具有带有单一植入的多个光电二极管的高动态范围像素的制作方法
【专利摘要】本发明涉及具有带有单一植入的多个光电二极管的高动态范围像素。一种高动态范围图像传感器像素包含安置于半导体材料中的短积分光电二极管及长积分光电二极管。所述长积分光电二极管具有实质上大于所述短积分光电二极管的曝光区域的曝光区域。所述短积分光电二极管的所述曝光区域具有来自第一掺杂植入的第一掺杂浓度。所述长积分光电二极管的所述曝光区域包含具有来自所述第一掺杂植入的所述第一掺杂浓度的至少一个经植入部分。所述长积分光电二极管的所述曝光区域进一步包含经光掩蔽以免受所述第一掺杂植入影响的至少一个未植入部分，使得所述长积分光电二极管的所述曝光区域的所述经植入与未植入部分的经组合掺杂浓度小于所述短积分光电二极管的所述曝光区域的所述第一掺杂浓度。
【专利说明】具有带有单一植入的多个光电二极管的高动态范围像素【技术领域】
[0001]本发明大体来说涉及高动态范围图像传感器，且更具体来说，本发明针对在每一像素中具有多个光电二极管的高动态范围图像传感器。
【背景技术】
[0002]高动态范围(HDR)图像传感器对于许多应用来说为有用的。一股来说，普通图像传感器(举例来说，包含电荷耦合装置(CCD)及互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器)具有大致70dB动态范围的动态范围。相比之下，人眼具有高达大致10dB的动态范围。存在其中具有增加的动态范围的图像传感器为有益的多种情形。举例来说，在汽车工业中需要具有大于10dB动态范围的动态范围的图像传感器，此为必需的，以便处置不同的行驶条件，例如从黑暗隧道向明亮日光中行驶。实际上，许多应用可能需要具有至少90dB的动态范围或更大的图像传感器来适应从低光条件到亮光条件变化的广泛照明情形。
[0003]一种用于实施HDR图像传感器的已知方法是使用每一像素中的光电二极管的组合。可使用所述光电二极管中的一者来感测亮光条件，同时可使用另一光电二极管来感测低光条件。然而，关于使用此方法制造HDR图像传感器的一个挑战是在制造期间需要额外光掩蔽及植入步骤，此增加实施HDR图像传感器的总体复杂性及成本。此外,额外光掩蔽及植入步骤导致使用此方法制造的HDR图像传感器的较低成品率。
【发明内容】
[0004]本发明的一个实施例涉及一种供在高动态范围图像传感器中使用的图像传感器像素。所述图像传感器像素包括:短积分光电二极管，其安置于半导体材料中，所述短积分光电二极管具有第一曝光区域，其中所述第一曝光区域具有来自第一掺杂植入的第一掺杂浓度；及长积分光电二极管，其安置于所述半导体材料中，所述长积分光电二极管具有第二曝光区域，其中所述第二曝光区域实质上大于所述第一曝光区域，其中所述第二曝光区域包含具有来自所述第一掺杂植入的所述第一掺杂浓度的至少一个经植入部分，其中所述第二曝光区域进一步包含经光掩蔽以免受所述第一掺杂植入影响的至少一个未植入部分，使得所述第二曝光区域的所述经植入与未植入部分的经组合掺杂浓度小于所述第一曝光区域的所述第一掺杂浓度。
[0005]本发明的另一实施例涉及一种高动态范围成像系统。所述系统包括:像素阵列，其具有多个图像传感器像素，其中所述多个图像传感器像素中的每一者包含:短积分光电二极管，其安置于半导体材料中，所述短积分光电二极管具有第一曝光区域，其中所述第一曝光区域具有来自第一掺杂植入的第一掺杂浓度；及长积分光电二极管，其安置于所述半导体材料中，所述长积分光电二极管具有第二曝光区域，其中所述第二曝光区域实质上大于所述第一曝光区域，其中所述第二曝光区域包含具有来自所述第一掺杂植入的所述第一掺杂浓度的至少一个经植入部分，其中所述第二曝光区域进一步包含经光掩蔽以免受所述第一掺杂植入影响的至少一个未植入部分，使得所述第二曝光区域的所述经植入与未植入部分的经组合掺杂浓度小于所述第一曝光区域的所述第一掺杂浓度；控制电路，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作；及读出电路，其耦合到所述像素阵列以从所述多个图像传感器像素读出图像数据。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]参考以下各图描述本发明的非限制性及非详尽实施例，其中在所有各视图中相似参考编号指代相似部件，除非另有规定。
