本发明专利技术涉及非对称融合视觉传感器像素结构及其制备与信号控制方法，该动态视觉传感器像素包括：混合型衬底，氧化埋层，三个像素有源区，两个读出晶体管有源区，欧姆接触区域，三个顶层硅沟道区，以及在沟道区之上的栅氧化层，栅极，两个深槽隔离侧墙，一个浅槽隔离侧墙，栅极侧墙，栅极金属接触，源极金属接触，漏极金属接触，衬底金属接触。本发明专利技术基于单晶体管光电子原位探测器结构，在紧凑的像素架构内部可同时读出光强绝对信号和差分信号，实现了传统图像传感器光强数据和动态视觉传感器事件数据的融合，为PISD在下一代新型动态视觉传感器中的应用奠定了基础。的应用奠定了基础。的应用奠定了基础。
【技术实现步骤摘要】
非对称融合视觉传感器像素结构及其制备与信号控制方法
[0001]本专利技术属于半导体图像感测
，涉及一种非对称融合视觉传感器像素结构及其制备与信号控制方法。
技术介绍
[0002]以CMOS图像传感器(CIS)为代表的主流技术已经发展成熟，但其基本原理为PN结在一帧曝光时间范围内进行光电积分，因此不利于大动态范围(High Dynamic Range)高速动态画面成像。近十余年来，动态视觉传感器(Dynamic Vision Sensor)引起了学术界和工业界的广泛兴趣，基于事件相机(Event Camera)和帧差法(Frame difference)的动态视觉技术被提出，有望解决传统CIS技术在动态成像方面应用的瓶颈(参见G.Kim,M.Barangi,Z.Foo,N.Pinckney,S.Bang,D.Blaauw,and D.Sylvester,"A 467nW CMOS visual motion sensor with temporal averaging and pixel aggregation."pp.480
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481.和C.Li,L.Longinotti,F.Corradi,and T.Delbruck,"A132by 104 10μm
‑
Pixel 250μW 1kefps Dynamic Vision Sensor with Pixel
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Parallel Noise and Spatial Redundancy Suppression."pp.C216
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C217.)。
[0003]动态视觉传感器优点众多，如更大的动态范围，更小的数据冗余，更低的功耗。因此可以广泛应用于自动驾驶，行为检测，特征识别等领域(参见K.D.Choo,L.Xu,Y.Kim,J.H.Seol,X.Wu,D.Sylvester,and D.Blaauw,"5.2Energy
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Efficient Low
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Noise CMOS Image Sensor with Capacitor Array
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Assisted Charge
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Injection SAR ADC for Motion
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Triggered Low
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Power IoT Applications."pp.96
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98.和B.Son,Y.Suh,S.Kim,H.Jung,J.S.Kim,C.Shin,K.Park,K.Lee,J.Park,J.Woo,Y.Roh,H.Lee,Y.Wang,I.Ovsiannikov,and H.Ryu,"4.1A 640&#x00D7；480dynamic vision sensor with a 9&#x00B5；m pixel and 300Meps address
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event representation."pp.66
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67.)。然而，基于事件的技术一般只有运动信号输出，无法提供像素本身的灰度值。此外，基于事件相机和帧差法两种技术目前都需要大量的像素内部(in
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pixel)电路，造成像素结构的复杂和填充因子的降低。
[0004]为解决上述问题，本专利技术提供了一种非对称的融合视觉传感器像素结构。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的就是为了提供一种非对称的融合视觉传感器像素结构及其制备与信号控制方法，以实现结构紧凑的同时，可输出绝对光强信号和差分光强信号等。
[0006]基于单晶体管光电子原位探测器件(PISD)(参见J.Liu,Y.F.Cao,X.J.Wang,Y.L.Jiang,and J.Wan,“A Novel One
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Transistor Active Pixel Sensor With Tunable Sensitivity,”IEEE Electron Device Letters,vol.42,no.6,pp.927
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930,Apr,2021.)原理，本专利技术设计了一种全新的基于帧差法的紧凑型像素结构及其信号控制方法。本专利技术的创新之处在于，在像素晶体管一侧引入一个复位栅极控制该侧差分电容运算，其结果再通
