CN102891969B - 图像感测设备和操作其的方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种图像感测设备和操作其的方法。在操作图像传感器的方法中，在向浮动扩散区域施加重置电压之后采样浮动扩散区域的噪声电压。在采样噪声电压之后将存储光电电荷的存储区域和浮动扩散区域电连接，在存储区域和浮动扩散区域被电连接之后采样浮动扩散区域的解调电压。基于噪声电压和解调电压来确定电压。

Description

图像感测设备和操作其的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年7月21日在韩国知识产权局（KIPO）提交的韩国专利申请No.10-2011-0072210的优先权，其公开内容通过引入在此整体并入。
技术领域
示范实施例一般涉及一种光电感测设备，更具体地，涉及一种三维图像传感器和/或操作三维图像传感器的方法。
背景技术
诸如图像传感器的光电感测设备被配置来将用于提供对象的图像信息和/或深度信息的光信号转换为电信号。正在进行研究和开发以提高由诸如电荷耦合器件（CCD）图像传感器和互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器的图像传感器捕捉的图像的质量。更具体地，正进行研究以改善用于提供代表对象的图像信息之外的、到对象的距离的深度信息或距离信息的三维图像传感器的性能。
传统的三维图像传感器使用红外光或近红外光作为传输光以获得深度信息。与用于获得图像信息的彩色像素比较，深度像素具有相对低的灵敏度和信噪比（SNR），因此，相对很难获得准确的深度信息。
发明内容
至少一些示范实施例提供使用光电感测设备来测量距离的方法，该光电感测设备能够更有效地抑制和/或消除噪声以提高在获得深度信息中的灵敏度和信噪比（SNR）。
至少一些示范实施例提供操作光电感测设备和/图像传感器的方法。
至少一些示范实施例提供光电感测设备，能够更有效地抑制和/或消除噪声以提高在获得深度信息中的灵敏度和SNR。
根据至少一个示范实施例，在一种操作包括至少一个深度像素的光电感测设备的方法中，利用调制发送光来照亮对象。响应于解调信号在深度像素的存储区域中存储光电电荷，其中由对象反射的光在深度像素的光电检测区域中产生光电电荷。在向浮动扩散区域施加重置电压之后采样深度像素的浮动扩散区域的噪声电压。在采样噪声电压之后将存储区域和浮动扩散区域电连接。在存储区域和浮动扩散区域被电连接之后采样浮动扩散区域的解调电压。基于噪声电压和解调电压来确定对应于解调信号的相位的有效电压。
在至少一些示范实施例中，在光电电荷被存储在存储区域中之后重置电压可以被施加到浮动扩散区域。在至少一些其他示范实施例中，在光电电荷被存储在存储区域中的同时重置电压可以被持续施加到浮动扩散区域。
根据至少一些示范实施例，响应于解调信号在存储区域中存储光电电荷可以包括：响应于解调信号在桥扩散节点中存储光电电荷，其中桥扩散节点与光电检测区域相邻。桥扩散节点和浮动扩散区域可以在采样噪声电压之后被电连接，然后可以采样解调电压。
根据至少一些示范实施例，响应于解调信号在存储区域中存储光电电荷可以包括：响应于解调信号在存储节点中存储光电电荷，存储节点与光电检测区域隔开。存储节点和浮动扩散区域可以在采样噪声电压之后被电连接，然后可以采样解调电压。
根据至少一些示范实施例，响应于解调信号在存储区域中存储光电电荷可以包括：响应于解调信号在桥扩散节点中存储光电电荷，桥扩散节点与光电检测区域相邻；以及电连接桥扩散节点与存储节点，存储节点与桥扩散节点隔开。存储节点和浮动扩散区域可以在采样噪声电压之后被电连接，然后可以采样解调电压。
在至少一些示范实施例中，深度像素可以包括多个浮动扩散区域。可以响应于多个解调信号而采样多个浮动扩散区域的多个解调电压，多个解调信号具有彼此不同的相位。
在至少一些其他示范实施例中，深度像素可以包括公共浮动扩散区域。在该示例中，可以响应于多个解调信号而采样多个解调电压，多个解调信号具有彼此不同的相位。
根据至少一个其他示范实施例，一种光电感测设备包括：光源、感测电路（或单元）和控制电路（或单元）。光源产生调制发送光以利用其来照亮对象。感测电路包括至少一个深度像素，该至少一个深度像素包括光电检测区域、存储区域、转移栅极和浮动扩散区域。控制电路被配置来控制光源和感测电路。光电感测设备被配置来：响应于解调信号在存储区域中存储光电电荷，通过由对象反射的接收光在光电检测区域中产生光电电荷；在重置电压响应于重置信号被施加到浮动扩散区域之后采样浮动扩散区域处的噪声电压；在采样噪声电压之后响应于施加到转移栅极的转移控制信号而将存储区域和浮动扩散区域电连接；在存储区域和浮动扩散区域被电连接之后采样浮动扩散区域处的解调电压；以及基于噪声电压和解调电压来确定对应于解调信号的相位的电压。
控制电路可以产生重置信号，以使得在解调信号被去激活之后激活重置信号，但是在转移控制信号被激活之前去激活重置信号。
控制电路可以产生重置信号，以使得在解调信号被激活的同时持续激活重置信号并且在转移控制信号被激活之前去激活重置信号。
存储区域可以包括与光电检测区域相邻的桥扩散节点，并且深度像素还可以包括布置在光电检测区域上的光电栅极，其中光电栅极被配置来响应于解调信号而在桥扩散节点中存储光电电荷。
存储区域可以包括与光电检测区域隔开的存储节点，且深度像素还可以包括收集栅极，被配置来响应于解调信号而电连接存储节点和光电检测区域。
存储区域可以包括桥扩散节点和存储节点，其中桥扩散节点与光电检测区域相邻，而存储节点与桥扩散节点隔开，并且深度像素还可以包括光电栅极和存储栅极。光电栅极可以被布置在光电检测区域上，光电栅极可以被配置来响应于解调信号在桥扩散节点中存储光电电荷，而存储栅极可以被配置来电连接存储节点和桥扩散节点。
深度像素可以包括多个浮动扩散区域。光电感测设备可以被配置来响应于多个解调信号而采样多个扩散区域的多个解调电压，多个解调信号具有彼此不同的相位。
深度像素可以包括公共浮动扩散区域。光电感测设备可以被配置来响应于多个解调信号而顺序采样多个解调电压，多个解调信号具有彼此不同的相位。
该公共浮动扩散区域可以处于深度像素的中央部分处。存储区域可以具有环绕该公共浮动扩散区域的环状，而光电检测区域具有环绕该存储区域的环状。
存储区域可以包括与光电检测区域的内表面相邻的环状桥扩散节点，并且深度像素还可以包括布置在光电检测区域上的环状光电栅极。环状光电栅极可以被配置来响应于解调信号而在环状桥扩散节点中存储光电电荷。
存储区域可以包括与光电检测区域的内表面隔开的环状存储节点，并且深度像素还可以包括环状收集栅极，被配置来响应于解调信号电连接环状存储节点和光电检测区域。
存储区域可以包括环状桥扩散节点和环状存储节点，其中环状桥扩散节点与光电检测区域的内表面相邻，且环状存储节点与环状桥扩散节点的内表面隔开。深度像素还可以包括环状光电栅极和环状存储栅极，环状光电栅极被布置在光电检测区域上。环状光电栅极可以被配置来响应于解调信号而在环状桥扩散节点中存储光电电荷，并且环状存储栅极可以被配置来电连接环状存储节点和环状桥扩散节点。
环状光电检测区域可以包括彼此电分离的第一光电检测部分和第二光电检测部分。第一光电检测部分可以收集对应于具有等于或基本等于调制发送光的相位的相位的第一解调信号的第一光电电荷，而第二光电检测部分可以收集对应于具有与调制发送光的相位相反的相位的第二解调信号的第二光电电荷。环状存储区域可以被划分为彼此电分离的第一存储部分和第二存储部分。第一存储部分可以存储在第一光电检测部分中收集的第一光电电荷，而第二存储部分可以存储在第二光电检测部分中收集的第二光电电荷。
至少一个其他示范实施例提供一种操作包括至少一个深度像素的光电感测设备的方法，该至少一个深度像素包括存储区域和浮动扩散区域。根据至少该示范实施例，该方法包括：第一采样浮动扩散区域处的噪声电压；在第一采样噪声电压之后第二采样浮动扩散区域处的解调电压，解调电压对应于存储在存储区域中的光电电荷，基于在至少一个深度像素上入射的光产生光电电荷；以及基于采样的噪声电压和采样的解调电压来确定对应于解调信号的相位的电压。
根据至少一些示范实施例，所述方法还包括：在第一采样之后但是在第二采样之前电连接存储区域和浮动扩散区域。
根据至少一些示范实施例，所述方法可以包括：在第一采样噪声电压之前向浮动扩散区域施加重置电压。可以在如下之一的情况中向浮动扩散区域施加重置电压：（i）在光电电荷被存储在存储区域之后；以及（ii）在光电电荷被存储在存储区域的同时持续进行。
根据至少一些示范实施例，该方法可以进一步包括：利用调制发送光来照亮对象；和响应于解调信号在存储区域中存储光电电荷，通过由对象反射的光在深度像素的光电检测区域中产生光电电荷。
根据至少一些示范实施例，可以响应于解调信号在桥扩散节点中存储光电电荷，桥扩散节点与光电检测区域相邻。
根据至少一些示范实施例，可以响应于解调信号在存储节点中存储光电电荷，存储节点与光电检测区域隔开。
附图说明
通过结合附图的以下具体的描述，将更清楚地理解说明性的非限制的示范实施例。
图1是图示根据示范实施例的、操作包括至少一个深度像素的光电感测设备的方法的流程图。
图2是用于描述图1所示的方法的光电感测设备的示意图。
图3是图示根据示范实施例的、操作光电感测设备的方法的时序图。
图4是图示根据三晶体管操作来操作光电感测设备的方法的示例时序图。
图5是图示根据图3和图4的方法的示例信噪比（SNR）的图。
图6是图示根据示范实施例的操作光电感测设备的方法的时序图。
图7是图示根据示范实施例的光电感测设备的框图。
图8是图示图7的光电感测设备中的感测单元的示范实施例的图。
图9是图示图8的光电感测设备中的像素阵列的示范实施例的图。
图10是图示根据示范实施例的包括多个浮动扩散区域和桥扩散节点的深度像素的布局的图。
图11是图示图10的深度像素的示例垂直结构的截面图。
图12是图示操作包括图11的深度像素的光电感测设备的方法的示范实施例的时序图。
图13是图示根据示范实施例的包括多个浮动扩散区域和存储节点的深度像素的布局的图。
图14是图示图13的深度像素的示例垂直结构的截面图。
图15是图示根据示范实施例的包括多个浮动扩散区域、桥扩散节点和存储节点的深度像素的布局的图。
图16是图示图15的深度像素的示例垂直结构的截面图。
图17是图示操作包括图16的深度像素的光电感测设备的方法的示范实施例的时序图。
图18是图示根据示范实施例的包括公共浮动扩散区域和桥扩散节点的深度像素的布局的图。
图19是图示图18的深度像素的示例垂直结构的截面图。
图20是图示操作包括图11的深度像素的光电感测设备的方法的示范实施例的时序图。
图21是图示根据示范实施例的包括公共浮动扩散区域和存储节点的深度像素的布局的图。
图22是图示图21的深度像素的示例垂直结构的截面图。
图23是图示根据示范实施例的包括公共浮动扩散区域、桥扩散节点和存储节点的深度像素的布局的图。
图24是图示图23的深度像素的示例垂直结构的截面图。
图25是图示操作包括图24的深度像素的光电感测设备的方法的时序图。
图26是图示根据示范实施例的包括公共浮动扩散区域和桥扩散节点的环状深度像素的布局的图。
图27是图示图26的深度像素的示例垂直结构的截面图。
图28是图示操作包括图27的深度像素的光电感测设备的方法的时序图。
图29是图示根据示范实施例的包括公共浮动扩散区域和存储节点的环状深度像素的布局的图。
图30是图示图29的深度像素的示例垂直结构的截面图。
图31是图示根据示范实施例的包括公共浮动扩散区域、桥扩散节点和存储节点的环状深度像素的布局的图。
图32是图示图31的深度像素的示例垂直结构的截面图。
图33是图示操作包括图32的深度像素的光电感测设备的方法的时序图。
图34是图示根据示范实施例的环状深度像素的布局的图。
图35是图示根据示范实施例的深度像素的布局的图。
图36是图示图35的深度像素的示例垂直结构的截面图。
图37、图38和图39是图示根据示范实施例的图像传感器的框图。
图40图示包括三维图像传感器的照相机的示范实施例的框图。
图41图示包括三维图像传感器的计算机***的示范实施例的框图。
图42图示在图41的计算机***中采用的接口的示范实施例的框图。
具体实施方式
下面将参考附图来更完整地描述各个示范实施例，在附图中示出了某些示范实施例。但是本发明可以按多个不同的形式来实施，而不应被理解为限于这里阐述的示例性实施例。相反，提供这些示范实施例从而使得本公开是全面和完整的，并向本领域技术人员完整地传达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见，可能夸大层与区域的尺寸和相对尺寸。通篇中相同数字表示相同组件。
可以理解，尽管术语第一、第二、第三等可以在这里被用来描述不同的元件，这些元件不应被这些术语所限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件相区分。因此，下面讨论的第一元件可以被称为第二元件，而不偏离本发明构思的教示。如这里使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项的任何和全部组合。
应当理解，当一元件被称为“连接”或“耦接”到另一元件时，其可以直接连接或耦接到另一元件、或者可以存在中间元件。相反，当一元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一元件时，不存在中间元件。用来描述元件之间的关系的其他词语应被以相似方式来解释（例如，“之间”相对于“直接之间”、“相邻”相对于“直接相邻”等）。
