專利名稱：子像素、單位像素、圖像傳感器及其操作方法
子像素、單位像素、圖像傳感器及其操作方法
本申請要求于2008年4月8日提交到韓國知識產(chǎn)權(quán)局的第 10-2008-0032660號韓國專利申請的優(yōu)先權(quán)，其公開完整地包含于此，以資參
背景技術(shù)：
傳感器包括在半導(dǎo)體基板上按陣列布置的多個(gè)單位像素。每個(gè)單位像素包括 光電二極管和多個(gè)晶體管。光電二極管響應(yīng)于檢測的外部光而產(chǎn)生光電荷， 并存儲(chǔ)光電荷。晶體管根據(jù)產(chǎn)生的光電荷量輸出電信號。
傳統(tǒng)圖像傳感器的例子是互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器。 傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器包括用于接收并存儲(chǔ)光信號的傳統(tǒng)光電二極管。這種 圖像傳感器通過使用控制或處理光信號的控制裝置來實(shí)現(xiàn)圖像。由于可使用 CMOS制造技術(shù)來制造控制裝置，所以控制裝置的制造工藝相對簡單。此外， 還可在單芯片中制造CMOS圖像傳感器以及多種信號處理裝置。
傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器響應(yīng)于接收的光量輸出電壓。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器讀 取輸出的電壓作為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。為了測量由光產(chǎn)生的電荷，需要三個(gè)或四個(gè)晶 體管，這使得傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
示例性實(shí)施例提供子像素、單位像素和圖像傳感器，其中，光強(qiáng)度被輸 出為單個(gè)單元區(qū)域中的二進(jìn)制光電信號。示例性實(shí)施例還提供操作子像素、
單位像素和圖像傳感器的方法。
根據(jù)至少 一個(gè)示例性實(shí)施例，使用二進(jìn)制光電信號的圖像傳感器可包括 按陣列布置的多個(gè)單位像素。每個(gè)單位像素可包括能夠被波長相同或基本相 同的光照射的多個(gè)子像素。每個(gè)子像素可包括多個(gè)浮體晶體管。每個(gè)浮體晶 體管可包括位于源區(qū)和漏區(qū)之間的浮體區(qū)域以及在浮體區(qū)域上形成的柵電 極。浮體區(qū)域可響應(yīng)于接收的光產(chǎn)生電子空穴對?？赏ㄟ^源區(qū)或漏區(qū)釋放電子。
根據(jù)至少 一個(gè)示例性實(shí)施例，使用二進(jìn)制光電信號的圖像傳感器可包括 按陣列布置的多個(gè)單位像素。每個(gè)單位像素可包括多個(gè)子像素。每個(gè)子像素 可包括多個(gè)浮體晶體管。每個(gè)浮體晶體管可包括位于源區(qū)和漏區(qū)之間的浮體 區(qū)域。浮體區(qū)域可被配置為響應(yīng)于接收的光產(chǎn)生電子空穴對，通過源區(qū)和漏 區(qū)的至少一個(gè)釋放電子，并在浮體區(qū)域積累空穴。積累的空穴可指示第一電 流狀態(tài)。第一電流狀態(tài)可代表第一信息類型。浮體區(qū)域還可被配置為響應(yīng)于 施加到源區(qū)和漏區(qū)的至少 一個(gè)的電壓而將空穴釋放到源區(qū)和漏區(qū)的至少 一個(gè) 以進(jìn)入第二電流狀態(tài)。第二電流狀態(tài)可代表第二信息類型。
