CN106713789B - 图像传感器 - Google Patents
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Abstract
一种图像传感器可以包括在其中以矩阵结构布置了多个像素单元的像素阵列。像素单元中的每个可以包括：光接收器，适用于响应于入射光而产生光电荷；浮置扩散节点，电耦接至光接收器的一端；以及重置晶体管，与浮置扩散节点电隔离，其中，多个像素单元之中的第一像素单元的浮置扩散节点电耦接至多个像素单元之中的邻近于第一像素单元的第二像素单元的重置晶体管。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年11月18日提交的第10-2015-0161586号韩国专利申请的优先权，其通过引用整体合并于此。
技术领域
本发明的示例性实施例涉及一种半导体器件，更具体地，涉及一种图像传感器。
背景技术
图像传感器将光学图像转换为电信号。随着计算机和的通信产业的发展，在各种应用(诸如数字照相机、摄像机、智能电话、游戏机、监控摄像机、医用***机和机器人等)中存在对具有改善性能的图像传感器的增大的需求。
发明内容
各种实施例针对一种具有改善性能的图像传感器。
在一个实施例中，一种图像传感器可以包括在其中多个像素单元以矩阵结构布置的像素阵列。像素单元中的每个可以包括：光接收器，适用于响应于入射光而产生光电荷；浮置扩散节点，电耦接至光接收器的一端；以及重置晶体管，与浮置扩散节点电隔离，其中，所述多个像素单元之中的第一像素单元的浮置扩散节点电耦接至所述多个像素单元之中的邻近于第一像素单元的第二像素单元的重置晶体管。
第一像素单元可以布置在与第二像素单元相同的列但不同的行处。在像素阵列中，当第一像素单元布置在像素阵列中的第N行、第M列处时，第二像素单元可以布置在第(N+1)行、第M列处或第(N-1)行、第M列处，其中，N和M是除0以外的自然数。第一像素单元可以布置在与第二像素单元相同的行但不同的列处。在像素阵列中，当第一像素单元布置在像素阵列中的第N行、第M列处时，第二像素单元可以布置在第N行、第(M+1)列处或第N行、第(M-1)列处，其中，N和M是除0以外的自然数。第一像素单元可以布置在与第二像素单元不同的行且不同的列处。第一像素单元可以沿基于第二像素单元的斜线方向布置。在像素阵列中，当第一像素单元布置在像素阵列中的第N行、第M列处时，第二像素单元可以布置在第(N-1)行和第(N+1)行中的一行且第(M-1)列和第(M+1)列中的一列处，其中，N和M是除0以外的自然数。光接收器可以包括一个或更多个光接收单元。光接收单元可以包括：光电转换元件，适用于响应于入射光而产生光电荷；以及传输晶体管，适用于将光电转换元件与浮置扩散节点耦接。
在一个实施例中，一种图像传感器可以包括在其中多个像素单元以矩阵结构布置的像素阵列。像素单元中的每个可以包括：光接收器，适用于响应于入射光而产生光电荷；浮置扩散节点，电耦接至光接收器的一端；重置晶体管，与浮置扩散节点电隔离；以及源极跟随晶体管，具有电耦接至浮置扩散节点的栅极。
多个像素单元之中的第一像素单元的浮置扩散节点可以电耦接至多个像素单元之中的邻近于第一像素单元的第二像素单元的重置晶体管。第一像素单元可以布置在与第二像素单元相同的列但不同的行处。第一像素单元可以布置在与第二像素单元相同的行但不同的列处。第一像素单元可以布置在与第二像素单元不同的行且不同的列处。第一像素单元可以沿基于第二像素单元的斜线方向布置。在像素阵列中，当第一像素单元布置在像素阵列中的第N行、第M列处时，第二像素单元可以布置在第(N+1)行、第M列处或第(N-1)行、第M列处，其中，N和M是除0以外的自然数。在像素阵列中，当第一像素单元布置在像素阵列中的第N行、第M列处时，第二像素单元可以布置在第N行、第(M+1)列处或第N行、第(M-1)列处，其中，N和M是除0以外的自然数。在像素阵列中，当第一像素单元布置在像素阵列中的第N行、第M列处时，第二像素单元可以布置在第(N-1)行和第(N+1)行中的一行且第(M-1)列和第(M+1)列中的一列处，其中，N和M是除0以外的自然数。
