專利名稱：用作環(huán)境光傳感器的光電檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例一般涉及用作環(huán)境光傳感器的光電檢測器以及其相關(guān)的方法。 現(xiàn)有技術(shù)光電檢測器可用作環(huán)境光傳感器(ALS)，例如用作顯示器的節(jié)能光傳感器、在如移 動電話和膝上型電腦的便攜設(shè)備中用于控制背光、以及用于各種其它類型的亮度級測量和 管理。對于更具體的示例，環(huán)境光傳感器可通過檢測作為控制顯示器和/或鍵盤背光的手 段的亮和暗的環(huán)境光條件用以降低整個顯示系統(tǒng)的功耗并用以提高液晶顯示器(LCD)的 壽命。沒有環(huán)境光傳感器的情況下，IXD顯示器背光控制典型地通過手動進(jìn)行，其中當(dāng)周圍 環(huán)境變得較亮?xí)r，用戶將增加LCD的強度。在使用環(huán)境光傳感器的情況下，用戶可調(diào)節(jié)LCD 的亮度至用戶的偏好，且隨著周圍環(huán)境的變化，顯示器亮度調(diào)節(jié)成使得顯示器在相同的感 測級別顯得均勻；這使得電池壽命被延長、用戶眼疲勞得到緩解以及LCD壽命得到延長。類 似地，沒有環(huán)境光傳感器的情況下，鍵盤背光的控制極大地取決于用戶和軟件。例如，由通 過按壓鍵盤對觸發(fā)器進(jìn)行觸發(fā)，或由定時器可將鍵盤背光點亮10秒中。使用環(huán)境光傳感器 的情況下，鍵盤背光僅僅在周圍環(huán)境為暗時點亮，這將導(dǎo)致較長的電池壽命。為了獲得較 好的環(huán)境光感測，環(huán)境光傳感器優(yōu)選地具有接近于人眼響應(yīng)的光譜響應(yīng)并具有優(yōu)異的紅外 (IR)噪聲抑制。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個實施例，光電檢測器包括被配置成抑制紅外(IR)光的濾光片覆蓋并產(chǎn) 生第一電流(I1)的一個或多個第一光電二極管區(qū)域。光電檢測器還包括被配置成抑制可見 光和紅外(IR)光的阻光材料覆蓋并產(chǎn)生第二電流I2的一個或多個第二光電二極管區(qū)域。 光電檢測器還包括不被濾光片也不被阻光材料覆蓋并產(chǎn)生第三電流(I3)的一個或多個第 三光電二極管區(qū)域。另外，光電檢測器包括配置成產(chǎn)生表示第一電流(I1)或第一電流(I1) 的縮放版(scaled version)減去第二電流(I2)或第二電流(I2)的縮放版、再減去第三電 流(I3)或第三電流(I3)的縮放版的輸出的電路。根據(jù)一個實施例，被阻光材料覆蓋的該一 個或多個第二光電二極管區(qū)域還被配置成抑制頂光的濾光片覆蓋。配置成抑制頂光的濾 光片可例如為介電反射涂層濾光片、頂吸收涂層濾光片或其組合。第三電流(I3)(或其縮 放版)比要減去第三電流(I3)(或其縮放版)的第一電流(I1)(或其縮放版)至少小一個 數(shù)量級并優(yōu)選小兩個數(shù)量級。這為頂?shù)囊种铺峁╋@著改善而不會大量降低可見光的響應(yīng)。 這也意味著由漏電流導(dǎo)致的第三電流(I3部分(或其縮放版)與由漏電流導(dǎo)致的第一和第 二電流部分(或其縮放版)相比非常小，并因此由漏電流導(dǎo)致的第三電流(I3)部分(或其 縮放版)因其無關(guān)緊要而可被忽略。
當(dāng)包括可見光和頂光的光入射在光電檢測器上且部分頂光通過濾光片時由該 一個或多個第一光電二極管區(qū)域產(chǎn)生的第一電流(I1)主要表示可見光和通過濾光片的部 分頂光的第一小部分；由該一個或多個第二光電二極管區(qū)域產(chǎn)生的第二電流(I2)主要表 示通過濾光片的部分頂光的第二小部分；由該一個或多個第三光電二極管區(qū)域產(chǎn)生的第 三電流(I3)主要表示可見光和頂光；并且由電路產(chǎn)生的輸出主要表示通過濾光片的大部 分頂光被去除后的可見光。
當(dāng)沒有光入射到光電檢測器上時由該一個或多個第一光電二極管區(qū)域產(chǎn)生的第 一電流(I1)主要表示第一漏電流；由該一個或多個第二光電二極管區(qū)域產(chǎn)生的第二電流 [12]主要表示基本上等于第一漏電流的第二漏電流；并且當(dāng)輸出是由電路產(chǎn)生時，第二漏 電流基本上抵消第一漏電流，從而由該電路產(chǎn)生的輸出表示沒有檢測到光。
