CN116965009A - 图像传感器和实现图像传感器的工艺 - Google Patents

Abstract

一种图像传感器，包括：像素阵列，该像素阵列包括像素阵列电路系统；以及读取路径，该读取路径包括读取路径电路系统。图像传感器包括电容性元件和电容性使能电路、温度传感器、多种像素类型、和/或可选择的像素特性中的一个或多个。

Description

图像传感器和实现图像传感器的工艺

申请的交叉引用

本申请要求2021年1月27日提交的美国临时申请No.63/142,013的权益，该临时申请出于所有目的通过引用其整体并入本文，如同在本文中充分阐述的一样。

技术领域

本公开涉及一种图像传感器。本公开还涉及实现图像传感器的工艺。

背景技术

常规的图像传感器功能有限，导致性能达不到最佳。例如，常规的图像传感器和X射线传感器在每个像素中具有一个或多个可用的附加电容性元件。全局控制通常允许这些电容器中的一个或多个连接到对应的光电二极管电荷收集节点，以便提供附加的电荷收集容量，从而降低像素的转换增益。这增加了最大电荷收集容量，也称为图像传感器中所有像素的满阱容量，但较低的转换增益意味着小信号水平可能低于传感器的噪点本底。

更高的最大满阱容量与低噪点性能之间的权衡并不总是希望的。在许多情况下，希望两者兼有，从而提供更宽的动态范围，该更宽的动态范围被定义为最大满阱容量与噪点本底的比率。如果图像传感器被配置用于高满阱容量，则图像的暗区域可能会被噪点遮盖。

另一方面，一些传感器多次读取每个像素，每像素电容和/或像素增益在不同的积分时间读取一次。这会在高电容/低增益期间浪费图像暗区域中的光子，其中图像亮度低于噪点本底。

附加地，图像传感器可用于经由高能光子沉积在图像传感器的硅中的能量来检测高能光子。这使得图像传感器对于剂量测定是有用的。例如，在医用线性加速器(LINAC)头部中实现的图像传感器。然而，穿过空气和其他材料的高能光子也会生成电子，该电子也会在图像传感器中生成信号。这会干扰由光子生成的信号，使得光子数量的测量变得不确定。

因此，需要一种具有改善的感测能力和/或增加的感测性能的图像传感器来解决本文指出的问题。

发明内容

一个方面包括一种图像传感器，其包括：像素阵列，其包括像素阵列电路系统；读取路径，其包括读取路径电路系统；电容性元件和电容性使能电路，该电容性使能电路被配置成使电容性元件能够改变提供给像素阵列的像素的电容，其中，像素阵列被配置成在像素阵列的不同像素和/或不同区域中选择性地实现电容性元件和电容性元件使能电路。

一个方面包括一种图像传感器，其包括：像素阵列，其包括像素阵列电路系统；读取路径，其包括读取路径电路系统；和温度传感器。

一个方面包括一种图像传感器，其包括：像素阵列，其包括像素阵列电路系统；和读取路径，其包括读取路径电路系统，其中，像素阵列包括多个像素类型，该多个像素类型包括以下像素类型中的至少一个：对电子具有更高灵敏度的像素类型、实现电屏蔽的像素类型、实现具有电子和光子灵敏度的不同比率的像素类型、和/或对电子具有降低灵敏度的像素类型。

一个方面包括一种图像传感器，其包括：像素阵列，其包括像素阵列电路系统；读取路径，其包括读取路径电路系统；并且其中像素阵列包括多个可选择的像素特性。

一个方面包括一种图像传感器，其包括：像素阵列，其包括像素阵列电路系统；读取路径，其包括读取路径电路系统；模数转换器(ADC)，其包括模数转换器(ADC)电路系统；以及电容性元件和一个或多个电容性使能电路，该一个或多个电容性使能电路被配置成使电容性元件中的一个或多个能够改变提供给像素阵列的像素选择的电容。

一个方面包括一种图像传感器，其包括：像素阵列，其包括像素阵列电路系统；读取路径，其包括读取路径电路系统；模数转换器(ADC)，其包括模数转换器(ADC)电路系统；以及一个或多个温度传感器。

一个方面包括一种图像传感器，其包括：像素阵列，其包括像素阵列电路系统；读取路径，其包括读取路径电路系统；模数转换器(ADC)，其包括模数转换器(ADC)电路系统，其中，像素阵列包括多个可选择的像素类型，该多个可选择的像素类型包括以下像素类型中的至少一个：对电子具有更高灵敏度的像素类型、实现电屏蔽的像素类型、实现对电子具有相似灵敏度并且对光子具有不同灵敏度的像素类型、和/或对电子具有降低灵敏度的像素类型。

一个方面包括一种图像传感器，其包括：像素阵列，其包括像素阵列电路系统；读取路径，其包括读取路径电路系统；模数转换器(ADC)，其包括模数转换器(ADC)电路系统，其中像素阵列包括多个可选择的像素特性。

一个方面包括一种图像传感器，其包括：像素阵列，其包括像素阵列电路系统；读取路径，其包括读取路径电路系统；以及电容性元件和电容性使能电路，该电容性使能电路被配置成使电容性元件能够改变提供给像素阵列的像素的电容，其中，像素阵列被配置成在像素阵列的不同像素和/或不同区域中选择性地实现电容性元件和电容性元件使能电路。

一个方面包括一种图像传感器，其包括：像素阵列，其包括像素阵列电路系统；读取路径，其包括读取路径电路系统；和温度传感器。

一个方面包括一种图像传感器，其包括：像素阵列，其包括像素阵列电路系统；读取路径，其包括读取路径电路系统；并且其中，像素阵列包括多个可选择的像素类型，该多个可选择的像素类型包括以下像素类型中的至少一个：对电子具有更高灵敏度的像素类型、实现电屏蔽的像素类型、实现对电子具有相似灵敏度并且对光子具有不同灵敏度的像素类型、和/或对电子具有降低灵敏度的像素类型。

