CN102095495B - 用作环境光传感器的光电检测器 - Google Patents

用作环境光传感器的光电检测器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用作环境光传感器的光电检测器。光电检测器包括被配置成抑制红外(IR)光的滤光片覆盖并产生第一电流(I1)的一个或多个第一光电二极管区域。光电检测器还包括被配置成抑制可见光和IR光的阻光材料覆盖并产生第二电流(I2)的一个或多个第二光电二极管区域。光电检测器还包括不被滤光片覆盖也不被阻光材料覆盖并产生第三电流(I3)的一个或多个第三光电二极管区域。另外，光电检测器包括配置成产生表示第一电流(I1)或第一电流(I1)的缩放版减去第二电流(I2)或第二电流(I2)的缩放版、再减去第三电流(I3)或第三电流(I3)的缩放版的输出的电路。配置成抑制IR光的滤光片可例如为介电反射涂层滤光片、IR吸收涂层滤光片或其组合。

Description

用作环境光传感器的光电检测器
优先权声明
本申请要求以下美国专利申请的优先权：
·Dong Zheng、Xijian Lin和Joy Jones于2010年9月17日提交的题为“用作环境光传感器的光电检测器(PHOTODETECTORS USEFUL AS AMBIENTLIGHT SENSORS)”(代理案号为ELAN-01260US0)的美国专利申请No.12/885,297；
·Dong Zheng、Joy Jones和Xijian Lin于2009年9月22日提交的题为“用于环境光传感器和接近传感器的晶片级涂层(WAFER-LEVEL COATING FORAMBIENT SENSOR AND PROXIMITY SENSOR)”(代理案号为ELAN-01241US0)的美国临时专利申请No.61/244,817；
·Dong Zheng、Joy Jones和Xijian Lin于2009年11月9日提交的题为“包括以整形光谱响应的晶片级光学涂层和有色封装环氧的光传感器(OPTICALSENSOR INCLUDING WAFER-LEVEL OPTICAL COATINGS AND TINTEDPACKAGING EPOXY TO SHAPE SPECTRAL RESPONSE)”(代理案号为ELAN-01241US1)的美国临时专利申请No.61/259,475；以及
·Joy Jones和Lynn K.Wiese于2009年11月3日提交的题为“用于光电检测器半导体管芯玻璃应用的红外抑制可光刻涂层(INFRARED SUPPRESSINGPHOTO-PATTERNABLE COATING FOR PHOTODETECTINGSEMICONDUCTOR DIE GLASS APPLICATIONS)”(代理案号为ELAN-01243US0)的美国临时专利申请No.61/257,595，其中的每一个通过引用结合于此。
技术领域
本发明的实施例一般涉及用作环境光传感器的光电检测器以及其相关的方法。
背景技术
光电检测器可用作环境光传感器(ALS)，例如用作显示器的节能光传感器、在如移动电话和膝上型电脑的便携设备中用于控制背光、以及用于各种其它类型的亮度级测量和管理。对于更具体的示例，环境光传感器可通过检测作为控制显示器和/或键盘背光的手段的亮和暗的环境光条件用以降低整个显示系统的功耗并用以提高液晶显示器(LCD)的寿命。没有环境光传感器的情况下，LCD显示器背光控制典型地通过手动进行，其中当周围环境变得较亮时，用户将增加LCD的强度。在使用环境光传感器的情况下，用户可调节LCD的亮度至用户的偏好，且随着周围环境的变化，显示器亮度调节成使得显示器在相同的感测级别显得均匀；这使得电池寿命被延长、用户眼疲劳得到缓解以及LCD寿命得到延长。类似地，没有环境光传感器的情况下，键盘背光的控制极大地取决于用户和软件。例如，由通过按压键盘对触发器进行触发，或由定时器可将键盘背光点亮10秒中。使用环境光传感器的情况下，键盘背光仅仅在周围环境为暗时点亮，这将导致较长的电池寿命。为了获得较好的环境光感测，环境光传感器优选地具有接近于人眼响应的光谱响应并具有优异的红外(IR)噪声抑制。
发明内容
