本申請要求由Sergey Velichko和Vladmir Korobov發(fā)明的、提交于2016年3月1日的名稱為“Imaging Pixels with a Fully Depleted Charge Transfer Path”(具有完全耗盡電荷轉(zhuǎn)移路徑的成像像素)的美國臨時(shí)申請No.62/301969的優(yōu)先權(quán)，該申請以引用方式并入本文，并且據(jù)此要求其對共同主題的優(yōu)先權(quán)。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型整體涉及成像系統(tǒng)，并且更具體地講涉及具有成像像素的成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代電子設(shè)備(諸如移動(dòng)電話、相機(jī)和計(jì)算機(jī))通常使用數(shù)字圖像傳感器。圖像傳感器(有時(shí)稱為成像器)可由二維圖像感測像素陣列形成。每個(gè)像素包括光敏層，所述光敏層接收入射光子(光)并且將光子轉(zhuǎn)變?yōu)殡姾伞Ｓ袝r(shí)，圖像傳感器被設(shè)計(jì)為使用聯(lián)合圖像專家組(JPEG)格式將圖像提供給電子設(shè)備。

在常規(guī)成像系統(tǒng)中，圖像偽影可能由移動(dòng)物體、移動(dòng)或抖動(dòng)相機(jī)、閃爍光照以及圖像幀中具有變化照明的物體引起。此類偽影可包括例如物體的缺失部分、邊緣顏色偽影和物體失真。具有變化照明的物體的例子包括發(fā)光二極管(LED)交通標(biāo)志(其可每秒閃爍幾百次)以及現(xiàn)代汽車的LED剎車燈或車頭燈。

常規(guī)成像系統(tǒng)還可能具有帶有與低動(dòng)態(tài)范圍相關(guān)的偽影的圖像。具有較亮部分和較暗部分的場景可在常規(guī)圖像傳感器中產(chǎn)生偽影，因?yàn)閳D像的各部分可能曝光過度或曝光不足。

因此希望為圖像傳感器提供改善的成像像素。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型解決的一個(gè)技術(shù)問題是抑制成像系統(tǒng)中出現(xiàn)的偽影。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供一種成像像素，包括：釘扎光電二極管，所述釘扎光電二極管具有第一電勢；釘扎轉(zhuǎn)移二極管，所述釘扎轉(zhuǎn)移二極管具有第二電勢；其中所述第二電勢高于所述第一電勢；浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)，所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)具有第三電勢，其中所述第三電勢高于所述第二電勢；第一轉(zhuǎn)移晶體管，所述第一轉(zhuǎn)移晶體管耦接在所述釘扎光電二極管與所述釘扎轉(zhuǎn)移二極管之間；以及第二轉(zhuǎn)移晶體管，所述第二轉(zhuǎn)移晶體管耦接在所述釘扎轉(zhuǎn)移二極管與所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)之間，其中所述第一轉(zhuǎn)移晶體管、所述釘扎轉(zhuǎn)移二極管和所述第二轉(zhuǎn)移晶體管在所述釘扎光電二極管與所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)之間形成完全耗盡電荷轉(zhuǎn)移路徑。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述釘扎光電二極管和所述釘扎轉(zhuǎn)移二極管形成于上襯底中，其中所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)形成于下襯底中，并且所述成像像素還包括將所述上襯底耦接到所述下襯底的互連層。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述互連層形成于不透明介電層中。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述成像像素還包括：額外的釘扎轉(zhuǎn)移二極管，所述額外的釘扎轉(zhuǎn)移二極管形成于所述下襯底中，其中所述互連層將位于所述上襯底中的所述釘扎轉(zhuǎn)移二極管耦接到位于所述下襯底中的所述額外的釘扎轉(zhuǎn)移二極管。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述額外的釘扎轉(zhuǎn)移二極管具有第四電勢，所述第四電勢高于所述第二電勢并低于所述第三電勢。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述成像像素還包括：存儲(chǔ)二極管，所述存儲(chǔ)二極管具有第五電勢，其中所述第五電勢是高于所述第四電勢并低于所述第三電勢，其中所述第二轉(zhuǎn)移晶體管耦接在所述額外的釘扎轉(zhuǎn)移二極管與所述存儲(chǔ)二極管之間；以及第三轉(zhuǎn)移晶體管，所述第三轉(zhuǎn)移晶體管耦接在所述存儲(chǔ)二極管與所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)之間。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一轉(zhuǎn)移晶體管被配置成，在其生效時(shí)將電荷從所述釘扎光電二極管轉(zhuǎn)移到所述釘扎轉(zhuǎn)移二極管，其中所述第二轉(zhuǎn)移晶體管被配置成，在其生效時(shí)將電荷從所述額外的釘扎轉(zhuǎn)移二極管轉(zhuǎn)移到所述存儲(chǔ)二極管，并且所述第三轉(zhuǎn)移晶體管被配置成，在其生效時(shí)將電荷從所述存儲(chǔ)二極管轉(zhuǎn)移到所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述存儲(chǔ)二極管為第一存儲(chǔ)二極管，所述成像像素還包括：第二存儲(chǔ)二極管；第四轉(zhuǎn)移晶體管，所述第四轉(zhuǎn)移晶體管耦接在所述額外的釘扎轉(zhuǎn)移二極管與所述第二存儲(chǔ)二極管之間；以及第五轉(zhuǎn)移晶體管，所述第五轉(zhuǎn)移晶體管耦接在所述第二存儲(chǔ)二極管與所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)之間。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述成像像素還包括：第三存儲(chǔ)二極管；第六轉(zhuǎn)移晶體管，所述第六轉(zhuǎn)移晶體管耦接在所述額外的釘扎轉(zhuǎn)移二極管與所述第三存儲(chǔ)二極管之間；以及第七轉(zhuǎn)移晶體管，所述第七轉(zhuǎn)移晶體管耦接在所述第三存儲(chǔ)二極管與所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)之間。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一存儲(chǔ)二極管和所述第二存儲(chǔ)二極管具有不同大小。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述成像像素還包括：至少一個(gè)額外的釘扎光電二極管，所述至少一個(gè)額外的釘扎光電二極管被配置成與所述釘扎光電二極管共享所述釘扎轉(zhuǎn)移二極管。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述互連層包括金屬層，所述金屬層為所述額外的釘扎轉(zhuǎn)移二極管和所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)遮擋入射光，并且其中所述金屬層用作入射光的反射器。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一轉(zhuǎn)移晶體管具有橫向地包圍所述釘扎轉(zhuǎn)移二極管的圓形柵極。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述成像像素還包括：多個(gè)額外的釘扎光電二極管；以及多個(gè)額外的轉(zhuǎn)移晶體管，其中所述多個(gè)額外的轉(zhuǎn)移晶體管中的每個(gè)轉(zhuǎn)移晶體管耦接在所述多個(gè)額外的釘扎光電二極管中的相應(yīng)釘扎光電二極管與所述釘扎轉(zhuǎn)移二極管之間。

