光電轉(zhuǎn)換器件和圖像感測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光電轉(zhuǎn)換器件和圖像感測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]日本專利公開N0.2013-146045公開了包含輸出根據(jù)通過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電荷量的電流信號(hào)的像素的光電轉(zhuǎn)換器件(日本專利公開N0.2013-146045的圖2)。各像素包含光電二極管和差動(dòng)放大器。差動(dòng)放大器包含第一輸入晶體管和第二輸入晶體管。通過光電二極管產(chǎn)生的電荷要被傳送到的節(jié)點(diǎn)與第一輸入晶體管的柵極連接。復(fù)位電壓供給線VRES與第二輸入晶體管連接。第一輸入晶體管的源極通過電阻器Rl與第一選擇晶體管的漏極連接。第二輸入晶體管的源極通過電阻器R2與第一選擇晶體管的漏極連接。第二輸入晶體管的漏極通過第二選擇晶體管與輸出節(jié)點(diǎn)OUT連接。從輸出節(jié)點(diǎn)OUT輸出與通過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電荷量對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)。在日本專利公開N0.2013-146045描述的光電轉(zhuǎn)換器件中，基于從像素的輸出節(jié)點(diǎn)OUT輸出的電流信號(hào)產(chǎn)生與通過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電荷量對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。
[0003]在日本專利公開N0.2013-146045中描述的光電轉(zhuǎn)換器件在各像素中加入差動(dòng)放大器。各像素的電路規(guī)模增加并且不適于多像素布置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的實(shí)施例提供適于簡(jiǎn)化各像素的電路布置并且獲得多像素布置的光電轉(zhuǎn)換器件。
[0005]本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種光電轉(zhuǎn)換器件，該光電轉(zhuǎn)換器件包括:光電轉(zhuǎn)換器；具有柵極、第一主電極和第二主電極的晶體管，與由光電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電荷對(duì)應(yīng)的電壓被供給到所述柵極，控制線連接到晶體管的所述第一主電極，并且讀出單元被配置為讀出與所述柵極的電壓對(duì)應(yīng)的信號(hào)；以及，被配置為改變控制線的電壓的電壓控制器，其中，讀出單元基于在電壓控制器改變控制線的電壓的時(shí)段期間流過晶體管的第二主電極的電流產(chǎn)生與所述柵極的電壓對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。
[0006]從參照附圖對(duì)示例性實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的其它特征將變得清晰。
【附圖說明】
[0007]圖1是示出根據(jù)第一實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的布置的框圖；
[0008]圖2是示出根據(jù)第一實(shí)施例的像素陣列和電壓控制器的布置的例子的電路圖；
[0009]圖3是示出讀出單元中的比較器的布置的例子的電路圖；
[0010]圖4是示出根據(jù)第一實(shí)施例的來自第一行和給定列上的像素的信號(hào)的讀出動(dòng)作的定時(shí)圖；
[0011]圖5是示出根據(jù)第二實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的布置的電路圖；
[0012]圖6是示出根據(jù)第三實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的布置的框圖；
[0013]圖7是示出根據(jù)第四實(shí)施例的第一行和給定列上的信號(hào)的讀出動(dòng)作的定時(shí)圖；
[0014]圖8是示出根據(jù)示例性實(shí)施例的圖像感測(cè)系統(tǒng)的布置的框圖；
[0015]圖9A和圖9B是示出根據(jù)第五實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的電壓控制器的布置的電路圖；
