CN110797366A - 像素结构、互补金属氧化物半导体图像传感器和终端 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种像素结构，该像素结构包括第一层光电二极管、第二层光电二极管、第一读出电路和第二读出电路，第一层光电二极管包括两种光电二极管，第二层光电二极管放置于第一层光电二极管的一侧，第二层光电二极管包括一种光电二极管，第一读出电路读出第一层光电二极管对应的两种特定波长的光对应的电信号，第二读出电路读出第二层光电二极管对应的一种特定波长的光对应的电信号。本申请实施例还同时提供了一种互补金属氧化物半导体传感器和终端。
Description
技术领域
本申请涉及终端中互补金属氧化物半导体图像传感器(CIS，ComplementaryMetal Oxide Semiconductor Image Sensor)的像素结构，尤其涉及一种像素结构、互补金属氧化物半导体图像传感器和终端。
背景技术
通常地，采用电荷耦合元件(CCD，Charge-coupled Device)或者互补金属氧化物半导体(CMOS，Complementary Metal Oxide Semiconductor)的数码相机是在同一像素结构上只可记录红绿蓝(RGB，Red Green Blue)三种颜色的一种，目前，Foveon X3是全球第一款可以在一个像素结构上捕捉全部色彩的图像传感器，Foveon X3采用三层叠层感光元件，利用不同波长的光在硅中的吸收长度的差异来测量不同深度获得的信号，每层记录RGB的其中一个颜色通道，最终在一个像素结构中实现了R，G，B三种颜色的检测。
然而，Foveon X3采用三层叠层的感光元件，工艺难度较大，功耗较高，光谱串扰严重，影响像素结构所得到的信号质量，进而影响CIS的成像质量。
发明内容
本申请实施例提供一种像素结构、互补金属氧化物半导体图像传感器和终端，旨在提高像素结构所得到的电信号的信号质量。
本申请的技术方案是这样实现的：
本申请实施例提供了一种像素结构，所述像素结构包括第一层光电二极管、第二层光电二极管、与所述第一层光电二极管相连接的第一读出电路和与所述第二层光电二极管相连接的第二读出电路；其中，
所述第一层光电二极管包括两种光电二极管，其中，所述两种光电二极管分别一一对应特定波长，所述两种光电二极管分别用于对接收到的入射光中对应的两种特定波长的光进行共振吸收和光电转换，得到两种特定波长的光对应的电信号；
所述第二层光电二极管放置于所述第一层光电二极管的一侧，所述第二层光电二极管包括一种光电二极管，所述一种光电二极管用于对经过所述第一层光电二极管共振吸收后的所述入射光中对应的特定波长的光，进行共振吸收和光电转换，得到所述一种特定波长的光对应的电信号；
所述第一读出电路读出所述第一层光电二极管对应的所述两种特定波长的光对应的电信号；
所述第二读出电路读出所述第二层光电二极管对应的所述一种特定波长的光对应的电信号；
其中，在所述第一层光电二极管和所述第二层光电二极管中的任意两种光电二极管互不相同。
本申请实施例还提供了一种互补金属氧化物半导体图像传感器，所述互补金属氧化物半导体图像传感器的像素结构为上述一个或多个实施例所述的像素结构。
本申请实施例还提供了一种终端，所述终端的互补金属氧化物半导体图像传感器为上述一个或多个实施例所述的互补金属氧化物半导体图像传感器。
本申请实施例提供了一种像素结构、互补金属氧化物半导体图像传感器和终端，该像素结构包括第一层光电二极管、第二层光电二极管、与第一层光电二极管相连接的第一读出电路和与第二层光电二极管相连接的第二读出电路，其中，第一层光电二极管包括两种光电二极管，其中，两种光电二极管分别一一对应特定波长，两种光电二极管分别用于对接收到的入射光中对应的特定波长的光进行共振吸收和光电转换，得到两种特定波长的光对应的电信号，第二层光电二极管放置于第一层光电二极管的一侧，第二层光电二极管包括一种光电二极管，一种光电二极管用于对经过第一层光电二极管共振吸收后的入射光中对应的特定波长的光，进行共振吸收和光电转换，得到一种特定波长的光对应的电信号，其中，在第一层光电二极管和第二层光电二极管中的任意两种光电二极管互不相同，第一读出电路读出第一层光电二极管对应的两种特定波长的光对应的电信号，第二读出电路读出第二层光电二极管对应的一种特定波长的光对应的电信号；也就是说，在本申请实施例中，通过在第一层光电二极管中设置两种光电二极管，在第二层光电二极管中设置不同于上述两种光电二极管的另一种光电二极管，使得该像素结构能够对入射光分层进行共振吸收和光电转换，这样，就可以得到三种特定波长的光对应的电信号，避免使用传统的三层层叠结构所带来的工艺难度大、功耗高和串扰严重的问题，从而提高了像素结构所得到的信号质量，进而提高了CIS的成像质量。