至少另一示例性實(shí)施例提供一種圖像傳感器的單位像素。根據(jù)所述至少 另一示例性實(shí)施例，單位像素可包括多個(gè)子像素。每個(gè)子像素可包括多個(gè)浮 體晶體管。每個(gè)浮體晶體管可包括位于源區(qū)和漏區(qū)之間的浮體區(qū)域。浮體區(qū) 域可被配置為響應(yīng)于接收的光產(chǎn)生電子空穴對，通過源區(qū)和漏區(qū)的至少 一個(gè) 釋放電子，并在浮體區(qū)域積累空穴。積累的空穴可指示第一電流狀態(tài)。第一 電流狀態(tài)可代表第 一信息類型。浮體區(qū)域還可被配置為響應(yīng)于施加到源區(qū)和 漏區(qū)的至少一個(gè)的電壓而將空穴釋放到源區(qū)和漏區(qū)的至少一個(gè)以進(jìn)入第二電 流狀態(tài)。第二電流狀態(tài)可代表第二信息類型。
至少另 一示例性實(shí)施例提供一種圖像傳感器的單位像素的子像素。子像 素可包括多個(gè)浮體晶體管。每個(gè)浮體晶體管可包括位于源區(qū)和漏區(qū)之間的浮 體區(qū)域。浮體區(qū)域可被配置為響應(yīng)于接收的光產(chǎn)生電子空穴對，通過源區(qū)和 漏區(qū)的至少一個(gè)釋放電子，并在浮體區(qū)域積累空穴。積累的空穴可指示第一 電流狀態(tài)。第一電流狀態(tài)可代表第一信息類型。浮體區(qū)域還可被配置為響應(yīng) 于施加到源區(qū)和漏區(qū)的至少一個(gè)的電壓而將空穴釋放到源區(qū)和漏區(qū)的至少一 個(gè)以進(jìn)入第二電流狀態(tài)。第二電流狀態(tài)可代表第二信息類型。
根據(jù)至少 一些示例性實(shí)施例，每個(gè)浮體晶體管可被配置為在未使用模擬 數(shù)字轉(zhuǎn)換器的情況下輸出數(shù)字信號。第一信息類型可以是第一數(shù)字值，第二 信息類型可以是第二數(shù)字值。第 一數(shù)字值與第二數(shù)字值可以不同。
根據(jù)至少一些示例性實(shí)施例，圖像傳感器還可包括多個(gè)柵極線，連接 所述多個(gè)浮體晶體管的柵電極；多個(gè)行線，連接所述多個(gè)浮體晶體管的漏區(qū)； 多個(gè)列線，連接所述多個(gè)浮體晶體管的源區(qū)。可垂直于或基本上垂直于柵極 線和行線形成列線。從列線測量的電流可指示第 一 電流狀態(tài)或第二電流狀態(tài)。以第一電流狀態(tài)測量(流動(dòng))的電流可大于以第二電流狀態(tài)測量(流動(dòng))的 電流。所述多個(gè)浮體晶體管可在絕緣層上由半導(dǎo)體材料形成，和/或可具有介
于(含)大約50nm和大約500nm之間的寬度。柵極可由多晶硅、透明電極 或類似的材料形成。
至少一個(gè)其他示例性實(shí)施例提供一種操作圖像傳感器的方法。根據(jù)所述 至少一個(gè)其他示例性實(shí)施例，可通過將負(fù)電壓施加到所迷多個(gè)浮體晶體管的 至少第一浮體晶體管的柵極，在浮體區(qū)域中形成電荷存儲(chǔ)區(qū)域?？赏ㄟ^從圖 像傳感器上面照射光，將信息記錄到所述至少第一浮體晶體管中?？勺x取在 所述至少第一浮體晶體管中記錄的信息，可移除或釋放在所述至少第一浮體 晶體管的浮體區(qū)域中積累的電荷。
根據(jù)至少一些示例性實(shí)施例，可通過將正電壓施加到所述至少第一浮體 晶體管的漏區(qū)來形成電荷存儲(chǔ)區(qū)域。記錄的信息可包括通過將所述至少第一 浮體晶體管的浮體區(qū)域轉(zhuǎn)換為第 一 電流狀態(tài)而記錄的信息'T，。
根據(jù)至少一些示例性實(shí)施例，可通過將第一電壓施加到行線，通過掃描 列線從列線和行線交叉處的單元檢測第三電流，并基于第三電流和參考電流 確定與單元相應(yīng)的浮體晶體管是處于第 一 電流狀態(tài)還是第二電流狀態(tài)，來讀 取信息。如果第三電流大于參考電流，則與單元相應(yīng)的浮體晶體管可處于第 一電流狀態(tài)。如果第三電流小于或等于參考電流，則浮體晶體管可處于第二 電流狀態(tài)。
根據(jù)至少一些示例性實(shí)施例，可通過將比浮體晶體管的閾值電壓大的正
電壓施加到所述多個(gè)柵極線中的一個(gè)柵極線，通過掃描列線從列線和行線交
叉處的單元檢測第四電流，并基于第四電流和參考電流確定浮體晶體管是處
于第一電流狀態(tài)還是第二電流狀態(tài)，來讀取信息。如果第四電流大于參考電
