图像传感器、图像采集电路和终端的制作方法

1.本公开涉及集成电路领域，尤其涉及一种图像传感器、图像采集电路和终端。


背景技术：

2.随着图像传感器技术的迅速发展，其在消费电子、工业电子、汽车电子、科学研究、广播电视、安防监控、医疗影像、航空航天等场景的工程应用日渐广泛。像素结构作为图像传感器的核心部分，将直接决定采集到图像的图像质量。然而，目前图像传感器的像素结构虽然能够保证热噪声较低，但是1/f噪声(也称闪烁噪声)依然较高，不利于图像传感器的图像质量的提升。


技术实现要素：

3.为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种图像传感器、图像采集电路和终端。
4.根据本公开实施例的第一方面，提供一种图像传感器，包括：钳位光电二极管ppd，第一n型mos管，第二n型mos管，第一p型mos管，第二p型mos管，
5.所述钳位光电二极管ppd，与所述第一n型mos管连接，用于将曝光阶段中的光信号转换为电信号；
6.所述第一n型mos管，与所述第二n型mos管和所述第一p型mos管连接，用于在接收到高电平信号的情况下，将所述钳位光电二极管ppd输出的第一电信号传输至所述第二n型mos管；
7.所述第二n型mos管，与第一电源端连接，用于在接收到高电平信号的情况下，拉高所述第一n型mos管漏极的电压；
8.所述第一p型mos管，与所述第一n型mos管，所述第二n型mos管和所述第二p型mos管连接，用于作为源极跟随器，将所述第一n型mos管传输的所述第一电信号放大后，传输至所述第二p型mos管；
9.所述第二p型mos管，与所述第一p型mos管连接，用于将第一p型mos管输出的放大后的第一电信号输出。
10.可选地，所述第一p型mos管为薄氧化物的p型mos管，所述薄氧化物的p型mos管中氧化物的厚度小于或者等于0.1um。
11.可选地，所述第二p型mos管为厚氧化物的p型mos管，所述厚氧化物的p型mos管中氧化物的厚度大于或者等于0.2um。
12.可选地，所述第一p型mos管和所述第二p型mos管均为厚氧化物的p型mos管，所述厚氧化物的p型mos管中氧化物的厚度大于或者等于0.2um。
13.可选地，还包括存储模块，所述存储模块与所述第二p型mos管的输出端连接，用于存储所述第二p型mos管输出的放大后的第一电信号。
14.可选地，所述第一n型mos管的源极连接所述钳位光电二极管ppd，所述第一n型mos
管的漏极连接所述第二n型mos管的源极，所述第一n型mos管的栅极为像素传输控制端。
15.可选地，所述第二n型mos管的漏极用于连接第一电源端，所述第二n型mos管的栅极作为复位控制端，用于在接收到高电平信号的情况下，拉高所述第一n型mos管漏极的电压。
16.可选地，所述第一n型mos管的漏极与所述第二n型mos管的源极均与所述第一p型mos管的栅极连接，所述第一p型mos管的漏极接地，所述第一p型mos管的源极与所述第二p型mos管的源极均与第二电源端连接。
17.可选地，所述第二p型mos管的漏极作为所述第二p型mos管的输出端，用于输出的放大后的第一电信号。
18.根据本公开实施例的第二方面，提供一种图像采集电路，包括以上第一方面所述的图像传感器。
19.根据本公开实施例的第三方面，提供一种终端，包括以上以上第一方面所述的图像传感器。
20.本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
21.通过采用第一p型mos管作为源极跟随器，采用所述第二p型mos管与所述第一p型mos管连接，用于将第一p型mos管输出的放大后的第一电信号输出，由于p型mos管的氧化物陷阱密度nt普遍低于n型mos管，因此能够表现出较低的1/f噪声的原理，从而能够使该图像传感器获得更好得亚电子噪声性能，有效降低图像传感器中1/f噪声，从而能够有效提升图像传感器的噪声特性，优化图像传感器的成像质量。
22.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
23.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
24.图1是本公开一示例性实施例中示出的一种图像传感器的电路示意图。
25.图2是本公开图1所示图像传感器电路的工作时序图。
具体实施方式
26.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