[0007]图1是图解说明根据本发明的教示包含实例性HDR图像传感器的成像系统的一个实例的图。
[0008]图2是图解说明根据本发明的教示包含多个光电二极管的HDR像素的一个实例的示意图。
[0009]图3A图解说明具有多个植入的实例性像素阵列中所包含的HDR像素的一个实例的俯视图。
[0010]图3B图解说明根据本发明的教示具有单一植入的实例性像素阵列中所包含的HDR像素的一个实例的俯视图。
[0011]图4A到4E图解说明根据本发明的教示具有至少一个经植入部分及至少一个未植入部分的实例性HDR像素中所包含的长积分光电二极管的各种其它实例。
[0012]在图式的所有数个视图中，对应参考字符指示对应组件。所属领域的技术人员将了解，图中的元件是为简单及清晰起见而图解说明的，且未必按比例绘制。举例来说，为了有助于改进对本发明的各种实施例的理解，图中的元件中的一些元件的尺寸可能相对于其它元件放大。此外，通常未描绘在商业上可行的实施例中有用或必需的常见而众所周知的元件以便促进对本发明的这各种实施例的较不受阻挡的观察。
【具体实施方式】
[0013]在以下描述中，阐述众多特定细节以提供对本发明的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将明了，不需要采用所述特定细节来实践本发明。在其它实例中，为避免使本发明模糊，未详细描述众所周知的材料或方法。
[0014]在本说明书通篇中对“一个实施例”、“一实施例”、“一个实例”或“一实例”的提及意指结合所述实施例或实例所描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书通篇中各个地方短语“在一个实施例中”、“在一实施例中”、“一个实例”或“一实例”的出现未必全部指代同一实施例或实例。此外，所述特定特征、结构或特性可以任何适合组合及/或子组合而组合于一个或一个以上实施例或实例中。特定特征、结构或特性可包含于集成电路、电子电路、组合逻辑电路或提供所要功能性的其它适合组件中。另外，应了解，随本文提供的图是出于向所属领域的技术人员解释的目的且图式未必按比例绘制。
[0015]根据本发明的教示的实例描述一种供在高动态范围(HDR)图像传感器中使用的图像传感器像素，其包含至少短积分光电二极管及长积分光电二极管。在各种实例中，所述短积分光电二极管具有与所述像素的长积分光电二极管相比较小的曝光区域及较高的总体掺杂浓度。如将描述，根据本发明的教示，使用单一植入步骤来实现短积分光电二极管及长积分光电二极管的实例。由于组合用于短积分光电二极管及长积分光电二极管的单独植入步骤及相关联光掩蔽步骤，因此根据本发明的教示减少了制造HDR图像传感器的总体复杂性及成本。此外，根据本发明的教示，制造所需的光掩蔽及植入步骤的数目的减少还导致HDR图像传感器的增加的成品率。
[0016]为了图解说明，图1是大体展示根据本发明的教示包含实例性像素阵列102的HDR成像系统100的一个实例的图，像素阵列102具有包含至少短积分光电二极管及长积分光电二极管的像素。在所述实例中，每一像素的短积分光电二极管具有与所述像素的长积分光电二极管相比较小的曝光区域及较高的总体掺杂浓度。在所描绘的实例中，根据本发明的教示，使用单一植入步骤来实现短积分光电二极管及长积分光电二极管。如所描绘的实例中所展示，HDR成像系统100包含耦合到控制电路108及读出电路104的像素阵列102，读出电路104耦合到功能逻辑106。
[0017]在一个实例中，像素阵列102为成像传感器或像素110(例如，像素P1、P2...、Pn)的二维(2D)阵列。在一个实例中，每一像素110为包含至少短积分光电二极管及长积分光电二极管的CMOS成像像素。在所描绘的实例中，每一像素110的短积分光电二极管具有与像素110的长积分光电二极管相比较小的曝光区域及较高的总体掺杂浓度。如所图解说明，每一像素110被布置到一行(例如，行Rl到Ry)及一列(例如，列Cl到Cx)中以获取人、地点、物体等的图像数据，接着可使用所述图像数据再现所述人、地点、物体等的图像。
