【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】检测光电传感器中的高强度光背景本公开总体上涉及光传感器，并且更具体地涉及堆叠式组件中的背面照明光传感器。光传感器是将光转换成电信号的电子探测器。在摄影术中，快门是允许光在一段所确定的时间期间通过的设备，将光传感器暴露于光，以便捕获场景的图像。滚动快门(rollingshutter)是图像捕获的方法，其中通过在水平或垂直方向上快速扫描整个场景来捕获静止图片或视频的每一帧。也就是说，每个像素不是同时被捕获；来自不同行的像素在不同时间被捕获。滚动快门主要用在手机传感器中。相反，机器视觉使用全局快门(globalshutter)，其中每个像素同时被捕获。大多数光传感器使用背面照明。背照式传感器是一种类型的数字光传感器，其使用成像元件的特定布置来增加所捕获的光量，改善了弱光性能。传统的前照式数字照相机与人眼类似地被构造，镜头在前面以及光电探测器在背面。传感器的该定向将数字照相机传感器的有源矩阵(单独图片元素的矩阵)置于它的前表面上并简化制造。然而，矩阵及其布线反射一些光，减少了可用来被捕获的信号。背照式传感器包含相同的元件，但通过在制造期间翻转硅晶片且然后使它的反面变薄来将布线布置在光电阴极层后面，使得光可以射到光电阴极层而不穿过布线层，从而提高输入光子被捕获的机会。然而，传统的背照式传感器在暴露于光时往往有较高的泄漏。此外，光电二极管填充因子(fillfactor)或像素的光敏面积与总像素面积之比相对较低。较大的填充因子是有益的，因为更多的像素区域用于光收集，这同时提高了信噪比(SNR)和动态范围。图像传感器的动态范围可度量传...
【技术保护点】
1.一种在光电传感器中的像素，包括：/n光电二极管，/n浮置扩散点，以及/n在所述光电二极管和所述浮置扩散点之间的晶体管，所述晶体管的栅极被施加有在所述晶体管的关断电压和所述晶体管的导通电压之间的中间电压，以响应于在曝光阶段期间入射在所述光电二极管上的光的强度超过阈值强度而将电荷从所述光电二极管转移到所述浮置扩散点，在所述曝光阶段之后的感测阶段，所述晶体管的所述栅极被施加有所述导通电压，以将所述电荷从所述光电二极管转移到所述浮置扩散点。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170817 US 62/546,993;20180518 US 15/983,3791.一种在光电传感器中的像素，包括：
光电二极管，
浮置扩散点，以及
在所述光电二极管和所述浮置扩散点之间的晶体管，所述晶体管的栅极被施加有在所述晶体管的关断电压和所述晶体管的导通电压之间的中间电压，以响应于在曝光阶段期间入射在所述光电二极管上的光的强度超过阈值强度而将电荷从所述光电二极管转移到所述浮置扩散点，在所述曝光阶段之后的感测阶段，所述晶体管的所述栅极被施加有所述导通电压，以将所述电荷从所述光电二极管转移到所述浮置扩散点。
2.根据权利要求1所述的像素，其中，所述光电二极管、所述浮置扩散点和所述晶体管被包括在第一衬底的一部分中。
3.根据权利要求2所述的像素，还包括：
第二衬底的一部分，其包括耦合到导线的电路，所述电路被配置成：
检测在当信号电压达到第一阈值时的第一时间和当所述信号电压达到不同于所述第一阈值的第二阈值时的第二时间之间的时间差，所述信号电压表示在所述浮置扩散点处的电压的放大版本，以及
在所述感测阶段期间，检测随时间增加的参考电压达到所述信号电压时的时间；以及
像素级互连部，其在所述浮置扩散点和所述导线之间以传输所述信号电压。
4.根据权利要求3所述的像素，其中，所述第一衬底还包括：
第一复位晶体管，其被配置为响应于在所述曝光阶段之后导通所述第一复位晶体管来使所述浮置扩散点处的电压复位；以及
放大器，其具有连接到所述浮置扩散点的输入端和连接到所述像素级互连部的输出端。
5.根据权利要求4所述的像素，其中，所述放大器是源极跟随器晶体管。
6.根据权利要求1所述的像素，其中，所述第二衬底还包括：
模数转换器(ADC)，其具有连接到所述像素级连接部的输入端；以及
电流源，其耦合到所述像素级互连部。
7.根据权利要求6所述的像素，其中，所述ADC包括：
比较器，其被配置为在所述信号电压对应于第一参考电压时的第一时间生成第一输出，并且在所述信号电压对应于低于所述第一参考电压的第二参考电压时的第二时间生成第二输出；以及
计数器，其耦合到所述比较器以接收所述第一输出和所述第二输出，所述计数器被配置为对在所述第一时间和所述第二时间之间的时钟脉冲的数量进行计数。
8.根据权利要求6所述的像素，其中，所述电流源包括另一晶体管，所述另一晶体管具有在所述感测阶段的一部分期间被施加有偏置电压的栅极。
9.根据权利要求1所述的像素，其中，所述浮置扩散点被配置成在所述感测阶段之后复位到复位电压。
10.一种用于操作像素的方法，所述方法包括：
在曝光阶段，将中间电压施加到第一晶体管的栅极，所述中间电压在所述第一晶体管的关断电压和所述晶体管的导通电压之间；
在所述曝光阶段之后的感测阶段，将导通电压施加到所述第一晶体管的栅极；以及
响应于在所述曝光阶段期间入射在光电二极管上的光的强度超过阈值强度而将电荷从所述光电二极管转移到第一衬底中的浮置扩散点。
11.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括：
通过像素级互连部将信号电压从所述第一衬底传输到第二衬底，所述信号电压表示在所述浮置扩散点处的电压的放大版本。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：在所述曝光阶段期间通过在第二衬底中的电路检测所述信号电压的增加或减少的速率。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述电路包括模数转换器(ADC)。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，通过确定在当所述信号电压达到第一阈值时的第一时间和当所述信号电压达到不同于所述第一阈值的第二阈值时的第二时间之间的时间差来检测所述信号电压的增加或减少的速率。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，通过下列操作来确定所述时间差：
由在所述第二衬底中的比较器在所述信号电压对应于第一参考电压时的第一时间生成第一输出；
在所述第一时间将来自所述比较器的所述第一输出传输到计数器；
由所述比较器在所述信号电压对应于高于所述第一参考电压的第二参考电压时的第二时间生成第二输出；
在所述第二时间将来自所述比较器的所述第二输出传输到所述计数器；以及
由所述计数器对在所述第一时间和所述第二时间之间的时钟脉冲的数量进行计数。
16.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括：
响应于在所述曝光阶段之后导通第一复位晶体管来使所述浮置扩散点处的电压复位。
17.根据权利要求10所述的方法，还包括：
在所述感测阶段的一部分期间将偏置电压施加到电流源的栅极。
18.根据权利要求10所述的方法，还包括：
在所述感测阶段之后使所述浮置扩散点复位。
19.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘新桥，
申请(专利权)人：脸谱科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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