KR20230104171A - 적외선 감지를 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

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KR20230104171A
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에란 카치르
마탄 아사프
오메르 카파치
아브라함 바칼
우리엘 레비
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트라이아이 엘티디.
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Abstract

적외선(IR) 광검출 시스템 및 방법. 시스템은 제1 극성을 갖는 흡수체 도핑 영역을 포함하는 Ge 감광 영역(GPSA), 및 제1 도핑 영역(FDA), 저장 웰(SW), 플로팅 디퓨전(FD) 및 트랜스퍼 게이트(TG)를 포함하는 Si 층을 구비하는 적어도 하나의 포토사이트; 제어가능 전원(CPS); 및 처음 어느 한 시간에 상기 GPSA, FDA 및 FD에 제어 전압을 동시에 제공하여, 주어진 극성의 전하 캐리어(CCGP)가 상기 GPSA로부터 SW를 향해 강제 이동하게 하고, 다른 시간에 상기 GPSA, FDA 및 FD에 다른 전압을 제공하여, 상기 SW를 향한 상기 CCGP의 강제력을 감소시켜서, SW에 의한 신호 수집을 중지시키고, TG를 통해 CCGP를 SW로부터 FD로 간헐적으로 이송하여, CCSP가 FD에 연결된 전극을 통해 판독되도록, 작동 가능한 컨트롤러를 포함한다.

Description

적외선 감지를 위한 방법 및 시스템
본 출원은 2020년 11월 27일에 출원된 미국 가특허 출원 제63/118,745호, 2021년 1월 12일에 출원된 미국 가특허 출원 제63/136,429호, 및 2021년 5월 29일에 출원된 미국 가특허 출원 제63/194,977호의 우선권 이익을 주장한다.
본 개시내용은 적외선(IR) 초점 평면 어레이(FPAs, focal plane arrays), 그 작동 방법, 특히 실리콘 상에 게르마늄을 포함하는 단파 IR(SWIR) FPA에 관한 것이다.
광검출기 어레이 또는 "PDA"("광센서 어레이"라고도 지칭됨)와 같은 광검출 장치는 복수의 포토사이트를 포함하며, 각각의 포토사이트는 충돌하는 광을 검출하기 위한 하나 이상의 포토다이오드 및 포토다이오드에 의해 제공되는 전하를 저장하기 위한 커패시턴스를 포함한다. 이하에서 "포토사이트"는 종종 약어 "PS"로 대체된다. 커패시턴스는 전용 커패시터로서 구현될 수 있고, 및/또는 포토다이오드, 트랜지스터 및/또는 PS의 다른 구성요소의 기생 커패시턴스를 사용하여 구현될 수 있다. 이제부터, 본 명세서에서 단순화를 위해, "광검출 장치"라는 용어는 종종 "PDD"라는 약어로 대체되고, "광검출기 어레이"라는 용어는 종종 "PDA"라는 약어로 대체되고, "광다이오드"라는 용어는 종종 "PD"라는 약어로 대체된다.
"포토사이트"라는 용어는 센서 어레이의 단일 센서 소자(단어 "센서"와 "셀", 또는 "센서"와 "소자"의 합성어로서, "센셀"이라고도 지칭됨)와 관련되고, 이는 또한 "센서소자", "광센서 소자", "광검출기 소자" 등으로도 불린다. 각각의 PS는 하나 이상의 PD를 포함할 수 있다(예를 들어, 컬러 필터 어레이가 구현되는 경우, 스펙트럼의 상이한 부분의 광을 검출하는 PD들은 선택적으로 집합적으로 단일 PS로 지칭될 수 있음). PS는 PD에 더하여, 일부 회로 또는 추가 구성요소를 포함할 수도 있다.
암전류는 널리 알려진 현상으로, PD를 언급할 때, 장치 내에 광자가 유입되지 않는 경우에도 PD를 통해 흐르는 전류와 관련된다. PD 내의 암전류는 PD의 공핍 영역 내에서 전자와 정공의 무작위 생성으로 인해 발생할 수 있다.
일부 경우에는, 제한된 크기의 커패시터를 구현하면서, 비교적 높은 암전류를 특징으로 하는 포토다이오드를 갖는 PS를 제공할 필요가 있다. 일부 경우에는, 출력 검출 신호에 대한 암전류의 영향을 감소시키면서, 비교적 높은 암전류를 특징으로 하는 PD를 갖는 PS를 제공할 필요가 있다. 높은 암전류 축적을 특징으로 하는 PS에서는, 전기광학 시스템에 대한 암전류의 유해한 영향을 극복하는 것이 필요하며 이로울 것이다. 이제부터는 단순화를 위해, "전기광학"이라는 용어는 "EO"라는 약어로 대체될 수 있다.
단파 적외선(SWIR) 이미징은 가시광 이미징을 사용하여 수행하기 어려운 다양한 응용 분야를 가능하게 한다. 응용 분야에는 전자 보드 검사, 태양 전지 검사, 생산물 검사, 게이트 이미징, 식별 및 분류, 감시, 위조 방지, 프로세스 품질 관리 등이 포함된다. 기존의 많은 InGaAs-기반 SWIR 이미징 시스템은 제작 비용이 많이 들고, 현재 제조 능력이 제한되어 있다.
따라서, 주변 전자 장치에 더 쉽게 통합되는 PD에 기반한 더 비용 효율적인 광수신기를 사용하여 SWIR 이미징 시스템을 제공할 수 있는 것이 유리할 것이다.
각각이 전자기 스펙트럼의 일부에 민감한 복수의 PS를 포함하는 광검출기 어레이는 당업계에 공지되어 있다. 그러나, 이러한 PDA는 비싸고 전자기 스펙트럼의 관심 범위에 민감하지 않으며, 거리 분석이 비효율적이다. 따라서, 개선된 PS 및 PDA에 대한 필요성이 당업계에 존재한다. 종래의 전통적 및 제안된 접근법의 추가적 제한 및 단점은 첨부된 도면을 참조하여 본 출원의 나머지 부분에서 설명된 바와 같이 본 출원의 발명과 상기 접근법을 비교함으로써, 당업자에게 명백해질 것이다.
일부 양태에서, IR 방사를 검출하도록 작동 가능한 IR 광검출 시스템이 개시되는데, 이는 (a) (i) 충돌하는 IR 광자에 응답하여 전자-정공(e-h) 쌍을 생성하도록 작동 가능하며, 제1 극성을 갖는 흡수체 도핑 영역을 포함하는 게르마늄(Ge) 감광 영역; 및 (ii) 다이오드를 포함하는 실리콘(Si) 층으로서, 상기 다이오드는 제1 극성의 제1 도핑 영역 및 상기 제1 극성과 반대인 제2 극성의 제2 도핑 영역을 포함하고, 상기 제1 도핑 영역은 상기 제2 도핑 영역과 상기 흡수체 도핑 영역 사이에 위치하는, 상기 실리콘(Si) 층을 포함하는 적어도 하나의 PS; (b) 상기 제1 도핑 영역에 제1 영역 전압을 제공하고, 상기 제2 영역에 제2 영역 전압을 제공하도록 작동 가능한 적어도 하나의 전원; 및 (c) (i) 상기 PS의 샘플링 기간 동안, 제2 극성의 전하 캐리어(CCSP)가 상기 Ge 감광 영역으로부터 상기 포토다이오드를 향해 강제 이동하게 하는 활성화 전압을 상기 Ge 감광 영역에 제공하여, 상기 CCSP가 상기 제2 도핑 영역에 전기적으로 결합된 판독 전극을 통해 수집되게 하고; (ii) 상기 샘플링 기간의 종료 시, 상기 포토다이오드를 향하는 상기 CCSP의 강제력을 감소시키는 휴지 전압을 상기 Ge 감광 영역에 제공하여, 상기 PS에 의한 신호 수집을 중지시키도록, 작동 가능한 제어가능 전원을 포함한다.
일부 양태에서, 전기-광학(EO) 검출 시스템이 개시되는데, 이는 (a) 복수의 PS를 포함하는 IR 광검출 시스템 또는 센서; (b) 전기-광학 검출 시스템의 시야(FOV)로부터 IR 광검출 센서 상으로 광을 지향시키기 하기 위한 적어도 하나의 광학 인터페이스; (c) 각각의 PS의 샘플링 기간 동안 Ge 감광 영역에 의해 캡처된 광자의 수에 대응하는 적어도 하나의 전기 신호를 상기 복수의 PS 각각으로부터 판독하도록 작동 가능한 판독 회로; 및 (d) FOV의 IR 이미지를 제공하기 위해, 복수의 전기 신호를 나타내며 상기 판독 회로에 의해 제공된 검출 데이터를 처리하도록 작동 가능한 프로세서를 포함한다.
일부 양태에서, IR 방사를 검출하도록 작동 가능한 IR 광검출 시스템이 개시되는데, 이는 (a) (i) 충돌하는 IR 광자에 응답하여 e-h 쌍을 생성하도록 작동 가능하며, 제1 극성을 갖는 흡수체 도핑 영역을 포함하는 Ge 감광 영역; 및 (ii) 제1 도핑 영역, 저장 웰, 플로팅 디퓨전 및 트랜스퍼 게이트를 포함하는 실리콘(Si) 층을 포함하는 적어도 하나의 포토사이트; (b) 상기 제1 도핑 영역, 상기 Ge 감광 영역 및 상기 플로팅 디퓨전 중 적어도 하나에 대한 전압을 조절하도록 작동 가능한 적어도 하나의 제어가능 전원; 및 (c) (i) 어느 한 시간에, 상기 Ge 감광 영역, 상기 제1 도핑 영역 및 상기 플로팅 디퓨전에 전압을 제공하여, 제2 극성의 전하 캐리어가 상기 Ge 감광 영역으로부터 상기 저장 웰을 향해 강제 이동하게 하고, (ii) 다른 시간에, 상기 Ge 감광 영역, 상기 제1 도핑 영역 및 상기 플로팅 디퓨전에 상이한 전압을 제공하여, 상기 저장 웰을 향하는 제2 극성의 전하 캐리어의 강제력을 감소시키고, 이에 의해 상기 저장 웰에 의한 신호 수집을 중지시키고, (iii) 상기 트랜스퍼 게이트를 통해 제2 극성의 전하 캐리어를 상기 저장 웰로부터 상기 플로팅 디퓨젼으로 간헐적으로 이송하여, 전하 캐리어가 상기 플로팅 디퓨젼에 전기적으로 결합된 판독 전극을 통해 판독되도록, 상기 제어가능 전원 및 상기 트랜스퍼 게이트를 제어하도록 작동 가능한 컨트롤러를 포함한다.
일부 양태에서, IR 방사를 검출하도록 작동 가능한 IR 광검출 시스템이 개시되는데, 이는 (a) (i) 충돌하는 IR 광자에 응답하여 e-h 쌍을 생성하도록 작동 가능하며, 제1 극성으로 도핑된 흡수체 도핑 영역을 포함하는 Ge 감광 영역, 및 (ii) 다수의 판독 구조가 구현된 실리콘 층으로서, 각각의 판독 구조는 (1) 제2 극성으로 도핑된 원격 도핑 영역, 및 (2) 상기 원격 도핑 영역과 상기 Ge 감광 영역 사이에 위치한 중간 도핑 영역을 포함하고, 상기 중간 도핑 영역은 제1 극성과 반대인 제2 극성으로 도핑되는, 상기 실리콘 층을 포함하는 적어도 하나의 포토사이트; 및 (b) 제어 전압을 상기 Ge 감광 영역, 및 상기 다수의 판독 구조 각각의 상기 원격 도핑 영역 및 상기 중간 도핑 영역에 제공하도록 작동 가능한 제어가능 전원으로서, 상기 제어가능 전원은 (i) 제1 샘플링 기간 동안, 상기 Ge 감광 영역, 다수의 판독 구조 중 제1 판독 구조의 제1 원격 도핑 영역, 및 상기 제1 판독 구조의 제1 중간 도핑 영역 상에 상대 전압을 유지하여, CCSP가 제1 당기는 힘에 의해 상기 Ge 감광 영역으로부터 상기 제1 판독 구조를 향해 강제 이동하게 하고, 여기서 상기 CCSP는 상기 제1 원격 도핑 영역에 전기적으로 결합된 제1 판독 전극을 통해 수집되고, (ii) 제1 샘플링 기간 동안, 상기 제1 판독 구조 이외의 나머지 다수의 판독 구조를 포함하는 제1 그룹의 판독 구조의 도핑 영역 상에 전압을 유지하여, 상기 제1 그룹의 판독 구조의 원격 도핑 영역 각각을 향해 CCSP에 인가되는 당기는 힘이 상기 제1 당기는 힘의 절반 미만이 되게 하고, (iii) 제1 샘플링 기간보다 늦은 제2 샘플링 기간 동안, 상기 Ge 감광 영역, 다수의 판독 구조 중 제2 판독 구조의 제2 원격 도핑 영역, 및 상기 제2 판독 구조의 제2 중간 도핑 영역 상에 상대 전압을 유지하여, CCSP가 제2 당기는 힘에 의해 상기 Ge 감광 영역으로부터 상기 제2 판독 구조를 향해 강제 이동하게 하고, 여기서 상기 CCSP는 상기 제2 원격 도핑 영역에 전기적으로 결합된 제2 판독 전극을 통해 수집되고, (iv) 제2 샘플링 기간 동안, 상기 제2 판독 구조 이외의 나머지 다수의 판독 구조를 포함하는 제2 그룹의 판독 구조의 도핑 영역 상에 전압을 유지하여, 상기 제2 그룹의 판독 구조의 원격 도핑 영역 각각을 향해 CCSP에 인가되는 당기는 힘이 상기 제2 당기는 힘의 절반 미만이 되게 하고, (v) 제2 샘플링 기간보다 늦은 제3 샘플링 기간 동안, 상기 Ge 감광 영역, 상기 제1 원격 도핑 영역 및 상기 제1 중간 도핑 영역 상에 상대 전압을 유지하여, CCSP가 제3 당기는 힘에 의해 상기 Ge 감광 영역으로부터 상기 제1 판독 구조를 향해 강제 이동하게 하고, 여기서 상기 CCSP는 상기 제1 판독 전극을 통해 수집되고, (vi) 제3 샘플링 기간 동안, 상기 제1 그룹의 판독 구조의 도핑 영역 상에 전압을 유지하여, 상기 제1 그룹의 판독 구조의 원격 도핑 영역 각각을 향해 CCSP에 인가되는 당기는 힘이 상기 제3 당기는 힘의 절반 미만이 되도록 작동 가능한, 상기 제어가능 전원을 포함한다.
일부 양태에서, IR 방사를 검출하는 방법이 개시되는데, 이는 (a) PS의 제1 도핑 영역에 제1 영역 전압을 제공하고, 상기 PS의 제2 영역에 제2 영역 전압을 제공하는 단계로서, 상기 포토사이트(PS)는 (i) 충돌하는 IR 광자에 응답하여 e-h 쌍을 생성하도록 작동 가능하며, 제1 극성을 갖는 흡수체 도핑 영역을 포함하는 Ge 감광 영역, 및 (ii) 다이오드를 포함하는 Si 층으로서, 상기 다이오드는 제1 극성의 제1 도핑 영역, 및 제1 도핑 영역과 반대인 제2 극성의 제2 도핑 영역을 포함하고, 상기 제1 도핑 영역은 상기 제2 도핑 영역과 상기 흡수체 도핑 영역 사이에 위치하는, 상기 Si 층을 포함하고; (b) 상기 제1 영역 전압 및 제2 영역 전압을 제공하면서, 상기 PS의 샘플링 기간 동안, 제2 극성의 전하 캐리어가 상기 Ge 감광 영역으로부터 상기 포토다이오드를 향해 강제 이동하게 하는 활성화 전압을 상기 Ge 감광 영역에 제공하는 단계, 여기서 상기 CCSP는 상기 제2 도핑 영역에 전기적으로 결합된 판독 전극을 통해 수집되고; 및 (c) 샘플링 기간의 종료 시, 상기 포토다이오드를 향하는 상기 CCSP의 강제력을 감소시키는 휴지 전압을 상기 Ge 감광 영역에 제공하여, 상기 PS에 의한 신호 수집을 중지하게 하는 단계를 포함한다.
일부 양태에서, IR 방사를 검출하는 방법이 개시되는데, 이는 PS의 제1 도핑 영역, PS의 Ge 감광 영역 및 PS의 플로팅 디퓨전으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 PS의 적어도 하나의 영역에 전압을 조절하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 PS는 적어도 (a) 충돌하는 IR 광자에 응답하여 e-h 쌍을 생성하도록 작동 가능하며, 제1 극성을 갖는 흡수체 도핑 영역을 포함하는 Ge 감광 영역; 및 (b) 제1 도핑 영역, 저장 웰, 플로팅 디퓨전 및 트랜스퍼 게이트를 포함하는 실리콘 층을 포함한다. 상기 조절하는 단계는 (a) 상기 Ge 감광 영역, 상기 제1 도핑 영역 및 상기 플로팅 디퓨전에 전압을 제공하여, 제2 극성의 전하 캐리어가 상기 Ge 감광 영역으로부터 상기 저장 웰을 향해 강제 이동하게 하는 단계; (b) 다른 시간에, 상기 Ge 감광 영역, 상기 제1 도핑 영역 및 상기 플로팅 디퓨전에 다른 전압을 제공하여, 상기 저장 웰을 향하는 상기 CCSP의 강제력을 감소시키고, 이에 의해 상기 저장 웰에 의한 신호 수집을 중지시키는 단계; 및 (c) 상기 트랜스퍼 게이트를 통해 제2 극성의 전하 캐리어를 상기 저장 웰로부터 상기 플로팅 디퓨전으로 간헐적으로 이송하여, CCSP가 상기 플로팅 디퓨전에 전기적으로 결합된 판독 전극을 통해 판독되게 하는 단계를 포함한다.
일부 양태에서, IR 방사를 검출하는 방법이 개시되는데, 이는 PS의 영역에 제어 전압을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 PS는 (i) 충돌하는 IR 광자에 응답하여 e-h 쌍을 생성하도록 작동 가능하며, 제1 극성으로 도핑된 흡수체 도핑 영역을 포함하는 Ge 감광 영역, 및 (ii) 상기 PS의 실리콘 층에 구현된 다수의 판독 구조의 도핑 영역으로서, 상기 다수의 판독 구조 각각은 (a) 제2 극성으로 도핑된 원격 도핑 영역, 및 (b) 상기 원격 도핑 영역과 상기 Ge 감광 영역 사이에 위치하는 중간 도핑 영역을 포함하고, 상기 중간 도핑 영역은 제1 극성과 반대인 제2 극성으로 도핑되는, 상기 다수의 판독 구조의 도핑 영역을 포함한다. 상기 제공하는 단계는 제1 샘플링 기간 동안, 상기 Ge 감광 영역, 다수의 판독 구조 중 제1 판독 구조의 제1 원격 도핑 영역, 및 상기 제1 판독 구조의 제1 중간 도핑 영역 상에 상대 전압을 유지하여, 제2 극성의 전하 캐리어가 제1 당기는 힘에 의해 상기 Ge 감광 영역으로부터 상기 제1 판독 구조를 향해 강제 이동하게 하는 단계, 여기서 상기 CCSP는 제1 원격 도핑 영역에 전기적으로 결합된 제1 판독 전극을 통해 수집되고; 제1 샘플링 기간 동안, 상기 제1 판독 구조 이외의 나머지 다수의 판독 구조를 포함하는 제1 그룹의 판독 구조의 도핑 영역 상에 전압을 유지하여, 제1 그룹의 판독 구조의 원격 도핑 영역 각각을 향해 제2 극성의 전하 캐리어에 인가되는 당기는 힘이 상기 제1 당기는 힘의 절반 미만이 되게 하는 단계; 제1 샘플링 기간보다 늦은 제2 샘플링 기간 동안, 상기 Ge 감광 영역, 다수의 판독 구조 중 제2 판독 구조의 제2 원격 도핑 영역, 및 상기 제2 판독 구조의 제2 중간 도핑 영역 상에 상대 전압을 유지하여, 제2 극성의 전하 캐리어가 제2 당기는 힘에 의해 상기 Ge 감광 영역으로부터 상기 제2 판독 구조를 향해 강제 이동하게 하는 단계, 여기서 상기 CCSP는 제2 원격 도핑 영역에 전기적으로 결합된 제2 판독 전극을 통해 수집되고; 제2 샘플링 기간 동안, 상기 제2 판독 구조 이외의 나머지 다수의 판독 구조를 포함하는 제2 그룹의 판독 구조의 도핑 영역 상에 전압을 유지하여, 제2 그룹의 판독 구조의 원격 도핑 영역 각각을 향해 제2 극성의 전하 캐리어에 인가되는 당기는 힘이 상기 제2 당기는 힘의 절반 미만이 되게 하는 단계; 제2 샘플링 기간보다 늦은 제3 샘플링 기간 동안, 상기 Ge 감광 영역, 상기 제1 원격 도핑 영역 및 상기 제1 중간 도핑 영역 상에 상대 전압을 유지하여, 제2 극성의 전하 캐리어가 제3 당기는 힘에 의해 상기 Ge 감광 영역으로부터 상기 제1 판독 구조를 향해 강제 이동하게 하는 단계, 여기서 상기 CCSP는 제1 판독 전극을 통해 수집되고; 및 제3 샘플링 기간 동안, 제1 그룹의 판독 구조의 도핑 영역 상에 전압을 유지하여, 제1 그룹의 판독 구조의 원격 도핑 영역 각각을 향해 제2 극성의 전하 캐리어에 인가되는 당기는 힘이 상기 제3 당기는 힘의 절반 미만이 되게 하는 단계를 포함한다.
일부 양태에서, SWIR 전기광학 이미징 시스템(SEI 시스템)의 검출에 기초하여 장면의 깊이 이미지를 생성하는 방법이 개시되는데, 이는 상기 SEI 시스템의 복수의 검출 신호를 획득하는 단계, 여기서 각각의 검출 신호는 각각의 검출 시간 프레임에 걸쳐 상기 SEI 시스템의 시야(FOV) 내의 특정 방향으로부터 상기 SEI 시스템의 적어도 하나의 초점 평면 어레이(FPA) 검출기에 의해 캡처되는 광량을 나타내고, 상기 적어도 하나의 FPA는 복수의 개별 PS를 포함하고, 각각의 PS는 충돌하는 광자가 검출된 전하로 변환되게 하는 Ge 엘리먼트를 포함하고, 여기서 FOV 내에서 복수의 방향 중 각 방향에 대해, 상이한 검출 신호는 방향을 따라 상이한 거리 범위로부터 반사된 SWIR 조명 레벨을 나타내고; 및 객체가 검출되는 상기 FOV 내의 복수의 3D 위치를 포함하는 3D 검출 맵을 결정하기 위해 상기 복수의 검출 신호를 처리하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 처리하는 단계는 Ge 엘리먼트로부터 초래되는 복수의 검출 신호의 수집 동안 축적된 암전류(DC) 레벨을 보상하는 단계를 포함하고, 상기 보상하는 단계는 적어도 하나의 FPA의 상이한 포토사이트에 의해 검출된 검출 신호에 대해 상이한 정도의 DC 보상을 적용하는 단계를 포함한다.
일부 양태에서, 객체의 깊이 정보를 검출하도록 작동 가능한 센서가 개시되는데, 이는 복수의 PS를 포함하는 FPA, 여기서 각각의 PS는 PS의 순간 시야(IFOV)로부터 도달하는 광을 검출하도록 작동 가능하고, 상이한 PS는 상기 센서의 시야 내에서 상이한 방향으로 지향되고; 판독 회로의 판독-세트, 여기서 판독 회로 각각은 복수의 스위치에 의해 FPA의 PS의 판독-그룹에 결합되고, 상기 판독-그룹이 상기 복수의 스위치 중 적어도 하나를 통해 각각의 판독 회로에 연결될 때, 상기 판독-그룹의 PS에 충돌하는 광량을 나타내는 전기 신호를 출력하도록 작동 가능하고; 상기 센서로부터 상이한 거리에 위치한 객체로부터의 조명 광의 반사에 상이한 판독 회로를 노출시키기 위해, 상기 판독-세트의 상이한 판독 회로가 상이한 시간에 상기 판독-그룹에 결합되도록, 상기 복수의 스위치의 스위칭 상태를 변경하도록 작동 가능한 컨트롤러; 및 상기 센서로부터 객체까지의 거리를 나타내는 객체에 대한 깊이 정보를 결정하기 위해 포토사이트의 상기 판독-그룹의 IFOV로부터 수집된 반사광의 검출된 레벨을 나타내는 전기 신호를 상기 판독-세트로부터 획득하도록 구성된 프로세서를 포함한다.
개시내용을 이해하고 그것이 실제로 실시될 수 있는 방법을 보기 위해, 이제 첨부된 도면을 참조하여 비-제한적 예로서만 실시예가 설명될 것이다. 하기 도면에서는, 본 명세서에 개시된 주제의 상이한 측면에 따른 하기 실시예들이 제공된다:
도 1a 및 도 2a는 IR 광검출 시스템의 포토사이트의 예를 도시하는 단면도이다.
도 1b 및 도 2b는 각각 도 1a 및 도 2a의 시스템에서 휴지(rest) 기간 동안의 감소된 전하 캐리어의 이동을 도시하는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 포토사이트의 2가지 실시예를 도시하는 평면도이다.
도 4는 연속 샘플링 사이클 동안, 포토사이트 전극에 인가되는 전압을 도시한다.
