一种锗硅图像传感器、采集模组及TOF深度相机制造技术

本发明专利技术公开了一种锗硅图像传感器，包括由多个像素构成的像素阵列；其中，所述像素包括：读入单元、缓冲直接注入结构单元、解调单元、以及读出单元；所述读入单元包括锗光电二极管，被配置为将入射至传感器的光信号转换为电荷信号；所述缓冲直接注入结构单元与所述锗光电二极管连接，被配置为减小所述电荷信号的输入阻抗和提供稳定的偏压，并将所述电荷信号传输至所述解调单元；所述解调单元，被配置为使所述电荷信号根据多个曝光控制晶体管分别生成多个电压信号；所述读出单元被配置为读取所述电压信号。本发明专利技术锗硅图像传感器可以降低读出电路的输入电阻、提高注入效率，同时实现稳定的偏置电压，且降低暗电流。

【技术实现步骤摘要】
一种锗硅图像传感器、采集模组及TOF深度相机
本专利技术涉及图像传感器
，尤其涉及一种锗硅图像传感器、采集模组及TOF深度相机。
技术介绍
利用飞行时间原理(TOF，TimeofFlight)可以对目标进行距离测量以获取包含目标的深度值的深度图像，而基于飞行时间原理的TOF深度相机已被广泛应用于消费电子、无人架驶、AR/VR等领域。TOF深度相机是通过测量光脉冲在发射/接收装置与目标物体间的往返飞行时间来实现精确测距。TOF深度相机一般是使用光电二极管检测光信号，并将光信号转换成电信号，最后由读出电路读出。通常，材料吸收各种波长的光和材料关联的带隙能量有关，具有较低带隙能量的材料在长波长下具有较高的吸收系数。在室温下，硅的带隙能量为1.12eV，锗为0.66eV，而锗硅合金可取决于锗硅成分比例，其带隙能量在0.66eV和1.12eV之间。由于硅对于波长1000nm以上的光源吸收系数太低，光信号不能转换成电信号，而锗是针对近红外波长的有效吸收材料。锗相对于硅具有更高的光吸收效率、迁移率更快，可以增加器件带宽，从而允许TOF深度相机使用更高的调制频率，提升深度测量精度；另外，锗不需要用足够深的感光层提升吸收波长段吸收效率，锗或硅锗合金可以采用较浅的感光区实现更高的光吸收效率，进而减小邻近像素之间的串扰，提升调制对比度，实现更高的深度测量精度。现有技术中基于锗硅的图像传感器的像素电路，其硅层邻近硅锗层，晶体管布置在硅层的表面上，同时源/漏区电连接到光检测器，通过将光检测器布置在硅锗层中，光检测器有利地对长波长辐射具有良好的灵敏度和吸收。但是其像素电路的读出单元电路结构一般是直接注入式结构，由于光检测器自身内电阻的影响，光检测器产生的光电流会被光检测器内电阻分流，使得读出单元电路的注入效率不高。以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本专利技术的专利技术构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述
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不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种锗硅图像传感器、采集模组及TOF深度相机，以解决上述
技术介绍
问题中的至少一种问题。为达到上述目的，本专利技术实施例的技术方案是这样实现的：一种锗硅图像传感器，包括由多个像素构成的像素阵列；其中，所述像素包括：读入单元、缓冲直接注入结构单元、解调单元、以及读出单元；所述读入单元包括锗光电二极管，被配置为将入射至传感器的光信号转换为电荷信号；所述缓冲直接注入结构单元与所述锗光电二极管连接，被配置为减小所述电荷信号的输入阻抗和提供稳定的偏压，并将所述电荷信号传输至所述解调单元；所述解调单元，被配置为使所述电荷信号根据多个曝光控制晶体管分别生成多个电压信号；所述读出单元被配置为读取所述电压信号。在一些实施例中，所述缓冲直接注入结构单元包括有放大器和NMOS晶体管；其中，所述NMOS晶体管的源极分别连接所述读入单元的输出端和所述解调单元的输入端；所述放大器的正输入端连接直流偏置电源，负输入端连接所述读入单元的输出端，所述放大器的输出端连接所述NMOS晶体管的栅极，被配置为减小所述NMOS晶体管的阻抗。在一些实施例中，还包括混合键合单元，所述混合键合单元分别连接所述读入单元的输出端和所述缓冲直接注入结构单元的输入端，被配置为实现单硅层晶圆和锗硅层晶圆物理结构键合，将所述在锗硅层晶圆经过光电转换的电荷信号传输至所述单硅层缓冲直接注入结构单元。