具有可控转移栅的飞行时间像素制造技术

一种光飞行时间像素，包括具有混合区和转移区(TA，TB)的至少一个调制栅(GA，GB)，并且包括至少一个存储区(SGA，SGB)，转移区(TA，TB)设置在混合区与存储区(SGA，SGB)之间，所述转移区域以这样的方式被掺杂，其中存在于调制栅(GA，GB)处的调制栅电压使到存储区(SGA，SGB)的电荷转移开启或关闭。的电荷转移开启或关闭。的电荷转移开启或关闭。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有可控转移栅的飞行时间像素


[0001]根据本专利技术的飞行时间像素尤其涉及从发射和接收辐射的相移获得飞行时间信息的所有飞行时间或3D TOF相机系统。包括光子混合探测器(photonic mixing detector，PMD)的PMD相机(例如DE19704496C2中描述的那些PMD相机)特别适合作为飞行时间或3D TOF相机。当然，术语相机或相机系统还旨在包括包含有至少一个接收像素的相机或装置。
附图说明
[0002]附图中示意性示出了：
[0003]图1：根据本专利技术的结构；
[0004]图2：根据本专利技术的结构的等效电路图；以及
[0005]图3：根据本专利技术的结构的横截面和电位分布。
具体实施方式
[0006]本专利技术的核心构思是提供具有在混合区和存储区之间的修改的转移区的飞行时间像素，其可以由调制栅电压本身控制成开启状态或锁止状态。所提出的传感器元件的设计允许将期望的光生电荷载流子解调和放电到电荷存储器中，以及将不期望的光生电荷载流子选择性放电到丢弃节点中。这通过在光电栅(photogate)处定义的电压电平来实现。通过在光电栅上组合不同的功能，实现了对空间需求的显著减少。
[0007]根据需要，在吸收层中光生的电荷载流子被引导到存储区中并暂时存储在那里以供读出，或者被引导到二极管形式的丢弃节点中并因此被丢弃。通过在从混合区到存储区的过渡部分中使用位于光电栅GA和GB下方的特定注入物，实现了可控电阻器(转移区TA/TB)。该可控电阻器可以被认为是集成晶体管，通过该集成晶体管可以主动地将对存储区的访问控制为开启状态或锁止状态。
[0008]因此，本专利技术允许在存储和丢弃电荷载流子之间进行非常快速的改变，同时对光电栅的空间需求最小化。如果调制栅处的电压对应于调制电压(Vmod，高或Vmod，低)，则根据电荷载流子摆动将电荷载流子引导到存储区中。通过施加高电位(Vmod，高)，调制栅下方的当前转移区被同时控制为开启状态(低阻抗)。通过施加低电位(Vmod，低)，调制栅下方的对应转移区保持关闭(高阻抗)，从而防止电荷载流子收集到存储节点中。如果低/高电势(低于或等于Vmod，低/高于Vmod，高)被施加到两个调制栅，则光生电子朝向漏极二极管放电并因此被丢弃。这使得能够在自由选择期间(所谓的脉冲跳跃)内主动地消隐(blank out)光脉冲。
[0009]图1示出了基本结构。像素由以下组件配置
[0010]●
STI内部的有源硅区域
[0011]●
虚线框区域：多晶硅栅极
[0012]●
阴影区域：本专利技术描述的多晶硅栅极下方的局部限制区。
[0013]对各个组件的指定如下：
[0014]●
DA/DB＝积分二极管，通过其读出电荷的二极管
[0015]●
DD＝漏极二极管，放电节点
[0016]●
GA/GB＝光活性区上方的多晶硅栅极，用于光生电荷载流子的目标偏转
[0017]●
SGA/SGB＝设计为存储栅极的多晶硅栅极，用于光生电荷载流子的中间存储
[0018]●
DG＝漏栅、多晶硅栅极和部分丢弃节点
[0019]●
TA/TB＝从混合区到存储区的过渡部分中的转移区和可控电阻器。
