借助转移栅极升压读出图像传感器的方法
【技术领域】
[0001]本发明一般来说涉及图像传感器的读出，且特定来说(但并非排他性地)涉及包含共享电荷/电压转换机构的图像传感器的读出。
【背景技术】
[0002]图像传感器已变得普遍存在。其广泛用于数字静态相机、蜂窝式电话、安全相机以及医学、汽车及其它应用中。用以制造图像传感器且特定来说互补金属氧化物半导体(“CMOS”)图像传感器的技术已不断快速地发展。举例来说，对较高分辨率及较低电力消耗的需求已促进了这些图像传感器的进一步小型化及集成。
[0003]CMOS图像传感器可使用像素阵列。像素通常包含光电二极管(即，负责收集电磁能量并将所收集电磁能量转换成电子的光敏区)、转移晶体管、源极跟随器放大器晶体管及行选择晶体管。最终通过包含在像素中的电荷/电压机构(也称为浮动扩散部)将在光电二极管的光敏区中积累的光生电荷转换成电压。
[0004]一些图像传感器可包含共享像素架构，其中光电二极管被分组在一起以形成在数个光电二极管当中具有一共享电荷/电压机构以及一个或一个以上共享晶体管的像素单
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[0005]像素单元的光敏区将入射电磁能量转换成所积累电子的效率取决于许多因素，包含光电二极管的全阱容量(FWC)。FWC是光电二极管在其达到饱和之前可存储的电子的数目的度量。当达到光电二极管的饱和时，过量电子可溢出到邻近像素。针对CMOS传感器，增加的光电二极管FWC可产生较高的动态范围及较高的信噪比，此最终产生较高质量的数字图像。
[0006]然而，光电二极管FWC的增加可导致所得图像中“黑点”的发生的增加。这是因为增加的FWC将需要被复位到较大电压以适应较大电压摆幅的电荷/电压转换区。电荷/电压机构上的此较大电压电位可致使像素晶体管中的一者或一者以上(例如，源极跟随器晶体管)在其线性操作区之外操作。源极跟随器晶体管的非线性操作可致使低光条件中的信号电平(即，浮动扩散部上的高电压)被压缩，此导致黑点的增加的发生。
【发明内容】
[0007]本发明的一个实施例涉及一种用于读出图像传感器的方法，所述图像传感器具有:第一光敏区；第二光敏区；共享电荷/电压机构；第一转移晶体管，其经安置以将所述第一光敏区选择性地耦合到所述共享电荷/电压机构；及第二转移晶体管，其经安置以将所述第二光敏区选择性地耦合到所述共享电荷/电压机构，所述方法包括:启用所述第一转移晶体管以将光生电荷从所述第一光敏区转移到所述共享电荷/电压机构；及在将所述光生电荷从所述第一光敏区转移到所述共享电荷/电压机构时，不多于部分地启用所述第二转移晶体管以部分地接通所述第二转移晶体管以增加所述共享电荷/电压机构的电容。
[0008]本发明的一个实施例涉及一种用于读出图像传感器的方法，所述图像传感器具有:第一光敏区；第二光敏区；共享电荷/电压机构；第一转移晶体管，其经安置以将所述第一光敏区选择性地耦合到所述共享电荷/电压机构；第二转移晶体管，其经安置以将所述第二光敏区选择性地耦合到所述共享电荷/电压机构；及复位晶体管，其耦合于所述共享电荷/电压机构与复位电压源之间，所述方法按以下次序包括:(a)第一次启用所述复位晶体管以复位所述共享电荷/电压机构；(b)启用所述第一转移晶体管以将光生电荷从所述第一光敏区转移到所述共享电荷/电压机构，且在将所述光生电荷从所述第一光敏区转移到所述共享电荷/电压机构时，不多于部分地启用所述第二转移晶体管以部分地接通所述第二转移晶体管以增加所述共享电荷/电压机构的电容；(c)第二次启用所述复位晶体管以复位所述共享电荷/电压机构 '及(d)启用所述第二转移晶体管以将光生电荷从所述第二光敏区转移到所述共享电荷/电压机构，且在将所述光生电荷从所述第二光敏区转移到所述共享电荷/电压机构时，不多于部分地启用所述第一转移晶体管以部分地接通所述第一转移晶体管以增加所述共享电荷/电压机构的所述电容。
[0009]本发明的一个实施例涉及一种用于读出具有像素单元阵列的图像传感器的方法，每一像素单元包含四个光电二极管、四个转移晶体管及一共享电荷/电压机构，其中所述四个转移晶体管中的每一者经安置以将所述四个光电二极管中的相应一者选择性地耦合到所述共享电荷/电压机构，所述方法包括:启用所述四个转移晶体管中的第一者以将光生电荷从所述四个光电二极管中的第一者转移到所述共享电荷/电压机构；及在将所述光生电荷从所述第一光电二极管转移到所述共享电荷/电压机构时，不多于部分地启用所述四个转移晶体管中的第二者、第三者及第四者中的每一者以部分地接通所述四个转移晶体管中的所述第二、第三及第四转移晶体管以增加所述共享电荷/电压机构的电容。
【附图说明】
[0010]参考以下各图描述本发明的非限制性及非穷尽实施例，其中除非另有规定，否则在所有各个视图中相似参考编号指代相似部件。
[0011]图1是图解说明根据本发明的教示的图像传感器的框图。
[0012]图2A是图解说明根据本发明的教示具有两个光电二极管及一共享电荷/电压转换机构的像素单元的示意图。
[0013]图2B是图解说明根据本发明的教示用于共享像素架构的读出的实例性信号的时序图。
[0014]图3是图解说明根据本发明的教示具有四个光电二极管及一共享电荷/电压转换机构的像素单元的示意图。
[0015]在图式的所有数个视图中，对应参考字符指示对应组件。所属领域的技术人员将了解，图中的元件是为简单及清晰起见而图解说明的，且未必按比例绘制。举例来说，为了有助于改进对本发明的各种实施例的理解，图中的元件中的一些元件的尺寸可能相对于其它元件放大。此外，通常未描绘在商业上可行的实施例中有用或必需的常见而众所周知的元件以便促进对本发明的这各种实施例的较不受阻挡的观察。
【具体实施方式】
[0016]在以下描述中，陈述众多特定细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，所属领域的一般技术人员将明了，不需要采用特定细节来实践本发明。在其它实例中，未详细描述众所周知的材料或方法以避免使本发明模糊。
[0017]在本说明书通篇中对“一个实施例”、“一实施例”、“一个实例”或“一实例”的提及意指结合所述实施例或实例所描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书通篇的各个位置中短语“在一个实施例中”、“在一实施例中”、“一个实例”或“一实例”的出现未必全部指代同一实施例或实例。此外，在一个或一个以上实施例或实例中，可以任何适合组合及/或子组合来组合所述特定特征、结构或特性。特定特征、结构或特性可包含于集成电路、电子电路、组合逻辑电路或提供所描述的功能性的其它适合组件中。另外，应了解，随本文一起提供的各图是出于向所属领域的一般技术人员解释的目的且图式未必按比例绘制。
[0018]根据本发明的教示的实例描述一种在像素单元中不需要额外电路或组件的情况下增加电荷/电压转换机构的电容的图像传感器读出方法。在一个实例中，图像传感器包含光敏区、转移晶体管及一个或一个以上共享电荷/电压机