[发明专利]具有相位敏感像素的图像传感器

说明书

成像装置(100，200)包括被配置为将入射光子转换为电荷载流子的感光介质(302)。偏压电极(304)覆盖该感光介质并向该感光介质施加偏压电势。一个或多个像素电路(306)形成在半导体基板上。每个像素电路限定相应像素(300)并包括第一像素电极和第二像素电极(316，318)，该第一像素电极和第二像素电极(316，318)被耦接以在相应的第一位置和第二位置处从该感光介质收集该电荷载流子，并且第一传输栅极和第二传输栅极(326，328)分别靠近第一像素电极和第二像素电极。电路(700)被耦接以将不同的、相应的第一电势和第二电势施加到该第一传输栅极和第二传输栅极并改变该第一电势和第二电势，以便控制由该第一电极和第二电极收集的该电荷载流子的相对比例。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年10月24日提交的美国临时专利申请62/411,910的权益，该申请以引用方式并入本文。

技术领域

本发明整体涉及图像感测设备，并且具体地讲，涉及基于膜的图像传感器和使用此类图像传感器进行感测的方法。

背景技术

在基于膜的图像传感器中，基于硅的开关阵列覆盖有感光膜，诸如含有量子点分散体的膜。这种膜被称为“量子膜”。该开关阵列可与本领域已知的互补金属氧化物夹层(CMOS)图像传感器中所用的那些类似，通过合适的电极耦合至膜，以便读出由于入射光而累积在膜的每个像素中的光电荷。

美国专利7,923,801描述了基于此类量子膜的光电设备的材料、系统和方法，其公开内容以引用方式并入本文。

发明内容

下文描述的本发明的实施方案提供了用于操作具有增强性能的图像传感器的增强图像传感器设计和方法。

因此，根据本发明的实施方案，提供了成像装置，该成像装置包括感光介质，该感光介质被配置为将入射光子转换成电荷载流子。至少部分地透明的偏压电极覆盖在感光介质上面，并被配置为将偏压电势施加到感光介质。在半导体基板上形成一个或多个像素电路。每个像素电路限定相应像素，并包括第一像素电极和第二像素电极，该第一像素电极和该第二像素电极被耦接以在相应的第一位置和第二位置处从感光介质收集电荷载流子，该第一位置和该第二位置跨像素间隔开，并且第一传输栅极和第二传输栅极分别邻近该第一像素电极和该第二像素电极。电路被耦接以将不同的、相应的第一电势和第二电势施加到该第一传输栅极和该第二传输栅极并改变该第一电势和该第二电势，以便控制由第一电极和第二电极收集的电荷载流子的相对比例。

在一些实施方案中，感光介质包括量子膜。在一个实施方案中，量子膜具有第一电荷迁移率，并且感光介质包括位于该量子膜与第一电极和第二电极之间具有高于第一电荷迁移率的第二电荷迁移率的非导电层。除此之外或另选地，该像素电路包括邻近感光介质位于第一传输栅极和第二传输栅极之间的光栅极(photogate)，并且电路被配置为偏压该光栅极，以便有利于电荷载流子传输至第一像素电极和第二像素电极。

在一些实施方案中，像素电路包括读出电路，该读出电路被配置为响应于由第一像素电极和第二像素电极分别收集的电荷载流子来输出第一信号和第二信号。在所公开的实施方案中，该装置还包括照明源和控制电路，该照明源被配置为输出具有指定的脉冲持续时间的辐射的脉冲；该控制电路被配置为与该辐射的脉冲同步地驱动一个或多个像素电路，以将具有指定脉冲持续时间的第一控制脉冲和第二控制脉冲分别顺序地施加到该第一传输栅极和该第二传输栅极，并将响应于第一控制脉冲和第二控制脉冲而输出的所述第一信号和第二信号进行比较，以便估计所述辐射的飞行时间。在典型应用中，一个或多个像素电路限定以阵列中的行和列布置的多个像素，并且控制电路被配置为在阵列上施加所估计的飞行时间，以便构造由照明源照射的对象的深度图。