CN207820071U - 图像传感器和成像系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及图像传感器和成像系统，更具体地涉及具有像素内放大器的图像传感器以及对应的成像系统。所解决的技术问题为改善图像传感器信号特别是像素信号的质量。根据一个实施方案，图像传感器包括：光电探测器阵列；第一放大器，该第一放大器耦接到像素输出节点和反馈节点并具有大于单位一的增益；第一行选择设备，该第一行选择设备耦接在第一放大器的漏极端子与像素输出节点之间；第一反馈网络，该第一反馈网络适于将像素输出节点选择性地耦接到浮动扩散节点；以及第二反馈网络，该第二反馈网络适于将像素输出节点选择性地耦接到反馈节点。由本实用新型所实现的技术效果为增加传感器灵敏度、降低图像传感器噪声、以及改善图像传感器性能。

Description

图像传感器和成像系统
技术领域
本实用新型涉及一种图像传感器，并且更具体地涉及一种具有像素内放大器的图像传感器以及对应的成像系统。
背景技术
电子设备(诸如移动电话、相机和计算机)通常使用图像传感器来捕获图像。典型CMOS(互补金属氧化物半导体)成像器电路包括像素的焦平面阵列，并且每个像素包括用于在衬底的一部分中聚积光生电荷的光传感器，诸如光电门或光电二极管。每个像素具有在衬底中形成的电荷存储区域。该电荷存储区域可被构造作为浮动扩散区域。在一些成像器电路中，每个像素可包括用于将电荷从光传感器转移到存储区域的至少一个电子设备(诸如晶体管)、用于在电荷转移之前将电荷存储区域重置为预先确定的偏置电平的第二设备(通常也为晶体管)、以及用于在连接到读出线之前对信号进行放大或缓冲的第三设备。
在具有电荷积分像素或在积分模式中操作的像素的CMOS成像器中，像素的有源元件执行以下必要功能：(1)光子向电荷转换；(2)图像电荷的聚积；(3)电荷向存储区域的转移；(4)对用于读出的像素的选择；(5)信号的输出和放大，以及(6)将存储区域重置为表示重置电平的已知状态。
许多常规高性能图像传感器由一种或多种规范来描述，诸如高分辨率、高动态范围、高速度、低噪声、低暗电流、无图像滞后、电荷存储容量、输出电压摆幅等。虽然规范中的一些规范为相关的，但一些规范为因图像传感器的物理特性和设计而采取的折衷。例如，常规图像传感器可利用源极跟随器晶体管来将存储区域处电荷生成的电压缓冲到像素输出电压。然而，源极跟随器晶体管将噪声添加到信号，而不增加信号的增益。其他考虑因素可包括图像传感器的像素尺寸，因为对于各种电子设备和/或制造图像传感器的成本而言，优选的是更小的图像传感器。
实用新型内容
由本实用新型所解决的技术问题为改善图像传感器信号特别是像素信号的质量。
本实用新型技术的各种实施方案可包括用于图像传感器的装置。该图像传感器可被配置作为具有两个或更多个竖直地堆叠的芯片的堆叠图像传感器。该图像传感器可包括多个像素电路，其中像素电路的各个部分被布置在单独的芯片上。每个像素电路可包括具有第一反馈网络的放大器，以增加传感器灵敏度，降低像素信号中的噪声，并且减小FD节点上的电压摆幅。每个像素电路还可包括第二反馈网络，以使像素信号放大器的共模电压稳定。
根据本实用新型的一个方面，提供了一种图像传感器，该图像传感器包括：光电探测器阵列，该光电探测器阵列被配置成响应于光而生成电荷；其中该电荷被选择性地转移到浮动扩散节点；第一放大器，该第一放大器耦接到像素输出节点和反馈节点并对被存储在浮动扩散节点中的电荷作出响应并且被配置成在像素输出节点处产生像素信号，其中该第一放大器具有大于单位一的增益；第一行选择设备，该第一行选择设备耦接在第一放大器的漏极端子与像素输出节点之间并对第一信号作出响应；第一反馈网络，该第一反馈网络适于将像素输出节点选择性地耦接到浮动扩散节点；以及第二反馈网络，该第二反馈网络适于将像素输出节点选择性地耦接到反馈节点。
在一个实施方案中，第一反馈网络包括：第一电容器；以及耦接到该第一电容器的第二行选择设备，其中该第二行选择设备对第一信号作出响应并将像素输出节点选择性地耦接到浮动扩散节点。
在一个实施方案中，该图像传感器还包括：重置晶体管，该重置晶体管耦接到电压源和浮动扩散节点并对重置信号作出响应以从浮动扩散节点移除电荷；以及第一转移门，该第一转移门对第二信号作出响应并耦接到光电探测器中的至少一个光电探测器，其中该第一转移门被配置成将电荷转移到浮动扩散节点。
在一个实施方案中，该图像传感器还包括：耦接到反馈节点的电流源，其中该电流源被配置成设置反馈节点的电压电平；以及耦接到像素输出节点的偏置电流，其中该偏置电流被配置成加载第一放大器。
