CN120224804A 一种光电传感器、光电检测装置和电子设备

(19)国家知识产权局(10)申请公布号CN120224804A(71)申请人成都阜时科技有限公司地址610000四川省成都市高新区剑南大道中段1537号3栋12层10号(72)发明人吕晨晋高关且刘德胜(54)发明名称一种光电传感器、光电检测装置和电子设备本申请提供一种光电传感器、光电检测装置和电子设备，涉及半导体光电探测技术领域。本申请提供的单光子雪崩二极管中通过将中心掺杂结构以及边缘掺杂结构在二极管基材内沿竖直方向分离而不在同一水平面，使中心掺杂结构与边缘掺杂结构在竖直方向的投影距离小于中心掺杂结构与边缘掺杂结构之间的电场距离，而使中心掺杂结构与边缘掺杂结构之间的“水平抑制电场”在该设置情况下空间弯曲为倾斜电场。由此，在中心掺杂结构与边缘掺杂结构之间在水平方向间距有限时，保护环可以在二极管基材中在中心掺杂结构与边缘掺杂结构之间倾斜形成，能。dd2二极管基材，沿竖直方向具有相对的第一表面与第二表面；设置在所述二极管基材内的多个雪崩像素单元以及用于隔离所述雪崩像素单元的隔所述雪崩像素单元包括中心电极、边缘电极、中心掺杂结构以及边缘掺杂结构，其中，所述边缘掺杂结构形成在所述第一表面或所述第二表面上且与对应的边缘电极电性连接，所述中心电极设置在所述第二表面；所述中心掺杂结构包括第一中心结构以及连接结构，其中，所述第一中心结构的掺杂类型与所述边缘掺杂结构不同且远离所述边缘掺杂结构所在表面，所述连接结构用于电性连接所述中心电极与所述第一中心结构；所述第一中心结构用于在竖直方向形成雪崩区且与所述边缘掺杂结构形成横向抑制电场，所述第一中心结构与所述边缘掺杂结构既在水平方向分离又在竖直方向分离而使所述横向抑制电场的电场路径长度大于所述第一中心结构与所述边缘掺杂结构在竖直方向的投影距离。2.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，所述连接结构被配置为连通所述第一中心结构与所述中心电极的掺杂结构，所述连接结构的掺杂类型与所述第一中心结构的掺杂类型一致；所述边缘掺杂结构从所述第二表面向所述二极管基材内延伸且所述边缘掺杂结构在竖直方向的延伸深度小于所述连接结构在竖直方向的延伸深度；所述连接结构在水平方向的尺寸小于所述第一中心结构和/或所述连接结构靠近所述第一中心结构水平方向边缘处的掺杂浓度低于所述第一中心结构的掺杂浓度。3.根据权利要求2所述的光电传感器，其特征在于，所述连接结构的掺杂浓度在水平方向上沿远离所述中心电极的方向递减；和/或所述连接结构的掺杂浓度在竖直方向上沿朝向所述第一中心结构的方向递增。4.根据权利要求2所述的光电传感器，其特征在于，所述光电传感器还包括沿所述第一表面向所述二极管基材内延伸且位于所述边缘掺杂结构与所述连接结构之间的隔离沟槽阵列，所述隔离沟槽阵列被复用为光学散射结构。5.根据权利要求2所述的光电传感器，其特征在于，所述边缘掺杂结构跨越所述隔离结构而延伸至两个临近雪崩像素单元内，并与所述两个临近雪崩像素单元中各个雪崩像素单元的边缘电极电性连接；所述边缘掺杂结构远离所述第二表面的一侧与所述隔离结构中的深槽隔离层靠近所述第二表面一侧通过浅槽绝缘层隔离或所述边缘掺杂结构远离所述第二表面的一侧与所述隔离结构中的深槽隔离层中的金属隔离结构电性连接且等电位。6.根据权利要求2所述的光电传感器，其特征在于，所述雪崩像素单元内包括多个中心掺杂结构，其中，所述多个中心掺杂结构形成多个像素子单元，所述中心掺杂结构与所述像素子单元一一对应并设置在对应的像素子单元的中心区域；所述边缘掺杂结构设置在所述多个像素子单元中临近所述隔离结构的像素子单元内且位于靠近所述隔离结构一侧；所述多个像素子单元中相邻的两个像素子单元中远离所述隔离结构的区域设置有轻3掺杂结构，其中，所述轻掺杂结构与所述边缘掺杂结构的掺杂类型相同；所述多个像素子单元中临近所述隔离结构的像素子单元内的轻掺杂结构不与外部电极电性连接。7.根据权利要求2所述的光电传感器，其特征在于，当所述雪崩像素单元的像素边缘到足如下关系：Demn-Wavg<Dg<Demax-Wavg,其中，Wag为所述边缘掺杂结构在水平方向的平均尺寸。8.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，所述边缘掺杂结构从所述第一表面向所述二极管基材内延伸，所述边缘电极设置在所述第一表面。9.根据权利要求8所述的光电传感器，其特征在于，所述光电传感器还包括沿所述边缘掺杂结构靠近所述第一表面的一侧向所述二极管基材内延伸的导电掺杂结构。10.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，所述二极管基材的入光侧具有吸光孔洞阵列。11.一种光电检测装置，其特征在于，包括如权利要求1至10中任一所述光电传感器，所述光电检测装置通过感测所述光电传感器接收光信号对应产生的电信号来获取相关信息。12.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求11所述光电检测装置，所述电子设备用于根据所述光电检测装置感测电信号获取的相关信息来执行相应的功能。4一种光电传感器、光电检测装置和电子设备技术领域[0001]本申请涉及半导体光电探测技术领域，具体涉及一种光电传感器、光电检测装置和电子设备。背景技术[0002]单光子雪崩二极管(SinglePhotonAvalancheDiode,SPAD)可实现对单个光子信号的快速探测，并且具有增益高、速度快、功耗低等优点，逐渐成为单光子探测器件的主流。