[发明专利]像素阵列中使用可重新配置的光电二极管进行高电压生成

说明书

本公开的各实施例涉及像素阵列中使用可重新配置的光电二极管进行高电压生成。一种成像传感器，包括像素阵列，该像素阵列包含光电二极管，光电二极管通过全厚度深沟槽隔离而彼此隔离。在逐行的基础上，行控制电路装置控制像素阵列的哪些行在成像模式中操作以及像素阵列的哪些行在能量收集模式中操作。开关电路装置选择性地将在能量收集模式中操作的成行的光电二极管的不同组连接成在电压输出线和接地线之间的正向偏置串联配置，或连接成在电压输出线和接地线之间的正向偏置并联配置。

技术领域

本申请涉及光电二极管的领域，并且特别地涉及一种能够进行图像感测以及光伏发电两者的可重新配置的光电二极管像素阵列。

背景技术

CMOS半导体技术被用于各种应用中，诸如图像传感器。由于这种图像传感器通常被包含在便携式设备(诸如智能手机)中，因此它们由电池供电。然而，图像传感器具有高的能量消耗，并且因此这种图像传感器的频繁使用可以迅速耗尽图像传感器被合并到其中的设备的电池。在智能手机的情况下，特别不期望电池的耗尽，因为用户既期望较长的电池寿命，又期望频繁利用图像传感器(例如，以捕获数字图像或视频、使用视频聊天应用等)的能力。

因此，已知的是将从环境收集能量的分离的光伏设备合并到包含CMOS图像传感器的设备中。但是，分离的光伏器件与CMOS图像传感器一起使用可能不期望地增加它们被合并到其中的设备的成本、复杂性和尺寸。

因此，已经开发了能够收集能量的CMOS图像传感器系统。然而，使用这些设计的高电压生成面积低效、后期制造不灵活，并且涉及附加电路装置(诸如升压转换器和电荷泵)来辅助能量收集。更进一步地，当采用已知的CMOS技术时，固有形成的寄生结构对高电压生成施加了附加的缺点，诸如由于共同共用衬底而形成的寄生结二极管的产生，其消耗所收集的功率的大部分。附加地，在使用低电压生成来减轻这些缺点的情况下，出现了新的缺点，诸如低操作速度和准确性。此外，在这些能够收集能量的CMOS图像传感器系统被放置在透镜后面的情况下(例如，在具有固定模式的CMOS成像像素和CMOS能量收集像素的相机单元的情况下)，投影图像可能会在CMOS能量收集像素上引起阴影，这降低了所生成的功率。

因此，明显的是，需要进一步开发CMOS能量收集技术。

发明内容

本文公开了一种成像传感器，包括像素阵列，像素阵列的每个像素包含光电二极管，光电二极管通过全厚度深沟槽隔离而彼此隔离。模式选择电路装置被配置为控制像素阵列的哪些像素组在成像模式中操作以及像素阵列的哪些像素组在能量收集模式中操作。开关电路装置被配置为选择性地将在能量收集模式中操作的成行的光电二极管的不同组连接成电压输出线和接地线之间的正向偏置串联配置，或连接成电压输出线和接地线之间的正向偏置并联配置。

开关电路装置可以通过以下方式将光电二极管的给定组连接成正向偏置串联配置：将给定组的第一光电二极管的阳极连接到电压输出线，将给定组的第二光电二极管的阳极连接到给定组的第一光电二极管的阴极，将给定组的第三光电二极管的阳极连接到给定组的第二光电二极管的阴极，将给定组的第四光电二极管的阳极连接到给定组的第三光电二极管的阴极，以及将给定组的第四光电二极管的阴极连接到接地线。

开关电路装置可以通过以下方式将光电二极管的给定组连接成正向偏置并联配置：将给定组的第一光电二极管的阳极连接到电压输出线，将给定组的第二光电二极管的阳极连接到给定组的第一光电二极管的阴极，将给定组的第二光电二极管的阴极连接到接地线，将给定组的第三光电二极管的阳极连接到电压输出线，将给定组的第四光电二极管的阳极连接到给定组的第三光电二极管的阴极，并且将给定组的第四光电二极管的阴极连接到接地线。