도 5는 IR 광검출 시스템을 도시한다.
도 6은 IR 광 검출 시스템을 포함하는 전기광학 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 7은 시야로부터 광을 감지하기 위한 방법의 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도 8은 IR 광검출 시스템의 포토사이트를 도시하는 단면도이다.
도 9는 연속 샘플링 사이클 동안, 포토사이트의 하나 이상의 전극 상의 전압 변조(voltage modulation)에 인가된 상태 및 트랜스퍼 게이트에 인가된 상태를 도시한다.
도 10은 포토사이트를 도시한다.
도 11은 포토사이트를 도시한다.
도 12a는 포토사이트의 평면도이다.
도 12b는 포토사이트의 실시예의 평면도이다.
도 13a, 도 13b 및 도 13c는 포토사이트의 단면도 및 평면도를 도시한다.
도 14a 및 도 14b는 포토사이트가 작동하는 동안 포토사이트의 상이한 영역에 인가될 수 있는 상대 전압을 도시한다.
도 14c는 상이한 작동 상태에서 상이한 전극에 인가된 전압 사이의 도시적인 관계를 도시한다.
도 15, 도 16, 도 17 및 도 18은 N-탭 포토사이트를 갖는 광검출기 어레이를 도시한다.
도 19는 복수의 포토사이트를 포함하는 광 검출기 어레이의 시야로부터 도달하는 광을 검출하는 방법을 도시한다.
도 20a 및 도 20b는 IR 광검출 시스템의 포토사이트의 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 21은 포토사이트를 도시한다.
도 22 및 도 23은 IR 방사를 검출하는 방법을 도시한다.
도 24는 SWIR 전기광학 이미징 시스템의 검출에 기초하여 장면의 깊이 이미지를 생성하는 방법을 도시한다.
도 25는 FOV 내에서 동일한 방향으로부터 도달하는 3개의 상이한 검출 신호의 타이밍을 도시한다.
도 26a 내지 도 26c는 상이한 작동 상태에 있는 센서를 도시한다.
도 27은 상이한 타이밍도를 도시한다.
도 28a 내지 도 28c는 상이한 작동 상태에 있는 센서를 도시한다.
도 29는 센서를 도시한다.
도 30은 전기광학 시스템의 시야 및 복수의 순간 FOV를 도시한다.
설명의 단순화 및 명확화을 위해, 도면에 도시된 구성요소는 반드시 축척에 맞게 그려지지는 않았다. 예를 들어, 일부 구성요소의 치수는 명확성을 위해 다른 구성요소에 비해 과장될 수 있다. 또한, 적절한 것으로 간주되는 경우, 참조 번호는 대응하거나 유사한 구성요소를 나타내기 위해 도면 간에 반복될 수 있다.
다음의 상세한 설명에서, 본 개시내용의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부사항이 제시된다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이들 특정 세부사항 없이 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 다른 경우에, 공지된 방법, 절차 및 구성요소는 본 개시내용을 모호하게 하지 않기 위해 상세하게 설명되지 않았다.
제시된 도면 및 설명에서, 동일한 참조 번호는 다른 실시예 또는 구성에서 공통되는 구성요소를 나타낸다.
달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 다음의 논의로부터 명백한 바와 같이, 명세서 전반에 걸쳐 "처리하는", "계산하는", "산출하는", "결정하는", "생성하는", "설정하는", "구성하는", "선택하는", "정의하는" 등과 같은 용어를 사용하는 논의는 데이터를 조작 및/또는 다른 데이터로 변환하는 컴퓨터의 작동 및/또는 프로세스를 포함하며, 상기 데이터는 전자량과 같은 물리량으로 표현되고, 및/또는 상기 데이터는 물리적 객체를 나타내는 것으로 이해된다.
"컴퓨터", "프로세서" 및 "컨트롤러"라는 용어는 비-제한적인 예들, 예를 들어 개인용 컴퓨터, 서버, 컴퓨팅 시스템, 통신 장치, 프로세서(예를 들어, 디지털 신호 프로세서(DSP), 마이크로컨트롤러, 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA), 주문형 집적회로(ASIC) 등), 기타 전자 컴퓨팅 장치, 및 또는 이들의 조합을 포함하여, 데이터 처리 기능을 갖는 임의의 종류의 전자 장치를 포함하는 것으로 광범위하게 해석되어야 한다.
본 명세서의 교시에 따른 작동은 원하는 목적을 위해 특별히 구성된 컴퓨터에 의해 수행되거나, 또는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 의해 원하는 목적을 위해 특별히 구성된 범용 컴퓨터에 의해 수행될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "예를 들어", "~와 같이", "예컨대"라는 문구 및 이들의 변형은 본 명세서에 개시된 주제의 비-제한적 실시예를 설명한다. 명세서에서 "일 경우", "일부 경우", "기타 경우" 또는 이들의 변형에 대한 언급은 실시예(들)와 관련하여 설명된 특정한 피처, 구조 또는 특징이 본 명세서에 개시된 주제의 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 의미한다. 따라서, "일 경우", "일부 경우", "기타 경우" 또는 이들의 변형 문구의 등장이 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다.
명료함을 위해, 개별 실시예의 맥락에서 설명된 본 명세서에 개시된 주제의 특정 특징이 또한 단일 실시예에서 조합되어 제공될 수 있음을 이해해야 한다. 역으로, 간략화를 위해, 단일 실시예의 맥락에서 설명된 본 명세서에 개시된 주제의 다양한 특징이 또한 개별적으로 또는 임의의 적합한 하위 조합으로 제공될 수 있다.
본 명세서에 개시된 주제의 실시예에서, 도면에 도시된 하나 이상의 단계는 다른 순서로 실행될 수 있고, 및/또는 하나 이상의 단계 그룹이 동시에 실행될 수 있고, 그 반대도 가능하다. 도면은 본 명세서에 개시된 주제의 실시예에 따른 시스템 아키텍처의 일반적인 개략도를 도시한다. 도면에서의 각 모듈은 본 명세서에 정의되고 설명된 기능을 수행하는 소프트웨어, 하드웨어 및/또는 펌웨어의 임의의 조합으로 구성될 수 있다. 도면에서의 모듈은 하나의 위치에 집중되거나 둘 이상의 위치에 분산될 수 있다.
방법에 대한 명세서의 모든 참조는 그 방법을 실행할 수 있는 시스템에 준용하여 적용되어야 하며, 일단 컴퓨터에 의해 실행되면 상기 방법의 실행을 가능하게 하는 명령어를 저장하는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에도 준용하여 적용되어야 한다.
시스템에 대한 본 명세서의 모든 참조는 시스템에 의해 실행될 수 있는 방법에 준용하여 적용되어야 하며, 시스템에 의해 실행될 수 있는 명령어를 저장하는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 준용하여 적용되어야 한다.
비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 대한 본 명세서의 모든 참조는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령어를 실행할 수 있는 시스템에 준용하여 적용되어야 하며, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령어를 읽는 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 방법에 준용하여 적용되어야 한다.
개시내용을 이해하고 그것이 실제로 실시될 수 있는 방법임을 보여주기 위해, 첨부된 도면을 참조하여 단지 비-제한적인 예로서 실시예가 설명될 것이다. 설명의 단순화과 명확화를 위해, 도면에 도시된 구성요소는 반드시 축척에 맞게 그려지지는 않았다. 예를 들어, 일부 구성요소의 치수는 명확성을 위해 다른 구성요소에 비해 과장될 수 있다. 또한, 적절한 것으로 간주되는 경우, 참조 번호는 대응하거나 유사한 구성요소를 나타내기 위해 도면 간에 반복될 수 있다.
다음의 상세한 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부사항이 제시된다. 그러나, 본 발명이 이들 특정 세부사항 없이 실시될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 다른 경우에, 공지된 방법, 절차 및 구성요소는 본 개시내용을 모호하게 하지 않기 위해 상세하게 설명되지 않았다.
설명된 도면 및 설명에서, 동일한 참조 번호는 다른 실시예 또는 구성에서 공통되는 구성요소를 나타낸다.
달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 다음의 논의로부터 명백한 바와 같이, 명세서 전반에 걸쳐 "처리하는", "계산하는", "산출하는", "결정하는", "생성하는", "설정하는", "구성하는", "선택하는", "정의하는" 등과 같은 용어를 사용하는 논의는 데이터를 조작 및/또는 다른 데이터로 변환하는 컴퓨터의 작동 및/또는 프로세스를 포함하며, 상기 데이터는 전자량과 같은 물리량으로 표현되고, 및/또는 상기 데이타는 물리적 객체를 나타내는 것으로 이해된다.
"컴퓨터", "프로세서" 및 "컨트롤러"라는 용어는 비-제한적인 예들, 예를 들어 개인용 컴퓨터, 서버, 컴퓨팅 시스템, 통신 장치, 프로세서(예를 들어, 디지털 신호 프로세서(DSP), 마이크로컨트롤러, 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA), 주문형 집적회로(ASIC) 등), 기타 전자 컴퓨팅 장치, 및 또는 이들의 조합을 포함하여, 데이터 처리 기능을 갖는 임의의 종류의 전자 장치를 포함하는 것으로 광범위하게 해석되어야 한다.
본 명세서의 교시에 따른 작동은 원하는 목적을 위해 특별히 구성된 컴퓨터에 의해 수행되거나, 또는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 의해 원하는 목적을 위해 특별히 구성된 범용 컴퓨터에 의해 수행될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "예를 들어", "~와 같이", "예컨대"라는 문구 및 이들의 변형은 본 명세서에 개시된 주제의 비-제한적 실시예를 설명한다. 명세서에서 "일 경우", "일부 경우", "기타 경우" 또는 이들의 변형에 대한 언급은 실시예(들)와 관련하여 설명된 특정한 피처, 구조 또는 특징이 본 명세서에 개시된 주제의 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 의미한다. 따라서, "일 경우", "일부 경우", "기타 경우" 또는 이들의 변형 문구의 등장이 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다.
명료함을 위해, 개별 실시예의 맥락에서 설명된 본 명세서에 개시된 주제의 특정 특징이 또한 단일 실시예에서 조합되어 제공될 수 있음을 이해해야 한다. 역으로, 간략화를 위해, 단일 실시예의 맥락에서 설명된 본 명세서에 개시된 주제의 다양한 특징이 또한 개별적으로 또는 임의의 적합한 하위 조합으로 제공될 수 있다.
본 명세서에 개시된 주제의 실시예에서, 도면에 도시된 하나 이상의 단계는 다른 순서로 실행될 수 있고, 및/또는 하나 이상의 단계 그룹이 동시에 실행될 수 있고, 그 반대도 가능하다. 도면은 본 명세서에 개시된 주제의 실시예에 따른 시스템 아키텍처의 일반적인 개략도를 도시한다. 도면에서의 각 모듈은 본 명세서에 정의되고 설명된 기능을 수행하는 소프트웨어, 하드웨어 및/또는 펌웨어의 임의의 조합으로 구성될 수 있다. 도면에서의 모듈은 하나의 위치에 집중되거나 둘 이상의 위치에 분산될 수 있다.
방법에 대한 명세서의 모든 참조는 그 방법을 실행할 수 있는 시스템에 준용하여 적용되어야 하며, 일단 컴퓨터에 의해 실행되면 상기 방법의 실행을 가능하게 하는 명령어를 저장하는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에도 준용하여 적용되어야 한다.
시스템에 대한 본 명세서의 모든 참조는 시스템에 의해 실행될 수 있는 방법에 준용하여 적용되어야 하며, 시스템에 의해 실행될 수 있는 명령어를 저장하는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 준용하여 적용되어야 한다.
비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 대한 본 명세서의 모든 참조는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령어를 실행할 수 있는 시스템에 준용하여 적용되어야 하며, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령어를 읽는 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 방법에 준용하여 적용되어야 한다.
도 1a는 본 명세서에 개시된 주제의 실시예에 따른 IR 광검출 시스템(6200)의 포토사이트(6202)의 예를 도시하는 단면도이다. IR 광검출 시스템(6200)(이하에서 "IR 시스템(6200)" 또는 단지 "시스템(6200)"이라고도 함)은 IR 영역의 광자에 민감하다. 반드시 그런 것은 아니지만, IR 광검출 시스템(6200)은 IR 광검출 센서이거나 IR 광검출 센서를 포함할 수 있다. 반드시 그런 것은 아니지만, IR 광검출 시스템(6200)은 SWIR 광검출 센서이거나 SWIR 광검출 센서를 포함할 수 있다. 아래에서 논의되고 청구되는 광검출 센서를 참조하면, 용어 "단파 적외선 센서" 및 유사 용어(예를 들어, "단파 적외선 FPA 센서", "단파 적외선 FPA")는 충돌하는 단파 적외선 방사(즉, 파장이 1,000 내지 1,700nm인 방사)를 흡수 및 검출할 수 있는 감광성 센서와 관련된다. 이러한 센서는 SWIR 스펙트럼의 일 부분에 민감한 것에 더하여, 스펙트럼의 다른 부분(예를 들어, 1,000nm 미만)에도 민감할 수 있음에 유의해야 한다. 특히, 이러한 광검출 센서는 선택적으로 가시 스펙트럼(400 내지 700nm)의 일부에 민감할 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. SWIR 스펙트럼의 적어도 일부에서, 이러한 SWIR 센서의 양자 효율은 Si-기반 광센서(이는 가시 스펙트럼 내에서 감지하는 데 더 적합함)가 달성할 수 있는 것보다 높다. 선택적으로, 개시되고 청구된 SWIR 시스템은 단파 IR 스펙트럼(본 개시내용의 목적을 위해 1,000nm 내지 1,700nm로 정의됨)의 서브섹션 내에서, 보다 구체적으로 1,200nm 내지 1,550nm에서 충돌하는 조명에 민감할 수 있다. 센서는 해당 파장에 대한 센서의 양자 효율이 5%보다 높은 경우, 본 개시내용의 맥락 내에서 주어진 파장에 대해 민감한 것으로 정의된다.
IR 시스템(6200)은 하나 이상의 포토사이트(PS)(6202)를 포함할 수 있다. 예를 들어, IR 시스템(6200)은 수백, 수천, 수만, 수십만, 수백만 또는 그 이상의 PS(6202)를 포함할 수 있으며, 이들의 검출 신호는 IR 시스템(6200)(또는 IR 시스템(6200)이 통합된 전기광학 시스템)의 FOV에 있는 객체의 이미지, 비디오 또는 3D 모델을 생성하기 위해 처리될 수 있다. 예를 들어, IR 시스템(6200)은 HD 해상도 이미지를 생성하기 위해 1280×720 PS(6202)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, IR 시스템(6200)은 640×480, 1440×900 또는 1920×1080 PS(6202), 또는 PS의 임의의 다른 전개(deployment)(표준 또는 비표준, 직사각형 타일, 육각 타일("벌집형 타일"이라고도 함), 또는 PS의 임의의 다른 기하학적 배열을 포함할 수 있다. 본 개시내용 전반에 걸쳐 논의된 임의의 PS 어레이는 이미징 수신기로서 사용될 수 있다.
PS(6202)는 다이오드(6230)가 구현되는 Si 층(6210)을 포함한다. 다이오드(6230)는 2개의 도핑 영역, 즉 제1 도핑 영역(6232) 및 제2 도핑 영역(6234)을 포함한다. 제1 도핑 영역(6232)은 제1 극성(도 1a의 실시예에서는 양이고, 도 2a의 실시예에서는 음이다)을 갖고, 제2 도핑 영역은 제1 극성과 반대 극성인 제2 극성(제2 극성은 도 1a의 실시예에서는 음이고, 도 2a의 실시예에서는 양이다)을 갖는다. 선택적으로, Si 층(6210)은 실리콘 온 인슐레이터(SOI, Silicon-On-Insulator) 층이다.
Si 층에 더하여, PS(6202)는 Ge 감광 영역(또는 간단히 "Ge 영역")(6220)을 더 포함하며, 이는 충돌하는 IR 광자(및 가능하게는 스펙트럼의 근적외선(NIR) 및 가시광선(VIS) 부분과 같은 전자기 스펙트럼의 다른 부분에 있는 광자)에 응답하여 e-h 쌍을 생성하도록 작동 가능하다. "Ge 영역"이라는 용어는 전자의 광-유도 여기(light-induced excitation)가 Ge 내, Ge 합금 내(예를 들어, SiGe), 또는 Ge(또는 Ge 합금)와 다른 재료의 경계(border)(예를 들어, Si, SiGe)에서 발생하는 벌크(bulk) 물질과 관련이 있다. 특히, "Ge 영역"이라는 용어는 순수한 Ge 벌크와 Ge-Si 벌크 모두와 관련된다. Ge와 Si를 모두 포함하는 Ge 벌크를 사용하는 경우, Ge의 상이한 농도가 사용될 수 있다. 예를 들어, Ge 영역(Si와 합금화되든 Si에 인접하든지)에서 Ge의 상대적 비율은 5% 내지 99% 범위일 수 있다. 예를 들어, Ge 영역에서 Ge의 상대적 비율은 15% 내지 40%일 수 있다. 알루미늄, 니켈, 실리사이드, 또는 임의의 다른 적합한 재료와 같은 Si 이외의 재료들이 또한 Ge 영역의 일부일 수 있음에 유의해야 한다. 일부 실시예에서, Ge 영역은 순수한 Ge 영역(99.0% 이상의 Ge 포함)일 수 있다. Ge 영역(6220)은 균일한 층의 에피 성장, 선택적 층 에피택시 방법 등과 같은(그러나 이들에 제한되지 않음) 임의의 적절한 방식으로 Si 층(6210) 상에 증착될 수 있다.
Ge 영역(6220) 내에는 제1 극성(즉, 제1 영역(6232)과 동일한 극성; 도 1a의 실시예에서는 양이고, 도 2a의 실시예에서는 음이다)을 갖는 적어도 하나의 도핑 영역(6222)("흡수체 도핑 영역"이라고도 함)이 존재한다. PS(6202)의 상이한 부분의 도핑 레벨을 참조하면, 도시된 상대적 도핑 비율은 도시적인 것이며, 다른 상대적 도핑 레벨(예를 들어, "-", "+", "++")이 단지 예로서 제공된 것이며, 상대적인 도핑 레벨 및 극성의 임의의 적절한 조합이 사용될 수 있음에 유의해야 한다.
기하학적으로, 제1 도핑 영역(6232)은 제2 도핑 영역과 흡수체 도핑 영역 사이에 위치한다. 이것은 본 개시내용의 맥락에서, Ge 영역(6220) 상의 지점과 (반대 전기 극성의) 제2 도핑 영역(6234) 상의 지점 사이의 대부분의(또는 모든) 직선이 제1 도핑 영역(6232)의 적어도 한 지점을 아래 또는 위로 통과함을 의미한다. 이러한 방식으로, Ge 영역(6220)의 상대 전압을 제어하면, 제1 도핑 영역(6232) 및 제2 도핑 영역(6234)은 아래에서 논의된 바와 같이, Ge 영역(6220)에서 생성된 전하 캐리어가 각각의 PS(6202)의 판독부로 이동하는 것에 영향을 미친다. 도 3a 및 도 3b는 PS(6202)의 2가지 실시예의 평면도이다(명료함을 위해 일부 구성요소만 도시함). 상이한 도핑 영역에 인가되는 전압은 3개의 전극(또는 전극 조합)을 통해 전달된다. 하나 이상의 전극(6221)은 Ge 영역(6220)(선택적으로 특히 Ge 영역(6220)을 갖는 도핑 영역(6222))에 전압을 제공한다. 이 전압은 도면에서 "조절 전압" 및 "VM"으로 표시된다. 하나 이상의 전극(6233)은 제1 도핑 영역(6232)에 전압을 제공하고, 하나 이상의 전극(6235)은 제2 도핑 영역(6234)에 전압을 제공한다. 영역(6232 및 6234) 중 양의 도핑 영역에 제공되는 전압은 도면에서 "애노드 전압" 및 "VA"로 표시되는 반면, 영역(6232 및 6234) 중 음의 도핑 영역에 제공되는 전압은 도면에서 "캐소드 전압" 및 "VC"로 표시된다. 전압은 하나 이상의 전원에서 제공된다. 이러한 전원은 일정하거나(통상적으로 온일 때 단일 정전압을 제공함), 조절되거나(예를 들어, 이산(discrete) 전압 사이에서 조절되는 전압을 제공하거나, 제공된 전압을 점진적으로 수정함), 또는 임의의 다른 유형의 전원일 수 있다. 도시된 예에서는, Ge 영역(6220)에 제공되는 전압만이 조절되지만, 후술하는 바와 같이 다른 전압(VA 및 VC로 표시됨)의 조절도 구현될 수 있다.
IR 시스템(6200)은 제1 도핑 영역(6232)에 제1 영역 전압을 제공하고 제2 도핑 영역(6234)에 제2 영역 전압을 제공하도록 작동 가능한 적어도 하나의 전원(예를 들어, 전원(6250) 및/또는 전극(6235)에 연결된 전원)을 포함한다. 이 전압은 다이오드(6230)를 바이어싱하는 데 사용된다. 선택적으로, 바이어싱은 시간에 따라 일정할 수 있다. 그러나, 반드시 그런 것은 아니다. 도시된 실시예에서, 바이어싱은 항상 액티브(active) 상태이지만(각 PS(6202)의 액티브 판독 단계 및 아이들(idle) 휴지 시간 동안 VA 및 VC 모두 하이 레벨로 설정됨), 일부 실시예에서, 바이어싱 전압은 항상 반드시 활성화되어 있을 필요가 없다.
IR 시스템(6200)은 또한 다음과 같이 작동할 수 있는 적어도 하나의 제어가능 전원(6240)을 포함한다:
a. PS(6202)의 샘플링 기간 동안, 제2 극성의 전하 캐리어가 Ge 영역(6222)(전하 캐리어는 충돌하는 광의 결과로서 생성됨)으로부터 다이오드(6230)를 향해 강제 이동하게 하는 활성화 전압을 Ge 영역(6222)에 제공한다. 여기서, CCSP는 제2 도핑 영역(6234)에 전기적으로 결합된 판독 전극(6235)을 통해 수집된다. 도 1a 내지 도 1c의 실시예에서, CCSP는 전자인 반면, 도 2a 내지 도 2c에서, CCSP는 정공이다. 샘플링 기간 동안 전하 캐리어의 이동은 도 1c 및 도 2c에 도시되어 있다. 판독 회로에 대한 연결은 도면에서 6260으로 표시된다.
b. 샘플링 기간의 종료 시, 다이오드(6230)를 향하는 CCSP의 강제력을 감소시키는(아마도 완전한 중지시키는) 휴지 전압을 Ge 영역(6222)에 제공하여, 각각의 PS(6202)에 의한 신호 수집을 중지시킨다. 휴지 기간 동안 전하 캐리어의 감소된 이동은 도 1b 및 도 2b에 도시되어 있다.
활성화 기간을 참조하면, 제2 극성의 전하 캐리어는 Ge 영역(6220)에 인가된 전압에 의해 반발되고(repelled), 제1 도핑 영역(6232)에 인가된 전압에 끌린다(attracted). 이러한 전하 캐리어는 예를 들어, 공핍 영역(6280)((다른 도면에서의 시각적 부하를 줄이지 않기 위해 도 1a 및 도 2a에서만 표시됨)에서 제1 도핑 영역(6232)과 제2 도핑 영역(6234) 사이의 인가된 전압으로 인한 드리프트 속도를 사용하여, 제1 도핑 영역(6232)을 지나 제2 도핑 영역(6234)을 향해 이동한다.
IR 시스템(6200)은 선택적으로 컨트롤러(6270)(이는 PS(6202)와 동일한 칩 상에 구현될 수 있거나, 칩이 일부인 더 큰 전기광학 시스템의 일부일 수 있음)를 포함할 수 있다. 선택적 컨트롤러는 관련 PS 전극에 대한 조절된 전압(또는 전압들)의 제공을 제어할 수 있고, IR 시스템(6200) 작동의 다른 부분도 제어할 수 있다.
PS(6202)의 샘플링 사이클은 두 단계, 즉 신호가 수집되는(및 나중에 샘플링되고 선택적으로 외부 모듈에 제공됨) 샘플링 기간, 및 신호가 수집되지 않는 휴지 기간을 포함한다. 활성화 전압의 인가 중지는 제2 극성의 전하 캐리어가 판독 전극(6235)으로 이동하는 것을 감소시킨다. 선택적으로, PS(6202)의 샘플링 사이클은 단지 상기 두 단계만을 포함하고 다른 단계를 포함하지 않는다. 휴지 기간 동안 상기 이동은 감소되고, 의도적으로 PS의 다른 유용한 위치로 지향되지 않는다. 특히, 일부 또는 모든 실시예에서, PS(6202)는 휴지 기간 동안 신호 수집에 사용되는 다른 판독 전극을 포함하지 않는다. 선택적으로, 전하 감소는 Ge 영역(6220)에서 전하 캐리어에 대해 예상되는 낮은 수명으로 인해 발생한다.
제1 극성이 양의 극성인 경우, 샘플링 기간 동안의 전압(VA, VC, VM)의 조합은 다음 조건: VC ≥ VA > VM을 충족하는 것일 수 있고, 샘플링 기간이 종료할 때(예를 들어, 아이들 기간 동안) 전압의 조합은 적어도 다음 조건: VM ≥ VA 및 선택적으로 VC ≥ VA을 충족한다.