单光子雪崩二极管在军用、民用、商用等众多领域都有广泛应用，尤其是近红外微弱光[0003]随着单光子雪崩二极管的应用越发广泛，对于单光子雪崩二极管的整体性能，有着越来越高的要求。发明内容[0004]针对前述技术问题，本申请优化了单光子雪崩二极管的内部结构，从而在小尺寸的设计要求下，也能尽可能地形成较大的保护环，以提高小尺寸单光子雪崩二极管的电学性能。[0005]第一方面，本申请提供一种光电传感器，光电传感器包括二极管基材、雪崩像素单元以及隔离结构。二极管基材沿竖直方向具有相对的第一表面与第二表面。雪崩像素单元设置在二极管基材内，隔离结构用于隔离雪崩像素单元的隔离结构。雪崩像素单元包括中心电极、边缘电极、中心掺杂结构以及边缘掺杂结构，其中，边缘掺杂结构形成在第一表面或第二表面上且与对应的边缘电极电性连接，中心电极设置在第二表面。中心掺杂结构包括第一中心结构以及连接结构，其中，第一中心结构的掺杂类型与边缘掺杂结构不同且远离边缘掺杂结构所在表面，连接结构用于电性连接中心电极与第一中心结构。第一中心结构用于在竖直方向形成雪崩区且与边缘掺杂结构形成横向抑制电场，第一中心结构与边缘掺杂结构既在水平方向分离又在竖直方向分离而使横向抑制电场的电场路径长度大于第一中心结构与边缘掺杂结构在竖直方向的投影距离。[0006]第二方面，本说明书多个实施例提供了一种光电检测装置，包括如第一方面任一实现方式所述的光电传感器，所述光电检测装置通过感测所述光电传感器接收光信号对应出产生的电信号来获取相关信息。[0007]第三方面，本说明书多个实施例提供了一种电子设备，包括第二方面所述光电检测装置，所述电子设备用于根据所述光电检测装置感测电信号获取的相关信息来执行相应的功能。[0008]本申请实施例提供的光电传感器、光电检测装置和电子设备通过将中心掺杂结构以及边缘掺杂结构在二极管基材内沿竖直方向分离而不在同一水平面，使中心掺杂结构与边缘掺杂结构在竖直方向的投影距离小于中心掺杂结构与边缘掺杂结构之间的电场距离，而使中心掺杂结构与边缘掺杂结构之间的“水平抑制电场”在该设置情况下空间弯曲为倾5斜电场。由此，在中心掺杂结构与边缘掺杂结构之间在水平方向间距有限时，保护环可以在二极管基材中在中心掺杂结构与边缘掺杂结构之间倾斜形成，使保护环的尺寸突破水平方向的限制以增大保护环尺寸，进而提高单光子雪崩二极管器件性能。附图说明[0009]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。[0010]图1为本申请一些实施例提供的电子设备的功能模块示意图。[0011]图2为本申请一些实施例提供的光电检测装置的功能模块示意图。[0012]图3为本申请相关技术中光电传感器的俯视结构示意图。[0013]图4为本申请相关技术中图3所示的光电传感器的剖面结构的示意图。[0014]图5为本申请一些实施例提供的光电传感器的剖面结构的示意图。[0015]图6为本申请一些实施例提供的光电传感器的剖面结构的示意图。[0016]图7为本申请一些实施例提供的光电传感器的剖面结构的示意图。[0017]图8为本申请一些实施例提供的光电传感器的剖面结构的示意图。[0018]图9为本申请一些实施例提供的光电传感器的剖面结构的示意图。[0019]图10为本申请一些实施例提供的光电传感器的剖面结构的示意图。[0020]图11为本申请一些实施例提供的光电传感器的剖面结构的示意图。[0021]图12为本申请一些实施例提供的图10所示的光电传感器的俯视结构示意图。[0022]图13为本申请一些实施例提供的图6或图7所示的光电传感器的俯视结构示意图。[0023]图14为本申请一些实施例提供的光电传感器的俯视结构示意图。[0024]图15为本申请一些实施例提供的光电传感器的俯视结构示意图。[0025]图16为本申请一些实施例提供的光电传感器的俯视结构示意图。[0026]图17为本申请一些实施例提供的光电传感器的俯视结构示意图。光学器件；140、发射组件；141、驱动器；142、光源；143、发射光学器件；200、光电传感器；210、二极管基材；211、第一表面；212、第二表面；220、雪崩像素单元；221、中心掺杂结构；具体实施方式[0028]为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，下面结合附图及具体实施例，对依据本发明提出的一种光电传感器、光电检测装置和电子设备进行详细说明。[0029]有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施例6详细说明中即可清楚地呈现，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。[0030]应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。示例性应用场景：[0031]请参阅图1。电子设备10包括光电检测装置100。所述光电检测装置100可以对检测范围内的外部对象进行检测，以获得外部对象的三维信息。所述检测范围可定义为光电检测装置100能够有效地进行三维信息检测的立体空间范围，也可以称之为光电检测装置100的视场角。所述三维信息例如为但不限于外部对象的接近信息、外部对象表面的深度信息、外部对象的距离信息及外部对象的空间坐标信息中的一种或多种。[0032]所述电子设备10可以包括应用模块500,所述应用模块500被配置为根据所述光电检测装置100的检测结果执行预设的操作或实现相应的功能。