[实用新型]像素单元、图像传感器及电子设备

说明书

一种像素单元、图像传感器及电子设备，其中像素单元包括：光电二极管、传输晶体管、浮动扩散点，复位晶体管、转换增益控制晶体管以及增益控制电容；其中浮动扩散点靠近传输晶体管设置并连接至传输晶体管；转换增益控制晶体管连接在浮动扩散点和复位晶体管之间；增益控制电容的第一极包括连接部和拓展部，连接部为复位晶体管与转换增益控制晶体管两者的连接点，拓展部由该连接点凸伸至按列方向相邻的两个光电二极管之间；采用连接部和拓展部结合以构成增益控制电容，进而达到更低的低增益值，以提升图像传感器的增益比率和在高光场景下的工作性能。

技术领域

本实用新型涉及图像传感器技术领域，尤其涉及一种高增益比率的像素单元、图像传感器及电子设备。

背景技术

图像传感器是将光信号转换成电信号的半导体装置。现有的图像传感器包括电荷耦合器件(CCD)与互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。与传统的CCD传感器相比，CMOS图像传感器具有低功耗、低成本等特点，因此得到越来越广泛的应用。

通常的CMOS图像传感器采用传输晶体管将光敏元件例如光电二极管产生的电子传输到浮动扩散节点并通过源极跟随放大器晶体管输出。根据实际应用，部分传感器会设计双转换增益模式，以在不同的应用环境中采用不同增益，比如，在低光场景下，图像传感器的像素电路工作在高转换增益模式下，灵敏度较高；在高光场景下，图像传感器的像素电路工作在低转换增益模式下，灵敏度相对低，但能够读出更多的信号。

但是，限于工艺水平，小尺寸的图像传感器无法继续降低低增益部分，以应用在高光环境下。浮动扩散节点的寄生电容电容值影响动态范围的上限，光电二极管热产生的电荷以及其他噪声因素影响像素动态范围的下限，动态范围为像素电路的最大可检测照明强度与最小可检测照明强度的比率。如果将要成像的场景的动态范围超过了像素电路的动态范围，将导致图像传感器的像素电路饱和，在大动态范围的场景，例如室外场景下可能影响光信号的正确捕捉。

因此为了提升图像传感器在高光场景下的工作性能，需要降低像素电路的低增益值。图1示出了现有技术中一种图像传感器的像素单元的布局结构示意图，其中复位晶体管RST和转换增益控制晶体管DCG在左右相邻的两列光电二极管PD之间为同一方向布局，源极跟随晶体管SF和行选择晶体管 RS在上下相邻的两行光电二极管PD之间为同一方向布局。此种布局结构浮动扩散节点的寄生电容值较小，无法降低图像传感器的低增益值。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种像素单元、图像传感器及电子设备，解决现有的图像传感器中低增益值偏高，导致动态范围小的问题，提升图像传感器的增益比率和在高光场景下的工作性能。

本实用新型提供一种像素单元，该像素单元包括：

光电二极管及连接到所述光电二极管的传输晶体管，所述传输晶体管以一角度倾斜设置于所述光电二极管的角部；

浮动扩散点，所述浮动扩散点靠近所述传输晶体管设置并连接至所述传输晶体管；

复位晶体管和转换增益控制晶体管，所述转换增益控制晶体管连接在所述浮动扩散点和所述复位晶体管之间；

增益控制电容，所述增益控制电容的第一极包括连接部和拓展部，所述连接部为所述复位晶体管与所述转换增益控制晶体管两者的连接点，所述拓展部由所述连接点凸伸至按列方向相邻的两个光电二极管之间。

可选的，所述光电二极管在位于所述连接部的右上方、右下方及左上方处设有缺口，以使得所述增益控制电容的连接部形成为多边形。

可选的，所述连接部向上方凸伸以连接至所述复位晶体管，所述连接部向右方凸伸以连接至所述增益控制电容的拓展部。

可选的，所述转换增益控制晶体管的栅极呈不规则形状布置，其源极与浮动扩散点连接，其漏极与所述增益控制电容和所述复位晶体管连接。