TWI788246B - 光偵測裝置 - Google Patents

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Abstract

一種光偵測裝置，包含半導體基底；第一鍺基光吸收材料，其被半導體基底支撐，並配置成吸收具有大於800nm的第一波長的第一光信號；第一金屬線、第二金屬線、第三金屬線及第四金屬線分別電性耦接到第一鍺基光吸收材料的第一區域、第二區域、第三區域及第四區域；第一區域摻雜第一型摻雜物；第二區域摻雜第二型摻雜物；第三區域未摻雜或被摻雜有第一型摻雜物；第四區域摻雜第二型摻雜物；第一鍺基光吸收材料內部產生有第一類型光生載子，其能夠被第一金屬線控制並由第二區域所收集，且第一類型光生載子也能夠被第三金屬線控制並由第四區域所收集。

Description

光偵測裝置
本發明是關於一種光偵測裝置及其光偵測方法，特別是有關於一種以鍺做為吸光材料的光偵測裝置及其光偵測方法。
光偵測裝置可用於偵測一光信號並將光信號轉換成一電子信號，使該電子信號可由另一電路做進一步的處理。 光偵測裝置可被應用於消費性電子產品，影像感測器，數據通信，飛行時間（TOF）測距，飛行時間（TOF）影像感測，醫療設備和許多其他合適的應用。 然而，當一光偵測裝置，無論以單個或配置為一陣列，使用於這些應用中時，漏電流，暗電流，電或光的串音 (Cross-talk) 以及功耗皆有可能降低其整體的性能。
依據本發明之一實施例，提供一種光偵測裝置。該光偵測裝置包含一半導體基底；一第一鍺基 (Germanium-based) 光吸收材料，該第一鍺基光吸收材料被該半導體基底支撐，並配置為吸收具有一第一波長（大於800nm）的一第一光信號；一第一金屬線，電連接到該第一鍺基光吸收材料的一第一區域；以及一第二金屬線，電連接到該第一鍺基光吸收材料的一第二區域；其中，該第一區域為未摻雜或被摻雜一第一型摻雜物；該第二區域被摻雜一第二型摻雜物；以及該第一金屬線用以控制一第一型光生載子之數量，以被該第二區域所收集。
依據本發明之一實施例，提供一種光偵測方法。該光偵測方法包含發送一光信號，該光信號被一第一調變信號調變，其中該第一調變信號於多個時間訊框(Time frame)中具有一個或多個預定相位; 通過一光偵測裝置接收一反射的光信號; 通過一個或多個解調信號解調該反射光信號，其中一個或多個解調信號於多個時間訊框中具有一個或多個預定相位; 以及在電容上輸出至少一個電壓信號。
在本文公開的實施例的其他優點和益處中，提供了一種能夠有效地吸收至少，但不侷限於近紅外（NIR）光或短波紅外（SWIR）光的光偵測裝置。在一些實施例中，光偵測裝置提供高解調對比度，低漏電流，低暗電流，低功耗，低電/光串音和/或用於芯片尺寸小型化的架構。在一些實施例中，光偵測裝置能夠處理具有多個波長的入射光信號，包含不同的調變機制及/或分時(Time division)功能。此外，光偵測裝置可以被使用於飛行時間（ToF）的應用上，相較於可見波長（例如，NIR和SWIR範圍），其可在更長的波長下操作。元件/材料實施者可以設計/製造具有100％鍺或是具有一預定百分比（例如，大於80％Ge）鍺的合金（例如，GeSi）做為光吸收的吸收材料，上述100％鍺或是合金可為本質(Intrinsic)或是雜質(Extrinsic)。
參考隨附圖式，本發明之以上及額外目的、特徵及優點將透過下文中所述之該(該等)實施方式之以下闡釋性及非限制性詳細描述予以更好地理解；在隨附圖式中，相同參考數字係用於同一元件或類似元件。
圖1A繪示依據一實施例的光偵測裝置剖視圖。光偵測裝置100a包含由半導體基底104支撐的鍺基光吸收材料102。在一種實施方式中，半導體基底104可由矽(Silicon)、矽-鍺(Silicon-germanium)、鍺(Germanim)或III-V族化合物所製成。鍺基光吸收材料102是指本質的鍺（100％鍺）或包含鍺元素的合金（例如矽 - 鍺合金），其鍺濃度的範圍為1％至99％。在一些實施方案中，可使用覆蓋式磊晶(Blanket epitaxy)，選擇性磊晶(Selective epitaxy)或其他適用技術來生長鍺基光吸收材料102。依據一實施例，鍺基光吸收材料102嵌入在圖1A中的半導體基底104中，在另一實施例，鍺基光吸收材料102可以部分地嵌入或可以設立在半導體基底104之上。
光偵測裝置100a包含控制金屬線106a和讀出金屬線108a。 控制金屬線106a和讀出金屬線108a電性耦接到鍺基光吸收材料102的表面102s。在此實施例中，控制金屬線106a電性耦接到表面102s的未摻雜區105a，其中未摻雜區105a不具有摻雜物。讀出金屬線108a電性耦接到表面102s的摻雜區101a，其中摻雜區101a具有摻雜物。
需注意者，鍺基的光吸收材料102可為本質的(Intrinsic)或雜質的(Extrinsic)（例如，輕微的P型或輕微的N型）。 由於鍺材料的缺陷特性，即使在製作過程中沒有導入摻雜，鍺基光吸收材料102仍可能有輕微的P型特性。 因此，未摻雜區105a也可能是輕微P型。依據要收集的光生載子（即電洞或電子）的類型，摻雜區101a有可能摻雜有P型摻雜物或N型摻雜物。 在一些實施方案中，摻雜區101a可透過熱擴散(Thermal-diffusion)，離子注入(Ion-implantation)或任何其他摻雜製程進行摻雜。
控制金屬線106a由控制信號cs1所控制，用於控制被吸收的光子所產生的電子或電洞的移動方向。假設摻雜區101a為N型並且控制信號cs1為邏輯1，從控制金屬線106a到鍺基光吸收材料102方向的電場將被產生，因此，電子將朝控制金屬線106a移動且由摻雜區101a所收集。相反的，如果摻雜區101a是P型，則為電洞被摻雜區101a所收集。假設控制信號cs1為邏輯0且摻雜區101a是N型，則產生相反方向的電場。電子不會往控制金屬線106a的方向移動，且不會被摻雜區101a所收集。相反的，如果摻雜區101a是P型，則電洞不會收集。
透過使用圖1A所示的結構，由一目標物體（圖1A中未繪示）反射並通過光學窗口WD進入的光信號IL可以被鍺基光吸收材料102吸收，並且根據控制信號cs1的操作，產生電子-電洞對，以決定電子或電洞（取決於摻雜區101a是N型和P型）是否朝向電容110a移動並存儲在電容110a中。吸收區域AR是接收通過光學窗口WD進入的光信號IL的一虛擬區域。由於光偵測裝置100a與目標物體（圖1A中未繪示）之間存在一距離，光信號IL與發射器（圖1A中未繪示）所發射出的發射光之間具有一相位延遲。通過調變信號調變的一發射光且經由一解調信號（該解調信號通過控制金屬線106a）以解調出電子-電洞對時，存儲在電容110a中的電子或電洞將根據該距離而變化。因此，光偵測裝置100a可以依據電容110a上的電壓v1獲得距離資訊。
圖1A的實施例為一單抽頭(One-tap)結構，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。 本申請所公開的實施例亦可使用兩條或更多條的控制金屬線或讀出金屬線，以及各種不同的實施方式，以獲得距離資訊，這些實施例將在下文中詳細描述。
圖1B繪示依據一實施例的光偵測裝置剖視圖。與圖1A的實施例相比，圖1B中的光偵測裝置100b使用兩條控制金屬線106a，106b以控制被鍺基光吸收材料102所吸收的光子，其產生的電子或電洞的移動。這種結構稱為雙抽頭(Two-tap)結構。光偵測裝置100b包含控制金屬線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電性耦接到鍺基光吸收材料102的表面102s。在本實施例中，控制金屬線106a，106b分別電性耦接到表面102s上的未摻雜區105a，105b，其中未摻雜區105a，105b是沒有摻雜物的區域。讀出金屬線108a，108b分別電性耦接到表面102s上的摻雜區101a，101b，其中摻雜區101a，101b是含有摻雜物的區域。摻雜區101a，101b可以摻雜P型摻雜物或N型摻雜物。
控制金屬線106a，106b分別由控制信號cs1，cs2所控制，其用於控制被吸收的光子所產生的電子或電洞的移動方向。 在一些實施方案中，控制信號cs1和cs2是差動信號。 在一些實施方案中，控制信號cs1和cs2中其中之一者可以是一固定的電壓信號（例如，0.5v）且另一控制信號是時變的電壓信號（例如，在0V和1V之間操作的弦波信號，時脈信號或脈衝信號）。
假設摻雜區101a，101b為N型，且控制信號cs1，cs2為彼此具有180度相位差的時脈信號。當控制信號cs1為邏輯1且控制信號cs2為邏輯0時，光偵測裝置100b產生從控制金屬線106a到鍺基光吸收材料102的一電場，電子將朝向控制金屬線106a方向移動接著被摻雜區101a收集。類似的，當控制信號cs1處於邏輯0並且控制信號cs2處於邏輯1時，光偵測裝置100b產生從控制金屬線106b到鍺基光吸收材料102的一電場，電子將朝控制金屬線106b方向移動，然後由摻雜區101b收集。 相反的，如果摻雜區101a和101b為P型，則摻雜區101a和101b改為收集電洞。
依據本實施例的雙抽頭結構，從一目標物體（圖1B中未繪示）反射的光信號IL可被鍺基光吸收材料102吸收，並且產生電子-電洞對，使得該電子或電洞（取決於摻雜區101a是N型和P型）可依據控制信號cs1和控制信號cs2的操作往電容110a或電容110b移動，並存儲在電容110a或電容110b中。由於光偵測裝置100b與目標物體（圖1B中未繪示）之間存在一距離，光信號IL與發射器（圖1B中未繪示）所發射的發射光之間具有一相位延遲。當一發射光經由一調變信號調變 以及一解調信號通過控制金屬線106a和金屬線106b，解調出電子-電洞對時，儲存在電容110a和電容110b中的電子或電洞將根據該距離而變化。因此，光偵測裝置100b可根據電容110a上的電壓v1和電容110b上的電壓v2獲得該距離資訊。根據一實施例，光偵測裝置100b可以基於電壓v1和電壓v2作為輸入的變數以計算出距離資訊。例如，在一脈衝飛行時間(Pulse time-of-flight)的應用中，可以將相關於電壓v1和電壓v2的一電壓比例作為輸入變數。在另一實施例中，在連續波飛行時間(Continues-wave time-of-flight)的應用中，可以將相關於電壓v1和電壓v2的一同相(In-phase)和正交(Quadrature)電壓作為輸入變數。
圖1A中的控制金屬線106a，以及圖1B中的控制金屬線106a，106b電性耦接到鍺基光吸收材料102的未摻雜區。在其他實施例中，部份結構及控制金屬線106a，106b可電性耦接到摻雜區。
圖1C繪示依據一實施例的光偵測裝置剖視圖。類似於圖1A，光偵測裝置100c包含控制金屬線106a和讀出金屬線108a。控制金屬線106a和讀出金屬線108a皆電性耦接到鍺基光吸收材料102的表面102s。在本實施例中，控制金屬線106a電性耦接到表面102s上的摻雜區103a，其中摻雜區103a是具有摻雜物的區域。讀出金屬線108電性耦接到表面102s上的摻雜區101a，其中摻雜區101a也是具有摻雜物的區域。在本實施例中，摻雜區101a和摻雜區103a摻雜有不同類型的摻雜物。例如，當摻雜區101a摻雜有N型摻雜物時，則摻雜區103a則摻雜有P型摻雜物，反之亦然。
光偵測裝置100c的操作原理類似於圖1A的實施例。控制金屬線106a，根據控制信號cs1，控制被吸收的光子所產生的電子或電洞的移動方向，以使電子或電洞被摻雜區101a收集。光偵測裝置100c可藉由控制該控制信號cs1並讀取電容110a上的電壓v1，以獲得光偵測裝置100c和目標物體（圖1C中未繪示）之間的距離資訊。
圖1D繪示依據一實施例的光偵測裝置剖視圖。光偵測裝置100b包含控制金屬線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電性耦接到鍺基光吸收材料102的表面102s。在本實施例中，控制金屬線106a，106b分別電性耦接到表面102s上的摻雜區103a，103b，其中摻雜區103a，103b是具有摻雜物的區域。讀出金屬線108a，108b分別電性耦接到表面102s上的摻雜區101a，101b，其中摻雜區101a，101b也是具有摻雜物的區域。摻雜區101a，101b，103a，103b可以摻雜P型摻雜物或N型摻雜物。在本實施例中，摻雜區101a，101b摻雜有相同類型的摻雜物，摻雜區103a，103b摻雜有相同類型的摻雜物。然而，摻雜區101a，101b的摻雜類型不同於摻雜區103a，103b的摻雜類型。例如，當摻雜區101a，101b被摻雜為N型，則摻雜區103a，103b將被摻雜為P型，反之亦然。
光偵測裝置100d的操作原理類似於圖1B的實施例。控制金屬線106a，106b，根據控制信號cs1，cs2，用以控制被吸收的光子所產生的電子或電洞的移動方向，以使電子或電洞存儲在電容110a或電容110b中。光偵測裝置100d可藉由控制該控制信號cs1，cs2並讀取電容110a，110b上的電壓v1，v2，以獲得光偵測裝置100d和目標物體（圖2中未繪示）之間的距離資訊。
圖1E繪示依據一實施例的光偵測裝置剖視圖。光偵測裝置100e的操作原理類似於圖1D，其中光偵測裝置100e能夠藉由產生控制信號cs1，cs2和讀取電容110a，110b上的電壓v1，v2以獲得光偵測裝置100e與目標物體（圖1E中未繪示）之間的距離資訊。與圖1D的不同之處在於光偵測裝置100e的讀出金屬線108a，108b和摻雜區101a，101b設置在與表面102s相對的表面102ss處。由於控制金屬線106a，106b和讀出金屬線108a，108b沿垂直方向排列，因此相應地減小光偵測裝置100e的水平面積。
圖1F繪示依據一實施例的光偵測裝置剖視圖。與圖1E相比，圖1F中的實施例也將摻雜區101a，101b設置在與表面102s相對的表面102ss處，但讀出金屬線108a，108b朝向表面102s延伸，並非往半導體基底104方向延伸，而這樣的安排可以簡化製造過程。
