光电转换装置和光学检测系统制造方法及图纸

本光电转换装置包括：雪崩光电二极管，所述雪崩光电二极管包括阳极和阴极；开关，所述开关连接到阳极和阴极中的一个节点、以及将被施加驱动电压的电力线，并且用于在所述一个节点和电力线之间切换电阻值；以及信号产生单元，所述信号产生单元产生用于控制开关的切换的脉冲信号。通过将第一曝光时间段内的脉冲信号的数量除以第一曝光时间段而获得的值与通过将第二曝光时间段内的脉冲信号的数量除以第二曝光时间段而获得的值是不同的，第二曝光时间段的长度不同于第一曝光时间段的长度。时间段的长度不同于第一曝光时间段的长度。时间段的长度不同于第一曝光时间段的长度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光电转换装置和光学检测系统


[0001]本专利技术涉及一种执行光电转换的光电转换装置和光学检测系统。

技术介绍

[0002]已经知道包括像素阵列的光电转换装置，在像素阵列中，包括多个雪崩光电二极管(APD)的像素被平面地布置在二维阵列中。在每个像素的半导体区内的P
‑
N结区中，由单个光子感应的光电荷引起雪崩倍增。
[0003]日本专利申请公开No.2020
‑
123847讨论了包括APD的像素、猝熄电路、信号控制电路和脉冲产生电路，猝熄电路连接到APD，从APD输出的信号被输入到信号控制电路，脉冲产生电路连接到猝熄电路和信号控制电路。脉冲产生电路控制猝熄电路的开/关。日本专利申请公开No.2020
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123847还讨论了对于每个脉冲信号重置输出信号，从而即使是在高亮度下也输出对应于输入光子的脉冲信号。
[0004]日本专利申请公开No.2020
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123847没有讨论在曝光时间段变化的情况下将输出的、曝光时间段内的脉冲信号的数量和周期。日本专利申请公开No.2020
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123847具有考虑基于与曝光时间段的关系来控制脉冲信号的空间。
[0005]PTL 1：日本专利申请公开No.2020
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123847

