图像传感器

文档序号:1834895 发布日期:2021-11-12 浏览:22次 >En<

阅读说明:本技术 图像传感器 (Image sensor with a plurality of pixels ) 是由 朴儒珍 徐康凤 金南烈 申正淳 于 2020-09-08 设计创作,主要内容包括:公开了一种图像传感器,其涉及用于检测到目标物体的距离的技术。图像传感器包括:第一分接头,其被配置为捕获和积累信号载流子;以及第二分接头,其与第一分接头隔开设定距离。第一分接头和第二分接头沿对角线方向设置在单位像素的相对的顶点区域。(An image sensor is disclosed that relates to a technique for detecting a distance to a target object. The image sensor includes: a first tap configured to capture and accumulate signal carriers; and a second tap spaced apart from the first tap by a set distance. The first tap and the second tap are disposed at opposite vertex regions of the unit pixel in a diagonal direction.)

图像传感器

技术领域

本专利文件中公开的技术和实现方式总体涉及一种图像传感器,更具体地,涉及用于检测到目标物体的距离的技术。

背景技术

图像传感器利用对光做出反应的半导体特性来捕获图像。近来,随着计算机和通信技术的不断发展,在各种装置和应用(例如,智能手机、数码相机、游戏控制台、物联网(IoT)、机器人、监控摄像头、医疗用微型摄像头等)中对高质量和高性能图像传感器的需求正在迅速增加。

图像传感器可以大致分为两种类型:基于电荷耦合器件(CCD)的图像传感器和基于互补金属氧化物半导体(CMOS)的图像传感器。CCD图像传感器可以在噪声和图像质量方面优于CMOS图像传感器。然而,CMOS图像传感器可以比CCD图像传感器更容易驱动,并且可以比CCD图像传感器使用多得多的扫描方案来实现。此外,CMOS图像传感器允许将信号处理电路集成到单个芯片中,使得CMOS图像传感器可以容易地制造为小尺寸产品、具有非常低的功耗、并且可与CMOS制造技术兼容,从而获得生产成本的降低。近来,CMOS图像传感器已经被设计成可以与移动装置更加兼容,使得CMOS图像传感装置已经得到深入研究并且已经迅速得到广泛使用。

发明内容

所公开技术的各种实施方式涉及一种图像传感器,其能够通过最大化被包含在每个像素中的分接头之间的距离来最小化电流辅助光子解调器(CAPD)的功耗。

根据所公开技术的一个实施方式,一种图像传感器可以包括:第一分接头,其被配置为捕获和积累信号载流子;以及第二分接头,其与第一分接头隔开设定距离。第一分接头和第二分接头可以沿对角线方向设置在单位像素的相对的顶点区域。

根据所公开技术的另一实施方式,一种图像传感器可以包括:像素阵列,其被配置为包括以矩阵形状布置并且彼此邻接的多个单位像素;以及多个分接头,其设置在多个像素的顶点区域,多个分接头中的两个分接头与每个单位像素相关联。对于每个像素,相关联的两个分接头在该单位像素内对角地布置。

根据所公开技术的另一实施方式,一种图像传感器包括单位像素的阵列,其中,每个单位像素包括:第一分接头,其被配置为通过直线形检测节点捕获和积累空穴电流内的信号载流子;以及第二分接头,其被配置为提供通过控制器的空穴电流,其中,第一分接头和第二分接头以单位像素内的最长的距离彼此分开,其中,控制器在单位像素内形成为大致圆形形状,并且其中,直线形检测节点沿基本垂直于在第一分接头和第二分接头之间延伸的对角线的方向延伸。

应当理解,所公开技术的前述一般描述和以下详细描述都是例示性和解释性的,并且旨在提供对所要求保护的公开内容的进一步解释。

附图说明

当结合附图考虑时,参照以下详细描述,所公开技术的上述和其它特征和有益方面将变得显而易见。

图1是示出基于所公开技术的一些实现方式的图像传感器的示例的框图。

图2是示出基于所公开技术的一些实现方式的单位像素(例如,图1所示的单位像素)的示例的布局图。

图3是示出基于所公开技术的一些实现方式的像素阵列(例如,图1所示的像素阵列)的示例的布局图。

图4和图5是示出基于所公开技术的一些实现方式的像素阵列(例如,图3所示的像素阵列)的操作的概念图。

图中每个元件的符号

31、35:分接头。

具体实施方式

本专利文件提供了一种图像传感器装置的实现方式和示例,所述图像传感器装置基本上解决了由于相关技术的限制和缺点而引起的一个或更多个问题。所公开技术的一些实现方式涉及一种图像传感器装置,其能够通过最大化被包含在像素中的分接头(tap)之间的距离来最小化电流辅助光子解调器(Current-Assisted Photonic Demodulator,CAPD)的功耗。认识到上述问题,所公开技术提供了一种能够最小化电流辅助光子解调器(CAPD)的功耗的图像传感器装置的各种实现方式。

