CN100575896C - 具有增强灵敏度和可兼容视频接口的纵向颜色光检测器 - Google Patents
具有增强灵敏度和可兼容视频接口的纵向颜色光检测器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN100575896C CN100575896C CN200310121689A CN200310121689A CN100575896C CN 100575896 C CN100575896 C CN 100575896C CN 200310121689 A CN200310121689 A CN 200310121689A CN 200310121689 A CN200310121689 A CN 200310121689A CN 100575896 C CN100575896 C CN 100575896C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sensor
- photodetector
- district
- color
- pixel cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 title claims description 18
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims abstract description 45
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 44
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 4
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 5
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 101100248200 Arabidopsis thaliana RGGB gene Proteins 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 235000021384 green leafy vegetables Nutrition 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000001235 sensitizing effect Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
- H01L27/14645—Colour imagers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Color Television Image Signal Generators (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
一种在成像传感器中使用的改进的纵向光检测器单元。与在纵向光检测器单元中给定颜色相关的传感器材料被耦合到与在相邻光检测器单元中相同颜色相关的传感器材料上，从而使得来自相邻单元中的光载流子被结合。在成像传感器阵列中，纵向光检测器单元被安排成使得每一颜色平面以一个图案设置，一个图案中的每个传感器具有中心部分和延伸部分。所述中心部分和延伸部分中的每一个都位于与阵列中每个像素相关的几何中心附近。
Description
技术领域
本发明通常涉及一种像素阵列技术。具体地说，本发明涉及包括增强颜色灵敏度及与传统视频装置兼容的视频接口的纵向光检测器。
背景技术
成像传感器通常被用在诸如数码相机的各种用途中。所述成像传感器包括以阵列排列的若干像素传感器。光从图像反射回来并由所述成像传感器所接收。成像传感器提供信号输出，所述输出信号的幅值对应于与阵列中每个像素传感器相关的光强级。
传统的颜色成像传感器包括三个传感器元件，它们被安排成所述成阵列中的一个单元。这样，每个单元包括提供红色信号的第一传感器元件，提供绿色信号的第二传感器元件，以及提供蓝色信号的第三传感器元件。每个传感器元件都包括设置在所述器件表面上方的滤色器。例如，在第一传感器元件上方放置红色滤色器，在第二传感器元件上方放置绿色滤色器，以及在第三传感器元件上方放置蓝色滤色器。所述滤色器屏蔽了其它颜色，使得从每传感器元件得到的信号对应于从所述成像传感器上检测到的颜色信号。
发明内容
一种改进的纵向光检测器单元相比于传统的光检测器单元具有增强的灵敏度。改进的纵向光检测器单元被结构成从相邻的改进的纵向光检测器单元之中收集光载流子，以增加与每种颜色相关的所述传感器区域的有效面积。
根据本发明的一个例子，用于成像传感器的像素单元包括第一和第二纵向光检测器单元。所述第一纵向光检测器单元被设置在所述成像传感器的第一位置的附近。所述第二纵向光检测器单元被设置在所述成像传感器的第二位置附近。第二位置与第一位置相邻。第一光检测器区位于第一和第二纵向光检测器单元中，并设置成检测基本对应第一颜色的光。第一光检测器区在第一位置处具有一个几何中心。第二光检测器区位于第二纵向光检测器单元中，并设置成检测基本对应第二颜色的光。第二光检测器区在第二位置处具有一个几何中心。
根据本发明的另一个方面，第一颜色可以对应于红、绿和蓝色之一，而第二颜色可以对应于红、绿和蓝中的另一个。
根据本发明的另一方面，第一光检测器区位于第一平面中，而第二光检测器区位于不同于第一平面的第二平面中。第一平面是与第二光检测器区不发生交叉的一个光检测器区。根据一个例子，所述第一平面可以位于所述第二平面的上方，从而使得所述第一光检测器区更加靠近所述成像传感器的表面。第一光检测器区可以被设置成经由从所述第一光检测器区延伸到所述成像传感器的表面的一个电触点来提供信号。根据另一个例子，所述第一平面位于所述第二平面的下方，从而使得所述第二光检测器区更加靠近所述成像传感器的表面。所述第一光检测器区可以被设置成经由从所述第一光检测器区延伸到所述成像传感器的表面并且与所述第二光检测器区不接触的电触点来提供信号。
