[发明专利]像素具有高动态范围、动态电荷溢流和全局快门扫描的背照式图像传感器

权利要求书

1.一种图像传感器，所述图像传感器包括成像像素阵列，每个成像像素包括：

光电二极管，所述光电二极管被配置为响应于入射光而生成电荷；

浮动扩散部；

电荷转移晶体管，所述电荷转移晶体管被配置为将电荷从所述光电二极管转移到所述浮动扩散部；和

电荷溢流结构，所述电荷溢流结构耦接到所述光电二极管，其中所有低于阈值的电荷都被收集在所述光电二极管的电荷存储阱中,并且其中所述电荷溢流结构高于所述阈值的电荷中的一些转向远离所述光电二极管的所述电荷存储阱。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述电荷溢流结构包括电荷溢流晶体管、电容器和重置晶体管。

3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中所述电荷溢流晶体管为高于所述阈值的所述电荷提供动态可调势垒，其中所述动态可调势垒取决于所述电容器上的电荷量，并且其中重置晶体管被配置为重置所述电容器。

4.根据权利要求2所述的图像传感器，其中所述电容器具有第一板和第二板，其中所述电荷溢流晶体管具有耦接到所述光电二极管的第一端子、耦接到所述重置晶体管的第二端子以及耦接到所述电容器的所述第一板的栅极端子，并且其中所述重置晶体管具有耦接到所述电容器的所述第一板与所述电荷溢流晶体管的所述栅极端子之间的节点的第一端子和耦接到所述电容器的第二板的第二端子。

5.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：

第一衬底，其中每个成像像素的所述光电二极管、所述浮动扩散部和所述电荷转移晶体管形成在所述第一衬底中；和

第二衬底，

其中每个成像像素还包括：

金属互连层，所述金属互连层在所述第一衬底与所述第二衬底之间；

重置晶体管，所述重置晶体管耦接到所述浮动扩散部，其中所述重置晶体管形成在所述第一衬底中；和

源极跟随器晶体管，所述源极跟随器晶体管在所述第一衬底中，耦接到金属互连层。

6.根据权利要求5所述的图像传感器，其中每个成像像素还包括：

第一存储电容器，所述第一存储电容器在所述第二衬底中；

第二存储电容器，所述第二存储电容器在所述第二衬底中；

第一晶体管，所述第一晶体管在所述第二衬底中，插置在所述第一存储电容器和所述金属互连层之间；和

第二晶体管，所述第二晶体管在所述第二衬底中，插置在所述第二存储电容器和所述金属互连层之间。

7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中每个成像像素的所述第一存储电容器被配置为存储与所述浮动扩散部的重置电平相关联的重置电压，其中每个成像像素的所述第二存储电容器被配置为存储与所述浮动扩散部的信号电平相关联的信号电压，并且

其中每个成像像素还包括：

附加的源极跟随器晶体管，所述附加的源极跟随器晶体管在所述第二衬底中；和

行选择晶体管，所述行选择晶体管在所述第二衬底中，耦接在所述附加的源极跟随器晶体管和列线之间，其中所述第一存储电容器通过所述第一晶体管耦接到所述附加的源极跟随器晶体管的栅极，其中所述第二存储电容器通过所述第二晶体管耦接到所述附加的源极跟随器晶体管的所述栅极，并且

其中所述图像传感器还包括：

处理电路，所述处理电路在所述图像传感器的周边处，被配置为使用来自所述第一存储电容器的所述重置电压和来自所述第二存储电容器的所述信号电压执行相关双采样。

8.根据权利要求6所述的图像传感器，其中每个成像像素还包括：

第三晶体管，所述第三晶体管在所述第二衬底中，插置在所述金属互连层与所述第一晶体管和所述第二晶体管之间；和

第四晶体管，所述第四晶体管在所述第二衬底中，插置在所述第三晶体管和接地节点之间。