包括额外传输门和额外浮置扩散区域的图像传感器的制作方法

在本专利文档中所公开的技术和实现方式涉及包括传输门(transfergate)(晶体管)和浮置扩散区域的图像传感器。

背景技术：

随着近期信息通信产业的发展和电子装置的数字化，具有改进性能的图像传感器已被用于诸如数码像机、摄像机、移动电话、pcs(个人通信系统)、游戏机、安全摄像机和医用微型摄像机之类的各个领域中。一般而言，图像传感器包括具有布置为行和列的单位像素的多个像素块。单位像素中的每一个包括光电二极管和传输门(晶体管)。传输门(晶体管)设置在光电二极管和浮置扩散区域之间，并且将在光电二极管中产生的光电荷传输至浮置扩散区域。

技术实现要素：

各种实施方式提供一种图像传感器，所述图像传感器被设计为具有包括第一模式和第二模式的不同模式并且在所述不同模式下操作以改进成像性能。在下面所提供的示例中，这种图像传感器可以根据该图像传感器所接收的光的量而在第一模式或第二模式下操作。

各种实施方式提供一种图像传感器，所述图像传感器包括在第一模式下操作的传输门(晶体管)和浮置扩散区域以及在第二模式下操作的传输门(晶体管)和浮置扩散区域。

各种实施方式提供图像传感器的在第一模式和第二模式下操作的像素块。

各种实施方式提供图像传感器的包括在第一模式下操作的传输门(晶体管)和浮置扩散区域以及在第二模式下操作的传输门(晶体管)和浮置扩散区域的像素块。

在一个实施方式中，一种图像传感器可以包括：像素阵列，所述像素阵列被构造为包括用于捕获入射光的不同的像素块，其中，像素块包括各自响应于光而产生光生电荷的相邻的单位像素；浮置扩散区域，所述浮置扩散区域被设置在每个单位像素的中心处，以接收所述光生电荷；以及传输门，所述传输门形成在所述浮置扩散区域周围，以控制所述光生电荷的传输。每个像素块可包括额外浮置扩散区域和额外传输门，所述额外浮置扩散区域位于所述像素块的中心处，以与所述像素块的所述相邻的单位像素中的每一个接口连接，由此从所述相邻的单位像素中的每一个接收所述光生电荷，所述额外传输门形成在所述额外浮置扩散区域与所述相邻的单位像素之间，以控制光生电荷从所述相邻的单位像素传输至所述额外浮置扩散区域。

在一个实施方式中，一种图像传感器可以包括：像素块，所述像素块包括以行和列布置的第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素以及设置在所述像素块的中心处的额外元件。所述第一单位像素可包括第一光敏元件至第四光敏元件、第一传输门至第四传输门以及第一浮置扩散区域。所述第二单位像素可包括第一光敏元件至第四光敏元件、第一传输门至第四传输门以及第二浮置扩散区域。所述第三单位像素可包括第一光敏元件至第四光敏元件、第一传输门至第四传输门以及第三浮置扩散区域。所述第四单位像素可包括第一光敏元件至第四光敏元件、第一传输门至第四传输门以及第四浮置扩散区域，所述第一光敏元件至所述第四光敏元件被构造为接收光，并且响应于光的接收而产生光电荷，并且所述第一传输门至所述第四传输门被构造为将所产生的光电荷传输至所述第一浮置扩散区域至所述第四浮置扩散区域。所述额外元件可包括：第一额外传输门，所述第一额外传输门与所述第一单位像素交叠；第二额外传输门，所述第二额外传输门与所述第二单位像素交叠；第三额外传输门，所述第三额外传输门与所述第三单位像素交叠；第四额外传输门，所述第四额外传输门与所述第四单位像素交叠；以及额外浮置扩散区域，所述额外浮置扩散区域被设置在所述像素块的中心处。

在一个实施方式中，一种图像传感器可以包括：第一单位像素、第二单位像素、第三单位像素和第四单位像素，所述第一单位像素至所述第四单位像素以行和列布置，所述第一单位像素至所述第四单位像素中的每一个包括被构造为在第一模式下检测光并产生光电荷的光敏元件以及被构造为储存所产生的光电荷的浮置扩散区域；以及第五单位像素，所述第五单位像素被设置为与所述第一单位像素至所述第四单位像素交叠。所述第一单位像素至所述第四单位像素的所述光敏元件中的一些光敏元件可被包括在所述第五单位像素中，以在与所述第一模式不同的第二模式下检测光并产生光电荷。所述第五单位像素可包括设置在所述光敏元件中的所述一些光敏元件的中心处的浮置扩散区域。

由于根据所公开的技术的实施方式的图像传感器可以在高照度模式下和低照度模式下独立地操作，所以能够获得高的信噪比，特别是在低照度模式下。

由于根据所公开的技术的实施方式的图像传感器使用与隔离区域充分隔开的浮置扩散区域，所以在低照度模式下，可以改进暗电流特性。

已在文中描述了根据所公开的技术的各种实施方式的其它优点。

附图说明

图1是示意性地例示根据所公开的技术的一个实施方式的图像传感器的示例表示的框图。

图2是例示根据所公开的技术的一个实施方式的图像传感器的像素块的示例表示的示意性布局图。

图3a至图3c是图2的像素块的示意性等效电路图。

图4a和图4b是例示根据所公开的技术的实施方式的像素块的示例表示的示意性布局图。

图5是例示根据所公开的技术的一个实施方式的图像传感器的像素块的示例表示的示意性布局图。

图6a至图6c是图5的像素块的示意性等效电路图。

图7a是例示根据所公开的技术的一个实施方式的图像传感器的像素阵列的示例表示的示意性布局图，而图7b是像素阵列的放大图。

图8a是例示根据所公开的技术的一个实施方式的图像传感器的像素阵列的示例表示的示意性布局图，而图8b是像素阵列的放大图。

图9是示意性地例示包括根据所公开的技术的各种实施方式的图像传感器中的一个图像传感器的电子装置的示例表示的图。

具体实施方式

所公开的技术可以被实现为提供一种图像传感器，该图像传感器包括在第一模式期间操作的像素结构和在与第一模式不同的第二模式期间操作的附加像素结构。通过分开地且独立地操作图像传感器的对应的像素结构，所公开的技术可以提供一种具有改进的特性(包括高信噪比和低暗电流特性)的图像传感器。

