部，栅极G5可以设定至两种低电位，或者为O伏(或者甚至为负电位)，或者为正电位VR (例如，0.6伏)。O伏电位在积累的持续时间期间几乎始终施加；电位VR仅在短暂的、优选地周期性脉冲期间施加。其周期可以为连续行的读取周期。
[0055]因而，在图5中看出施加至栅极G5的三个电位为:在积累时段开始时的高的正的电位、O伏电平、以及在积累的整个持续时间期间处于低的正电位VR的一系列脉冲。如图5中所示，在连续的行L1、L2、L3和L4的读取阶段RD1、RD2、RD3和RD4等期间，这一系列脉冲也可以继续。或者，在读取阶段期间，在转移脉冲TRA之后能够继续地施加抗模糊电压VR，因为只要新的积累不开始，此时其不具有缺点。
[0056]绘制了有源层中的四个电位图:图A和图B对应于正常发光的情况，而不具有溢流的风险。图C和图D对应于在存在非常强的发光的情况下溢流的风险，例如接近积累的持续时间的结束。图A和图C对应于栅极G5设定至O电位的时刻，即几乎所有的时间:栅极G5之下的势皇处于其最高电平。图B和图D对应于短暂的抗模糊脉冲的时刻:势皇短暂地降低。在图D的情况下，由于之前的脉冲在短暂的抗模糊脉冲期间已向晶体管T5的漏极漂移，可看到累积的任何过量的电荷。
[0057]在积累期间脉冲的累计持续时间优选地非常小于积累的持续时间Ti，例如，至少比积累的持续时间Ti短20倍。
[0058]脉冲可以采用行读取频率来施加，并且行周期的持续时间与脉冲的持续时间之比至少为20。如果行周期的持续时间为15微秒，则脉冲的持续时间可能大约0.5微秒或者更小。例如，在15微秒的积累的持续时间内，将存在千个抗模糊脉冲，但是抗模糊电压VR施加的累计持续时间将保持比积累的持续时间短30倍，通过对于指定的电压电平VR的由隧穿效应将寄生电子的产生降低30倍。
[0059]图6示出了在积累的持续时间Ti等于帧周期，并且对于所有的行具有相同的值，但是从一行至另一行在时间上偏移的情况下的时序图。这是已知的电子滚动快门或者ERS的操作模式。施加至栅极Gl的转移脉冲从一行至下一行在时间上偏移。在同一行，积累的持续时间在两个连续的转移脉冲之间延伸。除了在由用于i级行的时间间隙SELi限定的读取阶段期间之外，存储节点永久地由栅极G3来重设。重设电平(shr)的读取发生在转移脉冲TRA之前，有用电平的读取发生在这个脉冲TRA之后不久。对于栅极G5不再有全局转移命令GR来限定对于所有行公共的积累的开始。利用这种操作模式是因为其降低了由于重设电平的读取在电荷转移和有用电平的读取之前而引起的读取噪声，这不是在图5的操作模式下的情况。
[0060]在图6的操作模式中，短暂的正电压VR的脉冲采用相同的方式施加至栅极G5，并且在其余的时间，栅极G5保持在O伏，或者甚至负电压。电位图A、B、C、D因此与图5中的相同。
[0061]在图6的情况下，由于积累一直发生，所以脉冲一直施加，而在图5的情况下，可以预测脉冲仅发生在时间段Ti期间，而不发生在帧的其余时间期间。
[0062]如果使得光电二极管有被正向偏移的风险的电荷量为Qsat，并且如果期望利用裕度Qmargin来排空在Qsat-Qmargin之上的剩余电荷，则可以根据将两个连续脉冲分开的间隔的持续时间来计算抗模糊系统的有效性。实际上，在发光以使得在两个连续脉冲之间产生的电荷量等于差Qmargin时，达到效能极限。
[0063]例如，可以认为:脉冲的持续时间为0.5微秒(但是可以更短暂)，周期为15微秒，光电二极管中具有20，000个电子发生饱和Qsat，期望的裕度Qmargin为3000个电子。则系统对发光的效率达到每微秒产生200个电子。例如，对于发强光、但是在这个时间段处于饱和极限的像素，如果积累时间被选择等于百分之一秒，并且如果观察出势阱在百分之一秒中被20，000个电子填满(每微秒2个电子)，则即使像素接收100倍大的发光，抗模糊系统也能操作。如果行脉冲的周期为30微秒，则对于比发生饱和的发光大50倍的发光，达到了极限(但是在降低由栅极与光电二极管之间的电场产生的噪声上存在增益)。
【主权项】
