[发明专利]半导体器件及其驱动方法

说明书

本发明涉及一种半导体器件及其驱动方法。具体地说，本发明涉及一种具有图像传感器功能的MOS传感器器件及其驱动方法。

近年来，信息设备比如个人计算机的使用非常普及，因此人们越来越需要在个人计算机等中读取(存储)作为电子信息的各种信息。因此，引人注目的数字照相机替代了传统的银盐照相机，这种数字照相机能够读取印刷在纸上的信息。

在数字照相机中使用面型传感器，在该面型传感器中以二维的方式设置像素。在扫描仪、复印机等设备中，使用以一维方式设置像素的线型传感器。在应用线型传感器来读取二维图像的情况下，在移动线型传感器的同时读取信号。

CCD型传感器主要用作在这些类型的图像读取设备中的图像传感器。在CCD型传感器中，在每个像素的光电二极管中进行光电转换，然后应用CCD来读取这些信号。然而，由于通过单晶硅基片形成的MOS型传感器并入了外围电路、其制造在一个芯片中、适合于实时信号处理及其较低的功耗的特性，使其在其技术领域中使用非常普及。此外，人们对应用在玻璃基片上形成的TFT形成的MOS型传感器的制造正处于一定的研究水平。在MOS型传感器中，在每个像素的光电二极管中进行光电转换，通过应用由MOS晶体管形成的开关来读取相应像素的信号。

作为MOS型传感器的像素结构，人们正在研制各种类型的像素结构。MOS型传感器的各种类型的像素结构主要可以分为两种类型：即无源传感器类型和有源传感器类型。无源传感器是指在其内没有将信号幅值元件并入到相应的像素中的传感器，而有源传感器是指在其中将信号幅值元件并入到相应的像素中的传感器。有源传感器相对于无源传感器的优点在于由于在每个像素中都放大信号因此它具有较强的抗噪声的能力。

附图2所示为无源传感器的像素的电路的实例。像素10005由开关晶体管10001和光电二极管10004组成。光电二极管连接到电源标准传输线10006和开关晶体管10001的源极端子。栅信号线10002连接到开关晶体管10001的栅极端子，信号输出线10003连接到开关晶体管10001的漏极端子。在光电二极管10004中进行光电转换。换句话说，光入射产生电荷，并且由此存储电荷。然后通过控制信号输出线10003使开关晶体管10001导通，由此通过信号输出线10003读出光电二极管10004的电荷。

有源传感器的像素结构有各种类型。在IEDM95:p.17:CMOS ImageSensors(图像传感器),Electric Camera On a Chip(芯片上的电传感器)或在IEDM97:p.201:CMOS Image Sensors-RecentAdvances and Device Scaling Considerations(CMOS图像传感器-近来发展及器件尺寸要求)中介绍了例如光电二极管型和光选通型的像素结构及其操作。在ISSCC97:p.180:A1/4 Inch 330K SquarePixel Progressive Scan CMOS Active Image Sensor(1/4英寸330K开方像素渐进性扫描CMOS有源图像传感器)中，从像素的选择方法方面来对像素结构进行分类。也就是说在其中描述了应用晶体管或电容作为选择元件的情况。因此，在形成一个像素的晶体管的数量方面存在各种结构类型。在1998年2月20日的JIEC Seminar:Development Prospects of the CMOS Camera(CMOS摄像机的发展概况)中一般地介绍了CMOS类型的传感器。在其描述中，还解释了通过连接复位晶体管的栅电极和漏电极来输出光密度的对数信号的对数转换形式。

如附图3所示，通常使用的有源传感器的像素结构是由三个N-沟道晶体管和一个光电二极管组成由此形成一个像素308的类型的像素结构。光电二极管304的P-沟道侧端子连接到电源标准传输线312，而光电二极管304的N-沟道侧的端子连接到放大晶体管306的栅极端子。放大晶体管306的漏极端子和源极端子分别连接到电源传输线309和开关晶体管301的漏极端子。开关晶体管的栅极端子连接到栅极信号线302，开关晶体管的源极端子连接到信号输出线303。复位晶体管307的栅极端子连接到复位信号线306。复位晶体管306的源极端子和漏极端子分别连接到电源线309和放大晶体管306的栅极端子。