[发明专利]具有电子收集电极和空穴收集电极的图像传感器

说明书

成像装置(100，200，300)包括感光介质(302)，所述感光介质被配置为将入射光子转换为电子和空穴对。像素电路(304)阵列形成于半导体衬底(305)上。每个像素电路限定相应的像素并包括在像素中的第一位置处与感光介质接触的电子收集电极(306,502)和在像素中的第二位置处与感光介质接触的空穴收集电极(308,504)。电路(800,1000)被耦接以向电子收集电极施加正电势以及从电子收集电极收集电子，并且向空穴收集电极施加负电势以及从空穴收集电极收集空穴，并且响应于所收集的电子和空穴而输出指示入射光子的强度的信号。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年10月20日提交的美国临时专利申请62/410,795的权益，该申请以引用方式并入本文。

技术领域

本发明整体涉及图像感测设备，并且具体地涉及用于增强基于膜的图像传感器的性能的电路和方法。

背景技术

在基于膜的图像传感器中，基于硅的开关阵列覆盖有感光膜，诸如包含分散的量子点的膜。此类膜被称为“量子膜”。可类似于本领域已知的互补金属氧化物夹层(CMOS)图像传感器中使用的那些的开关阵列通过合适的电极耦接至膜，以便读出由于入射光而积聚在膜的每个像素中的光电荷。

公开内容以引用方式并入本文的美国专利7,923,801描述了用于基于此类量子膜的光电设备的材料、系统和方法。

发明内容

下文描述的本发明的实施方案提供了用于操作具有增强性能的图像传感器的增强图像传感器设计和方法。

因此，根据本发明的实施方案提供了成像装置，该成像装置包括被配置为将入射光子转换为电子和空穴对的感光介质。像素电路阵列形成于半导体衬底上。每个像素电路限定相应的像素并包括在像素中的第一位置处与感光介质接触的电子收集电极和在像素中的第二位置处与感光介质接触的空穴收集电极。像素电路包括电路，该电路被耦接以向所述电子收集电极施加正电势以及从所述电子收集电极收集所述电子，并且向所述空穴收集电极施加负电势以及从所述空穴收集电极收集所述空穴，并且响应于所收集的电子和空穴而输出指示所述入射光子的强度的信号。

在所公开的实施方案中，感光介质包括量子膜。

在一些实施方案中，装置包括公共电极，该公共电极为至少部分透明的，覆盖感光介质并在施加到电子收集电极的正极电势和施加到空穴收集电极的负电势之间的电压下偏压。

除此之外或作为另外一种选择，电子收集电极和空穴收集电极延伸穿过感光介质。

在一些实施方案中，每个像素电路中的电路包括被耦接以从电子收集电极收集电子的第一电荷存储器和被耦接以从空穴收集电极收集空穴的第二电荷存储器，并被配置为输出信号作为第一电荷存储器和第二电荷存储器之间的差分输出。

作为另外一种选择，电路被配置为收集具有第一转换增益的空穴，以及收集具有不同于第一转换增益的第二转换增益的电子，并且输出具有动态范围的信号，该动态范围响应于第一转换增益和第二转换增益之间的关系而增强。在所公开的实施方案中，装置包括列电路，该列电路被配置为生成与所收集的电子对应的第一数字信号和与所收集的空穴对应的第二数字信号，并且选择第一数字信号和第二数字信号中的一者以产生具有增强的动态范围的数字输出信号。

根据本发明的实施方案，还提供了一种用于成像的方法，该方法包括将形成于半导体衬底上的像素电路阵列耦接至感光介质，该感光介质被配置为将入射光子转换为电子和空穴对。每个像素电路限定相应的像素并包括在像素中的第一位置处与感光介质接触的电子收集电极和在像素中的第二位置处与感光介质接触的空穴收集电极。在每个像素中向电子收集电极施加正电势，并向空穴收集电极施加负电势。在每个像素中从电子收集电极收集电子以及从空穴收集电极收集空穴，并且响应于所收集的电子和空穴而输出指示入射光子的强度的信号。