1.用于控制图像传感器的像素的方法，其中，图像传感器的每个像素包括:至少一个光电二极管(PH)，所述至少一个光电二极管(PH)通过第一导电类型的掺杂区(14)而形成在半导体有源层(12)中，所述第一导电类型的掺杂区(14)被保持在零参考电位的相反类型的表面区(16)覆盖；以及在有源层之上的抗模糊栅极(G5)，所述抗模糊栅极(G5)的一侧相邻于光电二极管，所述抗模糊栅极(G5)的另一侧相邻于用于排空电荷的漏极，传感器使用经确定的积累的持续时间(Ti)在每个周期内周期性地操作，其特征在于，所述抗模糊栅极在大部分的积累的持续时间期间被设定至阻挡电位，在积累的持续时间之中的一系列短暂脉冲期间被设定至正的抗模糊电位(VR)，所述阻挡电位在所述栅极之下的有源层中产生第一高度的势皇，所述抗模糊电位(VR)在所述栅极之下产生低于第一高度的第二高度的势皇，所述第二高度的势皇保持表示在光电二极管中高达模糊阈值的发光的电荷。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阻挡电位等于所述零参考电位。3.根据权利要求1和2中的一项所述的方法，其特征在于，所述阻挡电位相对于所述零参考电位为负的。4.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，所述抗模糊电位位于0.5伏与0.9伏之间。5.根据权利要求1至4中的一项所述的方法，其特征在于，积累的持续时间与脉冲的累计持续时间之比大于或等于20。6.根据权利要求1至5中的一项所述的方法，其特征在于，脉冲是周期性的，并且脉冲的周期与脉冲的持续时间的占空比大于或等于20。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述脉冲的周期为矩阵传感器的像素行的读取周期。8.包括像素阵列的图像传感器，每个像素包括:至少一个光电二极管(PH)，所述至少一个光电二极管(PH)利用第一导电类型的掺杂区(14)而被设计在半导体有源层(12)中，所述第一导电类型的掺杂区(14)被保持在零参考电位的相反类型的表面区(16)覆盖；以及在有源层之上的抗模糊栅极(G5)，所述抗模糊栅极(G5)的一侧相邻于光电二极管，所述抗模糊栅极(G5)的另一侧相邻于用于排空电荷的漏极，所述传感器使用经确定的积累的持续时间在每个周期中周期性地操作，所述传感器的特征在于，其包括用于在大部分的积累的持续时间期间向抗模糊栅极施加阻挡电位，并且在积累的持续时间之中的一系列短暂脉冲期间向抗模糊栅极施加抗模糊电位(VR)的装置，所述阻挡电位在所述栅极之下的有源层中产生第一高度的势皇，所述抗模糊电位(VR)在所述栅极之下产生低于第一高度的第二高度的势皇，所述第二高度的势皇保持表示在光电二极管中高达模糊阈值的发光的电荷。9.根据权利要求8所述的图像传感器，其特征在于，用于施加脉冲的装置能够产生周期性脉冲，其中，周期与脉冲的持续时间之比大于或等于20。
【专利摘要】本发明涉及电子有源像素图像传感器。该像素包括：光电二极管(PH)，其形成在有源半导体层(12)中并且保持在零参考电位；在有源层之上的抗模糊栅极(G5)，其一侧相邻于光电二极管，另一侧相邻于排空漏极(22)。所述传感器包括用于在大部分的积累时间期间向抗模糊栅极施加阻挡电位，并且在积累的持续时间之中的一系列短暂脉冲期间向抗模糊栅极施加抗模糊电位的装置，所述阻挡电位在栅极之下产生第一高度的势垒，所述抗模糊电位产生低于第一高度的第二高度的势垒。仅在短暂的脉冲期间施加抗模糊电压降低了由于栅极与光电二极管之间的电场引起的量子隧穿引起的暗噪声。
【IPC分类】H01L27/146
【公开号】CN105027287
【申请号】CN201480010870
【发明人】F·巴尔比耶, F·马耶尔
【申请人】E2V半导体公司
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2014年2月21日
【公告号】CA2902261A1, WO2014131704A1