本實(shí)用新型涉及固態(tài)圖像傳感器陣列，并且更具體地講，涉及從對應(yīng)圖像傳感器襯底的背面或正面照明的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器陣列。

背景技術(shù)：

圖像傳感器像素已經(jīng)在其中融入了用于從圖像傳感器像素排去溢出電荷的機(jī)制，從而防止在特定像素或像素組被過度曝光時(shí)電荷涌進(jìn)陣列的相鄰像素中。本實(shí)用新型詳細(xì)描述了一種產(chǎn)生改進(jìn)的溢出電荷控制的電荷轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)，其特別適合于從襯底的背面照明的小尺寸像素。該新型轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)允許將信號動態(tài)范圍壓縮直接引入到像素中。

典型的圖像傳感器可通過以下方式來感測光：將碰撞光子轉(zhuǎn)換成積聚(收集)到傳感器像素中的電子(或空穴)。在完成每個(gè)積聚周期之后，收集到的電荷被轉(zhuǎn)換為電壓信號，這些電壓信號被提供給與圖像傳感器關(guān)聯(lián)的對應(yīng)輸出端子。通常，這種電荷到電壓的轉(zhuǎn)換直接在像素內(nèi)執(zhí)行，并且所得模擬像素電壓信號通過各種像素尋址和掃描方案傳輸?shù)捷敵龆俗?。在被傳送到片外之前，模擬像素電壓信號可有時(shí)在片上被轉(zhuǎn)換為數(shù)字同等信號。每個(gè)像素包括緩沖放大器(即源極跟隨器)，該緩沖放大器驅(qū)動經(jīng)由相應(yīng)尋址晶體管連接至像素的輸出感測線。

在電荷到電壓的轉(zhuǎn)換完成之后并且在所得信號從像素傳輸出去之后，在聚積后續(xù)新電荷之前將像素重置。在包括用作電荷檢測節(jié)點(diǎn)的浮動擴(kuò)散(FD)的像素中，這個(gè)重置操作通過暫時(shí)接通重置晶體管來完成，該重置晶體管將浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)連接到電壓參考(通常是像素源極跟隨器電流漏極節(jié)點(diǎn))以排放(或移除)傳輸至浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)上的任何電荷。然而，使用重置晶體管從浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)移除電荷會生成熱kTC重置噪聲。使用相關(guān)雙采樣(CDS)信號處理技術(shù)來移除這種kTC重置噪聲以實(shí)現(xiàn)所需的低噪聲性能。利用CDS的典型CMOS圖像傳感器需要每個(gè)像素三個(gè)晶體管(3T)或四個(gè)晶體管(4T)，其中一個(gè)用作電荷轉(zhuǎn)移晶體管?？梢栽谌舾晒怆姸O管中共享像素電路晶體管中的一些，這也減小了像素尺寸。

通常必須使圖像傳感器同時(shí)滿足三個(gè)要求。具體地講，圖像傳感器需要聚積空穴以減少暗電流，提供有效的光暈控制，并且保證在轉(zhuǎn)移柵極完全接通時(shí)從光電二極管進(jìn)行完整的電荷轉(zhuǎn)移。無法同時(shí)輕易地滿足這三個(gè)要求，這通常導(dǎo)致某些像素性能上的犧牲。另一個(gè)問題是一旦以特定轉(zhuǎn)移柵極長度和摻雜程度設(shè)計(jì)并制作了像素，像素的光暈性能就被固定并且無法改變。這通常導(dǎo)致像素電荷阱容量的某些犧牲，該像素電荷阱容量必須建構(gòu)到像素中以充當(dāng)用于實(shí)現(xiàn)有效抗光暈操作的裕量。

