Кмдп-фотоприемник



Кмдп-фотоприемник
Кмдп-фотоприемник
H01L27/14 - содержащие полупроводниковые компоненты, чувствительные к инфракрасному излучению, свету, коротковолновому электромагнитному или корпускулярному излучению, и предназначенные для преобразования энергии этих излучений в электрическую энергию или для управления электрической энергией с помощью таких излучений (компоненты, чувствительные к излучению, конструктивно связанные только с одним или несколькими электрическими источниками света H01L 31/14; соединение световодов с оптоэлектронными элементами G02B 6/42)

Владельцы патента RU 2251760:

Стемпковский Александр Леонидович (RU)
Шилин Виктор Абрамович (RU)
Скрылёв Павел Александрович (RU)

Изобретение относится к области полупроводниковых ИС и может быть использовано для создания фоточувствительных цифровых и аналоговых устройств. Техническим результатом настоящего изобретения является выделение движущихся фрагментов на изображении непосредственно в фокальной плоскости кристалла за счет реализации межкадрового вычитания. Сущность: в схеме КМОП-фотоприемника, содержащего фоточувствительный затвор и управляющие МОП-транзисторы: транзистор восстановления, сток которого подключен к шине питания, а исток - ко входу истокового повторителя, построенного на двух транзисторах, транзистор связи, исток которого контактирует с каналом фоточувствительного затвора, исток восстанавливающего транзистора подключен к фоточувствительному затвору, а сток транзистора связи - к дополнительному источнику питания. Управляющие импульсы, поступающие на вход восстанавливающего транзистора, и затвор транзистора связи обеспечивают экстракцию зарядов двух соседних кадров из канала фоточувствительного затвора. 2 ил.

 

Изобретение относится к области полупроводниковых ИС и может быть использовано для создания фоточувствительных устройств.

Известны КМОП-фотоприемники, содержащие в каждом пикселе фотодиод и управляющие МОП-транзисторы (см. H.S.Wong, "Technology and Device Scaling Considerations for CMOS Imagers", IEEE Trans. on Electron Devices, vol. 43, No 12, pp.2131-2142, 1996; L.G.Mcllrath, "A Low-Power Low-Noise Ultrawide-Dynamic-Range CMOS Imager with Pixel-Parallel A/D Conversion", IEEE, J. of SSC, vol. 36, No 5, pp.846-853, 2001).

Основным прототипом является КМОП-приемник изображения, в котором в качестве фоточувствительного элемента используется затвор (см. A.Theuwissen, Е.Roks, "Building a Better Mousetrap", Photonics spectra, No 2, pp.29-32, 2001). Пиксел этого приемника содержит фоточувствительный затвор и управляющие МОП-транзисторы: транзистор восстановления, сток которого подключен к шине питания, а исток - ко входу истокового повторителя, построенного на двух транзисторах, транзистор связи, исток которого контактирует с каналом фоточувствительного затвора. Пиксел работает следующим образом: в начале цикла накопления кадра через транзистор восстановления и транзистор связи происходит восстановление потенциала плавающего узла и потенциала под фоточувствительным затвором (ФЗ). После того как транзистор связи и транзистор восстановления закрываются, в обедненном слое (канале) под ФЗ происходит накопление заряда, фотогенерированного падающими фотонами. В конце цикла накопления заряд через открытый транзистор связи передается в плавающий узел, его потенциал понижается и поступает на истоковый повторитель, который усиливает его по мощности и передает на шину столбца. Далее при накоплении следующего кадра процесс повторяется. Недостатком данного КМОП-фотоприемника является невозможность реализации в пикселе операции межкадрового вычитания, позволяющей выделить движущиеся фрагменты изображения.

Техническим результатом изобретения является реализация выделениея движущихся фрагментов на изображении непосредственно в фокальной плоскости кристалла.

Этот результат достигается тем что, в схеме, состоящей из фоточувствительного затвора и управляющих МОП-транзисторов: транзистора восстановления, сток которого подключен к шине питания, а исток - к входу истокового повторителя, построенного на двух транзисторах, и транзистора связи, исток которого контактирует с каналом фоточувствительного затвора, а сток подключен к дополнительному источнику питания, исток восстанавливающего транзистора подключен к фоточувствительному затвору, причем управляющие импульсы, поступающие на затворы восстанавливающего транзистора и транзистора связи, обеспечивают экстракцию зарядов двух соседних кадров из канала фоточувствительного затвора.

На фиг.1 представлена схема КМОП-фотоприемника. Он содержит фоточувствительный затвор ФЗ и управляющие МОП-транзисторы: транзистор восстановления Т1, транзистор связи Т2, транзистор Т3 и транзистор выборки строк Т4, образующие вход истокового повторителя, выход которого подключен к шине столбца ШC. К шине столбца подключен общий (для всех пикселов столбца) нагрузочный транзистор ТC. Схема имеет основной Е и дополнительный E1 источники питания, на затворы Т1, Т2 и Т3 подаются управляющие импульсы: восстановления ФВ потенциала плавающего узла ПУ, экстракции заряда из канала фоточувствительного затвора ФВ1, считывания строки Фсч.

