钳位光电二极管传感器制造技术

公开了一种用于环境光和

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钳位光电二极管传感器


[0001]本公开内容属于环境光和颜色感测领域，并且特别地涉及用钳位光电二极管实现的环境光和颜色传感器
。

技术介绍

[0002]在诸如智能电话
、
智能手表
、
平板装置和膝上型计算机的电子设备中通常使用辐射传感器
。
这样的设备通常具有显示器例如
LED
屏幕，用于向用户呈现信息
。
此外，这样的电子设备还可以包括图像感测设备例如摄像装置
。
[0003]显示器在向用户呈现信息时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亮环境中，可能期望增加显示器的亮度以增加所显示的信息的整体可感知性
。
相反，在以低强度环境辐射为特征的弱光环境中，可能期望降低显示器的亮度以避免对用户眼睛的刺激
。
[0004]类似地，设备捕获图像和
/
或显示所捕获的图像的能力也可能受到环境辐射水平的影响
。
特别地，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
。
[0005]辐射传感器可以提供关于环境辐射水平的详细信息
。
例如，通常可以在此类电子设备上实现一个或更多个辐射传感器，以使得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，因此限制了所述辐射传感器在宽范围的照明条件下
(r/>例如，从强烈的直射阳光到弱光条件的范围内
)
精确地感测环境辐射水平的适合性
。
[0006]辐射传感器还可以提供关于入射辐射的颜色的信息
。
关于入射辐射的颜色的信息可以实现下述特征：例如对由摄像装置捕获的图像的自动白平衡
(AWB)
以及
/
或者响应于感测到的环境辐射的颜色和
/
或强度而对图像的显示的调整
。
此外，关于入射辐射的颜色的信息可以实现环境辐射源的分类
。
[0007]环境辐射的感测在本领域中可以被称为环境光感测
(ALS)。
在环境辐射的背景下，术语“光”将被理解为涵盖可见辐射和
/
或不可见辐射例如红外辐射和
/
或紫外辐射
。ALS
的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其区分不同颜色的入射辐射的能力方面可能受到限制
。
[0008]便携式设备设计并且特别是智能电话设计的近期趋势是通过减小边框区域来使显示区域最大化
。
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
。
[0009]通过将传感器安装在显示器后面，入射到传感器上的辐射的强度可以由于显示器的不透明度而降低
。
此外，在一些实例中，显示器本身可以发射辐射，这可能干扰由设置在显示器后面的传感器进行的对辐射的测量
。
[0010]因此，期望提供适合于设置在便携式设备的显示器后面的下述传感器，该传感器表现出高水平的光学灵敏度和高精度，同时还具有相对低的“暗计数”的特征例如在没有入射辐射时的低信号水平
。
[0011]此外，还期望提供表现出适于跨全范围的环境辐射条件例如直射阳光和弱光的条件使用的宽的动态范围的传感器
。
[0012]对低功率
、
性能和小型化的要求也推动了对于这种电子设备中的部件的高度集成的必要性
。
在这种集成和小型化的情况下，可能增加传感器对噪声并且特别是电源噪声的影响的敏感性
。
因此，还期望提供表现出对噪声的高度抗扰度并且特别地具有高的电源抑制比
(PSRR)
的高度可集成的传感器
。
[0013]因此，本公开内容的至少一个方面的至少一个实施方式的目的是避免或至少减轻现有技术的以上所述的缺点中的至少一个
。

技术实现思路

[0014]本公开内容属于环境光和颜色感测领域，并且特别涉及用钳位光电二极管实现的传感器
。
根据本公开内容的第一方面，提供了一种用于环境光和
/
或颜色感测的传感器，该传感器包括：像素，其包括选择性地耦合至浮置扩散区的多个钳位光电二极管
。
该传感器还包括：电路，其能够配置成响应于所感测的入射到像素上的辐射的强度来选择积分时间以及将所述多个钳位光电二极管中的一个或更多个钳位光电二极管耦合至浮置扩散区
。
[0015]有利地，代替如常规的环境光传感器可能做的那样使用大的基于
n
阱的光电二极管或者甚至岛状光电二极管，本公开内容涉及一种使用钳位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的测量的传感器实现方式
。
[0016]有利地，使用钳位光电二极管使得能够适配通常与图像传感器相关联并且在低电压
CMOS
兼容工艺中容易制造的技术
。
[0017]如在这种图像传感器中常规实现的钳位光电二极管没有表现出精确的环境光和颜色感测所需的必要的动态范围和线性响应
。
有利地，所公开的传感器通过响应于所感测的入射到像素上的辐射的强度来调整积分时间和耦合至浮置扩散区的光电二极管的量两者来克服现有技术的缺点，从而确保钳位光电二极管在钳位光电二极管的最佳操作范围内感测辐射
。
因此，所公开的传感器中的钳位光电二极管针对环境光和
/
或颜色感测应用实现了足够的动态范围和线性响应
。
[0018]例如，在低入射辐射强度条件下，电路可以被配置成将相对大量例如最大量的钳位光电二极管耦合至浮置扩散
。
相反，在高入射辐射强度条件下，电路可以被配置成将相对低量例如最小量的钳位光电二极管耦合至浮置扩散
。
类似地，可以在高入射辐射强度条件下减少积分时间或者在低入射辐射强度条件下增加积分时间，以确保钳位光电二极管在最佳范围内操作，如下面更详细描述的
。
[0019]电路可以包括反馈电路和
/
或反馈回路
。
电路可以包括控制电路，该控制电路被配置成实施比例控制
、
比例积分控制或比例积分微分控制以响应于所感测的入射到像素上的辐射的强度来确定积分时间和
/
或耦合至浮置扩散区的多个钳位光电二极管的量
。
[0020]有利地，相对于用常规的
n
阱“平板”光电二极管来感测辐射，使用钳位光电二极管使得能够极快地感测入射辐射
。
[0021]可以选择积分时间，使得由一个或更多个本文档来自技高网...

【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
/
或颜色感测的传感器
(300)
，包括：像素
(200)
，其包括选择性地耦合至浮置扩散区
(220)
的多个钳位光电二极管
(205a
至
205d)
；以及电路
(230)
，其能够配置成：响应于所感测的入射到所述像素上的辐射的强度，选择积分时间以及将所述多个钳位光电二极管中的一个或更多个钳位光电二极管耦合至所述浮置扩散区
。2.
根据权利要求1所述的传感器
(300)
，其中，选择所述积分时间以使得由所述一个或更多个钳位光电二极管
(205a
至
205d)
累积的电荷小于所述钳位光电二极管中的每个钳位光电二极管的满阱电荷容量的
75
％
。3.
根据权利要求1所述的传感器
(300)
，其中，所感测的入射到所述像素
(200)
上的辐射的强度由所述电路
(230)
使用来自多个单独积分的数据来确定
。4.
根据权利要求1所述的传感器
(300)
，其中，所述积分时间是
150
微秒或更少
。5.
根据权利要求1所述的传感器
(300)
，其中，每个钳位光电二极管包括具有至少
25
μ
m2的面积的有源区
。6.
根据权利要求1所述的传感器
(300)
，其中，所述像素包括围绕所述浮置扩散区
(220)
布置的四个钳位光电二极管
(205a
至
205d)。7.
根据权利要求1所述的传感器
(300)
，包括多个像素，其中，所述电路被配置成在模拟到数字转换之前对来自所述多个像素中的每个像素的...

【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：