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Xy地址型固體攝象裝置的制作方法

文檔序號:7676223閱讀:228來源:國知局
專利名稱:Xy地址型固體攝象裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種由半導(dǎo)體元件構(gòu)成的固體攝象裝置,特別是,涉及用CMOS工藝制造的XY地址型固體攝象裝置。
用圖6說明使用該CMOS圖象傳感器的現(xiàn)有XY地址型固體攝象裝置。圖6表示現(xiàn)有XY地址型圖象傳感器的一個象素部分的電路例子。圖6中示出的CMOS圖象傳感器,在各個象素上,例如具有搭載源極跟隨放大器404的APS(Active Pixel Sensor有源象素傳感器)的結(jié)構(gòu)。光電二極管400的陰極一側(cè)連接著源極跟隨放大器404的柵電極和MOS型的復(fù)位晶體管402。并且,源極跟隨放大器404通過水平選擇晶體管406連接垂直選擇線408。
簡單地說明該現(xiàn)有CMOS圖象傳感器的工作。首先,以規(guī)定的定時給復(fù)位晶體管402的柵電極施加復(fù)位信號RST,使復(fù)位晶體管402變成接通。因此,光電二極管400充電到復(fù)位電位VR。接著與光入射同時,光電二極管400開始放電并自復(fù)位電位VR降低電位。積分期間中,入射的光進(jìn)行光電變換并產(chǎn)生電子-孔穴對。電子存儲在變成了浮置狀態(tài)的光電二極管上,孔穴由接地偏置的半導(dǎo)體襯底吸收。假定信號電荷為Qsig,信號電子引起的源極跟隨放大器404的電位變化ΔVPD,由ΔVPD=Qsig/Cs提供。規(guī)定時間經(jīng)過后,一旦水平選擇信號RWn輸入到水平選擇晶體管406的柵電極使水平選擇晶體管406變成接通,源極跟隨放大器404的電壓就作為信號電壓,通過垂直選擇線408被取出。
可是,搭載電荷存儲電容的光電二極管400和源極跟隨放大器404的上述現(xiàn)有APS結(jié)構(gòu)中,由于閾值電壓VT的偏差等原因,存在發(fā)生信號電壓DC電平變動的固定形噪聲(Fixed Pattern NoiseFPN)使圖象劣化的問題。為了降低噪聲而采用了相關(guān)二次取樣電路(Correlated Double SamplingCDS)。首先,用相關(guān)二次取樣電路對信號電壓取樣后,使光電二極管400復(fù)原到復(fù)位電位VR。其次,用相關(guān)二次取樣電路進(jìn)行取樣,求出信號電壓與復(fù)位電壓之差。由此,使閾值電壓VT的偏差相抵消可降低FPN。
然而,該方法,不是信號存儲(積分)前的復(fù)位電壓,而是對信號存儲后的復(fù)位電壓取樣并求出其與信號電壓之差,因而重疊于信號電壓上的kTC噪聲(熱噪聲)與重疊于取樣后的復(fù)位電壓的kTC噪聲之間完全無關(guān)。因此,復(fù)位期間中,用CDS電路不能除去由光電二極管400隨機(jī)發(fā)生的kTC噪聲,跟CCD固體攝象裝置相比,留下S/N比劣化了的問題。
kTC噪聲是在復(fù)位晶體管402成為接通狀態(tài),并使光電二極管400復(fù)原初始電位時發(fā)生,用vkTC=(kT/C)1/2表示的隨機(jī)噪聲。在這里,T為絕對溫度,C為存儲于光電二極管400里的全部電容。
其次,用圖7說明能夠降低kTC噪聲的CMOS圖象傳感器。圖7中,在光電二極管400的第1靜電容量C1與浮置擴(kuò)散(FD)區(qū)域的第2靜電容量C2之間形成能壘設(shè)置轉(zhuǎn)移用柵FT,并在轉(zhuǎn)移用柵極FT與由MOSFET構(gòu)成的水平選擇晶體管406之間連接源極跟隨放大器404。第2靜電容量C2上連接有由用于除去第2靜電容量C2里存儲電荷的MOS型構(gòu)成的復(fù)位晶體管402。源極跟隨放大器404的漏極連接電源VDD,源極連接水平選擇晶體管406。并且,源極跟隨放大器404的柵極連接到第2靜電容量C2。對源極跟隨放大器404的漏極施加復(fù)位電位VR。復(fù)位晶體管402的源極連接第2靜電容量C2,并應(yīng)向柵極輸入復(fù)位信號RST。
