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TWI578788B - 具有非破壞性讀出之影像感測器像素單元 - Google Patents

具有非破壞性讀出之影像感測器像素單元 Download PDF

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TWI578788B
TWI578788B TW104120195A TW104120195A TWI578788B TW I578788 B TWI578788 B TW I578788B TW 104120195 A TW104120195 A TW 104120195A TW 104120195 A TW104120195 A TW 104120195A TW I578788 B TWI578788 B TW I578788B
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coupled
transistor
trench isolation
isolation structure
photodiode
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喬恩斯 蘇哈斯維
多明尼克 麥西堤
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豪威科技股份有限公司
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Description

具有非破壞性讀出之影像感測器像素單元
本發明一般而言係關於影像感測器。更具體而言，本發明之實例係關於自影像感測器像素單元讀出影像資料之電路。
影像感測器已變得普遍存在。其廣泛用於數位相機、蜂巢式電話、安全攝影機以及醫學、汽車及其他應用中。用以製造影像感測器且特定而言互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器之技術已不斷快速地發展。此外，對較高分辨率及較低電力消耗之增加之需求已促進此等影像感測器之進一步小型化及整合。
隨著像素單元變得較小，對用以在自低光條件至亮光條件變化之照明條件之一大範圍內執行之影像感測器之需求變得愈來愈難以達成。此效能能力通常被稱為具有高動態範圍(HDR)。在具有小光敏裝置之習用影像擷取裝置中，像素單元通常需要以長及短之積分時間對光電二極體進行多個連續取樣或曝光以達成HDR。
在一習用CMOS像素單元中，自一光敏裝置(例如，一光電二極體)轉移影像電荷並在該像素單元內部於一浮動擴散節點上將其轉換為一電壓信號。關於此方法之一挑戰係，對習用像素單元之每一讀出皆係破壞性的。特定而言，一光電二極體中之電荷在每一讀出之後消失，與可在一整個圖框時間期間累積光之像素單元相比，此降低光敏 感度。
102‧‧‧影像感測器像素單元/像素單元
104‧‧‧光電二極體
106‧‧‧轉移電晶體
108‧‧‧重設電晶體
110‧‧‧浮動擴散部
112‧‧‧放大器電晶體
114‧‧‧列選擇電晶體
116‧‧‧深溝渠隔離結構
118‧‧‧行位元線
120‧‧‧開關電晶體
136‧‧‧入射光
202‧‧‧實例性影像感測器像素單元/影像感測器像素單元/像素單元
204‧‧‧光電二極體
206‧‧‧轉移電晶體
208‧‧‧重設電晶體
210‧‧‧浮動擴散部
212‧‧‧放大器電晶體
214‧‧‧列選擇電晶體
216‧‧‧深溝渠隔離結構
