二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサー及びその駆動方法
【課題】二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサー及びその駆動方法を提供する。
【解決手段】光電変換領域と、光電変換領域からの電荷が保存されるフローティング拡散領域に連結された第１ゲート及び該第１ゲートと離隔された第２ゲートを備えたセンシングトランジスタと、フローティング拡散領域に連結され、フローティング拡散領域の電位をリセットするリセットトランジスタと、第２ゲートに印加される制御電圧を供給する制御電圧源と、センシングトランジスタのソースに連結されたカラム出力ラインと、を備える二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサーである。
【解決手段】光電変換領域と、光電変換領域からの電荷が保存されるフローティング拡散領域に連結された第１ゲート及び該第１ゲートと離隔された第２ゲートを備えたセンシングトランジスタと、フローティング拡散領域に連結され、フローティング拡散領域の電位をリセットするリセットトランジスタと、第２ゲートに印加される制御電圧を供給する制御電圧源と、センシングトランジスタのソースに連結されたカラム出力ラインと、を備える二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサーである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサー及びその駆動方法に係り、特に、ピクセルに入射された光が強くてセンシングトランジスタがターンオンされない場合、別途のゲートに電圧を印加して前記センシングトランジスタをターンオンさせて前記光度を測定する二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサー及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イメージセンサーは、光を感知して電気的な信号に変換する光電変換素子である。一般的なイメージセンサーは、半導体基板上に行列で配列される複数の単位画素を備える。それぞれの単位画素は、フォトダイオード及びトランジスタを備える。前記フォトダイオードは、外部から光を受けて光電荷を生成する。前記トランジスタは、生成された光電荷の電荷量による電気的な信号を出力する。
相補性金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ：Ｃｏｍｐｌｉｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサーは、光信号を制御または処理できる制御素子をＣＭＯＳ製造技術を利用して製造する。ＣＭＯＳイメージセンサーは、その製造工程が単純であるという長所を有し、さらに信号処理素子が、フォトダイオードと一つのチップで製造しうるという長所を有している。
ＣＭＯＳイメージセンサーは、ダイナミックレンジを増加させるために研究されてきた。特に、光が強い場合、センシングトランジスタのゲートに連結されたフローティング拡散領域の電位が低下し、ゲート電圧がしきい電圧以下に低下し、したがって、センシング電圧が検出されないので、光度を表現できなくなる。このようなセンシングトランジスタのしきい電圧以下での光度を測定するために、ログスケール回路を使用する方法があるが、この方法は、トランジスタの数を増加させ、ログスケールの線形性が低いので、強い光度を正確に測定し難い。
したがって、強い光度を測定できるダイナミックレンジの広いＣＭＯＳイメージセンサーが必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサーを提供することである。
本発明の他の目的は、前記イメージセンサーの駆動方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一実施形態による二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサーは、光電変換領域と、前記光電変換領域からの電荷が保存されるフローティング拡散領域に連結された第１ゲート及び前記第１ゲートと離隔された第２ゲートを備えたセンシングトランジスタと、前記フローティング拡散領域に連結され、前記フローティング拡散領域の電位をリセットするリセットトランジスタと、前記第２ゲートに印加される制御電圧を供給する制御電圧源と、前記センシングトランジスタのソースに連結されたカラム出力ラインと、を備えた二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えうる。
【０００５】
本発明の一態様によれば、本発明のイメージセンサーは、前記センシングトランジスタのソースに連結されるドレインと、前記カラム出力ラインに連結されるソースと、を備え、ピクセルアレイのうち、前記センシングトランジスタを含むローを選択するロー選択トランジスタをさらに備えうる。
また、前記フローティング拡散領域と前記光電変換領域との間で、前記光電変換領域からの電荷を前記フローティング拡散領域に移動させるトランスファトランジスタをさらに備えうる。
前記センシングトランジスタのドレインには、外部入力電圧が連結される。
本発明の一態様によれば、前記第１ゲート及び前記第２ゲートは、一つのトランジスタチャンネル上で相互離隔されて形成される。
前記第１ゲート及び前記第２ゲートは、誘電層を介して一部がカップリングされるように形成される。
本発明の他の態様によれば、前記第１ゲート及び第２ゲートは、チャンネルを介して相互対向して形成され、また、前記第１ゲート及び第２ゲートは、垂直に形成されることもある。
【０００６】
本発明の他の実施形態による二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサーの駆動方法は、前記フローティング拡散領域の電位をリセットするステップと、前記光電変換領域に光を照射するステップと、前記第２ゲートに段階別に電圧を上昇させつつ、前記センシングトランジスタがターンオンされる時の前記第２ゲートに供給された第１電圧を決定するステップと、前記第１ゲート電圧を計算するステップと、前記第１ゲート電圧から前記光電変換領域に照射された光度を計算するステップと、を含む。
第１ゲート電圧を計算するステップは、予め作成したルックアップテーブルから前記第１電圧による第１ゲート電圧を探すことでありうる。
前記第１電圧を決定するステップは、前記カラム出力ラインでのカラム電流が基準電流より大きければ、前記センシングトランジスタがターンオンされたと判断しうる。
【０００７】
本発明のさらに他の実施形態による二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサーの駆動方法は、前記フローティング拡散領域の電位をリセットするステップと、前記光電変換領域に光を照射するステップと、前記第２ゲートに第２電圧を印加するステップと、前記センシングトランジスタがターンオンされたか否かを判断するステップと、前記センシングトランジスタがターンオンされていない場合、前記第２ゲートに段階別に電圧を上昇させて前記センシングトランジスタがターンオンされる時の前記第２ゲートに供給された第３電圧を測定するステップと、前記第１ゲート電圧を計算するステップと、前記第１ゲート電圧から前記光電変換領域に照射された光度を計算するステップと、を含む。
