TW202137525A - 具有子像素的光檢測設備 - Google Patents

Abstract

本揭露提供了一種光檢測設備。所述光檢測設備包括至少一個像素，每個像素包括N個子像素，其中每個子像素包括一檢測區域以及兩個第一導電接觸，其中所述檢測區域位於所述兩個第一導電接觸之間，其中N為正整數且≥2。

Description

具有子像素的光檢測設備

本揭露涉及使用光電二極體檢測光。

光電探測器可用於檢測光學信號，並將光學信號轉換成電信號，該電信號可由另一電路進一步處理。光電探測器可用於消費電子產品、圖像感測器、資料通信、飛行時間測距(TOF)或成像感測器、醫療設備和許多其他合適的應用。然而，當光電探測器以單一個或陣列配置應用於這些產品時，漏電流、暗電流、電/光串擾和功耗會降低性能。

根據本揭露的實施例，提供了一種光檢測設備。光檢測設備包括半導體基底。第一鍺基(germanium-based)光吸收材料由半導體基底所支撐，並被配置為吸收具有大於800奈米的第一波長的第一光學信號。第一金屬線電耦合到第一鍺基光吸收材料的第一區域。第二金屬線電耦合到第一鍺基光吸收材料的第二區域。第一區域未摻雜或摻雜有第一類型的摻雜劑。第二區域摻雜有第二類型的摻雜劑。第一金屬線被配置為控制在第一鍺基光吸收材料內部產生的第一類型光生載流子(photo-generated carriers)的量，以被第二區域收集。

根據本揭露的實施例，提供了一種光檢測方法。該光檢測方法包括發送由第一調變信號調變(modulated)的光學信號，其中該光學信號由第一調變信號在多個時間幀內以一個或多個預定相位被調變。反射的光學信號被光電探測器接收。反射的光學信號由一個或多個解調變信號來解調變(demodulated)，其中一個或多個解調變信號是具有多個時間幀的一個或多個預定相位的信號。在電容器上輸出至少一個電壓信號。

根據本揭露的實施例，提供了一種光檢測設備。光檢測設備包括至少一個像素，每個像素包括N個子像素，其中每個子像素包括檢測區域和兩個第一導電接觸，其中檢測區域位於兩個第一導電接觸之間，其中N為正整數且≥2。

根據本揭露的實施例，提供了一種光檢測設備。光檢測設備包括第一像素和與第一像素相鄰的第二像素，其中第一像素和第二像素中的每一個包括N個檢測區域、有2N個第一導電接觸，每一個第一導電接觸各自耦合到檢測區域之一、有2N個第二導電接觸，每一個第二導電接觸各自耦合到檢測區域之一，其中N是正整數且≥2，以及第一像素和第二像素之間的隔離區域。

根據本揭露的實施例，提供了一種光檢測設備。光檢測設備包括光檢測設備，該光檢測設備包括像素，並且該像素包括N個子像素，其中每個子像素包括檢測區域和兩個開關，其中檢測區域在兩個開關之間，其中N是正整數並且≥2。

根據本揭露的實施例，提供了一種成像系統。成像系統包括能夠發光的發射器單元，以及包括圖像感測器的接收器單元，該圖像感測器包括:光檢測設備，包括:多個像素，其中每個像素包括:N個子像素，其中每個子像素包括檢測區域和兩個第一導電接觸，其中檢測區域在兩個第一導電接觸之間，並且檢測區域被配置為吸收具有某一波長的光子，並且從吸收的光子產生光載流子；其中，N為正整數且≥2。

在本文公開的實施例的其他優點和益處中，這些實施例提供了一種能夠至少有效地吸收但不限於近紅外光(NIR)或短波紅外光(SWIR)的光檢測設備。在一些實施例中，光電檢測裝置提供高解調變對比度、低漏電流、低暗電流、低功耗、低電/光串擾和/或用於晶片尺寸小型化的架構。在一些實施例中，光檢測設備能夠處理具有多個波長的入射光學信號，包括不同的調變方案和/或時分(time-division)功能。此外，光檢測設備可以用於飛行時間(ToF)應用，其可以在比可見光波長更長的波長(例如，近紅外光和短波紅外光範圍)下工作。元件/材料實施者可以設計/製造100%鍺或具有預定百分比(例如，大於80%鍺)的鍺的合金(例如，鍺矽)，其可以是本征(也就是純粹的半導體材料)的或非本征的，以作為光吸收材料以吸收上述波長的光。

本揭露的這些和其他目的，對於本領域的普通技術人員來說，在閱讀了在各種附圖中示出的替代實施例的以下詳細描述之後，將變得顯而易見。

在閱讀了在各種附圖和圖示中示出的較佳實施例的以下詳細描述之後，本揭露的這些和其他目的對於本領域普通技術人員來說無疑將變得顯而易見。

圖1A示出了根據一些實施例的光檢測設備的截面圖。光檢測設備100a包括由半導體基底104支撐的鍺基(germanium-based)的光吸收材料102。在一個實施方式中，半導體基底104由矽、矽鍺、鍺或三-五族化合物製成。本文中鍺基的光吸收材料102是指本征鍺(100%鍺)或包括鍺的元素的合金，例如矽鍺合金，鍺濃度範圍為1%至99%。在一些實施方式中，鍺基的光吸收材料102可以使用毯覆式磊晶(blanket epitaxy)、選擇性磊晶或其他適用技術來生長。在圖1A中，鍺基的光吸收材料102嵌入在半導體基底104中，並且在替代實施例中，鍺基的光吸收材料102可以部分嵌入在半導體基底104中，或者可以位在半導體基底104上。

光檢測設備100a包括控制金屬線106a和讀出金屬線108a。控制金屬線106a和讀出金屬線108a都電耦合到鍺基的光吸收材料102的表面102s。在該實施例中，控制金屬線106a電耦合到表面102s上的未摻雜區域105a，其中未摻雜區域105a沒有摻雜劑。讀出金屬線108a電耦合到表面102s上的摻雜區域101a，其中摻雜區域101a具有摻雜劑。

注意，鍺基的光吸收材料102可以形成為本征或非本征(例如，輕摻雜的P型或輕摻雜的N型)。由於鍺材料的缺陷特性，即使沒有引入額外的摻雜工藝，鍺基的光吸收材料102仍然可以是輕摻雜的P型。因此，未摻雜區域105a也可以是輕摻雜的P型。摻雜區域101a可以摻雜有P型摻雜劑或N型摻雜劑，這取決於要收集的光載流子(即電洞或電子)的類型。在一些實施方式中，摻雜區域101a可以通過熱擴散、離子注入或任何其他摻雜製程來摻雜。

控制金屬線106a由控制信號cs1控制，用於控制吸收的光子產生的電子或電洞的移動方向。假設摻雜區域101a是N型的，並且控制信號cs1處於邏輯1。從控制金屬線106a到鍺基的光吸收材料102產生電場。電子將向控制金屬線106a移動，並被摻雜區域101a收集。相反，如果摻雜區域101a是P型的，電洞將被收集。或者，假設當控制信號cs1處於邏輯0時，摻雜區域101a是N型的，則從控制金屬線106a到鍺基的光吸收材料102產生不同的電場。電子不會向控制金屬線106a移動，因此不能被摻雜區域101a收集。相反，如果摻雜區域101a是P型的，電洞將不會被收集。

使用圖1A所示的結構，由目標物體(圖1A中未示出)反射並通過光學開口(window) WD進入的光學信號IL可以被鍺基的光吸收材料102所吸收，並產生電子-電洞對，使得電子或電洞(取決於摻雜區域101a是N型還是P型)根據控制信號cs1的斷言(assertion)向電容器110a移動，並被儲存在電容器110a中。吸收區域AR是接收通過光學開口WD進入的光學信號IL的虛擬區域。由於光檢測設備100a和目標物體(圖1A中未示出)之間存在距離，光學信號IL相對於由發射器(圖1A中未示出)發射的入射光具有相位延遲。當透射光被調變信號所調變，並且電子-電洞對通過控制金屬線106a被解調變信號所解調變時，儲存在電容器110a中的電子或電洞將根據距離而變化。因此，光檢測設備100a可以基於電容器110a上的電壓v1獲得距離資訊。

圖1A的實施例是單抽頭結構(one-tap structure)，因為它們僅使用一條控制金屬線106a和一條讀出金屬線108a來獲得距離資訊。所公開的實施例還可以使用兩條或多條控制線或讀出線以及各種注入來獲得距離資訊，這將在下文中詳細描述。

圖1B示出了根據一些實施例的光檢測設備的截面圖。與圖1A的實施例相比，圖1B的光檢測設備100b使用兩條控制金屬線106a、106b來控制鍺基光吸收材料102中吸收的光子所產生的電子或電洞的運動。這種結構被稱為雙抽頭結構(two-tap structure)。光檢測設備100b包括控制金屬線106a、106b和讀出金屬線108a、108b。控制金屬線106a、106b和讀出金屬線108a、108b電耦合到鍺基的光吸收材料102的表面102s。在該實施例中，控制金屬線106a、106b分別電耦合到表面102s上的未摻雜區域105a、105b，其中未摻雜區域105a、105c是沒有摻雜劑的區域；並且讀出金屬線108a、108b分別電耦合到表面102s上的摻雜區域101a、101b，其中摻雜區域101a、101b是具有摻雜劑的區域。摻雜區域101a、101b可以摻雜有P型摻雜劑或N型摻雜劑。

控制金屬線106a、106b分別由控制信號cs1、cs2控制，用於控制由吸收的光子產生的電子或電洞的移動方向。在一些實施方式中，控制信號cs1和cs2是差分電壓信號(differential voltage signals)。在一些實施方式中，控制信號cs1和cs2之一是恒定電壓信號(例如，0.5v)，而另一個控制信號是時變電壓信號(例如，在0V和1V之間操作的正弦信號、定時器信號(clock signal)或脈衝信號)。

假設摻雜區域101a、101b為N型，控制信號cs1、cs2為相位相差180度的定時器信號。當控制信號cs1為邏輯1且控制信號cs2為邏輯0時，光檢測設備100b產生從控制金屬線106a到鍺基光吸收材料102的電場，並且電子將向控制金屬線106a移動，然後被摻雜區域101a收集。類似地，當控制信號cs1處於邏輯0且控制信號cs2處於邏輯1時，光檢測設備100b產生從控制金屬線106b到鍺基光吸收材料102的電場，並且電子將向控制金屬線106b移動，然後被摻雜區域101b收集。相反，如果摻雜區域101a和101b是P型的，電洞將被收集。

根據這種雙抽頭結構，根據控制信號cs1和控制信號cs2的斷言(assertions)，從目標物體(圖1B中未示出)反射的光學信號IL可以被鍺基的光吸收材料102吸收並產生電子-電洞對，使得電子或電洞(取決於摻雜區域101a是N型還是P型)向電容器110a或電容器110b移動並儲存在電容器110 a或電容器110 b中。由於光檢測設備100b和目標物體(圖1B中未示出)之間存在距離，光學信號IL相對於由發射器(圖1B中未示出)發射的入射光具有相位延遲。當透射光被調變信號所調變並且電子-電洞對通過控制金屬線106a和106b被解調變信號所解調變時，儲存在電容器110a和電容器110b中的電子或電洞將根據距離而變化。因此，光檢測設備100b可以基於電容器110a上的電壓v1和電容器110b上的電壓v2獲得距離資訊。根據一個實施例，可以基於以電壓v1和電壓v2作為輸入變數的計算來匯出距離資訊。例如，在脈衝飛行時間配置中，與電壓v1和電壓v2相關的電壓比被用作輸入變數。在另一個例子中，在連續飛行時間配置中，與電壓v1和電壓v2相關的同相和正交電壓被用作輸入變數。

圖1A中的控制金屬線106a和圖1B中的控制金屬線106a、106b電耦合到鍺基的光吸收材料102的未摻雜區域。在其他實施例中，如下所述，某些結構和控制金屬線106a、106b電耦合到摻雜區域。

圖1C示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。類似於圖1A，光檢測設備100c包括控制金屬線106a和讀出金屬線108a。控制金屬線106a和讀出金屬線108a都電耦合到鍺基的光吸收材料102的表面102s。在該實施例中，控制金屬線106a電耦合到表面102s上的摻雜區域103a，其中摻雜區域103a是具有摻雜劑的區域；並且讀出金屬線108電耦合到表面102s上的摻雜區域101a，其中摻雜區域101a也是具有摻雜劑的區域。在該實施例中，區域101a和區域103a摻雜有不同類型的摻雜劑。例如，如果摻雜區域101a摻雜有N型摻雜劑，則區域103a將摻雜有P型摻雜劑，反之亦然。

光檢測設備100c的操作類似於圖1A的實施例。控制金屬線106a用於根據控制信號cs1控制由吸收的光子產生的電子或電洞的移動方向，以使電子或電洞被摻雜區域110a收集。通過控制控制信號cs1並讀取電容器110a上的電壓v1，光檢測設備100c可以獲得光檢測設備100c和目標物體(圖1C中未示出)之間的距離資訊。

圖1D示出了根據一些實施例的光檢測設備的截面圖。光檢測設備100b包括控制金屬線106a、106b和讀出金屬線108a、108b。控制金屬線106a、106b和讀出金屬線108a、108b電耦合到鍺基的光吸收材料102的表面102s。在該實施例中，控制金屬線106a、106b分別電耦合到表面102s上的摻雜區域103a、103b，其中摻雜區域103a、103b是具有摻雜劑的區域。讀出金屬線108a、108b分別電耦合到表面102s上的摻雜區域101a、101b，其中摻雜區域101a、101b也是摻雜區域。區域101a、101b、103a、103b可以摻雜有P型摻雜劑或N型摻雜劑。在該實施例中，摻雜區域101a、101b摻雜有相同類型的摻雜劑；並且摻雜區域103a、103b摻雜有相同類型的摻雜劑。然而，摻雜區域101a、101b的類型不同於摻雜區域103a、103b的類型。例如，如果摻雜區域101a、101b被摻雜為N型，則摻雜區域103a、103b將被摻雜為P型，反之亦然。

光檢測設備100d的操作類似於圖1B的實施例。控制金屬線106a、106b用於根據控制信號cs1、cs2控制由吸收的光子產生的電子或電洞的移動方向，以使電子或電洞儲存在電容器110a或電容器110b中。通過控制控制信號cs1、cs2並讀取電容器110a、110b上的電壓v1、v2，光檢測設備100d可以獲得光檢測設備100d和目標物體(圖1D中未示出)之間的距離資訊。

圖1E示出了根據一些實施例的光檢測設備的截面圖。該裝置的操作類似於圖1D，其中該裝置能夠通過產生控制信號cs1、cs2和讀取電容器110a、110b上的電壓v1、v2來獲得光檢測設備100d和目標物體(圖1E中未示出)之間的距離資訊。與圖1D的不同之處在於，讀出金屬線108a、108b和摻雜區域101a、101b佈置在與表面102s相對的表面102ss處。因為控制金屬線106a、106b和讀出金屬線108a、108b佈置在垂直方向上，所以可以相應地減小光檢測設備100e的水平面積。

圖1F示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。與圖1E相比，圖1F中的實施例還在與表面102s相對的表面102s處佈置摻雜區域101a、101b，但是讀出金屬線108a、108b朝向表面102s延伸，而不是朝向半導體基底104延伸。這種佈置可以簡化製造過程。

在一些實施方式中，如圖1A至圖1F所示的實施方式以及下文的實施方式，控制金屬線106a、106b和表面102s可以通過引入氧化物或高介電常數介電材料作為金屬和半導體之間的絕緣體而製成具有蕭特基能障(Schottky barrier)的金屬-半導體接面(MS接面)，或者金屬-絕緣體-半導體電容器(MIS電容器)。

如在圖1A至圖1F中示出的實施例和下文的實施例，鍺基光吸收材料102從其橫截面視圖被製成矩形，然而，在一些實施方式中，鍺基光吸收材料102可以從其橫截面視圖被製成倒梯形或其他圖案。

