DE102018106976A1 - Transit Time pixels - Google Patents

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Abstract

Lichtlaufzeitpixel (23) für einen Lichtlaufzeitsensor (22),das mindestens zwei lichtdurchlässigen Modulationsgates (Gam, G0, Gbm) und zwei Integrationsknoten (Ga, Gb) aufweist,die auf einem Halbleitersubstrat (100, 110) angeordnet sind,dadurch gekennzeichnet,dass innerhalb des Halbleitersubstrats (100, 110) und unterhalb der Modulationsgates (Gam, G0, Gbm) ein Feld-Erweiterungs-Implantat (120) angeordnet ist.A light transit time pixel (23) for a light transit time sensor (22) comprising at least two translucent modulation gates (Gam, G0, Gbm) and two integration nodes (Ga, Gb) disposed on a semiconductor substrate (100, 110), characterized in that of the semiconductor substrate (100, 110) and below the modulation gates (Gam, G0, Gbm) a field extension implant (120) is arranged.

Description

Die Erfindung betrifft einen Lichtlaufzeitpixel nach Gattung des unabhängigen Anspruchs.The invention relates to a light transit time pixel according to the preamble of the independent claim.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Lichtlaufzeitkamera, ein Lichtlaufzeitkamerasystem und Lichtlaufzeisensor mit einem Lichtlaufzeitpixel der vorstehend genannten Art. Derartige Lichtlaufzeitkamerasysteme betreffen insbesondere alle Lichtlaufzeit bzw. 3D-TOF-Kamerasysteme, die eine Laufzeitinformation aus der Phasenverschiebung einer emittierten und empfangenen Strahlung gewinnen. Als Lichtlaufzeit bzw. 3D-TOF-Kameras sind insbesondere PMD-Kameras mit Photomischdetektoren (PMD) geeignet, wie sie beispielsweise in der DE 197 04 496 C2 beschrieben und von der Firma ‚ifm electronic GmbH‘ oder ‚PMD-Technologies GmbH‘ als Frame-Grabber O3D bzw. als CamCube zu beziehen sind. Die PMD-Kamera erlaubt insbesondere eine flexible Anordnung der Lichtquelle und des Detektors, die sowohl in einem Gehäuse als auch separat angeordnet werden können. Selbstverständlich sollen mit dem Begriff Kamera bzw. Kamerasystem auch Kameras bzw. Geräte mit mindestens einem Empfangspixel mit umfasst sein, wie beispielsweise das Entfernungsmessgerät O1D der Anmelderin.The invention further relates to a light transit time camera, a light transit time camera system and light travel time sensor with a light transit time pixel of the aforementioned type. Such time of flight camera systems relate in particular to all the time of flight or 3D TOF camera systems which obtain transit time information from the phase shift of an emitted and received radiation. As a light transit time or 3D TOF cameras in particular PMD cameras with photonic mixer detectors (PMD) are suitable, as for example in the DE 197 04 496 C2 and can be obtained from the company 'ifm electronic GmbH' or 'PMD-Technologies GmbH' as frame grabber O3D or as CamCube. In particular, the PMD camera allows a flexible arrangement of the light source and the detector, which can be arranged both in a housing and separately. Of course, the term camera or camera system should also encompass cameras or devices with at least one receiving pixel, such as, for example, the distance measuring device O1D of the Applicant.

Aus der DE 197 04 496 A1 ist ferner die Bestimmung einer Entfernung bzw. einer entsprechenden Phasenverschiebung des von einem Objekt reflektierten Lichts bekannt. Insbesondere wird offenbart, die Sendermodulation gezielt um 90°, 180° oder 270° zu verschieben, um aus diesen vier Phasenmessungen über eine arctan-Funktion eine Phasenverschiebung und somit eine Entfernung zu bestimmen.From the DE 197 04 496 A1 Furthermore, the determination of a distance or a corresponding phase shift of the reflected light from an object is known. In particular, it is disclosed to selectively shift the transmitter modulation by 90 °, 180 ° or 270 ° in order to determine a phase shift and thus a distance from these four phase measurements via an arctan function.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Entfernungsmessung eines Lichtlaufzeitkamerasystems zu verbessern.The object of the invention is to improve the distance measurement of a light transit time camera system.

