[发明专利]一种像素电荷转移效率测试结构与时序

说明书

本发明公开了一种像素电荷转移效率测试结构，像素在p型衬底100的基础上，用N型离子注入形成PPD101感光区域，用于减小暗电流噪声的p+掺杂104位于PPD表面；N型掺杂的浮置扩散节点FD105和存储节点SD103分别位于一个P阱102中。第一传输栅107栅极接TG1信号，源极为PPD，漏极为FD节点；第二传输栅108栅极接TG2信号，源极为PPD；第二传输栅108堆叠在第三传输栅109上方。第二传输栅108与PPD101的交叠大于第一传输栅107与PPD101的交叠程度，第三传输栅109与SD节点103的交叠程度大于第一传输栅107与FD节点105的交叠程度。通过在测试像素中额外引入更益于传输的结构，增加的堆叠栅极与存储节点结构的设计无需过于拘束于转换增益的限制用于转移拖尾电子，以更为客观准确地评估像素的电荷转移效率。

技术领域

本发明涉及一种图像传感器，尤其涉及一种像素电荷转移效率测试结构与时序。

背景技术

电荷转移效率是反映图像传感器性能的重要指标，当电荷转移效率较低时，传感器会产生图像拖尾现象，严重影响成像质量。造成图像传感器电荷转移效率低的原因，一般包括电荷转移路径上势垒的存在(如图1(a))，传输栅(transfer gate,TG)关断时沟道下电荷回流至钳位光电二极管(pinned photodiode，PPD)(如图1(b))。

评估像素的电荷转移效率对指导图像传感器设计具有重要意义。常见的测试电荷转移效率的方法有“多次读出法”、“等量曝光法”。其中，“多次读出法”指在正常读出时序后，重复多次复位浮置扩散节点(floating diode，FD)与开启传输栅的过程，并采样每次的信号，累加得到电子拖尾量。但这种方法下，若设计而像素的沟道下存在较为严重的势垒，即使多次读出PPD内仍会有拖尾电子，无法准确评估转移效率；“等量曝光法”指像素第一次曝光用正常时序读出，之后不对PPD复位，采用与第一次相等的曝光量进行第二次曝光，用第二次读出的信号与第一次读出的信号做差，得到拖尾电子数量。这种测试方法下，若传感器存在拖尾电子，则第二次曝光后PPD内电荷数量较多，而电荷转移效率与PPD内积累的电子数量有关，这将导致第二次读出转移效率低于第一次读出转移效率，从而使计算的拖尾电子数量偏低。此外，两种方法无法对电荷回流进行有效评估。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是提供了一种像素电荷转移效率测试结构与时序，以解决现有技术中存在的上述技术问题，通过引入额外的存储节点(storage diode,SD)与晶体管，并配合设计的读出采样时序，完成对像素电荷转移效率较为客观准确的评估。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的像素电荷转移效率测试结构，像素在p型衬底100的基础上，用N型离子注入形成PPD101感光区域，用于减小暗电流噪声的p+掺杂104位于PPD表面；

N型掺杂的浮置扩散节点FD105和存储节点SD103分别位于一个P阱102中，两个P阱102分置PPD101两侧。

上述的像素电荷转移效率测试结构的驱动时序，包括复位、曝光和读出三个阶段：

在复位阶段，TG1升高至2.8V，RST1置于2.8V，TG2、TG3以-1.5V电压关断，其余管子0V关断，对FD节点、PPD区域进行复位；

曝光阶段开始之后，第一选通管开启，待第一复位管关断后采样复位信号Vrst1；

读出阶段：

第一传输栅导通，将PPD内信号转移至FD节点内，采样光电子信号Vsig1；

第一传输栅关断后，第二选通管开启，第二复位管开启，对FD与SD节点进行复位，第二复位管关断后，采样复位信号Vrst2；