[实用新型]全局曝光方式的图像传感器像素结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种图像传感器像素，尤其涉及一种全局曝光方式的图像传感器像素结构。

背景技术

图像传感器采用感光像素阵列采集图像信号，然后进行后续信号处理得以保存图像或将图像输出到电子屏幕上。图像传感器采集图像信号的方式有两种：滚动曝光方式和全局曝光方式。现有技术中的图像传感器一般采用滚动曝光方式采集图像信息，像素阵列中的第一行像素开始曝光，然后是第二行、第三行、...，直至最后一行，然后再逐行读取像素采集到的光电信号；滚动曝光方式的图像传感器，适用于采集静态环境下的图像。滚动曝光方式的图像传感器采集动态的实物时，由于每行像素的曝光时间段都不相同，第一行像素采集图像信号时的实物位置与最后一行像素采集图像信号时的实物位置可能会相差很大，例如拍照快速运动的风扇、汽车等，会发现采集的图像发生了扭曲、畸变。全局曝光方式的图像传感器采集图像时，像素阵列中的每个像素都同时曝光，曝光完毕后，再逐个读取像素采集到的图像信号，由此可见，全局曝光方式的图像传感器，像素阵列中的每个像素采集图像信号时，运动的实物可看作是静止不动的。所以全局曝光方式的图像传感器，适合采集运动实物的图像。

在现有技术中，CMOS图像传感器一般采用四晶体管像素(4T)结构。如图1所示，是采用CMOS图像传感器4T有源像素结构的示意图，包括虚线框内的切面示意图和虚线框外的电路示意图两部分。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、漂浮有源区FD、源跟随晶体管104、选择晶体管105、列位线106；其中光电二极管区域101置于半导体基体中，STI为浅槽隔离区，N+区为晶体管源漏有源区；Vtx为电荷传输晶体管102的栅极端，Vrst为复位晶体管103的栅极端，Vsx为选择晶体管105的栅极端，Vdd为电源电压。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区后，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列位线106读取并保存。

若全局曝光方式的图像传感器使用4T像素结构，可以将像素阵列中的每个像素光电二极管采集到的光电电荷至漂浮有源区FD，然后再逐个读取。但现有技术中的漂浮有源区FD设置有接触孔，并且N+区硅表面因缺陷和应力引起较大的漏电，致使漂浮有源区FD不适合存储光电电荷太长时间，否则会使后读取的像素信号失真。因此，现有技术中的像素不适合用于全局曝光方式的图像传感器。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种适合用于存储光电电荷较长时间的全局曝光方式的图像传感器像素结构。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型的全局曝光方式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、第一电荷传输晶体管、复位晶体管、源跟随晶体管、选择晶体管、漂浮有源区还包括第二电荷传输晶体管，所述第一电荷传输晶体管与第二电荷传输晶体管之间设有晶体管电容；

所述晶体管电容的沟道位于N型离子区中，所述晶体管电容的源漏有源区的硅表面设置有P+型保护层，所述P+型保护层的下方为N型离子区。

由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的全局曝光方式的图像传感器像素结构，由于像素结构中设置有晶体管电容器件，其源漏有源区设置有P+型保护层，并且不设置接触孔，因此漏电小，适合用于存储光电电荷较长时间、采用全局曝光方式的图像传感器。

附图说明

图1是现有技术的图像传感器的像素结构示意图。

图2是本实用新型实施例提供的全局曝光方式的图像传感器像素结构示意图。

图3a是本实用新型实施例中图像传感器像素中的第一电荷传输晶体管、第二电荷传输晶体管、晶体管电容的平面示意图。

图3b是本实用新型实施例中图像传感器像素中的N型离子区的平面示意图。

图3c是本实用新型实施例中图像传感器像素中的P+型保护层的平面示意图。

图4是本实用新型实施例中图像传感器像素工作的时序控制示意图。

图5是本实用新型实施例中图像传感器像素中的光电二极管在进行复位操作时的势阱示意图。

图6是本实用新型实施例中图像传感器像素工作时，光电电荷从光电二极管转移至晶体管电容区操作的势阱示意图。

图7是本实用新型实施例中图像传感器像素工作时，光电电荷被保存在晶体管电容中的势阱示意图。