专利名称：光电转换器件和图像传感器ic的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种用于将光学信号转换成电信号的光电转换器件。本发明还涉及一种适用于图像读取装置，例如传真机或图像扫描仪的图像传感器IC，及在其上装配有多个图像传感器IC的紧密接触型图像传感器。本发明还涉及一种适用于图像拾取装置，例如数字照相机的光电转换器件。特别地，本发明涉及提高光接收元件的灵敏度和降低由复位操作导致的随机噪声。
背景技术：
到目前为止，光电转换器件(光接收元件)针对提高光电转换器件的灵敏度和减小随机噪声从而提高S/N比方面经历了很多改进。
关于光接收元件的灵敏度，光生载流子Qp积累在具有PN结二极管的光电二极管部分中的电容Cpd中，将所述载流子转换成电压时，由光生载流子转换成的光学信号电压Vp由下列方程式表示Vp＝Qp/Cpd...(1)因此，为了提高光接收元件的灵敏度，就需要俘获足够数量的在PN结处的光接收区域中产生的光生载流子，并减小光电二极管部分中的电容Cpd。为了该目标，如图17中所示，在被遮光膜3围绕的多个开口4的各个光接收区域(N型半导体衬底)内部中，形成多个作为小扩散区域的p型区域1，1’。已经尝试了在作为扩散区域的P型区域1，1’中尽可能多地俘获光接收区域中产生的光生载流子Qp，另外也减小了光电二极管部分中的电容Cpd(如见JP11-112006 A(第9页，图1))。
此外，在将电二极管初始化的系统中，产生复位噪声Vn主要是因为在初始化时产生了负责用于初始化的元件的随机噪声。复位噪声Vn由下列方程式表示Vn=(kT/Cpd)...(2)]]>(其中k玻尔兹曼常量，T温度(K°))然后，从方程式(1)和(2)导出S/N比如下
Vp/Vn=Qp·(1/(kTCpd))...(3)]]>由此，为了提高S/N比，就需要增加光生载流子Qp和减小光电二极管部分的电容Cpd。
有一种通过用掩埋二极管同时执行复位操作和电荷转移操作来防止复位噪声产生的方法。然而，该方法遇到的问题在于，为了获得所述掩埋二极管，需要专门的制造工艺，因为其不能通过标准的CMOS工艺来制备。
另外，所述掩埋二极管要求大的结电容，其导致光电二极管部分的大电容Cpd和灵敏度的降低。
可以通过在随后的信号处理电路中放大来提高灵敏度。然而在该情形中，每个电路中的热噪声同时被放大，使其很难获得高的S/N比。
根据上面所述，已经尝试了通过提供图18中所示的噪声信号保持装置来消除复位噪声，以消除电路范围上的复位噪声为目的(例如见JP09-205588A(第7页，图1))。在使用光电晶体管作为光接收元件的情形中，光电晶体管具有放大功能，因而能获得高的灵敏度。然而，这产生了一个缺点，即电荷保留在基极和发射极之间，所以出现了余像。光电二极管就没有这样的缺点。
然而，这种光电转换器件导致了下述问题。
采用图17的光电转换器件，因为其小的扩散区域，所以在扩散区域中俘获光接收区域外围附近产生的光电荷的速率下降。因此光生载流子Qp减少。
采用图18的光电转换器件，噪声信号保持装置应以相应于光接收元件数量的数量来设置，其导致了大的芯片区域。另外，光接收元件的灵敏度相当于常规元件。为了获得高的灵敏度，需要增大后续的信号处理电路中的放大率，以提高灵敏度。在该情形中，除复位电路之外的其它电路中的热噪声同样被放大，使得很难获得高的S/N比。
发明内容
为了解决常规情形的上述问题，本发明提供了一种光电转换器件，包括光接收元件，其包括第一导电类型的第一半导体区域；形成在所述第一半导体区域中的第二导电类型的第二半导体区域；和靠近所述第二半导体区域经过绝缘体形成的栅电极，其中栅电极下方的第一半导体区域的表面状态能在包括反转状态和积累状态的两种状态之间得到控制。