218‧‧‧列位元線
220‧‧‧開關電晶體
228‧‧‧氧化物材料
236‧‧‧入射光
238‧‧‧導電材料
302‧‧‧影像感測器像素單元/像素單元
304‧‧‧光電二極體
306‧‧‧轉移電晶體
308‧‧‧重設電晶體
309‧‧‧選用重設連接
310‧‧‧浮動擴散部
312A‧‧‧第一放大器電晶體
312B‧‧‧第二放大器電晶體
314A‧‧‧第一列選擇電晶體
314B‧‧‧第二列選擇電晶體
316‧‧‧深溝渠隔離結構
318‧‧‧行位元線
336‧‧‧入射光
402‧‧‧實例性影像感測器像素單元/影像感測器像素單元/像素單元
404‧‧‧光電二極體
406‧‧‧轉移電晶體
408‧‧‧重設電晶體
409‧‧‧選用重設連接
410‧‧‧浮動擴散部
412A‧‧‧第一放大器電晶體
412B‧‧‧第二放大器電晶體
414A‧‧‧第一列選擇電晶體
416‧‧‧深溝渠隔離結構
418‧‧‧行位元線
428‧‧‧氧化物材料
436‧‧‧入射光
438‧‧‧導電材料
500‧‧‧實例性成像系統/成像系統
502‧‧‧像素陣列
518‧‧‧行位元線
530‧‧‧讀出電路
532‧‧‧控制電路
534‧‧‧功能邏輯
C1...Cx‧‧‧行
CDTI‧‧‧深溝渠隔離結構
FD‧‧‧浮動擴散部
P1...Pn‧‧‧像素單元
PD‧‧‧光電二極體
R1...Ry‧‧‧列
參考以下圖闡述本發明之非限制性及非窮盡性實施例，其中貫穿各種視圖之相似元件符號係指相似部件，除非另有規定。
圖1係圖解說明根據本發明之教示包含一非破壞性讀出(NDR)之一影像感測器像素單元之一項實例之一示意圖。
圖2係圖解說明根據本發明之教示包含一非破壞性讀出之一實例性影像感測器像素單元之一佈局之一圖式。
圖3係圖解說明根據本發明之教示包含一非破壞性讀出之一影像感測器像素單元之另一實例之一示意圖。
圖4係圖解說明根據本發明之教示包含一非破壞性讀出之另一實例性影像感測器像素單元之一佈局之一圖式。
圖5係圖解說明根據本發明之教示包含具有非破壞性讀出之像素單元之一像素陣列之一實例性成像系統之一方塊圖。
貫穿圖式之數個視圖，對應參考字符指示對應組件。熟習此項技術者將瞭解，圖中之元件係為簡單及清晰起見而圖解說明的，且未必按比例繪製。舉例而言，為有助於改良對本發明之各種實施例之理解，圖中之元件中之某些元件之尺寸可能相對於其他元件放大。此外，通常未繪示在一商業上可行之實施例中有用或必需之常見而眾所周知之元件以便促進對本發明之此等各種實施例之一較不受阻擋之觀察。
在以下說明中，陳述眾多特定細節以便提供對本發明之一透徹理解。然而，熟習此項技術者將明瞭，不需要採用特定細節來實踐本發明。在其他例項中，未詳細闡述眾所周知之材料或方法以避免使本發明模糊。
貫穿本說明書對「一項實施例」、「一實施例」、「一項實例」或「一實例」之提及意指結合該實施例或實例所闡述之一特定特徵、結構或特性包含於本發明之至少一項實施例中。因此，貫穿本說明書之各個位置中之片語「在一項實施例中」、「在一實施例中」、「一項實例」或「一實例」之出現未必全部係指同一實施例或實例。此外，在一或多個實施例或實例中，可以任何適合組合及/或子組合之形式來組合特定特徵、結構或特性。特定特徵、結構或特性可包含於一積體電路、一電子電路、一組合邏輯電路或提供所闡述之功能性之其他適合組件中。另外，應瞭解，隨本文提供之圖係出於向熟習此項技術者闡釋之目的且圖式未必按比例繪製。
