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一种多光谱摄像装置

阅读：867发布：2024-01-23

专利汇可以提供一种多光谱摄像装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型提供了一种多光谱摄像装置。所述多光谱摄像装置包括：第一光电转换单元，包括：第一光电转换层，用于将可见光光电转换为电信号；第一导电层，设置于所述第一光电转换层的入光侧，所述第一导电层连接第一固定电位；第二导电层，设置于第一光电转换层的出光侧；和第一像素电路连接到第二导电层；第二光电转换单元，设置于所述第一光电转换单元的出光侧，包括：第二光电转换层，用于将红外光光电转换为电信号，并将信号电荷导流到第二像素电路；第三导电层，设置于所述第二光电转换层的入光侧；第四导电层，设置于所述第二光电转换层的出光侧；和第二像素电路，连接第二光电转换层或者第四导电层。，下面是一种多光谱摄像装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种多光谱摄像装置，其特征在于，所述多光谱摄像装置包括：
第一光电转换单元，所述第一光电转换单元包括：
第一光电转换层，用于将可见光光电转换为电信号；
第一导电层，可透过可见光和红外光，设置于所述第一光电转换层的入光侧，所述第一导电层连接第一固定电位；
第二导电层，可透过红外光，设置于所述第一光电转换层的出光侧；和
第一像素电路，所述第一像素电路连接到所述第二导电层；
第二光电转换单元，制作在一硅基板上并设置于所述第一光电转换单元的出光侧，所述第二光电转换单元包括：
第二光电转换层，用于将红外光光电转换为电信号；
第三导电层，可透过红外光，设置于所述第二光电转换层的入光侧；
第四导电层，设置于所述第二光电转换层的出光侧；和
第二像素电路，所述第二像素电路连接到第二光电转换层或者第四导电层。
2.如权利要求1所述的多光谱摄像装置，其特征在于，所述第一像素电路包括第一输出晶体管，其源电极连接所述第二导电层，其漏极连接到输出信号线；所述第二像素电路包括第二输出晶体管，所述第二输出晶体管的源极扩散层连接所述第二光电转换层，或者连接到所述第四导电层，其漏极连接到输出信号线。
3.如权利要求1所述的多光谱摄像装置，其特征在于，
所述第一像素电路制作在所述硅基板上，其包括：
第一复位晶体管，连接到第二导电层，用于对所述第二导电层的电位进行复位处理；
第一放大晶体管，其栅极连接到所述第二导电层并将所述第二导电层的电荷量信号转换成电压信号；和
第一输出晶体管，用于对所述第一放大晶体管进行选择输出；
所述第二像素电路制作在所述硅基板上，其包括：
第二复位晶体管，其源极扩散层连接到所述第二光电转换层或连接到所述第四导电层并对所述源极扩散层的电位进行复位处理；
第二放大晶体管，其栅极连接到所述第二复位晶体管的源极，并将所述第二复位晶体管源极的电荷量信号转换成电压信号；和
第二输出晶体管，用于对所述第二放大晶体管进行选择输出。
4.如权利要求1至3中任一项所述的多光谱摄像装置，其特征在于，所述第三导电层连接第二固定电位或处于电悬浮状态；所述第四导电层连接到第三固定电位。
5.如权利要求4所述的多光谱摄像装置，其特征在于，所述硅基板的多层结构沿着入射光线的方向顺序地包括：
第一导电类型的第一离子注入层，作为所述第三导电层，所述第一离子注入层的厚度为d1，其掺杂浓度为N1；
第一导电类型的第一硅外延生长层，所述第一硅外延生长层的厚度为d2，其掺杂浓度为N2；
第二导电类型的第二离子注入层，作为所述第二光电转换层的中心区域，所述第二离子注入层的厚度为d3，其掺杂浓度为N3；
第一导电类型的第二硅外延生长层，所述第二硅外延生长层的厚度为d4，其掺杂浓度为N4；
第一导电类型的硅衬底层，作为所述第四导电层，所述硅衬底层的厚度为d5，其掺杂浓度为N5。
6.如权利要求5所述的多光谱摄像装置，其特征在于，所述硅基板还包括：
复数个不连续的第一导电类型的重掺杂扩散层和第二导电类型的重掺杂扩散层，设置于所述第一硅外延生长层之上，作为所述第一像素电路和第二像素电路中CMOS晶体管的源极和漏极的扩散层以及沟道阻挡层的扩散层；至少一个第二导电类型的重掺杂扩散层的扩散区域延伸到并连接所述第二离子注入层。
7.如权利要求5所述的多光谱摄像装置，其特征在于，所述硅基板内的各层的掺杂浓度与厚度之间的关系为：
(d1×N1+d2×N2)>0.5×d3×N3；且
(d5×N5+d4×N4)>0.5×d3×N3。
8.如权利要求5所述的多光谱摄像装置，其特征在于，所述硅基板内的各层的掺杂浓度与厚度之间的关系为：d2×N2<0.5×d3×N3。
9.如权利要求5所述的多光谱摄像装置，其特征在于，所述硅基板内的各层的掺杂浓度与厚度之间的关系为：d4×N4<0.5×d3×N3。
10.如权利要求5所述的多光谱摄像装置，其特征在于，所述硅基板内的各层的掺杂浓度与厚度之间的关系为：d1＝0、d2＝0，并且(d5×N5+d4×N4)>0.5×d3×N3。
11.如权利要求5至10中任一项所述的多光谱摄像装置，其特征在于，所述第一导电类型为受主或者空穴导电类型；所述第二导电类型为施主或者电子导电类型。
12.如权利要求5至10中任一项所述的多光谱摄像装置，其特征在于，所述第二离子注入层的掺杂浓度，在垂直于入射光线的方向上，朝着所述第二像素电路的第二复位晶体管的源极扩散层的延伸段逐渐增大，并使在所述第二离子注入层中的载流子耗尽后形成一势垒梯度，所述势垒梯度驱动所述第二光电转换层的光生载流子向着所述第二复位晶体管的源极扩散层漂移而无势垒的阻碍。
13.如权利要求1所述的多光谱摄像装置，其特征在于，所述第二导电层和硅基板内的第二光电转换层的中心区域相对所述第一导电层所在平面形成的投影具有一相互重叠区域，且该相互重叠区域的面积超过所述第二导电层和所述第二光电转换层的中心区域的两个投影中最小者面积的85％。
14.如权利要求1所述的多光谱摄像装置，其特征在于，所述第二导电层和第三导电层相对所述第一导电层所在平面形成的投影具有一相互重叠区域，且该相互重叠区域的面积超过所述第二导电层和所述第三导电层的两个投影中最小者面积的85％。
15.如权利要求1所述的多光谱摄像装置，其特征在于，所述第一光电转换单元还包括：
第一电荷注入阻挡膜，设置于所述第一光电转换层的入光侧表面，位于所述第一光电转换层和所述第一导电层之间；
第二电荷注入阻挡膜，设置于所述第一光电转换层的出光侧表面，位于所述第一光电转换层和所述第二导电层之间。
16.如权利要求15所述的多光谱摄像装置，其特征在于，所述第一电荷注入阻挡膜和所述第二电荷注入阻挡膜为如下材料中的任一种或多种组合：
氧化硅、氮化硅、氢化碳化硅、重掺杂的硅半导体薄膜、锌铟镓的氧化物等宽禁带半导体薄膜材料、氧化锌、硫化锌、硒化锌以及硫化镉。
17.如权利要求15所述的多光谱摄像装置，其特征在于，所述第一光电转换层包括：氢化非晶硅薄膜，非晶硒薄膜，氧化铅薄膜，铟镓锌元素的氧化物薄膜，碲化硒薄膜，碲化锌和碲化镉的混合薄膜材料制成的光电转换膜层。
18.如权利要求1所述的多光谱摄像装置，其特征在于，所述多光谱摄像装置还包括研磨平坦化膜，所述研磨平坦化膜与所述第二导电层同层设置。
19.如权利要求1所述的多光谱摄像装置，其特征在于，所述多光谱摄像装置还包括一红外光的反射膜，所述红外光的反射膜设置于所述第四导电层的出光侧。

