专利名称：用作环境光传感器的光电检测器的制作方法
技术领域：
本发明的实施例一般涉及用作环境光传感器的光电检测器以及其相关的方法。 现有技术光电检测器可用作环境光传感器(ALS)，例如用作显示器的节能光传感器、在如移 动电话和膝上型电脑的便携设备中用于控制背光、以及用于各种其它类型的亮度级测量和 管理。对于更具体的示例，环境光传感器可通过检测作为控制显示器和/或键盘背光的手 段的亮和暗的环境光条件用以降低整个显示系统的功耗并用以提高液晶显示器(LCD)的 寿命。没有环境光传感器的情况下，IXD显示器背光控制典型地通过手动进行，其中当周围 环境变得较亮时，用户将增加LCD的强度。在使用环境光传感器的情况下，用户可调节LCD 的亮度至用户的偏好，且随着周围环境的变化，显示器亮度调节成使得显示器在相同的感 测级别显得均勻；这使得电池寿命被延长、用户眼疲劳得到缓解以及LCD寿命得到延长。类 似地，没有环境光传感器的情况下，键盘背光的控制极大地取决于用户和软件。例如，由通 过按压键盘对触发器进行触发，或由定时器可将键盘背光点亮10秒中。使用环境光传感器 的情况下，键盘背光仅仅在周围环境为暗时点亮，这将导致较长的电池寿命。为了获得较 好的环境光感测，环境光传感器优选地具有接近于人眼响应的光谱响应并具有优异的红外 (IR)噪声抑制。
发明内容
根据一个实施例，光电检测器包括被配置成抑制红外(IR)光的滤光片覆盖并产 生第一电流(I1)的一个或多个第一光电二极管区域。光电检测器还包括被配置成抑制可见 光和红外(IR)光的阻光材料覆盖并产生第二电流I2的一个或多个第二光电二极管区域。 光电检测器还包括不被滤光片也不被阻光材料覆盖并产生第三电流(I3)的一个或多个第 三光电二极管区域。另外，光电检测器包括配置成产生表示第一电流(I1)或第一电流(I1) 的缩放版(scaled version)减去第二电流(I2)或第二电流(I2)的缩放版、再减去第三电 流(I3)或第三电流(I3)的缩放版的输出的电路。根据一个实施例，被阻光材料覆盖的该一 个或多个第二光电二极管区域还被配置成抑制顶光的滤光片覆盖。配置成抑制顶光的滤 光片可例如为介电反射涂层滤光片、顶吸收涂层滤光片或其组合。第三电流(I3)(或其缩 放版)比要减去第三电流(I3)(或其缩放版)的第一电流(I1)(或其缩放版)至少小一个 数量级并优选小两个数量级。这为顶的抑制提供显著改善而不会大量降低可见光的响应。 这也意味着由漏电流导致的第三电流(I3部分(或其缩放版)与由漏电流导致的第一和第 二电流部分(或其缩放版)相比非常�。⒁虼擞陕┑缌鞯贾碌牡谌缌�(I3)部分(或其 缩放版)因其无关紧要而可被忽略。
当包括可见光和顶光的光入射在光电检测器上且部分顶光通过滤光片时由该 一个或多个第一光电二极管区域产生的第一电流(I1)主要表示可见光和通过滤光片的部 分顶光的第一小部分；由该一个或多个第二光电二极管区域产生的第二电流(I2)主要表 示通过滤光片的部分顶光的第二小部分；由该一个或多个第三光电二极管区域产生的第 三电流(I3)主要表示可见光和顶光；并且由电路产生的输出主要表示通过滤光片的大部 分顶光被去除后的可见光。
当没有光入射到光电检测器上时由该一个或多个第一光电二极管区域产生的第 一电流(I1)主要表示第一漏电流；由该一个或多个第二光电二极管区域产生的第二电流 [12]主要表示基本上等于第一漏电流的第二漏电流；并且当输出是由电路产生时，第二漏 电流基本上抵消第一漏电流，从而由该电路产生的输出表示没有检测到光。
根据一个替代实施例，光电检测器不包括任何被阻光材料覆盖的光电二极管区 域。更具体地，光电检测器包括被配置成抑制红外(IR)光的滤光片覆盖并产生第一电流 (I1)的一个或多个第一光电二极管区域。另外，光电检测器包括不被滤光片覆盖并产生第 三电流(I3)的一个或多个另一光电二极管区域。光电检测器还包括配置成产生表示第一电 流(I1)或第一电流(I1)的缩放版减去另一电流(I3)或另一电流(I3)的缩放版的输出的电 路。另一电流(I3)(或其缩放版)比要减去另一电流(I3)(或其缩放版)的第一电流(I1) (或其缩放版)至少小一个数量级并优选小两个数量级。这为顶光的抑制提供非常显著的 改善而不会过于降低可见光的响应。当包括可见光和顶光的光与入射到光电检测器上且 部分顶光通过滤光片时由该一个或多个第一光电二极管区域产生的第一电流(I1)主要 表示可见光和通过滤光片的部分顶光的一小部分；由该一个或多个另一光电二极管区域 产生的另一电流(I3)主要表示可见光和顶光；并且由电路产生的输出主要表示通过滤光 片的大部分顶光被去除后的可见光。