因此將希望能夠提供改善的圖像傳感器像素設(shè)計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的一個(gè)技術(shù)問題是提供改進(jìn)的圖像傳感器像素和成像系統(tǒng)。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供了一種圖像傳感器像素，所述圖像傳感器像素，包括：響應(yīng)于圖像光而生成電荷的光電二極管；浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)；以及具有第一柵極和第二柵極的電荷轉(zhuǎn)移晶體管，其中所述電荷轉(zhuǎn)移晶體管被配置為將所生成的電荷從所述光電二極管轉(zhuǎn)移到所述浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述第二柵極插入在所述第一柵極與所述浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)之間。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一柵極插入在所述第二柵極與所述光電二極管之間。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述第二柵極被配置為響應(yīng)于接收控制信號而更改所述浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)的電容。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述第二柵極被配置為接收增大所述浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)的電容的預(yù)定的正偏壓電壓。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)的電荷轉(zhuǎn)換因子響應(yīng)于在所述第二柵極處接收預(yù)定的正偏壓電壓而減小。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)的電勢響應(yīng)于生成的電荷被轉(zhuǎn)移到所述浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)而從重置電平降低。

在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)所述浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)的電勢變得低于所述第二柵極的電勢時(shí)，電子在所述第二柵極下方流動。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述光電二極管包括具有邊緣的第一耗盡區(qū)，并且其中所述浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)包括具有邊緣的第二耗盡區(qū)。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述第二柵極在電荷積聚周期期間接收控制信號，所述控制信號被配置為使所述第二耗盡區(qū)的邊緣移位。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一耗盡區(qū)的邊緣與所述第二耗盡區(qū)的邊緣之間的距離響應(yīng)于在所述第二柵極處接收所述控制信號而減小。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一耗盡區(qū)的邊緣與所述第二耗盡區(qū)的邊緣之間的距離響應(yīng)于在所述第二柵極處接收所述控制信號而增大。

根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，提供了一種成像系統(tǒng)，所述成像系統(tǒng)包括：中央處理單元；存儲器；輸入-輸出電路；以及成像設(shè)備，其中所述成像設(shè)備包括：圖像傳感器像素的陣列，以及將圖像聚焦到所述陣列上的透鏡，其中所述圖像傳感器像素中的給定一個(gè)像素包括：響應(yīng)于圖像光而生成電荷的光電二極管；浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)；以及具有第一柵極端子和第二柵極端子的電荷轉(zhuǎn)移晶體管，其中所述電荷轉(zhuǎn)移晶體管被配置為將所生成的電荷從所述光電二極管轉(zhuǎn)移到所述浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)，并且其中所述第二柵極被偏置以更改所述圖像傳感器像素的動態(tài)范圍。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述光電二極管包括被配置為響應(yīng)于所述圖像光而生成電荷的多個(gè)光電二極管之一，其中所述電荷轉(zhuǎn)移晶體管包括被配置為將所述生成的電荷從所述多個(gè)光電二極管轉(zhuǎn)移到所述浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)的多個(gè)電荷轉(zhuǎn)移晶體管之一。

本實(shí)用新型的一個(gè)有益效果是提供了改進(jìn)的圖像傳感器像素和成像系統(tǒng)。

附圖說明

圖1是由光電二極管、電荷轉(zhuǎn)移柵極、浮動擴(kuò)散、倒摻雜BTP p阱、p+暗電流背面淬火層和像素隔離注入物構(gòu)成的圖像傳感器像素的簡化橫截面?zhèn)纫晥D的例子。

圖2是圖1所示的類型的像素的電路圖。

圖3是根據(jù)實(shí)施例的具有雙柵極電荷轉(zhuǎn)移晶體管結(jié)構(gòu)的示例性像素的橫截面?zhèn)纫晥D，該雙柵極電荷轉(zhuǎn)移晶體管結(jié)構(gòu)基于第二轉(zhuǎn)移柵極偏壓來提供擊穿電勢的調(diào)制。

圖4是根據(jù)實(shí)施例的圖3所示類型的像素的電路圖。

圖5是根據(jù)實(shí)施例的示例性圖，該圖示出在電荷讀出期間圖3和圖4中所示類型的像素光電二極管中收集的電子數(shù)目和來自像素的對應(yīng)輸出電壓之間的關(guān)系。