说明书全文

一种多光谱摄像装置

技术领域

[0001] 本实用新型涉及医疗辅助设备领域，尤其涉及一种多光谱摄像装置。

背景技术

[0002] 人体血管隐藏在表皮下面，往往被皮下脂肪，甚至骨骼所遮挡，在可红外摄像器件广泛应用于医疗图像诊断和穿刺辅助设备，夜间监控摄像，夜间行车摄像，生物特征识别，机器人视觉，食品质量和工业品表面质量的检测等领域。在移动信息终端的时代应用于手机摄像等则会促使更多多姿多彩的应用开发出来。人眼敏感的波长范围是从400nm到760nm的所谓可见光的光谱范围，然而使用不同光敏感材料的摄像器件和系统，其光电响应可以从X射线波段拓展到远红外波段，然后将不可见的电子图像信息用可见光的形式显示出来，就可以让人眼“直接”看到。如上所述，鉴于人眼与生俱来只能看见和识别可见光图像，实时实地将原来不可见的电磁辐射图像和可见光图像在同一个空间位置作相互比较，才能对外界物体的认识具体化，才能与人脑以往的对于可见光图像的记忆相互关联，才能对同一物体的各种光谱特性做一个综合的判断和信息处理。

[0003] 为此目的人们开发了使用可见光和红外光的双摄像头的多光谱摄像系统，然而有体积庞大带来的不便于携带和高成本问题，和不同光轴系统带来的图像对位和处理上的麻烦。为了避免这种问题，人们也开发了使用一个既对可见光敏感，又对红外光敏感的摄像器件，在不同的时间段上分别采集和处理不同光谱波段的图像。然而这种无论是使用机械式斩波器或者使用电子快门，不仅带来了系统构造和驱动的复杂性，而且在同时存在可见光和红外光的图像信息空间里，尤其是在被摄物体的空间位置或辐射强度随着时间而变化的场合，无法实时地获得精确的不同光谱的图像。

[0004] 根据不同波长的光子的吸收深度不同，将同一种半导体材料重复叠加起来在不同的吸收深度上就可以同时获得不同光谱范围的图像，这些不同光谱范围的图像可以是像素和像素精确对位的至少是四维的图像信息(XY空间维度，时间轴维度，波长或者能量轴维度上的强度分布图像)。

[0005] 更加进一步地，如果使用不同的半导体(无机的或有机的半导体光电转换材料)相互叠加起来，或者再叠加不同的滤波片，偏振片等光学膜片，就可以充分利用不同半导体的特性(能带宽度，吸收深度等)和光学膜片对入射光线的选择和调制作用，将可以采集的光谱图像信息，在光辐射的能量，密度，相位，偏振等特性上拓展的更加宽广和丰富。

[0006] 现有技术中，已经包括了将连续不间断的非晶硅半导体薄膜叠加在硅的CMOS器件上得到的叠层式混合半导体多光谱摄像器件，其包括了将可见光转换成电信号的第一光电转换层以及将红外光转换成电信号的第二光电转换层，第一光电转换层和第二光电转换层以在光线的入射方向上相互叠加的方式设置。为了充分利用硅集成电路的优点，第一光电转换层和第二光电转换层的电子信号分别连接到不同硅基板上制作的各自所属的晶体管像素电路，对信号做存储，放大，信噪比预处理和选择性地顺序输出到外部电路做进一步的放大，信噪比处理，数模转换，图像处理以及传输到网络和云服务器。在这种结构中，沿着入射光的方向，第一光电转换层的出光一侧的信号电极和第二光电转换层的入光一侧的信号电极在信号存储阶段是是处于电悬浮状态，并且会通过它们之间的寄生电容相互干扰，这种干扰会造成输出信号的“混色”，甚至信号幅度的相互抵消或衰减。实用新型内容

[0007] 针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的在于提供多光谱摄像装置，克服现有技术中的困难，避免输出信号“混色”，甚至信号幅度的相互抵消或衰减等问题，使得高灵敏度的多光谱摄像成为可能。

[0008] 根据本实用新型的一个方面，提供一种多光谱摄像装置，所述多光谱摄像装置包括：第一光电转换单元，所述第一光电转换单元包括：第一光电转换层，用于将可见光光电转换为电信号；第一导电层，可透过可见光和红外光，设置于所述第一光电转换层的入光侧，所述第一导电层连接第一固定电位；第二导电层，可透过红外光，设置于所述第一光电转换层的出光侧；和第一像素电路，所述第一像素电路连接到所述第二导电层；第二光电转换单元，制作在一硅基板上并设置于所述第一光电转换单元的出光侧，所述第二光电转换单元包括：第二光电转换层，用于将红外光光电转换为电信号；第三导电层，可透过红外光，设置于所述第二光电转换层的入光侧；第四导电层，设置于所述第二光电转换层的出光侧；和第二像素电路，所述第二像素电路连接到第二光电转换层或者第四导电层。

[0009] 可选地，所述第一像素电路包括第一输出晶体管，其源电极连接所述第二导电层，其漏极连接到输出信号线；所述第二像素电路包括第二输出晶体管，所述第二输出晶体管源极扩散层连接所述第二光电转换层，或者所述第二输出晶体管的源电极连接到所述第四导电层，其漏极连接到输出信号线。

[0010] 可选地，所述第一像素电路是APS(active pixel sensor)类型的电路并制作在所述硅基板上，其至少包括：第一复位晶体管，连接到第二导电层，用于对所述第二导电层的电位进行复位处理；第一放大晶体管，其栅极连接到所述第二导电层并将所述第二导电层的电荷量信号转换成电压信号；和第一输出晶体管，用于对所述第一放大晶体管进行选择输出；所述第二像素电路是APS(active pixel sensor)类型的电路并制作在所述硅基板上，其包括：第二复位晶体管，其源极扩散层连接到所述第二光电转换层或其源电极连接到所述第四导电层并对所述源极扩散层或所述源电极的电位进行复位处理；第二放大晶体管，其栅极连接到所述第二复位晶体管的源极，并将所述第二复位晶体管源极的电荷量信号转换成电压信号；和第二输出晶体管，用于所述第二放大晶体管进行选择输出。

[0011] 可选地，所述第三导电层连接第二固定电位或处于电悬浮状态；所述第四导电层连接到第三固定电位。

[0012] 可选地，所述硅基板的多层结构沿着入射光线的方向顺序地包括：第一导电类型的第一离子注入层，作为所述第三导电层，所述第一离子注入层的厚度为d1，其掺杂浓度为N1；第一导电类型的第一硅外延生长层，所述第一硅外延生长层的厚度为d2，其掺杂浓度为N2；第二导电类型的第二离子注入层，作为所述第二光电转换层的中心区域，所述第二离子注入层的厚度为d3，其掺杂浓度为N3；第一导电类型的第二硅外延生长层，所述第二硅外延生长层的厚度为d4，其掺杂浓度为N4；第一导电类型的硅衬底层，作为所述第四导电层，所述硅衬底层的厚度为d5，其掺杂浓度为N5。

