[發明專利]電荷積分多線性圖像傳感器

有效

• 申請號: 201210056894.7
• 申請日: 2012-01-20
• 公開（公告）號: CN102623479A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: F·邁耶爾
• 申請（專利權）人: E2V半導體公司
• 主分類號: H01L27/148
• 分類號: H01L27/148;H04N5/335
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 舒雄文;蹇煒

技術領域

本發明涉及時延和信號積分線性圖像傳感器(或者代表“時延積分線性傳感器”的TDI傳感器)，其中，通過在場景移動到傳感器之前時將相繼地觀察場景的同一線的數個光敏線拍攝的相繼圖像逐步相加來重建所觀察的場景的點構成的線的圖像。

背景技術

這些傳感器用于例如掃描儀中。它們包括數條平行的光敏像素線構成的條(bar)；各條線的控制電路(曝光時間的控制以及隨后的光生電荷的讀取的控制)的先后順序相對于場景和傳感器之間的相對移動同步，以使得傳感器的所有線相繼看到所觀察的場景的相同線。然后針對所觀察的線的每一點，將每條線生成的信號逐點相加。

在恒定的曝光時間，傳感器的靈敏度以線的數量N的比率提高，或者在恒定的靈敏度，曝光時間能夠被N除。此數量N可以例如是用于工業控制應用的或者用于從太空進行地球觀察的應用的16或者32，或甚至是用于醫療應用的60至100線(牙科、乳房X線照相術等)。

信噪比以傳感器的線的數量N的平方根的比率提高。

此外，由各線的信號的相加所導致的平均，減小了同一條的像素的靈敏度不均勻性以及像素的暗電流的不均勻性。

在電荷轉移圖像傳感器(CCD傳感器)中，通過與場景和傳感器的相對運動同步地從像素線清空在先像素線中生成和累積的電荷來簡單地執行逐點信號的相加。能夠讀取最后的像素線，最后的像素線累積了N倍的由所觀察的圖像線所生成的電荷。

CCD圖像傳感器的應用具有使用高電源電壓的缺點，并消耗相當大的功率；此技術是基于相鄰和相互交疊的多晶硅柵極的使用；集成(integration)密度不是非常高。

圖像傳感器技術隨后向具有晶體管的有源像素傳感器發展，為簡化，該具有晶體管的有源像素傳感器以下稱為CMOS傳感器，因為它們通常使用COMS(互補金屬氧化半導體)技術來制造；在這些COMS傳感器中，沒有至讀取電路或者寄存器的線至線的電荷轉移，但是存在具有晶體管的有源像素，其收集光生電荷并將它們直接轉化為電壓或者電流。因此，傳感器的各線相繼地供應表示由線接收的照明的電壓或者電流。這些結構不使得執行這些電流或電壓的無噪聲累積變為可能；因此，生產一個時延積分傳感器是困難的。但是制造技術簡單，它不會消耗很多功率，并以低電壓操作。

然而已經嘗試了生產CMOS時延積分傳感器。

特別地，已經嘗試使用開關電容，在該電容中對相繼接收到的電流進行積分，從而在同一電容上累積列中的數個像素的接收到的電荷(US6906749，WO0126382)。

也已經提出了將源自像素線的信號轉化為數字值，來在線的行j的累積寄存器中累積對應于行j的像素的數字值，該行j的累積寄存器累積對應于N個相繼線的同一行j的像素的數字值(專利FR290680)。

在專利FR290681中，提出將在先線的像素的輸出電壓施加至線的像素構成的光電二極管，以在隔離光電二極管并對歸因于光的新電荷進行積分之前將在先像素的電荷復制到光電二極管中，使得在積分時間的盡頭，光電二極管包括對應于在先線的電荷與新的積分電荷的和。然而，此操作引起了惡化信噪比的轉移噪聲。

例如在專利公開US2008/0217661中，已經提出了使用像素內部的電荷的累積的解決方案。它們使用比使用COMS技術來生產圖像傳感器所嚴格需要的技術更復雜的技術，否則它們在電荷轉移期間有損耗。

最后，在本申請人較早的未公開申請中，已經提出了用交替的寬柵極和狹窄光電二極管組成像素，該狹窄光電二極管通過處于基底的電勢的區域p++與該柵極分離，并在除與光電二極管相鄰的非常狹窄的柵極指下方之外形成防止電荷轉移的勢壘。通過與柵極指接觸的p++區域的影響，柵極指的狹窄僅在柵極處于低電勢的時候產生勢壘。當柵極處于高電勢時，該勢壘充分降低。從而確保了轉移的方向性，但代價是更復雜的結構，且代價是電荷轉移的瓶頸。

發明內容

使用比通常的CCD技術簡單的技術生產時延積分線性傳感器的嘗試因此并沒有讓人完全滿意，本發明的一個目的就是提出對這些問題的另一解決方案。

因此本發明的目的是提出一種更有利的技術方案，來生產根據電荷轉移結構原理操作的傳感器，但是使用與CMOS技術電路相兼容的技術，并且特別是在多晶硅中僅使用一個柵極層(gate?level)的技術，而不是如常規CCD技術中的使用兩層相互交疊的柵極的情況。