[发明专利]灵敏度自适应的图像传感器像素结构

说明书

技术领域

本发明涉及图像传感器，特别涉及一种灵敏度自适应的图像传感器像素结构。

背景技术

图像传感器已经被广泛地应用于数码相机、移动手机、医疗器械、汽车和其他应用场合。特别是制造CMOS(互补型金属氧化物半导体)图像传感器技术的快速发展，使人们对图像传感器的输出图像品质有了更高的要求。

在现有技术中，CMOS图像传感器一般采用线性光电响应功能的像素结构。如图1所示，是采用CMOS图像传感器四晶体管的有源像素，在本领域中也称为4T有源像素。4T有源像素的元器件包括：光电二极管101、电荷传输晶体管102、复位晶体管103、源跟随晶体管104和选择晶体管105；VTX为电荷传输晶体管102的栅极端，VRX为复位晶体管103的栅极端，VSX为选择晶体管105的栅极端，FD为漂浮有源区，Vdd为电源电压，Output为信号输出端。光电二极管101接收外界入射的光线，产生光电信号；开启电荷传输晶体管102，将光电二极管中的光电信号转移至漂浮有源区FD后，由源跟随晶体管104所探测到的漂浮有源区FD势阱内电势变化信号经Output输出端读取并保存。其中，在漂浮有源区FD区内的光电电荷量与入射光照量成正比，漂浮有源区FD势阱内光电电荷量的变化被源跟随晶体管104探测到并转换为电势变化，此电势变化量，即信号量与光照量成正比关系。该类图像传感器的光电响应是线性的，在本领域内被称为线性传感器。

线性图像传感器像素的光电二极管的感光灵敏度，在弱光和强光环境下保持不变，即光电二级管中收集到的光电电荷多或少时的电场范围不变。在自然界中，人的眼睛对弱光敏感，即感知弱光时灵敏度高；而对强光不敏感，即感知强光时灵敏度低。由此可见，上述线性图像传感器采集图像的能力显然不佳。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效的、灵敏度自适应的图像传感器像素结构。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的灵敏度自适应的图像传感器像素结构，包括置于半导体基体中的光电二极管、电荷传输晶体管、复位晶体管、源跟随晶体管、选择晶体管，其特征在于，还包括设置于所述光电二极管侧面的晶体管电容和电荷存储区；

所述晶体管电容的栅极多晶硅深入到半导体硅基体中，所述晶体管电容的沟道为光电二极管区，所述电荷存储区与所述晶体管电容的栅极多晶硅相接触，并且与所述光电二极管区相连，所述电荷存储区为所述电荷传输晶体管的源极端。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的灵敏度自适应的图像传感器像素结构，由于在光电二极管侧面设置有晶体管电容器件，并且设置有电荷存储区，光电二极管开始曝光时，电荷存储区的电势高，晶体管电容栅极在光电二极管区感应的电场区域范围大，灵敏度高；电荷存储区，收集到大量光电电荷时，其电势下降，晶体管电容的栅极在光电二极管区感应的电场区域范围变小，灵敏度降低。因此，本发明像素，压缩了强光环境下的感光灵敏度，拓展了像素的感光动态范围，像素采集到了更多高照明时的实物信息。

附图说明

图1是现有技术的图像传感器像素的电路示意图。

图2是本发明的图像传感器的像素结构示意图。

图3是本发明的图像传感器像素中图2所示切线1位置的切面示意图。

图4是本发明的图像传感器像素中图2所示切线2位置的切面示意图。

图5是本发明的图像传感器像素工作时，图2所示切线2位置的势阱示意图。

图6是本发明的图像传感器像素工作时，弱光照射像素时的光电二极管区电场分布平面示意图。

图7是本发明的图像传感器像素工作时，弱光照射像素时，图2所示切线1位置的电场分布示意图。

图8是本发明的图像传感器像素工作时，强光照射像素时的光电二极管区电场分布平面示意图。

图9是本发明的图像传感器像素工作时，强光照射像素时，图2所示切线1位置的电场分布示意图。

图10是本发明的图像传感器像素工作时，光电二极管的光电相应曲线示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。

本发明的灵敏度自适应的图像传感器像素结构，其较佳的具体实施方式是：

包括置于半导体基体中的光电二极管、电荷传输晶体管、复位晶体管、源跟随晶体管、选择晶体管，其特征在于，还包括设置于所述光电二极管侧面的晶体管电容和电荷存储区；