附图说明
图1为波长分别与吸收系数和穿透深度的关系示意图；
图2为Foveon X3的剖面结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种可选的像素结构的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种可选的滤光片的实例的结构示意图；
图5A为本申请实施例提供的一种可选的像素结构的实例的结构示意图；
图5B为本申请实施例提供的另一种可选的像素结构的实例的结构示意图；
图5C为本申请实施例提供的再一种可选的像素结构的实例的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的一种可选的像素结构的实例剖面示意图；
图7为本申请实施例提供的又一种可选的像素结构的实例的结构示意图；
图8为本申请实施例提供的一种可选的CIS的结构示意图；
图9为本申请实施例提供的一种可选的终端的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例一
目前，Foveon X3是全球第一款可以在一个像素结构上捕捉全部色彩的图像传感器，图1为波长分别与吸收系数和穿透深度的关系示意图，如图1所示，横坐标为波长，单位为μm，纵坐标包括以吸收系数为左侧纵坐标，单位为/cm，还包括以穿透深度为右侧纵坐标，单位为μm，由图1可以看出，不同波长的光在硅中的吸收系数不同，随着波长的增加，吸收系数越来越小，不同波长的光在硅中的穿透深度不同，随着波长的增加，穿透深度越来越大。
图2为Foveon X3的剖面结构示意图，如图2所示，Foveon X3从上表面至下表面依次为漏极前延nldd，p-阱，n-阱，p-衬底，其中，漏极前延nldd的厚度为0.2μm，p-阱的厚度为0.6μm，n-阱的厚度为2μm，p-阱用于收集蓝光子，在漏极前延nldd与p-阱之间可以测量得到蓝光子经过光电转换后的电信号ib，在p-阱与n-阱之间可以测量得到绿光子经过光电转换后的电信号ig，在n-阱与p-衬底之间可以测量得到红光子经过光电转换后的电信号ir，这样，基于图1给出的波长分别与吸收系数和穿透深度的关系，通过图2给出的Foveon X3三层叠层感光元件，每层记录RGB的其中一个颜色通道，最终在一个像素结构中实现了R，G，B三种颜色的检测。
然而，现有的Foveon X3功耗高，发热大，像素结构尺寸大，数据量大，帧率低，光谱串扰(crosstalk)会比较严重，还原RGB的算法比较复杂，色彩不准确，高感光下色彩表现差，感光度(ISO，photosensibility)小于等于100，低光下色彩噪声高。
为了提高像素结构所得到的电信号的信号质量，本申请实施例提供了一种像素结构，图3为本申请实施例提供的一种可选的像素结构的结构示意图，参考图3所示，该像素结构可以包括第一层光电二极管31、第二层光电二极管32、与第一层光电二极管31相连接的第一读出电路33和与第二层光电二极管32相连接的第二读出电路34；其中，
第一层光电二极管31包括两种光电二极管，两种光电二极管分别一一对应特定波长，两种光电二极管分别用于对接收到的入射光中对应的特定波长的光进行共振吸收和光电转换，得到两种特定波长的光对应的电信号；
第二层光电二极管32放置于第一层光电二极管31的一侧，第二层光电二极管32包括一种光电二极管，一种光电二极管用于对经过第一层光电二极管31共振吸收后的入射光中对应的特定波长的光，进行共振吸收和光电转换，得到一种特定波长的光对应的电信号；
第一读出电路33读出第一层光电二极管31对应的两种特定波长的光对应的电信号；
第二读出电路34读出第二层光电二极管32对应的一种特定波长的光对应的电信号；
其中，在第一层光电二极管31和第二层光电二极管32中的任意两种光电二极管互不相同。
