JP2022183181A - 直接ビニングピクセルを備える集積光検出器 - Google Patents
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Abstract
Description
電荷キャリア分離構造は、光検出領域と第1の電荷キャリア貯蔵領域との間の境界に単一の電極を備えてよい。
廃棄された電荷キャリアは、キャリアが光検出領域から電荷キャリア貯蔵領域に向かって方向付けされる方向とは異なる方向において光検出領域から取り除かれてよい。
半導体基板の表面の下において1マイクロメートルよりも深い位置にある電荷キャリアは除去されてよい。
インプラントはN型またはP+型であってよい。
半導体基板の表面の下において1マイクロメートルよりも深い位置にある電荷キャリアは、半導体基板の表面の下のドリフトの場によって除去されてよい。
光検出領域は、フォトダイオードを含むエピタキシャル領域であってよい。
少なくとも1つの電荷キャリア貯蔵領域は、複数の電荷キャリア貯蔵領域を含んでよい。
図面では、様々な図に示される同一またはほぼ同一の各構成要素は、同様の参照符号によって表される。明確にするため、すべての構成要素がすべての図で標識付けされるわけではない。図面は必ずしも原寸に比例して描かれるのではなく、本明細書で説明される技法およびデバイスの様々な態様を例示することに重点が置かれる。
分子検出/定量化のための時間領域測定の考察
生物学的サンプルの検出および定量化が、生物学的アッセイ(「バイオアッセイ」)を使用して行われ得る。バイオアッセイは従来、大型で高価な実験機器を必要とし、機器を操作しバイオアッセイを行うために訓練された研究科学者を要する。バイオアッセイは従来、まとめて行われ、大量の特定のタイプのサンプルが検出および定量化のために必要となっている。いくつかのバイオアッセイは、特定の波長の光を放出する発光性マーカを用いてサンプルにタグ付けすることによって行われる。サンプルは光源によって照射されて発光を生じ、発光性の光が光検出器によって検出され、マーカにより放出される光の量が定量化される。発光性タグおよび/またはレポータを使用するバイオアッセイは従来、サンプルを照射するための高価なレーザ光源、ならびに照射されたサンプルから光を収集するための複雑な発光性検出オプティクスおよび電子部品を必要とする。
本出願の態様による集積光検出器を有する集積回路は、様々な検出およびイメージング用途に適切な機能を用いて設計され得る。以下でさらに詳細に説明されるように、そのような集積光検出器は、1つまたは複数の時間間隔または「時間ビン」内で光を検出する能力を有することができる。光の到着の時間に関する情報を収集するために、入射光子に応答して電荷キャリアが生成され、到着の時間に基づいてそれぞれの時間ビン内へ分離され得る。
集積光検出器の個々のピクセルは、分子または分子上の特定の位置のような1つまたは複数の標的を標識する蛍光タグおよび/またはレポータを識別するために使用される、蛍光寿命測定が可能であり得る。対象の任意の1つまたは複数の分子は、フルオロフォアによって標識されてよく、タンパク質、アミノ酸、酵素、脂質、ヌクレオチド、DNA、およびRNAが含まれる。放出された光のスペクトルの検出または他の標識技法と組み合わせると、蛍光寿命は、使用され得る蛍光タグおよび/またはレポータの総数を増加させることができる。寿命に基づく識別は、複雑な混合物における分子相互作用の特性に関する情報を提供するために、単一分子分析法に使用されてよく、この場合、そのような情報は、アンサンブル平均化において失われ、タンパク質間相互作用、酵素活性、分子動力学、および/または膜上の拡散を含み得る。加えて、異なる蛍光寿命を有するフルオロフォアは、標識成分の存在に基づく様々なアッセイ方法において標的成分にタグ付けするために使用され得る。いくつかの実施形態では、フルオロフォアの特定の寿命を検出することに基づいて、マイクロ流体システムを使用することなどによって、成分が分離され得る。
