CN114631189A - 光接收元件和光接收装置 - Google Patents

光接收元件和光接收装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114631189A
CN114631189A CN202080075721.2A CN202080075721A CN114631189A CN 114631189 A CN114631189 A CN 114631189A CN 202080075721 A CN202080075721 A CN 202080075721A CN 114631189 A CN114631189 A CN 114631189A
Authority
CN
China
Prior art keywords
unit
light receiving
receiving element
charge
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202080075721.2A
Other languages
English (en)
Inventor
寄门雄飞
蛯子芳树
远藤表德
河合信宏
古闲史彦
中村信男
横川创造
若林准人
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Semiconductor Solutions Corp
Original Assignee
Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2020166859A external-priority patent/JP2021097215A/ja
Application filed by Sony Semiconductor Solutions Corp filed Critical Sony Semiconductor Solutions Corp
Publication of CN114631189A publication Critical patent/CN114631189A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463—Pixel isolation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/1443—Devices controlled by radiation with at least one potential jump or surface barrier
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/04—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
    • A61B1/043—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances for fluorescence imaging
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/04—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
    • A61B1/055—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances having rod-lens arrangements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S17/894—3D imaging with simultaneous measurement of time-of-flight at a 2D array of receiver pixels, e.g. time-of-flight cameras or flash lidar
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4811—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4816—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G01S7/4863—Detector arrays, e.g. charge-transfer gates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4865—Time delay measurement, e.g. time-of-flight measurement, time of arrival measurement or determining the exact position of a peak
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/1446—Devices controlled by radiation in a repetitive configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
    • H01L27/14614—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor having a special gate structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L31/02327—Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements being integrated or being directly associated to the device, e.g. back reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0236—Special surface textures
    • H01L31/02363—Special surface textures of the semiconductor body itself, e.g. textured active layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/103—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN homojunction type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/12—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto
    • H01L31/16—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto the semiconductor device sensitive to radiation being controlled by the light source or sources
    • H01L31/167—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto the semiconductor device sensitive to radiation being controlled by the light source or sources the light sources and the devices sensitive to radiation all being semiconductor devices characterised by potential barriers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/65—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to reset noise, e.g. KTC noise related to CMOS structures by techniques other than CDS
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/75—Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
    • H04N25/771—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising storage means other than floating diffusion
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00002—Operational features of endoscopes
    • A61B1/00004—Operational features of endoscopes characterised by electronic signal processing
    • A61B1/00009—Operational features of endoscopes characterised by electronic signal processing of image signals during a use of endoscope
    • A61B1/000094—Operational features of endoscopes characterised by electronic signal processing of image signals during a use of endoscope extracting biological structures
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00064—Constructional details of the endoscope body
    • A61B1/00071—Insertion part of the endoscope body
    • A61B1/0008—Insertion part of the endoscope body characterised by distal tip features
    • A61B1/00097—Sensors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00163—Optical arrangements
    • A61B1/00188—Optical arrangements with focusing or zooming features
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/012—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor characterised by internal passages or accessories therefor
    • A61B1/015—Control of fluid supply or evacuation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S17/931—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14623—Optical shielding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14629—Reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1464—Back illuminated imager structures

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

提供了一种光接收元件，包括：光电转换单元(PD)，其被设置在半导体基板(200)中并将光转换为电荷；第一电荷累积单元(MEM)，电荷从光电转换单元传输到第一电荷累积单元(MEM)；第二电荷累积单元(MEM)，电荷从光电转换单元传输到第二电荷累积单元。第一电荷累积单元和第二电荷累积单元中的每个包括构成叠层的电极(154a)、第一绝缘层和半导体层(102a)。

Description

光接收元件和光接收装置
技术领域
本公开涉及一种光接收元件和光接收装置。
背景技术
作为用于测量到物体的距离的方法，已知飞行时间(TOF)传感器(光接收装置)。例如，在间接TOF传感器的情况下，TOF传感器可以通过用具有预定周期的照射光照射物体并检测照射光和反射光之间的相位差来测量到物体的距离。于是，在TOF传感器中，通过以短间隔重复光接收多次，增加信号量以增加信噪比(S/N)，从而能够进行高精度的距离测量。
引文列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请特开第2019-4149号
发明内容
技术问题