圖6是根據(jù)實(shí)施例的采用圖3至圖5的圖像傳感器像素的處理器系統(tǒng)的框圖。

具體實(shí)施方式

相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求2015年10月15日提交的Jaroslav Hynecek實(shí)用新型的名稱為“具有雙柵極電荷轉(zhuǎn)移晶體管的圖像傳感器像素(Image Sensor Pixels Having Dual Gate Charge Transferring Transistors)”的美國臨時(shí)申請No.62/241862的優(yōu)先權(quán)，該臨時(shí)申請以引用的方式并入本文中，并且據(jù)此要求其對共同主題的優(yōu)先權(quán)。

圖1示出一種CMOS圖像傳感器結(jié)構(gòu)中的像素100的簡化電路圖。圖1的圖示出像素區(qū)，諸如收集光生載流子的像素光電二極管、電荷轉(zhuǎn)移晶體管的電荷轉(zhuǎn)移(Tx)柵極104和浮動擴(kuò)散(FD)109。像素100可制造在襯底101內(nèi)，該襯底具有沉積在襯底的背面表面上的p+型摻雜層102。層102可防止界面態(tài)生成過多暗電流。設(shè)備襯底還可包括位于p+型摻雜層102上方的外延p-型摻雜層119。進(jìn)入該區(qū)域的光子122可生成電荷載流子120，這些電荷載流子被收集至在區(qū)域106中形成的光電二極管(PD)的電勢阱中。外延層119的表面可由氧化物層103覆蓋，該氧化物層隔離摻雜多晶硅電荷轉(zhuǎn)移柵極104與襯底。多晶硅柵極104可具有在柵極邊緣處形成的間隔物110，其充當(dāng)分離p+型摻雜光電二極管釘扎注入物105的邊緣與n-型摻雜注入物106的圖案化掩模，在該n-型摻雜注入物中形成用于儲存電子的電勢阱。

光電二極管可由n-型摻雜層106和p+型摻雜電勢釘扎層105形成，與p+型摻雜層102相似，該p+型摻雜電勢釘扎層105也減少界面態(tài)生成的暗電流。釘扎層105可延伸到像素的邊緣并且可與p+型摻雜像素分離注入物區(qū)121接合。整個(gè)像素分離可由p+型(BTP)倒摻雜層107和注入物108進(jìn)一步完成，該倒摻雜層107在轉(zhuǎn)移柵極104下方和在浮動擴(kuò)散109下方延伸，該注入物108一直延伸到像素的底部并且與p+型摻雜層102接合。光電二極管體耗盡區(qū)在圖1中由虛線111指示。浮動擴(kuò)散二極管109感測從光電二極管轉(zhuǎn)移的電荷，并且可連接到像素源極跟隨器晶體管柵極(圖1中出于繪圖簡單的目的而未示出)。浮動擴(kuò)散、源極跟隨器和剩余像素電路部件可全部構(gòu)建到具有倒p+型摻雜BTP區(qū)107的p型摻雜阱中，該BTP區(qū)將光生載流子轉(zhuǎn)向到位于層106中的光電二極管電勢阱中，并且由此防止其丟失。整個(gè)像素可由若干層間(IL)氧化物層115(圖1中出于繪圖簡單的目的而僅示出其中一個(gè))覆蓋，這些氧化物層用于像素金屬布線和互連隔離。像素有源電路部件可通過沉積穿過接觸孔116的金屬通孔塞117連接到該布線。

像素100中的光暈控制可以若干方式來實(shí)現(xiàn)，諸如通過將電荷轉(zhuǎn)移柵極104從斷開狀態(tài)連續(xù)脈沖到部分接通狀態(tài)以將一些聚積電荷(其已經(jīng)幾乎填滿光電二極管阱)排出到浮動擴(kuò)散區(qū)109，并且從浮動擴(kuò)散區(qū)109穿過重置裝置到達(dá)像素源極跟隨器漏極節(jié)點(diǎn)。另一種光暈控制方法是在正積聚電荷的光電二極管n-型摻雜層106與浮動擴(kuò)散區(qū)109之間在電荷轉(zhuǎn)移柵極104下方形成埋入式溝道區(qū)。該埋入式溝道可通過合適的n-型摻雜注入物構(gòu)建在p+型摻雜BTP層107上方或可在浮動擴(kuò)散109和層106充分靠在一起時(shí)自然形成。用于溢出電子的電流路徑在圖1中由箭頭114示出。該路徑可出現(xiàn)在來自n-型摻雜光電二極管區(qū)106的耗盡區(qū)112最靠近浮動擴(kuò)散耗盡區(qū)113的位置處。

