光传感器制造技术

公开了一种光传感器。光传感器包括第一像素和第二像素。光传感器包括测量电路。当光传感器暴露于光时，第一像素被配置为累积第一电荷，并且第二像素被配置为累积第二电荷。第一像素被配置为当第一电荷达到第一像素的阈值容量时触发测量电路测量第二电荷。还公开了一种包括光传感器的有源像素传感器、图像传感器和结合光传感器的设备。和结合光传感器的设备。和结合光传感器的设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光传感器


[0001]本公开涉及一种光传感器、有源像素传感器和图像传感器。光传感器可以用于成像设备，诸如可以在诸如移动电话的移动设备上找到的成像设备。

技术介绍

[0002]图像传感器广泛用于诸如蜂窝电话、数字相机和其他图像记录设备的一系列设备中。这样的图像传感器可以是例如电荷耦合器件(CCD)传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。
[0003]典型的CMOS图像传感器包括像素阵列，其中阵列内的每个像素包括光电检测器(诸如光电二极管)以及用于控制和/或激活像素的一个或多个晶体管。
[0004]这样的光电二极管被配置为当暴露于入射光时生成并存储电荷。光电二极管或更一般地像素的最大存储容量被称为“满阱容量”(Full
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Well Capacity，FWC)。FWC可以被定义为单个像素在饱和之前可以存储的电荷量。
[0005]FWC是像素性能的基础：减小的FWC意味着较低的动态范围和较低的信噪比。图像传感器(例如，像素阵列)中的像素的FWC可以与图像传感器捕获同时具有暗对象和亮对象的图像的能力有关。像素上的电荷存储达到FWC，例如有效地使像素饱和，可能导致光学像差，诸如模糊。因此，通常期望最大化像素的FWC以最大化像素的动态范围和信噪比。
[0006]例如，通过增加像素内的光电二极管的面积，例如增加像素内的电荷存储结构的几何形状，可以实现更大的FWC。然而，这种方法与当前对更高分辨率但更低功率的图像传感器的商业需求冲突，这种需求通常推动图像传感器的日益小型化和集成化。一般来说，较小像素可比较大像素遭受更有限的FWC，这至少部分地归因于较小像素的有限电荷存储区域。
[0007]此外，在当前的CMOS图像传感器中，光电二极管通常用于在积分时间(即，光入射到光电二极管上的时间间隔，也称为曝光时间)期间生成和存储电荷。通常选择图像传感器或传感器内的像素的积分时间以避免存储在传感器内的像素上的电荷达到FWC。然而，最佳积分时间的选择可能是有问题且困难的，因为像素的FWC可能难以准确地预测，这至少部分地归因于FWC对温度和入射光水平的依赖性。
[0008]本公开的至少一个方面的至少一个实施例的目的是消除或至少减轻现有技术的上述缺点中的至少一个。