在一个实施方案中，该第二反馈网络包括：第二放大器，该第二放大器对所像素输出节点处的电势作出响应并耦接到反馈节点；以及第二电容器，该第二电容器耦接在反馈节点与像素输出节点之间。
在一个实施方案中，该图像传感器被配置作为堆叠图像传感器，该堆叠图像传感器包括：第一芯片，其中该第一芯片包括光电探测器阵列；第二芯片，其中该第二芯片包括第一反馈网络；第三芯片，其中该第三芯片包括第二反馈网络；其中：第一芯片和第二芯片利用混合粘合剂接合在一起；并且第二芯片和第三芯片利用烧熔粘合剂接合在一起。
根据本实用新型的一个方面，提供了一种成像系统，该成像系统包括：图像传感器，该图像传感器包括：第一芯片，第二芯片和第三芯片；所述第一芯片包括：光电探测器阵列和第一转移门，所述第一转移门对第一信号作出响应，并耦接到至少一个光电探测器，其中所述第一转移门被配置成将电荷转移出所述光电探测器；所述第二芯片耦接到所述第一芯片，所述第二芯片包括：电荷存储节点、第一放大器、第一行选择设备、第一反馈网络，所述电荷存储节点耦接到一个或多个光电探测器，并被配置成存储由所述光电探测器中的一个光电探测器所生成的电荷；所述第一放大器对所述电荷存储节点处的所述电荷作出响应，并被配置成在像素输出节点处产生像素信号，所述第一放大器包括：耦接到所述第一转移门的第一端子、耦接到所述像素输出节点的第二端子和耦接到反馈节点的第三端子，并且其中所述第一放大器具有大于单位一的增益；所述第一行选择设备耦接在所述第一放大器的所述第二端子与所述像素输出节点之间，并对第二信号作出响应；所述第一反馈网络耦接在所述像素输出节点与所述电荷存储节点之间，所述第一反馈网络包括：第一电容器和第二行选择设备；所述第一电容器耦接在所述像素输出节点与所述第一放大器的所述第一端子之间；所述第二行选择设备耦接在所述像素输出节点与所述第一放大器的所述第一端子之间，并对所述第二信号作出响应；所述第三芯片耦接到至少所述第二芯片，所述第三芯片包括：第三转移门和第二反馈网络；所述第三转移门对第三信号作出响应并耦接在所述第二放大器与所述像素输出节点之间；所述第二反馈网络耦接在所述第三转移门与所述反馈节点之间，第二反馈网络包括：第二放大器和第二电容器；所述第二放大器包括：耦接到所述反馈节点的第一端子和耦接到所述第三转移门的第二端子；所述第二电容器耦接在所述反馈节点与所述第二放大器的所述第二端子之间。
在一个实施方案中，该第二芯片还包括重置晶体管，该重置晶体管耦接到电压源和电荷存储区域并对重置信号作出响应以从电荷存储节点移除电荷。
在一个实施方案中，该成像还包括耦接到反馈节点的电流源以及耦接到像素输出节点的偏置电流。
在一个实施方案中，第一芯片和第二芯片利用混合粘合剂接合在一起；第二芯片和第三芯片利用烧熔粘合剂接合在一起；并且第一芯片、第二芯片和第三芯片竖直地堆叠。
由本实用新型所实现的技术效果为增加传感器灵敏度、降低图像传感器噪声、以及改善图像传感器性能。
附图说明
当结合以下示例性附图来考虑时，可参照具体实施方式来更全面地理解本实用新型技术。在以下附图中，在整个附图中类似的附图标记指代类似的元件和步骤。
图1代表性地示出了根据本实用新型技术的示例性实施方案的成像系统；
图2代表性地示出了根据本实用新型技术的示例性实施方案的堆叠芯片图像传感器的分解视图；
图3为根据本实用新型技术的示例性实施方案的图像传感器像素的电路图；并且
图4为根据本实用新型技术的示例性实施方案的图像传感器像素电路的时序图。
具体实施方式
本实用新型技术可在功能块部件和各种加工步骤方面进行描述。此类功能块可通过被配置成执行指定功能并实现各种结果的任何数量的部件来实现。例如，本实用新型技术可采用可执行各种功能的各种采样电路、模数转换器、半导体器件(诸如晶体管)、电容器、图像处理单元等。此外，本实用新型技术可结合任何数量的系统(诸如汽车、航空航天、成像和消费电子器件)来实施，所述的这些系统仅为该技术的示例性应用。另外，本实用新型技术可采用任何数量的常规技术，以用于捕获图像数据、对图像数据进行采样、处理图像数据等。
根据本实用新型技术的各个方面的用于具有像素内放大器的图像传感器的方法和装置可结合任何合适的电子系统(诸如成像系统、“智能设备”、可穿戴设备、消费电子器件等)来操作。此外，用于图像传感器的方法和装置可与任何合适的成像系统诸如相机系统、视频系统、机器视觉、车辆导航、监视系统、运动检测系统等一起被利用。