例如但不限于：可以根据外部对象的接近信息判断是否有外部对象出现在电子设备10前方预设的检测范围内；或者，可以根据外部对象的距离信息控制电子设备10的运动进行避障；或者，可以根据外部对象表面的深度信息实现3D建模、人脸识别、机器视觉等。所述电子设备10还可以包括存储介质300,所述存储介质300可为所述光电检测装置100在运行过程中的存储需求提供支持，一个或多个处理器400执行以控制相关部件来实现对应的功能。[0033]可选地，在一些实施例中，所述光电检测装置100可以为基于直接飞行时间(directTimeofFlight,dToF)原理进行三维信息感测的dToF测量装置。[0034]在另外一些实施例中，所述光电检测装置100也可以为基于间接飞行时间(indirectTimeofFlight,iToF)测量原理进行三维信息感测的iToF测量装置。所述iToF测量装置通过比较感测光束发射时与被反射回来接收时的相位差来获得外部对象的三维信息。[0035]在本申请下面的实施例中，主要以所述光电检测装置100作为测量距离装置为例进行说明。[0036]请参阅图2。所述光电检测装置100可以包括发射组件140、接收组件130以及处理模块110。发射组件140包括驱动器141、光源142和发射光学器件143.处理模块110可以耦接电子设备的处理器，发射组件140和接收组件130分别耦接处理模块110。[0037]发射组件140被配置为向测量场景发射感测光信号以对测量场景内的外部对象进行三维检测。其中，部分感测光信号会被测量场景中的外部对象反射而返回，反射回来的感测光信号携带有所述外部对象的三维信息。而其中的一部分反射回来的感测光信号可以被所述接收组件130感测以用于获得外部对象的三维信息。[0038]接收组件130被配置为感测来自测量场景的光信号并输出相应的光感应信号，通过分析所述光感应信号可实现对测量场景内的外部对象的距离检测。可以理解的是，接收组件130所感测的光信号可以为光子。例如，接收组件130感测的光子可以包括被测量场景7中的外部对象反射回来的感测光信号的光子以及测量场景的环境光的光子。所述处理模块110被配置为分析处理所述光感应信号以获得感测光信号被接收组件130感测到的时刻，并根据所述感测光信号的发射时刻与反射回来被感测时刻的时间差异来获得所述外部对象的三维信息。[0039]该接收组件130可以包括光电传感器200和接收光学器件131。可选地，光电传感器200可以是由单个感光像素或多个感光像素构成的光电传感器。感光像素用于接收来自测量场景的光信号并输出相应的光感应信号。一个感光像素包括至少一个光电探测器件。所述光电探测器件被配置为感测接收到的光信号并转换为相应的电信号作为所述光感应信号输出。所述光电探测器件可以由单光子雪崩二极管(SinglePhotonAvalancheDiode,SPAD)构成。[0040]该SPAD是一种固态光电探测器件，其工作电压在击穿电压以上，属于盖革模式下的雪崩光电二极管。不同于传统的光电探测器件，SPAD具有对于单个光子的分辨检测能力。单个光子入射便可能在一定概率下诱发SPAD产生雪崩行为，进而产生明显的雪崩电流，通过与读出电路相互配合，便可实现对光子的检测。申请概述：像素单元、像元)而构成光电传感器，而为隔离各个SPAD,在各个雪崩像素单元之间设置有隔离结构(一般呈现为格栅状而记作隔离栅格/隔离格栅，后续统一记作隔离结构)。[0042]为进一步说明SPAD构建的光电传感器，本申请还提供一种光电传感器的俯视结构示意图(图3)。[0043]光电传感器200可以呈现为一种基于二极管基材210形成的半导体结构，即二极管基材210可以指形成光电传感器200的基础材料，光电传感器200的具体结构可以基于半导体工艺(如刻蚀、沉积等工艺)形成在二极管基材210内或二极管基材210上。[0044]如图2所示，在光电传感器200内可以包括多个雪崩像素单元220以及用于隔离雪崩像素单元的隔离结构230。其中，隔离结构230可以环绕各个雪崩像素单元220设置，而形成容纳雪崩像素单元220的像素空间并隔离各个像素空间。前述雪崩像素单元220与隔离结构230可以基于半导体工艺(如刻蚀、沉积、掺杂等工艺)形成在二极管基材210内。[0045]与传统像素单元的成像原理类似，前述光电传感器200中不同像素单元可以映射到空间中的不同位置，当雪崩像素单元220接收到光信号(如单光子光信号)后，其内部会产生雪崩现象而生成对应的电信号，基于电信号的有无与像素单元与空间的对应关系，再结合前述飞行时间的相关计算原理，则可以实现对外部对象的三维成像，具体可以参见相关[0046]此外，考虑到雪崩像素单元220的应用场景，在光电传感器200中，雪崩像素单元220的光束入射光路上游还可以设置滤光结构以及聚光结构，以避免环境光干扰并提高光束感知能力。PN结。此外为实现雪崩，通常需要结区附近额外掺杂，实现相对低偏压下的雪崩。为了实现[0048]为进一步说明，雪崩像素单元220的基本功能。本申请还以平面NP型雪崩二极管器8件为例，提供了图3所示的光电转换器件在AA处的剖面结构的示意图(图4)。其中，为便于后续说明，图4中器件的堆叠方向(即图中纵向方向)记作竖直方向，AA的延伸方向(垂直于竖直方向的平面内的方向，即图中横向方向)记作水平方面。[0049]为描述雪崩像素单元220的具体内部结构，本申请仅在图4中示出一个雪崩像素单元220及其两侧的隔离结构230。