本揭露中示出的光檢測設備可以用於飛行時間(ToF)應用，與可見光波長相比，其可以在更長的波長(例如，近紅外或SWIR範圍)下工作。波長可以超過800奈米，例如850奈米、940奈米、1050奈米、1064奈米、1310奈米、1350奈米或1550奈米。另一方面，元件/材料實現者()可以設計/製造100%鍺或具有預定百分比(例如，大於80%鍺)的鍺的合金(例如，鍺矽)，其可以是本征的或非本征的，作為光吸收材料以吸收上述波長的光。

儘管這裡的實施例示出了光檢測設備從背面吸收光學信號IL，但是，在一些實施方式中，光檢測設備可以被設計成從正面吸收光學信號IL，例如，通過在兩個控制金屬線106a、106b之間創建光學開口WD。

圖1A至圖1F中示出的實施例包括單個光電探測器，其可以作為一個單元並被應用於像素陣列的每個像素。以下描述是基於圖1F至圖1F中公開的單抽頭或雙抽頭結構的替代實施例。在以下描述中，可以選擇從圖1A到圖1F的一個或兩個實施例作為代表性實施例。本領域技術人員可以改變、修改或組合這裡公開的結構，例如用單抽頭結構代替雙抽頭結構。

圖2A示出了根據一些實施例的具有基體空乏模式的光檢測設備的截面圖。光檢測設備200a包括控制金屬線206a、206b和讀出金屬線208a、208b。控制金屬線206a、206b和讀出金屬線208a、208b電耦合到鍺基的光吸收材料202的表面202s。控制金屬線206a、206b分別電耦合到表面202s上的P型區域203a、203b，讀出金屬線208a、208b分別電耦合到表面202s上的N型區域201a、201b。在一些實施例中，從表面202延伸的P型區域203a、203b的深度d1比N型區域201a、201b的深度d2深，並且鍺基的光吸收材料202是輕N型的。對於更深的P型區域203a、203b，在更深的P型區域203a、203b和基於N型鍺的光吸收材料202之間產生更大的空乏區域，當兩個不同的電壓施加到控制金屬線206a、206b時，可以允許電子向N型區域201a、201b移動，因此增加了量子效率和解調變對比度。在其他方面，P型區域203a、203b的寬度w1、N型區域201a、201b的寬度w2、P型區域203a、203b的摻雜濃度和/或N型區域201a、201b的摻雜濃度也是調整空乏區域面積的參數。

在一些實施例中，為了完全空乏基於N型鍺的光吸收材料202的主體，可以通過其深度、寬度或摻雜濃度設計穿過N型區域201a、201b和/或P型區域203a、203b。此外，鍺基的光吸收材料202的厚度應該相應地設計。

圖2B示出了根據一些實施例的具有基體空乏模式的光檢測設備的截面圖。光檢測設備200b可以設計成具有較淺的P型區域203a、203b。換句話說，從表面202s延伸的P型區域203a、203b的深度d1比N型區域201a、201b的深度d2淺。應用較淺的P型區域203a、203b可以減少P型區域203a和P型區域203b之間的漏電流。

圖2C示出了根據一些實施例的具有基體空乏模式的光檢測設備的截面圖。光檢測設備200c的結構類似於光檢測設備200a、200b。光電檢測裝置200c在半導體基底204上施加偏壓vb1。該偏壓vb1被施加用於在基於N型鍺的光吸收材料202和P型區域203a、203b之間的接面上產生反向偏置。結果，P型區域203a、203b下面的空乏區域可以被擴大或者甚至完全空乏。由於在P型區域203a、203b下方產生較大的空乏區域，當兩個不同的電壓施加到控制金屬線206a、206b時，可以允許電子向N型區域201a、201b移動，從而增加量子效率和解調變對比度。

圖2D示出了根據一些實施例的具有基體空乏模式的光檢測設備的截面圖。類似於光檢測設備200a、200b的結構，該實施例在鍺基的光吸收材料202上施加偏壓vb2，以控制鍺基的光吸收材料202內部的空乏區域。具體地，偏壓vb2是對P型區域203a、203b和N型鍺基光吸收材料202的反向偏置，因此能夠擴大P型區域203a、203b周圍的空乏區域或者甚至完全空乏。

為了在鍺基的光吸收材料202內部產生甚至更大的空乏區域，公開了圖2E所示的實施例。光檢測設備200e包括表面202上的N型區域207a、207b。表面202s與表面202s相對。利用N型區域207a、207b，形成PN接面，其中產生了P型區域203a和N型區域207a之間的空乏區域，以及P型區域203b和N型區域207b之間的空乏區域。因此，當兩個不同的電壓施加到控制金屬線206a、206b時，在吸收區域中產生電場。因此，所述空乏區域/電場可以由控制信號cs1、cs2控制，以控制電子朝向N型區域201a或N型區域201b的移動方向。

圖2F示出了根據一些實施例的具有基體空乏模式的光檢測設備的截面圖。光檢測設備200f包括一個較寬的N型區域207，它位於P型區域203a、203b的下面。類似地，N型區域207可以增強圍繞P型區域203a、203b的空乏區域的產生，並因此增加量子效率和解調變對比度。注意，N型區域207的寬度是可設計調整的，並且圖2F中的N型區域207的描繪寬度僅用於參考。

圖2G和圖2H示出了示出偏置N型區域207的方法的替代實施例。圖2G應用矽通孔(TSV)204v來讓N型區域207產生偏壓，圖2G應用從表面202延伸的鍺通孔204v來偏置N型區域207。

圖2A至圖2H示出了使用體空乏模式的各種實施例，包括設計P型區域203a、203b的深度，在半導體基底204或鍺基的光吸收材料202上施加偏壓vb1、vb2，在鍺基的光吸收材料202內部添加N型區域207、207a、207b等。這些方法在P型區域203a、203b下方或周圍產生空乏區域，以控制從吸收的光子產生的電子向N型區域201a或N型區域201b的移動。

圖3A-3B示出了根據一些實施例的具有閘極控制體空乏模式的光檢測設備的截面圖。除了圖2A-2H所示的實施例，圖3A-3B公開了介質閘極控制體空乏模式。光檢測設備300a包括控制金屬線306a、306b和讀出金屬線308a、308b。控制金屬線306a、306b和讀出金屬線308a、308b電耦合到鍺基的光吸收材料302的表面302s。控制金屬線306a、306b分別電耦合到表面302s上的P型區域303a、303b，讀出金屬線308a、308b分別電耦合到表面202s上的N型區域301a、301b。鍺基的光吸收材料302是輕N型的。此外，光檢測設備300a包括表面302ss上的N型區域307、形成在鍺基光吸收材料302和半導體基底304之間的介電層312以及矽通孔(TSV) 314(包含矽通孔314v、314u)。在一些實施例中，介電層312佈置在金屬(通孔314)和半導體(鍺基的光吸收材料302)之間，其形成類似金屬氧化物半導體的結構。通過在N型區域307和通孔314之間形成介電層312，可以藉由通孔314減少或防止電子流入N型區域307產生漏電流。

在一些替代實施例中，介電層312可以不必是橫跨整個半導體基底304的連續層，而是可以被圖案化成位於N型區域307下方的不同區域。介電層312可以是薄的或者具有一些預定的厚度，包括多種或多層材料或合金或化合物。例如二氧化矽、氮化矽、高介電常數介電材料或其組合。

圖3B示出了根據一些實施例的具有閘極控制體空乏模式的光檢測設備的截面圖。該實施例在表面302上沒有N型區域307，但是通過體偏壓vb2和vb3產生空乏區域309a、309b。體偏壓vb2和體偏壓vb3可以一起施加或單獨施加，以控制空乏區域309a、309b的尺寸。其中體偏壓vb2的單獨施加電壓和體偏壓vb3的單獨施加電壓可以相同或不同。

在圖3A或圖3B中，這些實施例在鍺基的光吸收材料302和半導體基底304之間插入介電層312，並且根據控制信號cs1、cs2和體偏壓vb2、vb3在P型區域303a、303b下方產生空乏區域(例如，圖3B中的309a、309b)，以便控制鍺基的光吸收材料302內部的電子移動方向。由於介電層312的插入，它可以減少或防止電子藉由矽通孔314流入N型區域307(圖3A)和空乏區域309a、309b(圖3B)以產生漏電流(圖3A和3B)。

圖4A示出了根據一些實施例的具有較低漏電流和較低暗電流的光電檢測設備的截面圖。光檢測設備400a包括控制金屬線406a、406b和讀出金屬線408a、408b。控制金屬線406a、406b和讀出金屬線408a、408b電耦合到鍺基的光吸收材料402的表面402s。控制金屬線406a、406b分別電耦合到表面402s上的P型區域403a、403b，讀出金屬線408a、408b分別電耦合到表面402s上的N型區域401a、401b。圖4A中的設備的操作類似於上面公開的實施例。圖4A的實施例增加了完全圍繞P型區域403a、403b的N阱411a、411b。這可以具有降低P型區域403a、403b之間的漏電流的效果。在另一個實施例中，如圖4B所示，可以在部分包圍P型區域403a、403b的周圍增加N阱411a、411b。這也具有降低P型區域403a、403b之間的漏電流的效果。

除了圖4A和圖4B所示的實施例之外，可以添加P阱。圖4C的實施例增加了完全包圍N型區域401a、401b的P阱451a、451b。這可以具有減少出現在N型區域401a、401b的暗電流的效果。在替代實施例中，如圖4D所示，P阱451a、451b可以部分圍繞N型區域401a、401b添加。這也具有減少出現在N型區域401a、401b的暗電流的效果。

圖4A-4D中示出的實施例分別應用了N阱和P阱來降低漏電流和暗電流。本領域技術人員可以根據設計要求改變或修改N阱411a、411b和/或P阱451a、451b的圖案。例如，N阱411a可以被設計成以不對稱的方式完全包圍P型區域403a(例如，N阱411a的左側寬度比N阱411a的右側寬度寬)。類似地，N阱411b也可以被設計成以不對稱的方式完全包圍P型區域403b(例如，N阱411b的右側寬度比N阱411b的左側寬度寬)。類似或修改的實施方式也可以應用於P阱451a、451b。

圖5示出了根據一些實施例的具有鈍化層的光檢測設備的截面圖。光檢測設備500a包括控制金屬線506a、506b和讀出金屬線508a、508b。控制金屬線506a、506b和讀出金屬線508a、508b電耦合到鍺基的光吸收材料502的表面502s。控制金屬線506a、506b分別電耦合到表面502s上的P型區域503a、503b，讀出金屬線508a、508b分別電耦合到表面502s上的N型區域501a、501b。圖5的實施例在表面502s上添加鈍化層514(例如，非晶矽(a-Si)、GeOx、Al₂ O₃ 、二氧化矽)，在讀出金屬線508a和N型區域501a之間的連接處添加矽化物(例如，NiSi₂ 、CoSi₂ ) 513a，在讀出金屬線508b和N型區域501b之間的連接處添加矽化物513b，在控制金屬線506a和P型區域503a之間的連接處添加矽化物515a，以及在控制金屬線506b和P型區域503b之間的連接處添加矽化物515b。

根據該實施例，在鍺基的光吸收材料502上形成鈍化層514可以終止表面502s上的懸掛鍵(dangling bonds)，從而減少暗電流。另一方面，添加矽化物(例如，NiSi₂ 、CoSi₂ )也可以降低金屬和半導體之間的接觸或結電阻，這降低了電壓降並相應地降低了功耗。

圖6A示出了根據一些實施例的具有提高的電荷轉移速度的光檢測設備的截面圖。光檢測設備600a包括控制金屬線606a、606b和讀出金屬線608a、608b。控制金屬線606a、606b和讀出金屬線608a、608b電耦合到鍺基的光吸收材料602的表面602s。控制金屬線606a、606b分別電耦合到表面602s上的P型區域603a、603b，讀出金屬線608a、608b分別電耦合到表面602s上的N型區域601a、601b。圖6A的實施例在表面602s上增加了N型區域617，在表面602ss上增加了P型區域619。N型區域617和P型區域619基本上形成在鍺基的光吸收材料602的中心，該中心是光學信號IL可以穿過的位置。由於N型區域617和P型區域619共同形成為PN接面，在N型區域617和P型區域619之間建立了內置的垂直電場，這可以幫助分離由吸收的光子產生的電子-電洞對，其中電子傾向於向N型區域617移動，電洞傾向於向P型區域619移動。操作N型區域617來收集電子，操作P型區域619來收集電洞。儲存在N型區域617中的電子可以根據控制信號cs1、cs2移動到N型區域601a或N型區域601b。值得注意的是，取決於光檢測設備600a的操作，金屬線610可以是浮動的或者由偏壓ca1偏置。在一個實施方式中，N型區域601a、601b的摻雜濃度高於N型區域617的摻雜濃度。

圖6B示出了根據一些實施例的具有提高的電荷轉移速度的光檢測設備的截面圖。該實施例類似於光檢測設備600a。不同之處在於，可以通過矽通孔604v偏置P型區域619，其中收集在P型區域619中的電洞可以通過矽通孔604v放電，矽通孔604v由其上的偏壓ca2偏置。

圖6C示出了根據一些實施例的具有提高的電荷轉移速度的光檢測設備的截面圖。圖6C的實施例類似於光檢測設備600b。不同之處在於，在鍺基的光吸收材料602的下面和周圍形成為U形或井形的P型區域619。此外，該P型區域619電耦合到偏壓ca2。因此，光生電洞可以被P型區域619收集和放電。

圖7A示出了根據一些實施例的具有表面空乏模式的光檢測設備的截面圖。光檢測設備700a包括控制金屬線706a、706b和讀出金屬線708a、708b。控制金屬線706a、706b和讀出金屬線708a、708b電耦合到鍺基的光吸收材料702的表面702s。控制金屬線706a、706b分別電耦合到表面702s上的P型區域703a、703b，讀出金屬線708a、708b分別電耦合到表面702s上的N型區域701a、701b。該實施例在表面702s上形成層間介電ILD，並在層間介電ILD上形成金屬721、716a、716b、718a、718b。金屬721、716a、716b、718a、718b可以被施加偏壓以產生空乏區域721d、716ad、716bd、718ad、718bd。施加在金屬721、716a、716b、718a、718b上的偏壓可以不同或相同，或者使一些金屬721、716a、716b、718a、718b浮動。

空乏區域712d可以減少P型區域703a和P型區域703b之間的暗電流。空乏區域716ad可以減少P型區域703a和N型區域701a之間的暗電流。空乏區域716bd可以減少P型區域703b和N型區域701b之間的暗電流。空乏區域718a可以減少N型區域701a和另一個像素(圖7A中未示出)之間的暗電流。空乏區域718b可以減少N型區域701b和另一個像素(圖7A中未示出)之間的暗電流。因此，通過形成這些表面空乏區域，可以降低功耗和雜訊產生。

如上所述，金屬721、716a、716b、718a、718b可以被施加偏壓以產生空乏區域721d、716ad、716bd、718ad和718bd。在其他應用中，金屬721、716a、716b、718a、718b可以被施加偏壓，以使相應的區域721d、716ad、716bd、718ad、718bd變成累積或反轉，而不是空乏。

除了減少漏電流之外，金屬721、716a、716b、718a、718b可以將殘餘光學信號IL反射到鍺基的光吸收材料702中，從而相應地被轉換成電子-電洞對。這些金屬721、716a、716b、718a、718b用作反射鏡，將未被鍺基的光吸收材料702完全吸收和轉換的光反射回鍺基的光吸收材料702以再次吸收。這將提高整體吸收效率，從而提高系統性能。

此外，圖7B示出了本揭露的替代實施例。與圖7A相比，該實施例增加了極化介電層721e、716ae、716be、718ae、718be(例如，二氧化鉿)，如圖7B所示。因為在極化介電層721e、716ae、716be、718ae、718be中存在偶極子(dipole)，所以可以產生空乏/累積/反轉區域721d、716ad、716bd、718ad、718bd，而不用偏置或以小偏置偏置金屬721、716a、716b、718a、718b。

圖7C示出了光檢測設備700b的平面圖。注意，金屬721、716a、716b、718a、718b和極化介電層721e、716ae、716be、718ae、718be可以可選地形成。設備實現者(製作者)可以基於不同的場景來設計包括或不包括這些元素的光檢測設備。此外，除了如圖7C所示在垂直方向添加金屬和極化介電之外，還有如圖7D所示的替代實施例，其中在水平方向添加金屬723a、723b和極化介電層725a、725b。