在本公开中，在结合附图阅读下述示例性实施方式之后，优点、特征和用于实现这些优点和特征的方法将变得更加明显。

在整个说明书中，相同的附图标记指代相同的元件。因此，尽管在对应附图中未描述或提及相同或相似的附图标记，但是可参照其它附图来描述该附图标记。此外，尽管没有通过附图标记表示元件，但是可参照其它附图来描述该元件。在本公开中，“门(gate)”和“晶体管”可用作相同的元件或彼此相似的元件。

图1是示意性地例示根据所公开的技术的一个实施方式的图像传感器800的示例表示的框图。参照图1，根据所公开的技术的实施方式的图像传感器800可以包括其中多个像素以矩阵结构布置的像素阵列810、相关双采样器(cds)820、模数转换器(adc)830、缓冲器840、行驱动器850、时序发生器860、控制寄存器870和斜坡信号发生器880。

像素阵列810可以包括多个像素块815，所述多个像素块以包括像素的列和行的矩阵结构布置。每个像素可以通过响应于所接收的光而产生电信号的光敏装置或电路来实现，所述光敏装置或电路包括例如光电二极管、光电晶体管、光栅(photogate)或能够将光转换成像素信号(例如，电荷、电压或电流)的其它光敏电路。多个像素块815中的每一个可将光图像信息转换成电图像信号，并且通过对应的列线将电图像信号传送至cds820。多个像素块815中的每一个可以与行线中的一条和列线中的一条联接。

cds820可以对从像素阵列810中的像素块815的像素接收的电图像信号进行保持和采样。例如，cds820可以根据从时序发生器860提供的时钟信号对基准电压电平和从一个像素块815接收的电图像信号的电压电平进行采样，并且将与这两个电压电平之间的差对应的模拟信号传输至adc830。

adc830可以将所接收的模拟信号转换为表示来自特定像素块815的电图像信号的数字信号，并且将该数字信号传输至缓冲器840。

缓冲器840可以锁存或保持所接收的数字信号，并且将经锁存或保持的数字信号输出至图像信号处理器(未显示)。缓冲器840可以包括用于锁存数字信号的存储器和用于将数字信号放大的感测放大器。

行驱动器850可以根据时序发生器860的信号来驱动像素阵列810的多个像素。例如，行驱动器850可以生成用于选择多个行线中的一个的选择信号和/或用于驱动多个行线中的一个的驱动信号。

时序发生器860可以生成用于控制cds820、adc830、行驱动器850和斜坡信号发生器880的定时信号。

控制寄存器870可以生成用于控制缓冲器840、时序发生器860和斜坡信号发生器880的控制信号。

斜坡信号发生器880可以根据时序发生器860的控制而生成用于控制从缓冲器840输出的图像信号的斜坡信号。

图2是例示根据一个实施方式的图像传感器800的像素阵列810中的像素的像素块815a的示例表示的示意性布局图。参照图1和图2，根据所公开的技术的实施方式的图像传感器800的像素阵列810中的像素可以被构造为包括如图1所示的以行和列布置的多个像素块815，而像素块815a示出了用于这种像素块815的基于共享浮置扩散区域架构的不同相邻像素的示例。在图2的示例中，像素块815a中的每一个可以包括以矩阵形式布置为行和列的第一单位像素px1至第四单位像素px4，并且第一单位像素px1至第四单位像素px4中的每一个可以包括：分段的光敏区域(例如，光电二极管区域pd1a、pd1b、pd1c和pd1d)，所述分段的光敏区域用于接收产生光生电荷的入射光；浮置扩散区域fd(例如，fd1、fd2、fd3和fd4)，所述浮置扩散区域与光敏区域相邻设置；以及传输门(晶体管)tx，所述传输门围绕对应的浮置扩散区域fd(例如，共享浮置扩散区域fd3的tx3a、tx3b、tx3c和tx3d)，以将光生电荷从光敏区域传输至单位像素px1、px2、px3和px4的对应的浮置扩散区域fd。在所例示的像素块815a中的每个单位像素px1、px2、px3或px4可以包括具有晶体管的对应的有源区域act(例如，act1、act2、act3和act4)，所述晶体管用于处理该单位像素中的光生电荷以产生输出单位像素信号。在该示例中，像素块815a可以进一步包括设置在像素块815a的中心处并且由四个单位像素px1、px2、px3和px4共享的额外浮置扩散区域fde以及用于将光敏区域(例如，光电二极管)中的光生电荷传输至额外浮置扩散区域fde的额外传输门(晶体管)txe1、txe2、txe3和txe4。

在如图2所示的示例中，第一单位像素px1至第四单位像素px4的浮置扩散区域fd1至fd4可以围绕额外浮置扩散区域fde径向地设置。在这种情况下，额外浮置扩散区域fde设置在浮置扩散区域fd1至fd4的中心处。例如，像素块815a可以包括：第一单位像素px1，其布置在像素块815a的右下部；第二单位像素px2，其布置在像素块815a的右上部；第三单位像素px3，其布置在像素块815a的左上部；第四单位像素px4，其布置在像素块815a的左下部；以及额外元件txe1至txe4和fde，其设置在像素块815a的中心处。右下部、右上部、左上部和左下部可以根据附图的旋转而改变。

第一单位像素px1可以包括布置在第一单位像素px1的不同部分中的第一光电二极管pd1a至pd1d和第一传输门tx1a至tx1d。在一些实现方式中，第一光电二极管pd1a至pd1d和第一传输门tx1a至tx1d可以围绕第一浮置扩散区域fd1而径向地设置。在这种情况下，第一浮置扩散区域fd1设置在第一单位像素px1的中心处。例如，第一单位像素px1可以包括：光电二极管pd1a和传输门tx1a，其布置在第一单位像素px1的右下部；光电二极管pd1b和传输门tx1b，其布置在第一单位像素px1的右上部；光电二极管pd1c和传输门tx1c，其布置在第一单位像素px1的左上部；光电二极管pd1d和传输门tx1d，其布置在第一单位像素px1的左下部；以及第一浮置扩散区域fd1，其设置在第一单位像素px1的中心处。第一单位像素px1的第一光电二极管pd1a至pd1d可以分别通过第一传输门tx1a至tx1d共享第一浮置扩散区域fd1。第一单位像素px1可以进一步包括设置在其外表面或侧部上的第一有源区域act1。在一些实现方式中，第一有源区域act1可以被设置为与第四单位像素px4相反。例如，第一单位像素px1的第一有源区域act1可以设置在第一单位像素的与第一单位像素px1的光电二极管pd1a和pd1b相邻的右侧。

