专利名称：具有改善信噪比的有源像素传感器的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及一种图像传感器。更具体地，本发明涉及适用于互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的有源像素传感器(APS)单元。
本发明要求2004年6月8日于韩国知识产权局提交的，申请号为NO.10-2004-0041859的韩国专利申请的优先权，其全部公开内容包含于本申请，在此作为参考。
背景技术：
通常，CMOS图像传感器(以下称为“CIS”)包括许多APS单元，其中每个APS单元都对应于一图像像素。每个APS单元从外部光源接收光，并将接收到的光转换成电信号。
图(FIG.)1是说明传统APS单元的电功能的电路图。图1的APS单元包括光电二极管PD，电荷转移晶体管M1，复位晶体管M2，低选择晶体管M3，电流转移晶体管M4，和扩散电容器Cd。
当光电二极管PD被光信号照射时，它从所接收的光信号吸收光子并生成电荷。电荷典型地以电荷对的形式被生成，电荷对包括出射的(exited)的电子和空穴，但是术语“电荷”一直被用于分别表示电荷对，电子或者空穴。在图示的例子中，由光电二极管PD生成的空穴易于立即漂移到连接到光电二极管PD第一端(例如，P型电极)的(第一)低电源电压(例如，地(GND)电位)。反之，由光电二极管PD产生的电子易于保留(即，电子的电荷被聚积)在光电二极管PD的第二端(例如，N型电极)，因为在特定激励条件下，光电二极管PD的电荷转移晶体管M1的组合形成显像电荷的能量势垒(energybarrier)。
通常，能力势垒高到足以捕获靠近光电二极管PD第二端(N型电极)的PD中的电子。然而，当预定的电压VTG施加于电荷转移晶体管M1的栅极时，电荷转移晶体管M1被导通，能量势垒的高度被降低。响应于能力势垒高度的降低，由光电二极管PD产生的电子可以通过和穿过电荷转移晶体管M1。
复位晶体管M2的第一端被连接到(第二)高电源电压VDD上，第二端被连接到电荷转移晶体管M1的第二端。当复位信号VReset被施加于复位晶体管M2的栅极时，显现在电荷转移晶体管M1第二端的电压跃迁到一预定电平。
低选择晶体管M3能将相应于由光电二极管PD生成的电荷量的电压传送到电流转移晶体管M4的栅极，并选通去往电流转移晶体管M4的供电电流。也就是说，高电源电压VDD被连接到低选择晶体管M3的第一端，低选择晶体管M3的第二端被连接到电流转移晶体管M4的第一端，低选择信号VRS被用于选通通过低选择晶体管M3的电流流动。
电流转移晶体管M4的栅级被共同连接到电荷转移晶体管M1的第二端和复位晶体管M2的第二端。相应于显现在电流转移晶体管M4的栅极的电压的当前Vout从电流转移晶体管M4的第二端输出。
图1中所示的扩散电容Cd是显现在电荷转移晶体管M1的第二端与基底(未示出)之间的浮动电容，在该基底上形成传统的APS单元。扩散电容Cd被有意识地引入电路中，或者在电荷转移晶体管M1和复位晶体管M2的制造过程中自然地形成。在有意引入的地方，扩散电容Cd可以使用许多不同的制造技术来形成。然而，无论怎样形成或者为什么被形成，扩散电容Cd都易于捕获或保持由光电二极管PD产生的电子。
在前述的方式中，光子(例如，关于光的)信号被接收并由如图1所示的APS单元转换为相应的电信号。随后，所得到的电信号可以以各种方式来处理，以生成表示接收到的光信号的图像数据。典型地，多个APS单元产生像素图像数据的相应阵列。这个图像数据的阵列可以以各种方式来操作，并用于在显示器上生成可视图像。为了提高所得到的可视图像质量，可以增加APS单元的数量。也就是说，像素(和相应的APS单元)的数量越多，所得到的可视图像的分辨率越高。然而，除非组成CIS的总面积被增加到可以容纳更多的APS单元，否则，改善的可视图像像素要求独立APS单元尺寸相应的减小。这样，一旦给出限定的或者固定的CIS面积，则改善的图像质量要求APS单元的数量的增加，并且因此要求APS单元尺寸的相应减小。
每个APS单元占用面积的减少必然要求独立APS单元的光接收部分的尺寸减小，(以下APS单元的这些部分将被称为“光接收部件”，而不管它们实际的性质和组成)。不幸的是，当光接收部件的面积被减少时，更少的光被接收，并且所得到的电子数量也减少了。这种生成电子的减少降低了从外部提供的光信号转换为电信号的总效率。该微弱的电信号以降低的信噪比为特征，并且所得到图像的质量也被降低了。