圖8A示出了根據一些實施例的具有表面離子注入的光檢測設備的截面圖。光檢測設備800a包括控制金屬線806a、806b和讀出金屬線808a、808b。控制金屬線806a、806b和讀出金屬線808a、808b電耦合到鍺基的光吸收材料802的表面802s。控制金屬線806a、806b分別電耦合到表面802s上的P型區域803a、803b，讀出金屬線808a、808b分別電耦合到表面802s上的N型區域801a、801b。為了具有抑制表面漏電流的高表面電阻，該實施例利用中性離子注入作為表面處理。如該圖所示，離子處理區域829、831a、831b、833a、833b被離子注入(例如，矽、鍺、碳、氫氣)，其中加速的離子與物質碰撞，並對注入區域中的原子週期性或晶體結構造成損害。原子空位和空隙等晶格損傷破壞了電子包絡(envelope)函數所看到的週期勢，因此電子/電洞獲得了更高的被散射的概率。這種效應導致較低的遷移率，從而導致較高的電阻。

圖8B示出了根據一些實施例的具有表面離子注入的光檢測設備800a的平面圖。如圖所示，離子處理區域829、831a、831b、833a、833b垂直形成在摻雜區域801a、801b、803a、803b之間。在一些實施方式中，離子處理區域可以在其他地方形成，因此本實施例僅是參考而不是限制。

圖9A示出了具有像素間隔離的光檢測設備的截面圖。光檢測設備900a包括控制金屬線906a、906b和讀出金屬線908a、908b。控制金屬線906a、906b和讀出金屬線908a、908b電耦合到鍺基的光吸收材料902的表面902s。控制金屬線906a、906b分別電耦合到表面902s上的P型區域903a、903b，讀出金屬線908a、908b分別電耦合到表面902s上的N型區域901a、901b。該實施例包括隔離區域924，其形成為圍繞鍺基的光吸收材料902的環。在一次注入中，隔離區域924是N型區域。它取決於鍺基的光吸收材料902、半導體基底904和其他因素的類型，並且隔離區域924可以由P型區域實現。利用該隔離區域924，光檢測設備900a具有減少串擾信號和/或對相鄰設備供電的效果。

圖9B示出了具有像素間隔離的光檢測設備900a的平面圖。如圖所示，隔離區域924形成整個環。在其他實施方式中，隔離區域924可以被分割或截斷。

圖9C示出了具有像素間隔離的光檢測設備的截面圖。光檢測設備900c在隔離區域924內形成一個附加的窄而淺的隔離區域924a。隔離區域924的摻雜濃度和隔離區域924a的摻雜濃度不同。這可用於抑制通過表面傳導路徑的串擾。

圖9D示出了具有像素間隔離的光檢測設備的截面圖。光檢測設備900d形成從隔離區域924a延伸到半導體基底904的底表面的附加溝槽隔離區域924b。溝槽隔離區域924b可以是氧化物溝槽，其中阻擋了鍺基的光吸收材料902和相鄰元件之間的電路徑。

圖9E示出了具有像素間隔離的光檢測設備的截面圖。光檢測設備900e形成從半導體基底904的頂表面延伸到半導體基底904的底表面的溝槽隔離區域924b。溝槽隔離區域924a可以是氧化物溝槽，其阻擋鍺基的光吸收材料902和相鄰元件之間的電路徑。

圖10A示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。圖10A的實施例包括並組合了來自上述實施例的元素。光檢測設備1000a包括控制金屬線1006a、1006b和讀出金屬線1008a、1008b。控制金屬線1006a、1006b和讀出金屬線1008a、1008b電耦合到鍺基的光吸收材料1002的表面1002s。控制金屬線1006a、1006b分別電耦合到表面1002s上的P型區域1003a、1003b。讀出金屬線1008a、1008b分別電耦合到表面1002s上的N型區域1001a、1001b。類似地，光檢測設備1000a能夠通過光學信號IL獲得距離資訊。具體地，當光學信號IL進入吸收區域AR時，它將被轉換成電子-電洞對，然後被在P型區域1003a、1003b之間產生的電場分離。根據控制信號cs1、cs2，電子可以向N型區域1001a或N型區域1001b移動。在一些實施方式中，控制信號cs1和cs2是差分電壓信號。在一些實施方式中，控制信號cs1和cs2之一是恒定電壓信號(例如，0.5v)，而另一個控制信號是時變電壓信號(例如，正弦信號、定時器信號或脈衝信號；在0V和1V之間)。由於光檢測設備1000a和目標物體(圖10A中未示出)之間存在距離，光學信號IL相對於由發射器(圖10A中未示出)發射的入射光具有相位延遲。透射光由調變信號調變，電子-電洞對由另一調變信號通過控制金屬線1006a和1006b解調變。儲存在電容器1010a和電容器1010b中的電子或電洞將根據距離而變化。因此，光檢測設備1000a可以基於電容器1010a上的電壓v1和電容器1010b上的電壓v2獲得距離資訊。根據一個實施例，可以基於以電壓v1和電壓v2作為輸入變數的計算來匯出距離資訊。例如，在脈衝飛行時間配置中，與電壓v1和電壓v2相關的電壓比被用作輸入變數。在另一個例子中，在連續波飛行時間配置中，與電壓v1和電壓v2相關的同相和正交電壓被用作輸入變數。

除了檢測距離之外，該光電檢測裝置1000a還包括用於N型區域1001a、1001b和P型區域1003a、1003b的不同深度設計，並且還增加了N阱1011a、1011b，這可以減少P型區域1003a和P型區域1003b之間的漏電流。第二，光檢測設備1000a包括覆蓋鍺基的光吸收材料1002的良好形狀的P型區域1019，其可以通過偏壓ca2收集和放電電洞。第三，光檢測設備1000a包括鈍化層1014和層間介電ILD，以將表面1002s處理成存在於表面1002s上的缺陷。第四，光檢測設備1000a包括金屬1021，其可以被施加偏壓或不被施加偏壓以在表面1002s上產生累積、反轉或空乏。此外，金屬1021可以用作反射鏡，以將剩餘光學信號IL反射回鍺基的光吸收材料1002中，以被轉換成電子-電洞對。第五，光檢測設備1000a添加矽化物1013a、1013b、1015a、1015b以降低電壓降。第六，光檢測設備1000a可以添加隔離區域1024，或者通過摻雜材料或者絕緣氧化物來實現。隔離區域1024可以電耦合到偏壓ca3。在一些實施方式中，隔離區域1024和P型區域1019可以通過金屬層電耦合在一起，並且金屬層保持浮動或者電耦合到電壓源。

圖10B示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。光檢測設備1000b的結構類似於光檢測設備1000a。不同之處在於，圖10B中的控制金屬線1006a、1006b電耦合到未摻雜區域1005a、1005b。

此外，儘管上述實施例使用鍺基的光吸收材料1002來吸收光學信號IL，但是可以實現一個沒有鍺基的光吸收材料1002的實施例。如圖10C所示，光檢測設備1000c可以使用半導體基底1004作為光吸收材料。在一些實施方式中，半導體基底1004可以是矽、矽鍺、鍺或釩化合物。此外，如圖10D所示的實施例，可以在半導體基底1004的表面1002s上添加P型區域1003a、1003b和N阱1011a、1011b。

光檢測設備1000a、1000b、1000c和1000d被示出以示出上述實施例(圖1A至圖9E)的可能組合。應當理解，設備實現者可以任意組合兩個或多個上述實施例來實現其他光檢測設備，並且可以實現多種組合。

注意，實施例中所示的摻雜區域的摻雜濃度可以被適當地設計。以圖10A的實施例為例，N型區域1001a、1001b的摻雜濃度和P型區域1003a、1003b的摻雜濃度可以不同。在一個實施方式中，P型區域1003a、1003b是輕摻雜的，而N型區域1001a、1001b是重摻雜的。通常，輕度摻雜的摻雜濃度可以在10¹⁶ / cm³ 或更低至10¹⁸ / cm³ 的範圍內，而高度摻雜的摻雜濃度可以在10¹⁸ / cm³ 至10²⁰ / cm³ 或更高的範圍內。通過調整摻雜濃度，可以在控制金屬線1006a、1006b和P型區域1003a、1003b之間分別形成蕭特基接觸；並且歐姆接觸可以分別形成在讀出金屬線1008a、1008b和N型區域1001a、1001b之間。在這種情況下，控制金屬線1006a、1006b和P型區域1003a、1003b之間的電阻高於讀出金屬線1008a、1008b和N型區域1001a、1001b之間的電阻。

另一方面，該些摻雜區域的摻雜類型也可以以不同的方式實現。以圖10A的實施例為例，如果區域1003a、1003b摻雜有N型摻雜劑，則P型區域1003a、1003b可以被N型取代。類似地，如果區域1001a、1001b摻雜有P型摻雜劑，則N型區域1001a、1001b可以由P型代替。因此，可以實現摻雜區域1001a、1001b、1003a和1003b都摻雜有相同類型的摻雜劑的實施例。

請參考圖11A，其示出了根據一些實施例的光檢測設備的平面圖。光檢測設備1100a包括鍺基光吸收材料1102上的控制金屬線1106a、1106b、讀出金屬線1108a、1108b、N型區域1001a、1001b和P型區域1003a、1003b的佈局位置。在該實施例中，控制金屬線1106a、1106b位於X軸上，然而，讀出金屬線1108a、1108b不位於X軸上。在該實施例中，四個端子不在同一軸線上，這可以減小光檢測設備1100a的面積。每個元件之間的幾何關係如圖11A所示。

圖11B示出了根據一些實施例的光檢測設備的平面圖。與圖11A相比，控制金屬線1106a、1106b不位於X軸上，而是在垂直於X軸的方向上分別與讀出金屬線1108a、1108b對準。類似地，每個元件之間的幾何關係如圖11B所示。

圖11C示出了根據一些實施例的光檢測設備的平面圖。控制金屬線1106a、1106b形成在吸收區域AR上方，並且在光學開口WD中沿對角線方向彼此相對。讀出金屬線1108a、1108b形成在X軸上。

圖11D示出了根據一些實施例的光檢測設備的平面圖。圖11D中的光檢測設備類似於圖11C中的光檢測設備，但是鍺基的光吸收材料1102被旋轉，使得鍺基的光吸收材料1102中的軸X軸在對角線方向上。它還可以減少光檢測設備的總面積。

圖11E示出了根據一些實施例的光檢測設備的平面圖。該實施例與先前實施例之間的區域別在於光學開口WD可以設計成八邊形。也可以設計成其他形狀(如圓形、六邊形等)。)。

圖11A-圖11D示出了通過調整控制金屬線1106a、1106b、讀出金屬線1108a、1108b、N型區域1001a、1001b和P型區域1003a、1003b的佈局位置的一些實施例。實施者還可以為這些元件設計不同的幾何關係，以減少或最小化晶片面積。這些替代實施例被示為參考，而不是限制。

上述光檢測設備使用單個光電探測器作為實施例，其用於單像素應用。下面描述的光檢測設備是用於多像素應用(例如，圖像像素陣列或圖像感測器)的實施例。

在一些實施方式中，光檢測設備可以被設計成接收相同或不同的光學信號，例如，具有相同或不同的波長，具有相同或多個調變，或者在不同的時間幀操作。

請參考圖12A。光檢測設備1200a包括像素陣列，作為示例，該像素陣列包括四個像素12021、12022、12023、12024。根據這裡描述的實施例，每個像素是光電探測器。在一個實施例中，包含波長λ1的光學信號IL由該陣列中的像素12021、12024接收，包含波長λ2光學信號IL由該陣列中的像素12022、12023接收。在另一個實施例中，只有一個波長λ，但具有多個調變頻率f_mod1 和f_mod2 (或更多)。例如，像素12021、12024被施加調變頻率f_mod1 以解調變光學信號IL中的該頻率分量，像素12022、12023被施加調變頻率f_mod2 以解調變光學信號IL中的該頻率分量。在另一個實施例中，類似地，只有一個光波長，但具有多個調變頻率f_mod1 和f_mod2 (或更多)。然而，在時間t1，陣列中的像素由調變頻率f_mod1 驅動以解調變光學信號中的該頻率分量，而在另一時間t2，陣列中的像素由調變頻率f_mod2 驅動以解調變光學信號IL中的該頻率分量，因此像素陣列1200a在時分複用模式下操作。

在替代實施例中，光波長λ1和λ2分別由f_mod1 和f_mod2 調變，然後由像素陣列1200a收集。在時間t1，像素陣列1200a在f_mod1 操作以解調變λ1中的光學信號；而在時間t2，像素陣列1200a工作在f_mod2 ，以解調變λ2中的光學信號。在替代實施例中，光波長為λ1和λ2的光學信號IL分別由f_mod1 和f_mod2 調變，像素12021、12024由f_mod1 驅動，而像素12022、12023由f_mod2 驅動，以同時解調變輸入的調變光學信號IL。本領域技術人員將容易認識到，可以實現光波長、調變方案和時分的其他組合。

請參考圖12B。光檢測設備1200b包括四個像素12021、12022、12023、12024。每個像素是光電探測器，並且可以使用上面公開的實施例。除了圖12A所示的佈局之外，像素12021、12022、12023、12024可以如圖12B所示的交錯佈局排列，其中每個像素的寬度和長度被放置在垂直於相鄰像素的寬度和長度的方向上。

圖13A示出了根據一些實施例的使用具有相位變化的調變方案的光檢測設備1300a的框圖。光檢測設備1300a是能夠檢測與目標物體1310的距離資訊的基於間接飛行時間的深度圖像感測器。光檢測設備1300a包括像素陣列1302、雷射二極體驅動器1304、雷射二極體1306和包括定時器驅動器13081、13082的定時器驅動電路1308。根據本文公開的實施例，像素陣列1302包括多個光電探測器。通常，感測器晶片產生並發送定時器信號，用於λ1)通過雷射二極體驅動器1304調變傳輸的光學信號，以及λ2)通過像素陣列1302解調變接收/吸收的光學信號。為了獲得深度資訊，通過參考相同的定時器來解調變整個像素陣列中的所有光電探測器，該定時器以時間順序改變為可能的四個正交相位，例如0°、90°、180°和270°，並且在發射器側沒有相位改變。然而，在該實施例中，4個正交相位變化在發射機側實現，並且在接收側沒有相位變化，如下所述。

請參考圖13B，其繪示分別由定時器驅動器13081、13082產生的定時器信號CLK1、CLK2的時序圖。定時器信號CLK1是具有4個正交相位變化的調變信號，例如0°、90°、180°和270°，並且定時器信號CLK2是沒有相位變化的解調變信號。具體地，定時器信號CLK1驅動雷射二極體驅動器1304，使得雷射二極體1306可以產生調變的透射光TL。定時器信號CLK2及其反轉信號CLK2’(圖13B中未示出)分別用作控制信號cs1和控制信號cs2(在上述實施例中示出)，用於解調變。換句話說，本實施例中的控制信號cs1和控制信號cs2是差分信號。該實施例可以避免圖像感測器中由於寄生電阻-電容引起的儲存效應而固有的可能的時間相干性。

請參考圖13C和圖13D。在圖13C中。與圖13A相比，光電檢測設備1300c在接收側使用兩種解調變方案。像素陣列1302包括兩個部分，第一像素陣列1302a和第二像素陣列1302b。應用於第一像素陣列1302a的第一解調變方案和應用於第二像素陣列1302b的第二解調變方案在時間順序上不同。例如，第一像素陣列1302a應用第一解調變方案，其中時間序列中的相位變化是0°、90°、180°和270°。第二像素陣列1302a應用第二解調變方案，其中時間序列中的相位變化是90°、180°、270°和0°。淨效應是第一像素陣列1302a中的相位變化與第二像素陣列1302b中的相位變化同相，而在發射側沒有相位變化。如果解調變波形不是理想的方波，此操作可能會降低從電源汲取的最大暫態電流。