根據本發明之教示之實例闡述具有根據本發明之教示之非破壞性讀出(NDR)之影像感測器像素單元之實例。如將展示，在各種實例中，提供至每一像素單元中之光電二極體之一電容性耦合，可透過該電容性耦合來執行對該像素單元之非破壞性讀出。舉例而言，在各種實例中，深溝渠隔離(DTI)結構接近於一像素陣列中之每一像素單元之光電二極體而安置以在不影響該光電二極體中之所累積電荷之情況下感測該等光電二極體中之電壓。因此，根據本發明之教示，可為諸如自動曝光控制(AEC)之技術提供對像素單元之非破壞性讀出，因此，與習用像素單元相比，此改良像素單元之總體光敏感度，此乃因可在像素單元之一整個圖框時間期間累積光。
為圖解說明，圖1係圖解說明根據本發明之教示包含一非破壞性讀出之一影像感測器像素單元102之一項實例之一示意圖。在所繪示之實例中，像素單元102包含經耦合以回應於入射光136而光生影像電荷之一光電二極體PD 104。一深溝渠隔離結構CDTI 116接近於光電二極體PD 104而安置以透過深溝渠隔離結構CDTI 116提供至光電二極體PD 104之一電容性耦合。在圖1中所繪示之實例性示意圖中，深溝渠 隔離結構CDTI 116經圖解說明為經耦合以提供至光電二極體PD 104之電容性耦合之一電容器。
一放大器電晶體112經耦合至深溝渠隔離結構CDTI 116，以回應於透過由深溝渠隔離結構CDTI 116提供之電容性耦合自光電二極體PD 104讀出之影像電荷而產生經放大影像資料。在圖1中所繪示之實例性示意圖中，一開關(SW)電晶體120耦合於深溝渠隔離結構CDTI 116與一浮動擴散部FD 110之間，如所展示，FD 110耦合至一放大器電晶體112。在所繪示之實例中，放大器電晶體112係一源極隨耦器(SF)耦合電晶體，其閘極端子透過一開關電晶體120選擇性地耦合至深溝渠隔離結構CDTI 116。一列選擇(RS)電晶體114耦合至放大器電晶體114之一輸出以將經放大影像資料選擇性地輸出至耦合至列選擇電晶體114之一行位元線118。
如在所繪示之實例中所展示，一浮動擴散部FD 110耦合至放大器電晶體112，且一轉移(TX)電晶體106耦合於光電二極體PD 104與浮動擴散部FD 110之間以將浮動擴散部FD 110選擇性地耦合至光電二極體PD 104。一重設(RST)電晶體108耦合至浮動擴散部FD 110以選擇性地重設浮動擴散部FD 110及光電二極體PD 104中之電荷。舉例而言，在一項實例中，浮動擴散部FD 110中之電荷可透過重設電晶體108經重設至一重設電壓，且光電二極體PD 104中之電荷可透過重設電晶體108及轉移電晶體106經重設至一重設電壓。在圖1中所圖解說明之實例性示意圖中，由深溝渠隔離結構CDTI 116提供之電容性耦合中之電荷可透過重設電晶體108及開關電晶體120經重設至一重設電壓。在一項實例中，應瞭解，耦合至深溝渠隔離結構CDTI 116以重設深溝渠隔離結構CDTI 116中之電荷之重設電壓可係與經耦合以重設光電二極體PD 104及/或浮動擴散部PD 110中之電荷之重設電壓不同之一重設電壓。在一項實例中，可在啟動重設電晶體108之前在重設供應側上切 換該等不同之重設電壓。
因此，在一項實例中，可藉由在光電二極體PD 104重設期間恰好在積分開始之前首先將深溝渠隔離結構CDTI 116重設至一已知電位來執行對像素單元102之感測。接下來，積分可以光電二極體PD 104回應於入射光136而光生電荷開始。在一項實例中，可藉由首先透過重設電晶體108將浮動擴散部FD 110重設至一重設電壓來執行相關雙重取樣(CDS)。然後，可透過放大器電晶體112及列選擇電晶體114自行位元線118對重設之後的浮動擴散部FD 110上之電荷進行取樣(例如，SHR)。接下來，根據本發明之教示，可然後藉由閉合(亦即，接通)開關電晶體120以將浮動擴散部FD 110短接至深溝渠隔離結構CDTI 116來對在光電二極體PD 104中光生之電荷之一非破壞性讀取進行取樣，此將透過由深溝渠隔離結構CDTI 116提供之電容性耦合回應於入射光136而對在光電二極體PD 104中光生之影像電荷非破壞性地進行取樣(例如，SHS)。