为了在确保足够的S/N比的同时进行距离测量，TOF传感器(光接收装置)的光接收元件需要具有宽动态范围，即，增加由光接收产生的累积电荷量。此外，光接收元件需要降低kTC噪声的影响，以实现高精度的距离测量。
因此，鉴于这种情况，本公开提出了一种能够在确保宽动态范围的同时降低kTC噪声的影响的光接收元件和光接收装置。
问题的解决方案
根据本公开，提供了一种光接收元件。所述光接收元件包括光电转换单元，其被设置在半导体基板中并将光转换为电荷；第一电荷累积单元，所述电荷从所述光电转换单元传输到所述第一电荷累积单元；第二电荷累积单元，所述电荷从所述光电转换单元传输到所述第二电荷累积单元。在所述光接收元件中，所述第一电荷累积单元和所述第二电荷累积单元中的每个包括电极、第一绝缘层和半导体层的叠层。
此外，根据本公开，提供了一种光接收元件。所述光接收元件包括：光电转换单元，其被设置在半导体基板中并将光转换为电荷；第一电荷累积单元，所述电荷从所述光电转换单元传输到所述第一电荷累积单元；和第二电荷累积单元，所述电荷从所述光电转换单元传输到所述第二电荷累积单元。在所述光接收元件中，所述第一电荷累积单元和所述第二电荷累积单元中的每个包括：半导体层；绝缘层，其嵌入形成在所述半导体层中的沟槽中；和垂直电极，其嵌入所述绝缘层中。
此外，根据本公开，提供了一种光接收装置。所述光接收装置包括一个或多个光接收元件。所述光接收元件包括：光电转换单元，其被设置在半导体基板中并将光转换为电荷；第一电荷累积单元，所述电荷从所述光电转换单元传输到所述第一电荷累积单元；和第二电荷累积单元，所述电荷从所述光电转换单元传输到所述第二电荷累积单元。在所述光接收元件中，所述第一电荷累积单元和所述第二电荷累积单元中的每个包括电极、第一绝缘层和半导体层的叠层。
附图说明
图1是示出根据本公开实施方案的距离测量模块1的构成例的框图。
图2A是示出根据本公开实施方案的光接收单元30的平面构成例的说明图(No.1)。
图2B是示出根据本公开实施方案的光接收单元30的平面构成例的说明图(No.2)。
图2C是示出根据本公开实施方案的光接收单元30的平面构成例的说明图(No.3)。
图3是根据本公开实施方案的光接收元件10的等效电路图。
图4是用于说明使用根据本公开实施方案的距离测量模块1的距离计算方法的原理的说明图。
图5是根据比较例的光接收元件的一部分的等效电路图。
图6是根据本公开实施方案的光接收元件10的一部分的等效电路图。
图7是示出根据本公开第一实施方案的光接收元件10的平面构成例的说明图。
图8是沿图7中的线A-A’截取的光接收元件10的截面图。
图9是示出根据本公开第一实施方案的电荷累积单元MEM的截面构成例的说明图。
图10是图9的电荷累积单元MEM的能带图。
图11是示出根据本公开第一实施方案的电荷累积单元MEM的另一截面构成例的说明图。
图12是图11的电荷累积单元MEM的能带图。
图13是示出根据同一实施方案的第一变形例的光接收元件10的截面构成例的说明图。
图14是图13中区域C的放大图。
图15是示出根据同一实施方案的第二变形例的光接收元件10的截面构成例的说明图。
图16是示出根据同一实施方案的第三变形例的光接收元件10的截面构成例的说明图。
图17是示出根据同一实施方案的第四变形例的光接收元件10的截面构成例的说明图。
图18是示出根据同一实施方案的第五变形例的光接收元件10的平面形成例的说明图。
图19是示出根据本公开第二实施方案的光接收元件10的平面构成例的说明图。
图20A是沿图19中的线C-C’截取的光接收元件10的截面图。
图20B是沿图19中的线D-D’截取的光接收元件10的截面图。
图21是示出根据本公开第三实施方案的光接收元件10的平面构成例的说明图。
图22A是沿图21中的线E-E’截取的光接收元件10的截面图。
图22B是沿图21中的线F-F’截取的光接收元件10的截面图。
图23是示出应用根据本公开实施方案的距离测量模块1的作为电子设备的智能手机900的构成例的框图。
图24是示出内窥镜手术系统的示意性构成的示例的图。
图25是示出内窥镜的构成例的图。
图26是示出摄像机头和CCU的功能构成的示例的框图。
图27是示出车辆控制系统的示意性构成的示例的框图。
图28是示出车外信息检测单元和成像单元的安装位置的示例的说明图。
具体实施方式
下面将参照附图详细说明本公开的优选实施方案。注意，通过将相同的附图标记分配给具有基本相同的功能构成的组件，将从本说明书和附图中省略多余的说明。
此外，在本说明书和附图中，在某些情况下，具有基本相同或相似功能构成的多个组件可以在相同的附图标记之后添加不同数字来区分。然而，当不需要特别区分具有基本相同或相似功能构成的多个组件中的每个时，仅分配相同的附图标记。此外，在某些情况下，不同实施方案的相似组件可以通过在相同的附图标记之后添加不同的字母来区分。然而，当不需要特别区分相似组件中的每个时，仅分配相同的附图标记。
此外，以下说明中所引用的附图是用于促进对本公开实施方案的说明及其理解的附图，并且为了清楚起见，附图中所示的形状、尺寸、比例等可能与实际不同。此外，考虑到以下说明和已知技术，可以在设计上适当地改变附图中所示的元件和装置中包括的组件等。
此外，在以下说明中，以本公开实施方案应用于背面照射型光接收装置为例进行说明，因此在光接收装置中，光从基板的背面侧入射。因此，在以下说明中，当光入射侧为背面时，基板的前表面为与背面相对的面。
在以下说明中对特定长度和形状的说明不仅仅意味着与数学定义的数值相同的值或几何定义的形状。详细地，在以下说明中对具体长度和形状的说明包括在元件、其制造过程以及其使用/操作中存在可允许的差异(误差/失真)的情况以及与该形状相似的形状。例如，在以下说明中，“圆形”或“基本圆形”的表述并不限定于正圆，也包括诸如椭圆形等与正圆相似的形状。
此外，在以下对电路(电气连接)的说明中，除非另有说明，否则“电气连接”是指连接多个元件使得电(信号)导通。另外，在以下说明中的“电气连接”不仅包括将多个元件直接电气连接的情况，而且还包括经由其他元件将多个元件间接电气连接的情况。
此外，在以下说明中，除非另有说明，否则“共享”是指以能够由多个一种元件共享的方式设置其他元件的意思，换句话说，其他元件由预定数量的一种元件分别共享。
注意，将按以下顺序给出说明。
1.根据本公开实施方案的距离测量模块1的构成例
2.根据本公开实施方案的光接收单元30的构成例
3.根据本公开实施方案的光接收元件10的等效电路
4.使用根据本发明实施方案的距离测量模块1的距离计算方法原理
5.导致创建本实施方案的背景
6.第一实施方案
7.第二实施方案
8.第三实施方案
9.总结
10.电子设备的构成例
11.内窥镜手术系统的应用例
12.移动体的应用例
13.补充
<<1.根据本公开实施方案的距离测量模块1的构成例>>
首先，将参照图1说明根据本公开实施方案的距离测量模块1的示意性构成。图1是示出根据本公开实施方案的距离测量模块1的构成例的框图。详细地，如图1所示，距离测量模块1可以主要包括照射单元20、光接收单元30、控制单元(照射控制单元)40和处理单元60。在下文中，将说明根据本实施方案的距离测量模块1中包括的各功能块。
(照射单元20)
照射单元20包括发光二极管(LED)光源(省略图示)和光学元件(省略图示)。可以通过适当地选择LED光源来改变发射光的波长。注意，在本实施方案中，将假定照射单元20发射具有例如780nm至1000nm范围内的波长的红外光来进行说明，但是本实施方案不限于发射这种红外光。此外，照射单元20可以用照射光照射物体800，照射光的亮度与从后述的控制单元40提供的诸如矩形信号等周期信号同步地周期性变化。
(光接收单元30)
光接收单元30接收从物体800反射的反射光。光接收单元30包括聚光透镜(省略图示)和后述的多个光接收元件10。聚光透镜具有将接收到的光聚集到各光接收元件10的功能。此外，光接收元件10基于接收到的光的强度产生电荷(例如，电子)，使产生的电荷与从后述的控制单元40提供的诸如矩形信号等周期信号同步，并驱动内部晶体管(分选晶体管VG；参见图3)以传输到电荷累积单元MEM(参见图3)。此外，传输到电荷累积单元MEM的电荷被转换为信号，并最终传输到处理单元60。注意，下面将说明光接收元件10的细节。
(控制单元40)
控制单元40向照射单元20和光接收单元30提供周期信号，并控制照射光的发射时机和上述晶体管的驱动时机。信号的频率例如可以是5至20兆赫兹(MHz)，但在本实施方案中不限于此频率。此外，控制单元40控制上述晶体管(分选晶体管VG；参见图3)以在诸如不同操作的不同的时机进行操作。
(处理单元60)
处理单元60可以获取来自光接收单元30的信号，并基于获取的信号通过例如间接ToF(iToF)方法来获取到物体800的距离。注意，下面将说明距离计算方法。
<<2.根据本公开实施方案的光接收单元30的构成例>>
接下来，将参照图2A至图2C说明根据本公开实施方案的光接收单元30的平面构成例。图2A至图2C是示出根据本公开实施方案的光接收单元30的平面构成例的说明图。详细地，如图2A所示，根据本实施方案的光接收单元30包括设置在例如由硅制成的半导体基板200上像素阵列单元12、垂直驱动电路单元32、列信号处理电路单元34、水平驱动电路单元36、输出电路单元38、控制电路单元44等。在下文中，将说明根据本实施方案的光接收单元30的各块的细节。
(像素阵列单元12)
像素阵列单元12包括在半导体基板200上以矩阵形式(在行方向和列方向上的行列形式)二维排列的多个光接收元件10。各光接收元件10包括将光转换成电荷(例如，电子)的光电转换单元(光电二极管PD)(省略图示)、多个像素晶体管(例如，金属氧化物半导体(MOS)晶体管)(省略图示)等。换句话说，像素阵列单元12包括对入射光进行光电转换并根据所得电荷输出信号的多个像素。于是，例如，上述像素晶体管可以包括诸如传输晶体管、选择晶体管、复位晶体管和放大晶体管等具有各种功能的晶体管。注意，下面将说明光接收元件10的等效电路等的细节。
这里，行方向是指水平方向上的光接收元件10的排列方向，并且列方向是指垂直方向上的光接收元件10的排列方向。行方向是图2A中的左右方向，并且列方向是图2A中的上下方向。在像素阵列单元12中，相对于行列形式的光接收元件10的阵列，像素驱动配线42针对各行沿行方向进行布线，并且垂直信号线48针对各列沿列方向进行布线。例如，像素驱动配线42在从光接收元件10读出信号时传送用于进行驱动的驱动信号。
(垂直驱动电路单元32)
例如，垂直驱动电路单元32包括移位寄存器、地址解码器等，选择像素驱动配线42，将用于驱动光接收元件10的脉冲提供给所选择的像素驱动配线42，并同时驱动所有光接收元件10或以行为单位驱动光接收元件10。例如，垂直驱动电路单元32在垂直方向(图2A中的上下方向)上以行为单位依次选择性地扫描像素阵列单元12的各光接收元件10，并将基于根据由各光接收元件10的光电二极管PD接收到的光量产生的电荷的像素信号通过垂直信号线48提供给下面所述的列信号处理电路单元34。
(列信号处理电路单元34)
列信号处理电路单元34针对光接收元件10的各列来排列，并且对从一行的光接收元件10输出的信号针对各列执行诸如噪声去除等信号处理。例如，列信号处理电路单元34执行诸如相关双采样(CDS)和模数(AD)转换等信号处理，以便去除光接收元件10固有的固定模式噪声。
(水平驱动电路单元36)
例如，水平驱动电路单元36包括移位寄存器、地址解码器等，可以通过依次输出水平扫描脉冲来依次选择上述列信号处理电路单元34中的每个，并可以使每个列信号处理电路单元34将信号输出到水平信号线46。
(输出电路单元38)
输出电路单元38可以对通过水平信号线46从上述列信号处理电路单元34中的每个依次提供的信号执行信号处理，并输出处理后的信号。例如，输出电路单元38可以用作进行缓冲的功能单元，或可以执行诸如列偏差校正和各种数字信号处理等处理。注意，缓冲是指临时存储信号，以便在交换信号时补偿处理速度或传输速度的差异。
(控制电路单元44)
控制电路单元44可以接收输入时钟和指示操作模式等的数据，并且可以输出诸如光接收元件10的内部信息等数据。即，控制电路单元44基于垂直同步信号、水平同步信号和主时钟产生用作垂直驱动电路单元32、列信号处理电路单元34、水平驱动电路单元36等操作的基准的时钟信号或控制信号。然后，控制电路单元44将生成的时钟信号和控制信号输出到垂直驱动电路单元32、列信号处理电路单元34、水平驱动电路单元36等。
(分选晶体管驱动单元50、信号处理单元52和数据存储单元54)
如图2B和图2C所示，光接收元件10可以设置有分选晶体管驱动单元50、信号处理单元52和数据存储单元54。即，分选晶体管驱动单元50、信号处理单元52和数据存储单元54可以被设置在半导体基板200上。然而，本实施方案不限于此，并且分选晶体管驱动单元50、信号处理单元52和数据存储单元54可以被设置在另一半导体基板(省略图示)上。首先，分选晶体管驱动单元50控制将在下文说明的分选晶体管VG(参见图3)的操作。例如，分选晶体管驱动单元50可以被设置为如图2B所示沿列方向与像素阵列单元12相邻，或者可以被设置为如图2C所示沿行方向与像素阵列单元12相邻，并且在本实施方案中没有特别的限制。此外，信号处理单元52至少具有算术处理功能，并且基于从输出电路单元38输出的信号执行诸如算术处理等各种信号处理。对于信号处理单元52的信号处理，数据存储单元54临时存储该处理所需的数据。
注意，根据本实施方案的光接收单元30的平面构成例不限于图2A至图2C所示的示例，并可以包括例如其他电路等，并且没有特别的限制。
<<3.根据本公开实施方案的光接收元件10的等效电路>>
接下来，将参照图3说明根据本公开实施方案的光接收元件10的等效电路。图3是根据本公开实施方案的光接收元件10的等效电路图。