시간의 일부에서만 제2 극성의 전하 캐리어를 판독 전극을 향하여 유도하는 것은 상대적으로 짧은 기간의 시간 동안 (예를 들어, 광원에 의한 조명에 대응하는) 전기 신호를 선택적으로 수집하기 위해 사용될 수 있다. 이는 예를 들어, Ge 영역(6220)에서 생성된 암전류 전하(이는 Si 광검출기의 암전류에 비해 상대적으로 매우 높을 수 있음)가 검출기의 커패시턴스를 포화시키는 것을 방지하는 데 유용할 수 있다. IR 시스템(6200)은 트랜지스터 또는 다른 전기 부품을 사용하여 구현되는 판독 회로 전자 스위칭과 비교하여, 반도체 레벨에서 샘플링 시간과 아이들 시간 사이의 스위칭을 구현한다. 반도체 레벨에서 스위칭을 구현하는 것은 판독 회로 레벨에서 스위칭으로 인해 도입되는 노이즈(예를 들어, 열 노이즈, 존슨-나이키스트(Johnson-Nyquist) 노이즈 또는 kTC 노이즈라고도 함)와 비교했을 때, 노이즈가 상당히 낮은 특징이 있다. 그럼에도 불구하고, 위에서 논의된 바와 같은 반도체 레벨에서의 스위칭은 다른 형태의 스위칭, 심지어 판독 회로에서 구현되는 스위칭과도 결합될 수 있다는 것에 유의해야 한다.
활성화 전압 및/또는 휴지 전압 중 임의의 전압은 단일 전압 또는 전압 범위일 수 있음에 유의한다. 제1 도핑 영역(6232) 및 제2 도핑 영역(6234)에 인가되는 전압 중 임의의 전압도 단일 전압 또는 전압 범위일 수 있다. 예를 들어, 활성화 전압은 1V, 2V 또는 1 내지 2V 범위 내의 가변 전압일 수 있다. 마찬가지로, 휴지 전압은 0.0V, -0.2V, 0.3V 또는 -0.2 내지 0.3V 범위 내의 가변 전압일 수 있다. 선택적으로, 휴지 전압의 진폭은 활성화 전압의 진폭보다 적어도 0.2V 낮다. 선택적으로, 휴지 전압은 0이거나 0에 가까울 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다.
전극(6221, 6233 및 6235)에 전압을 제공하는 전원을 참조하면, (조절되거나 일정한) 이러한 전원 각각은 하나 이상의 PS(6202)에 전압을 제공할 수 있다. 전원(예를 들어, 6240, 6250)은 (도 1a에 도시된 바와 같이) 개별 PS(6202) 내에 포함될 수 있거나, 또는 (도 2a에 도시된 바와 같이) 개별 PS(6202) 외부에 포함될 수 있다. 개별 PS(6202)와 관련된 전원의 위치는 특정 도면에 도시된 상이한 도핑 영역의 극성과 관련이 없다는 점에 유의한다.
도시된 실시예에서, 상기 조절은 Ge 영역(6220)에 전압을 제공하는 전극(6221) 상에서 단지 수행된다. 그러나, 애노드 전압 및/또는 캐소드 전압에 대한 조절이, PS(6202)의 활성화 기간 동안 제2 극성의 전하 캐리어가 Ge 영역(6220)으로부터 제2 도핑 영역(6234)으로 이동되게 하고, PS(6202)의 휴지 기간 동안 상기 이동을 감소시키는데 사용될 수 있는 동등한 실시예가 당업자에게 명백할 것이다. VA 및/또는 VC의 조절은 VM의 조절과 함께 구현될 수 있지만, 선택적으로 Ge 영역(6220)에 대한 전압은 VA 및/또는 VC가 조절되는 경우 일정하게 유지될 수 있다. 이러한 구현의 실시예는 PS의 일 측면에 대하여 도 13a의 PS(6502)와 관련하여 아래에 제공되고, PS(6202)(또는 아래에서 논의되는 임의의 다른 PS)에서 필요한 부분만 약간 수정하여 구현될 수 있다.
도 4는 본 명세서에 개시된 주제의 실시예에 따라 연속 샘플링 사이클 동안 전극(6221, 6233, 6235)에 인가되는 전압을 도시하는 전압 도면(40)을 포함한다. 상부 그래프는 (예를 들어, 도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이) 제1 극성이 양인 실시예에 관한 것이고, 하부 그래프는 (예를 들어, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이) 제1 극성이 음인 실시예에 관한 것이다. 샘플링 사이클은 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 동일한 기간일 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. 서로 다른 샘플링 사이클의 샘플링 기간은 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 일정할 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. 서로 다른 샘플링 사이클의 휴지 기간은 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 일정할 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다.
샘플링 사이클의 기간은 IR 시스템(6200)의 프레임 속도와 관련하여 선택적으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 60fps 프레임 속도의 경우, 샘플링 사이클의 기간은 각각 1/60초일 수 있다. 60fps 실시예의 각 프레임이 다중 노출을 필요로 할 경우, 샘플링 사이클은 훨씬 짧을 수 있으며, 반드시 동일한 길이일 필요가 없다. 샘플링 사이클은 관련 조명원(있는 경우)에 의한 조명과 선택적으로 동기화될 수 있다. 예를 들어, IR 시스템(6200)은 단일 전기광학 시스템(예를 들어, 카메라, LIDAR, 분광기)에서 적어도 하나의 조명원(예를 들어, 레이저, 발광 다이오드-LED)과 결합될 수 있으며, 샘플링 기간은 상기 적어도 하나의 광원에 의한 광 방출시 시작할 수 있다. 각각의 샘플링 기간은 단일 조명 기간(span), 복수의 조명 기간(예를 들어, 일부 펄스 조명 구현에서)와 관련될 수 있고, 또한 (예를 들어, 조명이 없거나 일정한 조명이 구현되는 경우) 조명과 동기화되지 않을 수 있다. 서로 다른 PS(6202)의 샘플링 기간 및/또는 샘플링 사이클은 동기화되거나(예를 들어, 동시에 시작), 캐스케이드되거나(예를 들어, 광검출 어레이 내 PS의 상이한 행이 차례대로 트리거될 수 있음)되거나, 그렇지 않으면 조절될 수 있다.
샘플링 기간은 본 개시내용의 다른 실시예에서 변경될 수 있다. 선택적으로, PS(6202)의 적어도 하나의 샘플링 기간 중 하나 이상은 10나노초보다 짧다. 선택적으로, PS(6202)의 적어도 하나의 샘플링 기간 중 하나 이상은 10 내지 100나노초이다. 선택적으로, PS(6202)의 적어도 하나의 샘플링 기간 중 하나 이상은 100 내지 500나노초이다. 선택적으로, PS(6202)의 적어도 하나의 샘플링 기간 중 하나 이상은 0.5 내지 5마이크로초이다. 선택적으로, PS(6202)의 적어도 하나의 샘플링 기간 중 하나 이상은 5마이크로초보다 길다.
반드시 그런 것은 아니지만, Si 층(6210) 및 Ge 영역(6220)은 선택적으로 제1 극성으로 도핑될 수 있다. 이는 양의 채널(또는 음의 채널)을 생성하는 데 사용될 수 있다.
선택적으로, IR 광검출 시스템(6200)은 가시 스펙트럼의 광자가 포토다이오드에 도달하는 것을 차단하기 위한 스펙트럼 필터를 포함할 수 있다. 전자기 스펙트럼의 다른 부분(예를 들어, 스펙트럼의 원적외선 부분, 스펙트럼의 자외선 부분)을 차단하는 스펙트럼 필터도 구현될 수 있다. 스펙트럼의 선택된 부분의 광자가 다이오드에 도달하는 것을 차단하는 것은 (Ge 영역(6220) 및/또는 Si 층(6210)에서) 이들 광자로부터 발생하는 신호의 축적을 방지하기 위해 구현될 수 있다. 선택적으로, 하나 이상의 스펙트럼 필터는 IR 시스템(6200)이 통합된 전기광학 시스템에서 시스템 레벨로 통합될 수 있다. 예를 들어, 창, 렌즈, 거울, 프리즘 또는 시스템에 의해 감지될 광을 편향시키는 다른 광학 구성요소가 스펙트럼 필터링 코팅으로 코팅되거나, 전용 스펙트럼 필터가 광이 들어오는 광학 부분에 위치할 수 있다. 구현되는 경우, 스펙트럼 필터는 IR 시스템(6200)이 구현되는 동일한 칩, 또는 전기광학 시스템(도시되지 않음)의 임의의 다른 부분에 구현될 수 있다.
선택적으로, IR 광검출 시스템(6200)(또는 IR 감지 칩이 통합된 전기 시스템)은 Ge 영역(6220)에 전기적으로 결합된 전극을 통해 수집된 제1 극성의 전하 캐리어에 의해 야기된 열을 감소시키기 위한 냉각 모듈(예를 들어, 열 전달 유체, 히트 싱크, 냉각판, 펠티에 냉각판)을 포함할 수 있다. 제1 극성의 이들 전하 캐리어로부터 생성된 전류는 판독 회로에 의해 수집된 검출 신호보다 클 수 있다는 점에 유의한다. Si 층(6210) 및/또는 Ge 영역(6220)의 진성(intrinsic) 도핑은 제1 극성의 전하 캐리어의 이동을 감소시켜, 제1 극성의 전하 캐리어의 조절 전류를 감소시킬 수 있다. 제1 극성의 전하 캐리어의 조절 전류의 이러한 감소(적절한 도핑 레벨, 예를 들어 낮은 도핑 레벨을 선택함으로써)는 조절 전류의 열적 영향을 감소시키는 것을 용이하게 하여, 전력 소비를 감소시키고 값비싼 냉각 메커니즘에 대한 요구를 완화(또는 감소)시킨다.
선택적으로, IR 광검출 시스템(6200)의 FOV로부터의 IR 광자는 Ge 영역(6220)에 흡수되기 전에, Si 층(6210)을 통과한다(여기서 이들은 검출기의 양자 효율에 따라 e-h 쌍의 생성을 야기할 수 있음).
선택적으로, IR 광검출 시스템(6200)은 (a) 일 측면의 Ge 영역(6220)/다이오드(6230)와 (b) 타 측면의 적어도 하나의 전원(예를 들어, 6240, 6250) 사이에 패시베이션 층(6290)을 포함할 수 있다. 이러한 패시베이션 층은 SiO2, Si3N4 또는 임의의 다른 적합한 재료로 만들어질 수 있다. 선택적으로, IR 광검출 시스템(6200)은 (예를 들어, (a) 일 측면의 Ge 영역(6220)/다이오드(6230)와 (b) 타 측면의 적어도 하나의 전원 사이에) 평탄화 층을 포함할 수 있다. 이러한 평탄화 층은 SiO2, Si3N4 또는 임의의 다른 적합한 재료로 만들어질 수 있다. 선택적 패시베이션 층(6290)은 도 2a 내지 도 2c에만 도시되어 있지만, 이것은 IR 시스템(6200) 부품의 임의의 특정 극성과 관련이 없다는 점에 유의한다.
선택적으로, Ge 영역(6220)은 Si 층의 상부에 오버레이될 수 있다(직접적으로 또는 간접적으로 그 상부에). 다른 실시예(도시되지 않음)에서, Ge 영역의 적어도 일부는 Si 층 내(예를 들어, 에칭된 홀 내) 및/또는 패시베이션 층(존재하는 경우) 내에서 싱크된다(sunk).
선택적으로, IR 광검출 시스템(6200)은 Ge 영역이 배치된 Si 층의 측면과 반대쪽에 위치하는 Si 층의 연마된 측면에 접합된 적어도 하나의 광-유효층을 포함할 수 있다. 본 개시내용의 맥락에서 광-유효층은 그것을 통과하는 조명을 조작하는(manipulate) 층이다. 예를 들어, 광-유효층은 크로마틱 필터, 편광 필터, 임의의 다른 유형의 광학 필터, 리타더(retarder), 회절 격자, 또는 그 층을 통과하는 광선에 영향을 미치는 임의의 다른 유형의 층으로 작동할 수 있다.
도 5는 이전에 개시된 주제의 실시예에 따른 IR 광검출 시스템(6200)을 도시한다. 도시된 예에서, PS(6202)는 직사각형 매트릭스로 배열되고, 전원은 모든 PS(6202)에 전압을 함께 제공한다. 도면을 간단하고 읽기 쉽게 유지하기 위해, 각 PS(6202)의 다른 부분에 대한 모든 전극은 단일 선으로 표시된다. 선택적으로, IR 광검출 시스템(6200)은 하나 이상의 PS(6202)와 동일한 웨이퍼 상에 구현된 하나 이상의 판독 회로(6810)를 포함할 수 있으며, 이는 각 PS의 샘플링 기간 동안 Ge 영역에 의해 캡처된 광자의 수에 대응하는 적어도 하나의 전기 신호를 복수의 PS 각각으로부터 판독하도록 작동할 수 있다. 선택적으로, IR 광검출 시스템(6200)은 PS(6202)의 작동을 위해(및 가능하게는 IR 광검출 시스템(6200)의 추가 구성요소에) 전압을 제공하는 하나 이상의 전원(6820)을 포함할 수 있다. 전원(6820)은 컨트롤러(6830)의 명령에 기초하여 전력을 제공할 수 있으며, 이는 또한 동일한 웨이퍼 상에서 구현될 수 있다(반드시 그런 것은 아님). 또한, 선택적 컨트롤러(6830)는 스위칭 모듈 등과 같은 IR 광검출 시스템(6200)의 다른 부분의 작동을 제어할 수 있다.
도 6은 본 명세서에 개시된 주제의 실시예에 따른 IR 광검출 시스템(6200)을 포함하는 전기광학 시스템(6299)을 도시하는 블록도이다. 도 6은 이러한 전기광학 시스템에 포함될 수 있는 일부 구성요소를 도시하지만, 많은 다른 구성요소가 작동적인 전기광학 시스템(6299)에서 구현될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 시스템(6200)을 포함할 수 있는 전기광학 시스템(6299)의 예는 IR 카메라, 라이다(Lidar), 분광기 등이다.
선택적으로, 전기-광학 검출 시스템(6299)은 다양한 추가 구성요소를 포함할 수 있으며, 이들 중 다수는 다음 구성요소 중 하나 이상의 임의의 조합과 같이(하지만 이들에 제한되지 않음) 당업계에 알려져 있다.
a. (복수의 PS를 포함하는) IR 광검출 시스템(6200)의 임의의 변형:
b. 전기-광학 검출 시스템(6299)의 FOV로부터의 광을 IR 광검출 센서(6200)로 지향하게 하기 위한 적어도 하나의 광학 인터페이스(6792). 광학 인터페이스(6792)가 도면 상에 단일 렌즈로 표현되어 있지만, 렌즈, 미러, 프리즘, 광섬유, 필터, 빔 스플리터, 리타더 등과 같은(이들에 제한되지 않음) 광학 부품의 임의의 적절한 조합이 사용될 수 있음이 당업자에게는 명백할 것이다. 이러한 광학 부품은 고정되거나, (특히, 제어 가능한 방식으로) 움직일 수 있다.
c. 각 PS의 샘플링 기간 동안 Ge 영역에 의해 캡처된 광자의 수에 대응하는 적어도 하나의 전기 신호를 복수의 PS 각각으로부터 판독하도록 작동 가능한 적어도 하나의 판독 회로(6710). 판독 회로(6710)는 예를 들어, PS(6202)로부터 검출 신호를 판독하고, 추가 처리(예를 들어, 노이즈를 줄이기 위해, 이미지 처리를 위해), 저장 또는 임의의 다른 용도를 위해 신호를 제공하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 판독 회로(6710)는 추가 처리, 저장 또는 임의의 다른 조치를 위해 제공하기 전에, 상이한 PS(6202)의 판독 값을 순차적으로(아마도 일부 처리 후) 시간적으로(temporally) 배열할 수 있다. 선택적으로, 판독 회로(6710)는 IR 광검출 시스템(6200)의 다른 구성요소(예를 들어, PS(6202), 증폭기)와 동일한 웨이퍼 상에 제조된 하나 이상의 유닛으로 구현될 수 있다. 선택적으로, 판독 회로(6710)는 상기 웨이퍼에 연결된 인쇄 회로 기판(PCB) 상의 하나 이상의 유닛으로 구현될 수 있다. 임의의 다른 적합한 유형의 판독 회로가 또한 판독 회로(6710)로서 구현될 수 있다. 신호의 선택적인 디지털화 이전에, (예를 들어, 판독 회로(6710) 또는 각각의 전기-광학 검출 시스템(6299)의 하나 이상의 프로세서(6720)에 의해) 전기-광학 검출 시스템(6299)에서 실행될 수 있는 아날로그 신호 처리의 예는 게인 수정(증폭), 오프셋 및 비닝(binning)(2개 이상의 PS로부터의 출력 신호 조합)을 포함한다. 판독 데이터의 디지털화는 전기-광학 검출 시스템(6299) 또는 그 외부에 구현될 수 있다. 선택적으로, 판독 회로(6710)는 전술한 판독 회로(6810)를 포함할 수 있지만(또는 이들로 구성될 수도 있지만), 반드시 그런 것은 아니다.
d. FOV의 IR 이미지를 제공하기 위해 복수의 전기 신호를 나타내는, 판독 회로(6710)에 의해 제공된 검출 데이터를 처리하도록 작동 가능한 적어도 하나의 프로세서(6720). 판독 회로(6710)가 선택적이기 때문에, 상이한 PS의 신호 레벨을 나타내는 정보가 프로세서(6720)에 제공될 수 있는 임의의 적합한 방식이 이용될 수 있다는 점에 유의한다. 프로세서(6720)에 의한 처리는 예를 들어, 신호 처리, 이미지 처리, 분광 분석 등을 포함할 수 있다. 선택적으로, 프로세서(6720)에 의한 처리 결과는 컨트롤러(6270)(또는 다른 컨트롤러)의 작동을 수정하기 위해 사용될 수 있다. 선택적으로, 컨트롤러(6270) 및 프로세서(6720)는 단일 처리 장치로 구현될 수 있다. 선택적으로, 프로세서(6720)에 의한 처리 결과는 유형 메모리 모듈(6740)(예를 들어, 저장 또는 나중에 검색을 위해, 다음 참조), 예를 들어 통신 모듈(6730)을 통한 외부 시스템(예를 들어, 원격 서버 또는 시스템(6299)이 설치된 차량의 차량용 컴퓨터), 이미지 또는 다른 유형의 결과(예를 들어, 그래프, 분광기의 텍스트 결과)를 표시하기 위한 디스플레이(6750), 다른 유형의 출력 인터페이스(예를 들어, 스피커, 도시되지 않음) 중 임의의 하나 이상에 제공될 수 있다. 선택적으로, PS로부터의 신호는 또한 예를 들어, IR 시스템(6200)의 상태(예를 들어, 작동성, 온도)를 평가하기 위해 프로세서(6720)에 의해 처리될 수 있다는 점에 유의한다.
e. 전기광학 시스템(6299)의 FOV 상에 광을 방출하도록 작동 가능한 적어도 하나의 광원(6780). 광원(6780)의 광 중 일부는 FOV 내의 객체로부터 반사되고 PS(6202)에 의해 캡처된다. 이러한 광은 (예를 들어, 프로세서(6720)에 의해) 객체의 이미지 또는 다른 모델을 생성하는 데 사용될 수 있다. 임의의 적합한 유형의 광원이 사용될 수 있다(예를 들어, 펄스형, 연속형, 조절형, LED, 레이저). 선택적으로, 광원(6780)의 작동은 컨트롤러(예를 들어, 컨트롤러(6270))에 의해 제어될 수 있다.
f. 하나 이상의 광원(6780)의 광을 전기-광학 검출 시스템(6299)의 FOV의 일부 또는 전체를 향해 지향시키기 위한 적어도 하나의 광학 인터페이스(6794). 광학 인터페이스(6794)가 도면 상에 단일 렌즈로 표현되어 있지만, 렌즈, 미러, 프리즘, 광섬유, 필터, 빔 스플리터, 리타더 등과 같은(이들에 제한되지 않음) 광학 부품의 임의의 적절한 조합이 사용될 수 있음이 당업자에게는 명백할 것이다. 이러한 광학 부품은 고정되거나, (특히, 제어 가능한 방식으로) 움직일 수 있다.
g. PS(6202)에 도달하기 전에, FOV의 일부 또는 전체로부터 수집된 광을 조작하기 위한 적어도 하나의 필터(6770). 이러한 필터는 물리적 배리어, 스펙트럼 필터, 편광자, 리타더 또는 임의의 다른 적합한 유형의 필터를 포함할 수 있다. 필터(6770)는 검출기 어레이의 일부(예를 들어, 동일한 웨이퍼 상의 하나 이상의 층으로 구현됨) 또는 그 외부에 있을 수 있다. 구현되는 경우, 필터(6770)는 고정되거나 변경 가능할 수 있다(예를 들어, 움직이는 셔터). 선택적으로, 필터(6770)의 작동은 변경 가능하다면 컨트롤러(예를 들어, 컨트롤러 6270)에 의해 제어될 수 있다.
h. 전기광학 시스템(6299)의 임의의 하나 이상의 다른 구성요소(예를 들어, 광검출기, 광원, 판독 회로)의 작동을 동기적으로 또는 다르게 제어하기 위한 적어도 하나의 컨트롤러(6270). 컨트롤러(6270)의 임의의 기능은 외부 컨트롤러(예를 들어, 광검출기에 직접 연결되지 않은 전기광학 시스템(6270)의 다른 프로세서에 구현되거나, 전기광학 시스템(6299)이 설치된 자율 차량의 컨트롤러와 같은 보조 시스템에 의해 구현될 수 있음)에 의해 구현될 수 있다. 선택적으로, 컨트롤러(6270)는 IR 시스템(6200)의 다른 구성요소(예를 들어, PS(6202))와 동일한 웨이퍼 상에 제조된 하나 이상의 프로세서로서 구현될 수 있다. 선택적으로, 컨트롤러(6270)는 그러한 웨이퍼에 연결된 인쇄 회로 기판(PCB) 상의 하나 이상의 프로세서로서 구현될 수 있다. 다른 적절한 컨트롤러가 또한 컨트롤러(6270)로서 구현될 수 있다. 선택적으로, 컨트롤러(6270)는 전술한 컨트롤러(6830)를 포함할 수 있지만(또는 구성될 수도 있지만), 반드시 그런 것은 아니다.
i. PS 및/또는 판독 회로(6710)에 의해 출력된 검출 신호(예를 들어, 상이한 경우), 및 상기 검출 신호를 처리함으로써 프로세서(6720)에 의해 생성된 검출 정보 중 적어도 하나를 저장하기 위한 적어도 하나의 메모리 모듈(6740).
j. 적어도 하나의 전원(6760)(예를 들어, 배터리, AC 전원 어댑터, DC 전원 어댑터). 전원은 PS, 증폭기 또는 광검출 장치의 다른 구성요소에 전력을 제공할 수 있다.
k. 하드 케이싱(6798)(또는 다른 유형의 구조적 지지대).
선택적으로, 전기광학 시스템(6299)의 프로세서는 FOV에서 적어도 하나의 객체의 존재를 결정하기 위해 검출 데이터를 처리하도록 추가로 구성될 수 있다.
도 7은 본 명세서에 개시된 주제에 따른 방법(6300)의 실시예를 도시하는 흐름도이다. 방법(6300)은 FOV에서 광을 감지하는 방법이다. 첨부된 도면의 예를 참조하면, 방법(6300)은 선택적으로 IR 시스템(6200) 또는 전기광학 시스템(6299)에 의해 수행될 수 있다.
단계(6310)는 제1 전압 조합을 (a) PS의 Si 층의 제1 도핑 영역, (b) PS의 Si 층의 제2 도핑 영역(반대 도핑 극성을 가짐), 및 (c) PS의 Ge 영역의 도핑 영역(Ge 영역으로부터 Si 층으로 전하 캐리어의 전달을 가능하게 하도록 Si 층에 연결됨)에 제공하는 것을 포함한다. 제1 전압 조합의 제공은 제2 도핑 영역과 동일한 극성의 전하 캐리어를 Ge 영역으로부터 Si 층의 제2 도핑 영역으로 강제 이동시키고, 여기서 CCSP는 제2 도핑 영역에 전기적으로 결합된 판독 전극을 통해 수집된다. 단계(6310)는 PS의 샘플링 기간 동안 제1 전압 조합을 제공하는 것을 포함한다.
단계(6320)는 제2 전압 조합을 Si 층의 제1 도핑 영역, PS의 Si 층의 제2 도핑 영역 및 Ge 영역의 도핑 영역에 제공하는 것을 포함한다. 제2 전압 조합의 제공은 전술한 전하 캐리어의 강제력을 감소시켜, PS에 의한 신호 수집을 중지시킨다. 단계(6320)는 PS의 휴지 기간 동안 제2 전압 조합을 제공하는 것을 포함한다. 반드시 그런 것은 아니지만, 샘플링 기간이 종료되면, 휴지 기간이 바로 시작될 수 있다.
제1 전압 조합 및 제2 전압 조합은 (a) Si 층의 제1 도핑 영역에 인가된 전압(들); (b) Si 층의 제2 도핑 영역에 인가된 전압(들); (c) Ge 영역에 인가된 전압(들); 또는 (d) (a), (b) 및 (c) 중 둘 이상의 조합으로 서로 달라질 수 있다. 적어도 제1 전압 조합에서, 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역을 포함하는 포토다이오드는 광자의 흡수로 인한 전하 캐리어의 수집을 위해 바이어스된다.
