專利名稱：控制感光二極管的光電荷量的方法及其影像感測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種控制主動(dòng)像素的方法，尤指一種控制感光二極管所能儲(chǔ)存的光電荷量的方法及其影像感測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
請(qǐng)參閱圖1，圖1為先前主動(dòng)像素8的電路圖。主動(dòng)像素8包含一鉗制型感光二極管(pinned photodiode)10、一轉(zhuǎn)換(transfer)晶體管12、一重置(reset)晶體管14、一源極隨耦器(source follower)16以及一列選擇開關(guān)(row selector)晶體管18。鉗制型感光二極管10用來(lái)接收光線；轉(zhuǎn)換晶體管12用來(lái)控制儲(chǔ)存于鉗制型感光二極管10中的電荷轉(zhuǎn)移；重置晶體管14用來(lái)重置鉗制型感光二極管10；源極隨耦器16的源極的電位會(huì)隨著源極隨耦器16的柵極所接收的電荷(charge)改變；列選擇開關(guān)晶體管18用來(lái)控制光信號(hào)或重置信號(hào)的儲(chǔ)存。
主動(dòng)像素8從擷取光線至儲(chǔ)存光信號(hào)的運(yùn)作如下。首先執(zhí)行重置的動(dòng)作，開啟重置晶體管14與轉(zhuǎn)換晶體管12，在晶體管12、14的柵極處施于一高電位(電路操作的最高電壓Vdd)，以對(duì)鉗制型感光二極管10進(jìn)行重置。接著進(jìn)入曝光模式，也就是擷取影像，此時(shí)關(guān)閉轉(zhuǎn)換晶體管12與重置晶體管14，先前技術(shù)中關(guān)閉轉(zhuǎn)換晶體管12是在轉(zhuǎn)換晶體管12的柵極施于一低電位(0伏特)，此時(shí)鉗制型感光二極管10接收光線而儲(chǔ)存電荷于其中。請(qǐng)參閱圖2，圖2為圖1中點(diǎn)P與點(diǎn)R處儲(chǔ)存電荷的示意圖，其中點(diǎn)P處代表鉗制型感光二極管10所儲(chǔ)存的電荷量，而點(diǎn)R處代表重置晶體管14的源極處所儲(chǔ)存的電荷量。
接著先讀取重置信號(hào)。請(qǐng)繼續(xù)參閱圖3，圖3為讀取重置信號(hào)的示意圖。利用源極隨耦器16與列選擇開關(guān)晶體管18轉(zhuǎn)移點(diǎn)R處所儲(chǔ)存的電荷，此時(shí)轉(zhuǎn)換晶體管12與重置晶體管14處于關(guān)閉狀態(tài)，而源極隨耦器16與列選擇開關(guān)晶體管18處于開啟狀態(tài)。讀取完重置信號(hào)后，再讀取光信號(hào)，請(qǐng)參閱圖4；圖4為讀取光信號(hào)的示意圖。開啟轉(zhuǎn)換晶體管12以轉(zhuǎn)移鉗制型感光二極管10中所儲(chǔ)存的電荷，再利用源極隨耦器16與列選擇開關(guān)晶體管18儲(chǔ)存光信號(hào)，即完成影像擷取。
先前技術(shù)主動(dòng)像素8容易產(chǎn)生的缺點(diǎn)有二一為光暈現(xiàn)象；二為影像滯留的問(wèn)題，于下分別說(shuō)明。
請(qǐng)繼續(xù)參閱圖5與圖6，圖5為轉(zhuǎn)換晶體管12與鉗制型感光二極管10于強(qiáng)光下的示意圖；圖6為圖5中光電荷溢出的示意圖。由于曝光時(shí)，施0伏特電位在轉(zhuǎn)換晶體管12的柵極，因此轉(zhuǎn)換晶體管12為關(guān)閉狀態(tài)。若經(jīng)強(qiáng)光照射，可能導(dǎo)致接收的光電荷量過(guò)多，并超出鉗制型感光二極管10所能容納的最大光電荷容量。由于此時(shí)的轉(zhuǎn)換晶體管12為關(guān)閉狀態(tài)，過(guò)多的光電荷無(wú)其它路徑可宣泄因而溢流至周圍的像素中，影響鄰近像素的影像擷取，導(dǎo)致影像中有暈開的現(xiàn)象，此現(xiàn)象稱為光暈現(xiàn)象(blooming)。
