[发明专利]具有增强的电荷容量和动态范围的固态图像传感器

说明书

某些方面涉及成像系统和用于制造成像系统和图像传感器的方法。成像系统包括像素阵列，像素阵列包括多个像素，所述像素被配置成在暴露于光时生成电荷并且设置在第一层上。成像系统还包括多个像素电路，所述像素电路用于读取在与其耦合的像素中积分的光，所述多个像素电路中的每个包括在所述多个像素的子集之间共享的一个或多个晶体管，所述一个或多个晶体管设置在与所述第一层不同的第二层上。成像系统还包括被配置成将多个像素中的每个像素耦合到多个像素电路的多个浮置扩散节点。

技术领域

本文公开的系统和方法涉及光传感器，并且更具体而言，涉及亚微米像素和垂直集成的像素传感器。

背景技术

数字相机和数字成像的趋势是朝向更小的像素，以向上驱动兆像素计数或实现更小的传感器面积。同时，期望改善速度、灵敏度和像素数量。然而，像素尺寸减小和数量增大可能不会支持速度和灵敏度的期望增大。更小尺寸的像素可能会遇到很多挑战。例如，与更大像素相比时，更小的像素可以具有更低的感测速度或降低的分辨率和色彩保真度，并可以具有有限的动态范围。尤其是在移动传感器中，缩小像素尺寸和传感器面积的趋势试图通过高级处理来维持性能。亚微米像素探测器阵列的减小的满阱容量、减小的量子效率和减小的感光度具有大大降低的图像传感器的信噪比(SNR)和动态范围。此外，减小的像素尺寸的更高串扰导致图像质量问题，例如，不良的调制传递函数(MTF)和色彩保真度。

在数字成像中，互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器的动态范围有时可能不足以准确表示室外场景。在移动装置中(例如移动电话上的相机中)可能使用的更紧凑传感器中，尤其可能是这种情况。例如，移动装置相机中使用的典型传感器可能具有大约60-70dB的动态范围。然而，典型的自然室外场景可能容易覆盖亮区和阴影之间的100dB的对比度范围。因为该动态范围大于移动装置中使用的典型传感器的动态范围，所以移动装置拍摄的图像中可能会丢失细节。

发明内容

本发明的系统、方法和装置均具有几个方面，其中没有一个单独负责其期望的属性。在不限制所附权利要求表达的本发明的范围的情况下，现在将简要论述一些特征。在考虑本论述之后，尤其是在阅读标题为“具体实施方式”的节之后，将理解，本发明的各实施例的特征如何提供优点，优点包括接入点和无线网络中的站之间的改善的通信。

本文公开的实施例均具有几个创造性方面，其中没有一个单独负责本发明的期望的属性。在不限制范围的情况下，如所附权利要求所表达的，这里将要简单公开更突出的特征。在考虑本论述之后，将理解各实施例的特征如何提供相对于当前的动态无线充电系统的几个优点。

本公开的一个方面提供了一种成像系统。成像系统包括被配置成将光转换成电荷的多个像素。成像系统还包括：被配置成转换来自多个像素的电荷的一个或多个放大晶体管；被配置成选择多个像素中的要被读出的行或列的一个或多个选择晶体管；以及被配置成重置多个像素中的至少一个的一个或多个重置晶体管。成像系统还包括像素阵列。像素阵列包括被布置成一个或多个共享像素架构的多个像素。像素阵列被布置成多个行和列并且还包括多个传输门晶体管。多个传输门晶体管中的每个对应于多个像素中的一个。成像系统还包括第一硅层和第二硅层，在第一硅层上设置多个像素，并且在第二硅层上设置一个或多个放大晶体管、选择晶体管和重置晶体管中的至少一个。

公开的另一方面是另一成像系统。另一成像系统包括多个像素，其中像素被配置成在暴露于光时生成电荷。另一成像系统还包括多个像素电路，每个像素电路包括重置晶体管、行选择晶体管或放大电阻器中的至少一个。另一成像系统还包括多个共享像素架构，共享像素架构包括多个像素中的一个或多个像素以及多个像素电路中的像素电路。另一成像系统还包括像素阵列，像素阵列包括多个共享像素架构。像素阵列被布置成多个行和列。最后，另一成像系统包括第一硅层和放置于第一硅层上方的第二硅层。