BE1024783A1 - Dispositif de détecteur avec courant majoritaire et moyens d'isolation - Google Patents

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BE1024783A1 BE20175012A BE201705012A BE1024783A1 BE 1024783 A1 BE1024783 A1 BE 1024783A1 BE 20175012 A BE20175012 A BE 20175012A BE 201705012 A BE201705012 A BE 201705012A BE 1024783 A1 BE1024783 A1 BE 1024783A1
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Der Tempel Ward Van
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Abstract

La présente invention concerne un dispositif de détecteur assisté par courant majoritaire, comprenant une couche de semi-conducteur d'un premier type de conductivité, au moins deux régions de commande du premier type de conductivité, au moins une région de détection d'un second type de conductivité opposé au premier type de conductivité, et une source pour générer un courant de porteurs majoritaires associé à un champ électrique, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre des moyens d'isolation formés dans la couche de semi-conducteur et situés entre lesdites deux régions de commande, pour dévier le premier courant de porteurs majoritaires généré par la première source entre lesdites deux régions de commande et, ainsi, augmenter la longueur du trajet de premier courant majoritaire, réduire l'amplitude dudit premier courant de porteurs majoritaires et, par conséquent, réduire la consommation d'énergie du dispositif de détecteur.

Description

(30) Données de priorité :
(71) Demandeur(s) :
SOFTKINETIC SENSORS NV 1050, BRUXELLES Belgique (72) Inventeur(s) :
FOTOPOULOU KYRIAKI Korina
1200 BRUXELLES
Belgique
VAN DER TEMPEL Ward 3140 KEERBERGEN Belgique
VAN NIEUWENHOVE Daniel 1981 HOFSTADE Belgique (54) Dispositif de détecteur avec courant majoritaire et moyens d'isolation (57) La présente invention concerne un dispositif de détecteur assisté par courant majoritaire, comprenant une couche de semi-conducteur d'un premier type de conductivité, au moins deux régions de commande du premier type de conductivité, au moins une région de détection d'un second type de conductivité opposé au premier type de conductivité, et une source pour générer un courant de porteurs majoritaires associé à un champ électrique, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre des moyens d'isolation formés dans la couche de semiconducteur et situés entre lesdites deux régions de commande, pour dévier le premier courant de porteurs majoritaires généré par la première source entre lesdites deux régions de commande et, ainsi, augmenter la longueur du trajet de premier courant majoritaire, réduire l'amplitude dudit premier courant de porteurs majoritaires et, par conséquent, réduire la consommation d'énergie du dispositif de détecteur.
Figure BE1024783A1_D0001
BE2017/5012
DISPOSITIF DE DETECTEUR AVEC COURANT MAJORITAIRE ET
MOYENS D'ISOLATION
Domaine technique de 1'invention
L'invention concerne un dispositif de détecteur assisté par courant majoritaire pour détecter un rayonnement électromagnétique incident sur une couche de semi-conducteur, un courant de porteurs majoritaires étant généré entre deux régions de commande et des porteurs minoritaires photogénérés étant, dirigés vers une région de détection sous l'influence d'un champ électrique généré entre les régions de commande.
1/ invention peut être utilisée dans des imageurs, en particulier des imageurs de temps de vol.
Arrière-plan de l'invention
De nos jours, de plus en plus de dispositifs de détection mettent en œuvre des technologies de temps de vol (DDT) pour obtenir des informations de profondeur. Un système de caméra de temps de vol (DDT) basique 3 est illustré sur la Figure 1. Des systèmes de caméra DDT capturent des images 3D d'une scène 15 en analysant le temps de vol de la lumière d'une source de lumière 18 à un objet. Un système de caméra DDT 3 comprend une caméra, avec une unité d'éclairage dédiée 18 et des moyens de traitement de données 4.
.Le principe de fonctionnement d'un système de caméra DDT consiste à éclairer activement la scène 15 avec une lumière modulée 16 à une longueur d'onde prédéterminée à l'aide de l'unité d'éclairage dédiée, par 2 BE2017/5012 exemple avec certaines impulsions lumineuses d'au moins une fréquence prédéterminée. La lumière modulée est réfléchie en retour par des objets dans la scène. Une lentille 2 collecte la lumière réfléchie 17 et forme une image des objets sur un capteur d'imagerie 1 de la caméra. Selon la. distance d'objets à partir de la. caméra, un retard apparaît entre l'émission de la lumière modulée, par exemple lesdites impulsions lumineuses, et la réception au niveau de la caméra de ces impulsions lumineuses. Une distance entre des objets réfléchissants et la caméra peut être déterminée en fonction du retard temporel observé et de la valeur constante de la vitesse de la lumière. Dans un autre mode de réalisation plus complexe et fiable, une pluralité de différences de phase entre les impulsions lumineuses de référence émises et les impulsions lumineuses capturées peuvent être
déterminées estimer des par mesure information de corrélation et s de profondeur. utilisées pour
La déterminât ion des différences de phase peut
être réalisé e notamment par des démodulateu irs photon! .que s
assistés par courant i (CAPD). Le principe des CAPD e s t
expliqué dans EP1513202 et illustré par les Figures 2A-C. Il est basé sur des nœuds de démodulation, les prétendus « dérivations ». Le CAPD représenté sur les Figures 2A—C comprend deux dérivations. Chaque dérivation comprend une région de commande 61, 62 et une région de détection 63, 64. En commandant un potentiel appliqué entre les régions de commande 61 et 62, il est possible de commander la capacité de détection de la dérivation associée. Lorsqu'un photon est incident sur la. zone photosensible d'un pixel, une paire électron-trou e-/h+ peut être générée à un certain emplacement. La paire électron-trou sera séparée par un champ électrique qui est présent et
BE2017/5012 qui est associé au courant majoritaire en circulation. Ce champ électrique amènera. les porteurs minoritaires photogénérés 66, 69 à dériver dans la direction opposée au courant majoritaire en circulation, c'est-à-dire vers les régions de détection 63, 64, respectivement.