[0016]圖10是示出根據(jù)第五實(shí)施例的第一行和給定列上的信號(hào)的讀出動(dòng)作的定時(shí)圖；
[0017]圖11是示出根據(jù)第六實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的布置的電路圖；
[0018]圖12A和圖12B是用于解釋根據(jù)第六實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的讀出動(dòng)作的定時(shí)圖；
[0019]圖13是示出根據(jù)第七實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的比較器的布置的電路圖；
[0020]圖14是示出根據(jù)第七實(shí)施例的第一行和給定列上的信號(hào)的讀出動(dòng)作的定時(shí)圖；
[0021]圖15是示出根據(jù)第八實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的比較器的布置的電路圖；
[0022]圖16是示出根據(jù)第八實(shí)施例的第一行和給定列上的信號(hào)的讀出動(dòng)作的定時(shí)圖；
[0023]圖17是示出根據(jù)第九實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的比較器的布置的電路圖；
[0024]圖18是示出根據(jù)第九實(shí)施例的第一行和給定列上的信號(hào)的讀出動(dòng)作的定時(shí)圖；
[0025]圖19是示出根據(jù)第十實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的比較器的布置的電路圖；和
[0026]圖20是示出根據(jù)第十實(shí)施例的第一行和給定列上的信號(hào)的讀出動(dòng)作的定時(shí)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]以下，將參照附圖，用示例性實(shí)施例描述本發(fā)明。
[0028]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件100的布置。光電轉(zhuǎn)換器件100可最終被假定為包括至少一個(gè)像素112的裝置。一般地，光電轉(zhuǎn)換器件100可被布置為具有一維或二維布置多個(gè)像素112的像素陣列110的固態(tài)圖像傳感器。在圖1所示的例子中，多個(gè)像素112被布置為形成多個(gè)行和多個(gè)列，即，呈二維狀。
[0029]光電轉(zhuǎn)換器件100包含通過控制線VL向各像素112供給控制電壓V_VL的電壓控制器130和通過感測(cè)線SL從各像素112讀出信號(hào)的讀出單元120。在這種情況下，對(duì)像素陣列110的各列布置一個(gè)電壓控制器130。
[0030]光電轉(zhuǎn)換器件100還包括垂直掃描電路(垂直選擇器)150和水平掃描電路(水平選擇器)140，這兩者選擇像素112作為信號(hào)讀出對(duì)象。垂直掃描電路150從像素陣列110中的多個(gè)行選擇讀出對(duì)象行，并且，讀出單元120通過感測(cè)線SL讀出各選擇行的像素112的信號(hào)。水平掃描電路140從通過讀出單元120讀出的多個(gè)列像素112的數(shù)字信號(hào)選擇讀出對(duì)象列像素112，并且向輸出信號(hào)線160輸出各像素112的信號(hào)。更具體而言，水平掃描電路140從像素陣列110中的多個(gè)列選擇讀出對(duì)象列。
[0031]各電壓控制器130改變控制線VL的電壓V_VL。當(dāng)控制線VL的電壓V_VL變?yōu)榕c通過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電荷量對(duì)應(yīng)的電壓時(shí)，由垂直掃描電路150選擇的各行像素112在感測(cè)線SL中形成電流路徑，由此像素電流Ipix流動(dòng)?；谙袼仉娏鱅pix，讀出單元120產(chǎn)生與通過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電荷量對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。
[0032]讀出單元120包含比較器122、計(jì)數(shù)器124和存儲(chǔ)器126。各比較器122檢測(cè)像素電流Ipix的值超過基準(zhǔn)電流Iref的值(閾值)。計(jì)數(shù)器124在預(yù)先確定的定時(shí)處開始計(jì)數(shù)動(dòng)作。存儲(chǔ)器126根據(jù)比較器122的比較結(jié)果信號(hào)COmpl、COmp2和comp3的轉(zhuǎn)變保持計(jì)數(shù)器124的計(jì)數(shù)值作為與像素112的信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。在這種情況下，比較結(jié)果信號(hào)COmpl、COmp2和comp3的“ 1”、“2”和“3”是用于區(qū)分分別與像素陣列110的多個(gè)列對(duì)應(yīng)的多個(gè)比較器122的比較結(jié)果信號(hào)comp的標(biāo)識(shí)符。