第1靜電容量C1上存儲了電荷以后,一旦導(dǎo)通轉(zhuǎn)移用柵極FT并把電荷轉(zhuǎn)移到FD區(qū)域的第2靜電容量C2,源極跟隨放大器404的柵極電位就逐漸升高。規(guī)定時間經(jīng)過后,水平選擇晶體管406變成接通,源極跟隨放大器404的源電壓通過垂直選擇線408進(jìn)行輸出,就可以測出第2靜電容量C2里存儲的電荷量Q。使轉(zhuǎn)移用柵極FT導(dǎo)通以前,由于僅暫時導(dǎo)通復(fù)位晶體管402,會全部除去第2靜電容量C2里存儲的電荷,可以能夠抑制余象電荷引起的圖象劣化。
倘若采用該構(gòu)成,在對信號存儲前的復(fù)位電壓進(jìn)行取樣后可對該復(fù)位后的信號電壓取樣,因而重疊在復(fù)位電壓和信號電壓上的kTC噪聲互相有很高的相關(guān)性。因此,通過對復(fù)位電壓取樣后再對信號電壓取樣,使用相關(guān)二次取樣電路求出復(fù)位電壓與信號電壓的差分,可以信號電壓的kTC噪聲。
然而,圖7所示的現(xiàn)有CMOS圖象傳感器結(jié)構(gòu),如上述那樣雖然可使FPN和kTC噪聲降低,但是具有元件結(jié)構(gòu)復(fù)雜化的問題。圖7所示的象素的元件結(jié)構(gòu)跟圖6所示象素的元件結(jié)構(gòu)相比,有晶體管個數(shù)增加,象素部分復(fù)雜,光接收部分的孔徑率(占空系數(shù))下降的問題。
其次,用圖8說明可使kTC噪聲降低的CMOS圖象傳感器另外的例子。圖8中所示的CMOS圖象傳感器,除圖6中輸出的元件結(jié)構(gòu)外,具有控制復(fù)位晶體管402的柵電極上外加的復(fù)位電壓降低kTC噪聲的控制電路。
控制電路的放大器412的非反向輸入端子上現(xiàn)在已經(jīng)輸入基準(zhǔn)復(fù)位電位VR。運算放大器412的反向輸入端子上,通過布線416,已經(jīng)輸入光電二極管400的陰極端子與復(fù)位晶體管402的連接點的信號。布線416配置在象素區(qū)域內(nèi)。并且,運算放大器412的反向輸入端子上連接有恒定電流源414。運算放大器412的輸出端子,通過開關(guān)電路410,連接復(fù)位晶體管402的柵電極。
由于這樣構(gòu)成的控制電路,在規(guī)定的復(fù)位定時,向開關(guān)電路410的柵電極輸入信號Vg使開關(guān)電路410變成接通,控制復(fù)位晶體管402的柵極電壓,使得光電二極管400的陰極側(cè)電位往往是復(fù)位電位VR。據(jù)此,可使分別重疊于信號電壓和如此繼續(xù)信號存儲的復(fù)位電壓上的kTC噪聲大致為一定水平。因此,采用對信號存儲后的復(fù)位電壓取樣,用CDS電路求出其與信號電壓之差的辦法,就能降低kTC噪聲。但是因為該結(jié)構(gòu)中需要在象素區(qū)域內(nèi)配置布線416,所以發(fā)生孔徑率不工作的問題。
如以上說明,圖6所示的CMOS圖象傳感器中,存在不能降低kTC噪聲的問題。另一方面,圖7和圖8所示的CMOS圖象傳感器中,存在kTC噪聲的降低換成元件尺寸增大,不能得到寬大孔徑率這樣的問題。
為了達(dá)到上述目的,XY地址型固體攝象裝置的構(gòu)成包括象素區(qū)域,該象素區(qū)域具備光電變換入射光的光電變換元件;使上述光電變換元件復(fù)位的復(fù)位晶體管;將上述光電變換元件上存儲的電荷轉(zhuǎn)換成電壓的放大用晶體管;根據(jù)水平選擇線輸出的水平選擇信號,將上述電壓作為圖象數(shù)據(jù)輸出到垂直選擇線的水平選擇晶體管;以及降低上述復(fù)位時發(fā)生kTC噪聲的kTC噪聲降低電路。
圖2是表示本發(fā)明一個實施例的CMOS圖象傳感器1的取樣同步電路和相關(guān)二次取樣電路的電路例圖。
圖3是表示本發(fā)明一個實施例的CMOS圖象傳感器1的kTC噪聲降低電路的電路例圖。
圖4是表示本發(fā)明一個實施例的CMOS圖象傳感器1的復(fù)位電壓校正電路的電路例圖。
圖5是表示本發(fā)明一個實施例的CMOS圖象傳感器1的效果圖。