参见图1，示例性成像系统可包括电子设备，诸如数字相机100。在一个实施方案中，该成像系统可包括通过总线115而与各种设备进行通信的中央处理单元(CPU)105。被连接到总线115的一些设备可提供进出系统的通信，例如输入/输出(I/O)设备110。连接到总线115的其他设备提供存储器，例如随机存取存储器(RAM)120、硬盘驱动器、以及一个或多个外围存储器设备125，诸如USB驱动器、存储卡和SD卡。虽然总线115被示为单条总线，但可使用任何数量的总线来提供通信路径以使设备互连。
该成像系统还可包括用于捕获图像数据的图像传感器135。例如，光可通过透镜130进入成像系统并击中图像传感器135。该图像传感器135可包括像素阵列，以检测光并通过以下方式来传送构成图像的信息：将波的可变衰减(在它们穿过对象或经对象反射时)转换成电信号。该图像传感器135可结合任何合适的技术来实施，诸如CMOS技术中的有源像素传感器。在各种实施方案中，该透镜130可被配置成将图像聚焦在图像传感器135上。例如，该透镜130可包括固定聚焦透镜和/或可调聚焦透镜。
在各种实施方案中，该图像传感器135可利用芯片堆叠。例如，参见图2和图3，该图像传感器135可包括第一芯片200、第二芯片205和第三芯片210，其中第一芯片200、第二芯片205和第三芯片210电耦接，并且其中芯片200,205,210竖直地堆叠，使得第一芯片200的第二主表面220和第二芯片205的第一主表面225在竖直叠堆中彼此相邻或靠近，并且第二芯片205的第二主表面230和第三芯片210的第一主表面235在竖直叠堆中彼此相邻或靠近。
在示例性实施方案中，可跨多个芯片(诸如所有三个芯片200,205,210)来形成每个像素电路300，其中在每个芯片中形成像素电路300的一部分。可利用在每个芯片中形成的各种电互连件245来使芯片200,205,210电连接。可使用常规技术来形成电互连件245。例如，通孔可使用各种蚀刻技术来形成，并且然后利用金属诸如钨来填充。可将通孔电耦接到每个芯片内的各个金属层(未示出)。可将每个芯片中的电互连件245接合在一起，使得电互连件245耦接在每个芯片上所形成的各个电路。
可使用各种接合技术来将图像传感器135叠堆的各个芯片接合在一起。例如，可使用混合粘合剂来形成一个像素电路300内的电路和/或设备之间的连接。在图像传感器135为背照式传感器的实施方案中，混合粘合剂可能为优选的。可利用烧熔粘合剂来将第二芯片205的第二主表面230接合到第三芯片210的第一主表面235。烧熔粘合剂由于诸如在高温热退火期间在来自两个表面的分子之间建立化学键而将芯片的该两个表面粘附在一起。
在各种实施方案中，该第一芯片200可包括光传感器，以检测光并将所检测到的光转换成表示像素信号的电荷。该第一芯片200可被配置成根据各种系统操作(诸如卷帘快门操作或全局快门操作)来存储电荷。该第一芯片200可包括将光子转换成电荷的任何合适的设备。例如，该第一芯片200可包括多个光电探测器305，其中每个像素电路300可包括一个或多个光电探测器305。
该光电探测器305将光转换成电荷。该光电探测器305可被布置成行和列或其他合适的形态，以形成阵列。该光电探测器305可包括例如光电二极管、光电门、或对光作出响应的任何其他合适的设备。在示例性实施方案中，该光电探测器305包括钉扎光电二极管。
该第一芯片200还可包括转移门310，以将电荷从光电探测器305转移到电荷存储区域(例如，浮动扩散节点FD)。该转移门310可包括将光电探测器选择性地耦接到FD的任何合适的设备，例如转移门310可包括具有栅极端子、漏极端子和源极端子的晶体管。该转移门310可对转移信号TX作出响应。例如，该转移门310可根据向转移门310的栅极端子施加的转移信号TX而打开和闭合。
在各种实施方案中，该图像传感器135可包括滤色器系统(未示出)诸如滤色器阵列(CFA)，以根据波长来过滤入射光。该CFA可包括位于第一芯片200上的滤色器的图案，以捕获颜色信息。在示例性实施方案中，每个光电探测器300覆盖有一种颜色的CFA。例如，可提供包括红色滤色器图案、蓝色滤色器图案和绿色滤色器图案的拜耳滤色器阵列，其中每个光电探测器300覆盖有红色滤色器、蓝色滤色器或绿色滤色器中的一者。在其他实施方案中，该CFA可使用其他滤色器(诸如CYYM滤色器(一个青色、两个黄色和一个品红色)、CYGM滤色器(一个青色、一个黄色、一个绿色和一个品红色)、CRGB滤色器(一个青色、一个红色、一个绿色和一个蓝色)、以及任何其他合适的颜色图案)来形成。在各种实施方案中，该CFA可包括“透光”或透明滤色器元件。该CFA可形成2×2颜色图案、4×4颜色图案、2×4颜色图案、或任何其他合适的图案尺寸。在各种实施方案中，该CFA可重复以覆盖整个光电探测器阵列，并且可被设置在第一芯片200的第一主表面240上。