此外，所述光电转换器件进一步包括用于将所述第二半导体区域初始化的复位装置；和用于基于所述第二半导体区域的信号产生放大信号的放大装置。
此外，在所述光电转换器件中，当光接收元件积累光电荷时，栅电极下方的所述第一半导体区域的表面处于反转状态；而当所述光接收元件读取光学信号时，栅电极下方的第一半导体区域的表面处于积累状态。
此外，在所述光电转换器件中，当光接收元件初始化时，栅电极下方的第一半导体区域的表面处于反转状态。或者，在所述光电转换器件中，当光接收元件初始化时，栅电极下方的第一半导体区域的表面处于积累状态。
此外，在所述光电转换器件中，栅电极由多晶硅或透射导电膜形成。此外，本发明提供一种图像传感器，其具有所述光电转换器件。
依照本发明的光电转换器件，在积累光电荷时，栅电极下方的衬底处于反转状态，因而在衬底中形成沟道和耗尽层，连同第二半导体区域一起，在光接收区域中产生的光电荷可以被大量俘获。因而能够增加光生载流子Qp。
栅电极由多晶硅形成，因而一部分光穿过栅电极，由此能够将光生载流子Qp的减小降到最小。
此外，当读取光学信号时，栅电极下方的衬底处于积累状态，于是在栅电极下方的沟道中积累的光电荷移向第二半导体区域，防止了光生载流子Qp的损失。此时，光电二极管部分的电容Cpd在栅电极下方不包括电容，从而可以被减小，由此根据方程式(1)导出可以增大光学信号电压Vp。
此外，当初始化光接收元件时，栅电极下方的衬底处于反转状态，所以光电二极管部分的电容Cpd包括栅电容，由此根据方程式(2)导出可以减小复位噪声Vn。
而且，因为大的光学信号电压Vp，所以没有必要提高信号处理电路的放大率。因此，减小了除初始化电路以外其他电路的电压Vn和热噪声的影响，由此获得了高S/N比。
在标准的CMOS工艺中不需要任何附加的步骤就可以获得上述结构。
另外，使用透射目标波长(探测对象)的光的导电膜形成栅电极，由此避免了栅电极透射率的减小，并提供了较大数量的光生载流子Qp。因而可以获得高S/N比。
另外，绝大部分光接收元件被具有恒定电位的栅电极覆盖，由此可以阻挡从上述光接收元件透过的辐射噪声。
如上所述，可以以低成本提供具有高S/N比的光电转换器件。
在附图中图1是显示依照本发明实施方案的光电转换器件的光接收元件的平面图；图2是图1中沿线A-A’的截面图；图3是显示依照本发明实施方案的图像传感器IC的示意图；图4是显示依照本发明实施方案的紧密接触型图像传感器的示意图；图5是依照本发明实施方案的光电转换器件的示意电路图；图6是依照本发明实施方案的光电转换器件的整体结构图；图7是显示依照本发明实施方案的信号处理电路的框图；图8是显示依照本发明实施方案的采样/保持电路的电路图；图9是显示依照本发明实施方案的缓冲电路的电路图；图10是显示依照本发明实施方案的放大器电路的电路图；图11是显示依照本发明实施方案的减法器的电路图；图12是显示依照本发明实施方案的钳位电路的电路图；图13是用于依照本发明实施方案的信号处理电路和光电转换器件的第一操作方法的示意时序图；图14是用于依照本发明实施方案的信号处理电路和光电转换器件的第二操作方法的示意时序图；图15是用于依照本发明实施方案的信号处理电路和光电转换器件的第三操作方法的示意时序图；
图16是用于依照本发明实施方案的信号处理电路和光电转换器件的第四操作方法的示意时序图；图17是显示常规光电转换器件的光接收元件的平面图；以及图18是常规光电转换器件的电路图和时序图。
