光电传感器结构和光电传感器灵敏度的测试方法与流程

本发明实施例涉及光电传感器领域，尤其涉及一种光电传感器结构和光电传感器灵敏度的测试方法。

背景技术：

1、在半导体技术领域中，图像传感器是一种能将光学图像转换成电信号的半导体器件。其中，cmos图像传感器由于具有工艺简单、易于与其他器件集成、体积小、重量轻、功耗小、成本低等优点而逐渐取代ccd的地位。

2、在cmos图像传感器工作过程中，在cmos曝光阶段，光电二极管完成光电转换，产生信号电荷；在cmos曝光结束后，传输晶体管打开，信号电荷被传送到浮动式扩散层，由起放大作用的mosfet电极门来拾取，电荷信号转换为电压信号。这样就完成了光电转换、电荷电压转换、模拟数字转换的三大作用，将光信号转化为电信号，最终得到数字信号被计算机读取。

3、其中，灵敏度是cmos图像传感器芯片的重要参数之一，用于衡量光器件的光电转换能力，即芯片的灵敏度指在一定的光谱范围内，单位曝光量的输出信号电压(电流)，单位可以为纳安/勒克斯na/lux、伏/瓦(v/w)、伏/勒克斯(v/lux)、伏/流明(v/lm)等。

4、但是，目前光学传感器灵敏度的测试方法较为复杂。

技术实现思路

1、本发明实施例解决的问题是提供一种光电传感器结构和光电传感器灵敏度的测试方法，有利于简化灵敏度测试的复杂度，并且能够较早地获得光电传感器灵敏度的测试数据，相应有利于更早地获得光电传感器的设计和改进依据，进而缩短开发周期。

2、为解决上述问题，本发明实施例提供一种光电传感器结构，包括：像素单元，包括光电二极管，所述光电二极管包括第一n型区；传输晶体管，包括传输栅极、位于所述传输栅极一侧的传输源极以及位于所述传输栅极另一侧的传输漏极，所述传输源极与所述第一n型区连接；放大晶体管，包括放大栅极、位于放大栅极一侧的放大源极以及位于放大栅极另一侧的放大漏极，所述放大栅极与所述传输漏极电连接，与所述放大栅极连接的一端作为待测端。

3、相应的，本发明实施例还提供一种光电传感器灵敏度的测试方法，包括：提供光电传感器结构，所述光电传感器结构包括：像素单元，每个所述像素单元包括光电二极管，所述光电二极管包括第一n型区；传输晶体管，包括传输栅极、位于所述传输栅极一侧的传输源极以及位于所述传输栅极另一侧的传输漏极，所述传输源极与所述第一n型区连接；放大晶体管，包括放大栅极、位于放大栅极一侧的放大源极以及位于放大栅极另一侧的放大漏极，所述放大栅极与所述传输漏极电连接，与所述放大栅极连接的一端作为待测端；获得所述光电传感器结构中与所述待测端的电压变化相关的电容的总和，作为测试电容；基于所述测试电容，获得所述光电传感器结构的灵敏度。

4、与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下优点：

5、本发明实施例提供的光电传感器，包括：像素单元，包括光电二极管，所述光电二极管包括第一n型区；传输晶体管，包括传输栅极、位于所述传输栅极一侧的传输源极以及位于所述传输栅极另一侧的传输漏极，所述传输源极与所述第一n型区连接；放大晶体管，包括放大栅极、位于放大栅极一侧的放大源极以及位于放大栅极另一侧的放大漏极，所述放大栅极与所述传输漏极电连接，与所述放大栅极连接的一端作为待测端；从而便于获得所述像素单元中与所述待测端的电压变化相关的电容的总和，作为测试电容，并基于所述测试电容，获得所述光电传感器结构的灵敏度，无需对光电传感器施加光照，相应无需在进行封装之后进行测试，便于在形成光电传感器的后段工艺制程中进行灵敏度的测试，有利于提高灵敏度测试的便利度、降低测试难度和复杂度，并且能够较早地获得光电传感器灵敏度的测试数据，相应有利于更早地获得光电传感器的设计和改进依据，进而缩短开发周期。