本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的一個(gè)技術(shù)效果是捕獲帶有閃爍抑制的高動(dòng)態(tài)范圍圖像。

附圖說明

圖1為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案的可包括圖像傳感器的示例性電子設(shè)備的示意圖。

圖2為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案的示例性像素陣列和相關(guān)讀出電路的示意圖，所述讀出電路用于從像素陣列讀出圖像信號(hào)。

圖3為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案的具有完全耗盡電荷轉(zhuǎn)移路徑的示例性成像像素的示意圖。

圖4為示出根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案的具有完全耗盡電荷轉(zhuǎn)移路徑的示例性成像像素可操作方式的時(shí)序圖。

圖5為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案的具有完全耗盡電荷轉(zhuǎn)移路徑和互連層的示例性成像像素的示意圖。

圖6為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案的具有完全耗盡電荷轉(zhuǎn)移路徑和互連層的示例性成像像素的橫截面?zhèn)纫晥D。

圖7為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案的具有完全耗盡電荷轉(zhuǎn)移路徑、互連層和共享配置的示例性成像像素的示意圖。

圖8為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案的具有多個(gè)光電二極管的示例性成像像素的橫截面頂視圖，這些光電二極管共享轉(zhuǎn)移二極管。

圖9為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案的具有完全耗盡電荷轉(zhuǎn)移路徑、互連層和存儲(chǔ)二極管的示例性成像像素的示意圖。

圖10為示出根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案的具有完全耗盡電荷轉(zhuǎn)移路徑和存儲(chǔ)二極管的示例性成像像素可操作方式的時(shí)序圖。

圖11為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案的具有完全耗盡電荷轉(zhuǎn)移路徑、互連層和存儲(chǔ)二極管的示例性成像像素的橫截面?zhèn)纫晥D。

圖12為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案的具有完全耗盡電荷轉(zhuǎn)移路徑、互連層和多個(gè)存儲(chǔ)二極管的示例性成像像素的示意圖。

圖13為示出根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案的具有完全耗盡電荷轉(zhuǎn)移路徑和多個(gè)存儲(chǔ)二極管的示例性成像像素在高動(dòng)態(tài)范圍閃爍抑制模式下可操作方式的時(shí)序圖。

圖14為示出根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案的具有完全耗盡電荷轉(zhuǎn)移路徑和多個(gè)存儲(chǔ)二極管的示例性成像像素在高幀率模式下可操作方式的時(shí)序圖。

圖15是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案的橫截面頂視圖，其示出了具有大小相同的多個(gè)存儲(chǔ)二極管的示例性成像像素。

圖16是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案的橫截面頂視圖，其示出了具有大小不同的多個(gè)存儲(chǔ)二極管的示例性成像像素。

圖17為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案的具有完全耗盡電荷轉(zhuǎn)移路徑、互連層、多個(gè)存儲(chǔ)二極管和共享配置的示例性成像像素的示意圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型的實(shí)施方案涉及具有像素的圖像傳感器，所述像素可具有完全耗盡電荷轉(zhuǎn)移路徑。圖1中示出了可包括具有完全耗盡電荷轉(zhuǎn)移路徑的像素的示例性電子設(shè)備。電子設(shè)備10可以是數(shù)字照相機(jī)、計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話、醫(yī)療設(shè)備或其他電子設(shè)備。相機(jī)模塊12(有時(shí)稱為成像設(shè)備)可包括圖像傳感器16和一個(gè)或多個(gè)鏡頭14。在操作期間，鏡頭14將光聚焦到圖像傳感器16上。圖像傳感器16包括將光轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的光敏元件(如，像素)。圖像傳感器可具有任何數(shù)量(如，數(shù)百、數(shù)千、數(shù)百萬或更多)的像素。典型的圖像傳感器可(例如)具有數(shù)百萬的像素(如，百萬像素)。例如，圖像傳感器16可包括偏置電路(如，源極跟隨器負(fù)載電路)、采樣保持電路、相關(guān)雙采樣(CDS)電路、放大器電路、模擬-數(shù)字(ADC)轉(zhuǎn)換器電路、數(shù)據(jù)輸出電路、存儲(chǔ)器(如，緩沖電路)、尋址電路等。

可將來自圖像傳感器16的靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)和視頻圖像數(shù)據(jù)提供給處理電路18。處理電路18可用于執(zhí)行圖像處理功能，諸如自動(dòng)聚焦功能、深度感測、數(shù)據(jù)格式化、調(diào)節(jié)白平衡和曝光、實(shí)現(xiàn)視頻圖像穩(wěn)定、臉部檢測等。

處理電路18也可用于根據(jù)需要壓縮原始相機(jī)圖像文件(例如，壓縮成聯(lián)合圖像專家組格式或簡稱JPEG格式)。在典型布置(有時(shí)稱為片上系統(tǒng)(SOC)布置)中，圖像傳感器16和處理電路18在共用集成電路上實(shí)現(xiàn)。使用單個(gè)集成電路來實(shí)現(xiàn)圖像傳感器16和處理電路18可有助于降低成本。不過，這僅為示例性的。如果需要，圖像傳感器16和處理電路18可使用單獨(dú)集成電路來實(shí)現(xiàn)。處理電路18可包括微處理器、微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器、專用集成電路或其他處理電路。

如圖2所示，圖像傳感器16可包括包含被布置成行和列的圖像傳感器像素22(有時(shí)在本文稱為圖像像素或像素)的像素陣列20以及控制和處理電路24(其可包括例如圖像信號(hào)處理電路)。陣列20可包含例如幾百或幾千行以及幾百或幾千列圖像傳感器像素22。控制電路24可耦合至行控制電路26和圖像讀出電路28(有時(shí)稱為列控制電路、讀出電路、處理電路或列解碼器電路)。

行控制電路26可從控制電路24接收行地址，并且通過行控制路徑30將對應(yīng)的行控制信號(hào)，例如，復(fù)位控制信號(hào)、行選擇控制信號(hào)、電荷傳輸控制信號(hào)、雙轉(zhuǎn)換增益控制信號(hào)和讀出控制信號(hào)提供給像素22?？蓪⒁桓蚨喔鶎?dǎo)線(例如，列線32)耦合至陣列20中的各列像素22。列線32可用于讀出來自像素22的圖像信號(hào)以及用于將偏置信號(hào)(如，偏置電流或偏置電壓)提供給像素22。如果需要，在像素讀出操作期間，可使用行控制電路26選擇陣列20中的像素行，并且可沿列線32讀出由該像素行中的圖像像素22生成的圖像信號(hào)。

