[發(fā)明專利]具有通過倒錐體提高的量子效率的圖像傳感器

在審

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• 申請日: 2021-01-25
• 公開（公告）號: CN113206113A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 阿里雷薩·博納達;林志強;比爾·潘;巴德里納斯·帕德瑪納班
• 申請（專利權(quán)）人: 豪威科技股份有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張潤

具有通過倒錐體提高的量子效率的圖像傳感器包括半導(dǎo)體襯底和多個微透鏡。半導(dǎo)體襯底包括像素陣列。每個像素用于將入射在像素上的光轉(zhuǎn)換為電輸出信號，半導(dǎo)體襯底具有用于接收光的頂表面。頂表面在每個像素中形成多個倒錐體。多個微透鏡設(shè)置在頂表面上方并且分別與多個倒錐體相對準。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及圖像傳感器技術(shù)領(lǐng)域，更特別地涉及通過倒錐體提高量子效率的圖像傳感器。

背景技術(shù)

圖像傳感器，諸如電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器或互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器，將入射光轉(zhuǎn)換為電荷。圖像傳感器的量子效率是在圖像傳感器中產(chǎn)生電荷載流子的入射光子的百分比。對于一個圖像傳感器的每個像素，量子效率由多個因素的組合定義，包括入射光被引導(dǎo)到像素的光電二極管的效率(即外部量子效率)和光電二極管將光子轉(zhuǎn)換為電荷載流子的效率(即內(nèi)部量子效率)。因此，圖像傳感器的量子效率可以取決于例如入射光的波長、圖像傳感器的材料特性、結(jié)合在像素中的濾色器的性能(至少在彩色圖像傳感器的情況下)以及像素的光電二極管與微透鏡之間的幾何關(guān)系，微透鏡用于將入射光聚焦到光電二極管上。

當圖像傳感器被部署在弱光條件下時，圖像傳感器的量子效率可能是實現(xiàn)期望性能的關(guān)鍵參數(shù)。一個這樣的示例是用于對紅外光譜中的場景成像的夜視相機。相關(guān)的示例是晝夜監(jiān)控，其中同一臺相機用于(a)在白天，基于可見光對場景進行成像和(b)在夜間，基于紅外光對黑暗處的同一場景進行成像，紅外光在圖像傳感器的半導(dǎo)體材料中轉(zhuǎn)換為電荷的效率較低。

發(fā)明內(nèi)容

在一個實施例中，具有通過倒錐體而增強的量子效率的圖像傳感器包括半導(dǎo)體襯底和多個微透鏡。半導(dǎo)體襯底包括像素陣列。每個像素用于將入射在像素上的光轉(zhuǎn)換為電輸出信號，半導(dǎo)體襯底具有用于接收光的頂表面。頂表面在每個像素中形成多個倒錐體。多個微透鏡設(shè)置在頂表面上方并且分別與多個倒錐體相對準。

附圖說明

圖1示出了根據(jù)實施例的具有通過每個像素的多個倒錐體和相應(yīng)的多個微透鏡而增強的量子效率的圖像傳感器。

圖2和圖3進一步詳細示出了圖1的圖像傳感器。

圖4示出了圖像傳感器的配置，其中每個像素僅具有一個倒錐體和一個微透鏡。

圖5示出了另一圖像傳感器的配置，其中每個像素僅具有一個倒錐體和一個微透鏡，但是其中微透鏡已經(jīng)收縮以更緊密地聚焦近紅外光。

圖6示出了圖像傳感器的配置，其中每個像素具有多個倒錐體，但僅一個微透鏡。

圖7示出了根據(jù)實施例的近紅外優(yōu)化圖像傳感器，其中每個像素具有多個倒錐體和相應(yīng)的多個微透鏡。

圖8是根據(jù)實施例的具有100％填充因子的微透鏡陣列的俯視圖。

圖9示出了根據(jù)實施例的近紅外優(yōu)化圖像傳感器，其中每個像素具有多個倒錐體和相應(yīng)的多個微透鏡，其中每個倒錐體被平面表面包圍。

圖10是圖9的半導(dǎo)體襯底的一個示例的像素的俯視圖。

圖11是圖9的半導(dǎo)體襯底的另一示例的像素的俯視圖。

圖12和圖13示出了根據(jù)實施例的彩色圖像傳感器，其具有通過每個像素的多個倒錐體和相應(yīng)的多個微透鏡而增強的量子效率。

圖14示出了根據(jù)實施例的彩色圖像傳感器，其具有通過每個像素的多個倒錐體和相應(yīng)的多個微透鏡而增強的量子效率，其中，對于所有像素，微透鏡是相同的。

圖15示出了根據(jù)實施例的另一彩色圖像傳感器，其具有通過每個像素的多個倒錐體和相應(yīng)的多個微透鏡而增強的量子效率，其中，微透鏡被定制以針對每種顏色獨立地優(yōu)化量子效率增強。

圖16是圖14的圖像傳感器的示例的對于不同的微透鏡高度，對于近紅外光和綠光的量子效率的圖。