成像系统和操作成像系统的方法技术方案

一种成像系统和操作成像系统的方法。成像系统包括：发射器单元，包括一种或多种光源；接收器单元，包括：包括装配在硅半导体基板上的多个像素的图像传感器。每个像素包括：耦合硅半导体基板的吸收层，吸收层中的锗含量范围介于10％到100％；一个或多个第一开关，装配在吸收层及硅半导体基板的任一种或两者的组合，用以接收在吸收层或硅半导体基板的第一控制信号并通过吸收层或硅半导体基板输出由吸收的光子产生的电子或空穴给第一读出电路；一个或多个第二开关，装配在吸收层及硅半导体基板的任一种或两者的组合，用以接收在吸收层或硅半导体基板的第二控制信号并通过吸收层或硅半导体基板输出由吸收的光子产生的电子或空穴给第二读出电路。给第二读出电路。给第二读出电路。

【技术实现步骤摘要】
成像系统和操作成像系统的方法
[0001]本申请是国家申请号为201680060746.9(国际申请号PCT/US2016/060493，国际申请日2016年11月4日，专利技术名称“高速感光设备”)之申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本专利申请要求2015年11月6日提交的美国临时专利申请No.62/251,691，2015年12月28日提交的美国临时专利申请No.62/271,386，2016年2月12日提交的美国临时专利申请No.62/294,436，2016年10月31日提交的美国非临时专利申请15/338,660的权益，上述专利以引用方式并入本文。