发明内容
本发明提供一种用于CIS的有源像素传感器(APS)单元，其中由具有相对减少了表面面积的光接收部件生成的电荷，通过电荷放大器而被放大。在一个实施例中，APS单元包括光接收部件，以接收光信号并生成关于所接收的光信号的、包含有电子和空穴的电荷。APS单元也包括电荷放大部件，以接收并放大由光接收单元生成的电荷或空穴。
在相关的实施例中，光接收部件包括至少一个光电二极管，其具有连接到第一电源电压的第一端，和连接到电荷放大部件的第二端。在这点上，第一电源电压可以是根据APS单元总体设计及其组成元件的类型的高电源电压或者低电源电压。
在一个相关的实施例中，电荷放大部件包括双级晶体管，其包括连接到第二电源电压的第一端，连接到光接收部件第二端的基极，和输出相应于从光接收部件接收的电子和空穴的放大形式的电流的第二端。这里，第二电源电压又可以是由如总体设计规定的高电源电压或低电源电压。
在另一个实施例中，APS单元还包括连接在第二电源电压和电荷放大部件之间的单元选择部件，单元选择部件响应低选择信号以供给电流给电荷放大部件。例如，单元选择部件可以包括，MOS晶体管，其具有连接到第二电源电压的第一端，连接到电荷放大部件的第二端，和被施加低选择信号的栅极。
在又一个实施例中，APS单元还包括复位部件，其包括连接到电荷放大部件第二端的第一端，和连接到复位电源电压的第二端，复位部件响应施加于该复位部件的复位信号，复位电荷放大部件的输出。复位电源电压可以是低电源电压、高电源电压、或者低电源电压和阈值电压的组合电压。复位部件可以包括MOS晶体管，其包括连接到复位电源电压的第一端，和被施加复位信号的栅极。
在又一个实施例中，APS单元还包括连接在光接收部件和电荷放大部件之间的电荷转移部件，其响应电荷传送信号，把电子或者空穴从光接收部件传送到电荷放大部件。电荷转移部件可以包括MOS晶体管，其具有连接到光接收部件的第一端，连接到电荷放大部件的第二端，和被施加电荷传送信号的栅极。
在另一个相关的实施例中，光接收部件包括多个光接收部件。同样地，电荷转移部件也包括多个电荷转移设备，响应多个控制信号，以传送由多个光接收部件之一各自生成的电子或空穴。多个光接收部件中的每一个都包括光电二极管，并且多个电荷转移部件设备中的每一个可以包括MOS晶体管。
各种各样的P型或N型设备和/或电路可以被用于实施电荷放大部件、单元选择部件、电荷转移部件、复位部件和相关的电流转移部件。相关于实施前述内容的元件的设计选择，可以作出相应的电源选择。
根据参照附图的几个示范性的实施例，以下将对本发明作更进一步的描述。贯穿这个附图，相同的参考数字表示相同的元件。在附图中图1是传统有源像素传感器(APS)单元的电路图；图2是根据本发明一个实施例的APS单元的方框图；图3是图2的APS单元的详细方框图；图4是根据本发明另一个实施例的APS单元的方框图；图5是图4的APS单元的详细方框图；图6是根据本发明一个实施例的APS单元的电路图；图7是根据本发明另一个实施例的APS单元的电路图；图8是根据本发明又一个实施例的APS单元的电路图；图9是根据本发明再一个实施例的APS单元的电路图；图10是根据本发明的一个实施例的APS单元的电路图；和图11是根据本发明另一个实施例的APS单元的电路图。
具体实施例方式
在一个方面，本发明专注于从具有更小尺寸有源像素传感器(APS)单元的CMOS图像传感器(CIS)获得提高的图像质量的需求。也就是说，整体尺寸减小的APS单元允许具有更密集像素阵列的CIS的实现。更密集像素阵列能够提供提高的图像分辨率-假设从所接收的光信号转换得到的电信号的信噪比保持足够高。从而，在另一个方面，本发明提供一种适用于输出具有高信噪比电信号的APS单元。
为了概括前述的某些讨论，APS单元在光接收部件，例如光电二极管中生成电子和空穴，该光电二极管接收外部供给的光信号。由光接收部件接收的“光信号”可以包括一个或更多从整个电磁频谱中选择的信号。更具体地，光信号可以包括一个或更多具有可视光波长、或者红外线(或近红外线)波长的信号。在APS单元中，由光接收部件生成的电子通过电荷转移晶体管被传送到扩散电容器，并且改变显现在电流转移晶体管栅极的电压。
