平为高电平,所述第二电平为低电平。
9.根据权利要求6所述的抗弥散装置,其特征在于,所述第一电平为低电平,所述第二电平为高电平。
10.根据权利要求6所述的抗弥散装置,其特征在于,所述第一时间段与所述第二时间段的时长是可调的。
技术总结