선택적으로, 다이오드(6230)는 샘플링 기간 동안, 그리고 선택적으로 PS(6202)의 전체 연속 작동 동안, 역방향 바이어스로 유지된다. 다이오드(6230)는 VC가 VA보다 클 때, 역방향 바이어스로 유지된다. 선택적으로, 다이오드(6230)는 샘플링 기간 동안, 그리고 선택적으로 PS(6202)의 전체 연속 작동 동안, 제로 바이어스(또는 실질적으로 제로 바이어스)로 유지된다. 선택적으로, 샘플링 기간 동안 및 선택적으로 PS(6202)의 전체 연속 작동 동안, VC ≥ VA이다.
방법(6300)의 단계(6330)는 특정 샘플링 기간 동안 PS에 대한 검출 신호를 결정하기 위해, 적어도 샘플링 기간 동안 수집된 전기 신호를 PS에 전기적으로 연결된 판독 회로에 의해 판독하는 단계를 포함한다. 단계(6330)는 단계(6310)가 종료된 후에 실행된다. 단계(6330)는 단계(6320) 동안 및/또는 그 후에 실행될 수 있다. 검출 신호는 예를 들어, 시스템의 FOV 내에서 순간 FOV를 향해 각각 지향되는 복수의 PS의 검출 신호를 조합하여, 영상을 생성하는데 사용될 수 있다.
단계(6310, 6320 및 6330)는 IR 광검출 시스템의 Ge 영역에 충돌하는 IR 광량에 대응하는 서로 다른 검출 신호를 수집할 때마다, 그룹으로 반복될 수 있다. 샘플링 기간과 휴지 기간은 반복의 두 연속 인스턴스 간에 동일하게 유지될 수 있지만, 해당 기간 중 하나 또는 둘 다 변경될 수도 있다.
단계(6310, 6320 및 6330)는 IR 센서의 복수의 PS 중 각각에 대해 실행될 수 있고, 방법(6300)은 상이한 PS의 검출 신호에 응답하여 FOV의 객체를 나타내는 이미지(또는 라이다의 깊이 맵과 같은 다른 검출 모델, 또는 분광기 분석)를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 상이한 PS의 샘플링 기간은 서로 일치하거나 다를 수 있다.
PS(6202)와 같은 PS에 의해 IR 방사를 검출하는 방법이 개시되며, 상기 방법은 다음 단계를 포함한다:
a. PS의 제1 도핑 영역에 제1 영역 전압을 제공하고, PS의 제2 영역에 제2 영역 전압을 제공하고, 상기 PS는 (a) 충돌하는 IR 광자에 응답하여 e-h 쌍을 생성하도록 작동 가능한 Ge 감광 영역(여기서, 상기 Ge 감광 영역은 제1 극성을 갖는 흡수체 도핑 영역을 포함함); 및 (b) 상기 제1 극성의 제1 도핑 영역 및 상기 제1 극성과 반대인 제2 극성의 제2 도핑 영역을 포함하는 다이오드를 포함하는 Si 층을 포함하고; 여기서 상기 제1 도핑 영역은 상기 제2 도핑 영역과 상기 흡수체 도핑 영역 사이에 위치한다.
b. 상기 제1 영역 전압 및 제2 영역 전압을 제공하면서, PS의 샘플링 기간 동안, 제2 극성의 전하 캐리어(CCSP)가 Ge 감광 영역으로부터 포토다이오드로 강제 이동하게 하는 활성화 전압을 Ge 영역에 제공하는 단계, 여기서 CCSP는 제2 도핑 영역에 전기적으로 결합된 판독 전극을 통해 수집된다.
c. 샘플링 기간의 종료 시, 포토다이오드를 향하는 CCSP의 강제력을 감소시키는 휴지 전압을 Ge 영역에 제공하여, PS에 의한 신호 수집을 중지시킨다.
d. 선택적으로, 특정 샘플링 기간 동안 PS에 대한 검출 신호를 결정하기 위해, 적어도 샘플링 기간 동안 수집된 전기 신호를 PS에 전기적으로 연결된 판독 회로에 의해 판독한다.
e. 방법(6300)과 관련하여 논의된 모든 단계 또는 변형.
도 8은 본 명세서에 개시된 주제의 실시예에 따른 IR 광검출 시스템의 PS(6402)의 예를 도시하는 단면도이다. PS(6402)는 상이한 판독 메커니즘을 가진 PS(6202)와 유사하다. PS(6202)에서의 판독은 포토다이오드(제2 극성)의 극에 연결된 전극을 통해 구현되는 반면, PS(6402)에서의 판독은 저장 웰(6430)(제2 극성)과 플로팅 디퓨전(6420)(제2 극성) 사이를 연결하는 트랜스퍼 게이트(6410)를 통해 구현된다. Ge 영역(6492)에서(특히, Ge 영역(6492)의 도핑 영역(6494)에서) 생성된 전하 캐리어는 Ge 영역(6492)과 제1 도핑 영역 사이의 전압 차이에 기초하여, PS의 활성화 기간 동안 저장 웰(6430)로 선택적으로 이동된다. 수집 단계 동안, 트랜스퍼 게이트(6410)는 저장 웰(6430)을 플로팅 디퓨전(6420)으로부터 분리된 상태로 유지할 수 있어서, Ge 영역(6492)으로부터 도달하는 모든 CCSP가 PS의 샘플링 시간 동안 수집된다. 나중에(조절된 전압 동안의 오프 시간 동안과 같은) 트랜스퍼 게이트(6410)는 저장 웰(6430)과 플로팅 디퓨전(6420)을 연결할 수 있어서, 저장 웰(6430)에서 수집된 전하가 플로팅 디퓨전(6420)으로 이동할 수 있고, 여기서 적어도 하나의 전극(6460)에 의해 판독된다. 저장 웰(6430)은 반대 극성(제1 극성)의 피닝(pinning) 층(6450)("피닝 영역"이라고도 함) 아래의 핀드(pinned) 층("핀드 영역"이라고도 함)일 수 있다. 제3 층(6470)("제3 영역(6470)"이라고도 함)은 선택적으로 저장 웰 아래에 피닝될 수 있으며, 그것은 상주하는 Si 층에 대해 제1 극성의 상이한 도핑을 갖는다.
도시된 예에서, 조절은 제1 도핑 영역(6440)에서 구현되는 반면, Ge 영역(6492) 및 판독 전극 상의 전압은 일정하게 유지된다. 그럼에도 불구하고, 전극 사이의 상대 전압이 시간에 따라 변하는 한, 이들 전극 중 임의의 하나 이상의 전압을 조절하는 임의의 적절한 유형의 조절이 사용될 수 있음에 유의한다.
"전하 저장 영역"이 피닝된 포토다이오드처럼 보일 수 있지만, 수집된 전하는 전하 저장 영역의 임의의 부분과 비교하여, 원격 Ge 영역으로부터 도달한다는 점에 유의한다. Si에서 전하 생성을 차단하기 위해 적절한 필터가 구현될 수 있다(예를 들어, PS(6402)의 일부 부분 차폐, SWIR 광은 허용하지만 가시광선 또는 NIR 광은 통과시키지 않는 스펙트럼 대역 경로 또는 고역 통과 필터 등).
도 9는 본 명세서에 개시된 주제의 실시예에 따라, 연속 샘플링 사이클 동안, Ge 영역 및 제1 도핑 영역에 연결된 하나 이상의 전극 상의 전압 조절에 인가된 상태(샘플링 모드 대 아이들 모드), 및 트랜스퍼 게이트에 인가된 상태(연결된, 즉 전하 판독, 또는 연결 해제)를 나타내는 상태도(50)를 포함한다. 도시된 예에서, 몇 개의 조명 펄스가 방출되고(시간 t1-t6), 각 펄스의 반사 광량을 나타내는 전하가 플로팅 디퓨전을 통해 저장 웰로부터 판독되기 전에, 3개의 연속 펄스 동안 축적된다. 샘플링 윈도우는 펄스의 방출 시(예를 들어, t1, t2 및 t3에서 방출된 펄스의 경우와 같이) 또는 지연 기간 후에(예를 들어, t4, t5 및 t6에서 방출된 펄스의 경우와 같이) 또는 심지어 펄스 방출 전에 시작할 수 있다. 펄스에 대한 연결 없이 일부 샘플링 기간이 실행될 수 있다는 점에 유의한다(예를 들어, 다크 캘리브레이션 프레임을 측정하기 위해). 샘플링 사이클은 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이 동일한 기간일 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. 서로 다른 샘플링 사이클의 샘플링 기간은 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이 일정할 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. 서로 다른 샘플링 사이클의 휴지 기간은 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이 일정할 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. 샘플링 사이클의 기간은 PS(6402)가 구성요소인 IR 시스템의 프레임 속도에 따라 선택적으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 60fps 프레임 속도의 경우, 샘플링 사이클의 기간은 각각 1/60초일 수 있으며, 각각은 하나 이상의 펄스로부터 수집된 전하를 포함한다. 60fps 예제의 각 프레임이 다중 노출을 필요로 하는 경우, 샘플링 사이클은 훨씬 짧을 수 있으며, 길이가 반드시 같을 필요는 없다. 샘플링 사이클은 관련 조명원(존재하는 경우)에 의한 조명과 선택적으로 동기화될 수 있다. 예를 들어, IR 시스템은 단일 전기광학 시스템(예를 들어, 카메라, LIDAR, 분광기)에서 적어도 하나의 조명원(예를 들어, 레이저, 발광 다이오드-LED)와 결합될 수 있으며, 샘플링 기간은 적어도 하나의 광원에 의한 광 방출 시 시작될 수 있다. 각각의 샘플링 기간은 단일 조명 기간(span), 복수의 조명 기간(예를 들어, 일부 펄스 조명 구현에서)와 관련될 수 있고, 또한 조명과 동기화되지 않을 수 있다(예를 들어, 조명이 없거나 일정한 조명이 구현되는 경우). 상이한 PS(6402)의 샘플링 기간 및/또는 샘플링 사이클은 동기화되거나(예를 들어, 동시에 시작) 캐스케이드되거나(예를 들어, 광검출 어레이에서 PS의 상이한 행이 차례대로 트리거될 수 있음), 또는 달리 조절될 수 있다. 샘플링 기간은 본 개시내용의 다른 실시예에서 변경될 수 있다. 선택적으로, PS(6202)의 적어도 하나의 샘플링 기간 중 하나 이상이 10나노초보다 짧다. 선택적으로, PS(6202)의 적어도 하나의 샘플링 기간 중 하나 이상은 10 내지 100나노초이다. 선택적으로, PS(6202)의 적어도 하나의 샘플링 기간 중 하나 이상은 100 내지 500나노초이다. 선택적으로, PS(6202)의 적어도 하나의 샘플링 기간 중 하나 이상은 0.5 내지 5마이크로초이다. 선택적으로, PS(6402)의 적어도 하나의 샘플링 기간 중 하나 이상은 5마이크로초보다 길다.
도 10은 본 명세서에 개시된 주제의 실시예에 따른 PS(6404)를 도시한다. 위에서 논의된 PS(6402)의 모든 구성요소는 PS(6404)에 포함되며, Ge 영역에 대해서도 조절되는 추가 도핑 영역(6480)을 포함하고, 이는 샘플링 사이클의 아이들 시간에 제2 극성의 전하 캐리어가 저장 웰(6430)로부터 멀어지도록 전환하는 데 사용될 수 있다(예를 들어, 도핑 영역(6480)은 항상 "ON"이고 도핑 영역(6440)은 "OFF"일 수 있고 그 반대도 가능하지만, 다른 조절도 구현될 수 있음). 선택적으로, 추가 도핑 영역(6480)은 Ge 영역에 대해 조절되지 않고, 오히려 Ge 영역과 상대적으로 작은 정전압 차이를 갖는다는 점에 유의한다. 아이들 시간 동안, 이러한 낮은 DC 오프셋은 각 전하 캐리어를 끌어당기기에 충분하지만, 샘플링 기간 동안 더 높게 조절된 전압에 의해 무시된다. 상응하는 조절을 갖는 유사한 추가 도핑 영역이 또한 PS(6402)에 구현될 수 있음에 유의한다(선택적으로, 도 2에 도시되고, 전하의 "제거"를 위해 VR로 표시됨).
도 11은 본 명세서에 개시된 주제의 실시예에 따른 포토사이트(6406)를 도시한다. 위에서 논의된 PS(6404)의 모든 구성요소는 PS(6406)에 포함되며, 추가적인 저장 웰, 플로팅 디퓨전, 판독 전극 및 기타 구성요소를 포함하여, 제1 저장 웰(6430)로부터 멀리 이동될 때 제2 극성의 전하 캐리어를 판독한다. 그러한 배열은 예를 들어 이동 시간(time-of-flight) 측정에 사용될 수 있는데, 여기에서 두 측면 각각에서 수집된 전하의 상대적인 양은 되돌아오는 광의 위상(phase)을 나타낼 수 있고, 광이 반사된 객체까지의 거리를 나타낼 수 있다. 컨트롤러는 2개의 판독 화합물(도면에서, Ge 영역의 왼쪽과 오른쪽) 사이에서 판독을 토글할 수 있다.
도 12a는 PS(6406)의 실시예의 평면도이다(명료함을 위해, 일부 구성요소만 도시함). 상이한 도핑 영역에 인가된 전압은 각각의 전극(또는 전극의 조합)을 통해 전달된다.
도 12b는 PS(6408)의 실시예의 평면도이다(명료함을 위해, 일부 구성요소만 도시함). 상이한 도핑 영역에 인가된 전압은 각각의 전극(또는 전극의 조합)을 통해 전달된다. 위에서 논의된 PS(6406)의 모든 구성요소는 PS(6408)에 포함되며, Ge 영역(6492)에 대해 또한 조절되는 추가 도핑 영역(6790)("오프(OFF) 타임 전하 제거"라고도 함)을 포함하며, 이는 샘플링 사이클의 아이들 시간에 제2 극성의 전하 캐리어가 저장 웰 모두로부터 멀어지도록 전환하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 제2 극성의 전하 캐리어는 반사된 광 펄스가 PS(6408)에 의해 검출될 때, 제1 및 제2 저장 웰 사이에서 토글될 수 있으며, 반사된 펄스가 기대되거나 또는 요구되지 않을 때, 제3 도핑 영역(도면 상단)으로 향할 수 있다. 트랜스퍼 게이트는 전하가 제3 도핑 영역으로 향할 때, 판독을 위해 동시에(예를 들어, 2개의 판독 회로가 사용되는 경우) 또는 연속적으로(예를 들어, 단일 판독 회로가 상이한 시간에 양쪽 모두를 판독하는 경우) 켜질 수 있다.
PS(6202)와 관련하여 위에서 논의된 임의의 변형, 구현, 특징 및 구성요소가 필요한 부분만 약간 수정하여, PS(6402, 6404, 6406 및 6408)에 적용될 수 있음에 유의한다. IR 시스템(6200)과 관련하여 위에서 논의된 임의의 변형, 구현, 특징 및 구성요소가 필요한 부분만 약간 수정하여, PS(6402, 6404, 6406, 또는 6408)가 구현되는 임의의 IR 시스템에 대해 적용될 수 있다.
도 13a, 도 13b 및 도 13c는 본 명세서에 개시된 주제의 실시예에 따른 포토사이트(6502)의 예의 단면도(도 13a) 및 평면도(도 13b)를 도시한다. 위에서 논의된 PS와 같이, 하나 이상의 PS(6502)의 그룹이 IR 방사를 검출하도록 작동 가능한 IR 광검출 시스템에 통합될 수 있다. 그러한 시스템은 시스템(6299)과 실질적으로 유사할 수 있지만, 필요한 부분만 약간 수정하여 PS(6202) 대신에 PS(6502)를 가질 수 있다. 각각의 PS(6502)는 충돌하는 IR 광자에 응답하여 e-h 쌍을 생성하도록 작동할 수 있는 Ge 감광 영역(6520)을 포함한다. Ge 감광 영역(6520)은 제1 극성(예를 들어, 양으로 하전됨)으로 도핑된 흡수체 도핑 영역(6522)을 포함한다. 각각의 PS(6502)는 또한 다수의 판독 구조(6570)가 구현되는 Si 층(6510)을 포함하고, 각각의 판독 구조(6570)는 (a) 제2 극성으로 도핑된 원격 도핑 영역(6534), 및 (b) 각각의 원격 도핑 영역(6534)과 Ge 감광 영역(6520)사이에 (선택적으로, 흡수체 도핑 영역(6522)과 각각의 원격 도핑 영역(6534) 사이에) 위치한 중간 도핑 영역(6532)을 포함한다. 중간 도핑 영역(6532)은 제1 극성과 반대인 제2 극성으로 도핑된다. 특정 판독 구조(6570)의 중간 도핑 영역(6532)은 중간 도핑 영역(6532)의 적어도 일부가 각각의 원격 도핑 영역(6534) 상의 제1 지점과 Ge 감광 영역(6520) 상의 제2 지점 사이의 직선 상에 위치한다면, 각각의 원격 도핑 영역(6534)과 Ge 감광 영역(6520) 사이에 위치된다. 선택적으로, 중간 도핑 영역(6532)의 적어도 절반(또는 심지어 중간 도핑 영역(6532)의 더 큰 부분, 예를 들어 >60%, >70%, >80%, >90%, >95%) 상의 각각의 위치(Ln)에 대해, 각각의 원격 도핑 영역(6534) 상의 지점(An) 및 Ge 감광 영역(6520) 상의 지점(Bn)은 위치(Ln)가 이들 두 지점(An 및 Bn)을 연결하는 직선 상에 위치하도록, 선택될 수 있다.
PS(6502)의 작동이 PS(6202)의 작동과 다르지만, GE 감광 영역(6520)과 결합된 각각의 판독 구조(6570)는 (통상 PS(6502)의 실행 시간의 일부 동안에만) Ge 영역(6220), 제1 도핑 영역(6232)(이 측면에서 각각의 중간 도핑 영역(6532)에 대응함) 및 제2 도핑 영역(6234)(이 측면에서 각각의 원격 도핑 영역(6534)에 대응함)과 유사하게 작동될 수 있다는 점에 유의해야 한다. PS(6502)와 유사하게 작동할 때, Ge 영역과 각각의 판독 구조(6570) 사이의 전하 캐리어의 흐름은 PS(6502)의 샘플링 단계와 유사하게 거동한다(예를 들어, 모든 전극의 상대 전압 등에 대해, 다른 판독 구조(6570)에 영향을 미치는 동안 차이가 있을 수 있음). 선택적으로(예를 들어, 도 13c에 도시된 바와 같이), PS(6502)는 PS(또는 그 일부)를 완전히, 불완전하게 또는 부분적으로 둘러싸는 가드 링(6592)(또는 트렌칭)을 포함할 수 있다. 많은 사용 및 구현 방법이 당업자에게 알려져 있고, 간결함을 위해 본 명세서에 개시하지 않았다.
IR 시스템에서, PS(6502)는 Ge 감광 영역(6520)(가능하게는 흡수체 도핑 영역(6522)과 같은 그 일부에)뿐만 아니라, 상이한 판독 구조(예를 들어, 이들 모두)의 원격 도핑 영역(6534) 및 중간 도핑 영역(6532)에 제어 전압을 제공하도록 작동 가능한 제어가능 전원(제어가능 전원 유닛(6540)으로 부분적으로 표시됨)을 추가로 포함한다. 전압은 전극(6535, 6533, 6521)(이들에 제한되지 않음)과 같은 적절한 전극을 통해 상이한 영역에 제공될 수 있다. 제어가능 전원에 의해 전압이 공급되는 일부 영역은 일정한(또는 실질적으로 일정한) 전압을 수신할 수 있지만, 이러한 영역 중 일부에서는 시간에 따라 변경되는 제어 가능한(예를 들어, 조절된) 전압이 제공된다. 도 13a에 도시된 실시예에서, 가변 전원 유닛(6540)에 의해 중간 도핑 영역(도시된 예에서, 6532A, 6532B)에 조절 전압이 공급되지만, 이는 단지 일 실시예일 뿐이다. 도면에 도시된 바와 같이, 판독 구조(6570)로부터의 전하 판독은 연결부(6560)를 통해(예를 들어, 원격 도핑 영역(6534)에 전압이 인가되는 전극(6535)을 통해) 수행될 수 있으며, 이는 예를 들어, PS(6502)가 통합된 IR 전기광학 시스템의 판독 회로에 연결될 수 있다. 판독 구조(6570)의 샘플링 기간(아래 추가 예 참조)에서, 제2 극성의 전하 캐리어는 Ge 영역(6522)에 인가된 전압에 의해 반발되고, 액티브 중간 도핑 영역(6532)에 인가된 전압에 의해 끌어 당겨진다. 이러한 전하 캐리어는 드리프트 속도(예를 들어, 선택적 공핍 영역(6580)(이는 도 13a에 도시됨)에서 중간 도핑 영역과 원격 도핑 영역 사이에 인가된 전압으로 인해 발생함)를 사용하여 액티브 판독 구조(6570)의 원격 도핑 영역(6234)을 향해 액티브 중간 도핑 영역(6532)을 지나 이동한다.
도 13d는 6570A, 6570B, 6570C 및 6570D로 번호 매겨진 4개의 개별 판독 구조(6570)를 갖는 PS(6502)의 예를 도시한다. 도 13d에 도시된 바와 같이, 선택적으로 PS(6502)는 복수의 판독 모듈(6598)을 포함할 수 있으며, 각각은 하나 이상의 판독 구조(6570)와 관련되며, 이는 각각의 판독 구조(6570)에 의해 제공되는 신호에 신호 처리를 적용하도록 작동할 수 있다. 이러한 신호 처리는 예를 들어, 증폭, 노이즈 제거 및 기타 적절한 신호 처리 기술을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, PS(6502)는 특정 PS(6502)의 요구 사항(예를 들어, 특정 PS의 온도, 특징적인 다크 노이즈 등에 따라 다름)을 위해, 복수의 PS(6502)(예를 들어, 센서 어레이의 행)에 공급되는 제어 전압을 수정하는 모듈과 같이, 특정 PS(예를 들어, 도면에서 모듈(6598)의 위치에 있음)에 의한 신호 수집에 영향을 미치는 복수의 모듈을 포함할 수 있다. 선택적으로, PS(6502)는 판독 구조(6570)를 판독 모듈(6598) 또는 전술한 다른 모듈로부터 전기적으로 분리하는 내부 트렌치(6596)(또는 가드 링)를 포함할 수 있다.
제어가능 전원으로 되돌아가면, 임의의 하나 이상의 단일 PS(6502)의 상이한 판독 구조(6570)에 의해 교대로 전하를 판독하기 위해(및 검출 신호를 교대로 판독함으로써), 제어가능 전원에 의해 상이한 전압 방식(scheme)이 임의의 하나 이상의 PS(6502)의 상이한 전극에 인가될 수 있다는 점에 유의한다. 예를 들어, PS(6502)의 제어가능 전원은 예를 들어, 아래 논의된 목표를 달성하기 위해 다음과 같은 전압 방식을 유지하도록 선택적으로 작동 가능할 수 있다(예를 들어, 사전에 구성됨으로써, 컨트롤러의 런타임 결정 등에 의해). 이하의 논의에서, 참조 번호는 도 13b, 도 13c 및 도 13d에 관한 비-제한적 예로서 주어진다는 점에 유의한다.
a. 제1 샘플링 기간 동안:
1. (a) Ge 감광 영역, (b) 다수의 판독 구조 중 제1 판독 구조의 제1 원격 도핑 영역, 및 (c) 제1 판독 구조의 제1 중간 도핑 영역에 상대 전압을 유지하여, 제2 극성의 전하 캐리어가 제1 당기는 힘에 의해 Ge 영역으로부터 제1 판독 구조 쪽을 향해 강제 이동되게 하고, CCSP는 제1 원격 도핑 영역에 전기적으로 결합된 제1 판독 전극을 통해 수집되고;
2. 제1 판독 구조 이외의 다수의 나머지 판독 구조를 포함하는 제1 그룹의 판독 구조(예를 들어, 도 13b의 예에서 1개의 판독 구조, 도 13d의 예에서 3개의 판독 구조)의 도핑 영역에 전압을 유지하여, 제1 그룹의 판독 구조의 각각의 원격 도핑 영역을 향하여 제2 극성의 전하 캐리어에 인가되는 당기는 힘이 제1 당기는 힘의 절반 미만이 되도록 한다.
b. 제2 샘플링 기간 동안(제1 샘플링 기간보다 늦지만, 반드시 그 직후일 필요는 없음):
1. Ge 감광 영역, 다수의 판독 구조 중 제2 판독 구조의 제2 원격 도핑 영역 및 제2 판독 구조의 제2 중간 도핑 영역에 상대 전압을 유지하여, 제2 극성의 전하 캐리어가 제2 당기는 힘에 의해 Ge 영역으로부터 제2 판독 구조 쪽을 향해 강제 이동되게 하고, CCSP는 제2 원격 도핑 영역에 전기적으로 결합된 제2 판독 전극을 통해 수집되고;
2. 제2 판독 구조 이외의 다수의 나머지 판독 구조를 포함하는 제2 그룹의 판독 구조의 도핑 영역에 전압을 유지하여, 제2 그룹의 판독 구조의 각각의 원격 도핑 영역을 향하여 제2 극성의 전하 캐리어에 인가되는 당기는 힘이 제2 당기는 힘의 절반 미만이 되도록 한다.
c. 제3 샘플링 기간 동안(제2 샘플링 기간보다 늦지만, 반드시 그 직후일 필요는 없음):
1. Ge 감광 영역, 제1 원격 도핑 영역 및 제1 중간 도핑 영역에 상대 전압을 유지하여, 제2 극성의 전하 캐리어가 제3 당기는 힘에 의해 Ge 영역으로부터 제1 판독 구조 쪽을 향해 강제 이동되게 하고, CCSP는 제1 판독 전극을 통해 수집되고;
2. 제3 샘플링 기간 동안, 제1 그룹의 판독 구조의 도핑 영역에 전압을 유지하여, 제1 그룹의 판독 구조의 각각의 원격 도핑 영역을 향하여 제2 극성의 전하 캐리어에 인가되는 당기는 힘이 제3 당기는 힘의 절반 미만이 되도록 한다.