圖2示出圖1所示的像素100的等效電路圖200。如圖2所示，光電二極管201聚積光生電荷，并且可通過電荷轉(zhuǎn)移晶體管202連接到浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)206(示出為電容器Cn)。還有可能將若干光電二極管和若干電荷轉(zhuǎn)移晶體管連接到同一電荷檢測節(jié)點(diǎn)。浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)206可連接到源極跟隨器晶體管203的柵極，該源極跟隨器晶體管的漏極連接到列Vdd漏極偏壓線211。源極跟隨器晶體管203的源極可通過行選擇晶體管204連接到列感測線210。浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)206可由連接在浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)206與列漏極總線211之間的重置晶體管205重置。電荷轉(zhuǎn)移晶體管202的柵極可從行總線209接收電荷轉(zhuǎn)移控制信號，重置晶體管205的柵極可從行總線208接收重置控制信號，并且尋址晶體管204的柵極可從行總線207接收尋址控制信號。

圖3中示出一個(gè)實(shí)用新型實(shí)施例的示例性圖像傳感器像素的簡化橫截面圖。如圖3所示，圖像傳感器像素300可包括收集光生載流子的像素光電二極管、諸如浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)309的浮動擴(kuò)散，以及包括第一電荷轉(zhuǎn)移柵極304和第二電荷轉(zhuǎn)移柵極322的雙柵極電荷轉(zhuǎn)移晶體管。第一電荷轉(zhuǎn)移柵極304可接收第一電荷轉(zhuǎn)移控制信號Tx1，而第二電荷轉(zhuǎn)移柵極322接收第二電荷轉(zhuǎn)移控制信號Tx2。像素可制造在襯底301內(nèi)，該襯底可包括沉積在背面表面上的p+型摻雜層302。該層可防止界面態(tài)生成過多暗電流。設(shè)備襯底還可包括位于p+型摻雜層302上方的外延p-型摻雜層319。進(jìn)入該區(qū)域的光子325可生成載流子320，這些載流子被收集至在區(qū)域306中形成的光電二極管的電勢阱中。外延層319的表面可由氧化物層303覆蓋，該氧化物層隔離摻雜多晶硅電荷轉(zhuǎn)移柵極304和322與襯底。多晶硅柵極可具有在柵極的邊緣處形成的間隔物310，其充當(dāng)分離n+型摻雜浮動擴(kuò)散區(qū)的邊緣與電荷轉(zhuǎn)移柵極322并且分離p+型摻雜光電二極管釘扎注入物305的邊緣與n-型摻雜注入物306(例如，在該處形成用于儲存電子的電勢阱)的圖案化掩模。

光電二極管可由n-型摻雜層306和p+型摻雜電勢釘扎層305形成。類似于p+型摻雜層302，p+型摻雜電勢釘扎層305可減少界面態(tài)生成的暗電流。釘扎層305可延伸到像素的邊緣并且與p+型摻雜像素分離注入物321接合。整個(gè)像素分離可由p+型(BTP)倒摻雜層307和注入物308進(jìn)一步完成。p+型倒摻雜層307可在轉(zhuǎn)移柵極304、轉(zhuǎn)移柵極322和浮動擴(kuò)散309下方延伸。注入物308可一直延伸到像素的底部并且與p+型摻雜層302接合。光電二極管體耗盡區(qū)在像素300中由虛線311指示。浮動擴(kuò)散309可感測從光電二極管轉(zhuǎn)移的電荷，并且可連接到像素源極跟隨器晶體管柵極(圖3中出于繪圖簡單的目的而未示出)。浮動擴(kuò)散、源極跟隨器和剩余像素電路部件可構(gòu)建在p-型摻雜阱中，該p-型摻雜阱可包括倒p+型摻雜區(qū)307。倒p+型摻雜區(qū)307可將光生電荷轉(zhuǎn)向到位于層306中的光電二極管電勢阱中并且由此防止其丟失。整個(gè)像素可由若干層間(IL)氧化物層315(圖3中出于繪圖簡單的目的而僅示出一個(gè))覆蓋，這些氧化物層可用于像素金屬布線和互連隔離。像素有源電路部件可通過沉積穿過接觸孔316的金屬通孔塞317連接到該布線。