假定在重設之後浮動擴散部FD 110之樣本值係SHR且假定在開關電晶體120將浮動擴散部FD 110短接至深溝渠隔離結構CDTI 116之後浮動擴散部FD 110之樣本係SHS，則相關雙重取樣(CDS)信號值係SHS-SHR。在一項實例中，應瞭解，根據本發明之教示，可藉由監測CDS信號值直至在光電二極體PD 104中光生電荷之一臨限值為止(此時，可然後透過轉移電晶體106、浮動擴散部FD 110、放大器電晶體112、列選擇電晶體114及行位元線118讀出光電二極體PD 104中之所光生影像電荷)來達成自動曝光控制(AEC)。
圖2係圖解說明根據本發明之教示一半導體晶片中所包含之具有一非破壞性讀出之一實例性影像感測器像素單元202之一佈局之一圖式。應瞭解，圖2中所圖解說明之影像感測器像素單元202可係圖1中所展示之像素單元102之一項實例，且下文以類似方式命名及編號之 元件如上文所闡述而耦合及起作用。如該實例中所展示，像素單元202包含經耦合以回應於入射光236而光生影像電荷之一光電二極體204。一深溝渠隔離結構216接近於光電二極體204而安置以透過深溝渠隔離結構216提供至光電二極體204之一電容性耦合。
一放大器電晶體212耦合至深溝渠隔離結構216以回應於透過由深溝渠隔離結構216提供之電容性耦合自光電二極體204讀出之影像電荷而產生經放大影像資料。在圖2中所繪示之實例性示意圖中，一開關電晶體220耦合於深溝渠隔離結構216與一浮動擴散部FD 210之間，如所展示，FD 210耦合至放大器電晶體212。在所繪示之實例中，放大器電晶體212係一源極隨耦器耦合電晶體，其閘極端子透過開關電晶體220選擇性地耦合至深溝渠隔離結構216。一列選擇電晶體214耦合至放大器電晶體212之一輸出以將經放大影像資料選擇性地輸出至耦合至列選擇電晶體214之一行位元線218。
如在所繪示之實例中所展示，浮動擴散部FD 210耦合至放大器電晶體212，且一轉移電晶體206耦合於光電二極體204與浮動擴散部FD 210之間以將浮動擴散部FD 210選擇性地耦合至光電二極體204。一重設電晶體208耦合至浮動擴散部FD 210以選擇性地重設浮動擴散部FD 210及光電二極體204中之電荷。舉例而言，在一項實例中，浮動擴散部FD 210中之電荷可透過重設電晶體208經重設至一重設電壓，且光電二極體204中之電荷可透過重設電晶體208及轉移電晶體206經重設至一重設電壓。在圖2中所圖解說明之實例性示意圖中，由深溝渠隔離結構216提供之電容性耦合中之電荷可透過重設電晶體208及開關電晶體220經重設至一重設電壓。
在圖2中所繪示之實例中，一導電材料238(舉例而言，諸如多晶矽或諸如此類)安置於深溝渠隔離結構216內。在該實例中，一種氧化物材料228內襯於深溝渠隔離結構216之一內部。在一項實例中，內襯 於深溝渠隔離結構216之內部之氧化物材料228係一帶電氧化物溝渠襯裡。舉例而言，在一項實例中，氧化物材料228可係一帶負電氧化物溝渠襯裡，且在另一實例中，氧化物材料228可係一帶正電氧化物襯裡。如此，應瞭解，在所圖解說明之實例中，根據本發明之教示，藉助深溝渠隔離結構216提供之至光電二極體204之電容性耦合之電容經適合地匹配以感測在光電二極體204中累積之影像電荷。
