专利名称：具有可调滤色镜的彩色图像传感器的制作方法
技术领域：
本发明总的来说涉及图像传感器，更为具体地说，涉及具有浮动 栅极设备的可调彩色图像传感器结构。
背景技术：
当前，广泛使用基于半导体的图像传感器，特别是在数字相机中。 这些相机作为单机设备，或者集成在其它多用电气设备中而存在，该其它多用电气设备如移动电话或个人数字助理(PDA)。市场继续推动改进图像捕获。这些改进不仅包括捕获图像的质量， 例如改进的色彩精度及解析度，还包括最低的可能成本和最小的尺寸。使用基于半导体的图像传感器在相机中捕获色彩信息的一般方法 是使用交替的红、绿及蓝色像素的马赛克，例如bayer图形。通过由例 如聚酰亚胺的材料制成的相应的红、绿、或蓝色光滤膜过滤接近到达 像素的光。然而，该方法引发了多个问题。首先，现有的RGB滤光器 非常削弱光。通常，绿光和红光滤光器具有低于40%的透射率，蓝光 滤光器具有低于25%的透射率。该透射的光中的减少导致了传感器阵 列的灵敏度的显著降低。其次，通常使用的膜滤光器具有相当的频谱 交迭。例如，红光滤光器允许某些绿光通过，绿光滤光器允许某些红 光及蓝光通过，蓝光滤光器允许某些绿光和红光通过。这使得难以确 定图像的实际颜色。第三，通常使用例如bayer图形的像素的马赛克来 确定颜色，降低了给定阵列的可能的空间解析度。恶化的量取决于光 照条件，但对于高解析度系统可接近75%。例如，在1001p/mm上具有 0.7模块传输功能(MTF)值的镜头仅可为具有bayer马赛克半导体图 像传感器的模块在251p/mm提供0.7 MTF。另一己知的捕获色彩信息的方法包括Foveon传感器。通过该 Foveon设计，通过选择吸收通过传感器半导体衬底的光来实现色彩过 滤。类似于使用彩色膜的系统，Foveon类型的系统在不同的彩色传感 器间仍有相当的彩色频谱交迭，因此该系统难以确定真实的色彩。例 如，来自蓝色传感器的信号在阳光条件下具有大约35%的绿光成分和 10%的红光成分。由于在不同的光照条件下，例如办公室光与日光， 来自每种色彩的成分会变换，这一问题则进一步加剧。公开号为2005/0099373Al的美国专利申请中公开了一种可应用于 成像器的用于色彩过滤的另一已知方法。该方法使用现有的被动色彩， 其包括至少四个胆甾型滤光器以及三个液晶开关及相关的减速器层的 圆型极化选择性反射带。由于该滤光器仅以该极化光工作，因而其不 适合用于户外及大多数的室内摄影中使用的相机，因为日光及大多数 人造光源产生非极化光。因而，期望提供一种新的彩色图像传感器系统。该系统使用液晶 显示(LCD)滤光器的可调堆栈，该液晶显示滤光器用于向传感器阵 列传递光的不同颜色的序列。该系统还使用优化来存储连续光信息的 传感器阵列。此外，通过随后本公开的详细说明及附加的权利要求， 结合附图及背景，本发明的其它可期望的特征及特点将变得明显。
下文结合以下的附图描述本公开，其中同一数字表示相同的元件，及图1是图像获取电路的示例性实施例的系统结构图； 图2是第一示例性实施例使用的色彩可调滤光器的示意性片段局 部正视图；图3是第二示例性实施例使用的色彩可调滤光器的示意性片段局 部正视图；图4是改进的像素结构的示例性实施例的示例性示意图；图5用于图4像素结构的示例性操作方法的时序图；图6是单片衬底中用于图2的像素结构部件的示例性平面设计；及图7和8示例了具有采用图1所示的像素获取电路的相机的示例 性移动电话。发明内容以下详细说明仅是本质的示例，不期望限制本发明或应用及本公 开的使用。此外，不期望受到前述背景或以下详细说明所体现的任何 原理的限制。图1示例了一图形获取系统，通常如20所示，其使用包括多个像 素电路24的图像传感器阵列22。如图所示，像素电路24被以多个行 和列布置为阵列22。