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一种基于闪存工艺的三维图像传感器及其操作方法技术

技术编号:10505980 阅读:96 留言:0更新日期:2014-10-08 10:38
本发明专利技术提供一种基于标准闪存工艺的三维图像传感器,所述三维传感器结构左右轴对称;包括中间衬底、分别位于中间衬底左侧的左衬底和右侧的右衬底;包括设置于左衬底上方、横跨至中间衬底左存储区上方的左浮栅层,所述左浮栅层上方设置有左读出栅和左控制栅,且所述左读出栅位于左衬底上方、左控制栅位于中间衬底左存储区上方;且左衬底、左浮栅层和左读出栅构成第一读出晶体管;包括设置于中间衬底的中间产生区上方的光电子产生控制栅,所述光电子产生控制栅两侧对称的设置有左电子转移控制栅和右电子转移控制栅,且所述左电子转移控制栅位于左转移区上方、右电子转移控制栅位于右存储区上方;能有效降低单个像素的大小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像传感器领域,特别涉及一种三维成像的图像传感器及其获得信号 的方法,其与标准闪存工艺相兼容,能够实现空间三维成像。
技术介绍
图像传感器是将光学图像信息转化为电学信号的设备,从上世纪七十年代出现 CCD技术后,固态数字图像传感器得到了飞速的发展,其在消费电子、交通工业、医疗以及航 空航天领域取得了巨大的成功。而CMOS图像传感器的专利技术更是推动了图像传感器在各个 领域得到了更多的应用,特别是随着集成电路技术的深入发展,使得CMOS图像传感器具有 更大的集成度、更低的功耗、更快的速度、更低的成本,数字图像传感器已经进入了社会生 活的各个方面。 随着技术的发展,图像传感器不仅可以记录物体光强的大小,同时通过相关技术 可以得到被测物体的距离信息,从而实现三维成像,目前主要有两种技术,包括多视角成像 技术,以及时间飞行(Time of Flight,T0F)成像技术。 多视角成像技术主要应用三角测距成像的原理得到物体的距离信息。实现方法可 以通过传感器在不同位置对物体成像,或者利用两颗摄像头进行成像。时间飞行成像技术 利用主动光源来照射被测物体,传感器测量出物体反射回来的光波的飞行时间,从而得到 物体的三维信息。已有的时间飞行成像传感器包括雪崩管、电荷调制器件等。由于时间飞 行成像技术利用光源去主动照射被测物体,所以也称时间飞行成像技术为主动探测技术, 而多视角成像技术也被称为被动探测技术。
技术实现思路
本专利技术目的是:提出,该传感 器结构简单,且基于标准闪存工艺技术,工艺兼容性好,能够快速地实现三维成像。 本专利技术的技术方案是:一种基于标准闪存工艺的三维图像传感器,所述三维传感 器结构左右轴对称;包括中间衬底、分别位于中间衬底左侧的左衬底和右侧的右衬底; 所述中间衬底自左向右对称的分布为左存储区、左转移区、中间产生区、右存储区 和右转移区,用于光电子产生、转移和存储; 包括设置于左衬底上方、横跨至中间衬底左存储区上方的左浮栅层,所述左浮栅 层上方设置有左读出栅和左控制栅,且所述左读出栅位于左衬底上方、左控制栅位于中间 衬底左存储区上方;且左衬底、左浮栅层和左读出栅构成第一读出晶体管; 包括设置于右衬底上方、横跨至中间衬底右存储区上方的右浮栅层,所述右浮栅 层上方设置有右读出栅和右控制栅,且所述右读出栅位于右衬底上方、右控制栅位于中间 衬底右存储区上方;且右衬底、右浮栅层和右读出栅构成第二读出晶体管; 包括设置于中间衬底的中间产生区上方的光电子产生控制栅,所述光电子产生控 制栅两侧对称的设置有左电子转移控制栅和右电子转移控制栅,且所述左电子转移控制栅 位于左转移区上方、右电子转移控制栅位于右存储区上方; 所述三维图像传感器的光电子产生控制栅上方透光,其他部分均采用后端的金属 走线将光给隔离。 进一步的,所述左电子转移控制栅和右电子转移控制栅的边缘包住光电子产生控 制栅。 进一步的,所述左浮栅层、右浮栅层和光电子产生控制栅均由第一层多晶硅制成。 