具体来说，在该像素结构中，将光电二极管分为两层，分别为第一层光电二极管31和第二层光电二极管32，其中，第一层光电二极管31包括两种光电二极管，这里，两种光电二极管中的每种光电二极管的数目可以为1个，也可以不止1个，并且，两种光电二极管的数目可以相同，也可以不同，第二层光电二极管32包括不同于第一层光电二极管31的一种光电二极管，该种光电二极管的数目可以为1个，也可以不止1个，在第一层光电二极管31和第二层光电二极管32中，光电二极管之间的间隔可以是等距离的，也可以不是等距离的，这里，本申请实施例不作具体限定。
上述两种光电二极管分别对应有特定波长，每种光电二极管分别共振吸收和光电转换对应的特定波长，使得入射光经过第一层光电二极管31可以得到两种特定波长的光对应的电信号，例如，当两种特定波长的光为红光波长和蓝光波长时，第一层光电二极管31光电转换得到红光波长对应的电信号和蓝光波长对应的电信号。
这里，入射光经过共振吸收之后，透射至第二层光电二极管32，第二层光电二极管32对经过第一层光电二极管31共振吸收后的入射光中除了上述两种特定波长的光之外的另一种特定波长的光，进行共振吸收和光电转换，得到另一种特定波长的光对应的电信号，其中，上述另一种特定波长的光为三色光中除了上述两种特定波长的光之外的光，例如，当两种特定波长的光为红光波长和蓝光波长时，另一种特定波长的光为绿光波长。
这样，通过第二层光电二极管32可以得到三色光中剩余一种特定波长的光对应的电信号，也就是说，通过分层光电二极管的像素结构，能够得到三色光对应的电信号，从而使得像素结构可以得到三色光对应的电信号。
可见，采用双层光电二极管结构，该像素结构可以吸收可见光波段的光信号，提高了像素结构中第一层光电二极管31所得到的电信号的信号量，从而提高了CIS的信噪比，结合像素结构中第二层光电二极管32所得到的信号，可以进一步提高CIS信噪比，以及CIS的解析力，降低了去马赛克过程中的伪色。
进一步地，由于该像素结构的像素尺寸属于亚波长级别的，为了使得光电二极管实现共振吸收，在一种可选的实施例中，当第一层光电二极管包括第一种光电二极管和第二种光电二极管，第二层光电二极管为第三种光电二极管时；
第一种光电二极管用于根据第一种光电二极管的光接收面的共振波长，对接收到的入射光中的第一特定波长的光进行共振吸收，将吸收到的光进行光电转换，得到第一特定波长的光对应的电信号；
第二种光电二极管用于根据第二种光电二极管的光接收面的共振波长，对接收到的入射光中的第二特定波长的光进行共振吸收，将吸收到的光进行光电转换，得到第二特定波长的光对应的电信号；
第三种光电二极管用于根据第三种光电二极管的光接收面的共振波长，对接收到的经过第一层光电二极管共振吸收后的入射光中的第三特定波长的光进行共振吸收，将吸收到的光进行光电转换，得到第三特定波长的光对应的电信号；
第一读出电路分别读出第一特定波长的光对应的电信号和第二特定波长的光对应的电信号；
第二读出电路读出第三特定波长的光对应的电信号；
其中，第一种光电二极管、第二种光电二极管和第三种光电二极管中每种光电二极管的光接收面的共振波长为每种光电二极管的光接收面发生共振吸收时的波长。
也就是说，第一层光电二极管31所包括的第一种光电二极管和第二种光电二极管，第二层光电二极管32所包括的第三种光电二极管，均根据各自的光接收面的共振波长，分别共振吸收第一特定波长的光，第二特定波长的光和第三特定波长的光，即第一种光电二极管能够对第一特定波长的光共振吸收，第二种PD对第二特定波长的光共振吸收，第三种光电二极管对第三特定波长的光共振吸收，这样，虽然每个光电二极管的光接收面为亚波长级别，仍然可以大量吸收光电二极管所对应的特定波长的光，如此，提高了每个光电二极管对光的吸收量，从而提高了每个像素结构对光的吸收性能。
这里，由于每个光电二极管的共振吸收，进而提高了每个光电二极管的光电转换效率，进一步地，提高了像素结构所得到的电信号的信号质量，也就提高了CIS的成像质量。
需要说明的是，上述像素结构中的每个光电二极管利用自身光接收面的共振波长来吸收特定波长，其中，光电二极管的光接收面的共振波长与光电二极管的光接收面的折射率和光电二极管的光接收面的尺寸有关，所以，可以通过调整光电二极管的光接收面的折射率，和/或，调整光电二极管的光接收面的尺寸，来调整光电二极管的光接收面的共振波长。
通常，通过调整光电二极管的光接收面的尺寸来调整光电二极管的光接收面的共振波长，以使得特定波长在光电二极管的光接收面的共振波长的范围之内，从而使得光电二极管的光接收面对特定波长的光实现共振吸收；这样，能够提高每个光电二极管的光吸收量，从而增大整个像素结构的光吸收量，同时也使得两个像素结构之间的串扰增强，影响图像质量。