Die Aufgabe wird in vorteilhafter Weise durch das erfindungsgemäße Lichtlaufzeitpixel gelöst.The object is achieved in an advantageous manner by the inventive light transit time pixel.

Vorteilhaft ist ein Lichtlaufzeitpixel für einen Lichtlaufzeitsensor, das mindestens zwei lichtdurchlässigen Modulationsgates und zwei Integrationsknoten aufweist, die auf einem Halbleitersubstrat angeordnet sind, wobei innerhalb des Halbleitersubstrats und unterhalb der Modulationsgates ein Feld-Erweiterungs-Implantat angeordnet ist.Advantageously, a light transit time pixel for a light transit time sensor having at least two translucent modulation gates and two integration nodes, which are arranged on a semiconductor substrate, wherein within the semiconductor substrate and below the modulation gate, a field extension implant is arranged.

Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass das Feld der Modulatonsgates günstig in die Tiefe des Halbleiters ausgedehnt werden kann und zu einer Erhöhung des Demodulationskontrastes führt.This approach has the advantage that the field of Modulatonsgates can be favorably extended into the depth of the semiconductor and leads to an increase in the Demodulationskontrastes.

Bevorzugt ist das Feld-Erweiterungs-Implantat mittig unterhalb der Modulationsgates angeordnet.Preferably, the field extension implant is arranged centrally below the modulation gates.

Durch die mittige Anordnung lassen sich vorteilhaft Asymmetrien in der Ladungsverteilung vermeiden.The central arrangement advantageously avoids asymmetries in the charge distribution.

Ebenso bevorzugt sind der Abstand zu den Modulationsgates, die Größe und/oder die Dotierung des Feld-Erweiterungs-Implantats derart ausgebildet ist, dass ein Demodulationskontrast erhöht wird.Also preferably, the distance to the modulation gates, the size and / or the doping of the field extension implant is designed such that a Demodulationskontrast is increased.

In einer weiteren Ausgestaltung ist es vorgesehen, das Lichtlaufzeitpixel zwei oder mehrere Feld-Erweiterungs-Implantate auszugestalten.In a further embodiment, it is provided to design the light transit time pixel two or more field extension implants.

Insbesondere ist es von Vorteil, wenn sich die Feld-Erweiterungs-Implantate in ihrer Dotierung, Größe und/oder Fläche unterscheiden.In particular, it is advantageous if the field extension implants differ in their doping, size and / or surface.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.The invention will be explained in more detail by means of embodiments with reference to the drawings.

Es zeigen:

  • 1 schematisch ein Lichtlaufzeitkamerasystem,
  • 2 eine modulierte Integration erzeugter Ladungsträger,
  • 3 einen Querschnitt durch einen PMD-Lichtlaufzeitsensor mit Potentialverteilung,
  • 4 ein erfindungsgemäßes Pixel mit einem Implantat,
  • 5 ein mögliches Dotierungsprofil für ein Implantat gemäß 4,
  • 6 eine Variante mit einem geometrisch strukturieten Implantat,
  • 7 eine Variante mit zwei übereinander angeordneten Implantaten,
  • 8 eine Variante mit zwei unterschiedlich großen Implantaten,
  • 9 eine Variante mit einem kleineren unteren Implantat,
  • 10 eine Variante mit zwei Modulationsgates und einem zentralen Implantat,
  • 11 eine Variante mit einem mittleren Implantat.
Show it:
  • 1 schematically a light transit time camera system,
  • 2 a modulated integration of generated charge carriers,
  • 3 a cross section through a PMD light transit time sensor with potential distribution,
  • 4 a pixel according to the invention with an implant,
  • 5 a possible doping profile for an implant according to 4 .
  • 6 a variant with a geometrically structured implant,
  • 7 a variant with two implants arranged one above the other,
  • 8th a variant with two differently sized implants,
  • 9 a variant with a smaller lower implant,
  • 10 a variant with two modulation gates and a central implant,
  • 11 a variant with a middle implant.

Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.In the following description of the preferred embodiments, like reference characters designate like or similar components.

1 zeigt eine Messsituation für eine optische Entfernungsmessung mit einer Lichtlaufzeitkamera, wie sie beispielsweise aus der DE 197 04 496 A1 bekannt ist. 1 shows a measurement situation for an optical distance measurement with a light time camera, as for example from the DE 197 04 496 A1 is known.

Das Lichtlaufzeitkamerasystem 1 umfasst eine Sendeeinheit bzw. ein Beleuchtungsmodul 10 mit einer Beleuchtung 12 und einer dazugehörigen Strahlformungsoptik 15 sowie eine Empfangseinheit bzw. Lichtlaufzeitkamera 20 mit einer Empfangsoptik 25 und einem Lichtlaufzeitsensor 22.The light transit time camera system 1 comprises a transmitting unit or a lighting module 10 with a lighting 12 and associated beam shaping optics 15 as well as a receiving unit or light runtime camera 20 with a receiving optics 25 and a light transit time sensor 22 ,

Der Lichtlaufzeitsensor 22 weist mindestens ein Laufzeitpixel, vorzugsweise auch ein Pixel-Array auf und ist insbesondere als PMD-Sensor ausgebildet. Die Empfangsoptik 25 besteht typischerweise zur Verbesserung der Abbildungseigenschaften aus mehreren optischen Elementen. Die Strahlformungsoptik 15 der Sendeeinheit 10 kann beispielsweise als Reflektor oder Linsenoptik ausgebildet sein. In einer sehr einfachen Ausgestaltung kann ggf. auch auf optische Elemente sowohl empfangs- als auch sendeseitig verzichtet werden.The light transit time sensor 22 has at least one time-of-flight pixel, preferably also a pixel array, and is designed in particular as a PMD sensor. The receiving optics 25 typically consists of improving the imaging characteristics of multiple optical elements. The beam shaping optics 15 the transmitting unit 10 may be formed for example as a reflector or lens optics. In a very simple embodiment, if necessary, optical elements can also be dispensed with both on the receiving side and on the transmitting side.

Das Messprinzip dieser Anordnung basiert im Wesentlichen darauf, dass ausgehend von der Phasenverschiebung des emittierten und empfangenen Lichts die Laufzeit und somit die zurückgelegte Wegstrecke des empfangenen Lichts ermittelt werden kann. Zu diesem Zwecke werden die Lichtquelle 12 und der Lichtlaufzeitsensor 22 über einen Modulator 30 gemeinsam mit einem bestimmten Modulationssignal Mo mit einer Basisphasenlage φ0 beaufschlagt. Im dargestellten Beispiel ist ferner zwischen dem Modulator 30 und der Lichtquelle 12 ein Phasenschieber 35 vorgesehen, mit dem die Basisphase φο des Modulationssignals Mo der Lichtquelle 12 um definierte Phasenlagen φvar verschoben werden kann. Für typische Phasenmessungen werden vorzugsweise Phasenlagen von φvar = 0°, 90°, 180°, 270° verwendet.The measuring principle of this arrangement is essentially based on the fact that, based on the phase shift of the emitted and received light, the transit time and thus the distance covered by the received light can be determined. For this purpose, the light source 12 and the light transit time sensor 22 via a modulator 30 together with a certain modulation signal M o with a base phase position φ 0 applied. In the example shown is also between the modulator 30 and the light source 12 a phase shifter 35 provided with the base phase φο of the modulation signal Mo of the light source 12 around defined phase positions φ var can be moved. For typical phase measurements, phase positions of φ var = 0 °, 90 °, 180 °, 270 ° are preferably used.