圖像讀出電路28可通過列線32接收圖像信號(hào)(如，由像素22生成的模擬像素值)。圖像讀出電路28可包括用于對從陣列20讀出的圖像信號(hào)進(jìn)行采樣和暫時(shí)存儲(chǔ)的采樣保持電路、放大器電路、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換(ADC)電路、偏置電路、列存儲(chǔ)器、用于選擇性啟用或禁用列電路的閂鎖電路或者耦合至陣列20中的一個(gè)或多個(gè)像素列以用于操作像素22以及用于讀出來自像素22的圖像信號(hào)的其他電路。讀出電路28中的ADC電路可將從陣列20接收的模擬像素值轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字像素值(有時(shí)稱為數(shù)字圖像數(shù)據(jù)或數(shù)字像素?cái)?shù)據(jù))。圖像讀出電路28可針對一個(gè)或多個(gè)像素列中的像素通過路徑25將數(shù)字像素?cái)?shù)據(jù)提供給控制和處理電路24和/或處理器18(圖1)。

圖3為具有完全耗盡電荷轉(zhuǎn)移路徑的示例性像素的示意圖。如圖3所示，像素22可包括光電二極管42、轉(zhuǎn)移二極管44和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)46。光電二極管(PD)42可由諸如硅的摻雜半導(dǎo)體材料形成并且可為釘扎光電二極管。轉(zhuǎn)移二極管(TD)44還可以是由摻雜半導(dǎo)體材料形成的釘扎光電二極管。光電二極管42和轉(zhuǎn)移二極管44可例如由具有p型釘扎層的n型摻雜硅形成。由于光電二極管42和轉(zhuǎn)移二極管44中的摻雜劑的濃度，PD 42和TD 44可被釘扎具有某個(gè)電勢。浮動(dòng)擴(kuò)散(FD)區(qū)46可使用摻雜半導(dǎo)體區(qū)域(例如，通過離子注入、雜質(zhì)擴(kuò)散或其他摻雜技術(shù)形成于硅襯底中的摻雜硅區(qū)域)實(shí)施。

像素22可包括在光電二極管42與轉(zhuǎn)移二極管44之間的轉(zhuǎn)移晶體管48和在轉(zhuǎn)移二極管44與浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)46之間的額外的轉(zhuǎn)移晶體管50。當(dāng)轉(zhuǎn)移晶體管48(TX1)生效時(shí)，電荷可從光電二極管42流向轉(zhuǎn)移二極管44。當(dāng)轉(zhuǎn)移晶體管50(TX2)生效時(shí)，電荷可從轉(zhuǎn)移二極管44流向浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)46。為了確保電荷可以此方式轉(zhuǎn)移到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)，在像素22中可存在有某個(gè)電壓電勢分布，其中PD 42處的電勢最小，F(xiàn)D 46處的電勢最大，并且TD 44處的電勢在二者之間(V_PD<V_TD<V_FD)。該電勢分布將確保電荷適當(dāng)流過轉(zhuǎn)移路徑。

在像素22的操作期間，電荷可響應(yīng)于入射光而聚積在光電二極管42中。當(dāng)期望從光電二極管42中讀出電荷時(shí)，轉(zhuǎn)移晶體管48和50可生效以將電荷轉(zhuǎn)移到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)46。通過源極跟隨器晶體管52將與浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)46上存儲(chǔ)的電荷關(guān)聯(lián)的信號(hào)傳輸至行選擇晶體管54。源極跟隨器晶體管52(SF)可耦接到偏置電壓56(V_AAPIX)。源極跟隨器晶體管可為n型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管或p型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。

當(dāng)期望讀出浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)處的電荷的值時(shí)，可使行選擇(RS)晶體管54生效。當(dāng)RS晶體管生效時(shí)，產(chǎn)生表示浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)46上的電荷的幅值的對應(yīng)信號(hào)Pix_OUT(58)。在典型配置中，存在多行和多列像素，諸如在給定圖像傳感器的圖像傳感器像素陣列中的像素22。垂直導(dǎo)電通路可與每列像素相關(guān)聯(lián)。像素22還可包括用于將浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)46處的電荷重置的重置晶體管60。重置晶體管60可耦接在浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)與偏置電壓56之間。當(dāng)重置晶體管生效時(shí)，可將來自浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)46的電荷從像素清除。為了重置轉(zhuǎn)移二極管44，可使轉(zhuǎn)移晶體管50和重置晶體管60生效。為了重置光電二極管42，可使轉(zhuǎn)移晶體管48、轉(zhuǎn)移晶體管50和重置晶體管60生效。

光電二極管42與浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)46之間的轉(zhuǎn)移路徑可被完全耗盡。這意味著在來自入射光的電荷轉(zhuǎn)移前，在轉(zhuǎn)移路徑中沒有自由電荷。這確保了來自入射光的電荷不受并非來自入射光的其他電荷影響，從而減小噪聲。具有完全耗盡電荷轉(zhuǎn)移路徑的像素22的布置使卷簾快門和全局快門兩種用法皆可實(shí)現(xiàn)。在全局快門中，圖像傳感器中的每個(gè)像素均可同時(shí)捕獲圖像，而在卷簾快門中，每行像素可依次捕獲圖像。另外，像素22可具有與光電二極管42和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)46之間的寄生電容無關(guān)的非常高的像素轉(zhuǎn)換增益。

圖4為用于使像素22中的各種晶體管生效的示例性時(shí)序方案的示意圖。如圖所示，轉(zhuǎn)移晶體管48(TX1)、轉(zhuǎn)移晶體管50(TX2)和重置晶體管60(RST)可在t₁生效。這在重置周期t_RST期間重置光電二極管42處的電荷。在t_RST后，電荷可在采集周期t_INT期間聚積在光電二極管42中。在t_INT后，可在t_SAMP期間讀出來自光電二極管42的電荷。行選擇晶體管54(RS)可在整個(gè)t_SAMP期間生效。來自光電二極管42的電荷可使用相關(guān)雙采樣(CDS)技術(shù)來采樣。