技术实现思路

[0009]根据第一方面，提供了一种光传感器，其包括第一像素、第二像素和测量电路。当光传感器暴露于光时，第一像素被配置为累积第一电荷，并且第二像素被配置为累积第二电荷。第一像素被配置为当第一电荷达到第一像素的阈值容量时触发测量电路测量第二电荷。
[0010]有利地，第一像素确保在第二像素中的电荷达到阈值(例如，FWC)之前进行第二像
素中的电荷的测量，从而防止第二像素饱和。有益地，避免第二像素的饱和确保了在曝光时间期间没有光信息丢失。有益地，这使得光传感器特别适合于需要长积分时间的应用。
[0011]第一像素可以包括钉扎光电二极管(pinned photodiode)。第二像素可以包括钉扎光电二极管。
[0012]阈值容量可以对应于第一像素的满阱容量。
[0013]阈值容量可以对应于第一像素的满阱容量的比例。例如，阈值容量可以对应于第一像素的满阱容量的90％、80％、70％或甚至更少。
[0014]第一像素和第二像素可以被配置为使得当光传感器暴露于光时，在第二电荷达到第二像素的满阱容量之前，第一电荷达到第一像素的阈值容量。
[0015]第二像素可以被配置为与第一像素相比，对波长范围的光更不敏感。
[0016]第二像素可以被配置为与第一像素相比，更少地暴露于波长范围的光。
[0017]第二像素可以包括被配置为限制波长范围的光入射到第二像素的光敏部分的至少一部分上的层。
[0018]该层可以包括对第二像素的光敏部分对其敏感的波长范围的光基本上不透明或半透明的材料。
[0019]第一像素的复位电压可以不同于第二像素的复位电压。优选地，第一像素的复位电压可以低于第二像素的复位电压。
[0020]第一像素和第二像素可以被制造为呈现基本上相同的电特性。第一像素和第二像素可以被制造为包括基本上相同的满阱容量。
[0021]光传感器可以被制造为单片器件。第一像素和第二像素可以被制造为单片器件。光传感器可以是CMOS器件。
[0022]光传感器可以包括分立组件。可以独立地制造第一像素、第二像素、测量电路或其组件中的至少一个。
[0023]测量电路可以包括模数转换器(ADC)。ADC可被配置为将对应于第二电荷的电压转换成数字信号。
[0024]光传感器可以包括状态机和/或可编程逻辑和/或中央处理单元(CPU)和/或电路。状态机和/或可编程逻辑和/或CPU和/或电路可以被配置为在预定义的曝光时间内重复以下步骤：1.复位第一像素和第二像素；和2.当第一电荷达到阈值容量时，触发测量电路测量第二电荷。
[0025]状态机和/或可编程逻辑和/或CPU和/或电路可以被配置为通过累积第二电荷的连续测量来确定在预定义曝光时间内的总电荷。
[0026]状态机和/或可编程逻辑和/或CPU和/或电路可以被配置为补偿在第二电荷的测量期间引起的开销时间。
[0027]第一像素和/或第二像素可以包括4T有源像素。
[0028]光传感器可以包括多个第二像素。
[0029]每个第二像素可以被配置为当光传感器暴露于光时累积相关联的电荷。第一像素可以被配置为当第一电荷达到阈值容量时触发测量电路测量相关联的电荷。
[0030]根据第二方面，提供了一种有源像素传感器，其包括多个根据第一方面的光传感器。
[0031]多个光传感器中的第一光传感器可以对第一波长范围内的光敏感。
[0032]多个光传感器中的第二光传感器可以对不同于第一波长范围的第二波长范围内的光敏感。
[0033]有源像素传感器可以被配置为作为彩色(例如，红色、绿色、蓝色(RGB))图像传感器操作。
[0034]有源像素传感器可以被配置为作为宽带图像传感器操作。例如，有源像素传感器可以被配置为感测整个可见光谱上的可见光，例如波长在大约380nnm至740nm范围内的光。
[0035]有源像素传感器可以被配置为作为闪烁图像传感器操作，例如被配置为确定入射光的频率的传感器。
[0036]根据第三方面，提供了一种图像传感器，其包括像素阵列和至少一个根据第一方面的光传感器。
[0037]根据第四方面，提供了一种设备，其包括处理器和至少一个根据第三方面的图像传感器和/或至少根据第二方面的有源像素传感器和/或至少一个根据第一方面的光传感器。
[0038]该设备可以是例如蜂窝电话、数字相机、安全相机、膝上型或平板设备、图像记录设备等。
[0039]以上
技术实现思路
旨在仅仅是示例性的而非限制性的。本公开包括单独或以各种组合的一个或多个对应的方面、实施例或特征，无论是否以该组合或单独地具体陈述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光传感器，包括：第一像素；第二像素；以及测量电路；其中当所述光传感器暴露于光时，所述第一像素被配置为累积第一电荷，并且所述第二像素被配置为累积第二电荷；并且其中所述第一像素被配置为当所述第一电荷达到所述第一像素的阈值容量时触发所述测量电路测量所述第二电荷。2.根据权利要求1所述的光传感器，其中所述第一像素和所述第二像素各自包括钉扎光电二极管。3.根据权利要求1或2所述的光传感器，其中所述阈值容量对应于所述第一像素的满阱容量，或者对应于所述第一像素的所述满阱容量的比例。4.根据权利要求3所述的光传感器，其中所述第一像素和所述第二像素被配置为使得当所述光传感器暴露于光时，在所述第二电荷达到所述第二像素的满阱容量之前，所述第一电荷达到所述第一像素的所述阈值容量。5.根据任一前述权利要求所述的光传感器，其中所述第二像素被配置为与所述第一像素相比，对波长范围的光更不敏感和/或更少地暴露于波长范围的光。6.根据任一前述权利要求所述的光传感器，其中所述第二像素包括被配置为限制波长范围的光入射到所述第二像素的光敏部分的至少一部分上的层。7.根据权利要求6所述的光传感器，其中所述层包括对所述第二像素的所述光敏部分对其敏感的波长范围的光基本上不透明或半透明的材料。8.根据任一前述权利要求所述的光传感器，其中所述第一像素的复位电压不同于所述第二像素的复位电压。9.根据任一前述权利要求所述的光传感器，其中所述第一像素和所述第二像素被制造为表现出基本上相同的电特性和/或包括基本上相同的满阱容量。10.根据任一前述权利要求所述的光传感器，其中所述测量电路包括模数转换器(ADC)，其中，所述ADC被配置为将与所述第二电荷相对应的电压转换为数字信号。11.根据任一前述权利要求所述的光传感器，包括状态机和/或电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：H伦哈德，K瓦泽，B格雷梅尔莱恩高尔，M托伊费尔，
申请(专利权)人：ams国际有限公司，
类型：发明
国别省市：