前記センシングトランジスタがターンオンされたか否かを判断するステップは、前記カラム出力ラインからの出力電流が基準電流以上であるか否かを判断するステップであり、前記出力電流が前記基準電流以上である場合、前記出力電流で前記第１ゲート電圧を計算する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、添付された図面を参照して、本発明の望ましい実施形態による二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサー及びその駆動方法を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態による二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサー１００の概略的な図面である。
図１を参照すれば、イメージセンサー１００は、光電変換領域であるフォトダイオードＰＤと、リセットトランジスタＲＸと、センシングトランジスタ１１０と、を備える。
センシングトランジスタ１１０は、ｐ型半導体基板１１１上に相互離隔されて形成され、ｎ型不純物でドーピングされたソース１１２及びドレイン１１３を備える。ソース１１２とドレイン１１３との間には、トランジスタチャンネル１１４が形成される。前記チャンネル１１４上には、絶縁層（図示せず）が形成されており、絶縁層上には、第１ゲート１１５及び第２ゲート１１６が相互離隔されて形成されている。第１ゲート１１５には、フローティング拡散領域ＦＤが連結され、第２ゲート１１６には、制御電圧源１２０が連結される。ドレイン１１３には、外部電圧Ｖｄｄが連結され、ソース１１２には、後述するカラム出力ラインが連結される。
【０００９】
図２は、図１の等価回路図である。図１の構成要素と実質的に同じ構成要素には、同じ参照番号を使用し、ここで詳細な説明は省略する。
図１及び図２を共に参照すれば、イメージセンサー１００は、ロー選択トランジスタＳＸをさらに備えうる。ロー選択トランジスタＳＸのドレインは、センシングトランジスタ１１０のソース１１２に連結され、ロー選択トランジスタＳＸのソースは、カラム出力ライン１３０に連結される。
次いで、図１及び図２を参照して、イメージセンサー１００の駆動原理を説明する。
まず、リセットトランジスタＲＸをターンオンしてフローティング拡散領域ＦＤの電位を外部電圧Ｖｄｄにリセットする。
フォトダイオードＰＤに光が照射されれば、フォトダイオードＰＤで電子−ホール対が形成され、これらの電子−ホール対のうち、電子は、フローティング拡散領域ＦＤに移動する。このフローティング拡散領域ＦＤに蓄積される電荷量の増加によって、フローティング拡散領域ＦＤに連結された第１ゲート１１５の電圧が低下する。
したがって、フォトダイオードＰＤに入射された光が強い場合、第１ゲート１１５電圧がセンシングトランジスタ１１０のしきい電圧より低く、これにより、センシングトランジスタ１１０がターンオンされない。したがって、ロー選択トランジスタＳＸがターンオンされても、カラム出力ライン１３０から電流が検出されなくて前記光度が分からない。
【００１０】
図３は、一般的なセンシングトランジスタでのＶｇ−Ｉｄ曲線グラフである。
図３を参照すれば、ゲート電圧Ｖｇがしきい電圧Ｖｔｈ以下である第１区間（ＳＴＡＧＥ Ｉ）で、ドレイン電流がほとんどない。また、ゲート電圧Ｖｇが飽和電圧Ｖｓａｔ以上に上昇する第３区間（ＳＴＡＧＥ ＩＩＩ）で、フォトダイオードＰＤに入射される光がほとんどなくて、ゲート電圧Ｖｇが外部電圧Ｖｄｄに近接した場合にもドレイン電流Ｉｄの変化が非常に小さい。
第２区間（ＳＴＡＧＥ ＩＩ）では、ゲート電圧Ｖｇとドレイン電流Ｉｄとが直線的な関係にある。本発明の場合、第２ゲート１１６にセンシングトランジスタ１１０のしきい電圧が印加された場合、第１ゲート１１５の電圧によるドレイン電流Ｉｄの特性は、図３による。
図３に示したように、第１ゲート電圧が第２区間（ＳＴＡＧＥ ＩＩ）にある場合、測定されるドレイン電流Ｉｄから光度が分かるが、第１ゲート電圧がしきい電圧より低い第１区間（ＳＴＡＧＥ Ｉ）では、ドレイン電流Ｉｄを正確に測定できないので、光度を正確に測定できなくなる。
【００１１】
図４は、第２ゲート電圧によるカラム出力ラインからの電流Ｉｃｏｌの変化を模写したグラフである。
図４を参照すれば、第１ゲート電圧が固定された状態で、第２ゲート１１６に電圧を印加せず、センシングトランジスタ１１０は、ターンオンされず、したがって、カラム出力ライン１３０での電流Ｉｃｏｌは、ほとんど検出されない。
第２ゲート電圧Ｖ２を段階的に上昇させれば、カラム出力ライン１３０からの測定電流Ｉｃｏｌは、センシングトランジスタ１１０がターンオンされるまでほとんど検出されないが、第２ゲート電圧Ｖ２が第１電圧Ｖ２＿ｔｈに到達すれば、測定電流Ｉｃｏｌが検出され始め、次いで、測定電流Ｉｃｏｌは、増加し続ける。前記第１電圧Ｖ２＿ｔｈは、第１ゲート１５の電圧が低いほど上昇する。前記第１電圧Ｖ２＿ｔｈと第１ゲート電圧との関係から、前記第１電圧が分かり、したがって、図３の第１区間（ＳＴＡＧＥ Ｉ）での光度が測定できる。したがって、センシングトランジスタ１１０を備えたイメージセンサー１００のダイナミックレンジを向上させうる。
【００１２】
図５は、本発明の一実施形態によるイメージセンサー１００のセンシングトランジスタ１１０のターンオン電圧を測定した結果を示す図面である。
図５を参照すれば、第１ゲート１１５及び第２ゲート１１６の幅をそれぞれ２２ｎｍ、第１ゲート１１５と第２ゲート１１６との間の幅が１０ｎｍであるセンシングトランジスタ１１０で、第１ゲート電圧を０.０７５Ｖに固定した。第２ゲート１１６に制御電圧Ｖ２を上昇させつつ印加するにつれて、ドレイン電流Ｉｄは、ほとんど検出されない状態で約０.２Ｖの制御電圧Ｖ２でセンシングトランジスタ１１０がターンオンされた。図５は、二つのゲートを備えたセンシングトランジスタ１１０が第１ゲート電圧を固定するとき、第２ゲート電圧Ｖ２の印加によってターンオンされることを示す。
【００１３】
図６は、第１ゲート電圧と第２ゲート電圧との関係を示すグラフである。
図６を参照すれば、第１ゲート１１５及び第２ゲート１１６の幅がそれぞれ４０ｎｍ、第１ゲート１１５と第２ゲート１１６との間の幅が１０ｎｍである第１センシングトランジスタの特性カーブＧ１と、第１ゲート１１５及び第２ゲート１１６の幅がそれぞれ２２ｎｍ、第１ゲート１１５と第２ゲート１１６との間の幅が１０ｎｍである第２センシングトランジスタの特性カーブＧ２とが区別されるように示されている。
第１センシングトランジスタのしきい電圧Ｖｔｈ１は、特性カーブＧ１で第１ゲート電圧Ｖ１と第２ゲートターンオン電圧Ｖ２とが同じ電圧となり、約０.２９Ｖで現れる。
第２センシングトランジスタのしきい電圧Ｖｔｈ２は、特性カーブＧ２で第１ゲート電圧Ｖ１と第２ゲートターンオン電圧Ｖ２とが同じ電圧となり、約０.１２Ｖで現れる。
第１及び第２センシングトランジスタは、何れも第１ゲート１１５の電圧の低下によって、第２ゲート１１６のターンオン電圧の上昇を見られる。したがって、未知の第１ゲート電圧で、センシングトランジスタ１１０がターンオン時に第２ゲートのターンオン電圧を知れば、図６の特性カーブを照会して前記第１ゲート電圧を決定しうる。
図６のグラフは、センシングトランジスタの大きさなどの物理的な特性によって変わり、したがって、各センシングトランジスタ１１０の特性グラフを予め作成する。図６のグラフは、ルックアップテーブルのような作用を行う。
【００１４】