根据一个实施例，光电检测器包括被配置成抑制红外(IR)光的滤光片覆盖并产生第一电流(I1)的一个或多个第一光电二极管区域。光电检测器还包括被配置成抑制可见光和红外(IR)光的阻光材料覆盖并产生第二电流(I2)的一个或多个第二光电二极管区域。光电检测器还包括不被滤光片也不被阻光材料覆盖并产生第三电流(I3)的一个或多个第三光电二极管区域。另外，光电检测器包括配置成产生表示第一电流(I1)或第一电流(I1)的缩放版（scaled version）减去第二电流(I2)或第二电流(I2)的缩放版、再减去第三电流(I3)或第三电流(I3)的缩放版的输出的电路。根据一个实施例，被阻光材料覆盖的该一个或多个第二光电二极管区域还被配置成抑制IR光的滤光片覆盖。配置成抑制IR光的滤光片可例如为介电反射涂层滤光片、IR吸收涂层滤光片或其组合。第三电流(I3)(或其缩放版)比要减去第三电流(I3)(或其缩放版)的第一电流(I1)(或其缩放版)至少小一个数量级并优选小两个数量级。这为IR的抑制提供显著改善而不会大量降低可见光的响应。这也意味着由漏电流导致的第三电流(I3)部分(或其缩放版)与由漏电流导致的第一和第二电流部分(或其缩放版)相比非常小，并因此由漏电流导致的第三电流(I3)部分(或其缩放版)因其无关紧要而可被忽略。
当包括可见光和IR光的光入射在光电检测器上且部分IR光通过滤光片时：由该一个或多个第一光电二极管区域产生的第一电流(I1)主要表示可见光和通过滤光片的部分IR光的第一小部分；由该一个或多个第二光电二极管区域产生的第二电流(I2)主要表示通过滤光片的部分IR光的第二小部分；由该一个或多个第三光电二极管区域产生的第三电流(I3)主要表示可见光和IR光；并且由电路产生的输出主要表示通过滤光片的大部分IR光被去除后的可见光。
当没有光入射到光电检测器上时：由该一个或多个第一光电二极管区域产生的第一电流(I1)主要表示第一漏电流；由该一个或多个第二光电二极管区域产生的第二电流(I2)主要表示基本上等于第一漏电流的第二漏电流；并且当输出是由电路产生时，第二漏电流基本上抵消第一漏电流，从而由该电路产生的输出表示没有检测到光。
根据一个替代实施例，光电检测器不包括任何被阻光材料覆盖的光电二极管区域。更具体地，光电检测器包括被配置成抑制红外(IR)光的滤光片覆盖并产生第一电流(I1)的一个或多个第一光电二极管区域。另外，光电检测器包括不被滤光片覆盖并产生第三电流(I3)的一个或多个另一光电二极管区域。光电检测器还包括配置成产生表示第一电流(I1)或第一电流(I1)的缩放版减去另一电流(I3)或另一电流(I3)的缩放版的输出的电路。另一电流(I3)(或其缩放版)比要减去另一电流(I3)(或其缩放版)的第一电流(I1)(或其缩放版)至少小一个数量级并优选小两个数量级。这为IR光的抑制提供非常显著的改善而不会过于降低可见光的响应。当包括可见光和IR光的光与入射到光电检测器上且部分IR光通过滤光片时：由该一个或多个第一光电二极管区域产生的第一电流(I1)主要表示可见光和通过滤光片的部分IR光的一小部分；由该一个或多个另一光电二极管区域产生的另一电流(I3)主要表示可见光和IR光；并且由电路产生的输出主要表示通过滤光片的大部分IR光被去除后的可见光。
本发明的实施例还涉及用于产生具有合乎需要的光谱响应的输出的方法。根据一个实施例，产生的第一电流(I1)主要表示可见光和通过滤光片的部分IR光的第一小部分。另外，产生的第二电流(I2)主要表示通过滤光片的部分IR光的第二小部分。而且，产生的第三电流(I3)主要表示可见光和IR光。所产生的输出表示第一电流(I1)或第一电流(I1)的缩放版减去第二电流(I2)或第二电流(I2)的缩放版并减去第三电流(I3)或第三电流(I3)的缩放版，其中输出主要表示通过滤光片的IR光的几乎所有部分被去除后的可见光。
根据另一个实施例，产生的第一电流(I1)主要表示可见光和通过滤光片的部分IR光的一小部分。另外，产生的另一电流(I3)主要表示可见光和IR光。产生的输出表示第一电流(I1)或第一电流(I1)的缩放版减去另一电流(I3)或第三电流(I3)的缩放版，其中输出主要表示通过滤光片的IR光的几乎所有部分被去除后的可见光。
进一步和可选的实施例，以及本发明的实施例的和特征、方面和优点将随着下面陈述的详细说明、附图和权利要求而变得明显。
附图说明
图1示出没有任何光谱响应整形的光电检测器的示例性的光谱响应。
图2示出人眼的典型的光谱响应。