[0018]在一个实例中，在每一像素110已获取其图像数据或图像电荷之后，所述图像数据由读出电路104通过读出列112读出且接着传送到功能逻辑106。在各种实例中，读出电路104可包含放大电路、模/数(ADC)转换电路或其它。功能逻辑106可简单地存储所述图像数据或甚至通过应用后图像效果(例如，剪裁、旋转、移除红眼、调整亮度、调整对比度或其它)来操纵所述图像数据。在一个实施例中，读出电路104可沿着读出列线一次读出一行图像数据(所图解说明)或可使用多种其它技术(未图解说明)读出所述图像数据，例如串行读出或同时全并行读出所有像素。
[0019]在一个实例中，控制电路108耦合到像素阵列102以控制像素阵列102的操作特性。举例来说，控制电路108可产生用于控制图像获取的快门信号。在一个实例中，所述快门信号为用于同时启用像素阵列102内的所有像素以在单一获取窗期间同时捕获其相应图像数据的全局快门信号。在另一实例中，快门信号为滚动快门信号，使得在连续获取窗期间依序启用每一像素行、每一像素列或每一像素群组。
[0020]图2是图解说明根据本发明的教示的像素210的一个实例的示意图。在一个实例中，应了解，像素210可为上文在图1中所图解说明的HDR图像传感器100的实例性像素阵列102中所包含的多个像素110中的一者。如在图2中所描绘的实例中所展示，像素210包含短积分光电二极管H)s216及长积分光电二极管H\214。如下文将更详细地论述，长积分光电二极管H\214具有比短积分光电二极管H)s216的曝光区域大的曝光区域。因此，长积分光电二极管H\214对入射光具有较高敏感度且因此用于较低光强度感测。另一方面，由于短积分光电二极管H)s216具有较小曝光区域，因此其与长积分光电二极管H\214相比对光较不敏感且因此用于较高光强度感测。根据本发明的教示，通过在像素210中利用长积分光电二极管Η\214及短积分光电二极管H)s216两者，实现了 HDR成像感测。
[0021]继续图2中所描绘的实例，响应于控制信号T\而通过转移晶体管T1J18将在长积分光电二极管H\214中积累的电荷切换到浮动漏极FDJ28，且响应于控制信号TXs而通过转移晶体管Tls220将在短积分光电二极管H)s216中积累的电荷切换到浮动漏极FDS229。在一个实例中，浮动漏极FDJ28及FDS229在物理上各自位于其相应转移晶体管T1J18及Tls220 附近。
[0022]如所述实例中所展示，像素210还包含放大器晶体管T3224，其具有耦合到浮动漏极？队228及浮动漏极FDS229的栅极端子。因此，在所图解说明的实例中，单独地将来自长积分光电二极管H\214及短积分光电二极管H)s216的电荷分别切换到共享相同放大器晶体管T3224的浮动漏极FDJ28及浮动漏极FDS229。在一个实例中，放大器晶体管T3224以如所展示的源极随耦器配置耦合，此因此将放大器晶体管T3224的栅极端子处的输入信号放大为放大器晶体管T3224的源极端子处的输出信号。如所展示，行选择晶体管T4226耦合到放大器晶体管T3224的源极端子以响应于控制信号SEL而将放大器晶体管T3224的输出选择性地切换到读出列212。如所述实例中所展示，像素210还包含耦合到浮动漏极FD228、长积分光电二极管H\214及短积分光电二极管H)s216的复位晶体管241，其可用于响应于复位信号RST而对在像素210中积累的电荷进行复位。在一个实例中，根据本发明的教示，可在像素210的初始化周期期间或(举例来说)在每次已从像素210读出电荷信息之后且在将电荷积累于长积分光电二极管H\214及短积分光电二极管H)s216中以获取新的HDR图像之前对在浮动漏极FD228、长积分光电二极管Η\214及短积分光电二极管H)s216中积累的电荷进行复位。
[0023]在一个实例中，长积分光电二极管H\214及短积分光电二极管H)s216经设计以使任一光电二极管对于放大器晶体管T3224显现为具有相同电特性以实现像素210的经改进性能。通常执行单独植入步骤以个别地修整长积分光电二极管H\214及短积分光电二极管H)s216的电特性从而补偿积分光电二极管H\214与短积分光电二极管H)s216之间的实质曝光区域差异。
