[发明专利]电荷积分多线性图像传感器

说明书

技术领域

本发明涉及时延和信号积分线性图像传感器(或者代表“时延积分线性传感器”的TDI传感器)，其中，通过在场景移动到传感器之前时将相继地观察场景的同一线的数个光敏线拍摄的相继图像逐步相加来重建所观察的场景的点构成的线的图像。

背景技术

这些传感器用于例如扫描仪中。它们包括数条平行的光敏像素线构成的条(bar)；各条线的控制电路(曝光时间的控制以及随后的光生电荷的读取的控制)的先后顺序相对于场景和传感器之间的相对移动同步，以使得传感器的所有线相继看到所观察的场景的相同线。然后针对所观察的线的每一点，将每条线生成的信号逐点相加。

在恒定的曝光时间，传感器的灵敏度以线的数量N的比率提高，或者在恒定的灵敏度，曝光时间能够被N除。此数量N可以例如是用于工业控制应用的或者用于从太空进行地球观察的应用的16或者32，或甚至是用于医疗应用的60至100线(牙科、乳房X线照相术等)。

信噪比以传感器的线的数量N的平方根的比率提高。

此外，由各线的信号的相加所导致的平均，减小了同一条的像素的灵敏度不均匀性以及像素的暗电流的不均匀性。

在电荷转移图像传感器(CCD传感器)中，通过与场景和传感器的相对运动同步地从像素线清空在先像素线中生成和累积的电荷来简单地执行逐点信号的相加。能够读取最后的像素线，最后的像素线累积了N倍的由所观察的图像线所生成的电荷。

CCD图像传感器的应用具有使用高电源电压的缺点，并消耗相当大的功率；此技术是基于相邻和相互交叠的多晶硅栅极的使用；集成(integration)密度不是非常高。

图像传感器技术随后向具有晶体管的有源像素传感器发展，为简化，该具有晶体管的有源像素传感器以下称为CMOS传感器，因为它们通常使用COMS(互补金属氧化半导体)技术来制造；在这些COMS传感器中，没有至读取电路或者寄存器的线至线的电荷转移，但是存在具有晶体管的有源像素，其收集光生电荷并将它们直接转化为电压或者电流。因此，传感器的各线相继地供应表示由线接收的照明的电压或者电流。这些结构不使得执行这些电流或电压的无噪声累积变为可能；因此，生产一个时延积分传感器是困难的。但是制造技术简单，它不会消耗很多功率，并以低电压操作。

然而已经尝试了生产CMOS时延积分传感器。

特别地，已经尝试使用开关电容，在该电容中对相继接收到的电流进行积分，从而在同一电容上累积列中的数个像素的接收到的电荷(US6906749，WO0126382)。

也已经提出了将源自像素线的信号转化为数字值，来在线的行j的累积寄存器中累积对应于行j的像素的数字值，该行j的累积寄存器累积对应于N个相继线的同一行j的像素的数字值(专利FR290680)。

在专利FR290681中，提出将在先线的像素的输出电压施加至线的像素构成的光电二极管，以在隔离光电二极管并对归因于光的新电荷进行积分之前将在先像素的电荷复制到光电二极管中，使得在积分时间的尽头，光电二极管包括对应于在先线的电荷与新的积分电荷的和。然而，此操作引起了恶化信噪比的转移噪声。

例如在专利公开US2008/0217661中，已经提出了使用像素内部的电荷的累积的解决方案。它们使用比使用COMS技术来生产图像传感器所严格需要的技术更复杂的技术，否则它们在电荷转移期间有损耗。

最后，在本申请人较早的未公开申请中，已经提出了用交替的宽栅极和狭窄光电二极管组成像素，该狭窄光电二极管通过处于基底的电势的区域p++与该栅极分离，并在除与光电二极管相邻的非常狭窄的栅极指下方之外形成防止电荷转移的势垒。通过与栅极指接触的p++区域的影响，栅极指的狭窄仅在栅极处于低电势的时候产生势垒。当栅极处于高电势时，该势垒充分降低。从而确保了转移的方向性，但代价是更复杂的结构，且代价是电荷转移的瓶颈。

发明内容

使用比通常的CCD技术简单的技术生产时延积分线性传感器的尝试因此并没有让人完全满意，本发明的一个目的就是提出对这些问题的另一解决方案。

因此本发明的目的是提出一种更有利的技术方案，来生产根据电荷转移结构原理操作的传感器，但是使用与CMOS技术电路相兼容的技术，并且特别是在多晶硅中仅使用一个栅极层(gate level)的技术，而不是如常规CCD技术中的使用两层相互交叠的栅极的情况。