在各种实施方案中，该图像传感器135还可包括由多个微透镜形成的微透镜阵列(未示出)，该多个微透镜被设置在第一芯片200的第一主表面240上，以帮助将光聚焦在光电探测器300上。微透镜的尺寸和类型可针对具体应用来选择，并且可使用常规制造技术和方法来形成。
该第二芯片205可执行各种像素内操作，诸如像素信号放大操作和像素信号读出操作。在各种实施方案中，该第二芯片205可通过以下方式来增强图像传感器135的性能：使浮动扩散节点上的电压摆幅最小化，这允许光电探测器300的钉扎电压相对于电源电压VDD而言更高，从而增加光电探测器300的电荷存储容量。在示例性实施方案中，该第二芯片205可包括第一电路325，该第一电路经由混合粘合剂和/或各种电互连件245而被耦接到光电探测器300，以接收一个或多个像素信号。
在各种实施方案中，该第一电路325可放大像素信号，降低像素信号中的噪声，并且减小FD节点上的电压摆幅。在减小电压摆幅的情况下，该FD节点可增加光电探测器300的电荷存储容量，从而增加图像传感器135的动态范围。该第一电路325可包括第一反馈网络335，以将FD节点与像素输出节点PIXOUT隔离和/或减小FD节点的电压摆幅。在示例性实施方案中，该第一电路325可包括第一放大设备315、第一行选择设备320、第二行选择设备340、和第一电荷存储设备345。
该第一放大设备315(诸如晶体管)可放大像素信号。该第一放大设备315的尺寸和类型可根据具体设计来选择。例如，该第一放大设备315可包括PMOS晶体管或NMOS晶体管。在示例性实施方案中，该第一放大设备315包括具有栅极端子、漏极端子和源极端子的PMOS晶体管。
该第一电路325还可包括第一行选择设备320和第二行选择设备340，以将FD节点和特定行内的对应像素信号选择性地耦接到像素输出节点PIXOUT。行选择设备320,340可包括有利于信号转移的任何合适的设备，诸如晶体管。在示例性实施方案中，该第一行选择设备320与第一放大设备315级联。例如，该第一行选择设备320可作为开关来操作，该开关可被激活以将放大晶体管315的漏极连接到像素输出节点PIXOUT。当第一行选择设备320被激活时，其作为共源共栅设备来操作，这增加了第一放大设备315的开环增益。当该第一行选择设备320被去激活时，其将第一放大设备315与像素输出节点PIXOUT隔离，从而减少像素输出节点PIXOUT上的电容性负载。
类似地，该第二行选择设备340可作为开关来操作，该开关可被激活(闭合)以将FD节点连接到像素输出节点PIXOUT，或被去激活(打开)以使FD节点与像素输出节点PIXOUT断开连接。当该第二行选择设备340被激活时，该反馈回路能够传输信号。作为另外一种选择，当该第二行选择设备340被去激活时，该第一电荷存储设备345和FD节点与像素输出节点PIXOUT隔离，这减少了像素输出节点PIXOUT上的电容性负载。在示例性实施方案中，每个行选择设备320,340可包括具有栅极端子、漏极端子和源极端子的晶体管，其中该晶体管对行信号ROW作出响应。
该第一电路325可包括第一反馈网络335以降低像素信号中的噪声诸如kTC噪声和随机电报信号噪声，并减小FD节点上的电压摆幅。该第一反馈网络335可包括作为负反馈网络来操作和/或使图像传感器135中的各种节点电隔离的任何合适的部件。例如，该第一反馈网络335可通过第一电荷存储设备345来将像素输出节点PIXOUT选择性地耦接到FD节点以形成第一反馈回路，该第一反馈回路能够将像素输出节点PIXOUT处的信号的一部分传输回到FD节点。在各种实施方案中，该第一反馈网络335可包括第二行选择设备340，以通过打开或闭合第一反馈回路而将像素输出节点选择性地耦接到FD节点。
该第一反馈网络335还可包括第一电荷存储设备345以提供反馈系数，该反馈系数表示像素输出节点PIXOUT上的像素信号的百分比。可从FD节点处的像素信号减去反馈系数，以使FD节点的电压摆幅最小化。例如，该第一电荷存储设备345可包括具有可变电容CF的反馈电容器。在示例性实施方案中，该第一电荷存储设备345将FD节点的电压摆幅减小到等于像素输出节点PIXOUT的输出摆幅除以第一放大设备315的增益的值。
该第一电路325还可包括重置设备380以重置FD节点和/或设置第一放大设备315的共模电压。该重置设备380可对信号诸如重置信号RST作出响应。例如，该重置设备380可将全局电压VFD耦接到FD节点。全局电压耦接到FD节点时的FD节点上的电压对应于第一放大设备315的共模电压。该重置设备380可包括对信号作出响应并能够将全局电压耦接到FD节点的任何合适的设备。例如，在示例性实施方案中，该重置设备380包括具有栅极端子、漏极端子和源极端子的晶体管，其中该栅极端子接收重置信号RST。