在本发明的另一个例子中，第三纵向光检测器单元被放置在所述成像传感器的第三位置处。所述第三位置与所述第一和第二位置相邻。所述第三光检测器区位于所述第三纵向光检测器单元中。第三光检测器区被设置成检测基本对应于第三颜色的光。所述第三光检测器区在所述第三位置具有第三几何中心。所述像素单元还可以包括第四光检测器单元，其被设置在所述成像传感器的第四位置处。所述第四位置与所述第一、第二和第三位置相邻。所述第四光检测器区位于第四纵向光检测器单元中。第三光检测器区被设置成检测基本对应于第三颜色的光。第四光检测器区在第四位置处具有第四几何中心。第一、第二、第三和第四纵向光检测器单元被设置成一组，以定义一个传感器单元。
还是在本发明的另一个例子中，所述成像传感器被安排成一个像素单元的阵列。所述成像传感器包括第一、第二、第三以及第四传感器。第一传感器对近似对应于第一波长的光敏感。第一传感器以阵列中的第一像素位置附近为中心。第二传感器对近似对应于第二波长的光敏感。第二传感器以阵列中的第二像素位置附近为中心。第三传感器对近似对应于第三波长的光敏感。第三传感器以阵列中的第三像素位置附近为中心。第四传感器对近似对应于第三波长的光敏感。第四传感器以阵列中的第四像素位置附近为中心。传感器材料和从所述第一、第二、第三和第四传感器中选择的一个相关。所述传感器材料包括一个中心部分以及一个延伸部分。所述中心部分位于一个纵向光检测器单元中。所述延伸部分位于与所述光检测器单元相邻的另一个纵向光检测器单元中。所述中心部分被耦合到所述延伸部分，以便从相邻的纵向光检测器单元中收集光载流子，增加所选择传感器的灵敏度。
根据本发明的另一个方面，所述像素单元阵列具有包括第一、第二、第三和第四替换图案的一组替换图案。第一和第三传感器的第一替换图案从像素单元沿着第一方向延伸。第一和第四传感器的第二替换图案从像素单元沿着第二方向延伸。第二和第三传感器的第三替换图案从像素单元沿着第一方向延伸。第二和第四传感器的第四替换图案从像素单元沿着第二方向延伸。
还是根据本发明的另一个方面，所选择的一个传感器以由所述传感器材料的所述中心和延伸部分所定义的成形图案来结构。所述成形图案是一个四边形，其中心基本上位于阵列中的一个像素附近。所述成形图案围绕阵列中的一个像素以45度角取向。所述成形图案能够使得最后产生的传感器具有用于与所述第一波长相关的颜色的近似100％的填充系数。所述成形图案可以具有传感器材料的延伸部分，其相对于传感器材料的中心沿着正交的轴延伸。和所选择的一个传感器相关的传感器材料基本具有三倍于与阵列中像素相关的面积的有效面积。
还是根据本发明的另一个方面，一组传感器可以草拟出一个中心区，其包括对近似对应于第二波长的光敏感的第五传感器。第五传感器被设置用来漏出由在所述中心区上偶发的与第二波长相关的光引入的光载流子。
还是在另一个例子中，一个成像传感器包括用于收集光载流子的第一、第二以及第三装置。用于收集光载流子的第一装置被设置成从第一纵向光检测器单元中收集第一光载流子。第一光载流子对应于第一颜色。用于收集光载流子的第二装置被设置成从与第一纵向光检测器单元相邻的第二纵向光检测器单元中收集第二光载流子。第二光载流子对应于第二颜色。用于收集光载流子的第三装置被设置成从第二纵向光检测器单元中收集第一光载流子。用于耦合的装置被结构成将从用于收集光载流子的所述第二装置收集的第一光载流子耦合到从用于收集光载流子的所述第一装置收集的所述第一光载流子上，从而使得与来自所述纵向光检测器单元和相邻纵向光检测器的第一颜色相关的光载流子被相互组合以增加对所述传感器中第一颜色的灵敏度。
通过下面结合简述的附图详细描述本发明的最佳实施例以及附加的权利要求，可以获得本发明更加完整的理解和改进。
附图简述
图1是范例性的纵向光检测器的横截面图；
图2简要示出了来自一个像素阵列的一个范例像素单元；
图3示出了一个改进的纵向光检测器单元的横截面图；
图4示出了一个范例性像素传感器图案；
图5示出了一个具有增大面积的像素传感器图案；以及
图6示出了另一个根据本发明具有增大面积的范例性像素传感器图案。
具体实施方式
在整个说明书中，以及在权利要求书中，术语“连接”的意思是在被连接物体之间不借助于任何中间设备的直接电连接。术语“耦合”的意思是在被连接物体之间的直接电连接或通过一个或多个无源或有源中间设备的间接连接。术语“电路”的意思是或者是单一元件，或者是多个元件，或者是有源或者是无源，它们被耦合在一起以提供所需功能。
传统的数字视频处理器(DVP)被设置成通过在不同的时间选择性地读取红、绿和蓝色信号之一来处理颜色输出行。换言之，一次只处理与所述传感器阵列中一个像素像素相关的颜色。根据本发明，改进的像素传感器阵列包括一个与传统VDP兼容的接口。所述经过改进的像素传感器阵列包括作为所述像素传感器阵列中多个像素而被寻址的多个纵向光检测器单元。每一光检测器单元与传统的光检测器单元相比具有增强的灵敏度和填充系数。另外，如下面将要描述的，在每个光检测器单元中都减少了有害的折叠失真影响(aliasing effects)。
本发明涉及一种在成像传感器中使用的经过改进的纵向光检测器单元。与经过改进的纵向光检测器单元中给定颜色相关的传感器材料被耦合到与在相邻经过改进的光检测器单元中相同颜色相关的传感器材料上从而使来自所述相邻单元的光载流子被组合。被耦合的传感器材料使得用于给定颜色的传感器区尺寸增大。与所述传感器中每个像素相关的所述增加的传感器区使得对每种颜色都增加了灵敏度并提高了填充因数。在一个成像传感器阵列中，纵向光检测器单元被设置成使得每种颜色平面都被以一种图案安排。一种图案下的每个传感器都具有一个中心部分以及一个延伸部分。所述中心部分和延伸部分的每一个都位于与所述阵列中一个像素相关的几何中心附近。
图1是本发明中所应用的范例性纵向光检测器的横截面图。所述纵向光检测器单元包括区域120中的n-型材料以及区域130中的p-型材料。光敏二极管形成在n-型材料(120)以及p-型材料(120)的边界处，如图中的PD1-PD5所示。
在工作过程中，每个p-型材料区被耦合到电路地，而每个n-型材料区耦合到其它电路(190)。所述光检测器在表面110的中心部分接收光(150)，而光屏蔽(140)被设置成遮住表面(110)的其它部分。每个光敏二极管对光敏感。与光相关的能量被硅材料吸收从而使在光敏二极管(PD1-PD5)中有一定数量的光电流流动，其数量与每个特定光敏二极管所接收的光强级成正比。每个光敏二极管位于半导体材料中与特定波长光对应的深度处。例如，光敏二极管PD1对具有蓝光波长特性的光线敏感，光敏二极管PD2和PD3对具有绿光波长特性的光敏感，以及光敏二极管PD4和PD5对具有红光波长特性的光敏感。