他の用途
本明細書に説明されている集積光検出器は、上述されたように、複数の生物学的および/または化学的サンプルの分析に適用され得るが、集積光検出器は、たとえば、イメージング用途などの他の用途に適用されてもよい。いくつかの実施形態では、集積光検出器は、領域、物体、またはシーンのイメージングを行うピクセル・アレイを含むことができ、領域、物体、またはシーンの異なる領域から個々のピクセルで受け取られる光の時間的特性を検出することができる。たとえば、いくつかの実施形態では、集積光検出器は、組織から受け取られた光の時間的特性に基づいて組織のイメージングを行うことができ、これにより、医師が処置(たとえば手術)を行って組織の異常または病変領域(たとえば、癌または前癌部)を識別することを可能にすることができる。いくつかの実施形態では、集積光検出器は、外科用イメージング・ツールのような医療デバイスに組み込まれ得る。いくつかの実施形態では、光励起パルスに応答して組織によって放出された光に関する時間領域情報が、組織のイメージングおよび/またはキャラクタリゼーションを行うために取得され得る。たとえば、蛍光寿命イメージングを使用して、組織または他の物体のイメージングおよび/またはキャラクタリゼーションが行われてよい。
寿命を使用するイメージングおよびキャラクタリゼーション
前述されたように、本明細書に説明されている技法は、外因性フルオロフォアを使用する標識化、検出、および定量化に限定されない。いくつかの実施形態では、領域、物体、またはサンプルは、集積光検出器の使用を通して、蛍光寿命イメージング技法を用いてイメージングおよび/またはキャラクタリゼーションが行われてよい。そのような技法では、領域、物体、またはサンプル自体の蛍光特性が、イメージングおよび/またはキャラクタリゼーションのために使用されてよい。外因性マーカまたは内因性マーカのいずれかが、寿命イメージングおよび/またはキャラクタリゼーションによって検出され得る。特定の標的成分の存在および/または位置を検出するために、プローブに付着された外因性マーカが領域、物体、またはサンプルに提供され得る。外因性マーカは、標識プローブのための標的を含む領域、物体、またはサンプルの部分を検出するために、標識プローブの一部としてのタグおよび/またはレポータの役割をすることができる。内因性マーカの自己蛍光は、内因性マーカの導入を必要とせずにイメージングに容易に利用され得る空間分解能のための無標識で非侵襲的なコントラストを提供することができる。たとえば、生物学的組織からの自己蛍光信号は、組織の生化学的および構造的組成に依存し、それを示すことができる。
上述されたように、本出願に説明されているような集積光検出器は、科学的および臨床的コンテキストで使用されてよく、そのようなコンテキストで、放出された光のタイミングが、領域、物体またはサンプルの検出、定量化、および/またはイメージングを行うために使用され得る。しかしながら、本明細書に説明されている技法は、科学的および臨床的用途に限定されず、入射光子の到着の時間に関する時間的情報が利用され得る任意のイメージング用途において集積光検出器が使用されてよい。用途の一例は飛行時間型イメージングである。
いくつかの実施形態では、飛行時間測定を含む散乱光または反射光の時間プロファイルを測定することに基づいて、イメージング技法において集積光検出器が使用され得る。そのような飛行時間型測定では、光パルスが領域またはサンプル内に放出され、散乱光が集積光検出器によって検出され得る。散乱光または反射光は、領域またはサンプルの特性を示し得る別個の時間プロファイルを有することができる。サンプルによる後方散乱光は、サンプルにおけるそれらの飛行時間によって検出および解像され得る。そのような時間プロファイルは、時間点広がり関数(TPSF)であってよい。時間プロファイルは、光パルスが放出された後の複数の時間ビンにわたる積分強度を測定することによって取得され得る。光パルスの繰り返しおよび散乱光の蓄積が、すべての以前のTPSFが後続の光パルスを生成する前に完全に消滅されることを確実にするために、特定の速度で実行されてよい。時間分解拡散光学イメージング方法は、サンプルにおいてさらなる深さでイメージングを行うために、光パルスが赤外光であり得る分光拡散光トモグラフィを含むことができる。そのような時間分解拡散光学イメージング方法は、生体内または人間の頭などの生体の一部において腫瘍を検出するために使用され得る。