随后的多个实施例以揭示本发明的制作和使用的形式和例子被示出。然而，与各种实施例相关而说明和描述的所有元件，不应当以某种方式被认为对于本发明是必不可少的或必须遵循的。例如，分立单元选择部件、电荷转移部件、复位部件、和电流转移部件可以有利地包含于给定的设计，或者从给定的设计中省略。
鉴于前述内容，本发明的一个实施例提供一种改进的APS单元，其中由光接收部件生成的电子或空穴在施加于电流转移晶体管的栅极之前被放大，从而提高了信噪比。图2是说明根据本发明的APS单元的这个实施例的方框图。图2中的示范性的APS单元通常包括光接收部件210和电荷放大部件220。该示范性的APS单元也可以包括单元选择部件230。贯穿于整个说明书使用的术语“部件”应当被广泛地解释为意指电路、电路部分、电路元件、电设备、光设备、和/或电光设备。
光接收部件210接收光信号并生成电子和空穴的电荷对。电荷对通常在光接收部件210中、与来自所接收的光信号的照射该部件的光子数量成比例地产生。因此，具有相对更小尺寸的光接收部件接收更少量的光，更少的光子，相应的生成更少的电荷对。尽管如此，电荷放大部件220接收并放大由光接收部件210生成的电子或空穴。单元选择部件230响应控制APS单元操作的低选择信号VRS将从电源电压VDD接收的电流供给电荷放大部件220。
电荷放大部件220可以适用于放大电荷或空穴，其中任何一个可以从光接收部件210传送到电荷放大部件220。根据连接到光接收部件210的电压源的类型来选择将要被传送的电荷类型。例如，当光接收部件210包括光电二极管，而低电源电压(例如，GND)被连接到光接收部件210的P型电极上时，由光接收部件210生成的空穴将移向低电源电压。作为进一步的结果，由光接收部件210生成地电子被传送到电荷放大部件220。例如，上述内容可以使用与关于图1的上述电路一致的电路来完成。然而，在这个上下文内必须做出规定，以放大由光接收部件210生成的电子。
图3是示出了图2的APS单元在某些补充细节上的详细方框图。图3的APS单元包括光接收部件310、电荷转移部件320、电荷放大部件330、单元选择部件340、电流转移部件350、和复位部件360。
光接收部件310接收光信号并相应于所接收的光信号来生成电荷，即，空穴和电子。电荷转移部件320响应电荷传送信号VTG将电子或空穴传送到电荷放大部件330。电荷放大部件330接收并放大由光接收部件310生成的已传送电荷。单元选择部件340响应低选择信号VRS，将从电源电压VDD提供的电流供给电荷放大部件330。实际上，低选择信号VRS确定APS何时被选择用于操作。当APS单元响应低选择信号VRS而被选择时，电流转移部件350输出相应于由电荷放大部件330放大的已传送电荷的电流。
复位部件360响应复位信号VReset，将电流转移部件350的输出复位到预定值。复位电源电压被连接到复位部件360，并且最好是显现在APS单元内的高电平电源电压或低电平电源电压。可选择地，复位电源电压可以是低电源电压和MOS晶体管的阈值电压的某种电压组合。使用的复位电源电压的实际类型将根据由APS单元使用的双极晶体管和/或MOS晶体管的类型，以及来自电荷放大部件330输出电压值来确定。
图4是根据本发明另一个实施例的APS单元方框图。图4的APS单元包括光接收部件410和电荷转移部件420，还可以包括单元选择部件430。
光接收部件410接收光信号，并根据所接收的光信号来生成电荷对。电荷放大部件420从光接收部件410接收电子或空穴，并使用电源电压VDD来放大它们。单元选择部件430响应低选择信号VRS，传送由电荷放大部件420放大的电荷。
图5是说明图4的APS单元在某些补充细节上的详细方框图。图5的APS单元包括光接收部件510、电荷转移部件520、电荷放大部件530、单元选择部件540、电流转移部件550、和复位部件560。
光接收部件510接收光信号，并生成相应于所接收的光信号的电荷。电荷转移部件520响应电荷传送信号VTC，将由光接收部件510生成的电子或空穴传送给电荷放大部件530。电荷放大部件530使用电源电压VDD来放大所接收的电荷。单元选择部件540响应低选择信号VRS，传送放大的电荷给电流转移部件550。当APS单元响应低选择信号VRS被选择时，电流转移部件550输出相应于该电荷的电流。
