[发明专利]CMOS有源像素结构

权利要求书

1.一种CMOS类型的有源像素结构，包括：

-第一类型的半导体衬底(1)，

-至少一个第一光电二极管，其配置为在所述第一光电二极管对辐照的曝光期间以光伏模式操作，所述第一光电二极管包括由第二类型的掺杂区域所限定的光伏转换区域(2)，所述第二类型的掺杂区域与所述衬底形成PN结，所述第一光电二极管配置为将在所述第一光电二极管对辐照曝光期间由所述PN结捕获的光电荷载子重新发射；

-至少一个第二光电二极管，其配置为以积分模式操作，并且在所述第一光电二极管对辐照曝光期间反向偏置，所述第二光电二极管包括由第二类型的掺杂区域所限定的电荷积累区域(3)，所述第二类型的掺杂区域与所述衬底形成PN结，所述电荷积累区域配置为暴露于源自所述光伏转换区域(2)的电荷载子，以便积累所述电荷载子；以及

-读出装置，其读取所述第一光电二极管的电压并且读取在第二光电二极管处的电荷测量。

2.根据前一项权利要求所述的结构，其中所述光伏转换区域(2)和电荷积累区域(3)通过衬底的一部分而分隔，由所述第一光电二极管重新发射的电荷载子穿过衬底的该部分以在积累区域进行收集和积累，使得所述第一光电二极管的PN结的耗尽区和所述第二光电二极管的PN结的耗尽区相分隔并且不互相接触。

3.根据前述权利要求中的一项所述的结构，其中所述衬底(1)具有空间调制掺杂(8)，所述空间调制掺杂限定用于电荷载子的容纳区域，所述容纳区域将所述第一光电二极管和所述第二光电二极管组合在一起。

4.根据权利要求2至3中的一项所述的结构，其中在所述光伏转换区域(2)和所述电荷积累区域(3)之间的距离在0.1μm和100μm之间。

5.根据前述权利要求中的一项所述的结构，其中所述第一光电二极管(多个第一光电二极管)和所述第二光电二极管(多个第二光电二极管)插入在所述衬底中，使得光伏转换区域(2)位在邻接于至少一个电荷积累区域(3)。

6.根据前述权利要求中的一项所述的结构，其中所述光伏转换区域(2)和所述电荷积累区域(3)是至少部分重叠的。

7.根据前一项权利要求所述的结构，其中所述电荷积累区域(3)具有空间扩展，所述空间扩展至少覆盖所述光伏转换区域(2)的范围。

8.根据前述权利要求其中一项所述的结构，其中所述第二光电二极管包括钝化层，所述钝化层具有与所述衬底相同类型的掺杂，并且将所述电荷积累区域(3)与所述衬底的表面相分隔。

9.根据前述权利要求其中一项所述的结构，其中复位晶体管(RSTLOG)适合于将布置在所述衬底(1)中的复位区域连接至所述光伏转换区域(2)。

10.根据前一项权利要求所述的结构，其中所述复位区域由衬底接触(7)形成，所述衬底接触由在所述衬底(1)中的第一类型的重掺区域形成。

11.根据权利要求9所述的结构，其中所述复位区域由利用可变电压Vx偏置的重掺区域形成，以将所述可变电压Vx传播远至与所述电荷积累区域(3)相关联的浮动扩散节点(FD)。

12.根据前述权利要求中的一项所述的结构，其中所述第一光电二极管和所述第二光电二极管的读出装置包括读出电路(13)，所述读出电路为所述第一光电二极管和所述第二光电二极管所共用，在像素水平处，所述读出电路连接至共用总线COL以读取所述第一光电二极管的电压和在所述第二光电二极管处的电荷测量。

13.根据前一项权利要求所述的结构，包括与所述电荷积累区域(3)相关联的浮动扩散节点(FD)，其中所述共用读出电路(13)包括：

-电荷转移结构(13a)，其适合于读取与所述第二光电二极管相关联的浮动扩散节点的电压；

-电压补偿电路(13b)，其经由电荷转移结构的复位晶体管(Ts1)而将所述第一光电二极管连接至所述浮动扩散节点(FD)。

14.根据前一项权利要求所述的结构，其中所述电压偏置电路(13b)包括负阈值电压晶体管(Ts1)，所述负阈值电压晶体管的栅极连接至所述光伏转换区域(2)。