[0020]在一个半导体衬底上沉积两个光电栅GA和GB，这两个光电栅GA和GB覆盖光活性混合区并且将光生电荷载流子引导到相邻的存储区SGA/SGB中。在竖直方向上设置漏栅(DG)，其将混合区直接连接到漏极二极管DD(丢弃节点)。以在这些转移区TA、TB中产生可控电阻器的方式掺杂光电栅GA/GB的可控转移区TA、TB(其与存储区SGA和SGB相邻)。在光电栅GA、GB和存储区SGA、SGB之间的转移区TA、TB中产生的可控电阻器可被视为集成晶体管。相应的等效电路如图2所示。
[0021]以这样的方式设置该集成晶体管，使得通过所施加的调制栅电压将通道控制成开启的(光电子被转移到存储区)或锁止的(光电子不被转移到存储区)。用于限定转移区的注入物可以设计为n型注入物或p型注入物。必须以这种方式设置注入物的掺杂浓度、注入深度和局部膨胀，使得转移区根据所施加的调制电压而开启或关闭并且取决于像素的单独布局。
[0022]因此，该调制栅具有两个基本功能：一方面，对光生电荷载流子进行解调，另一方面，对整合在边界区中的转移区TA、TB到存储区SG的开启和锁止。原则上，后者不需要额外电压。为了解调和控制传送区的开启或锁止，可以仅使用调制电压。因此，不需要使用专用栅来开启和锁止存储区，从而提供了针对已知设计的节省空间的替代方案。基本规则是：
[0023]R
on
<<R
drain
<<R
off
[0024]锁止对存储区SGA和SGB的访问并且因此完全防止在操作期间收集光生电荷载流子的可能性还使得能够以时间限定的方式丢弃光生电荷载流子，即引导它们进入丢弃节点。这样的丢弃节点形成保持在限定电位的漏栅DG和漏极二极管DD。该设置适用于像素的正面照明和背面照明。
[0025]图2示出了本专利技术的等效电路。光电栅GA、GB的部分区域TA、TB可以被认为是可通过调制栅电压切换到高阻抗或低阻抗的晶体管。晶体管的源极和漏极对应于GA/GB下方的光活性区和SGA/SGB下方的存储区。由于在积分期间不改变DD电压和DG电压，因此丢弃节点(漏栅和漏极二极管)对应于该示意图中的固定电阻器。使用期间适用以下关于电阻器的条件
[0026]R(TA，TB)
on
<<R
drain
<<R(TA，TB)
off
。
[0027]图3显示了两个积分阶段(收集SGA/SGB下方的光生电荷载流子)和保持/漏极(SGA/SGB下方无收集)的电位曲线，针对朝向SGA/SGB的GA/GB的横截面并且垂直穿过DG。在下文中，将基于电位曲线描述基本功能。
[0028]在积分期间，调制栅以调制电压操作。在高电压(Vmod，高)，由于特定注入而存在的调制栅下方(在到存储栅极SG的边界处)的转移区/集成晶体管(TA/TB)被控制为开启(在图3中示出区TB，R(TB)低阻抗)。因此，通道开启，其中光生电荷载流子可以被转移到存储区。同时，当调制栅电压为低(Vmod，低)时，晶体管通道保持锁止，从而防止光生电荷载流子
进入通道或被放电到存储区中(在图3中示出区TA，R(TA)高阻抗)。通过将集成在调制栅下方的晶体管控制为开启状态或锁止状态，可以显著地增加解调对比度。
[0029]同时，在积分期间漏栅保持在中等电位。以这样的方式设置电势，在将电荷载流子解调并放电到存储区期间，几乎没有电荷载流子进入漏极二极管(参见图3中的截面)。
[0030]在保持模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种飞行时间像素，包括：至少一个调制栅(GA，GB)，其包括混合区和转移区(TA，TB)；和至少一个存储区(SGA、SGB)；其中，所述转移区(TA，TB)设置在所述混合区与所述存储区(SGA，SGB)之间；其中，所述转移区被掺杂，使得施加到所述调制栅(GA，GB)的调制栅电压使到所述存储区(SGA，SGB)的电荷转移开启或关闭。2.根据权利要求1所述的飞行时间像素，其中，一个或多个所述存储区各自连接到读出二极管。3.根据前述权利要求中任一项所述的飞行时间像素，包括至少一个漏栅(DG)，所述至少一个漏栅(DG)用于将在读出和保持...

【专利技术属性】
技术研发人员：格里特，
申请(专利权)人：PMD技术股份公司，
类型：发明
国别省市：