[發(fā)明專利]單元像素、光電檢測裝置及使用其測量距離的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110229101.2
• 申請日: 2011-08-11
• 公開（公告）號: CN102376728A
• 公開（公告）日: 2012-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: E.R.福薩姆;樸允童
• 申請（專利權(quán)）人: 三星電子株式會社
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H01L27/148;H01L31/0352;H01L31/0224;G01B11/14
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 李昕巍

技術(shù)領(lǐng)域

示范實(shí)施方式涉及一種光電檢測裝置。更具體地，示范實(shí)施方式涉及具有環(huán)形結(jié)構(gòu)的單元像素、包括具有環(huán)形結(jié)構(gòu)的單元像素的光電檢測裝置以及使用具有環(huán)形結(jié)構(gòu)的單元像素測量距離的方法。

背景技術(shù)

圖像傳感器是將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的光電檢測裝置，該光信號包括關(guān)于物體的圖像和/或距離(即，深度)信息。已經(jīng)開發(fā)了各種圖像傳感器，諸如電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器、CMOS圖像傳感器(CIS)等，從而提供關(guān)于物體的高質(zhì)量圖像信息。近來，正在研究和開發(fā)三維(3D)圖像傳感器，其提供深度信息以及二維圖像信息。

三維圖像傳感器可使用紅外光或近紅外光作為光源來獲得深度信息。三維圖像傳感器可具有比傳統(tǒng)二維圖像傳感器低的信噪比(SNR)和低的靈敏度，這導(dǎo)致獲得錯(cuò)誤的深度信息。

發(fā)明內(nèi)容

一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式提供了具有高靈敏度和改善的信噪比的光電檢測裝置的單元像素。

一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式提供了包括該單元像素的光電檢測裝置。

一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式提供了使用該光電檢測裝置測量與物體的距離的方法。

一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式可提供具有環(huán)形單輸出結(jié)構(gòu)的單元像素，其有效地收集和排放光電荷以精確測量與物體的距離。

一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式可提供包括單元像素的像素陣列和光電檢測裝置，該單元像素通過一體地形成相應(yīng)于單元像素的最外部的排出區(qū)而不需要防暈染結(jié)構(gòu)，由此提高總設(shè)計(jì)裕度(design?margin)。

一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式可提供具有高信噪比的光電檢測裝置和通過使用信賴于與物體的距離的可變雙態(tài)信號獲得深度信息來測量距離的方法。

一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式可提供一種包括在光電檢測裝置中的單元像素，該單元像素包括：在半導(dǎo)體襯底中的浮置擴(kuò)散區(qū)、在半導(dǎo)體襯底上方的環(huán)形收集柵、在半導(dǎo)體襯底上方的環(huán)形排放柵和在半導(dǎo)體襯底中的排出區(qū)，其中收集柵和排放柵分別布置在浮置擴(kuò)散區(qū)和排出區(qū)之間。

收集柵可圍繞浮置擴(kuò)散區(qū)，排放柵可圍繞收集柵，排出區(qū)可圍繞排放柵。

浮置擴(kuò)散區(qū)可以位于中心，與收集柵和排放柵相比，排出區(qū)在相對于浮置擴(kuò)散區(qū)的最外面。

收集柵和排放柵可具有圓環(huán)形或多邊環(huán)形。

收集柵信號和排放柵信號可以分別施加到收集柵和排放柵，其中當(dāng)激活收集柵信號時(shí)半導(dǎo)體襯底中產(chǎn)生的光電荷收集到浮置擴(kuò)散區(qū)中，和其中當(dāng)激活排放柵信號時(shí)半導(dǎo)體襯底中產(chǎn)生的光電荷被排放到排出區(qū)中。

環(huán)形光電荷存儲區(qū)在浮置擴(kuò)散區(qū)與排出區(qū)之間的半導(dǎo)體襯底中，光電荷存儲區(qū)摻雜有導(dǎo)電類型與半導(dǎo)體襯底相反的雜質(zhì)。

收集柵可至少部分地交疊光電荷存儲區(qū)的內(nèi)部，和其中排放柵可至少部分地交疊光電荷存儲區(qū)的外部。

收集柵在光電荷存儲區(qū)和浮置擴(kuò)散區(qū)之間，其中排放柵在光電荷存儲區(qū)和排出區(qū)之間。

單元像素可包括半導(dǎo)體襯底中的覆蓋光電荷存儲區(qū)的環(huán)形釘扎層，釘扎層摻雜有導(dǎo)電類型與光電荷存儲區(qū)相反的雜質(zhì)。

單元像素可包括收集柵與排放柵之間的半導(dǎo)體襯底上方的覆蓋光電荷存儲區(qū)的環(huán)形光電柵。

半導(dǎo)體襯底可包括摻雜有相同導(dǎo)電類型但濃度不同的雜質(zhì)的多個(gè)光電荷產(chǎn)生區(qū)域。

一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式可提供光電檢測裝置，包括：感測單元，配置為將接收光轉(zhuǎn)換為電信號，該感測單元包括至少一個(gè)單元像素；和控制單元，配置為控制感測單元。

感測單元可包括像素陣列，在其中多個(gè)單元像素布置成矩形柵格或三角柵格。

多個(gè)單元像素的排出區(qū)可以一體地形成并且在半導(dǎo)體襯底中彼此空間耦接。

多個(gè)單元像素的至少兩個(gè)的浮置擴(kuò)散區(qū)可以彼此電耦接并且相應(yīng)于像素組。

單元像素可以在柵格的至少一個(gè)格點(diǎn)處被規(guī)則地省略，感測單元可包括在省略了單元像素的格點(diǎn)處的讀出電路以提供多個(gè)單元像素的輸出。

多個(gè)單元像素可包括彩色像素和深度像素，光電檢測裝置可以是三維圖像傳感器。

一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式可提供測量距離方法，該方法包括：發(fā)射光到物體；使用多個(gè)雙態(tài)信號將與發(fā)射光相應(yīng)的接收光轉(zhuǎn)換為電信號，該雙態(tài)信號具有根據(jù)相對于發(fā)射光的相位差而增大的周期數(shù)；和基于電信號計(jì)算與物體的距離，其中使用單元像素將接收光轉(zhuǎn)換為電信號，該單元像素包括在半導(dǎo)體襯底中的浮置擴(kuò)散區(qū)、在半導(dǎo)體襯底上方的環(huán)形收集柵、在半導(dǎo)體襯底上方的環(huán)形排放柵以及在半導(dǎo)體襯底中的排出區(qū)，其中收集柵和排放柵分別布置在浮置擴(kuò)散區(qū)和排出區(qū)之間。

多個(gè)雙態(tài)信號的占空比可根據(jù)相對于發(fā)射光的相位差而增大。