[实用新型]图像传感器

说明书

本实用新型涉及图像传感器。公开了一种背照式图像传感器，所述背照式图像传感器可使用单光子雪崩二极管(SPAD)概念在盖革操作模式下进行操作以便实现单光子检测。所述图像传感器可使用与绝缘体上硅(SOI)芯片堆叠的两层实现。顶级图像感测芯片与第二级ASIC电路芯片之间的芯片到芯片电连接可在每个像素处通过每个像素的单个凸块连接来实现。光水平信号可从具有光子计数能力的像素获得，而用于3维成像的距离测量信号可从具有飞行时间(ToF)检测能力的像素获得。这两种类型的像素可集成在相同阵列内并且使用置于顶部芯片上的相同SPAD结构。

技术领域

本实用新型整体涉及成像系统，具体涉及图像传感器，并且更具体地讲，涉及具有将单光子雪崩二极管(SPAD)用于单光子检测且从衬底的背面照明的像素的光子计数互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器阵列。

背景技术

现代电子设备(诸如移动电话、相机和计算机)通常使用数字图像传感器。图像传感器(有时称为成像器)可由二维图像感测像素阵列形成。每个像素包括接收入射光子(光)并将光子转变为电信号的光敏元件。有时，图像传感器被设计为使用联合图像专家组(JPEG)格式将图像提供给电子设备。

具有背照式像素的常规图像传感器可能存在以多种方式受到限制的功能。例如，一些常规图像传感器可能不能够确定从图像传感器到待成像的物体的距离。常规图像传感器还可具有低于所需的图像质量和分辨率。

因此希望能够提供具有背照式像素的改进的图像传感器。

实用新型内容

根据一个方面，提供一种图像传感器，包括：第一衬底；所述第一衬底中的多个单光子雪崩二极管；多个导电互连件；第二衬底，其中每个单光子雪崩二极管具有所述多个导电互连件中的将所述第一衬底耦接到所述第二衬底的对应导电互连件；所述第二衬底中的脉冲计数电路，所述脉冲计数电路被配置为响应于来自所述多个单光子雪崩二极管中的至少第一单光子雪崩二极管的信号而生成光水平信号；以及飞行时间-电压转换器电路，所述飞行时间-电压转换器电路被配置为响应于来自所述多个单光子雪崩二极管中的至少第二单光子雪崩二极管的信号而生成具有飞行时间信息的信号。

根据另一方面，提供一种图像传感器，包括：第一多个单光子雪崩二极管；第二多个单光子雪崩二极管；多个脉冲计数电路，其中每个脉冲计数电路被配置为响应于来自所述第一多个单光子雪崩二极管中的相应单光子雪崩二极管的信号而生成光水平信号；以及多个飞行时间-电压转换器电路，其中每个飞行时间-电压转换器电路被配置为响应于来自所述第二多个单光子雪崩二极管中的相应单光子雪崩二极管的信号而生成具有飞行时间信息的信号。

根据又一方面，提供一种图像传感器，包括：第一衬底；第一单光子雪崩二极管，所述第一单光子雪崩二极管在所述第一衬底中形成；第二单光子雪崩二极管，所述第二单光子雪崩二极管在所述第一衬底中形成；第二衬底；模拟脉冲计数电路，所述模拟脉冲计数电路从所述第一单光子雪崩二极管接收信号，其中所述模拟脉冲计数电路的至少一部分在所述第二衬底中形成；以及飞行时间-电压转换器电路，所述飞行时间-电压转换器电路从所述第二单光子雪崩二极管接收信号，其中所述飞行时间-电压转换器电路的至少一部分在所述第二衬底中形成。

本实用新型提供的背照式图像传感器可使用单光子雪崩二极管(SPAD)概念在盖革(Geiger)操作模式下进行操作，实现了单光子检测。

附图说明

图1是根据一个实施方案的具有图像传感器的示例性电子设备的示意图。

图2是根据一个实施方案的在专用集成电路(ASIC)芯片顶部上具有堆叠式顶部绝缘体上硅(SOI)芯片的示例性图像传感器的横截面侧视图，其示出了SPAD像素结构和SOI全耗尽晶体管的细节。

图3是根据一个实施方案的可用于图2所示类型的图像传感器中的示例性模拟脉冲计数电路的简化电路图。