Entsprechend des eingestellten Modulationssignals sendet die Lichtquelle 12 ein intensitätsmoduliertes Signal Sp1 mit der ersten Phasenlage p1 bzw. p1 = φο + φvar aus. Dieses Signal Sp1 bzw. die elektromagnetische Strahlung wird im dargestellten Fall von einem Objekt 40 reflektiert und trifft aufgrund der zurückgelegten Wegstrecke entsprechend phasenverschoben Δφ(tL) mit einer zweiten Phasenlage p2 = φ0 + φvar + Δφ(tL) als Empfangssignal Sp2 auf den Lichtlaufzeitsensor 22. Im Lichtlaufzeitsensor 22 wird das Modulationssignal Mo mit dem empfangenen Signal Sp2 gemischt, wobei aus dem resultierenden Signal die Phasenverschiebung bzw. die Objektentfernung d ermittelt wird.The light source transmits according to the set modulation signal 12 an intensity modulated signal S p1 with the first phase position p1 respectively. p1 = φο + φ var out. This signal S p1 or the electromagnetic radiation is in the illustrated case of an object 40 reflected and hits due to the distance traveled accordingly phase-shifted Δφ (t L ) with a second phase position p2 = φ 0 + φ var + Δφ (t L ) as a received signal S p2 on the light transit time sensor 22 , In the time of flight sensor 22 becomes the modulation signal M o with the received signal S p2 mixed, wherein from the resulting signal, the phase shift or the object distance d is determined.

Ferner weist das System ein Modulationssteuergerät 27 auf, das in Abhängigkeit der vorliegenden Messaufgabe die Phasenlage φvar das Modulationssignal Mo verändert und/oder über einen Frequenzoszillator 38 die Modulationsfrequenz einstellt.Furthermore, the system has a modulation control unit 27 on, depending on the present measurement task, the phase position φ var the modulation signal Mo changed and / or via a frequency oscillator 38 sets the modulation frequency.

Als Beleuchtungsquelle bzw. Lichtquelle 12 eignen sich vorzugsweise Infrarot-Leuchtdioden. Selbstverständlich sind auch andere Strahlungsquellen in anderen Frequenzbereichen denkbar, insbesondere kommen auch Lichtquellen im sichtbaren Frequenzbereich in Betracht.As illumination source or light source 12 are preferably infrared light emitting diodes. Of course, other radiation sources in other frequency ranges are conceivable, in particular, light sources in the visible frequency range are also considered.

Das Grundprinzip der Phasenmessung ist schematisch in 2 dargestellt. Die obere Kurve zeigt den zeitlichen Verlauf des Modulationssignals M0 mit der die Beleuchtung 12 und der Lichtlaufzeitsensor 22 angesteuert werden. Das vom Objekt 40 reflektierte Licht trifft als Empfangssignal Sp2 entsprechend seiner Lichtlaufzeit tL phasenverschoben Δφ(tL) auf den Lichtlaufzeitsensor 22. Der Lichtlaufzeitsensor 22 sammelt die photonisch erzeugten Ladungen q über mehrere Modulationsperioden in der Phasenlage des Modulationssignals Mo in einem ersten Akkumulationsgate Ga und in einer um 180° verschobenen Phasenlage M0 + 180° in einem zweiten Akkumulationsgate Gb. Aus dem Verhältnis der im ersten und zweiten Gate Ga, Gb gesammelten Ladungen qa, qb lässt sich die Phasenverschiebung Δφ(tL) und somit eine Entfernung d des Objekts bestimmen.The basic principle of phase measurement is schematically in 2 shown. The upper curve shows the time course of the modulation signal M 0 with the lighting 12 and the light transit time sensor 22 be controlled. The object 40 reflected light hits as received signal S p2 according to its light-time t L phase Δφ (t L ) on the light transit time sensor 22 , The light transit time sensor 22 collects the photonically generated charges q over a plurality of modulation periods in the phase position of the modulation signal Mo in a first accumulation gate ga and in a phase angle shifted by 180 ° M 0 + 180 ° in a second accumulation gate gb , From the ratio of the first and second gate ga . gb collected charges qa, qb can be the phase shift Δφ (t L ) and thus a distance d of the object.

