CN206975217U - 感光元件及tof距离传感器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种感光元件及TOF距离传感器。本申请中，所述感光元件包括：P型轻掺杂的衬底、栅极、信号读出点与遮光金属片；栅极包括：感光门与传输门；感光门与传输门间存在间隙；衬底包括感光区与非感光区，感光门位于感光区，信号读出点与传输门位于非感光区，遮光金属片位于非感光区之上；感光门至少包括依次相邻的第一感光门、第二感光门与第三感光门；第一感光门、第三感光门为P型重掺杂，第二感光门为N型重掺杂；相邻的感光门相接触；传输门包括与第一感光门相邻的第一传输门及与第三感光门相邻的第二传输门；传输门为P型重掺杂，信号读出点与传输门相邻。本申请的技术方案，不但可以使TOF距离传感器在低压下工作，还可以提高测距速度。

Description

感光元件及TOF距离传感器

技术领域

本申请涉及距离检测技术领域，特别涉及一种感光元件及TOF距离传感器。

背景技术

相关技术中，基于相位检测的TOF(Time of Flight，飞行时间)测距技术可以通过向被测物体发射的发射信号与被被测物体反射回来的反射信号之间的相位差，来计算测距装置与被测物体之间的距离。

利用TOF测距技术可以测量单点距离。在获取物体的3D信息时，可以通过两个二维摄像头获取物体的两幅二维图像，经过算法处理可以得到三维图像，其中该三维图像携带物体的深度信息。

实用新型内容

本申请实施例提供一种感光元件及TOF距离传感器，可以使TOF距离传感器在低压下进行测距工作，同时可以提高TOF距离传感器的测距速度。

本申请部分实施例提供了一种感光元件，包括：P型轻掺杂的衬底、位于所述衬底上方的栅极、位于所述衬底上的信号读出点以及遮光金属片；所述栅极包括：感光门与传输门；所述感光门与所述传输门之间存在间隙；所述衬底包括感光区与非感光区，所述感光门位于所述感光区，所述信号读出点与所述传输门位于所述非感光区，所述遮光金属片位于所述非感光区之上；其中，

所述感光门至少包括依次相邻的第一感光门、第二感光门与第三感光门；所述第一感光门、所述第三感光门均为P型重掺杂，所述第二感光门为N型重掺杂；所述第一感光门与所述第二感光门相接触，所述第二感光门与所述第三感光门相接触；所述传输门包括与所述第一感光门相邻的第一传输门以及与所述第三感光门相邻的第二传输门；所述第一传输门与所述第二传输门均为P型重掺杂；所述信号读出点包括与所述第一传输门相邻的用于读取从所述第一传输门通过的光生信号电荷的第一信号读出点以及与所述第二传输门相邻的用于读取从所述第二传输门通过的光生信号电荷的第二信号读出点；所述遮光金属片包括位于所述第一传输门与所述第一信号读出点上方的第一遮光金属片以及位于所述第二传输门与所述第二信号读出点上方的第二遮光金属片；

所述第一感光门、所述第二感光门、所述第三感光门、所述第一传输门、所述第二传输门上施加各自对应的预设电压信号后，能够形成光生信号电荷从所述第二感光门分别到第一信号读出点、第二信号读出点的漂移路径。

本申请实施例所达到的主要技术效果是：由于在P型轻掺杂的衬底上存在依次相邻的第一感光门、第二感光门与第三感光门，并且第一感光门、第三感光门均采用P型重掺杂，第二感光门采用N型重掺杂，又由于P型轻掺杂的衬底与P型重掺杂的感光门(第一感光门、第三感光门)之间的功函数差为0.3V，P型轻掺杂的衬底与N型重掺杂的第二感光门之间的功函数差为-0.8V，也就是使用P型重掺杂的感光门比使用N型重掺杂的感光门的阈值电压要小1.1V。这样，基于感光元件上述的结构，即使在P型重掺杂的感光门与N型重掺杂的感光门上施加相同的有效电压，P型重掺杂的感光门形成的势阱深度比N型重掺杂的感光门形成的势阱深度更深，即在相同的有效电压下，P型重掺杂的感光门与N型重掺杂的感光门形成的势阱深度差较大。一方面，上述的有效电压可以比较小，这样，可以降低感光元件的工作电压，使得上述的感光元件以及TOF距离传感器可以在低压下进行测距工作；另一方面，即使在较低的有效电压下，由于P型重掺杂的感光门与N型重掺杂的感光门形成的势阱深度差较大，电子在势阱中漂移的速度会增大，从而使得信号读出点可以快速读取光生信号电荷，进而提高系统的测距速度。所以，本申请的技术方案，可以降低感光元件的工作电压，提高光生电荷的运动速度，进而使TOF距离传感器可以在低压下进行测距工作，同时可以提高TOF距离传感器的测距速度。

在本申请的一个实施例中，所述第一感光门包括与所述第一传输门相邻的第一感光区以及与所述第一感光区相邻的第二感光区；在所述第一信号读出点读取从所述第一传输门通过的光生信号电荷时，所述第一感光区形成的势阱深度比所述第二感光区形成的势阱深度大。这样，可以使得光生电荷的漂移路径比较平滑，有助于减少噪声，提高测距准确性。

在本申请的一个实施例中，所述第二感光门包括与所述第一感光门相邻的第三感光区以及与所述第三感光区相邻的第四感光区；在所述第一信号读出点读取从所述第一传输门通过的光生信号电荷时，所述第三感光区形成的势阱深度比所述第四感光区形成的势阱深度大；在所述第二信号读出点读取从所述第二传输门通过的光生信号电荷时，所述第四感光区形成的势阱深度比所述第三感光区形成的势阱深度大。这样，可以使得光生电荷的漂移路径比较平滑，有助于减少噪声，提高测距准确性。

在本申请的一个实施例中，所述第三感光门包括与所述第二感光门相邻的第五感光区以及与所述第五感光区相邻的第六感光区；在所述第二信号读出点读取从所述第二传输门通过的光生信号电荷时，所述第六感光区形成的势阱深度比所述第五感光区形成的势阱深度大。这样，可以使得光生电荷的漂移路径比较平滑，有助于减少噪声，提高测距准确度。

