钉扎光电二极管像素制造技术

公开了一种用于环境光和/或颜色传感器的像素(200、400)。像素包括多个钉扎光电二极管(205a

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钉扎光电二极管像素
[0001]公开领域
[0002]本公开属于环境光和颜色感测领域，并且尤其涉及用钉扎光电二极管实现的环境光和颜色传感器的像素。

技术介绍

[0003]辐射传感器通常被用于诸如智能电话、智能手表、平板设备和膝上型计算机的电子设备中。这种设备通常具有用于向用户呈现信息的显示器，例如LED屏幕。此外，这种电子设备还可以包括图像感测设备，例如照相机。
[0004]显示器在向用户呈现信息中的有效性可能受到环境辐射的影响。例如，在以高强度环境辐射为特征的明亮环境中，可能希望增加显示器的亮度以增加所显示信息的整体可感知性。相反，在以低强度的环境辐射为特征的弱光环境中，可能希望降低显示器的亮度以避免刺激用户的眼睛。
[0005]类似地，设备捕获图像和/或显示捕获图像的能力也可能受到环境辐射水平的影响。尤其是，环境辐射的颜色可能影响图像感测设备执行图像的白平衡的能力。
[0006]辐射传感器可以提供关于环境辐射水平的详细信息。例如，通常可以在这样的电子设备上实现一个或多个辐射传感器，以使该设备能够响应于检测到的环境辐射水平来调整显示器的亮度。然而，现有的辐射传感器可能表现出有限的动态范围，因此限制了它们在宽范围的照明状况(例如从强直射日光到弱光状况的范围)上精确地感测环境辐射水平的适用性。
[0007]辐射传感器还可以提供关于入射辐射颜色的信息。关于入射辐射颜色的信息可以实现诸如由相机捕获的图像的自动白平衡(AWB)和/或响应于感测的环境辐射颜色和/或强度的图像显示调整的特征。此外，关于入射辐射颜色的信息可以实现环境辐射源的分类。
[0008]环境辐射的感测在本领域中可以被称为环境光感测(ALS)。在环境辐射的上下文中，术语“光”将被理解为包括可见和/或非可见辐射，例如红外和/或紫外辐射。ALS的一个要求是以相对高的准确度检测环境辐射强度水平和/或颜色。现有的辐射传感器在区分不同颜色的入射辐射的能力方面可能受到限制。
[0009]便携式设备设计的最新趋势，并且尤其是智能电话设计中的最新趋势是通过减小边框的面积来最大化显示面积。这可以至少部分地通过将诸如辐射传感器的传感器定位在显示器后面来实现。
[0010]通过在显示器后面安装传感器，由于显示器的不透明度，可以降低入射到传感器上的辐射强度。此外，在一些情况下，显示器本身可以发射辐射，该辐射可能干扰设置在显示器后面的传感器对辐射的测量。
[0011]因此，期望提供一种适合于布置在便携式设备的显示器后面的传感器，其表现出具有高精度的高水平的光学灵敏度，同时其特征还在于相对低的“暗计数”，例如在没有入射辐射的情况下的低信号水平。
[0012]此外，还希望提供一种具有宽动态范围的传感器，其适用于整个范围的环境辐射
状况，诸如直射阳光和微光状况。
[0013]对低功率、性能和小型化的要求也推动了在这种电子设备中部件高度集成的必要性。通过这种集成和小型化，可以增加传感器对噪声尤其是电源噪声的影响的敏感度。因此，还希望提供一种高度可集成的传感器，其表现出对噪声的高度抗扰性，尤其是具有高电源抑制比(PSRR)。
[0014]因此，本公开的至少一个方面的至少一个实施方式的目的是消除或至少减轻现有技术的上述缺点中的至少一个。