电路190包括三组晶体管，其中，每一组都包括晶体管12、14和16。电路(190)分三个工作阶段工作。第一工作阶段是复位阶段，其中，在不同节点处的电压被初始化。第二工作阶段是汇集阶段，其中，光线被照射到所述光检测器单元的表面上，从而在曝光时间间隔中汇集光电流。第三工作阶段是输出阶段，其中，从汇集阶段得到的信号电平被提供给其它的处理电路(例如DVP)。读出线160、170以及180对应于用于与所述传感器相关的红、绿和蓝色强度值的输出线。下面将就一个单一的光敏二极管更加详细地描述电路190的操作。
图2简要示出了根据本发明构成的一个像素阵列中的范例性像素单元(200)。所述像素单元包括三个晶体管，并在此后称之为3-T像素单元。该3-T像素单元包括一个光敏二极管(PD20)和三个NMOS晶体管(202、204、206)。
晶体管202具有耦合到RESET信号的栅极，耦合到高压电源(VCC)上的漏极，以及在节点10处耦合到所述光敏二极管的源极。所述光敏二极管具有耦合到节点10的阴极和耦合到低压电源(GND)上的阳极。晶体管204具有耦合到节点10的栅极，耦合到节点12的源极，以及耦合到高压电源(VCC)上的漏极。晶体管206具有耦合到SELECT信号的栅极，耦合到列读出线的源极，以及耦合到节点12的漏极。晶体管202被设置成当被RESET信号激活时复位所述像素单元。晶体管204工作时作为源极跟随器，其缓冲从节点10得到的电压。晶体管206安排成当被SELECT信号激活时将所述源极跟随器(晶体管204)耦合到所述列输出线上。
所述3-T像素单元的工作通常如下所述。向晶体管202的栅极施加正脉冲，使得在光敏二极管PD20的阴极处被施加正偏压。光敏二极管具有固有耗尽层电容(Cd)，当所述光敏二极管通电时该电容被充电。在晶体管202截止后，光敏二极管PD20由于储存在耗尽层(Cd)中的电荷而保持正偏压(Cd)。当所述光敏二极管接收到光子(光)时，光电流(Ip)从光敏二极管的阴极流向阳极。光电流(Ip)使得光敏二极管的耗尽层电容(Cd)放电并导致所述光敏二极管两端的电压下降。
杂散电容和寄生电容(Cp)存在于像素单元200中的节点10处。杂散电容和寄生电容(Cp)基本上是由来自晶体管204(源极跟随器)栅极的寄生电容和来自晶体管202(复位晶体管)源极的寄生电容确定。最初被应用于光敏二极管的偏置电压被贮存在电容Cp和Cd的混合体中。
在汇集时间(Ti)期间，光电流(Ip)连同寄生电容(Cp)一起被汇集在所述在耗尽层电容(Cd)上。在所述电容上汇集的总电荷由Ip*Ti确定。在汇集阶段结束时，光敏二极管的输出电压降低了由Vs＝Ip*Ti/Cd+Cp)确定的量。这样，光敏二极管的输出电压(Vd)由Vd＝Vi-Vs确定，其中，Vi是在给光敏二极管施加光线之前贮存在电容Cd中的初始电压。Vs则由于涉及到接收光的强度(Ip)和曝光时间(Ti)的长度而被描述为一个信号电压。
输出电压(Vd)被施加到操作所述源极跟随器的晶体管204的栅极，从而使得节点12的信号对应于(Vd-Vt)，其中，Vd是晶体管204的阈值电压。正脉冲经SELECI信号施加给晶体管206(SELECT晶体管)的栅极，从而使得输出电压(Vd-Vt)与位于晶体管206源极的列读出线相耦合。所述列读出线通过一个偏置电压接收与所述光敏二极管的输出电压相关的读出电压。所述偏置电压对应于所述晶体管204的阈值电压(Vt)。
改进的纵向光检测器单元
光检测器单元安排成与相邻的光检测器单元靠近。所述传感器阵列中的每个像素包括三个光检测器单元，其中的每一个都用于每一种颜色(例如，红绿黄)。一个纵向光检测器单元被安排成提供一种颜色信号(例如，红色)而相邻的光检测器单元安被排成提供另一种颜色信号(例如，绿色)，。
光电流是作为由相应光敏二极管正在接收的入射光的结果而在每个光检测器单元中发生的。在光检测器单元上的入射光的三分之一被用于瞬时像素(对应于一种颜色)，同而入射光线的三分之二和瞬时像素不相关(另外两种颜色)。通过使用与根据相邻像素指定的颜色相关的光电流改善了每个光检测器单元中指定颜色的灵敏度。改进的纵向光检测器单元参照附图3在下面进行说明。
如图3所示的改进的光检测器单元示出了两个相邻的像素。每个像素包括一个纵向光检测器单元，其具有蓝色敏感区(320)、绿色敏感区(330)、红色敏感区(340)以及电子电路(310)，它们被安排成处理从纵向光检测器发来的信号。在一个例子中，红色和绿色敏感光敏二极管利用掩埋注入(buried implantations)实现。掩埋的光敏二极管利用注入的“插头”被连接，插头允许从元件表面接近光敏二极管。蓝色元件被注入硅表面。光敏二极管通常设置成根据对应于颜色的入射光收集光载流子。
图3中左半部分上的像素设置成处理红色信号(R1)，而图3中右半部分上的像素设置成处理绿色信号(G1)。位于图右手一侧的红色敏感光敏二极管与位于图左手一侧的红色敏感光敏二极管连接在一起。用于红色像素的电子电路(310)检测被绿色像素(右侧的)收集到的红色光子。相近似的，位于图左手一侧的绿色敏感光敏二极管与位于图右手一侧的绿色敏感光敏二极管连接在一起。用于绿色像素的电子电路(310)探测被红色像素(左侧的)收集到的绿色光子。通过从邻近的像素中收集光子使得最后得到的图像提高了每一种颜色的填充因数和灵敏度。
如图3所示的每个光敏二极管区是包括了用于表示不同光敏二极管区的填充标记(例如，蓝色的杂凑图案)的简图。然而，每个遮盖的区实际上是由p-型和n-型半导体材料限定的耦合处(例如，见图1)。在一个例子中，所述填充区被表示为在规定区域中搀杂的n型材料，其中，p-型材料隔开每个n-型材料区。对于这个例子，n-型接触插头从元件表面向触点埋存区延伸。
图3所示的绿色光敏二极管区不能够跨越用于红色光敏二极管的接触插头，如虚线区域(332)所示。如下面将要描述的，在来自相邻纵向单元的绿色光敏二极管材料之间的连接以三维空间的方式形成。相似的，相邻纵向单元的蓝色光敏二极管材料之间的连接不能跨越用于绿色和红色光敏二极管(未示出)的接触插头。
像素传感器阵列组成