Lorsqu'un pixel comprend plusieurs dérivations et lorsqu'un potentiel positif est appliqué à une dérivation par rapport aux autres dérivations, cette dérivation est activée et recevra la. majorité des porteurs illustré signaux commande, réalisées obtenue.
minoritaires photogénérés dans le pixel, comme par les Figures 2B et C. En appliquant des de pilotage appropriés sur les régions de des mesures de corrélation peuvent être et la perception de profondeur peut être
Des CAPD de l'état antérieur de la technique souffrent de plusieurs inconvénients à surmonter. Un premier défi dans des CAPD vise à réduire la taille des pixels tout en évitant un phénomène de diaphonie, c'està-dire un échange de charge parasite entre des pixels voisins. Cette diaphonie peut en effet entraîner une oerte de Qualité d'image.
Un autre défi dans des CAPD vise à créer un champ entre les régions de commande aussi élevé que possible de façon à obtenir une capacité de détection élevée et un contraste démodulation élevé. Cette exigence implique une consommation ;rg:
s'agit de CAPD. La ;vee ;
des l'un des principaux i n c ο n v e n i e n t s consommation d'énergie P dans un CAPD suit l'équation suivante, R et AV étant la résistance et la différence de potentiel entre les régions de commande, respectivement :
BE2017/5012
AA
La consommation d'énergie P peut être réduite, par exemple, en augmentant la distance entre les régions de commande de façon à augmenter la résistance entre elles. Néanmoins, cette solution souffre de l'inconvénient d'affecter négativement la taille du dispositif.
Un autre défi dans des dispositifs CAPD vise à améliorer les procédés de compartimentage de données pour obtenir des données plus fiables. En effet, dans un compartimentage régulier, chaque pixel est généralement lu et les informations sont ajoutées ensuite. Ceci nécessite plus de temps pour le compte de lecture plus élevé et ajoute le bruit de lecture plusieurs fois.
Une solution reste à proposer afin de diminuer la consommation d'énergie des CAPD tout en réduisant la taille des pixels, en évitant, un phénomène de diaphonie entre les pixels et en permettant un compartimentage de do η n é e s amé1i o r é.
Résumé de l'invention
La présente invention concerne un dispositif de détecteur assisté par courant majoritaire selon la revendication 1.
Les moyens d'isolation du détecteur instantané sont formés dans la conducteur et situés entre deux régions dispositif de c o u c h e de s e m i de commande pou
BE2017/5012 dévier le premier courant de porteurs majoritaires généré par la. première source entre lesdites régions de commande et, ainsi, augmenter la longueur du trajet de premier courant majoritaire, réduire l'amplitude dudit premier courant de porteurs majoritaires et, par conséquent, réduire la consommation d'énergie du dispositif de détecteur.
De préférence, les moyens d'isolation du dispositif de détecteur comprennent au moins une région de caisson d'isolation. Le fait de mettre en œuvre des régions de caisson d'isolation entre des pixels est connu dans la technique de détecteurs RVB standards et de capteurs d'image CMOS pour diminuer le phénomène de diaphonie. Il est à noter que les caissons d'isolation de la présente invention sont mis en œuvre pour réduire la consommation d'énergie du dispositif de détecteur en augmentant la. longueur du trajet de courant sans augmenter: la distance entre eux. La fonction des caissons dans les détecteurs RVB classiques est totalement différente. Il serait totalement absurde pour l'homme du métier de vouloir, dans un détecteur RVB, augmenter la longueur du trajet de courant étant donné qu'un détecteur RVB n'est pas assisté par un courant de porteurs majoritaires. Par conséquent, il n'y avait aucune raison de dupliquer, dans un CAPD, ce gui avait été mis en œuvre dans un détecteur RVB.
La présence de région de caisson d'isolation entre les dérivations offre réellement l'avantage selon lequel l'amplitude du courant de porteurs majoritaires est. réduite. En l'absence de ces barrières de caisson d'isolation, des courants élevés commenceraient à circuler entre des pixels adjacents, consommant beaucoup
BE2017/5012 d'énergie tout en étant largement redondants pour le fonctionnement du dispositif. Grâce aux régions de caisson d'isolation, les courants de porteurs majoritaires induits par la source sont forcés à circuler autour de ces barrières d'isolation. La distance entre des régions de commande adjacentes est ainsi augmentée artificiellement et la consommation d'énergie du dispositif est par conséquent réduite. Le trajet de courant qui, dans des mises en œuvre de l'état antérieur de la. technique, était droit entre les régions de commande des dérivations, est désormais allongé en ajoutant les barrières verticales. En plus de ces barrières, les dérivations peuvent désormais être mises en boîtier de faç:on plus proche et les pixels peuvent être situés plus proches les uns des autres.
En d'autres termes, pour commander le dispositif de détecteur de la présente invention, on devrait fournir la génération d'un courant de porteurs majoritaires entre deux régions de commande avec une déviation dudit courant de porteurs majoritaires en augmentant la longueur de son trajet, réduisant son amplitude et, par conséquent, réduisant la consommation d'énergie du dispositif de détecteur. L'étape de déviation du courant de porteurs majoritaires peut être obtenue en formant des moyens d'isolation, de préférence des régions de caisson d'isolation, dans la couche de semi-conducteur entre deux régions de commande.
Avantageusement, l'épaisseur de la couche de semi-conducteur est adaptée pour un éclairage côté arrière et la région de détection, les régions de commande et les moyens d'isolation sont formés dans le côté avant de la couche de semi-conducteur. Cette
BE2017/5012 configuration BSI comprenant des moyens d'isolation entre les dérivations permet de diminuer la consommation di énergie du détecteur tout en réduisant, la taille des pixels et en évitant un phénomène de diaphonie entre les dé r i v a t i ο n s .
Le dispositif de détecteur de la présente invention comprend, plus avantageusement, une seconde source pour générer au moins un second courant de porteurs majoritaires dans la couche de semi-conducteur entre au moins une région de commande, formée dans le côté avant de la couche de semi-conducteur, et le côté ?riere de la couche de semi-conducteur, ledit second courant de porteurs majoritaires étant associé à un second champ électrique respectif, les porteurs minoritaires générés étant dirigés vers le côté avant de la couche de semi-conducteur sous 1'influence du second champ électrique respectivement associé à l'au moins un second courant de porteurs majoritaires. Grâce à ce mode de réalisation, les porteurs minoritaires générés près du côté arrière du dispositif à semi-conducteurs sont collectés plus facilement par les régions de détection du détecteur,
Davantage de préférence, le dispositif de détecteur de la présente invention comprend en outre une pluralité de dérivations adjacentes respectivement associées à une pluralité de moyens d'isolation situés entre elles pour dévier une pluralité de premiers courants de porteurs majoritaires associés, chaque dérivation comprenant au moins une région de détection et au moins une région de commande, et des circuits de commande conçus pour commander la première source et
BE2017/5012 commander séparément au moins l'un desdits premiers c o u r a n t s de p o r t e u r s ma j o r i t a i r e s dé v i é s .