一个方面包括一种图像传感器，其包括：像素阵列，其包括像素阵列电路系统；读取路径，其包括读取路径电路系统；并且其中像素阵列包括多个可选择的像素特性。

就此而言，通常能够预测场景内容。例如，胸部X射线需要跨胸部(其中许多X射线被胸部吸收)具有良好的低噪点性能，但是需要图像边缘周围(其中存在很少或没有胸部材料)的高满阱容量，并且因此需要更高的X射线剂量。其他时候，能够经由初始图像采集来测量场景内容，然后可以配置每个区中的传感器特性以优化成像。如果场景内容未知，则能够跨传感器利用适当的电容混合，使得如果一个像素饱和，则另一个附近像素将提供相关信息。例如，如果场景内容未知，则能够跨传感器配置电容的适当混合(其利用实现高和/或低电容的棋盘、具有不同电容的任意区的实施方式、实现高和/或低电容的交替列和/或类似物)，使得如果一个像素饱和，则另一个附近像素将提供相关信息。

在本公开的各方面中，图像传感器可以将电容器实现为在传感器和/或类似物中的不同像素、不同区域中具有不同的电容。在本公开的各方面中，图像传感器可以将像素实现为具有永久连接的不同值的固定电容器，而不是可由用户和/或系统配置的电容器。

在本公开的各方面中，图像传感器可以实现多种可选择的像素类型或特性，而不是限于像素电容差异。例如，图像传感器可以实现不同的放大级别；图像传感器可以实现不同的带宽，这可以是像素对不同能量的X射线的响应的差异；图像传感器可以被配置成对X射线相互作用或多或少敏感；图像传感器可以被配置成主要对温度敏感而不是主要对光敏感，这在各方面可以仅是可以被配置成主要对温度敏感而不是主要对光敏感的图像传感器的一部分；图像传感器可以被配置成对某些X射线能量的X射线相互作用具有与其他像素不同的灵敏度；图像传感器可以被配置成对电子具有相似灵敏度而对光子具有不同灵敏度；图像传感器可以被配置成对由像素吸收的电子、质子和/或其他粒子具有不同的响应；图像传感器可以被配置成具有不同的敏感区域；和/或图像传感器可以被配置成对不同范围的光子或光波长具有灵敏度和/或对该范围内的波长具有不同的灵敏度。

在本公开的各方面中，图像传感器可以被配置成使用与所指出的方面中的一个或多个相关的信息来生成具有比跨传感器的单个像素特性捕获的图像中可能的信息内容更多的信息内容的图像。例如，可以通过将来自具有不同特性的多个像素(诸如具有不同电容或增益水平的两个相邻像素)的信息组合到每个所得的图像像素中来生成高动态范围图像。

作为另一示例，图像传感器可以被配置成使得可以通过比较附近像素来生成图像，该附近像素对X射线相互作用具有不同响应但对已吸收的电子具有相似响应，以便在不受由X射线在源与传感器之间生成的任何电子影响的情况下来测量X射线通量。

作为另一示例，图像传感器可以被配置有可以在一个或多个图像帧上选择的嵌入式温度传感器，以便获得关于如何校正图像数据的其余部分的附加信息。选择可以包括一个图像帧、多个图像帧、每个图像帧和/或类似物。

作为另一示例，图像传感器可以被配置为使得通过比较附近像素(其对x射线相互作用具有不同响应)来生成图像，以便估计和校正图像已经受到x射线相互作用影响的量。应当注意，“图像”不必是可见光图像，并且图像可以指由传感器收集的信息的阵列。

在本公开的各方面中，由于跨传感器的多个不同像素电容的组合，图像传感器可以被配置用于更高的动态范围以及同时的低噪点性能。在这方面，通常两者相互排斥，例如CMOS传感器。

在本公开的各方面中，可以改变像素结构，使得一些像素对光子具有不同响应，但对电子具有相似响应。

在各方面中，原始像素(具有更高灵敏度)然后能够具有在像素结构的一部分中添加的适当的电屏蔽，诸如金属屏蔽或电偏置轨道以吸引或排斥电子，这将降低或增加原始像素对电子的灵敏度，使得不同类型的像素对光子的响应与它们在一种或多种目标光子能量处对电子的响应相比可以具有不同的比率。

通过考虑以下详细描述、附图和权利要求，可以阐述本公开的附加特征、优点和各方面或使本公开的附加特征、优点和各方面显而易见。此外，应当理解的是，本公开的前述概述和以下详细描述都是示例性的，并且旨在提供进一步的解释而不限制所要求保护的本公开的范围。

附图说明

被包括以提供对本公开的进一步理解的附图被并入本说明书中并构成本说明书的一部分，示出了本公开的各方面并且与详细描述一起用于解释本公开的原理。没有尝试比基本理解本公开及其可实施的各种方式所需的更详细地示出本公开的结构细节。在附图中：

图1示出了根据本公开的图像传感器的框图。

图2示出了根据本公开的各方面的图像传感器的像素阵列的像素的示例性实施方式。

图3示出了根据本公开的各方面的温度传感器和相关电路系统。

具体实施方式

参考在附图中描述和/或示出并且在以下描述中详述的非限制性各方面和示例，更全面地解释了本公开的各方面和各种特征以及有利细节。应当注意的是，附图中所示的特征不一定按比例绘制，并且如本领域技术人员将认识到的，一个方面的特征可以与其他方面一起采用，即使本文没有明确说明。可以省略对公知组件和处理技术的描述，以免不必要地使本公开的各方面变得模糊。本文使用的示例仅旨在促进对可以实践本公开的方式的理解并且进一步使得本领域技术人员能够实践本公开的各方面。因此，本文的示例和各方面不应被解释为限制本公开的范围，本公开的范围仅由所附权利要求和适用法律限定。此外，应当注意，贯穿附图的多个视图以及所公开的不同实施例中，类似的附图标记表示相似的部件。

应当理解，虽然本文可以使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件。例如，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件，而不脱离本公开的范围。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关列出项中的一个或多个的任何和所有组合。

应当理解，当诸如层、区或基板的元件被称为在另一元件“上”或延伸到另一元件“上”时，其能够直接在另一元件上或直接延伸到另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在”另一个元件“上”或“直接延伸到”另一个元件上时，不存在中间元件。同样地，应当理解，当诸如层、区或基板的元件被称为在另一元件“之上”或在另一元件“之上延伸”时，其能够直接在另一元件之上或直接在另一元件之上延伸，或者也可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在”另一元件“上方”或“直接在”另一元件上方延伸时，不存在中间元件。还应当理解，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，它能够直接连接或耦合到另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一个元件时，不存在中间元件。

