接近傳感器系統(tǒng)及其操作方法
【專(zhuān)利摘要】公開(kāi)了用于使用光電檢測(cè)器作為可調(diào)諧接近傳感器以檢測(cè)目標(biāo)對(duì)象且確證其離所述接近傳感器的距離的技術(shù)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述技術(shù)可實(shí)現(xiàn)為一種接近傳感器系統(tǒng)，其包括：光電檢測(cè)器，其具有第一摻雜區(qū)、柵極、第二摻雜區(qū)和光吸收區(qū)；控制電路，其用于生成施加到所述光電檢測(cè)器的多個(gè)控制信號(hào)；以及信號(hào)檢測(cè)器，其檢測(cè)來(lái)自所述光電檢測(cè)器的輸出信號(hào)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】接近傳感器系統(tǒng)及其操作方法
[0001 ]相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0002]本專(zhuān)利申請(qǐng)要求2013年7月5日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)第61/843，152號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其全文據(jù)此以引用的方式并入本文中。
[0003]本專(zhuān)利申請(qǐng)涉及2012年5月28日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)第13/481，891號(hào)，其要求2011年6月10日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)第61/495，450號(hào)和2012年2月27日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)第61/603,496號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其每個(gè)全文據(jù)此以引用的方式并入本文中。
[0004]本專(zhuān)利申請(qǐng)還涉及2014年3月3日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)第14/194,928號(hào)，其要求2013年3月15日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)第61/786,781號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其每個(gè)全文據(jù)此以引用方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0005]本公開(kāi)總體涉及接近傳感器，且更具體來(lái)說(shuō)，涉及用于使用光電檢測(cè)器(photodetector)作為可調(diào)諧接近傳感器以檢測(cè)目標(biāo)對(duì)象并且確證其離接近傳感器的距離的技術(shù)。
[0006]發(fā)明背景
[0007]本文描述且圖示許多發(fā)明以及這些發(fā)明的許多方面和實(shí)施方案。在一個(gè)方面中，本發(fā)明尤其涉及一種可調(diào)諧接近傳感器系統(tǒng)，其包括單片檢測(cè)器或傳感器以通過(guò)檢測(cè)入射在傳感器上的反射光檢測(cè)目標(biāo)對(duì)象且響應(yīng)于此生成電信號(hào)。在另一方面中，本發(fā)明涉及控制這種接近傳感器以滿足或適應(yīng)響應(yīng)時(shí)間規(guī)格以及功率消耗規(guī)格的方法。
[0008]發(fā)明概述
[0009]公開(kāi)了用于使用光電檢測(cè)器作為可調(diào)諧接近傳感器以檢測(cè)目標(biāo)對(duì)象且確證其離所述接近傳感器的距離的技術(shù)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述技術(shù)可實(shí)現(xiàn)為一種接近傳感器系統(tǒng)，其包括:光電檢測(cè)器，其具有第一摻雜區(qū)、柵極、第二摻雜區(qū)和光吸收區(qū)，其中光吸收區(qū)包括至少一種材料，其中響應(yīng)于入射在其上的光生成相反電荷的載流子對(duì)，其中第一摻雜區(qū)吸引具有第一電荷的載流子對(duì)的第一載流子，其中第二摻雜區(qū)吸引具有第二相反電荷的載流子對(duì)的第二載流子，且其中光電檢測(cè)器生成指示接近傳感器系統(tǒng)附近中存在對(duì)象的輸出信號(hào)。這個(gè)實(shí)施方案還包括控制電路，其用于生成施加到光電檢測(cè)器的多個(gè)控制信號(hào)，其中多個(gè)控制信號(hào)包括施加到光電檢測(cè)器的第一摻雜區(qū)的第一控制信號(hào)、施加到光電檢測(cè)器的柵極的第二控制信號(hào)以及施加到光電檢測(cè)器的第二摻雜區(qū)的第三控制信號(hào);其中施加的控制信號(hào)控制光電檢測(cè)器的操作狀態(tài)。這個(gè)實(shí)施方案還包括檢測(cè)來(lái)自光電檢測(cè)器的輸出信號(hào)的信號(hào)檢測(cè)器。
[0010]根據(jù)這個(gè)實(shí)施方案的其它方面，光電檢測(cè)器的第一摻雜區(qū)由P型半導(dǎo)體形成且第二摻雜區(qū)由η型半導(dǎo)體形成。
[0011]根據(jù)這個(gè)實(shí)施方案的其它方面，控制電路通過(guò)為第一控制信號(hào)、第二控制信號(hào)和第三控制信號(hào)生成第一組相對(duì)電壓振幅而將光電檢測(cè)器置于非檢測(cè)狀態(tài)，使得光電檢測(cè)器處于光電檢測(cè)器中大致上無(wú)電流的反向偏置模式。根據(jù)這個(gè)實(shí)施方案的額外方面，施加到第一摻雜區(qū)的第一電壓振幅小于施加到第二摻雜區(qū)的第三電壓振幅。
[0012]根據(jù)這個(gè)實(shí)施方案的額外方面，控制電路通過(guò)為第一控制信號(hào)、第二控制信號(hào)和第三控制信號(hào)生成第二組相對(duì)電壓振幅而將光電檢測(cè)器置于檢測(cè)狀態(tài)，使得在光電檢測(cè)器上不存在入射光時(shí)光電檢測(cè)器處于所述光電檢測(cè)器中大致上無(wú)電流的正向偏置模式。根據(jù)這個(gè)實(shí)施方案的其它額外方面，施加到第一摻雜區(qū)的第一電壓振幅與施加到第二摻雜區(qū)的第三電壓振幅不同達(dá)約I伏特。
[0013]根據(jù)這個(gè)實(shí)施方案的額外方面，控制電路通過(guò)生成第一控制信號(hào)、第二控制信號(hào)和第三控制信號(hào)的第二組相對(duì)電壓振幅而將光電檢測(cè)器置于檢測(cè)狀態(tài)，使得在光電檢測(cè)器上存在入射光時(shí)光電檢測(cè)器處于所述光電檢測(cè)器中有電流的正向偏置模式。根據(jù)這個(gè)實(shí)施方案的其它額外方面，增加第一摻雜區(qū)與第二摻雜區(qū)之間的電場(chǎng)會(huì)減小響應(yīng)于入射光在所述光電檢測(cè)器中的電流的時(shí)間。根據(jù)這個(gè)實(shí)施方案的另一額外方面，減少第一摻雜區(qū)與第二摻雜區(qū)之間的電場(chǎng)會(huì)增加響應(yīng)于入射光在所述光電檢測(cè)器中的電流的時(shí)間。
[0014]根據(jù)實(shí)施方案的額外方面，控制電路施加控制信號(hào)以使光電檢測(cè)器在非檢測(cè)狀態(tài)與檢測(cè)狀態(tài)之間交替。根據(jù)這個(gè)實(shí)施方案的其它額外方面，控制電路通過(guò)生成第一控制信號(hào)、第二控制信號(hào)和第三控制信號(hào)的第一組相對(duì)電壓振幅而將光電檢測(cè)器置于非檢測(cè)狀態(tài)，使得光電檢測(cè)器處于大致上無(wú)電流的反向偏置模式。根據(jù)這個(gè)實(shí)施方案的其它額外方面，控制電路通過(guò)生成第一控制信號(hào)、第二控制信號(hào)和第三控制信號(hào)的第二組相對(duì)電壓振幅而將光電檢測(cè)器置于檢測(cè)狀態(tài)，使得光電檢測(cè)器處于不存在入射光時(shí)大致上無(wú)電流且存在入射光時(shí)有電流的正向偏置模式。
[0015]根據(jù)實(shí)施方案的額外方面，接近傳感器系統(tǒng)還包括脈沖光源。根據(jù)這個(gè)實(shí)施方案的其它額外方面，接近傳感器系統(tǒng)的脈沖光源與光電檢測(cè)器同步且在光電檢測(cè)器處于檢測(cè)狀態(tài)時(shí)發(fā)射光。
[0016]在另一實(shí)施方案中，所述技術(shù)可實(shí)現(xiàn)為一種用于使用根據(jù)前述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的接近傳感器系統(tǒng)檢測(cè)目標(biāo)存在的方法，其中光源的發(fā)射與光電檢測(cè)器中電流的檢測(cè)之間的時(shí)間，由于來(lái)自所述目標(biāo)的入射反射光，用來(lái)檢測(cè)目標(biāo)的存在。
[0017]在又另一特定實(shí)施方案中，所述技術(shù)可實(shí)現(xiàn)為一種使用根據(jù)前述實(shí)施方案的任一項(xiàng)的接近傳感器系統(tǒng)檢測(cè)目標(biāo)的距離的方法，其中光源的發(fā)射與光電檢測(cè)器中電流的檢測(cè)之間的時(shí)間，由于來(lái)自所述目標(biāo)的入射反射光，用來(lái)確證所述目標(biāo)的距離。
[0018]現(xiàn)在將參考如附圖所示的本公開(kāi)內(nèi)容的特定實(shí)施方案更詳細(xì)地描述本公開(kāi)內(nèi)容。雖然下文參考特定實(shí)施方案描述本公開(kāi)內(nèi)容，但是應(yīng)了解本公開(kāi)內(nèi)容不限于此。利用本文教導(dǎo)的所屬領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員應(yīng)明白在本文所述本公開(kāi)內(nèi)容的范疇內(nèi)且參考其本公開(kāi)內(nèi)容可顯著有用的額外實(shí)施方式、修改和實(shí)施方案以及其它使用領(lǐng)域。
[0019]附圖簡(jiǎn)述
[0020]為了促進(jìn)更充分了解本公開(kāi)內(nèi)容，現(xiàn)在參考附圖，其中以相同數(shù)字表示相同元件。這些圖示不應(yīng)被解譯為限制本公開(kāi)內(nèi)容，而是旨在僅為說(shuō)明性。
[0021]圖1以方框圖形式圖示本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，其包括生成例如由光電檢測(cè)器檢測(cè)(根據(jù)本發(fā)明的某些方面和實(shí)施方案)的激光脈沖的一個(gè)或多個(gè)激光，其中控制電路根據(jù)本發(fā)明的某些方面和實(shí)施方案生成施加到光電檢測(cè)器以促進(jìn)感測(cè)反射光的控制信號(hào)；顯然，在操作中，響應(yīng)于控制信號(hào)和反射光，光電檢測(cè)器生成可以由測(cè)量傳感器輸出的電流(例如，響應(yīng)于光檢測(cè)經(jīng)由接觸區(qū)和摻雜區(qū)輸出)的信號(hào)檢測(cè)器(例如電流放大器/傳感器(和其它電路)檢測(cè)的輸出電流;光電檢測(cè)器可以是分立器件或與控制電路和/或信號(hào)檢測(cè)器(和/或其它電路)集成為集成電路。
[0022]圖2圖示根據(jù)本發(fā)明的某些方面和實(shí)施方案的激光輸出(此處描繪為脈沖)與接近傳感器系統(tǒng)的光電檢測(cè)器(啟用和檢測(cè))之間的時(shí)序關(guān)系。
[0023]圖3根據(jù)本發(fā)明的某些方面和實(shí)施方案以方框圖形式圖示本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，其包括生成控制信號(hào)的控制電路，所述控制信號(hào)被施加到光電二極管，所述光電二極管響應(yīng)這種控制信號(hào)且在檢測(cè)到入射光之后生成由信號(hào)檢測(cè)器檢測(cè)的輸出電流。
[0024]圖4圖示施加到光電檢測(cè)器的示例性控制信號(hào)以及由此的響應(yīng)輸出(顯然，光電檢測(cè)器的輸出電流被施加到附接到光電檢測(cè)器的輸出的50歐姆阻抗以便生成輸出波形)。
[0025]圖5A是示例性單片光傳感器或光電檢測(cè)器的橫截面圖，其中這個(gè)說(shuō)明性傳感器的接觸區(qū)被布置在塊體基板晶片/管芯的頂側(cè)(主表面)上。
[0026]圖5B和圖5C圖示圖5A的光電檢測(cè)器的橫截面圖的示例性俯視圖，其中虛線A-A指示圖5A的橫截面圖的位置;雖然圖5A-5C的這個(gè)示例性實(shí)施方案的接觸區(qū)通常被描述為p+區(qū)，但是在另一實(shí)施方案中，接觸區(qū)可以是η+區(qū)。