27.在详细介绍本公开的具体实施方式之前，首先，对本公开的应用场景进行以下说明，本公开可以应用于图像采集设备，例如相机，手机，计算机，车辆，安防监控设备，以及广播电视等场景中。目前的图像传感器大多采用cmos图像传感器，即cis(cmos image sensor，互补金属氧化物半导体图像传感器)像素结构，目前的cmos图像传感器通常包括钳位光电二极管(pinned photodiode，ppd)、浮空扩散节点、传输管、复位管、源跟随器和选通管组成，然而目前的cmos图像传感器中大多是由n型mos管作为源极跟随器，并且也是由n型
mos管作为选通管，发明人发现，虽然目前的cmos图像传感器能够保证热噪声较低，但是随着图像传感器读出电路噪声的降低以及像素单元尺寸的缩小，像素内源极跟随器噪声(主要为闪烁噪声，亦称为1/f噪声)的比例在增加，1/f噪声依然较高，如此非常不利于图像传感器的图像质量的提升。
28.为了解决以上技术问题，本公开提供了一种图像传感器、图像采集电路和终端，该图像传感器，包括：钳位光电二极管ppd，第一n型mos管，第二n型mos管，第一p型mos管，第二p型mos管，所述钳位光电二极管ppd，与所述第一n型mos管连接，用于将曝光阶段中的光信号转换为电信号；所述第一n型mos管，与所述第二n型mos管和所述第一p型mos管连接，用于在接收到高电平信号的情况下，将所述钳位光电二极管ppd输出的第一电信号传输至所述第二n型mos管；所述第二n型mos管，与第一电源端连接，用于在接收到高电平信号的情况下，拉高所述第一n型mos管漏极的电压；所述第一p型mos管，与所述第一n型mos管，所述第二n型mos管和所述第二p型mos管连接，用于作为源极跟随器，将所述第一n型mos管传输的所述第一电信号放大后，传输至所述第二p型mos管；所述第二p型mos管，与所述第一p型mos管连接，用于将第一p型mos管输出的放大后的第一电信号输出。这样，通过采用第一p型mos管作为源极跟随器，采用所述第二p型mos管与所述第一p型mos管连接，用于将第一p型mos管输出的放大后的第一电信号输出，由于p型mos管的氧化物陷阱密度nt普遍低于n型mos管，因此能够表现出较低的1/f噪声的原理，从而能够使该图像传感器获得更好得亚电子噪声性能，有效降低图像传感器中1/f噪声，从而能够有效提升图像传感器的噪声特性，优化图像传感器的成像质量。
29.图1是本公开一示例性实施例中示出的一种图像传感器的电路示意图；如图1所示，该图像传感器，包括：钳位光电二极管ppd，第一n型mos管tx，第二n型mos管rst，第一p型mos管sn，第二p型mos管rs，所述钳位光电二极管ppd，与所述第一n型mos管tx连接，用于将曝光阶段中的光信号转换为电信号；
30.所述第一n型mos管tx，与所述第二n型mos管rst和所述第一p型mos管连接，用于在接收到高电平信号的情况下，将所述钳位光电二极管ppd输出的第一电信号传输至所述第二n型mos管rst；
31.所述第二n型mos管rst，与第一电源端v
ret
连接，用于在接收到高电平信号的情况下，拉高所述第一n型mos管tx漏极的电压；
32.所述第一p型mos管sn，与所述第一n型mos管tx，所述第二n型mos管rst和所述第二p型mos管rs连接，用于作为源极跟随器，将所述第一n型mos管tx传输的所述第一电信号放大后，传输至所述第二p型mos管rs；
33.所述第二p型mos管rs，与所述第一p型mos管sn连接，用于将第一p型mos管sn输出的放大后的第一电信号输出。
34.其中，该第一n型mos管tx的源极连接所述钳位光电二极管ppd，所述第一n型mos管tx的漏极连接所述第二n型mos管rst的源极，所述第一n型mos管tx的栅极为像素传输控制端。所述第二n型mos管rst的漏极用于连接第一电源端，所述第二n型mos管rst的栅极作为复位控制端，用于在接收到高电平信号的情况下，拉高所述第一n型mos管tx漏极的电压。所述第一n型mos管tx的漏极与所述第二n型mos管rst的源极均与所述第一p型mos管sn的栅极连接，所述第一p型mos管sn的漏极接地，所述第一p型mos管sn的源极与所述第二p型mos管
rs的源极均与第二电源端连接。所述第二p型mos管rs的漏极作为所述第二p型mos管rs的输出端，用于输出的放大后的第一电信号。
