CN114759053A - 用于图像传感器像素的均匀桥接梯度飞行时间光电二极管 - Google Patents

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Abstract

描述了一种均匀桥接梯度(UBG)飞行时间(ToF)光电二极管块，例如用于与图像传感器像素集成。UBG ToF光电二极管块可以是UBG ToF像素的一部分，并且图像传感器可以包括此类像素的阵列。每个UGB ToF光电传感器块具有用于选择性激活的多个抽头，以及光电二极管区域，用于在产生光载流子时通过该多个抽头完成和快速传输光载流子。光电二极管区域的实施例包括光电二极管限定注入、相对浅的第一桥接注入和相对深的第二桥接注入。桥接注入在多个抽头附近和跨多个抽头提供具有均匀掺杂梯度的横向桥接。

Description

用于图像传感器像素的均匀桥接梯度飞行时间光电二极管
本申请要求于2021年11月16日提交美国专利商标局、申请号为17/527,170、发明名称为“UNIFORM-BRIDGE-GRADIENT TIME-OF-FLIGHT PHOTODIODE FOR IMAGE SENSORPIXEL”的US申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明总体上涉及互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxidesemiconductor， CMOS)图像传感器。更具体地，实施例涉及用于与CMOS图像传感器(CMOSimage sensor， CIS)像素集成的均匀桥接梯度飞行时间(time-of-flight，ToF)光电二极管。
背景技术
许多现代电子应用包括集成数字相机和/或其他数字成像系统，这些均基于互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)技术。数字成像系统通常由一个或多个像素阵列实现，每个像素阵列包括一个或多个光电传感器(例如，光电二极管)，或一组多个光电传感器。每个像素或像素组还可以包括支持硬件，例如源极跟随器、选择晶体管和复位晶体管，用于将光电传感器的光学响应转换为相应的电信号以供其他组件使用。
一些数字成像应用包括深度感测特征，例如用于辅助自动对焦和/或三维成像。深度感测可以以各种方式执行，包括利用飞行时间(ToF)技术。通常，诸如红外照明、垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)等的照明器输出光脉冲。照明从场景对象反弹并反射回ToF光电传感器，因此在输出照明和检测反射之间会经过一些往返时间。往返时间是图像传感器组件和场景对象之间的距离和几何关系的函数。因此，输出照明和检测其反射之间的相对时间偏移可以指示照明行进的往返距离，这可以用于计算成像系统和场景对象之间的距离(深度)测量值。
一些现代ToF方法使用所谓的ToF光电二极管。这种ToF光电二极管通常在激活多个输出抽头中的每一个之间快速且周期性地切换。接收到的光子被转换成光载流子(即电子或空穴)，这些光载流子被引导到当时处于激活状态的任何输出抽头。不是在光电二极管本身中收集电荷，而是在每个输出抽头处收集电荷，因为光载流子被选择性地引导到输出抽头。在不同输出抽头处收集的电荷的相对差异可以基于场景对象与成像系统的距离而改变。在理想的ToF光电二极管中，进入器件的光载流子立即在当前激活的输出抽头处以零延迟被收集，从而可以计算在每个输出抽头处收集的相对电荷与场景对象的检测距离之间的准确相关性。然而，在传统ToF光载流子中，这种相关性的准确性往往受到设备非理想性和次优设计的限制。
发明内容
实施例提供了用于实现与数字成像系统集成的均匀桥接梯度(UBG)飞行时间(ToF) 光电二极管的电路、设备和方法。UBG ToF光电二极管块可以是UBG ToF像素的一部分，并且图像传感器可以包括此类像素的阵列。每个UGB ToF光电传感器块具有用于选择性激活的多个抽头，以及设计用于在产生光载流子时通过多个抽头完成和快速传输的一个光电二极管区域。光电二极管区域的实施例包括光电二极管限定注入、相对浅的第一桥接注入和相对深的第二桥接注入。桥接注入在多个抽头附近和跨多个抽头提供具有均匀掺杂梯度的横向桥接。较深的桥接注入可以在抽头附近产生增强的边缘场带，以改善横向和垂直光电荷传输时间。较浅的桥接注入可以具有均匀的桥接临界尺寸，其产生横向场以改善光载流子传输时间，而不会产生可能阻碍光载流子传输的局部势阱。
附图说明
本文提及的并构成本文一部分的附图示出了本公开的实施例。附图连同说明书一起用于解释本发明的原理。
图1作为本文描述的各种实施例的上下文示出了说明性数字成像系统的一部分的简化框图。
图2示出了包括配置用于背面照明的传统钉扎光电二极管(pinned photodiode，PPD) 的传统CIS像素实现的示例(现有技术)。
图3示出了传统飞行时间(ToF)光电二极管块的简化平面图(现有技术)。
图4示出了进一步阐明诸如图3的传统ToF光电二极管块等的ToF光电二极管块的操作的说明性波形(现有技术)。
图5A和图5B分别示出了根据本文描述的各种实施例的说明性钉扎光电二极管(PPD) 型均匀桥接梯度(UBG)ToF光电二极管块的平面布局图和侧剖视图。
图6A和图6B分别示出了根据本文描述的各种实施例的说明性光电栅(PG)型UBGToF光电二极管块的平面布局图和侧剖视图。
图7示出了根据本文描述的各种实施例的UBG ToF像素阵列的说明性布局。
在附图中，相似的组件和/或特征可以具有相同的参考标记。此外，可以通过在参考标记之后加上区分相似组件的第二标记来区分相同类型的各种组件。如果在说明书中仅使用第一参考标记，则该描述适用于具有相同第一参考标记的任何一个相似组件，而与第二参考标记无关。
具体实施方式
在以下描述中，为了彻底理解本发明，提供了许多具体细节。然而，本领域技术人员应当理解，本发明可以在没有这些细节中的一个或多个的情况下实现。在其他示例中，为了简洁，本领域已知的特征和技术将不再描述。