在本申请的一个实施例中，所述第一感光门、所述第二感光门、所述第三感光门上均施加第一预设电压信号；所述第一传输门上施加第二预设电压信号，所述第二传输门上施加第三预设电压信号；所述第二预设电压信号与所述第三预设电压信号为互为反向的方波信号，所述第二预设电压信号与所述第三预设电压信号的占空比均为1:1，所述第二预设电压信号的高电平与所述第三预设电压信号的高电平相同，所述第二预设电压信号的低电平与所述第三预设电压信号的低电平相同；所述高电平高于所述第一预设电压信号的电压值，所述低电平低于所述第一预设电压信号的电压值。

在本申请的一个实施例中，上述的感光元件还可包括位于所述衬底与所述栅极之间的P型轻掺杂的外延层；所述外延层的掺杂浓度低于所述衬底的掺杂浓度；所述信号读出点位于所述外延层上。这样，可以避免信号之间相互串扰，提高测距准确度。

在本申请的一个实施例中，上述的感光元件还可包括位于所述感光门上方允许预设频率的光通过的滤波膜。这样，可以将无效光信号过滤掉，避免对测距产生干扰。

在本申请的一个实施例中，上述的感光元件还可包括位于所述遮光金属片上方、覆盖所述感光区与所述非感光区且用于将接收的光汇聚在所述感光区的微聚镜。这样，可以提高感光效率，进一步提高测距速度。

在本申请的一个实施例中，所述感光门上可开设有透光孔。这样，可以提高感光效率，进一步提高测距速度。

在本申请的一个实施例中，还包括位于所述第一传输门与第一信号读出点之间的第一收集门以及位于所述第二传输门与第二信号读出点之间的第二收集门；所述第一收集门与所述第二收集门均为P型重掺杂。

在本申请的一个实施例中，上述的感光元件还可包括连接于所述第一信号读出点与所述第二信号读出点之间的读出电路；所述读出电路基于所述第一信号读出点的电压信号得到第一电压信号，所述读出电路基于所述第二信号读出点的电压信号得到第二电压信号；所述第一电压信号携带从所述第一传输门通过的光生信号电荷的信息；所述第二电压信号携带从所述第二传输门通过的光生信号电荷的信息。

本申请部分实施例还提供了一种感光元件，包括：P型轻掺杂的衬底、位于所述衬底上方的栅极、位于所述衬底上的信号读出点以及遮光片；所述栅极包括：感光门与传输门；所述感光门与所述传输门之间存在间隙；所述衬底包括感光区与非感光区，所述感光门位于所述感光区，所述信号读出点与所述传输门位于所述非感光区，所述遮光片位于所述非感光区之上；其中，

所述感光门包括N型重掺杂的感光门以及位于所述N型重掺杂的感光门两侧的多个P型重掺杂的感光门；在所述N型重掺杂的感光门与所述多个P型重掺杂的感光门中相邻两个感光门相接触；所述传输门包括位于所述感光区两侧的第一传输门以及第二传输门，且所述第一传输门与所述第二传输门均为P型重掺杂；所述信号读出点包括与所述第一传输门相邻的用于读取从所述第一传输门通过的光生信号电荷的第一信号读出点以及与所述第二传输门相邻的用于读取从所述第二传输门通过的光生信号电荷的第二信号读出点；所述遮光金属片包括位于所述第一传输门与所述第一信号读出点上方的第一遮光金属片以及位于所述第二传输门与所述第二信号读出点上方的第二遮光金属片；

所述N型重掺杂的感光门、所述多个P型重掺杂的感光门、所述第一传输门、所述第二传输门上施加各自对应的预设电压信号后，能够形成光生信号电荷从所述N型重掺杂的感光门分别到第一信号读出点、第二信号读出点的漂移路径。

本申请实施例所达到的主要技术效果是：通过在P型轻掺杂的衬底上布置N型重掺杂的感光门以及位于N型重掺杂的感光门两侧的多个P型重掺杂的感光门，又由于P型轻掺杂的衬底与P型重掺杂的感光门之间的功函数差为0.3V，P型轻掺杂的衬底与N型重掺杂的感光门之间的功函数差为-0.8V，也就是使用P型重掺杂的感光门比使用N型重掺杂的感光门的阈值电压要小1.1V。这样，即使在P型重掺杂的感光门与N型重掺杂的感光门上施加相同的有效电压，P型重掺杂的感光门形成的势阱深度比N型重掺杂的感光门形成的势阱深度更深，即在相同的有效电压下，P型重掺杂的感光门与N型重掺杂的感光门形成的势阱深度差较大。一方面，上述的有效电压可以比较小，这样，可以降低感光元件的工作电压，使得上述的感光元件以及测距系统可以在低压下进行测距工作；另一方面，即使在较低的有效电压下，由于P型重掺杂的感光门与N型重掺杂的感光门形成的势阱深度差较大，电子在势阱中漂移的速度会增大，从而使得信号读出点可以快速读取光生信号电荷，进而提高系统的测距速度。所以，本申请的技术方案，可以降低感光元件的工作电压，提高光生电荷的运动速度，进而使测距系统可以在低压下进行测距工作，同时可以提高测距系统的测距速度。

本申请部分实施例还提供了一种TOF距离传感器，包括：用于向待测物体发射经调制的入射光的发射端以及用于接收反射光的接收端；所述入射光被所述待测物体反射形成所述反射光；