根據(jù)一個替代實施例，光電檢測器不包括任何被阻光材料覆蓋的光電二極管區(qū) 域。更具體地，光電檢測器包括被配置成抑制紅外(IR)光的濾光片覆蓋并產(chǎn)生第一電流 (I1)的一個或多個第一光電二極管區(qū)域。另外，光電檢測器包括不被濾光片覆蓋并產(chǎn)生第 三電流(I3)的一個或多個另一光電二極管區(qū)域。光電檢測器還包括配置成產(chǎn)生表示第一電 流(I1)或第一電流(I1)的縮放版減去另一電流(I3)或另一電流(I3)的縮放版的輸出的電 路。另一電流(I3)(或其縮放版)比要減去另一電流(I3)(或其縮放版)的第一電流(I1) (或其縮放版)至少小一個數(shù)量級并優(yōu)選小兩個數(shù)量級。這為頂光的抑制提供非常顯著的 改善而不會過于降低可見光的響應(yīng)。當(dāng)包括可見光和頂光的光與入射到光電檢測器上且 部分頂光通過濾光片時由該一個或多個第一光電二極管區(qū)域產(chǎn)生的第一電流(I1)主要 表示可見光和通過濾光片的部分頂光的一小部分；由該一個或多個另一光電二極管區(qū)域 產(chǎn)生的另一電流(I3)主要表示可見光和頂光；并且由電路產(chǎn)生的輸出主要表示通過濾光 片的大部分頂光被去除后的可見光。
本發(fā)明的實施例還涉及用于產(chǎn)生具有合乎需要的光譜響應(yīng)的輸出的方法。根據(jù)一 個實施例，產(chǎn)生的第一電流(I1)主要表示可見光和通過濾光片的部分頂光的第一小部分。另外，產(chǎn)生的第二電流(I2)主要表示通過濾光片的部分頂光的第二小部分。而且，產(chǎn)生的 第三電流(I3)主要表示可見光和頂光。所產(chǎn)生的輸出表示第一電流(I1)或第一電流(I1) 的縮放版減去第二電流(I2)或第二電流(I2)的縮放版并減去第三電流(I3)或第三電流的縮放版，其中輸出主要表示通過濾光片的頂光的幾乎所有部分被去除后的可見光。根據(jù)另一個實施例，產(chǎn)生的第一電流(I1)主要表示可見光和通過濾光片的部分頂 光的一小部分。另外，產(chǎn)生的另一電流(I3)主要表示可見光和頂光。產(chǎn)生的輸出表示第 一電流(I1)或第一電流(I1)的縮放版減去另一電流(I3)或第三電流(I3)的縮放版，其中 輸出主要表示通過濾光片的頂光的幾乎所有部分被去除后的可見光。進(jìn)一步和可選的實施例，以及本發(fā)明的實施例的和特征、方面和優(yōu)點將隨著下面 陳述的詳細(xì)說明、附圖和權(quán)利要求而變得明顯。實現(xiàn)本發(fā)明的方式

圖1示出沒有例如使用覆蓋檢測器的濾光片進(jìn)行任何光譜響應(yīng)整形的光電檢測 器的示例性的光譜響應(yīng)。圖2示出人眼的典型的光譜響應(yīng)。從圖1和圖2可以理解，使用 光電檢測器作為環(huán)境光傳感器的一個問題是其同時檢測可見光和的非可見光，非可見光例 如始于700nm的頂光。與此相反，從圖2可知人眼不能檢測頂光。因此，光電檢測器的響 應(yīng)與人眼的響應(yīng)顯著不同，特別是當(dāng)光是由產(chǎn)生大量頂光的白熾光源產(chǎn)生的時候。如果光 電檢測器用作環(huán)境光傳感器，例如用于調(diào)整背光等，將顯著劣于最佳調(diào)整。使用光電檢測器作為環(huán)境光傳感器的另一個問題是即使沒有光入射到光電檢測 器上，光電檢測器也將產(chǎn)生相對較小的電流。這一電流，通常稱作暗電流或漏電流，是由于 在器件的耗盡區(qū)域內(nèi)的電子和空穴的隨機生成且隨后被高電場掃描而發(fā)生。當(dāng)光的能級非 常低時，漏電流或暗電流還對光電檢測器的輸出造成不利影響。圖3A示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的光電檢測器302的俯視圖。圖3B示出圖3A中示 出的光電檢測器302的沿著3B-3B線的橫截面。在示出的示例性實施例中，光電檢測器302 包括光電二極管區(qū)域的8X6陣列。光電二極管區(qū)域的6X6子陣列被濾光片318覆蓋。更具體 地，光電二極管區(qū)域的6X6子陣列的一半被濾光片318覆蓋并被阻光材料316覆蓋，而光電二 極管區(qū)域的6X6子陣列的另一半被濾光片318覆蓋但并不被阻光材料316覆蓋。光電二極管 區(qū)域的剩余的兩個1 (在圖3A和3B的左側(cè)和右側(cè)示出)子陣列不被濾光片318覆蓋且不 被阻光材料316覆蓋，并因此可被看作未覆蓋的光電二極管區(qū)域或裸露的光電二極管區(qū)域。 這些陣列和子陣列的大小是示例性的且可對其進(jìn)行變化但依然在本發(fā)明的范圍內(nèi)。參考圖:3B，光電檢測器302形成在襯底(例如硅晶片)上或襯底內(nèi)。在示出的一 個實施例中，光電檢測器302包括植入在P_外延區(qū)域306中的多個N+區(qū)域304，其中P_外 延區(qū)域306生長在P襯底310上。多個光電二極管區(qū)域(本示例中為48個)的每一個由 分隔PN結(jié)形成，每一個PN結(jié)被反向偏置，從而形成分隔耗盡區(qū)域308。優(yōu)選地，P_外延區(qū) 域306被非常輕地?fù)诫s。與將N+區(qū)域304直接置于P襯底310中相比，將N+區(qū)域304置于 P_外延區(qū)域306中提供改善的量子效率。然而，盡管不是優(yōu)選的，將N+區(qū)域304直接置于P 襯底310中的本發(fā)明的實施例也是可行的。N+區(qū)域30 被濾光片318覆蓋。N+區(qū)域304b同時被阻光材料316和濾光片318 覆蓋。N+區(qū)域3(Mc既不被阻光材料316覆蓋也不被濾光片318覆蓋。