Патент на изобретение №2363969

(54) ФОТОПРИЕМНАЯ ЯЧЕЙКА С ВЕРТИКАЛЬНЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ ЦВЕТОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к технике машинного зрения и может быть использовано в видеокамерах и фотоаппаратах высокого разрешения. Техническим результатом изобретения является увеличение и/или выравнивание динамического диапазона детекторов, а также уменьшение площади ячейки. Сущность изобретения: в фотоприемной ячейке, содержащей схему считывания, детекторы голубой, зеленой и красной составляющих принимаемого излучения, выполненные в полупроводниковой структуре, имеющие горизонтальные области первого типа проводимости, расположенные в зоне освещения на первой, второй и третьей глубинах по отношению к поверхности структуры, соответственно оптимизированных по максимальному поглощению голубой, зеленой и красной составляющих излучения, соединенные через p-n переходы областями первого и/или второго, противоположного первому, типа проводимости с приповерхностными областями второго типа проводимости, окруженные областями первого типа проводимости с распределением концентрации примеси, создающим потенциальный барьер для распространения в них неосновных носителей тока, предложено ввести дополнительные области второго типа проводимости, расположенные вне облучаемых областей, примыкающие на любой из глубин к указанным областям второго типа проводимости. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к технике машинного зрения и может быть использовано в видеокамерах и фотоаппаратах высокого разрешения.

Известна фотоприемная ячейка с вертикальным разделением цветов и накоплением зарядов, генерированных в ячейке, описанная в US Patent 7,132,724 B1, Nov.7, 2006, R.B.Merrill, “Complete-Charge-Transfer Vertical Color Detector”, и принятая за прототип.

В патенте описывается устройство фотоприемной ячейки, содержащей схему считывания, детекторы голубой, зеленой и красной составляющих принимаемого излучения, выполненные в полупроводниковой структуре, имеющие горизонтальные области первого типа проводимости, расположенные на первой, второй и третьей глубинах по отношению к поверхности структуры, соответственно оптимизированных по максимальному поглощению голубой, зеленой и красной составляющих излучения, соединенные через p-n переходы областями первого и/или второго, противоположного первому, типа проводимости с приповерхностными областями второго типа проводимости, окруженные областями первого типа проводимости с распределением концентрации примеси, создающим потенциальный барьер для распространения в них неосновных носителей тока.

Однако указанное устройство имеет недостаток: накопительные емкости и, следовательно, динамический диапазон детекторов либо очень малы, если p-n переходы расположены у поверхности, либо зависят от глубины, т.е. от цвета, в случае глубинных p-n переходов.

Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение и/или выравнивание динамического диапазона детекторов.

Дополнительным результатом настоящего изобретения является уменьшение площади ячейки.

Указанные результаты достигаются за счет того, что в известном устройстве фотоприемной ячейки, содержащем схему считывания, детекторы голубой, зеленой и красной составляющих принимаемого излучения, выполненные в полупроводниковой структуре, имеющие горизонтальные области первого типа проводимости, расположенные в зоне освещения на первой, второй и третьей глубинах по отношению к поверхности структуры, соответственно оптимизированных по максимальному поглощению голубой, зеленой и красной составляющих излучения, соединенные через p-n переходы областями первого и/или второго, противоположного первому, типа проводимости с приповерхностными областями второго типа проводимости, окруженные областями первого типа проводимости с распределением концентрации примеси, создающим потенциальный барьер для распространения в них неосновных носителей тока, предложено:

– ввести дополнительные области второго типа проводимости, расположенные вне облучаемых областей, примыкающие на любой из глубин к указанным областям второго типа проводимости.

Дополнительно предложено:

– области второго типа проводимости вместе с дополнительными областями выполнить по технологическим возможностям узкими, глубокими и охватывающими зону освещения с зазорами, обеспечивающими их изоляцию друг от друга и от других областей второго типа проводимости.

Увеличение динамического диапазона достигается благодаря увеличению накопительных емкостей р-n переходов за счет присоединения к областям второго типа проводимости, являющихся соединительными, дополнительных областей второго типа проводимости на любой из технологически доступных глубин, увеличивающих площади р-n переходов, и, следовательно, их емкости, без увеличения площади ячейки.