所述接收端包括镜头与测距芯片；其中所述测距芯片包括处理模块以及上述的感光元件构成的感光元件阵列；所述反射光经由所述镜头被所述感光元件阵列中的感光元件接收；

所述感光元件接收所述反射光后产生的所述光生信号电荷携带所述反射光与所述入射光之间的相位差信息；所述相位差信息携带所述待测物体的距离信息；

所述处理模块基于所述感光元件阵列中多个感光元件产生的所述光生信号电荷进行处理得到所述待测物体的三维距离信息。

附图说明

图1是根据相关技术示出的一种TOF距离传感器的结构示意图。

图2是本申请一示例性实施例示出的一种TOF距离传感器的结构示意图。

图3是本申请一示例性实施例示出的TOF调制方式示意图。

图4是本申请一示例性实施例示出的一种感光元件的剖面示意图。

图5是本申请一示例性实施例示出的一种衬底与感光门之间的功函数关系示意图。

图6是本申请一示例性实施例示出的一种光生信号电荷收集示意图。

图7是本申请一示例性实施例示出的感光门与传输门上施加的电压关系示意图。

图8是本申请一示例性实施例示出的一种读出电路的结构示意图。

图9是本申请一示例性实施例示出的一种处理模块的结构示意图。

图10是本申请另一示例性实施例示出的一种感光元件的俯视图。

图11是本申请另一示例性实施例示出的一种感光元件的剖面示意图。

图12是本申请另一示例性实施例示出的一种感光元件的俯视图。

图13是本申请另一示例性实施例示出的一种感光元件的剖面示意图。

图14是本申请另一示例性实施例示出的一种感光元件的剖面示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施方式中所描述的实施例并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

下面结合附图，对本申请的一些实施例作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参见图1，相关技术中，基于相位检测的TOF(Time of Flight，飞行时间)TOF距离传感器1包括发射端2与接收端3，发射端1用于向待测物体4发射经调制的入射光O1，入射光O1为方波，入射光O1被所述待测物体4反射形成所述反射光O2，反射光O2被接收端3接收后，TOF距离传感器1可以基于入射光O1与反射光O2之间的相位差得到待测物体4与TOF距离传感器1之间的距离D。

然而，相关技术中，在获取物体的3D信息时，要么通过两个二维摄像头获取物体的两幅二维图像，经过算法处理可以得到三维图像，其中该三维图像携带物体的深度信息，耗时久，要么通过单点测距传感器拼接实现，但是体积庞大，工作电压高，无法应用到智能终端(比如手机)中。

基于此，本申请提供了一种感光元件及TOF距离传感器，可以解决上述的技术问题，该TOF距离传感器体积小、可以在低压下进行测距工作、测距速度快，可以集成在智能终端(比如手机)中。

请参阅图2，本申请的示例性实施例提供的TOF距离传感器1包括：发射端2与接收端3。其中，发射端2用于向待测物体4发射经调制的入射光O1，接收端3用于接收被待测物体4反射回来的反射光O2；所述入射光O1被所述待测物体4反射形成所述反射光O2。在一个示例性实施例中，发射端2的光源可以为LED光源或镭射管光源、激光光源等，入射光O1的波长可以是800nm-1200nm左右的红外光。发射端2的发射功率可以根据应用场景有所不同。发射端2的发射电流范围可以为10mA～10A。

在本实施例中，所述接收端3包括用于聚焦的镜头6以及用于基于反射光O2与反射光O2得到待测物体4的三维距离信息的测距芯片7。其中，所述测距芯片7包括处理模块8以及感光元件阵列5，感光元件阵列5可以由多个如图4所示的感光元件9构成；所述反射光O2经由所述镜头6被所述感光元件阵列5中的感光元件9接收，镜头6中心对准感光元件阵列5的中心。在一个示例性实施例中，感光元件阵列5可以是160*120、320*240、640*480的感光元件阵列。

一个感光元件9接收所述反射光O2后产生的所述光生信号电荷携带所述反射光O2与所述入射光O1之间的相位差信息，其中，该相位差信息携带所述待测物体4的距离信息。处理模块8基于一个感光元件9产生的所述光生信号电荷进行处理可以得到所述待测物体4的单点距离信息。

请参见图3，TOF距离传感器1检测待测物体4的单点距离信息的方法如下：分别测量离入射光0度、90度、180度、270度对应的反射光的幅度，根据反正切运算计算出反射光与入射光之间的相位差。具体检测幅度的方法是：在发射入射光O1的同时接收端3(感光元件阵列5)进行接收，其中发射频率与接收积分门频率一致。当入射光O1与反射光O2之间的相位差为0度时，积分得到的电压幅度值为S0；当入射光O1与反射光O2之间的相位差为90度时，积分得到的电压幅度值为S90；当相位差为180度时，积分得到的电压幅度值为S180；当相位差为270时，积分得到的电压幅度值为S270。其中，相位差或者如果相位差小于一个周期，即相位差在0到2π之间时，则可根据相位差计算得距离 其中c是光速，f是入射光频率。

当需要检测待测物体4的三维距离信息时，触发发射端2发射入射光O1，当感光元件阵列5曝光后，读取感光元件阵列5中多个感光元件9产生的所述光生信号电荷，并由处理模块8处理得到所述待测物体4的三维距离信息。

下面介绍本实施例中单个感光元件9的结构。

请参阅图4，感光元件9包括：P型轻掺杂的衬底S、位于所述衬底S上方的栅极G、位于所述衬底S上的信号读出点、遮光金属片以及读出电路10。所述栅极G包括：感光门与传输门，所述感光门与所述传输门之间存在间隙。所述衬底S包括感光区与非感光区，所述感光门位于所述感光区，所述信号读出点与所述传输门位于所述非感光区，所述遮光金属片位于所述非感光区之上。遮光片与衬底、栅极之间填充有二氧化硅(SiO₂)。在一个示例性实施例中，衬底S的厚度可以为几百微米。

所述感光门包括依次相邻的第一感光门Dga、第二感光门Dg与第三感光门Dgb；所述第一感光门Dga、所述第三感光门Dgb均为P型重掺杂，所述第二感光门Dg为N型重掺杂；所述第一感光门Dga与所述第二感光门Dg相接触，所述第二感光门Dg与所述第三感光门Dgb相接触。所述传输门包括与所述第一感光门Dga相邻的第一传输门Gma以及与所述第三感光门Dgb相邻的第二传输门Gmb；所述第一传输门Gma与所述第二传输门Gmb均为P型重掺杂；所述信号读出点包括与所述第一传输门Gma相邻的第一信号读出点Outa以及与所述第二传输门Gmb相邻的第二信号读出点Outb。遮光金属片包括位于所述第一传输门Gma与所述第一信号读出点Outa上方的第一遮光金属片S1以及位于所述第二传输门Gmb与所述第二信号读出点Outb上方的第二遮光金属片S2。

