CN1957599B - 用于垂直颜色过滤像素传感器的简化布线方案 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示具有简化的布线和减少的晶体管数量的垂直颜色过滤像素传感器(42、28、36)。在一实施例中，一单个线用于一VCF像素传感器(30)中的参考电压、像素复位电压和列输出信号。在另一实施例中，在一VCF像素传感器(30)阵列中的邻近行之间共享的一线上发送行复位信号和行启用信号。本发明还提供一种用于一VCF像素传感器的优化布局。其具有共享的行复位、行启用、参考电压和列输出线，以及其中源极跟随器电压、源极跟随器放大器电压和行启用信号全部共享一共用线的VCF像素传感器(30)。这些组合线实施例可与一单个列输出线以及两个行启用线一起使用。所述实施例也可实施于不具有行启用晶体管的VCF像素传感器中。
Description
技术领域
本发明涉及像素传感器。更明确地说，本发明涉及使用半导体材料垂直地对光进行色彩过滤并感测相同位置处的多个波长带的全色像素传感器和阵列。
背景技术
在有源像素传感器中，传统的方法是为沿着经过一像素传感器阵列的一组导线的每一像素传感器内的光电二极管的复位操作供应电压参考，以及读出经过所述阵列的另一组导线上的像素光电流值。像素传感器的布线直接影响所需组件的填充因数和数目，因此限制阵列的性能并影响制造像素传感器阵列的成本。对于具有增加的复杂性的像素传感器(例如，垂直颜色过滤(vertical-color-filter，VCF)像素传感器)而言，布线方案是尤其重要的，且需要尽可能地进行优化。
发明内容
在一个方面，本发明提供一种无源垂直颜色过滤像素，其形成于一半导体衬底上且包含：至少两个检测器层，其经配置以收集一第一极性的光生载流子，且由经配置以收集和传导走相反极性的光生载流子的额外介入层分离，所述至少两个层设置成彼此大体上垂直对准且具有作为其在所述半导体衬底中不同深度的一函数的不同光谱灵敏度，所述像素具有复数个光电二极管、复数个颜色启用栅极和一列输出线。
在另一方面，本发明提供一种有源垂直颜色过滤像素，其形成于一半导体衬底上且包含：至少两个检测器层，其经配置以收集一第一极性的光生载流子，且由经配置以收集和传导走相反极性的光生载流子的额外介入层分离，所述至少两个层设置成彼此大体上垂直对准且具有作为其在所述半导体衬底中不同深度的一函数的不同光谱灵敏度，所述像素具有复数个光电二极管，所述像素具有共享一共用线的像素复位电压和列输出。
在又一方面，本发明提供一种有源垂直颜色过滤像素，其形成于一半导体衬底上且包含：至少两个检测器层，其经配置以收集一第一极性的光生载流子，且由经配置以收集和传导走相反极性的光生载流子的额外介入层分离，所述至少两个层设置成彼此大体上垂直对准且具有作为其在所述半导体衬底中不同深度的一函数的不同光谱灵敏度，所述像素具有复数个光电二极管，所述像素具有一共享的源极跟随器电压和复位电压。
在又一方面，本发明提供一种有源垂直颜色过滤像素，其形成于一半导体衬底上且包含：至少两个检测器层，其经配置以收集一第一极性的光生载流子，且由经配置以收集和传导走相反极性的光生载流子的额外介入层分离，所述至少两个层设置成彼此大体上垂直对准且具有作为其在所述半导体衬底中不同深度的一函数的不同光谱灵敏度，所述像素具有复数个光电二极管，所述像素具有用于复位电压信号、源极跟随器电压和行启用信号的共用线。
在又一方面，本发明提供一种有源垂直颜色过滤像素阵列，每一像素形成于一半导体衬底上且包含：至少两个检测器层，其经配置以收集一第一极性的光生载流子，且由经配置以收集和传导走相反极性的光生载流子的额外介入层分离，所述至少两个层设置成彼此大体上垂直对准且具有作为其在所述半导体衬底中不同深度的一函数的不同光谱灵敏度，所述像素具有复数个光电二极管，所述像素具有至少一个用于读取所述像素的读取晶体管和一用于行复位信号与行启用信号的共用线，其中以若干行和若干列的像素配置阵列，所述阵列经配置以使得一行的读取晶体管与另一行的光电二极管交叉连接，同时所述共用线共享用于阵列中一行的复位信号和用于阵列中一邻近行的行启用信号。
附图说明
图1是现有技术的三色VCF像素传感器的横截面图。
图2A是根据本发明的VCF像素传感器的组合半导体横截面图和示意图。
图2B是描绘如图2A中所示的同一VCF像素传感器的示意图，其中将光电二极管示意性表示为半导体二极管符号。
图2C是描绘可在本发明的VCF像素传感器的存储型式中使用的晶体管电路的示意图，其中红色、绿色和蓝色光电二极管的每一者耦合到所述晶体管电路。
图3是说明采用外延半导体技术的垂直颜色过滤像素传感器的半导体横截面图。
图4A至4E是展示在完成制造工艺中选定步骤之后所形成的结构的横截面图。
图5是根据本发明的成像阵列的图。
图6A和6B是说明像素传感器的操作的时序图。
图7是无源VCF像素传感器的示意图。
图8是具有如先前的有源像素传感器中所示的用于像素复位电压信号和列输出信号的共用线的像素传感器的示意图。
图9是具有用于像素复位电压信号和列输出信号的共用线的VCF像素传感器的示意图。
图10是具有如先前的有源像素传感器中所示的一用于复位电压信号和列输出信号的共享线和用于像素复位信号和行启用信号的另一共享线的VCF像素传感器的示意图。
图11是具有一用于像素复位信号和行启用信号的共享线和用于复位电压和列输出信号的另一共享线的VCF像素传感器的示意图。
图12是具有利用共享的像素复位与行启用线的加强布局的VCF像素传感器阵列的示意图。
图13是说明处于卷帘式快门(rolling shutter)和视频模式中的传感器的操作的图。
图14是说明卷帘式快门模式集成时序的时间线的图。
图15是具有一用于复位信号和行启用信号的共享线和一用于复位电压和源极跟随器电压的共享线的VCF像素传感器的示意图。
图16是说明如现有技术中教示的具有共享的复位电压、源极跟随器电压和行启用线的像素传感器的示意图。
图17是说明具有共享的复位电压、源极跟随器电压和行启用线的VCF像素传感器的示意图。
图18是说明具有共享的复位、源极跟随器电压和行启用线以及共享的复位电压和列输出线的简化VCF像素传感器的示意图。
图19是说明具有同样用于像素复位电压的一个输出线以及共享的复位、源极跟随器电压和行启用线的VCF像素传感器的示意图。
图20是说明具有如先前的有源像素传感器中所示的用于源极跟随器电压和复位电压的共享线的像素传感器的示意图。
图21是说明具有带有用于复位电压和源极跟随器电压的共享线的一个列输出线的VCF像素传感器的示意图。
图22是说明简化VCF像素传感器的操作的时序的示意图。
具体实施方式
所属领域的技术人员将了解，对本发明的以下描述仅为说明性的且不以任何方式进行限制。得益于本揭示案的那些技术人员将很容易了解本发明的其它实施例。
图1说明可用于实践本发明的VCF像素传感器的第一说明性且非限制性实例。横截面图展示Merrill的美国专利第5,965,875号中揭示的类型的现有技术VCF像素传感器10。图1展示在三阱(triple-well)工艺中制造的VCF像素传感器，其中蓝色、绿色和红色传感器设置在半导体衬底12表面以下的不同深度处，成像器制造所述半导体衬底12。通过检视图1可见，红色光电二极管包含p型衬底12与n型阱14之间的接面(junction)，绿色光电二极管包含n型阱14与p型阱16之间的接面，且蓝色光电二极管包含p型阱16与衬底表面处的n型轻度掺杂漏极植入(n-type lightly-doped-drain implant)18之间的接面。如用符号指示的分别通过电流计20、22和24来从红色、绿色和蓝色光电二极管来感测光电流。图1的VCF像素传感器中的光电二极管彼此直接串联连接，且因此具有交替的极性。
图2A说明可用于实践本发明的VCF像素传感器的第二说明性且非限制性实例。VCF像素传感器30是以横截面图示意性展示的制造于p型半导体衬底32上的六层结构。这种类型的VCF像素传感器具有三个n型区域，由全部连接到衬底电位的p区域垂直隔离。
蓝色、绿色和红色光电二极管传感器由n型与p型区域之间的接面形成，且设置在半导体结构的表面以下的不同深度处。与图1的结构相比，额外层的添加导致红色、绿色和蓝色光电流信号全部从三个隔离的光电二极管的n型阴极获得的结构。这示意性展示于图2B中，其描绘与图2A中所示传感器相同的VCF像素传感器。在图2B中，将光电二极管示意性表示为半导体二极管符号。
图2A与2B都展示VCF像素传感器的非存储式型式，其中红色、绿色和蓝色光电二极管的每一者均耦合到晶体管电路。每一电路具有由RESET(复位)信号线驱动且耦合在光电二极管阴极与复位电位之间的复位晶体管54、耦合到光电二极管阴极的源极跟随器放大器晶体管56，和由ROW-SELECT(行选择)信号线驱动且耦合在源极跟随器放大器晶体管的源极与行线之间的行选择晶体管58。尾标“r”、“g”和“b”用于表示关联于每一晶体管的颜色。如此项技术中已知，RESET信号有效以复位像素传感器，且接着在曝光期间无效，在此之后激活行选择线以读出像素数据。
现参看图2C，示意图描绘可在本发明的VCF像素传感器的存储型式中使用的晶体管电路，红色、绿色和蓝色光电二极管的每一者耦合到所述晶体管电路。如所属领域的技术人员所了解，图2C的晶体管电路包括在图2A和2B的电路中不存在的额外的转移晶体管59。转移晶体管59的栅极耦合到XFR线，所述XFR线在RESET电压线有效并在曝光时间结束时无效的时间的至少一部分时间中保持有效，之后激活行选择线以读出像素数据。图2C的电路的一个优点在于，转移晶体管的使用消除了机械快门的需要。
所属领域的技术人员自本文的揭示内容将了解，存在在半导体结构中实现VCF像素传感器的多种方法。举例来说，可使用半导体衬底作为底层并在衬底中形成五个交替导电类型的同心阱，来形成交替的p型和n型区域的六层结构。图3的阴影区展示用于形成所述结构的p型和n型区域的植入的大约位置。虚线76界定用于蓝色检测器74的净P(net-P)和净N(net-N)掺杂之间的大约边界。类似地，虚线78界定用于绿色检测器70的净P和净N掺杂之间的大约边界，绿色检测器70与第二外延层72的表面垂直的部分形成与绿色检测器70的接触。虚线80界定用于红色检测器64的净P和净N掺杂之间的大约边界，红色检测器64与第二外延层72的表面垂直的部分形成与红色检测器64的接触。
从上述说明性实例可见，本文揭示的六层结构的其它实施例预期处于本发明的范围内，且可通过使用从衬底、设置在衬底中的一个或一个以上阱、一个或一个以上外延层和设置在一个或一个以上外延层中的一个或一个以上阱中选择的层的各种组合来实现。