Les circuits de commande sont avantageusement conçus pour placer deux dérivations adjacentes dans un état de non-détection, en réduisant ou en éliminant un premier courant de porteurs majoritaires associé, pour permettre la redirection des porteurs minoritaires générés vers la région de détection la plus proche.
Grâce à cette commande individuelle et distincte, un pixel plus grand est créé artificiellement et la structure de pixel fonctionnelle est agrandie à une zone de fonctionnement plus grande, similaire à ce qui arriverait si les données des pixels étaient compartimentées ensemble pendant un post-traitement. Cette commande individuelle et distincte offre l'avantage de nécessiter uniquement une lecture pour le pixel artificiellement plus grand. Dans un compartimentage régulier, chaque pixel est généralement lu puis les informations sont ajoutées ensuite. Ceci nécessite plus de temps pour le compte de lecture plus élevé et ajoute le bruit de lecture plusieurs fois. Ces deux points sont améliorés dans l'approche suggérée. Cette commande individuelle et distincte est améliorée grâce aux moyens d'isolation entre les dérivations, étant donné qu'ils fournissent une isolation très fiable même avec des
pixels de t rès p e t ,i te su r f a c e .
n e s régions de caisson d'isolation du
dispositif de détecteur de la O r θ g θ rc -r g invention sont de
préférence pO-l· arisées avec un ρ o o. θ n 11. θ.. L pour éviter une
formation de canal sur la surface de gravure. Davantage de préférence, le caisson peut être recouvert d'un
BE2017/5012 isolant et rempli d'un matériau conducteur ou semiC- O Ω O LJ. Cx L- θ LJ. X «
Plus avantageusement, une région de caisson d'isolation supplémentaire est formée au niveau du côté arrière de la couche de semi-conducteur pour empêcher des faisceaux lumineux pénétrant plus profondément, d'entrer dans des régions de pixel adjacentes.
La première source peut également être apte à fournir une tension à courant continu (CC), permettant d'obtenir uniquement des champs verticaux.
Brève description des dessins
La présente invention devrait être mieux comprise à la lumière de la description suivante et des de s s i n s ai η n e x é s .
La Figure 1 illustre le principe de fonctionnement de base d'un système DDT ;
la Figure 2A représente une vue de dessus d'un dispositif selon l'état antérieur de la technique, la Figure 2B et la Figure 2C représentent une vue en coupe transversale du dispositif de la Figure 2A avec deux conditions de courant différentes ;
la Figure 3 représente un mode de X θ cl. .1 2- S cl. t .I. O î i
préféré du invention ; dispos it.i.1 : de détecteui ; selon la présente
la ngure ; upp1éme n t a i re du représente un mode de dispositif de détecteu s cl 1 r s cl L r ο n selon la presence invention ;
BE2017/5012
Figure 5 représente une famille possible de utiliser par la première source de la signaux a ligure 3 ;
la Figure 9 représentent le autre mode de la iigure b a différentes configurations de phase de pixels dan dispositif de détecteur selon la présente invention ; la Figure 10 représente un réalisation du dispositif de détecteur de l'invention ;
la Figure 11 représente un mode de réalisation à titre d'exemple du dispositif de détecteur comprenant des filtres optiques selon la présente invention.
Description de l'invention
L'invention sera expliquée en référence à un substrat et une couche épitaxiale de type p, mais la présente divulgation comprend, dans son cadre, un dispositif complémentaire par lequel des régions p et n deviennent des régions n et p, respectivement. L'homme du metier )eut réaliser moo:
at:
s an:
s'éloigner de l'esprit de .n vent ion.
e rme s
Il devrait également être compris que les p, ni, pl et p-, puits n, puits p, puits n profond et puits p profond sont bien connus par l'homme du métier. Les termes n, p, ni, pi et p- se réfèrent à des plages de niveaux de dopage dans des matériaux de semi-conducteur bien connus par l'homme du métier.
Les termes n et p se réfèrent à des régions dopées n et dopées p, généralement des régions dopées en arsenic et bore, respectivement, ni, pi se réfèrent à des régions de contact peu profondes hautement dopées pour
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PUITS N et PUITS P, respectivement, p- se réfère à une région de type p faiblement dopée telle que PUTTS P.
La présente invention concerne des modes de réalisation se rapportant à la fois à des dispositifs d/éclairage côté avant (ESI) et dtéclairage côté arrière (BSI). Les dispositifs d'éclairage côté avant et d'éclairage côté arrière sont définis en se référant à l'emplacement des circuits sur la puce par comparaison avec la lumière incidente. ESI signifie un dispositif où la lumière est. incidente sur le même côté que les circuits. Avec FSI, la lumière tombe sur le côté avant des circuits, et passe à travers les circuits de lecture et réalise une interconnexion avant d'être collectée dans le photodétecteur. Au contraire, BSI signifie un dispositif où la lumière est incidente sur l'autre côté, où les circuits ne sont pas présents, c'est-à-dire sur le côté arrière. L'idée principale derrière le fait d'utiliser une structure BSI est qu'aucune lumière n'est, perdue pendant le passage à travers les circuits.
La Figure 3 représente un mode de réalisation préféré d'un dispositif de détecteur selon la. présente invention. Il devrait être compris que le dispositif de détecteur à titre d'exemple illustré sur la Figure 3 peut comprendre des éléments supplémentaires. En réalité, de nombreux autres éléments pourraient être présents, tels que des jonctions, des couches de diffusion, des grilles photo, etc. Sur la Figure 3, seuls les éléments minimaux pour être capable d'expliquer et de décrire de façon appropriée les caractéristiques de cette invention parrapport à l'état de la technique sont représentés et décrits.
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Le dispositif de détecteur 300 de la présente invention est assisté par courant majoritaire pour détecter un rayonnement électromagnétique. Le rayonnement peut être un quelconque type de rayonnement, mais de préférence une lumière dans la plage visible ou un r a y ο η n e me n t i n f r a r o u g e.