35.需要说明的是，该所述第一n型mos管tx的漏极与所述第二n型mos管rst的源极均与所述第一p型mos管sn的栅极连接形成浮空扩散节点，发明人发现与1/f噪声机制直接相关的工艺参数与氧化物陷阱密度nt成比例关系，并且p型mos管的氧化物陷阱密度nt普遍低于n型mos管，因此通过采用第一p型mos管作为源极跟随器，采用所述第二p型mos管与所述第一p型mos管连接，用于将第一p型mos管输出的放大后的第一电信号输出，能够表现出较低的1/f噪声。
36.另外，图2是本公开图1所示图像传感器电路的工作时序图，如图2所示，在t1时刻，该第二p型mos管处于低电平时，使该第二n型mos管rst的栅极高电位，从而使该第二n型mos管rst导通，第一p型mos管sn的栅极连接的浮空扩散节点的电位升高，由于该第一电源端vrer低于该第二电源端vdd的电位，因此，在该第二n型mos管rst导通时，该第一p型mos管sn也导通，此时通过该第二p型mos管的漏极输出当前浮空扩散节点电位对应的电信号，完成复位后的浮空扩散节点电位的读数过程，其中，该第一电信号包括了系统噪声，该系统噪声包含运放的offset噪声，1/f噪声以及复位引入的噪声；
37.复位结束后，该钳位光电二极管ppd随时可能被曝光，在曝光过程中，该钳位光电二极管ppd中电子移向n区，空穴移向p区，因此会产生一定的电势。
38.在t2时刻，该第二n型mos管rst截止，第一n型mos管tx给高电位导通，由于在曝光过程中产生了电势，因此在第一n型mos管tx(传输管)导通后，在电势的作用下，会产生电荷转移现象，所以会使该浮空扩散节点电位降低，此时该第一p型mos管sn和第二p型mos管rs依然导通，通过该第二p型mos管rs的漏极输出电荷转移之后的浮空扩散节点电位对应的电信号，通过获取电荷转移之后的浮空扩散节点电位与完成复位后的浮空扩散节点电位的差值，能够使系统产生的噪声抵消，得到因曝光而产生的电位差，从而能够有效提升图像传感器的噪声特性，优化图像传感器的成像质量。
39.以上技术方案，通过采用第一p型mos管作为源极跟随器，采用所述第二p型mos管与所述第一p型mos管连接，用于将第一p型mos管输出的放大后的第一电信号输出，由于p型mos管的氧化物陷阱密度nt普遍低于n型mos管，因此能够表现出较低的1/f噪声的原理，从而能够使该图像传感器获得更好得亚电子噪声性能，有效降低图像传感器中1/f噪声，从而能够有效提升图像传感器的噪声特性，优化图像传感器的成像质量。
40.可选地，所述第一p型mos管sn为薄氧化物的p型mos管。
41.一种可能的实施方式中，第一p型mos管sn为薄氧化物的p型mos管，第二p型mos管rs为薄氧化物的p型mos管。
42.其中，该薄氧化物的p型mos管中氧化物的厚度小于或者等于0.1um。
43.需要说明的是，薄氧化物的第一p型mos管sn作为源极跟随器，能够提供更高的氧化电容单位面积和较低的栅极宽度，具有最小栅极宽度的薄氧化物源极跟随器还具有较低的重叠电容，且不会以对1/f噪声过程参数kf的负面影响为代价，较薄的氧化物有利于更好地控制沟道上的栅极，从而降低kf。根据设计套件报告的数据，比较了不同代工厂和工艺节点的薄氧化物pmos晶体管和厚氧化物nmos晶体管的氧化物陷阱密度，可以发现，薄的氧化物pmos晶体管通常具有更低的氧化物陷阱密度，因此，使用薄氧化物p型mos管作为源极跟
随器能够更有效的降低系统噪声。
44.另一种可能的实施方式中，第一p型mos管sn为薄氧化物的p型mos管，第二p型mos管rs为厚氧化物的p型mos管，其中，厚氧化物的p型mos管中氧化物的厚度大于0.1um，且小于或者等于0.3um。
45.可选地，所述第二p型mos管rs为厚氧化物的p型mos管。
46.需要说明的是，将该第二p型mos管rs设置为厚氧化物的p型mos管，能够有效避免数据采集过程中，该第二p型mos管rs被击穿，能够有效提升图像传感器的可靠性。
47.可选地，所述第一p型mos管sn和所述第二p型mos管rs均为厚氧化物的p型mos管。
48.可选地，还包括存储模块，所述存储模块与所述第二p型mos管rs的输出端连接，用于存储所述第二p型mos管rs输出的放大后的第一电信号。
49.本公开另一示例性实施例提供一种图像采集电路，包括以上图1所述的图像传感器。
50.本公开又一示例性实施例提供一种终端，包括以上图1所述的图像传感器。
51.本领域技术人员在考虑说明书及实践本公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
52.应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。