CN213026145U - 光电二极管及tof测距装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种光电二极管及TOF测距装置，该光电二极管包括衬底、第一电极层、第一电极、第二电极层、第二电极和辅助电极，所述第一电极层设于所述衬底上，所述第一电极设于所述第一电极层上，所述第二电极层设于所述衬底上，所述第二电极设于所述第二电极层上，所述辅助电极接电位或悬空，以产生与所述第一电极层和所述衬底之间的电场方向相对抗的电场，或者对所述第一电极层和所述衬底之间的电场形成屏蔽。本实用新型的光电二极管及TOF测距装置中，由于辅助电极产生与第一电极层和衬底之间的电场方向相对抗的电场，或者辅助电极对第一电极层和衬底之间的电场形成屏蔽，因此能降低第一电极层边沿的电场，从而起到降低暗计数的作用。

Description

光电二极管及TOF测距装置

技术领域

本实用新型涉及图像传感器技术领域，尤其涉及一种支持TOF应用的光电二极管及TOF测距装置。

背景技术

图像传感器是将光学图像信息转化为电学信息的设备，TOF(Time of Fly) 在图像传感器中主要应用于获取3D图像的系统。系统利用基于光学飞行时间通过光线从光源到达物体，再反射回图像传感器的时间来测量成像目标到图像传感装置的距离。图像传感器的每个像素都参与测距，以获得高精度的深度图像。

随着3D图像的广泛应用，比如AR(增强现实)、VR(虚拟现实)、无人机、机器人及数字相机等的应用，TOF像素电路及像素电路的传感装置将得到进一步发展。不但可应用于获取高精度的图像，还可实现对物体识别、障碍检测等功能。且TOF的深度计算不受目标物体表面灰度和特征影响，可以非常准确的进行目标三维图像的探测。

一种基于半导体的光电探测器称作雪崩光电二极管，或者APD。这种类型的结构通常由大量用作不同的目的，例如吸收和倍增的固体半导体材料构成。雪崩光电二极管(APD)用来将光信号转换为电信号，并且作为光通信系统中的光接收元件。在光传输系统中，光发射模块和光接收模块是比较核心、比较昂贵的器件。而在光接收模块中，采用APD探测器的光接收模块是主要和重要的产品。然而，在TOF图像传感器中，像素的暗计数会严重影响传感器的帧率和性能。所谓暗计数，是指杂散光(非信号光)或电噪声也被单光子探测器认为是有效光信号。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可降低暗计数的光电二极管及TOF测距装置。

本实用新型提供一种光电二极管，包括衬底、第一电极层、第一电极、第二电极层、第二电极和辅助电极，所述第一电极层设于所述衬底上，所述第一电极设于所述第一电极层上，所述第二电极层设于所述衬底上，所述第二电极设于所述第二电极层上，所述辅助电极接电位或悬空，以产生与所述第一电极层和所述衬底之间的电场方向相对抗的电场，或者对所述第一电极层和所述衬底之间的电场形成屏蔽。

进一步地，所述衬底为P型衬底，所述第一电极层为N+型掺杂层，所述第一电极和所述第二电极为金属层，所述第二电极层为P+型掺杂层，所述第一电极接电位，所述第二电极接地。

进一步地，所述辅助电极包括金属层或多晶硅层，且所述金属层或所述多晶硅层接电位或悬空。

进一步地，所述光电二极管还包括保护阱，所述第一电极层由所述保护阱环绕包围，所述第二电极层环绕于所述保护阱外侧。

进一步地，所述保护阱为N型掺杂区。

进一步地，所述第一电极层、所述第二电极层和所述保护阱均内嵌于所述衬底的顶部，所述保护阱与所述第一电极层有部分重叠，所述第二电极层和所述保护阱之间设有由所述衬底填充的间隙。

进一步地，所述辅助电极设于所述衬底上方，且其底部和所述保护阱、所述衬底接触，以覆盖所述保护阱和所述衬底位于顶面的交界处。

进一步地，所述辅助电极设于所述保护阱和所述衬底的上方，且与所述保护阱和所述衬底在垂直方向上间隔一定距离，所述辅助电极在垂直方向上朝所述保护阱和所述衬底的投影分别与所述保护阱和所述衬底重叠，以覆盖所述保护阱和所述衬底位于顶面的交界处。

进一步地，所述辅助电极的底部分别与所述第一电极、所述衬底接触，以覆盖所述第一电极和所述衬底位于顶面的交界处。

进一步地，所述辅助电极设于所述第一电极和所述衬底的上方，且与所述第一电极、所述衬底在垂直方向上间隔一定距离，所述辅助电极在垂直方向上朝所述第一电极、所述衬底的投影分别与所述第一电极和所述衬底重叠，以覆盖所述第一电极和所述衬底位于顶面的交界处。

