CN102693993B - 电子倍增图像传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及图像传感器，并且更具体地，涉及意在以低发光水平采集图像的那些传感器。每个像素在半导体有源层(12)的表面处包括：光电二极管区域(PHD)；电荷存储节点(18)；以及用于对于光在所述光电二极管中生成的电荷，在电荷累积时间之后将电荷从所述光电二极管转移至所述存储节点的转移结构。所述转移结构包括：与所述光电二极管相邻的第一转移栅极(TR1)；与所述存储节点相邻的第二转移栅极(TR2)；以及位于所述第一转移栅极和所述第二转移栅极之间的电子倍增放大结构(AMP)。所述放大结构包括两个分开的加速栅极(GA和GB)和位于两个加速栅极之间并处于固定表面电位的中间二极管区域(DI)。在电荷转移至存储节点之前，在转移结构中的渡越中，一连串交替的高和低电位施加至加速栅极。放大取决于交替的数量。
Description
技术领域
本发明涉及图像传感器，并且更具体地，涉及意在在低亮度水平并且可选地也在高亮度水平采集图像的那些传感器。
背景技术
当光水平低时，矩阵图像传感器的像素采集较少电子。必须大大提高累积时间来获得图像，但是这会损害信噪比。
在CCD(电荷耦合器件)技术中，已经提出了在传感器中并入电子倍增系统，该电子倍增系统从由光自然生成的电子产生附加电子。这样接收的电信号因此被以一因子倍增。噪声也增大，但是以比信号低的比率。
CCD技术中的这些电子倍增原理在于增大存在于电荷转移栅极之间的电位差，由此在转移期间使电子加速。给予其的能量足够用于与半导体材料的原子的碰撞，以使得这些原子中的电子从价带经过到达导带。这些电子产生电子-空穴对，这些电荷载流子本身被加速并且可以引起进一步的碰撞。结果是电子倍增现象。
此现象能够发生于CCD传感器中，因为电子从栅极转移至栅极并且是某些栅极上的电压的增大使得电子能够被大大加速，以引起此倍增。
然而，在有源像素传感器中，该有源像素传感器在每个像素内包括电荷-电压转换电路(数个晶体管)，因为在每个累积时段之后立刻对电子群(electronpacket)进行电压转换，所以倍增不可能。电子未从栅极转移至栅极。然而，已经提出了在像素内的光电二极管和电荷存储节点之间使用多个栅极倍增级的有源像素传感器。然而，特别是由于倍增栅极中的电荷转移的差的质量，此级生成损耗，这些栅极相互覆盖的情况除外，但是这需要使用具有至少两个栅极电平的成本更高的技术。
发明内容
本发明提出了一种图像传感器，该图像传感器使用有源像素并且仍然容许电子倍增，用于甚至在非常低的光水平提供满意的图像的目的。此传感器不使用两个栅极电平。
传感器形成于半导体基底中，每个像素在半导体有源层的表面处包括：光电二极管区域；电荷存储节点；用于读取存储在所述存储节点中的电荷的读取晶体管；用于重置所述存储节点的电位的重置晶体管；以及用于对于光在所述光电二极管中生成的电荷，在电荷累积时间之后将电荷从所述光电二极管转移至所述存储节点的转移结构，其特征在于，所述转移结构包括：与所述光电二极管相邻的第一转移栅极；与所述存储节点相邻的第二转移栅极；以及位于所述第一转移栅极和所述第二转移栅极之间的放大结构，并且放大结构包括：两个分开的加速栅极；位于所述两个加速栅极之间且处于固定表面电位的中间二极管区域；用于首先向所述第一转移栅极施加第一转移脉冲，以将电荷从所述转移栅极转移至至少一个第一加速栅极的构件；用于然后给所述加速栅极施加一连串的交替的高和低电位，以连续地将电荷通过所述中间二极管区域从一个加速栅极转移至另一加速栅极的构件；以及用于然后给所述第二转移栅极(TR2)施加第二转移脉冲，以将电荷从所述加速栅极转移至所述存储节点的第二转移脉冲的构件。