当需要测距时如果反射光O2照射到第一感光门Dga、第二感光门Dg与第三感光门Dgb上时，能量大于材料带隙的光子被半导体吸收。在栅极G下的半导体体内产生电子空穴对，多子(空穴)被栅极G电压排斥，通过衬底S流走，少子(电子)被收集在势阱中形成信号电荷。由于这些信号电荷因为光照而产生，因此可称为光生信号电荷。光生信号电荷通过传输门到达信号读出点可被读取，具体是可在第一信号读出点Outa、第二信号读出点Outb被读取。

光生信号电荷从感光区漂移到信号读出点的速度决定了信号读出点的读取速度。具体地，光生信号电荷从感光区漂移到信号读出点的速度越快，信号读出点的读取速度越快，TOF距离传感器发测距速度越快。本实施例利用功函数对各个感光门的掺杂类型进行了设计，不但提高了光生信号电荷从感光区漂移到信号读出点的速度，还降低了感光元件9的工作电压，具体如下：

由于功函数差越大，阈值电压越高。请参见图5，其中功函数的单位为电子伏特(eV)。由于P型轻掺杂的衬底S与P型重掺杂的感光门(第一感光门Dga、第三感光门Dgb)之间的功函数差为0.3V，P型轻掺杂的衬底S与N型重掺杂的第二感光门Dg之间的功函数差为-0.8V，也就是使用P型重掺杂的感光门比使用N型重掺杂的感光门的阈值电压要小1.1V。这样，即使在P型重掺杂的感光门与N型重掺杂的感光门上施加相同的有效电压，P型重掺杂的感光门形成的势阱深度比N型重掺杂的感光门形成的势阱深度更深，即在相同的有效电压下，P型重掺杂的感光门与N型重掺杂的感光门形成的势阱深度差较大。所以感光门的掺杂类型不同，得到的功函数不同，进而相邻感光门之间的接触电势差不同，最终导致阈值电压不同、势阱深度不同。在各个感光门上施加对应的电压后，可以形成所需的不同的势阱深度，如果势阱深度逐渐变深，电子e将一路由势阱较浅的地方流向势阱更深的地方，具体可参见图6。图6是第一信号读出点Outa读取光生信号电荷的情况，第二感光门Dg形成的势阱深度、所述第一感光门Dga形成的势阱深度、所述第一传输门Gma形成的势阱深度依次增大。

重要的是，一方面，上述的有效电压可以比较小，这样，可以降低感光元件9的工作电压，使得上述的感光元件9以及TOF距离传感器可以在低压下进行测距工作，比如上述的TOF距离传感器可以集成在手机中用于检测三维距离信息；另一方面，即使在较低的有效电压下，由于P型重掺杂的感光门与N型重掺杂的感光门形成的势阱深度差较大，电子在势阱中漂移的速度会增大，从而使得信号读出点可以快速读取光生信号电荷，进而有助于提高系统的测距速度。

在进行距离检测时，所述第一感光门Dga、所述第二感光门Dg、所述第三感光门Dgb、所述第一传输门Gma、所述第二传输门Gmb上可根据实际需求施加各自对应的预设电压信号。请参阅图7，在一个示例性实施例中，所述第一感光门Dga、所述第二感光门Dg、所述第三感光门Dgb上均施加第一预设电压信号V1；所述第一传输门Gma上施加第二预设电压信号Va，所述第二传输门Gmb上施加第三预设电压信号Vb；所述第二预设电压信号Va与所述第三预设电压信号Vb为互为反向的方波信号，所述第二预设电压信号Va与所述第三预设电压信号Vb的占空比均为1:1，所述第二预设电压信号Va的高电平与所述第三预设电压信号Vb的高电平相同，所述第二预设电压信号Va的低电平与所述第三预设电压信号Vb的低电平相同；所述高电平高于所述第一预设电压信号V1的电压值，所述低电平低于所述第一预设电压信号V1的电压值。其中方波信号的频率可以在1KHz到1GHz之间。其中，每一个方波周期进行一次感光积分。一般一次曝光需要很多次感光积分，如1千次。多次积分可以提高测距灵敏度，减小误差。

请参阅图6，在所述第一信号读出点Outa读取从所述第一传输门Gma通过的光生信号电荷的情况下，所述第二感光门Dg形成的势阱深度、所述第一感光门Dga形成的势阱深度、所述第一传输门Gma形成的势阱深度依次增大，形成光生信号电荷从所述第二感光门到第一信号读出点的漂移路径，光生信号电荷可从第二感光门Dg经由第一感光门Dga快速漂移到第一传输门Gma；而在所述第二信号读出点Outb读取从所述第二传输门Gmb通过的光生信号电荷的情况下，所述第二感光门Dg形成的势阱深度、所述第三感光门Dgb形成的势阱深度、所述第二传输门Gmb形成的势阱深度依次增大，形成光生信号电荷从所述第二感光门到第二信号读出点的漂移路径，光生信号电荷可从第二感光门Dg经由第三感光门Dgb快速漂移到第二传输门Gmb。

请参阅图3、图4与图8，读出电路10连接于所述第一信号读出点Outa与所述第二信号读出点Outb之间，可通过第一信号读出点Outa与第二信号读出点Outb交替读取光生信号电荷。所述读出电路基于所述第一信号读出点Outa的电压信号可得到输出端Oa的第一电压信号，并输出后续的处理模块8，所述读出电路基于所述第二信号读出点Outb的电压信号得到输出端Ob的第二电压信号，并通输出后续的处理模块8。其中，所述第一电压信号携带从所述第一传输门Gma通过的光生信号电荷的信息；所述第二电压信号携带从所述第二传输门Gmb通过的光生信号电荷的信息。