圖6是表示采用CMOS圖象傳感器的XY地址型固體攝象裝置圖。
圖7是表示采用CMOS圖象傳感器的XY地址型固體攝象裝置的另一例圖。
圖8是表示采用CMOS圖象傳感器的XY地址型固體攝象裝置的又一例圖。
CMOS圖象傳感器1具有在各象素區(qū)域P11~P44配置,例如由MOSFET(本實施例中例如表示n-ch(n溝道)MOSFET)構(gòu)成的源極跟隨放大器14或水平選擇晶體管16等的APS結(jié)構(gòu)。
以下,設(shè)定行編號為m,列編號為n,說明有關(guān)象素區(qū)域Pmn的電路結(jié)構(gòu)。象素區(qū)域Pmn內(nèi)光電二極管10的陰極側(cè)連接著例如n-chMOSFET的復(fù)位晶體管12的源極和源極跟隨放大器14的柵電極。
各復(fù)位晶體管12的漏極和源極跟隨放大器14的漏極,連接到加上復(fù)位電位VR的復(fù)位電壓供給線VRn。各復(fù)位晶體管12的柵電極連接復(fù)位信號線RSTm。源極跟隨放大器14的源極,連接例如n-chMOSFET水平選擇晶體管16的漏極。各水平選擇晶體管16的柵電極,連接供給水平選擇信號RW的水平選擇線RWm。各水平選擇晶體管16的源極連接垂直選擇線CLn。
水平選擇線RWm連接垂直掃描移位寄存器/復(fù)位控制電路4。通過垂直掃描移位寄存器/復(fù)位控制電路4內(nèi)設(shè)置的圖未示出的晶體管,現(xiàn)在已經(jīng)可以在規(guī)定的定時,順序把水平選擇信號RW輸出到水平選擇線RWm。復(fù)位信號線RSTm也與垂直掃描移位寄存器/復(fù)位控制電路4連接,變成在規(guī)定的定時,給每條水平選擇線RWm上象素區(qū)域Pmn的復(fù)位晶體管12施加復(fù)位信號RST。
復(fù)位電壓供給線VRn跟垂直選擇線CLn大致平行布線,并與垂直選擇線CLn一起分別連接放大器/噪聲消除電路6。
垂直選擇線CLn通過設(shè)于放大器/噪聲消除電路6內(nèi)的CDS電路6CLn和例如由n-chMOSFET構(gòu)成的列選擇晶體管20,連接到信號共同輸出線30。利用圖2說明有關(guān)放大器/噪聲消除電路6內(nèi)的CDS電路6CLn結(jié)構(gòu)。
復(fù)位電壓供給線VRn連接到放大器/噪聲消除電路6內(nèi)設(shè)置電路主要部分的kTC噪聲降低電路6VRn。利用圖3以后適當(dāng)說明kTC噪聲降低電路6VRn的結(jié)構(gòu)。
向多個列選擇晶體管20的柵電極,按規(guī)定定時,順序輸入從水平掃描移位寄存器8來的列選擇信號,將借助于放大器/噪聲消除電路6除去了固定形噪聲和kTC噪聲的圖象數(shù)據(jù),順序向信號共同輸出線30輸出,通過放大器32就送給外部系統(tǒng)。
其次,簡單說明有關(guān)CMOS圖象傳感器1的工作。首先,用復(fù)位信號RST,在規(guī)定的定時一旦復(fù)位晶體管12變成接通,光電二極管10就被充電到復(fù)位電位VR。接著,伴隨光入射的光電二極管10開始放電,電位從復(fù)位電位VR降下來。規(guī)定時間經(jīng)過后,水平選擇信號RW向水平選擇線RWm輸出時,就向連接該水平選擇線RWm的水平選擇晶體管16的柵電極輸入水平選擇信號RW,使水平選擇晶體管16變成接通。因此將源極跟隨放大器14來的輸出電壓作為象素區(qū)域Pmn的圖形數(shù)據(jù)輸出給垂直選擇線CLn。
其次,說明有關(guān)放大器/噪聲消除電路6的結(jié)構(gòu)。放大器/噪聲消除電路6,如圖2所示,具有連接垂直選擇線CL1的取樣同步電路和相關(guān)二次取樣電路。圖2中,圖中左側(cè)用虛線表示的方框,作為連接垂直選擇線CL1的多個象素之中舉例表示

圖1左上方的象素區(qū)域P11。圖中右側(cè)用虛線表示的方框,表示取樣同步電路和相關(guān)二次取樣電路。