제1 판독 구조 및 제2 판독 구조로부터의 판독 사이의 변경은 동일한 원리로 계속될 수 있다. 개시된 프로세스는 또한 2개보다 많은 판독 구조(예를 들어, 도 13d의 예에서, 4개의 판독 구조)로 판독에 적합하게 할 수 있음에 유의한다. 추가 판독 구조는 예를 들어, 단계 b2와 단계 c1 사이에서 판독될 수 있다. 판독 동안, 유사한 전압 방식이 선택된 판독 구조(예를 들어, 필요한 부분을 약간 수정하여 단계 b1과 유사함) 및 나머지 판독 구조의 각각의 그룹(예를 들어, 필요한 부분을 약간 수정하여 단계 b2와 유사함)에 적용될 수 있다. 2개 이상의 PS를 포함하는 PS(6502)에서, 주기적 판독 순서가 유지될 수 있지만(예를 들어, ABCDABCDABCD), 반드시 그런 것은 아니며, 상이한 판독 구조(6570)로부터 판독하기 위한 임의의 다른 순서가 구현될 수 있음에 유의한다(예를 들어, ABCDBDACDABC, ABABCDCDABABCCDCD). 추가로, 선택적으로, 제어가능 전원 모듈은 2개 이상의 판독 구조(6570)(예를 들어, 6570A 및 6570B)를 동시에 판독하기 위해 적절한 전압을 인가하면서, 하나 이상의 나머지 포토사이트 구조(예를 들어, 6570C 및 6570D)를 향한 당기는 힘을 감소시킬 수 있다. 샘플링 사이클은 동일한 기간일 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. 다른 판독 구조의 샘플링 기간은 서로 동일할 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다.
위에서 논의된 당기는 힘을 참조하면, 상이한 전하 캐리어는 도핑 영역을 향해 심지어 동시에(예를 들어, 알려진 전압이 PS(6502)의 상이한 부분에 공급될 때), 상이한 당기는 힘에 직면할 것이라는 것이 분명하다. 그러나, 단일 전하 캐리어는 상이한 판독 구조(6570)를 향해 상이한 당기는 힘에 직면할 것이며, 임의의 주어진 전하 캐리어에 가해지는 이들 힘의 상대적인 크기가 비교될 수 있다.
PS(6502)를 도시하는 도면은 흡수체 도핑 영역(6522)이 양의 극성으로 도핑되는 극성을 도시하지만, 반대 극성이 또한 구현될 수 있음에 유의한다(즉, 흡수체 도핑 영역(6522)은 음의 극성으로 도핑되고, PS(6502)의 나머지 극성도 반전됨). PS(6502) 및 PS(6202)는 서로 다르지만, 당업자는 PS(6502), 그 구성요소 및 작동 방식을 이해하기 위해, PS(6202), 그 구성요소 및 작동 방식에 대한 확장된 설명을 준용하여 구현할 수 있음을 이해할 것이다.
도 13b의 비-제한적인 예에 도시된 바와 같이, PS(6502)는 Ge 영역(6520)에 대해 또한 조절되는 선택적인 도핑 영역(6590)을 포함할 수 있고, 제2 극성의 전하 캐리어를 판독 구조(6570)로부터 멀리어지도록 전환하는 데 사용될 수 있다(예를 들어, 샘플링 사이클의 아이들 시간에). 예를 들어, 제2 극성의 전하 캐리어는 광의 반사 펄스가 PS(6502)에 의해 검출될 때, 판독 구조(6502) 사이에서 토글될 수 있고, 반사 펄스가 예상되거나 요구되지 않을 때, 도핑 영역(6590)을 향하게 할 수 있다. 선택적으로, 반대 극성의 도핑 영역(6594로 표시됨)은 Ge 영역(6520)과 도핑 영역(6590) 사이에 위치할 수 있고, (예를 들어, 연결된 전극을 통해, 도면에서 번호가 매겨지지 않음) 도핑 영역(6590 및 6594)에 인가된 전압은 판독 구조(6570)에 유사하게 적용될 수 있다. 즉, 영역(6590 및 6594)을 포함하는 구조(6588)는 선택적으로 판독 구조(6570)와 유사하게 작동할 수 있으며(예를 들어, 전하 폐기(discarding)가 필요할 때), 여기서 도핑 영역(6590)은 영역(6534)에 대응하고, 영역(6594)은 6532에 대응한다.
도 14a는 작동 중에 PS(6502)의 다른 영역에 인가될 수 있는 상대 전압을 도시한다. VA는 애노드로 작용할 수 있는 Ge 영역(6520)(또는 그 일부)에 공급되는 전압이다. VA는 애노드로 작용할 수 있는 Ge 영역(6520)(또는 그 일부)에 공급되는 전압이다. VC는 캐소드로 작용할 수 있는 특정 판독 구조(6570)의 원격 도핑 영역(6534)(또는 그 일부)에 공급되는 전압이다. VM은 중간 도핑 영역(6532)(또는 그 일부)에 공급되는 전압이며, 이는 제어 가능한 모션 유도 구조의 역할을 할 수 있다. 판독 구조가 액티브 검출 모드에 있을 때(예를 들어, 위에서 논의된 바와 같이, 제1 판독 구조의 단계 a 및 단계 c에 대응함), Ge 영역(6520) 및 판독 구조(6570)의 상이한 도핑 영역에 인가된 전압 사이의 관계는 다음 규칙을 따를 수 있다: VC(액티브) ≥ VM(액티브) > VA(액티브). 논액티브 판독 구조의 경우, 다음 규칙이 적용될 수 있다: VC(아이들[논액티브]) > VA(아이들) 및 VA(아이들) ≥ VM(아이들). 도 14a의 규칙은 도 13a 내지 도 13d에 도시된 도핑 극성에 관련된다. 반대의 도핑 극성이 구현되면(예를 들어, 도핑 영역(6522)이 음으로 도핑될 때), 도 14b의 규칙이 사용될 수 있다. 도 14c는 PS(6502)가 전혀 판독하지 않을 때(2개의 예가 주어지고, "OFF" 및 "OFF 스트롱"으로 표시됨), 판독이 왼쪽 판독 구조를 통해 수행될 때("RO1에서 판독"으로 표시됨), 판독이 오른쪽 판독 구조를 통해 수행될 때("RO2에서 판독"으로 표시됨), 상이한 전극(도면 상단에 C1, M1, A, M2 및 C2로 표시됨)에 인가된 전압 사이의 예시적인 관계를 도시한다. H는 고전압을 나타내고, L은 저전압을 나타낸다. 동일한 대표 전압 기호(즉, "H" 또는 "L")가 할당된 상이한 영역 간에 약간의 차이점들이 구현될 수 있음에 유의한다. 예를 들어, 액티브 판독 구조에서, 원격 도핑 영역에서 검출되는 제2 극성의 전하 캐리어의 수를 증가시키기 위해, C1 및 M1에 상이한 전압(예를 들어, 1.7볼트 및 1.8볼트)이 인가될 수 있다. PS(6502)의 상이한 영역(및 본 명세서에서 설명된 다른 PS)에 인가된 전압을 참조하면, 상이한 레벨의 전압이 상이한 실시예에서 사용될 수 있다는 점에 유의한다. 예시적인 전압은 1V 내지 10V 정도의 크기일 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. 예를 들어, PS의 상이한 도핑 영역에 인가되는 전압은 다음 범위 중 하나 이상일 수 있다(여기서, ±는 실시예에 따라 양 또는 음의 전압을 나타냄): 0V 내지 ±0.25V, ±0.25V 내지 ± 0.5V, ±0.5V 내지 ±1V, ±1V 내지 ±1.5V, ±1.5V 내지 ±2.5V, ±2.5V 내지 ±5V 및 ±5V 내지 ±10V. 다른 전압도 적용될 수 있다. 도 14c의 예를 참조하면, 일예로서, 저전압("L"로 표시됨)은 0V 내지 0.25V 범위에 있을 수 있는 반면, 고전압("H"로 표시됨)은 1V 내지 1.5V 범위에 있을 수 있다. 상기 설명에서, 상이한 PS에 인가되는 전압은 각각의 전압의 결과로서 PS 내의 전하 캐리어에 인가되는 힘에 기초하여 설명된다. 그러나, 전압은 보다 직접적으로 정의될 수도 있다. 예를 들어, 샘플링 기간(예를 들어, 제1 샘플링 기간 또는 임의의 다른 샘플링 기간) 동안 액티브 판독 구조(6570)의 조절된 전극(예를 들어, 도 14c의 예에서, 중간 도핑 영역)에 인가된 전압은 각각의 샘플링 기간(예를 들어, 아이들 모드에 있음)에 걸쳐 평균화된, 제1 그룹의 판독 구조의 조절된 전극(예를 들어, 임의의 중간 도핑 영역)에 인가된 임의의 전압보다 적어도 10배 더 높을 수 있다. 전압 사이의 이러한 관계는 전하 캐리어에 인가되는 당기는 힘이 위에서 논의된 것과 다른 경우에도, 필요한 부분만 약간 수정하여 PS(6502)에서 구현될 수 있다.
PS(6502)는 거기에 연결된 하나(또는 그 이상)의 관련된 전극(6521)을 갖는 단일 Ge 영역(6520)을 포함한다. 그러나, 단일 애노드 및 단일 캐소드만을 포함하는 PS(6502)와 달리, PS(6502)는 복수 세트의 제1 도핑 영역(6532) 및 제2 도핑 영역(6534) 및 관련 구성요소(예를 들어, 전극)를 포함한다. 도핑 영역 및 관련 구성요소의 각 세트는 해당 세트와 관련된 대문자 접미사로 표시된다. 예를 들어, 세트 A의 제1 도핑 영역(6532)은 6532A로 표시되고, 세트 B의 제1 도핑 영역(6532)은 6532B로 표시된다. 도면은 극성의 단일 조합만을 도시하지만, 도핑 영역 및 전하 캐리어의 극성의 다른 조합, 특히 반대 극성을 갖는 조합도 구현될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 상이한 판독 구조의 도핑 영역의 극성은 단일 PS(6502)에서 하나의 판독 구조와 다른 판독 구조 간에 상이할 수 있다.
도 15, 도 16, 도 17 및 도 18은 본 명세서에 개시된 주제의 실시예에 따른 N-탭 PS(9020)를 갖는 광검출기 어레이(9010)를 도시한다. 도 15 및 도 16은 각각의 포토사이트가 교대로 활성화되는 2개의 검출 구조(9030)를 갖는 2-탭 PDA(9010)의 예를 도시한다. 도 17 및 도 18은 각각의 포토사이트가 라운드 로빈 방식 또는 임의의 다른 방식으로 활성화될 수 있는 4개의 검출 구조(9030)를 갖는 4-탭 PDA(9010)의 예를 도시한다. 다음 논의는 3-탭 PS(9020), 8-탭 PS(9020) 또는 임의의 다른 N-탭 PS를 갖는 PDA(9010)에 적용될 수 있으며, 여기서 N은 1보다 큰 자연수이다. PS(9020)는 예를 들어, PS(9502) 또는 본 명세서에서 논의된 다른 유형의 멀티-탭 포토사이트, 또는 임의의 다른 유형의 N-탭 포토사이트(예를 들어, 전자기 스펙트럼의 가시 범위에 대한 실리콘 전용 N-탭 포토사이트)일 수 있다.
N-탭 포토사이트를 갖는 광검출기 어레이의 종래 실시예는 직사각형 타일링으로 구현되었으며, 여기서 각 PS는 그 이웃과 동일하고, 상이한 PS의 상이한 검출/판독 구조는 어레이의 PS 모두에서 동일한 방식으로 활성화된다(예를 들어, 4-탭 PDA의 경우, 상이한 PS의 왼쪽 상단 검출 구조 모두를 동시에 활성화하고, 이어서 상이한 PS의 오른쪽 상단 검출 구조 모두를 동시에 활성화하고, 이어서 상이한 PS의 우측 하단 검출 구조 모두를 동시에 활성화하고, 이어서 상이한 PS의 좌측 하단 검출 구조 모두를 동시에 활성화함. 이는 동기화된 시계 방향 조절 검출 방식을 위한 것임). 도 15 내지 도 18은 판독 구조(9030)가 동일하지 않은 방식으로 활성화되는 N-탭 PS(9020)를 갖는 PDA(9010)를 도시한다. 도 18은 아래에서 논의되는 방법(9060)의 4-탭 PDA(9010)의 PS(9020)를 제어하기 위한 가능한 회로를 도시한다.
도 19는 본 명세서에 개시된 주제의 실시예에 따라, 복수의 PS를 포함하는 PDA의 시야로부터 도달하는 광을 검출하기 위한 방법(9060)을 도시하는데, 여기서 각각의 PS는 반사형 PS에 충돌하는 광에 응답하여, PS에 의해 생성되는 전하 캐리어를 수집하도록 작동 가능한 복수의 판독 구조를 포함하고, 임의의 단일 PS의 상이한 판독 구조는 PS에 순간적으로 충돌하는 광에 응답하여, 상이한 일시적 레벨의 신호를 수집하도록 제어될 수 있다(예를 들어, PS(9502)에 대해 상술됨). 이전 도면에 대해 설명된 실시예를 참조하면, PS는 PS(9502) 또는 임의의 유형의 N-탭 Si PS(이는 Ge를 포함하지 않음)일 수 있다.
다음 논의는 각각이 적어도 제1 판독 구조(예를 들어, 9030A) 및 제2 판독 구조(예를 들어, 9030B)를 포함하는 인접(neighboring) 포토사이트에 관한 것으로, 여기서 인접 포토사이트의 제1 판독 구조는 서로 인접해 있고, 인접 포토사이트의 제2 판독 구조는 서로 떨어져 있다. 예를 들어, 인접 PS의 제2 판독 구조 사이의 거리는 인접 PS의 제1 판독 구조 사이의 거리보다 적어도 3배 이상 클 수 있다. 예를 들어, 인접 PS의 제2 판독 구조 사이의 거리는 인접 PS의 제1 판독 구조 사이의 거리보다 판독 구조의 적어도 하나(또는 적어도 두 개)의 폭만큼 클 수 있다. 예를 들어, 인접 PS의 제2 판독 구조 사이의 거리는 PDA의 PS의 폭보다 클 수 있다.
단계(9062)는 인접 PS의 제1 판독 구조가 동시에 활성화(즉, 검출 모드로 설정)되도록, (예를 들어, 상이한 판독 구조의 상이한 부분을 포함하는 PS의 상이한 영역에 적절한 전압을 인가함으로써) 인접 PS의 수집 방식(scheme)을 제어하는 것을 포함한다. 선택적으로, 단계(9062)는 제1 판독 구조의 활성화와 동시에, 인접 포토사이트의 제2 판독 구조가 아이들 상태로 설정되도록(예를 들어, 검출된 극성의 전하 캐리어의 감소된 당기는 힘을 제2 판독 구조 쪽을 향해 적용하거나, 또는 심지어 제2 판독 구조로부터 멀어지도록 전하 캐리어에 반발력을 적용함), 인접 PS의 수집 방식을 제어하는 것을 포함한다.
단계(9062) 후에 실행되는 단계(9064)는 인접 포토사이트의 제2 판독 구조가 동시에 활성화(즉, 검출 모드로 설정)되도록, (예를 들어, 상이한 판독 구조의 상이한 부분을 포함하는 포토사이트의 상이한 영역에 적절한 전압을 인가함으로써) 인접 포토사이트의 수집 방식을 제어하는 것을 포함한다. 선택적으로, 단계(9062)는 인접 포토사이트의 제1 판독 구조가 제2 판독 구조의 활성화와 동시에, 아이들 상태로 설정되도록(예를 들어, 검출된 극성의 전하 캐리어의 감소된 당기는 힘을 제2 판독 구조 쪽을 향해 적용하거나, 또는 심지어 제1 판독 구조로부터 멀어지도록 전하 캐리어에 반발력을 적용함), 인접 포토사이트의 수집 방식을 제어하는 것을 또한 포함한다.
선택적으로, 단계(9062 및 9064)는 추가 신호를 수집하기 위해 반복될 수 있다. 선택적으로, 단계(9062) 및/또는 단계(9064)는 또한 인접 포토사이트 각각의 하나 이상의 판독 구조(예를 들어, 9030C, 9040D와 같은 제3, 제4 등)가 각각의 제1 판독 구조 또는 제2 판독 구조의 활성화와 동시에, 아이들 상태로 또한 설정되도록, 인접 포토사이트의 수집 방식을 제어하는 것을 또한 포함한다. 2개 이상의 판독 구조를 포함하는 포토사이트의 경우, 추가 판독 구조를 위해 필요한 부분만 약간 수정하여 9062 및 9064와 유사한 추가 단계가 포함될 수 있다. 상술한 바와 같이, 2개 이상의 판독 구조를 갖는 포토사이트가 구현되고, 포토사이트 검출시(예를 들어, PDA의 단일 프레임에서) 하나 이상의 판독 구조가 1회 이상 활성화되는 경우, 라운드 로빈이든 그렇지 않든 임의의 순서로 구현될 수 있다(예를 들어, ABCDABCDABCD, ABCDBDACDABC, ABABCDCDABABCDCD). 상이한 포토사이트가 판독하지 않고 전하 캐리어를 폐기하기 위한 구조를 포함하고 다른 판독 구조(예를 들어, 위에서 논의된 구조 6588)에 도달하지 않는 경우, 관련 전하 캐리어를 이러한 구조를 향해 구동하기 위해, 필요한 부분만 약간 수정하여 9062 및 9064와 유사한 추가적인 선택적 단계가 포함될 수 있다.
단계(9062)가 적어도 한 번(1≤T1 회) 실행되고 단계(9062)가 적어도 한 번(1≤T2 회) 실행된 후, 방법(9060)은 T1 인스턴스 동안 각각의 제1 판독 구조에 의해 수집된 신호에 대응하는, 각각의 제1 판독 구조에 대한 검출 신호를 결정하는 단계(9066), 및 T2 인스턴스 동안 각각의 제2 판독 구조에 의해 수집된 신호에 대응하는, 각각의 제2 판독 구조에 대한 검출 신호를 결정하는 단계(9068)를 선택적으로 계속할 수 있다. 결정된 검출 신호는 예를 들어, PDA의 각각의 검출 프레임에 대해 결합(예를 들어, 합산)될 수 있다.
방법(9060)은 선택적 단계(9070, 9072 및 9074) 중 적어도 하나를 선택적으로 계속할 수 있다.
단계(9070)는 각각의 판독 구조에 대해 결정된 검출 신호에 기초하여, PDA의 FOV의 적어도 일부의 이미지를 생성하는 것을 포함하며, 각각의 포토사이트에 대한 검출 신호의 수는 포토사이트의 판독 구조의 수보다 작다(예를 들어, 포토사이트의 2, 3, 4 또는 그 이상의 판독 구조에 의해 수집된 데이터에 기초하여, 각각의 포토사이트에 대한 단일 검출 값을 결정함). 선택적으로, 단계(9070)는 포토사이트 그룹에 대해 하나 이상의 검출 신호를 결정하는 것을 포함할 수 있으며, 포토사이트 그룹에 대해 결정된 검출 신호의 전체 수는 각 포토사이트의 판독 구조(RO 구조, ROS)의 수보다 작다. 예를 들어, 4개의 N-탭 포토사이트 그룹에 대해 결정된 R, G 및 B 컬러 신호이다.
선택적인 단계(9072)는 포토사이트의 제1 판독 구조의 제1 검출 신호와 동일한 포토사이트의 제2 판독 구조의 제2 검출 신호 사이의 비교에 기초하여, FOV 내의 객체까지의 거리를 결정하는 것을 포함하며, 여기서 각각의 제1 검출 신호 및 제2 검출 신호는 각각 단계(9062 또는 9064)의 복수의 인스턴스 동안 실행된 복수의 측정에 기초하여 결정된다. 예를 들어, 단계(9072)는 당업계에 공지된 전류 보조 광자 복조기(CAPD) 기술을 구현함으로써 실행될 수 있다.
선택적인 단계(9074)는 포토사이트의 제1 판독 구조의 제1 검출 신호, 동일한 포토사이트의 제2 판독 구조의 제2 검출 신호, 및 (존재하는 경우) 동일한 포토사이트의 추가 판독 구조의 가능한 추가 검출 신호에 기초하여, FOV 내의 객체까지의 거리를 결정하는 것을 포함하고, 여기서 각각의 검출 신호는 단일 인스턴스(즉, T1=1, T2=1 등)를 기초로 하며, 조명 펄스의 방출 후, 각각의 검출 신호는 순차적인 방식으로 측정되고(선택적으로, 다소 오버랩핑됨), 상이한 검출 신호의 크기 및 펄스 방출 타이밍에 대한 이들의 시간적 관계는 객체까지의 거리를 나타낸다. 일예가 아래에 제공된다.
인접 포토사이트(9020)의 인접 판독 구조의 동시 활성화는 인접 포토사이트 간의 혼선(cross-talks)을 줄이고, 현재 포토사이트의 액티브 판독 구조 방향과 반대 방향(또는 잘못된 방향)에서 적용되는 인접 포토사이트의 액티브 판독 구조에 의해 적용되는 당기는 힘의 양을 줄이기 위해 사용될 수 있음에 유의한다. 방법(9060)의 제2 판독 구조가 서로 떨어져 있는 것으로 기술되었지만, 이러한 포토사이트는 예를 들어, 도 15 및 도 17에 도시된 바와 같이, 다른 인접 포토사이트의 다른 제2 판독 구조에 인접할 수 있다는 점에 유의한다.
도 20a 및 도 20b는 본 명세서에 개시된 주제의 실시예에 따른 IR 광검출 시스템의 포토사이트(7502 및 7504)의 예를 도시하는 단면도이다. 포토사이트(7502 및 7504)는 하나 이상의 포토사이트(예를 들어, 카메라, LIDAR, 분광기)를 필요로 하는 임의의 다른 유형의 IR 광검출 시스템뿐만 아니라, 위에서 논의된 임의의 적합한 IR 광검출 시스템에 결합될 수 있다. 포토사이트(7502) 및 포토사이트(7504) 모두는 핀드 층(7522)(도면에서, 음으로 도핑된 층) 및 피닝 층(7524)(도면에서, 양으로 도핑된 층)을 포함하는 Si 층(7520) 위에 Ge 영역(7510)을 포함한다. 핀드 층(7522) 및 피닝 층(7524) 모두는 부분적으로 Ge 영역(7510) 아래에 위치한다.
핀드 층(7522) 및 선택적으로 또한 피닝 층(7524)은 트랜스퍼 게이트(7530)를 통해 플로팅 디퓨전(7540)에 연결된다. Ge 영역(7510)에서(특히, Ge 영역(7510)의 도핑된 영역(7512)에서) 생성된 전하 캐리어는 핀드 층(7522)(저장 웰이라고도 함)에서 수집된다. 수집 단계 동안, 트랜스퍼 게이트(7530)는 저장 웰(7522)을 플로팅 디퓨전(7540)으로부터 분리된 상태로 유지할 수 있어서, Ge 영역(7510)으로부터 도달하는 모든 전하 캐리어가 각각의 포토사이트의 샘플링 시간 동안 수집된다. 나중에(예를 들어, 각 포토사이트의 오프 시간 동안), 트랜스퍼 게이트(7530)는 저장 웰(7522)과 플로팅 디퓨전(7540)을 연결할 수 있어서, 저장 웰(7522)에서 수집된 전하가 플로팅 디퓨전(7540)으로 이동할 수 있고, 그곳에서 적어도 하나의 전극에 의해 판독된다. 선택적인 제3 도핑층(7526)(필요한 부분만 약간 수정하여 층(6470)과 유사함)이 도 20b에 도시되어 있다. 역으로 도핑된 영역(7542)은 예를 들어, 도 20b에 도시된 바와 같이, 플로팅 디퓨전(7540)에 인접하게 위치될 수 있다는 점에 유의한다. 유사하게 역으로 도핑된 영역이 위에서 논의된 플로팅 디퓨전(7540) 중 임의의 하나 이상에 인접하게 구현될 수 있다. 전하는 플로팅 디퓨전(7540)에 연결된 적절한 판독 전극(7550)을 통해 플로팅 디퓨전으로부터 판독될 수 있다.
도 20b는 또한 Ge 영역(7510)에 대한 도핑 영역(7512)을 포함하는 또 다른 옵션을 도시한다. Ge 영역(7510)은 Ge 영역(7510)의 임의의 측면(예를 들어, 상단, 측면, 테두리 등)에 도핑된 영역을 선택적으로 포함할 수 있으며, 선택적으로 Ge 영역(7510)의 전체 노출된 표면(즉, Si 층 위) 또는 그 일부를 선택적으로 덮을 수 있다. Ge 영역 내의 도핑된 영역의 유사한 구현이 필요한 부분만 약간 수정하여, 앞서 언급한 포토사이트 중 임의의 포토사이트에서도 구현될 수 있다는 점에 유의한다.