在一些實施方式中，如圖1A至圖1F所示的實施例以及下文中的實施例，控制金屬線106a，106b和表面102s可以形成一具有肖特基位障(Schotty barrier)的金屬-半導體接面(Metal-Semicondcutor junction，MS junction)、或是藉由一氧化物(Oxide)或一高K介電(high-K)材料作為絕緣體設置於金屬-半導體接面的中間以形成一金屬-絕緣體-半導體電容(Metal-Insulator-Semicondcutor capacitor， MIS capacitor)。
圖1A至圖1F所示的實施例以及下文的實施例，鍺基光吸收材料102，從其剖視圖觀之，可被製作成矩形。然而，在一些其他的實施方案中，鍺基光吸收材料102，從其剖視圖觀之，可被製作成倒梯形或其他圖案。
本申請所公開的光偵測裝置可被使用在飛行時間（ToF）的應用上，相較於可見光波長的範圍，其可以操作在比可見波長更長的範圍（例如，NIR或SWIR範圍）。波長可以超過800nm，例如：850nm，940nm，1050nm，1064nm，1310nm，1350nm或1550nm。另一方面，元件/材料實施者可以設計/製造具有一100％鍺或具有一預定百分比（例如，大於80％Ge）的合金（例如，GeSi），可為本質的或摻雜的態樣，以作為光吸收材料來吸收上述波長的光。
雖然在實施例中所繪示的光偵測裝置係從後側吸收光信號IL，但是在一些實施方式中，光偵測裝置可以被設計由前側吸收光信號IL，例如，藉由在兩條控制金屬線106a，106b之間製作一光學窗口WD。
圖1A至圖1F中所繪示的實施例為單一個光偵測器，其可被視為一個單元且應用於像素陣列的每個像素中。以下的說明是基於圖1A至圖1F中公開的單抽頭或雙抽頭結構的選擇性實施例。在以下說明中，係選擇圖1A至圖1F中的一個或兩個實施例作為代表實施例。本領域技術人員可以改變，修改或組合本申請公開的結構，例如：使用單抽頭結構替代雙抽頭結構。
圖2A繪示了具有基體空乏模式(Body depletion mode)的光偵測裝置剖視圖的一實施例。光偵測裝置200a包含控制金屬線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電性耦接到鍺基光吸收材料202的表面202s。控制金屬線206a，206b分別電性耦接到表面202s上的P型區域203a，203b。讀出金屬線208a，208b分別電性耦接到表面202s上的N型區域201a，201b。在一些實施例中，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深，且鍺基光吸收材料202為一輕摻雜N型。使用一較深的P型區域203a，203b，可使得P型區域203a，203b和N型鍺基光吸收材料202之間產生一較大的空乏區。因此，當兩個不同的電壓施加到控制金屬線206a，206b時，促使電子往N型區域201a，201b移動，而提高了量子效率(Quantum efficiency)和解調對比度(Demodulation contrast)。另一方面，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的摻雜濃度及/或N型區域201a，201b的摻雜濃度也是調整空乏區面積的參數。
在一些實施例中，為了使N型鍺基光吸收材料202的主體完全空乏，可針對N型區域201a，201b，及／或P型區域203a，203b進行設計，亦即就深度、寬度或是摻雜濃度設計。再者，對鍺基光吸收材料202之厚度也需進行相應設計。
圖2B顯示依據一些實施例之具有基體空乏模式的光偵測裝置的剖視圖。此光偵測裝置200b可經設計具有較淺的P型區域203a，203b。換言之，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。使用較淺的P型區域203a，203b可降低P型區域203a及P型區域203b之間的漏電流。
圖2C顯示依據一些實施例之具有基體空乏模式的光偵測裝置的剖視圖。此光偵測裝置200c類似光偵測裝置200a，200b。光偵測裝置200b對半導體基底204施加一偏壓vb1。此偏壓vb1經過施加後可建立在N型鍺基光吸收材料202及P型區域203a，203b之間接面的反向偏壓。使得P型區域203a，203b之下的空乏區可以增大或是甚至完全空乏。由於在P型區域203a，203b之下建立較大的空乏區，當兩個不同的電壓施加到控制金屬線206a，206b時，促使電子往N型區域201a，201b移動，而提高了量子效率和解調對比度。
圖2D顯示依據一些實施例之具有基體空乏模式的光偵測裝置的剖視圖。類似於光偵測裝置200a，200b的結構，本實施例在鍺基光吸收材料202上施加一偏壓vb2，以控制在鍺基光吸收材料202內部的空乏區。更明確而言，此偏壓vb2是施加到P型區域203a，203b及N型鍺基光吸收材料202的反向偏壓，使得圍繞P型區域203a，203b的空乏區可以增大或是甚至完全空乏。
為了在N型鍺基光吸收材料202內部製造更大的空乏區，本發明揭露圖2E所示之實施例。光偵測裝置200e包含在表面202ss上的N型區域207a，207b。此表面202ss相對於表面202s。利用此N型區域207a，207b可產生PN接面，其中在P型區域203a及N型區域207a之間產生一空乏區，而在P型區域203b及N型區域207b之間產生一空乏區。當兩種不同電壓施加在控制金屬線206a，206b上時，在吸收區可產生電場。藉由控制此控制信號cs1，cs2，可控制此空乏區／電場，進而控制電子移動方向為移向N型區域201a或是N型區域201b。
圖2F顯示依據一些實施例之具有基體空乏模式的光偵測裝置的剖視圖。此光偵測裝置200f包含形成在P型區域203a，203b之下的較寬N型區域207。同樣的，此N型區域207可增進環繞P型區域203a，203b的空乏區產生，進而提高量子效率和解調對比度。須知此N型區域207的寬度可經設計變化，且圖2F所示之N型區域207寬度僅為參考。
圖2G及圖2H顯示可選擇的實施例，說明對於N型區域207的偏壓方式。圖2G利用矽穿孔(Through-silicon-via (TSV))204v以對N型區域207施加偏壓；圖2H利用由表面202s延伸的鍺穿孔(Through- germanium -via )202v以對N型區域207施加偏壓。
圖2A-2H顯示使用及圖2H顯示使用基體空乏模式的各種實施例，包含設計P型區域203a，203b的深度、在半導體基底204或是鍺基光吸收材料202上施加偏壓Vb1，vb2、在鍺基光吸收材料202內添加N型區域207、207a、207b等方式。上述方式在P型區域203a，203b之下或是周遭建立空乏區域以控制由吸收光子產生的電子移動方向，亦即移向N型區域201a或是N型區域201b。
圖3A-3B顯示依據一些實施例之具有閘控基體空乏模式的光偵測裝置的剖視圖，這些實施例係依據對於圖2A-2H更加變化的實施例，且在圖3A-3B揭露介電質閘控基體空乏模式（Dielectric-gated body depletion modes）。光偵測裝置300a包含控制金屬線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電性耦接到鍺基光吸收材料302之表面302s。控制金屬線306a，306b分別電性耦接到表面302s上的P型區域303a，303b。讀出金屬線308a，308b分別電性耦接到表面302s上的N型區域301a，301b。此鍺基光吸收材料302為輕摻雜N型。光偵測裝置300a更包含在表面302s上的一N型區域307、在鍺基光吸收材料302及半導體基底304之間的一介電質層312、及一矽穿孔314。依據一些實施例，此介電質層312係設置於一金屬（矽穿孔314）及半導體（鍺基光吸收材料302）之間，以形成類似MOS之結構。由於介電質層312形成於N型區域307及矽穿孔314之間，可降低或是防止流入N型區域307的電子經由矽穿孔314洩漏。
在一些選擇實施例中，介電質層312可以不必為跨過整個基底304的連續層，而可經由圖案化而形成在N型區域307下的不同區域。此介電質層312可為薄層或是具有預定厚度，可包含多種（多層）材料、合金或是化合物。例如二氧化矽、氮化矽，高K介電材料或其組合。
圖3B顯示依據一些實施例之具有閘控基體空乏模式的光偵測裝置的剖視圖。此實施例不具有在表面302ss上的N型區域307，但是經由基體偏壓Vb2，vb3以產生空乏區309a，309b。基體偏壓Vb2及基體偏壓vb3可以連同或是各自施加以控制空乏區309a，309b的尺寸。各自施加的基體偏壓Vb2及基體偏壓vb3可有相同或是不同電壓。
在圖3A或是圖3B中，這些實施例都在鍺基光吸收材料302及基底304之間插入一介電質層312，且依據控制信號csa1，cs2及基體偏壓Vb2，vb3以在P型區域303a，303b之下產生空乏區(圖3B之309a，309b)；藉此在鍺基光吸收材料302中控制電子移動方向。由於插入此介電質層312，可降低或是防止流入N型區域307（圖3A）的電子經由矽穿孔314洩漏；或是降低或是防止流入空乏區309a，309b (圖3B)的電子經由矽穿孔314洩漏。
圖4A顯示依據一些實施例之具有低漏電流及低暗電流的光偵測裝置的剖視圖。此光偵測裝置400a包含控制金屬線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電性耦接到鍺基光吸收材料402之表面402s。控制金屬線406a，406b分別電性耦接到表面402s上的P型區域403a，403b。讀出金屬線408a，408b分別電性耦接到表面402s上的N型區域401a，401b。圖4A顯示的光偵測裝置與前述實施例有類似的操作。圖4A的實施例更添加完全圍繞P型區域403a，403b的N井411a，411b。這樣的設置可達成降低P型區域403a，403b之間的漏電流的效果。在另一選擇實施例中，如圖4B所示，N井411a，411b可以部份圍繞P型區域403a，403b。同樣的，這樣的設置也可達成降低P型區域403a，403b之間的漏電流的效果。
除了圖4A，4B所示之實施例外，也可以添加P井。圖4C所示實施例添加完全圍繞N型區域401a，401b的P井451a，451b。這樣的設置可達成降低N型區域401a，401b的暗電流的效果。在另一選擇實施例中，如圖4D所示，P井451a，451b可以部份圍繞N型區域401a，401b。同樣的，這樣的設置也可達成降低N型區域401a，401b的暗電流的效果。
圖4A-4D之實施例分別應用N井及P井以分別降低漏電流及暗電流。依據設計需求，本領域技術人員可以變更或是修正N井411a，411b及/或P井451a，451b的圖案。例如，N井411a可以非對稱方式完全圍繞P型區域403a（例如，N井411a的左邊寬度係大於N井411a的右邊寬度）。同樣的，N井411b以非對稱方式完全圍繞P型區域403b（例如，N井411b右邊寬度係大於N井411b的左邊寬度）。P井451a，451b也可採用類似的修正。
圖5顯示依據一些實施例之具有鈍化層(Passivation layer)的光偵測裝置的剖視圖。此光偵測裝置500a包含控制金屬線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電性耦接到鍺基光吸收材料502之表面502s。控制金屬線506a，506b分別電性耦接到表面502s上的P型區域503a，503b。讀出金屬線508a，508b分別電性耦接到表面502s上的N型區域501a，501b。圖5顯示的光偵測裝置與前述實施例有類似的操作。圖5的實施例更添加在表面502s上之一鈍化層514(例如非晶矽(a-Si)，鍺氧化物、氧化鋁，二氧化矽)、在讀出金屬線508a及N型區域501a的連接之間添加一金屬矽化物（例如二矽化鎳、二矽化鈷）513a、在控制金屬線506a及P型區域503a的連接之間添加一金屬矽化物515a、在控制金屬線506b及P型區域503b的連接之間添加一金屬矽化物515b。
依據此實施例，在鍺基光吸收材料502上形成鈍化層514可終結表面502s上的懸鍵（Dangling bond）及降低暗電流。另一方面，加入金屬矽化物（例如二矽化鎳、二化矽鈷）可降低金屬及半導體之間的接觸電阻及接面電阻，這可以降低電壓降及降低相應的能耗。
圖6A顯示依據一些實施例之可增進電荷轉移速度的光偵測裝置的剖視圖。此光偵測裝置600a包含控制金屬線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電性耦接到鍺基光吸收材料602之表面602s。控制金屬線606a，606b分別電性耦接到表面602s上的P型區域603a，603b。讀出金屬線608a，608b分別電性耦接到表面602s上的N型區域601a，601b。圖6A顯示的實施例分別在表面602s上添加一N型區域617及在表面602ss上添加一 P型區域619。此 N型區域617及 P型區域619大體位在鍺基光吸收材料602中央，光信號IL可沿此位置通過。由於N型區域617及 P型區域619集體形成一PN接面，在N型區域617及 P型區域619之間有內建垂直電場，此電場有利於分開吸收光子產生的電子－電洞對；其中電子會移向N型區域617，而電洞會移向 P型區域619。N型區域617經過操作可收集電子，而P型區域619經過操作可收集電洞。根據控制信號cs1，cs2，儲存在N型區域617的電子可移到N型區域601a或是N型區域601b。依據光偵測裝置600a的操作，金屬線610可為浮接，或是由一偏壓電壓ca1偏壓。依據一實施方式，N型區域601a，601b之摻雜濃度大於N型區域617之摻雜濃度。
圖6B顯示依據一些實施例之可增進電荷轉移速度的光偵測裝置的剖視圖。此光偵測裝置600b類似於光偵測裝置600a。差異為此實施例中，P型區域619可經由一矽穿孔604v偏壓，其中由P型區域619收集的電洞可經由矽穿孔604v放電，此矽穿孔604v由一偏壓電壓ca2所偏壓。
圖6C顯示依據一些實施例之可增進電荷轉移速度的光偵測裝置的剖視圖。圖6C之光偵測裝置類似於光偵測裝置600b。差異為此實施例中，P型區域619可為U形或是井形以在鍺基光吸收材料602之下圍繞此鍺基光吸收材料602。再者，此P型區域619電性耦接至一偏壓電壓ca2。因此光生電洞可以被P型區域619收集且放電。