相關(guān)雙采樣用于校正成像像素中的噪聲。可對浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)處的電荷采樣，以便確定該成像像素的入射光曝光量。理想地，在浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)處的所有電荷全都將與入射光關(guān)聯(lián)。然而，實(shí)際上，情況并非如此，并且電荷中的一些將由于噪聲而存在。為了隔離來自入射光的電荷，相關(guān)雙采樣將FD處的重置電量與FD處的采樣電量進(jìn)行比較。該重置電量是來自噪聲的電荷量，而采樣電量則包括來自噪聲和入射光的電荷?？蓮牟蓸与娏繙p去重置電量，以便隔離與入射光關(guān)聯(lián)的電荷量。

為了獲得重置電量，TX2和RST可在t₂生效。這將任何過量電荷從轉(zhuǎn)移二極管44和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)46清除，從而提供完全耗盡電荷轉(zhuǎn)移路徑。在重置TD 44和FD 46處的電荷后，可通過在t₃使采樣保持重置信號(hào)(SHR)生效來對FD 46處的電荷進(jìn)行采樣。這產(chǎn)生了被采樣的FD 46的重置電量。接著，可通過在t₄使TX1和TX2生效將來自光電二極管42的電荷轉(zhuǎn)移到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)46。在電荷已轉(zhuǎn)移到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)后，可通過在t₅使采樣保持信號(hào)(SHS)生效來對電荷進(jìn)行采樣。

圖5示出具有完全耗盡電荷轉(zhuǎn)移路徑和互連層的示例性圖像像素。圖5中的像素22可類似于圖3中的像素22。然而，圖5中的像素22可在兩個(gè)不同的襯底層中實(shí)施。如圖5所示，像素22中的上襯底層100可連接到下襯底層102。上襯底層100和下襯底層102可為單晶硅或任何其他所需材料?；ミB層可用于將上襯底層100連接至下襯底層102。互連層104可由電荷耗盡材料形成，以便確保在PD 42與FD 46之間存在完全耗盡電荷轉(zhuǎn)移路徑?；ミB層可由任何所需材料形成(例如，電荷耗盡的聚合物、電荷耗盡的硅、電荷耗盡的鍺等)。

另外，為了確保來自光電二極管42的電荷被完全轉(zhuǎn)移到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)46，像素22中可包括額外的轉(zhuǎn)移二極管45(TD2)。轉(zhuǎn)移二極管45可具有比TD1高但低于FD 46的電勢(V_PD<V_TD1<V_TD2<V_FD)的釘扎光電二極管。圖5的像素22可使用圖4中所示的時(shí)序方案來操作。

圖6是具有互連層的示例性圖像像素諸如圖5中的像素22的橫截面?zhèn)纫晥D。如圖6所示，轉(zhuǎn)移二極管45(TD2)、轉(zhuǎn)移晶體管50(TX2)、浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)46、重置晶體管60和偏置電壓56可形成于下襯底102中。下襯底102還可包括金屬遮光罩202?；ミB層104可被定位成將上襯底耦接到下襯底?；ミB層104可形成于層間介電層105中。介電層105可為非透明或不透明的，以阻止光到達(dá)下襯底中的TD2和FD。

上襯底100可包括光電二極管42、轉(zhuǎn)移二極管44(TD1)和轉(zhuǎn)移晶體管48(TX1)。上襯底100還可包括為下層遮擋入射光的金屬層204。金屬層204還可將入射光反射回光電二極管42中，這將增加由光電二極管42捕獲的入射光量。p型釘扎層206可連同像素隔離區(qū)208一起形成于上襯底中。例如，隔離區(qū)208可由p型摻雜硅形成?？善鸬娇狗瓷渫繉幼饔玫拟g化層210可形成于光電二極管42上方。類似地，濾色器元件212、平面化層214和微鏡頭216可形成于光電二極管42上方。在每個(gè)襯底中，像素22還可包括具有金屬互連層218的介電材料。如果需要，轉(zhuǎn)移晶體管48(TX1)可具有橫向地包圍轉(zhuǎn)移二極管45(TD)的圓形柵極。

圖7為具有完全耗盡電荷轉(zhuǎn)移路徑和4向共享配置的示例性像素的示意圖。如圖7所示，圖7中的像素22可類似于圖5中的像素22。具體地講，具有TD2、TX2、RST、FD和RS的下襯底102可與圖5中所示的相同。然而，上襯底100可包括共享轉(zhuǎn)移二極管TD1的多個(gè)光電二極管和轉(zhuǎn)移晶體管。如圖所示，光電二極管42-A(PDA)可耦接到轉(zhuǎn)移晶體管48-A(TX1A)，光電二極管42-B(PDB)可耦接到轉(zhuǎn)移晶體管48-B(TX1B)，光電二極管42-C(PDC)可耦接到轉(zhuǎn)移晶體管48-C(TX1C)，并且光電二極管42-D(PDD)可耦接到轉(zhuǎn)移晶體管48-D(TX1D)。轉(zhuǎn)移晶體管48-A、48-B、48-C和48-D全都可耦接到轉(zhuǎn)移二級管44(TD1)。利用這個(gè)配置，四個(gè)不同的光電二極管就可共享讀出電路。這個(gè)共享各個(gè)部件的實(shí)施例僅是示例性的，并且如果需要，也可使用具有共享部件的其他像素布置。

圖8為具有共享轉(zhuǎn)移二極管的像素諸如圖7中所示像素的橫截面頂視圖。如圖所示，轉(zhuǎn)移二極管44(TD1)可中心定位在轉(zhuǎn)移晶體管48-A、48-B、48-C和48-D之間。轉(zhuǎn)移晶體管48-A可被配置成將轉(zhuǎn)移二極管44耦接到光電二極管42-A，轉(zhuǎn)移晶體管48-B可被配置成將轉(zhuǎn)移二極管44耦接到光電二極管42-B，轉(zhuǎn)移晶體管48-C可被配置成將轉(zhuǎn)移二極管44耦接到光電二極管42-C，并且轉(zhuǎn)移晶體管48-D可被配置成將轉(zhuǎn)移二極管44耦接到光電二極管42-D。

圖9為具有完全耗盡電荷轉(zhuǎn)移路徑、互連層和存儲(chǔ)二極管的示例性像素的示意圖。圖9的像素22可類似于圖5的像素22。例如，圖9中的具有光電二極管42、轉(zhuǎn)移二極管44和轉(zhuǎn)移晶體管48的上襯底100可與圖5中所示的上襯底相同。然而，圖9在下襯底102中也可具有額外部件。