雖然未示出，可存在 覆蓋N+擴散區(qū)域304的例如二氧化硅(SiO2)的薄氧化層。另外，雖然未示出，例如在介電濾光片318下和/或上可存在各種層間介電(ILD)層。進(jìn)一步，雖然未示出，材料疊層可被 頂部鈍化涂層蓋住。根據(jù)一個實施例，阻光材料316為金屬或多晶硅層?？蛇x地，阻光材料316可由阻 塞入射在光電檢測器上的光的波長的其它材料制成。根據(jù)一個實施例，濾光片318為介電反射涂層濾光片。該介電反射涂層濾光片 可由例如但不限于沉積在下方光襯底之上的硫化鋅、氟化鎂、氟化鈣以及各種金屬氧化物 (例如二氧化鈦)的材料的薄層構(gòu)造。通過精心選擇這些層的精確組分、厚度以及數(shù)目，有 可能定制濾光片318的反射率和透射率以產(chǎn)生幾乎任何合乎需要的光譜特性。例如，反射 率可增加至大于99. 99%以得到高反射器(HR)涂層。對波長的某些范圍上反射率的級別也 可轉(zhuǎn)變成任何特定的值，例如產(chǎn)生將入射在其上的光反射90%并透射10%的鏡面。這樣的 鏡面通常被用作光束分離器，并用作激光器中的輸出耦合器?？蛇x地，濾光片318可被設(shè)計 成使得鏡面僅僅在波長的窄帶內(nèi)將光反射，從而產(chǎn)生反射濾光片。高反射涂層以與抗反射膜相反的方式工作。通常，高和低折射率材料的層交替層 疊。示例性的高折射系數(shù)材料包括硫化鋅(n = 2. 32)和二氧化鈦(n = 2. 4)，而示例性的 低折射系數(shù)材料包括氟化鎂(n = 1. 38)和二氧化硅(n = 1. 49)。這種周期的或交替的結(jié) 構(gòu)顯著地增強稱作帶阻的特定波長范圍內(nèi)的表面反射率，帶阻的寬度僅僅由兩個所使用的 系數(shù)的比率決定(對于四分之一波系)，而在許多層在疊層中的情況下最大反射率增加至 接近100%。層的厚度通常為四分之一波(則與相同材料的非四分之一波系比較，它們提供 最寬的高反射帶)，這樣設(shè)計以便反射束顯著地相互干涉以最大化反射率并最小化透射率。 使用上述結(jié)構(gòu)，高反射涂層可在寬波長范圍(可見光光譜范圍內(nèi)的幾十納米)內(nèi)獲得非常 高(例如99.9%)的反射率，在其它波長范圍內(nèi)具有較低的反射率，從而獲得合乎需要的光 譜響應(yīng)。通過控制反射疊層中層的精確厚度和組分，反射特性可轉(zhuǎn)換成合乎需要的光譜響 應(yīng)，并可將高反射和抗反射波長區(qū)域兩者結(jié)合在一起。涂層可設(shè)計為長通或短通濾光片、帶 通或陷波濾光片或具有特定反射率的鏡面。根據(jù)本發(fā)明特定的實施例，光電檢測器302設(shè)計成其輸出具有類似于典型的人眼 響應(yīng)(示于圖2中)的光譜響應(yīng)。對于本討論的其它內(nèi)容，除非另外指出，應(yīng)理解為光電檢 測器302設(shè)計成其輸出具有類似于典型的人眼響應(yīng)(即類似于圖2中示出的光譜響應(yīng))的 光譜響應(yīng)。雖然沒有特別示出，但在一個實施例中被濾光片318覆蓋(但不被阻光材料316 覆蓋)的N+區(qū)域30 被電連接在一起并產(chǎn)生第一電流(I1),其表示入射在N+區(qū)域30 上 的光(如果存在)和漏電流。根據(jù)一個實施例，濾光片318設(shè)計成通過可見光而抑制(例 如反射HR光。然而，一些頂光仍然通過濾光片318。因此，當(dāng)包括可見光和頂光的光入 射在光電檢測器302上時，入射在N+區(qū)域30 上的部分光將包括可見光和通過濾光片318 的一些頂光兩者。從而當(dāng)包括可見光和頂光的光入射到光電檢測器302上時，第一電流 (I1)將表示可見光、通過濾光器318的一小部分頂光和小的漏電流。雖然沒有特別示出，但在一個實施例中同時被阻光材料316和濾光片318覆蓋的 N+區(qū)域304b被電連接在一起并產(chǎn)生第二電流(I2)，其表示深度穿入至P—外延區(qū)域306的 下面將進(jìn)行更詳細(xì)描述的頂光的一小部分(如果存在)和小的漏電流。第二電流(I2)基 本上不受可見光影響。
當(dāng)包括可見光和頂光的光入射到光電檢測器上時，一個或多個裸露的N+區(qū)域 304c產(chǎn)生第三電流(I3)，其表示可見光、IR光和小的漏電流?，F(xiàn)在給出第一和第二電流(I1和I2)如何生成并如何應(yīng)用的其它細(xì)節(jié)。隨后給出 第三電流(I3)如何生成并如何應(yīng)用的其它細(xì)節(jié)。仍然參考圖3B，當(dāng)光入射到光電檢測器302上時，對應(yīng)于同時被阻光材料316和 反射濾光片318覆蓋的N+ 304b區(qū)域的耗盡區(qū)域308b中不生成載流子，因為沒有光入射到 被阻光材料316覆蓋的N+區(qū)域304b上。入射在被反射濾光片318覆蓋(但不被阻光材料 316覆蓋)的N+區(qū)域30 上的光在對應(yīng)的耗盡區(qū)域308a中生成載流子，載流子迅速被捕 獲在電連接在一起的N+區(qū)域30 中。