在一个实施例中，一种图像传感器可以包括在其中多个像素单元以矩阵结构布置的像素阵列。像素单元中的每个可以包括：光接收器，适用于响应于入射光而产生光电荷；以及输出单元，经由浮置扩散节点电耦接至光接收器，并且适用于响应于光电荷而输出图像信号，其中，像素单元的浮置扩散节点由像素单元之中的相邻像素单元来重置。
像素单元中的每个的输出单元还可以包括重置晶体管，所述重置晶体管与像素单元的浮置扩散节点电隔离并且适用于重置像素单元之中的相邻像素单元的浮置扩散节点。
附图说明
图1是示意性地图示图像传感器的框图。
图2A和图2B是图示根据第一对比示例的图像传感器的像素阵列的一部分的示图。
图3A和图3B是图示根据第二对比示例的图像传感器的像素阵列的一部分的示图。
图4A和图4B是图示根据本发明的第一实施例的图像传感器的像素阵列的一部分的示图。
图5A和图5B是图示根据本发明的第一实施例的图像传感器的变体的示图。
图6A和图6B是图示根据本发明的第二实施例的图像传感器的像素阵列的一部分的示图。
图7A和图7B是图示根据本发明的第二实施例的图像传感器的变体的示图。
图8A和图8B是图示根据本发明的第三实施例的图像传感器的像素阵列的一部分的示图。
图9A和图9B是图示根据本发明的第三实施例的图像传感器的变体的示图。
图10是图示根据本发明的实施例的电子设备的示图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例和现有技术的对比示例。然而，本发明可以以不同的形式来实施，并且不应当被解释为局限于本文所阐述的实施例。更确切地说，这些实施例被提供使得本公开将是彻底和完整的，并且这些实施例将把本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。附图不一定成比例，在某些情况下，附图中的结构的至少一些结构的比例可以被放大以清楚地说明所描述的示例或实施方式的特定特征。在附图或描述中呈现具有多层结构中的两层或更多层的特定示例中，这些层的相对位置关系或所示出层的布置顺序反映了所述示例或所示示例的特定实施方式，而不同的相对位置关系或布置顺序可以是可能的。另外，所述或所示的多层结构的示例可以不反映该特定多层结构中存在的所有层(例如，一个或更多个额外层可以存在于两个所示层之间)。作为特定实施例，当所述或所示多层结构中的第一层被称为在第二层“上”或“之上”或者在衬底“上”或“之上”时，第一层不仅可以直接形成在第二层或衬底上，还可以表示在其中一个或更多个其他的中间层可以存在于第一层与第二层或衬底之间的结构。
图像传感器可以将光学图像转换为电信号。图像传感器的示例可以包括CCD(电荷耦合器件)和CIS(CMOS图像传感器)。CIS可以包括简单的驱动***，由于CIS可以使用CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺技术来制造，因此制造其可以比较便宜。CIS可以包括像素阵列，所述像素阵列包括以矩阵结构来布置的多个像素单元，其中，像素单元中的每个可以包括用于响应于入射光来产生光电荷的光接收器。CIS还可以包括用于响应于产生的光电荷而输出图像信号的输出单元。输出单元可以包括多个像素晶体管。输出单元可以具有各种架构。
以下的本发明的实施例提供一种具有改善性能的图像传感器，其可以防止其中的多个像素单元的特性劣化。具体地，图像传感器可以防止其图像信号的信噪比(SNR)因每个像素单元中的像素晶体管之间的干扰而增大。
图1是示意性图示图像传感器的框图。
如图1中所示，图像传感器可以包括像素阵列100、相关双采样单元(CDS)120、模数转换器(ADC)130、缓冲器140、行驱动器150、时序发生器160、控制寄存器170和斜坡信号发生器180。像素阵列100可以包括以矩阵结构布置的多个像素单元110(或像素)。
时序发生器160可以产生用于控制行驱动器单元150、相关双采样单元120、模数转换器130和斜坡信号发生器180的操作的控制信号。控制寄存器170可以产生用于控制斜坡信号发生器180、时序发生器160和缓冲器140的操作的控制信号。
