专利名称：用于cmos成像器的电荷泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有图像感知单元阵列的CMOS成像器和运行该单元的驱动信号。尤其是，本发明涉及多种泵在CMOS成像器中的使用。
背景技术：
CMOS成像器是低成本的成像器件。能使图像阵列和相关的处理电路更高程度集成的全兼容CMOS传感器技术将有益于很多数字应用，例如，在照相机、扫描仪、机器视觉系统、车辆导航系统、可视电话、计算机输入设备、监视系统、自动聚焦系统、星体跟踪仪、运动检测系统、图像稳定系统和用于高清晰度电视的数据压缩系统中。
CMOS成像器具有低电压运行和低功耗；CMOS成像器和集成在芯片上的电子设备(控制逻辑和定时，图像处理和信号调节，例如A/D转换)是兼容的；CMOS成像器允许随机访问图像数据；以及例如和传统的CCD相比，CMOS成像器具有较低的制作成本，这是因为可以使用标准的CMOS处理技术。另外，对于CMOS成像器获得了低功耗，这是因为在读出的过程中一次只需要一行像素被激活，并且在图像获取的过程中不存在从像素到像素的电荷传输(和相关的切换)。因为可以在数字领域(相对于模拟信号处理)实现很多数字调节功能，所以电子设备的芯片上集成尤其有利，也能获得系统尺寸和成本的降低。
CMOS成像器电路包括像素单元的焦平面阵列，单元的每一个包括和衬底重叠的光电栅(photogate)或光电二极管，用于积聚在衬底的重叠部分中光子产生的电荷。读出电路连接到每一个像素单元并至少包括形成在衬底中的输出场效应晶体管和形成在与具有感知节点的光电栅或者光电二极管相邻的衬底上的电荷传输部分，感知节点通常是连接到输出晶体管的栅极的浮动扩散节点。成像器可以包括至少一个电子器件，例如用于将电荷从衬底的下面部分传输到浮动扩散节点的晶体管，和一个器件，通常也是这样的晶体管，用于在电荷传输之前将节点复位到预定的电荷级。
在CMOS成像器中，像素单元的有源元件实现必须的功能(1)光子到电荷的转换；(2)图像电荷的积聚；(3)通过电荷放大完成的电荷到浮动扩散节点的传输；(4)在电荷传输到浮动扩散节点之前将它复位成公知的状态；(5)选择用于读出的像素；和(6)输出和放大代表像素电荷的信号。当光子电荷从初始的电荷积聚区移动到浮动扩散节点时它可以被放大。在浮动扩散节点的电荷通常通过源跟随器输出晶体管转换成像素输出电压。CMOS成像器像素的光敏元件通常是耗尽型p-n结光电二极管或者光电栅下的场感应的耗尽区。对于光电二极管，当读出时，通过完全耗尽光电二极管可以消除图像滞后。
通常所说的公知的是上述类型的CMOS成像器，例如在Nixon等人的“256×256 CMOS Active Pixel Sensor Camera-on-a-Chip”，IEEEJournal of Solid-State Circuit，卷31(12)2046-2050页，1996；Mendi s等人的“CMOS Active Pixel Image Sensors”，IEEETransactions on Electron Devices，卷41(3)452-453页，1994，以及美国专利号5708263和美国专利号5471515，它们在这里引作参考。
应当理解的是，CMOS成像器可以包括光电二极管或者其它的图像电荷转换器件，代替光电栅，作为用于光子产生的电荷的初始积聚。
图1描述了对于具有像素阵列200的CMOS成像器的方框图。图2A示出了像素阵列200的2×2部分。像素阵列200(图1)包括以预定数量的列和行布置的多个像素。通过行选择线，例如线86(参见图2A)使阵列200中的每行的像素同时都导通，和选择性地将每列的像素信号输出Vout定时到列选择线，例如Vout线42上(参见图2A)。对于整个阵列200设置多个行和列线。通过行驱动器210可选择性地启动行线以响应行地址解码器220，和通过列驱动器260有选择地启动列选择线以响应列地址解码器270。由此，对于每个像素设置行和列地址。通过通过控制电路250操作CMOS成像器，该控制电路250控制为了像素读出用于选择适当的行和列线的地址解码器220、270，和控制向所选择的行和列线的驱动晶体管施加驱动电压的行和列驱动电路210、260。
CMOS成像器的电荷收集的操作是本领域公知的并在几个出版物中描述，例如Mendis等人的“Progress in CMOS Active Pixel ImageSensors”，SPIE卷2172，19-29页，1994；Mendis等人的“CMOS ActivePixel Image Sensors for Highly Integrated Imaging Systems”，IEEE Journal of Solid State Circuits，卷32(2)，1997；和EricR，Fossum的“CMOS Image SensorsElectronic Camera on a Chip”，IEDM卷95第17至25页(1995)，以及其它出版物。这些参考文献在此引作参考。