光生成電荷キャリアを時間ビニングするための集積光検出器
いくつかの実施形態は、入射光子に応答して電荷キャリアを生成する光検出器を有する集積回路に関し、集積回路は、基準時間(たとえばトリガ・イベント)に対する電荷キャリアが入射光子の到着によって生成されるタイミングを弁別することができる。いくつかの実施形態では、電荷キャリア分離構造は、異なる時間に生成された電荷キャリアを分離し、異なる期間内に生成された電荷キャリアを集約する1つまたは複数の(「ビン」と称される)電荷キャリア貯蔵領域内へ電荷キャリアを方向付けする。各ビンは、選択された時間間隔内に生成された電荷キャリアを貯蔵する。各ビンに貯蔵された電荷を読み出すことにより、各時間間隔内に到着された光子の数に関する情報を提供することができる。そのような集積回路は、本明細書に説明されているような任意の様々な用途で使用され得る。
図2Aは、いくつかの実施形態によるピクセル100の図を示す。ピクセル100は、(光検出領域とも呼ばれる)光子吸収/キャリア発生領域102と、キャリア移動/捕獲領域106と、本明細書で「電荷キャリア貯蔵ビン」または単に「ビン」とも呼ばれる1つまたは複数の電荷キャリア貯蔵領域を有するキャリア貯蔵領域108と、電荷キャリア貯蔵ビンから信号を読み出すための読出回路構成110とを含む。
1)時間変動場から離れてテーパが付けられる空乏n型領域、
2)電場を横方向にn型領域へ遷移させるためのギャップを有するn型領域を取り囲むp型インプラント、および/または、
3)n型領域を埋設し寄生電子の再結合領域として機能する、p型表面インプラント。
図3は、光子吸収/キャリア発生領域102において発生する電荷キャリアが電荷キャリア貯蔵領域108における電荷貯蔵ビンに対し直接移送され得る、ピクセル200の一例を示す。そのようなピクセルは、「直接ビニングピクセル」と称される。図3に示されるように、ピクセル200はキャリア移動/捕獲領域106を含まない。キャリアをキャリア移動/捕獲領域106に捕獲するのではなく、電荷キャリアは光子吸収/キャリア発生領域102から電荷キャリア貯蔵領域108のビンへと直接移送され得る。電荷キャリアが移送されるビンは、電荷キャリアを生成する光子吸収/キャリア発生領域102における光子の到着の時間に基づく。直接ビニングピクセルのエリアは、キャリア移動/捕獲領域106の省略のため少なくとも部分的に減少されてよい。有利には、いくつかの実施形態では、直接ビニングピクセルは半導体チップのより小さいエリアを占めてよく、その半導体チップは、数千、もしくは数百万のピクセル、またはそれを超えるピクセルなど、多くのピクセルをチップ上に形成することができる。多数のピクセルをチップ上に提供することによって、多数の測定を並列に行うこと、または高い空間分解能にてイメージングを行うことが可能となり得る。これに加えてまたはこれに代えて、直接ビニングピクセルは、電力消費を低減してよい。ピクセルの各電極を充電および放電することは電力を消費し得るので、ピクセル200はより少ない電極の存在のため電力消費を低減することができ、すなわち、キャリア移動/捕獲領域106において電荷キャリアを捕獲するための電極を省略することが可能である。
