[发明专利]成像像素

说明书

本发明公开了一种成像像素。一种图像传感器可包括具有高动态范围的多个成像像素。每个成像像素可具有光电二极管、浮动扩散区和转移晶体管，该转移晶体管被配置为将电荷从光电二极管转移到浮动扩散区。每个成像像素还可包括溢出电容器和溢出晶体管，该溢出晶体管插置在光电二极管与溢出电容器之间。双转换增益晶体管可插置在溢出电容器与浮动扩散区之间。为了减少与像素的操作相关联的噪声，环形导电层可形成用于溢出晶体管和双转换增益晶体管两者的栅极。该公共栅极可在积聚期间被设置到中间电平以允许电荷经过溢出晶体管溢出到溢出电容器。公共栅极还可用于断言双转换增益晶体管。

技术领域

本发明整体涉及图像传感器，具体地涉及成像像素，并且更具体地讲，涉及被配置为产生高动态范围(HDR)图像的图像传感器。

背景技术

现代电子设备(诸如移动电话、相机和计算机)通常使用数字图像传感器。成像器(即，图像传感器)由二维图像感测像素阵列形成。每个像素可包括用于接收入射光子(入射光)并把光子转变为电荷的光传感器，诸如光电二极管。常规图像像素阵列包括前照式图像像素或背照式图像像素。图像传感器可包括在衬底前表面中形成的光电二极管和其他操作电路(例如晶体管)。二维图像感测像素阵列中的单个图像感测像素包括单个光敏区、形成在光敏区上方的滤色器以及形成在滤色器上方的单个圆顶形微透镜。

常规成像系统可能具有带有与低动态范围相关的伪影的图像。具有较亮部分和较暗部分的场景可在常规图像传感器中产生伪影，因为图像的各部分可能曝光过度或曝光不足。常规成像系统还可具有比期望更低的信噪比。

因此，希望提供具有改善的动态范围和减少的噪声的图像传感器。

发明内容

根据本发明一实施例，提供了一种成像像素。所述成像像素包括：光电二极管，所述光电二极管被配置为响应于入射光而生成电荷；溢出电容器；第一晶体管，所述第一晶体管被配置为使得高于给定阈值的电荷能够从所述光电二极管溢出到所述溢出电容器；浮动扩散区；第二晶体管，所述第二晶体管介于所述溢出电容器与所述浮动扩散区之间；和，环形导电层，所述环形导电层形成所述第一晶体管的栅极和所述第二晶体管的栅极。

根据本发明另一实施例，提供了一种成像像素。所述成像像素包括：光电二极管，所述光电二极管被配置为响应于入射光而生成电荷；浮动扩散区；转移晶体管，所述转移晶体管介于所述光电二极管与所述浮动扩散区之间；隔离扩散区，所述隔离扩散区与环形栅极的中心开口重叠；第一晶体管，所述第一晶体管介于所述光电二极管与所述隔离扩散区之间，其中，所述环形栅极的第一部分形成所述第一晶体管的栅极；和，第二晶体管，所述第二晶体管介于所述隔离扩散区与所述浮动扩散区之间，其中，所述环形栅极的第二部分形成所述第二晶体管的栅极。

根据本发明另一实施例，提供了一种成像像素，所述成像像素包括：半导体衬底；在所述半导体衬底中的光电二极管；在所述半导体衬底中的浮动扩散区；在所述半导体衬底中的封闭扩散区；第一栅极，其中，所述第一栅极和所述半导体衬底重叠，并且所述第一栅极介于所述光电二极管与所述浮动扩散区之间；环形的第二栅极，其中，所述第二栅极和所述半导体衬底重叠，其中，所述第二栅极的一部分介于所述封闭扩散区与所述浮动扩散区之间；在所述半导体衬底中的势垒，所述势垒介于所述光电二极管与所述封闭扩散区之间；和，电容器，所述电容器电连接到所述封闭扩散区。

附图说明

图1是根据一个实施方案的具有图像传感器的示例性电子设备的示意图。

图2是根据一个实施方案的用于读出图像传感器中的图像信号的例示性像素阵列以及相关联的读出电路的示意图。

图3A是根据一个实施方案的具有双转换增益晶体管和溢出电容器的示例性成像像素的电路图。

图3B是根据一个实施方案的具有双转换增益晶体管和溢出晶体管的示例性成像像素的电路图。