此外，在二極管的半導(dǎo)體制備工藝(process)中，控制鉗制型感光二極管10所能儲(chǔ)存的電荷量是相當(dāng)重要的，若控制不好會(huì)造成如圖7所示的影像滯留(image lag)問(wèn)題，圖7為圖1中點(diǎn)P與點(diǎn)R處影像滯留的示意圖。由于圖7中點(diǎn)P的電荷無(wú)法完全轉(zhuǎn)移出去，也就是說(shuō)有殘留的電荷在鉗制型感光二極管10中，因而產(chǎn)生影像滯留的現(xiàn)象。先前技術(shù)通常利用工藝技術(shù)(控制工藝參數(shù))來(lái)改變鉗制型感光二極管10所能儲(chǔ)存的電荷量大小或改變重置晶體管14的源極處所能儲(chǔ)存的電荷量大小，以避免圖7的現(xiàn)象發(fā)生。然而，控制工藝并不容易且成本過(guò)高，因此需要更簡(jiǎn)易的控制方式來(lái)解決影像滯留的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種控制感光二極管的光電荷量的方法及其影像感測(cè)裝置，以解決上述的問(wèn)題。
為了實(shí)現(xiàn)所述的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為一種控制感光二極管的光電荷量的影像感測(cè)裝置，包括一感光二極管，用來(lái)接收光線；一第一晶體管，其源極連接于所述感光二極管，該第一晶體管用來(lái)控制該所述感光二極管內(nèi)光電荷的轉(zhuǎn)移；一參考電壓控制單元，連接于所述第一晶體管的柵極，該參考電壓控制單元接收多個(gè)控制信號(hào)，根據(jù)所述多個(gè)控制信號(hào)提供一參考電壓于所述第一晶體管的柵極以控制所述感光二極管所能儲(chǔ)存的光電荷量；一第二晶體管，其源極連接于所述第一晶體管的輸出端，漏極連接于一電壓源，所述第二晶體管用來(lái)重置所述感光二極管；一第三晶體管，其漏極連接于所述電壓源，柵極連接于所述第二晶體管的源極；以及一第四晶體管，其漏極連接于所述第三晶體管的源極，源極連接于一字符線，所述第四晶體管用來(lái)選擇是否輸出信號(hào)。
所述參考電壓控制單元提供于所述第一晶體管的柵極的參考電壓介于零伏與所述電壓源之間。
所述參考電壓控制單元提供所述參考電壓于第一晶體管的柵極時(shí)，所述感光二極管處于曝光狀態(tài)下，用以控制所述感光二極管所能儲(chǔ)存的光電荷量。
所述感光二極管為一鉗制型感光二極管。
一種控制主動(dòng)像素中感光二極管的光電荷量的方法，包括于一感光二極管曝光且所述感光二極管的一端接地時(shí)，提供一大于接地電位的參考電壓于一轉(zhuǎn)換晶體管的柵極，以控制所述感光二極管所能儲(chǔ)存的光電荷量。
所述參考電壓小于一最大工作電壓。
所述感光二極管為一鉗制型感光二極管。
由一參考電壓控制單元根據(jù)所接收的多個(gè)控制信號(hào)提供所述參考電壓于所述轉(zhuǎn)換晶體管的柵極，以控制所述感光二極管所能儲(chǔ)存的光電荷量。
檢測(cè)影像是否有異常現(xiàn)象。
檢測(cè)影像是否有異常現(xiàn)象包含檢測(cè)是否有影像滯留。
檢測(cè)影像是否有異常現(xiàn)象包含檢測(cè)是否有光暈現(xiàn)象。
本發(fā)明揭露一種可于一感光二極管曝光且該感光二極管的一端接地時(shí)，提供一大于接地電位的參考電壓于一轉(zhuǎn)換晶體管的柵極，以控制所述感光二極管所能儲(chǔ)存的光電荷量，由此避免了影像滯留與光暈現(xiàn)象。本發(fā)明于制備工藝完畢后，利用一參考電壓控制單元來(lái)改變鉗制型感光二極管所能儲(chǔ)存的電荷量大小，相對(duì)于先前技術(shù)利用控制工藝(控制工藝參數(shù))的方式來(lái)改變鉗制型感光二極管所能儲(chǔ)存的電荷量大小較為簡(jiǎn)單且精準(zhǔn)，成本也較低廉。


