[发明专利]单元像素、光电检测装置及使用其测量距离的方法

说明书

技术领域

示范实施方式涉及一种光电检测装置。更具体地，示范实施方式涉及具有环形结构的单元像素、包括具有环形结构的单元像素的光电检测装置以及使用具有环形结构的单元像素测量距离的方法。

背景技术

图像传感器是将光信号转换成电信号的光电检测装置，该光信号包括关于物体的图像和/或距离(即，深度)信息。已经开发了各种图像传感器，诸如电荷耦合器件(CCD)图像传感器、CMOS图像传感器(CIS)等，从而提供关于物体的高质量图像信息。近来，正在研究和开发三维(3D)图像传感器，其提供深度信息以及二维图像信息。

三维图像传感器可使用红外光或近红外光作为光源来获得深度信息。三维图像传感器可具有比传统二维图像传感器低的信噪比(SNR)和低的灵敏度，这导致获得错误的深度信息。

发明内容

一个或多个实施方式提供了具有高灵敏度和改善的信噪比的光电检测装置的单元像素。

一个或多个实施方式提供了包括该单元像素的光电检测装置。

一个或多个实施方式提供了使用该光电检测装置测量与物体的距离的方法。

一个或多个实施方式可提供具有环形单输出结构的单元像素，其有效地收集和排放光电荷以精确测量与物体的距离。

一个或多个实施方式可提供包括单元像素的像素阵列和光电检测装置，该单元像素通过一体地形成相应于单元像素的最外部的排出区而不需要防晕染结构，由此提高总设计裕度(design margin)。

一个或多个实施方式可提供具有高信噪比的光电检测装置和通过使用信赖于与物体的距离的可变双态信号获得深度信息来测量距离的方法。

一个或多个实施方式可提供一种包括在光电检测装置中的单元像素，该单元像素包括：在半导体衬底中的浮置扩散区、在半导体衬底上方的环形收集栅、在半导体衬底上方的环形排放栅和在半导体衬底中的排出区，其中收集栅和排放栅分别布置在浮置扩散区和排出区之间。

收集栅可围绕浮置扩散区，排放栅可围绕收集栅，排出区可围绕排放栅。

浮置扩散区可以位于中心，与收集栅和排放栅相比，排出区在相对于浮置扩散区的最外面。

收集栅和排放栅可具有圆环形或多边环形。

收集栅信号和排放栅信号可以分别施加到收集栅和排放栅，其中当激活收集栅信号时半导体衬底中产生的光电荷收集到浮置扩散区中，和其中当激活排放栅信号时半导体衬底中产生的光电荷被排放到排出区中。

环形光电荷存储区在浮置扩散区与排出区之间的半导体衬底中，光电荷存储区掺杂有导电类型与半导体衬底相反的杂质。

收集栅可至少部分地交叠光电荷存储区的内部，和其中排放栅可至少部分地交叠光电荷存储区的外部。

收集栅在光电荷存储区和浮置扩散区之间，其中排放栅在光电荷存储区和排出区之间。

单元像素可包括半导体衬底中的覆盖光电荷存储区的环形钉扎层，钉扎层掺杂有导电类型与光电荷存储区相反的杂质。

单元像素可包括收集栅与排放栅之间的半导体衬底上方的覆盖光电荷存储区的环形光电栅。

半导体衬底可包括掺杂有相同导电类型但浓度不同的杂质的多个光电荷产生区域。

一个或多个实施方式可提供光电检测装置，包括：感测单元，配置为将接收光转换为电信号，该感测单元包括至少一个单元像素；和控制单元，配置为控制感测单元。

感测单元可包括像素阵列，在其中多个单元像素布置成矩形栅格或三角栅格。

多个单元像素的排出区可以一体地形成并且在半导体衬底中彼此空间耦接。

多个单元像素的至少两个的浮置扩散区可以彼此电耦接并且相应于像素组。

单元像素可以在栅格的至少一个格点处被规则地省略，感测单元可包括在省略了单元像素的格点处的读出电路以提供多个单元像素的输出。

多个单元像素可包括彩色像素和深度像素，光电检测装置可以是三维图像传感器。

一个或多个实施方式可提供测量距离方法，该方法包括：发射光到物体；使用多个双态信号将与发射光相应的接收光转换为电信号，该双态信号具有根据相对于发射光的相位差而增大的周期数；和基于电信号计算与物体的距离，其中使用单元像素将接收光转换为电信号，该单元像素包括在半导体衬底中的浮置扩散区、在半导体衬底上方的环形收集栅、在半导体衬底上方的环形排放栅以及在半导体衬底中的排出区，其中收集栅和排放栅分别布置在浮置扩散区和排出区之间。

多个双态信号的占空比可根据相对于发射光的相位差而增大。