行驱动器150基于行线来驱动像素阵列100。例如，行驱动器150可以产生能够从多个行线中选择一个行线的选择信号。一个或更多个像素单元110可以耦接至行线中的每个。一个行线耦接至像素单元110中的每个。
像素单元110中的每个可以检测入射光并且经由列线将图像重置信号和图像信号输出至相关双采样单元120。相关双采样单元120对接收到的图像信号和图像重置信号中的每个进行采样。一个或更多个像素单元110可以耦接至多个列线中的每个。一个列线可以耦接至像素单元110中的每个。模数转换器130可以将从斜坡信号发生器180输出的斜坡信号与从相关双采样单元120输出的采样信号进行比较。模数转换器130可以将比较信号输出至缓冲器140。模数转换器130可以基于从时序发生器160提供的时钟信号而对比较信号的电平转变时间计数，以及可以将计数值输出至缓冲器140。斜坡信号发生器180可以在时序发生器160的控制下操作。
缓冲器140可以储存从模数转换器130输出的多个计数值作为数字信号。缓冲器140可以感测放大计数值并输出。缓冲器140可以包括用于储存计数值的存储器，所述计数值与从像素单元110输出的信号相关联。缓冲器140还可以包括用于感测和放大从存储器输出的计数值的感测放大器(未示出)。
之后，参照图2A至图3B来描述根据对比示例的图像传感器以演示可以由每个像素单元110中的像素晶体管之间的干扰导致的SNR增大。
具体地，图2A和图2B图示根据第一对比示例的图像传感器的像素阵列的一部分，而图3A和图3B图示根据第二对比示例的图像传感器的像素阵列的一部分。图2A和图3A是平面图，而图2B和图3B是等效电路图。
在根据第一对比示例的图像传感器中，多个像素单元110中的每个可以包括光接收器10和输出单元20。光接收器10可以响应于入射光而产生光电荷，以及输出单元20可以响应于由光接收器10产生的光电荷而输出图像信号。光接收器10和输出单元20可以经由浮置扩散节点FD电耦接。输出单元20可以响应于经由行线施加的选择信号而将图像信号输出至列线。
每个像素单元110中的光接收器10可以包括光电转换元件PD和传输晶体管Tx。光电转换元件PD可以包括光电二极管。每个像素单元110中的输出单元20可以包括重置晶体管Rx、源极跟随晶体管SFx和选择晶体管Sx。传输晶体管Tx和重置晶体管Rx可以电耦接至浮置扩散节点FD，以及源极跟随晶体管SFx的栅极也可以电耦接至浮置扩散节点FD。
在根据第一对比示例的图像传感器中，每个像素单元110可以具有在其中传输晶体管Tx的栅极(在下文中被称为传输栅极)与重置晶体管Rx的栅极(在下文中被称为重置栅极)被布置为彼此相邻的结构。因此，在操作中，传输栅极与重置栅极之间可能发生干扰或耦合，这可能使图像传感器的操作特性劣化。具体地，干扰可以增大图像信号的SNR。
在根据第二对比示例的图像传感器中，像第一对比示例一样，每个像素单元110可以包括光接收器10和输出单元20。此时，光接收器10可以包括多个光接收单元11，其中，每个光接收单元11可以包括光电转换元件PD和传输晶体管Tx。在第二对比示例中，光接收器10可以包括共享一个浮置扩散节点FD的四个光接收单元11。因此，根据第二对比示例的图像传感器可以被称为4-共享像素型图像传感器。
在根据第二对比示例的图像传感器中，像第一对比示例一样，每个像素单元110可以具有在其中传输栅极与重置栅极可以被布置为彼此相邻的结构。因此，图像传感器的操作特性可能通过传输栅极与重置栅极之间的干扰而劣化。此外，由于多个传输栅极与重置栅极之间的距离彼此不同，因此重置栅极与各个传输栅极之间的干扰程度可能存在变化。因此，特性劣化可能进一步加深。
如上所述，由于在每个像素单元110中传输晶体管Tx的栅极与重置晶体管Rx的栅极被布置为彼此相邻，因此可能会使图像传感器的操作特性劣化。当传输栅极和重置栅极的布局被改变以增大两个栅极之间的物理距离时，可以防止两个栅极之间的上述干扰。然而，改变布局实质上可以是不可能的且不实际的。