第二单位像素px2可以包括布置在第二单位像素px2的不同部分中的第二光电二极管pd2a至pd2d和第二传输门tx2a至tx2d。在一些实现方式中，第二光电二极管pd2a至pd2d和第二传输门tx2a至tx2d可以围绕第二浮置扩散区域fd2径向地设置。在这种情况下，第二浮置扩散区域fd2设置在第二单位像素px2的中心处。例如，第二单位像素px2可以包括：光电二极管pd2a和传输门tx2a，其布置在第二单位像素px2的右下部；光电二极管pd2b和传输门tx2b，其布置在第二单位像素px2的右上部；光电二极管pd2c和传输门tx2c，其布置在第二单位像素px2的左上部；光电二极管pd2d和传输门tx2d，其布置在第二单位像素px2的左下部；以及第二浮置扩散区域fd2，其设置在第二单位像素px2的中心处。第二单位像素px2的第二光电二极管pd2a至pd2d可以分别通过第二传输门tx2a至tx2d共享第二浮置扩散区域fd2。第二单位像素px2可以进一步包括设置在其外表面或侧部上的第二有源区域act2。在一些实现方式中，第二有源区域act2可以被设置为与第三单位像素px3相反。例如，第二单位像素px2的第二有源区域act2可以设置在第二单位像素px2的与第二单位像素px2的光电二极管pd2a和pd2b相邻的右侧。

第三单位像素px3可以包括布置在第三单位像素px3的不同部分中的第三光电二极管pd3a至pd3d和第三传输门tx3a至tx3d。在一些实现方式中，第三光电二极管pd3a至pd3d和第三传输门tx3a至tx3d可以围绕第三浮置扩散区域fd3径向地设置。在这种情况下，第三浮置扩散区域fd3设置在第三单位像素px3的中心处。例如，第三单位像素px3可以包括：光电二极管pd3a和传输门tx3a，其布置在第三单位像素px3的右下部；光电二极管pd3b和传输门tx3b，其布置在第三单位像素px3的右上部；光电二极管pd3c和传输门tx3c，其布置在第三单位像素px3的左上部；光电二极管pd3d和传输门tx3d，其布置在第三单位像素px3的左下部；以及第三浮置扩散区域fd3，其设置在第三单位像素px3的中心处。第三单位像素px3的第三光电二极管pd3a至pd3d可以分别通过第三传输门tx3a至tx3d共享第三浮置扩散区域fd3。第三单位像素px3可以进一步包括设置在其外表面或侧部上的第三有源区域act3。在一些实现方式中，第三有源区域act3可以被设置为与第二单位像素px2相反。例如，第三单位像素px3的第三有源区域act3可以设置在第三单位像素px3的与第三单位像素px3的光电二极管pd3c和pd3d相邻的左侧。

第四单位像素px4可以包括布置在第四单位像素px4的不同部分中的第四光电二极管pd4a至pd4d和第四传输门tx4a至tx4d。在一些实现方式中，第四光电二极管pd4a至pd4d和第四传输门tx4a至tx4d可以围绕第四浮置扩散区域fd4径向地设置。在这种情况下，第四浮置扩散区域fd4设置在第四单位像素px4的中心处。例如，第四单位像素px4可以包括：光电二极管pd4a和传输门tx4a，其布置在第四单位像素px4的右下部；光电二极管pd4b和传输门tx4b，其布置在第四单位像素px4的右上部；光电二极管pd4c和传输门tx4c，其布置在第四单位像素px4的左上部；光电二极管pd4d和传输门tx4d，其布置在第四单位像素px4的左下部；以及第四浮置扩散区域fd4，其设置在第四单位像素px4的中心处。第四单位像素px4的第四光电二极管pd4a至pd4d可以分别通过第四传输门tx4a至tx4d共享第四浮置扩散区域fd4。第四单位像素px4可以进一步包括设置在其外表面或侧部上的第四有源区域act4。在一些实现方式中，第四有源区域act4可以被设置为与第一单位像素px1相反。例如，第四单位像素px4的第四有源区域act4可以设置在第四单位像素px4的与第四单位像素px4的光电二极管pd4c和pd4d相邻的左侧。

如图2的示例中所示，额外元件txe1至txe4和fde可以设置在像素块815a的中心处。额外元件txe1至txe4和fde可以包括围绕额外浮置扩散区域fde径向地布置的第一额外传输门txe1至第四额外传输门txe4。在所例示的示例中，额外浮置扩散区域fde设置在像素块815a的中心处。例如，额外元件txe1至txe4和fde可以包括：第一额外传输门txe1，其布置在第一单位像素px1中；第二额外传输门txe2，其布置在第二单位像素px2中；第三额外传输门txe3，其布置在第三单位像素px3中；第四额外传输门txe4，其布置在第四单位像素px4中；以及额外浮置扩散区域fde，其设置在像素块815a的中心处。在一些实现方式中，第一额外传输门txe1布置在额外浮置扩散区域fde的右下部，以与设置在第一单位像素px1的左上部的第一光电二极管pd1c交叠，第二额外传输门txe2布置在额外浮置扩散区域fde的右上部，以与设置在第二单位像素px2的左下部的第二光电二极管pd2d交叠，第三额外传输门txe3布置在额外浮置扩散区域fde的左上部，以与设置在第三单位像素px3的右下部的第三光电二极管pd3a交叠，并且第四额外传输门txe4布置在额外浮置扩散区域fde的左下部，以与设置在第四单位像素px4的右上部的第四光电二极管pd4b交叠。