图4示出了一个像素传感器阵列。该像素传感器阵列由一定数量的行和列构成。阵列中的每个像素是对应于图1-3中表示的纵向光检测器单元的颜色传感器。
对所述像素传感器阵列进行安排，以便使得每个纵向光检测器单元对相同的颜色敏感。例如，见第一行，所述传感器被安排成红色(R)传感器后年跟随有绿色(G)传感器的重复图案。见第一列，所述传感器被安排成红色(R)传感器后面跟随有绿色(G)传感器的重复图案。见第二列，所述传感器被安排成绿色(G)传感器后面跟随有蓝色(B)传感器的重复图案。
由于三种颜色被处理以用于每个传感器单元，每一组四个像素定义了x-y坐标系中的公共中心位置。如图4所示，每组四个纵向光检测器单元包括一个红色(R)传感器，两个绿色(G)传感器，以及一个蓝色(B)传感器。传感器单元以一种图案被重复，从而生成如图4-6所示的成像传感器阵列。
传感器的4像素组(RGGB)位于如图4所示的传感器阵列中公共位置附近。在由蓝色和绿色传感器所占据的区域中接收的红光被忽略掉，由此仅仅有4像素组总区域的四分之一(25％)检测在所述像素位置处的红光。在由蓝色和红色传感器所占据的区域中接收到的绿光被忽略掉，由此，仅仅有4像素组总区域的二分之一(50％)检测在所述像素位置处的绿光。在由绿色和红色传感器所占据的区域中接收到的蓝光被忽略掉，由此，仅仅有4像素组总区域的四分之一(25％)检测在所述像素位置处的蓝光。填充因数是位于特殊像素位置处的传感器灵敏度的量度。与图4所示像素位置相关的填充因数具有25％的红色填充因数，25％的蓝色填充因数，以及50％的绿色填充因数。
图4所示的4像素组(RGGB)的配置通常被称之为“拜尔图案”(“Bayerpattern”)。不同于本发明，在传统的拜尔图案传感器阵列中采用滤色器。但是，传统的DVP可用于容易地处理以拜尔图案设置的纵向光检测器单元发出的信息。
通过从相邻纵向光检测器单元重新要求未使用的光电流可以在改善的纵向光检测器单元中修改图4所示的图案。每个颜色传感器的区域经如图5和6所示的两个因数而增加。
改进性能的范例性像素传感器阵列图案
图6示出了可以用于增加图4所示每个颜色传感器的区域的范例性像素传感器图案。该图包括三个像素传感器阵列(510-530)，其中的每一个都具有一个图案(540-560)或在感兴趣的像素区域上方重叠的模板。
阵列510示出了图4所示的像素阵列，其具有一个用于在所述阵列上方重叠的绿色传感器的增大尺寸的模板。绿色传感器具有如用传感器区域540表示的增大的区域。在传感器区域540中的每个边界区域对应于绿色传感器中的n-型材料(见图2)。图案540中的黑色实线表示每个绿色传感器之间的边界，并表示所述绿色传感器材料中的间隙。图案540中的交叉网格线指定每个绿色像素传感器的中心位置，其对应于与图4所示绿色像素传感器基本类似的中心位置。图案540可以看作为相对于绿色的像素传感器的中心旋转大约45度的角的一组方形区。
阵列520和530分别表示用于红色和蓝色传感器的具有增大尺寸模板的图4所示的像素传感器阵列。用于传感器区域的模板在阵列上方重叠。红色传感器具有用传感器区域550表示的增大的区域。蓝色传感器具有用传感器区域560表示的增大的区域。传感器区域550和560中的每个边界区域对应于红色和蓝色传感器中的n-型材料(见图2)。图案550和560中的黑色实线表示了每个红色或者蓝色传感器之间的边界，并表示传感器材料的间隙。图案550和560中的交叉网格线指定用于每个红色或者蓝色像素传感器的中心位置，该位置基本对应于图4所示像素传感器类似的中心位置。图案550和560被看作是一种交叉图案，包括中心部分和延伸部分。中心部分位于所述像素传感器的中心附近。延伸部分由中心部分向外延伸。对于图5所示的例子，所述延伸部分以类似于加符号的方式从中心方形区域按正交方向(例如沿着x和y轴)径向向外延伸。
尽管图案540被表示为方形区，其它的图案也能够提供满意的性能。例如，圆形，椭圆，矩形，以及其它多边形区也可以用于绿色传感器。在一个例子中，图案540被设置成一系列的六边形图案。对于所述图案的所有组合，所述区域都能够被最佳地用于填充因数和颜色平衡。
可以对用于每个传感器的增加区域进行调整，以提供成像传感器中的颜色平衡。在一个例子中，绿色传感器具有增大的区域，其大约两倍于传统拜尔图案中的绿色传感器的传感器区。增大的绿色传感器区提供了具有提高了填充因数(例如，以100％的填充因数代替用于传统拜尔图案的绿色传感器的50％的填充因数)的增强的灵敏度。在另一个例子中，红色和/或者蓝色传感器具有增大的区域，其大约三倍于在通传统拜尔图案中的红色或者蓝色传感器的传感器区。增大的红色传感器区提供了具有提高了填充因数(例如，以75％的填充因数代替用于传统拜尔图案的红色或者蓝色传感器的25％的填充因数)的增强的灵敏度。填充因数以及灵敏度能够通过采用所述的不同的形状/大小的图案来进行调整。
图6表示了在范例性阵列中图案540-560的定位。俯视图被表示为610仰视图被表示为620。每个图都包括网格线，以指出与生成像素阵列相关的x-y坐标。上述视图示出了所述传感器在半导体中的三维深度和位置，其中，每一层代表在材料中的不同的深度。
所述蓝色传感器位于俯视图(610)所示的最高平面(最靠近所述页的表面)上，而红色传感器位于最低的平面上。蓝色传感器不具有用于图案560的100％的填充因数，但位置580处具有空余空间。在一个例子中，所述空余空间可以包括一个光敏二极管，用于漏出在位置580处注入的由红光引入的光载流子。在位置580处的范例性光敏二极管避免位置580处附带的光敏二极管扩散进入由图案570界定的传感器区。扩散的光载流子能够产生图像中的坏点。
红色传感器位于表示在俯视图中的最高的平面(620)上(最靠近纸页表面)，而蓝色传感器位于最低的平面上。红色传感器不具有用于图案570的100％的填充因数，和在位置580处具有空的空间。在一个例子中，所述空的空间可以包括一个光敏二极管，其被结构成漏出由在位置580上入射的光载流子引入的红光。在位置580处的范例性光敏二极管被结构成防止在位置580处引入的光载流子弥散到由图案570界定的传感器区域中。
改进的纵向光检测器单元由沿着x-y坐标系统的阵列组成，就如图中网格线所描绘的那样。生成阵列的中心位置与传统的传感器阵列基本相同。通过保持阵列中每个传感器相同的中心位置，可以对所生成的图像数据执行传统的成像算法(例如，色彩插入法)应用于所得的图像数据上。
