具有温度感测像素的图像传感器的制作方法

本公开涉及具有温度感测功能的图像传感器，例如大规模cmos图像传感器。

背景技术：

1、图像传感器(例如cmos图像传感器)中的像素对pvt(工艺-电压-温度)变化是敏感的。关于图像传感器，pvt变化在固定模式噪声(fpn)、漏电流和暗电流、转换增益和线性度产生改变。

2、传感器区域上的温度变化能够由被放置在图像传感器的晶片顶部的读出电路或被任何其他热源引起。读出电路消耗大量功率，并且因此沿着晶片或传感器区域产生温度梯度。此外，沿着传感器区域的温度变化是由图像传感器操作期间晶片的自热引起的。

3、在大规模图像传感器的情况下，在传感器区域上观察到的温度梯度越大，在图像传感器提供的图像中产生的不均匀性就越大。这是由于图像传感器提供的输出信号取决于图像传感器的像素的源极跟随器晶体管的栅源电压和光电二极管漏电流，其又取决于图像传感器的传感器区域上的像素的位置的温度。

4、如果可以检测图像传感器的像素阵列中的像素的温度，则检测到的温度可以用于根据检测到的温度校准像素或校正通过像素传递的输出信号。由于像素阵列上的大温度梯度，温度的感测应该在校准或校正下的像素内或像素附近执行。

5、期望提供一种具有温度感测的图像传感器，其允许在像素区域中的不同位置检测图像传感器的像素的温度，而不降低图像传感器的分辨率。

技术实现思路

1、在权利要求1中详细说明了具有在像素级别的温度感测的图像传感器的实施例，该图像传感器具有减少的像素修改，并且不会损失用于感测光辐射的像素的功能。

2、具有温度感测的图像传感器包括具有多个像素的像素阵列，其中至少一个像素包括光电二极管。至少一个像素被配置为在用于感测入射到光电二极管上的光辐射的光感测模式下操作，并且在用于感测至少一个像素的温度的温度感测模式下操作。

3、图像传感器被配置为使得在至少一个像素的光感测模式下，由入射到光电二极管上的光辐射引起的光电二极管两端的电压被评估，并且在至少一个像素的温度感测模式下，电流被强制通过光电二极管并且由被强制通过光电二极管的电流引起的光电二极管两端的电压被评估，

4、所提出的具有温度感测的图像传感器的方法允许在像素级别执行温度感测，并且用于温度检测的像素不会损失其用于感测入射到像素上的光的功能。温度感测功能被集成到至少一个像素中，而不会损失光感测功能。具体而言，所提出的具有温度感测功能的图像传感器的方法使用像素的光电二极管电压来测量像素的温度，其中至少一个像素用于感测光的功能被保留。

5、完整的像素阵列可以由像素阵列的子块构建，该子块被拼接以形成完整的像素阵列。标线片上的完整像素阵列的每个子块/像素子阵列可以包括分布在子块上的用于温度感测每个子块的一个或几个像素，使得可以在像素阵列的拼接子块的不同区域感测温度。

6、根据图像传感器的实施例，至少一个像素的光电二极管包括第一端和第二端。至少一个像素包括用于将电源电流施加到光电二极管的第一端的第一可控开关电路，以及用于当至少一个像素在光感测模式下操作时将地电势施加到光电二极管的第二端的第二可控开关电路。

7、第一和第二可控开关电路使得至少一个像素能够可以在光感测模式下操作，其中光电二极管两端的电压取决于入射到光电二极管上的光。在光感测模式下，第一和第二可控开关电路必须在闭合/导通状态下操作。光电二极管两端的电压可以被读出并通过用于感测至少一个像素上的光辐射的评估电路被评估。

8、根据实施例，图像传感器包括电流供应线，用于提供将被强制通过至少一个像素的光电二极管的电流。至少一个像素包括用于强制电流通过光电二极管的第三可控开关电路。第三可控开关电路被布置在电流供应线和光电二极管的第二端之间。

9、当至少一个像素在温度感测模式下操作时，第三可控开关电路使得能够将光电二极管的第二端耦合到电流供应线，用于强制电流通过光电二极管。

10、根据图像传感器的实施例，至少一个像素包括第四可控开关电路，用于在至少一个像素在温度感测模式下操作时，将光电二极管的第一端耦合到地电势。

11、在温度感测模式下，第三和第四可控开关电路在闭合/导通状态下操作，并且第一和第二可控开关电路在断开/非导通状态下操作，使得电流可以被强制通过光电二极管，并且光电二极管两端的电压可以被检测用于温度感测。另一方面，在光感测模式下，第三和第四可控开关电路在断开/非导通状态下操作，用于感测入射到至少一个像素的光电二极管上的光辐射。

12、根据实施例，图像传感器包括用于读出光电二极管两端的电压的电压线和源极跟随器晶体管。源极跟随器晶体管连接到电压线，并且具有连接到所述光电二极管的第一端的控制端。

13、源极跟随器晶体管允许在至少一个像素的光感测模式下读出电压线上的光电二极管两端的电压。

14、根据图像传感器的实施例，像素阵列包括至少一个第二像素。至少一个第二像素包括第二光电二极管。至少一个第二像素被配置为在用于感测入射到第二光电二极管上的光辐射的光感测模式下操作，并且在用于感测至少一个像素的温度的温度感测模式下操作。

15、至少一个第二像素可以用于在至少一个像素的温度感测模式下读出至少一个像素的光电二极管两端的电压，其中至少一个第二像素的用于感测光的功能不受影响。

16、根据实施例，图像传感器包括用于读出第二光电二极管两端的电压的第二电压线。至少一个第二像素包括用于将至少一个像素的光电二极管的第二端耦合到第二电压线的第五可控开关电路。