在一种可选的实施例中，第一层光电二极管的两种光电二极管的数目相同。
也就是说，在第一层光电二极管中，两种光电二极管的数目相同时，可以对两种光电二极管对应的特定波长进行共振吸收，保证吸收率近似相同，以平衡第一层光电二极管对两种有特定波长的光的光电转换效率。
在一种可选的实施例中，第一层光电二极管的两种光电二极管相间排布；
或者，由第一种光电二极管形成的列与由第二种光电二极管形成的列相间排布。
在实际应用中，第一层光电二极管中，相同数目的第一种光电二极管和第二种光电二极管可以是相间排布的，也就是说，相邻的光电二极管之间的种类不同，还可以是一种光电二极管排成一列或者一行，另一种光电二极管排成一列或者一行，行与行之间，或者列与列之间相间排布。
在一种可选的实施例中，第一特定波长，第二特定波长和第三特定波长包括：
以下三种波长的任意一种组合形式：红光波长，绿光波长，蓝光波长。
具体来说，该像素结构主要用于对可见光的吸收和光电转换，其中，第一特定波长可以为红光波长，或者绿光波长，或者蓝光波长，例如，当第一特定波长为红光波长时，第二特定波长可以为绿光波长，第三特定波长可以为蓝光波长；当第一特定波长为红光波长时，第二特定波长可以为蓝光波长，第三特定波长可以为绿光波长，同理，第一特定波长为绿光波长或者蓝光波长，第二特定波长和第三特定波长分别为不同于绿光波长或者蓝光波长的剩余两个波长。
需要说明的是，当第一特定波长为红光波长，第二特定波长为绿光波长时，或者，当第一特定波长为绿光波长，第二特定波长为红光波长时，此时第一层光电二极管31对红光和绿光进行共振吸收，由于红光和绿光混合后的颜色为黄光，这样经过第一层光电二极管31，使得入射光从可见光变为吸收掉黄光后的入射光；当第一特定波长为绿光波长，第二特定波长为蓝光波长时，或者，当第一特定波长为蓝光波长，第二特定波长为绿光波长时，此时第一层光电二极管31对绿光和蓝光进行共振吸收，由于绿光和蓝光混合后的颜色为青光，这样经过第一层光电二极管31，使得入射光从可见光变为吸收掉青光后的入射光；当第一特定波长为蓝光波长，第二特定波长为红光波长时，或者，当第一特定波长为红光波长，第二特定波长为蓝光波长时，此时第一层光电二极管31对蓝光和红光进行共振吸收，由于蓝光和红光混合后的颜色为品红光，这样经过第一层光电二极管31，使得入射光从可见光变为吸收掉品红光后的入射光。
最后，经过第二层光电二极管32对三色光中的剩余一种光进行共振吸收和光电转换，使得该像素结构能够得到三种颜色的光对应的电信号。
为了使得每种光电二极管实现共振吸收，在一种可选的实施例中，每种光电二极管的光接收面的形状包括以下任意一项：圆形、三角形和正多边形。
也就是说，光电二极管的光接收面可以为有规则的形状，例如，正多边形，也可以为无规则的形状，这里，本申请实施例不作具体限定。
针对光电二极管的光接收面为规则形状，可以为圆形和正方形等等形状，为了更加方便得控制光电二极管的光接收面的共振波长，将光电二极管的光接收面制作成圆形，通过调整圆形的直径来调整光电二极管的光接收面的共振波长。
在一种可选的实施例中，每种光电二极管的形状为圆柱体；
其中，每种光电二极管的光接收面为圆柱体的其中一个圆形底面；每种光电二极管的光接收面的共振波长与圆形底面的直径呈正相关性。
也就是说，为了更好地使得每个光电二极管能够发生共振吸收，在实际应用中，在工艺上光电二极管采用圆柱体的结构，通过控制圆形光接收面的直径来实现对光的共振吸收，并且，在制作CIS时，需要控制像素结构内部的光电二极管之间的间距，还需要控制两个相邻的像素结构之间的间距，而采用圆形光接收面也有利于更加方便地控制间距，还可以更好的控制相邻两个光电二极管的间隔。
针对圆形光接收面的光电二极管，共振波长＝光电二极管的光接收面的折射率×圆形直径+常数，其中，该常数是与光电二极管的结构有关的一个常数。
可见，在工艺上，只需要根据不同类型的波长就可以通过设置圆形直径来使得每个光电二极管实现共振吸收的特性，并且通过控制间距来防止相邻光电二极管之间的串扰。
在一种可选的实施例中，红光波长对应的圆柱体状的光电二极管的高度与红光波长对应的圆柱体状的光电二极管的吸收率呈正比，绿光波长对应的圆柱体状的光电二极管的高度与绿光波长对应的圆柱体状的光电二极管的吸收率呈正比。