[0024]为了图解说明，图3A展示像素阵列302A中所包含的像素310A的一部分的俯视图。在所述实例中，像素31A包含安置于半导体材料330A中的长积分光电二极管314A及短积分光电二极管316A。如在所描绘的实例中所展示，长积分光电二极管314A的曝光区域实质上大于短积分光电二极管316A的曝光区域。因此，长积分光电二极管314A具有针对较低光强度感测的较高光敏感度且短积分光电二极管316A具有针对较高光强度感测的较低光敏感度。
[0025]为了使长积分光电二极管314A及短积分光电二极管316A相对于对应放大器晶体管(例如，图2的放大器晶体管T3224)具有相同电特性，长积分光电二极管314A的掺杂浓度小于短积分光电二极管316A的掺杂浓度。如此，长积分光电二极管314A及短积分光电二极管316A的全阱电荷容量相当以补偿长积分光电二极管314A与短积分光电二极管316A之间的实质区域差异。
[0026]为了实现长积分光电二极管314A及短积分光电二极管316A的不同掺杂浓度，针对像素310A，在单独植入步骤中为短积分光电二极管316A及长积分光电二极管314A植入掺杂剂。也就是说，与短积分光电二极管316A中的较高植入剂量(例如，在图3A中展示为“剂量2”)相比，使用单独且较低植入剂量(例如，在图3A中展示为“剂量I”)来植入用于长积分光电二极管314A的掺杂剂。因此,也存在对应于长积分光电二极管314A及短积分光电二极管316A的单独植入(例如，“剂量I”及“剂量2”)的单独光掩蔽步骤。使用如图3A中所图解说明的针对长积分光电二极管314A及短积分光电二极管316A所描述的单独光掩蔽及植入步骤，用于短积分光电二极管316A的一个实例的所得植入剂量在4X 112CnT2与6X 112CnT2之间的范围中，且用于长积分光电二极管314A的一个实例的所得植入剂量在2X 112CnT2与4X 112CnT2之间的范围中。应了解，在执行单独光掩蔽及植入步骤以实现长积分光电二极管314A及短积分光电二极管316A的情况下，制造像素310A的总体复杂性及成本随着每一额外步骤而增加。此外，额外光掩蔽及植入步骤导致像素310A的较低成品率。
[0027]图3B展示根据本发明的教示的像素阵列302B中的像素310B的一部分的俯视图。在所述实例中，像素31B包含安置于半导体材料330B中的长积分光电二极管314B及短积分光电二极管316B。如在所描绘的实例中所展示，长积分光电二极管314A的曝光区域实质上大于短积分光电二极管316A的曝光区域。因此，长积分光电二极管314A具有针对较低光强度感测的较高光敏感度且短积分光电二极管316A具有针对较高光强度感测的较低光敏感度。在一个实例中，应了解，像素310B可为图2的像素210或上文在图1中所图解说明的HDR图像传感器100的实例性像素阵列102中所包含的多个像素110中的一者。如在图3B中所描绘的实例中所展示，根据本发明的教示，长积分光电二极管314B的曝光区域实质上大于短积分光电二极管316B的曝光区域,使得长积分光电二极管314B具有针对较低光强度感测的较高光敏感度且短积分光电二极管316B具有针对较高光强度感测的较低光敏感度。
[0028]如在所描绘的实例中所图解说明，根据本发明的教示，长积分光电二极管314B的曝光区域经成形以包含至少一个经植入部分332及至少一个未植入部分334。在所描绘的实例中，根据本发明的教示，在用掺杂剂(例如，如图3B中所图解说明的“剂量I”)植入短积分光电二极管316B的相同单一植入步骤期间用掺杂剂植入长积分光电二极管314B的至少一个经植入部分332。因此，在一个实例中，短积分光电二极管316B的植入剂量以及长积分光电二极管314B的至少一个经植入部分332的植入剂量两者均在4X 112CnT2与6 X 112CnT2之间的范围中。