具体实施例方式
之后，将参照附图描述本发明。
图1是显示依照本发明实施方案的光电转换器件的光接收元件的平面图，图2是图1中沿线A-A’的截面图。
本发明的光接收元件包括形成在像素区域51内的作为第一导电类型的第一半导体区域的P型半导体衬底区域60；作为第二导电类型的第二半导体区域的N型半导体区域54；以及通过栅极绝缘膜66靠近N型半导体区域54而形成的栅电极56。栅电极56由透射具有目标波长(探测对象)的光的多晶硅或导电膜形成。
栅电极56与控制信号线67电连接，所述控制信号线例如由Al(铝)通过接触63形成。作为光电二极管扩散区域的N型半导体区域54与NMOS晶体管中源极/漏极区域的N+区域的形成同时形成。另外，光电二极管部分的电容Cpd可以通过在N型半导体区域54(N+)的周围形成作为N型扩散区域的薄N型扩散层65而进一步被减小。
光电二极管的输出信号借助于穿过N型半导体区域54的铝布线53和多晶硅布线62，输入到复位电路58用于将二极管初始化，以及输入到源极跟随器电路57中用于产生放大信号。复位电路58例如由NMOS晶体管组成。源极跟随器电路57例如由PMOS晶体管组成。
铝布线53通过接触70与N型半导体区域54连接，并依次通过接触61与多晶硅布线62相连。具有VSS电位的铝55使光接收元件的周围屏蔽光。
由虚线52表示的是LOCOS氧化膜69的边界。此外，Al布线53和控制信号线67形成在中间(层间)绝缘膜64上。
在积累光电荷时，控制信号线67用于将栅电极56的电位设定得比衬底区域60的电位高。此时，衬底电位(电导率)被反转为栅电极56下方的N型电位，由此形成了沟道71，并建立了与N型半导体区域54的电连接。在这种情形中，沟道71与P型半导体区域60之间存在耗尽层，响应于入射光而产生的光电荷在其中被俘获。
接下来，如果控制信号线67用于将栅电极56的电位设定得比衬底区域60的电位高，则沟道71消失。然而，在沟道71中积累的光电荷移向邻近的N型半导体区域54，由此避免了光电荷的损失。在该情形中，沟道71消失，由此排除了沟道71的电容。结果，光电二极管部分的电容Cpd减小到N型半导体区域54的结电容、源极跟随器电路57的栅电容、复位电路58的漏极电容以及布线53和62的电容的总电容。在该情形中，光学信号通过源极跟随器电路57被读出。
如上所述，在宽区域中俘获的光电荷被移向光电二极管部分的小电容Cpd并被读出，由此如从方程式(1)导出的允许高灵敏度。在初始化操作时，控制信号线67用于将栅电极56的电位设定得比衬底区域60的电位高。此时，衬底电位(电导率)被反转为栅电极56下方的N型电位，如此形成了沟道71。在该情形中，复位电路58适于将N型半导体区域54的电位初始化(复位)。在该点上，N型半导体区域54和沟道71被电气地保持在同一电平，因而栅电极56和沟道71的电容计算在光电二极管部分的电容Cpd内，导致一极大的电容值。因此，如方程式(2)导出的，复位噪声Vn减小。
此外，大多数光接收元件被具有恒定电位的栅电极56覆盖，由此也可以阻挡由上述光接收元件传输的辐射噪声。
接下来参照图2，将描述制造方法。在P型衬底之上形成作为PMOS晶体管衬底的N阱(没有示出)，同时形成光电二极管的N型扩散层65。N型扩散层65可以由N阱独立形成或否则被省略。接下来，形成LOCOS氧化膜69。在其之后，同时形成晶体管的栅极区域、和多晶硅栅电极56及多晶硅布线62。
随后，同时形成NMOS晶体管的源极/漏极区域和光电二极管的N型半导体区域54。然后，形成中间绝缘膜64和接触孔。之后，同时形成Al布线和Al 55。然后形成钝化膜68。