现在将详细参照所公开技术的实施方式,其示例在附图中示出。在可能的情况下,在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或相似的部分。在整个说明书中,对于“一个实施方式”或“另一实施方式”等的引用不一定仅指一个实施方式,并且对任何这种短语的不同引用不一定指同一实施方式。

从下文结合附图描述的实施方式中将清楚地理解本发明的优点和特征及其实现方法。然而,本发明不限于以下实施方式,因为本发明的各个特征和方面可以以各种不同的形式实现。提供这些实施方式是为了使本领域技术人员能够理解和实践本发明。也就是说,本发明仅由权利要求限定。在附图中,为了清楚起见,可能夸大层和区域的尺寸或相对尺寸。

本文使用的术语仅仅出于描述特定实施方式的目的,而不是旨在限制本发明。如本文所用,单数形式也旨在包括复数形式,除非上下文另有明确指示。还应当理解,当在本说明书中使用时,术语“包括”和/或“包含”指明所述及的元件、步骤、操作和/或组件的存在,但是不排除一个或更多个其它元件、步骤、操作和/或组件的存在或添加。术语“和/或”可以包括所标识的项目中的任何一个或任何组合。

在以下描述中,术语“第一”和“第二”等可能被用于标识各种元件、组件和/或部分,但这些元件、组件和/或部分不受这些术语的限制。这些术语可以用来将一个组件、组成元件或部分与否则将具有相同或相似名称的另一组件,组成元件或部分区分开。例如,一个示例中的第一元件可以在另一示例中被称为第二元件,而不表示该元件本身的任何改变。

当一个元件或层被称为位于另一元件或另一层“上”时,所述一个元件或层能够直接位于所述另一元件或所述另一层上,或者也可以存在一个或更多个中间元件或中间层。相反,当一个元件或层被称为“直接”位于另一元件或另一层“上”时,表示不存在中间元件或中间层。

本文可能使用诸如“下方”、“之下”、“下”、“上方”或“上”的空间相对术语按照附图中所示来描述的一个元件与另一元件的关系。应当理解,除了附图中描绘的取向之外,空间相对术语旨在包括在元件的使用或操作期间元件的不同取向。

此外,可以参照各种视图来理解本文描述的实施方式,这些视图以所公开技术的理想示例图而呈现。因此,示例图的形式可能由于制造技术和/或公差而改变。因此,所公开技术的实施方式不限于所示出的特定形式,而是可以包括由制造工艺导致的形式变化。因此,附图中所示出的区域具有示意性属性,并且所示出的区域的形状旨在示出元件(或装置)的区域的特定形式,但不旨在限制本发明的范围。

许多开发者和公司已经集中开发了使用图像传感器测量深度(即,到目标物体的距离)的各种方案。例如,在各种领域(例如,安全装置、医疗装置、汽车、游戏控制台、虚拟现实(VR)/增强现实(AR)装置、移动装置等),对上述使用图像传感器的深度测量方案的需求正在迅速增长。存在使用一个或更多个图像传感器来测量深度信息的各种方法,包括三角测量法、飞行时间(TOF)法和干涉测量(interferometry)法。在这些方法中,飞行时间(TOF)法适用于更多的技术领域,能够以更高的速度进行处理和操作,并且具有优越的成本效率。因此,TOF法具有更高的重要性。

TOF法本身包括直接法和间接法。直接法可以使用其中利用发射光和反射光来计算到目标物体的距离(即,深度)的一般原理,从而使用所计算的往返时间来测量到目标物体的距离(即,深度)。间接法可以使用相位差来测量到目标物体的距离。