[0050]承前述NP型雪崩二极管器件，图4所示的光电传感器200的二极管基材210可以被配置为P型掺杂衬底。在雪崩像素单元220内，可以具有多个掺杂区以及在二极管基材210表面电性连接对应掺杂区的电极(也可以称作引线、CT线)。具体地，在雪崩像素单元220内包电极在外部驱动电路的作用下可以感知器件的雪崩情况。其中，P+区与P-区一般基于P型衬底形成，为更好地器件形成而进行额外掺杂，其实际结构也可以不额外掺杂。[0052]图4中P+区和N区可以在半导体器件的堆叠方向(即图中竖直方向，后简称竖直方向)形成纵向电场，P-区和N区可以在半导体器件的阵列方向(即图中水平方向，后简称水平方向)形成横向电场。[0053]纵向电场将入射光子产生的载流子漂移到雪崩区域，同时位于雪崩区域的强纵向电场使得载流子与晶格发生碰撞电离。强电场的宽度足够大时，可发生自持的雪崩效应。而得入射光产生的载流子雪崩发生在纵向电场区域，即主结区域。其中，P-区和N区在水平方向分离而形成的衬底区域可以记作保护环(Guide-Ring,GR)。[0054]在实际使用中，随着制程的不断发展与器件精度要求的不断提升，SPAD的单元尺寸不断减少，以增加成像的分辨率。然而，基于前述SPAD的感知原理，尺寸的原来越小会导致器件内结构的冲突。例如，中间雪崩区域尺寸和横向耗尽区宽度的冲突。结构的部分尺寸参数与其性能息息相关，从而在等比缩小时，产生多个技术问题(如侧边击穿问题会变得严重从而影响器件性能),具体可以呈现为如下几个方面的问题/限制：①雪崩区域尺寸限制：当雪崩区域变小，会使得边缘载流子进入雪崩区域的概率像元下。其中，在二极管基材表面引出的各个电极往往也有一定的尺寸要求(如0.3-[0056]②保护环尺寸限制：与前述雪崩区类似，为抑制横向电场，可以通过增加P区与N区的间隔距离，以提高保护环尺寸，使得横向PN结倾向于缓变结。即一般需要在固定偏压下，保持足够的耗尽区宽度。而结合前述尺寸限制，若感光像元设计成1um的话，留给保护环的空间就只有单侧0.3um左右，这是相对比较危险设计会导致侧边发生雪崩的可能性影响可靠性。而在更大尺寸的像素里，如10-15um的像素距离(pitch)中，保护环的设计往往都在lum-3um内或以上。[0057]由此，为避免当器件尺寸缩小的时候，各个器件的尺寸限制冲突导致剩余空间形成的保护环过于紧凑从而导致侧边击穿和可靠性问题，是本领域技术人员亟待解决的技术9[0058]本申请提供的单光子雪崩二极管(即光电传感器)中通过将中心掺杂结构以及边缘掺杂结构在二极管基材内沿竖直方向分离而不在同一水平面，使中心掺杂结构与边缘掺杂结构在竖直方向的投影距离小于中心掺杂结构与边缘掺杂结构之间的电场距离，而使中心掺杂结构与边缘掺杂结构之间的“水平抑制电场”在该设置情况下空间弯曲为倾斜电场。由此，在中心掺杂结构与边缘掺杂结构之间在水平方向间距有限时，保护环可以在二极管基材中在中心掺杂结构与边缘掺杂结构之间倾斜形成，使保护环的尺寸突破水平方向的限制以增大保护环尺寸，进而提高单光子雪崩二极管器件性能。[0059]下面将结合图5～图17对本申请提供的光电传感器进行详细描述。[0060]为进一步说明本申请提供的光电传感器的具体结构，本申请还提供多种光电传感器的结构示意图，其中，图5~图11分别为不同光电传感器的剖面结构的示意图。[0061]承前述，本申请提供的光电传感器的核心点在于中心掺杂结构以及边缘掺杂结构在空间中的分离。其中，中心掺杂结构与中心电极电性连接，边缘掺杂结构可以与边缘电极电性连接。受中心电极驱动，中心掺杂结构内部的多层掺杂结构形成纵向电场，而在结构处形成雪崩区(若非多层掺杂而与掺杂衬底形成的雪崩区也可以视为该结构内的雪崩区)。[0062]为详细说明本申请的核心机理，下面结合图5进行详细说明。[0063]请参阅图5,与前述图4类似，图5也呈现为包含一个雪崩像素单元220的光电传感器200的剖面结构示意图。即图5中的光电传感器200也包括二极管基材210、雪崩像素单元220以及隔离结构230。其中，雪崩像素单元220与隔离结构230也基于半导体工艺形成在二极管基材210内，雪崩像素单元220也形成在隔离结构230形成的像素空间中。[0064]与前述图3、4中的描述类似，二极管基材210可以指形成光电传感器200的基础材料，其一般可以包括衬底与外延层两部分。其中，衬底为半导体制备过程中的基地材料，外延层可以为在衬底上生成出的结构。[0065]本申请不限制光电传感器200的具体类型，而可以根据实际需要对应选取合适的底可以是通过掺杂形成的N型半导体衬底或P型半导体衬底。外延层与衬底类似。在本案的后续描述中将外延层与衬底视为一体，而不分开描述。[0066]为便于描述形成在二极管基材210内的结构，二极管基材210沿竖直方向相对的两个表面可以分别记作第一表面211以及第二表面212。考虑到二极管基材210在光电传感器200中与金属导线层(也称作金属布线层、后段工艺层等)的连接关系，二极管基材210的第二表面212可以是与金属导线层键合的一侧，即雪崩像素单元220中的电极基本形成在第二表面212从而通过对应的电极与金属导线层电性连接。[0067]关于光电传感器200中与其他层级结构的连接关系，本申请不作限制。例如，当光电传感器200采用背照式光结构时，前述第一表面211一般朝向入射光，其在入射光上游一般设置有滤光层与集光层。[0068]隔离结构230一般为二极管基材210内的隔离结构的主体部分，即隔离结构230可以阻挡不同雪崩像素单元220之间的横向串扰，而是雪崩像素单元220仅反映其对应空间的单光子光束情况。