取樣同步電路中,設(shè)有向垂直選擇線CL1輸出信號控制輸入的取樣同步用開關(guān)42。光電二極管10連接取樣同步用開關(guān)42的輸入側(cè)與垂直選擇線CL1的連接點。將保持向垂直選擇線CL1輸出信號的取樣同步用電容44的一電極側(cè)(此后,對構(gòu)成電容的2個電極和除柵電極外晶體管的2個電極,根據(jù)需要,一方稱作一電極,另一方稱作另一電極)連接到取樣同步用開關(guān)42的輸出側(cè)。取樣同步用電容44的另一電極側(cè)則連接到基準(zhǔn)電壓源46。
構(gòu)成相關(guān)二次取樣電路的放大器48的輸入端子,連接取樣同步用開關(guān)42與取樣同步用電容44的一電極側(cè)的連接點。放大器48的輸出端子連接相關(guān)二次取樣電路的CDS用電容50的一電極側(cè),CDS用電容50的另一電極側(cè)連接放大器54的輸入端子。
并且,CDS用電容50的另一電極側(cè),通過箝位開關(guān)52連接到取樣同步用電容44的另一電極側(cè)。就可以借助于箝位開關(guān)52的開關(guān),將CDS用電容50的另一電極側(cè)斷開基準(zhǔn)電壓源46的基準(zhǔn)電壓,或固定在基準(zhǔn)電壓。放大器54的輸出端子,通過列選擇晶體管20連接到信號共同輸出線30。
其次,利用圖2說明有關(guān)取樣同步電路和相關(guān)二次取樣電路的工作。首先,簡單說明由象素區(qū)域P11輸出的信號流。水平選擇晶體管16的柵電極一輸入水平選擇信號RW1,跟象素區(qū)域P11的光電二極管10存儲的電荷量相應(yīng)的源極跟隨放大器14的電壓變動就作為包含圖形數(shù)據(jù)的信號電壓VS向垂直選擇線CL1輸出。接著,向原封不動維持水平選擇晶體管16接通狀態(tài)的復(fù)位晶體管12柵電極輸入復(fù)位信號RST,復(fù)位晶體管12進(jìn)入接通狀態(tài),并使光電二極管10復(fù)原到復(fù)位電位VR,同時向垂直選擇線CL1輸出復(fù)位電壓VR。以上的工作,在水平消隱期間進(jìn)行。
在上述信號流中,例如,輸入水平選擇信號RW1,與水平選擇晶體管16保持接通狀態(tài)同步,使取樣同步用開關(guān)42和箝位開關(guān)52成為接通狀態(tài)。因此,給取樣同步電路的輸入端子加上信號電壓VS。箝位開關(guān)52在接通的狀態(tài)下,信號電壓VS對取樣同步電路的取樣同步用電容44充電,同時也使CDS用電容50充電。
接著,在箝位開關(guān)52進(jìn)入斷開以后,輸入復(fù)位信號RST,使復(fù)位晶體管12成為接通狀態(tài)。因此,光電二極管10復(fù)原到復(fù)位電位VR,并向垂直選擇信號CL1輸出復(fù)位電壓VR。復(fù)位電壓VR輸入取樣同步電路的輸入端子,并保持在取樣同步用電容44中。
其結(jié)果,在CDS用電容50的輸出側(cè),產(chǎn)生相當(dāng)于信號電壓VS與復(fù)位電壓VR之差的差信號(VS-VR)。該信號由CDS用電容50進(jìn)行保持。因此,可以獲得除去了重疊于信號電壓VS和復(fù)位電壓VR的雙方上固定形噪聲的模擬圖形數(shù)據(jù)。該模擬圖形數(shù)據(jù),從放大器54的輸出端子通過列選擇晶體管20向信號共同輸出線30輸出。
放大器/噪聲消除電路6內(nèi),在垂直選擇線CLn上分別設(shè)置上述取樣同步電路和相關(guān)二次取樣電路(以下,把兩電路合稱為CDS電路)6CLn。
而且,本實施例的放大器/噪聲消除電路6內(nèi),設(shè)置于每個CDS電路6CLn中,設(shè)置跟CDS電路6CLn協(xié)同工作降低噪聲的kTC噪聲降低電路。
以下,利用圖3說明有關(guān)本實施例的kTC噪聲降低電路6VRn。kTC噪聲降低電路6VRn在電路構(gòu)成的大部分形成于放大器/噪聲消除電路6內(nèi),同時電路構(gòu)成的一部分兼任象素區(qū)域Pmn內(nèi)元件的方面具有特征。圖3中,圖中左側(cè)用虛線表示的方框舉例示出連接垂直選擇線CL1的象素區(qū)域P11。圖中右側(cè)用虛線示出的方框表示放大器/噪聲消除電路6內(nèi)的CDS電路6CL1和kTC噪聲降低電路6VR1的主要部分。另外,圖3中的相關(guān)二次取樣電路省略詳細(xì)的說明而作為一個電路塊表示出來。
