DE112017000381T5

DE112017000381T5 - Eine Detektorvorrichtung mit Majoritätsstrom und Isolationsmittel

Info

Publication number: DE112017000381T5
Application number: DE112017000381.4T
Authority: DE
Inventors: Korina Fotopoulou; Ward Van Der Tempel; Daniel Van Nieuwenhove
Original assignee: Sony Depthsensing Solutions NV SA
Current assignee: Sony Depthsensing Solutions NV SA
Priority date: 2016-01-15
Filing date: 2017-01-12
Publication date: 2018-11-29
Also published as: US20190019821A1; CN108701702A; CN108701702B; WO2017121785A1; KR20200085911A; BE1024783A1; US10896925B2; EP3193369A1; KR102131690B1; KR20180103124A; US20200321368A1; US10720461B2; KR102311615B1; EP3193369B1; BE1024783B1

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Detektorvorrichtung (300), die durch einen Majoritätsstrom (104, 105) unterstützt wird und die Folgendes umfasst: eine Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps (106), wenigstens zwei Steuergebiete des ersten Leitfähigkeitstyps (100, 115), wenigstens ein Detektionsgebiet eines zweiten Leitfähigkeitstyps (101, 116), entgegengesetzt zu dem ersten Leitfähigkeitstyp, und eine Quelle (110) zum Erzeugen eines Majoritätsladungsträgerstroms (104), der mit einem elektrischen Feld assoziiert ist, wobei sie ferner Isolationsmittel (103), die in der Halbleiterschicht gebildet sind und sich zwischen den zwei Steuergebieten befinden, zum Ablenken des ersten Majoritätsladungsträgerstroms, der durch die erste Quelle zwischen den zwei Steuergebieten erzeugt wird, und dementsprechend zum Erhöhen der Länge des ersten Majoritätsstrompfades, Reduzieren der Amplitude des ersten Majoritätsladungsträgerstroms und daher Reduzieren des Leistungsverbrauchs der Detektorvorrichtung umfasst.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Detektorvorrichtung, die durch einen Majoritätsstrom zum Detektieren elektromagnetischer Strahlung unterstützt wird, die auf eine Halbleiterschicht auftrifft, wobei ein Majoritätsladungsträgerstrom zwischen zwei Steuergebieten erzeugt wird und wobei fotoerzeugte Minoritätsladungsträger unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes, das zwischen den Steuergebieten erzeugt wird, zu einem Detektionsgebiet hin geleitet werden.
Die Erfindung kann in Bildwandlern, insbesondere Laufzeit-Bildwandlern verwendet werden.
Hintergrund der Erfindung
Heutzutage implementieren immer mehr Detektionsvorrichtungen TOF-Technologien (TOF: Time of Flight - Laufzeit) zum Erhalten von Tiefeninformationen. Ein grundlegendes Laufzeit(TOF)-Kamerasystem 3 ist in 1 veranschaulicht. TOF-Kamerasysteme erfassen 3D-Bilder einer Szene 15 durch Analysieren der Laufzeit von Licht von einer Lichtquelle 18 zu einem Objekt. Das TOF-Kamerasystem 3 beinhaltet eine Kamera mit einer dedizierten Beleuchtungseinheit 18 und einem Datenverarbeitungsmittel 4.
Das Betriebsprinzip eines TOF-Kamerasystems besteht darin, die Szene 15 aktiv mit einem modulierten Licht 16 bei einer vorbestimmten Wellenlänge unter Verwendung der dedizierten Beleuchtungseinheit zu beleuchten, beispielsweise mit einigen Lichtpulsen mit wenigstens einer vorbestimmten Frequenz. Das modulierte Licht wird von Objekten innerhalb der Szene zurückreflektiert. Eine Linse 2 sammelt das reflektierte Licht 17 und bildet ein Bild der Objekte auf einem Bildgebungssensor 1 der Kamera. In Abhängigkeit von dem Abstand der Objekte zu der Kamera tritt eine Verzögerung zwischen der Emission des modulierten Lichts, z. B. des sogenannten Lichtpulses, und dem Empfang dieser Lichtpulse bei der Kamera auf. Ein Abstand zwischen reflektierenden Objekten und der Kamera kann als Funktion der beobachteten Zeitverzögerung und dem konstanten Wert der Lichtgeschwindigkeit bestimmt werden. Bei einer anderen komplexeren und zuverlässigeren Ausführungsform können mehrere Phasenunterschiede zwischen den emittierten Referenzlichtpulsen und den erfassten Lichtpulsen durch eine Korrelationsmessung bestimmt und zum Schätzen von Tiefeninformationen verwendet werden.
Die Bestimmung der Phasenunterschiede kann insbesondere durch stromunterstützte photonische Demodulatoren (CAPDs: Current-Assisted Photonic Demodulators) ausgeführt werden. Das Prinzip von CAPDs ist in EP1513202 erklärt und durch 2A-C veranschaulicht. Es basiert auf Demodulationsknoten, den sogenannten „Taps“. Der in 2A-C repräsentierte CAPD umfasst zwei Taps. Jedes der Taps besteht aus einem Steuergebiet 61, 62 und einem Detektionsgebiet 63, 64. Durch Steuern eines Potentials, das zwischen den Steuergebieten 61 und 62 angelegt wird, ist es möglich, die Detektivität des assoziierten Taps zu steuern. Wenn ein Photon auf den fotoempfindlichen Bereich eines Pixels auftrifft, kann ein Elektron-Loch- bzw. e^-/h⁺-Paar bei einer gewissen Position erzeugt werden. Das Elektron-Loch-Paar wird durch ein elektrisches Feld getrennt, das vorhanden ist und das mit dem fließenden Majoritätsstrom assoziiert ist. Dieses elektrische Feld wird bewirken, dass die fotoerzeugten Minoritätsladungsträger 66, 69 in der entgegengesetzten Richtung zu dem fließenden Majoritätsstrom driften, d. h. jeweils zu den Detektionsgebieten 63, 64.
Wenn ein Pixel einige Taps umfasst und wenn ein positives Potential an ein Tap mit Bezug auf die anderen Taps angelegt wird, wird dieses Tap aktiviert und wird es den Hauptteil des fotoerzeugten Minoritätsstroms in dem Pixel empfangen, wie in 2B und C veranschaulicht ist. Durch Anlegen geeigneter Treibersignale an die Steuergebiete können Korrelationsmessungen durchgeführt werden und kann die Tiefenwahrnehmung erhalten werden.
CAPDs nach dem Stand der Technik leiden unter einigen Nachteilen, die zu überwinden sind. Eine erste Herausforderung in CAPDs besteht darin, die Größe der Pixel zu reduzieren, während ein Nebensprechphänomen, d. h. eine parasitäre Ladungsänderung zwischen benachbarten Pixeln, vermieden wird. Dieses Nebensprechen kann tatsächlich einen Verlust an Bildqualität verursachen.