light)または他の迷光によって電荷が貯蔵ビンまたは読出ノードに直接発生するのを防止するように、光が基板の別の部分に到達するのを防止する。遮光体121は、限定ではなく例として集積回路の金属層のような、任意の適切な材料で形成され得る。図6は、除去中の電荷移送の反対方向(左方への)とビンへの移送(右方)とを示す。
図6に示されるように、ピクセル200は、電荷キャリア貯蔵領域108の電荷貯蔵ビンに貯蔵された電荷を読み出すことを可能にする読出回路構成110を含むことができる。ピクセル200は、読出回路構成110が読出増幅器を含むようなアクティブ・ピクセル、または読出回路構成110が読出増幅器を含まないパッシブ・ピクセルであり得る。任意の適切なタイプのアクティブ・ピクセルまたはパッシブ・ピクセル読出回路構成が使用されてよい。読出回路構成110が読出増幅器を含む場合、読出増幅器は、電荷貯蔵ビン(たとえば、ビン0,ビン1)に蓄積された電荷を入力として取り込むことができ、電荷貯蔵ビン内の電荷を表す電圧を出力として生成することができる。
任意の適切な数の時間ビンが使用されてよい。図3には、2つのビンを有するピクセルの例が示されている。しかしながら、任意の適切な数のビンを有するピクセルが、所望の時間分解能および他の因子に基づいて生成されてもよい。ビンの数の増加は、各ピクセルによって占められるエリアを増大させる可能性があり、ピクセルの全体数を減らすことによって、またはより小さい特徴サイズを有する作製プロセスを使用することによって達成され得る。少数のビンを使用することにより、チップに取り付けられるピクセルの数の増加を可能にすることができる。いくつかの実施形態では、特定の期間内に到着する光子の数を決定するために、単一のビンが使用され得る。
電荷貯蔵ビンを半導体領域内のポテンシャル井戸(ウェル)として実装するいくつかの手法がある。いくつかの実施形態では、ポテンシャル井戸は、部分的に電極203または205内にあってよい。電荷を井戸の中および井戸の外に移動するための2つのタイプの移送がある。蓄積の移送は電荷を井戸へと移動させる。読出部の移送は電荷を井戸の外に移動させる。
・井戸は、少なくとも100個の電子の蓄積された電荷を30℃にて10ms間に貯蔵するのに充分な深さであってよい。
・電極203または205は、領域102を井戸に対して電荷結合する。
・井戸は、少なくとも部分的に電極203または205内にあってよい。
・蓄積の移送中、井戸は領域102の完全な空乏電圧よりも高い電位にあってよい。
・井戸の完全な空乏電圧は、読出の移送中の浮遊拡散部リセット・レベルよりも低い電位にあってよい。
・井戸の電位は、蓄積の移送と読出の移送との両方の要求に適うように、動的に変調されてよい。
図10は、工程2802の除去期間中の電位を示し、また図5Aに対応する。左下のプロットは、図8のy次元に沿った電位を示す。光子吸収/キャリア発生領域102は、y=0に中心が置かれる。左下および左上のプロットに見られるように、y=0に関して左方への除去領域の電極が高くなるとき、電位はy=0の左方の除去領域に向かって降下する。したがって、キャリアは光子吸収/キャリア発生領域102から除去領域105に対して移送される。右下のプロットは、ドーピング濃度を示す。
縦方向除去
本発明者らは、半導体基板内の深くにおける電荷キャリアの光生成から問題が生じることを認識し理解している。基板内の深くにかなりの電位勾配がない場合があるので、この領域において生成されたキャリアは遅い移動であってよく、予測可能な経路を取らなくてよい。いくつかの場合では、深部で生成されたキャリアは、最終的に表面に移動してよく、領域102に閉じ込められてよい。そのようなキャリアは電流測定期間中に到着した光子に対応しないので、そのキャリアを領域102に収集することは望ましくなく、したがって、除去される必要があるノイズである。本発明者らは、直接ビニングピクセルまたは別のタイプのピクセルに用いられ得る、深部生成キャリアを除去する構造および技法を開発した。そのような構造および技法を論じる前に、深部生成キャリアの発生および移動が論じられる。
1)熱