复位部件560响应复位信号VReset，将电流转移部件550的输出复位到预定值。由复位部件560使用的复位电源电压可以是APS单元内的高电平电源电压或低电源电压。可选择地，复位电源电压可以是低电源电压和MOS晶体管的阈值电压的电压组合。复位电源电压的类型是与在APS单元内使用的双极晶体管和/或MOS晶体管的类型相关地，以及与电荷放大部件330的输出来确定的。
在本申请的一个实施例中，由光接收部件210、310、410和510生成的电荷对包括电子和空穴，然而，电荷放大部件220、330、420、，和530通常仅放大电子或空穴。
现在将参照图6到11中说明的示范性的电路，描述根据本发明的APS单元的附加实施例。如图6到11所示，这些特定电路将在所选择示范性的电流转移晶体管M64，M74，M84，M94，M104和M114，以及扩散电容Cd6到Cd11的范围内描述。然而，本发明并不限制于在此描述的教导性的实例。本领域普通技术人员能够理解，根据本发明的实施例的APS单元可以被各式各样地构造。
图6是根据本发明一个实施例的APS单元的电路图。图6的APS单元包括光电二极管PD6、N型电流转移MOS晶体管M61、N型电荷选择MOS晶体管M62、PNP型电荷放大双极晶体管PNP6、N型复位MOS晶体管M63、N型电流转移MOS晶体管M64、和扩散电容Cd6。
低电源(GND)被连接到光电二极管PD6的P型电极上，一接收到光信号，电荷对就在光电二极管PD6中生成。来自这些电荷对的电子易于聚集在光电二极管PD6的N型电极附近。N型电荷转移MOS晶体管M61的第一端被连接到光电二极管PD6的N型电极上，并且电荷传送信号VTG被施加于N型电荷转移MOS晶体管M61的栅极。高电平电源电压VDD被连接到N型单元选择MOS晶体管M62，低选择信号VRS被施加于N型单元选择MOS晶体管M62的栅极。PNP型电荷放大双极晶体管PNP6的第一端被连接到N型单元选择MOS晶体管M62的第二端，并且它的基底被连接到N型电荷转移MOS晶体管M61的第二端。N型复位MOS晶体管M63是耗尽型晶体管，其第一端被连接到电源，其电压等于电压Vss+Vth，其是低电源电压Vss和阈值电压Vth的电压组合。复位MOS晶体管M63的第二端被连接到PNP型电荷放大双极晶体管PNP6的第二端。复位信号VReset被施加于N型MOS晶体管M63的栅极。低电源电压Vss可以等于或小于地电压GND。
高电平电源电压VDD被连接到N型电流转移MOS晶体管M64的第一端，当显现于PNP型电荷放大双极晶体管PNP6的第二端的电压被施加于N型MOS晶体管M64的栅极时，MOS晶体管M64输出电流。相应于输出电流的电压是由连接到N型电流转移MOS晶体管M64的第二端的附加电路(未示出)来确定的。扩散电容Cd6可以通过对许多传统制造技术之一的有意识的应用来提供。然而，代替有意地制造扩散电容Cd6，在漏/源电极和栅电极之间的重叠区域的自然出现的寄生电容可以被用作扩散电容Cd6。
N型电流转移MOS晶体管M64与扩散电容Cd6的结构和操作，与图7到11中的用于电流传送的N型MOS晶体管M74，M84，M94，M104和M114，以及扩散电容Cd7，Cd8，Cd9，Cd10，和Cd11的结构和操作是相同的。因而，关于这些元件的专门描述出于简洁的考虑将被省略。
图7是根据本发明另一个实施例的APS单元的电路图。图7的APS单元包括光电二极管PD7，N型电流转移MOS晶体管M71，N型单元选择MOS晶体管M72，PNP型电荷放大双极晶体管PNP7，P型复位MOS晶体管M73，用于电流传送的P型MOS晶体管M74，和扩散电容Cd7。
低电源电压(GND)被连接到光电二极管PD7的P型电极上，光电二极管PD7的N型电极接收光信号，并生成相应于所接收到光信号的电荷。N型电荷转移MOS晶体管M71的第一端被连接到光电二极管PD7的N型电极上，并且电荷传送信号VTG被施加于N型电荷转移MOS晶体管M71的栅极。高电平电源电压VDD被连接到N型单元选择MOS晶体管M72的第一端，并且低选择信号VRS被施加于N型单元选择MOS晶体管M72的栅极。PNP型电荷放大双极晶体管PNP7的第一端被连接到N型单元选择MOS晶体管M72的第二端，并且它的基极被连接到N型电荷转移MOS晶体管M71的第二端。低电源电压(GND)被连接到P型复位MOS晶体管M73的第一端，P型复位MOS晶体管M73的第二端被连接到PNP型电荷放大双极晶体管PNP7的第二端，并且复位信号VReset被施加于P型复位MOS晶体管M73的栅极。