因此，根据所公开的技术的实施方式的像素块815a可以被认为提供了除第一单位像素px1至第四单位像素px4之外的额外单位像素。例如，第一单位像素px1可以包括四个第一光电二极管pd1a至pd1d、四个第一传输门tx1a至tx1d以及第一浮置扩散区域fd1，第二单位像素px2可以包括四个第二光电二极管pd2a至pd2d、四个第二传输门tx2a至tx2d以及第二浮置扩散区域fd2，第三单位像素px3可以包括四个第三光电二极管pd3a至pd3d、四个第三传输门tx3a至tx3d以及第三浮置扩散区域fd3，第四单位像素px4可以包括四个第四光电二极管pd4a至pd4d、四个第四传输门tx4a至tx4d以及第四浮置扩散区域fd4，并且第五单位像素(未编号)可以包括第一光电二极管pd1c、第二光电二极管pd2d、第三光电二极管pd3a、第四光电二极管pd4b、第一额外传输门txe1至第四额外传输门txe4以及额外浮置扩散区域fde。也就是说，第一光电二极管pd1c可以由第一传输门tx1c和第一额外传输门txe1共享，第二光电二极管pd2d可以由第二传输门tx2d和第二额外传输门txe2共享，第三光电二极管pd3a可以由第三传输门tx3a和第三额外传输门txe3共享，并且第四光电二极管pd4b可以由第四传输门tx4b和第四额外传输门txe4共享。

第一浮置扩散区域fd1至第四浮置扩散区域fd4中的每一个可以等于或大于额外浮置扩散区域fde。第一单位像素px1的第一传输门tx1a至tx1d、第二单位像素px2的第二传输门tx2a至tx2d、第三单位像素px3的第三传输门tx3a至tx3d以及第四单位像素px4的第四传输门tx4a至tx4d可以等于或大于第一额外传输门txe1至第四额外传输门txe4。

第一有源区域act1至第四有源区域act4中的每一个可以布置在第一单位像素px1至第四单位像素px4中的对应单位像素的一侧。第一有源区域act1至第四有源区域act4可以包括一些晶体管，这些晶体管用于将从第一单位像素至第四单位像素产生的积累光电荷(例如，电子电荷)转换为可测量的电压，将光电二极管复位，并且将电压传输至对应的列线。第一有源区域act1至第四有源区域act4中的每一个包括用于复位晶体管的第一复位有源区域ra1至第四复位有源区域ra4中的一个、用于驱动晶体管的第一驱动有源区域da1至第四驱动有源区域da4中的一个以及用于选择晶体管的第一选择有源区域sa1至第四选择有源区域sa4中的一个。图3a至图3c的第一复位晶体管rx1至第四复位晶体管rx4可以设置在第一复位有源区域ra1至第四复位有源区域ra4上，图3a至图3c的第一驱动晶体管dx1至第四驱动晶体管dx4可以设置在第一驱动有源区域da1至第四驱动有源区域da4上，并且图3a至图3c的第一选择晶体管sx1至第四选择晶体管sx4可以设置在第一选择有源区域sa1至第四选择有源区域sa4上。

根据所公开的技术的实施方式的图像传感器800可以执行在包括第一模式和第二模式的两种不同模式下运行的操作。例如，在第一模式下，第一单位像素px1至第四单位像素px4可以彼此独立地操作，而额外元件txe1至txe4和fde可以停用，使得额外浮置扩散区域fde不从周围的单位像素px1、px2、px3和px4接收光生电荷。换句话说，在第一模式下，像素块815a可以利用四个单位像素px1至px4操作，以在不使用在额外浮置扩散区域fde中的任何电荷的情况下，基于在四个浮置扩散区域fd1、fd2、fd3和fd4中积累的光生电荷来输出表示像素块815a的光感测结果的信号。

相反，在第二模式下，围绕浮置扩散区域fd1、fd2、fd3和fd4中的每一个的传输晶体管tx(例如，共享第一浮置扩散区域fd1的tx1a、tx1b、tx1c和tx1d，共享第二浮置扩散区域fd2的tx2a、tx2b、tx2c和tx2d，共享第三浮置扩散区域fd3的tx3a、tx3b、tx3c和tx3d以及共享第四浮置扩散区域fd4的tx4a、tx4b、tx4c和tx4d)停用，而额外元件txe1至txe4可被激活以进行操作，以使得在单位像素px1、px2、px3和px4的光敏区域中的光生电荷被传输到额外浮置扩散区域fde，从而表示整个像素块815a的光感测结果。换句话说，在第二模式下，像素块815a可以经由单个额外浮置扩散区域fde及其对应的传输晶体管txe1、txe2、txe3和txe4作为一个像素单元来操作。第一模式可以作为明亮模式或高照度模式来操作，以在其中接收光的量是充足的明亮照度条件(例如，在白天的大多数时间期间室外照明是明亮的室外成像条件)下检测入射场景，而第二模式可以被操作为在其中接收光的量相对较小的暗模式或低照度模式下(诸如在某些室内或夜间成像条件下)执行成像操作。

在高照度模式下，可以通过使用第一浮置扩散区域fd1至第四浮置扩散区域fd4来执行高分辨率图像捕获操作。在低照度模式下，可以通过使用额外浮置扩散区域fde来执行精确图像捕获操作。第一浮置扩散区域fd1至第四浮置扩散区域fd4中的每一个分别具有与周围的单位像素px1、px2、px3和px4的光敏区域的接口边界(interfacingborder)，并由此这种接口边界可在经由相应的传输晶体管传输光生电荷时导致光生电荷的潜在损失。在第一模式下，在四个浮置扩散区域fd1、fd2、fd3和fd4处的光生电荷的总体损失可近似为一个区域中的损失的四倍。假定额外浮置扩散区域fde的结构与四个区域fd1、fd2、fd3和fd4中的每一个的结构类似，那么在第二模式中的电荷损失可经过与单个额外浮置扩散区域fde的接口边界，并由此可近似为由于第一浮置扩散区域fd1至第四浮置扩散区域fd4所导致的组合损失的四分之一。就此而言，第二模式可以比第一模式更具优势。另一方面，额外浮置扩散区域fde可以被有意地设置为与有源区域act1至act4充分地隔开，使得当在第二模式下操作时，在有源区域act1至act4与基板之间的界面处产生的暗电流可以在信号链中减小。在这种设计中，在第二模式下减小的电荷损失和较低的暗电流的组合可以使得在低照度条件下的图像捕获操作中的第二模式成为比第一模式下的图像捕获操作更精确的图像捕获操作。当在良好光照条件下对场景执行图像捕获操作时，在电荷传输期间的电荷损失和暗电流的效果不会显著地影响图像捕获操作性能，并由此通过利用第一模式中的在较大有效光接收区域中的不同位置处的光生电荷的空间分布集合，使用本设计中的经由四个不同的浮置扩散区域fd1、fd2、fd3和fd4进行图像捕获操作的第一模式是更好的选择。