[0033]圖2示出像素陣列110和電壓控制器130的布置的例子。圖3示出讀出單元120的比較器122的布置的例子。將參照?qǐng)D1?3詳細(xì)描述光電轉(zhuǎn)換器件100的布置和動(dòng)作。
[0034]各像素112包含諸如光電二極管的光電轉(zhuǎn)換器ro和具有被供給與通過光電轉(zhuǎn)換器ro產(chǎn)生的電荷對(duì)應(yīng)的電壓的柵極的晶體管(讀出晶體管)M3作為基本部件。各像素112可包含與晶體管M3的柵極連接的電荷電壓轉(zhuǎn)換器(浮置擴(kuò)散)FD和向電荷電壓轉(zhuǎn)換器FD傳送通過光電轉(zhuǎn)換器ro產(chǎn)生的電荷的傳送晶體管Ml。各像素112還可包含將電荷電壓轉(zhuǎn)換器FD的電壓復(fù)位的復(fù)位晶體管M2。各像素112還可包含選擇晶體管M4。選擇晶體管M4被布置于晶體管M3與控制線VL之間的路徑中或者晶體管M3與感測(cè)線SL之間的路徑中。
[0035]當(dāng)垂直掃描電路150激活傳送信號(hào)ΦΤ(ΦΤ1、ΦΤ2或ΦΤ3)時(shí)，傳送晶體管Ml被接通。傳送晶體管Ml然后向電荷電壓轉(zhuǎn)換器FD傳送光電轉(zhuǎn)換器H)的電荷。在這種情況下，傳送信號(hào)ΦΤ1、ΦΤ2和ΦΤ3的和“3”是用于區(qū)分與像素陣列110的多個(gè)行對(duì)應(yīng)的傳送信號(hào)ΦΤ的標(biāo)識(shí)符。復(fù)位晶體管M2在復(fù)位信號(hào)OR(ORl、OR2或OR3)被激活時(shí)被接通，并且將電荷電壓轉(zhuǎn)換器FD的電壓復(fù)位為與復(fù)位電壓線VR的電壓對(duì)應(yīng)的復(fù)位電壓。在這種情況下，復(fù)位信號(hào)ORl、OR2和OR3的和“3”是用于區(qū)分與像素陣列110的多個(gè)行對(duì)應(yīng)的復(fù)位信號(hào)的標(biāo)識(shí)符。選擇晶體管M4在選擇信號(hào)SEL(SEL1、SEL2或SEL3)被激活時(shí)被接通，并且將與選擇信號(hào)SEL對(duì)應(yīng)的像素112設(shè)定在選擇狀態(tài)中。在這種情況下，選擇信號(hào)SEL1、SEL2和SEL3的和“3”是用于區(qū)分與像素陣列110的多個(gè)行對(duì)應(yīng)的選擇信號(hào)SEL的標(biāo)識(shí)符。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的像素112不包含如在日本專利公開N0.2013-146045中描述的光電轉(zhuǎn)換器件那樣例示的任何差動(dòng)放大器。根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的像素112與在專利文獻(xiàn)I中描述的像素相比具有更小的電路規(guī)模，并因此適于多像素布置。
[0037]通過電壓控制器130控制控制線VL的電壓V_VL。各電壓控制器130控制控制線VL的電壓，以增加晶體管M3的柵極與晶體管M3的源極(第一主電極)之間的電壓，即沿從晶體管M3的OFF狀態(tài)到ON狀態(tài)的方向增加。換句話說，根據(jù)第一實(shí)施例，電壓控制器130降低控制線VL的電壓V_VL。
[0038]各電壓控制器130包含電容器132、開關(guān)136和電流源134。電容器132包含與控制線VL連接的第一節(jié)點(diǎn)137和與預(yù)先確定的電壓(在本實(shí)施例中，為接地電壓)連接的第二節(jié)點(diǎn)138。開關(guān)136被布置于電容器132的第一節(jié)點(diǎn)137與施加第一電壓VRVL的第一電壓線之間的路徑中。當(dāng)復(fù)位信號(hào)?RVL被激活時(shí)，開關(guān)136將電容器132的第一節(jié)點(diǎn)137的電壓和控制線VL的電壓V_VL設(shè)定為與第一電壓VRVL對(duì)應(yīng)的電壓。電流源134被布置于電容器132的第一節(jié)點(diǎn)137 (和控制線VL)與施加第二電壓(在這種情況下，為接地電壓)的第二電壓線(在本例子中，為接地電壓線)之間。當(dāng)復(fù)位信號(hào)?VRL被激活時(shí)，在電容器132中蓄積的電荷通過電流源134被去除電流值Is，由此使控制線VL的電壓V_VL線性下降。
[0039]比較器122檢測(cè)流過各像素112的晶體管M