图8是根据本发明又一个实施例的APS单元的电路图。图8的APS单元包括光电二极管PD8，P型电荷转移MOS晶体管M81，P型单元选择MOS晶体管M82，NPN型电荷放大双极晶体管NPN8，P型复位MOS晶体管M83，P型电流传送MOS晶体管M84，和扩散电容Cd8。
低电源电压(GND)被连接到光电二极管PD8的N型电极上，它的P型电极接收光信号，并生成相应于所接收的光信号的电荷。P型电荷转移MOS晶体管M81的第一端被连接到光电二极管PD8的P型电极上，并且电荷传送信号VTG被施加于P型电荷转移MOS晶体管M81的栅极。低电源电压(GND)被连接到P型单元选择MOS晶体管M82的第一端，并且低选择信号VRS被施加于P型单元选择MOS晶体管M82的栅极。NPN型电荷放大双极晶体管NPN8的第一端被连接到P型单元选择MOS晶体管M82的第二端，并且它的基极被连接到P型电荷转移MOS晶体管M81的第二端。高电平电源电压VDD被连接到P型复位MOS晶体管M83，第二端被连接到NPN型电荷放大双极晶体管NPN8的第二端，并且复位信号VReset被施加于P型复位MOS晶体管M83的栅极。图9是根据本发明再一个实施例的APS单元的电路图。图9的APS单元包括多个光电二极管PD91到PD94，多个N型电荷转移MOS晶体管M911到M914，N型单元选择MOS晶体管M92，PNP型电荷放大双极晶体管PNP9，N型复位MOS晶体管M93，N型电流转移MOS晶体管M94，和扩散电容Cd9。
低电源电压(GND)被连接到多个光电二极管PD91到PD94的P型电极上，它们各自的N型电极接收各自的光信号，并生成相应于所接收到的光信号的电荷。各个N型电荷转移MOS晶体管M911到M914的第一端被连接到多个光电二极管PD91到PD94中的一个的相应N型电极上。相应的电荷传送信号VTG1到VTG4被施加于多个N型电荷转移MOS晶体管M911到M914各自的栅极上。
现在将对多个光电二极管PD91到PD94与多个N型电荷转移MOS晶体管M911到M914之间的关系在某些补充细节上进行描述。在所示出的例子中，光电二极管PD91被连接到N型电荷转移MOS晶体管M911。其它光电二极管PD92到PD94被各自连接到N型电荷转移MOS晶体管M912到M914。
高电平电源电压VDD被连接到N型单元选择MOS晶体管M92的第一端，并且低选择信号VRS被施加于N型单元选择MOS晶体管M92的栅极。PNP型电荷放大双极晶体管PNP9的第一端被连接到N型单元选择MOS晶体管M92的第二端，并且它的基极被共同连接到多个N型电荷转移MOS晶体管M911到M914中的每一个。N型复位MOS晶体管M93是耗尽型晶体管，其第一端被连接到具有等于低电源电压Vss和阈值电压Vth之组合的电压(Vss+Vth)的电源。N型复位MOS晶体管M93的第二端被连接到PNP型电荷放大双极晶体管PNP9的第二端。复位电压VReset被施加于N型复位MOS晶体管M93的栅极。
图10是根据本发明再一个实施例的APS单元的电路图。图10的APS单元包括光电二极管PD10，N型电荷转移MOS晶体管M101，N型单元选择MOS晶体管M102，PNP型电荷放大双极晶体管PNP10，N型复位MOS晶体管M103，N型电荷转移MOS晶体管M104，和扩散电容Cd10。
低电源电压(GND)被连接到光电二极管PD10的P型电极上，它的N型电极接收光信号，并生成相应于所接收到的光信号的电荷。N型电荷转移MOS晶体管M101的第一端被连接到光电二极管PD10的N型电极上，并且电荷传送信号VTG被施加于N型电荷转移MOS晶体管M101的栅极。高电平电源电压VDD被连接到PNP型电荷放大双极晶体管PNP10的第一端，并且它的基极被连接到N型电荷转移MOS晶体管M101的第二端。N型单元选择MOS晶体管M102的第一端被连接到PNP型电荷放大双极晶体管PNP10的第二端，并且低选择信号VRS被施加于N型单元选择MOS晶体管M102的栅极。N型复位MOS晶体管M103是耗尽型晶体管，其第一端被连接到电源，该电源的电压(Vss+Vth)等于低电源电压Vss和阈值电压Vth的电压组合。N型复位MOS晶体管M103的第二端被连接到N型单元选择MOS晶体管M102的第二端。复位信号VReset被施加于N型复位MOS晶体管M103的栅极。
