專利名稱：控制感光二極管的光電荷量的方法及其影像感測裝置的制作方法
技術領域：
本發明提供一種控制主動像素的方法，尤指一種控制感光二極管所能儲存的光電荷量的方法及其影像感測裝置。
背景技術：
請參閱圖1，圖1為先前主動像素8的電路圖。主動像素8包含一鉗制型感光二極管(pinned photodiode)10、一轉換(transfer)晶體管12、一重置(reset)晶體管14、一源極隨耦器(source follower)16以及一列選擇開關(row selector)晶體管18。鉗制型感光二極管10用來接收光線；轉換晶體管12用來控制儲存于鉗制型感光二極管10中的電荷轉移；重置晶體管14用來重置鉗制型感光二極管10；源極隨耦器16的源極的電位會隨著源極隨耦器16的柵極所接收的電荷(charge)改變；列選擇開關晶體管18用來控制光信號或重置信號的儲存。
主動像素8從擷取光線至儲存光信號的運作如下。首先執行重置的動作，開啟重置晶體管14與轉換晶體管12，在晶體管12、14的柵極處施于一高電位(電路操作的最高電壓Vdd)，以對鉗制型感光二極管10進行重置。接著進入曝光模式，也就是擷取影像，此時關閉轉換晶體管12與重置晶體管14，先前技術中關閉轉換晶體管12是在轉換晶體管12的柵極施于一低電位(0伏特)，此時鉗制型感光二極管10接收光線而儲存電荷于其中。請參閱圖2，圖2為圖1中點P與點R處儲存電荷的示意圖，其中點P處代表鉗制型感光二極管10所儲存的電荷量，而點R處代表重置晶體管14的源極處所儲存的電荷量。
接著先讀取重置信號。請繼續參閱圖3，圖3為讀取重置信號的示意圖。利用源極隨耦器16與列選擇開關晶體管18轉移點R處所儲存的電荷，此時轉換晶體管12與重置晶體管14處于關閉狀態，而源極隨耦器16與列選擇開關晶體管18處于開啟狀態。讀取完重置信號后，再讀取光信號，請參閱圖4；圖4為讀取光信號的示意圖。開啟轉換晶體管12以轉移鉗制型感光二極管10中所儲存的電荷，再利用源極隨耦器16與列選擇開關晶體管18儲存光信號，即完成影像擷取。
先前技術主動像素8容易產生的缺點有二一為光暈現象；二為影像滯留的問題，于下分別說明。
請繼續參閱圖5與圖6，圖5為轉換晶體管12與鉗制型感光二極管10于強光下的示意圖；圖6為圖5中光電荷溢出的示意圖。由于曝光時，施0伏特電位在轉換晶體管12的柵極，因此轉換晶體管12為關閉狀態。若經強光照射，可能導致接收的光電荷量過多，并超出鉗制型感光二極管10所能容納的最大光電荷容量。由于此時的轉換晶體管12為關閉狀態，過多的光電荷無其它路徑可宣泄因而溢流至周圍的像素中，影響鄰近像素的影像擷取，導致影像中有暈開的現象，此現象稱為光暈現象(blooming)。
此外，在二極管的半導體制備工藝(process)中，控制鉗制型感光二極管10所能儲存的電荷量是相當重要的，若控制不好會造成如圖7所示的影像滯留(image lag)問題，圖7為圖1中點P與點R處影像滯留的示意圖。由于圖7中點P的電荷無法完全轉移出去，也就是說有殘留的電荷在鉗制型感光二極管10中，因而產生影像滯留的現象。先前技術通常利用工藝技術(控制工藝參數)來改變鉗制型感光二極管10所能儲存的電荷量大小或改變重置晶體管14的源極處所能儲存的電荷量大小，以避免圖7的現象發生。然而，控制工藝并不容易且成本過高，因此需要更簡易的控制方式來解決影像滯留的問題。

發明內容
本發明的目的在于提供一種控制感光二極管的光電荷量的方法及其影像感測裝置，以解決上述的問題。