6、本发明实施例提供的光电传感器灵敏度的测试方法中，将与所述放大栅极连接的一端作为待测端；获得所述光电传感器结构中与所述待测端的电压变化相关的电容的总和，作为测试电容；基于所述测试电容，获得所述光电传感器结构的灵敏度；在光电传感器领域中，在传输晶体管打开时，光电二极管的光电子引起放大晶体管的放大栅极电压的变化，相应引起输出电压的变化，基于输出电压的变化即可衡量光线敏感的程度，相应的，放大栅极电压的变化程度能够体现光电传感器的灵敏度；基于公式u＝q/c，当电容c越大时，总量一定的光电子q所引起的放大栅极的电压变化越小，相应引起输出电压的变化也较小，因此，本发明实施例获得所述光电传感器结构中与所述待测端的电压变化相关的电容的总和，作为测试电容，能够基于测试电容获得光电传感器结构的灵敏度；与对光学传感器芯片进行封装之后制作成fpga，通过测试单位曝光量的输出信号电压或电流以评估光电传感器芯片的灵敏度相比，本发明实施例通过获得所述测试电容，以评估光电传感器结构的灵敏度，无需对光电传感器施加光照，相应无需在进行封装之后进行测试，便于在形成光电传感器的后段工艺制程中进行灵敏度的测试，有利于提高灵敏度测试的便利度、降低测试难度和复杂度，并且能够较早地获得光电传感器灵敏度的测试数据，相应有利于更早地获得光电传感器的设计和改进依据，进而缩短开发周期。

技术特征：

1.一种光电传感器结构，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的光电传感器结构，其特征在于，所述光电二极管还包括与第一n型区相邻的第一p型区；每个所述像素单元还包括：浮动扩散区，包括相邻接的第二n型区和第二p型区；所述第二n型区与所述待测端连接。

3.如权利要求1或2所述的光电传感器结构，其特征在于，所述光电传感器结构还包括：重置晶体管，包括重置栅极、位于所述重置栅极一侧的重置源极以及位于所述重置栅极另一侧的重置漏极，所述重置源极与所述待测端电连接。

4.一种光电传感器灵敏度的测试方法，其特征在于，包括：

5.如权利要求4所述的光电传感器灵敏度的测试方法，其特征在于，获得所述光电传感器结构中与所述待测端的电压变化相关的电容的步骤包括：获得放大晶体管中与所述待测端的电压变化相关的寄生电容；获得传输晶体管中与所述待测端的电压变化相关的寄生电容。

6.如权利要求5所述的光电传感器灵敏度的测试方法，其特征在于，获得放大晶体管中与所述待测端的电压变化相关的寄生电容的步骤包括：获得传输晶体管和放大晶体管开启状态下，所述放大栅极和放大源极之间的寄生电容；

7.如权利要求6所述的光电传感器灵敏度的测试方法，其特征在于，获得传输晶体管和放大晶体管开启状态下，所述放大栅极和放大源极之间的寄生电容的步骤包括：将所述传输栅极和放大栅极接入vdd；获得所述待测端和放大源极之间的电容。

8.如权利要求6所述的光电传感器灵敏度的测试方法，其特征在于，所述像素单元位于衬底上；获得所述放大晶体管的栅氧化层电容的步骤包括：将所述放大源极和放大漏极与所述衬底连接；获得所述待测端与衬底之间的电容，作为所述放大晶体管的栅氧化层电容。

9.如权利要求5所述的光电传感器灵敏度的测试方法，其特征在于，所述像素单元位于衬底上；获得传输晶体管中与所述待测端的电压变化相关的寄生电容的步骤包括：获得传输晶体管开启状态下，所述传输源极和衬底之间的寄生电容，以及传输漏极和衬底之间的寄生电容；获得传输晶体管的栅氧化层电容。