图11是根据本发明另一个实施例的APS单元的电路图。图11的APS单元包括光电二极管PD11，P型电荷转移MOS晶体管M111，NPN型电荷放大双极晶体管NPN11，P型单元选择MOS晶体管M112，P型复位MOS晶体管M113，P型电流转移MOS晶体管M114，和扩散电容Cd11。
低电源电压(GND)被连接到光电二极管PD11的N型电极上，光电二极管PD11的P型电极接收光信号，并生成相应于所接收到的光信号的电荷。P型电荷转移MOS晶体管M111的第一端被连接到光电二极管PD11的P型电极上，并且电荷传送信号VTG被施加于P型电荷转移MOS晶体管M111的栅极。低电源电压(GND)被连接到NPN型电荷放大双极晶体管NPN11的第一端，并且NPN型电荷放大双极晶体管NPN11的基极被连接到P型电荷转移MOS晶体管M111的第二端。P型单元选择MOS晶体管M112的第一端被连接到NPN型电荷放大双极晶体管NPN11的第二端，并且低选择信号VRS被施加于P型单元选择MOS晶体管M112的栅极。高电源电压VDD被连接到P型复位MOS晶体管M113的第一端，P型复位MOS晶体管M113的第二端被连接到用于单元选择的P型MOS晶体管M112的第二端，复位信号VReset被施加于P型复位MOS晶体管M113的栅极。
如在前述实施例中的各种描述，根据本发明的APS单元响应所接收的光信号，在光接收部件中生成电荷。然后这些电荷在电荷放大部件中被放大，从而提高所得到电信号的信噪比。同样地，即使独立光接收部件的表面积被减少以增加关于确定尺寸的图像传感器的光接收部件的数目，从组成的光接收部件的输出而最终得到的图像，可以保持高质量，或者实际上被改善。也就是说，本发明在一个实施例中提供一种减小相对尺寸的光接收部件，其输出具有高信噪比的电信号。
本发明已经参照示范性教导的实施例，进行了详细的展示和描述。本领域技术人员能够理解，在形式和细节上的各种变化可以被作出，而不脱离本发明的范围，本发明的范围由附加的权利要求来确定。
权利要求
1.一种有源像素传感器单元，包括光接收部件，用于接收光信号，并与所接收的光信号相关地生成包含有电子和空穴的电荷；和电荷放大部件，用于接收并放大由光接收部件生成的电子或空穴。
2.权利要求1的有源像素传感器单元，其中所述光接收部件包括至少一个光电二极管，其具有连接到第一电源电压的第一端和连接到电荷放大部件的第二端。
3.权利要求2的有源像素传感器单元，其中所述第一电源电压是高电源电压或低电源电压。
4.权利要求2的有源像素传感器单元，其中所述电荷放大部件包括双极晶体管，其包括连接到第二电源电压的第一端；连接到光接收部件的第二端的基极；和输出相应于从光接收部件接收的电子或空穴的放大形式的电流的第二端。
5.权利要求4的有源像素传感器单元，其中所述第二电源电压是高电源电压或低电源电压。
6.权利要求5的有源像素传感器单元，还包括单元选择部件，连接在第二电源电压和电荷放大部件之间，该单元选择部件响应低选择信号向电荷放大部件提供电流。
7.权利要求6的有源像素传感器单元，其中所述单元选择部件包括MOS晶体管，具有连接到第二电源电压的第一端，连接到电荷放大部件的第二端，和被施加低选择信号的栅极。
8.权利要求6的有源像素传感器单元，还包括复位部件，其包括连接到双极晶体管第二端的第一端，和连接到复位电源电压的第二端，复位部件响应施加于复位部件的复位信号，复位电荷放大部件的输出。
9.权利要求8的有源像素传感器单元，其中所述复位电源电压是低电源电压、高电源电压、或者是低电源电压和阈值电压的组合电压。
10.权利要求9的有源像素传感器单元，其中所述复位部件包括MOS晶体管，所述MOS晶体管包括连接到复位电源电压的第一端、和被施加复位信号的栅极。
11.权利要求6的有源像素传感器单元，还包括电荷转移部件，连接在光接收部件和电荷放大部件之间，并响应电荷传送信号，从光接收部件将电子或空穴传送到电荷放大部件。