為了實現所述的目的，本發明的技術方案為一種控制感光二極管的光電荷量的影像感測裝置，包括一感光二極管，用來接收光線；一第一晶體管，其源極連接于所述感光二極管，該第一晶體管用來控制該所述感光二極管內光電荷的轉移；一參考電壓控制單元，連接于所述第一晶體管的柵極，該參考電壓控制單元接收多個控制信號，根據所述多個控制信號提供一參考電壓于所述第一晶體管的柵極以控制所述感光二極管所能儲存的光電荷量；一第二晶體管，其源極連接于所述第一晶體管的輸出端，漏極連接于一電壓源，所述第二晶體管用來重置所述感光二極管；一第三晶體管，其漏極連接于所述電壓源，柵極連接于所述第二晶體管的源極；以及一第四晶體管，其漏極連接于所述第三晶體管的源極，源極連接于一字符線，所述第四晶體管用來選擇是否輸出信號。
所述參考電壓控制單元提供于所述第一晶體管的柵極的參考電壓介于零伏與所述電壓源之間。
所述參考電壓控制單元提供所述參考電壓于第一晶體管的柵極時，所述感光二極管處于曝光狀態下，用以控制所述感光二極管所能儲存的光電荷量。
所述感光二極管為一鉗制型感光二極管。
一種控制主動像素中感光二極管的光電荷量的方法，包括于一感光二極管曝光且所述感光二極管的一端接地時，提供一大于接地電位的參考電壓于一轉換晶體管的柵極，以控制所述感光二極管所能儲存的光電荷量。
所述參考電壓小于一最大工作電壓。
所述感光二極管為一鉗制型感光二極管。
由一參考電壓控制單元根據所接收的多個控制信號提供所述參考電壓于所述轉換晶體管的柵極，以控制所述感光二極管所能儲存的光電荷量。
檢測影像是否有異?，F象。
檢測影像是否有異?，F象包含檢測是否有影像滯留。
檢測影像是否有異常現象包含檢測是否有光暈現象。
本發明揭露一種可于一感光二極管曝光且該感光二極管的一端接地時，提供一大于接地電位的參考電壓于一轉換晶體管的柵極，以控制所述感光二極管所能儲存的光電荷量，由此避免了影像滯留與光暈現象。本發明于制備工藝完畢后，利用一參考電壓控制單元來改變鉗制型感光二極管所能儲存的電荷量大小，相對于先前技術利用控制工藝(控制工藝參數)的方式來改變鉗制型感光二極管所能儲存的電荷量大小較為簡單且精準，成本也較低廉。


圖1為先前主動像素的電路圖；圖2為圖1中點P與點R處儲存電荷的示意圖；圖3為圖1主動像素讀取重置信號的示意圖；圖4為圖1主動像素讀取光信號的示意圖；圖5為轉換晶體管與鉗制型感光二極管于強光下的示意圖；圖6為圖5中光電荷溢出的示意圖；圖7為圖1主動像素中點P與點R處影像滯留的示意圖；圖8為圖1主動像素的轉換晶體管與鉗制型感光二極管的示意圖；圖9表示圖8鉗制型感光二極管所能儲存的電荷量的大小的示意圖；圖10為本發明控制鉗制型感光二極管電荷量的裝置的示意圖；圖11至圖13為不同參考電壓下鉗制型感光二極管儲存電荷量的示意圖；圖14至圖16分別為圖11至圖13中轉移鉗制型感光二極管電荷的示意圖；圖17為本發明控制鉗制型感光二極管電荷量的流程圖。
主要元件符號說明
8主動像素 10鉗制型感光二極管12轉換晶體管 14重置晶體管16源極隨耦器 18列選擇開關晶體管20參考電壓控制單元P、R點具體實施方式
本發明提供一種控制鉗制型感光二極管10所能儲存的電荷量的方法，以解決先前技術中影像滯留以及光暈現象的問題。
首先說明本發明的概念。影像滯留的產生是由于鉗制型感光二極管10中的電荷無法完全轉移。因此若減少鉗制型感光二極管10所能儲存的電荷容量，影像滯留現象即可避免。另外，光暈現象是由于接收過多的光電荷量，造成光電荷溢流至周圍的像素。因此也可通過控制鉗制型感光二極管10所能儲存的電荷容量，來降低光暈現象的產生。