请参阅图8，读出电路10可包括电源E、用于复位的第一复位端R1、第二复位端R2、MOS管M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8，其中，MOS管M1、M5为PMOS管，MOS管M2、M3、M4、M6、M7、M8为NMOS管，L1为行选信号线，L2为列选信号线，当行选信号线L1与列选信号线L2均输入高电平时，感光元件9被选中，读出电路10读取输出端Oa与输出端Ob的电压信号，并输出处理模块8。在为了获取待测物体4的三维距离信息而读取数据时，可经行列选择逐个读出感光元件阵列5中感光元件9的输出端Oa与输出端Ob的电压信号。

请参阅图9，在一个示例性实施例中，处理模块8可包括驱动/滤波电路11、背景光消除电路12、信号放大/量化电路13。驱动/滤波电路11对输出端Oa与输出端Ob的电压信号输入的电压信号进行滤波处理后输出至背景光消除电路12，背景光消除电路12对接收的信号进行减背景光处理并输出至信号放大/量化电路13，信号放大/量化电路13对接收的信号进行放大、数字量化处理，可以得到待测物体4的原始距离信息。然后处理模块8可以对待测物体4的原始距离信息进行补偿，比如温度补偿、工艺补偿、老化补偿、模组制造误差补偿等，可以得到最终的距离信息。

请参阅图10，优选地，在一个示例性实施例中，所述第一感光门Dga可包括与所述第一传输门Gma相邻的第一感光区A1以及与所述第一感光区相邻的第二感光区A2。在测距时，第一感光区A1上施加的电压可以大于第二感光区A2施加的电压，这样，在所述第一信号读出点Outa读取从所述第一传输门Gma通过的光生信号电荷的情况下，所述第一感光区A1形成的势阱深度大于所述第二感光区A2形成的势阱深度，进而，使得所述第二感光门Dg形成的势阱深度、所述第二感光区A2形成的势阱深度、所述第一感光区A1形成的势阱深度、所述第一传输门Gma形成的第一势阱深度依次增大。这样，可以使得光生电荷的漂移路径更加平滑，有助于减少噪声，提高测距准确性。

请继续参阅图10，优选地，在另一个示例性实施例中，所述第二感光门Dg包括与所述第一感光门Dga相邻的第三感光区A3以及与所述第三感光区相邻的第四感光区A4；在所述第一信号读出点Outa读取从所述第一传输门Gma通过的光生信号电荷的情况下，第三感光区A3上施加的电压大于第四感光区A4上施加的电压，这样，所述第三感光区形成的势阱深度比所述第四感光区形成的势阱深度大，进而，所述第四感光区A4形成的势阱深度、所述第三感光区A3形成的势阱深度、所述第一感光门Dga形成的势阱深度、所述第一传输门Gma形成的势阱深度可以依次增大。在所述第二信号读出点Outb读取从所述第二传输门Gmb通过的光生信号电荷的情况下，第四感光区A4上施加的电压大于第三感光区A3上施加的电压，这样，所述第四感光区形成的势阱深度比所述第三感光区形成的势阱深度大，进而所述第三感光区A3形成的势阱深度、所述第四感光区A4形成的势阱深度、所述第三感光门Dgb形成的势阱深度、所述第二传输门Gmb形成的势阱深度可以依次增大。这样，可以使得光生电荷的漂移路径更加平滑，有助于减少噪声，提高测距准确性。

请继续参阅图10，优选地，在另一个示例性实施例中，所述第三感光门Dgb包括与所述第二感光门Dg相邻的第五感光区A5以及与所述第五感光区相邻的第六感光区A6；在所述第二信号读出点Outb读取从所述第二传输门Gmb通过的光生信号电荷的情况下，第六感光区A6上施加的电压大于第五感光区A5上施加的电压，这样，所述第六感光区形成的势阱深度比所述第五感光区形成的势阱深度大，所述第二感光门Dg形成的势阱深度、所述第五感光区A5形成的势阱深度、所述第六感光区A6形成的势阱深度、所述第二传输门Gmb形成的势阱深度可以依次增大。这样，可以使得光生电荷的漂移路径更加平滑，有助于减少噪声，提高测距准确性。

请参阅图11，优选地，在一个示例性实施例中，感光元件9还包括位于所述衬底S与所述栅极G之间的P型轻掺杂的外延层EL；所述外延层EL的掺杂浓度低于所述衬底S的掺杂浓度；所述信号读出点位于所述外延层上。其中，外延层EL的厚度可以为10微米。由于外延层EL具备高电阻率，可以避免信号串扰，有利于提高系统的测距准确度。

请参阅图4与图11，优选地，在一个示例性实施例中，感光元件9还可包括位于所述感光门上方允许预设频率的光通过的滤波膜F。该预设频率的光为工作频率的光，也就是发射端2发射的入射光O1。例如，滤波膜F可以只让850nm的红外光透过。这样，可以避免工作频率以外的光对TOF距离传感器测距时产生的干扰，提高系统的测距准确度。

请继续参阅图4与图11，优选地，感光元件9还可包括位于所述遮光金属片S1、S2上方、覆盖所述感光区与所述非感光区且用于将接收的光汇聚在所述感光区的微聚镜PM。这样，可以将接收的光汇聚在感光区，提高感光效率，进一步提高系统的测距速度。

请参阅图12，优选地，在一个示例性实施例中，所述感光门Dga、Dg、Dgb上可开设有透光孔H。这样，可以增加透光量，提高感光效率，进一步提高系统的测距速度。

请参阅图13，在一个示例性实施例中，感光元件9还可包括位于所述第一传输门Gma与第一信号读出点Outa之间的第一收集门IGma以及位于所述第二传输门Gmb与第二信号读出点Outb之间的第二收集门IGmb；所述第一收集门IGma与所述第二收集门IGmb均为P型重掺杂。所述第一收集门IGma、所述第二收集门IGmb上施加各自对应的预设电压信号，以使在所述第一信号读出点Outa读取所述第一收集门IGma收集的光生信号电荷时，所述第二感光门Dg形成的势阱深度、所述第一感光门Dga形成的势阱深度、所述第一传输门Gma形成的势阱深度、所述第一收集门IGma的势阱深度依次增大，在所述第二信号读出点Outb读取所述第二收集门IGmb收集的光生信号电荷时，所述第二感光门Dg形成的势阱深度、所述第三感光门Dgb形成的势阱深度、所述第二传输门Gmb形成的势阱深度、所述第二收集门IGmb形成的势阱深度依次增大。