도 21은 본 명세서에 개시된 주제의 실시예에 따른 포토사이트(7506)를 도시한다. 위에서 논의된 포토사이트(7502, 7504)의 모든 구성요소는 포토사이트(7506)에 포함되고, 저장 웰(7522)로부터 이동될 때 제2 극성의 전하 캐리어를 판독하기 위해, 추가 플로팅 디퓨전(7540), 판독 전극(7550) 및 다른 구성요소를 포함한다. 그러한 배열은 예를 들어, 이동 시간 측정에 사용될 수 있는데, 여기에서 두 측면 각각에서 수집된 전하의 상대적인 양은 돌아오는 광의 위상을 나타낼 수 있고, 따라서 광이 반사되는 객체까지의 거리를 나타낼 수 있다. 단일 Ge 영역에 연결된 단일 포토사이트의 상이한 플로팅 디퓨전으로부터 수집된 전하에 기초하여 거리를 결정하는 데 사용할 수 있는 기술의 예는 앞서 언급한 CAPD 기술이다. 다른 예는 아래에 제공된다. 컨트롤러(도시되지 않음)는 2개의 판독 화합물(도면에서, Ge 영역(7510)의 왼쪽 및 오른쪽, "판독 구조"라고도 함) 사이에서 판독을 토글할 수 있다. 도 21은 각각의 트랜스퍼 게이트(7530)를 통해 저장 웰(7522)에 각각 연결된 2개의 플로팅 디퓨전(7540)을 갖는 포토사이트(7506)를 도시하지만, 포토사이트(7506)는 3개 이상의 플로팅 디퓨전(7540)으로 구현될 수 있음에 유의한다. 예를 들어, 3개 또는 4개의 플로팅 디퓨전이 각각 삼각형 또는 직사각형 포토사이트(7506)에서 구현될 수 있다.
포토사이트(6402, 6404, 6406, 6408, 7502, 7504, 7506)(및 위에서 논의된 다른 모든 포토사이트)를 참조하면, 동일한 포토사이트가 도면에 예시된 것과 반전된 극성으로 구현될 수 있다는 점에 유의한다. 즉, 음의 극성으로 도시된 영역/부분은 양으로 도핑된 것으로 구현될 수 있고, 그와 함께 양의 도핑으로 도시된 영역/부분은 음으로 도핑된 것으로 구현될 수 있다. 상이한 영역의 도핑 레벨(예를 들어, -, +, ++)은 상이한 실시예에서 변할 수 있음이 또한 유의한다.
도 22는 본 명세서에 개시된 주제의 실시예에 따라 IR 방사를 검출하기 위한 방법(7600)을 도시한다. 첨부된 도면의 예를 참조하면, 방법(7600)은 필요한 부분만 약간 수정하여, 포토사이트(7502, 7504, 7506) 중 어느 하나에 의해 선택적으로 수행될 수 있다.
방법(7600)의 단계(7610)는 포토사이트(PS)의 제1 도핑 영역, PS의 Ge 감광 영역 및 PS의 플로팅 디퓨전으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 포토사이트(PS)의 적어도 하나의 영역에 전압을 조절하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 포토사이트는 적어도: (a) 충돌하는 IR 광자에 응답하여 e-h 쌍을 생성하도록 작동 가능하며 제1 극성을 갖는 흡수체 도핑 영역을 포함하는 Ge 감광 영역; 및 (b) 상기 제1 도핑 영역, 저장 웰, 플로팅 디퓨전 및 트랜스퍼 게이트를 포함하는 Si 층을 포함한다. 단계(7610)의 상기 조절하는 단계는 적어도 다음의 단계를 포함한다:
Ge 감광 영역, 제1 도핑 영역 및 플로팅 디퓨전에 전압을 제공하여, 제2 극성의 전하 캐리어가 Ge 영역으로부터 저장 웰 쪽을 향해 강제 이동하게 하는 단계(7620).
다른 시간에, Ge 감광 영역, 제1 도핑 영역 및 플로팅 디퓨전에 다른 전압을 제공하여, 저장 웰을 향하는 CCSP의 강제력을 감소시키고, 이에 의해 저장 웰에 의한 신호 수집을 중지시키는 단계(7630).
트랜스퍼 게이트를 통해 제2 극성의 전하 캐리어를 저장 웰로부터 플로팅 디퓨전으로 간헐적으로 이송하는 단계(7640), 여기서 제2 극성의 전하 캐리어는 플로팅 디퓨전에 전기적으로 결합된 판독 전극을 통해 판독된다.
선택적으로, 방법(7600)은 특정 샘플링 기간 동안 포토사이트에 대한 검출 신호를 결정하기 위해, 플로팅 디퓨전에서 수집된 전기 신호를 포토사이트에 전기적으로 연결된 판독 회로에 의해 판독하는 단계를 포함할 수 있다.
방법(7600)의 상이한 단계들은 IR 센서의 복수의 포토사이트들 각각에 대해 실행될 수 있고, 방법(7600)은 상이한 포토사이트의 검출 신호에 응답하여 FOV 내의 객체를 나타내는 이미지(또는 라이다의 깊이 맵 또는 분광기 분석과 같은 다른 검출 모델)를 생성하는 것을 포함할 수 있다. 상이한 포토사이트의 샘플링 기간은 서로 일치하거나 상이할 수 있다.
포토사이트(7502, 7504, 7506)(및 위에서 논의된 임의의 다른 포토사이트의 등가 구성요소와 관련하여)에 대해 논의된 임의의 변형은 필요한 부분만 약간 수정하여 방법(7600)의 실행에서 구현될 수 있다.
방법(7600)이 각각의 복수의 트랜스퍼 게이트에 의해 Ge 영역에 연결된 둘 이상의 플로팅 디퓨전을 포함하는 포토사이트에 대해 실행될 때(예를 들어, 포토사이트(7506)에 대해 위에서 논의된 바와 같이), 단계(7620, 7630 및 7640)는 플로팅 디퓨전 각각에 대해 개별적으로(예를 들어, 교대 방식, 라운드 로빈 방식 또는 임의의 다른 원하는 순서로) 실행될 수 있다. 반드시 그런 것은 아니지만, 단계(7620 및 7630)의 제1 인스턴스의 실행 후에, 단계(7640)의 제1 인스턴스가 제2 극성의 전하 캐리어를 제1 트랜스퍼 게이트를 통해 저장 웰로부터 제1 플로팅 디퓨전으로 전달하기 위해 실행될 수 있고, 이들은 제1 플로팅 디퓨젼에 전기적으로 연결된 제1 판독 전극을 통해 판독된다. 단계(7640)의 제1 인스턴스에 이어, 단계(7620 및 7630)의 제2 인스턴스가 수행될 수 있고, 이어서 제2 극성의 전하 캐리어가 제2 트랜스퍼 게이트를 통해 저장 웰로부터 제2 플로팅 디퓨전으로 전달되는 단계(7640)의 제2 인스턴스가 수행될 수 있고, 이들은 제2 플로팅 디퓨전에 전기적으로 연결된 제2 판독 전극을 통해 판독된다. 단계(7620, 7630, 7640)의 나중 인스턴스는 제2 극성의 전하 캐리어를 처음으로 추가 플로팅 디퓨전으로 전달하기 위해 및/또는 필요한 경우 추가 시간 동안 플로팅 디퓨전을 위해 실행될 수 있다.
선택적으로, 방법(7600)은 특정 샘플링 기간 동안 포토사이트에 대한 검출 신호를 결정하기 위해, 플로팅 디퓨전에서 수집된 전기 신호를 포토사이트에 전기적으로 연결된 판독 회로에 의해 판독하는 단계를 포함할 수 있다. 검출 신호는 예를 들어, FOV 이미지의 픽셀에 대한 밝기 값을 결정하는 데 사용될 수 있다. 다수의 플로팅 디퓨전을 갖는 포토사이트를 사용하는 경우, 전기 신호는 적절한 전극을 통해 각 플로팅 디퓨전에서 판독될 수 있다. 이러한 신호는 예를 들어, FOV에서 객체까지의 거리를 결정하는 데 사용될 수 있다.
도 23은 본 명세서에 개시된 주제의 실시예에 따라 IR 방사를 검출하기 위한 방법(7700)을 도시한다. 첨부된 도면의 예를 참조하면, 방법(7700)은 선택적으로 포토사이트(6502)에 의해 수행될 수 있다.
방법(7700)은 적어도 다음을 포함하는 포토사이트의 영역에 제어 전압을 제공하는 것을 포함한다:
a. 충돌하는 IR 광자에 응답하여 e-h 쌍을 생성하도록 작동 가능하며 제1 극성으로 도핑된 흡수체 도핑 영역을 포함하는 Ge 감광 영역; 및
b. 포토사이트의 Si 층에 구현된 다중 판독 구조의 도핑된 영역으로서, 다중 판독 구조 각각에 대해: (i) 제2 극성으로 도핑된 원격 도핑 영역, 및 (ii) 원격 도핑 영역과 Ge 감광 영역 사이에 위치하며 제1극성과 반대인 제2 극성으로 도핑된 중간 도핑 영역을 포함함.
제어 전압의 제공은 상이한 종단에 대해 상이한 시간에 사용되는데, 이는 적어도 단계(7710, 7720, 7730, 7740, 7750 및 7760)를 포함한다.
단계(7710)은 제1 샘플링 기간 동안, Ge 감광 영역, 다수의 판독 구조 중 제1 판독 구조의 제1 원격 도핑 영역 및 제1 판독 구조의 제1 중간 도핑 영역에 상대 전압을 유지하여, 제2 극성의 전하 캐리어가 제1 당기는 힘에 의해 Ge 영역으로부터 제1 판독 구조 쪽을 향하여 강제 이동하게 하는 단계를 포함하고, 여기서 CCSP는 제1 원격 도핑 영역에 전기적으로 연결된 제1 판독 전극을 통해 수집된다.
단계(7720)은 제1 샘플링 기간 동안, 제1 판독 구조 이외의 다수의 나머지 판독 구조를 포함하는 제1 그룹의 판독 구조의 도핑 영역에 전압을 유지하여, 제1 그룹의 판독 구조의 각각의 원격 도핑 영역을 향하여 제2 극성의 전하 캐리어에 인가되는 당기는 힘이 제1 당기는 힘의 절반 미만이 되게 한다.
단계(7730)은 제1 샘플링 기간보다 늦은 제2 샘플링 기간 동안, Ge 감광 영역, 다수의 판독 구조 중 제2 판독 구조의 제2 원격 도핑 영역, 및 제2 판독 구조의 제2 중간 도핑 영역에 상대 전압을 유지하여, 제2 극성의 전하 캐리어가 제2 당기는 힘에 의해 Ge 영역으로부터 제2 판독 구조 쪽을 향하여 강제 이동하게 하는 단계를 포함하고, 여기서 CCSP는 제2 원격 도핑 영역에 전기적으로 연결된 제2 판독 전극을 통해 수집된다.
단계(7740)는 제2 샘플링 기간 동안, 제2 판독 구조 이외의 다수의 나머지 판독 구조를 포함하는 제2 그룹의 판독 구조의 도핑 영역에 전압을 유지하여, 제2 그룹의 판독 구조의 각각의 원격 도핑 영역을 향하여 제2 극성의 전하 캐리어에 인가되는 당기는 힘이 제2 당기는 힘의 절반 미만이 되게 한다.
단계(7750)은 제2 샘플링 기간보다 늦은 제3 샘플링 기간 동안, Ge 감광 영역, 제1 원격 도핑 영역 및 제1 중간 도핑 영역에 상대 전압을 유지하여, 제2 극성의 전하 캐리어가 제3 당기는 힘에 의해 Ge 영역으로부터 제1 판독 구조 쪽을 향하여 강제 이동하게 하는 단계를 포함하고, 여기서 제2 극성의 전하 캐리어는 제1 판독 전극을 통해 수집된다.
단계(7760)는 제3 샘플링 기간 동안, 제1 그룹의 판독 구조의 도핑 영역에 전압을 유지하여, 제1 그룹의 판독 구조의 각각의 원격 도핑 영역을 향하여 제2 극성의 전하 캐리어에 인가되는 당기는 힘이 제3 당기는 힘의 절반 미만이 되게 한다.
선택적으로, 제1 샘플링 기간 동안 제1 중간 도핑 영역에 인가되는 제1 전압은 제1 기간에 걸쳐 평균화된, 제1 그룹의 판독 구조의 임의의 중간 도핑 영역에 인가되는 전압보다 적어도 10배 더 높다.
선택적으로, 방법(7700)은 복수의 포토사이트에 대해 동시에 실행될 수 있다.
선택적으로, 방법(7700)은 폐기 기간 동안, 제2 극성의 전하 캐리어를 전극 쪽으로 구동하기 위해, 포토사이트의 다수의 영역에 전압을 제공하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 전극을 통해 전하 캐리어가 판독되지 않고 포토사이트로부터 제거된다.
전술한 바와 같이, 하나 이상의 포토사이트의 출력에 기초하여 깊이를 결정하기 위해 상이한 기술이 사용될 수 있다. 아래 논의는 전자기 스펙트럼의 다른 부분에 민감한 다른 전기광학 시스템뿐만 아니라, SWIR 전기광학 시스템의 FOV에서 객체의 거리를 결정하는 데 사용될 수 있는 시스템 및 방법에 대해 논의한다.
도 24는 본 명세서에 개시된 주제의 실시예에 따라 단파 적외선(SWIR) 전기광학 이미징 시스템(SEI 시스템)의 검출에 기초하여, 장면의 깊이 이미지를 생성하기 위한 방법(5500)을 도시한다. SEI 시스템은 위에서 논의된 임의의 시스템이거나, 또는 임의의 다른 적합한 SWIR 전기광학 시스템(예를 들어, 센서, 카메라, 라이더 등)일 수 있다. 방법(5500)은 SEI 시스템의 하나 이상의 프로세서, SEI 시스템 외부의 하나 이상의 프로세서 또는 이들의 조합에 의해 실행될 수 있다.
단계(5510)는 SEI 시스템의 복수의 검출 신호를 획득하는 것을 포함하는데, 여기서 각각의 검출 신호는 각각의 검출 시간 프레임에 걸쳐 SEI 시스템의 FOV 내 특정 방향으로부터 SEI 시스템의 적어도 하나의 FPA 검출기에 의해 캡처된 광량을 나타낸다(즉, 상기 검출 시간 프레임 동안, 각각의 검출 신호가 캡처됨. 예를 들어, 레이저와 같은 관련 광원에 의한 조명의 트리거링으로부터 측정됨). 적어도 하나의 FPA는 복수의 개별 포토사이트를 포함하고, 각각의 포토사이트는 충돌하는 광자가 검출된 전하로 변환되게 하는 Ge 엘리먼트를 포함한다. 방법(5500)은 Ge를 포함하지 않고 오히려 다른 엘리먼트를 포함하더라도, 높은 암전류를 특징으로 하는 임의의 유형의 포토사이트에 대해 구현될 수 있음에 유의한다.
FOV 내의 복수의 방향 중 각 방향에 대해, (전술한 복수의 검출 신호 중) 상이한 검출 신호는 방향을 따라 상이한 거리 범위로부터 반사된 SWIR 조명의 레벨을 나타낸다. 예가 도 25의 도면(5710)에 제공되고, 도 25는 FOV 내에서 동일한 방향으로부터 도달하는 3개의 상이한 검출 신호의 타이밍을 도시한다. 도면의 y-축(세로축)은 관련 방향으로부터 도달하는 반사된 광자에 대한 검출 시스템의 응답 레벨을 나타낸다. 반사된 조명은 FPA를 제어하는 동일한 프로세서에 의해 선택적으로 제어되는 하나 이상의 광원(예를 들어, 레이저, LED)에서 기원하고(originate), FOV의 일부(예를 들어, 단일 포토 사이트에 의해 검출 가능한 공간 볼륨에 대응함)로부터 반사된다. 상이한 검출 신호가 FOV의 유사하지만 완전히 중첩되지 않는 부분과 관련될 수 있음에 유의한다(예를 들어, 센서, 장면 또는 이들 둘 사이의 중간 광학 장치가 시간상 이동하는 경우, 동일한 포토사이트로부터의 검출 신호가 상이한 검출 신호와 관련된 상이한 검출 시간 윈도우에서 FOV 내에서 다소 상이한 각도로부터 반사될 수 있음)
도 25의 예를 참조하면, 도면(5710)은 각 신호의 검출 레벨을 나타내지 않고, 오히려 광 방출광 개시로부터 상이한 시간에 완전 반사체로부터 반사된 광자에 대한 검출 신호의 응답을 나타낸다는 점에 유의한다. 도면(5720)은 SEI 시스템으로부터 상이한 거리에 위치한 3개의 객체를 나타낸다. 많은 경우에, 각 방향에서, SEI 시스템에 가장 가까운 객체인 하나의 객체만 매번 감지된다는 점에 유의한다. 그러나, 일부 시나리오에서는, 둘 이상의 객체가 검출될 수 있다(예를 들어, 전경 객체가 부분적으로 투명하거나, 전체 포토사이트로부터의 광을 차단하지 않는 경우). 도면(5730)은 객체 중 하나가 존재하는 방향에서의 3개의 돌아오는 신호의 레벨을 보여주는데, 이러한 예에서, 근 거리에는 사람이, 중간 거리에는 개, 원 거리에는 나무(객체의 선택은 임의적이며, 각 객체의 일부분에서 반사되는 광만이 일반적으로 단일 포토사이트에 의해 검출된다)가 있다. 거리 D1에 있는 객체로부터 돌아오는 광은 3개의 상이한 검출 신호(이는 SEI 시스템의 상이한 검출 타이밍 윈도우 및 상이한 거리에 대응함)에 대한 사람 모습으로 표시된다. 마찬가지로, 거리 D2 및 D3에 있는 객체로부터 반사된 광에 대응하는 검출 신호의 레벨은 그에 상응하는 개 및 나무 기호로 표시된다. 도면(5740)에 도시된 바와 같이, 주어진 거리에 위치하는 객체로부터의 반사는 투플(tuple)(또는 방향-관련 데이터-구조(DADS)의 임의의 적합한 형태로서, 데이터의 임의의 다른 표현)로 변환될 수 있으며, 이는 상이한 시간 윈도우에서 검출된 신호의 상대적 레벨을 나타낸다. 도시된 예에서, 투플의 각 숫자는 하나의 검출 윈도우에서 검출된 신호 레벨을 나타낸다. 투플의 검출 레벨 표시는 센서로부터의 거리에 대해 수정될 수 있지만(동일한 객체로부터의 반사광이 거리에 따라 감소하므로), 반드시 그런 것은 아니다. 도시된 예에서, 3개의 부분적으로 중첩되는 시간 윈도우가 사용되었지만, 임의의 수의 시간 윈도우가 사용될 수 있다. 시간 윈도우의 수는 FOV의 상이한 영역에 대해 동일할 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다.
단계(5520)는 객체가 검출되는 FOV 내의 복수의 3D 위치를 포함하는 3차원(3D) 검출 맵을 결정하기 위해 복수의 검출 신호를 처리하는 것을 포함한다. 상기 처리는 Ge 엘리먼트로부터 발생하는 복수의 검출 신호의 수집 동안 축적된 암전류(DC) 레벨을 보상하는 것을 포함하고, 상기 보상은 적어도 하나의 초점 평면 어레이의 상이한 포토사이트에 의해 검출된 검출 신호에 대해 상이한 정도의 암전류 보상을 적용하는 것을 포함한다. 첨부된 도면의 예를 참조하면, 상이한 검출 신호가 전술한 적용 가능한 임의의 포토사이트의 상이한 판독 구조에 의해 상이한 시간에 획득될 수 있다. 대안적으로, 검출 신호는 아래에서 더 자세히 논의되는 바와 같이, 상호 연결된 포토사이트의 그룹에 의해 획득될 수 있다. 다른 실시예도 사용될 수 있다.
축적된 암전류를 보상하는 것에 더하여, 또는 그 대신에, 상기 처리는 복수의 검출 신호를 판독하는 동안, 고집적 노이즈 레벨 및/또는 판독 노이즈 레벨을 보상하는 것을 포함할 수 있다. 상기 보상은 적어도 하나의 초점 평면 어레이의 상이한 포토사이트에 의해 검출된 검출 신호에 대해 상이한 정도의 노이즈 레벨 보상을 적용하는 것을 포함할 수 있다.
암전류 수집, 판독 노이즈 및/또는 통합 노이즈에 대한 보상은 소프트웨어, 하드웨어, 및 펌웨어 중 임의의 하나 이상의 임의의 조합을 사용하여 적절한 방식으로 수행될 수 있다. 특히, 암전류 수집에 대한 보상은 전술한 시스템, 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품 중 임의의 하나 이상 또는 그 일부의 임의의 조합을 사용하여 구현될 수 있다. 암전류를 보상하고 적어도 하나의 초점 평면 어레이의 상이한 포토사이트에 의해 검출된 검출 신호에 대해 암전류 보상 정도를 적용하기 위해 사용될 수 있는 시스템, 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품의 일부 비-제한적 예는 도 12a 및 도 35와 관련하여 위에서 논의되었다.
일부 실시예에서, 상기 보상은 (예를 들어, 센서의 하드웨어 레벨에서) 복수의 검출 신호를 획득하는 동안 실행될 수 있고, 상기 처리는 암전류 축적을 이미 보상하고 있는 검출 신호에 대해 실행될 수 있다(예를 들어, 출원인, 텔아비브의 트라이아이 엘티디에 의해 공개된 특허 출원에서 논의됨).
단계(5520) 내의 보상을 참조하면, 상기 보상은 선택적으로 제1 검출 범위에 대응하는 제1 포토사이트에 의해 검출된 제1 검출 신호로부터 제1 암전류 보상 오프셋을 감산하는 단계; 및 상기 제1 검출 범위보다 상기 SEI 시스템으로부터 더 멀리 떨어진 제2 검출 범위에 대응하는 상기 제1 포토사이트에 의해 검출된 제2 검출 신호로부터 상기 제1 암전류 보상 오프셋과 상이한 제2 암전류 보상 오프셋을 감산하는 단계를 포함할 수 있다.
선택적으로, 방법(5500)은 (예를 들어, SEI 시스템의 적어도 하나의 광원에 의한) 액티브 조명의 조정 및 검출 신호의 획득을 포함할 수 있다. 선택적으로, 방법(5500)은 (a) 복수의 방향 중 상이한 방향에 대해 복수의 제1 검출 신호가 검출되는 제1 게이트(gated) 이미지의 노광 개시와 함께 제1 조명(예를 들어, 레이저, LED)의 방출을 트리거링하는 단계; (b) 상이한 방향에 대해 복수의 제2 검출 신호가 검출되는 제2 게이트 이미지의 노광 개시와 함께 제2 조명(예를 들어, 레이저, LED)의 방출을 트리거하는 단계; (c) 상이한 방향에 대해 복수의 제3 검출 신호가 검출되는 제3 게이트 이미지의 노광 개시와 함께 제3 조명(예를 들어, 레이저, LED)의 방출을 트리거하는 단계를 포함할 수 있다. 그러한 경우에, 단계(5520)의 상기 처리는 제1 이미지, 제2 이미지 및 제3 이미지 중 각각의 이미지로부터의 적어도 하나의 검출 신호에 기초하여 상이한 방향들 중 제1 방향 내의 제1 3D 위치에서 제1 객체의 존재를 결정하는 단계, 및 제1 이미지, 제2 이미지 및 제3 이미지 중 각각의 이미지로부터의 적어도 하나의 검출 신호에 기초하여 상이한 방향들 중 제2 방향 내의 제2 3D 위치에서 제2 객체의 존재를 결정하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있고, 여기서 SEI 시스템으로부터의 제1 객체의 거리는 SEI 시스템으로부터의 제2 객체의 거리의 적어도 2배이다.
선택적으로, 적어도 하나의 FPA의 상이한 포토사이트에 의해 검출된 검출 신호에 대해 상이한 정도의 DC 보상을 적용하는 것은 FOV로부터 도달하는 광으로부터 차폐되는 상이한 기준의 포토사이트의 검출된 암전류 레벨을 사용하는 것을 포함할 수 있다.
선택적으로, 상기 보상은 적어도 하나의 FPA의 상이한 포토사이트에 의해 동시에 검출된 검출 신호에 대해 상이한 정도의 DC 보상을 적용하는 것을 포함할 수 있다.
통합 노이즈 및 판독 노이즈를 참조하면, 이러한 노이즈에 대한 보상은 각각의 검출 신호를 획득하는 동안, 방법(5500)을 실행하는 적어도 하나의 프로세서에 의해 FOV의 일부를 조명하는 데 사용되는 조명 펄스의 수와 상관될 수 있음에 유의한다. 상이한 수의 조명 펄스는 검출된 신호의 상당한 비-선형성을 야기할 수 있으며, 이는 FOV에서 상이한 객체의 거리/3D 위치를 결정하기 전에, 처리의 일부로서 선택적으로 보정된다.
FOV 내의 상이한 객체에 대한 거리/3D 위치를 결정하기 위한 DADS의 사용을 참조하면, (예를 들어, 센서 및/또는 검출 객체의) FOV에 걸친 감지 채널의 불균일성, 조명의 불균일성(예를 들어, 다수 광원 사용, 광원 비균일성 또는 광학장치 비균일성)을 보상하기 위해, 거리에 대한 DADS의 상이한 변환 함수(예를 들어, 투플)가 FOV 내의 상이한 방향에 대해 사용될 수 있음에 유의한다.