中间二极管区域优选地是所谓的“钉扎”二极管，即相对于参考电位具有固定表面电位的二极管。通过将二极管的上部放置为与处于基底的电位的半导体区域直接接触来获得固定表面电位。交替的相反电位于是栅极电位(高电位和低电位)，使得栅极以下的电位在在比所述固定表面电位低的电平与高的电平之间交替。
遍及以下，将考虑光生成的并存储的待由像素测量的电荷是电子，并且因此较高电位产生能够采集电荷的势阱，而较低电位产生防止电荷转移的势垒。将可以设想存储的电荷是空穴而不是电子。原理将相同，但是必须反转电位和半导体区域的导电类型。将仅在电子存储的背景中描述本发明。
半导体基底包括保持在所述参考电位的P-型半导体有源层。中间二极管包括在所述层中的N型扩散区域，并且此区域由连接至所述有源层的电位的P型表面区域覆盖。优选地，光电二极管也是由N型扩散部形成的钉扎光电二极管，该N型扩散部被抬高至有源层的电位的P型区域(掺杂水平不必与中间二极管和光电二极管的相同)覆盖。转移栅极和加速栅极是通过薄绝缘层与P型有源层绝缘的栅极。中间二极管区域可以由绝缘层覆盖。
优选地，第一转移栅极由尽可能短的距离与第一加速栅极分开，在任何情况下，比两个加速栅极之间的距离短。同样，第二转移栅极由尽可能短的距离与第二加速栅极分开，该距离比两个加速栅极之间的距离短。
传感器可以操作在非放大模式中，或放大模式中，或者在混合模式中，混合模式容许关于非常低的照明水平和非常高的照明水平实现非常大的动态范围。
在非放大模式中，没有一连串多个交替的高和低电位施加至加速栅极。第一转移脉冲将电荷从光电二极管转移至加速栅极，并且第二转移脉冲将电荷从加速栅极转移至存储节点。
在放大模式中，一连串交替的相反电位在第一和第二转移脉冲之间施加至栅极。
在混合模式中，对于要通过加速栅极上的一连串交替的电位经历放大的每隔一个图像帧提供第一放大因子，并对经历放大的其余帧提供第二放大因子(或不经历任何放大：因子等于1)是可能的。用于每个像素的随后的图像处理将根据图像或像素照明标准使用来自一个或其它帧的测量。
替代地，也可以提供用于在混合模式中操作的另一方案：通过在同一帧的过程中将累积时间分成两部分，在同一帧的过程中执行具有两个倍增因子的测量，第一测量从第一累积时间得到，且第二测量从第二累积时间得到。传感器于是包括用于执行以下操作组的构件：
-在第一累积时间结束时从光电二极管至放大结构的第一电子转移；放大结构中以第一倍增因子的倍增；存储节点的电位的重置以及在读取电路中此电位的随后的采样；在以第一倍增因子倍增之后，从放大结构至存储节点的第一电子转移；以及在此转移之后，存储节点的电位的采样；
-在从放大结构至存储节点的第一转移之后，在第二累积时间结束时从光电二极管至放大结构的第二电子转移；以第二因子的倍增；从放大结构至存储节点的第二电荷转移；以及存储节点的电位的采样；以及
-在至存储节点的电子转移之后取得的样本与在存储节点的重置与此转移之间取得的样本之间的至少一个差的模-数转换。
两个累积时间优选地不同，较短的时间优选地对应于较小的倍增因子。
在一个实施例中，规定给定像素行(或替代地给定列)的第一加速栅极均连接到一起，并且给定列(或替代地给定行)的第二加速栅极均连接到一起。栅极的行和列是可寻址的，使得通过选择对应于传感器的感兴趣的区域的行和列，在此感兴趣的区域中交替栅极电位来执行放大是可能的。不属于该行和该列的像素不经历电子放大，因为它们不在它们的两个加速栅极上经历交替的相反电位，然而栅极之一确实经历交替电位。
附图说明
在阅读参照附图给出的以下详细描述时，本发明的其它特点和优点将变得明显，其中：
图1以竖直横截面示出了有源像素图像传感器的像素的总体结构；
图2以竖直横截面示出了根据本发明的更改的像素的结构；
图3示出了像素的顶视图；
图4示出了在各种操作步骤期间半导体中的电位的图示；
图5示出了用于传感器以低亮度水平操作的时序图；以及
图6示出了用于传感器以低亮度水平和高亮度水平操作的时序图。
具体实施方式