以下的本发明的实施例提供一种图像传感器，其能够防止因每个像素单元110中的传输栅极与重置栅极之间的干扰而导致的特性劣化，而不改变传输栅极和重置栅极的布局。图像传感器可以具有在每个像素单元110中将浮置扩散节点FD与重置晶体管电隔离(或绝缘)的布线(wiring)结构，并增大操作中的传输栅极与重置栅极之间的电气距离(即，绝缘电阻)。
图4A和图4B是图示根据本发明的第一实施例的图像传感器的像素阵列的一部分的示图。图5A和图5B是图示根据本发明的第一实施例的图像传感器的变体(即，4-共享像素型图像传感器)的示图。图4A和图5A是平面图，而图4B和图5B是等效电路图。以供参考，虽然未图示，但是图4A和图5A中的图像传感器的行线和列线可以具有与图2A和图3A中的行线和列线类似的形状。
如图4A、图4B、图5A和图5B中所示，根据第一实施例及其变体的图像传感器可以包括像素阵列100(参照图1)，在所述像素阵列100中，多个像素单元110以矩阵形状布置。每个像素单元110可以包括光接收器210和输出单元220。光接收器210可以响应于入射光而产生光电荷，以及输出单元220可以响应于由光接收器210产生的光电荷而输出图像信号。光接收器210的一端可以电耦接至浮置扩散节点FD。
在每个像素单元110中，光接收器210可以包括一个或更多个光接收单元211。光接收单元211可以包括光电转换元件PD和传输晶体管Tx。光电转换元件PD可以响应于入射光而产生光电荷。传输晶体管Tx可以将浮置扩散节点FD与光电转换元件PD耦接。光电转换元件PD可以包括光电二极管。传输晶体管Tx可以包括MOS晶体管或薄膜晶体管。传输晶体管Tx可以响应于施加至其传输栅极的传输信号而将由光电转换元件PD产生的光电荷传输至浮置扩散节点FD。图4A和图4B图示了在其中光接收器210可以包括一个光接收单元211的情况。图5A和图5B图示了在其中光接收器210可以包括彼此并联耦接同时共享一个浮置扩散节点FD的多个光接收单元211的情况。
在每个像素单元110中，输出单元220可以包括重置晶体管Rx，重置晶体管Rx可以与该像素单元110中的浮置扩散节点FD电隔离。重置晶体管Rx可以响应于施加至其重置栅极的重置信号而重置浮置扩散节点FD。重置晶体管Rx的一侧可以电耦接至浮置扩散节点FD，而重置晶体管Rx的另一侧可以耦接至电源电压节点VDD。在根据第一实施例及其变体的图像传感器中，每个像素单元110中的浮置扩散节点FD与重置晶体管Rx可以彼此电隔离。因此，为了重置像素单元110中的一个像素单元的浮置扩散节点FD，可以使用像素单元110中的相邻的另一像素单元110的重置晶体管Rx。以下描述每个像素单元110中的浮置扩散节点FD与重置晶体管Rx之间的耦接关系。
具体地，在每个像素单元110中，输出单元220可以包括源极跟随晶体管SFx和选择晶体管Sx。源极跟随晶体管SFx的栅极可以耦接至浮置扩散节点FD，而源极跟随晶体管SFx的两侧可以分别耦接至电源电压节点VDD和选择晶体管Sx。源极跟随晶体管SFx可以产生与浮置扩散节点FD中储存的光电荷相对应的输出电压。光电荷表示图像信号。选择晶体管Sx的栅极可以耦接至行线，而选择晶体管Sx的两侧可以分别耦接至源极跟随晶体管SFx和列线。选择晶体管Sx可以响应于经由行线施加的选择信号而将由源极跟随晶体管SFx产生的输出电压输出至列线。
在操作中，为了防止每个像素单元110中的传输栅极与重置栅极之间的干扰而不改变其布局，可以增大两个栅极之间的电气距离。根据第一实施例及其变体的图像传感器可以具有以下结构：像素单元110中的一个像素单元的浮置扩散节点FD可以电耦接至像素单元110之中的另一像素单元(例如，相邻像素单元)的重置晶体管Rx。
具体地，像素单元110的浮置扩散节点FD可以耦接至可以与主体(subject)像素单元110布置在同一列但不同行处的另一像素单元110的重置晶体管Rx。
更具体地，例如，布置在像素阵列100中的第N行、第M列处的像素单元110的浮置扩散节点FD可以耦接至布置在第(N+1)行、第M列处的像素单元110的重置晶体管Rx，其中，N和M是除0以外的自然数。此外，布置在像素阵列100中的第N行和第M列处的像素单元110的浮置扩散节点FD可以耦接至布置在第(N-1)行、第M列处的像素单元110的重置晶体管Rx。
