光电转换器件和图像感测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光电转换器件和图像感测系统。
【背景技术】
[0002]日本专利公开N0.2013-146045公开了包含输出根据通过光电转换产生的电荷量的电流信号的像素的光电转换器件(日本专利公开N0.2013-146045的图2)。各像素包含光电二极管和差动放大器。差动放大器包含第一输入晶体管和第二输入晶体管。通过光电二极管产生的电荷要被传送到的节点与第一输入晶体管的栅极连接。复位电压供给线VRES与第二输入晶体管连接。第一输入晶体管的源极通过电阻器Rl与第一选择晶体管的漏极连接。第二输入晶体管的源极通过电阻器R2与第一选择晶体管的漏极连接。第二输入晶体管的漏极通过第二选择晶体管与输出节点OUT连接。从输出节点OUT输出与通过光电转换产生的电荷量对应的电流信号。在日本专利公开N0.2013-146045描述的光电转换器件中，基于从像素的输出节点OUT输出的电流信号产生与通过光电转换产生的电荷量对应的数字信号。
[0003]在日本专利公开N0.2013-146045中描述的光电转换器件在各像素中加入差动放大器。各像素的电路规模增加并且不适于多像素布置。
【发明内容】
[0004]本发明的实施例提供适于简化各像素的电路布置并且获得多像素布置的光电转换器件。
[0005]本发明的一个方面提供一种光电转换器件，该光电转换器件包括:光电转换器；具有栅极、第一主电极和第二主电极的晶体管，与由光电转换器产生的电荷对应的电压被供给到所述栅极，控制线连接到晶体管的所述第一主电极，并且读出单元被配置为读出与所述栅极的电压对应的信号；以及，被配置为改变控制线的电压的电压控制器，其中，读出单元基于在电压控制器改变控制线的电压的时段期间流过晶体管的第二主电极的电流产生与所述栅极的电压对应的数字信号。
[0006]从参照附图对示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。
【附图说明】
[0007]图1是示出根据第一实施例的光电转换器件的布置的框图；
[0008]图2是示出根据第一实施例的像素阵列和电压控制器的布置的例子的电路图；
[0009]图3是示出读出单元中的比较器的布置的例子的电路图；
[0010]图4是示出根据第一实施例的来自第一行和给定列上的像素的信号的读出动作的定时图；
[0011]图5是示出根据第二实施例的光电转换器件的布置的电路图；
[0012]图6是示出根据第三实施例的光电转换器件的布置的框图；
[0013]图7是示出根据第四实施例的第一行和给定列上的信号的读出动作的定时图；
[0014]图8是示出根据示例性实施例的图像感测系统的布置的框图；
[0015]图9A和图9B是示出根据第五实施例的光电转换器件的电压控制器的布置的电路图；
[0016]图10是示出根据第五实施例的第一行和给定列上的信号的读出动作的定时图；
[0017]图11是示出根据第六实施例的光电转换器件的布置的电路图；
[0018]图12A和图12B是用于解释根据第六实施例的光电转换器件的读出动作的定时图；
[0019]图13是示出根据第七实施例的光电转换器件的比较器的布置的电路图；
[0020]图14是示出根据第七实施例的第一行和给定列上的信号的读出动作的定时图；
[0021]图15是示出根据第八实施例的光电转换器件的比较器的布置的电路图；
[0022]图16是示出根据第八实施例的第一行和给定列上的信号的读出动作的定时图；
[0023]图17是示出根据第九实施例的光电转换器件的比较器的布置的电路图；
[0024]图18是示出根据第九实施例的第一行和给定列上的信号的读出动作的定时图；
[0025]图19是示出根据第十实施例的光电转换器件的比较器的布置的电路图；和
[0026]图20是示出根据第十实施例的第一行和给定列上的信号的读出动作的定时图。
【具体实施方式】
[0027]以下，将参照附图，用示例性实施例描述本发明。
[0028]图1示出根据本发明的第一实施例的光电转换器件100的布置。光电转换器件100可最终被假定为包括至少一个像素112的装置。一般地，光电转换器件100可被布置为具有一维或二维布置多个像素112的像素阵列110的固态图像传感器。在图1所示的例子中，多个像素112被布置为形成多个行和多个列，即，呈二维状。
[0029]光电转换器件100包含通过控制线VL向各像素112供给控制电压V_VL的电压控制器130和通过感测线SL从各像素112读出信号的读出单元120。在这种情况下，对像素阵列110的各列布置一个电压控制器130。