首先，圖9中的像素22的下襯底102包括存儲(chǔ)二極管47(SD)。存儲(chǔ)二極管可耦接在轉(zhuǎn)移二極管45與浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)46之間。因此，在生效時(shí)，轉(zhuǎn)移晶體管50可將電荷從轉(zhuǎn)移二極管45轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)二極管47?？商峁╊~外的轉(zhuǎn)移晶體管51(TX3)。在生效時(shí)，轉(zhuǎn)移晶體管51可將電荷從存儲(chǔ)二極管47轉(zhuǎn)移到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)46。存儲(chǔ)二極管47可為具有某個(gè)電勢的釘扎二極管，所述電勢高于TD2的電勢而低于FD的電勢(V_PD<V_TD1<V_TD2<V_SD<V_FD)。存儲(chǔ)二極管47可用于在全局快門操作期間存儲(chǔ)電荷。

圖9中的像素22還可包括耦接在轉(zhuǎn)移二極管45與偏置電壓56之間的晶體管61(SG)。當(dāng)晶體管61生效時(shí)，可將來自轉(zhuǎn)移二極管44和45的電荷從該像素清除。如果晶體管48和61同時(shí)生效時(shí)，那么可將來自光電二極管42、轉(zhuǎn)移二極管44和轉(zhuǎn)移二極管45的電荷從該像素清除。晶體管61可用于實(shí)施閃爍抑制和全局快門操作，并且它有時(shí)可稱為快門柵極。

在成像系統(tǒng)中，圖像偽影可能由移動(dòng)物體、閃爍光照以及圖像幀中具有變化照明的物體引起。此類偽影可包括例如物體的缺失部分、邊緣顏色偽影和物體失真。具有變化照明的物體的例子包括發(fā)光二極管(LED)交通標(biāo)志(其可每秒閃爍幾百次)以及現(xiàn)代汽車的LED剎車燈或車頭燈。當(dāng)場景包括移動(dòng)或快速變化的物體時(shí)，圖像幀中不完全暴露于動(dòng)態(tài)場景的區(qū)可導(dǎo)致物體失真、幻影效應(yīng)和顏色偽影。當(dāng)相機(jī)在圖像拍攝操作期間移動(dòng)或抖動(dòng)時(shí)，可觀察到類似效應(yīng)。為了捕獲具有的與閃爍光照有關(guān)的偽影最少的圖像和具有變化照明的物體，還可使用閃爍抑制(FM)技術(shù)。

圖10是時(shí)序圖，示出了可如何在像素22中實(shí)施用于閃爍抑制的動(dòng)態(tài)快門操作。如圖10所示，快門柵極SG可在圖像幀期間多次生效。

首先，轉(zhuǎn)移晶體管48(TX1)、轉(zhuǎn)移晶體管51(TX3)、快門柵極61(SG)和重置晶體管60(RST)可在t₁生效。這在重置周期t_RST期間重置光電二極管42、轉(zhuǎn)移二極管44和45、存儲(chǔ)二極管47和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)46處的電荷。

在t_RST后，電荷可在采集周期t_INT期間聚積在光電二極管42中。如圖所示，TX1可在t₂生效，并且SG可在t₃生效。當(dāng)TX1和SG都生效時(shí)，電荷無法聚積在光電二極管42中。當(dāng)晶體管48和61同時(shí)生效時(shí)，將會(huì)將所有電荷從光電二極管和轉(zhuǎn)移二極管清除。接著，在t₄，可將TX1關(guān)斷，從而允許電荷聚積在光電二極管42中。電荷可在這個(gè)積聚時(shí)間t_INT期間聚積，直到t₅為止。在t₅，可使轉(zhuǎn)移晶體管TX1生效，可使轉(zhuǎn)移晶體管TX2生效，并且可將快門柵極SG關(guān)斷。這可造成來自光電二極管42的聚積電荷被轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)二極管47。這個(gè)模式將重復(fù)以使得總積聚時(shí)間T分成較短積聚時(shí)間t_INT。

在采集周期完成(在t₆)后，來自各積聚時(shí)間(t_INT)的電荷將在存儲(chǔ)二極管47處相加。相關(guān)雙采樣讀出接著可讀出來自存儲(chǔ)二極管47的電荷。行選擇晶體管可在t₆生效。為了獲得重置電量，RST可在t₇生效。這將任何過量電荷從浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)46清除。在重置FD 46處的電荷后，可通過在t₈使采樣保持重置信號(hào)(SHR)生效來對FD 46處的電荷進(jìn)行采樣。這產(chǎn)生了被采樣的FD 46的重置電量。接著，可通過在t₉使TX3生效將來自存儲(chǔ)二極管47的電荷轉(zhuǎn)移到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)46。在電荷已轉(zhuǎn)移到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)后，可通過在t₁₀使采樣保持信號(hào)(SHS)生效來對電荷進(jìn)行采樣。

由于t_INT遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于圖像幀的長度，多個(gè)快門周期可符合幀長度的一部分或符合整個(gè)幀長度而不影響像素曝光時(shí)序(即，同時(shí)保持所需的總像素曝光時(shí)間T)。

通過將圖像幀期間的總曝光時(shí)間T分解成較短的非連續(xù)積聚周期，由移動(dòng)物體、閃爍照明及具有變化照明的物體引起的圖像偽影可被最小化而不影響像素曝光時(shí)間(即，同時(shí)保持所需的總曝光時(shí)間T)。該快門脈沖時(shí)序(以及伴隨積聚時(shí)間)可具有任何合適的模式或長度。

在圖9中，快門柵極(SG)被示出為耦接在轉(zhuǎn)移二極管45與偏置電壓56之間。應(yīng)當(dāng)注意，此實(shí)施例僅為示例性的，并且如果需要，該快門柵極可被定位在像素中的其他地方。例如，該快門柵極可直接耦接到上襯底中的光電二極管。然而，圖9的布置可使光電二極管大小被最大化(因?yàn)镾G并不占據(jù)上襯底中的空間)，并使像素中的暗電流減少。

圖11為具有完全耗盡電荷轉(zhuǎn)移路徑、互連層和存儲(chǔ)二極管的示例性像素諸如圖9中的像素22的橫截面?zhèn)纫晥D。如圖11所示，下襯底102可包括偏置電壓供應(yīng)線路56、晶體管61、轉(zhuǎn)移二極管45(TD2)、轉(zhuǎn)移晶體管50(TX2)、存儲(chǔ)二極管47、轉(zhuǎn)移晶體管51(TX3)、浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)46和重置晶體管60。下襯底100還可包括金屬遮光層202?；ミB層104可形成于層間介電層105中，并且將下襯底連接到上襯底100。上襯底100可包括p型釘扎層206、隔離區(qū)208、轉(zhuǎn)移二極管44(TD1)、轉(zhuǎn)移晶體管48(TX1)和光電二極管42。鈍化層210、濾色器212、平面化層214和微鏡頭216可形成于光電二極管42上方。在每個(gè)襯底中，像素22還可包括具有金屬互連層218的介電材料。