图1作为本文描述的各种实施例的上下文示出了说明性数字成像系统100的一部分的简化框图。数字成像系统100可以围绕互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)技术构建。这样的CIS系统通常可以包括一个或多个像素105阵列，例如以行和列排列的大量像素105。每个像素105可以包括光电传感器块110，其可以包括单个光电二极管115 (例如，或任何合适的光电传感器)，或一组多个光电二极管115。图1中所示的数字成像系统100的每个光电传感器块110包括一个或多个均匀桥接梯度(UBG)飞行时间(ToF) 光电二极管115，如本文所述。
像素105还包括附加组件以促进光电传感器块110用于光学感测。如图所示，实施例可以包括增益块120、复位块130、源极跟随器块140和选择块150。增益块120可以控制像素105的增益，例如通过实施双转换增益(dual conversion gain，DCG)。复位块 130可以选择性地复位像素105组件。源极跟随器块140可以支持将来自光电传感器块110 的输出转换成指示由光电传感器块110检测到的光学信息的电信号。选择块150可以支持从像素105的阵列中选择像素105信号，例如响应于通过总线160接收的控制信号。例如，总线160可以是列选择总线等。
在传统(即，非ToF)光电二极管中，光电二极管暴露于照明，并且基于照明量(例如，曝光时间期间在器件处接收的光子数量)将电荷收集在器件中。为了说明起见，图2 示出了包括配置用于背面照明的传统钉扎光电二极管(PPD)210的传统CIS像素实现200 的示例。像素实现200包括光电传感器块205(其可以被认为包括传统PPD 210本身)和具有复位晶体管(reset transistor，RST)、源极跟随器晶体管(source follower transistor， SF)和选择晶体管(select transistor，SEL)的读出结构250。如上所述，传统PPD 210被图示为配置用于背面照明；类似的传统PPD 210实现可以用于前侧照明配置。
光电传感器块205包括传输栅极215，传输栅极215可以由Tx信号激活并且可以通过氧化物层220与衬底207隔离。衬底207可以是具有第一掺杂类型(例如，P型)的硅晶片等。在传输栅极215的一侧，传统PPD 210可以通过向衬底207中注入浅的第一掺杂类型(例如，P型)钉扎区域225和更深的第二掺杂类型(例如，N型)收集区域230形成。在传输栅极215的相对侧，可以通过将另一个第二掺杂类型(例如，N型)阱注入衬底207中来形成浮动扩散区域235。可以形成隔离区域240(例如，浅沟槽隔离， shallow-trench isolation，STI)，以将光电传感器块205的结构与相邻光电传感器块和/或像素的结构电隔离。
随着光子到达衬底207的背面(例如，箭头243所示)，它们可以被转换成光载流子(即，电子和空穴)，其中之一被吸引到收集区域230并被收集在收集区域230中(例如，由虚线箭头245示出)。收集区域230中光载流子的累积通常可以被认为是电荷的累积。例如，更长和/或更亮的曝光会导致更多的电荷累积在收集区域230中。激活Tx信号可以在传输栅极215下方形成耗尽区域，该耗尽区域有效地成为两个第二掺杂类型(例如， N型)区域(收集区域230和浮动扩散区域235)之间的电流通道。因此，传输栅极215 的激活导致收集区域230中的累积电荷跨过电流通道传输到浮动扩散区域235。
转移到浮动扩散区域235的电荷可以由读出结构250读出。例如，可以基于浮动扩散区域235处的电荷产生栅极电压，其可以驱动SF的栅极(之前通过启动RST来复位)。如图所示，SEL耦合在SF的源极端和输出电压端(Vout)之间，并且恒流源耦合在Vout 和地之间。因此，当选择晶体管被激活时(例如，作为行选择操作的一部分)，基于栅极电压在Vout处生成输出电压。
可以看出，在传统(非ToF)PPD 210的典型CIS实现中，像素输出信号(例如，由Vout处的输出电压电平指示)与在曝光时间内传统PPD 210中累积的电荷量有效相关。因此，这样的CIS像素阵列可用于测量从场景中不同位置接收到的光量(例如，特定颜色的光等)，从而有助于形成场景的图像。本文所述的实施例涉及ToF光电二极管。ToF光电二极管不是促进场景成像，而是寻求使用光学返回时间来测量图像传感器与场景中位置之间的距离。与传统PPD 210等非ToF光电二极管不同，ToF光电二极管通常不被设计为在光电二极管内累积电荷。相反，在任何给定时间，ToF光电二极管会迅速寻求通过多个输出抽头中当前选择的一个抽头将光载流子穿出光电二极管，从而进入多个累积节点中的对应一个累积节点。不同累积节点中的电荷的相对累积可用于计算距离测量值。
为了增加上下文，图3示出了传统ToF光电二极管块300的简化平面图。传统ToF 光电二极管块300包括光电二极管区域310、两个传输栅极215和两个浮动扩散区域235。这种ToF光电二极管块有时被本领域技术人员称为“ToF光电二极管”、“ToF像素”、“ToF传感器”等。术语“ToF光电二极管块”在本文中用于清楚地指代整个块，包括检测部分(即，光电二极管区域310)和传输部分(即，传输栅极215和浮动扩散区域235)；与仅包括块的光电二极管区域310或其中并入了ToF光电二极管块的像素(其可以包括多个ToF光电二极管块、读出结构组件等)相反，光电二极管区域310可以以任何合适的方式实施。在一些实施方式中，光电二极管区域310被实施为钉扎光电二极管(PPD)。例如，传统ToF光电二极管块300可以有效地实现为图2的非ToF光电传感器块205共享传统PPD 210部分的两个镜像实例(通常表示为区域205a’和205b’)。因此，光电二极管区域310包括配置用于背面照明的浅P型钉扎区域和较深的N型钉扎区域。每个传输栅极215(即，对应于其相应区域205’中的光电传感器块的每个实例的传输栅极215) 设置在光电二极管区域310和浮动扩散区域235中的相应一个浮动扩散区域235之间。