Eine andere Herausforderung in CAPDs besteht darin, ein Feld zwischen den Steuergebieten zu erzeugen, das so hoch wie möglich ist, um eine hohe Detektivität und einen hohen Demodulationskontrast zu erzielen. Diese Anforderung schließt einen hohen Leistungsverbrauch ein; dies ist einer der Hauptnachteile von CAPDs. Der Leistungsverbrauch P in einem CAPD folgt der folgenden Gleichung, wobei R und ΔV der Widerstand bzw. die Potentialdifferenz zwischen den Steuergebieten sind: $P = R {(\frac{Δ V}{R})}^{2} = \frac{Δ V^{2}}{R}$
Der Leistungsverbrauch P kann beispielsweise durch Erhöhen des Abstands zwischen den Steuergebieten reduziert werden, um den Widerstand zwischen ihnen zu erhöhen. Trotzdem leidet diese Lösung unter dem Nachteil einer negativen Beeinflussung der Größe der Vorrichtung.
Eine andere Herausforderung in CAPD-Vorrichtungen besteht darin, die Daten-Binning-Verfahren zum Erhalten von zuverlässigeren Daten zu verbessern. Tatsächlich wird bei einem regulären Binning jedes Pixel typischerweise gelesen und werden die Informationen dann anschließend hinzugefügt. Dies erfordert mehr Zeit für die höhere Auslesezahl und fügt einige Male zusätzliches Ausleserauschen hinzu.
Eine Lösung muss weiterhin vorgeschlagen werden, um den Leistungsverbrauch von CAPDs zu verringern, während die Größe der Pixel reduziert wird, ein Nebensprechphänomen zwischen den Pixeln vermieden wird und ein verbessertes Daten-Binning ermöglicht wird.
Kurzdarstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Detektorvorrichtung, die durch einen Majoritätsstrom nach Anspruch 1 unterstützt wird.
Die Isolationsmittel der gegenwärtigen Detektorvorrichtung sind zum Ablenken des ersten Majoritätsladungsträgerstroms, der durch die erste Quelle zwischen den Steuergebieten erzeugt wird, und dementsprechend zum Erhöhen der Länge des ersten Majoritätsstrompfades, Reduzieren der Amplitude des ersten Majoritätsladungsträgerstroms und daher Reduzieren des Leistungsverbrauchs der Detektorvorrichtung in der Halbleiterschicht gebildet und befinden sich zwischen zwei Steuergebieten.
Bevorzugt umfassen die Isolationsmittel der Detektorvorrichtung wenigstens ein Grabenisolationsgebiet. Die Tatsache des Implementierens der Grabenisolationsgebiete zwischen Pixeln ist in der Technik von Standard-RGB-Detektoren und CMOS-Bildsensoren zum Verringern des Nebensprechphänomens bekannt. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass die Isolationsgräben der vorliegenden Erfindung zum Reduzieren des Leistungsverbrauchs der Detektorvorrichtung durch Erhöhen der Länge des Strompfades implementiert sind, ohne den Abstand zwischen ihnen zu erhöhen. Die Funktion der Gräben in den klassischen RGB-Detektoren ist komplett unterschiedlich. Es wäre für einen Fachmann komplett absurd, in einem RGB-Detektor die Länge des Strompfades erhöhen zu wollen, weil ein RGB-Detektor nicht durch einen Majoritätsladungsträgerstrom unterstützt wird. Daher gab es keinen Grund, in einem CAPD zu duplizieren, was in einem RGB-Detektor implementiert wurde.
Die Anwesenheit eines Isolationsgrabengebiets zwischen den Taps bietet wirklich den Vorteil, dass die Amplitude des Majoritätsladungsträgerstroms reduziert wird. In der Abwesenheit dieser Isolationsgrabenbarrieren würden große Ströme zwischen angrenzenden Pixeln zu fließen beginnen, wodurch viel Leistung verbraucht wird, während dies für den Betrieb der Vorrichtung größtenteils redundant ist. Dank den Isolationsgrabengebieten werden die durch die Quelle induzierten Majoritätsladungsträgerströme gezwungen, um diese Isolationsbarrieren herumzufließen. Der Abstand zwischen angrenzenden Steuergebieten wird dementsprechend künstlich erhöht und der Leistungsverbrauch der Vorrichtung wird dementsprechend verringert. Der Strompfad, der in Implementierungen nach dem Stand der Technik gerade zwischen den Steuergebieten der Taps war, wird nun durch Hinzufügen der vertikalen Barrieren verlängert. Durch Hinzufügen dieser Barrieren können die Taps nun enger gepackt sein und können sich die Pixel näher beieinander befinden.
Mit anderen Worten sollte man zum Betreiben der Detektorvorrichtung der vorliegenden Erfindung die Erzeugung eines Majoritätsladungsträgerstroms zwischen zwei Steuergebieten mit einer Ablenkung des Majoritätsladungsträgerstroms durch Erhöhen der Länge seines Pfades, Reduzieren seiner Amplitude und daher Reduzieren des Leistungsverbrauchs der Detektorvorrichtung bereitstellen. Der Schritt des Ablenkens des Majoritätsladungsträgerstroms kann durch Bilden von Isolationsmitteln, bevorzugt von Grabenisolationsgebieten, in der Halbleiterschicht zwischen zwei Steuergebieten erzielt werden.
Vorteilhaft wird die Dicke der Halbleiterschicht für eine Rückseitenbeleuchtung angepasst und werden das Detektionsgebiet, die Steuergebiete und die Isolationsmittel auf der Vorderseite der Halbleiterschicht gebildet. Diese BSI-Konfiguration (BSI: Back Side Illumination - Rückseitenbeleuchtung), die Isolationsmittel zwischen den Taps umfasst, ermöglicht es, den Leistungsverbrauch des Detektors zu verringern, während die Größe der Pixel reduziert wird und ein Nebensprechphänomen zwischen den Taps vermieden wird.
Die Detektorvorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst vorteilhafterweise eine zweite Quelle zum Erzeugen wenigstens eines zweiten Majoritätsladungsträgerstroms in der Halbleiterschicht zwischen wenigstens einem Steuergebiet, das in der Vorderseite der Halbleiterschicht gebildet ist, und der Rückseite der Halbleiterschicht, wobei der zweite Majoritätsladungsträgerstrom mit einem jeweiligen zweiten elektrischen Feld assoziiert ist, wobei die erzeugten Minoritätsladungsträger unter dem Einfluss des zweiten elektrischen Feldes, das jeweils mit dem wenigstens einen zweiten Majoritätsladungsträgerstrom assoziiert ist, zu der Vorderseite der Halbleiterschicht hin gelenkt werden. Dank dieser Ausführungsform werden die Minoritätsladungsträger, die nahe der Rückseite der Halbleitervorrichtung erzeugt werden, einfacher durch die Detektionsgebiete des Detektors gesammelt.