由于在改进的光检测器单元中将来自相邻单元中附加光载流子也包括在用于每种颜色的整个传感器区域中，所以，与传统的传感器阵列相比较，改进的纵向光检测器具有更强的灵敏度。在一个例子中，在改进的纵向光检测器单元中用于一种颜色的传感器区域通过两个参数来增加。在另一个例子中，用于改进的纵向光检测器单元中一种颜色的传感器区域通过三个参数来增加。通过改变纵向光检测器单元中的传感器区域能够调节颜色平衡。
调制传输函数(MTF)是一种描述正弦图案是如何通过所述成像系统传输的函数。通常，具有高MTF和低噪声的图像看作具有更高的图像质量。增大改进的纵向光检测器单元的传感器区会降低对应于所使用图像传感器的MTF。减少的MTF的影响就是对彩色图像(例如，红蓝绿)的空间低通滤过特性，以便当在所述图像中存在高空间频率时减少混色。由于借助于在所述成像传感器中的光低通滤波器特性避免了由于混色所造成的人工产品，所以，改进了图像的质量。
上述的说明、例子和数据对本发明结构的制造和应用提供了完整的说明。由于不脱离本发明的精神和范围就可以作出很多实施例，所以本发明的范围由后面附加的权利要求书书限定。
Claims (20)
1、一种用于成像传感器的像素单元，包括：
第一纵向光检测器单元，其位于所述成像传感器中的第一位置附近；
第二纵向光检测器单元，其位于所述成像传感器中的第二位置附近，其中，所述第二位置与所述第一位置相邻；
第一光检测器区，其位于所述第一和第二纵向光检测器单元中，其中，所述第一光检测器区被设置成检测对应于第一颜色的光，和所述第一光检测器区在所述第一位置处具有第一几何中心；
第二光检测器区，其位于所述第二纵向光检测器单元中，其中，第二光检测器区被设置成检测对应于第二颜色的光，和所述第二光检测器区在第二位置处具有第二几何中心。
2、如权利要求1所述的像素单元，其中，第一颜色对应于包括红、绿和蓝色的组中的第一所选颜色，并且，其中，第二颜色对应于该组中的第二所选颜色，使得第二所选颜色与第一所选颜色不同。
3、如权利要求1所述的像素单元，其中，所述第一光检测器区位于第一平面中，并且，第二光检测器区位于不同于所述第一平面的第二平面中。
4、如权利要求1所述的像素单元，其中，所述第一光检测器区与所述第二光检测器区不发生交叉。
5、如权利要求3所述的像素单元，其中，所述第一平面位于所述第二平面的上方，从而使得所述第一光检测器区更接近所述成像传感器的表面，并且，所述第一光检测器区被设置成经由从所述第一光检测器区向所述成像传感器表面延伸的电触点提供信号。
6、如权利要求3所述的像素单元，其中，所述第一平面位于所述第二平面的下方，从而使得所述第二光检测器区更接近成像传感器的表面，并且，所述第一光检测器区被设置成经由从所述第一光检测器区向所述成像传感器表面延伸且不与第二光检测器区接触的电触点提供信号。
7、如权利要求1所述的像素单元，还包括位于所述成像传感器中第三位置处的第三纵向光检测器单元，其中，所述第三位置与所述第一和第二位置相邻；所述第三光检测器区位于第三纵向光检测器单元中，其中，所述第三光检测器区被设置成检测对应于第三颜色的光，以及所述第三光检测器区具有在所述第三位置处的第三几何中心。
8、如权利要求7所述的像素单元，进一步包括，第四纵向光检测器单元，其设置在所述成像传感器中的第四位置处，其中，所述第四位置与所述第一、第二和第三位置相邻；以及所述第四光检测器区位于所述第四纵向光检测器单元中，其中，所述第四光检测器区被设置成检测对应于第三颜色的光，以及所述第四光检测器区具有在所述第四位置处的第四几何中心。
9、如权利要求8所述的像素单元，其中，所述第一、第二和第三颜色分别对应于红、蓝和绿。
10、如权利要求8所述的像素单元，其中，所述第一、第二、第三和第四纵向光检测器单元被设置成用于定义一个传感器单元的组。
11、一种被安排成像素单元阵列的成像传感器，包括：
第一传感器，对对应于第一波长的光敏感，其中，所述第一传感器被置于阵列中的第一像素位置中心附近；
第二传感器，对对应于第二波长的光敏感，其中，所述第二传感器被置于阵列中的第二像素位置中心附近；
第三传感器，对对应于第三波长的光敏感，其中，第三传感器被置于阵列中的第三像素位置中心附近；以及
第四传感器，对对应于第三波长的光敏感，其中，第四传感器被置于阵列中的第四像素位置中心附近；
与所述第一、第二、第三和第四传感器相关的传感器材料，其中，所述传感器材料包括中心部分和延伸部分，其中，所述中心部分位于纵向光检测器单元内，并且，所述延伸部分位于与所述纵向光检测器单元相邻的另一个纵向光检测器单元内，其中，所述中心部分被耦合到所述延伸部分，从而从所述相邻的纵向光检测器单元中收集光载流子，以增加所述第一、第二、第三和第四传感器之一的灵敏度。
12、如权利要求11所述的成像传感器，其中，所述像素单元阵列包括从一个像素单元沿着第一方向延伸的第一和第三传感器的第一替换图案，从所述像素单元沿着第二方向延伸的第一和第四传感器的第二替换图案，从所述像素单元沿着第一方向延伸的第二和第三传感器的第三替换图案，以及从所述像素单元沿着第二方向延伸的第二和第四传感器的第四替换图案，其中，所述像素单元对应于所述像素单元阵列中的像素单元之一。
13、如权利要求11所述的成像传感器，其中，所述第一、第二、第三和第四传感器之一以成形图案进行设置，所述成形图案是由所述传感器材料的所述中心部分和延伸部分定义的，以及其中成形图案是四边形，其中心位于像素单元阵列中的一个像素单元附近。
14、如权利要求13所述的成像传感器，其中，所述第一、第二、第三和第四传感器之一以成形图案进行设置，所述成形图案是由所述传感器材料的所述中心部分和延伸部分定义的，以及其中，所述成形图案是四边形，其中心位于像素单元阵列中的对应的像素单元位置附近，从而使与所述第一、第二、第三和第四传感器之一相关的所述传感器材料具有二倍于与所述像素单元阵列中的单个像素单元相关的区域的有效区域。
15、如权利要求11所述的成像传感器，其中，所述第一、第二、第三和第四传感器之一以成形图案进行设置，所述成形图案是由所述传感器材料的所述中心部分和延伸部分定义的，以及其中所述成形图案对应于与像素单元阵列中一个像素单元成45度角取向的一个四边形。