在上述说明中，P型衬底可以用N型衬底代替，且P型半导体可以替代N型扩散区域54和N型扩散层65的每一个。
如上所讨论的，依照该实施方案，在标准的CMOS工艺(制造具有单个Al层的CMOS晶体管的工艺)中，不需要任何附加的步骤制造目标器件是可能的。栅电极56可通过利用透射给定波长入射光的任何导电膜来形成，而代替使用多晶硅。例如，可以形成由ITO等形成的导电膜。此外，栅电极56的电位适当设定为较高的电位或较低的电位。在该应用P型衬底的实施方案中，施加到栅电极56的较高电位是指这样的电压，即其感应出栅电极56正下方的反转层，而较低的电位是指这样的电压，即其能使反转层消失。
图3是显示依照本发明实施方案的图像传感器IC的示意图。图像传感器IC 41包括信号处理电路42；光电转换器件43；参考电压电路44；和信号输出端47。光电转换器件43的公共信号线连接至信号处理电路42的输入端，信号处理电路42的输出端依次连接到信号输出端47。
图4是显示由图3的图像传感器IC 41构成的紧密接触型图像传感器的示意图。紧密接触型图像传感器包括三个图像传感器IC 41。所有图像传感器IC 41的信号输出端47在外部处相连，信号通过终端VOUT2输出到外部。
图7是显示依照本发明实施方案的信号处理电路42的框图。输入到输入端VIN的信号输入到采样/保持电路21或缓冲放大器23。采样/保持电路21的输出信号输入到缓冲放大器22中。缓冲放大器22和23的输出信号输入到减法器24。减法器24的输出信号输入到钳位电路25。减法器24和钳位电路25具有相同的参考电压，并与VREF端相连。钳位电路25的输出信号输入到缓冲放大器26。在这里，可以提供放大器电路来代替缓冲放大器26。而且，放大器电路的参考电压一般从VREF端施加。缓冲放大器26的输出信号输入到采样/保持电路27。采样/保持电路27的输出信号输入到缓冲放大器28。缓冲放大器28的输出信号输入到传输门29。传输门29的输出信号提供到输出端VOUT2。注意如果不需要的话，传输门29可以省略。
图8是显示依照本发明实施方案的采样/保持电路的电路图，其适用于采样/保持电路21和27。采样/保持电路包括传输门30，虚设开关31，和电容器C1。在采样保持电路中，为了消除φSH和φSHX(反相的φSH)彼此的脉冲噪声的目的，传输门30中的PMOS和NMOS晶体管被设计成具有相同的晶体管尺寸，并且虚设开关31中的NMOS和PMOS晶体管的栅极面积被设定为传输门中的晶体管的栅极面积的一半。
图9是显示依照本发明实施方案的缓冲放大器的电路图。该电路包括运算放大器32，且适用于缓冲放大器22，23，26和28。注意到缓冲放大器可以是源极跟随器放大器。
图10是显示依照本发明实施方案的放大器电路的电路图。该放大器电路包括运算放大器32和电阻器。当代替缓冲放大器26使用时，该电路可以提高信号处理电路的放大率。另外，该放大器电路的参考电压VREF一般从图1的VREF端供应。
图11是显示依照本发明实施方案的减法器的电路图。该减法器包括运算放大器32和电阻器。在该电路中，通过从施加到终端INP的电压中减去施加到终端INM的电压而获得的电压，乘以根据电阻比确定的增益值，所得结果以VREF终端的电压作为参考而输出。当输入端INP和INM被反相时，所述输出可以以VREF终端的电压作为参考而被反相。
图12是显示依照本发明实施方案的钳位电路的电路图，其适用于钳位电路25。该钳位电路包括传输门30，虚设开关31和电容器33。在该钳位电路中，以消除φCLAMP和φCLAMPX(反相的φCLAMP)彼此的脉冲噪声为目的，传输门30中的PMOS和NMOS晶体管被设计成具有相同的晶体管尺寸，且虚设开关31中NMOS和PMOS晶体管的栅极面积设定为传输门中晶体管的栅极面积的一半。