像素300中的光暈控制可通過經(jīng)由在電荷積聚周期期間改變第二電荷轉(zhuǎn)移柵極322的偏壓而調(diào)制轉(zhuǎn)移柵極304和322下方的擊穿電勢來完成。用于溢出電子的電流路徑在圖中由箭頭314示出，并且可在來自光電二極管的耗盡區(qū)312最靠近來自浮動擴(kuò)散的耗盡區(qū)313的地方出現(xiàn)。耗盡區(qū)313的邊緣的位置可由柵極偏壓Tx2移位，如箭頭324所指示。耗盡層邊緣之間的較大距離表示較低溢出電流，而耗盡層邊緣之間的較小距離表示較高溢出電流。在電荷積聚周期期間，在電荷轉(zhuǎn)移柵極304下方的硅與二氧化硅之間的界面可用空穴填充，如區(qū)域318所指示。這對于減少暗電流來說可為必要的。空穴的聚積可由合適的負(fù)電荷轉(zhuǎn)移柵極偏壓Tx1和閾移注入物完成。

像素300中的動態(tài)范圍壓縮可通過在讀出期間為電荷轉(zhuǎn)移柵極322提供正偏壓Tx2來完成。當(dāng)較大量的電荷從光電二極管轉(zhuǎn)移到浮動擴(kuò)散上時(shí)，浮動擴(kuò)散電勢可從其重置電平降低。當(dāng)浮動擴(kuò)散電勢變得低于電荷轉(zhuǎn)移柵極322下方的電勢時(shí)，來自浮動擴(kuò)散的電子可流到該柵極下方，如區(qū)域323所指示。這可致使浮動擴(kuò)散電容增大并且對應(yīng)電荷轉(zhuǎn)換因子減小。因此有可能為在讀出周期期間提供給柵極323的電荷轉(zhuǎn)移控制信號Tx2選擇合適的DC偏壓(例如，以便控制像素轉(zhuǎn)換增益從其高水平變化到較低水平所在的電勢和電子數(shù)量)。這在圖5中更詳細(xì)地示出。

圖4中示出諸如圖3的像素300的示例性圖像傳感器像素的簡化電路圖。如圖4所示，聚積光生電荷的光電二極管401可通過電荷轉(zhuǎn)移晶體管402連接到浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)406(示出為電容器Cn)。晶體管402可為具有分別接收控制信號Tx1和Tx2的第一電荷轉(zhuǎn)移柵極和第二電荷轉(zhuǎn)移柵極的雙柵極電荷轉(zhuǎn)移晶體管。還有可能使用單柵極電荷轉(zhuǎn)移晶體管或雙柵極電荷轉(zhuǎn)移晶體管將若干光電二極管和若干電荷轉(zhuǎn)移晶體管連接到同一電荷檢測節(jié)點(diǎn)。浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)406可耦接到源極跟隨器晶體管403的柵極。源極跟隨器晶體管403的漏極可耦接到列Vdd漏極偏壓線411。源極跟隨器晶體管403的源極可通過行選擇晶體管404耦接到列感測線410。浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)406可由連接在浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)406與列漏極總線411之間的重置晶體管405重置。電荷轉(zhuǎn)移晶體管402的柵極(例如，如圖3所示的柵極304和322)可分別經(jīng)由行總線409和410接收電荷轉(zhuǎn)移控制信號Tx1和Tx2。重置晶體管405的柵極可從行總線408接收重置控制信號。尋址晶體管404的柵極可經(jīng)由行總線407接收尋址控制信號Sx。