2)ドリフト
3)拡散
から移動を受ける。
1)1つの技法は、埋設ドレインである。図19は、N型の埋設層(深部ドレイン)が高い電位(たとえば3ボルト)でバイアスがかけられている一例を示す。深部の光電子は、N型の埋設層へと引き込まれ、コンタクトにて排出される。
図21は、集積回路が作製され得る材料の例を示す。ピクセルは半導体領域に形成されてよく、いくつかの実施形態では半導体領域はシリコンであってよい。酸化シリコン領域などの絶縁領域は、集積回路のエリアを互いに絶縁してよい。電極(たとえば電極206,203および213)は、ポリシリコンまたは別の導体から形成されてよい。絶縁スペーサは電極の側に配置されてよい。たとえば、絶縁領域は窒化シリコンから形成されてよい。アルミニウムなどの金属が電極に対して電気的に接触するように電極上に配置されてよい。しかしながら、本明細書に説明されるデバイスは特定の材料に関して限定されないので、他の材料が用いられてよい。
例示的な集積回路の実現および集積光検出器の形成方法
いくつかの実施形態では、チップ1300は、標準的なCMOS(相補型金属酸化膜半導体)プロセスを使用してシリコン基板に形成され得る。しかしながら、本明細書に説明されている技法はこれに関して限定されず、任意の適切な基板または製造プロセスが使用されてよい。図28~図32は、光検出器を形成する例示的な処理と4つの異なるピクセル設計d0~d3とを示す。図28は、半導体領域における拡散部およびNウェル領域、ならびに上に位置するポリ電極層とともにレベル0を示す。図29はレベル1を示し、図30はレベル2を示し、図31はレベル3を示し、図32はレベル4を示す。
図33は、いくつかの実施形態によるチップ・アーキテクチャの図を示す。図33に示されるように、集積回路またはチップ1300は、複数のピクセル100を含むピクセル・アレイ1302と、タイミング回路1306を含む制御回路1304と、電圧/電流バイアス発生回路1305と、インターフェース1308とを含むことができる。
1)オンチップのデジタル制御されるピクセル・バイアス発生器(DAC)
2)シングルエンドのピクセル出力電圧信号を差動信号に変換し利得を信号に適用する、オンチップのデジタル・プログラマブル利得増幅器
3)出力レートで電力損失をスケーリングすることを可能にする、デジタル制御される増幅バイアス発生器(amplifier bias generators)。
本発明の様々な態様は、単独で、組み合わせて、または上記に説明された実施形態において特に議論されていない様々な構成で使用されてよく、したがって、その用途において、上記の説明に記載されまたは図面に示されている構成要素の詳細および構成に限定されない。たとえば、一実施形態において説明された態様が、他の実施形態において説明された態様と任意の様式で組み合わされてよい。
Claims (37)
- 入射光子を受け取るように構成された光検出領域であって、前記入射光子に応答して複数の電荷キャリアを生成するように構成された光検出領域と、
少なくとも1つの電荷キャリア貯蔵領域と、
前記複数の電荷キャリアのうちの電荷キャリアを、前記電荷キャリアが生成された時間に基づいて、前記少なくとも1つの電荷キャリア貯蔵領域内へ直接方向付けするべく、選択的に方向付けするように、また複数の励起光パルスに応答して生成された電荷キャリアを前記少なくとも1つの電荷キャリア貯蔵領域に集約するように構成された電荷キャリア分離構造と、を備える集積回路。 - 直接ビニングピクセルを備える集積回路であって、前記直接ビニングピクセルは、
入射光子を受け取るように構成された光検出領域であって、前記入射光子に応答して複数の電荷キャリアを生成するように構成された光検出領域と、
少なくとも1つの電荷キャリア貯蔵領域と、
