CN208985985U - 图像传感器 - Google Patents

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Abstract

一种图像传感器，所述图像传感器可由堆叠的第一衬底和第二衬底形成。在所述第一衬底中可形成各自具有光电二极管和伴随晶体管的成像像素的阵列。在所述第一衬底中还可形成验证电路。在所述第二衬底中可形成行控制电路。所述行控制电路可将行控制信号提供到所述成像像素的阵列。所述验证电路还可从所述行控制电路接收所述行控制信号。所述第一衬底可包括多个n沟道金属氧化物半导体晶体管并且可不包括任何p沟道金属氧化物半导体晶体管。所述第二衬底还可包括耦接到所述验证电路的p沟道金属氧化物半导体电流源。只有被来自所述行控制电路的控制信号使能的所述验证电路部分可从所述电流源接收电流。

Description

图像传感器
相关申请的交叉引用
本申请要求提交于2017年11月14日的临时专利申请No.62/585,698的权益和优先权，该申请据此全文以引用方式并入本文。
技术领域
本实用新型整体上涉及图像传感器，并且更具体地讲，涉及用于测试图像传感器中的部件的完整性的电路。
背景技术
图像传感器常在电子设备，诸如移动电话、相机和计算机中用来捕获图像。常规图像传感器是通过使用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术或电荷耦接器件(CCD)技术在半导体衬底上制造而成。图像传感器可包括图像传感器像素阵列，每个像素包括光电二极管和其他运行电路，诸如衬底中形成的晶体管。
图像传感器在整个电子设备寿命期内可能容易出现故障。常规的图像传感器有时设置有用于测试图像传感器的功能的方法和电路。然而，包括用于测试图像传感器的功能的电路可能导致图像传感器的制造过程变得复杂。此外，在常规的图像传感器中，单个半导体衬底用于图像传感器。这可能减少可供像素光电二极管使用的空间量。
因此，希望能够提供包括用于测试图像传感器的功能的电路的改进的图像传感器。
实用新型内容
根据第一实施例的一种图像传感器，所述图像传感器包括：第一衬底和第二衬底；成像像素的阵列，所述成像像素的阵列位于所述第一衬底中，其中，每个成像像素包括光电二极管；行控制电路，所述行控制电路位于所述第二衬底中，其中，所述行控制电路被配置成将行控制信号提供到所述成像像素的阵列；和位于所述第一衬底中的验证电路，所述验证电路从所述行控制电路接收所述行控制信号，其中，所述第一衬底包括多个n沟道金属氧化物半导体晶体管并且不包括任何p沟道金属氧化物半导体晶体管。
根据第二实施例的另一种图像传感器，所述图像传感器包括：第一衬底和第二衬底；成像像素的阵列，所述成像像素的阵列位于所述第一衬底中并被布置成多行和多列；多个虚拟像素，所述多个虚拟像素位于所述第一衬底中并被布置成多行和至少一列；以及行控制电路，所述行控制电路位于所述第二衬底中，其中，所述行控制电路被配置成将相应的控制信号提供到每行成像像素和每行虚拟像素，其中，所述控制信号选择性地使能每个虚拟像素中的验证电路，并且其中所述第一衬底不包括任何p沟道金属氧化物半导体晶体管。
根据第三实施例的另一种图像传感器，所述图像传感器包括第一衬底和第二衬底，其中，所述第一衬底包括：成像像素的阵列，所述成像像素的阵列包括多个n沟道金属氧化物半导体晶体管并且不包括任何p沟道金属氧化物半导体晶体管；和验证电路，所述验证电路包括多个n沟道金属氧化物半导体晶体管并且不包括任何p沟道金属氧化物半导体晶体管；所述第二衬底与所述第一衬底重叠，其中所述第二衬底包括：电流源，所述电流源耦接到所述验证电路，所述验证电路包括至少一个p沟道金属氧化物半导体晶体管；以及行控制电路，所述行控制电路位于所述第二衬底中，其中，所述行控制电路被配置成将第一行控制信号提供到所述成像像素的阵列中的第一行成像像素以及所述验证电路的第一部分，并且其中所述第一行控制信号控制所述验证电路的所述第一部分是否从所述电流源接收电流。
附图说明
图1是根据一个实施方案的具有图像传感器的示例性电子设备的示意图。
图2是根据一个实施方案的使用堆叠衬底形成的示例性图像传感器的透视图。
图3是根据一个实施方案的示例性图像传感器的示意图，该示例性图像传感器具有形成在第一衬底中的像素阵列和验证电路以及形成在第二衬底中的读出电路。
