像素结构、图像传感器、电子设备制造技术

本实用新型专利技术提供一种像素结构、图像传感器、电子设备，像素结构包括阵列排布的多个像素单元，像素单元包括：第一光电转换部；第一电荷传输部，耦接至第一光电转换部与第一浮动扩散区之间；第二光电转换部，灵敏度大于第一光电转换部的灵敏度；第二电荷传输部，耦接至第二光电转换部与第二浮动扩散区之间；增益调制部，耦接至第一浮动扩散区，配置为调节第一浮动扩散区的电容，以基于不同电容在不同操作中获取第一光电转换部对应的信号；信号输出电路，耦接至第二浮动扩散区和第一浮动扩散区，以输出对应的转换信号。本实用新型专利技术可实现动态范围的提高，可兼容识别高亮信息和弱光信息，并可通过布局设计及时序控制改善信噪比，提高图像质量。图像质量。图像质量。

【技术实现步骤摘要】
像素结构、图像传感器、电子设备


[0001]本技术属于成像领域，特别是涉及一种像素结构、图像传感器、电子设备。

技术介绍

[0002]图像传感器是组成数字摄像头的重要组成部分。根据元件的不同，可分为CCD(电荷耦合元件)和CMOS(金属氧化物半导体元件)两大类。随着CMOS集成电路制造工艺特别是CMOS图像传感器设计及制造工艺的不断发展，CMOS图像传感器已经逐渐取代CCD图像传感器成为主流。CMOS图像传感器相比较具有工业集成度更高、功率更低等优点。
[0003]现有图像传感器具有大致60dB至70dB的有限动态范围。然而，现实世界的亮度的动态范围要大得多。自然景象通常跨越90dB及以上的范围。为同时捕获强光及阴影，已在图像传感器中使用了高动态范围(HDR)技术来增大所捕获的动态范围。增大动态范围的最常见技术为将用标准(低动态范围)图像传感器捕获的多个曝光合并成单个高动态图像，所述单个高动态范围图像具有比单个曝光图像大得多的动态范围。
[0004]然而，现有HDR实现方式存在如拖影等诸多问题。另外，难以在兼顾图像传感器性能的同时使得动态范围得以有效提升。此外，有时需要拍摄具有闪烁的环境，如汽车上配备了多种车载装置，其中包括用于识别交通标志的图像传感器，交通标志中包括闪烁频率极高的LED灯构成的信号灯。传统的车载用图像传感器通过采用单一像素进行识别，在面对弱光信息和高亮信息时无法兼容识别，造成对交通标志的误判，进而可能造成重大的交通事故。
[0005]应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的
技术介绍
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本技术的目的在于提供一种像素结构、图像传感器、电子设备，用于解决现有技术中图像传感器动态范围难以有效提高等问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本技术提供一种像素结构，包括呈阵列排布的多个像素单元，所述像素单元包括：
[0008]第一光电转换部；
[0009]第一电荷传输部，耦接至所述第一光电转换部与第一浮动扩散区之间，配置为将所述第一光电转换部累积的电荷转移至所述第一浮动扩散区；
[0010]第二光电转换部，所述第二光电转换部的灵敏度大于所述第一光电转换部的灵敏度；
[0011]第二电荷传输部，耦接至所述第二光电转换部与第二浮动扩散区之间，配置为将所述第二光电转换部累积的电荷转移至所述第二浮动扩散区；
[0012]增益调制部，耦接至所述第一浮动扩散区，配置为调节所述第一浮动扩散区的电
容，以基于不同的电容在不同的操作中获取所述第一光电转换部对应的信号；
[0013]信号输出电路，耦接至第一浮动扩散区和第二浮动扩散区，以输出对应的转换信号。
[0014]可选地，所述增益调制部包括第一增益控制晶体管及第一电荷存储部，其中，所述第一增益控制晶体管耦接在所述第一浮动扩散区与增益调节节点之间，所述第一电荷存储部耦接在所述增益调节节点与存储控制电压之间。
[0015]可选地，所述第一电荷存储部设置于器件互连结构及沟槽隔离结构中的至少一者中。
[0016]可选地，所述第一电荷存储部包括MIM电容、MOM电容、MOSCAP电容中至少一种。
[0017]可选地，所述第一电荷存储部的容量大于20fF。
[0018]可选地，所述第一电荷存储部耦接的所述存储控制电压为可变电压。
[0019]可选地，所述像素单元还包括：第一复位部，耦接至所述第一浮动扩散区与第一电压端之间；第二复位部，耦接至所述第二浮动扩散区与第二电压端之间；所述信号输出电路包括：第一信号输出部，耦接至所述第一浮动扩散区，并输出对应信号至第一信号输出线；第二信号输出部，耦接至所述第二浮动扩散区，并输出对应信号至第二信号输出线。