如果希望，像素电路24的每一行可独立寻址，且 可同时读取来自激活的行的输出信号。来自图像源的电磁辐射26被通过镜头28及阵列覆盖30引导到单 个像素电路24的感光部件上。后面描述了阵列覆盖30的两个不同的 实施例。在这两种情况中，阵列用于向传递给传感器阵列22的光提供 变换光滤光器的时间序列。同样，在这两种情况中，可利用胆甾型液 晶滤光器。胆甾型液晶滤光器能够比更通常使用的膜型滤色镜具有更 好的光透射性及更精确的色彩滤波。行选择电路32用于激活图像阵列22的给定行中的像素电路24的 读出。来自激活行中的像素电路24的输出信号被提供给列读取电路34。 可以任何数目的不同方式构造列读取电路34。例如，列读取电路34可 包括单一相关双倍采样(CDS)电路，其在通过行选择电路32选择阵 列的单个行时，选择性地读取阵列22的单独列。在可选的示例性实施 例中，可使用多个CDS电路，从而各个CDS电路可同时读取阵列22的每个列(或甚至比所有列更少)。在其它示例性实施例中，可使用 在单个读取周期期间提供从每个像素电路24单一读出的电路，从而不需要CDS电路。优选地，来自像素电路24的模拟信号由列读取电路 34转换为数字格式，其然后通过帧获取器36安排为图像帧。用于系统 20执行的各种工作的时序优选地由时钟及时序发生器电路38等调整。 帧获取器36自身可执行多个图像处理程序(即图像压縮、增强等)， 或者通过一个或多个进一步的系统在输出40处理提供图像数据。参考图2，阵列覆盖30的第一实施例包括两个胆甾型液晶滤光器 42、 44。构造滤光器42、 44，从而一个通过左旋极化光，另一个通过 右旋极化光。光反射或阻滞的效果依赖于多个胆甾型液晶参数，例如 胆甾型液晶的厚度及折射率。理论上，该左和右组合根据波长阻滞落 入胆甾型液晶发射带内的所有入射光。但是，事实上，可能存在某些 少量的泄漏，且需要结合下面的感光半导体层优化胆甾型液晶，从而 实现全部的性能水平需求。滤光器42、 44每一个包括平行的第一和第 二壁52、 54。第一壁52和第二壁54是透明的，从而允许调制光进入 滤光器42、 44。滤光器42的第二壁54及滤光器44的第一壁52可包 括单一壁。胆甾型液晶56被设置在第一和第二壁52、 54之间。胆甾型液晶 56优选地是在第一频率范围上具有第一标记的介电各向异性及在第二 频率范围上具有第二标记的介电各向异性的双频液晶材料。介电各向 异性是在平行于构成胆甾型液晶的延长分子轴测量到的相对介电常数 和在垂直于该分子轴测量到的相关相对介电常数之间的差值。在面对胆甾型液晶56的第一壁52上支持对准层58。该对准层58 优选地包括摩擦聚合体，例如聚酰亚胺，并使得胆甾型液晶56将其和 垂直于对准层58和第一壁52的螺旋轴60对准。在第二壁54上隔开的关系中支持第一和第二电极62、 64。第一和第二电极62、 64如所示基本上是共面的，但每一个包括如美国专利号 6,630,982中所示的多个互相交叉的指针。可在面对胆甾型液晶56的第二壁54上使用第二对准层66，且其 覆盖第一和第二电极62、 64。该第二对准层66优选地是聚合体，更优 选地是聚酰胺，其促进了上述胆甾型液晶56的对准，其中螺旋轴60 垂直于对准层58和第一壁52。当关闭开关72时，驱动信号源70被耦合到第一和第二电极62、 64。当开关打开时(如图所示)，以已知的代表胆甾型液晶的螺旋结 构布置胆甾型液晶56。当来自驱动信号源70的信号改变时，胆甾型液 晶56的分子根据电子场方向旋转，该分子旋转导致反射波长从较短的 波长转变到较长的波长。根据色彩，其对应于色彩在可见范围内从蓝 转变到红。美国专利号6,630,982中还描述了亮度控制。这可通过双频 驱动方案和时分方法实现。图3表示了具有夹在电极62、 64间的胆甾型液晶的不同类型的液 晶滤光器48、 49、 50、 51。