前記複数の電荷キャリアのうちの電荷キャリアを、前記電荷キャリアが生成された時間に基づいて、前記少なくとも1つの電荷キャリア貯蔵領域内へ選択的に方向付けするように、また複数の励起光パルスに応答して生成された電荷キャリアを前記少なくとも1つの電荷キャリア貯蔵領域に集約するように構成された電荷キャリア分離構造と、を備える、集積回路。 - 複数のピクセルを備える集積回路であって、前記複数のピクセルのうちの第1のピクセルは、
入射光子を受け取るように構成された光検出領域であって、前記入射光子に応答して複数の電荷キャリアを生成するように構成された光検出領域と、
複数の電荷キャリア貯蔵領域と、
前記複数の電荷キャリアのうちの電荷キャリアを、前記電荷キャリアが生成された時間に基づいて、前記複数の電荷キャリア貯蔵領域のそれぞれの電荷キャリア貯蔵領域内へ直接方向付けするべく、選択的に方向付けするように、また複数の励起光パルスに応答して生成された電荷キャリアを前記複数の電荷キャリア貯蔵領域に集約するように構成された電荷キャリア分離構造と、を備える直接ビニングピクセルである集積回路。 - 前記電荷キャリア分離構造は、前記光検出領域と前記少なくとも1つの電荷キャリア貯蔵領域のうちの第1の電荷キャリア貯蔵領域との間の境界に少なくとも1つの電極を備える、請求項1~3のいずれか一項に記載の集積回路。
- 前記電荷キャリア分離構造は、前記光検出領域と前記第1の電荷キャリア貯蔵領域との間の前記境界に単一の電極を備える、請求項4に記載の集積回路。
- 電荷キャリア捕獲領域が前記直接ビニングピクセルに存在しないか、電荷キャリア捕獲領域が前記光検出領域と電荷キャリア貯蔵領域との間に存在しないか、またはその両方である、請求項2または3に記載の集積回路。
- 前記光検出領域と前記少なくとも1つの電荷キャリア貯蔵領域との間において前記キャリアを捕獲することなく、電荷キャリアが前記少なくとも1つの電荷キャリア貯蔵領域に対し移送される、請求項1~6のいずれか一項に記載の集積回路。
- 電荷キャリア除去領域が、除去期間中に前記光検出領域において生成された電荷キャリアを廃棄する、請求項1~7のいずれか一項に記載の集積回路。
- 廃棄された前記電荷キャリアは、キャリアが前記光検出領域から電荷キャリア貯蔵領域に向かって方向付けされる方向とは異なる方向において前記光検出領域から取り除かれる、請求項8に記載の集積回路。
- 電荷キャリア除去領域が、前記光検出領域と前記電荷キャリア除去領域との間の境界における電極の電圧を変化させることによって、除去期間中に前記光検出領域において生成された電荷キャリアを廃棄する、請求項8に記載の集積回路。
- 単一光子が、前記少なくとも1つの電荷キャリア貯蔵領域に対し移送され、前記少なくとも1つの電荷キャリア貯蔵領域に集約される、請求項1~10のいずれか一項に記載の集積回路。
- 半導体基板の表面の下において1マイクロメートルよりも深い位置にある電荷キャリアは除去される、請求項1~11のいずれか一項に記載の集積回路。
- 前記半導体基板の表面の下において1マイクロメートルよりも深い位置にある電荷キャリアは、前記光検出領域のフォトダイオードの下のインプラントによって少なくとも部分的に除去される、請求項12に記載の集積回路。
- 前記インプラントは深部遮蔽体または深部ドレインを提供する、請求項13に記載の集積回路。
- 前記インプラントはN型またはP+型である、請求項14に記載の集積回路。
- 前記半導体基板の表面の下において1マイクロメートルよりも深い位置にある電荷キャリアは、前記半導体基板の前記表面の下のドリフトの場によって除去される、請求項12または13に記載の集積回路。
- 前記光検出領域は、2マイクロメートル未満の深さであるエピタキシャル領域に形成されている、請求項1~3のいずれか一項に記載の集積回路。
- 前記光検出領域は、フォトダイオードを含むエピタキシャル領域である、請求項1~17のいずれか一項に記載の集積回路。
- 前記フォトダイオードにおける電荷キャリアは除去期間中に除去領域に対して移送され、次いで第1の電荷キャリア貯蔵領域に対する第1の電位障壁が低下され、次いで第2の電荷キャリア貯蔵領域に対する第2の電位障壁が低下される、請求項13または18に記載の集積回路。
