[发明专利]一种光学成像器件结构

说明书

技术领域

本发明涉及光学传感器技术领域，尤其涉及一种光学传感器内部成像器件结构。

背景技术

光学传感器技术已经广泛应用于现代科技、国防和工农业等领域。其主要采用感光元件将探测到的光波信号转换成相应的电学信号，以供后继信号处理系统进行识别、处理。

图1(a)所示为光学传感器内部单个成像器件结构示意图。每个成像器件包括控制栅极(Control Gate)CG、浮动栅极(Floating Gate)FG、源极S、漏极D与P型掺杂衬底B，而衬底B和浮动栅极FG，以及浮动栅极FG和控制栅极CG之间都采用氧化层隔离。

图1(b)所示为第一种对单个成像器件进行成像操作的示意图。当成像器件受到光波辐射时，其衬底中将产生光电子，而光电子的数目与光辐射强度成正比。若在光波辐射成像器件前，将成像器件的源极S、漏极D以及衬底B接到参考电势Vref，将成像器件的控制栅极CG接相对于参考电势为VP的高频脉冲，成像器件衬底将进入深耗尽状态，在纵向电场的作用下，部分光电子会发生FN隧穿，到达浮动栅极FG中，而发生隧穿的电子数量和光电子的数量成比例，也就和光波辐射强度成比例。根据以上原理就能将光波信号转换为电学信号存储在成像器件的浮动栅极FG中。

图1(d)所示为对成像器件内部信息进行读取操作的示意图。在成像器件的源极S和衬底B上施加参考电势Vref，在其漏极施加相对于参考电势为VRD的电平，在其控制栅极CG上施加一相对于参考电势为VR的电平，则在成像器件的漏极D和源极S之间就会产生电流Ids，此电流的大小与成像器件的阈值电压VT成比例，而成像器件的阈值电压VT与成像器件浮动栅极FG中的电子数量成正比，因此按此方法得到的读取电流Ids就可以反映成像器件内部所存储的电学信息。

图3所示为简单的对光学传感器内部成像器件进行成像、读取的原理性流程图。在光学传感器每次成像之前都将对成像器件进行复位操作，然后成像。在需要对成像信息进行处理时可以通过读取成像器件的漏极电流Ids得到所存储的信息，然后将此信号进行放大后可用做后继信号处理。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种光学成像器件结构，以消除共模噪声和工艺偏差对读取结果的影响，使得到的光波辐射信息更加接近真实情况。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种光学成像器件结构，该结构是由多个结构完全相同的成像器件构成的成像阵列，该多个成像器件被分为若干组，每一组中的成像器件具有相同的数目和相同的排列结构，且每组成像器件均包括一个参考单元和至少一个成像单元，该参考单元和成像单元是结构完全相同的成像器件，每组成像器件中的参考单元和成像单元相距近，工艺偏差小，在执行复位、成像、读取操作时受到的共模干扰相同。

上述方案中，所述成像器件是基于传统的浮栅型成像器件结构，由硅衬底B、源极S、漏极D、浮动栅极FG、控制栅极CG构成，其中，硅衬底B位于器件最下层；源极S和漏极D位于硅衬底B上，且相距一定距离；浮动栅极FG位于器件结构的中间层，在硅衬底之上，且在源极S和漏极D之间；控制栅极CG位于器件结构的最上层，在浮动栅极FG之上；该硅衬底B与该浮动栅极FG之间，以及该浮动栅极FG与该控制栅极CG之间都采用绝缘层隔离。

上述方案中，所述每组成像器件包括一个参考单元C0和一个成像单元C1，该参考单元C0和成像单元C1是结构完全相同的成像器件，该参考单元C0和该成像器件C1相邻排列且位于成像阵列中的同一列或同一行。

上述方案中，所述每组成像器件包括一个参考单元和两个成像单元，该参考单元C0、第一成像单元C1和第二成像单元C2是结构完全相同的成像器件，该参考单元C0位于第一成像单元C1与第二成像单元C2的中间，第一成像单元C1和第二成像单元C2相对于参考单元C0呈对称分布，并且参考单元C0、第一成像单元C1和第二成像单元C2分布在同一列或同一行上。

上述方案中，所述每组成像器件包括一个参考单元和三个成像单元，该参考单元C0、第一成像单元C1、第二成像单元C2和第三成像单元C3是结构完全相同的成像器件，该参考单元C0位于第一成像单元C1与第二成像单元C2的中间，第一成像单元C1和第二成像单元C2相对于参考单元C0呈对称分布，并且参考单元C0、第一成像单元C1和第二成像单元C2分布在同一列或同一行上；

若参考单元C0、第一成像单元C1和第二成像单元C2排列在同一行上，第三成像单元C3则排列在位于参考单元C0同一列上且与参考单元C0相邻的位置；