在这里使用的术语仅仅是为了描述特定示范实施例的目的，而并不意欲限制本发明构思。如这里所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”意欲也包括复数形式，除非上下文明确指出并非如此。还应当明白，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包括……的”、或“包含”和/或“包含……的”指定所阐述的特征、区域、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、区域、整数、步骤、操作、元件和/或组件和/或其组。
除非另有定义，否则这里所使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域的一名普通技术人员所通常理解的相同的含义。还应当明白，诸如在通用字典中定义的那些术语应当被解释为具有与相关技术和本公开的上下文的其含义一致的含义，而不应当以理想化或过于形式化的意义来对其进行解释，除非这里明确地如此定义。
图1是图示根据示范实施例的、操作包括至少一个深度像素（depth pixel）的光电感测设备的方法的流程图。
参考图1，利用来自光电感测设备的调制发送光来照亮对象（块S100）。响应于解调信号，光电电荷响应于解调信号被存储在深度像素的临时存储区域中（块S200），其中通过由对象反射的光在深度像素的光电检测区域中产生光电电荷。在重置电压被施加到浮动扩散区域（floating diffusion region）之后采样深度像素的浮动扩散区域的噪声电压（块S300）。在采样噪声电压之后临时存储区域和浮动扩散区域被彼此电连接（块S400）。在临时存储区域和浮动扩散区域被电连接之后采样浮动扩散区域的解调电压（块S500）。基于噪声电压和解调电压来确定对应于解调信号的相位的有效电压（块S600）。例如，有效电压可以被确定为噪声电压和解调电压之间的差。
取决于深度像素和/或深度像素的临时存储区域的结构，上述方法的各个过程可以多样地改变，这将参考图10到图36描述。
在根据示范实施例的方法（如，用于确定到对象的距离）中，光电电荷被存储在临时存储区域、诸如桥扩散节点（bridge diffusion node）和/或存储节点中，使得可以在采样解调电压之前采样噪声电压。因此，可以通过增强信噪比（SNR）来确定更精确的有效电压。
图2是用于描述图1所示的方法的光电感测设备的示范实施例的示意图。
参考图2，光电感测设备使用光电检测区域PD、临时存储区域TSR和浮动扩散区域FD（它们在半导体基板10中形成）来检测光电电荷，并使用基于半导体基板集成的读出电路30将检测的光电电荷转换成电信号。
正如下面描述的，在光电检测区域PD中产生的光电电荷可响应于解调信号DEM而被存储在临时存储区域TSR中，该解调信号被施加到图10的光电栅极PG或图13的收集栅极CG。临时存储区域TSR和浮动扩散区域FD可以响应于转移控制信号TGC而彼此电连接，TGC被施加到转移栅极TG。这样的电连接可以是靠近两个区域之间的半导体基板的上表面部分而形成的沟道。
浮动扩散区域电压VFD可通过读出电路30被转换成相应信号，并转移到输出线LO。读出电路30可包括源极跟随晶体管TD、选择晶体管TS和重置晶体管TR。重置晶体管TR可以响应于重置信号RST将浮动扩散区域电压VFD初始化为重置电压VRST。浮动扩散区域FD耦合到源极跟随晶体管TD的栅极。如果选择晶体管TS响应于选择信号SEL导通，则对应于浮动扩散区域电压VFD的电信号经由输出线LO被提供给另一个电路，诸如采样逻辑50。
采样逻辑50可以响应于采样控制信号SMP采样在输出线LO上的电信号。通过控制采样控制信号SMP的时序可以采样噪声电压和解调电压。
图3是图示根据示范实施例的操作光电感测设备的方法的示例时序图。
参考图3，如图7所示在积分时间间隔TINT期间利用调制发送光TX照亮对象。光电感测设备可以包括光源或发光设备以产生具有定期改变的强度的调制发送光TX。例如，光电感测设备可以通过按照从大约10MHz到大约200MHz范围的频率而导通或截止发光设备来重复调制发送光TX的传输和不传输。即使图3图示出脉冲训练的调制发送光TX，但是诸如正弦信号的任意周期的光信号可以被用作调制发送光TX。
调制发送光TX被对象反射并且返回光电感测设备作为接收光RX。接收光RX相对于调制发送光TX被延迟一飞行时间（time of flight，TOF）。通过接收光RX在深度像素的光电检测区域中产生光电电荷。
解调信号DEM可相对于调制发送光TX具有给定的、期望的或预定的相位。在解调信号DEM的激活间隔期间光电电荷Q可以被存储在临时存储区域TSR中。可以通过测量对应于解调信号DEM的相位的光电电荷Q来获得TOF。当从光电感测设备到对象的距离为D而光速是c时，可以使用关系式：D=（TOF*c）/2来计算距离。尽管图3图示了一个解调信号DEM，但是可以使用多个具有不同相位的解调信号来获得更精确的TOF。例如，将在下面描述，光电感测设备可以使用具有等于调制发送光TX的相位的相位的第一解调信号DEM1以及具有与调制发送光TX的相位相反的相位的第二解调信号DEM2。根据示范实施例，也可使用三个或更多的解调信号。在积分时间间隔TINT期间，重置信号RST和转移控制信号TGC被维持在去激活状态。虽然没有在图3图示，但是光电检测区域PD、临时存储区域TSR和浮动扩散区域FD可以在积分时间间隔TINT期间之前通过激活重置信号RST和转移控制信号TGC而被初始化。
在读出时间间隔TRD期间，重置信号RST被激活以施加向浮动扩散区域FD重置电压VRST。图3图示一示范实施例，其中在光电电荷被存储在临时存储区域TSR之后重置电压VRST被施加于浮动扩散区域FD。在重置电压VRST被施加到浮动扩散区域FD之后第一采样控制信号SMPB被激活，然后重置浮动扩散区域电压VFD作为噪声电压VB被采样。在采样噪声电压VB之后临时存储区域TSR和浮动扩散区域FD彼此电连接，然后第二采样控制信号SMPD被激活以采样作为解调电压VD的浮动扩散区域电压。可以将噪声电压VB和解调电压VD之间的差确定为对应于解调信号的相位的有效电压。
因此，可以在采样解调电压VD之前采样对应于浮动扩散区域FD中的噪声的噪声电压VB，从而提高SNR以获得更准确的有效电压。
图4是图示根据三晶体管操作来操作光电感测设备的方法的示例时序图。
图4图示三晶体管的操作，其中在积分时间间隔TINT期间通过激活转移控制信号TGC而在浮动扩散区域FD中直接存储在光电检测区域PD中产生的光电电荷。
在读出时间间隔TRD期间，第二采样控制信号SMPD被首先激活以采样解调电压VD。然后，重置信号RST被激活以向浮动扩散区域FD施加重置电压VRST以及第一采样控制信号SMPB被激活以采样噪声电压VB。
由三晶体管操作采样的电压VB和VD可能无法反映准确的噪声分量。用于感测红外光或近红外光的深度像素需要一个比较长的积分时间间隔，因为深度像素具有比彩色像素更低的灵敏度。在长的积分时间间隔期间可能在浮动扩散区域FD中引起由于各种原因导致的噪声，并且在解调电压VD之后采样的噪声电压VB可能不反映与先前采样的解调电压VD相关的噪声。
相反，根据示范实施例，可以在采样解调电压VD之前采样对应于浮动扩散区域FD中的噪声的噪声电压VB，从而提高SNR以获得更准确的有效电压。
图5是图示根据图3和图4的方法的示例信噪比（SNR）的图。
在图5中，纵轴表示单位为dB的SNR，而横轴表示对应于解调电压VD的光电电子的数量。小圆圈代表的第一曲线图G1表示图3的情况，其中使用临时存储区域TSR，在采样噪声电压VB之后采样解调电压VD。由小三角形代表的第二曲线图G2指示图4的情况，其中根据三晶体管操作，在采样解调电压VD之后采样噪声电压VB。图5示出根据示范实施例可以获得更高的信噪比。
图6是图示根据示范实施例的操作光电感测设备的方法的示例时序图。
图6的方法类似于图3的方法，故省去重复的描述。
参考图6，在光电电荷被存储在临时存储区域TSR中的同时在积分时间间隔TINT期间，重置信号RST可以被连续激活。在这种情况下，在积分时间间隔TINT期间浮动扩散区域FD可以稳定在重置电压VRST，因而在积分时间间隔TINT之后采样的噪声电压VB的可靠性可以进一步被提高。
图7是图示根据示范实施例的光电感测设备的框图。
参照图7，光电感测设备100可包括光源LS110、感测单元130和控制单元150。光源110产生调制发送光TX，以利用该调制发送光TX照亮对象。控制单元150生成控制信号SYNC和CTRL，以控制光源110和感测单元130的操作。感测单元130可包括至少一个深度像素，其将接收光RX转换为电信号。深度像素可包括光电检测区域PD、临时存储区域TSR和浮动扩散区域FD，如图2所示。可以按各种方式实现深度像素，如将参考图10至图36描述的。
光源110可发出具有给定的、期望的或预定的波长的调制发送光TX。例如，光源110可发出红外光或近红外光。由光源110所产生的发射光TX可通过镜头51被聚焦在对象60上。可由控制信号SYNC来控制光源110以输出调制发送光TX，从而使得调制发送光TX的强度周期性地变化。例如，可以利用发光二极管（LED）、激光二极管等来实现光源110。
来自控制单元150的控制信号SYNC可包括上述重置信号RST、解调信号DEM、转移控制信号TGC以及采样控制信号SMPB和SMPD。提供给光源100的控制信号SYNC可包括用于同步调制发送光TX和解调信号DEM的信号。在一个例子中，控制单元150可产生重置信号RST，以使得在解调信号DEM被去激活之后激活重置信号RST并且在转移控制信号TGC被激活之前重置信号RST被去激活。在另一个例子中，控制单元150可产生重置信号RST，从而在激活解调信号DEM的同时持续激活重置信号RST，并且在转移控制信号TGC被激活之前重置信号RST被去激活。
例如，光电感测设备100可以是三维图像传感器，其除了用于提供图像信息的彩色像素外还包括提供深度信息的深度像素。在三维图像传感器的情况下，感测单元130可以包括其中排列彩色像素和深度像素的像素阵列PX。同样，感测单元130可包括模数转换单元ADC以及选择电路ROW和COL以选择在像素阵列PX中的特定像素。
至少在一些例子中，模数转换单元ADC可以执行列模数转换，即，使用分别耦合到多个列线的多个模数转换器来并行地转换模拟信号，或可以执行单个模数转换，即，使用单个模数转换器串行地转换模拟信号。
在一个或多个例子中，模数转换单元ADC可包含相关双采样（CDS）单元，用于提取有效信号分量（effetive signal component）（有效电压（valid voltage））。
在至少某些示例中，CDS单元可以执行模拟双采样（ADS），其基于代表重置分量的模拟重置信号和代表信号分量的模拟数据信号而提取有效信号分量。
在至少一些其他的例子中，CDS单元可以执行数字双采样（DDS），其将模拟重置信号和模拟数据信号转换为两个数字信号，以提取在两个数字信号之间的差作为有效信号分量。
仍在至少一些其他的例子中，CDS单元可执行双相关双采样，执行模拟双采样和数字双采样两者。
再参考图1、图2、图3和图7，光电感测设备100使用光源110利用调制发送光TX来照亮对象60（块S100）。通过由对象60反射的接收光RX在深度像素的光电检测区域PD中产生光电电荷。响应于解调信号DEM该光电电荷被存储在深度像素的临时存储区域TSR中（块S200）。在响应于重置信号RST将重置电压VRST施加到浮动扩散区域FD之后，响应于第一采样控制信号SMPB来采样浮动扩散区域FD的噪声电压VB（块S300）。在采样噪声电压VB之后响应于转移控制信号TGC，临时存储区域TSR和浮动扩散区域FD被电连接（块S400）。在临时存储区域TSR和浮动扩散区域FD被电连接之后，响应于第二采样控制信号SMPD来采样浮动扩散区域FD的解调电压VD（块S500）。基于噪声电压VB和解调电压VD来确定对应于解调信号DEM的相位的有效电压（块S600）。
图8是图示图7的光电感测设备的感测单元的示范实施例的图。图8图示在其中图7的光电感测设备是三维图像传感器的情况中感测单元130的示例实施例。
参照图8，感测单元130a可包括像素阵列C-Z PX、彩色像素选择电路CROW和CCOL、深度像素选择电路ZROW和ZCOL、彩色像素转换器CADC和深度像素转换器ZADC，在C-Z PX中排列多个彩色像素和多个深度像素。通过控制包括在像素阵列C-Z PX中的彩色像素，彩色像素选择电路CROW和CCOL以及彩色像素转换器CADC可以提供图像信息CDATA，并且通过控制在像素阵列C-Z PX中包括的深度像素，深度像素选择电路ZROW和ZCOL以及深度像素转换器ZADC可以提供深度信息ZDATA。
因此，在三维图像传感器中，用于控制彩色像素的分量和用于控制深度像素的分量可以独立地操作，以提供图像的彩色数据CDATA和深度数据ZDATA。
图9是图示图8的光电感测设备中的像素阵列的示范实施例的图。
参照图9，像素阵列C-Z PX可包括用于提供图像信息的彩色像素R、G和B以及用于提供深度信息的深度像素Z。例如，可在像素阵列C-Z PX重复排列包括红色像素R、绿色像素G、蓝色像素B和深度像素Z的像素图案（pattern）105。
每个彩色像素R、G和B可包括用于收集由入射可见光生成的光电电子的光电检测区域，而深度像素Z可包括用于收集由接收光RX生成的光电电子的光电检测区域，接收光RX也即入射红外光或近红外光。例如，为了提高量子效率，深度像素Z可包括光电二极管，该光电二极管形成得比彩色像素的R、G和B更深，因为红外光具有比可见光的波长更长的波长。
滤色器可形成在彩色像素R、G、B上，而红外光滤光片可形成在深度像素Z上。例如，红色像素R可以由红色滤色器限定，绿色像素可由绿色滤色器限定，蓝色像素B可由蓝色滤色器限定，且深度像素可通过红外光带通滤光片限定。此外，红外光截止滤光片可进一步形成在彩色像素R、G和B上。