请参阅图14，在一个示例性实施例中，所述感光门可一个包括N型重掺杂的感光门Dg以及位于所述N型重掺杂的感光门Dg两侧的多个P型重掺杂的感光门。具体可以是，感光门包括第一感光门Dga、第二感光门Dg、第三感光门Dgb、第四感光门Dgc、第五感光门Dgd，第二感光门Dg为N型重掺杂，第一感光门Dga、第三感光门Dgb、第四感光门Dgc、第五感光门Dgd为P型重掺杂。第一感光门Dga、第四感光门Dgc位于N型重掺杂的感光门Dg的一侧，第三感光门Dgb、第五感光门Dgd位于N型重掺杂的感光门Dg的另一侧。第四感光门Dgc与第一感光门Dga相接触，第一感光门Dga还与第二感光门Dg相接触，第二感光门Dg还与第三感光门Dgb相接触，第三感光门Dgb还与第五感光门Dgd相接触。第一感光门Dga、第二感光门Dg、第三感光门Dgb、第四感光门Dgc、第五感光门Dgd、所述第一传输门Gma、所述第二传输门Gmb上施加各自对应的预设电压信号，以形成光生信号电荷从第二感光门Dg分别到第一信号读出点Outa、第二信号读出点Outb的漂移路径。例如，在所述第一信号读出点Outa读取从所述第一传输门Gma通过的光生信号电荷的情况下，所述第二感光门Dg形成的势阱深度、所述第一感光门Dga形成的势阱深度、第四感光门Dgc形成的势阱深度、所述第一传输门Gma形成的势阱深度依次增大，形成光生信号电荷从所述第二感光门到第一信号读出点的漂移路径，且光生信号电荷可从第二感光门Dg经由第一感光门Dga、第四感光门Dgc可以快速漂移到第一传输门Gma；而在所述第二信号读出点Outb读取从所述第二传输门Gmb通过的光生信号电荷的情况下，所述第二感光门Dg形成的势阱深度、所述第三感光门Dgb形成的势阱深度、第五感光门Dgd形成的势阱深度、所述第二传输门Gmb形成的势阱深度依次增大，形成光生信号电荷从所述第二感光门到第二信号读出点的漂移路径，且光生信号电荷可从第二感光门Dg经由第三感光门Dgb、第五感光门Dgd可以快速漂移到第二传输门Gmb。

本申请实施例所达到的主要技术效果是：通过在P型轻掺杂的衬底上布置N型重掺杂的感光门以及位于N型重掺杂的感光门两侧的P型重掺杂的感光门，又由于P型轻掺杂的衬底与P型重掺杂的感光门之间的功函数差为0.3V，P型轻掺杂的衬底与N型重掺杂的感光门之间的功函数差为-0.8V，也就是使用P型重掺杂的感光门比使用N型重掺杂的感光门的阈值电压要小1.1V。这样，即使在P型重掺杂的感光门与N型重掺杂的感光门上施加相同的有效电压，P型重掺杂的感光门形成的势阱深度比N型重掺杂的感光门形成的势阱深度更深，即在相同的有效电压下，P型重掺杂的感光门与N型重掺杂的感光门形成的势阱深度差较大。一方面，上述的有效电压可以比较小，这样，可以降低感光元件的工作电压，使得上述的感光元件以及测距系统可以在低压下进行测距工作；另一方面，即使在较低的有效电压下，由于P型重掺杂的感光门与N型重掺杂的感光门形成的势阱深度差较大，电子在势阱中漂移的速度会增大，从而使得信号读出点可以快速读取光生信号电荷，进而提高系统的测距速度。所以，本申请的技术方案，可以降低感光元件的工作电压，提高光生电荷的运动速度，进而使测距系统可以在低压下进行测距工作，同时可以提高测距系统的测距速度。

请参阅图4、图11以及图13，本申请的示例性实施例还提供了一种感光元件9。该感光元件9，包括：P型轻掺杂的衬底S、位于所述衬底S上方的栅极G、位于所述衬底S上的信号读出点以及遮光金属片；所述栅极G包括：感光门与传输门；所述感光门与所述传输门之间存在间隙；所述衬底S包括感光区与非感光区，所述感光门位于所述感光区，所述信号读出点与所述传输门位于所述非感光区，所述遮光金属片位于所述非感光区之上。

所述感光门至少包括依次相邻的第一感光门Dga、第二感光门Dg与第三感光门Dgb；所述第一感光门Dga、所述第三感光门Dgb均为P型重掺杂，所述第二感光门Dg为N型重掺杂；所述第一感光门Dga与所述第二感光门Dg相接触，所述第二感光门Dg与所述第三感光门Dgb相接触；所述传输门包括与所述第一感光门Dga相邻的第一传输门Gma以及与所述第三感光门Dgb相邻的第二传输门Gmb；所述第一传输门Gma与所述第二传输门Gmb均为P型重掺杂；所述信号读出点包括与所述第一传输门Gma相邻的第一信号读出点Outa以及与所述第二传输门Gmb相邻的第二信号读出点Outb；遮光金属片包括位于所述第一传输门Gma与所述第一信号读出点Outa上方的第一遮光金属片S1以及位于所述第二传输门Gmb与所述第二信号读出点Outb上方的第二遮光金属片S2。