图5是显示在依照本发明实施方案的光电转换器件43中的光电转换模块An的示意性电路图。依照本发明实施方案的光电转换器件43包括与像素数量相对应数量的图5的光电转换模块An(框内的模块)。每个光电转换模块An的沟道选择开关107与公共信号线111相连。注意到，该光电转换模块An与第n位的光电转换模块相对应。图6是显示光电转换器件43的整体结构图。
该电路包括作为光接收元件的光电二极管101；NMOS门118；作为电荷转移装置的转移开关114，115，116和117；作为复位装置的复位开关102；放大装置103；用于保持光学信号的电容器113；用于保持作为光电转换装置参考的参考信号的电容器112；构成作为信号读取装置的MOS源极跟随器的MOS晶体管106；作为沟道选择装置的沟道选择开关107；公共信号线111；以及电流源108。
注意到，光电二极管101代表图1的包括N型扩散层65的N型半导体区域54，NMOS门118代表栅电极56与衬底区域60之间的结构。另外，复位开关102代表图1的复位电路58，源极跟随器电路57构成放大装置103的一部分。
控制信号φPG被施加到NMOS门118的栅极。复位开关102的一个端与Vreset端相连。如图6所示，所有光电转换模块(A1到An)共享Vreset端。
放大装置103可以由MOS源极跟随器、电压跟随器放大器等组成，并提供有用于选择某一操作状态的放大使能端110。
光电转换器件的输出端VOUT的输出信号输入到信号处理电路42的输入端VIN。光电转换器件和信号处理电路可以装配在单个半导体衬底上。
之后，依照本发明实施方案，将给出用于信号处理电路42和光电转换器件43的四种操作方法的描述。
图13是用于依照本发明实施方案的信号处理电路42和光电转换器件43的第一种操作方法的示意时序图。参照该时序图，下面将描述光电转换器件43的操作。关于依照本发明的图像传感器IC 41的操作，所有光电转换模块(A1到An)的初始化操作和光生载流子Qp的光电荷积累操作在给定的时序下彼此同步执行。在第一时序TS1处光电荷积累操作过程中，第n位的光生载流子Qp设为Qp1n。而在第二时序TS2处，所有光电转换模块(A1到An)积累新的光生载流子Qp2n，在第一时序TS1处积累的第一到最后一位的光生载流子Qp1n，通过信号处理电路42基于位顺序地从图像传感器IC41输出(背景输出)。更具体的说，φR，φPG，φRIN，φSIN和φSEL的操作相对于所有光电转换模块(A1到An)彼此同步(此后，该光电转换模块可以称为“位”)。另一方面，φSO，φRO和φSCH的操作时序根据位而不同，用(n)标记。
首先，将描述第n位的光电转换模块的操作。当复位开关102被打开，同时φPG设为低电位时，施加到光电二极管101的输出端Vdi的电压被固定为参考电压Vreset。相反，当复位开关102关闭时，施加到输出端Vdi的电压达到与加上关噪声的电压Vreset相等的电压值。复位开关102一旦关闭，则转移开关114就响应于φRIN的R1处的脉冲而打开。参考信号在光电二极管101的初始化操作之后被读出并积累在电容器112中。