则对应的，隔离结构230基于前述设置要求设置，一般需要形成互相隔离且用于容纳雪崩像素单元220的像素区域。考虑到雪崩像素单元220一般在第二表面212形成电极，其主要结构往往靠近第二表面212设置，隔离结构230往往需要从二极管基材210靠近第一表面211的内部(或直接从第一表面211处，即图4、5中隔离结构230直接贯穿了二极管基材210)延伸至第二表面212,以隔离各个雪崩像素单元220。[0069]隔离结构230一般采用深隔离沟槽(DTI/W-DTI)技术构建，在形成的深隔离沟槽内部填充金属以及在金属两侧形成隔离层，以提高信号隔离与光线反射隔离能力。[0070]与前述图4所示的结构类似，图5中雪崩像素单元220可以包括中心掺杂结构221、边缘掺杂结构222、中心电极223以及边缘电极224.其中，中心掺杂结构221与中心电极223电性连接，边缘掺杂结构222与边缘电极224电性连接。[0071]具体地，中心掺杂结构221与中心电极223电性连接，而被中心电极223驱动。边缘掺杂结构222与边缘电极224电性连接，而被边缘电极224驱动。被中心电极223驱动的中心掺杂结构221内部的多层掺杂结构形成纵向电场，而在结构处形成雪崩区225(若非多层掺杂而直接与掺杂衬底形成的雪崩区也可以视为该结构内的雪崩区225)。其中，该雪崩区225可以响应于单光子光束而形成雪崩信号，从而在中心电极223以及边缘电极224输出。[0072]具体地，中心掺杂结构221内部与边缘掺杂结构222掺杂类型不同的部分与中心掺杂结构221内部或二极管基材210(如衬底)中与边缘掺杂结构222掺杂类型相同的部分在竖直方向形成PN结(也可以扩展为PIN结)从而形成雪崩区225。[0073]承前述器件性能要求，中心掺杂结构221与边缘掺杂结构222在第二表面212沿水平方向分离而形成保护环226,二极管基材210内存在从中心掺杂结构221到达边缘掺杂结构222的电场通道而形成中心电极223与边缘电极224之间的横向抑制电场。[0074]此外，中心掺杂结构221与边缘掺杂结构222一般基于离子注入/沉积工艺形成，其具体类型的配置与光电传感器200本身的类型以及前述二极管基材210的选取有关，具体可[0075]基于前述第二表面212与金属导线层的连接关系，前述中心电极223形成到第二表面212上。而边缘电极224一般也可以形成在第二表面212,此外也可以形成在第一表面211上。对应地，基于边缘掺杂结构222的工作原理，边缘掺杂结构222可以形成在边缘电极224的所在表面。具体地，图5左侧的边缘电极224设置在第二表面212,右侧的边缘电极224设置在第一表面211。[0076]本申请对中心掺杂结构221的内部结构进行了进一步优化，使中心掺杂结构221(中形成雪崩区的掺杂结构)不直接形成在第二表面212处，而使其内部包括第一中心结构2211以及连接结构2212,将第一中心结构2211沉入二极管基材210内部，再通过连接结构2212与实现第一中心结构2211的电性连接。其中，第一中心结构2211可以是中心掺杂结构221中与边缘掺杂结构222掺杂类型不同且用于形成雪崩区的掺杂结构。即第一中心结构2211用于在竖直方向形成雪崩区225且与边缘掺杂结构222形成横向抑制电场(即保护环[0077]基于前述设置，第一中心结构2211远离边缘掺杂结构222所在表面，从而使第一中心结构2211与边缘掺杂结构222既在水平方向分离又在竖直方向分离而使横向抑制电场的电场路径长度大于第一中心结构2211与边缘掺杂结构222在竖直方向的投影距离。[0078]具体地，结合前述分离的情况，第一中心结构2211与边缘掺杂结构222的水平方向距离为d₁(即中心掺杂结构与边缘掺杂结构在竖直方向的投影距离为d₁),竖直方向距离为[0079]基于前述水平抑制电场的形成原理，第一中心结构2211与边缘掺杂结构222互相靠近的边缘会形成该“水平抑制电场”,而考虑到前述第一中心结构2211与边缘掺杂结构中心掺杂结构与边缘掺杂结构之间在水平方向间距有限时，通过竖直方向距离d₂增加保护杂结构与边缘掺杂结构之间倾斜形成，使保护环的尺寸突破水平方向的限制以增大[0084]考虑到第一中心结构2211形成在与环绕第一中心结构2211的掺杂衬底直接形成雪崩，则在中心掺杂结构221中还可以包括第二中心结构2213,第二中心结构2213与边缘掺杂结构222的掺杂类型相同(掺杂浓度一般构2212可以被配置为一个具有导电能力的掺杂结构且连接结构2212的掺杂类型与第一中[0088]在掺杂浓度层面，连接结构靠近第一中心结构水平方向边缘处的掺杂浓度低于第一中心结构的掺杂浓度(即连接结构靠近边缘掺杂结构的边缘的掺杂浓度低/不掺杂),从而使其侧边不会与边缘掺杂结构222间形成横向抑制电场。[0089]在尺寸层面，连接结构在水平方向的尺寸可以直接进行内缩，从而使连接结构在水平方向的尺寸小于第一中心结构的尺寸。由此，连接结构与边缘掺杂结构在水平方向的尺寸也被进一步拉开，以使其水平距离与第一中心结构与边缘掺杂结构之间的电场路径长度近似。[0090]此外，为避免边缘掺杂结构从第二表面延伸时越过连接结构而直接在水平方向与第一中心结构形成横向抑制电场。边缘掺杂结构的“深度”应当小于连边缘掺杂结构从第二表面向二极管基材内延伸且边缘掺杂结构在竖直方向的延伸深度小于连接结构在竖直方向的延伸深度。[0091]具体地，请参见图6,基于掺杂浓度调整的连接结构2212在水平方向尺寸可以不额外限定。其中，连接结构2212一般在水平方向的尺寸近似或小于第一中心结构2211在水平方向的尺寸。