[发明专利]用于光信号的相位敏感检测的光电池器件

说明书

技术领域

本发明大致涉及光电池（photo cell），更具体地讲，涉及用于光信号的相位敏感检测的光电池器件。

背景技术

各种传感器和仪表利用声光脉冲或编码信号的时延测量。在一些应用中，测距与模式检测相结合。例如这种情况，在一些飞行时间技术中用到了可见光或红外光。由于光速很快，读出电路必须在时序要求严格的范围内工作。光生电荷载流子的快速捕获和测评是电池设计和读出技术的特别关注点。因为载流子扩散是耗时的，所以要避免空间电荷区外部载流子的本底电流。

这是项具有挑战性的任务，尤其是对于红外光，因为它的穿透深度属于10微米级或更高。从光生电荷载流子聚集到红外光的穿透深度或更深的地方散布电场是一项有挑战性的任务。由于红外光的不可见性，所以在许多应用中红外光是信号的选择，鉴于此，这种不利情况需要被解决。

传统的解决方法是利用瞬态开关方法：在快速偏置扫描条件下，金属-绝缘体-半导体电极下面的半导体区域被脉冲为深度耗尽状态。在这种操作模式下，耗尽宽度大于在平衡态下最大的耗尽宽度。这种效果用于具有捕获载流子的表面电极的器件中，即，电荷耦接元件（CCD）或者是光子混合器件。如图1A所示，红外光在适度衬底掺杂度的空间电荷区的至少部分外侧产生电子空穴对。这些载流子产生噪声，应该避免。另外，参考图1B，空间电荷区的三维造型也会出现，这意味着在一些器件几何图形中存在串扰，并且限制了器件的收缩潜力。因此，光电池器件需要被改进。

发明内容

实施方式涉及光电池器件。在一个实施方式中，光电池包括衬底；以及至少两个形成于衬底内的垂直沟槽，并且它们彼此横向隔开使得当光电池在耗尽模式下工作时，空间电荷区在衬底中横向（laterally，侧向）延伸，其中至少两个垂直沟槽中的第一沟槽布置在空间电荷区内，至少两个垂直沟槽中的第二沟槽布置在衬底的中性区内。

在一个实施方式中，一种方法包括：在衬底中设置深度至少5微米的第一垂直沟槽；以及在衬底中设置深度至少5微米的第二垂直沟槽；以及通过交替地施加电压于第一垂直沟槽栅极触点和第二垂直沟槽栅极触点来交替地耗尽衬底的围绕所述第一垂直沟槽的第一区域和衬底的围绕所述第二垂直沟槽的第二区域。

在一个实施方式中，光电池包含p衬底；以及至少两个形成于衬底内的垂直沟槽，并且它们彼此横向隔开使得当施加正电压到至少两个垂直沟槽中的第一沟槽时，空间电荷区在衬底中横向延伸，其中第一沟槽布置在空间电荷区内，而至少两个垂直沟槽中的第二沟槽布置在衬底的中性区内，当正电压施加于第二沟槽时，空间电荷区在衬底内横向延伸，其中第二沟槽布置在空间电荷区内而第一沟槽布置在中性区内。

在一个实施方式中，光电池包含n衬底；以及至少两个形成于衬底内的垂直沟槽，并且它们彼此横向隔开使得当负电压施加到至少两个沟槽中的第一沟槽时，空间电荷区在衬底中横向延伸，其中第一沟槽布置在空间电荷区内而至少两个沟槽中的第二沟槽布置在衬底的中性区内，当负电压施加于第二沟槽时，空间电荷区在衬底中横向延伸，其中第二沟槽布置在空间电荷区内而第一沟槽布置在中性区内。

附图说明

参照以下结合附图对本发明各种实施方式的详细说明，可更全面地理解本发明，其中：

图1A是各种强度的光在硅中的穿透深度的曲线图。

图1B是在深耗尽层（deep depletion）的空间电荷区宽度的曲线图。

图2A是根据一个实施方式的光电池器件的侧截面图。

图2B是根据一个实施方式的电压图。

图3A是根据一个实施方式的光电池器件的俯视图。

图3B是根据一个实施方式的光电池器件的俯视图。

尽管本发明可被修改为各种变形和替换形式，但已通过附图中的示例示出了其具体内容并且将进行详细的说明。但是应当理解，这样做的目的并不是为了将本发明限制于所描述的特定的实施方式。相反，其意图是涵盖所有落入由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改方案、等同方案和替代方案。

具体实施方式

实施方式涉及光电池器件。在一个实施方式中，基于沟槽的光电池提供十分快速地捕获光生电荷载流子的特性，特别是相比于传统方式，因为光电池的沟槽在大衬底内深处创建了避免载流子的耗时扩散的耗尽区。