圖3中,放大器/噪聲消除電路6內(nèi),設(shè)置跟形成于象素區(qū)域P11內(nèi)的水平選擇晶體管16大致具有同一特性的電路切換用晶體管72,其源極連接到垂直選擇線CL1。電路切換用晶體管72的柵電極現(xiàn)在已經(jīng)輸入電路轉(zhuǎn)換信號SWX。電路轉(zhuǎn)換信號SWX輸出應(yīng)與復(fù)位信號RST同步。
電路切換用晶體管72的漏極連接跟源極跟隨放大器14大致具有同一特性的第1差動晶體管62的源極。第1差動晶體管62的漏極連接,例如MOS型晶體管64的一電極側(cè),并已經(jīng)給晶體管64的另一電極側(cè)加上電壓VDD。第1差動晶體管62的柵電極上也已經(jīng)輸入復(fù)位電壓VR。
另一方面,象素區(qū)域P11內(nèi)的復(fù)位晶體管12和源極跟隨放大器14的漏極,通過施加復(fù)位電壓VR的復(fù)位電壓供給線VR1,例如連接MOS型晶體管66的一電極側(cè)。晶體管66的另一電極側(cè)現(xiàn)在已經(jīng)加上電壓VDD。在多個象素區(qū)域P11、P21、P31、…之外沿著垂直選擇線CL1形成復(fù)位電壓供給線VR1,現(xiàn)在已經(jīng)向每個象素區(qū)域P11、P21、P31、…上形成的多個復(fù)位晶體管12供給復(fù)位電壓VR。
晶體管66的柵電極和晶體管64的柵電極共同連接起來。并且,一電極側(cè)連接到電路切換用晶體管72與晶體管64的連接點,并形成另一電極側(cè)連接晶體管64與晶體管66的柵電極的電路切換用晶體管68。電路切換用晶體管68的柵電極現(xiàn)在已經(jīng)輸入電路轉(zhuǎn)換信號SWX。并且,一電極側(cè)連接晶體管64與晶體管66的柵電極,并形成另一電極側(cè)接地的電路切換用晶體管70?,F(xiàn)在已經(jīng)給電路切換用晶體管70的柵電極輸入電路轉(zhuǎn)換信號SWX和相反極性的電路轉(zhuǎn)換信號/SWX。
在這里,使象素區(qū)域P11的水平選擇晶體管16和放大器/噪聲消除電路6內(nèi)的電路切換用晶體管68、72接通,使電路切換用晶體管70斷開,通過把象素區(qū)域P11的源極跟隨放大器14看作第2差動晶體管構(gòu)成跟第1差動晶體管62的差動對,圖3的上述結(jié)構(gòu)代替附加電阻而成為具備電流密勒電路的差動放大器。電流密勒電路由晶體管64和晶體管66構(gòu)成,晶體管64的一電極側(cè)與柵電極直接連接,晶體管66具備與晶體管64的另一電極側(cè)一起加上電壓VDD的另一電極側(cè)并具有與晶體管64的柵電極共同連接的柵電極。
以上,利用圖3說明的電路是本實施例的kTC噪聲降低電路6VR1的電路結(jié)構(gòu),圖示中已省略的其它kTC噪聲降低電路6VRn也具有同樣的結(jié)構(gòu)。因此,kTC噪聲降低電路6VRn隨著電路構(gòu)成的大部分形成于放大器/噪聲消除電路6內(nèi),也用象素區(qū)域Pmn內(nèi)的元件兼任電路構(gòu)成的一部分。
接著,把圖3所示的kTC噪聲降低電路6VR1作為例子,對降低kTC噪聲的工作說明有關(guān)工作。首先,直至復(fù)位期間即將結(jié)束之前,水平選擇晶體管16和電路切換用晶體管68、72都變成了接通狀態(tài),電路切換用晶體管70變成斷開狀態(tài)。因此,kTC噪聲降低電路6VR1的主要部分跟象素區(qū)域P11內(nèi)的元件電連接,kTC噪聲降低電路6VR1作為差動放大器起作用,成為進(jìn)行kTC噪聲降低工作的狀態(tài)。
復(fù)位信號RST一變成非活性電平,水平選擇晶體管16和電路切換用晶體管68、72就變成斷開狀態(tài),并且電路切換用晶體管70變成接通狀態(tài)。因此,kTC噪聲降低電路6VR1的主要部分與象素區(qū)域P11內(nèi)元件電隔離,kTC噪聲降低電路6VR1就不起差動放大器作用,變成不能進(jìn)行kTC噪聲降低工作的狀態(tài)。另一方面,象素區(qū)域P11內(nèi)的各元件進(jìn)行原來的信號存儲工作。