图3A示出根据本发明的一个实施例的光电检测器的俯视图。
图3B示出图3A的光电检测器沿着线3B-3B的横截面。
图4A为示出可使用图3A和3B的光电检测器得到的示例性光谱响应的曲线图。
图4B为示出图4A的曲线图的一部分的附加细节的曲线图。
图5A为示出可使用图3A和3B的光电检测器得到的示例性光谱响应的另一曲线图。
图5B为示出图5A的曲线图的一部分的附加细节的曲线图。
图6A和6B为用于示出根据本发明特定的实施例的电流和/或其它信号如何组合的高层次框图。
具体实施方式
图1示出没有例如使用覆盖检测器的滤光片进行任何光谱响应整形的光电检测器的示例性的光谱响应。图2示出人眼的典型的光谱响应。从图1和图2可以理解，使用光电检测器作为环境光传感器的一个问题是其同时检测可见光和的非可见光，非可见光例如始于700nm的IR光。与此相反，从图2可知人眼不能检测IR光。因此，光电检测器的响应与人眼的响应显著不同，特别是当光是由产生大量IR光的白炽光源产生的时候。如果光电检测器用作环境光传感器，例如用于调整背光等，将显著劣于最佳调整。
使用光电检测器作为环境光传感器的另一个问题是即使没有光入射到光电检测器上，光电检测器也将产生相对较小的电流。这一电流，通常称作暗电流或漏电流，是由于在器件的耗尽区域内的电子和空穴的随机生成且随后被高电场扫描而发生。当光的能级非常低时，漏电流或暗电流还对光电检测器的输出造成不利影响。
图3A示出根据本发明的实施例的光电检测器302的俯视图。图3B示出图3A中示出的光电检测器302的沿着3B-3B线的横截面。在示出的示例性实施例中，光电检测器302包括光电二极管区域的8X6阵列。光电二极管区域的6X6子阵列被滤光片318覆盖。更具体地，光电二极管区域的6X6子阵列的一半被滤光片318覆盖并被阻光材料316覆盖，而光电二极管区域的6X6子阵列的另一半被滤光片318覆盖但并不被阻光材料316覆盖。光电二极管区域的剩余的两个1X6（在图3A和3B的左侧和右侧示出）子阵列不被滤光片318覆盖且不被阻光材料316覆盖，并因此可被看作未覆盖的光电二极管区域或裸露的光电二极管区域。这些阵列和子阵列的大小是示例性的且可对其进行变化但依然在本发明的范围内。
参考图3B，光电检测器302形成在衬底(例如硅晶片)上或衬底内。在示出的一个实施例中，光电检测器302包括植入在P-外延区域306中的多个N+区域304，其中P-外延区域306生长在P衬底310上。多个光电二极管区域(本示例中为48个)的每一个由分隔PN结形成，每一个PN结被反向偏置，从而形成分隔耗尽区域308。优选地，P-外延区域306被非常轻地掺杂。与将N+区域304直接置于P衬底310中相比，将N+区域304置于P-外延区域306中提供改善的量子效率。然而，尽管不是优选的，将N+区域304直接置于P衬底310中的本发明的实施例也是可行的。
N+区域304a被滤光片318覆盖。N+区域304b同时被阻光材料316和滤光片318覆盖。N+区域304c既不被阻光材料316覆盖也不被滤光片318覆盖。虽然未示出，可存在覆盖N+扩散区域304的例如二氧化硅(SiO2)的薄氧化层。另外，虽然未示出，例如在介电滤光片318下和/或上可存在各种层间介电(ILD)层。进一步，虽然未示出，材料叠层可被顶部钝化涂层盖住。
根据一个实施例，阻光材料316为金属或多晶硅层。可选地，阻光材料316可由阻塞入射在光电检测器上的光的波长的其它材料制成。
根据一个实施例，滤光片318为介电反射涂层滤光片。该介电反射涂层滤光片可由例如但不限于沉积在下方光衬底之上的硫化锌、氟化镁、氟化钙以及各种金属氧化物(例如二氧化钛)的材料的薄层构造。通过精心选择这些层的精确组分、厚度以及数目，有可能定制滤光片318的反射率和透射率以产生几乎任何合乎需要的光谱特性。例如，反射率可增加至大于99.99%以得到高反射器(HR)涂层。对波长的某些范围上反射率的级别也可转变成任何特定的值，例如产生将入射在其上的光反射90%并透射10%的镜面。这样的镜面通常被用作光束分离器，并用作激光器中的输出耦合器。可选地，滤光片318可被设计成使得镜面仅仅在波长的窄带内将光反射，从而产生反射滤光片。
