[发明专利]一种4T有源像素结构及其工作方法

权利要求书

1.一种4T有源像素结构，其特征在于：包括P型衬底、SiO₂层、钳位光电二极管PPD、传输晶体管栅极TG、浮动扩散电容FD、复位晶体管栅极RG、复位晶体管漏极RD、源极跟随器M_sf、选通晶体管M_rs和列总线col_line；

所述钳位光电二极管PPD、浮动扩散电容FD、复位晶体管漏极RD均设置于P型衬底上的扩散区域，所述P型衬底上层覆盖有SiO₂层，所述传输晶体管栅极TG、复位晶体管栅极RG设置于SiO₂层的多晶硅栅极区域；所述钳位光电二极管PPD为传输晶体管的源极，所述浮动扩散电容FD为传输晶体管的漏极，所述浮动扩散电容FD为复位晶体管的源极；所述浮动扩散电容FD节点通过金属导线连接到源极跟随器M_sf的栅极，所述源极跟随器M_sf的源极与选通晶体管M_rs的漏极相连，所述源极跟随器M_sf的漏极接电源VDD，所述选通晶体管M_rs的源极与列总线col_line相连；

所述浮动扩散电容FD区域靠近复位晶体管栅极RG一侧的边界与复位晶体管栅极RG靠近浮动扩散电容FD一侧的边界距离为L，所述L＞0，将两者边界之间的区域记为R。

2.根据权利要求1所述的一种4T有源像素结构，其特征在于：所述传输晶体管、复位晶体管、源极跟随器M_sf、选通晶体管M_rs均采用NMOS晶体管。

3.根据权利要求1所述的一种4T有源像素结构，其特征在于：所述传输晶体管栅极TG连接到电压信号TX。

4.根据权利要求1所述的一种4T有源像素结构，其特征在于：所述复位晶体管栅极RG连接到电压信号RST。

5.根据权利要求1所述的一种4T有源像素结构，其特征在于：所述复位晶体管漏极RD接电源VDD。

6.根据权利要求1所述的一种4T有源像素结构，其特征在于：所述源极跟随器M_sf的栅极连接到输入信号RS。

7.应用于权利要求1-6任一所述的一种4T有源像素结构的工作方法，包括以下步骤：

S1、将像素结构工作的一帧周期分为三个阶段，分别为复位阶段、曝光阶段、读出阶段；

S2、执行复位阶段；

S3、执行曝光阶段；

S4、执行读出阶段。

8.根据权利要求7所述的一种4T有源像素结构的工作方法，其特征在于：在步骤S2中的执行复位阶段包括以下步骤：

S21、复位晶体管栅极RG的电压信号RST和传输晶体管栅极TG的电压信号TX置为高电平；

S22、钳位光电二极管PPD和浮动扩散电容FD复位，曝光开始。

9.根据权利要求8所述的一种4T有源像素结构的工作方法，其特征在于：在步骤S3中的执行曝光阶段包括以下步骤：

S31、像素结构进行曝光；

S32、钳位光电二极管PPD中产生光生电荷；

S33、曝光阶段结束，曝光完成。

10.根据权利要求9所述的一种4T有源像素结构的工作方法，其特征在于：在步骤S4中的执行读出阶段包括以下步骤：

S41、输入信号RS的电压信号SEL置为高电平，选通晶体管M_rs导通；

S42、浮动扩散电容FD节点的电压通过源极跟随器M_sf传输到列总线col_line；

S43、电压信号RST置为高电平，复位晶体管开启，拉高复位晶体管栅极RG与浮动扩散电容FD之间区域电势，激活浮动扩散电容FD节点复位操作，浮动扩散电容FD处于复位状态；

S44、电压信号RST置为低电平，复位晶体管关闭，浮动扩散电容FD复位结束；

S45、浮动扩散电容FD节点的复位电压V_rst传输到列总线col_line；

S46、传输晶体管栅极TG的电压信号TX置为高电平，传输晶体管开启，累积在钳位光电二极管PPD中的光生电荷转移到浮动扩散电容FD区域；

S47、浮动扩散电容FD节点的信号电压V_sig传输到列总线col_line。