[發明專利]像素結構、具有像素結構的圖像傳感器裝置和系統、以及操作該像素結構的方法

有效

• 申請號: 201880073125.3
• 申請日: 2018-12-10
• 公開（公告）號: CN111684791B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 吉·邁南
• 申請（專利權）人: AMS有限公司
• 主分類號: H04N5/3745
• 分類號: H04N5/3745;G01B11/25
• 代理公司: 北京柏杉松知識產權代理事務所(普通合伙) 11413
• 代理人: 侯麗英;劉繼富

1.一種用于半導體成像裝置的像素結構，包括：

光電探測器(PD)，其位于半導體材料(S)中，

第一傳輸門(TX1)，其位于所述半導體材料中的所述光電探測器(PD)與第一擴散區域(FD1)之間，

第二傳輸門(TX2)，其位于所述半導體材料中的所述光電探測器(PD)與第二擴散區域(FD2)之間，

電容器(C)，其連接在所述第一擴散區域(FD1)與所述第二擴散區域(FD2)之間，

第一開關(RST1)，其連接在所述第一擴散區域(FD1)與第一基準電壓(V_ref1)之間，以及

第二開關(RST2)，其連接在所述第二擴散區域(FD2)與第二基準電壓(V_ref2)之間；

其中，所述第一基準電壓(V_ref1)是高電壓，所述第二基準電壓(V_ref2)是低電壓。

2.根據權利要求1所述的像素結構，其中，

所述光電探測器(PD)是在包括所述半導體材料(S)的襯底中的釘扎式光電二極管。

3.根據權利要求1所述的像素結構，還包括：

緩沖放大器，其連接到所述第一擴散區域(FD1)和所述第二擴散區域(FD2)。

4.根據權利要求1所述的像素結構，其中，所述第一基準電壓(V_ref1)或所述第二基準電壓(V_ref2)連接到電源電壓(V_DD)。

5.根據權利要求1所述的像素結構，還包括：

選擇晶體管(SEL)，其連接到列總線。

6.根據權利要求5所述的像素結構，還包括：

源極跟隨器(SF)，其由場效應晶體管形成，所述源極跟隨器連接到所述選擇晶體管(SEL)，其中，所述源極跟隨器(SF)的柵極連接到所述第一擴散區域(FD1)。

7.一種圖像傳感器裝置，其包括根據權利要求1所述的像素結構的二維陣列。

8.一種成像系統，其包括根據權利要求7所述的圖像傳感器裝置，所述成像系統還包括：

光源(L)，其與所述圖像傳感器裝置同步，其中，當在第一擴散區域(FD1)上采集信號時，所述光源(L)配置為激活，并且當在第二擴散區域(FD2)上采集信號時，所述光源(L)配置為非激活，反之亦然。

9.根據權利要求8所述的成像系統，其中，

所述光源(L)配置為將圖案或圖案序列投射到要成像的場景上。

10.一種操作根據權利要求1所述的像素結構的方法，包括：

通過將第一開關(RST1)和第二開關(RST2)二者都閉合到連接狀態來使所述電容器(C)放電，

在所述第二開關(RST2)在連接狀態下閉合的同時，在光電探測器(PD)上采集第一信號，并且通過第一傳輸門(TX1)上的電荷傳輸脈沖將第一信號傳輸到第一擴散區域(FD1)，

在所述第一開關(RST1)在連接狀態下閉合的同時，在所述光電探測器(PD)上采集第二信號，并且通過第二傳輸門(TX2)上的電荷傳輸脈沖將第二信號傳輸到第二擴散區域(FD2)，以及

在采集這些信號之后，在所述第二擴散區域(FD2)經由所述第二開關(RST2)連接到第二基準電壓(V_ref2)的同時，從所述第一擴散區域(FD1)讀出像素信號。

11.根據權利要求10所述的方法，其中，

在所述像素信號的讀出期間，所述第二傳輸門(TX2)的電勢高于所述第一傳輸門(TX1)的電勢。

12.根據權利要求10所述的方法，其中，

所述第一信號和所述第二信號重復采集并累積在電容器(C)上。

13.根據權利要求10所述的方法，其中，

所述第一傳輸門(TX1)上的電荷傳輸脈沖和所述第二傳輸門(TX2)上的電荷傳輸脈沖中的至少一個是多脈沖。