然而，耗盡區(qū)域308a下方產(chǎn)生的慢速載流子(由于 深度穿入至P_外延區(qū)域306的長波長頂光而產(chǎn)生)在最終進(jìn)入電場并隨后被捕獲之前在 四周漂移一段時間。在四周(例如在左或右方向上)漂移一段時間之后，一些慢速載流子 將最終被由阻光材料316覆蓋的N+區(qū)域304b中的一個捕獲。事實上，約一半慢速載流子 最終被由阻光材料316覆蓋的N+區(qū)域304b捕獲而另一半被不由阻光材料316覆蓋的N+區(qū) 域30 捕獲。這種一半對一半的捕獲是由于慢速載流子基本隨機的行為、每一個N+區(qū)域 304a和304b的相似的形狀、與N+區(qū)域30 相關(guān)的布線區(qū)域和與N+區(qū)域304b相關(guān)的布線 區(qū)域基本相等的事實、以及每一個PN結(jié)基本相等的偏置而產(chǎn)生的。被僅由反射濾光片318覆蓋(但不被阻光材料316覆蓋)的N+區(qū)域30 捕獲的 載流子產(chǎn)生第一電流(I1),其大部分由快速捕獲的載流子(也稱為快速載流子)迅速生成。 第一電流(I1)的一小部分是由于后捕獲的慢速載流子產(chǎn)生的，而第一電流(I1)的另一小部 分仍然是由于漏電流產(chǎn)生的。被同時由阻光材料316和反射濾光片318覆蓋的N+區(qū)域304b捕獲的載流子產(chǎn)生 第二電流(I2)，其一部分是由后(即延遲)捕獲的慢速載流子產(chǎn)生的延遲電流，而其一部分 為漏電流。當(dāng)光入射到光電檢測器302上時，由于漏電流產(chǎn)生的第一電流(I1)和第二電流 (I2)的部分與由于可見光和/或頂光產(chǎn)生的部分相比非常小。然而，當(dāng)光沒有入射(或僅 僅有非常低級別的光入射)到光電檢測器302上時，第一電流(I1)和第二電流(I2)的大部 分主要表示漏電流。通過從第一電流(I1)減去第二電流(I2)，漏電流將相互抵消。回過來參考圖2，作為環(huán)境光傳感器的目標(biāo)響應(yīng)的人眼響應(yīng)為從約400至約 700nm，其在約555nm處具有人眼峰值光譜響應(yīng)。圖4A為示出當(dāng)光入射在光電檢測器302 上時對應(yīng)于第一電流(I1)的光譜響應(yīng)以及對應(yīng)于第一電流(I1)減去第二電流(I2)的光譜 響應(yīng)的示例性曲線圖。圖4B為示出圖4A的部分410的附加細(xì)節(jié)的曲線圖。將圖4A和4B 與圖2進(jìn)行比較，可理解當(dāng)光入射在光電檢測器302上時，對應(yīng)于第一電流(I1)的光譜響 應(yīng)和對應(yīng)于第一電流(I1)減去第二電流(I2)的光譜響應(yīng)，受到700納米以上的頂光的影 響。換句話說，在700nm以上時，和對應(yīng)于第一電流(I1)減去第二電流(I2)的光譜響應(yīng)相 比，對應(yīng)于第一電流(I1)的光譜響應(yīng)與期望的圖2的目標(biāo)光譜響應(yīng)相差較大。因為當(dāng)從第 一電流(I1)減去第二電流(I2)時慢速載流子將被抵消，因此從圖4B可理解第一電流(I1) 減去第二電流(I2)的響應(yīng)與單獨的第一電流(I1)的光譜響相比稍接近于期望的光譜響應(yīng)。如現(xiàn)在將要說明的根據(jù)本發(fā)明特定的實施例，接近于目標(biāo)響應(yīng)(例如人眼響應(yīng)) 的光譜響應(yīng)可通過從第一電流(I1)減去第二電流(I2)再減去至少一部分第三電流(I3)或僅僅從第一電流(I1)減去至少一部分第三電流(I3)而得到?；剡^來參照圖3A和3B，當(dāng)光入射到光電檢測器302上時，一個或多個N+區(qū)域 304c (不被阻光材料316覆蓋也不被濾光片318覆蓋)產(chǎn)生第三電流(I3)，其表示可見光、 頂光以及小的漏電流。同第一電流和第二電流(I1和I2)的情況一樣，當(dāng)光入射到光電檢測 器302上時，由于漏電流產(chǎn)生的第三電流(I3)部分非常小。對應(yīng)于第三電流(I3)的示例性 的光譜響應(yīng)為示于圖1中的光譜響應(yīng)。從圖1看出對應(yīng)于第三電流(I3)的光譜響應(yīng)在700 納米以上顯著地受到頂光的影響。圖5A為示出當(dāng)光入射到光電檢測器302上時，對應(yīng)于第一電流(I1)減去第二電 流(I2)的光譜響應(yīng)以及對應(yīng)于第一電流(I1)減去第二電流(I2)再減去第三電流(I3)的縮 放版(例如k*I3，其中k = 0. 035)的光譜響應(yīng)的示例性曲線圖。圖5B為示出圖5A的一部 分510的附加細(xì)節(jié)的曲線圖。將圖5A和5B與圖2進(jìn)行比較，可理解當(dāng)光入射到光電檢測 器302上時，對應(yīng)于第一電流(I1)減去第二電流(I2)再減去第三電流(I3)的縮放版的光 譜響應(yīng)比對應(yīng)于第一電流(I1)減去第二電流(I2)的光譜響應(yīng)較接近于圖2的目標(biāo)響應(yīng)。