[0029]然而，由于长积分光电二极管314B还包含至少一个未植入部分334，所述至少一个未植入部分在用掺杂剂(例如，“剂量I”)植入短积分光电二极管316B及经植入部分332的单一植入步骤期间被屏蔽以免被植入有掺杂剂，因此长积分光电二极管314B的至少一个经植入部分332与至少一个未植入部分334的经组合掺杂浓度小于短积分光电二极管316B的掺杂浓度。在平均植入深度约为I微米的一个实例中，图3B中的长积分光电二极管314B的经植入部分332与未植入部分334的经组合掺杂浓度在2 X 116CnT3与4X 116CnT3之间的范围中。因此，在所图解说明的实例中，根据本发明的教示，短积分光电二极管316B的全讲电荷容量实质上等于长积分光电二极管314B的全讲电荷容量，即使长积分光电二极管314B的区域实质上大于短积分光电二极管316B的区域。
[0030]在操作期间，长积分光电二极管314B的至少一个未植入部分334足够小使得至少一个未植入部分334在图像获取期间保持耗尽电荷载流子。也就是说，根据本发明的教示，较大长积分光电二极管314B的作用就像对低光具有对应较高敏感度的较大区域光电检测器一样，同时长积分光电二极管314B的全讲电荷容量及电荷增益对于放大器(例如，图2的放大器晶体管T3224)显现得更像较小短积分光电二极管316B。
[0031]因此，应了解，根据本发明的教示，由于短积分光电二极管316B及长积分光电二极管314B的至少一个经植入部分332两者是使用相同经组合光掩蔽及植入步骤进行光掩蔽及植入的，因此减少了制造像素310B的总体步骤数目，因为形成短积分光电二极管316及长积分光电二极管314B不再需要单独光掩蔽及植入步骤。因此，减少了制造像素310B的总体复杂性及成本。此外，根据本发明的教示，在为了制造像素310B而需要较少光掩蔽及植入步骤的情况下，可针对像素310B实现增加的成品率。
[0032]应了解，上文出于解释目的而提供在4X 112CnT2与6 X 112CnT2之间及在2X 112CnT2与4X 112CnT2之间的植入剂量范围的实例，且根据本发明的教示，可利用其它植入剂量来实现像素310B。
[0033]图4A到4E分别图解说明根据本发明的教示可包含于具有至少一个经植入部分及至少一个未植入部分的实例性HDR像素中的长积分光电二极管414A、414B、414C、414D及414E的各种可能实例。应了解，可使用如图4A到4E中分别展示的长积分光电二极管414A、414B、414C、414D及414E中的任一者来代替图3B的实例性长积分光电二极管314B。
[0034]在图4A中所描绘的实例中,在光掩蔽并用掺杂剂植入对应短积分光电二极管(例如，图3B的短积分光电二极管316B)的相同时间光掩蔽并用掺杂剂植入长积分光电二极管414A的至少一个经植入部分432A。如在所述实例中所展示，用于形成至少一个经植入部分432A的光掩模产生长积分光电二极管414A中的至少一个未植入部分434A,如所展不。在图4A中所描绘的实例中，至少一个未植入部分434A从长积分光电二极管414A的一个拐角朝向相对拐角延伸，如所展示。由于在用掺杂剂植入至少一个经植入部分432A时至少一个未植入部分434A被屏蔽以免被植入有掺杂剂，因此至少一个未植入部分434A的掺杂浓度小于至少一个经植入部分432A的掺杂浓度。因此，根据本发明的教示，至少一个经植入部分432A与至少一个未植入部分434A的经组合掺杂浓度小于至少一个经植入部分432A的掺杂浓度。
[0035]类似地，如在图4B中所描绘的实例中所展示，在光掩蔽并用掺杂剂植入对应短积分光电二极管(例如，图3B的短积分光电二极管316B)的相同时间光掩蔽并用掺杂剂植入长积分光电二极管414B的至少一个经植入部分432B。如在所述实例中所展示，用于形成至少一个经植入部分432B的光掩模产生长积分光电二极管414B中的未植入部分434B，如所展示。在图4B中所描绘的实例中，未植入部分434B从长积分光电二极管414B的两个邻近侧朝向长积分光电二极管414B的相应相对侧延伸，如所展不。由于在用掺杂剂植入至少一个经植入部分432B时未植入部分434B被屏蔽以免被植入有掺杂剂，因此未植入部分434B的掺杂浓度小于至少一个经植入部分432B的掺杂浓度。因此，根据本发明的教示，至少一个经植入部分432B与未植入部分434B的经组合掺杂浓度小于至少一个经植入部分432B的掺杂浓度。