高反射涂层以与抗反射膜相反的方式工作。通常，高和低折射率材料的层交替层叠。示例性的高折射系数材料包括硫化锌(n=2.32)和二氧化钛(n=2.4)，而示例性的低折射系数材料包括氟化镁(n=1.38)和二氧化硅(n=1.49)。这种周期的或交替的结构显著地增强称作带阻的特定波长范围内的表面反射率，带阻的宽度仅仅由两个所使用的系数的比率决定(对于四分之一波系)，而在许多层在叠层中的情况下最大反射率增加至接近100%。层的厚度通常为四分之一波(则与相同材料的非四分之一波系比较，它们提供最宽的高反射带)，这样设计以便反射束显著地相互干涉以最大化反射率并最小化透射率。使用上述结构，高反射涂层可在宽波长范围(可见光光谱范围内的几十纳米)内获得非常高(例如99.9%)的反射率，在其它波长范围内具有较低的反射率，从而获得合乎需要的光谱响应。通过控制反射叠层中层的精确厚度和组分，反射特性可转换成合乎需要的光谱响应，并可将高反射和抗反射波长区域两者结合在一起。涂层可设计为长通或短通滤光片、带通或陷波滤光片或具有特定反射率的镜面。
根据本发明特定的实施例，光电检测器302设计成其输出具有类似于典型的人眼响应(示于图2中)的光谱响应。对于本讨论的其它内容，除非另外指出，应理解为光电检测器302设计成其输出具有类似于典型的人眼响应(即类似于图2中示出的光谱响应)的光谱响应。
虽然没有特别示出，但在一个实施例中被滤光片318覆盖(但不被阻光材料316覆盖)的N+区域304a被电连接在一起并产生第一电流(I1)，其表示入射在N+区域304a上的光(如果存在)和漏电流。根据一个实施例，滤光片318设计成通过可见光而抑制(例如反射)IR光。然而，一些IR光仍然通过滤光片318。因此，当包括可见光和IR光的光入射在光电检测器302上时，入射在N+区域304a上的部分光将包括可见光和通过滤光片318的一些IR光两者。从而当包括可见光和IR光的光入射到光电检测器302上时，第一电流(I1)将表示可见光、通过滤光器318的一小部分IR光和小的漏电流。
虽然没有特别示出，但在一个实施例中同时被阻光材料316和滤光片318覆盖的N+区域304b被电连接在一起并产生第二电流(I2)，其表示深度穿入至P-外延区域306的下面将进行更详细描述的IR光的一小部分(如果存在)和小的漏电流。第二电流(I2)基本上不受可见光影响。
当包括可见光和IR光的光入射到光电检测器上时，一个或多个裸露的N+区域304c产生第三电流(I3)，其表示可见光、IR光和小的漏电流。
现在给出第一和第二电流(I1和I2)如何生成并如何应用的其它细节。随后给出第三电流(I3)如何生成并如何应用的其它细节。
仍然参考图3B，当光入射到光电检测器302上时，对应于同时被阻光材料316和反射滤光片318覆盖的N+304b区域的耗尽区域308b中不生成载流子，因为没有光入射到被阻光材料316覆盖的N+区域304b上。入射在被反射滤光片318覆盖(但不被阻光材料316覆盖)的N+区域304a上的光在对应的耗尽区域308a中生成载流子，载流子迅速被捕获在电连接在一起的N+区域304a中。然而，耗尽区域308a下方产生的慢速载流子(由于深度穿入至P-外延区域306的长波长IR光而产生)在最终进入电场并随后被捕获之前在四周漂移一段时间。在四周(例如在左或右方向上)漂移一段时间之后，一些慢速载流子将最终被由阻光材料316覆盖的N+区域304b中的一个捕获。事实上，约一半慢速载流子最终被由阻光材料316覆盖的N+区域304b捕获而另一半被不由阻光材料316覆盖的N+区域304a捕获。这种一半对一半的捕获是由于慢速载流子基本随机的行为、每一个N+区域304a和304b的相似的形状、与N+区域304a相关的布线区域和与N+区域304b相关的布线区域基本相等的事实、以及每一个PN结基本相等的偏置而产生的。
被仅由反射滤光片318覆盖(但不被阻光材料316覆盖)的N+区域304a捕获的载流子产生第一电流(I1)，其大部分由快速捕获的载流子(也称为快速载流子)迅速生成。第一电流(I1)的一小部分是由于后捕获的慢速载流子产生的，而第一电流(I1)的另一小部分仍然是由于漏电流产生的。
被同时由阻光材料316和反射滤光片318覆盖的N+区域304b捕获的载流子产生第二电流(I2)，其一部分是由后(即延迟)捕获的慢速载流子产生的延迟电流，而其一部分为漏电流。
