[发明专利]包括具有两个栅极的感应晶体管的图像传感器及操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括具有两个栅极的感应晶体管的图像传感器及其操作 方法，更具体地讲，涉及一种包括具有两个栅极的感应晶体管的图像传感器 及其操作方法，其中，当由于入射到像素的强光导致感应晶体管没有导通时， 通过将电压施加到另一栅极来导通感应晶体管，从而图像传感器测量入射到 像素的光强度。

背景技术

图像传感器是将检测到的光转换为电信号的光电转换装置。传统的图像 传感器包括按阵列布置在半导体基底上的多个单位像素。每个单位像素包括 光电二极管和多个晶体管。光电二极管响应检测到的外部光产生光电荷，晶 体管根据产生的光电荷的量来输出电信号。

互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器包括可以控制并处理光信号 的控制装置，使用CMOS制造技术来制造所述控制装置。CMOS图像传感器 的制造工艺简单，信号处理装置可以与光电二极管一起制造成单个芯片。

已经开展了增加CMOS图像传感器的动态范围的研究。具体地讲，在图 像传感器中，当光入射到图像传感器时，连接到感应晶体管的栅极的浮置扩 散区的电势降低，并且栅极电压降低得低于阈值电压，因此没有检测到感应 电压，并且因此，不能获得光强度。为了测量这种低于阈值电压的感应晶体 管的光强度，可以使用对数电路。然而，在这种情况下，晶体管的数量增加， 并且对数电路的线性低。因此，难以正确地测量强光的光强度。

因此，需要开发一种具有宽的动态范围的CMOS图像传感器以测量强光 的光强度。

发明内容

为了解决上面和/或其它的问题，本发明提供了一种包括具有两个栅极的 感应晶体管的图像传感器。

本发明还提供了一种操作包括具有两个栅极的感应晶体管的图像传感器 的方法。

根据本发明的一方面，提供了一种图像传感器，所述图像传感器包括： 光电转换装置；感应晶体管，具有连接到浮置扩散区的第一栅极以及与第一 栅极分开的第二栅极，其中，在浮置扩散区中存储从光电转换装置产生的电 荷；重置晶体管，连接到浮置扩散区并重置浮置扩散区的电势；控制电压源， 将控制电压提供到第二栅极；列输出线，连接到感应晶体管的源极。

图像传感器还可以包括列选择晶体管，所述行选择晶体管包括连接到感 应晶体管的源极的漏极和连接到列输出线的源极，并在像素阵列中选择包括 感应晶体管的行。图像传感器还可以包括传输晶体管，所述传输晶体管形成 在浮置扩散区和光电转换装置之间，将从光电转换装置产生的电荷传输到浮 置扩散区。

感应晶体管的漏极可以连接到外部输入电压。

第一栅极和第二栅极可以在晶体管沟道上分隔开。

第一栅极的一部分可以与第二栅极的一部分结合，并且在第一栅极和第 二栅极之间插入介电层。

第一栅极和第二栅极可以设置在晶体管沟道的两侧上以彼此面对，或可 以垂直设置。

根据本发明的另一方面，提供了一种操作包括具有两个栅极的感应晶体 管的图像传感器的方法，所述方法包括如下步骤：重置浮置扩散区的电势； 将光照射到光电转换装置上；当在逐渐增加施加到第二栅极的电压的同时感 应晶体管导通时，确定提供到第二栅极的第一栅极电压；计算第一电压；通 过第一栅极电压计算照射到光电转换装置上的光的强度。

计算第一栅极电压的步骤可以包括通过参照预先准备的查找表来得到根 据第一电压的第一栅极电压。

确定第一电压的步骤可以包括当从列输出线测量的列电流大于参考电流 时确定感应晶体管导通。

根据本发明的又一方面，提供了包括具有两个栅极的感应晶体管的图像 传感器的方法，所述方法包括如下步骤：重置浮置扩散区的电势；将光照射 到光电转换装置上；将第二电压施加到第二栅极；确定感应晶体管是否导通； 当在感应晶体管没有导通的情况下，通过逐渐增加施加到第二栅极的电压而 导通感应晶体管时，测量提供到第二栅极的第三电压；计算第一栅极电压； 通过第一栅极电压的值来计算照射到光电转换装置上的光的强度。

确定感应晶体管是否导通的步骤可以包括确定从列输出线测量的输出电 流是否大于参考电流，如果输出电流大于参考电流，则使用输出电流计算第 一栅极电压。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例的详细描述，本发明的上面和其它 特征和优点将变得更明显，附图中：