光电检测器和使用光电检测器的空间信息检测设备制造技术

提供了一种能够改进输入信号动态范围的光电检测器。这种光电检测器包括光电转换部分(D1)、电荷分离部分(D2)、电荷积聚部分(D3)、形成在电荷分离部分(D2)和电荷积聚部分(D3)之间的势垒电极(24)、以及电气连接到势垒电极(24)的势垒高度调节部分(D4)。诸如当环境光入射在光电转换部分(D1)上时产生的不期望的电荷被电荷分离部分(D2)去除。通过根据从电荷分离部分(D2)提供到势垒高度调节部分(D4)的电荷量对势垒电极(24)施加电压，在势垒电极(24)之下形成具有合适高度的势垒。从电荷分离部分(D2)越过势垒流入电荷积聚部分(D3)的电荷被提供为光电检测器的输出。

Photoelectric detector and spatial information detecting device using photoelectric detector

A photoelectric detector that can improve the dynamic range of an input signal is provided. The photoelectric detector includes a photoelectric conversion part (D1), partial charge separation (D2), the charge accumulation part (D3), formed in the charge separation part (D2) and partial charge accumulation (D3) barrier between the electrodes (24), and electrically connected to the electrodes (24) of the barrier height adjustment part (D4). Undesired charge generated when ambient light is incident on the photoelectric conversion section (D1) is removed by the charge separation portion (D2). A barrier with a suitable height is formed under the barrier electrode (24) by applying a voltage to the barrier electrode (24) according to the amount of charge supplied from the charge separation section (D2) to the barrier height adjustment section (D4). The charge from the charge separation section (D2) passes through the barrier and flows into the charge accumulation portion (D3) to be supplied as the output of the photodetector.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光电检测器和一种通过使用该光电检测器来检测空间信息(诸如到目标空间中的物体的距离)的空间信息检测设备。
技术介绍
光电检测器是用于从目标空间接收光、产生与所接收到的光量相对应的电荷、并取出所述电荷作为接收光输出的器件。为了在这种器件中获得宽的动态范围，提出了去掉 CCD器件的电荷传输沟道中的恒定量的电荷作为不期望的电荷，并使用该不期望的电荷之外的剩余电荷作为用于接收光输出的有效电荷。例如，日本专利早期公报7-22436号或7_22437号公开了一种电荷转移器件，该器件能够拓宽动态范围，同时保持电压-电荷转换特性的线性。这种器件被提供有用于在周期性脉冲信号的每个周期将输入电压转换成相应电荷量的电压_电荷转换装置、用于积聚所转换电荷的多个积聚区域、用于使所述电荷从所述积聚区域之一转移到邻近的积聚区域的电荷转移装置。这种器件还具有用于积聚恒定数量电荷的第一存储区域和用于积聚从所述第一存储区域中溢出的电荷并将所述电荷转移到电荷转移装置的第二存储区域。第一存储区域具有与所述积聚区域之一邻近形成的势阱、以及在第二存储区域和势阱之间设置的势垒。根据这种器件，通过使用势阱和势垒将由电压_电荷转换装置在周期性脉冲信号的每个周期所转换的电荷之中的恒定量的电荷分离出来，然后将其返回到电压-电荷转换装置。同时，由电压-电荷转换装置转换的电荷中的剩余电荷则由电荷转移装置进行转移。 然而，由于这种器件使用将恒定量的电荷作为不期望的电荷返回到所述电压_电荷转换装置的机制，考虑到接收到的光量的变化，不能对所述不期望的电荷的量进行控制。另外，过去已经知道，光电检测器被用于空间信息检测设备。在空间信息检测设备中，从发光源将光投射到目标空间中，并由光电检测器接收从目标空间中反射的光。根据光电检测器的接收光输出，能够检测出空间信息，诸如距目标空间中的物体的距离、物体的反射率、以及目标空间中的光传输。当使用这种检测设备从环境光随时间发生涨落的目标空间检测空间信息时，在光电检测器的接收光输出中包含了所述环境光的涨落成分。由于这意味着不期望的电荷的量取决于环境光条件，所以，不可能准确地取出所需有效电荷，以通过只分离恒定数量的电荷作为不期望的电荷来根据光电检测器的接收光输出确定空间信息，如上述现有技术的情形中那样。因此，从稳定地获得宽动态范围以及提高检测准确度(甚至是在有随时间发生涨落的环境光的情况下)的角度看，传统光电检测器仍然有很大的改进余地。
技术实现思路