本发明的实施例还涉及用于产生具有合乎需要的光谱响应的输出的方法。根据一 个实施例，产生的第一电流(I1)主要表示可见光和通过滤光片的部分顶光的第一小部分。另外，产生的第二电流(I2)主要表示通过滤光片的部分顶光的第二小部分。而且，产生的 第三电流(I3)主要表示可见光和顶光。所产生的输出表示第一电流(I1)或第一电流(I1) 的缩放版减去第二电流(I2)或第二电流(I2)的缩放版并减去第三电流(I3)或第三电流的缩放版，其中输出主要表示通过滤光片的顶光的几乎所有部分被去除后的可见光。根据另一个实施例，产生的第一电流(I1)主要表示可见光和通过滤光片的部分顶 光的一小部分。另外，产生的另一电流(I3)主要表示可见光和顶光。产生的输出表示第 一电流(I1)或第一电流(I1)的缩放版减去另一电流(I3)或第三电流(I3)的缩放版，其中 输出主要表示通过滤光片的顶光的几乎所有部分被去除后的可见光。进一步和可选的实施例，以及本发明的实施例的和特征、方面和优点将随着下面 陈述的详细说明、附图和权利要求而变得明显。实现本发明的方式
图1示出没有例如使用覆盖检测器的滤光片进行任何光谱响应整形的光电检测 器的示例性的光谱响应。图2示出人眼的典型的光谱响应。从图1和图2可以理解，使用 光电检测器作为环境光传感器的一个问题是其同时检测可见光和的非可见光，非可见光例 如始于700nm的顶光。与此相反，从图2可知人眼不能检测顶光。因此，光电检测器的响 应与人眼的响应显著不同，特别是当光是由产生大量顶光的白炽光源产生的时候。如果光 电检测器用作环境光传感器，例如用于调整背光等，将显著劣于最佳调整。使用光电检测器作为环境光传感器的另一个问题是即使没有光入射到光电检测 器上，光电检测器也将产生相对较小的电流。这一电流，通常称作暗电流或漏电流，是由于 在器件的耗尽区域内的电子和空穴的随机生成且随后被高电场扫描而发生。当光的能级非 常低时，漏电流或暗电流还对光电检测器的输出造成不利影响。图3A示出根据本发明的实施例的光电检测器302的俯视图。图3B示出图3A中示 出的光电检测器302的沿着3B-3B线的横截面。在示出的示例性实施例中，光电检测器302 包括光电二极管区域的8X6阵列。光电二极管区域的6X6子阵列被滤光片318覆盖。更具体 地，光电二极管区域的6X6子阵列的一半被滤光片318覆盖并被阻光材料316覆盖，而光电二 极管区域的6X6子阵列的另一半被滤光片318覆盖但并不被阻光材料316覆盖。光电二极管 区域的剩余的两个1 (在图3A和3B的左侧和右侧示出)子阵列不被滤光片318覆盖且不 被阻光材料316覆盖，并因此可被看作未覆盖的光电二极管区域或裸露的光电二极管区域。 这些阵列和子阵列的大小是示例性的且可对其进行变化但依然在本发明的范围内。参考图:3B，光电检测器302形成在衬底(例如硅晶片)上或衬底内。在示出的一 个实施例中，光电检测器302包括植入在P_外延区域306中的多个N+区域304，其中P_外 延区域306生长在P衬底310上。多个光电二极管区域(本示例中为48个)的每一个由 分隔PN结形成，每一个PN结被反向偏置，从而形成分隔耗尽区域308。优选地，P_外延区 域306被非常轻地掺杂。与将N+区域304直接置于P衬底310中相比，将N+区域304置于 P_外延区域306中提供改善的量子效率。然而，尽管不是优选的，将N+区域304直接置于P 衬底310中的本发明的实施例也是可行的。N+区域30 被滤光片318覆盖。N+区域304b同时被阻光材料316和滤光片318 覆盖。N+区域3(Mc既不被阻光材料316覆盖也不被滤光片318覆盖。虽然未示出，可存在 覆盖N+扩散区域304的例如二氧化硅(SiO2)的薄氧化层。另外，虽然未示出，例如在介电滤光片318下和/或上可存在各种层间介电(ILD)层。