流，則浮體晶體管可處于第一電流狀態(tài)。如果第四電流小于或等于參考電流， 則浮體晶體管可處于第二電流狀態(tài)。
根據(jù)至少一些示例性實(shí)施例，可通過將浮體區(qū)域的電勢置于介于源區(qū)的 電勢和漏區(qū)的電勢之間以釋放在浮體區(qū)域中積累的空穴，來移除電荷?；蛘?， 可通過將負(fù)電壓施加到源區(qū)或漏區(qū)，將在浮體區(qū)域中積累的空穴釋放到源區(qū) 或漏區(qū)。
根據(jù)示例性實(shí)施例，可通過將浮體晶體管轉(zhuǎn)換為第二電流狀態(tài)來移除電 荷?？蓪⒆酉袼刂械墓獾臋z測強(qiáng)度計(jì)算為在第一電流狀態(tài)讀取的所述多個(gè)浮體晶體管與子像素中的浮體晶體管的總數(shù)的比?？赏ㄟ^將電壓同步施加到所 述至少第一浮體晶體管的源區(qū)、漏區(qū)和柵電極，執(zhí)行形成電荷存儲(chǔ)區(qū)域的步 驟、記錄信息的步驟和讀取信息的步驟的每個(gè)。


通過參照附圖對本發(fā)明示例性實(shí)施例進(jìn)行的詳細(xì)描述，本發(fā)明將變得更
加清楚，其中
圖1是根據(jù)示例性實(shí)施例的使用二進(jìn)制光電信號的圖像傳感器的單位像 素的平面圖2是根據(jù)示例性實(shí)施例的圖像傳感器的浮體晶體管的橫截面圖； 圖3顯示根據(jù)示例性實(shí)施例的圖像傳感器的單位像素的子像素的陣列； 圖4是解釋根據(jù)示例性實(shí)施例的讀取在浮體晶體管中記錄的信息的方法 的曲線圖5是解釋根據(jù)示例性實(shí)施例的擦除在浮體區(qū)域中記錄的信息的方法的 能帶圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照附圖更充分地描述本發(fā)明的多個(gè)示例性實(shí)施例，在附圖中示 出了本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例。在附圖中，為了清晰起見，夸大了層和區(qū) 域的厚度。
這里公開本發(fā)明的詳細(xì)示例性實(shí)施例。然而，這里/>開的具體結(jié)構(gòu)和功 能細(xì)節(jié)僅僅是代表性的，目的是為了描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。然而，本
發(fā)明可以以許多不同的形式實(shí)現(xiàn)，并不應(yīng)該理解為^5l限于這里闡述的實(shí)施例。 因此，雖然本發(fā)明示例性實(shí)施例能夠有多種修改和替代形式，但在附圖 中以例子的方式顯示本發(fā)明實(shí)施例，這里將詳細(xì)描述這些實(shí)施例。然而，應(yīng) 該理解，并不意圖將本發(fā)明示例性實(shí)施例限于這些公開的具體形式，相反， 本發(fā)明示例性實(shí)施例意在覆蓋包括在本發(fā)明范圍內(nèi)的所有修改、等價(jià)物和替 換。貫穿附圖的描述，相同的標(biāo)號表示相同的部件。
應(yīng)該理解的是，盡管在這里可使用術(shù)語第一、第二等來描述不同的元件， 但是這些元件不應(yīng)該受這些術(shù)語的限制。這些術(shù)語僅是用來將一個(gè)元件與另 一個(gè)元件區(qū)分開來。例如，在不脫離本發(fā)明示例性實(shí)施例的范圍的情況下，第一元件可被稱作第二元件，類似地，第二元件可被稱作第一元件。如在這 里使用的，術(shù)語"和/或"包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)所列項(xiàng)的任意組合和所有組合。
此外，應(yīng)該理解的是，當(dāng)元件被稱作"連接到"或"結(jié)合到"另一元件時(shí)， 該元件可以直接連接或結(jié)合到另一元件，或者可以存在中間元件。相反，當(dāng) 元件被稱作"直接連接到，，或"直接結(jié)合到"另一元件時(shí)，不存在中間元件。應(yīng) 當(dāng)以相似的方式解釋用于描述元件之間的關(guān)系的其他術(shù)語(例如，"在...之間" 與"直接在...之間"、"與...相鄰"與"直接與...相鄰"等)。