当光入射到光电检测器302上时，由于漏电流产生的第一电流(I1)和第二电流(I2)的部分与由于可见光和/或IR光产生的部分相比非常小。然而，当光没有入射(或仅仅有非常低级别的光入射)到光电检测器302上时，第一电流(I1)和第二电流(I2)的大部分主要表示漏电流。通过从第一电流(I1)减去第二电流(I2)，漏电流将相互抵消。
回过来参考图2，作为环境光传感器的目标响应的人眼响应为从约400至约700nm，其在约555nm处具有人眼峰值光谱响应。图4A为示出当光入射在光电检测器302上时对应于第一电流(I1)的光谱响应以及对应于第一电流(I1)减去第二电流(I2)的光谱响应的示例性曲线图。图4B为示出图4A的部分410的附加细节的曲线图。将图4A和4B与图2进行比较，可理解当光入射在光电检测器302上时，对应于第一电流(I1)的光谱响应和对应于第一电流(I1)减去第二电流(I2)的光谱响应，受到700纳米以上的IR光的影响。换句话说，在700nm以上时，和对应于第一电流(I1)减去第二电流(I2)的光谱响应相比，对应于第一电流(I1)的光谱响应与期望的图2的目标光谱响应相差较大。因为当从第一电流(I1)减去第二电流(I2)时慢速载流子将被抵消，因此从图4B可理解第一电流(I1)减去第二电流(I2)的响应与单独的第一电流(I1)的光谱响相比稍接近于期望的光谱响应。
如现在将要说明的根据本发明特定的实施例，接近于目标响应(例如人眼响应)的光谱响应可通过从第一电流(I1)减去第二电流(I2)再减去至少一部分第三电流(I3)或仅仅从第一电流(I1)减去至少一部分第三电流(I3)而得到。
回过来参照图3A和3B，当光入射到光电检测器302上时，一个或多个N+区域304c(不被阻光材料316覆盖也不被滤光片318覆盖)产生第三电流(I3)，其表示可见光、IR光以及小的漏电流。同第一电流和第二电流(I1和I2)的情况一样，当光入射到光电检测器302上时，由于漏电流产生的第三电流(I3)部分非常小。对应于第三电流(I3)的示例性的光谱响应为示于图1中的光谱响应。从图1看出对应于第三电流(I3)的光谱响应在700纳米以上显著地受到IR光的影响。
图5A为示出当光入射到光电检测器302上时，对应于第一电流(I1)减去第二电流(I2)的光谱响应以及对应于第一电流(I1)减去第二电流(I2)再减去第三电流(I3)的缩放版(例如k*I3，其中k=0.035)的光谱响应的示例性曲线图。图5B为示出图5A的一部分510的附加细节的曲线图。将图5A和5B与图2进行比较，可理解当光入射到光电检测器302上时，对应于第一电流(I1)减去第二电流(I2)再减去第三电流(I3)的缩放版的光谱响应比对应于第一电流(I1)减去第二电流(I2)的光谱响应较接近于图2的目标响应。
图5A和图5B示出IR抑制可被显著改善而不用过于降低可见光的响应，因为被减去的第三电流(I3)与第一电流(I1)相比小得多。第三电流(I3)(或其缩放版)比要减去第三电流(I3)(或其缩放版)的第一电流(I1)(或其缩放版)至少小一个数量级并优选小两个数量级。这明显改善IR抑制而不用过于降低可见光的响应。这也意味着由于漏电流产生的第三电流(I3)的部分(或其缩放版)与由于漏电流产生的第一和第二电流的部分(或其缩放版)相比非常小，并因此由于漏电流所产生的第三电流(I3)(或其缩放版)因其无关紧要而可被忽略。从第一电流(I1)(或其缩放版)减去的第三电流(I3)的精确量可使用仿真和/或实验来确定。例如第三电流(I3)的缩放因子(k)可使用仿真和/或实验来确定。
图6A和6B为用于示出根据本发明特定的实施例的电流和/或其它信号能如何组合的高层次框图。在这些图中，作为“缩放器（scaler）”示出的通用块614示出为仅仅在一个信号路径中，但也可以在其它或可选的信号路径中。这样的缩放器可用于整形或放大信号，下面将详细解释。各种已知的电路可用于对电流和/或其它类型的信号执行减法运算。例如，差分输入放大器可用于确定两个信号之间的差异。在另一个示例中，电流镜可用于执行减法运算。这些仅仅是一些示例，其并非用于限制。
