光传感器及基于飞行时间的测距系统技术方案

本申请公开了一种光传感器(300)及相关基于飞行时间的测距系统。所述光传感器包括：半导体衬底(302)，具有第一面(302a)与第二面(302b)；光电二极管(PD)，设置于所述半导体衬底中且邻近所述第一面，所述光电二极管用于传感光线以产生电荷；第一浮置扩散区(FDN1)，设置于所述半导体衬底中且邻近所述第一面，用于在采样操作时，收集所述电荷；第一栅极，设置于所述半导体衬底上，用来选择性地控制所述电荷进入所述第一浮置扩散区；以及PIN二极管(304)，设置于所述光电二极管上；从俯视图来看，所述PIN二极管至少部分重叠所述光电二极管。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光传感器及基于飞行时间的测距系统
本申请涉及光传感器，尤其涉及一种具有PIN二极管的光传感器及相关基于飞行时间的测距系统。
技术介绍
CMOS图像传感器已经得到大规模生产和应用。传统的图像传感器可以生成二维(2D)图像和视频，近来可以产生三维(3D)图像的图像传感器和系统受到广泛关注，这些三维图像传感器可以应用于脸部识别，增强现实(augmentedreality，AR)/虚拟现实(virtualreality，VR)，无人机等。现有的三维图像传感器的实现方式之一为基于飞行时间(timeofflight，TOF)的距离测量技术，在此技术中，传感器的速度越快，准确度越高，因此，如何提升传感器的速度是本领域亟需解决的问题。
技术实现思路
本申请的目的之一在于公开一种光传感器以及相关基于飞行时间的测距系统，来解决上述问题。本申请的一实施例公开了一种光传感器，包括半导体衬底和设置在所述衬底上的像素阵列，所述像素阵列包括多个像素，所述半导体衬底包括第一面和与其相对的第二面，其中所述每一像素包括：光电二极管，设置于所述半导体衬底且邻近所述第一面，所述光电二极管用于传感光线以产生电荷；第一浮置扩散区，设置于所述半导体衬底中且邻近所述第一面，用于在采样操作时，收集所述电荷；第一栅极，设置于所述半导体衬底上，用来选择性地控制所述电荷进入所述第一浮置扩散区；以及PIN二极管，设置于所述光电二极管上；其中所述光电二极管具有第一端与第二端，所述第一端面对所述第一浮置扩散区，所述第二端背对所述第一浮置扩散区；从所述半导体衬底的所述第一面，以垂直所述第一面且往所述第二面的方向来看，所述PIN二极管至少部分与所述光电二极管重叠。本申请的一实施例公开了一种基于飞行时间的测距系统，包括：光脉冲产生单元，用于产生光脉冲信号；以及上述的光传感器，用于接收经目标物反射的所述光脉冲信号并产生对应的光感测信号；处理单元，用于根据所述光感测信号计算所述系统至目标物的距离。本申请所公开的光传感器及相关基于飞行时间的测距系统利用PIN二极管来提升电子在像素的光电二极管中移动的速度，换句话说，提升了光传感器的速度，使基于飞行时间的测距系统的准确度上升。附图说明图1是本申请的基于飞行时间的测距系统的实施例的功能方框示意图。图2为像素阵列中的其中一像素的实施例的示意图。图3为本申请的光传感器的像素的光传感器的实施例的剖面图。图4为图3的光传感器的俯视图。图5为基于飞行时间的测距系统非操作在所述采样操作时，光传感器的电位图。图6为基于飞行时间的测距系统操作在所述采样操作时，光传感器的电位图。图7为本申请电子装置的实施例的示意图。具体实施方式图1是本申请的基于飞行时间的测距系统的实施例的功能方框示意图。基于飞行时间的测距系统100可用于探测目标物101与测距系统100之间的距离，需注意的是，目标物101与测距系统100之间的距离应小于或等于测距系统100的最大测量距离。举例来说(但本申请不限于此)，测距系统100可以是三维成像系统，其可采用时间飞行法来测量周遭目标物的距离，从而获得景深和三维图像信息。在此实施例中，测距系统100可实施为基于飞行时间的光学测距系统。测距系统100可包括(但不限于)光脉冲产生单元102和光传感器103。光脉冲产生单元102可由发光单元来实施，以产生光脉冲信号EL。光脉冲信号EL可包括多个光脉冲。光脉冲产生单元102可以是(但不限于)激光二极管(laserdiode，LD)、发光二极管(lightemittingdiode，LED)或其他可以产生光光脉冲的发光单元。光传感器103用以对目标物101反射光脉冲信号EL所产生的反射信号RL进行传感与采样，以侦测测距系统100(或飞行时间光传感器130)与目标物101之间的距离。光传感器103包括(但不限于)像素阵列104和读取电路105。像素阵列104包括多个像素(未绘示于图1)，读取电路105耦接至像素阵列104，用以对像素阵列104采样的结果进行进一步的处理。图2为像素阵列104中的其中一像素的实施例的示意图。如图2所示，像素204的光电二极管PD根据接收到的反射信号RL以产生对应的电荷。像素204的开关MT1耦接于第一电荷输出电路2041和光电二极管PD之间，开关MT1根据第一电荷输出信号TX1的控制，以选择性地使第一电荷输出电路2041耦接于光电二极管PD，当第一电荷输出信号TX1控制开关MT1导通时，光电二极管PD的电荷会流入第一电荷输出电路2041的浮置扩散区FDN1，并通过第一电荷输出电路2041产生第一感测电压。