圖12為具有完全耗盡電荷轉(zhuǎn)移路徑、互連層和多個(gè)存儲(chǔ)二極管的示例性像素的示意圖。圖12的像素22可類似于圖9的像素22。然而，圖12的像素22在下襯底102中也可具有多個(gè)存儲(chǔ)二極管。

如圖12所示，存儲(chǔ)二極管47-A(SDA)可耦接在轉(zhuǎn)移晶體管50-A(TX2A)與轉(zhuǎn)移晶體管51-A(TX3A)之間，存儲(chǔ)二極管47-B(SDB)可耦接在轉(zhuǎn)移晶體管50-B(TX2B)與轉(zhuǎn)移晶體管51-B(TX3B)之間，并且存儲(chǔ)二極管47-C(SDC)可耦接在轉(zhuǎn)移晶體管50-C(TX2C)與轉(zhuǎn)移晶體管51-C(TX3C)之間?？蓪⒍鄠€(gè)存儲(chǔ)二極管用于實(shí)施多種功能，這取決于該成像像素的具體應(yīng)用。圖12的實(shí)施例示出下襯底102中的三個(gè)存儲(chǔ)二極管。此實(shí)施例僅是示例性的，并且下襯底中可包括任何數(shù)量的存儲(chǔ)二極管包括(例如，1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)、多于4個(gè)等)。

在一個(gè)示例性例子中，可將圖12的像素22用于高動(dòng)態(tài)范圍(HDR)閃爍抑制(FM)操作。如上所述，閃爍抑制可用于消除某些設(shè)置中的偽影。具有低動(dòng)態(tài)范圍的圖像傳感器也可具有偽影，因?yàn)閳D像的各部分可能會(huì)曝光過度或曝光不足。高動(dòng)態(tài)范圍可減少這些偽影并改善圖像質(zhì)量。

圖13為用于使像素22的HDR FM操作中的各種晶體管生效的示例性時(shí)序方案的示意圖。在t₁，可使轉(zhuǎn)移晶體管48(TX1)、快門柵極61(SG)、重置晶體管60、轉(zhuǎn)移晶體管51-A(TX3A)、轉(zhuǎn)移晶體管51-B(TX3B)和轉(zhuǎn)移晶體管51-C(TX3C)生效。這可將電荷從光電二極管42、轉(zhuǎn)移二極管44和45、存儲(chǔ)二極管47-A、47-B和47-C以及浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)46清除。

在重置后，電荷可聚積在光電二極管42中。在t₂，可使SG生效以確保將任何過量電荷從TD1和TD2清除。TX1和TX2A接著可在t₃同時(shí)生效。當(dāng)TX1和TX2A生效時(shí)，在積聚時(shí)間T1期間聚積的來自光電二極管42的電荷可轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)二極管47-A。在t₄，快門柵極可生效以重置TD1和TD2。接著，TX1和TX2B可在t₅生效。當(dāng)TX1和TX2B生效時(shí)，在積聚時(shí)間T2期間聚積的來自光電二極管42的電荷可轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)二極管47-B。在t₆，快門柵極可生效以重置TD1和TD2。接著，TX1和TX2C可在t₇生效。當(dāng)TX1和TX2C生效時(shí)，在積聚時(shí)間T3期間聚積的來自光電二極管42的電荷可轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)二極管47-C。

此模式可重復(fù)多個(gè)周期(其中每個(gè)周期包括T1、T2和T3)。在每個(gè)周期中，來自T1的電荷將添加到存儲(chǔ)二極管47-A，來自T2的電荷將添加到存儲(chǔ)二極管47-B，并且來自T3的電荷將添加到存儲(chǔ)二極管47-C。每個(gè)T1可長于每個(gè)T2，而每個(gè)T2可長于每個(gè)T3。通過使用不同長度的積聚時(shí)間T1、T2和T3，就可獲得高動(dòng)態(tài)范圍圖像。另外，將每個(gè)存儲(chǔ)二極管的總積聚時(shí)間分成多個(gè)較短積聚時(shí)間，由此實(shí)現(xiàn)閃爍抑制。

在電荷聚積在每個(gè)存儲(chǔ)二極管中后，可在t-_SAMP期間進(jìn)行讀出。每個(gè)存儲(chǔ)二極管可使用相關(guān)雙采樣來讀出，如結(jié)合圖10所示并描述。圖13中的讀出工藝與圖10中的讀出工藝相同，不同之處在于，使轉(zhuǎn)移晶體管TX3A生效以讀出存儲(chǔ)二極管SDA，使轉(zhuǎn)移晶體管TX3B生效以讀出存儲(chǔ)二極管SDB，并且使轉(zhuǎn)移晶體管TX3C生效以讀出存儲(chǔ)二極管SDC。

圖14為用于使像素22中的各種晶體管生效的示例性時(shí)序方案的示意圖。圖14中的像素22的時(shí)序圖示出像素22可如何用于非常高的幀/秒(FPS)操作。像素22可能以超過100,000幀/秒、超過1,000,000幀/秒、超過2,000,000幀/秒、或以任何其他所需的幀率捕獲圖像。由于像素22使用完全耗盡電荷轉(zhuǎn)移路徑并在整個(gè)操作期間轉(zhuǎn)移電荷，因此可非?？斓貙D像采樣和讀出以實(shí)現(xiàn)非常高的幀率。

圖14示出重置可在t₁進(jìn)行(這類似于結(jié)合圖13所述的重置)。電荷可接著聚積在光電二極管中。在t₂，快門柵極(SG)可受到脈沖作用以從TD1和TD2清除過量電荷。來自光電二極管42的電荷可接著通過在t₃使轉(zhuǎn)移晶體管48和轉(zhuǎn)移晶體管50-A生效，來轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)二極管47-A。電荷可接著聚積在光電二極管中。在t₄，快門柵極(SG)可受到脈沖作用以從TD1和TD2清除過量電荷。來自光電二極管42的電荷可接著通過在t₅使轉(zhuǎn)移晶體管48和轉(zhuǎn)移晶體管50-B生效，來轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)二極管47-B。電荷可接著聚積在光電二極管中。在t₆，快門柵極(SG)可受到脈沖作用以從TD1和TD2清除過量電荷。來自光電二極管42的電荷可接著通過在t₇使轉(zhuǎn)移晶體管48和轉(zhuǎn)移晶體管50-C生效，來轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)二極管47-C。在電荷聚積在每個(gè)存儲(chǔ)二極管中后，可在t-_SAMP期間進(jìn)行讀出。如結(jié)合圖10和圖13所示并描述，每個(gè)存儲(chǔ)二極管可使用相關(guān)雙采樣來讀出。