圖5示出說明從光電二極管轉(zhuǎn)移到浮動擴(kuò)散上的電子數(shù)量與對應(yīng)像素輸出電壓變化之間的關(guān)系的示例性曲線圖500。如圖5所示，曲線501表示當(dāng)在讀出期間以相對較低電壓電平向第二電荷轉(zhuǎn)移柵極322提供電荷轉(zhuǎn)移柵極偏壓Tx2時(shí)像素的轉(zhuǎn)換增益特性。曲線502表示當(dāng)在讀出期間以大于相對較低電壓電平的中間電壓電平向第二電荷轉(zhuǎn)移柵極322提供電荷轉(zhuǎn)移柵極偏壓Tx2時(shí)像素的轉(zhuǎn)換增益特性。曲線504表示當(dāng)在讀出期間以大于中間電壓電平的相對較高電壓電平向第二電荷轉(zhuǎn)移柵極322提供電荷轉(zhuǎn)移柵極偏壓Tx2時(shí)像素的轉(zhuǎn)換增益特性。當(dāng)在讀出周期期間施加到電荷轉(zhuǎn)移柵極322的DC偏壓Tx2處于其最小電平(例如，曲線501的相對較低電壓電平)時(shí)，浮動擴(kuò)散可容納大約3000個(gè)電子。當(dāng)以相對較高電平向電荷轉(zhuǎn)移柵極322施加DC偏壓Tx2(例如，如曲線504所示)時(shí)，浮動擴(kuò)散可容納大約12,000個(gè)電子。曲線504可表示當(dāng)在讀出期間電荷轉(zhuǎn)移柵極322處于其斷開偏壓條件時(shí)的條件。線505可表示當(dāng)在讀出期間電荷轉(zhuǎn)移柵極322處于其完全接通偏壓條件時(shí)的條件。這些數(shù)字僅僅是示例性例子，并且可取決于特定電荷轉(zhuǎn)移柵極設(shè)計(jì)。

圖6以簡化形式示出典型處理器系統(tǒng)1000，諸如數(shù)碼相機(jī)，其包括成像設(shè)備，諸如成像設(shè)備1001(例如，成像設(shè)備1001，諸如包括如上文結(jié)合圖3至圖6所描述的具有雙柵極電荷轉(zhuǎn)移晶體管的像素的圖像傳感器)。處理器系統(tǒng)1000是可包括成像設(shè)備1001的具有數(shù)字電路的示例性系統(tǒng)。在不進(jìn)行限制的前提下，這種系統(tǒng)可包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、靜態(tài)或視頻攝像機(jī)系統(tǒng)、掃描儀、機(jī)器視覺、車輛導(dǎo)航、視頻電話、監(jiān)控系統(tǒng)、自動對焦系統(tǒng)、星體跟蹤器系統(tǒng)、運(yùn)動檢測系統(tǒng)、圖像穩(wěn)定系統(tǒng)以及其他采用成像設(shè)備的系統(tǒng)。

處理器系統(tǒng)1000(其可為數(shù)字照相機(jī)或攝像機(jī)系統(tǒng))可包含用于在按壓快門釋放按鈕1097時(shí)將圖像聚焦到像素陣列上的透鏡，諸如透鏡1096。處理器系統(tǒng)1000可包括中央處理單元，諸如中央處理單元(CPU)1095。CPU 1095可以是微處理器，它控制相機(jī)功能和一個(gè)或多個(gè)圖像流功能，并通過總線(諸如總線1093)與一個(gè)或多個(gè)輸入/輸出(I/O)設(shè)備1091通信。成像設(shè)備1001還可通過總線1093與CPU 1095通信。系統(tǒng)1000可包括隨機(jī)存取存儲器(RAM)1092和可移動存儲器1094。可移動存儲器1094可包括通過總線1093與CPU 1095通信的閃存。成像設(shè)備1001可在單個(gè)集成電路上或在不同芯片上與CPU 1095相組合，并可具有或沒有存儲器。盡管總線1093被示為單總線，但該總線也可以是一個(gè)或多個(gè)總線或橋接器或其他用于互連系統(tǒng)組件的通信路徑。