圖7A顯示依據一些實施例之具有表面空乏模式的光偵測裝置的剖視圖。此光偵測裝置700a包含控制金屬線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電性耦接到鍺基光吸收材料702之表面702s。控制金屬線706a，706b分別電性耦接到表面702s上的P型區域703a，703b。讀出金屬線708a，708b分別電性耦接到表面702s上的N型區域701a，701b。此實施例包含在表面702s上之一層間介電質層（Interlayer dielectric）ILD及在層間介電質層ILD上形成之金屬721，716a，716b，718a及718b。這些金屬721，716a，716b，718a及718b可經過偏壓而產生空乏區721d，716ad，716bd，718ad及718bd。施加到金屬721，716a，716b，718a及718b的偏壓可為不同或是相同電壓，或者金屬721，716a，716b，718a及718b中部份的金屬可以浮接。
空乏區721d可降低P型區域703a及P型區域703b之間的暗電流。空乏區716ad可降低P型區域703a及N型區域701a之間的暗電流。空乏區716bd可降低P型區域703b及N型區域701b之間的暗電流。空乏區718a可降低N型區域701a及另一像素（未顯示於圖7A）之間的暗電流。空乏區718b可降低N型區域701b及另一像素（未顯示於圖7A）之間的暗電流。因此藉由形成這些表面空乏區，可降低功耗及所產生的雜訊。
如上所述，這些金屬721，716a，716b，718a及718b可經由偏壓而產生這些空乏區721d，716ad，716bd，718ad及718bd。在其他的應用中，金屬721，716a，716b，718a及718b可經由偏壓而使這些區域721d，716ad，716bd，718ad及718bd為累積（Accumulation）區域或是反轉（Inversion）區域而非空乏區域。
除了降低漏電流外，這些金屬721，716a，716b，718a及718b還可以將光信號IL的殘存信號反射到鍺基光吸收材料702，以使其相應轉換為電子－電洞對。這些金屬721，716a，716b，718a及718b可作為反射鏡，以將未完全被鍺基光吸收材料702吸收及轉換的光線反射回鍺基光吸收材料702，並再度吸收。此可增加整體吸收效率及增加系統效能。
再者，圖7B顯示本發明之另一選擇實施例。相較於圖7A之實施例，在圖7B所示實施例中使用極化介電質（Polarized dielectrics）721e，716ae，716be，718ae及718be (例如： HfO2)。因為在極化介電質721e，716ae，716be，718ae及718be中具有電偶極，不需對於金屬721，716a，716b，718a及718b施加偏壓，或使僅對於金屬721，716a，716b，718a及718b施加小偏壓，即可產生空乏／累積／反轉區域721d，716ad，716bd，718ad及718bd。
圖7C顯示光偵測裝置700B的平面圖。此金屬721，716a，716b，718a及718b及極化介電質721e，716ae，716be，718ae及718be的形成方式可具有選擇性。基於不同的設計需求，元件實施者設計的光偵測裝置可具有或是不具有這些元件。此外，圖7C所示之金屬及極化介電質係在垂直方向添加；圖7D揭露一種可選擇的方式，金屬723a，723b及極化介電質725a，725b係在水平方向添加。
圖8A顯示依據一些實施例之具有表面離子注入（Surface ion implantation）的光偵測裝置的剖視圖。此光偵測裝置800a包含控制金屬線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電性耦接到鍺基光吸收材料802之表面802s。控制金屬線806a，806b分別電性耦接到表面802s上的P型區域803a，803b。讀出金屬線808a，808b分別電性耦接到表面802s上的N型區域801a，801b。為了提供高表面電阻以抑制表面漏電流，本發明使用中性離子注入以作為表面處理。如此圖所示，離子處理區829，831a，831b，833a及833b接受離子注入（例如矽、鍺、碳，氫），其中加速離子與物質相撞且在注入區破壞原子週期性或是晶格結構。晶格破壞（例如原子空位或是間隙）會斷開電子包絡函數所遇到的週期位能勢，因此電子／電洞會更可能散開。此效應為更低的遷移率及更高的電阻。
圖8B顯示具有表面離子注入的光偵測裝置800a的平面圖。如此圖所示，離子處理區829，831a，831b，833a及833b係在垂直方向形成於摻雜區801a，801b，803a及803b之間。依據一些實施方式，離子處理區829，831a，831b，833a及833b可在其他位置形成，因此本圖所示實施例僅為參考而非本案限制。
圖9A顯示依據一些實施例之具有像素間隔離(Pixel to pixel isolation)的光偵測裝置的剖視圖。此光偵測裝置900a包含控制金屬線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電性耦接到鍺基光吸收材料902之表面902s。控制金屬線906a，906b分別電性耦接到表面902s上的P型區域903a，903b。讀出金屬線908a，908b分別電性耦接到表面902s上的N型區域901a，901b。此實施例具有一隔離區域924，此隔離區域924為環形且圍繞鍺基光吸收材料902。依據一實施方式，此隔離區域924為N型區域。依據鍺基光吸收材料902的類型、半導體基底904的類型及其他因素，此隔離區域924也為P型區域。藉由此隔離區域924，光偵測裝置900a可降低至鄰近元件的串音信號及／或功率。
圖9B顯示依據一些實施例之具有像素間隔離的光偵測裝置900a的平面圖。如此圖所示，此隔離區域924為一完整環形。在其他實施方式，此隔離區域924可為斷開(Fragmented)或是不連續。
圖9C顯示依據一些實施例之具有像素間隔離的光偵測裝置的剖視圖。此光偵測裝置900C具有在隔離區域924內的額外窄淺隔離區域924a。隔離區域924及隔離區域924a具有不同的摻雜濃度。此架構可抑制由表面導通路徑來的串音。
圖9D顯示依據一些實施例之具有像素間隔離的光偵測裝置的剖視圖。此光偵測裝置900d具有額外之溝渠隔離區域924b，此溝渠隔離區域924b由隔離區域924a延伸到半導體基底904的底部。溝渠隔離區域924b可為氧化物溝渠，其可阻隔鍺基光吸收材料902及鄰近元件之間的電路徑。
圖9E顯示依據一些實施例之具有像素間隔離的光偵測裝置的剖視圖。此光偵測裝置900e具有額外之溝渠隔離區域924b，此溝渠隔離區域924b由半導體基底904的頂部延伸到半導體基底904的底部。溝渠隔離區域924b可為氧化物溝渠，其可阻隔鍺基光吸收材料902及鄰近元件之間的電路徑。
圖10A顯示依據一些實施例之光偵測裝置的剖視圖。此光偵測裝置1000a包含控制金屬線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電性耦接到鍺基光吸收材料1002之表面1002s。控制金屬線1006a，1006b分別電性耦接到表面1002s上的P型區域1003a，1003b。讀出金屬線1008a，1008b分別電性耦接到表面1002s上的N型區域1001a，1001b。同樣的，此光偵測裝置1000a可藉由光信號IL獲得一距離資訊。更明確而言，當光信號IL入射到吸收區AR，此光信號IL會被轉換成電子－電洞對且被P型區域1003a，1003b產生的電場分開。根據控制信號cs1，cs2，電子會移向 N型區域1001a或是N型區域1001b。依據一些實施方式，控制信號cs1及cs2為差動信號。在一些實施方案中，控制信號cs1和cs2中其中之一者可以是一固定的電壓信號（例如，0.5v）且另一控制信號是時變的電壓信號（例如，在0V和1V之間操作的弦波信號，時脈信號或脈衝信號）。由於光偵測裝置1000a與目標物體（圖10A中未繪示）之間存在一距離，光信號IL與發射器（圖10A中未繪示）所發射出的發射光之間具有一相位延遲。通過一調變信號調變的一發射光且經由另一調變信號（此另一調變信號通過控制金屬線1006a，1006b）以解調出電子-電洞對。存儲在電容1010a，1010b中的電子或電洞將根據該距離而變化。因此，光偵測裝置1000a可以依據電容1010a上的電壓v1及電容1010b上的電壓v2獲得距離資訊。根據一實施例，光偵測裝置100b可以基於電壓v1和電壓v2作為輸入的變數以計算出距離資訊。例如，在一脈衝飛行時間(Pulse time-of-flight)的應用中，可以將相關於電壓v1和電壓v2的一電壓比例作為輸入變數。在另一實施例中，在連續波飛行時間(Continues-wave time-of-flight)的應用中，可以將相關於電壓v1和電壓v2的一同相(In-phase)和正交(Quadrature)電壓作為輸入變數。
除了偵測距離外，光偵測裝置1000a包含N型區域1001a，1001b與P型區域1003a，1003b深度不同的設計；且增加了N井1011a，1011b，其可降低P型區域1003a，1003b之間的漏電流。第二，光偵測裝置1000a包含一井形P型區域1019，此井形P型區域1019包覆鍺基光吸收材料1002且施加偏壓電壓ca2後可收集電洞及釋放電洞。第三，光偵測裝置1000a包含一鈍化層1014及層間介電質層ILD，以處理表面1002s上的缺陷。第四，光偵測裝置1000a包含一金屬1021，此金屬1021可施加偏壓或是不施加偏壓，以在表面1002s上建立累積、反轉或是空乏。此金屬1021也可作為鏡面以將光信號IL的殘餘信號反射回鍺基光吸收材料1002以轉換成電子－電洞對。第五，此鍺基光吸收材料1002包含金屬矽化物1013a，1013b，1015a及1015b以降低電壓降。第六，光偵測裝置1000a可添加隔離區域1024，此隔離區域1024可由摻雜材料或是由絕緣氧化物形成。此隔離區域1024可電性耦合至一偏壓電壓ca3。在一些實施方式中，隔離區域1024及P型區域1019可由一金屬層而電性耦合，且此金屬層係浮接或是電性耦合到一電壓源。
圖10B顯示依據一些實施例之光偵測裝置的剖視圖。圖10B顯示之光偵測裝置1000b類似於光偵測裝置1000a，然而圖10B顯示之光偵測裝置1000b的控制金屬線1006a，1006b係電性耦合到未摻雜區域1005a，1005b。
再者，雖然上述實施例使用鍺基光吸收材料1002以吸收光信號IL，一種實施方式也可以不使用此鍺基光吸收材料1002。如圖10C所示，光偵測裝置1000c可用半導體基底1004作為光吸收材料。在一些實施方式中，半導體基底1004可由矽(Silicon)、矽-鍺(Silicon-germanium)、鍺(Germanim)或III-V族化合物所製成，再者，如圖10D所示，在半導體基底1004表面1002S上也可以加上P型區域1003a，1003b及N井1011a，1011b。
前述的光偵測裝置1000a，1000b，1000c及1000d說明圖1A-圖9E實施例的可能組合。須知元件實施者可以任意組合二或多個前述實施例以實現其他的光偵測裝置，且可實現多種組合。
在上述實施例中的摻雜區域的摻雜濃度可以適度設計。以圖10A實施例為例，N型區域1001a，1001b的摻雜濃度與P型區域1003a，1003b的摻雜濃度可為不同。依據一個實施方式，P型區域1003a，1003b為輕度摻雜，而N型區域1001a，1001b為重度摻雜。一般而言，輕度摻雜的摻雜濃度為10 16/ cm 3到低於 10 18/ cm 3；重度摻雜的摻雜濃度10 18/ cm 3到 10 20/ cm 3或是更高。藉由調整摻雜濃度，在控制金屬線1006a，1006b及P型區域1003a，1003b之間可以形成肖特基接觸；在讀出金屬線1008a，1008b及N型區域1001a，1001b之間可以形成歐姆接觸(Ohmic contact)。在此狀況下，在控制金屬線1006a，1006b及P型區域1003a，1003b之間的電阻會高於在讀出金屬線1008a，1008b及N型區域1001a，1001b之間的電阻。
另一方面，這些摻雜區域的摻雜類型也可以不同方式實現。以圖10A實施例為例，P型區域1003a，1003b若改採用N型摻雜，則區域1003a，1003b可為N型區域。同樣的，N型區域1001a，1001b若改採用P型摻雜，則區域1001a，1001b可為P型區域。因此，可採用摻雜區域 1001a，1001b，1003a及1003b都為相同摻雜形態之實施方式。
圖11A顯示依據一些實施例之光偵測裝置的平面圖。光偵測裝置1100a包含在鍺基光吸收材料1102的佈局位置，這些佈局位置對應控制金屬線1106a，1106b、讀出金屬線1108a，1108b、N型區域1101a，1101b及P型區域1003a，1003b的位置。在此實施例中，控制金屬線1106a，1106b係在x軸上，然而讀出金屬線1108a，1108b並不在x軸上。在此實施例中，此四個終端並非完全在同一軸上，藉此降低光偵測裝置1100a的面積。每一元件間之幾何關係顯示於圖11A。
圖11B顯示依據一些實施例之光偵測裝置的平面圖。相較於圖11A，在圖11B中，控制金屬線1106a，1106b並不在x軸上，而是沿著與x軸垂直的方向與讀出金屬線1108a，1108b 對齊。同樣的，每一元件間之幾何關係顯示於圖11B。
圖11C顯示依據一些實施例之光偵測裝置的平面圖。控制金屬線1106a，1106b形成於吸收區AR之上，且在光學窗口WD之對角線上彼此相對。讀出金屬線1108a，1108b係在x軸上形成。
圖11D顯示依據一些實施例之光偵測裝置的平面圖。圖11D之光偵測裝置類似於圖11C所示者，然而鍺基光吸收材料1102旋轉一角度，以使x軸為鍺基光吸收材料1102之對角線方向。這可以降低光偵測裝置之整體面積。
圖11E顯示依據一些實施例之光偵測裝置的平面圖。圖11E之實施例與先前實施例之差異為光學窗口WD為八角形。此光學窗口WD也可設計為其他形狀(例如，圓形或是六角形)。
