[发明专利]一种UTBB光电探测器阵列及其工作方法

说明书

本发明公开了一种UTBB光电探测器阵列及其工作方法，其中，光电探测器的阵列包括：由栅极公共端组成的字线、由漏极公共端组成的位线、由公共源极组成的共源端以及由具有不同掺杂类型区域的衬底分别组成的势阱端。所述双工作模式包括：通过一个包含双阱结构的全像素单元进行光采集，使得光电探测器实现高灵敏度的工作模式；以及将一个像素单元拆分成两个半宽度像素，每个半宽度像素单独完成一个像素点光信号的采集，使得光电探测器实现高分辨率的工作模式。本发明的优点是，通过所述的UTBB光电探测器阵列及其工作方法，在不改变原有器件性能的基础上，使得具有UTBB结构的光电探测器同时具有高分辨率和高灵敏度两种工作模式。

技术领域

本发明涉及光电成像领域，特别是涉及了一种UTBB光电探测器阵列及其工作方法，用于不同的使用需求。

背景技术

光电成像探测器在生产生活中被广泛使用。现有主流光电成像探测器是CCD和CMOS-APS结构。这两种结构目前的感光单元尺寸均处于微米级别，且由于技术限制，很难进一步缩小。一些新型单晶体管光电成像探测器虽然感光单元尺寸能够缩小到亚微米级别，但在某些对灵敏度有高要求的应用当中，其感光性能很难满足需求。

CMOS-APS光电器件通过其感光单元光电二极管收集电荷后转变为电压信号，然后通过CMOS电路放大并读取。COMS感光阵列示意图如图2所示。该阵列在感光时所有感光单元同时曝光，每个像素独立收集该像素点处的光信号并将其转化为电信号存储在感光单元内；曝光结束后，感光单元中的信号通过行列选择被依次读取出来，从而完成一次感光操作。该阵列中的每个感光单元均包含多个晶体管等器件结构，这使得像素尺寸局限在微米量级以上无法进一步缩小。一些使用单个晶体管(如UTBB结构)实现光电探测单元可以有效降低感光单元尺寸。目前，有采用UTBB结构作为图像传感器的方案，其阵列基本结构与工作方式与CMOS感光阵列类似。然而，这类阵列工作方式单一，阵列的工作性能主要取决于单元器件的性能，很难根据不同应用需求调整工作方式。因此，一种UTBB光电探测器的阵列排列方法及其双工作模式方法是令人期望的。

发明内容

针对上述内容，根据本发明的一个方面公开了一种UTBB光电探测器阵列，其特征在于，所述阵列由M×N个，且M、N大于等于2的全像素单元组成，所述全像素单元具有双阱差分结构，包括：半宽度像素的衬底中部分区域具有P型掺杂和半宽度像素的衬底中部分区域具有N型掺杂。

优选的，所述阵列包括：由全像素单元的栅极公共端组成的字线、由全像素单元的漏极公共端组成的位线、由全像素单元的公共源极组成的共源端以及由全像素单元的具有不同掺杂类型区域的衬底分别组成的势阱端。

更优选的，所述势阱端包括：P型势阱端与N型势阱端。

更优选的，所述P型势阱端为由全像素单元中半宽度像素具有P型掺杂的部分衬底组成的公共端；所述N型势阱端为由全像素单元中半宽度像素具有N型掺杂的部分衬底组成的公共端。

更优选的，所述位线包括：由具有P型掺杂区域的半宽度像素的漏极公共端组成的第一位线；以及由具有N型掺杂区域的半宽度像素的漏极公共端组成的第二位线。

更优选的，所述第一位线与第二位线交替排列。

根据本发明的另一个方面，公开了一种使用上述光电探测器阵列的工作方法，包括：通过一个全像素单元完成一个像素光信号的采集，使得光电探测器实现高灵敏度的工作模式；以及利用全像素单元中的半宽度像素，分别完成一个像素光信号的采集，使得光电探测器实现高分辨率的工作模式。

进一步的，所述高灵敏度的工作模式包括；在具有P型掺杂的半宽度像素的P型掺杂区域施加反向电势，使得该半宽度像素光照后的开态电流减小；在具有N型掺杂的半宽度像素的N型掺杂区域施加正向电势，使得该半宽度像素光照后的开态电流增大；通过计算具有P型掺杂的半宽度像素与具有N型掺杂的半宽度像素的开态电流的变化量，获得差分电流，从而获得一个像素的光照强度，实现光电探测器的高灵敏度的工作模式。