图9图示像素图案105的非限制性的例子，并且像素图案105可以多样地改变。例如，一个彩色像素和一个深度像素的面积比可多样地改变和/或像素阵列C-Z PX中的彩色像素与深度像素的数量比可以多样地改变。
此后，参考图10到图36描述根据示范实施例的执行测量距离的方法的各种深度像素。图10至图17图示这样的示范实施例，其中一个深度像素包括多个浮动扩散区域以响应于具有彼此不同的相位的多个解调信号来采样多个解调电压。图18到图25图示这样的示范实施例，其中一个深度像素包含一个浮动扩散区域以响应于具有彼此不同的相位的多个解调信号来顺序采样多个解调电压。图26至图33图示这样的示范实施例，其中深度像素具有以浮动扩散区域为中心的环状。
图10是图示根据示范实施例的包括多个浮动扩散区域和桥扩散节点的深度像素的布局的图。图11是图示图10的沿线I-I’获得的深度像素的示例垂直结构的截面图。
参考图10和图11，深度像素Z1可以包括第一光电检测区域PD1、第二光电检测区域PD2、沟道停止区域CS、第一桥扩散节点BD1、第二桥扩散节点BD2、第一浮动扩散区域FD1和第二浮动扩散区域FD2，它们被形成在半导体基板10中。此外，深度像素Z1可以包括第一光电栅极PG1、第二光电栅极PG2、第一转移栅极TG1和第二转移栅极TG2，它们被形成在半导体基板10上。
深度像素Z1可以基于半导体基板10通过互补金属氧化物硅（CMOS）处理形成。例如，第一光电检测区域PD1、第二光电检测区域PD2、沟道停止区域CS、第一桥扩散节点BD1、第二桥扩散节点BD2、第一浮动扩散区域FD1和第二浮动扩散区域FD2可以使用例如离子注入处理等形成。第一光电栅极PG1、第二光电栅极PG2、第一转移栅极TG1和第二转移栅极TG2可以在半导体基板上使用沉积处理、蚀刻处理等形成。虽然没有示出，但是可以在半导体基板10的上表面与栅极PG1、PG2、TG1和TG2之间形成绝缘层（诸如氧化层）。
栅极PG1、PG2、TG1和TG2可包括多晶硅或透明导电氧化物（TCO）。例如，栅极PG1、PG2、TG1和TG2可包括铟锡氧化物（ITO）、铟锌氧化物（IZO）、氧化锌（ZnO）、二氧化钛（TiO2）等。
特别是，在一个或多个示范实施例中，其中入射到深度像素Z1上的接收光RX通过如图11所示的半导体基板10的上表面，光电栅极PG1和PG2可包括TCO。在一个或多个示范实施例中，其中入射到深度像素Z1上的接收光通过半导体基板10的下表面，栅极PG1、PG2、TG1和TG2可能包括非透明导电氧化物。
光电检测区域PD1和PD2可利用与半导体基板10相反的导电类型的杂质来掺杂。例如，当半导体基板10是P型时，可利用N型杂质掺杂光电检测区域PD1和PD2。在这种情况下，沟道停止区域CS可比较高地掺杂P型杂质。相反，当半导体基板10是N型或包括N型阱时，可以利用P型杂质掺杂光电检测区域PD1和PD2。
深度像素Z1包括多个浮动扩散区域FD1和FD2，以响应于具有彼此不同的相位的多个解调信号DEM1和DEM2来采样多个解调电压VD1和VD2。例如，如图10和图11所示，深度像素Z1可以包括两个浮动扩散区域FD1和FD2，以形成由沟道停止区域CS划分的两个半像素。
沟道停止区域CS可以在两个光电栅极PG1和PG2之间、在半导体基板10中形成，以抑制和/或阻止两个光电检测区域PD1和PD2之间的电荷转移。通过形成沟道停止区域CS以形成两个光电栅极PG1和PG2之间的势阱，可以减少由于电荷转移引起的噪声。
分别与光电检测区域PD1和PD2相邻而形成对应于临时存储区域TSR的桥扩散节点BD1和BD2。在光电检测区域PD1和PD2上形成光电栅极PG1和PG2，并且响应于施加到光电栅极PG1和PG2的解调信号DEM1和DEM2而在桥扩散节点BD1和BD2中存储光电电荷。也即，例如，对应于解调信号DEM1和DEM2的相位的光电电荷被分别存储在桥扩散节点BD1和BD2中。响应于转移控制信号TGC1和TGC2，在半导体基板10的上表面部分中形成沟道，并且桥扩散节点BD1和BD2以及浮动扩散区域FD1和FD2可以通过形成的沟道而电连接。重置电压VRST可以响应于重置信号RS T1和RST2被施加到浮动扩散区域FD1和FD2。浮动扩散区域电压VFD1和VFD2可以被采样为噪声电压VB1和VB2以及解调电压VD1和VD2。
图12是图示操作包括图11的深度像素的光电感测设备的方法的示例时序图。
参照图12，如图7图示的光电感测设备100利用调制发送光TX来照亮对象60，调制发送光TX由对象60反射并且返回光电感测设备100作为接收光RX。接收光RX相对于调制发送光TX延迟了TOF。通过接收光RX在深度像素的光电检测区域PD1和PD2中产生光电电荷。
解调信号DEM1和DEM2（被激活以在积分时间间隔TINT期间具有周期性变化的强度）相对于调制发送光TX具有各自的相位差。例如，如图12所示，第一解调信号DEM1可以具有等于或大致等于调制发送光TX的相位的相位，而第二解调信号DEM2可以具有与调制发送光TX的相位相反的相位。响应于解调信号DEM1和DEM2，对应于第一解调信号DEM1的相位的第一电荷Q1被存储在第一桥扩散节点BD1中，而对应于第二解调信号DEM2的相位的第二电荷Q2被存储在第二桥扩散节点BD2中。可通过测量对应于第一和第二解调信号DEM1和DEM2的各自相位的电荷Q1和Q2来确定TOF。
图12图示一个例子，其中在采样噪声电压之后桥扩散节点和浮动扩散区域被电连接，然后采样解调电压。
在读出时间间隔TRD期间，重置信号RST1和RST2被激活以向浮动扩散区域FD1和FD2施加重置电压VRST。在向浮动扩散区域FD1和FD2施加重置电压VRST之后，第一采样控制信号SMPB被激活，然后重置浮动扩散区域电压VFD1和VFD2被分别采样为噪声电压VB1和VB2。在采样噪声电压VB1和VB2之后，桥扩散节点BD1和BD2以及浮动扩散区域FD1和FD2彼此电连接，然后激活第二采样控制信号SMPD以采样浮动扩散区域电压VFD1和VFD2分别作为解调电压VD1和VD2。
可以基于噪声电压VB1和VB2以及解调电压VD1和VD2来确定有效电压。例如，第一噪声电压VB1和第一解调电压VD1之间的差可被确定为第一有效电压V1（=|VB1-VD1|），而第二噪声电压VB2和第二解调电压VD2之间的差可被确定为第二有效电压V2（=|VB2-VD2|）。如果P1是第一解调信号DEM1和调制发送光TX之间的相位差而P2是第二解调信号DEM2和调制发送光TX之间的相位差，则接收光RX的相位可被确定为（P1*V1+P2*V2）/（V1+V2），从而可确定TOF或到对象的距离。
因此，生成的光电电荷可存储在对应于临时存储区域TSR的桥扩散节点BD1和BD2，并且可以在采样解调电压VD1和VD2之前采样对应于浮动扩散区域FD1和FD2中的噪声的噪声电压VB1和VB2。因此，可以提高SNR，以获得更准确的有效电压。
图13是图示根据示范实施例的包括多个浮动扩散区域和存储节点的深度像素的布局的图。图14是图示沿图13的线I-I’获得的深度像素的示例垂直结构的截面图。
参考图13和图14，深度像素Z2可以包括第一光电检测区域PD1、第二光电检测区域PD2、沟道停止区域CS、第一存储节点SD1、第二存储节点SD2、第一浮动扩散区域FD1和第二浮动扩散区域FD2，它们形成在半导体基板10中。此外，深度像素Z2可以包括第一收集栅极CG1、第二收集栅极CG2、第一转移栅极TG1和第二转移栅极TG2，它们形成在半导体基板10上。下文中，将省去与图10和图11重复的描述。
深度像素Z2包括多个浮动扩散区域FD1和FD2，以响应于具有彼此不同相位的多个解调信号DEM1和DEM2来采样多个解调电压VD1和VD2。例如，如图13和图14所示，深度像素Z2可以包括两个浮动扩散区域FD1和FD2，以形成由沟道停止区域CS划分的两个半像素。
分别与光电检测区域PD1和PD2隔开形成对应于临时存储区域TSR的存储节点SD1和SD2。收集栅极CG1和CG2在光电检测区域PD1和PD2以及存储节点SD1和SD2之间在半导体基板10上形成。在光电检测区域PD1和PD2中产生的光电电荷响应于施加到收集栅极CG1和CG2的解调信号DEM1和DEM2被存储在存储节点SD1和SD2中。也就是说，例如，对应于解调信号DEM1和DEM2的相位的光电电荷被分别存储在存储节点SD1和SD2中。响应于转移控制信号TGC1和TGC2，在半导体基板10的上表面部分形成沟道，并且存储节点SD1和SD2以及浮动扩散区域FD1和FD2可以通过形成的沟道而电连接。重置电压VRST可以响应于重置信号RST1和RST2被施加到浮动扩散区域FD1和FD2。浮动扩散区域电压VFD1和VFD2可以被采样为噪声电压VB1和VB2以及解调电压VD1和VD2。
使用图13的深度像素Z2测量距离的方法类似于图12的使用图10的深度像素的方法。在图13的深度像素Z2中，解调信号DEM1和DEM2在积分时间间隔TINT期间被施加到收集栅极CG1和CG2，以便在与光电检测区域PD1和PD2隔开的存储节点SD1和SD2中存储光电电荷，而在图10的深度像素Z1中，解调信号DEM1和DEM2在积分时间间隔TINT期间被施加到光电栅极PG1和PG2，以便将光电电荷存储在与光电检测区域PD1和PD2相邻的桥扩散节点BD1和BD2中。
结果，在图13的深度像素Z2中，在采样噪声电压VB1和VB2之后存储节点SD1和SD2被电连接到浮动扩散区域FD1和FD2，然后采样解调电压VD1和VD2，而在图10的深度像素Z1中，在采样噪声电压VB1和VB2之后桥扩散节点BD1和BD2被电连接到浮动扩散区域FD1和FD2，然后采样解调电压VD1和VD2。
在读出时间间隔TRD期间，重置信号RST1和RST2被激活以向浮动扩散区域FD1和FD2施加重置电压VRST。在向浮动扩散区域FD1和FD2施加重置电压VRST之后第一采样控制信号SMPB被激活，然后重置浮动扩散区域电压VFD1和VFD2被分别采样为噪声电压VB1和VB2。在采样噪声电压VB1和VB2之后存储节点SD1和SD2以及浮动扩散区域FD1和FD2被彼此电连接，然后第二采样控制信号SMPD被激活以分别采样浮动扩散区域电压VFD1和VFD2作为解调电压VD1和VD2。
因此，生成的光电电荷可被存储在对应于临时存储区域TSR的存储节点SD1和SD2中，并且可以在采样解调电压VD1和VD2之前采样对应于浮动扩散区域FD1和FD2中的噪声的噪声电压VB1和VB2。因此，可以提高SNR，以获得更准确的有效电压。
图15是图示根据另一示范实施例的包括多个浮动扩散区域、桥扩散节点和存储节点的深度像素的布局的图。图16是图示沿图15的线I-I’获得的深度像素的示例垂直结构的截面图。
参考图15和图16，深度像素Z3可以包括第一光电检测区域PD1、第二光电检测区域PD2、沟道停止区域CS、第一桥扩散节点BD1、第二桥扩散节点BD2、第一存储节点SD1、第二存储节点SD2、第一浮动扩散区域FD1和第二浮动扩散区域FD2，它们形成在半导体基板10中。此外，深度像素Z3可以包括第一光电栅极PG1、第二光电栅极PG2、第一收集栅极CG1、第二收集栅极CG2、第一转移栅极TG1和第二转移栅极TG2，它们形成在半导体基板10上。下文中，将省去重复的描述。
深度像素Z3包括多个浮动扩散区域FD1和FD2，以响应于具有彼此不同相位的多个解调信号DEM1和DEM2来采样多个解调电压VD1和VD2。例如，如图15和图16所示，深度像素Z3可以包括两个浮动扩散区域FD1和FD2，以形成由沟道停止区域CS划分的两个半像素。
对应于临时存储区域TSR的一部分的桥扩散节点BD1和BD2与光电检测区域PD1和PD2相邻而形成，而对应于临时存储区域TSR的另一部分的存储节点SD1和SD2分别与桥扩散节点BD1和BD2隔开形成。光电栅极PG1和PG2在光电检测区域PD1和PD2上形成。收集栅极CG1和CG2在桥扩散节点BD1和BD2以及存储节点SD1和SD2之间在半导体基板10上形成。响应于施加到光电栅极PG1和PG2的解调信号DEM1和DEM2，在桥扩散节点BD1和BD2中存储在光电检测区域PD1和PD2中产生的光电电荷。也即，例如，对应于解调信号DEM1和DEM2的相位的光电电荷被分别存储在桥扩散节点BD1和BD2中。响应于施加到存储栅极SG1和SG2的存储控制信号SGC1和SGC2，在半导体基板10的上表面部分形成沟道，因此桥扩散节点BD1和BD2以及存储节点SD1和SD2可以通过形成的沟道而电连接。同样，响应于施加到转移栅极TG1和TG2的转移控制信号TGC1和TGC2，在半导体基板10的上表面部分形成沟道，因此，存储节点SD1和SD2以及浮动扩散区域FD1和FD2可以通过形成的沟道而电连接。重置电压VRST可以响应于重置信号RST1和RST2被施加到浮动扩散区域FD1和FD2。浮动扩散区域电压VFD1和VFD2可以被采样为噪声电压VB1和VB2以及解调电压VD1和VD2。
图17是图示操作包括图16的深度像素的光电感测设备的方法的示例时序图。
图17的方法类似于图12的方法，并且将省去重复的描述。与图12的方法比较，图17的方法还包括在读出时间间隔TRD期间，响应于存储控制信号SGC1和SGC2而电连接桥扩散节点BD1和BD2与存储节点SD1和SD2。在图17中即使存储控制信号SGC1和SGC2与第一采样控制信号SMPB并发地或同时被激活，在积分时间间隔TINT之后以及在转移控制信号TGC1和TGC2被激活之前激活存储控制信号SGC1和SGC2也是足够的。
结果，在图15的深度像素Z3中，在采样噪声电压VB1和VB2之后存储节点SD1和SD2被电连接到浮动扩散区域FD1和FD2，然后采样解调电压VD1和VD2，而在图13的深度像素Z2中，在采样噪声电压VB1和VB2之后桥扩散节点BD1和BD2被电连接到浮动扩散区域FD1和FD2，然后采样解调电压VD1和VD2。