图3a至图3c是图2的像素块815a的示意性等效电路图。参照图3a，根据所公开的技术的实施方式的像素块815a可以包括第一单位像素px1至第四单位像素px4和额外元件el。第一单位像素px1可以包括第一光电二极管pd1a至pd1d、第一传输晶体管(门)tx1a至tx1d、第一浮置扩散区域fd1、第一复位晶体管rx1、第一驱动晶体管dx1以及第一选择晶体管sx1；第二单位像素px2可以包括第二光电二极管pd2a至pd2d、第二传输晶体管(门)tx2a至tx2d、第二浮置扩散区域fd2、第二复位晶体管rx2、第二驱动晶体管dx2以及第二选择晶体管sx2；第三单位像素px3可以包括第三光电二极管pd3a至pd3d、第三传输晶体管(门)tx3a至tx3d、第三浮置扩散区域fd3、第三复位晶体管rx3、第三驱动晶体管dx3以及第三选择晶体管sx3；以及第四单位像素px4可以包括第四光电二极管pd4a至pd4d、第四传输晶体管(门)tx4a至tx4d、第四浮置扩散区域fd4、第四复位晶体管rx4、第四驱动晶体管dx4以及至第四选择晶体管sx4。额外元件el可以包括第一额外传输晶体管txe1至第四额外传输晶体管txe4、额外浮置扩散区域fde、额外复位晶体管rxe、额外驱动晶体管dxe以及额外选择晶体管sxe。

第一单位像素px1的第一光电二极管pd1a至pd1d、第二单位像素px2的第二光电二极管pd2a至pd2d、第三单位像素px3的第三光电二极管pd3a至pd3d以及第四单位像素px4的第四光电二极管pd4a至pd4d可以接收光并且产生光电荷。通过第一光电二极管pd1a至pd1d、第二光电二极管pd2a至pd2d、第三光电二极管pd3a至pd3d以及第四光电二极管pd4a至pd4d所产生的光电荷可以通过第一单位像素px1的第一传输晶体管tx1a至tx1d、第二单位像素px2的第二传输晶体管tx2a至tx2d、第三单位像素px3的第三传输晶体管tx3a至tx3d以及第四单位像素px4的第四传输晶体管tx4a至tx4d传输至第一浮置扩散区域fd1至第四浮置扩散区域fd4。光电荷可以被储存在第一浮置扩散区域fd1至第四浮置扩散区域fd4中，并且然后被提供至第一驱动晶体管dx1至第四驱动晶体管dx4的栅极。基于所提供的光电荷的量，第一驱动晶体管dx1至第四驱动晶体管dx4可以将电源电压vdd输出至第一选择晶体管sx1至第四选择晶体管sx4。第一选择晶体管sx1至第四选择晶体管sx4可以将从第一驱动晶体管dx1至第四驱动晶体管dx4输出的电压分别输出至第一输出端口vo1至第四输出端口vo4。第一复位晶体管rx1至第四复位晶体管rx4可以分别将第一浮置扩散区域fd1至第四浮置扩散区域fd4复位至电源电压vdd的电平。

额外传输晶体管txe1至txe4电连接至第一单位像素px1至第四单位像素px4的对应的光电二极管，并且由此将在第一单位像素px1至第四单位像素px4中所产生的光电荷传输至额外浮置扩散区域fde。第一额外传输晶体管txe1可以将第一单位像素px1的第一光电二极管pd1c和额外浮置扩散区域fde电联接。因此，第一额外传输晶体管txe1可以将在第一单位像素px1的第一光电二极管pd1c中所产生的光电荷传输至额外浮置扩散区域fde。

第二额外传输晶体管txe2可以将第二单位像素px2的第二光电二极管pd2d和额外浮置扩散区域fde电联接。因此，第二额外传输晶体管txe2可以将在第二单位像素px2的第二光电二极管pd2d中所产生的光电荷传输至额外浮置扩散区域fde。

第三额外传输晶体管txe3可以将第三单位像素px3的第三光电二极管pd3a和额外浮置扩散区域fde电联接。因此，第三额外传输晶体管txe3可以将在第三单位像素px3的第三光电二极管pd3a中所产生的光电荷传输至额外浮置扩散区域fde。

第四额外传输晶体管txe4可以将第四单位像素px4的第四光电二极管pd4b和额外浮置扩散区域fde电联接。因此，第四额外传输晶体管txe4可以将在第四单位像素px4的第四光电二极管pd4b中所产生的光电荷传输至额外浮置扩散区域fde。

光电荷可以被储存在额外浮置扩散区域fde中并且被提供至额外驱动晶体管dxe的栅极，额外驱动晶体管dxe可以基于光电荷的量，将电源电压vdd输出至额外选择晶体管sxe。额外选择晶体管sxe可以将从额外驱动晶体管dxe输出的电压输出至额外输出端口voe。额外复位晶体管rxe可以将额外浮置扩散区域fde复位至初始电压状态，例如，电源电压vdd的电平。

在第一模式下，例如，在其中接收光的量是充足的高照度模式下，可以激活第一单位像素px1至第四单位像素px4。在第二模式下，例如，在其中接收光的量较小的低照度模式下，可以激活额外元件el。

可以根据微处理器或模式控制器的确定来确定选择第一模式还是第二模式。例如，可以根据在捕获图像之前在图像传感器800中接收的光的量来确定图像传感器800将在第一模式下操作还是在第二模式下操作。

在高照度模式下，可以激活第一单位像素px1的第一传输晶体管tx1a至tx1d、第二单位像素px2的第二传输晶体管tx2a至tx2d、第三单位像素px3的第三传输晶体管tx3a至tx3d以及第四单位像素px4的第四传输晶体管tx4a至tx4d，并且可以使额外元件el的第一额外传输晶体管txe1至第四额外传输晶体管txe4停用。在高照度模式下，可以将负电压施加至额外元件el的第一额外传输晶体管txe1至第四额外传输晶体管txe4的栅极。在低照度模式下，可以使第一单位像素px1的第一传输晶体管tx1a至tx1d、第二单位像素px2的第二传输晶体管tx2a至tx2d、第三单位像素px3的第三传输晶体管tx3a至tx3d以及第四单位像素px4的第四传输晶体管tx4a至tx4d停用，并且可以激活额外元件el的第一额外传输晶体管txe1至第四额外传输晶体管txe4。在低照度模式下，可以将负电压施加至第一单位像素px1的第一传输晶体管tx1a至tx1d的栅极、第二单位像素px2的第二传输晶体管tx2a至tx2d的栅极、第三单位像素px3的第三传输晶体管tx3a至tx3d的栅极以及第四单位像素px4的第四传输晶体管tx4a至tx4d的栅极。