次いで、本発明の一実施形態によるイメージセンサー１００の駆動方法を、図面を参照して詳細に説明する。
まず、リセットトランジスタＲＸをターンオンしてフローティング拡散領域ＦＤの電位を外部電圧Ｖｄｄにリセットする。
次いで、フォトダイオードＰＤに光が照射されれば、フォトダイオードＰＤで電子−ホール対が形成され、これらの電子−ホール対のうち、電子は、フローティング拡散領域ＦＤに移動してフローティング拡散領域ＦＤに保存される。このフローティング拡散領域ＦＤに蓄積される電荷の量によって、フローティング拡散領域ＦＤに連結された第１ゲート１５の電圧が低下する。
次いで、ロー選択トランジスタＳＸをターンオンして、ピクセルアレイのうち一つのローを選択する。
制御電圧源１２０から第２ゲート１１６に印加される制御電圧を段階別に上昇させつつ、カラム出力ライン１３０からカラム電流Ｉｃｏｌを測定する。前記カラム電流Ｉｃｏｌが所定の基準値より大きければ、センシングトランジスタ１１０がターンオンされたと判断し、この時の第２ゲート１１６に供給された第２電圧を決定する。前記基準値は、カラム電流Ｉｃｏｌでのノイズを勘案した最小の値となる。
次いで、予め作成したセンシングトランジスタ１１０の特性カーブ（図６参照）またはルックアップテーブルを参照して、前記第２電圧での第１ゲート電圧を決定する。前記第１ゲート電圧から前記フォトダイオードＰＤに照射された光度が計算される。
【００１５】
次いで、本発明の他の実施形態によるイメージセンサーの駆動方法を、図面を参照して説明する。
まず、リセットトランジスタＲＸをターンオンしてフローティング拡散領域ＦＤの電位を外部電圧Ｖｄｄにリセットする。
次いで、フォトダイオードＰＤに光が照射されれば、フォトダイオードＰＤで電子−ホール対が形成され、これらの電子−ホール対のうち、電子は、フローティング拡散領域ＦＤに移動してフローティング拡散領域ＦＤに保存される。このフローティング拡散領域ＦＤに蓄積される電荷の量によって、フローティング拡散領域ＦＤに連結された第１ゲートの電圧が低下する。
制御電圧源１２０から前記第２ゲート１１６に所定の電圧、例えば、前記センシングトランジスタ１１０のしきい電圧を印加する。そして、ロー選択トランジスタＳＸをターンオンさせて、ピクセルアレイのうち一つのローを選択する。
そして、センシングトランジスタ１１０がターンオンされたか否かを判断する。
【００１６】
前記センシングトランジスタ１１０がターンオンされていない場合、前記カラムラインからの出力電圧が測定できない。制御電圧源１２０から第２ゲート１１６に制御電圧を段階別に上昇させつつ、センシングトランジスタ１１０をターンオンさせる。センシングトランジスタ１１０がターンオンされれば、この時の第２ゲート１１６に供給された前記制御電圧を決定する。
次いで、予め作成したルックアップテーブルから前記制御電圧による第１ゲート電圧を求める。前記第１ゲート電圧から前記フォトダイオードＰＤに照射された光度が測定される。
前記センシングトランジスタ１１０のターンオンの判断は、カラム出力ライン１３０からの出力電圧が所定電圧以上に測定されれば、ターンオンされたと判断する。
センシングトランジスタ１１０のターンオン判断過程で、センシングトランジスタ１１０がターンオンされたと判断されれば、前記カラム出力ライン１３０からのカラム電流Ｉｃｏｌを測定する。前記カラム電流Ｉｃｏｌから第１ゲート電圧が計算される。
【００１７】
前記実施形態では、３個のトランジスタを備えたイメージセンサー１００を開示したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、ロー選択トランジスタＳＸがない２個のトランジスタを備えたイメージセンサーでも、二つのゲートを備えたセンシングトランジスタ１１０を採用して前述した作用を行える。図７は、本発明のさらに他の実施形態による二つのゲートからなるセンシングトランジスタ１１０を備えたイメージセンサーの等価回路図である。図２の構成要素と実質的に同じ構成要素には、同じ参照番号を使用し、ここで詳細な説明は省略する。
図７を参照すれば、イメージセンサー２００は、図２のイメージセンサーと比較して、フォトダイオードＰＤとフローティング拡散領域ＦＤとの間にトランスファトランジスタＴＸをさらに備えた４個のトランジスタを備えたイメージセンサーである。
トランスファトランジスタＴＸは、ターンオンされれば、フォトダイオードＰＤで生成された電荷をフローティング拡散領域ＦＤに移動させる。その他の構成要素の作用は、図２のイメージセンサー１００と実質的に同じであるので、ここで詳細な説明は省略する。
【００１８】
図８は、本発明のさらに他の実施形態による二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサー３００の概略的な図面である。図１の構成要素と実質的に同じ構成要素には、同じ参照番号を使用し、ここで詳細な説明は省略する。
図８を参照すれば、イメージセンサー３００は、図１のイメージセンサー１００と比較して二つのゲート３１５，３１６の一部が相互カップリングされている。第１ゲート３１５上に第２ゲート３１６が延びて重畳されて配されている。このようなカップリングされたゲート３１５，３１６を備えたセンシングトランジスタ３１０は、第２ゲート３１６に制御電圧を印加するとき、図１のセンシングトランジスタ１１０より低い制御電圧でセンシングトランジスタ３１０がターンオンされる。それ以外の作用は、図１のイメージセンサー１００と実質的に同じであるので、ここで詳細な説明は省略する。
【００１９】
図９は、本発明のさらに他の実施形態による二つのゲートからなるセンシングトランジスタ４１０を備えたイメージセンサー４００の概略的な図面である。図１の構成要素と実質的に同じ構成要素には、同じ参照番号を使用し、ここで詳細な説明は省略する。
図９を参照すれば、イメージセンサー４００は、図１のイメージセンサー１００と比較して、二つのゲート４１５，４１６がチャンネル１１４の上部及び下部に設置されている。第２ゲート４１６と基板１１１との間には、絶縁層４４０が形成される。イメージセンサー４００の作用は、図１のイメージセンサー１００と実質的に同じであるので、ここで詳細な説明は省略する。
【００２０】
図１０は、本発明のさらに他の実施形態による二つのゲートからなるセンシングトランジスタ５１０を備えたイメージセンサー５００の概略的な図面である。図１の構成要素と実質的に同じ構成要素には、同じ参照番号を使用し、ここで、詳細な説明は省略する。
図１０を参照すれば、イメージセンサー５００は、図１のイメージセンサー１００と比較して、二つのゲート５１５，５１６がチャンネル５１４の両側にそれぞれ垂直に設置されている。ソース５１２、ドレイン５１３及びチャンネル５１４は、基板（図示せず）上に垂直に形成されている。
イメージセンサー５００の作用は、図１のイメージセンサー１００と実質的に同じであるので、ここで、詳細な説明は省略する。
【００２１】
本発明によるイメージセンサーは、ピクセルに入射される光が強い場合にも、広いダイナミックレンジを表現できるので、正確なイメージを具現しうる。
また、本発明による駆動方法によれば、前記イメージセンサーを使用して効果的に広いダイナミックレンジを具現しうる。
以上、本発明の望ましい実施形態を参照して説明したが、当業者は、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させうるということが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、半導体素子関連の技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態による二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサーの概略的な図面である。