因此，生成的光电电荷可存储在对应于临时存储区域TSR的桥扩散节点BD1和BD2以及存储节点SD1和SD2中，并且可以在采样解调电压VD1和VD2之前采样对应于浮动扩散区域FD1和FD2中的噪声的噪声电压VB1和VB2。因此，可以提高SNR，以获得更准确的有效电压。
图18是图示根据另一示范实施例的包括公共浮动扩散区域和桥扩散节点的深度像素的布局的图。图19是图示沿图18的线I-I’获得的深度像素的示例垂直结构的截面图。
参考图18和图19，深度像素Z4可以包括第一光电检测区域PD1、第二光电检测区域PD2、第一桥扩散节点BD1、第二桥扩散节点BD2,和公共浮动扩散区域CFD，它们形成在半导体基板10中。此外，深度像素Z4可以包括第一光电栅极PG1、第二光电栅极PG2、第一转移栅极TG1和第二转移栅极TG2，它们形成在半导体基板10上。
深度像素Z4包括一个公共浮动扩散区域CFD，以响应于具有彼此不同相位的多个解调信号DEM1和DEM2来顺序采样多个解调电压VD1和VD2。例如，如图18和图19所示，深度像素Z4可以包括由公共浮动扩散区域CFD划分的两个半像素。
对应于临时存储区域TSR的桥扩散节点BD1和BD2分别与光电检测区域PD1和PD2相邻而形成。光电栅极PG1和PG2在光电检测区域PD1和PD2上形成，并且响应于施加到光电栅极PG1和PG2的解调信号DEM1和DEM2在桥扩散节点BD1和BD2中存储光电电荷。也即，例如，对应于解调信号DEM1和DEM2的相位的光电电荷被分别存储在桥扩散节点BD1和BD2中。响应于转移控制信号TGC1和TGC2，在半导体基板10的上表面部分中形成沟道，并且桥扩散节点BD1和BD2可以分别通过形成的沟道而被电连接到公共浮动扩散区域CFD。转移控制信号TGC1和TGC2具有不同的激活时序，因为深度像素Z4包括一个公共浮动扩散区域CFD。重置电压VRST可以响应于重置信号RST而被施加到公共浮动扩散区域CFD。公共浮动扩散区域电压VCFD可以被顺序采样为噪声电压VB1和VB2以及解调电压VD1和VD2。
图20是图示操作包括图19的深度像素的光电感测设备的方法的示例时序图。
参考图20，图7所示的光电感测设备100利用调制发送光TX来照亮对象60，调制发送光TX由对象60反射并且返回光电感测设备100作为接收光RX。接收光RX相对于调制发送光TX延迟TOF。通过接收光RX在深度像素的光电检测区域PD1和PD2中产生光电电荷。
解调信号DEM1和DEM2（被激活以在积分时间间隔TINT期间具有周期性变化的强度）相对于调制发送光TX具有各自的相位差。例如，如图20所示，第一解调信号DEM1可以具有等于或大致等于调制发送光TX的相位的相位，而第二解调信号DEM2可以具有与调制发送光TX的相位相反的相位。响应于解调信号DEM1和DEM2，对应于第一解调信号DEM1的相位的第一电荷Q1被存储在第一桥扩散节点BD1中，而对应于第二解调信号DEM2的相位的第二电荷Q2被存储在第二桥扩散节点BD2中。可通过测量对应于第一和第二解调信号DEM1和DEM2的各自相位的电荷Q1和Q2来确定TOF。
图20图示一个例子，其中在采样噪声电压之后桥扩散节点和浮动扩散区域被电连接，然后采样解调电压。
在读出时间间隔TRD期间，重置信号RST被激活以向公共浮动扩散区域CFD施加重置电压VRST。在向公共浮动扩散区域CFD施加重置电压VRST之后，第一采样控制信号SMPB被激活，然后重置浮动扩散区域电压VCFD被采样为第一噪声电压VB1。在采样第一噪声电压VB1之后，响应于第一转移控制信号TGC1，第一桥扩散节点BD1被电连接到公共浮动扩散区域CFD，然后第二采样控制信号SMPD被激活以采样公共浮动扩散区域电压VCFD作为第一解调电压VD1。
在采样第一解调电压VD1之后，重置信号RST被再度激活以向公共浮动扩散区域CFD施加重置电压VRST。在向公共浮动扩散区域CFD施加重置电压VRST之后，第一采样控制信号SMPB被激活，然后重置浮动扩散区域电压VCFD被采样为第二噪声电压VB2。在采样第二噪声电压VB2之后，响应于第二转移控制信号TGC2，第二桥扩散节点BD2被电连接到公共浮动扩散区域CFD，然后第二采样控制信号SMPD被激活以采样公共浮动扩散区域电压VCFD作为第二解调电压VD2。
这样，可以使用公共浮动扩散区域CFD来顺序采样噪声电压VB1和VB2以及解调电压VD1和VD2。产生的光电电荷可被存储在对应于临时存储区域TSR的桥扩散节点BD1和BD2中，以及可以在采样解调电压VD1和VD2中的每个之前采样对应于浮动扩散区域FD1和FD2中的噪声的噪声电压VB1和VB2中的每个。因此，可以提高SNR，以获得更准确的有效电压。
图21是图示根据另一示范实施例的包括公共浮动扩散区域和存储节点的深度像素的布局的图。图22是图示沿图21的线I-I’获得的深度像素的示例垂直结构的截面图。
参考图21和图22，深度像素Z5可以包括第一光电检测区域PD1、第二光电检测区域PD2、第一存储节点SD1、第二存储节点SD2和公共浮动扩散区域CFD，它们形成在半导体基板10中。此外，深度像素Z5可以包括第一收集栅极CG1、第二收集栅极CG2、第一转移栅极TG1和第二转移栅极TG2，它们形成在半导体基板10上。
深度像素Z5包括公共浮动扩散区域CFD，以响应于具有彼此不同相位的多个解调信号DEM1和DEM2来顺序采样多个解调电压VD1和VD2。例如，如图21和图22所示，深度像素Z5可以包括由公共浮动扩散区域CFD划分的两个半像素。
对应于临时存储区域TSR的存储节点SD1和SD2分别与光电检测区域PD1和PD2隔开形成。收集栅极CG1和CG2在光电检测区域PD1和PD2以及存储节点SD1和SD2之间在半导体基板10上形成。在光电检测区域PD1和PD2中产生的光电电荷响应于施加到收集栅极CG1和CG2的解调信号DEM1和DEM2被存储在存储节点SD1和SD2中。也就是说，例如，对应于解调信号DEM1和DEM2的相位的光电电荷分别被存储在存储节点SD1和SD2中。响应于转移控制信号TGC1和TGC2，在半导体基板10的上表面部分中形成沟道，并且存储节点SD1和SD2可以通过形成的沟道分别电连接到公共浮动扩散区域CFD。转移控制信号TGC1和TGC2具有不同的激活时序，因为深度像素Z5包括一个公共浮动扩散区域CFD。重置电压VRST可以响应于重置信号RST被施加到公共浮动扩散区域CFD。公共浮动扩散区域电压VCFD可以被顺序采样为噪声电压VB1和VB2以及解调电压VD1和VD2。
使用图21的深度像素Z5来测量距离的方法类似于图12的使用图18的深度像素Z4的方法。在图21的深度像素Z5中，解调信号DEM1和DEM2在积分时间间隔TINT期间被施加到收集栅极CG1和CG2，以便在与光电检测区域PD1和PD2隔开的存储节点SD1和SD2中存储光电电荷，而在图18的深度像素Z4中，解调信号DEM1和DEM2在积分时间间隔TINT期间被施加到光电栅极PG1和PG2，以便将光电电荷存储在与光电检测区域PD1和PD2相邻的桥扩散节点BD1和BD2中。
结果，在图21的深度像素Z5中，在采样噪声电压VB1和VB2中的每个之后存储节点SD1和SD2中的每个被电连接到公共浮动扩散区域CFD，然后采样解调电压VD1和VD2中的每个，而在图18的深度像素Z4中，在采样噪声电压VB1和VB2中的每个之后，桥扩散节点BD1和BD2中的每个被电连接到公共浮动扩散区域CFD，然后采样解调电压VD1和VD2中的每个。
在读出时间间隔TRD期间，重置信号RST被激活以向公共浮动扩散区域CFD施加重置电压VRST。在向公共浮动扩散区域CFD施加重置电压VRST之后，第一采样控制信号SMPB被激活，然后重置浮动扩散区域电压VCFD被采样为第一噪声电压VB1。在采样第一噪声电压VB1之后，响应于第一转移控制信号TGC1，第一存储节点SD1被电连接到公共浮动扩散区域CFD，然后第二采样控制信号SMPD被激活以采样公共浮动扩散区域电压VCFD作为第一解调电压VD1。
在采样第一解调电压VD1之后，重置信号RST被再度激活以向公共浮动扩散区域CFD施加重置电压VRST。在向公共浮动扩散区域CFD施加重置电压VRST之后，第一采样控制信号SMPB被激活，然后重置浮动扩散区域电压VCFD被采样为第二噪声电压VB2。在采样第二噪声电压VB2之后，响应于第二转移控制信号TGC2，第二存储节点SD2被电连接到公共浮动扩散区域CFD，然后第二采样控制信号SMPD被激活以采样公共浮动扩散区域电压VCFD作为第二解调电压VD2。
这样，可以使用公共浮动扩散区域CFD来顺序采样噪声电压VB1和VB2以及解调电压VD1和VD2。产生的光电电荷可被存储在对应于临时存储区域TSR的存储节点SD1和SD2中，并且可以在采样解调电压VD1和VD2中的每个之前采样对应于浮动扩散区域FD1和FD2中的噪声的噪声电压VB1和VB2中的每个。因此，可以提高SNR，以获得更准确的有效电压。
图23是图示根据另一示范实施例的包括公共浮动扩散区域、桥扩散节点和存储节点的深度像素的布局的图。图24是图示沿图23的线I-I’获得的深度像素的示例垂直结构的截面图。
参考图23和图24，深度像素Z6可以包括第一光电检测区域PD1、第二光电检测区域PD2、第一桥扩散节点BD1、第二桥扩散节点BD2、第一存储节点SD1、第二存储节点SD2和公共浮动扩散区域CFD，它们形成在半导体基板10中。此外，深度像素Z6可以包括第一光电栅极PG1、第二光电栅极PG2、第一存储栅极SG1、第二存储栅极SG2、第一转移栅极TG1和第二转移栅极TG2，它们形成在半导体基板10上。
深度像素Z6包括公共浮动扩散区域CFD，以响应于具有彼此不同相位的多个解调信号DEM1和DEM2来顺序采样多个解调电压VD1和VD2。例如，如图23和图24所示，深度像素Z6可以包括由公共浮动扩散区域CFD划分的两个半像素。
对应于临时存储区域TSR的一部分的桥扩散节点BD1和BD2分别与光电检测区域PD1和PD2相邻而形成。对应于临时存储区域TSR的另一部分的存储节点SD1和SD2分别与桥扩散节点BD1和BD2隔开形成。光电栅极PG1和PG2在光电检测区域PD1和PD2上形成，并且响应于施加到光电栅极PG1和PG2的解调信号DEM1和DEM2，在桥扩散节点BD1和BD2中存储光电电荷。也即，例如，对应于解调信号DEM1和DEM2的相位的光电电荷分别被存储在桥扩散节点BD1和BD2中。存储栅极SG1和SG2分别在桥扩散节点BD1和BD2以及存储节点SD1和SD2之间在半导体基板10上形成。转移栅极TG1和TG2分别在公共浮动扩散区域CFD以及存储节点SD1和SD2之间在半导体基板10上形成。响应于施加到存储栅极SG1和SG2的存储控制信号SGC1和SGC2，在半导体基板10的上表面部分中形成沟道，因此，桥扩散节点BD1和BD2以及存储节点SD1和SD2可以通过形成的沟道而被电连接。同样，响应于施加到转移栅极TG1和TG2的转移控制信号TGC1和TGC2，在半导体基板10的上表面部分中形成沟道，因此，存储节点SD1和SD2以及公共浮动扩散区域CFD可以通过形成的沟道而被电连接。转移控制信号TGC1和TGC2具有不同的激活时序，因为深度像素Z6包括一个公共浮动扩散区域CFD。重置电压VRST可以响应于重置信号RST而被施加到公共浮动扩散区域CFD。公共浮动扩散区域电压VCFD可以被顺序采样为噪声电压VB1和VB2以及解调电压VD1和VD2。
图25是图示操作包括图24的深度像素的光电感测设备的方法的示例时序图。
图25的方法类似于图20的方法，并且将省去重复的描述。与图20的方法比较，图25的方法还包括在读出时间间隔TRD期间，响应于存储控制信号SGC1和SGC2电连接桥扩散节点BD1和BD2与存储节点SD1和SD2。在图25中，即使存储控制信号SGC1和SGC2与第一采样控制信号SMPB并发地或同时被激活，在积分时间间隔TINT之后且在转移控制信号TGC1和TGC2被激活之前激活存储控制信号SGC1和SGC2也是足够的。
结果，在图25的深度像素Z6中，在采样噪声电压VB1和VB2中的每个之后，存储节点SD1和SD2中的每个被电连接到浮动扩散区域FD1和FD2中的每个，然后采样解调电压VD1和VD2中的每个，而在图18的深度像素Z4中，在采样噪声电压VB1和VB2中的每个之后，桥扩散节点BD1和BD2中的每个被电连接到浮动扩散区域FD1和FD2，然后采样解调电压VD1和VD2中的每个。
这样，可以使用公共浮动扩散区域CFD来顺序采样噪声电压VB1和VB2以及解调电压VD1和VD2。产生的光电电荷可被存储在对应于临时存储区域TSR的桥扩散节点BD1和BD2以及存储节点SD1和SD2中，以及可以在采样解调电压VD1和VD2中的每个之前采样对应于浮动扩散区域FD1和FD2中的噪声的噪声电压VB1和VB2中的每个。因此，可以提高SNR，以获得更准确的有效电压。
图26是图示根据示范实施例的包括公共浮动扩散区域和桥扩散节点的环状深度像素的布局的图。图27是图示沿图26的线I-I’获得的深度像素的示例垂直结构的截面图。
参考图26和图27，深度像素Z7可以包括浮动扩散区域FD、环状桥扩散节点BD和环状光电检测区域PD，它们形成在半导体基板10中。此外，深度像素Z7可以包括环状光电栅极PG和环状转移栅极TG，它们形成在半导体基板10上。如图26中所示，浮动扩散区域FD被布置在深度像素Z7的中心或中央部分处，对应于临时存储区域TSR的环状桥扩散节点BD环绕着浮动扩散区域FD，以及环状光电检测区域PD环绕着桥扩散节点BD。这样，深度像素Z7可以具有整体的环状。虽然图26示出圆形环状的深度像素Z7，但是环状可以具有其他环状，诸如椭圆形、长方形、五角形形状、等等。