3 zeigt einen Querschnitt durch einen Pixel eines Photomischdetektors wie er beispielsweise aus der DE 197 04 496 C2 bekannt ist. Die Modulationsphotogates Gam, G0, Gbm bilden den lichtsensitiven Bereich eines PMD-Pixels. Entsprechend der an den Modulationsgates Gam, G0, Gbm angelegten Spannung werden die photonisch erzeugten Ladungen q entweder zum einen oder zum anderen Akkumulationsgate bzw. Integrationsknoten Ga, Gb gelenkt. Die Integrationsknoten können als Gate oder auch als Diode ausgebildet sein. 3 shows a cross section through a pixel of a photonic mixer as it is for example from the DE 197 04 496 C2 is known. The modulation photogates Gam, G0, Gbm form the light-sensitive area of a PMD pixel. In accordance with the voltage applied to the modulation gates Gam, G0, Gbm, the photonically generated charges q become either one or the other accumulation gate or integration node ga . gb directed. The integration nodes can be designed as a gate or as a diode.

3b zeigt einen Potenzialverlauf, bei dem die Ladungen q in Richtung des ersten Integrationskonten Ga abfliesen, während das Potenzial gemäß 3c die Ladung q in Richtung des zweiten Integrationsknoten Gb fließen lässt. Die Potenziale werden entsprechend der anliegenden Modulationssignale vorgegeben. Je nach Anwendungsfall liegen die Modulationsfrequenzen vorzugsweise in einem Bereich von 1 bis 100 MHz. Bei einer Modulationsfrequenz von beispielsweise 1 MHz ergibt sich eine Periodendauer von einer Mikrosekunde, so dass das Modulationspotenzial dementsprechend alle 500 Nanosekunden wechselt. 3b shows a potential curve in which the charges q in the direction of the first integration accounts ga drain off, while the potential according to 3c the charge q in the direction of the second integration node gb flow. The potentials are specified according to the applied modulation signals. Depending on the application, the modulation frequencies are preferably in a range of 1 to 100 MHz. At a modulation frequency of, for example, 1 MHz results in a period of one microsecond, so that the modulation potential changes accordingly every 500 nanoseconds.

In 3a ist ferner eine Ausleseeinheit 400 dargestellt, die gegebenenfalls bereits Bestandteil eines als CMOS ausgebildeten PMD-Lichtlaufzeitsensors sein kann. Die als Kapazitäten bzw. Dioden ausgebildeten Integrationsknoten Ga, Gb integrieren die photonisch erzeugten Ladungen über eine Vielzahl von Modulationsperioden. In bekannter Weise kann die dann an den Gates Ga, Gb anliegende Spannung beispielsweise über die Ausleseeinheit 400 hochohmig abgegriffen werden. Die Integrationszeiten sind vorzugsweise so zu wählen, dass für die zu erwartende Lichtmenge der Lichtlaufzeitsensor bzw. die Integrationsknoten und/oder die lichtsensitiven Bereiche nicht in Sättigung geraten.In 3a is also a readout unit 400 which, if appropriate, may already be part of a CMOS PMD light transit time sensor. The integration nodes designed as capacitors or diodes ga . gb integrate the photonically generated charges over a plurality of modulation periods. In a known way, the then at the gates ga . gb applied voltage, for example via the readout unit 400 be tapped high impedance. The integration times are preferably to be selected such that the light transit time sensor or the integration nodes and / or the light-sensitive areas do not saturate for the expected amount of light.

4 zeigt beispielhaft ein Lichtlaufzeitpixel 23 mit einem erfindungsgemäßen Implantat 120. Das Lichtlaufzeitpixel 23 ist als Photomischelement mit drei Modulationsgates Gam, G0, Gbm und zwei Separationsgates SGa, SGb aufgebaut. Wie bereits in 3 beschrieben wird durch Anlegen von Modulationsspannungen die erzeugten Ladungsträger in Richtung der Integrationsknoten Ga, Gb zur Akkumulation gelenkt. 4 shows by way of example a light transit time pixel 23 with an implant according to the invention 120 , The light transit time pixel 23 is constructed as a photonic mixing element with three modulation gates Gam, G0, Gbm and two separation gates SGa, SGb. As already in 3 is described by applying modulation voltages, the charge carriers generated in the direction of the integration node ga . gb directed to accumulation.