参照图6A，一个或多个光电二极管区域612a被配置成抑制IR波长的滤光片318覆盖并产生第一电流(I1)。回过来参考图3A和3B，图6A中的每一个光电二极管区域612a可对应于由N+扩散区域304a和其下方的P型表面区域306形成的PN结，其中N+扩散区域304a被滤光片318覆盖但不被阻光材料316覆盖。再次参照图6A，一个或多个光电二极管区域612b被阻光材料316和配置成抑制IR波长的滤光片318覆盖并产生第二电流(I2)。回过来参考图3A和3B，图6A中的每一个光电二极管区域612b可对应于由N+扩散区域304b和其下方的P型表面区域306形成的PN结，其中N+扩散区域304b被滤光片318和阻光材料316覆盖。再次参考图6A，一个或多个光电二极管区域612c不被阻光材料316覆盖也不被配置成抑制IR波长的滤光片318覆盖并产生第三电流(I3)。回过来参考图3A和3B，图6A中的每一个光电二极管区域612c可对应于由N+扩散区域304c和其下方的P型表面区域306形成的PN结，其中N+扩散区域304c不被滤光片318覆盖且不被阻光材料316覆盖。
减去由被阻光材料316覆盖的一个或多个光电二极管区域产生的第二电流(I2)的主要优点在于消除漏电流(也称作暗电流)。当光电检测器典型地在室温或接近于室温下使用时，这种暗电流可能不是严重的问题，但在更高的温度下通常导致较多的问题。从图3A和3B可理解，光电检测器302的主要部分示出为被阻光材料316覆盖并用于产生第二电流(I2)。因此，如果存在减小光电检测器大小和降低成本的需要，且暗电流不是主要考虑的问题(例如，因为期望在接近室温的温度下使用光电检测器)时，被阻光材料316覆盖的光电二极管区域可被去除。换句话说，根据本发明的某些实施例，光电检测器可包括被配置成抑制IR光的滤光片318所覆盖的一个或多个光电二极管区域602a和不被滤光片318覆盖的一个或多个光电二极管区域602c(没有任何光电二极管区域被阻光材料316覆盖)。在这样的实施例中，光电检测器的输出可具有对应于第一电流(I1)减去第三电流(I3)的缩放版的光谱响应。这可从图6B看出。另外，可为这样的实施例简化图3A和3B中示出的光电检测器302的结构。
在图3B(以及后面的图6A)中，滤光片318示出为在阻光材料316上方。这一顺序可以颠倒以使滤光片318在阻光材料316下方。
在上述实施例中，被阻光材料316覆盖的一个或多个光电二极管区域612b还被描述并示出为被配置成抑制IR光的滤光片318覆盖。从图3A和3B可理解，这是制造光电检测器302实用的方法，尤其其中光电二极管区域612a和612b以棋盘图形的方式相互交错，如图3A所示。然而应指出，被阻光材料316覆盖的光电二极管区域还被滤光片318覆盖不是必需的，由于在这些光电二极管区域612b，通过滤光片318的光最终将被阻光材料316阻挡而无论如何都不会到达光电二极管区域612b。
根据特定的实施例，滤光片318为介电反射涂层滤光片，其示例性的细节在上面进行了讨论。可选地或附加地，滤光片318可为(或包括)IR吸收型滤滤光片，其可包括一种或多种着色剂，例如吸收IR光并使可见光通过的色素和/或染料。例如，绿色的色素提供标准人眼光谱响应的第一近似，因为绿色在人的视觉中占主要地位。已经开发了使可见光谱(例如从约400至700nm)中的光通过并吸收IR光谱中的光的染料。这样的染料已经例如添加至透明塑料以提供吸收IR光的透明信用卡，例如，从而信用卡机器可使用IR光确定信用卡是否插入信用卡读卡器。这样的染料可例如从新泽西州纽瓦克的Epolin公司获得。例如Epolight E8316就是从Epolyn公司获得的一种示例染料。这些染料的示例性的化学公式在例如美国专利No.5,656,639和美国专利公开No.2009/0236571中公开，二者都属于Epolin公司，二者均通过援引合并于此。根据本发明特定的实施例，这样的染料添加至载体材料以提供用于提供滤光片318的可光刻染色涂层。染色涂层可包括添加吸收IR光并使可见光通过的染料于其的使可见光通过的载体材料。载体材料可为负光刻胶材料、环氧材料或滤光片材料，但不限于此。这样的载体材料可为透明的，但可选地可包括着色的色彩。
在上述实施例中，所产生的各种电流在组合以产生输出(例如输出电流)之前和/或之后可被缩放(例如放大或整形)。电流还可能转换成电压从而信号在电压域中被缩放，然后在组合以产生输出之前转换回电流。可选地，信号可在电压域中被组合。本领域普通技术人员应理解用于调整电流和/或电压的许多其它方式在本发明的精神和范围内。例如，可编程器件(例如可编程数-模转换器(DAC))可用于适当地调节电压和/或电流。使用可编程器件的一个优点是其可基于其它变量选择性地调节适当的增益，其它变量例如为温度。还应指出电流信号或电压信号可转换至数字域中且这些信号的所有进一步处理(例如一个或多个信号的缩放以及确定信号之间差异)可在数字域中进行，而不是使用模拟元件。这种数字域处理可使用专用的数字硬件或在诸如微处理器的通用目的处理器上进行。