請參考圖13E，其示出了使用光檢測設備1300c的調變方案。與圖13D相比，該實施例將相位改變應用於發送側，但是不將相位改變應用於接收側的兩個不同的像素陣列1302a、1302b，除了將兩個不同的恒定相位設置到兩個不同的像素陣列1302a、1302b，並且兩個不同的恒定相位彼此正交。例如，發送側的調變信號是定時器信號CLK1，其中時間序列中的相位變化是0°、90°、180°和270°。接收側的解調變信號是定時器信號CLK2、CLK3。定時器信號CLK2用於解調變由像素陣列1302a吸收的入射光學信號IL，其具有0的恒定相位。定時器信號CLK3用於解調變由像素陣列1302b吸收的入射光學信號IL，其具有90°的恒定相位。

儘管圖13A- 13E所示的實施例使用具有50%佔空比(duty cycle)的定時器信號作為調變和解調變信號，但是在其他可能的實現中，佔空比可以不同(例如，30%佔空比)。在一些實施方式中，正弦波代替方波被用作調變和解調變信號。

圖14示出了根據一些實施例的使用光檢測設備的過程，該光檢測設備使用具有相位變化的調變方案。在其他實施例中，其他實體執行該過程的一些或所有步驟。同樣，實施例可以包括不同的和/或附加的步驟，或者以不同的循序執行這些步驟。

在圖14的實施例中，光檢測方法包括步驟1401:發送由第一調變信號調變的光學信號，其中該光學信號由第一調變信號以一個或多個預定相位調變多個時間幀；步驟1402:光電探測器接收反射光學信號；步驟1403:通過一個或多個解調變信號解調變反射光學信號，其中一個或多個解調變信號是多個時間幀的具有一個或多個預定相位的信號；以及步驟1404:在電容器上輸出至少一個電壓信號。在該方法中，光電探測器可以使用本揭露中提到的實施例或其變型。

在一些實施例中，參考圖9A-9E描述的像素隔離區域，即像素隔離區域924，在x方向上，例如在平行於基底表面的方向上被消除。通過去除像素隔離區域，可以減小像素尺寸。圖15A示出了根據一些實施例的相鄰像素結構的光檢測設備的截面圖。

如圖15A所示，光檢測設備包括在平行於設備表面的x方向上沒有隔離的兩個相鄰像素結構。光學信號Ψ1聚焦到吸收區域108 ，例如圖15A中的吸收區域208，在那裡產生的光電流將流入所有電極205、206、216、215。換句話說，由於光學信號Ψ1從吸收區域208產生的光生電子將被N+端子205、215以及N+端子225、235收集。在一些實施例中，由於光學信號Ψ1而在吸收區域208中產生的光生電子主要由N+端子205、215收集，其次由N+端子225、235收集。

類似地，光學信號Ψ2入射到吸收區域218，在那裡產生的光電流將被N+端子225、 235和205、215收集。在一些實施例中，來自吸收區域218的光生電子主要由N+端子225、235收集，其次由N+端子205、215收集。

在一些實施例中，N+端子215、225被施加偏壓以提供一空乏區域，從而減少由N+端子225、235收集的由Ψ1光學信號在吸收區域1507中產生的光生電子的數量。

圖15B示出了根據一些實施例的光檢測設備的平面圖。在圖15B中描繪的結構中，圖15A中描繪的兩個像素示例沿著設備平面中的水平線。

在一些實施例中，上面參考圖15A和15B描述的系統可以衍伸到多個像素，因為該系統在數學上是線性的。例如，所提出的演算法可以衍伸到水平線中的多個像素(＞ 3個像素)。

圖15C示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。圖15C描繪了排成一行的像素之間沒有隔離的n像素的結構。光學信號，例如Ψ1、Ψ2、Ψn的光學信號，通過陣列開口進入各自的吸收區域，以防止照射在吸收開口外的光被吸收。可選地，在一些實施例中，可以在端點C2和端點C3之間的光檢測設備中插入浮動p區域，以減少像素之間的串擾。

圖15D-15E示出了根據一些實施例的光檢測設備的平面圖。圖15D示出了陣列佈局，並且是圖15B所示陣列佈局的替代佈局，其可以比圖15B所示佈局減少更多由陣列佔據的面積。如圖15D所示，端點，例如圖15C中的端點C1、端點M1、端點M2、端點C2，在同一水平線中。

圖15E是圖15D的替代結構設計。這裡僅示出了陣列的其中一行。在這種設計中，收集端點C1和C2，例如圖15C中的端點C1和C2，可以在橫向(y)方向上移動(相對於基底的平面)，而端點M1和M2 (例如圖15C中的端點M1和M2)，可以移動得更靠近或進入吸收區域，例如更靠近或進入光學開口108。與圖15D相比，這種設計增加了端點C2和C3之間的有效距離，從而可以減少端點C2和C3之間的串擾。在一些實施例中，N+端子的交錯佈局導致一些N+端子沒有被相應的空乏區域完全阻擋，因此產生的光電流將被更多的相鄰像素端子收集。

此外，如上文參考圖15D所述，可注入浮動p摻雜區域以抑制n對n型串擾(n-to-n type crosstalk)。與圖15D相比，圖15E中描繪的佈局包括在x方向上的附加空間，例如，平行於基底，以放置浮動p區域。

類似地，如上文參考圖15A、15B所述，圖15C-15E的裝置可以例如使用設備對稱性來假設包括多於4個像素單元的像素陣列。例如，可以設想為完全交錯的2n×2n陣列，而不包括像素之間的隔離。此外，可以利用元件對稱性來假設校準陣列的製造非理想性。例如，端點C1和C2之間的設備偏移或光入射角傾斜，可以在調變方案的期間被平均，例如，如參考圖13A-13E所述，其中0度和180度的交替相位同相(例如，對於方波)。類似地，n像素陣列中的兩個或n個合併像素可以遵循相同的校準。

圖16A示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。光檢測設備包括像素1600，像素1600包括一吸收區域1610、耦合到同一吸收區域1610的兩個子像素1600a、1600b。在一些實施例中，子像素的數量是正整數並且≥2。光檢測設備還包括支撐吸收區域1610的基底1620。每個子像素1600a、1600b包括一檢測區域1613和位於檢測區域1613兩邊的兩個開關(未標記)。每個開關包括一第一導電接觸和一第二導電接觸。例如，如圖16A所示，子像素1600a或1600b的一第一開關(未標記)包括一第一導電接觸1631a和一第二導電接觸1632a。子像素1600a或1600b的第二開關(未標記)包括一第一導電接觸1631b和一第二導電接觸1632b。子像素的兩個開關的電荷收集可以隨時間改變，使得成像系統可以確定感測光的相位資訊。成像系統可以使用相位資訊來分析與立體物件相關聯的特徵，包括深度資訊或材料成分。成像系統還可以使用相位資訊來分析與面部識別、眼睛跟蹤、手勢識別、立體模型掃描/視頻記錄、運動跟蹤和/或增強/虛擬實境應用相關聯的特徵。

在一些實施例中，檢測區域1613位於兩個第二導電接觸1632a、1632b之間。兩個第二導電接觸1632a、1632b比第一導電接觸1631a、1631b更靠近檢測區域1613。在一些實施例中，兩個子像素1600a、1600b的兩個檢測區域1613在相同的吸收區域1610中。第一導電接觸1631a、1631b和第二導電接觸1632a、1632b形成在同一吸收區域1610上。

在一些實施例中，像素1600包括多個讀出電路和多個控制信號。例如，像素1600可以包括四個讀出電路和四個控制信號。例如，像素1600包括兩個第一讀出電路1671a和兩個第二讀出電路1671b。像素1600包括兩個第一控制信號1672a和兩個第二控制信號1672b。一組第一控制信號1672a和第二控制信號1672b電耦合到兩個開關，並且用於控制單個子像素中的兩個開關。一組第一讀出電路1671a和第二讀出電路1671b的電耦合到兩個開關，並用於處理收集的電荷。換句話說，第一控制信號1672a和第二控制信號1672b控制由檢測區域1613中吸收的光子產生的電子或電洞由單個子像素1600a或1600b中的第一讀出電路1671a或第二讀出電路1671b處理。在一些實施例中，第一控制信號1672a可以固定在一電壓值Vi，第二控制信號1672b可以在電壓值Vi±ΔV之間交替。在一些實施例中，第一控制信號1672a和第二控制信號1672b可以是彼此不同的電壓。在一些實施例中，控制信號之一是恆定電壓信號(例如，0.5v)，而另一個控制信號是時變電壓信號(例如，在0V和1V之間操作的正弦信號、定時器信號(clock signal)或脈衝信號)。偏置值的方向決定了從吸收區域1610產生的電荷的漂移方向。

兩個第一讀出電路1671a以一對一的關係電耦合到子像素1600a、1600b的兩個第一導電接觸1631a。兩個第二讀出電路1671b以一對一的關係電耦合到子像素1600a、1600b的兩個第一導電接觸1631b。第一導電接觸1631a、1631b可以是讀出接觸。兩個第一控制信號1672a以一對一的關係電耦合到子像素1600a、1600b的兩個第二導電接觸1632a。兩個第二控制信號1672b以一對一的關係電耦合到子像素1600a、1600b的兩個第二導電接觸1632b。第二導電接觸1632a、1632b可以是控制接觸。

在一些實施例中，吸收區域1610在第二導電接觸1632a、1632b正下方的部分可以是本徵的或者包括峰值濃度低於大約1×10¹⁵ cm³ 的摻雜劑。術語“本徵”是指半導體材料在第二導電接觸1632a、1632b正下方的部分沒有有意添加摻雜劑。在一些實施例中，吸收區域1610上的第二導電接觸1632a、1632b可導致形成蕭特基接觸、歐姆接觸或二者之間具有中間特性的組合，這取決於各種因素，包括吸收區域1610的材料、第二導電接觸1632a、1632b以及吸收區域1610的雜質或缺陷水平。

第一控制信號1672a和第二控制信號1672b用於控制由來自檢測區域1613的吸收光子產生的電子的收集。例如，當使用電壓時，如果第一控制信號1672a相對於第二控制信號1672b偏置，則在第二導電接觸1632a、1632b正下方的兩個部分之間產生電場，並且根據電場的方向，自由電荷朝向第二導電接觸1632a、1632b正下方的兩個部分之一漂移。

在一些實施例中，子像素1600a、1600b的每個開關分別包括在第一導電接觸1631a、1631b下方的兩個第一摻雜區域1611a、1611b，並且形成在相同的吸收區域1610中。換句話說，兩個子像素1600a、1600b的四個第一摻雜區域1611a、1611b形成在同一吸收區域1610中。在一些實施例中，兩個相鄰子像素的第一導電接觸之間的最小寬度w1小於吸收區域1610的寬度。例如，子像素1600a的第一導電接觸1631a和子像素1600b的第一導電接觸1631b之間的最小寬度小於吸收區域1610的寬度。

在一些實施例中，第一摻雜區域1611a、1611b具有第一導電型態。在一些實施例中，第一摻雜區域1611a、1611b包括一摻雜劑。第一摻雜區域1611a、1611b的摻雜劑的峰值濃度取決於第一導電接觸1631a、1631b的材料和吸收區域1610的材料，例如，在5×10¹⁸ cm^-3 至5×10²⁰ cm^-3 之間。第一摻雜區域1611a、1611b用於收集從吸收區域1610產生的載流子，這些載流子分別基於第一控制信號1672a和第二控制信號1672b的控制由第一讀出電路1671a和第二讀出電路1671b進一步處理。

在本揭露中，在同一光檢測設備中，由第一摻雜區域1611a收集的載流子的類型和由第一摻雜區域1611b收集的載流子的類型相同。例如，當光檢測設備被配置為收集電子時，當單個子像素的第一開關接通並且同一子像素的第二開關斷開時，第一摻雜區域1611a收集從檢測區域1613產生的光載流子的電子，並且當第二開關接通並且第一開關斷開時，第一摻雜區域1611b也收集從檢測區域1613產生的光載流子的電子。

在一些實施例中，光檢測設備可以包括具有多個開口1661的遮光層1660，用於定義每個子像素1600a、1600b的檢測區域1613的位置。換句話說，開口1661用於允許入射光學信號進入吸收區域1610並定義出檢測區域1613的位置。在一些實施例中，當入射光從基底1620的底表面進入吸收區域1610時，遮光層位於遠離吸收區域1610的基底1620的底表面上。在一些實施例中，從開口1661的上視圖來看，開口1661的形狀可以是橢圓形、圓形、矩形、正方形、菱形、八邊形或任何其他合適的形狀。

在一些實施例中，光檢測設備還包括在多個子像素上以一對一對應的多個光學元件(未示出)。光學元件會聚集入射光學信號以進入檢測區域1613。

在一些實施例中，由於多個子像素1600a、1600b與單個吸收區域1610整合在一起，所以光檢測設備的尺寸減小，並且來自基底1620和吸收區域1610的介面處的暗電流減小。此外，提高了光檢測設備的空間解析度，並且減小了單個光檢測設備單元1600的尺寸。

圖16B示出了根據一些實施例的光檢測設備的上視圖。圖16A示出了沿著圖16B中的A-A’線的截面圖。在一些實施例中，兩個子像素1600a、1600b的第一導電接觸1631a、1631b和第二導電接觸1632a、1632b沿著吸收區域1610的較長邊對齊。

圖16C示出了根據一些實施例的光檢測設備的上視圖。在一些實施例中，圖16A示出了沿著圖16C中的A-A’線的截面圖。在一些實施例中，圖16A所示的截面圖可以是沿著光檢測設備的任何可能的截面線的截面圖。在一些實施例中，兩個子像素1600a之一的兩個第一導電接觸1631a、1631b相對於檢測區域1613對角佈置。在一些實施例中，吸收區域1610包括兩個第一邊1616a、1616b和兩個第二邊1617a、1617b。每個第一邊1616a、1616b的長度比每個第二邊1617a、1617b的長度長。子像素1600a的第一導電接觸1631b比子像素1600b的第一導電接觸1631a更靠近第一邊1616a。子像素1600b的第一導電接觸1631a比子像素1600a的第一導電接觸1631b更靠近第一邊1616b。在一些實施例中，子像素1600a的第一導電接觸1631b位於第一邊1616a和子像素1600b的第一導電接觸1631a之間。在一些實施例中，子像素1600b的第一導電接觸1631a位於第一邊1616b和子像素1600a的第一導電接觸1631b之間。在一些實施例中，子像素1600a的第二導電接觸1631b沿著水平方向D1與子像素1600b的第一導電接觸1631a對準。結果是，可以進一步減小光檢測設備的尺寸。

圖16D示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。圖16D中的光檢測設備類似於圖16A中的光檢測設備，不同之處描述如下。

在一些實施例中，像素1600還包括圍繞吸收區域1610的阻擋層1640，即，子像素1600a、1600b的檢測區域1613被相同的阻擋層1640圍繞。在一些實施例中，阻擋層1640的導電型態不同於每個第一摻雜區域1611a、1611b的第一導電型態。阻擋層1640可以阻擋吸收區域1610中的光生載流子到達基底1620，增加了子像素1600a、1600b的光生載流子的收集效率。阻擋層1640還可以阻擋基底1620中的光生載流子到達吸收區域1610，這增加了子像素的光生載流子的速度。阻擋層1640可以包括與吸收區域1610的材料相同、與基底1620的材料相同或者不同於吸收區域1610的材料和不同於基底1620的材料的材料。在一些實施例中，阻擋層1640的形狀可以是但不限於環形。

在一些實施例中，阻擋層1640包括峰值濃度範圍從10¹⁵ cm^-3 到10²⁰ cm^-3 的摻雜劑。阻擋層1640可以減少兩個相鄰像素1600之間的串擾。

在一些實施例中，光檢測設備可以進一步包括電連接到阻擋層1640的第三導電接觸(未示出)。阻擋層1640可以通過第三導電接觸被偏壓，以釋放未被子像素1600a、1600b的第一摻雜區域1611a、1611b收集的載流子。

圖16E示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。圖16E中的光檢測設備類似於圖16A中的光檢測設備，不同之處描述如下。