[0013] 可选地，所述硅基板还包括：复数个不连续的第一导电类型的重掺杂扩散层和第二导电类型的重掺杂扩散层，设置于所述第一硅外延生长层之上，作为所述第一像素电路和第二像素电路中CMOS晶体管的源极和漏极的扩散层以及沟道阻挡层的扩散层；至少一个第二导电类型的重掺杂扩散层的扩散区域延伸到并连接所述第二离子注入层。

[0014] 可选地，所述第二导电层和硅基板内的第二光电转换层的中心区域相对所述第一导电层所在平面形成的投影具有一相互重叠区域，且该相互重叠区域的面积超过所述第二导电层和所述第二光电转换层的中心区域的两个投影中最小者面积的85％。

[0015] 可选地，所述第二导电层和第三导电层相对所述第一导电层所在平面形成的投影具有一相互重叠区域，且该相互重叠区域的面积超过所述第二导电层和所述第三导电层的两个投影中最小者面积的85％。

[0016] 可选地，所述硅基板内的各层的掺杂浓度与厚度之间的关系为：

[0017] (d1×N1+d2×N2)>0.5×d3×N3；且

[0018] (d5×N5+d4×N4)>0.5×d3×N3。

[0019] 可选地，所述硅基板内的各层的掺杂浓度与厚度之间的关系为：

[0020] d2×N2<0.5×d3×N3。

[0021] 可选地，所述硅基板内的各层的掺杂浓度与厚度之间的关系为：

[0022] d4×N4<0.5×d3×N3。

[0023] 可选地，所述硅基板内的各层的掺杂浓度与厚度之间的关系为：

[0024] d1＝0、d2＝0，并且(d5×N5+d4×N4)>0.5×d3×N3。

[0025] 可选地，所述第二离子注入层的掺杂浓度，在垂直于入射光线的方向上，朝着所述第二像素电路的第二复位晶体管的源极扩散层的延伸段逐渐增大，并使在所述第二离子注入层中的载流子耗尽后形成一势垒梯度，所述势垒梯度驱动所述第二光电转换层的光生载流子向着所述第二复位晶体管的源极扩散层漂移而无势垒的阻碍。

[0026] 可选地，所述第一导电类型为受主或者空穴导电类型；所述第二导电类型为施主或者电子导电类型。

[0027] 可选地，所述第一光电转换单元还包括：第一电荷注入阻挡膜，设置于所述第一光电转换层的入光侧表面，位于所述第一光电转换层和所述第一导电层之间；第二电荷注入阻挡膜，设置于所述第一光电转换层的出光侧表面，位于所述第一光电转换层和所述第二导电层之间。

[0028] 可选地，所述第一电荷注入阻挡膜和所述第二电荷注入阻挡膜为如下材料中的任一种或多种组合：氧化硅、氮化硅、氢化碳化硅、重掺杂的硅半导体薄膜、锌铟镓的氧化物等宽禁带半导体薄膜材料、氧化锌、硫化锌、硒化锌以及硫化镉。

[0029] 可选地，所述第一光电转换层包括：氢化非晶硅薄膜，非晶硒薄膜，氧化铅薄膜，铟镓锌元素的氧化物薄膜，碲化硒薄膜，碲化锌和碲化镉的混合薄膜材料制成的光电转换膜层。

[0030] 可选地，所述多光谱摄像装置还包括研磨平坦化膜，所述研磨平坦化膜与所述第二导电层同层设置。

[0031] 可选地，所述多光谱摄像装置还包括一红外光的反射膜，所述红外光的反射膜设置于所述第四导电层的出光侧。

[0032] 有鉴于此，本实用新型的多光谱摄像装置将人体内部的结构或者组织的有关信息，以两维，三维甚至动态图像直接显示出来，大大提高了皮下血管或体内脏器的可视性，使得人眼可以直接和实时观测，能够准确地知道血管的位置，便于操作时能避开血管或者对血管做特别处理，有助于对人体的内部结构和组织进行诊断和治疗，并且该多光谱摄像装置可以有效地避免用于将第一光电转换层和第二光电转换层的电子信号分别连接到各自像素电路的上的两个电极通过寄生电容相互干扰，以及随之形成的输出信号“混色”，甚至信号幅度的相互抵消或衰减等问题。附图说明

[0033] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

[0034] 图1为本实用新型的一个实施例的多光谱摄像装置的结构示意图；

[0035] 图2为本实用新型的另一个实施例的多光谱摄像装置的结构示意图；

[0036] 图3为本实用新型的又一个实施例的多光谱摄像装置的结构示意图；

[0037] 图4为本实用新型的又一个实施例的多光谱摄像装置的截面结构示意图；

[0038] 图5为本实用新型的又一个实施例的多光谱摄像装置的截面结构示意图；

[0039] 图6为图5中D处的局部放大示意图；

[0040] 图7为图6中A—A方向上的半导体掺杂浓度分布和器件工作时的电子势能分布示意图；

[0041] 图8为图6中B—B方向上的半导体掺杂浓度分布和器件工作时的电子势能分布示意图；

[0042] 图9为本实用新型的又一个实施例的多光谱摄像装置的截面结构示意图；

[0043] 图10为图9中C—C处的电子势能分布示意图；以及

[0044] 图11为本实用新型的又一个实施例的多光谱摄像装置的截面结构示意图。

具体实施方式

[0045] 现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本实用新型将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。

[0046] 所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本实用新型的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员应意识到，没有特定细节中的一个或更多，或者采用其它的方法、组元、材料等，也可以实践本实用新型的技术方案。在某些情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本实用新型。

[0047] 根据本实用新型的主旨构思，本实用新型的多光谱摄像装置包括：第一光电转换单元，所述第一光电转换单元包括：第一光电转换层，用于将可见光光电转换为电信号；第一导电层，可透过可见光和红外光，设置于所述第一光电转换层的入光侧，所述第一导电层连接第一固定电位；第二导电层，可透过红外光，设置于所述第一光电转换层的出光侧；和第一像素电路，所述第一像素电路连接到所述第二导电层；第二光电转换单元，制作在一硅基板上并设置于所述第一光电转换单元的出光侧，所述第二光电转换单元包括：第二光电转换层，用于将红外光光电转换为电信号；第三导电层，可透过红外光，设置于所述第二光电转换层的入光侧；第四导电层，设置于所述第二光电转换层的出光侧；和第二像素电路，所述第二像素电路连接到第二光电转换层或者第四导电层。下面结合附图和实施例对本实用新型的技术内容进行进一步地说明。

[0048] 请参见图1，其示出了本实用新型的一个实施例的多光谱摄像装置的结构示意图。需要说明的是，图1中仅仅示出了多光谱摄像装置的各元器件之间的层间位置关系，并未对各层之间元器件的具体设置方式进行限制。图1中为可见光，为红外光。具体来说，如图1所示，在本实用新型的实施例中，该多光谱摄像装置包括第一光电转换单元和第二光电转换单元。

