[发明专利]固态图像传感器、用于其的方法及电子装置

说明书

提供固态图像传感器、驱动方法和电子装置，所述固态图像传感器包括：光电转换部分，其生成与接收到的光对应的电荷，并在其中蓄积所述电荷；电荷保持部分，其中在向浮动扩散区域传输在所述光电转换部分中蓄积的电荷之前，保持所述电荷一个预定时间；第一传输门，其向所述电荷保持部分传输在所述光电转换部分中蓄积的电荷；第二传输门，其向所述浮动扩散区域传输在所述电荷保持部分中保持的电荷；以及电荷放电门，其将所述光电转换部分中的电荷放电。在开始用于下一帧的光电转换部分中的电荷蓄积之前，将在所述电荷保持部分中蓄积的部分电荷放电。

技术领域

本技术涉及固态图像传感器、用于所述固态图像传感器的方法以及电子装置，特别涉及使得可以减少由电荷溢出引起的余像（after-image）的发生的固态图像传感器、用于所述固态图像传感器的方法以及电子装置。

背景技术

例如，CMOS图像传感器被用作包括固态图像传感器的固态成像器件。CMOS图像传感器通过MOS晶体管读出作为光电换能器的光电二极管的pn结电容器中蓄积的光电荷。因为CMOS图像传感器执行以像素为单位或以行为单位等读出在光电二极管中蓄积的光电荷的操作，所以不可能在蓄积光电荷期间向所有像素提供相同的曝光时间段。因此，在被摄体正在移动的这种情况下，捕捉图像可能失真。

CMOS图像传感器的单位像素中的每一个包括光电二极管、传输门、浮动扩散（FD）、复位晶体管、放大晶体管和选择晶体管。

在该单位像素中，例如，光电二极管例如是通过在N-型衬底（substrate）上形成的p-型阱层（well layer）中形成P-型层和通过在p-型阱层中埋入N-型内埋层（N）的内埋光电二极管。传输门向浮动扩散（FD）传输在光电二极管的pn结中蓄积的电荷。

使用机械光屏蔽单元的机械快门方法被广泛用作对固态图像传感器实现全局曝光的方法中的一个。在全局曝光中，在所有像素具有相同曝光时间段的情况下捕捉图像。该机械光屏蔽使得能够以如下方式执行全局曝光：所有像素同时开始曝光并且同时终止曝光。

在机械快门方法中，机械地控制曝光时间从而当光进入光电二极管时向每一个像素提供生成电荷的相同时间段。然后，关闭机械快门，并且状态改变为基本上没有生成光电荷的状态。在该状态中，顺序读出信号。

然而，因为机械快门需要机械光屏蔽单元，其使得难以减小尺寸，并且驱动机械的速度是有限的。为此，机械快门方法在同时性上劣于电气方法。

因此，采用电气全局曝光。在电气全局曝光方法中，首先在每一个像素中同时执行电荷放电操作，并且然后开始曝光。在电荷放电操作中，将内埋光电二极管中蓄积的电荷抽空。从而，在光电二极管的pn结电容器中蓄积光电荷。

在曝光时间段结束的时间点，在每一个像素中同时导通传输门以向浮动扩散（电容器）传输每一个蓄积的光电荷。

通过关闭传输门，在浮动扩散中保持所有像素在相同曝光时间段中蓄积的光电荷。

此后，将信号电平顺序读出到垂直信号线，然后复位浮动扩散以将复位电平读出到垂直信号线。

当读出指示信号复位电平的信号时，通过在随后的阶段中在信号处理中使用复位电平以移除信号电平的噪声（例如，参考JP H01-243675A或JP2004-140149A）。

在噪声移除处理中，读出由在读出信号电平之后执行的复位操作产生的复位电平。因此，不可能移除复位操作中的kTC噪声（热噪声），从而图像质量下降。

复位操作中的kTC噪声是由于复位操作中复位晶体管切换操作生成的随机噪声。因此，如果不使用在向浮动扩散传输电荷之前的电平，则不可能适当地移除信号电平的噪声。

因为在每一个像素中同时向浮动扩散传输电荷，并且因此此时以这样的方式移除噪声，使得读出信号电平，并且此后再次执行复位操作。因此，可以移除例如偏移误差的噪声，但不可能移除kTC噪声。