圖11A-11D顯示一些實施例，其中控制金屬線1106a，1106b、讀出金屬線1108a，1108b、N型區域1101a，1101b及P型區域1003a，1003的佈局位置經過調整。實施者也可以設計對於不同元件的不同幾何關係以降低或是最小化晶片面積。這些可選擇實施例僅用以說明而非本發明的限制。
上述的光偵測裝置使用單一光偵測器作為實施例，此單一光偵測器係做單一像素應用。下面說明的光偵測裝置係做多像素應用（例如影像像素陣列或是影像感測器）。
依據一些實施方式，光偵測裝置可經設計而接收相同或是不同光信號，例如具有相同或是不同波長、有相同或是多重調變、或是在不同的時間訊框操作。
參考圖12A，此光偵測裝置1200a具有一像素陣列，例如包含四個像素12021，12022，12023及12024。每一像素可為依據本發明所述實施例的光偵測器。在一實施例中，陣列中的像素12021，12024接收具有光波長λ 1之光信號IL；且陣列中的像素12022，12023接收具有光波長λ 2之光信號IL。依據另外的實施例，本發明之光信號IL僅有單一波長λ，但是具有多個調變頻率f mod1及 f mod2（或是更多）。例如，對像素12021，12024施加調變頻率f mod1以在光信號IL中解調此頻率成份；對像素12022，12023施加調變頻率f mod2以在光信號IL中解調此頻率成份。在另一實施例中，相類似地，光信號IL僅有單一波長λ但是具有多個調變頻率f mod1及 f mod2（或是更多）。然而，在時間點t 1，陣列中的像素係以調變頻率f mod1驅動，以在光信號IL中解調此頻率成份；在時間點t 2，陣列中的像素係以調變頻率f mod2驅動，以在光信號IL中解調此頻率成份，因此光偵測裝置1200a係在分時多工模式(Time multiplexing mode)下操作。
在另一實施例中，光波長λ 1及λ 2分別在頻率 f mod1及 f mod2下調變且被像素陣列 1200a收集。在時間點t 1，陣列中的像素係在頻率f mod1操作，以解調波長為λ 1的光信號；在時間點t 2，陣列中的像素係在頻率f mod2操作，以解調波長為λ 2的光信號。在另一實施例中，具有光波長λ 1及λ 2的光信號IL係分別被頻率f mod1及頻率f mod2調變，其中像素12021，12024由頻率f mod1驅動；而像素12022，12023由頻率f mod2驅動，以同時對於入射的調變光信號進行解調。本領域技術人員可知光波長、調變機制、及分時多工方式可以其他方式組合，仍可實現本發明。
參考圖12B，此光偵測裝置1200a具有四個像素12021，12022，12023及12024。每一像素為依據本發明所述實施例的光偵測器。除了如圖12A所示之佈局外，圖12B所示之像素12021，12022，12023及12024係為錯開的佈局，每一像素的寬度及長度係與相鄰像素的寬度及長度方向垂直。
圖13顯示依據一些實施例之光偵測裝置1300a之方塊圖，此光偵測裝置1300a使用具有相位變化的調變機制。此光偵測裝置1300a為使用間接飛行時間的深度影像感測器，以偵測一目標物件1310之距離資訊。此光偵測裝置1300a包含一像素陣列1302、雷射二極體驅動器1304、雷射二極體1306及時脈驅動電路1308(包含時脈驅動器13081，13082)。像素陣列1302包含所述實施例之多數個光偵測器。一般而言，感測器晶片產生及發出時脈信號以1)由雷射二極體驅動器1304對被發射的光信號進行調變；及2)由像素陣列1302對接收／吸收光信號進行解調。為了得到深度資訊，在整個像素陣列的所有光偵測器係參考相同的時脈進行解調，此相同時脈在一時間順序上以四個正交相位變化，例如，0°, 90°, 180° 及 270°，而在發射器端沒有相位變化。然而，在此實施例中，此四正交相位變化係在發射器端實施，而在接收器端沒有相位變化，此於下面說明中解釋。
參考圖13B，其顯示由時脈驅動器13081，13082分別產生的時脈信號CLK1及CLK2的時序圖。時脈信號CLK1為具有四正交相位變化（例如0°, 90°, 180° 及 270°）之調變信號，而時脈信號CLK2為不具相位變化之解調信號。更明確而言，時脈信號CLK1驅動雷射二極體驅動器1304，使雷射二極體1306產生調變發射光信號TL。時脈信號CLK2及其反向信號CLK2’ (未顯示於圖13B)係分別用作控制信號cs1及控制信號cs2（如前述實施例所述），以進行解調。換言之，在此實施例，控制信號cs1及控制信號cs2係為差動信號。此實施例可避免在影像感測器因為寄生電阻－電容引發記憶效應可能導致的時間同調（Temporal coherence）問題。
參考圖13C及13D，相較於圖13A，此光偵測裝置1300c在接收端使用兩個解調機制。像素陣列1302包含兩個部份，第一像素陣列1302a及第二像素陣列1302b。第一解調機制應用於第一像素陣列1302a，而第二解調機制應用於第二像素陣列1302b，且第一解調機制與第二解調機制在時間順序上不同。例如，第一解調機制應用於第一像素陣列1302a且具有如下時間順序的相位變化：0°，90°，180°及270°；第二解調機制應用於第二像素陣列1302b且具有如下時間順序的相位變化：90°，180°，270°及0°。淨效應為第一像素陣列1302a的相位變化與第二像素陣列1302b的相位變化為正交（Quadrature），而在發射器端無相位變化。此種操作可以降低由電源器吸取出的最大瞬間電流（如果解調波形不是理想方波）。
參考圖13E，其顯示使用光偵測裝置1300c之調變機制。與圖13D所示相較，此實施例係在發射器端採取相位變化，而在接收端的兩個不同的像素陣列1302a，1302b不採取相位變化；但是在兩個不同的像素陣列1302a，1302b設定不同的固定相位，且這兩個不同的固定相位彼此正交。例如，在發射器端的調變信號為時脈信號CLK1，具有如下時間順序的相位變化： 0°，90°，180°及270°。時脈信號CLK2用以解調被像素陣列1302a吸收的入射光信號IL且具有固定相位為0°。時脈信號CLK3用以解調被像素陣列1302b吸收的入射光信號IL且具有固定相位為90°。
在圖13A-13E所示實施例，雖然作為調變及解調信號的時脈信號具有50%之 工作週期 (Duty cycle)，在其他可的實施方式中，工作週期可以不同（例如具有30%之工作週期）。在一些實施方式中，可使用弦波作為調變及解調信號以取代方波。
圖14顯示依據一些實施例，使用具有相位改變調變機制的光偵測裝置操作方法。在其他的實施例中，可以執行所示流程的部份或是所有步驟。同樣的，本發明的實施例也包含不同及／或額外步驟，或是以不同順序執行這些步驟。
在圖14所示的實施例中，光偵測方法包含下列步驟。步驟1401:發射由一第一調變信號所調變之一光信號，其中此光信號係被在多重時間訊框中具有一或多個預定相位之第一調變信號所調變。步驟1402：由一光偵測器接收反射之光信號。步驟1403：一或多個解調信號解調此反射光信號，其中一或多個解調信號為在多重時間訊框中具有一或多個預定相位之一或多個信號。步驟1404：在一電容器上輸出至少一電壓信號。在此方法中，光偵測器可使用本發明所述實施例或是其變化實施方式。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100a,100b,100c,100d,100e,200a,200b,200c,200e,200f,300a,400a,500a,600a,600b,700a,700b,800a,900a,900c,900d,900e,1000a,1000b,1000c,1000d,1100a,1200a,1300a,1300c:光偵測裝置
102,202,302,402,502,602,702,802,902,1002,1102:鍺基光吸收材料
104,204,304,1004:半導體基底
101a,101b,103a,103b:摻雜區
102s,102ss,202s,202ss,302s,302ss,402s,502s,602s,602ss,702s,802s,902s,1002s:表面
105a,105b,1005a,1005b:未摻雜區
106a,106b,206a,206b,306a,306b,406a,406b,506a,506b,606a,606b,706a,706b,806a,806b,906a,906b,1006a,1006b,1106a，1106b:控制金屬線
108a,108b,208a,208b,308a,308b,408a,408b,508a,508b,608a,608b,708a,708b,808a,808b,908a,908b,1008a,1008b,1108a，1108b:讀出金屬線
110a,110b,1010a,1010b:電容
201a,201b,207,207a,207b,301a,301b,307,401a,401b,501a,501b,601a,601b,617,701a,701b,801a,801b,901a,901b,1001a,1001b,1101a，1101b:N型區域
203a,203b,303a,303b,403a,403b,503a,503b,603a,603b,619,703a,703b,803a,803b,903a,903b,1003a,1003b,1019,1103a,1103b:P型區域
202v:鍺穿孔
204v,314,604v:矽穿孔
309a,309b,721d,716ad,716bd,718ad,718bd:空乏區
312:介電質層
411a,411b,1011a,1011b:N井
451a,451b:P井
513a,515a,515b,1013a,1013b,1015a,1015b:金屬矽化物
514,1014:鈍化層
610:金屬線
716a,716b,718a,718b,721,723a,723b:金屬
721e,716ae,716be,718ae,718be,725a,725b:極化介電質
829,831a,831b,833a,833b:離子處理區
924,924a,1024:隔離區域
924b:溝渠隔離區域
12021,12022,12023,12024:像素
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:時脈驅動電路
13081,13082:時脈驅動器
1310:目標物件
1401,1402,1403,1404:步驟
AR:吸收區域
cs1,cs2:控制信號
ca1,ca2,ca3:偏壓電壓
d1,d2:深度
v1,v2:電壓
vb1,vb2,vb3:偏壓
w1,w2:寬度
WD:光學窗口
IL:光信號
ILD:層間介電質層
TL:調變發射光信號
CLK1,CLK2,CLK3:時脈信號
圖1A-1F 繪示本發明光偵測裝置之實施例的剖視圖。
圖2A-2H 繪示本發明具有基底空乏模式的光偵測裝置實施例的剖視圖。
圖3A-3B 繪示具有基底空乏模式的光偵測裝置實施例的剖視圖。
圖4A-4D 繪示具有基底空乏模式的光偵測裝置實施例的剖視圖。
圖5繪示依據一些實施例之具有鈍化層的光偵測裝置的剖視圖。
圖6A-6C 繪示依據一些實施例之可增進電荷轉移速度的光偵測裝置的剖視圖。
圖7A-7B 繪示依據一些實施例之具有表面空乏模式的光偵測裝置的剖視圖。
圖7C-7D 繪示依據一些實施例之具有表面空乏模式的光偵測裝置的平面圖。
圖8A繪示依據一些實施例之具有表面離子注入的光偵測裝置的剖視圖。
圖8B繪示依據一些實施例之具有表面離子注入的光偵測裝置的平面圖。
圖9A繪示依據一些實施例之具有像素間隔離的光偵測裝置的剖視圖。
圖9B繪示依據一些實施例之具有像素間隔離的光偵測裝置的平面圖。
圖9C-9E繪示依據一些實施例之具有像素間隔離的光偵測裝置的剖視圖。
圖10A-10D繪示依據一些實施例的光偵測裝置的剖視圖。
圖11A-11E繪示依據一些實施例之具有小型化晶片尺寸的光偵測裝置的平面圖。
圖12A-12B繪示依據一些實施例之光偵測裝置陣列架構的平面圖。
圖13A-13E繪示依據一些實施例之使用相位變化調變機制的光偵測裝置的方塊圖及時序圖。
圖14顯示依據一些實施例之使用具有相位改變調變機制的光偵測裝置操作方法
200a:光偵測裝置
201a,201b:N型區域
202:鍺基光吸收材料
202s:表面
203a,203b:P型區域
204:半導體基底
206a,206b:控制金屬線
208a,208b:讀出金屬線
AR:吸收區域
d1,d2:深度
v1,v2:電壓
w1,w2:寬度
cs1,cs2:控制信號

Claims (18)

  1. 一種光偵測裝置，包含：一半導體基底；一第一鍺基光吸收材料，該第一鍺基光吸收材料被該半導體基底支撐，並配置為吸收具有一第一波長的一第一光信號，該第一波長大於800nm；一第一金屬線，電性耦接到一第一區域，該第一區域與該第一鍺基光吸收材料電性耦接；以及一第二金屬線，電性耦接到一第二區域，該第二區域與該第一鍺基光吸收材料電性耦接；一第三金屬線，電性耦接至一第三區域，該第三區域與該第一鍺基光吸收材料電性耦接；以及一第四金屬線，電性耦接至一第四區域，該第四區域與該第一鍺基光吸收材料電性耦接；其中，該第一區域為被摻雜一第一型摻雜物；該第二區域被摻雜一第二型摻雜物；以及該第一金屬線用以控制該第一鍺基光吸收材料內部所產生的一第一型光生載子，以被該第二區域所收集；其中，該第三區域為未摻雜或被摻雜該第一型摻雜物；該第四區域被摻雜該第二型摻雜物；其中，該第三金屬線用以控制該第一鍺基光吸收材料內部所產生的該第一型光生載子，以被該第四區域所收集；以及該第一區域垂直延伸的一深度大於該第二區域垂直延伸的一深度。
  2. 如請求項1所述的光偵測裝置，包含一第五區域形成在該第一鍺基光吸收材料的一第二表面；該第二表面相對於該第一鍺基光吸收材料的一 第一表面；該第一區域、該第二區域、該第三區域和該第四區域形成在該第一表面上；以及該第五區域摻雜該第二型摻雜物，該第一區域的該深度以及該第二區域的該深度自該第一鍺基光吸收材料的該第一表面垂直延伸。
  3. 如請求項1所述的光偵測裝置，其中該第一鍺基光吸收材料摻雜該第二型摻雜物。
  4. 如請求項1所述的光偵測裝置，其中該第一型摻雜物的一摻雜濃度低於該第二型摻雜物的一摻雜濃度。