接著,在規(guī)定時間經(jīng)過后,輸入水平選擇信號RW1使水平選擇晶體管16變成接通狀態(tài),而同步關(guān)斷CDS電路6CL1的取樣同步用開關(guān)42和箝位開關(guān)52,從向垂直選擇信號CL1輸出的象素區(qū)域P11的源極跟隨放大器14來的信號電壓VS向取樣同步用電容44和CDS用電容50充電。
接著,與斷開箝位開關(guān)52同時,電路切換用晶體管70進(jìn)入斷開狀態(tài),則電路切換用晶體管68、72成為接通狀態(tài)。因此,kTC噪聲降低電路6VR1再次作為差動放大器功能,變成降低kTC噪聲的工作狀態(tài)。在該狀態(tài)下,與復(fù)位信號RST施加到象素區(qū)域P11的復(fù)位晶體管12的柵電極同步,向第1差動晶體管62的柵電極供給復(fù)位電壓VR。
因此,復(fù)位晶體管12處于接通狀態(tài)的期間,控制kTC噪聲降低電路6VR1的電流密勒電路輸出側(cè)晶體管66的示出電壓(=復(fù)位電壓VR),使光電二極管10的陰極側(cè)電位經(jīng)常為復(fù)位電壓VR。這樣,kTC噪聲降低電路6VR1,復(fù)位工作時,放大率起一個運算放大器功能。
倘若這樣,就決定每次使光電二極管10復(fù)位發(fā)生的kTC噪聲大約固定,會使信號存儲前含有kTC噪聲的信號電壓VS和重疊于信號存儲后的復(fù)位電壓VR的kTC噪聲彼此發(fā)生相關(guān)關(guān)系。利用kTC噪聲降低電路6VR1一將光電二極管10復(fù)原到復(fù)位電壓VR,就向垂直選擇線CL1輸出復(fù)位電壓VR。復(fù)位電壓VR輸入取樣同步電路的輸入端子并保持在取樣同步用電容44。
其結(jié)果,在CDS電路6CL1的CDS用電容50的輸出側(cè),發(fā)生相當(dāng)于信號電壓VS與復(fù)位電壓VR之差的差信號(VS-VR)。該信號由CDS用電容50保持。因此,不只是重疊于信號電壓VS和復(fù)位電壓VR雙方上的固定形噪聲成分,而是可獲得也除去了kTC噪聲的模擬圖形數(shù)據(jù)。該模擬圖形數(shù)據(jù)從放大器54的輸出端子通過列選擇晶體管20輸出到信號共同輸出線30上。
倘若采用本實施例的kTC噪聲降低電路6VRn,就把電路主要部分配置在象素區(qū)域外,并且,在kTC噪聲降低工作時,已經(jīng)利用象素區(qū)域內(nèi)的元件作為電路構(gòu)成的一部分來構(gòu)成電路,因而不會降低象素的孔徑率并可降低kTC噪聲。
另外,即使構(gòu)成差動對的第1差動晶體管62和源極跟隨放大器14的大小一致而且?guī)缀跤邢嗤匦?,有時也發(fā)生隨兩者間布線距離而變化的偏移電壓。而且因為源極跟隨放大器14的晶體管小,偏移電壓為數(shù)十mV。由此施加到光電二極管10陰極側(cè)的復(fù)位電壓VR在每個象素區(qū)域上都有偏差,因而是不理想的。只有很小的偏移電壓,才能由后段配置的CDS電路6CLn除去,而且為了確實加以除去,插入圖4由虛線包圍的偏移校正電路是所希望的。
圖4表示偏移校正電路80的示意圖。偏移校正電路80的主要部分設(shè)于放大器/噪聲消除電路6內(nèi)。偏移校正電路80具有偏移校正用晶體管82,該晶體管82插入對第1差動晶體管62的柵電極施加復(fù)位電壓VR的輸入段。偏移校正用晶體管82的一電極側(cè)連接到第1差動晶體管62的柵電極。并且在kTC噪聲降低電路6VR1作為差動放大器功能之際,偏移校正電路80具有在被控制的復(fù)位電壓VR輸出的復(fù)位電壓供給線VR1上,連接一電極側(cè)的偏移校正用晶體管86。在偏移校正用晶體管86的另一電極側(cè)上,連接偏移校正用晶體管84和偏移校正用電容88的另一電極側(cè)。偏移校正用晶體管84的另一電極側(cè),連接偏移校正用晶體管82的另一電極側(cè),并且偏移校正用電容88的另一電極側(cè),連接偏移校正用晶體管82的一電極側(cè)(即,第1差動晶體管62的柵電極)。
