具备多重置机制的光电侦测装置制造方法及图纸

一种光电侦测装置，包含一光电转换器、一迭接晶体管以及一重置晶体管。该光电转换器具有一第一输出端，该光电转换器配置以将一入射光转换为一电信号。该迭接晶体管具有一控制端、一第一通道端以及一第二通道端，其中该迭接晶体管的该第二通道端耦接于该光电转换器的该第一输出端。该重置晶体管具有一控制端、一第一通道端以及一第二通道端，其中该重置晶体管的该第一通道端耦接于一电源电压且该重置晶体管的该第二通道端耦接于该迭接晶体管的该第一通道端。

Photoelectric detector with multi reset mechanism

【技术实现步骤摘要】
具备多重置机制的光电侦测装置
本专利技术关于一种光电侦测装置，尤其关于一种具备多重置机制的光电侦测装置。
技术介绍
光电侦测装置可用于侦测入射光并且将入射光转换为电信号，使其可进一步被其他电路处理。光电侦测器可用于消费电子产品、图像传感器、数据通信、飞时测距(time-of-flight，ToF)，光学雷达(lightdetectionandranging，LiDAR)、医疗设备以及许多其他适当的应用中。然而，当光电侦测器以单个或数组配置来应用于这些用途时，漏电流(leakagecurrent)和暗电流(darkcurrent)可能会降低性能，例如增加功耗并降低信噪比。
技术实现思路
本专利技术的第一实施方式公开了一种光电侦测装置，包含一光电转换器(optical-to-electricconverter)、一迭接(cascode)晶体管、一重置晶体管。该光电转换器具有一第一输出端，该光电转换器配置以将一入射光转换为一电信号。该迭接晶体管，具有一控制端、一第一通道端以及一第二通道端，其中该迭接晶体管的该第二通道端耦接于该光电转换器的该第一输出端。该重置晶体管具有一控制端、一第一通道端以及一第二通道端，其中该重置晶体管的该第一通道端耦接于一电源电压且该重置晶体管的该第二通道端耦接于该迭接晶体管的该第一通道端。根据本专利技术的另一实施方式，该光电转换器包含形成于一半导体基板(substrate)之上的一吸光材质(light-absorptionmaterial)，其中该吸光材质为不同于该半导体基板的一种材质。根据本专利技术的另一实施方式，该光电转换器另包含一光电二极管(photodiode)、一第一开关以及一第二开关。该光电二极管配置以将该入射光转换为该电信号；该第一开关配置以根据一第一开关信号将该电信号输出至该第一输出端；该第二开关配置以根据一第二开关信号将该电信号输出至该光电转换器的一第二输出端。根据本专利技术的另一实施方式，该光电转换器包含：一光电二极管，配置以将该入射光转换为该电信号；以及一开关，配置以根据一开关信号来于该第一输出端输出该电信号。根据本专利技术的另一实施方式，该光电转换器的该第一输出端实质上操作于一恒定电压(constantvoltage)。根据本专利技术的另一实施方式，其中该重置晶体管的该控制端配置以接收一重置信号，其中在一子讯框(subframe)的形成期间该重置信号的重置次数等于或大于2。根据本专利技术的另一实施方式，该光电侦测装置配置以形成一最终3D讯框(frame)，其中该最终3D讯框根据多个子讯框来取得。在本文公开的实施例的诸多优点和好处中，至少提供了一种能够有效吸收至少一近场红外光(near-infrared，NIR)或一种短波红外光(short-waveinfrared，SWIR)的光侦测装置。在一些实施例中，光电侦测装置可具有较小的芯片尺寸，较低的暗电流及/或较高的3D图像深度信息的精度，以及较低的漏电流及/或较低的3D图像传感器功率的消耗。附图说明通过参考以下详细描述以及附图，本申请的前述实施方式以及许多附带优点将变得更加容易理解，其中：图1A～图1J-4为根据本专利技术不同实施例的光电侦测装置以及相关的采用单分路(one-tap)设计的光电侦测方法。图2A～图2D-4为根据本专利技术不同实施例的光电侦测装置以及相关的采用二分路(two-tap)设计的光电侦测方法。图3A～图3B为根据本专利技术不同实施例的不具有迭接晶体管的光电侦测装置。图4A～图4B为根据本专利技术不同实施例的应用多重置机制的时序图。图4C为用于2D感测应用的光电侦测装置的时序图。附图标记说明：170-光电转换器；100A、100B、100C、100D、100E、100F、100H、100I、200A、200B、200C、200D、300A、300B-光电侦测装置；130A、130B-迭接晶体管；141A、141B-重置晶体管；142A、142B-源极随耦器晶体管；143A、143B-列选择晶体管；150A、150B-电容器；BL-A、BL-B-位线；110A、110B-输出端；IL-入射光；IA1、IA2-电信号；120A、120B-通道端点；SelA、SelB-选取信号；VC1、VC2-控制电压；VDD、VDDR、VOUT1、VOUT2、VA1、VA2-电压；T1～T13-时间点；Tsf11～Tsf22-时段；RST-重置信号；TG1、TG2-开关信号；171A、171B-开关；172-光电二极管；Vop1-偏压；180-电压产生器；144A、145A-晶体管；190-增益提升电路；VC1-控制电压；Vref-参考电压；1721B-区块；N+-N型掺杂区；P+-P型掺杂区；1701-光开关；1703-光学路由器；1702、1704、1705-光电二极管；CS1-控制信号；17011-吸电材质；17012-光学透明绝缘材质；17013-透明导电材质；17015-第一掺杂区；17016-第二掺杂区；170A1-吸光材质；S11、S12、S13、S14-步骤。具体实施方式单分路配置的架构根据一些实施例，图1A示出了具有单分路(one-tap)配置的一光电侦测装置100A。光电侦测装置100A包括光电转换器170、迭接晶体管130A、重置(resetting)晶体管141A、源极随耦器晶体管142A、列选择(row-select)晶体管143A、电容器150A以及一位线BL-A。光电转换器170配置以在一输出端110A处将一入射光IL转换成一电信号IA1，其中电信号IA1是一光电流(photo-current)。有多种实现光电转换器170的方式，细节将于下文描述。迭接晶体管130A耦合于光电转换器170与重置晶体管141A之间。具体地，迭接晶体管130A的一个通道端(例如源端)耦接于光电转换器170的输出端110A，且迭接晶体管130A的另一个通道端(例如漏极端)耦接于重置晶体管141A的一通道端(例如源极端)。在一些实施方式中，迭接晶体管130A、重置晶体管141A、源跟随器晶体管142A以及列选择晶体管143A可用NMOS晶体管或PMOS晶体管来实现。在光电侦测装置100A的操作期间，电容150A上的通道端120A通过重置晶体管141A被充电到一个重置电压VDDR。例如，通过施加一个使重置晶体管141A工作在饱和区或三极管区的重置信号RST，电流将通过重置晶体管141A流到电容器150A上，并将电容器150A充电至重置电压VDDR。值得注意的是，重置电压VDDR可与电源电压VDD相同或不同。一旦充电完成，就可以开始对光电转换器170所产生的电信号IA1进行积分。控制迭接晶体管130A可受控以通过产生于迭接晶体管130A的栅极端上的控制电压Vc1来起始和终止积分操作。例如，控制电压Vc1可被设置以在次临界区(sub-thresholdregion)或饱和区(saturation)中操作迭接晶体管1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光电侦测装置，其特征在于，包含：/n一光电转换器，具有一第一输出端，该光电转换器配置以将一入射光转换为一电信号；/n一迭接晶体管，具有一控制端、一第一通道端以及一第二通道端，其中该迭接晶体管的该第二通道端耦接于该光电转换器的该第一输出端；以及/n一重置晶体管，具有一控制端、一第一通道端以及一第二通道端，其中该重置晶体管的该第一通道端耦接于一电源电压且该重置晶体管的该第二通道端耦接于该迭接晶体管的该第一通道端。/n