也就是说，在实际应用中，针对吸收红光的光电二极管或者吸收绿光的光电二极管来说，可以适当增加厚度以增加对红光或者绿光的吸收。
为了提高像素结构所得到的电信号的信号质量，在一种可选的实施例中，
用于共振吸收蓝光波长的光电二极管的光接收面的直径为60nm；
或者，用于共振吸收红光波长的光电二极管的光接收面的直径为120nm；
或者，用于共振吸收述绿光波长的光电二极管的光接收面的直径为90nm。
这里，在实际应用中，将光电二极管的圆形光接收面设置为60nm，使得光电二极管可以对蓝光实现共振吸收，将光电二极管的圆形光接收面设置为90nm，使得光电二极管可以对绿光实现共振吸收，将光电二极管的圆形光接收面设置为120nm，使得光电二极管可以对红光实现共振吸收。
例如，当第一特定波长为蓝光波长时，第一种光电二极管的光接收面的直径为60nm，或者，当第一特定波长为红光波长时，第一种光电二极管的光接收面的直径为120nm，或者，当第一特定波长为绿光波长时，第一种光电二极管的光接收面的直径为90nm，第二种光电二极管和第三种光电二极管的光接收面的直径与上述第一种光电二极管的光接收面的直径类似。
在实际应用中，为了防止相邻两个光电二极管之间的串扰，相邻两个光电二极管之间的间隔一般大于50nm以上，其中，两个光电二极管之间的距离是指圆心之间的距离减去两个光电二极管圆形光接收面的半径之和。
在一种可选的实施例中，像素结构还包括滤光片，滤光片放置于第一层光电二极管31的另一侧，其中，
滤光片用于接收入射光，将入射光透射至第一层光电二极管31。
一般地，像素结构还包括滤光片，由于本申请实施例所提供的像素结构需要对接收到的可见光中的三色光进行共振吸收和光电转换，所以，该像素结构所包括的滤光片用于透射入射光，也就是可见光，而吸收红外光，这样，才能使得第一层光电二极管31对可见光中的三色光中的两种光进行共振吸收，使得第二层光电二极管32再对三色光中剩余的一种光进行共振吸收，如此，使得该像素结构能够得到三色光对应的电信号。
为了结构上的紧凑性，在一种可选的实施例中，第二层光电二极管32还包括电荷传输电路，电荷传输电路与第一层光电二极管31相连接；其中，
电荷传输电路用于将第一层光电二极管31得到的电信号传输至第一读出电路33。
另外，为了将第一读出电路33放置于第二层光电二极管32背离第一层光电二极管31的那一侧，在第二层光电二极管32上设置有电荷传输电路，其中，上述电荷传输电路是由金属线构成，通过在第一层光电二极管31上的金属线，该金属线的一端连接第一层光电二极管31，另一端连接第一读出电路33，使得该电荷传输电路将第一层光电二极管31得到的电信号传输至第一读出电路33，这样，使得第一读出电路33和第二读出电路34均位于第二层光电二极管32背离第一层光电二极管31的那一侧，使得该像素结构更加紧凑，有效地缩小了像素结构体积。
需要说明的是，可以将上述像素结构排布成拜耳(bayer)阵列，相邻两个像素结构之间的第一层光电二极管用于吸收的两种不同的特定波长，例如，bayer阵列的第一行第一列的像素结构的第一层光电二极管用于共振吸收红光和蓝光，第一行第二列的像素结构用于共振吸收红光和绿光，第二行第二列的像素结构用于共振吸收蓝光和绿光，第二行第二列的像素结构用于共振吸收红光和蓝光。
另外，需要说明的是，针对第一层光电二极管的两种光电二极管，可以通过增加两种光电二极管的厚度来增加对两种特定波长的光的吸收率。
下面举实例来对上述一个或多个实施例所述的像素结构进行说明。
图4为本申请实施例提供的一种可选的滤光片的实例的结构示意图，如图4所示，为排布呈Bayer阵列的四个像素结构所包括的滤光片的排布示意图，W表示一个像素结构的滤光片，每个滤光片均为能够透射可见光的滤光片，通过该滤光片可以将可见光透射至第一层光电二极管(PD，Photo-Diode)。
图5A为本申请实施例提供的一种可选的像素结构的实例的结构示意图，如图5A所示，W表示滤光片，用于透射可见光，第一层PDA4中包括多个红色圆柱形PDA1(用于共振吸收红光的多个圆柱形PD)和多个蓝色圆柱形PDA2(用于共振吸收蓝光的多个圆柱形PD)，第一层PDA4将可见光中的红光和蓝光共振吸收，并光电转换为电信号，红光和蓝光混合成为品红光，也就是说第一层PDA4将品红光吸收掉，第二层PDA5中包括多个绿色圆柱形PDA3(用于共振吸收绿光的多个圆柱形PD)，第二层PDA5将吸收掉品红光后的可见光中的绿光共振吸收，并光电转换为电信号，这样第一读出电路A6可以读出红光对应的电信号和蓝光对应的电信号，第二读出电路A7读出绿光对应的电信号。