图4是根据一个实施方案的示例性像素的电路图，该示例性像素可包括在图像传感器(诸如图3的图像传感器)中。
图5是根据一个实施方案的示例性验证电路的电路图，该示例性验证电路可包括在图像传感器(诸如图3的图像传感器)中。
具体实施方式
本实用新型的实施方案涉及图像传感器。本领域技术人员应该认识到，本实用新型的示例性实施方案可在缺少一些或所有这些具体细节的情况下实施。在其他情况下，为了避免不必要地模糊本实用新型的实施方案，未详细描述熟知的操作。
电子设备，诸如，数字相机、计算机、蜂窝电话和其他电子设备可包括图像传感器，该图像传感器收集入射光以捕获图像。图像传感器可包括像素阵列。图像传感器中的像素可包括光敏元件，诸如，将入射光转换为图像信号的光电二极管。图像传感器可具有任何数量(如，数百或数千或更多)的像素。典型的图像传感器可例如具有数十万或数百万像素(如，百万像素)。图像传感器可包括控制电路(诸如，用于操作像素的电路)和用于读出图像信号的读出电路，该图像信号与光敏元件所生成的电荷相对应。
图1是示例性成像和响应***的示意图，该***包括使用图像传感器捕获图像的成像***。图1的***100可以是电子设备，诸如相机、蜂窝电话、摄像机或捕获数字图像数据的其他电子设备，可以是车辆安全***(例如，主动制动***或其他车辆安全***)，或者可以是监控***。
如图1所示，***100可包括成像***(诸如成像***10)和主机子***(诸如主机子***20)。成像***10可包括相机模块12。相机模块12可包括一个或多个图像传感器14以及一个或多个镜头。
相机模块12中的每个图像传感器可相同，或者，在给定图像传感器阵列集成电路中可以有不同类型的图像传感器。在图像捕捉操作的过程中，每个镜头可将光聚集到相关的图像传感器14上。图像传感器14可包括将光转换成数字数据的光敏元件(即，像素)。图像传感器可具有任何数量(例如，数百、数千、数百万或更多)的像素。典型的图像传感器可例如具有数百万的像素(例如，数兆像素)。例如，图像传感器14可包括偏置电路(如，源极跟随器负载电路)、采样保持电路、相关双采样(CDS)电路、放大器电路、模拟-数字转换器电路、数据输出电路、存储器(如，缓冲电路)、寻址电路等。
可将来自相机传感器14的静态图像数据和视频图像数据经由路径28提供给图像处理和数据格式化电路16。图像处理和数据格式化电路16可用于执行图像处理功能，诸如数据格式化、调节白平衡和曝光、实现视频图像稳定、脸部检测等。图像处理和数据格式化电路16也可用于根据需要压缩原始相机图像文件(例如，压缩成联合图象专家组格式或简称JPEG格式)。在典型布置(有时称为片上***(SOC)布置)中，相机传感器14以及图像处理和数据格式化电路16在共用半导体衬底上实现(例如，共用硅图像传感器集成电路管芯)。如果需要，相机传感器14和图像处理电路16可形成在单独的半导体衬底上。例如，相机传感器14和图像处理电路16可形成在已堆叠的单独衬底上。
成像***10(如，图像处理和数据格式化电路16)可通过路径18将采集的图像数据传送到主机子***20。主机子***20可包括处理软件，用于检测图像中的物体、检测物体在图像帧之间的运动、确定图像中物体的距离、过滤或以其他方式处理成像***10提供的图像。
如果需要，***100可向用户提供许多高级功能。例如，在计算机或高级移动电话中，可为用户提供运行用户应用程序的能力。为实现这些功能，***100的主机子***20可具有输入-输出设备22(诸如小键盘、输入-输出端口、操纵杆和显示器)及存储和处理电路24。存储和处理电路24可包括易失性和非易失性的存储器(例如，随机存取存储器、闪存存储器、硬盘驱动器、固态驱动器，等等)。存储和处理电路24还可包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、专用集成电路等。