16、如权利要求11所述的成像传感器，其中，所述像素单元阵列包括一组第一传感器，每个传感器以一个成形图案进行设置，所述成形图案对应于与所述像素单元阵列中一个像素单元成45度角取向的一个四边形，从而使所述传感器具有用于与所述第一波长相关的颜色的100％的填充系数。
17、如权利要求11所述的成像传感器，其中，所述第一、第二、第三和第四传感器之一以成形图案进行设置，所述成形图案由所述传感器材料的所述中心部分和延伸部分定义，以及其中所述传感器材料的所述延伸部分沿着与所述传感器中心正交的一组轴延伸，其相对于传感器材料的中心沿着正交的轴延伸。
18、如权利要求11所述的成像传感器，其中，所述第一、第二、第三和第四传感器之一以成形图案进行设置，所述成形图案由所述传感器材料的所述中心部分和延伸部分定义，以及其中所述传感器材料的所述延伸部分沿着与所述传感器材料的中心正交的一组轴延伸，从而使得与所述第一、第二、第三和第四传感器之一相关的传感器材料具有三倍于与像素单元阵列中一个像素单元相关的区域的有效区域。
19、如权利要求11所述的成像传感器，其中，所述像素单元阵列包括一组第二传感器，每个传感器以一个成形图案进行设置，所述成形图案由所述传感器材料的中心部分和延伸部分定义，从而使得所述传感器材料的所述延伸部分沿着与所述传感器材料中心正交的一组轴延伸，其中第二组传感器组界定出一个中心区，包括对对应于第二波长的光敏感的第五传感器，其中，所述第五传感器被结构成漏出由与在所述中心区入射光相关的第二波长引入的光载流子。
20、一种成像传感器，包括：
用于收集光载流子的第一装置，设置成从第一纵向光检测器单元中收集第一光载流子，其中第一光载流子对应于第一颜色；
用于收集光载流子的第二装置，设置成从邻近于第一纵向光检测器单元的第二纵向光检测器单元中收集第二光载流子，其中第二光载流子对应于第二颜色；
用于收集光载流子的第三装置，设置成从第二纵向光检测器单元中收集第一光载流子；以及
用于耦合的装置，设置成将由用于收集光载流子的第二装置收集的第一光载流子与用于收集光载流子的第一装置收集的第一光载流子相耦合，从而使得与来自所述第一纵向光检测器单元和邻近于所述第一纵向光检测器单元的所述第二纵向光检测器单元的与所述第一颜色相关的光载流子相结合，以增加对所述传感器中所述第一颜色的灵敏度。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10/313,674 US6753585B1 (en) | 2002-12-05 | 2002-12-05 | Vertical color photo-detector with increased sensitivity and compatible video interface |
| US10/313,674 | 2002-12-05 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1519546A CN1519546A (zh) | 2004-08-11 |
| CN100575896C true CN100575896C (zh) | 2009-12-30 |
Family
ID=32392935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN200310121689A Expired - Lifetime CN100575896C (zh) | 2002-12-05 | 2003-12-05 | 具有增强灵敏度和可兼容视频接口的纵向颜色光检测器 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6753585B1 (zh) |
| JP (1) | JP5047451B2 (zh) |
| CN (1) | CN100575896C (zh) |
| DE (1) | DE10356850A1 (zh) |
| TW (1) | TWI292039B (zh) |
Families Citing this family (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7057256B2 (en) | 2001-05-25 | 2006-06-06 | President & Fellows Of Harvard College | Silicon-based visible and near-infrared optoelectric devices |
| US7442629B2 (en) | 2004-09-24 | 2008-10-28 | President & Fellows Of Harvard College | Femtosecond laser-induced formation of submicrometer spikes on a semiconductor substrate |
| US20040178463A1 (en) | 2002-03-20 | 2004-09-16 | Foveon, Inc. | Vertical color filter sensor group with carrier-collection elements of different size and method for fabricating such a sensor group |
| US6998660B2 (en) * | 2002-03-20 | 2006-02-14 | Foveon, Inc. | Vertical color filter sensor group array that emulates a pattern of single-layer sensors with efficient use of each sensor group's sensors |
| US7339216B1 (en) | 2003-01-31 | 2008-03-04 | Foveon, Inc. | Vertical color filter sensor group array with full-resolution top layer and lower-resolution lower layer |