每个传输栅极215由相应的激活信号320选择性地激活，使得在任何时间只有一个传输栅极215是激活的。传输栅极215之间的切换可以非常快速且周期性地发生并且可以与照明源的调制同步。在任何给定时间，激活传输栅极215中的一个传输栅极215在该传输栅极215下方形成耗尽区域，其可以在光电二极管区域310和与激活的传输栅极215相关联的浮动扩散区域235中的一个浮动扩散区域235之间提供电流通道。如上所述，当光子(使用足够的能量)撞击光电二极管区域310的背面时，它们被转换成光载流子(即电子或空穴)。而不是累积在光电二极管区域310内的收集区域中(例如，如图2的传统 PPD 210中那样)，随着在光电二极管区域310中产生光载流子，它们通过形成在当前激活的传输栅极215下方的通道穿梭到当前激活的浮动扩散区域235中(如虚线箭头247所示)。
图4示出了进一步阐明诸如图3的传统ToF光电二极管块300等的ToF光电二极管块的操作的说明性波形。如上所述，ToF光电二极管块用于测量距离。例如，CMOS成像系统包括照明源和ToF光电二极管阵列。照明源可包括一个或多个红外源、VSCEL或其他用于产生照明信号的合适组件。通常，照明信号以限定的方式进行调制。例如，照明信号是一系列脉冲，使得照明信号的振幅基本上是方波、脉宽调制(pulse-width-modulated， PWM)信号等。这种照明信号的示例波形如投影所示示出为波形410。
照明信号被投影到场景中，之后它在距成像系统一个或多个距离处反射离开表面、物体等，或以其他方式与表面、物体等进行光学交互。反射的照明信号的一部分在成像系统处由ToF光电二极管块阵列接收回。照明信号的每个光子需要一些时间(往返时间)从照明源传播到场景中的某个表面，然后返回到ToF光电二极管块阵列。往返时间表现为投影照明和接收到的反射照明之间的相移。波形420表示在从一定距离外的场景表面反射之后检测到的照明信号。在投影照明信号波形410的开始和检测到的反射波形420的开始之间可以看到说明性相移425。
ToF光电二极管块可以被配置为以对应于照明信号的调制频率的速率在传输栅极215之间交替。例如，如果照明信号被调制为50兆赫方波，则ToF光电二极管块可以被配置为每10纳秒在传输栅极215之间交替(例如，在有两个传输栅极215的情况下)。这种切换可以通过将激活信号320配置为互补的50兆赫方波来实现。
图4中呈现了激活信号320的说明性波形。假设在图4的约定中，当激活信号320a为高时，浮动扩散区域235a是激活的，而当激活信号320b为高时，浮动扩散区域235b 是激活的。如图所示，互补激活信号320可以与投影照明信号同步地开始。经过一段时间延迟后，来自反射照明的光子开始到达ToF光电二极管块。那些光子在光电二极管区域 310中产生相应的光载流子，并且那些光载流子穿梭到任何激活的浮动扩散区域235中。在光子到达光电二极管区域310的背面与相应产生的光载流子穿梭到当前激活的浮动扩散区域235以进行累积之间的总经过时间(例如，延迟)在本文中被称为“穿梭时间”。
波形320a-1和320b-1表示在第一说明性条件下的激活信号320，其中ToF光电二极管块以非常小的(理想情况下为零)穿梭时间(例如，以及光电二极管区域310内非常少的电荷累积)操作。激活信号320a-1的阴影区域435a指示电荷在浮动扩散区域235a中累积的时间，并且激活信号320b-1的阴影区域445a指示电荷在浮动扩散区域235a中累积的时间。当存在如此小的延迟时(例如，大约为切换周期的百分之五或更少)，可以看出浮动扩散区域235中电荷累积的总时序准确地遵循反射照明信号波形420的时序。因此，在不同浮动扩散区域235中累积的相对电荷量可以准确地指示反射照明信号波形420的相移，其对应于照明信号的光子行进的往返距离。往返距离可用于对成像系统与场景中产生反射照明信号波形420的任何表面之间的距离(例如，深度)进行三角测量。
波形320a-2和320b-2代表第二说明性条件中的相同激活信号320，其中ToF光电二极管块以相对大的穿梭时间操作。这种较大的穿梭时间可能是由于各种因素，例如电荷在光电二极管区域310的部分中累积(例如，被捕获)和/或缓慢移动通过光电二极管区域 310的趋势。由箭头450a和450b指示由于较大的穿梭时间而导致的说明性延迟。激活信号320a-2的阴影区域435b指示电荷在浮动扩散区域235a中累积的时间，激活信号320b-2 的阴影区域445b指示电荷在浮动扩散区域235a中累积的时间。当浮动扩散区域235a被激活时，反射照明信号波形420的每个上升沿出现。然而，不是电荷立即开始在此处累积 (理想地由阴影区域435a表示)，穿梭时间导致在电荷开始累积之前(如阴影区域435b 表示)的延迟450a。类似地，当浮动扩散区域235b变为激活时(并且浮动扩散区域235a 被去激活)，反射照明信号波形420继续保持高电平。然而，不是电荷在浮动扩散区域 235b变为激活时就开始累积(如阴影区445a理想地表示)，而是穿梭时间再次导致电荷开始累积之前(如阴影区445b表示)的延迟450b。如阴影区域445b所示，由于穿梭时间，即使在反射照明信号波形420不再为高电平之后，电荷也可能继续在浮动扩散区域 235b中累积。延迟450a和延迟450b可以彼此略微不同，并且由于器件的非理想性、工艺变化(例如，器件上的掺杂不对称)等，延迟450a和延迟450b可能从一个ToF光电二极管块到另一个ToF光电二极管块不同。可以看出，由于穿梭时间，在浮动扩散区域235 中电荷累积的总时序并未准确地遵循反射照明信号波形420的时序。因此，在不同浮动扩散区域235中累积的相对电荷量可能不能准确地指示反射照明信号波形420的相移并且可能对于计算准确的距离测量没有用。
因此，虽然ToF光电二极管块可以使用与非ToF光电二极管块(例如用于摄影、视频和/或其他成像应用中的那些)相同的工艺工具集来制造，但ToF光电二极管块的成功实施可能涉及解决许多与非ToF光电二极管块不同的技术设计问题。这些技术设计问题中的至少一些可以从图3和图4的讨论中理解。