过差分信号读出晶体管放大读出。因此在紧凑的像素结构中即可同时融合输出连续帧的光强绝对信号和差分信号。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008]本专利技术的技术方案之一提供了一种非对称融合视觉传感器像素结构，包括底部的抗反射层、以及位于抗反射层上的混合型衬底与左侧衬底，其中，
[0009]所述混合型衬底上形成有浅槽隔离侧墙和衬底欧姆接触区域，并支撑起上方的第一氧化埋层与最上层的第一顶层区域，所述第一顶层区域包括三段像素有源区、位于两相邻像素有源区之间的第一顶层沟道区，两道第一顶层沟道区的上方还分别设有主体栅极与复位栅极，所述复位栅极位于主体栅极的左侧，所述主体栅极与复位栅极分别通过其下方的栅氧化层控制对应的第一顶层沟道区的通断，所述主体栅极与复位栅极的两侧均形成保护性侧墙，在混合型衬底的左右两侧形成深槽隔离侧墙，
[0010]所述的左侧衬底支撑起上方的第二氧化埋层和最上层的第二顶层区域，所述第二顶层区域包括两段读出晶体管有源区、以及位于两读出晶体管有源区之间的第二顶层沟道区，所述第二顶层沟道区上方设有读出晶体管栅极，该读出晶体管栅极也通过其下方的栅氧化层控制第二顶层沟道区的通断，所述读出晶体管栅极的两侧也均形成保护性侧墙，
[0011]复位栅极右侧的像素有源区、读出晶体管栅极右侧的读出晶体管有源区上还分别设有源极金属接触电极，位于主体栅极右侧的像素有源区、复位栅极左侧的像素有源区、读出晶体管栅极左侧的读出晶体管有源区上则分别设有漏极金属接触电极，所述衬底欧姆接触区域上设有衬底金属接触电极，所述主体栅极、复位栅极和读出晶体管栅极上则分别设有栅极金属接触电极。
[0012]进一步的，所述的混合型衬底与左侧衬底均为半导体，分别独立的选自硅、锗、锗硅、氮化镓或铟镓砷。
[0013]进一步的，像素有源区、读出晶体管有源区、第一顶层沟道区和第二顶层沟道区也均采用半导体，且分别独立的选自硅、锗、锗硅、氮化镓或铟镓砷。
[0014]进一步的，所述第一氧化埋层、第二氧化埋层分别独立的为二氧化硅、氧化铝或氧化铪绝缘材料。
[0015]进一步的，所述的混合型衬底与左侧衬底为P型轻掺杂，掺杂浓度为10
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cm
‑3。
[0016]进一步的，所述像素有源区、读出晶体管有源区则为N型重掺杂，掺杂浓度为10
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cm
‑3。
[0017]进一步的，所述衬底本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种非对称融合视觉传感器像素结构，其特征在于，包括底部的抗反射层、以及位于抗反射层上的混合型衬底与左侧衬底，其中，所述混合型衬底上形成有浅槽隔离侧墙和衬底欧姆接触区域，并支撑起上方的第一氧化埋层与最上层的第一顶层区域，所述第一顶层区域包括三段像素有源区、位于两相邻像素有源区之间的第一顶层沟道区，两道第一顶层沟道区的上方还分别设有主体栅极与复位栅极，所述复位栅极位于主体栅极的左侧，所述主体栅极与复位栅极分别通过其下方的栅氧化层控制对应的第一顶层沟道区的通断，所述主体栅极与复位栅极的两侧均形成保护性侧墙，在混合型衬底的左右两侧形成深槽隔离侧墙，所述的左侧衬底支撑起上方的第二氧化埋层和最上层的第二顶层区域，所述第二顶层区域包括两段读出晶体管有源区、以及位于两读出晶体管有源区之间的第二顶层沟道区，所述第二顶层沟道区上方设有读出晶体管栅极，该读出晶体管栅极也通过其下方的栅氧化层控制第二顶层沟道区的通断，所述读出晶体管栅极的两侧也均形成保护性侧墙，复位栅极右侧的像素有源区、读出晶体管栅极右侧的读出晶体管有源区上还分别设有源极金属接触电极，位于主体栅极右侧的像素有源区、复位栅极左侧的像素有源区、读出晶体管栅极左侧的读出晶体管有源区上则分别设有漏极金属接触电极，所述衬底欧姆接触区域上设有衬底金属接触电极，所述主体栅极、复位栅极和读出晶体管栅极上则分别设有栅极金属接触电极。2.根据权利要求1所述的一种非对称融合视觉传感器像素结构，其特征在于，所述的混合型衬底与左侧衬底均为半导体，分别独立的选自硅、锗、锗硅、氮化镓或铟镓砷；像素有源区、读出晶体管有源区、第一顶层沟道区和第二顶层沟道区也均采用半导体，且分别独立的选自硅、锗、锗硅、氮化镓或铟镓砷；所述第一氧化埋层、第二氧化埋层分别独立的为二氧化硅、氧化铝或氧化铪绝缘材料。3.根据权利要求1所述的一种非对称融合视觉传感器像素结构，其特征在于，所述的混合型衬底与左侧衬底为P型轻掺杂，掺杂浓度为10
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‑3；所述像素有源区、读出晶体管有源区则为N型重掺杂，掺杂浓度为10
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‑3；所述衬底欧姆接触区域为P型重掺杂，掺杂浓度为10
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‑3。4.如权利要求1
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3任一所述的一种非对称融合视觉传感器像素结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在起始的绝缘层上硅晶片上，通过刻蚀与外延形成混合型衬底、左侧衬底、第一氧化埋层、第二氧化埋层、以及第一顶层沟道区和第二顶层沟道区；(2)光刻并刻蚀后，在混合型衬底中氧化生长形成一处浅槽隔离侧墙和两处深槽隔离侧墙；(3)光刻并离子注入形成衬底欧姆接触区；(4)在结构上淀积生长栅极氧化层和外延生长栅极材料，光刻并刻蚀后得到主体栅极、复位栅极和读出晶体管栅极；(5)通过原子层沉积形成保护性侧墙；(6)光刻并刻蚀除掉主体栅极、复位栅极和读出晶体管栅极覆盖的顶层硅部分，后外延生长并原位掺杂，得到像素有源区和读出晶体管有源区；(7)光刻并打开各栅极、源漏极接触区、衬底欧姆接触区窗口，淀积金属并退...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘坚，万景，蒋玉龙，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：
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