[0049] 第一光电转换单元包括第一光电转换层32、第一电极31(即第一导电层)、第二电极33(即第二导电层)和第一像素电路。第一电极31设置于的入光侧，可透过可见光和红外光，第一电极31连接第一固定电位VB1。第二电极33可透过红外光，设置于第一光电转换层32的出光侧。第一像素电路连接第二电极33。第一光电转换层32用于将可见光光电转换为电信号，在图1所示的结构下，第一光电转换层32可以制作成连续不间断的膜层。

[0050] 第二光电转换单元制作在一硅基板上并设置于第一光电转换单元的出光侧。第二光电转换单元包括第二光电转换层35、第三电极34(即第三导电层)、第四电极36(即第四导电层)和第二像素电路。第二光电转换层35用于将红外光光电转换为电信号。第四电极36设置于第二光电转换层35的出光侧。第三电极34设置于第二光电转换层35的入光侧、位于第二光电转换层35和第二电极33之间。第三电极34连接第二固定电位VB2。第二像素电路连接到第四电极36。

[0051] 进一步地，图1所示结构中，由于第三电极34位于第二电极33和第四电极36之间，且连接第二固定电位VB2，因此，可以在第二电极33和第四电极36之间起到静电屏蔽的作用，确保第一光电转换层32和第二光电转换层35能在没有相互干扰的状况下独立采集相应的光谱范围的图像。

[0052] 在图1所示的实施例中，第一像素电路包括一第一输出晶体管G1，第一输出晶体管G1的源电极连接第二电极33(第二导电层)，其漏极连接到数据线D1(即输出信号线)。第二像素电路包括一第二输出晶体管G2。第二输出晶体管G2的源极扩散层连接第二光电转换层35，或者第二输出晶体管G2的源电极连接到第四电极36(第四导电层)，其漏极连接到数据线D2(即输出信号线)。

[0053] 请参见图2，其示出了本实用新型的另一个实施例的多光谱摄像装置的结构示意图。与上述图1所示的实施例不同指出在于，图2中的第一像素电路和第二像素电路为基本的APS(ACTIVE PIXEL SENSOR)像素电路。如图2所示，第一像素电路包括第一复位晶体管M1、第一放大晶体管M2以及第一输出晶体管M3。第二像素电路包括第二复位晶体管M4、第二放大晶体管M5以及第二输出晶体管M6。如图2所示，第一复位晶体管M1连接到第二电极33，用于对第二电极33的电位进行复位处理。第一放大晶体管M2的栅极连接到第二电极33并将第二电极33的电荷量信号转换成电压信号。第一输出晶体管M3用于对第一放大晶体管M2进行选择输出。第二复位晶体管M4的源极扩散层连接到第二光电转换层35或其源电极连接到第四电极36并对源极扩散层或源电极的电位进行复位处理。第二放大晶体管M5的栅极连接到第二复位晶体管M4的源极，并将第二复位晶体管M4源极的电荷量信号转换成电压信号。第二输出晶体管M6用于用于第二放大晶体管M5进行选择输出。需要说明的是，在本实用新型的其他实施例中，现有的其他结构的APS电路也可以替换图2中的基本APS像素电路的结构，在此不予赘述。

[0054] 进一步地，与上述图1所示的仅仅读出光生电荷的像素电路(即仅包括开关晶体管的像素电路)不同，在APS像素电路里，输出信号电压的大小和放大晶体管(如第一放大晶体管M2和第二放大晶体管M5)的栅极有关的所有电容(包括第一光电转换层和第二光电转换层本身的电容和所有寄生电容)成反比。所以，降低光电转换层的电容就等于提高了信号的增益幅度。

[0055] 进一步地，在上述图1和图2所示的实施例中，第二放大晶体管M5的栅极连接到第二光电转换单元的第四电极36，这种结构和电路连接提供了一种可能性，也就是可以将第二光电转换层形成于硅基板内，并且通过将第二光电转换层的载流子完全或者大部分耗尽，从而可以大大降低第二光电转换层的电容，利用上述电容与输出信号电压的大小呈反比的关系、大幅提高电压增益。并且这种第二光电转换层形成于硅基板内的结构还有另外一个优点，就是可以形成较厚的光(红外光)吸收区域，从而使第二光电转换层的变换效率更高。

[0056] 在此基础上请参见图3，其示出了本实用新型的又一个实施例的多光谱摄像装置的截面结构示意图。与上述图2所示的实施例不同指出在于，第二像素电路连接到第二光电转换层，而不是连接第四电极。具体来说，在此实施例中，第二光电转换层35将红外光光电转换为电信号，产生的光生电荷横向流动到第二像素电路的第二复位晶体管M4的源极扩散层，从而避免了第二电极33(即第二导电层)的电场干扰。第三电极34(第三导电层)可以连接到固定电位或者悬浮起来。第三电极34可以在第二电极33和第二光电转换层35之间起到静电屏蔽的作用，确保第一光电转换层32和第二光电转换层35能在没有相互干扰的状况下独立采集相应的光谱范围的图像。

[0057] 进一步请参见图4，其示出了本实用新型的又一个实施例的多光谱摄像装置的截面结构示意图。其中，图4仅仅以多光谱摄像装置的一个像素单元为例进行说明。具体来说，在此实施例中，所述多光谱摄像装置包括一硅基板。硅基板设置于第一光电转换单元的出光侧，第二光电转换单元的第二光电转换层集成于硅基板内。第四导电层由硅基板的重掺杂硅衬底或者成膜在硅基板的重掺杂硅衬底的透明导电膜构成。其中，所述硅基板的多层结构沿着入射光线的方向顺序地包括：第一导电类型的第一离子注入层、第一导电类型的第一硅外延生长层、第二导电类型的第二离子注入层、第一导电类型的第二硅外延生长层、第一导电类型的硅衬底层和复数个不连续的第一导电类型的重掺杂扩散层和第二导电类型的重掺杂扩散层。其中，第一导电类型可以为受主或者空穴导电类型；第二导电类型可以为施主或者电子导电类型。

[0058] 进一步地，在图4所示的实施例中，第一导电类型的硅衬底层作为第四导电层。该第一导电类型的硅衬底层为P型重掺杂硅衬底540。第一导电类型的硅外延生长层(包括第一硅外延生长层和第二硅外延生长层)为P型轻掺杂外延生长层535。P型轻掺杂外延生长层535设置于P型重掺杂硅衬底540的入光侧，其可以是在P型重掺杂硅衬底540上通过外延的方式生长起来的硅半导体层。第二导电类型的第二离子注入层作为所述第二光电转换层的中心区域，图4中第二离子注入层为N型轻掺杂离子注入层532，N型轻掺杂离子注入层532设置于P型轻掺杂外延生长层535内，被P型轻掺杂外延生长层535所包围。

[0059] 硅基板的第一导电类型的第一离子注入层作为第三导电层。在图4所示实施例中，第一离子注入层包括P型重掺杂沟道阻挡层528和P型重掺杂的表面层529。P型重掺杂沟道阻挡层528和P型重掺杂的表面层529设置于P型轻掺杂外延生长层535的入光侧的表面，且连接一第二固定电位。其中，P型重掺杂的表面层529是通过离子注入或其他方式在P型轻掺杂外延生长层535的表面形成的P型或P+型掺杂层。P型重掺杂沟道阻挡层528为P+型掺杂掺杂层。在图4所示实施例中，电极521设置于整个硅基板的入光侧。P型重掺杂的表面层529连接到P型重掺杂沟道阻挡层528，并通过与P型重掺杂沟道阻挡层528连接的电极521连接到外部的固定控制电位(即上述的第二固定电位)。