进一步，虽然未示出，材料叠层可被 顶部钝化涂层盖住。根据一个实施例，阻光材料316为金属或多晶硅层。可选地，阻光材料316可由阻 塞入射在光电检测器上的光的波长的其它材料制成。根据一个实施例，滤光片318为介电反射涂层滤光片。该介电反射涂层滤光片 可由例如但不限于沉积在下方光衬底之上的硫化锌、氟化镁、氟化钙以及各种金属氧化物 (例如二氧化钛)的材料的薄层构造。通过精心选择这些层的精确组分、厚度以及数目，有 可能定制滤光片318的反射率和透射率以产生几乎任何合乎需要的光谱特性。例如，反射 率可增加至大于99. 99%以得到高反射器(HR)涂层。对波长的某些范围上反射率的级别也 可转变成任何特定的值，例如产生将入射在其上的光反射90%并透射10%的镜面。这样的 镜面通常被用作光束分离器，并用作激光器中的输出耦合器。可选地，滤光片318可被设计 成使得镜面仅仅在波长的窄带内将光反射，从而产生反射滤光片。高反射涂层以与抗反射膜相反的方式工作。通常，高和低折射率材料的层交替层 叠。示例性的高折射系数材料包括硫化锌(n = 2. 32)和二氧化钛(n = 2. 4)，而示例性的 低折射系数材料包括氟化镁(n = 1. 38)和二氧化硅(n = 1. 49)。这种周期的或交替的结 构显著地增强称作带阻的特定波长范围内的表面反射率，带阻的宽度仅仅由两个所使用的 系数的比率决定(对于四分之一波系)，而在许多层在叠层中的情况下最大反射率增加至 接近100%。层的厚度通常为四分之一波(则与相同材料的非四分之一波系比较，它们提供 最宽的高反射带)，这样设计以便反射束显著地相互干涉以最大化反射率并最小化透射率。 使用上述结构，高反射涂层可在宽波长范围(可见光光谱范围内的几十纳米)内获得非常 高(例如99.9%)的反射率，在其它波长范围内具有较低的反射率，从而获得合乎需要的光 谱响应。通过控制反射叠层中层的精确厚度和组分，反射特性可转换成合乎需要的光谱响 应，并可将高反射和抗反射波长区域两者结合在一起。涂层可设计为长通或短通滤光片、带 通或陷波滤光片或具有特定反射率的镜面。根据本发明特定的实施例，光电检测器302设计成其输出具有类似于典型的人眼 响应(示于图2中)的光谱响应。对于本讨论的其它内容，除非另外指出，应理解为光电检 测器302设计成其输出具有类似于典型的人眼响应(即类似于图2中示出的光谱响应)的 光谱响应。虽然没有特别示出，但在一个实施例中被滤光片318覆盖(但不被阻光材料316 覆盖)的N+区域30 被电连接在一起并产生第一电流(I1),其表示入射在N+区域30 上 的光(如果存在)和漏电流。根据一个实施例，滤光片318设计成通过可见光而抑制(例 如反射HR光。然而，一些顶光仍然通过滤光片318。因此，当包括可见光和顶光的光入 射在光电检测器302上时，入射在N+区域30 上的部分光将包括可见光和通过滤光片318 的一些顶光两者。从而当包括可见光和顶光的光入射到光电检测器302上时，第一电流 (I1)将表示可见光、通过滤光器318的一小部分顶光和小的漏电流。虽然没有特别示出，但在一个实施例中同时被阻光材料316和滤光片318覆盖的 N+区域304b被电连接在一起并产生第二电流(I2)，其表示深度穿入至P—外延区域306的 下面将进行更详细描述的顶光的一小部分(如果存在)和小的漏电流。第二电流(I2)基 本上不受可见光影响。
当包括可见光和顶光的光入射到光电检测器上时，一个或多个裸露的N+区域 304c产生第三电流(I3)，其表示可见光、IR光和小的漏电流。现在给出第一和第二电流(I1和I2)如何生成并如何应用的其它细节。随后给出 第三电流(I3)如何生成并如何应用的其它细节。仍然参考图3B，当光入射到光电检测器302上时，对应于同时被阻光材料316和 反射滤光片318覆盖的N+ 304b区域的耗尽区域308b中不生成载流子，因为没有光入射到 被阻光材料316覆盖的N+区域304b上。入射在被反射滤光片318覆盖(但不被阻光材料 316覆盖)的N+区域30 上的光在对应的耗尽区域308a中生成载流子，载流子迅速被捕 获在电连接在一起的N+区域30 中。然而，耗尽区域308a下方产生的慢速载流子(由于 深度穿入至P_外延区域306的长波长顶光而产生)在最终进入电场并随后被捕获之前在 四周漂移一段时间。