說明有關(guān)以上構(gòu)成的偏移校正電路80的偏移電壓除去工作。首先,與對復(fù)位晶體管12的柵電極施加復(fù)位信號RST同步,電路切換用晶體管68、70和72工作,kTC噪聲降低電路6VR1現(xiàn)在已經(jīng)作為差動放大器功能。在該復(fù)位期間的初期,偏移校正用晶體管82、86變成接通狀態(tài),而且偏移校正用晶體管84變成了斷開狀態(tài)。因此,第1差動晶體管的柵電極上加上復(fù)位電壓VR,通過差動放大器,向復(fù)位電壓供給線VR1輸出包括偏移電壓VO的電壓值VR+VO。于是,偏移校正用晶體管82上保持偏移電壓VO。
接著,偏移校正用晶體管82、86變成斷開,偏移校正用晶體管84變成接通的話,第1差動放大器的柵電極上就施加電壓值VR-VO作為復(fù)位電壓。因此,就應(yīng)通過差動放大器,向復(fù)位電壓供給線VR1輸出所希望的復(fù)位電壓VR。在復(fù)位期間的初期階段進(jìn)行本工作。由此,現(xiàn)在已經(jīng)可以向各象素區(qū)域Pmn的每個供給沒有偏差的復(fù)位電壓VR。
圖5是與比較例一起表示本實施例XY地址型固體攝象裝置的kTC噪聲階段效果的模擬圖。圖中橫軸表示時間,縱軸表示電壓值。圖中虛線α是表示本實施例XY地址型固體攝象裝置的效果曲線,實線β是表示現(xiàn)有XY地址型固體攝象裝置的曲線。圖5表示在時刻120nsec復(fù)位信號RST輸入復(fù)位晶體管,光電二極管的陰極側(cè)電位上升到約1.9V以后約200nsec后,在10mV的DC成分kTC噪聲重疊時從CDS電路來的輸出電壓值。如圖5所示,在現(xiàn)有的XY地址型固體攝象裝置,用CDS電路就不能降低kTC噪聲,出現(xiàn)跟重疊的kTC噪聲水平大約同樣水平的約10mV噪聲成分。相對于此,在本實施例的XY地址型固體攝象裝置,從CDS電路來的輸出電壓值的變動只有0.25mV左右,可以達(dá)到極其優(yōu)良的kTC噪聲降低效果。
以上說明了實施例的XY地址型固體攝象裝置總結(jié)如下。
(附記1)
一種XY地址型固體攝象裝置是,包括象素區(qū)域,該象素區(qū)域具備光電變換入射光的光電變換元件;使上述光電變換元件復(fù)原的復(fù)位晶體管;把存儲于上述光電變換元件的電荷變換成電壓的放大用晶體管;根據(jù)水平選擇線輸出的水平選擇信號,將上述電壓作為圖象數(shù)據(jù)輸出到垂直選擇線的水平選擇晶體管;以及降低上述復(fù)位時發(fā)生kTC噪聲的kTC噪聲降低電路。
(附記2)按照附記1所述的XY地址型固體攝象裝置,其中上述kTC噪聲降低電路在kTC噪聲降低工作時,利用上述象素區(qū)域內(nèi)的元件作為電路構(gòu)成的一部分。
(附記3)按照附記2所述的XY地址型固體攝象裝置,其中上述kTC噪聲降低電路具有上述工作時跟上述象素區(qū)域內(nèi)的元件電連接,非工作時跟上述象素區(qū)域內(nèi)的元件電隔離的電路切換用晶體管。
(附記4)按照附記1至3任一項所述的XY地址型固體攝象裝置,還包括具有在上述象素區(qū)域外沿上述垂直選擇線形成,并向上述復(fù)位晶體管供給復(fù)位電壓的復(fù)位電壓供給線。
(附記5)按照附記3或4所述的XY地址型固體攝象裝置,其中上述kTC噪聲降低電路具有上述工作時構(gòu)成差動放大器的第1差動晶體管;以及上述象素區(qū)域內(nèi)的上述放大用晶體管,在上述kTC噪聲降低電路工作時,用作跟上述第1差動晶體管成對的第2差動晶體管。
(附記6)按照附記5所述的XY地址型固體攝象裝置,其中上述電路切換用晶體管設(shè)置在上述第1差動晶體管與上述垂直選擇線之間。
(附記7)按照附記5或6所述的XY地址型固體攝象裝置,其中上述kTC噪聲降低電路包括,在上述差動放大器內(nèi)的電流密勒電路。
(附記8)按照附記7所述的XY地址型固體攝象裝置,其中上述電流密勒電路連接上述復(fù)位電壓供給線。
(附記9)按照附記1至8任一項所述的XY地址型固體攝象裝置,還具有除去重疊于上述圖形數(shù)據(jù)的固定形噪聲的噪聲消除電路;以及上述kTC噪聲降低電路之中,除上述象素區(qū)域內(nèi)的元件外,電路配置在上述噪聲消除電路內(nèi)。
