[实用新型]高饱和容量的图像传感器像素

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种图像传感器，尤其涉及一种高饱和容量的图像传感器像素。

背景技术

图像传感器已经被广泛地应用于数码相机、移动手机、医疗器械、汽车和其他应用场合。特别是制造CMOS(互补型金属氧化物半导体)图像传感器技术的快速发展，使人们对图像传感器的输出图像品质有了更高的要求。

在现有技术中，CMOS图像传感器一般采用四晶体管像素(4T)结构。如图1所示，是采用CMOS图像传感器4T有源像素结构的示意图，包括虚线框内的切面示意图和虚线框外的电路示意图两部分。4T有源像素的元器件包括：光电二极管区域101，电荷传输晶体管102，复位晶体管103，漂浮有源区FD，源跟随晶体管104，选择晶体管105，列位线106；其中101置于半导体基体中，STI为浅槽隔离区，N+区为晶体管源漏有源区，其中FD区由N+区组成；Vtx为102的栅极端，Vrst为103的栅极端，Vsx为105的栅极端，Vdd为电源电压。光电二极管101接收外界入射的光线，产生光电信号；开启晶体管102，将光电二极管中的光电信号转移至漂浮有源区FD区后，由晶体管104所探测到的FD势阱内电势变化信号经106读取并保存。

图2示出了图1虚线框内器件部分，在进行光电电荷转移操作时的势阱示意图。图2所示，201为光电二极管区101的势阱，202为FD区势阱，Vpin1为光电二极管的完全耗尽电势，Vrst1为FD区的复位电势；其中Cpd1为201的电容，Cfd1为202的电容。由图2所示，201区中的光电电荷能够被完全转移至202的条件是：Cpd1*Vpin1<＝Cfd1*(Vrst1-Vpin1)，即Vpin1<＝Cfd1*Vrst1/(Cpd1+Cfd1)，其中Vrst1-Vpin1为FD区电压信号摆幅；由此可见，201区的饱和电荷量Cpd1*Vpin1受到Vpin1最高值的限制，即像素的饱和电荷量受到像素工作电势的限制。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能有效提高像素的饱和容量，提升图像传感器输出的图像品质的高饱和容量的图像传感器像素。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型的高饱和容量的图像传感器像素，包括置于半导体基体中的光电二极管、电荷传输晶体管、第一复位晶体管、源跟随晶体管、选择晶体管、漂浮有源区，还包括第二复位晶体管和N型离子区，所述第二复位晶体管与所述光电二极管相连；

所述N型离子区的一部分位于所述电荷传输晶体管沟道中，另一部分位于所述漂浮有源区中，并且与所述漂浮有源区的N+区相连。

由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的一种高饱和容量的图像传感器像素，由于在电荷传输晶体管沟道和漂浮有源区区域设置了N型离子区，电荷传输晶体管沟道与漂浮有源区N+区之间形成势垒，可以将光电二极管高电势区的电荷转移至漂浮有源区N+区。因此，本实用新型的像素的饱和电荷容量不受工作电势限制，进而有效提高了像素的饱和容量，提升了图像传感器输出的图像品质。

附图说明

图1是现有技术的图像传感器的像素结构示意图。

图2是现有技术的图像传感器像素在进行电荷转移操作时的势阱示意图。

图3是本实用新型的图像传感器的像素结构示意图。

图4是本实用新型的图像传感器像素工作的时序控制示意图。

图5是本实用新型的图像传感器像素工作时，曝光开始时的势阱示意图。

图6是本实用新型的图像传感器像素工作时，转移光电电荷操作前的势阱示意图。

图7是本实用新型的图像传感器像素工作时，转移光电电荷操作，开启电荷传输晶体管时的势阱示意图。

图8是本实用新型的图像传感器像素工作时，转移光电电荷操作，未完全关闭电荷传输晶体管时的势阱示意图。

图9是本实用新型的图像传感器像素工作时，转移光电电荷操作，完全关闭电荷传输晶体管时的势阱示意图。

图10是本实用新型的图像传感器像素工作时，转移光电电荷操作完毕时的势阱示意图。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例作进一步地详细描述。

本实用新型的高饱和容量的图像传感器像素，其较佳的具体实施方式是：

包括置于半导体基体中的光电二极管、电荷传输晶体管、第一复位晶体管、源跟随晶体管、选择晶体管、漂浮有源区，还包括第二复位晶体管和N型离子区，所述第二复位晶体管与所述光电二极管相连；