在四周(例如在左或右方向上)漂移一段时间之后，一些慢速载流子 将最终被由阻光材料316覆盖的N+区域304b中的一个捕获。事实上，约一半慢速载流子 最终被由阻光材料316覆盖的N+区域304b捕获而另一半被不由阻光材料316覆盖的N+区 域30 捕获。这种一半对一半的捕获是由于慢速载流子基本随机的行为、每一个N+区域 304a和304b的相似的形状、与N+区域30 相关的布线区域和与N+区域304b相关的布线 区域基本相等的事实、以及每一个PN结基本相等的偏置而产生的。被仅由反射滤光片318覆盖(但不被阻光材料316覆盖)的N+区域30 捕获的 载流子产生第一电流(I1),其大部分由快速捕获的载流子(也称为快速载流子)迅速生成。 第一电流(I1)的一小部分是由于后捕获的慢速载流子产生的，而第一电流(I1)的另一小部 分仍然是由于漏电流产生的。被同时由阻光材料316和反射滤光片318覆盖的N+区域304b捕获的载流子产生 第二电流(I2)，其一部分是由后(即延迟)捕获的慢速载流子产生的延迟电流，而其一部分 为漏电流。当光入射到光电检测器302上时，由于漏电流产生的第一电流(I1)和第二电流 (I2)的部分与由于可见光和/或顶光产生的部分相比非常小。然而，当光没有入射(或仅 仅有非常低级别的光入射)到光电检测器302上时，第一电流(I1)和第二电流(I2)的大部 分主要表示漏电流。通过从第一电流(I1)减去第二电流(I2)，漏电流将相互抵消。回过来参考图2，作为环境光传感器的目标响应的人眼响应为从约400至约 700nm，其在约555nm处具有人眼峰值光谱响应。图4A为示出当光入射在光电检测器302 上时对应于第一电流(I1)的光谱响应以及对应于第一电流(I1)减去第二电流(I2)的光谱 响应的示例性曲线图。图4B为示出图4A的部分410的附加细节的曲线图。将图4A和4B 与图2进行比较，可理解当光入射在光电检测器302上时，对应于第一电流(I1)的光谱响 应和对应于第一电流(I1)减去第二电流(I2)的光谱响应，受到700纳米以上的顶光的影 响。换句话说，在700nm以上时，和对应于第一电流(I1)减去第二电流(I2)的光谱响应相 比，对应于第一电流(I1)的光谱响应与期望的图2的目标光谱响应相差较大。因为当从第 一电流(I1)减去第二电流(I2)时慢速载流子将被抵消，因此从图4B可理解第一电流(I1) 减去第二电流(I2)的响应与单独的第一电流(I1)的光谱响相比稍接近于期望的光谱响应。如现在将要说明的根据本发明特定的实施例，接近于目标响应(例如人眼响应) 的光谱响应可通过从第一电流(I1)减去第二电流(I2)再减去至少一部分第三电流(I3)或仅仅从第一电流(I1)减去至少一部分第三电流(I3)而得到。回过来参照图3A和3B，当光入射到光电检测器302上时，一个或多个N+区域 304c (不被阻光材料316覆盖也不被滤光片318覆盖)产生第三电流(I3)，其表示可见光、 顶光以及小的漏电流。同第一电流和第二电流(I1和I2)的情况一样，当光入射到光电检测 器302上时，由于漏电流产生的第三电流(I3)部分非常小。对应于第三电流(I3)的示例性 的光谱响应为示于图1中的光谱响应。从图1看出对应于第三电流(I3)的光谱响应在700 纳米以上显著地受到顶光的影响。图5A为示出当光入射到光电检测器302上时，对应于第一电流(I1)减去第二电 流(I2)的光谱响应以及对应于第一电流(I1)减去第二电流(I2)再减去第三电流(I3)的缩 放版(例如k*I3，其中k = 0. 035)的光谱响应的示例性曲线图。图5B为示出图5A的一部 分510的附加细节的曲线图。将图5A和5B与图2进行比较，可理解当光入射到光电检测 器302上时，对应于第一电流(I1)减去第二电流(I2)再减去第三电流(I3)的缩放版的光 谱响应比对应于第一电流(I1)减去第二电流(I2)的光谱响应较接近于图2的目标响应。图5A和图5B示出顶抑制可被显著改善而不用过于降低可见光的响应，因为被减 去的第三电流(I3)与第一电流(I1)相比小得多。第三电流(I3)(或其缩放版)比要减去 第三电流(I3)(或其缩放版)的第一电流(I1)(或其缩放版)至少小一个数量级并优选小 两个数量级。