[0036]类似地，如在图4C中所描绘的实例中所展示，在光掩蔽并用掺杂剂植入对应短积分光电二极管(例如，图3B的短积分光电二极管316B)的相同时间光掩蔽并用掺杂剂植入长积分光电二极管414C的至少一个经植入部分432C。如在所述实例中所展示，用于形成至少一个经植入部分432C的光掩模产生长积分光电二极管414C中的未植入部分434C,如所展示。在图4C中所描绘的实例中，未植入部分434C从长积分光电二极管414C的拐角及两个侧朝向长积分光电二极管414C的中心延伸，如所展示。由于在用掺杂剂植入至少一个经植入部分432C时未植入部分434C被屏蔽以免被植入有掺杂剂，因此未植入部分434C的掺杂浓度小于至少一个经植入部分432C的掺杂浓度。因此，根据本发明的教示，至少一个经植入部分432C与未植入部分434C的经组合掺杂浓度小于至少一个经植入部分432C的掺杂浓度。
[0037]类似地，如在图4D中所描绘的实例中所展示，在光掩蔽并用掺杂剂植入对应短积分光电二极管(例如，图3B的短积分光电二极管316B)的相同时间光掩蔽并用掺杂剂植入长积分光电二极管414D的至少一个经植入部分432D。如在所述实例中所展示，用于形成至少一个经植入部分432D的光掩模产生长积分光电二极管414D中的未植入部分434D,如所展不。在图4D中所描绘的实例中，未植入部分434D包含完全包封于长积分光电二极管414D的至少一个经植入部分432D内的多个区，如所展示。由于在用掺杂剂植入至少一个经植入部分432D时未植入部分434D被屏蔽以免被植入有掺杂剂，因此未植入部分434D的掺杂浓度小于至少一个经植入部分432D的掺杂浓度。因此，根据本发明的教示，至少一个经植入部分432D与未植入部分434D的经组合掺杂浓度小于至少一个经植入部分432D的掺杂浓度。
[0038]类似地，如在图4E中所描绘的实例中所展示，在光掩蔽并用掺杂剂植入对应短积分光电二极管(例如，图3B的短积分光电二极管316B)的相同时间光掩蔽并用掺杂剂植入长积分光电二极管414E的至少一个经植入部分432E。如在所述实例中所展示，用于形成至少一个经植入部分432E的光掩模产生长积分光电二极管414E中的未植入部分434E，如所展不。在图4E中所描绘的实例中，未植入部分434E包含从长积分光电二极管414E的一个拐角朝向相对拐角延伸的多个区，如所展示。由于在用掺杂剂植入至少一个经植入部分432E时未植入部分434E被屏蔽以免被植入有掺杂剂，因此未植入部分434E的掺杂浓度小于至少一个经植入部分432E的掺杂浓度。因此，根据本发明的教示，至少一个经植入部分432E与未植入部分434E的经组合掺杂浓度小于至少一个经植入部分432E的掺杂浓度。
[0039]应了解，图4A到4E中所描绘的实例是出于解释目的而提供的，且根据本发明的教示可利用长积分光电二极管中的经植入及未植入部分的其它形状。
[0040]包含发明摘要中所描述内容的本发明的所图解说明实例的以上描述并非打算为穷尽性或限制于所揭示的精确形式。尽管出于说明性目的而在本文中描述本发明的特定实施例及实例，但可在不背离本发明的较宽广精神及范围的情况下做出各种等效修改。
[0041]可根据以上详细描述对本发明的实例做出这些修改。所附权利要求书中所使用的术语不应理解为将本发明限制于说明书及权利要求书中所揭示的特定实施例。相反，范围将完全由所附权利要求书来确定，所述权利要求书将根据所创建的权利要求解释原则来加以理解。因此，应将本说明书及图视为说明性而非限制性。
【权利要求】
1.一种供在高动态范围图像传感器中使用的图像传感器像素，其包括: 短积分光电二极管，其安置于半导体材料中，所述短积分光电二极管具有第一曝光区域，其中所述第一曝光区域具有来自第一掺杂植入的第一掺杂浓度；及 长积分光电二极管，其安置于所述半导体材料中，所述长积分光电二极管具有第二曝光区域，其中所述第二曝光区域实质上大于所述第一曝光区域，其中所述第二曝光区域包含具有来自所述第一掺杂植入的所述第一掺杂浓度的至少一个经植入部分，其中所述第二曝光区域进一步包含经光掩蔽以免受所述第一掺杂植入影响的至少一个未植入部分，使得所述第二曝光区域的所述经植入与未植入部分的经组合掺杂浓度小于所述第一曝光区域的所述第一掺杂浓度。