在第一时序TS1处的随后的光电荷积累操作中，φPG的电位设定为高，NMOS门118的沟道和光电二极管101俘获的光电荷被积累。光电荷积累在NMOS门118的沟道和光电二极管101中。Vdi的电位根据光电荷的数量变化。积累周期从φR的R1处的脉冲完成延伸到φSIN的S1处的脉冲开始(下一个脉冲周期)，因而对应于图13的第一时序TS1的周期。该积累周期对于所有的位都相同。在该周期过程中，当光电二极管接收来自外部的辐射噪声时，光电二极管的电位发生变化。然而，本发明的结构阻挡了该辐射噪声，由此由于辐射噪声引起的光电二极管的电位保持很小。
当积累完成时，φPG的电位设定为低，NMOS门118的沟道消失，光电荷移向构成光电二极管101阴极的N型半导体区域54。转移开关115响应于φSIN的S1处的脉冲被打开，在光电二极管101和NMOS门118俘获的光电荷被积累之后获得的光生载流子Qp被读出并积累在电容器113中。在该点上，φPG的电位设定为低。随后，在第二时序TS2处的光电荷积累操作之前，重复初始化操作，然后φPG的电位设定为高，接着重复接下面的积累操作。
接着，将解释读取参考信号和光学信号的操作。在图13的积累周期TS2过程中，沟道选择开关107响应于φSCH(n)的脉冲而被打开，同时转移开关117响应于φSH(n)的脉冲被打开，由此电容器113中保持的光学信号被读出到公共信号线111。该周期对应于φSCH(n)的“S1”。光学信号是在该周期TS1过程中所存储的信号；复位电压(响应于φR的R1处的脉冲而复位)用作参考。
接着，当转移开关116响应于φRO(n)的脉冲被打开时，电容器112中保持的参考信号被读出到公共信号线111。参考信号是响应于φR的R2处的脉冲而复位的信号。通过计算在随后的信号处理电路42中的光学信号和参考信号之间的差值，可以获得由光强度差导致的电压差。
随后，φSCH(n)关闭，然后后续位的沟道选择开关7响应于φSCH(n+1)的脉冲而打开，且后续位的转移开关107响应于φSO(n+1)的脉冲而打开，从而开始读取后续位的光学信号。第(n+1)位的其他脉冲都以相应于从第n位脉冲的φSCH的开态周期的延迟而产生。
如上所讨论的，第n位的光学信号，第n位的参考信号，第(n+1)位的光学信号和第(n+1)位的参考信号按上述顺序从终端VOUT输出。在接下来的描述中，为了易于解释，光学信号的输出周期和参考信号的输出周期称作“在先周期”和“在后周期”。
接下来将要解释信号处理电路42的操作。终端VOUT的输出信号输入到终端VIN，在光学信号输出开始之后将采样/保持脉冲φSH1打开，并在光学信号输出停止之前关闭。光学信号由此经过采样/保持处理。来自终端VIN的信号和已经经过采样/保持处理的信号输入到减法器。在在先周期中，相似的光学信号输入到减法器，而在在后周期中，参考信号和已经经过采样/保持处理的光学信号输入到减法器。因此减法器的输出电压在在先周期中对应于VREF电平，而在在后周期中对应于附加有一个电平(电压)的VREF电平(电压)，该附加的一个电平是通过光学信号与参考信号之间的差值乘以增益值而计算出的。另外，在先周期中的输出电压包括缓冲放大器22、23中的偏移电压和减法器24中的偏移电压。同样，在后周期中的输出电压包括缓冲放大器22、23中的偏移电压，减法器24中的偏移电压，以及采样/保持电路21中的偏移电压。
施加钳位脉冲φCLAMP，以使在φSH1打开之前打开，在φSH1关闭之前关闭。因此钳位电路25的输出电压在在先周期中被钳位到VREF电平，而在在后周期中被钳位到附加有一个电平(电压)的VREF电平(电压)，该附加的一个电平通过从在后周期中的减法器输出电压中减去在先周期中的减法器输出电压而获得。结果，在后周期中的钳位电路的输出电压既不包括缓冲放大器22、23的偏移电压，也不包括减法器24的偏移电压。此外，因为其电路结构中消除了脉冲φSH和φSHX(反相的φSH)的噪声，所以采样/保持电路21包括很小的偏移电压。基于上述所述，在后周期中的钳位电路的输出电压达到附加有一个电平的VREF电平(参考)，该附加的一个电平通过光学信号与参考信号之间的差值乘以增益值而获得。