进一步地，所述辅助电极包括多晶硅层和氧化层，所述氧化层位于所述多晶硅层的底部，且所述氧化层位于所述多晶硅层和所述衬底之间。

本实用新型还提供一种TOF测距装置，包括上述光电二极管。

本实用新型的光电二极管及TOF测距装置中，由于辅助电极产生与第一电极层和衬底之间的电场方向相对抗的电场，或者辅助电极对第一电极层和衬底之间的电场形成屏蔽，因此能降低第一电极层边沿的电场，从而起到降低暗计数的作用。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例的光电二极管的结构示意图。

图2为图1所示光电二极管的俯视图。

图3为本实用新型第二实施例的光电二极管的结构示意图。

图4为本实用新型第三实施例的光电二极管的结构示意图。

图5为本实用新型第四实施例的光电二极管的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

第一实施例

请参图1和图2，图1示出了本实用新型第一实施例所提供的光电二极管的结构示意图，图2示出了图1的俯视示意图。本实施例的光电二极管包括衬底11、第一电极层13、第一电极14、第二电极层16、第二电极17、保护阱19和辅助电极21。第一电极层13设于衬底11上，第一电极14设于第一电极层13上。第一电极层13由保护阱19环绕包围。第二电极层16设于衬底11上，且环绕于保护阱19外侧，第二电极层16和保护阱19之间设有由衬底11填充的间隙，第二电极17设于第二电极层16上。辅助电极21设于衬底11上方，且其底部和保护阱19、衬底11接触，也就是说，辅助电极 21的两端分别和保护阱19、衬底11搭接。具体在本实施例中，第一电极层 13、第二电极层16和保护阱19均内嵌于衬底11的顶部。

本实施例中，衬底11为P型衬底。可以理解，衬底11也可为N型衬底。

本实施例中，第一电极层13为N+型电极层。可以理解，第一电极层13 也可为N-型电极层、P+型电极层或P-型电极层。具体在本实施例中，第一电极层13为光电子产生区，在光照射时，第一电极层13产生光电子。具体地，第一电极层13可为圆形，当然第一电极层13也可为方形等其他形状。

本实施例中，第一电极14为金属层，第一电极层13通过第一电极14与电位连接，从而使第一电极层13具有一定的电位。

本实施例中，第二电极层16为P+型电极层。可以理解，第二电极层16 也可为P-型电极层、N+型电极层或N-型电极层。具体地，第二电极层16可为圆环形，当然第二电极层16也可为回形状等其他环形。

本实施例中，第二电极17为金属层，第二电极层16通过第二电极17接地。通过将第二电极层16接地，第一电极层13接电位，可以在第一电极层 13和第二电极层16之间产生电势差，使第一电极层13产生的电荷向第二电极层16移动。

本实施例中，保护阱19为N型保护阱(N-Well)，其用于隔绝衬底11 的电流。可以理解，保护阱19也可为P型保护阱(P-Well)。具体地，保护阱19可为圆环形，当然保护阱19也可为回形状等其他环形。

本实施例中，辅助电极21包括多晶硅层212和氧化层214，氧化层214 位于多晶硅层212的底部，并与保护阱19、衬底11接触。具体地，氧化层 214可由二氧化硅制成。辅助电极21连接于电位，从而产生与第一电极层13 和衬底11之间的电场方向相对抗的电场。可以理解，多晶硅层212也可由金属层代替。在另一实施例中，辅助电极21也可不接电位，而直接悬空，这样，辅助电极21对第一电极层13和衬底11之间的电场形成屏蔽。

本实用新型的光电二极管可为雪崩光电二极管。

本实施例的光电二极管中，由于辅助电极21产生与第一电极层13和衬底11之间的电场方向相对抗的电场，或者辅助电极21对第一电极层13和衬底11之间的电场形成屏蔽，因此能降低第一电极层13边沿的电场，从而起到降低暗计数的作用。

第二实施例

请参图3，图3示出了本实用新型第二实施例的光电二极管的结构示意图。本实施例的光电二极管的结构和第一实施例的光电二极管的结构基本相同，不同之处在于，在本实施例中，辅助电极21设于保护阱19和衬底11的上方，且与保护阱19和衬底11间隔一定距离，也就是说，辅助电极21朝保护阱19和衬底11的投影分别与保护阱19和衬底11重叠。在本实施例中，辅助电极21由金属层制成，且其不包括氧化层。

本实施例的光电二极管中，辅助电极21同样能产生与第一电极层13和衬底11之间的电场方向相对抗的电场，或者辅助电极21对第一电极层13和衬底11之间的电场形成屏蔽，因此能降低第一电极层13边沿的电场，从而起到降低暗计数的作用。

第三实施例

请参图4，图4示出了本实用新型第三实施例的光电二极管的结构示意图。本实施例的光电二极管的结构和第一实施例的光电二极管的结构基本相同，不同之处在于，在本实施例中，光电二极管省略了保护阱19。此时，辅助电极21的底部分别与第一电极14、衬底11接触，即辅助电极21的两端分别与第一电极14、衬底11搭接。