| US6894265B2 (en) * | 2003-01-31 | 2005-05-17 | Foveon, Inc. | Vertical color filter sensor group and semiconductor integrated circuit fabrication method for fabricating same |
| WO2005119790A1 (en) * | 2004-05-27 | 2005-12-15 | Foveon, Inc. | Non-crystalline silicon vertical color filter |
| CN101151735B (zh) * | 2005-11-22 | 2010-09-08 | 佛文恩股份有限公司 | 具有全分辨率顶层和较低分辨率下层的垂直滤色片传感器组阵列 |
| KR20070087847A (ko) * | 2005-12-28 | 2007-08-29 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법 |
| JP5223225B2 (ja) * | 2007-04-05 | 2013-06-26 | 株式会社ニコン | 固体撮像装置 |
| US20090160981A1 (en) * | 2007-12-20 | 2009-06-25 | Micron Technology, Inc. | Apparatus including green and magenta pixels and method thereof |
| WO2009111327A2 (en) * | 2008-02-29 | 2009-09-11 | Sionyx, Inc. | Vertically integrated light sensor and arrays |
| US9911781B2 (en) | 2009-09-17 | 2018-03-06 | Sionyx, Llc | Photosensitive imaging devices and associated methods |
| US9673243B2 (en) | 2009-09-17 | 2017-06-06 | Sionyx, Llc | Photosensitive imaging devices and associated methods |
| US8692198B2 (en) | 2010-04-21 | 2014-04-08 | Sionyx, Inc. | Photosensitive imaging devices and associated methods |
| WO2011160130A2 (en) | 2010-06-18 | 2011-12-22 | Sionyx, Inc | High speed photosensitive devices and associated methods |
| US9496308B2 (en) | 2011-06-09 | 2016-11-15 | Sionyx, Llc | Process module for increasing the response of backside illuminated photosensitive imagers and associated methods |
| EP2732402A2 (en) | 2011-07-13 | 2014-05-21 | Sionyx, Inc. | Biometric imaging devices and associated methods |
| US8836626B2 (en) | 2011-07-15 | 2014-09-16 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for driving the same |
| US9064764B2 (en) | 2012-03-22 | 2015-06-23 | Sionyx, Inc. | Pixel isolation elements, devices, and associated methods |
| KR20150130303A (ko) | 2013-02-15 | 2015-11-23 | 사이오닉스, 아이엔씨. | 안티 블루밍 특성 및 관련 방법을 가지는 높은 동적 범위의 cmos 이미지 센서 |
| US9939251B2 (en) | 2013-03-15 | 2018-04-10 | Sionyx, Llc | Three dimensional imaging utilizing stacked imager devices and associated methods |
| US9209345B2 (en) | 2013-06-29 | 2015-12-08 | Sionyx, Inc. | Shallow trench textured regions and associated methods |
| CN109976441B (zh) * | 2019-04-02 | 2023-05-12 | 南京吉相传感成像技术研究院有限公司 | 一种可实现高精度光输入的光电计算装置 |
| CN112629655B (zh) * | 2019-10-09 | 2024-06-04 | 北京小米移动软件有限公司 | 移动终端 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3971065A (en) | 1975-03-05 | 1976-07-20 | Eastman Kodak Company | Color imaging array |
| JPS5752275A (en) * | 1980-09-12 | 1982-03-27 | Hitachi Ltd | Solid image pickup element |
| JPS61183958A (ja) * | 1985-02-12 | 1986-08-16 | Fuji Photo Film Co Ltd | 固体光検出装置 |
| JPH01134966A (ja) * | 1987-11-20 | 1989-05-26 | Fuji Photo Film Co Ltd | 固体撮像装置 |