Уменьшение площади ячейки достигается за счет размещения накопительных конденсаторов на р-n переходах в узких вертикальных областях, охватывающих зону освещения с минимальными зазорами.

Перечень графических материалов, иллюстрирующих устройство, реализующее заявляемое изобретение:

Фиг. 1 иллюстрирует известное устройство (прототип).

Фиг. 2 иллюстрирует предлагаемое устройство по п.1.

Фиг. 3 иллюстрирует предлагаемое устройство по п.2.

Фотоприемная ячейка с вертикальным разделением цветов и накоплением зарядов, генерируемых в ячейке, состоит (см. фиг.2) из схемы считывания (1), детекторов голубой, зеленой и красной составляющих принимаемого излучения, выполненных в полупроводниковой структуре, имеющих горизонтальные области (2, 3, 4) первого типа проводимости (р-тип), расположенные в зоне освещения соответственно на первой, второй и третьей глубинах по отношению к поверхности структуры, соответственно оптимизированных по максимальному поглощению голубой, зеленой и красной составляющих излучения, соединенные через р-n переходы (5, 6, 7) областями (8, 9, 10) второго, противоположного первому, типа проводимости (n-тип) с приповерхностными областями (11, 12, 13) второго типа проводимости, подключенными к схеме считывания, окруженные областями (14, 15, 16) первого типа проводимости с распределением концентрации примеси, создающим потенциальный барьер для распространения в них неосновных носителей тока, а к областям (8, 9, 10) второго типа проводимости примыкают на любой из глубин дополнительные области (17, 18, 19) второго типа проводимости, расположенные вне облучаемых областей (20).

Ячейка работает следующим образом:

Излучение, проникая в вертикальную структуру в соответствии с коэффициентом поглощения его спектральных составляющих, создает в ней неосновные носители тока. Голубая составляющая поглощается в верхней части структуры, зеленая – в середине, а красная – в нижней. Неосновные носители – электроны, созданные излучением в р-областях (2, 3, 4), будучи зажатыми окружающим их потенциальным барьером р-областей (14, 15, 16), распространяются, благодаря дрейфу и диффузии, к соответствующим р-n переходам (5, 6, 7), втягиваются полем р-n переходов в n-области: (17, 8, 11) – голубые, (18, 9, 12) – зеленые, (19, 10, 13) – красные, где изменяют за время накопления их заряды и соответственно напряжения. Эти изменения напряжений затем считываются схемой считывания (1).

Дополнительные области (17, 18, 19), введенные согласно изобретению, увеличивают линейный диапазон изменений напряжений (динамический диапазон) и выравнивают их значения.

За счет вертикального расположения конденсаторов на р-n переходах уменьшается площадь ячейки.

Настоящее описание изобретения, в т.ч. состава и работы устройства, включая предлагаемый вариант его исполнения, предполагает его дальнейшее возможное совершенствование специалистами, и не содержит каких-либо ограничений в части реализации. Все притязания сформулированы исключительно в формуле изобретения.

Формула изобретения

1. Фотоприемная ячейка с вертикальным разделением цветов, содержащая схему считывания, детекторы голубой, зеленой и красной составляющих принимаемого излучения, выполненные в полупроводниковой структуре, имеющие горизонтальные области первого типа проводимости, расположенные в зоне освещения на первой, второй и третьей глубинах по отношению к поверхности структуры, соответственно оптимизированных по максимальному поглощению голубой, зеленой и красной составляющих излучения, соединенные через p-n-переходы областями первого и/или второго, противоположного первому, типа проводимости с приповерхностными областями второго типа проводимости, подключенными к схеме считывания, окруженные областями первого типа проводимости с распределением концентрации примеси, создающим потенциальный барьер для распространения в них неосновных носителей тока, отличающаяся тем, что к областям второго типа проводимости примыкают на любой из глубин дополнительные области второго типа проводимости, расположенные вне облучаемых областей.

2. Фотоприемная ячейка с вертикальным разделением цветов по п.1, отличающаяся тем, что области второго типа проводимости вместе с дополнительными областями выполнены по технологическим возможностям узкими, глубокими и охватывающими зону освещения с зазорами, обеспечивающими их изоляцию друг от друга и от других областей второго типа проводимости.

РИСУНКИ