[发明专利]图像传感器及其操作方法

说明书

一种图像传感器包括：光电转换元件，其适于产生与入射光相对应的光电荷；传输晶体管，其适于基于传输信号来将产生的光电荷传送至浮置扩散节点；以及复位晶体管，其适于基于复位信号来将浮置扩散节点复位、并且包括存储栅。

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年9月29日提交的申请号为10-2014-0129840的韩国专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明的示例性实施例涉及一种半导体器件制造技术，且更具体而言，涉及一种图像传感器及其操作方法。

背景技术

图像传感器将光学图像转换成电信号。近来，图像传感器已经融入各种装置，诸如：数码照相机、便携式摄像机、个人通信系统、游戏机、用于安全目的的照相机、用于医疗目的的微型照相机、机器人等。

发明内容

本发明的各种实施例针对一种具有改善的性能的图像传感器，及其操作方法。

根据本发明的一个实施例，一种图像传感器可以包括：光电转换元件，其适于产生与入射光相对应的光电荷；传输晶体管，其适于基于传输信号来将产生的光电荷传送至浮置扩散节点；以及复位晶体管，其适于基于复位信号来将浮置扩散节点复位，其中，复位晶体管包括存储栅。

存储栅在平衡状态下可以保持复位晶体管的导通状态或关断状态。存储栅包括层叠有栅电介质层和栅电极的层叠结构，以及栅电介质层包括具有自发极化特性的铁电物质。存储栅可以包括顺序地层叠有隧道绝缘层、电荷捕获层、电荷阻挡层和栅电极的层叠结构，以及电荷捕获层包括硅层或氮化物层。存储栅可以基于在预定的操作区段的开始时段处施加的复位信号的第一复位脉冲来将复位晶体管导通，以及基于在预定的操作区段的结束时段处施加的复位信号的第二复位脉冲来将复位晶体管关断，以及复位晶体管在预定的操作区段期间保持导通状态。预定的操作区段包括用于光电转换元件的积累区段(integration section)。第一复位脉冲具有正电压电平，以及第二复位脉冲具有负电压电平。

根据本发明的一个实施例，一种图像传感器可以包括：光电转换元件，其适于产生与入射光相对应的光电荷；传输晶体管，其适于基于传输信号来将产生的光电荷传送至浮置扩散节点；以及复位晶体管，其适于基于复位信号来将浮置扩散节点复位，其中，复位晶体管包括具有自发极化特性的栅电介质层，其中，栅电介质层的自发极化的方向基于复位信号来改变。

图像传感器还可以包括：驱动晶体管，其具有与浮置扩散节点电连接的栅极。驱动晶体管的栅电介质层和传输晶体管的栅电介质层不具有自发极化特性。根据自发极化的方向，在平衡状态下，复位晶体管的导通状态或关断状态被保持。随着栅电介质层的自发极化的方向基于在预定的操作区段的开始时段处施加的复位信号的第一复位脉冲而改变，复位晶体管导通，以及随着栅电介质层的自发极化的方向基于在预定的操作区段的结束时段处施加的复位信号的第二复位脉冲而改变成相反的方向，复位晶体管关断，以及在预定的操作区段期间，复位晶体管基于自发极化特性而保持在导通状态。预定的操作区段包括用于光电转换元件的积累区段。第一复位脉冲具有正电压电平，以及第二复位脉冲具有负电压电平。

根据本发明的一个实施例，一种用于操作图像传感器的方法，图像传感器包括：光电转换元件，其适于产生与入射光相对应的光电荷；传输晶体管，其适于将光电荷传送至浮置扩散节点；复位晶体管，其适于将浮置扩散节点复位、并且包括存储栅，所述方法包括：通过在第一区段施加第一复位脉冲至存储栅来将复位晶体管导通；在第一区段之后的第二区段期间，允许入射光撞击光电转换元件，以及通过在第二区段的结束时段处将第二复位脉冲施加至存储栅来将复位晶体管关断；以及通过在第二区段之后的第三区段中将传输信号施加至传输晶体管的栅极来将传输晶体管导通。