进一步的,所述左读出栅、左控制栅、右读出栅、右控制栅、左电子转移控制栅和右 电子转移控制栅均由第二层多晶硅制成。 进一步的,所述左衬底和右衬底均做pwell注入和晶体管源漏η型注入。 进一步的,所述左衬底、中间衬底和右衬底通过四道浅槽隔离分隔,每两个浅槽隔 离之间形成一个衬底。 进一步的,所述左读出栅上接左读出电极、左控制栅上接左控制电极、左电子转移 控制栅上接左电子转移控制电极、光电子产生控制栅上接光电子产生电极、右读出栅上接 左读出电极、右控制栅上接左控制电极、右电子转移控制栅上接右电子转移控制电极。 本专利技术还提供一种基于标准闪存工艺的三维图像传感器的操作方法,包括三个阶 段: 第一、复位阶段 (1)将三维图像传感器所有的电极接地,排空衬底中的光电子,使器件复位; (2)复位后,在左控制栅和右控制栅上加正电压,左控制栅和右控制栅下方中间衬 底左右两侧分别形成光电子左存储区和右存储区; (3)在第一读出晶体管的栅极和漏端上加电压,形成源极跟随器,读取源端输出电 压V 1(l,得到第一读出晶体管曝光之前的初始信号; (4)用同样方法在第二读出晶体管的栅极和漏端上加电压,形成源极跟随器,读取 源端输出电压V 2(l,得到第二读出晶体管曝光之前的初始信号; 第二、感光阶段 (1)脉冲光源发出一束光脉冲,光脉冲功率为P,脉冲宽度为TP,反射光在Δ t返回 到传感器;在光脉冲发射tSH时间后,打开光电子产生控制栅和左电子转移控制栅,三维图 像传感器接收反射回来的光束,并在光电子产生控制栅下方的产生区中产生光电子,产生 的光电子漂移扩散进入左控制栅下方的左存储区中; (2)左存储区收集完产生的光电子后,将光电子产生控制栅和左电子转移控制栅 关闭; (3)脉冲光源重新发射一束光脉冲,并在同一时刻打开光电子产生控制栅和右电 子转移控制栅;三维图像传感器接收反射回来的光束,并在光电子产生控制栅下方的产生 区中产生光电子,产生的光电子漂移扩散进入右控制栅下方的右存储区; (4)右存储区收集完产生的光电子后,将光电子产生控制栅和右电子转移控制栅 关闭; 第三、读出阶段 (1)在第一读出晶体管的栅极和漏端上加电压,读取源端输出电压 ',得到第一读 出晶体管曝光之后的电压信号;输出电压的变化量就等于左控制栅下方左存储区收集 的光强大小Ii : 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于标准闪存工艺的三维图像传感器,其特征在于:所述三维传感器结构左右轴对称;包括中间衬底(101)、分别位于中间衬底(101)左侧的左衬底(102)和右侧的右衬底(103);所述中间衬底(101)自左向右对称的分布为左存储区、左转移区、中间产生区、右存储区和右转移区,用于光电子产生、转移和存储;包括设置于左衬底(102)上方、横跨至中间衬底(101)左存储区上方的左浮栅层(104),所述左浮栅层(104)上方设置有左读出栅(105)和左控制栅(106),且所述左读出栅(105)位于左衬底(102)上方、左控制栅(106)位于中间衬底(101)左存储区上方;且左衬底(102)、左浮栅层(104)和左读出栅(105)构成第一读出晶体管;包括设置于右衬底(103)上方、横跨至中间衬底(101)右存储区上方的右浮栅层(111),所述右浮栅层(111)上方设置有右读出栅(112)和右控制栅(113),且所述右读出栅(112)位于右衬底(103)上方、右控制栅(113)位于中间衬底(101)右存储区上方;且右衬底(103)、右浮栅层(111)和右读出栅(112)构成第二读出晶体管;包括设置于中间衬底(101)的中间产生区上方的光电子产生控制栅(110),所述光电子产生控制栅(110)两侧对称的设置有左电子转移控制栅(109)和右电子转移控制栅(114),且所述左电子转移控制栅(109)位于左转移区上方、右电子转移控制栅(114)位于右存储区上方;所述三维图像传感器的光电子产生控制栅(110)上方透光,其他部分均采用后端的金属走线将光隔离。...

