专利名称：固态图像感测器的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及成像装置，特别涉及一种固态图像感测器(Image Sensor)。
背景技术：
固态图像感测器主要分为两类 一类为电荷转移固态图像感测器，典型的为CCD ( Charge Coupled Device)电荷耦合装置；另一类为增强型固态图像感测器，典型的为CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor)互补型金属氧化物半导体固态图像感测器 。这两种固态图像感测器结构相类似，其像素单元均以二维矩阵形式排列。传统上每一像素 单元中含有在硅衬底上采用掺杂工艺制成的矩形光电转换区域，类似于光电二极管，该光电 转换区域用于将外部物体发出的光信号转换成电信号，并通过内部电路处理，例如电荷转移 ，模数转换等，得到数字形式表征的图像。
随着图像分辨率的提高，单一像素单元中的光电转换区域的面积持续縮小，而光电转换 区域面积的縮小带来感光度不充足的问题。为了保持单一像素的受光面积，提出一种微透镜 技术，即在每一光电二极管上装置一微透镜，这样外部入射光线首先经过微透镜聚焦后再照 射到光电二极管上，从而提升了感光度。然而随着光电二极管增加，大量配置的微透镜之间 存在着较大的差异，从而在相同光照条件下，不同像素单元光电二极管感光特性差异较大。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种既能提升像素单元的感光度，又可縮小各像素单元之间感光 特性差异的固态图像感测器。
一种固态图像感测器，包括若干像素单元，垂直扫描电路和水平扫描电路，所述垂直扫 描电路和水平扫描电路分别电性连接所述像素单元，所述像素单元用于将光信号转换成电信 号，并基于所述垂直扫描电路以及水平扫描电路发出的选择信号，输出所述电信号。每一像 素单元包括感光阵列，所述感光阵列包括若干第一多边形棱柱感光区以及若干第二多边形棱 柱感光区，所述第二多边形棱柱感光区邻接至少一个所述第一多边形棱柱感光区。
上述固态图像感测器通过在每一个像素单元内形成若干个第一多边形棱柱感光区及第二 多边形棱柱感光区，这些多边形棱柱感光区均可以将光信号转换成电信号，以提升每一个像 素单元的感光强度。此外，这些多个多边形棱柱感光区通过平均分配外界光线到每一个多边 形棱柱感光区，因而可以消除每一像素单元之间的差异性。
图l为固态图像感测器的电路图。
图2为图1所示之一种实施方式之固态图像感测器中像素阵列的平面图及像素阵列中一个 像素单元的第一种平面图。
图3为图2所示之像素阵列中一个像素单元的第二种平面图。
图4为图2所示之像素阵列中一个像素单元的第三种平面图。
图5为图2所示之像素阵列中一个像素单元的第四种平面图。
图6为图1所示之另一种实施方式之固态图像感测器的部分立体图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的较佳实施方式进行说明
如图1所示，CM0S固态图像感测器100包括像素阵列10，垂直扫描电路20，水平扫描电路 30和图像处理模块40。像素阵列10分别电性连接垂直扫描电路20和水平扫描电路30。像素阵 列10用于接收外部物体透过例如镜头模块(图未示像素单元P21通过水平选择线RW2，垂直选 择线CL1 ，复位电压供给线VR1和复位信号线RST2连接垂直扫描电路20和水平扫描电路30。像 素单元P22通过水平选择线RW2，垂直选择线CL2，复位电压供给线VR2和复位信号线RST2连接 垂直扫描电路20和水平扫描电路30 。
像素阵列10包括四个像素单元P11、 P12、 P21、 P22，这些像素单元PirP22排列成2行2 列。每一像素单元P11 P22均采用CM0S制造工艺制成，例如在硅衬底上通过掺杂、氧化、刻 蚀等工艺步骤形成。其中，像素单元P11包括感光阵列12，复位晶体管14，放大晶体管16以 及行选择晶体管18。感光阵列12的共阳极端接地，共阴极端分别电性连接复位晶体管14的源 极和放大晶体管16的栅极。复位晶体管14的栅极和漏极分别电性连接到复位信号线RST1和复 位电压供给线VR1。放大晶体管16的源极和漏极分别电性连接行选择晶体管18的漏极和复位 电压供给线VR1 。行选择晶体管18的栅极和源极分别电性连接水平选择线RW1和垂直选择线 CL1。像素单元P12、 P21、 P22分别包含与像素单元P11相同的晶体管单元，即感光晶体管阵 列，复位晶体管，放大晶体管及选择晶体管等。像素单元P12通过水平选择线RW2，垂直选择 线CL2，复位电压供给线VR2和复位信号线RST1连接垂直扫描电路20和水平扫描电路30。像素 单元P21通过水平选择线RW2，垂直选择线CL1 ，复位电压供给线VR2和复位信号线RST1连接垂 直扫描电路20和水平扫描电路30。像素单元P22通过水平选择线RW2，垂直选择线CL2，复位 电压供给线VR2和复位信号线RST2连接垂直扫描电路20和水平扫描电路30 。