所属领域的技术人员将观察到，可操作所有的红色、绿色和蓝色光电二极管(图3中分别以参考标号64、70和74指示)使得光电二极管的耗尽区不会相互作用(即，其被接面隔离)，但可通过控制掺杂水平、结构间隔或操作电压使得耗尽区相互作用且也可深度耗尽来替代地操作。
参看图4A至4E揭示图3的用于制造VCF像素传感器的说明性半导体制造工艺，横截面图展示在所述工艺中的选定步骤完成之后形成的结构。
所述工艺从图4A中所示的1e15p型衬底90开始。执行覆盖硼植入(blanket boronimplant)(以参考标号92展示)至大约0.5μm的深度。此硼植入92必须比衬底更重度掺杂，因为其充当弱扩散壁垒以防止衬底90中产生的电子扩散到达绿色光电二极管以及防止使红色光电二极管分离。此覆盖植入也可用以抵消在随后的外延层沉积步骤期间的自动掺杂。此覆盖植入通常无论在何处都应为衬底掺杂水平的约3倍到100倍，且在本发明的一个实施例中约为1e16。随后，接着使用常规的光刻技术施加一植入掩模层(未图示)。随后，如图4A所示，以大约50keV的能量执行掩模的磷1e17植入(以参考标号94展示)，随后是此项技术中已知的激活循环(activation cycle)，以便形成用于红色检测器的n型层。此植入剂量应选择成足以过度补偿覆盖p型植入。所属领域的技术人员将了解，在外延硅层生长之前，驱动循环(drive cycle)必须确保硼与磷植入的充分退火。所属领域的技术人员还将了解，形成红色光电二极管n型区域的p型覆盖植入和n型掩模植入的顺序可颠倒。
现参看图4B，随后，1e15p型外延硅层96生长至约2.0μm的厚度。外延层96中的掺杂剂浓度在保证p型材料的情况下轻度掺杂，以使其将充当势阱区域使得其中产生的光电子不会扩散通过p型层上方或在其下方。从红色到绿色光电二极管的穿通(punch-through)是另一设计局限，从而影响此层中的掺杂水平，即，掺杂需要足以防止红色和绿色光电二极管阴极的耗尽区彼此靠得太近，或完全耗尽其间的p型区域。
随后，接着使用常规的光刻技术施加一插塞植入掩模层(plug implant masking layer)(未图示)。接着执行1e17磷插塞植入和退火次序以形成与红色光电二极管的阴极的插塞接触。此插塞植入应为高能量植入(即，约1000KeV)或应包含以不同能量进行的多个植入步骤。在本发明的一个实施例中，通过两个不同植入的组合来形成一长的、薄的插塞接触插塞，一个植入是用于深度掺杂插塞接触的底部区域高能量植入98(即，约1200KeV)，且另一植入是用于掺杂插塞接触的中间区域的较低能量植入100(即，约600KeV)，随后是与用于绿色光电二极管的掺杂一起执行的第三植入或扩散，以便完成插塞接触的浅表面区域。
插塞电阻不重要，因为光电流较小，然而插塞尺寸应尽可能地小，以便最小化像素面积并最大化填充因数。1微米的插塞尺寸是好的目标，但插塞接触的深度需要为约2微米。本文揭示的多植入插塞使得可能实现此深度大于其宽度的插塞。
现参看图4C，接着使用常规的光刻技术施加一植入掩模层(未图示)。接着执行以约50KeV能量进行的1e17磷植入(以参考标号104展示)和激活次序，以便形成用于绿色检测器的n型层。此掩模层中的第二、较小的孔用以形成插塞接触植入的表面区域102，用于与红色检测器的下伏阴极接触。如所属领域的技术人员将了解，此植入需要激活驱动以在随后的外延层沉积步骤之前恢复晶格完整性。
随后，执行外延层96的覆盖硼植入106。此植入用以抵消在随后的外延层沉积步骤期间的自动掺杂。此植入还用作弱扩散壁垒以防止绿色光子产生的载流子向上扩散到蓝色检测器并使绿色光电二极管分离。此覆盖植入106通常无论在何处都应为第一外延层96的掺杂水平的约3倍到100倍，且在本发明的一个实施例中约为1e16。所属领域的技术人员还将了解，形成绿色光电二极管n型区域的p型覆盖植入和n型掩模植入的顺序可颠倒，且掺杂浓度考虑类似于上文针对红色光电二极管描述的掺杂浓度考虑。
现参看图4D，1e15p型外延硅层108生长至约0.7μm到1.0μm的厚度。接着使用常规的光刻技术施加一植入掩模层(未图示)。执行标准CMOS n阱植入以形成n阱区域110以便与下伏的绿色检测器的阴极104接触，且形成n阱区域112以便与用于底部红色检测器的阴极94的插塞接触102的顶部接触。N阱区域110和112可能需要双重植入以到达埋入层，所述埋入层包含绿色检测器的阴极106和用于红色检测器的阴极94的插塞接触；对于n阱区域110和112中的深植入和浅植入而言，典型的CMOS n阱植入能量分别为约500KeV和100KeV。
现参看图4E，接着使用常规的光刻技术施加一植入掩模层(未图示)。接着执行CMOSp阱植入步骤以形成p阱区域114。如所属领域的技术人员了解，CMOS p阱植入步骤可能需要双重能量植入以最小化n阱至n阱间的间隔。这些p阱区域114是用于红色和绿色检测器插塞的接触之间以及像素(最右边和最左边边缘p阱区域)之间的的隔离。另外，此p阱植入用于形成阱，其中形成用于芯片上其余电路的NMOS晶体管。
随后，接着使用常规的光刻技术施加一植入掩模层(未图示)。接着执行以参考标号116展示的轻度掺杂漏极植入，以形成蓝色检测器的阴极。在本发明的一个实施例中，此掩模层中的其它孔形成红色与绿色检测器的较深接触区域的表面部分，以允许与上覆的金属互连层良好电接触。或者，可在分离的处理步骤中形成更重度掺杂的n型区域，以形成红色与绿色检测器的较深接触区域以及用于蓝色检测器的轻度掺杂漏极植入内的接触区域的表面部分118和120。作为对图4E中描绘的说明性工艺的可选替代，蓝色检测器的阴极可能形成为下方具有一p阱(即，区域114的延伸)。
本发明的制造VCF像素传感器所采用的工艺与标准CMOS工艺兼容。额外的工艺步骤全部在标准CMOS步骤之前执行，因此使相互作用最小化。
需要有时在BiCMOS中采用的两个外延层96和108，以及两个额外的植入激活循环，每一外延生长步骤之前有一个循环。如所属领域的技术人员了解，在工艺中需要三个额外的掩模以用于植入用于红色检测器、红色接触插塞和绿色检测器的n型区域94、98、100、102和104。工艺需要五个额外的植入，包括红色检测器相反掺杂(counterdoping)92和绿色检测器相反掺杂106(如果区域98和100是分离形成的，那么需要六个额外的植入)。上文描述的用于制造本文揭示的新颖结构的掩模、植入、驱入与退火、以及外延生长制造工艺步骤对于用于制造其它半导体设备的半导体处理技术领域中的技术人员来说是各个众所周知的。例如时间、温度、反应物种类等工艺参数将在个别工艺之间变化，但对于在所述个别工艺中的使用来说是已知的。本文将不再陈述这些细节，以避免使本揭示内容过于复杂且因而混淆本发明。
本文揭示的制造工艺提供若干优点。不存在关联于植入和驱动阱的大的横向扩散，从而导致较小的像素面积。所需的为连接到埋入层的垂直插塞可较小。
不需要大的n型或p型隔离环。仅检测器插塞接触需要彼此隔离和与其它检测器隔离。这允许了小的传感器组面积。
如所示，此六层三色光电二极管使用两个外延层，其有时存在于BiCMOS工艺中。硅质量通常随着生长更多的外延层而改善。另外，根据本发明此实施例的包括像素读出电路的传感器组可在任何BiCMOS制造设施中制造。可使用常规CMOS工艺形成最顶部的层(即，n+、n阱和p阱)。另外，本文称为衬底的层本身可为形成于一下伏衬底上的外延层。
现参看图5，图中展示可根据本发明而使用的VCF像素传感器阵列的说明性2乘2部分120。所属领域的技术人员将容易了解，图5中揭示的阵列部分仅是说明性的，且可使用本文的教示来制造任意尺寸的阵列。图5的说明性阵列实例采用包括转移晶体管的具有存储特征(例如图2C中所描绘)的电路，且因此包括服务所述阵列的全局转移信号线。所属领域的技术人员将了解，采用不具有存储器且因此不具有转移晶体管的类似于图2A和2B中所描绘的电路的阵列预期也处在本发明的范围内，且所述阵列将不包括转移信号线。
可提供共用的RESET和XFR线用于阵列中的所有VCF像素传感器。如当前优选的，提供分离的VSFD线用于阵列中的每一行，但具有单独VSFD节点的本发明实施例也是预期的。在阵列的列中的图2A至2C中用于每一颜色的行选择晶体管的源极耦合到关联于所述列的分离的列输出线，且阵列的行中的用于每一VCF像素传感器的全部颜色的全部行选择晶体管的栅极耦合到关联于所述行的ROW-SELECT线。
图5中阵列的2乘2部分120包括两行和两列VCF像素传感器。第一行包括VCF像素传感器122-1和122-2，第二行包括VCF像素传感器122-3和122-4。第一列包括VCF像素传感器122-1和122-3，第二列包括VCF像素传感器122-2和122-4。
第一ROW-SELECT线124-1连接到VCF像素传感器122-1和122-2的行选择输入(ROW-SELECT)。第二ROW-SELECT线124-2连接到VCF像素传感器122-3和122-4的行选择输入(ROW-SELECT)。第一和第二ROW-SELECT线可由此项技术中众所周知的行解码器(未图示)驱动。
第一组三个(蓝色、绿色和红色)COLUMN-OUT(列输出)线126-1连接到VCF像素传感器122-1和122-3的输出。第二组三个COLUMN-OUT线126-2连接到VCF像素传感器122-2和122-4的输出。第一和第二组COLUMN-OUTPUT线耦合到此项技术中众所周知的所述组列读出电路(未图示)。
全局RESET电压线128连接到全部VCF像素传感器122-1至122-4的复位(R)输入。第一VSFD线130-1连接到阵列的第一行中VCF像素传感器122-1和122-2的VSFD输入。第二VSFD线130-2连接到阵列的第二行中VCF像素传感器122-3和122-4的VSFD输入。全局XFR线132连接到全部VCF像素传感器122-1至122-4的XFR输入。
全局PIX-VCC线134连接到全部VCF像素传感器122-1至122-4的PIX-VCC输入。或者，可提供多个PIX-VCC线(每种颜色对应一个)。
现参看图6A，时序图说明本发明的图2C中所示的VCF像素传感器的实施例的操作。初始将RESET信号确定(assert)为高。将复位晶体管54b、54g和54r的漏极从零伏提升到电压PIX-VCC。此动作通过将电压电位PIX-VCC置于每一光电二极管的阴极而使全部VCF像素传感器复位。根据图6A中说明的本发明的操作VCF像素传感器的一种方法，电压PIX-VCC初始处于低电平(例如，零伏)，而RESET为高从而将阵列中全部光电二极管的阴极电压复位到较低值，以便使其状态快速相等。接着使电压PIX-VCC上升(例如上升到约2伏)达预定时间(优选为大约几毫秒)，而RESET信号仍不变，以允许全部VCF像素传感器中的光电二极管充电到约2伏。光电二极管阴极处的黑色电平因此设定为PIX-VCC，其对于自复位晶体管的电容性关闭瞬态(turn-off transient)来说略小。