如图5A所示，光线经过滤色片W之后，首先品红光经过若干圆柱形PD阵列后，其中，第一层圆柱形PDA4的直径为60nm和120nm，圆柱PD的高度越高吸收率越高，对于红色PD，圆柱高度最好大于1um，由于圆柱形PD的共振吸收，95％以上的品红光会被吸收，并转化成电信号存储在第一层PDA4，读出得到M通道的信号，绿光几乎不吸收。光到达第二层PDA5时，剩余的光则会被第二层若干圆柱形PD吸收，其中，第二层圆柱形PDA5的直径为90nm分别用来吸收绿光。
图5B为本申请实施例提供的另一种可选的像素结构的实例的结构示意图，如图5B所示，与图5A类似，W表示滤光片，用于透射可见光，第一层PDB4中包括多个红色圆柱形PDB1(用于共振吸收红光的多个圆柱形PD)和多个绿色圆柱形PDB2(用于共振吸收绿光的多个圆柱形PD)，第一层PDB4将可见光中的红光和绿光共振吸收，并光电转换为电信号，红光和绿光混合成为黄光，也就是说第一层PDB4将黄光吸收掉，第二层PDB5中包括多个蓝色圆柱形PDB3(用于共振吸收蓝光的多个圆柱形PD)，第二层PDB5将吸收掉黄光后的可见光中的蓝光共振吸收，并光电转换为电信号，这样第一读出电路B6可以读出红光对应的电信号和绿光对应的电信号，第二读出电路B7读出蓝光对应的电信号。
图5C为本申请实施例提供的再一种可选的像素结构的实例的结构示意图，如图5C所示，与图5A类似，W表示滤光片，用于透射可见光，第一层PDC4中包括多个绿色圆柱形PDC1(用于共振吸收绿光的多个圆柱形PD)和多个蓝色圆柱形PDC2(用于共振吸收蓝光的多个圆柱形PD)，第一层PDC4将可见光中的绿光和蓝光共振吸收，并光电转换为电信号，绿光和蓝光混合成为青光，也就是说第一层PDC4将青光吸收掉，第二层PDC5中包括多个红色圆柱形PDC3(用于共振吸收红光的多个圆柱形PD)，第二层PDC5将吸收掉青光后的可见光中的红光共振吸收，并光电转换为电信号，这样第一读出电路C6可以读出绿光对应的电信号和蓝光对应的电信号，第二读出电路C7读出红光对应的电信号。
图6为本申请实施例提供的一种可选的像素结构的实例剖面示意图，如图6所示，示出了两个相邻的像素结构剖面的示意图，第一行第一列为第一个像素结构的第一层PD的剖面图，第一行第二列为第一个像素结构的第二层PD的剖面图，第二行第一列为第二个像素结构的第一层PD的剖面图，第二行第二列为第二个像素结构的第二层PD的剖面图，以第一个像素结构为例来说，第一层PD包括多个蓝色圆柱形PD61和多个红色圆柱形PD62，第一行第一列为第一层PD的横截面示意图，主要是每个蓝色圆柱形PD61和每个红色圆柱形PD62相间排布，蓝色圆柱形PD61和红色圆柱形PD62数目相同，第二层PD是多个绿色圆柱形PD63以及上层PD的电荷传输电路64，电荷传输电路64通常用金属构成，设置于第二层PD上，用于连接读出电路，还可以称之为连接转移门的电路，其中，圆柱形PD的数量由像素结构的尺寸大小决定，只需要保证相邻圆柱形PD的间隔大于50nm以上。
以第二个像素结构为例来说，第一层PD包括多个蓝色圆柱形PD61和多个红色圆柱形PD62，第二行第一列为第一层PD的横截面示意图，主要是每列蓝色圆柱形PD61和每列红色圆柱形PD62相间排布，蓝色圆柱形PD61和红色圆柱形PD62数目相同，第二层PD与第一个像素结构类似。
图7为本申请实施例提供的又一种可选的像素结构的实例的结构示意图，如图7所示，该像素结构的第一层PD74包括吸收红光的PD71和吸收蓝光的PD72，分别用于共振吸收红光和蓝光，第二层PD75包括吸收绿光的PD7,3，用于共振吸收绿光，图7中示出了与第一层PD74相连接的第一读出电路，与传统像素结构的读出电路相类似，叠层CIS像素的第一读出电路中，VAPPIX为读出电路的电源电压，RST为复位电压，SEL为行选电路的电压，FD为光电二极管被读出的电压，OUT为输出电压；其中，与传统像素结构的读出电路相类似，工作流程如下：
曝光：光照射产生的电子-空穴对会因第一层PD产生的电场的存在而分开，电子移向n区，空穴移向p区；复位：在曝光结束时，激活RST，将读出区复位到高电平；复位电平读出：复位完成后，读出复位电平，将读出的信号存储在第一个电容中；电荷转移：激活TX，将电荷从感光区完全转移到n+区用于读出；信号电平读出。
