[發明專利]高動態圖像傳感器及其有源像素

有效

• 申請號: 201310016833.2
• 申請日: 2013-01-16
• 公開（公告）號: CN103067676A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 郭同輝;唐冕;陳杰;劉志碧;曠章曲
• 申請（專利權）人: 北京思比科微電子技術股份有限公司
• 主分類號: H04N5/374
• 分類號: H04N5/374;H04N5/3745;H01L27/146
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;趙鎮勇

技術領域

本發明涉及一種圖像傳感器，尤其涉及一種高動態圖像傳感器及其有源像素。

背景技術

圖像傳感器已經被廣泛地應用于數碼相機、移動手機、醫療器械、汽車和其他應用場合。特別是制造CMOS（互補型金屬氧化物半導體）圖像傳感器技術的快速發展，使人們對圖像傳感器的輸出圖像品質有了更高的要求。

在現有技術中，CMOS圖像傳感器像素一般都采用的結構如圖1所示，采用的是CMOS圖像傳感器四晶體管的有源像素，在本領域中也稱為4T有源像素。4T有源像素的元器件包括：光電二極管101，電荷傳輸晶體管102，復位晶體管103，源跟隨晶體管104和行選擇晶體管105。光電二極管101接收外界入射的光線，產生光電信號，開啟晶體管102，將光電信號傳輸至漂浮節點FD(Floating?Diffusing)后關閉晶體管102，此光電信號被源跟隨晶體管104探測到，同時開啟行選擇晶體管105，通過列位線106將信號讀出。其中，在光電二極管101中產生的光電信號量與入射光照量成正比，則晶體管104在漂浮節點FD處所探測到的信號也與光照量成正比關系。

該類圖像傳感器的光電響應是線性的，在本領域內被稱為線性傳感器。線性傳感器所探測到的光照量范圍小，特別是高照明環境下無法辨認出實物信息，不能夠采集從暗光線環境變化到強光線環境下的全部信號，在業內稱為動態范圍小，從而降低了傳感器的輸出圖像品質。

發明內容

本發明的目的是提供一種傳感器輸出圖像的品質高的高動態圖像傳感器及其有源像素。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

本發明的有源像素，包括復位晶體管、源跟隨晶體管、行選擇晶體管和列位線，還包括2個或者2個以上置于半導體基體中的感光元件，每個感光元件對應連接一個電荷傳輸晶體管的源極，多個電荷傳輸晶體管的柵極相互連接在一起，多個電荷傳輸晶體管漏極相互連接在一起作為漂浮節點。

本發明的高動態圖像傳感器，包括像素矩陣陣列，所述像素矩陣陣列包括在垂直和水平方向上以矩陣方式排列的若干上述的有源像素。

由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明實施例提供的高動態圖像傳感器及其有源像素，由于采用了多個感光元件的像素，與弱光照環境比較，在強光照環境下，壓縮了傳感器高曝光量時的光電響應曲線，降低了高曝光量像素的靈敏度，因此提高了圖像傳感器的動態范圍。

附圖說明

圖1是現有技術的CMOS圖像傳感器的4晶體管(4T)有源像素的示意圖；

圖2是本發明的有源像素的結構示意圖；

圖3是圖2中有源像素工作時的光電相應曲線示意圖；

圖4是采用本發明高動態圖像傳感器的結構示意圖。

具體實施方式

下面將對本發明實施例作進一步地詳細描述。

本發明的有源像素，其較佳的具體實施方式是：

包括復位晶體管、源跟隨晶體管、行選擇晶體管和列位線，還包括2個或者2個以上置于半導體基體中的感光元件，每個感光元件對應連接一個電荷傳輸晶體管的源極，多個電荷傳輸晶體管的柵極相互連接在一起，多個電荷傳輸晶體管漏極相互連接在一起作為漂浮節點。

多個感光元件中，至少一個感光元件的上方覆蓋有金屬層，不同感光元件上方的金屬層覆蓋面積不同。

多個感光元件的面積大小相同或不相同。

所述感光元件有四個，第一感光元件201的上方不覆蓋金屬層，第二感光元件202上方覆蓋1/2感光元件面積的金屬層，第三感光元件203上方覆蓋3/4感光元件面積的金屬層，第四感光元件204上方覆蓋7/8感光元件面積的金屬層。

所述感光元件包括光電二極管、PIN型光電二極管、部分PIN型光電二極管或者多晶硅柵型光電二極管。

本發明的高動態圖像傳感器，其較佳的具體實施方式是：

包括像素矩陣陣列，所述像素矩陣陣列包括在垂直和水平方向上以矩陣方式排列的若干上述的有源像素。

該圖像傳感器還包括像素陣列控制電路、處理電路、記憶元件和輸入輸出電路，每個部分形成于單獨的硅基體上，并集成于一個獨立的芯片上。

本發明為了在CMOS圖像傳感器中獲得高品質的圖像，從改善4T像素的光電響應性質入手，使用包含多個感光元件的像素，每個感光元件的曝光飽和時間不同，從而壓縮了高照明環境時的光電響應靈敏度曲線，推遲了像素的飽和時間，因此傳感器探測到了更多強光照環境下的實物細節信息，提升了傳感器輸出圖像的品質。

具體實施例：