技术实现思路

[0006]根据一方面的光电转换装置包括：雪崩光电二极管，所述雪崩光电二极管包括阳极和阴极；开关，所述开关连接到阳极和阴极中的一个节点以及将被施加驱动电压的电力线，并且被配置为在所述一个节点和电力线之间切换电阻值；以及信号产生单元，所述信号产生单元被配置为产生用于控制开关的切换的脉冲信号，其中通过将第一曝光时间段内的脉冲信号的数量除以第一曝光时间段并且将除得的值乘以第一曝光时间段而获得的值与通过将第二曝光时间段内的脉冲信号的数量除以第二曝光时间段并且将除得的值乘以第一曝光时间段而获得的值是不同的，第二曝光时间段的长度不同于第一曝光时间段的长度。
附图说明
[0007]图1是例示说明光电转换装置的配置的示图。
[0008]图2例示说明传感器基板的布置例子。
[0009]图3例示说明电路基板的布置例子。
[0010]图4A是包括光电转换元件的等效电路的框图。
[0011]图4B是包括光电转换元件的等效电路的框图。
[0012]图5是例示说明雪崩光电二极管(APD)的操作和输出信号之间的关系的示图。
[0013]图6A是根据第一示例性实施例的光电转换装置的控制脉冲的时序图。
[0014]图6B是根据第一示例性实施例的光电转换装置的控制脉冲的时序图。
[0015]图6C是根据第一示例性实施例的光电转换装置的控制脉冲的时序图。
[0016]图7A是根据比较配置的光电转换装置的控制脉冲的时序图。
[0017]图7B是根据比较配置的光电转换装置的控制脉冲的时序图。
[0018]图7C是根据比较配置的光电转换装置的控制脉冲的时序图。
[0019]图8是例示说明根据第一示例性实施例的光电转换装置的操作模式的例子的流程图。
[0020]图9A是根据第一示例性实施例的修改例子的光电转换装置的控制脉冲的时序图。
[0021]图9B是根据第一示例性实施例的修改例子的光电转换装置的控制脉冲的时序图。
[0022]图9C是根据第一示例性实施例的修改例子的光电转换装置的控制脉冲的时序图。
[0023]图9D是根据第一示例性实施例的修改例子的光电转换装置的控制脉冲的时序图。
[0024]图9E是根据第一示例性实施例的修改例子的光电转换装置的控制脉冲的时序图。
[0025]图9F是根据第一示例性实施例的修改例子的光电转换装置的控制脉冲的时序图。
[0026]图10A是根据第二示例性实施例的光电转换装置的控制脉冲的时序图。
[0027]图10B是根据第二示例性实施例的光电转换装置的控制脉冲的时序图。
[0028]图10C是根据第二示例性实施例的光电转换装置的控制脉冲的时序图。
[0029]图11是例示说明根据第三示例性实施例的光电转换装置的每一曝光时间段的入射光子的数量和计数值之间的关系的示图。
[0030]图12例示说明根据第三示例性实施例的光电转换装置的电路基板的布置例子。
[0031]图13A是根据第三示例性实施例的光电转换装置的控制脉冲的时序图。
[0032]图13B是根据第三示例性实施例的光电转换装置的控制脉冲的时序图。
[0033]图14是根据第四示例性实施例的光学检测系统的框图。
[0034]图15是根据第五示例性实施例的光学检测系统的框图。
[0035]图16是根据第六示例性实施例的光学检测系统的框图。
[0036]图17A是根据第七示例性实施例的光学检测系统的框图。
[0037]图17B是根据第七示例性实施例的光学检测系统的框图。
[0038]图18是根据第七示例性实施例的光学检测系统的流程图。
[0039]图19A是例示说明根据第八示例性实施例的电子设备的特定例子的示图。
[0040]图19B是例示说明根据第八示例性实施例的电子设备的特定例子的示图。
具体实施方式
[0041]以下示例性实施例是为了体现本专利技术的技术构思而提供的，而非意图限制本专利技术。在附图中例示说明的构件的大小和位置关系有时被放大以使描述清晰易懂。在以下描述中，相同的组件被分配相同的标号，并且它们的描述有时将被省略。
[0042]将参照图1至图4B来描述对于根据示例性实施例的光电转换设备共同的配置。光电转换装置包括单光子雪崩二极管(SPAD)像素，该像素包括雪崩光电二极管(APD)。在雪崩二极管中产生的电荷对之中，将被用作信号电荷的电荷的导电型将被称为第一导电型。第一导电型是指其中与信号电荷相同极性的电荷被认为是主载体的导电型。另外，与第一导电型相反的导电型将被称为第二导电型。将给出如下例子的以下描述，在该例子中，信号电荷是电子，第一导电型是N型，第二导电型是P型，但是信号电荷可以是空穴，第一导电型可
以是P型，第二导电型可以是N型。
[0043]在信号电荷是电子的情况下，信号是从APD的阴极读出的，而在信号电荷是空穴的情况下，信号是从PAD的阳极读出的。因此，APD的阴极和阳极具有相反的关系。
[0044]在本说明书中，“平面图”是指从垂直于布置有下面将描述的光电转换元件的半导体层的光入射表面的方向所看的视图。另外，截面是指垂直于布置有光电转换元件的半导体层的光入射表面的方向上的表面。在半导体层的光入射表面在显微镜下看时是粗糙表面的情况下，平面图是基于宏观看到的半导体层的光入射表面定义的。
[0045]首先，将描述对于示例性实施例共同的配置。
[0046]图1是例示说明根据本专利技术的示例性实施例的光电转换装置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光电转换装置，包括：雪崩光电二极管，所述雪崩光电二极管包括阳极和阴极；开关，所述开关连接到所述阳极和所述阴极中的一个节点、以及将被施加驱动电压的电力线，并且被配置为在所述一个节点和所述电力线之间切换电阻值；以及信号产生单元，所述信号产生单元被配置为产生用于控制所述开关的切换的脉冲信号，其中通过将第一曝光时间段内的脉冲信号的数量除以所述第一曝光时间段而获得的值与通过将第二曝光时间段内的脉冲信号的数量除以所述第二曝光时间段而获得的值是不同的，所述第二曝光时间段的长度不同于所述第一曝光时间段的长度。2.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中所述脉冲信号是按重复周期的信号。3.根据权利要求1或2所述的光电转换装置，其中所述第一曝光时间段内的脉冲信号的数量和所述第二曝光时间段内的脉冲信号的数量是相同的。4.根据权利要求1至3中任一项所述的光电转换装置，其中所述第一曝光时间段短于所述第二曝光时间段，并且其中所述第一曝光时间段内的脉冲信号的周期短于所述第二曝光时间段内的脉冲信号的周期。5.根据权利要求1至4中任一项所述的光电转换装置，其中所述第一曝光时间段内的脉冲信号在第一电平的第一脉宽和所述第二曝光时间段内的脉冲信号在第一电平的第一脉宽是相同的。6.根据权利要求5所述的光电转换装置，其中所述第一曝光时间段内的脉冲信号在第二电平的第二脉宽和所述第二曝光时间段内的脉冲信号在第二电平的第二脉宽是不同的。7.根据权利要求1至6中任一项所述的光电转换装置，其中所述开关用作猝熄元件。8.根据权利要求1至7中任一项所述的光电转换装置，其中所述开关是金属
‑
氧化物半导体(MOS)晶体管，其中所述开关的一个节点连接到所述雪崩光电二极管的阴极，其中所述开关的另一个节点连接到所述电力线，并且其中所述脉冲信号被供应给所述开关的栅电极。9.根据权利要求1至8中任一项所述的光电转换装置，进一步包括信号处理电路，所述信号处理电路包括波形成形单元和计数器电路，其中所述波形成形单元连接到所述阳极和所述阴极中的一个节点，并且其中从所述波形成形单元输出的信号被输入到所述计数器电路。10.根据权利要求9所述的光电转换装置，其中所述第一曝光时间段内的脉冲信号的数量等于所述计数器电路的上限。11.根据权利要求9或10所述的光电转换装置，进一步包括校正单元，其中从所述计数器电路输出的计数值被输入到所述校正电路。12.根据权利要求11所述的光电转换装置，其中，在所述校正电路中，在所述计数值、所述第一曝光时间段内的脉冲信号的频率和所述第一曝光时间段的长度被认为是解释变量、并且入射光子的数量被认为是目标变量的情况下，所述解释变量和所述目标变量用基于自然对数的关系表达式表示。
13.根据权利要求11或12所述的光电转换装置，其中，响应于所述计数值的输入，所述校正电路输出满足以下方程的关系的入射光子的数量Nph：Nct＝f
×
T
×
(1
‑
exp(
‑
Nph/(f
×
T)))，其中所述计数值用Nct表示，所述入射光子的数量用Nph表示，所述第一曝光时间段内的脉冲信号的频率用f表示，并且所述第一曝光时间段用T表示。14.根据权利要求11所述的光电转换装置，其中，响应于所述计数值的输入，所述校正电路输出满足以下方程的关系的入射光子的数量Nph：Nct＝f1×
T1×
(1
‑
exp(
‑
Nph1/(f1×
T1)))+f2×
T2×
(1
‑
exp(
‑
Nph2/(f2×
T2)))+
…
+f
n

【专利技术属性】
技术研发人员：大田康晴，森本和浩，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：