[0060] 复数个不连续的第一导电类型的重掺杂扩散层和第二导电类型的重掺杂扩散层设置于第一导电类型的硅外延生长层之上，作为第一像素电路和第二像素电路中CMOS晶体管的源极和漏极的扩散层以及沟道阻挡层的扩散层；其中，至少一个第二导电类型的重掺杂扩散层的扩散区域延伸到并连接所述第二光电转换层的中心区域。具体来说，在图4所示实施例中，第二导电类型的重掺杂扩散层为N型重掺杂的扩散层530。N型重掺杂的扩散层530设置于P型轻掺杂外延生长层535的入光侧的表面，且向P型重掺杂硅衬底540方向延伸。

[0061] 输出电极522设置于整个硅基板的入光侧，且连接N型重掺杂的扩散层530。进而，N型轻掺杂离子注入层532连接到N型重掺杂的扩散层530，并通过电极522连接到像素电路的开关晶体管(例如图2中的第二复位晶体管M4)，最终连接到外部的固定复位电压或者信号输出线。当外部的固定复位电压较高时，就会“抽出”或者说耗尽N型轻掺杂离子注入层532的所有电子，形成能够存储光生电子的N型电子势阱。

[0062] N型轻掺杂离子注入层532和N型重掺杂的扩散层530具有一定的重合(即连接的区域)，以便能够顺利地将N型轻掺杂离子注入层532中的光生电子“抽出”。N型重掺杂的扩散层530的N型掺杂浓度沿着靠近N型轻掺杂离子注入层532的方向上(即图4中从上到下)逐渐降低。可选地，在二者重合的区域(即连接的区域)内，其N型掺杂浓度略高于图4中横向延伸的N型轻掺杂离子注入层532的N型掺杂浓度，从而在完全或部分电子耗尽后形成促使电子顺势流向N型重掺杂的扩散层530的势垒梯度。连接到N型重掺杂的扩散层530的输出电极522还与外部电路中的复位晶体管的源极连接，从而将硅基板内部的作为第二光电转换层的N型轻掺杂离子注入层532中的光生电荷导出到外部电路，或者在APS像素电路里，输出电极522可以连接到如图2中的第二放大晶体管M5的栅极，通过所述栅极对第二放大晶体管的沟道电流进行调制或者变换为信号电压输出到外部电路。

[0063] 所述多光谱摄像装置还包括场氧化膜520和层间绝缘膜519。场氧化膜520设置于硅基板的入光侧表面，场氧化膜520包括多个过孔(可参见图4中电极521和输出电极522穿过的区域)，电极521和输出电极522同层设置，且分别穿过过孔连接N型重掺杂的扩散层530和P型重掺杂沟道阻挡层528。层间绝缘膜519设置于场氧化膜520的入光侧，位于场氧化膜520和第一光电转换单元之间，且覆盖电极521和输出电极522。

[0064] 在图4所示的实施例中，所述第一光电转换单元包括：第一光电转换膜515(即第一光电转换层)、第一电荷注入阻挡膜514、第一透明导电膜513(即第一导电层)、第二电荷注入阻挡膜516以及第二透明导电膜517(即第二导电层)。第一电荷注入阻挡膜514设置于第一光电转换膜515的入光侧表面。第一透明导电膜513设置于第一电荷注入阻挡膜514的入光侧表面，第一透明导电膜513连接第一固定电位。第二电荷注入阻挡膜516设置于第一光电转换膜515的出光侧表面。第二透明导电膜517设置于第二电荷注入阻挡膜516的出光侧表面。其中，第一电荷注入阻挡膜514和第二电荷注入阻挡膜516是互为相反极性的电荷注入阻挡膜，比如第一电荷注入阻挡膜514可以是用来阻挡从第一透明导电膜513注入的空穴，相应地，第二电荷注入阻挡膜516即为用来阻挡从第二透明导电膜517注入的电子，反之也然。第一电荷注入阻挡膜514和第二电荷注入阻挡膜516可以为如下材料中的任一种或多种组合：氧化硅、氮化硅、氢化碳化硅、重掺杂的硅半导体薄膜、锌铟镓的氧化物等宽禁带半导体薄膜材料、氧化锌、硫化锌、硒化锌以及硫化镉。

[0065] 第一光电转换膜515可以是氢化非晶硅薄膜，其厚度范围大致为1.5微米至2微米，该厚度范围可以吸收超过80％以上的可见光线。当然，其它对可见光敏感的光电转换材料也可以用于本实用新型的实施例中，比如可以是碲化镉(CdTe)等Ⅱ-Ⅵ族化合物薄膜、非晶硒(a-Se)薄膜或者铟镓锌元素的氧化物薄膜(IGZO)、碲化硒薄膜、碲化锌和碲化镉的混合薄膜材料制成的光电转换膜层等；或者也可以是有机光电薄膜OPD(ORGANIC PHOTODIODE)，如富勒烯及其衍生物：聚3乙基噻吩(P3HT)和苯基碳61丁酸甲脂(PC61BM)的聚合物。根据不同的光电转换薄膜，相应的电子或空穴的注入阻挡层(例如图4中的第一电荷注入阻挡膜514和第二电荷注入阻挡膜516)也会不一样。或者也可以直接采用透明电极和光电转换薄膜之间形成的肖特基势垒高度来阻止来自透明电极的电荷注入。当用到有些染料系列的OPD的时候，通过改变掺杂材料的化学组分可以让OPD只对特定的光谱波段敏感。从而可以免去使用图4中的滤光膜511(可参见下文)，使得叠层型混合半导体多光谱摄像器件的结构更加简单。

[0066] 所述多光谱摄像装置还包括研磨平坦化膜518、滤光膜511、遮光膜510以及钝化膜512。其中，研磨平坦化膜518与第二透明导电膜517同层设置。研磨平坦化膜518和第二透明导电膜517的厚度几乎相等。第二透明导电膜517和研磨平坦化膜518可以通过CMP(CHEMICALMECHANICAL POLISHING)的方式进行表面研磨后形成光滑的镜面，以便防止表面凹凸不平的第二透明导电膜517造成局部高电场以及由此发生的暗电流。滤光膜511设置于第一光电转换单元的入光侧。遮光膜510与滤光膜511同层设置，且环绕滤光膜511。钝化膜
512设置于滤光膜511、遮光膜510与第一光电转换单元(图4中为第一光电转换单元的第一透明导电膜513)之间。

[0067] 进一步地，在图4所示的实施例中，P型重掺杂的表面层529处于场氧化膜520和P型轻掺杂外延生长层535之间，能够将界面曲线态充满或者填满，从而大大降低了表面缺陷态产生的暗电流。并且，被施加了第二固定电位、具有较高导电性能的P型重掺杂的表面层529可以起到静电屏蔽作为第一光电转换层的第一光电转换膜515对作为第二光电转换层的N型轻掺杂离子注入层532的干扰的作用，从而不再需要额外的静电屏蔽层。当P型重掺杂的表面层529的厚度小于250nm时对于红外光的吸收可以忽略不计，几乎可以认为是透明的半导体导电层。施加在P型重掺杂的表面层529上的第二固定电位可以是和P型重掺杂硅衬底540上的电位相同，也可以二者之间具有一定的电位差从而调整硅基板内部的电子势能分布。

