光电检测器、使用光电检测器的空间信息检测装置和光电检测法制造方法及图纸

提供了一种光电检测器，即使在充足环境光的条件下，其也能够通过阻止信号光的动态范围减少而稳定地获得光电检测输出。该光电检测器包括：聚积电极和保持电极，它们通过绝缘层被安排在光电转换单元上；以及包括控制单元，用于控制向这些电极施加电压的时序和电压的极性。光电转换部分中生成的电子或空穴中的一种被聚积在通过向聚积电极施加电压而形成的聚积区中，而另一种被聚积在通过向保持电极施加电压而形成的保持区中。然后，使在聚积区和保持区中的电子和空穴重新结合，并输出未被重新结合的余留的电子或空穴。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种稳定地获得关于作为检测对象的信号光所接收的光输出的技术，即使在充足的环境光如来自太阳和室内照明光的自然光的情况下，也能稳定地获得。
技术介绍
过去，各种光电检测器如光电二极管、光电晶体管和CCD图像传感器是众所周知的，并且广泛用在以下应用中光电传感器，用于根据接收的光量变化来检测对象是否存在；光通信，其使用光作为传输介质；距离传感器，用于通过使用三角测量原理或者投射和接收的光之间的时间差或相位差，光学地测量距离；以及用于视频和数字照相机的图像拾取装置。在这种光电检测器中，当所接收的光量处在适当的范围内时，能够获得具有对应于接收光量的量值的接收光输出。然而，当所接收的光量变得过度时，存在接收光输出饱和的问题。例如，在存在环境光如阳光的条件下，当使用光电检测器时，所述光电传感器用于检测打扰者；光通信装置，如光遥控单元；距离传感器，用于自动聚焦的照相机和机器人的眼睛；以及图像拾取装置，其与发光源结合使用以获得距离图像，除了从发光源照射的光之外，环境光被入射在光电检测器上，所以与仅接收从发光源照射的光的情况相比，接收的光量增加。然而，关于光电检测器能够生成的载流子的量存在限制。因此，当接收的光量过度增加时，载流子的生成量将会饱和。所以，光电检测器的动态范围取决于环境光的光量而减少。这导致下述不便不能稳定地获得信号光的接收光输出。这个问题在CCD图像传感器的领域中也被称为“浮散(blooming)效应”。为了改善上述问题，例如，日本专利早期公布号62-272773提议，将大的正电压施加到通过绝缘层在p型硅基底上形成的电极，以将势阱置于反状态，从而在与绝缘层的接触面处收集的大量载流子与过量的载流子重新结合来控制电极之下聚积的少量载流子不大于预定量。然而，根据这种方法，通过接收光而生成的过量载流子是通过使用从外部电路提供的电荷重新结合的，所述外部电路用于提供基底的基准电位，即，预先填充在基底中的大量载流子(当使用p型基底时，载流子为空穴，而当使用n型基底时，载流子为电子)。另外，重要的是，根据曝光时间改变用于重新结合表面电荷的操作频率。因此，存在的问题是控制变得复杂来通过抑制接收光量的动态范围而获得适当范围内的接收光输出。另一方面，当信号光和环境光混合时，环境光的变化使得难以将信号光从环境光分开。作为将信号光从环境光分开的技术，提议使用滤光器，用于仅通过具有特定波长的信号光。然而，由于环境光如阳光具有宽频谱范围，所以环境光的影响不能仅通过滤光器来充分去除。为了改善上述问题，例如，日本专利早期公布号2001-337166提议，在消光周期通过光电检测器获得的接收光输出被用作仅对应于环境光的分量，所述消光周期为信号光未被获得和从发光源没有照射光的周期；并且在光照周期通过光电检测器获得的接收光输出被用作信号光和环境光的叠加分量，所述光照周期为信号光被获得和光从发光源照射的周期。在这种情况下，通过从光照周期中光电检测器的接收光输出减去消光周期中的光电检测器的接收光输出，能够提取仅对应于信号光的分量。然而，在有环境光的情况下，光电检测器的信号光的动态范围减少。当光电检测器饱和时，仍然存在对于信号光不能提取大量的接收光输出的问题。简而言之，在存在环境光的情况下，即使当从发光源发射的光量增加，或者光电检测器的光接收时间延长时，也由于用于光电检测器的信号光的动态范围减少，而难以获得足够大的信噪比。
技术实现思路