Le dispositif de détecteur 300 comprend une couche de semi-conducteur 106 sur laquelle un rayonnement électromagnétique peut être incident pour générer, à l'intérieur de celle-ci, des paires de porteurs majoritaire et minoritaire 121. La couche de semiconducteur 106 est dopée avec un dopant d'un premier type de conductivité, un dopant p dans l'exemple de la.
Ficure 3 lette c ie oe semi-c
U ί 1U u L· ί es i de preference dopee p.
Le dispositif de détecteur 300 comprend er
outre au mo ί n s deux régi ons de cc munande 10 0 , 1 ] .5 formées
dans la couche : de s emi · ” C Ο Ώ QUCt θ' ur 106. Les r égions de
commande 100, 115 sont dopées p dans le mode de
réalisât ion à titre d'exemple. 1 ,es régions de commande
peuvent comprer idre une r égion de diffusion p+ 100 et un
puits p 115, de tell e soi te? CT! ! θ j < i région de diffusion ρ-ί-
100 et le pui ts p 115 forment ensemble la région de
commande •
Une prend .ère source V dix est four nie pour-
q- θ n 6 r Θ r au m Q Ί ΪΊ S un premier courant de porteurs
majoritaires 104 dans la couche de semi-conducteur 106 entre des paires de régions de commande, les premiers rnts de porteurs majoritaires 104 étant as un premier champ électrique respectif. Cette source Vmix peut être une source de tension à courant alternatif (CA) ou
BE2017/5012 une source de tension à courant continu (CC), comme cela sera expliqué ultérieurement. Cette source est définie dans ce document comme une source de tension, mais peut également être mise en œuvre comme une source de courant. Toutes les sources de tension décrites dans le reste de ce document (110, 111) pourraient également être remplacées par des sources de courant. Bien que des sources de tension soient préférées, des sources de courant ont des avantages par rapport à leur impédance de sortie et, par conséquent, peuvent également présenter de s a v a n tage s.
Le dispositif de détecteur comprend en outre au moins une région de détection 101, 116 formée dans la. couche de semi-conducteur 10 6 et qui est dopée avec un dopant d'un second type de conductivité opposé au premier type de conductivité, c'est-à-dire un dopant n ici, pour former une jonction et collecter des porteur minoritaires générés. Sur la Figure 3, deux régions de détection 101, 116 sont représentées, mais l'invention n'est pas limitée à celles-ci et pourrait être mise en œuvre avec uniquement une région de détection, par exemple. Les porteurs minoritaires sont dirigés vers la région de détection 101, 116 sous l'influence du premier champ
électrique respectivement associé à l'ai j mo i r is un premi îCù y
courant de porteurs majoritaire s 104. Les régions de
détection peuvent comprendre une région de diffusion n+
101 et un puits n 116 de telle sorte la région de
diffusion n+ 101 et le puits n 116 forment ensemble les régions de détection.
Les régions de détection et les régions de commande sont associées dans des dérivations, une dérivation comprenant au moins une région de détection et
BE2017/5012 au moins une région de commande. Dans cette divulgation, on supposera que chaque pixel 125 détecteur 300 comprend une dérivation pixel 125 peut comprendre plus qu'un exemple 2 dérivations, 4 dérivations comprend tous les éléments encerclés pointillé 125 sur la Figure 3.
du dispositif de En pratique, le érivation (par ...) . Un pixel par la ligne en fi fl (.
Le dispositif de détecteur 300 comprend en outre des moyens d'isolation 103, formés dans la couche de semi-conducteur 106 et situés entre les deux régions de commande, pour dévier le premier courant de porteurs majoritaires 104 généré par la première source VrniX entre les régions de commande et, par conséquent, augmenter la. longueur du trajet de premier courant majoritaire, réduire l'amplitude dudit premier courant de porteurs ma j o r i t a i r e s 10 4 so.
et, p a r c ο n s é qu e n t, réduire la
rgie du dispositif de c ié Lecteur 3 00 .
t ion peu v e n t c o mp r e n d r e au moins une
i' isol Lation 103, qui peut être dispo sée
fi o r> η v f. ! q
Ces moyens d région de cai à divers emplacements entre
Les moyens d'isolation, par exemple les régions de caisson d'isolation 103, forcent les courants induits, c'est-à-dire les courants de porteurs majoritaires 104 induits par Vmix 110, à circuler autour de ces barrières d'isolation, La distance entre les régions de commande adjacentes est ainsi, augmentée artificiellement et la sommation d'énergie du dispositif est ainsi réduite.
Les régions de caisson d'isolation 103 ou barrières d'isolation peuvent être mises en œuvre dans de nombreuses manières différentes, par exemple par des techniques de gravure, telles qu'une gravure de tranchée
BE2017/5012 profonde ou peu profonde, ou par mise en œuvre de barrières d'isolation appliquées avant une croissance de couches épitaxiales. Le plus important est qu'elles induisent une barrière électrique entre des pixels adή acents.
Cette barrière 103 peut être traitée dans un certain nombre de manières pour éviter une fuite le long de la barrière sous la forme d'état:
surface gravée à fuite, d'isolation 103 peut êt profonde, avec de surface et de éviter ceci, le caisson e, par exemple, une gravure n isolant 1001 entre la surface de silicium de la gravure. Il peut s'agir, par exemple, mais sans s'y limiter, d'un oxyde de silicium et, par-
(mais sans s' y limiter) d' un bouchon de P!
dans le cai sson gravé, qui permet cl·
pot en tier ou bouchon de polysilicium
forma tion de canal sur- la surface c le
il lu s tré sur la Figure 4. Les moyens d' is
e polarise:
le exemple les régions de caisson d'isolation 103, sont de préférence polarisés avec un potentiel. La région de caisson d'isolation ou la région de caisson d'isolation profonde peut être remplie avec un semi-conducteur ou matériau électro-conducteur de telle sorte qu/une tension peut être appliouée.
Il doit être fait attention lors de la. mise en œuvre de ces barrières d'isolation, par exemple sous la forme d'un caisson d'isolation profond. La création de caissons profonds endommage généralement le substrat de silicium et augmente le courant d'obscurité des pixels ou dérivations. Dans des capteurs d'image RVB qui utilisent un caisson d'isolation, le caisson subit une passivation par exemple par dopage de la surface de silicium
BE2017/5012 nouvellement formée des parois latérales et du fond du caisson avec des implantations de type p. Cependant, ceci
n' est p â S U Ώ Θ L. .T.' Θ S bonne option dans le cadre de 1 a
présente invention, étant donné que 1'i solation est
suppose se augmenter la ré s istance de traj et pour des
porteui :s majoritaires entre de s dé r ovations, et cet ei Lfet
serait contré lorscr ue le caisson serait dopé car !
dopage réduirait la résistance de la surface du caisson.