[0027]圖6-9根據(jù)本發(fā)明的某些方面從能帶圖角度描繪光電檢測(cè)器的操作的階段，其中第一電壓(例如，在這個(gè)示例性實(shí)施方案中可為-5V的負(fù)電壓)被施加到光電檢測(cè)器以將光電檢測(cè)器反向偏置和/或維持在檢測(cè)保持狀態(tài)(圖6-反向偏置電壓施加到光電檢測(cè)器(SP，沒(méi)有施加到光電檢測(cè)器的檢測(cè)控制信號(hào))；光電檢測(cè)器經(jīng)由施加保持電壓處于非-檢測(cè)狀態(tài)-電荷載流子從低摻雜區(qū)“移除”)；其中第二電壓(例如，在這個(gè)示例性實(shí)施方案中可為IV的正電壓)被施加到光電檢測(cè)器以將檢測(cè)器置于檢測(cè)就緒狀態(tài)，其中鄰近η+區(qū)和ρ+區(qū)的勢(shì)皇封阻或防止(顯著)電流流動(dòng)(圖7-緊接在切換到正向偏置之后的能帶圖:光電檢測(cè)器處于檢測(cè)就緒狀態(tài);鄰近光電檢測(cè)器的η+區(qū)和P+區(qū)的勢(shì)皇封阻或防止(顯著)電流流動(dòng))；在存在入射光時(shí)，光生成的載流子在鄰近光電檢測(cè)器的η+和ρ+的區(qū)中積聚;光生成載流子減小鄰近光電檢測(cè)器的η+區(qū)和P+區(qū)的勢(shì)皇(圖8-由光生成的載流子在鄰近光電檢測(cè)器的η+區(qū)和P+區(qū)的區(qū)中積聚;光生成載流子減小鄰近η+區(qū)和ρ+區(qū)的勢(shì)皇)，使得電流在存在檢測(cè)光且響應(yīng)于控制電路施加的控制信號(hào)時(shí)在光電檢測(cè)器的η+區(qū)與ρ+區(qū)之間流動(dòng)，其中在這些境況下，檢測(cè)器處于檢測(cè)狀態(tài)(圖9-電流在存在檢測(cè)光且響應(yīng)于由控制電路施加的控制信號(hào)時(shí)在光電檢測(cè)器的η+區(qū)與P+區(qū)之間流動(dòng);在這些境況下，壁皇最終消失且正向電流流動(dòng))。
[0028]圖10圖示根據(jù)本發(fā)明的另一方面的光電檢測(cè)器陣列，其中光電檢測(cè)器可以經(jīng)由本文描述和/或圖示的任何實(shí)施方案實(shí)施;除了傳感器陣列之外，所述陣列可以包括管理所述陣列的光電檢測(cè)器的采集、捕獲和/或感測(cè)操作的控制電路-例如，控制電路(其可以與傳感器/檢測(cè)器被集成在相同基板上)可以使得數(shù)據(jù)采集或感測(cè)與傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率相關(guān)的方式控制或啟用/禁用光電檢測(cè)器或光電檢測(cè)器;光電檢測(cè)器或光電檢測(cè)器陣列可以耦合到多個(gè)光纖輸出器件，其中每個(gè)光纖器件與所述陣列的一個(gè)或多個(gè)光電檢測(cè)器相關(guān)聯(lián)且控制電路可以根據(jù)光纖器件的相關(guān)聯(lián)輸出控制或啟用/禁用光電檢測(cè)器的子集。
[0029]圖11圖示使用光子數(shù)據(jù)傳輸(例如經(jīng)由光纖)的高速數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境中實(shí)施的光電檢測(cè)器(以方框圖形式)；光傳感器或光電檢測(cè)器可以經(jīng)由本文描述和/或圖示的任何實(shí)施方案實(shí)施且可以耦合到電流放大器或傳感器(和其它電路)以測(cè)量/調(diào)節(jié)由傳感器輸出的電流(例如，響應(yīng)于光/數(shù)據(jù)的檢測(cè)經(jīng)由接觸區(qū)和摻雜區(qū)輸出)；顯然，電流傳感器可以是高速感測(cè)放大器等-其中現(xiàn)今已知或日后開(kāi)發(fā)的所有電流感測(cè)電路和架構(gòu)旨在落入本發(fā)明的范疇內(nèi)；此外，光傳感器或光電檢測(cè)器可以是分立器件或與電流放大器或傳感器(和/或其它電路)集成作為集成電路。
[0030]圖12A是圖1A的示例性單片光傳感器或光電檢測(cè)器的橫截面圖，其中在這個(gè)所示實(shí)施方案中，傳感器被布置在絕緣體上半導(dǎo)體基板(SOI基板)例如絕緣體上硅中或其上。
[0031]圖12B和圖12C是圖1A的示例性單片光電檢測(cè)器的說(shuō)明性俯視圖；顯然，相對(duì)于圖12C所示，柵極I和柵極2互連作為被識(shí)別或指定為“柵極”的單體式結(jié)構(gòu)。
[0032]圖13A和圖13B描繪根據(jù)示例性單片光傳感器或光電檢測(cè)器的某些方面結(jié)合能帶圖的單片傳感器或檢測(cè)器的一般操作和/或響應(yīng)，其中當(dāng)傳感器不檢測(cè)或不暴露給光時(shí)，P+區(qū)與η+區(qū)之間由于由施加到柵極的電壓提供或造成的壁皇而幾乎沒(méi)有電流流動(dòng);然而，當(dāng)傳感器檢測(cè)或被暴露給來(lái)自一個(gè)或多個(gè)光源的入射光時(shí)，多數(shù)正載流子(即空穴)移向布置在柵極1(柵極I)下方的區(qū)I，且大部分負(fù)載流子(即電子)移向布置在柵極2(柵極2)下方的區(qū)2，且區(qū)I中的過(guò)量空穴提供、引發(fā)或造成對(duì)來(lái)自η+區(qū)的電子移動(dòng)和電子電流的勢(shì)皇下降，而區(qū)2中的過(guò)量電子提供、引發(fā)或造成流自ρ+區(qū)的空穴壁皇和空穴電流的下降；在這些境況下，傳感器處于導(dǎo)電狀態(tài)或模式，提供大內(nèi)部電流增益;此外，正反饋機(jī)制加速過(guò)量載流子在各自柵極下的積聚，這繼而減小對(duì)應(yīng)于這些區(qū)的有關(guān)勢(shì)皇，并且造成電流在光電檢測(cè)器的P+區(qū)與η+區(qū)之間流動(dòng)并且在檢測(cè)或響應(yīng)于入射光后造成輸出電流。
[0033]圖14是根據(jù)施加到η+區(qū)和ρ+區(qū)的電壓變化在傳感器檢測(cè)到光(S卩，光“開(kāi)啟”)且傳感器未檢測(cè)到光(即，光“關(guān)閉”)時(shí)，光傳感器或光電檢測(cè)器的相對(duì)輸出電流的圖形說(shuō)明。
[0034]圖15Α是根據(jù)另一實(shí)施方案的另一示例性單片光傳感器或光電檢測(cè)器的橫截面圖，其中在這個(gè)說(shuō)明性實(shí)施方案中，傳感器被布置在SOI基板中或SOI基板上，并且包括布置在控制節(jié)點(diǎn)或柵極(示例性實(shí)施方案中示為柵極I和柵極2)之間的載流子生成區(qū)(CG區(qū))；CG區(qū)可以包括促進(jìn)響應(yīng)于入射光更多/更快生成載流子的材料，其中在一個(gè)實(shí)施方案中，CG區(qū)包括響應(yīng)于入射光相對(duì)于圖1OA的傳感器實(shí)施方案生成更多電子-空穴載流子的材料;在一個(gè)實(shí)施方案中，CG區(qū)包括鍺、砷化鎵或鍺化硅或其組合(例如，鍺和砷化鎵兩者)，和/或比類(lèi)似未摻雜或輕度摻雜半導(dǎo)體材料更多響應(yīng)于光子的高摻雜半導(dǎo)體材料(例如，高摻雜硅)。
[0035]圖15B和圖15C是根據(jù)某些方面和實(shí)施方案的圖15A的示例性單片光電檢測(cè)器的說(shuō)明性俯視圖。
[0036]圖16A和圖16B是根據(jù)另一實(shí)施方案的示例性單片光傳感器或光電檢測(cè)器的橫截面圖，然而在這些說(shuō)明性實(shí)施方案(且不同于圖12A和圖15A的實(shí)施方案)中，傳感器被布置在塊體基板(例如，來(lái)自第IV族半導(dǎo)體的一種或多種材料，包括硅(諸如體硅基板)、鍺和碳化硅)中或其上。
[0037]圖17A和圖17B是根據(jù)另一實(shí)施方案的單片光電檢測(cè)器或光電檢測(cè)器的橫截面圖，其中圖17A所示實(shí)施方案中的傳感器被布置在例如絕緣體上硅的SOI基板中或其上，且在圖17B所示實(shí)施方案中，所述傳感器被布置在塊體基板中或塊體基板上。
[0038]圖17C-17E是根據(jù)實(shí)施方案的圖17A和圖17B的光電檢測(cè)器的一般操作的橫截面圖，其中將選定或預(yù)定的電壓施加到光電檢測(cè)器的柵極、摻雜區(qū)(在這個(gè)實(shí)施方案中為P+區(qū))和接觸區(qū)(在這個(gè)實(shí)施方案中為P+接觸區(qū))促進(jìn)檢測(cè)傳感器上入射的光。
[0039]圖18示出針對(duì)光電檢測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間增加施加到η+區(qū)和ρ+區(qū)的電場(chǎng)的效果的示例性實(shí)施方案。
[0040]圖19Α-19C圖示圖17Α-17C的傳感器的橫截面圖的示例性俯視圖，其中虛線A-A指示圖17A-17C的橫截面圖的位置;顯然，相對(duì)于圖19C，柵極I和柵極2互連作為被識(shí)別或指定為“柵極”的單體式結(jié)構(gòu)。
[0041]圖20Α是根據(jù)另一傳感器或檢測(cè)器的單片光傳感器或光電檢測(cè)器的橫截面圖，其中這個(gè)說(shuō)明性光電檢測(cè)器的接觸區(qū)被布置在塊體基板晶片/管芯的背側(cè)。
[0042]圖20Β和圖20C圖示圖20Α的傳感器/檢測(cè)器的橫截面圖的示例性俯視圖，其中虛線A-A指示圖20Α的橫截面圖的位置。
[0043]圖21Α是根據(jù)又一實(shí)施方案的單片光傳感器或光電檢測(cè)器的橫截面圖。
[0044]圖21B-21D圖示圖21Α的光電檢測(cè)器的橫截面圖的示例性俯視圖，其中虛線A-A指示圖21Α的橫截面圖的位置；顯然，相對(duì)于圖21D，柵極I和柵極2互連作為被識(shí)別或指定為“柵極”的單體式結(jié)構(gòu)。
[0045]圖22Α和圖22Β是根據(jù)分別在圖17Α和圖17Β中圖示的光電檢測(cè)器的另一實(shí)施方案的單片光傳感器或光電檢測(cè)器的橫截面圖，其中在這個(gè)實(shí)施方案中，接觸區(qū)是η+型材料;顯然，在圖22Α或圖22Β的實(shí)施方案的接觸區(qū)為η+型接觸區(qū)時(shí)，傳感器可以特征化為η+ρηρ+型結(jié)構(gòu)，且除了 η+接觸區(qū)之外，傳感器的材料、處理、架構(gòu)和布局可以與圖17Α和圖17Β的實(shí)施方案的材料、處理、架構(gòu)和布局相同。
[0046]圖22C和圖22D是根據(jù)實(shí)施方案的圖22Α和圖22Β的傳感器或檢測(cè)器的一般操作的橫截面圖，其中傳感器經(jīng)由將選定或預(yù)定電壓施加到柵極、摻雜區(qū)(在這個(gè)所示實(shí)施方案中為P+區(qū))和接觸區(qū)(在這個(gè)實(shí)施方案中為P+接觸區(qū))來(lái)檢測(cè)入射光。
[0047]圖23Α和圖23F是根據(jù)實(shí)施方案的光傳感器或光電檢測(cè)器的橫截面圖。
[0048]圖23Β-23Ε是圖示相對(duì)于CMOS工藝的某些制造技術(shù)的俯視圖，其中傳感器包括η+區(qū)和P+區(qū)(參見(jiàn)例如圖12Α、圖15Α、圖16Α和圖16Β的說(shuō)明性實(shí)施方案)，ρ+區(qū)、柵極和接觸區(qū)可在制造PMOS和匪OS晶體管的CMOS工藝期間或與之相關(guān)來(lái)制造;在一個(gè)實(shí)施方案中，在形成柵極之后，可進(jìn)行η+植入其中被兩個(gè)柵極圍繞的η+區(qū)經(jīng)由CMOS處理制造(參見(jiàn)圖23B中的“X”)，且之后可形成η+區(qū)的一部分的接觸部(參見(jiàn)圖23C)，p+區(qū)可以類(lèi)似方式形成，其中在一個(gè)實(shí)施方案中，在形成柵極之后，可進(jìn)行P+植入其中被兩個(gè)柵極圍繞的η+區(qū)經(jīng)由CMOS處理制造(參見(jiàn)圖23D和圖23E);顯然，圖23F圖示所得或“最終”結(jié)構(gòu)的橫截面;實(shí)際上，在如本文提出的數(shù)個(gè)示例性實(shí)施方案中傳感器不包括η+區(qū)時(shí)，結(jié)合傳感器的η+處理可被忽略。
[0049]圖24Α是可結(jié)合本發(fā)明使用的示例性單片光傳感器或光電檢測(cè)器的橫截面圖，其中傳感器/檢測(cè)器包括布置在塊體基板晶片/管芯的頂側(cè)(主表面)上的多個(gè)接觸區(qū)(與圖5Α的實(shí)施方案的單個(gè)接觸區(qū)相比較)。
[0050]圖24Β和圖24C圖示圖24Α的光電檢測(cè)器的橫截面圖的示例性俯視圖，其中虛線A-A指示圖24Α的橫截面圖的位置;然而類(lèi)似于圖5A-5C，這個(gè)示例性實(shí)施方案的接觸區(qū)可以使用P+區(qū)和/或η+區(qū)。