Bevorzugter umfasst die Detektorvorrichtung der vorliegenden Erfindung ferner mehrere angrenzende Taps, die jeweils mit mehreren Isolationsmitteln, die sich dazwischen befinden, zum Ablenken mehrerer assoziierter erster Majoritätsladungssträgerströme assoziiert sind, wobei jedes Tap wenigstens ein Detektionsgebiet und wenigstens ein Steuergebiet umfasst, und eine Steuerschaltungsanordnung, die zum Steuern der ersten Quelle und zum getrennten Steuern von wenigstens einem der abgelenkten ersten Majoritätsladungsträgerströmen eingerichtet ist.
Die Steuerschaltungsanordnung ist vorteilhaft dazu eingerichtet, zwei angrenzende Taps in einen Nichterfassungszustand zu setzen, indem ein assoziierter erster Majoritätsladungsträgerstrom reduziert oder beseitigt wird, um eine Umlenkung der erzeugten Minoritätsladungsträger zu dem nächsten erfassenden Detektionsgebiet zu ermöglichen.
Dank dieser einzelnen und getrennten Steuerung wird ein größeres Pixel künstlich erzeugt und wird eine operative Pixelstruktur zu einer größeren Betriebszone vergrößert, ähnlich dem, was passieren würde, falls die Daten der Pixel während einer Nachverarbeitung zusammen gebinnt würden. Diese einzelne und getrennte Steuerung bietet den Vorteil, dass lediglich ein Auslesen für das künstlich größere Pixel erfordert wird. Bei einem regulären Binning wird jedes Pixel typischerweise gelesen und werden die Informationen dann anschließend hinzugefügt. Dies erfordert mehr Zeit für die höhere Auslesezahl und fügt einige Male das Ausleserauschen hinzu. Diese zwei Punkte werden in dem vorgeschlagenen Ansatz verbessert. Die einzelne und getrennte Steuerung ist Dank der Isolationsmittel zwischen den Taps verbessert, da sie eine sehr zuverlässige Isolation selbst zwischen sehr kleinen Bereichspixeln bereitstellen.
Die Grabenisolationsgebiete der Detektorvorrichtung der vorliegenden Erfindung sind bevorzugt mit einem Potential vorgespannt, um eine Kanalbildung auf der Ätzoberfläche zu vermeiden. Bevorzugter kann der Graben mit einem Isolator bedeckt und mit entweder mit einem leitfähigen oder Halbleitermaterial gefüllt sein.
Vorteilhafter ist ein weiteres Grabenisolationsgebiet auf der Rückseite der Halbleiterschicht gebildet, um zu verhindern, dass tiefer penetrierende Lichtstrahlen in angrenzende Pixelgebiete eindringen.
Die erste Quelle kann zum Bereitstellen einer DC-Spannung eingerichtet sein, die zu nur vertikalen Feldern führt.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung ist angesichts der folgenden Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen besser zu verstehen.

1 veranschaulicht das grundlegende Betriebsprinzip eines TOF-Systems;
2A zeigt eine Draufsicht einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik,
2B und 2C zeigen einen Querschnitt der Vorrichtung aus 2A mit zwei unterschiedlichen Stromzuständen;
3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Detektorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Detektorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 zeigt eine mögliche Familie von Signalen, die durch die erste Quelle aus 3 zu verwenden sind.
6 bis 9 zeigen unterschiedliche Phasenkonfigurationen von Pixeln in der Detektorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
10 zeigt eine andere Ausführungsform der Detektorvorrichtung der Erfindung;
11 zeigt eine erklärende Ausführungsform der Detektorvorrichtung, die optische Filter umfasst, gemäß der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf eine/ein p-Typ-Epitaxieschicht und -Substrat beschrieben, aber die vorliegende Offenbarung beinhaltet eine komplementäre Vorrichtung innerhalb ihres Schutzumfangs, wobei p- und n-Gebiete zu n- bzw. p-Gebieten werden. Ein Fachmann kann eine solche Modifikationen vornehmen, ohne von der Idee der Erfindung abzuweichen.
Es versteht sich ebenfalls, dass die Begriffe n, p, n⁺, p⁺ und p^-, n-Wanne, p-Wanne, tiefe n-Wanne und tiefe p-Wanne einem Fachmann wohlbekannt sind. Die Begriffe n, p, n⁺, p⁺ und p^- verweisen auf Bereiche von Dotierungsniveaus in Halbleitermaterialien, die einem Fachmann wohlbekannt sind.
Die Begriffe n und p verweisen auf n-dotierte und p-dotierte Gebiete, üblicherweise arsen- bzw. bordotierte Gebiete. n⁺, p⁺ verweisen auf stark dotierte flache Kontaktgebiete für NWANNE bzw. PWANNE. p^- verweist auf ein schwach dotiertes p-Typ-Gebiet, wie etwa eine PWANNE.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Ausführungsformen hinsichtlich sowohl FSI(Front Side Illumination - Vorderseitenbeleuchtungs)-als auch BSI(Rückseitenbeleuchtungs)-Vorrichtungen. Vorderseitenbeleuchtungs- und Rückseitenbeleuchtungsvorrichtungen sind definiert, indem auf die Position der Schaltungsanordnung auf dem Chip im Vergleich zu dem auftreffenden Licht Bezug genommen wird. Mit FSI ist eine Vorrichtung gemeint, bei der das Licht auf der gleichen Seite wie die Schaltungsanordnung auftrifft. Mit FSI fällt Licht auf die vordere Seite der Schaltungsanordnung und geht durch die Ausleseschaltungsanordnung und Zwischenverbindungen hindurch, bevor es in dem Fotodetektor gesammelt wird. Im Gegensatz dazu ist mit BSI eine Vorrichtung gemeint, bei der Licht auf die andere Seite auftrifft, bei der sich die Schaltungsanordnung nicht befindet, d. h. in der Rückseite. Die Hauptidee hinter der Tatsache des Verwendens einer BSI-Struktur ist, dass kein Licht verloren geht, während es durch die Schaltungsanordnung hindurchgeht.
3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Detektorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Es versteht sich, dass die in 3 veranschaulichte beispielhafte Detektorvorrichtung weitere Elemente umfassen kann. In der Realität können viele weitere Merkmale vorhanden sein, wie etwa Übergänge, Diffusionsschichten, Foto-Gates usw. In 3 ist lediglich das Minimum an Elementen dargestellt und beschrieben, um zum angemessenen Erklären und Offenbaren der Merkmale dieser Erfindung gegenüber dem Stand der Technik in der Lage zu sein.
Die Detektorvorrichtung 300 der vorliegenden Offenbarung wird durch einen Majoritätsstrom zum Detektieren einer elektromagnetischen Strahlung unterstützt. Die Strahlung kann eine beliebige Art von Strahlung sein, ist aber bevorzugt Licht in dem sichtbaren Bereich oder eine Infrarotstrahlung.
Die Detektorvorrichtung 300 umfasst eine Halbleiterschicht 106, auf die eine elektromagnetische Strahlung zum Erzeugen von Paaren von Majoritäts- und Minoritätsladungsträgern 121 darin auftreffen kann. Die Halbleiterschicht 106 ist mit einem Dotierungsstoff eines ersten Leitfähigkeitstyps, einem p-Dotierungsstoff bei dem Beispiel aus 3, dotiert. Die Halbleiterschicht 106 ist bevorzugt p^--dotiert.
