TWI837240B - 具備多重置機制的光電偵測裝置 - Google Patents

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Abstract

一種光電偵測裝置包含一光電轉換器、一疊接電晶體以及一重置電晶體。該光電轉換器具有一第一輸出端，該光電轉換器配置以將一入射光轉換為一電訊號。該疊接電晶體具有一控制端、一第一通道端以及一第二通道端，其中該疊接電晶體的該第二通道端耦接於該光電轉換器的該第一輸出端。該重置電晶體具有一控制端、一第一通道端以及一第二通道端，其中該重置電晶體的該第一通道端耦接於一電源電壓且該重置電晶體的該第二通道端耦接於該疊接電晶體的該第一通道端。

Description

具備多重置機制的光電偵測裝置
本發明關於一種光電偵測裝置，尤其關於一種具備多重置機制的光電偵測裝置
光電偵測裝置可用於偵測入射光並且將入射光轉換為電信號，使其可進一步被其他電路處理。光電偵測器可用於消費電子產品、圖像感測器、數據通信、飛時測距（time-of-flight，ToF），光學雷達（light detection and ranging，LiDAR）、醫療設備以及許多其他適當的應用中。然而，當光電偵測器以單個或陣列配置來應用於這些用途時，漏電流（leakage current）和暗電流（dark current）可能會降低性能，例如增加功耗並降低信噪比。
本發明的第一實施方式揭露了一種光電偵測裝置，包含一光電轉換器（optical-to-electric converter）、一疊接（cascode）電晶體、一重置電晶體。該光電轉換器具有一第一輸出端，該光電轉換器配置以將一入射光轉換為一電訊號。該疊接電晶體，具有一控制端、一第一通道端以及一第二通道端，其中該疊接電晶體的該第二通道端耦接於該光電轉換器的該第一輸出端。該重置電晶體具有一控制端、一第一通道端以及一第二通道端，其中該重置電晶體的該第一通道端耦接於一電源電壓且該重置電晶體的該第二通道端耦接於該疊接電晶體的該第一通道端。
根據本發明的另一實施方式，該光電轉換器包含形成於一半導體基板（substrate）之上的一吸光材質（light-absorption material），其中該吸光材質為不同於該半導體基板的一種材質。
根據本發明的另一實施方式，該光電轉換器另包含一光電二極體（photodiode）、一第一開關以及一第二開關。該光電二極體配置以將該入射光轉換為該電訊號；該第一開關配置以根據一第一開關訊號將該電訊號輸出至該第一輸出端；該第二開關配置以根據一第二開關訊號將該電訊號輸出至該光電轉換器的一第二輸出端。
根據本發明的另一實施方式，該光電轉換器包含：一光電二極體，配置以將該入射光轉換為該電訊號；以及一開關，配置以根據一開關訊號來於該第一輸出端輸出該電訊號。
根據本發明的另一實施方式，該光電轉換器的該第一輸出端實質上操作於一恆定電壓(constant voltage)。
根據本發明的另一實施方式，其中該重置電晶體的該控制端配置以接收一重置訊號，其中在一子訊框（subframe）的形成期間該重置訊號的重置次數等於或大於2。
根據本發明的另一實施方式，該光電偵測裝置配置以形成一最終3D訊框（frame），其中該最終3D訊框根據複數個子訊框來取得。
在本文公開的實施例的諸多優點和好處中，至少提供了一種能夠有效吸收至少一近場紅外光（near-infrared，NIR）或一種短波紅外光（short-wave infrared，SWIR）的光偵測裝置。在一些實施例中，光電偵測裝置可具有較小的芯片尺寸，較低的暗電流及/或較高的3D圖像深度信息的精度，以及較低的漏電流及/或較低的3D圖像感測器功率的消耗。
單分路配置的架構
根據一些實施例，第1A圖示出了具有單分路（one-tap）配置的一光電偵測裝置100A。光電偵測裝置100A包括光電轉換器170、疊接電晶體130A、重置（resetting）電晶體141A、源極隨耦器電晶體142A、列選擇（row-select）電晶體143A、電容器150A以及一位元線BL-A。
光電轉換器170配置以在一輸出端110A處將一入射光IL轉換成一電訊號IA1，其中電訊號IA1是一光電流（photo-current）。有多種實現光電轉換器170的方式，細節將於下文描述。疊接電晶體130A耦合於光電轉換器170與重置電晶體141A之間。具體地，疊接電晶體130A的一個通道端（例如源端）耦接於光電轉換器170的輸出端110A，且疊接電晶體130A的另一個通道端（例如漏極端）耦接於重置電晶體141A的一通道端（例如源極端）。在一些實施方式中，疊接電晶體130A、重置電晶體141A、源跟隨器電晶體142A以及列選擇電晶體143A可用NMOS電晶體或PMOS電晶體來實現。
在光電偵測裝置100A的操作期間，電容150A上的通道端120A通過重置電晶體141A被充電到一個重置電壓VDDR。例如，通過施加一個使重置電晶體141A工作在飽和區或三極管區的重置信號RST，電流將通過重置電晶體141A流到電容器150A上，並將電容器150A充電至重置電壓VDDR。值得注意的是，重置電壓VDDR可與電源電壓VDD相同或不同。
一旦充電完成，就可以開始對光電轉換器170所產生的電訊號IA1進行積分。控制疊接電晶體130A可受控以透過通過產生於疊接電晶體130A的柵極端上的控制電壓Vc1來起始和終止積分操作。例如，控制電壓Vc1可被設置以在次臨界區（sub-threshold region）或飽和區（saturation）中操作疊接電晶體130A，使得產生於端點110A的電壓VA1可被維持在近乎恆定的偏壓。由於在端部110A處產生的電壓VA1為穩定且相對較低，因此可抑制由光電轉換器170產生的暗電流。
飛時測距 （ToF）的應用
第1B圖示出了具有單分路配置的光電偵測裝置100B，其使用於單分路的相關應用。具體地，本實施例示出了光電轉換器170的一種配置，包括光電二極體172、開關171A以及171B。
根據該實施例，若同時採用大於開關171A的臨界電壓的開關信號TG1以及小於開關171B的臨界電壓的開關信號TG2，光電二極體172所產生的光產生載子（photo-generated carriers）將被引導流過開關171A以及疊接電晶體130A。相反地，若同時採用大於開關171B的臨界電壓的開關信號TG2以及小於開關171A的臨界電壓的開關信號TG1，則光電二極體172所產生的光生載流子將被引導流過開關171B。
更詳細來說，開關訊號TG1和開關訊號TG2為解調訊號。在一種實現方式中，開關訊號TG1和開關訊號TG2彼此不同。在另一種實現方式中，開關訊號TG1和開關訊號TG2使用責任週期（duty cycle）為50％的時鐘訊號。在其他可能的實現方式中，責任週期可以不同（例如30％責任週期）。在某些實現方式中，方波被使用作為調變信號和解調信號。在一些實施方式中，正弦波代替方波被使用作為調變信號和解調信號。
