【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及图像传感器，尤其涉及一种像素结构、图像传感器及其控制方法和制造方法。
技术介绍
1、图像传感器广泛应用于多种电子设备以捕获和识别人物或场景的图像信息，例如视频监控系统、智能电话、数字相机、无人机、智能ai以及人脸识别等。图像传感器是响应于光而生成电信号的基于半导体的传感器，作为数字摄像头的重要组成部分，其可以将入射光信号转换为电荷信号，然后将电荷信号转换为电压或电流信号，最后将转换后的电信号输出。
2、对于图像传感器，动态范围是一个重要的指标，其是成像质量的关键因素，动态范围大可以输出更宽光强范围内的场景信息，呈现更丰富的图像细节。目前在图像传感器
，将双转换增益(dual conversion gain,dcg)应用于图像传感器的像素结构中，以在弱光环境下以较小的积分电容提高转换增益，以提高图像传感器的灵敏度；在高照度条件下以较大的积分电容提升存储电荷，降低转换增益以提高动态范围。也就是说，对于图像传感器，在弱信号时，较高的转换增益用于更好的信噪比，在强信号时，较低的转换增益用于扩大信号的上限。现有cmos图像传感器中，双转换增益是通过开元件和辅助电容器实现的，通过辅助电容器和fd节点电容的组合使图像传感器具有第一种转换增益，当利用开关元件断开fd节点电容与辅助电容器的连接时，图像传感器具有第二种转换增益。
3、但是，本申请的专利技术人研究发现，由于转换增益的切换需要额外的判断逻辑，即开关元件的通断需要通过检测像素的输出信号后才能确定，也就是说由于在信号检测之前不知道信号的状态，因此
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种像素结构、图像传感器及其控制方法和制造方法，可以无需额外的控制信号实现图像传感器的转换增益的自动变换，不需要读取像素信号两次，从而保证读取时序简单，并有利用实现高帧率。
2、为了实现上述目的，本专利技术实施例第一方面提供一种像素结构，作为其中一种实施方式，该像素结构包括浮动扩散节点以及与所述浮动扩散节点分别连接的至少一个感光模块以及复位模块、信号输出模块和增益调节模块；其中，
3、每个所述感光模块包括光电转换元件和传输晶体管，所述传输晶体管耦接于所述光电转换元件和所述浮动扩散节点之间；
4、所述复位模块耦接于第一电压源和所述浮动扩散节点之间，用于根据复位控制信号重置所述浮动扩散节点的电压；
5、所述信号输出模块耦接于第二电压源和所述浮动扩散节点之间，用于对所述浮动扩散节点的电压进行输出；
6、所述增益调节模块用于调节所述像素结构的增益，其中，所述增益调节模块的容值响应于所述浮动扩散节点的电压变化而变化，且所述增益调节模块的容值与所述浮动扩散节点的电压呈负相关。
7、作为其中一种实施方式，所述增益调节模块为mos电容器，所述mos电容器的第一极板与所述浮动扩散节点连接，所述mos电容器的第二极板接地。
8、作为其中一种实施方式，所述mos电容器的第一极板为多晶硅栅极，且其中掺杂有p型掺杂剂。
9、作为其中一种实施方式，所述mos电容器为增强型mos管，所述增强型mos管的第二极板为所述像素结构的衬底。
10、作为其中一种实施方式，所述浮动扩散节点的电压在预设电压范围内时，所述增益调节模块的容值与所述浮动扩散节点的电压呈负相关，所述预设电压范围对应所述mos电容器c-v曲线的多子耗尽状态区。
11、作为其中一种实施方式，所述预设电压范围为大于0v且小于3v。
12、作为其中一种实施方式，所述像素结构包括四个所述感光模块，四个所述感光模块包括第一感光模块、第二感光模块、第三感光模块以及第四感光模块，所述第一感光模块和所述第三感光模块，以及所述第二感光模块和所述第四感光模块沿行方向镜像设置，所述第一感光模块和所述第二感光模块，以及所述第三感光模块和所述第四感光模块沿列方向镜像设置；
13、所述信号输出模块设置于四个所述感光模块的交界处。