详细地，如图3所示，光接收元件10包括作为将光变为电荷的光电转换元件(光电转换单元)的光电二极管PD和电荷排出晶体管OFG(注意，尽管电荷排出晶体管OFG被示出为等效电路上的一个晶体管，但是其可以包括并联电气连接的多个晶体管)。此外，光接收元件10包括两个分选晶体管VG、两个电荷累积单元(第一电荷累积单元和第二电荷累积单元)MEM、两个传输晶体管TG、两个浮动扩散区域FD、两个复位晶体管RST、两个放大晶体管AMP和两个选择晶体管SEL。
如图3所示，在光接收元件10中，电荷排出晶体管OFG的源极/漏极中的一者电气连接到通过接收光产生电荷的光电二极管PD。此外，电荷排出晶体管OFG的源极/漏极中的另一者电气连接到电源电路(电源电位VDD)。然后，电荷排出晶体管OFG根据施加到其自身栅极的电压而进入导通状态，并可以将累积在光电二极管PD中的电荷排出到上述电源电路(电源电位VDD)。
此外，如图3所示，在光接收元件10中，分选晶体管VG1和VG2的源极/漏极中的一者电气连接到光电二极管PD，并且分选晶体管VG1和VG2的源极/漏极中的另一者分别电气连接到电荷累积单元(第一电荷累积单元和第二电荷累积单元)MEM1和MEM2。然后，分选晶体管VG1和VG2根据施加到它们自身栅极(第一分选栅极和第二分选栅极)的电压而进入导通状态，并且可以将光电二极管PD中累积的电荷分别传输到电荷累积单元MEM1和MEM2。即，在本实施方案中，通过在不同的时机改变施加到分选晶体管VG1和VG2的栅极的电压，可以将光电二极管PD中累积的电荷分选到两个电荷累积单元MEM1和MEM2中的一者。换句话说，可以说两个电荷累积单元MEM1和MEM2共享一个光电二极管PD。
此外，如图3所示，在光接收元件10中，传输晶体管TG1和TG2的源极/漏极中的一者电气连接到分选晶体管VG1和VG2的源极/漏极中的另一者以及电荷累积单元MEM1和MEM2。此外，传输晶体管TG1和TG2的源极/漏极中的另一者电气连接到浮动扩散区域FD1和FD2。然后，传输晶体管TG1和TG2根据施加到它们自身栅极的电压进入导通状态，并且可以将电荷积累单元MEM1和MEM2中积累的电荷传输到浮动扩散区域FD1和FD2。注意，在本公开的实施方案中，由于存在两个电荷累积单元MEM1和MEM2，所以传输晶体管TG1和TG2可以共享一个浮动扩散区域FD。
此外，浮动扩散区域FDl和FD2电气连接到将电荷转换为电压并将其作为信号输出的放大晶体管AMPl和AMP2的栅极。此外，放大晶体管AMP1和AMP2的源极/漏极中的一者电气连接到根据选择信号将通过转换获得的上述信号输出到信号线VSL1和VSL2的选择晶体管SEL1和SEL2的源极/漏极中的一者。此外，放大晶体管AMP1和AMP2的源极/漏极中的另一者电气连接到电源电路(电源电位VDD)。
此外，选择晶体管SELl和SEL2的源极/漏极中的另一者电气连接到将转换后的电压作为信号传输的上述信号线VSLl和VSL2，并且进一步电气连接到上述列信号处理电路单元34。此外，选择晶体管SEL1和SEL2的栅极电气连接到选择输出信号的行的选择线(省略图示)，并且进一步电气连接到上述垂直驱动电路单元32。即，浮动扩散区域FD1和FD2中累积的电荷在选择晶体管SEL1和SEL2的控制下通过放大晶体管AMP1和AMP2转换为电压，并输出到信号线VSL1和VSL2。
此外，如图3所示，浮动扩散区域FD1和FD2电气连接到用于复位累积电荷的复位晶体管RST1和RST2的漏极/源极中的一者。复位晶体管RST1和RST2的栅极电气连接到复位信号线(省略图示)，并且进一步电气连接到上述垂直驱动电路单元32。此外，复位晶体管RST1和RST2的漏极/源极中的另一者电气连接到电源电路(电源电位VDD)。然后，复位晶体管RST1和RST2根据施加到它们自身栅极的电压而进入导通状态，并且可以复位在浮动扩散区域FD1和FD2中累积的电荷(排出到电源电路(电源电位VDD))。
注意，根据本实施方案的光接收元件10的等效电路不限于图3所示的示例，并且例如可以包括其他元件等，并没有特别限制。
<<4.使用根据本公开实施方案的距离测量模块1的距离计算方法的原理>>
接下来，将参照图4说明使用根据本公开实施方案的距离测量模块1的距离计算方法(间接方法)的原理。图4是用于说明使用根据本公开实施方案的距离测量模块1的距离计算方法的原理的说明图，并且详细示意性地示出了距离测量模块1中的照射光和反射光强度的时间变化。
如图4所示，距离测量模块1用被调制成使得来自照射单元20的光的强度周期性变化的光照射物体800。发射光被物体800反射，并被距离测量模块1的光接收单元30检测为反射光。如图4所示，检测到的反射光(图4中从上数第二级)相对于照射光(图4中从上数第一级)具有相位差φ，并且相位差φ随着从距离测量模块1到物体800的距离的增加而增加，并且随着从距离测量模块1到物体800的距离减小而减小。
如上所述，根据本实施方案的光接收元件10包括例如彼此不同地操作的分选晶体管VG1和VG2。因此，由于分选晶体管VG1和VG2操作时段不重叠，所以在图4中由灰色表示的区域802a和802b的时段中，光电二极管PD中累积的电荷被分选到电荷累积单元MEM1和MEM2。详细地，被分选到电荷累积单元MEM1和MEM2的电荷被传输到浮动扩散区域FD1和FD2，并最终被转换为与作为区域802a和802b的时段中的积分值的面积相对应的信号。因此，从图4可以清楚地看出，区域802a的积分值和区域802b的积分值之间的差根据反射光的相位差φ而变化。因此，在本实施方案中，可以通过基于区域802a的积分值和区域802b的积分值之间的差计算相位差φ来计算到物体800的距离。注意，在本实施方案中，也可以通过不使用积分值之间的差而使用积分值的比计算相位差φ来计算距离。
<<5.导致创建本实施方案的背景>>
上面已经说明了根据本公开实施方案的距离测量模块1、光接收单元30、光接收元件10以及距离计算方法的原理。这里，在进一步说明本实施方案的细节之前，将说明导致本发明人创建本实施方案的背景。
如上所述，为了在确保足够的S/N比的同时进行距离测量，距离测量模块1的光接收单元30的光接收元件10需要具有宽动态范围，即，增加累积电荷量。此外，光接收元件10需要降低kTC噪声的影响，kTC噪声是由浮动扩散区域FD中的电荷的热波动产生的噪声，即，降低随机噪声的影响以实现高精度的距离测量。
因此，鉴于上述要求，本发明人创建了本公开的实施方案。详细地，在常规光接收元件(后述的比较例)中，光电二极管PD中产生的电荷被直接分选到浮动扩散区域FD。另一方面，在由本发明人创建的本公开的实施方案中，光电二极管PD中产生的电荷不直接分选到浮动扩散区域FD，而是先分选到电荷累积单元MEM，然后传输到浮动扩散区域FD。在常规光接收元件中，难以在复位操作(在累积由光接收产生的电荷之前排出在浮动电荷区域FD中累积的电荷(噪声)的操作)之后使浮动扩散区域FD完全耗尽。因此，当光电二极管PD中产生的电荷(信号)传输到浮动电荷区域FD时，难以避免kTC噪声叠加在信号上。另一方面，在本实施方案中，如下所述，由于可以消除在浮动电荷区域FD中产生的kTC噪声，因此可以降低kTC噪声对光电二极管PD中产生的电荷(信号)的影响。
在下文中，参照图5和图6，将与根据比较例的光接收元件的操作进行比较地来说明根据本公开实施方案的光接收元件10的操作。图5是根据比较例的光接收元件的一部分的等效电路图。图6是根据本公开实施方案的光接收元件10的一部分的等效电路图。注意，这里，比较例是指在做出本公开的实施方案之前已经由本发明人反复研究的光接收元件。
首先，将简要说明kTC噪声。如上所述，kTC噪声是由电荷的热波动产生的噪声。这种kTC噪声(电荷)在浮动扩散区域FD中产生，但是当浮动扩散区域FD在全局快门操作(从所有光接收元件集体读出)的复位操作中可以理想地完全耗尽时，kTC噪声可以提前排出。然而，由于高浓度杂质被注入到浮动扩散区域FD的接触部，以便在浮动扩散区域FD和配线之间形成欧姆连接，因此即使进行复位操作也不能进行完全耗尽，并且难以从浮动扩散区域FD完全排出kTC噪声。因此，当光电二极管PD中产生的电荷(信号)传输到浮动电荷区域FD时，难以避免kTC噪声叠加在信号上。
将说明根据比较例的光接收元件的等效电路。如图5所示，根据比较例的光接收元件包括光电二极管PD和电荷排出晶体管OFG。此外，光接收元件包括传输晶体管TG、浮动扩散区域FD和复位晶体管RST。更具体地，电荷排出晶体管OFG的源极/漏极中的一者电气连接到光电二极管PD，并且电荷排出晶体管OFG的源极/漏极中的另一者电气连接到电源电路(电源电位VDD)。电荷排出晶体管OFG根据施加到其自身栅极的电压进入导通状态，并且能够将光电二极管PD中累积的电荷排出。此外，如图5所示，传输晶体管TG的源极/漏极中的一者电气连接到光电二极管PD，并且传输晶体管TG的源极/漏极中的另一者电气连接到浮动扩散区域FD。传输晶体管TG根据施加到其自身栅极的电压进入导通状态，并且可以将在光电二极管PD中产生的电荷传输到浮动扩散区域FD。此外，浮动扩散区域FD电气连接到用于复位累积电荷的复位晶体管RST的漏极/源极中的一者。复位晶体管RST根据施加到其自身栅极的电压进入导通状态，并且可以排出(复位)浮动扩散区域FD中累积的电荷。
首先，在根据比较例的光接收元件中，在开始光接收之前执行排出光电二极管PD的电荷的排出操作。即，电荷排出晶体管OFG导通，并且光电二极管PD的电荷排出到电源电路(电源电位VDD)。此时，在浮动扩散区域FD中产生kTC噪声(Nktc)。
接下来，开始光接收，并且在光电二极管PD中产生电荷(Nsig)(信号)。然后，当传输晶体管TG导通时，光电二极管PD的电荷传输到浮动扩散区域FD。此外，浮动扩散区域FD中累积的电荷(Nsig，Nktc)被读出为信号。
接下来，执行排出浮动扩散区域FD中的电荷的排出操作。即，复位晶体管RST导通，浮动扩散区域FD的电荷被排出到电源电路(电源电位VDD)。此外，读出浮动扩散区域FD中新产生的kTC噪声(Nktc)。
在比较例中，从在浮动扩散区域FD中累积的电荷(Nsig和Nktc)中减去在浮动扩散区域FD中新产生的kTC噪声(Nktc)，从而可以检测到在光电二极管PD中通过接收光产生的电荷量(信号)。然而，由于浮动扩散区域FD中累积的ktc噪声(Nktc)和浮动扩散区域FD中新产生的kTC噪声(Nktc)具有不同的电荷量，因此难以通过上述减法严格地消除kTC噪声。结果，在比较例中，无法得到完全去除了kTC噪声的信号，因而难以确保高的距离测量精度。
接下来，将说明根据本实施方案的光接收元件10的操作。注意，图6示出了根据本公开实施方案的光接收元件10的一部分的等效电路图，但为了避免重复，这里不再说明其细节。
首先，同样在根据本实施方案的光接收元件10中，在开始光接收之前执行排出光电二极管PD的电荷的排出操作。即，电荷排出晶体管OFG导通，光电二极管PD的电荷排出到电源电路(电源电位VDD)。此时，在浮动扩散区域FD中产生kTC噪声(Nktc)。
接下来，开始光接收，并且产生光电二极管PD的电荷(Nsig)。然后，当分选传输晶体管VG导通时，光电二极管PD的电荷(Nsig)传输到累积单元MEM。
接下来，执行排出浮动扩散区域FD中的kTC噪声(Nktc)的排出操作。即，复位晶体管RST导通，并且浮动扩散区域FD的kTC噪声(Nktc)排出到电源电路(电源电位VDD)。
接下来，读出浮动扩散区域FD中产生的kTC噪声(Nktc)。
然后，传输晶体管TG导通，并且将累积单元MEM中累积的电荷(Nsig)(信号)传输到浮动扩散区域FD。然后，浮动扩散区域FD中累积的电荷(Nsig，Nktc)读出为信号。
在本实施方案中，从浮动扩散区域FD中累积的电荷(Nsig和Nktc)中减去浮动扩散区域FD中产生的kTC噪声(Nktc)，从而可以检测到在光电二极管PD中通过接收光产生的电荷量(信号)。即，在本实施方案中，由于可以求出信号中包括的kTC噪声的电荷量，因此可以消除kTC噪声。结果，在本实施方案中，可以获得去除了kTC噪声的信号，从而可以确保高的距离测量精度。
此外，在由本发明人创建的本公开实施方案中，上述电荷累积单元MEM包括金属氧化物半导体(MOS)型电容。即，在本实施方案中，电荷累积单元MEM包括MOS型电容，该MOS型电容由金属膜或多晶硅膜制成的电极、氧化膜制成的绝缘膜和半导体区域的叠层构成。在本实施方案中，通过增加上述叠层的界面面积，可以容易地增加累积单元MEM的电容。因此，根据本实施方案，可以进一步增加电容值，并且可以确保宽动态范围。下面将依次说明由本发明人创建的本公开的实施方案的细节。
<<6.第一实施方案>>
<6.1平面结构>
首先，将参照图7说明根据本公开第一实施方案的光接收元件10的平面结构示例。图7是示出根据本实施方案的光接收元件10的平面构成例的说明图，是当从半导体基板200的前表面上方观察时的光接收元件10的图。注意，图7的左右方向对应于图2A的行方向(左右方向)，并且图7的上下方向对应于图2A的列方向(上下方向)。
如图7所示，N型半导体区域100形成在光接收元件10的中央部中的P型半导体基板200中，并且N型半导体区域100构成光电二极管(光电转换单元)PD的一部分。此外，分选晶体管VG1和VG2的栅电极150a和150b排列成相对于穿过光电二极管PD的中心点(中心)O且在光接收元件10上方沿上下方向(列方向)延伸的中心线600线对称(基本上线对称)。注意，分选晶体管VG1和VG2的栅电极150a和150b被设置成与N型半导体区域100的至少一部分重叠。
详细地，分选晶体管VGl包括栅电极150a、位于栅电极150a和半导体基板200之间的栅极绝缘膜(省略图示)、作为源极区域的N型半导体区域100以及作为漏极区域的N型半导体区域102a。作为源极区域的N型半导体区域100也被用作光电二极管PD，并且作为漏极区域的N型半导体区102a也被用作电荷累积单元MEM1。此外，分选晶体管VG2与分选晶体管VG1类似。