(附記10)按照附記9所述的XY地址型固體攝象裝置,其中上述噪聲消除電路,對每條上述垂直選擇線,具有保持與噪聲除去后的上述圖形數(shù)據(jù)對應(yīng)電荷的相關(guān)二次取樣電路。
(附記11)按照附記5至10任一項所述的XY地址型固體攝象裝置,還具有校正按照上述放大用晶體管與上述第1差動晶體管之間的布線距離而變化的偏移電壓的偏移校正用電路。
如以上,倘若采用本發(fā)明,能夠?qū)崿F(xiàn)具有小元件尺寸上的寬大的孔徑率,并且可降低kTC噪聲的XY地址型固體攝象裝置。
權(quán)利要求
1.一種XY地址型固體攝象裝置,其特征是包括象素區(qū)域,該象素區(qū)域包括對入射光進(jìn)行光電變換的光電變換元件;使上述光電變換元件復(fù)原的復(fù)位晶體管;把存儲于上述光電變換元件的電荷變換成電壓的放大用晶體管;以及根據(jù)水平選擇線輸出的水平選擇信號,將上述電壓作為圖象數(shù)據(jù)輸出到垂直選擇線的水平選擇晶體管;和降低上述復(fù)位時發(fā)生kTC噪聲的kTC噪聲降低電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的XY地址型固體攝象裝置,其特征是上述kTC噪聲降低電路,在kTC噪聲降低工作時,將上述象素區(qū)域內(nèi)的元件作為電路構(gòu)成的一部分。
3.按照權(quán)利要求2所述的XY地址型固體攝象裝置,其特征是上述kTC噪聲降低電路具有在上述工作時與上述象素區(qū)域內(nèi)的元件電連接,在非工作時與上述象素區(qū)域內(nèi)的元件電分離的電路切換用晶體管。
4.按照權(quán)利要求1至3中任一項所述的XY地址型固體攝象裝置,其特征是具有在上述象素區(qū)域外沿上述垂直選擇線形成,并向上述復(fù)位晶體管供給復(fù)位電壓的復(fù)位電壓供給線。
5.按照權(quán)利要求3或4所述的XY地址型固體攝象裝置,其特征是上述kTC噪聲降低電路具有在上述工作時構(gòu)成差動放大器的第1差動晶體管;上述象素區(qū)域內(nèi)的上述放大用晶體管,在上述kTC噪聲降低電路工作時,用作與上述第1差動晶體管構(gòu)成成對的第2差動晶體管。
6.按照權(quán)利要求5所述的XY地址型固體攝象裝置,其特征是上述電路切換用晶體管設(shè)置在上述第1差動晶體管與上述垂直選擇線之間。
7.按照權(quán)利要求5或6所述的XY地址型固體攝象裝置,其特征是所述kTC噪聲降低電路,包括在上述差動放大器內(nèi)的電流密勒電路。
8.按照權(quán)利要求7所述的XY地址型固體攝象裝置,其特征是上述電流密勒電路連接上述復(fù)位電壓供給線。
9.按照權(quán)利要求1至8中任一項所述的XY地址型固體攝象裝置,其特征是還具有除去重疊于上述圖形數(shù)據(jù)上的固定形噪聲的噪聲消除電路;以及上述kTC噪聲降低電路之中,除上述象素區(qū)域內(nèi)的元件之外的電路配置在上述噪聲消除電路內(nèi)。
10.按照權(quán)利要求9所述的XY地址型固體攝象裝置,其特征是上述噪聲消除電路,對每條上述垂直選擇線,具有保持與去除噪聲后的上述圖形數(shù)據(jù)對應(yīng)電荷的相關(guān)二次取樣電路。
全文摘要
一種用CMOS工藝制造的XY地址型固體攝象裝置,具有元件尺寸小孔徑率大,并能降低kTC噪聲。在象素區(qū)域Pmn內(nèi)形成光電二極管10、復(fù)位晶體管12、源極跟隨放大器14和水平選擇晶體管16。在象素區(qū)域Pmn外,形成用于降低kTC噪聲的kTC噪聲降低電路6CL1和CDS電路6CL1。由kTC噪聲降低電路6VR1的第1差動晶體管62和各象素區(qū)域Pmn內(nèi)的源極跟隨放大器14構(gòu)成差動放大器。
文檔編號H04N5/369GK1383320SQ0210272
公開日2002年12月4日 申請日期2002年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月26日
發(fā)明者鵜戶真也, 國分政利, 土屋主稅, 山本克義 申請人:富士通株式會社
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