14、作为其中一种实施方式，所述像素结构还包括像素选择模块，耦接于所述信号输出模块及对应的输出位线之间，用于在像素选择信号的控制下，将所述信号输出模块输出的信号输出至对应的输出位线；所述像素选择模块设置于所述第一感光模块和所述第二感光模块交界处的上方。
15、作为其中一种实施方式，所述增益调节模块设置于所述信号输出模块沿列方向或沿行方向的一侧且设置于像素隔离区中。
16、作为其中一种实施方式，所述增益调节模块设置于所述像素选择模块沿行方向的一侧且设置于像素隔离区中。
17、作为其中一种实施方式，所述信号输出模块包括源极跟随晶体管，所述源极跟随晶体管的栅极耦接至所述浮动扩散节点，所述源极跟随晶体管的漏极耦接至所述第二电压源，所述源极跟随晶体管的源极耦接至对应的输出位线；和/或，
18、所述复位模块包括复位晶体管，所述复位晶体管的第一端连接所述第一电压源，所述复位晶体管的第二端连接所述浮动扩散节点，所述复位晶体管的控制端接收所述复位控制信号。
19、本专利技术实施第二方面提供一种图像传感器，包括上述任一实施方式所述的像素结构。
20、本专利技术第三方面提供一种图像传感器的控制方法，应用于上述任一实施方式所述的图像传感器，作为其中一种实施方式，所述控制方法包括如下步骤：
21、基于所述复位模块对所述感光模块进行曝光前复位；
22、基于进行所述曝光前复位后的所述感光模块进行曝光；
23、基于所述复位模块对所述感光模块进行读出复位，并基于所述信号输出模块读出复位信号；
24、转移所述感光模块曝光产生的电信号至所述浮动扩散点，并实现所述增益调节模块的调节；基于调节后的所述增益调节模块及所述信号输出模块在所述增益调节模块对应的增益下读出图像信号。
25、本专利技术第四方面提供一种上述图像传感器的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
26、提供衬底，并在所述衬底上制备所述感光模块、所述复位模块、所述信号输出模块及所述增益调节模块；其中，所述增益调节模块的器件在所述像素结构的其他模块中对应的器件的制备过程中制备。
27、作为其中一种实施方式，当所述增益调节模块为mos电容器时，所述mos电容器的第一极板与各模块中对应的mos管的栅极基于同一工艺制备，所述衬底作为所述mos电容器的第二极板；和/或，当所述增益调节模块为mos电容器，且所述mos电容器的第一极板为掺杂有p型掺杂剂多晶硅栅极时，所述p型掺杂剂的掺杂与所述感光模块中的传输晶体管的阈值调整注入基于同一工艺实现。
28、综上，本专利技术实施例提供的像素结构，包括浮动扩散节点以及与浮动扩散节点分别连接的至少一个感光模块以及复位模块、信号输出模块和增益调节模块；每个感光模块包本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种像素结构，其特征在于，包括：浮动扩散节点以及与所述浮动扩散节点分别连接的至少一个感光模块以及复位模块、信号输出模块和增益调节模块；其中，
2.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于，所述增益调节模块为MOS电容器，所述MOS电容器的第一极板与所述浮动扩散节点连接，所述MOS电容器的第二极板接地。
3.根据权利要求2所述的像素结构，其特征在于，所述MOS电容器的第一极板为多晶硅栅极，且其中掺杂有P型掺杂剂。
4.根据权利要求2所述的像素结构，其特征在于，所述MOS电容器为增强型MOS管，所述增强型MOS管的第二极板为所述像素结构的衬底。
5.根据权利要求2所述的像素结构，其特征在于，所述浮动扩散节点的电压在预设电压范围内时，所述增益调节模块的容值与所述浮动扩散节点的电压呈负相关，所述预设电压范围对应所述MOS电容器C-V曲线的多子耗尽状态区。
6.根据权利要求5所述的像素结构，其特征在于，所述预设电压范围为大于0V且小于3V。
7.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于，所述像素结构包括若干个像素单