通过上述实例基于亚波长PD，利用叠层像素结构，相对于bayer阵列的CIS来说，降低了去马赛克过程的伪色，提高了CIS解析力，同时上层像素的高信号量，结合下层像素的信号，增加了CIS的信噪比，相对于三层叠层像素则是降低了功耗。
本申请实施例提供了一种像素结构，该像素结构包括第一层PD、第二层PD、与第一层PD相连接的第一读出电路和与第二层PD相连接的第二读出电路，其中，第一层PD包括两种PD，其中，两种PD分别一一对应特定波长，两种PD分别用于对接收到的入射光中对应的特定波长的光进行共振吸收和光电转换，得到两种特定波长的光对应的电信号，第二层PD放置于第一层PD的一侧，第二层PD包括一种PD，一种PD用于对经过第一层PD共振吸收后的入射光中对应的特定波长的光，进行共振吸收和光电转换，得到一种特定波长的光对应的电信号，其中，第一层PD和第二层PD中任意两种PD互不相同，第一读出电路分别读出两种特定波长的光对应的电信号，第二读出电路读出一种特定波长的光对应的电信号；也就是说，在本申请实施例中，通过在第一层PD中设置两种PD，在第二层PD中设置不同于上述两种PD的另一种PD，使得该像素结构能够对入射光分层进行共振吸收和光电转换，这样，就可以得到三种特定波长的光对应的电信号，避免使用传统的三层层叠结构所带来的工艺难度大、功耗高和串扰严重的问题，从而提高了像素结构所得到的信号质量，进而提高了CIS的成像质量。
实施例二
图8为本申请实施例提供的一种可选的CIS的结构示意图，如图8所示，本申请实施例提供了一种CIS800，CIS800的像素结构为上述一个或多个实施例所述的像素结构。
在一种可选的实施例中，在呈拜耳阵列分布的像素结构中，第一层光电二极管包括第一种光电二极管和第二种光电二极管；
第一行第一列的像素结构的第一种光电二极管对应红光波长，第一行第一列的像素结构的第二种光电二极管对应绿光波长；
第一行第二列的像素结构的第一种光电二极管对应红光波长，第一行第二列的像素结构的第二种光电二极管对应蓝光波长；
第二行第一列的像素结构的第一种光电二极管对应红光波长，第二行第一列的像素结构的第二种光电二极管对应蓝光波长；
第二行第二列的像素结构的第一种光电二极管对应绿光波长，第二行第二列的像素结构的第二种光电二极管对应蓝光波长。
这里，在CIS中像素结构之间采用拜耳阵列的排布方式，使得CIS中的每个像素结构能够对第一层光电二极管对应的两种特定波长光更好的吸收，从而提高CIS的成像质量。
图9为本申请实施例提供的一种可选的终端的结构示意图，如图9所示，本申请实施例提供了一种终端900，终端900的CIS为上述一个或多个实施例所述的CIS。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述，仅为本申请的较佳实施例而已，并非用于限定本申请的保护范围。
Claims (14)
1.一种像素结构，其特征在于，所述像素结构包括第一层光电二极管、第二层光电二极管、与所述第一层光电二极管相连接的第一读出电路和与所述第二层光电二极管相连接的第二读出电路；其中，
所述第一层光电二极管包括两种光电二极管，其中，所述两种光电二极管分别一一对应特定波长，所述两种光电二极管分别用于对接收到的入射光中对应的特定波长的光进行共振吸收和光电转换，得到两种特定波长的光对应的电信号；
所述第二层光电二极管放置于所述第一层光电二极管的一侧，所述第二层光电二极管包括一种光电二极管，所述一种光电二极管用于对经过所述第一层光电二极管共振吸收后的入射光中对应的特定波长的光，进行共振吸收和光电转换，得到一种特定波长的光对应的电信号；
所述第一读出电路读出所述第一层光电二极管对应的所述两种特定波长的光对应的电信号；
所述第二读出电路读出所述第二层光电二极管对应的所述一种特定波长的光对应的电信号；
其中，在所述第一层光电二极管和所述第二层光电二极管中的任意两种光电二极管互不相同。
2.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于，当所述第一层光电二极管包括第一种光电二极管和第二种光电二极管，所述第二层光电二极管包括第三种光电二极管时；
所述第一种光电二极管用于根据所述第一种光电二极管的光接收面的共振波长，对接收到的所述入射光中的第一特定波长的光进行共振吸收，将吸收到的光进行光电转换，得到所述第一特定波长的光对应的电信号；