该第三芯片210可执行各种处理和读出操作。例如，该第三芯片210可包括微处理器、专用集成电路(ASIC)等。在各种实施方案中，该第三芯片210可包括用于选择性地激活电信号的顺序读出的列电路以及定时和控制单元。该第三芯片210可包括图像信号处理器，以执行各种信号处理功能，诸如去马赛克、自动聚焦、降噪、白平衡等。该第三芯片210可包括用于执行计算、传输和接收图像数据的任何数量的设备(诸如晶体管、电容器等)、以及用于存储图像数据的存储单元。
该第三芯片210还可包括一个或多个电流源。例如，该第三芯片210可包括第一电流源375，以设置第一放大设备315的共模电压。可将第一电流源375耦接在供电电压VDD与第一放大设备315之间。该第三芯片210还可包括第二电流源365，以作为偏置负载来操作。可将第二电流源365耦接到像素输出节点PIXOUT。
该第三芯片210可包括第二反馈网络330，以使第一放大设备315的共模电压稳定。第二反馈网络330可将像素输出节点PIXOUT耦接到反馈节点FBACK，其中该反馈节点FBACK耦接到第一放大设备315，例如源极端子。该第二反馈网络330可产生电流并且将像素输出节点PIXOUT选择性地耦接到反馈节点FBACK，以将反馈节点FBACK保持在固定电压处。例如，该第二反馈网络330可包括第二放大设备355、第二电荷存储设备350、和开关360。
该开关360可对信号(例如采样和保持信号SH)作出响应并被配置成将像素输出节点PIXOUT选择性地耦接到反馈节点FBACK。该开关360可包括用于将像素输出节点PIXOUT选择性地耦接到反馈节点FBACK以形成第二反馈回路的任何合适的设备。例如，该开关360可包括具有栅极端子、漏极端子和源极端子的晶体管，其中该栅极端子接收采样保持信号SH，并且开关360根据该信号来操作(打开或闭合)。
该第二放大设备355可确保反馈节点FBACK维持固定的预先确定的电压。可将第二放大设备355耦接到开关360和反馈节点FBACK。该第二放大设备355可包括晶体管，诸如具有栅极端子、源极端子和漏极端子的共源极放大器。可将栅极端子耦接到开关360，其中当开关360被激活(闭合)时，电流流过第二放大设备355并且以将反馈节点FBACK保持在固定的预先确定的电压处的方式作出响应。该第二放大设备355可结合第一电流源375一起操作，以设置第一放大设备315的共模电压。
该第二电荷存储设备350可存储电荷，以使反馈节点FBACK稳定。该第二电荷存储设备350可包括用于存储电荷的任何合适的设备，诸如电容器。可将第二电荷存储设备350耦接在第二放大设备355的栅极与反馈节点FBACK之间，并且耦接在开关360与反馈节点FBACK之间。例如，在操作期间，该第二电荷存储设备350可将反馈节点FBACK处的电压耦接到放大设备355的栅极，以在开关360打开时使反馈节点FBACK稳定。
在操作中，该图像传感器135可将光子转换成电荷，将电荷转移到存储区域，放大电荷信号(像素信号)，读出像素信号，并且将像素信号转换成像素输出电压。例如，参见图2、图3和图4，该图像传感器135可在快门时间段、积分和读出期间执行各种操作。
在快门时间段期间，当行选择设备被去激活时，该重置设备380被激活，以将浮动扩散节点耦接到全局电压VFD。在重置设备380已被激活之后，该转移门310可接收转移信号TX，以使光电探测器305耗尽所有自由电子。该操作重置光电探测器305并使像素准备好进行积分。该转移门310可接收部分分步转移信号TX，以降低转移门310上的电压摆幅，这降低了从转移门310到FD节点的馈通。该操作可有利于电路操作，因为该转移门310通常由相当大的负偏置进行偏置，以便聚积该栅极下的空穴并使该栅极下的暗电流的生成最小化。部分分步转移信号TX消除该偏置并使该栅极在稍后的时间准备好进行电荷转移。
在积分期间，该光电探测器305可将入射光转换成电荷，并且在预先确定的时间段内收集电荷。在积分期间，各自接收行信号ROW的第一行选择设备320和第二行选择设备340保持去激活(打开)，以抑制电流流过第一放大设备315。当读出不同行的像素时，该第二行选择设备340进一步阻止像素输出节点PIXOUT干扰传播到FD节点。