直接法在长距离测量方面具有优势,因此直接法已经广泛用于汽车等。间接法在短距离测量方面具有优势,因此间接法已经广泛用于被设计成以较高速度操作的各种较高速度装置,例如游戏控制台和移动摄像头等。间接法在电路设计上更简单,并且被设计成具有更少数量的存储器,使得能够使用相对更低的成本来实现间接法。

应用于与间接TOF传感器相对应的像素类型中的一种的电流辅助光子解调器(CAPD)方法是一种利用电场之间的电势差,使用通过向基板施加电压而获得的(多数载流子(majority carrier)的)多子电流(majority current)来检测在像素中已经产生的电子的方法。这样,由于CAPD方法被设计为使用多子电流,因此CAPD方法能够更快速地检测电子并且能够检测在较深深度处形成的一些电子,使得CAPD方法具有优越的效率。

图1是示出基于所公开技术的一些实现方式的图像传感器的示例的框图。

参照图1,图像传感器100可以使用飞行时间(ToF)原理来测量到目标物体1的距离。图像传感器100可以包括光源10、透镜模块20、像素阵列30和控制块40。

当从控制电路40接收到时钟信号MLS时,光源10可以向目标物体1发射光。光源10可以是用于发射具有特定波长带的光(例如,近红外(NIR)光、红外(IR)光或可见光)的激光二极管(LD)或发光二极管(LED),或者可以是近红外激光器(NIR)、点光源、组合了白光灯与单色仪的单色光源、以及其它激光源的组合中的任何一种。例如,光源100可以发射波长为800nm至1000nm的红外光。从光源10发出的光可以由设定频率调制。尽管为了清楚起见,图1仅示出了一个光源10,但是本发明不限于此。在另一实施方式中,多个光源可以布置在透镜模块20的附近。

透镜模块20可以收集从目标物体1反射的光,并且可以使所收集的光聚焦到像素阵列30的像素(PX)上。例如,透镜模块20可以包括具有由玻璃或塑料形成的表面的聚焦透镜或者具有由玻璃或塑料形成的表面的另一圆柱形光学元件。透镜模块20可以包括以光轴为中心的多个透镜。

像素阵列30可以包括连续地布置成二维(2D)结构单位像素(PX),其中单位像素不仅沿列方向布置,而且沿垂直于列方向的行方向布置。单位像素(PX)可以形成在半导体基板上。每个单位像素(PX)可以将通过透镜模块20接收的入射光转换成与入射光量相对应的电信号,并且由此可以使用电信号来输出像素信号。在这种情况下,像素信号可以指示到目标物体1的距离,而不一定指示其颜色。每个单位像素(PX)可以是电流辅助光子解调器(CAPD)像素。下面参照图2描述每个单位像素(PX)的结构和操作。

控制块40可以通过控制光源10而向目标物体1发射光。控制块40可以通过驱动像素阵列30的单位像素(PX)来处理与从目标物体1反射的光相对应的每个像素信号,并且可以使用处理结果来测量到目标物体1的表面的距离。

控制块40可以包括控制电路41、光源驱动器42、定时控制器43和逻辑电路44。

控制电路41可以响应于从定时控制器43产生的定时信号而驱动像素阵列的单位像素(PX)。例如,控制电路41可以产生能够从多条行线中选择和控制至少一条行线的控制信号。控制信号可以包括用于在基板中产生空穴电流的解调控制信号、用于控制复位晶体管的复位信号、用于控制在检测节点中积累的光电荷的传输的传输(Tx)信号、用于在高照度水平下提供附加静电容量(additional electrostatic capacity)的浮置扩散(FD)信号和用于控制选择晶体管的选择信号等。尽管图1以示例的方式示出了布置在像素阵列30的列方向(即,垂直方向)的控制电路41,但是控制电路41的至少一些部分(例如,用于产生解调控制信号的电路)可以布置在像素阵列30的行方向(即,水平方向)上。

