[發明專利]圖像傳感器以及圖像傳感器的應用方法

有效

• 申請號: 201210169739.6
• 申請日: 2012-05-28
• 公開（公告）號: CN102709301A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 趙立新;霍介光;蔣珂瑋
• 申請（專利權）人: 格科微電子(上海)有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H04N5/335;H04N5/357
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 鄭立柱

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，更具體地，本發明涉及一種圖像傳感器以及一種圖像傳感器的應用方法。

背景技術

在圖像傳感器成像時，由于圖像傳感器中不同像素單元感應的光線強度不同，其所生成的圖像具有亮區域與暗區域。范圍從亮區域到暗區域的圖像可被表現的亮度等級通常被稱為圖像的動態范圍。圖像傳感器的動態范圍越高，其所成像的圖像能夠表現的亮度等級就越高。

現有的圖像傳感器采用了許多方法來實現高動態范圍。一種方法是采用具有電荷撇取的控制曝光時間的方法來延伸動態范圍，其在曝光時會先把信號電荷的一部分讀取到浮動擴散區中。另一種方法是在圖像傳感器中使用不同面積的光電二極管，其中較大面積的光電二極管用于在低光照水平和正常光照水平的場景下成像，而較小面積的光電二極管用于在高光照水平的場景下成像。這兩種光電二極管所成像形成的信號會被進一步地進行數字處理，從而擴展圖像傳感器的動態范圍。還有一種方法是采用對數放大器來擴展動態范圍。

然而，在采用這些方法的圖像傳感器中，由于制作工藝的工藝誤差，每個像素單元的成像特性及光強感應特性可能存在差異。這種差異會引入圖像噪聲，從而降低圖像質量。

發明內容

因此，需要提供一種具有較低圖像噪聲的圖像傳感器。

為了解決上述問題，根據本發明的一個方面，提供了一種圖像傳感器，其包括具有多個像素單元的像素單元陣列，其中每個所述像素單元包括：光電感應區，用于感應光強變化而生成相應的圖像電荷；控制晶體管，其耦接到所述光電感應區，用于控制或調整所述圖像電荷從所述光電感應區的輸出；以及浮動柵極，其位于所述控制晶體管中，用于存儲電荷，并基于所存儲的電荷來補償所述像素單元的光強感應特性。

相比于現有技術的圖像傳感器，上述方面中的圖像傳感器能夠利用浮動柵極來預先存儲電荷。這種預先存儲的電荷能夠改變控制晶體管中由光電感應區引出的導電溝道中的載流子濃度，從而調節圖像電荷的輸出。由于不同像素單元中的浮動柵極可以基于該像素單元的光強感應特性來分別地進行補償，因此可以減小像素單元陣列的成像差異，進而減少圖像噪聲。

在一個實施例中，所述控制晶體管是轉移晶體管，其用于控制所述圖像電荷從所述光電感應區轉移到像素單元的浮動擴散區。通過補償輸出至浮動擴散區的圖像電荷的量，不同像素單元之間的光強感應特性差異可以被減小。

在一個實施例中，所述控制晶體管是溢出控制晶體管，其用于將過量的圖像電荷從所述光電感應區輸出到像素單元的溢出漏區。溢出控制晶體管可以在光電感應區與溢出漏區之間形成溢出溝道，當光電感應區感生過量的圖像電荷后，該溢出溝道導通，從而將過量的圖像電荷引至溢出漏區，進而引出至例如與該溢出漏區耦接的地。溢出控制晶體管中的浮動柵極能夠通過改變溢出溝道的載流子濃度來改變被溢出的圖像電荷的量，進而改變由轉移晶體管輸出至浮動擴散區的圖像電荷的量。

在一個實施例中，所述浮動柵極的至少部分區域上具有控制柵極，其通過介電層與所述浮動柵極相互隔離，用于加載控制信號，并且所述浮動柵極響應于所述控制信號的不同而改變所存儲的電荷。

根據本發明的另一方面，還提供了一種上述方面的圖像傳感器的應用方法，包括：采集像素單元陣列中每個像素單元的光強感應特性；基于所采集的每個像素單元的光強感應特性來控制向浮動柵極注入電荷。

在一個實施例中，注入電荷的步驟包括：基于所采集的每個像素單元的光強感應特性生成對應于每個像素單元的控制信號；分別向每個像素單元的控制柵極加載所述控制信號來向對應的浮動柵極注入電荷。

在一個實施例中，注入電荷的步驟包括：向每個像素單元的控制柵極加載相同電壓的控制信號，以在對應的浮動柵極中注入電荷；基于所采集的每個像素單元的光強感應特性生成對應于每個像素單元的控制信號；向每個浮動柵極進行紫外線照射以分別改變每個浮動柵極中存儲的電荷，其中所述紫外線照射的劑量是基于所述控制信號確定的。

在一個實施例中，紫外線照射的步驟進一步包括：提供聚焦元件以及紫外鏡頭陣列，其中所述紫外鏡頭陣列包括多個出射光強和/或光照時間獨立可調的鏡頭單元；基于每個像素單元的控制信號確定對應鏡頭單元的出色光強和/或光照時間；通過所述聚焦元件對所述浮動柵極進行紫外線照射。

在一個實施例中，紫外鏡頭陣列的排布與像素單元陣列的排布相同。這使得不同的像素單元能夠分別地通過一個紫外鏡頭來調節紫外線照射的劑量，從而改變該像素單元的浮動柵極中預先存儲的電量。