Cependant, d'autres moyens de passivation peuvent être utilisés, par exemple le caisson pourrait être recouvert d'un isolant tel qu'un oxyde mince ou un nitrure ou un autre isolant puis rempli avec un matériau conducteur ou semi-conducteur, ledit caisson recouvert de l'isolant et rempli avec le matériau conducteur ou sernionducteur agissant comme une grille qui peut être olarisée. Le recouvrement avec l'isolant et le matériau conducteur ou semiêtre polarisé influencent les puisque cela peut le rendre r e mp 11 s s a g e a v e c u c ο n du c t e u r qu J surfaces de électriquement inactif en porteurs minoritaires avec même.
pe;
C ci .i. o ö O i évitant une interaction de ia surface oe caisson eue —
Le dispositif de détecteur 300 de la présente invention peut comprendre au moins une région de caisson d'isolation supplémentaire 150 formée au niveau du côté arrière de la couche de semi-conducteur 106, comme illustré sur la Figure 4. La fonction de ces régions de caisson d'isolation supplémentaires 150 est d'empêcher des faisceaux lumineux pénétrant plus profondément d'entrer dans des régions de pixel adjacentes.
BE2017/5012
Le œqions de caisse!
: orme es os r' m H ; v /·>.- , x \_·' X .1 '-_A ti k_. t. tu ti J.. OA ;ôté arrière de la couche d'isolation 103, 150, le côté avant de la couche de semià la fois dans le côté avant et. dans le de semi-conducteur, peuvent comprendre des régions de caisson d'isolation profondes et/ou des régions de caisson d'isolation très profondes.
De préférence, l'épaisseur de la couche de semi-conducteur est adaptée pour un éclairage côté arrière (BSI) et la région de détection 101, 116, les régions de commande 100, 115 et les, moyens d'isolation 103 sont formés dans le côté avant de la couche de semi-conducteur 106,
Davantage de préférence, une seconde source Vbias 111 est mise en œuvre dans le dispositif de détecteur 300 pour générer un second courant de porteurs majoritaires 105 dans la. couche de semi-conducteur 106 entre le côté avant et le côté arrière de la couche de semi-conducteur 106, par exemple entre au moins région de commande 100, 115 formée dans le côté avant de la couche de semi-conducteur 106 et le côté arrière de la couche de semi-conducteur 106, Ledit second courant de porteurs majoritaires 105 est associé à un second c élec que respectif. Les porteurs minoritaires généré:
.t dirigé vej le côté avant de la couche de semisous înîruence >ecc électrique respectivement associé à l'au moins un second courant de porteurs majoritaires 105.
Le arriéré ou aisposr de détecteur 30ί peut comprendre une couche de passivation 107 formée sur le côté arrière de la couche de semi-conducteur 10 6 et qui est dopée avec un dopant du premier type de
BE2017/5012 conductivité, par exemple une couche dopée p+ 107. Ceci aide à diffuser le champ appliqué à l'aide de la source 111.
Une autre possibilité est d'avoir une couche épitaxiale faiblement dopée sur le dessus d'un substrat hautement, dopé. Ce substrat peut ensuite également, servir à diffuser la tension appliquée à l'aide de la source 111 et pourrait être aminci pour réduire son épaisseur.
Le dispositif de détecteur 300 peut en outre comprendre au moins une région de contact 108 formée sur le côté arrière de la couche de semi-conducteur 10 6 et qui est dopée avec un dopant du premier type de conductivité. Le second courant de porteurs majoritaires 105 est généré par la seconde source 111 dans la couche de semi-conducteur 10 6 entre l'au moins une région de commande 100, 115 formée dans le côté avant de la couche de semi-conducteur 106 et ladite région de contact 108.
Un autre moyen pour entrer en contact avec le côté arrière pourrait être une structure de puits p profond au niveau du côté avant, assez profonde pour se connecter à la couche de passivation 107. Par conséquent,
c e pur t s P peu r θ r κ polaris é à partir du côté avant et
permet 1 appli cation et la. commande de 1 'intensité du
second champ électrique. Ainsi, la couche de
pas si vat: i ο n 10 7 peut être mi se en contact à l'aide d' un
puits pr of ond f o rmé dans le côté avant de la couche de
s e m i - c ο n du c t e u r 10 6 .
Il devrait être compris que, même sans mettre en œuvre de tels éléments 107, 108 et 111, le
BE2017/5012 fonctionnement du dispositif de détecteur 300 dans une configuration BSI est possible, étant donné qu'un champ électrique intégré est généralement présent verticalement dans le dispositif 300. Ces éléments sont éventuellement mis en œuvre pour améliorer le second champ électrique.
Les sources de tension VSiX 1.10 et Vbias 11
invoquent le guidage de champs dans la 0 O ' c fr de semi
c ο n du c t e u r. Vrai x e s t appliqué sur des pixels adj acent
tels que représentés, tandis que Vbias in icruit un delta d
tension entre le côté avant et le côté arrière de la couche de semi-conducteur 106. Ces sources de tension 110 et 11 induisent des premiers courants d· majoritaires 104 entre les pixels, et courants de porteurs majoritaires 105 de porteurs oes se c ο n d s vers dVUÎi l'arrière, respectivement. Un champ électrique est induit en opposition avec la détection de courant. Lorsque la lumière atteint la couche de semi-conducteur 106 depuis le côté arrière, des paires électron-trou 121 sont générées. Les trous circulent avec le courant majoritaire induit, vers le côté arrière, tandis que l'électron est guidé vers le côté avant. Une fois à proximité du côté avant, l'électron sera entraîné vers le pixel avec la diffusion p+ la plus polarisée 100, où il entrera dans la diffusion n+ adjacente 101 et entrera dans le circuit de lecture de pixel 120 en vue d'un traitement supplémentaire. Ce circuit 120 peut être un circuit 3T, 4T ou un autre circuit de lecture de pixel. Les circuits de traitement 120 peuvent être conçus pour échantillonner une valeur liée à la charge de porteurs minoritaires collectée par les régions de détection et pour traiter ladite valeur et délivrer des données de temps de vol.