在積分操作期間，當開關信號TG1使開關171A導通且入射光IL進入時，電容150A將會放電。經過預定的積分時間後，輸出電壓VOUT1將下降到一個穩定值（settled value）。根據一選擇訊號SelA，該穩定值將通過隨耦器電晶體142A以及列選擇電晶體143A被讀出到位元線BL-A上。通過使用不同的調變及/或解調相位來重複上述程序，系統可據以決定出目標物體與光電偵測裝置100B之間的距離。
單分路飛時測距（One-tap ToF）的應用以及電壓產生器
為了將電壓VA1、VA2維持在近乎恆定的偏壓，需採用電壓產生器。請參考第1C圖，其介紹了具備電壓產生器180的光電偵測裝置100C的實施例。電壓產生器180配置以對光電偵測裝置100C進行偏壓。在本實施例中，電壓產生器180可為一運算放大器，其具有一輸出端耦接於增益提昇電路190並且產生一偏壓Vop1，以及另一輸出端耦接於開關171B並且產生一電壓VA2。由於開關171B的汲極為提供給運算放大器的一負回授（negative feedback），電壓VA2會實質上等於參考電壓Vref。
增益提昇電路190包含電晶體144A以及145A，其中電晶體145A以及疊接電晶體130A共同形成一回授電路並且據此提昇疊接電晶體130A的增益。電壓產生器180在增益提昇電路190的電晶體144A上產生偏壓Vop1以調整控制電壓VC1並且使得電壓VA1實質上等於電壓VA2。如此一來，電壓VA1以及VA2會實質上等於參考電壓Vref。
本實施例中，單分路光電偵測裝置100C具有示範性的電壓產生器180，使用者可操作電壓產生器180來控制電壓VA1以及VA2，以使由光電轉換器170產生暗電流（dark-current）。
第1D圖介紹了光電偵測裝置100D以及其光電轉換器170的部份剖面圖。在本實施例中，光電二極體172為一垂直類型的光電二極體，其中N型摻雜區（N型摻雜區）N+以及P型摻雜區（P摻雜區-doped region）P+以垂直方向來配置，此外，吸光材質（例如鍺（Ge）或鍺化矽（GeSi）形成於所述N型摻雜區N+以及所述P型摻雜區P+之間。在一些實施方式中在一些實施方式中，所述形成於所述N型摻雜區N+以及所述P型摻雜區P+之間的吸光材質由半導體基板（例如矽（Si）或是矽化鍺（SiGe）來提供。另一方面，於一實施方式中，開關171A以及171B以及光電二極體172可被製造在同一晶片，而其他元件可被製造在另一晶片。於一實施方式中，光電二極體172可被製造在一晶片，而其他元件可被製造在另一晶片。於一實施方式中，第1D圖中的所有元件可被製造在同一晶片。另外，光電轉換器170可透過後入射式（back-side incident，BSI）或是前入射式（front-side incident，FSI）的方式來實作，亦即可從晶片的底部或是晶片的上方接收光線IL。
圖1E舉出了光電偵測裝置100E以及其光電轉換器170的部份剖面圖。在本實施例中，光電二極體172為一水平類型光電二極體，其中N型摻雜區N+以及P型摻雜區P+以水平方像來配置，以及吸光材質（例如鍺或鍺化矽）覆蓋了所述N型摻雜區N+以及所述P型摻雜區P+。在一些實施方式中，所述吸光材質覆蓋在所述N型摻雜區N+以及所述P型摻雜區P+ 的表面，並且由半導體基板（例如矽或矽化鍺）。另一方面，於一實施方式中，所述開關171A、171B以及光電二極體172可被製造在同一晶片，其他的元件則可被製造在另一晶片。於一實施方式中，光電二極體172可被製造在一晶片，其他的元件可被製造在另一晶片。於一實施方式中，圖1E中所有的元件可被製造在同一晶片。另外，光電轉換器170可透過後入射式（back-side incident，BSI）或是前入射式（front-side incident，FSI）的方式來實作，亦即可從晶片的底部或是晶片的上方接收光線IL。
第1F-1圖介紹了光電偵測裝置100F以及其光電轉換器170的部份剖面圖。光電二極體172以及開關171B可被積分並且被佈局如第1F-1圖所述的區塊1721B，其中吸光材質（例如鍺或鍺化矽覆蓋所述N型摻雜區N+以及所述P型摻雜區P+。在一些實施方式中，所述吸光材質覆蓋在所述N型摻雜區N+以及所述P型摻雜區P+ 的表面上，並且被半導體基板（例如矽或是矽化鍺）提供。另一方面，於一實施方式中，開關171A以及171B以及光電二極體172可被製造在同一晶片，其他的元件可被製造在另一晶片。於一實施方式中，光電二極體172可被製造在一晶片，其他的元件可被製造在另一晶片。於一實施方式中，第1F-1圖中所有的元件可被製造在同一晶片。另外，光電轉換器170可透過後入射式（back-side incident，BSI）或是前入射式（front-side incident，FSI）的方式來實作，亦即可從晶片的底部或是晶片的上方接收光線IL。
第1F-2圖介紹了實作於光電偵測裝置100F中的光電二極體172以及開關171B的電路佈局的俯視圖，其中電路佈局1721B包含光電二極體172以及開關171B。如第1F-2圖所示，摻雜區的截面呈現環狀，且其側面景觀（參考線段AA’）對應於第1F-1圖的電路佈局1721B。
第1G圖介紹了光電偵測裝置100G以及其光電轉換器170的部份剖面圖。如第1G圖所示，光電轉換器170包含開關171A以及171B，以及一吸光材質（例如鍺或鍺化矽）由半導體基板（例如矽或矽化鍺）所提供，其中所述吸光材質可採用不同於所述半導體基板的材質。每一開關包含一端點用以接收一解調訊號，以及另一端點用以輸出一電訊號。舉例來說，開關171A包含一端點用以接收解調訊號TG1以及另一端點用以輸出電訊號IA1；以及開關171B包含一端點用以接收解調訊號TG2以及另一端點用以輸出電訊號IA2。在一些實施方式中，上述用以接收解調訊號的端點以P型摻雜物作高摻雜（highly-doped）；而用於輸出電訊號的端點則以N型摻雜物作高摻雜。
第1H圖介紹了光電偵測裝置100H以及其光電轉換器170的部份剖面圖。如第1GH所示，光電轉換器170包含開關171A以及171B，以及由半導體基板（例如矽或矽化鍺）提供的吸光材質（例如鍺或鍺化矽），其中所述吸光材質可採用不同於所述半導體基板的材質。每一開關包含一端點用以接收一解調訊號以及另一端點用以輸出一電訊號。舉例來說，開關171A包含一端點用以接收解調訊號TG1以及另一端點用以輸出電訊號IA1；以及開關171B包含一端點用以接收解調訊號TG2以及另一端點用以輸出電訊號IA2。相較於第1G圖，開關171A的用以接收解調訊號TG1的端點並沒有受到額外的摻雜，或是僅以P型或N型摻雜物作輕微的摻雜；且開關171B的用以接收解調訊號TG2 的端點並沒有受到額外的摻雜，或是僅以P型或N型摻雜物作輕微的摻雜。
單分路光開關的應用