【図２】図１の等価回路図である。
【図３】一般的なセンシングトランジスタでのＶ−Ｉ曲線グラフである。
【図４】第２ゲート電圧によるカラム出力ラインからの電流の変化を模写したグラフである。
【図５】本発明の一実施形態によるイメージセンサーのセンシングトランジスタのターンオン電圧を測定した結果を示す図面である。
【図６】第１ゲート電圧と第２ゲート電圧との関係を示すグラフである。
【図７】本発明のさらに他の実施形態による二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサーの等価回路図である。
【図８】本発明のさらに他の実施形態による二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサーの概略的な図面である。
【図９】本発明のさらに他の実施形態による二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサーの概略的な図面である。
【図１０】本発明のさらに他の実施形態による二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサーの概略的な図面である。
【符号の説明】
【００２４】
１００ イメージセンサー
１１０ センシングトランジスタ
１１１ ｐ型半導体基板
１１２ ソース
１１３ ドレイン
１１４ トランジスタチャンネル
１１５ 第１ゲート
１１６ 第２ゲート
１２０ 制御電圧源
ＲＸ リセットトランジスタ
ＰＤ フォトダイオード
Ｖｄｄ 外部電圧
Ｉｃｏｌ カラム電流
ＦＤ フローティング拡散領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサー及びその駆動方法に係り、特に、ピクセルに入射された光が強くてセンシングトランジスタがターンオンされない場合、別途のゲートに電圧を印加して前記センシングトランジスタをターンオンさせて前記光度を測定する二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサー及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イメージセンサーは、光を感知して電気的な信号に変換する光電変換素子である。一般的なイメージセンサーは、半導体基板上に行列で配列される複数の単位画素を備える。それぞれの単位画素は、フォトダイオード及びトランジスタを備える。前記フォトダイオードは、外部から光を受けて光電荷を生成する。前記トランジスタは、生成された光電荷の電荷量による電気的な信号を出力する。
相補性金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ：Ｃｏｍｐｌｉｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサーは、光信号を制御または処理できる制御素子をＣＭＯＳ製造技術を利用して製造する。ＣＭＯＳイメージセンサーは、その製造工程が単純であるという長所を有し、さらに信号処理素子が、フォトダイオードと一つのチップで製造しうるという長所を有している。
ＣＭＯＳイメージセンサーは、ダイナミックレンジを増加させるために研究されてきた。特に、光が強い場合、センシングトランジスタのゲートに連結されたフローティング拡散領域の電位が低下し、ゲート電圧がしきい電圧以下に低下し、したがって、センシング電圧が検出されないので、光度を表現できなくなる。このようなセンシングトランジスタのしきい電圧以下での光度を測定するために、ログスケール回路を使用する方法があるが、この方法は、トランジスタの数を増加させ、ログスケールの線形性が低いので、強い光度を正確に測定し難い。
したがって、強い光度を測定できるダイナミックレンジの広いＣＭＯＳイメージセンサーが必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサーを提供することである。
本発明の他の目的は、前記イメージセンサーの駆動方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一実施形態による二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサーは、光電変換領域と、前記光電変換領域からの電荷が保存されるフローティング拡散領域に連結された第１ゲート及び前記第１ゲートと離隔された第２ゲートを備えたセンシングトランジスタと、前記フローティング拡散領域に連結され、前記フローティング拡散領域の電位をリセットするリセットトランジスタと、前記第２ゲートに印加される制御電圧を供給する制御電圧源と、前記センシングトランジスタのソースに連結されたカラム出力ラインと、を備えた二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えうる。
【０００５】
本発明の一態様によれば、本発明のイメージセンサーは、前記センシングトランジスタのソースに連結されるドレインと、前記カラム出力ラインに連結されるソースと、を備え、ピクセルアレイのうち、前記センシングトランジスタを含むローを選択するロー選択トランジスタをさらに備えうる。
また、前記フローティング拡散領域と前記光電変換領域との間で、前記光電変換領域からの電荷を前記フローティング拡散領域に移動させるトランスファトランジスタをさらに備えうる。
前記センシングトランジスタのドレインには、外部入力電圧が連結される。
本発明の一態様によれば、前記第１ゲート及び前記第２ゲートは、一つのトランジスタチャンネル上で相互離隔されて形成される。
前記第１ゲート及び前記第２ゲートは、誘電層を介して一部がカップリングされるように形成される。
本発明の他の態様によれば、前記第１ゲート及び第２ゲートは、チャンネルを介して相互対向して形成され、また、前記第１ゲート及び第２ゲートは、垂直に形成されることもある。
【０００６】
本発明の他の実施形態による二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサーの駆動方法は、前記フローティング拡散領域の電位をリセットするステップと、前記光電変換領域に光を照射するステップと、前記第２ゲートに段階別に電圧を上昇させつつ、前記センシングトランジスタがターンオンされる時の前記第２ゲートに供給された第１電圧を決定するステップと、前記第１ゲート電圧を計算するステップと、前記第１ゲート電圧から前記光電変換領域に照射された光度を計算するステップと、を含む。
第１ゲート電圧を計算するステップは、予め作成したルックアップテーブルから前記第１電圧による第１ゲート電圧を探すことでありうる。
前記第１電圧を決定するステップは、前記カラム出力ラインでのカラム電流が基準電流より大きければ、前記センシングトランジスタがターンオンされたと判断しうる。
【０００７】