在读出期间，当开关360被激活时，该第一行选择设备320和第二行选择设备340被激活。对浮动扩散节点施加全局电压VFD并形成从像素输出节点PIXOUT到反馈节点FBACK的第二反馈回路。该第二反馈回路迫使像素输出节点PIXOUT变为重置电压Vgsn。该重置设备380然后被去激活，以将电荷存储在FD节点上。在重置设备380被去激活之后，该开关360被去激活，以断开第二反馈回路并将反馈节点FBACK设置为预先确定的电压。此时，进入或离开FD节点的任何电荷将导致像素输出节点PIXOUT处的电压变化，并且经由像素输出线370作为输出电压V输出来传输。在预先确定的时间段结束时，该转移门310可接收转移信号TX，以将电荷从光电探测器305转移到浮动扩散节点。该转移门310可被再次脉动，以将附加电荷添加到FD节点。
根据一个实施方案，一种图像传感器，该图像传感器包括：光电探测器阵列，该光电探测器阵列被配置成响应于光而生成电荷；其中该电荷被选择性地转移到浮动扩散节点；第一放大器，该第一放大器耦接到像素输出节点和反馈节点并对被存储在浮动扩散节点中的电荷作出响应并且被配置成在像素输出节点处产生像素信号，其中该第一放大器具有大于单位一的增益；第一行选择设备，该第一行选择设备耦接在第一放大器的漏极端子与像素输出节点之间并对第一信号作出响应；第一反馈网络，该第一反馈网络适于将像素输出节点选择性地耦接到浮动扩散节点；以及第二反馈网络，该第二反馈网络适于将像素输出节点选择性地耦接到反馈节点。
在图像传感器的一个实施方案中，该第一反馈网络包括：第一电容器；以及耦接到该第一电容器的第二行选择设备，其中该第二行选择设备对第一信号作出响应并将像素输出节点选择性地耦接到浮动扩散节点。
在一个实施方案中，该图像传感器还包括第二行选择设备，该第二行选择设备对第二信号作出响应，以将像素输出节点选择性地耦接到浮动扩散节点。
在一个实施方案中，该图像传感器还包括：重置晶体管，该重置晶体管耦接到电压源和浮动扩散节点，并对重置信号作出响应以从浮动扩散节点移除电荷。
在一个实施方案中，该图像传感器还包括：耦接到反馈节点的电流源，其中该电流源被配置成设置反馈节点的电压电平；以及耦接到像素输出节点的偏置电流，其中该偏置电流被配置成加载第一放大器。
在一个实施方案中，该图像传感器还包括第一转移门，该第一转移门对第二信号作出响应并耦接到光电探测器中的至少一个光电探测器，其中该第一转移门被配置成将电荷转移到浮动扩散节点。
在一个实施方案中，该第二反馈网络包括：第二放大器，该第二放大器对所像素输出节点处的电势作出响应并耦接到反馈节点；以及第二电容器，该第二电容器耦接在反馈节点与像素输出节点之间。
在一个实施方案中，该图像传感器被配置作为背照式图像传感器。
在一个实施方案中，该图像传感器为堆叠图像传感器，该堆叠图像传感器包括：第一芯片，其中该第一芯片包括光电探测器阵列；第二芯片，其中该第二芯片包括第一反馈网络；第三芯片，其中该第三芯片包括第二反馈网络；其中：利用混合粘合剂来将第一芯片和第二芯片接合在一起；并且利用烧熔粘合剂来将第二芯片和第三芯片接合在一起。
根据一个方面，一种用于形成图像传感器的方法，该方法包括：形成光电探测器阵列；形成第一电路，该第一电路包括：耦接到至少一个光电探测器的浮动扩散区域；具有大于单位一的增益的第一放大器；像素输出节点；第一反馈电路；其中：该反馈电路将像素输出节点耦接到浮动扩散区域；并且第一电路耦接到反馈节点；以及形成第二电路，该第二电路在像素输出节点和反馈节点处耦接到第一电路，该第二电路包括：包括第二放大器的第二反馈电路，其中该第二反馈电路适于将像素输出节点选择性地耦接到反馈节点。
在一个实施方案中，一种用于形成图像传感器的方法还包括：将电流源耦接到反馈节点；以及将偏置电流耦接到像素输出节点。
在一个实施方案中，一种用于形成图像传感器的方法还包括形成第一芯片，其中：该第一芯片包括光电探测器阵列；并且该光电探测器阵列形成背照式传感器。
在一个实施方案中，一种用于形成图像传感器的方法还包括形成第二芯片，其中该第二芯片包括第一电路；以及形成第三芯片，其中该第三芯片包括第二电路。
在一个实施方案中，一种用于形成图像传感器的方法还包括通过以下方式利用第一芯片、第二芯片和第三芯片来形成堆叠图像传感器：将第一芯片的主表面接合到第二芯片的第一主表面，以及将第二芯片的第二主表面接合到第三芯片的主表面。
在一个实施方案中，将第一芯片接合到第二芯片包括混合粘合剂；并且将第二芯片接合到第三芯片包括烧熔粘合剂。
