JP2005536964A - 低暗電流ホトダイオードを具える画素センサ - Google Patents
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Abstract
Description
IBIAS=CBIASxdv/dt (1)
IBIAS=CWELL SUBxdv/dt (2)
ここで、CWELL SUBは保護ノード708と基板との間のキャパシタンスを表わし、dv/dtは供給されるランプパルス716の勾配を表わす。正の勾配のランプパルス(電荷)716が直接基板に供給される為、追加のキャパシタは必要ない。
VPIXEL =VD −VTHRESHOLD 1004 (3)
Claims (64)
- 入射光のエネルギーに応答して、光変換装置の第1ノードに電気信号を生じる当該光変換装置と、
前記第1ノードにおける電気信号を受けて画素出力信号を生じる電気回路と、
前記画素出力信号を表わす信号を前記光変換装置の第2ノードに供給する回路と
を具える撮像画素。 - 請求項1に記載の撮像画素において、前記画素出力信号を表わす信号を前記光変換装置の第2ノードに供給する前記回路は、前記光変換装置の接合がその両端間にほぼ零のバイアスを有するようにする撮像画素。
- 請求項2に記載の撮像画素において、前記電気回路が、電圧ホロワ回路及びソースホロワ回路の何れか1つである撮像画素。
- 請求項3に記載の撮像画素において、前記光変換装置が、電荷積分期間中に光変換動作を実行するようになっており、前記撮像画素が、
前記電荷積分期間の前に、前記第1ノードを、予め決定した電圧にリセットするリセットスイッチと、
前記第1ノードに結合された端子を有し、前記電気信号を積分する際に前記電気回路とともに用いられるキャパシタと
を具えている撮像画素。 - 請求項4に記載の撮像画素において、前記リセットスイッチが第1電位の点を前記第1ノードに結合するようになっており、前記キャパシタが前記第1電位の点と前記第1ノードとの間に接続されている撮像画素。
- 請求項4に記載の撮像画素において、前記リセットスイッチがトランジスタである撮像画素。
- 請求項6に記載の撮像画素において、前記トランジスタが、前記出力信号によりバイアスされる基板を有している撮像画素。
- 請求項5に記載の撮像画素において、前記第1電位が正の電位である撮像画素。
- 請求項7に記載の撮像画素において、前記第1ノードに接続されている前記トランジスタの接続点が前記出力信号によりほぼ零にバイアスされるようになっている撮像画素。
- 請求項4に記載の撮像画素において、前記ソースホロワ回路と前記キャパシタとが、このキャパシタの値によりほぼ決定される前記積分期間中に、前記光変換装置により生ぜしめられる電荷の流れに対する変換利得を生じるようになっている撮像画素。
- 請求項3に記載の撮像画素において、前記電気回路が電圧ホロワ回路である撮像画素。
- 請求項3に記載の撮像画素において、前記電気回路がソースホロワ回路である撮像画素。
- 請求項12に記載の撮像画素において、前記ソースホロワ回路が、
前記第1ノードから前記電気信号を受けるゲートと、前記第1電位の点に結合された第1ソース/ドレイン領域と、前記出力信号を生じる第2ソース/ドレイン領域とを有するトランジスタと、
前記第2ノードと第2電位の点との間に結合された電流源と
を具える撮像画素。 - 請求項13に記載の撮像画素において、前記トランジスタが、前記出力信号によりバイアスされる基板を有している撮像画素。
- 請求項13に記載の撮像画素において、前記電流源がリーキィダイオードである撮像画素。
- 請求項13に記載の撮像画素において、前記トランジスタが副しきい値領域で動作するようになっている撮像画素。
- 請求項13に記載の撮像画素において、前記電流源が、副しきい値電流源として動作するように接続されたトランジスタである撮像画素。
- 請求項13に記載の撮像画素において、前記電流源が、バイアスキャパシタを経て前記第2ノードに結合された負勾配ランプパルス発生器の電流源である撮像画素。
- 請求項4に記載の撮像画素において、この撮像画素が更に、前記キャパシタの他の端子にランプ電流を供給する正勾配ランプパルス発生器を具えている撮像画素。