因此，本专利技术首要关注的是提供一种光电检测器，其具有下述优点载流子的重新结合概率根据接收光量来确定，并且由环境光引起的饱和被阻止，以抑制信号光的动态范围减少，从而稳定地获得用于信号光的接收光输出。亦即，本专利技术的光电检测器包括光电转换部分，其被配置成通过光的照射来生成电子和空穴；至少一个电极，其通过绝缘层布置在所述光电转换部分上；第一聚积区，其为通过向所述电极施加电压而在所述光电转换部分中形成的势阱，以便聚积通过光的照射而在所述光电转换部分中生成的电子和空穴中的一种；第二聚积区，其被形成在所述光电转换部分中，以便聚积通过光的照射而在所述光电转换部分中生成的电子和空穴中的另一种；控制单元，其被配置成对将所述电压施加到所述电极的时序和所述电压的极性中的至少一个进行控制；以及输出单元，其被配置成在通过在所述第一和第二聚积区之间传送所述电子和空穴来重新结合所述第一和第二聚积区中聚积的所述电子和空穴之后，输出未被重新结合的余留电子和空穴中的至少一种。在上述光电检测器中，优选地，所述至少一个电极为一对第一和第二电极，其通过所述绝缘层布置在所述光电转换部分上，并且所述控制单元将电压施加到所述第一电极以形成所述第一聚积区，并且将电压施加到所述第二电极以形成势阱作为所述第二聚积区。在这种情况下，特别优选地，所述控制单元控制将所述电压施加到所述第一和第二电极的时序以及所述电压的极性，以便通过光照射而在所述光电转换部分中生成的所述电子和空穴中的一种被聚积在所述第一聚积区中，而通过光照射在所述光电转换部分中在不同时间生成的所述电子和空穴中的另一种被聚积在所述第二聚积区中。在这种配置中，第一电极(即，稍后描述的实施例中的“聚积电极”)和第二电极(即，稍后描述的实施例中的“保持电极”)相对于一个光电转换部分而形成，所以两个势阱能够在光电转换部分中被形成为第一聚积区(即，稍后描述的实施例中的“聚积区”)和第二聚积区(即，稍后描述的实施例中的“保持区”)。例如，当与光电检测器合作使用发光源时，在接收信号光和环境光的周期中，电子被聚积在第一聚积区中，然后所聚积的电子被传送并被保持在第二聚积区中。此时，通过绝缘层和第一聚积区之间的接触面部分处的自由键或界面势，稳定地捕捉电子的部分。因此，事实上，电子的部分保留在第一聚积区中，并且结余的电子被传送并保持在第二聚积区中。其次，在仅接收环境光的周期中，空穴被聚积在第一聚积区中。此时，来到第一聚积区的空穴的部分用于与在绝缘层和第一聚积区之间的接触面部分处捕捉的电子重新结合，并且它们消失。随后，当在第一聚积区和第二聚积区之间相互传送电子和空穴时，发生第一和第二聚积区中聚积的空穴和电子的重新结合。可以认为，重新结合发生在第一和第二聚积区中的概率高于重新结合发生在传送的过程中的概率。因此，通过将接收信号光和环境光的周期中聚积的电子与仅接收环境光的周期中聚积的空穴重新结合，就使得能够抵消环境光分量。亦即，通过使用通过接收光而生成的载流子(电子和空穴)执行的重新结合，而不是使用预先填充在基底中的载流子执行的重新结合，来抵消环境光分量。结果，光电检测器的饱和变得难以发生，并且可以抑制光电检测器的信号光的动态范围减少。另外，与从光电检测器中取出通过接收信号光和环境光而获得的接收光输出以及通过仅接收环境光而获得的接收光输出中的每一个、然后运算这两个接收光输出之间的差的情况相比较，当环境光分量通过在接收信号光和环境光时的电子和空穴的重新结合而被抵消时，光电检测器的饱和难以发生，并且光电检测器的信号光的动态范围减少能够被更加有效地抑制。另外，优选地，所述控制单元将具有相反极性的电压施加到所述第一和第二电极(即，稍后描述的第六实施例中的“分布电极”)，以便通过光的照射而在所述光电转换部分中生成的所述电子和空穴中的一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电检测器，包括：光电转换部分，其被配置成通过光的照射来生成电子和空穴；至少一个电极，其通过绝缘层被布置在所述光电转换部分上；第一聚积区，其为通过向所述电极施加电压而在所述光电转换部分中形成的势阱，以便聚积通过光 的照射而在所述光电转换部分中生成的电子和空穴中的一种；第二聚积区，其被形成在所述光电转换部分中，以便聚积通过光的照射而在所述光电转换部分中生成的电子和空穴中的另一种；控制单元，其被配置成控制将所述电压施加到所述电极的时序和所 述电压的极性中的至少一个；以及输出单元，其被配置成在通过在所述第一和第二聚积区之间传送所述电子和空穴来重新结合所述第一和第二聚积区中聚积的所述电子和空穴后，输出未被重新结合的余留电子和空穴中的至少一种。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2005-1-5 001003/2005;JP 2005-1-6 001950/20051.