【技术特征摘要】
20181212 US 62/778,291;20190219 US 62/807,250;20191.一种光电侦测装置，其特征在于，包含：
一光电转换器，具有一第一输出端，该光电转换器配置以将一入射光转换为一电信号；
一迭接晶体管，具有一控制端、一第一通道端以及一第二通道端，其中该迭接晶体管的该第二通道端耦接于该光电转换器的该第一输出端；以及
一重置晶体管，具有一控制端、一第一通道端以及一第二通道端，其中该重置晶体管的该第一通道端耦接于一电源电压且该重置晶体管的该第二通道端耦接于该迭接晶体管的该第一通道端。


2.如权利要求1所述的光电侦测装置，其特征在于，该光电转换器的该第一输出端实质上操作于一恒压。


3.如权利要求1所述的光电侦测装置，其特征在于，该光电转换器包含形成于一半导体基板之上的一吸光材质，其中该吸光材质为不同于该半导体基板的一种材质。


4.如权利要求3所述的光电侦测装置，其特征在于，该吸光材质为Ge1-xSix，其中0≤x<1，且该半导体基板为硅。


5.如权利要求1所述的光电侦测装置，其特征在于，该光电转换器另包含：
一光电二极管，配置以将该入射光转换为该电信号；
一第一开关，配置以根据一第一开关信号将该电信号输出至该第一输出端；以及
一第二开关，配置以根据一第二开关信号将该电信号输出至该光电转换器的一第二输出端。


6.如权利要求5所述的光电侦测装置，其特征在于，该光电二极管包含一N型掺杂区以及一P型掺杂区，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：那允中，梁哲夫，陈建龙，吕元復，卢彦丞，
申请(专利权)人：美商光程研创股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US