光源驱动器42可以响应于来自定时控制器43的控制信号而产生能够驱动光源10的时钟信号MLS。时钟信号MLS可以由设定频率调制。

定时控制器43可以产生定时信号来控制控制电路41、光源驱动器42和逻辑电路44。

逻辑电路44可以在定时控制器43的控制下处理从像素阵列30接收的像素信号,并且因此可以产生作为数字信号的像素数据。为此,逻辑电路44可以包括相关双采样器(CDS)电路,其用于对从像素阵列30产生的像素信号执行相关双采样(CDS)。此外,逻辑电路44可以包括模数转换器(ADC),其用于将CDS电路的输出信号转换成数字信号。此外,逻辑电路44可以包括缓冲电路,其临时存储从模数转换器(ADC)产生的像素数据,并且在定时控制器43的控制下输出像素数据。由于像素阵列30包括CAPD像素,所以用于传输像素信号的两条列线可以被分配给像素阵列30的每一列,并且用于处理从每条列线产生的像素信号的结构可以被配置为对应于相应列线。

光源10可以向由图像传感器100捕获的场景发射由设定频率调制的光(即,调制光)。图像传感器100可以感测从场景中的目标物体1反射的调制光(即,入射光),并且因此由此产生每个单位像素(PX)的深度信息。基于图像传感器100和每个目标物体1之间的距离的时间延迟可以出现在调制光和入射光之间。时间延迟可以通过由图像传感器100产生的信号和控制光源10的时钟信号MLS之间的相位差来表示。图像处理器(未示出)可以计算在图像传感器100的输出信号中产生的相位差,并且由此可以产生包括针对每个单位像素(PX)的深度信息的深度图像。

图2是示出基于所公开技术的一些实现方式的图1所示的单位像素(PX)的示例的布局图。

参照图2,单位像素(PX)可以包括以设定距离彼此隔开的一对分接头31和35。该对分接头的两个分接头31和35中的每一个都可以从控制电路41接收控制信号。当与控制信号相对应的电压被施加到这两个成对分接头31和35中的一个分接头35时,电流可以出现在两个分接头31和35之间,并且由光电转换产生的信号载流子可以被感应并且收集在另一分接头31中。与一对分接头相对应的分接头31和35可以响应于控制信号A和B而捕获信号载流子(见图4和图5),并且可以积累所捕获的信号载流子。

在这种情况下,成对的分接头31和35可以在单位像素(PX)内沿对角线方向布置,并且可以布置在单位像素(PX)的相对的顶点区域。也就是说,分接头31可以设置在单位像素(PX)内的左上顶点区域,分接头35可以设置在单位像素(PX)内的右下顶点区域。换句话说,分接头31和分接头35可以在单位像素(PX)内沿对角线(或沿对角线方向)布置,该对角线相对于单位像素(PX)的一侧(例如,左侧或上侧)形成设定角度。

尽管图2以示例的方式示出分接头31设置在单位像素(PX)的左上端,并且分接头35设置在单位像素(PX)的右下端,但是本发明不限于此。为此,应当注意,根据需要,分接头31能够设置在单位像素(PX)的左下端,并且分接头35可以设置在单位像素(PX)的右上端。

分接头31可以包括控制器32和检测器33。分接头35可以包括控制器36和检测器37。控制器32和36中的每一个可以产生包括信号载流子的空穴电流。检测器33和37中的每一个可以检测与入射光相对应的信号载流子。

在分接头31中,控制器32可以被布置成与单位像素(PX)的左上顶点区域交叠,并且可以被形成为圆形形状,其在三维上可以是球形的。在分接头31中,检测器33可以被布置成围绕控制器32。检测器33可以包括多个检测节点33a~33d,多个检测节点33a~33d彼此隔开设定距离,并且全方位地(omnidirectionally)围绕控制器32的外围区域。检测节点33a~33d可以彼此物理隔离。检测节点33a~33d可以被布置成以没有顶点的矩形形状围绕控制器32,如图2所示。也就是说,检测节点33a~33d可以以这样的方式布置:检测节点33a~33d没有被设置成完全围绕控制器32,其至少一些部分(例如,角部)是开口的。

检测节点33a~33d中的每一个可以是细长结构(elongated structure)。每个检测节点33a~33d的长度可以与控制器32的宽度(即,直径或周长)相同。多个检测节点33a~33d中的一对检测节点33a和33c可以具有相同的长度。另一对检测节点33b和33d可以具有相同的长度。检测节点33a~33d和检测节点37a~37d可以相对于单位像素(PX)的一侧倾斜布置。这种倾斜布置可以表示检测节点33a~33d中的每一个的长度方向不平行或垂直于单位像素(PX)的任何一侧(即,上侧、下侧、左侧或右侧)。相反,每个检测节点被布置为其长度方向相对于单位像素(PX)的一侧倾斜,如图2所示。