此外，應(yīng)該理解的是，當(dāng)元件或?qū)颖环Q作在另一元件或?qū)?上形成"時(shí)， 該元件或?qū)涌梢灾苯踊蜷g接在另一元件或?qū)由闲纬伞＜?，例如，可以存在?間元件或?qū)?。相反，?dāng)元件或?qū)颖环Q作"直接"在另一元件或?qū)?上形成"時(shí)， 不存在中間元件或?qū)?。?yīng)當(dāng)以相似的方式解釋用于描述元件或?qū)又g的關(guān)系 的其他術(shù)語(例如，"在...之間"與"直接在...之間"、"與...相鄰"與"直接 與…相鄰"等)。
這里所使用的術(shù)語僅為了描述特定的實(shí)施例，并不意圖限制本發(fā)明的示 例性實(shí)施例。如這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也 意圖包括復(fù)數(shù)形式。還應(yīng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語"包含"和/或"包 括"時(shí)，說明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除 存在或附加一個(gè)或多個(gè)其它特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們 的組。
還應(yīng)該指出，在一些替代實(shí)施例中，圖中指出的功能/動(dòng)作可能不按次序 地發(fā)生。例如，根據(jù)涉及的功能/動(dòng)作，連續(xù)顯示的兩個(gè)附圖可能實(shí)際上基本 同時(shí)執(zhí)行，或者可能有時(shí)以相反的次序執(zhí)行。
圖1是根據(jù)示例性實(shí)施例的使用二進(jìn)制光電信號的圖像傳感器的單位像 素的平面圖。
參照圖1，圖像傳感器可包括按陣列布置的多個(gè)單位像素。每個(gè)單位像 素可包括多個(gè)子像素。子像素可檢測波長彼此不同的可見光。每個(gè)子像素可
對應(yīng)于不同的顏色。子像素可以是紅色像素R、綠色像素G和藍(lán)色像素B。 可在每個(gè)子像素上形成濾色器。濾色器可選擇性地發(fā)送由子像素檢測的光。 還可在濾色器上形成微透鏡。微透鏡可作為聚焦透鏡。為了作圖的方便，從 圖1省略了聚焦透鏡和濾色器的配置。
可在子像素R、 G和B的每個(gè)上形成多個(gè)浮體晶體管10和線(未顯示)。線可按陣列形狀連接浮體晶體管10。浮體晶體管10可形成為具有(含)約
50nm和約500nm之間的大小。浮體晶體管10可提供表明光是否是撞擊 (impinge)(照射)在浮動(dòng)晶體管10上的二進(jìn)制信息。
圖2是圖1所示的浮體晶體管IO的示例性實(shí)施例的橫截面圖。 參照圖2,可在絕緣層11上形成半導(dǎo)體層12。在一個(gè)例子中，半導(dǎo)體層 12可以是p型硅層?？稍趐型硅層12上或在p型硅層12內(nèi)形成彼此分離的 源區(qū)13和漏區(qū)14。通過用n型摻雜劑摻雜p型硅層12的多個(gè)部分來形成源 區(qū)13和漏區(qū)14。源區(qū)13和漏區(qū)14之間的p型硅層12的區(qū)域可作為浮體區(qū) 域15?？稍趐型硅層12上堆疊柵絕緣層16和柵電極17。柵絕緣層16可以 是氧化硅等。
柵電極17可由透明金屬形成，例如，銦錫氧化物(ITO)、多晶硅等。 如果柵電極17由不透明材料(如，多晶硅)形成，則以這樣的方式形成柵電 極17,柵電極17暴露(例如，未覆蓋)浮體區(qū)域15的部分表面(例如，上 表面)，使得光撞擊(例如，直接撞擊)在浮體區(qū)域15上。如果柵電極17由 多晶硅形成，則柵電極17可形成為厚度大約小于或等于100nm,以減少(例 如，最小化)多晶硅中的光吸收量。因此，可形成浮體區(qū)域15以接收照射的 光。
