一种光学成像器件结构制造技术

本发明专利技术公开了一种光学成像器件结构，该结构是由多个结构完全相同的成像器件构成的成像阵列，该多个成像器件被分为若干组，每一组中的成像器件具有相同的数目和相同的排列结构，且每组成像器件均包括一个参考单元和至少一个成像单元，该参考单元和成像单元是结构完全相同的成像器件，每组成像器件中的参考单元和成像单元相距近，工艺偏差小，在执行复位、成像、读取操作时受到的共模干扰相同。本发明专利技术通过略微增加光学传感器内部成像器件的面积，避免了工艺失配、复位、成像和读取操作引入的共模噪声和非线性影响，获得了更加接近实际的光学信息。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学传感器
，尤其涉及一种光学传感器内部成像器件结构。
技术介绍
光学传感器技术已经广泛应用于现代科技、国防和工农业等领域。其主要采用感光元件将探测到的光波信号转换成相应的电学信号，以供后继信号处理系统进行识别、处理。图1(a)所示为光学传感器内部单个成像器件结构示意图。每个成像器件包括控制栅极(Control Gate)CG、浮动栅极(Floating Gate)TO、源极S、漏极D与P型掺杂衬底 B，而衬底Β和浮动栅极re，以及浮动栅极re和控制栅极CG之间都采用氧化层隔离。图1(b)所示为第一种对单个成像器件进行成像操作的示意图。当成像器件受到光波辐射时，其衬底中将产生光电子，而光电子的数目与光辐射强度成正比。若在光波辐射成像器件前，将成像器件的源极S、漏极D以及衬底B接到参考电势Vref，将成像器件的控制栅极CG接相对于参考电势为VP的高频脉冲，成像器件衬底将进入深耗尽状态，在纵向电场的作用下，部分光电子会发生FN隧穿，到达浮动栅极re中，而发生隧穿的电子数量和光电子的数量成比例，也就和光波辐射强度成比例。根据以上原理就能将光波信号转换为电学信号存储在成像器件的浮动栅极re中。图1(d)所示为对成像器件内部信息进行读取操作的示意图。在成像器件的源极 S和衬底B上施加参考电势Vref，在其漏极施加相对于参考电势为VRD的电平，在其控制栅极CG上施加一相对于参考电势为VR的电平，则在成像器件的漏极D和源极S之间就会产生电流Ids，此电流的大小与成像器件的阈值电压VT成比例，而成像器件的阈值电压VT与成像器件浮动栅极re中的电子数量成正比，因此按此方法得到的读取电流Ids就可以反映成像器件内部所存储的电学信息。图3所示为简单的对光学传感器内部成像器件进行成像、读取的原理性流程图。 在光学传感器每次成像之前都将对成像器件进行复位操作，然后成像。在需要对成像信息进行处理时可以通过读取成像器件的漏极电流Ids得到所存储的信息，然后将此信号进行放大后可用做后继信号处理。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种光学成像器件结构，以消除共模噪声和工艺偏差对读取结果的影响，使得到的光波辐射信息更加接近真实情况。( 二 )技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了一种光学成像器件结构，该结构是由多个结构完全相同的成像器件构成的成像阵列，该多个成像器件被分为若干组，每一组中的成像器件具有相同的数目和相同的排列结构，且每组成像器件均包括一个参考单元和至少一个成像单元，该参考单元和成像单元是结构完全相同的成像器件，每组成像器件中的参考单元和成像单元相距近，工艺偏差小，在执行复位、成像、读取操作时受到的共模干扰相同。上述方案中，所述成像器件是基于传统的浮栅型成像器件结构，由硅衬底B、源极 S、漏极D、浮动栅极re、控制栅极CG构成，其中，硅衬底B位于器件最下层；源极S和漏极D 位于硅衬底B上，且相距一定距离；浮动栅极re位于器件结构的中间层，在硅衬底之上，且在源极S和漏极D之间；控制栅极CG位于器件结构的最上层，在浮动栅极re之上；该硅衬底B与该浮动栅极re之间，以及该浮动栅极re与该控制栅极CG之间都采用绝缘层隔离。上述方案中，所述每组成像器件包括一个参考单元CO和一个成像单元Cl，该参考单元CO和成像单元Cl是结构完全相同的成像器件，该参考单元CO和该成像器件Cl相邻排列且位于成像阵列中的同一列或同一行。