图1示出了CMOS技术中的常规有源像素的主元件。像素形成在基底10中，基底10优选地包括P-型轻掺杂半导体有源层12(符号P-用于指示此轻掺杂)，该P-型轻掺杂半导体有源层12形成在更重掺杂层(P+)的表面上。通过隔离阻挡层(insolatingbarrier)13使像素与相邻像素隔离，隔离阻挡层完全围绕像素。此阻挡层可以是P型井以上的表面隔离沟槽。
像素包括光电二极管区域PHD，光电二极管区域PHD的周界遵循植入有源层12的深度的部分中的N型半导体区域的轮廓。此植入区域顶上有P+型表面区域16，P+型表面区域16保持在零参考电位。光电二极管被称为“钉扎的”(P+表面区域的表面电位固定)。零参考电位是施加至P-有源层的电位。在最简单的情况下，这是位于有源层以下的P+型基底的电位，并且该P+型基底将其自己的电位施加至有源层。例如通过区域16接触再结合基底10的P+型深扩散区15的事实，将表面区域16保持在此零电位。也能够在此扩散区15上设置电接触部，以通过此接触部施加零电位至区域16。
电荷存储节点或电荷存储区域18远离光电二极管区域PHD设置，并且电荷存储节点18通过用于容许或防止存储在光电二极管中的电荷转移至存储节点的绝缘栅极TR与光电二极管区域PHD分开。
电荷存储节点18是有源层12中的N型扩散区。接触部形成在存储节点上，使得将此区域的电位施加给跟随器晶体管(未描绘)的栅极上，以便将包含在存储节点中的电荷量转换为电压电平。
称作重置栅极的另一栅极RS用于将电荷从存储节点倒空到排放漏极20中，排放漏极20是连接至正重置(reset)电位Vref的N+型区域。
为简化问题，附图未示出常规地可以存在于像素中的元件，特别是用于复制存储节点18的电位的跟随器晶体管以及在数个像素行的矩阵的情况下，使得跟随器晶体管的源极连接至矩阵的列导体的行选择晶体管。这些元件在任何情况下位于围绕光电二极管的隔离区域13外部。图1中的横截面中也未示出用于重置光电二极管PHD的电位的栅极。此栅极用于在累积持续时段开始时将光电二极管的电荷排放到漏极(未描绘)中。
像素通常如下操作：在累积时间T上对光电二极管区域PHD的照明生成电荷(在当前情况下为电子，但是如果反转所有的导电类型和施加的电位差的符号，则这些电荷能够是空穴)。这些电荷存储在光电二极管的N区域中。在时间T结束前，通过重置栅极RS将存储节点的电位重置为Vref。在时间T结束时，转移脉冲施加至栅极TR且存储在光电二极管中的电荷排放到存储节点中。存储节点的电位传输至跟随器晶体管(未示出)，同时开始新的累积时段。
根据本发明，具有两个加速栅极的电子倍增结构可以并入到转移结构中，使得电荷能够从光电二极管转移至存储节点18。
在图2的横截面中和在图3中从上方示出了得到的像素结构。
首先，转移栅极现在分裂为两个转移栅极，即上游转移栅极TR1和下游转移栅极TR2。
其次，放置在转移栅极TR1和TR2之间的是放大结构AMP，该放大结构包括由间隙分开的两个加速栅极GA和GB。此间隙被中间二极管区域DI占据，此区域构成钉扎二极管，如光电二极管。如光电二极管，其因此包括有源层12中的N型扩散区域34，此区域由P+型表面区域36覆盖。通过例如此区域36接触与基底再结合的P+型深区域38的事实，此区域36保持在零参考电位，此接触在图2中不可见，深区域38类似于接触光电二极管的区域16的区域15。
加速栅极GA是绝缘栅极，如转移栅极。其通过不必掺杂的窄间隙(取决于使用的技术，尽可能窄)与第一上游第一转移栅极TR1分开，即其可以由层12直接形成。同样，加速栅极GB通过尽可能窄的间隙与第二转移栅极TR2分开。
优选地通过图中未示出的吸收或反射不透明层将转移结构(栅极TR1和TR2，栅极GA和GB以及中间二极管区域)从光遮蔽。
设置电位切换构件，用于根据讨论的转移或放大阶段，直接向加速栅极GA和GB施加高或低电位。未示出这些切换构件，因为它们未位于像素中。