在一些实施例中，所述解调单元还包括第一积分电容和第二积分电容，被配置为分别对所述多个曝光控制晶体管产生的电压进行积分。在一些实施例中，所述读出单元包括源极跟随晶体管和选择晶体管；其中，所述选择晶体管被配置为控制所述电压信号的输出。在一些实施例中，所述锗光电二极管包括有掩埋在硅锗层的光检测器，所述光检测器被配置为将入射至图像传感器的光信号转换为电荷信号。在一些实施例中，所述读出单元包括第一读出单元和第二读出单元，被配置为分别读取所述第一积分电容和所述第二积分电容的电压。在一些实施例中，还包括传输晶体管，所述传输晶体管分别与所述解调单元和所述读出单元连接，被配置为分时将所述第一积分电容和所述第二积分电容收集的电荷传输至所述读出单元。本专利技术实施例的另一技术方案为：一种采集模组，包括有透镜单元以及前述任一实施例方案所述的锗硅图像传感器。本专利技术实施例的又一技术方案为：一种TOF深度相机，包括：发射模组、被配置为向目标物体发射光束；前述实施例方案所述的采集模组，被配置为采集经所述目标物体反射回的至少一部分反射光信号；控制与处理器，分别与所述发射模组和所述采集模组连接，同步所述发射模组以及所述采集模组的触发信号以计算光束由所述发射模组发出并被所述采集模组接收所需要的时间。本专利技术技术方案的有益效果是：相较于现有技术，本专利技术锗硅图像传感器可以降低读出电路的输入电阻、提高注入效率，同时实现稳定的偏置电压，且降低暗电流。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一个实施例TOF深度相机的示意图；图2为本专利技术一个实施例锗硅图像传感器的像素的模块示意图；图3为本专利技术一个实施例锗硅图像传感器的像素的电路图示；图4为本专利技术一个实施例锗硅图像传感器的像素的另一电路图示；图5为本专利技术一个实施例锗硅图像传感器的像素的另一电路图示；图6为本专利技术一个实施例锗硅图像传感器的像素的另一电路图示。具体实施方式为了使本专利技术实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锗硅图像传感器，其特征在于，包括由多个像素构成的像素阵列；其中，所述像素包括：读入单元、缓冲直接注入结构单元、解调单元、以及读出单元；/n所述读入单元包括锗光电二极管，被配置为将入射至传感器的光信号转换为电荷信号；/n所述缓冲直接注入结构单元与所述锗光电二极管连接，被配置为减小所述电荷信号的输入阻抗和提供稳定的偏压，并将所述电荷信号传输至所述解调单元；/n所述解调单元，被配置为使所述电荷信号根据多个曝光控制晶体管分别生成多个电压信号；/n所述读出单元被配置为读取所述电压信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种锗硅图像传感器，其特征在于，包括由多个像素构成的像素阵列；其中，所述像素包括：读入单元、缓冲直接注入结构单元、解调单元、以及读出单元；
所述读入单元包括锗光电二极管，被配置为将入射至传感器的光信号转换为电荷信号；
所述缓冲直接注入结构单元与所述锗光电二极管连接，被配置为减小所述电荷信号的输入阻抗和提供稳定的偏压，并将所述电荷信号传输至所述解调单元；
所述解调单元，被配置为使所述电荷信号根据多个曝光控制晶体管分别生成多个电压信号；
所述读出单元被配置为读取所述电压信号。


2.如权利要求1所述的锗硅图像传感器，其特征在于：所述缓冲直接注入结构单元包括有放大器和NMOS晶体管；其中，
所述NMOS晶体管的源极分别连接所述读入单元的输出端和所述解调单元的输入端；
所述放大器的正输入端连接直流偏置电源，负输入端连接所述读入单元的输出端，所述放大器的输出端连接所述NMOS晶体管的栅极，被配置为减小所述NMOS晶体管的阻抗。


3.如权利要求1所述的锗硅图像传感器，其特征在于：还包括混合键合单元，所述混合键合单元分别连接所述读入单元的输出端和所述缓冲直接注入结构单元的输入端，被配置为实现单硅层晶圆和锗硅层晶圆物理结构键合，将所述在锗硅层晶圆经过光电转换的电荷信号传输至所述单硅层缓冲直接注入结构单元。


4.如权利要求1所述的锗硅图像传感器，其特征在于：所述解调单元还包括第一积分电容和第二积...

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞，马成，王兆民，王欣洋，
申请(专利权)人：深圳奥辰光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44