圖3係圖解說明根據本發明之教示包含一非破壞性讀出之一影像感測器像素單元302之另一實例之一示意圖。應瞭解，圖3中所圖解說明之影像感測器像素單元302與圖1中所展示之像素單元102及/或圖2中所展示之像素單元202共用相似性，且下文以類似方式命名及編號之元件如上文所闡述而耦合及起作用。在所繪示之實例中，像素單元302包含經耦合以回應於入射光336而光生影像電荷之一光電二極體PD 304。一深溝渠隔離結構CDTI 316接近於光電二極體PD 304而安置以透過深溝渠隔離結構CDTI 316提供至光電二極體PD 304之一電容性耦合。在圖3中所繪示之實例性示意圖中，深溝渠隔離結構CDTI 316經圖解說明為經耦合以提供至光電二極體PD 304之電容性耦合之一電容器。
如在所圖解說明之實例中所展示，一第一放大器電晶體312A耦合至深溝渠隔離結構CDTI 316以回應於透過由深溝渠隔離結構CDTI 316提供之電容性耦合自光電二極體PD 304讀出之影像電荷而產生第一經放大影像資料。一第一列選擇電晶體314A耦合至第一放大器電晶體312A之一輸出以將第一經放大影像資料選擇性地輸出至耦合至第一列選擇電晶體314A之一行位元線318。
在所繪示之實例中，第一放大器電晶體312A係一源極隨耦器耦合電晶體，其閘極端子耦合至深溝渠隔離結構CDTI 316以提供對光電二極體PD 304中之影像電荷之非破壞性讀出。在該實例中，根據本發 明之教示，第一列選擇電晶體314A經耦合以將來自第一放大器電晶體312A之非破壞性讀出選擇性地輸出至行位元線318。因此，應瞭解，第一放大器電晶體312A及第一列選擇電晶體314A用於對像素單元302之非破壞性讀出。
在一項實例中，像素單元302進一步包含一第二放大器電晶體312B及一浮動擴散部FD 310，其經耦合以回應於透過浮動擴散部FD 310自光電二極體PD 304讀出之影像電荷而產生第二經放大影像資料。在該實例中，根據本發明之教示，一第二列選擇電晶體314B耦合至第二放大器電晶體312B之一輸出以將第二經放大影像資料選擇性地輸出至耦合至第二列選擇電晶體314B之行位元線318。
如圖3中所繪示之實例中所展示，浮動擴散部FD 310耦合至第二放大器電晶體312B，且一轉移電晶體306耦合於光電二極體PD 304與浮動擴散部FD 310之間以將浮動擴散部FD 310選擇性地耦合至光電二極體PD 304。一重設電晶體308耦合至浮動擴散部FD 310以選擇性地重設浮動擴散部FD 310及光電二極體PD 304中之電荷。舉例而言，在一項實例中，浮動擴散部FD 310中之電荷可透過重設電晶體308經重設至一重設電壓，且光電二極體PD 304中之電荷可透過重設電晶體308及轉移電晶體306經重設至一重設電壓。在一項實例中，像素單元302進一步包含一選用重設連接309，透過該選用重設連接，由深溝渠隔離結構CDTI 316提供之電容性耦合中之電荷亦可透過重設電晶體308經重設至一重設電壓。在一項實例中，應瞭解，透過選用重設連接309耦合至深溝渠隔離結構CDTI 316以重設深溝渠隔離結構CDTI 316中之電荷之重設電壓可係與經耦合以重設光電二極體PD 304及/或浮動擴散部PD 310中之電荷之重設電壓不同之一重設電壓。在一項實例中，可在啟動重設電晶體308之前在重設供應側上切換該等不同之重設電壓。