这样，布置在第N行、第M列处的像素单元110的浮置扩散节点FD可以电耦接至布置在第(N+1)行、第M列处或第(N-1)行、第M列处的像素单元110的重置晶体管Rx。因此，当在操作期间将预定偏置施加至布置在第N行、第M列处的像素单元110的传输栅极时，可以不将预定偏置施加至同一像素单元110的重置栅极。因此，可以防止每个像素单元110中的传输栅极与重置栅极之间的干扰或耦合。
如上所述，每个像素单元110中的浮置扩散节点FD与重置晶体管Rx可以彼此电隔离，而不同像素单元110中的浮置扩散节点FD与重置晶体管Rx可以彼此电耦接。因此，在操作中，传输栅极与重置栅极之间的电气距离可以增大而不改变像素晶体管的布局。这种架构可以防止在图像传感器的操作期间由每个像素中的传输栅极与重置栅极之间的干扰导致的特性劣化。此外，这种架构还可以防止由每个像素单元110之内的多个传输栅极与重置栅极之间的不同距离导致的非均匀干扰。
图6A和图6B是图示根据本发明的第二实施例的图像传感器的像素阵列的一部分的示图。图7A和图7B是图示根据本发明的第二实施例的图像传感器的变体(即，4-共享像素型图像传感器)的示图。图6A和图7A是平面图，而图6B和图7B是等效电路图。以供参考，虽然未图示，但是图6A和图7A中的图像传感器的行线和列线可以具有与图2A和图3A中的行线和列线类似的形状。
如图6A、图6B、图7A和图7B中所示，根据第二实施例及其变体的图像传感器可以包括像素阵列100(参照图1)，在所述像素阵列100中，多个像素单元110以矩阵结构布置。每个像素单元110可以包括光接收器310和输出单元320。光接收器310可以响应于入射光而产生光电荷，以及输出单元320可以响应于由光接收器310产生的光电荷而输出图像信号。光接收器310的一端可以电耦接至浮置扩散节点FD。
在每个像素单元110中，光接收器310可以包括一个或更多个光接收单元311。光接收单元311可以包括光电转换元件PD和传输晶体管Tx。光电转换元件PD可以响应于入射光而产生光电荷。传输晶体管Tx可以将浮置扩散节点FD与光电转换元件PD耦接。光电转换元件PD可以包括光电二极管。传输晶体管Tx可以包括MOS晶体管或薄膜晶体管。传输晶体管Tx可以响应于施加至其传输栅极的传输信号而将由光电转换元件PD产生的光电荷传输至浮置扩散节点FD。图6A和图6B图示了在其中光接收器310包括一个光接收单元311的情况。图7A和图7B图示了在其中光接收器310包括彼此并联耦接同时共享一个浮置扩散节点FD的多个光接收单元311的情况。
在每个像素单元110中，输出单元320可以包括与该像素单元110中的浮置扩散节点FD电隔离的重置晶体管Rx。重置晶体管Rx可以响应于施加至其重置栅极的重置信号而重置浮置扩散节点FD。重置晶体管Rx的一侧可以电耦接至浮置扩散节点FD，而重置晶体管Rx的另一侧可以耦接至电源电压节点VDD。在根据第二实施例及其变体的图像传感器中，每个像素单元110中的浮置扩散节点FD与重置晶体管Rx可以彼此电隔离。因此，为了重置像素单元110中的一个像素单元的浮置扩散节点FD，可以使用像素单元110中的相邻的另一像素单元的重置晶体管Rx。以下描述每个像素单元110中的浮置扩散节点FD与重置晶体管Rx之间的耦接关系。
在每个像素单元110中，输出单元320可以包括源极跟随晶体管SFx和选择晶体管Sx。源极跟随晶体管SFx的栅极可以耦接至浮置扩散节点FD。源极跟随晶体管SFx的两侧可以分别耦接至电源电压节点VDD和选择晶体管Sx。源极跟随晶体管SFx可以产生与浮置扩散节点FD中储存的光电荷相对应的输出电压(即，图像信号)。选择晶体管Sx的栅极可以耦接至行线。选择晶体管Sx的两侧可以分别耦接至源极跟随晶体管SFx和列线。选择晶体管Sx可以响应于经由行线施加的选择信号而将由源极跟随晶体管SFx产生的输出电压输出至列线。
