[发明专利]互补金属氧化物半导体感测器中归零及读取的装置与方法

说明书

本发明涉及一种在互补金属氧化物半导体感测器中同时执行归零及读取的装置与方法，特别是有关在互补金属氧化物半导体线性感测器中的装置与方法；此互补金属氧化物半导体线性感测器中没有如移动域(shiftregister)的储存模组可供读取时利用。

固态摄像元件(image sensor)基本上分成两类：电荷耦合元件(chargedcoupled device)金属氧化物半导体二极管阵列(MOS diode array)。两者皆需要特别的制作过程以配合其影像感测目的；两者也皆需基本的外在电路连接至感测芯片以驱动阵列及处理输出信号。因此，一完整的感测从属系统需要从元件与其伴随、牵连到的高成本、电力消耗及实体尺寸作整体的考虑。

传统上，作为扫描器的固态摄像元件是电荷耦合元件。但不幸的是，对于发展携带式扫描器而言，电荷耦合元件的技术无法与标准直流电处理相容；此外，电荷耦合元件需要高伏特时钟信号(clock signal)，此种需求隐含需要较高的电力消耗。因此，将标准的互补金属氧化物半导体制作过程应用到扫描器上，可提升整合性及降低电力消耗。

线性二极管感测器通常是一维列的光二极管，由金属氧化物半导体晶体管的源极及漏极以反偏压(reverse-bias)半导体连接的型态来执行。应用一高反偏压使二极管被电性上隔离后，暴露在被检测的光线或其他辐射线之下。入射辐射线可增加反偏压漏电流至二极管中，此漏电流能有效地被并入到隔离连接的反偏压电容上，造成反偏压电位的降低。如此为人所知且利用的技术可将辐射能转化为电子电荷及电位，特别是也可以使用在线性二极管型态感测器。在这些感测器中，单一的金属氧化物半导体晶体管控制光二极管的通路，是为了写入像素胞(cell)(也就是归零至高反偏压)及藉由连接二极管至一比特线(bit-line)及从比特线连接至电荷感测电路将之读取的目的：此电荷感测电路可将储存于晶胞的电荷转变为输出电压。

基本上线性感测器与阵列感测器相同，藉由一扫描线(scan line)作为通路，将之以连续的像素读取。这种的处理形式藉由一字元线(wordline)使一列的像素胞得以连续的像素读取；所谓的字元线是将一列中所有像素胞的栅极共同连接至一通路晶体管。数字电路是用来产生及驱动字元线信号的必要因素，且一般会采取移动域(shift register)的形式。当字元线发生作用时，一列上的像素胞会被连接至比特线，藉此再连至感测器顶部的表面电路上。再者，数字电路可产生动作信号，此动作信号控制模拟开关或感测器电路，使信号能在连续的比特线上传递输出。

如图1所示为一以被动像素胞110为基本的主动感测器的一列。每一个被动像素胞110都有一个简单的结构，包括光二极管PD与其相配合的电容Cd及一晶体管开关MR。这些光二极管经过位于像素胞内的开关MR1、MR2...MRx与一列总线120(column bus)相连接；列总线120与一电荷放大器相连接，并提供一信号电位Vo显示一光二极管PD所收集的照光准位(level ofillumination)。

然而，对于互补式金属氧化物半导体感测器而言，内建移动域会提高扫描器的成本。另一方面，没有移动域，扫描器则会因需花费曝光及读取的加成时问，而造成不佳的效益。根据上述，必须兼顾低价及效益来解决CMOS感测器在扫描器上应用的问题。

本发明的目的是要克服上述传统的互补金属氧化物半导体感测器所产生的诸多缺点，而提供一种在互补金属氧化物半导体感测器中可同时执行像素曝光及读取数据的装置；该互补金属氧化物半导体感测器并没有如模拟移动域及移动域的存储元件可供数据暂存。

本发明的另一目的是提供一扫描器可同时执行像素曝光及读取数据的步骤；此扫描器的每个感光胞的开始归零时间不同，但有相同的曝光时间。

本发明的目的是这样实现的：在一线性互补金属氧化物半导体感测器中同时进行归零与读取步骤的装置，其特征在于：该装置其中有多个感光胞(photocell)，且至少包括：同时使一第一开关元件及一第二开关元件有作用的多个作用电路，该第一开关元件位于从该感光胞至该第二开关元件通路的一旁路(bypass)上，及该第二开关元件位于该感光胞至一共同总线(common bus)的通路上。

其中上述的每个该作用电路是相对应的该感光胞。

其中上述的第一开关元件对应于该第一感光胞，而该第二开关元件则是对应于该第二感光胞，该第二感光胞在该线性互补金属氧化物半导体一列感测器中位于该第一感光胞的下一个邻近位置。