图4示出了有源层12中的电位的图示，这些解释传感器的操作原理。穿过传感器的横截面已转移到了图的顶部，以示出通过线4A至4F示意性地示出的各步骤期间阱和势垒所处的地方。电位常规地描绘为向下增大。
线4A示出了在电荷从光电二极管PHD转移至放大结构的时候，电荷累积步骤结束时的电位。通过降低此栅极以下的势垒，由栅极TR1控制此转移。电荷排放到栅极GA以下，栅极GA在此时候抬高到高电位。栅极GB处于低电位，但是也能够处于高电位。中间二极管D1处于通过将区域36保持在有源层12的参考电位而设定的内建电位，参考电位于此为基底10的电位。中间二极管的内建电位可以与光电二极管的内建电位稍微不同。
在此第一转移之后，发生电荷放大阶段。此阶段包括由线4B至4F指示的多个(数十、百或甚至千)交替的电位。限定于栅极GA以下的电荷首先朝向栅极GB切换(步骤4B和4C)，然后再次朝向栅极GA(步骤4D和4E)。切换随建立高电场的电位发生。在电荷载流子加速影响下，在每次切换生成电子-空穴对，并且因此附加电子。切换期间的增益非常低，但是被乘以切换的数量。一系列步骤4B至4E重复N次，以获得期望的最终放大因子。当然，数量N取决于施加至栅极GA和GB的电位，因为电场取决于这些电位，并且在电场施加步骤期间每个碰撞产生的电子的数量取决于作用于渡越电子上的电场。
更精确地，
-在步骤4B中，栅极GB以下的势垒降低，并且在此栅极以下产生势阱，GA保持在高电位；
-在步骤4C中，栅极GA的电位降低，由此将电荷从栅极GA切换至栅极GB；
-在步骤4D中，在栅极GA以下产生势阱；以及
-在步骤4E中，栅极GB的电位降低，电荷从栅极GB排放至栅极GA。
栅极GA和GB因此经历交替的相反电场，一个栅极的电位在此栅极以下产生比中间二极管DI的内建电位高的势垒，而另一栅极以下的电位在此栅极以下产生比中间二极管的内建电位深的势阱。
在N系列交替之后，处理在步骤4C停止，并且电荷从转移栅极以下转移至存储节点18。
步骤4F描绘此最后转移：栅极GA的电位降低(而栅极GB的电位保持高)，并且转移栅极TR2的电位增高(而栅极TR1的电位低并且保持为低)。当通过降低转移栅极TR2的电位而关断转移栅极TR2时，存在于栅极GB以下的电荷排放到存储节点中并且在此节点中聚集。
中间二极管DI的宽度，即加速栅极之间的距离，足够大以使半导体中的电位至少在二极管的中心保持固定。如果间隙太窄，则电位将经历相邻栅极的影响。
中间二极管区域决不用于存储电荷，与位于加速栅极以下的区域不同。中间二极管区域为用于从栅极GA以下的区域移动至栅极GB以下的区域的电荷的渡越区域。
P+区域36可以由薄的绝缘层覆盖。从一个栅极加速到另一个栅极的电子不会使此绝缘层退化，因为渡越发生在区域36以下的体积内，而不是在表面上。
现在将描述此图像传感器结构的各种可能的操作模式。
通常，像素形成行和列形式的像素矩阵的部分，任一行的像素由行导体寻址并且任一列的像素的输出连接至列导体。双采样读取电路放置在列的底部，并且用于对在选择像素行时出现在列导体上的电位进行采样。出现在列导体上的电位对应于存储节点的电位，其可以是重置电位或对应于所选像素的照明的有用信号电位。读取电路对重置电位和有用电位进行采样并将它们存储在存储器中。确定它们之间的差并且将差转换为数字信号。
图5中的时序图示出了传感器以低光水平操作的一个操作模式，该低光水平例如用于晚上时间观看。
图5中示出了两个连续的帧FR1和FR2。
信号GR描绘帧开始时光电二极管的电位的重置，其通常用于所有像素，通过例如打开上述光电二极管的重置栅极来执行该重置。
信号RS描绘用于重置存储节点的电位的脉冲。在读取的时候，对每一行连续地传输此信号。
在列的底部的采样信号由SHR(采样存储节点重置电平)和SHS(由放大结构放大的电荷已经排放到此节点中之后，存储节点有用电平的采样)指明。在读取操作期间，逐行连续地传输这些信号。