圖1為先前主動(dòng)像素的電路圖；圖2為圖1中點(diǎn)P與點(diǎn)R處儲(chǔ)存電荷的示意圖；圖3為圖1主動(dòng)像素讀取重置信號(hào)的示意圖；圖4為圖1主動(dòng)像素讀取光信號(hào)的示意圖；圖5為轉(zhuǎn)換晶體管與鉗制型感光二極管于強(qiáng)光下的示意圖；圖6為圖5中光電荷溢出的示意圖；圖7為圖1主動(dòng)像素中點(diǎn)P與點(diǎn)R處影像滯留的示意圖；圖8為圖1主動(dòng)像素的轉(zhuǎn)換晶體管與鉗制型感光二極管的示意圖；圖9表示圖8鉗制型感光二極管所能儲(chǔ)存的電荷量的大小的示意圖；圖10為本發(fā)明控制鉗制型感光二極管電荷量的裝置的示意圖；圖11至圖13為不同參考電壓下鉗制型感光二極管儲(chǔ)存電荷量的示意圖；圖14至圖16分別為圖11至圖13中轉(zhuǎn)移鉗制型感光二極管電荷的示意圖；圖17為本發(fā)明控制鉗制型感光二極管電荷量的流程圖。
主要元件符號(hào)說(shuō)明
8主動(dòng)像素 10鉗制型感光二極管12轉(zhuǎn)換晶體管 14重置晶體管16源極隨耦器 18列選擇開關(guān)晶體管20參考電壓控制單元P、R點(diǎn)具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供一種控制鉗制型感光二極管10所能儲(chǔ)存的電荷量的方法，以解決先前技術(shù)中影像滯留以及光暈現(xiàn)象的問(wèn)題。
首先說(shuō)明本發(fā)明的概念。影像滯留的產(chǎn)生是由于鉗制型感光二極管10中的電荷無(wú)法完全轉(zhuǎn)移。因此若減少鉗制型感光二極管10所能儲(chǔ)存的電荷容量，影像滯留現(xiàn)象即可避免。另外，光暈現(xiàn)象是由于接收過(guò)多的光電荷量，造成光電荷溢流至周圍的像素。因此也可通過(guò)控制鉗制型感光二極管10所能儲(chǔ)存的電荷容量，來(lái)降低光暈現(xiàn)象的產(chǎn)生。
請(qǐng)參閱圖8，圖8為轉(zhuǎn)換晶體管12與鉗制型感光二極管10的示意圖。當(dāng)提供一電壓Vg于轉(zhuǎn)換晶體管12的柵極時(shí)，由于晶體管本身具有一閥值電壓(threshold)Vth，因此轉(zhuǎn)換晶體管12源極的電壓為Vg減去Vth，此Vth包含基體效應(yīng)(body effect)。請(qǐng)繼續(xù)參閱圖9，圖9表示圖8中鉗制型感光二極管10所能儲(chǔ)存的電荷量的大小的示意圖，其中圖9中的電壓值越往下其值越大，也就是Vpinned大于(Vg-Vth)。由圖9可知，鉗制型感光二極管10的電荷容量可控制于范圍Vpinned至(Vg-Vth)之間。
由圖9可得知影響鉗制型感光二極管10的電荷量的容量的兩電壓來(lái)源為Vpinned及(Vg-Vth)，鉗制型感光二極管10的栓電壓Vpinned與閥值電壓Vth于制備工藝完畢后即為固定值，因此可通過(guò)改變施于轉(zhuǎn)換晶體管12柵極的電壓Vg來(lái)改變鉗制型感光二極管10所能儲(chǔ)存電荷量的大小。換句話說(shuō)，施于轉(zhuǎn)換晶體管12柵極的電壓越大，鉗制型感光二極管10所能儲(chǔ)存電荷量的大小就越小。