所述第二种光电二极管用于根据所述第二种光电二极管的光接收面的共振波长，对接收到的所述入射光中的第二特定波长的光进行共振吸收，将吸收到的光进行光电转换，得到所述第二特定波长的光对应的电信号；
所述第三种光电二极管用于根据所述第三种光电二极管的光接收面的共振波长，对接收到的经过所述第一层光电二极管共振吸收后的入射光中的第三特定波长的光进行共振吸收，将吸收到的光进行光电转换，得到所述第三特定波长的光对应的电信号；
所述第一读出电路分别读出所述第一特定波长的光对应的电信号和所述第二特定波长的光对应的电信号；
所述第二读出电路读出所述第三特定波长的光对应的电信号；
其中，所述第一种光电二极管、所述第二种光电二极管和所述第三种光电二极管中每种光电二极管的光接收面的共振波长为所述每种光电二极管的光接收面发生共振吸收时的波长。
3.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于，所述第一层光电二极管的两种光电二极管的数目相同。
4.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于，所述第一层光电二极管的两种光电二极管相间排布。
5.根据权利要求2所述的像素结构，其特征在于，所述第一特定波长，所述第二特定波长和所述第三特定波长包括：
以下三种波长的任意一种组合形式：红光波长，绿光波长，蓝光波长。
6.根据权利要求5所述的像素结构，其特征在于，所述每种光电二极管的光接收面的形状包括以下任意一项：圆形、三角形和正多边形。
7.根据权利要求6所述的像素结构，其特征在于，所述每种光电二极管的形状为圆柱体；
其中，所述每种光电二极管的光接收面为所述圆柱体的其中一个圆形底面；所述每种光电二极管的光接收面的共振波长与所述圆形底面的直径呈正相关性。
8.根据权利要求7所述的像素结构，其特征在于，所述红光波长对应的圆柱体状的光电二极管的高度与所述红光波长对应的圆柱体状的光电二极管的吸收率呈正比；
所述绿光波长对应的圆柱体状的光电二极管的高度与所述绿光波长对应的圆柱体状的光电二极管的吸收率呈正比。
9.根据权利要求7所述的像素结构，其特征在于，
用于共振吸收蓝光波长的光电二极管的光接收面的直径为60nm；
或者，用于共振吸收红光波长的光电二极管的光接收面的直径为120nm；
或者，用于共振吸收绿光波长的光电二极管的光接收面的直径为90nm。
10.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于，所述像素结构还包括滤光片，所述滤光片放置于所述第一层光电二极管的另一侧，其中，
所述滤光片用于接收所述入射光，将所述入射光透射至所述第一层光电二极管。
11.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于，所述第二层光电二极管还包括电荷传输电路，所述电荷传输电路与所述第一层光电二极管相连接；其中，
所述电荷传输电路用于将所述第一层光电二极管得到的电信号传输至所述第一读出电路。
12.一种互补金属氧化物半导体图像传感器，其特征在于，所述互补金属氧化物半导体图像传感器的像素结构为上述权利要求1至11中任一项所述的像素结构。
13.根据权利要求12所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其特征在于，在呈拜耳阵列分布的像素结构中，所述第一层光电二极管包括第一种光电二极管和第二种光电二极管；
第一行第一列的像素结构的第一种光电二极管对应红光波长，所述第一行第一列的像素结构的第二种光电二极管对应绿光波长；
第一行第二列的像素结构的第一种光电二极管对应红光波长，所述第一行第二列的像素结构的第二种光电二极管对应蓝光波长；
第二行第一列的像素结构的第一种光电二极管对应红光波长，所述第二行第一列的像素结构的第二种光电二极管对应蓝光波长；
第二行第二列的像素结构的第一种光电二极管对应绿光波长，所述第二行第二列的像素结构的第二种光电二极管对应蓝光波长。
14.一种终端，其特征在于，所述终端的互补金属氧化物半导体图像传感器为上述权利要求12或13所述的互补金属氧化物半导体图像传感器。
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