12.权利要求11的有源像素传感器单元，其中所述电荷转移部件包括MOS晶体管，其具有连接到光接收部件的第一端、连接到电荷放大部件的第二端和被施加电荷传送信号的栅极。
13.权利要求6的有源像素传感器单元，其中所述光接收部件包括多个光接收部件；和电荷转移部件包括响应于每一个传送电子或空穴的多个控制信号的多个电荷转移设备，其中电子或空穴是由多个光接收部件之一分别生成的。
14.权利要求13的有源像素传感器单元，其中多个光接收部件的每一个都包括光电二极管，和其中多个电荷转移部件设备的每一个都包括MOS晶体管。
15.一种有源像素传感器单元，包括光接收部件，用于接收光信号，并与所接收的光信号相关地生成包含有电子和空穴的电荷；和电荷放大部件，用于接收并放大由光接收部件生成的电子或空穴，该电荷放大部件被连接到第一电源电压，并与接收的电子或空穴的放大形式相关地输出电流或电压。
16.权利要求15的有源像素传感器单元，其中所述光接收部件包括至少一个光电二极管，其具有连接到第一电源电压的第一端，和连接到电荷放大部件的第二端，其中第二电源电压是根据包含有源像素传感器单元的元件的类型而选择的高电源电压或低电源电压。
17.权利要求15的有源像素传感器单元，其中所述电荷放大部件包括双极晶体管，其包括连接到第一电源电压的第一端；连接到光接收部件的基极；输出对应于空穴或电子的放大形式的电流的第二端；和其中第一电源电压是根据包含有源像素传感器单元的元件的类型而选择的高电源电压或低电源电压。
18.权利要求15的有源像素传感器单元，还包括单元选择部件，用于从电荷放大部件接收电流，并响应低选择信号而供给该电流。
19.权利要求18的有源像素传感器单元，其中所述单元选择部件包括MOS晶体管，其具有连接到电荷放大部件的第一端，和被供给低选择信号的栅极。
20.权利要求18的有源像素传感器单元，还包括复位部件，包括连接到电荷放大部件第二端的第一端，和连接到复位电源电压的第二端，复位部件响应预定的复位信号，复位电荷放大部件的输出，其中复位电源电压是根据包含复位部件的元件的类型，而选择的低电源电压、高电源电压、或者是低电源电压和阈值电压的组合电压。
21.权利要求20的有源像素传感器单元，其中所述复位部件包括MOS晶体管，其包括连接到复位电源电压的第一端，被施加复位信号的栅极。
22.权利要求20的有源像素传感器单元，还包括电荷转移部件，连接在光接收部件和电荷放大部件之间，该电荷转移部件响应电荷传送信号，将由光接收部件生成的空穴或电子传送给电荷放大部件。
23.权利要求22的有源像素传感器单元，其中所述电荷转移部件包括MOS晶体管，其包括连接到光接收部件的第一端、连接到电荷放大部件的第二端、和被施加电荷传送信号的栅极。
24.权利要求22的有源像素传感器单元，其中所述光接收部件包括多个光接收部件；和电荷转移部件包括多个电荷转移部件，其响应于多个控制信号而操作，每一个电荷转移部件被分别连接到光接收部件设备之一。
25.权利要求24的有源像素传感器单元，其中多个光接收部件设备中的每一个都包括光电二极管；和其中每一个电荷转移部件包括MOS晶体管。
26.一种有源像素传感器单元，用于接收外部提供的光信号，并对应于所接收的光信号，生成电流或电压信号，其包括光电二极管，包括连接到低电源电压的P型电极，和响应所接收的光信号而聚积电荷的N型电极；N型电荷转移MOS晶体管，包括连接到光电二极管N型电极上的第一端，和被施加电荷传送信号的栅极；N型单元选择MOS晶体管，包括连接到高电源电压的第一端，和被施加低选择信号的栅极；PNP型电荷放大双极晶体管，包括连接到N型电荷转移MOS晶体管第二端的第一端，和连接到N型单元选择MOS晶体管第二端的基极；和N型复位MOS晶体管，包括连接到提供等于低电源电压和阈值电压的组合的电压的电源端子的第一端，和连接到PNP型电荷放大双极晶体管第二端的第二端，和被施加复位信号的栅极。
27.权利要求26的有源像素传感器单元，其中所述N型复位MOS晶体管是N型耗尽型MOS晶体管。