***100可为车辆安全***。在车辆安全***中，图像传感器捕获的图像可供车辆安全***使用以确定车辆周围的环境状况。例如，车辆安全***可包括诸如以下的***：停车辅助***、自动或半自动巡航控制***、自动制动***、防撞***、车道保持***(有时称为车道漂移预防***)、行人检测***等。在至少一些实例中，图像传感器可形成半自动或自动无人驾驶车辆的一部分。车辆安全标准可能要求在车辆运行之前、期间和/或之后验证车辆安全***的任何部件(包括图像传感器)运行正常。图像传感器的验证操作可在车辆运行之前、期间和/或之后(例如，在启动和/或关闭成像***时)由成像***执行。
如果需要，可使用单个半导体衬底来实现图像传感器14。作为另外一种选择，图像传感器14可以堆叠管芯布置来实现。在堆叠管芯布置中，像素可形成在衬底中并且读出电路可以形成在单独的衬底中。像素可任选地在两个衬底之间拆分。衬底层可以是半导体材料层，诸如硅层。衬底层可使用金属互连件连接。图2中示出了示例，其中衬底42、44和46用于形成图像传感器14。衬底42、44和46有时可称为芯片。上部芯片42可包含像素阵列32中的光电二极管。上部芯片42中还可包括电荷转移晶体管栅极(例如，图4中的转移晶体管58)。然而，为了确保上部芯片42中有充足的空间用于光电二极管，可在中部芯片44和下部芯片46中为图像传感器形成大部分电路。
可在每个像素处用互连层将中部芯片44接合到上部芯片42。例如，可将中部芯片44中的像素电路34接合到浮动扩散(FD)，该浮动扩散连接到形成在上部芯片42中的电荷转移晶体管。将上部芯片42中的每个像素接合到中部芯片44中的对应的像素电路(例如，浮动扩散到浮动扩散)可称为混合接合。中部芯片44和下部芯片46不可采用混合接合耦接。只有每个芯片的***电接触垫36才可接合在一起(例如，芯片-芯片连接38)。图像传感器14中的每个芯片可包括相关电路。上部芯片可包含光电二极管和电荷转移晶体管栅极。中部芯片可包括像素电路(例如，浮动扩散节点、源极跟随器晶体管、重置晶体管等)。底部芯片46(有时称为ASIC芯片)可包括以下各项中的一者或多者：时钟生成电路、像素寻址电路、信号处理电路诸如相关双采样(CDS)电路、模数转换器电路、数字图像处理电路、***接口电路、钳位输入生成器电路、钳位晶体管和钳位电路。
图2所示的示例仅仅是示例性的。如先前所述，在另一个实施方案中，图像传感器可包括两个衬底。在该实施方案中，第一衬底可包括光电二极管、电荷转移晶体管栅极和像素电路(例如，浮动扩散节点、源极跟随器晶体管、重置晶体管等)。第二衬底(例如，ASIC芯片)可包括以下各项中的一者或多者：时钟生成电路、像素寻址电路、信号处理电路诸如CDS电路、模数转换器电路、数字图像处理电路、***接口电路、钳位输入生成器电路、钳位晶体管和钳位电路。
图3示出了包括多个衬底和验证电路的示例性图像传感器14。图像传感器14包括像素阵列，诸如像素52(在本文中有时称为图像传感器像素、成像像素或图像像素52)的阵列32。图像传感器14可通过以下方式来感测光：将碰撞光子转换成积聚(收集)到像素阵列32中的传感器像素中的电子或空穴。在完成积聚周期之后，收集到的电荷可被转换成电压，该电压可被提供给图像传感器14的输出端子。在电荷到电压转换完成并且所得信号从像素转移出去之后，图像传感器14的像素可被重置以便准备积累新的电荷。在某些实施方案中，像素可使用浮动扩散区(FD)作为电荷检测节点。在使用浮动扩散节点时，重置可通过导通重置晶体管来实现，该重置晶体管将FD节点导电地连接到电压参考，该电压参考可以是像素SF漏极节点。
如图3所示，图像传感器14还可包括行控制电路22(有时称为行解码器/驱动器)。行控制电路22可(例如，通过控制线86)将控制信号发送到像素阵列32以控制像素阵列32中的像素的操作。例如，行控制电路22可使用控制线86将转移控制信号(TX)、重置控制信号(RST)、行选择控制信号(RS)和/或双重转换增益控制信号(DCG)发送到像素阵列32和/或验证电路45。转移控制信号可被提供到给定行中的每个像素中的转移晶体管。重置控制信号可被提供到给定行中的每个像素中的重置晶体管。行选择控制信号可被提供到给定行中的每个像素中的行选择晶体管。双重转换增益控制信号可被提供到给定行中的每个像素中的双重转换增益控制晶体管。
像素阵列32中的每个像素可耦接到对应的列线24。每个列线可耦接到像素阵列的相应列中的每个像素。在像素阵列32的操作期间，像素可将基于在积分周期期间收集到的光量的电压输出到列线24(有时称为列输出线24)上。每个列线24耦接到相应的模数转换器(ADC)26。模数转换器用于将从列输出线接收的电压转换成数字信号。模数转换器26可为模拟地参考型模数转换器。
