光传播时间像素及具有对应的像素的光传播时间传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种光传播时间像素，包括布置在光敏半导体区(100)的上表面上的调制栅极(ModA、Mod0、ModB)和集成节点(Ga、Gb)。光敏半导体区(100)被设计为N外延并且由p掺杂的垂直p结构(105)横向地和/或在角处界定。具有p掺杂的掩埋层(102)邻接光敏半导体区(100)的下表面，并且垂直结构(105)与掩埋层(102)电接触。并且垂直结构(105)与掩埋层(102)电接触。并且垂直结构(105)与掩埋层(102)电接触。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光传播时间像素及具有对应的像素的光传播时间传感器


[0001]本专利技术涉及根据独立权利要求的前序部分的光传播时间像素和光传播时间传感器。

技术介绍

[0002]光传播时间像素例如从文件DE19704496C2已知，其除了其他之外还示出了这种光子混合元件的典型结构，即光子混合器的单个像素的典型结构。光子混合检测器或PMD传感器(PMD：Photonic Mixing Device，光子混合装置)意味着光学传感器，该光学传感器的功能原理是基于飞行时间方法(TOF：Time of Flight，飞行时间)，并且，结合本专利技术，将被包括在术语光传播时间像素或包括若干光传播时间像素的光传播时间传感器之下。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是改进光传播时间像素的特性，特别是对于非常小的像素。
[0004]该目的是通过根据本专利技术的光传播时间像素来实现的。本专利技术的有利实施例在从属权利要求中指定。
[0005]有利地，提供了一种光传播时间像素，包括设置在光敏半导体区的顶侧处的调制栅极和集成节点，
[0006]其中，所述光敏半导体区形成为n外延并且横向地和/或在其由p掺杂的垂直p结构界定的角处形成，
[0007]其中，在所述光敏半导体区的底侧，邻接具有p掺杂的掩埋层，
[0008]其中，所述垂直柱状p结构(具体为p列)与所述掩埋层电接触。
[0009]这种结构导致水平方向上的交替掺杂过程，这对电势具有有利的影响，其方式为使得光子生成载流子在像素中心的方向上水平聚焦并且在调制栅极的方向上垂直加速。
[0010]进一步提供的是，掩埋层之后是p掺杂的半导体载体，其中，在这个半导体载体上布置用于参考电势的接触。
[0011]与半导体的顶侧上的地接触相比，这具有以下优点：经由半导体的背侧上的Vbias接触在调制栅极和集成节点的方向上有利地设置电场。
[0012]在进一步的实施例中，提供了在所述光传播时间像素的顶侧上横向于所述光敏区布置p掺杂区，其中，p掺杂区域设计为p阱，其中，所述p结构与所述p阱电接触。
[0013]这有利地导致围绕整个光敏区的p结构。
[0014]在另一实施例中，有利地提供将P结构布置在沟槽的界面处。
[0015]特别有利的是利用上述类型的像素阵列来配置光传播时间传感器。
附图说明
[0016]下面参考附图基于示例性实施例更详细地解释本专利技术。
[0017]在附图中：
[0018]图1示意性地示出光传播时间摄像机系统；
[0019]图2示出了所生成的电荷载流子的调制积分；
[0020]图3示出了穿过具有电势分布的PMD光传播时间像素的横截面；
[0021]图4示出了根据本专利技术的具有p列的光传播时间像素；
[0022]图5示出了具有接触p阱的p列的光传播时间像素；
[0023]图6示出了光穿过时间像素，其中在单独的植入物中构建p列；
[0024]图7示出了在沟槽上具有p列的光传播时间像素；
[0025]图8示出了根据图4至图6的像素的平面图，其中p列布置在角区域中；
[0026]图9示出了根据图4至图6的像素的平面图，其中p区包围n外延；
[0027]图10示出了根据图7的像素的顶视图；
[0028]图11示出了根据图8的具有若干像素的传感器结构的顶视图；