在该设计中，滤光器反射频谱是固定的， 不同于类似于图2所示设计的电压及频率可调。当通电时，液晶57将 反射由其螺旋结构树脂确定的频谱中的光。因此，需要两个滤光器来 反射红光，需要两个滤光器来发射蓝光。需要顺序排列的总共四个滤 光器48、 49、 50、 51来实现未极化的滤色镜功能。因此，阵列覆盖30可选地可包括优选地结构类似的第一到第四胆 甾型液晶滤光器48、 49、 50、 51。滤光器48、 49、 50、 51的每一个包 括平行的第一和第二壁52、 54。第一壁52和第二壁54是透明的，从 而允许调制的光进入滤光器48、 49、 50、 51。滤光器48、 49、 50、 51的邻接的壁可包括单一的壁。参考图4，表示了适合于在图像获取系统20的图像阵列22中使用的像素电路或控制电路24的示例性实施例。在该示例性实施例中，每 个像素电路包括三个存储设备及一个光电二极管。该光电二极管通过 改变阵列覆盖的设定顺序对三种不同颜色的光曝光。在过滤之后，三 个存储设备的每一个为每个不同的滤色镜设定记录在该光电二极管上 接收到的光量。但是，应当理解，可使用从一到更高数目的任何数目 的存储设备。在一个存储设备的情况下，存储设备可通过对于各个颜色的阵列覆盖30的每一个调节为电磁辐射而进行感应、存储并被读取。对于所示的示例性实施例，像素电路24包括第一、第二、和第三 浮动栅极半导体器件80、 82、 84，感光半导体器件86和像素控制电路 88。尽管表示了浮动栅极半导体器件，应当理解，可使用任何类型的 晶体管。浮动栅极半导体80包括漏极90、源极92、控制栅极94和浮 动栅极96。浮动栅极半导体器件82包括漏极100、源极102、控制栅 极104和浮动栅极106。浮动栅极半导体器件84包括漏极110、源极 112、控制栅极114和浮动栅极116。在所示例的示例性实施例中，感 光半导体器件86可以是钉住的光电二极管，其定位以对来自待检测的 图像的电磁辐射曝光。所示例的实施例的光电二极管86包括阳极118 和阴极120。连接像素控制电路88，以引导半导体器件80、 82、 84及光电二极 管86的浮动栅极到多个受控模式。这些受控模式至少包括擦除模式及 曝光模式，并可包括读取模式及数据保持模式。在擦除模式中，从浮 动栅极96、 106、 116除去电荷的至少一部分。在擦除模式中光电二极 管86两端的电压还可被升高。在这种方式中，浮动栅极半导体器件80、 82、 84及光电二极管86可处于初始状态。在曝光模式中，响应于感光半导体器件86的终端上的电压，浮动 栅极96、 106、 116被至少部分充电。在所示例的示例性实施例中，响 应于在光电二极管86的阳极118的电压，浮动栅极96、 106、 116被 至少部分充电。在阳极118的电压取决于光电二极管86对来自图像源的电磁辐射的曝光的程度。更具体地，会存在对应于电磁辐射曝光的光电二极管86两端的电压下降。光电二极管86经历的曝光越大，光 电二极管86两端发生的电压降越大，从而减小了在控制栅极94、 104、 114的电压。像素控制电路88还可引导光电二极管86和浮动栅极半导体器件 80、 82、 84到数据保持模式。在数据保持模式中，在曝光模式期间获 得的浮动栅极96、 106、 116上的电荷被保持。特别是，浮动栅极96、 106、116上的电荷通常保持恒定，即使光电二极管86两端的压降变化。 例如， 一旦在曝光模式期间浮动栅极96、 106、 116已经被充电，则浮 动栅极96、 106、 116上的电荷可被几乎无限期地保持，即使光电二极 管86继续对来自图像源的电磁辐射曝光。像素控制电路88还可引导光电二极管86及浮动栅极半导体器件 80、 82、 84到读取模式，以有效地感应曝光模式期间位于浮动栅极96、 106、 116上的电荷。