在一些情况下，如图3所示，图像传感器包括钳位晶体管。钳位晶体管28可耦接在列输出线24与偏置电压供应端子30之间。偏置电压供应端子30可提供偏置电压，诸如VAAPIX或另一期望的偏置电压。在图3的示例中，钳位晶体管28为n沟道金属氧化物半导体(nMOS)晶体管，其具有耦接到偏置电压供应端子30的漏极端子和耦接到列输出线24的源极端子。每个钳位晶体管的栅极可接收来自钳位输入生成器20的信号。钳位输入生成器20可输出地参考型钳位输入或电源参考型钳位输入。在正常成像操作期间(当在积分周期期间使用像素阵列32来收集光时)，钳位输入生成器20可输出根据电源电压(例如，VAAPIX)生成的电源参考型钳位输入。在测试操作(有时称为验证操作)期间，钳位输入生成器20可输出根据模拟接地生成的接地参考型钳位输入。在一些情况下，使用模拟接地参考型钳位输入可确保测试操作期间的高精度测试输入。
图3的图像传感器还可包括生成对应的VLN信号的VLN信号生成器72。VLN信号被提供到VLN晶体管74的栅极。在图3的示例中，VLN晶体管74为n沟道金属氧化物半导体(nMOS)晶体管，其具有耦接到列输出线24的漏极端子和耦接到地76的源极端子。VLN晶体管74和VLN信号生成器72可形成在读出和测试图像传感器中的像素期间使用的nMOS电流源。
VLN信号生成器72和钳位输入生成器20可以是控制和处理电路82的一部分。模数转换器26、钳位晶体管28和VLN晶体管74可被视为列控制和读出电路84的一部分。控制和处理电路82可对应于图1中的图像处理和数据格式化电路16。控制和处理电路82可耦接到行控制电路22，并且可耦接到列控制和读出电路84。行控制电路22可从控制和处理电路82接收行地址，并且可通过控制路径86向像素阵列32中的图像像素供应对应的行控制信号(例如，TX、RST、RS、DCG)(例如，双重转换增益控制信号、像素重置控制信号、电荷转移控制信号、光晕控制信号、行选择控制信号或任何其他所需的像素控制信号)。列控制和读出电路84可经由列线24耦接到像素阵列32的列。列线24可用于从图像像素读出图像信号，并将偏置信号(例如，偏置电流或偏置电压)提供到图像像素。在图像像素读出操作期间，可使用行控制电路22来选择图像像素阵列32中的像素行，并且与该像素行的图像像素相关联的图像数据可由列控制和读出电路84在列线24上读出。
除图3所示的模数转换器、钳位输入晶体管和VLN晶体管之外，列控制和读出电路84还可包括列电路，诸如用于放大从阵列32读出的信号的列放大器、用于对从阵列32读出的信号进行采样和存储的采样和保持电路、用于存储所读出的信号以及任何其他所需数据的列存储器、和/或任何其他所需部件。列控制和读出电路84可将数字像素值输出到控制和处理电路82。
阵列32可以具有任何数量的行和列。一般来讲，阵列32的大小以及阵列32中的行和列的数量将取决于图像传感器14的具体实施。虽然行和列在本文中一般分别被描述为水平和竖直的，但是行和列可以指任何网格状的结构(例如，本文中描述为行的特征可竖直地布置，并且本文中描述为列的特征可水平地布置)。
在图像传感器的寿命期间，图像传感器可能容易发生故障。因此，图3中的图像传感器14可包括用于测试图像传感器的功能的验证电路45。在一些实施方案中，验证电路45可包括虚拟像素47。虚拟像素47可包括来自阵列32的成像像素的一些或所有部件(尽管虚拟像素未被配置成测量入射光)。如果需要，验证电路45还可包括逻辑电路、比较电路和锁存器电路。
如果需要，行控制电路22和像素阵列32可在(例如)单个集成电路中集成在一起。作为另外一种选择，行控制电路22和像素阵列32可在单独的半导体衬底中实现。在一个示例中，如图3所示，像素阵列32和验证电路45可形成在第一芯片92中，而附加电路(例如，行控制电路22、钳位输入生成器20、ADC 26等)形成在第二芯片94中。第一芯片有时可被称为像素传感器芯片。第二芯片可被称为专用集成电路(ASIC)芯片。两个芯片可通过导电互连层(例如，混合接合和/或位于***接触垫处的接合)连接。
在图像传感器14使用堆叠芯片来实现的上述实施方案中，可能期望的是，验证电路(例如，像素传感器芯片中的验证电路45)仅具有nMOS(n沟道金属氧化物半导体)晶体管。在像素传感器芯片中仅包括nMOS晶体管(且不包括pMOS晶体管)可能减少制造期间用于形成芯片的植入步骤数量。此外，形成仅具有nMOS晶体管(且不具有pMOS晶体管)的像素传感器芯片可减少污染。因此，可能期望的是，在像素传感器芯片中仅使用nMOS晶体管。