在操作中，为了防止每个像素单元110中的传输栅极与重置栅极之间的干扰，可以增大两个栅极之间的电气距离。根据第二实施例及其变体的图像传感器可以具有以下结构：像素单元110中的一个像素单元的浮置扩散节点FD可以电耦接至像素单元110之中的相邻的另一像素单元110的重置晶体管Rx。
具体地，像素阵列100中的多个像素单元110之中的任意一个像素单元的浮置扩散节点FD可以耦接至与所述一个像素单元布置在同一行但不同列的另一像素单元110的重置晶体管Rx。
更具体地，布置在像素阵列100中的第N行、第M列处的像素单元110的浮置扩散节点FD可以耦接至布置在第N行、第(M+1)列处的像素单元110的重置晶体管Rx，其中，N和M是除0以外的自然数。此外，布置在像素阵列100中的第N行、第M列处的像素单元110的浮置扩散节点FD可以耦接至布置在第N行、第(M-1)列处的像素单元110的重置晶体管Rx。
由于布置在第N行、第M列处的像素单元110的浮置扩散节点FD电耦接至布置在第N行、第(M+1)列处或第N行、第(M-1)列处的像素单元110的重置晶体管Rx，因此可以原样地应用已知的操作方法。此时，虽然原样地应用了已知的操作方法，但是布置在第N行、第M列处的像素单元110可以在与布置在第N行、第(M+1)列处以及第N行、第(M-1)列处的像素单元110不同的时间处被使能。因此，可以防止每个像素单元110中的传输栅极与重置栅极之间的干扰或耦合。
如上所述，每个像素单元110中的浮置扩散节点FD与重置晶体管Rx可以彼此电隔离，而不同像素单元110中的浮置扩散节点FD与重置晶体管Rx可以彼此电耦接。因此，在操作中，可以增大传输栅极与重置栅极之间的电气距离而不改变像素晶体管的布局。像素晶体管的这种架构可以防止在操作中由传输栅极与重置栅极之间的干扰导致的特性劣化。此外，这种架构还可以防止由每个像素单元110之内的多个传输栅极与重置栅极之间的不同距离导致的非均匀干扰。
图8A和图8B是图示根据本发明的第三实施例的图像传感器的像素阵列的一部分的示图。图9A和图9B是图示根据本发明的第三实施例的图像传感器的变体(即，4-共享像素型图像传感器)的示图。图8A和图9A是平面图，而图8B和图9B是等效电路图。以供参考，虽然未图示，但是图8A和图9A中的图像传感器的行线和列线可以具有与图2A和图3A中的行线和列线类似的形状。
如图8A、图8B、图9A和图9B中所示，根据第三实施例及其变体的图像传感器可以包括像素阵列100(参照图1)，在所述像素阵列100中，多个像素单元110以矩阵形状布置。每个像素单元110可以包括光接收器410和输出单元420。光接收器410可以响应于入射光而产生光电荷，以及输出单元420可以响应于由光接收器410产生的光电荷而输出图像信号。光接收器410的一端可以电耦接至浮置扩散节点FD。
在每个像素单元110中，光接收器410可以包括一个或更多个光接收单元411。光接收单元411可以包括光电转换元件PD和传输晶体管Tx。光电转换元件PD可以响应于入射光而产生光电荷，以及传输晶体管Tx可以将浮置扩散节点FD与光电转换元件PD耦接。光电转换元件PD可以包括光电二极管。传输晶体管Tx可以包括MOS晶体管或薄膜晶体管。传输晶体管Tx可以用于响应于施加至其传输栅极的传输信号而将由光电转换元件PD产生的光电荷传输至浮置扩散节点FD。图8A和图8B图示了在其中光接收器410包括一个光接收单元411的情况。图9A和图9B图示了在其中光接收器410包括彼此并联耦接同时共享一个浮置扩散节点FD的多个光接收单元411的情况。
在每个像素单元110中，输出单元420可以包括与该像素单元110中的浮置扩散节点FD电隔离的重置晶体管Rx。重置晶体管Rx可以响应于施加至其重置栅极的重置信号而重置浮置扩散节点FD。重置晶体管Rx的一侧可以电耦接至浮置扩散节点FD，而重置晶体管Rx的另一侧可以耦接至电源电压节点VDD。在根据第三实施例及其变体的图像传感器中，每个像素单元110中的浮置扩散节点FD与重置晶体管Rx可以彼此电隔离。因此，为了重置一个像素单元110的浮置扩散节点FD，要使用像素单元110中的相邻的另一像素单元110的重置晶体管Rx。以下将描述每个像素单元110中的浮置扩散节点FD与重置晶体管Rx之间的耦接关系。