根据一种这样的技术设计问题，ToF光电二极管块的传输部分包括多个输出抽头(例如，传输栅极和对应的浮动扩散区域)，至少两个输出抽头被配置为读出抽头。ToF光电二极管块的一些实施方式包括至少一个其他输出抽头，其被配置为用于完全排出像素的漏极抽头(例如，当处于复位条件时，或不使用时)。根据另一个这样的技术设计问题，可能希望多个读出抽头具有基本对等的性能。根据另一个这样的技术设计问题，可能期望在光电二极管区域中产生的光载流子以接近零的穿梭时间(例如，实时)从光电二极管排出到输出抽头，并且具有最小或没有累积电荷在光电二极管区域。例如，ToF光电二极管块旨在确保从光载流子创建到在输出抽头中收集的穿梭时间具有最小的时间延迟，例如大约几纳秒。根据另一个这样的技术设计问题，可能期望将每个输出抽头配置为与调制照明源同步的全局快栅极，以便能够在单个读出帧内收集多个照片事件。根据另一个这样的技术设计问题，可能期望ToF光电二极管块的光电二极管区域响应特定的不可见光波段，例如波长为850纳米或940纳米的近红外光。例如，可以选择衬底和掺杂材料，使得那些光带中的光子具有足够的能量来可靠地在衬底材料中产生光载流子。最终，ToF光电二极管块的性能可以通过各种指标来表示，例如解调效率(即，对应于测量同步输出抽头中正确收集了多少照片事件)、量子效率、时间读出噪声和暗电流(即，与ToF光电二极管块中与照明无关的事件相对应的泄漏电流测量值)。
本文描述的实施例包括一种新型的ToF光电二极管块，本文称为“均匀桥接梯度”(UBG)ToF光电二极管块。这种UBG ToF光电二极管块可以是CIS应用(例如，数字成像系统)中ToF像素的一部分。通常，UBG ToF光电二极管块设计为具有一个光电二极管区域，该光电二极管区域针对光载流子的快速穿梭时间进行了优化。这种优化可以使用第一掺杂类型的钉扎或阈值移位掺杂、第二掺杂类型的光电二极管限定注入、第二掺杂类型的第一桥接注入以及第二掺杂类型的深的第二桥接注入的组合，其中第一桥接注入沿光电二极管区域的抽头边缘桥接以连接多个抽头并提供横向梯度，以及第二桥接注入用于进一步桥接和横向梯度生成。
图5A和图5B分别示出了根据本文描述的各种实施例的说明性钉扎光电二极管(PPD) 型UBG ToF光电二极管块500的平面布局图和侧剖视图。如图5A所示，PPD型UBG ToF光电二极管块500构建在半导体衬底的限定的块区域510上，例如在氧化物扩散区域上。半导体衬底(例如氧化物扩散区域)由具有第一掺杂类型的材料制成，例如p型硅。多个抽头550沿限定的块区域510的边缘设置，并且多个抽头550至少包括第一读出抽头550a 和第二读出抽头550c。如本文所述，每个抽头550包括配置用于由激活网络选择性激活的传输栅极。
PPD型UBG ToF光电二极管块500还具有注入到限定的块区域510内的半导体衬底中的光电二极管区域，其至少包括光电二极管限定注入520、第一桥接注入540和第二桥接注入530。光电二极管限定注入520、第一桥接注入540和第二桥接注入530中的每一个均属于与第一掺杂类型互补的第二掺杂类型。通常，第一或第二掺杂类型中的一个是p 型，而第一或第二掺杂类型中的另一个是n型。例如，如果(例如，衬底的)第一掺杂类型是p型，则光电二极管限定注入520、第一桥接注入540和第二桥接注入530都是n型掺杂区。尽管在图5A的平面图中没有明确示出，光电二极管区域还包括用第一掺杂类型的材料重掺杂的钉扎注入。钉扎注入通常在至少整个光电二极管区域上延伸并且被注入到浅(第四)注入深度。钉扎注入可以提供各种特征，例如提供钝化层以减少暗电流的界面生成。
如下文进一步描述，光电二极管限定注入520的边界可被视为限定光电二极管区域的边界，并且光电二极管限定注入520名义上被注入到第一注入深度。第一桥接注入540名义上被注入到第二注入深度并且在光电二极管区域的第一部分上扩散以名义上形成沿光电二极管区域的最靠近抽头550的边缘跨抽头550的第一横向桥接区域。第二桥接注入530名义上被注入到第三注入深度并且在光电二极管区的第二部分上扩散以名义上形成跨抽头550的第二横向桥接区域。第二横向桥接区域至少部分地与光电二极管限定注入520和第一桥接注入540两者重叠。(第二桥接注入530的)第三注入深度比(光电二极管限定注入520的)第一注入深度和(第一桥接注入540的)第二注入深度都深。
如本文所用，术语“名义上的”(或“名义上地”)旨在表示“按设计的那样”。名义上限定的特性、测量、数量、形状等是根据制造和/或技术设计规范定义的，即使在实际制造环境中，也不能精确地满足这种名义上的定义。例如，PPD型UBG ToF光电二极管块500的技术设计可以将特定注入(掺杂区域)定义为具有特定形状、特定掺杂浓度等。这些设计特定值(即，用于该区域的名义值)最终可以用于计算机辅助设计、计算机辅助模拟、制造规范、测试规范等。在制造这种注入时，利用掺杂和其他制造工艺，从而将掺杂区域注入和扩散到半导体衬底中，并且那些掺杂和其他制造工艺被精心定制，以满足名义上的规范在某个预定义范围内(例如，由工艺角等统计定义)和/或其他验收标准。由于工艺变化、实际制造限制和材料的物理限制，制造的注入可能具有接近名义上定义的目标形状的形状，但实际上是不规则的，具有无法定义的边界；所制造的注入的总掺杂浓度可能在统计上落在名义上定义的目标浓度附近的带内，但也会在整个注入区域内变化；类似地，虽然注入或其他区域可能具有名义上定义的几何特征，例如名义上的形状，或名义上定义的几何关系(例如，平行特征等)，但可以理解，制造的实施方式可能仅能够在实际精度水平内满足这些几何特征。例如，将特征称为“对称”意在暗示这种特征是在给定现实世界的实际约束的可接受的对称水平内制造的。
在PPD型UBG ToF光电二极管块500的操作期间，抽头550被选择性地激活以产生相应的传输路径(包括通过形成电流通道)以将任何光载流子传输出光电二极管区域并进入收集节点或漏极。期望传输路径(至少与读出抽头550相对应的那些)尽可能对等，以便可以准确地比较不同读出抽头550收集的光载流子的相对量。为此，不同区域的几何形状，包括块区域510、光电二极管限定注入520、第一桥接注入540和第二桥接注入530 的几何形状，可以被设计为帮助最小化和/或匹配到不同的抽头550的传输路径的长度。