現(xiàn)在將參照附圖對根據(jù)示例性實(shí)施例的在浮體晶體管10中記錄信息的 處理進(jìn)行描述。
當(dāng)將給定的或期望的負(fù)電壓(例如，在(含)約-lV和約-2V之間)施 加到浮體晶體管io的柵電極17時(shí)，可在浮體區(qū)域15中形成電荷存儲(chǔ)區(qū)域。 可通過將正電壓(例如，約0.5V)施加到漏區(qū)14來形成電子運(yùn)動(dòng)路徑?？?將給定電壓(例如，接地電壓)施加到源區(qū)13。
當(dāng)從圖像傳感器上面照射光時(shí)，通過微透鏡和濾色器的具有給定波長的 光撞擊在浮體區(qū)域15上。撞擊的光導(dǎo)致在浮體區(qū)域15中形成電子空穴對。 例如，可通過相對強(qiáng)電場導(dǎo)致的雪崩現(xiàn)象在浮體區(qū)域15中形成多個(gè)電子空穴 對?？捎呻娮酉蚵﹨^(qū)14運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的柵極電壓導(dǎo)致相對強(qiáng)電場。
漏區(qū)14可發(fā)射電子，而浮體區(qū)域15積累空穴。積累的空穴可減小勢壘， 從而使浮體晶體管IO進(jìn)入電流流動(dòng)相對平滑的狀態(tài)。在這個(gè)例子中，電流流 動(dòng)相對平滑的狀態(tài)代表第一信息類型(例如，'T'狀態(tài))，而將照射光之前的 浮體晶體管的狀態(tài)定義為第二信息類型(例如，"o"狀態(tài))。這些狀態(tài)使浮體晶體管IO能夠根據(jù)是否照射光來提供(例如，直接提供)二進(jìn)制信息，而不 需要模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
可將正電壓施加到漏區(qū)14,以通過具有相對低電勢的漏區(qū)14發(fā)射電子。 如果當(dāng)源區(qū)13的電勢和漏區(qū)14的電勢彼此相等或基本相等時(shí)照射光，則可 通過源區(qū)13和漏區(qū)14發(fā)射電子。
在上述形成電荷存儲(chǔ)區(qū)域的處理的示例性實(shí)施例中，可并行、同時(shí)和/ 或同步地將光照、信息寫入/或讀取、脈沖電壓施加到柵電極17、源區(qū)13和/ 或漏區(qū)14。在這個(gè)例子中，脈沖電壓的開始時(shí)間、上升時(shí)間、持續(xù)時(shí)間和下 降時(shí)間可被匹配或同步，以減小和/或最小化電噪聲對電荷量的干擾。
根據(jù)至少這個(gè)示例性實(shí)施例的浮體晶體管10可實(shí)現(xiàn)更靈敏的光電傳感 器，因?yàn)榧词拐丈湎鄬^少量的光，由于雪崩現(xiàn)象，光子也將相對較大量的 空穴存儲(chǔ)在浮體區(qū)域15中。例如，如果可在具有相對較小區(qū)域(例如，約2 微米寬)的單個(gè)子像素中形成大小相對較小(例如，約100nm)的浮體晶體 管10，則可在單個(gè)子像素中形成約400個(gè)光電傳感器。因此，單個(gè)子像素可 在從(含)約0到約400的范圍內(nèi)檢測光強(qiáng)度，這可增加光學(xué)檢測靈敏度。
此外，可省略發(fā)送入射到單個(gè)子像素的光強(qiáng)度作為單個(gè)模擬信息所需的 多個(gè)晶體管和傳統(tǒng)圖像傳感器所需的每單個(gè)列線的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的區(qū)域。 因此，可實(shí)現(xiàn)較小的CMOS圖像傳感器。
圖3顯示根據(jù)示例性實(shí)施例的圖像傳感器的子像素的陣列。
參照圖3,可按陣列形狀布置浮體晶體管10。每個(gè)浮體晶體管IO可以是 一個(gè)單元。行線可連接到屬于單行的浮體晶體管10的漏區(qū)14。源區(qū)13可連 接到列線。柵極線可平行于行線連接到柵電極17。因此，列線可對與行線交 叉的單元尋址，列線可用片冊極線對單元尋址。
現(xiàn)在將對根據(jù)示例性實(shí)施例的讀取圖像傳感器中的每個(gè)單元的圖像信息 的方法進(jìn)行描述。