例如，图6中连接结构2212的尺寸与第一中心结构2211的尺寸相同。[0092]承前述，为避免连接结构2212的边缘击穿，连接结构2212靠近边缘掺杂结构222的一侧具有较低的掺杂浓度/不进行掺杂。同时，为保证中心电极223与第一中心结构2211之间的电性连接，连接结构2212在中心电极223区域的掺杂浓度较高以满足电性连接要求，并沿远离中心电极的方向递减(也可以记作沿靠近侧边的方向)递减，从而使其边缘掺杂浓度较低。具体地，可以参见图6中的连接结构2212,其内部图案填充在中心区域较深，在边缘逐渐变浅。[0093]作为一种替换实施例，在连接结构2212靠近边缘掺杂结构222的一侧也可以直接设置绝缘层，以避免侧边击穿。[0094]此外，在竖直方向上，连接结构2212也可以进行掺杂浓度的调整。例如，连接结构2212的掺杂浓度可以在竖直方向上沿朝向第一中心结构2211的方向递增，以形成平滑的过渡。[0095]由此，可以通过掺杂浓度调整前述连接结构2212的导电性，同时考虑到其掺杂浓度的变化方向，在竖直方向上第一中心结构2211仍为掺杂浓度最高的区域，在水平方向并未形成新的连接界面。即使边缘掺杂结构222与连接结构2212中靠近电极连接点的位置形成横向抑制电场，其电场路径长度仍大于其投影距离，以保证保护环的尺寸。[0096]具体地，请参见图7,基于尺寸调整的连接结构2212在掺杂浓度层面不做额外限定，其掺杂浓度一般与第一中心结构2211类似/相对较低。在一些情况中，为提高导电性能，连接结构2212的掺杂浓度甚至可以比第一中心结构2211高。[0097]而为避免第一中心结构2211与边缘掺杂结构222在竖直方向上形成重叠，当边缘掺杂结构222从第二表面212向二极管基材210内延伸时，边缘掺杂结构222在竖直方向的延伸深度h₂小于连接结构2212在竖直方向的延伸深度h₁。[0098]由此，前述设置能保证边缘掺杂结构222与第一中心结构2211在竖直方向上错开，以保证电场路径长度d大于中心掺杂结构221与边缘掺杂结构222在竖直方向的投影距离[0099]此外，前述连接结构2212的内缩可以增长边缘掺杂结构222与连接结构2212在水平方向上的距离d₃。考虑到中心掺杂结构221一般较大且连接结构2212仅需保证第二表面212与第一中心结构2211的电性连接，前述内缩可以进一步保证边缘掺杂结构222与连接结构2212在水平方向上的距离d₃不小于电场路径长度d。[0100]由此，即使边缘掺杂结构222与连接结构2212在水平方向上能形成水平抑制电场，其电场路径长度仍小于边缘掺杂结构222与第一中心结构2211的电场路径长度。[0101]在一些实施例中，前述掺杂浓度层面的调整与前述尺寸层面的调整可以结合，进而提高前述连接结构2212的可靠性。即连接结构2212既水平方向的尺寸小于第一中心结构又在靠近第一中心结构2211水平方向边缘处的掺杂浓度低于第一中心结构2211的掺杂浓度(如以前述图6所示连接结构2212在边缘处掺杂浓度降低)。例如，后续图7~图11中采用的图7所示的连接结构，可以融合前述图6所示处的掺杂浓度调整/替换为图6所示的结构。[0102]在一些实施例中，为进一步隔离连接结构2212和边缘掺杂结构222之间的隔离能力，以避免连接结构2212与边缘掺杂结构222之间击穿，前述雪崩像素单元220还可以在连接结构2212和边缘掺杂结构222之间设置多个填充有绝缘材料的隔离沟槽229,而形成隔离沟槽阵列。[0103]在一些实施例中，隔离沟槽229内可以填充反光材料和/或透光材料(如边缘填充氧化硅内部填充反光金属),以将到达隔离沟槽229的光线射到中心掺杂结构221内。此时，隔离沟槽229也可以作为光学散射结构。即隔离沟槽阵列被复用为光学散射结构，以使光束到达光学散射结构处，被光学散射结构反射回雪崩像素单元220,以进一步增强雪崩像素单元220对光子的感知能力。[0104]此外，若采用前述光学散射结构设置在连接结构2212与边缘掺杂结构222之间，则可以放缓前述连接结构2212内缩的尺寸限制。即考虑到光学散射结构已阻挡了连接结构2212与边缘掺杂结构222之间的电路，则无需保证边缘掺杂结构222与连接结构2212在水平方向上的距离d₃不小于电场路径长度d,即可使边缘掺杂结构222不与连接结构2212形成横向抑制电场而与第一中心结构2211形成横向抑制电场。[0105]区别于前述实施例，如图11所示，本申请中边缘掺杂结构222还可以形成在第一表面211上。当边缘掺杂结构222形成在第一表面211上时，边缘掺杂结构222无法与连接结构2212形成横向抑制电场，此时，也可以不设置连接结构2212而直接将第一中心结构2211设置在第二表面212。[0106]承前述，如图11所示，边缘掺杂结构222形成在第一表面211上时，也可以保留前述连接结构2212以充分部署光学散射结构，而提高光感知能力。[0107]在一些实施例中，考虑到前述第二表面212往往与金属连接层连接，二极管的实际入光侧一般为第一表面211,则在光电传感器200中还可以包括设置在第一表面211的多个吸光孔洞240,而形成吸光孔洞阵列。该吸光孔洞阵列可以基于孔洞的吸光特性，强化第一表面211的吸光能力。[0108]在一些实施例中，为进一步增大保护环的尺寸，可以调整边缘掺杂结构222在表面的位置。基于边缘掺杂结构222的形成要求，可以将边缘掺杂结构222移动到隔离结构230处而增加边缘掺杂结构222与第一中心结构2211的水平距离d₁。即边缘掺杂结构222可以设置在隔离结构230上。