上述方案中，所述每组成像器件包括一个参考单元和两个成像单元，该参考单元 CO、第一成像单元Cl和第二成像单元C2是结构完全相同的成像器件，该参考单元CO位于第一成像单元Cl与第二成像单元C2的中间，第一成像单元Cl和第二成像单元C2相对于参考单元CO呈对称分布，并且参考单元CO、第一成像单元Cl和第二成像单元C2分布在同一列或同一行上。上述方案中，所述每组成像器件包括一个参考单元和三个成像单元，该参考单元 CO、第一成像单元Cl、第二成像单元C2和第三成像单元C3是结构完全相同的成像器件，该参考单元CO位于第一成像单元Cl与第二成像单元C2的中间，第一成像单元Cl和第二成像单元C2相对于参考单元CO呈对称分布，并且参考单元⑶、第一成像单元Cl和第二成像单元C2分布在同一列或同一行上；若参考单元CO、第一成像单元Cl和第二成像单元C2排列在同一行上，第三成像单元C3则排列在位于参考单元CO同一列上且与参考单元CO相邻的位置；若参考单元⑶、第一成像单元Cl和第二成像单元C2位于同一列上，第三成像单元 C3则位于参考单元CO的同一行上且与参考单元CO相邻的位置。上述方案中，所述每组成像器件包括一个参考单元和四个成像单元，该参考单元 CO、第一成像单元Cl、第二成像单元C2、第三成像单元C3和第四成像单元C4是结构完全相同的成像器件，该参考单元CO位于第一成像单元Cl与第二成像单元C2的中间，第一成像单元Cl和第二成像单元C2相对于参考单元CO呈对称分布，并且参考单元⑶、第一成像单元Cl和第二成像单元C2分布在同一列或同一行上；若参考单元⑶、第一成像单元Cl和第二成像单元C2排列在同一行上，第三成像单元C3则排列在位于参考单元CO同一列上且与参考单元CO相邻的位置；若参考单元CO、第一成像单元Cl和第二成像单元C2位于同一列上，第三成像单元C3则位于参考单元⑶的同一行上且与参考单元CO相邻的位置；第四成像单元C4位于与参考单元CO和成像单元C3的同一行或同一列上，且位置与成像单元C3 —起相对于参考单元CO对称，因此，第一成像单元Cl、参考单元C0、第二成像单元C2的分布与第三成像单元C3、参考单元C0、第四成像单元C4的分布都位于同一条直线上；若第一成像单元Cl、参考单元⑶、第二成像单元C2分布于同一行上，则第三成像单元C3、参考单元C0、第四成像单元C4分布于同一列上；反之若第一成像单元Cl、参考单元 C0、第二成像单元C2分布于同一列上，则第三成像单元C3、参考单元C0、第四成像单元C4 分布于同一行上。上述方案中，所述每组成像器件包括一个参考单元和至少五个的成像单元，而每组中的成像单元的部分分布在与参考单元相同的列上，而其他成像单元则分布在与参考单元相同的行上。上述方案中，所述每组成像器件包括九个完全相同的基于传统的浮栅型器件结构的成像器件，这九个成像器件构成一个三行、三列的阵列，其中位于最中心的，第二行、第二列的器件作为这一组器件的参考单元⑶，其余八个器件作为成像单元。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果1、在不增加外围读取电路复杂程度的前提下，通过略微增加成像器件的面积，使得最终对光波辐射信息的读取结果采用有光辐射时成像器件的信息和无光辐射时成像器件的成像信息之间的差模信号，从而消除了共模噪声对读取结果的影响。2、由于同一组器件中成像单元与参考单元相隔较近，工艺偏差对它们的影响大致相同，而读取结果采用它们的差模信息，因此可以消除工艺偏差对读取结果的影响。综合以上两条有益效果，采用此成像器件结构以及成像、读取方法得到的光波辐射信息更加接近真实情况。附图说明图1为光学传感器内单个成像器件结构图以及相应的两种成像原理示意图图2为对光学传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种光学成像器件结构，其特征在于，该结构是由多个结构完全相同的成像器件构成的成像阵列，该多个成像器件被分为若干组，每一组中的成像器件具有相同的数目和相同的排列结构，且每组成像器件均包括一个参考单元和至少一个成像单元，该参考单元和成像单元是结构完全相同的成像器件，每组成像器件中的参考单元和成像单元相距近，工艺偏差小，在执行复位、成像、读取操作时受到的共模干扰相同。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冀永辉，丁川，刘明，王琴，龙世兵，闫锋，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：11