[发明专利]像素架构和图像传感器

说明书

一种像素架构包括：被配置成响应于入射光来生成电荷的吸收层(112)；半导体电荷传输层(118)，该半导体电荷传输层(118)被配置成传输所生成的电荷穿过电荷传输层(118)，其中一个或多个掺杂区域(122)被布置在电荷传输层(118)中，其中所述电荷传输层包括偏置区域(121)以及与该偏置区域(121)相关联的电荷分配区域(120)；连接到偏置区域(121)并向偏置区域(121)提供可选择的偏置电压的电连接(132)；以及至少一个转移栅极(124、126)，其中掺杂区域(122)和偏置区域(121)被不同地偏置以用于将所生成的电荷的传输朝向电荷分配区域(120)驱动，以及用于与至少一个转移栅极(124、126)一起控制电荷从电荷分配区域(120)到电荷节点(128、130)的转移。

技术领域

本发明概念涉及用于入射光检测的像素架构和包括像素阵列的图像传感器。特别地，本发明概念涉及可适用于高速成像的像素架构和图像传感器，其中电荷在像素架构内的快速转移是重要的。

背景

在一些成像应用中，重要的是在非常短的时间段内获取信息。例如，这可能对高速事件的成像很重要，其可例如被用于荧光显微镜中以检测诱导荧光的定时。

在深度或距离感测应用中，也需要以非常快的方式获取信息。此类应用可利用飞行时间(TOF)，即通过确定图像传感器何时接收到由对象反射的光脉冲的时间点，可确定到对象的距离。TOF应用可利用具有非常锐利边缘的光脉冲。光脉冲或光脉冲的边缘可具有非常短的持续时间，诸如纳秒级或甚至更短，这意味着可获得高分辨率的深度或距离感测。

对于TOF应用，可提供一系列光脉冲。对信息进行获取可以与光脉冲序列同步，使得由脉冲生成的电荷被累积，从而可在序列中的多个光脉冲上对信息执行整合，即所谓的锁定感测。这可实现TOF感测的改善的信噪比。

然而，为了能够以非常快的方式获取图像信息(例如TOF应用所需要的)，图像传感器需要具有可以以非常快的方式在像素内转移电荷的像素，以便获取信息并快速使像素准备好感测新信息。

在US 2011/0187908中，公开了一种高速电荷转移光电二极管，包括作为电荷生成区域的第一导电型半导体层；和作为由所述电荷生成区域生成的电荷的电荷转移区域的第二导电型表面埋置(surface-buried)区域，其中沿平行于半导体层的表面的平面提供的表面埋置区域中的指定方向被指定为电荷的电荷转移方向，并且在与电荷转移方向正交的方向上测得的表面埋置区域的宽度的变化和沿电荷转移方向测得的表面埋置区域的杂质浓度分布的变化中的至少一者被确定使得电荷转移方向上的电场分布是恒定的。

然而，US 2011/0187908的结构要求精确控制表面埋置区域的宽度或表面埋置区域的杂质浓度分布的变化以实现恒定的电场分布，这就对生产结构的制造过程施加了精确的控制要求。此外，可被诱导以驱动对电荷进行传输的电场的强度是有限的，因此在电荷收集区域中收集电荷的速度是有限的。

概述

本发明概念的目标是提供一种像素架构，该像素架构能够在像素内快速转移电荷以便于高速成像。本发明概念的特定目标是提供一种像素架构，其中能够对电荷转移实现动态控制。

本发明构思的这一目标和其他目标至少部分地由如独立权利要求中所限定的本发明来满足。在从属权利要求中阐述了优选实施例。