  5. 如請求項1所述的光偵測裝置，包含一U形摻雜區摻雜該第一型摻雜物，其中該U形摻雜區設置於該半導體基底中且鄰接於該第一鍺基光吸收材料。
  6. 如請求項1所述的光偵測裝置，包含一介電層設置於該第一鍺基光吸收材料與該半導體基底之間。
  7. 如請求項1所述的光偵測裝置，包含一摻雜該第二型摻雜物的井區域，該井區域部分地或完全地圍繞該第一區域。
  8. 如請求項1所述的光偵測裝置，包含一摻雜該第一型摻雜物的井區域，該井區域部分地或完全地圍繞該第二區域。
  9. 如請求項1所述的光偵測裝置，包含一鈍化層形成在該第一鍺基光吸收材料的一第一表面上。
  10. 如請求項9所述的光偵測裝置，包含一金屬板形成在該鈍化層上方且設置於能夠反射該第一光信號的一位置。
  11. 如請求項1所述的光偵測裝置，包含一隔離區域部分地或完全地圍繞該第一鍺基光吸收材料。
  12. 如請求項1所述的光偵測裝置，包含一第一金屬矽化物形成於該第一金屬線和該第一鍺基光吸收材料之間；以及一第二金屬矽化物形成於該第二金屬線和該第一鍺基光吸收材料之間。
  13. 如請求項1所述的光偵測裝置，包含：一第二鍺基光吸收材料，被該半導體基底支撐；其中，由俯視圖看，該第一鍺基光吸收材料形成具有一第一長度和一第一寬度的一第一長方形；由該俯視圖看，該第二鍺基光吸收材料形成具有一第二長度和一第二寬度的一第二長方形；以及該第一長度的一方向和該第二長度的一方向彼此垂直。
  14. 如請求項1所述的光偵測裝置，包含：一第二鍺基光吸收材料，被該半導體基底支撐；其中，該第二鍺基光吸收材料被配置以吸收具有一第二波長的一第二光信號；以及該第二波長與該第一波長不同。
  15. 如請求項1所述的光偵測裝置，包含：一第二鍺基光吸收材料，被該半導體基底支撐；其中，該第二鍺基光吸收材料被配置為吸收一第二光信號；該第一光信號被一第一調變信號調變；該第二光信號被一第二調變信號調變；以及該第一調變信號與該第二調變信號不同。
  16. 如請求項1所述的光偵測裝置，包含：一雷射，耦接至一雷射驅動器，用於傳輸一光信號；其中，該光信號被一第一調變信號所調變，該第一調變信號於多個時間訊框中具有多個預定相位；該第一光信號為該光信號從一物體所反射；以及 被該第一鍺基光吸收材料所吸收的該第一光信號被一第二調變信號解調，該第二調變信號於多個時間訊框中具有一第一單一的預定相位。
  17. 如請求項16所述的光偵測裝置，包含：一第二鍺基光吸收材料，被該半導體基底支撐；其中，被該第二鍺基光吸收材料吸收的該第一光信號由一第三調變信號解調，該第三調變信號具有一第二單一的預定相位；以及該第二單一的預定相位與該第一單一的預定相位在相位上成正交。
  18. 如請求項1所述的光偵測裝置，其中該第三區域被摻雜該第一型摻雜物，且該第三區域自該第一鍺基光吸收材料的一第一表面垂直延伸的一深度大於該第四區域自該第一鍺基光吸收材料的該第一表面所延伸的一深度。
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WO (1) WO2019165220A1 (zh)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10886309B2 (en) 2015-11-06 2021-01-05 Artilux, Inc. High-speed light sensing apparatus II
US10254389B2 (en) 2015-11-06 2019-04-09 Artilux Corporation High-speed light sensing apparatus
US10418407B2 (en) 2015-11-06 2019-09-17 Artilux, Inc. High-speed light sensing apparatus III
US11482553B2 (en) 2018-02-23 2022-10-25 Artilux, Inc. Photo-detecting apparatus with subpixels
US11105928B2 (en) 2018-02-23 2021-08-31 Artilux, Inc. Light-sensing apparatus and light-sensing method thereof
TWI780007B (zh) 2018-04-08 2022-10-01 美商光程研創股份有限公司 光偵測裝置及其系統
TWI795562B (zh) 2018-05-07 2023-03-11 美商光程研創股份有限公司 雪崩式之光電晶體
US10969877B2 (en) 2018-05-08 2021-04-06 Artilux, Inc. Display apparatus
US11574942B2 (en) 2018-12-12 2023-02-07 Artilux, Inc. Semiconductor device with low dark noise
US11798960B2 (en) * 2019-03-13 2023-10-24 Sony Semiconductor Solutions Corporation Processing circuit and method for time-of-flight image sensor
CN116504856A (zh) 2019-08-28 2023-07-28 光程研创股份有限公司 具有低暗电流的光侦测装置
US11476340B2 (en) * 2019-10-25 2022-10-18 Ohio State Innovation Foundation Dielectric heterojunction device
US11848389B2 (en) 2020-03-19 2023-12-19 Ohio State Innovation Foundation Low turn on and high breakdown voltage lateral diode
US11837613B2 (en) * 2020-05-29 2023-12-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited Germanium-containing photodetector and methods of forming the same
US11418739B2 (en) * 2020-06-16 2022-08-16 Artilux, Inc. Lock-in pixel with reduced noise current and sensors including the same
US20220037552A1 (en) * 2020-08-01 2022-02-03 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Semiconductor sensor and methods thereof

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120133922A1 (en) * 1999-07-26 2012-05-31 Attofemto, Inc. Holographic condition assessment system for a structure including a semiconductor material
US20160155883A1 (en) * 2014-02-21 2016-06-02 Sifotonics Technologies Co., Ltd. Ge/Si Avalanche Photodiode With Integrated Heater And Fabrication Method Thereof
US20170062508A1 (en) * 2015-08-27 2017-03-02 Artilux Corporation Wide spectrum optical sensor
US20170131389A1 (en) * 2015-11-06 2017-05-11 Artilux Corporation High-speed light sensing apparatus
US20170332024A1 (en) * 2016-05-13 2017-11-16 Infineon Technologies Ag Optical sensor device and method for manufacturing the optical sensor device
US20180012918A1 (en) * 2015-08-04 2018-01-11 Artilux Corporation Germanium-silicon light sensing apparatus

Family Cites Families (178)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE760007A (fr) 1969-12-10 1971-05-17 Western Electric Co Dispositif oscillateur a diode de read
US4341918A (en) 1980-12-24 1982-07-27 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration High voltage planar multijunction solar cell
US4607168A (en) 1982-07-09 1986-08-19 Hitachi, Ltd. Photosensor array devices
FR2536188B1 (fr) 1982-11-17 1987-10-23 Commissariat Energie Atomique Dispositif de lecture de document point par point utilisant une matrice d'elements photodetecteurs
US4782376A (en) 1983-09-21 1988-11-01 General Electric Company Photovoltaic device with increased open circuit voltage
JPS6218094A (ja) 1985-07-16 1987-01-27 富士ゼロックス株式会社 電極パタ−ンの配線方法
US4926231A (en) 1988-08-05 1990-05-15 Motorola Inc. Integrated pin photo-detector
JPH0548139A (ja) 1991-08-07 1993-02-26 Seiko Instr Inc 半導体イメージセンサ装置
US5453611A (en) 1993-01-01 1995-09-26 Canon Kabushiki Kaisha Solid-state image pickup device with a plurality of photoelectric conversion elements on a common semiconductor chip
US6064783A (en) 1994-05-25 2000-05-16 Congdon; Philip A. Integrated laser and coupled waveguide
US7028899B2 (en) 1999-06-07 2006-04-18 Metrologic Instruments, Inc. Method of speckle-noise pattern reduction and apparatus therefore based on reducing the temporal-coherence of the planar laser illumination beam before it illuminates the target object by applying temporal phase modulation techniques during the transmission of the plib towards the target
US5965875A (en) 1998-04-24 1999-10-12 Foveon, Inc. Color separation in an active pixel cell imaging array using a triple-well structure
JP2000133791A (ja) 1998-10-26 2000-05-12 Sony Corp 固体撮像装置
TW484235B (en) * 1999-02-25 2002-04-21 Canon Kk Light-receiving element and photoelectric conversion device
US6483130B1 (en) 1999-03-24 2002-11-19 Honeywell International Inc. Back-illuminated heterojunction photodiode
JP2000350123A (ja) 1999-06-04 2000-12-15 Fuji Photo Film Co Ltd 画像選択装置、カメラ、画像選択方法及び記録媒体
JP2002203983A (ja) 2000-10-27 2002-07-19 Oki Electric Ind Co Ltd 受光素子
US6384462B1 (en) 2000-12-06 2002-05-07 Nova Crystals, Inc. Planar hetero-interface photodetector
US6608338B2 (en) 2001-08-30 2003-08-19 Micron Technology, Inc. CMOS imager and method of formation