在所示例的示例性实施例中，浮动栅极96、 106、 116上的电荷改变了浮动栅极半导体器件80、 82、 84的阈值电压VT。 从而，可分别在控制栅极94、 104、 114和源92、 102、 112之间提供 预定电压Vcs，从而在漏极90和源极92之间产生对应于浮动栅极96 上电荷的电流122，在漏极100和源极102之间产生对应于浮动栅极 106上电荷的电流124，以及在漏极110和源极112之间产生对应于浮 动栅极116上电荷的电流126。如图所示，像素控制电路88可包括晶体管开关130和二极管132。 晶体管开关130可以是场效应晶体管，例如具有漏极134、源极136和 控制栅极138的MOSFET等。控制栅极138被连接以从，例如图1的 行选择电路32接收行读取信号。MOSFET 130的漏极134和源极136 被分别连接到光电二极管86的阴极120和阳极118。 二极管132包括 连接到节点142的阳极140，该节点142包括MOSFET 130的源极136 和浮动栅极半导体器件80、 82、 84的控制栅极94、 104、 114。 二极管132还包括被连接以接收复位/擦除信号的阴极144。用于产生在漏极 134、漏极110和源极112的工作电压电平的各个部件没有示例，但是 也在本领域技术人员的设计能力之内，在此阐述给出的各种受控模式 的详细说明。现在将解释上述的各个工作模式。用于在这些模式中工作的示例 性电压电平被标识。但是，应当承认，在各个模式中操作像素结构22 所需的特定电压电平将取决于使用的单独设备的特征。在擦除工作模式中，漏极134、 122、 124、 126以及源极92、 102、 112被驱动到+ 8V，而在栅极138的行读取信号及在阴极144的复位/ 擦除信号被驱动到-8V。这将使浮动栅极半导体80、 82、 84及MOSFET 130处于非导电状态，从而电流122、 124、 126及电流146几乎为零。 二极管132被前向偏置以为浮动栅极96、 106、 116放电。产生的放电 电流的至少一部分被引导给阳极140。此外，光电二极管86被充电到 具有大约15.2VDC压降的初始状态。在曝光工作模式中，漏极90、 100、 110及阴极144与可调滤色镜 同步地被顺序驱动到+ 8V，而在栅极138及源92、 102、 112的行读取 信号被驱动到0V。这将MOSFET 130和二极管132置于非导通状态， 因而电路146和148几乎为0。此外，在漏极134和阴极120的电压电 平被提升到12V的"编程电压"。光电二极管86对电磁辐射26曝光， 该电磁辐射26引发阴极120和阳极118之间初始状态电压的相应下降。 在控制栅极94、 104、 114的电压反映该电压下降，因此对应于在光电 二极管86检测到的电磁辐射量。该控制栅极电压之后又确定曝光模式 期间位于浮动栅极96、 106、 116的电荷量。在数据保持工作模式中，阴极144被驱动到+ 8V，而在栅极138 和源极92、 102、 112的行读取信号被驱动到0V。这将MOSFET 130 和二极管132置于非导通状态，从而电流146和148几乎为零。光电二极管86的阴极120的电压电平被减小到+ 8V，从而抑制了浮动栅极 96、 106、 116上进一步的电荷积累。漏极90、 100、 110是开放电路， 或者被连接到高阻抗负载以避免电流通过浮动栅极半导体器件80、 82、 84。电流122、 124、 126因此几乎为零。在该状态中，浮动栅极96、 106、 116上的电荷可在一延长的时间段内保持相对恒定。由于浮动栅 极96、 106、 116上的电荷可被保持在图像阵列22的各个像素电路24 内，如果有强加在外围电路上的图像处理需求，则其可被释放。