在每个像素单元110中，输出单元220可以包括源极跟随晶体管SFx和选择晶体管Sx。源极跟随晶体管SFx的栅极可以耦接至浮置扩散节点FD，而源极跟随晶体管SFx的两侧可以分别耦接至电源电压节点VDD和选择晶体管Sx。源极跟随晶体管SFx可以产生与浮置扩散节点FD中储存的光电荷相对应的输出电压(即，图像信号)。选择晶体管Sx的栅极可以耦接至行线，而选择晶体管Sx的两侧可以分别耦接至源极跟随晶体管SFx和列线。选择晶体管Sx可以响应于经由行线施加的选择信号而将由源极跟随晶体管SFx产生的电压输出至列线。
在操作中，为了防止每个像素单元110中的传输栅极与重置栅极之间的干扰而不改变其布局，可以增大两个栅极之间的电气距离。根据第三实施例及其变体的图像传感器可以具有以下结构：像素单元110中的一个像素单元的浮置扩散节点FD电耦接至像素单元110之中的相邻的另一像素单元的重置晶体管Rx。
具体地，像素阵列100中的多个像素单元110之中的任意一个像素单元110的浮置扩散节点FD可以耦接至布置在与所述一个像素单元110不同行且不同列处的另一像素单元110的重置晶体管Rx。即，一个像素单元110的浮置扩散节点FD可以耦接至被布置为沿基于所述一个像素单元110斜线方向相邻的另一像素单元110的重置晶体管Rx。
更具体地，布置在像素阵列100中的第N行、第M列处的像素单元110的浮置扩散节点FD可以耦接至布置在(N+1)行第(M-1)列处、第(N+1)行第(M+1)列处、第(N-1)行第(M-1)列处以及第(N-1)行第(M+1)列处的像素单元110的重置晶体管Rx中的任意一个，其中，N和M是除0以外的自然数。
这样，布置在第N行和第M列处的像素单元110的浮置扩散节点FD可以电耦接至被布置为沿该像素单元110的斜线方向相邻的另一像素单元110的重置晶体管Rx。因此，当在操作期间将预定偏置施加至布置在第N行和第M列处的像素单元110的传输栅极时，可以不将该预定偏置施加至同一像素单元110的重置栅极。因此，可以防止每个像素单元110中的传输栅极与重置栅极之间的干扰或耦合。
如上所述，每个像素单元110中的浮置扩散节点FD与重置晶体管Rx可以彼此电隔离，而不同像素单元110中的浮置扩散节点FD与重置晶体管Rx可以彼此电耦接。因此，在操作中，可以增大传输栅极与重置栅极之间的电气距离而不改变像素晶体管的布局。这种架构可以防止在图像传感器的操作期间由传输栅极与重置栅极之间的干扰导致的特性劣化。此外，这种架构还可以防止由每个像素单元110之内的多个传输栅极与重置栅极之间的不同距离导致的非均匀干扰。
前述的根据实施例的图像传感器可以应用至各种电子设备。在下文中，参照图10，描述了根据本发明的实施例的包括图像传感器的电子设备的示例。具体地，图10的电子设备可以是能够捕捉静止图像的数码相机(digital still camera)。
如图10中所示，电子设备可以包括光学透镜510、快门511、图像传感器500、驱动电路513和信号处理电路512。图像传感器511可以具有与图4A至图9B中所示的图像传感器相同的配置。
光学透镜510可以在图像传感器500的成像表面上形成来自物体的入射光的图像。因此，与信号相对应的电荷在图像传感器500中累积预定时段。驱动电路513将传输操作信号供应至图像传感器500。可以由从驱动电路513供应的驱动信号(或时序信号)来执行图像传感器500的信号传输。信号处理电路512可以执行各种类型的信号处理。经历信号处理的图像信号可以被储存在诸如存储器的储存介质中或者可以被输出至监控器。
根据本发明的实施例，图像传感器可以防止由每个像素单元中的像素晶体管之间的干扰导致的特性劣化。
虽然已经出于说明的目的描述了各种实施例，但是对于本领域技术人员将明显的是，在不脱离所附权利要求中限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种改变和变化。
Claims (18)