圖5A和圖5B示出頂抑制可被顯著改善而不用過于降低可見光的響應(yīng)，因為被減 去的第三電流(I3)與第一電流(I1)相比小得多。第三電流(I3)(或其縮放版)比要減去 第三電流(I3)(或其縮放版)的第一電流(I1)(或其縮放版)至少小一個數(shù)量級并優(yōu)選小 兩個數(shù)量級。這明顯改善頂抑制而不用過于降低可見光的響應(yīng)。這也意味著由于漏電流 產(chǎn)生的第三電流(I3)的部分(或其縮放版)與由于漏電流產(chǎn)生的第一和第二電流的部分 (或其縮放版)相比非常小，并因此由于漏電流所產(chǎn)生的第三電流(I3)(或其縮放版)因其 無關(guān)緊要而可被忽略。從第一電流(I1)(或其縮放版)減去的第三電流(I3)的精確量可使 用仿真和/或?qū)嶒瀬泶_定。例如第三電流(I3)的縮放因子(k)可使用仿真和/或?qū)嶒瀬?確定。圖6A和6B為用于示出根據(jù)本發(fā)明特定的實施例的電流和/或其它信號能如何組 合的高層次框圖。在這些圖中，作為“縮放器(scaler)”示出的通用塊614示出為僅僅在一 個信號路徑中，但也可以在其它或可選的信號路徑中。這樣的縮放器可用于整形或放大信 號，下面將詳細(xì)解釋。各種已知的電路可用于對電流和/或其它類型的信號執(zhí)行減法運算。 例如，差分輸入放大器可用于確定兩個信號之間的差異。在另一個示例中，電流鏡可用于執(zhí) 行減法運算。這些僅僅是一些示例，其并非用于限制。參照圖6A，一個或多個光電二極管區(qū)域61 被配置成抑制頂波長的濾光片318 覆蓋并產(chǎn)生第一電流(I1)?；剡^來參考圖3A和;3B，圖6A中的每一個光電二極管區(qū)域61 可對應(yīng)于由N+擴散區(qū)域30 和其下方的P型表面區(qū)域306形成的PN結(jié)，其中N+擴散區(qū)域 30 被濾光片318覆蓋但不被阻光材料316覆蓋。再次參照圖6A，一個或多個光電二極管 區(qū)域61 被阻光材料316和配置成抑制頂波長的濾光片318覆蓋并產(chǎn)生第二電流(I2)。 回過來參考圖3A和3B，圖6A中的每一個光電二極管區(qū)域612b可對應(yīng)于由N+擴散區(qū)域304b 和其下方的P型表面區(qū)域306形成的PN結(jié)，其中N+擴散區(qū)域304b被濾光片318和阻光材 料316覆蓋。再次參考圖6A，一個或多個光電二極管區(qū)域612c不被阻光材料316覆蓋也 不被配置成抑制頂波長的濾光片318覆蓋并產(chǎn)生第三電流(I3)。回過來參考圖3A和;3B， 圖6A中的每一個光電二極管區(qū)域612c可對應(yīng)于由N+擴散區(qū)域3(Mc和其下方的P型表面 區(qū)域306形成的PN結(jié)，其中N+擴散區(qū)域3(Mc不被濾光片318覆蓋且不被阻光材料316覆
減去由被阻光材料316覆蓋的一個或多個光電二極管區(qū)域產(chǎn)生的第二電流(I2) 的主要優(yōu)點在于消除漏電流(也稱作暗電流)。當(dāng)光電檢測器典型地在室溫或接近于室溫 下使用時，這種暗電流可能不是嚴(yán)重的問題，但在更高的溫度下通常導(dǎo)致較多的問題。從圖 3A和:3B可理解，光電檢測器302的主要部分示出為被阻光材料316覆蓋并用于產(chǎn)生第二電 流(I2)。因此，如果存在減小光電檢測器大小和降低成本的需要，且暗電流不是主要考慮的 問題(例如，因為期望在接近室溫的溫度下使用光電檢測器)時，被阻光材料316覆蓋的光 電二極管區(qū)域可被去除。換句話說，根據(jù)本發(fā)明的某些實施例，光電檢測器可包括被配置成 抑制頂光的濾光片318所覆蓋的一個或多個光電二極管區(qū)域60 和不被濾光片318覆蓋 的一個或多個光電二極管區(qū)域602c (沒有任何光電二極管區(qū)域被阻光材料316覆蓋)。在 這樣的實施例中，光電檢測器的輸出可具有對應(yīng)于第一電流(I1)減去第三電流(I3)的縮放 版的光譜響應(yīng)。這可從圖6B看出。另外，可為這樣的實施例簡化圖3A和;3B中示出的光電 檢測器302的結(jié)構(gòu)。在圖;3B(以及后面的圖6A)中，濾光片318示出為在阻光材料316上方。這一順 序可以顛倒以使濾光片318在阻光材料316下方。在上述實施例中，被阻光材料316覆蓋的一個或多個光電二極管區(qū)域612b還被描 述并示出為被配置成抑制頂光的濾光片318覆蓋。從圖3A和:3B可理解，這是制造光電檢 測器302實用的方法，尤其其中光電二極管區(qū)域61 和612b以棋盤圖形的方式相互交錯， 如圖3A所示。然而應(yīng)指出，被阻光材料316覆蓋的光電二極管區(qū)域還被濾光片318覆蓋不 是必需的，由于在這些光電二極管區(qū)域612b，通過濾光片318的光最終將被阻光材料316阻 擋而無論如何都不會到達(dá)光電二極管區(qū)域612b。根據(jù)特定的實施例，濾光片318為介電反射涂層濾光片，其示例性的細(xì)節(jié)在上面 進(jìn)行了討論?？蛇x地或附加地，濾光片318可為(或包括HR吸收型濾濾光片，其可包括一 種或多種著色劑，例如吸收頂光并使可見光通過的色素和/或染料。