[0030]光电转换器件100还包括垂直扫描电路(垂直选择器)150和水平扫描电路(水平选择器)140，这两者选择像素112作为信号读出对象。垂直扫描电路150从像素阵列110中的多个行选择读出对象行，并且，读出单元120通过感测线SL读出各选择行的像素112的信号。水平扫描电路140从通过读出单元120读出的多个列像素112的数字信号选择读出对象列像素112，并且向输出信号线160输出各像素112的信号。更具体而言，水平扫描电路140从像素阵列110中的多个列选择读出对象列。
[0031]各电压控制器130改变控制线VL的电压V_VL。当控制线VL的电压V_VL变为与通过光电转换产生的电荷量对应的电压时，由垂直扫描电路150选择的各行像素112在感测线SL中形成电流路径，由此像素电流Ipix流动。基于像素电流Ipix，读出单元120产生与通过光电转换产生的电荷量对应的数字信号。
[0032]读出单元120包含比较器122、计数器124和存储器126。各比较器122检测像素电流Ipix的值超过基准电流Iref的值(阈值)。计数器124在预先确定的定时处开始计数动作。存储器126根据比较器122的比较结果信号COmpl、COmp2和comp3的转变保持计数器124的计数值作为与像素112的信号对应的数字信号。在这种情况下，比较结果信号COmpl、COmp2和comp3的“ 1”、“2”和“3”是用于区分分别与像素阵列110的多个列对应的多个比较器122的比较结果信号comp的标识符。
[0033]图2示出像素阵列110和电压控制器130的布置的例子。图3示出读出单元120的比较器122的布置的例子。将参照图1?3详细描述光电转换器件100的布置和动作。
[0034]各像素112包含诸如光电二极管的光电转换器ro和具有被供给与通过光电转换器ro产生的电荷对应的电压的栅极的晶体管(读出晶体管)M3作为基本部件。各像素112可包含与晶体管M3的栅极连接的电荷电压转换器(浮置扩散)FD和向电荷电压转换器FD传送通过光电转换器ro产生的电荷的传送晶体管Ml。各像素112还可包含将电荷电压转换器FD的电压复位的复位晶体管M2。各像素112还可包含选择晶体管M4。选择晶体管M4被布置于晶体管M3与控制线VL之间的路径中或者晶体管M3与感测线SL之间的路径中。
[0035]当垂直扫描电路150激活传送信号ΦΤ(ΦΤ1、ΦΤ2或ΦΤ3)时，传送晶体管Ml被接通。传送晶体管Ml然后向电荷电压转换器FD传送光电转换器H)的电荷。在这种情况下，传送信号ΦΤ1、ΦΤ2和ΦΤ3的和“3”是用于区分与像素阵列110的多个行对应的传送信号ΦΤ的标识符。复位晶体管M2在复位信号OR(ORl、OR2或OR3)被激活时被接通，并且将电荷电压转换器FD的电压复位为与复位电压线VR的电压对应的复位电压。在这种情况下，复位信号ORl、OR2和OR3的和“3”是用于区分与像素阵列110的多个行对应的复位信号的标识符。选择晶体管M4在选择信号SEL(SEL1、SEL2或SEL3)被激活时被接通，并且将与选择信号SEL对应的像素112设定在选择状态中。在这种情况下，选择信号SEL1、SEL2和SEL3的和“3”是用于区分与像素阵列110的多个行对应的选择信号SEL的标识符。
[0036]根据本发明的第一实施例的像素112不包含如在日本专利公开N0.2013-146045中描述的光电转换器件那样例示的任何差动放大器。根据本发明的第一实施例的像素112与在专利文献I中描述的像素相比具有更小的电路规模，并因此适于多像素布置。
[0037]通过电压控制器130控制控制线VL的电压V_VL。各电压控制器130控制控制线VL的电压，以增加晶体管M3的栅极与晶体管M3的源极(第一主电极)之间的电压，即沿从晶体管M3的OFF状态到ON状态的方向增加。换句话说，根据第一实施例，电压控制器130降低控制线VL的电压V_VL。
[0038]各电压控制器130包含电容器132、开关136和电流源134。电容器132包含与控制线VL连接的第一节点137和与预先确定的电压(在本实施例中，为接地电压)连接的第二节点138。开关136被布置于电容器132的第一节点137与施加第一电压VRVL的第一电压线之间的路径中。当复位信号?RVL被激活时，开关136将电容器132的第一节点137的电压和控制线VL的电压V_VL设定为与第一电压VRVL对应的电压。电流源134被布置于电容器132的第一节点137 (和控制线VL)与施加第二电压(在这种情况下，为接地电压)的第二电压线(在本例子中，为接地电压线)之间。当复位信号?VRL被激活时，在电容器132中蓄积的电荷通过电流源134被去除电流值Is，由此使控制线VL的电压V_VL线性下降。
[0039]比较器122检测流过各像素112的晶体管M