JP4235787B2 (ja) 2001-10-03 2009-03-11 ソニー株式会社 固体撮像素子の製造方法
JP2003225207A (ja) 2002-02-04 2003-08-12 Minolta Co Ltd 視線検出装置
US7557368B2 (en) 2002-03-01 2009-07-07 The Provost, Fellows And Scholars Of The College Of The Holy And Undivided Trinity Of Queen Elizabeth Near Dublin Semiconductor photodetector
JP3854887B2 (ja) 2002-04-05 2006-12-06 キヤノン株式会社 光電変換装置
JP4271917B2 (ja) 2002-09-12 2009-06-03 国立大学法人 奈良先端科学技術大学院大学 固体撮像素子、及び該素子を用いた撮像装置
WO2004027879A2 (en) 2002-09-19 2004-04-01 Quantum Semiconductor Llc Light-sensing device
US7012314B2 (en) 2002-12-18 2006-03-14 Agere Systems Inc. Semiconductor devices with reduced active region defects and unique contacting schemes
JP2004309701A (ja) 2003-04-04 2004-11-04 Olympus Corp 測距測光用センサ及びカメラ
CN100580940C (zh) 2003-09-18 2010-01-13 Ic-豪斯有限公司 光电传感器和用于三维距离测量的装置
JP2005123674A (ja) 2003-10-14 2005-05-12 Konica Minolta Holdings Inc 撮像装置及び撮像システム
US6958194B1 (en) 2003-10-21 2005-10-25 Foveon, Inc. Imager with improved sensitivity
US7067394B2 (en) 2004-02-25 2006-06-27 Intel Corporation Manufacturing of monolithically integrated pin structures
TWI246116B (en) 2004-04-14 2005-12-21 Witty Mate Corp Process for growing ZnSe Epitaxy layer on Si substrate and semiconductor structure thereby
US8217381B2 (en) 2004-06-04 2012-07-10 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Controlled buckling structures in semiconductor interconnects and nanomembranes for stretchable electronics
US7157300B2 (en) 2004-11-19 2007-01-02 Sharp Laboratories Of America, Inc. Fabrication of thin film germanium infrared sensor by bonding to silicon wafer
US20110102553A1 (en) 2007-02-28 2011-05-05 Tessera Technologies Ireland Limited Enhanced real-time face models from stereo imaging
US7750958B1 (en) 2005-03-28 2010-07-06 Cypress Semiconductor Corporation Pixel structure
JPWO2006129428A1 (ja) 2005-05-31 2008-12-25 シャープ株式会社 フォトダイオード及び表示装置
US7233051B2 (en) 2005-06-28 2007-06-19 Intel Corporation Germanium/silicon avalanche photodetector with separate absorption and multiplication regions
JP4658732B2 (ja) 2005-08-09 2011-03-23 ローム株式会社 フォトダイオードおよびフォトトランジスタ
DE602005005685T2 (de) 2005-10-19 2009-07-09 Mesa Imaging Ag Einrichtung und Verfahren zur Demodulation von modulierten elektromagnetischen Wellenfeldern
US8120060B2 (en) 2005-11-01 2012-02-21 Massachusetts Institute Of Technology Monolithically integrated silicon and III-V electronics
ES2605367T3 (es) 2006-01-26 2017-03-14 Nokia Technologies Oy Dispositivo de seguimiento ocular
US7629661B2 (en) 2006-02-10 2009-12-08 Noble Peak Vision Corp. Semiconductor devices with photoresponsive components and metal silicide light blocking structures
US7470946B2 (en) 2006-03-17 2008-12-30 Sharp Laboratories Of America, Inc. Triple-junction filterless CMOS color imager cell
US7419844B2 (en) 2006-03-17 2008-09-02 Sharp Laboratories Of America, Inc. Real-time CMOS imager having stacked photodiodes fabricated on SOI wafer
US7826058B1 (en) 2006-05-19 2010-11-02 Bowling Green State University All optical and hybrid reflection switch at a semiconductor/glass interface due to laser beam intersection
KR100820639B1 (ko) 2006-07-25 2008-04-10 한국과학기술연구원 시선 기반 3차원 인터랙션 시스템 및 방법 그리고 3차원시선 추적 시스템 및 방법
KR100779091B1 (ko) 2006-07-28 2007-11-27 한국전자통신연구원 변조된 두께의 게이트절연막을 포함하는 광소자
EP2084672A1 (en) 2006-11-20 2009-08-05 THOMSON Licensing System and method for compositing 3d images
US20080121866A1 (en) 2006-11-27 2008-05-29 Ping Yuan Avalanche photodiode detector
US7675097B2 (en) * 2006-12-01 2010-03-09 International Business Machines Corporation Silicide strapping in imager transfer gate device
KR20080061434A (ko) 2006-12-28 2008-07-03 동부일렉트로닉스 주식회사 화합물 반도체 이미지 센서
JP5400280B2 (ja) 2007-06-07 2014-01-29 パナソニック株式会社 固体撮像装置
KR101355283B1 (ko) 2007-07-03 2014-01-27 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤 이면 입사형 측거 센서 및 측거 장치
JP5224319B2 (ja) 2007-07-23 2013-07-03 富士フイルム株式会社 立体撮像装置および立体撮像装置の制御方法並びにプログラム
JP5089289B2 (ja) 2007-08-22 2012-12-05 浜松ホトニクス株式会社 測距センサ及び測距装置
CN101459184B (zh) 2007-12-13 2011-03-23 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 在cmos上感测图像的系统和方法
US20090166684A1 (en) 2007-12-26 2009-07-02 3Dv Systems Ltd. Photogate cmos pixel for 3d cameras having reduced intra-pixel cross talk
US7888763B2 (en) 2008-02-08 2011-02-15 Omnivision Technologies, Inc. Backside illuminated imaging sensor with improved infrared sensitivity
US8183510B2 (en) 2008-02-12 2012-05-22 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor with buried self aligned focusing element
US7961301B2 (en) 2008-05-09 2011-06-14 Ball Aerospace & Technologies Corp. Flash LADAR system
US8253211B2 (en) 2008-09-24 2012-08-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor sensor structures with reduced dislocation defect densities
US7972885B1 (en) 2008-09-25 2011-07-05 Banpil Photonics, Inc. Broadband imaging device and manufacturing thereof
US7910954B2 (en) 2008-10-28 2011-03-22 Sony Ericsson Mobile Communications Ab Image sensor element and image sensor
JP5347520B2 (ja) 2009-01-20 2013-11-20 ソニー株式会社 固体撮像装置の製造方法
JP5366045B2 (ja) 2009-02-27 2013-12-11 株式会社ジャパンディスプレイ 画像入力装置および画像入出力装置並びに電子機器
US7875918B2 (en) * 2009-04-24 2011-01-25 Omnivision Technologies, Inc. Multilayer image sensor pixel structure for reducing crosstalk
JP5401203B2 (ja) 2009-08-07 2014-01-29 株式会社日立製作所 半導体受光装置及びその製造方法
JP2011066097A (ja) 2009-09-16 2011-03-31 Nec Corp 裏面入射型受光素子および裏面入射型受光素子の製造方法
GB2474631A (en) 2009-10-14 2011-04-27 Optrima Nv Photonic Mixer
US20120241769A1 (en) 2009-11-27 2012-09-27 Sharp Kabushiki Kaisha Photodiode and manufacturing method for same, substrate for display panel, and display device
KR101709941B1 (ko) 2009-12-02 2017-02-27 삼성전자주식회사 이미지 센서, 이를 포함하는 이미지 처리 장치, 및 이미지 센서 제조 방법
JP2011128024A (ja) 2009-12-17 2011-06-30 Sharp Corp ３次元撮像装置
CN102668081B (zh) 2009-12-26 2016-02-03 佳能株式会社 固态图像拾取装置和图像拾取系统
WO2011097306A1 (en) 2010-02-04 2011-08-11 Sony Corporation 2d to 3d image conversion based on image content
CN102667687B (zh) 2010-02-26 2015-01-21 夏普株式会社 带光传感器的显示装置
US20130278631A1 (en) 2010-02-28 2013-10-24 Osterhout Group, Inc. 3d positioning of augmented reality information
