[发明专利]用于半导体成像传感器的可调阱容量像素

权利要求书

1.一种用于成像传感器像素中的选择性光电二极管阱容量调整的方法，所述方法包括：

通过以下步骤，将阱容量调整(WCA)栅极光电传感器块第一配置为在积分时间窗中以积分模式操作：

设置所述WCA栅极光电传感器块的传输门，以在所述WCA栅极光电传感器块的光电二极管区域和所述WCA栅极光电传感器块的浮动扩散(FD)区域之间形成势垒，所述光电二极管区域具有注入半导体衬底中的掺杂阱，以具有至少由阱电势定义的阱容量；

将所述WCA栅极光电传感器块的WCA栅极设置为第一偏置，所述WCA栅极集成在所述半导体衬底中，以形成至少部分包围所述掺杂阱并与所述掺杂阱电容性耦合的壁，使得所述第一偏置将所述阱电势推到对应于全阱容量的第一阱电势；以及

引导将所述光电二极管区域暴露于入射照明，以在所述积分时间窗期间在所述掺杂阱中引起光电荷的累积；

通过以下步骤，将所述WCA栅极光电传感器块第二配置为在所述积分时间窗之后的传输时间窗中以传输模式操作：

设置所述传输门，以在所述掺杂阱和所述FD区域之间形成电流沟道；以及

将所述WCA栅极设置为第二偏置，以将所述阱电势拉到对应于减小的阱容量的第二阱电势，所述第二阱电势小于所述电流沟道的沟道电势，所述沟道电势小于所述FD区域的FD电势。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一阱电势大于所述沟道电势。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一阱电势大于所述FD电势。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二配置包括在将所述WCA栅极设置为所述第二偏置之前，执行所述设置所述传输门，以形成所述电流沟道。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二配置使得在所述积分时间窗期间累积在所述掺杂阱中的光电荷经由所述电流沟道传输到所述FD区域，作为传输光电荷，并且还包括：

通过以下步骤将所述WCA栅极光电传感器块第三配置为在所述传输时间窗之后的溢回抑制时间窗中以溢回抑制模式操作：重置所述传输门，以在所述掺杂阱和所述FD区域之间形成所述势垒，同时继续将所述WCA栅极设置为所述第二偏置。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括：

通过在所述传输门被设置为形成所述势垒的情况下引导与所述FD区域耦合的读出电路从所述FD区域读出所述传输光电荷，来将所述WCA栅极光电传感器块第四配置为在所述溢回抑制时间窗之后的读出时间窗中以读出模式操作。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第四配置还包括：

在所述读出时间窗期间，将所述WCA栅极重置为所述第一偏置。

8.一种成像传感器像素，包括：

阱容量调整(WCA)栅极光电传感器块，所述WCA栅极光电传感器块被选择性地配置为至少以积分模式和传输模式操作，所述WCA栅极光电传感器块包括：

光电二极管区域，所述光电二极管区域具有注入到半导体衬底中的掺杂阱，以响应于所述WCA栅极光电传感器块暴露于入射照明而累积光电荷，所述掺杂阱具有至少由阱电势限定的阱容量；

WCA栅极，所述WCA栅极集成在所述半导体衬底中，以形成至少部分包围所述掺杂阱并与所述掺杂阱电容性耦合的壁，使得所述阱电势至少基于所述WCA栅极的偏置；

浮动扩散(FD)区域，所述FD区域注入到所述半导体衬底中，以具有FD电势；以及

传输门，用于选择性地在所述掺杂阱和所述浮动扩散区域之间形成电流沟道，所述电流沟道具有小于所述FD电势的沟道电势，

其中，在所述积分模式中，所述WCA栅极被第一偏置，以将所述阱电势设置为对应于全阱容量的第一阱电势，并且

其中，在所述传输模式中，所述WCA栅极被第二偏置，以将所述阱电势设置为第二阱电势，所述第二阱电势小于所述第一阱电势、小于所述沟道电势并且对应于所述减小的阱容量。

9.根据权利要求8所述的成像传感器像素，其中，所述第一阱电势大于所述沟道电势。