本発明のさらに他の実施形態による二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサーの駆動方法は、前記フローティング拡散領域の電位をリセットするステップと、前記光電変換領域に光を照射するステップと、前記第２ゲートに第２電圧を印加するステップと、前記センシングトランジスタがターンオンされたか否かを判断するステップと、前記センシングトランジスタがターンオンされていない場合、前記第２ゲートに段階別に電圧を上昇させて前記センシングトランジスタがターンオンされる時の前記第２ゲートに供給された第３電圧を測定するステップと、前記第１ゲート電圧を計算するステップと、前記第１ゲート電圧から前記光電変換領域に照射された光度を計算するステップと、を含む。
前記センシングトランジスタがターンオンされたか否かを判断するステップは、前記カラム出力ラインからの出力電流が基準電流以上であるか否かを判断するステップであり、前記出力電流が前記基準電流以上である場合、前記出力電流で前記第１ゲート電圧を計算する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、添付された図面を参照して、本発明の望ましい実施形態による二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサー及びその駆動方法を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態による二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサー１００の概略的な図面である。
図１を参照すれば、イメージセンサー１００は、光電変換領域であるフォトダイオードＰＤと、リセットトランジスタＲＸと、センシングトランジスタ１１０と、を備える。
センシングトランジスタ１１０は、ｐ型半導体基板１１１上に相互離隔されて形成され、ｎ型不純物でドーピングされたソース１１２及びドレイン１１３を備える。ソース１１２とドレイン１１３との間には、トランジスタチャンネル１１４が形成される。前記チャンネル１１４上には、絶縁層（図示せず）が形成されており、絶縁層上には、第１ゲート１１５及び第２ゲート１１６が相互離隔されて形成されている。第１ゲート１１５には、フローティング拡散領域ＦＤが連結され、第２ゲート１１６には、制御電圧源１２０が連結される。ドレイン１１３には、外部電圧Ｖｄｄが連結され、ソース１１２には、後述するカラム出力ラインが連結される。
【０００９】
図２は、図１の等価回路図である。図１の構成要素と実質的に同じ構成要素には、同じ参照番号を使用し、ここで詳細な説明は省略する。
図１及び図２を共に参照すれば、イメージセンサー１００は、ロー選択トランジスタＳＸをさらに備えうる。ロー選択トランジスタＳＸのドレインは、センシングトランジスタ１１０のソース１１２に連結され、ロー選択トランジスタＳＸのソースは、カラム出力ライン１３０に連結される。
次いで、図１及び図２を参照して、イメージセンサー１００の駆動原理を説明する。
まず、リセットトランジスタＲＸをターンオンしてフローティング拡散領域ＦＤの電位を外部電圧Ｖｄｄにリセットする。
フォトダイオードＰＤに光が照射されれば、フォトダイオードＰＤで電子−ホール対が形成され、これらの電子−ホール対のうち、電子は、フローティング拡散領域ＦＤに移動する。このフローティング拡散領域ＦＤに蓄積される電荷量の増加によって、フローティング拡散領域ＦＤに連結された第１ゲート１１５の電圧が低下する。
したがって、フォトダイオードＰＤに入射された光が強い場合、第１ゲート１１５電圧がセンシングトランジスタ１１０のしきい電圧より低く、これにより、センシングトランジスタ１１０がターンオンされない。したがって、ロー選択トランジスタＳＸがターンオンされても、カラム出力ライン１３０から電流が検出されなくて前記光度が分からない。
【００１０】
図３は、一般的なセンシングトランジスタでのＶｇ−Ｉｄ曲線グラフである。
図３を参照すれば、ゲート電圧Ｖｇがしきい電圧Ｖｔｈ以下である第１区間（ＳＴＡＧＥ Ｉ）で、ドレイン電流がほとんどない。また、ゲート電圧Ｖｇが飽和電圧Ｖｓａｔ以上に上昇する第３区間（ＳＴＡＧＥ ＩＩＩ）で、フォトダイオードＰＤに入射される光がほとんどなくて、ゲート電圧Ｖｇが外部電圧Ｖｄｄに近接した場合にもドレイン電流Ｉｄの変化が非常に小さい。
第２区間（ＳＴＡＧＥ ＩＩ）では、ゲート電圧Ｖｇとドレイン電流Ｉｄとが直線的な関係にある。本発明の場合、第２ゲート１１６にセンシングトランジスタ１１０のしきい電圧が印加された場合、第１ゲート１１５の電圧によるドレイン電流Ｉｄの特性は、図３による。
図３に示したように、第１ゲート電圧が第２区間（ＳＴＡＧＥ ＩＩ）にある場合、測定されるドレイン電流Ｉｄから光度が分かるが、第１ゲート電圧がしきい電圧より低い第１区間（ＳＴＡＧＥ Ｉ）では、ドレイン電流Ｉｄを正確に測定できないので、光度を正確に測定できなくなる。
【００１１】
図４は、第２ゲート電圧によるカラム出力ラインからの電流Ｉｃｏｌの変化を模写したグラフである。
図４を参照すれば、第１ゲート電圧が固定された状態で、第２ゲート１１６に電圧を印加せず、センシングトランジスタ１１０は、ターンオンされず、したがって、カラム出力ライン１３０での電流Ｉｃｏｌは、ほとんど検出されない。
第２ゲート電圧Ｖ２を段階的に上昇させれば、カラム出力ライン１３０からの測定電流Ｉｃｏｌは、センシングトランジスタ１１０がターンオンされるまでほとんど検出されないが、第２ゲート電圧Ｖ２が第１電圧Ｖ２＿ｔｈに到達すれば、測定電流Ｉｃｏｌが検出され始め、次いで、測定電流Ｉｃｏｌは、増加し続ける。前記第１電圧Ｖ２＿ｔｈは、第１ゲート１５の電圧が低いほど上昇する。前記第１電圧Ｖ２＿ｔｈと第１ゲート電圧との関係から、前記第１電圧が分かり、したがって、図３の第１区間（ＳＴＡＧＥ Ｉ）での光度が測定できる。したがって、センシングトランジスタ１１０を備えたイメージセンサー１００のダイナミックレンジを向上させうる。
【００１２】
図５は、本発明の一実施形態によるイメージセンサー１００のセンシングトランジスタ１１０のターンオン電圧を測定した結果を示す図面である。
図５を参照すれば、第１ゲート１１５及び第２ゲート１１６の幅をそれぞれ２２ｎｍ、第１ゲート１１５と第２ゲート１１６との間の幅が１０ｎｍであるセンシングトランジスタ１１０で、第１ゲート電圧を０.０７５Ｖに固定した。第２ゲート１１６に制御電圧Ｖ２を上昇させつつ印加するにつれて、ドレイン電流Ｉｄは、ほとんど検出されない状態で約０.２Ｖの制御電圧Ｖ２でセンシングトランジスタ１１０がターンオンされた。図５は、二つのゲートを備えたセンシングトランジスタ１１０が第１ゲート電圧を固定するとき、第２ゲート電圧Ｖ２の印加によってターンオンされることを示す。
【００１３】
図６は、第１ゲート電圧と第２ゲート電圧との関係を示すグラフである。
図６を参照すれば、第１ゲート１１５及び第２ゲート１１６の幅がそれぞれ４０ｎｍ、第１ゲート１１５と第２ゲート１１６との間の幅が１０ｎｍである第１センシングトランジスタの特性カーブＧ１と、第１ゲート１１５及び第２ゲート１１６の幅がそれぞれ２２ｎｍ、第１ゲート１１５と第２ゲート１１６との間の幅が１０ｎｍである第２センシングトランジスタの特性カーブＧ２とが区別されるように示されている。
第１センシングトランジスタのしきい電圧Ｖｔｈ１は、特性カーブＧ１で第１ゲート電圧Ｖ１と第２ゲートターンオン電圧Ｖ２とが同じ電圧となり、約０.２９Ｖで現れる。
第２センシングトランジスタのしきい電圧Ｖｔｈ２は、特性カーブＧ２で第１ゲート電圧Ｖ１と第２ゲートターンオン電圧Ｖ２とが同じ電圧となり、約０.１２Ｖで現れる。
第１及び第２センシングトランジスタは、何れも第１ゲート１１５の電圧の低下によって、第２ゲート１１６のターンオン電圧の上昇を見られる。したがって、未知の第１ゲート電圧で、センシングトランジスタ１１０がターンオン時に第２ゲートのターンオン電圧を知れば、図６の特性カーブを照会して前記第１ゲート電圧を決定しうる。