如果 期望，可因此减小任何这种图像处理外围电路的成本及复杂度。在读取工作模式中，漏极134、 90、 100、 110，栅极138和阴极 144被驱动到+ 8V，而源极92、 102、 112被驱动到0V。这将控制栅极 94、 104、 114分别关于源极92、 102、 112置于大约+ 8V的固定电压。 如此，Vcs大约为+8V，通过像素输出从像素选择电路46选择性进行 的电流122、 124、 126对应于浮动栅极96、 106、 116上的电荷。电流 122、 124、 126转换为合适的数字信号可发生在列读取电路34中，这 可通过本领域普通技术人员知道的任何数目的不同方式实现。获取图像传感器信息的步骤序列包括传感器阵列及阵列覆盖的控 制，如以下描述的图5所示例的。注意，该例子假设使用1)无滤光器 149的滤色镜序列，从而传感器看见的是白光，2)红滤光器150的滤 色镜序列，从而传感器看见的是蓝绿光，及3)蓝滤光器151的滤色镜 序列，从而传感器看见的是黄光。通过滤光器设定的这个组合获得的 信息可用于得到如下的RGB (红绿蓝)信息红=白一蓝绿绿=蓝绿+黄一白蓝二白一黄其它滤光器的组合是可接受的。 一种这样的例子是l)无滤光器， 从而传感器看见的是白光，2)蓝滤光器，从而传感器看见的是黄光， 及3)绿滤光器，从而传感器看见的是紫光。通过滤光器设定的这个组合获得的信息还可用于得到如下的RGB (红绿蓝)信息 红=紫+黄一白 绿二白一紫 蓝=白一黄步骤如下tl:光电二极管86及第一浮动栅极96被复位；t2:光电二极管86收集由于曝光产生的电荷，滤光器关闭，从而 全部的可见频谱的光通过；t3:位线122升高以充电第一浮动栅极96，从而存储白光曝光；t4:光电二极管86及第二浮动栅极106被复位；t5:光电二极管86收集由于曝光产生的电荷，红色滤光器打开， 从而蓝绿色光通过；t6:位线124升高以充电第二浮动栅极106，从而存储蓝绿色光曝光；t7:光电二极管86和第三浮动栅极116被复位； t8:光电二极管86收集由于曝光产生的电荷，蓝色滤光器打开， 从而黄色光通过；t9:位线126升高以充电第三浮动栅极116,从而存储黄色光曝光； tlO:光电二极管86被复位；tll:位线122连接到读出电路，从而可读取位线122上的阻抗； tl2:位线124连接到读出电路，从而可读取位线124上的阻抗；tl3:位线126连接到读出电路，从而可读取位线126上的阻抗。在单片衬底中容易地实现像素结构24。更具体地，可使用现有的 CMOS制造过程容易地制造像素结构24，从而形成图l所示的图像阵 列22。图6中示例了用于单片衬底中像素结构24部件的示例性平面设 计。但应认识到，可使用其它设计。进一步，外围部件的任何一个， 例如图1的行选择电路32、列读取电路34、帧获取器36及时钟和时 序发生器38可同样与图像阵列22 —起集成在单片衬底中。由于像素结构24关于浮动栅极在半导体器件80、 82、 84的中央， 因而与通常使用的五个晶体管的像素结构相比，可使用更少的部件实 现包括实现全局复位功能必要部件的像素。在图3所示的特定像素电 路结构24中，仅有四个晶体管80、 82、 84和130，单个的二极管132 与光电二极管86结合使用，从而实现了四个晶体管、 一个二极管的结 构。通过使用浮动栅极半导体器件82、 84、 86，可能通过与添加另外 的交换晶体管来实现相同操作相反地来操作提供给像素电路部件的电 压电平，将像素电路24置于各种受控模式。用于实现像素电路24使用的部件数目的减小可用于实现任何数目 的不同目的。例如，可使用比可比较清晰度和感光度的五个晶体管设 计更少的衬底区域实现像素电路24。