[发明专利]像素结构、具有像素结构的图像传感器装置和系统、以及操作该像素结构的方法

权利要求书

1.一种用于半导体成像装置的像素结构，包括：

光电探测器(PD)，其位于半导体材料(S)中，

第一传输门(TX1)，其位于所述半导体材料中的所述光电探测器(PD)与第一扩散区域(FD1)之间，

第二传输门(TX2)，其位于所述半导体材料中的所述光电探测器(PD)与第二扩散区域(FD2)之间，

电容器(C)，其连接在所述第一扩散区域(FD1)与所述第二扩散区域(FD2)之间，

第一开关(RST1)，其连接在所述第一扩散区域(FD1)与第一基准电压(V_ref1)之间，以及

第二开关(RST2)，其连接在所述第二扩散区域(FD2)与第二基准电压(V_ref2)之间；

其中，所述第一基准电压(V_ref1)是高电压，所述第二基准电压(V_ref2)是低电压。

2.根据权利要求1所述的像素结构，其中，

所述光电探测器(PD)是在包括所述半导体材料(S)的衬底中的钉扎式光电二极管。

3.根据权利要求1所述的像素结构，还包括：

缓冲放大器，其连接到所述第一扩散区域(FD1)和所述第二扩散区域(FD2)。

4.根据权利要求1所述的像素结构，其中，所述第一基准电压(V_ref1)或所述第二基准电压(V_ref2)连接到电源电压(V_DD)。

5.根据权利要求1所述的像素结构，还包括：

选择晶体管(SEL)，其连接到列总线。

6.根据权利要求5所述的像素结构，还包括：

源极跟随器(SF)，其由场效应晶体管形成，所述源极跟随器连接到所述选择晶体管(SEL)，其中，所述源极跟随器(SF)的栅极连接到所述第一扩散区域(FD1)。

7.一种图像传感器装置，其包括根据权利要求1所述的像素结构的二维阵列。

8.一种成像系统，其包括根据权利要求7所述的图像传感器装置，所述成像系统还包括：

光源(L)，其与所述图像传感器装置同步，其中，当在第一扩散区域(FD1)上采集信号时，所述光源(L)配置为激活，并且当在第二扩散区域(FD2)上采集信号时，所述光源(L)配置为非激活，反之亦然。

9.根据权利要求8所述的成像系统，其中，

所述光源(L)配置为将图案或图案序列投射到要成像的场景上。

10.一种操作根据权利要求1所述的像素结构的方法，包括：

通过将第一开关(RST1)和第二开关(RST2)二者都闭合到连接状态来使所述电容器(C)放电，

在所述第二开关(RST2)在连接状态下闭合的同时，在光电探测器(PD)上采集第一信号，并且通过第一传输门(TX1)上的电荷传输脉冲将第一信号传输到第一扩散区域(FD1)，

在所述第一开关(RST1)在连接状态下闭合的同时，在所述光电探测器(PD)上采集第二信号，并且通过第二传输门(TX2)上的电荷传输脉冲将第二信号传输到第二扩散区域(FD2)，以及

在采集这些信号之后，在所述第二扩散区域(FD2)经由所述第二开关(RST2)连接到第二基准电压(V_ref2)的同时，从所述第一扩散区域(FD1)读出像素信号。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，

在所述像素信号的读出期间，所述第二传输门(TX2)的电势高于所述第一传输门(TX1)的电势。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，

所述第一信号和所述第二信号重复采集并累积在电容器(C)上。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，

所述第一传输门(TX1)上的电荷传输脉冲和所述第二传输门(TX2)上的电荷传输脉冲中的至少一个是多脉冲。