光电转换设备、光电转换系统和移动体技术方案

本发明专利技术提供了光电转换设备、光电转换系统和移动体。光电转换设备包括：多个像素，其各自包括相应的雪崩光电二极管，其中，所述多个像素包括输出与光子的检测相对应的光子检测信号的作用像素和不输出所述光子检测信号的非作用像素，以及其中，所述光电转换设备还包括控制单元，所述控制单元对在所述非作用像素的雪崩光电二极管的阳极和阴极之间要施加的电压进行再充电。压进行再充电。压进行再充电。

【技术实现步骤摘要】
光电转换设备、光电转换系统和移动体


[0001]本公开涉及光电转换设备的配置。

技术介绍

[0002]存在布置有各自包括雪崩光电二极管(下文中被缩写为APD)的多个像素的已知光电转换设备。各个像素可以使用由于光子入射在APD上引起的光电荷导致雪崩倍增的现象来检测单光子水平的光。
[0003]国际公开WO2019/035369公开了一种出于除了光检测之外的目的而设置各自包括APD的一部分像素的配置。

技术实现思路

[0004]根据本公开的第一方面的一种光电转换设备，包括：多个像素，其各自包括相应的雪崩光电二极管，其中，所述多个像素包括输出与光子的检测相对应的光子检测信号的作用像素和不输出所述光子检测信号的非作用像素，以及其中，所述光电转换设备还包括控制单元，所述控制单元对在所述非作用像素的雪崩光电二极管的阳极和阴极之间要施加的电压进行再充电。
[0005]根据本公开的第二方面的一种光电转换设备，包括：多个像素，其各自包括相应的雪崩光电二极管，其中，所述多个像素包括输出光子检测信号的作用像素，以及其中，所述作用像素在除了进行光子检测的曝光时段之外的时段期间，对在所述作用像素的雪崩光电二极管的阳极和阴极之间要施加的电压进行再充电。
[0006]根据参考附图对示例性实施例的以下描述，各实施例的其他特征将变得清楚。
附图说明
[0007]图1是根据实施例的光电转换设备的示意图。
[0008]图2是根据实施例的光电转换设备的光电二极管(PD)基板的示意图。
[0009]图3是根据实施例的光电转换设备的电路基板的示意图。
[0010]图4是根据实施例的光电转换设备的示例配置的框图。
[0011]图5的(A)是根据实施例的光电转换设备的像素电路的示意图。
[0012]图5的(B)和(C)是示出根据实施例的光电转换设备的驱动的示意图。
[0013]图6A是根据第一实施例的光电转换设备的像素电路的框图。
[0014]图6B和图6C是示出根据第一实施例的光电转换设备的像素电路的驱动的示例的时序图。
[0015]图7A是根据第二实施例的光电转换设备的像素电路的框图。
[0016]图7B是示出根据第二实施例的光电转换设备的像素电路的驱动的示例的时序图。
[0017]图8A是根据第三实施例的光电转换设备的像素电路的框图。
[0018]图8B是示出根据第三实施例的光电转换设备的像素电路的驱动的示例的时序图。
[0019]图9A是根据第四实施例的光电转换设备的像素电路的框图。
[0020]图9B是示出根据第四实施例的光电转换设备的像素电路的驱动的示例的时序图。
[0021]图10A是根据第五实施例的光电转换设备的像素电路的框图。
[0022]图10B是示出根据第五实施例的光电转换设备的像素电路的驱动的示例的时序图。
[0023]图11是示出根据第六实施例的光电转换设备的像素电路排列的示意图。
[0024]图12A是根据第七实施例的光电转换设备的像素电路的框图。
[0025]图12B是示出根据第七实施例的光电转换设备的像素电路的驱动的示例的时序图。
[0026]图13是根据第八实施例的光电转换系统的功能框图。
[0027]图14A和图14B是根据第九实施例的光电转换系统的功能框图。
[0028]图15是根据第十实施例的光电转换系统的功能框图。
[0029]图16是根据第十一实施例的光电转换系统的功能框图。
[0030]图17A是根据第十二实施例的光电转换系统的功能框图。
[0031]图17B是根据第十二实施例的光电转换系统的功能框图。
具体实施方式
[0032]以下用于体现本公开的技术精神，并不意在限制每个实施例。附图所示的构件的大小和位置关系可能出于清楚的目的而被夸大。在以下描述中，可以使用相同的附图标记来对相同的组件进行缩写。
[0033]下面将参考附图详细描述实施例。在以下描述中，根据需要使用指示特定方向或位置的术语(例如，“顶部”、“底部”、“右”、“左”和包含这些术语的其他术语)。应当理解，使用这些术语来便于参考附图理解实施例，并且本公开的技术范围不受这些术语的含义的限制。
[0034]在本说明书中，平面图是从与半导体层的光入射面垂直的方向观察的图。截面图是在与半导体层的光入射面垂直的方向上的图。如果半导体层的光入射面在微观图中是粗糙的，则基于宏观图中的半导体层的光入射面来定义平面图。