図６のグラフは、センシングトランジスタの大きさなどの物理的な特性によって変わり、したがって、各センシングトランジスタ１１０の特性グラフを予め作成する。図６のグラフは、ルックアップテーブルのような作用を行う。
【００１４】
次いで、本発明の一実施形態によるイメージセンサー１００の駆動方法を、図面を参照して詳細に説明する。
まず、リセットトランジスタＲＸをターンオンしてフローティング拡散領域ＦＤの電位を外部電圧Ｖｄｄにリセットする。
次いで、フォトダイオードＰＤに光が照射されれば、フォトダイオードＰＤで電子−ホール対が形成され、これらの電子−ホール対のうち、電子は、フローティング拡散領域ＦＤに移動してフローティング拡散領域ＦＤに保存される。このフローティング拡散領域ＦＤに蓄積される電荷の量によって、フローティング拡散領域ＦＤに連結された第１ゲート１５の電圧が低下する。
次いで、ロー選択トランジスタＳＸをターンオンして、ピクセルアレイのうち一つのローを選択する。
制御電圧源１２０から第２ゲート１１６に印加される制御電圧を段階別に上昇させつつ、カラム出力ライン１３０からカラム電流Ｉｃｏｌを測定する。前記カラム電流Ｉｃｏｌが所定の基準値より大きければ、センシングトランジスタ１１０がターンオンされたと判断し、この時の第２ゲート１１６に供給された第２電圧を決定する。前記基準値は、カラム電流Ｉｃｏｌでのノイズを勘案した最小の値となる。
次いで、予め作成したセンシングトランジスタ１１０の特性カーブ（図６参照）またはルックアップテーブルを参照して、前記第２電圧での第１ゲート電圧を決定する。前記第１ゲート電圧から前記フォトダイオードＰＤに照射された光度が計算される。
【００１５】
次いで、本発明の他の実施形態によるイメージセンサーの駆動方法を、図面を参照して説明する。
まず、リセットトランジスタＲＸをターンオンしてフローティング拡散領域ＦＤの電位を外部電圧Ｖｄｄにリセットする。
次いで、フォトダイオードＰＤに光が照射されれば、フォトダイオードＰＤで電子−ホール対が形成され、これらの電子−ホール対のうち、電子は、フローティング拡散領域ＦＤに移動してフローティング拡散領域ＦＤに保存される。このフローティング拡散領域ＦＤに蓄積される電荷の量によって、フローティング拡散領域ＦＤに連結された第１ゲートの電圧が低下する。
制御電圧源１２０から前記第２ゲート１１６に所定の電圧、例えば、前記センシングトランジスタ１１０のしきい電圧を印加する。そして、ロー選択トランジスタＳＸをターンオンさせて、ピクセルアレイのうち一つのローを選択する。
そして、センシングトランジスタ１１０がターンオンされたか否かを判断する。
【００１６】
前記センシングトランジスタ１１０がターンオンされていない場合、前記カラムラインからの出力電圧が測定できない。制御電圧源１２０から第２ゲート１１６に制御電圧を段階別に上昇させつつ、センシングトランジスタ１１０をターンオンさせる。センシングトランジスタ１１０がターンオンされれば、この時の第２ゲート１１６に供給された前記制御電圧を決定する。
次いで、予め作成したルックアップテーブルから前記制御電圧による第１ゲート電圧を求める。前記第１ゲート電圧から前記フォトダイオードＰＤに照射された光度が測定される。
前記センシングトランジスタ１１０のターンオンの判断は、カラム出力ライン１３０からの出力電圧が所定電圧以上に測定されれば、ターンオンされたと判断する。
センシングトランジスタ１１０のターンオン判断過程で、センシングトランジスタ１１０がターンオンされたと判断されれば、前記カラム出力ライン１３０からのカラム電流Ｉｃｏｌを測定する。前記カラム電流Ｉｃｏｌから第１ゲート電圧が計算される。
【００１７】
前記実施形態では、３個のトランジスタを備えたイメージセンサー１００を開示したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、ロー選択トランジスタＳＸがない２個のトランジスタを備えたイメージセンサーでも、二つのゲートを備えたセンシングトランジスタ１１０を採用して前述した作用を行える。図７は、本発明のさらに他の実施形態による二つのゲートからなるセンシングトランジスタ１１０を備えたイメージセンサーの等価回路図である。図２の構成要素と実質的に同じ構成要素には、同じ参照番号を使用し、ここで詳細な説明は省略する。
図７を参照すれば、イメージセンサー２００は、図２のイメージセンサーと比較して、フォトダイオードＰＤとフローティング拡散領域ＦＤとの間にトランスファトランジスタＴＸをさらに備えた４個のトランジスタを備えたイメージセンサーである。
トランスファトランジスタＴＸは、ターンオンされれば、フォトダイオードＰＤで生成された電荷をフローティング拡散領域ＦＤに移動させる。その他の構成要素の作用は、図２のイメージセンサー１００と実質的に同じであるので、ここで詳細な説明は省略する。
【００１８】
図８は、本発明のさらに他の実施形態による二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサー３００の概略的な図面である。図１の構成要素と実質的に同じ構成要素には、同じ参照番号を使用し、ここで詳細な説明は省略する。
図８を参照すれば、イメージセンサー３００は、図１のイメージセンサー１００と比較して二つのゲート３１５，３１６の一部が相互カップリングされている。第１ゲート３１５上に第２ゲート３１６が延びて重畳されて配されている。このようなカップリングされたゲート３１５，３１６を備えたセンシングトランジスタ３１０は、第２ゲート３１６に制御電圧を印加するとき、図１のセンシングトランジスタ１１０より低い制御電圧でセンシングトランジスタ３１０がターンオンされる。それ以外の作用は、図１のイメージセンサー１００と実質的に同じであるので、ここで詳細な説明は省略する。
【００１９】
図９は、本発明のさらに他の実施形態による二つのゲートからなるセンシングトランジスタ４１０を備えたイメージセンサー４００の概略的な図面である。図１の構成要素と実質的に同じ構成要素には、同じ参照番号を使用し、ここで詳細な説明は省略する。
図９を参照すれば、イメージセンサー４００は、図１のイメージセンサー１００と比較して、二つのゲート４１５，４１６がチャンネル１１４の上部及び下部に設置されている。第２ゲート４１６と基板１１１との間には、絶縁層４４０が形成される。イメージセンサー４００の作用は、図１のイメージセンサー１００と実質的に同じであるので、ここで詳細な説明は省略する。
【００２０】
図１０は、本発明のさらに他の実施形態による二つのゲートからなるセンシングトランジスタ５１０を備えたイメージセンサー５００の概略的な図面である。図１の構成要素と実質的に同じ構成要素には、同じ参照番号を使用し、ここで、詳細な説明は省略する。
図１０を参照すれば、イメージセンサー５００は、図１のイメージセンサー１００と比較して、二つのゲート５１５，５１６がチャンネル５１４の両側にそれぞれ垂直に設置されている。ソース５１２、ドレイン５１３及びチャンネル５１４は、基板（図示せず）上に垂直に形成されている。
イメージセンサー５００の作用は、図１のイメージセンサー１００と実質的に同じであるので、ここで、詳細な説明は省略する。
【００２１】
本発明によるイメージセンサーは、ピクセルに入射される光が強い場合にも、広いダイナミックレンジを表現できるので、正確なイメージを具現しうる。