已經(jīng)描述了示出成像系統(tǒng)(例如，圖像傳感器像素陣列)的各種實(shí)施例，該成像系統(tǒng)具有通過在電荷積聚周期期間改變雙柵極電荷轉(zhuǎn)移晶體管的第二柵極的偏壓來控制抗光暈的能力并且還具有像素內(nèi)動態(tài)范圍壓縮能力。

圖像傳感器像素可包括響應(yīng)于圖像光生成電荷的光電二極管、浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)，以及被配置為將生成的電荷從光電二極管轉(zhuǎn)移到浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)的電荷轉(zhuǎn)移晶體管。電荷轉(zhuǎn)移晶體管可為具有第一柵極和第二柵極(例如，柵極端子)的雙柵極晶體管。

雙柵極晶體管可具有鄰近于光電二極管的第一柵極和鄰近于浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)的第二柵極。第一柵極可被負(fù)偏置以用空穴填充第一柵極下方的硅與二氧化硅之間的界面，以便減少暗電流。圖像傳感器像素中的光暈控制可通過調(diào)制電荷轉(zhuǎn)移晶體管的柵極下方的擊穿電勢并且通過在電荷積聚周期期間改變第二電荷轉(zhuǎn)移柵極的偏壓來完成。

可向電荷轉(zhuǎn)移晶體管的第二柵極施加正偏壓以控制圖像傳感器像素的動態(tài)范圍?？稍谧x出周期期間向第二柵極提供合適的偏壓以控制像素轉(zhuǎn)換增益從其高水平改變?yōu)榈退剿诘碾妱莺碗娮訑?shù)量。偏壓可致使電子在第二柵極下方流動并且更改浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)的電容和電荷轉(zhuǎn)換因子。

根據(jù)本實(shí)用新型的又另一方面，提供了一種操作具有行控制電路和圖像傳感器像素的成像系統(tǒng)的方法，其中所述圖像傳感器像素包括光電二極管、浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)以及具有第一柵極端子和第二柵極端子的電荷轉(zhuǎn)移晶體管，所述方法包括：使用所述光電二極管，響應(yīng)于圖像光而生成電荷；以及使用所述行控制電路，控制所述電荷轉(zhuǎn)移晶體管的所述第一柵極端子和所述第二柵極端子，以將所生成的電荷從所述光電二極管轉(zhuǎn)移到所述浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法還包括：使用所述行控制電路，向所述第二柵極端子施加第一電壓偏壓，其中所述浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)響應(yīng)于向所述第二柵極端子施加所述第一電壓偏壓而容納第一電子數(shù)量。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法還包括：使用所述行控制電路，向所述第二柵極端子施加第二電壓偏壓，其中所述第二電壓偏壓處于比所述第一電壓偏壓高的電壓電平，其中所述浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)響應(yīng)于向所述第二柵極端子施加所述第二電壓偏壓而容納第二電子數(shù)量，并且其中所述第二電子數(shù)量大于所述第一電子數(shù)量。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法還包括：使用所述行控制電路，向所述第二柵極端子施加第三電壓偏壓，其中所述第三電壓偏壓處于比所述第一電壓偏壓高的電壓電平并且處于比所述第二電壓偏壓低的電壓電平，其中所述浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)響應(yīng)于向所述第二柵極端子施加所述第三電壓偏壓而容納第三電子數(shù)量，并且其中所述第三電子數(shù)量小于所述第二電子數(shù)量并且大于所述第一電子數(shù)量。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述第二柵極端子耦接在所述浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)與所述第一柵極端子之間，并且所述第一柵極端子耦接在所述光電二極管與所述第二柵極端子之間。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法還包括：使用所述行控制電路，向所述第一柵極端子施加負(fù)電壓偏壓，以在所述第一柵極端子下方的硅-二氧化硅界面處聚積空穴。

前述描述內(nèi)容僅是對本實(shí)用新型原理的示例性說明，因此本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的前提下進(jìn)行多種修改。上述實(shí)施例可單獨(dú)地或以任意組合方式實(shí)施。