此外，如图7所示，电荷排出晶体管OFG1和OFG2的栅电极152a和152b排列成相对于穿过光电二极管PD的中心点O且在光接收元件10的上方沿左右方向(行方向)延伸的中心线602线对称(基本上线对称)。注意，电荷排出晶体管OFG1和OFG2的栅电极152a和152b被设置成与N型半导体区域100的至少一部分重叠。
详细地，电荷排出晶体管OFGl包括栅电极152a、位于栅电极152a和半导体基板200之间的栅极绝缘膜(省略图示)、作为源极区域的N型半导体区域100以及作为漏极区域的N型半导体区域104a。作为源极区域的N型半导体区域100也被用作光电二极管PD。此外，电荷排出晶体管OFG2与电荷排出晶体管OFG1类似。
另外，电荷累积单元MEMl和MEM2以及传输晶体管TGl和TG2被设置成关于中心线600镜像对称并且从两侧夹住N型半导体区域102以及分选晶体管VG1和VG2。注意，电荷累积单元MEM1排列成沿图7的上下方向(列方向)与传输晶体管TG1相邻，并且电荷累积单元MEM2排列成沿图7的上下方向(列方向)与传输晶体管TG2相邻。
详细地，电荷累积单元MEM1例如包括电极154a、设置在电极154a下方的绝缘膜(省略图示)以及设置在绝缘膜下方的N型半导体区域102a，并且下面将说明其详细结构。此外，传输晶体管TG1包括栅电极156a、位于栅电极156a和半导体基板200之间的栅极绝缘膜(省略图示)、作为源极区域的N型半导体区域106a以及作为漏极区域的N型半导体区域108a。此外，电荷累积单元MEM2和传输晶体管TG2与电荷累积单元MEM1和传输晶体管TG1类似。
此外，复位晶体管RST1和RST2、放大晶体管AMP1和AMP2以及选择晶体管SEL1和SEL2排列成关于中心线602镜像对称并且从两侧夹住N型半导体区域102以及电荷排出晶体管OFG1和OFG2。注意，复位晶体管RST1、放大晶体管AMP1和选择晶体管SEL1排列成沿图7的左右方向(行方向)彼此相邻，并且复位晶体管RST2、放大晶体管AMP2和选择晶体管SEL2也排列成沿图7的左右方向(行方向)彼此相邻。
详细地，复位晶体管RSTl包括栅电极158a、位于栅电极158a和半导体基板200之间的栅极绝缘膜(省略图示)、作为源极区域的N型半导体区域110a以及作为漏极区域的N型半导体区域112a。作为源极区域的N型半导体区域110a也被用作浮动扩散区域FD1，并且作为漏极区域的N型半导体区域112a也被用作放大晶体管AMP1。此外，复位晶体管RST2与复位晶体管RST1类似。
此外，放大晶体管AMPl包括栅电极160a、位于栅电极160a和半导体基板200之间的栅极绝缘膜(省略图示)、作为漏极区域的N型半导体区域112a以及作为源极区域的N型半导体区114a。作为漏极区域的N型半导体区域112a也被用作复位晶体管RST1的漏极区域。此外，放大晶体管AMP2与放大晶体管AMP1类似。
此外，选择晶体管SELl包括栅电极162a、位于栅电极162a和半导体基板200之间的栅极绝缘膜(省略图示)、作为漏极区域的N型半导体区114a以及作为源极区域的N型半导体区域116a。作为漏极区域的N型半导体区域114a也被用作放大晶体管AMP1的源极区域。此外，选择晶体管SEL2与选择晶体管SEL1类似。
注意，根据本实施方案的光接收元件10的平面结构不限于图7所示的示例，并且例如可以包括其他元件等，并且没有特别的限制。
<6.2截面结构>
接下来，将参照图8说明根据本公开第一实施方案的光接收元件10的截面结构示例。图8是沿图7中的线A-A’截取的光接收元件10的截面图，详细地，图8的上侧是半导体基板200的背面侧，并且图8的下侧是半导体基板200的前表面侧。
首先，如图8所示，光接收元件10包括由硅基板等制成的半导体基板200。详细地，通过在P型半导体基板200中形成N型半导体区域100a和100b，在半导体基板200中形成光电二极管PD。
接下来，将从图8的上侧，即，半导体基板200的背面侧进行说明。片上透镜208由苯乙烯基树脂、丙烯酸树脂、苯乙烯-丙烯酸共聚物树脂、硅氧烷基树脂等制成，并且来自物体800的反射光入射在其上，该片上透镜208被设置在半导体基板200的背面上方。平坦化膜204由例如氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)等制成，该平坦化膜204被设置在片上透镜208的下方。由绝缘膜制成的抗反射膜202被设置在平坦化膜204的下方。例如，抗反射膜202可以由氧化铪(HfO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化钛(TiO2)、氧化硅等或其叠层形成。
防止来自物体800的反射光入射到相邻的光接收元件10上的遮光膜206被设置在抗反射膜202上方与相邻的光接收元件10的边界区域中。遮光膜206由遮光材料构成，并且例如，可以使用诸如钨(W)、铝(Al)、铜(Cu)等金属材料形成。
此外，在遮光膜206的下方，设置有贯通半导体基板200且防止入射光进入相邻的光接收元件10的像素隔离部(第一像素隔离部)210(FFTI)。像素隔离部210例如包括从半导体基板200的背面贯通到前表面的沟槽以及嵌入沟槽中的诸如氧化硅等绝缘膜或诸如铝等金属膜。
接下来，将从图8的下侧，即，半导体基板200的前表面侧进行说明。作为垂直晶体管的两个分选晶体管VG1和VG2形成为夹着N型半导体区域100b。详细地，分选晶体管VG1和VG2分别包括设置在半导体基板200的前表面上的栅电极150a和150b，该栅电极150a和150b由例如多晶硅膜制成。
此外，电荷累积单元MEM1和MEM2被设置在半导体基板200中，以在左右方向上夹着分选晶体管VG1和VG2。例如，电荷累积单元MEM1和MEM2可以是金属氧化物半导体(MOS)型电容，其包括由金属膜或多晶硅膜制成的电极154a和154b、由氧化膜制成的绝缘膜(省略图示)以及N型半导体区域102a和102b(在图8中，示出为MEM1和MEM2)的叠层。下面将说明电荷累积单元MEM1和MEM2的细节。
然后，传输晶体管TGl和TG2的栅电极156a和156b与电荷累积单元MEMl和MEM2相邻地被设置在半导体基板200的前表面上。此外，示出为浮动扩散区域FD1和FD2的N型半导体区域110a和110b靠近传输晶体管TG1和TG2的栅电极156a和156b形成在半导体基板200中。
此外，配线层300被设置在半导体基板200的前表面上。配线层300包括绝缘膜302和金属膜304。此外，电极306被设置在配线层300的与半导体基板200相反的表面上。
另外，基板400被设置在配线层300的与半导体基板200相反的表面上。基板400还包括绝缘膜402和金属膜404，并且电极406被设置在配线层300侧的表面上。例如，当配线层300的电极306和基板400的电极406由铜(Cu)等形成并且彼此接触时，配线层300和基板400可以接合。
注意，根据本实施方案的光接收元件10的截面结构不限于图8所示的示例，并且例如可以包括其他元件等，并且没有特别的限制。
接下来，将参照图9和图10说明根据本实施方案的电荷累积单元MEM的细节。图9是示出根据本实施方案的电荷累积单元MEM的截面构成例的说明图，并且对应于图8的截面图。此外，图10是图9的电荷累积单元MEM的能带图。注意，在图9中，图9的上侧是半导体基板200的前表面侧，并且图9的下侧是半导体基板200的背面侧。
如图9所示，根据本实施方案的电荷累积单元MEM包括绝缘层170和层叠在半导体基板(半导体层)200上的电极154。电极154由各种金属膜或多晶硅膜制成，并且绝缘层170由诸如氧化硅膜等氧化膜制成。在电荷累积单元MEM中，通过向电极施加正电压(导通电压)，如图10所示，在位于电极(金属膜或多晶硅膜)154和绝缘层170正下方的半导体基板(半导体层)200的最外表面上产生耗尽层(反型区域(inversion region))。然后，电荷被传输到产生的耗尽层，并且电荷被吸引并累积在电极154中。在本实施方案中，通过增加电极154的面积(与半导体基板接触的面积)可以容易地增加电荷累积单元MEM的电容。
此外，在本实施方案中，通过减小绝缘层170的膜厚度或使用具有高相对介电常数的材料(氧化铪(HfO2))形成绝缘层170，可以进一步增加电荷累积单元MEM的电容。
此外，在图9所示的电荷累积单元MEM中，由于电荷在半导体基板200的最外表面上移动，因此存在电荷被表面上产生的缺陷(例如，悬空键)捕获并消失，或者电荷到浮动扩散区域FD的传输被延迟的可能。因此，在本实施方案中，可以采用能够在半导体基板200的深部区域中累积电荷的电荷累积单元MEM的结构，以便避免这种电荷捕获等。下面将参照图11和图12说明这种电荷累积单元MEM的细节。图11是示出根据本实施方案的电荷累积单元MEM的另一截面构成例的说明图，并且图12是图11的电荷累积单元MEM的能带图。注意，在图11中，图11的上侧是半导体基板200的前表面侧，并且图9的下侧是半导体基板200的背面侧。
如图11所示，根据本实施方案的电荷累积单元MEM包括绝缘层170和层叠在半导体基板(半导体层)200上的电极154。此外，电荷累积单元MEM包括嵌入绝缘层170和半导体基板200之间的半导体基板200中的嵌入层172。例如，在半导体基板200是P型半导体基板的情况下，嵌入层172是其中引入N型杂质的N型半导体区域。
在电荷累积单元MEM中，通过向电极施加例如负电压(截止电压)，如图12所示，在嵌入半导体基板200中的嵌入层172中产生耗尽层(沟道区域)。然后，在产生的耗尽层中累积电荷。注意，通过适当地选择半导体基板200和嵌入层172的杂质浓度、嵌入层172的厚度、绝缘层170的厚度等，可以调整产生耗尽层的深度。以这种方式，在本实施方案中，可以避免电荷被最外表面上的缺陷等捕获，并可以提高电荷的迁移率。
如上所述，根据本实施方案，可以提供能够在确保宽动态范围的同时降低kTC噪声的影响的光接收元件10。
<6.3变形例>
注意，根据上述本公开实施方案的光接收元件10可以如下所述进行变形。下面将说明本实施方案的第一变形例至第五变形例。根据下述第一变形例至第五变形例的每个光接收元件10包括分别包括MOS电容的电荷累积单元MEM1和MEM2。
(第一变形例)
首先，将参照图13和图14说明第一变形例。图13是示出根据本实施方案的第一变形例的光接收元件10的截面构成例的说明图，并且图14是图13中的区域C的放大图。在本变形例中，设置有包括MOS电容的电荷累积单元MEM1和MEM2，但与上述本实施方案不同，如图13所示，设置有嵌入半导体基板200中的垂直电极154。详细地，如图14所示，设置有嵌入形成在半导体基板200中的沟槽174中的绝缘层170和嵌入绝缘层170中的垂直嵌入电极部178。根据本变形例，由于电荷累积单元MEM1和MEM2具有垂直电极154，因此可以增加夹在垂直电极154和面向电极154的半导体基板(详细地，N型半导体区域102a和102b)200之间的绝缘层170的面积。结果，根据本变形例，由于面积增加，因此可以进一步增大电荷累积单元MEM1和MEM2的电容，并最终可以确保光接收元件10的宽动态范围。
(第二变形例)
接下来，将参照图15说明第二变形例。图15是示出根据本实施方案的第二变形例的光接收元件10的截面构成例的说明图。同样在本变形例中，光接收元件10包括分别包括MOS电容的电荷累积单元MEM1和MEM2。此外，在本变形例中，如图15所示，光接收元件10具有设置在半导体基板200的背面(与前表面相反的表面)上且形成有微细的凹凸的蛾眼结构202a。详细地，如图15所示，蛾眼结构202a通过在半导体基板200侧以矩阵形式排列多个具有顶点的大致四角锥体来构造。在本变形例中，通过设置蛾眼结构202a，可以缓和界面处的折射率的急剧变化并可以防止反射。
(第三变形例)
接下来，将参照图16说明第三变形例。图16是示出根据本实施方案第三变形例的光接收元件10的截面构成例的说明图。同样在本变形例中，光接收元件10包括分别包括MOS电容的电荷累积单元MEM1和MEM2。此外，在本变形例中，如图16所示，分选晶体管VG1和VG2的栅电极150a和150b具有嵌入半导体基板200中的嵌入栅极部170a和170b。根据本变形例，以上述方式，在光电二极管PD中产生的电荷可以更有效地传输到电荷积累单元MEM1和MEM2。
(第四变形例)
接下来，将参照图17说明第四变形例。图17是示出根据本实施方案的第四变形例的光接收元件10的截面构成例的说明图。同样在本变形例中，光接收元件10包括分别包括MOS电容的电荷累积单元MEM1和MEM2。此外，在本变形例中，如图17所示，光接收元件10包括沿半导体基板200的厚度方向从半导体基板200的背面(与前表面相反的表面)贯通到半导体基板200的中间的像素隔离部(第二像素隔离部)210a(深沟槽隔离(DTI))。利用像素隔离部210a，可以防止入射光进入相邻的光接收元件10。
(第五变形例)
接下来，将参照图18说明第五变形例。图18是示出根据本实施方案第五变形例的光接收元件10的截面构成例的说明图。在本变形例中，如图18所示，光接收元件10可以包括多个，详细地，四个分选晶体管VG。同样在本变形例中，光接收元件10包括分别包括MOS电容的电荷累积单元(第三电荷累积单元)MEM1、MEM2、MEM3和MEM4。
<<7.第二实施方案>>
此外，在上述第一实施方案及其变形例中，可以减薄电荷累积单元MEM1和MEM2的绝缘膜(省略图示)、放大晶体管AMP1和AMP2的栅极绝缘膜(省略图示)等。以这种方式，可以在不增加尺寸的情况下增加电荷累积单元MEM1和MEM2的电容。此外，由于栅极绝缘膜中的晶体缺陷的数量减少，所以晶体缺陷的影响由于晶体管的跨导gm的增加而减小，或者界面态由于热处理时间的减少或热处理温度的降低而降低，可以降低放大晶体管AMP1和AMP2的随机噪声。