例如，如图5A所示，限定的块区域510可以具有名义上对称的且名义上梯形的平面几何形状(即，相对于图5的平面视图的几何形状)。图5所示的具体的平面几何形状是具有上梯形部分和下矩形部分的六边形。上梯形部分包括顶边、以第一角度从相应顶边延伸的第一侧边和以第二角度从相应顶边延伸的第二侧边。第一角度和第二角度可以是互补的，使得平面几何形状具有左右对称性。下矩形部分可以包括与顶边平行且比顶边宽的底边，以及平行的第三侧边和第四侧边。
如图所示，光电二极管限定注入520、第一桥接注入540和第二桥接注入530中的每一个可以形成为具有相应的名义上的平面布局形状，其通常遵循限定的块区域510的顶边和成角度的侧边。例如，光电二极管限定注入520、第一桥接注入540和第二桥接注入530中的每一个的上轮廓分别遵循块区域510的上轮廓(顶边和成角度的侧边)。此外，第二桥接注入530和第一桥接注入540的下轮廓也可以大致遵循各自的上轮廓。光电二极管区域的每个注入可以设计为具有横向跨过注入轮廓的名义上恒定的掺杂分布。例如，位于第一读出抽头550a的底边和第二桥接注入530的第一成角度的侧边之间的第一桥接注入540的区域名义上具有与位于第二读出抽头550c的底边和第二桥接注入530的第二成角度的侧边之间的第一桥接注入540的区域相同的掺杂分布。
抽头550可以根据块区域510的上轮廓边缘定位和定向。如图所示，第一读出抽头550a与块区域510的第一侧边重叠并定向到块区域510的第一侧边，并且可以延伸以与第一桥接注入540的对应边重叠，并且第二读出抽头550c与块区域510的第二侧边重叠并定向到块区域510的第二侧边，并且可以延伸以与第一桥接注入540的对应边重叠。漏极抽头550b可以类似地与块区域510的顶边重叠并定向到块区域510的顶边，并且可以延伸以与第一桥接注入540的对应边重叠。
这种几何形状可以帮助提供光载流子的不同传输路径之间的等效性。图示了示例光载流子位置505。如果读出抽头550a被激活，则位置505中的光载流子沿具有路径长度的第一图示传输路径507a被吸引，由光电二极管区域的各种特征辅助，例如深的第二桥接注入530对电压电位的增强影响，以及通过由光电二极管限定注入520、第二桥接注入530 和第一桥接注入540的组合产生的掺杂梯度。如果读出抽头550c被激活，则在相同位置 505中的光载流子沿着具有基本上相同路径长度的第二图示传输路径507b被吸引，并由光电二极管区域的明显相同特征辅助。因此，通过具有如图5A所示的几何形状，对于所有读出抽头550，光载流子的穿梭时间名义上可以相同。
一些实施方式还包括抽头550之间的抽头隔离区域555。例如，第一掺杂类型的抽头隔离区域555(例如，以相同或更高浓度，与块区域510相同的掺杂)位于每对相邻抽头550之间。这样的抽头隔离区域555可以提供各种特征，例如帮助消除抽头550之间可以捕获或延迟光载流子的局部阱，和/或帮助最小化相邻抽头550之间的物理串扰。
转向图5B，示出了PPD型UBG ToF光电二极管块500的剖视图。剖视图可以表示根据与平面图的平面正交的剖切面穿过图5A的PPD型UBG ToF光电二极管块500a的剖视图。PPD型UBG ToF光电二极管块500的结构被注入或设置在半导体衬底207中，例如氧化物扩散区域。如图所示，PPD型UBG ToF光电二极管块500包括光电二极管区域 570和抽头550区域。在光电二极管区域570内是光电二极管限定注入520、第一桥接注入540和第二桥接注入530。光电二极管区域570还可以包括一个或多个钉扎注入(图示为注入580a和580b)。例如，钉扎注入580a可以类似于图2的钉扎区域225，并且钉扎注入580b可以是具有比钉扎注入580a的掺杂浓度更高的掺杂浓度的重叠注入。
抽头550区域(即，它是PPD型UBG ToF光电二极管块500的名义上等效的多个抽头中的一个抽头)可以至少包括传输栅极215和作为收集节点的浮动扩散区域235。传输栅极215可以通过氧化层220与衬底207隔离。实施例可以包括附加结构。在所示的实施方式中，抽头550区域包括浮动扩散梯度注入575，其中当传输栅极215被激活时，浮动扩散梯度注入575可以缩短光载流子行进通过光电二极管区域570和抽头550区域之间的耗尽区域的距离(即，从而进一步缩短穿梭时间)。在所示实施方式中，抽头550区域还包括第一掺杂型材料(例如，用于p型衬底207的p型材料)的深阱585。其他实施方式可以包括附加的或不同的结构，例如一个或多个共面波导、隔离区域等。
光电二极管区域570的各种注入被配置为提供本文所称的“均匀桥接梯度”或UBG。如关于图5A所描述的，UBG的一个特征是横向桥接PPD型UBG ToF光电二极管块500 的多个抽头550。在图5B中可以更清楚地看到，UBG的另一个特征是提供寻求快速移动光载流子通过光电二极管区域570的掺杂梯度，在光电二极管区域570中具有最小的累积或没有累积，以便通过传输栅极215完全和有效地传输到浮动扩散区域235中。UBG的另一个特征是掺杂梯度在横向桥接上名义上是均匀的，因此对于所有读出抽头550，传输路径和相应的穿梭时间名义上是等效的。
为此，如图所示，光电二极管限定注入520名义上被注入到光电二极管区域570上方的第一注入深度。第一桥接注入540在光电二极管区域的第一部分上方被注入到第二注入深度，该第一部分沿光电二极管区域570的最靠近抽头550区域的边缘(其形成跨抽头550的第一横向桥接区域，如图5A所示)。第二桥接注入530在光电二极管区域570的第二部分上方被注入到第三注入深度，该第二部分至少部分地与光电二极管限定注入520 和第一桥接注入540两者重叠(其形成跨抽头550的第二横向桥接区域，如图5A所示)。 (第二桥接注入530的)第三注入深度明显地比第一注入深度和第二注入深度深。在一些实施方式中，第二桥接注入530在制造过程中被较早注入，以提供具有增加的横向扩散的更深注入；并且第一桥接注入540在制造工艺中被较晚注入，例如刚好在形成传输栅极 215之前或之后。