圖15和圖16是諸如圖12中的圖像像素22的圖像像素的橫截面頂視圖。圖15和圖16中的像素各自具有三個(gè)存儲(chǔ)二極管(47-A、47-B和47-C)。然而，這些存儲(chǔ)二極管可取決于該像素的設(shè)計(jì)考慮，具有不同的大小和形狀。圖15示出存儲(chǔ)二極管47-A、47-B和47-C各自在像素中占據(jù)相同量的面積的實(shí)施例。因此，存儲(chǔ)二極管可具有相同容量。然而，在另一布置中，存儲(chǔ)二極管可具有不同大小。在圖16中，例如，存儲(chǔ)二極管47-A小于存儲(chǔ)二極管47-B，并且存儲(chǔ)二極管47-B小于存儲(chǔ)二極管47-C。這種布置可有助于如下情形：存儲(chǔ)二極管47-C預(yù)期比其他存儲(chǔ)二極管存儲(chǔ)更多的電荷。一般來說，每個(gè)存儲(chǔ)二極管可具有任何期望的大小和形狀。

圖12所示類型的像素可用于使用同一像素使多種類型的光成像。例如，可存在的像素類似圖12中所示的像素，但僅具有兩個(gè)存儲(chǔ)二極管。像素可獲得含背景的第一圖像并在第一存儲(chǔ)二極管中存儲(chǔ)電荷。接著，可獲得第二圖像并同時(shí)發(fā)射已知脈沖的紅外(IR)光。來自含IR照明和背景的第二圖像的電荷可存儲(chǔ)在第二存儲(chǔ)二極管中?？稍谔幚砥陂g將第一圖像數(shù)據(jù)從第二圖像數(shù)據(jù)減去，以便獲得紅外圖像。像素22可用于這樣的其他應(yīng)用，這取決于該特定圖像傳感器的應(yīng)用。

圖17為具有完全耗盡電荷轉(zhuǎn)移路徑、互連層、多個(gè)存儲(chǔ)二極管和共享配置的示例性圖像像素的示意圖。如圖17所示，下襯底可與圖12的下襯底102相同。另外，可在上襯底100中的多個(gè)光電二極管之間共享存儲(chǔ)二極管。圖17中的上襯底100可與圖7中的上襯底100相同。圖17中所示的像素具有多種功能并且可以多種方式使用，這取決于該圖像傳感器的具體應(yīng)用。來自不同光電二極管的電荷可以任何可能組合在存儲(chǔ)二極管中相加。例如，可將來自每個(gè)光電二極管的電荷在單個(gè)存儲(chǔ)二極管中相加?；蛘撸蓪碜訮DA和PDB的電荷存儲(chǔ)在SDA中，而來自PDC和PDD的電荷可存儲(chǔ)在SDB中。

在本實(shí)用新型的各種實(shí)施方案中，成像像素可包括：具有第一電勢的釘扎光電二極管，具有第二電勢的釘扎轉(zhuǎn)移二極管，具有第三電勢的浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)，耦接在釘扎光電二極管與釘扎轉(zhuǎn)移二極管之間的第一轉(zhuǎn)移晶體管；以及耦接在釘扎轉(zhuǎn)移二極管與浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)之間的第二轉(zhuǎn)移晶體管。第一轉(zhuǎn)移晶體管、釘扎轉(zhuǎn)移二極管和第二轉(zhuǎn)移晶體管在釘扎光電二極管與浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)之間形成完全耗盡電荷轉(zhuǎn)移路徑。第二電勢可高于第一電勢，并且第三電勢可高于第二電勢。

釘扎光電二極管和釘扎轉(zhuǎn)移二極管可形成于上襯底中。浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)可形成于下襯底中。成像像素還可包括將上襯底耦接到下襯底的互連層?；ミB層可形成于不透明介電層中。成像像素還可包括額外的釘扎轉(zhuǎn)移二極管，所述額外的釘扎轉(zhuǎn)移二極管形成于下襯底中，并且互連層可將位于上襯底中的釘扎轉(zhuǎn)移二極管耦接到位于下襯底中的額外的釘扎轉(zhuǎn)移二極管。額外的釘扎轉(zhuǎn)移二極管可具有第四電勢，所述第四電勢高于第二電勢而低于第三電勢。

成像像素還可包括：具有第五電勢的存儲(chǔ)二極管；以及耦接在存儲(chǔ)二極管與浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)之間的第三轉(zhuǎn)移晶體管。第五電勢可高于第四電勢而低于第三電勢?？蓪⒌诙D(zhuǎn)移晶體管耦接在額外的釘扎轉(zhuǎn)移二極管與存儲(chǔ)二極管之間。第一轉(zhuǎn)移晶體管可被配置成，在其生效時(shí)將電荷從釘扎光電二極管轉(zhuǎn)移到釘扎轉(zhuǎn)移二極管，第二轉(zhuǎn)移晶體管可被配置成，在其生效時(shí)將電荷從額外的釘扎轉(zhuǎn)移二極管轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)二極管，第三轉(zhuǎn)移晶體管可被配置成，在其生效時(shí)將電荷從存儲(chǔ)二極管轉(zhuǎn)移到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)。

存儲(chǔ)二極管可為第一存儲(chǔ)二極管，并且成像像素還可包括第二存儲(chǔ)二極管、第四轉(zhuǎn)移晶體管，以及第五轉(zhuǎn)移晶體管，其中第四轉(zhuǎn)移晶體管耦接在額外的釘扎轉(zhuǎn)移二極管與第二存儲(chǔ)二極管之間，第五轉(zhuǎn)移晶體管耦接在第二存儲(chǔ)二極管與浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)之間。成像像素還可包括：第三存儲(chǔ)二極管、第六轉(zhuǎn)移晶體管，以及第七轉(zhuǎn)移晶體管，其中第六轉(zhuǎn)移晶體管耦接在額外的釘扎轉(zhuǎn)移二極管與第三存儲(chǔ)二極管之間，第七轉(zhuǎn)移晶體管耦接在第三存儲(chǔ)二極管與浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)之間。第一存儲(chǔ)二極管和第二存儲(chǔ)二極管可具有不同大小。該成像像素可包括至少一個(gè)額外的釘扎光電二極管，所述至少一個(gè)額外的釘扎光電二極管被配置成與釘扎光電二極管共享釘扎轉(zhuǎn)移二極管。