这里，将参照图19、图20A和图20B说明具有减薄的绝缘膜的电荷累积单元MEM1和MEM2以及放大晶体管AMP1和AMP2的本公开的第三实施方案。注意，图19是示出根据本实施方案的光接收元件10的平面构成例的说明图，并且类似于第一实施方案的光接收元件10，是当从半导体基板200的前表面的上方观察时的光接收元件10的图。此外，图20A是沿图19的线C-C’截取的光接收元件10的截面图，并且图20B是沿图19的线D-D’截取的光接收元件10的截面图。详细地，在图20A和图20B中，图中的上侧是半导体基板200的前表面侧，并且图中的下侧是半导体基板200的背面侧。
详细地，在本实施方案中，例如，如图20A所示，位于覆盖有侧壁730的栅电极160下方的放大晶体管AMP1的绝缘膜720a例如由氧化膜(第三氧化膜)制成，并且其膜厚度比由位于复位晶体管RST1的栅电极158和选择晶体管SEL1的栅电极162的下方的由氧化膜(第三氧化膜)制成的绝缘膜720的膜厚度更薄。
此外，在本实施方案中，例如，如图20B所示，位于由侧壁730覆盖的电极154的下方的电荷累积单元MEM1的绝缘膜(绝缘层)720a例如由氧化膜(第一氧化膜)制成，并且其膜厚度比位于传输晶体管TG1的栅电极156的下方的由氧化膜(第二氧化膜)制成的绝缘膜720的膜厚度更薄。
注意，在本实施方案中，位于放大晶体管AMPl的栅电极160的下方的绝缘膜720a和位于电荷累积单元MEMl的电极154下方的绝缘膜720a可以是由相同材料制成的氧化膜并且可以具有基本上相同的膜厚度。
更具体地，在本实施方案中，位于放大晶体管AMPl的栅电极160的下方的绝缘膜720a和位于电荷累积单元MEMl的电极154的下方的绝缘膜720a由氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)等氧化膜制成。此外，在本实施方案中，考虑到由于厚度减小而引起的降低随机噪声的效果和由于泄露电流增加导致的功耗增加，位于放大晶体管AMP1的栅电极160的下方的绝缘膜720a和位于电荷累积单元MEM1的电极154的下方的绝缘膜720a的膜厚度优选为位于其他元件(传输晶体管TG、复位晶体管RST和选择晶体管SEL)的栅电极156、158和162的下方的绝缘膜720的膜厚度的大约一半，并且更优选为例如1.0nm以上5.0nm以下。
此外，在本实施方案中，位于放大晶体管AMPl的栅电极160的下方的绝缘膜720a和位于电荷累积单元MEMl的电极154的下方的绝缘膜720a当从半导体基板200的上方观察时优选比栅电极160和电极154更宽到不干扰相邻元件的程度。
注意，在本实施方案中，不限于仅减薄电荷累积单元MEM1和MEM2的绝缘膜720a以及放大晶体管AMP1和AMP2的栅极绝缘膜720a。在本实施方案中，可以仅减薄电荷累积单元MEM1和MEM2的绝缘膜720a，并且可以减薄与光接收元件10上的元件(电荷累积单元MEM、传输晶体管TG、分选晶体管VG、电荷排出晶体管OFG、放大晶体管AMP、复位晶体管RST和选择晶体管SEL)的栅电极150、152、154、156、158、160和162以及电极154接触的绝缘膜720。
如上所述，根据本实施方案，通过减薄电荷累积单元MEM的绝缘膜720a、放大晶体管AMP的栅极绝缘膜720a等，可以在不增加尺寸的情况下增加电荷累积单元MEM的电容，并可以降低晶体管的随机噪声。因此，根据本实施方案，通过与根据上述第一实施方案的构成组合，可以提供能够在确保更宽的动态范围的同时进一步降低kTC噪声的影响的光接收元件10和距离测量模块1。注意，本实施方案可以与上述第一实施方案及其变形例组合来实施。
<<8.第三实施方案>>
顺便提及，在上述第二实施方案中，电荷累积单元MEM的绝缘膜720a、放大晶体管AMP的栅极绝缘膜720a等被减薄，以增加电荷累积单元MEM的电容并减少放大晶体管AMP的随机噪声。然而，在进行栅极绝缘膜720a的减薄的情况下，虽然可以获得上述效果，但是泄露电流增加，从而减薄受到限制。因此，本发明人提出了使用具有高相对介电常数的高介电膜代替上述绝缘膜720a的想法，与上述氧化膜相比，即使膜厚度相同，该高介电膜也能够增加电荷累积单元MEM的电容。通过使用高介电膜作为上述绝缘膜720a，即使在膜厚度减小的情况下也可以在避免泄露电流增加的同时，实现电荷累积单元MEM的电容的增加和放大晶体管AMP的随机噪声的减少。
这里，将参照图21、图22A和图22B说明具有由高介电膜制成的绝缘膜的电荷累积单元MEM1和MEM2以及放大晶体管AMP1和AMP2的本公开的第四实施方案。注意，图21是示出根据本实施方案的光接收元件10的平面构成例的说明图，并且类似于第一实施方案的光接收元件10，是当从半导体基板200的前表面的上方观察时的光接收元件10的图。此外，图22A是沿图24的线E-E’截取的光接收元件10的截面图，并且图22B是沿图24的F-F’线截取的光接收元件10的截面图。详细地，在图22A和图22B中，图中的上侧是半导体基板200的前表面侧，并且图中的下侧是半导体基板200的背面侧。
详细地，在本实施方案中，例如，如图22A所示，位于覆盖有侧壁730的栅电极160的下方的放大晶体管AMP1的绝缘膜(第三绝缘层)740由高介电膜制成。然后，绝缘膜740的相对介电常数高于位于复位晶体管RST1的栅电极158和选择晶体管SEL1的栅电极162的下方的绝缘膜(第三绝缘层)720的相对介电常数。
此外，在本实施方案中，例如，如图22B所示，位于覆盖有侧壁730的电极154的下方的电荷累积单元MEM1的绝缘膜(第一绝缘层)740由高介电膜制成。绝缘膜740的相对介电常数高于位于传输晶体管TG1的栅电极156的下方的绝缘膜(第二绝缘层)720的相对介电常数。
注意，在本实施方案中，位于放大晶体管AMPl的栅电极160的下方的绝缘膜740和位于电荷累积单元MEMl的电极154的下方的绝缘膜740可以由相同的材料制成。
更具体地，在本实施方案中，高介电膜是具有比氧化硅(SiO2)的相对介电常数(3.9)更高的相对介电常数的材料，并且优选是具有4以上的相对介电常数的材料。在本实施方案中，例如，高介电膜是金属氧化物膜，可以由诸如Al2O3、HfSiON、Y2O3、Ta2O5、La2O3、TiO2、HfO2、ZrO2或HfZrO2等材料形成。
当上述高介电膜被用作绝缘膜740时，诸如TiN、TaN或NiSi等金属材料可以被用作用于形成栅电极150、152、154、156、158、160和162的材料以便调整Vth(阈值电压)。
此外，在本实施方案中，位于放大晶体管AMPl的栅电极160的下方的绝缘膜740和位于电荷累积单元MEMl的电极154的下方的绝缘膜740当从半导体基板200的上方观察时优选比栅电极160和电极154更宽到不干扰相邻元件的程度。
注意，在本实施方案中，不限于通过使用高介电膜仅形成电荷累积单元MEM1和MEM2的绝缘膜740以及放大晶体管AMP1和AMP2的栅极绝缘膜740。在本实施方案中，仅电荷累积单元MEM1和MEM2的绝缘膜740可以由高介电膜形成，并且与光接收元件10上的元件(电荷累积单元MEM、传输晶体管TG、分选晶体管VG、电荷排出晶体管OFG、放大晶体管AMP、复位晶体管RST和选择晶体管SEL)的栅电极150、152、154、156、158、160和162以及电极154接触的绝缘膜720可以由高介电膜形成。
如上所述，根据本实施方案，通过使用高介电膜形成电荷累积单元MEM的绝缘膜740、放大晶体管AMP的栅极绝缘膜740等，与使用SiO2的情况相比，可以在不减小膜厚度的情况下实现电荷累积单元MEM的电容的增加和放大晶体管AMP的随机噪声的减少。因此，根据本实施方案，通过与上述第一实施方案的构成组合，可以提供能够在确保较宽的动态范围的同时进一步降低kTC噪声的影响的光接收元件10和距离测量模块1。注意，本实施方案可以与上述第一实施方案及其变形例组合来实施。
<<9.总结>>
如上所述，根据本公开的实施方案和变形例，可以提供能够在确保宽动态范围的同时降低kTC噪声的影响的光接收元件10和距离测量模块1。
尽管已经参照实施方案、变形例、适用例和应用例说明了本公开，但是本公开不限于上述实施方案等，并且可以进行各种变形。注意，本说明书中所述的效果仅仅是示例性的。本公开的效果不限于本说明书中所述的效果。本公开可以具有除本说明书中所述的效果以外的任何其他效果。
注意，在上述本公开的实施方案和变形例中，上述各半导体区域的导电类型可以颠倒，并且例如，本实施方案和变形例可以应用于使用空穴而非电子作为电荷的元件。
此外，在上述本公开的实施方案和变形例中，半导体基板可以不必是硅基板，也可以是其他基板(例如，绝缘体上硅(SOI)基板、SiGe基板等)。此外，上述半导体基板可以具有形成在这种各种基板上的半导体结构等。
此外，在上述本公开的实施方案和变形例中，光接收元件10可以与照射单元、处理电路等一起形成在一个芯片上，或者可以被设置在一个封装中，并且没有特别的限制。
注意，在本公开的实施方案和变形例中，上述各层、各膜、各元件等的形成方法的示例包括物理气相沉积(PVD)法、化学气相沉积(CVD)法等。PVD法的示例可以包括使用电阻加热或射频加热的真空沉积工艺、电子束(EB)沉积工艺、各种溅射工艺(磁控溅射工艺、射频-直流(RF-DC)耦合偏压溅射工艺、电子回旋共振(ECR)溅射工艺、对向靶溅射工艺、射频溅射工艺)、离子镀工艺、激光烧蚀工艺、分子束外延(MBE)工艺和激光转印工艺。此外，CVD法的示例包括等离子体CVD工艺、热CVD工艺、金属有机(MO)CVD工艺和光CVD工艺。此外，其他方法包括诸如电解镀法、化学镀法、旋涂法等各种涂敷法；浸渍法；铸造法；微接触印刷法；滴铸法；诸如丝网印刷法、喷墨印刷法、胶版印刷法、凹版印刷法、柔版印刷法等各种印刷法；压印法；喷涂法；空气刮刀涂布法、叶片涂布法、棒涂法、刮刀涂布法、挤压涂布法、反向辊涂布法、转印辊涂布法、凹版涂布法、吻涂法、流延涂布法、喷涂机法、狭缝孔涂布法和压延涂布法。此外，各层的图案形成方法的示例可以包括阴影掩模、激光转印、光刻等化学蚀刻、利用紫外线或激光束的物理蚀刻等。此外，平坦化技术的示例包括化学机械抛光(CMP)法、激光平坦化法、回流法等。即，可以使用现有的半导体装置制造工艺容易且廉价地制造根据本公开实施方案和变形例的元件。
<<10.电子设备的构成例>>
注意，光接收元件10不仅可以应用于如上所述的距离测量模块1，还可以应用于例如各种电子设备，如具有距离测量功能的相机和具有距离测量功能的智能手机。因此，将参照图23说明作为应用本技术的电子设备的智能手机900的构成例。图23是示出作为应用根据本公开实施方案的距离测量模块1的电子设备的智能手机900的构成例的框图。
如图23所示，智能手机900包括中央处理器(CPU)901、只读存储器(ROM)902和随机存取存储器(RAM)903。此外，智能手机900还包括存储装置904、通信模块905和传感器模块907。此外，智能手机900还包括可以应用上述距离测量模块1的距离测量模块908，并且此外，还包括成像装置909、显示装置910、扬声器911、麦克风912、输入装置913和总线914。此外，智能手机900可以包括诸如数字信号处理器(DSP)等处理电路来代替CPU 901或与CPU901组合。
CPU 901用作算术处理装置和控制装置，并且根据记录在ROM 902、RAM 903、存储装置904等中的各种程序来控制智能手机900的全部操作或一部分操作。ROM 902存储由CPU901使用的程序、算术参数等。RAM 903主要存储在CPU 901的执行中使用的程序以及在该执行中适当变化的参数等。CPU 901、ROM 902和RAM 903通过总线914彼此连接。此外，存储装置904是被构造为智能手机900的存储单元的示例的数据存储装置。例如，存储装置904包括诸如硬盘驱动器(HDD)等磁存储设备、半导体存储设备、光存储设备等。存储装置904存储由CPU 901执行的程序和各种数据、从外部获取的各种数据等。
例如，通信模块905是包括通过其建立到通信网络906的连接等的通信装置的通信接口。例如，通信模块905可以是用于有线或无线局域网(LAN)、蓝牙(注册商标)或无线USB(WUSB)的通信卡。此外，通信模块905可以是用于光通信的路由器、用于非对称数字用户线(ADSL)的路由器、用于各种通信的调制解调器等。通信模块905使用诸如TCP/IP等预定协议向因特网(Internet)和其他通信设备发送以及从其接收信号等。此外，连接到通信模块905的通信网络906是有线或无线连接的网络，并且例如是因特网、家庭LAN、红外线通信、卫星通信等。
例如，传感器模块907包括诸如运动传感器(例如，加速度传感器、陀螺仪传感器、地磁传感器等)、生物信息传感器(例如，脉冲传感器、血压传感器、指纹传感器等)或位置传感器(例如，全球导航卫星系统(GNSS)接收器等)等各种传感器。
距离测量模块908被设置在智能手机900的表面上，并且可以获取例如面向表面的用户指尖、手掌、面部等凹凸形状或运动作为距离测量结果。这样的距离测量结果可以用于用户的认证和用户手势的识别。此外，距离测量模块908还可以获取例如从智能手机900到物体800的距离或物体800的表面的三维形状数据。
成像装置909被设置在智能手机900的表面上，并且可以拍摄位于智能手机900周围的物体800等的图像。详细地，成像装置909可以包括诸如互补MOS(CMOS)图像传感器等成像元件(省略图示)以及对由成像元件光电转换的信号进行成像信号处理的信号处理电路(省略图示)。此外，成像装置909还可以包括：包括成像镜头、光圈机构、变焦镜头、聚焦镜头等的光学系统机构(省略图示)以及控制上述光学系统机构的操作的驱动系统机构(省略图示)。然后，上述成像元件收集来自物体800的入射光作为光学图像，并且上述信号处理电路以像素为单位对形成的光学图像进行光电转换，读出各像素的信号作为成像信号，并执行图像处理以获取捕获图像。
