【专利解密】意法半导体如何把控ToF风口?

【嘉德点评】意法半导体在ToF技术上可谓下足了功夫,其ToF传感器出货量高达到10亿颗,并被一百多款智能手机采用。未来,ToF在接近检测传感器、人体存在检测和激光自动对焦等领域的应用中不可估量

集微网消息,ToF技术初次搭载在智能手机时,并没有引起特别大的轰动,但随着各路厂商的推进,该技术逐渐成为半导体行业的“新星”,并成功地站在了风口浪尖上。于此同时,意法半导体也后来居上,杀出重围,并为150多款智能设备提供了ToF传感器。

在三维图像的场景中,TOF传感器包括TOF像素元件的阵列,以用于测量每个像素元件与场景中的和像素元件相关联的点隔开的距离。这提供传感器与场景中的和像素元件相关联的不同点隔开的距离的映射,并且可以从这种距离映射重构场景的三维图像。然而,现有的TOF像素元件尺寸较大,不利于该技术的实际应用与便携发展。

为了解决以上问题,意法半导体早在2017年就申请了一项名为“飞行时间探测像素元件和图像传感器”的实用新型专利(申请号:201720029071 .3),申请人为意法半导体(克洛尔2)公司(注,意法半导体(克洛尔2)公司 是意法半导体和法国政府联合打造的研究基地)。

图1 TOF传感器的顶视图

图1是 TOF 传感器的简化顶视图。传感器1由TOF像素元件的阵列3、行解码器7、列解码器9、控制和处理部件15组成。其中,阵列3与行/列解码器相关联,行解码器7递送信号11,使得能够选择阵列中的某一行,而列解码器9能够读取来自所选行中像素元件的信息。另外,行/列解码器都由信号13控制,信号13则被控制和处理部件15递送。

光源17主要用于照亮期望获得其三维图像的场景,而且,光源17还连接到控制和处理部件15,使得施加到阵列3的TOF像素元件的控制信号和光源17同步。

图2 TOF像素元件实施实例

上图是该专利提出的一种TOF像素元件实施实例,其中晶体管Tmemi和TresPD的栅极布置在像素元件的光敏区域上。这些栅极从光敏区域PD的电荷传送期间,朝向这些像素元件的表面并吸引光敏区域PD中光电生成的电荷。由于电荷传送时间较短,所以短时间内在晶体管Tmemi或TresPD的对应栅极下方应吸引光敏区域PD中光电生成的电荷。因而期望光敏区域具有小的表面面积,以限制电荷在光敏区域PD中的路径。

由于在TOF像素元件90中光敏区域PD具有较小的表面面积,并且存储区域的尺寸也相对较小,这样像素元件就能比传统类型的TOF像素元件占据更小的表面面积。

意法半导体在ToF技术上可谓下足了功夫,而且近日意法半导体官网还宣布,其ToF传感器出货量高达到10亿颗,并被一百多款智能手机采用。虽然ToF技术目前大多用在智能手机上,但在未来,ToF在接近检测传感器、人体存在检测和激光自动对焦等领域的应用中不可估量。

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(校对/holly)