[发明专利]具有非破坏性读出的图像传感器像素单元

说明书

本申请案涉及一种具有非破坏性读出的图像传感器像素单元。一种像素单元包含经耦合以响应于入射光而光生图像电荷的光电二极管。深沟槽隔离结构接近于所述光电二极管而安置以通过所述深沟槽隔离结构提供到所述光电二极管的电容性耦合。放大器晶体管耦合到所述深沟槽隔离结构以响应于通过由所述深沟槽隔离结构提供的所述电容性耦合从所述光电二极管读出的所述图像电荷而产生经放大图像数据。行选择晶体管耦合到所述放大器晶体管的输出以将所述经放大图像数据选择性地输出到耦合到所述行选择晶体管的列位线。

技术领域

本发明一般来说涉及图像传感器。更具体来说，本发明的实例涉及从图像传感器像素单元读出图像数据的电路。

背景技术

图像传感器已变得普遍存在。其广泛用于数码相机、蜂窝式电话、安全相机以及医学、汽车及其它应用中。用以制造图像传感器且特定来说互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的技术已不断快速地进步。此外，对较高分辨率及较低电力消耗的需求的增加已促进了这些图像传感器的进一步小型化及集成。

随着像素单元变得越来越小，对用以在从低光条件到亮光条件变化的大照明条件范围内运行的图像传感器的需求变得越来越难以实现。此种性能能力通常称为具有高动态范围(HDR)。在具有小光敏装置的常规图像捕获装置中，像素单元通常需要以长及短的积分时间对光电二极管进行多次连续取样或曝光以实现HDR。

在常规CMOS像素单元中，从光敏装置(例如，光电二极管)转移图像电荷并在所述像素单元内部在浮动扩散节点上将其转换为电压信号。关于此方法的挑战是，对常规像素单元的每一次读出均具破坏性。特定来说，光电二极管中的电荷在每一次读出之后消失，与可在整个帧时间期间积累光的像素单元相比，这会降低光敏感度。

发明内容

本发明的一个实施例涉及一种像素单元，其包括：光电二极管，其经耦合以响应于入射光而光生图像电荷；深沟槽隔离结构，其接近于所述光电二极管而安置以通过所述深沟槽隔离结构提供到所述光电二极管的电容性耦合；放大器晶体管，其耦合到所述深沟槽隔离结构以响应于通过由所述深沟槽隔离结构提供的所述电容性耦合从所述光电二极管读出的所述图像电荷而产生经放大图像数据；及行选择晶体管，其耦合到所述放大器晶体管的输出以将所述经放大图像数据选择性地输出到耦合到所述行选择晶体管的列位线。

本发明的另一实施例涉及一种成像系统，其包括：像素阵列，其包含多个像素单元，其中所述像素单元中的每一者包含：光电二极管，其经耦合以响应于入射光而光生图像电荷；深沟槽隔离结构，其接近于所述光电二极管而安置以通过所述深沟槽隔离结构提供到所述光电二极管的电容性耦合；放大器晶体管，其耦合到所述深沟槽隔离结构以响应于通过由所述深沟槽隔离结构提供的所述电容性耦合从所述光电二极管读出的所述图像电荷而产生经放大图像数据；及行选择晶体管，其耦合到所述放大器晶体管的输出以将所述经放大图像数据选择性地输出到耦合到所述行选择晶体管的列位线；控制电路，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作；及读出电路，其耦合到所述像素阵列以从所述像素阵列的所述多个像素单元中的每一者读出所述经放大图像数据。

附图说明

参考以下各图描述本发明的非限制性及非详尽实施例，其中在所有各视图中相似参考编号指代相似部件，除非另有规定。

图1是图解说明根据本发明的教示包含非破坏性读出的图像传感器像素单元的一个实例的示意图。

图2是图解说明根据本发明的教示包含非破坏性读出的实例性图像传感器像素单元的布局的图。

图3是图解说明根据本发明的教示包含非破坏性读出的图像传感器像素单元的另一实例的示意图。

图4是图解说明根据本发明的教示包含非破坏性读出的另一实例性图像传感器像素单元的布局的图。

图5是图解说明根据本发明的教示包含具有非破坏性读出的像素单元的像素阵列的实例性成像系统的框图。