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L' invention suivante permet également une organisation intelligente de structures de pixels et permet l'amélioration de procédés de compartimentage de données dans des imageurs DDT. Le compartimentage est l'ajout ensemble des informations de pixel individuelles, généralement pour améliorer le rapport signal-sur-bruit des informations compartimentées.
La Figur· e 5 représente une famille possible de
signaux à utiliser par la source Vndx 110 de . la Figure 3.
Bien, qu'une plage quelconque de ret ards de phase/temps
(en secondes ou 0-360°) et de f o rme s de signal
(sinusoïdale, PRES, en dents de scie, carrée, ...) peut être utilisée, nous utiliserons dans cette description des ondes carrées et des combinaisons de retards de phase de 0°/90°/180°/270°, utilisé pour le signal n le signal 0 est generalement lumineux modulé.
La Figure 6 représente un schéma sur la façon d'organiser le pixel dans un dispositif de détecteur, par exemple un imageur DDT, un motif de damier étant utilisé, appliquant des signaux déphasés de 0° et 180°. Les pixels marqués avec un 0 sont reliés à une borne de la source irü represenr.ee sur ra tigure des pixels marqués avec 180 sont reliés à Dans un fonctionnement typique, deux prises : une avec un retard de phase de 0 puis une avec une mesure déphasée de 90 et
3, tandis que l'autre côté.
me s u r e s s ο n t et 180 degrés, 270 degrés.
Pour un pixel, la zone de fonctionnement 200 est représentée, laquelle s'étend au-delà d'une cellule individuelle. Cette zone de fonctionnement est similaire pour tous les pixels dans le réseau et résulte des lignes de champ s'étendant à l'extérieur des limites de pixel
BE2017/5012 lors d'une proximité à la représenté sur la Figure 3.
surface sensible, comme
Par conséquent, toutes les informations acquises se chevauchent et sont post-traitées pour calculer les données déphasées de 0, 90, 180, 270 degrés individuelles. Ceci est généralement réalisé à l'aide des données de pixels environnants dans le temps et l'espace, par exemple, en réalisant une interpolation simple, en utilisant des valeurs médianes ou moyennes ou en choisissant, des combinaisons de données basées sur des informations supplémentaires, telles que des gradients/bords ou un mouvement détecté.
Dans des capteurs de couleur classiques, des concepts similaires existent pour obtenir ceci, appelés dé-mosaïquage, où ils sont généralement utilisés pour obtenir des données Rouge, Verte, Bleue par pixel, comme cela est connu par l'homme du métier.
L'organisation d'un imageur DDT d'une telle manière permet d'utiliser la totalité de la lumière incidente, étant donné qu'elle est. capturée à tout, moment dans un nœud de détecteur, mais ne nécessite pas un nombre élevé de dérivations dans chaque pixel, ce qui nécessiterait une structure de pixel plus grande. Cette capacité de configuration de la taille de pixel virtuel est obtenue en réorganisant les champs électriques dans le CAPD tel qu'expliqué dans cette divulgation.
Il est également, possible de concevoir un capteur d'image comprenant une pluralité de dispositifs de détecteur, le capteur d'image étant conçu pour mettre en œuvre une étape de dé-mosaïquage supplémentaire pour
BE2017/5012 calculer des données de pixel individuelles à partir des données de pixel se chevauchant obtenues.
Un autre schéma est représenté sur la Figure 7, où les données associées à 0, 90, 180, 270 degrés sont obtenues en parallèle en pilotant les différents signaux 'Unix déphasés vers différents pixels dans l'imageur.
Afin d'a ugmenter le rappo rt signal-sur- bruit,
il est important d'avoir des mé c a η i s m e s f1e x ib1e s pour
compa r t. imen t e r de s données de pixel ensemble, cré ant un
pixel plus grand. Le dispositif de détecteur 300 de 1 a
p r é s e n t e in v e n t i ο n résout ce problème spécifique, de la
façon suivante.
Le dispositif de détecteur 3 0 0 de
invention peut comprendre une plura lité de
adj acentes r e s p e c t i v e me n t associées ci. U Γΐ Θ
moyens d'i. .solation 10.3, 1 001, 10 02 situés
pour dévier une pluralité de premiers la présente dé r i v a t i ο n s pluralité de entre elles courants de porteurs majoritaires associés 104. Chaque dérivation peut comprendre au moins une région de détection et au moins une région de commande. Le dispositif de détecteur peut également comprendre des circuits de commande conçus pour commander la première source 110 et coiwnder séparément au moins l'un desdits premiers courants de porteurs majoritaires déviés 104.
Les circuits de commande peuvent également être conçus pour annuler temporellement au moins l'un desdits premiers courants de porteurs majoritaires déviés 104 en pilotant la source Vmix 110 de façon appropriée.
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Les circuits de commande peuvent également être conçus pour réduire ou éliminer les dérivations associées participant à la détection des porteurs minoritaires générés, comme expliqué dans la présente invention cidessous .
Les circuits de commande peuvent également être conçus pour obtenir un compartimentage de pixels, comme
expliq u e cl ans _l a présente invention ci-dessous.
Sur la Figure 8, un schéma est représenté, dans
lequel plusieurs D1X sont placés dans un état Non
Counec té (= NC), amenant ainsi les lignes de champ à
contourner les cellules NC et être dirigées uniquement vers les cellules en fonctionnement restantes. La lumière incidente sur les pixels dans l'état NC sera ensuite distribuée sur les pixels adjacents qui sont connectés à un signal , Par conséquent, la structure de pixel fonctionnelle est agrandie à une zone de fonctionnement 2 02, similaire à ce qui. arriverait si des pixels avaient été compartimentés ensemble, mais nécessitant uniquement un pixel à lire.
En pratique, l'état NC pourrait ne pas être connecté, mais pourrait également être connecté de manière minimale avec une tension plus faible ou une tension différente. L'objectif de cet état est de placer deux dérivations adjacentes dans un état de non-détection en modifiant un premier courant de porteurs majoritaires associé pour permettre la redirection des porteurs minoritaires générés, ici des électrons, vers la région de détection la plus proche.