Die Detektorvorrichtung 300 umfasst ferner wenigstens zwei Steuergebiete 100, 115, die in der Halbleiterschicht 106 gebildet sind. Die Steuergebiete 100, 115 sind bei dem Ausführungsbeispiel p-dotiert. Die Steuergebiete können ein p⁺-Diffusionsgebiet 100 und eine p-Wanne 115 beinhalten, sodass das p⁺-Diffusionsgebiet 100 und die p-Wanne 115 zusammen das Steuergebiet bilden.
Eine erste Quelle V_mix ist zum Erzeugen wenigstens eines ersten Majoritätsladungsträgerstroms 104 in der Halbleiterschicht 106 zwischen Paaren von Steuergebieten bereitgestellt, wobei die ersten Majoritätsladungsträgerströme 104 mit einem jeweiligen elektrischen Feld assoziiert sind. Diese Quelle V_mix kann eine AC-Spannungsquelle oder eine DC-Spannungsquelle sein, wie später beschrieben wird. Diese Quelle V_mix ist in diesem Dokument als eine Spannungsquelle definiert, könnte aber ebenso als eine Stromquelle implementiert sein. Alle in dem Rest dieses Dokuments besprochenen Spannungsquellen (110, 111) könnten ebenso mit Stromquellen ersetzt werden. Obwohl Spannungsquellen bevorzugt werden, weisen Stromquellen Vorteile mit Bezug auf ihre Ausgangsimpedanz auf und können daher ebenso Vorteile bereitstellen.
Die Detektorvorrichtung umfasst ferner wenigstens ein Detektionsgebiet 101, 116, das in der Halbleiterschicht 106 gebildet ist und mit einem Dotierungsstoff eines zweiten Leitfähigkeitstyps, entgegengesetzt zu dem ersten Leitfähigkeitstyp, d. h. hier einem n-Dotierungsstoff, dotiert ist, zum Bilden eines Übergangs und zum Sammeln von erzeugten Minoritätsladungsträgern. In 3 sind zwei Detektionsgebiete 101, 116 gezeigt, aber die Erfindung ist nicht darauf beschränkt und könnte beispielsweise mit lediglich einem Detektionsgebiet implementiert sein. Die Minoritätsladungsträger werden unter dem Einfluss des ersten elektrischen Feldes, das jeweils mit dem wenigstens einen ersten Majoritätsladungsträgerstrom 104 assoziiert ist, zu dem Detektionsgebiet 101, 116 hin gelenkt. Die Detektionsgebiete können ein n⁺-Diffusionsgebiet 101 und eine n-Wanne 116 beinhalten, sodass das n⁺-Diffusionsgebiet 101 und die n-Wanne 116 zusammen die Detektionsgebiete bilden.
Die Detektionsgebiete und die Steuergebiete sind in Taps assoziiert, wobei ein Tap wenigstens ein Detektionsgebiet und wenigstens ein Steuergebiet umfasst. In dieser Offenbarung nehmen wir an, dass jedes Pixel 125 der Detektorvorrichtung 300 ein Tap umfasst. In der Praxis kann das Pixel 125 mehr als ein Tap (z. B. 2-Tap, 4-Tap, ...) umfassen. Ein Pixel umfasst sämtliche Elemente, die durch die gestrichelte Linie 125 in 3 eingekreist sind.
Die Detektorvorrichtung 300 umfasst ferner Isolationsmittel 103, die in der Halbleiterschicht 106 gebildet sind und sich zwischen den zwei Steuergebieten befinden, zum Ablenken des ersten Majoritätsladungsträgerstroms 104, der durch die erste Quelle V_mix zwischen den Steuergebieten erzeugt wird, und dementsprechend zum Erhöhen der Länge des ersten Majoritätsstrompfades, Reduzieren der Amplitude des ersten Majoritätsladungsträgerstroms 104 und daher zum Reduzieren des Leistungsverbrauchs der Detektorvorrichtung 300. Diese Isolationsmittel können wenigstens ein Grabenisolationsgebiet 103 umfassen, das bei verschiedenen Positionen zwischen den Pixeln angeordnet sein kann.
Die Isolationsmittel, z. B. die Isolationsgrabengebiete 103, zwingen die induzierten Ströme, d. h. die durch V_mix 110 induzierten Majoritätsladungsträgerströme 104, um diese Isolationsbarrieren herumzufließen. Der Abstand zwischen den angrenzenden Steuergebieten wird dementsprechend künstlich erhöht und der Leistungsverbrauch der Vorrichtung wird dementsprechend verringert.
Die Isolationsgrabengebiete 103 oder Isolationsbarrieren können auf viele verschiedene Weisen implementiert werden, z. B. durch Ätztechniken, wie etwa Ätzen von tiefen oder flachen Gräben, oder durch Implementieren von Isolationsbarrieren, die vor dem Aufwachsen epitaktischer Schichten aufgebracht werden. Es ist am wichtigsten, dass sie eine elektrische Barriere zwischen angrenzenden Pixeln induzieren.
Diese Barriere 103 kann auf eine Vielzahl von Arten behandelt werden, um Lecken entlang der Barriere in der Form von Oberflächenzuständen und einer leckenden geätzten Oberfläche zu vermeiden. Um dies zu vermeiden, kann der Isolationsgraben 103 zum Beispiel eine tiefe Ätzung mit einem Isolator 1001 zwischen der Siliciumoberfläche der Ätzung sein. Dieser kann zum Beispiel unter anderem Siliciumoxid und zum Beispiel (unter anderem) ein Polysiliciumstopfen 1002 in dem geätzten Graben sein, wodurch es ermöglicht wird, das Potential des Polysiliciumstopfens vorzuspannen, um eine Kanalbildung auf der Ätzoberfläche zu vermeiden, wie in 4 veranschaulicht ist. Die Isolationsmittel, beispielsweise die Grabenisolationsgebiete 103, sind bevorzugt mit einem Potential vorgespannt. Die Grabenisolationsgebiete oder das tiefe Grabenisolationsgebiet können mit einem elektrisch leitfähigen Material oder Halbleitermaterial gefüllt sein, sodass eine Spannung angelegt werden kann.
Wenn diese Isolationsbarrieren, zum Beispiel in der Form einer tiefen Grabenisolation, implementiert werden, muss Vorsicht walten gelassen werden. Die Erzeugung tiefer Gräben schadet typischerweise dem Siliciumsubstrat und erhöht einen Dunkelstrom der Pixel oder Taps. In RGB-Bildsensoren, die eine Grabenisolation verwenden, wird der Graben durch beispielsweise Dotieren der neugebildeten Siliciumoberfläche der Seitenwände und der Unterseite des Grabens mit p-Typ-Implantationsstoffen passiviert. Dies ist jedoch keine sehr gute Option in dem Umfang der vorliegenden Erfindung, da die Isolation den Pfadwiderstand für Majoritätsladungsträger zwischen Taps erhöhen soll, und diesem Effekt entgegengewirkt würde, wenn der Graben dotiert würde, da die Dotierung den Widerstand der Oberfläche des Grabens reduzieren würde.