[0020]可选地，所述增益调制部的第一端耦接至所述第一浮动扩散区，第二端作耦接至增益调节节点，所述第一复位部耦接至所述增益调节节点与所述第一电压端之间，其中，所述增益调制部的电容并联至所述第一浮动扩散区以调节所述第一浮动扩散区的电容，且第一极板耦接至所述增益调节节点，第二极板耦接至可变电压，以在所述第一光电转换部的曝光、电荷转移、复位及信号量化阶段配置对应的电压。
[0021]可选地，所述第一电压端和第二电压端为同一电压输入端或为不同的电压输入端。
[0022]可选地，所述第一信号输出线和第二信号输出线采用同一输出线或采用不同的输出线，以分别实现信号的串行或并行输出。
[0023]可选地，所述第一复位部包括第一复位晶体管，所述第一复位晶体管的源极端耦接至所述第一浮动扩散区，漏极端耦接至所述第一电压端；所述第一信号输出部包括第一源跟随晶体管，所述第一源跟随晶体管的栅极端连接至所述第一浮动扩散区，漏极端耦接至第三电压端，源极端耦接至所述第一信号输出线；所述第二复位部包括第二复位晶体管，所述第二复位晶体管的源极端耦接至所述第二浮动扩散区，漏极端耦接至所述第二电压端；所述第二信号输出部包括第二源跟随晶体管，所述第二源跟随晶体管的栅极端连接至所述第二浮动扩散区，漏极端耦接至第四电压端，源极端耦接至所述第二信号输出线。
[0024]所述信号输出电路还包括：
[0025]第一像素选择晶体管，漏极端耦接至所述第一源跟随晶体管的源极端，源极端耦接至所述第一信号输出线；以及第二像素选择晶体管，漏极端耦接至所述第二源跟随晶体管的源极端，源极端耦接至所述第二信号输出线。
[0026]可选地，所述像素单元还包括：共享复位部，所述共享复位部的第一端耦接至所述第二浮动扩散区及所述第一浮动扩散区，第二端耦接至第一共用电压端；
[0027]所述信号输出电路包括：共享信号输出电路，所述共享信号输出电路耦接至所述第二浮动扩散区及所述第一浮动扩散区，并输出对应信号至共用信号输出线。
[0028]可选地，所述增益调制部的第一端耦接至所述第一浮动扩散区，第二端耦接至增益调节节点，共享复位部耦接至增益调节节点与第一共用电压端之间，增益调制部的电容并联至第一浮动扩散区且依次经由所述增益调节节点和所述第二浮动扩散区耦接至所述共享信号输出电路，且所述增益调制部的电容的第一极板耦接至所述增益调节节点，第二极板耦接至可变电压，以在所述第一光电转换部的曝光、电荷转移、复位及信号量化阶段配置对应的电压。
[0029]可选地，所述像素单元还包括开关控制部，耦接至增益调制部与所述增益调节节点之间。
[0030]可选地，所述共享复位部包括复位晶体管，所述复位晶体管的源极端分别耦接至所述第一浮动扩散区和所述第二浮动扩散区，所述复位晶体管的漏极端耦接至所述第一共用电压端，且所述增益调制部耦接至所述第一浮动扩散区与所述复位晶体管的源极端之间；所述共享信号输出电路包括源跟随晶体管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种像素结构，其特征在于：包括呈阵列排布的多个像素单元，所述像素单元包括：第一光电转换部；第一电荷传输部，耦接至所述第一光电转换部与第一浮动扩散区之间，配置为将所述第一光电转换部累积的电荷转移至所述第一浮动扩散区；第二光电转换部，所述第二光电转换部的灵敏度大于所述第一光电转换部的灵敏度；第二电荷传输部，耦接至所述第二光电转换部与第二浮动扩散区之间，配置为将所述第二光电转换部累积的电荷转移至所述第二浮动扩散区；增益调制部，耦接至所述第一浮动扩散区，配置为调节所述第一浮动扩散区的电容，以基于不同电容在不同操作中获取所述第一光电转换部对应的信号；信号输出电路，耦接至第一浮动扩散区和第二浮动扩散区，以输出对应的转换信号。2.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于：所述增益调制部包括第一增益控制晶体管及第一电荷存储部，其中，所述第一增益控制晶体管耦接在所述第一浮动扩散区与增益调节节点之间，所述第一电荷存储部耦接在所述增益调节节点与存储控制电压之间。3.根据权利要求2所述的像素结构，其特征在于：所述第一电荷存储部设置于器件互连结构及沟槽隔离结构中的至少一者中；和/或，所述第一电荷存储部耦接的所述存储控制电压为可变电压；和/或，所述第一电荷存储部包括MIM电容、MOM电容、MOSCAP电容中的至少一种；和/或，所述第一电荷存储部的容量大于20fF。4.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于：所述像素单元还包括：第一复位部，耦接至所述第一浮动扩散区与第一电压端之间；第二复位部，耦接至所述第二浮动扩散区与第二电压端之间；所述信号输出电路包括：第一信号输出部，耦接至所述第一浮动扩散区，并输出对应信号至第一信号输出线；第二信号输出部，耦接至所述第二浮动扩散区，并输出对应信号至第二信号输出线。