光開關可被使用於單分路光電偵測裝置，第1I-1圖介紹了具有光開關的光電偵測裝置100I。如第1I-1圖所示，光電轉換器170包含一光開關1701以及一光電二極體1702。光開關1701配置以阻斷入射光IL或使入射光IL通過，且光電二極體1702配置以將通過光開關1701的光轉換為電訊號IA1，詳細的實作方式如下：
第1I-2圖介紹了光開關1701的一實施例。光開關1701包含吸電材質17011、選擇性的透明絕緣材質（optional transparent insulating material）17012以及一透明導電材質17013。吸電材質17011位於兩層透明導電材質17013以及光學透明絕緣材質 17012之間。光學透明絕緣材質17012為一光元件，使用者可根據實際需求來使用或移除此材質。在一些實施方式中，吸電材質17011可為有機/無機半導體或量子阱/點（organic/inorganic semiconductor或quantum well/dot）；所述光學透明絕緣材質17012可為氧化物（oxide）或聚合物（polymer）；以及透明導電材質17013可為氟/銦摻雜的氧化錫（fluorine/indium doped tin oxide）。另外，藉由適當地對透明導電材質17013進行圖案化（patterning），可避免過大的電容值並且可降低解調能量。在操作的期間中，透明導電材質17013會被控制訊號CS1所偏壓以控制入射光IL是否通過光開關1701。舉例來說，當控制訊號CS1操作於一第一偏壓時，入射光IL會通過光開關1701。相反地，當控制訊號CS1操作於一第二偏壓時，入射光IL可被吸電材質17011所吸收，或是被反射以使入射光IL 無法通過光開關1701。
第1I-3圖介紹了光電二極體1702的一實施例。在本實施例中，光電二極體172為一垂直類型光電二極體，其中第一摻雜區17015以及第二摻雜區17016沿垂直方向配置，以及吸光材質170A1（例如鍺或矽化鍺）矽形成於第一摻雜區17015以及第二摻雜區17016之間。在一些實施方式中，吸光材質170A1形成於第一摻雜區17015以及第二摻雜區17016之間，並且由半導體基板（例如矽或矽化鍺）所提供。第一摻雜區17015以及第二摻雜區17016的極性彼此不同。於一實施方式中，第一摻雜區17015為N型摻雜區以及第二摻雜區17016為P型摻雜區。於另一種實施方式中，第一摻雜區17015為P型摻雜區且第二摻雜區17016為N型摻雜區。
第1I-4圖介紹了光電二極體1702的一實施例。在本實施例中，光電二極體172為一水平類型光電二極體，其中第一摻雜區17015以及第二摻雜區17016配置為一水平方向，以及吸光材質170A1（例如鍺或鍺化矽）覆蓋第一摻雜區17015以及第二摻雜區17016。在一些實施方式中，吸光材質170A1由半導體基板（例如矽或矽化鍺）所提供。第一摻雜區17015以及第二摻雜區17016的極性彼此不同。於一實施方式中，第一摻雜區17015為N型摻雜區以及第二摻雜區17016為P型摻雜區。於另一種實施方式中，第一摻雜區17015為P型摻雜區且第二摻雜區17016為N型摻雜區。
第1I-5圖介紹了根據本發明一實施第1I-1圖中光電轉換器170的操作。此操作包含以下步驟：以第一光學元件（optics）接收一入射光IL（步驟S11）；在第一偏壓下使得入射光IL通過，並且在光開關1701所控制的第二偏壓下吸收或反射入射光（步驟S12）；以第二光學元件來輸出通過光開關1701的入射光IL（步驟S13）；以及，以光電二極體1702將通過的入射光IL轉換為電訊號IA1（步驟S14）。所述第一光學元件以及第二光學元件可包含微透鏡（micro-lens）、帶通濾波器（bandpass filter）、局部鏡（partial mirror）、光柵（grating）、擴散器（diffusor）等。值得注意的是，所述第一光學元件以及第二光學元件為光感應元件，使用者可根據實際設計需求來決定使否使用這些光學元件。
單分路CMOS影像感測器的應用
單分路配置可被用於CMOS影像感測器（CMOS 影像感測器，CIS），其關於二維（two-dimensional，2D）感測技術。如第1J-1圖所示，相同於上述ToF架構，使用於CMOS影像感測器的光電偵測裝置100J包含一光電轉換器170、一疊接電晶體130A、一重置電晶體141A、一電容150A、一源極隨耦器電晶體142A、列選取電晶體143A以及一位元線BL-A。在本實施例中，光電轉換器170包含一光電二極體172以及一開關171A。光電二極體172配置以將入射光IL轉換為電訊號IA，電訊號IA為光電流（photo-current）。開關171A配置以根據開關訊號TG1來將電訊號IA1輸出至疊接電晶體130A，其中電訊號IA會於開關訊號TG1導通開關171A時產生。
於一開始，重置訊號RST將輸出電壓VOUT1重置為重置電壓VDDR。當開關訊號TG1導通開關171A時會產生電訊號IA1，電容150A上的輸出電壓VOUT1將會降低，直到開關訊號TG1關閉電晶體171A。相較於ToF應用，用於2D感測應用的開關訊號TG1將開關171A導通一較長的時間區間，（例如100μs、500μs、1ms、5ms或或其他時間間隔）以吸收入射光IL而非使用一高速解調訊號（例如3ns、10ns、30ns、100ns或其他時間間隔）。
疊接電晶體130A被使用作為一緩存器，並且耦接於光電轉換器170與重置電晶體141A之間。尤其是，疊接電晶體130A的一通道端點（例如汲極端）耦接於重置電晶體141A的另一通道端點（例如源極端）；以及疊接電晶體130A一端點（例如源極端）耦接於電晶體（171A）的通道端點（例如汲極端）。控制端點疊接電晶體130A的一端（例如閘極端）耦接於一控制電壓VC1。在一些實施方式中，開關171A、疊接電晶體130A、重置電晶體141A、源極隨耦器電晶體142A以及列選取電晶體143A可用NMOS電晶體或PMOS電晶體來實作。
由於疊接電晶體130A耦接於光電轉換器170的輸出端110A與重置電晶體141A的通道端點（例如源極端）之間，當所述疊接130A電晶體操作於飽和區或子臨界區。
光電轉換器170的輸出端110A以及重置電晶體141A的通道端點（例如源極端）彼此斷開。此外，產生於光電轉換器170的輸出端110A上的電壓VA1可被控制或偏壓於一恆定電壓VA1以降低光電轉換器170所產生的暗電流。
於一實施方式中，疊接電晶體130A的控制端點（例如閘極端）以及電晶體171A的控制端點（例如閘極端）可彼此耦接，這意謂控制電壓VC1與開關訊號TG1將會相同，並且為用以開啟/關閉疊接電晶體130A以及電晶體171A的訊號。
於一實施方式中，疊接電晶體130A的控制端點（例如閘極端）以及電晶體171A的控制端點（例如閘極端）可互為斷開，這意謂控制電壓VC1會不同於開關訊號TG1，其中控制電壓VC1為一恆定電壓以及開關訊號TG1為用於開啟/關閉電晶體171A的訊號。