在测距时，所述第一感光门Dga、所述第二感光门Dg、所述第三感光门Dgb、所述第一传输门Gma、所述第二传输门Gmb上施加各自对应的预设电压信号，以使在所述第一信号读出点Outa读取从所述第一传输门Gma通过的光生信号电荷时，所述第二感光门Dg形成的势阱深度、所述第一感光门Dga形成的势阱深度、所述第一传输门Gma形成的势阱深度依次增大，形成光生信号电荷从所述第二感光门到第一信号读出点的漂移路径；在所述第二信号读出点Outb读取从所述第二传输门Gmb通过的光生信号电荷时，所述第二感光门Dg形成的势阱深度、所述第三感光门Dgb形成的势阱深度、所述第二传输门Gmb形成的势阱深度依次增大，形成光生信号电荷从所述第二感光门到第二信号读出点的漂移路径。

本申请实施例所达到的主要技术效果是：通过在P型轻掺杂的衬底S上布置依次相邻的第一感光门Dga、第二感光门Dg与第三感光门Dgb，并且第一感光门Dga、第三感光门Dgb均采用P型重掺杂，第二感光门Dg采用N型重掺杂，又由于P型轻掺杂的衬底S与P型重掺杂的感光门(第一感光门Dga、第三感光门Dgb)之间的功函数差为0.3V，P型轻掺杂的衬底S与N型重掺杂的第二感光门Dg之间的功函数差为-0.8V，也就是使用P型重掺杂的感光门比使用N型重掺杂的感光门的阈值电压要小1.1V。这样，即使在P型重掺杂的感光门与N型重掺杂的感光门上施加相同的有效电压，P型重掺杂的感光门形成的势阱深度比N型重掺杂的感光门形成的势阱深度更深，即在相同的有效电压下，P型重掺杂的感光门与N型重掺杂的感光门形成的势阱深度差较大。一方面，上述的有效电压可以比较小，这样，可以降低感光元件9的工作电压，使得上述的感光元件9以及TOF距离传感器可以在低压下进行测距工作；另一方面，即使在较低的有效电压下，由于P型重掺杂的感光门与N型重掺杂的感光门形成的势阱深度差较大，电子在势阱中漂移的速度会增大，从而使得信号读出点可以快速读取光生信号电荷，进而提高系统的测距速度。所以，本申请的技术方案，可以降低感光元件9的工作电压，提高光生电荷的运动速度，进而使TOF距离传感器可以在低压下进行测距工作，同时可以提高TOF距离传感器的测距速度。

请参阅图14，本申请的示例性实施例还提供了一种感光元件9。该感光元件9，包括：P型轻掺杂的衬底S、位于所述衬底上方的栅极、位于所述衬底S上的信号读出点以及遮光片；所述栅极包括：感光门与传输门；所述感光门与所述传输门之间存在间隙；所述衬底S包括感光区与非感光区，所述感光门位于所述感光区，所述信号读出点与所述传输门位于所述非感光区，所述遮光片位于所述非感光区之上。

所述感光门包括N型重掺杂的感光门以及位于所述N型重掺杂的感光门两侧的多个P型重掺杂的感光门；在所述N型重掺杂的感光门与所述多个P型重掺杂的感光门中相邻两个感光门相接触；所述传输门包括位于所述感光区两侧的第一传输门以及第二传输门，且所述第一传输门与所述第二传输门均为P型重掺杂；所述信号读出点包括与所述第一传输门相邻的第一信号读出点以及与所述第二传输门相邻的第二信号读出点。

所述N型重掺杂的感光门、所述多个P型重掺杂的感光门、所述第一传输门、所述第二传输门上施加各自对应的预设电压信号，以形成光生信号电荷从所述N型重掺杂的感光门分别到第一信号读出点、第二信号读出点的漂移路径。

本申请实施例所达到的主要技术效果是：通过在P型轻掺杂的衬底上布置N型重掺杂的感光门以及位于N型重掺杂的感光门两侧的多个P型重掺杂的感光门，又由于P型轻掺杂的衬底与P型重掺杂的感光门之间的功函数差为0.3V，P型轻掺杂的衬底与N型重掺杂的感光门之间的功函数差为-0.8V，也就是使用P型重掺杂的感光门比使用N型重掺杂的感光门的阈值电压要小1.1V。这样，即使在P型重掺杂的感光门与N型重掺杂的感光门上施加相同的有效电压，P型重掺杂的感光门形成的势阱深度比N型重掺杂的感光门形成的势阱深度更深，即在相同的有效电压下，P型重掺杂的感光门与N型重掺杂的感光门形成的势阱深度差较大。一方面，上述的有效电压可以比较小，这样，可以降低感光元件的工作电压，使得上述的感光元件以及测距系统可以在低压下进行测距工作；另一方面，即使在较低的有效电压下，由于P型重掺杂的感光门与N型重掺杂的感光门形成的势阱深度差较大，电子在势阱中漂移的速度会增大，从而使得信号读出点可以快速读取光生信号电荷，进而提高系统的测距速度。所以，本申请的技术方案，可以降低感光元件的工作电压，提高光生电荷的运动速度，进而使测距系统可以在低压下进行测距工作，同时可以提高测距系统的测距速度。

需要说明的是，上文中提到的入射光也可称为发射波，反射光也可称为接收波。上述对同一事物的不同称谓，不限制本申请的保护范围。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本申请方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (13)

1.一种感光元件，其特征在于，包括：P型轻掺杂的衬底、位于所述衬底上方的栅极、位于所述衬底上的信号读出点以及遮光金属片；所述栅极包括：感光门与传输门；所述感光门与所述传输门之间存在间隙；所述衬底包括感光区与非感光区，所述感光门位于所述感光区，所述信号读出点与所述传输门位于所述非感光区，所述遮光金属片位于所述非感光区之上；其中，

所述感光门至少包括依次相邻的第一感光门、第二感光门与第三感光门；所述第一感光门、所述第三感光门均为P型重掺杂，所述第二感光门为N型重掺杂；所述第一感光门与所述第二感光门相接触，所述第二感光门与所述第三感光门相接触；所述传输门包括与所述第一感光门相邻的第一传输门以及与所述第三感光门相邻的第二传输门；所述第一传输门与所述第二传输门均为P型重掺杂；所述信号读出点包括与所述第一传输门相邻的用于读取从所述第一传输门通过的光生信号电荷的第一信号读出点以及与所述第二传输门相邻的用于读取从所述第二传输门通过的光生信号电荷的第二信号读出点；所述遮光金属片包括位于所述第一传输门与所述第一信号读出点上方的第一遮光金属片以及位于所述第二传输门与所述第二信号读出点上方的第二遮光金属片；