전술한 바와 같이, FOV 내에서 동일한 방향으로부터의 상이한 검출 신호는 동일한 거리 또는 상이한 거리일 수 있는 상이한 검출 윈도우에 대응한다. 예를 들어, 검출 윈도우는 약 50m(예를 들어, SEI 시스템에서의 80m와 SEI 시스템에서의 130m 사이)인 거리 범위에 대응할 수 있다. 다른 예에서, FOV 내의 객체에 대한 거리/3D 위치를 결정하는 데 사용되는 검출 윈도우의 일부 또는 전부는 0.1m 내지 10m, 5m 내지 25m, 20m 내지 50m, 50m 내지 100m, 100m 내지 250m 등의 거리 범위일 수 있다. 상이한 검출 신호와 관련된 거리 범위는 중첩될 수 있다. 예를 들어, 제1 검출 윈도우는 SEI 시스템으로부터의 거리가 0m 내지 50m인 객체로부터 돌아오는 광을 검출할 수 있고, 제2 검출 윈도우은 거리가 25m 내지 75m인 객체에 대응할 수 있고, 제3 검출 윈도우는 거리가 50m 내지 150m인 객체에 대응할 수 있다.
방법(5500)은 전술한 임의의 시스템의 프로세서를 포함하지만, 이에 제한되지 않는 임의의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 단파 적외선(SWIR) 전기광학 이미징 시스템(SEI 시스템)의 검출에 기초하여 장면의 깊이 이미지를 생성하기 위한 시스템이 개시되며, 이러한 시스템은 적어도 하나의 프로세서를 포함하는데, 이러한 프로세서는 SEI 시스템의 복수의 검출 신호를 획득하는 단계(여기서, 각각의 검출 신호는 각각의 검출 시간 프레임에 걸쳐 SEI 시스템의 FOV 내의 특정 방향으로부터 SEI 시스템의 적어도 하나의 FPA 검출기에 의해 캡처된 광량을 나타내고, 상기 적어도 하나의 FPA는 복수의 개별 포토사이트를 포함하고, 각각의 포토사이트는 충돌하는 광자가 검출된 전하로 변환되는 Ge 엘리먼트를 포함하고, 여기서 FOV 내에서 복수의 방향 중 각 방향에 대해, 상이한 검출 신호는 방향을 따라 상이한 거리 범위로부터 반사된 SWIR 조명 레벨을 나타내고); 및 객체가 검출되는 FOV 내의 복수의 3D 위치를 포함하는 3차원(3D) 검출 맵을 결정하기 위해 복수의 검출 신호를 처리하는 단계(여기서, 상기 처리는 게르마늄 엘리먼트로부터 발생하는 복수의 검출 신호의 수집 동안 축적된 암전류(DC) 레벨을 보상하는 것을 포함하고, 상기 보상은 적어도 하나의 FPA의 상이한 포토사이트에 의해 검출된 검출 신호에 대해 상이한 정도의 DC 보상을 적용하는 것을 포함함)를 구현하도록 구성된다.
선택적으로, 상기 보상은 제1 검출 범위에 대응하는 제1 DE에 의해 검출된 제1 검출 신호로부터 제1 DC 보상 오프셋을 감산하는 단계; 및 상기 제1 검출 범위보다 상기 SEI 시스템으로부터 더 멀리 떨어진 제2 검출 범위에 대응하는 제1 DE에 의해 검출된 제2 검출 신호로부터, 상기 제1 DC 보상 오프셋과 상이한 제2 DC 보상 오프셋을 감산하는 단계를 포함할 수 있다.
선택적으로, 적어도 하나의 프로세서는 (a) 상기 복수의 방향 중 상이한 방향에 대해 복수의 제1 검출 신호가 검출되는 제1 게이트 이미지의 노광 개시와 함께 제1 조명의 방출을 트리거하는 단계; (b) 상이한 방향에 대해 복수의 제2 검출 신호가 검출되는 제2 게이트 이미지의 노광 개시와 함께 제2 조명의 방출을 트리거하는 단계; 및 (c) 상이한 방향에 대해 복수의 제3 검출 신호가 검출되는 제3 게이트 이미지의 노광 개시와 함께 제3 조명의 방출을 트리거하는 단계를 추가로 포함하도록 구성된다. 그러한 경우에, 적어도 하나의 프로세서는 3D 검출 맵 결정의 일부로서: (a) 제1 이미지, 제2 이미지 및 제3 이미지 중 각각의 이미지로부터의 적어도 하나의 검출 신호에 기초하여 상이한 방향들 중 제1 방향 내의 제1 3D 위치에서의 제1 객체의 존재를 결정하는 단계; 및 (b) 제1 이미지, 제2 이미지 및 제3 이미지 중 각각의 이미지로부터의 적어도 하나의 검출 신호에 기초하여 상이한 방향들 중 제2 방향 내의 제2 3D 위치에서 제2 객체의 존재를 결정하는 단계를 포함하도록 구현될 수 있고, 여기서 SEI 시스템으로부터의 제1 객체의 거리는 SEI 시스템으로부터의 제2 객체의 거리의 적어도 2배이다. 게이트 이미지(또는 그 등가물)는 PDA의 포토사이트의 상이한 판독 구조를 이용함으로써, 예를 들어 위에서 논의된 임의의 방식으로 달성될 수 있다.
선택적으로, 적어도 하나의 FPA의 상이한 포토사이트에 의해 검출된 검출 신호에 대해 상이한 정도의 DC 보상을 적용하는 것은 FOV로부터 도달하는 광으로부터 차폐되는 상이한 기준의 포토사이트의 검출된 암전류 레벨을 사용하는 것을 포함한다. 선택적으로, 상기 보상은 적어도 하나의 FPA의 상이한 포토사이트에 의해 동시에 검출된 검출 신호에 대해 상이한 정도의 DC 보상을 적용하는 것을 포함할 수 있다. 선택적으로, 적어도 하나의 프로세서 중 하나 이상의 프로세서(및 가능하면 모두)는 SEI 시스템의 일부일 수 있다.
전술한 도면을 참조하면, 방법(5500) 및 그것의 2개 이상의 단계의 임의의 조합은 이전 도면과 관련하여 전술한 임의의 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 전술한 도면을 참조하면, 방법(4600) 및 그것의 2개 이상의 단계의 임의의 조합은 이전 도면과 관련하여 전술한 임의의 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 방법(5500) 및 관련 시스템이 SWIR 전기광학 이미징 시스템의 검출에 기초하여 장면의 깊이 이미지를 생성하는 것과 관련하여 논의되었지만, 유사한 방법 및 시스템이 전자기 스펙트럼의 다른 부분에서 작동하는 경우에도, 높은 암전류 또는 다른 노이즈 및 신호 간섭을 특징으로 하는 전기광학 이미징 시스템의 검출에 기초하여 장면의 깊이 이미지를 생성하는데, 필요한 부분만 수정하여 사용될 수 있다.
도 26a 내지 26c는 본 명세서에 개시된 주제의 실시예에 따른 센서(5200)를 도시한다. 센서(5200)는 FOV에서 객체의 깊이 정보를 검출하도록 작동 가능하다. 센서(5200)는 아래에서 논의되는 적용(이는 컨트롤러(5250) 및 그 기능뿐만 아니라 관련 스위치를 포함함)과 함께, (임의의 용어 하에서) 위에서 논의된 임의의 센서의 변형일 수 있다는 점에 유의한다. 상이한 센서에 대해 위에서 논의된 많은 세부 사항, 옵션 및 변형은 간결함 때문에 반복되지 않으며, 필요한 부분만 수정하여 센서(5200)에서 구현될 수 있다.
센서(5200)는 차례로 복수의 포토사이트(5212)를 포함하는 FPA(5290)를 포함하고, 각각은 PS의 뷰 IFOV로부터 도달하는 광을 검출하도록 작동 가능하다. 상이한 PS(5212)는 센서(5200)의 FOV(5390) 내에서 상이한 방향으로 지향된다. 예를 들어, 도 30의 FOV(5390)를 참조하면, 제1 PS(5212(a))는 제1 IFOV(5312(a))를 향해 지향될 수 있고, 제2 PS(5212(b))는 제2 IFOV(5312(b))를 향해 지향될 수 있고, 제3 PS(5212(c))는 제3 IFOV 5312(c)를 향해 지향될 수 있다. PS(PS(5212(a), 5212(b) 및 5212(c)를 포함하여 집합적으로 5210으로 표시됨)의 판독-그룹에 의해 집합적으로 검출 가능한 FOV(5390)의 일부는 5310으로 표시된다. PS(5312)의 임의의 유형은 예를 들어, 단일 포토다이오드 또는 복수의 포토다이오드를 포함하여 구현될 수 있다. 단일 판독-그룹(5210)의 상이한 PS(5212)(및 선택적으로 전체 FPA(5290)의 경우에도)는 실질적으로 서로 중복될 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니며, 상이한 유형의 PS(5212)는 선택적으로 단일 FPA(5290) 및 심지어 단일 판독-그룹(5210)에서 구현될 수 있다. 단일 판독-그룹(5210)의 상이한 PS(5212)(및 선택적으로 전체 FPA(5290)의 경우에도)는 전자기 스펙트럼의 동일한 부분 또는 그것의 다른 부분에 민감할 수 있다. 본 개시내용의 다른 부분(예를 들어, 위)에서 논의된 임의의 하나 이상의 유형의 PS는 PS(5212)로서 구현될 수 있다.
선택적으로, 단일 판독-그룹(5210)의 모든 PS(5212)는 물리적으로 서로 인접해 있음(즉, 판독-그룹(5210)의 각각의 PS(4212)는 판독-그룹의 적어도 하나의 다른 PS(5212)에 물리적으로 인접하여, 판독-그룹(5210)의 임의의 2개의 PS(5212) 사이의 인접한 PS(5212)를 통해 적어도 하나의 연속적인 경로를 생성함)에 유의한다. 그럼에도 불구하고, 불연속적인 판독-그룹이 또한 구현될 수 있다(예를 들어, FPA(5290)의 일부 PS(5212)에 결함이 있는 경우, FPA(5290)의 일부 PS(5212)가 사용되지 않는 경우(예를 들어, 전력 절약을 위해), 또는 임의의 다른 이유를 가질 경우). FPA(5290)가 하나 이상의 판독-그룹(5210)을 포함하는 경우, 판독-그룹(5210)은 동일한 수의 PS(5212)를 포함할 수 있고(반드시 그런 것은 아님), 동일한 유형의 PS(5212)를 포함할 수 있고(반드시 그런 것은 아님), 동일한 기하학적 구성으로 배열될 수 있다(예를 들어, 도 28a 및 28b의 예에서 도시된 바와 같이, 1x3 어레이; 그러나, 반드시 그런 것은 아님).
센서(5200)는 다수의 판독 회로(5242)를 포함하는 적어도 하나의 판독-세트(5240)를 포함한다. 단일 판독-세트(5240) 내의 다수의 판독 회로(5242) 각각은 복수의 스위치(5232)(집합적으로 5230으로 표시됨)에 의해 FPA(5290)의 PS(5212)의 동일한 판독-그룹(5210)에 연결된다. 판독 회로(5242)는 판독 회로(5242)에 연결된 하나 이상의 PS(5212)로부터 신호를 판독하고, 각각의 하나 이상의 PS(5212)가 받는 광의 레벨을 나타내는 데이터를 (예를 들어, 아날로그 또는 디지털 방식으로) 출력한다. 출력된 데이터는 프로세서에 제공되거나, 다른 시스템에 전달되거나, 메모리 모듈에 저장되거나, 다른 방식으로 사용될 수 있다. 단일 판독-세트의 상이한 판독 회로(5242)는 각각의 판독-그룹(5210)의 다양한 PS(5122)에 연결되고, 판독-그룹(5210)이 복수의 스위치(5230) 중 적어도 하나를 통해 각각의 판독 회로(5242)에 연결될 때, 판독-그룹(5210)의 PS(5212)에 충돌하는 광의 양을 나타내는 전기 신호를 출력하도록 작동 가능하다. 스위치(5232)는 하나 이상의 트랜지스터의 임의의 조합과 같은 임의의 적절한 스위칭 기술로 구현될 수 있음에 유의한다. 스위치(5232)는 FPA(5290)의 일부로 구현될 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. 예를 들어, 스위치(5232)의 일부 또는 전부는 FPA(5290)에 전기적으로(및 선택적으로 또한 물리적으로) 연결된 판독 웨이퍼에 포함될 수 있다. 판독 회로(5242)는 FPA(5290)의 일부로 구현될 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. 예를 들어, 판독 회로(5242)의 일부 또는 전부는 FPA(5290)에 전기적으로(및 선택적으로 또한 물리적으로) 연결된 판독 웨이퍼에 포함될 수 있다.
또한, 센서(5200)는 복수의 스위치(5230)의 스위칭 상태를 변경하도록 구성되어 작동 가능한 적어도 하나의 컨트롤러(5250)를 또한 포함하고, 이에 의해 센서(5200)로부터 상이한 거리에 위치한 객체로부터의 조명 광의 반사에 대해 상이한 판독 회로(5242)를 노출시키기 위해, 판독-세트(5240)의 상이한 판독 회로(5242)가 상이한 시간에 판독-그룹(5210)(즉, 판독-그룹(5210)의 PS(5212))에 연결되도록 한다. 조명 광은 센서(5200) 또는 센서(5200)가 구현되는 임의의 전기광학 시스템(예를 들어, 카메라, 망원경, 분광계)에 포함된 광원(5260)에 의해 방출될 수 있다. 조명 광은 또한 센서(5200)와 관련된 다른 광원(센서에 의해 제어되든 센서와 함께 공통 컨트롤러에 의해 제어되든) 또는 임의의 다른 광원에 의해 방출될 수 있다.
센서(5200)는 또한 센서(5200)로부터 객체까지의 거리를 나타내는 객체에 대한 깊이 정보를 결정하기 위해, 판독-그룹(5210)의 PS(5212)의 IFOV로부터 수집된 반사광의 검출된 레벨을 나타내는 전기 신호를 판독-세트(5240)로부터 획득하도록 구성된 프로세서(5220)를 포함한다. 이러한 객체는 예를 들어, FOV(5390)의 배경에 있는 탑(5382) 또는 FOV(5390)의 전경에 있는 나무(5384)일 수 있다. 예를 들어, 프로세서(5200)는 방법(5500) 또는 상기 기술된 임의의 기술(예를 들어, 도 24 및 도 37과 관련하여)을 구현할 수 있다.
도 26a, 도 26b 및 도 26c는 판독-세트(5240)의 상이한 스위칭 상태에 있는 동일한 센서(5200)를 도시하는데, 판독-세트(5240)는 도시된 예에서, 3개의 PS(5212(a), 5212(b) 및 5212(c))를 포함하는 판독-그룹(5210)에 연결된다. 도 26a에서, 판독 회로(5242)는 어떠한 PS(5212)에 연결되지 않으며, 이 경우 판독이 불가능하다. 도 26b에서, 단일 판독 회로(5242(a))는 판독-그룹(5210)의 모든 3개의 PS(5212)에 연결되어, 단일 판독 회로(5242)에 의해 3개의 PS(5212) 모두에 충돌하는 광을 나타내는 신호의 판독을 가능하게 한다. 예를 들어, 샘플링된 프레임 동안 상이한 시간에, 모든 PS(5212)는 한 번에 하나의 판독 회로(5242)에 순차적으로 연결될 수 있으므로, 항상 판독-그룹(5210)의 모든 PS(5212)에 의해 수집된 광이 측정되지만, 상이한 시간에 다른 판독 회로(5242)에 의해 측정된다. 그러한 예가 도 27의 도면(5410)에 제공된다.
도 26c에서, 다수의 판독 회로의 적절한 서브그룹(도시된 예에서, 판독-회로(5242(b) 및 5242(c))를 포함함)은 판독-그룹(5210)의 모든 PS(5212)에 연결되어, 다수의 판독 회로(5242)에 의해 3개 모두의 PS(5212)에 충돌을 광을 나타내는 신호의 판독을 가능하게 한다. 2개의 판독 회로(5212)를 판독-그룹(5210)에 연결하는 것이 도 27의 도면(5420) 및 도면(5430)에 도시되어 있다. 실시예의 요구 사항에 따라, 2개 이상의 판독 회로(5212)가 선택적으로 판독-그룹(5210)에 연결될 수 있다. 다수의 판독 회로(5212)를 단일 판독-그룹(5210)에 연결하는 구현 예는 상이한 검출 신호의 상이한 검출 시간 윈도우(예를 들어, 상기 도 24 및 도 25와 관련하여 논의된 바와 같이) 사이의 전환 시간(transition times) 내에 있다.
예를 들어, 샘플링된 프레임 동안 상이한 시간에, 모든 PS(5212)는 한 번에 하나의 판독 회로(5242)에 순차적으로 연결될 수 있으므로, 항상 판독-그룹(5210)의 모든 PS(5212)에 의해 수집된 광이 측정되지만, 상이한 시간에 상이한 판독 회로(5242)에 의해 측정된다. 그러한 예가 도 27의 도면(5410)에 제공된다. 다른 예에서, 어떤 경우에는, 하나의 판독 회로(5242)만이 판독-그룹(5210)의 PS(5212)에 연결되는 반면, 하나 이상의 판독 회로(5242)가 판독-그룹(5210)의 PS(5212)에 병렬로 연결된다. 그러한 예는 도 27의 도면(5420) 및 도면(5430)에서 제공된다. 또 다른 예에서, 다수의 판독 회로(5242)의 상이한 서브세트는 상이한 시간에 판독-그룹(5210)의 PS(5212)에 병렬로 연결될 수 있다. 모든 옵션과 관련하여, 선택적으로, 판독 회로(5242) 중 어느 것도 판독-그룹(5210)의 임의의 PS(5212)에 연결되지 않는 아이들 시간이 있을 수 있음에 유의한다. 이러한 예는 도 27의 도면(5440) 및 도면(5450)에서 제공된다. 도 27의 도면(5460)은 상이한 연결 조합이 단일 프레임에 구현된 상태를 도시한다. 즉, 센서의 검출 기간 동안 상이한 시간에, 단일 판독 회로(5242) 및 복수의 판독 회로(5242)가 판독-그룹(5210)에 연결될 수 있고, 어떠한 판독 회로(5242)도 판독-그룹(5210)에 연결되지 않을 수 있다.
도 28a 내지 도 28c는 본 명세서에 개시된 주제의 실시예에 따른 센서(5200)를 도시한다. 선택적으로, 스위칭 네트워크(5230)는 개별 판독 회로(5242)가 특정 시간에 개별 PS(5212)에 연결되는 동시에, 다른 시간에 복수의 PS(5212)에 동시에 연결되는 것을 가능하게 하는 스위칭 가능 회로를 포함한다. 도시된 예에서, 도 28b에서는 판독 회로(5242(ROC1))가 3개의 모든 PS(5212(a), 5212(b) 및 5212(c))에 연결되는 반면, 도 28c에서는 동일한 판독 회로(5242(ROC1))가 오직 하나의 PS(5242(a))에만 연결되고, 다른 2개의 판독 회로(5242(ROC2) 및 5242(ROC3))는 각각 단일 PS(5212)에 연결된다. 예를 들어, 상이한 양의 PS(5212)에 의해 수집된 상이한 양의 광을 처리하기 위해, 검출의 작동 파라미터(예를 들어, 포토다이오드 바이어스, 증폭 게인 등)가 이들 2개의 검출 상태에서 상이할 수 있다는 점에 유의한다.
센서(5200)는 FOV에서 객체의 깊이 정보를 검출하도록 작동 가능하다. 센서(5200)는 아래에서 논의되는 적용(컨트롤러(5250) 및 그 기능뿐만 아니라 관련 스위치를 포함함)과 함께, (임의의 용어 하에서) 위에서 논의된 임의의 센서의 변형일 수 있다는 것이 유의한다. 다른 센서에 대해 위에서 논의된 많은 세부 사항, 옵션 및 변형은 간결함 때문에 반복되지 않으며, 필요한 부분만 수정하여 센서(5200)에서 구현될 수 있다.
또한, 센서(5200)는 깊이 정보를 포함하지 않는 검출 출력을 제공하는 다른 검출 모드에서도 작동할 수 있다. 예를 들어, 일부 검출 모드에서, 센서(5200)는 카메라로 작동하여, 상이한 검출 값이 하나(또는 그 이상) 검출 기간 내에서 FOV의 일부로부터 반사된 광의 양을 나타내는 2D 이미지를 제공할 수 있다. 이러한 검출 모드는 FOV의 액티브 조명을 포함할 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다.
도 29는 본 명세서에 개시된 주제의 실시예에 따른 센서(5200)를 도시한다. 센서(5200)의 다른 도면에서와 같이, 센서의 PS(5212)의 수는 도시된 실시예와 크게 다를 수 있으며, 예를 들어 수천, 수백만 등의 범위에 있을 수 있음이 분명하다.
도 30은 본 명세서에 개시된 주제의 실시예에 따른 전기광학 시스템의 FOV(5390) 및 복수의 순간 FOV(5312)를 도시한다.
도 31a 및 도 31b는 본 명세서에 개시된 주제의 실시예에 따른 센서(5200)의 다양한 예를 도시한다. 도 31a 및 도 31b의 예에서, FOV로부터 PS의 판독-그룹(집합적으로 5210으로 표시됨)을 향해 도달하는 광선은 물론, 선택적인 광원(5260)으로부터 FOV를 향해 방출되는 선택적인 광선이 도시되어 있다. 센서(5200)의 다른 도면에서와 같이, 센서의 PS(5212)의 수는 도시된 실시예와 크게 다를 수 있으며, 예를 들어 수천, 수백만 등의 범위에 있을 수 있음이 분명하다.
센서(5200)를 참조하고, 도 24 내지 도 31b와 관련하여 논의된 시스템, 방법 및 센서를 참조하면, 순간 FOV로부터 상이한 시간에 도달하는 광을 나타내는 신호를 검출하기 위해, 복수의 PS 대신에 복수의 판독 구조("판독 화합물"이라고도 함)를 포함하는 PS가 구현될 수 있음에 유의한다. 예를 들어, 제1 판독 구조(예컨대, 판독 구조(6570, 9030) 또는 심지어 판독 구조로서 작용하는 플로팅 디퓨전(7540))는 도 25의 신호(S1)를 검출하기 위해 사용될 수 있고, 동일한 PS의 제2 판독 구조는 도 25의 신호(S2)를 검출하기 위해 사용될 수 있고, 동일한 PS의 제3 판독 구조는 도 25의 신호(S3)를 검출하기 위해 사용될 수 있다. 도 24 내지 도 31b에 대해 논의된 바와 같이, 상이한 시간에 FOV의 동일한 부분으로부터의 신호를 검출하기 위해 다수의 PS의 조합을 이용하는 임의의 시스템 및 임의의 방법에 대해, 상이한 시간에 FOV의 동일한 부분으로부터의 신호를 검출하기 위해 본 명세서에 개시된 것 중 임의의 단일 PS의 다수의 판독 구조를 이용하는 동등한 시스템 또는 방법이 필요한 부분만 약간 수정하여 구현될 수 있다.
위에서 논의되고 본 개시내용 전체에 걸쳐 논의된 모든 PS를 참조하면, 이들 PS 중 임의의 것은 PS(또는 그 일부)를 완전히, 불완전하게 또는 부분적으로 둘러싸는 가드 링(미도시) 또는 트렌칭을 선택적으로 포함할 수 있다. 이러한 부분적 또는 완전한 트렌칭 또는 가드 링은 도면의 명확성과 단순성을 이유로 도면에 도시되지 않았다. 많은 사용 및 구현 방법이 당업자에게 알려져 있고, 간결함을 위해 여기서는 개시되지 않았따.
그러나, 다른 수정, 변형 및 대안이 또한 가능하다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한적인 의미가 아니라, 예시적인 것으로 간주되어야 한다.
청구항에서, 괄호 사이에 위치한 참조 기호는 청구항을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. '포함하는'이라는 단어는 청구범위에 나열된 요소 또는 단계 이외의 다른 요소 또는 단계의 존재를 배제하지 않는다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어 "a" 또는 "an"은 하나 또는 하나 이상으로 정의된다. 또한, 청구항에서 "적어도 하나" 및 "하나 이상"과 같은 도입 문구의 사용은 동일한 청구항이 "하나 이상" 또는 "적어도 하나"라는 도입구와 "a" 또는 "an"과 같은 부정관사를 포함하는 경우에도, 부정관사 "a" 또는 "an"에 의한 다른 청구 요소의 도입이 그러한 도입 청구 요소를 포함하는 임의의 특정 청구항을 단지 하나의 그러한 요소를 포함하는 개시내용으로 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 정관사의 사용도 마찬가지이다. 별도의 언급이 없는 한, "제1" 및 "제2"와 같은 용어는 해당 용어가 설명하는 요소를 임의로 구분하기 위해 사용된다. 따라서, 이러한 용어는 반드시 해당 요소의 시간적 또는 기타 우선 순위를 나타내기 위한 것이 아니다. 어떤 조치가 상이한 청구항에 인용되어 있다는 단순한 사실이 이러한 조치의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지는 않는다.
본 개시내용의 특정 특징이 본 명세서에 도시되고 설명되었지만, 많은 수정, 대체, 변경 및 등가물이 이제 당업자에 의해 도출될 수 있다. 따라서, 첨부된 청구범위는 본 개시내용의 진정한 기술적 사상 내에 속하는 모든 수정 및 변경을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 위에서 기술한 실시예들은 일 예로서 인용된 것이며, 그 특징들 및 이들 특징들의 조합은 다양하게 변경 및 변형될 수 있음을 이해할 것이다. 다양한 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 그러한 개시내용에 의해 본 발명을 제한하려는 의도가 없고, 오히려 첨부된 청구범위에 정의된 바와 같이, 개시내용의 범위 내에 있는 모든 수정 및 대체 구성을 커버하도록 의도되었음을 이해할 것이다.