相对术语诸如“下方”或“上方”或“上部”或“下部”或“水平”或“垂直”可以在本文中用于描述一个元件、层或区与如图所示的另一元件、层或区的关系。应当理解，这些术语和上面讨论的那些术语旨在涵盖除了图中描绘的定向之外的器件的不同定向。

本文使用的术语仅是为了描述特定方面的目的并且不旨在限制本公开。如本文所用，单数形式“一(a/an)”和“该(the)”也旨在包括复数形式，除非上下文清楚地另有说明。还应当理解，本文使用的术语“包括(comprise)”、“包括有(comprising)”、“包含(include)”和/或“包含有(including)”指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组的存在或添加。

除非另有定义，本文中使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。还应当理解，本文所使用的术语应当被解释为具有与它们在本说明书和相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且不会被解释为理想化的或过于正式的含义，除非本文明确地如此定义。在这方面，应当注意，如本公开所使用的，光子可以是可见光光子或更高能量的光子，也称为x射线。附加地，应当注意，如本公开所使用的，x射线相互作用可以包括与传感器或传感器基板相互作用的x射线光子。

图1示出了根据本公开的图像传感器的框图。

如图1所示，图像传感器100可以包括可以用像素阵列电路系统202实现和/或包括像素阵列电路系统202的像素阵列200、可以用读取路径电路系统302实现和/或包括读取路径电路系统302的读取路径300、可以用模数转换器(ADC)电路系统402实现和/或包括模数转换器(ADC)电路系统402的模数转换器(ADC)400、可以用放大器电路系统502实现和/或包括放大器电路系统502的放大器500、可以用串行器电路系统602和/或包括串行器电路系统602的串行器600、可以用配置阵列电路系统702实现和/或包括配置阵列电路系统702的配置阵列700、可以用输入/输出(I/O)电路系统802实现和/或包括输入/输出(I/O)电路系统802的输入/输出(I/O)800。

在各方面中，像素阵列200、像素阵列电路系统202、读取路径300、读取路径电路系统302、模数转换器(ADC)400、模数转换器(ADC)电路系统402、放大器500、放大器电路系统502、串行器600、输入/输出(I/O)800、输入/输出(I/O)电路系统802和/或类似物中的一个或多个可以在基板102中实现。在一些方面中，基板102可以是硅(Si)基板、硅(Si)管芯、P型硅(Si)基板和/或类似物。附加地，图像传感器100可以被实现为互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。

附加地，像素阵列200、像素阵列电路系统202、读取路径300、读取路径电路系统302、模数转换器(ADC)400、模数转换器(ADC)电路系统402、放大器500、放大器电路系统502、串行器600、输入/输出(I/O)800、输入/输出(I/O)电路系统802和/或类似物中的各种组件、功能和/或描述可以在上述组件中的任何一个中实现，可以在多于上述组件中的一个中实现，和/或类似物中实现。

可以在基板102内实现的图像传感器100可以被安装到、连接到和/或其它方式印刷电路板(PCB)组件104、另一处理器、现场可编程门阵列(FPGA)和/或类似物上。在各方面中，与印刷电路板(PCB)组件104和/或类似物一起实现的图像传感器100可以形成模块140。模块140可以被配置为独立模块、成像模块、独立成像模块、外壳和/或类似物。在各方面中，图像传感器100可以利用闪烁体来实现和/或响应于闪烁体。闪烁体可以包括当被电离辐射激发时表现出闪烁(发光特性)的材料。在这点上，当图像传感器100用闪烁体实现时，图像传感器100可以获取X射线图像数据、计算机断层扫描图像数据和/或类似物。

如下文进一步描述的，图像传感器100可以通过实现图像传感器的工艺来实现。在各方面中，图像传感器100可以在基板102中实现并且在诸如硅晶片的晶片上制造。在各方面中，图像传感器100可以在基板102中实现为硅管芯并且在晶片上制造。可以利用任何尺寸的晶片来实现硅管芯。

图像传感器100可以被配置用于通用成像应用。在各方面中，图像传感器100可以被配置用于通用成像应用，包括非破坏性测试(NDT)应用、医学成像和剂量测定应用、和/或类似应用。如本文进一步描述的，图像传感器100可以被配置成生成可以使用高帧速率捕获的图像，其中使用一个或多个感兴趣区域可实现更快的帧速率，和/或如本文进一步描述的类似物。

在各方面中，图像传感器100可以实现为独立模块，其包括安装到印刷电路板(PCB)组件104和/或类似物上的硅管芯。图像传感器100可以被配置为高度灵活的，诸如用于许多不同的应用。此外，图像传感器100可以配置有有助于通过复杂的获取方案的基本图像获取的特征集。附加地，图像传感器100可以被配置成满足许多不同应用的要求。

像素阵列200和/或像素阵列电路系统202可以接收来自数字逻辑的激励。附加地，像素阵列200可以接收入射光作为成像工艺的一部分。图像传感器100可以被配置成使得对由像素阵列200接收的入射光和激励的像素电压响应可以被读取路径300和/或读取路径电路系统302捕获为模拟电压。

图像传感器100可以被配置成使得模拟电压由模数转换器(ADC)400和/或模数转换器(ADC)电路系统402转换为数字形式，以生成如图1中的数字读取路径108所示的数字信号。

附加地，图像传感器100可以被配置成使得像素响应也可以其非数字化形式被访问。在这点上，图像传感器100可以被配置成使得模拟电压被放大器500和/或放大器电路系统502放大以生成如图1中的模拟读取路径106所示的放大的模拟信号。

在各方面中，图像传感器100和/或像素阵列200可以被配置成利用热感测像素、热感测组件和/或类似物的实施方式。在各方面中，图像传感器100和/或像素阵列200可以被配置用于低满阱模式和/或高满阱模式的实施方式。在各方面中，图像传感器100和/或像素阵列200可以被配置用于低满阱模式和高满阱模式的实施方式。在各方面中，图像传感器100和/或像素阵列200可以被配置用于列可选择的低满阱模式和/或列可选择的高满阱模式的实施方式。在各方面中，图像传感器100和/或像素阵列200可以被配置用于列可选择的低满阱模式和列可选择的高满阱模式的实施方式。