在美国专利号6140630中描述了用于CMOS成像器的电荷泵的Vcc的使用和操作，它的全部内容在此引作参考。
现有技术的CMOS成像器都有它们的缺点。例如，这些CMOS成像器经受传输栅中的泄漏。而且，期望提供包括像素电压泵、正极和/或负极泵和衬底泵的多个泵，包括像素电压泵使得CMOS成像器阵列操作电压不同于外电源电压。
发明内容
通过驱动一个或者多个复位栅、传输栅(如果使用)和具有一个或者多个泵的行选择栅来克服现有技术的缺点。电压泵提供大于电源电压Vdd的电压，以改善复位、传输(如果使用)和行选择晶体管的选通操作。通过用电压泵的输出来过驱动一个或者多个复位栅、传输栅和行选择晶体管，还可以避免这些晶体管的电特性中的像素至像素的制造差异。而且，如果使用光电栅来获得图像电荷，那么这可能也被来自电压泵的输出电压过驱动。上面只是可以受益于电压泵的栅的例子，但是不应当认为是限制。
另外，负极泵引入到CMOS成像器栅，例如复位栅、行选择栅或传输栅(如果使用)，这允许这些栅的关断电流Ioff特性改善，以及CMOS成像器的整体图像特性改善。这还允许栅长度缩短，并在不牺牲图像质量时获得更多的芯片/晶片。上面只是可以受益于负极泵的栅的例子，但不应当认为是限制。
另外，描述了衬底泵，其中通过衬底连接阵列的像素。
从结合附图提供的下述具体描述可以更清楚地理解本发明的上述和其它优点和特征。
图1是CMOS有源像素传感器芯片的方框图；图2A是表示根据本发明的一个实施例的2×2像素布局的典型像素布置；图2B表示施加到CMOS成像器的任一个栅的普通信号；图2C表示可以施加到CMOS成像器的任何一个栅的重复时钟电压；图2D是作为五个单独内部泵的输入的外部Vdd电源的典型实施例；
图2E是作为五个单独内部泵的输入的较低电压时外部Vdd电源的典型实施例；图2F是施加到正的高电压泵和负的低电压泵的外部Vdd电源的例子；图3是使用根据本发明的Vaa-像素电荷泵的图2的四个晶体管(4T)像素的分解图；图4是使用根据本发明的Vaa-像素电荷泵的3T像素的分解图；图5是使用根据本发明的负衬底泵的3T像素的分解图；图6A是使用根据本发明的负栅泵的4T像素的分解图；图6B是用于复位栅和传输栅的时序图的例子；图7是包括根据本发明的任一实施例构成的CMOS成像器的处理器系统。
具体实施例方式
现在将参考附图描述本发明。现在参考图2A。该图示出了根据本发明构成的有源像素阵列的部分，其中使用各个电荷泵300、301和302以向复位晶体管、传输栅晶体管和行选择晶体管31、29和38提供栅电压。如图3所示，通过n+区30和n+区34形成并通过RST信号32控制复位晶体管31。通过n+区26和n+区30形成并通过TX信号28控制传输晶体管29。在图2A中，示出电荷泵303，用于向用于电荷传输的光电栅24提供栅电压。示出电荷泵304，用于向N+结提供电压泵，在这种情况中，它是Vdd像素供给结。为了简化该图示出了2×2的像素阵列。应当理解的是，本发明指的是任何尺寸的M×N多像素阵列。
现在将描述图2A的像素阵列的运行。像素行的光电检测器14通过它们各自的行选择晶体管38耦接到列线42上。通过线86由行解码器选择的光电检测器将根据在源跟随器晶体管36的栅极处由浮动扩散节点30提供的电压来提供电流。这已经注意到，晶体管36的栅极控制通过负载晶体管39(图2A中未示出)的电流，以及由此控制列线42上的电压。
信号ROW SELECT导通行选择晶体管38。由线86上的行选择信号控制的电压是电荷泵302的输出电压。行选择线86连接到电荷泵302以过驱动行选择晶体管38，也就是，晶体管38的栅极电压高于Vdd电源电压。在Vdd系统中，电荷泵302将向行选择晶体管38的栅极提供V泵＞Vdd的电压。在复位栅上不存在电荷泵时，复位栅RST导通复位晶体管31，这使得浮动扩散节点30复位到Vdd-Vth的电势，其中Vth是复位晶体管31的阈值电压。通过电荷泵300提供实际栅极32a到晶体管31，以用V泵＞Vdd的电压过驱动复位晶体管31的栅极，以在Vdd的节点30上获得更高的浮动扩散电压复位值。通过在节点30具有更高的可利用复位电压，对于像素输出信号和电压的变化，在该电压时更宽的动态响应范围是可获得，在该电压处由于降低了复位晶体管31的Vth的变化，所以浮动扩散节点30被复位。
还从电荷泵303提供提供光电栅24，确保用于图像信号的所有可能收集的电荷存储在光电栅下面的成像器衬底中，直到它被传输到收集区域之外。
图2A的电路示出了传输栅28a和相关的传输晶体管29的使用。如果CMOS成像器单元使用传输晶体管，那么还可以响应传输信号TX以从电荷泵301提供传输栅28a的电压；再次确保传输晶体管被过驱动到它的导通状态并且消除了经常发生的Vth的电压降。使得传输栅上的电荷泵改善光电传感器和浮动扩散之间的电荷传输。另外如上面一样描述图2A的电路的运行以获得、传输和输出像素电荷。