这明显改善顶抑制而不用过于降低可见光的响应。这也意味着由于漏电流 产生的第三电流(I3)的部分(或其缩放版)与由于漏电流产生的第一和第二电流的部分 (或其缩放版)相比非常小，并因此由于漏电流所产生的第三电流(I3)(或其缩放版)因其 无关紧要而可被忽略。从第一电流(I1)(或其缩放版)减去的第三电流(I3)的精确量可使 用仿真和/或实验来确定。例如第三电流(I3)的缩放因子(k)可使用仿真和/或实验来 确定。图6A和6B为用于示出根据本发明特定的实施例的电流和/或其它信号能如何组 合的高层次框图。在这些图中，作为“缩放器(scaler)”示出的通用块614示出为仅仅在一 个信号路径中，但也可以在其它或可选的信号路径中。这样的缩放器可用于整形或放大信 号，下面将详细解释。各种已知的电路可用于对电流和/或其它类型的信号执行减法运算。 例如，差分输入放大器可用于确定两个信号之间的差异。在另一个示例中，电流镜可用于执 行减法运算。这些仅仅是一些示例，其并非用于限制。参照图6A，一个或多个光电二极管区域61 被配置成抑制顶波长的滤光片318 覆盖并产生第一电流(I1)。回过来参考图3A和;3B，图6A中的每一个光电二极管区域61 可对应于由N+扩散区域30 和其下方的P型表面区域306形成的PN结，其中N+扩散区域 30 被滤光片318覆盖但不被阻光材料316覆盖。再次参照图6A，一个或多个光电二极管 区域61 被阻光材料316和配置成抑制顶波长的滤光片318覆盖并产生第二电流(I2)。 回过来参考图3A和3B，图6A中的每一个光电二极管区域612b可对应于由N+扩散区域304b 和其下方的P型表面区域306形成的PN结，其中N+扩散区域304b被滤光片318和阻光材 料316覆盖。再次参考图6A，一个或多个光电二极管区域612c不被阻光材料316覆盖也 不被配置成抑制顶波长的滤光片318覆盖并产生第三电流(I3)。回过来参考图3A和;3B， 图6A中的每一个光电二极管区域612c可对应于由N+扩散区域3(Mc和其下方的P型表面 区域306形成的PN结，其中N+扩散区域3(Mc不被滤光片318覆盖且不被阻光材料316覆
减去由被阻光材料316覆盖的一个或多个光电二极管区域产生的第二电流(I2) 的主要优点在于消除漏电流(也称作暗电流)。当光电检测器典型地在室温或接近于室温 下使用时，这种暗电流可能不是严重的问题，但在更高的温度下通常导致较多的问题。从图 3A和:3B可理解，光电检测器302的主要部分示出为被阻光材料316覆盖并用于产生第二电 流(I2)。因此，如果存在减小光电检测器大小和降低成本的需要，且暗电流不是主要考虑的 问题(例如，因为期望在接近室温的温度下使用光电检测器)时，被阻光材料316覆盖的光 电二极管区域可被去除。换句话说，根据本发明的某些实施例，光电检测器可包括被配置成 抑制顶光的滤光片318所覆盖的一个或多个光电二极管区域60 和不被滤光片318覆盖 的一个或多个光电二极管区域602c (没有任何光电二极管区域被阻光材料316覆盖)。在 这样的实施例中，光电检测器的输出可具有对应于第一电流(I1)减去第三电流(I3)的缩放 版的光谱响应。这可从图6B看出。另外，可为这样的实施例简化图3A和;3B中示出的光电 检测器302的结构。在图;3B(以及后面的图6A)中，滤光片318示出为在阻光材料316上方。这一顺 序可以颠倒以使滤光片318在阻光材料316下方。在上述实施例中，被阻光材料316覆盖的一个或多个光电二极管区域612b还被描 述并示出为被配置成抑制顶光的滤光片318覆盖。从图3A和:3B可理解，这是制造光电检 测器302实用的方法，尤其其中光电二极管区域61 和612b以棋盘图形的方式相互交错， 如图3A所示。然而应指出，被阻光材料316覆盖的光电二极管区域还被滤光片318覆盖不 是必需的，由于在这些光电二极管区域612b，通过滤光片318的光最终将被阻光材料316阻 挡而无论如何都不会到达光电二极管区域612b。根据特定的实施例，滤光片318为介电反射涂层滤光片，其示例性的细节在上面 进行了讨论。可选地或附加地，滤光片318可为(或包括HR吸收型滤滤光片，其可包括一 种或多种着色剂，例如吸收顶光并使可见光通过的色素和/或染料。