图2示出了根据本公开的各方面的图像传感器的像素阵列的像素的示例性实施方式。

具体地，图2示出了可以由图像传感器100的像素阵列200实现的像素204的阵列的像素250的示例性实施方式。像素250的各方面可以在图像传感器100、像素阵列200、和/或像素阵列电路系统202中实现。

附加地，像素250可以用电容性元件254来实现。在各方面中，电容性元件可以通过开关高动态范围(HDR)电容性元件来实现。像素250可以将光电二极管260实现为光反应元件。在各方面中，光电二极管260可以是钉扎光电二极管(PPD)。

光电二极管260可以具有连接到地的一个节点和连接到电容性元件254的另一节点。在各方面中，图像传感器100可以实现具有多种可选像素类型或特性的像素阵列200。在各方面中，图像传感器100可以实现具有多种像素类型或特性的像素阵列200。在这点上，像素阵列200可以实现具有不同像素类型的像素250的多个实施方式，其可以被配置成可选择的和/或可以被配置成没有任何可选择性。

在这方面，图像传感器100可以被配置成选择实现像素阵列200的哪些不同像素类型以为图像传感器100提供期望的读数。附加地，像素阵列200可以实现具有不同特性的像素250的多种实施方式。在这方面，图像传感器100可以被配置成选择实现像素阵列200的哪些不同特性以为图像传感器100提供期望的读数。此外，像素阵列200可以实现具有不同特性和不同像素类型的像素250的多种实施方式。在这方面，图像传感器100可以被配置成选择实现像素阵列200的哪些不同特性和不同像素类型以为图像传感器100提供期望的读数。

附加地，值得注意的是，光子和电子在图像传感器100的硅中具有不同的吸收深度。这意味着像素本身中的像素250的光电二极管结构可以改变，使得一些像素对相同的光子通量具有降低的响应。这些像素也可能对电子产生较小的响应。因此，像素阵列200可以被实现为使得像素250的一些实施方式可以具有对光子通量的第一响应，并且像素250的一些实施方式可以具有对光子通量的第二响应。在另外的方面中，像素阵列200可以被实现为使得像素250的实施方式可以对光子通量具有n个不同的响应。

在各方面中，像素250或原始像素可以更高的灵敏度来实现。附加地，像素250或原始像素的其他实施方式可以具有在像素结构的一部分中添加的合适的电屏蔽，诸如金属屏蔽、吸引或排斥电子的电偏置结构和/或类似物。对像素250的这种修改可以降低或增加原始像素对电子的灵敏度，使得不同类型的像素对光子的其响应与它们在一种或多种目标光子能量处对电子的其响应相比，具有不同的比率。

在各方面中，图像传感器100、像素阵列200的实施方式、和/或利用各种像素类型的像素250的多种实施方式可以是优点，诸如两者组合后的更宽的动态范围。

在特定方面，可以存在电容性元件254的多种实施方式。附加地，光电二极管260可以包括并联连接的电容器Cp。在光电二极管260与电容性元件254之间可以是电容性元件使能电路266。在各方面中，电容性元件使能电路266可以被实现为高动态范围(HDR)电容器使能电路。在这方面，满阱容量可能是像素在饱和之前能够保持的最大电荷，这导致信号劣化。更大的阱容量可以提供更高的动态范围，这可能对一些应用有利。因此，图像传感器100的各种组件可以实现为具有更高的动态范围以支持像素的满阱容量。电容性元件使能电路266可以将电容性元件254连接到光电二极管260。在特定方面，可以存在电容性元件使能电路266的多种实施方式；以及电容性元件254的多种实施方式。因此，像素阵列200、和/或像素阵列电路系统202可以被配置成根据需要和/或期望提供许多不同水平的电容，基于该许多不同水平的电容，电容性元件254的实施方式由电容性元件使能电路266的多个实施方式来使能。在各方面中，电容性元件254和/或电容性元件使能电路266可以实现为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。

图3示出了根据本公开的各方面的温度传感器和相关联电路系统。

具体地，图3示出了温度传感器296和相关联的电路系统298。在各方面中，温度传感器296可以被实现为晶体管、二极管和/或类似物。附加地，温度传感器296可以提供绝对温度信息。

在各方面中，在列的底部，每列可以存在温度传感器296和/或相关联的电路系统298的一种实施方式。温度传感器296的第二类型实施方式可以是被称为温度计像素的定制像素。在各方面中，温度计像素可以位于特殊像素内，每图像传感器具有一个或多个。在各方面中，特殊像素可以位于像素阵列200的中心或者多个特殊像素跨图像传感器分布。也可考虑像素阵列200中的其他位置。

在各方面中，温度传感器296可以连接到现有的列线，并且当被寻址时，可以产生与温度成比例、通常与温度成比例、和/或作为温度的函数的输出电压。

返回参考图2，图像传感器100、像素阵列200、像素阵列电路系统202和/或类似物可以被配置成通过电容性元件254和电容性元件使能电路系统266的实施方式来改变提供给像素250的电容。在各方面中，图像传感器100、像素阵列200、像素阵列电路系统202和/或类似物可以被配置成同等地、不同等地、和/或以类似的情况改变提供给像素250的多个实施方式中的每一个的电容。

在这方面，通常能够预测场景内容。例如，胸部x射线需要跨胸部(其中许多x射线被胸部吸收)具有良好的低噪点性能，但是需要图像边缘周围(其中存在很少或没有胸部材料)的高满阱容量，并且因此需要更高的x射线剂量。其他时候，能够经由初始图像采集来测量场景内容，然后可以配置每个区中的图像传感器100的特性以优化成像。如果场景内容未知，则能够跨利用电容性元件254和/或电容性元件使能电路系统266的图像传感器100来利用电容的适当混合，使得如果像素阵列200的像素250的一种实施方式饱和，则像素阵列200的像素250的另一个附近实施方式可以提供相关信息。例如，如果场景内容未知，则能够跨图像传感器100配置利用电容性元件254和/或电容性元件使能电路系统266的电容的适当混合(其利用实现高和/或低电容的棋盘、具有不同电容的任意区的实施方式、实现高和/或低电容的交替列和/或类似物)，使得如果图像传感器100的像素250的一种实施方式饱和，则图像传感器100的像素250的另一个附近实施方式可以提供相关信息，使得如果图像传感器100的像素250的一种实施方式饱和，则像素250的另一个附近实施方式可以将相关信息提供给图像传感器100。