行控制电路22可(例如，通过控制路径86)将行控制信号提供到图像像素以用于捕获图像数据。验证电路还可从行控制电路22接收行控制信号。验证电路可基于行控制信号的类型以及图像传感器的操作模式来识别可接受的行控制信号幅度的预定范围。当输出测试信号不在所确定的范围内时，可从图像传感器输出错误标志。
ASIC芯片94还可包括一个或多个p沟道金属氧化物半导体(pMOS)电流源96(例如，由一个或多个pMOS晶体管形成的电流源)。pMOS电流源96可用作像素传感器芯片中的验证电路45的有源负载。然而，为了确保在像素传感器芯片92中仅形成有nMOS结构，pMOS电流源96被形成在ASIC芯片94中。来自行控制电路22的行选择信号可用作验证电路45的通电信号(例如，可在正被测试的行中使行选择信号生效)。例如，可使行选择控制信号(RS)生效以允许使用验证电路的给定行来进行测试。来自ASIC芯片的电流源(例如，来自电流源96)可仅被提供到通过行选择控制信号的生效而使能的行。仅激活所选行的验证电路可降低测试期间的功耗。验证电路可具有nMOS源极跟随器晶体管和nMOS行选择晶体管。由于验证电路位于芯片92内，因此在验证电路中没有形成pMOS结构。
图4是示出图3中的像素52的结构的电路图。如图4所示，像素52包括光电二极管54、浮动扩散区(FD)56和转移晶体管58。光电二极管54可通过将碰撞光子转换成电子或空穴来感测光。可使转移晶体管58生效以将电荷从光电二极管54转移至浮动扩散区56。行选择晶体管64插置在源极跟随器晶体管60的漏极与列输出线24之间。为了从浮动扩散区56读出电荷，使行选择晶体管64生效，并且在列输出线24上读出与浮动扩散区处的电荷相对应的电压。浮动扩散区56耦接到源极跟随器晶体管60和重置晶体管62。源极跟随器晶体管还耦接到提供偏置电压VAAPIX的偏置电压供应线63。
在完成电荷到电压的转换并且(通过使行选择晶体管64生效)从像素转移出所得的信号之后，可通过使重置晶体管62生效并将浮动扩散区耦接到偏置电压供应线63来重置像素。由于像素52形成在像素传感器芯片92中，因此像素52中的所有晶体管都可为nMOS晶体管。换句话讲，转移晶体管58、重置晶体管62、源极跟随器晶体管60和行选择晶体管64均为nMOS晶体管。图4中所示的像素结构仅仅是示例性的。如果需要，像素52可包括呈任何所需构型的任何其他所需的像素部件(例如，一个或多个存储二极管、一个或多个存储电容器、抗光晕晶体管、一个或多个双重转换增益晶体管、一个或多个双重转换增益电容器等)。
图5是示出图3中的验证电路45(包括虚拟像素47)的结构的电路图。如图5所示，每个虚拟像素47可包括耦接在VAAPIX与行选择晶体管64之间的源极跟随器晶体管60。行选择晶体管64耦接在源极跟随器晶体管60与列线24之间。每个虚拟像素还可包括对应的验证电路47V(有时称为验证电路47V或验证电路部分47V)。验证电路47V可从行控制电路22接收控制信号，诸如转移控制信号TX、重置控制信号RST和行选择控制信号RS。验证电路47V还可耦接到pMOS电流源96。pMOS电流源96可为验证电路47V提供电流源。然而，为了确保在像素芯片92中仅形成有nMOS结构，pMOS电流源被形成在ASIC芯片94中，而验证电路47V和每个虚拟像素47的其余部分则被形成在像素芯片92中。如先前所述，行选择信号RS充当验证电路47V的使能信号。因此，只有生效了行选择控制信号RS的像素47才将从pMOS电流源96接收供电电流。
为了确保在像素芯片92中仅形成有nMOS结构，每个虚拟像素47的源极跟随器晶体管60和行选择晶体管64由nMOS晶体管形成。此外，每个虚拟像素的验证电路仅由nMOS结构形成。
如果需要，每个虚拟像素的验证电路47V还可包括逻辑电路、比较电路和/或锁存器电路(例如，与非门、或非门、SR锁存器等)。虚拟像素可用于对图像传感器14内的控制信号和功能进行多次测试。例如，虚拟像素可用于执行重置信号检查。在重置信号检查中，重置信号在模数转换期间被置低。如果重置信号为低，则FDIN节点将在模数转换期间为低。如果重置信号不为低，则发生了故障，并且FDIN节点将在模数转换期间为高。重置信号检查可在验证电路中使用与非门。虚拟像素还可用于执行行地址检查。行地址检查可在验证电路中使用与非门、或非门和SR锁存器。虚拟像素还可用于以FD合并模式执行转移控制信号、重置控制信号、行选择控制信号传播检查(有时称为TX、RST、RS传播检查)。虚拟像素还可用于执行双重转换增益(DCG)模式检查。