显示装置910被设置在智能手机900的表面上，并且例如可以是诸如液晶显示器(LCD)或有机电致发光(EL)显示器等显示装置。显示装置910可以显示操作画面、由上述成像装置909获取的捕获图像等。
扬声器911可以向用户输出例如呼叫语音、由上述显示装置910显示的内容的关联语音等。
麦克风912可以收集例如用户的呼叫语音、包括激活智能手机900的功能的命令的语音以及智能手机900的周围环境中的语音。
输入装置913例如是诸如按钮、键盘、触摸面板、鼠标等由用户操作的装置。输入装置913包括基于由用户输入的信息产生输入信号并将输入信号输出到CPU 901的输入控制电路。用户通过操作输入装置913可以向智能手机900输入各种数据或指示处理操作。
上面已经说明了智能手机900的构成例。上述每个组件可以包括通用构件，或者可以包括专门用于各组件的功能的硬件。这种构成可以根据实施时的技术水平适当地改变。
<<11.内窥镜手术系统的应用例>>
根据本公开的技术(本技术)可以应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以应用于内窥镜手术系统。
图24是示出可以应用根据本公开的技术(本技术)的内窥镜手术系统的示意性构成的示例的图。
在图24中，示出了其中手术者(医生)11131正在使用内窥镜手术系统11000对病床11133上的患者11132进行手术的状态。如图所示，内窥镜手术系统11000包括内窥镜11100、如气腹管11111和能量装置11112等其他手术工具11110、支撑内窥镜11100的支撑臂装置11120和其上安装了用于内窥镜手术的各种装置的推车11200。
内窥镜11100包括透镜镜筒11101和摄像机头11102，该透镜镜筒的从远端起的预定长度的区域插入患者11132的体腔内，该摄像机头连接到透镜镜筒11101近端。在所示出的示例中，示出了配置为具有硬性透镜镜筒11101的刚性内窥镜的内窥镜11100。然而，也可以将内窥镜11100配置为具有柔性透镜镜筒的柔性内窥镜。
透镜镜筒11101在远端具有物镜装配在其中的开口。光源装置11203与内窥镜11100连接以便将由光源装置11203生成的光通过在透镜镜筒11101中延伸的光导引入透镜镜筒的远端，并通过物镜将其照射到患者11132体腔内的观察对象上。需要指出的是，内窥镜11100可以是前视内窥镜或可以是斜视内窥镜或侧视内窥镜。此外，根据本公开实施方案的距离测量模块1的照射单元20和光接收单元30可以并入镜筒11101的远端中。通过安装这样的距离测量模块1的一部分，通过参考距离测量模块1的距离信息以及医生在视觉上执行的手术，可以进一步提高手术的准确性。
例如，如图25示出了内窥镜11100的构成示例的构成，作为根据本公开实施方案的距离测量模块1的照射单元20和光接收单元30的iToF传感器15004被设置在摄像机头11102中。详细地，来自观察对象的反射光(观察光)通过镜筒11101，被摄像机头11102中的透镜15001会聚，被半反射镜15002反射，并被iToF传感器15004接收。此外，观察光被iToF传感器15004光电转换，产生与观察光相对应的电信号并将其存储在存储器15005中，然后传送到下述距离测量信号处理装置11209。
此外，如图25所示，摄像机头11102中设置有成像元件15003，来自观察对象的反射光(观察光)通过镜筒11101，被透镜15001会聚，被半反射镜15002反射，并被成像元件15003接收。由成像元件15003对观察光进行光电转换，产生与观察光相对应的电信号，即，与观察图像相对应的图像信号。图像信号暂时存储在存储器15005中，然后作为RAW数据传送到相机控制单元(CCU)11201。
CCU 11201包括中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)等，并集中控制内窥镜11100和显示装置11202的操作。进一步地，例如，CCU 11201接收来自摄像机头11102的图像信号，并对图像信号执行如显影处理(去马赛克处理)等各种图像处理以显示基于图像信号的图像。
显示装置11202在CCU 11201的控制下显示基于已经由CCU 11201进行过图像处理的图像信号的图像。
例如，光源装置11203包括如发光二极管(LED)等光源并将对手术区域等成像时的照射光提供给内窥镜11100。
输入装置11204是内窥镜手术系统11000的输入接口。使用者可以通过输入装置11204向内窥镜手术系统11000输入各种信息或指令。例如，使用者会输入改变内窥镜11100的摄像条件(照射光的类型、放大率、焦距等)的指令等。
治疗工具控制装置11205控制能量装置11112的驱动以烧灼或切开组织、封闭血管等。气腹装置11206通过气腹管11111将气体供给到患者11132的体腔内以使体腔膨胀以便确保内窥镜11100的视野并确保手术者的工作空间。记录器11207是能够记录与手术相关的各种信息的装置。打印机11208是能够以如文本、图像或图形等各种形式打印与手术相关的各种信息的装置。距离测量信号处理装置11209是设置有根据本公开实施方案的距离测量模块1的控制单元40和处理单元60并可以获取距离信息的装置。
注意，将当对手术区域进行成像时的照射光提供到内窥镜11100的光源装置11203可以由白光光源构成，例如，白光光源由LED、激光光源或它们的组合构成。在白光光源由红色、绿色和蓝色(RGB)激光光源的组合构成的情况下，由于可以高精度地控制每种颜色(每个波长)的输出强度和输出时序，所以可以由光源装置11203调整所拍摄的图像的白平衡。进一步地，在这种情况下，当来自各个RGB激光光源的激光束以时分的方式照射在观察对象上，并且与照射时序同步地控制摄像机头11102的成像元件的驱动时，可以以时分的方式拍摄与各个R、G和B相对应的图像。根据该方法，即使没有为成像元件配置滤色器，也可以获得彩色图像。
进一步地，可以控制光源装置11203的驱动以便每隔预定的时间改变将要输出的光的强度。通过与光强度的改变时序同步控制摄像机头11102的成像元件的驱动来以时分的方式获取图像并合成图像，可以生成高动态范围的图像，而该图像不会存在曝光不足的遮挡阴影和曝光过度的高光。
此外，光源装置11203可以被构造成能够提供与特殊光观察相对应的预定波长带的光。在特殊光观察中，例如，通过利用身体组织的光吸收的波长依赖性，照射与普通观察时的照射光(即，白色光)相比更窄波长带的光，以高对比度对如黏膜表层部分的血管等预定组织执行窄带光观察(窄带成像)。可选择地，在特殊光观察中，可以执行用于从通过照射激发光生成的荧光获得图像的荧光观察。在荧光观察中，可以通过将激发光照射在身体组织上来执行身体组织的荧光观察(自发荧光观察)，或可以通过将如吲哚菁绿(indocyaninegreen:ICG)等试剂局部注射到身体组织内并将与试剂的荧光波长相对应的激发光照射在身体组织上来获得荧光图像。光源装置11203可以被构造成能够提供这种对应于特殊光观察的窄带光和/或激发光。
图26是示出图24所示的摄像机头11102和CCU 11201的功能构成的示例的框图。
摄像机头11102包括透镜单元11401、成像单元11402、驱动单元11403、通信单元11404和摄像机头控制单元11405。CCU 11201包括通信单元11411、图像处理单元11412和控制单元11413。摄像机头11102和CCU 11201通过传输电缆11400相互通信连接。
透镜单元11401是设置在与透镜镜筒11101的连接处的光学系统。从透镜镜筒11101的远端进入的观察光被引导到摄像机头11102并入射到透镜单元11401上。透镜单元11401由包括变焦透镜和聚焦透镜的多个透镜的组合构成。
成像元件构成成像单元11402，并且成像元件的数量可以是一个(单板型)或者多个(多板型)。当成像单元11402是多板型时，例如，通过成像元件生成与各个R、G和B相对应的图像信号，并且可以合成图像信号以获得彩色图像。或者，成像单元11402也可以配置成具有用于获取与三维(3D)显示相对应的右眼图像信号和左眼图像信号的一对成像元件。当进行3D显示时，手术者11131可以更精确地把握手术区域活体组织的深度。此外，当成像单元11402是多板型时，可以针对与各个成像元件相对应的多个系统设置透镜单元11401。
此外，成像单元11402可能不一定设置在摄像机头11102上。例如，成像单元11402可以设置在透镜镜筒11101内部物镜的正后方。
驱动单元11403由致动器构成，并且在摄像机头控制单元11405的控制下使透镜单元11401的变焦透镜和聚焦透镜沿着光轴移动预定的距离。因此，可以适当地调整由成像单元11402拍摄的图像的放大率和焦点。
通信单元11404由用于向CCU 11201发送和从CCU 11201接收各种信息的通信装置构成。通信单元11404通过传输电缆11400将从成像单元11402获取的图像信号作为RAW数据传输到CCU 11201。
此外，通信单元11404从CCU 11201接收用于控制摄像机头11102的驱动的控制信号，并将控制信号提供给摄像机头控制单元11405。例如，控制信号包括与摄像条件相关的信息，如通过其指定所拍摄的图像的帧速率的信息、通过其指定拍摄图像时的曝光值的信息和/或通过其指定所拍摄的图像的放大率和焦点的信息。
注意，如上所述的如帧速率、曝光值、放大率或焦点等摄像条件可以由使用者适当指定或可以由CCU 11201的控制单元11413基于获取的图像信号自动设定。在后一种情况下，在内窥镜11100中安装所谓的自动曝光(AE)功能、自动聚焦(AF)功能和自动白平衡(AWB)功能。
摄像机头控制单元11405基于通过通信单元11404从CCU 11201接收的控制信号控制摄像机头11102的驱动。
通信单元11411由用于向摄像机头11102发送和从摄像机头11102接收各种信息的通信装置构成。通信单元11411接收通过传输电缆11400从摄像机头11102传输到其上的图像信号。
进一步地，通信单元11411将用于控制摄像机头11102的驱动的控制信号传输到摄像机头11102。可以通过电通信、光学通信等传输图像信号和控制信号。
图像处理单元11412对从摄像机头11102传输来的RAW数据形式的图像信号执行各种图像处理。
控制单元11413执行与通过内窥镜11100对手术区域等进行成像和通过对手术区域等进行成像获得的拍摄图像的显示相关的各种控制。例如，控制单元11413生成用于控制摄像机头11102的驱动的控制信号。
此外，控制单元11413基于已经由图像处理单元11412进行过图像处理的图像信号使显示装置11202显示示出了手术区域等的拍摄的图像。此时，控制单元11413可以使用各种图像识别技术来识别拍摄的图像中的各种物体。例如，控制单元11413可以通过检测拍摄的图像中所包含的物体的边缘的形状、颜色等来识别例如手术钳等手术工具、特定的活体区域、出血、使用能量装置11112时的雾等。控制单元11413当使显示装置11202显示拍摄的图像时，可以使用识别的结果使各种手术支持信息与手术区域的图像以重叠方式显示。在手术支持信息以重叠方式显示并呈现给手术者11131的情况下，可以减轻手术者11131的负担并且手术者11131可以可靠地进行手术。
将摄像机头11102和CCU 11201连接的传输电缆11400是与电信号通信相对应的电信号电缆、与光学通信相对应的光纤或其复合电缆
这里，在所示的示例中，尽管通过使用传输线缆11400来执行有线通信，但是可以在摄像机头11102和CCU 11201之间执行无线通信。
在上文中，已经说明了可以应用根据本公开的技术的内窥镜手术系统的示例。根据本公开的技术可以应用于上述构成中的成像单元11402。具体地，光接收元件10可以应用为成像单元11402的构成的一部分。通过应用根据本公开的技术作为成像单元11402的构成的一部分，可以高精度地测量到手术区域的距离并且可以获得更清晰的手术区域图像。
注意，虽然这里已经将内窥镜手术系统作为示例进行了说明，但是根据本公开的技术也可以应用于其他技术，例如显微镜手术系统等。
<<12.移动体的应用例>>
根据本公开的技术(本技术)可以适用于各种产品。例如，根据本公开的技术还可以被实现为安装在诸如汽车、电动汽车、混合动力电动汽车、摩托车、自行车、个人移动装置、飞机、无人飞行器、船舶、机器人等任何类型的移动体上的装置。
图27是作为根据本公开的技术可以适用的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性构成例的框图。
车辆控制系统12000包括经由通信网络12001彼此连接的多个电子控制单元。在图18所示的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和综合控制单元12050。此外，微型计算机12051、声音/图像输出单元12052和车载网络接口(I/F)12053被示出为综合控制单元12050的功能构成。
驱动系统控制单元12010根据各种程序控制与车辆的驱动系统相关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作以下装置的控制装置：诸如内燃机或驱动电机等用于产生车辆的驱动力的驱动力产生装置；用于将驱动力传递至车轮的驱动力传递机构；用于调整车辆的转向角的转向机构；以及用于产生车辆的制动力的制动装置等。
车身系统控制单元12020根据各种程序控制设置到车身上的各种装置的操作。例如，车身系统控制单元12020用作无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动窗装置或诸如车头灯、车尾灯、刹车灯、转向信号灯或雾灯等各种灯的控制装置。在这种情况下，从作为钥匙的替代的便携式装置传输过来的无线电波或各种开关的信号能够输入至车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收这些输入的无线电波或信号，并且控制车辆的门锁装置、电动窗装置和灯等。