当RESET信号解除确定(de-assert)且光电集成开始时，电荷聚积在光电二极管阴极上。源极跟随器晶体管56b、56g和56r的源极处的电压跟随其栅极上的电压。在采用转移晶体管59b、59g和59r的本发明实施例中，XFR信号在整个复位周期和集成周期中是确定的，且解除确定以结束集成周期，如图6A中所示。XFR信号的低电平优选设定为零或略微偏负的电压，例如约-0.2伏，以便彻底关闭转移晶体管59b、59g和59r。
为读出像素传感器，将源极跟随器晶体管56b、56g和56r的漏极驱动至Pix VCC线上的电压VSFD，确定含有晶体管59b、59g和59r的阵列的行的ROW-SELECT信号，且从而将输出信号驱动到COLUMN-OUTPUT线上。关于PixVCC信号的VSFD电压的确定的时序不是关键的，除了其应保持为高，直到ROW-SELECT信号解除确定之后，如图6A中所示。可能有利的是，如果VSFD首先在PixVCC线上升高，就将电压斜坡限制在ROW-SELECT信号的上升缘处，如揭示于2000年2月14日申请的代理人案号FOV-038的共同待决申请案第09/492,103号，，现为2002年6月25日颁发的美国专利第6,410,899号。
现参看图6B，时序图说明操作图2B的传感器组实现的一种方法。复位操作如相对于图6A所描述而进行。在RESET下降时，曝光可开始；然而，由于没有XFR开关，因此有源像素传感器不具有电子快门能力，情况可能是使用机械快门控制曝光。因此，展示SHUTTER信号，其指示快门让光落到传感器上的时间。在快门关闭之后，RESET信号与图6A中一样不会再确定(re-assert)，因为信号需要保持存储在光电二极管阴极上，直到被读出之后。使用ROW-SELECT和VSFD的读出如相对于图6A所描述而进行。在读出之后，PIX-VCC和RESET可循环回到其初始状态。
如此项技术中众所周知，存在操作3个晶体管有源像素传感器以避免对快门的需要的其它方法。
可使用常规的时序和控制逻辑产生图6A和6B中描绘的控制信号。时序和控制逻辑电路的配置将视本发明的特定实施例而定，但在任何情况下均为常规电路，一旦选定本发明的特定实施例，那么其特定设计是已检视图6A和6B的所属领域的技术人员的琐碎工作。
图7展示不具有放大器的无源VCF像素传感器200。此致使每像素的组件数目的减少并改善填充因数。VCF像素传感器具有经配置以收集具有第一极性的光生载流子的检测器层，所述检测器层由经配置以收集和传导走相反极性的光生载流子的额外介入层分离。所述层设置成大体上彼此垂直对准，且具有作为其在半导体衬底中不同深度的函数的不同光谱灵敏度。VCF像素传感器200包括列输出线202和关联于不同检测器层的复数个颜色启用线(color-enable line)204、206和208。VCF像素传感器200中还包括复数个颜色启用晶体管210、212和214。每一颜色启用晶体管耦合在不同的检测器层与列输出线202之间，且具有耦合到不同颜色启用线的栅极。
存储在光电二极管中的电荷必须直接驱动可具有比光电二极管更高的电容的列输出线202。因此，在读取光电二极管值时，列输出线202上的电压不会变化很多。
VCF像素传感器200的操作如下。通过开关(未图示)将复位电压Vref驱动到列输出线202上，并确定三个颜色启用线204、206和208上的信号。这将光电二极管充电到-已知电压。如果不同的颜色需要不同的复位电压，那么可通过(例如)将红色复位电压施加到列输出线202并确定红颜色启用线204，接着将绿色复位电压驱动到列输出线202上并确定绿颜色启用线206以及对于蓝色同样操作，来按次序设定所述复位电压。在集成周期之后，光电二极管上的电压与每一光电二极管截留的光子数目成比例减小。传感器200通过开关(未图示)首先将列输出线202充电至一已知电压来一次读出一行且一次读出一颜色，接着确定红颜色启用线204并读取列输出线202上的电压差。将列输出线202充电至一已知电压，确定绿颜色启用线206，并读取列输出线202上的电压差。对于蓝色重复这些步骤。在例如VCF像素200的VCF像素的阵列中，可以相同方式读出下一行像素。
图8说明具有用于像素复位电压信号和列输出信号的共用线的像素传感器230，如美国专利第5,654,537号中所示。
图9说明具有用于复位电压Vref和列输出信号的共享线242、244、246的VCF像素传感器240。此共享从像素传感器去除了一条导线。VCF像素传感器240还包括复位信号线248、行启用线250和源极跟随器漏极电压线252。复位晶体管254耦合在检测器层与列输出/参考电压线242之间，且具有耦合到复位信号线248的栅极。复位晶体管256耦合在第二检测器层与列输出/参考电压线244之间，且具有耦合到复位信号线248的栅极。源极跟随器晶体管258具有耦合到第一检测器层的栅极、耦合到源极跟随器漏极电压线252的漏极，和源极。源极跟随器晶体管260具有耦合到第二检测器层的栅极、耦合到源极跟随器漏极电压线252的漏极，和源极。输出启用晶体管262具有耦合到行启用线250的栅极、耦合到源极跟随器晶体管258的源极的漏极，和耦合到列输出/参考电压线242的源极。输出启用晶体管264具有耦合到行启用线250的栅极、耦合到源极跟随器晶体管260的源极的漏极，和耦合到列输出/参考电压线244的源极。如果需要，第三检测器层可包括在VCF像素传感器240中，如上文所述配置复位晶体管266、源极跟随器晶体管268和输出启用晶体管270。
在操作期间，将复位信号驱动为高，同时一开关(未图示)将列输出线连接到复位电压Vref。这将光电二极管充电到一已知电压。接着使像素传感器240曝光持续一固定时段。在此集成时间之后，每一光电二极管上的电压与每一光电二极管截留的光子数目成比例减小。在读出像素传感器240之前，将连接复位电压Vref到列输出线242、244和246的开关打开，使得像素可驱动所述线。传感器240中的每一光电二极管连接到一源极跟随器放大器的输入。通过将行启用线驱动为高，从而将像素源极跟随器放大器输出连接到列输出线，来读出传感器中的行。VCF像素传感器240的另一优点在于，可在不具有三个复位电压Vref线的情况下将红色、绿色和蓝色光电二极管充电到不同电压，因为存在三个Vref/列输出线而不是仅有一个复位电压Vref线。这是有用的，因为光电二极管可能对光有不同地响应，或其泄漏电流可能不同。
图10说明具有从连接到复位电压Vref线的一行到另一行的行启用线的两个像素传感器250，如美国专利第5,083,016号中所示。
图11说明来自一行的复位电压Vref线可如何与VCF像素传感器阵列260中线270、272上一不同行的行启用线组合。此实施例通过去除一必须跨过VCF像素传感器262、264阵列中的列的导线来减少拥挤。这没有减少像素传感器与阵列260形成的连接的数目，但如果邻近的行用于共享复位信号和列启用信号，那么这仍然是很有用的简化。VCF像素传感器阵列260包括关联于阵列260的行(m)的复位信号/行启用线270，和关联于阵列260的行(m+1)的复位信号/行启用线272。VCF像素传感器阵列260还包括源极跟随器漏极电压线274，列输出/参考电压线276、278和280，每一者关联于阵列260的列(n)。复位晶体管282耦合在第一检测器层与列输出/参考电压线276之间，且具有耦合到关联于阵列260的行(m+1)的复位信号/行启用线272的栅极。
复位晶体管284耦合在第二检测器层与列输出/参考电压线278之间，且具有耦合到关联于阵列260的行(m+1)的复位信号/行启用线272的栅极。
源极跟随器晶体管286具有耦合到第一检测器层的栅极、耦合到源极跟随器漏极电压线274的漏极，以及源极。源极跟随器晶体管288具有耦合到第二检测器层的栅极、耦合到源极跟随器漏极电压线274的漏极，以及源极。
输出启用晶体管290具有耦合到复位信号/行启用线270的栅极、耦合到源极跟随器晶体管286的源极的漏极，以及耦合到列输出/参考电压线276的源极。输出启用晶体管292具有耦合到复位信号/行启用线270的栅极、耦合到源极跟随器晶体管288的源极的漏极，和耦合到列输出/参考电压线278的源极。
根据需要，对于三色像素传感器而言，第三复位晶体管294可耦合在第三检测器层与列输出/参考电压线280之间。复位晶体管294具有耦合到关联于阵列260的行(m+1)的复位信号/行启用线272的栅极。源极跟随器晶体管296具有耦合到第三检测器层的栅极、耦合到源极跟随器漏极电压线274的漏极，和源极。输出启用晶体管298具有耦合到复位信号/行启用线270的栅极、耦合到源极跟随器晶体管296的源极的漏极，和耦合到列输出/参考电压线280的源极。
读出一行的动作使阵列260中的另一行复位。因此如果邻近的行共享行启用信号和复位信号，那么仅可在一个方向上读出阵列260，因此读取一行不会使还未被读出的另一行复位。
通过改变使哪些组件处于每一像素传感器中，可完成更有效的布局。图12展示VCF像素传感器阵列300，其类似于VCF像素传感器260，不同之处在于光电二极管交叉连接到邻近的行而不是复位/行启用线。这允许连接到复位/行启用线且还连接到三个列输出线的六个晶体管的很紧凑的布局。复位/行启用线可布设为像素传感器内的一个节点，且可全部聚集地布设。如果没有进行此优化，那么像素传感器内的互连线占据相当大的面积，导致较弱的填充因数。
阵列300包括形成于半导体衬底上的复数个行和列的有源VCF像素传感器，阵列列(n)包括列输出/参考电压线302和列输出/参考电压线304。列(n)具有复数个行。每一行包括复位/行启用线306、源极跟随器漏极电压线308和像素传感器。像素传感器包括第一和第二检测器层，其设置成大体上彼此垂直对准，具有作为其在半导体衬底中不同深度的函数的不同光谱灵敏度，且经配置以收集第一极性的光生载流子。第一和第二检测器层由经配置以收集和传导走相反极性的光生载流子的额外介入层分离。
复位晶体管310耦合在第一检测器层与列输出/参考电压线302之间，且具有耦合到复位信号/行启用线306-1的栅极。复位晶体管312耦合在第二检测器层与第二列输出/参考电压线304之间，且具有耦合到复位信号/行启用线306-1的栅极。源极跟随器晶体管314具有栅极、耦合到源极跟随器漏极电压线308-1的漏极，和源极。
源极跟随器晶体管316具有栅极、耦合到源极跟随器漏极电压线308-1的漏极，和源极。输出启用晶体管318具有耦合到复位信号/行启用线306-1的栅极、耦合到源极跟随器晶体管314的源极的漏极，和耦合到列输出/参考电压线302的源极。
