[发明专利]一种超高速快门半导体影像传感器

权利要求书

1.一种半导体影像传感器，其像素阵列的每一个像素单元电路中包含至少一个半导体光电二极管(D1)，其特征在于：在像素阵列内部中的除所述光电二极管(D1)的光敏感区域以外的位置上，罩有由不透明导电材料构成的遮光结构；所述遮光结构与构成光电二极管(D1)一极的由半导体材料构成的区域之间设置有环状接触面，仅在引出光电二极管(D1)另外一极的引线的位置留有开口；在拓扑结构上，所述遮光结构在像素阵列内部仅在每个所述环状接触面内部以及所述开口处具有孔洞；

所述像素单元电路包括光电二极管(D1)、信号存储电容(C1)、曝光开始控制晶体管(M1)、曝光结束控制晶体管(M2)、复位晶体管(M3)、读出缓冲晶体管(M4)与读出选择晶体管(M5)；所述信号存储电容(C1)的一端连接光电二极管(D1)的正极或负极、曝光开始控制晶体管(M1)的漏极、复位晶体管(M3)的漏极或源极，另一端连接曝光结束控制晶体管(M2)的漏极以及读出缓冲晶体管(M4)的栅极。

2.如权利要求1所述的半导体影像传感器，其特征在于，每一个像素单元电路中所包含的半导体光电二极管(D1)的负极为位于p型导电类型区域中的n型区域，正极为位于所述n型区域中的p型区域；罩在除所述光电二极管(D1)的光敏感区域以外的位置上的遮光结构与构成光电二极管(D1)的负极的n型区域间形成完整的环状接触，仅在引出光电二极管(D1)正极的引线的位置留有开口。

3.如权利要求2所述的半导体影像传感器，其特征在于，所述曝光开始控制晶体管(M1)是NMOS晶体管，所述曝光结束控制晶体管(M2)是NMOS晶体管，所述复位晶体管(M3)是PMOS晶体管，所述光电二极管(D1)的负极连接供电电源正极，所述信号存储电容(C1)的一端连接光电二极管(D1)的正极、曝光开始控制晶体管(M1)的漏极以及复位晶体管(M3)的漏极，另一端连接曝光结束控制晶体管(M2)的漏极以及读出缓冲晶体管(M4)的栅极；所述像素单元电路还包括电源退耦电容。

4.如权利要求3所述的半导体影像传感器，其特征在于，所述曝光结束控制晶体管(M2)为位于深n阱中的隔离p阱里的隔离体端口NMOS晶体管。

5.如权利要求1所述的半导体影像传感器，其特征在于，还具有高速全局同步快门，用于控制曝光开始和曝光结束的电脉冲信号在像素阵列外部产生并分配，并通过多个相同或相近似的位于像素阵列内部的快门信号传输电路最终传递到每一个像素中；所述快门信号传输电路由一系列连接为树状拓扑的CMOS逻辑电路缓冲器组成；每个快门信号传输电路占据像素阵列中的一列或一行的位置。

6.如权利要求1所述的半导体影像传感器，其特征在于，还具有高速全局同步快门，用于传输控制曝光开始和曝光结束的电脉冲信号的信号传输电路的电源电压在曝光前短时间内以及曝光中被短暂升高至大于其正常工作电压的较高电压。