电荷泵300和301在大于电源电势Vdd的电势下向复位栅32a和传输栅28a提供电压。电荷泵电压增强传输和复位晶体管的特性。为了“导通”像素阵列的多个晶体管，晶体管的栅电压必须超过源极或漏极电压(根据晶体管的类型)，使得V泵＞Vdd。然而，由于制造的缺陷，对于像素阵列的每个晶体管，阈值电压(Vth)可能不同。结果，当利用电源电势向晶体管的栅极提供控制信号来“导通”或者“关断”阵列的所有晶体管时，一些“导通”的晶体管比其它晶体管更容易“导通”，由此不一致地传输和/或放大传输到像素输出线42上的像素电荷。同样，一些“关断”的晶体管比其它导致泄漏的晶体管更容易“关断”。这反映为反映由光电检测器电路14收集的电荷的信号的不恰当输出。
通过根据需要用确保它们导通或者关断的电压过驱动栅极，电荷泵300、301和302帮助克服晶体管的不一致的导通/关断阈值电压(Vth)，而不管制造的不一致性。电荷泵303保证最大可能的电荷被收集在光电栅下面的收集区中。
尽管在图2A中示出了用于整个CMOS像素阵列的多个电荷泵300、301、302、303和304，但是应当理解的是，对于整个CMOS成像器和对于相关的逻辑电路可以使用具有多个受控输出电压的单一电荷泵。而且，对于成像器电路的不同部分和对于相关的逻辑电路可以使用单独的电荷泵。而且，尽管示出了向复位栅、传输栅、行选择栅和光电栅以及Vdd电源提供电压的电荷泵300、301、302、303、304，但是应当理解的是，电荷泵可以用于这些栅极的一个或者多个，以获得超过不使用电荷泵的常规CMOS成像器的优点。应当理解的是，本发明不局限于这里所述的例子。考虑支持全局快门(global shutter)、高动态范围和双重转化增益应用的更复杂5T、6T、7T CMOS成像器。在这些应用中，泵激的栅极或者扩散也将是有利的。也就是，可以使用公共的电荷泵源，以向所有的泵激定时栅极(例如复位、行选择、传输、光电栅和Vdd电源)提供高态的电压电平，只要V泵＞Vdd。
电荷泵的具体结构对本发明不重要，可以使用很多电路。对于3.3伏特的Vdd电源并假定这些晶体管的每个的Vth小于0.7伏特，电荷泵300、301、302和303的典型输出电压分别是4.0、4.0和4.0。尽管有利的是使V泵≥Vdd+Vth，但它不是必要的或者不受限制于此。通过的时钟脉冲导通的光电栅泵可以在泵激电压，使得V泵＞Vdd。当施加到光电栅的时钟电压回到它的低或者关断状态电压时该关断状态可以被泵激为低，使得栅极经历负电压。CMOS成像器的所有其它栅极可以受益于施加的负泵激电压，以关断晶体管。负电压可以是任何值，只要它低于参考地(0V)电势即可。应当理解的是，根据Vdd和/或Vss电源以及各个晶体管的Vth，电压电荷泵300、301、302、303和304的输出可以单独变化。为了在光电栅中收集电荷，电荷泵被配置成提供输出电压Vpgp，其中Vpgp大于输入电压Vdd。
图2B表示施加到CMOS成像器的任何栅极的普通信号。图2C表示可以施加到任何栅极的重复时钟电压。泵激高态电压205高于Vdd(V泵＞Vdd)。施加的时钟电压回到低或者关断电压215，导致低于地(0V)的泵激电压。
上述的讨论已经描述了用于图2A中所示的典型2×2像素的电路。期望附加泵电路向扩散节点34提供电压Vaa-像素并且通过扩散节点34到浮动扩散节点30，使得CMOS成像器操作电压可以不同于外部电源电压。泵电路包括Vaa-像素电荷泵，其由外电源Vdd提供。泵电路输出自举的新电源电压。然后使用新自举Vaa-像素电源供给所有的像素。这允许CMOS成像器阵列运行在不同于外部电压的电压。
如上所述使用泵电路从Vdd产生Vaa-像素，使得Vaa-像素＞Vdd。本发明还包括这种情形，其中使用小于施加的电源Vdd的调节电源V泵＜Vdd。在替换的Vdd中可以是高态的电压，例如图2B中所述的。从这种高态电压，可以产生调节电压Vreg，其中调节电压是低态电压。在该实例中，Vdd可以提供阵列，以及Vreg可以提供外部电压，其中0＜Vreg＜Vdd。
图2D是作为五个独立内泵，Vaa-像素泵120、光电栅泵125、行选择泵130、传输栅泵135和复位泵140的输入的外Vdd电源115的例子。这可以被泵激成独立的电源V泵＞Vdd和/或它们可以向驱动阵列晶体管栅极的所示多个时钟电压和成像器阵列110的扩散提供负的关断态电压。还示出了向外围中例如外围电路1(150)的成像器电路提供调节电压的调节器145。如果外部电源是例如3.3伏特，那么所示的五个阵列泵可以向阵列产生时钟电压，使得V泵＞Vdd。在我们的例子中，如果阵列晶体管的Vth是0.7伏特，那么对于阵列栅极的适当V泵高电压将是4.0伏特。泵还可以包括负极泵，以控制提供给阵列电路的电压时钟的关断电压。为了保存电源，在该例子中，在Vreg＜Vdd时提供给调节器，以支持成像器外围中的电路。在该例子中，Vreg是2.5V到1.2V的可能适当范围。通过Vdd外部电源直接驱动该例子中的外围电路2(155)。例如，外围电路1(150)可以是数字电路，和外围电路2(155)可以是模拟电路。在该例子中，给成像器阵列110提供大于或等于用于阵列电路的“高态”或者“导通”电压的电源的电压。给外围电路150、155提供小于等于电源的电压。