請參閱圖8，圖8為轉換晶體管12與鉗制型感光二極管10的示意圖。當提供一電壓Vg于轉換晶體管12的柵極時，由于晶體管本身具有一閥值電壓(threshold)Vth，因此轉換晶體管12源極的電壓為Vg減去Vth，此Vth包含基體效應(body effect)。請繼續參閱圖9，圖9表示圖8中鉗制型感光二極管10所能儲存的電荷量的大小的示意圖，其中圖9中的電壓值越往下其值越大，也就是Vpinned大于(Vg-Vth)。由圖9可知，鉗制型感光二極管10的電荷容量可控制于范圍Vpinned至(Vg-Vth)之間。
由圖9可得知影響鉗制型感光二極管10的電荷量的容量的兩電壓來源為Vpinned及(Vg-Vth)，鉗制型感光二極管10的栓電壓Vpinned與閥值電壓Vth于制備工藝完畢后即為固定值，因此可通過改變施于轉換晶體管12柵極的電壓Vg來改變鉗制型感光二極管10所能儲存電荷量的大小。換句話說，施于轉換晶體管12柵極的電壓越大，鉗制型感光二極管10所能儲存電荷量的大小就越小。
因此，本發明是在曝光模式下控制轉換晶體管12柵極的電壓以改變鉗制型感光二極管10所能儲存的電荷量。請參閱圖10，圖10為本發明控制鉗制型感光二極管電荷量的裝置的示意圖。本發明增設一參考電壓控制單元20，當影像滯留現象產生或光暈現象發生時，發出多個控制信號于參考電壓控制單元20，以調整于曝光模式下提供于轉換晶體管12的柵極的參考電壓，藉而改變圖9中鉗制型感光二極管10所能儲存電荷量的大小。
先前技術中于曝光模式下是提供零伏于轉換晶體管12的柵極，以使轉換晶體管12處于關閉狀態。然而，本發明于曝光模式下提供一大于零伏特的參考電壓于轉換晶體管12的柵極，且參考電壓小于電路操作的最大電壓。
舉例來說，于曝光模式下提供大于零伏特的參考電壓于轉換晶體管12的柵極。請參閱圖11至圖13，圖11至圖13為不同參考電壓下鉗制型感光二極管10儲存電荷量的示意圖，其中V1小于V2且V2小于V3。由此三圖可得知，圖11中鉗制型感光二極管10可容納的電荷量最大，其次為圖12，圖13可容納的電荷量最小。也就是，施于轉換晶體管12柵極的電壓越大，鉗制型感光二極管10所能儲存的電荷量就越小。經過重置、曝光以及讀取重置信號后，接著轉移鉗制型感光二極管10中的電荷。請參閱圖14至圖16，圖14至圖16分別為圖11至圖13中轉移鉗制型感光二極管10電荷的示意圖。若產生如圖14的影像滯留，則增加施于轉換晶體管12柵極的電壓，如施加電壓V3，即可避免影像滯留的產生，如圖16所示，其可使鉗制型感光二極管10的電荷完全轉移。
以上為本發明實施例的說明，其中感光二極管并不限定為鉗制型感光二極管10，本發明的結構還可采用其它類型的主動感光二極管。
請參閱圖17，圖17為本發明控制鉗制型感光二極管10電荷量的流程圖。
步驟100執行重置與曝光，以使鉗制型感光二極管10儲存光電荷；步驟102讀取重置信號；步驟104轉移鉗制型感光二極管10中的光電荷，并讀取光信號；步驟106檢測影像是否有異常，異?，F象可包括光暈、影像滯留等現象。若影像異常，進入步驟108；若無異常，進入步驟110；
步驟108發出控制信號于參考電壓控制單元20，以于曝光模式下提供一大于零伏的參考電壓于轉換晶體管12柵極，以減小鉗制型感光二極管10所能儲存的電荷量，接著跳回步驟100；步驟110完成鉗制型感光二極管10所能儲存的電荷量的控制。