[0068] 进一步地，为了屏蔽来自第一光电转换单元的干扰，在本实用新型的实施例中，第一离子注入层(即图4中的P型重掺杂的表面层529)和第二光电转换层的中心区域(即图4中的N型轻掺杂离子注入层532)相对第一平面(即可以是第一透明导电膜531所在平面)的投影具有一相互重叠区域，该相互重叠区域的面积超过P型重掺杂的表面层529和N型轻掺杂离子注入层532在第一平面上的两个投影中最小者面积(即面积较小的一个投影的面积)的85％。第二透明导电膜517和P型重掺杂的表面层529相对第一平面上的投影也具有一相互重叠区域，该相互重叠区域的面积超过第二透明导电膜517和P型重掺杂的表面层529在第一平面上的两个投影中最小者面积(即面积较小的一个投影的面积)的85％。

[0069] 进一步地，请参见图5，其示出了本实用新型的又一个实施例的多光谱摄像装置的截面结构示意图。与上述图4所示实施例不同的是，图5中清晰地揭示了第一光电转换层和第二光电转换层的输出或者复位晶体管的结构和位置。具体来说，沿光线的入射方向上，所述多光谱摄像装置依次包括：同层设置的遮光膜610和滤光膜611、钝化膜612、第一光电转换单元、与第一光电转换单元的第二透明导电膜617同层设置的研磨平坦化膜618、层间绝缘膜619、氧化膜620、第二光电转换单元的输出电极622、连接第二透明导电膜617且作为第一光电转换单元的输出电极623、连接第一光电转换单元的一个开关晶体管的输出电极625(其中，输出电极622、输出电极623和输出电极625为同层设置)、连接第二光电光电转换单元的一个开关晶体管的栅极626、连接第一光电转换单元的一个开关晶体管的栅极627以及硅基板。

[0070] 其中，第一光电转换单元包括第一透明导电膜613(即第一导电层)、第一电荷注入阻挡膜614、第一光电转换膜615(即第一光电转换层)、第二电荷注入阻挡膜616以及第二透明导电膜617(即第二导电层)。硅基板包括连接第二光电转换单元的输出电极622的N型重掺杂的扩散层630、连接开关晶体管输出电极625的N型重掺杂的扩散层631、P型重掺杂沟道阻挡层628、P型重掺杂的表面层629、N型轻掺杂离子注入层632、P型轻掺杂外延生长层635和636以及P型重掺杂硅衬底640。

[0071] 在图5所示实施例中，滤光膜611、第二透明导电膜617、P型重掺杂的表面层629(第一导电类型的第一离子注入层)以及N型轻掺杂离子注入层632(第二导电类型的第二离子注入层)相对第一平面(即第一导电层所在平面)上的投影具有一相互重叠区域。该相互重叠区域的面积超过滤光膜611、第二透明导电膜617、P型重掺杂的表面层629以及N型轻掺杂离子注入层632在第一平面上的四个投影中的最小者面积(即面积最小的一个投影的面积)的85％。换言之，这四层结构中的任意两层的投影相互重叠，并且任意两个投影重叠的面积超过这两个投影之中面积较小的一个投影的投影面积的85％。进而，可以显著减少重叠式的混合半导体多光谱摄像器件中有可能发生的光学上的混色和电学上串扰等问题。

[0072] 此外，和图4所示实施例类似地，与第二光电转换单元的输出电极622连接的N型重掺杂的扩散层630沿着靠近N型轻掺杂离子注入层632的方向上(即图5中由上至下)的掺杂浓度逐渐减小。进而，其形成的结果为N型重掺杂的扩散层630至P型轻掺杂外延生长层635的掺杂浓度和多数载流子耗尽后形成的空间电荷区内的电子势能的梯度分布可参见图6和图7。

[0073] 具体来说，图6为上述图5中D处的局部放大示意图，图7为图6中A—A方向上的半导体掺杂浓度分布和器件工作时的电子势能分布示意图。图7中P1为电子势能曲线、P2为半导体掺杂浓度曲线。具体来说，在N型重掺杂的扩散层630和N型轻掺杂离子注入层632之间相互连接(即有一定的交叉重叠区域)，因此，施主掺杂的浓度分布在这个交叉重叠区域形成了一个接近平坦的台阶，该台阶低于靠近输出电极622的半导体内的掺杂浓度远远高于N型轻掺杂离子注入层632的(电子势阱区域)的掺杂浓度，二者之间可以相差5倍到一个数量级以上。

[0074] 如图7所示，从P型轻掺杂外延生长层635到N型轻掺杂离子注入层632，再到N型重掺杂的扩散层630，电子势能分布形成了一个促使光生电子E向着输出电极622漂移的连续下降的梯度。这种连续单调下降的势能梯度可以使得输出电极622收集光生电子的效率显著提高，并降低了图像拖尾。

[0075] 此外，沿着光的入射方向上，掺杂类型和浓度也需要有一个合理的分布。请参见图8，其示出了图6中B—B方向上的半导体掺杂浓度分布和器件工作时的电子势能分布示意图。图8中P3为电子势能曲线、P4为半导体掺杂浓度曲线。具体来说，P型轻掺杂外延生长层
635包括位于P型重掺杂的表面层629和N型轻掺杂离子注入层632之间第一区域6351(即第一导电类型的第一硅外延生长层)以及位于N型轻掺杂离子注入层632和P型重掺杂硅衬底
640之间的第二区域6352(即第一导电类型的第二硅外延生长层)。在图8的掺杂浓度分布中，由于N型轻掺杂离子注入层632的周围被P型轻掺杂外延生长层635所包围，从而大大减小了P型轻掺杂外延生长层635和其周边区域的寄生电容。并且又由于P型重掺杂的表面层
629和P型重掺杂硅衬底640掺杂浓度远高于硅基板内部的N型轻掺杂离子注入层632、P型轻掺杂外延生长层635的第一区域6351和第二区域6352，其主要载流子被耗尽的可能性几乎为零，因此，可以保持着较高的导电性、维持P型重掺杂的表面层629和P型重掺杂硅衬底640的固定电位以及屏蔽第一光电转换单元的作用。正如图8中光生电子E的位置和漂移方向所诠释的物理意义那样。第二光电转换层、或者说近红外光的整个光电转换区域除了包括电子耗尽的N型轻掺杂离子注入层632之外，还包括P型轻掺杂外延生长层635的第一区域6351和第二区域6352中与N型轻掺杂离子注入层632的接壤部分区域(即图8中N型轻掺杂离子注入层632之外的向上和向下延伸的一部分第一区域6351和第二区域6352)。

[0076] 在此实施例中，整个第二光电转换层必须有足够高的电场强度来分离光生电子-空穴对。然而，若在P型重掺杂区域(即图8中P型重掺杂的表面层629)的边界附近的电场过于强大时，所述该电场有可能将绝缘膜界面(例如图6中的层间绝缘膜619和氧化膜620)的暗电流或者来自电极注入的暗电流强拉入硅基板内的第二光电转换层。为了平衡这两个理想的器件驱动要求，经过分析和计算发明人发现如果能够满足以下两个条件，就能够在很大程度上平衡上述两个相互矛盾的驱动要求。

