[发明专利]图像传感器中的电荷传输

说明书

本发明公开了用于在图像传感器中传输电荷的装置和方法。图像传感器像素的一个实例可包括第一电荷存储节点和第二电荷存储节点。传输电路可耦接于所述第一电荷存储节点和所述第二电荷存储节点之间，并且所述传输电路可以具有邻近第一电荷存储节点并被配置为具有第一电势的第一区域。传输电路还可以具有邻近第二电荷存储节点并被配置为具有更高的第二电势的第二区域。输入节点可被配置为基于向所述输入节点提供的传输信号来控制所述第一电势和所述第二电势。

对相关申请的交叉引用

《专利合作条约》下的本专利申请要求于2013年3月6日提交的且名称为“ChargeTransfer in Image Sensors”的美国非临时性专利申请13/787,094的优先权，其内容全文以引用方式并入本文中。

技术领域

本发明整体涉及图像传感器，并且更具体地，涉及图像传感器中的电荷传输。

背景技术

在图像传感器中，电荷频繁地需要在多个不同节点之间传输。例如，在全局快门互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器中，由入射光子累积在光电二极管中的电荷可能需要从该光电二极管向存储节点传输，然后，接下来向浮置扩散节点传输，以用于全局快门读出。

为了实现从一个节点向另一个节点传输电荷，频繁设计节点，使得在操作期间，电荷要传输到的节点(即，目的节点)比电荷传输自的节点(即，源节点)具有更大电势。可将晶体管耦接在两个节点之间，该晶体管控制节点之间的区域的电势，使得能够响应于向晶体管的输入门提供的传输信号来生成和消除势垒。在消除两个节点之间的势垒时，电荷通常会流向具有更高电势的节点，直到该节点“充满”，并且任何剩余的电荷可能会溢出到其他节点中。于是，为了从一个节点向另一个节点完全传输电荷，目的节点可能需要具有比源节点的电势更大的电势，大出的量等于或超过要传输的电荷的量。换言之，目的节点可能需要足够的阱容量，以保持来自源节点的电荷，而不在消除节点之间的势垒时往回与源节点共享电荷。为了实现多个节点之间的完全电荷传输，于是为连续的节点增大电势，其中每个连续节点之间的电势的增大一般等于或大于像素的满阱容量。

然而，为每个连续节点增大电势通常需要向图像传感器提供更高电源电压。更高的电源电压可能导致更高的功率消耗，可能需要专业化工艺来制造，和/或可能需要减轻静电释放问题。另选地，并不利用更高的电源电压来为每个节点获得更高电势，可以降低节点之间的转换增益。然而，降低转换增益可能导致图像传感器操作中噪声更大且灵敏度更低。

图像传感器像素设计中一些近期改进包括图像传感器像素中附加的节点——例如，通过让两个或更多硅芯片堆叠在一起来形成图像传感器。硅芯片之间的互连可能需要附加的触点和存储节点，以用于在硅芯片之间传输的电荷。附加的节点加剧了对增大后续存储节点的电势的需求。

发明内容

本公开的一个实例可以采取图像传感器像素的形式。图像传感器像素可以包括第一电荷存储节点和第二电荷存储节点。传输电路可以耦接于第一电荷存储节点和第二电荷存储节点之间，传输电路具有邻近第一电荷存储节点并被配置为具有第一电势的第一区域。传输电路还可以具有邻近第二电荷存储节点并被配置为具有更高的第二电势的第二区域。输入节点可被配置为基于向所述输入节点提供的传输信号来控制所述第一电势和第二电势。

本公开的另一个实例可以采取集成电路的形式，该集成电路具有配置为存储电荷的第一节点和耦接至第一节点并被配置为从第一节点接收电荷的第二节点。该集成电路还可以包括将第一节点耦接至第二节点的传输电路。传输电路可以包括具有第一可变电势的存储区域和具有第二可变电势的势垒，该第一可变电势被配置为由传输信号控制，该第二可变电势也被配置为由所述传输信号控制。