[实用新型]飞行时间探测像素元件和图像传感器

说明书

技术领域

本公开涉及基于飞行时间测量原理操作的距离传感器或TOF传感器。

背景技术

在TOF传感器中，光源朝场景发出光。传感器的飞行时间探测像素元件或TOF像素元件接收由场景中的与该像素元件相关联的点反射的光。飞行时间的测量，也就是，光从光源行进到场景中的和像素元件相关联的点并且从该点行进到像素元件所花费的时间的测量，使得能够计算像素元件与该点隔开的距离。

在其中期望获得场景的三维图像的情况中，TOF传感器包括TOF像素元件的阵列，以用于测量每个像素元件与场景中的和像素元件相关联的点隔开的距离。这提供传感器与场景中的和像素元件相关联的不同点隔开的距离的映射，并且然后可以从这种距离映射重构场景的三维图像。然而，现有的TOF像素元件具有相对较大的尺寸。例如，包括SPAD类型的光电二极管(“单光子雪崩二极管”)的TOF像素元件可以具有30μm*30μm量级的表面面积。

实用新型内容

将期望提供克服现有TOF像素元件的至少一些缺陷的TOF像素元件。例如，将期望提供具有小于10μm*10μm并且例如小于5μm*5μm的表面面积的TOF像素元件。

因而，一种实施例提供一种飞行时间探测像素元件，包括半导体衬底，该飞行时间探测像素元件包括：光敏区域，包括第一导电类型的第一掺杂层和第一类型的电荷收集区域，电荷收集区域比第一层更重掺杂并且延伸穿过第一层的全部或部分；至少两个电荷存储区域，每个电荷存储区域包括第一类型的阱，阱比电荷收集区域更重掺杂并且至少通过第一层的第一部分与所述电荷收集区域隔开，该第一部分被第一栅极覆盖，每个电荷存储区域在横向上由两个绝缘的导电电极界定，所述两个绝缘的导电电极彼此平行且面对；以及第二导电类型的第二掺杂层，覆盖收集区域和电荷存储区域。

根据一个实施例，第一层的每个第一部分包括与对应的存储区域相邻的第一中间区域，第一中间区域为第一掺杂类型、比所述第一部分更重掺杂且比所述存储区域的阱更轻掺杂。

根据一个实施例，每个电荷存储区域包括第二中间区域，第二中间区域插入在存储区域的阱与光敏区域之间，第二中间区域为第一掺杂类型、比第一部分更重掺杂且比阱更轻掺杂。

根据一个实施例，光敏区域在顶视图中为方形，并且每个存储区域沿着光敏区域的边缘延伸。

根据一个实施例，光敏区域在顶视图中为基本方形，并且每个存储区域从光敏区域的边缘、与该边缘垂直地延伸。

根据一个实施例，第一层定位在衬底的部分上，所述衬底为第二掺杂类型且具有随着与第一层的距离减小而减小的掺杂水平。

根据一个实施例，像素元件还包括第一类型的重置区域，重置区域比电荷收集区域更重掺杂且通过第一层的第二部分与电荷收集区域隔开，所述第二部分由布置在光敏区域上的第二栅极所覆盖。

根据一个实施例，第一栅极布置在光敏区域上，并且电荷收集区域包括中央部分和臂，中央部分基本布置在光敏区域的中心处，臂在布置于光敏区域上的栅极之间从中央部分延伸。

根据一个实施例，像素元件针对每个电荷存储区域还包括：第一类型的感测区域，所述感测区域比阱更重掺杂，通过第一层的第三部分与阱隔开，所述第三部分由第三栅极所覆盖，所述第三部分布置在光敏区域之外。

根据一个实施例，像素元件用于接收周期性光信号，布置在光敏区域上的栅极由对于接收到的周期性信号的波长透明的材料制成。

根据一个实施例，不透光的屏幕覆盖像素元件，除了光敏区域。

根据一个实施例，每个第一栅极能够接收或不接收第一电位，以便允许或禁止从光敏区域到对应的存储区域的电荷传送。

根据一个实施例，半导体衬底是绝缘体上半导体类型的半导体层。

另一种实施例提供一种图像传感器，该图像传感器包括：诸如上述的像素元件的阵列，与发出周期性光信号的源相关联；以及部件，能够同步所述源和施加到每个像素元件的晶体管的栅极的控制电位。

根据本申请的方案，能够提供具有减小的表面面积的TOF像素元件和相应的图像传感器。

在下面结合附图的具体实施例的非限制性描述中将详细讨论前述以及其它特征和优势。

附图说明

图1是示意性示出TOF传感器的示例的顶视图；

图2示出TOF像素元件电路的示例；

图3是图示用于图2的TOF像素元件的控制模式的时序图；

图4A至图4D示意性示出图2类型的TOF像素元件的实施例；