根据一个实施方案，成像系统包括：图像传感器，该图像传感器包括：第一芯片，该第一芯片包括：光电探测器阵列；以及第一转移门，该第一转移门对第一信号作出响应并耦接到至少一个光电探测器，其中该第一转移门被配置成将电荷转移出光电探测器；耦接到第一芯片的第二芯片，该第二芯片包括：电荷存储节点，该电荷存储节点耦接到一个或多个光电探测器并被配置成存储由光电探测器中的一个光电探测器所生成的电荷；以及第一放大器，该第一放大器对电荷存储节点处的电荷作出响应并被配置成在像素输出节点处产生像素信号，该第一放大器包括：耦接到第一转移门的第一端子；耦接到像素输出节点的第二端子；耦接到反馈节点的第三端子；并且其中该第一放大器具有大于单位一的增益；第一行选择设备，该第一行选择设备耦接在第一放大器的第二端子与像素输出节点之间并对第二信号作出响应；以及第一反馈网络，该第一反馈网络耦接在像素输出节点与电荷存储节点之间，该第一反馈网络包括：第一电容器，该第一电容器耦接在像素输出节点与第一放大器的第一端子之间；以及第二行选择设备，该第二行选择设备耦接在像素输出节点与第一放大器的第一端子之间并对第二信号作出响应；以及耦接到至少第二芯片的第三芯片，该第三芯片包括：第三转移门，该第三转移门对第三信号作出响应并耦接在第二放大器与像素输出节点之间；以及第二反馈网络，该第二反馈网络耦接在第三转移门与反馈节点之间，该第二反馈网络包括：第二放大器，该第二放大器包括：耦接到反馈节点的第一端子；耦接到第三转移门的第二端子；以及第二电容器，该第二电容器耦接在反馈节点与第二放大器的第二端子之间。
在成像系统的一个实施方案中，该第二芯片还包括重置晶体管，该重置晶体管耦接到电压源和电荷存储区域并对重置信号作出响应以从电荷存储节点移除电荷。
在一个实施方案中，该成像系统还包括耦接到反馈节点的电流源以及耦接到像素输出节点的偏置电流。
在成像系统的一个实施方案中，利用混合粘合剂来将第一芯片和第二芯片接合在一起；并且利用烧熔粘合剂来将第二芯片和第三芯片接合在一起。
在成像系统的一个实施方案中，该图像传感器被配置作为背照式图像传感器；并且竖直地堆叠第一芯片、第二芯片和第三芯片。
在上述描述中，已结合具体示例性实施方案描述了该技术。所示和所述的特定具体实施方式用于例示所述技术及其最佳模式，而并非旨在以任何方式另外限制本实用新型技术的范围。实际上，为简洁起见，方法和系统的常规制造、连接、制备和其他功能方面可能未详细描述。此外，在各个图中示出的连接线旨在表示各种元件之间的示例性功能关系和/或步骤。在实际系统中可能存在多个替代的或附加功能关系或物理连接。
已结合特定示例性实施方案描述了该技术。然而，可在不脱离本实用新型技术的范围的情况下作出各种修改和变化。以示例性而非限制性方式考虑说明书和附图，并且所有此类修改旨在被包括在本实用新型技术的范围内。因此，应通过所述的一般实施方案及其在法律意义上的等同形式，而不是仅通过上述具体示例来确定该技术的范围。例如，除非另外明确说明，否则可以任何顺序来执行任何方法或工艺实施方案中列举的步骤，并且这些步骤不限于具体示例中提供的明确顺序。另外，任何装置实施方案中列举的部件和/或元件可以多种排列组装或者以其他方式进行操作配置，以产生与本实用新型技术基本上相同的结果，因此不限于具体例子中阐述的具体配置。
上文已针对具体实施方案描述了有益效果、其他优点和问题解决方案。然而，任何有益效果、优点、问题解决方案或者可使得任何特定有益效果、优点或解决方案出现或变得更明显的任何要素均不应被解释为关键的、所需的或必要的特征或组分。
术语“包括”(“comprises”“comprising”)或其任何变型形式旨在提及非排他性的包括，使得包括一系列要素的过程、方法、制品、组合物、或装置不仅包括这些列举的要素，而且还可包括未明确列出的或此类过程、方法、制品、组合物、或装置固有的其他要素。除了未具体引用的那些，对本实用新型技术的实践中所使用的上述结构、布置、应用、比例、元件、材料、或部件的其他组合和/或修改可在不脱离其一般原理的情况下变化或以其他方式特别适于特定环境、制造规范、设计参数、或其他操作要求。
上文已结合示例性实施方案描述了本实用新型技术。然而，可在不脱离本实用新型技术的范围的情况下对示例性实施方案作出变化和修改。这些和其他变化或修改旨在被包括在本实用新型技术的范围内，如随附权利要求所述的。

Claims (10)

1.一种图像传感器，其特征在于，包括：
光电探测器阵列，所述光电探测器阵列被配置成响应于光而生成电荷；其中所述电荷被选择性地转移到浮动扩散节点；
第一放大器，所述第一放大器耦接到像素输出节点和反馈节点，并对被存储在所述浮动扩散节点中的所述电荷作出响应，并且被配置成在所述像素输出节点处产生像素信号，
其中所述第一放大器具有大于单位一的增益；
第一行选择设备，所述第一行选择设备耦接在所述第一放大器的漏极端子与所述像素输出节点之间并对第一信号作出响应；
第一反馈网络，所述第一反馈网络适于将所述像素输出节点选择性地耦接到所述浮动扩散节点；和