在本公开的各方面中，图像传感器100可以利用在图像传感器100、像素阵列200、和/或类似物中的不同像素、不同区域中的电容性元件254和/或电容性元件使能电路266来实现具有不同电容的电容器。在本公开的各方面中，图像传感器100可以将像素250实现为具有永久连接的不同值的固定电容器，而不是可由用户和/或系统配置的电容器。

在本公开的各方面中，图像传感器100可以实现多种可选择的像素类型或特性，而不是限于像素电容差异。例如，图像传感器100可以实现不同的放大级别；图像传感器100可以实现不同的带宽；图像传感器100可以被配置成对x射线相互作用或多或少敏感；图像传感器100可以被配置成主要对温度敏感而不是主要对光敏感；图像传感器100可以被配置成对某些x射线能量的x射线相互作用具有与其他像素不同的灵敏度；图像传感器100可以被配置成对由像素吸收的电子、质子和/或其他粒子具有不同的响应；图像传感器100可以被配置成具有不同的敏感区域；图像传感器可以被配置成对电子具有相似灵敏度而对光子具有不同灵敏度；和/或图像传感器100可以被配置成对不同范围的光子或光波长具有灵敏度和/或对该范围内的波长具有不同的灵敏度。

在本公开的各方面中，图像传感器100可以被配置成使用与上述方面中的一个或多个相关的信息来生成具有比跨图像传感器100的单个像素特性实现的像素250捕获的图像中可能的信息内容更多的信息内容的图像。例如，可以通过将来自实现具有不同特性的多个像素的像素阵列200(诸如具有不同电容或增益水平的两个相邻像素)的信息组合到每个所得的图像像素中来生成高动态范围图像。

作为另一示例，图像传感器100可以被配置成使得可以通过比较附近像素来生成图像，该附近像素对x射线相互作用具有不同响应但对已吸收的电子具有相似响应，以便在不受由x射线在源与图像传感器100之间生成的任何电子影响的情况下来测量x射线通量。附加地，图像传感器100可以被配置成通过比较来自具有电子响应与光子响应的不同比率的两个像素的响应来独立于电子通量而测量X射线。此外，图像传感器100可以被配置成实现通过比较来自具有电子响应与光子响应的不同比率的两个像素的响应来独立于电子通量测量x射线相互作用的方法。

作为另一示例，图像传感器100可以被配置有可以在一个或多个图像帧上选择的嵌入式温度传感器(诸如图3所示的温度传感器296)，以便获得关于如何校正图像数据的其余部分的附加信息。选择可以包括一个图像帧、多个图像帧、每个图像帧和/或类似物。在特定方面，选择可以由图像传感器100、印刷电路板(PCB)组件104和/或类似物控制。

作为另一示例，图像传感器100可以被配置为使得通过比较附近像素(其对x射线相互作用具有不同响应)来生成图像，以便估计和校正图像已经受到x射线相互作用影响的量。在特定方面，比较可以由图像传感器100、印刷电路板(PCB)组件104和/或类似物控制。应当注意，“图像”不必是可见光图像，并且图像可以指由传感器收集的信息阵列。

在本公开的各方面中，由于交替列满阱模式和高帧速率的组合，图像传感器100可以被配置用于更高的动态范围以及同时的低噪点性能。在各方面中，图像传感器100可以被配置成通过像素阵列200、像素阵列电路系统202和/或类似物的实施方式来实现交替列满阱模式和高帧速率。在这方面，通常两者相互排斥，例如CMOS传感器。

图像传感器100的上述实施方式可以基于交替列满阱模式和高帧速率的组合来提供更高的动态范围以及同时的低噪点性能。通常，在CMOS传感器上，两者相互排斥。

此外，图像传感器100的上述实施方式可以实现热像素以在温度容易变化的非最佳工作环境中(例如在便携式应用中)提供独特的校正性能。在这方面，图像传感器100可以用接线为二极管的温度敏感器件来实现，该温度敏感器件可经由接合焊盘访问，其给出绝对温度信息。附加地，图像传感器100可以用热像素配置来实现，其可以向光敏像素提供同时发生地并且以相同方式读出的电压。图像传感器100的配置本身确保了周围像素的行为与热像素无关，这将光电二极管维持在其内(重置，但读出路径被热像素器件取代)。附加地，图像传感器100可以配置有热像素，该热像素可以跨像素阵列200分布以提供图像传感器100的温度的空间图。

本公开还包括实现图像传感器的工艺。应当注意，实现图像传感器的工艺的各方面可以按照与本文描述的各方面一致的不同顺序来执行。附加地，应当注意，实现图像传感器的工艺的部分可以按照与本文描述的各方面一致的不同顺序来执行。此外，实现图像传感器的工艺可以被修改以具有与本文公开的各方面一致的更多或更少的工艺。附加地，实现图像传感器的工艺可以包括本文描述的本公开的任何其他方面。

首先，实现图像传感器的工艺可以包括利用一种或多种制造技术来形成图像传感器100。具体地，实现图像传感器的工艺可以包括利用一种或多种CMOS制造技术来形成图像传感器100。

具体地，实现图像传感器的工艺可以包括利用一种或多种制造技术来形成像素阵列200、像素阵列电路系统202、读取路径300、读取路径电路系统302、模数转换器(ADC)400、模数转换器(ADC)电路系统402、放大器500、放大器电路系统502、串行器600、输入/输出(I/O)800、输入/输出(I/O)电路系统802和/或类似物。一种或多种制造技术可以包括生长场氧化物、蚀刻pMOSFET部分的氧化物、扩散n阱部分、生长栅极氧化物、沉积多晶硅、蚀刻多晶硅和氧化物、注入部分(诸如源极和漏极)、生长氮化物、蚀刻氮化物、沉积金属、蚀刻金属和/或类似物。