源極隨耦器電晶體142A以及列選取電晶體143A可配置以根據選取訊號SelA來將輸出電壓VOUT1讀出至位元線BL-A。
第1J-2圖介紹了具有光電偵測裝置100J亦即其光電二極體172的結構。在本實施例中，光電二極體172為一垂直類型光電二極體，其中N型摻雜區N+以及P型摻雜區P+配置為一垂直方向，此外，吸光材質（例如鍺或鍺化矽）形成於N型摻雜區N+以及所述P型摻雜區P+之間。在一些實施方式中，形成於所述N型摻雜區N+以及所述P型摻雜區P+之間的吸光材質由半導體基板（例如矽或矽化鍺）所提供。另一方面，於一實施方式中，開關171A以及光電二極體172可被製造在同一晶片，其他的元件可被製造在另一晶片。於一實施方式中，光電二極體172可被製造在一晶片，其他的元件可被製造在另一晶片。於一實施方式中，第 1J-2圖中的所有元件可被製造在同一晶片。另外，光電轉換器170可透過後入射式（back-side incident，BSI）或是前入射式（front-side incident，FSI）的方式來實作，亦即可從晶片的底部或是晶片的上方接收光線IL。
第1J-3圖介紹了光電偵測裝置100J以及其光電二極體172的結構。在本實施例中，光電二極體172為一水平類型光電二極體，其中N型摻雜區N+以及P型摻雜區P+配置為一水平方向，以及一吸光材質（例如鍺或鍺化矽）覆蓋於所述N型摻雜區N+以及所述P型摻雜區P+。在一些實施方式中，所述吸光材質覆蓋於所述N型摻雜區N+以及所述P型摻雜區P+的表面，並且由半導體基板（例如矽或矽化鍺）所提供。另一方面，於一實施方式中，開關171A以及光電二極體172可被製造在同一晶片，其他的元件可被製造在另一晶片。於一實施方式中，光電二極體172可被製造在一晶片，其他的元件可被製造在另一晶片。於一實施方式中，第1J-3圖中所有元件可被製造在同一晶片。另外，光電轉換器170可透過後入射式（back-side incident，BSI）或是前入射式（front-side incident，FSI）的方式來實作，亦即可從晶片的底部或是晶片的上方接收光線IL。
第1J-4圖介紹了光電偵測裝置100J以及其光電二極體172的結構。在本實施例中，光電二極體172為一水平類型光電二極體，其中N型摻雜區N+以及P型摻雜區P+配置為一水平方向。相較於第1J-3圖，本實施例使用了矽半導體基板作為光吸收（light-absorption）材質。另一方面，於一實施方式中，開關171A以及光電二極體172可被製造在同一晶片，其他的元件可被製造在另一晶片。於一實施方式中，光電二極體172可被製造在一晶片，其他的元件可被製造在另一晶片。於一實施方式中，第1J-4圖中所有元件可被製造在同一晶片。另外，光電轉換器170可透過後入射式（back-side incident，BSI）或是前入射式（front-side incident，FSI）的方式來實作，亦即可從晶片的底部或是晶片的上方接收光線IL。
第1A圖至第1J-4圖介紹了具有單分路設計的各種光電偵測裝置其可用於3D感測應用（例如ToF應用）或是2D感測應用（例如CIS應用）。3D感測應用使用解調訊號來得到影像深度（depth）資訊，然而 2D感測應用使用非解調訊號來到影像強度（intensity）資訊。另外，二分路（two-tap）的設計也是一種用於進行光電偵測功能的替代實施例，相關細節介紹如下。
二分路配置的架構
第2A圖介紹了根據本發明一些實施例的具有二分路配置的光電偵測裝置200A。光電偵測裝置200A包含一光電轉換器170、疊接電晶體130A和130B、重置電晶體141A和141B、源極隨耦器電晶體142A和142B、列選取電晶體143A和143B、電容器150A和150B，以及位元線BL-A和BL-B。相較於第1A圖，具有單分路配置的光電偵測裝置100A為一非對稱結構，而具有二分路配置的光電偵測裝置200A為一二分路配置結構。
光電轉換器170配置以將入射光IL於輸出端110A轉換為電訊號IA1，以及將入射光IL於輸出端110B轉換為電訊號IA2，其中，電訊號IA1以及電訊號IA2為光電流。光電轉換器170具有多種實施方式，細節將描述如後。疊接電晶體130A耦接於光電轉換器170與重置電晶體141A之間，尤其，疊接電晶體130A的通道端點（例如源極端）耦接於光電轉換器170的輸出端110A，且疊接電晶體130A的另一通道端點（例如汲極端）耦接於重置電晶體141A的一通道端點（例如源極端）。同樣地，疊接電晶體130B耦接於光電轉換器170與重置電晶體141B之間，尤其是，疊接電晶體130B的一通道端點（例如源極端）耦接於光電轉換器170的輸出端110B，且疊接電晶體130B的另一通道端點（例如汲極端）耦接於重置電晶體141B的一通道端點（例如源極端）。在一些實施方式中，疊接電晶體130A和130B、重置電晶體141A和141B、源極隨耦器電晶體142A和142B，以及列選取電晶體143A和143B皆可用NMOS電晶體或PMOS電晶體來實作。
在操作光電偵測裝置100B的期間，電容150A上的通道端點120A可通過重置電晶體141A充電至重置電壓VDDR。舉例來說，藉由一重置訊號RST令重置電晶體141A操作在飽和區或三極管區（triode region），會使得電流流過電容150A上的重置電晶體141A，並且將電容150A充電至重置電壓VDDR。同樣地，電容150B上的通道端點120B會通過重置電晶體141B充電至重置電壓VDDR。舉例來說，藉由使用重置訊號RST 令重置電晶體141B 操作於飽和區或三極管區，會使得電流流過電容150B上的重置電晶體141B，並且將電容150B 充電至重置電壓VDDR。值得注意的是，重置電壓VDDR可相同於或不同於電源電壓VDD。
一旦上述充電已完成，光電轉換器170產生的電訊號IA1以及IA2的積分可開始進行。疊接電晶體130A可透過產生於疊接電晶體130的閘極端的控制電壓Vc1，以控制起始或結束所述積分步驟。舉例來說，控制電壓Vc1可被設定來將疊接電晶體130操作在子臨界區或飽和區，使得產生於端點110A的電壓VA1可被為值在一近乎恆定的偏壓。同樣地，透過產生於疊接電晶體130B的閘極端的控制電壓Vc2，可控制疊接電晶體130B起始或中止所述積分操作。舉例來說，控制電壓Vc2可被設定來將疊接電晶體130B 操作在子臨界區或飽和區，使得產生於端點110B的電壓VA2可維持在一近乎恆定的偏壓。由於分別產生於端點110A以及端點110B的電壓VA1以及VA2穩定且相對較低，光電轉換器170所產生的暗電流可被抑制。
二分路ToF的應用
第2B圖介紹了具有二分路設計的光電偵測裝置200B，其應用於ToF，尤其是，本實施例介紹了光電轉換器170的配置，包含一光電二極體172、開關171A以及171B.