在图2E中，外部电源可以在2.5伏的较低电压。在这种情况中，有利的是，具有外围电路泵160，以增加给外围电路2(155)的模拟电路的电源。还可能的是，具有提供给外围电路1中的数字电路的较低的调节电压，Vreg＜Vdd(1.2、1.5、1.8、2.0、2.2V)。
图2F是施加给正的高电压泵190、负的低电压栅泵195和负的衬底泵197的外部Vdd电源115。负的衬底泵197向p阱和p衬底199提供电压。正的高压泵190和负的低压泵195分别提供复位驱动器165、行选择驱动器175、传输栅驱动器180、光电栅驱动器185和Vaa-像素驱动器170，其中的每个都耦接到成像器阵列110。在该例子中，正的高压泵190还向外围电路2(155)提供电压。通过外部Vdd电源115直接提供给外围电路1(150)。
用四个晶体管(4T)CMOS成像器描述CMOS成像器的有益操作。实际的CMOS成像器可以包括少于或者多于四个晶体管。可以理解的是，4TCMOS成像器的使用不意味着将本发明限制为4T的实施例。如果CMOS成像器需要多于四个晶体管，那么通过具有它们自己的泵，那些另外的一些晶体管将显示出改善的特性。
图3是图2A中例举的本发明的典型4T像素的分解图，其中利用n沟道(n-ch)器件形成像素。相同的元件和在图2A中标识的一样。由Vaa 像素电荷泵100有效地驱动N+型区34，其从Vdd105获得它的电压(电荷)的供给。Vaa-像素电荷泵允许CMOS成像器在更高的电压下运行，由此，获得更好的图像特性。Vaa-像素电荷泵允许更低的电压外围，并可以和更短长度的晶体管耦合以改善外围特性。还可以通过复位晶体管31穿过N+扩散节点34由Vaa-像素电荷泵100提供N+型区30(浮动扩散节点)。光电二极管(PD)26是n型扩散区。n-ch器件在p阱中。如果提供负的衬底泵，那么衬底触点20可以是地(0V)或者负的。本发明还应用到包含n-ch晶体管的阵列。
图4是使用n-ch器件形成的本发明的典型3T像素的分解图。除了没有在3T实施中使用的传输晶体管之外，图4的3T晶体管像素类似于图3的4T像素。图4适用于对于2T、3T、4T、5T或者任何类型的任何CMOS成像器的Vaa-像素电荷泵。PD 405是n型扩散区，RST信号410控制由PD 405和作为n+扩散区的扩散区415形成的复位晶体管。通过Vaa-像素电荷泵425有效地驱动N+扩散区420，其从Vdd430获得它的电压(电荷)的供给。n-ch器件在p阱中。本发明还应用到包含p-ch晶体管的阵列。
图5是使用负的衬底泵的典型3T像素的分解图。使用n-ch器件形成像素。PD 505是扩散n型；扩散区515是扩散型n+。衬底泵触点526下面的扩散区520是p+。负的V衬底泵525还连接到地530和外部电源Vdd。复位信号(RST)510控制由n型扩散区505和提供Vaa-像素的n+扩散区515形成的复位晶体管。n-ch器件在p阱中。连接整个阵列中的所有的p阱，以及将附着到负的衬底泵的p阱连接到阵列p阱。本发明还应用到包含p-ch晶体管的阵列。
在另一个实施例中，负的栅泵提供负电压，其施加到栅极，例如复位和传输栅极。特别地，图6A是本发明的4T像素的分解图，其中利用n-ch器件形成像素。分别通过传输电压驱动器655和复位电压驱动器660由负的栅极泵650驱动传输晶体管29和复位晶体管31的栅极(28a，32a)，负的栅极泵650从Vdd105获得它的电压的提供。传输栅极和复位栅极能经历泵激的(pumped)负关断态电压，但是在那个例子中它们可以具有单独的时钟。在这个实施例中，负的栅极泵运行以更稳定地驱动n-ch器件中的栅极“关断”。负的栅极泵还可以应用到行选择栅极或者CMOS成像器上的任何栅极，并不受这里描述的典型实施例的限制。CMOS成像器中使用的典型栅极包括但不局限于复位器件、传输器件、全局快门器件、存储器件、高动态范围器件和横向溢出泄漏器件(lateraloverflow drain device)。图6B是用于复位栅和传输栅的时序图的例子。在每一种情况中，给栅极提供有泵激的负电压。
本发明可以应用在从外电源接收输入信号的任何集成电路中。图7描述了典型的处理系统600，其可以使用包括CMOS成像器的处理器电路，该CMOS成像器是根据有关图1-6B上面公开的本发明的任何实施例构成的。处理系统600包括耦接到局部总线604的一个或者多个处理器601。存储控制器602和初级总线桥603还耦接到局部总线604。处理系统600可以包括多个存储控制器602和/或多个初级总线桥603。存储控制器602和初级总线桥603可以集成为单一器件606。
