[发明专利]具有增强的感光度的光电传感器

说明书

一种用于控制具有相邻感光像素的光电传感器的方法，在所述像素中，由在光电传感器上入射的光在像素的耗尽区中生成光电荷，所述方法包括对光电像素的栅电极施加电压以便所述像素之一的耗尽区延伸入并位于另一像素的耗尽区的一部分之下。

技术领域

本发明的各实施例涉及光电传感器以及操作光电传感器的方法。

背景

相机通常包括光电传感器，例如CCD(电荷耦合器件)或CMOS(互补金属氧化物半导体)光电传感器，在其上，来自由相机成像的场景的光在曝光周期期间被相机的光学器件聚焦以获取该场景的图像。所述光电传感器包括通常被配置在像素的行和列阵列中的多个感光像素。光电传感器中的一个像素通过累积从相机的光学器件在该像素上成像的场景的区域入射的光所生成的电子-空穴偶所提供的正的和负的电荷来收集并记录该入射光。

电子-空穴偶是在像素的光电二极管区域的耗尽区中生成的。此后也被称为光电二极管的像素的由其光电二极管区域所占据的一部分被称为该像素的填充因子(fillfactor)。通常，当像素的填充因子增加时，其对入射光的感光度也增加。为了防止曝光期间在相邻像素之间的串扰，相邻像素的光电二极管区域被相对深的势垒区分隔开(称为沟道截断)，所述沟道截断防止了在一个光电二极管区域中生成的光电荷迁移到相邻像素的光电二极管或存储区域。

光电传感器是累积电子还是空穴以累积测量入射光的光电荷是取决于该光电二极管的掺杂结构。由入射光生成的电子-空穴偶所提供的电荷可以被称为光电荷。源自电子-空穴偶的电子可以被称为光电子。

在曝光周期期间在像素的光电二极管区域中生成的光电荷通常被临时存储在像素的光电二极管区域中，并且在曝光周期结束前被传送给该像素的光电荷存储区域，所述光电荷存储区域通常位于多个“栅”电极之下。将被传送到每个像素的存储区域的光电荷传送给读出放大器，该放大器响应于其接收的电荷量生成一个电压。所述电压提供了在曝光周期期间在该像素上入射的光量的一个度量。从光电传感器中的像素的光电二极管区域到它们的存储区域和从存储区域到读出放大器的光电荷的传送是通过向该像素的栅电极施加一系列电压来完成的。用于光电传感器中的所有像素的一组电压被称为光电传感器的一帧。一帧中的电压可以被用于显示该场景的一个图像。

在行间光电传感器中，该光电传感器中所包括的交替的像素行可以被独立控制以收集并记录来自场景的光。具体而言，像素的奇数列和偶数列可交替地被激活以接收并记录来自场景的光。

例如，在获得与场景中的特征的距离的选通飞行时间(TOF)三维(3D)相机中，可控制相机的行间光电传感器中的像素的奇数列和偶数列以提供对来自场景的光的不同的度量，所述度量被用于确定所述距离。在这样的相机中，来自合适的常用的红外(IR)光源的短光脉冲的脉冲列被发送以照亮场景。在相对短曝光周期的脉冲列中的光脉冲的第一子集中的每个光脉冲之后可以按快门(也被称为“选通”或“开启”)像素的奇数列，以记录由场景中的特征从光脉冲所反射的光。在相对长曝光周期的脉冲列中的光脉冲的第二子集中的每个光脉冲之后可以按快门像素的偶数列，以记录由场景中的特征从光脉冲所反射的光。在短和长曝光周期期间所记录的光传统上经常被分别称为“选通”和“未选通”光。

在所述光脉冲列中的最后一个光脉冲之后，光电传感器中的像素的奇数和偶数列中的像素被读取以提供电压帧，所述电压帧表示由光电传感器所记录的在像素上成像的场景中的每个特征的选通和未选通光的量。帧中响应于来自特征的选通光的电压可以被标准化为帧中响应于来自该特征的未选通光的电压，并且经标准化的电压被用于确定到该特征的距离。到该特征的距离提供了该场景的深度图。

通常，在所发射的光脉冲的脉冲列中的光强度是有限的，并且可用于确定到场景中的特征的距离的来自光脉冲的该特征所反射的光量是相对小的。当可用于确定距离的光量减少，则可以被确定的距离的精确度也减少。