在一些實施例中，光檢測設備還包括隔離區域1650，從光檢測設備的截面圖來看，隔離區域1650設置在吸收區域1610的兩個相對側。隔離區域1650在吸收區域1610之外，並且與吸收區域1610實體分離。在一些實施例中，子像素1600a、1600b的檢測區域1613被相同的隔離區域1650包圍。在一些實施例中，兩個相鄰子像素的第一導電接觸之間的最小寬度w1小於隔離區域1650的寬度。例如，子像素1600a的第一導電接觸1631a和子像素1600b的第一導電接觸1631b之間的最小寬度，小於隔離區域1650的寬度w2。在一些實施例中，隔離區域1650是填充有介電材料或絕緣材料的溝槽，以用作兩個相鄰像素之間的電阻區域，阻止電流流過隔離區域1650並改善相鄰像素1600之間的絕緣性。介電材料或絕緣材料可以包括但不限於包括二氧化矽(SiO₂ )的氧化物材料、或包括氮化矽(Si₃ N₄ )的氮化物材料。在一些實施例中，溝槽用矽填充。

在一些實施例中，隔離區域1650從基底1620的上表面1621延伸，並從上表面1621延伸到預定深度。在一些實施例中，隔離區域1650從基底1620的底面1622延伸，並從底面1622延伸到預定深度。在一些實施例中，隔離區域1650從上表面1621和下表面1622穿透基底1620。

在一些實施例中，隔離區域1650是具有導電型態的摻雜區域。隔離區域1650的導電型態可以與第一摻雜區域1611a、1611b的第一導電型態不同或相同。隔離區域1650的峰值濃度可以在10¹⁵ cm⁻³ 到10²⁰ cm⁻³ 的範圍內。

隔離區域1650的摻雜可以產生能隙偏移所致位能障(bandgap offset-induced potential energy barrier)，該位能障阻止電流流過隔離區域1650並改善相鄰像素1600之間的電隔離。在一些實施例中，隔離區域1650包括不同於基底1620的材料的半導體材料。在基底1620和隔離區域1650之間形成的兩種不同半導體材料之間的介面可以產生能隙偏移所致位能障，其阻止電流流過隔離區域1650並改善相鄰像素1600之間的電隔離。在一些實施例中，隔離區域1650的形狀可以是環形。在一些實施例中，隔離區域1650可以包括設置在吸收區域1610的兩個相對側的兩個分開區域。

圖16F示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。圖16F中的光檢測設備類似於圖16E中的光檢測設備，不同之處描述如下。

在一些實施例中，光檢測設備包括圖16D中的阻擋層1640和圖16E中的隔離區域1650。隔離區域1650的導電型態不同於阻擋層1640的導電型態。例如，當阻擋層1640的導電型態是P型時，隔離區域1650的導電型態是N型。

在一些實施例中，子像素1600a、1600b的每個開關分別包括兩個第二摻雜區域1612a、1612b，這兩個第二摻雜區域1612 a、1612 b分別位於第二導電接觸1632a、1632b之下，並且形成在相同的吸收區域1610中。換句話說，兩個子像素1600a、1600b的四個第二摻雜區域1612a、1612b形成在同一吸收區域1610中。

在一些實施例中，第二摻雜區域1612a、1612b具有不同於第一導電型態的第二導電型態。在一些實施例中，每個第二摻雜區域1612a、1612b摻雜有摻雜劑。第二摻雜區域1612a、1612b的摻雜劑的峰值濃度取決於第二導電接觸1632a、1632b的材料和吸收區域1610的材料，例如在1×10¹⁷ cm^-3 至5×10²⁰ cm^-3 之間。第二摻雜區域1612a、1612b與第二導電接觸1632a、1632b形成蕭特基或歐姆接觸。第二摻雜區域1612a、1612b用於基於第一控制信號1672a和第二控制信號1672b的控制來調變(modulate)從吸收區域1610產生的載流子。

圖16G示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。圖16G中的光檢測設備類似於圖16E中的光檢測設備，不同之處描述如下。

在一些實施例中，光檢測設備包括圖16D中的阻擋層1640和圖16E中的隔離區域1650。

在一些實施例中，每個子像素還可以包括位於吸收區域1610和兩個子像素1600a、1600b的第二導電接觸1632a之間的第一介電層1633a。每個子像素還可以包括位於吸收區域1610和兩個子像素1600a、1600b的第二導電接觸1632b之間的第二介電層1633b。

第一介電層1633a防止電流從第二導電接觸1632a直接傳導到吸收區域1610的，但是回應於向第二導電接觸1632a施加的電壓，而允許在吸收區域1610內建立電場。第二介電層1633b防止電流從第二導電接觸1632b直接傳導到吸收區域1610，但是回應於向第二導電接觸1632b施加的電壓，而允許在吸收區域1610內建立電場。建立的電場可以吸引或排斥吸收區域1610內的電荷載流子。

圖16H示出了根據一些實施例的光檢測設備的截面圖。圖16H中的光檢測設備類似於圖16F中的光檢測設備，不同之處描述如下。

每個第一摻雜區域1611a、1611b的第一導電型態和每個第二摻雜區域1612a、1612b的第二導電型態相同。

在一些實施例中，第二導電接觸1632a位於單一個子像素中的開關的第一摻雜區域1611a和第二摻雜區域1612a之間。在一些實施例中，第二導電接觸1632b在單一個子像素中的另一開關的第一摻雜區域1611b和第二摻雜區域1612b之間。

在一些實施例中，當第二導電接觸1632a與吸收區域1610蕭特基接觸時，第一摻雜區域1611a、第二摻雜區域1612a和第二導電接觸1632a被視為第一第一金屬半導體場效應電晶體(metal semiconductor field effect transistor，MESFET)。在一些實施例中，當第二導電接觸1632b與吸收區域1610蕭特基接觸時，第一摻雜區域1611b、第二摻雜區域1612b和第二導電接觸1632b被視為第二金屬半導體場效應電晶體。

圖16I示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。圖16I中的光檢測設備類似於圖16G中的光檢測設備，不同之處描述如下。

每個第一摻雜區域1611a、1611b的第一導電型態和每個第二摻雜區域1612a、1612b的第二導電型態相同。

在一些實施例中，第一介電層1633a位於吸收區域1610和第二導電接觸1632a之間。第二介電層1633b位於吸收區域1610和第二導電接觸1632b之間。

第一介電層1633a和第二介電層1633b分別防止電流直接從第二導電接觸1632a傳導到吸收區域1610和直接從第二導電接觸1632b傳導到吸收區域1610，但是回應於施加到第二導電接觸1632a和第二導電接觸1632b的電壓而允許在吸收區域1610內建立電場。建立的電場吸引或排斥吸收區域1610內的電荷載流子。在一些實施例中，第二導電接觸1632a、第一介電層1633a、第一摻雜區域1611a和第二摻雜區域1612a被視為第一金屬氧化物半導體場效應電晶體 (metal oxide semiconductor field-effect transistor，MOSFET)。在一些實施例中，第二導電接觸1632b、第二介電層1633b、第一摻雜區域1611b和第二摻雜區域1612b被視為第二金屬氧化物半導體場效應電晶體。在一些實施例中，第一金屬氧化物半導體場效應電晶體和第二金屬氧化物半導體場效應電晶體可以是增強模式。在一些實施例中，第一金屬氧化物半導體場效應電晶體和第二金屬氧化物半導體場效應電晶體可以是空乏型。

圖16J示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。圖16J中的光檢測設備類似於圖16F中的光檢測設備，不同之處描述如下。

在一些實施例中，子像素1600a、1600b中的每一個還包括兩個反向摻雜區域1613a、1613b。每個反向摻雜區域1613a、1613b具有不同於第一摻雜區域1611a、1611b的第一導電型態的導電型態。例如，如果光檢測設備被配置為處理收集的電子用於進一步應用，則第一摻雜區域1611a、1611b是N型的，第二摻雜區域1612a、1612b是P型的，並且反向摻雜區域1613a、1613b是P型的。在一些實施例中，反向摻雜區域1613a、1613b分別圍繞第一摻雜區域1611a、1611b的遠離第二摻雜區域1612a、1612b的一部分或與其重疊，並且第一摻雜區域1611a、1611b的另一部分未被反向摻雜區域1613a、1613b圍繞或未與其重疊。在一些實施例中，第一摻雜區域1611a、1611b分別與反向摻雜區域1613a、1613b完全重疊或被反向摻雜區域1613 a、1613 b完全包圍。在一些實施例中，反向摻雜區域1613a、1613b作為暗電流減少區域，以用於減少子像素1600a、1600b的暗電流。與沒有包含分別與第一摻雜區域1611a、1611b重疊的反向摻雜區域1613a、1613b的光檢測設備相比，本實施例包含有與第一摻雜區域1611a、1611b重疊的反向摻雜區域1613a、1613b的光檢測設備具有更薄的空乏層，降低了光檢測設備的暗電流。

在一些實施例中，反向摻雜區域1613a、1613b可以減少兩個子像素1600a、1600b之間的串擾。例如，比子像素1600a的反向摻雜區域1613a更靠近子像素1600b的子像素1600a的反向摻雜區域1613b和比子像素1600b的反向摻雜區域1613b更靠近子像素1600a的子像素1600b的反向摻雜區域1613a，可以增強子像素1600a的第一摻雜區域1611b和子像素1600b的第一摻雜區域1611a之間的電阻，如此可以減少兩個子像素1600a、1600b之間的串擾。

在一些實施例中，每個反向摻雜區域1613a、1613b摻雜有具有峰值濃度的摻雜劑。峰值濃度不小於1×10¹⁶ cm^-3 。在一些實施例中，反向摻雜區域1613a、1613b的摻雜劑的峰值濃度低於第一摻雜區域331的摻雜劑的峰值濃度。在一些實施例中，反向摻雜區域1613a、1613b的摻雜劑的峰值濃度在1×10¹⁶ cm^-3 和1×10¹⁸ cm^-3 之間。

圖16K示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。圖16K中的光檢測設備類似於圖16F中的光檢測設備，不同之處描述如下。

在一些實施例中，像素還包括在吸收區域1610中並且在兩個相鄰子像素1600a、1600b之間的第三摻雜區域1614，並且第三摻雜區域1614與子像素1600a的第一摻雜區域1611b和子像素1600b的第一摻雜區域1611a實體分離。第三摻雜區域1614具有不同於每個第一摻雜區域1611a、1611b的第一導電型態的導電型態。在一些實施例中，第三摻雜區域1614包括具有峰值濃度的摻雜劑。峰值濃度不小於1×10¹⁶ cm^-3 。在一些實施例中，第三摻雜區域1614的摻雜劑的峰值濃度低於第一摻雜區域1611a、1611b的摻雜劑的峰值濃度。在一些實施例中，第三摻雜區域1614的摻雜劑的峰值濃度在1x 10¹⁸ cm^-3 和5x 10²⁰ cm^-3 之間。

在一些實施例中，第三摻雜區域1614可以減少兩個子像素1600a、1600b之間的串擾。

在一些實施例中，光檢測設備可以包括第三摻雜區域1614和反向摻雜區域1613a、1613b，如圖16J所示。

圖16L示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。圖16L中的光檢測設備類似於圖16J中的光檢測設備，不同之處描述如下。

在一些實施例中，像素1600包括兩個公共讀出電路和兩個公共控制信號。例如，像素1600包括第一公共讀出電路1673a、第二公共讀出電路1673b、第一公共控制信號1674a和第二公共控制信號1674b。第一公共讀出電路1673a電耦合到子像素1600a的第一導電接觸1631a和子像素1600b的第一導電接觸1631b兩者。因此，由子像素1600a的第一摻雜區域1611a和子像素1600b的第一摻雜區域1611b收集的電荷，可以由相同的第一公共讀出電路1673a處理。第二公共讀出電路1673b電耦合到子像素1600a的第一導電接觸1631b和子像素1600b的第一導電接觸1631a兩者。因此，由子像素1600a的第一摻雜區域1611b和子像素1600b的第一摻雜區域1611a收集的電荷，可以由相同的第二公共讀出電路1673b處理。

第一公共控制信號1674a電耦合到子像素1600a的第二導電接觸1632a和子像素1600b的第二導電接觸1632b兩者。因此，子像素1600a的第一開關和子像素1600b的第二開關可以由相同的第一公共控制信號1674a同時控制。第二公共控制信號1674b電耦合到子像素1600a的第二導電接觸1632b和子像素1600b的第二導電接觸1632a兩者。因此，子像素1600a的第二開關和子像素1600b的第一開關可以由相同的第二公共控制信號1674b同時控制。

第一公共控制信號1674a可以固定在電壓值Vi，第二公共控制信號1674b可以在電壓值Vi±ΔV之間交替。在一些實施例中，第一公共控制信號1674a和第二公共控制信號1674b可以是彼此不同的電壓。在一些實施例中，控制信號之一是恆定電壓信號(例如，0.5v)，而另一個控制信號是時變電壓信號(例如，在0V和1V之間操作的正弦信號、定時器信號或脈衝信號)。

圖16M示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。圖16M中的光檢測設備類似於圖16J中的光檢測設備，不同之處描述如下。

在一些實施例中，像素1600包括電耦合到子像素1600a的第二導電接觸1632b和子像素1600b的第二導電接觸1632a兩者的公共控制信號1674。結果是，子像素1600a的第二開關和子像素1600b的第一開關可以由相同的第二公共控制信號1674a同時控制。子像素1600a的第一開關由第一控制信號1672a獨立控制。子像素1600b的第二開關由第一控制信號1672b獨立控制。

圖16N示出了根據一些實施例的光檢測設備的截面圖。圖16N中的光檢測設備類似於圖16K中的光檢測設備，不同之處描述如下。

在一些實施例中，第一導電接觸1631a、1631b、第二導電接觸1632a、1632b形成在基底1620的上表面上。第一摻雜區域1611a、1611b和第二摻雜區域1612a、1612b形成在基底1620中。每個子像素1600a、1600b包括彼此分離的吸收區域1610。由開口1661限定的檢測區域1613分別對應於吸收區域1610。在一些實施例中，兩個相鄰子像素的第一導電接觸之間的最小寬度w1小於隔離區域1650的寬度。例如，子像素1600a的第一導電接觸1631a和子像素1600b的第一導電接觸1631b之間的最小寬度w1小於隔離區域1650的寬度w2。

圖16N中的光檢測設備沒有圖16K中描述的阻擋層1640

由於每個子像素的兩個開關形成在吸收區域1610的外部，所以光檢測設備具有較低的暗電流。

圖16O示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。像素1600、1600’可以是本揭露的任何實施例。

圖16P示出了根據一些實施例的光檢測設備的上視圖。光檢測設備包括像素1600，像素1600包括四個子像素1600a、100b、1600c和1600d。圖16Q示出了圖16P所示的光檢測設備中的其中一個子像素的截面圖。子像素1600a、1600b、1600c和1600d中的每一個都包括與另一個吸收區域1610分離的吸收區域1610。子像素1600a、1600b、1600c和1600d的第二導電接觸1632a電耦合到第一公共控制信號，如圖16L所示。也就是說，子像素1600a、1600b、1600c和1600d的第一開關由第一公共控制信號同時控制，如圖16L所示。子像素1600a、1600b、1600c和1600d的第二導電接觸1632b電耦合到第二公共控制信號，如圖16L所示。也就是說，子像素1600a、1600b、1600c和1600d的第二開關由第二公共控制信號同時控制，如圖16L所示。

子像素1600a、1600b、1600c和1600d的第一導電接觸1631a電耦合到第一公共讀出電路，如圖16L所示。即，由所有子像素1600a、1600b、1600c和1600d的第一摻雜區域1611a收集的電荷可以由相同的第一公共讀出電路1673a處理。子像素1600a、1600b、1600c和1600d的第一導電接觸1631b電耦合到第二公共讀出電路，如圖16L所示。即，由所有子像素1600a、1600b、1600c和1600d的第一摻雜區域1611b收集的電荷可以由相同的第二公共讀出電路1673b處理。

在一些實施例中，子像素之一可以進一步包括兩個第二摻雜區域1612a、1612b之間的一第四摻雜區域1615。第四摻雜區域1615具有不同於阻擋層1640的導電型態的導電型態。第四摻雜區域1615和阻擋層1640可以是PN接面，因此在第四摻雜區域1615和阻擋層1640之間建立了垂直電場。從吸收區域1610產生的光載流子的電洞和電子可以被第四摻雜區域1615和阻擋層1640之間的垂直電場分離，並且待收集的載流子可以朝向第四摻雜區域1615聚集，然後基於第一公共控制信號或第二公共控制信號的控制朝向第一摻雜區域1611a或第一摻雜區域1611b移動。結果是，光檢測設備具有改善的解調變對比度。

