[实用新型]半导体器件

说明书

本实用新型公开了半导体器件，其可包括单光子雪崩二极管像素阵列。单光子雪崩二极管SPAD像素可能能够检测单个光子。为了改善动态范围，可将光衰减层结合到半导体器件中。光衰减层可根据已知比率选择性地衰减通过以选择SPAD像素的入射光。系统中的处理电路可确定对于由接收衰减光的SPAD像素检测到的每一个光子，实际上根据该比率接收更多入射光子。这样，可准确地检测到高光子通量。由具有低衰减的光衰减元件覆盖的SPAD像素可对低入射光水平敏感。由具有高衰减的光衰减元件覆盖的SPAD像素可对高入射光水平敏感。

技术领域

本实用新型整体涉及成像系统，具体地，涉及半导体器件，并且更具体地讲，涉及包括用于单光子检测的单光子雪崩二极管(SPAD)的成像系统。

背景技术

现代电子设备(诸如蜂窝电话、相机和计算机)常常使用数字图像传感器。图像传感器(有时称为成像器)可由二维图像感测像素的阵列形成。每个像素通常包括光敏元件(诸如光电二极管)，这些光敏元件接收入射光子(入射光) 并把光子转变为电信号。有时，图像传感器被设计为使用联合图像专家组(JPEG) 格式将图像提供给电子设备。

具有背面照明像素的常规图像传感器可以多种方式受到有限功能的影响。例如，一些常规图像传感器可能无法确定从图像传感器到正在成像的对象的距离。常规图像传感器也可具有低于期望的图像质量和分辨率的图像质量和分辨率。

为了提高对入射光的灵敏度，单光子雪崩二极管(SPAD)有时可用于成像系统中。然而，虽然SPAD对低入射光水平敏感，但其可具有低于期望的动态范围的动态范围。

因此，期望能够提供使用单光子雪崩二极管的改善的系统。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：单光子雪崩二极管具有低于期望的动态范围的动态范围。

根据一实施方式，提供了一种半导体器件，所述半导体器件包括：基底；形成于所述基底中的第一单光子雪崩二极管；形成于所述基底中的第二单光子雪崩二极管；和，形成在所述基底之上的光衰减层，其中，所述光衰减层的第一部分覆盖所述第一单光子雪崩二极管并且在给定波长处具有第一透射率，并且其中，所述光衰减层的第二部分覆盖所述第二单光子雪崩二极管并且在给定波长处具有与所述第一透射率不同的第二透射率。

根据另一实施方式，提供了一种半导体器件，所述半导体器件包括：多个单光子雪崩二极管；多个微透镜，其中，每个微透镜覆盖所述多个单光子雪崩二极管中的相应一者；和，多个光衰减元件，其中，每个光衰减元件插置在相应微透镜和相应单光子雪崩二极管之间，并且其中，所述多个光衰减元件包括具有不同的相应透射百分比的至少第一光衰减元件和第二光衰减元件。

根据另一实施方式，提供了一种半导体器件，所述半导体器件包括：单光子雪崩二极管阵列；和，光衰减层，所述光衰减层形成在所述单光子雪崩二极管阵列之上，其中，所述光衰减层具有多个部分，所述多个部分将不同量的给定波长的入射光透射到所述单光子雪崩二极管阵列。

本实用新型所实现的技术效果为：可将光衰减层结合到半导体器件中。光衰减层可根据已知比率选择性地衰减通过以选择SPAD像素的入射光。系统中的处理电路可确定对于由接收衰减光的SPAD像素检测到的每一个光子，实际上根据该比率接收更多入射光子。这样，可准确地检测到高光子通量。这样一来，可以改善动态范围。

附图说明

图1为示出根据一个实施方案的示例性单光子雪崩二极管像素的电路图。

图2为根据一个实施方案的示例性硅光电倍增管的图。

图3为根据一个实施方案的带有基于SPAD的半导体器件的示例性成像系统的示意图。

图4为根据一个实施方案的用于读出基于SPAD的半导体器件中的图像信号的示例性像素阵列以及相关联的读出电路的图。