Im Volumen des Halbleitersubstrats 100, 110 ist unterhalb der Modulationsgates Gam, G0, Gbm ein Implantat 120 angeordnet. Das Implantat weist bevorzugt eine n-Dotierung auf.In the volume of the semiconductor substrate 100 . 110 is below the modulation gates Gam, G0, Gbm an implant 120 arranged. The implant preferably has an n-doping.

Der Abstand zu den Modulationsgates, die Größe, Dotierung und/oder Strukturierung des Implantats sind bevorzugt so eingestellt, dass sich ein guter Felddurchgriff bzw. ein optimaler Potentialverlauf im Detektor einstellt und insbesondere der Demodulationskontrast erhöht wird.The distance to the modulation gates, the size, doping and / or structuring of the implant are preferably adjusted so that a good field penetration or an optimal potential profile is established in the detector and in particular the demodulation contrast is increased.

In einer typischen Ausgestaltung ist das Lichtlaufzeitpixel 23 in und auf einer epitaktisch gewachsenen Schicht 110 auf einem Wafersubstrat 100 aufgebaut.In a typical embodiment, the light transit time pixel is 23 in and on an epitaxially grown layer 110 on a wafer substrate 100 built up.

Das Implant ist als so genanntes Field Extension Implant (FE- Implant, FEI) bzw. Feld-Erweiterungs Implantat ausgebildet und bewirkt eine räumliche Erweiterung des elektrischen Feldes in das epitaktische Gebiet bzw. optimiert den Verlauf des elektrischen Potentials im Mischerbereich.The implant is designed as a so-called field extension implant (FE implant, FEI) or field extension implant and causes a spatial extension of the electric field in the epitaxial area or optimized the course of the electrical potential in the mixer area.

Das Field Extension Implant (FEI) wird mittig in den Mischerbereich eingebracht, vorzugsweise direkt unter den Modulationsgates Gam, G0, Gbm. Die Dotierhöhe und Tiefe des FEI richtet sich nach der Dotierung der Epitaxie und der Höhe der Modulationsspannung an den Modulationsgates und sollte entsprechend optimiert und eingestellt werden.The field extension implant (FEI) is placed centrally in the mixer region, preferably directly below the modulation gates Gam, G0, Gbm. The doping depth and depth of the FEI depends on the doping of the epitaxy and the amount of modulation voltage at the modulation gates and should be optimized accordingly and be adjusted.

Im spannungslosen Zustand ergibt sich im Bereich des FE- Implants ein gegenüber dem übrigen Bulkmaterial höheres Potential. Wird die PMD-Struktur durch Anlegen der Resetspannung an den Auslesedioden und aller anderen zum Betrieb notwendigen Spannungen verarmt, so überlagert sich das Potential des FE- Implants zum induzierten Potential der Modulationsgates. Dadurch kommt es zu einer Erhöhung des Felddurchgriffs in die Tiefe sowie zu einer optimierten Verteilung des elektrischen Potentials im Mischerbereich, d.h. im Bereich der Modulationsgates. Dies hat zur Folge, daß der Ladungsträgertransport aus der Tiefe optimiert wird, was schlussendlich zu einer Erhöhung des Demodulationskontrastes, insbesondere bei hohen Modulationsfrequenzen, führt.In the de-energized state, in the area of the FE implant, the potential is higher than that of the other bulk material. If the PMD structure is depleted by applying the reset voltage to the readout diodes and all other voltages necessary for operation, the potential of the FE implant is superimposed on the induced potential of the modulation gates. This results in an increase of the field penetration into the depth as well as an optimized distribution of the electrical potential in the mixer area, i. in the area of the modulation gates. This has the consequence that the charge carrier transport is optimized from the depth, which ultimately leads to an increase in the Demodulationskontrastes, especially at high modulation frequencies.

