[发明专利]用于血氧检测的像素单元及包括其的无创血氧检测仪

说明书

本发明涉及用于血氧检测的像素单元及包括其的无创血氧检测仪。一种用于血氧检测的像素单元可包括：半导体衬底；光栅，覆盖所述半导体衬底的第一区域，所述第一区域用作所述像素单元的感光区；转移栅，与所述光栅间隔开一距离，并且覆盖所述半导体衬底的第二区域，所述光栅和所述转移栅与所述半导体衬底之间形成有栅极绝缘层；以及浮置扩散区，形成在所述半导体衬底的与所述转移栅相邻的第三区域中。本发明的像素单元简化了像素结构和制造工艺，能降低制造成本，同时还能减小噪声。

技术领域

本发明涉及无创血氧检测技术，更特别地，涉及一种改进的用于血氧检测的像素单元、包括这种像素单元形成的阵列的无创血氧检测仪、以及集成有这种无创血氧检测仪的电子设备。

背景技术

人体血液中的氧含量(简称“血氧”)是重要的生命体征参数之一。例如，当患者感染新型冠状病毒(Covid-19)后，血氧饱和度会降低，造成机体供氧不足。因此，在对抗新型冠状病毒感染的过程中，监测血氧十分必要。

目前，对血氧饱和度的测量主要包括有创和无创两种方式。有创测量需要从人体抽取血液，对血液样本进行血气分析来确定血氧饱和度，一般用氧合血红蛋白占总血红蛋白的百分比来表示。无创测量技术包括光电容积描记法(PPG)，其利用分光光度测定原理，由于血液中的不同成份对同一种光线的吸收率各不相同，通过测量穿过血液的衰减光谱，来计算出血液中不同成份的含量。PPG血氧检测方案由于方便快捷，不会损伤人体，适合于持续监视血氧含量变化，因此受到用户欢迎。

发明内容

本申请的一个方面提供一种用于血氧检测的像素单元，包括：半导体衬底；光栅，覆盖所述半导体衬底的第一区域，所述第一区域用作所述像素单元的感光区；转移栅，与所述光栅间隔开一距离，并且覆盖所述半导体衬底的第二区域，所述光栅和所述转移栅与所述半导体衬底之间形成有栅极绝缘层；浮置扩散区，形成在所述半导体衬底的与所述转移栅覆盖的第二区域相邻的第三区域中。

根据一实施例，所述像素单元还包括：电荷储存区，形成在所述半导体衬底的位于所述光栅与所述转移栅之间的第四区域中。

根据一实施例，所述半导体衬底的位于所述光栅与所述转移栅之间的第四区域中没有形成掺杂注入区。

根据一实施例，所述半导体衬底具有第一导电类型，所述浮置扩散区和所述电荷储存区具有第二导电类型。

根据一实施例，所述转移栅包括：形成在所述栅极绝缘层上的第一半导体层，由具有所述第一导电类型的半导体材料形成；以及形成在所述第一半导体层上的第二金属层，由导电金属材料形成，从而在所述第二金属层与所述第一半导体层之间形成第一接触电势差。

根据一实施例，所述光栅包括：形成在所述栅极绝缘层上的第三半导体层，由具有所述第二导电类型的半导体材料形成；以及形成在所述第三半导体层上的第四金属层，由导电金属材料形成，从而在所述第四金属层与所述第三半导体层之间形成第二接触电势差。所述第二接触电势差具有与所述第一接触电势差相反的正负符号。

根据一实施例，在感光操作期间，所述光栅接收第一电势以在所述半导体衬底的第一区域中形成耗尽区，并且所述转移栅接收第二电势以使所述半导体衬底的第二区域截止。在读取操作时，所述转移栅接收第一电势以使所述半导体衬底的第二区域导通，并且所述光栅接收第二电势，利用所述第一电势和所述第二电势形成的电场，使所述半导体衬底的第一区域中形成的光生电荷移动到所述浮置扩散区中。

本申请的另一方面提供一种无创血氧检测仪，包括：光源，用于发射探测光；光电传感器，包括上述像素单元形成的阵列，用于检测所述探测光照射到检测对象后形成的透射光或反射光；以及控制单元，用于基于检测到的透射光或反射光来确定检测对象的血氧含量。

本申请的另一方面提供一种便携式电子设备，包括上述无创血氧检测仪。所述电子设备可以是手机、智能手表、平板计算机、或智能穿戴设备。