采样/保持脉冲φSH2在参考信号的输出开始之前和之后被打开，并在参考信号的输出停止之前被关闭。采取该操作，在后周期中的输出信号在钳位操作之后被采样，以在后续位的在先周期中保持该输出信号。因而，输出电平可以保持很长时间。
图14是用于依照本发明实施方案的光电转换装置43和信号处理电路42的第二种操作方法的示意时序图。参照该时序图，描述将集中在与第一种操作方法不同的点上。
除第一种操作方法之外，第二种操作方法还包括下列操作。就是说，φRIN在φPG打开/关闭之后打开，φRIN关闭，接着打开/关闭φR。
因而，当信号电压响应于脉冲φSIN被读出时和当参考电压响应于脉冲φRIN被读出时，获得了相同的噪声状态。
换句话说，第一种操作方法在暗状态时，根据将脉冲φPG打开/关闭的操作，可能产生参考电压和信号电压之间的差异。然而，第二种方法消除了在暗状态时产生参考电压和信号电压之间差异的可能，因为对于参考电压和信号电压来说，将脉冲φPG打开/关闭的操作仅在复位操作之后起作用一次。
图15是用于依照本发明实施方案的光电转换装置43和信号处理电路42的第三种操作方法的示意时序图。参照该时序图，描述集中在与第一种操作方法不同的点上。
除第一种操作方法之外，第三种操作方法还包括下列操作。就是说，在将φR关闭的时刻，将φPG打开。这就可能在复位操作的时刻形成沟道71，提高了光电二极管部分的电容Cpd，并伴随有下述结果，即基于方程式(2)，可以将复位噪声(在复位时刻的噪声)最小化。
图16是用于依照本发明实施方案的光电转换装置43和信号处理电路42的第四种操作方法的示意时序图。参照该时序图，描述集中在与第三种操作方法不同的点上。
除第三种操作方法之外，第四种操作方法还包括下列操作。就是说，φRIN关闭，φPG打开，然后φR打开/关闭。因而，当信号电压响应于脉冲φSIN被读出时和当参考电压响应于脉冲φRIN被读出时，获得了相同的噪声状态。
换句话说，第三种操作方法在暗状态时，根据将脉冲φPG打开/关闭的操作，可能产生参考电压和信号电压之间的差异。然而，第四种方法消除了在暗状态时产生参考电压和信号电压之间差异的可能，因为对于参考电压和信号电压来说，将脉冲脉冲φPG关闭的操作仅在复位操作之后起作用一次。
根据上述实施方案，在先周期，即积累周期TS1中积累的光学信号可以在周期TS2中的光电二极管的积累操作过程中被读取。因此，为了读取彩色图像数据，将三色RGB的LED接通。例如，在周期TS1过程中将红色(R)LED接通，由此读取红色分量的图像数据。在周期TS2过程中将绿色(G)LED接通，由此读取绿色分量的图像数据。在继周期TS2之后的周期的过程中将蓝色(B)LED接通，由此读取蓝色分量的图像数据。
在该情形中，在周期TS2过程中读出红色光学信号。在上述关于依照本发明的图像传感器的描述中，不总是必须将信号处理电路42集成到IC中。
前述的说明集中在线性图像传感器IC，但图1和3的结构还适用于区域图像传感器IC。
到此为止已经描述了本发明，但本发明不应当理解为限于上述的各个实施方案。在不脱离本发明中心思想的条件下，可以以各种修改实现本发明。
本发明适于用于图像读取装置，例如传真机或图像扫描仪的线性图像传感器IC，和具有装配在其上的多个图像传感器的紧密接触型图像传感器。本发明还适用于区域图像传感器IC。
权利要求