附加地，其他制造技术可以包括焊料糊剂印刷加网、环氧树脂印刷加网、丝网印刷工艺、照相雕刻工艺、印刷到透明薄膜工艺、与蚀刻工艺相结合的光掩模工艺、光敏板工艺、激光抗蚀剂烧蚀工艺、铣削工艺、激光蚀刻工艺、直接金属印刷工艺、和/或类似工艺。

附加地，实现图像传感器的工艺可以包括利用诸如晶片、电路板或封装锯切设备的切割设备来切割面板和/或晶片，以从面板或晶片分离图像传感器100，其可以具有的优点是图像传感器100可以布置在环形框架上的划片胶带上，其能够直接装载到管芯附着设备以用于随后组装到印刷电路板(PCB)组件104上。

附加地，实现图像传感器的工艺可以包括利用粘合剂、焊接、烧结、共晶接合、超声焊接和/或类似物形成到图像传感器100的各个组件的连接，如本文所述。

以下是本公开的各方面的多个非限制性示例。一个示例包括：示例1，一种图像传感器，包括：像素阵列，其包括像素阵列电路；读取路径，其包括读取路径电路；以及电容性元件和电容性使能电路，该电容性使能电路被配置成使电容性元件能够改变提供给像素阵列的像素的电容，其中，像素阵列被配置成在像素阵列的不同像素和/或不同区域中选择性地实现电容性元件和电容性元件使能电路。

上述示例还可以包括以下示例中的任意一个或多于一个的组合：2，根据本文中任意示例的图像传感器，其中，像素阵列被配置成利用以下实施方式之一来改变提供给像素阵列的像素的电容：实现高和/或低电容的棋盘实施方式、具有不同电容的任意区的实施方式，以及实现高和/或低电容的交替列实施方式。3，根据本文中任意示例的图像传感器，其中，像素阵列包括多个可选择的像素类型，该多个可选择的像素类型包括以下像素类型中的至少一个：对电子具有更高灵敏度的像素类型、实现电屏蔽的像素类型、实现对电子具有相似灵敏度并且对光子具有不同灵敏度的像素类型、和/或对电子具有降低灵敏度的像素类型。4，根据本文中任意示例的图像传感器，其中，像素阵列包括多个可选择的像素特性。5，根据权利要求4所述的图像传感器，其中，可选择的像素特性包括以下至少之一：不同的放大水平、不同的带宽、对温度的不同灵敏度、对X射线相互作用的不同灵敏度、对电子的不同响应、对质子的不同响应、不同范围的光子波长、和/或对范围内的波长的不同灵敏度。6，根据本文中任意示例的图像传感器包括温度传感器，其中，温度传感器包括温度计像素。

一个示例包括：示例7，一种图像传感器，包括：像素阵列，其包括像素阵列电路系统；读取路径，其包括读取路径电路系统；和温度传感器。

上述示例还可以包括以下示例中的任意一个或多于一个的组合：8，根据本文中任意示例的图像传感器，其中，温度传感器被实现为晶体管。9，根据本文中任意示例的图像传感器，其中，温度传感器包括温度计像素。10，根据本文中任意示例的图像传感器包括：电容性元件和电容性使能电路，该电容性使能电路被配置成使电容性元件能够改变提供给像素阵列的像素的电容。11，根据本文中任意示例的图像传感器，其中，电容性元件使能电路被配置成将电容性元件连接到像素阵列的光电二极管。12，根据本文中任意示例的图像传感器，其中，像素阵列被配置成在像素阵列的不同像素和/或不同区域中选择性地实现电容性元件和电容性元件使能电路。13，根据本文中任意示例的图像传感器，其中，像素阵列被配置成利用以下实施方式之一来改变提供给像素阵列的像素的电容：实现高和/或低电容的棋盘实施方式、具有不同电容的任意区的实施方式，以及实现高和/或低电容的替代列实施方式。14，根据本文中任意示例的图像传感器，其中，像素阵列包括多个可选择的像素类型，该多个可选择的像素类型包括以下像素类型中的至少一个：对电子具有更高灵敏度的像素类型、实现电屏蔽的像素类型、实现对电子具有相似灵敏度并且对光子具有不同灵敏度的像素类型、和/或对电子具有降低灵敏度的像素类型。15，根据本文中任意示例的图像传感器，其中，像素阵列包括多个可选择的像素特性。16，根据本文任意示例的图像传感器，其中，可选择的像素特性包括以下至少之一：不同的放大水平、不同的带宽、对温度的不同灵敏度、对x射线相互作用的不同灵敏度、对电子的不同响应、对质子的不同响应、不同范围的光子波长、和/或对范围内的波长的不同灵敏度。

一个示例包括：示例17，一种图像传感器，包括：像素阵列，其包括像素阵列电路系统；读取路径，其包括读取路径电路系统，其中，像素阵列包括多个像素类型，该多个像素类型包括以下像素类型中的至少一个：对电子具有更高灵敏度的像素类型、实现电屏蔽的像素类型、实现对电子和光子灵敏度具有不同比率的像素类型、和/或对电子具有降低灵敏度的像素类型。

上述示例还可以包括以下示例中的任意一个或多于一个的组合：18，根据本文中任意示例的图像传感器，其中，像素阵列被配置成通过比较来自具有电子响应与光子响应的不同比率的两个像素的响应来独立于电子通量以测量x射线。19，根据本文中任意示例的图像传感器包括温度传感器，其中，温度传感器包括温度计像素。20，根据本文中任意示例的图像传感器包括：电容性元件和电容性使能电路，该电容性使能电路被配置成使得电容性元件能够改变提供给像素阵列的像素的电容。21，根据权利要求20所述的图像传感器，其中，电容性元件使能电路被配置成将电容性元件连接到像素阵列的光电二极管。22，根据权利要求20所述的图像传感器，其中，像素阵列被配置成在像素阵列的不同像素和/或不同区域中选择性地实现电容性元件和电容性元件使能电路。23，根据权利要求20所述的图像传感器，其中，像素阵列被配置成利用以下实施方式之一来改变提供给像素阵列的像素的电容：实现高和/或低电容的棋盘实施方式、具有不同电容的任意区的实施方式，以及实现高和/或低电容的替代列实施方式。24，根据本文中任意示例的图像传感器，其中，像素阵列包括多个可选择的像素特性。25，根据权利要求24所述的图像传感器，其中，可选择的像素特性包括以下至少之一：不同的放大水平、不同的带宽、对温度的不同灵敏度、对x射线相互作用的不同灵敏度、对电子的不同响应、对质子的不同响应、不同范围的光子波长、和/或对范围内的波长的不同灵敏度。