技术实现思路

[0015]本公开属于环境光和颜色感测领域，并且尤其涉及用钉扎光电二极管实现的环境光和颜色传感器的像素。
[0016]根据本公开的第一方面，提供了一种用于环境光和/或颜色传感器的像素。该像素包括多个钉扎光电二极管和浮动扩散区域。多个钉扎光电二极管的有源面积与浮动扩散区域的面积之比大于150。
[0017]有利地，代替使用基于大n阱的光电二极管或甚至岛状光电二极管，如常规环境光传感器所做的，本公开涉及使用钉扎光电二极管来实现对入射辐射的颜色和/或强度的高灵敏度但低噪声测量的像素实现方式。
[0018]有利地，钉扎光电二极管的使用使得能够适配通常与图像传感器相关联的技术，并且容易在低电压CMOS兼容工艺中制造。
[0019]有利地，相对于利用传统的n阱“板式”光电二极管感测辐射，钉扎光电二极管的使用使得能够极快地感测入射辐射。
[0020]有利地，多个钉扎光电二极管相对于浮动扩散区域的面积具有相对大的有源面积可以提高钉扎光电二极管的整体光学灵敏度和增益。尤其是，浮动扩散区域的相对小的面积可减小浮动扩散区域的电容，且因此增加像素的灵敏度。
[0021]有利地，所公开的像素适合于高灵敏度和高动态范围应用，因为所公开的像素表现出与小和大像素设计相关的优点。通过实施动态定时切换和高像素转换增益，所公开的像素可被实施于提供相对高的信噪比(SNR)数据的传感器中。
[0022]多个钉扎光电二极管中的每个钉扎光电二极管的有源面积可以是至少25μm2。
[0023]在示例实施方式中，每个钉扎光电二极管可以具有10μm x 10μm范围内的尺寸。在一些实施方式中，每个钉扎光电二极管的总面积可以在12μm x 12μm的区域中，从而产生高度敏感但可扩展的结构。
[0024]有源面积可被定义为每个钉扎光电二极管内的区域，该区域被扩散以产生用于将光子转换为电流的P
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N或N
‑
P结。
[0025]浮动扩散区域可被配置为具有2.5毫微微法或更小的电容。
[0026]有利地，这种低电容与相对短的积分时间的组合可以提供相对高的转换增益。例如，在一些实施方式中，可以实现80μV/e
‑
或更大的转换增益。
[0027]像素可以是有源像素。例如，像素可以包括一个或多个晶体管，例如MOSFET，用于控制像素的操作。
[0028]像素可包含被配置为将浮动扩散复位到参考电压的复位晶体管。
[0029]在示例中，复位晶体管的阈值电压可被配置为大于0.1V。
[0030]也就是说，与在常规CMOS图像传感器中实现的像素相比，复位晶体管的阈值可能相对较高。在一些实施方式中，可以使用高阈值注入来实现阈值，调整该阈值以提供与常规CMOS图像传感器相比更低泄漏的晶体管。
[0031]有利地，大于0.1伏的阈值能够减少漏电流，从而减少暗计数。可以调整复位晶体管的大小以最小化任何寄生电容。
[0032]像素可以包括多个转移栅极。每个转移栅极可被配置为将电荷从多个钉扎光电二极管中的一者转移到浮动扩散。
[0033]像素可以包括读出晶体管。读出晶体管可以被配置为源极跟随器晶体管，用于对浮动扩散的电压进行采样。
[0034]读出晶体管可以相对较小，从而使对浮动扩散的总电容起作用的读出晶体管的任何寄生栅极电容的影响最小化。可以选择读出晶体管的尺寸以折衷灵敏度和噪声。
[0035]可以形成栅极宽度小于1μm的读出晶体管。
[0036]在一些示例中，可实施相对窄宽度的读出晶体管，其中栅极宽度可为1μm或甚至更窄。可以使用专用注入来实现读本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于环境光和/或颜色传感器的像素(200，400)，包括：多个钉扎光电二极管(205a
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d；405a
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d)；以及浮动扩散区域(220，420)；其中，所述多个钉扎光电二极管的有源面积与所述浮动扩散区域的面积的比率大于150。2.根据权利要求1所述的像素(200，400)，其中，所述多个钉扎光电二极管(205a
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d；405a
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d)中的每个钉扎光电二极管的有源面积为至少25μm2。3.根据权利要求1所述的像素(200，400)，其中，所述浮动扩散区域(220，420)被配置为具有2.5毫微微法或更小的电容。4.根据权利要求1所述的像素(200，400)，其中，所述像素是有源像素，该有源像素包括：复位晶体管(210)，被配置为将所述浮动扩散区域(220，420)复位到参考电压；多个转移栅极(235a
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d)，每个转移栅极能够被配置为将电荷从所述多个钉扎光电二极管(205a
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d；405a
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d)中的一个传输到所述浮动扩散区域(220，420)；读出晶体管，被配置为源极跟随器晶体管(225)，用于对所述浮动扩散区域(220，420)的电压进行采样。5.根据权利要求4所述的像素(200，400)，其中，所述复位晶体管(210)的阈值电压被配置为大于0.1伏。6.根据权利要求4或5所述的像素(200，400)，其中，所述读出晶体管被形成为具有小于1μm的宽度。7.根据权利要求4或5所述的像素(200，400)，其中，用于控制每个转移栅极(235a
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【专利技术属性】
技术研发人员：本杰明，
申请(专利权)人：艾迈斯欧司朗亚太私人有限公司，
类型：发明
国别省市：