例如，綠色的色素提 供標(biāo)準(zhǔn)人眼光譜響應(yīng)的第一近似，因為綠色在人的視覺中占主要地位。已經(jīng)開發(fā)了使可見 光譜(例如從約400至700nm)中的光通過并吸收頂光譜中的光的染料。這樣的染料已經(jīng) 例如添加至透明塑料以提供吸收頂光的透明信用卡，例如，從而信用卡機器可使用頂光確 定信用卡是否插入信用卡讀卡器。這樣的染料可例如從新澤西州紐瓦克的Epolin公司獲 得。例如Epolight E8316就是從Epolyn公司獲得的一種示例染料。這些染料的示例性的 化學(xué)公式在例如美國專利No. 5，656，639和美國專利公開No. 2009/0236571中公開，二者都 屬于Epolin公司，二者均通過援引合并于此。根據(jù)本發(fā)明特定的實施例，這樣的染料添加 至載體材料以提供用于提供濾光片318的可光刻染色涂層。染色涂層可包括添加吸收頂 光并使可見光通過的染料于其的使可見光通過的載體材料。載體材料可為負(fù)光刻膠材料、 環(huán)氧材料或濾光片材料，但不限于此。這樣的載體材料可為透明的，但可選地可包括著色的 色彩。在上述實施例中，所產(chǎn)生的各種電流在組合以產(chǎn)生輸出(例如輸出電流)之前和 /或之后可被縮放(例如放大或整形)。電流還可能轉(zhuǎn)換成電壓從而信號在電壓域中被縮 放，然后在組合以產(chǎn)生輸出之前轉(zhuǎn)換回電流。可選地，信號可在電壓域中被組合。本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員應(yīng)理解用于調(diào)整電流和/或電壓的許多其它方式在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。例如，可編程器件(例如可編程數(shù)-模轉(zhuǎn)換器(DAC))可用于適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)電壓和/或電流。使 用可編程器件的一個優(yōu)點是其可基于其它變量選擇性地調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)脑鲆?，其它變量例如?溫度。還應(yīng)指出電流信號或電壓信號可轉(zhuǎn)換至數(shù)字域中且這些信號的所有進(jìn)一步處理(例 如一個或多個信號的縮放以及確定信號之間差異)可在數(shù)字域中進(jìn)行，而不是使用模擬元 件。這種數(shù)字域處理可使用專用的數(shù)字硬件或在諸如微處理器的通用目的處理器上進(jìn)行?？s放電流的另一種方法是以可編程的方式選擇性地連接類似的光電二極管區(qū)域。 例如，使用獨立開關(guān)(例如采用晶體管實現(xiàn))可對單獨的光電二極管區(qū)域612c進(jìn)行選擇， 以產(chǎn)生第三電流(I3)，而不是所有的光電二極管區(qū)域612c不變地連接在一起以產(chǎn)生第三電 流(13)。因此，如果僅僅一個光電二極管區(qū)域612c被選擇以產(chǎn)生第三電流(13)，則第三電 流(I3)將為12個光電二極管區(qū)域612c被選擇為產(chǎn)生第三電流(I3)時的幅度的約1/12。 這提供相對于第一和第二電流(I1)和(I2)而縮放第三電流(I3)的相當(dāng)廉價且功率高效的 技術(shù)。如果需要，第一和第二電流(I1)和(I2)也可按照類似的方式進(jìn)行縮放。由于用一個或多個裸露的光電二極管區(qū)域612c產(chǎn)生的第三電流(I3)的幅度明顯 小于第一電流(I1),至少小一個數(shù)量級，并可能至少小兩個數(shù)量級，光電檢測器302的用于 產(chǎn)生第三電流(I3)的區(qū)域可明顯小于用于產(chǎn)生第一電流(I1)的區(qū)域。例如，回過來參考圖 3A和3B，與N+擴散區(qū)域30 相比，可存在顯著少的N+擴散區(qū)域3(Mc。同樣，每一個N+擴 散區(qū)域3(Mc的大小可小于N+擴散區(qū)域30 的大小。在上述實施例中，目標(biāo)響應(yīng)通常描述成類似于典型的人眼觀察擴散光的響應(yīng)。然 而，這不是必需的。例如，光電檢測器(或其一部分)的可能的其它目標(biāo)響應(yīng)可以是檢測如 紅色、綠色和藍(lán)色的特定顏色的光。這樣的光電檢測器可用于例如數(shù)碼相機、顏色掃描器、 顏色影印機等。在這些實施例中，可為要檢測的特定的光優(yōu)化濾光片318，且可單獨使用或 與濾除偶然通過介電濾光片318的頂光的各種技術(shù)進(jìn)行組合。例如，一個或多個光電二極 管區(qū)域可優(yōu)化成檢測綠光，一個或多個另一光電二極管區(qū)域可優(yōu)化成檢測紅光，而一個或 多個另一光電二極管區(qū)域可優(yōu)化成檢測藍(lán)光。使用上述技術(shù)，例如使用被阻光材料覆蓋的 光電二極管區(qū)域和/或不被濾光片覆蓋且也不被阻光材料覆蓋的光電二極管區(qū)域，被該區(qū) 域檢測的漏電流和/或頂光可基本上被抵消。