2.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其中所述短积分光电二极管的电荷容量实质上等于所述长积分光电二极管的电荷容量。
3.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其中所述长积分光电二极管具有比所述短积分二极管大的对光的敏感度。
4.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其中所述第二曝光区域的所述至少一个未植入部分在图像收集期间保持实质上耗尽电荷载流子。
5.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其进一步包括安置于所述半导体材料中的第一及第二浮动漏极，所述第一及第二浮动漏极分别通过第一及第二转移晶体管耦合到所述短积分光电二极管及所述长积分光电二极管，其中所述第一及第二转移晶体管为单独切换的。
6.根据权利要求5所述的图像传感器像素，其进一步包括安置于所述半导体材料中的复位晶体管，所述复位晶体管耦合到所述第一及第二浮动漏极。
7.根据权利要求5所述的图像传感器像素，其进一步包括安置于所述半导体材料中的放大器晶体管，所述放大器晶体管耦合到所述第一及第二浮动漏极。
8.根据权利要求7所述的图像传感器像素，其进一步包括安置于所述半导体材料中在所述放大器晶体管与读出列线之间的选择晶体管。
9.一种高动态范围成像系统，其包括: 像素阵列，其具有多个图像传感器像素，其中所述多个图像传感器像素中的每一者包含: 短积分光电二极管，其安置于半导体材料中，所述短积分光电二极管具有第一曝光区域，其中所述第一曝光区域具有来自第一掺杂植入的第一掺杂浓度；及 长积分光电二极管，其安置于所述半导体材料中，所述长积分光电二极管具有第二曝光区域，其中所述第二曝光区域实质上大于所述第一曝光区域，其中所述第二曝光区域包含具有来自所述第一掺杂植入的所述第一掺杂浓度的至少一个经植入部分，其中所述第二曝光区域进一步包含经光掩蔽以免受所述第一掺杂植入影响的至少一个未植入部分，使得所述第二曝光区域的所述经植入与未植入部分的经组合掺杂浓度小于所述第一曝光区域的所述第一掺杂浓度； 控制电路，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作；及读出电路，其耦合到所述像素阵列以从所述多个图像传感器像素读出图像数据。
10.根据权利要求9所述的成像系统，其进一步包括耦合到所述读出电路以存储从所述多个图像传感器像素读出的所述图像数据的功能逻辑。
11.根据权利要求9所述的成像系统，其中所述短积分光电二极管的电荷容量实质上等于所述长积分光电二极管的电荷容量。
12.根据权利要求9所述的成像系统，其中所述长积分光电二极管具有比所述短积分二极管大的对光的敏感度。
13.根据权利要求9所述的成像系统，其中所述第二曝光区域的所述至少一个未植入部分在图像收集期间保持实质上耗尽电荷载流子。
14.根据权利要求9所述的成像系统，其中所述多个图像传感器像素中的每一者进一步包含安置于所述半导体材料中的第一及第二浮动漏极，所述第一及第二浮动漏极分别通过第一及第二转移晶体管耦合到所述短积分光电二极管及所述长积分光电二极管，其中所述第一及第二转移晶体管为单独切换的。
15.根据权利要求14所述的成像系统，其中所述多个图像传感器像素中的每一者进一步包含安置于所述半导体材料中的复位晶体管，所述复位晶体管耦合到所述浮动漏极。
16.根据权利要求14所述的成像系统，其进一步包括安置于所述半导体材料中的放大器晶体管，所述放大器晶体管耦合到所述第一及第二浮动漏极。
17.根据权利要求16所述的成像系统，其进一步包括安置于所述半导体材料中在所述放大器晶体管与读出列线之间的选择晶体管。
【文档编号】H04N5/353GK104037180SQ201310533739
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2013年11月1日 优先权日:2013年3月4日
【发明者】陈刚, 杨大江, 李津, 毛杜立, 戴幸志 申请人:全视科技有限公司