在分接头35中,控制器36可以被布置成与单位像素(PX)的右下顶点区域交叠,并且可以被形成为圆形形状,其在三维上可以是球形的。在分接头35中,检测器37可以被布置成围绕控制器36。检测器37可以包括多个检测节点37a~37d,多个检测节点37a~37d彼此隔开设定距离,同时全方位地围绕控制器36的外围区域。检测节点37a~37d可以彼此物理隔离。检测节点37a~37d可以被布置成以没有顶点的矩形形状围绕控制器36,如图2所示。也就是说,检测节点37a~37d可以以这样的方式布置:检测节点37a~37d没有被设置成完全围绕控制器36,其至少一些部分(例如,角部)是开口的。

检测节点37a~37d中的每一个可以是细长结构。每个检测节点37a~37d的长度可以与控制器36的宽度相同。多个检测节点37a~37d中的一对检测节点37a和37c可以具有相同的长度。另一对检测节点37b和37d可以具有相同的长度。检测节点37a~37d可以以给定的一对检测节点的两个检测节点彼此面对的方式倾斜地布置。这种倾斜布置可以表示检测节点37a~37d中的每一个的长度方向不平行或垂直于单位像素(PX)的任何一侧(即,上侧、下侧、左侧或右侧)。相反,每个检测节点被布置为其长度方向相对于单位像素(PX)的一侧成设定角度,如图2所示。

在接收不同电压的分接头31和35之间流动的空穴电流量可以与分接头31和35之间的电势差成正比,可以与分接头31和35之间的距离成反比,并且可以与分接头31和35的相对的表面的长度成正比。换句话说,空穴电流量可以取决于分接头31和35之间的电势差以及分接头31和35之间的电阻。分接头31和35之间的距离越长,分接头31和35之间的电阻越高。此外,分接头31和35的相对的表面的长度越短,分接头31和35之间的电阻越高。在下面的描述中,假设给定的一对分接头的两个分接头之间的电势差对于各个分接头对是相同的。

在图2所示的其中分接头31和35分别设置在对角顶点区域中的布局结构中,分接头31和35之间的距离可以增加,从而导致电阻增加。结果,可以减小在分接头31和35之间流动的空穴电流,从而可以减小驱动像素阵列30所需的功耗。

图3是示出基于所公开技术的一些实现方式的图1所示的像素阵列30的示例的布局图。被包含在像素阵列30中的每个单位像素(PX)的具体结构和功能与结合图2所描述的结构和功能相同。

参照图3,像素阵列30可以包括多个单位像素PX1~PX16。单位像素PX1~PX16可以被布置成使得任意四个相邻像素形成(4×4)矩阵形状。一个这种4×4像素矩阵在图3中以粗体轮廓示出。在以下描述中,尽管像素阵列30包括16个单位像素PX1~PX16,但这种表示仅是示例,而本发明不限于此。根据应用和设计考虑,可以使用任何适当数量的单位像素。图3所示的多个单位像素PX1~PX16中的单位像素PX2可以对应于图2所示的单位像素(PX)。

在像素阵列30中包含的单位像素PX1~PX16中,多个分接头T1~T12可以相对于单位像素沿对角线方向布置。多个分接头T1~T12可以设置在单位像素PX1~PX16的顶点区域。在像素阵列30中,与水平地或垂直地相邻的两个单位像素(即,一对单位像素)相关联的分接头被布置为形成三角形形状,如图3所示。在像素阵列30中,单位像素PX1~PX16中的沿垂直或水平方向彼此邻接布置的两个单位像素(即,一对单位像素)可以以这样的方式布置:分接头T1~T12相对于单位像素之间的边界彼此对称布置。

在像素阵列30中,分接头T1和T2可以沿像素阵列30的顶部边缘布置,该顶部边缘由单位像素PX1~PX4的邻接的上侧表面形成。分接头T1可以由两个成对的单位像素PX1和PX2共享。在这种情况下,分接头T1可以由总共四个像素共享。这里,四个像素可以包括单位像素PX1、单位像素PX2、设置在单位像素PX1上方的像素(未示出)和设置在单位像素PX2上方的像素(未示出)。分接头T2可以由两个成对的单位像素PX3和PX4共享。在这种情况下,分接头T2可以由总共四个像素共享。这里,四个像素可以包括单位像素PX3、单位像素PX4、设置在单位像素PX3上方的像素(未示出)和设置在单位像素PX4上方的像素(未示出)。