光电二极管区域570的配置提供各种特征以支持UBG的实现。一个特征是深的第二桥接注入530可以影响跨衬底207的电势，以在抽头550区域附近形成最小几何带(即，相对于制造工艺约束和/或其他设计约束的最小几何形状)，从而增强边缘场(即电场) 的创建。增强的边缘场可以改善横向和纵向光载流子(即，光电荷)穿梭时间。另一个特征是，增加注入的能量以增加第二桥接注入530的深度可以增加所需光学波段(例如，近红外)中的量子效率。再一个特征是第二桥接注入530可以被注入和掺杂，使得第二桥接注入530和光电二极管限定注入520形成跨第二横向桥接区域名义上均匀的掺杂梯度。再一个特征是第一桥接注入540可以被注入和掺杂，使得第一桥接注入540和光电二极管限定注入520形成跨第一横向桥接区域名义上均匀的掺杂梯度。掺杂梯度可以有效地组合，使得第一桥接注入540、光电二极管限定注入520和第二桥接注入530一起形成跨第一横向桥接区域和第二横向桥接区域的完整UBG(即，名义上均匀的掺杂梯度)。又一个特征是第一桥接注入540可以形成为具有均匀的桥接临界尺寸，其产生横向场以进一步改善光载流子穿梭时间，而不会产生可能会阻碍或中断光载流子传输的局部势阱。
为了更清楚起见，示出了示例传输路径507。光子243可以以足够的能量撞击衬底207的背面以在衬底207中产生光载流子。例如，通过光子243与衬底207晶格的碰撞形成电子和空穴，并且空穴被吸引到远离光电二极管区域570注入的负电位(在本示例中假设为n型注入)。电子(即，本示例中的光载流子)通过边缘场被吸引到第二桥接注入 530，其中掺杂梯度将电子快速拉过第二桥接注入530、光电二极管限定注入520和第一桥接注入540。在那里，电子可以穿过激活的传输栅极215下方的耗尽区形成的电流通道进入浮动扩散区域235用于收集。值得注意的是，在任何时间，PPD型UBG ToF光电二极管块500的多个抽头550中的一个选择的抽头将是激活的，使得将始终存在通过任一激活的抽头550从光电二极管区域570引出的激活的电流路径。因为UBG在光电二极管区域570和所有这些抽头550之间提供了均匀的桥接，所以在衬底207中产生的光载流子总是可以有机会完全和快速地通过和离开光电二极管区域570而没有累积。
图6A和图6B分别示出了根据本文描述的各种实施例的说明性光电栅(photogate，PG)型UBG ToF光电二极管块600的平面布局图和侧剖视图。PG型UBG ToF光电二极管块600可以与图5A和图5B中描述的PPD型UBG ToF光电二极管块500基本相同，除了光电二极管区域570被配置为光电栅光电二极管，而不是钉扎光电二极管。因此，为了更清楚起见，UBGToF光电二极管块类型之间基本相同的特征标有相同的参考标号，并且可以假定以基本相同的方式操作。
如图6A所述，类似于PPD型UBG ToF光电二极管块500，PG型UBG ToF光电二极管块600构建在半导体衬底的限定的块区域510上，并且多个抽头550沿限定的块区域 510的边缘(至少包括第一读出抽头550a和第二读出抽头550c)设置。可以包括第三(漏极)抽头550b。PG型UBG ToF光电二极管块600还具有一个光电二极管区域，该光电二极管区域被注入到限定的块区域510内的半导体衬底中，该光电二极管区域至少包括光电二极管限定注入520、第一桥接注入540和第二桥接注入530。与PPD型UBG ToF光电二极管块500不同，PG型UBG ToF光电二极管块600包括光电栅极610，该光电栅极 610设置在光电二极管限定注入520的至少一部分和第二桥接注入530的至少一部分上方的半导体衬底上(例如，在一些实施方式中，以及在第一桥接注入540的至少一部分上方)。
也可以在图6B中看到光电栅极610，其延伸跨过光电二极管区域570。尽管在图6A的平面图中没有明确显示，图6B示出光电二极管区域570还可以包括重掺杂第一掺杂类型的材料的阈值移位注入680(例如，类似于PPD型UBG ToF光电二极管块500的钉扎注入580)。阈值偏移注入680通常在至少整个光电二极管区域上延伸并且被注入到浅(第四)注入深度并且可以提供各种特征，例如提供钝化层以减少暗电流的界面生成。由于 PPD型实现的钉扎特征和PG型实现的光电栅极特征之间的操作影响不同，可以在不同实现之间不同地设计几何形状、掺杂浓度和/或其他注入特性。例如，与图5B相比，第二桥接注入530在图6B中被示为更窄和更深。
图7示出了根据本文描述的各种实施例的UBG ToF像素阵列的说明性布局700。每个UBG ToF像素被示为具有PPD型UBG ToF光电二极管块500的实例和读出块710的对应实例。相同的结构可以通过使用UBG ToF光电二极管块的其他实施方式来制造，例如图6A和图6B的PG型UBG ToF光电二极管块600。读出块710的每个实例可以包括读出结构250组件的相应实例，例如复位晶体管、选择晶体管和源极跟随器晶体管。读出块710的一些实施方式可以包括附加组件，例如用于动态转换增益。说明性布局700具有布置成使UBG ToF光电二极管块的底边彼此面对的像素对，使得该对中的每个像素实际上是该对中的另一个像素的180度旋转。
说明性布局700被示为与激活网络720通信。如本文所述，每个UBG ToF像素的每个UBG ToF光电二极管块(例如，每个PPD型UBG ToF光电二极管块500)包括多个抽头550，包括至少多个读出抽头550。多个抽头550被配置为由激活网络720根据栅极到栅极调制选择性地激活。对于两个读出抽头550，激活网络720以调制频率交替地激活读出抽头550的传输栅极215。例如，每个读出抽头550在相应一半的调制周期(Tm)内是激活的。对于N个读出抽头550，其中N是大于2的整数，激活可以是循环方式，使得每个读出抽头550在相应的Tm/N内都是激活的。