更小的衬底具有更小的制造成本， 并可实现更小的整体成像系统。可选地，在提供更大光电二极管时可 使用与五个晶体管相同大小的衬底实现像素设计。大光电二极管可实 现改进的低感光度和动态范围。如在此所公开的，像素电路24可在曝 光模式期间使用更高的工作电压，从而改进光电二极管86的性能。像素电路24还可被实现，使得读取工作模式类似于现有的CMOS 图像传感器中使用的读出方法。例如，每个像素电路24可被独立寻址， 以实现现有CMOS传感器中存在的相同的窗口及子采样优势，从而消 除了对于相应外围读出部件的实质性重设计的需要。进一步，浮动栅 极半导体器件80、 82、 84没有电荷泄漏问题，它们没有作为可见光照 明下结果的电荷重组合问题。因此，没有与通常使用的五个晶体管的 CMOS结构相关联的衰减问题。图7和8表示了包括使用图像获取系统20的照相机的移动电话 152的一个实施例。如所示，电话152包括照相机系统154、键盘156、 控制键158和显示器160。如以上注意的，图像获取系统20通过镜头 26接收来自图像源的电磁辐射。所获得的图像可被提供给机载图像处理系统162或直接提供给显示器160 (即用于反光镜功能等)。处理过 的图像可被存储在图像存储器164中，并被响应于用户命令提供给显 示器160。进一步，图像存储器164中的图像可被读出用于通过通信链 路166提供给个人电脑等。虽然在前面的详细说明中已经呈现了至少一个示例性实施例，应 当认识到，存在大量数目的变化。还应当认识到，示例性的一个或多 个实施例仅作为例子，而不期望以任何方式限制本公开的范围、性能 或配置。更确切地，前述详细说明仅提供给了本领域技术人员传统的 用于实现本公开示例性实施例的方法图，应当理解，可在示例性实施 例中所述的功能和元件布置中，进行不超出如附加的权利要求所述的 本公开范围的各种改变。
权利要求
1. 一种图像传感器，包括具有第一浮动栅极、第一控制栅极、第一漏极和第一源极的第一浮动栅极半导体器件；具有第二浮动栅极、第二控制栅极、第二漏极和第二源极的第二浮动栅极半导体器件；具有第三浮动栅极、第三控制栅极、第三漏极和第三源极的第三浮动栅极半导体器件；放置以用于对来自图像的电磁辐射曝光的感光半导体器件；放置在所述感光半导体器件和所述电磁辐射之间的彩色可调滤光器；以及被连接以引导所述第一、第二和第三浮动栅极半导体器件和所述感光半导体器件到多个受控模式的像素控制电路，所述受控模式包括擦除模式，其中从所述第一、第二和第三浮动栅极去除至少部分电荷，从而分别将所述第一、第二和第三浮动栅极半导体器件置于初始状态；以及曝光模式，其中在所述彩色可调滤光器允许所有期望的色彩组合通过时，响应于在所述感光半导体器件的终端的电压，所述第一、第二和第三浮动栅极被至少部分地充电，同时被顺序选择，在所述终端的电压对应于所述感光半导体器件对来自所述图像的所述电磁辐射的曝光。
2. 如权利要求1的图像传感器，其中，所述受控模式进一步包括 数据保持模式，其中尽管所述感光半导体器件对来自所述图像的所述 电磁辐射进一步曝光，在所述曝光模式期间所获得的第一、第二和第 三浮动栅极上的电荷被保持在其上。
3. 如权利要求1的图像传感器，其中，所述彩色可调滤光器包括 调节来通过左旋极化电磁辐射的第一胆甾型液晶滤光器，和调节来通过右旋极化电磁辐射的第二胆甾型液晶滤光器。
4. 如权利要求1的图像传感器，其中，所述彩色可调滤光器包括 用于反射第一色彩的第一对胆甾型液晶滤光器，和用于反射第二色彩 的第二对胆甾型液晶滤光器。
5. 如权利要求2的图像传感器，其中，所述受控模式进一步包括读取模式，其中所述第一源极和第一漏极之间、第二源极和第二漏极 之间、以及第三源极和第三漏极之间的电流被分别检测为所述第一、 第二和第三浮动栅极上的电荷的指示器。