在像素阵列30中,分接头T3和T4可以沿像素阵列30的下部边缘布置,该下部边缘由单位像素PX13~PX16的邻接的下侧表面形成。分接头T3可以由两个成对的单位像素PX13和PX14共享。在这种情况下,分接头T3可以由总共四个像素共享。这里,四个像素可以包括单位像素PX13、单位像素PX14、设置在单位像素PX13的下部的像素(未示出)以及设置在单位像素PX14的下部的像素(未示出)。分接头T4可以由两个成对的单位像素PX15和PX16共享。在这种情况下,分接头T4可以由总共四个像素共享。这里,四个像素可以包括单位像素PX15、单位像素PX16、设置在单位像素PX15下方的像素(未示出)和设置在单位像素PX16下方的像素(未示出)。

在像素阵列30中,分接头T5和T6可以沿像素阵列30的左边缘布置,该左边缘由单位像素PX1、PX5、PX9和PX13的邻接的左侧表面形成。分接头T5可以由两个成对的单位像素PX1和PX5共享。在这种情况下,分接头T5可以由总共四个像素共享。这里,四个像素可以包括单位像素PX1、单位像素PX5、设置在单位像素PX1左侧的像素(未示出)以及设置在单位像素PX5左侧的像素(未示出)。分接头T6可以由两个成对的单位像素PX9和PX13共享。在这种情况下,分接头T6可以由总共四个像素共享。这里,四个像素可以包括单位像素PX9、单位像素PX13、设置在单位像素PX9左侧的像素(未示出)以及设置在单位像素PX13左侧的像素(未示出)。

在像素阵列30中,分接头T7和T8可以沿像素阵列30的右边缘布置,该右边缘由单位像素PX4、PX8、PX12和PX16的邻接的右侧表面形成。分接头T7可以由两个成对的单位像素PX4和PX8共享。在这种情况下,分接头T7可以由总共四个像素共享。这里,四个像素可以包括单位像素PX4、单位像素PX8、设置在单位像素PX4右侧的像素(未示出)以及设置在单位像素PX8右侧的像素(未示出)。分接头T8可以由两个成对的单位像素PX12和PX16共享。在这种情况下,分接头T8可以由总共四个像素共享。这里,四个像素可以包括单位像素PX12、单位像素PX16、设置在单位像素PX12右侧的像素(未示出)以及设置在单位像素PX16右侧的像素(未示出)。

在像素阵列30中,布置在像素阵列30的中央部分的四个单位像素PX6、PX7、PX10和PX11可以被包括在实际(或有效,effective/valid)像素区域(EPX)中。分接头T9~T12可以分别布置在有效像素区域(EPX)的上侧表面、下侧表面、左侧表面和右侧表面。

分接头T9可以由四个单位像素PX2、PX3、PX6和PX7共享。分接头T10可以由四个单位像素PX10、PX11、PX14和PX15共享。分接头T11可以由四个单位像素PX5、PX6、PX9和PX10共享。分接头T12可以由四个单位像素PX7、PX8、PX11和PX12共享。

例如,在分接头T1中,控制器32可以由两个单位像素PX1和PX2共享。然而,在单个分接头T1中,检测节点33a~33b可以彼此隔离,使得检测节点33a~33b中的一个检测节点可以设置在单位像素PX1中,而另一个检测节点可以设置在单位像素PX2中。在一些实现方式中,分接头T1的控制器32可以由包括单位像素PX1、单位像素PX2、设置在单位像素PX1上方的像素(未示出)和设置在单位像素PX2上方的像素(未示出)的总共四个像素共享。

在分接头T9中,控制器36可以由四个单位像素PX2、PX3、PX6和PX7共享。然而,在单个分接头T9中,检测节点37a、37b、37c和37d可以以分布式方式分别设置在四个单位像素PX2、PX3、PX6和PX7中。因此,在单个分接头T9中,能够彼此分开地检测与单位像素PX2相对应的信号载流子、与单位像素PX3相对应的信号载流子、与单位像素PX6相对应的信号载流子以及与单位像素PX7相对应的信号载流子。

