多重贝他值像素电路及影像感测电路的制作方法

1.本发明涉及一种包括双极结型晶体管(bipolar junction transistor，bjt)光敏晶体管的像素电路，其中，bjt光敏晶体管具有一个以上的贝他值(beta values)。本发明也涉及使用此像素电路的影像感测电路。


背景技术：

2.图1显示一种用于一影像感测电路的现有技术像素电路10。像素电路10包括一bjt光敏晶体管11、一积分电容int、一积分电容intd、一快门控制级12以及一读出级13。端点pbb及端点intn用以控制快门控制级12，以将储存于积分电容int的电荷经由bjt光敏晶体管11转移至接地电位(gnd)(即:曝光)。并且，端点rd及端点rst用以控制读出级13，以读出积分电容int与积分电容intd间的电压差异，进而产生输出信号out及输出信号outd。
3.具体而言，请参阅图1、图2a与图2b。图2a与图2b分别显示图1的现有技术中所包括的bjt光敏晶体管11的顶视图与剖面图。当光照射在像素电路10上时，特别是当光照射在像素电路10的bjt光敏晶体管11上时，在逆向偏压的基极/集电极结(即在n型杂质注入区的基极与p型基板的集电极之间的结)的耗尽区内会产生一光电流(即基极电流ib，由空穴所组成)。蓄积于基极节点的电子会使得基极节点的电位相较而言低于发射极节点的电位。如此一来，bjt的发射极/基极结将变成正向偏压，以致大量的正电荷携带者(空穴)会从发射极e被注入至基极b。大部分的正电荷携带者会被扫入至集电极结，由此产生从发射极e流向p型基板的集电极c的被放大的集电极电流(ic)。此被放大的集电极电流ic会将积分电容int放电，并且接着，以像素信号的形式被读出。
4.bjt光敏晶体管11的电流增益因子又被称作贝他(beta)。“贝他(beta)”的定义是:集电极电流与基极电流间的比例(即bjt beta＝ic/ib)。此bjt光敏晶体管11的电流增益因子是由基极的n型杂质注入区的剂量与基极结的宽度而决定的。
5.然而，要在获得较优的贝他值与获得较优的信号噪声比(snr)之间做取舍实在是一个两难的问题。当贝他值越高时，则电路的灵敏度越好，但是，在此情况下，信号噪声比却变差。若欲得到较优的信号噪声比，则必须选择一个较低的贝他值。然而，由于信号噪声比与电路的应用环境相关，因此，在电路设计的阶段，要决定到底该选择哪一个贝他值才是最适合的贝他值，经常十分困难。
6.有鉴于此，本发明即针对上述现有技术的不足，提出一种包括bjt光敏晶体管的像素电路，其中的bjt光敏晶体管具有一个以上的贝他值(beta values)。如此一来，将可解决上述的两难。本发明也提出一种使用此像素电路的影像感测电路。