第二反馈网络，所述第二反馈网络适于将所述像素输出节点选择性地耦接到所述反馈节点。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一反馈网络包括：
第一电容器；和
耦接到所述第一电容器的第二行选择设备，其中所述第二行选择设备对所述第一信号作出响应，并将所述像素输出节点选择性地耦接到所述浮动扩散节点。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，还包括：
重置晶体管，所述重置晶体管耦接到电压源和所述浮动扩散节点，并对重置信号作出响应以从所述浮动扩散节点移除电荷；和
第一转移门，所述第一转移门对第二信号作出响应并耦接到所述光电探测器中的至少一个光电探测器，其中所述第一转移门被配置成将电荷转移到所述浮动扩散节点。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，还包括：
耦接到所述反馈节点的电流源，其中所述电流源被配置成设置所述反馈节点的电压电平；和
耦接到所述像素输出节点的偏置电流，其中所述偏置电流被配置成加载到所述第一放大器。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述第二反馈网络包括：
第二放大器，所述第二放大器对所述像素输出节点处的电势作出响应，并耦接到所述反馈节点；和
第二电容器，所述第二电容器耦接在所述反馈节点与所述像素输出节点之间。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器被配置作为堆叠图像传感器，所述堆叠图像传感器包括：
第一芯片，其中所述第一芯片包括所述光电探测器阵列；
第二芯片，其中所述第二芯片包括所述第一反馈网络；
第三芯片，其中所述第三芯片包括所述第二反馈网络；
其中：
所述第一芯片和所述第二芯片利用混合粘合剂接合在一起；并且
所述第二芯片和所述第三芯片利用烧熔粘合剂接合在一起。
7.一种成像系统，其特征在于，包括：
图像传感器，所述图像传感器包括：第一芯片、第二芯片和第三芯片，
所述第一芯片包括：光电探测器阵列和第一转移门，
所述第一转移门对第一信号作出响应，并耦接到至少一个光电探测器，其中所述第一转移门被配置成将电荷转移出所述光电探测器；
所述第二芯片耦接到所述第一芯片，所述第二芯片包括：电荷存储节点、第一放大器、第一行选择设备、第一反馈网络，
所述电荷存储节点耦接到一个或多个光电探测器，并被配置成存储由所述光电探测器中的一个光电探测器所生成的电荷；
所述第一放大器对所述电荷存储节点处的所述电荷作出响应，并被配置成在像素输出节点处产生像素信号，所述第一放大器包括：耦接到所述第一转移门的第一端子、耦接到所述像素输出节点的第二端子和耦接到反馈节点的第三端子，并且其中所述第一放大器具有大于单位一的增益；
所述第一行选择设备耦接在所述第一放大器的所述第二端子与所述像素输出节点之间，并对第二信号作出响应；
所述第一反馈网络耦接在所述像素输出节点与所述电荷存储节点之间，所述第一反馈网络包括：第一电容器和第二行选择设备，
所述第一电容器耦接在所述像素输出节点与所述第一放大器的所述第一端子之间；
所述第二行选择设备耦接在所述像素输出节点与所述第一放大器的所述第一端子之间，并对所述第二信号作出响应；
所述第三芯片耦接到至少所述第二芯片，所述第三芯片包括：第三转移门和第二反馈网络，
所述第二反馈网络耦接在所述第三转移门与所述反馈节点之间，第二反馈网络包括：第二放大器和第二电容器，
所述第二放大器包括：耦接到所述反馈节点的第一端子和耦接到所述第三转移门的第二端子；
所述第二电容器耦接在所述反馈节点与所述第二放大器的所述第二端子之间；
所述第三转移门对第三信号作出响应并耦接在所述第二放大器与所述像素输出节点之间。
8.根据权利要求7所述的成像系统，其特征在于，所述第二芯片还包括重置晶体管，所述重置晶体管耦接到电压源和电荷存储区域，并对重置信号作出响应以从所述电荷存储节点移除电荷。
9.根据权利要求7所述的成像系统，其特征在于，还包括：耦接到所述反馈节点的电流源以及耦接到所述像素输出节点的偏置电流。
10.根据权利要求7所述的成像系统，其特征在于，
所述第一芯片和所述第二芯片利用混合粘合剂接合在一起；
所述第二芯片和所述第三芯片利用烧熔粘合剂接合在一起；并且
所述第一芯片、所述第二芯片和所述第三芯片竖直地堆叠。
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