[发明专利]基于像素电荷补偿技术的超宽动态范围图像传感器

摘要

本发明属于半导体图像感测技术领域，涉及一种基于像素电荷补偿技术的超宽动态范围图像传感器，由光电转换模块1、控制和读出光电转换模块1数据的上读出处理模块21与下读出处理模块22、行解码模块3和偏置信号模块4组成。像素元件中在主光电二极管旁集成了电荷补偿用元件，使得在强光条件下能够通过向主光电二极管积分电容补偿电荷，从而避免像素输出饱和，器件在弱光条件下对光强呈现线性相应，而在强光条件下自动转为对光强对数的线性响应，从而获得极宽的动态范围；像素电路输出电压摆幅大，不需要集成列放大器电路，可以直接输入模数转换器，简化了装置设计流程，节省芯片面积；感光动态范围极宽，理论值高达200dB。

主权项

一种基于像素电荷补偿技术的超宽动态范围图像传感器，其由光电转换模块（1）、控制和读出光电转换模块（1）数据的上读出处理模块（21）与下读出处理模块（22）、行解码模块（3）和偏置信号模块（4）组成，各模块在图像传感器外部输入的一组控制信号C的控制下工作，偏置信号模块（4）为光电转换模块（1）、上读出处理模块（21）和下读出处理模块（22）提供所需的各种偏置电压和电流；其特征在于：a、光电转换模块（1）由一个M×N阵列的像素单元组成，M、N均为正偶数，每一个像素单元包括一个电荷补偿型光电二级管和其驱动电路，在外部光信号的作用下，电荷补偿型光电二级管产生随光强变化的像素信号；行解码模块3以固定时间间隔给出一系列行选择控制信号RC，用于控制光电转换模块（1）中的像素阵列，依次将光电转换模块（1）输出的每行独立的像素信号S1和S2通过全并行的方式输出给上读出处理模块（21）和下读出处理模块（22）；b、电荷补偿型光电二极管是在P型衬底（301）上通过扩散或注入工艺生长一个N阱（302），在N阱（302）中通过扩散或注入工艺生长重掺杂的N+区（303）用于连接电位，P型衬底（301）与N阱（302）分别作为P极和N极构成光电二极管DP；再在N阱（302）中重掺杂的N+区（303）以外的区域通过扩散或注入工艺生长一个重掺杂的P+区（304），重掺杂的P+区（304）和重掺杂的N+区（303）分别作为P极和N极形成电荷补偿二极管DC；在重掺杂的P+区接入由偏置信号模块（4）提供偏置电压VCOMP，通过偏置电压VCOMP向光电二极管DP进行电荷补偿。