像素单元、光传感器及基于飞行时间的测距系统技术方案

本申请公开了一种像素单元及相关像素阵列、光传感器及基于飞行时间的测距系统。像素单元包括：光电二极管、第一浮置扩散区、第二浮置扩散区、第一栅极结构、第二栅极结构以及至少一电子导引栅极结构，设置于所述光电二极管上，其中所述第一栅极结构和所述第二栅极结构位于所述至少一电子导引栅极结构的同一侧，所述至少一电子导引栅极结构对应地耦接至至少一电子导引电压；其中在所述曝光操作时：所述第一栅极结构耦接至第一参考电压及所述第二栅极结构耦接至第二参考电压，使所述电子从所述光电二极管进入所述第一浮置扩散区。述光电二极管进入所述第一浮置扩散区。述光电二极管进入所述第一浮置扩散区。

【技术实现步骤摘要】
像素单元、光传感器及基于飞行时间的测距系统


[0001]本申请涉及一种半导体结构，尤其涉及一种像素单元及相关像素阵列、光传感器及基于飞行时间的测距系统。

技术介绍

[0002]CMOS图像传感器已经得到大规模生产和应用。传统的图像传感器可以生成二维(2D)图像和视频，近来可以测量深度或产生三维(3D)图像的图像传感器和系统受到广泛关注，这些三维图像传感器可以应用于脸部识别，增强现实(augmented reality，AR)/虚拟现实(virtual reality，VR)，无人机等。
[0003]现有的三维图像传感器的实现方式之一为基于飞行时间(time of flight，TOF)的距离测量技术，在此技术中，传感器的电路中信号延迟越小，准确度越高，因此，如何提升传感器的速度是本领域亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]本申请的目的之一在于公开一种像素单元及相关像素阵列、光传感器及基于飞行时间的测距系统，来解决上述问题。
[0005]本申请的一实施例公开了一种像素单元，包括：半导体衬底；光电二极管，设置于所述半导体衬底，所述光电二极管用于传感光线以产生电子；第一浮置扩散区，设置于所述半导体衬底，所述第一浮置扩散区用于在曝光操作时，收集所述电子；第二浮置扩散区，设置于所述半导体衬底，所述第二浮置扩散区用于在所述曝光操作时，收集所述电子；第一栅极结构，设置于所述半导体衬底上，其中所述光电二极管和所述第一浮置扩散区位于所述第一栅极结构的两侧，所述第一栅极结构用来选择性地控制所述电子从所述光电二极管进入所述第一浮置扩散区；第二栅极结构，设置于所述半导体衬底上，其中所述光电二极管和所述第二浮置扩散区位于所述第二栅极结构的两侧，所述第二栅极结构用来选择性地控制所述电子从所述光电二极管进入所述第二浮置扩散区；以及至少一电子导引栅极结构，设置于所述光电二极管上，其中所述第一栅极结构和所述第二栅极结构位于所述至少一电子导引栅极结构的同一侧，所述至少一电子导引栅极结构对应地耦接至至少一电子导引电压；其中在所述曝光操作时：所述第一栅极结构耦接至第一参考电压及所述第二栅极结构耦接至第二参考电压，使所述电子从所述光电二极管进入所述第一浮置扩散区；或所述第一栅极结构耦接至所述第二参考电压及所述第二栅极结构耦接至所述第一参考电压，使所述电子从所述光电二极管进入所述第二浮置扩散区，其中所述第一参考电压高于所述至少一电子导引电压，所述至少一电子导引电压高于所述第二参考电压。
[0006]本申请的一实施例公开了一种像素阵列，包括上述的像素单元。
[0007]本申请的一实施例公开了一种光传感器，包括上述的像素阵列。
[0008]本申请的一实施例公开了一种基于飞行时间的测距系统，包括:光脉冲产生单元，用于产生光脉冲信号；上述的光传感器，用于接收经目标物反射的所述光脉冲信号并产生
对应的光感测信号；以及处理单元，用于根据所述光感测信号计算所述基于飞行时间的测距系统至所述目标物的距离。
[0009]本申请所公开的像素单元及相关像素阵列、光传感器及基于飞行时间的测距系统利用至少一电子导引栅极结构，来提升电子在像素单元的光电二极管中移动至浮置扩散区的速度，换句话说，提升了光传感器的速度，使基于飞行时间的测距系统的准确度上升。
附图说明
[0010]图1是本申请的基于飞行时间的测距系统的实施例的功能方框示意图。
[0011]图2为本申请的像素阵列中的其中一像素的第一实施例的示意图。
[0012]图3为本申请的像素阵列中的其中一像素的布局的第一实施例。
[0013]图4为图3的像素沿剖面线A
‑
A的剖面图。
[0014]图5为本申请的基于飞行时间的测距系统的时序图的第一实施例。
[0015]图6为本申请的基于飞行时间的测距系统的时序图的第二实施例。
[0016]图7为本申请的像素阵列中的其中两像素的布局的第一实施例。
[0017]图8为本申请的像素阵列中的其中一像素的第二实施例的示意图。
[0018]图9为本申请的像素阵列中的其中一像素的布局的第二实施例。
[0019]图10为本申请的像素阵列中的其中两像素的布局的第二实施例。
具体实施方式
[0020]以下揭示内容提供了多种实施方式或例示，其能用以实现本揭示内容的不同特征。下文所述之组件与配置的具体例子系用以简化本揭示内容。当可想见，这些叙述仅为例示，其本意并非用于限制本揭示内容。举例来说，在下文的描述中，将一第一特征形成于一第二特征上或之上，可能包括某些实施例其中所述的第一与第二特征彼此直接接触；且也可能包括某些实施例其中还有额外的组件形成于上述第一与第二特征之间，而使得第一与第二特征可能没有直接接触。此外，本揭示内容可能会在多个实施例中重复使用组件符号和/或标号。此种重复使用乃是基于简洁与清楚的目的，且其本身不代表所讨论的不同实施例和/或组态之间的关系。
