[實用新型]像素電路、像素電路結構以及圖像傳感器

有效

• 申請號: 202123302147.0
• 申請日: 2021-12-25
• 公開（公告）號: CN216700151U
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 王倩
• 申請（專利權）人: 思特威（上海）電子科技股份有限公司
• 主分類號: H04N5/359
• 分類號: H04N5/359;H04N5/374
• 代理公司: 深圳中一聯合知識產權代理有限公司 44414
• 代理人: 姚澤鑫

本實用新型描述了一種像素電路，包括：光電轉換元件、電荷存儲轉移電路和讀出電路；電荷存儲轉移電路包括電荷轉移晶體管、電荷傳輸晶體管以及位于二者之間的電荷存儲單元，電荷存儲單元上設置有控制柵，以在積分電荷信號輸出過程中，在電荷轉移晶體管與電荷存儲單元之間形成電荷轉移驅動電勢，并在電荷存儲單元與電荷傳輸晶體管之間形成信號輸出驅動電勢以輸出積分電荷信號。本實用新型還包括上述像素電路的結構以及一種CMOS圖像傳感器。本實用新型通過在積分電荷信號輸出過程中，形成從電荷轉移晶體管到電荷存儲單元再到電荷傳輸晶體管的電荷流通路徑，減少電荷傳輸過程中電荷的殘留，有效的改善光電轉換元件中的電子傳輸效率。

技術領域

本實用新型涉及圖像傳感器領域，特別是涉及一種像素電路、像素電路結構以及包含該像素電路結構的CMOS圖像傳感器。

背景技術

隨著智能化時代的日新月異，攝像頭對于消費者來說已經是耳熟能詳的名詞，而拍照性能的高低與CMOS圖像傳感器(CIS)芯片具有直接的關系。其中，飛行時間傳感器Time-of-Flight(ToF)，顧名思義，是一種利用光飛行時間的技術，ToF向場景中發射近紅外光，利用光的飛行時間信息，能夠捕獲目標物體的三維(3D)距離信息，獲得3D圖像；廣泛應用在行為分析、監控、汽車自動駕駛、人工智能、機器視覺感知和圖像3D增強等領域。

飛行時間傳感器可以采用直接的方法(dToF)獲得光的旅行時間，也可以采用間接的方法(iToF)獲得光的旅行時間，dToF會在單幀測量時間內發射和接收N次光信號，然后對記錄的N次飛行時間做直方圖統計，其中出現頻率最高的飛行時間t用來計算待測物體的深度，dToF的原理看起來雖然很簡單，但是實際能達到較高的精度很困難；iToF是向場景中發射存儲后的紅外光信號，再由傳感器接收場景中待測物體反射回來的光信號，根據曝光(積分)時間內的累計電荷計算發射信號和接收信號之間的相位差，從而獲取目標物體的深度。然而，現有的圖像傳感器在信號傳輸過程中難以實現產生的電荷的有效輸出。

實用新型內容

有鑒于此，本實用新型提供一種像素電路、像素電路結構以及包含該像素電路結構的CMOS圖像傳感器。

本實用新型提供了一種像素電路，包括：

光電轉換元件，配置為接收光信號以產生電荷；

電荷存儲轉移電路，電荷存儲轉移電路的輸入端與光電轉換元件連接，其中，電荷存儲轉移電路配置為根據電荷轉移信號對電荷進行存儲以生成積分電荷信號，并根據控制選擇信號將積分電荷信號輸出；

讀出電路，與電荷存儲轉移電路的輸出端相連接，配置為根據積分電荷信號輸出電信號；

其中，電荷存儲轉移電路包括電荷轉移晶體管、電荷傳輸晶體管以及位于二者之間的電荷儲存單元，電荷存儲單元上設置有控制柵，控制柵接入可變電壓，以在積分電荷信號輸出過程中，在電荷轉移晶體管與電荷存儲單元之間形成電荷轉移驅動電勢，且至少在電荷存儲單元與電荷傳輸晶體管之間形成信號輸出驅動電勢以輸出積分電荷信號。

本實用新型還提供了一種適用于上述像素電路的或者適用于上述像素電路的像素電路結構，包括：

半導體襯底，具有相對的第一面和第二面；

光電轉換區，自第一面延伸至半導體襯底中，以形成光電轉換元件；

電荷轉移晶體管柵極及電荷傳輸晶體管柵極，均位于第一面，電荷轉移晶體管柵極布置在光電轉換區外圍且與電荷傳輸晶體管柵極之間具有間距；

電荷存儲單元，自第一面延伸至半導體襯底中，且對應位于電荷轉移晶體管柵極和電荷傳輸晶體管柵極之間，并同時形成電荷轉移晶體管及電荷傳輸晶體管；其中，電荷存儲單元至少延伸至電荷轉移晶體管柵極正下方；

控制柵，位于電荷存儲單元表面，且布置在電荷轉移晶體管柵極及電荷傳輸晶體管柵極之間，并與二者具有間距。