此时，边缘掺杂结构222跨越隔离结构230而延伸至两个临近雪崩像素单元内，并与两个临近雪崩像素单元中各个雪崩像素单元的边缘电极电性连接。[0109]具体地，图9示出了边缘掺杂结构222设置在第二表面212时，跨越两个雪崩像素单元220的情况。[0110]在实际工艺中，传统的隔离结构230一般采用深隔离沟槽(DTI/W-DTI)技术构建，在形成的深隔离沟槽内部填充金属以及在金属两侧形成隔离层，以提高信号隔离与光线反射隔离能力，该主要结构可以记作深槽隔离层231,该深槽隔离层231的金属填充可以记作金属隔离结构2311,其两侧的绝缘层可以记作绝缘侧壁2312。其中，金属隔离结构2311一般基于金属或其他高反射材料构建，主要为坞金属隔离结构，铝、铜等也可以作为金属隔离结构2311的形成材料。绝缘侧壁2312主要用于将金属隔离结构2311与衬底电性隔离，其一般采用氧化硅等绝缘材料构建。[0111]在传统的二极管器件中，边缘掺杂结构222与金属隔离结构2311一般在水平方向存在一定的安全距离，以避免边缘电极224因工艺误差连接边缘掺杂结构222与金属隔离结[0112]而在前述边缘掺杂结构222设置在深槽隔离层231上的情况下，边缘掺杂结构222与深槽隔离层231之间可以包括两种设置方法：①参见图9中左侧结构，边缘掺杂结构222可以与深槽隔离层231中的金属隔离结构2311直接连接。当边缘掺杂结构222外接边缘电极224时，边缘掺杂结构222直接与金属隔离结构2311共电位，而不会额外产生电势差。[0113]②参见图9中右侧结构，边缘掺杂结构222可以与深槽隔离层231中的金属隔离结构2311通过浅槽绝缘层232隔离，从而直接避免其电性连接。其中，浅槽绝缘层232可以是基于浅沟槽技术(STI)填充隔离材料后形成的结构，其实现边缘掺杂结构222与浅槽绝缘层232之间的电性隔离。[0114]在一些实施例中，各个雪崩像素单元220的侧边共用边缘掺杂结构222,隔离结构230在雪崩像素单元220的边角处露出。由此，各个边缘掺杂结构222互不相连，便于进行控制。在一些可替代实施方式中，各个边缘掺杂结构222也可以互连而完全覆盖隔离结构230。[0115]在一些实施例中，为保证边缘掺杂结构222的内部均电势，也可以优化边缘电极224的布置，使其不基于雪崩像素单元220而设置在不同雪崩像素单元220上，而沿着隔离结构230的延伸方向设置在的边缘掺杂结构222上(如图12中心的雪崩像素单元220所示)。由此，既可以进一步保证边缘掺杂结构222的电势相同，同时又能进一步减少边缘掺杂结构[0116]在一些实施例中，为减少隔离结构230导致的空间浪费，本申请提供的像素单元可以进一步由多个像素子单元构成，各个像素子单元均具有单独的感光能力且各个像素子单元之间不存在前述隔离结构230。[0117]为进一步说明前述情况下的光电传感器200,本申请还提供其剖面示意图(图10)。[0118]如图10所示，为形成多个像素子单元227,雪崩像素单元220内包括多个中心掺杂结构221,其中，多个中心掺杂结构221形成多个像素子单元227,中心掺杂结构221与像素子单元227—一对应并设置在对应的像素子单元227的中心区域。具体地，在图8所示的雪崩像素单元220内包括两个像素子单元227及其中心区域的中心掺杂结构221。[0119]在雪崩像素单元220内，其边缘掺杂结构222设置在多个像素子单元227中临近深槽隔离层的像素子单元内且位于靠近深槽隔离层231一侧。考虑到图10的两个像素子单元中均临近隔离结构230,则其均设置有边缘掺杂结构222。如雪崩像素单元220在剖面处包括三个或以上的像素子单元，则其远离隔离结构230的像素子单元未设置有边缘掺杂结构[0120]考虑到前述边缘掺杂结构222仅设置在部分区域且像素子单元之间不存在隔离结构，则为避免像素子单元之间的耗尽层连接，多个像素子单元中相邻的两个像素子单元中远离深槽隔离层231的区域设置有轻掺杂结构228.其中，该轻掺杂结构228与边缘掺杂结构222的掺杂类型相同，从而隔离不同像素子单元之间的耗尽层。仅作为一种示例性实施例，前述轻掺杂结构228可以基于硼元素构成。[0121]进一步地，考虑到多个像素子单元中临近深槽隔离层的像素子单元均设置有边缘掺杂结构222,其内部电势可以直接通过边缘掺杂结构222调整，则前述用于隔离不同像素子单元的轻掺杂结构228可以被配置为无源结构，即轻掺杂结构228不与外部电极电性连[0122]由此，临近深槽隔离层的像素子单元内的轻掺杂结构228(如图10所示的轻掺杂结构228)的尺寸可以不受外部电极的性质，从而可以被配置为较窄的掺杂结构。[0123]对于不临近深槽隔离层的像素子单元，若其轻掺杂结构能处于合适的电势而无需连接外部电极，若不能则可以与外部电极连接。[0124]前述图10所示的多个像素子单元可以与前述图9所示的跨越雪崩像素单元结合，结合后的光电传感器的俯视图可以参见图12的相关描述。[0125]承前述所示，在图11中，边缘掺杂结构222以及边缘电极224形成在第一表面211[0126]进一步地，如图11所示，边缘掺杂结构222与靠近第二表面212的一侧可以形成向二极管基材210内延伸(也可以理解向第二表面212延伸)的导电掺杂结构2221,导电掺杂结构2221一般的掺杂类型与边缘掺杂结构222相同并被配置为轻掺杂结构，以增加边缘掺杂结构222的导电能力。[0127]基于前述图5~图11及其相关内容已说明光电传感器的内部结构。