圖17A示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。光檢測設備包括像素1700，像素1700包括吸收區域1710。光檢測設備還包括支撐吸收區域1710的基底1720。像素1700包括一檢測區域1713和將檢測區域1713夾在中間的兩個開關1790。每個開關1790包括一控制區域1791和一讀出區域1792。在此實施例中，每個讀出區域1792包括在吸收區域1710的第一表面上的第一導電接觸1731a、1731b，並且每個控制區域1791包括在吸收區域1710的第一表面上的第二導電接觸1732a、1732b。

在一些實施例中，像素1700包括兩個讀出電路和兩個控制信號。例如，像素1700包括一第一讀出電路1771a和一第二讀出電路1771b。像素1700包括一第一控制信號1772a和一第二控制信號1772b。第一控制信號1772a和第二控制信號1772b電耦合到兩個開關1790的兩個控制區域1791，並且用於控制像素中的兩個開關。第一讀出電路1771a和第二讀出電路1771b電耦合到兩個開關的讀出區域1792，並用於處理收集的電荷。換句話說，第一控制信號1772a和第二控制信號1772b控制由檢測區域1713中吸收的光子產生的電子或電洞由像素1700中的第一讀出電路1771a或第二讀出電路1771b處理。在一些實施例中，第一控制信號1772a可以固定在電壓值Vi，第二控制信號1772b可以在電壓值Vi±ΔV之間交替。在一些實施例中，第一控制信號1772a和第二控制信號1772b可以是彼此不同的電壓。在一些實施例中，控制信號之一是恒定電壓信號(例如，0.5v)，而另一個控制信號是時變電壓信號(例如，在0V和1V之間操作的正弦信號、定時器信號或脈衝信號)。偏置值的方向決定了從吸收區域1710產生的電荷的漂移方向。

在一些實施例中，檢測區域1713位於第二導電接觸1732a、1732b之間。兩個第二導電接觸1732a、1732b比第一導電接觸1731a、1731b更靠近檢測區域1713。第一導電接觸1731a、1731b和第二導電接觸1732a、1732b形成在同一吸收區域1710上。

第一讀出電路1771a以一對一的關係電耦合到像素1700的第一導電接觸1731a。第二讀出電路1771b以一對一的關係電耦合到像素1700的第一導電接觸1731b。第一導電接觸1731a、1731b可以用作讀出接觸。第一控制信號1772a以一對一的關係電耦合到像素1700的第二導電接觸1732a。第二控制信號1772b以一對一的關係電耦合到像素1700的第二導電接觸1732b。第二導電接觸1732a、1732b可以用作控制接觸。

在一些實施例中，第二導電接觸1732a、1732b正下方的吸收區域1710的部分可以是本徵的或者包括峰值濃度低於大約1×10¹⁵ cm³ 的摻雜劑。術語“本徵”是指半導體材料在第二導電接觸1732a、1732b正下方的部分沒有添加摻雜劑。在一些實施例中，吸收區域1710上的第二導電接觸1732a、1732b可導致形成蕭特基接觸、歐姆接觸或二者之間具有中間特性的組合，這取決於各種因素，包括吸收區域1710的材料、第二導電接觸1732a、1732b以及吸收區域1710的雜質或缺陷。

第一控制信號1772a和第二控制信號1772b用於控制由來自檢測區域1713的吸收光子產生的電子的收集。例如，當使用電壓時，如果第一控制信號1772a相對於第二控制信號1772b有偏壓，則在第二導電接觸1732a、1732b正下方的兩個部分之間產生電場，並且根據電場的方向，自由電荷朝向第二導電接觸1732a、1732b正下方的兩個部分之一漂移。

在一些實施例中，光檢測設備可以包括具有多個開口(未示出)的一遮光層(未示出)，開口用於定義每個像素1700的檢測區域1713的位置。換句話說，該開口用於允許入射光學信號進入吸收區域1710並限定檢測區域1713。在一些實施例中，當入射光從基底1720的底表面進入吸收區域1710時，遮光層位於遠離吸收區域1710的基底1720的底表面上。在一些實施例中，從開口的上視圖來看，開口的形狀可以是橢圓形、圓形、矩形、正方形、菱形、八邊形或任何其他合適的形狀。

在一些實施例中，光檢測設備還包括在多個位於像素上以一對一對應的多個光學元件(未示出)。光學元件會聚集入射光學信號以進入檢測區域1713。

在該實施例中，導電接觸1731a和導電接觸1732a類似於圖16A中提到的第一導電接觸1631a和第二導電接觸1632a。這些部件的其他特徵將不再詳細描述。

圖17B示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。圖17B中的光檢測設備類似於圖17A中的光檢測設備，不同之處描述如下。

在一些實施例中，像素1700還包括基底1720中的第一阱區域1765和第二阱區域1766，第一阱區域1765和第二阱區域1766設置在吸收區域1710旁邊。第一阱區域1765的導電型態不同於第二阱區域1766的導電型態。導電接觸1767形成並設置在第一阱區域1765上並電連接到第一阱區域1765，導電接觸1768形成並設置在第二阱區域1766上並電連接到第二阱區域1766。此外，導電接觸1767和導電接觸1768彼此電連接(這意味著第一阱區域1765和第二阱區域1766也彼此電連接)。在一些實施方式中，第一阱區域1765的摻雜濃度可以在10¹⁶ cm⁻³ 到10²⁰ cm⁻³ 的範圍內。第二阱區域1766的摻雜濃度可以在10¹⁶ cm⁻³ 到10²⁰ cm⁻³ 的範圍內。

在一些實施方式中，吸收區域1710可能不完全吸收光學信號中的入射光子。例如，如果吸收區域1710沒有完全吸收近紅外光學信號(未示出)中的入射光子，則近紅外光學信號可能會穿透到基底1720中，基底1720可以吸收穿透的光子並在基底1720的深處產生光載流子，這些光載流子緩慢地復合。這些緩慢的光載子對光檢測設備的操作速度有負面影響。

為了進一步去除緩慢的光載子，像素1700可以包括使第一阱區域1765與第二阱區域1766短路的連接。例如，連接可以通過矽化物工藝或沉積的金屬墊形成，例如導電接觸1767和導電接觸1768，其將第一阱區域1765與第二阱區域1766連接。第一阱區域1765和第二阱區域1766之間的短路，允許基底1720中產生的光載流子在短路節點處復合，因此提高了像素的操作速度。

在該實施例中，其中第一阱區域1765和第二阱區域1766連接在一起的結構可以簡單地稱為“短路結構”1760，在隨後的實施例中，如果提到“短路結構”，則意味著這種結構存在(至少包括彼此電連接的具有不同導電型態的一個第一阱區域和一個第二阱區域)。

此外，在此實施例中，僅公開了一個短路結構1760，但是在其他實施例中，像素可以包括分別設置在吸收區域1710兩側的兩個或更多個短路結構。兩個短路結構1760可以沿著吸收區域1710的長軸對稱佈置排列，或者兩個短路結構1760可以沿著吸收區域1710的短軸對稱佈置排列，這也應該在本揭露的範圍內。

圖17C示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。圖17C中的光檢測設備類似於圖17B中的光檢測設備，不同之處描述如下。

在一些實施例中，光檢測設備還包括隔離區域1725，從光檢測設備的截面圖來看，隔離區域1725設置在吸收區域1710的兩個相對側。隔離區域1725在吸收區域1710的外部，並且與吸收區域1710實體分離。在一些實施例中，短路結構1760位於隔離區域1725和吸收區域1710之間。在一些實施例中，隔離區域1725是填充有介電材料或絕緣材料的溝槽，以用作兩個相鄰像素之間的高電阻區域，阻止電流流過隔離區域1725並改善像素1700和其他相鄰像素(未示出)之間的電絕緣。介電材料或絕緣材料可以包括但不限於包括二氧化矽的氧化物材料、或包括氮化矽(Si₃ N₄ )的氮化物材料。在一些實施例中，溝槽用矽填充。

在一些實施例中，隔離區域1725從基底1720的上表面延伸，並從上表面延伸到預定深度。在一些實施例中，隔離區域1725從基底1720的底面延伸，並從底面延伸到預定深度。在一些實施例中，隔離區域1725從上表面和下表面穿透基底1720。

在一些實施例中，隔離區域1725是具有導電型態的摻雜區域。隔離區域1650的峰值濃度可以在10¹⁵ cm⁻³ 到10²⁰ cm⁻³ 的範圍內。在一些實施例中，窄且淺的隔離區域1735形成在隔離區域1725內部。淺隔離區域1735的峰值濃度和隔離區域1725的峰值濃度不同。這可用於抑制通過表面傳導路徑的串擾。

隔離區域1725的摻雜可以產生能隙偏移所致位能障(bandgap offset-induced potential energy barrier)，該位能障阻止電流流過隔離區域1725，並改善像素1700和其他相鄰像素(未示出)之間的電隔離。在一些實施例中，隔離區域1725包括不同於基底1720的材料的半導體材料。在基底1720和隔離區域1725之間形成的兩種不同半導體材料之間的介面，可以產生能隙偏移所致位能障，該位能障阻止電流流過隔離區域1725，並改善像素1700和其他相鄰像素(未示出)之間的電隔離。在一些實施例中，隔離區域1725的形狀可以是環形。在一些實施例中，隔離區域1725可以包括設置在吸收區域1710的兩個相對側的兩個分開區域。在一些實施例中，兩個分開區域可以都從基底1720的上表面延伸，並且從上表面延伸到預定深度。在一些實施例中，兩個離散區域可以都從基底1720的底面延伸，並且從底面延伸到預定深度。

圖17D示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。圖17D中的光檢測設備類似於圖17C中的光檢測設備，不同之處描述如下。

在一些實施例中，像素1700的每個開關1790包括兩個第一摻雜區域1711a、1711b，分別位於第一導電接觸1731a、1731b下方並形成在吸收區域1710中。換句話說，像素1700的兩個第一摻雜區域1711a、1711b形成在吸收區域1710中。

在一些實施例中，第一摻雜區域1711a、1711b是第一導電型態。在一些實施例中，每個第一摻雜區域1711a、1711b摻雜有摻雜劑。每個第一摻雜區域1711a、1711b的摻雜劑的峰值濃度分別取決於第一導電接觸1731a、1731b的材料和吸收區域1710的材料，例如，在5×10¹⁸ cm^-3 至5×10²⁰ cm^-3 之間。第一摻雜區域1711a、1711b用於收集從吸收區域1710產生的載流子，這些載流子分別基於第一控制信號1772a和第二控制信號1772b的控制，由第一讀出電路1771a和第二讀出電路1771b進一步處理。

在本揭露中，在同一光檢測設備中，由第一摻雜區域1711a收集的載流子的類型和由第一摻雜區域1711b收集的載流子的類型相同。例如，當光檢測設備被配置為收集電子時，當一個像素的第一開關接通並且同一像素的第二開關斷開時，第一摻雜區域1711a收集從檢測區域1713產生的光載流子的電子，並且當第二開關接通並且第一開關斷開時，第一摻雜區域1711b也收集從檢測區域1713產生的光載流子的電子。

圖17E示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。圖17E中的光檢測設備類似於圖17D中的光檢測設備，不同之處描述如下。

在一些實施例中，像素1700的每個開關1790包括兩個第二摻雜區域1712a、1712b，分別位於第二導電接觸1732a、1732b之下並形成在吸收區域1710中。

在一些實施例中，第二摻雜區域1712a、1712b具有不同於第一摻雜區域1711a、1711b的第一導電型態的第二導電型態。在一些實施例中，第二摻雜區域1712a、1712b包括摻雜劑。每個第二摻雜區域1712a、1712b的摻雜劑的峰值濃度分別取決於第二導電接觸1732a、1732b的材料和吸收區域1710的材料，例如在1×10¹⁷ cm^-3 至5×10²⁰ cm^-3 之間。第二摻雜區域1712a、1712b與第二導電接觸1732a、1732b形成蕭特基或歐姆接觸。第二摻雜區域1712a、1712b基於第一控制信號1772a和第二控制信號1772b的控制，來調變從吸收區域1710產生的載流子。

圖17F示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。圖17F中的光檢測設備類似於圖17C中的光檢測設備，不同之處描述如下。

在一些實施例中，如果隔離區域1725是具有導電型態(例如N型)的摻雜區域，則隔離區域1725可以用來代替圖17B中提到的第一阱區域1765，並且隔離區域1725和第二阱區域1766可以彼此電連接以形成短路結構。更準確地說，在該實施例中，導電接觸1736形成在隔離區域1725上(或淺隔離區域1735上)，並且導電接觸1736和導電接觸1768彼此電連接(這意味著N型摻雜隔離區域1725和第二阱區域1766(例如P型)也彼此電連接)。在此實施例中，可以省略第一阱區域1765。

圖17G-17H示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。圖17G-17H中的光檢測設備類似於圖17C中的光檢測設備，不同之處描述如下。

在一些實施例中，可以調整隔離區域1725(有或沒有淺隔離區域1735)、第一阱區域1765和第二阱區域1766的位置。例如，如圖17G所示，隔離區域1725(可能包含有或不包含淺隔離區域1735)可以設置在吸收區域1710和短路結構1760之間。在一些實施例中，第一阱區域1765在第二阱區域1766和隔離區域1725之間。在一些實施例中，第一阱區域1765和第二阱區域1766都設置在環形隔離區域1725之外。

在一些實施例中，如圖17H所示，隔離區域1725(可能包含有或不包含淺隔離區域1735)可以設置在第一阱區域1765和第二阱區域1766之間。換句話說，第一阱區域1765設置在吸收區域1710和隔離區域1725之間。在一些實施例中，第二阱區域1766設置在吸收區域1710和隔離區域1725之間。

圖17I-17J示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。圖17I-17J中的光檢測設備類似於圖17B中的光檢測設備，不同之處描述如下。

圖17I-17J中的光檢測設備還包括隔離區域1725，其類似於圖17C中描述的隔離區域1725。在一些實施例中，隔離區域1725從基底1720的底面延伸，並從底面延伸到預定深度。也就是說，隔離區域1725不穿透基底1720的上表面。在一些實施例中，沿著大致平行於基底1720的上表面的方向，短路結構1760可以比隔離區域1725更靠近吸收區域1710。在一些實施例中，沿著基本平行於基底1720的上表面的方向，隔離區域1725可以比短路結構1760更靠近吸收區域1710。

在一些實施例中，像素1700還包括圍繞吸收區域1710的阻擋層1740，其中阻擋層的導電型態(例如P型)不同於第一摻雜區域1711a、1711b中的每一個的第一導電型態(例如N型)。阻擋層1740可以阻擋吸收區域1710中的光生載流子到達基底1720，如此增加了像素的光生載流子的收集效率。阻擋層1740還可以阻擋基底1720中的光生載流子到達吸收區域1710，增加了像素的光生載流子的速度。阻擋層1740所包含的材料，可能與吸收區域1710的材料相同、與基底1720的材料相同、或者不同於吸收區域1710的材料和基底1720的材料。在一些實施例中，阻擋層1740的形狀可能是但不限於環形。在一些實施例中，如圖17J所示，阻擋層1740可以延伸到基底1720的上表面。在一些實施例中，阻擋層1740可以與第一阱區域1765和第二阱區域1766重疊，因為隔離區域1725從基底1720的底表面延伸，並且不穿透基底1720的上表面。

在一些實施例中，阻擋層1740摻雜有峰值濃度範圍從10¹⁵ cm^-3 到10²⁰ cm^-3 的摻雜劑。阻擋層1740可以減少像素1700和相鄰的其他像素(未示出)之間的串擾。

在一些實施例中，光檢測設備可以進一步包括電連接到阻擋層1740的第三導電接觸(未示出)。阻擋層1740可以通過第三導電接觸被偏壓，以釋放未被第一摻雜區域1711a、1711b收集的載流子。