根據本實施例，若同時採用大於開關171A的臨界電壓的開關訊號TG1以及低於開關171B的臨界電壓的開關訊號TG2，由光電二極體172產生的光產生載子（photo-generated carrier）將會被導向至流過疊接電晶體130A。反之，若同時採用大於開關171B的臨界電壓的開關訊號TG2以及小於開關171A的臨界電壓的開關訊號TG1，由光電二極體110產生的光產生載子將會被導向流過疊接電晶體130B。
詳細來說，開關訊號TG1以及所述開關訊號TG2為解調訊號。於一實施方式中，開關訊號TG1以及所述開關訊號TG2彼此不同。於另一種實施方式中，開關訊號TG1以及所述開關訊號TG2所使用 的時脈訊號的責任週期為（duty cycle）50%。於其他可能的實施方式中，責任週期可能不同，例如30%。在一些實施方式中，方波（square wave）被使用作為調變及解調訊號。在一些實施方式中，弦波（sinusoidal wave）被使用作為調變及解調訊號，而非方波。
在積分操作期間，當開關訊號TG1導通開關171A且入射光IL 進入時，電容150A會進行放電。同樣地，當開關訊號TG2導通開關171B且入射光進入時，電容150B會進行放電。如此一來，光電流IA1以及光電流IA2會於積分操作期間輪流產生。經過一預定時間的積分，輸出電壓VOUT1會降至一穩定值（settled value）且輸出電壓VOUT2會降至另一穩定值。根據選取訊號SelA、SelB，輸出電壓VOUT1的穩定值會透過源極隨耦器電晶體142A以及列選取電晶體143A被讀出至位元線BL-A，而輸出電壓VOUT2的穩定值會透過源極隨耦器電晶體142B以及列選取電晶體143B被讀出至位元線BL-B。透過使用不同的調變及/或解調相位來重複執行上述流程，所述系統可決定出一目標物件與光電偵測裝置200B之間的距離。
光電偵測裝置200B的光電轉換器170有多種實施方式。舉例來說，光電偵測裝置200B的光電轉換器170可套用第1D～1H圖所示的光電轉換器170的該些實施例，但使用者也可用其他的實施例來實現光電轉換器170。
二分路光學路由器應用
第2C圖介紹了具有光學路由器（optical router）的光電偵測裝置200C。如第2C圖所示，光電轉換器170包含一光學路由器1703以及光電二極體1704、1705。光學路由器1703配置以將入射光IL導向至光電二極體1704 或光電二極體1705，以使光電二極體1704以及光電二極體1705分別將入射光IL轉換成電訊號IA1以及IA2。
光電偵測裝置200C的光學路由器1703可用以下方式來實現：液晶、pn接角接面（pn/pin junctions）、微機電系統（micro-electro-mechanical-system，MEMS）、電容、導熱墊（thermal heating pads）、具有2階或3階非線性的非線性晶體（nonlinear crystals）或其他有效的手段，以透過一可用空間（free-space）或一介電空間（dielectric-space）或一光子集成電路（photonic integrated circuit，PIC）將入射光IL導向至光電二極體1704或光電二極體1705。
二分路CIS 應用
二分路設計可用於CMOS影像感測器（CMOS image sensor，CIS），並且可用以進行二維感測。如第2D-1圖所示，用於CMOS影像感測器的光電偵測裝置200D包含：光電轉換器170、疊接電晶體130A和130B、重置電晶體141A和141B、源極隨耦器電晶體142A和142B、列選取電晶體143A和143B、電容150A和150B，以及位元線BL-A和BL-B。
相較於第2B圖的光電偵測裝置200B，光電偵測裝置200D的結構相同於光電偵測裝置200B的結構，但兩者的操作彼此不同。
於一開始，重置訊號RST將輸出電壓VOUT1 重置到重置電壓VDDR，並且將輸出電壓VOUT2 重置到重置電壓VDDR。當開關訊號TG1導通開關171A時會換產生電訊號IA1，且電容150A上的輸出電壓VOUT1將會降低直到開關訊號TG1關閉所述電晶體（171A）。同樣地，當所述開關訊號TG2導通開關171B，會產生電訊號IA2，且電容1502上的輸出電壓VOUT2將會降低直到開關訊號TG2關閉所述電晶體（171B）。
相較於ToF的應用，用於2D感測應用的開關訊號TG1、TG2可同時導通開關171A、171B並且將其導通較長的時間週期（例如100μs、500μs、1ms、5ms，或類似的時間間隔）以吸收入射光IL，而不使用解調訊號。換言之，右側電路RS以及左側電路LS可被對稱地操作。在其他實施方式中，右側電路RS以及左側電路LS可各自被獨立地操作。光電偵測裝置200D可將開關171A或開關171B導通一段較長的時間區間（例如100μs、500μs、1ms、5ms，或其他類似的時間間隔）而非使用解調訊號，來吸收入射光IL以進行2D感測。也就是說，右側電路RS以及左側電路LS其中一者關閉。
疊接電晶體130A被配置為緩存器，耦接於光電轉換器170以及重置電晶體141A之間。尤其是，疊接電晶體130A的一通道端點（例如汲極端）耦接於重置電晶體141A的一通道端點（例如源極端）；以及，疊接電晶體130A的一通道端點（例如源極端）耦接於電晶體171A的一通道端點（例如汲極端）。疊接電晶體130A的控制端點（例如閘極端）耦接於一控制電壓VC1。在一些實施方式中，開關171A、疊接電晶體130A、重置電晶體141A、源極隨耦器電晶體142A以及列選取電晶體143A可用NMOS電晶體或PMOS電晶體來實作。
同樣地，疊接電晶體130B配置為一緩存器，耦接於光電轉換器170以及重置電晶體141B之間。尤其是，疊接電晶體130B的一通道端點（例如汲極端）耦接於重置電晶體141B的一通道端點（例如源極端）；以及，疊接電晶體130B的一通道端點（例如源極端）耦接於電晶體171B的一通道端點（例如汲極端）。疊接電晶體130A的控制端點（例如閘極端）耦接於一控制電壓VC2。在一些實施方式中，開關171B、疊接電晶體130B、重置電晶體141B、源極隨耦器電晶體142B以及列選取電晶體143B可用NMOS電晶體或PMOS電晶體來實作。