互連層可包括金屬層，該金屬層為額外的釘扎轉(zhuǎn)移二極管和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)遮擋入射光，并且該金屬層可充當(dāng)入射光的反射器。第一轉(zhuǎn)移晶體管可具有橫向地包圍釘扎轉(zhuǎn)移二極管的圓形柵極。該成像像素可包括多個(gè)額外的釘扎光電二極管和多個(gè)額外的轉(zhuǎn)移晶體管。多個(gè)額外的轉(zhuǎn)移晶體管中的每個(gè)轉(zhuǎn)移晶體管可耦接在多個(gè)額外的釘扎光電二極管中的相應(yīng)釘扎光電二極管與釘扎轉(zhuǎn)移二極管之間。

在各種實(shí)施方案中，可提供操作成像像素的方法。該成像像素可包括：釘扎光電二極管、第一釘扎轉(zhuǎn)移二極管、第二釘扎轉(zhuǎn)移二極管、將第一釘扎轉(zhuǎn)移二極管耦接到第二釘扎轉(zhuǎn)移二極管的互連層、存儲(chǔ)二極管、浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)、耦接在釘扎光電二極管與第一釘扎轉(zhuǎn)移二極管之間的第一轉(zhuǎn)移晶體管、耦接在第二釘扎轉(zhuǎn)移二極管與存儲(chǔ)二極管之間的第二轉(zhuǎn)移晶體管、耦接在存儲(chǔ)二極管與浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)之間的第三轉(zhuǎn)移晶體管、耦接在浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)與偏置電壓之間的重置晶體管、以及耦接在第二釘扎轉(zhuǎn)移二極管與偏置電壓之間的快門柵極。該方法可包括：通過使第一轉(zhuǎn)移晶體管、第三轉(zhuǎn)移晶體管、快門柵極和重置晶體管生效，而重置釘扎光電二極管、第一釘扎轉(zhuǎn)移二極管、第二釘扎轉(zhuǎn)移二極管、存儲(chǔ)二極管和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)；以及利用光電二極管，在被分成多個(gè)積聚周期的總曝光時(shí)間內(nèi)聚積電荷。這多個(gè)積聚周期可以是非連續(xù)的，并且均可短于總曝光時(shí)間?？蓪⒃诙鄠€(gè)積聚周期中的每個(gè)積聚周期中聚積的電荷轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)二極管。方法還可包括通過在多個(gè)積聚周期中的每個(gè)積聚周期后，使第一轉(zhuǎn)移晶體管和快門柵極生效，而將電荷從釘扎光電二極管、第一釘扎轉(zhuǎn)移二極管和第二釘扎轉(zhuǎn)移二極管清除。

在各種實(shí)施方案中，可提供操作成像像素的方法。該成像像素可包括：釘扎光電二極管、第一釘扎轉(zhuǎn)移二極管、第二釘扎轉(zhuǎn)移二極管、將第一釘扎轉(zhuǎn)移二極管耦接到第二釘扎轉(zhuǎn)移二極管的互連層、第一存儲(chǔ)二極管、第二存儲(chǔ)二極管和第三存儲(chǔ)二極管、浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)、耦接在釘扎光電二極管與第一釘扎轉(zhuǎn)移二極管之間的第一轉(zhuǎn)移晶體管、耦接在第二釘扎轉(zhuǎn)移二極管與第一存儲(chǔ)二極管之間的第二轉(zhuǎn)移晶體管、耦接在第一存儲(chǔ)二極管與浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)之間的第三轉(zhuǎn)移晶體管、耦接在第二釘扎轉(zhuǎn)移二極管與第二存儲(chǔ)二極管之間的第四轉(zhuǎn)移晶體管、耦接在第二存儲(chǔ)二極管與浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)之間的第五轉(zhuǎn)移晶體管、耦接在第二釘扎轉(zhuǎn)移二極管與第三存儲(chǔ)二極管之間的第六轉(zhuǎn)移晶體管、耦接在第三存儲(chǔ)二極管與浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)之間的第七轉(zhuǎn)移晶體管、耦接在浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)與偏置電壓之間的重置晶體管、以及耦接在第二釘扎轉(zhuǎn)移二極管與偏置電壓之間的快門柵極。該方法可包括：通過使第一轉(zhuǎn)移晶體管、第三轉(zhuǎn)移晶體管、第五轉(zhuǎn)移晶體管、第七轉(zhuǎn)移晶體管、快門柵極和重置晶體管生效，而重置釘扎光電二極管、第一釘扎轉(zhuǎn)移二極管、第二釘扎轉(zhuǎn)移二極管、第一存儲(chǔ)二極管、第二存儲(chǔ)二極管、第三存儲(chǔ)二極管和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)；在第一積聚時(shí)間內(nèi)，在光電二極管中聚積第一量的電荷；通過使第一轉(zhuǎn)移晶體管和第二轉(zhuǎn)移晶體管生效，而將第一量的電荷轉(zhuǎn)移到第一存儲(chǔ)二極管；在第二積聚時(shí)間內(nèi)，在光電二極管中聚積第二量的電荷；通過使第一轉(zhuǎn)移晶體管和第四轉(zhuǎn)移晶體管生效，而將第二量的電荷轉(zhuǎn)移到第二存儲(chǔ)二極管；在第三積聚時(shí)間內(nèi)，在光電二極管中聚積第三量的電荷；以及通過使第一轉(zhuǎn)移晶體管和第六轉(zhuǎn)移晶體管生效，而將第三量的電荷轉(zhuǎn)移到第三存儲(chǔ)二極管。

方法還可包括：使用相關(guān)雙采樣讀出第一存儲(chǔ)二極管上的電荷；使用相關(guān)雙采樣讀出第二存儲(chǔ)二極管上的電荷；以及使用相關(guān)雙采樣讀出第三存儲(chǔ)二極管上的電荷。方法還可包括在將第三量的電荷轉(zhuǎn)移到第三存儲(chǔ)二極管之后、并且在讀出第一存儲(chǔ)二極管上的電荷之前，在第四積聚時(shí)間內(nèi)，在光電二極管中聚積第四量的電荷，并且通過使第一轉(zhuǎn)移晶體管和第二轉(zhuǎn)移晶體管生效，而將第四量的電荷轉(zhuǎn)移到第一存儲(chǔ)二極管。第一積聚時(shí)間可長于第二積聚時(shí)間，并且第二積聚時(shí)間可長于第三積聚時(shí)間。

前述內(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。