本实施例的光电二极管中，辅助电极21同样能产生与第一电极层13和衬底11之间的电场方向相对抗的电场，或者辅助电极21对第一电极层13和衬底11之间的电场形成屏蔽，因此能降低第一电极层13边沿的电场，从而起到降低暗计数的作用。

第四实施例

请参图5，图5示出了本实用新型第四实施例的光电二极管的结构示意图。本实施例的光电二极管的结构和第二实施例的光电二极管的结构基本相同，不同之处在于，在本实施例中，光电二极管省略了保护阱19。此时，辅助电极21设于第一电极14和衬底11的上方，且与第一电极14、衬底11间隔一定距离，也就是说，辅助电极21朝第一电极14、衬底11的投影分别与第一电极14和衬底11重叠。

本实施例的光电二极管中，辅助电极21同样能产生与第一电极层13和衬底11之间的电场方向相对抗的电场，或者辅助电极21对第一电极层13和衬底11之间的电场形成屏蔽，因此能降低第一电极层13边沿的电场，从而起到降低暗计数的作用。

本实用新型还公开一种TOF测距装置，其包括上述任意一种光电二极管。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种光电二极管，其特征在于，包括衬底(11)、第一电极层(13)、第一电极(14)、第二电极层(16)、第二电极(17)和辅助电极(21)，所述第一电极层(13)设于所述衬底(11)上，所述第一电极(14)设于所述第一电极层(13)上，所述第二电极层(16)设于所述衬底(11)上，所述第二电极(17)设于所述第二电极层(16)上，所述辅助电极(21)接电位或悬空，以产生与所述第一电极层(13)和所述衬底(11)之间的电场方向相对抗的电场，或者对所述第一电极层(13)和所述衬底(11)之间的电场形成屏蔽。

2.如权利要求1所述的光电二极管，其特征在于，所述衬底(11)为P型衬底，所述第一电极层(13)为N+型掺杂层，所述第一电极(14)和所述第二电极(17)为金属层，所述第二电极层(16)为P+型掺杂层，所述第一电极(14)接电位，所述第二电极(17)接地。

3.如权利要求1所述的光电二极管，其特征在于，所述辅助电极(21)包括金属层或多晶硅层，且所述金属层或所述多晶硅层接电位或悬空。

4.如权利要求1所述的光电二极管，其特征在于，所述光电二极管还包括保护阱(19)，所述第一电极层(13)由所述保护阱(19)环绕包围，所述第二电极层(16)环绕于所述保护阱(19)外侧。

5.如权利要求4所述的光电二极管，其特征在于，所述保护阱(19)为N型掺杂区。

6.如权利要求4所述的光电二极管，其特征在于，所述第一电极层(13)、所述第二电极层(16)和所述保护阱(19)均内嵌于所述衬底(11)的顶部，所述保护阱(19)与所述第一电极层(13)有部分重叠，所述第二电极层(16)和所述保护阱(19)之间设有由所述衬底(11)填充的间隙。

7.如权利要求4所述的光电二极管，其特征在于，所述辅助电极(21)设于所述衬底(11)上方，且其底部和所述保护阱(19)、所述衬底(11)接触，以覆盖所述保护阱(19)和所述衬底(11)位于顶面的交界处。

8.如权利要求4所述的光电二极管，其特征在于，所述辅助电极(21)设于所述保护阱(19)和所述衬底(11)的上方，且与所述保护阱(19)和所述衬底(11)在垂直方向上间隔一定距离，所述辅助电极(21)在垂直方向上朝所述保护阱(19)和所述衬底(11)的投影分别与所述保护阱(19)和所述衬底(11)重叠，以覆盖所述保护阱(19)和所述衬底(11)位于顶面的交界处。

9.如权利要求1所述的光电二极管，其特征在于，所述辅助电极(21)的底部分别与所述第一电极(14)、所述衬底(11)接触，以覆盖所述第一电极(14)和所述衬底(11)位于顶面的交界处。

10.如权利要求1所述的光电二极管，其特征在于，所述辅助电极(21)设于所述第一电极(14)和所述衬底(11)的上方，且与所述第一电极(14)、所述衬底(11)在垂直方向上间隔一定距离，所述辅助电极(21)在垂直方向上朝所述第一电极(14)、所述衬底(11)的投影分别与所述第一电极(14)和所述衬底(11)重叠，以覆盖所述第一电极(14)和所述衬底(11)位于顶面的交界处。

11.如权利要求7或9所述的光电二极管，其特征在于，所述辅助电极(21)包括多晶硅层和氧化层(214)，所述氧化层(214)位于所述多晶硅层的底部，且所述氧化层(214)位于所述多晶硅层和所述衬底(11)之间。

12.一种TOF测距装置，其特征在于，包括如权利要求1-11任意一项所述的光电二极管。

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