存储控制器602还耦接到一个或者多个存储总线607。每个存储总线接受电路，例如608，其包括使用本发明的至少一个像素631。成像器件，例如CMOS成像器还可以和存储卡或者存储模块以及根据本发明的CPU集成。存储模块的例子包括单列直插存储模块(SIMM)和双列直插存储模块(DIMM)。成像器608可以包括一个或者多个附加器件609(未示出)。例如，在SIMM或者DIMM中，附加器件609可以是结构存储器，例如串联占用检测(serial presence detect)(SPD)存储器。存储控制器602还可以耦接到高速缓冲存储器605。高速缓冲存储器605可以只是处理系统中的高速缓冲存储器。可替换地，其它的器件，例如处理器601还可以包括高速缓冲存储器，其可以和高速缓冲存储器605形成高速缓冲体系。如果处理系统600包括作为总线主控器或者支持直接存储器存取(DMA)的外围设备或者控制器，那么存储控制器602可以执行超高速缓存相关性协议。如果存储控制器602耦接到多个存储总线607，那么可以并联操作每个存储总线607，或者可以将不同的地址范围映射到不同的存储总线607。
初级总线桥603耦接到至少一个外围总线601。多个设备，例如外围设备或者附加总线桥可以耦接到外围总线610。这些设备可以包括存储控制器611、各种I/O设备614、次级总线桥615、多媒体处理器618和传统设备接口620。初级总线桥603还可以耦接到一个或者多个专用高速端口622。在个人计算机中，例如，专用端口可以是加速图形接口(AGP)，用于耦接高性能视频卡到处理系统600。
存储控制器611通过存储总线612将一个或者多个存储设备613耦接到外围总线610。例如，存储控制器611可以是SCSI控制器，以及存储设备613可以是SCSI盘。I/O设备614可以是任何类型的外围设备。例如，I/O设备614可以是局域网接口，例如以太网卡。可以使用次级总线桥以通过另一个总线将附加设备连接到处理系统。例如，次级总线桥616可以是用于耦接USB总线设备617到处理系统600的通用串行接口(USB)控制器。多媒体处理器618可以是声卡、显卡，或者其它类型的多媒体接口，其还可以耦接到一个附加设备，例如扬声器619。使用传统设备接口620将传统设备，例如老式键盘和鼠标耦接到处理系统600。除了可能包含本发明的泵电路的像素631之外，图7的多媒体处理器681还可以使用包括CPU 601的本发明的成像器件。
图7例举的处理系统600仅仅是可以使用本发明的典型处理系统。尽管图7例举了特别适用于通用计算机的处理结构，例如个人计算机或者工作站，但是应当知道的是，可以进行公知的变形来设置处理系统600，使变得更适用于多种应用中。例如，使用依赖于耦接到成像设备608和/或存储缓冲设备604的CPU 601的更简单结构可以完成需要处理的很多电子设备。这些电子设备可以包括但是不局限于音频/视频处理器和记录机、游戏控制台、数字电视机、有线或者无线电话、导航设备(包括基于全球定位系统(GPS)的系统和/或惯性导航)和数码相机和/或记录机。变形可以包括，例如不必要元件的删除、专用器件或者电路的增加，和/或多个器件的集成。
在另一个实施例中，负极泵提供负电压，该负电压提供给栅极，例如复位栅极和传输栅极。在该实施例中，负极泵运行以更稳定地驱动n-ch器件中的栅极“关断”。
在替换实施例中，正极泵提供正电压，该正电压提供给栅极，例如复位栅极和传输栅极。在该实施例中，正极泵运行以更稳定地驱动p-ch器件中的栅极“关断”。
尽管参考特定典型实施例已经描述和例举了本发明，但是应当理解的是，在不脱离本发明的精神和范围时可以作出很多变形和代替。因此，不应当认为本发明受到前述的说明书的限制，而只受到附带的权利要求的范围的限制。
权利要求
1.一种用于成像器件的像素，包括光敏器件，设置在用于提供光子产生电荷的衬底中；和所述光敏器件相关的电路，用于提供代表所述光子产生电荷的至少一种像素输出信号，所述电路至少包括在所述相关电路操作期间响应第一控制信号的第一可操作器件；和第一泵电路。
2.根据权利要求1的像素，其中所述电路和所述光敏器件对应于CMOS成像器。
3.根据权利要求1的像素，其中所述第一泵电路向所述第一可操作器件提供电压。
4.根据权利要求3的像素，其中所述提供的电压是外围电压。
5.根据权利要求4的像素，其中调节所述外围电压，使得产生调节电压，所述调节电压小于所述提供的电压并且大于地电势。
6.根据权利要求3的像素，其中所述第一泵电路包括由外围电压提供的电荷泵，所述电荷泵输出新的电源电压，所述新的电源电压向所述第一可操作器件提供电压。
7.根据权利要求6的像素，其中使用n沟道(n-ch)器件形成所述第一可操作器件，以及所述新电源电压提供给所述第一可操作器件的n+扩散区。
8.根据权利要求6的像素，其中使用p沟道(p-ch)器件形成所述第一可操作器件，以及所述新电源电压提供给所述第一可操作器件的p+扩散区。
9.根据权利要求6的像素，其中所述新电源电压大于所述外围电压。
