[发明专利]具有低色串扰的高动态范围分割像素CMOS图像传感器

说明书

本申请案涉及具有低色串扰的高动态范围分割像素CMOS图像传感器。本申请案涉及一种像素单元，所述像素单元包含多个子像素，以响应于入射光生成图像电荷。所述子像素包含被外部子像素横向环绕的内部子像素。第一多个传输门经安置为靠近所述内部子像素及外部子像素的第一分组。第一浮动扩散部经耦合以通过第一多个传输门从外部子像素的所述第一分组接收所述图像电荷。第二多个传输门经安置为靠近所述内部子像素及外部子像素的所述第二分组。第二浮动扩散部安置在所述半导体材料中，并经耦合以通过所述第二多个传输门从外部子像素的所述第二分组中的每一者接收所述图像电荷。所述内部子像素中的所述图像电荷通过相应的传输门被所述第一、第二浮动扩散部或其两者接收。

技术领域

此公开大体上涉及图像传感器，且特定但不限于，涉及高动态范围互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。

背景技术

图像传感器已变得无处不在，且现在广泛用于数码相机、蜂窝电话、监控摄像头以及医疗、汽车及其它应用中。随着图像传感器集成到更广泛的电子装置中，期望通过装置架构设计以及图像获取处理两者以尽可能多的方式(例如，分辨率、电力消耗、动态范围等)增强其功能性、性能度量及其类似者。

典型图像传感器响应于来自外部场景的图像光入射于图像传感器上而操作。图像传感器包含像素阵列，所述像素阵列具有光敏元件(例如，光电二极管)，所述光敏元件吸收入射图像光的一部分并在吸收图像光时生成图像电荷。由像素光生的图像电荷可经测量为依据入射图像光而变化的列位线上的模拟输出图像信号。换句话说，生成的图像电荷量与图像光的强度成正比，所述图像电荷量经读出为来自列位线的模拟信号，并经转换为数字值，以产生表示外部场景的数字图像(即，图像数据)。

标准图像传感器具有约60到70dB的有限动态范围。然而，现实世界的亮度动态范围要大得多。例如，自然场景通常跨越90分贝且更大的范围。为了同时捕获明亮高光及暗淡阴影中的细节，高动态范围(HDR)技术已被用于图像传感器中，以增加捕获的动态范围。增加动态范围的一种常见技术是使用标准(低动态范围)图像传感器将用不同曝光设置捕获的多个曝光合并成单个线性HDR图像，这导致比单个曝光图像大得多的动态范围图像。

发明内容

本公开的一个方面提供一种像素单元，其中所述像素单元包括：多个子像素，其中所述多个子像素中的每一者包含安置在半导体材料中以响应入射光而生成图像电荷的光电二极管，其中所述多个子像素进一步包含在所述半导体材料中被多个外部子像素横向环绕的内部子像素，其中所述多个外部子像素被分离为外部子像素的第一分组及外部子像素的第二分组；第一多个传输门，其经安置为靠近所述内部子像素及外部子像素的所述第一分组；第一浮动扩散部，其安置在所述半导体材料中，并经耦合以通过所述第一多个传输门从外部子像素的所述第一分组中的每一者接收所述图像电荷；第二多个传输门，其经安置为靠近所述内部子像素及外部子像素的所述第二分组；及第二浮动扩散部，其安置在所述半导体材料中，并经耦合以通过所述第二多个传输门从外部子像素的所述第二分组中的每一者接收所述图像电荷，其中所述内部子像素中的所述图像电荷经耦合以通过所述第一多个传输门中的相应一者，所述第二多个传输门中的一者，或所述第一多个传输门中的所述一者与所述第二多个传输门中的所述一者两者传输到所述第一浮动扩散部、所述第二浮动扩散部或所述第一浮动扩散部与所述第二浮动扩散部两者中的一者。