[實(shí)用新型]靈敏度自適應(yīng)的圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420594021.6
• 申請(qǐng)日: 2014-10-14
• 公開（公告）號(hào): CN204088321U
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭同輝;曠章曲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京思比科微電子技術(shù)股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L27/146
• 分類號(hào): H01L27/146
• 代理公司: 北京凱特來知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;趙鎮(zhèn)勇

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及圖像傳感器，特別涉及一種靈敏度自適應(yīng)的圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

圖像傳感器已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、移動(dòng)手機(jī)、醫(yī)療器械、汽車和其他應(yīng)用場合。特別是制造CMOS(互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，使人們對(duì)圖像傳感器的輸出圖像品質(zhì)有了更高的要求。

在現(xiàn)有技術(shù)中，CMOS圖像傳感器一般采用線性光電響應(yīng)功能的像素結(jié)構(gòu)。如圖1所示，是采用CMOS圖像傳感器四晶體管的有源像素，在本領(lǐng)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(fù)位晶體管103、源跟隨晶體管104和選擇晶體管105；VTX為電荷傳輸晶體管102的柵極端，VRX為復(fù)位晶體管103的柵極端，VSX為選擇晶體管105的柵極端，F(xiàn)D為漂浮有源區(qū)，Vdd為電源電壓，Output為信號(hào)輸出端。光電二極管101接收外界入射的光線，產(chǎn)生光電信號(hào)；開啟電荷傳輸晶體管102，將光電二極管中的光電信號(hào)轉(zhuǎn)移至漂浮有源區(qū)FD后，由源跟隨晶體管104所探測到的漂浮有源區(qū)FD勢阱內(nèi)電勢變化信號(hào)經(jīng)Output輸出端讀取并保存。其中，在漂浮有源區(qū)FD區(qū)內(nèi)的光電電荷量與入射光照量成正比，漂浮有源區(qū)FD勢阱內(nèi)光電電荷量的變化被源跟隨晶體管104探測到并轉(zhuǎn)換為電勢變化，此電勢變化量，即信號(hào)量與光照量成正比關(guān)系。該類圖像傳感器的光電響應(yīng)是線性的，在本領(lǐng)域內(nèi)被稱為線性傳感器。

線性圖像傳感器像素的光電二極管的感光靈敏度，在弱光和強(qiáng)光環(huán)境下保持不變，即光電二級(jí)管中收集到的光電電荷多或少時(shí)的電場范圍不變。在自然界中，人的眼睛對(duì)弱光敏感，即感知弱光時(shí)靈敏度高；而對(duì)強(qiáng)光不敏感，即感知強(qiáng)光時(shí)靈敏度低。由此可見，上述線性圖像傳感器采集圖像的能力顯然不佳。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是提供一種高效的、靈敏度自適應(yīng)的圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本實(shí)用新型的靈敏度自適應(yīng)的圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)，包括置于半導(dǎo)體基體中的光電二極管、電荷傳輸晶體管、復(fù)位晶體管、源跟隨晶體管、選擇晶體管，其特征在于，還包括設(shè)置于所述光電二極管側(cè)面的晶體管電容和電荷存儲(chǔ)區(qū)；

所述晶體管電容的柵極多晶硅深入到半導(dǎo)體硅基體中，所述晶體管電容的溝道為光電二極管區(qū)，所述電荷存儲(chǔ)區(qū)與所述晶體管電容的柵極多晶硅相接觸，并且與所述光電二極管區(qū)相連，所述電荷存儲(chǔ)區(qū)為所述電荷傳輸晶體管的源極端。

由上述本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的靈敏度自適應(yīng)的圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)，由于在光電二極管側(cè)面設(shè)置有晶體管電容器件，并且設(shè)置有電荷存儲(chǔ)區(qū)，光電二極管開始曝光時(shí)，電荷存儲(chǔ)區(qū)的電勢高，晶體管電容柵極在光電二極管區(qū)感應(yīng)的電場區(qū)域范圍大，靈敏度高；電荷存儲(chǔ)區(qū)，收集到大量光電電荷時(shí)，其電勢下降，晶體管電容的柵極在光電二極管區(qū)感應(yīng)的電場區(qū)域范圍變小，靈敏度降低。因此，本實(shí)用新型像素，壓縮了強(qiáng)光環(huán)境下的感光靈敏度，拓展了像素的感光動(dòng)態(tài)范圍，像素采集到了更多高照明時(shí)的實(shí)物信息。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的圖像傳感器像素的電路示意圖。

圖2是本實(shí)用新型的圖像傳感器的像素結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型的圖像傳感器像素中圖2所示切線1位置的切面示意圖。

圖4是本實(shí)用新型的圖像傳感器像素中圖2所示切線2位置的切面示意圖。

圖5是本實(shí)用新型的圖像傳感器像素工作時(shí)，圖2所示切線2位置的勢阱示意圖。

圖6是本實(shí)用新型的圖像傳感器像素工作時(shí)，弱光照射像素時(shí)的光電二極管區(qū)電場分布平面示意圖。

圖7是本實(shí)用新型的圖像傳感器像素工作時(shí)，弱光照射像素時(shí)，圖2所示切線1位置的電場分布示意圖。

圖8是本實(shí)用新型的圖像傳感器像素工作時(shí)，強(qiáng)光照射像素時(shí)的光電二極管區(qū)電場分布平面示意圖。

圖9是本實(shí)用新型的圖像傳感器像素工作時(shí)，強(qiáng)光照射像素時(shí)，圖2所示切線1位置的電場分布示意圖。

圖10是本實(shí)用新型的圖像傳感器像素工作時(shí)，光電二極管的光電相應(yīng)曲線示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

本實(shí)用新型的靈敏度自適應(yīng)的圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)，其較佳的具體實(shí)施方式是：

包括置于半導(dǎo)體基體中的光電二極管、電荷傳輸晶體管、復(fù)位晶體管、源跟隨晶體管、選擇晶體管，其特征在于，還包括設(shè)置于所述光電二極管側(cè)面的晶體管電容和電荷存儲(chǔ)區(qū)；