由於疊接電晶體130A耦接於光電轉換器170的輸出端110A與重置電晶體141A的通道端點（例如源極端）之間，當所述疊接130A電晶體操作於飽和區或子臨界區時，光電轉換器170的輸出端110A以及重置電晶體141A的通道端點（例如源極端）會被斷開。此外，產生於光電轉換器170的輸出端110A的電壓VA1可被控制或偏壓在恆定電壓VA1以降低光電轉換器170所產生的暗電流。
同樣地，由於疊接電晶體130B耦接於光電轉換器170的輸出端110B與重置電晶體141B的通道端點（例如源極端）之間，當疊接130B電晶體操作於飽和區或所述子臨界區時，光電轉換器170的輸出端110B與重置電晶體141A的通道端點（例如源極端）之的連接會被斷開。產生於光電轉換器170的 輸出端110B 的電壓VA2可被控制或偏壓在恆定電壓VA2以降低光電轉換器170所產生的暗電流。
於一實施方式中，疊接電晶體130A的控制端點（例如閘極端）以及電晶體171A的所述控制端點（例如閘極端）可互相耦接，這意謂控制電壓VC1以及開關訊號TG1為相同，並且用於導通/關閉疊接電晶體130A以及電晶體171A。
同樣地，於一實施方式中，疊接電晶體130B的控制端點（例如閘極端）以及電晶體171B的控制端點（例如閘極端）可互相耦接，這意謂控制電壓VC2與所述開關訊號TG2為相同，並且用以導通/關閉疊接電晶體130A以及電晶體171A。
於一實施方式中，疊接電晶體130A的控制端點（例如閘極端）與電晶體171A的控制端點（例如閘極端）可被斷開，這意謂控制電壓VC1以及開關訊號TG1彼此不同，其中所述控制電壓VC1為一恆定電壓且開關訊號TG1為用以導通/關閉電晶體171A的一訊號。
同樣地，於一實施方式中，疊接電晶體130B的控制端點（例如閘極端）與電晶體171B的控制端點（例如閘極端）可被斷開，這意謂控制電壓VC2與開關訊號TG2彼此不同，其中控制電壓VC2為一恆定電壓且所述開關訊號TG2為用以導通/關閉電晶體171A的訊號。
源極隨耦器電晶體142A以及列選取電晶體143A配置以根據 選取訊號SelA將輸出電壓VOUT1讀出至位元線BL-A。
同樣地，源極隨耦器電晶體142B以及列選取電晶體143B配置以根據 選取訊號SelB將輸出電壓VOUT2 讀出至位元線BL-B。
第2D-2圖介紹了光電偵測裝置200D以及其光電二極體172的結構。在本實施例中，光電二極體172為一垂直類型光電二極體，其中N型摻雜區N+以及P型摻雜區P+配置為一垂直方向，以及一吸光材質（例如鍺或鍺化矽）形成於所述N型摻雜區N+以及所述P型摻雜區P+之間。在一些實施方式中，形成於所述N型摻雜區N+以及所述P型摻雜區P+之間的所述吸光材質由半導體基板（例如矽或矽化鍺）所提供。另一方面，於一實施方式中，開關171A、開關171B以及光電二極體172可被製造在同一晶片，其他的元件可被製造在另一晶片。於一實施方式中，光電二極體172可被製造在一晶片，其他的元件可被製造在另一晶片。於一實施方式中，第2D-2圖中所有元件可被製造在同一晶片。另外，光電轉換器170可透過後入射式（back-side incident，BSI）或是前入射式（front-side incident，FSI）的方式來實作，亦即可從晶片的底部或是晶片的上方接收光線IL。
第2D-3圖介紹了光電偵測裝置200D以及其光電二極體172的結構。在本實施例中，光電二極體172為一水平類型光電二極體，其中N型摻雜區N+以及P型摻雜區P+配置為一水平方向，且一吸光材質（例如鍺）覆蓋了所述N型摻雜區N+以及所述P型摻雜區P+。在一些實施方式中，所述吸光材質覆蓋於所述N型摻雜區N+以及所述P型摻雜區P+的表面，並且由半導體基板（例如矽或矽化鍺）。另一方面，於一實施方式中，開關171A、開關171B以及光電二極體172可被製造在同一晶片，其他的元件可被製造在另一晶片。於一實施方式中，光電二極體172可被製造在一晶片，其他的元件可被製造在另一晶片。於一實施方式中，第2D-3圖中所有元件可被製造在同一晶片。另外，光電轉換器170可透過後入射式（back-side incident，BSI）或是前入射式（front-side incident，FSI）的方式來實作，亦即可從晶片的底部或是晶片的上方接收光線IL。
第2D-4圖介紹了光電偵測裝置200D以及其光電二極體172的結構圖。在本實施例中，光電二極體172為一水平類型光電二極體，其中N型摻雜區N+以及P型摻雜區P+配置為一水平方向。相較於第1D-3圖，本實施例使用矽半導體基板作為一光吸收材質（light-absorption material）。另一方面，於一實施方式中，開關171A、171B以及光電二極體172可被製造在同一晶片，其他的元件可被製造在另一晶片。於一實施方式中，光電二極體172可被製造在一晶片，其他的元件可被製造在另一晶片。於一實施方式中，第2D-4圖中所有元件可被製造在同一晶片。另外，光電轉換器170可透過後入射式（back-side incident，BSI）或是前入射式（front-side incident，FSI）的方式來實作，亦即可從晶片的底部或是晶片的上方接收光線IL。
第2A圖至第2D-4圖介紹了具有二分路設計的光電偵測裝置，其可用於3D感測應用（例如ToF 應用）或2D感測應用（例如CIS 應用），其中3D感測應用使用解調訊號來取得影像深度資訊。然而，2D感測應用使用非解調（non-modulating）訊號來取得影像強度資訊。
其他實施方式
上述光電偵測裝置可包含耦接於光電轉換器170以及重置電晶體（例如重置電晶體141A或141B）之間的疊接電晶體（例如疊接電晶體130A或130B）。在一些實施方式中，所述疊接電晶體可被移除，如第3A圖以及第3B圖所示。第3A圖為具有單分路設計的光電偵測裝置300A，且第3B圖為具有二分路設計的光電偵測裝置300B。同樣地，光電偵測裝置300A以及300b可被配置以基於開關訊號TG1以及TG2的訊號特性來進行 2D或3D感測。
