[發明專利]光電檢測器和使用光電檢測器的空間信息檢測設備

有效

• 申請號: 200780048682.1
• 申請日: 2007-12-27
• 公開（公告）號: CN101573796A
• 公開（公告）日: 2009-11-04
• 發明（設計）人: 橋本裕介;常定扶美;今井憲次;高田裕司
• 申請（專利權）人: 松下電工株式會社
• 主分類號: H01L27/148
• 分類號: H01L27/148
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司
• 代理人: 杜 誠;李春暉

技術領域

本發明涉及一種光電檢測器和一種通過使用該光電檢測器來檢測空間信息(諸如到目標空間中的物體的距離)的空間信息檢測設備。

背景技術

光電檢測器是用于從目標空間接收光、產生與所接收到的光量相對應的電荷、并取出所述電荷作為接收光輸出的器件。為了在這種器件中獲得寬的動態范圍，提出了去掉CCD器件的電荷傳輸溝道中的恒定量的電荷作為不期望的電荷，并使用該不期望的電荷之外的剩余電荷作為用于接收光輸出的有效電荷。

例如，日本專利早期公報7-22436號或7-22437號公開了一種電荷轉移器件，該器件能夠拓寬動態范圍，同時保持電壓-電荷轉換特性的線性。這種器件被提供有用于在周期性脈沖信號的每個周期將輸入電壓轉換成相應電荷量的電壓-電荷轉換裝置、用于積聚所轉換電荷的多個積聚區域、用于使所述電荷從所述積聚區域之一轉移到鄰近的積聚區域的電荷轉移裝置。這種器件還具有用于積聚恒定數量電荷的第一存儲區域和用于積聚從所述第一存儲區域中溢出的電荷并將所述電荷轉移到電荷轉移裝置的第二存儲區域。第一存儲區域具有與所述積聚區域之一鄰近形成的勢阱、以及在第二存儲區域和勢阱之間設置的勢壘。

根據這種器件，通過使用勢阱和勢壘將由電壓-電荷轉換裝置在周期性脈沖信號的每個周期所轉換的電荷之中的恒定量的電荷分離出來，然后將其返回到電壓-電荷轉換裝置。同時，由電壓-電荷轉換裝置轉換的電荷中的剩余電荷則由電荷轉移裝置進行轉移。然而，由于這種器件使用將恒定量的電荷作為不期望的電荷返回到所述電壓-電荷轉換裝置的機制，考慮到接收到的光量的變化，不能對所述不期望的電荷的量進行控制。

另外，過去已經知道，光電檢測器被用于空間信息檢測設備。在空間信息檢測設備中，從發光源將光投射到目標空間中，并由光電檢測器接收從目標空間中反射的光。根據光電檢測器的接收光輸出，能夠檢測出空間信息，諸如：距目標空間中的物體的距離、物體的反射率、以及目標空間中的光傳輸。當使用這種檢測設備從環境光隨時間發生漲落的目標空間檢測空間信息時，在光電檢測器的接收光輸出中包含了所述環境光的漲落成分。由于這意味著不期望的電荷的量取決于環境光條件，所以，不可能準確地取出所需有效電荷，以通過只分離恒定數量的電荷作為不期望的電荷來根據光電檢測器的接收光輸出確定空間信息，如上述現有技術的情形中那樣。

因此，從穩定地獲得寬動態范圍以及提高檢測準確度(甚至是在有隨時間發生漲落的環境光的情況下)的角度看，傳統光電檢測器仍然有很大的改進余地。

發明內容

所以，本發明的主要目的在于，提供一種光電檢測器，該光電檢測器能夠調節考慮了周圍環境光后要去除的不期望的電荷的量，由此改進輸入信號的動態范圍。

就是說，本發明的光電檢測器包括：半導體襯底；光電轉換部分，其形成在半導體襯底中，以產生與接收的光量相對應的電荷；電荷分離部分，其具有形成在半導體襯底的總體表面上的分離電極；電荷積聚部分，其具有形成在半導體襯底的總體表面上的積聚電極；勢壘電極，其形成在分離電極和積聚電極之間半導體襯底的總體表面上；勢壘高度調節部分，其電氣連接到勢壘電極；以及電荷去除部分。電荷分離部分用來通過使用勢壘將不期望的電荷與由光電轉換部分產生的電荷相分離，通過對勢壘電極施加電壓，所述勢壘形成在勢壘電極之下的半導體襯底中。勢壘高度調節部分根據從光電轉換部分提供的電荷量來確定施加到勢壘電極的電壓，以調節勢壘的高度。電荷積聚部分用來積聚有效電荷，有效電荷是從電荷分離部分越過勢壘流入電荷積聚部分的電荷。電荷去除部分用來排除由電荷分離部分分離的不期望的電荷，以及積聚在電荷積聚部分中的有效電荷被提供為光電檢測器的輸出(接收光輸出)。從獲得光電轉換部分、電荷分離部分、勢壘高度調節部分和電荷去除部分的高效布置，從而使光電檢測器的尺寸縮小的角度看，特別地優選勢壘高度調節部分根據從光電轉換部分經由電荷分離部分提供的電荷量來確定施加到勢壘電極的電壓，如在本發明優選實施例中所描述的那樣。