图像像素和图像传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及图像像素和图像传感器。所述图像像素包括：具有第一组至少一个光电二极管的第一子像素组；具有第二组至少一个光电二极管的第二子像素组；以及至少一个选通晶体管，所述至少一个选通晶体管在电荷聚积在所述第二光电二极管中时将溢出电荷从所述第二光电二极管路由到至少一个存储节点。本实用新型专利技术解决的一个技术问题是为成像设备改善图像像素。本实用新型专利技术解决的一个技术效果是提供改善的图像像素和改善的图像传感器。

Image pixels and image sensors

The utility model relates to an image pixel and an image sensor. The image pixels include: a first subpixel group with at least one photodiode; a second sub pixel group of at least one photodiode of second sets; and at least one gated transistor, the at least one of the gated transistors will charge the overflow charge when the charge is accumulated in the second photodiode. The second photodiode is routed to at least one storage node. A technical problem solved by the utility model is to improve the image pixels for the imaging device. The technical effect of the utility model is to provide an improved image pixel and an improved image sensor.

【技术实现步骤摘要】
图像像素和图像传感器
本技术整体涉及成像传感器，并且更具体地讲，涉及具有包括不止一个光敏区的像素的成像传感器。
技术介绍
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。图像像素是通过使用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术或电荷耦合器件(CCD)技术在半导体衬底上制造而成。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。电串扰可对成像器的性能造成负面影响。理想的是，与红色像素相关联的光敏区将聚积与在该光敏区接收到的红光量相对应的电荷，与绿色像素相关联的光敏区将聚积与在该光敏区接收到的绿光量相对应的电荷，并且与蓝色像素相关联的光敏区将聚积与在该光敏区接收到的蓝光量相对应的电荷。然而，通常在与不同颜色相关联的相邻像素之间存在非期望的电串扰。非期望的电串扰的特征在于：与一种颜色相关联的像素的半导体区中生成的光生电荷被与不同颜色相关联的像素的光敏区(即，光电二极管)收集。非期望的电串扰的示例是响应于红光而生成的光生电荷扩散到与绿色像素相关联的光敏区(即，应当接收绿光并生成与所接收到的绿光量相对应的电荷的光敏区)并被该光敏区收集的时候。电串扰还可使成像器的输出图像质量劣化。从整体来看，与图像传感器中的图像感测像素阵列相关联的滤色器的阵列被称为滤色器阵列。许多成像器使用拜耳滤色器阵列，其中阵列中的纵向和横向相邻的滤色器为不同颜色。拜耳滤色器阵列包括红色、绿色和蓝色滤色器。理想的是，与具有红色滤色器的像素相关联的光敏区将仅暴露于已穿过红色滤色器的光，与具有绿色滤色器的像素相关联的光敏区将仅暴露于已穿过绿色滤色器的光，并且与具有蓝色滤色器的像素相关联的光敏区将仅暴露于已穿过蓝色滤色器的光。然而，通常在与不同颜色相关联的相邻像素(即，具有不同颜色的滤色器)之间存在非期望的光学串扰和电串扰。非期望的光学串扰的特征在于：光穿过一种颜色的滤色器并入射到与另一种颜色相关联的像素的光敏区上。非期望的光学串扰的示例是穿过红色滤色器的光入射到与绿色像素(即，具有绿色滤色器的像素)相关联的光敏区上。光学串扰通常由高入射角光和闪光条件造成，并且可使成像器的输出图像质量劣化。当来自一种颜色的光敏区的电子迁移到与不同颜色相关联的像素的光敏区中时，会发生电串扰。电串扰和光学串扰均可显著影响图像传感器上响应性较低的光收集区域，并且可使成像器的输出图像质量劣化。此外，在常规成像系统中，图像伪影可能由移动物体、移动或抖动相机、闪烁光照以及图像帧中具有变化照明的物体引起。此类伪影可包括例如物体的缺失部分、边缘颜色伪影和物体失真。具有变化照明的物体的例子包括发光二极管(LED)交通标志(其可每秒闪烁几百次)以及现代汽车的LED刹车灯或车头灯。常规成像系统还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。因此希望能够为成像设备提供改善的图像像素。
技术实现思路
本技术解决的一个技术问题是为成像设备改善图像像素。根据本技术的一个方面，提供一种图像像素，包括：具有第一组至少一个光电二极管的第一子像素组；具有第二组至少一个光电二极管的第二子像素组；以及至少一个选通晶体管，所述至少一个选通晶体管在电荷聚积在所述第二光电二极管中时将溢出电荷从所述第二光电二极管路由到至少一个存储节点。在一个实施例中，所述第二子像素组嵌套在所述第一子像素组内，并且其中所述第一子像素组具有比所述第二子像素组更大的有效光收集区域。在一个实施例中，所述第一子像素组中的所述第二组至少一个光电二极管包括多个光电二极管，并且其中所述第一子像素组中的所述多个光电二极管每一者具有相关联的转移晶体管。在一个实施例中，所述第一子像素组包括多个子像素的组，所述子像素的组中的每一个子像素具有相应光电二极管，其中所述多个子像素的组的所述光电二极管可并联连接。在一个实施例中，将设定所述至少一个选通晶体管上的溢出阈值的控制电压电平施加到所述至少一个选通晶体管，其中所述控制电压电平选自由以下组成的组：小于供电电压电平的电压、等于所述供电电压的电压以及大于所述供电电压的电压。在一个实施例中，所述至少一个选通晶体管包括耦合栅极结构，所述耦合栅极结构包括：第一转移晶体管，所述第一转移晶体管将所述溢出电荷的第一部分从所述第二组至少一个光电二极管路由到所述图像像素中的浮动扩散节点；第二转移晶体管，所述第二转移晶体管通过将所述溢出电荷的第二部分路由到像素电压源，而从所述第二组至少一个光电二极管舍弃所述溢出电荷的所述第二部分，其中在第一间隔期间使所述第一转移晶体管的第一控制信号生效，其中在第二间隔期间使所述第二转移晶体管的第二控制信号生效，并且其中所述第一间隔不与所述第二间隔重叠。在一个实施例中，所述图像像素还包括：与所述图像像素中的所述浮动扩散节点分开的电荷溢出电容器，其中所述耦合栅极结构还包括：第三转移晶体管，所述第三转移晶体管将所述溢出电荷的第三部分从所述第二组至少一个光电二极管路由到所述电荷溢出电容器，其中在第一间隔期间使所述第一转移晶体管的第一控制信号生效，其中在第二间隔期间使所述第二转移晶体管的第二控制信号生效，其中在第三间隔期间使所述第三转移晶体管的第三控制信号生效，并且其中所述第一间隔、所述第二间隔和所述第三间隔不重叠。根据本技术的一个方面，提供一种图像传感器，包括：图像传感器像素阵列，其中所述图像传感器像素中的每一个包括：具有至少两个相应光电二极管的至少两个子像素；从所述至少两个光电二极管中的给定的一者接收溢出电荷的至少一个存储节点；以及耦接在所述给定的光电二极管与所述至少一个存储节点之间的转移门。在一个实施例中，所述至少两个子像素中的一者嵌套在所述至少两个子像素中的另一者内，并且其中所述至少一个存储节点包括：浮动扩散节点；以及与所述浮动扩散节点分开的溢出电荷存储节点。在一个实施例中，所述转移门包括耦接在所述给定的光电二极管与所述浮动扩散节点之间的第一转移门，并且其中所述图像传感器像素中的每一个还包括：耦接在所述给定的光电二极管与所述溢出电荷存储节点之间的第二转移门。本技术解决的一个技术效果是提供改善的图像像素和改善的图像传感器。附图说明图1为根据一个实施方案的示例性电子设备的示意图。图2为根据一个实施方案的内部子像素具有圆形光收集表面的嵌套子像素的表面视图。图3为根据一个实施方案的内部子像素具有矩形光收集表面的嵌套子像素的表面视图。图4为根据一个实施方案在被布置成网格布局的内部子像素组和外部子像素组的每个子像素上方的微透镜布置的示意图。图5为根据一个实施方案的具有不同光敏感度的嵌套子像素的动态范围图，具体示出了在来自嵌套子像素中的光电二极管之一的溢出电荷存储在单独的存储区中时可被捕获的响应段。图6为根据一个实施方案的双光电二极管像素电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像像素，包括：具有第一组至少一个光电二极管的第一子像素组；具有第二组至少一个光电二极管的第二子像素组；以及至少一个选通晶体管，所述至少一个选通晶体管在电荷聚积在所述第二光电二极管中时将溢出电荷从所述第二光电二极管路由到至少一个存储节点。