請參考圖17K、圖17L和圖17M。圖17K-17M示出了根據一些實施例的光檢測設備的上視圖。在一些實施例中，光檢測設備包括多個像素1700，即包括多個重複像素的像素陣列。在一些實施例中，像素陣列可以是一維或二維像素陣列。每個像素是光電探測器，並且可以使用上面公開的實施例。參考圖17K和圖17L所示的佈局，像素1700可以交錯佈局排列，其中每個像素的寬度和長度被排列在垂直於相鄰像素的寬度和長度的方向上。如圖17M所示，像素1700可以沿傾斜方向排列(例如沿45度排列)。圖17K-17M所示像素佈局可以帶來像素間距減小的優點。

此外，在上述一些實施例中(例如圖17B-17H中提到的實施例)，短路結構1760包括彼此連接的一個第一阱區域1765和一個第二阱區域1766。然而，在一些實施例中，短路結構1760還可以包括彼此連接的一個第一阱區域1765和兩個第二阱區域1766，並且第一阱區域1765設置在兩個第二阱區域1766之間。

此外，如上所述，在一些實施例中，每個像素1700可以包括一個以上的短路結構1760，如圖17K、圖17L和圖17M所示，每個像素1700包括兩個短路結構1760。

在圖17K中，兩個短路結構1760沿著吸收區域1710的長軸對稱佈置排列，換句話說，兩個短路結構1760分別佈置在吸收區域1710的兩個長邊旁。

在圖17L中，兩個短路結構1760沿著吸收區域1710的短軸對稱佈置排列，換句話說，兩個短路結構1760分別佈置在吸收區域1710的兩個短邊旁。

在圖17M中，像素1700可以沿傾斜方向排列(例如沿45度排列)。作為示例，兩個短路結構1760沿著吸收區域1710的短軸對稱佈置排列。然而，在其他實施例中，兩個短路結構1760也可以沿著吸收區域1710的長軸對稱佈置排列。

在上述一些實施例中，每個開關1790包括控制區域1791和讀出區域1792，並且控制區域1791可以包括設置在其中的不同元件。在本揭露中，控制區域1791可以包括不同的元件，以形成不同的實施例。

圖17N示出了根據本揭露的三個不同實施例中的控制區域1791的截面結構示意圖。在一些實施例中，請參考圖17O的左側部分，第二導電接觸件1732a設置在吸收區域1710的上表面上。該結構類似於圖17A所示的結構，不再描述。

在一些實施例中，請參考圖17O的中部，除了第二導電接觸1732a之外，控制區域1791還包括設置在第二導電接觸1732a下方的第二摻雜區域1712a。該結構類似於圖17E所示的結構，不再描述。

在一些實施例中，請參考圖17O的右側部分，除了第二導電接觸1732a和第二摻雜區域1712a之外，控制區域1791還包括設置在第二導電接觸1732a和第二摻雜區域1712a之間的介電層1733。介電層1733防止電流直接從第二導電接觸1732a傳導到吸收區域，但是對於第二導電接觸1732a施加電壓允許在吸收區域內建立電場。建立的電場可以吸引或排斥吸收區域內的電荷載流子。

在一些實施例中，圖16A至16Q中描述的光檢測設備還可以包括短路結構1760。以圖16E中描述的光檢測設備為例，光檢測設備還可以包括短路結構，該短路結構包括基底1620中的第一阱區域和第二阱區域。在一些實施例中，短路結構位在隔離區域1650和其中一個子像素1600a、1600b之間。在一些實施例中，隔離區域1650位在短路結構和其中一個子像素1600a、1600b之間。

在一些實施例中，圖16A至16Q中描述的光檢測設備還可以包括多個短路結構1760。在一些實施例中，每個短路結構位於最外面的其中一個子像素和隔離區域之間。在一些實施例中，隔離區域在短路結構和最外面的子像素之間。以圖16E中描述的光檢測設備為例，光檢測設備還可以在基底1620中包括兩個短路結構。在一些實施例中，兩個短路結構位於各自的子像素1600a、1600b和隔離區域1650之間。在一些實施例中，隔離區域在短路結構和相應的子像素1600a、1600b之間。

圖18是成像系統的示例實施例的框圖。成像系統可以包括成像模組和軟體模組，軟體模組被配置為重建被檢測物件的3D模型。成像系統或成像模組可以用於行動裝置(例如，智慧手機、平板電腦、車輛、無人機等)，或用於行動裝置的輔助裝置(例如，可穿戴設備)、車輛上或固定設施(例如，工廠)中的計算系統、機器人系統、監視系統，或任何其他合適的設備和/或系統。

成像模組包括發射器單元、接收器單元和控制器。在操作期間，發射器單元可以向目標物體發射入射光。接收器單元可以接收從目標物體反射的反射光。控制器可以至少驅動發射器單元和接收器單元。在一些實現中，接收器單元和控制器位在一個半導體晶片上，例如系統單晶片(system-on-a-chip，SoC)。在某些情況下，發射器單元包含兩個不同的半導體晶片，例如在三-五族基底上的雷射發射器晶片，和在矽基底上的矽雷射驅動器晶片。

發射器單元可以包括一個或多個光源、控制一個或多個光源的控制電路和/或用於操縱從一個或多個光源發射的光的光學結構。在一些實施例中，光源可以包括一個或多個發光二極體或垂直腔面發射雷射(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser， VCSEL)器，這些發光二極體或垂直腔面發射雷射器發射的光，可以被光檢測設備中的吸收區域吸收。例如，一個或多個發光二極體或垂直腔面發射雷射器，可以發射峰值波長在可見波長範圍(例如，人眼可見的波長)內的光，例如570奈米、670奈米或任何其他適用的波長。作為另一個例子，一個或多個發光二極體或垂直腔面發射雷射器，可以發射峰值波長高於可見波長範圍的光，例如850奈米、940奈米、1050奈米、1064奈米、1310奈米、1350奈米、1550奈米或任何其他適用的波長。

在一些實施例中，來自光源的入射光可以被一個或多個光學結構准直(collimated)。例如，光學結構可以包括一個或多個准直透鏡(collimating lens)。

接收器單元可以包括根據上述任何實施例的一個或多個光檢測設備。接收器單元還可以包括控制電路，用於控制控制電路和/或光學結構，以操縱從目標物體反射之光朝向一個或多個光檢測設備的光。在一些實施方式中，光學結構包括接收准直光並將准直光聚焦到一個或多個光檢測設備的一個或多個透鏡。

在一些實施例中，控制器包括時序產生器(timing generator)和處理單元。時序產生器接收參考定時器信號，並向發射器單元提供定時信號，用於調變發射的光。定時器信號也被提供給接收器單元，用於控制光載子的收集。處理單元處理由接收器單元產生和收集的光載子，並確定目標物件的原始資料。處理單元可以包括控制電路、用於處理從光檢測設備輸出的資訊的一個或多個信號處理器、和/或可以儲存用於確定目標物件的原始資料的指令或儲存目標物件的原始資料的電腦儲存介質。例如，間接飛行時間測距(i-ToF)感測器中的控制器通過使用由發射器單元發射的光和由接收器單元接收的光之間的相位差來確定兩點之間的距離。

軟體模組可以被實現為在諸如面部識別、眼睛跟蹤、手勢識別、立體模型掃描/視頻記錄、運動跟蹤、自動車輛和/或增強/虛擬實境的應用中執行。

圖19示出了示例接收器單元或控制器的框圖。這裡，圖像感測器陣列(例如，240×180)可以使用參考圖3A至8E、圖14C至14L描述的光檢測設備的任何實現來實現。鎖相迴路(Phase-locked loops，PLL)電路(例如，整數倍分頻鎖相迴路(integer-N PLL))可以產生用於調變和解調變的定時器信號(例如，四相系統時脈)。在發送到像素陣列和外部照明驅動器之前，這些定時器信號可以由時序產生器針對預設的積分時間和不同的操作模式，來進行閘極控制和/或調節。可以在照明驅動器路徑中添加可程式化延遲線來延遲定時器信號。

電壓調節器可用於控制圖像感測器的工作電壓。例如，圖像感測器可以使用多個電壓域。溫度感測器可以被實現用於深度校準和功率控制的可能用途。

光檢測設備的讀出電路將圖像感測器陣列的每個光電檢測元件橋接到一列類比-數位轉換器(analog-to-digital converter (ADC))，其中類比-數位轉換器的輸出可以在到達輸出介面之前，由信號處理器在數位域中進一步處理和積分。記憶體可用於儲存信號處理器的輸出。在一些實施方式中，輸出介面可以使用2通道、1.2GB/s PHY-MIPI發射機來實現，或者使用用於低速/低成本系統的CMOS輸出來實現。

積體電路間(inter-integrated circuit，I2C)介面可用於存取這裡描述的所有功能塊。

在本揭露中，如果沒有具體提及，吸收區域可能完全嵌入在基底中、部分嵌入在基底中、或者完全在基底的第一表面上。類似地，如果沒有具體提及，鍺基光吸收材料可能完全嵌入半導體基底中、部分嵌入半導體基底中、或者完全在半導體基底的第一表面上。

在本揭露中，如果沒有具體提及，吸收區域可能被配置為吸收峰值波長在不小於800奈米的不可見波長範圍內的光子，例如850奈米、940奈米、1050奈米、1064奈米、1310奈米、1350奈米或1550奈米。在一些實施例中，不可見波長範圍不超過2000奈米。在一些實施例中，吸收區域接收光學信號，並將光學信號轉換成電信號。

在本揭露中，如果沒有具體提及，基底由第一材料或第一材料複合物製成。吸收區域由第二材料或第二材料複合物製成。第二材料或第二材料複合物不同於第一材料或第一材料複合物。在一些實施例中，吸收區域包括半導體材料。在一些實施例中，吸收區域包括多晶材料。在一些實施例中，基底包括半導體材料。在一些實施例中，吸收區域包括三-五族半導體材料。在一些實施例中，基底包括三-五族半導體材料。三-五族半導體材料可包括但不限於砷化鎵/砷化鋁(GaAs/AlAs)、磷化銦/銦鎵砷(InP/InGaAs)、銻化鎵/砷化銦(GaSb/InAs)、或銻化銦(InSb)。在一些實施例中，吸收區域包括包含四族元素的半導體材料。例如鍺、矽或錫。在一些實施例中，吸收區域包括Ge_x Si_1-x ，其中0＜x＜1。在一些實施例中，吸收區域包括Si_x Ge_y Sn_1-x-y ，其中0≤x≤1，0≤y≤1。在一些實施例中，吸收區域包括Ge_1-a Sn_a ，其中0≤a≤0.1。在一些實施例中，基底包括矽。在一些實施例中，基底由矽組成。在一些實施例中，吸收區域由鍺、矽或鍺矽(Ge_x Si_1-x )組成。在一些實施例中，由於在吸收區域形成期間形成的材料缺陷，由本徵鍺組成的吸收區域為P型，其中缺陷密度為1x 10¹⁴ cm^-3 至1x 10¹⁶ cm^-3 。

在本揭露中，如果沒有具體提及，吸收區域具有取決於待檢測光子的波長和吸收區域的材料的厚度。在一些實施例中，當吸收區域包括鍺，並且被設計成吸收波長不小於800奈米的光子時，吸收區域具有不小於0.1 um的厚度。在一些實施例中，吸收區域包括鍺，並且被設計成吸收波長在800奈米和2000奈米之間的光子，吸收區域具有0.1 um和2.5 um之間的厚度。在一些實施例中，為了更高的量子效率，吸收區域的厚度在1 um和2.5 um之間。在一些實施例中，可以使用覆蓋磊晶(blanket epitaxy)、選擇性磊晶(selective epitaxy)或其他適用技術來生長吸收區域。

在本揭露中，如果沒有具體提及，第一讀出電路、第二讀出電路、第一公共讀出電路或第二公共讀出電路可以是由重置閘極(reset gate)、源極跟隨器(source-follower)和選擇閘極(selection gate)、組成的三電晶體配置或包括四個或更多個電晶體的電路或用於處理電荷的任何合適的電路。在一些實施例中，第一讀出電路和第二讀出電路可以製造在基底上。在一些其他實施例中，第一讀出電路和第二讀出電路可以製造在另一基底上，並且通過裸晶/晶片鍵合或堆疊與吸收區域整合/共同封裝。在一些實施例中，光檢測設備包括讀出電路和吸收區域之間的結合層(未示出)。結合層可以包括任何合適的材料，例如氧化物或半導體或金屬或合金。

在本揭露中，如果沒有具體提及，第一讀出電路包括第一電容器。第一電容器被配置為儲存由第一摻雜區域之一收集的光載流子。在一些實施例中，第一電容器電耦合到第一讀出電路的重置閘極。在一些實施例中，第一電容器位於第一讀出電路的源極跟隨器和第一讀出電路的重置閘極之間。在一些實施例中，第二讀出電路包括第二電容器。在一些實施例中，第二電容器被配置成儲存由另一個第一摻雜區域中收集的光載流子。在一些實施例中，第二電容器電耦合到第二讀出電路的重置閘極。在一些實施例中，第二電容器位於第二讀出電路的源極跟隨器和第二讀出電路的重置閘極之間。第一電容器和第二電容器的例子包括但不限於浮動擴散電容器(floating-diffusion capacitors)、金屬氧化物金屬電容器、金屬絕緣體金屬電容器和金屬氧化物半導體電容器。

在本揭露中，如果沒有具體提及，在同一像素中，由一個開關的第一摻雜區域收集的載流子的類型和由另一個開關的第一摻雜區域收集的載流子的類型是相同的。例如，當光檢測設備被配置為收集電子時，當第一開關接通並且第二開關斷開時，第一開關中的第一摻雜區域收集從吸收區域產生的光載流子的電子，並且當第二開關接通並且第一開關斷開時，第二開關中的第一摻雜區域也收集從吸收區域產生的光載流子的電子。

在一些實施例中，本揭露中的第一介電層、第二介電層包括但不限於二氧化矽。在一些實施例中，第一介電層、第二介電層、第三介電層、第四介電層和第五介電層包括高k材料，包括但不限於氮化矽(Si₃ N₄ )、氮氧化矽(SiON)、氮化矽(SiNx)、氧化矽(SiOx)、氧化鍺(GeOx)、氧化鋁(Al₂ O₃ )、氧化釔(Y₂ O₃ )、二氧化鈦(TiO₂ )、二氧化鉿(HfO₂ )或二氧化鋯(ZrO₂ )。在一些實施例中，本揭露中的第一介電層、第二介電層、第三介電層、第四介電層和第五介電層包括半導體材料，但不限於非晶矽、多晶矽、晶體矽或其組合。

在本揭露中，如果沒有具體提及，第一導電接觸、第二導電接觸、第三導電接觸包括金屬或合金。例如，第一導電接觸、第二導電接觸、第三導電接觸包括鋁、銅、鎢、鈦、鉭-氮化鉭-銅堆疊層(Ta-TaN-Cu stack)或鈦-氮化鈦-鎢堆疊層(Ti-TiN-W stack)。