因此，本發(fā)明是在曝光模式下控制轉(zhuǎn)換晶體管12柵極的電壓以改變鉗制型感光二極管10所能儲(chǔ)存的電荷量。請(qǐng)參閱圖10，圖10為本發(fā)明控制鉗制型感光二極管電荷量的裝置的示意圖。本發(fā)明增設(shè)一參考電壓控制單元20，當(dāng)影像滯留現(xiàn)象產(chǎn)生或光暈現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，發(fā)出多個(gè)控制信號(hào)于參考電壓控制單元20，以調(diào)整于曝光模式下提供于轉(zhuǎn)換晶體管12的柵極的參考電壓，藉而改變圖9中鉗制型感光二極管10所能儲(chǔ)存電荷量的大小。
先前技術(shù)中于曝光模式下是提供零伏于轉(zhuǎn)換晶體管12的柵極，以使轉(zhuǎn)換晶體管12處于關(guān)閉狀態(tài)。然而，本發(fā)明于曝光模式下提供一大于零伏特的參考電壓于轉(zhuǎn)換晶體管12的柵極，且參考電壓小于電路操作的最大電壓。
舉例來(lái)說(shuō)，于曝光模式下提供大于零伏特的參考電壓于轉(zhuǎn)換晶體管12的柵極。請(qǐng)參閱圖11至圖13，圖11至圖13為不同參考電壓下鉗制型感光二極管10儲(chǔ)存電荷量的示意圖，其中V1小于V2且V2小于V3。由此三圖可得知，圖11中鉗制型感光二極管10可容納的電荷量最大，其次為圖12，圖13可容納的電荷量最小。也就是，施于轉(zhuǎn)換晶體管12柵極的電壓越大，鉗制型感光二極管10所能儲(chǔ)存的電荷量就越小。經(jīng)過(guò)重置、曝光以及讀取重置信號(hào)后，接著轉(zhuǎn)移鉗制型感光二極管10中的電荷。請(qǐng)參閱圖14至圖16，圖14至圖16分別為圖11至圖13中轉(zhuǎn)移鉗制型感光二極管10電荷的示意圖。若產(chǎn)生如圖14的影像滯留，則增加施于轉(zhuǎn)換晶體管12柵極的電壓，如施加電壓V3，即可避免影像滯留的產(chǎn)生，如圖16所示，其可使鉗制型感光二極管10的電荷完全轉(zhuǎn)移。
以上為本發(fā)明實(shí)施例的說(shuō)明，其中感光二極管并不限定為鉗制型感光二極管10，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)還可采用其它類型的主動(dòng)感光二極管。
請(qǐng)參閱圖17，圖17為本發(fā)明控制鉗制型感光二極管10電荷量的流程圖。
步驟100執(zhí)行重置與曝光，以使鉗制型感光二極管10儲(chǔ)存光電荷；步驟102讀取重置信號(hào)；步驟104轉(zhuǎn)移鉗制型感光二極管10中的光電荷，并讀取光信號(hào)；步驟106檢測(cè)影像是否有異常，異?，F(xiàn)象可包括光暈、影像滯留等現(xiàn)象。若影像異常，進(jìn)入步驟108；若無(wú)異常，進(jìn)入步驟110；
步驟108發(fā)出控制信號(hào)于參考電壓控制單元20，以于曝光模式下提供一大于零伏的參考電壓于轉(zhuǎn)換晶體管12柵極，以減小鉗制型感光二極管10所能儲(chǔ)存的電荷量，接著跳回步驟100；步驟110完成鉗制型感光二極管10所能儲(chǔ)存的電荷量的控制。
相對(duì)于先前技術(shù)，本發(fā)明提供一種控制鉗制型感光二極管電荷量的方法，在轉(zhuǎn)換晶體管12的柵極提供一大于接地電位的參考電壓，來(lái)改變鉗制型感光二極管10所能儲(chǔ)存的電荷量大小，藉此避免影像滯留與光暈現(xiàn)象。本發(fā)明于工藝完畢后，利用一參考電壓控制單元來(lái)改變鉗制型感光二極管10所能儲(chǔ)存的電荷量大小，相對(duì)于先前技術(shù)利用制程的方式來(lái)改變鉗制型感光二極管10所能儲(chǔ)存的電荷量大小較為簡(jiǎn)單且精準(zhǔn)，成本也較低廉。