1.一种包括像素阵列的图像传感器，多个像素单元以矩阵结构布置在所述像素阵列中，其中，像素单元中的每个包括：
光接收器，适用于响应于入射光而产生光电荷；
浮置扩散节点，电耦接至光接收器的一端；以及
重置晶体管，与浮置扩散节点电隔离，
其中，所述多个像素单元之中的第一像素单元的浮置扩散节点电耦接至所述多个像素单元之中的邻近于所述第一像素单元的第二像素单元的重置晶体管。
2.如权利要求1所述的图像传感器，其中，第一像素单元布置在与第二像素单元相同的列但不同的行处。
3.如权利要求1所述的图像传感器，其中，当第一像素单元布置在像素阵列中的第N行、第M列处时，第二像素单元布置在第N+1行、第M列处或第N-1行、第M列处，其中，N和M是除0以外的自然数。
4.如权利要求1所述的图像传感器，其中，第一像素单元布置在与第二像素单元相同的行但不同的列处。
5.如权利要求1所述的图像传感器，其中，当第一像素单元布置在像素阵列中的第N行、第M列处时，第二像素单元布置在第N行、第M+1列处或第N行、第M-1列处，其中，N和M是除0以外的自然数。
6.如权利要求1所述的图像传感器，其中，第一像素单元布置在与第二像素单元不同的行且不同的列处。
7.如权利要求1所述的图像传感器，其中，第一像素单元沿基于第二像素单元的斜线方向布置。
8.如权利要求1所述的图像传感器，其中，当第一像素单元布置在像素阵列中的第N行、第M列处时，第二像素单元布置在第N-1行和第N+1行中的一行且第M-1列和第M+1列中的一列处，其中，N和M是除0以外的自然数。
9.如权利要求1所述的图像传感器，其中，光接收器包括一个或更多个光接收单元，每个光接收单元包括：
光电转换元件，适用于响应于入射光而产生光电荷；以及
传输晶体管，适用于将光电转换元件与浮置扩散节点耦接。
10.一种包括像素阵列的图像传感器，所述像素阵列包括以矩阵结构布置的多个像素单元，其中，像素单元中的每个包括：
光接收器，适用于响应于入射光而产生光电荷；
浮置扩散节点，电耦接至光接收器的一端；
重置晶体管，与浮置扩散节点电隔离；以及
源极跟随晶体管，具有电耦接至浮置扩散节点的栅极，
其中，所述多个像素单元之中的第一像素单元的浮置扩散节点电耦接至所述多个像素单元之中的邻近于所述第一像素单元的第二像素单元的重置晶体管。
11.如权利要求10所述的图像传感器，其中，第一像素单元布置在与第二像素单元相同的列但不同的行处。
12.如权利要求10所述的图像传感器，其中，第一像素单元布置在与第二像素单元相同的行但不同的列处。
13.如权利要求10所述的图像传感器，其中，第一像素单元布置在与第二像素单元不同的行且不同的列处。
14.如权利要求10所述的图像传感器，其中，第一像素单元沿基于第二像素单元的斜线方向布置。
15.如权利要求10所述的图像传感器，其中，当第一像素单元布置在像素阵列中的第N行、第M列处时，第二像素单元布置在第N+1行、第M列处或第N-1行、第M列处，其中，N和M是除0以外的自然数。
16.如权利要求10所述的图像传感器，其中，当第一像素单元布置在像素阵列中的第N行、第M列处时，第二像素单元布置在第N行、第M+1列处或第N行、第M-1列处，其中，N和M是除0以外的自然数。
17.如权利要求10所述的图像传感器，其中，当第一像素单元布置在像素阵列中的第N行、第M列处时，第二像素单元布置在第N-1行和第N+1行中的一行且第M-1列和第M+1列中的一列处，其中，N和M是除0以外的自然数。
18.一种包括像素阵列的图像传感器，所述像素阵列包括以矩阵结构布置的多个像素单元，其中，像素单元中的每个包括：
光接收器，适用于响应于入射光而产生光电荷；以及
输出单元，经由浮置扩散节点电耦接至光接收器，并且适用于响应于光电荷而输出图像信号，
其中，像素单元的浮置扩散节点由所述像素单元之中的相邻像素单元来重置，以及
其中，所述像素单元中的每个像素单元的输出单元还包括：
重置晶体管，其与像素单元的浮置扩散节点电隔离，并且适用于重置像素单元之中的相邻像素单元的浮置扩散节点。
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