28.一种有源像素传感器单元，用于接收外部提供的光信号，并对应于所接收的光信号，生成电流或电压信号，其包括光电二极管，包括连接到低电源电压的P型电极，和响应所接收的光信号，聚积电荷的N型电极；N型电荷转移MOS晶体管，包括连接到光电二极管N型电极上的第一端，和被施加电荷传送信号的栅极；N型单元选择MOS晶体管，包括连接到高电源电压的第一端，和被施加低选择信号的栅极；PNP型电荷放大双极晶体管，包括连接到N型单元选择MOS晶体管第二端的第一端，和连接到N型电荷转移MOS晶体管第二端的基极；和P型复位MOS晶体管，包括连接到低电源电压的第一端，和连接到PNP型电荷放大双极晶体管第二端的第二端，和被施加复位信号的栅极。
29.一种有源像素传感器单元，用于接收外部提供的光信号，并对应于所接收的光信号，生成电流或电压信号，其包括光电二极管，包括连接到低电源电压的N型电极，和响应所接收的光信号，聚积电荷的P型电极；P型电荷转移MOS晶体管，包括连接到光电二极管P型电极上的第一端，和被施加电荷传送信号的栅极；P型单元选择MOS晶体管，包括连接到低电源电压的第一端，和被施加低选择信号的栅极；PNP型电荷放大双极晶体管，包括连接到P型单元选择MOS晶体管第二端的第一端，和连接到P型电荷转移MOS晶体管第二端的基极；和P型复位MOS晶体管，包括连接到高电源电压的第一端，和连接到PNP型电荷放大双极晶体管第二端的第二端，和被施加复位信号的栅极。
30.一种有源像素传感器单元，用于接收外部提供的光信号，并响应于所接收的光信号，生成电流或电压信号，其包括多个光电二极管，每个光电二极管都包括连接到低电源电压的P型电极，和响应所接收的光信号，聚积电荷的N型电极；多个传送电荷的N型MOS晶体管，每个N型MOS晶体管都包括连接到相应光电二极管N型电极上的第一端，和被施加相应电荷传送信号的栅极；N型单元选择MOS晶体管，包括连接到高电源电压的第一端，和被施加低选择信号的栅极；PNP型电荷放大双极晶体管，包括连接到N型单元选择MOS晶体管第二端的第一端，和连接到每一个N型电荷转移MOS晶体管第二端的基极；和N型复位MOS晶体管，包括连接到提供等于低电源电压和阈值电压的组合的电压的电源端子的第一端，和连接到PNP型电荷放大双极晶体管第二端的第二端，和被施加复位信号的栅极。
31.权利要求30的有源像素传感器单元，其中所述N型复位MOS晶体管是N型耗尽型MOS晶体管。
32.一种有源像素传感器单元，用于接收外部提供的光信号，并响应于所接收的光信号，生成电流或电压信号，其包括光电二极管，包括连接到低电源电压的P型电极，和响应所接收的光信号，聚积电荷的N型电极；N型电荷转移MOS晶体管，包括连接到光电二极管N型电极上的第一端，和被施加电荷传送信号的栅极；PNP型双极晶体管，包括连接到低电源电压的第一端，和连接到N型电荷转移MOS晶体管第二端的基极；N型单元选择MOS晶体管，包括连接到PNP型电荷放大双极晶体管第二端的第一端，和被施加低选择信号的栅极；和N型复位MOS晶体管，包括连接到提供等于低电源电压的电压或等于低电源电压与阈值电压的组合的电压的电源端子的第一端，和连接到N型单元选择MOS晶体管第二端的第二端，和被施加复位信号的栅极。
33.一种有源像素传感器单元，用于接收外部提供的光信号，并对应于所接收的光信号，生成电流或电压信号，其包括光电二极管，包括连接到低电源电压的N型电极，和响应所接收的光信号，聚积电荷的P型电极；P型电荷转移MOS晶体管，包括连接到光电二极管P型电极上的第一端，和被施加电荷传送信号的栅极；NPN型电荷放大双极晶体管，包括连接到低电源电压的第一端，和连接到P型电荷转移MOS晶体管第二端的基极；P型单元选择MOS晶体管，包括连接到NPN型电荷放大双极晶体管第二端的第一端，和被施加低选择信号的栅极；和P型复位MOS晶体管，包括连接到高电源电压的第一端、连接到P型单元选择晶体管第二端的第二端，和被施加复位信号的栅极。
34.权利要求33的有源像素传感器单元，其中所述N型复位MOS晶体管是N型耗尽型MOS晶体管。
全文摘要
提供一种有源像素传感器(APS)单元，其使用电荷放大部件来放大由光接收部件生成的电荷，此后处理相应于电荷的放大形式的输出电流或电压。光接收部件接收光信号，并相应于所接收的光信号，生成空穴或电子，电荷放大部件接收并放大所述电子或空穴。
文档编号H04N5/369GK1708099SQ20051007616
公开日2005年12月14日 申请日期2005年6月8日 优先权日2004年6月8日
发明者李德珉 申请人:三星电子株式会社