技术介绍

[0004]本说明书涉及用光电二极管进行光检测。
[0005]光在自由空间中传播或者光学介质耦合到将光信号转换为电信号而进行处理的光电二极管。

技术实现思路

[0006]根据本说明书所述主题的一个创新方面，三维物体所反射的光可以由成像系统的光电二极管进行检测。此光电二极管将所检测到的光转换为电荷。每根光电二极管可包括用以收集电荷的两组开关。一段时间后可更改由两组开关进行的电荷收集过程，使得成像系统可以确定感测光的相位信息。成像系统可以用相位信息来分析与三维物体关联的特性，包括深度信息或材料成分。成像系统也可以使用相位信息来分析与以下项关联的特性：眼球追踪、手势识别、三维模型扫描/视频录制、和/或增强/虚拟现实应用。
[0007]一般来说，本说明书中所述主题的一个创新方面能够体现在光学设备中，该光学设备包括：半导体基板；锗硅层，其耦合到半导体基板，该锗硅层包括被配置用于吸收光子并且从所吸收的光子产生光载流子的光电二极管区域；一个或多个第一开关，其由第一控制信号控制，所述一个或多个第一开关被配置用于基于第一控制信号收集光载流子的至少一部分；以及一个或多个第二开关，其由第二控制信号控制，所述一个或多个第二开关被配置用于基于第二控制信号收集光载流子的至少一部分，其中该第二控制信号不同于第一控制信号。所述一个或多个第一开关包括第一p掺杂区，该第一p掺杂区在锗硅层中，其中第一p掺杂区由第一控制信号控制；以及第一n掺杂区，该第一n掺杂区在锗硅层中，其中第一n掺杂区耦合到第一读出集成电路。所述一个或多个第二开关包括第二p掺杂区，该第二p掺杂区在锗硅层中，其中第二p掺杂区由第二控制信号控制；以及第二n掺杂区，该第二n掺杂区在锗硅层中，其中第二n掺杂区耦合到第二读读出成电路。
[0008]此具体实施和其它具体实施均可任选地包括一种或多种以下特征。锗硅层可以包括第三n掺杂区和第四n掺杂区，其中第一p掺杂区的至少一部分可以形成在第三n掺杂区中，并且其中第二p掺杂区的至少一部分可以形成在第四n掺杂区中。锗硅层可以包括第三n掺杂区，其中第一p掺杂区的至少一部分和第二p掺杂区的一部分可以形成在第三n掺杂区中。半导体基板可以包括第三p掺杂区和一个或多个n掺杂区，其中锗硅层可以布置在第三p
掺杂区上方，并且其中第三p掺杂区可以与所述一个或多个n掺杂区电短路。
[0009]第一控制信号可以是固定的偏置电压，并且第二控制信号可以是在第一控制信号的固定的电压上偏置的可变偏置电压。由锗硅层吸收的光子可以从三维目标的表面反射，并且由一个或多个第一开关收集的光载流子的一部分和由一个或多个第二开关收集的光载流子的一部分可被飞行时间系统利用以分析三维目标的深度信息或材料成分。
[0010]本说明书中所述主题的另一创新方面能够体现在光学设备中，该光学设备包括：半导体基板；吸收层，其耦合到半导体基板，该吸收层包括被配置用于吸收光子并且从所吸收的光子产生光载流子的光电二极管区域；一个或多个第一开关，其由第一控制信号控制，所述一个或多个第一开关被配置用于基于第一控制信号收集光载流子至少一部分；以及一个或多个第二开关，其由第二控制信号控制，所述一个或多个第二开关被配置用于基于第二控制信号收集光载流子的至少一部分，其中该第二控制信号不同于第一控制信号。所述一个或多个第一开关包括第一p掺杂区，该第一p掺杂区在半导体基板中，其中第一p掺杂区由第一控制信号控制；以及第一n掺杂区，该第一n掺杂区在半导体基板中，其中第一n掺杂区耦合到第一读读出成电路。所述一个或多个第二开关包括第二p掺杂区，该第二p掺杂区在半导体基板中，其中第二p掺杂区由第二控制信号控制；以及第二n掺杂区，该第二n掺杂区在半导体基板中，其中第二n掺杂区耦合到第二读出集成电路。
[0011]此具体实施和其它具体实施均可任选地包括一种或多种以下特征。半导体基板可以包括第三n掺杂区和第四n掺杂区，其中第一p掺杂区的至少一部分可以形成在第三n掺杂区中，并且其中第二p掺杂区的至少一部分可以形成在第四n掺杂区中。半导体基板可以包括第三n掺杂区，其中第一p掺杂区的至少一部分和第二p掺杂区的一部分可以形成在第三n掺杂区中。半导体基板可以包括一个或多个p阱区。
[0012]第一控制信号可以是固定的偏置电压，其中第二控制信号可以是在第一控制信号的固定的电压上偏置的可变偏置电压。由吸收层吸收的光子可以从三维目标的表面反射，其中由一个或多个第一开关收集的光载流子的一部分和由一个或多个第二开关收集的光载流子的一部分可被飞行时间系统利用以分析三维目标的深度信息或材料成分。
[0013]本说明书中所述主题的另一创新方面能够体现在光学设备中，该光学设备包括：半导体基板；吸收层，其耦合到半导体基板，该吸收层包括被配置用于吸收光子并且从所吸收的光子产生光载流子的光电二极管区域；一个或多个第一开关，其由第一控制信号控制，所述一个或多个第一开关被配置用于基于第一控制信号收集光载流子至少一部分；以及一个或多个第二开关，其由第二控制信号控制，所述一个或多个第二开关被配置用于基于第二控制信号收集光载流子的至少一部分，其中该第二控制信号不同于第一控制信号。所述一个或多个第一开关包括多个第一p掺杂区，该多个第一p掺杂区在半导体基板中，其中多个第一p掺杂区由第一控制信号控制；以及多个第一n掺杂区，该多个第一n掺杂区在半导体基板中，其中多个第一n掺杂区耦合到第一读出集成电路。所述一个或多个第二开关包括多个第二p掺杂区，该多个第二p掺杂区在多个半导体基板中，其中多个第二p掺杂区由第二控制信号控制；以及多个第二n掺杂区，该多个第二n掺杂区在半导体基板中，其中多个第二n掺杂区耦合到第二读出集成电路。
[0014]此具体实施和其它具体实施均可任选地包括一种或多种以下特征。半导体基板可以包括第三n掺杂区，其中多个第一p掺杂区的至少一部分和多个第二p掺杂区的一部分可
以形成在第三n掺杂区中。多个第一p掺杂区和多个第二p掺杂区可以沿着在半导体基板中的第一平面以交叉布置的形式布置，其中多个第一n掺杂区和多个第二n掺杂区可以沿着在半导体基板中不同于第一平面的第二平面以交叉布置的形式布置。多个第一p掺杂区中的每个p掺杂区可以布置在多个第一n掺杂区中的相应n掺杂区上方，并且多个第二p掺杂区中的每个p掺杂区可以布置在多个第二n掺杂区中的相应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种成像系统，其特征在于，包括：一发射器单元，所述发射器单元包括一种或多种光源；一接收器单元，所述接收器单元包括一图像传感器，所述图像传感器包括装配在一硅半导体基板上的多个像素，其中每个所述像素包括：一吸收层，所述吸收层耦合所述硅半导体基板，其中所述吸收层中的锗含量范围介于10％到100％；一个或多个第一开关，所述一个或多个第一开关装配在所述吸收层及所述硅半导体基板的任一种或两者的组合，用以接收在所述吸收层或所述硅半导体基板的一第一控制信号，并通过所述吸收层或所述硅半导体基板输出由吸收的光子产生的电子或空穴给一第一读出电路；以及一个或多个第二开关，所述一个或多个第二开关装配在所述吸收层及所述硅半导体基板的任一种或两者的组合，用以接收在所述吸收层或所述硅半导体基板的一第二控制信号，并通过所述吸收层或所述硅半导体基板输出由吸收的光子产生的电子或空穴给一第二读出电路。2.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述一个或多个第一开关及一个或多个第二开关包括装配在所述吸收层或所述硅半导体基板的一p掺杂区，其中所述p掺杂区被所述第一控制信号控制；以及装配在所述吸收层或所述硅半导体基板的一n掺杂区，其中所述n掺杂区耦合到所述第一读出电路。3.根据权利要求2所述的成像系统，其中，所述多个像素还包括在所述吸收层或所述硅半导体基板的一n阱区，并且所述p掺杂区完全或部分地形成在所述n阱区。4.根据权利要求3所述的成像系统，其中，所述多个像素各自还包括至少一部分在所述吸收层下方的第二p掺杂区及一个或多个与所述p掺杂区电性短路的所述n掺杂区，其中所述一个或多个n掺杂区形成在所述硅半导体基板中。5.根据权利要求2所述的成像系统，其中，所述多个像素各自还包括在所述吸收层或所述硅半导体基...

【专利技术属性】
技术研发人员：那允中，梁哲夫，
申请(专利权)人：光程研创股份有限公司，
类型：发明
国别省市：