[0077] (d1×N1+d2×N2)>0.5×d3×N3；

[0078] (d5×N5+d4×N4)>0.5×d3×N3；

[0079] 其中，d1为所述第一导电类型的第一离子注入层的厚度、d2为所述第一导电类型的第一硅外延生长层(即第一区域6351)的厚度、d3为所述第二导电类型的第二离子注入层的厚度、d4为所述第一导电类型的第二硅外延生长层(即第二区域6352)的厚度、d5为所述第一导电类型的硅衬底层的厚度、N1为所述第一导电类型的第一离子注入层的掺杂浓度、N2为所述第一导电类型的第一硅外延生长层的掺杂浓度、N3为所述第二导电类型的第二离子注入层的掺杂浓度、N4为第一导电类型的第二硅外延生长层的掺杂浓度、N5为第一导电类型的硅衬底层的掺杂浓度。为了保证在近红外光的入射一侧足够强的电场，让P型轻掺杂外延生长层635的第一区域6351(即第一硅外延生长层)的空穴完全耗尽则是一个有效的手段，为此以下条件当需满足。

[0080] d2×N2<0.5×d3×N3；

[0081] 其中，d2、d3、N2、N3的含义同上。

[0082] 为了让较长波长的近红外光在P型轻掺杂外延生长层635的第二区域6352也得到较高的光电转换效率，让第二区域6352的空穴完全耗尽也是一个有效的手段，为此以下条件应当得到满足。

[0083] d4×N4<0.5×d3×N3；

[0084] 其中，d3、d4、N3、N4的含义同上。

[0085] 进一步地，作为一种特例，当P型轻掺杂外延生长层635的第一区域6351的厚度d2和第二区域6352的厚度d4为零或近似等于零时，N型轻掺杂离子注入层632的施主的掺杂可以直接采用在P型重掺杂硅衬底640之上的N型轻掺杂的外延层来达成。

[0086] 当像素电路是APS或者其他具有将光生电荷转换为信号电压的功能的电路时，表征信号探测的灵敏度的信号电压的变换系数和光电转换层的总电容(光电转换层本身和与它直接相连区域的所有寄生电容之和)成反比。当信号电压施加在放大晶体管的栅极上时，在一定时间内对晶体管漏极电流的积分很容易远远超过积累在栅极上的光生电荷的数量，所以这个电荷-电压的变换系数也和放大增益成正比。

[0087] 为进一步提高多光谱摄像装置的信号探测灵敏度，图9和图10提供了本实用新型的多光谱摄像装置的又一个实施例，该实施例中采用至少两种方式显著降低了光电转换层的总电容。请一并参见图9和图10，图9示出了本实用新型的又一个实施例的多光谱摄像装置的截面结构示意图，图10为图9中C—C处的电子势能分布示意图。与上述图5至图8所示实施例不同的是，所述硅基板内的各层的掺杂浓度与厚度之间的关系为：d1＝0、d2＝0，并且(d5×N5+d4×N4)>0.5×d3×N3。其中，d1为所述第一导电类型的第一离子注入层的厚度、d2为所述第一导电类型的第一硅外延生长层的厚度、d3为所述第二导电类型的第二离子注入层的厚度、d4为所述第一导电类型的第二硅外延生长层的厚度、d5为所述第一导电类型的硅衬底层的厚度、N3为所述第二导电类型的第二离子注入层的掺杂浓度、N4为第一导电类型的第二硅外延生长层的掺杂浓度、N5为第一导电类型的硅衬底层的掺杂浓度。

[0088] 具体来说，在此实施例中，所述多光谱摄像装置包括：第一光电转换单元和第二光电转换层。

[0089] 所述第一光电转换单元包括：第一光电转换层，用于将可见光光电转换为电信号；第一导电层，设置于所述第一光电转换层的入光侧，所述第一导电层连接第一固定电位；和第二导电层，设置于所述第一光电转换层的出光侧，连接第一像素电路；

[0090] 所述第二光电转换单元设置于所述第一光电转换单元的出光侧，其包括：第二光电转换层，用于将红外光光电转换为电信号；和第四导电层，设置于所述第二光电转换层的出光侧，由一硅基板的重掺杂硅衬底或者成膜在一硅基板的重掺杂硅衬底的透明导电膜构成，所述第四导电层连接第三固定电位。

[0091] 在图9和图10所示实施例中，第四导电层由一硅基板的重掺杂硅衬底构成。具体来说，与上述图4和图5所述实施例类似的，所述多光谱摄像装置还包括一硅基板。在此实施例中，硅基板包括第一导电类型的硅衬底层、第一导电类型的第二硅外延生长层、多个不连续的第二导电类型的第二离子注入层以及复数个不连续的第一导电类型的重掺杂扩散层和第二导电类型的重掺杂扩散层。

[0092] 如图9所示，第一导电类型的硅衬底层为P型重掺杂硅衬底940，第一导电类型的第二硅外延生长层为P型轻掺杂外延生长层935，第二导电类型的第二离子注入层包括N型轻掺杂离子注入层932和N型轻掺杂离子注入层933，第二导电类型的重掺杂扩散层包括N型重掺杂的扩散层931。其中，P型轻掺杂外延生长层935设置于P型重掺杂硅衬底940的入光侧。N型轻掺杂离子注入层932和N型轻掺杂离子注入层933设置于P型轻掺杂外延生长层935的入光侧的表面，第二光电转换层至少包括一N型轻掺杂离子注入层932。N型重掺杂的扩散层931设置于P型轻掺杂外延生长层935的入光侧的表面，且向P型重掺杂硅衬底940的方向延伸。进一步地，硅基板还包括P型重掺杂沟道阻挡层928，P型重掺杂沟道阻挡层928设置于P型轻掺杂外延生长层935的入光侧的表面，位于N型轻掺杂离子注入层932的一侧。

[0093] 第一输出电极922(第二光电转换单元的输出电极)设置于整个的硅基板的入光侧，且连接N型重掺杂扩散层916(第二导电类型的重掺杂扩散层)，通过N型重掺杂扩散层916连接第二光电转换层的N型轻掺杂离子注入层932。

[0094] 进一步地，所述第一光电转换单元包括：作为第一光电转换层的第一光电转换膜915、空穴注入阻挡膜914、作为第一导电层的第一透明导电膜913以及作为第二导电层的第二透明导电膜917。在图9所示实施例中，第一光电转换层为第一光电转换膜915。空穴注入阻挡膜914设置于第一光电转换膜915的入光侧表面。第一透明导电膜913设置于空穴注入阻挡膜914的入光侧表面，且连接第一固定电位。第二透明导电膜917设置于第一光电转换膜915的出光侧表面。第二透明导电膜917连接第二输出电极923，N型重掺杂的扩散层931连接第二输出电极923(即第一光电转换单元的开关晶体管的漏极)。

[0095] 进一步地，所述多光谱摄像装置还包括第一栅极927、第二栅极926和连接第一光电转换单元的一个开关晶体管的输出电极925。其中，第一栅极927、第二输出电极923以及输出电极925形成连接第一光电转换单元的开关晶体管；第二栅极926、第一输出电极922与一输出电极形成连接第二光电转换单元的开关晶体管。

[0096] 所述多光谱摄像装置还包括设置于第一光电转换单元和第二光电转换单元之间的层间绝缘膜919、设置于第一光电转换单元入光侧的钝化膜912(可以由氮化硅材料制成)以及设置于钝化膜912入光侧、且同层设置的遮光膜910和滤光膜911。