[0029]图12示出了根据图9的具有若干像素的传感器结构的顶视图；以及
[0030]图13示出了根据图4的用于背面照明的像素的横截面。
具体实施方式
[0031]在优选实施例的以下描述中，相同的附图标记表示相同或相当的部件。
[0032]图1示出了使用光传播时间摄像机的光学距离测量的测量情况，如从DE 197 04 496 A1中已知的。
[0033]光传播时间摄像机系统1包括传输单元或照明模块10以及接收单元或光传播时间摄像机20，该传输单元或照明模块10具有照明器12和相关联的光束整形光学器件15，该接收单元或光传播时间摄像机20包括接收光学器件25和光传播时间传感器22。
[0034]光传播时间传感器22包括至少一个光传播时间像素，优选地像素阵列，并且具体地被配置为PMD传感器。接收光学器件25通常由几个光学元件组成，以改进成像特性。例如，传输单元10的光束整形光学器件15可以被设计为反射器或透镜光学器件。在非常简单的实施例中，可以可选地省略在接收侧和传输侧两者上的光学元件。
[0035]这种安排的测量原理基本上基于以下事实：基于发射光和接收光的相移，可以确定传播时间并且因此可以确定被接收光覆盖的距离。为此目的，光源12和光传播时间传感器22经由调制器30被共同地供应具有基相的某个调制信号M0。在所示的示例中，此外，在调制器30与光源12之间提供了移相器35，通过该移相器35可以将光源12的调制信号M0的基相移位限定的相位调整对于典型的相位测量，优选使用90
°
、180
°
、270
°
的相位。
[0036]根据所设定的调制信号，光源12发射具有第一相位p1或的强度调制信号S
p1
。在所示出的情况下，此信号S
p1
或电磁辐射由物体40反射并且由于行进的距离而撞击到光传播时间传感器22上，该行进的距离相应地以具有第二相位的相移作为接收信号S
p2
。在光传播时间传感器22中，调制信号M0与接收的信号S
p2
混合，其中，从所产生的信号中确相位移或物体距离d。
[0037]例如，红外发光二极管或激光二极管适合作为照明源或光源12。当然，可以想到其他频率范围内的其他发射源，特别是可见频率范围内的光源是可能的。
[0038]在图2中示意性地示出了相位测量的基本原理。上部曲线示出了调制信号M0的时间轮廓，光源12和光传播时间传感器22通过该时间轮廓被驱动。由物体40反射的光撞击到光传播时间传感器22上作为接收信号S
P2
，该接收信号S
P2
具有与其光传播时间t
L
相对应的相移光传播时间传感器22在第一集成节点Ga中的调制信号M0的相位和在第二集成节点Gb中的移位180
°
的相位M0+180
°
中在若干调制周期内累积光子生成电荷q。可以根据在第一和第二节点Ga、Gb 104中累积的电荷qa、qb的比率来确定相移以及因此的物体的距离d。
[0039]图3示出了穿过例如从DE19704496C2中已知的光子混合检测器的像素的横截面。调制光栅极ModA、Mod0、ModB形成PMD像素的光敏区。根据施加到调制栅极ModA、Mod0、ModB的电压，光子生成电荷q被引导到累积栅极或集成节点Ga、Gb中的一个或另一个。集成节点可以被配置为栅极或二极管。
[0040]图3b示出了电荷q沿第一积分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.光传播时间像素，包括设置在光敏半导体区(100)的顶侧处的调制栅极(ModA、Mod0、ModB)和集成节点(Ga、Gb)，其中，所述光敏半导体区(100)形成为n外延并且横向地和/或在其由p掺杂垂直p结构(105)界定的角处形成，其中，具有p掺杂的掩埋层(102)邻接所述光敏半导体区(100)的底侧，其中所述垂直p结构(105)与所述掩埋层(102)电接触。2.根据权利要求1所述的光传播时间像素，其中，所述掩埋层(102)之后是p掺杂半导体载体(101)...

【专利技术属性】
技术研发人员：马蒂亚斯，
申请(专利权)人：PMD技术股份公司，
类型：发明
国别省市：