Andere Passivierungsmittel können jedoch verwendet werden, zum Beispiel könnte der Graben mit einem Isolator, wie etwa einem dünnen Oxid oder einem Nitrid oder einem anderen Isolator, bedeckt werden und dann mit einem leitfähigen oder Halbleitermaterial gefüllt werden, wobei der Graben, der mit dem Isolator bedeckt und mit dem leitfähigen oder Halbleitermaterial gefüllt ist, als ein Gate fungiert, das vorgespannt werden kann. Das Bedecken mit dem Isolator und das Füllen mit einem leitfähigen oder Halbleitermaterial, das vorgespannt werden kann, beeinflusst die Oberflächen des Grabens, da es bewirken kann, dass sie elektrisch inaktiv gemacht werden, indem eine Interaktion von Minoritätsladungsträgern mit der Grabenoberfläche selbst vermieden wird.
Die Detektorvorrichtung 300 der vorliegenden Erfindung kann wenigstens ein weiteres Grabenisolationsgebiet 150 umfassen, das auf der Rückseite der Halbleiterschicht 106 gebildet ist, wie in 4 veranschaulicht ist. Die Funktion dieser weiteren Grabenisolationsgebiete 150 besteht darin, zu verhindern, dass tiefer penetrierende Lichtstrahlen in angrenzende Pixelgebiete eindringen.
Die Grabenisolationsgebiete 103, 150, die in der Vorderseite der Halbleiterschicht oder sowohl in der Vorderseite als auch in der Rückseite der Halbleiterschicht gebildet sind, können tiefe Grabenisolationsgebiete und/oder ultratiefe Grabenisolationsgebiete umfassen.
Bevorzugt wird die Dicke der Halbleiterschicht für eine Rückseitenbeleuchtung (BSI) angepasst und werden das Detektionsgebiet 101, 116, die Steuergebiete 100, 115 und die Isolationsmittel 103 auf der Vorderseite der Halbleiterschicht 106 gebildet.
Bevorzugter wird eine zweite Quelle V_bias 111 innerhalb der Detektorvorrichtung 300 zum Erzeugen eines zweiten Majoritätsladungsträgerstroms 105 in der Halbleiterschicht 106 zwischen der Vorderseite und der Rückseite der Halbleiterschicht 106, beispielsweise zwischen wenigstens einem Steuergebiet 100, 115, das in der Vorderseite der Halbleiterschicht 106 gebildet ist, und der Rückseite der Halbleiterschicht 106, implementiert. Der zweite Majoritätsladungsträgerstrom 105 ist mit einem jeweiligen zweiten elektrischen Feld assoziiert. Die erzeugten Minoritätsladungsträger werden unter dem Einfluss des zweiten elektrischen Feldes, das jeweils mit dem wenigstens einen zweiten Majoritätsladungsträgerstrom 105 assoziiert ist, zu der Vorderseite der Halbleiterschicht 106 hin gelenkt.
Die Rückseite Detektorvorrichtung 300 kann eine Passivierungsschicht 107, die auf der Rückseite der Halbleiterschicht 106 gebildet ist und mit einem Dotierungsstoff des ersten Leitfähigkeitstyps dotiert ist, z. B. eine p⁺-dotierte Schicht 107, beinhalten. Dies hilft dabei, das Feld zu verteilen, das unter Verwendung der Quelle 111 angelegt wird.
Eine andere Option besteht darin, eine schwach dotierte Epitaxie auf einem stark dotierten Substrat aufzuweisen. Dieses Substrat kann dann auch dazu dienen, die Spannung zu verteilen, die unter Verwendung der Quelle 111 angelegt wird, und könnte gedünnt werden, um seine Dicke zu reduzieren.
Die Detektorvorrichtung 300 kann ferner wenigstens ein Kontaktgebiet 108 umfassen, das auf der Rückseite der Halbleiterschicht 106 gebildet ist und mit einem Dotierungsstoff des ersten Leitfähigkeitstyps dotiert ist. Der zweite Majoritätsladungsträgerstrom 105 wird durch die zweite Quelle 111 in der Halbleiterschicht 106 zwischen dem wenigstens einen Steuergebiet 100, 115, das in der Vorderseite der Halbleiterschicht 106 gebildet ist, und dem Kontaktgebiet 108 erzeugt.
Eine andere Art, die Rückseite zu kontaktieren, könnte eine Tiefe-p-Wanne-Struktur auf der Vorderseite sein, die tief genug ist, um die Passivierungsschicht 107 zu verbinden. Daher kann diese p-Wanne von der Vorderseite vorgespannt werden und ermöglicht das Anlegen und Steuern der Stärke des zweiten elektrischen Feldes. Dementsprechend kann die Passivierungsschicht 107 unter Verwendung einer tiefen Wanne kontaktiert werden, die in der Vorderseite der Halbleiterschicht 106 gebildet ist.
Es versteht sich, dass, selbst ohne Implementieren solcher Elemente 107, 108 und 111, der Betrieb der Detektorvorrichtung 300 in einer BSI-Konfiguration möglich ist, da ein eingebautes elektrisches Feld typischerweise vertikal innerhalb der Vorrichtung 300 vorhanden ist. Diese Elemente sind optional zum Verstärken des zweiten elektrischen Feldes implementiert.
Die Spannungsquellen V_mix 110 und V_bias 111 rufen Führungsfelder in der Halbleiterschicht hervor. V_mix wird über angrenzende Pixel, wie gezeigt, angelegt, während V_bias eine Spannung Delta zwischen der Vorderseite und der Rückseite der Halbleiterschicht 106 induziert. Diese Spannungsquellen 110 und 11 induzieren erste Majoritätsladungsträgerströme 104 zwischen den Pixeln bzw. zweite Majoritätsladungsträgerstrom 105 von vorne nach hinten. Im Gegensatz zu dem Stromsinn wird ein elektrisches Feld induziert. Wenn das Licht die Halbleiterschicht 106 von der Rückseite trifft, werden Elektron-Loch-Paare 121 erzeugt. Die Löcher fließen mit dem induzierten Majoritätsstrom zu der Rückseite hin, während das Elektron zu der Vorderseite hin geführt wird. Bei Annäherung an die Vorderseite wird das Elektron zu dem Pixel mit der höchsten vorgespannten p⁺-Diffusion 100 getrieben, wo es in die angrenzende n⁺-Diffusion 101 eintreten wird und in den Pixelausleseschaltkreis 120 zur weiteren Verarbeitung eintreten wird. Dieser Schaltkreis 120 kann ein 3T-, 4T- oder ein anderer Pixelausleseschaltkreis sein. Die Verarbeitungsschaltungsanordnung 120 kann zum Abtasten eines Wertes, der mit der Minoritätsladungsträgerladung in Zusammenhang steht, die durch die Detektionsgebiete gesammelt wird, und zum Verarbeiten des Wertes und Ausgeben von Laufzeitdaten eingerichtet sein.