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種控制感光二極管的光電荷量的影像感測(cè)裝置，其特征在于包括一感光二極管，用來(lái)接收光線；一第一晶體管，其源極連接于所述感光二極管，該第一晶體管用來(lái)控制該所述感光二極管內(nèi)光電荷的轉(zhuǎn)移；一參考電壓控制單元，連接于所述第一晶體管的柵極，該參考電壓控制單元接收多個(gè)控制信號(hào)，根據(jù)所述多個(gè)控制信號(hào)提供一參考電壓于所述第一晶體管的柵極以控制所述感光二極管所能儲(chǔ)存的光電荷量；一第二晶體管，其源極連接于所述第一晶體管的輸出端，漏極連接于一電壓源，所述第二晶體管用來(lái)重置所述感光二極管；一第三晶體管，其漏極連接于所述電壓源，柵極連接于所述第二晶體管的源極；以及一第四晶體管，其漏極連接于所述第三晶體管的源極，源極連接于一字符線，所述第四晶體管用來(lái)選擇是否輸出信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的影像感測(cè)裝置，其特征在于所述參考電壓控制單元提供于所述第一晶體管的柵極的參考電壓介于零伏與所述電壓源之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的影像感測(cè)裝置，其特征在于所述參考電壓控制單元提供所述參考電壓于第一晶體管的柵極時(shí)，所述感光二極管處于曝光狀態(tài)下，用以控制所述感光二極管所能儲(chǔ)存的光電荷量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的影像感測(cè)裝置，其特征在于所述感光二極管為一鉗制型感光二極管。
5.一種控制主動(dòng)像素中感光二極管的光電荷量的方法，其特征在于包含于一感光二極管曝光且所述感光二極管的一端接地時(shí)，提供一大于接地電位的參考電壓于一轉(zhuǎn)換晶體管的柵極，以控制所述感光二極管所能儲(chǔ)存的光電荷量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述參考電壓小于一最大工作電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述感光二極管為一鉗制型感光二極管。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于由一參考電壓控制單元根據(jù)所接收的多個(gè)控制信號(hào)提供所述參考電壓于所述轉(zhuǎn)換晶體管的柵極，以控制所述感光二極管所能儲(chǔ)存的光電荷量。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于還包括檢測(cè)影像是否有異?，F(xiàn)象。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于檢測(cè)影像是否有異?，F(xiàn)象包含偵測(cè)是否有影像滯留。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于檢測(cè)影像是否有異常現(xiàn)象包含偵測(cè)是否有光暈現(xiàn)象。
全文摘要
一種可控制主動(dòng)像素中感光二極管的光電荷量的方法及其影像感測(cè)裝置，所述方法包括在一感光二極管曝光且該感光二極管的一端接地時(shí)，提供一大于接地電位的參考電壓于一轉(zhuǎn)換晶體管的柵極，以控制所述感光二極管所能儲(chǔ)存的光電荷量。本發(fā)明避免了影像滯留與光暈現(xiàn)象，并且簡(jiǎn)單精準(zhǔn)，成本低廉。
文檔編號(hào)H05B33/08GK1987973SQ20051013506
公開日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2005年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月23日
發(fā)明者蘇明俊, 黃建章, 謝志成 申請(qǐng)人:原相科技股份有限公司