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L'état de non-détection desdites deux dérivations adjacentes peut être obtenu en déconnectant leurs régions de commande de telle sorte que le premier mar ritairei associe (1 courant de porteur: éliminé. En variante, l'état de non-détection desdites deux dérivations adjacentes peut être obtenu en connectant leurs régions de commande à une tension prédéterminée de telle sorte que le premier courant de porteurs majoritaires associé (104) est réduit, la
:.ei prédéterminée étant inférieure à ui te utilisée dans un état de détection, placer le pixel ciperait pas, le dans lequel i.i oins de signal, une plage plus ;se de lumière
En d'autres termes, au lieu de dans un état NC dans lequel il ne parti pixel peut être placé dans un état participerait encore, mais recevrait m Ceci peut dynamique eure avantageux pour créer ou permettre une robustes ambiante.
En variante, comme représenté sur la Figure 6, l'état de non-détection de deux dérivations adjacentes est obtenu en modifiant la polarité du courant de porteurs majoritaires entre lesdites deux dérivations adj acentes.
Pour mieux illustrer le concept, sur la. Figure 9, un pixel encore plus grand avec une zone de fonctionnement 203 est obtenu en plaçant plus de pixels dans l'état NC. Concrètement, une forme ou structure quelconque de NC par rapport à des pixels connectés peut être réalisée, la lumière entrant au-dessus de la structure de pixel NC étant répartie de façon égale sur les pixels connectés environnants.
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Ces états de compartimentage peuvent être décidés lors de l'exécution en configurant des pixels dans l'état NC, tandis que d'autres sont maintenus en f ο n c t i ο η n e me n t. c o mp a r t i me n t a g e 1'exécution.
Ceci permet rès flexible, s approche de i gu r ab le lors de
Le
Figures 8 igurat îs ae rm ;urç à 0 et représentent c .80 decrés. Evidemmer des mesures à 90 et 270 degrés pourraient être de nouveau obtenues dans des mesures ultérieures, ou en configurant le schéma de pixel pour l'obtenir en parallèle, comme illustré sur la Figure 7.
Sur la Figure 10, un autre mode de réalisation du dispositif de détecteur 300 de la présente invention est représenté. La Figure 10 explique la mise en œuvre pratique de mesures DDT et de compartimentage de données.
Un sélecteur 160 est mis ei œuvre p seiecuionner tension prédéterminée V:illx à appliquer aux régions de commande 115, grâce à la première source 110. Grâce au
sélecteur 16 plusieurs si 0, lors c iu fonctionnement DDT du dispositif,
.gnau x de modulation différents peuvent fa ire
fonctionner les régi! ms par l'intermédiaire des sour ces
de tension V m -i γ 110 , pour obtenir les signaux de
corrélation DDT . requi s (par exemple 0°, 90°, 180°, 270 °) .
Dans chaque pixe 1, .1 e sélecteur 160 est mis en œuvre p our-
sélectionner 1 θ signal de modulation piloté vers la
région de comm .ande de guidage, ou sélectionner le
nœud NC, permettant l'opération de compartimentage telle que présentée sur les Figures 8 et 9. Si un élément de mémoire est présent dans chaque pixel pour permettre une
BE2017/5012 sélection par pixel du signal, des motifs de compartimentage arbitraires peuvent être mis en œuvre.
Lorsque l'éclairage de zones spécifiques peut être allumé/éteint lors de l'exécution, on pourrait construire un système dans lequel l'éclairage de zones spécifiques est allumé/éteint conjointement avec les zones de capteur qui sont allumées/éteintes. Un type d'éclairage qui pourrait obtenir ceci est un r é s e a u V C S E L .
En outre, certaines zones dans lesquelles la lumière est uniquement détectée et non démodulée pourraient être envisagées, en sélectionnant une tension CC (non représentée) . Ceci permet la création d'un mode de fonctionnement non-DDT, attirant la lumière dans un mo de c ο n t i nu .
Sur la Figure 11, un autre mode de réalisation du dispositif de détecteur de la présente invention est représenté. Une mise en œuvre RVBZ est représentée, dans laquelle certains filtres optiques sont appliqués sur le dessus du côté avant ou du côté arrière de la couche de semi-conducteur, selon la configuration FSI ou BSI, pour uniquement faire passer, par exemple, la lumière Rouge + IR (représentée par R sur la Figure il), la lumière Verte + IR (représentée par V sur la Figure 11), la lumière Bleue + IR (représentée par B sur la Figure 11), la lumière ÏR (représentée par D sur la Figure 11) . À une étape ultérieure, ou en parallèle, la première source 110 est apte à fournir une tension à courant continu (CC) . Des données d'intensité RVB et IR peuvent ainsi être obtenues en faisant fonctionner le dispositif en non-DDT en appliquant des tensions CC à la première source 110
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Vinix. Il pourrait également être bénéfique d'être capable de réaliser une lecture régulière des signaux RVB entrant dans le côté avant. Ceci pourrait être obtenu en appliquant des tensions CC sur la première source 110 Vœix pour chaque pixel, conduisant à des champs uniquement verticaux. Ceci aide à induire uniquement un mouvement vertical par rapport, aux électrons et à conserver la position latérale dans laquelle la paire électron-trou a été photogénérée. Ceci aide ensuite à ne pas mélanger les électrons générés sous les différents filtres qui pourraient être appliqués sur le dessus de chaque cellule individuelle (Rouge, Verte, Bleue, IR, Rouge+ÏR, Verte + IR, Bleue+IR, ...) .