输出启用晶体管320具有耦合到复位信号/行启用线306-1的栅极、耦合到源极跟随器晶体管316的源极的漏极，和耦合到列输出/参考电压线304的源极。
列(n)中每一行(m)中每一像素传感器中的源极跟随器晶体管314的栅极耦合到列(n)中行(m+1)中像素传感器的第一检测器层，且列(n)中每一行(m)中每一像素传感器中的源极跟随器晶体管316的栅极耦合到列(n)中行(m+1)中像素传感器的第二检测器层。第一行和最末行是不同的，因为分别不存在要互连的前一行或下一行。对于传感器的第一行而言，不存在检测器层可连接的物体，且不存在连接到最末行中源极跟随器的检测器层。存在连接第一行与最末行的若干不同的方法。一种可能的实施方案是将检测器层从第一行连接到最末行中的源极跟随器。然而这添加了用于阵列中的每一列的两个或两个以上从阵列顶部到底部的信号线。还因为这些信号将较长，所以它们将拾取许多噪声，且越过阵列的电阻降落将较大，因此第一行光电检测器的性能将较弱。另一种可能的解决方案是使第一行中的光电检测器层保持不连接，并将某个其它信号连接到最末行中的源极跟随器。另一解决方案是从第一行中省去光电检测器层和复位晶体管，并从最末行中省去行启用和源极跟随器晶体管。在这些解决方案的多数中，不能通过读取最末行获得有用信息，因此不应对其进行读取或应将其值忽略。
在三色的阵列300的实施例中，列(n)包括列输出/参考电压线324。每一行进一步包括经配置以收集第一极性的光生载流子的第三检测器层。第三检测器层通过经配置以收集和传导走相反极性的光生载流子的额外介入层而与第一和第二检测器层分离，且设置成与第一和第二检测器层大体上垂直对准，并具有作为其在半导体衬底中深度的函数的光谱灵敏度。
复位晶体管322耦合在第三检测器层与列输出/参考电压线324之间，且具有耦合到复位信号/行启用线306-1的栅极。源极跟随器晶体管326具有栅极、耦合到源极跟随器漏极电压线308-1的漏极，和源极。输出启用晶体管328具有耦合到复位信号/行启用线306-1的栅极、耦合到源极跟随器晶体管326的源极的漏极，和耦合到列输出/参考电压线324的源极。
列(n)中每一行(m)中每一像素传感器中的源极跟随器晶体管326的栅极耦合到列(n)中行(m+1)中像素传感器的第三检测器层。第一行和最末行是不同的，因为分别不存在要互连的前一行或下一行。对于传感器的第一行而言，不存在检测器层可连接的物体，且不存在连接到最末行中源极跟随器的检测器层。存在连接第一行与最末行的若干不同的方法。一种可能的实施方案是将检测器层从第一行连接到最末行中的源极跟随器。然而这添加了用于阵列中的每一列的两个或两个以上从阵列顶部到底部的信号线。还因为这些信号将较长，所以它们将拾取许多噪声，且越过阵列的电阻降落将较大，因此第一行光电检测器的性能将较弱。另一种可能的解决方案是使第一行中的光电检测器层保持不连接，并将某个其它信号连接到最末行中的源极跟随器。另一解决方案是从第一行中省去光电检测器层和复位晶体管，并从最末行中省去行启用和源极跟随器晶体管。在这些解决方案的多数中，不能通过读取最末行获得有用信息，因此不应对其进行读取或应将其值忽略。
图13说明仍可用此布线简化来实施的卷帘式快门模式，其中本发明的像素传感器阵列可用于视频、极快曝光时间照片，或长曝光时间照片，其中曝光时间比耗尽光电二极管上的可用电荷通常所需的时间更长。
当曝光时间比耗尽光电二极管通常所需的时间更长时，可将卷帘式快门图像的一序列加在一起以产生长曝光图像，所述卷帘式快门图像每一者均比耗尽光电二极管的时间短。对于卷帘式快门而言，行n的行启用连接到行n-1的复位，其中第一行的行启用线复位最末行。在卷帘式快门模式中，每一行的光电二极管电压的复位与其它行的读出是交错的。为开始此模式，将阵列的第一行复位至一已知电压，随后复位第二行、复位第三行等等。此复位过程持续进行，直到到达阵列底部，且接着所述过程在阵列顶部重新开始。此复位过程是重复执行的。与行的复位一致，不同行也是按顺序读出的。将集成时间间隔定义为复位一行的时间与读出所述行的时间之间的时间差。集成时间间隔等于快门打开的时间量，或所收集光子被计数的时间间隔。传感器中的每一行具有不同的集成时间，因为每一行在不同时间被复位和读出。快门卷帘式机制适用于需要长曝光时间的具有很少运动的场景。
举例来说，图13展示恰好复位行900并读出行2、随后复位行901并读取行3的情况。在此实例中，存在卷帘式经过传感器的“快门”窗(898行高)。
图14展示一时间线，其中集成时间间隔对于每一行是相同的，且每一行的集成时间是不同的。可视传感器的曝光量而定来修改集成间隔。可通过变化复位与读取操作之间的行的数目来改变集成间隔。也可通过在每一复位/读取操作之间添加延迟来增加集成时间间隔。对于长曝光时间照片而言，卷帘式快门窗可为传感器的大部分，除了两行，即具有互连的行复位和行启用的行之外。因此在卷帘式快门模式中，对于长曝光照片期间的大部分时间而言，由像素传感器对截留的光子进行计数，且仅在像素传感器被复位和读出的极短时间期间不会对截留的光子进行计数。
如图14所示，在行n-1复位时读取行n。复位操作是可接受的，因为行n-1处在无源传感器区中。将行n的行启用线连接到行n-1的复位电压线的仅有的限制是，仅可在从顶部到底部的一个方向上进行复位/读出操作。存在许多不同的共享复位和行启用线的方法，关于如何复位和读出传感器，每种方法均具有不同的约束。
对于视频应用，每次读出底部行时，捕获一新的帧。通过改变共享复位和行启用线的方式，可完成具有长集成周期的交错读出。对于交错读出而言，行n的行启用线应连接到行n-2而不是n-1的复位电压Vref线。这允许读出偶数或奇数字段而不影响其它字段。对于长曝光照片而言，基本的机制与卷帘式快门模式相同，除了在读出每一帧时将值加到先前帧的累积值中之外。那么总累积值表示长曝光图片的值。
用于此像素传感器配置的复位电压可连接到如图13中说明的像素传感器中的列输出线，或如图15中说明的VCF像素传感器中所示的可适应复位电压的VSFD线。使用图13中所示的列输出线的优点是，用于像素传感器中每一不同光电二极管的复位电压可不同。这需要复位与读出之间的协调，因为列输出线用于这两种操作。
图15说明阵列350，其包括形成于半导体衬底上的复数个行和列的有源垂直颜色过滤像素传感器，阵列列(n)包括列输出线352和列输出线354。列(n)包括复数个行，每一行具有复位信号/行启用线356、源极跟随器漏极电压/参考电压线358和像素传感器。每一像素传感器包括第一和第二检测器层，其设置成大体上彼此垂直对准，具有作为其在半导体衬底中不同深度的函数的不同光谱灵敏度，且经配置以收集第一极性的光生载流子。第一和第二检测器层由经配置以收集和传导走相反极性的光生载流子的额外介入层分离。
复位晶体管364-1耦合在第一检测器层与源极跟随器漏极电压/参考电压线358之间，且具有栅极。复位晶体管366-1耦合在第二检测器层与源极跟随器漏极电压/参考电压线358之间，且具有栅极。源极跟随器晶体管360-1具有耦合到第一检测器层的栅极、耦合到源极跟随器漏极电压/参考电压线358的漏极，和源极。源极跟随器晶体管362-1具有耦合到第二检测器层的栅极、耦合到源极跟随器漏极电压/参考电压线358的漏极，和源极。
输出启用晶体管368-1具有耦合到复位信号/行启用线356-1的栅极、耦合到源极跟随器晶体管360-1的源极的漏极，和耦合到列输出/参考电压线352的源极。输出启用晶体管370-1具有耦合到复位信号/行启用线356-1的栅极、耦合到源极跟随器晶体管362-1的源极的漏极，和耦合到列输出/参考电压线354的源极。
列(n)中每一行(m)中每一像素传感器中的复位晶体管364-1、366-1的栅极耦合到列(n)中行(m+1)中像素传感器的复位信号/行启用线356-2。没有信号驱动最末行中的复位晶体管，因为此信号通常来自下一行。存在若干不同方法来解决这个问题。一种方法是将最末行中的复位晶体管连接到来自第一行的行启用信号356-1。另一解决方案是产生另一信号，其为阵列中第一行的复位/行启用信号356-1的逻辑等效物，阵列中第一行布设在阵列中最末行之后且连接到阵列的最末行中的复位晶体管。另一解决方案是将最末行中的复位晶体管限制在一静态值，且不使用来自最末行的值，因为复位将不能适当操作。
对于三色VCF像素实施例而言，阵列350包括第三列输出线372。每一行也包括经配置以收集第一极性的光生载流子的第三检测器层。第三检测器层通过经配置以收集和传导走相反极性的光生载流子的额外介入层与第一和第二检测器层分离。第三检测器层设置成与第一和第二检测器层大体上垂直对准，且具有作为其在半导体衬底中深度的函数的光谱灵敏度。
复位晶体管376-1耦合在第三检测器层与源极跟随器漏极电压/参考电压线358之间，且具有栅极。源极跟随器晶体管374-1具有耦合到第三检测器层的栅极、耦合到源极跟随器漏极电压/参考电压线358的漏极，和源极。输出启用晶体管378-1具有耦合到复位信号/行启用线356-1的栅极、耦合到源极跟随器晶体管374-1的源极的漏极，和耦合到列输出/参考电压线372的源极。
列(n)中每一行(m)中每一像素传感器中的复位晶体管376-1的栅极耦合到列(n)中行(m+1)中像素传感器的复位信号/行启用线356-2。没有信号驱动最末行中的复位晶体管，因为此信号通常来自下一行。存在若干不同方法来解决这个问题。一种方法是将最末行中的复位晶体管连接到来自第一行的行启用信号356-1。另一解决方案是产生另一信号，其为阵列中第一行的复位/行启用信号356-1的逻辑等效物，阵列中第一行布设在阵列中最末行之后且连接到阵列的最末行中的复位晶体管。另一解决方案是将最末行中的复位晶体管限制在一静态值，且不使用来自最末行的值，因为复位将不能正确操作。
图16说明具有用于行启用、Vref和VSFD的共享线的像素传感器375，如美国专利第5,949,061号中所示。
行启用信号、Vref和VSFD也可共享VCF像素传感器400中的线，如图17中说明。此简化是有用的，因为其使一像素传感器阵列中的导线数目减少了一，且同样也使从像素传感器到阵列导线的连接数目减少了一。
图17说明形成于半导体衬底上的有源VCF像素传感器400，其具有经配置以收集第一极性的光生载流子的第一和第二检测器层。第一和第二检测器层由经配置以收集和传导走相反极性的光生载流子的额外介入层分离。第一和第二检测器层设置成大体上彼此垂直对准，且具有作为其在半导体衬底中不同深度的函数的不同光谱灵敏度。
像素传感器400中也包括复位信号线402、源极跟随器漏极电压/参考电压/行启用线404，和列输出线406和408。
复位晶体管414耦合在第一检测器层与源极跟随器漏极电压/参考电压/行启用线404之间，且具有耦合到复位信号线402的栅极。复位晶体管416耦合在第二检测器层与源极跟随器漏极电压/参考电压/行启用线404之间，且具有耦合到复位信号线402的栅极。