[0051]再次，本文描述和圖示許多發(fā)明。本發(fā)明既不限于任何單個(gè)方面或其實(shí)施方案，也不限于這些方面和/或?qū)嵤┓桨傅娜魏谓M合和/或置換。本發(fā)明的每個(gè)方面和/或其實(shí)施方案可以單獨(dú)或組合本發(fā)明的其它方面和/或其實(shí)施方案中的一個(gè)或多個(gè)使用。為簡(jiǎn)要起見(jiàn)，本文不再單獨(dú)討論多數(shù)的這些組合和置換。
【具體實(shí)施方式】
[0052]本文描述和圖示許多發(fā)明。在一個(gè)方面中，本發(fā)明涉及接近傳感器系統(tǒng)及其操作方法。參考圖1，在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，接近傳感器系統(tǒng)包括生成被導(dǎo)引到對(duì)象的光(例如，多個(gè)光脈沖)的一個(gè)或多個(gè)激光。所述系統(tǒng)還包括一個(gè)或多個(gè)光電檢測(cè)器以檢測(cè)反射自對(duì)象的光(例如，一個(gè)或多個(gè)激光脈沖)?？刂齐娐飞煽刂菩盘?hào)并將這些控制信號(hào)施加到光電檢測(cè)器，作為響應(yīng)，將光電檢測(cè)器置于感測(cè)模式。在感測(cè)模式中時(shí)，光電檢測(cè)器能夠檢測(cè)入射到其上的光。信號(hào)檢測(cè)器接收光電檢測(cè)器的輸出，并且在一個(gè)實(shí)施方案中，確定何時(shí)檢測(cè)到反射光。圖2圖示根據(jù)本發(fā)明的某些方面和實(shí)施方案的激光輸出(本文描繪為脈沖)與接近傳感器系統(tǒng)的光電檢測(cè)器(啟用和檢測(cè))之間的時(shí)序關(guān)系。
[0053]在另一方面中，本發(fā)明涉及一種控制光電檢測(cè)器和/或光電檢測(cè)器陣列的方法。參考圖3，在第一實(shí)施方案中，系統(tǒng)根據(jù)本發(fā)明的方面包括光電檢測(cè)器、生成控制信號(hào)且將這些控制信號(hào)施加到光電檢測(cè)器的控制電路(其作為響應(yīng)，光電檢測(cè)器檢測(cè)入射到其上的光)以及信號(hào)檢測(cè)器。圖4圖示控制信號(hào)和光電檢測(cè)器對(duì)此的響應(yīng)(當(dāng)光入射到其上時(shí))。
[0054]參考圖1和圖2，在操作中，接近傳感器系統(tǒng)可以使用激光或LED生成多個(gè)光脈沖。在一個(gè)實(shí)施方案中，光電檢測(cè)器可以保持在非檢測(cè)狀態(tài)且被周期性置于檢測(cè)或感測(cè)狀態(tài)/模式。光電檢測(cè)器可以經(jīng)由來(lái)自控制電路的感測(cè)控制脈沖而被置于感測(cè)狀態(tài)或模式。這些控制脈沖可以與激光脈沖同步。當(dāng)在感測(cè)狀態(tài)或模式中時(shí)，光電檢測(cè)器能夠檢測(cè)從對(duì)象反射到檢測(cè)器上的光。響應(yīng)于入射到其上的反射光，光電檢測(cè)器生成輸出信號(hào)(例如，輸出電流)。在一個(gè)實(shí)施方案中，輸出信號(hào)由信號(hào)檢測(cè)器檢測(cè)。如’928申請(qǐng)中所指出，這可以經(jīng)由將反向偏置電壓施加到光電檢測(cè)器來(lái)實(shí)施(即，沒(méi)有施加到光電檢測(cè)器的檢測(cè)控制信號(hào))。在這方面，光電檢測(cè)器由于施加保持電壓而處于非檢測(cè)狀態(tài)，其中電荷載流子自低摻雜區(qū)中“移除”。在非檢測(cè)狀態(tài)中，幾乎沒(méi)有電流流過(guò)光電檢測(cè)器或從其中流出-不管是否存在入射在光電檢測(cè)器上的反射光。此外，在操作中，在不存在入射光時(shí)，幾乎沒(méi)有電流流過(guò)光電檢測(cè)器，不管光電檢測(cè)器和/或控制信號(hào)的狀態(tài)如何。
[0055]繼續(xù)參考圖1和圖2，從位于比距離L更近的對(duì)象反射的光子可特征化為:
[0056]L=(tx 光速)/2
[0057]顯然，根據(jù)仿真，光電檢測(cè)器的觸發(fā)時(shí)間可以小于20微微秒。
[0058]顯然，本發(fā)明可以采用任何光電二極管或檢測(cè)器以實(shí)施本發(fā)明，包括在美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?3/481,891所述的光電檢測(cè)器架構(gòu)，該申請(qǐng)以引用的方式并入本文。例如，參考圖5A-5C，光電檢測(cè)器包括至少一個(gè)控制節(jié)點(diǎn)或柵極(在示例性實(shí)施方案中示為柵極1)、光吸收區(qū)、第一摻雜區(qū)(在示例性實(shí)施方案中示為P+區(qū))和第二摻雜區(qū)(示為接觸區(qū))。接觸區(qū)被布置和/或形成在基板區(qū)中和含有P+區(qū)和柵極的主表面上;且在操作中可以是光電檢測(cè)器的輸出部。如本文所提到，接觸區(qū)(多個(gè)區(qū))可以是P+或η+區(qū)(多個(gè)區(qū))。
[0059]光電檢測(cè)器可以制造在硅(例如，標(biāo)準(zhǔn)塊體硅)、硅-鍺、砷化鎵或絕緣體(例如，玻璃等)中或其上，或制造在絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)基板(例如，布置在絕緣體區(qū)/層/材料(例如，氧化硅、氮化硅和/或其組合)上或上方的硅或鍺區(qū)/層/材料)中或其上。簡(jiǎn)要地說(shuō)，在這個(gè)實(shí)施方案中，控制節(jié)點(diǎn)或柵極(下文為“柵極”)可以包括導(dǎo)電型材料(導(dǎo)體或摻雜半導(dǎo)體)，例如，金屬(例如，鋁或銅)、金屬化合物和/或摻雜半導(dǎo)體(例如，摻雜有施主或受主雜質(zhì)的硅)。柵極經(jīng)由絕緣體或介電材料(例如氧化硅、氮化硅或其組合或復(fù)合物，例如，ONO)與主體區(qū)間隔開(kāi)。
[0060]光吸收區(qū)可被制造在基板中或其上。在一個(gè)實(shí)施方案中，主體區(qū)是本征或摻雜半導(dǎo)體(例如，本征/未摻雜硅、鍺或碳化硅或輕摻雜(用施主或受主雜質(zhì))硅、鍺或碳化硅)。實(shí)際上，光吸收區(qū)可以是來(lái)自IV族半導(dǎo)體的一種或多種材料，包括硅、鍺、碳化硅和/或其組合(例如，硅-鍺)。光吸收區(qū)主體可以是本征材料或含有雜質(zhì)的材料，例如，(多種)η型或ρ型材料。
[0061]如上所述，光電檢測(cè)器包括至少一個(gè)摻雜區(qū)-參見(jiàn)ρ+區(qū)。摻雜半導(dǎo)體區(qū)可以被布置和/或形成在基板中或其上。例如，可以通過(guò)用P型雜質(zhì)(例如，硼)摻雜半導(dǎo)體而在基板中形成ρ型半導(dǎo)體材料。顯然，摻雜半導(dǎo)體區(qū)(ρ+區(qū))還是光電檢測(cè)器的控制節(jié)點(diǎn)，以及在操作中是光電檢測(cè)器的輸出部。
[0062]接觸區(qū)形成在基板區(qū)中(例如，經(jīng)由常規(guī)光刻、蝕刻和沉積技術(shù))，并且包括導(dǎo)電型材料(導(dǎo)體或半導(dǎo)體)，例如，金屬(例如，鋁或銅)、金屬化合物和/或摻雜半導(dǎo)體(例如，摻雜有施主或受主雜質(zhì)的娃、娃-鍺或砷化嫁)。接觸區(qū)可以是受主型材料，諸如P+慘雜娃、鍺、硅-鍺、碳化硅或砷化鎵。實(shí)際上，在一個(gè)實(shí)施方案中，接觸區(qū)是由來(lái)自IV族半導(dǎo)體的一種或多種材料組成的P+型材料，包括硅、鍺、碳化硅和/或其組合。
[0063]在另一實(shí)施方案中，接觸區(qū)由基板區(qū)的一部分形成。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，使用常規(guī)的光刻和沉積技術(shù)，基板可以摻雜有受主型摻雜劑，形成例如P+摻雜硅、鍺、硅-鍺、碳化硅或砷化鎵。在一個(gè)實(shí)施方案中，摻雜劑可以是硼或鋁，以提供或摻入原子(受主)到基板區(qū)的選定部分中，以便增加自由電荷載流子的數(shù)量(在這個(gè)案子中，為正載流子或空穴)。
[0064]顯然，在示例性實(shí)施方案中，基板區(qū)光電檢測(cè)器可以是絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)基板(例如，布置在絕緣體區(qū)/層/材料(例如，氧化硅、氮化硅和/或其組合)或硅(例如標(biāo)準(zhǔn)塊體硅)、硅-鍺、砷化鎵和/或其組合上或上方的硅或鍺區(qū)/層/材料。
[0065]重要的是，光電檢測(cè)器可以使用現(xiàn)今已知、本文描述的和/或日后開(kāi)發(fā)的任何材料和/或技術(shù)制造。
[0066]簡(jiǎn)要地說(shuō)，響應(yīng)于入射光，電子-空穴對(duì)形成且被電場(chǎng)(通過(guò)將選定電壓施加到接觸區(qū)(例如負(fù)電壓(￥(:〈0￥))、柵極(例如，大于4￥(￥61>4￥))和?+區(qū)(例如，￥1 = +3￥)形成)分開(kāi)，其中正載流子(即空穴)流到P+接觸區(qū)且負(fù)載流子(即電子)流到柵極附近和/或下面的主體區(qū)的部分。電子在柵極附近和/或下面積聚，且響應(yīng)于此，來(lái)自并置柵極的P+區(qū)的正載流子(即空穴)流到接觸區(qū)(此處為P+接觸區(qū))。隨著過(guò)量電子在位于柵極附近和/或下面的主體區(qū)中積聚，電子壁皇(帶隙)在其中下降。這導(dǎo)致從ρ+區(qū)的額外和/或更高的空穴電流通過(guò)所述基板區(qū)的一部分流到接觸區(qū)。即，產(chǎn)生額外和/或更大的空穴電流且從P+區(qū)通過(guò)主體區(qū)的一部分和光吸收區(qū)流到P+接觸區(qū)，從而增加輸出電流的幅值。以此方式，光電檢測(cè)器處于導(dǎo)電狀態(tài)或模式，提供大的內(nèi)部電流增益。電流在P+區(qū)與接觸區(qū)之間流動(dòng)且在檢測(cè)到或響應(yīng)于入射光輸出電流。
[0067]圖5Β和圖5C圖示圖5Α的光電檢測(cè)器的橫截面圖的示例性俯視圖，其中圖5Β和圖5C中的虛線A-A指示圖5Α的橫截面圖的位置。顯然，雖然已經(jīng)將圖5A-5C的示例性實(shí)施方案的接觸區(qū)描述為P+區(qū)，但是在另一實(shí)施方案中，接觸區(qū)可以是η+型。
[0068]參考圖4-9，在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的電路和技術(shù)可以經(jīng)由將反向偏置電壓施加到光電檢測(cè)器而將所述光電檢測(cè)器保持在非檢測(cè)狀態(tài)(即，無(wú)檢測(cè)控制信號(hào)施加到光電檢測(cè)器)。在這方面，光電檢測(cè)器經(jīng)由施加保持電壓而處于非檢測(cè)狀態(tài)，其中電荷載流子自低摻雜區(qū)中“移除”。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，保持電壓為-5VJ參見(jiàn)圖4和圖6)。顯然，在非檢測(cè)狀態(tài)中，幾乎沒(méi)有電流流過(guò)光電檢測(cè)器，而不管是否存在入射光。此外，在操作中，在不存在入射光時(shí)，幾乎沒(méi)有電流流過(guò)光電檢測(cè)器，不管光電檢測(cè)器和/或控制信號(hào)的狀態(tài)如何。
[0069]本發(fā)明的電路和技術(shù)可以經(jīng)由施加檢測(cè)電壓而將光電檢測(cè)器置于就緒狀態(tài)，其中鄰近η+區(qū)和ρ+區(qū)的勢(shì)皇封阻或防止電流流動(dòng)(例如，顯著的電流流動(dòng))。(參見(jiàn)圖7)。在這個(gè)示例性實(shí)施方案中，例如+IV的檢測(cè)電壓將光電檢測(cè)器置于正向偏置狀態(tài)。此處，光電檢測(cè)器上沒(méi)有入射光，且因此，幾乎沒(méi)有電流流過(guò)光電檢測(cè)器。
[0070]當(dāng)光入射在光電檢測(cè)器上時(shí)，由光生成的載流子在鄰近η+區(qū)和ρ+區(qū)的區(qū)中積聚，從而減小鄰近η+區(qū)和ρ+區(qū)的勢(shì)皇。(參見(jiàn)圖8)。作為響應(yīng)，在光電檢測(cè)器上存在入射光時(shí)，大量電流在η+區(qū)與ρ+區(qū)之間流動(dòng)。在這些境況下，壁皇最終消失且正向電流流動(dòng)。(參見(jiàn)例如圖4和圖9)。
[0071]實(shí)施或啟用光電檢測(cè)器的感測(cè)的所示/示例性電壓電平只是示例性的。所指示的電壓電平可以是相對(duì)的或絕對(duì)的?；蛘撸捎诿總€(gè)電壓電平例如可以增加或減少給定電壓量(例如，每個(gè)電壓可增加或減少0.1伏特、0.15伏特、0.25伏特、0.5伏特、I伏特)，所指示的電壓可以是相對(duì)的，而不管一個(gè)或多個(gè)電壓(例如，施加到η+區(qū)和ρ+區(qū)的電壓)變?yōu)榛驗(yàn)檎拓?fù)。