8.根据权利要求7所述的像素结构，其特征在于，所述像素结构还包括像素选择模块，耦接于所述信号输出模块及对应的输出位线之间，用于在像素选择信号的控制下，将所述信号输出模块输出的信号输出至对应的输出位线；所述像素选择模块设置于所述第一感光模块和所述第二感光模块交界处的上方。
9.根据权利要求8所述的像素结构，其特征在于，所述增益调节模块设置于所述信号输出模块沿列方向或沿行方向的一侧且设置于像素隔离区中。
10.根据权利要求8所述的像素结构，其特征在于，所述增益调节模块设置于所述像素选择模块沿行方向的一侧且设置于像素隔离区中。
11.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于，所述信号输出模块包括源极跟随晶体管，所述源极跟随晶体管的栅极耦接至所述浮动扩散节点，所述源极跟随晶体管的漏极耦接至所述第二电压源，所述源极跟随晶体管的源极耦接至对应的输出位线；和/或，
12.一种图像传感器，其特征在于，包括如权利要求1至11中任一项所述的像素结构。
13.一种如权利要求12所述的图像传感器的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：
14.一种如权利要求12所述的图像传感器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
15.根据权利要求14所述的图像传感器的制备方法，其特征在于，当所述增益调节模块为MOS电容器时，所述MOS电容器的第一极板与各模块中对应的MOS管的栅极基于同一工艺制备，所述衬底作为所述MOS电容器的第二极板；和/或，当所述增益调节模块为MOS电容器，且所述MOS电容器的第一极板为掺杂有P型掺杂剂多晶硅栅极时，所述P型掺杂剂的掺杂与所述感光模块中的传输晶体管的阈值调整注入基于同一工艺实现。
...【技术特征摘要】
1.一种像素结构，其特征在于，包括：浮动扩散节点以及与所述浮动扩散节点分别连接的至少一个感光模块以及复位模块、信号输出模块和增益调节模块；其中，
2.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于，所述增益调节模块为mos电容器，所述mos电容器的第一极板与所述浮动扩散节点连接，所述mos电容器的第二极板接地。
3.根据权利要求2所述的像素结构，其特征在于，所述mos电容器的第一极板为多晶硅栅极，且其中掺杂有p型掺杂剂。
4.根据权利要求2所述的像素结构，其特征在于，所述mos电容器为增强型mos管，所述增强型mos管的第二极板为所述像素结构的衬底。
5.根据权利要求2所述的像素结构，其特征在于，所述浮动扩散节点的电压在预设电压范围内时，所述增益调节模块的容值与所述浮动扩散节点的电压呈负相关，所述预设电压范围对应所述mos电容器c-v曲线的多子耗尽状态区。
6.根据权利要求5所述的像素结构，其特征在于，所述预设电压范围为大于0v且小于3v。
7.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于，所述像素结构包括若干个像素单元，每个所述像素单元包括四个所述感光模块，四个所述感光模块包括第一感光模块、第二感光模块、第三感光模块以及第四感光模块，所述第一感光模块和所述第三感光模块，以及所述第二感光模块和所述第四感光模块沿行方向镜像设置，所述第一感光模块和所述第二感光模块，以及所述第三感光模块和所述第四感光模块沿列方向镜像设置；
8.根据权利要求7所述的像素结构，其特征在于，所述像素结构还包括像素选择模块，耦接于所述信号输出模...
【专利技术属性】
技术研发人员：大石周，新居英明，
申请(专利权)人：思特威上海电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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