[发明专利]一种3D堆叠单采样像素单元及其驱动方法

说明书

本发明公开了一种3D堆叠单采样像素单元，包括设于上层芯片上的光电信号产生单元和设于下层芯片上的信号复位保持单元、信号输出单元，通过将光电信号产生单元与像素结构的输出级电路隔开，以进一步降低像素结构及光照对最终输出信号的影响，从而能够使像素的填充率以及光电二极管的光敏感度得到有效提高；并通过将像素光电信号产生单元产生的电信号存储在信号复位保持单元的电容上，利用所述电容两端的电荷复位和电荷感应，只需单次采样即可得到像素产生的电信号，能够明显缩短信号读取所需的时间，最终提高了图像传感器的帧率。

技术领域

本发明涉及图像传感器技术领域，更具体地，涉及一种3D堆叠单采样像素单元及其驱动方法。

背景技术

随着图像传感器技术的不断发展，CMOS图像传感器由于具有高集成度、低功耗等优点，在电子、监控、导航、交通等领域应用越来越广泛。但随着CMOS图像传感器技术的不断发展，对CMOS图像传感器的性能要求也越来越高。

高速率是衡量CMOS图像传感器性能的一个重要需求指标；而CMOS图像传感器的帧率越高，CMOS图像传感器得到一帧图像的速度也越高。

然而，通常在CMOS图像传感器中，都是通过两次采集信号，对这两个信号处理后得到光电二极管转化的信号。由于每个光电二极管光电转化的信号需要通过两次采样才能得到，造成电路行周期时间相对较长，从而使CMOS图像传感器的帧率受到制约。

此外，传统技术中，CMOS图像传感器的像素单元中除了设有感光二极管外，还加入了放大单元，这将降低像素单元的填充率。另外，光通常会在金属界面产生一定的载流子，或者，光电器件产生的电荷会通过衬底传输到其它电路，这些都将导致图像信号发生变化，使得电路的光敏感度降低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种3D堆叠单采样像素单元及其驱动方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种3D堆叠单采样像素单元，包括：

光电信号产生单元，设于上层芯片上，用于将光信号转换成电信号；

信号复位保持单元，设于下层芯片上，用于储存和传输光电信号产生单元产生的电信号；

信号输出单元，设于下层芯片上，用于输出信号复位保持单元传输的电信号；

其中，上层芯片与下层芯片采用3D堆叠方式相连接，所述信号复位保持单元通过其设有的电容的两端分别与光电信号产生单元和信号输出单元相连接；通过所述电容两端的电荷复位和电荷感应，进行单次采样得到光电信号产生单元产生的电信号。

优选地，所述光电信号产生单元包括一个光电二极管、一个光电复位MOS管和一个光电开关MOS管；其中，所述光电二极管用于将入射的光信号转化为电信号，光电二极管的阳极与地相连，光电二极管的阴极同时与光电复位MOS管的源极以及光电开关MOS管的源极相连，所述光电复位MOS管用于控制光电二极管的曝光，光电复位MOS管的栅极与光电复位控制信号相连，光电复位MOS管的漏极与电源相连，所述光电开关MOS管用于控制电信号的传输，光电开关MOS管的栅极与光电传输控制信号相连，光电开关MOS管的漏极作为光电信号产生单元的输出端与信号输出单元的输入端相连。