[0072]此外，本發(fā)明的光電檢測(cè)器的檢測(cè)時(shí)間或觸發(fā)時(shí)間可以是可編程或可調(diào)諧的，例如以滿足或適應(yīng)響應(yīng)時(shí)間規(guī)格以及功率消耗規(guī)格。在一個(gè)實(shí)施方案中，例如通過(guò)增加主體區(qū)內(nèi)的電場(chǎng)調(diào)整施加到η+區(qū)和ρ+區(qū)的電壓以減少光電檢測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間。此處，調(diào)整(例如增加)η+區(qū)和ρ+區(qū)與相關(guān)聯(lián)區(qū)之間的電場(chǎng)以調(diào)整光電檢測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間(例如，減少)。在另一實(shí)施方案中，調(diào)整施加到η+區(qū)和ρ+區(qū)的電壓以減小光電檢測(cè)器的功率消耗。因此，響應(yīng)時(shí)間和/或功率消耗可被控制、調(diào)整和/或編程，以例如適應(yīng)光電檢測(cè)器的期望/需要的規(guī)格。所有置換響應(yīng)時(shí)間和/或功率消耗及其組合旨在落入本發(fā)明的范疇之內(nèi)。
[0073]除此之外或取而代之，在一個(gè)實(shí)施方案中，在經(jīng)由施加保持電壓感測(cè)光(或數(shù)據(jù))之前，光電檢測(cè)器被置于預(yù)定或非檢測(cè)狀態(tài)。例如，在感測(cè)之前，可將載流子從低摻雜區(qū)移除，使得在感測(cè)開(kāi)始時(shí)該區(qū)中的載流子濃度低于預(yù)定值。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)將反向偏置電壓施加到第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)以從主體區(qū)移除載流子而將光電檢測(cè)器置于預(yù)定或非檢測(cè)狀態(tài)。在感測(cè)之前，將光電檢測(cè)器建立在預(yù)定或非檢測(cè)狀態(tài)(例如，周期性)可增強(qiáng)或增加光電檢測(cè)器在感測(cè)期間的穩(wěn)定度和/或精確度。
[0074]在一個(gè)實(shí)施方案中，光電檢測(cè)器包括至少兩個(gè)摻雜區(qū)-ρ+區(qū)和η+區(qū)。摻雜半導(dǎo)體區(qū)可以被布置和/或形成在基板中或其上且并置低摻雜區(qū)。例如，可以通過(guò)用P型雜質(zhì)(例如，硼)摻雜半導(dǎo)體而在基板中形成P型半導(dǎo)體材料。
[0075]低摻雜區(qū)可被制造在基板中或其上。在一個(gè)實(shí)施方案中，主體區(qū)是本征或摻雜半導(dǎo)體(例如，本征/未摻雜硅、鍺或碳化硅或輕摻雜(用施主或受主雜質(zhì))硅、鍺或碳化硅)。實(shí)際上，低摻雜區(qū)可以是來(lái)自IV族半導(dǎo)體的一種或多種材料，包括硅、鍺、碳化硅和/或其組合(例如，硅-鍺)。低摻雜區(qū)可以是本征材料或含有雜質(zhì)的材料，例如，(多種)η型或ρ型材料。
[0076]重要的是，光電檢測(cè)器可以使用現(xiàn)今已知、本文描述的和/或日后開(kāi)發(fā)的任何材料和/或技術(shù)制造。
[0077]本文描述和圖示許多發(fā)明。雖然已經(jīng)描述和圖示本發(fā)明的某些實(shí)施方案、特征、屬性和優(yōu)點(diǎn)，但是應(yīng)理解，從描述和圖示中顯而易知許多其它且不同和/或類(lèi)似的實(shí)施方案、特征、屬性以及優(yōu)點(diǎn)。因此，本發(fā)明的以上實(shí)施方案只是示例性的。所述實(shí)施方案無(wú)意為詳盡或?qū)⒈景l(fā)明限制為所公開(kāi)的精確形式、技術(shù)、材料和/或配置。根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容，許多修改和變化是可能的。應(yīng)理解，可在不脫離本發(fā)明的范疇的情況下利用其它實(shí)施方案且可進(jìn)行操作改變。因此，本發(fā)明的范疇并不僅限于以上描述，因?yàn)橐呀?jīng)出于圖示和描述的目的呈現(xiàn)以上實(shí)施方案的描述。
[0078]重要的是，本發(fā)明既不限于任何單個(gè)方面或?qū)嵤┓桨?，也不限于這些方面和/或?qū)嵤┓桨傅娜魏谓M合和/或置換。此外，本發(fā)明的每個(gè)方面和/或其實(shí)施方案可以單獨(dú)或組合其它方面和/或其實(shí)施方案中的一個(gè)或多個(gè)使用。為簡(jiǎn)要起見(jiàn)，本文不再單獨(dú)討論和/或圖示許多這些置換和組合。
[0079]顯然，可以在分立器件(例如，分立光子接收器元件)中以及結(jié)合不管現(xiàn)今已知或日后開(kāi)發(fā)的任何類(lèi)型的集成電路(例如，集成CMOS光子接收器電路)來(lái)實(shí)施本發(fā)明的光電檢測(cè)器;所有這些配置旨在落入本發(fā)明的范疇之內(nèi)。此外，可以使用不管現(xiàn)今已知或日后開(kāi)發(fā)的任何制造技術(shù)，制造本發(fā)明的光電檢測(cè)器和/或光電檢測(cè)器-集成電路器件;所有這些技術(shù)旨在落入本發(fā)明的范疇之內(nèi)。
[0080]在另一方面，本發(fā)明涉及根據(jù)本文描述和/或圖示的任何實(shí)施方案的光電檢測(cè)器陣列。除了光電檢測(cè)器陣列之外，所述陣列可以包括管理光電檢測(cè)器陣列的采集、捕獲和/或感測(cè)操作的控制電路。(參見(jiàn)例如圖1O)。例如，控制電路可以使得數(shù)據(jù)采集或感測(cè)與傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率相關(guān)的方式控制或啟用/禁用光電檢測(cè)器。在另一實(shí)施方案中，光電檢測(cè)器陣列耦合到多個(gè)光纖輸出器件，其中每個(gè)光纖器件與所述陣列的一個(gè)或多個(gè)光電檢測(cè)器相關(guān)聯(lián)，且控制電路可以根據(jù)所述光纖器件的相關(guān)聯(lián)輸出控制或啟用/禁用光電檢測(cè)器子集。
[0081]光電檢測(cè)器陣列可以由集成在管芯上的多個(gè)分立器件和/或多個(gè)光電檢測(cè)器形成，其中光電檢測(cè)器陣列部分包括多個(gè)光電檢測(cè)器以采集、捕獲、轉(zhuǎn)換和/或感測(cè)來(lái)自一個(gè)或多個(gè)相關(guān)聯(lián)光纖輸出的入射光。光電檢測(cè)器可以被配置和/或安置成任何陣列架構(gòu)并且結(jié)合不管現(xiàn)今已知或日后開(kāi)發(fā)的任何類(lèi)型的集成電路;所有這些配置旨在落入本發(fā)明的范疇之內(nèi)。此外，可以使用不管現(xiàn)今已知或日后開(kāi)發(fā)的任何制造技術(shù)，制造本發(fā)明的陣列(其包括多個(gè)光電檢測(cè)器)和/或光電檢測(cè)器陣列-集成電路器件實(shí)施方案;所有這些技術(shù)旨在落入本發(fā)明的范疇之內(nèi)。
[0082]如上所述，本發(fā)明可以使用光子數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚贁?shù)據(jù)傳輸(例如經(jīng)由光纖)實(shí)施。參考圖11，光電檢測(cè)器可以耦合到信號(hào)檢測(cè)器(電流檢測(cè)器和/或其它電路)來(lái)測(cè)量/調(diào)節(jié)光電檢測(cè)器輸出的電流(例如，響應(yīng)于圖3、圖4、圖10和圖11所示的示例性實(shí)施方案中的光/數(shù)據(jù)的檢測(cè)經(jīng)由P+摻雜區(qū)和η+摻雜區(qū)輸出)。顯然，電流光電檢測(cè)器可以是高速電流檢測(cè)器等等?，F(xiàn)今已知或日后開(kāi)發(fā)的所有電流感測(cè)電路和架構(gòu)旨在落入本發(fā)明的范疇之內(nèi)。
[0083]此外，本文所描述和/或圖示的實(shí)施方案中的ρ+區(qū)和η+區(qū)可以由半導(dǎo)體或在半導(dǎo)體(例如，摻雜受主/施主雜質(zhì)的硅)中形成。
[0084]顯然，光電檢測(cè)器、光電檢測(cè)器陣列和/或管芯/器件(包括光電檢測(cè)器和/或光電檢測(cè)器陣列)可包括布置在其上方或其上的抗反射材料。在一個(gè)實(shí)施方案中，抗反射材料被布置在(光電檢測(cè)器陣列的)光電檢測(cè)器或多個(gè)光電檢測(cè)器的光吸收區(qū)上方或光吸收區(qū)上。在另一實(shí)施方案中，抗反射材料可被布置在整個(gè)結(jié)構(gòu)或其顯著部分上或上方。
[0085]如上所述，本發(fā)明可以分立光電檢測(cè)器或具有光子接收器部分(其可包括一個(gè)或多個(gè)光電檢測(cè)器(包括光電檢測(cè)器陣列))的集成電路器件實(shí)施。此外，本發(fā)明的光電檢測(cè)器可以標(biāo)準(zhǔn)平面技術(shù)(如本文所示)或任何3D技術(shù)(例如，平面或垂直型)，或支柱架構(gòu))實(shí)施。鑒于絕緣或非導(dǎo)電區(qū)(例如，塊體型材料/基板中)，光電檢測(cè)器的主體區(qū)可以或可以不電浮動(dòng)。如本文所示，光電檢測(cè)器可以形成在SOI基板或塊體硅基板上。
[0086]如上所述，本發(fā)明可以采用任何光電二極管或光電檢測(cè)器來(lái)實(shí)施本發(fā)明，包括在美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?3/481，891所述的光電二極管或光電檢測(cè)器布局/架構(gòu)，該申請(qǐng)以引用的方式并入本文。上文討論且在圖5A-5C中圖示示例性光電檢測(cè)器布局/架構(gòu)。下文即將討論其它光電檢測(cè)器布局/架構(gòu)。
[0087]參考圖12A，在一個(gè)實(shí)施方案中，光電檢測(cè)器包括至少兩個(gè)控制節(jié)點(diǎn)或柵極(在示例性實(shí)施方案中示為柵極I和柵極2)、光吸收區(qū)、主體區(qū)、第一摻雜區(qū)(在示例性實(shí)施方案中示為η+區(qū))和第二摻雜區(qū)(在示例性實(shí)施方案中示為ρ+區(qū))。在這個(gè)示例性實(shí)施方案中，光電檢測(cè)器被制造在絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)基板(例如，布置在絕緣體區(qū)/層/材料(例如，氧化硅、氮化硅和/或其組合)上或上方的硅或鍺區(qū)/層/材料)中或其上。
[0088]簡(jiǎn)要地說(shuō)，在一個(gè)實(shí)施方案中，控制節(jié)點(diǎn)或柵極(下文為“柵極”)可以包括導(dǎo)電型材料(導(dǎo)體或半導(dǎo)體)，例如，金屬(例如，鋁或銅)、金屬化合物和/或摻雜半導(dǎo)體(例如，摻雜有施主或受主雜質(zhì)的硅)。柵極經(jīng)由絕緣體或介電材料(例如氧化硅、氮化硅或其組合或復(fù)合物，例如，0Ν0)與主體區(qū)間隔開(kāi)。
[0089]主體區(qū)可以是本征或摻雜的半導(dǎo)體(例如，本征/未摻雜硅或鍺或輕摻雜(用施主或受主雜質(zhì))硅或鍺)，包括本征材料或含有雜質(zhì)的材料，例如，η型或ρ型材料。實(shí)際上，主體區(qū)可以是來(lái)自IV族半導(dǎo)體的一種或多種材料，包括硅、鍺、碳化硅和/或其組合。
[0090]根據(jù)這個(gè)實(shí)施方案的光電檢測(cè)器包括至少兩個(gè)摻雜半導(dǎo)體區(qū)，其包括η+區(qū)和ρ+區(qū)。這些摻雜半導(dǎo)體區(qū)可以形成在包括主體區(qū)的半導(dǎo)體層內(nèi)。例如，η型半導(dǎo)體材料可以由具有η型雜質(zhì)(例如磷或砷)的這種半導(dǎo)體層(例如硅層)或通過(guò)用所述η型雜質(zhì)摻雜這種半導(dǎo)體層而形成?？梢杂删哂蠵型雜質(zhì)(例如硼)的這種半導(dǎo)體或通過(guò)用所述P型雜質(zhì)摻雜這種半導(dǎo)體而形成P型半導(dǎo)體材料。顯然，摻雜半導(dǎo)體區(qū)(η+區(qū)和P+區(qū))是光電檢測(cè)器的輸出部。
[0091]重要的是，光電檢測(cè)器可以使用現(xiàn)今已知、本文描述的和/或日后開(kāi)發(fā)的任何材料和/或技術(shù)制造。
[0092]繼續(xù)參考圖12Α，在操作中，光電檢測(cè)器能夠經(jīng)由將選定或預(yù)定的電壓施加到柵極和摻雜區(qū)(此處為η+區(qū)和ρ+區(qū))而檢測(cè)入射光。在一個(gè)實(shí)施方案中，將負(fù)電壓施加到柵極I(例如，-2V)，將負(fù)或零電壓施加到η+區(qū)，將正電壓施加到柵極2(例如，2V)且將正電壓(例如IV)施加到ρ+區(qū)。在這些情況下且在這個(gè)狀態(tài)中，響應(yīng)于光(例如，從光纖器件輸出的光)入射在光電檢測(cè)器的光吸收區(qū)上或施加到所述光吸收區(qū)，電流在η+區(qū)與ρ+區(qū)之間流動(dòng)。即，所施加或入射的光在光電檢測(cè)器的主體區(qū)中生成電子-空穴對(duì)-其中這些對(duì)的電子和空穴被主體區(qū)內(nèi)的電場(chǎng)分開(kāi)。如上所述，施加到柵極、η+區(qū)和ρ+區(qū)的電壓(例如，靜態(tài)或固定電壓)在主體區(qū)內(nèi)產(chǎn)生或提供電場(chǎng)。