また、本発明による駆動方法によれば、前記イメージセンサーを使用して効果的に広いダイナミックレンジを具現しうる。
以上、本発明の望ましい実施形態を参照して説明したが、当業者は、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させうるということが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、半導体素子関連の技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態による二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサーの概略的な図面である。
【図２】図１の等価回路図である。
【図３】一般的なセンシングトランジスタでのＶ−Ｉ曲線グラフである。
【図４】第２ゲート電圧によるカラム出力ラインからの電流の変化を模写したグラフである。
【図５】本発明の一実施形態によるイメージセンサーのセンシングトランジスタのターンオン電圧を測定した結果を示す図面である。
【図６】第１ゲート電圧と第２ゲート電圧との関係を示すグラフである。
【図７】本発明のさらに他の実施形態による二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサーの等価回路図である。
【図８】本発明のさらに他の実施形態による二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサーの概略的な図面である。
【図９】本発明のさらに他の実施形態による二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサーの概略的な図面である。
【図１０】本発明のさらに他の実施形態による二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサーの概略的な図面である。
【符号の説明】
【００２４】
１００ イメージセンサー
１１０ センシングトランジスタ
１１１ ｐ型半導体基板
１１２ ソース
１１３ ドレイン
１１４ トランジスタチャンネル
１１５ 第１ゲート
１１６ 第２ゲート
１２０ 制御電圧源
ＲＸ リセットトランジスタ
ＰＤ フォトダイオード
Ｖｄｄ 外部電圧
Ｉｃｏｌ カラム電流
ＦＤ フローティング拡散領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換領域と、
前記光電変換領域からの電荷が保存されるフローティング拡散領域に連結された第１ゲート及び前記第１ゲートと離隔された第２ゲートを備えたセンシングトランジスタと、
前記フローティング拡散領域に連結され、前記フローティング拡散領域の電位をリセットするリセットトランジスタと、
前記第２ゲートに印加される制御電圧を供給する制御電圧源と、
前記センシングトランジスタのソースに連結されたカラム出力ラインと、を備えた二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えるイメージセンサー。
【請求項２】
前記センシングトランジスタのソースに連結されるドレインと、前記カラム出力ラインに連結されるソースと、を備え、ピクセルアレイのうち、前記センシングトランジスタを含むローを選択するロー選択トランジスタをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項３】
前記フローティング拡散領域と前記光電変換領域との間で、前記光電変換領域からの電荷を前記フローティング拡散領域に移動させるトランスファトランジスタをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサー。
【請求項４】
前記センシングトランジスタのドレインには、外部入力電圧が連結されたことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項５】
前記第１ゲート及び前記第２ゲートは、一つのトランジスタチャンネル上で相互離隔されて形成されたことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項６】
前記第１ゲート及び前記第２ゲートは、誘電層を介して一部がカップリングされたことを特徴とする請求項５に記載のイメージセンサー。
【請求項７】
前記第１ゲート及び第２ゲートは、チャンネルを介して相互対向して配されたことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項８】
前記第１ゲート及び第２ゲートは、垂直に配されたことを特徴とする請求項７に記載のイメージセンサー。
【請求項９】
請求項１に記載の二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサーの駆動方法において、
前記フローティング拡散領域の電位をリセットするステップと、
前記光電変換領域に光を照射するステップと、
前記第２ゲートに段階別に電圧を高めつつ、前記センシングトランジスタがターンオンされる時の前記第２ゲートに供給された第１電圧を決定するステップと、
前記第１ゲート電圧を計算するステップと、
前記第１ゲート電圧から前記光電変換領域に照射された光度を計算するステップと、を含む二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサーの駆動方法。
【請求項１０】
第１ゲート電圧を計算するステップは、予め作成したルックアップテーブルから前記第１電圧による前記第１ゲート電圧を探すことを特徴とする請求項９に記載のイメージセンサーの駆動方法。
【請求項１１】
前記第１電圧を決定するステップは、
前記カラム出力ラインにおけるカラム電流が基準電流より大きければ、前記センシングトランジスタがターンオンされたと判断することを特徴とする請求項９に記載のイメージセンサーの駆動方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサーの駆動方法において、
前記フローティング拡散領域の電位をリセットするステップと、
前記光電変換領域に光を照射するステップと、
前記第２ゲートに第２電圧を印加するステップと、
前記センシングトランジスタがターンオンされたか否かを判断するステップと、
前記センシングトランジスタがターンオンされていない場合、前記第２ゲートに段階別に電圧を高めて前記センシングトランジスタがターンオンされる時の前記第２ゲートに供給された第３電圧を測定するステップと、
前記第１ゲート電圧を計算するステップと、
前記第１ゲート電圧から前記光電変換領域に照射された光度を計算するステップと、を含む二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサーの駆動方法。
【請求項１３】
前記センシングトランジスタがターンオンされたか否かを判断するステップは、前記カラム出力ラインからの出力電流が基準電流以上であるか否かを判断するステップであり、前記出力電流が前記基準電流以上である場合、前記出力電流で前記第１ゲート電圧を計算することを特徴とする請求項１２に記載のイメージセンサーの駆動方法。
【請求項１４】
第１ゲート電圧を計算するステップは、予め作成したルックアップテーブルから前記第３電圧による第１ゲート電圧を探すことを特徴とする請求項１２に記載のイメージセンサーの駆動方法。
【請求項１５】
前記第１ゲート及び前記第２ゲートは、一つのチャンネル上で相互離隔されて形成されたことを特徴とする請求項９ないし１４のうち何れか１項に記載のイメージセンサーの駆動方法。