10.如权利要求9所述的光电传感器灵敏度的测试方法，其特征在于，获得传输晶体管开启状态下，传输源极和衬底之间的寄生电容，以及传输漏极和衬底之间的寄生电容的步骤包括：将所述传输栅极接入vdd，衬底接入vss；获得所述传输源极与衬底之间的电容；获得所述待测端与衬底之间的电容，作为所述传输漏极和衬底之间的寄生电容。

11.如权利要求9所述的光电传感器灵敏度的测试方法，其特征在于，获得传输晶体管的栅氧化层电容的步骤包括：将所述待测端与所述传输源极以及衬底连接；获得所述传输栅极与所述衬底之间的电容，作为所述传输晶体管的栅氧化层电容。

12.如权利要求4所述的光电传感器灵敏度的测试方法，其特征在于，所述光电传感器结构还包括：重置晶体管，包括重置栅极、位于所述重置栅极一侧的重置源极以及位于所述重置栅极另一侧的重置漏极，所述重置源极与所述待测端电连接；

13.如权利要求12所述的光电传感器灵敏度的测试方法，其特征在于，所述像素单元位于衬底上；获得所述重置晶体管中与所述待测端的电压变化相关的寄生电容的步骤包括：获得传输晶体管处于关闭状态且重置晶体管开启状态下，所述重置源极和衬底之间的寄生电容、以及重置栅极和重置源极之间的寄生电容。

14.如权利要求13所述的光电传感器灵敏度的测试方法，其特征在于，获得传输晶体管处于关闭状态且重置晶体管开启状态下，所述重置源极和衬底之间的寄生电容、以及重置栅极和重置源极之间的寄生电容的步骤包括：对所述传输栅极施加关断电压，且将所述重置栅极接入vdd，以及将所述待测端接入vss；获得所述待测端与所述衬底之间的电容，作为所述重置源极和衬底之间的寄生电容；获得所述重置栅极与所述待测端之间的电容，作为所述重置栅极和重置源极之间的寄生电容。

15.如权利要求4所述的光电传感器灵敏度的测试方法，其特征在于，所述光电二极管还包括与所述第一n型区相邻的第一p型区；每个所述像素单元还包括：浮动扩散区，包括相邻接的第二n型区和第二p型区；所述第二n型区与所述待测端连接；

16.如权利要求4所述的光电传感器灵敏度的测试方法，其特征在于，基于所述测试电容，获得所述光电传感器结构的灵敏度的步骤包括：获得电容基准值和对应的灵敏度基准值；基于所述灵敏度基准值，以及所述测试电容和电容基准值之间的比例，获得所述光电传感器结构的灵敏度。

17.如权利要求4或16所述的光电传感器灵敏度的测试方法，其特征在于，所述光电传感器结构中，所述像素单元的数量为多个，多个像素单元阵列排布，构成像素阵列；

技术总结
一种光电传感器结构和灵敏度的测试方法，方法包括：提供光电传感器结构，包括：像素单元，包括光电二极管，光电二极管包括第一N型区；传输晶体管，包括传输栅极、位于传输栅极一侧的传输源极以及位于传输栅极另一侧的传输漏极，传输源极与第一N型区连接；放大晶体管，包括放大栅极、位于放大栅极一侧的放大源极以及位于放大栅极另一侧的放大漏极，放大栅极与传输漏极电连接，与放大栅极连接的一端作为待测端；获得光电传感器结构中与待测端的电压变化相关的电容的总和，作为测试电容；基于测试电容，获得光电传感器结构的灵敏度。本发明实施例有利于简化灵敏度测试的复杂度，并且较早地获得光电传感器灵敏度的测试数据，有利于缩短开发周期。

技术研发人员：冯威,张伟,阎大勇
受保护的技术使用者：中芯国际集成电路制造（北京）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/8