相应列中虚拟像素的输出被提供到列线24。列线24可连接到如图3所示的钳位晶体管、VLN晶体管和模数转换器。ADC输出可被输出为图像数据或寄存器输出。ADC输出可被(例如，控制和处理电路82)检查以确定其是否是在预定范围(例如，预期用于给定测试的预定范围)内。当输出不在所确定的范围内时，可从图像传感器输出错误标志(例如，指示已发生故障)。一般来讲，验证电路可基于控制信号(例如，TX、RST、RS或DCG)的类型以及图像传感器的操作模式来识别可接受的控制信号幅度的预定范围。可以为每列或一些列输出一个行图像图案。为了检查由行解码器选择的行地址，可从连接到虚拟像素列的ADC为每行或一些行输出唯一的行图像图案。
在图5的示例中，示出了一列虚拟像素。这个示例仅为示例性的。如果需要，可在验证电路45中包括额外的虚拟像素列。每列虚拟像素可耦接到ASIC芯片94中的相应pMOS电流源96。在替代实施方案中，两个或更多个pMOS电流源可耦接到给定列中的虚拟像素。
图3所示的图像传感器可按任何所需的方式在衬底之间拆分。在一个示例性示例(图3所示)中，像素阵列32和验证电路45可形成在第一衬底(例如，像素传感器芯片92)中，而行控制电路22、钳位输入生成器20、ADC 26等可形成在第二衬底(例如，ASIC芯片94)中。第一衬底和第二衬底可通过混合接合和/或***接合来连接，如图2所示。在该示例中，第一衬底和第二衬底中的任一者可包括验证电路。然而，第一衬底(具有像素和虚拟像素部件)中的验证电路可仅包括如结合图3和图5所述的nMOS晶体管。
在另一个示例性示例中，像素阵列32可使用两个衬底来形成，其中至少光电二极管位于第一衬底中并且至少行选择晶体管位于第二衬底中。行控制电路22、钳位输入生成器20、ADC 26等可形成在第三衬底中。第一衬底、第二衬底和第三衬底可通过混合接合和/或***接合来连接。在该示例中，第一衬底、第二衬底和第三衬底中的任一者可包括验证电路。然而，第一衬底和/或第二衬底(具有像素和虚拟像素部件)中的验证电路可仅包括如结合图3和图5所述的nMOS晶体管。一般来讲，阵列32、行控制电路22、列控制和读出电路84以及控制和处理电路82可按任何所需的方式在两个或更多个堆叠衬底之间拆分。
在各种实施方案中，图像传感器可包括：第一衬底和第二衬底；位于第一衬底中的成像像素阵列，每个成像像素具有光电二极管；位于第二衬底中的行控制电路，该行控制电路被配置成将行控制信号提供到成像像素阵列；以及位于第一衬底中的从行控制电路接收行控制信号的验证电路。第一衬底可包括多个n沟道金属氧化物半导体晶体管并且可不包括任何p沟道金属氧化物半导体晶体管。
图像传感器还可包括耦接到验证电路的电流源。电流源可为p沟道金属氧化物半导体电流源。p沟道金属氧化物半导体电流源可形成在第二衬底中。验证电路可包括多个虚拟像素，每个虚拟像素可具有相应的验证电路部分，并且每个虚拟像素可从行控制电路接收行选择控制信号，该行选择控制信号选择性地使能该虚拟像素的相应的验证电路部分。只有虚拟像素的被行选择控制信号使能的验证电路部分可从电流源接收电流。
每个成像像素可包括浮动扩散区、耦接在光电二极管与浮动扩散区之间的转移晶体管、耦接到浮动扩散区的源极跟随器晶体管、耦接到浮动扩散区的重置晶体管、以及耦接到源极跟随器晶体管的行选择晶体管。所述多个虚拟像素可包括至少一列虚拟像素，并且所述至少一列虚拟像素中的每列虚拟像素可耦接到相应的列输出线。每个列输出线可耦接到相应的模数转换器。
在各种实施方案中，图像传感器可包括第一衬底和第二衬底、位于第一衬底中的布置成多行和多列的成像像素阵列、位于第一衬底中的布置成多行和至少一列的多个虚拟像素、以及位于第二衬底中的行控制电路。行控制电路可被配置成将相应的控制信号提供到每行成像像素和每行虚拟像素，控制信号可选择性地使能每个虚拟像素中的验证电路，并且第一衬底可不包括任何p沟道金属氧化物半导体晶体管。
图像传感器还可包括电流源，该电流源耦接到第一列虚拟像素中的每个虚拟像素中的验证电路。电流源可包括至少一个p沟道金属氧化物半导体晶体管。电流源可形成在第二衬底中。只有已被控制信号使能的验证电路可从电流源接收电流。每个成像像素可包括浮动扩散区、耦接在光电二极管与浮动扩散区之间的转移晶体管、耦接到浮动扩散区的源极跟随器晶体管、耦接到浮动扩散区的重置晶体管、以及耦接到源极跟随器晶体管的行选择晶体管。每个成像像素的行选择晶体管的栅极可从行控制电路接收控制信号。