[0035]在以下描述中，雪崩光电二极管(APD)的阳极被设置为固定电位，并且从阴极取出信号。因此，多数载流子是与信号电荷极性相同的电荷的第一导电类型的半导体区域是N型半导体区域，并且多数载流子是与信号电荷极性不同的电荷的第二导电类型的半导体区域是P型半导体区域。
[0036]当APD的阴极在固定电位并且从阳极取出信号时，本公开也成立。在这种情况下，多数载流子是与信号电荷极性相同的电荷的第一导电类型的半导体区域是P型半导体区域，并且多数载流子是与信号电荷极性不同的电荷的第二导电类型的半导体区域是N型半导体区域。虽然以下描述了APD的节点之一在固定电位的情况，但是这两个节点的电位可以变化。
[0037]在本说明书中，术语“杂质浓度”是指减去了相反导电类型的杂质的补偿而得到的净杂质浓度。换句话说，“杂质浓度”是指净掺杂浓度。P型添加杂质浓度高于N型添加杂质浓度的区域是P型半导体区域。相反，N型添加杂质浓度高于P型添加杂质浓度的区域是N型半
导体区域。
[0038]图1是示出层压型光电转换设备100的配置的图。光电转换设备100包括层叠并彼此电连接的两个基板：传感器基板11和电路基板21。传感器基板11包括第一半导体层和第一布线结构，该第一半导体层包括稍后描述的光电转换元件102。电路基板21包括第二半导体层和第二布线结构，该第二半导体层包括稍后描述的信号处理单元103。光电转换设备100被配置成使得依次层压第二半导体层、第二布线结构、第一布线结构和第一半导体层。各个实施例中描述的光电转换设备是光入射在第二面上并且电路基板放置在第一面上的背照型光电转换设备。
[0039]在以下描述中，传感器基板11和电路基板21是切割芯片(diced chip)。然而，基板不限于芯片。例如，基板可以是晶圆。基板可以在以晶圆状态进行层压之后进行切割，或者可以从晶圆切割成芯片，然后进行层压和接合。
[0040]传感器基板11包括像素区域12。电路基板21包括用于处理在像素区域12中检测到的信号的电路区域22。
[0041]图2是示出传感器基板11的排列的示例的图。各自包括具有APD的光电转换元件102的像素101在平面图中以二维阵列排列，以形摄像素区域12。
[0042]像素101通常用于形成图像，但在飞行时间(ToF)方法中使用的情况下，没有必要一定需要形成图像。换句本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光电转换设备，包括：多个像素，其各自包括相应的雪崩光电二极管，其中，所述多个像素包括输出与光子的检测相对应的光子检测信号的作用像素和不输出所述光子检测信号的非作用像素，以及其中，所述光电转换设备还包括控制单元，所述控制单元对在所述非作用像素的雪崩光电二极管的阳极和阴极之间要施加的电压进行再充电。2.根据权利要求1所述的光电转换设备，还包括：再充电电路，其连接到雪崩光电二极管；其中，在所述多个像素中，通过根据再充电信号控制所述再充电电路，来对要施加到雪崩光电二极管的电压进行再充电。3.根据权利要求2所述的光电转换设备，其中，所述再充电电路根据所述再充电信号来切换雪崩光电二极管和电源之间的电阻。4.根据权利要求2所述的光电转换设备，其中，与所述非作用像素的再充电信号的脉冲宽度相对应的时段和与所述作用像素的再充电信号的脉冲宽度相对应的时段彼此不同。5.根据权利要求2所述的光电转换设备，其中，所述作用像素在曝光时段期间检测光子。6.根据权利要求2所述的光电转换设备，其中，所述非作用像素不向所述多个像素外部输出信号。7.根据权利要求2所述的光电转换设备，其中，在所述非作用像素中，通过间隙剔除操作或裁剪操作来停止所述非作用像素的光子检测信号的生成和输出中的一者或这两者。8.根据权利要求2所述的光电转换设备，其中，所述非作用像素输出与所述再充电信号的波形相对应的信号。9.根据权利要求2所述的光电转换设备，还包括：计数器，其被输入来自所述非作用像素的输出信号，其中，与所述非作用像素的阳极或阴极不同的节点连接到所述计数器的输入节点。10.根据权利要求5所述的光电转换设备，其中，在所述作用像素的曝光时段期间，根据作为以第一周期输入的时钟信号的所述再充电信号，对要施加到所述作用像素的电压进行再充电。11.根据权利要求10所述的光电转换设备，其中，根据作为以第二周期输入的时钟信号的所述再充电信号，对要施加到所述非作用像素的电压进行再充电，以及其中，所述第二周期比所述第一周期长。12.根据权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：大田康晴，春日井太一，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：