- 請求項19に記載の撮像画素において、前記電気回路がソースホロワ回路である撮像画素。
- 請求項20に記載の撮像画素において、前記ソースホロワ回路が、
前記第1ノードから前記電気信号を受けるゲートと、前記第1電位の点に結合された第1ソース/ドレイン領域と、前記出力信号を生じる第2ソース/ドレイン領域とを有するトランジスタ
を具えている撮像画素。 - 請求項21に記載の撮像画素において、前記トランジスタが、前記出力信号によりバイアスされる基板を有している撮像画素。
- 請求項22に記載の撮像画素において、前記リセットスイッチが第1電位の点を前記第1ノードに結合するようになっている撮像画素。
- 請求項23に記載の撮像画素において、前記リセットスイッチが他のトランジスタである撮像画素。
- 請求項24に記載の撮像画素において、前記他のトランジスタが、前記出力信号によりバイアスされる基板を有している撮像画素。
- 請求項1に記載の撮像画素において、前記光変換装置がホトダイオードである撮像画素。
- 請求項1に記載の撮像画素において、この撮像画素が更に、前記出力信号を読出して選択的に出力する読出し回路を有している撮像画素。
- 請求項27に記載の撮像画素において、前記読出し回路が、
前記出力信号を受け、この受けた信号を出力信号として選択的に生ぜしめるアクセストランジスタ
を有している撮像画素。 - 請求項28に記載の撮像画素において、前記読出し回路が更に、前記出力信号を前記アクセストランジスタに供給するソースホロワトランジスタを有している撮像画素。
- 請求項29に記載の撮像画素において、前記アクセストランジスタが前記ソースホロワトランジスタと同じウェル領域内に位置している撮像画素。
- 請求項28に記載の撮像画素において、前記アクセストランジスタ及びソースホロワトランジスタが、接地された基板を有するn型トランジスタである撮像画素。
- 請求項28に記載の撮像画素において、前記アクセストランジスタ及びソースホロワトランジスタが、正電位点に結合された基板を有するp型トランジスタである撮像画素。
- 入射光のエネルギーに応答して、ホトダイオードの第1ノードに電気信号を生じる当該ホトダイオードと、
前記第1ノードに結合された端子を有し、積分期間中前記電気信号を積分するキャパシタと、
電圧ホロワ及びソースホロワの何れか一方として配置され、前記第1ノードに結合されたゲートを有し、出力信号を生じる出力トランジスタと、
前記出力信号を前記ホトダイオードの第2ノードに供給し、このホトダイオードをほぼ零バイアスする回路と、
前記積分期間以外で前記第1ノードを予め決定した電位にリセットするリセットトランジスタと
を具える撮像画素。 - 請求項33に記載の撮像画素において、前記出力トランジスタが第1ソースホロワトランジスタであり、この第1ソースホロワトランジスタの基板が前記出力信号によりバイアスされるようになっている撮像画素。
- 請求項33に記載の撮像画素において、前記リセットトランジスタの基板が前記出力信号によりバイアスされるようになっている撮像画素。
- 請求項33に記載の撮像画素において、前記キャパシタが前記第1ノードと前記予め決定した電位の点との間に接続されている撮像画素。
- 請求項33に記載の撮像画素において、この撮像画素が更に、前記ホトダイオードの前記第2ノードに結合されてこの第2ノードにバイアス電流を供給する電流源を有している撮像画素。
- 請求項37に記載の撮像画素において、前記電流源は、前記第2ノードに接続された第1ソース/ドレイン領域と、接地された第2ソース/ドレイン領域と、バイアス制御信号を受けるゲートとを有するバイアストランジスタである撮像画素。
- 請求項38に記載の撮像画素において、前記バイアストランジスタは、接地された基板を有している撮像画素。
- 請求項33に記載の撮像画素において、この撮像画素が更に、前記出力信号を受けてこれを画素出力信号として選択的に出力する読出し回路を有している撮像画素。
- 請求項40に記載の撮像画素において、前記読出し回路が、
前記出力信号を受け、この受けた信号を出力信号として選択的に生ぜしめるアクセストランジスタ