参照图3b，根据所公开的技术的实施方式的像素块815a可以包括第一单位像素px1至第四单位像素px4和额外元件el。第一单位像素px1可以包括第一光电二极管pd1a至pd1d、第一传输晶体管tx1a至tx1d、第一浮置扩散区域fd1、第一复位晶体管rx1、第一驱动晶体管dx1以及第一选择晶体管sx1；第二单位像素px2可以包括第二光电二极管pd2a至pd2d、第二传输晶体管tx2a至tx2d、第二浮置扩散区域fd2、第二复位晶体管rx2、第二驱动晶体管dx2以及第二选择晶体管sx2；第三单位像素px3可以包括第三光电二极管pd3a至pd3d、第三传输晶体管tx3a至tx3d、第三浮置扩散区域fd3、第三复位晶体管rx3、第三驱动晶体管dx3以及第三选择晶体管sx3；并且第四单位像素px4可以包括第四光电二极管pd4a至pd4d、第四传输晶体管tx4a至tx4d、第四浮置扩散区域fd4、第四复位晶体管rx4、第四驱动晶体管dx4以及至第四选择晶体管sx4。额外元件el可以包括第一额外传输晶体管txe1至第四额外传输晶体管txe4和额外浮置扩散区域fde。

第一单位像素px1的第一输出电路可以包括第一复位晶体管rx1、第一驱动晶体管dx1和第一选择晶体管sx1，第二单位像素px2的第二输出电路可以包括第二复位晶体管rx2、第二驱动晶体管dx2和第二选择晶体管sx2，第三单位像素px3的第三输出电路可以包括第三复位晶体管rx3、第三驱动晶体管dx3和第三选择晶体管sx3，并且第四单位像素px4的第四输出电路可以包括第四复位晶体管rx4、第四驱动晶体管dx4和第四选择晶体管sx4。

当与图3a的像素块815a相比较时，额外元件el的第一额外传输晶体管txe1至第四额外传输晶体管txe4和额外浮置扩散区域fde可以共享第一单位像素px1至第四单位像素px4中的一个的输出电路。在图3b中，示出了额外元件el共享第一单位像素px1的输出电路的示例。因此，额外元件el的额外浮置扩散区域fde的一个端子连接至与第一复位晶体管rx1的一个端子、第一驱动晶体管dx1的一个端子和第一浮置扩散区域fd1的一个端子连接的节点。在其它实现方式中，额外元件el可以共享第二单位像素px2至第四单位像素px4(而不是第一单位像素px1)的输出电路中的一个。

在高照度模式下，可以将负电压施加至额外元件el的第一额外传输晶体管txe1至第四额外传输晶体管txe4的栅极。在低照度模式下，可以将负电压施加至第一单位像素px1的第一传输晶体管tx1a至tx1d的栅极、第二单位像素px2的第二传输晶体管tx2a至tx2d的栅极、第三单位像素px3的第三传输晶体管tx3a至tx3d的栅极以及第四单位像素px4的第四传输晶体管tx4a至tx4d的栅极。

参照图3c，根据所公开的技术的实施方式的像素块815a可以包括第一单位像素px1至第四单位像素px4和额外元件el。当与图3b的像素块815a相比较时，在第一输出电路至第四输出电路当中的由额外元件el共享的输出电路可以进一步包括第一模式选择开关元件sw1和第二模式选择开关元件sw2。

例如，在高照度模式下，第一模式选择开关元件sw1可以导通，而第二模式选择开关元件sw2可以截止。因此，在高照度模式下，第一单位像素px1的第一传输晶体管tx1a至tx1d可以被激活，而额外元件el的第一额外传输晶体管txe1至第四额外传输晶体管txe4可以被停用。在低照度模式下，第一模式选择开关元件sw1可以截止，而第二模式选择开关元件sw2可以导通。因此，在低照度模式下，第一单位像素px1的第一传输晶体管tx1a至tx1d可以被停用，而额外元件el的第一额外传输晶体管txe1至第四额外传输晶体管txe4可以被激活。

在高照度模式下，可以将负电压施加至额外元件el的第一额外传输晶体管txe1至第四额外传输晶体管txe4的栅极。在低照度模式下，可以将负电压施加至第一单位像素px1的第一传输晶体管tx1a至tx1d的栅极、第二单位像素px2的第二传输晶体管tx2a至tx2d的栅极、第三单位像素px3的第三传输晶体管tx3a至tx3d的栅极以及第四单位像素px4的第四传输晶体管tx4a至tx4d的栅极。

图4a和图4b是例示根据所公开的技术的实施方式的像素块815b和815c的示例表示的示意性布局图。参照图4a，当与图2的像素块815a相比较时，根据所公开的技术的实施方式的像素块815b可以进一步包括多个虚拟传输门txd和多个虚拟浮置扩散区域fdd。设计和操作多个虚拟传输门txd和多个虚拟浮置扩散区域fdd以提高整体制作。在为了向成像操作提供任何特定电路功能而不使用或连接电路结构的情况下，这种电路结构是“虚拟的”。在下面所提供的示例中，设计虚拟传输门txd和虚拟浮置扩散区域fdd以减轻在图像传感器的制造工艺期间在像素阵列和相关电路的结构中发生的不均匀性。虚拟传输门txd和虚拟浮置扩散区域fdd可以设置在第一单位像素px1至第四单位像素px4的角部。