所以，本专利技术的主要目的在于，提供一种光电检测器，该光电检测器能够调节考虑了周围环境光后要去除的不期望的电荷的量，由此改进输入信号的动态范围。就是说，本专利技术的光电检测器包括半导体衬底；光电转换部分，其形成在半导体衬底中，以产生与接收的光量相对应的电荷；电荷分离部分，其具有形成在半导体衬底的总体表面上的分离电极；电荷积聚部分，其具有形成在半导体衬底的总体表面上的积聚电极； 势垒电极，其形成在分离电极和积聚电极之间半导体衬底的总体表面上；势垒高度调节部分，其电气连接到势垒电极；以及电荷去除部分。电荷分离部分用来通过使用势垒将不期望的电荷与由光电转换部分产生的电荷相分离，通过对势垒电极施加电压，所述势垒形成在势垒电极之下的半导体衬底中。势垒高度调节部分根据从光电转换部分提供的电荷量来确定施加到势垒电极的电压，以调节势垒的高度。电荷积聚部分用来积聚有效电荷，有效电荷是从电荷分离部分越过势垒流入电荷积聚部分的电荷。电荷去除部分用来排除由电荷分离部分分离的不期望的电荷，以及积聚在电荷积聚部分中的有效电荷被提供为光电检测器的输出(接收光输出)。从获得光电转换部分、电荷分离部分、势垒高度调节部分和电荷去除部分的高效布置，从而使光电检测器的尺寸缩小的角度看，特别地优选势垒高度调节部分根据从光电转换部分经由电荷分离部分提供的电荷量来确定施加到势垒电极的电压，如在本专利技术优选实施例中所描述的那样。根据本专利技术，由于根据从光电转换部分优选经由电荷分离部分进入势垒高度调节部分的电荷量来确定在势垒电极之下形成的势垒的高度，所以，可以对要分离出来作为不期望的电荷的电荷量进行控制。例如，当只有环境光入射到光电检测器上时，由光电转换部分产生一定量的与所接收的环境光相对应的电荷。电荷的产生量依据环境光条件变化。势垒高度调节部分从光电转换部分优选经由电荷分离部分接收由环境光产生的电荷，并确定施加到势垒电极的电压，使得势垒对环境光条件具有合适的高度。因此，通过依据环境光条件来控制不期望的电荷量，光电检测器能够防止饱和。另外，由于光电检测器具有电荷去除部分，所以，总是可以通过电荷分离部分准确地分离不期望的电荷。于是，本专利技术的光电检测器具有保证输入信号的宽动态范围，并可靠地提供接收光输出的能力。优选光电转换部分包括形成在半导体衬底的总体表面上的多个灵敏度控制电极， 并且通过控制对灵敏度控制电极中的每一个施加的电压，具有期望孔面积的势阱形成在半导体衬底中。在这种情形中，有可能根据势阱的孔面积来控制光电转换部分的灵敏度。就是说，当控制对各个灵敏度控制电极施加电压的定时以及所施加的电压值时，可以控制所述光电检测器，使得在预定周期中获得的与接收到的光量相对应的电荷被容易地收集在光电转换部分的势阱中，而在其它周期中获得的与接收到的光量相对应的电荷几乎不被收集到势阱中。另外，当控制所述势阱使其在所述其它周期中具有较小的孔面积时，在所述预定周期中收集到的电荷能够在所述其它周期中被保持在势阱中。所以，通过交替地重复电荷积聚周期和电荷保持周期，能够以累积的方式由光电转换部分收集与所述预定周期中的接收到的光量相对应的电荷。具体说，当入射到光电转换部分上的光的强度周期性地变化时， 通过积聚在每个周期中的特定相位区中产生的电荷，可以累计所述特定相位区中的与所述接收到的光量相对应的电荷。作为本专利技术的优选实施例，势垒电极经由绝缘层形成在半导体衬底上。光电转换部分、电荷分离部分、势垒电极和电荷积聚部分被对齐成一行。势垒高度调节部分和电荷去除部分位于行的一侧，使得势垒高度调节部分的位置邻近电荷分离部分，而电荷去除部分的位置邻近光电转换部分。在这种情形中，根据电荷分离部分、势垒高度调节部分和电荷去除部分之间的电势关系，能够在所述电荷从电荷分离部分流向势垒高度调节部分的方向上形成电势梯度。于是，可以可靠地从电荷分离部分向势垒高度调节部分提供电荷，并可以根据势垒高度调节部分中的电荷量准确地确定势垒的高度。作为本专利技术的另一个优选实施例，所述光电检测器具有狭长区对，其形成在半导体衬底中，以横跨在分离电极和势垒电极之间，并且在与行正交的方向上彼此隔开。狭长区具有与横跨在分离电极和势垒电极之间的狭长区之外的另一个区域相同的导电类型。另外，狭长区并比另一个区域具有更高的掺杂浓度。在这种情形中，由于在与所述行正交的方向上所述势垒的两端(即，所述势垒的上升沿)均由所述狭长区陡峭地形成，所以，可以防止从电荷分离部分到电荷积聚部分出现不期望的电荷泄漏，于是可以由电荷分离部分准确地分离出不期望的电荷。此外，另一个优点是通过狭长区的形成，能够缓和相对于施加电压的体积变化的非线性性，使得势垒高度调节部分中的电荷量实质上与不期望的电荷的量成比例。另外，最好地，所述光电检测器具本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种光电检测器，包括：半导体衬底；光电转换部分，其形成在所述半导体衬底中，以产生与接收的光量相对应的电荷；电荷分离部分，其具有形成在所述半导体衬底的总体表面上的分离电极；电荷积聚部分，其具有形成在所述半导体衬底的总体表面上的积聚电极；势垒电极，其形成在所述分离电极和所述积聚电极之间所述半导体衬底的总体表面上；势垒高度调节部分，其电气连接到所述势垒电极；以及电荷去除部分；其中，所述电荷分离部分被配置为通过使用势垒从由所述光电转换部分产生的电荷中分离不期望的电荷，通过对所述势垒电极施加电压，所述势垒形成在所述势垒电极之下的所述半导体衬底中；所述势垒高度调节部分根据从所述光电转换部分提供的电荷量来确定施加到所述势垒电极的电压，以调节所述势垒的高度；所述电荷积聚部分被配置为积聚有效电荷，所述有效电荷是从所述电荷分离部分越过所述势垒流入所述电荷积聚部分的电荷；所述电荷去除部分被配置为去除由所述电荷分离部分分离的所述不期望的电荷，以及积聚在所述电荷积聚部分中的有效电荷被提供为所述光电检测器的输出。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：桥本裕介，常定扶美，今井宪次，高田裕司，
申请(专利权)人：松下电工株式会社，
类型：发明
国别省市：JP