深度像素Z7包括一个浮动扩散区域FD以响应于具有彼此不同相位的多个解调信号DEM1和DEM2来顺序采样多个解调电压VD1和VD2。例如，第一解调信号DEM1可以首先被施加于环状光电栅极PG以采样第一解调电压VD1，然后第二解调信号DEM2可随后被施加于环状光电栅极PG以采样第二解调电压VD2。这样，可以使用具有不同相位的两个或更多的解调信号来顺序采样两个或更多的解调电压。
对应于临时存储区域TSR的环状桥扩散节点BD与环状光电检测区域PD的内表面相邻而形成。环状光电栅极PG在环状光电检测区域PD上形成，并且响应于施加到环状光电栅极PG的解调信号DEM1和DEM2中的每个，在环状桥扩散节点BD中存储光电电荷。也即，例如，对应于解调信号DEM1和DEM2的相位的光电电荷被顺序存储在环状桥扩散节点BD中。响应于转移控制信号TGC，在半导体基板10的上表面部分中形成环状沟道，从而环状桥扩散节点BD可以通过形成的沟道而被电连接到浮动扩散区域FD。重置电压VRST可以响应于重置信号RST被施加到浮动扩散区域FD。浮动扩散区域电压VFD可以被顺序采样为噪声电压VB1和VB2以及解调电压VD1和VD2。
图28是图示操作包括图27的深度像素的光电感测设备的方法的示例时序图。
参考图28，图7所示的光电感测设备100利用调制发送光TX来照亮对象60，调制发送光TX由对象60反射并且返回光电感测设备100作为接收光RX。接收光RX相对于调制发送光TX被延迟TOF。通过接收光RX在深度像素的环状光电检测区域PD中产生光电电荷。
解调信号DEM1和DEM2（被激活以在第一和第二积分时间间隔TINT1和TINT2期间具有周期性变化的强度）相对于调制发送光TX具有不同的各自的相位。例如，如图28所示，在第一积分时间间隔TINT1期间，第一解调信号DEM1可以具有等于或大致等于调制发送光TX的相位的相位，而在第二积分时间间隔TINT2期间，第二解调信号DEM2可以具有与调制发送光TX的相位相反的相位。响应于第一解调信号DEM1，对应于第一解调信号DEM1的相位的第一电荷Q1在第一积分时间间隔TINT1期间被存储在环状桥扩散节点BD中。响应于第二解调信号DEM2，对应于第二解调信号DEM2的相位的第二电荷Q2在第二积分时间间隔TINT2期间被存储在环状桥扩散节点BD中。可通过测量对应于第一和第二解调信号DEM1和DEM2的各自相位的电荷Q1和Q2来确定TOF。
图28图示一个示范实施例，其中在采样噪声电压VB1和VB2中的每个之后环状桥扩散节点和浮动扩散区域被电连接，然后采样解调电压VD1和VD2中的每个。
在第一积分时间间隔TINT1之后的第一读出时间间隔TRD1期间，重置信号RST被激活以向浮动扩散区域FD施加重置电压VRST。在向浮动扩散区域FD施加重置电压VRST之后，第一采样控制信号SMPB被激活，然后重置浮动扩散区域电压VFD被采样为第一噪声电压VB1。在采样第一噪声电压VB1之后，响应于转移控制信号TGC，环状桥扩散节点BD被电连接到浮动扩散区域FD，然后，第二采样控制信号SMPD被激活以采样浮动扩散区域电压VCFD作为第一解调电压VD1。虽然未在图28中示出，但是可以在第一读出时间间隔TRD1之后且在第二积分时间间隔TINT2之前通过激活重置信号RST和转移控制信号TGC来初始化环状光电检测区域PD、环状桥扩散节点BD和浮动扩散区域FD。
按照相同或相似的方式，在第二积分时间间隔TINT2之后的第二读出时间间隔TRD2期间，重置信号RST被激活以向浮动扩散区域FD施加重置电压VRST。在向浮动扩散区域FD施加重置电压VRST之后，第一采样控制信号SMPB被激活，然后重置浮动扩散区域电压VFD被采样为第二噪声电压VB2。在采样第二噪声电压VB2之后，响应于转移控制信号TGC，环状桥扩散节点BD被电连接到浮动扩散区域FD，然后，第二采样控制信号SMPD被激活以采样浮动扩散区域电压VCFD作为第二解调电压VD2。
这样，可以使用布置在环状深度像素Z7的中心或中央部分处的浮动扩散区域FD来顺序采样噪声电压VB1和VB2以及解调电压VD1和VD2。产生的光电电荷可被存储在对应于临时存储区域TSR的环状桥扩散节点BD中，并且可以在采样解调电压VD1和VD2中的每个之前采样对应于浮动扩散区域FD中的噪声的噪声电压VB1和VB2中的每个。因此，可以提高SNR，以获得更准确的有效电压。
图29是图示根据另一示范实施例的包括公共浮动扩散区域和存储节点的环状深度像素的布局的图。图30是图示沿图29的线I-I’获得的深度像素的示例垂直结构的截面图。
参考图29和图30，深度像素Z8可以包括浮动扩散区域FD、环状存储节点SD和环状光电检测区域PD，它们形成在半导体基板10中。此外，深度像素Z8可以包括环状收集栅极CG和环状转移栅极TG，它们形成在半导体基板10上。如图29中所示，浮动扩散区域FD被布置在深度像素Z8的中心或中央部分处，对应于临时存储区域TSR的环状存储节点SD环绕浮动扩散区域FD，并且环状光电检测区域PD环绕存储节点SD。这样，深度像素Z8可以具有整体的环状。
深度像素Z8包括一个浮动扩散区域FD，以响应于具有彼此不同相位的多个解调信号DEM1和DEM2来顺序采样多个解调电压VD1和VD2。例如，第一解调信号DEM1可以被首先施加于环状光电栅极PG以采样第一解调电压VD1，然后第二解调信号DEM2可随后被施加于环状光电栅极PG以采样第二解调电压VD2。如此，可以使用具有不同相位的两个或更多的解调信号来顺序采样两个或更多的解调电压。
对应于临时存储区域TSR的环状存储节点SD与环状光电检测区域PD的内表面隔开而形成。环状收集栅极CG在环状光电检测区域PD和环状存储节点SD之间在半导体基板10上形成。响应于施加到环状收集栅极CG的解调信号DEM1和DEM2中的每个，在环状存储节点SD中存储在环状光电检测区域PD中产生的光电电荷。也即，例如，对应于解调信号DEM1和DEM2的相位的光电电荷被顺序存储在环状存储节点SD中。响应于转移控制信号TGC，在半导体基板10的上表面部分中形成环状沟道，从而，环状存储节点SD可以通过形成的沟道而被电连接到浮动扩散区域FD。重置电压VRST可以响应于重置信号RST被施加到浮动扩散区域FD。浮动扩散区域电压VFD可以被顺序采样为噪声电压VB1和VB2以及解调电压VD1和VD2。
使用图29的深度像素Z8来测量距离的方法类似于图28的使用图26的深度像素Z7的方法。在图29的深度像素Z8中，解调信号DEM1和DEM2在第一和第二积分时间间隔TINT1和TINT2期间被施加到环状收集栅极CG，以便在与环状光电检测区域PD的内表面隔开形成的环状存储节点SD中存储光电电荷，而在图26的深度像素Z7中，解调信号DEM1和DEM2在第一和第二积分时间间隔TINT1和TINT2期间被施加到环状光电栅极PG，以便将光电电荷存储在与环状光电检测区域PD的内表面相邻的环状桥扩散节点BD中。
结果，在图29的深度像素Z8中，在采样噪声电压VB1和VB2中的每个之后环状存储节点SD被电连接到浮动扩散区域FD，然后采样解调电压VD1和VD2中的每个，而在图26的深度像素Z7中，在采样噪声电压VB1和VB2中的每个之后环状桥扩散节点BD被电连接到浮动扩散区域FD，然后采样解调电压VD1和VD2中的每个。
这样，可以使用布置在环状深度像素Z8的中心或中央部分处的浮动扩散区域FD来顺序采样噪声电压VB1和VB2以及解调电压VD1和VD2。产生的光电电荷可被存储在对应于临时存储区域TSR的环状存储节点SD中，并且可以在采样解调电压VD1和VD2中的每个之前采样对应于浮动扩散区域FD中的噪声的噪声电压VB1和VB2中的每个。因此，可以提高SNR，以获得更准确的有效电压。
图31是图示根据另一示范实施例的包括公共浮动扩散区域、桥扩散节点和存储节点的环状深度像素的布局的图。图32是图示沿图31的线I-I’获得的深度像素的示例垂直结构的截面图。
参考图31和图32，深度像素Z9可以包括浮动扩散区域FD、环状存储节点SD、环状桥扩散节点BD和环状光电检测区域PD，它们形成在半导体基板10中。此外，深度像素Z9可以包括环状光电栅极PG、环状存储栅极SG和环状转移栅极TG，它们形成在半导体基板10上。如图31中所示，浮动扩散区域FD被布置在深度像素Z9的中心或中央部分处，对应于临时存储区域TSR的环状光电栅极PG和环状存储节点SD环绕浮动扩散区域FD，以及环状光电检测区域PD环绕临时存储区域TSR。这样，深度像素Z9可以具有整体的环状。
深度像素Z9包括一个浮动扩散区域FD，以响应于具有彼此不同相位的多个解调信号DEM1和DEM2来顺序采样多个解调电压VD1和VD2。例如，第一解调信号DEM1可以首先被施加于环状光电栅极PG以采样第一解调电压VD1，然后第二解调信号DEM2可随后被施加于环状光电栅极PG以采样第二解调电压VD2。如此，可以使用具有不同相位的两个或更多的解调信号来顺序采样两个或更多的解调电压。
对应于临时存储区域TSR的一部分的环状桥扩散节点BD与环状光电检测区域PD的内表面相邻而形成。对应于临时存储区域TSR的另一部分的环状存储节点SD与环状桥扩散节点BD的内表面隔开而形成。环状光电栅极PG在环状光电检测区域PD上形成，而环状存储栅极SG在环状光电检测区域PD和环状桥扩散节点BD之间在半导体基板10上形成。响应于施加到环状光电栅极PG的解调信号DEM1和DEM2中的每个，在环状桥扩散节点BD中存储在环状光电检测区域PD中产生的光电电荷。也即，例如，对应于解调信号DEM1和DEM2的相位的光电电荷被顺序存储在环状桥扩散节点BD中。响应于存储控制信号SGC，在半导体基板10的上表面部分中形成环状沟道，从而，环状存储节点SD可以通过形成的沟道而被电连接到环状桥扩散节点BD。响应于转移控制信号TGC，在半导体基板10的上表面部分中形成环状沟道，从而，环状存储节点SD可以通过形成的沟道而被电连接到浮动扩散区域FD。重置电压VRST可以响应于重置信号RST被施加到浮动扩散区域FD。浮动扩散区域电压VFD可以被顺序采样为噪声电压VB1和VB2以及解调电压VD1和VD2。
图33是图示操作包括图32的深度像素的光电感测设备的方法的示例时序图。
图33的使用图31的深度像素Z9的方法类似于图28使用图26的深度像素Z7的方法。与图28的方法比较，图33的方法还包括在第一和第二读出时间间隔TRD1和TRD2期间，响应于存储控制信号SGC来电连接环状桥扩散节点BD与环状存储节点SD。在图33中，即使存储控制信号SGC与第一采样控制信号SMPB并发地或同时被激活，在积分时间间隔TINT1和TINT2中的每个之后且在转移控制信号TGC被激活之前激活存储控制信号SGC也是足够的。
结果，在图31的深度像素Z9中，在采样噪声电压VB1和VB2中的每个之后，环状存储节点SD被电连接到浮动扩散区域FD，然后采样解调电压VD1和VD2中的每个，而在图26的深度像素Z7中，在采样噪声电压VB1和VB2中的每个之后，环状桥扩散节点BD被电连接到浮动扩散区域FD，然后采样解调电压VD1和VD2中的每个。
这样，可以使用布置在环状深度像素Z9的中心或中央部分处的浮动扩散区域FD来顺序采样噪声电压VB1和VB2以及解调电压VD1和VD2。产生的光电电荷可被存储在对应于临时存储区域TSR的环状桥扩散节点BD和环状存储节点SD中，并且可以在采样解调电压VD1和VD2中的每个之前采样对应于浮动扩散区域FD中的噪声的噪声电压VB1和VB2中的每个。因此，可以提高SNR，以获得更准确的有效电压。
图34是图示根据另一示范实施例的环状深度像素的布局的图。
图34的深度像素Z10与图26的深度像素Z7相似在于深度像素Z10具有以浮动扩散区FD为中心的环状，以及与图18的深度图像素Z4相似在于通过沟道停止区域CS来将深度像素Z10划分成两个半像素。
环状光电栅极被划分为第一光电栅极分段PG1和第二光电栅极分段PG2，它们通过沟道停止区域CS彼此电分离。环状光电检测区域（未示出）可被划分为在第一光电栅极分段PG1之下形成的第一光电检测分段和在第二光电栅极分段PG2之下形成的第二光电检测分段。第一和第二光电检测分段通过沟道停止区域CS彼此电分离。第一光电检测分段可以收集对应于第一解调信号的第一光电电荷，而第二光电检测分段可以收集对应于第二解调信号的第二光电电荷。对应于临时存储区域TSR的环状桥扩散节点被划分为第一临时存储分段BD1和第二临时存储分段BD2，它们通过沟道停止区域CS彼此电分离。根据这样的配置，第一临时存储分段BD1可响应于施加到第一光电栅极分段PG1的第一解调信号来存储在第一光电检测分段中产生的第一光电电荷，而第二临时存储分段BD2可响应于施加到第二光电栅极分段PG2的第二解调信号来存储在第二光电检测分段中产生的第二光电电荷。
例如，如参考图18、图19和图20描述的，在积分时间间隔TINT期间，具有与调制发送光TX的相同或基本相同的相位的第一解调信号DEM1可以被施加到第一光电栅极分段PG1，而具有与调制发送光TX相反的相位的第二解调信号DEM2可以被施加到第二光电栅极分段PG2。可以顺序采样对应于解调信号DEM1和DEM2的各自相位的解调电压VD1和VD2。
图35是图示根据另一示范实施例的深度像素的布局的图。
参考图35，深度像素Z11包括第一光电栅极PG1、第二光电栅极PG2、第一桥扩散节点BD1、第二桥扩散节点BD2、第一转移栅极TG1、第二转移栅极TG2、第一浮动扩散区域FD1、第二浮动扩散区域FD2、第一输出单元RDC1、第二输出单元RDC2和沟道停止区域CS。
如图35所示，第一光电栅极PG1和第二光电栅极PG2可形成在半导体基板10上，以使得第一光电栅极PG1和第二光电栅极PG2被点对称地布置而无重叠区域。第一桥扩散节点BD1和第二桥扩散节点BD2可分别响应于施加到光电栅极PG1和PG2的解调信号来存储光电电荷。例如，第一光电栅极PG1和第二光电栅极PG2可以从通过在光电栅极PG1和PG2下面的光电检测区域上入射的光子产生的电子-空穴对来收集电子。
