本发明专利技术提供一种光电转换元件、像素、飞行时间传感器及电子设备，光电转换元件包括：衬底；光电转换区，布置于衬底中；电荷收集区，布置衬底中，且与光电转换区相邻设置；第一导流层，自衬底表面延伸至光电转换区内部；第二导流层，设置于衬底表面，第二导流层与第一导流层连接并延伸至电荷收集区；以及电隔离层，设置于第一导流层和衬底之间的界面和第二导流层与衬底之间的界面。本发明专利技术可以有效提升光电转换元件产生的光电电荷的传输效率，改善传感器的解调对比度性能，有效提高飞行时间传感器的时间精度和测距质量。的时间精度和测距质量。的时间精度和测距质量。
【技术实现步骤摘要】
光电转换元件、像素、飞行时间传感器及电子设备
[0001]本专利技术属于光电传感领域，特别是涉及一种光电转换元件、像素、飞行时间传感器及电子设备。
技术介绍
[0002]飞行时间传感器是一种测距设备的重要部分，能够捕获目标物体的三维(3D)距离信息，获得3D图像；广泛应用在行为分析、监控、汽车自动驾驶、人工智能、机器视觉感知和图像3D增强等领域。飞行时间传感器通常采用飞行时间法，测量光脉冲从光源发射端到目标物体反射后，再到传感器接收端的光的旅行时间，从而确定目标物体的距离信息。
[0003]飞行时间传感器可以采用直接的方法获得光的旅行时间，也可以采用间接的方法获得光的旅行时间，间接方法是指记录光脉冲从发射到接收时间段的相位差，进而计算出光的旅行时间。飞行时间传感器一般包括光源发射模块和光源感知模块，所述光源感知模块包含有感光像素。感光像素可以采用间接方法获得时间数据，每个感光像素需要采集调制光波的相位光电电荷信号，进而推算出时间信息。
[0004]感光像素包含有光电转换元件进行光到电荷的转换，一般，光源发射的调制光波频率较高，例如，可高达100MHz，传感器进行解调相位光电信号的工作时，目前的光电转换元件所转换的光电电荷的传输效率不佳，致使传感器的解调对比度性能较差。
技术实现思路
[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种光电转换元件、像素、飞行时间传感器及电子设备，用于解决现有技术中光电电荷的传输效率较低而导致光电传感器的解调对比度较低的问题。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种光电转换元件，所述光电转换元件包括：衬底；光电转换区，布置于所述衬底中；电荷收集区，布置所述衬底中，且与所述光电转换区相邻设置；第一导流层，自所述衬底表面延伸至所述光电转换区内部；第二导流层，设置于所述衬底表面，所述第二导流层与所述第一导流层连接并延伸至所述电荷收集区；以及电隔离层，设置于所述第一导流层和所述衬底之间的界面和所述第二导流层与所述衬底之间的界面。
[0007]可选地，所述光电转换元件包括一根所述第一导流层，所述第一导流层自所述衬底表面垂直延伸至所述光电转换区内部，所述第一导流层的深度小于所述光电转换区的深度。
[0008]可选地，所述光电转换元件包括间隔排布的多根第一导流层，多根所述第一导流层自所述衬底表面垂直延伸至所述光电转换区内部，多根所述第一导流层的深度小于所述光电转换区的深度，多根所述第一导流层极均与所述第二导流层连接。
[0009]进一步地，所述第二导流层包括十字交叉部，以及与所述十字交叉部连接且延伸至所述电荷收集区的连接部，多根所述第一导流层分别设置于所述十字交叉的四个端部与
交叉部。
[0010]可选地，所述第一导流层垂直投影至所述衬底表面的形状为长条形，所述第二导流层包括与所述第一导流层配合设置的长条部，以及与所述长条部连接且延伸至所述电荷收集区的连接部。
[0011]可选地，所述第一导流层垂直投影至所述衬底表面的形状为环形，所述第二导流层包括与所述第一导流层配合设置的环形部，以及与所述环形部连接且延伸至所述电荷收集区的连接部。
[0012]进一步地，所述环形包括多边形环、椭圆形环及圆形环中的一种，所述多边形环包括三角形环、矩形环、菱形环、等边六边形环及等边八边形环中的一种。
[0013]可选地，所述光电转换区包括Pin型光电二极管结构及基于P型外延层的光电转换结构中的一种，其中，所述Pin型光电二极管结构包括n型区及位于所述n型区上的表面p型掺杂区，所述表面p型掺杂区对应位于所述第二导流层外围，所述第一导流层延伸至所述n型区。
[0014]可选地，所述光电转换区的面积大于或等于100平方微米，深度大于或等于10微米。
[0015]可选地，所述光电转换元件还包括环绕于所述光电转换区和所述电荷收集区的隔离结构，所述隔离结构的深度大于所述电荷收集区的深度。
[0016]可选地，所述第一导流层与所述光电转换区四周边缘的垂直距离相等，所述第二导流层与位于其两侧的所述光电转换区的边缘的垂直距离相等。
[0017]可选地，所述第二导流层显露的端部与所述光电转换区的边缘之间的间距大于0.1μm。
[0018]可选地，当所述光电转换区感光并转化为光电电荷时，所述第一导流层和第二导流层施加第一高电位以在所述电隔离层表层吸引光电电荷并形成导流区，所述电荷收集区施加第二高电位，所述第二高电位高于所述第一高电位，以使所述光电电荷沿所述导流区传输至所述电荷收集区。