[0097] 进一步地，结合图9和图10所示实施例，图9中可见光和近红外光自上而下地入射到多光谱摄像装置内，对应图10中自左而右地入射到多光谱摄像装置内。可见光线基本被第一光电转换膜915所吸收，近红外光线穿透过第一光电转换膜915和进入硅基板内，并在N型轻掺杂离子注入层932和P型轻掺杂外延生长层935内产生光生载流子。和上述实施例不同的是，沿着图9中C—C的方向上，在第一光电转换单元和第二光电转换单元之间并没有任何被施加固定电位的静电隔离层，只有位于多光谱摄像装置顶部的第一光电转换单元的第一透明导电膜913和位于多光谱摄像装置底部的P型重掺杂硅衬底940(在此处为P+掺杂)被施加了固定电位(即上述的第一固定电位和第三固定电位)。第二光电转换单元的位置，如图10所示，横跨全部ND-掺杂区(N型轻掺杂离子注入层932)并扩展到部分NA-外延掺杂层(P型轻掺杂外延生长层935)，对于近红外吸收来说，具有较深的吸收距离。在可以获得比较高的量子转换效率的同时，又具有较低的电容。如图10所示，光生电子E产生后会首先向着N型阱的底部漂移。但是它们不会停留在那里，而是如同上述图7所示的那样，向着重掺杂的ND+区域(即图10中的N型重掺杂扩散层916)和电极922做横向的漂移，N型轻掺杂离子注入层932的N阱始终是处于载流子完全耗尽的空间电荷区域。从第一光电转换单元的第二透明导电膜917看来的总电容基本上等于，第一透明导电膜913和第二透明导电膜917之间的电容C1；第二透明导电膜917与P型重掺杂硅衬底940之间的电容C2所共同组成。相比图6和图7的结构，电容C2的容量由于平板电容的间隔显著增加而大幅减小。第二光电转换层(包括N型轻掺杂离子注入层932和P型轻掺杂外延生长层935中与N型轻掺杂离子注入层932接壤的部分区域)内产生的光生电子被N型重掺杂扩散层916和第一输出电极922所收集，而第一输出电极922和其下方连接的N型重掺杂扩散层916并不和第一光电转换单元的第二透明导电膜
917有上下重叠关系(即第一输出电极和第二导电层相对第一导电层所在平面的投影不重叠)，所以二者之间几乎没有寄生电容，进而也不会导致电信号的出现串扰的问题。

[0098] 为了进一步降低来自电信号收集区域的空间电荷区的电容，在第一电极922和第二输出电极923下的重掺杂区域(即图9中的N型重掺杂扩散层916和N型重掺杂扩散层931)被同类型的轻掺杂区域(在此实施例中为ND-掺杂，可以是采用离子注入或者其他方式导入，即图9中的N型轻掺杂离子注入层932和N型轻掺杂离子注入层933)所包围。轻掺杂区域(可参见图9中N型轻掺杂离子注入层932和N型轻掺杂离子注入层933)的导入使得PN结的空间电荷区的长度增加，从而降低了PN结的空间电荷层的电容量。

[0099] 如图10的电子势能分布图所示，在第一光电转换单元的第一透明导电膜913的电位要高于P型重掺杂硅衬底940的电位(即第一固定电位高于第三固定电位)，这种刻意的安排使得第一光电转换膜915中产生的光生空穴电荷聚集在第二透明导电膜917的位置后，增加第二透明导电膜91的电位，硅基板内P型轻掺杂外延生长层935的空间电荷层变得更宽，空间电荷层的电容C2变得更小，从而抵消了其它由于入射光强导致的探测电容增加的效果，最终使得器件的光电转换曲线在较大范围内呈线性并保持较高的电荷-电压的变换系数。为了实现第一透明导电膜913的电位要高于P型重掺杂硅衬底940的电位，在本实施例中，第一光电转换膜915和第二透明导电膜917的组合必须有电子注入阻挡层的效果，第一透明导电膜913和空穴注入阻挡膜914的组合必须有空穴阻挡层的效果。因此，在图9所示实施例中，第二透明导电膜917采用具有较大功函数的铟锡氧化物半导体(ITO)材料制成。第一光电转换膜915可以采用含有硒化锌(ZnSe)、碲化锌(ZnTe)、碲化镉(CdTe)或者碲化铟(InTe)等化合物的半导体材料，例如具有较宽禁带的碲化锌(ZnTe)和碲化镉(CdTe)的混合半导体材料。空穴注入阻挡膜914采用具有N型导电并和透明电极913有较高的接触特性的氧化锌(ZnO)、硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)以及硫化镉(CdS)中的至少一种制成。第一透明导电膜913可以使用氧化铟锡(ITO)或者氧化锡(SnO2)材料制成。其中，第一光电转换膜915的材料都可以通过坩埚蒸发的方式蒸镀在硅片上，从而避免使用昂贵的PECVD或磁控溅射设备(如果使用氢化非晶硅(a-SiH)光电转换薄膜时则必须采用这种设备)。

[0100] 另外应该澄清的是，虽然以上所有实施例基本上是以一个区域内的掺杂浓度为某一个固定的数值来说明本实用新型的基本概念和结构设计的，在本行业的技术人员应该理解，该掺杂浓度的数值可以采用该区域内的平均掺杂浓度来进行工艺设计，器件设计，驱动条件的设计以及上述各种设计的实施。

[0101] 进一步地，请参见图11，其示出了本实用新型的又一个实施例的多光谱摄像装置的截面结构示意图。其中，图11仅仅示出了多光谱摄像装置的硅基板，并且该硅基板的结构与图9和图10所示实施例大致相同，但并不以此为限，图11所示的实施例同样可以应用于图4和图5所示的实施例中。具体来说，与上述实施例不同之处在于，所述多光谱摄像装置还包括一红外光的反射膜。如图11所示，红外光的反射膜1050设置于第二光电转换单元的出光侧。其中，红外光的反射膜1050为一个对近红外强烈反射的薄膜，红外光的反射膜1050叠加在第二光电转换单元的出光侧表面。在图11所示实施例中红外光的反射膜1050设置于P型重掺杂硅衬底1040(P+硅衬底)的出光侧表面。红外光的反射膜1050可以是金属铝或其他高反射的金属，或者是基于干涉原理制成的多层红外光的反射膜。由于红外线在硅基板内部的吸收较弱，有部分尚未被吸收的红外线可以在红外光的反射膜1050被反射回第二光电转换层的N型轻掺杂离子注入层1032，再一次被转换成光电子，增加了整体的红外光转换效率。

[0102] 最后需要指出的是，虽然以上所有实施例都是以掩埋在硅基板的N型势阱的结构为例子来说明的，在本行业的技术人员应该理解，同样的工作原理和结构设计理念也适用于P型势阱的场合。

[0103] 综上，本实用新型的多光谱摄像装置将人体内部的结构或者组织的有关信息，以两维，三维甚至动态图像直接显示出来，大大提高了皮下血管或体内脏器的可视性，使得人眼可以直接和实时观测，能够准确地知道血管的位置，便于操作时能避开血管或者对血管做特别处理，有助于对人体的内部结构和组织进行诊断和治疗，并且该多光谱摄像装置可以有效地避免用于将第一光电转换层和第二光电转换层的电子信号分别连接到各自像素电路的上的两个电极通过寄生电容相互干扰，以及随之形成的输出信号“混色”，甚至信号幅度的相互抵消或衰减等问题。

[0104] 以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。

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一种多光谱摄像装置

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