[发明专利]混合键合的图像传感器的电路和读取方法

说明书

混合键合的图像传感器具有：具有宏单元的光电二极管裸片，每个宏单元具有至少一个光电二极管和键合连接；和具有多个超级单元的支撑电路裸片，每个超级单元具有键合至光电二极管裸片的宏单元的键合连接的至少一个宏单元单位。每个宏单元单位具有用于复位光电二极管裸片宏单元的光电二极管的复位晶体管。每个超级单元具有：可用于接收来自光电二极管的非反相输入和反相输入的差分放大器，差分放大器提供输出，每个差分放大器具有耦接至差分放大器输出和反相输入的放大器复位晶体管；耦接在输出和反相输入之间的第一电容器，和耦接在反相输入和信号接地之间的第二电容器。实施例的第一和第二电容器具有可控电容以调整增益。

技术领域

本发明涉及图像传感器技术领域，尤其涉及混合键合的图像传感器的电路和读取方法。

背景技术

CMOS矩形阵列光电传感器阵列通常用作照相机中的图像传感器。这些阵列具有NxM(当N和M都大于1且通常不相等)个基于光电二极管的光电传感器的阵列，每个基于光电二极管的光电传感器具有至少一个选择晶体管，选择晶体管具有耦接至选择线的栅极。这些阵列通常具有布置为向光电二极管提供电荷清除功能的复位晶体管，以及一个或多个转移栅极晶体管和布置为在一个或多个位线上从光电二极管读取后曝光电荷的源极跟随晶体管；这些阵列通常还具有用于驱动转移和选择线的解码器驱动器和由位线馈入的增益放大器，且在一些实施例中可以包含其他电路。

发明内容

在实施例中，混合键合的图像传感器具有光电二极管裸片和支撑电路裸片，光电二极管裸片具有宏单元，宏单元具有至少一个光电二极管和连接点；支撑电路裸片具有多个超级单元，每个超级单元具有至少一个宏单元单位，宏单元单位具有电连接至光电二极管裸片的宏单元的连接点的连接点，电连接称为键合。每个宏单元单位具有适用于对光电二极管裸片的宏单元的光电二极管预充电的预充电或复位晶体管。差分放大器直接施加至感测节点，共享为超级单元。每个超级单元具有可配置为接收来自光电二极管的非反相输入并接收反相输入的差分放大器，差分放大器提供输出，每个差分放大器具有耦接至差分放大器输出和反相输入的放大器复位晶体管，耦接至差分放大器输出和反相输入之间的第一电容器，和耦接至反相输入和信号接地之间的第二电容器。尽管特定实施例的第二电容器被示出具有图2中的可控电容，两个电容器可以被布置为可调节电容器以便提供期望的系统增益。

在另一实施例中，使用光电二极管裸片形成数字化像素数据的方法包括复位光电二极管裸片的光电二极管，使光电二极管曝光，将来自光电二极管裸片的光电二极管的信号通过键合耦接至支撑电路裸片的宏单元电路，宏单元电路至少具有差分放大器的非反相输入晶体管。方法包括通过设置可选择电容增益控制电路的电容来配置差分放大器的增益，以及复位放大器，然后在将来自差分放大器的信号耦接至模数转换器之前，使用差分放大器放大来自光电二极管裸片的光电二极管的信号，以及由包括在模数转换器中数字化信号的步骤形成数字化像素数据。

附图说明

图1是混合键合的图像传感器的局部剖视图。

图2是实施例中示出芯片间键合和级联增益放大电路的宏单元的示意图。

图3是是增益放大电路的可选实施例的示意图。

图3A示出其中每个超级单元是图像传感器的列的实施例，具有每个宏单元单位中的放大器部分P1和超级单元的所有宏单元单位共用的放大器部分P2。

图4是增益放大电路的另一可选实施例的示意图。

图5是示出具有如图3或4所示的超级单元的图像传感器的操作的时序图。

图6是使用二级补偿放大器的增益放大电路的另一可选实施例的示意图。

图7是使用折叠级联放大器的放大电路的另一可选实施例的示意图。

图8是根据实施例的包含图像传感器的系统的框图。