车外信息检测单元12030检测关于具有车辆控制系统12000的车辆的外部的信息。例如，车外信息检测单元12030与成像单元12031连接。车外信息检测单元12030使成像单元12031拍摄车辆外部的图像，并且接收所拍摄的图像。在接收的图像的基础上，车外信息检测单元12030可以对诸如人、汽车、障碍物、标记或路面上的符号等物体执行检测处理或距这些物体的距离的检测处理。此外，iTOF传感器12032连接到车外信息检测单元12030。iTOF传感器12032可以用作根据本公开实施方案的距离测量模块1。
成像单元12031是光学传感器，其用于接收光并且输出与接收的光的光量对应的电信号。成像单元12031可以输出电信号作为图像，或可以输出电信号作为距离测量的信息。此外，成像单元12031接收的光可以是可见光，或可以是诸如红外线等不可见光。
车内信息检测单元12040检测车辆内部的信息。例如，车内信息检测单元12040与检测驾驶员状态的驾驶员状态检测单元12041连接。驾驶员状态检测单元12041例如包括对驾驶员进行成像的相机。在从驾驶员状态检测单元12041输入的检测信息的基础上，车内信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳程度或驾驶员的集中程度，或可以判断驾驶员是否正在打瞌睡。
微型计算机12051可以在车辆内部或外部的信息(该信息是由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的)的基础上计算驱动力产生装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并向驱动系统控制单元12010输出控制命令。例如，微型计算机12051可以执行旨在实现先进驾驶员辅助系统(ADAS：advanced driver assistance system)的功能的协同控制，该功能包括：车辆的碰撞避免或撞击减轻、基于车间距离的跟车行驶、车辆速度维持行驶、车辆碰撞警告或车辆偏离车道警告等。
此外，微型计算机12051可以执行旨在用于自动驾驶的协同控制，其在车辆周围的信息(该信息是由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的)的基础上通过控制驱动力产生装置、转向机构或制动装置等使车辆自主行驶，而不依赖于驾驶员的操作等。
此外，微型计算机12051可以在车辆外部的信息(该信息是由车外信息检测单元12030获得的)的基础上向车身系统控制单元12030输出控制命令。例如，微型计算机12051可以根据车外信息检测单元12030检测到的前方车辆或对向车辆的位置通过控制车头灯以从远光灯变为近光灯来执行旨在防止眩光的协同控制。
声音/图像输出单元12052将声音和图像中的至少一种的输出信号传输到输出装置，该输出装置能够在视觉上或听觉上将信息通知车辆的乘客或车辆的外部。在图27的示例中音频扬声器12061、显示单元12062和仪表面板12063被示出为输出装置。例如，显示单元12062可以包括车载显示器和平视显示器中的至少一者。
图28是示出成像单元12031的安装位置的示例的图。
在图28中，成像单元12101、12102、12103、12104和12105被设置为成像单元12031。
成像单元12101、12102、12103、12104和12105例如设置在车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠和后门上的位置以及车辆内部挡风玻璃的上部上的位置。设置到前鼻上的成像单元12101和设置到车辆内部挡风玻璃的上部上的成像单元12105主要获得车辆12100的前方的图像。设置到侧视镜上的成像单元12102和12103主要获得车辆12100的侧面的图像。设置到后保险杠或后门上的成像单元12104主要获得车辆12100的后方的图像。设置在车内的挡风玻璃上侧的成像单元12105主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、交通信号、交通标志、车道等。此外，例如在车辆12100的前鼻处设置有其中合并有根据本公开实施方案的距离测量模块1的照射单元20和光接收单元30的iTOF传感器模块12201。
注意，图24示出了成像单元12101至12104的成像范围的示例。成像范围12111表示设置到前鼻上的成像单元12101的成像范围。成像范围12112和12113分别表示设置到侧视镜上的成像单元12102和12103的成像范围。成像范围12114表示设置到后保险杠或后门上的成像单元12104的成像范围。例如，通过叠加由成像单元12101至12104拍摄的图像数据，获得从上方观看到的车辆12100的俯瞰图像。
成像单元12101至12104中的至少一者可以具有获得距离信息的功能。例如，成像单元12101至12104中的至少一者可以是包括多个成像元件的立体相机，或者可以是具有用于相位差检测的像素的成像元件。
例如，微型计算机12051可以在从成像单元12101至12104获得的距离信息的基础上确定到成像范围12111到12114内的每个三维物体的距离和距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，从而提取最近的三维物体作为前方车辆，特别地，该三维物体存在于车辆12100的行驶路径上并且以预定速度(例如，等于或大于0千米/小时)在与车辆12100基本相同的方向上行驶。此外，微型计算机12051可以预先设定在前方车辆前方要保持的车间距离，并且执行自动制动控制(包括跟车停止控制)或自动加速控制(包括跟车启动控制)等。因此，可以执行旨在用于自动驾驶的协同控制，其使得车辆自主行驶而不依赖于驾驶员的操作等。
例如，微型计算机12051可以在从成像单元12101至12104获得的距离信息的基础上将关于三维物体的三维物体数据分类为两轮车辆、标准尺寸车辆、大型车辆、行人、电线杆和其他三维物体，提取分类后的三维物体数据，并使用所提取的三维物体数据来自动避开障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员可以在视觉上识别的障碍物以及车辆12100的驾驶员难以在视觉上识别的障碍物。然后，微型计算机12051确定表示与每个障碍物碰撞的风险的碰撞风险，并且在碰撞风险等于或高于设定值并且因此存在碰撞可能性的情况下，微型计算机12051经由音频扬声器12061或显示单元12062向驾驶员输出警告，并通过驱动系统控制单元12010执行强制减速或者避让转向，由此可以辅助驱动以避免碰撞。
成像单元12101至12104中的至少一者可以是检测红外线的红外摄像机。例如，微型计算机12051可以通过确定成像单元12101至12104的拍摄图像中是否存在行人来识别行人。例如，通过在作为红外摄像机的成像单元12101至12104的拍摄图像中提取特征点的程序以及通过对表示物体轮廓的一系列特征点执行图案匹配处理来确定是否是行人的程序来执行对行人的这种识别。当微型计算机12051确定成像单元12101至12104的拍摄图像中存在行人并且因此识别出行人时，声音/图像输出单元12052控制显示单元12062，使得用于强调的方形轮廓线以叠加在识别出的行人上的方式显示。此外，声音/图像输出单元12052还可以控制显示单元12062，使得表示行人的图标等显示在期望的位置处。
在上文中，说明了可以应用根据本公开的技术的车辆控制系统的示例。根据本公开的技术可以应用于上述构成中的车外信息检测单元12030和成像单元12031。具体地，光接收元件10或距离测量模块1可以应用于车外信息检测单元12030和成像单元12031的距离检测处理块。通过将根据本公开的技术应用于车外信息检测单元12030和成像单元12031，例如可以高精度地测量到诸如人、汽车、障碍物、标志或路面上的字符等物体的距离，并且可以使用所获得的距离信息来减少驾驶员的疲劳或提高驾驶员或车辆的安全性。
<<13.补充>>
尽管上面已经参照附图详细说明了本公开的优选实施方案，但是本公开的技术范围不限于这些示例或由这些示例限制。对本公开领域的技术人员来说显而易见的是，在权利要求中所述的技术构思的范围内可以构想各种变形和变化，并且其自然落入本公开的技术范围内。
此外，本说明书中所述的效果仅仅是说明性的或示例性的并且不受限制。即，根据本公开的技术可以具有根据本说明书的说明对本领域技术人员显而易见的其他效果以代替上述效果或与上述效果组合。
注意，本技术还可以具有以下构成。
(1)一种光接收元件，包括：
光电转换单元，其被设置在半导体基板中并将光转换为电荷；
第一电荷累积单元，所述电荷从所述光电转换单元传输到所述第一电荷累积单元；
第二电荷累积单元，所述电荷从所述光电转换单元传输到所述第二电荷累积单元，
其中，
所述第一电荷累积单元和所述第二电荷累积单元中的每个包括电极、第一绝缘层和半导体层的叠层。
(2)根据(1)所述的光接收元件，其中，所述第一电荷累积单元和所述第二电荷累积单元中的每个通过向所述电极施加第一电压而在位于所述第一绝缘层的正下方的所述半导体层的最外表面上产生的反型区域中累积所述电荷。
(3)根据(1)所述的光接收元件，其中，所述叠层还包括嵌入所述第一绝缘层和所述半导体层之间的所述半导体层中的嵌入层。
(4)根据(3)所述的光接收元件，其中，
所述半导体层是第一导电类型的半导体层，并且
所述嵌入层是第二导电类型的半导体层，所述第二导电类型是与所述第一导电类型相反的导电类型。
(5)根据(3)或(4)所述的光接收元件，其中，所述第一电荷累积单元和所述第二电荷累积单元中的每个通过向所述电极施加第二电压而在所述半导体层中产生的沟道区域中累积所述电荷。
(6)一种光接收元件，包括：
光电转换单元，其被设置在半导体基板中并将光转换为电荷；
第一电荷累积单元，所述电荷从所述光电转换单元传输到所述第一电荷累积单元；
第二电荷累积单元，所述电荷从所述光电转换单元传输到所述第二电荷累积单元，
其中，
所述第一电荷累积单元和所述第二电荷累积单元中的每个包括：
半导体层；
绝缘层，其嵌入形成在所述半导体层中的沟槽中；和
垂直电极，其嵌入所述绝缘层中。
(7)根据(1)至(5)任一项所述的光接收元件，其中，
所述电极由金属膜制成，并且
所述第一绝缘层由氧化膜制成。
(8)根据(7)所述的光接收元件，其中，所述氧化膜具有5.0nm以下的膜厚度。
(9)根据(1)至(5)任一项所述的光接收元件，其中，所述第一绝缘层具有4以上的相对介电常数。
(10)根据(1)至(5)任一项所述的光接收元件，还包括：
第一分选晶体管，其将来自所述光电转换单元的所述电荷分选到所述第一电荷累积单元；和
第二分选晶体管，其将来自所述光电转换单元的所述电荷分选到所述第二电荷累积单元。
(11)根据(10)所述的光接收元件，其中，预定电压在不同的时机被施加到所述第一分选晶体管和所述第二分选晶体管的栅极中的每个。
(12)根据(1)至(11)任一项所述的光接收元件，还包括：
蛾眼结构，其被设置在所述半导体基板的与前表面相反的表面上，并且形成有微细的凹凸。
(13)根据(1)至(11)任一项所述的光接收元件，还包括：
第一像素隔离部，其贯通所述半导体基板。
(14)根据(1)至(11)任一项所述的光接收元件，还包括：
第二像素隔离部，其沿所述半导体基板的厚度方向从所述半导体基板的与前表面相反的表面贯通到所述半导体基板的中间。
(15)根据(10)所述的光接收元件，还包括：
一个或多个浮动扩散区域；
第一传输晶体管，其将传输到所述第一电荷累积单元的所述电荷传输到所述一个或多个浮动扩散区域；和
第二传输晶体管，其将传输到所述第二电荷累积单元的所述电荷传输到所述一个或多个浮动扩散区域。
(16)根据(15)所述的光接收元件，还包括：
一个或多个放大晶体管，其用于放大传输到所述浮动扩散区域的所述电荷并将放大后的所述电荷作为像素信号输出；
一个或多个选择晶体管，其根据选择信号输出所述像素信号；和
一个或多个复位晶体管，其用于复位在所述浮动扩散区域中累积的所述电荷。
(17)根据(16)所述的光接收元件，其中，
所述第一绝缘层由第一氧化膜制成，
所述第一传输晶体管和所述第二传输晶体管中的每个包括设置在所述半导体基板上的第二氧化膜，并且
所述第一氧化膜具有比所述第二氧化膜的膜厚度更薄的膜厚度。
(18)根据(17)所述的光接收元件，其中，
所述放大晶体管、所述选择晶体管和所述复位晶体管中的每个包括设置在所述半导体基板上的第三氧化膜，并且
所述放大晶体管的所述第三氧化膜具有比所述选择晶体管和所述复位晶体管的所述第三氧化膜的膜厚度更薄的膜厚度。
(19)根据(16)所述的光接收元件，其中，
所述第一传输晶体管和所述第二传输晶体管中的每个包括设置在所述半导体基板上的第二绝缘层，并且
所述第一绝缘层的相对介电常数高于所述第二绝缘层的相对介电常数。
(20)根据(19)所述的光接收元件，其中，
所述放大晶体管、所述选择晶体管和所述复位晶体管中的每个包括设置在所述半导体基板上的第三绝缘层，并且
所述放大晶体管的所述第三绝缘层的相对介电常数高于所述选择晶体管和所述复位晶体管的所述第三绝缘层的相对介电常数。
(21)根据(1)所述的光接收元件，还包括：
多个第三电荷累积单元，所述电荷从所述光电转换单元传输到所述多个第三电荷累积单元，
其中，
每个所述第三电荷累积单元包括电极、第四绝缘层和半导体层的叠层。
(22)一种光接收装置，包括一个或多个光接收元件，所述光接收元件包括：
光电转换单元，其被设置在半导体基板中并将光转换为电荷；
第一电荷累积单元，所述电荷从所述光电转换单元传输到所述第一电荷累积单元；
第二电荷累积单元，所述电荷从所述光电转换单元传输到所述第二电荷累积单元，
其中，
所述第一电荷累积单元和所述第二电荷累积单元中的每个包括电极、第一绝缘层和半导体层的叠层。
(23)根据(22)所述的光接收装置，还包括：
照射单元，其在周期性地改变亮度的同时用光照射物体；和
