[发明专利]CMOS图像传感器

说明书

技术领域

本发明涉及图像传感器领域，特别是涉及一种CMOS图像传感器。

背景技术

图像传感器是将光学图像转换成电信号的半导体器件。目前，传统的图像传感器包括电荷耦合器件(CCD)图像传感器、互补金属氧化物(CMOS)图像传感器。由于CMOS图像传感器具有低功耗和高信噪比的优点，因此在图像传感器领域应用比较广泛。

CMOS图像传感器通常分为3T式图像传感器、4T式图像传感器，由于3T式图像传感器与4T式图像传感器的基本原理相同，下面以图1所示的4T式图像传感器的像素单元的电路图(同时可参照图2，图2为图1所示图像传感器像素单元局部结构的剖视图)为例，对4T式图像传感器的结构及其工作原理进行说明。

如图1所示，4T式CMOS图像传感器包括：用于将光信号转化为电信号的光电二极管PD、用于将光电二极管PD内部电荷转移至浮置扩散区FD的传输晶体管M1、用于执行复位功能的复位晶体管M2、与浮置扩散区FD连接以将检测到的电信号进行放大的源跟随晶体管M3、用于执行寻址功能并读取像素单元输出信号的选择晶体管M4。如图2所示，传输晶体管M1位于光电二极管PD与复位晶体管M2之间，传输晶体管M1与复位晶体管M2之间形成有浮置扩散区FD，浮置扩散区FD分别用作传输晶体管M1的漏极、复位晶体管M2的源极，光电二极管PD与浮置扩散区FD之间的阱区用作传输晶体管M1的沟道。4T式CMOS图像传感器的工作原理为：首先，在光电二极管PD接受光照之前，将像素单元上次图像处理后残留在光电二极管PD内部的电荷清除，以避免残留在光电二极管PD内部的电荷混入下一次图像信息中，具体做法如下：向复位晶体管M2输入复位信号Reset，以控制复位晶体管M2开启，此时浮置扩散区FD被置于高电位，传输晶体管M1开启，则传输晶体管M1的沟道导通，位于高电位状态下的浮置扩散区FD会产生电场，在电场的作用下光电二极管PD内部积累的电荷会通过传输晶体管M1的沟道运动至浮置扩散区FD，以达到清除光电二极管PD残留电荷的目的。一段时间之后，控制复位晶体管M2关闭，此时，传输晶体管M1也会关闭。然后，使光电二极管PD开始接受光照，接受光照之后，光电二极管PD会产生电荷，随着光照时间加长，光电二极管PD产生的电荷越来越多。向传输晶体管M1输入信号Tx，控制传输晶体管M1开启，则传输晶体管M1的沟道导通，光电二极管PD产生的电荷通过传输晶体管M1的沟道运动至浮置扩散区FD。浮置扩散区FD接收电荷之后其电压值会发生变化，通过源跟随晶体管M3，这个电压变化值在选择晶体管M4的输出端out被读取，此读取的电压变化值即为像素单元输出信号。

如上所述，在CMOS图像传感器的像素单元进行下一次图像处理之前需将光电转换元件内部积累的电荷清除，以避免电荷会混入下次图像信息中，造成图像信息出错或图像信息失真等后果。但是，上述CMOS图像传感器在实际工作过程中常常会出现这样一种不良后果：光电转换元件内部积累的电荷不能被完全清除，以致产生图像信息出错或图像信息失真等缺陷。尤其是当CMOS图像传感器的像素单元的结构尺寸比较大时，这种缺陷会更为严重或发生频率更为频繁。

发明内容

本发明要解决的问题是CMOS图像传感器的光电转换元件内部残余的电荷不能完全被清除，以致造成图像信息出错或图像信息失真等后果。

为解决上述问题，本发明提供一种CMOS图像传感器，其包括若干像素单元，至少一个所述像素单元包括：

用于将光信号转化为电信号的光电转换元件；

用于执行复位功能且分别位于所述光电转换元件两侧的第一复位晶体管、第二复位晶体管；

用于检测所述光电转换元件产生的电信号的浮置扩散区；

与所述浮置扩散区连接以将检测到的所述电信号进行放大的源跟随晶体管；

用于执行寻址功能并读取像素单元输出信号的选择晶体管；

所述光电转换元件的阴极与所述第一复位晶体管的源极、第二复位晶体管的源极连接；

所述第一复位晶体管的源极与所述源跟随晶体管的栅极连接；

所述源跟随晶体管的源极与所述选择晶体管的漏极连接；

所述选择晶体管的源极作为像素单元输出信号的输出端。

可选的，所述像素单元形成在半导体衬底的外延层上。

可选的，所述光电转换元件为埋藏型光电二极管，其包括：用作光电二极管阴极的第一掺杂区、位于所述第一掺杂区上并用作光电二极管阳极的第二掺杂区，所述第一掺杂区的掺杂类型与所述第二掺杂区的掺杂类型相反。