在光电传感器内的像素组成中，本申请基于前述图9与图10的结合说明设置有多个像素子单元的雪崩像素单元公用边缘掺杂结构时，其俯视视角下的具体情况(图12)。[0128]如图12所示，各个雪崩像素单元220的侧边共用边缘掺杂结构222,隔离结构230在雪崩像素单元220的边角处露出。由此，各个边缘掺杂结构222互不相连，便于进行控制。在一些可替代实施方式中，各个边缘掺杂结构222也可以互连而完全覆盖隔离结构230。[0129]在一些实施例中，为保证边缘掺杂结构222的内部均电势，也可以优化边缘电极224的布置，使其不基于雪崩像素单元220而设置在不同雪崩像素单元220上，而沿着隔离结构230的延伸方向设置在的边缘掺杂结构222上(如图12中心的雪崩像素单元220所示)。由此，既可以进一步保证边缘掺杂结构222的电势相同，同时又能进一步减少边缘掺杂结构[0130]进一步地，如图12所示，在俯视视角下可以有4个像素子单元227的阵列排布形成构成一个雪崩像素单元220。每个像素子单元227内部均具有一个中心掺杂结构221,边缘掺杂结构222设置在各个像素子单元227靠近隔离结构230的一侧，而各个像素子单元227之间设置有无源的轻掺杂结构228。[0131]由此，基于前述图12所示的光电传感器，通过将多个像素单元打包构建一个像素单元，减少了隔离结构所占据的空间。同时，像素子单元之间的通过无源的轻掺杂结构隔离分隔，从而使各个轻掺杂结构的尺寸无需考虑电极连接的要求，从而可以进一步减少其尺寸需求。[0132]在光电传感器的俯视视角下，本申请进一步发现可以进一步优化边缘掺杂结构在水平面中的分布，而提高保护环尺寸。[0133]为进一步说明该过程，本申请以常规光电传感器的边缘掺杂结构的水平面分布为例进行说明。即本申请还提供一种(图5所示的)光电传感器的俯视示意图(图13)。其中，为便于说明单个二极管中的排布情况，后续俯视图仅示出一个雪崩像素单元。[0134]如图13所示，边缘掺杂结构222在不考虑与隔离结构230的安全距离时，一般沿隔离结构230的内部等厚度设置。对于通常隔离出矩形或正方形的像素空间(也记作正方形/矩形的像素边缘)的隔离结构230,这样可能导致雪崩像素单元的像素边缘(即隔离结构内部)中的各点到达中心掺杂结构的最短距离不同。[0135]以图13所示的正方向像素空间(隔离结构230内壁构成正方形)与圆形中心掺杂结构221为例，在(隔离结构230内壁所形成的)矩形的直边中点处到达中心掺杂结构221可以为雪崩像素单元的像素边缘到达中心掺杂结构的最短距离中的最小值Demin,而矩形直角处到达中心掺杂结构221可以为雪崩像素单元的像素边缘到达中心掺杂结构的最短距离中的[0136]若基于传统设计思路沿隔离结构230的内部等厚度设置边缘掺杂结构222,则会导保护环无法为其分担击穿风险。[0137]由此，考虑到前述水平面分布的不合理性，本申请针对该分布情况进行优化，提供图14～图17所示的多种俯视结构示意图。[0138]承前述，考虑到前述Demin处的保护穿风险的情况，本申请在进行边缘掺杂结构的掺杂时，可以基于该情况将位于Demin处的边[0140]为进一步描述该分布与传统分布的差异，本申请图11提供了一种基于上述逻辑优化后的光电传感器。[0141]如图14所示，边缘掺杂结构222从Dmin处(及其附近)向Dema处转移而堆积在矩形的直角处。在图14中还以虚线的形式示出了图13中的边缘掺杂结构的分布情况。基于图14中边缘掺杂结构222的实际分布与虚线(也反映边缘掺杂结构在水平方向的平均尺寸)的形态可以明显看出，边缘掺杂结构222从Demin处(及其附近)向Dema处转移而堆积在矩形的直角处，以使保护环的宽度Dg满足前述要求。[0142]进一步地，考虑到各点保护环的击穿概率，则作为一种优选实施例时，保护环的宽度Dg恒定而形成环绕中心掺杂结构的环形边缘，以便于边缘掺杂结构222。[0143]基于图14所示的情况，本申请还提供一种保护环形成环形结构的示意图(图15)。如图15所示，在图15中保护环形态可以直接呈现为一个与中心掺杂结构共圆心的圆环，而使边缘掺杂结构222填充在圆环与像素边缘之间。[0144]此外，作为一种优选实施例，图15中，保护环可以在公差范围内直接延伸至像素边缘而使Dgr≈Demin(或Dgr=Dmin)其中，一般要在边缘处留存一些边缘掺杂结构以连通各个直角处的边缘掺杂结构(考虑到后续直接在直角处设置电极的情况，也可以不留存)。[0145]为说明中心掺杂结构其他形态下的保护环形态，本申请图16还示出了中心掺杂结构呈现为正方形时的保护环形态。[0146]如图16所示，基于正方形的中心掺杂结构，其保护环可以呈现为圆角矩形，其中，圆角矩形的直边与正方形的直边等距，圆角矩形的角呈现为以正方形直角处为圆心，两者距离为半径的四分之一圆。由此，该圆角矩形中任一点到正方向的距离都是相等的。[0147]基于前述雪崩像素单元的像素边缘到达中心掺杂结构的最短距离D不恒为定值的情况，边缘掺杂结构往往堆积在Dema处。由此，此处掺杂结构的面积较大更容易满足电极在Demax处与环形边缘不平行而形成边缘弯折，边缘电极设置在边缘弯折与环形边缘之间。[0148]具体地，前述像素边缘在Demin处与环形边缘平行可以包括切线方向的平行(如图11/12中矩形直边中点处切线方向与圆形中心掺杂结构切线方向的平行)以及实际上的平行(如图16中，矩形部分直边与矩形中心掺杂结构直边的平行),则对应的前述边缘弯折往往形成在平行结构之间。如图14~图16所示的结构中均在直角处形成边缘弯折结构。则边缘电极可以设置在此处。[0149]结合前述图14~图16可知，像素空间被