也就是说,在分接头T9中,检测节点37a可以检测与单位像素PX2相对应的信号载流子,检测节点37b可以检测与单位像素PX3相对应的信号载流子,检测节点37c可以检测与单位像素PX7相对应的信号载流子,并且检测节点37d可以检测与单位像素PX6相对应的信号载流子。

图4和图5是示出基于所公开技术的一些实现方式的图3所示的像素阵列30的操作的概念图。

参照图4和图5,响应于控制信号A和B,可以将像素阵列30划分成分接头组TG1和分接头组TG2。在这种情况下,分接头组TG1可以包括被布置成两行三列的分接头T5-T10,如图4所示。也就是说,可以以将相同的控制信号(A)施加到分接头T5-T10的方式来设计分接头组TG1。分接头组TG2可以包括布置成三行两列的分接头T1-T4、T11和T12,如图4所示。也就是说,可以以将相同的控制信号(B)施加到分接头T1-T4、T11和T12的方式来设计分接头组TG2。用于捕获像素阵列30的光电荷的操作可在整个连续的时段(即,时段P1和时段P2)中执行。

图4示出了空穴电流从分接头组TG1流向分接头组TG2的示例。例如,在时段P1期间,逻辑高电平的控制信号(A)可以被施加到分接头T9,而逻辑低电平的控制信号(B)可以被施加到分接头T11。在这种情况下,可以从控制电路41接收控制信号A和B。控制信号A和B之间的电势差可以产生电场(或空穴电流),由于入射光而在基板(未示出)中产生的信号载流子的流动通过该电场而受到控制。换句话说,由于控制信号(A)和控制信号(B)之间的电压差,可以沿从分接头T9到分接头T11的方向形成电场,从而能够在分接头T9中检测光电荷。

换句话说,在有效像素区域(EPX)中包括的分接头T9中,能够将空穴电流传输到分别设置在四个邻接单位像素PX2、PX3、PX6和PX7中的分接头T1、T2、T11和T12。在有效像素区域(EPX)中包括的分接头T11中,能够从分别设置在四个邻接单位像素PX5、PX6、PX9和PX10中的分接头T5、T6、T9和T10接收空穴电流。

图5示出了其中空穴电流从分接头组TG2流向分接头组TG1的示例。例如,在经过时段P1之后的时段P2期间,逻辑低电平的控制信号(A)可以被施加到分接头T9,而逻辑高电平的控制信号(B)可以被施加到分接头T11。结果,由于控制信号(A)和控制信号(B)之间的电压差,可以沿从分接头T11到分接头T9的方向形成电场,从而能够在分接头T11中检测光电荷。

换句话说,在有效像素区域(EPX)中包括的分接头T11中,可以将空穴电流传输到分别设置在四个邻接单位像素PX5、PX6、PX9和PX10中的分接头T5、T6、T9和T10。在有效像素区域(EPX)中包括的分接头T9中,能够从分别设置在四个邻接单位像素PX2、PX3、PX6和PX7中的分接头T1、T2、T11和T12接收空穴电流。

从以上描述显而易见,基于所公开技术的一些实现方式的图像传感器100能够最小化电流辅助光子解调器(CAPD)的功耗。

本领域技术人员应当理解,在不脱离本发明的精神和本质特征的情况下,可以以除了本文阐述的方式之外的其它特定方式来实现实施方式。因此,上述实施方式在所有方面都应被解释为说明性的而非限制性的。本公开的范围应当由所附权利要求及其法律等同物来确定,而不是由以上描述来确定。此外,在所附权利要求的含义和等效范围内的所有变化都被认为包含在其中。此外,本领域技术人员应当理解,在所附权利要求中没有彼此明确引用的权利要求可以作为实施方式组合呈现,或者在提交申请后通过后续修改被包括作为新的权利要求。

尽管已经描述了多个说明性实施方式,但是应当理解,本领域技术人员能够设计出落入本发明原理的精神和范围内的许多其它修改和实施方式。特别地,在本公开、附图和所附权利要求的范围内,对于组成部分和/或布置可以有许多变化和修改。除了组成部分和/或布置的变化和修改之外,其它用途对于本领域技术人员来说也是显而易见的。

相关申请的交叉引用

本专利文献要求2020年4月27日提交的韩国专利申请No.10-2020-0050623的优先权,其全部内容通过引用结合于此。

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