Die Potentialverläufe im verarmten Zustand zeigen eine deutlich verbesserte Felddurchdringung bei Nutzung des FE- Implants im Vergleich zur einer Referenzstruktur ohne Implantat. Der Modulationskontrast kann hierduch deutlich gesteigert werden.The potential courses in the depleted state show a significantly improved field penetration when using the FE implant compared to a reference structure without an implant. The modulation contrast can be significantly increased hereby.

5 zeigt ein mögliches Dotierungsprofil eines Implantats gemäß 4. Im zentralen Bereich wäre eine hohe Dotierung zu bevorzugen, die dann beispielsweise treppenförmig zu den Seiten in Richtung der Integrationsknoten Ga, Gb reduziert werden kann. Ebenso könnte auch in der Tiefe die Dotierung profiliert werden, wobei in Richtung der Modulationsgates die Dotierung vorzugsweise ansteigt. 5 shows a possible doping profile of an implant according to 4 , In the central area, a high doping would be preferable, which then, for example, staircase-shaped to the sides in the direction of the integration node ga . gb can be reduced. Likewise, the doping could also be profiled in the depth, the doping preferably increasing in the direction of the modulation gates.

6 zeigt eine weitere Variante, bei der das Implantat 120 im zentralen Bereich eine größere Tiefe aufweist. 6 shows a further variant in which the implant 120 has a greater depth in the central area.

In 7 sind zwei übereinanderliegende Implantate 120, 125 vorgesehen. Die Implantante 120, 125 können zudem unterschiedlich hoch dotiert sein.In 7 are two superimposed implants 120 . 125 intended. The implant 120 . 125 can also be doped differently high.

8 und 9 zeigen Varianten bei denen das untere Implantant 125 größer oder kleiner als das obere Implantat ausgebildet ist. 8th and 9 show variants where the lower implant 125 greater or smaller than the upper implant is formed.

10 zeigt eine Variante eines Lichtlaufzeitpixels 23 mit nur zwei Modulationsgates Ga, Gbm wobei zudem auf weitere Gates insbesondere Separationsgates verzichtet wurde. Das Implantat 120 ist hier mittig zwischen den Modulationsgates Ga, Gbm angeordnet. 10 shows a variant of a light transit time pixel 23 with only two modulation gates Ga , Gbm in addition to other gates in particular separation gates has been omitted. The implant 120 is here in the middle between the modulation gates ga , Gbm arranged.

11 zeigt eine Anordnung mit nebeneinander angeordneten Implants 120a, 125, 120b, die in Dotierung, Tiefe und laterale Ausdehnung (quer, oder in die Bildebene hinein) unterschiedlich ausgeführt werden können. Z.B. könnte das bzw. die äußeren Implantate 120a, 120b flächig ausgeführt sein, wobei das innere Implant 125 (mit einer höheren Dotierung) als Insel in die Mitte gesetzt wird. 11 shows an arrangement with juxtaposed implants 120a . 125 . 120b , which can be performed differently in doping, depth and lateral extent (across, or in the image plane). For example, the or the outer implants 120a . 120b be executed flat, wherein the inner implant 125 (with a higher doping) is placed as an island in the middle.