以上實施例介紹了具有單分路設計或二分路設計的光電偵測裝置。在一些實施方式中，分路的數量可大於2。舉例來說，使用者可根據不同設計需求來用4分路（4-tap）或更多分路來實現光電偵測裝置。
多重置機制
由於所述光電偵測裝置可用於不同環境，諸如強環境光（strong ambient light）或弱環境光（weak ambient light）的環境，暗電流可為影響穩定性的因子（factor）。以下實施例提供一些運用多重置（multi-reset）的解決方案，其中重置儲存於所述電容的電荷的動作於所述儲存電荷耗盡之前執行，以進一步穩定所述光電偵測裝置。
第4A圖為光電偵測裝置的操作的時序圖，值得注意的是，此時序圖可被應用至任一實施例的光電偵測裝置，包括2D或3D感測應用。如第4A圖所示，所述光電偵測裝置包含睡眠模式、積分模式以及資料轉換模式。於一開始，所述光電偵測裝置矽操作於睡眠模式，在此期間沒有任何操作。多重置機制可被應用來取得每一子訊框（subframe）的深度或強度資訊，換言之，於一子訊框的構成時間內，重置訊號RST的重置次數等於或大於2。若於重置訊號RST正插入（光電偵測裝置200A）的時間點，電容 150A、150B可被充至電壓VDDR。如此一來，當入射光IL 進入且產生電訊號IA1、IA2 時，電容150A、150B將會放電。經過一積分時間（例如Tsf11），所述電壓 VOUT1以及VOUT2會分別降低至穩定電壓，之後，這兩個穩定電壓可於資料轉換期間被分別讀出至位元線BL-A以及BL-B。在本實施例中，於完成一子訊框（例如子訊框 1）之前，重置訊號RST共進行了4次（例如時間點T1，T3，T5以及T7）。換言之，每個子訊框的每個畫素的深度或強度資訊基於四個穩定電壓（例如所分別位於時間點T2、T4、T6以及T8的穩定電壓）。在取得複數個子訊框後，一最終3D訊框可根據該些子訊框（例如20個子訊框、40個子訊框、60個子訊框或其他數量的子訊框）來得出。舉例來說，所述最終3D訊框可根據這些子訊框的平均值來得出，或透過對每個子訊框提供不同權重來得出。類似的計算和方法可套用至2D感測。透過對於所述子訊框的這些計算，所述最終2D/3D訊框的準確度可得到提昇。雖然本實施例採用四個重置訊號RST來做舉例，使用者當可使用2個或以上的重置訊號RST來取得子訊框。另一方面，上述多重置機制可被使用於單分路、二分路或更多分路的設計。另外，所述重置頻率可根據 實際設計需求來配置為固定（fixed）或動態（dynamic）。
第4B圖介紹了用於進行3D感測的光電偵測裝置的時序圖，其用以感測影像深度。如第4B圖所示，開關訊號TG1、TG2為解調訊號。在本實施例中，於一積分操作期間，解調訊號（例如開關訊號TG1或TG2）為一連續方波訊號，尤其是，所述解調訊號具有相位偏移。在本實施例中，每個開關訊號TG1或TG2包含四個相位的相位偏移（0度，180度，90度以及270度）。所述四個相位的相位偏移依序被應用。以開關訊號TG1作舉例，開關訊號TG1於Tsf11期間套用0度相位、於Tsf12期間套用180度相位、於Tsf13期間套用90度相位、於Tsf14期間套用270度相位，以此類推。開關訊號TG2為開關訊號TG1的反相訊號。在所述光電偵測裝置為單分路設計的情況下，使用者可僅使用開關訊號TG1。透過應用所述相位偏移開關訊號，可取得更精確的影像深度資訊。
第4C圖介紹了用於2D感測應用的光電偵測裝置的時序圖，其用於感測影像強度。如第4C圖所示，開關訊號TG1、TG2為相同並且皆為非解調訊號。在本實施例中，開關訊號TG1、TG2為導通訊號，以於一積分期間同時將開關171A、171B導通，使得第2D-1圖至第2D-4圖所示的光電偵測裝置可取得影像強度。於一實施方式中，若光電偵測裝置為單分路設計，如第1J-1～1J-4圖所示，使用者可僅使用開關訊號TG1。於另一種實施方式中，若所述光電偵測裝置如同第2D-1～2D-4圖所示的二分路設計，使用者可使用開關訊號TG1並且禁用開關訊號TG2。
根據上述諸實施例，本發明整合了耦接於重置電晶體以及光電轉換器之間的疊接電晶體，其中所述疊接電晶體能夠於所述光電轉換器的輸出端提供一低準位恆定電壓，並且可被配置為一電流緩存器。透過此配置，所述光電轉換器所產生的暗電流可被降低且訊雜比（signal-to-noise ratio）也可因此提高。
在一些實施方式中，所述光電轉換器使用形成於半導體基板上的吸光材質，其中所述吸光材質不同於所述半導體基板。舉例來說，鍺矽技術（Ge-on-Si technology）採用吸光材質Ge（1-x） Six ，其中0 ≤ x > 1，其形成於矽半導體基板上以修收入射光。此技術可吸收具有較長的近場紅外光（near-infrared，NIR）波長（例如所述波長可大於940nm，或甚至大於1100nm），以保護人眼。
另外，在光電偵測裝置使用多重置機制可防止所述電荷耗盡的問題並且增加所述光電偵測裝置的穩定性。此外，亦可採用所述相位偏移開關訊號來取得改善精確度的影像深度資訊。
雖然本發明以示例的方式以及優選的實施例的來作描述，但本領域通常知識者應當理解本發明不限於此。反之，本發明旨在涵蓋各種修改以及類似的佈置和程序，因此所附請求項的範圍應被賦予所述最廣泛的解釋，以涵蓋所有此類修改以及類似的佈置和程序。 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。