[0093]具體來(lái)說(shuō)，正載流子(即空穴)移向布置在柵極I下方的區(qū)I，且負(fù)載流子(即電子)移向布置在柵極2下方的區(qū)2。區(qū)I中的過(guò)量空穴將引發(fā)壁皇對(duì)電子移動(dòng)(帶隙)的降低且電子電流流從η+區(qū)流動(dòng)。類(lèi)似地，區(qū)2中的過(guò)量電子提供、引發(fā)或造成空穴壁皇的降低且空穴電流從P+區(qū)流動(dòng)。(比較圖13Α和圖13Β)。在這些境況下，光電檢測(cè)器處于提供大內(nèi)部電流增益的導(dǎo)電狀態(tài)或模式。此外，正反饋機(jī)制加速過(guò)量載流子在各自柵極下方的積聚，其繼而減小對(duì)應(yīng)于這些區(qū)的有關(guān)勢(shì)皇并且造成電流在光電檢測(cè)器的P+區(qū)與η+區(qū)之間流動(dòng)并且造成檢測(cè)到或響應(yīng)于入射光的輸出電流。(參見(jiàn)例如圖14)。
[0094]顯然，在不存在入射光時(shí)，由于施加到柵極I和/或柵極2的電壓生成或造成的壁皇，幾乎沒(méi)有電流在P+區(qū)與η+區(qū)之間流動(dòng)。(參見(jiàn)例如圖13Α和圖14)。此外，可經(jīng)由移除/改變施加到柵極1、η+區(qū)、ρ+區(qū)和/或柵極2中的一個(gè)或多個(gè)的電壓，和/或?qū)⑾喾礃O性電壓施加至IJ柵極1、η+區(qū)、ρ+區(qū)和/或柵極2中的一個(gè)或多個(gè)來(lái)禁用光電檢測(cè)器。例如，增加施加到柵極的一個(gè)或兩個(gè)電壓的振幅可以將傳感器置于非導(dǎo)電狀態(tài)。
[0095]實(shí)施或啟用光電檢測(cè)器的感測(cè)的所示/示例性電壓電平只是示例性的。所指示的電壓電平可以是相對(duì)的或絕對(duì)的。或者，由于每個(gè)電壓電平例如可以增加或減少給定電壓量(例如，每個(gè)電壓可增加或減少0.1伏特、0.15伏特、0.25伏特、0.5伏特、I伏特)，所指示的電壓可以是相對(duì)的，而不管一個(gè)或多個(gè)電壓(例如，施加到柵極1、η+區(qū)、ρ+區(qū)和/或柵極2的電壓)變?yōu)榛驗(yàn)檎拓?fù)。
[0096]此外，光電檢測(cè)器的檢測(cè)時(shí)間或觸發(fā)時(shí)間可以是可編程或可調(diào)諧的，例如以滿足或適應(yīng)響應(yīng)時(shí)間規(guī)格以及功率消耗規(guī)格。在一個(gè)實(shí)施方案中，例如通過(guò)增加主體區(qū)內(nèi)的電場(chǎng)調(diào)整施加到柵極的電壓以增加光電檢測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間。此處，調(diào)整(例如，增加)柵極與相關(guān)聯(lián)區(qū)之間的電場(chǎng)以調(diào)整光電檢測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間(例如，增加)。在另一實(shí)施方案中，調(diào)整施加到柵極的電壓以減小光電檢測(cè)器的功率消耗。因此，響應(yīng)時(shí)間和/或功率消耗可被控制、調(diào)整和/或編程，以例如適應(yīng)光電檢測(cè)器的期望/需要的規(guī)格。所有置換響應(yīng)時(shí)間和/或功率消耗及其組合旨在落入本發(fā)明的范疇之內(nèi)。
[0097]除此之外或取而代之，在一個(gè)實(shí)施方案中，在感測(cè)光(或數(shù)據(jù))之前，光電檢測(cè)器被置于預(yù)定狀態(tài)。例如，在感測(cè)之前，可將載流子從主體區(qū)移除，使得在感測(cè)開(kāi)始時(shí)主體區(qū)中(以及柵極下面(區(qū)I和區(qū)2))的載流子濃度低于預(yù)定值。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)以下方式將光電檢測(cè)器置于預(yù)定狀態(tài):將相同電壓施加到第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)(即，V1=V2)且將電壓脈沖施加到柵極柵極I和柵極2以從主體區(qū)移除載流子，從而在柵極柵極I和柵極2下方提供耗盡區(qū)。在感測(cè)之前，將光電檢測(cè)器建立在預(yù)定狀態(tài)(例如，周期性)可增強(qiáng)或增加光電檢測(cè)器在感測(cè)期間的穩(wěn)定度和/或精確度。
[0098]參考圖15A，在另一實(shí)施方案中，除了至少兩個(gè)控制節(jié)點(diǎn)或柵極(在示例性實(shí)施方案中示為柵極I和柵極2)、光吸收區(qū)、主體區(qū)、第一摻雜區(qū)(在示例性實(shí)施方案中示為η+區(qū))和第二摻雜區(qū)(在示例性實(shí)施方案中示為P+區(qū))之外，光電檢測(cè)器還包括載流子生成區(qū)(CG區(qū))XG區(qū)可以包括促進(jìn)響應(yīng)于入射光更多/更快生成載流子的材料。即，在一個(gè)實(shí)施方案中，CG區(qū)包括相對(duì)于圖12Α所示實(shí)施方案促進(jìn)響應(yīng)于入射光生成更多電子-空穴載流子的材料。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，CG區(qū)包括鍺、砷化鎵或硅-鍺，或其組合(例如，鍺和砷化鎵兩者)XG區(qū)還可以包括比類(lèi)似未摻雜或輕摻雜半導(dǎo)體材料更多響應(yīng)于光子的重?fù)诫s半導(dǎo)體材料(例如，高摻雜硅)。
[0099]在這個(gè)實(shí)施方案中，響應(yīng)于入射光，電子和空穴在CG區(qū)中產(chǎn)生且之后移動(dòng)到主體區(qū)中(由于施加到柵極、η+區(qū)和ρ+區(qū)的電壓形成的電場(chǎng))。然后，如上文相對(duì)于圖12A的光電檢測(cè)器所述，電子和空穴在主體區(qū)內(nèi)被由施加到柵極、η+區(qū)和ρ+區(qū)的電壓提供的電場(chǎng)“分開(kāi)”。顯然，之后的操作與上文相對(duì)于圖12Α的光電檢測(cè)器所述大致相同，且因此為了簡(jiǎn)要將不再重復(fù)。
[0100]在這個(gè)實(shí)施方案中，CG區(qū)促進(jìn)響應(yīng)于具有相同或更低光子能量的入射光更多/更快地生成載流子。因此，圖15Α的光電檢測(cè)器可以結(jié)合光傳輸檢測(cè)具有更低能量的光(光子傳輸)。
[0101 ]在另一實(shí)施方案中，CG區(qū)包括較少響應(yīng)于光子能量的材料。在這個(gè)實(shí)施方案中，CG區(qū)包括相對(duì)于圖12A所示實(shí)施方案響應(yīng)于入射光生成更少電子-空穴載流子的材料。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，CG區(qū)包括非晶娃或輕摻雜多晶娃。這個(gè)實(shí)施方案的光電檢測(cè)器可以較不易受入射光(數(shù)據(jù))上或入射光(數(shù)據(jù))中可能存在的噪聲影響。
[0102]顯然，圖15B和圖15C圖示圖15A的光電檢測(cè)器的橫截面圖的示例性俯視圖，其中虛線A-A指示圖15B和圖15C的橫截面圖的位置。相對(duì)于圖15B，柵極I和柵極2互連為一個(gè)結(jié)構(gòu)。
[0103]參考圖16A和圖16B，在又一實(shí)施方案中，光電檢測(cè)器可以被制造在塊體晶片/基板上或塊體晶片/基板中。相對(duì)于對(duì)應(yīng)于SOI晶片/基板的實(shí)施方案，以上有關(guān)材料、制造和操作的討論在此處是完全適用的。即，參考圖16A和圖16B，根據(jù)這個(gè)實(shí)施方案的光電檢測(cè)器包括至少兩個(gè)控制節(jié)點(diǎn)或柵極(在示例性實(shí)施方案中示為柵極I和柵極2)、光吸收區(qū)、主體區(qū)、第一摻雜區(qū)(在示例性實(shí)施方案中示為η+區(qū))和第二摻雜區(qū)(在示例性實(shí)施方案中示為ρ+區(qū))。在這個(gè)示例性實(shí)施方案中，光電檢測(cè)器被制造在塊體半導(dǎo)體晶片/基板(例如未摻雜或輕摻雜硅、鍺或砷化鎵)中或其上。
[0104]顯然，在光電檢測(cè)器被制造在塊體半導(dǎo)體晶片/基板中或其上時(shí)，低或輕摻雜硅基板可以“呈現(xiàn)”為在光電檢測(cè)器器件在高頻率下操作的情形中的介電質(zhì)。因此，在操作中，顯著多數(shù)載流子被維持在器件最靠近入射光的表面附近的主體區(qū)中。以此方式，在緊接著柵極下方的主體區(qū)中的η+區(qū)與ρ+區(qū)之間形成電流。
[0105]如上所述，圖16Α和圖16Β的示例性光電檢測(cè)器的檢測(cè)時(shí)間或觸發(fā)時(shí)間可以是可編程或可調(diào)諧的，例如以滿足或適應(yīng)響應(yīng)時(shí)間規(guī)格以及功率消耗規(guī)格。在一個(gè)實(shí)施方案中，(例如通過(guò)增加電場(chǎng))調(diào)整施加到柵極的電壓以增加光電檢測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間。在另一實(shí)施方案中，調(diào)整施加到柵極的電壓以減小光電檢測(cè)器的功率消耗。所有置換及其組合旨在落入本發(fā)明的范疇之內(nèi)。
[0106]參考圖17Α和圖17Β，根據(jù)另一實(shí)施方案的光電檢測(cè)器包括至少一個(gè)控制節(jié)點(diǎn)或柵極(圖17Α和圖17Β的光電檢測(cè)器的示例性橫截面圖圖示兩個(gè)控制節(jié)點(diǎn)或柵極-參見(jiàn)，柵極I和柵極2)、光吸收區(qū)、主體區(qū)和布置成與一個(gè)或多個(gè)控制節(jié)點(diǎn)或柵極呈位置關(guān)系的至少一個(gè)摻雜雜質(zhì)區(qū)(圖17Α和圖17Β的示例性實(shí)施方案再次圖示兩個(gè)摻雜區(qū)-參見(jiàn)ρ+區(qū))。光電檢測(cè)器還包括在操作中為光電檢測(cè)器的輸出部的接觸區(qū)。在圖17Α的示例性實(shí)施方案中的光電檢測(cè)器被制造在絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)基板(例如，布置在絕緣體區(qū)/層/材料(例如，氧化硅、氮化硅和/或其組合)上或上方的硅或鍺區(qū)/層/材料)中或其上。圖17Β的示例性實(shí)施方案中的光電檢測(cè)器可制造于硅(例如，標(biāo)準(zhǔn)塊體硅)、硅-鍺、砷化鎵或絕緣體(例如，玻璃等)上。
[0107]簡(jiǎn)要地說(shuō)，在一個(gè)實(shí)施方案中，控制節(jié)點(diǎn)或柵極(下文為“柵極”)可以包括導(dǎo)電型材料(導(dǎo)體或摻雜半導(dǎo)體)，例如，金屬(例如，鋁或銅)、金屬化合物和/或摻雜半導(dǎo)體(例如，摻雜有施主或受主雜質(zhì)的硅)。柵極經(jīng)由絕緣體或介電材料(例如氧化硅、氮化硅或其組合或復(fù)合物，例如，0N0)與主體區(qū)間隔開(kāi)。
[0108]主體區(qū)可被制造在基板中或其上。在一個(gè)實(shí)施方案中，主體區(qū)是本征或摻雜半導(dǎo)體(例如，本征/未摻雜硅、鍺或碳化硅或輕摻雜(用施主或受主雜質(zhì))硅、鍺或碳化硅)。實(shí)際上，主體區(qū)可以是來(lái)自IV族半導(dǎo)體的一種或多種材料，包括硅、鍺、碳化硅和/或其組合(例如，硅-鍺)ο主體可以是本征材料或含有雜質(zhì)的材料，例如，(多個(gè))η型或ρ型材料。
[0109]如上所述，光電檢測(cè)器包括至少一個(gè)摻雜區(qū)-參見(jiàn)ρ+區(qū)。摻雜半導(dǎo)體區(qū)可以被布置和/或形成在基板中或其上且并置主體區(qū)。例如，可以通過(guò)用P型雜質(zhì)(例如，硼)摻雜半導(dǎo)體而在基板中形成P型半導(dǎo)體材料。顯然，摻雜半導(dǎo)體區(qū)(Ρ+區(qū))還控制光電檢測(cè)器的節(jié)點(diǎn)，以及在操作中控制光電檢測(cè)器的輸出。
[0110]在一個(gè)實(shí)施方案中，光吸收區(qū)被布置和/或形成在基板上并且可以包括具有高電子迀移率的材料，例如，鍺、硅-鍺和砷化鎵。以此方式，在操作中，響應(yīng)于沖擊光或光子，從某些軌道位移的電子可以更輕易或容易地在光吸收區(qū)內(nèi)移動(dòng)。