JP5889798B2 (ja) 2010-06-01 2016-03-22 博立▲碼▼杰通▲訊▼（深▲せん▼）有限公司Ｂｏｌｙ Ｍｅｄｉａ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（Ｓｈｅｎｚｈｅｎ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ． マルチスペクトル感光部材
EP2395369A1 (en) 2010-06-09 2011-12-14 Thomson Licensing Time-of-flight imager.
US20120146172A1 (en) * 2010-06-18 2012-06-14 Sionyx, Inc. High Speed Photosensitive Devices and Associated Methods
JP2012079979A (ja) 2010-10-04 2012-04-19 Sony Corp 固体撮像装置、および、その製造方法、電子機器
JP5745866B2 (ja) 2011-01-14 2015-07-08 東芝情報システム株式会社 固体撮像素子
EP3527121B1 (en) 2011-02-09 2023-08-23 Apple Inc. Gesture detection in a 3d mapping environment
KR102025522B1 (ko) 2011-03-10 2019-11-26 사이오닉스, 엘엘씨 3차원 센서, 시스템, 및 관련 방법
JP5635937B2 (ja) 2011-03-31 2014-12-03 本田技研工業株式会社 固体撮像装置
US9236520B2 (en) 2011-06-10 2016-01-12 ActLight S.A. Proximity sensor systems and methods of operating same
US9012960B2 (en) * 2011-06-10 2015-04-21 Actlight, S.A. Photo detector and methods of manufacturing and operating same
US9070611B2 (en) 2011-07-29 2015-06-30 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensor with controllable vertically integrated photodetectors
US9897805B2 (en) 2013-06-07 2018-02-20 Sony Interactive Entertainment Inc. Image rendering responsive to user actions in head mounted display
JP2013070030A (ja) 2011-09-06 2013-04-18 Sony Corp 撮像素子、電子機器、並びに、情報処理装置
US8816461B2 (en) 2011-09-13 2014-08-26 The Boeing Company Dichromatic photodiodes
US20130075607A1 (en) 2011-09-22 2013-03-28 Manoj Bikumandla Image sensors having stacked photodetector arrays
WO2013062687A1 (en) 2011-10-28 2013-05-02 Intevac, Inc. Backside-thinned image sensor using a12o3 surface passivation
KR20130052986A (ko) 2011-11-14 2013-05-23 삼성전자주식회사 3차원 이미지 센서의 단위 화소 및 이를 포함하는 3차원 이미지 센서
JP2013110551A (ja) 2011-11-21 2013-06-06 Sony Corp 情報処理装置、撮像装置、情報処理方法およびプログラム
US8824779B1 (en) 2011-12-20 2014-09-02 Christopher Charles Smyth Apparatus and method for determining eye gaze from stereo-optic views
US9135508B2 (en) 2011-12-20 2015-09-15 Microsoft Technology Licensing, Llc. Enhanced user eye gaze estimation
CN104081528B (zh) 2012-01-10 2017-03-01 软动力学传感器公司 多光谱传感器
JP2013201210A (ja) 2012-03-23 2013-10-03 Toshiba Corp 固体撮像装置
US9377863B2 (en) 2012-03-26 2016-06-28 Apple Inc. Gaze-enhanced virtual touchscreen
WO2013149966A1 (en) 2012-04-02 2013-10-10 Thomson Licensing Method for calibration free gaze tracking using low cost camera
US9214424B2 (en) 2012-04-20 2015-12-15 Infineon Technologies Austria Ag Method for producing a conductor line
JP2014011304A (ja) 2012-06-29 2014-01-20 Toshiba Corp 固体撮像装置
ES2898981T3 (es) 2012-08-09 2022-03-09 Tobii Ab Activación rápida en un sistema de seguimiento de la mirada
JP2014041867A (ja) 2012-08-21 2014-03-06 Toshiba Corp 固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法
US8872294B2 (en) 2012-08-21 2014-10-28 Micron Technology, Inc. Method and apparatus for reducing signal loss in a photo detector
WO2014057618A1 (ja) 2012-10-09 2014-04-17 パナソニック株式会社 ３次元表示装置、３次元画像処理装置および３次元表示方法
US9659991B2 (en) 2012-10-22 2017-05-23 Canon Kabushiki Kaisha Image capturing apparatus, manufacturing method thereof, and camera
KR101352436B1 (ko) 2012-10-31 2014-01-20 주식회사 동부하이텍 이미지 센서
EP2736084B1 (en) * 2012-11-22 2018-09-19 IMEC vzw Avalanche photodetector element with increased electric field strength
US20140152558A1 (en) 2012-11-30 2014-06-05 Tom Salter Direct hologram manipulation using imu
CN103000650B (zh) 2012-12-10 2015-07-29 复旦大学 近红外-可见光可调图像传感器及其制造方法
US8748940B1 (en) 2012-12-17 2014-06-10 Intel Corporation Semiconductor devices with germanium-rich active layers and doped transition layers
CN104995751B (zh) 2012-12-27 2017-07-14 首尔伟傲世有限公司 光检测设备、包括该光检测设备的光检测封装、以及包括该光检测封装的便携设备
EP2951811A4 (en) 2013-01-03 2016-08-17 Meta Co DIGITAL EYES FOR EXTRAMISSIVE SPATIAL IMAGING, PROCESSES AND SYSTEMS FOR VIRTUAL OR ENLARGED VISIBILITY, MANIPULATION, PRODUCTION OR INTERACTION WITH OBJECTS, MATERIALS, OR OTHER UNITS
US9251590B2 (en) 2013-01-24 2016-02-02 Microsoft Technology Licensing, Llc Camera pose estimation for 3D reconstruction
US20160000155A1 (en) * 2013-03-05 2016-01-07 Alterg, Inc. Unweighting garments
KR102007277B1 (ko) 2013-03-11 2019-08-05 삼성전자주식회사 3차원 이미지 센서의 거리 픽셀 및 이를 포함하는 3차원 이미지 센서
US10269855B2 (en) 2013-03-15 2019-04-23 ActLight SA Photo detector systems and methods of operating same
JP2014187554A (ja) 2013-03-22 2014-10-02 Fujitsu Ltd 撮像装置、情報処理装置、携帯端末装置及び表示装置
US9335547B2 (en) 2013-03-25 2016-05-10 Seiko Epson Corporation Head-mounted display device and method of controlling head-mounted display device
US8860083B1 (en) 2013-05-13 2014-10-14 Sensors Unlimited, Inc. Low noise hybridized detector using charge transfer
US9748429B1 (en) 2013-06-11 2017-08-29 National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc Avalanche diode having reduced dark current and method for its manufacture
US10230934B2 (en) 2013-06-14 2019-03-12 Microsoft Tehcnology Licensing, Llc Depth map correction using lookup tables
US9239626B1 (en) 2013-07-02 2016-01-19 Google Inc. Input system
KR102146145B1 (ko) 2013-07-05 2020-08-20 액트라이트 에스 에이 근접 센서 시스템 및 그 동작 방법
KR20150006605A (ko) 2013-07-09 2015-01-19 삼성디스플레이 주식회사 유기 발광 표시 장치 및 유기 발광 표시 장치의 제조 방법
US9582075B2 (en) 2013-07-19 2017-02-28 Nvidia Corporation Gaze-tracking eye illumination from display
JP2015033103A (ja) 2013-08-07 2015-02-16 ソニー株式会社 画像処理装置、画像処理方法、およびプログラム
US9153717B2 (en) 2013-08-09 2015-10-06 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Backside illuminated photo-sensitive device with gradated buffer layer
WO2015024871A1 (en) 2013-08-19 2015-02-26 Basf Se Optical detector
US9635351B2 (en) 2013-11-20 2017-04-25 Infineon Technologies Ag Integrated reference pixel
US9542749B2 (en) 2014-01-06 2017-01-10 Microsoft Technology Licensing, Llc Fast general multipath correction in time-of-flight imaging
EP3792662A1 (en) 2014-01-13 2021-03-17 Sony Depthsensing Solutions SA/NV Time-of-flight system for use with an illumination system
JP6268303B2 (ja) 2014-02-04 2018-01-24 フラウンホーファー−ゲゼルシャフト・ツール・フェルデルング・デル・アンゲヴァンテン・フォルシュング・アインゲトラーゲネル・フェライン ２ｄ画像分析装置