10.根据权利要求6的像素，其中所述新电源电压被调节到小于所述外围电压的电压。
11.根据权利要求6的像素，其中所述新电源电压是负的，小于地参考电压。
12.根据权利要求1的像素，其中所述第一泵电路向所述第一可操作器件的注入的有源阵列扩散区提供电压。
13.根据权利要求1的像素，其中所述第一可操作器件是复位器件、传输器件、行选择器件、全局快门器件、存储器件、存储器件、高动态范围器件和横向溢出泄漏器件中的至少一种。
14.根据权利要求1的像素，其中所述第一可操作器件是晶体管。
15.根据权利要求1的像素，其中所述相关电路还包括在所述相关电路操作期间响应第二控制信号的第二可操作器件。
16.根据权利要求15的像素，其中所述第一泵电路向所述第一可操作器件和第二可操作器件提供电压。
17.根据权利要求16的像素，其中所述提供的电压是外围电压。
18.根据权利要求17的像素，其中调节所述外围电压，使得产生调节电压，所述调节电压小于所述提供的电压并且大于地电势。
19.根据权利要求15的像素，其中所述第一泵电路通过所述第一可操作器件向所述第二可操作器件提供电压。
20.根据权利要求15的像素，其中所述第一泵电路通过所述第一可操作器件的注入的有源阵列扩散区向所述第一可操作器件提供电压以及通过所述第一可操作器件向所述第二可操作器件提供电压。
21.根据权利要求15的像素，其中所述第一泵电路包括由外围电压提供的电荷泵，所述电荷泵输出新电源电压，所述新电源电压向所述第一可操作器件提供电压。
22.根据权利要求21的像素，其中使用n沟道(n-ch)器件形成所述第一可操作器件和所述第二可操作器件，以及所述新电源电压被提供给所述第一可操作器件的n+扩散区。
23.根据权利要求21的像素，其中使用p沟道(p-ch)器件形成所述第一可操作器件和所述第二可操作器件，以及所述新电源电压被提供给所述第一可操作器件的p+扩散区。
24.根据权利要求15的像素，其中所述第一可操作器件是复位器件、传输器件、行选择器件、全局快门器件、存储器件、高动态范围器件和横向溢出泄漏器件中的至少一种。
25.根据权利要求15的像素，其中所述第二可操作器件是传输器件。
26.根据权利要求16的像素，其中所述第一可操作器件是晶体管。
27.根据权利要求15的像素，其中所述第二可操作器件是晶体管。
28.根据权利要求15的像素，其中所述泵电路包括接地的负的衬底泵，所述负的衬底泵输出新电源电压，所述新电源电压向所述第一可操作器件的p+扩散区提供电压。
29.根据权利要求28的像素，其中所述第一可操作器件由n沟道(n-ch)器件形成。
30.根据权利要求28的像素，其中所述p+扩散区附着到所述衬底的p阱以及所述p阱连接到p阱阵列，通过p阱阵列电压施加到所述第一可操作器件和第二可操作器件。
31.根据权利要求15的像素，其中所述第一泵电路包括由外电压提供的正的衬底泵，所述正的衬底泵输出新电源电压，所述新电源电压向所述第一可操作器件的n+扩散区施加电压。
32.根据权利要求31的像素，其中所述第一可操作器件由p沟道(p-ch)器件构成。
33.根据权利要求31的像素，其中所述n+扩散区附着到所述衬底的n阱以及所述n阱连接到n阱阵列，通过n阱阵列电压施加到所述第一可操作器件和第二可操作器件。
34.根据权利要求15的像素，其中所述第一泵电路包括由外围电压提供的负的衬底泵，所述负的衬底泵输出新电源电压，所述新电源电压向所述第一可操作器件施加电压。
35.根据权利要求34的像素，其中所述第一可操作器件由n沟道(n-ch)器件形成。
36.根据权利要求34的像素，其中所述第一可操作器件是复位晶体管、传输晶体管、行选择晶体管、全局快门晶体管、存储晶体管、高动态范围晶体管和横向溢出泄漏晶体管中的至少一种。
37.根据权利要求34的像素，其中所述第二可操作器件是传输晶体管。
38.根据权利要求15的像素，其中所述第一泵电路包括由外围电压提供的正的栅极泵，所述正的栅极泵输出新电源电压，所述新电源电压向所述第一可操作器件施加电压。
39.根据权利要求38的像素，其中所述第一可操作器件由p沟道(p-ch)器件构成。
40.根据权利要求38的像素，其中所述第一可操作器件是复位晶体管、传输晶体管、行选择晶体管、全局快门晶体管、存储晶体管、高动态范围晶体管和横向溢出泄漏晶体管中的至少一种。
41.根据权利要求38的像素，其中所述第二可操作器件是传输晶体管。
42.根据权利要求1的像素，其中所述泵电路包括接地的负的衬底泵，所述负的衬底泵输出新电源电压，所述新电源电压向所述第一可操作器件的p+扩散区提供电压。
43.根据权利要求42的像素，其中所述第一可操作器件由n-ch器件构成。
44.根据权利要求1的像素，其中所述第一泵电路包括由外围电压提供的正的衬底泵，所述正的衬底泵输出新电源电压，所述新电源电压向所述第一可操作器件的n+扩散区施加电压。
45.根据权利要求44的像素，其中所述第一可操作器件由p沟道(p-ch)器件构成。