源极跟随器晶体管410具有耦合到第一检测器层的栅极、耦合到源极跟随器漏极电压/参考电压/行启用线404的漏极、和源极。源极跟随器晶体管412具有耦合到第二检测器层的栅极、耦合到源极跟随器漏极电压/参考电压/行启用线404的漏极、和源极。
输出启用晶体管418具有耦合到源极跟随器漏极电压/参考电压/行启用线404的栅极、耦合到源极跟随器晶体管410的源极的漏极，和耦合到列输出线406的源极。
输出启用晶体管420具有耦合到源极跟随器漏极电压/参考电压/行启用线404的栅极、耦合到源极跟随器晶体管412的源极的漏极，和耦合到列输出线408的源极。
对于三色的阵列400的实施例而言，第三检测器层经配置以收集第一极性的光生载流子。第三检测器层通过经配置以收集和传导走相反极性的光生载流子的额外介入层与第一和第二检测器层分离。第三检测器层设置成与第一和第二检测器层大体上垂直对准，且具有作为其在半导体衬底中深度的函数的光谱灵敏度。
阵列400中也包括列输出线422、耦合在第三检测器层与源极跟随器漏极电压/参考电压/行启用线404之间的复位晶体管426。复位晶体管426具有耦合到复位信号线402的栅极。源极跟随器晶体管424具有耦合到第三检测器层的栅极、耦合到源极跟随器漏极电压/参考电压/行启用线404的漏极，和源极。输出启用晶体管428具有耦合到源极跟随器漏极电压/参考电压/行启用线404的栅极、耦合到源极跟随器晶体管424的源极的漏极，和耦合到列输出线422的源极。
VCF像素传感器400的操作如下。首先将Vref/VSFD/行启用信号驱动到所需的电平，以便将像素传感器复位到所需的电压。也将复位信号驱动为高。接着可将行复位信号驱动为低，随后为Vre/VSFD/Row_en。在集成周期之后，光电二极管上的电压与每一光电二极管截留的光子数目成比例而减小。为读出像素传感器，将Vref/VSFD/行启用信号驱动为高，这使源极跟随器放大器运转，和启用行启用晶体管，使得像素传感器可驱动列输出线。
也可能将三个像素布线简化组合到一个VCF像素传感器阵列450中，如图18所示。如图18所示，复位电压Vref线由列输出线452、454和470共享。这允许不同的像素复位电压用于每一像素中的不同光电二极管。如果不同光电二极管的响应是不同的，那么这同样可为有用的。阵列450中的VCF像素传感器也共享行n的复位线与行n+1的行启用线。阵列450中VCF像素传感器中的另一简化是，源极跟随器电压VSFD和行启用信号也是共享的。此信号也恰好由像素传感器阵列中一不同行的复位共享。这三个简化的组合将像素传感器阵列中导线的数目从七减少到四。
阵列450包括形成于半导体衬底上的复数个行和列的有源垂直颜色过滤像素传感器，阵列列(n)包括列输出/参考电压线452和列输出/参考电压线454。列(n)包括复数个行，每一行具有复位信号/行启用线/源极跟随器漏极电压456。每一像素传感器包括第一和第二检测器层，其设置成大体上彼此垂直对准，具有作为其在半导体衬底中不同深度的函数的不同光谱灵敏度，且经配置以收集第一极性的光生载流子。第一和第二检测器层由经配置以收集和传导走相反极性的光生载流子的额外介入层分离。
复位晶体管458耦合在第一检测器层与列输出/参考电压线452之间，且具有栅极。复位晶体管460耦合在第二检测器层与列输出/参考电压线454之间，且具有栅极。源极跟随器晶体管462具有耦合到第一检测器层的栅极、耦合到复位信号/行启用/源极跟随器漏极电压线456的漏极，和源极。源极跟随器晶体管464具有耦合到第二检测器层的栅极、耦合到复位信号/行启用/源极跟随器漏极电压线456的漏极，和源极。输出启用晶体管466具有耦合到复位信号/行启用/源极跟随器漏极电压线456的栅极、耦合到源极跟随器晶体管462的源极的漏极，和耦合到列输出/参考电压线452的源极。输出启用晶体管468具有耦合到复位信号/行启用/源极跟随器漏极电压线456的栅极、耦合到源极跟随器晶体管464的源极的漏极，和耦合到列输出/参考电压线454的源极。列(n)中每一行(m)中每一像素传感器中的复位晶体管458、460的栅极耦合到列(n)中行(m+1)中像素传感器的复位信号/行启用/源极跟随器漏极电压线456-2。没有信号驱动最末行中的复位晶体管，因为此信号通常来自下一行。存在若干不同方法来解决这个问题。一种方法是将最末行中的复位晶体管连接到来自第一行的VSFD/复位/行启用信号456-1。较好的解决方案是产生另一信号，其为阵列中第一行的VSFD/复位/行启用信号456-1的逻辑等效物，阵列中第一行布设在阵列中最末行之后且连接到阵列的最末行中的复位晶体管。另一解决方案是将最末行中的复位晶体管限制在一静态值，且不使用来自最末行的值，因为复位将不能适当操作。
阵列450也可实施成容纳三个检测器层。在此实施例中，列(n)进一步包括第三列输出/参考电压线470。阵列450的每一行进一步包括经配置以收集第一极性的光生载流子的第三检测器层。第三检测器层通过经配置以收集和传导走相反极性的光生载流子的额外介入层与第一和第二检测器层分离。第三检测器层设置成与第一和第二检测器层大体上垂直对准，且具有作为其在半导体衬底中深度的函数的光谱灵敏度。
复位晶体管472耦合在第三检测器层与源极跟随器漏极电压/参考电压线456之间，且具有栅极。源极跟随器晶体管474具有耦合到第三检测器层的栅极、耦合到复位信号/行启用/源极跟随器漏极电压线456的漏极，和源极。输出启用晶体管476具有耦合到复位信号/行启用/源极跟随器漏极电压线456的栅极、耦合到源极跟随器晶体管474的源极的漏极，和耦合到第三列输出/参考电压线470的源极。列(n)中每一行(m)中每一像素传感器中的第三复位晶体管472的栅极耦合到列(n)中行(m+1)中像素传感器的复位信号/行启用/源极跟随器漏极电压线456-2。没有信号驱动最末行中的复位晶体管，因为此信号通常来自下一行。存在若干不同方法来解决这个问题。一种方法是将最末行中的复位晶体管连接到来自第一行的VSFD/复位/行启用信号456-1。另一解决方案是产生另一信号，其为阵列中第一行的VSFD/复位/行启用信号456-1的逻辑等效物，阵列中第一行布设在阵列中最末行之后且连接到阵列的最末行中的复位晶体管。另一解决方案是将最末行中的复位晶体管限制在一静态值，且不使用来自最末行的值，因为复位将不能适当操作。
操作阵列450中像素传感器的第一步骤是将光电二极管充电至一已知电压。这是通过将用于一行或整个阵列的VSFD/复位/行启用信号驱动为高，同时将用于每一颜色的Vref电压驱动到列输出线上来完成的。接着可解除确定VSFD/复位/行启用信号。在给定的集成周期之后，每一光电二极管上的电压将与每一光电二极管截留的光子数目成比例而减小。接着可通过确定用于行的VSFD/复位/行启用信号从而每次一行地读出阵列450，所述信号也是源极跟随器放大器的VSFD电压。VSFD/复位/行启用信号将也打开用于一行的行启用栅极。接着可针对一行读出像素值。将共享复位/行启用信号并使用其用于复位功能的行中的光电二极管复位到一值，所述值成与从使用复位/行启用信号用于行启用的行读取的值。执行读出行的顺序，使得正被复位的行已经被读出。这作用于每一行，除了第一行以外，除非像素传感器构造为使其不与另一行的复位电压Vref线共享其行启用线。一旦一行的读出操作完成，那么可将所述复位/行启用信号驱动为低，且可将一不同的复位/行启用驱动为高，以便读出所述行。
为了在卷帘式快门模式中操作像素传感器450，通过将用于每一颜色的Vref电压驱动到列输出线上并确定用于每一行的VSFD/复位/行启用信号，以与对其进行读出相同的顺序每次一行地复位阵列，通常从顶部到底部进行。每次一行地复位连续行。当到达阵列底部时，再次复位第一行。这是反复重复的。在从复位第一行时开始的集成间隔时间之后，读出可从第一行开始，并连续地继续通过所述阵列。在复位一行时以用于每一颜色的复位电压Vref驱动列输出线，且在读出一行时不用复位电压Vref驱动列输出线。如同之前来执行此行的读出。在读取一行之后，确定一不同的VSFD/复位/行启用信号以复位一行，并接着读取另一行。像素传感器在读取一行与复位一行之间交替。这必须是协调的，因为列输出线用于读出行以及提供复位电压Vref。集成间隔为复位一行时与读出所述行时之间的时间差。阵列450中的每一行具有不同的集成周期，因为每一行在不同时间被复位和读出。
还存在以添加晶体管到每一像素为代价来减少一像素所连接的列输出线的数目的优点。减少列输出线的数目也减少了驱动列输出线的行启用栅极的数目。如果行启用栅极具有高泄漏，那么所述列输出线上的所有像素的值受影响。此配置减少了芯片中行启用晶体管的数目，且因此提高了具有穿过行启用栅极的低泄漏的零件的合格率。这些优化对于VCF像素传感器是独特的，因为其具有三个光电二极管，且通常每像素具有三个行启用栅极。
图19说明形成于半导体衬底上的有源VCF像素传感器的阵列500。阵列500包括阵列列(n)和列输出/参考电压Vref线502。列(n)包括复数个行，每一行包括复位信号/行启用/源极跟随器漏极电压线504、颜色启用线506、颜色启用线508，和像素传感器。每一像素传感器包括第一和第二检测器层，其设置成大体上彼此垂直对准，具有作为其在半导体衬底中不同深度的函数的不同光谱灵敏度，且经配置以收集第一极性的光生载流子。第一和第二检测器层由经配置以收集和传导走相反极性的光生载流子的额外介入层分离。还包括光电荷输出信号节点512。
颜色启用晶体管514耦合在第一检测器层与光电荷输出信号节点512之间，且具有耦合到颜色启用线506的栅极。颜色启用晶体管516耦合在第二检测器层与光电荷输出信号节点512之间，且具有耦合到颜色启用线508的栅极。
复位晶体管518耦合在光电荷输出信号节点512与列输出/参考电压线502之间，且具有栅极。源极跟随器晶体管520具有耦合到光电荷输出信号节点512的栅极、耦合到复位信号/行启用/源极跟随器漏极电压线504的漏极，和源极。输出启用晶体管522具有耦合到复位信号/行启用/源极跟随器漏极电压线504的栅极、耦合到源极跟随器晶体管520的源极的漏极，和耦合到列输出/参考电压线502的源极。
列(n)中每一行(m)中每一像素传感器中的复位晶体管518的栅极耦合到列(n)中行(m+1)中像素传感器的复位信号/行启用/源极跟随器漏极电压线504-2。没有信号驱动最末行中的复位晶体管，因为此信号通常来自下一行。存在若干不同方法来解决这个问题。一种方法是将最末行中的复位晶体管连接到来自第一行的VSFD/复位/行启用信号504-1。另一解决方案是产生另一信号，其为阵列中第一行的VSFD/复位/行启用信号504-1的逻辑等效物，阵列中第一行布设在阵列中最末行之后且连接到阵列的最末行中的复位晶体管。另一解决方案是将最末行中的复位晶体管限制在一静态值，且不使用来自最末行的值，因为复位将不能适当操作。