17、第五可控开关电路使得能够经由至少一个像素的光电二极管的第二端和第二电压线之间的开尔文连接来读出至少一个像素的光电二极管两端的电压。另一方面，在第五可控开关电路的断开/非导通状态下，至少一个第二像素可以在光感测模式下操作，用于感测入射到第二光电二极管上的光。

18、根据图像传感器的实施例，像素阵列包括至少一个第三像素。至少一个第三像素包括第三光电二极管。至少一个第三像素被配置为在用于感测入射在第三光电二极管上的光辐射的光感测模式下操作，并且在用于感测至少一个像素的光电二极管的第一端处的电势的接地感测模式下操作。

19、至少一个像素的光电二极管的第二端处的接地电阻对在温度感测期间的温度误差具有重要影响，这导致可以在晶片分类期间被补偿的偏移。至少一个第三像素使得能够感测光电二极管的第一端处的地电势，而不会损失至少一个第三像素的用于感测入射到第三光电二极管上的光辐射的功能。

20、根据实施例，图像传感器包括用于读出第三光电二极管两端的电压的第三电压线。至少一个第三像素包括用于将光电二极管的第一端耦合到第三电压线的第六可控开关电路。

21、第六可控开关电路可以在闭合/导通状态下操作，以在温度感测模式下读出至少一个像素的光电二极管的第一端处的地电势，以确定至少一个像素的光电二极管的第一端处的接地电阻，并且因此确定接地电阻对温度误差的影响。

22、根据图像传感器的可能的实施例，像素阵列可以包括至少一个第四像素。至少一个第四像素包括第四光电二极管。至少一个第四像素被配置为在用于感测入射到第四光电二极管上的光辐射的光感测模式下操作，并且在用于感测至少一个第四像素的温度的温度感测模式下操作。图像传感器被配置为使得在光感测模式下，由入射到第四光电二极管上的光辐射引起的第四光电二极管两端的电压被评估。图像传感器还被配置为使得在温度感测模式下，电流被强制通过第四光电二极管并且由被强制通过第四光电二极管的电流引起的第四光电二极管两端的电压被评估。

23、至少一个第四像素因此可以用于感测入射到第四光电二极管上的光辐射，并且用于感测至少一个第四像素的温度。这种配置使能第四光电二极管两端的光电二极管电压的测量与第一光电二极管两端的光电二极管电压的测量相结合。

24、根据图像传感器的实施例，第四光电二极管包括第一端和第二端。至少一个第四像素包括用于将电源电流施加到第四光电二极管的第一端的第七可控开关电路，以及用于在至少一个第四像素在光感测模式下操作时将地电势施加到第四光电二极管的第二端的第八可控开关电路。

25、第七和第八可控开关电路使能通过将电源电流施加到第四光电二极管的第一端以及将地电势施加到第四光电二极管的第二端，以及测量第四光电二极管两端的电压，在光感测模式下操作第四光电二极管。第四光电二极管两端的确定的电压取决于入射到第四光电二极管上的光，并且可以被读出以通过用于感测至少一个第四像素的温度的评估电路被评估。

26、根据图像传感器的实施例，至少一个第四像素包括用于强制电流通过第四光电二极管的第九可控开关电路。第九可控开关电路被布置在电流供应线和第四光电二极管的第二端之间。

27、在至少一个第四像素在温度感测模式下操作时，第九可控开关电路使得能够将第四光电二极管的第二端耦合到电流供应线，用于强制电流通过第四光电二极管。此外，第九可控开关电路使得能够将第四光电二极管的第二端耦合到电流供应线，用于在温度感测模式期间读出第四光电二极管两端的电压。

28、根据图像传感器的实施例，至少一个第四像素包括用于在至少一个第四像素在温度感测模式下操作时，将第四光电二极管的第一端耦合到地电势的第十可控开关电路。

29、因此，通过在闭合/导通状态下操作第十可控开关电路，第十可控开关电路允许在温度感测模式下提供用于强制电流通过第四光电二极管的电流路径。

30、根据图像传感器的实施例，第四光电二极管的第二端耦合到第二电压线，用于读出第四光电二极管两端的电压。

31、第四光电二极管的第二端可以经由第三可控开关电路、第五可控开关电路和第九可控开关电路耦合到第二电压线，这使能开尔文连接，用于在至少一个第四像素的温度感测模式下读出第四光电二极管两端的电压。

32、在至少一个像素、至少一个第二像素、至少一个第三像素和至少一个第四像素中的附加的可控开关电路的提供允许在光感测模式下或在温度感测模式下操作像素中的每一个，并且只需要像素的微小修改，其不会影响像素用于感测各个像素的光电二极管上的光辐射的功能。

33、根据实施例，图像传感器包括用于寻址在温度感测模式下操作的至少一个像素以及至少一个第二像素以及至少一个第三像素以及至少一个第四像素中的每个的控制电路。控制电路被配置为基于握手机制的异步逻辑。

34、大规模cmos图像传感器需要拼接来构建整个传感器，因此用于控制像素阵列的像素的操作的一些线需要从一个拼接块连接到下一个拼接块。为了控制温度测量，将有需要被拼接的额外的控制线。为了减少可能降低最终产量的控制线的数量，控制电路提供了用于寻址每个单个温度传感器的减少的逻辑。为了不减少像素填充因子，额外的逻辑被分散放置在多于一个的像素中。

35、在下面的详细描述中阐述了用于温度感测的图像传感器的附加特征和优点。应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都仅仅是示例性的，并且旨在提供用于理解权利要求的性质和特征的概述或框架。