在上述實施例中，N型區(qū)域被描述成植入至P型區(qū)域中。例如，將N+擴散區(qū)域304 植入至P—區(qū)域306中。在可選的實施例中，半導(dǎo)體導(dǎo)材料的電性被反向。即將P型區(qū)域可 植入至N型區(qū)域中。一個具體的示例是將重?fù)诫sP+區(qū)域植入至輕摻雜Nb區(qū)域中，以形成有 源光電二極管區(qū)域。本發(fā)明某些實施例還涉及產(chǎn)生主要表示光的目標(biāo)波長，例如可見光的波長的光電 流的方法。換句話說，本發(fā)明的實施例還涉及用于提供具有目標(biāo)光譜響應(yīng)，例如類似于人眼 的響應(yīng)的光電檢測器的方法。另外，本發(fā)明的實施例還涉及使用上述光電檢測器的方法。雖然以上描述了本發(fā)明的各種實施例，但應(yīng)理解它們是以示例的方式被提出，而 并非限制。在其可作出各種形式和細(xì)節(jié)的變化而不背離本發(fā)明的精神和范圍，這對本領(lǐng)域 技術(shù)人員是很明顯的。本發(fā)明的寬度和范圍不應(yīng)由任何上述示例性實施例限制，而是應(yīng)該僅僅根據(jù)以下 的權(quán)利要求及其等效方案確定。附圖簡述
圖1示出沒有任何光譜響應(yīng)整形的光電檢測器的示例性的光譜響應(yīng)。圖2示出人眼的典型的光譜響應(yīng)。圖3A示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的光電檢測器的俯視圖。圖;3B示出圖3A的光電檢測器沿著線!3B-3B的橫截面。圖4A為示出可使用圖3A和的光電檢測器得到的示例性光譜響應(yīng)的曲線圖。圖4B為示出圖4A的曲線圖的一部分的附加細(xì)節(jié)的曲線圖。圖5A為示出可使用圖3A和;3B的光電檢測器得到的示例性光譜響應(yīng)的另一曲線 圖。圖5B為示出圖5A的曲線圖的一部分的附加細(xì)節(jié)的曲線圖。圖6A和6B為用于示出根據(jù)本發(fā)明特定的實施例的電流和/或其它信號如何組合 的高層次框圖。附圖標(biāo)記說明
權(quán)利要求
1.一種光電檢測器，包括被配置成抑制紅外(IR)光的濾光片覆蓋并產(chǎn)生第一電流(I1)的一個或多個第一光電 二極管區(qū)域；被配置成抑制可見和頂光的阻光材料覆蓋并產(chǎn)生第二電流(I2)的一個或多個第二光 電二極管區(qū)域；不被所述濾光片覆蓋也不被所述阻光材料覆蓋并產(chǎn)生第三電流(I3)的一個或多個第 三光電二極管區(qū)域；以及配置成產(chǎn)生表示所述第一電流(I1)或所述第一電流(I1)的縮放版減去所述第二電流 (I2)或所述第二電流(I2)的縮放版、再減去所述第三電流(I3)或所述第三電流(I3)的縮 放版的輸出的電路。
2.如權(quán)利要求1所述的光電檢測器，其特征在于，被所述阻光材料覆蓋的所述一個或 多個第二光電二極管區(qū)域還被配置成抑制頂光的所述濾光片覆蓋。
3.如權(quán)利要求1所述的光電檢測器，其特征在于，當(dāng)包括可見光和IR光的光入射到所 述光電檢測器上且部分所述頂光通過所述濾光片時由所述一個或多個第一光電二極管區(qū)域產(chǎn)生的所述第一電流(I1)主要表示所述可見 光和通過所述濾光片的部分所述頂光的第一小部分；由所述一個或多個第二光電二極管區(qū)域產(chǎn)生的所述第二電流(I2)主要表示通過所述 濾光片的部分所述頂光的第二小部分；由所述一個或多個第三光電二極管區(qū)域產(chǎn)生的所述第三電流(I3)主要表示所述可見 光和所述R光；以及由所述電路產(chǎn)生的所述輸出主要表示通過所述濾光片的大部分所述頂光被去除后的 所述可見光。
4.如權(quán)利要求1所述的光電檢測器，其特征在于，當(dāng)沒有光入射到所述光電檢測器上時由所述一個或多個第一光電二極管區(qū)域產(chǎn)生的所述第一電流(I1)主要表示第一漏電流；由所述一個或多個第二光電二極管區(qū)域產(chǎn)生的所述第二電流(I2)主要表示基本上等 于所述第一漏電流的第二漏電流；以及當(dāng)輸出是由所述電路產(chǎn)生時所述第二漏電流基本上抵消所述第一漏電流，使得由所述 電路產(chǎn)生的所述輸出表示沒有檢測到光。
5.如權(quán)利要求1所述的光電檢測器，其特征在于，配置成抑制頂光的所述濾光片包括 介電反射涂層濾光片和頂吸收涂層濾光片。
6.如權(quán)利要求1所述的光電檢測器，其特征在于，配置成抑制頂光的所述濾光片包括 介電反射涂層濾光片。
7.如權(quán)利要求1所述的光電檢測器，其特征在于，配置成抑制頂光的所述濾光片包括 頂吸收涂層濾光片。