На фиг.2 показана временная диаграмма работы пиксела фотоприемника для двух кадров накопления. На фиг.2 обозначено: ΔUH - изменение потенциала, обусловленное поступлением заряда нечетного кадра, ΔUЧ - изменение потенциала, обусловленное поступлением заряда четного кадра, Е - напряжение питания, ФВ - импульсное напряжение на затворе транзистора Т1, ФВ1 - импульсное напряжение на затворе транзистора Т2, Фсч - напряжение на затворе транзистора Т4, соответствующее сигналу Фсч, UФ3 - напряжение на фоточувствительном затворе ФЗ, Q - заряд, накапливаемый в канале под фоточувствительным затвором ФЗ, Uшc - напряжение на шине столбца.

В режиме интегрирования изображения импульс, управляющий транзистором восстановления Т1, имеет низкий уровень, и этот транзистор закрыт, так же закрыт и транзистор связи Т2, фоточувствительный затвор находится в плавающем режиме и под ним накапливаются фотогенерированные сигнальные электроны. После окончания процесса накопления заряда нечетного кадра поступает ФВ1, транзистор Т2 открывается и накопленный под фоточувствительным затвором ФЗ заряд экстрагируется из канала, завершая тем самым цикл накопления нечетного кадра. Напряжение на фоточувствительном затворе увеличивается пропорционально накопленному заряду. Далее происходит накопление заряда следующего кадра, напряжение на фоточувствительном затворе уменьшается. Напряжение в конце стадии накопления второго кадра будет соответствовать величине

UФ31+ΔUH-ΔUЧ

Заряд Q линейно зависит от светового потока. После завершения этапа накопления приходит сигнал выборки строки Фсч информация из ячейки, усиленная по мощности истоковым повторителем, выдается на шину столбца. Коэффициент передачи по напряжению истокового повторителя ниже 1.

После окончания режима считывания сигнал выборки строки Фсч становится равным нулю и транзистор Т4 закрывается. Поступает импульс восстановления ФВ, открывается транзистор Т1 и восстанавливает потенциал фоточувствительного затвора до исходного уровня.

КМОП-фотоприемник, содержащий фоточувствительный затвор и управляющие МОП-транзисторы: транзистор восстановления, сток которого подключен к шине питания, а исток - к входу истокового повторителя, построенного на двух транзисторах, и транзистор связи, исток которого контактирует с каналом фоточувствительного затвора, отличающийся тем, что исток восстанавливающего транзистора подключен к фоточувствительному затвору, а сток транзистора связи подключен к дополнительному источнику питания, причем управляющие импульсы, поступающие на затворы восстанавливающего транзистора и транзистора связи, обеспечивают экстракцию зарядов двух соседних кадров из канала фоточувствительного затвора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к вычислительной цифровой технике, конкретно к конструкции ячейки памяти с вертикально расположенными друг над другом пересечениями. .

Изобретение относится к электронным техническим средствам информатизации и является функциональным аналогом бесконтактных радиочастотных идентификаторов, используемых в аппаратных средствах электронного документооборота и защиты информации.

Изобретение относится к области интегральной микроэлектроники и может быть использовано в системах обработки оптической информации. .

Изобретение относится к области интегральной микроэлектроники и может быть использовано в системах обработки оптической информации. .

Изобретение относится к полупроводниковой оптоэлектронике, в частности к конструированию приемников светового излучения. .

Изобретение относится к способу и соответствующему устройству для определения информации об амплитуде и/или фазе электромагнитной волны. .

Изобретение относится к полупроводниковым структурам для обнаружения излучения видимого диапазона. .

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к производству фотоприемных модулей, и может быть использовано в приборах ночного видения, тепловизорах, газоанализаторах.

Изобретение относится к устройствам и интегральным конструкциям импульсной и цифровой техники, в частности к интегральным логическим элементам БИС, ЭВМ и автоматики.

Изобретение относится к полупроводниковой технике, именно к технологии изготовления фотоприемников. .

Изобретение относится к полупроводниковым ИС для создания фоточувствительных цифровых и аналоговых устройств

Изобретение относится к технике машинного зрения и может быть использовано в фотоприемных устройствах, тепловизорах, радиометрах инфракрасного диапазона, а также в датчиках различных устройств автоматики

Изобретение относится к солнечным источникам света

Изобретение относится к области микроэлектроники и оптоэлектроники и может быть использовано для регистрации оптических сигналов в передающих телевизионных камерах, в системах искусственного зрения роботов, в приборах ночного видения и др

Изобретение относится к интегральной магнитоэлектронике, а более конкретно к магнитополупроводниковым, многофункциональным микроэлектронным управляемым устройствам, ЧИПам, микромодулям, микросистемам с управлением энергетическими, спектральными, шумовыми характеристиками сигналов, их центральными частотами и фазами, напряжениями и токами и др

Изобретение относится к интегральной микроэлектронике и может быть использовано в системах обработки оптической информации

Изобретение относится к телевизионной технике и может быть использовано в системах наблюдения быстропротекающих процессов
Наверх