例如，绿色的色素提 供标准人眼光谱响应的第一近似，因为绿色在人的视觉中占主要地位。已经开发了使可见 光谱(例如从约400至700nm)中的光通过并吸收顶光谱中的光的染料。这样的染料已经 例如添加至透明塑料以提供吸收顶光的透明信用卡，例如，从而信用卡机器可使用顶光确 定信用卡是否插入信用卡读卡器。这样的染料可例如从新泽西州纽瓦克的Epolin公司获 得。例如Epolight E8316就是从Epolyn公司获得的一种示例染料。这些染料的示例性的 化学公式在例如美国专利No. 5，656，639和美国专利公开No. 2009/0236571中公开，二者都 属于Epolin公司，二者均通过援引合并于此。根据本发明特定的实施例，这样的染料添加 至载体材料以提供用于提供滤光片318的可光刻染色涂层。染色涂层可包括添加吸收顶 光并使可见光通过的染料于其的使可见光通过的载体材料。载体材料可为负光刻胶材料、 环氧材料或滤光片材料，但不限于此。这样的载体材料可为透明的，但可选地可包括着色的 色彩。在上述实施例中，所产生的各种电流在组合以产生输出(例如输出电流)之前和 /或之后可被缩放(例如放大或整形)。电流还可能转换成电压从而信号在电压域中被缩 放，然后在组合以产生输出之前转换回电流。可选地，信号可在电压域中被组合。本领域普 通技术人员应理解用于调整电流和/或电压的许多其它方式在本发明的精神和范围内。例如，可编程器件(例如可编程数-模转换器(DAC))可用于适当地调节电压和/或电流。使 用可编程器件的一个优点是其可基于其它变量选择性地调节适当的增益，其它变量例如为 温度。还应指出电流信号或电压信号可转换至数字域中且这些信号的所有进一步处理(例 如一个或多个信号的缩放以及确定信号之间差异)可在数字域中进行，而不是使用模拟元 件。这种数字域处理可使用专用的数字硬件或在诸如微处理器的通用目的处理器上进行。缩放电流的另一种方法是以可编程的方式选择性地连接类似的光电二极管区域。 例如，使用独立开关(例如采用晶体管实现)可对单独的光电二极管区域612c进行选择， 以产生第三电流(I3)，而不是所有的光电二极管区域612c不变地连接在一起以产生第三电 流(13)。因此，如果仅仅一个光电二极管区域612c被选择以产生第三电流(13)，则第三电 流(I3)将为12个光电二极管区域612c被选择为产生第三电流(I3)时的幅度的约1/12。 这提供相对于第一和第二电流(I1)和(I2)而缩放第三电流(I3)的相当廉价且功率高效的 技术。如果需要，第一和第二电流(I1)和(I2)也可按照类似的方式进行缩放。由于用一个或多个裸露的光电二极管区域612c产生的第三电流(I3)的幅度明显 小于第一电流(I1),至少小一个数量级，并可能至少小两个数量级，光电检测器302的用于 产生第三电流(I3)的区域可明显小于用于产生第一电流(I1)的区域。例如，回过来参考图 3A和3B，与N+扩散区域30 相比，可存在显著少的N+扩散区域3(Mc。同样，每一个N+扩 散区域3(Mc的大小可小于N+扩散区域30 的大小。在上述实施例中，目标响应通常描述成类似于典型的人眼观察扩散光的响应。然 而，这不是必需的。例如，光电检测器(或其一部分)的可能的其它目标响应可以是检测如 红色、绿色和蓝色的特定颜色的光。这样的光电检测器可用于例如数码相机、颜色扫描器、 颜色影印机等。在这些实施例中，可为要检测的特定的光优化滤光片318，且可单独使用或 与滤除偶然通过介电滤光片318的顶光的各种技术进行组合。例如，一个或多个光电二极 管区域可优化成检测绿光，一个或多个另一光电二极管区域可优化成检测红光，而一个或 多个另一光电二极管区域可优化成检测蓝光。使用上述技术，例如使用被阻光材料覆盖的 光电二极管区域和/或不被滤光片覆盖且也不被阻光材料覆盖的光电二极管区域，被该区 域检测的漏电流和/或顶光可基本上被抵消。在上述实施例中，N型区域被描述成植入至P型区域中。例如，将N+扩散区域304 植入至P—区域306中。在可选的实施例中，半导体导材料的电性被反向。即将P型区域可 植入至N型区域中。一个具体的示例是将重掺杂P+区域植入至轻掺杂Nb区域中，以形成有 源光电二极管区域。本发明某些实施例还涉及产生主要表示光的目标波长，例如可见光的波长的光电 流的方法。换句话说，本发明的实施例还涉及用于提供具有目标光谱响应，例如类似于人眼 的响应的光电检测器的方法。另外，本发明的实施例还涉及使用上述光电检测器的方法。虽然以上描述了本发明的各种实施例，但应理解它们是以示例的方式被提出，而 并非限制。在其可作出各种形式和细节的变化而不背离本发明的精神和范围，这对本领域 技术人员是很明显的。本发明的宽度和范围不应由任何上述示例性实施例限制，而是应该仅仅根据以下 的权利要求及其等效方案确定。附图简述