在某一时刻，利用固态图像感测器100摄取外界一帧画面时，图像感测器100接收到例如
用户发出的驱动信号。垂直扫描电路20基于该驱动信号，通过复位信号线RST1、 RST2作用到 各像素单元P11 P22的复位晶体管的栅极。在复位电压供给线VR1、 VR2提供的电压作用下， 各复位晶体管导通，从而感光阵列12被充电到复位电压V1， V2。像素阵列10接着进行光电信 号转换和电信号的转移过程的工作原理如下所述。
以像素单元P11为例，当光线入射到感光阵列12上时，光信号激发感光阵列12产生光生 电子空穴对。带正电的空穴被传输到硅衬底材料上，带负电的电子被输送给放大晶体管16的 栅极，从而感光阵列12的电压逐渐降低。该变化的电压信号被放大晶体管16放大后，传输到 行选择晶体管18的漏极。经过一预定时间后，水平选择线RW1送出一水平选择信号到行选择 晶体管18的栅极，使行选择晶体管18导通。因此，将经放大晶体管16放大的电压信号作为该 像素单元P11的图像数据输出给垂直选择线CL1。接着，水平扫描电路30送出一垂直选择信号 到与垂直选择线CL1电性相连的列选择晶体管52，使列选择晶体管52导通，从而代表像素单 元P11的图像数据的电压信号被输出给图像处理模块40 。
如图2所示，像素阵列10通过半导体工艺在硅衬底20上形成若干个矩阵排列之像素单元 Pll、 P12、 P21、 P22。像素单元P11通过半导体工艺形成感光阵列12，复位晶体管14，放大 晶体管16以及行选择晶体管18。其中，复位晶体管14，放大晶体管16以及行选择晶体管18位 于感光阵列12的周围。感光阵列12包括若干个感光区124， 126 (图2仅显示该等感光区的一 部分)，其中，感光区124被刻蚀成八棱柱形状，感光区126被刻蚀成四棱柱结构。八棱柱感 光区124在硅衬底20上的正投影为正八边形，四棱柱感光区126在硅衬底20上的正投影为正方 形，正方形和正八边形呈等边长设置。这些八棱柱感光区124以矩阵方式规则地排列于每一 像素单元P11-P22内，四棱柱感光区126由四个紧密相邻的八棱柱感光区124围绕而成，并基 本填满八棱柱感光区124矩阵留下的空白区域，从而每一个四棱柱感光区126紧邻四个八棱柱 感光区124，而每一个八棱柱感光区124紧邻四个四棱柱感光区126及四个八棱柱感光区124。 通过布置金属连线层(图未示出)，将各个感光区124， 126的阴极端电性连接在一起，而阳 极端共同连接硅衬底。因而，在外界输入的光线作用下，每一感光区124， 126产生电子空穴 对，其中，空穴被传输到硅衬底20上，而电子被传输到放大晶体管16的栅极。
如图3所示像素单元P11的感光阵列12的另一种实施方式，感光阵列12在硅衬底20的对角 线方向上刻蚀出八棱柱感光区124和四棱柱感光区126。沿对角线方向观察，八棱柱感光区 124也以矩阵方式排列，而四棱柱感光区126基本填满八棱柱感光区124矩阵留下的空白区域 。每一个四棱柱感光区126紧邻四个八棱柱感光区124，而每一个八棱柱感光区124紧邻四个 四棱柱感光区126及四个八棱柱感光区124。此时，复位晶体管14，放大晶体管16以及行选择
晶体管18可以被设置成位于感光阵列12内部的角落处，以充分利用硅衬底20的布置空间。
如图4所示，感光阵列12内的感光区124也可以刻蚀成六棱柱形状，感光区126也可以刻 蚀成四棱柱形状。六棱柱感光区124在硅衬底20上的正投影为正六边形，四棱柱感光区126在 硅衬底20上的正投影为菱形。正六边形和菱形呈等边长设置。四棱柱感光区126由四个紧密 相邻的六棱柱感光区124围绕而成，并基本填满八棱柱感光区124矩阵留下的空白区域，从而 每一个六棱柱感光区124紧邻四个四棱柱感光区126和两个六棱柱感光区124，而每一个四棱 柱感光区126紧邻四个六棱柱感光区124。
