[發明專利]一種垂直電荷轉移型光子解調器及其工作方法

在審

• 申請號: 202011629474.4
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112786635A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 馬浩文;沈凡翔;王子豪;王凱;李張南;顧郅揚;胡心怡;柴智;陳輝;常峻淞;李龍飛
• 申請（專利權）人: 南京威派視半導體技術有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 南京蘇創專利代理事務所(普通合伙) 32273
• 代理人: 張艷

1.一種垂直電荷轉移型光子解調器，包括半導體，所述半導體的下方設有半導體襯底，其特征在于：所述半導體的上表面設有調制解調部分，所述半導體的下表面延伸至半導體襯底的底部構成感光部分；所述感光部分在光照條件下將光子轉化為光生載流子，并利用垂直方向電場將光生電子空穴對分開，將其中的電子或空穴垂直地輸運至半導體表面的調制解調部分進行光信號解調。

2.根據權利要求1所述的垂直電荷轉移型光子解調器，其特征在于：所述感光部分為輕摻雜的P或N型的光電導，該光電導的兩電極分別設置在半導體的上表面和半導體襯底的底部，不同的電極偏壓使得光電導內部產生垂直方向電場。

3.根據權利要求1所述的垂直電荷轉移型光子解調器，其特征在于：所述調制解調部分包括至少兩個電荷收集區，以及與電荷收集區數目相對應的調制開關；所述調制開關打開，由感光部分產生的光生載流子會流入對應的電荷收集區。

4.根據權利要求3所述的垂直電荷轉移型光子解調器，其特征在于：所述電荷收集區為重摻雜的N型，所述調制開關為重摻雜的P型；不同電荷收集區之間用淺槽隔離或P摻雜作為隔離，所述隔離對兩側的所述電荷收集區分別呈半包圍的包裹，所述調制開關與對應的電荷收集區相鄰。

5.根據權利要求3所述的垂直電荷轉移型光子解調器，其特征在于：所述電荷收集區為重摻雜的P型，所述調制開關為重摻雜的N型；不同電荷收集區之間用淺槽隔離或N摻雜作為隔離，所述隔離對兩側的所述電荷收集區分別呈半包圍的包裹，所述調制開關與對應的電荷收集區相鄰。

6.根據權利要求1所述的垂直電荷轉移型光子解調器，其特征在于：所述半導體襯底為本征或輕摻雜P型半導體，所述半導體襯底的背面設有單獨電極，構成襯底電極，所述襯底電極為歐姆或肖特基接觸；所述半導體的四周包裹有正面淺槽或深槽隔離，所述半導體襯底的四周包裹有背面深槽隔離。

7.根據權利要求4所述的垂直電荷轉移型光子解調器，其特征在于：所述隔離的P型半導體濃度為量級，兩電荷收集區之間的最小間距為0.5um，所述垂直電荷轉移型光子解調器的單像素尺寸最小為1.1um；所述半導體襯底為標準的濃度為的外延硅片，深度2-10um。

8.一種如權利要求3所述垂直電荷轉移型光子解調器的工作方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟1：將兩個電荷收集區都置為1.8V，一個調制開關接1.2V，另一個調制開關接0V，襯底電極接地，半導體襯底的上部產生橫向電場，半導體襯底的其它區域產生垂直電場，且越靠近下方，電場的方向越接近垂直；

步驟2：在光照條件下，光子到達上述電場區域時，被半導體吸收并激發一個電子空穴對，并在電場的作用下，電子空穴對被分開，空穴向下運動沿襯底電極被抽出，電子向上運動至半導體表面；

步驟3：運動至半導體表面的電子在橫向電場的作用下，進一步運動到一側的電荷收集區附近，通過擴散進入其產生的耗盡區，形成光電流信號。

9.一種如權利要求8所述垂直電荷轉移型光子解調器的工作方法，其特征在于，在兩個調制開關的電極加周期性的方波信號，且兩個調制開關的信號相位差為180°，通過解調計算獲得發射信號和返回信號的時間差，得到該像素的距離信息。

10.一種如權利要求9所述垂直電荷轉移型光子解調器的工作方法，其特征在于，所述解調計算的方法如下：

記發射的方波信號為，則返回信號為，其中是反射后的衰減系數，是和距離相關的時間量；則經過兩調制開關的調制，兩電荷收集區接收的信號分別為：

由此可以得到發射信號和返回信號的時間差：

則像素的距離d為：

。