至少在一些示范实施例中，第一光电栅极PG1和第二光电栅极PG2可由多晶硅形成。至少在一些其他的示范实施例中，光电栅极PG1和PG2可由透明导电氧化物（TCO）形成，诸如铟锡氧化物（ITO）、铟锌氧化物（IZO）、氧化锌（ZnO）、二氧化钛（TiO2）等。
如图35所示，第一光电栅极PG1可以包括：第一结栅极133，按照第一方向延伸；和多个第一手指栅极（finger gate）131，其按照与第一方向垂直或基本垂直的第二方向从第一结栅极133延伸。第一手指栅极131可以平行或大致平行并且彼此分离。至少在某些示范实施例中，第一结栅极133和第一手指栅极131可在相同或大致相同的层形成。至少在一些其他的示范实施例中，第一结栅极133和第一手指栅极131可在不同层形成，并通过至少一个中间层（诸如通孔）接触而电连接。
第一结栅极133和第一手指栅极131可以在栅极133和131下面产生电荷收集区域，以收集在半导体基板的光电检测区域中产生的电荷。第一结栅极133可提供一个路径，在相应的第一手指栅极131下面收集的电荷通过该路径被转移。也即，例如，第一结栅极133可聚集在第一结栅极133下的相应的第一手指栅极131下收集的电荷。因此，第一结栅极133可提高在相应的第一手指栅极131下面收集的电荷的转移效率。
第二光电栅极PG2可以包括第二结栅极143和多个第二手指栅极141。第一光电栅极PG1和第二光电栅极PG2可以具有相同或基本相同的形状，并且被点对称地布置而无重叠区域。第一手指栅极131和第二手指栅极141可以彼此交替地排列。也即，例如，第二手指栅极141中的至少一个可以位于两个第一手指栅极131之间。因此，可以减少由在第一光电栅极PG1和第二光电栅极PG2之间的失衡或不对称引起的数据错误。
例如，第一和第二手指栅极131和141中的每个可以具有范围从大约0.25μm到大约1μm（包括两端）的宽度，以及具有范围从约3μm至约30μm（包括两端）的长度。在相邻的两个手指栅极之间的间隔可以是从大约0.25μm到大约3μm（包括两端）。第一和第二结栅极133和143中的每个可以具有大约1μm的宽度，以及具有范围从约3μm至约30μm（包括两端）的长度。手指栅极或结栅极的宽度、长度或间隔可以取决于深度像素Z11的尺寸或设计规则而改变。虽然在图35所示的每个光电栅极包括5个手指栅极，但是在光电栅极中包括的手指栅极的数量可以取决于深度像素Z11的尺寸或设计规则而改变。
第一和第二转移栅极TG1和TG2在半导体基板上形成。第一转移栅极TG1被布置在第一桥扩散节点BD1和第一浮动扩散区域FD1之间，而第二转移栅极TG2被布置在第二桥扩散节点BD2和第二浮动扩散区域FD2之间。转移栅极TG1和TG2可以分别电连接桥扩散节点BD1和BD2与浮动扩散区域FD1和FD2，以便将光电电荷从桥扩散节点BD1和BD2转移到浮动扩散区域FD1和FD2。
第一手指栅极131耦合到第一结栅极133，并且第一转移栅极TG1被形成为与第一结栅极133相邻。因此，第一结栅极133和第一转移栅极TG1可以提供一个电荷转移路径，通过该路径，在第一手指栅极131下面收集的电荷被转移到第一浮动扩散区域FD1。同样，第二结栅极143和第二转移栅极TG2可提供一个电荷转移路径，通过该路径，在第二手指栅极141下面收集的电荷被转移到第二浮动扩散区域FD2。因此，深度像素Z11可以每半个像素只包括一个浮动扩散区域。由于深度像素Z11可以包括减少数量的浮动扩散区域，所以可改善填充因子，并可以减少暗电流和寄生电容。
第一输出单元RDC1和第二输出单元RDC2可输出分别对应于在第一浮动扩散区域FD1和第二浮动扩散区域FD中积累的电荷的电信号。在示范实施例中，第一输出单元RDC1可包括：第一重置晶体管，用于放电在第一浮动扩散区域FD1中积累的电荷；第一驱动晶体管，用于放大第一浮动扩散区域FD1的电压；第一选择晶体管，用于输出由第一驱动晶体管放大的电压到第一列线。第二输出单元RDC2可以包括：第二重置晶体管，用于放电在第二浮动扩散区域FD2中积累的电荷；第二驱动晶体管，用于放大第二浮动扩散区域FD2的电压；第二选择晶体管，用于输出由第二驱动晶体管放大的电压到第二列线。
如上所述，因为手指栅极从结栅极延伸而转移栅极与结栅极相邻形成，所以根据示范实施例的深度像素Z11可以每半个像素包括单个浮动扩散区域，并且提高电荷转移效率。
沟道停止区域CS可以在第一光电栅极PG1和第二光电栅极PG2之间在半导体基板上形成。也就是说，例如，沟道停止区域CS可以在第一光电栅极PG1下面的第一光电检测区域与第二光电栅极PG2下面的第二光电检测区域之间形成。
沟道停止区域CS可减少第一光电检测区域和第二光电检测区域之间的电荷转移。可通过形成沟道停止区域CS以在两个光电栅极PG1和PG2之间形成势能墙来减少由于电荷转移造成的噪声。
图36是图示沿图35的线I-I’获得的深度像素的示例垂直结构的截面图。
参考图36，第一光电栅极PG1被形成在半导体基板10的第一光电检测区域PD1中。第一桥扩散节点BD1可以在半导体基板10中与第一光电检测区域PD1相邻形成。第一浮动扩散区域FD1可以在半导体基板10中与第一桥扩散节点BD1隔开形成。第一转移栅极TG1在第一桥扩散节点BD1和第一浮动扩散区域FD1之间在半导体基板10上形成。第二光电栅极PG2形成在半导体基板10中的第二光电检测区域PD2上。第二桥扩散节点BD2可以在半导体基板10中与第二光电检测区域PD2相邻形成。第二浮动扩散区域FD2（未示出）可以在半导体基板10中与第二桥扩散节点BD2隔开形成。第二转移栅极TG2在第一桥扩散节点BD1和第二浮动扩散区域FD2之间在半导体基板10上形成。沟道停止区域CS可以在第一和第二光电检测区域PD1和PD2之间在半导体基板10上形成。沟道停止区域CS可以比较高地掺杂P型杂质。
图37、图38和图39是图示根据示范实施例的图像传感器的框图。
图37和图38图示包括关于多个列线的公共计数器的图像传感器的示范实施例。图39图示包括关于多个列线的多个计数器的图像传感器的示范实施例。
参考图37，图像传感器400可以包括像素阵列410、驱动器/地址译码器420、控制电路430、参考信号发生器440、相关双采样（CDS）单元450、比较单元460和锁存单元470。
在图像装置领域，电荷耦合器件（CCD）类型或互补金属氧化物半导体（CMOS）类型的图像传感器被广泛用于通过感测入射光被捕捉图像。图37的图像传感器400可以是CCD图像传感器或CMOS图像传感器。
在CMOS图像传感器的示例中，像素阵列410包括多个像素，用于将入射光转换为电模拟信号。在包括单位单元（称为有源像素或增益单元）的图像传感器中，通过像素的地址控制而检测来自每个像素的相应信号。有源像素传感器是地址受控图像传感器类型，而驱动器/地址译码器420以列和/或行为单位来控制像素阵列410的操作。控制电路430产生控制信号，用于控制图像传感器400的其他组件的操作。
由像素阵列410检测的模拟信号通过ADC被转换成数字信号，ADC包括比较单元460、锁存单元470和计数器480。模拟信号通常逐列输出，因此CDS单元450、比较单元460和锁存单元470包括根据像素阵列410的列数量的多个CDS电路451、多个比较器461和多个锁存器471。
由于每个像素的各自的特征（称为固定样式噪声（FPN））和每个逻辑电路（用于输出来自对应像素的电压信号）的各自的特征，从像素阵列输出的模拟信号在重置分量中有变化。因此需要从测量的信号分量中减去相应的重置分量来获得有效信号分量。同样，获得对应于重置分量与测量的信号分量之间的差的有效信号分量被称为CDS。
CDS单元450通过使用电容器和开关获得重置分量与测量的信号分量之间的差来执行模拟双采样（ADS），并输出对应于有效信号分量的模拟信号。比较单元460比较从CDS单元450逐列输出的模拟信号和来自参考信号发生器440的参考信号（例如，斜坡信号RAMP），并且逐列输出比较信号。比较信号具有根据各自有效信号分量的各自转换时序。来自计数器480的计数信号被公共地提供给锁存器471。锁存器471响应于各自的比较信号锁存计数信号并逐列输出锁存的数字信号。
ADS可以使用图37的图像传感器400来执行，并且也可以执行数字双采样（DDS），如将参考图38和图39描述的。DDS是一种CDS，其中对应于重置分量的模拟信号和测量的信号分量分别被转换为数字信号，并且通过计算两个数字信号之间的差来获得有效信号分量。
图38的图像传感器500具有用于执行DDS的配置，而图37的图像传感器400具有用于执行ADS的配置。耦合到每一列的每个锁存器571包括第一锁存器572和第二锁存器573。像素阵列510顺序输出用于CDS的第一模拟信号和第二模拟信号，其中第一模拟信号表示重置分量，例如，上述噪声电压VB，而第二模拟信号表示测量的图像分量（如上述的解调电压VD）。
在第一采样中，每个比较器561将指示重置分量的第一模拟信号与来自参考信号发生器540的斜坡信号进行比较，并且输出具有对应于重置分量的转换时间点的比较信号。针对每一列进行这样的操作。来自计数器580的计数信号被公共地提供给每个锁存器571，并且每个锁存器571在对应的比较信号的每个转换时间点锁存计数信号以在第一锁存器572中存储第一计数值。
在第二采样中，每个比较器561将指示测量的图像分量的第二模拟信号与来自参考信号发生器540的斜坡信号进行比较，并且输出具有对应于测量的图像分量的转换时间点的比较信号。针对每一列进行这样的操作。计数信号被公共地提供给每个锁存器571，并且每个锁存器571在对应的比较信号的每个转换时间点锁存计数信号以在第二锁存器573中存储第二计数值。存储在第一和第二锁存器572和573中的第一和第二计数值被提供给内部逻辑电路，以计算对应于有效图像分量的值。如此，可以通过图像传感器500执行DDS。
图37和图38的图像传感器400和500包括用于执行CDS的公共计数器。如将参考图39描述的，图像传感器也可以包括逐列耦合的多个计数器，它们可以称为列计数器，以提高图像传感器的操作速度。
参照图39，图像传感器600可包括像素阵列610、驱动器/地址译码器620、控制电路630、参考信号发生器640、比较单元660和计数块680。
像素阵列610包括多个像素，用于将入射光转换成电模拟信号。驱动器/地址译码器620以列和/或行为单位控制像素阵列610的操作。控制电路630产生控制信号CTRL，用于控制图像传感器600的其他组件的操作。
由像素阵列610检测的模拟信号被ADC转换成数字信号，ADC包括比较单元660和计数块680。模拟信号逐列输出，因此，比较单元660和计数块680包括根据像素阵列610的列数的多个比较器661和多个计数器700。使用耦合到每列的多个比较器660和计数器700，图像传感器600可以并发或者同时处理对应于一行的多个像素信号，从而提高操作速度并减少噪音。
像素阵列610顺序输出用于CDS的第一模拟信号和第二模拟信号，其中第一模拟信号表示重置分量而第二模拟信号表示测量的图像分量。基于第一和第二模拟信号，包括比较单元660和计数块680的ADC执行数字化CDS，即，针对各个列执行DDS。
图40图示包括三维图像传感器的照相机的示范实施例的框图。
参照图40，照相机800包括光电接收镜头810、三维图像传感器900和引擎单元840。三维图像传感器900可以包括三维图像传感器芯片820和光源模块830。根据至少一些示范实施例，可利用分开的设备来实现三维图像传感器芯片820和光源模块830，或光源模块830的至少一部分可以被包括在三维图像传感器芯片820中。在至少某些示范实施例中，光电接收镜头810可包括在三维图像传感器芯片820。
光电接收镜头810可将入射光聚焦在三维图像传感器芯片820的光电接收区域（例如，在像素阵列中包括的深度像素和/或彩色像素）上。三维图像传感器芯片820可基于通过光电接收镜头810的入射光来产生数据DATA1，数据DATA1包括深度信息和/或彩色图像信息。例如，由三维图像传感器芯片820产生的数据DATA1可包括利用从光源模块830发出的红外光或近红外光产生的深度数据和使用外部可见光产生的Bayer样式的RGB数据。三维图像传感器芯片820可基于时钟信号CLK来向引擎单元840提供数据DATA1。至少在某些示范实施例中，三维图像传感器芯片820可以经由移动工业处理器接口（MIPI）和/或照相机串行接口（CSI）与引擎单元840接口。
引擎单元840控制三维图像传感器900。引擎单元840可处理从三维图像传感器芯片820接收的数据DATA1。例如，引擎单元840可基于从三维图像传感器芯片820接收的数据DATA1产生三维彩色数据。在其他例子中，引擎单元840可以基于在数据DATA1中包括的RGB数据或压缩数据（诸如联合图像专家组（JPEG）数据）来产生包括亮度分量、蓝色-亮度差分量和红色-亮度差分量的YUV数据。引擎单元840可被连接到主机/应用850，并且可基于主时钟MCLK向主机/应用850提供数据DATA2。此外，引擎单元840可经由串行外设接口（SPI）和/或内置集成电路（inter integrated circuit，I2C）与主机/应用850接口。
图41图示包括三维图像传感器的计算机***的示范实施例的框图。
参照图41，计算***1000可以包括处理器1010、存储器设备1020、存储设备1030、输入/输出设备1040、电源1050和三维图像传感器900。虽然未在图41中示出，但是计算***1000可以进一步包括与视频卡、声卡、存储卡、通用串行总线（USB）设备或其他电子设备进行通信的端口。