1.一种光电转换器件，包含光接收元件，所述光接收元件包括用于形成光接收部分的第一导电类型的第一半导体区域；形成在所述第一导电区域表面上的第二导电类型的第二半导体区域；和在所述第一半导体区域表面上方靠近所述第二半导体区域经过绝缘体形成的栅电极，其中所述光接收元件通过切换施加到栅电极上的电压，而允许控制栅电极下方的所述第一半导体区域的表面状态在反转状态和积累状态构成的两种状态之间。
2.根据权利要求1所述的光电转换器件，其中所述光接收元件进一步包括第二导电类型的第三半导体区域，该第三半导体区域具有比第二半导体区域中的杂质浓度更低的杂质浓度，且形成在所述第一半导体区域和所述第二半导体区域之间。
3.根据权利要求1所述的光电转换器件，其中在栅电极下方的第一半导体区域的反转状态中形成的沟道与所述第二半导体区域电连接。
4.根据权利要求1所述的光电转换器件，进一步包括用于将所述第二半导体区域初始化的复位装置；和用于基于所述第二半导体区域的信号产生放大信号的放大装置。
5.根据权利要求1所述的光电转换器件，其中所述栅电极由多晶硅形成。
6.根据权利要求1所述的光电转换器件，其中所述栅电极由透明导电膜形成。
7.根据权利要求1所述的光电转换器件，其中当所述光接收元件积累光电荷时，栅电极下方的所述第一半导体区域的表面处于反转状态；和当所述光接收元件读取光学信号时，栅电极下方的所述第一半导体区域的表面处于积累状态。
8.一种光电转换器件，包含光接收元件，所述光接收元件包括用于形成光接收部分的第一导电类型的第一半导体区域；形成在所述第一半导体区域表面上的第二导电类型的第二半导体区域；和在所述第一半导体区域表面上方靠近所述第二半导体区域经过绝缘体形成的栅电极；第二导电类型的第三半导体区域，该第三半导体区域具有比第二半导体区域的杂质浓度更低的杂质浓度，且形成在所述第一半导体区域和所述第二半导体区域之间，其中所述光接收元件通过切换施加到栅电极的电压，而允许控制栅电极下方的所述第一半导体区域的表面状态在反转状态和积累状态构成的两种状态之间。
9.根据权利要求8所述的光电转换器件，其中在栅电极下方的第一半导体区域的反转状态中形成的沟道与所述第二半导体区域电连接。
10.根据权利要求8所述的光电转换器件，进一步包括用于将所述第二半导体区域初始化的复位装置；和用于基于所述第二半导体区域的信号产生放大信号的放大装置。
11.根据权利要求8所述的光电转换器件，其中所述栅电极由多晶硅形成。
12.根据权利要求8所述的光电转换器件，其中所述栅电极由透明导电膜形成。
13.根据权利要求8所述的光电转换器件，其中当所述光接收元件积累光电荷时，栅电极下方的所述第一半导体区域的表面处于反转状态；和当所述光接收元件读取光学信号时，栅电极下方的所述第一半导体区域的表面处于积累状态。
14.一种图像传感器IC，其具有根据权利要求1所述的光电转换器件。
15.一种图像传感器IC，其具有根据权利要求8所述的光电转换器件。
全文摘要
提供了一种具有低成本高S/N比的光电转换器件。该光电转换器件包括光接收元件，所述光接收元件包括第一导电类型的第一半导体区域；形成在所述第一半导体区域中的第二导电类型的第二半导体区域；和靠近所述第二半导体区域经过绝缘体形成的栅电极。在所述光电转换器件中，栅电极下方的第一半导体区域的表面状态能在反转状态和积累状态构成的两种状态之间控制。
文档编号H04N5/369GK1619827SQ20041009239
公开日2005年5月25日 申请日期2004年11月10日 优先权日2003年11月10日
发明者町田聪 申请人:精工电子有限公司