6. 如权利要求4的图像传感器，其中，所述感光半导体器件是具 有阴极和阳极的光电二极管。
7. 如权利要求6的图像传感器，其中，所述像素控制电路包括具有开关、第四控制栅极、连接到所述光电二极管的阴极的第四 漏极、以及连接到所述光电二极管的阳极的第四源极的场效应晶体管， 所述第四源极和所述光电二极管的阳极被进一步连接到所述第一、第二和第三控制栅极；以及具有连接到所述第一、第二和第三控制栅极的阳极的二极管。
8. 如权利要求7的图像传感器，其中，所述擦除模式包括场效应晶体管开关以及所述第一、第二和第三浮动栅极半导体器件处于非导 通状态，所述光电二极管处于初始电压状态，以及所述第一、第二和第三浮动栅极通过所述二极管放电。
9. 如权利要求7的图像传感器，其中，所述曝光模式包括响应于 所述光电二极管阳极的电压电平，所述场效应晶体管开关和所述二极 管的每一个处于非导通状态，所述光电二极管的阴极被升高到曝光电 压电平，以及所述浮动栅极半导体器件的第一、第二和第三漏极和所述第一、第二和第三源极在其两端分别具有足以充电所述第一、第二 和第三浮动栅极的电压。
10. 如权利要求7的图像传感器，其中，所述数据保持模式包括所述场效应晶体管开关以及所述二极管的每一个处于非导通状态，所 述光电二极管的阴极处于保持电压电平，所述第一、第二和第三源极 被有效地开路。
11. 如权利要求7的图像传感器，其中，所述读取模式包括在所 述第一、第二和第三控制栅极的预定电压以及所述第一、第二和第三 漏极与所述第一、第二和第三源极之间的电流，其分别指示在曝光模 式期间位于所述第一、第二和第三浮动栅极上的电荷。
12. —种具有形成在单片衬底上的多个像素的图像传感器，包括 所述多个像素中的一个或多个像素，其包括具有第一控制栅极、第一漏极和第一源极的第一半导体器件；具有第二控制栅极、第二漏极和第二源极的第二半导体器件； 具有第三控制栅极、第三漏极和第三源极的第三半导体器件； 放置以用于对来自图像的电磁辐射曝光的光电二极管； 具有第四控制栅极、连接到所述光电二极管阴极的第四漏极、以及连接到所述光电二极管阳极的第四源极的场效应晶体管，所述场效 应晶体管的第四源极和光电二极管的阳极被进一步连接到所述第一、第二和第三控制栅极；具有连接到所述第一、第二和第三控制栅极的阳极的二极管；以及放置在所述感光半导体器件和电磁辐射之间的滤色镜。
13. —种图像传感器，包括形成在单片衬底上的多个像素中的一个或多个像素，包括放置以用于对来自图像的电磁辐射曝光的光电二极管；以及用于存储顺序的光信息的每像素的两个或多个存储器元件； 放置在所述感光半导体器件和所述电磁辐射之间的彩色可调滤光 器；以及控制电路，用于为所述彩色可调滤光器顺序选择三种状态，并为 该三种状态的每一种选择两个或多个存储器元件，用于在电磁辐射已 经通过所述彩色可调滤光器之后由所述光电二极管获取所述电磁辐 射。
14. 一种图像传感器，包括形成在单片衬底上的多个像素中的一个或多个，其每一个包括放置以用于对来自图像的电磁辐射曝光的光电二极管；用于存储顺序的光信息的存储元件；放置在感光半导体器件和电磁辐射之间的彩色可调滤光器；以及 控制电路，用于为所述彩色可调滤光器顺序选择三种状态，并为 该三种状态的每一种选择存储器元件，用于在电磁辐射已经通过所述 彩色可调滤光器之后由所述光电二极管获取所述电磁辐射。
