[发明专利]用于数字像素传感器的系统、方法、设备和数据结构

说明书

一些实施例涉及一种成像系统，其包括：有源像素以及包含比较器的模数转换(analog‑to‑digital conversion，ADC)电路。所述比较器可操作地耦合至所述有源像素并被配置为接收所述有源像素的输出。所述后端ADC存储电路可操作地耦合至有源像素。所述后端ADC存储电路包括写入控制电路；ADC存储器，操作性地耦合到读/写数据总线和所述写入控制电路；以及状态锁存器，可操作地耦合到所述写入控制电路。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年5月22日提交的名称为“System,Method,Device and DataStructure for Digital Pixel Sensors”的美国临时专利申请的权益，其申请号为63029057，其公开内容特此通过引用全文并入本文。

背景技术

用于图像感测应用的数字像素传感器(DPS)是已知的。还已知利用互补金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide Semiconductors，CMOS)光电二极管的图像传感器系统，CMOS光电二极管在具有多个传输栅极的像素区域的有源像素结构中使用。然而，当缩放像素尺寸时，这些已知的DPS系统不能从像素区域实现完全的电荷转移。缺乏完全电荷转移会负面地影响噪声、填充因子、滞后和DPS的其他属性。

包括用于信号处理的光转换部分和专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)部分的DPS系统也是已知的。然而，由于这些DPS系统实现与模数转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)数据位分离的标志位，因而出现了这些DPS系统因在写入控制和读取时需要用于标志位的独立读取控制信号而必须使用复杂的读取过程的问题。由此产生的这些DPS系统的另一个技术问题是：复杂的读取过程导致有待用于DPS系统的导线的数量增加，这可能干扰具有小像素尺寸的DPS系统。

发明内容

因此，本公开的一个或多个方面涉及图像传感器系统。该图像传感器系统包括一个或多个有源像素，每个有源像素耦合到模数转换(analog-to-digital conversion，ADC)电路。在一些实施例中，该ADC包括比较器、耦合到数据总线的存储器以及写入控制电路。一些方面涉及一种用于DPS成像系统的固态器件。在一些实施例中，所述固态器件包括被配置用于双向电荷转移的至少一个像素区域。所述固态器件包括：具有第一多晶硅层和第一电荷阱层的第一传输栅极及第二传输栅极，该第一传输栅极及该第二传输栅极被配置为引起从像素区域的第一侧到像素区域的第二侧的电子漂移电流，从而提供基于该第一和第二传输栅极的操作的双向传输。

本公开的另一方面涉及一种用于包括像素电路的DPS图像传感器中的设备。在一些实施例中，所述像素电路包括至少两个传输栅极、光电二极管区域和浮动扩散区域。在一些实施例中，所述像素电路被配置为通过第一传输门和第二传输门的感应电场优化从光电二极管区域到浮动扩散区域的电荷移动。

本公开的另一方面涉及一种形成DPS半导体器件的方法。在一些实施例中，该方法包括提供基底层和在该基底层上形成具有第一导电特性的第一注入层。在一些实施方式中，所述方法包括：在所述第一层的至少一部分上形成具有第二导电特性的第二注入层；以及在所述第二注入层上形成至少第一传输栅极和第二传输栅极。在一些实施例中，第一和第二传输门的操作引起从第一注入层到第二注入层的电子漂移电流。在一些实施例中，电子漂移电流对应于从基底层到第一注入层以及从第一注入层到第一栅极或第二栅极的双向电荷转移。

本公开的又一方面涉及用于间接飞行时间测量的DPS装置。在一些实施例中，该DPS器件包括光电二极管、第一浮动扩散、第二浮动扩散、第一传输门和第二传输门。在一些实施例中，该DPS装置被配置成实现一种用于确定到接近该DPS装置的物体的物理距离的方法。在一些实施例中，该方法包括通过切换第一传输门或第二传输门来将由光电二极管收集的电荷传输到第一浮动扩散或第二浮动扩散，并且基于第一或第二浮动扩散中的电荷来确定接收到的脉冲中的延迟。在一些实施例中，确定到物理对象的距离是基于该延迟的。