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FIGURES
b rgure 1
Timing Generator Générateur de synchronisation
CPU Unité centrale de traitement
Figure Light O -J Lumière
Pixel c circuit Circuit de pixel
Figure Zi 4
Light Lumière
Figure 5
Time temps
Figure 10
Light Lumière
Pixel c circuit Circuit de oixel
Figure 11
R F<
G, B n V B T>
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Claims (14)

  1. REVENDICATION S
    1 - Dispositif eie detecteur (300) assisté par courant maj oritaire pour la détection d'un rayonnement électromagni étique comprens ont : - une couche c ie semi-conducteur (106) sur laquelle u n rayonnement é 1 e c t r o m a g n é t i qu e peut être
    incident pour générer, à l'intérieur de celle-ci, des paires de porteurs majoritaire et minoritaire (121) et qui est dopée avec un dopant d'un premier type de c ο n du c t i v i t é ;
    - au moins deux régions de commande (100, 115) formées dans la couche de semi-conducteur (106), qui sont dopées avec un dopant du premier type de conductivité ;
    - une première source (110) pour générer au moins un premier courant de porteurs majoritaires (104) dans la couche de semi-conducteur (106) entre lesdites deux régions de commande (100, 115), le premier courant de porteurs majoritaires (104) étant associé à un premier
    champ électrique respectif ; ... au moins une région de déte ction (101, 116) formée clan s la couche de semi-conducteur (106) et qui est dopée avec un dopant d'un second type de c o n du c t .i v i t é opposé au p remier type de conductivité, pour former une
    jonction et collecter des porteurs minoritaires générés ;
    - les porteurs minoritaires étant dirigés vers la région de détection (101, 116) sous l'influence du premier champ électrique respectivement associé à l'au moins un premier courant de porteurs majoritaires (104) ;
    le dispositif de détecteur étant caractérisé par le fait que :
    il comprend en outre des moyens d'isolation (103, 1001, 1002), formés dans la couche de semi-conducteur (106) et situés entre lesdites deux première
    BE2017/5012 régions de commande (100, 115), pour dévier le premier ’e porteurs majoritaires (104) généré par la source (110) entre lesdites deux régions de mmande (100, 115).
  2. 2 - Dispositif de détecteur (300) selon la.
    revendication 1, dans lequel les moyens d/isolation (10.3, 1001, 1002) comprennent au moins une région de caisson d'isolation (103, 1001, 1002).
    reve at:
    Dispositif de détecteur (300) selon la. 1 ou 2, dans lequel l'épaisseur de la iche de semi-conducteur (106) est adaptée pouj in ecia:
    g e c ô t é a r r i ère, d:
    ms .e crue .ιτέα ion de détection (101, 116), les régions de commande (100, 115) et les moyens d'isolation (103 ; 1001 ; 1002) sont formés dans le côté avant de la couche de semi-conducteur (106).
    Di st nitif iéte h-· CA -i(300) selon me
  3. 3, comprenant en outre quelconque des revendications 1 une seconde source (111) pour g< courant de porteurs majoritaires (105) dans semi-conducteur (106) entre le c semi-conducteur (106) et le côti semi-conducteur (106), ledit se majoritaires (105) étant associé à un second champ électrique respectif, les porteurs minoritaires générés étant dirigés vers le côté avant de la couche de semi(106) sous l'influence du second champ
    au moi ms un sec ond Q. dns la couche de ant de la c o u c n e de :re de la couche de ourant de porte urs
    électriaue respectivement associé à l'au moin:
    ui ;ecc . r a n t de p o r t e u r s ma. j o r i t a i r <.
    .05) .
    Dispositif de détecteur (300) se( la îdicatioi comprenant en outre une couche de
    BE2017/5012 passivation (107) formée sur le côté arrière de la couche de semi-conducteur (106) et qui est dopée avec un dopant du premier type de conductivité, la couche de passivation (107) étant mise en contact à l'aide d'un puits profond formé dans le côté avant de la couche de semi-conducteur (106) .
  4. 6 - Dispositif de détecteur (300) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une pluralité de dérivations adjacentes respectivement associées à une pluralité de moyens d'isolation (103, 1001, 1002) situés entre elles pour dévier une pluralité de premiers courants de porteurs majoritaires associés (104), chaque dérivation comprenant au moins une région de détection et au moins une région de commande ; et comprenant en outre des circuits de commande conçus pour commander la première source (110) et commander séparément lesdits premiers courants de porteurs majoritaires (104) déviés par lesdits moyens d'isolation (103, 1001, 1002).
  5. 7 - Dispositif selon la revendication 6, dans lequel les circuits de commande sont en outre conçus pour placer deux dérivations adjacentes dans un état de nondétection, en modifiant un premier courant de porteurs majoritaires associé (104), pour permettre la redirection des porteurs minoritaires générés vers la région de détection la plus proche.
  6. 8 - Dispositif de détecteur (300) selon la revendication 7, dans lequel l'état de non-détection desdites deux dérivations adjacentes est obtenu en déconnectant leurs régions de commande.
    BE2017/5012
    9 - Dispositif de détecteur (300) selon la r e v e n d i c a t i ο n /, da. ns le que îl l'état de non-détect i ο n desdites deux dérivations adj acerbes est obtenu en connectant le s régions de commande à une tens i O prédéterminée, la tension pré ^déterminée étant inférie Lire
    à une tension utilisée dans un état de détection.
  7. 10 --- Dispositif de détecteur (300) selon la revendication 7, dans lequel l'état de non-détection desdites deux dérivations adjacentes est obtenu en modifiant la polarité du courant, de porteurs majoritaires entre lesdites deux dérivations adjacentes.
  8. 11 - Dispositif de détecteur (300) selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, dans leque.l· les circuits de commande sont en outre conçus pour obtenir un compartimentage de pixels.
  9. 12 - Dispositif de détecteur (300) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans leque.l· les moyens d'isolation (103, 1001, 1002) sont polarisés avec un potentiel.
  10. 13 - Dispositif de détecteur (300) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens d'isolation (103, 1001, 1002) sont un caisson recouvert d'un isolant puis rempli avec un matériau conducteur ou semi-conducteur.
  11. 14 - Dispositif de détecteur (300) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre au moins une autre région de caisson d'isolation (150) formée dans le côté arrière de la couche de semir (10 6) .
    BE2017/5012
  12. 15 - Dispositif de détecteur (300) selon l'une quelconque des revendications 2 à 14, dans lequel les régions de caisson d'isolation (103, 1001, 1002 ; 150), formées dans le côté avant de la couche de semiconducteur ou à la fois dans le côté avant et dans le côté arrière de la couche de semi-conducteur (106), comprennent des régions de caisson d'isolation profondes et/ou des régions de caisson d'isolation très profondes.
  13. 16 - Dispositif de détecteur (300) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre des circuits de traitement (120) conçus pour échantillonner une valeur associée à la charge de porteurs minoritaires collectée par la région de détection (101, 116) et pour traiter ladite valeur et délivrer des données de temps de vol.
  14. 17 - Dispositif de détecteur (300) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre des filtres optiques (R ; V ; R ; D) sur le dessus du côté avant ou du côté arrière de la couche de semi(10 6)
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