相對于先前技術，本發明提供一種控制鉗制型感光二極管電荷量的方法，在轉換晶體管12的柵極提供一大于接地電位的參考電壓，來改變鉗制型感光二極管10所能儲存的電荷量大小，藉此避免影像滯留與光暈現象。本發明于工藝完畢后，利用一參考電壓控制單元來改變鉗制型感光二極管10所能儲存的電荷量大小，相對于先前技術利用制程的方式來改變鉗制型感光二極管10所能儲存的電荷量大小較為簡單且精準，成本也較低廉。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。
權利要求
1.一種控制感光二極管的光電荷量的影像感測裝置，其特征在于包括一感光二極管，用來接收光線；一第一晶體管，其源極連接于所述感光二極管，該第一晶體管用來控制該所述感光二極管內光電荷的轉移；一參考電壓控制單元，連接于所述第一晶體管的柵極，該參考電壓控制單元接收多個控制信號，根據所述多個控制信號提供一參考電壓于所述第一晶體管的柵極以控制所述感光二極管所能儲存的光電荷量；一第二晶體管，其源極連接于所述第一晶體管的輸出端，漏極連接于一電壓源，所述第二晶體管用來重置所述感光二極管；一第三晶體管，其漏極連接于所述電壓源，柵極連接于所述第二晶體管的源極；以及一第四晶體管，其漏極連接于所述第三晶體管的源極，源極連接于一字符線，所述第四晶體管用來選擇是否輸出信號。
2.根據權利要求1所述的影像感測裝置，其特征在于所述參考電壓控制單元提供于所述第一晶體管的柵極的參考電壓介于零伏與所述電壓源之間。
3.根據權利要求1所述的影像感測裝置，其特征在于所述參考電壓控制單元提供所述參考電壓于第一晶體管的柵極時，所述感光二極管處于曝光狀態下，用以控制所述感光二極管所能儲存的光電荷量。
4.根據權利要求1所述的影像感測裝置，其特征在于所述感光二極管為一鉗制型感光二極管。
5.一種控制主動像素中感光二極管的光電荷量的方法，其特征在于包含于一感光二極管曝光且所述感光二極管的一端接地時，提供一大于接地電位的參考電壓于一轉換晶體管的柵極，以控制所述感光二極管所能儲存的光電荷量。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于所述參考電壓小于一最大工作電壓。
7.根據權利要求5所述的方法，其特征在于所述感光二極管為一鉗制型感光二極管。
8.根據權利要求5所述的方法，其特征在于由一參考電壓控制單元根據所接收的多個控制信號提供所述參考電壓于所述轉換晶體管的柵極，以控制所述感光二極管所能儲存的光電荷量。
9.根據權利要求5所述的方法，其特征在于還包括檢測影像是否有異常現象。
10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于檢測影像是否有異?，F象包含偵測是否有影像滯留。
11.根據權利要求9所述的方法，其特征在于檢測影像是否有異常現象包含偵測是否有光暈現象。
全文摘要
一種可控制主動像素中感光二極管的光電荷量的方法及其影像感測裝置，所述方法包括在一感光二極管曝光且該感光二極管的一端接地時，提供一大于接地電位的參考電壓于一轉換晶體管的柵極，以控制所述感光二極管所能儲存的光電荷量。本發明避免了影像滯留與光暈現象，并且簡單精準，成本低廉。
文檔編號H05B33/08GK1987973SQ20051013506
公開日2007年6月27日 申請日期2005年12月23日 優先權日2005年12月23日
發明者蘇明俊, 黃建章, 謝志成 申請人:原相科技股份有限公司