[發(fā)明專利]具有非破壞性讀出的圖像傳感器像素單元

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510574516.1
• 申請日: 2015-09-10
• 公開（公告）號: CN105470273B
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 約翰內(nèi)斯·索爾胡斯維克;多米尼克·馬塞提
• 申請（專利權(quán)）人: 豪威科技股份有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 北京律盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11287
• 代理人: 齊楊

本申請案涉及一種具有非破壞性讀出的圖像傳感器像素單元。一種像素單元包含經(jīng)耦合以響應(yīng)于入射光而光生圖像電荷的光電二極管。深溝槽隔離結(jié)構(gòu)接近于所述光電二極管而安置以通過所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)提供到所述光電二極管的電容性耦合。放大器晶體管耦合到所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)以響應(yīng)于通過由所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)提供的所述電容性耦合從所述光電二極管讀出的所述圖像電荷而產(chǎn)生經(jīng)放大圖像數(shù)據(jù)。行選擇晶體管耦合到所述放大器晶體管的輸出以將所述經(jīng)放大圖像數(shù)據(jù)選擇性地輸出到耦合到所述行選擇晶體管的列位線。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般來說涉及圖像傳感器。更具體來說，本發(fā)明的實例涉及從圖像傳感器像素單元讀出圖像數(shù)據(jù)的電路。

背景技術(shù)

圖像傳感器已變得普遍存在。其廣泛用于數(shù)碼相機、蜂窩式電話、安全相機以及醫(yī)學(xué)、汽車及其它應(yīng)用中。用以制造圖像傳感器且特定來說互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器的技術(shù)已不斷快速地進步。此外，對較高分辨率及較低電力消耗的需求的增加已促進了這些圖像傳感器的進一步小型化及集成。

隨著像素單元變得越來越小，對用以在從低光條件到亮光條件變化的大照明條件范圍內(nèi)運行的圖像傳感器的需求變得越來越難以實現(xiàn)。此種性能能力通常稱為具有高動態(tài)范圍(HDR)。在具有小光敏裝置的常規(guī)圖像捕獲裝置中，像素單元通常需要以長及短的積分時間對光電二極管進行多次連續(xù)取樣或曝光以實現(xiàn)HDR。

在常規(guī)CMOS像素單元中，從光敏裝置(例如，光電二極管)轉(zhuǎn)移圖像電荷并在所述像素單元內(nèi)部在浮動擴散節(jié)點上將其轉(zhuǎn)換為電壓信號。關(guān)于此方法的挑戰(zhàn)是，對常規(guī)像素單元的每一次讀出均具破壞性。特定來說，光電二極管中的電荷在每一次讀出之后消失，與可在整個幀時間期間積累光的像素單元相比，這會降低光敏感度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個實施例涉及一種像素單元，其包括：光電二極管，其經(jīng)耦合以響應(yīng)于入射光而光生圖像電荷；深溝槽隔離結(jié)構(gòu)，其接近于所述光電二極管而安置以通過所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)提供到所述光電二極管的電容性耦合；放大器晶體管，其耦合到所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)以響應(yīng)于通過由所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)提供的所述電容性耦合從所述光電二極管讀出的所述圖像電荷而產(chǎn)生經(jīng)放大圖像數(shù)據(jù)；及行選擇晶體管，其耦合到所述放大器晶體管的輸出以將所述經(jīng)放大圖像數(shù)據(jù)選擇性地輸出到耦合到所述行選擇晶體管的列位線。

本發(fā)明的另一實施例涉及一種成像系統(tǒng)，其包括：像素陣列，其包含多個像素單元，其中所述像素單元中的每一者包含：光電二極管，其經(jīng)耦合以響應(yīng)于入射光而光生圖像電荷；深溝槽隔離結(jié)構(gòu)，其接近于所述光電二極管而安置以通過所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)提供到所述光電二極管的電容性耦合；放大器晶體管，其耦合到所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)以響應(yīng)于通過由所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)提供的所述電容性耦合從所述光電二極管讀出的所述圖像電荷而產(chǎn)生經(jīng)放大圖像數(shù)據(jù)；及行選擇晶體管，其耦合到所述放大器晶體管的輸出以將所述經(jīng)放大圖像數(shù)據(jù)選擇性地輸出到耦合到所述行選擇晶體管的列位線；控制電路，其耦合到所述像素陣列以控制所述像素陣列的操作；及讀出電路，其耦合到所述像素陣列以從所述像素陣列的所述多個像素單元中的每一者讀出所述經(jīng)放大圖像數(shù)據(jù)。

附圖說明

參考以下各圖描述本發(fā)明的非限制性及非詳盡實施例，其中在所有各視圖中相似參考編號指代相似部件，除非另有規(guī)定。

圖1是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的教示包含非破壞性讀出的圖像傳感器像素單元的一個實例的示意圖。

圖2是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的教示包含非破壞性讀出的實例性圖像傳感器像素單元的布局的圖。

圖3是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的教示包含非破壞性讀出的圖像傳感器像素單元的另一實例的示意圖。

圖4是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的教示包含非破壞性讀出的另一實例性圖像傳感器像素單元的布局的圖。

圖5是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的教示包含具有非破壞性讀出的像素單元的像素陣列的實例性成像系統(tǒng)的框圖。