Die folgende Erfindung ermöglicht auch eine kluge Organisation von Pixelstrukturen und ermöglicht eine Verbesserung von Daten-Binning-Verfahren in TOF-Bildgebern. Binning ist das Zusammenfügen der einzelnen Pixelinformationen, um typischerweise ein Signal-Rausch-Verhältnis der gebinnten Informationen zu verbessern.
5 zeigt eine mögliche Familie von Signalen, die durch die Quelle V_mix 110 aus 3 zu verwenden sind. Obwohl ein beliebiger Bereich von Zeit/Phase-Verzögerungen (in Sekunden oder 0-360°) und Signalformen (sinusförmig, PRBS, Sägezahn, Rechteck, ...) verwendet werden kann, werden wir in dieser Beschreibung Rechteckwellen und Kombinationen von 0°/90°/180°/270°-Phasenverzögerungen verwenden, wobei das 0°-Signal typischerweise für das modulierte Lichtsignal verwendet wird.
6 zeigt ein Schaubild dafür, wie das Pixel in einer Detektorvorrichtung, z. B. einem TOF-Bildgeber, zu organisieren ist, bei der ein Schachbrettmuster verwendet wird, wobei phasenverschobene 0°- und 180°-Signale angelegt werden. Die mit einer 0 markierten Pixel sind mit einem Anschluss der in 3 gezeigten Quelle V_mix 120 verbunden, während mit 180 markierte Pixel mit der anderen Seite verbunden sind. In einem typischen Betrieb werden zwei Messungen vorgenommen: eine mit einer Phasenverzögerung von 0 und 180 Grad und anschließend eine mit einer um 90 und 270 Grad phasenverschobenen Messung.
Für ein Pixel ist die Betriebszone 200 gezeigt, die sich jenseits einer einzelnen Zelle erstreckt. Diese Betriebszone ist für sämtliche Pixel in dem Array ähnlich und liegt in den Feldlinien begründet, die sich bei Annäherung an die empfindliche Oberfläche außerhalb der Pixelgrenzen erstrecken, wie in 3 gezeigt ist.
Daher überlappen sich sämtliche erfassten Informationen und werden nachverarbeitet, um die einzelnen um 0, 90, 180, 270 Grad phasenverschobenen Daten zu berechnen. Dies wird typischerweise unter Verwendung der umgebenden Pixeldaten in Zeit und Raum vorgenommen. Zum Beispiel Vornehmen einer einfachen Interpolation, die Median- oder Durchschnittswerte verwendet, oder durch Auswählen von Datenkombinationen basierend auf zusätzlichen Informationen, wie etwa Gradienten/Kanten oder einer detektierten Bewegung.
In herkömmlichen Farbsensoren existieren ähnliche Konzepte um dies zu erreichen, die Demosaicing genannt werden, wobei dies typischerweise verwendet wird, um Rot-, Grün-, Blaudaten pro Pixel zu erzielen, wie einem Fachmann bekannt ist.
Organisieren eines ToF-Bildgebers auf eine solche Weise ermöglicht es, sämtliches auftreffendes Licht zu verwenden, da es zu allen Zeiten in einem Detektorknoten erfasst wird, während keine hohe Anzahl an Taps in jedem Pixel benötigt wird, was eine größere Pixelstruktur erfordern würde. Diese Konfigurierbarkeit der virtuellen Pixelgröße wird erhalten, indem die elektrischen Felder in dem CAPD reorganisiert werden, wie in dieser Offenbarung erklärt ist.
Es ist auch möglich, einen Bildsensor zu gestalten, der mehrere Detektorvorrichtungen umfasst, wobei der Bildsensor zum Implementieren eines zusätzlichen Demosaicing-Schrittes zum Berechnen einzelner Pixeldaten aus den erhaltenen überlappenden Pixeldaten eingerichtet ist.
Ein weiteres Schaubild ist in 7 gezeigt, bei dem die Daten in Bezug auf 0, 90, 180, 270 Grad parallel erhalten werden, indem die unterschiedlichen phasenverschobenen V_mix-Signale zu unterschiedlichen Pixeln in dem Bildgeber getrieben werden.
Um das Signal-Rausch-Verhältnis zu erhöhen, ist es wichtig, einen flexiblen Mechanismus zum Binning von Pixeldaten zu haben, wodurch ein großes Pixel erzeugt wird. Die Detektorvorrichtung 300 der vorliegenden Offenbarung löst dieses spezielle Problem wie folgt.
Die Detektorvorrichtung 300 der vorliegenden Offenbarung kann mehrere angrenzende Taps umfassen, die jeweils mit mehreren dazwischen befindlichen Isolationsmitteln 103, 1001, 1002 zum Ablenken mehrerer assoziierter erster Majoritätsladungsträgerströme 104 assoziiert sind. Jedes Tap umfasst wenigstens ein Detektionsgebiet und wenigstens ein Steuergebiet. Die Detektorvorrichtung kann auch eine Steuerschaltungsanordnung umfassen, die zum Steuern der ersten Quelle 110 und zum getrennten Steuern von wenigstens einem der abgelenkten ersten Majoritätsladungsträgerströme 104 eingerichtet ist.
Die Steuerschaltungsanordnung kann auch zum temporären Aufheben von wenigstens einem der abgelenkten ersten Majoritätsladungsträgerströme 104 durch angemessenes Treiben der Quelle V_mix 110 eingerichtet sein.
Die Steuerschaltungsanordnung kann auch zum Reduzieren oder Beseitigen einer Beteiligung der assoziierten Taps beim Detektieren der erzeugten Minoritätsladungsträger, wie unten erklärt wird, eingerichtet sein.
Die Steuerschaltungsanordnung kann auch zum Erzielen eines Pixel-Binning eingerichtet sein, wie hier nachfolgend erklärt wird.
In 8 ist ein Schaubild gezeigt, wobei einige Pixel in einen Nichtverbunden-Zustand (=NC: Not Connected) gesetzt sind, wodurch bewirkt wird, dass die Feldlinien die NC-Zellen umgehen und lediglich zu den verbleibenden Betriebszellen gelenkt werden. Das Licht, das auf die Pixel in dem NC-Zustand auftrifft, wird dann über die angrenzenden Pixel verteilt, die mit einem V_mix-Signal verbunden sind. Daher ist die Betriebspixelstruktur auf die Betriebszone 202 vergrößert, ähnlich dem, was passieren würde, wenn Pixel zusammengebinnt würden, aber lediglich ein Pixel ausgelesen werden müsste.