[0111]繼續(xù)參考圖17Α和圖17Β，接觸區(qū)被布置和/或形成在接觸區(qū)上或其中并且可包括導(dǎo)電型材料(導(dǎo)體或半導(dǎo)體)，例如，金屬(例如，鋁或銅)、金屬化合物和/或摻雜半導(dǎo)體(例如，摻雜有施主或受主雜質(zhì)的硅、硅-鍺或砷化鎵)。在一個(gè)實(shí)施方案中，接觸區(qū)是受主型材料，諸如由具有P型雜質(zhì)(例如，硼、鍺、硅-鍺、碳化硅或砷化鎵的半導(dǎo)體或通過(guò)用所述P型雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體形成的P型半導(dǎo)體材料。實(shí)際上，在一個(gè)實(shí)施方案中，接觸區(qū)是由來(lái)自IV族半導(dǎo)體的一種或多種材料組成的ρ+型材料，包括硅、鍺、碳化硅和/或其組合。
[0112]重要的是，光電檢測(cè)器可以使用現(xiàn)今已知、本文描述的和/或日后開(kāi)發(fā)的任何材料和/或技術(shù)制造。
[0113]參考圖17C，在操作中，光電檢測(cè)器經(jīng)由將選定或預(yù)定電壓施加到柵極、摻雜區(qū)(在這個(gè)所示實(shí)施方案中，為P+區(qū))和接觸區(qū)(在這個(gè)實(shí)施方案中，為P+接觸區(qū))檢測(cè)入射光。在一個(gè)實(shí)施方案中，將正電壓施加到柵極I和柵極2(例如，VG1 = VG2 = +2V)，將正電壓施加到ρ+區(qū)(例如，Vl =V2 = + 1V)，且將負(fù)或地電壓施加到ρ+接觸區(qū)(例如，VC = OV)。在這些情況下，電場(chǎng)形成并且一些正載流子(即空穴)流向接觸區(qū)且負(fù)載流子(即電子)通過(guò)主體區(qū)流向P+區(qū)。光電檢測(cè)器基本上處于非導(dǎo)電狀態(tài)，其中接觸區(qū)與P+區(qū)之間的電流相當(dāng)小。
[0114]參考圖17D和圖17E，響應(yīng)于入射在光電檢測(cè)器的光吸收區(qū)上或施加到其處的光(例如，從光纖器件輸出的光)，在光吸收區(qū)中生成電子-空穴對(duì)(例如，鍺或硅-鍺)。在存在由施加到柵極、P+區(qū)和P+接觸區(qū)的電壓(例如，靜態(tài)或固定電壓)產(chǎn)生或提供的電場(chǎng)時(shí)，電子-空穴對(duì)分開(kāi)。在這方面，空穴被吸引到且流到P+接觸區(qū)并且電子被吸引到且流到主體區(qū)，且具體來(lái)說(shuō)，流到柵極(即，柵極I和柵極2)附近和/或下面的的主體區(qū)。即，電子-空穴對(duì)被電場(chǎng)分開(kāi)，且空穴流到P+接觸區(qū)并且電子流到柵極附近和/或下面的主體區(qū)的部分。這在過(guò)量電子在該區(qū)積聚時(shí)引起或造成位于柵極附近和/或下面的主體區(qū)中的空穴的勢(shì)皇降低。在這些境況下，額外和/或更大的空穴電流被產(chǎn)生且從P+區(qū)通過(guò)主體區(qū)的一部分和光吸收區(qū)流到P+接觸區(qū)，從而增加輸出電流的幅值。
[0115]因此，負(fù)載流子(S卩，電子)在柵極下面積聚，且響應(yīng)于此，來(lái)自并置柵極的ρ+區(qū)的正載流子(即空穴)流到接觸區(qū)(此處為P+接觸區(qū))。以此方式，光電檢測(cè)器處于導(dǎo)電狀態(tài)或模式，提供大的內(nèi)部電流增益。電流在P+區(qū)與接觸區(qū)之間流動(dòng)且在檢測(cè)到或響應(yīng)于入射光輸出電流。
[0116]顯然，在不存在入射光時(shí)，由于施加到柵極的電壓造成或提供的壁皇，幾乎沒(méi)有電流在P+區(qū)與接觸區(qū)之間流動(dòng)。此外，可經(jīng)由移除/改變施加到柵極I和柵極2、接觸區(qū)、P+區(qū)中的一個(gè)或多個(gè)的電壓，和/或?qū)⑾喾礃O性電壓施加到柵極I和柵極2、接觸區(qū)、ρ+區(qū)中的一個(gè)或多個(gè)中的一個(gè)或多個(gè)來(lái)禁用光電檢測(cè)器。例如，減少施加到柵極和/或P+區(qū)的電壓可將光電檢測(cè)器置于非導(dǎo)電狀態(tài)。
[0117]實(shí)施或啟用光電檢測(cè)器的感測(cè)的所示/示例性電壓電平只是示例性的。所指示的電壓電平可以是相對(duì)的或絕對(duì)的?；蛘?，由于每個(gè)電壓電平例如可以增加或減少給定電壓量(例如，每個(gè)電壓可增加或減少0.1伏特、0.15伏特、0.25伏特、0.5伏特、I伏特)，所指示的電壓可以是相對(duì)的，而不管一個(gè)或多個(gè)電壓(例如，施加到柵極I和柵極2、p+區(qū)和/或接觸區(qū)的電壓)變?yōu)榛驗(yàn)檎拓?fù)。
[0118]此外，類(lèi)似先前實(shí)施方案中所述，光電檢測(cè)器的檢測(cè)時(shí)間可以是可編程或可調(diào)諧的，例如以滿足或適應(yīng)響應(yīng)時(shí)間規(guī)格以及功率消耗規(guī)格。在一個(gè)實(shí)施方案中，(例如通過(guò)增加電場(chǎng))調(diào)整施加到柵極的電壓以增加光電檢測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間。在另一實(shí)施方案中，調(diào)整施加到柵極的電壓以減小光電檢測(cè)器的功率消耗。因此，可調(diào)整響應(yīng)時(shí)間和/或功率消耗例如以適應(yīng)期望的/所需的規(guī)格。所有置換響應(yīng)時(shí)間和/或功率消耗及其組合旨在落入本發(fā)明的范疇之內(nèi)。
[0119]此外，在一個(gè)實(shí)施方案中，例如通過(guò)增加主體區(qū)內(nèi)的電場(chǎng)調(diào)整施加到η+區(qū)和P+區(qū)的電壓以減少光電檢測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間。此處，調(diào)整(例如，增加)η+區(qū)和ρ+區(qū)與相關(guān)聯(lián)區(qū)之間的電場(chǎng)以調(diào)整光電檢測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間(例如，減少)。在另一實(shí)施方案中，調(diào)整施加到η+區(qū)和P+區(qū)的電壓以減小光電檢測(cè)器的功率消耗。圖18示出針對(duì)光電檢測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間增加施加到η+區(qū)和ρ+區(qū)的電場(chǎng)的效果的示例性實(shí)施方案。因此，響應(yīng)時(shí)間和/或功率消耗可被控制、調(diào)整和/或編程，以例如適應(yīng)光電檢測(cè)器的期望/需要的規(guī)格。所有置換響應(yīng)時(shí)間和/或功率消耗及其組合旨在落入本發(fā)明的范疇之內(nèi)。
[0120]除此之外或取而代之，在一個(gè)實(shí)施方案中，在感測(cè)光(或數(shù)據(jù))之前，光電檢測(cè)器被置于預(yù)定狀態(tài)。例如，在感測(cè)之前，可將載流子從主體區(qū)移除，使得在感測(cè)開(kāi)始時(shí)主體區(qū)中(以及柵極附近和/或下面)的載流子濃度低于預(yù)定值。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)以下方式將將光電檢測(cè)器置于預(yù)定狀態(tài):將預(yù)定電壓施加到P+區(qū)且將電壓脈沖施加到柵極以從主體區(qū)移除載流子，從而在柵極柵極I和柵極2下方提供耗盡區(qū)。在感測(cè)之前，將光電檢測(cè)器建立在預(yù)定狀態(tài)(例如，周期性)可增加或增強(qiáng)光電檢測(cè)器在感測(cè)/操作期間的穩(wěn)定度、響應(yīng)時(shí)間和/或精確度。
[0121]顯然，圖19A-19C圖示圖17A-17C的光電檢測(cè)器的橫截面圖的示例性俯視圖，其中虛線A-A指示圖17A-17C的橫截面圖的位置。相對(duì)于圖19C，柵極I和柵極2互連為一個(gè)結(jié)構(gòu)。
[0122]參考圖20Α，在另一實(shí)施方案中，光電檢測(cè)器包括布置在基板區(qū)的背側(cè)表面上(例如，與在其上布置P+區(qū)和柵極的主表面相對(duì)的主表面)的接觸區(qū)。在這個(gè)實(shí)施方案中，主光吸收區(qū)是基板區(qū)的一部分，其在示例性實(shí)施方案中可以是硅(例如，低摻雜P型硅基板)、硅-鍺或砷化鎵或其組合(例如，鍺和砷化鎵兩者)。此處，光吸收區(qū)是促進(jìn)響應(yīng)于入射光生成載流子的材料。光吸收區(qū)可以是摻雜或未摻雜材料(例如，比類(lèi)似未摻雜或輕摻雜半導(dǎo)體材料更多響應(yīng)于光子的重?fù)诫s半導(dǎo)體材料(例如，高摻雜娃))。
[0123]在這個(gè)實(shí)施方案中，響應(yīng)于入射光，電子和空穴在光吸收區(qū)中產(chǎn)生且在存在由施加到P+區(qū)(例如VI = +3V)、柵極(例如，大于VGI = +4V)和接觸區(qū)(負(fù)或接地電壓VC = OV)的電壓(例如，靜態(tài)或固定電壓)而產(chǎn)生或提供的電場(chǎng)時(shí)分開(kāi)，其中在這個(gè)示例性實(shí)施方案中，接觸區(qū)是P+型接觸區(qū)。在這些境況下，空穴流到P+接觸區(qū)并且電子流到主體區(qū)，且具體來(lái)說(shuō)，流到柵極(即，柵極I)附近和/或下面的的主體區(qū)。類(lèi)似于上文所述，隨著過(guò)量電子在位于柵極附近和/或下面的主體區(qū)中積聚，電子壁皇(帶隙)在其中下降。這導(dǎo)致從P+區(qū)流過(guò)基板區(qū)的一部分到接觸區(qū)的額外和/或更多的空穴電流。圖20A的光電檢測(cè)器的操作與上文相對(duì)于圖17A和圖17B的光電檢測(cè)器所述大致相同。為簡(jiǎn)要起見(jiàn)，將不重復(fù)該討論。
[0124]顯然，柵極和摻雜區(qū)(ρ+區(qū))的材料和配置可以與結(jié)合圖17A和圖17B的實(shí)施方案所述相同。此外，圖20B和圖20C圖示圖20A的光電檢測(cè)器的橫截面圖的示例性俯視圖，其中虛線A-A指示圖20A的橫截面圖的位置。
[0125]在一個(gè)實(shí)施方案中，圖20A的示例性光電檢測(cè)器可以包括兩個(gè)或多個(gè)ρ+區(qū)，每個(gè)ρ+區(qū)具有相關(guān)聯(lián)的柵極。例如，參考圖21A，在又一實(shí)施方案中，光電檢測(cè)器包括至少兩個(gè)摻雜區(qū)(P+區(qū))，每個(gè)與相關(guān)聯(lián)柵極或控制節(jié)點(diǎn)(分別命名，柵極I和柵極2)具有位置關(guān)系。柵極和摻雜區(qū)(P+區(qū))的材料和配置可以與結(jié)合圖17A、圖17B和圖20A的實(shí)施方案所述相同。為簡(jiǎn)要起見(jiàn)，將不重復(fù)該討論。
[0126]此外，圖21A的光電檢測(cè)器的操作與上文相對(duì)于圖20A的光電檢測(cè)器所述大致相同。即，響應(yīng)于入射光，電子和空穴在光吸收區(qū)中產(chǎn)生且在存在由施加到P+區(qū)(例如，+3V)、柵極(例如，大于+4V)和接觸區(qū)(負(fù)或接地電壓)的電壓(例如，靜態(tài)或固定電壓)而產(chǎn)生或提供的電場(chǎng)時(shí)分開(kāi)。隨著過(guò)量電子在位于柵極附近和/或下面的基板區(qū)中積聚，空穴的勢(shì)皇在該區(qū)中降低，從而提供從ρ+區(qū)流到接觸區(qū)的空穴電流。顯然，在這個(gè)示例性實(shí)施方案中，接觸區(qū)再次為P+型接觸區(qū)。
[0127]圖21B和圖21C圖示圖21A的光電檢測(cè)器的橫截面圖的示例性俯視圖，其中圖21B和圖21C中的虛線A-A指示圖21A的橫截面圖的位置。相對(duì)于圖21D，柵極I和柵極2可以互連為一個(gè)結(jié)構(gòu)。
[0128]顯然，相對(duì)于圖20A所示的光電檢測(cè)器，圖21A所示的示例性光電檢測(cè)器可以響應(yīng)于入射光生成更大電流。即，多個(gè)P+區(qū)(具有與其并置的相關(guān)聯(lián)柵極)可以響應(yīng)于入射光組合生成更大電流。此外，圖21A的光電檢測(cè)器實(shí)施方案可以用作光電檢測(cè)器器件的光電檢測(cè)器陣列的“積木式部件”，其中柵極電連接且輸出端并聯(lián)連接。實(shí)際上，本文的所有實(shí)施方案可以用作光電檢測(cè)器器件的光電檢測(cè)器陣列的“積木式部件”。在圖21A的實(shí)施方案中，優(yōu)選的是，基板是低摻雜的且電場(chǎng)存在于接觸區(qū)和P+區(qū)之間的區(qū)中。
[0129]雖然已通常將前述實(shí)施方案的接觸區(qū)描述為ρ+區(qū)，但是在另一實(shí)施方案中，接觸區(qū)可以是η+型。例如，參考圖22A和圖22B，其中圖22A或圖22B的實(shí)施方案的接觸區(qū)是η+型接觸區(qū)，光電檢測(cè)器可以特征化為η+ρηρ+型結(jié)構(gòu)。此處，除了η+接觸區(qū)之外，光電檢測(cè)器的材料、架構(gòu)和布局可以相同。因此，結(jié)合圖17Α和圖17Β的以上討論(例如，材料)適用于這個(gè)實(shí)施方案且出于簡(jiǎn)要的原因?qū)⒉辉僦貜?fù)。