阵列500也可实施成容纳三个检测器层。在此实施例中，列(n)进一步包括颜色启用线530。第三检测器层经配置以收集具有第一极性的光生载流子，所述第三检测器层通过经配置以收集和传导走相反极性的光生载流子的额外介入层而与第一和第二检测器层分离。第三检测器层设置成与第一和第二检测器层大体上垂直对准，且具有作为其在半导体衬底中深度的函数的光谱灵敏度。颜色启用晶体管532耦合在第三检测器层与光电荷输出信号节点512之间，且具有耦合到颜色启用线530的栅极。
阵列500中像素传感器的操作需要控制启用线506、508、530，需要控制的每种颜色对应一者。列输出线502还用于复位电压Vref线。为复位光电二极管，由Vref值驱动列输出线502，并确定复位/行启用信号。如果所有光电二极管被充电至相同值，那么可确定三个颜色启用线506、508、530上的信号，或可依次启用所述颜色启用线，从而改变用于每一颜色的被驱动到列输出线502上的复位电压Vref电压。使像素传感器曝光持续一给定的集成时间。在集成时间之后，光电二极管的电压将与每一光电二极管截留的光子数目成比例而下降。在读出像素值之前，需要将源极跟随器放大器的栅极设定为一已知电压。
这是通过确定用于将读取的行的复位信号并将所需电压驱动到列输出线502上，而同时保持启用线506、508、530解除确定来完成的。接着可解除确定复位信号，且列输出线502可浮动。VSFD、复位信号和行启用全部在线504上共享。因此，为读取一行，将用于正确行的VSFD/复位/行启用信号驱动为高。这使源极跟随器放大器运转，并启用行启用栅极。接着用启用线506、508和530启用光电二极管的一者。列输出线502应在VSFD/复位/行启用信号仍确定时被采样，且不依靠存储在列输出线502中的电荷来保持其值，因为VSFD/复位/行启用线上的缓慢下落跃迁将导致存储在列输出线502上的值的不确定性。在读出不同的光电二极管之前，应如上文所述再次将源极跟随器放大器的栅极设定为一已知电压。接着可读出下一光电二极管。也可在卷帘式快门模式中操作阵列500中的像素传感器，但需要依次地而不是并行地读出光电二极管，因为像素仅连接到一个列输出线。
为去除由源极跟随器放大器中阈值变化引起的固定模式噪声，例如，可执行额外读取以测量固定模式噪声，并接着从读取的像素值中减去此噪声。这是通过在将光电荷输出信号节点复位至集成开始之前光电二极管所复位至的同一电平之后、但在复位颜色启用中的一者之前，读取列输出上的值来完成。接着，确定颜色启用中的一者并读取像素值。通过从读取的光电荷输出信号节点复位值中减去读取的像素值，将去除固定模式噪声。
还可能建构一APS传感器，其中某些检测器层比Merrill等人和[Reference Fov-122]的美国第10/103,304号专利申请案中揭示的其它类型检测器层更大(水平面的面积)。这将完成以形成一具有好得多的填充因数的像素结构。举例来说，一像素可包含一个红色和一个蓝色检测器以及4个绿色检测器。较小检测器(绿色)的总面积通常将大约等于较大检测器区(红色和蓝色)的面积。这将提供较高的亮度分辨率，同时减少用于色度的晶体管的数目。
此结构可与本发明的顺序读出电路组合以产生尤其紧凑的像素。在此配置中，像素的每一检测器具有单个颜色启用晶体管，其输出耦合到像素的光电荷输出信号节点。关于一种颜色的若干较小的检测器可包括在具有另一颜色的成比例较小的检测器的单个源极跟随器和行启用晶体管像素输出结构中。举例来说，如果来自一2乘2传感器组阵列的红色和蓝色传感器短接在一起，四个红色传感器彼此短接且四个蓝色传感器彼此短接，那么它们可与四个绿色传感器组合为单个输出单元。此单元将具有六个颜色启用，其中一个用于红色、一个用于蓝色且四个用于绿色。所述单元将通过单个源极跟随器和行启用晶体管输出，因此节省了传感器组中将另外由较多源极跟随器和行启用晶体管占据的面积。
可能通过如美国第5,949,061号专利中所述和图20中像素传感器545中所说明而去除行启用栅极而使阵列500中的像素传感器简化更多。因为在图20中所示的像素传感器中没有行启用栅极，所以所述操作必须防止由于源极跟随器的栅极处于比阈值电压更高的电压且Vref/VSFD接地而引起的在读出阵列中的其它行时源极跟随器打开。通过将Vre/VSFD驱动至像素复位电压和将复位与转移信号驱动为高来复位像素传感器。这会将光电二极管充电到一已知电压。将转移栅极和复位信号以及Vref/VSFD驱动为低。在一设定集成时间之后，光电二极管上的电压将与光电二极管截留的光子数目成比例而减小。为读出像素，必须将全部源极跟随器放大器上的栅极复位至零、或略微低于零，以防止在读出其它行时所述栅极打开。这是通过在转移信号为低时将Vref/VSFD驱动为低并将复位驱动为高来完成的。上述一旦完成，可将复位驱动为低，且接着可逐行地将用于一行的Vref/VSFD和转移信号驱动为高，这将使用于所述行的源极跟随器运转，并将一与光电二极管电压成比例的电压驱动到列输出线上。在继续进行以读取下一行之前，必须将源极跟随器栅极再次放电。这是通过将Vref/VSFD驱动至接地并确定用于刚读取的行的复位信号来完成的。接着可解除确定复位并可读取下一行。虽然操作略微更复杂，但其从像素传感器中去除了另一晶体管。
还可能从图21中VCF像素传感器550中所示的VCF像素传感器中去除行启用栅极。VCF像素传感器550仅具有五个晶体管和六个导线，其中四个导线(三个启用线以及所述复位电压Vref线)承载低阻抗信号。其中的一个优点在于，低阻抗线不如高阻抗线对某些工艺缺陷敏感，从而提高了合格率。
阵列550包括形成于半导体衬底上的复数个行和列的有源垂直颜色过滤像素传感器、阵列列(n)、和列输出线552。所述列具有复数个行。每一行包括复位信号线554、参考电压/源极跟随器漏极电压线556、颜色启用线558、颜色启用线560和像素传感器。
每一像素传感器包括第一和第二检测器层，其设置成大体上彼此垂直对准，具有作为其在半导体衬底中不同深度的函数的不同光谱灵敏度，且经配置以收集第一极性的光生载流子。第一和第二检测器层由经配置以收集和传导走相反极性的光生载流子的额外介入层分离。还包括光电荷输出信号节点562。
颜色启用晶体管564耦合在第一检测器层与光电荷输出信号节点562之间，且具有耦合到颜色启用线558的栅极。颜色启用晶体管566耦合在第二检测器层与光电荷输出信号节点562之间，且具有耦合到颜色启用线560的栅极。复位晶体管568耦合在光电荷输出信号节点562与参考电压/源极跟随器漏极电压线556之间，且具有耦合到复位信号线554的栅极。源极跟随器晶体管570具有耦合到光电荷输出信号节点562的栅极、耦合到参考电压/源极跟随器漏极电压线556的漏极，和耦合到列输出线552的源极。
阵列550也可实施成容纳三个检测器层。在此实施例中，列(n)进一步包括第三颜色启用线572。第三检测器层经配置以收集具有第一极性的光生载流子，所述第三检测器层通过经配置以收集和传导走相反极性的光生载流子的额外介入层而与第一和第二检测器层分离。第三检测器层设置成与第一和第二检测器层大体上垂直对准，且具有作为其在半导体衬底中深度的函数的光谱灵敏度。颜色启用晶体管574耦合在第三检测器与光电荷输出信号节点562之间，且具有耦合到颜色启用线572的栅极。
为去除由源极跟随器放大器中阈值变化引起的固定模式噪声，例如，可执行额外读取以测量固定模式噪声，并接着从读取的像素值中减去此噪声。这是通过在将光电荷输出信号节点复位至集成开始之前光电二极管所复位至的同一电平之后、但在复位颜色启用中的一者之前，读取列输出上的值来完成。接着，确定颜色启用中的一者并读取像素值。通过从读取的光电荷输出信号节点复位值中减去读取的像素值，将去除固定模式噪声。
也可能建构一APS传感器，其中某些检测器层比Merrill等人和[Reference Fov-122]的美国第10/103,304号专利申请案中揭示的其它检测器层更大(水平面的面积)。这将完成以形成一具有好得多的填充因数的像素结构。举例来说，一像素可包含一个红色和一个蓝色检测器以及4个绿色检测器。较小检测器(绿色)的总面积通常将大约等于较大检测器区(红色和蓝色)的面积。这将提供较高的亮度分辨率，同时减少用于色度的晶体管的数目。
此结构可与本发明的顺序读出电路组合以产生特别紧凑的像素。在此配置中，像素的每一检测器具有单个颜色启用晶体管，其输出耦合到像素的光电荷输出信号节点。关于一种颜色的若干较小的检测器可包括在具有另一颜色的成比例较小的检测器的单个源极跟随器和行启用晶体管像素输出结构中。举例来说，如果来自一2乘2传感器组阵列的红色和蓝色传感器短接在一起，四个红色传感器彼此短接且四个蓝色传感器彼此短接，那么它们可与四个绿色传感器组合为单个输出单元。此单元将具有六个颜色启用，其中一个用于红色、一个用于蓝色且四个用于绿色。所述单元将通过单个源极跟随器和行启用晶体管输出，因此节省了传感器组中原本将由较多源极跟随器和行启用晶体管占据的面积。
图22说明VCF像素传感器550的时序操作。为操作像素传感器550，首先必须将光电二极管充电至一已知电压。这是通过将复位电压Vref驱动到Vref/VSFD线556上来完成的。接着确定复位信号，随后是颜色启用信号。可通过定序所有不同颜色启用并改变用于像素传感器550中每一光电二极管的被驱动到Vref/VSFD线556上的电压Vref来完成对像素传感器550中三个光电二极管的复位。在集成期间，可将Vref/VSFD线556保持在Vref且复位信号保持确定，而颜色启用线被禁用。这提供了防晕光溢流(anti-bloomingoverflow)路径。在一设定集成时间之后，每一光电二极管上的电压将与每一光电二极管截留的光子数目成比例地减小。在读出任何行之前，必须通过将Vref/VSFD线556驱动到接地并确定复位信号来对源极跟随器上的栅极进行放电。此对源极跟随器放大器上的栅极放电以确保在读取阵列550中的其它行时所述栅极关闭。为读取一行，在复位电压Vref线仍确定时确定Vref/VSFD线556，这将对源极跟随器放大器的栅极进行充电。接着解除确定用于正被读取的行的复位信号，并确定颜色启用线中的一者。
接着将与选定的光电二极管处的电压成比例的信号驱动到列输出线552上。解除确定颜色启用信号并再次确定复位信号，以便将源极跟随器上的电压设定为一已知值。接着解除确定复位并确定下一颜色启用。将源极跟随器栅极复位到一已知电压，且可读取最末光电二极管。接着应如前所述将源极跟随器的栅极复位到接地，使得可读取其它行。