In der Praxis könnte der NC-Zustand nicht verbunden sein, könnte aber auch minimal mit einer schwächeren Spannung oder einer anderen Spannung verbunden sein. Das Ziel dieses Zustands besteht darin, zwei angrenzende Taps in einen Nichterfassungszustand zu setzen, indem ein assoziierter erster Majoritätsladungsträgerstrom modifiziert wird, um eine Umlenkung der erzeugten Minoritätsladungsträger, hier Elektronen, zu dem nächsten erfassenden Detektionsgebiet zu ermöglichen.
Der Nichterfassungszustand der zwei angrenzenden Taps kann erhalten werden, indem ihre Steuergebiete getrennt werden, sodass der assoziierte erste Majoritätsladungsträgerstrom (104) beseitigt wird. Alternativ dazu kann der Nichterfassungszustand von zwei angrenzenden Taps erhalten werden, indem ihre Steuergebiete mit einer vorbestimmten Spannung verbunden werden, sodass der assoziierte erste Majoritätsladungsträgerstrom (104) reduziert wird, wobei die vorbestimmte Spannung niedriger als eine Spannung ist, die in einem Erfassungszustand verwendet wird.
Mit anderen Worten kann das Pixel, anstatt das Pixel in einen NC-Zustand zu setzen, bei dem es nicht beteiligt wäre, in einen Zustand gesetzt werden, bei dem es immer noch beteiligt ist, aber weniger Signal empfängt. Dies kann vorteilhaft sein, um einen dynamischeren Umfang zu erzeugen oder eine Umgebungslichtrobustheit zu ermöglichen.
Alternativ dazu wird, wie in 6 gezeigt, der Nichterfassungszustand von zwei angrenzenden Taps durch Modifizieren der Polarität des Majoritätsladungsträgerstroms zwischen den zwei angrenzenden Taps erhalten.
Um das Konzept weiter zu veranschaulichen, ist in 9 ein noch größeres Pixel mit einer Betriebszone 203 erhalten, indem noch mehr Pixel in den NC-Zustand gesetzt sind. Konkret kann eine beliebige Form oder Struktur von NC- gegenüber verbunden Pixeln vorgenommen werden, bei der das Licht, das oberhalb der NC-Pixelstruktur eintritt, gleichmäßig über die umgebenden verbundenen Pixel verteilt wird.
Diese Binning-Zustände können bei einer Ausführungszeit entschieden werden, indem Pixel in den NC-Zustand konfiguriert werden, während andere betriebsfähig beibehalten werden. Dies ermöglicht einen sehr flexiblen Binning-Ansatz, der in Ausführungszeit konfigurierbar ist.
Die 8 und 9 zeigen 0- und 180-Messungskonfigurationen. Offensichtlich könnten 90- und 270-Grad-Messungen wieder in aufeinanderfolgenden Messungen erhalten werden oder durch Konfigurieren des Pixelschemas derart, dass dies parallel erhalten wird, wie in 7 veranschaulicht ist.
In 10 ist eine andere Ausführungsform der Detektorvorrichtung 300 der vorliegenden Offenbarung repräsentiert. 10 erklärt die praktische Implementierung von TOF-Messungen und Daten-Binning. Ein Selektor 160 ist zum Auswählen einer vorbestimmten Spannung V_mix Dank der ersten Quelle 110, die an die Steuergebiete 115 anzulegen ist, implementiert. Dank dem Selektor 160 können in einem TOF-Betrieb der Vorrichtung einige unterschiedliche Modulationssignale die Gebiete durch die V_mix-Spannungsquellen 110 betreiben, um die notwendigen TOF-Korrelationssignale (z. B. 0°, 90°, 180°, 270°) zu erzielen. Innerhalb jedes Pixels ist der Selektor 160 zum Auswählen des Modulationssignals, das zu dem Führungssteuergebiet getrieben wird, oder zum Auswählen des NC-Knotens implementiert, wodurch der Binning-Vorgang, wie in 8 und 9 präsentiert, ermöglicht wird. Falls ein Speicherelement in jedem Pixel zum Ermöglichen einer Auswahl des Signals pro Pixel vorhanden ist, können willkürliche Binning-Muster implementiert werden.
Wenn eine Beleuchtung spezieller Zonen in einer Ausführungszeit ein/aus-geschaltet werden kann, könnte man ein System bauen, bei dem die Beleuchtung spezieller Zonen in Orchestrierung mit den Sensorzonen, die ein/aus-geschaltet werden, ein/aus-geschaltet wird. Ein Beleuchtungstyp, der dies erzielen konnte, ist ein VCSEL-Array.
Des Weiteren können manche Zonen, bei denen das Licht lediglich detektiert und nicht demoduliert wird, erdacht werden, indem eine DC-Spannung ausgewählt wird (nicht gezeigt). Dies ermöglicht das Erzeugen eines Nicht-TOF-Betriebsmodus, der das Licht in einem kontinuierlichen Modus anzieht.
In 11 ist eine andere Ausführungsform der Detektorvorrichtung der vorliegenden Erfindung gezeigt. Eine RGBZ-Implementierung ist gezeigt, wobei manche optische Filter in Abhängigkeit von der FSI- oder BSI-Konfiguration auf der Vorderseite oder Rückseite der Halbleiterschicht aufgebracht sind, um zum Beispiel lediglich Rot- + IR-Licht (in 11 durch R repräsentiert), Grün- + IR-Licht (in 11 durch G repräsentiert), Blau- + IR-Licht (in 11 durch B repräsentiert), IR-Licht (in 11 durch D repräsentiert) durchzulassen. In einer späteren Phase, oder parallel, ist die erste Quelle 110 zum Bereitstellen einer DC-Spannung eingerichtet. RGB- und IR-Intensitätsdaten können dementsprechend erhalten werden, indem die Vorrichtung in Nicht-TOF durch Anlegen von DC-Spannungen an die erste Quelle 110 V_mix betrieben wird. Es könnte auch vorteilhaft sein, ein reguläres Lesen der RGB-Signale vorzunehmen, die in die Vorderseite eintreten. Dies könnte erhalten werden, indem DC-Spannungen an die erste Quelle 110 V_mix für jedes Pixel angelegt werden, was zu lediglich vertikalen Feldern führt. Dies wird dabei helfen, lediglich eine vertikale Bewegung für die Elektronen zu induzieren und die laterale Position dort zu halten, wo das Elektron-Loch-Paar fotogeneriert wurde. Dies hilft dann dabei, die Elektronen, die unterhalb der unterschiedlichen Filter erzeugt werden, nicht zu vermischen, die auf jeder einzelnen Zelle aufgebracht sein könnten (Rot, Grün, Blau, IR, Rot + IR, Grün + IR, Blau + IR, ...).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1513202 [0005]

Claims

Detektorvorrichtung (300), die durch einen Majoritätsstrom zum Detektieren einer elektromagnetischen Strahlung unterstützt wird und die Folgendes umfasst: - eine Halbleiterschicht (106), auf die eine elektromagnetische Strahlung zum Erzeugen von Paaren von Majoritäts- und Minoritätsladungsträgern (121) auftreffen kann und die mit einem Dotierungsstoff eines ersten Leitfähigkeitstyps dotiert ist; - wenigstens zwei Steuergebiete (100, 115), die in der Halbleiterschicht (106) gebildet sind, die mit einem Dotierungsstoff des ersten Leitfähigkeitstyps dotiert ist; - eine erste Quelle (110) zum Erzeugen wenigstens eines ersten Majoritätsladungsträgerstroms (104) in der Halbleiterschicht (106) zwischen den zwei Steuergebieten (100, 115), wobei der erste Majoritätsladungsträgerstrom (104) mit einem jeweiligen elektrischen Feld assoziiert ist; - wenigstens ein Detektionsgebiet (101, 116), das in der Halbleiterschicht (106) gebildet ist und mit einem Dotierungsstoff eines zweiten Leitfähigkeitstyps, entgegengesetzt zu dem ersten Leitfähigkeitstyp, dotiert ist, zum Bilden eines Übergangs und zum Sammeln von erzeugten Minoritätsladungsträgern, wobei die Minoritätsladungsträger unter dem Einfluss des ersten elektrischen Feldes, das jeweils mit dem wenigstens einen ersten Majoritätsladungsträgerstrom (104) assoziiert ist, zu dem Detektionsgebiet (101, 116) hin gelenkt werden; wobei die Detektorvorrichtung (300) dadurch gekennzeichnet ist, dass: - sie ferner Isolationsmittel (103, 1001, 1002), die in der Halbleiterschicht (106) gebildet sind und sich zwischen den zwei Steuergebieten (100, 115) befinden, zum Ablenken des ersten Majoritätsladungsträgerstroms (104), der durch die erste Quelle (110) zwischen den zwei Steuergebieten (100, 115) erzeugt wird, umfasst.