在各种实施方案中，图像传感器可包括：第一衬底，该第一衬底包括成像像素阵列和验证电路，该成像像素阵列包括多个n沟道金属氧化物半导体晶体管并且不包括任何p沟道金属氧化物半导体晶体管，该验证电路包括多个n沟道金属氧化物半导体晶体管并且不包括任何p沟道金属氧化物半导体晶体管；以及第二衬底，该第二衬底与第一衬底重叠并且包括耦接到验证电路的电流源，该验证电路在第二衬底中包括至少一个p沟道金属氧化物半导体晶体管和行控制电路。行控制电路可被配置成将第一行控制信号提供到成像像素阵列中的第一行成像像素以及验证电路的第一部分，并且第一行控制信号可控制验证电路的第一部分是否从电流源接收电流。
第一行控制信号可被提供到第一行成像像素的每个成像像素中的行选择晶体管的栅极。行控制电路可被配置成将第二行控制信号提供到第一行成像像素以及验证电路的第一部分，并且第二行控制信号可被提供到第一行成像像素的每个成像像素中的转移晶体管的栅极。行控制电路可被配置成将第三行控制信号提供到第一行成像像素以及验证电路的第一部分，并且第三行控制信号可被提供到第一行成像像素的每个成像像素中的重置晶体管的栅极。
根据一个实施方案，图像传感器可包括：第一衬底和第二衬底；位于第一衬底中的成像像素阵列，其中每个成像像素包括光电二极管；位于第二衬底中的行控制电路，其中行控制电路被配置成将行控制信号提供到成像像素阵列；以及位于第一衬底中的从行控制电路接收行控制信号的验证电路，其中第一衬底包括多个n沟道金属氧化物半导体晶体管并且不包括任何p沟道金属氧化物半导体晶体管。
根据另一个实施方案，图像传感器还可包括耦接到验证电路的电流源。
根据另一个实施方案，电流源可为p沟道金属氧化物半导体电流源。
根据另一个实施方案，p沟道金属氧化物半导体电流源可形成在第二衬底中。
根据另一个实施方案，验证电路可包括多个虚拟像素，每个虚拟像素可具有相应的验证电路部分，并且每个虚拟像素可从行控制电路接收行选择控制信号，该行选择控制信号选择性地使能该虚拟像素的相应的验证电路部分。
根据另一个实施方案，只有虚拟像素的被行选择控制信号使能的验证电路部分可从电流源接收电流。
根据另一个实施方案，每个成像像素可包括浮动扩散区、耦接在光电二极管与浮动扩散区之间的转移晶体管、耦接到浮动扩散区的源极跟随器晶体管、耦接到浮动扩散区的重置晶体管、以及耦接到源极跟随器晶体管的行选择晶体管。
根据另一个实施方案，所述多个虚拟像素可包括至少一列虚拟像素，并且所述至少一列虚拟像素中的每列虚拟像素可耦接到相应的列输出线。
根据另一个实施方案，每个列输出线可耦接到相应的模数转换器。
根据一个实施方案，图像传感器可包括第一衬底和第二衬底、位于第一衬底中的布置成多行和多列的成像像素阵列、位于第一衬底中的布置成多行和至少一列的多个虚拟像素、以及位于第二衬底中的行控制电路。行控制电路可被配置成将相应的控制信号提供到每行成像像素和每行虚拟像素，控制信号可选择性地使能每个虚拟像素中的验证电路，并且第一衬底可不包括任何p沟道金属氧化物半导体晶体管。
根据另一个实施方案，图像传感器还可包括电流源，该电流源耦接到第一列虚拟像素中每个虚拟像素中的验证电路。
根据另一个实施方案，电流源可包括至少一个p沟道金属氧化物半导体晶体管。
根据另一个实施方案，电流源可形成在第二衬底中。
根据另一个实施方案，只有已被控制信号使能的验证电路可从电流源接收电流。
根据另一个实施方案，每个成像像素可包括浮动扩散区、耦接在光电二极管与浮动扩散区之间的转移晶体管、耦接到浮动扩散区的源极跟随器晶体管、耦接到浮动扩散区的重置晶体管、以及耦接到源极跟随器晶体管的行选择晶体管。
根据另一个实施方案，每个成像像素的行选择晶体管的栅极可从行控制电路接收控制信号。
根据一个实施方案，图像传感器可包括：第一衬底，该第一衬底包括成像像素阵列和验证电路，该成像像素阵列包括多个n沟道金属氧化物半导体晶体管并且不包括任何p沟道金属氧化物半导体晶体管，该验证电路包括多个n沟道金属氧化物半导体晶体管并且不包括任何p沟道金属氧化物半导体晶体管；以及第二衬底，该第二衬底与第一衬底重叠并且包括耦接到验证电路的电流源，该验证电路包括至少一个p沟道金属氧化物半导体晶体管和行控制电路。行控制电路可被配置成将第一行控制信号提供到成像像素阵列中的第一行成像像素以及验证电路的第一部分，并且第一行控制信号可控制验证电路的第一部分是否从电流源接收电流。