【技术特征摘要】
1. 一种基于标准闪存工艺的三维图像传感器,其特征在于:所述三维传感器结构左右 轴对称;包括中间衬底(101)、分别位于中间衬底(101)左侧的左衬底(102)和右侧的右衬 底(103); 所述中间衬底(101)自左向右对称的分布为左存储区、左转移区、中间产生区、右存储 区和右转移区,用于光电子产生、转移和存储; 包括设置于左衬底(102)上方、横跨至中间衬底(101)左存储区上方的左浮栅层 (104) ,所述左浮栅层(104)上方设置有左读出栅(105)和左控制栅(106),且所述左读出栅 (105) 位于左衬底(102)上方、左控制栅(106)位于中间衬底(101)左存储区上方;且左衬 底(102)、左浮栅层(104)和左读出栅(105)构成第一读出晶体管; 包括设置于右衬底(103)上方、横跨至中间衬底(101)右存储区上方的右浮栅层 (111) ,所述右浮栅层(111)上方设置有右读出栅(112)和右控制栅(113),且所述右读出栅 (112) 位于右衬底(103)上方、右控制栅(113)位于中间衬底(101)右存储区上方;且右衬 底(103)、右浮栅层(111)和右读出栅(112)构成第二读出晶体管; 包括设置于中间衬底(101)的中间产生区上方的光电子产生控制栅(110),所述光 电子产生控制栅(110)两侧对称的设置有左电子转移控制栅(109)和右电子转移控制栅 (114),且所述左电子转移控制栅(109)位于左转移区上方、右电子转移控制栅(114)位于 右存储区上方; 所述三维图像传感器的光电子产生控制栅(110)上方透光,其他部分均采用后端的金 属走线将光隔离。2. 根据权利要求1所述的一种基于标准闪存工艺的三维图像传感器,其特征在于: 所述左电子转移控制栅(109)和右电子转移控制栅(114)的边缘包住光电子产生控制栅 (110)。3. 根据权利要求1所述的一种基于标准闪存工艺的三维图像传感器,其特征在于:所 述左浮栅层(104)、右浮栅层(111)和光电子产生控制栅(110)均由第一层多晶硅制成。4. 根据权利要求1所述的一种基于标准闪存工艺的三维图像传感器,其特征在于:所 述左读出栅(105)、左控制栅(106)、右读出栅(112)、右控制栅(113)、左电子转移控制栅 (109)和右电子转移控制栅(114)均由第二层多晶硅制成。5. 根据权利要求1所述的一种基于标准闪存工艺的三维图像传感器,其特征在于:所 述左衬底(102)和右衬底(103)均做pwell注入和晶体管源漏η型注入。6. 根据权利要求1所述的一种基于标准闪存工艺的三维图像传感器,其特征在于:所 述左衬底(102)、中间衬底(101)和右衬底(103)通过四道浅槽隔离(STI)分隔,每两个浅 槽隔离之间形成一个衬底。7. 根据权利要求1所述的一种基于标准闪存工艺的三维图像传感器,其特征在于:所 述左读出栅(105)上接左读出电极(RG1)、左控制栅(106)上接左控制电极(CG1)、左电子 转移控制栅(109)上接左电子转移控制电极(TG1)、光电子产生控制栅(110)上接光电子 产生电极(PG)、右读出栅(112)上接左读出电极(RG2)、右控制栅(113)上接左控制电极 (CG2)、右电子转移控制栅(114)上接右电子转移控制电极(TG2)。8. -种基于标准闪存工艺的三维图像传感器的操作方法,其特征在于:包括三个阶 段: 第一、复位阶段 (1) 将三维图像传感器所有的电极接地,排空衬底中的光电子,使器件复位; (2) 复位后,在左控制栅(106)和右控制栅(113)上加正电压,左控制栅(106)和右控 制栅(113)下方中间衬底(101)左右两侧分别形成光...

【专利技术属性】
技术研发人员:闫锋吴福伟纪小丽
申请(专利权)人:南京大学
类型:发明
国别省市:江苏;32

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