根據(jù)至少一個(gè)示例性實(shí)施例，可選擇行線，并可將給定電壓(例如，約 0.1V)施加到選擇的行線。可通過掃描列線來檢測電流流過的列線。如果在 列線中有電流流過，則行線和列線交叉處的單元^^皮讀if又為"1"狀態(tài)，而沒有 電流流過的單元^皮讀耳又為"0"狀態(tài)。
當(dāng)重復(fù)上述處理時(shí)，可讀取屬于子像素的單元的所有或基本上所有信息。 連接到列線的控制電路或單元20可通過添加輸入信息'T，來產(chǎn)生總和，并通過將總和除以單元總數(shù)來計(jì)算相應(yīng)子像素區(qū)域的光強(qiáng)度。
根據(jù)示例性實(shí)施例的圖像傳感器可獲得光強(qiáng)度作為數(shù)字信息，而無需使
用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，因此可在沒有在處理信號的晶體管和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器中
可能出現(xiàn)的噪聲的情況下測量正確的光強(qiáng)度，從而具有增加的靈敏度。
圖4是解釋根據(jù)另一示例性實(shí)施例的讀取在浮體晶體管中記錄的信息的
方法的曲線圖。
參照圖4，浮體區(qū)域15中積累的空穴可減小浮體晶體管10的閾值電壓。 閾值電壓的改變可表示為電流的改變。圖4是根據(jù)示例性實(shí)施例的根據(jù)浮體 晶體管10的閾值電壓的改變的Id-Vg曲線圖。
當(dāng)將比浮體晶體管10的閾值電壓Vth大的給定電壓(例如，約IV)施 加到柵極線時(shí)，如果從列線測量的電流大于給定參考電流，則浮體晶體管10 被讀取為'T'狀態(tài)。如果測量的電流小于給定參考電流，則浮體晶體管10 被讀取為"0"狀態(tài)。因此，可相對準(zhǔn)確地讀取在柵極線和列線交叉處的單元 的信息。
連接到列線的控制單元20可通過添加從單個(gè)子像素的浮體晶體管10輸 入的信息"1"來產(chǎn)生總和，可通過將總和除以子像素的浮體晶體管10的總 數(shù)來計(jì)算相應(yīng)子像素區(qū)域的光強(qiáng)度。
圖5是解釋根據(jù)示例性實(shí)施例的擦除在浮體晶體管中記錄的信息的方法 的能帶圖。
參照圖5，當(dāng)在浮體區(qū)域15中積累空穴時(shí)，如果通過將給定或期望的負(fù) 電壓施加到漏區(qū)14使得漏區(qū)14的電勢增加到高于浮體區(qū)域15的電勢時(shí)，可 將浮體區(qū)域15中積累的空穴釋放到漏區(qū)14。當(dāng)將正電壓施加到漏區(qū)14時(shí)， 浮體區(qū)域15可返回到初始或最初狀態(tài)，例如，"0"狀態(tài)。
為了擦除浮體中記錄的信息，可將負(fù)電壓施加到源區(qū)13,而不是將負(fù)電 壓施加到漏區(qū)14。
此外或者可替換地，通過將給定或期望的電壓施加到柵電極17，浮體區(qū) 域15的電勢可處于源區(qū)13的電勢和漏區(qū)14的電勢之間。
根據(jù)示例性實(shí)施例的圖像傳感器不需要包括處理信號所需的傳統(tǒng)模擬數(shù) 字轉(zhuǎn)換器和/或多個(gè)晶體管，這是因?yàn)椋诟鶕?jù)示例性實(shí)施例的圖像傳感器中， 單個(gè)浮體晶體管可接收光并輸出(例如，直接輸出)單個(gè)數(shù)字信號。
盡管參照本發(fā)明示例性實(shí)施例具體表示和描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情 況下，可以在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行各種改變。
權(quán)利要求