類似於上文詳細闡述之實例，可透過藉助深溝渠隔離結構CDTI 316提供之電容性耦合、第一放大器電晶體312A、第一列選擇電晶體314A及行位元線318而以非破壞性讀出來監測在光電二極體PD 304中累積之影像電荷。在一項實例中，應瞭解，根據本發明之教示，可藉由監測透過非破壞性讀出自光電二極體PD 304取樣之信號值直至在光電二極體PD 304中光生一臨限值電荷為止(此時，可然後透過轉移電晶體306、浮動擴散部FD 310、第二放大器電晶體312B、第二列選擇電晶體314B及行位元線318讀出所光生影像電荷)來達成自動曝光控制(AEC)。
圖4係圖解說明根據本發明之教示之一半導體晶片中所包含之具有一非破壞性讀出之另一實例性影像感測器像素單元402之一佈局之一圖式。應瞭解，圖4中所圖解說明之影像感測器像素單元402與圖1中所展示之像素單元102、圖2中所展示之像素單元202及/或圖3中所展示之像素單元302共用相似性，且下文以類似方式命名及編號之元件如上文所闡述而耦合及起作用。如該實例中所展示，像素單元402包含經耦合以回應於入射光436而光生影像電荷之一光電二極體404。一深溝渠隔離結構416接近於光電二極體404而安置以透過深溝渠隔離結構416提供至光電二極體404之一電容性耦合。
一第一放大器電晶體412A耦合至深溝渠隔離結構416以回應於透過由深溝渠隔離結構416提供之電容性耦合自光電二極體404讀出之影像電荷而產生第一經放大影像資料。在所繪示之實例中，第一放大器電晶體412A係一源極隨耦器耦合電晶體，其閘極端子耦合至深溝渠隔離結構416。一第一列選擇電晶體414A耦合至第一放大器電晶體412A之一輸出以將第一經放大影像資料選擇性地輸出至耦合至第一列選擇電晶體414A之一行位元線418。
如所繪示之實例中所展示，一浮動擴散部FD 410耦合至一第二 放大器電晶體412B，且一轉移電晶體406耦合於光電二極體404與浮動擴散部FD 410之間以將浮動擴散部FD 410選擇性地耦合至光電二極體404。一重設電晶體408耦合至浮動擴散部FD 410以選擇性地重設浮動擴散部FD 410及光電二極體404中之電荷。舉例而言，在一項實例中，浮動擴散部FD 410中之電荷可透過重設電晶體408經重設至一重設電壓，且光電二極體404中之電荷可透過重設電晶體408及轉移電晶體406經重設至一重設電壓。在一項實例中，像素單元402進一步包含一選用重設連接409，透過該選用重設連接，由深溝渠隔離結構416提供之電容性耦合中之電荷亦可透過重設電晶體408經重設至一重設電壓。
在圖4中所繪示之實例中，一導電材料438(舉例而言，諸如多晶矽或諸如此類)安置於深溝渠隔離結構416內。在該實例中，一種氧化物材料428內襯於深溝渠隔離結構416之一內部。在一項實例中，內襯於深溝渠隔離結構416之內部之氧化物材料428係一帶電氧化物溝渠襯裡。舉例而言，在一項實例中，氧化物材料228可係一帶負電氧化物溝渠襯裡，且在另一實例中，氧化物材料228可係一帶正電氧化物襯裡。如此，應瞭解，在所圖解說明之實例中，根據本發明之教示，藉助深溝渠隔離結構416提供之至光電二極體404之電容性耦合之電容經適合地匹配以感測在光電二極體404中累積之影像電荷。
圖5係圖解說明根據本發明之教示包含具有非破壞性讀出之像素單元之一像素陣列之一實例性成像系統500之一方塊圖。如在所繪示之實例中所展示，成像系統500包含耦合至控制電路532及讀出電路530(其耦合至功能邏輯534)之像素陣列502。
在一項實例中，像素陣列502係成像感測器或像素單元(例如，像素單元P1、P2...、Pn)之一個二維(2D)陣列。在一項實例中，每一像素單元皆係一CMOS成像像素。注意，像素陣列502中之像素單元 P1、P2、...Pn可係圖1之像素單元102、圖2之像素單元202、圖3之像素單元302或圖4之像素單元402之實例，且下文所提及之以類似方式命名及編號之元件類似於如上文所闡述而耦合及起作用。如所圖解說明，每一像素單元經配置至一列(例如，列R1至Ry)及一行(例如，行C1至Cx)中以獲取一人、地方、物件等之影像資料，然後可使用該影像資料再現該人、地方、物件等之一2D影像。