5.根据权利要求4所述的像素结构，其特征在于：所述增益调制部的第一端耦接至所述第一浮动扩散区，第二端作耦接至增益调节节点，所述第一复位部耦接至所述增益调节节点与所述第一电压端之间，其中，所述增益调制部的电容并联至所述第一浮动扩散区，且所述增益调制部的电容的第一极板耦接至所述增益调节节点，第二极板耦接至可变电压，以在所述第一光电转换部的曝光、电荷转移、复位及信号量化阶段配置对应的电压；和/或，所述第一电压端和第二电压端采用同一电压输入端或采用不同的电压输入端；和/或，所述第一信号输出线和第二信号输出线采用同一输出线或采用不同的输出线，以分别实现信号的串行或并行输出。6.根据权利要求4所述的像素结构，其特征在于：所述第一复位部包括第一复位晶体管，所述第一复位晶体管的源极端耦接至所述第一浮动扩散区，漏极端耦接至所述第一电压端；所述第一信号输出部包括第一源跟随晶体管，所述第一源跟随晶体管的栅极端连接至所述第一浮动扩散区，漏极端耦接至第三电压端，源极端耦接至所述第一信号输出线；所述第二复位部包括第二复位晶体管，所述第二复位晶体管的源极端耦接至所述第二浮动扩散区，漏极端耦接至所述第二电压端；
所述第二信号输出部包括第二源跟随晶体管，所述第二源跟随晶体管的栅极端连接至所述第二浮动扩散区，漏极端耦接至第四电压端，源极端耦接至所述第二信号输出线；所述信号输出电路还包括：第一像素选择晶体管，漏极端耦接至所述第一源跟随晶体管的源极端，源极端耦接至所述第一信号输出线；以及，第二像素选择晶体管，漏极端耦接至所述第二源跟随晶体管的源极端，源极端耦接至所述第二信号输出线。7.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于：所述像素单元还包括：共享复位部，所述共享复位部的第一端耦接至所述第二浮动扩散区及所述第一浮动扩散区，第二端耦接至第一共用电压端；所述信号输出电路包括：共享信号输出电路，所述共享信号输出电路耦接至所述第二浮动扩散区及所述第一浮动扩散区，并输出对应的信号至共用信号输出线。8.根据权利要求7所述的像素结构，其特征在于：所述增益调制部的第一端耦接至所述第一浮动扩散区，第二端耦接至增益调节节点，所述共享复位部耦接至所述增益调节节点与所述第一共用电压端之间，其中，所述增益调制部的电容并联至所述第一浮动扩散区且依次经由所述增益调节节点和所述第二浮动扩散区耦接至所述共享信号输出电路，且所述增益调制部的电容的第一极板耦接至所述增益调节节点，第二极板耦接至可变电压，以在所述第一光电转换部的曝光、电荷转移、复位及信号量化阶段配置对应的电压；和/或，所述像素单元还包括开关控制部，耦接至所述增益调制部与增益调节节点之间。9.根据权利要求7所述的像素结构，其特征在于：所述共享复位部包括复位晶体管，所述复位晶体管的源极端分别耦接至所述第一浮动扩散区和所述第二浮动扩散区，所述复位晶体管的漏极端耦接至所述第一共用电压端，且所述增益调制部耦接至所述第一浮动扩散区与所述复位晶体管的源极端之间；所述共享信号输出电路包括源跟随晶体管，所述源跟随晶体管的栅极端分别耦接至所述第一浮动扩散区和所述第二浮动扩散区，所述源跟随晶体管的漏极端耦接至第二共用电压端，所述源跟随晶体管的源极端耦接至所述共用信号输出线；所述信号输出电路还包括：像素选择晶体管，所述像素选择晶体管的漏极端耦接至所述源跟随晶体管的源极端，源极端耦接至所述共用信号输出线。10.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于：所述像素单元还包括第二增益控制晶体管及第二电荷存储部，其中，所述第二增益控制晶体管的第一端耦接至所述第二浮动扩散区，第二端耦接至对应的复位部，所述第二电荷存储部的第一端耦接至所述第二增益晶体管的第二端，所述第二电荷存储部的第二端耦接至参考电压。11.根据权利要求1
‑
10中任一项所述的像素结构，其特征在于：所述像素结构还包括至少设置在所述第一光电转换部与入射光之间的减透层；和/或，所述第二光电转换部的面积大于所述第一光电转换部的面积；和/或，同一所述像素单元中，所述第一光电转换部和所述第二光电转换部上对应设有相同颜色的滤色器；和/或，同一所述像素单元中，所述第一光电转换部对应第一透镜，所述第二光电转换部对应第二透镜。
12.一种像素结构，其特征在于：所述像素结构包括呈阵列排布的多个像素单元，其中：所述像素单元包括：第一光电转换部及第二光电转换部；第一电荷传输部，耦接至所述第一光电转换部与第一浮动...

【专利技术属性】
技术研发人员：张盛鑫，徐辰，
申请(专利权)人：思特威上海电子科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：