Detektorvorrichtung (300) nach Anspruch 1, wobei die Isolationsmittel (103, 1001, 1002) wenigstens ein Grabenisolationsgebiet (103, 1001, 1002) umfassen.
Detektorvorrichtung (300) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Dicke der Halbleiterschicht (106) für eine Rückseitenbeleuchtung angepasst ist und wobei das Detektionsgebiet (101, 116), die Steuergebiete (100, 115) und die Isolationsmittel (103; 1001; 1002) auf der Vorderseite der Halbleiterschicht (106) gebildet sind.
Detektorvorrichtung (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die ferner eine zweite Quelle (111) zum Erzeugen wenigstens eines zweiten Majoritätsladungsträgerstroms (105) in der Halbleiterschicht (106) zwischen der Vorderseite der Halbleiterschicht (106) und der Rückseite der Halbleiterschicht (106) umfasst, wobei der zweite Majoritätsladungsträgerstrom (105) mit einem jeweiligen zweiten elektrischen Feld assoziiert ist, wobei die erzeugten Minoritätsladungsträger unter dem Einfluss des zweiten elektrischen Feldes, das jeweils mit dem wenigstens einen zweiten Majoritätsladungsträgerstrom (105) assoziiert ist, zu der Vorderseite der Halbleiterschicht (106) hin gelenkt werden.
Detektorvorrichtung (300) nach Anspruch 4, die ferner eine Passivierungsschicht (107) umfasst, die auf der Rückseite der Halbleiterschicht (106) gebildet ist und mit einem Dotierungsstoff des ersten Leitfähigkeitstyps dotiert ist, wobei die Passivierungsschicht (107) unter Verwendung einer tiefen Wanne kontaktiert ist, die in der Vorderseite der Halbleiterschicht (106) gebildet ist.
Detektorvorrichtung (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner mehrere angrenzende Taps umfasst, die jeweils mit mehreren dazwischen befindlichen Isolationsmitteln (103, 1001, 1002) zum Ablenken mehrerer assoziierter erster Majoritätsladungsträgerströme (104) assoziiert sind, wobei jedes Tap wenigstens ein Detektionsgebiet und wenigstens ein Steuergebiet umfasst; und die ferner eine Steuerschaltungsanordnung umfasst, die zum Steuern der ersten Quelle (110) und zum getrennten Steuern der ersten Majoritätsladungsträgerströme (104), die durch die Isolationsmittel (103, 1001, 1002) abgelenkt werden, eingerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Steuerschaltungsanordnung ferner dazu eingerichtet ist, zwei angrenzende Taps in einen Nichterfassungszustand zu setzen, indem ein assoziierter erster Majoritätsladungsträgerstrom (104) modifiziert wird, um eine Umlenkung der erzeugten Minoritätsladungsträger zu dem nächsten erfassenden Detektionsgebiet zu ermöglichen.
Detektorvorrichtung (300) nach Anspruch 7, wobei der Nichterfassungszustand der zwei angrenzenden Taps durch Trennen ihrer Steuergebiete erhalten wird.
Detektorvorrichtung (300) nach Anspruch 7, wobei der Nichterfassungszustand von zwei angrenzenden Taps erhalten wird, indem ihre Steuergebiete mit einer vorbestimmten Spannung verbunden werden, wobei die vorbestimmte Spannung niedriger als eine Spannung ist, die in einem Erfassungszustand verwendet wird.
Detektorvorrichtung (300) nach Anspruch 7, wobei der Nichterfassungszustand der zwei angrenzenden Taps durch Modifizieren der Polarität des Majoritätsladungsträgerstroms zwischen den zwei angrenzenden Taps erhalten wird.
Detektorvorrichtung (300) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die Steuerschaltungsanordnung ferner zum Erzielen von Pixel-Binning eingerichtet ist.
Detektorvorrichtung (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Isolationsmittel (103, 1001, 1002) mit einem Potential vorgespannt sind.
Detektorvorrichtung (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Isolationsmittel (103, 1001, 1002) ein Graben sind, der mit einem Isolator bedeckt und dann mit einem leitfähigen oder Halbleitermaterial gefüllt ist.
Detektorvorrichtung (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner wenigstens ein weiteres Grabenisolationsgebiet (150) umfasst, das in der Rückseite der Halbleiterschicht (106) gebildet ist.
Detektorvorrichtung (300) nach einem der Ansprüche 2 bis 14, wobei die Grabenisolationsgebiete (103, 1001, 1002; 150), die in der Vorderseite der Halbleiterschicht oder sowohl in der Vorderseite als auch in der Rückseite der Halbleiterschicht (106) gebildet sind, tiefe Grabenisolationsgebiete und/oder ultratiefe Grabenisolationsgebiete umfassen.
Detektorvorrichtung (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner eine Verarbeitungsschaltungsanordnung (120) umfasst, die zum Abtasten eines Wertes, der mit der Minoritätsladungsträgerladung in Zusammenhang steht, die durch das Detektionsgebiet (101, 116) gesammelt wird, und zum Verarbeiten des Wertes und Ausgeben von Laufzeitdaten eingerichtet ist.
Detektorvorrichtung (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner optische Filter (R; G; R; D) auf der Vorderseite oder der Rückseite der Halbleiterschicht (106) umfasst.