在一項實例中，在每一像素單元已累積其影像資料或影像電荷之後，該影像資料由讀出電路530透過行位元線518讀出且然後經傳送至功能邏輯534。在各種實例中，讀出電路530亦可包含額外放大電路、額外類比轉數位(ADC)轉換電路或其他。功能邏輯534可僅儲存該影像資料或甚至藉由應用影像後效應(例如，剪裁、旋轉、移除紅眼、調整亮度、調整對比度或其他)來操縱該影像資料。在一項實例中，讀出電路530可沿著讀出行位元線518一次讀出一列影像資料(所圖解說明)或可使用多種其他技術(未圖解說明)讀出該影像資料，諸如一串行讀出或對所有像素同時進行之一全並行讀出。
在一項實例中，控制電路532耦合至像素陣列502以控制像素陣列502之操作特性。舉例而言，控制電路532可產生用於控制影像獲取之一快門信號。在一項實例中，該快門信號係用於同時啟用像素陣列502內之所有像素以在一單個獲取窗期間同時擷取其各別影像資料之一全域快門信號。在另一實例中，快門信號係一滾動快門信號，使得在連續獲取窗期間依序啟用每一像素列、每一像素行或每一像素群組。
包含發明摘要中所闡述內容之本發明之所圖解說明實例之以上說明並不意欲係窮盡性或限制於所揭示之精確形式。雖然出於說明性目的而在本文中闡述本發明之特定實施例及實例，但可在不背離本發明之較寬廣精神及範疇之情況下做出各種等效修改。
可依據以上詳細說明對本發明之實例做出此等修改。以下申請專利範圍中所使用之術語不應理解為將本發明限制於說明書及申請專利範圍中所揭示之特定實施例。相反，範疇將完全由以下申請專利範 圍來判定，該等申請專利範圍將根據申請專利範圍闡釋之既定原則來加以理解。因此，應將本說明書及圖視為說明性而非限制性。
102‧‧‧影像感測器像素單元/像素單元
104‧‧‧光電二極體
106‧‧‧轉移電晶體
108‧‧‧重設電晶體
110‧‧‧浮動擴散部
112‧‧‧放大器電晶體
114‧‧‧列選擇電晶體
116‧‧‧深溝渠隔離結構
118‧‧‧行位元線
120‧‧‧開關電晶體
136‧‧‧入射光

Claims (17)

  1. 一種像素單元，其包括：一光電二極體，其經耦合以回應於入射光而光生(photogenerate)影像電荷；一深溝渠隔離結構，其接近於該光電二極體而安置，以透過該深溝渠隔離結構提供至該光電二極體之一電容性耦合(capacitive coupling)；一放大器電晶體，其耦合至該深溝渠隔離結構而產生經放大影像資料，以回應於透過由該深溝渠隔離結構提供之該電容性耦合自該光電二極體讀出之該影像電荷；及一列(row)選擇電晶體，其耦合至該放大器電晶體之一輸出，以將該經放大影像資料選擇性地輸出至耦合至該列選擇電晶體之一行(column)位元線。
  2. 如請求項1之像素單元，其進一步包括：一浮動擴散部，其耦合至該放大器電晶體；一轉移電晶體，其耦合於該光電二極體與該浮動擴散部之間以將該浮動擴散部選擇性地耦合至該光電二極體；及一重設電晶體，其耦合至該浮動擴散部以選擇性地重設該浮動擴散部及該光電二極體中之電荷。
  3. 如請求項2之像素單元，其進一步包括耦合於該深溝渠隔離結構與該浮動擴散部之間的一開關電晶體，其中該放大器電晶體及該重設電晶體透過該開關電晶體選擇性地耦合至該深溝渠隔離結構。