根据另一个实施方案，第一行控制信号可被提供到第一行成像像素的每个成像像素中的行选择晶体管的栅极。
根据另一个实施方案，行控制电路可被配置成将第二行控制信号提供到第一行成像像素以及验证电路的第一部分，并且第二行控制信号可被提供到第一行成像像素的每个成像像素中的转移晶体管的栅极。
根据另一个实施方案，行控制电路可被配置成将第三行控制信号提供到第一行成像像素以及验证电路的第一部分，并且第三行控制信号可被提供到第一行成像像素的每个成像像素中的重置晶体管的栅极。
前述内容仅是对本实用新型原理的示例性说明，因此本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的实质和范围的前提下进行多种修改。上述实施方案可单独实施或以任意组合方式实施。

Claims (10)

1.一种图像传感器，包括：
第一衬底和第二衬底；
成像像素的阵列，所述成像像素的阵列位于所述第一衬底中，其中，每个成像像素包括光电二极管；
行控制电路，所述行控制电路位于所述第二衬底中，其中，所述行控制电路被配置成将行控制信号提供到所述成像像素的阵列；和
位于所述第一衬底中的验证电路，所述验证电路从所述行控制电路接收所述行控制信号，其中，所述第一衬底包括多个n沟道金属氧化物半导体晶体管并且不包括任何p沟道金属氧化物半导体晶体管。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：
电流源，所述电流源耦接到所述验证电路。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述电流源为p沟道金属氧化物半导体电流源。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中，所述p沟道金属氧化物半导体电流源形成在所述第二衬底中。
5.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述验证电路包括多个虚拟像素，其中，每个虚拟像素具有相应的验证电路部分，并且其中每个虚拟像素从所述行控制电路接收行选择控制信号，所述行选择控制信号选择性地使能该虚拟像素的所述相应的验证电路部分。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，其中，仅虚拟像素的被所述行选择控制信号使能的所述验证电路部分从所述电流源接收电流。
7.根据权利要求5所述的图像传感器，其中，每个成像像素包括浮动扩散区、耦接在所述光电二极管与所述浮动扩散区之间的转移晶体管、耦接到所述浮动扩散区的源极跟随器晶体管、耦接到所述浮动扩散区的重置晶体管、以及耦接到所述源极跟随器晶体管的行选择晶体管。
8.根据权利要求5所述的图像传感器，其中，所述多个虚拟像素包括至少一列虚拟像素，其中，所述至少一列虚拟像素中的每列虚拟像素耦接到相应的列输出线，并且其中，每个列输出线耦接到相应的模数转换器。
9.一种图像传感器，包括：
第一衬底和第二衬底；
成像像素的阵列，所述成像像素的阵列位于所述第一衬底中并被布置成多行和多列；
多个虚拟像素，所述多个虚拟像素位于所述第一衬底中并被布置成多行和至少一列；和
行控制电路，所述行控制电路位于所述第二衬底中，其中，所述行控制电路被配置成将相应的控制信号提供到每行成像像素和每行虚拟像素，其中，所述控制信号选择性地使能每个虚拟像素中的验证电路，并且其中所述第一衬底不包括任何p沟道金属氧化物半导体晶体管。
10.一种图像传感器，包括：
第一衬底，其中，所述第一衬底包括：
成像像素的阵列，所述成像像素的阵列包括多个n沟道金属氧化物半导体晶体管并且不包括任何p沟道金属氧化物半导体晶体管；和
验证电路，所述验证电路包括多个n沟道金属氧化物半导体晶体管并且不包括任何p沟道金属氧化物半导体晶体管；和
第二衬底，所述第二衬底与所述第一衬底重叠，其中，所述第二衬底包括：
电流源，所述电流源耦接到所述验证电路，所述验证电路包括至少一个p沟道金属氧化物半导体晶体管；以及
行控制电路，所述行控制电路位于所述第二衬底中，其中，所述行控制电路被配置成将第一行控制信号提供到所述成像像素的阵列中的第一行成像像素以及所述验证电路的第一部分，并且其中所述第一行控制信号控制所述验证电路的所述第一部分是否从所述电流源接收电流。
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