技术实现要素：

7.就其中一个观点言，本发明提供了一种用于一影像感测电路的一像素电路，包含：一双极结型晶体管(bipolar junction transistor，bjt)，其具有一基极、一集电极以及多个发射极，其中，该双极结型晶体管是一光敏晶体管，其提供一电流以产生该像素电路的一
像素信号；一快门控制级，用以控制该双极结型晶体管的曝光；一读出级，用以读出该像素信号；以及一或多个开关，用以个别地控制对应的其中之一或多个的该多个发射极；由此，通过控制该一或该多个开关，使得该双极结型晶体管具有多个可选择的贝他值(beta values)。
8.在一种较佳的实施型态中，像素电路还包含：一储存装置，用以储存该像素信号。
9.在一种较佳的实施型态中，该开关的总数目对应于该发射极的总数目。
10.在一种较佳的实施型态中，该开关的总数目对应于该发射极的总数目减一。
11.在一种较佳的实施型态中，该双极结型晶体管为一半导体元件，其包括：一基板，具有一第一导电型；一第一阱区，具有第一导电型；一集电极电极，具有第一导电型且位于该第一阱区内；一第二阱区，具有第一浓度的第二导电型；一第一发射极电极，具有第一导电型且位于该第二阱区内；一基极电极，具有第二导电型且位于该第二阱区内；一第三阱区，具有第二浓度的第二导电型，其中该第二浓度不同于该第一浓度；以及一第二发射极电极，具有第一导电型且位于该第三阱区内。
12.就另一观点言，本发明提供了一种影像感测电路，包含：多个像素电路，用以感测光的强度，而产生多个像素信号；以及行选择器与列选择器，用以选择该多个像素电路，而输出该多个像素信号，作为一影像输出信号；其中，各像素电路包括：一双极结型晶体管(bipolar junction transistor，bjt)，其具有一基极、一集电极以及多个发射极，其中，该双极结型晶体管是一光敏晶体管，其提供一电流以产生所对应的像素电路的像素信号；一快门控制级，用以控制该双极结型晶体管的曝光；一读出级，用以读出该像素信号；以及一或多个开关，用以个别地控制对应的一或多个的该多个发射极；由此，通过控制该一或多个开关，使得该双极结型晶体管具有多个可选择的贝他值(beta values)。
13.以下通过具体实施例详加说明，应当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
14.图1显示一种现有技术像素电路。
15.图2a与图2b分别显示图1的现有技术中所包括的bjt光敏晶体管的顶视图与剖面图。
16.图3显示本发明的像素电路的一种实施例示意图。
17.图4a与图4b分别显示本发明的bjt光敏晶体管的一种实施例的顶视图与剖面图。
18.图5a-图5c显示本发明的bjt光敏晶体管的多种实施例示意图。
19.图6显示本发明的影像感测电路的一种实施例示意图。
20.图中符号说明
21.10:现有技术像素电路
22.11:现有技术bjt光敏晶体管
23.12:现有技术快门控制级
24.13:现有技术读出级
25.20:像素电路
26.30:列选择器
27.40:行选择器
28.21:bjt光敏晶体管
29.22:快门控制级
30.23:读出级
31.b:基极
32.c:集电极
33.e:发射极
34.eh:发射极
35.el:发射极
36.gnd:接地电位
37.int:积分电容
38.intd:积分电容
39.intn:端点
40.out:输出信号
41.outd:输出信号
42.pbb:端点
43.rd:端点
44.rst:端点
45.swh:开关
46.swl:开关
具体实施方式
47.本发明中的附图均属示意，主要意在表示各电路元件间及布局区域间的耦接关系，但未依照比例绘制。
48.图3显示本发明的像素电路20的一种实施例示意图。像素电路20可用于一影像感测电路。像素电路20包括一具有多个可选择的贝他值的bjt光敏晶体管21、一开关swl、一开关swh、一积分电容int、一积分电容intd、一快门控制级22以及一读出级23。bjt晶体管21为一光敏晶体管，其提供一电流以产生像素电路20的一像素信号。快门控制级22用以控制bjt光敏晶体管21的曝光，以将储存于积分电容int的电荷经由bjt光敏晶体管21转移至接地电位(gnd)。读出级23用以读出积分电容int与积分电容intd间的电压差异，进而产生输出信号out及输出信号outd。
