[發(fā)明專(zhuān)利]用于圖像傳感器像素的均勻橋接梯度飛行時(shí)間光電二極管

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210411245.8
• 申請(qǐng)日: 2022-04-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114759053A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅伯特·丹尼爾·麥格拉斯
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 深圳市匯頂科技股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L27/146
• 分類(lèi)號(hào): H01L27/146
• 代理公司: 北京龍雙利達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11329
• 代理人: 毋小妮;毛威

描述了一種均勻橋接梯度(UBG)飛行時(shí)間(ToF)光電二極管塊，例如用于與圖像傳感器像素集成。UBG ToF光電二極管塊可以是UBG ToF像素的一部分，并且圖像傳感器可以包括此類(lèi)像素的陣列。每個(gè)UGB ToF光電傳感器塊具有用于選擇性激活的多個(gè)抽頭，以及光電二極管區(qū)域，用于在產(chǎn)生光載流子時(shí)通過(guò)該多個(gè)抽頭完成和快速傳輸光載流子。光電二極管區(qū)域的實(shí)施例包括光電二極管限定注入、相對(duì)淺的第一橋接注入和相對(duì)深的第二橋接注入。橋接注入在多個(gè)抽頭附近和跨多個(gè)抽頭提供具有均勻摻雜梯度的橫向橋接。

本申請(qǐng)要求于2021年11月16日提交美國(guó)專(zhuān)利商標(biāo)局、申請(qǐng)?zhí)枮?7/527,170、發(fā)明名稱(chēng)為“UNIFORM-BRIDGE-GRADIENT TIME-OF-FLIGHT PHOTODIODE FOR IMAGE SENSORPIXEL”的US申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用結(jié)合在本申請(qǐng)中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(complementary metal-oxidesemiconductor， CMOS)圖像傳感器。更具體地，實(shí)施例涉及用于與CMOS圖像傳感器(CMOSimage sensor， CIS)像素集成的均勻橋接梯度飛行時(shí)間(time-of-flight，ToF)光電二極管。

背景技術(shù)

許多現(xiàn)代電子應(yīng)用包括集成數(shù)字相機(jī)和/或其他數(shù)字成像系統(tǒng)，這些均基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器(CIS)技術(shù)。數(shù)字成像系統(tǒng)通常由一個(gè)或多個(gè)像素陣列實(shí)現(xiàn)，每個(gè)像素陣列包括一個(gè)或多個(gè)光電傳感器(例如，光電二極管)，或一組多個(gè)光電傳感器。每個(gè)像素或像素組還可以包括支持硬件，例如源極跟隨器、選擇晶體管和復(fù)位晶體管，用于將光電傳感器的光學(xué)響應(yīng)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)以供其他組件使用。

一些數(shù)字成像應(yīng)用包括深度感測(cè)特征，例如用于輔助自動(dòng)對(duì)焦和/或三維成像。深度感測(cè)可以以各種方式執(zhí)行，包括利用飛行時(shí)間(ToF)技術(shù)。通常，諸如紅外照明、垂直腔面發(fā)射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)等的照明器輸出光脈沖。照明從場(chǎng)景對(duì)象反彈并反射回ToF光電傳感器，因此在輸出照明和檢測(cè)反射之間會(huì)經(jīng)過(guò)一些往返時(shí)間。往返時(shí)間是圖像傳感器組件和場(chǎng)景對(duì)象之間的距離和幾何關(guān)系的函數(shù)。因此，輸出照明和檢測(cè)其反射之間的相對(duì)時(shí)間偏移可以指示照明行進(jìn)的往返距離，這可以用于計(jì)算成像系統(tǒng)和場(chǎng)景對(duì)象之間的距離(深度)測(cè)量值。

一些現(xiàn)代ToF方法使用所謂的ToF光電二極管。這種ToF光電二極管通常在激活多個(gè)輸出抽頭中的每一個(gè)之間快速且周期性地切換。接收到的光子被轉(zhuǎn)換成光載流子(即電子或空穴)，這些光載流子被引導(dǎo)到當(dāng)時(shí)處于激活狀態(tài)的任何輸出抽頭。不是在光電二極管本身中收集電荷，而是在每個(gè)輸出抽頭處收集電荷，因?yàn)楣廨d流子被選擇性地引導(dǎo)到輸出抽頭。在不同輸出抽頭處收集的電荷的相對(duì)差異可以基于場(chǎng)景對(duì)象與成像系統(tǒng)的距離而改變。在理想的ToF光電二極管中，進(jìn)入器件的光載流子立即在當(dāng)前激活的輸出抽頭處以零延遲被收集，從而可以計(jì)算在每個(gè)輸出抽頭處收集的相對(duì)電荷與場(chǎng)景對(duì)象的檢測(cè)距離之間的準(zhǔn)確相關(guān)性。然而，在傳統(tǒng)ToF光載流子中，這種相關(guān)性的準(zhǔn)確性往往受到設(shè)備非理想性和次優(yōu)設(shè)計(jì)的限制。

發(fā)明內(nèi)容

實(shí)施例提供了用于實(shí)現(xiàn)與數(shù)字成像系統(tǒng)集成的均勻橋接梯度(UBG)飛行時(shí)間(ToF) 光電二極管的電路、設(shè)備和方法。UBG ToF光電二極管塊可以是UBG ToF像素的一部分，并且圖像傳感器可以包括此類(lèi)像素的陣列。每個(gè)UGB ToF光電傳感器塊具有用于選擇性激活的多個(gè)抽頭，以及設(shè)計(jì)用于在產(chǎn)生光載流子時(shí)通過(guò)多個(gè)抽頭完成和快速傳輸?shù)囊粋€(gè)光電二極管區(qū)域。光電二極管區(qū)域的實(shí)施例包括光電二極管限定注入、相對(duì)淺的第一橋接注入和相對(duì)深的第二橋接注入。橋接注入在多個(gè)抽頭附近和跨多個(gè)抽頭提供具有均勻摻雜梯度的橫向橋接。較深的橋接注入可以在抽頭附近產(chǎn)生增強(qiáng)的邊緣場(chǎng)帶，以改善橫向和垂直光電荷傳輸時(shí)間。較淺的橋接注入可以具有均勻的橋接臨界尺寸，其產(chǎn)生橫向場(chǎng)以改善光載流子傳輸時(shí)間，而不會(huì)產(chǎn)生可能阻礙光載流子傳輸?shù)木植縿?shì)阱。

附圖說(shuō)明