Claims (33)

  1. IR 방사를 검출하도록 작동 가능한 적외선(IR) 광검출 시스템으로서,
    상기 광검출 시스템은:
    적어도 하나의 포토사이트(PS)로서, 상기 적어도 하나의 PS는 충돌하는 IR 광자에 응답하여 전자-정공 쌍을 생성하도록 작동 가능하며, 제1 극성을 갖는 흡수체 도핑 영역을 포함하는 게르마늄(Ge) 감광 영역; 및 다이오드를 포함하는 실리콘(Si) 층을 포함하고, 여기서 상기 다이오드는 제1 극성의 제1 도핑 영역 및 상기 제1 극성과 반대인 제2 극성의 제2 도핑 영역을 포함하고, 상기 제1 도핑 영역은 상기 제2 도핑 영역과 상기 흡수체 도핑 영역 사이에 위치하는, 상기 적어도 하나의 포토사이트(PS);
    상기 제1 도핑 영역에 제1 영역 전압을 제공하고, 상기 제2 영역에 제2 영역 전압을 제공하도록 작동 가능한 적어도 하나의 전원; 및
    상기 PS의 샘플링 기간 동안, 제2 극성의 전하 캐리어(CCSP)가 상기 Ge 감광 영역으로부터 상기 포토다이오드를 향해 강제 이동하게 하는 활성화 전압을 상기 Ge 감광 영역에 제공하여, 상기 CCSP가 상기 제2 도핑 영역에 전기적으로 결합된 판독 전극을 통해 수집되게 하고; 상기 샘플링 기간의 종료 시, 상기 포토다이오드를 향하는 상기 CCSP의 강제력을 감소시키는 휴지 전압을 상기 Ge 감광 영역에 제공하여, 상기 PS에 의한 신호 수집을 중지시키도록, 작동 가능한 제어가능 전원;
    을 포함하는 적외선(IR) 광검출 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 휴지 전압의 진폭은 상기 활성화 전압의 진폭보다 적어도 10배 낮은 IR 광검출 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 샘플링 기간은 10나노초보다 짧은 IR 광검출 시스템.
  4. 제1항에 있어서, IR 광검출 센서의 시야로부터의 IR 광자는 상기 Ge 감광 영역에 흡수되기 전에, 상기 Si 층을 통과하는 IR 광검출 시스템.
  5. 제1항에 있어서, (a) 상기 Ge 감광 영역과 상기 포토다이오드, 및 (b) 상기 적어도 하나의 전원 사이에 패시베이션 층을 추가로 포함하는 IR 광검출 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 IR 광검출 시스템을 포함하는 전기-광학 검출 시스템으로서,
    복수의 포토사이트;
    상기 전기-광학 검출 시스템의 시야로부터 IR 광검출 센서 상으로 광을 지향시키기 위한 적어도 하나의 광학 인터페이스;
    각각의 포토사이트의 샘플링 기간 동안 상기 Ge 감광 영역에 의해 캡처된 광자의 수에 대응하는 적어도 하나의 전기 신호를 상기 복수의 포토사이트 각각으로부터 판독하도록 작동 가능한 판독 회로; 및
    상기 시야의 IR 이미지를 제공하기 위해, 복수의 전기 신호를 나타내며 상기 판독 회로에 의해 제공되는 검출 데이터를 처리하도록 작동 가능한 프로세서;
    를 포함하는 전기-광학 검출 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 시야 내에 적어도 하나의 객체의 존재를 결정하기 위해 상기 검출 데이터를 처리하도록 추가로 구성되는 전기-광학 검출 시스템.
  8. IR 방사를 검출하도록 작동 가능한 적외선(IR) 광검출 시스템으로서,
    충돌하는 IR 광자에 응답하여 전자-정공 쌍을 생성하도록 작동 가능하며, 제1 극성을 갖는 흡수체 도핑 영역을 포함하는 Ge 감광 영역; 및 제1 도핑 영역, 저장 웰, 플로팅 디퓨전 및 트랜스퍼 게이트를 포함하는 실리콘(Si) 층을 포함하는 적어도 하나의 포토사이트;
    상기 제1 도핑 영역, 상기 Ge 감광 영역 및 상기 플로팅 디퓨전 중 적어도 하나에 대한 전압을 조절하도록 작동 가능한 적어도 하나의 제어가능 전원; 및
    어느 한 시간에 상기 Ge 감광 영역, 상기 제1 도핑 영역 및 상기 플로팅 디퓨전에 전압을 제공하여, 제2 극성의 전하 캐리어(CCSP)가 상기 Ge 감광 영역으로부터 상기 저장 웰을 향해 강제 이동하게 하고; 다른 시간에 상기 Ge 감광 영역, 상기 제1 도핑 영역 및 상기 플로팅 디퓨전에 상이한 전압을 제공하여, 상기 저장 웰을 향하는 상기 CCSP의 강제력을 감소시키고, 이에 의해 상기 저장 웰에 의한 신호 수집을 중지시키고; 상기 트랜스퍼 게이트를 통해 제2 극성의 전하 캐리어를 상기 저장 웰로부터 상기 플로팅 디퓨젼으로 간헐적으로 이송하여, 전하 캐리어가 상기 플로팅 디퓨젼에 전기적으로 결합된 판독 전극을 통해 판독되도록, 상기 적어도 하나의 제어가능 전원 및 상기 트랜스퍼 게이트를 제어하도록 작동 가능한 컨트롤러;
    를 포함하는 적외선(IR) 광검출 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 저장 웰은 반대 극성의 피닝 층 아래에 적어도 부분적으로 피닝되는 IR 광검출 시스템.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 다른 시간 동안, 제2 극성의 전하 캐리어는 판독되지 않고 포토사이트로부터 제거되는 IR 광검출 시스템.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 저장 웰은 상기 제1 도핑 영역과 상기 플로팅 디퓨전 사이에 위치하는 IR 광검출 시스템.
  12. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 제1 도핑 영역은 상기 저장 웰과 상기 Ge 감광 영역 사이에 위치하는 IR 광검출 시스템.
  13. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 샘플링 기간은 10나노초보다 짧은 IR 광검출 시스템.
  14. 제8항 또는 제9항에 있어서, IR 광검출 센서의 시야로부터의 IR 광자는 상기 Ge 감광 영역에 흡수되기 전에, 상기 Si 층을 통과하는 IR 광검출 시스템.
  15. 제8항 또는 제9항에 있어서, (a) 상기 Ge 감광 영역과 상기 포토다이오드, 및 (b) 상기 적어도 하나의 전원 사이에 패시베이션 층을 추가로 포함하는 IR 광검출 시스템.
  16. IR 방사를 검출하도록 작동 가능한 적외선(IR) 광검출 시스템으로서,
    적어도 하나의 포토사이트로서, 상기 적어도 하나의 포토사이트는 충돌하는 IR 광자에 응답하여 전자-정공 쌍을 생성하도록 작동 가능하며, 제1 극성으로 도핑된 흡수체 도핑 영역을 포함하는 게르마늄(Ge) 감광 영역; 및 다수의 판독 구조가 구현된 실리콘(Si) 층을 포함하고, 각각의 판독 구조는 제2 극성으로 도핑된 원격 도핑 영역, 및 상기 원격 도핑 영역과 상기 Ge 감광 영역 사이에 위치한 중간 도핑 영역을 포함하고, 상기 중간 도핑 영역은 제1 극성과 반대인 제2 극성으로 도핑되는, 상기 적어도 하나의 포토사이트; 및
    제어 전압을 상기 Ge 감광 영역, 및 상기 다수의 판독 구조 각각의 상기 원격 도핑 영역 및 상기 중간 도핑 영역에 제공하도록 작동 가능한 제어가능 전원으로서, 상기 제어가능 전원은:
    제1 샘플링 기간 동안, 상기 Ge 감광 영역, 다수의 판독 구조 중 제1 판독 구조의 제1 원격 도핑 영역, 및 상기 제1 판독 구조의 제1 중간 도핑 영역 상에 상대 전압을 유지하여, 제2 극성의 전하 캐리어(CCSP)가 제1 당기는 힘에 의해 상기 Ge 감광 영역으로부터 상기 제1 판독 구조를 향해 강제 이동하게 하고, 여기서 상기 CCSP는 상기 제1 원격 도핑 영역에 전기적으로 결합된 제1 판독 전극을 통해 수집되고,
    제1 샘플링 기간 동안, 상기 제1 판독 구조 이외의 나머지 다수의 판독 구조를 포함하는 제1 그룹의 판독 구조의 도핑 영역 상에 전압을 유지하여, 상기 제1 그룹의 판독 구조의 원격 도핑 영역 각각을 향해 제2 극성의 전하 캐리어에 인가되는 당기는 힘이 상기 제1 당기는 힘의 절반 미만이 되게 하고,
    제1 샘플링 기간보다 늦은 제2 샘플링 기간 동안, 상기 Ge 감광 영역, 다수의 판독 구조 중 제2 판독 구조의 제2 원격 도핑 영역, 및 상기 제2 판독 구조의 제2 중간 도핑 영역 상에 상대 전압을 유지하여, 제2 극성의 전하 캐리어가 제2 당기는 힘에 의해 상기 Ge 감광 영역으로부터 상기 제2 판독 구조를 향해 강제 이동하게 하고, 여기서 상기 CCSP는 상기 제2 원격 도핑 영역에 전기적으로 결합된 제2 판독 전극을 통해 수집되고,
    제2 샘플링 기간 동안, 상기 제2 판독 구조 이외의 나머지 다수의 판독 구조를 포함하는 제2 그룹의 판독 구조의 도핑 영역 상에 전압을 유지하여, 상기 제2 그룹의 판독 구조의 원격 도핑 영역 각각을 향해 제2 극성의 전하 캐리어에 인가되는 당기는 힘이 상기 제2 당기는 힘의 절반 미만이 되게 하고,
    제2 샘플링 기간보다 늦은 제3 샘플링 기간 동안, 상기 Ge 감광 영역, 상기 제1 원격 도핑 영역 및 상기 제1 중간 도핑 영역 상에 상대 전압을 유지하여, 제2 극성의 전하 캐리어가 제3 당기는 힘에 의해 상기 Ge 감광 영역으로부터 상기 제1 판독 구조를 향해 강제 이동하게 하고, 여기서 상기 CCSP는 상기 제1 판독 전극을 통해 수집되고,
    제3 샘플링 기간 동안, 상기 제1 그룹의 판독 구조의 도핑 영역 상에 전압을 유지하여, 상기 제1 그룹의 판독 구조의 원격 도핑 영역 각각을 향해 제2 극성의 전하 캐리어에 인가되는 당기는 힘이 상기 제3 당기는 힘의 절반 미만이 되도록,
    작동 가능한, 상기 제어가능 전원;
    을 포함하는 적외선(IR) 광검출 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제1 샘플링 기간 동안 제1 중간 도핑 영역에 인가되는 제1 전압은 제1 기간에 걸쳐 평균화된, 상기 제1 그룹의 판독 구조의 임의의 중간 도핑 영역에 인가되는 임의의 전압보다 적어도 10배 더 높은 IR 광검출 시스템.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, IR 광검출 센서의 시야로부터의 IR 광자는 상기 Ge 감광 영역에 흡수되기 전에, 상기 Si 층을 통과하는 IR 광검출 시스템.
  19. 제16항 또는 제17항에 있어서, (a) 상기 Ge 감광 영역과 상기 포토다이오드, 및 (b) 상기 적어도 하나의 전원 사이에 패시베이션 층을 추가로 포함하는 IR 광검출 시스템.
  20. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 Ge 감광 영역이 배치된 Si 층의 측면과 반대쪽에 위치한 상기 Si 층의 연마된 측면에 본딩되는 적어도 하나의 광-유효층을 추가로 포함하는 IR 광검출 시스템.
  21. 적외선(IR) 방사를 검출하는 방법으로서,
    포토사이트(PS)의 제1 도핑 영역에 제1 영역 전압을 제공하고, 상기 PS의 제2 도핑 영역에 제2 영역 전압을 제공하는 단계로서, 상기 포토사이트(PS)는 충돌하는 IR 광자에 응답하여 전자-정공 쌍을 생성하도록 작동 가능하며, 제1 극성을 갖는 흡수체 도핑 영역을 포함하는 게르마늄(Ge) 감광 영역을 포함하고, 상기 PS는 다이오드를 포함하는 실리콘 층을 추가로 포함하고, 상기 다이오드는 제1 극성의 제1 도핑 영역, 및 제1 도핑 영역과 반대인 제2 극성의 제2 도핑 영역을 포함하고, 상기 제1 도핑 영역은 상기 제2 도핑 영역과 상기 흡수체 도핑 영역 사이에 위치하고;
    상기 제1 영역 전압 및 제2 영역 전압을 제공하면서, 상기 포토사이트의 샘플링 기간 동안, 제2 극성의 전하 캐리어(CCSP)가 상기 Ge 감광 영역으로부터 상기 포토다이오드를 향해 강제 이동하게 하는 활성화 전압을 상기 Ge 감광 영역에 제공하는 단계, 여기서 상기 CCSP는 상기 제2 도핑 영역에 전기적으로 결합된 판독 전극을 통해 수집되고; 및
    샘플링 기간의 종료 시, 상기 포토다이오드를 향하는 상기 CCSP의 강제력을 감소시키는 휴지 전압을 상기 Ge 감광 영역에 제공하여, 상기 포토사이트에 의한 신호 수집을 중지하게 하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 포토사이트는 IR 광검출기 시스템의 포토사이트인 방법.
  23. 적외선(IR) 방사를 검출하는 방법으로서,
    포토사이트(PS)의 적어도 하나의 영역에 전압을 조절하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 영역은 상기 PS의 제1 도핑 영역, 상기 PS의 게르마늄(Ge) 감광 영역 및 상기 PS의 플로팅 디퓨전으로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 상기 PS는 적어도 (a) 충돌하는 IR 광자에 응답하여 전자-정공 쌍을 생성하도록 작동 가능하며, 제1 극성을 갖는 흡수체 도핑 영역을 포함하는 Ge 감광 영역; 및 (b) 제1 도핑 영역, 저장 웰, 플로팅 디퓨전 및 트랜스퍼 게이트를 포함하는 실리콘 층을 포함하고,
    상기 조절하는 단계는:
    어느 한 시간에, 상기 Ge 감광 영역, 상기 제1 도핑 영역 및 상기 플로팅 디퓨전에 어떤(some) 전압을 제공하여, 제2 극성의 전하 캐리어(CCSP)가 상기 Ge 감광 영역으로부터 상기 저장 웰을 향해 강제 이동하게 하는 단계,
    다른 시간에, 상기 Ge 감광 영역, 상기 제1 도핑 영역 및 상기 플로팅 디퓨전에 다른 전압을 제공하여, 상기 저장 웰을 향하는 상기 CCSP의 강제력을 감소시키고, 이에 의해 상기 저장 웰에 의한 신호 수집을 중지시키는 단계, 및
    상기 트랜스퍼 게이트를 통해 제2 극성의 전하 캐리어를 상기 저장 웰로부터 상기 플로팅 디퓨전으로 간헐적으로 이송하는 단계, 여기서 CCSP는 상기 플로팅 디퓨전에 전기적으로 결합된 판독 전극을 통해 판독되고,
    를 포함하는 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 포토사이트는 IR 광검출기의 포토사이트인 방법.
  25. 제23항 또는 제24항에 있어서, 상기 휴지 전압의 진폭은 상기 활성화 전압의 진폭보다 적어도 10배 낮은 방법.
  26. 적외선(IR) 방사를 검출하는 방법으로서,
    포토사이트(PS)의 영역에 제어 전압을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 PS는 충돌하는 IR 광자에 응답하여 전자-정공 쌍을 생성하도록 작동 가능하며, 제1 극성으로 도핑된 흡수체 도핑 영역을 포함하는 Ge 감광 영역, 및 상기 포토사이트의 실리콘 층에 구현된 다수의 판독 구조의 도핑 영역을 포함하고, 상기 다수의 판독 구조 각각은 (a) 제2 극성으로 도핑된 원격 도핑 영역, 및 (b) 상기 원격 도핑 영역과 상기 Ge 감광 영역 사이에 위치하는 중간 도핑 영역을 포함하고, 상기 중간 도핑 영역은 제1 극성과 반대인 제2 극성으로 도핑되고,
    상기 제공하는 단계는:
    제1 샘플링 기간 동안, 상기 Ge 감광 영역, 다수의 판독 구조 중 제1 판독 구조의 제1 원격 도핑 영역, 및 상기 제1 판독 구조의 제1 중간 도핑 영역 상에 상대 전압을 유지하여, 제2 극성의 전하 캐리어(CCSP)가 제1 당기는 힘에 의해 상기 Ge 감광 영역으로부터 상기 제1 판독 구조를 향해 강제 이동하게 하는 단계, 여기서 상기 CCSP는 제1 원격 도핑 영역에 전기적으로 결합된 제1 판독 전극을 통해 수집되고,
    제1 샘플링 기간 동안, 상기 제1 판독 구조 이외의 나머지 다수의 판독 구조를 포함하는 제1 그룹의 판독 구조의 도핑 영역 상에 전압을 유지하여, 제1 그룹의 판독 구조의 원격 도핑 영역 각각을 향해 제2 극성의 전하 캐리어에 인가되는 당기는 힘이 상기 제1 당기는 힘의 절반 미만이 되게 하는 단계,
    제1 샘플링 기간보다 늦은 제2 샘플링 기간 동안, 상기 Ge 감광 영역, 다수의 판독 구조 중 제2 판독 구조의 제2 원격 도핑 영역, 및 상기 제2 판독 구조의 제2 중간 도핑 영역 상에 상대 전압을 유지하여, 제2 극성의 전하 캐리어가 제2 당기는 힘에 의해 상기 Ge 감광 영역으로부터 상기 제2 판독 구조를 향해 강제 이동하게 하는 단계, 여기서 상기 CCSP는 제2 원격 도핑 영역에 전기적으로 결합된 제2 판독 전극을 통해 수집되고,
    제2 샘플링 기간 동안, 상기 제2 판독 구조 이외의 나머지 다수의 판독 구조를 포함하는 제2 그룹의 판독 구조의 도핑 영역 상에 전압을 유지하여, 제2 그룹의 판독 구조의 원격 도핑 영역 각각을 향해 제2 극성의 전하 캐리어에 인가되는 당기는 힘이 상기 제2 당기는 힘의 절반 미만이 되게 하는 단계,
    제2 샘플링 기간보다 늦은 제3 샘플링 기간 동안, 상기 Ge 감광 영역, 상기 제1 원격 도핑 영역 및 상기 제1 중간 도핑 영역 상에 상대 전압을 유지하여, 제2 극성의 전하 캐리어가 제3 당기는 힘에 의해 상기 Ge 감광 영역으로부터 상기 제1 판독 구조를 향해 강제 이동하게 하는 단계, 여기서 상기 CCSP는 제1 판독 전극을 통해 수집되고, 및
    제3 샘플링 기간 동안, 제1 그룹의 판독 구조의 도핑 영역 상에 전압을 유지하여, 제1 그룹의 판독 구조의 원격 도핑 영역 각각을 향해 제2 극성의 전하 캐리어에 인가되는 당기는 힘이 상기 제3 당기는 힘의 절반 미만이 되게 하는 단계,
    를 포함하는 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 제1 샘플링 기간 동안 제1 중간 도핑 영역에 인가되는 제1 전압은 제1 기간에 걸쳐 평균화된, 상기 제1 그룹의 판독 구조의 임의의 중간 도핑 영역에 인가되는 임의의 전압보다 적어도 10배 더 높은 방법.
  28. 제26항 또는 제27항에 있어서, 복수의 포토사이트에 대해 동시에 실행되는 방법.
  29. 제26항 또는 제27항에 있어서, 폐기 기간 동안, 제2 극성의 전하 캐리어를 전극 쪽으로 구동하기 위해 상기 포토사이트의 다수의 영역에 전압을 제공하는 단계를 더 포함하고, 이를 통해 전하 캐리어가 판독되지 않고 상기 포토사이트로부터 제거되게 하는 방법.
  30. 단파 적외선(SWIR) 전기광학 이미징 시스템(SEI 시스템)의 검출에 기초하여 장면의 깊이 이미지를 생성하는 방법으로서,
    상기 SEI 시스템의 복수의 검출 신호를 획득하는 단계, 여기서 각각의 검출 신호는 각각의 검출 시간 프레임에 걸쳐 상기 SEI 시스템의 시야(FOV) 내의 특정 방향으로부터 상기 SEI 시스템의 적어도 하나의 초점 평면 어레이(FPA) 검출기에 의해 캡처되는 광량을 나타내고, 상기 적어도 하나의 FPA는 복수의 개별 포토사이트를 포함하고, 각각의 포토사이트는 충돌하는 광자가 검출된 전하로 변환되게 하는 게르마늄(Ge) 엘리먼트를 포함하고, 여기서 FOV 내에서 복수의 방향 중 각 방향에 대해, 상이한 검출 신호는 방향을 따라 상이한 거리 범위로부터 반사된 SWIR 조명 레벨을 나타내고; 및
    객체가 검출되는 상기 FOV 내의 복수의 3D 위치를 포함하는 3-차원(3D) 검출 맵을 결정하기 위해 상기 복수의 검출 신호를 처리하는 단계, 여기서 상기 처리하는 단계는 게르마늄 엘리먼트로부터 초래되는 복수의 검출 신호의 수집 동안 축적된 암전류(DC) 레벨을 보상하는 단계를 포함하고, 상기 보상하는 단계는 적어도 하나의 FPA의 상이한 포토사이트에 의해 검출된 검출 신호에 대해 상이한 정도의 DC 보상을 적용하는 단계를 포함하고;
    를 포함하는 방법.
  31. 제30항에 있어서, 상기 보상하는 단계는 제1 검출 범위에 대응하는 제1 DE에 의해 검출된 제1 검출 신호로부터 제1 DC 보상 오프셋을 감산하고, 상기 SEI 시스템으로부터 상기 제1 검출 범위보다 더 멀리 떨어진 제2 검출 범위에 대응하는 제1 포토사이트에 의해 검출된 제2 검출 신호로부터, 상기 제1 DC 보상 오프셋과 다른 제2 DC 보상 오프셋을 감산하는 단계를 포함하는 방법.
  32. 제30항에 있어서,
    상기 복수의 방향 중 상이한 방향에 대해 복수의 제1 검출 신호가 검출되게 하는 제1 게이트 이미지의 노광 개시와 함께 제1 조명의 방출을 트리거하는 단계,
    상이한 방향에 대해 복수의 제2 검출 신호가 검출되게 하는 제2 게이트 이미지의 노광 개시와 함께 제2 조명의 방출을 트리거하는 단계, 및
    상이한 방향에 대해 복수의 제3 검출 신호가 검출되게 하는 제3 게이트 이미지의 노광 개시와 함께 제3 조명의 방출을 트리거하는 단계를 추가로 포함하고,
    상기 처리하는 단계는 제1 이미지, 제2 이미지 및 제3 이미지 중 각각의 이미지로부터의 적어도 하나의 검출 신호에 기초하여 상이한 방향들 중 제1 방향 내의 제1 3D 위치에서 제1 객체의 존재를 결정하는 단계, 및 제1 이미지, 제2 이미지 및 제3 이미지 중 각각의 이미지로부터의 적어도 하나의 검출 신호에 기초하여 상이한 방향들 중 제2 방향 내의 제2 3D 위치에서 제2 객체의 존재를 결정하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 SEI 시스템으로부터의 제1 객체의 거리는 상기 SEI 시스템으로부터의 제2 객체의 거리의 적어도 2배인 방법.
  33. 객체의 깊이 정보를 검출하도록 작동 가능한 센서로서,
    복수의 포토사이트를 포함하는 초점 평면 어레이(FPA), 여기서 각각의 포토사이트는 포토사이트의 순간 시야(IFOV)로부터 도달하는 광을 검출하도록 작동 가능하고, 상이한 포토사이트는 상기 센서의 시야 내에서 상이한 방향으로 지향되고;
    판독 회로의 판독-세트, 여기서 판독 회로 각각은 복수의 스위치에 의해 FPA의 포토사이트의 판독-그룹에 결합되고, 상기 판독-그룹이 상기 복수의 스위치 중 적어도 하나를 통해 각각의 판독 회로에 연결될 때, 상기 판독-그룹의 포토사이트에 충돌하는 광량을 나타내는 전기 신호를 출력하도록 작동 가능하고;
    상기 센서로부터 상이한 거리에 위치한 객체로부터의 조명 광의 반사에 상이한 판독 회로를 노출시키기 위해, 상기 판독-세트의 상이한 판독 회로가 상이한 시간에 상기 판독-그룹에 결합되도록, 상기 복수의 스위치의 스위칭 상태를 변경하도록 작동 가능한 컨트롤러; 및
    상기 센서로부터 객체까지의 거리를 나타내는 객체에 대한 깊이 정보를 결정하기 위해 포토사이트의 상기 판독-그룹의 IFOV로부터 수집된 반사광의 검출된 레벨을 나타내는 전기 신호를 상기 판독-세트로부터 획득하도록 구성된 프로세서;
    를 포함하는 센서.
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