所述第一感光门、所述第二感光门、所述第三感光门、所述第一传输门、所述第二传输门上施加各自对应的预设电压信号后，能够形成光生信号电荷从所述第二感光门分别到第一信号读出点、第二信号读出点的漂移路径。

2.根据权利要求1所述的感光元件，其特征在于，所述第一感光门包括与所述第一传输门相邻的第一感光区以及与所述第一感光区相邻的第二感光区；

在所述第一信号读出点读取从所述第一传输门通过的光生信号电荷时，所述第一感光区形成的势阱深度比所述第二感光区形成的势阱深度大。

3.根据权利要求1所述的感光元件，其特征在于，所述第二感光门包括与所述第一感光门相邻的第三感光区以及与所述第三感光区相邻的第四感光区；

在所述第一信号读出点读取从所述第一传输门通过的光生信号电荷时，所述第三感光区形成的势阱深度比所述第四感光区形成的势阱深度大；

在所述第二信号读出点读取从所述第二传输门通过的光生信号电荷时，所述第四感光区形成的势阱深度比所述第三感光区形成的势阱深度大。

4.根据权利要求1所述的感光元件，其特征在于，所述第三感光门包括与所述第二感光门相邻的第五感光区以及与所述第五感光区相邻的第六感光区；

在所述第二信号读出点读取从所述第二传输门通过的光生信号电荷时，所述第六感光区形成的势阱深度比所述第五感光区形成的势阱深度大。

5.根据权利要求1所述的感光元件，其特征在于，所述第一感光门、所述第二感光门、所述第三感光门上均施加第一预设电压信号；

所述第一传输门上施加第二预设电压信号，所述第二传输门上施加第三预设电压信号；所述第二预设电压信号与所述第三预设电压信号为互为反向的方波信号，所述第二预设电压信号与所述第三预设电压信号的占空比均为1:1，所述第二预设电压信号的高电平与所述第三预设电压信号的高电平相同，所述第二预设电压信号的低电平与所述第三预设电压信号的低电平相同；

所述高电平高于所述第一预设电压信号的电压值，所述低电平低于所述第一预设电压信号的电压值。

6.根据权利要求1所述的感光元件，其特征在于，还包括位于所述衬底与所述栅极之间的P型轻掺杂的外延层；所述外延层的掺杂浓度低于所述衬底的掺杂浓度；

所述信号读出点位于所述外延层上。

7.根据权利要求1所述的感光元件，其特征在于，还包括位于所述感光门上方允许预设频率的光通过的滤波膜。

8.根据权利要求1所述的感光元件，其特征在于，还包括位于所述遮光金属片上方、覆盖所述感光区与所述非感光区且用于将接收的光汇聚在所述感光区的微聚镜。

9.根据权利要求1所述的感光元件，其特征在于，所述感光门上开设有透光孔。

10.根据权利要求1所述的感光元件，其特征在于，还包括位于所述第一传输门与第一信号读出点之间的第一收集门以及位于所述第二传输门与第二信号读出点之间的第二收集门；所述第一收集门与所述第二收集门均为P型重掺杂。

11.根据权利要求1所述的感光元件，其特征在于，还包括连接于所述第一信号读出点与所述第二信号读出点之间的读出电路；

所述读出电路基于所述第一信号读出点的电压信号得到第一电压信号，所述读出电路基于所述第二信号读出点的电压信号得到第二电压信号；

所述第一电压信号携带从所述第一传输门通过的光生信号电荷的信息；

所述第二电压信号携带从所述第二传输门通过的光生信号电荷的信息。

12.一种感光元件，其特征在于，包括：P型轻掺杂的衬底、位于所述衬底上方的栅极、位于所述衬底上的信号读出点以及遮光片；所述栅极包括：感光门与传输门；所述感光门与所述传输门之间存在间隙；所述衬底包括感光区与非感光区，所述感光门位于所述感光区，所述信号读出点与所述传输门位于所述非感光区，所述遮光片位于所述非感光区之上；其中，

所述感光门包括N型重掺杂的感光门以及位于所述N型重掺杂的感光门两侧的多个P型重掺杂的感光门；在所述N型重掺杂的感光门与所述多个P型重掺杂的感光门中相邻两个感光门相接触；所述传输门包括位于所述感光区两侧的第一传输门以及第二传输门，且所述第一传输门与所述第二传输门均为P型重掺杂；所述信号读出点包括与所述第一传输门相邻的用于读取从所述第一传输门通过的光生信号电荷的第一信号读出点以及与所述第二传输门相邻的用于读取从所述第二传输门通过的光生信号电荷的第二信号读出点；所述遮光金属片包括位于所述第一传输门与所述第一信号读出点上方的第一遮光金属片以及位于所述第二传输门与所述第二信号读出点上方的第二遮光金属片；

所述N型重掺杂的感光门、所述多个P型重掺杂的感光门、所述第一传输门、所述第二传输门上施加各自对应的预设电压信号后，能够形成光生信号电荷从所述N型重掺杂的感光门分别到第一信号读出点、第二信号读出点的漂移路径。

13.一种TOF距离传感器，其特征在于，包括：用于向待测物体发射经调制的入射光的发射端以及用于接收反射光的接收端；所述入射光被所述待测物体反射形成所述反射光；

所述接收端包括镜头与测距芯片；其中所述测距芯片包括处理模块以及如权利要求1至12任一项所述的感光元件构成的感光元件阵列；所述反射光经由所述镜头被所述感光元件阵列中的感光元件接收；

所述感光元件接收所述反射光后产生的所述光生信号电荷携带所述反射光与所述入射光之间的相位差信息；所述相位差信息携带所述待测物体的距离信息；

所述处理模块基于所述感光元件阵列中多个感光元件产生的所述光生信号电荷进行处理得到所述待测物体的三维距离信息。