例如，虚拟传输门txd和虚拟浮置扩散区域fdd中的一些可以设置在第一单位像素px1的除了第一单位像素px1的其中设置有第一额外传输门txe1的一个角部之外的三个角部处或三个角部附近。虚拟传输门txd和虚拟浮置扩散区域fdd中的一些的一部分可以设置在第二单位像素px2的除了第二单位像素px2的其中设置有第二额外传输门txe2的一个角部之外的三个角部处或三个角部附近。虚拟传输门txd和虚拟浮置扩散区域fdd中的一些的一部分可以设置在第三单位像素px3的除了第三单位像素px3的其中设置有第三额外传输门txe3的一个角部之外的三个角部处或三个角部附近。虚拟传输门txd和虚拟浮置扩散区域fdd中的一些的一部分可以设置在第四单位像素px4的除了第四单位像素px4的其中设置有第四额外传输门txe4的一个角部之外的三个角部处或三个角部附近。光电二极管pd1a至pd1d、pd2a至pd2d、pd3a至pd3d以及pd4a至pd4d当中的除了pd1c、pd2d、pd3a和pd4b之外的每一个光电二极管可以与一个真实传输门和一个虚拟传输门交叠。

虚拟传输门txd和虚拟浮置扩散区域fdd可以辅助减小或解决在形成根据所公开的技术的实施方式的图像传感器800的工艺中由于图案密度的差异而发生的器件结构的不均匀性。例如，在图案密度不均性的情况下，在各个图案的尺寸、深度、宽度、集中度和其它规格方面的不均性可能在制造工艺中变得更严重。因此，通过使图案密度均匀，能够减小或解决在图像传感器的制造工艺中发生的完成图案的尺寸、深度、宽度、集中度和其它规格方面的不均匀性。虚拟传输门txd和虚拟浮置扩散区域fdd以与传输门tx1a至tx1d、tx2a至tx2d、tx3a至tx3d以及tx4a至tx4d和浮置扩散区域fd1至fd4以及第一额外传输门txe1至第四额外传输门txe4和额外浮置扩散区域fde相似的图案被包括，从而减小图像传感器中的图案密度的差异。

参照图4b，当与图4a的像素块815b相比较时，根据所公开的技术的实施方式的像素块815c可以仅包括虚拟传输门txd，而不包括多个虚拟浮置扩散区域fdd。也就是说，根据所公开的技术的实施方式的像素块815c可以进一步仅包括多个虚拟传输门txd。由于在制造工艺期间虚拟浮置扩散区域fdd对于不均匀性的影响相比于虚拟传输门txd的影响而言相对较小，所以可以省略图4a的虚拟浮置扩散区域fdd。

图5是例示根据所公开的技术的实施方式的图像传感器800的像素阵列810的像素块815d的示例表示的示意性布局图。参照图5，根据所公开的技术的实施方式的图像传感器800的像素阵列810的像素块815d可以包括：第一单位像素px1，其布置在第四象限中；第二单位像素px2，其布置在第一象限中；第三单位像素px3，其布置在第二象限中；第四单位像素px4，其布置在第三象限中；额外元件txe1至txe4和fde，其设置在像素块815d的中心处；第一有源区域acta，其设置在第一单位像素px1和第二单位像素px2的外表面或侧部上；以及第二有源区域actb，其设置在第三单位像素px3和第四单位像素px4的外表面或侧部上。第一有源区域acta设置在第一单位像素px1和第二单位像素px2的侧部上，第二有源区域actb设置在第三单位像素px3和第四单位像素px4的侧部上。

第一有源区域acta可以由第一单位像素px1和第二单位像素px2共享，第二有源区域actb可以由第三单位像素px3和第四单位像素px4共享。例如，第一浮置扩散区域fd1和第二浮置扩散区域fd2可以与第一有源区域acta联接，并且第三浮置扩散区域fd3和第四浮置扩散区域fd4可以与第二有源区域actb联接。换句话说，像素块815d可以具有16个光电二极管pd1a至pd1d、pd2a至pd2d、pd3a至pd3d以及pd4a至pd4d。在这些光电二极管中，八个光电二极管(即，第一单位像素px1的第一光电二极管pd1a至pd1d和第二单位像素px2的第二光电二极管pd2a至pd2d)可以共享一个第一有源区域acta，而另外八个光电二极管(即，第三单位像素px3的第三光电二极管pd3a至pd3d和第四单位像素px4的第四光电二极管pd4a至pd4d)可以共享一个第二有源区域actb。可以参照图2来理解这里未描述的组件的说明。

第一有源区域acta和第二有源区域actb中的每一个包括第一复位有源区域raa和第二复位有源区域rab中的一个、第一驱动有源区域daa和第二驱动有源区域dab中的一个以及第一选择有源区域saa和第二选择有源区域sab中的一个。第一有源区域acta的第一复位有源区域raa、第一驱动有源区域daa和第一选择有源区域saa以及第二有源区域actb的第二复位有源区域rab、第二驱动有源区域dab和第二选择有源区域sab可以具有比图2的第一复位有源区域ra1至第一复位有源区域ra4、第一驱动有源区域da1至第四驱动有源区域da4以及第一选择有源区域sa1至第四选择有源区域sa4更大的面积。因此，用于第一光电二极管pd1a至pd1d、第二光电二极管pd2a至pd2d、第三光电二极管pd3a至pd3d以及第四光电二极管pd4a至pd4d的包括在如图5所示的每个有源区域acta和actb中的复位有源区域、驱动有源区域和选择有源区域的尺寸大于用于第一光电二极管pd1a至pd1d、第二光电二极管pd2a至pd2d、第三光电二极管pd3a至pd3d以及第四光电二极管pd4a至pd4d的包括在如图2所示的每个有源区域act1至act4中的复位有源区域、驱动有源区域和选择有源区域的尺寸。因此，当假定像素块815a和815d具有彼此相同的尺寸时，图5的第一复位有源区域raa和第二复位有源区域rab、第一驱动有源区域daa和第二驱动有源区域dab以及第一选择有源区域saa和第二选择有源区域sab可以具有比图2的第一复位有源区域ra1至第四复位有源区域ra4、第一驱动有源区域da1至第四驱动有源区域da4以及第一选择有源区域sa1至第四选择有源区域sa4更高的运行能力。