处理器1010可以执行各种计算或任务。根据至少一些示范实施例，处理器1010可以是微处理器或CPU。处理器1010可通过地址总线、控制总线、和/或数据总线与存储器设备1020、存储设备1030和输入/输出设备1040通信。至少在某些示范实施例中，处理器1010可以耦合到外部总线，诸如***组件互连（PCI）总线。存储器设备1020可以存储用于操作计算***1000的数据。例如，可以利用动态随机存取存储器（DRAM）设备、移动DRAM设备、静态随机存取存储器（SRAM）设备、相变随机存取存储器（PRAM）设备、铁电随机存取存储器（FRAM）设备、电阻随机存取存储器（RRAM）设备和/或磁随机存取存储器（MRAM）设备来实现存储器设备1020。存储设备可包括固态驱动（SSD）、硬盘驱动（HDD）、CD-ROM等。输入/输出设备1040可包括输入设备（如键盘、小键盘、鼠标等）和输出设备（例如，打印机、显示设备等）。电源1050为计算***1000提供操作电压。
三维图像传感器900可经由总线或其他通信链路与处理器1010通信。如上所述，三维图像传感器900可包括具有环状结构的单位像素，它作为单一抽头检测器操作。此外，如上所述，三维图像传感器900可以使用多个可变二进制信号来测量到对象的距离。因此，可提高灵敏度和信噪比（SNR）。可以在一块芯片上集成处理器1010和三维图像传感器900，或者三维图像传感器900和处理器1010可被实现为分离的芯片。
三维图像传感器900可以按各自形式封装，诸如PoP（Package on Package，层叠封装）、球栅阵列（Ball grid array，BGA）、芯片尺寸封装（Chip scale package，CSP）、塑料带引线芯片载体（Plastic Leaded Chip Carrier，PLCC）、塑料双列直插封装（Plastic DualIn Line Package，PDIP）、叠片内裸片封装（Die in Waffle Pack）、晶片内裸片形式（Diein Wafer Form）、板上芯片（Chip On Board，COB）、陶瓷双列直插封装（Ceramic Dual In-Line Package，CERDIP）、塑料标准四边扁平封装（Metric Quad Flat Pack，MQFP）、薄型四边扁平封装（Thin Quad Flatpack，TQFP）、小外型IC（Small Outline IC，SOIC）、缩小型小外型封装（Shrink Small Outline Package，SSOP）、薄型小外型封装（Thin SmallOutline，TSOP)、薄型四边扁平封装（Thin Quad Flatpack，TQFP）、***级封装（System InPackage，SIP）、多芯片封装（Multi Chip Package，MCP）、晶片级结构封装（Wafer-levelFabricated Package，WFP）或晶片级处理堆叠封装（Wafer-Level Processed StackPackage，WSP）。
计算***1000可以是使用三维图像传感器的任何计算***。例如，计算***1000可以包括数字照相机、移动电话、便携多媒体播放器（PMP）、个人数字助理（PDA）等。
图42图示在图41的计算***中采用的接口的示范实施例的框图。
参考图42，可以由使用或支持移动工业处理器接口（MIPI接口）的数据处理设备来实现计算***1000。计算***1000可以包括应用处理器1110、三维图像传感器1140、显示设备1150等。应用处理器1110的CSI主机1112可以经由照相机串行接口（CSI）与三维图像传感器1140的CSI设备1141执行串行通信。至少在某些示范实施例，CSI主机1112可包括解串器（DES），而CSI设备1141可包括串行器（SER）。应用处理器1110的DSI主机1111可通过显示器串行接口（DSI）执行与显示设备1150的DSI设备1151的串行通信。
至少在一些示范实施例，DSI主机1111可包括串行器（SER），而DSI设备1151可包括解串器（DES）。计算***1100可以还包括射频（RF）芯片1160，执行与应用处理器1110的通信。计算***1000的物理层（PHY）1113和RF芯片1160的物理层（PHY）1161可以基于MIPIDigRF标准执行数据通信。应用处理器1110可以进一步包括DigRF MASTER1114，其控制PHY1161的数据通信。
计算***1100可进一步包括全球定位***（GPS）1120、存储器1170、MIC1180、DRAM设备1185和扬声器1190。此外，计算***1100可以使用超宽带（UWB）1120、无线局域网（WLAN）1220、全球互通微波存取（WiMAX）1130等执行通信。但电子设备1000的结构和接口不限于此。
这里描述的特征和/或实施例可适用于任何光电检测设备，如三维图像传感器，其提供关于对象的图像信息和深度信息。例如，一个或多个示范实施例可被应用到计算机***，诸如人脸识别安全***、台式计算机、笔记本电脑、数码相机、三维照相机、摄像机、蜂窝电话机、智能手机、个人数字助理（PDA）、扫描仪、视频电话、数字电视机、导航***、观测***、自动对焦***、跟踪***、动作捕捉***、图像稳定***等。
前述是示范实施例的说明而非理解为其的限制。虽然已经描述几个示范实施例，本领域的技术人员将容易理解在示范实施例中的许多修改是可能的，而不实际脱离本发明的新颖性教示和优点。因此，全部此类修改意图被包括在如权利要求定义的本发明的范围中。因此，可以理解前述是各种示范实施例的说明而非认为限制于公开的特定示范实施例，并且对于公开的示范实施例以及其他示范实施例的修改意图被包括在所附权利要求的范围中。

Claims (23)

1.一种操作包括至少一个深度像素的光电感测设备的方法，该方法包括：
利用调制发送光来照亮对象；
响应于解调信号在至少一个深度像素的存储区域中存储光电电荷，通过由对象反射的光在所述至少一个深度像素的光电检测区域中产生光电电荷；
在向浮动扩散区域施加重置电压之后且在采样浮动扩散区域的解调电压之前采样所述至少一个深度像素的浮动扩散区域的噪声电压；
在采样噪声电压之后将存储区域和浮动扩散区域电连接；
在电连接存储区域和浮动扩散区域之后采样浮动扩散区域的解调电压；以及
基于噪声电压和解调电压来确定对应于解调信号的相位的电压。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在光电电荷被存储在存储区域中之后向浮动扩散区域施加重置电压。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在光电电荷被存储在存储区域中的同时向浮动扩散区域持续施加重置电压。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，响应于解调信号在存储区域中存储光电电荷包括：
响应于解调信号在桥扩散节点中存储光电电荷，该桥扩散节点与光电检测区域相邻。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，桥扩散节点和浮动扩散区域在采样噪声电压之后但是在采样解调电压之前被电连接。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，响应于解调信号在存储区域中存储光电电荷包括：
响应于解调信号在存储节点中存储光电电荷，该存储节点与光电检测区域隔开。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，存储节点和浮动扩散区域在采样噪声电压之后但是在采样解调电压之前被电连接。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，响应于解调信号在存储区域中存储光电电荷包括：
响应于解调信号在桥扩散节点中存储光电电荷，该桥扩散节点与光电检测区域相邻；以及
电连接该桥扩散节点与存储节点，该存储节点与该桥扩散节点隔开。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，存储节点和浮动扩散区域在采样噪声电压之后但是在采样解调电压之前被电连接。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个深度像素包括多个浮动扩散区域，其中响应于多个解调信号而采样多个浮动扩散区域的多个解调电压，多个解调信号具有不同的相位。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，响应于多个解调信号来顺序采样多个解调电压，多个解调信号具有不同的相位。
12.一种光电感测设备，包括：
光源，被配置来产生调制发送光以照亮对象；
感测电路，包括至少一个深度像素，所述至少一个深度像素包括光电检测区域、存储区域、转移栅极和浮动扩散区域；以及
控制电路，被配置来控制光源和感测电路；
其中，光电感测设备被配置来，
响应于解调信号在存储区域中存储光电电荷，响应于由对象反射的光在所述光电检测区域中产生光电电荷，
在重置电压响应于重置信号被施加到浮动扩散区域之后且在采样浮动扩散区域的解调电压之前采样浮动扩散区域处的噪声电压，
在采样噪声电压之后，响应于施加到转移栅极的转移控制信号将存储区域和浮动扩散区域电连接，
在存储区域和浮动扩散区域被电连接之后采样浮动扩散区域处的解调电压，以及
基于噪声电压和解调电压来确定对应于解调信号的相位的电压。
13.根据权利要求12所述的光电感测设备，其中，控制电路被配置来产生重置信号，以使得在解调信号被去激活之后激活重置信号并且在转移控制信号被激活之前去激活重置信号。
14.根据权利要求12所述的光电感测设备，其中，控制电路被配置来产生重置信号，以使得在解调信号被激活的同时持续激活重置信号并且在转移控制信号被激活之前去激活重置信号。
15.根据权利要求12所述的光电感测设备，其中，存储区域包括与光电检测区域相邻的桥扩散节点，并且至少一个深度像素还包括光电栅极，被配置来响应于解调信号在桥扩散节点中存储光电电荷。
16.根据权利要求12所述的光电感测设备，其中，存储区域包括与光电检测区域隔开的存储节点，并且至少一个深度像素还包括收集栅极，被配置来响应于解调信号而电连接存储节点和光电检测区域。
17.根据权利要求12所述的光电感测设备，其中，存储区域包括桥扩散节点和存储节点，桥扩散节点与光电检测区域相邻，存储节点与桥扩散节点隔开，并且其中至少一个深度像素还包括光电栅极和存储栅极，光电栅极被配置来响应于解调信号在桥扩散节点中存储光电电荷，而存储栅极被配置来电连接存储节点和桥扩散节点。
18.根据权利要求12所述的光电感测设备，其中，至少一个深度像素包括多个浮动扩散区域，并且其中光电感测设备还被配置来响应于多个解调信号而采样多个浮动扩散区域的多个解调电压，多个解调信号具有不同的相位。
19.一种光电感测设备，包括：
光源，被配置来产生调制发送光以照亮对象；
感测电路，包括至少一个深度像素，所述至少一个深度像素包括光电检测区域、存储区域、转移栅极和浮动扩散区域；以及
控制电路，被配置来控制光源和感测电路；
其中，光电感测设备被配置来，
响应于解调信号在存储区域中存储光电电荷，
光电电荷是响应于由对象反射的光在所述光电检测区域中产生的，
在重置电压响应于重置信号被施加到浮动扩散区域之后采样浮动扩散区域处的噪声电压，
在采样噪声电压之后，响应于施加到转移栅极的转移控制信号将存储区域和浮动扩散区域电连接，
在存储区域和浮动扩散区域被电连接之后采样浮动扩散区域处的解调电压，以及
基于噪声电压和解调电压来确定对应于解调信号的相位的电压
其中，至少一个深度像素包括公共浮动扩散区域，并且其中光电感测设备还被配置来响应于多个解调信号来顺序采样多个解调电压，多个解调信号具有不同的相位，
其中，该公共浮动扩散区域处于所述至少一个深度像素的中央部分，存储区域具有环绕公共浮动扩散区域的环状，并且光电检测区域具有环绕存储区域的环状。
20.根据权利要求19所述的光电感测设备，其中，存储区域包括与光电检测区域的内表面相邻的环状桥扩散节点，并且至少一个深度像素还包括环状光电栅极，被配置来响应于解调信号在环状桥扩散节点中存储光电电荷。
21.根据权利要求19所述的光电感测设备，其中，存储区域包括与光电检测区域的内表面隔开的环状存储节点，并且至少一个深度像素还包括环状收集栅极，被配置来响应于解调信号而电连接环状存储节点和光电检测区域。
22.根据权利要求19所述的光电感测设备，其中，存储区域包括环状桥扩散节点和环状存储节点，该环状桥扩散节点与光电检测区域的内表面相邻，该环状存储节点与环状桥扩散节点的内表面隔开，并且其中至少一个深度像素还包括环状光电栅极和环状存储栅极，环状光电栅极被配置来响应于解调信号在环状桥扩散节点中存储光电电荷，以及环状存储栅极被配置来电连接环状存储节点和环状桥扩散节点。
23.根据权利要求19所述的光电感测设备，其中，环状光电检测区域包括彼此电隔开的第一光电检测部分和第二光电检测部分，第一光电检测部分被配置来收集对应于具有等于调制发送光的相位的相位的第一解调信号的第一光电电荷，第二光电检测部分被配置来收集对应于具有与调制发送光的相位相反的相位的第二解调信号的第二光电电荷，并且环状存储区域包括彼此电分离的第一临时存储部分和第二存储部分，第一存储部分被配置来存储第一光电电荷，而第二存储部分被配置来存储第二光电电荷。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111741221A (zh) * 2020-07-08 2020-10-02 Oppo广东移动通信有限公司 图像获取方法、摄像头组件及移动终端

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101869371B1 (ko) * 2011-07-21 2018-06-21 삼성전자주식회사 거리 측정 방법 및 이를 수행하는 3차원 이미지 센서
