[发明专利]一种垂直电荷转移型光子解调器及其工作方法

权利要求书

1.一种垂直电荷转移型光子解调器，包括半导体，所述半导体的下方设有半导体衬底，其特征在于：所述半导体的上表面设有调制解调部分，所述半导体的下表面延伸至半导体衬底的底部构成感光部分；所述感光部分在光照条件下将光子转化为光生载流子，并利用垂直方向电场将光生电子空穴对分开，将其中的电子或空穴垂直地输运至半导体表面的调制解调部分进行光信号解调。

2.根据权利要求1所述的垂直电荷转移型光子解调器，其特征在于：所述感光部分为轻掺杂的P或N型的光电导，该光电导的两电极分别设置在半导体的上表面和半导体衬底的底部，不同的电极偏压使得光电导内部产生垂直方向电场。

3.根据权利要求1所述的垂直电荷转移型光子解调器，其特征在于：所述调制解调部分包括至少两个电荷收集区，以及与电荷收集区数目相对应的调制开关；所述调制开关打开，由感光部分产生的光生载流子会流入对应的电荷收集区。

4.根据权利要求3所述的垂直电荷转移型光子解调器，其特征在于：所述电荷收集区为重掺杂的N型，所述调制开关为重掺杂的P型；不同电荷收集区之间用浅槽隔离或P掺杂作为隔离，所述隔离对两侧的所述电荷收集区分别呈半包围的包裹，所述调制开关与对应的电荷收集区相邻。

5.根据权利要求3所述的垂直电荷转移型光子解调器，其特征在于：所述电荷收集区为重掺杂的P型，所述调制开关为重掺杂的N型；不同电荷收集区之间用浅槽隔离或N掺杂作为隔离，所述隔离对两侧的所述电荷收集区分别呈半包围的包裹，所述调制开关与对应的电荷收集区相邻。

6.根据权利要求1所述的垂直电荷转移型光子解调器，其特征在于：所述半导体衬底为本征或轻掺杂P型半导体，所述半导体衬底的背面设有单独电极，构成衬底电极，所述衬底电极为欧姆或肖特基接触；所述半导体的四周包裹有正面浅槽或深槽隔离，所述半导体衬底的四周包裹有背面深槽隔离。

7.根据权利要求4所述的垂直电荷转移型光子解调器，其特征在于：所述隔离的P型半导体浓度为量级，两电荷收集区之间的最小间距为0.5um，所述垂直电荷转移型光子解调器的单像素尺寸最小为1.1um；所述半导体衬底为标准的浓度为的外延硅片，深度2-10um。

8.一种如权利要求3所述垂直电荷转移型光子解调器的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：将两个电荷收集区都置为1.8V，一个调制开关接1.2V，另一个调制开关接0V，衬底电极接地，半导体衬底的上部产生横向电场，半导体衬底的其它区域产生垂直电场，且越靠近下方，电场的方向越接近垂直；

步骤2：在光照条件下，光子到达上述电场区域时，被半导体吸收并激发一个电子空穴对，并在电场的作用下，电子空穴对被分开，空穴向下运动沿衬底电极被抽出，电子向上运动至半导体表面；

步骤3：运动至半导体表面的电子在横向电场的作用下，进一步运动到一侧的电荷收集区附近，通过扩散进入其产生的耗尽区，形成光电流信号。

9.一种如权利要求8所述垂直电荷转移型光子解调器的工作方法，其特征在于，在两个调制开关的电极加周期性的方波信号，且两个调制开关的信号相位差为180°，通过解调计算获得发射信号和返回信号的时间差，得到该像素的距离信息。

10.一种如权利要求9所述垂直电荷转移型光子解调器的工作方法，其特征在于，所述解调计算的方法如下：

记发射的方波信号为，则返回信号为，其中是反射后的衰减系数，是和距离相关的时间量；则经过两调制开关的调制，两电荷收集区接收的信号分别为：

由此可以得到发射信号和返回信号的时间差：

则像素的距离d为：

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