170:光電轉換器 100A、100B、100C、100D、100E、100F、100H、100I、200A、200B、200C、200D、300A、300B:光電偵測裝置 130A、130B:疊接電晶體 141A、141B:重置電晶體 142A、142B:源極隨耦器電晶體 143A、143B:列選擇電晶體 150A、150B:電容器 BL-A、BL-B:位元線 110A、110B:輸出端 IL:入射光 IA1、IA2:電訊號 120A、120B:通道端點 SelA、SelB:選取訊號 VC1、VC2:控制電壓 VDD、VDDR、VOUT1、VOUT2、VA1、VA2:電壓 T1～T13:時間點 Tsf11～Tsf22:時段 RST:重置訊號 TG1、TG2:開關訊號 171A、171B:開關 172:光電二極體 Vop1:偏壓 180:電壓產生器 144A、145A:電晶體 190:增益提昇電路 VC1:控制電壓 Vref:參考電壓 1721B:區塊 N+:N型摻雜區 P+:P型摻雜區 1701:光開關 1703:光學路由器 1702、1704、1705:光電二極體 CS1:控制訊號 17011:吸電材質 17012:光學透明絕緣材質 17013:透明導電材質 17015:第一摻雜區 17016:第二摻雜區 170A1:吸光材質 S11、S12、S13、S14:步驟
通過參考以下詳細描述以及附圖，本申請的前述實施方式以及許多附帶優點將變得更加容易理解，其中： 第1A圖～第1J-4圖為根據本發明不同實施例的光電偵測裝置以及相關的採用單分路（one-tap）設計的光電偵測方法。 第2A圖～第2D-4圖為根據本發明不同實施例的光電偵測裝置以及相關的採用二分路（two-tap）設計的光電偵測方法。 第3A圖～第3B圖為根據本發明不同實施例的不具有疊接電晶體的光電偵測裝置。 第4A圖～第4B圖為根據本發明不同實施例的應用多重置機制的時序圖。 第4C圖介紹了用於2D感測應用的光電偵測裝置的時序圖，其用於感測影像強度。
170:光電轉換器
100A:光電偵測裝置
130A:疊接電晶體
141A:重置電晶體
142A:源極隨耦器電晶體
143A:列選擇電晶體
150A:電容器
BL-A:位元線
110A:輸出端
IL:入射光
IA1:電訊號
120A:通道端點
SelA:選取訊號
VC1:控制電壓
VDD、VDDR、VOUT1、VA1:電壓
RST:重置訊號

Claims (14)

  1. 一種光電偵測裝置，可於一訊框提供一感測資訊，該訊框包含複數個子訊框，該光電偵測裝置包含：一光電轉換器(optical-to-electric converter)，具有一第一輸出端，該光電轉換器配置以將一入射光轉換為一電訊號；一疊接(cascode)電晶體，具有一控制端、一第一通道端以及一第二通道端，其中該疊接電晶體的該第二通道端耦接於該光電轉換器的該第一輸出端且該第一通道端耦接至一位元線；以及一重置電晶體，具有一控制端、一第一通道端以及一第二通道端，其中該重置電晶體的該第一通道端耦接於一電源電壓且該重置電晶體的該第二通道端耦接於該疊接電晶體的該第一通道端，其中，該重置電晶體的該控制端耦接於一重置訊號，於該每個子訊框中插入多個重置訊號，其中，在每一次重置訊號插入後，該疊接電晶體對該電訊號進行積分產生一穩定電壓由該第一通道端輸出給該位元線，其中，該位元線可於該訊框根據該複數個子訊框的該穩定電壓讀出該感測資訊。
  2. 如請求項1所述之光電偵測裝置，其中，該疊接電晶體於該光電轉換器的該第一輸出端提供一恆壓(constant voltage)。
  3. 如請求項1所述之光電偵測裝置，其中該光電轉換器包含形成於一半導體基板(substrate)之上的一吸光材質(light-absorption material)，其中該吸光材質為不同於該半導體基板的一種材質。
  4. 如請求項3所述之光電偵測裝置，其中該吸光材質為Ge1-xSix，其中0
    Figure 108144884-A0305-02-0033-1
    x<1，且該半導體基板為矽(silicon)。
  5. 如請求項1所述之光電偵測裝置，其中該光電轉換器另包含：一光電二極體(photodiode)，配置以將該入射光轉換為該電訊號；一第一開關，配置以根據一第一開關訊號將該電訊號輸出至該第一輸出端；以及一第二開關，配置以根據一第二開關訊號將該電訊號輸出至該光電轉換器的一第二輸出端。
  6. 如請求項5所述之光電偵測裝置，其中該光電二極體包含一N型摻雜區(n-doped region)以及一P型摻雜區(p-doped region)，其中該N型摻雜區以及該P型摻雜區以一垂直方向形成。
  7. 如請求項5所述之光電偵測裝置，其中該光電二極體包含一N型摻雜區(n-doped region)以及一P型摻雜區(p-doped region)，其中該N型摻雜區以及該P型摻雜區以一水平方向形成。
  8. 如請求項5所述之光電偵測裝置，其中該第一開關訊號為一解調(demodulation)訊號。
  9. 如請求項8所述之光電偵測裝置，其中該解調訊號被設置有一相位偏移。
  10. 如請求項1所述之光電偵測裝置，另包含一電壓產生器，具有一運算放大器，以控制產生於該光電轉換器的該第一輸出端以及產生於該光電轉換器的一第二輸出端的電壓。
  11. 如請求項1所述之光電偵測裝置，其中該光電轉換器另包含：一光開關(optical switch)，配置以阻斷該入射光或允許該入射光通過；以及一光電二極體，配置以將該光開關所允許通過的該入射光轉換為該電訊號。
  12. 如請求項11所述之光電偵測裝置，其中該光開關包含一吸電材質(electro-absorption material)、一第一透明導電材質(transparent conductive material)以及一第二透明導電材質；且該吸電材質位於該第一透明導電材質以及該第二透明導電材質之間。
  13. 如請求項1所述之光電偵測裝置，其中該訊框為一3D訊框(three dimensional frame)，用以提供一3D圖像深度資訊。
  14. 如請求項1所述之光電偵測裝置，其中該訊框根據對該複數個子訊框的該穩定電壓提供一權重平均(weighted average)來取得該感測資訊。
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