线TR1和TR2描绘分别施加至栅极TR1和TR2的脉冲。信号TR1通常应用于所有像素，而信号TR2逐行传输。
线GA和GB示出了多个交替的高和低电位施加至放大结构的栅极GA和GB期间的时段。这些电位施加至矩阵的期望放大的所有那些像素(例如，矩阵的所有像素或感兴趣的区域的所有像素)。
用于帧FR1的步骤的序列如下：
-通过信号GR重置光电二极管，此重置步骤的结束构成用于所有像素的累积时段的开始；信号GR的结束确定电荷累积时间Ti1的开始；在考虑周期性帧的总(恒定)时段首先包括由累积时间Ti1跟随的一般重置时间时，信号GR越长，则累积时间越短；
-光电二极管中的电荷累积；以及
-对所有像素打开第一转移栅极TR1，在累积时间Ti1结束时，倒空来自光电二极管的在放大结构的栅极GA以下的电荷，打开栅极TR1的结束确定时间Ti1的结束。
这之后，下一帧FR2的电荷累积开始，但是通过在栅极GA和GB上施加交替的电位来在放大结构中进行放大，源自第一帧的信号的处理继续；交替的数量选择为使得使电子的数量被以第一倍增因子k1倍增。
接下来，逐行连续地执行以下操作(描绘了行Ln，同时提到了接下来的行Ln+1)：
-重置存储节点18的电位(信号RS)；
-通过放置在列底部的采样电路来对存储节点的重置电位电平进行采样(讨论中的行的信号SHR)；
-对于讨论中的行，电荷经由第二转移栅极TR2从栅极GB转移至存储节点；
-通过列的底部的采样电路对讨论中的行的像素的存储节点的电位进行采样(讨论中的行的信号SHS)；以及
-两个样本之间的差的模-数转换。
在第二帧FR2的电荷累积发生时，对每一行重复四个连续信号RS、SHR、TR2和SHS以及模-数转换。
执行的测量是借助于真实相关双采样的测量，真实相关双采样是如下意义上的：转换的值是在正好在存储节点重置之后取得的电位样本与在电荷已经从放大结构排放到存储节点中之后取得的随后电位样本之间的差。
当以低照明水平观看时，将施加大数量N的交替电位。当以适度的亮度水平观看时，将施加较低数量。当以高亮度水平观看时，将不向栅极GA和GB施加交替的相反电位。
对于高度对比的图像(相同图像中非常轻微照明的像素和高度照明的像素)，两个不同的倍增因子k1和k2可以用于两个不同的连续帧FR1和FR2中，并且给每个像素选择给予最合适测量的帧。因此，为获得完整的图像，必须存在两帧。两帧中的累积时间也可以不同：奇数帧中的时间Ti1和偶数帧中的时间Ti2。优选地，较短的时间，例如Ti1，对应于具有较低放大因子的帧，较低放大因子例如为k1。
用于以较低因子测量的像素的由模-数转换器建立的数值必须被乘以比率k2/k1，以便以相同比例引用在不同条件下进行的测量，k2/k1即较高因子与较低因子的比率。以较短累积时间(例如Ti1)测量的值也必须被乘以比率Ti2/Ti1。
使用具有两个不同放大因子的两帧的一个缺点是，无论使用相同累积时间还是不同累积时间，需要两帧来形成单个图像，由此降低了图像传送速率的事实。
在用于快速动态的另一操作模式中，仅使用一帧，利用分成两个部分的累积时间：每个部分涉及多个电子的电子累积和放大，放大因子在两个部分中不同。两个部分的累积时间可以相同或不同。优选地对第一累积时间使用较低的放大因子和较短的时间。
如由图6示例的(指示了单个帧FR，因为仅一帧用于采集完整的图像，仅示出对应于像素行的信号以不使图混乱)，用于每一行的利用两个累积时间的操作如下：
-对于讨论中的行，由信号GR重置光电二极管，以对此行开始累积时段；
-光电二极管中的电荷累积；
-打开第一转移栅极TR1，在第一累积时间Ti1结束时，将电荷从光电二极管倒空到放大结构中，第一累积时间Ti1优选地为短的时间，即比帧的总累积时间的一半短或短得多的时间，一旦栅极关闭，光电二极管重新开始电荷累积；
-利用第一低的放大因子k1或为1的因子(无放大)进行第一放大；
