[发明专利]高动态范围图像传感器像素结构及其操作方法

权利要求书

1.一种高动态范围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、复位晶体管、源跟随晶体管、选择晶体管、漂浮有源区，其特征在于，还包括第一电荷传输晶体管、第二电荷传输晶体管、第三电荷传输晶体管、以及置于第二电荷传输晶体管与第三电荷传输晶体管之间的晶体管电容器件；

所述第一电荷传输晶体管的源极与光电二极管相连，其漏极与漂浮有源区相连；

所述第二电荷传输晶体管的源极与光电二极管相连，其漏极与第三电荷传输晶体管的源极相连；所述第三电荷传输晶体管的漏极与漂浮有源区相连；

所述晶体管电容器件的源漏极相互连接在一起，并且与第二电荷传输晶体管的漏极相连。

2.根据权利要求1所述的高动态范围图像传感器像素结构，其特征在于，所述晶体管电容器件的栅极端外接电势。

3.根据权利要求2所述的高动态范围图像传感器像素结构，其特征在于，所述晶体管电容器件为低阈值晶体管。

4.根据权利要求3所述的高动态范围图像传感器像素结构，其特征在于，所述晶体管电容器件的电荷容量大于等于光电二极管的电荷容量，所述漂浮有源区的电荷容量大于等于2倍的光电二极管的电荷容量，所述光电二极管的电荷容量大于等于1000e-。

5.根据权利要求4所述的高动态范围图像传感器像素结构，其特征在于，所述晶体管电容器件的电势值大于等于-0.7V，其阈值电压范围为-0.7V～0.5V。

6.一种权利要求1至5任一项所述的高动态范围图像传感器像素结构的操作方法，其特征在于，包括步骤：

a、开始第一次光电二极管曝光操作，对光电二极管进行复位，第二电荷传输晶体管、第三电荷传输晶体管、选择晶体管保持关闭状态，开启复位晶体管、第一电荷传输晶体管，将光电二极管中的电荷清除完毕后，关闭复位晶体管和第一电荷传输晶体管，光电二极管开始曝光；

b、进行晶体管电容器件复位操作，第一电荷传输晶体管、第二电荷传输晶体管、选择晶体管保持关闭状态，开启复位晶体管、第三电荷传输晶体管，将晶体管电容器件复位完毕后，关闭复位晶体管、第三电荷传输晶体管；

c、存储第一次光电二极管曝光的光电电荷操作，晶体管电容器件复位操作之后，第一电荷传输晶体管、第三电荷传输晶体管、选择晶体管、复位晶体管保持关闭状态，开启第二电荷传输晶体管，将光电二极管收集到的光电电荷转移至晶体管电容中储存起来，然后关闭第二电荷传输晶体管，第一次光电二极管曝光操作结束；

d、开始第二次光电二极管曝光操作，第一次光电二极管曝光的光电电荷存储操作完毕后，光电二极管开始第二次曝光；

e、读取复位电势信号操作，第一电荷传输晶体管、第二电荷传输晶体管、第三电荷传输晶体管、选择晶体管保持关闭状态，开启复位晶体管，漂浮有源区复位完毕后，关闭复位晶体管，开启选择晶体管，复位电势信号经由列位线被后续电路读取并保存，选择晶体管保持开启状态；

f、转移晶体管电容器件中的光电电荷操作，第一电荷传输晶体管、第二电荷传输晶体管、复位晶体管保持关闭状态，选择晶体管保持开启状态，开启第三电荷传输晶体管，将晶体管电容器件中的光电电荷转移至漂浮有源区完毕后，关闭第三电荷传输晶体管；

g、转移第二次光电二极管曝光的光电电荷操作，第二电荷传输晶体管、第三电荷传输晶体管、复位晶体管保持关闭状态，选择晶体管保持开启状态，开启第一电荷传输晶体管，将光电二极管收集到光电电荷转移至漂浮有源区完毕后，关闭第一电荷传输晶体管，第二次光电二极管曝光操作结束；

h、读取光电电荷信号操作，第一电荷传输晶体管、第二电荷传输晶体管、第三电荷传输晶体管、复位晶体管保持关闭状态，选择晶体管保持开启状态，光电电势信号经由列位线被后续电路读取并保存，然后关闭选择晶体管。

7.根据权利要求6所述的高动态范围图像传感器像素结构的操作方法，其特征在于，所述第一次光电二极管曝光时间大于等于10ms，所述第二次光电二极管曝光时间小于等于10ms。