一个示例包括：示例26，一种图像传感器，包括：像素阵列，其包括像素阵列电路系统；读取路径，其包括读取路径电路系统；并且其中，像素阵列包括多个可选择的像素特性。

上述示例还可以包括以下示例中的任意一个或多于一个的组合：27，根据本文中任意示例的图像传感器，其中，可选择的像素特性包括以下至少之一：不同的放大水平、不同的带宽、对温度的不同灵敏度、对x射线相互作用的不同灵敏度、对电子的不同响应、对质子的不同响应、不同范围的光子波长、和/或对范围内的波长的不同灵敏度。28，根据本文中任意示例的图像传感器，其中，像素阵列包括多个可选择的像素类型，该多个可选择的像素类型包括以下像素类型中的至少一个：对电子具有更高灵敏度的像素类型、实现电屏蔽的像素类型、实现对电子具有相似灵敏度并且对光子具有不同灵敏度的像素类型、和/或对电子具有降低灵敏度的像素类型。29，根据本文中任意示例的图像传感器包括温度传感器，其中，温度传感器包括温度计像素。30，根据本文中任意示例的图像传感器包括：电容性元件和电容性使能电路，该电容性使能电路被配置成使得电容性元件能够改变提供给像素阵列的像素的电容。31，根据权利要求30所述的图像传感器，其中，电容性元件使能电路被配置成将电容性元件连接到像素阵列的光电二极管。32，根据权利要求30所述的图像传感器，其中，像素阵列被配置成在像素阵列的不同像素和/或不同区域中选择性地实现电容性元件和电容性元件使能电路。33，根据权利要求30所述的图像传感器，其中，像素阵列被配置成利用以下实施方式之一来改变提供给像素阵列的像素的电容：实现高和/或低电容的棋盘实施方式、具有不同电容的任意区的实施方式，以及实现高和/或低电容的替代列实施方式。

本公开的粘合剂可以用于粘合剂接合工艺，该粘合剂接合工艺可以包括施加中间层以连接待连接的表面。粘合剂可以是有机的或无机的；并且粘合剂可以沉积在待连接表面的一个或两个表面上。粘合剂可以用于粘合剂接合工艺，该粘合剂接合工艺可以包括在可以包括施加特定工具压力的环境中、在特定接合温度下施加具有特定涂层厚度的粘合剂材料持续特定处理时间。在一方面，粘合剂可以是导电粘合剂、环氧基粘合剂、导电环氧基粘合剂和/或类似物。

本公开的焊料可以用于形成焊料接口，该焊料接口可以包括焊料和/或由焊料形成。焊料可以是可以用于在待连接的表面之间形成结合的任何易熔金属合金。焊料可以是无铅焊料、铅焊料、共晶焊料和/或类似物。无铅焊料可以包含锡、铜、银、铋、铟、锌、锑、其他金属的痕量和/或类似物。铅焊料可以包含铅、其他金属诸如锡、银和/或类似物。根据需要，焊料还可以包含焊剂。

本公开的烧结可以利用通过热和/或压力压实和形成导电材料块的工艺。烧结工艺可以在不将材料熔化到液化点的情况下操作。烧结工艺可以包括在糊剂或环氧树脂中烧结金属纳米或混合粉末。烧结工艺可以包括在真空中烧结。烧结工艺可以包括使用保护气体进行烧结。

本公开的共晶接合可以利用可以形成共晶系统的共晶焊接工艺。共晶系统可以在待连接的表面之间使用。共晶接合可以利用金属，该金属可以是在特定组分和温度下从固态转变为液态、或从液态转变为固态的合金和/或金属间化合物。共晶合金可以通过溅射、蒸发、电镀和/或类似物来沉积。

本公开的超声波焊接可以利用将高频超声波振动局部施加到在压力下保持在一起的组件的工艺。超声波焊接可以在待连接的表面之间产生固态焊接。一方面，超声波焊接可以包括施加声波力。

本公开的许多特征和优点从详细说明书中是显而易见的，因此，所附权利要求旨在覆盖本公开的所有这些特征和优点，该本公开的所有这些特征和优点落入本公开的真实精神和范围内。此外，由于本领域技术人员将容易想到多种修改和变化，因此不期望将本公开限制于所示出和描述的精确构造和操作，并且因此，可以采用落在本公开的范围内的所有合适的修改和等价物。

Claims (33)

1.一种图像传感器，包括：

像素阵列，所述像素阵列包括像素阵列电路系统；

读取路径，所述读取路径包括读取路径电路系统；以及

电容性元件和电容性使能电路，所述电容性使能电路被配置成使所述电容性元件能够改变被提供给所述像素阵列的像素的电容，

其中，所述像素阵列被配置成：在所述像素阵列的不同像素和/或不同区域中，选择性地实现所述电容性元件和所述电容性元件使能电路。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述像素阵列被配置成利用以下实施方式中的一个来改变被提供给所述像素阵列的像素的电容：