当UBG ToF像素未被激活用于深度感测时，或在操作之前，激活网络720可激活漏极抽头550，以复位像素并从光电二极管区域570排出任何累积的电荷。读出块710的复位块还可用于通过有效地排出收集节点来复位读出抽头550。然后激活网络720可以开始其栅极到栅极调制以促进UBG ToF像素用于深度感测。如上所述，栅极到栅极调制与由与激活网络720通信的照明源产生的照明信号的调制同步。如本文所用，“照明源的调制”、“照明信号的调制”等通常旨在包括任何合适类型的光学调制、照明脉冲等。如上所述， UBG ToF像素的UBG ToF光电二极管块的光电二极管区域570寻求以最少的穿梭时间提供光载流子离开光电二极管区域570并进入收集节点的完全传输。在一些实施例中，穿梭时间小于栅极到栅极调制周期Tm。因此，激活网络720对任何选择的抽头550的选择性激活导致电荷在短于Tm的穿梭时间内通过选择的抽头550完全转移出光电二极管区域。在一些实施例中，穿梭时间短于分配给多个抽头550中的每一个的Tm周期的部分(即，对于具有N个读出抽头550的实现而言，短于Tm/N)。一旦收集节点中光载流子的收集完成，不同抽头550的累积电荷的相对量可以至少由读出块710以任何合适的方式读出。一些实施例使用具有双采样的卷帘快门帧读出。
应理解，当元件或组件在本文中被称为“连接到”或“耦合到”另一元件或组件时，其可以连接或耦合到另一元件或组件，或者也可以存在介于中间的元件或组件。相反，当元件或组件被称为“直接连接到”或“直接耦合到”另一元件或组件时，它们之间不存在介于中间的元件或组件。应理解，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等可在本文中用于描述各种元件、组件，但这些元件、组件、区域不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、组件与另一个元件、组件区分开。因此，在不脱离本发明的教导的情况下，以下讨论的第一元件、组件可以被称为第二元件、组件。如本文中使用的，术语“逻辑低”、“低状态”、“低电平”、“逻辑低电平”、“低”或“0”可互换使用。术语“逻辑高”、“高状态”、“高电平”、“逻辑高电平”、“高”或“1”可互换使用。
如本文所使用的，术语“一(a)”，“一个(an)”和“该(the)”可以包括单数和复数引用。还应理解，术语“包括(comprising)”、“包括(including)”“具有(having)”以及其变形，当在本说明书中使用时，表明存在所述的特征、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。相反，术语“由……组成”在本说明书中使用时，指明了所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或组件，并且排除了附加的特征、步骤、操作、元件和/或组件。此外，如本文中所使用的，术语“和/或”可以指代且涵盖相关联所列项目中的一个或多个的任一可能组合。
尽管本文参考说明性实施例描述了本发明，但是该描述并非旨在以限制性的意义来解释。相反，说明性实施例的目的是使本领域技术人员更好地理解本发明的精神。为了不模糊本发明的范围，省略了众所周知的工艺和制造技术的许多细节。参考说明书，对于本领域技术人员来说，对说明性实施例以及其他实施例的各种改变是显而易见的。因此，所附权利要求旨在涵盖任何这样的改变。
此外，可以有利地使用本发明的优选实施例的一些特征而无需相应地使用其他特征。因此，上述描述应该被认为仅仅是对本发明原理的说明，而不是对本发明的限制。本领域技术人员将理解落入本发明范围内的上述实施例的变型。结果，本发明不限于以上讨论的具体实施例和描述，而是由所附权利要求及其等同物来限定。

Claims (20)

1.一种均匀桥接梯度UBG飞行时间ToF光电二极管块，包括：
设置在第一掺杂类型的半导体衬底上的多个抽头，所述多个抽头至少包括第一读出抽头和第二读出抽头，所述多个抽头中的每一个具有被配置为通过激活网络选择性激活的多个传输栅极中的一个；
光电二极管区域，注入到所述半导体衬底中，并包括：
与所述第一掺杂类型互补的第二掺杂类型的光电二极管限定注入，所述光电二极管限定注入在所述光电二极管区域上方被注入到第一注入深度；
所述第二掺杂类型的第一桥接注入，所述第一桥接注入在所述光电二极管区域的第一部分上方被注入到第二注入深度，沿所述光电二极管区域的最靠近所述多个抽头的边缘形成跨所述多个抽头的第一横向桥接区域；和
所述第二掺杂类型的第二桥接注入，所述第二桥接注入在所述光电二极管区域的第二部分上方被注入到第三注入深度，形成跨所述多个抽头的第二横向桥接区域并且与所述光电二极管限定注入和所述第一桥接注入至少部分重叠，所述第三注入深度比所述第一注入深度和所述第二注入深度深。
2.如权利要求1所述的UBG ToF光电二极管块，其中所述光电二极管区域还包括：
钉扎注入，所述钉扎注入用所述第一掺杂类型的材料重掺杂并至少在所述光电二极管区域上方被注入到第四注入深度，所述第四注入深度比所述第一注入深度浅。
3.如权利要求1所述的UBG ToF光电二极管块，还包括：
光电栅极，设置在所述光电二极管限定注入的至少一部分和所述第二桥接注入的至少一部分上方的所述半导体衬底上，
其中所述光电二极管区域还包括阈值移位注入，所述阈值移位注入用所述第一掺杂类型的材料重掺杂并且至少在所述光电二极管区域上方被注入到第四注入深度，所述第四注入深度比所述第一注入深度浅。
4.如权利要求1所述的UBG ToF光电二极管块，其中所述多个抽头被配置为由所述激活网络根据所述多个传输栅极之间的栅极到栅极调制来选择性地激活，所述栅极到栅极调制与通过与所述激活网络通信的照明源产生的照明信号的调制同步。
5.如权利要求4所述的UBG ToF光电二极管块，其中：
所述栅极到栅极调制限定调制周期；并且
所述激活网络对所述多个抽头中的任何一个选择的抽头的选择性激活导致电荷通过所述多个抽头中的一个选择的抽头在短于所述调制周期的穿梭时间内完全转移出所述光电二极管区域。
6.如权利要求1所述的UBG ToF光电二极管块，其中：
所述第一读出抽头具有第一累积节点，所述第一读出抽头的第一传输栅极的选择性激活在所述光电二极管区域和第一收集节点之间形成第一电流通道；
所述第二读出抽头具有第二累积节点，所述第二读出抽头的第二传输栅极的选择性激活在所述光电二极管区域和第二收集节点之间形成第二电流通道；并且
所述第一电流通道和所述第二电流通道名义上是等效的。