46.根据权利要求1的像素，其中所述泵电路包括由外围电压提供的负的栅极泵，所述负的栅极泵输出新电源电压，所述新电源电压向所述第一可操作器件施加电压。
47.根据权利要求46的像素，其中所述第一可操作器件由n沟道(n-ch)器件形成。
48.根据权利要求1的像素，其中所述泵电路包括由外围电压提供的正的栅极泵，所述正的栅极泵输出新电源电压，所述新电源电压向所述第一可操作器件施加电压。
49.根据权利要求48的像素，其中所述第一可操作器件由p沟道(p-ch)器件构成。
50.根据权利要求1的像素，还包括第二泵电路。
51.根据权利要求50的像素，其中所述第一泵电路是栅极泵。
52.根据权利要求50的像素，其中所述第二泵电路是衬底泵。
53.一种成像器件，包括像素，该像素还包括光敏器件，设置在用于提供光子产生电荷的衬底中；和所述光敏器件相关的电路，用于提供代表所述光子产生电荷的至少一种像素输出信号，所述电路至少包括在所述相关电路操作期间响应第一控制信号的第一可操作器件；和第一泵电路。
54.根据权利要求53的成像器件，其中所述电路和所述光敏器件对应于CMOS成像器。
55.根据权利要求53的成像器件，其中所述第一泵电路向所述第一可操作器件提供电压。
56.根据权利要求55的成像器件，其中所述第一泵电路包括由外围电压提供的电荷泵，所述电荷泵输出新电源电压，所述新电源电压向所述第一可操作器件提供电压。
57.根据权利要求53的成像器件，其中所述第一泵电路向所述第一可操作器件的注入的有源阵列扩散区提供电压。
58.根据权利要求53的成像器件，其中所述第一可操作器件是复位器件、传输器件、行选择器件、全局快门器件、存储器件、高动态范围器件和横向溢出泄漏器件中的至少一种。
59.根据权利要求53的成像器件，其中所述相关电路还包括在所述相关电路操作期间响应第二控制信号的第二可操作器件。
60.根据权利要求59的成像器件，其中所述第一泵电路向所述第一可操作器件和第二可操作器件提供电压。
61.根据权利要求59的成像器件，其中所述第一泵电路通过所述第一可操作器件的注入的有源阵列扩散区向所述第一可操作器件提供电压以及通过所述第一可操作器件向所述第二可操作器件提供电压。
62.根据权利要求59的成像器件，其中所述第一泵电路包括由外围电压提供的电荷泵，所述电荷泵输出新电源电压，所述新电源电压向所述第一可操作器件提供电压。
63.根据权利要求59的成像器件，其中所述泵电路包括接地的负的衬底泵，所述负的衬底泵输出新电源电压，所述新电源电压向所述第一可操作器件的p+扩散区提供电压。
64.根据权利要求59的成像器件，其中所述第一泵电路包括由外围电压提供的正的衬底泵，所述正的衬底泵输出新电源电压，所述新电源电压向所述第一可操作器件的n+扩散区施加电压。
65.根据权利要求59的成像器件，其中所述第一泵电路包括由外围电压提供的负的栅极泵，所述负的栅极泵输出新电源电压，所述新电源电压向所述第一可操作器件施加电压。
66.根据权利要求59的成像器件，其中所述第一泵电路包括由外围电压提供的正的栅极泵，所述正的栅极泵输出新电源电压，所述新电源电压向所述第一可操作器件施加电压。
67.根据权利要求53的成像器件，其中所述泵电路包括接地的负的衬底泵，所述负的衬底泵输出新电源电压，所述新电源电压向所述第一可操作器件的p+扩散区提供电压。
68.根据权利要求53的成像器件，其中所述第一泵电路包括由外围电压提供的正的衬底泵，所述正的衬底泵输出新电源电压，所述新电源电压向所述第一可操作器件的n+扩散区施加电压。
69.根据权利要求53的成像器件，其中所述泵电路包括由外围电压提供的负的栅极泵，所述负的栅极泵输出新电源电压，所述新电源电压向所述第一可操作器件施加电压。
70.根据权利要求53的成像器件，其中所述泵电路包括由外围电压提供的正的栅极泵，所述正的栅极泵输出新电源电压，所述新电源电压向所述第一可操作器件施加电压。
71.根据权利要求53的成像器件，还包括第二泵电路。
72.根据权利要求71的成像器件，其中所述第一泵电路是栅极泵。
73.根据权利要求71的成像器件，其中所述第二泵电路是衬底泵。
74.一种成像系统，包括处理器；通过总线耦接到所述处理器的存储器；和成像器件，所述成像器件包括像素，所述像素包括光敏器件，设置在用于提供光生电荷的衬底中；和所述光敏器件相关的电路，用于提供代表所述光子产生电荷的至少一种像素输出信号，所述电路至少包括在所述相关电路操作期间响应第一控制信号的第一可操作器件；和第一泵电路。
75.根据权利要求74的成像系统，其中所述电路和所述光敏器件对应于CMOS成像器。
76.根据权利要求74的成像系统，其中所述第一泵电路向所述第一可操作器件提供电压。
77.根据权利要求76的成像系统，其中所述第一泵电路包括由外围电压提供的电荷泵，所述电荷泵输出新电源电压，所述新电源电压向所述第一可操作器件提供电压。
78.根据权利要求74的成像系统，其中所述第一泵电路向所述第一可操作器件的注入的有源阵列扩散区提供电压。