Selbstverständlich das erfindungsgemäße Vorgehen nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele eingeschränkt, sondern kann auch in Kombinationen, Ergänzungen und weiteren Varianten realisiert werden. Insbesondere ist die Ausbildung nicht auf n-Halbleiter eingeschränkt, sondern kann auch in p-Halbleitern realisiert werden. Bei einer Realisierung in einem p-Halbleiter ist das Feld-Erweitungs Implantat vorzugsweise auch als n-Implantat ausgebildet.Of course, the inventive method is not limited to the embodiments shown, but can also be implemented in combinations, additions and other variants. In particular, the design is not limited to n-type semiconductors, but can also be realized in p-type semiconductors. In a realization in a p-type semiconductor, the field extension implant is preferably also designed as an n-implant.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
LichtlaufzeitkamerasystemTime of flight camera system
1010
Beleuchtungsmodullighting module
1212
Beleuchtunglighting
2020
Empfänger, LichtlaufzeitkameraReceiver, light time camera
2222
LichtlaufzeitsensorTransit Time Sensor
2323
LichtlaufzeitpixelTransit Time pixels
2727
Auswerteeinheitevaluation
3030
Modulatormodulator
3535
Phasenschieber, BeleuchtungsphasenschieberPhase shifter, lighting phase shifter
3838
ModulationssteuergerätModulation controller
4040
Objektobject
400400
Auswerteeinheitevaluation
φ, Δφ(tL)φ, Δφ (t L )
laufzeitbedingte Phasenverschiebungterm-related phase shift
φvar φ var
Phasenlagephasing
φ0 φ 0
Basisphasebase phase
M0 M 0
Modulationssignalmodulation signal
p1p1
erste Phasefirst phase
p2p2
zweite Phasesecond phase
Sp1Sp1
Sendesignal mit erster PhaseTransmission signal with first phase
Sp2sp2
Empfangssignal mit zweiter PhaseReceived signal with second phase
Ga, GbGa, Gb
Integrationsknotenintegration node
Ua, UbUa, Ub
Spannungen an den IntegrationsknotenVoltages at the integration node
ΔU.DELTA.U
Spannungsdifferenzvoltage difference
Δq.DELTA.Q
Ladungsdifferenzcharge difference
dd
Objektdistanzsubject Distance

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 19704496 C2 [0002, 0024]DE 19704496 C2 [0002, 0024]
  • DE 19704496 A1 [0003, 0016]DE 19704496 A1 [0003, 0016]

Claims (5)

Lichtlaufzeitpixel (23) für einen Lichtlaufzeitsensor (22), das mindestens zwei lichtdurchlässigen Modulationsgates (Gam, Gbm) und zwei Integrationsknoten (Ga, Gb) aufweist, die auf einem Halbleitersubstrat (100, 110) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Halbleitersubstrats (100, 110) und unterhalb der Modulationsgates (Gam, Gbm) ein Feld-Erweiterungs-Implantat (120) angeordnet ist.A light transit time pixel (23) for a light transit time sensor (22) comprising at least two translucent modulation gates (Gam, Gbm) and two integration nodes (Ga, Gb) disposed on a semiconductor substrate (100, 110), characterized in that inside the semiconductor substrate (100, 110) and below the modulation gates (Gam, Gbm) a field extension implant (120) is arranged. Lichtlaufzeitpixel (23) nach Anspruch1, bei dem das Feld-Erweiterungs-Implantat (120) mittig unterhalb der Modulationsgates (Gam, G0, Gbm) angeordnet ist.The light transit time pixel (23) of claim 1, wherein the field extension implant (120) is located centrally below the modulation gates (Gam, G0, Gbm). Lichtlaufzeitpixel (23) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Abstand zu den Modulationsgates (Gam, Gbm), die Größe und/oder die Dotierung des Feld-Erweiterungs-Implantats (120) derart ausgebildet ist, dass ein Demodulationskontrast erhöht wird.The light transit time pixel (23) according to any one of the preceding claims, wherein the distance to the modulation gates (Gam, Gbm), the size and / or the doping of the field extension implant (120) is designed such that a Demodulationskontrast is increased. Lichtlaufzeitpixel (23) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Lichtlaufzeitpixel (23) zwei oder mehrere Feld-Erweiterungs-Implantate (120, 125) aufweist.The light transit time pixel (23) of any of the preceding claims, wherein the light transit time pixel (23) comprises two or more field extension implants (120, 125). Lichtlaufzeitpixel (23) nach Anspruch 4, bei dem die Feld-Erweiterungs-Implantate (120, 125) sich in ihrer Dotierung, Größe und/oder Fläche unterscheiden.Light runtime pixel (23) after Claim 4 in which the field extension implants (120, 125) differ in their doping, size and / or area.
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