-通过信号RS进行存储节点电位的重置；
-短暂打开第二转移栅极TR2，以将以因子k1放大的电荷转移至存储节点并重新关闭此栅极；
-打开第一转移栅极TR1，定义第二累积时间Ti2的结束，时间Ti1和Ti2的和构成帧的总累积时间，对应于第二时间的电荷进入放大结构并且被以第二放大因子k2放大；
-在第二放大结束时，且在放大的电荷经由栅极TR2转移至存储节点之前，按以下顺序执行以下步骤：通过信号shs1在读取电路中对以因子k1放大的在此时候对应于第一累积的存储节点电平进行第一采样；然后重置存储节点(RS)；以及然后，在读取电路中对重置电平(shr)进行第二采样；以及
-最后，打开第二转移栅极TR2，并且因此在第二累积时间期间，将电荷转移至存储节点，该电荷被按第二放大因子放大；最后，对存储节点电平进行第三采样shs2，但是此采样是条件的而非系统的，如果第三采样发生，则其替换第一采样。
如果在第一累积时间之后或第二累积时间之后像素测量的照明超过阈值，该域值示出存在使测量链饱和的风险，则不执行第三采样。
如果不执行第三采样，则数字化第一样本和第二样本之间的差。这等于保留仅第一累积的结果。
否则，如果执行第三采样(无饱和风险)，则第三样本替代第一样本。然后数字化第三和第二样本之间的差，这等于仅测量第二时段期间累积的结果。此差是真实相关双采样测量，与首先两个样本之间的差的数字化不同。
在第一情况下获得的数值(无第三采样)被乘以一因子，即比率(k2×Ti2)/(k1×Ti1)，以便能够以与第二情况(第三采样)中相同的比例对其进行引用。
为执行条件第三采样，可以在第二测量结束时，在正好在进行条件第三采样的时候之前的时间tcomp，测试存储节点电位电平，或者可以在第一测量结束时测试存储节点电位电平。
读取电路包括用于此目的的测试电路，其作用是容许或防止生成信号shs2。此电路也存储测试的结果，该结果用于决定差分测量的结果是否必须被乘以倍增因子(k2×Ti2)/(k1×Ti1)。
图6中示出的用于行的所有信号必须被以相同方式重复，但是对下一行移动时间ΔT，等等(所谓的“滚动快门(rollingshutter)”操作)。时间ΔT是取得三个样本并执行样本差的模-数转换所需的时间。
应当注意，栅极GA和GB用以进行放大的放大时间必须限制于累积时段的持续时间与读取所有行所需的时间之间的差，因为后者是连续地读取的。例如，如果累积时间为15毫秒并且读取所需的时间为约5毫秒(例如对于1024行，每行5微妙)，则放大时间必须限制于10毫秒。
在读取电路中执行条件采样测试。在一个范例中，阈值比较器将正好在经由栅极TR2的第二转移之后的存储节点电位电平(存在于列导体上)进行比较，并容许或阻止第三采样。在另一范例中，当第一累积时间Ti1为较短时间时特别适用的是，模-数转换器为斜坡型转换器，其对第一采样的结果实施迅速的临时转换；取决于此迅速临时转换的结果，容许或不容许条件采样，并且在所有情况下，转换器重新开始决定性(definitive)转换。临时转换可以在于观察转换器的输入比较器的输出。比较器在其两个输入端接收有用信号和重置电平样本。预定义持续时间的短线性电压斜坡施加于有用信号输入端并增加至有用信号。无论何时比较器的输入端之间的差分电压变为零，比较器都切换。如果照明低，则比较器在斜坡结束之前切换，但是如果照明高，则不切换。
如果在读取电路中使用三个采样电容器而不是两个，则可以执行系统(非条件的)采样shs2。重置电平、对应于具有第一因子的第一累积时间的测量电平、以及对应于第二时间的测量电平分别存储在三个电容器中。于是执行第二和第一电容器中的电压之间的差的模/数转换，否则执行第三和第二电容器中的电压之间的差的转换。只要对于每行执行按以下顺序的操作，则转换的值于是可以是从真实相关双采样得到的值：
-重置存储节点电平；
-在第一电容器中采样此电平；