79.根据权利要求74的成像系统，其中所述第一可操作器件是复位器件、传输器件、行选择器件、全局快门器件、存储器件、高动态范围器件和横向溢出泄漏器件中的至少一种。
80.根据权利要求74的成像系统，其中所述相关电路还包括在所述相关电路操作期间响应第二控制信号的第二可操作器件。
81.根据权利要求80的成像系统，其中所述第一泵电路向所述第一可操作器件和第二可操作器件提供电压。
82.根据权利要求80的成像系统，其中所述第一泵电路通过所述第一可操作器件的注入的有源阵列扩散区向所述第一可操作器件提供电压以及通过所述第一可操作器件向所述第二可操作器件提供电压。
83.根据权利要求80的成像系统，其中所述第一泵电路包括由外围电压提供的电荷泵，所述电荷泵输出新电源电压，所述新电源电压向所述第一可操作器件提供电压。
84.根据权利要求80的成像系统，其中所述第一泵电路包括接地的负的衬底泵，所述负的衬底泵输出新电源电压，所述新电源电压向所述第一可操作器件的p+扩散区提供电压。
85.根据权利要求80的成像系统，其中所述第一泵电路包括由外围电压提供的正的衬底泵，所述正的衬底泵输出新电源电压，所述新电源电压向所述第一可操作器件的n+扩散区施加电压。
86.根据权利要求80的成像系统，其中所述第一泵电路包括由外围电压提供的负的栅极泵，所述负的栅极泵输出新电源电压，所述新电源电压向所述第一可操作器件施加电压。
87.根据权利要求80的成像系统，其中所述第一泵电路包括由外围电压提供的正的栅极泵，所述正的栅极泵输出新电源电压，所述新电源电压向所述第一可操作器件施加电压。
88.根据权利要求74的成像系统，其中所述泵电路包括接地的负的衬底泵，所述负的衬底泵输出新电源电压，所述新电源电压向所述第一可操作器件的p+扩散区提供电压。
89.根据权利要求74的成像系统，其中所述第一泵电路包括由外围电压提供的正的衬底泵，所述正的衬底泵输出新电源电压，所述新电源电压向所述第一可操作器件的n+扩散区施加电压。
90.根据权利要求74的成像系统，其中所述泵电路包括由外围电压提供的负的栅极泵，所述负的栅极泵输出新电源电压，所述新电源电压向所述第一可操作器件施加电压。
91.根据权利要求74的成像系统，其中所述泵电路包括由外围电压提供的正的栅极泵，所述正的栅极泵输出新电源电压，所述新电源电压向所述第一可操作器件施加电压。
92.根据权利要求74的成像系统，还包括第二泵电路。
93.根据权利要求92的成像器件，其中所述第一泵电路是栅极泵。
94.根据权利要求92的成像器件，其中所述第二泵电路是衬底泵。
95.一种操作成像器件的像素单元的方法，所述方法包括在存储节点存储光子产生的电荷；从所述存储的光子产生的电荷产生像素输出信号；和使用由至少一个泵电路产生的至少一个泵激电压，以实现所述存储和产生操作的至少一个。
96.根据权利要求95的操作像素单元的方法，其中所述至少一个泵电路由外围电压提供。
97.根据权利要求96的操作像素单元的方法，其中调节所述外围电压，使得产生调节电压，所述调节电压小于所述提供的电压，并且大于地电势。
98.根据权利要求96的操作像素单元的方法，其中所述至少一个泵电路包括电荷泵，所述电荷泵产生新电源电压，所述新电源电压向所述存储和产生操作的至少一个提供电压。
99.根据权利要求98的操作像素单元的方法，其中所述新电源电压大于所述外围电压。
100.根据权利要求98的操作像素单元的方法，其中将新电源电压调节到小于所述外围电压的电压。
101.根据权利要求98的操作像素单元的方法，其中所述新电源电压是负的，小于地参考电压。
102.根据权利要求96的操作像素单元的方法，其中所述至少一个泵电路包括负的衬底泵，所述负的衬底泵产生新电源电压，所述新电源电压向所述存储和产生操作的至少一个提供电压。
103.根据权利要求96的操作像素单元的方法，其中所述至少一个泵电路包括正的衬底泵，所述正的衬底泵产生新电源电压，所述新电源电压向所述存储和产生操作的至少一个提供电压。
104.根据权利要求96的操作像素单元的方法，其中所述至少一个泵电路包括负的栅极泵，所述负的栅极泵产生新电源电压，所述新电源电压向所述存储和产生操作的至少一个提供电压。
105.根据权利要求96的操作像素单元的方法，其中所述至少一个泵电路包括正的栅极泵，所述正的栅极泵产生新电源电压，所述新电源电压向所述存储和产生操作的至少一个提供电压。
全文摘要
公开了一种用于成像器件的像素。该像素包括设置在用于提供光子产生电荷的衬底中的光敏器件，和所述光敏器件相关的电路，用于提供代表所述光子产生电荷的至少一种像素输出信号，该电路至少包括在所述相关电路操作期间响应第一控制信号的第一可操作器件，和泵电路。该泵电路可以包括衬底泵、电荷泵和/或电压泵。该像素还可以嵌在成像系统中。
文档编号H04N3/15GK1836440SQ200480023502
公开日2006年9月20日 申请日期2004年6月10日 优先权日2003年6月16日
发明者H·E·罗德斯 申请人:微米技术有限公司