在图5的第一复位有源区域raa和第二复位有源区域rab、第一驱动有源区域daa和第二驱动有源区域dab以及第一选择有源区域saa和第二选择有源区域sab与图2的第一复位有源区域ra1至第四复位有源区域ra4、第一驱动有源区域da1至第四驱动有源区域da4以及第一选择有源区域sa1至第四选择有源区域sa4具有相同尺寸的情况下，图5的第一光电二极管pd1a至pd1d、第二光电二极管pd2a至pd2d、第三光电二极管pd3a至pd3d以及第四光电二极管pd4a至pd4d可以被形成为具有比图2的第一光电二极管pd1a至pd1d、第二光电二极管pd2a至pd2d、第三光电二极管pd3a至pd3d以及第四光电二极管pd4a至pd4d更小的尺寸。因此，根据所公开的技术的实施方式的图像传感器800可以被设计为具有高的集成度并且实现高分辨率和低功耗。

图6a至图6c是图5的像素块815d的示意性等效电路图。参照图6a，根据所公开的技术的实施方式的像素块815d可以包括：第一输出电路ca，其与第一单位像素px1和第二单位像素px2电联接；以及第二输出电路cb，其与第三单位像素px3和第四单位像素px4电联接。额外元件el可以具有单独的输出电路。

参照图6b，根据所公开的技术的实施方式的像素块815d可以包括：第一输出电路ca，其与第一单位像素px1和第二单位像素px2电联接；以及第二输出电路cb，其与第三单位像素px3和第四单位像素px4电联接。额外元件el可以与第一输出电路ca和第二输出电路cb中的一个电联接。因此，额外元件el可以不具有单独的输出电路，并且可以共享第一输出电路ca和第二输出电路cb中的一个。例如，例示了额外元件el与第一输出电路ca电联接。在另一实施方式中，额外元件el可以与第二输出电路cb电联接。

参照图6c，根据所公开的技术的实施方式的像素块815d可以包括：第一输出电路ca，其与第一单位像素px1和第二单位像素px2电联接；以及第二输出电路cb，其与第三单位像素px3和第四单位像素px4电联接。额外元件el可以与第一输出电路ca和第二输出电路cb中的一个电联接。因此，额外元件el可以不具有单独的输出电路，并且可以共享第一输出电路ca和第二输出电路cb中的一个。例如，例示了额外元件el与第一输出电路ca电联接。

与额外元件el电联接的第一输出电路ca可以包括：第一模式选择开关元件sw1，其与第一浮置扩散区域fd1和第二浮置扩散区域fd2电联接；以及第二模式选择开关元件sw2，其与额外浮置扩散区域fde电联接。第一模式选择开关元件sw1可以在第一模式中导通，并且将第一浮置扩散区域fd1和第二浮置扩散区域fd2与第一输出电路ca电联接，而第二模式选择开关元件sw2可以在第二模式中导通，并且将额外浮置扩散区域fde和第一输出电路ca电联接。在另一实施方式中，额外元件el可以与第二输出电路cb电联接。因此，在第二输出电路cb中可以包括第一模式选择开关元件sw1和第二模式选择开关元件sw2。

图7a是例示根据所公开的技术的实施方式的图像传感器800的像素阵列810的示例表示的示意性布局图，并且图7b是像素阵列810的区域a的放大图。参照图7a，根据所公开的技术的实施方式的图像传感器800的像素阵列810可以包括多个像素块815e以及两个相邻的像素块815e之间的共享额外元件se。例如，共享额外元件se可以设置在沿一个方向彼此相邻布置的像素块815e之间。例如，像素块815e中的一个可以具有其中八个光电二极管形成在一个有源区域中的共享像素门(pixelgate)的8共享像素结构。

参照图7b，共享额外元件se可以设置在以矩阵形式布置为彼此相邻的四个像素块815ea至815ed之间。共享额外元件se设置在四个像素块815ea至815ed的中心处。当另外参照图5时，共享额外元件se可以包括：第一共享额外传输门txse1，其与第一像素块815ea的第一单位像素px1的左下部处设置的光电二极管pd1d交叠；第四共享额外传输门txse4，其与第二像素块815eb的第四单位像素px4的右下部处设置的光电二极管pd4a交叠；第三共享额外传输门txse3，其与第三像素块815ec的第三单位像素px3的右上部处设置的光电二极管pd3b交叠；第二共享额外传输门txse2，其与第四像素块815ed的第二单位像素px2的左上部处设置的光电二极管pd2c交叠；以及共享额外浮置扩散区域fdse，其设置在第一共享额外传输门txse1至第四共享额外传输门txse4的中心处。在附图中包括附图标记是为了帮助理解所公开的技术的实施方式。

图8a是例示根据所公开的技术的实施方式的图像传感器800的像素阵列810的示例表示的示意性布局图，并且图8b是像素阵列810的区域b的放大图。参照图8a，根据所公开的技术的实施方式的图像传感器800的像素阵列810可以包括图5所示的包括额外元件txe1至txe4和fde的额外元件el以及图7a和图7b所示的共享额外元件se两者。也就是说，像素阵列810可以包括多个像素块815f，并且像素块815f可以包括额外元件el和共享额外元件se，所述额外元件el与单位像素px1至px4的部分交叠并且共享一些光电二极管，所述共享额外元件se设置在像素块815f之间，并且与像素块815f的单位像素px1至px4的部分交叠并共享一些光电二极管。

图9是示意性地例示包括根据所公开的技术的各种实施方式的图像传感器800中的一个的电子装置900的示例表示的图。参照图9，包括根据实施方式的图像传感器800中的至少一个的电子装置900可以包括能够拍摄静态图像或者移动图像的像机。电子装置900可以包括光学系统(或光学透镜)910、快门单元911、控制/驱动图像传感器800和快门单元911的驱动电路913以及信号处理电路912。

光学系统910可以将来自物体的图像光(入射光)引导至图像传感器800的像素阵列(参见图1的附图标记810)。光学系统910可以包括多个光学透镜。快门单元911可以控制对于图像传感器800的光照射时段和光遮蔽时段。驱动电路913可以控制图像传感器800的传输操作和快门单元911的快门操作。信号处理电路912对从图像传感器800输出的信号执行各种信号处理。在信号处理之后的图像信号dout可以被储存在诸如存储器之类的储存介质中或者可以被输出至监视器等。

尽管已出于说明的目的描述了各种实施方式，但是对于本领域技术人员而言显而易见的是，可基于所公开的技术进一步进行各种改变和修改。

相关申请的交叉引用

本专利文档要求于2018年5月2日提交的韩国专利申请no.10-2018-0050654的优先权，该韩国专利申请通过引用全部并入本文中。