图1示出没有任何光谱响应整形的光电检测器的示例性的光谱响应。图2示出人眼的典型的光谱响应。图3A示出根据本发明的一个实施例的光电检测器的俯视图。图;3B示出图3A的光电检测器沿着线!3B-3B的横截面。图4A为示出可使用图3A和的光电检测器得到的示例性光谱响应的曲线图。图4B为示出图4A的曲线图的一部分的附加细节的曲线图。图5A为示出可使用图3A和;3B的光电检测器得到的示例性光谱响应的另一曲线 图。图5B为示出图5A的曲线图的一部分的附加细节的曲线图。图6A和6B为用于示出根据本发明特定的实施例的电流和/或其它信号如何组合 的高层次框图。附图标记说明
权利要求
1.一种光电检测器，包括被配置成抑制红外(IR)光的滤光片覆盖并产生第一电流(I1)的一个或多个第一光电 二极管区域；被配置成抑制可见和顶光的阻光材料覆盖并产生第二电流(I2)的一个或多个第二光 电二极管区域；不被所述滤光片覆盖也不被所述阻光材料覆盖并产生第三电流(I3)的一个或多个第 三光电二极管区域；以及配置成产生表示所述第一电流(I1)或所述第一电流(I1)的缩放版减去所述第二电流 (I2)或所述第二电流(I2)的缩放版、再减去所述第三电流(I3)或所述第三电流(I3)的缩 放版的输出的电路。
2.如权利要求1所述的光电检测器，其特征在于，被所述阻光材料覆盖的所述一个或 多个第二光电二极管区域还被配置成抑制顶光的所述滤光片覆盖。
3.如权利要求1所述的光电检测器，其特征在于，当包括可见光和IR光的光入射到所 述光电检测器上且部分所述顶光通过所述滤光片时由所述一个或多个第一光电二极管区域产生的所述第一电流(I1)主要表示所述可见 光和通过所述滤光片的部分所述顶光的第一小部分；由所述一个或多个第二光电二极管区域产生的所述第二电流(I2)主要表示通过所述 滤光片的部分所述顶光的第二小部分；由所述一个或多个第三光电二极管区域产生的所述第三电流(I3)主要表示所述可见 光和所述R光；以及由所述电路产生的所述输出主要表示通过所述滤光片的大部分所述顶光被去除后的 所述可见光。
4.如权利要求1所述的光电检测器，其特征在于，当没有光入射到所述光电检测器上时由所述一个或多个第一光电二极管区域产生的所述第一电流(I1)主要表示第一漏电流；由所述一个或多个第二光电二极管区域产生的所述第二电流(I2)主要表示基本上等 于所述第一漏电流的第二漏电流；以及当输出是由所述电路产生时所述第二漏电流基本上抵消所述第一漏电流，使得由所述 电路产生的所述输出表示没有检测到光。
5.如权利要求1所述的光电检测器，其特征在于，配置成抑制顶光的所述滤光片包括 介电反射涂层滤光片和顶吸收涂层滤光片。
6.如权利要求1所述的光电检测器，其特征在于，配置成抑制顶光的所述滤光片包括 介电反射涂层滤光片。
7.如权利要求1所述的光电检测器，其特征在于，配置成抑制顶光的所述滤光片包括 顶吸收涂层滤光片。
8.一种方法，包括(a)产生主要表示可见光和通过滤光片的部分红外(IR)光的第一小部分的第一电流 (I1)；(b)产生主要表示通过所述滤光片的部分所述顶光的第二小部分的第二电流(I2)；(c)产生主要表示所述可见光和所述R光的第三电流(I3)；以及(d)产生表示所述第一电流(I1)或所述第一电流(I1)的缩放版减去所述第二电流(I2) 或所述第二电流(I2)的缩放版、再减去所述第三电流(I3)或所述第三电流(I3)的缩放版的 输出，其中所述输出主要表示通过所述滤光片的大部分所述顶光被去除后的所述可见光。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于使用被配置成抑制顶光的滤光片覆盖的一个或多个第一光电二极管区域执行步骤(a)；使用被配置成抑制可见光和顶光的阻光材料覆盖的一个或多个第二光电二极管区域 执行步骤(b)；使用不被所述滤光片覆盖也不被所述阻光材料覆盖的一个或多个第三光电二极管区 域执行步骤(c)；以及使用配置成从所述第一电流(I1)或所述第一电流(I1)的缩放版减去所述第二电流(12)或所述第二电流(I2)的缩放版、再减去所述第三电流(I3)或所述第三电流(I3)的缩 放版的电路执行步骤(d)。