缩放电流的另一种方法是以可编程的方式选择性地连接类似的光电二极管区域。例如，使用独立开关(例如采用晶体管实现)可对单独的光电二极管区域612c进行选择，以产生第三电流(I3)，而不是所有的光电二极管区域612c不变地连接在一起以产生第三电流(I3)。因此，如果仅仅一个光电二极管区域612c被选择以产生第三电流(I3)，则第三电流(I3)将为12个光电二极管区域612c被选择为产生第三电流(I3)时的幅度的约1/12。这提供相对于第一和第二电流(I1)和(I2)而缩放第三电流(I3)的相当廉价且功率高效的技术。如果需要，第一和第二电流(I1)和(I2)也可按照类似的方式进行缩放。
由于用一个或多个裸露的光电二极管区域612c产生的第三电流(I3)的幅度明显小于第一电流(I1)，至少小一个数量级，并可能至少小两个数量级，光电检测器302的用于产生第三电流(I3)的区域可明显小于用于产生第一电流(I1)的区域。例如，回过来参考图3A和3B，与N+扩散区域304a相比，可存在显著少的N+扩散区域304c。同样，每一个N+扩散区域304c的大小可小于N+扩散区域304a的大小。
在上述实施例中，目标响应通常描述成类似于典型的人眼观察扩散光的响应。然而，这不是必需的。例如，光电检测器(或其一部分)的可能的其它目标响应可以是检测如红色、绿色和蓝色的特定颜色的光。这样的光电检测器可用于例如数码相机、颜色扫描器、颜色影印机等。在这些实施例中，可为要检测的特定的光优化滤光片318，且可单独使用或与滤除偶然通过介电滤光片318的IR光的各种技术进行组合。例如，一个或多个光电二极管区域可优化成检测绿光，一个或多个另一光电二极管区域可优化成检测红光，而一个或多个另一光电二极管区域可优化成检测蓝光。使用上述技术，例如使用被阻光材料覆盖的光电二极管区域和/或不被滤光片覆盖且也不被阻光材料覆盖的光电二极管区域，被该区域检测的漏电流和/或IR光可基本上被抵消。
在上述实施例中，N型区域被描述成植入至P型区域中。例如，将N+扩散区域304植入至P-区域306中。在可选的实施例中，半导体导材料的电性被反向。即将P型区域可植入至N型区域中。一个具体的示例是将重掺杂P+区域植入至轻掺杂NB区域中，以形成有源光电二极管区域。
本发明某些实施例还涉及产生主要表示光的目标波长，例如可见光的波长的光电流的方法。换句话说，本发明的实施例还涉及用于提供具有目标光谱响应，例如类似于人眼的响应的光电检测器的方法。另外，本发明的实施例还涉及使用上述光电检测器的方法。
虽然以上描述了本发明的各种实施例，但应理解它们是以示例的方式被提出，而并非限制。在其可作出各种形式和细节的变化而不背离本发明的精神和范围，这对本领域技术人员是很明显的。
本发明的宽度和范围不应由任何上述示例性实施例限制，而是应该仅仅根据以下的权利要求及其等效方案确定。
附图标记说明
302 光电检测器
304a-304c 扩散区域
306 表面区域
308a-308c 耗尽区域
310 衬底
316 阻光材料
318 滤光片
612a-612c 光电二极管区域
614 缩放器
I1,I12,I3 电流
k 缩放因子

Claims (12)

1.一种光电检测器，所述光电检测器配置成用作具有与人眼的光谱响应类似的光谱响应的环境光传感器(ALS)，所述光电检测器包括：
被配置成抑制红外(IR)光的滤光片覆盖并产生第一电流(I1)的一个或多个第一光电二极管区域；
被配置成抑制可见和IR光的阻光材料覆盖并产生第二电流(I2)的一个或多个第二光电二极管区域；
不被所述配置成抑制IR光的滤光片覆盖也不被所述阻光材料覆盖并产生第三电流(I3)的一个或多个第三光电二极管区域；以及
配置成产生表示所述第一电流(I1)或所述第一电流(I1)的缩放版减去所述第二电流(I2)或所述第二电流(I2)的缩放版、再减去所述第三电流(I3)或所述第三电流(I3)的缩放版的输出的电路；
其中当包括可见光和IR光的光入射到所述光电检测器上时，
部分所述IR光通过所述配置成抑制IR光的滤光片，