8.一種方法，包括(a)產(chǎn)生主要表示可見光和通過濾光片的部分紅外(IR)光的第一小部分的第一電流 (I1)；(b)產(chǎn)生主要表示通過所述濾光片的部分所述頂光的第二小部分的第二電流(I2)；(c)產(chǎn)生主要表示所述可見光和所述R光的第三電流(I3)；以及(d)產(chǎn)生表示所述第一電流(I1)或所述第一電流(I1)的縮放版減去所述第二電流(I2) 或所述第二電流(I2)的縮放版、再減去所述第三電流(I3)或所述第三電流(I3)的縮放版的 輸出，其中所述輸出主要表示通過所述濾光片的大部分所述頂光被去除后的所述可見光。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于使用被配置成抑制頂光的濾光片覆蓋的一個或多個第一光電二極管區(qū)域執(zhí)行步驟(a)；使用被配置成抑制可見光和頂光的阻光材料覆蓋的一個或多個第二光電二極管區(qū)域 執(zhí)行步驟(b)；使用不被所述濾光片覆蓋也不被所述阻光材料覆蓋的一個或多個第三光電二極管區(qū) 域執(zhí)行步驟(c)；以及使用配置成從所述第一電流(I1)或所述第一電流(I1)的縮放版減去所述第二電流(12)或所述第二電流(I2)的縮放版、再減去所述第三電流(I3)或所述第三電流(I3)的縮 放版的電路執(zhí)行步驟(d)。
10.權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述濾光片包括介電反射涂層濾光片。
11.權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述濾光片包括頂吸收涂層濾光片。
12.一種光電檢測器，包括被配置成抑制頂光的濾光片覆蓋并產(chǎn)生第一電流(I1)的一個或多個第一光電二極管 區(qū)域；不被所述濾光片覆蓋并產(chǎn)生另一電流(I3)的一個或多個另一光電二極管區(qū)域；以及 配置成產(chǎn)生表示所述第一電流(I1)或所述第一電流(I1)的縮放版減去所述另一電流(13)或所述另一電流(I3)的縮放版的輸出的電路。
13.如權(quán)利要求12所述的光電檢測器，其特征在于，當(dāng)包括可見光和頂光的光入射到 所述光電檢測器上且部分所述頂光通過所述濾光片時由所述一個或多個第一光電二極管區(qū)域產(chǎn)生的所述第一電流(I1)主要表示所述可見 光和通過所述濾光片的部分所述頂光的一小部分；由所述一個或多個另一光電二極管區(qū)域產(chǎn)生的所述另一電流(I3)主要表示所述可見 光和所述R光；以及由所述電路產(chǎn)生的所述輸出主要表示通過所述濾光片的大部分所述頂光被去除后的 所述可見光。
14.如權(quán)利要求12所述的光電檢測器，其特征在于，配置成抑制頂光的所述濾光片包 括介電反射涂層濾光片。
15.如權(quán)利要求12所述的光電檢測器，其特征在于，配置成抑制頂光的所述濾光片包 括頂吸收涂層濾光片。
16.一種方法，包括(a)產(chǎn)生主要表示可見光和通過濾光片的部分頂光的第一小部分的第一電流(I1)；(b)產(chǎn)生主要表示所述可見光和所述頂光的另一電流(I3)；以及(c)產(chǎn)生表示所述第一電流(I1)或所述第一電流(I1)的縮放版減去所述另一電流(I3)或所述第三電流(I3)的縮放版的輸出，其中所述輸出主要表示通過所述濾光片的大部分所 述頂光被去除后的所述可見光。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于使用被配置成抑制頂光的濾光片覆蓋的一個或多個第一光電二極管區(qū)域執(zhí)行步驟(a)；使用不被所述濾光片覆蓋的一個或多個另一光電二極管區(qū)域執(zhí)行步驟(b)；以及 使用配置成從所述第一電流(I1)或所述第一電流(I1)的縮放版減去所述另一電流 (I3)或所述另一電流(I3)的縮放版的所述電路執(zhí)行步驟(C)。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述濾光片包括介電反射涂層濾光片。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述濾光片包括頂吸收涂層濾光片。
全文摘要
本發(fā)明涉及用作環(huán)境光傳感器的光電檢測器。光電檢測器包括被配置成抑制紅外(IR)光的濾光片覆蓋并產(chǎn)生第一電流(I1)的一個或多個第一光電二極管區(qū)域。光電檢測器還包括被配置成抑制可見光和IR光的阻光材料覆蓋并產(chǎn)生第二電流(I2)的一個或多個第二光電二極管區(qū)域。光電檢測器還包括不被濾光片覆蓋也不被阻光材料覆蓋并產(chǎn)生第三電流(I3)的一個或多個第三光電二極管區(qū)域。另外，光電檢測器包括配置成產(chǎn)生表示第一電流(I1)或第一電流(I1)的縮放版減去第二電流(I2)或第二電流(I2)的縮放版、再減去第三電流(I3)或第三電流(I3)的縮放版的輸出的電路。配置成抑制IR光的濾光片可例如為介電反射涂層濾光片、IR吸收涂層濾光片或其組合。
文檔編號G01J1/42GK102095495SQ201010543448
公開日2011年6月15日 申請日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月22日
發(fā)明者D·鄭, J·瓊斯, X·林 申請人:英特賽爾美國股份有限公司