【請求項１６】
前記第１ゲート及び第２ゲートは、誘電層を介して一部がカップリングされたことを特徴とする請求項９ないし１４のうち何れか１項に記載のイメージセンサーの駆動方法。
【請求項１７】
前記第１ゲート及び第２ゲートは、チャンネルを介して相互対向して配されたことを特徴とする請求項９ないし１４のうち何れか１項に記載のイメージセンサーの駆動方法。
【請求項１８】
前記第１ゲート及び第２ゲートは、垂直に配されたことを特徴とする請求項１７に記載のイメージセンサーの駆動方法。
【請求項１】
光電変換領域と、
前記光電変換領域からの電荷が保存されるフローティング拡散領域に連結された第１ゲート及び前記第１ゲートと離隔された第２ゲートを備えたセンシングトランジスタと、
前記フローティング拡散領域に連結され、前記フローティング拡散領域の電位をリセットするリセットトランジスタと、
前記第２ゲートに印加される制御電圧を供給する制御電圧源と、
前記センシングトランジスタのソースに連結されたカラム出力ラインと、を備えた二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えるイメージセンサー。
【請求項２】
前記センシングトランジスタのソースに連結されるドレインと、前記カラム出力ラインに連結されるソースと、を備え、ピクセルアレイのうち、前記センシングトランジスタを含むローを選択するロー選択トランジスタをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項３】
前記フローティング拡散領域と前記光電変換領域との間で、前記光電変換領域からの電荷を前記フローティング拡散領域に移動させるトランスファトランジスタをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサー。
【請求項４】
前記センシングトランジスタのドレインには、外部入力電圧が連結されたことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項５】
前記第１ゲート及び前記第２ゲートは、一つのトランジスタチャンネル上で相互離隔されて形成されたことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項６】
前記第１ゲート及び前記第２ゲートは、誘電層を介して一部がカップリングされたことを特徴とする請求項５に記載のイメージセンサー。
【請求項７】
前記第１ゲート及び第２ゲートは、チャンネルを介して相互対向して配されたことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項８】
前記第１ゲート及び第２ゲートは、垂直に配されたことを特徴とする請求項７に記載のイメージセンサー。
【請求項９】
請求項１に記載の二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサーの駆動方法において、
前記フローティング拡散領域の電位をリセットするステップと、
前記光電変換領域に光を照射するステップと、
前記第２ゲートに段階別に電圧を高めつつ、前記センシングトランジスタがターンオンされる時の前記第２ゲートに供給された第１電圧を決定するステップと、
前記第１ゲート電圧を計算するステップと、
前記第１ゲート電圧から前記光電変換領域に照射された光度を計算するステップと、を含む二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサーの駆動方法。
【請求項１０】
第１ゲート電圧を計算するステップは、予め作成したルックアップテーブルから前記第１電圧による前記第１ゲート電圧を探すことを特徴とする請求項９に記載のイメージセンサーの駆動方法。
【請求項１１】
前記第１電圧を決定するステップは、
前記カラム出力ラインにおけるカラム電流が基準電流より大きければ、前記センシングトランジスタがターンオンされたと判断することを特徴とする請求項９に記載のイメージセンサーの駆動方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサーの駆動方法において、
前記フローティング拡散領域の電位をリセットするステップと、
前記光電変換領域に光を照射するステップと、
前記第２ゲートに第２電圧を印加するステップと、
前記センシングトランジスタがターンオンされたか否かを判断するステップと、
前記センシングトランジスタがターンオンされていない場合、前記第２ゲートに段階別に電圧を高めて前記センシングトランジスタがターンオンされる時の前記第２ゲートに供給された第３電圧を測定するステップと、
前記第１ゲート電圧を計算するステップと、
前記第１ゲート電圧から前記光電変換領域に照射された光度を計算するステップと、を含む二つのゲートからなるセンシングトランジスタを備えたイメージセンサーの駆動方法。
【請求項１３】
前記センシングトランジスタがターンオンされたか否かを判断するステップは、前記カラム出力ラインからの出力電流が基準電流以上であるか否かを判断するステップであり、前記出力電流が前記基準電流以上である場合、前記出力電流で前記第１ゲート電圧を計算することを特徴とする請求項１２に記載のイメージセンサーの駆動方法。
【請求項１４】
第１ゲート電圧を計算するステップは、予め作成したルックアップテーブルから前記第３電圧による第１ゲート電圧を探すことを特徴とする請求項１２に記載のイメージセンサーの駆動方法。
【請求項１５】
前記第１ゲート及び前記第２ゲートは、一つのチャンネル上で相互離隔されて形成されたことを特徴とする請求項９ないし１４のうち何れか１項に記載のイメージセンサーの駆動方法。
【請求項１６】
前記第１ゲート及び第２ゲートは、誘電層を介して一部がカップリングされたことを特徴とする請求項９ないし１４のうち何れか１項に記載のイメージセンサーの駆動方法。
【請求項１７】
前記第１ゲート及び第２ゲートは、チャンネルを介して相互対向して配されたことを特徴とする請求項９ないし１４のうち何れか１項に記載のイメージセンサーの駆動方法。
【請求項１８】
前記第１ゲート及び第２ゲートは、垂直に配されたことを特徴とする請求項１７に記載のイメージセンサーの駆動方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−２６０２１０（Ｐ２００９−２６０２１０Ａ）
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０６１６５（Ｐ２００８−２０６１６５）
【出願日】平成２０年８月８日（２００８．８．８）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】ＳＡＭＳＵＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ ４４２−７４２（ＫＲ）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月８日（２００８．８．８）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】ＳＡＭＳＵＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ ４４２−７４２（ＫＲ）
【Ｆターム（参考）】
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