像素204的开关MT2耦接于第二电荷输出电路2042和光电二极管PD之间，开关MT2根据第二电荷输出信号TX2的控制，以选择性地使第二电荷输出电路2042耦接于光电二极管PD，当第二电荷输出信号TX2控制开关MT2导通时，光电二极管PD的电荷会流入第二电荷输出电路2042的浮置扩散区FDN2，并通过第二电荷输出电路2042产生第二感测电压。其中第二电荷输出信号TX2和第一电荷输出信号TX1在不同时间导通，举例来说，第二电荷输出信号TX2和第一电荷输出信号TX1具有不同的相位，例如第二电荷输出信号TX2和第一电荷输出信号TX1的相位差为180度。在本实施例中，像素204可另包括重置晶体管MP，但本申请不以此为限，重置晶体管MP耦接于光电二极管PD和第二电压V2之间，重置晶体管MP用来依据重置信号TXB选择性地重置光电二极管PD，以降低累积的非反射信号RL所产生的电荷对感测电压的影响，具体来说，在重置操作时，所述电荷进入第三浮置扩散区FDN3，以对光电二极管PD上的电荷进行清零。在本实施例中，晶体管皆为N型晶体管，且第二电压V2大于第一电压V1，也就是说，图2的实施例中，像素204中的所有晶体管的极性均相同。但本申请不以此为限，在某些实施例中，像素204中的晶体管亦可以均为P型晶体管，且第一电压V1和第二电压V2的大小关系可作对应的调整。在某些实施例中，像素204中的晶体管可以同时具有N型晶体管和P型晶体管。图3为本申请的光传感器103的像素204的光传感器的实施例的剖面图。图3所绘示的光传感器300仅包括像素204中部分的元件。具体来说，光传感器300包括半导体衬底302，具有第一面302a与第二面302b，光电二极管PD设置于半导体衬底302中且邻近第一面302a，光电二极管PD会传感光线以产生电荷。其中，像素204的受光面可以是第一面，也可以是第二面。在本实施例中，光电二极管PD受到轻度N型掺杂，且光电二极管PD中整体的N型掺杂浓度，无论从左往右，或从上往下，都是均匀的。光电二极管PD包括第一端301a与第二端301b，第一端301a和第二端301b为光电二极管PD与半导体衬底302之间的界面，第一端301a面对第一浮置扩散区FDN1，第二端301b背对第一浮置扩散区FDN1，因此。第一端301a较第二端301b更为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光传感器，包括半导体衬底和设置在所述衬底上的像素阵列，所述像素阵列包括多个像素，所述半导体衬底包括第一面和与其相对的第二面，其特征在于，所述每一像素包括：/n光电二极管，设置于所述半导体衬底且邻近所述第一面，所述光电二极管用于传感光线以产生电荷；/n第一浮置扩散区，设置于所述半导体衬底中且邻近所述第一面，用于在采样操作时，收集所述电荷；/n第一栅极，设置于所述半导体衬底上，用来选择性地控制所述电荷进入所述第一浮置扩散区；以及/nPIN二极管，设置于所述光电二极管上；/n其中所述光电二极管具有第一端与第二端，所述第一端面对所述第一浮置扩散区，所述第二端背对所述第一浮置扩散区；/n从所述半导体衬底的所述第一面，以垂直所述第一面且往所述第二面的方向来看，所述PIN二极管至少部分与所述光电二极管重叠。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光传感器，包括半导体衬底和设置在所述衬底上的像素阵列，所述像素阵列包括多个像素，所述半导体衬底包括第一面和与其相对的第二面，其特征在于，所述每一像素包括：
光电二极管，设置于所述半导体衬底且邻近所述第一面，所述光电二极管用于传感光线以产生电荷；
第一浮置扩散区，设置于所述半导体衬底中且邻近所述第一面，用于在采样操作时，收集所述电荷；
第一栅极，设置于所述半导体衬底上，用来选择性地控制所述电荷进入所述第一浮置扩散区；以及
PIN二极管，设置于所述光电二极管上；
其中所述光电二极管具有第一端与第二端，所述第一端面对所述第一浮置扩散区，所述第二端背对所述第一浮置扩散区；
从所述半导体衬底的所述第一面，以垂直所述第一面且往所述第二面的方向来看，所述PIN二极管至少部分与所述光电二极管重叠。


2.如权利要求1所述的光传感器，其中所述PIN二极管是多晶硅材料制成。


3.如权利要求2所述的光传感器，其中所述多晶硅具有N型区、本征区以及P型区，其中所述N型区相较于所述P型区更邻近所述第一浮置扩散区。


4.如权利要求1所述的光传感器，所述PIN二极管与所述光电二极管的所述第二端重叠。


5.如权利要求4所述的光传感器，其中所述PIN二极管的所述P型区相较于所述N型区更邻近所述光电二极管的所述第一端，所述PIN二极管的所述N型区相较于所述P型区更邻近所述光电二极管的所述第二端。


6.如权利要求1所述的光传感器，其中在所述采样操作时，所述第一栅极耦接至第一偏置电压，在非所述采样操作时，所述第一栅极耦接至第二偏置电压，所述第一偏置电压高于所述第二偏置电压。


7.如权利要求1所述的光传感器，其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨孟达，
申请(专利权)人：深圳市汇顶科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44