49.本发明的其中一个关键特征在于：bjt光敏晶体管21具有多个可选择的贝他值。请参阅图4a与图4b并对照图3。bjt光敏晶体管21具有多个发射极el与eh。在本实施例中，发射极el为一个具有低贝他值的发射极，而发射极eh则为一个具有高贝他值的发射极。在一实施例中，具有低贝他值的发射极el包括位于一n型阱区(n型杂质注入区1)的一p 置入接触节点(p pickup node)，而具有高贝他值的发射极eh包括位于另一n型阱区(n型杂质注入区2)的一p 置入接触节点。在一实施例中，n型杂质注入区1的n型杂质剂量(dosage)高于n型杂质注入区2的n型杂质剂量。在一实施例中，较佳地，上述的二种n型阱区在其紧邻的界线处彼此接触，由此形成一个连续式的n型阱区结构，使得具有高贝他值的bjt与具有低贝他
值的bjt共同分享同一个基极的置入接触节点。集电极包括p型基板以及位于一p型阱区(p型杂质注入区)的一p 置入接触节点(p pickup node)。
50.开关swl及开关swh各自分别地控制流入具有低贝他值的发射极el的电流及流入具有高贝他值的发射极eh的电流。
51.由于n型杂质剂量的差异，相较于具有低贝他值的发射极el，具有高贝他值的发射极eh具有十分大量的电流(自发射极流至集电极)。通过个别控制流过发射极eh与发射极el的电流路径的导通与否，可由此选择bjt光敏晶体管21的贝他值。具体而言，若开关swl为不导通且开关swh为导通，在此情况下，bjt光敏晶体管21具有最高的贝他值。若开关swl为导通且开关swh为不导通，在此情况下，bjt光敏晶体管21具有最低的贝他值。若开关swl与开关swh都为导通，在此情况下，bjt光敏晶体管21具有一个介于最低的贝他值与最高的贝他值之间的中间贝他值。
52.由于本发明提供了可选择的贝他值，电路的用户能够决定如何在目标贝他值(意即电路的目标灵敏度)与目标信号噪声比(snr)之间做出最佳的取舍。
53.请参阅图5a-图5c，其显示本发明的bjt光敏晶体管的多种实施例示意图。
54.请参阅图5a。值得注意的是，如图5a所示，其中的一个发射极(在本实施例中，指的是发射极e1)可以总是维持在导通的状态。在此情况下，发射极e2的导通/不导通能够改变bjt光敏晶体管21的贝他值，使得bjt光敏晶体管21具有二个贝他值。
55.请参阅图5b。此实施例举例显示发射极数目可为三个(或更多)。在本实施例中，发射极e1总是维持在导通的状态；发射极e2与发射极e3则可以被个别地导通/不导通，以改变bjt光敏晶体管21的贝他值，使得bjt光敏晶体管21具有四个贝他值。
56.请参阅图5c。如图5c所示，在本实施例中，bjt光敏晶体管21可具有三个的发射极(即发射极e1、发射极e2、发射极e3)。在本实施例中，发射极e1、发射极e2、发射极e3都可以被个别地导通/不导通，以改变bjt光敏晶体管21的贝他值，使得bjt光敏晶体管21具有七个贝他值(不包括零这个值)。
57.当然，在其他实施例中，如果欲提供更多的可选择的贝他值，则bjt光敏晶体管21可具有三个以上的发射极。
58.在图3所示的实施例与图5c所示的实施例中，开关的数目对应于发射极的数目。在图5a所示的实施例与图5b所示的实施例中，开关的数目对应于发射极的数目减去一。
59.请参阅图6，其显示本发明的影像感测电路的一种实施例示意图。
60.影像感测电路包括以行与列的方式排列成为一个阵列的多个像素电路20、一列选择器30、一行选择器40。列选择器30与行选择器40例如以依序的方式(即扫描的方式)而选择像素电路20，由此产生一影像输出信号。其中，此影像输出信号包括一影像图帧(image frame)，此影像图帧包含所有多个像素电路20的全部像素信号。
61.以上已针对较佳实施例来说明本发明，但以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。所说明的各个实施例，并不限于单独应用，也可以组合应用，举例而言，两个或以上的实施例可以组合运用，而一实施例中的部分组成也可用以取代另一实施例中对应的组成部件。此外，在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以想到各种等效变化以及各种组合，举例而言，本发明所称“根据某信号进行处理或运算或产生某输出结果”，不限于根据该信号的本身，也包含于必要时，将该信号进行
电压电流转换、电流电压转换、及/或比例转换等，之后根据转换后的信号进行处理或运算产生某输出结果。由此可知，在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以想到各种等效变化以及各种组合，其组合方式甚多，在此不一一列举说明。因此，本发明的范围应涵盖上述及其他所有等效变化。