[发明专利]图像传感器和摄像设备

说明书

本发明提供一种图像传感器和摄像设备。公开了一种用于抑制依赖于像素位置的光子检测效率的降低的光子计数型图像传感器。该图像传感器包括像素区域，其中多个像素以矩阵形式排列，各像素包括光电转换区域和雪崩击穿区域。在像素的平面图中，雪崩击穿区域的大小小于光电转换区域的大小。另外，在被配置在像素区域的周边区域中的至少一部分像素中，雪崩击穿区域是以该雪崩击穿区域的位置相对于像素区域的中央区域中所配置的像素中的雪崩击穿区域的位置偏移的方式形成的。

技术领域

本发明涉及图像传感器和摄像设备，并且特别地涉及图像传感器的结构。

背景技术

提出了一种光电二极管阵列，其包括施加了比击穿电压高的反向偏置电压的雪崩光电二极管(APD)的阵列、并且检测入射在特定范围上的光子的数量(日本特开2012-174783)。还提出了使用这种光电二极管阵列作为光子计数型图像传感器。

施加了比击穿电压高的反向偏置电压的APD每当光子入射时都会通过雪崩击穿产生光电流。可以通过将与光电流的产生相关联的电压变化整形为脉冲信号、并使用计数器对所产生的脉冲信号进行计数来检测入射在APD上的光子的数量。例如，由于在曝光时间段期间计数的脉冲数与曝光时间段期间的入射光量相当，因此计数器的计数值可以用作像素数据。由于无需进行电荷传送等，因此与传统CCD或CMOS图像传感器相比可以获得受电路噪声影响较小的像素数据，并且这在例如暗处拍摄时是有利的。

如果在APD中发生雪崩击穿的高电场区域中由于晶体缺陷等而产生暗电流，则对基于暗电流的脉冲信号进行计数。通过在不改变由光子入射产生载流子的光接收区域的面积的情况下缩小高电场区域的面积，可以降低高电场区域内包括晶体缺陷等的概率，从而抑制误检测。

在形成为包括作为像素的APD的阵列的图像传感器的情况下，尽管被配置在像高小的位置中的像素具有基本上从像素的正面入射在其上的光，但被配置在像高大的位置中的像素具有从斜方向入射在其上的光。也就是说，光相对于光接收区域的入射角度和入射位置根据像素的像高而不同。这意味着，入射光子在像素内产生载流子的位置根据像素的像高而不同。

因此，在高电场区域被形成为具有小的面积以抑制暗电流的产生的情况下，载流子到达高电场区域所需的移动距离和方向根据像素而不同。这导致产生载流子不能加速至高电场区域中发生雪崩击穿所需的速度的可能性。此外，在载流子移动长距离到高电场区域的像素中，载流子在其到达高电场区域之前再结合并消失的概率增加，这可能导致入射光子的检测效率的降低。

发明内容

鉴于传统技术的上述问题，作出了本发明。本发明提供用于抑制依赖于像素位置的光子检测效率的降低的光子计数型图像传感器。

根据本发明的方面，提供一种图像传感器，包括：像素区域，其中多个像素以矩阵形式排列，各像素包括通过入射光的光电转换产生电荷的光电转换区域以及由于所述光电转换所产生的电荷而发生雪崩击穿的雪崩击穿区域，其中，在所述像素区域中所排列的各像素的平面图中，雪崩击穿区域的大小小于光电转换区域的大小，以及在所述像素区域中所排列的像素之中的配置在所述像素区域的周边区域中的至少一部分像素中，雪崩击穿区域是以该雪崩击穿区域的位置相对于所述像素区域的中央区域中所配置的像素中的雪崩击穿区域的位置发生偏移的方式形成的。

根据本发明的另一方面，提供一种图像传感器，包括：像素区域，其中排列了多个像素，各像素包括由于光电转换所产生的电荷而发生雪崩击穿的雪崩击穿区域以及用于施加雪崩击穿所用的电压的电极，其中，在所述像素区域中所排列的像素之中的至少部分像素中，电极是以该电极的位置与其它像素中的电极的位置不同的方式形成的。

根据本发明的又一方面，提供一种图像传感器，包括：像素区域，其中排列了多个像素，各像素包括由于光电转换所产生的电荷而发生雪崩击穿的雪崩击穿区域，其中，在所述像素区域中所排列的像素之中的至少部分像素中，雪崩击穿区域是以该雪崩击穿区域的位置与其它像素中的雪崩击穿区域的位置不同的方式形成的。