[发明专利]图像传感器、驱动方法以及电子装置

说明书

技术领域

本技术涉及一种成像元件、驱动方法和电子装置，尤其涉及一种实现全局快门的成像元件、驱动方法和电子装置。

背景技术

作为安装到数字视频照相机上的成像元件，已知有互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(以下，简称为CIS)。在众多CIS中，有一种CIS具有一种被称之为全局快门的功能，在全局快门中，待成像的图像的曝光时间的同时性(simultaneity)已经得到保证。

此外，通过半导体工艺的小型化，施加到诸如金属氧化物半导体成效应晶体管(MOSFET)的栅极(gate)的电压已经降低。

例如，相对较高的电压被施加到设置在CMOS图像传感器的像素中的栅极并且执行像素中每个元件的初始化或从像素中的光电转换单元到电荷/电压转换单元的信号传输。不过，由于上述原因，很难确保施加到像素中的栅极的电压。

因此，已经建议了一种固态成像元件(例如，参见专利文献1)，其在执行信号传输时向阱施加副电压以便增加光电转换单元的潜在电平和栅极的潜在电平。

也就是说，如图1所示，在这种固态成像元件中，光电二极管PD21和浮动扩散区FD22设置在形成于硅衬底中的P阱区W11中。

在该实例中，光电二极管PD21包括P+层(电荷隔离区)和累积电荷的n层(电荷累积区)。如果电压施加到传输门单元GT23，在光电二极管PD21中累积的电荷则被传送到浮动扩散区FD22并被读取为信号电荷。

此外，如果根据必要将电压施加到重置晶体管RT24的栅极，则在浮动扩散区FD22中累积的电荷被向外部放电并且对像素进行初始化。

在图1所示的固态成像元件中，当电荷从光电二极管PD21被传送到浮动扩散区FD22时，电压被施加到传送门单元GT23的栅极。不过，如果电压不足，则产生电荷的传送剩余，如附图中的左侧的折线PO11所示。

折线PO11显示了固态成像元件的每个单元的电势，即，在光电二极管PD21、传送门单元GT23、浮动扩散区FD22以及重置晶体管RT24的每个位置处的电势。在图1中，向下的方向是电势的正方向。

在这种情况下，箭头A11所示的部分的电势，即，在传送门单元GT23的正下方的区域比光电二极管PD21的部分的电势高。因此，光电二极管PD21的部分电荷可能没有被传送到浮动扩散区FD22并且滞留在光电二极管PD21中。

因此，在固态成像元件中，负电压(负偏压)被施加到P阱区W11，使得光电二极管PD21的部分的电势高于在传送门单元GT23的正下方的区域的电势，如附图中的右侧的折线PO12所示。

也就是说，在折线PO12的箭头A12所示的部分中。如果负电压被施加到P阱区W11，光电二极管PD21的部分的电势和传送门单元GT23的正下方的部分的电势上升。

不过，由于这些部分对于负电压的敏感度差异导致光电二极管PD21的部分的电势高于在传送门单元GT23的正下方的区域的电势，因此对信号电荷的读取进行帮助。由此，大量的电荷被传送到浮动扩散区FD22。

因此，将负偏压施加到固态成像元件的阱区。因此，即使在通过使得电压较低足够的电压也不能够被施加到像素中的传送门单元时，对信号电荷的读取进行帮助并能够扩展像素信号的动态范围。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利申请公开号JP2004-129015。

发明内容

不过，在具有所谓横向溢出集成电容器(LOFIC)结构的像素中，诸如电容器的电荷累积元件安装到该像素上，在其中电荷累积元件被初始化的情况下，如果施加到每个元件的电压不足，不必要的电荷不会被适当地放电或者电荷不会被注入。因此，很难确保足够的饱和信号量。也就是说，通过成像获得的像素信号的动态范围会变窄。

考虑到上述情况作出了本技术，并且本技术能够降低电压和提高饱和信号量。

解决问题的方案

根据本技术的第一方面的成像元件是这样一种成像元件，其包括：像素单元，包括排列成矩阵的多个像素；以及驱动单元，其驱动所述像素单元。所述像素具有：转换单元，其在转换时段中将物理量转换成电荷；电荷保持单元，其累积由所述转换单元在转换时段中所转换的电荷并在所述转换时段结束后保持从所述转换单元传送来的电荷；以及读取单元，其在读取时段读取保持在所述电荷保持单元中的电荷。当所述像素单元的多个像素被等分为第一和第二组两组并且该像素单元的第一组和第二组中的一组被设置到所述读取时段时，所述驱动单元将另一组设置到所述转换时段。