1、一種圖像傳感器的子像素，所述子像素包括多個(gè)浮體晶體管，每個(gè)浮體晶體管包括在源區(qū)和漏區(qū)之間布置的浮體區(qū)域，浮體區(qū)域被配置為響應(yīng)于接收的光而產(chǎn)生電子空穴對，并通過源區(qū)和漏區(qū)的至少一個(gè)釋放電子，并在浮體區(qū)域積累空穴，積累的空穴指示第一電流狀態(tài)，第一電流狀態(tài)代表第一信息類型，浮體區(qū)域還被配置為響應(yīng)于施加到源區(qū)和漏區(qū)的至少一個(gè)的電壓而將空穴釋放到源區(qū)和漏區(qū)的至少一個(gè)以進(jìn)入第二電流狀態(tài)，第二電流狀態(tài)代表第二信息類型。
2、 如權(quán)利要求1所述的子像素，其中，以第一電流狀態(tài)流動(dòng)的電流大于 以第二電流狀態(tài)流動(dòng)的電流。
3、 如權(quán)利要求1所述的子像素，其中，每個(gè)浮體晶體管被配置為在未使 用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的情況下輸出數(shù)字信號。
4、 如權(quán)利要求1所述的子像素，其中，第一信息類型是第一數(shù)字值，第 二信息類型是第二數(shù)字值，第 一數(shù)字值與第二數(shù)字值不同。
5、 一種圖像傳感器的單位像素，所述單位像素包括 如權(quán)利要求1所述的多個(gè)子像素。
6 、如權(quán)利要求5所述的單位像素，其中，以第 一 電流狀態(tài)流動(dòng)的電流大 于以第二電流狀態(tài)流動(dòng)的電流。
7、 如權(quán)利要求5所述的單位像素，其中，每個(gè)浮體晶體管被配置為在未 使用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的情況下輸出數(shù)字信號。
8、 一種圖像傳感器，包括 按陣列布置如權(quán)利要求5所述的多個(gè)單位像素。
9、 如權(quán)利要求8所述的圖像傳感器，還包括 多個(gè)柵極線，連接所述多個(gè)浮體晶體管的柵電極； 多個(gè)行線，連接所述多個(gè)浮體晶體管的漏區(qū)； 多個(gè)列線，連接所述多個(gè)浮體晶體管的源區(qū)；其中，垂直于所述多個(gè)柵極線和所述多個(gè)行線形成所迷多個(gè)列線，基于 在列線上流動(dòng)的電流確定第 一 電流狀態(tài)或第二電流狀態(tài)。
10、 如權(quán)利要求9所述的圖像傳感器，其中，以第一電流狀態(tài)流動(dòng)的電 流大于以第二電流狀態(tài)流動(dòng)的電流。
11、 如權(quán)利要求8所述的圖像傳感器，其中，所述多個(gè)浮體晶體管在絕 緣層上由半導(dǎo)體材料形成。
12、 如權(quán)利要求8所述的圖像傳感器，其中，所述多個(gè)浮體晶體管的至 少^具有介于50 nm 和500 nm之間的寬度，該寬度包含50 nm和500 nm。
13、 如權(quán)利要求8所述的圖像傳感器，其中，所述多個(gè)浮體晶體管的至 少一個(gè)的柵電極由多晶硅或透明電極形成。
14、 如權(quán)利要求8所述的圖像傳感器，其中，所述多個(gè)浮體晶體管的每 個(gè)被配置為在未使用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的情況下輸出數(shù)字信號。
15、 一種操作如權(quán)利要求8所述的圖像傳感器的方法，所述方法包括 通過將負(fù)電壓施加到子像素的所述多個(gè)浮體晶體管的至少第一浮體晶體管的柵電極，在所述第一浮體晶體管的浮體區(qū)域中形成電荷存儲(chǔ)區(qū)域；通過將光照射到圖像傳感器，將信息記錄到所述至少第一浮體晶體管中；讀取在所述至少第 一 浮體晶體管中記錄的信息；釋放在所述至少第 一浮體晶體管的浮體區(qū)域中積累的電荷。
16、 如權(quán)利要求15所述的方法，其中，形成電荷存儲(chǔ)區(qū)域的步驟還包括 將正電壓施加到所述至少第一浮體晶體管的漏區(qū)。
17、 如權(quán)利要求15所述的方法，其中，在所述至少第一浮體晶體管中記錄信息的步驟還包括將正電壓施加到所述至少第 一浮體晶體管的漏區(qū)。
