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제 1 포토다이오드가 포함된 CMOS 이미지 센서의 단위 픽셀에 있어서,상기 제 1 포토다이오드의 캐소드에 소스가 연결된 포토게이트 트랜지스터; 및 상기 포토게이트 트랜지스터의 드레인에 캐소드가 연결된 제 2 포토다이오드를 더 구비하여, 포토게이트에 인가되는 양의 정전압(VPG)을 제어하여 상기 제 1 포토다이오드의 캐패시턴스(CPD) 및 제 2 포토다이오드의 캐패시턴스(CPG)의 조합에 의한 비선형적인 인테그레이션 캐패시턴스(Cint)를 조절 가능하며,상기 포토게이트에 인가되는 상기 양의 정전압(VPG)을 제어하여, 상기 인테그레이션 캐패시턴스가(Cint)가 상기 제 1 및 제 2 포토다이오드의 캐패시턴스의 합(CPD+CPG)에서 상기 제 1 포토다이오드의 캐패시턴스(CPD)로 변하는 천이 전압 레벨(transition voltage level : VPG-VTH)인 상기 포토게이트에 인가하는 전압(VPG)과 상기 포토게이트의 문턱 전압(VTH)의 차이를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 단위 픽셀
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제 1 포토다이오드; 로우 셀렉터 트랜지스터; 소스 팔로워 트랜지스터; 및 리셋 트랜지스터를 구비하는 CMOS 이미지 센서의 단위 픽셀에 있어서,상기 제 1 포토다이오드의 캐소드에 소스가 연결된 포토게이트 트랜지스터; 및 상기 포토게이트 트랜지스터의 드레인에 캐소드가 연결된 제 2 포토다이오드를 더 구비하여,포토게이트에 인가되는 전압(VPG)을 제어하여 상기 제 1 포토다이오드의 캐패시턴스(CPD) 및 상기 제 2 포토다이오드의 캐패시턴스(CPG)의 조합에 의한 비선형적인 인테그레이션 캐패시턴스(Cint)를 조절 가능하며,상기 포토게이트에 인가되는 전압(VPG)을 제어하여, 상기 인테그레이션 캐패시턴스가(Cint)가 상기 제 1 및 제 2 포토다이오드의 캐패시턴스의 합(CPD+CPG)에서 상기 제 1 포토다이오드의 캐패시턴스(CPD)로 변하는 천이 전압 레벨(transition voltage level : VPG-VTH)인 상기 포토게이트에 인가하는 전압(VPG)과 상기 포토게이트의 문턱 전압(VTH)의 차이를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 단위 픽셀
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제 2 항에 있어서, 10 Lux 이하의 빛이 입사된 경우, 상기 포토게이트에 인가된 양의 정전압이 낮게 인가될수록 천이 전압 레벨이 감소하고, 상기 감소한 천이 전압 레벨(transition voltage level : VPG-VTH)에 의해 존재하는 인테그레이션 캐패시턴스(Cint)에 의해 민감도(sensitivity)가 증가하도록 하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 단위 픽셀
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제 2 항에 있어서,상기 포토게이트에 인가되는 전압을 0V 또는 음의 전압을 인가함에 따라 10 Lux 이하의 빛이 입사하는 경우, 상기 제1 포토다이오드의 캐패시턴스(CPD)에 의해 인테그레이션 캐패시턴스(Cint)가 결정되도록 하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 단위 픽셀
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제 2 항에 있어서, 500 Lux 이상의 빛이 입사된 경우, 상기 포토게이트에 인가된 양의 정전압이 높게 인가될수록 상기 천이 전압 레벨이 증가하고, 상기 증가한 천이 전압 레벨에 의해 존재하는 증가한 인테그레이션 캐패시턴스(Cint)에 의해 웰 캐패서티(capacity)가 증가하여 동작 범위(dynamic-range)가 증가하도록 하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 단위 픽셀
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제 5 항에 있어서,상기 인가되는 양의 정전압은 구동 전압 이상인 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 단위 픽셀
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제 2항에 있어서,상기 비선형적인 인테그레이션 캐패시턴스(Cint) 특성으로 인한 웰 캐패서티(well capacity)의 값에 의해 소정 크기 이상 조도의 빛에 대해 픽셀의 출력 전압 특성이 포화 되지 않고, 상기 천이 전압 레벨보다 높은 인테그레이션 노드 전압(Vinr)구간에서 존재하는 인테그레이션 캐패시턴스(Cint)를 가지는 특성으로 인해 소정 크기 이하의 빛이 입사될 때의 픽셀 출력 전압 특성에 의하여, 소정 크기 이하 조도에서의 민감도와 동작 범위를 동시에 향상시키기 위해 상기 포토게이트에 인가된 양의 정전압을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 단위 픽셀
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제 2 항에 있어서,상기 픽셀에 입사되는 빛의 세기에 따른 픽셀 출력 전압의 정도에 대한 정보를 피드백(feedback)을 통해 상기 포토게이트에 인가되는 전압을 자동으로 조절하여 민감도와 동작 범위를 자동으로 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 단위 픽셀
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제 1 항 내지 제 6 항의 어느 한 항에 있어서,출력 전압의 동작 범위를 향상시키기 위해, 상기 리셋 트랜지스터를 PMOS로 설계하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 단위 픽셀
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제 9항에 있어서,상기 픽셀 출력 전압의 동작 범위를 증가시키기 위해, 상기 소스 팔로워 트랜지스터는 상기 픽셀에 포함된 문턱 전압(threshold voltage)이 0V인 NMOS인 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 단위 픽셀
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제 9항에 있어서,상기 픽셀 출력 전압의 동작 범위를 증가시키기 위해, 상기 소스 팔로워 트랜지스터는 상기 픽셀에 포함된 문턱 전압이 0V인 PMOS인 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 단위 픽셀
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