[发明专利]图像传感器及其操作方法

说明书

技术领域

一个或多个实施例涉及一种图像传感器、图像传感器的像素的结构及其操作方法。

背景技术

当前，具有图像传感器的便携式装置(例如，数字相机、移动通信终端等)正在发展并在市场上买卖。这些图像传感器由被称为像素或像点(photosite)的小型光电二极管阵列形成。通常，像素不直接从光提取颜色，而是将宽光谱带的光子转换为电子。因此，图像传感器的像素可需要仅接收用于从宽光谱带的光获取颜色所必须的带之内的光。图像传感器的每个像素可通过结合滤色器等来将与特定颜色对应的光子转换为电子。

为了使用图像传感器获取三维(3D)图像，需要获取颜色以及关于对象和图像传感器之间的距离的信息。通常，关于对象和图像传感器之间的距离的重构图像被表示为现有技术中的深度图像。虽然其他波长是可用的，但是可通过使用可见光区域之外的红外光来获取深度图像。

获取关于从传感器到对象的距离的信息的方法可以被大致分为主动方案和被动方案。主动方案通常可包括三角测量方案，三角测量方案使用用于测量照射到对象并从对象被反射并返回的光的传播时间的飞行时间(Time-of-Flight，TOF)并使用检测与传感器隔开预定距离的激光器发射并反射的光的位置的三角测量来计算距离。被动方案通常可包括在不照射光的情况下仅基于图像信息来计算到对象的距离的方案，并且被动方案可在立体相机中被采用。

基于TOF的深度捕捉技术可检测当照射的具有调制脉冲的光从对象被反射并返回时相位的改变。这里，可基于电荷的量来计算相位的改变。照射的光可以是对人体无害的不可见的红外线(IR)。此外，为了检测照射的光和反射的光之间的时间差，可使用与一般的颜色传感器不同的深度像素阵列。

发明内容

根据一个或多个实施例，提供一种图像传感器，所述图像传感器的至少一个像素包括：检测部分，用于转移在接收到光之后检测部分产生的电子，检测部分包括具有不同锁定电压的多个掺杂区以在检测部分中施加电场，从而向所述像素的解调部分转移电子；解调部分，用于向至少一个节点转移电子，以累积一个或多个电子。

所述像素可被配置为施加另一电场，所述另一电场使得电子通过解调部分向所述至少一个节点转移，以累积一个或多个电子。

此外，所述多个掺杂区可分别包括多个n-层，其中，随着所述多个n-层中的每个n-层被配置为越靠近解调部分，所述多个n-层中的每个n-层的各自的锁定电压越高。所述多个n-层中的每个n-层的各自的锁定电压还可基于各自的掺杂浓度。

所述多个掺杂区可分别包括多个p-层，其中，随着所述多个p-层中的每个p-层被配置为越靠近解调部分，所述多个p-层中的每个p-层的各自的锁定电压越高。所述多个p-层中的每个p-层的各自的锁定电压还可基于各自的掺杂浓度。

可以以钉扎光电二极管来配置检测部分，钉扎光电二极管包括多个掺杂区。

所述图像传感器还可包括：光电栅极，用于接收被检测部分向解调部分转移的电子。光电栅极可包括在解调部分中。此外，光电栅极可被屏蔽对光的接收。

所述像素可被配置以使得：光电栅极的电势的改变控制解调部分的另一电场的施加，所述另一电场使得接收的电子从光电栅极向所述至少一个节点转移以累积一个或多个电子。

所述像素还可被配置以使得：在第一时间段，光电栅极的电势低于检测部分的电势和第一转移节点的电势；在紧随第一时间段之后的第二时间段，光电栅极的电势高于检测部分的电势和第一转移节点的电势。

这里，所述像素还可被配置以使得在紧随第二时间段之后的第三时间段，光电栅极的电势低于检测部分的电势和第二转移节点的电势，使得在第三时间段，光电栅极和第一转移节点的电势不会导致光电栅极存储的电子被转移到第一转移节点，并且使得在第三时间段，光电栅极和第二转移节点的电势导致光电栅极存储的电子被转移到第二转移节点。

所述像素还可被配置以使得：在第二时间段，光电栅极的电势和检测部分的电势导致电子从检测部分转移到光电栅极，同时光电栅极的电势和第一转移节点的电势导致电子不会被转移到第一转移节点。

所述像素还可被配置以使得：在第一时间段，光电栅极的电势和检测部分的电势导致电子在检测部分之内向检测部分的靠近光电栅极的边缘转移并且不会被光电栅极存储，并且在第一时间段，光电栅极的电势和第一转移节点的电势导致光电栅极存储的电子被转移到第一转移节点。