を有している撮像画素。 - 請求項41に記載の撮像画素において、前記読出し回路が更に、前記出力信号を前記アクセストランジスタに供給する第2ソースホロワトランジスタを有している撮像画素。
- 請求項42に記載の撮像画素において、前記アクセストランジスタが前記ソースホロワトランジスタと同じウェル領域内に位置している撮像画素。
- 請求項41に記載の撮像画素において、前記アクセストランジスタ及びソースホロワトランジスタが、接地された基板を有するn型トランジスタである撮像画素。
- 光変換装置で光を受けてこの光変換装置の第1ノードに第1電圧を生ぜしめる工程と、
この第1電圧を表わす電圧を前記光変換装置の第2ノードに供給する工程と
を具える撮像画素動作方法。 - 光変換装置の第1ノードをリセット期間中第1電位に設定する工程と、
前記第1ノードに存在し、前記光変換装置が受ける光により影響を受ける電気信号を積分期間中に積分して出力信号を生ぜしめる工程と、
この出力信号を前記光変換装置の第2ノードに供給してこの光変換装置の第1及び第2ノードにおける電圧を少なくとも前記積分期間中に互いにほぼ等しくする工程と
を具える撮像画素動作方法。 - 請求項46に記載の撮像画素動作方法において、この方法が更に、
少なくとも前記積分期間中に、前記第2ノードに与えられるバイアス電流を発生する工程
を具える撮像画素動作方法。 - 請求項47に記載の撮像画素動作方法において、この方法が更に、
読出し期間中に前記出力信号を画素出力信号として選択的に読出す工程
を具える撮像画素動作方法。 - 請求項48に記載の撮像画素動作方法において、前記選択的に読出す工程を、前記積分期間が終了した後に行う撮像画素動作方法。
- 請求項49に記載の撮像画素動作方法において、この方法が更に、
画素リセット信号を発生させる工程と、
この画素リセット信号から前記画素出力信号を減算する工程と
を具える撮像画素動作方法。 - 請求項50に記載の撮像画素動作方法において、画素リセット信号を発生させる前記工程が、
リセット期間中、前記第1ノードを前記第1電位に設定する工程と、
前記第1ノードからリセット出力信号を生ぜしめる工程と、
このリセット出力信号を前記光変換装置の前記第2ノードに供給する工程と、
このリセット出力信号を前記画素リセット信号として読出す工程と
を有する撮像画素動作方法。 - 請求項49に記載の撮像画素動作方法において、この方法が更に、前記リセット期間に続いて前記バイアス電流の値を増大させる工程を具える撮像画素動作方法。
- 請求項47に記載の撮像画素動作方法において、前記バイアス電流は降下するランプバイアス電流とする撮像画素動作方法。
- 請求項47に記載の撮像画素動作方法において、前記バイアス電流はパルス状のバイアス電流とする撮像画素動作方法。
- 第1導電型のドーピングをしたウェル領域と、
このウェル領域内に設けられてホトダイオードを形成する第2導電型の第1ドープ領域と、
前記ウェル領域内に形成され、電位を受ける第2導電型の第2ドープ領域と、
前記ウェル領域内に前記第2ドープ領域から分離されて形成された第2導電型の第3ドープ領域と、
前記第1ドープ領域と前記第2ドープ領域との間に設けられ、リセット信号を受け、前記第1ドープ領域を前記第2ドープ領域に印加される電位によりリセットする第1ゲート構造体と、
前記電位の点と前記第1ドープ領域との間に結合されたキャパシタと、
前記第2ドープ領域と前記第3ドープ領域との間に設けられ、前記第1ドープ領域に電気接続されている第2ゲート構造体と、
前記第3ドープ領域と前記ウェル領域との間に設けられ、前記ホトダイオードを零バイアスする電気回路と
を具える撮像画素。 - 入射光のエネルギーに応答して、光変換装置の第1ノードに電気信号を生じる当該光変換装置と、
この光変換装置の第2ノードに接続され、この光変換装置の両端間に零バイアス電圧を維持する電流源と、
前記第1ノードにおける前記電気信号を受けてこれから画素出力信号を生ぜしめる電気回路と、
この画素出力信号を前記光変換装置の第2ノードに供給する回路と
を具える撮像画素。 - 入射光のエネルギーに応答して、光変換装置の第1ノードに電気信号を生じる当該光変換装置と、