由所述一个或多个第一光电二极管区域产生的所述第一电流(I1)主要表示所述可见光和通过所述滤光片的部分所述IR光的第一小部分；
由所述一个或多个第二光电二极管区域产生的所述第二电流(I2)主要表示通过所述滤光片的部分所述IR光的第二小部分；
由所述一个或多个第三光电二极管区域产生的所述第三电流(I3)主要表示所述可见光和所述IR光两者；以及
由所述电路产生的所述输出主要表示通过所述滤光片的大部分所述IR光被去除后的所述可见光，因此具有与人眼的光谱响应类似的光谱响应，从而使得光电检测器能被用作ALS。
2.如权利要求1所述的光电检测器，其特征在于，被所述阻光材料覆盖的所述一个或多个第二光电二极管区域还被配置成抑制IR光的所述滤光片覆盖。
3.如权利要求1所述的光电检测器，其特征在于，当没有光入射到所述光电检测器上时：
由所述一个或多个第一光电二极管区域产生的所述第一电流(I1)主要表示第一漏电流；
由所述一个或多个第二光电二极管区域产生的所述第二电流(I2)主要表示基本上等于所述第一漏电流的第二漏电流；以及
当输出是由所述电路产生时所述第二漏电流基本上抵消所述第一漏电流，使得由所述电路产生的所述输出表示没有检测到光。
4.如权利要求1所述的光电检测器，其特征在于，配置成抑制IR光的所述滤光片包括介电反射涂层滤光片和IR吸收涂层滤光片。
5.如权利要求1所述的光电检测器，其特征在于，配置成抑制IR光的所述滤光片包括介电反射涂层滤光片。
6.如权利要求1所述的光电检测器，其特征在于，配置成抑制IR光的所述滤光片包括IR吸收涂层滤光片。
7.如权利要求1所述的光电检测器，其特征在于，被所述电路减去的第三电流(I3)或第三电流(I3)的缩放版之一的大小比通过所述电路减去第三电流(I3)或第三电流(I3)的缩放版之一的第一电流(I1)或第一电流(I1)的缩放版之一至少小一个数量级。
8.一种通过使用光电检测器生成与人眼的光谱响应类似的光谱响应的方法，所述光电检测器配置成用作环境光传感器(ALS)，所述光电检测器包括：
被被配置成抑制红外(IR)光的滤光片覆盖的一个或多个第一光电二极管区域；
被配置成抑制可见和IR光的阻光材料覆盖的一个或多个第二光电二极管区域；
不被配置成抑制IR光的滤光片覆盖也不被所述阻光材料覆盖的一个或多个第三光电二极管区域，
其中所述方法用于在包括可见光和IR光的光入射到所述光电检测器时产生具有与人眼的光谱响应类似的光谱响应的输出，所述方法包括：
(a)使用被配置成抑制IR光的滤光片覆盖的所述一个或多个第一光电二极管区域产生主要表示可见光和通过滤光片的部分红外(IR)光的第一小部分的第一电流(I1)；
(b)使用被配置成抑制可见光和IR光的阻光材料覆盖的所述一个或多个第二光电二极管区域产生主要表示通过所述滤光片的部分所述IR光的第二小部分的第二电流(I2)；
(c)使用不被所述滤光片覆盖也不被所述阻光材料覆盖的所述一个或多个第三光电二极管区域产生主要表示所述可见光和所述IR光的第三电流(I3)；以及
(d)产生表示所述第一电流(I1)或所述第一电流(I1)的缩放版减去所述第二电流(I2)或所述第二电流(I2)的缩放版、再减去所述第三电流(I3)或所述第三电流(I3)的缩放版的输出，其中所述输出主要表示通过所述滤光片的大部分所述IR光被去除后的所述可见光，由此导致所述输出具有与人眼的光谱响应类似的光谱响应。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：
使用配置成从所述第一电流(I1)或所述第一电流(I1)的缩放版减去所述第二电流(I2)或所述第二电流(I2)的缩放版、再减去所述第三电流(I3)或所述第三电流(I3)的缩放版的电路执行步骤(d)。
10.权利要求8所述的方法，其特征在于，所述滤光片包括介电反射涂层滤光片。
11.权利要求8所述的方法，其特征在于，所述滤光片包括IR吸收涂层滤光片。
12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在步骤(d)减去的第三电流(I3)或第三电流(I3)的缩放版之一的大小比在步骤(d)减去第三电流(I3)或第三电流(I3)的缩放版之一的第一电流(I1)或第一电流(I1)的缩放版之一至少小一个数量级。
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