虽然已展示和描述本发明的实施例和应用，但所属领域的技术人员应了解，在不脱离本文的发明性概念的情况下，比上文提到的修改更多的修改是可能的。因此本发明除了应处在所附权利要求书的精神中之外不会受到其它限制。
Claims (16)
1.一种有源垂直颜色过滤像素传感器，其形成于一半导体衬底上且包含：
复数个检测器层，其经配置以收集一第一极性的光生载流子，所述复数个检测器层的每一者由经配置以收集和传导走相反极性的光生载流子的额外介入层分离，所述复数个检测器层的每一者设置成彼此实质上垂直对准且具有作为其在所述半导体衬底中不同深度的一函数的不同光谱灵敏度；
一复位信号线；
一行启用线；
一源极跟随器漏极电压线；
复数个列输出/参考电压线；
一开关，其在闭合时将所述复位信号线连接至所述列输出/参考电压线；
复数个复位晶体管，每一者耦合在所述复数个检测器层中的一者与所述复数个列输出/参考电压线中的一者之间，所述复数个复位晶体管中的每一者具有一耦合到所述复位信号线的栅极；
复数个源极跟随器晶体管，每一者具有一耦合到所述复数个检测器层中的一者的栅极、一耦合到所述源极跟随器漏极电压线的漏极，和一源极；和
复数个输出启用晶体管，每一者具有一耦合到所述行启用线的栅极、
一耦合到所述复数个源极跟随器晶体管中的一者的所述源极的漏极，和
一耦合到所述复数个列输出/参考电压线中的一者的源极。
2.一种有源垂直颜色过滤像素传感器，其形成于一半导体衬底上且与一阵列的一行(m)和一列(n)相关联，所述阵列具有复数个行和列的所述有源像素传感器，所述有源垂直颜色过滤像素传感器包含：
复数个检测器层，其经配置以收集一第一极性的光生载流子，所述第一复数个和第二复数个检测器层由经配置以收集和传导走相反极性的光生载流子的额外介入层分离，所述复数个检测器层设置成彼此实质上垂直对准且具有作为其在所述半导体衬底中不同深度的一函数的不同光谱灵敏度；
一复位信号/行启用线，其与所述阵列的所述行(m)相关联；
一复位信号/行启用线，其与所述阵列的一行(m+1)相关联；
一源极跟随器漏极电压线；
复数个列输出/参考电压线，每一者与所述阵列的列(n)相关联；
一开关，其在闭合时将所述复位信号/行启用线连接至所述列输出/参考电压线；
复数个复位晶体管，每一者耦合在所述复数个检测器层中的一者与所述复数个列输出/参考电压线中的一者之间，所述复数个复位晶体管的每一者具有一耦合到与所述阵列的所述行(m+1)相关联的所述复位信号/行启用线的栅极；
复数个源极跟随器晶体管，每一者具有一耦合到所述复数个检测器层中的一者的栅极、一耦合到所述源极跟随器漏极电压线的漏极，和一源极；和
复数个输出启用晶体管，每一者具有一耦合到与所述阵列的所述行(m)相关联的所述复位信号/行启用线的栅极、一耦合到所述复数个源极跟随器晶体管中的一者的所述源极的漏极，和一耦合到所述复数个列输出/参考电压线中的一者的源极。
3.一种在一阵列中的阵列列(n)，所述阵列包括形成于一半导体衬底上的复数个行和列的有源垂直颜色过滤像素传感器，所述阵列列(n)包括复数个列输出/参考电压线，所述列(n)包含复数个行，每一行包含：
一复位信号/行启用线；
一源极跟随器漏极电压线；
一开关，其在闭合时将所述复位信号/行启用线连接至所述列输出/参考电压线；
复数个像素传感器，每一像素传感器包括：
复数个检测器层，其设置成彼此实质上垂直对准，具有作为其在所述半导体衬底中不同深度的一函数的不同光谱灵敏度，且经配置以收集一第一极性的光生载流子，所述复数个检测器层由经配置以收集和传导走相反极性的光生载流子的额外介入层分离；
复数个复位晶体管，每一者耦合在所述复数个检测器层中的一者与所述复数个列输出/参考电压线中的一者之间，所述复数个复位晶体管的每一者具有一耦合到所述复位信号/行启用线的栅极；复数个源极跟随器晶体管，每一者具有一栅极、一耦合到所述源极跟
随器漏极电压线的漏极，和一源极；
复数个输出启用晶体管，每一者具有一耦合到所述复位信号/行启用线的栅极、一耦合到所述复数个源极跟随器晶体管中的每一者的所述源极的漏极，和一耦合到所述复数个列输出/参考电压线中的每一者的源极；和
其中所述阵列中的所述列(n)中除一最末行外的每一行(m)中每一像素传感器中的所述复数个源极跟随器晶体管的每一者的所述栅极耦合到所述列(n)中行(m+1)中所述像素传感器的所述复数个检测器层中的一者。
4.一种在一阵列中的阵列列(n)，所述阵列包括形成于一半导体衬底上的复数个行和列的有源垂直颜色过滤像素传感器，所述阵列列(n)包括复数个列输出/参考电压线，所述列(n)包含复数个行，每一行包含：
一复位信号/行启用线；
一源极跟随器漏极电压/参考电压线；
复数个像素传感器，每一者包括：
复数个检测器层，其设置成彼此实质上垂直对准，具有作为其在所述半导体衬底中不同深度的一函数的不同光谱灵敏度，且经配置以收集一第一极性的光生载流子，所述复数个检测器层由经配置以收集和传导走相反极性的光生载流子的额外介入层分离；
复数个复位晶体管，每一者耦合在所述复数个检测器层中的一者与所述源极跟随器漏极电压/参考电压线之间，所述复数个复位晶体管具有一栅极；
复数个源极跟随器晶体管，每一者具有一耦合到所述复数个检测器层中的一者的栅极、一耦合到所述源极跟随器漏极电压/参考电压线的漏极，和一源极；
复数个输出启用晶体管，每一者具有一耦合到所述复位信号/行启用线的栅极、一耦合到所述复数个源极跟随器晶体管中的一者的所述源极的漏极，和一耦合到所述列输出/参考电压线的源极；和
其中所述阵列中的所述列(n)中除一最末行外的每一行(m)中每一像素传感器中的所述复数个复位晶体管的所述栅极耦合到所述列(n)中行(m+1)中所述像素传感器的所述复位信号/行启用线。
5.一种有源垂直颜色过滤像素传感器，其形成于一半导体衬底上，所述有源垂直颜色过滤像素传感器包含：
复数个检测器层，其经配置以收集一第一极性的光生载流子，所述第一和第二检测器层由经配置以收集和传导走相反极性的光生载流子的额外介入层分离，所述复数个检测器层设置成彼此实质上垂直对准且具有作为其在所述半导体衬底中不同深度的一函数的不同光谱灵敏度；一复位信号线；
一源极跟随器漏极电压/参考电压/行启用线；
复数个列输出线；
复数个复位晶体管，每一者耦合在所述复数个检测器层中的一者与所述源极跟随器漏极电压/参考电压/行启用线之间，所述复数个复位晶体管的每一者具有一耦合到所述复位信号线的栅极；
复数个源极跟随器晶体管，每一者具有一耦合到所述复数个检测器层中的一者的栅极、一耦合到所述源极跟随器漏极电压/参考电压/行启用线的漏极，和一源极；和
复数个输出启用晶体管，每一者具有一耦合到所述源极跟随器漏极电压/参考电压/行启用线的栅极、一耦合到所述复数个源极跟随器晶体管中的一者的所述源极的漏极，和一耦合到所述复数个列输出线中的一者的源极。
6.一种在一阵列中的阵列列(n)，所述阵列包括形成于一半导体衬底上的复数个行和列的有源垂直颜色过滤像素传感器，所述阵列列(n)包括复数个列输出/参考电压线，所述列(n)包含复数个行，每一行包含：
一复位信号/行启用/源极跟随器漏极电压线；
一开关，其在闭合时将所述复位信号/行启用/源极跟随器漏极电压线连接至所述列输出/参考电压线；
复数个像素传感器，每一像素传感器包括：
复数个检测器层，其设置成彼此实质上垂直对准，具有作为其在所述半导体衬底中不同深度的一函数的不同光谱灵敏度，且经配置以收集一第一极性的光生载流子，所述复数个检测器层由经配置以收集和传导走相反极性的光生载流子的额外介入层分离；
复数个复位晶体管，每一者耦合在所述复数个检测器层中的一者与所述列输出/参考电压线之间，所述复数个复位晶体管的每一者具有一栅极；
复数个源极跟随器晶体管，每一者具有一耦合到所述复数个检测器层中的一者的栅极、一耦合到所述复位信号/行启用/源极跟随器漏极电压线的漏极，和一源极；
复数个输出启用晶体管，每一者具有一耦合到所述复位信号/行启用/源极跟随器漏极电压线的栅极、一耦合到所述复数个源极跟随器晶体管中的一者的所述源极的漏极，和一耦合到所述复数个列输出/参考电压线中的一者的源极；和
其中所述阵列中的所述列(n)中除一最末行外的每一行(m)中每一像素传感器中的所述复数个复位晶体管的所述栅极的每一者耦合到所述列(n)中行(m+1)中所述像素传感器的所述复位信号/行启用/源极跟随器漏极电压线。
7.一种在一阵列中的阵列列(n)，所述阵列包括形成于一半导体衬底上的复数个行和列的有源垂直颜色过滤像素传感器，所述阵列列(n)包括一列输出/参考电压线，所述列(n)包含复数个行，每一行包含：
一复位信号/行启用/源极跟随器漏极电压线；
复数个颜色启用线；
一开关，在其闭合时，其将所述复位信号/行启用/源极跟随器漏极电压线连接至所述列输出/参考电压线；
复数个像素传感器，每一像素传感器包括：
复数个检测器层，其设置成彼此实质上垂直对准，具有作为其在所述半导体衬底中不同深度的一函数的不同光谱灵敏度，且经配置以收集一第一极性的光生载流子，所述复数个检测器层由经配置以收集和传导走相反极性的光生载流子的额外介入层分离；
一光电荷输出信号节点；
复数个颜色启用晶体管，每一者耦合在所述复数个检测器层中的一者与所述光电荷输出信号节点之间，所述复数个颜色启用晶体管的每一者具有一耦合到所述复数个颜色启用线中的一者的栅极；
一复位晶体管，其耦合在所述光电荷输出信号节点与所述列输出/参考电压线之间，所述复位晶体管具有一栅极；
一源极跟随器晶体管，其具有一耦合到所述光电荷输出信号节点的栅极、一耦合到所述复位信号/行启用/源极跟随器漏极电压线的漏极，和一源极；
一输出启用晶体管，其具有一耦合到所述复位信号/行启用/源极跟随器漏极电压线的栅极、一耦合到所述源极跟随器晶体管的所述源极的漏极，和一耦合到所述列输出/参考电压线的源极；和
其中所述阵列中的所述列(n)中除一最末行外的每一行(m)中每一像素传感器中的所述复位晶体管的所述栅极耦合到所述列(n)中行(m+1)中所述像素传感器的所述复位信号/行启用/源极跟随器漏极电压线。
8.一种在一阵列中的阵列列(n)，所述阵列包括形成于一半导体衬底上的复数个行和列的有源垂直颜色过滤像素传感器，所述阵列列(n)包括一列输出线，所述列(n)包含复数个行，每一行包含：
一复位信号线；
一参考电压/源极跟随器漏极电压线；
复数个颜色启用线；
一开关，其在闭合时将所述复位信号线连接至所述列输出线；
复数个像素传感器，每一像素传感器包括：
复数个检测器层，其设置成彼此实质上垂直对准，具有作为其在所述半导体衬底中不同深度的一函数的不同光谱灵敏度，且经配置以收集一第一极性的光生载流子，所述复数个检测器层由经配置以收集和传导走相反极性的光生载流子的额外介入层分离；
一光电荷输出信号节点；
复数个颜色启用晶体管，每一者耦合在所述复数个检测器层中的一者与所述光电荷输出信号节点之间，所述复数个颜色启用晶体管的每一者具有一耦合到所述复数个颜色启用线中的一者的栅极；