- 前記第1の電位障壁は第1の電極によって制御され、前記第2の電位障壁は第2の電極によって制御される、請求項19に記載の集積回路。
- 前記少なくとも1つの電荷キャリア貯蔵領域は、複数の電荷キャリア貯蔵領域を含む、請求項1~20のいずれか一項に記載の集積回路。
- (A)直接ビニングピクセルの光検出領域において入射光子を受け取る工程と、
(B)前記入射光子に応答して生成された複数の電荷キャリアのうちの電荷キャリアを、前記電荷キャリアが生成された時間に基づいて、前記光検出領域から直接、前記直接ビニングピクセルの少なくとも1つの電荷キャリア貯蔵領域内へ選択的に方向付けし、複数の励起光パルスに応答して生成された電荷キャリアを前記少なくとも1つの電荷キャリア貯蔵領域に集約する工程と、を備える光検出方法。 - 電荷キャリア捕獲領域が前記直接ビニングピクセルに存在しないか、電荷キャリア捕獲領域が前記光検出領域と電荷キャリア貯蔵領域との間に存在しないか、またはその両方である、請求項22に記載の光検出方法。
- 前記光検出領域と前記少なくとも1つの電荷キャリア貯蔵領域との間において前記キャリアを捕獲することなく、電荷キャリアが前記少なくとも1つの電荷キャリア貯蔵領域に対し移送される、請求項22または23に記載の光検出方法。
- 電荷キャリア除去領域が、除去期間中に前記光検出領域において生成された電荷キャリアを廃棄する、請求項22~24のいずれか一項に記載の光検出方法。
- 廃棄された前記電荷キャリアは、キャリアが前記光検出領域から電荷キャリア貯蔵領域に向かって方向付けされる方向とは異なる方向において前記光検出領域から取り除かれる、請求項25に記載の光検出方法。
- 電荷キャリア除去領域が、前記光検出領域と前記電荷キャリア除去領域との間の境界における電極の電圧を変化させることによって、除去期間中に前記光検出領域において生成された電荷キャリアを廃棄する、請求項25に記載の光検出方法。
- 単一光子が、前記少なくとも1つの電荷キャリア貯蔵領域に対し移送され、前記少なくとも1つの電荷キャリア貯蔵領域に集約される、請求項22~27のいずれか一項に記載の光検出方法。
- 半導体基板の表面の下において1マイクロメートルよりも深い位置にある電荷キャリアは除去される、請求項22~28のいずれか一項に記載の光検出方法。
- 前記半導体基板の表面の下において1マイクロメートルよりも深い位置にある電荷キャリアは、前記光検出領域のフォトダイオードの下のインプラントによって少なくとも部分的に除去される、請求項29に記載の光検出方法。
- 前記インプラントは深部遮蔽体または深部ドレインを提供する、請求項30に記載の光検出方法。
- 前記インプラントはN型またはP+型である、請求項31に記載の光検出方法。
- 前記半導体基板の表面の下において1マイクロメートルよりも深い位置にある電荷キャリアは、前記半導体基板の前記表面の下のドリフトの場によって除去される、請求項29または30に記載の光検出方法。
- 前記光検出領域は、フォトダイオードを含むエピタキシャル領域である、請求項22~33のいずれか一項に記載の光検出方法。
- 前記フォトダイオードにおける電荷キャリアは除去期間中に除去領域に対して移送され、次いで第1の電荷キャリア貯蔵領域に対する第1の電位障壁が低下され、次いで第2の電荷キャリア貯蔵領域に対する第2の電位障壁が低下される、請求項30または34に記載の光検出方法。
- 前記第1の電位障壁は第1の電極によって制御され、前記第2の電位障壁は第2の電極によって制御される、請求項35に記載の光検出方法。
- 前記少なくとも1つの電荷キャリア貯蔵領域は、複数の電荷キャリア貯蔵領域を含む、請求項22~36のいずれか一項に記載の光検出方法。
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