7.如权利要求6所述的UBG ToF光电二极管块，其中所述多个抽头还包括与漏极节点耦合的漏极抽头，所述漏极抽头的第三传输栅极的选择性激活在所述光电二极管区域和所述漏极节点之间形成第三电流通道，以从所述光电二极管区域排出累积的电荷。
8.根据权利要求1所述的UBG ToF光电二极管块，其中所述第二桥接注入被注入和掺杂，使得所述第二桥接注入和所述光电二极管限定注入形成跨所述第二横向桥接区域名义上均匀的掺杂梯度。
9.根据权利要求8所述的UBG ToF光电二极管块，其中所述第一桥接注入被注入和掺杂，使得所述第一桥接注入、所述光电二极管限定注入和所述第二桥接注入一起形成跨所述第一横向桥接区域和所述第二横向桥接区域名义上均匀的掺杂梯度。
10.如权利要求1所述的UBG ToF光电二极管块，还包括：
多个抽头隔离区域，每个抽头隔离区域均为所述第一掺杂类型，并且每个抽头隔离区域设置在所述多个抽头的相应对之间。
11.如权利要求1所述的UBG ToF光电二极管块，还包括：
氧化物扩散区域，其中分别注入有所述光电二极管限定注入、所述第一桥接注入和所述第二桥接注入，其中：
所述氧化物扩散区域、所述光电二极管限定注入、所述第一桥接注入和所述第二桥接注入中的每一个形成为具有各自的平面布局形状，所述平面布局形状包括由至少相应的顶边、以第一角度从相应的顶边延伸的相应的第一侧边、以及以第二角度从所述相应的顶边延伸的相应的第二侧边限定的名义上对称的上轮廓，
使得每个相应的顶边与其他相应的顶边平行，每个相应的第一侧边与其他相应的第一侧边平行，并且每个相应的第二侧边与其他相应的第二侧边平行；
所述第一读出抽头与所述氧化物扩散区域的相应的第一侧边和所述第一桥接注入的相应的第一侧边重叠并定向到所述氧化物扩散区域的相应的第一侧边和所述第一桥接注入的相应的第一侧边；并且
所述第二读出抽头与所述氧化物扩散区域的相应的第二侧边和所述第一桥接注入的相应的第二侧边重叠并定向到所述氧化物扩散区域的相应的第二侧边和所述第一桥接注入的相应的第二侧边。
12.一种互补金属氧化物半导体CMOS图像传感器CIS，包括：
第一掺杂类型的半导体衬底；
与所述半导体衬底集成的均匀桥接梯度UBG飞行时间ToF像素阵列，每个UBG ToF像素具有多个UBG ToF光电二极管块中的相应一个，每个UBG ToF光电二极管块包括：
多个抽头，设置在所述半导体衬底上并且至少包括第一读出抽头和第二读出抽头，所述多个读出抽头中的每一个具有被配置为通过激活网络选择性激活的多个传输栅极中的相应一个以及多个收集节点中的相应一个；
光电二极管区域，注入到所述半导体衬底中，并包括：
与所述第一掺杂类型互补的第二掺杂类型的光电二极管限定注入，所述光电二极管限定注入在所述光电二极管区域上方被注入到第一注入深度；
所述第二掺杂类型的第一桥接注入，所述第一桥接注入在所述光电二极管区域的第一部分上方被注入到第二注入深度，沿所述光电二极管区域的最靠近所述多个抽头的边缘形成跨所述多个抽头的第一横向桥接区域；和
所述第二掺杂类型的第二桥接注入，所述第二桥接注入在所述光电二极管区域的第二部分上方被注入到第三注入深度，形成跨所述多个抽头的第二横向桥接区域并且与所述光电二极管限定注入和所述第一桥接注入至少部分重叠，所述第三注入深度比所述第一注入深度和所述第二注入深度深。
13.如权利要求12所述的CIS，其中每个UBG ToF像素还包括与所述多个抽头通信以选择性地读出在所述多个收集节点中累积的电荷的读出块。
14.如权利要求12所述的CIS，其中所述多个UBG ToF光电二极管块中的每一个被配置为钉扎光电二极管型UBG ToF光电二极管块，所述多个UBG ToF光电二极管块中的每一个的光电二极管区域还包括用所述第一掺杂类型的材料重掺杂并至少在所述光电二极管区域上方被注入到第四注入深度的钉扎注入，所述第四注入深度比所述第一注入深度浅。
15.如权利要求12所述的CIS，其中，所述多个UBG ToF光电二极管块中的每一个被配置为光电栅极-光电二极管型UBG ToF光电二极管块，每个UBG ToF光电二极管块还包括设置在所述光电二极管限定注入的至少一部分和所述第二桥接注入的至少一部分上方的所述半导体衬底上的光电栅极，以及每个UBG ToF光电二极管块的光电二极管区域还包括用所述第一掺杂类型的材料重掺杂并且至少在所述光电二极管区域上方被注入到第四注入深度的阈值移位注入，所述第四注入深度比所述第一注入深度浅。
16.如权利要求12所述的CIS，其中，在每个UBG ToF光电二极管块中，所述第二桥接注入被注入和掺杂，使得所述第二桥接注入和所述光电二极管限定注入形成跨所述第二横向桥接区域名义上均匀的掺杂梯度。
17.如权利要求16所述的CIS，其中，在每个UBG ToF光电二极管块中，所述第一桥接注入被注入和掺杂，使得所述第一桥接注入、所述光电二极管限定注入和所述第二桥接注入一起形成跨所述第一横向桥接区域和所述第二横向桥接区域名义上均匀的掺杂梯度。
18.如权利要求12所述的CIS，其中，在每个UBG ToF光电二极管块中：
所述第一读出抽头的第一传输栅极的选择性激活在所述光电二极管区域和第一收集节点之间形成第一电流通道；
所述第二读出抽头的第二传输栅极的选择性激活在所述光电二极管区域和第二收集节点之间形成第二电流通道；并且
所述第一电流通道和所述第二电流通道名义上是等效的。
19.如权利要求12所述的CIS，还包括：
与所述多个UBG ToF光电二极管块的所述多个传输栅极电通信的所述激活网络。
20.如权利要求19所述的CIS，其中：
所述激活网络被配置为与通过调制照明源产生照明信号的照明系统通信；
所述激活网络被配置为根据所述多个传输栅极之间的栅极到栅极调制选择性地激活所述多个抽头，所述栅极到栅极调制与所述照明系统对所述照明源的调制同步并限定调制周期；并且
所述UBG ToF光电二极管块中的每一个被配置为使得所述激活网络对所述多个抽头中的任何一个选择的抽头的选择性激活导致电荷通过所述多个抽头中的一个选择的抽头在短于所述调制周期的穿梭时间内完全转移出所述光电二极管区域。
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