[0019]本专利技术还提供一种像素，所述像素包括：如上任一方案所述的光电转换元件；以及光电信号读出电路，所述光电信号读出电路连接于所述电荷收集区。
[0020]可选地，所述光电信号读出电路包括采集单相位信号电路结构、采集双相位信号电路结构及采集四相位信号电路结构中的一种。
[0021]可选地，所述光电信号读出电路用于接收并将所述光电转换元件产生的光电电荷调制为与光源发射器所发射的调制光波对应的相位光电电荷信号，并将所述相位光电电荷信号转换为相位光电信号输出。
[0022]本专利技术还提供一种飞行时间传感器，所述飞行时间传感器包括：光源发射器，用于向目标对象发射调制光波；像素阵列，包括多个如上任意一项方案所述的像素，所述像素用于接收目标对象反射的调制光波并调制为与所述调制光波对应的相位光电电荷信号，并将所述相位光电电荷信号转换为相位光电信号；控制电路，用于控制所述光源发射器及所述像素阵列的工作；读取电路，用于读取所述像素阵列中的相位光电信号。
[0023]可选地，所述飞行时间传感器还包括逻辑电路，用于对所述读取电路读取的相位光电信号进行处理，以获得所述像素所需的时间信息或/及距离信息。
[0024]可选地，所述像素阵列中的所述像素以矩形阵列排布，所述像素阵列的每列像素至少由一条信号线连接至所述读取电路，所述读取电路读取所述像素阵列的相位光电信号的方式包括行滚动方式读取、选择部分像素进行读取及全局读取中的一种。
[0025]可选地，所述光源发射器包括垂直腔面发射激光器、边缘发射激光器及发光二极管中的一种，所述调制光波包括正弦调制光波及方波脉冲光波中的一种。
[0026]本专利技术还提供一种电子设备，所述电子设备配置有如上所述的飞行时间传感器。
[0027]如上所述，本专利技术的光电转换元件、像素、飞行时间传感器及电子设备，具有以下有益效果：
[0028]本专利技术的光电转换元件，在像素调制相位光电信号过程中，所述第一导流层被置为高电位，以在其周围形成高电场梯度，可以起到快速吸引光电转换元件体内产生的光电电荷到第一导流层附近的导流区处，联合光电转换元件表面的第二导流层的导流区，共同形成光电电荷的高速导流路径，可快速地将调制光波相位时间段产生的光电电荷导流到电荷收集区，避免了因相位光电电荷传输速度慢而被滞留到下一相位信号而被下一相位信号所收集的问题，消除了相邻相位光电电荷本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种光电转换元件，其特征在于，所述光电转换元件包括：衬底；光电转换区，布置于所述衬底中；电荷收集区，布置所述衬底中，且与所述光电转换区相邻设置；第一导流层，自所述衬底表面延伸至所述光电转换区内部；第二导流层，设置于所述衬底表面，所述第二导流层与所述第一导流层连接并延伸至所述电荷收集区；电隔离层，设置于所述第一导流层和所述衬底之间的界面和所述第二导流层与所述衬底之间的界面。2.根据权利要求1所述的光电转换元件，其特征在于：所述光电转换元件包括一根所述第一导流层，所述第一导流层自所述衬底表面垂直延伸至所述光电转换区内部，所述第一导流层的深度小于所述光电转换区的深度。3.根据权利要求1所述的光电转换元件，其特征在于：所述光电转换元件包括间隔排布的多根第一导流层，多根所述第一导流层自所述衬底表面垂直延伸至所述光电转换区内部，多根所述第一导流层的深度小于所述光电转换区的深度，多根所述第一导流层极均与所述第二导流层连接。4.根据权利要求3所述的光电转换元件，其特征在于：所述第二导流层包括十字交叉部，以及与所述十字交叉部连接且延伸至所述电荷收集区的连接部，多根所述第一导流层分别设置于所述十字交叉的四个端部与交叉部。5.根据权利要求1所述的光电转换元件，其特征在于：所述第一导流层垂直投影至所述衬底表面的形状为长条形，所述第二导流层包括与所述第一导流层配合设置的长条部，以及与所述长条部连接且延伸至所述电荷收集区的连接部。6.根据权利要求1所述的光电转换元件，其特征在于：所述第一导流层垂直投影至所述衬底表面的形状为环形，所述第二导流层包括与所述第一导流层配合设置的环形部，以及与所述环形部连接且延伸至所述电荷收集区的连接部。7.根据权利要求6所述的光电转换元件，其特征在于：所述环形包括多边形环、椭圆形环及圆形环中的一种，所述多边形环包括三角形环、矩形环、菱形环、等边六边形环及等边八边形环中的一种。8.根据权利要求1所述的光电转换元件，其特征在于：所述光电转换区包括Pin型光电二极管结构及基于P型外延层的光电转换结构中的一种，其中，所述Pin型光电二极管结构包括n型区及位于所述n型区上的表面p型掺杂区，所述表面p型掺杂区对应位于所述第二导流层外围，所述第一导流层延伸至所述n型区。9.根据权利要求1所述的光电转换元件，其特征在于：所述光电转换区的面积大于或等于100平方微米，深度大...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭同辉，
申请(专利权)人：思特威上海电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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