一复位晶体管，其耦合在所述光电荷输出信号节点与所述参考电压/源极跟随器漏极电压线之间，所述复位晶体管具有一耦合到所述复位信号线的栅极；和
一源极跟随器晶体管，其具有一耦合到所述光电荷输出信号节点的栅极、一耦合到所述参考电压/源极跟随器漏极电压线的漏极，和一耦合到所述列输出线的源极。
9.一种有源垂直颜色过滤像素传感器，其形成于一半导体衬底上且包含：
一复位信号线；
一行启用线；
一源极跟随器漏极电压线；
复数个检测器层，其经配置以收集一第一极性的光生载流子，每一检测器层通过经配置以收集和传导走相反极性的光生载流子的额外介入层而彼此分离，每一检测器层设置成彼此实质上垂直对准且具有作为其在所述半导体衬底中不同深度的一函数的不同光谱灵敏度，每一检测器层包含：
一列输出/参考电压线；
一开关，其在闭合时将所述复位信号线连接至所述列输出/参考电压线；
一复位晶体管，其耦合在所述检测器层与所述列输出/参考电压线之间，所述复位晶体管具有一耦合到所述复位信号线的栅极；
一源极跟随器晶体管，其具有一耦合到所述检测器层的栅极、一耦合到所述源极跟随器漏极电压线的漏极，和一源极；和
一输出启用晶体管，其具有一耦合到所述行启用线的栅极、一耦合到所述源极跟随器晶体管的所述源极的漏极，和一耦合到所述列输出/参考电压线的源极。
10.一种有源垂直颜色过滤像素传感器，其形成于一半导体衬底上且与一阵列的一行(m)和一列(n)相关联，所述阵列具有复数个行和列的所述有源像素传感器，所述有源垂直颜色过滤像素传感器包含：
一复位信号/行启用线，其与所述阵列的所述行(m)相关联；
一复位信号/行启用线，其与所述阵列的一行(m+1)相关联；
一源极跟随器漏极电压线；
复数个检测器层，其经配置以收集一第一极性的光生载流子，每一检测器层通过经配置以收集和传导走相反极性的光生载流子的额外介入层而彼此分离，每一检测器层设置成彼此实质上垂直对准且具有作为其在所述半导体衬底中不同深度的一函数的不同光谱灵敏度，每一检测器层包含：
一列输出/参考电压线，其与所述阵列的列(n)相关联；
一复位晶体管，其耦合在所述检测器层与所述列输出/参考电压线之间，所述复位晶体管具有一耦合到与所述阵列的所述行(m+1)相关联的所述复位信号/行启用线的栅极；
一开关，其在闭合时将所述复位信号/行启用线连接至所述列输出/参考电压线；
一源极跟随器晶体管，其具有一耦合到所述检测器层的栅极、一耦合到所述源极跟随器漏极电压线的漏极，和一源极；和
一输出启用晶体管，其具有一耦合到与所述阵列的所述行(m)相关联的所述复位信号/行启用线的栅极、一耦合到所述源极跟随器晶体管的所述源极的漏极，和一耦合到所述列输出/参考电压线的源极。
11.一种在一阵列中的阵列列(n)，所述阵列包括形成于一半导体衬底上的复数个行和列的有源垂直颜色过滤像素传感器，所述阵列列(n)包括复数个列输出/参考电压线，所述列(n)包含复数个行，每一行包含：
一复位信号/行启用线；
一源极跟随器漏极电压线；
一开关，其在闭合时将所述复位信号/行启用线连接至所述列输出/参考电压线；
复数个像素传感器，每一像素传感器包括：
复数个检测器层，其设置成彼此实质上垂直对准，具有作为其在所述半导体衬底中不同深度的一函数的不同光谱灵敏度，且经配置以收集一第一极性的光生载流子，每一检测器层通过经配置以收集和传导走相反极性的光生载流子的额外介入层而彼此分离，每一检测器层包含：
一复位晶体管，其耦合在所述检测器层与所述列输出/参考电压线的一者之间，所述复位晶体管具有一耦合到所述复位信号/行启用线的栅极；
一源极跟随器晶体管，其具有一栅极、一耦合到所述源极跟随器漏极电压线的漏极，和一源极；
一输出启用晶体管，其具有一耦合到所述复位信号/行启用线的栅极、一耦合到所述源极跟随器晶体管的所述源极的漏极，和一耦合到所述列输出/参考电压线中的一者的源极；和
其中所述阵列中的所述列(n)中除一最末行外的每一行(m)中每一像素传感器中的所述源极跟随器晶体管的所述栅极耦合到所述列(n)中行(m+1)中所述像素传感器的所述检测器层。
12.一种在一阵列中的阵列列(n)，所述阵列包括形成于一半导体衬底上的复数个行和列的有源垂直颜色过滤像素传感器，所述阵列列(n)包括复数个列输出/参考电压线，所述列(n)包含复数个行，每一行包含：一复位信号/行启用线；
一源极跟随器漏极电压/参考电压线；
复数个像素传感器，每一者包括：
复数个检测器层，其设置成彼此实质上垂直对准，具有作为其在所述半导体衬底中不同深度的一函数的不同光谱灵敏度，且经配置以收集一第一极性的光生载流子，每一检测器层由经配置以收集和传导走相反极性的光生载流子的额外介入层分离，每一检测器层包含：
一复位晶体管，其耦合在所述检测器层与所述源极跟随器漏极电压/参考电压线之间，所述复位晶体管具有一耦合到所述复位信号/行启用线的栅极；
一源极跟随器晶体管，其具有一耦合到所述检测器层的栅极、一耦合到所述源极跟随器漏极电压/参考电压线的漏极，和一源极；
一输出启用晶体管，其具有一耦合到所述复位信号/行启用线的栅极、一耦合到所述源极跟随器晶体管的所述源极的漏极，和一耦合到所述列输出/参考电压线中的一者的源极；和
其中所述阵列中的所述列(n)中除一最末行外的每一行(m)中每一像素传感器中的所述复位晶体管的所述栅极耦合到所述列(n)中行(m+1)中所述像素传感器的所述复位信号/行启用线。
13.一种有源垂直颜色过滤像素传感器，其形成于一半导体衬底上，所述有源垂直颜色过滤像素传感器包含：
一复位信号线；
一源极跟随器漏极电压/参考电压/行启用线；
复数个检测器层，其经配置以收集一第一极性的光生载流子，每一检测器层通过经配置以收集和传导走相反极性的光生载流子的额外介入层而彼此分离，每一检测器层设置成彼此实质上垂直对准且具有作为其在所述半导体衬底中不同深度的一函数的不同光谱灵敏度，每一检测器层包含：
一列输出线；
一复位晶体管，其耦合在所述检测器层与所述源极跟随器漏极电压/参考电压/行启用线之间，所述复位晶体管具有一耦合到所述复位信号线的栅极；
一源极跟随器晶体管，其具有一耦合到所述检测器层的栅极、一耦合到所述源极跟随器漏极电压/参考电压/行启用线的漏极，和一源极；
和
一输出启用晶体管，其具有一耦合到所述源极跟随器漏极电压/参考电压/行启用线的栅极、一耦合到所述源极跟随器晶体管的所述源极的漏极，和一耦合到所述第一列输出线的源极。
14.一种在一阵列中的阵列列(n)，所述阵列包括形成于一半导体衬底上的复数个行和列的有源垂直颜色过滤像素传感器，所述阵列列(n)包括一列输出/参考电压线，所述列(n)包含复数个行，每一行包含：
一复位信号/行启用/源极跟随器漏极电压线；
一开关，其在闭合时将所述复位信号/行启用/源极跟随器漏极电压线连接至所述列输出/参考电压线；
复数个像素传感器，每一像素传感器包括：
复数个检测器层，其设置成彼此实质上垂直对准，具有作为其在所述半导体衬底中不同深度的一函数的不同光谱灵敏度，且经配置以收集一第一极性的光生载流子，每一检测器层通过经配置以收集和传导走相反极性的光生载流子的额外介入层而彼此分离，每一检测器层包含：
一复位晶体管，其耦合在所述检测器层与所述列输出/参考电压线之间，所述复位晶体管具有一栅极；
一源极跟随器晶体管，其具有一耦合到所述检测器层的栅极、一耦合到所述复位信号/行启用/源极跟随器漏极电压线的漏极，和一源极；
一输出启用晶体管，其具有一耦合到所述复位信号/行启用/源极跟随器漏极电压线的栅极、一耦合到所述第一源极跟随器晶体管的所述源极的漏极，和一耦合到所述第一列输出/参考电压线的源极；和
其中所述阵列中的所述列(n)中除一最末行外的每一行(m)中每一像素传感器中的所述复位晶体管的所述栅极耦合到所述列(n)中行(m+1)中所述像素传感器的所述复位信号/行启用/源极跟随器漏极电压线。
15.一种在一阵列中的阵列列(n)，所述阵列包括形成于一半导体衬底上的复数个行和列的有源垂直颜色过滤像素传感器，所述阵列列(n)包括一列输出/参考电压线，所述列(n)包含复数个行，每一行包含：
一复位信号/行启用/源极跟随器漏极电压线；
一开关，其在闭合时将所述复位信号/行启用/源极跟随器漏极电压线 连接至所述列输出/参考电压线；
复数个像素传感器，每一像素传感器包括：
一光电荷输出信号节点；
一复位晶体管，其耦合在所述光电荷输出信号节点与所述列输出/参考电压线之间，所述复位晶体管具有一栅极，其中所述阵列中的所述列(n)中除一最末行外的每一行(m)中每一像素传感器中的所述复位晶体管的所述栅极耦合到所述列(n)中行(m+1)中所述像素传感器的所述复位信号/行启用/源极跟随器漏极电压线；
一源极跟随器晶体管，其具有一耦合到所述光电荷输出信号节点的栅极、一耦合到所述复位信号/行启用/源极跟随器漏极电压线的漏极，和一源极；
一输出启用晶体管，其具有一耦合到所述复位信号/行启用/源极跟随器漏极电压线的栅极、一耦合到所述源极跟随器晶体管的所述源极的漏极，和一耦合到所述列输出/参考电压线的源极；
复数个检测器层，其设置成彼此实质上垂直对准，具有作为其在所述半导体衬底中不同深度的一函数的不同光谱灵敏度，且经配置以收集一第一极性的光生载流子，每一检测器层通过经配置以收集和传导走相反极性的光生载流子的额外介入层而彼此分离，每一检测器层包含：
一颜色启用线；和
一颜色启用晶体管，其耦合在所述检测器层与所述光电荷输出信号节点之间，所述颜色启用晶体管具有一耦合到所述颜色启用线的栅极。
16.一种在一阵列中的阵列列(n)，所述阵列包括形成于一半导体衬底上的复数个行和列的有源垂直颜色过滤像素传感器，所述阵列列(n)包括
一列输出线，所述列(n)包含复数个行，每一行包含：
一复位信号线；
一参考电压/源极跟随器漏极电压线；
一开关，其在闭合时将所述复位信号线连接至所述列输出线；
复数个像素传感器，每一像素传感器包括：
一光电荷输出信号节点；
一复位晶体管，其耦合在所述光电荷输出信号节点与所述参考电压/源极跟随器漏极电压线之间，所述复位晶体管具有一耦合到所述复位信号线的栅极；和
一源极跟随器晶体管，其具有一耦合到所述光电荷输出信号节点的栅极、一耦合到所述参考电压/源极跟随器漏极电压线的漏极，和一耦合到所述列输出线的源极；
复数个检测器层，其设置成彼此实质上垂直对准，具有作为其在所述半导体衬底中不同深度的一函数的不同光谱灵敏度，且经配置以收集一第一极性的光生载流子，每一检测器层通过经配置以收集和传导走相反极性的光生载流子的额外介入层而彼此分离，每一检测器层包含：
一颜色启用线；和
一颜色启用晶体管，其耦合在所述检测器层与所述光电荷输出信号节点之间，所述颜色启用晶体管具有一耦合到所述颜色启用线的栅极。
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