【技术实现步骤摘要】
本公开涉及图像采集，具体地说，涉及一种高转换增益像素单元及图像传感器。
技术介绍
1、实际场景中，对于单个图像传感器而言，其所应对的成像场景往往是复杂且多变的，在使用过程中既需要支持对于光线较弱的暗场环境进行成像，又需要支持对光线较强的亮场环境进行成像。相应的，动态范围即是一个用于衡量图像传感器能够清晰成像的场景亮度范围的指标：对于常见的cmos（complementary metal oxide semiconductor，互补金属氧化物半导体）图像传感器，由于受到像素满阱容量、曝光时间和噪声的限制，其动态范围一般处于60db至70db的区间中。
2、然而，对于一些特定领域，例如安防监控、自动驾驶等环境光线复杂、使用过程中明暗亮度变化较大的应用场景中，往往要求图像传感器具备大于100db的高动态范围（highdynamic range, hdr）成像能力，常见的cmos图像传感器并无法直接满足上述高动态范围的成像需求。
技术实现思路
1、针对现有技术中的问题，本公开的目的在于提供一种高转换增益像素单元及图像传感器，不仅具有高动态范围成像能力，还通过对浮动扩散区的走线设计及形状设计进一步提升了暗光环境下的成像效果。
2、具体的，本公开的第一方面提供了一种像素单元，该种像素单元包括衬底、光电二极管、传输晶体管、浮动扩散区、双转换增益晶体管、复位晶体管以及源跟随放大器，其中衬底的第一面设置有介质层，传输晶体管栅极、双转换增益晶体管栅极、复位晶体管栅极以及源跟随放
3、在上述第一方面的一种可能的实现中，自y字型的中心区域至y字型与双转换增益晶体管栅极的投影连接处，浮动扩散区于第一面上的投影的宽度单调递增。
4、在上述第一方面的一种可能的实现中，自y字型的中心区域至y字型与复位晶体管栅极的投影连接处，浮动扩散区于第一面上的投影的宽度单调递增。
5、在上述第一方面的一种可能的实现中，浮动扩散区仅引出一根金属走线；金属走线连接浮动扩散区以及源跟随放大器的栅极。
6、在上述第一方面的一种可能的实现中，双转换增益晶体管的源极连接一扩展电容；在像素单元接收到的光强大于预设阈值的情况下，双转换增益晶体管导通，扩展电容与浮动扩散区并联连接，以增大浮动扩散区的电容上限。
7、在上述第一方面的一种可能的实现中，复位晶体管的漏极以及源跟随放大器的漏极分别连接漏极电压端。
8、在上述第一方面的一种可能的实现中，该种像素单元还包括行选晶体管；行选晶体管的源极作为像素单元的输出；行选晶体管的栅极设置于第二面；行选晶体管的漏极被配置为源跟随放大器的源极。
9、在上述第一方面的一种可能的实现中，浮动扩散区于第一面上的投影，与传输晶体管栅极于第一面上的投影存在至少一部分重叠；浮动扩散区于第一面上的投影，与双转换增益晶体管栅极于第一面上的投影存在至少一部分重叠；浮动扩散区于第一面上的投影，与复位晶体管栅极于第一面上的投影存在至少一部分重叠。
10、在上述第一方面的一种可能的实现中，浮动扩散区对应的电容值为：源跟随放大器的栅极电容、金属走线的寄生电容、浮动扩散区与传输晶体管栅极的交叠电容、浮动扩散区与双转换增益晶体管栅极的交叠电容、浮动扩散区与复位晶体管栅极的交叠电容以及浮动扩散区的pn结电容之和。
11、本公开的第二方面提供了一种图像传感器，包括前述第一方面提供的像素单元。
12、与现有技术相比，本公开具有如下的有益效果：通过本公开提供的技术方案，提供了一种具有高动态范围成像能力的像素单元，通过将浮动扩散区与双转换增益晶体管的漏极和复位晶体管的源极进行融合设置，避免了额外的金属走线设置，降低了浮动扩散区对应的浮动扩散电容；同时，通过对浮动扩散区的形状进行优化，进一步降低了浮动扩散电容，使得像素单元在暗光环境下的转换增益值得到了显著提升，进而提升了图像传感器在暗光环境下的成像效果。
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1.一种像素单元，包括衬底、光电二极管、传输晶体管、浮动扩散区、双转换增益晶体管、复位晶体管以及源跟随放大器，其中所述衬底的第一面设置有介质层，传输晶体管栅极、双转换增益晶体管栅极、复位晶体管栅极以及源跟随放大器栅极均设置于所述介质层远离所述第一面的第二面；
2.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，自所述Y字型的中心区域至所述Y字型与所述双转换增益晶体管栅极的投影连接处，所述浮动扩散区于所述第一面上的投影的宽度单调递增。
3.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，自所述Y字型的中心区域至所述Y字型与所述复位晶体管栅极的投影连接处，所述浮动扩散区于所述第一面上的投影的宽度单调递增。
4.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述浮动扩散区仅引出一根金属走线；
5.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述双转换增益晶体管的源极连接一扩展电容；
6.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述复位晶体管的漏极以及所述源跟随放大器的漏极分别连接漏极电压端。
7.根据权利要求1所述的像素单元，其特
8.根据权利要求4所述的像素单元，其特征在于，所述浮动扩散区于所述第一面上的投影，与所述传输晶体管栅极于所述第一面上的投影存在至少一部分重叠；
9.根据权利要求8所述的像素单元，其特征在于，所述浮动扩散区对应的电容值为：所述源跟随放大器的栅极电容、所述金属走线的寄生电容、所述浮动扩散区与所述传输晶体管栅极的交叠电容、所述浮动扩散区与所述双转换增益晶体管栅极的交叠电容、所述浮动扩散区与所述复位晶体管栅极的交叠电容以及所述浮动扩散区的PN结电容之和。
10.一种图像传感器，其特征在于，包括如权利要求1至权利要求9中任意一项所述的像素单元。
...【技术特征摘要】
1.一种像素单元，包括衬底、光电二极管、传输晶体管、浮动扩散区、双转换增益晶体管、复位晶体管以及源跟随放大器，其中所述衬底的第一面设置有介质层，传输晶体管栅极、双转换增益晶体管栅极、复位晶体管栅极以及源跟随放大器栅极均设置于所述介质层远离所述第一面的第二面；
2.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，自所述y字型的中心区域至所述y字型与所述双转换增益晶体管栅极的投影连接处，所述浮动扩散区于所述第一面上的投影的宽度单调递增。
3.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，自所述y字型的中心区域至所述y字型与所述复位晶体管栅极的投影连接处，所述浮动扩散区于所述第一面上的投影的宽度单调递增。
4.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述浮动扩散区仅引出一根金属走线；
5.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述双转换增益晶体管的源极...
【专利技术属性】
技术研发人员：高云飞，王栋，陆斌，
申请(专利权)人：上海元视芯智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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