  4. 如請求項2之像素單元，其中該放大器電晶體係一第一放大器電晶體，其中該列選擇電晶體係一第一列選擇電晶體，且其中由 該第一列選擇電晶體選擇性地輸出之該經放大影像資料係第一經放大影像資料，該像素單元進一步包括：一第二放大器電晶體，其耦合至該浮動擴散部以回應於透過該浮動擴散部自該光電二極體讀出之該影像電荷而產生第二經放大影像資料；及一第二列選擇電晶體，其耦合至該第二放大器電晶體之一輸出以將該第二經放大影像資料選擇性地輸出至耦合至該第二列選擇電晶體之該行位元線。
  5. 如請求項4之像素單元，其中該重設電晶體進一步耦合至該深溝渠隔離結構以選擇性地重設該深溝渠隔離結構中之電荷。
  6. 如請求項1之像素單元，其進一步包括：一導電材料，其安置於該深溝渠隔離結構內；及一種氧化物材料，其內襯於該深溝渠隔離結構之一內部。
  7. 如請求項6之像素單元，其中該導電材料包括多晶矽。
  8. 如請求項7之像素單元，其中該氧化物材料係一帶電氧化物溝渠襯裡。
  9. 一種成像系統，其包括：一像素陣列，其包含複數個像素單元，其中該等像素單元中之每一者包含：一光電二極體，其經耦合以回應於入射光而光生影像電荷；一深溝渠隔離結構，其接近於該光電二極體而安置，以透過該深溝渠隔離結構提供至該光電二極體之一電容性耦合；一放大器電晶體，其耦合至該深溝渠隔離結構而產生經放大影像資料，以回應於透過由該深溝渠隔離結構提供之該電容性耦合自該光電二極體讀出之該影像電荷；及 一列選擇電晶體，其耦合至該放大器電晶體之一輸出，以將該經放大影像資料選擇性地輸出至耦合至該列選擇電晶體之一行位元線；控制電路，其耦合至該像素陣列以控制該像素陣列之操作；及讀出電路，其耦合至該像素陣列以自該像素陣列之該複數個像素單元中之每一者讀出該經放大影像資料。
  10. 如請求項9之成像系統，其進一步包括耦合至該讀出電路以儲存自該像素陣列讀出之該經放大影像資料之功能邏輯。
  11. 如請求項9之成像系統，其中該等像素單元中之每一者進一步包括：一浮動擴散部，其耦合至該放大器電晶體；一轉移電晶體，其耦合於該光電二極體與該浮動擴散部之間以將該浮動擴散部選擇性地耦合至該光電二極體；及一重設電晶體，其耦合至該浮動擴散部以選擇性地重設該浮動擴散部及該光電二極體中之電荷。
  12. 如請求項11之成像系統，其中該等像素單元中之每一者進一步包括耦合於該深溝渠隔離結構與該浮動擴散部之間的一開關電晶體，其中該放大器電晶體及該重設電晶體透過該開關電晶體選擇性地耦合至該深溝渠隔離結構。
  13. 如請求項11之成像系統，其中該放大器電晶體係一第一放大器電晶體，其中該列選擇電晶體係一第一列選擇電晶體，且其中由該第一列選擇電晶體選擇性地輸出之該經放大影像資料係第一經放大影像資料，其中該等像素單元中之每一者進一步包括：一第二放大器電晶體，其耦合至該浮動擴散部以回應於透過 該浮動擴散部自該光電二極體讀出之該影像電荷而產生第二經放大影像資料；及一第二列選擇電晶體，其耦合至該第二放大器電晶體之一輸出以將該第二經放大影像資料選擇性地輸出至耦合至該第二列選擇電晶體之該行位元線。
  14. 如請求項13之成像系統，其中該重設電晶體進一步耦合至該深溝渠隔離結構以選擇性地重設該深溝渠隔離結構中之電荷。
  15. 如請求項9之成像系統，其中該等像素單元中之每一者進一步包括：一導電材料，其安置於該深溝渠隔離結構內；及一種氧化物材料，其內襯於該深溝渠隔離結構之一內部。
  16. 如請求項15之成像系統，其中該導電材料包括多晶矽。
  17. 如請求項16之成像系統，其中該氧化物材料係一帶電氧化物溝渠襯裡。
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