| JPH01146560A (ja) * | 1987-12-02 | 1989-06-08 | Kokuritsu Shintai Shiyougaishiya Rihabiriteeshiyon Center Souchiyou | 固体電解質膜型生体刺激電極 |
| JPH01146560U (zh) * | 1988-03-31 | 1989-10-09 | ||
| US6646682B1 (en) * | 1998-12-18 | 2003-11-11 | Syscan (Shenzhen) Technology Co., Limited | Linear tri-color image sensors |
| US6727521B2 (en) * | 2000-09-25 | 2004-04-27 | Foveon, Inc. | Vertical color filter detector group and array |
| JP4154165B2 (ja) * | 2002-04-05 | 2008-09-24 | キヤノン株式会社 | 光電変換素子及びそれを用いた固体撮像装置、カメラ及び画像読み取り装置 |
-
2002
- 2002-12-05 US US10/313,674 patent/US6753585B1/en not_active Expired - Lifetime
-
2003
- 2003-12-05 JP JP2003408052A patent/JP5047451B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 2003-12-05 TW TW092134370A patent/TWI292039B/zh active
- 2003-12-05 CN CN200310121689A patent/CN100575896C/zh not_active Expired - Lifetime
- 2003-12-05 DE DE10356850A patent/DE10356850A1/de not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE10356850A1 (de) | 2004-06-24 |
| US20040108565A1 (en) | 2004-06-10 |
| JP5047451B2 (ja) | 2012-10-10 |
| US6753585B1 (en) | 2004-06-22 |
| TW200416384A (en) | 2004-09-01 |
| JP2004193609A (ja) | 2004-07-08 |
| TWI292039B (en) | 2008-01-01 |
| CN1519546A (zh) | 2004-08-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100575896C (zh) | 具有增强灵敏度和可兼容视频接口的纵向颜色光检测器 | |
| CN206947348U (zh) | 图像传感器 | |
| CN207369146U (zh) | 图像像素和图像传感器 | |
| CN208690261U (zh) | 图像传感器 | |
| US6958862B1 (en) | Use of a lenslet array with a vertically stacked pixel array | |
| CN206727071U (zh) | 图像传感器 | |
| US7427734B2 (en) | Multiple photosensor pixel | |
| CN209183547U (zh) | 图像像素件及图像像素阵列 | |
| US6998660B2 (en) | Vertical color filter sensor group array that emulates a pattern of single-layer sensors with efficient use of each sensor group's sensors | |
| CN205992953U (zh) | 图像传感器和图像传感器系统 | |
| CN104081528B (zh) | 多光谱传感器 | |
| CN100362665C (zh) | 图象摄取设备 | |
| US7208811B2 (en) | Photo-detecting device | |
| CN206727072U (zh) | 具有全局快门相位检测像素的成像系统 | |
| US7339216B1 (en) | Vertical color filter sensor group array with full-resolution top layer and lower-resolution lower layer | |
| US20070131992A1 (en) | Multiple photosensor pixel image sensor | |
| CN106158897A (zh) | 固态成像器件和电子设备 | |
| CN207303096U (zh) | 图像传感器像素和图像传感器 | |
| US20100044822A1 (en) | Luminous radiation colour photosensitive structure | |
| EP1026747A3 (en) | Image sensor | |
| JPS60130274A (ja) | 固体撮像装置 | |
| CN212343888U (zh) | 一种图像传感器和电子设备 | |
| NL8004768A (nl) | Halfgeleider kleurenbeeldopnemer. | |
| CN103579274A (zh) | 图像拾取装置和图像拾取系统 | |
| CN102723349A (zh) | 带有隔离层的cmos图像传感器及其制作方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20091230 |