[0130]參考圖22A-22D，在操作中，響應(yīng)于入射光，電子和空穴在光吸收區(qū)中產(chǎn)生且之后在電子移動(dòng)到主體區(qū)中(由于施加到柵極、η+接觸區(qū)、柵極和ρ+區(qū)的電壓形成的電場(chǎng))且空穴移動(dòng)到η+接觸區(qū)時(shí)分開(kāi)。在一個(gè)實(shí)施方案中，經(jīng)由將正電壓施加到柵極I和柵極2(例如，VG1=VG2 = +2V)，將正電壓施加到ρ+區(qū)(例如，V1=V2 = + 1V)，且將負(fù)或地電壓施加到接觸區(qū)(在這個(gè)示例性實(shí)施方案中為η+接觸區(qū)，VC = OV)而提供電場(chǎng)。
[0131]因此，電子-空穴對(duì)被電場(chǎng)分開(kāi)，且空穴流到η+接觸區(qū)并且電子流到柵極附近和/或下面的主體區(qū)的部分。隨著過(guò)量電子在位于柵極附近和/或在下面的主體區(qū)中積聚，空穴的勢(shì)皇在位于柵極附近和/或下面的主體區(qū)中降低，提供從P+區(qū)流到接觸區(qū)的額外和/或更多的空穴電流，從而增加輸出電流的幅值。
[0132]因此，處于導(dǎo)電狀態(tài)或模式的圖22A-22D的光電檢測(cè)器由于柵極下方積聚過(guò)量負(fù)載流子的正反饋機(jī)制而提供大的內(nèi)部電流增益，其繼而減小對(duì)應(yīng)于這些區(qū)的帶隙。電流在P+區(qū)與η+接觸區(qū)之間流動(dòng)且在檢測(cè)到或響應(yīng)于入射光輸出電流。
[0133]在本文所述的每個(gè)實(shí)施方案中，示例性光電檢測(cè)器的檢測(cè)時(shí)間或觸發(fā)時(shí)間可以是可編程或可調(diào)諧的，例如以滿足或適應(yīng)響應(yīng)時(shí)間規(guī)格以及功率消耗規(guī)格。在一個(gè)實(shí)施方案中，(例如，通過(guò)增加電場(chǎng))調(diào)整施加到柵極的電壓以增加光電檢測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間。在另一實(shí)施方案中，減少施加到柵極的電壓以減小光電檢測(cè)器的功率消耗。所有置換及其組合旨在落入本發(fā)明的范疇之內(nèi)。
[0134]顯然，可以在分立器件(例如，分立光子接收器元件)中并且結(jié)合不管現(xiàn)今已知或日后開(kāi)發(fā)的任何類(lèi)型的集成電路(例如，集成CMOS光子接收器電路)實(shí)施光電檢測(cè)器;所有這些配置旨在落入本發(fā)明的范疇之內(nèi)。此外，可以使用不管現(xiàn)今已知或日后開(kāi)發(fā)的任何制造技術(shù)，制造本發(fā)明的光電檢測(cè)器和/或光電檢測(cè)器-集成電路器件;所有這些技術(shù)旨在落入本發(fā)明的范疇之內(nèi)。
[0135]例如，可以經(jīng)由CMOS工藝制造光電檢測(cè)器。(參見(jiàn)例如圖23A-23F)。例如，在光電檢測(cè)器包括η+區(qū)和ρ+區(qū)(參見(jiàn)例如圖12Α、圖15Α、圖16Α和圖16Β的說(shuō)明性實(shí)施方案)時(shí)，ρ+區(qū)、柵極和接觸區(qū)可以在制造PMOS和NMOS晶體管的CMOS工藝期間或關(guān)于所述CMOS工藝被制造。具體來(lái)說(shuō)，在一個(gè)實(shí)施方案中，在形成柵極之后，可進(jìn)行η+植入(參見(jiàn)圖23B)，且之后可形成η+區(qū)的一部分的接觸部(參見(jiàn)圖23C)。可以類(lèi)似方式(參見(jiàn)圖23D和圖23Ε)形成ρ+區(qū)。圖23F圖示所得或“最終”結(jié)構(gòu)的橫截面。顯然，在如本文所提出的數(shù)個(gè)示例性實(shí)施方案中光電檢測(cè)器不包括η+區(qū)時(shí)，可忽略結(jié)合光電檢測(cè)器的η+處理。
[0136]可在CMOS晶體管的形成期間進(jìn)行光電檢測(cè)器的η+植入和ρ+植入?；蛘?，可在CMOS晶體管的形成之前或之后進(jìn)行光電檢測(cè)器的η+植入和ρ+植入。此外，可在這些CMOS工藝之后制造圖12A、圖15A、圖16A、圖16B、圖17A和圖22A的光電檢測(cè)器的光吸收區(qū)和接觸區(qū)而不影響CMOS電路。
[0137]在另一方面，光電檢測(cè)器可被配置和/或布置成根據(jù)本文描述和/或圖示的任何實(shí)施方案的陣列。除了光電檢測(cè)器陣列之外，所述陣列可以包括管理光電檢測(cè)器陣列的采集、捕獲和/或感測(cè)操作的控制電路。(參見(jiàn)例如圖1O)。例如，控制電路可以使得數(shù)據(jù)采集或感測(cè)與傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率相關(guān)的方式控制或啟用/禁用光電檢測(cè)器。在另一實(shí)施方案中，光電檢測(cè)器陣列耦合到多個(gè)光纖輸出器件，其中每個(gè)光纖器件與所述陣列的一個(gè)或多個(gè)光電檢測(cè)器相關(guān)聯(lián)，且控制電路可以根據(jù)所述光纖器件的相關(guān)聯(lián)輸出控制或啟用/禁用光電檢測(cè)器子集。
[0138]光電檢測(cè)器陣列可以由集成在管芯上的多個(gè)分立器件和/或由多個(gè)光電檢測(cè)器形成，其中光電檢測(cè)器陣列部分包括多個(gè)光電檢測(cè)器以采集、捕獲、轉(zhuǎn)換和/或感測(cè)來(lái)自一個(gè)或多個(gè)相關(guān)聯(lián)光纖輸出的入射光。光電檢測(cè)器可以被配置和/或安置成任何陣列架構(gòu)并且結(jié)合不管現(xiàn)今已知或日后開(kāi)發(fā)的任何類(lèi)型的集成電路;所有這些配置旨在落入本發(fā)明的范疇之內(nèi)。此外，可以使用不管現(xiàn)今已知或日后開(kāi)發(fā)的任何制造技術(shù)，制造陣列(其包括多個(gè)光電檢測(cè)器)和/或光電檢測(cè)器陣列-集成電路器件實(shí)施方案;所有這些技術(shù)旨在落入本發(fā)明的范疇之內(nèi)。
[0139]顯然，參考圖3和圖11，光電檢測(cè)器可以耦合到電流放大器或光電檢測(cè)器(和其它電路)來(lái)測(cè)量/調(diào)節(jié)光電檢測(cè)器輸出的電流(例如，響應(yīng)于圖5A、圖17A、圖17B、圖20A、圖20B、圖22A和圖22B所示的示例性實(shí)施方案中的光/數(shù)據(jù)的檢測(cè)經(jīng)由接觸區(qū)和ρ+摻雜區(qū)輸出)。顯然，電流光電檢測(cè)器可以是高速感測(cè)放大器等等?，F(xiàn)今已知或日后開(kāi)發(fā)的所有電流感測(cè)電路和架構(gòu)旨在落入本發(fā)明的范疇之內(nèi)。
[0140]此外，在本文所描述和/或圖示的實(shí)施方案中的柵極、接觸區(qū)和ρ+區(qū)可以由半導(dǎo)體(例如，摻雜受主雜質(zhì)的硅)或在所述半導(dǎo)體中形成。或者，一個(gè)或多個(gè)(或所有)這些特征(柵極和區(qū))可以包括金屬(例如，鋁或銅)或金屬化合物或由其形成(不管是全部或部分)。
[0141]顯然，光電檢測(cè)器、光電檢測(cè)器陣列和/或管芯/器件(包括光電檢測(cè)器和/或光電檢測(cè)器陣列)可包括布置在其上方或其上的抗反射材料。在一個(gè)實(shí)施方案中，抗反射材料被布置在(光電檢測(cè)器陣列的)光電檢測(cè)器或多個(gè)光電檢測(cè)器的光吸收區(qū)上方或其上。在另一實(shí)施方案中，抗反射材料可被布置在整個(gè)結(jié)構(gòu)或其顯著部分上或上方。
[0142]此外，如上所述，光電檢測(cè)器可以分立光電檢測(cè)器或具有光子接收器部分(其可包括一個(gè)或多個(gè)光電檢測(cè)器(包括光電檢測(cè)器陣列))的集成電路器件來(lái)實(shí)施。此外，光電檢測(cè)器可以標(biāo)準(zhǔn)平面技術(shù)(如本文所示)或任何3D技術(shù)(例如，平面或垂直型)，或支柱柵極架構(gòu))實(shí)施。鑒于絕緣或非導(dǎo)電區(qū)(例如，塊體型材料/基板中)，光電檢測(cè)器的主體區(qū)可以或可以不電浮動(dòng)。如本文所示，光電檢測(cè)器可以形成在SOI基板或塊體硅基板上。
[0143]此外，雖然許多光電檢測(cè)器實(shí)施方案使用“接觸區(qū)”(參見(jiàn)例如圖5A-5C)，但是本發(fā)明使用的光電檢測(cè)器可以包括一個(gè)或多個(gè)額外接觸區(qū)(η+或ρ+型接觸區(qū))。例如，參考圖24A-24C，示例性光電檢測(cè)器包括額外接觸區(qū)(接觸區(qū)2)以改善檢測(cè)器的性能。在操作中，可將DC電壓施加到接觸區(qū)2(例如，Vc2 = 0v，接地)以便在操作期間或在不活動(dòng)時(shí)段期間在檢測(cè)器內(nèi)提供勢(shì)皇的額外控制。實(shí)際上，本文描述和圖示的這種其它光電檢測(cè)器實(shí)施方案可以包括更多一個(gè)或更多額外接觸區(qū)(η+或ρ+型接觸區(qū))。出于簡(jiǎn)要原因，將不關(guān)于本文描述和圖示的其它示例性實(shí)施方案詳細(xì)重復(fù)這些討論。
[0144]如上所述，實(shí)施或啟用光電檢測(cè)器的感測(cè)的所示/示例性電壓電平只是示例性的。所指示的電壓電平可以是相對(duì)的或絕對(duì)的。或者，由于每個(gè)電壓電平例如可以增加或減少給定電壓量(例如，每個(gè)電壓可增加或減少0.1伏特、0.15伏特、0.25伏特、0.5伏特、I伏特)，所指示的電壓可以是相對(duì)的，而不管一個(gè)或多個(gè)電壓。
[0145]應(yīng)注意，術(shù)語(yǔ)“電路”可尤其指有源和/或無(wú)源且耦合在一起以提供或執(zhí)行希望的功能的單個(gè)組件或多個(gè)組件(不管是集成電路形式或以其它形式)。術(shù)語(yǔ)“電路系統(tǒng)”可尤其指電路(不管集成或以其它形式)、這種電路組、一個(gè)或多個(gè)處理器、一個(gè)或多個(gè)狀態(tài)機(jī)、實(shí)施軟件的一個(gè)或多個(gè)處理器、一個(gè)或多個(gè)門(mén)陣列、可編程門(mén)陣列和/或現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列或一個(gè)或多個(gè)電路(不管集成或以其它形式)、一個(gè)或多個(gè)狀態(tài)機(jī)、一個(gè)或多個(gè)處理器、實(shí)施軟件的一個(gè)或多個(gè)處理器、一個(gè)或多個(gè)門(mén)陣列、可編程門(mén)陣列和/或現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列的組合。術(shù)語(yǔ)“數(shù)據(jù)”可尤其意指是以模擬還是以數(shù)字形式且可以是一位(等等)或多位(等等))的電流或電壓信號(hào)。
[0146]顯然，本文參考本文的“一個(gè)實(shí)施方案”或“實(shí)施方案”意指結(jié)合實(shí)施方案所述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可以包括在本發(fā)明的一個(gè)或一些或全部實(shí)施方案中。本說(shuō)明書(shū)使用或呈現(xiàn)短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施方案中”或“在另一實(shí)施方案中”并非指相同實(shí)施方案，或者與一個(gè)或多個(gè)其它實(shí)施方案互相排斥所需的單獨(dú)或替代實(shí)施方案。同樣應(yīng)用于術(shù)語(yǔ)“實(shí)施方式”。
[0147]此外，本文描述為示例性的實(shí)施方案或?qū)嵤┓绞讲粦?yīng)解譯為例如優(yōu)選或優(yōu)于其它實(shí)施方案或?qū)嵤┓绞?而是，實(shí)際上希望反映或指示所述實(shí)施方案或多個(gè)實(shí)施方案為示例實(shí)施方案。
[0148]本發(fā)明既不限于任何單個(gè)方面或其實(shí)施方案，也不限于這些方面和/或?qū)嵤┓桨傅娜魏谓M合和/或置換。此外，本發(fā)明的每個(gè)方面和/或其實(shí)施方案可以單獨(dú)或組合本發(fā)明的其它方面和/或其實(shí)施方案中的一個(gè)或多個(gè)使用。為簡(jiǎn)要起見(jiàn)，本文不再單獨(dú)討論和/或圖示某些置換和組合。