如图5所示，感光阵列12也可以在硅衬底20的对角线方向上刻蚀出六棱柱感光区124和四 棱柱感光区126。从而，复位晶体管14，放大晶体管16以及行选择晶体管18可以被设置成位 于感光阵列12的内部角落处。
如图6所示，固态图像感测器100还可以包括微透镜阵列60，以汇聚外界输入的光线。该 微透镜阵列60位于像素阵列10的上方，包括若干微透镜62。每一个微透镜62正对像素阵列 lO的像素单元Pll、 P12、 P21、 P22设置，且这些微透镜62的像方焦平面位于这些像素单元 Pll-P22的感光阵列上，从而可以有效地将微透镜62汇聚光线的光信号转换成电信号。
对于图3、图4和图5所示不同实施方式的像素单元P11-P22等，因为每一个像素单元的面 积是有限的，所以位于像素单元边缘的每一个四棱柱感光区126，也可以只邻接一个或者两 个六棱柱或者八棱柱感光区124 (图未示出)。
相对于传统的在硅衬底材料上设置的单一四边形光电二极管感光区，设置多个六边形或 者八边形的感光区更可与圆形透镜的面积相匹配，有利于有效接收汇聚光线，从而提升了每 一个像素单元的感光度。而通过离散的感光区平均外界汇聚光线的强度，可以降低各个像素 单元之间的差异性，从而在相同的光照条件下，各个像素单元输出基本相同的图像电压信号
上述之CM0S固态图像感测器100仅为较佳实施方式，本领域技术人员在此基础上可以作 一定的变更。例如，八棱柱感光区124也可以被刻蚀成十边形或者十二边形等。图2-6所示的 感光区124的感光面积大于感光区126的感光面积，可以通过面积较小的感光区126感测画面 的高亮度部分，以提升画面的层次。
权利要求
1.一种固态图像感测器，包括若干像素单元，垂直扫描电路和水平扫描电路，所述垂直扫描电路和所述水平扫描电路分别电性连接所述像素单元，所述像素单元用于将光信号转换成电信号，并基于所述垂直扫描电路以及所述水平扫描电路发出的选择信号，输出所述电信号，其特征在于所述每一像素单元包括感光阵列，所述感光阵列包括若干第一多边形棱柱感光区以及若干第二多边形棱柱感光区，所述第二多边形棱柱感光区邻接至少一个所述第一多边形棱柱感光区。
2.如权利要求l所述的固态图像感测器，其特征在于所述第一多 边形棱柱感光区和所述第二多边形棱柱感光区形成于硅衬底材料上，所述第一多边形棱柱感 光区和所述第二多边形棱柱感光区在硅衬底材料上的正投影的多边形的边长相等。
3.如权利要求l所述的固态图像感测器，其特征在于所述第一多 边形棱柱感光区的感光面积大于所述第二多边形棱柱感光的感光面积。
4.如权利要求3所述的固态图像感测器，其特征在于所述第一多 边形棱柱感光区为八棱柱感光区，所述第二多边形棱柱感光区为四棱柱感光区。
5.如权利要求3所述的固态图像感测器，其特征在于所述第一多 边形棱柱感光区为六棱柱感光区，所述第二多边形棱柱感光区为四棱柱感光区。
6.如权利要求4或者5所述的固态图像感测器，其特征在于所述第 一多边形棱柱感光区和第二多边形棱柱感光区以矩阵方式排列于所述每一像素单元内。
7.如权利要求4或者5所述的固态图像感测器，其特征在于所述每 一像素单元还包括复位晶体管，放大晶体管和行选择晶体管，所述复位晶体管的源极电性连 接所述放大晶体管的栅极，所述放大晶体管的源极电性连接所述第一选择晶体管的漏极，所 述第一多边形棱柱感光区和第二多边形棱柱感光区的阳极端共地连接，而阴极端共同电性连 接到所述放大晶体管的栅极。
8.如权利要求7所述的固态图像感测器，其特征在于所述复位晶 体管，放大晶体管和行选择晶体管可以位于所述感光阵列内也可以位于所述感光阵列外。
9.如权利要求l所述的固态图像感测器，其特征在于所述固态图 像感测器还包括若干由微透镜单元组成的微透镜阵列，每一微透镜单元相对每一像素单元设 置，以将光线汇聚到所述像素单元上。
全文摘要
一种固态图像感测器，包括若干像素单元，垂直扫描电路和水平扫描电路，垂直扫描电路和水平扫描电路分别电性连接像素单元。每一像素单元包括感光阵列，感光阵列包括若干第一多边形棱柱感光区以及第二多边形棱柱感光区。这些多边形棱柱感光区将光信号转换成电信号，以提升感光强度。通过平均分配外界光线消除像素单元之间的差异性。
文档编号H01L27/146GK101355659SQ200710201198
公开日2009年1月28日 申请日期2007年7月27日 优先权日2007年7月27日
发明者伟 李, 翁世芳, 欣 陆 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司;鸿海精密工业股份有限公司