一种光电检测器，包括光电转换部分，其被配置成通过光的照射来生成电子和空穴；至少一个电极，其通过绝缘层被布置在所述光电转换部分上；第一聚积区，其为通过向所述电极施加电压而在所述光电转换部分中形成的势阱，以便聚积通过光的照射而在所述光电转换部分中生成的电子和空穴中的一种；第二聚积区，其被形成在所述光电转换部分中，以便聚积通过光的照射而在所述光电转换部分中生成的电子和空穴中的另一种；控制单元，其被配置成控制将所述电压施加到所述电极的时序和所述电压的极性中的至少一个；以及输出单元，其被配置成在通过在所述第一和第二聚积区之间传送所述电子和空穴来重新结合所述第一和第二聚积区中聚积的所述电子和空穴后，输出未被重新结合的余留电子和空穴中的至少一种。2.如权利要求1所述的光电检测器，其中，所述至少一个电极为一对第一和第二电极，其通过所述绝缘层布置在所述光电转换部分上，并且所述控制单元将电压施加到所述第一电极以形成所述第一聚积区，并且将电压施加到所述第二电极以形成势阱作为所述第二聚积区。3.如权利要求2所述的光电检测器，其中，所述控制单元控制将所述电压施加到所述第一和第二电极的时序以及所述电压的极性，以便通过光照射而在所述光电转换部分中生成的所述电子和空穴中的一种被聚积在所述第一聚积区中，而通过光照射在所述光电转换部分中在不同时间生成的所述电子和空穴中的另一种被聚积在所述第二聚积区中。4.如权利要求2所述的光电检测器，其中，所述控制单元将具有相反极性的电压施加到所述第一和第二电极，以便通过光的照射而在所述光电转换部分中生成的所述电子和空穴中的一种被聚积在所述第一聚积区中，而同时所述电子和空穴中的另一种被聚积在所述第二聚积区中。5.如权利要求2所述的光电检测器，其中，所述控制单元在将所述电压施加到所述第一和第二电极以便电子被聚积在所述第一聚积区中并且空穴被聚积在所述第二聚积区中的状态和将所述电压施加到所述第一和第二电极以便空穴被聚积在所述第一聚积区中并且电子被聚积在所述第二聚积区中的状态之间切换，从而所述电子和空穴在所述第一聚积区和所述第二聚积区之间被重新结合。6.如权利要求2所述的光电检测器，包括在所述第二电极上的光屏蔽膜，其中，所述控制单元控制将所述电压施加到所述第一和第二电极的时序以及所述电压的极性，以便电子和空穴中的一种被聚积在所述第一聚积区之后，它们被传送并被保持在所述第二聚积区中，并且电子和空穴中的另一种被聚积在所述第一聚积区中。7.如权利要求2所述的光电检测器，包括透镜，用于允许入射光会聚在所述第一电极上。8.如权利要求2所述的光电检测器，其中，所述第一电极通过一对第一电极提供，所述第二电极通过一对第二电极提供，并且将所述第一电极放置在所述第二电极之间。9.如权利要求8所述的光电检测器，其中，所述第一电极之间的距离大于所述第一电极中的一个和与其相邻的所述第二电极之间的距离。10.如权利要求2所述的光电检测器，其中，所述第一电极通过一对第一电极来提供，所述第二电极通过一对第二电极来提供，在所述第一电极之间和所述第二电极之间通过所述绝缘层在所述光电转换部分上形成传送电极，并且所述控制单元控制向所述第一电极、所述第二电极和所述传送电极施加的电压，以便余留的电子和空穴中的至少一种被传送到所述输出单元。11.如权利要求8所述的光电检测器，包括电荷丢弃电极，其被形成在所述光电转换部分的表面上，以便在与所述第一和第二电极的每个纵向方向正交的方向上并离开所述第一和第二电极中的每一个延伸基本相等的距离，其中，所述控制单元控制向所述电荷丢弃电极施加的电压，以从所述光电转换部分丢弃电子和空穴。12.如权利要求2所述的光电检测器，其中，所述第一电极通过一对第一电极来提供，所述第二电极通过一对第二电极来提供，至少一个控制电极在所述第一电极之间和/或在所述第二电极之间通过所述绝缘层被形成在所述光电转换部分上，并且所述控制单元向所述控制电极施加电压以形成势阱的疏散区，以便电子和空穴经由该疏散区在所述第一聚积区和所述第二聚积区之间传送。13.如权利要求12所述的光电检测器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：桥本裕介，高田裕司，
申请(专利权)人：松下电工株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]