[实用新型]图像传感器像素、图像传感器像素电路及成像系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求由Sergey Velichko发明的、提交于2016年2月23日的名称为“Image Sensors Having High Efficiency Charge Storage Capabilities”(具有高效电荷存储能力的图像传感器)的美国临时申请No.62/298683的优先权，该临时申请以引用方式并入本文并且据此要求该申请的共同主题的优先权。

技术领域

本实用新型整体涉及成像设备，并且更具体地讲，涉及具有能够存储电荷的图像传感器的成像设备。

背景技术

图像传感器常在电子设备，例如，移动电话、相机和计算机中用来捕获图像。在典型布置方式中，电子设备设置有被布置成像素行和像素列的图像像素阵列。通常将电路耦接到各个像素列以读出来自图像像素的图像信号。

图像像素包含响应于图像光而生成电荷的光电二极管以及对应的电荷存储区。光电二极管和电荷存储区形成在半导体衬底内。图像传感器通常被配置成使用全局快门方案或卷帘快门方案进行操作。当在全局快门方案下操作时，图像传感器中的所有像素被同时重置。然后，使用电荷转移操作，将每个图像像素的光电二极管中收集的电荷同时转移至相关联的电荷存储区。接着，可从每个电荷存储区逐行读出数据。当在卷帘快门方案下操作时，图像传感器中的一行中的所有像素被同时重置。使用电荷转移操作，将电荷从光电二极管逐行转移到相关联的电荷存储区。接着，在快门与读出之间的一些积聚时间后，逐行读出电荷存储区。

在常规图像传感器像素中，电荷存储区在半导体衬底上占据的面积基本上类似于光电二极管在半导体衬底上占据的面积。然而，在半导体衬底上占据过多面积可不利地将电荷存储区暴露于光，从而降低图像系统的快门效率。另外，过大的电荷存储区会减小对应的光电二极管尺寸，从而降低像素的总灵敏度。

因此，可能有利的是能够提供具有改进的图像传感器像素的成像设备。

实用新型内容

一方面，本实用新型提供一种图像传感器像素，其特征在于包括：光敏区，所述光敏区响应于图像光而生成电荷；电荷存储区域；电荷转移晶体管，所述电荷转移晶体管被配置成将所生成的电荷从所述光敏区转移到所述电荷存储区；电容器；以及受钉扎势垒，所述受钉扎势垒耦接在所述电荷存储区与所述电容器之间，其中所述受钉扎势垒被配置成将所转移的电荷的一部分从所述电荷存储区传送到所述电容器。

根据上述图像传感器像素的一个单独实施例，其特征在于所述光敏区表现出第一受钉扎电位，所述电荷存储区表现出第二受钉扎电位，并且所述受钉扎势垒表现出第三受钉扎电位，所述第三受钉扎电位在所述第一受钉扎电位与所述第二受钉扎电位之间。

根据上述图像传感器像素的一个单独实施例，其特征在于还包括：浮动扩散区；以及附加的电荷转移晶体管，所述附加的电荷转移晶体管被配置成将所转移的电荷中的至少一些从所述电荷存储区转移到所述浮动扩散区。

根据上述图像传感器像素的一个单独实施例，特征在于还包括：双转换增益晶体管，所述双转换增益晶体管耦接在所述电容器和所述浮动扩散区之间，其中所述双转换增益晶体管被配置成将所转移的电荷的所述一部分从所述电容器转移到所述浮动扩散区。

根据上述图像传感器像素的一个单独实施例，其特征在于还包括：浮动扩散区；以及耦接在所述电容器和所述浮动扩散区之间的晶体管，其中所述晶体管被配置成将所转移的电荷的所述一部分从所述电容器转移到所述浮动扩散区。

根据上述图像传感器像素的一个单独实施例，其特征在于所述晶体管被配置成调整所述图像传感器像素的转换增益。

根据上述图像传感器像素的一个单独实施例，其特征在于还包括：附加的电荷转移晶体管，所述附加的电荷转移晶体管耦接在所述电荷存储区与所述浮动扩散区之间。

根据上述图像传感器像素的一个单独实施例，其特征在于所述电荷存储区和所述光敏区形成在半导体衬底内，其中所述电容器形成在所述半导体衬底上并在所述电荷存储区上方，并且其中所述电容器被配置成为所述电荷存储区遮挡所述图像光。

根据上述图像传感器像素的一个单独实施例，其特征在于还包括：介电叠堆，所述介电叠堆形成在所述半导体衬底上方，其中所述电容器包括第一电容器板和第二电容器板，其中所述第一电容器板形成在所述介电叠堆的第一金属化层中，并且其中所述第二电容器板形成在所述介电叠堆的第二金属化层中。