雖然已經通過示例並根據較佳實施例描述了本揭露，但是應當理解，本揭露不限於此。相反，其旨在描述各種修改和類似的佈置和過程，因此所附權利要求的範圍應當符合最廣泛的解釋，以便包含所有這些修改和類似的佈置和過程。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100a:光檢測設備 100b:光檢測設備 100c:光檢測設備 100d:光檢測設備 100e:光檢測設備 100f:光檢測設備 101a:摻雜區域 101b:摻雜區域 102:光吸收材料 102s:表面 103a:區域(摻雜區域) 103b:摻雜區域 104:半導體基底 105a:未摻雜區域 105b:未摻雜區域 106a:控制金屬線 106b:控制金屬線 108a:讀出金屬線 108b:讀出金屬線 110a:電容器 110b:電容器 200a:光檢測設備 200b:光檢測設備 200c:光檢測設備 200d:光檢測設備 200e:光檢測設備 200f:光檢測設備 200g:光檢測設備 200h:光檢測設備 201a:N型區域 201b:N型區域 202s:表面 203a:P型區域 203b:P型區域 204v:矽通孔 206a:控制金屬線 206b:控制金屬線 207a:N型區域 207b:N型區域 208a:讀出金屬線 208b:讀出金屬線 300a:光檢測設備 300b:光檢測設備 301a:N型區域 301b:N型區域 302:光吸收材料 302s:表面 302ss:表面 303a:P型區域 303b:P型區域 304:半導體基底 306a:控制金屬線 306b:控制金屬線 308a:讀出金屬線 308b:讀出金屬線 309a:空乏區域 309b:空乏區域 312:介電層 314v:矽通孔 314u:矽通孔 400a:光檢測設備 400b:光檢測設備 400c:光檢測設備 400d:光檢測設備 401a:N型區域 401b:N型區域 402:光吸收材料 402s:表面 403a:P型區域 403b:P型區域 404:半導體基底 406a:控制金屬線 406b:控制金屬線 408a:讀出金屬線 408b:讀出金屬線 411a:N阱 411b:N阱 451a:P阱 451b:P阱 500a:光檢測設備 501a:N型區域 501b:N型區域 502:光吸收材料 502s:表面 503a:P型區域 503b:P型區域 504:半導體基底 506a:控制金屬線 506b:控制金屬線 508a:讀出金屬線 508b:讀出金屬線 513a:矽化物 513b:矽化物 514:鈍化層 515a:矽化物 515b:矽化物 600a:光檢測設備 600b:光檢測設備 600c:光檢測設備 601a:N型區域 601b:N型區域 602:光吸收材料 602s:表面 602ss:表面 603a:P型區域 603b:P型區域 604:半導體基底 604v:矽通孔 606a:控制金屬線 606b:控制金屬線 608a:讀出金屬線 608b:讀出金屬線 617:N型區域 619:P型區域 700a:光檢測設備 700b:光檢測設備 700c:光檢測設備 700d:光檢測設備 701a:N型區域 701b:N型區域 702:光吸收材料 702s:表面 703a:P型區域 703b:P型區域 704:半導體基底 706a:控制金屬線 706b:控制金屬線 708a:讀出金屬線 708b:讀出金屬線 716a:金屬 716b:金屬 716ad:空乏區域 716bd:空乏區域 716ae:極化介電層 716be:極化介電層 718a:金屬 718b:金屬 718ad:空乏區域 718bd:空乏區域 718ae:極化介電層 718be:極化介電層 721:金屬 721d:空乏區域 721e:極化介電層 723a:金屬 723b:金屬 725a:極化介電層 725b:極化介電層 800a:光檢測設備 800b:光檢測設備 801a:N型區域 801b:N型區域 802:光吸收材料 802s:表面 803a:P型區域 803b:P型區域 804:半導體基底 806a:控制金屬線 806b:控制金屬線 808a:讀出金屬線 808b:讀出金屬線 829:離子處理區域 831a:離子處理區域 831b:離子處理區域 833a:離子處理區域 833b:離子處理區域 900a:光檢測設備 900b:光檢測設備 900c:光檢測設備 900d:光檢測設備 900e:光檢測設備 901a:N型區域 901b:N型區域 902:光吸收材料 902s:表面 903a:P型區域 903b:P型區域 904:半導體基底 906a:控制金屬線 906b:控制金屬線 908a:讀出金屬線 908b:讀出金屬線 924:隔離區域 924a:隔離區域 924b:溝槽隔離區域 1000a:光檢測設備 1000b:光檢測設備 1000c:光檢測設備 1000d:光檢測設備 1001a:N型區域 1001b:N型區域 1002:光吸收材料 1002s:表面 1002ss:表面 1003a:P型區域 1003b:P型區域 1004:半導體基底 1005a:未摻雜區域 1005b:未摻雜區域 1006a:控制金屬線 1006b:控制金屬線 1008a:讀出金屬線 1008b:讀出金屬線 1010a:電容器 1010b:電容器 1011a:N阱 1011b:N阱 1013a:矽化物 1013b:矽化物 1014:鈍化層 1015a:矽化物 1015b:矽化物 1019:P型區域 1021:金屬 1024:隔離區域 1100a:光檢測設備 1100b:光檢測設備 1100c:光檢測設備 1100d:光檢測設備 1100e:光檢測設備 1101a:N型區域 1101b:N型區域 1102:光吸收材料 1103a:P型區域 1103b:P型區域 1106a:控制金屬線 1106b:控制金屬線 1108a:讀出金屬線 1108b:讀出金屬線 1200a:光檢測設備(像素陣列) 1200b:光檢測設備 12021:像素 12022:像素 12023:像素 12024:像素 1300a:光檢測設備 1302:像素陣列 1302a:第一像素陣列 1302b:第二像素陣列 1304:雷射二極體驅動器 1306:雷射二極體 1308:定時器驅動器 13081:定時器驅動器 13082:定時器驅動器 13083:定時器驅動器 1310:目標物體 1401:步驟 1402:步驟 1403:步驟 1404:步驟 1501:基底 1502:光吸收材料 1505:電極(N+端子) 1506:電極(P+端子) 1507:吸收區域 1508:光學開口 1511:光學信號 1512:光學信號 1515:電極(N+端子) 1516:P+端子 1518:吸收區域 1516:電極 1525:N+端 1526:P+端子 1527:絕緣摻雜阱 1535:N+端子 1536:P+端子 1545:絕緣區域 1600:像素 1600’:像素 1600a:子像素 1600b:子像素 1600c:子像素 1600d:子像素 1610:吸收區域 1611a:第一摻雜區域 1611b:第一摻雜區域 1612a:第二摻雜區域 1612b:第二摻雜區域 1613:檢測區域 1613a:反向摻雜區域 1613b:反向摻雜區域 1614:第三摻雜區域 1615:第四摻雜區域 1616a:第一邊 1616b:第一邊 1617a:第二邊 1617b:第二邊 1620:基底 1621:上表面 1622:底面 1631a:第一導電接觸 1631b:第一導電接觸 1632a:第二導電接觸 1632b:第二導電接觸 1633a:第一介電層 1633b:第二介電層 1640:阻擋層 1650:隔離區域 1660:遮光層 1661:開口 1671a:第一讀出電路 1671b:第二讀出電路 1672a:第一控制信號 1672b:第二控制信號 1673a:第一公共讀出電路 1673b:第二公共讀出電路 1674:公共控制信號 1674a:第一公共控制信號 1674b:第二公共控制信號 1700:像素 1710:吸收區域 1711a:第一摻雜區域 1711b:第一摻雜區域 1712a:第二摻雜區域 1712b:第二摻雜區域 1713:檢測區域 1725:隔離區域 1733:介電層 1735:隔離區域 1731a:第一導電接觸 1731b:第一導電接觸 1732a:第二導電接觸 1732b:第二導電接觸 1740:阻擋層 1760:短路結構 1765:第一阱區域 1766:第二阱區域 1767:導電接觸 1768:導電接觸 1771a:第一讀出電路 1711b:第二讀出電路 1772a:第一控制信號 1772b:第二控制信號 1790:開關 1791:控制區域 1792:讀出區域 AR:吸收區域 AR1:吸收區域 AR2:吸收區域 AR3:吸收區域 AR4:吸收區域 CLK1:定時器信號 CLK2:定時器信號 CLK3:定時器信號 C1:端點 C2:端點 C3:端點 C4:端點 ca1:偏壓 ca2:偏壓 ca3:偏壓 cs1:控制信號 cs2:控制信號 D1:水平方向 d1:深度 d2:深度 IL:光學信號 M1:端點 M2:端點 M3:端點 M4:端點 TL:透射光 v1:電壓 vb1:偏壓 vb2:偏壓 vb3:偏壓 WD:光學開口 w1:寬度 w2:寬度

當結合附圖時，通過參考以下詳細描述，本申請的前述方面和許多伴隨的優點將變得更容易理解，其中: 圖1A-1F示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。 圖2A-2H示出了根據一些實施例的具有基體空乏(body depletion)模式的光檢測設備的截面圖。 圖3A-3B示出了根據一些實施例的具有閘極控制體空乏(gated body depletion)模式的光檢測設備的截面圖。 圖4A-4D示出了根據一些實施例的具有較低漏電流和較低暗電流的光電檢測設備的截面圖。 圖5示出了根據一些實施例的具有鈍化層的光檢測設備的截面圖。 圖6A-6C示出了根據一些實施例的具有提升的電荷轉移速度的光檢測設備的截面圖。 圖7A-7B示出了根據一些實施例的具有表面空乏(surface depletion)模式的光檢測設備的截面圖。 圖7C-7D示出了根據一些實施例的具有表面空乏模式的光檢測設備的平面圖。 圖8A示出了根據一些實施例的具有表面離子注入的光檢測設備的截面圖。 圖8B示出了根據一些實施例的具有表面離子注入的光檢測設備的平面圖。 圖9A示出了根據一些實施例的具有像素間隔離的光檢測設備的截面圖。 圖9B示出了根據一些實施例的具有像素間隔離的光檢測設備的平面圖。 圖9C-9E示出了根據一些實施例的具有像素間隔離的光檢測設備的截面圖。 圖10A-10D示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。 圖11A-11E示出了根據一些實施例的晶片尺寸小型化的光檢測設備的平面圖。 圖12A-12B示出了根據一些實施例的光檢測設備的陣列配置的平面圖。 圖13A-13E示出了根據一些實施例的使用具有相位變化的調變方案的光檢測設備的框圖和時序圖。 圖14示出了根據一些實施例的使用光檢測設備的過程，該光檢測設備使用具有相位變化的調變方案。 圖15A示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。 圖15B示出了根據一些實施例的光檢測設備的平面圖。 圖15C示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。 圖15D-15E示出了根據一些實施例的光檢測設備的平面圖。 圖16A示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。 圖16B示出了根據一些實施例的光檢測設備的上視圖。 圖16C示出了根據一些實施例的光檢測設備的上視圖。 圖16D示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。 圖16E示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。 圖16F示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。 圖16G示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。 圖16H示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。 圖16I示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。 圖16J示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。 圖16K示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。 圖16L示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。 圖16M示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。 圖16N示出了根據一些實施例的光檢測設備的截面圖。 圖16O示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。 圖16P示出了根據一些實施例的光檢測設備的上視圖。 圖16Q示出了圖16P所示的光檢測設備中的一個子像素的截面圖。 圖17A示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。 圖17B示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。 圖17C示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。 圖17D示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。 圖17E示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。 圖17F示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。 圖17G示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。 圖17H示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。 圖17I示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。 圖17J示出了根據一些實施例的光檢測設備的剖視圖。 圖17K示出了根據一些實施例的光檢測設備的上視圖。 圖17L示出了根據一些實施例的光檢測設備的上視圖。 圖17M示出了根據一些實施例的光檢測設備的上視圖。 圖17N示出了根據本揭露的三個不同實施例中的控制區域的截面結構示意圖。 圖18是成像系統的示例實施例的框圖。 圖19示出了示例接收器單元或控制器的框圖。

1600:像素

1600a:子像素

1600b:子像素

1610:吸收區域

1611a:第一摻雜區域

1611b:第一摻雜區域

1613:檢測區域

1620:基底

1631a:第一導電接觸

1631b:第一導電接觸

1632a:第二導電接觸

1632b:第二導電接觸

1660:遮光層

1661:開口

1671a:第一讀出電路

1671b:第二讀出電路

1672a:第一控制信號

1672b:第二控制信號

Claims (20)

1. 一種光檢測設備，包括: 一像素，所述像素包括: N個子像素，其中每個子像素包括一檢測區域和兩個第一導電接觸，其中各所述檢測區域位於所述兩個第一導電接觸之間； 其中，N為正整數且≥2。
2. 根據申請專利範圍第1項所述的光檢測設備，其中各所述子像素還包括兩個第二導電接觸，其中所述檢測區域位在所述兩個第二導電接觸之間。
3. 根據申請專利範圍第2項所述的光檢測設備，還包括一隔離區域，其中所述像素中的所述N個子像素的所述檢測區域被所述隔離區域所包圍。
4. 根據申請專利範圍第3項所述的光檢測設備，其中從所述光檢測設備的一截面圖來看，所述兩個相鄰子像素各自包含的所述第一導電接觸之間的一最小寬度，小於所述隔離區域的一寬度。
5. 根據申請專利範圍第3項所述的光檢測設備，其中各所述子像素還包括位於對應的所述第一導電接觸下的兩個第一摻雜區域。
6. 根據申請專利範圍第5項所述的光檢測設備，其中每個子像素還包括位於對應的兩個所述第二導電接觸下的兩個第二摻雜區域，並且各所述第一摻雜區域具有第一導電型態，各所述第二摻雜區域具有第二導電型態，且所述第一導電型態不同於所述第二導電型態。
7. 根據申請專利範圍第1項所述的光檢測設備，其中所述像素還包括一吸收區域，其中所述N個子像素的所述檢測區域位於同一個吸收區域中。
8. 根據申請專利範圍第7項所述的光檢測設備，其中從所述光檢測設備的一截面圖來看，兩個相鄰的所述子像素各自包含的所述第一導電接觸之間的一最小寬度，小於所述吸收區域的一寬度。
9. 根據申請專利範圍第6項所述的光檢測設備，其中所述像素還包括一吸收區域，其中所述N個子像素的所述第一摻雜區域和所述第二摻雜區域位在同一個吸收區域中。
10. 根據申請專利範圍第9項所述的光檢測設備，其中所述像素還包括圍繞所述吸收區域的一阻擋層，其中所述阻擋層的一導電型態不同於每個所述第一摻雜區域所包含的一第一導電型態。
11. 根據申請專利範圍第3項所述的光檢測設備，其中所述隔離區域在所述吸收區域之外，並且與所述吸收區域實體分離。
12. 根據申請專利範圍第5項所述的光檢測設備，其中所述像素還包括在所述N個子像素中的所述兩個相鄰的子像素之間的一第三摻雜區域，並且所述第三摻雜區域與所述兩個相鄰的子像素的所述第一摻雜區域分開，其中所述第三摻雜區域具有不同於所述第一導電型態的一導電型態。
13. 根據申請專利範圍第6項所述的光檢測設備，其中所述子像素之一還包括與所述子像素的所述第一摻雜區域之一的一部分重疊的一反向摻雜區域，其中所述反向摻雜區域具有不同於所述第一導電型態的一導電型態。
14. 根據申請專利範圍第2項所述的光檢測設備，其中所述像素包括2N個讀出電路和2N個控制信號，所述讀出電路中的其中兩個分別電耦合到所述子像素之一的所述第一導電接觸，並且所述控制信號電路中的兩個分別電耦合到所述子像素之一的所述第二導電接觸。
15. 根據申請專利範圍第1項所述的光檢測設備，其中所述像素包括一公共讀出電路，其中所述公共讀出電路電耦合到其中一個所述子像素的所述第一導電接觸之一，以及電耦合到另一個所述子像素的所述第一導電接觸之一。
16. 根據申請專利範圍第2項所述的光檢測設備，其中所述像素包括一公共控制信號，其中所述的公共控制信號電耦合到其中一個子像素的所述第二導電接觸之一，以及電耦合到另一個所述子像素的所述第二導電接觸之一。
17. 根據申請專利範圍第1項所述的光檢測設備，其中所述光檢測設備還包括位在各所述子像素上的多個光學元件。
18. 一種光檢測設備，包括: 一第一像素，以及與所述第一像素相鄰的一第二像素，其中所述第一像素和所述第二像素中的每一個包括: N個檢測區域； 2N個第一導電接觸，每個都耦合到其中一個所述檢測區域； 2N個第二導電接觸，每個都耦合到其中一個所述檢測區域； 其中N為正整數，且≥2；以及 一隔離區域，位於所述第一像素和所述第二像素之間。
19. 一種成像系統，包括: 能夠發光的一發射器單元；和 包括一圖像感測器的一接收器單元，包括: 一種光檢測設備，包括: 多個像素，其中每個像素包括: N個子像素，其中每個子像素包括一檢測區域和兩個第一導電接觸，其中所述檢測區域位於所述兩個第一導電接觸之間，並且所述檢測區域被配置為吸收具有一特定波長的光子，並且從吸收的所述光子產生一光載流子； 其中，N為正整數且≥2。
20. 根據申請專利範圍第19所述的成像系統，還包括一處理單元，所述處理單元能夠處理由所述接收器單元所生成的光載流子。

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