实现高和/或低电容的棋盘实施方式，

具有不同电容的任意区的实施方式，以及

实现高和/或低电容的交替列实施方式。

3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，

所述像素阵列包括多个可选择的像素类型，所述多个可选择的像素类型包括以下像素类型中的至少一个：

对电子具有更高灵敏度的像素类型，

实现电屏蔽的像素类型，

实现对电子具有相似灵敏度并且对光子具有不同灵敏度的像素类型，和/或

对电子具有降低灵敏度的像素类型。

4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，

所述像素阵列包括多个可选择的像素特性。

5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，所述可选择的像素特性包括以下中的至少一个：

不同的放大水平，

不同的带宽，

对温度的不同灵敏度，

对X射线相互作用的不同灵敏度，

对电子的不同响应，

对质子的不同响应，

不同范围的光子波长，和/或

对范围内的波长的不同灵敏度。

6.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括温度传感器，

其中，所述温度传感器包括温度计像素。

7.一种图像传感器，包括：

像素阵列，所述像素阵列包括像素阵列电路系统；

读取路径，所述读取路径包括读取路径电路系统；以及

温度传感器。

8.根据权利要求7所述的图像传感器，其中，

所述温度传感器被实现为晶体管。

9.根据权利要求7所述的图像传感器，其中，

所述温度传感器包括温度计像素。

10.根据权利要求7所述的图像传感器，还包括：

电容性元件和电容性使能电路，所述电容性使能电路被配置成使所述电容性元件能够改变被提供给所述像素阵列的像素的电容。

11.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，

所述电容性元件使能电路被配置成将所述电容性元件连接到所述像素阵列的光电二极管。

12.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，

所述像素阵列被配置成：在所述像素阵列的不同像素和/或不同区域中，选择性地实现所述电容性元件和所述电容性元件使能电路。

13.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，所述像素阵列被配置成利用以下实施方式中的一个来改变被提供给所述像素阵列的像素的电容：

实现高和/或低电容的棋盘实施方式，

具有不同电容的任意区的实施方式，以及

实现高和/或低电容的交替列实施方式。

14.根据权利要求7所述的图像传感器，其中，

所述像素阵列包括多个可选择的像素类型，所述多个可选择的像素类型包括以下像素类型中的至少一个：

对电子具有更高灵敏度的像素类型，

实现电屏蔽的像素类型，

实现对电子具有相似灵敏度并且对光子具有不同灵敏度的像素类型，和/或

对电子具有降低灵敏度的像素类型。

15.根据权利要求7所述的图像传感器，其中，

所述像素阵列包括多个可选择的像素特性。

16.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，所述可选择的像素特性包括以下中的至少一个：

不同的放大水平，

不同的带宽，

对温度的不同灵敏度，

对X射线相互作用的不同灵敏度，

对电子的不同响应，

对质子的不同响应，

不同范围的光子波长，和/或

对范围内的波长的不同灵敏度。

17.一种图像传感器，包括：

像素阵列，所述像素阵列包括像素阵列电路系统；以及

读取路径，所述读取路径包括读取路径电路系统，

其中，所述像素阵列包括多个像素类型，所述多个像素类型包括以下像素类型中的至少一个：

对电子具有更高灵敏度的像素类型，

实现电屏蔽的像素类型，

实现不同比率的电子和光子灵敏度的像素类型，和/或

对电子具有降低灵敏度的像素类型。

18.根据权利要求17所述的图像传感器，其中，

所述像素阵列被配置成：通过比较来自具有电子响应与光子响应的比率不同的两个像素的响应，来独立于电子通量而测量X射线。

19.根据权利要求17所述的图像传感器，还包括温度传感器，

其中，所述温度传感器包括温度计像素。

20.根据权利要求17所述的图像传感器，还包括：

电容性元件和电容性使能电路，所述电容性使能电路被配置成使所述电容性元件能够改变被提供给所述像素阵列的像素的电容。

21.根据权利要求20所述的图像传感器，其中，

所述电容性元件使能电路被配置成将所述电容性元件连接到所述像素阵列的光电二极管。

22.根据权利要求20所述的图像传感器，其中，所述像素阵列被配置成：

在所述像素阵列的不同像素和/或不同区域中，选择性地实现所述电容性元件和所述电容性元件使能电路。

23.根据权利要求20所述的图像传感器，其中，所述像素阵列被配置成利用以下实施方式中的一个来改变被提供给所述像素阵列的像素的电容：

实现高和/或低电容的棋盘实施方式，

具有不同电容的任意区的实施方式，以及

实现高和/或低电容的交替列实施方式。

24.根据权利要求17所述的图像传感器，其中，

所述像素阵列包括多个可选择的像素特性。

25.根据权利要求24所述的图像传感器，其中，所述可选择的像素特性包括以下中的至少一个：

不同的放大水平，

不同的带宽，

对温度的不同灵敏度，

对X射线相互作用的不同灵敏度，

对电子的不同响应，

对质子的不同响应，

不同范围的光子波长，和/或

对范围内的波长的不同灵敏度。

26.一种图像传感器，包括：

像素阵列，所述像素阵列包括像素阵列电路系统；

读取路径，所述读取路径包括读取路径电路系统；以及

其中，所述像素阵列包括多个可选择的像素特性。

27.根据权利要求26所述的图像传感器，其中，所述可选择的像素特性包括以下中的至少一个：

不同的放大水平，

不同的带宽，

对温度的不同灵敏度，

对X射线相互作用的不同灵敏度，

对电子的不同响应，

对质子的不同响应，

不同范围的光子波长，和/或

对范围内的波长的不同灵敏度。

28.根据权利要求26所述的图像传感器，其中，所述像素阵列包括多个可选择的像素类型，所述多个可选择的像素类型包括以下像素类型中的至少一个：

对电子具有更高灵敏度的像素类型，

实现电屏蔽的像素类型，

实现对电子具有相似灵敏度并且对光子具有不同灵敏度的像素类型，和/或

对电子具有降低灵敏度的像素类型。

29.根据权利要求26所述的图像传感器，还包括温度传感器，

其中，所述温度传感器包括温度计像素。

30.根据权利要求26所述的图像传感器，还包括：

电容性元件和电容性使能电路，所述电容性使能电路被配置成使所述电容性元件能够改变被提供给所述像素阵列的像素的电容。

31.根据权利要求30所述的图像传感器，其中，

所述电容性元件使能电路被配置成将所述电容性元件连接到所述像素阵列的光电二极管。

32.根据权利要求30所述的图像传感器，其中，

所述像素阵列被配置成：在所述像素阵列的不同像素和/或不同区域中，选择性地实现所述电容性元件和所述电容性元件使能电路。

33.根据权利要求30所述的图像传感器，其中，所述像素阵列被配置成利用以下实施方式中的一个来改变被提供给所述像素阵列的像素的电容：

实现高和/或低电容的棋盘实施方式，

具有不同电容的任意区的实施方式，以及

实现高和/或低电容的交替列实施方式。