[0021]虽然用以界定本申请较广范围的数值范围与参数皆是约略的数值，此处已尽可能精确地呈现具体实施例中的相关数值。然而，任何数值本质上不可避免地含有因个别测试方法所致的标准偏差。在此处，「约」通常系指实际数值在一特定数值或范围的正负10％、5％、1％或0.5％之内。或者是，「约」一词代表实际数值落在平均值的可接受标准误差之内，视本申请所属
中具有通常知识者的考虑而定。当可理解，除了实验例之外，或除非另有明确的说明，此处所用的所有范围、数量、数值与百分比(例如用以描述材料用量、时间长短、温度、操作条件、数量比例及其他相似者)均经过「约」的修饰。因此，除非另有相反的说明，本说明书与附随申请专利范围所揭示的数值参数皆为约略的数值，且可视需求而更动。至少应将这些数值参数理解为所指出的有效位数与套用一般进位法所得到的数值。在此处，将数值范围表示成由一端点至另一端点或介于二端点之间；除非另有说明，此处所述的数值范围皆包括端点。
[0022]图1是本申请的基于飞行时间的测距系统的实施例的功能方框示意图。基于飞行
时间的测距系统100可用于探测目标物101与测距系统100之间的距离，需注意的是，目标物101与测距系统100之间的距离应小于或等于测距系统100的最大测量距离。举例来说(但本申请不限于此)，测距系统100可以是三维成像系统，其可采用时间飞行法来测量周遭目标物的距离，从而获得景深和三维图像信息。在此实施例中，测距系统100可实施为基于飞行时间的光学测距系统。
[0023]测距系统100可包括(但不限于)光脉冲产生单元102和光传感器103。光脉冲产生单元102可由发光单元来实施，以产生光脉冲信号EL。光脉冲信号EL可包括多个光脉冲。光脉冲产生单元102可以是(但不限于)激光二极管(laser diode，LD)、发光二极管(light emitting diode，LED)或其他可以产生光光脉冲的发光单元。光传感器103用以对目标物101反射光脉冲信号EL所产生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种像素单元，其特征在于，包括：半导体衬底；光电二极管，设置于所述半导体衬底，所述光电二极管用于传感光线以产生电子；第一浮置扩散区，设置于所述半导体衬底，所述第一浮置扩散区用于在曝光操作时，收集所述电子；第二浮置扩散区，设置于所述半导体衬底，所述第二浮置扩散区用于在所述曝光操作时，收集所述电子；第一栅极结构，设置于所述半导体衬底上，其中所述光电二极管和所述第一浮置扩散区位于所述第一栅极结构的两侧，所述第一栅极结构用来选择性地控制所述电子从所述光电二极管进入所述第一浮置扩散区；第二栅极结构，设置于所述半导体衬底上，其中所述光电二极管和所述第二浮置扩散区位于所述第二栅极结构的两侧，所述第二栅极结构用来选择性地控制所述电子从所述光电二极管进入所述第二浮置扩散区；以及至少一电子导引栅极结构，设置于所述光电二极管上，其中所述第一栅极结构和所述第二栅极结构位于所述至少一电子导引栅极结构的同一侧，所述至少一电子导引栅极结构对应地耦接至至少一电子导引电压；其中在所述曝光操作时：所述第一栅极结构耦接至第一参考电压及所述第二栅极结构耦接至第二参考电压，使所述电子从所述光电二极管进入所述第一浮置扩散区；或所述第一栅极结构耦接至所述第二参考电压及所述第二栅极结构耦接至所述第一参考电压，使所述电子从所述光电二极管进入所述第二浮置扩散区，其中所述第一参考电压高于所述至少一电子导引电压，所述至少一电子导引电压高于所述第二参考电压。2.如权利要求1所述的像素单元，还包括：主动区，设置于所述半导体衬底，所述主动区耦接至重置电压；以及第三栅极结构，设置于所述半导体衬底上，其中所述光电二极管和所述主动区位于所述第三栅极结构的两侧，所述第三栅极结构用来选择性地控制所述电子从所述光电二极管进入所述主动区，其中在重置操作时，所述第三栅极结构耦接至所述第一参考电压，使所述电子从所述光电二极管进入所述主动区；其中所述第三栅极结构、所述第一栅极结构和所述第二栅极结构位于所述至少一电子导引栅极结构的同一侧。3.如权利要求1所述的像素单元，其中从俯视图来看，所述至少一电子导引栅极结构跨越所述光电二极管的相对两侧，所述至少一电子导引栅极结构并突出所述光电二极管的所述相对两侧。4.如权利要求1所述的像素单元，其中所述至少一电子导引栅极结构包含第一电子导引栅极结构及第二电子导引栅极结构，所述第一电子导引栅极结构及所述第二电子导引栅极结构平行设置，所述第二电子导引栅极结构位于所述第一电子导引栅极结构和所述第一栅极结构之间。5.如权利要求4所述的像素单元，其中所述第一电子导引栅极结构及所述第二电子导引栅极...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘毅成，杨孟达，
申请(专利权)人：曜芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：