JP2015194838A (ja) 2014-03-31 2015-11-05 株式会社国際電気通信基礎技術研究所 視線方向推定装置および視線方向推定方法
JP6374690B2 (ja) 2014-04-01 2018-08-15 キヤノン株式会社 撮像装置及びその制御方法、プログラム、記憶媒体
CN104157658B (zh) 2014-04-09 2017-05-10 苏州东微半导体有限公司 一种半导体感光单元及其半导体感光单元阵列
US9836165B2 (en) 2014-05-16 2017-12-05 Apple Inc. Integrated silicon-OLED display and touch sensor panel
JP2016004877A (ja) * 2014-06-16 2016-01-12 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置および電子装置
US9806122B2 (en) 2014-07-25 2017-10-31 Omnivision Technologies, Inc. Visible and infrared image sensor
US20170237911A1 (en) 2014-11-06 2017-08-17 Siliconfile Technologies Inc. Image sensor having improved spectral characteristics
CN107210308B (zh) 2014-11-13 2018-06-29 光澄科技股份有限公司 光吸收设备
US9602750B2 (en) 2014-11-25 2017-03-21 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensor pixels having built-in variable gain feedback amplifier circuitry
US11206388B2 (en) 2014-12-01 2021-12-21 Sony Corporation Image processing apparatus and image processing method for aligning polarized images based on a depth map and acquiring a polarization characteristic using the aligned polarized images
GB201421512D0 (en) 2014-12-03 2015-01-14 Melexis Technologies Nv A semiconductor pixel unit for simultaneously sensing visible light and near-infrared light, and a semiconductor sensor comprising same
KR102328140B1 (ko) 2014-12-15 2021-11-18 에스케이하이닉스 주식회사 커브드 이미지 센서, 그 제조방법 및 이를 구비한 전자장치
US20160187976A1 (en) 2014-12-29 2016-06-30 Immersion Corporation Systems and methods for generating haptic effects based on eye tracking
US10032912B2 (en) 2014-12-31 2018-07-24 Stmicroelectronics, Inc. Semiconductor integrated structure having an epitaxial SiGe layer extending from silicon-containing regions formed between segments of oxide regions
US20160225812A1 (en) 2015-02-03 2016-08-04 Microsoft Technology Licensing, Llc Cmos depth image sensor with integrated shallow trench isolation structures
KR102272254B1 (ko) 2015-02-13 2021-07-06 삼성전자주식회사 위상 검출 픽셀을 이용하여 깊이 맵을 생성하기 위한 영상 생성 장치
US9721982B2 (en) 2015-03-27 2017-08-01 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) One transistor active pixel sensor with tunnel FET
WO2016170442A1 (en) 2015-04-22 2016-10-27 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Imaging device, method for driving imaging device, and electronic device
WO2016185079A1 (en) 2015-05-18 2016-11-24 Nokia Technologies Oy Filtering depth map image
CA2986155A1 (en) 2015-05-20 2016-11-24 Quantum-Si Incorporated Optical sources for fluorescent lifetime analysis
WO2016204786A1 (en) 2015-06-19 2016-12-22 Intel Corporation Resistance reduction in transistors having epitaxially grown source/drain regions
US9472588B1 (en) 2015-06-19 2016-10-18 International Business Machines Corporation Monolithic visible-infrared focal plane array on silicon
JP2018136123A (ja) 2015-06-24 2018-08-30 株式会社村田製作所 距離センサ及びユーザインタフェース装置
TWI694604B (zh) 2015-07-23 2020-05-21 光澄科技股份有限公司 光偵測器
JP6811523B2 (ja) 2015-07-30 2021-01-13 技術研究組合光電子融合基盤技術研究所 光デバイス
US10761599B2 (en) 2015-08-04 2020-09-01 Artilux, Inc. Eye gesture tracking
US10707260B2 (en) 2015-08-04 2020-07-07 Artilux, Inc. Circuit for operating a multi-gate VIS/IR photodiode
US10861888B2 (en) 2015-08-04 2020-12-08 Artilux, Inc. Silicon germanium imager with photodiode in trench
EP3128342A1 (en) 2015-08-07 2017-02-08 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric conversion device, ranging apparatus, and information processing system
US10503265B2 (en) 2015-09-08 2019-12-10 Microvision, Inc. Mixed-mode depth detection
WO2017079342A1 (en) 2015-11-02 2017-05-11 Focure, Inc. Continuous autofocusing eyewear
US10741598B2 (en) 2015-11-06 2020-08-11 Atrilux, Inc. High-speed light sensing apparatus II
US10418407B2 (en) 2015-11-06 2019-09-17 Artilux, Inc. High-speed light sensing apparatus III
US10739443B2 (en) 2015-11-06 2020-08-11 Artilux, Inc. High-speed light sensing apparatus II
US10886309B2 (en) 2015-11-06 2021-01-05 Artilux, Inc. High-speed light sensing apparatus II
US10165213B2 (en) 2015-11-16 2018-12-25 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Image sensor including pixel circuits
US9703374B1 (en) 2015-12-16 2017-07-11 Google, Inc. In-cell gaze tracking for near-eye display
US9924866B2 (en) 2016-01-11 2018-03-27 Heptagon Micro Optics Pte. Ltd. Compact remote eye tracking system including depth sensing capacity
US10229502B2 (en) 2016-02-03 2019-03-12 Microsoft Technology Licensing, Llc Temporal time-of-flight
US10154244B2 (en) 2016-02-18 2018-12-11 Vefxi Corporation 3D system including a marker mode
CA3029234A1 (en) 2016-06-30 2018-01-04 Thalmic Labs Inc. Image capture systems, devices, and methods that autofocus based on eye-tracking
US10497818B2 (en) * 2016-07-29 2019-12-03 Canon Kabushiki Kaisha Photodetection device and photodetection system
US10522578B2 (en) 2017-09-08 2019-12-31 Sony Semiconductor Solutions Corporation Pixel-level background light subtraction

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120133922A1 (en) * 1999-07-26 2012-05-31 Attofemto, Inc. Holographic condition assessment system for a structure including a semiconductor material
US20160155883A1 (en) * 2014-02-21 2016-06-02 Sifotonics Technologies Co., Ltd. Ge/Si Avalanche Photodiode With Integrated Heater And Fabrication Method Thereof
US20180012918A1 (en) * 2015-08-04 2018-01-11 Artilux Corporation Germanium-silicon light sensing apparatus
US20170062508A1 (en) * 2015-08-27 2017-03-02 Artilux Corporation Wide spectrum optical sensor
US20170131389A1 (en) * 2015-11-06 2017-05-11 Artilux Corporation High-speed light sensing apparatus
US20170332024A1 (en) * 2016-05-13 2017-11-16 Infineon Technologies Ag Optical sensor device and method for manufacturing the optical sensor device

Also Published As

Publication number Publication date
CN113540142A (zh) 2021-10-22
CN111868929B (zh) 2021-08-03
TW202230829A (zh) 2022-08-01
JP2021512503A (ja) 2021-05-13
TW201939760A (zh) 2019-10-01
CN111868929A (zh) 2020-10-30
TWI762768B (zh) 2022-05-01
US10777692B2 (en) 2020-09-15
US20190267498A1 (en) 2019-08-29
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