【技术特征摘要】
2016.05.03 US 15/145,3741.一种图像像素，包括：具有第一组至少一个光电二极管的第一子像素组；具有第二组至少一个光电二极管的第二子像素组；以及至少一个选通晶体管，所述至少一个选通晶体管在电荷聚积在所述第二光电二极管中时将溢出电荷从所述第二光电二极管路由到至少一个存储节点。2.根据权利要求1所述的图像像素，其中所述第二子像素组嵌套在所述第一子像素组内，并且其中所述第一子像素组具有比所述第二子像素组更大的有效光收集区域。3.根据权利要求1所述的图像像素，其中所述第一子像素组中的所述第二组至少一个光电二极管包括多个光电二极管，并且其中所述第一子像素组中的所述多个光电二极管每一者具有相关联的转移晶体管。4.根据权利要求1所述的图像像素，其中所述第一子像素组包括多个子像素的组，所述子像素的组中的每一个子像素具有相应光电二极管，其中所述多个子像素的组的所述光电二极管可并联连接。5.根据权利要求1所述的图像像素，其中将设定所述至少一个选通晶体管上的溢出阈值的控制电压电平施加到所述至少一个选通晶体管，其中所述控制电压电平选自由以下组成的组：小于供电电压电平的电压、等于所述供电电压的电压以及大于所述供电电压的电压。6.根据权利要求1所述的图像像素，其中所述至少一个选通晶体管包括耦合栅极结构，所述耦合栅极结构包括：第一转移晶体管，所述第一转移晶体管将所述溢出电荷的第一部分从所述第二组至少一个光电二极管路由到所述图像像素中的浮动扩散节点；第二转移晶体管，所述第二转移晶体管通过将所述溢出电荷的第二部分路由到像素电压源...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·米利纳尔，T·格蒂斯，M·H·因诺森特，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：新型
国别省市：美国,US