複数のトラップを有し、前記光変換装置の第2ノードに接続され、この光変換装置の両端間に零バイアス電圧を維持するリーキィダイオードと、
前記第1ノードにおける前記電気信号を受けてこれから画素出力信号を生ぜしめる電気回路と、
この画素出力信号を前記光変換装置の第2ノードに供給する回路と
を具える撮像画素。 - 入射光のエネルギーに応答して、光変換装置の第1ノードに電気信号を生じる当該光変換装置と、
この光変換装置の第2ノードに接続され、この光変換装置の両端間に零バイアス電圧を維持する副しきい値電流源と、
前記第1ノードにおける前記電気信号を受けてこれから画素出力信号を生ぜしめる電気回路と、
この画素出力信号を前記光変換装置の第2ノードに供給する回路と
を具える撮像画素。 - 入射光のエネルギーに応答して、光変換装置の第1ノードに電気信号を生じる当該光変換装置と、
この光変換装置の第2ノードに接続され、この光変換装置の両端間に零バイアス電圧を維持する負勾配ランプ電流インジェクタと、
前記第1ノードにおける前記電気信号を受けてこれから画素出力信号を生ぜしめる電気回路と、
この画素出力信号を前記光変換装置の第2ノードに供給する回路と
を具える撮像画素。 - 入射光のエネルギーに応答して、光変換装置の第1ノードに電気信号を生じる当該光変換装置と、
積分用のキャパシタであって、その第1端子が前記第1ノードに接続され、前記電気信号を蓄積する当該キャパシタと、
このキャパシタの第2端子に接続され、前記光変換装置の両端間に零バイアス電圧を維持する正勾配ランプ電流インジェクタと、
前記第1ノードにおける前記電気信号を受けてこれから画素出力信号を生ぜしめる電気回路と、
この画素出力信号を前記光変換装置の第2ノードに供給する回路と
を具える撮像画素。 - 撮像画素であって、この撮像画素が、
入射光のエネルギーに応答して、光変換装置の第1ノードに電気信号を生じる当該光変換装置と、
この光変換装置の第1ノードに接続され、この光変換装置から信号を読出すNMOSソースホロワトランジスタと、
このNMOSソースホロワトランジスタに接続され、前記撮像画素を選択するNMOS選択トランジスタと、
前記第1ノードにおける前記電気信号を受けてこれから画素出力信号を生ぜしめる電気回路と、
この画素出力信号を前記光変換装置の第2ノードに供給する回路と
を具える撮像画素。 - 撮像画素であって、この撮像画素が、
入射光のエネルギーに応答して、光変換装置の第1ノードに電気信号を生じる当該光変換装置と、
この光変換装置の第1ノードに接続され、この光変換装置から信号を読出すPMOSソースホロワトランジスタと、
このPMOSソースホロワトランジスタに接続され、前記撮像画素を選択するPMOS選択トランジスタと、
前記第1ノードにおける前記電気信号を受けてこれから画素出力信号を生ぜしめる電気回路と、
この画素出力信号を前記光変換装置の第2ノードに供給する回路と
を具える撮像画素。 - 撮像画素であって、この撮像画素が、
入射光のエネルギーに応答して、光変換装置の第1ノードに電気信号を生じる当該光変換装置と、
この光変換装置の第2ノードに接続され、副しきい値レベルで動作して前記光変換装置の両端間に零バイアス電圧を維持するバイアストランジスタと、
この光変換装置の前記第1ノードに接続され、この光変換装置から信号を読出すNMOSソースホロワトランジスタと、
このNMOSソースホロワトランジスタに接続され、前記撮像画素を選択するNMOS選択トランジスタと、
前記第1ノードにおける前記電気信号を受けてこれから画素出力信号を生ぜしめる電気回路と、
この画素出力信号を前記光変換装置の第2ノードに供給する回路と
を具える撮像画素。 - 撮像画素を動作させる方法であって、
前記撮像画素内に設けられたホトダイオードの両端間を零バイアス電圧に維持する工程と、
前記ホトダイオードをリセットする工程と、
入射光のエネルギーに応答して、前記ホトダイオードにおける電気信号を積分する工程と、
この電気信号を読出す工程と、
この電気信号から画素出力信号を生ぜしめる工程と
を具える撮像画素動作方法。
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