15. —种数字照相机，包括具有像素阵列的图像传感器，所述像素的一个或多个像素包括具有第一浮动栅极、第一控制栅极、第一漏极和第一源极的第一浮动栅极半导体器件；具有第二浮动栅极、第二控制栅极、第二漏极和第二源极的第二浮动栅极半导体器件；具有第三浮动栅极、第三控制栅极、第三漏极和第三源极的第三浮动栅极半导体器件；放置以用于对来自图像的电磁辐射曝光的感光半导体器件； 被连接以引导所述第一、第二和第三浮动栅极半导体器件和所述感光半导体器件到多个受控模式的像素控制电路，所述多个受控模式包括擦除模式，其中从所述第一、第二和第三浮动栅极去除至少部分电荷，从而分别将所述第一、第二和第三浮动栅极半导体器件置于初 始状态用于对所述电磁辐射曝光；曝光模式，其中响应于在所述感光半导体器件的终端的电压，至 少部分充电所述第一、第二和第三浮动栅极，在所述终端的电压对应于所述感光半导体器件对来自所述图像的所述电磁辐射的曝光；读取模式，其中在所述第一、第二和第三控制栅极提供预定电压， 在所述第一、第二和第三漏极和所述第一、第二和第三源极之间的电 流分别指示曝光模式期间位于所述第一、第二和第三浮动栅极上的电 荷；放置在所述感光半导体器件和电磁辐射之间的滤色镜； 被连接用于在读取模式期间从所述像素的每一个获得图像数据的图像传感器读出电路；以及被连接用于将所述图像传感器读出电路获得的图像数据排列为图像帧的帧获取器。
16. 如权利要求15的数字照相机，其中，所述受控模式进一步包 括数据保持模式，其中尽管所述感光半导体器件对来自所述图像的所 述电磁辐射进一步曝光，在所述曝光模式期间所获得的第一、第二和 第三浮动栅极上的电荷被保持在其上。
17. —种用于在图像传感器中操作像素的方法，所述像素包括具 有第一浮动栅极、第一控制栅极、第一漏极和第一源极的第一浮动栅 极半导体器件；具有第二浮动栅极、第二控制栅极、第二漏极和第二 源极的第二浮动栅极半导体器件；具有第三浮动栅极、第三控制栅极、 第三漏极和第三源极的第三浮动栅极半导体器件；放置以用于对来自 图像的电磁辐射曝光的感光半导体器件；放置在所述感光半导体器件 和所述电磁辐射之间的滤色镜；具有第四控制栅极、连接到所述光电 二极管阴极的第四漏极、以及连接到所述光电二极管阳极的第四源极 的场效应晶体管，所述场效应晶体管的第四源极和光电二极管的阳极 被进一步连接到所述第一、第二和第三控制栅极；以及具有连接到所述第一、第二和第三控制栅极的阳极的二极管，该方法包括向所述二极管的阴极应用负电压以擦除所述第一、第二和第三浮 动栅极半导体器件；向所述二极管的阴极应用正电压以复位所述感光半导体器件； 向所述第二源极应用高电压，向所述第一和第三源极应用低电压，并过滤通过所述彩色可调滤光器的蓝光；以及向所述第三源极应用高电压，向所述第一和第二源极应用低电压，并过滤通过彩色可调滤光器的红光。
18. 如权利要求17的方法，进一步包括 向所述第四源极应用编程电压；以及向所述第一源极应用高电压，向所述第二和第三源极应用低电压， 并允许所有颜色通过所述彩色可调滤光器。
19. 如权利要求17的方法，进一步包括 向所述第四源极应用读取电压；以及 读取所述第一、第二和第三源极上的电流。
全文摘要
一种用于记录彩色图像的设备(20)，包括具有形成在单片衬底上的多个像素(24)的图像传感器(22)。该多个像素(24)的每一个包括三个浮动栅极半导体器件(80，82，84)。彩色可调滤光器(30)位于感光半导体器件(86)和电磁辐射源之间。FET晶体管(130)具有连接到光电二极管(86)的阴极(120)的漏极(134)，和连接到光电二极管(86)的阳极(118)以及三个浮动栅极半导体器件(80，82，84)的每一个的控制栅极(94、104、114)的源极(136)。彩色可调滤光器(30)允许所有期望的颜色组合通过，同时三个浮动栅极半导体器件(80，82，84)每一个被分别选择来存储彩色图像。
文档编号G02B5/20GK101248676SQ200680031209
公开日2008年8月20日 申请日期2006年7月12日 优先权日2005年8月30日
发明者帆 何, 卡尔·林恩·舒尔博夫, 李自力, 迈克尔·W·弗伦策 申请人:摩托罗拉公司