10.权利要求8所述的方法，其特征在于，所述滤光片包括介电反射涂层滤光片。
11.权利要求8所述的方法，其特征在于，所述滤光片包括顶吸收涂层滤光片。
12.一种光电检测器，包括被配置成抑制顶光的滤光片覆盖并产生第一电流(I1)的一个或多个第一光电二极管 区域；不被所述滤光片覆盖并产生另一电流(I3)的一个或多个另一光电二极管区域；以及 配置成产生表示所述第一电流(I1)或所述第一电流(I1)的缩放版减去所述另一电流(13)或所述另一电流(I3)的缩放版的输出的电路。
13.如权利要求12所述的光电检测器，其特征在于，当包括可见光和顶光的光入射到 所述光电检测器上且部分所述顶光通过所述滤光片时由所述一个或多个第一光电二极管区域产生的所述第一电流(I1)主要表示所述可见 光和通过所述滤光片的部分所述顶光的一小部分；由所述一个或多个另一光电二极管区域产生的所述另一电流(I3)主要表示所述可见 光和所述R光；以及由所述电路产生的所述输出主要表示通过所述滤光片的大部分所述顶光被去除后的 所述可见光。
14.如权利要求12所述的光电检测器，其特征在于，配置成抑制顶光的所述滤光片包 括介电反射涂层滤光片。
15.如权利要求12所述的光电检测器，其特征在于，配置成抑制顶光的所述滤光片包 括顶吸收涂层滤光片。
16.一种方法，包括(a)产生主要表示可见光和通过滤光片的部分顶光的第一小部分的第一电流(I1)；(b)产生主要表示所述可见光和所述顶光的另一电流(I3)；以及(c)产生表示所述第一电流(I1)或所述第一电流(I1)的缩放版减去所述另一电流(I3)或所述第三电流(I3)的缩放版的输出，其中所述输出主要表示通过所述滤光片的大部分所 述顶光被去除后的所述可见光。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于使用被配置成抑制顶光的滤光片覆盖的一个或多个第一光电二极管区域执行步骤(a)；使用不被所述滤光片覆盖的一个或多个另一光电二极管区域执行步骤(b)；以及 使用配置成从所述第一电流(I1)或所述第一电流(I1)的缩放版减去所述另一电流 (I3)或所述另一电流(I3)的缩放版的所述电路执行步骤(C)。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述滤光片包括介电反射涂层滤光片。
19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述滤光片包括顶吸收涂层滤光片。
全文摘要
本发明涉及用作环境光传感器的光电检测器。光电检测器包括被配置成抑制红外(IR)光的滤光片覆盖并产生第一电流(I1)的一个或多个第一光电二极管区域。光电检测器还包括被配置成抑制可见光和IR光的阻光材料覆盖并产生第二电流(I2)的一个或多个第二光电二极管区域。光电检测器还包括不被滤光片覆盖也不被阻光材料覆盖并产生第三电流(I3)的一个或多个第三光电二极管区域。另外，光电检测器包括配置成产生表示第一电流(I1)或第一电流(I1)的缩放版减去第二电流(I2)或第二电流(I2)的缩放版、再减去第三电流(I3)或第三电流(I3)的缩放版的输出的电路。配置成抑制IR光的滤光片可例如为介电反射涂层滤光片、IR吸收涂层滤光片或其组合。
文档编号G01J1/42GK102095495SQ201010543448
公开日2011年6月15日 申请日期2010年9月21日 优先权日2009年9月22日
发明者D·郑, J·琼斯, X·林 申请人:英特赛尔美国股份有限公司
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