照射控制单元，其控制所述照射单元，
其中，
所述光电转换单元接收来自所述物体的反射光。
附图标记列表
1 距离测量模块
10 光接收元件
12 像素阵列单元
20 照射单元
30 光接收单元
32 垂直驱动电路单元
34 列信号处理电路单元
36 水平驱动电路单元
38 输出电路单元
40 控制单元
42 像素驱动配线
44 控制电路单元
46 水平信号线
48 垂直信号线
50 分选晶体管驱动单元
52 信号处理单元
54 数据存储单元
60 处理单元
100、102、102a、102b、104a、104b、106a、106b、108a、108b、110a、110b、112a、112b、114a、114b、116a、116b N型半导体区域
150a、150b、152a、152b、156a、156b、158a、158b、160a、160b、162a、162b 栅电极
154a、154b、306、406 电极
170 绝缘层
172 嵌入层
174 沟槽
178 嵌入电极部
200 半导体基板
202 抗反射膜
202a 蛾眼结构
204 平坦化膜
206 遮光膜
208 片上透镜
210、210a 像素隔离部
300 配线层
302、402 绝缘膜
304、404 金属膜
400 基板
600、602 中心线
710 通孔
720、720a 绝缘膜
730 侧壁
740 高介电常数膜
800 物体
802a、802b 区域
900 智能手机901 CPU
902 ROM
903 RAM904 存储装置
905 通信模块
907 传感器模块
908 距离测量模块
909 成像装置
910 显示装置
911 扬声器
912 麦克风
913 输入装置
AMP、AMP1、AMP2 放大晶体管
FD、FD1、FD2 浮动扩散区域
MEM、MEM1、MEM2 电荷累积单元
O 中心点
OFG、OFG1、OFG2 电荷排出晶体管
PD 光电二极管
RST、RST1、RST2 复位晶体管
SEL、SEL1、SEL2 选择晶体管
TG、TG1、TG2 传输晶体管
VDD 电源电位
VG、VG1、VG2 分选晶体管
VSL、VSL1、VSL2 信号线

Claims (23)

1.一种光接收元件，包括：
光电转换单元，其被设置在半导体基板中并将光转换为电荷；
第一电荷累积单元，所述电荷从所述光电转换单元传输到所述第一电荷累积单元；
第二电荷累积单元，所述电荷从所述光电转换单元传输到所述第二电荷累积单元，
其中，
所述第一电荷累积单元和所述第二电荷累积单元中的每个包括电极、第一绝缘层和半导体层的叠层。
2.根据权利要求1所述的光接收元件，其中，所述第一电荷累积单元和所述第二电荷累积单元中的每个通过向所述电极施加第一电压而在位于所述第一绝缘层的正下方的所述半导体层的最外表面上产生的反型区域中累积所述电荷。
3.根据权利要求1所述的光接收元件，其中，所述叠层还包括嵌入所述第一绝缘层和所述半导体层之间的所述半导体层中的嵌入层。
4.根据权利要求3所述的光接收元件，其中，
所述半导体层是第一导电类型的半导体层，并且
所述嵌入层是第二导电类型的半导体层，所述第二导电类型是与所述第一导电类型相反的导电类型。
5.根据权利要求3所述的光接收元件，其中，所述第一电荷累积单元和所述第二电荷累积单元中的每个通过向所述电极施加第二电压而在所述半导体层中产生的沟道区域中累积所述电荷。
6.一种光接收元件，包括：
光电转换单元，其被设置在半导体基板中并将光转换为电荷；
第一电荷累积单元，所述电荷从所述光电转换单元传输到所述第一电荷累积单元；
第二电荷累积单元，所述电荷从所述光电转换单元传输到所述第二电荷累积单元，
其中，
所述第一电荷累积单元和所述第二电荷累积单元中的每个包括：
半导体层；
绝缘层，其嵌入形成在所述半导体层中的沟槽中；和
垂直电极，其嵌入所述绝缘层中。
7.根据权利要求1所述的光接收元件，其中，
所述电极由金属膜制成，并且
所述第一绝缘层由氧化膜制成。
8.根据权利要求7所述的光接收元件，其中，所述氧化膜具有5.0nm以下的膜厚度。
9.根据权利要求1所述的光接收元件，其中，所述第一绝缘层具有4以上的相对介电常数。
10.根据权利要求1所述的光接收元件，还包括：
第一分选晶体管，其将来自所述光电转换单元的所述电荷分选到所述第一电荷累积单元；和
第二分选晶体管，其将来自所述光电转换单元的所述电荷分选到所述第二电荷累积单元。
11.根据权利要求10所述的光接收元件，其中，预定电压在不同的时机被施加到所述第一分选晶体管和所述第二分选晶体管的栅极中的每个。
12.根据权利要求1所述的光接收元件，还包括：
蛾眼结构，其被设置在所述半导体基板的与前表面相反的表面上，并且形成有微细的凹凸。
13.根据权利要求1所述的光接收元件，还包括：
第一像素隔离部，其贯通所述半导体基板。
14.根据权利要求1所述的光接收元件，还包括：
第二像素隔离部，其沿所述半导体基板的厚度方向从所述半导体基板的与前表面相反的表面贯通到所述半导体基板的中间。
15.根据权利要求10所述的光接收元件，还包括：
一个或多个浮动扩散区域；
第一传输晶体管，其将传输到所述第一电荷累积单元的所述电荷传输到所述一个或多个浮动扩散区域；和
第二传输晶体管，其将传输到所述第二电荷累积单元的所述电荷传输到所述一个或多个浮动扩散区域。
16.根据权利要求15所述的光接收元件，还包括：
一个或多个放大晶体管，其用于放大传输到所述浮动扩散区域的所述电荷并将放大后的所述电荷作为像素信号输出；
一个或多个选择晶体管，其根据选择信号输出所述像素信号；和
一个或多个复位晶体管，其用于复位在所述浮动扩散区域中累积的所述电荷。
17.根据权利要求16所述的光接收元件，其中，
所述第一绝缘层由第一氧化膜制成，
所述第一传输晶体管和所述第二传输晶体管中的每个包括设置在所述半导体基板上的第二氧化膜，并且
所述第一氧化膜具有比所述第二氧化膜的膜厚度更薄的膜厚度。
18.根据权利要求17所述的光接收元件，其中，
所述放大晶体管、所述选择晶体管和所述复位晶体管中的每个包括设置在所述半导体基板上的第三氧化膜，并且
所述放大晶体管的所述第三氧化膜具有比所述选择晶体管和所述复位晶体管的所述第三氧化膜的膜厚度更薄的膜厚度。
19.根据权利要求16所述的光接收元件，其中，
所述第一传输晶体管和所述第二传输晶体管中的每个包括设置在所述半导体基板上的第二绝缘层，并且
所述第一绝缘层的相对介电常数高于所述第二绝缘层的相对介电常数。
20.根据权利要求19所述的光接收元件，其中，
所述放大晶体管、所述选择晶体管和所述复位晶体管中的每个包括设置在所述半导体基板上的第三绝缘层，并且
所述放大晶体管的所述第三绝缘层的相对介电常数高于所述选择晶体管和所述复位晶体管的所述第三绝缘层的相对介电常数。
21.根据权利要求1所述的光接收元件，还包括：
多个第三电荷累积单元，所述电荷从所述光电转换单元传输到所述多个第三电荷累积单元，
其中，
每个所述第三电荷累积单元包括电极、第四绝缘层和半导体层的叠层。
22.一种光接收装置，包括一个或多个光接收元件，所述光接收元件包括：
光电转换单元，其被设置在半导体基板中并将光转换为电荷；
第一电荷累积单元，所述电荷从所述光电转换单元传输到所述第一电荷累积单元；
第二电荷累积单元，所述电荷从所述光电转换单元传输到所述第二电荷累积单元，
其中，
所述第一电荷累积单元和所述第二电荷累积单元中的每个包括电极、第一绝缘层和半导体层的叠层。
23.根据权利要求22所述的光接收装置，还包括：
照射单元，其在周期性地改变亮度的同时用光照射物体；和
照射控制单元，其控制所述照射单元，
其中，
所述光电转换单元接收来自所述物体的反射光。
CN202080075721.2A 2019-12-13 2020-12-03 光接收元件和光接收装置 Pending CN114631189A (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-225912 2019-12-13
JP2019225912 2019-12-13
JP2020166859A JP2021097215A (ja) 2019-12-13 2020-10-01 受光素子及び受光装置
JP2020-166859 2020-10-01
PCT/JP2020/044962 WO2021117589A1 (ja) 2019-12-13 2020-12-03 受光素子及び受光装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114631189A true CN114631189A (zh) 2022-06-14

Family

ID=76330291

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080075721.2A Pending CN114631189A (zh) 2019-12-13 2020-12-03 光接收元件和光接收装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220375969A1 (zh)
EP (1) EP4075792A4 (zh)
KR (1) KR20220112758A (zh)
CN (1) CN114631189A (zh)
WO (1) WO2021117589A1 (zh)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011054832A (ja) * 2009-09-03 2011-03-17 Panasonic Corp 増幅型固体撮像素子およびその製造方法
JP2013207321A (ja) * 2012-03-27 2013-10-07 Sony Corp 固体撮像装置、及び、電子機器
WO2017022220A1 (ja) * 2015-08-04 2017-02-09 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 固体撮像装置
JP2018147975A (ja) * 2017-03-03 2018-09-20 ソニー株式会社 撮像素子
KR102432861B1 (ko) 2017-06-15 2022-08-16 삼성전자주식회사 거리 측정을 위한 이미지 센서
JP2019145563A (ja) * 2018-02-16 2019-08-29 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 センサ装置および電子機器
JP2019165066A (ja) * 2018-03-19 2019-09-26 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子、電子機器

Also Published As

Publication number Publication date
EP4075792A1 (en) 2022-10-19
WO2021117589A1 (ja) 2021-06-17
US20220375969A1 (en) 2022-11-24
KR20220112758A (ko) 2022-08-11
EP4075792A4 (en) 2023-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210255282A1 (en) Light receiving element, distance measurement module, and electronic device
WO2021193254A1 (ja) 撮像装置及び電子機器
US20220181364A1 (en) Imaging element and semiconductor element
WO2021193915A1 (ja) 撮像装置及び電子機器
US20230044912A1 (en) Image sensor, imaging device, and ranging device
CN113169205A (zh) 固体摄像元件、电子设备以及固体摄像元件的制造方法
WO2021033576A1 (en) Imaging element and distance measuring apparatus
CN110662986A (zh) 光接收元件和电子设备
WO2021125116A1 (ja) 受光装置
US20230013285A1 (en) Light receiving element and light receiving device
WO2021117589A1 (ja) 受光素子及び受光装置
US12013489B2 (en) Light receiving device
JP2021097215A (ja) 受光素子及び受光装置
WO2019176302A1 (ja) 撮像素子および撮像素子の製造方法
TW202133423A (zh) 受光元件及受光裝置
US20240021632A1 (en) Light receiving element, light receiving device, and electronic device
WO2023047632A1 (ja) 撮像装置及び電子機器
US20220344390A1 (en) Organic cis image sensor
US20220376128A1 (en) Imaging device and electronic apparatus
CN117063286A (zh) 摄像元件和摄像装置
CN117716504A (zh) 光检测装置、光检测装置的制造方法和电子设备

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination