固态成像元件和成像装置的制作方法

本技术涉及固态成像元件。具体地，本技术涉及设置有比较器和计数器的固态成像元件以及成像装置。

背景技术：

1、在现有技术中，在固态成像元件等中，由于结构简单，所以单斜率模数转换器(adc)通常用于模数(ad)转换。单斜率adc通常包括比较器和基于比较器的比较结果执行计数的计数器。已经提出了一种固态成像元件，其中，例如，p沟道金属氧化物半导体(pmos)晶体管、电流源和逻辑门(诸如反相器)设置在比较器中(例如，参见专利文献1)。pmos晶体管将来自像素电路的像素信号与参考信号进行比较，并且经由反相器从漏极输出比较结果。在计数器即将开始计数之前，通过输入高电平参考电压将比较结果初始化为低电平。

2、引用列表

3、专利文献

4、专利文献1：美国专利申请公开第2018/0103222号

技术实现思路

1、本发明要解决的问题

2、在上述固态成像元件中，像素电路的电流由比较器共享，并且因此与其中电流源也设置在与像素电路分开的比较器中的配置相比，降低了功耗。然而，在上述固态成像元件中，在初始化时难以增加输出从高电平过渡到低电平的速度(换言之，比较器的响应性提高)。当为了提高响应性而充分增大参考电压的值时，截断状态下的pmos晶体管的漏电流减小，但功耗增大。

3、鉴于这种情况做出本技术，并且其目的是改善为每列设置比较器的固态成像元件中的比较器的响应性。

4、问题的解决方案

5、已做出本技术以解决上述问题，并且根据本技术的第一方面，提供了一种固态成像元件，包括：输入晶体管，被配置为基于输入至源极的输入电位和输入至栅极的预定参考电位是否基本上彼此一致，从漏极输出在从一对输出电位的一者至另一者的范围内的电位；第一电流源，被配置为供应恒定电流；电容器，所述电容器插入在所述输入晶体管的源极与所述第一电流源之间；以及第一截断开关，被配置为在用于将所述电容器和所述第一电流源之间的连接节点初始化到所述输出电位对中较低的一个的预定时段内将所述输入晶体管的所述漏极与连接节点断开，并且在所述预定时段之外将所述连接节点与所述输入晶体管的所述漏极连接。这带来提高响应性的效果。

6、此外，在第一方面中，第一截断开关可以包括并联连接在输入晶体管的漏极与第一电流源之间的n型晶体管和p型晶体管。因而，能够不受截断开关的影响地进行比较操作。

7、此外，在第一方面中，第一截断开关可以包括n型晶体管。这带来晶体管的数量减少的效果。

8、此外，在第一方面中，还可以提供第一输出晶体管，被配置为基于输入到源极的输入电位与输入到栅极的连接节点的电位之间的差是否超过预定阈值电压，从漏极输出在从比输入电位低的预定电位到输入电位的范围内的电位；以及输出侧短路开关，被配置为在预定时段内短路第一输出晶体管的源极和漏极。这带来提高响应性的效果。

9、此外，在第一方面中，还可以提供自动调零晶体管，所述自动调零晶体管被配置为在所述预定时间段之前的自动调零时间段内连接所述输入晶体管的栅极和漏极，并且所述输出侧短路开关可以在所述自动调零时间段和所述预定时间段内短路所述第一输出晶体管的源极和漏极。这带来抑制自动调零时段中的振荡的效果。

10、此外，在第一方面中，输出侧短路开关可以包括并联连接在第一输出晶体管的源极与漏极之间的n型晶体管和p型晶体管。这带来这样的效果：在比较结果的电平大约是电源电位的中间值的情况下，第一输出晶体管的源极和漏极短路。

11、另外，在上述第一方面中，也可以是，所述输出侧短路开关包括n型晶体管。这带来晶体管的数量减少的效果。

12、另外，在上述第一方面中，也可以是，所述输出侧短路开关包括p型晶体管。这带来晶体管的数量减少的效果。

13、此外，在第一方面中，还可以提供第二输出晶体管，被配置为基于输入到源极的输入电位和输入到栅极的第一输出晶体管的漏极之间的差是否超过预定阈值电压，从漏极输出在从预定电位到输入电位的范围内的电压。因此，比较器的增益增加，并且因此提高了线性度。

14、此外，在第一方面中，还可以提供输入侧短路开关，被配置为在预定时段内短路输入晶体管的漏极和源极。这带来了抑制性能劣化的效果。

15、此外，在第一方面中，还可提供：电平偏移电路，被配置为基于第一输出晶体管的漏极的电位，输出具有大于预定电位和输入电位的电位差的一对偏移电位的输出信号；以及逻辑门，被配置为确定输出信号是否高于这对偏移电位之间的预定阈值并且输出确定结果。这带来了提高设计自由度的效果。

16、此外，在第一方面中，一对偏移电位中的一个可以是高于输入电位的电源电位，并且一对偏移电位中的另一个可以是低于预定电位的参考电位，并且电平偏移电路可以包括：n型晶体管，具有连接到输入电位的垂直信号线的栅极和连接到第一输出晶体管的漏极的源极；电源侧预充电晶体管，被配置为将所述n型晶体管的漏极的电位初始化为所述电源电位；p型晶体管，所述p型晶体管具有连接至所述n型晶体管的所述漏极的栅极以及连接至所述逻辑门的漏极；以及参考侧预充电晶体管，被配置为将所述p型晶体管的漏极的电位初始化为所述参考电位。这带来电压电路被四个晶体管扩展的效果。

17、此外，在第一方面中，还可提供：第一输出晶体管，被配置为基于输入至源极的输入电位与输入至栅极的连接节点的电位之间的差是否超过预定阈值电压，从漏极输出在从比输入电位低的预定电位至输入电位的范围内的电位；第二电流源，被配置为供应恒定电流；第二截断开关，被配置为在所述参考电位稳定的开始定时之前将所述第一输出晶体管的所述漏极与所述第二电流源断开，并且在从所述开始定时起的特定时间段内将所述第一输出晶体管的所述漏极与所述第二电流源连接；箝位晶体管，所述箝位晶体管的漏极连接到所述第二电流源；以及控制开关，被配置为在开始定时之前将第一输出晶体管的源极与箝位晶体管的源极连接，并且在从开始定时起的特定时间段内将第一输出晶体管的源极与箝位晶体管的源极断开。这带来抑制反冲的效果。

18、此外，在第一方面中，还可提供电平偏移电路，该电平偏移电路被配置为基于控制开关和箝位晶体管之间的连接节点的电位，输出具有大于预定电位和输入电位的电位差的一对偏移电位的输出信号。这带来了提高设计自由度的效果。

19、此外，在第一方面中，还可以提供输入电容器切换电路，该输入电容器切换电路被配置为切换与输入晶体管的栅极并联连接的输入电容器的数量。这带来降低噪声的效果。

20、此外，根据本技术的第二方面，提供了一种固态成像元件，包括：输入晶体管，被配置为在输入到源极的输入电位和输入到栅极的预定参考电位基本上彼此一致的情况下，从漏极输出与输入电位对应的漏极电位；第一输出晶体管，被配置为基于输入至源极的所述输入电位与输入至栅极的所述漏极电位之间的差是否超过预定阈值电压，从漏极输出在从预定电位至所述输入电位的范围内的电位；以及输出侧短路开关，被配置为在用于将第一输出晶体管的漏极初始化为输入电位的预定时段内短路第一输出晶体管的源极和漏极。这带来提高响应性的效果。

21、此外，根据本技术的第三方面，提供了一种固态成像元件，包括：输入晶体管，被配置为在输入到源极的输入电位和输入到栅极的预定参考电位基本上彼此一致的情况下，从漏极输出预定箝位电位；以及输入侧短路开关，被配置为在用于将漏极的电位初始化为高于箝位电位的高电平的预定时间段内短路输入晶体管的源极和漏极。这带来提高响应性的效果。

22、此外，根据本技术的第四方面，提供了一种成像装置，包括：输入晶体管，被配置为基于输入至源极的输入电位和输入至栅极的预定参考电位是否基本上彼此一致，从漏极输出在从一对输出电位的一者至另一者的范围内的电位；电流源，被配置为供应恒定电流；电容器，所述电容器插入在所述输入晶体管的源极与所述电流源之间；截断开关，被配置为在用于将所述电容器与所述电流源之间的所述连接节点初始化到一对输出电位中较低的一个的预定时段内将所述输入晶体管的所述漏极与连接节点断开，并且在所述预定时段之外将所述连接节点与所述输入晶体管的所述漏极连接；以及计数器，被配置为在一段时间内对计数值进行计数，直到所述连接节点的电位反相。这带来提高响应性的效果。

23、此外，根据本技术的第五方面，提供了一种固态成像元件，包括：连接到像素的垂直信号线；晶体管，包括连接至所述垂直信号线的源极和接收基于预定参考电位的信号的栅极；电流源，被配置为供应恒定电流；电容器，插入在晶体管的源极与电流源之间；以及开关，其连接到电容器与晶体管的电流源和漏极之间的连接节点。

24、此外，根据本技术的第六方面，提供了一种固态成像元件，包括：连接到像素的垂直信号线；第一晶体管，包括连接至所述垂直信号线的源极以及接收基于预定参考电位的信号的栅极；电流源，被配置为供应恒定电流；第二晶体管，包括连接至所述垂直信号线的源极和连接至所述电流源的栅极；以及连接到第二晶体管的源极和漏极的开关。