[实用新型]像素电路、像素电路结构以及图像传感器

说明书

本实用新型描述了一种像素电路，包括：光电转换元件、电荷存储转移电路和读出电路；电荷存储转移电路包括电荷转移晶体管、电荷传输晶体管以及位于二者之间的电荷存储单元，电荷存储单元上设置有控制栅，以在积分电荷信号输出过程中，在电荷转移晶体管与电荷存储单元之间形成电荷转移驱动电势，并在电荷存储单元与电荷传输晶体管之间形成信号输出驱动电势以输出积分电荷信号。本实用新型还包括上述像素电路的结构以及一种CMOS图像传感器。本实用新型通过在积分电荷信号输出过程中，形成从电荷转移晶体管到电荷存储单元再到电荷传输晶体管的电荷流通路径，减少电荷传输过程中电荷的残留，有效的改善光电转换元件中的电子传输效率。

技术领域

本实用新型涉及图像传感器领域，特别是涉及一种像素电路、像素电路结构以及包含该像素电路结构的CMOS图像传感器。

背景技术

随着智能化时代的日新月异，摄像头对于消费者来说已经是耳熟能详的名词，而拍照性能的高低与CMOS图像传感器(CIS)芯片具有直接的关系。其中，飞行时间传感器Time-of-Flight(ToF)，顾名思义，是一种利用光飞行时间的技术，ToF向场景中发射近红外光，利用光的飞行时间信息，能够捕获目标物体的三维(3D)距离信息，获得3D图像；广泛应用在行为分析、监控、汽车自动驾驶、人工智能、机器视觉感知和图像3D增强等领域。

飞行时间传感器可以采用直接的方法(dToF)获得光的旅行时间，也可以采用间接的方法(iToF)获得光的旅行时间，dToF会在单帧测量时间内发射和接收N次光信号，然后对记录的N次飞行时间做直方图统计，其中出现频率最高的飞行时间t用来计算待测物体的深度，dToF的原理看起来虽然很简单，但是实际能达到较高的精度很困难；iToF是向场景中发射存储后的红外光信号，再由传感器接收场景中待测物体反射回来的光信号，根据曝光(积分)时间内的累计电荷计算发射信号和接收信号之间的相位差，从而获取目标物体的深度。然而，现有的图像传感器在信号传输过程中难以实现产生的电荷的有效输出。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种像素电路、像素电路结构以及包含该像素电路结构的CMOS图像传感器。

本实用新型提供了一种像素电路，包括：

光电转换元件，配置为接收光信号以产生电荷；

电荷存储转移电路，电荷存储转移电路的输入端与光电转换元件连接，其中，电荷存储转移电路配置为根据电荷转移信号对电荷进行存储以生成积分电荷信号，并根据控制选择信号将积分电荷信号输出；

读出电路，与电荷存储转移电路的输出端相连接，配置为根据积分电荷信号输出电信号；

其中，电荷存储转移电路包括电荷转移晶体管、电荷传输晶体管以及位于二者之间的电荷储存单元，电荷存储单元上设置有控制栅，控制栅接入可变电压，以在积分电荷信号输出过程中，在电荷转移晶体管与电荷存储单元之间形成电荷转移驱动电势，且至少在电荷存储单元与电荷传输晶体管之间形成信号输出驱动电势以输出积分电荷信号。

本实用新型还提供了一种适用于上述像素电路的或者适用于上述像素电路的像素电路结构，包括：

半导体衬底，具有相对的第一面和第二面；

光电转换区，自第一面延伸至半导体衬底中，以形成光电转换元件；

电荷转移晶体管栅极及电荷传输晶体管栅极，均位于第一面，电荷转移晶体管栅极布置在光电转换区外围且与电荷传输晶体管栅极之间具有间距；

电荷存储单元，自第一面延伸至半导体衬底中，且对应位于电荷转移晶体管栅极和电荷传输晶体管栅极之间，并同时形成电荷转移晶体管及电荷传输晶体管；其中，电荷存储单元至少延伸至电荷转移晶体管栅极正下方；

控制栅，位于电荷存储单元表面，且布置在电荷转移晶体管栅极及电荷传输晶体管栅极之间，并与二者具有间距。