KR102007279B1 (ko) * 2013-02-08 2019-08-05 삼성전자주식회사 3차원 이미지 센서의 거리 픽셀, 이를 포함하는 3차원 이미지 센서 및 3차원 이미지 센서의 거리 픽셀의 구동 방법
TWI617014B (zh) * 2013-03-12 2018-03-01 Sony Semiconductor Solutions Corp Solid-state imaging device, manufacturing method, and electronic device
US20140347442A1 (en) * 2013-05-23 2014-11-27 Yibing M. WANG Rgbz pixel arrays, imaging devices, controllers & methods
KR102174650B1 (ko) * 2013-10-31 2020-11-05 삼성전자주식회사 이미지 센서
JP6230395B2 (ja) * 2013-12-06 2017-11-15 キヤノン株式会社 撮像装置およびその駆動方法
US9094246B1 (en) * 2014-04-14 2015-07-28 Analog Devices Global Pure differential signal based MIPI DSI/CSI-2 receiver systems
CN104091813B (zh) * 2014-06-13 2016-11-09 南京大学 一种基于闪存工艺的三维图像传感器及其操作方法
KR102244679B1 (ko) * 2014-07-15 2021-04-27 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이미지 센서의 동작 방법
US9871065B2 (en) 2014-12-22 2018-01-16 Google Inc. RGBZ pixel unit cell with first and second Z transfer gates
US9425233B2 (en) 2014-12-22 2016-08-23 Google Inc. RGBZ pixel cell unit for an RGBZ image sensor
US9741755B2 (en) 2014-12-22 2017-08-22 Google Inc. Physical layout and structure of RGBZ pixel cell unit for RGBZ image sensor
US9812483B2 (en) * 2015-10-26 2017-11-07 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Back-side illuminated (BSI) image sensor with global shutter scheme
US10151838B2 (en) * 2015-11-24 2018-12-11 Microsoft Technology Licensing, Llc Imaging sensor with shared pixel readout circuitry
JP6735582B2 (ja) * 2016-03-17 2020-08-05 キヤノン株式会社 撮像素子およびその駆動方法、および撮像装置
DE102016208347B4 (de) * 2016-05-13 2017-12-21 Infineon Technologies Ag Optische Sensorvorrichtung und Verfahren zum Betreiben eines Laufzeitsensors
US10389957B2 (en) 2016-12-20 2019-08-20 Microsoft Technology Licensing, Llc Readout voltage uncertainty compensation in time-of-flight imaging pixels
US10616519B2 (en) 2016-12-20 2020-04-07 Microsoft Technology Licensing, Llc Global shutter pixel structures with shared transfer gates
US10580807B2 (en) 2017-10-24 2020-03-03 Stmicroelectronics, Inc. Color pixel and range pixel combination unit
US10641868B2 (en) * 2017-11-07 2020-05-05 Stmicroelectronics (Crolles 2) Sas RGB and Z photo-diode pixel array kernel organization
US11140340B2 (en) * 2017-12-26 2021-10-05 Robert Bosch Gmbh Single-chip RGB-D camera
US10942274B2 (en) 2018-04-11 2021-03-09 Microsoft Technology Licensing, Llc Time of flight and picture camera
WO2019200513A1 (zh) * 2018-04-16 2019-10-24 深圳市汇顶科技股份有限公司 影像传感***及电子装置
CN110389328B (zh) * 2018-04-16 2021-04-23 宁波飞芯电子科技有限公司 基于动态门限电压的像素单元与光电调制方法及其应用
US10861892B2 (en) * 2018-11-21 2020-12-08 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Low-light-level CMOS image sensor pixel
KR102618016B1 (ko) 2018-12-04 2023-12-26 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이를 이용한 거리 측정 센서
CN111385495B (zh) * 2018-12-29 2022-02-11 天津大学青岛海洋技术研究院 一种用于补偿tof传感器中电荷转移不完全的方法
CN112399103B (zh) * 2019-08-12 2022-07-05 天津大学青岛海洋技术研究院 一种用于tof图像传感器的复位噪声抑制方法
CN111050041B (zh) * 2019-11-25 2021-03-26 Oppo广东移动通信有限公司 图像传感器、控制方法、摄像头组件及移动终端
KR20220009223A (ko) * 2020-07-15 2022-01-24 삼성전자주식회사 멀티-탭 구조를 갖는 거리 픽셀 및 이를 포함하는 비행 거리 센서
KR20220105292A (ko) * 2021-01-20 2022-07-27 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센싱 장치 및 그의 동작 방법
CN116027345A (zh) * 2021-10-26 2023-04-28 华为技术有限公司 一种三维成像的方法和装置

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU3511400A (en) * 1999-03-01 2000-09-21 Photobit Corporation Active pixel sensor with fully-depleted buried photoreceptor
JP4280822B2 (ja) 2004-02-18 2009-06-17 国立大学法人静岡大学 光飛行時間型距離センサ
JP4238900B2 (ja) * 2006-08-31 2009-03-18 ソニー株式会社 固体撮像装置、撮像装置
US7929035B2 (en) * 2007-03-08 2011-04-19 Imagerlabs, Inc. Ultra low noise CMOS imager
JP4920610B2 (ja) * 2008-01-31 2012-04-18 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Ｃｃｄ装置及び駆動方法
EP2109306B1 (en) * 2008-04-07 2015-03-11 CMOSIS nv Pixel array with global shutter
KR20090118795A (ko) * 2008-05-13 2009-11-18 삼성전자주식회사 이중 트랜스퍼 게이트를 구비한 거리측정 센서 및 그를구비한 입체 컬러 이미지 센서
US8035806B2 (en) 2008-05-13 2011-10-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Distance measuring sensor including double transfer gate and three dimensional color image sensor including the distance measuring sensor
KR101467509B1 (ko) * 2008-07-25 2014-12-01 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이미지 센서 동작 방법
KR101543664B1 (ko) 2008-12-08 2015-08-12 삼성전자주식회사 픽셀 어레이 및 이를 포함하는 입체 영상 센서
JP5257134B2 (ja) * 2009-02-25 2013-08-07 コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 固体撮像素子およびそれを備えた撮像装置
US20100271517A1 (en) * 2009-04-24 2010-10-28 Yannick De Wit In-pixel correlated double sampling pixel
KR101605046B1 (ko) * 2009-07-29 2016-03-21 삼성전자주식회사 싱글 게이트 픽셀 및 싱글 게이트 픽셀 동작 방법
DE102009037596B4 (de) * 2009-08-14 2014-07-24 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Pixelstruktur, System und Verfahren zur optischen Abstandsmessung sowie Steuerschaltung für die Pixelstruktur
JP5601001B2 (ja) * 2010-03-31 2014-10-08 ソニー株式会社 固体撮像素子および駆動方法、並びに電子機器
DE102011079589A1 (de) * 2010-08-11 2012-02-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Einheitspixel für ein Photodetektionsbauelement
GB2487740A (en) * 2011-02-01 2012-08-08 Cmosis Nv High Dynamic Range Pixel Structure
KR102025522B1 (ko) * 2011-03-10 2019-11-26 사이오닉스, 엘엘씨 3차원 센서, 시스템, 및 관련 방법
US8987646B2 (en) * 2011-06-10 2015-03-24 Semiconductor Components Industries, Llc Pixel and method
KR101869371B1 (ko) * 2011-07-21 2018-06-21 삼성전자주식회사 거리 측정 방법 및 이를 수행하는 3차원 이미지 센서

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111741221A (zh) * 2020-07-08 2020-10-02 Oppo广东移动通信有限公司 图像获取方法、摄像头组件及移动终端
CN111741221B (zh) * 2020-07-08 2021-04-09 Oppo广东移动通信有限公司 图像获取方法、摄像头组件及移动终端
US11902674B2 (en) 2020-07-08 2024-02-13 Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp., Ltd. Image acquisition method, camera assembly, and mobile terminal

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