[0149]還應(yīng)注意，本文公開(kāi)的各個(gè)電路和電路系統(tǒng)可以使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具來(lái)描述且表述(或表示)為例如根據(jù)其行為、寄存器傳送、邏輯組件、晶體管、布局幾何結(jié)構(gòu)和/或其它特性體現(xiàn)在各種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中的數(shù)據(jù)和/或指令?？蓪?shí)施這些電路表述的文件和其它對(duì)象的格式包括(但不限于)支持諸如C、Verilog和HLDL的行為語(yǔ)言的格式，支持如RTL的寄存器級(jí)描述語(yǔ)言的格式，以及支持諸如⑶SI1、⑶SII1、⑶SIV、CIF、MEBES的幾何描述語(yǔ)言的格式以及任何其它適當(dāng)格式和語(yǔ)言。可體現(xiàn)這些格式化數(shù)據(jù)和/或指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括(但不限于)以各個(gè)形式(例如，光學(xué)、磁性或半導(dǎo)體存儲(chǔ)介質(zhì))的非易失性存儲(chǔ)介質(zhì)和可用來(lái)通過(guò)無(wú)線、光學(xué)或有線信號(hào)傳送介質(zhì)或其任何組合傳送這些格式化數(shù)據(jù)和/或指令的載波。這些格式化數(shù)據(jù)和/或指令經(jīng)由載波傳送的示例包括(但不限于)在互聯(lián)網(wǎng)和/或其它計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)傳送協(xié)議(例如HTTP、FTP、SMTP等)傳送(上載、下載、電子郵件等)。本發(fā)明還涉及本文所描述的電路的這種表示，和/或由此實(shí)施的技術(shù)，且因此旨在落入本發(fā)明的范疇之內(nèi)。
[0150]實(shí)際上，當(dāng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)接收時(shí)，上述電路的這些基于數(shù)據(jù)和/或指令的表述可以由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的處理實(shí)體(例如，一個(gè)或多個(gè)處理器)結(jié)合包括(并非限制)網(wǎng)表生成程序、放置和布線程序等的一個(gè)或多個(gè)其它計(jì)算機(jī)程序的執(zhí)行加以處理，以生成這些電路的物理顯現(xiàn)的表示或圖像。之后，這種表示或圖像可以例如通過(guò)支持生成在器件制造工藝中用來(lái)形成電路的各個(gè)組件的一個(gè)或多個(gè)掩膜而用在器件制造中。
[0151]此外，本文公開(kāi)的各種電路和電路系統(tǒng)以及技術(shù)可以經(jīng)由仿真和基于仿真指令的表述使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、仿真和/或測(cè)試工具來(lái)表示。本發(fā)明的電路的仿真(包括光電檢測(cè)器和/或由此實(shí)施的技術(shù))可以由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)施，其中這些電路和由此實(shí)施的技術(shù)的特性和操作經(jīng)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)仿真、仿制、復(fù)制、分析和/或預(yù)測(cè)。本發(fā)明還涉及發(fā)明器件和/或電路和/或由此實(shí)施的技術(shù)的這些仿真和測(cè)試，且因此旨在落入本發(fā)明的范疇之內(nèi)。對(duì)應(yīng)于這種仿真和/或測(cè)試工具的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)和數(shù)據(jù)還旨在落入本發(fā)明的范疇之內(nèi)。
[0152]顯然，如果在權(quán)利要求書(shū)適用，光電檢測(cè)器的接觸區(qū)可被布置和/或形成在基板(參見(jiàn)例如，圖12A、圖15A、圖16A和圖16B的實(shí)施方案所示的ρ+區(qū)或η+區(qū)中的一個(gè))中，或被布置和/或形成在基板(參見(jiàn)例如圖17Α-17Ε的實(shí)施方案的ρ+接觸區(qū)或圖22A-22D的實(shí)施方案的η+接觸區(qū))中。
[0153]在權(quán)利要求書(shū)中，術(shù)語(yǔ)“確定”和“計(jì)算”及其其它形式(S卩，確定中、已確定等或計(jì)算中、已計(jì)算等)尤其指計(jì)算、評(píng)估、確定和/或估計(jì)及其其它形式。
[0154]此外，本文的術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等并非表示任何順序、數(shù)量或重要性，而是用來(lái)彼此區(qū)分元件。此外，本文的術(shù)語(yǔ)“一個(gè)(a/an)”并非表示對(duì)數(shù)量的限制，而是表示存在至少一個(gè)參考項(xiàng)。此外，術(shù)語(yǔ)“數(shù)據(jù)”可尤其意指無(wú)論以模擬或數(shù)字形式的電流或電壓信號(hào)(其可以是一位(等等)或多位(等等))。
[0155]如權(quán)利要求書(shū)中所使用，術(shù)語(yǔ)“包括(comprise/comprising/include/including)”、“具有(have/having)”或其任何其它變體旨在涵蓋非排它性包括，使得包括元件清單的工藝、方法、物件或設(shè)備不只包括這些元件而是可以包括未明確列出或這些工藝、方法、物件或設(shè)備固有的其它元件。
[0156]此外，一個(gè)或多個(gè)電路、電路系統(tǒng)、節(jié)點(diǎn)和/或組件“耦合”的聲明意指只要鏈接發(fā)生，電路、電路系統(tǒng)、節(jié)點(diǎn)和/或組件即通過(guò)一個(gè)或多個(gè)中間電路、電路系統(tǒng)、節(jié)點(diǎn)和/或組件直接或間接一起接合和/或操作(例如，物理上或電氣上)；“直接耦合”意指兩個(gè)元件直接接合、接觸和/或彼此操作。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種接近傳感器系統(tǒng)，其包括: 光電檢測(cè)器，其包括第一摻雜區(qū)、柵極、第二摻雜區(qū)和光吸收區(qū)，其中所述光吸收區(qū)包括至少一種材料，其中響應(yīng)于入射在其上的光生成相反電荷的載流子對(duì)，其中所述第一摻雜區(qū)吸引具有第一電荷的所述載流子對(duì)的第一載流子，其中所述第二摻雜區(qū)吸引具有第二相反電荷的所述載流子對(duì)的第二載流子，且其中所述光電檢測(cè)器生成指示所述接近傳感器系統(tǒng)附近中存在對(duì)象的輸出信號(hào)； 控制電路，其用于生成施加到所述光電檢測(cè)器的多個(gè)控制信號(hào)，其中所述多個(gè)控制信號(hào)包括施加到所述光電檢測(cè)器的所述第一摻雜區(qū)的第一控制信號(hào)、施加到所述光電檢測(cè)器的所述柵極的第二控制信號(hào)以及施加到所述光電檢測(cè)器的所述第二摻雜區(qū)的第三控制信號(hào);其中施加的控制信號(hào)控制所述光電檢測(cè)器的操作狀態(tài);和 信號(hào)檢測(cè)器，其檢測(cè)來(lái)自所述光電檢測(cè)器的所述輸出信號(hào)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接近傳感器系統(tǒng)，其中所述光電檢測(cè)器的所述第一摻雜區(qū)由P型半導(dǎo)體形成且所述第二摻雜區(qū)由η型半導(dǎo)體形成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接近傳感器系統(tǒng)，其中所述控制電路通過(guò)為所述第一控制信號(hào)、所述第二控制信號(hào)和所述第三控制信號(hào)生成第一組相對(duì)電壓振幅而將所述光電檢測(cè)器置于非檢測(cè)狀態(tài)，使得所述光電檢測(cè)器處于所述光電檢測(cè)器中大致上無(wú)電流的反向偏置模式。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的接近傳感器系統(tǒng)，其中施加到所述第一摻雜區(qū)的所述第一電壓振幅小于施加到所述第二摻雜區(qū)的所述第三電壓振幅。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接近傳感器系統(tǒng)，其中所述控制電路通過(guò)為所述第一控制信號(hào)、所述第二控制信號(hào)和所述第三控制信號(hào)生成第二組相對(duì)電壓振幅而將所述光電檢測(cè)器置于檢測(cè)狀態(tài)，使得在所述光電檢測(cè)器上不存在入射光時(shí)所述光電檢測(cè)器處于所述光電檢測(cè)器中大致上無(wú)電流的正向偏置模式。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的接近傳感器系統(tǒng)，其中施加到所述第一摻雜區(qū)的所述第一電壓振幅與施加到所述第二摻雜區(qū)的所述第三電壓振幅不同達(dá)約I伏特。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接近傳感器系統(tǒng)，其中所述控制電路通過(guò)生成所述第一控制信號(hào)、所述第二控制信號(hào)和所述第三控制信號(hào)的第二組相對(duì)電壓振幅而將所述光電檢測(cè)器置于檢測(cè)狀態(tài)，使得在所述光電檢測(cè)器上存在入射光時(shí)所述光電檢測(cè)器處于所述光電檢測(cè)器中有電流的正向偏置模式。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的接近傳感器系統(tǒng)，其中增加所述第一摻雜區(qū)與所述第二摻雜區(qū)之間的電場(chǎng)減小響應(yīng)于所述入射光在所述光電檢測(cè)器中的所述電流的時(shí)間。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的接近傳感器系統(tǒng)，其中減少所述第一摻雜區(qū)與所述第二摻雜區(qū)之間的電場(chǎng)增加響應(yīng)于所述入射光在所述光電檢測(cè)器中的所述電流的時(shí)間。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接近傳感器系統(tǒng)，其中所述控制電路施加所述控制信號(hào)以使所述光電檢測(cè)器在非檢測(cè)狀態(tài)與檢測(cè)狀態(tài)之間交替11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的接近傳感器系統(tǒng)，其中所述控制電路通過(guò)生成所述第一控制信號(hào)、所述第二控制信號(hào)和所述第三控制信號(hào)的第一組相對(duì)電壓振幅而將所述光電檢測(cè)器置于所述非檢測(cè)狀態(tài)，使得所述光電檢測(cè)器處于大致上無(wú)電流的反向偏置模式。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的接近傳感器系統(tǒng)，其中所述控制電路通過(guò)生成所述第一控制信號(hào)、所述第二控制信號(hào)和所述第三控制信號(hào)的第二組相對(duì)電壓振幅而將所述光電檢測(cè)器置于所述檢測(cè)狀態(tài)，使得所述光電檢測(cè)器處于不存在入射光時(shí)大致上無(wú)電流且存在入射光時(shí)有電流的正向偏置模式。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接近傳感器系統(tǒng)，其還包括脈沖光源。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的接近傳感器系統(tǒng)，其中所述脈沖光源與所述光電檢測(cè)器同步且在所述光電檢測(cè)器處于檢測(cè)狀態(tài)時(shí)發(fā)射光。15.—種使用根據(jù)權(quán)利要求14所述的接近傳感器系統(tǒng)檢測(cè)目標(biāo)存在的方法，其中所述光源的所述發(fā)射與所述光電檢測(cè)器中的電流的所述檢測(cè)之間的時(shí)間，由于來(lái)自所述目標(biāo)的入射反射光，用來(lái)檢測(cè)所述目標(biāo)的所述存在。16.—種使用根據(jù)權(quán)利要求14所述的接近傳感器系統(tǒng)檢測(cè)目標(biāo)的距離的方法，其中所述光源的所述發(fā)射與所述光電檢測(cè)器中的電流的所述檢測(cè)之間的時(shí)間，由于來(lái)自所述目標(biāo)的入射反射光，用來(lái)確證所述目標(biāo)的所述距離。
【文檔編號(hào)】H01L31/112GK105849583SQ201480046444
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2014年7月3日
【發(fā)明人】塞蓋·奧霍尼恩, 馬克西姆·貢雷夫
【申請(qǐng)人】阿克特萊特股份公司