-将第一累积的结果(被通过放大结构放大)转移至存储节点，并且然后在第二累积时间Ti2结束时，从光电二极管转移至放大结构；
-在第二电容器中采样存储节点电平；
-将第二放大的累积的结果转移至存储节点，而不预先重置后者；以及
-在第三电容器中采样该电平。
在此操作模式中，以与先前相同的方式，存在用于选择必须执行的转换的照明水平条件。条件与先前的相同，其不是对采样shs2的授权起作用，而是对将用于转换的样本(第一或第三)的选择起作用。
最后，在一个实施例中，规定给定行的像素的栅极由行导体控制并且给定列的像素的栅极GB由列导体控制。仅在栅极GA和GB接收周期性交替电位时，借助于交替电位的放大才发生。可以设置用于选择仅一些像素行的构件来将交替电位施加至它们的栅极GA，并设置用于选择仅一些像素列的构件来将另外的交替电位施加至它们的栅极GB，两个交替组合产生相反符号的交替电场。在此情况下，仅在这些行和列的交点处的像素将经历借助于这些像素中的电子倍增的放大。因此，选择图像中的感兴趣的区域来给所述区域施加借助于电子倍增的放大而不将其施加至其它区域是可能的，该选择的区域特别是暗区域。
由感兴趣的区域的此选择提供的可能性可以与由针对同一图像获取的两个不同倍增因子的选择提供的可能性组合，这两个因子能够施加于相同的感兴趣的区域中。
Claims (5)
1.一种形成于半导体基底(10)中的有源像素图像传感器，每个像素在半导体有源层(12)的表面处包括：光电二极管区域(PHD)；电荷存储节点(18)；用于读取存储在所述存储节点中的电荷的读取晶体管；用于重置所述存储节点的电位的重置晶体管；以及转移结构，用于对于光在所述光电二极管中生成的电荷，在电荷累积时间之后将电荷从所述光电二极管转移至所述存储节点，其特征在于，所述转移结构包括：
与所述光电二极管相邻的第一转移栅极(TR1)；
与所述存储节点相邻的第二转移栅极(TR2)；以及
放大结构(AMP)，位于所述第一转移栅极和所述第二转移栅极之间，并包括：
两个分开的加速栅极；
位于所述两个加速栅极之间且处于固定表面电位的中间二极管区域(DI)；
用于首先向所述第一转移栅极(TR1)施加第一转移脉冲，以将电荷从所述转移栅极转移至至少一个第一加速栅极(GA)的构件；
用于然后给所述加速栅极施加一连串交替的高和低电位，以连续地将电荷通过所述中间二极管区域从一个加速栅极转移至另一加速栅极的构件；以及
用于然后给所述第二转移栅极(TR2)施加第二转移脉冲，以将电荷从所述加速栅极转移至所述存储节点的构件。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述中间二极管区域是相对于参考电位具有固定表面电位的钉扎二极管，并且其特征在于，交替的相反电位是高电位和低电位，使得栅极以下的电位在比所述固定表面电位低的电平与高的电平之间交替。
3.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述半导体基底包括保持在所述参考电位的所述半导体有源层，所述半导体有源层为P型半导体有源层，并且所述中间二极管包括在所述半导体有源层中的N型扩散区域，此区域由连接至所述半导体有源层的电位的P型表面区域覆盖。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的传感器，其特征在于，其包括用于在偶数帧和奇数帧期间施加不同的放大因子的构件。
5.根据权利要求1至3中的一项所述的传感器，其特征在于，其包括：用于在相同帧的过程中连续地在第一累积时间执行测量和在第二累积时间执行测量的构件；以及用于在所述第一累积时间上执行的累积放大之后或在所述第二累积时间上执行的累积放大之后，根据所述存储节点上的电位电平来选择所述两个测量之一的构件。
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