18、 如權(quán)利要求15所述的方法，其中，記錄信息的步驟包括 通過在所述至少第一浮體晶體管的浮體區(qū)域中積累空穴以將所述至少第—浮體晶體管的浮體區(qū)域轉(zhuǎn)換為第 一 電流狀態(tài)，來在所述至少第 一 浮體晶體 管中記錄第一信息類型。
19、 如權(quán)利要求18所述的方法，其中，圖像傳感器還包括， 多個(gè)柵極線，連接所述多個(gè)浮體晶體管的柵電極； 多個(gè)行線，連接所述多個(gè)浮體晶體管的漏區(qū)；多個(gè)列線，連接所述多個(gè)浮體晶體管的源區(qū)，讀取信息的步驟還包括將第一電壓施加到所述多個(gè)行線的第一行線， 通過掃描列線來檢測與列線和第一行線交叉處的單元相應(yīng)的電流，和基于檢 測的電流和參考電流確定單元內(nèi)的浮體晶體管是處于第 一 電流狀態(tài)還是第二 電流狀態(tài)，其中，如果檢測的電流大于參考電流，則單元內(nèi)的浮體晶體管被確定為處于第 一電流狀態(tài)，如果檢測的電流小于或等于參考電流，則單元內(nèi)的浮體晶體管被確定為 處于第二電流狀態(tài)。
20、 如權(quán)利要求18所述的方法，其中，圖像傳感器還包括 多個(gè)柵極線，連接所述多個(gè)浮體晶體管的柵電極； 多個(gè)行線，連接所述多個(gè)浮體晶體管的漏區(qū)；多個(gè)列線，連接所述多個(gè)浮體晶體管的源區(qū)，讀取信息的步驟還包括將正電壓施加到所述多個(gè)柵極線的第一柵極線， 所述正電壓大于連接到第 一柵極線的浮體晶體管的閾值電壓，通過掃描列線 來檢測列線和行線交叉處的單元的電流，和基于檢測的電流和參考電流確定 單元的浮體區(qū)域是處于第 一 電流狀態(tài)還是第二電流狀態(tài)，其中，如果檢測的電流大于參考電流，則單元內(nèi)的浮體區(qū)域被確定為處于第一 電流狀態(tài)，如果檢測的電流小于或等于參考電流，則單元內(nèi)的浮體區(qū)域被確定為處 于第二電流狀態(tài)。
21、 如權(quán)利要求15所述的方法，其中，釋放電荷的步驟包括 通過將所述至少第一浮體晶體管的浮體區(qū)域的電勢調(diào)整為介于所述第一浮體晶體管的源區(qū)的電勢和所述第 一浮體晶體管的漏區(qū)的電勢之間，來釋放 在所述至少第一浮體晶體管的浮體區(qū)域中積累的空穴。
22、 如權(quán)利要求21所述的方法，其中，釋放電荷的步驟包括 通過將負(fù)電壓施加到相應(yīng)的源區(qū)或漏區(qū)，將在所述至少第一浮體晶體管的浮體區(qū)域中積累的空穴釋放到相應(yīng)的源區(qū)或漏區(qū)。
23、 如權(quán)利要求21所述的方法，其中，釋放電荷的步驟包括 將所述至少第 一 浮體晶體管轉(zhuǎn)換為第二電流狀態(tài)。
24、 如權(quán)利要求15所述的方法，其中，將子像素中的光的檢測強(qiáng)度計(jì)算 為第一電流狀態(tài)的所述多個(gè)浮體晶體管與子像素的浮體晶體管的總數(shù)的比。
25、 如權(quán)利要求15所述的方法，其中，通過將電壓同步施加到所述至少 第一浮體晶體管的源區(qū)、漏區(qū)和柵電極，執(zhí)行形成電荷存儲(chǔ)區(qū)域的步驟、記 錄信息的步驟和讀取信息的步驟的每個(gè)步驟。
全文摘要
一種子像素、單位像素、圖像傳感器及其操作方法。所述圖像傳感器包括按陣列布置的多個(gè)單位像素。每個(gè)單位像素包括配置為由具有相同波長的光照射的多個(gè)子像素。每個(gè)子像素包括多個(gè)浮體晶體管。每個(gè)浮體晶體管包括源區(qū)、漏區(qū)、位于源區(qū)和漏區(qū)之間的浮體區(qū)域以及在浮體區(qū)域上形成的柵電極。
文檔編號H04N5/335GK101556963SQ20081018711
公開日2009年10月14日 申請日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月8日
發(fā)明者樸允童, 李承勛, 車大吉, 金元柱, 閔垘基, 陳暎究 申請人:三星電子株式會(huì)社