纳米线结构化滤色器阵列及其制造方法技术

本文公开滤色器阵列设备和制作滤色器阵列设备的方法。滤色器阵列可包括：衬底，在其上具有多个像素；该多个像素中的每个关联的一个或多个纳米线，其中一个或多个纳米线从衬底大致垂直延伸；和与该一个或多个纳米线中的每个关联的光耦合器。制作滤色器阵列的方法可包括：制造纳米线阵列，其中纳米线中的每个从衬底大致垂直延伸；设置透明聚合物材料以大致封装纳米线；从衬底去除纳米线；提供包括多个像素的像素阵列，其中硬聚合物大致覆盖像素阵列的图像平面；在像素阵列上设置纳米线阵列；以及去除封装纳米线的透明聚合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用该申请要求于2013年8月9日提交的美国非临时申请号13/963,847的优先权。其全部内容通过引用合并于此。
技术介绍
图像传感器可制造成在(笛卡尔)方格网中具有大量相同的传感器元件(像素)，一般超过1百万个。像素可以是光电二极管或其他光敏元件，其适于将电磁辐射转换成电信号。半导体技术的新发展已实现纳米级半导体部件(例如纳米线)的制造。纳米线被引入固态图像设备来界定在其上撞击的电磁辐射并且将该电磁辐射传送到光敏元件。这些纳米线可以由块状硅制造，其在颜色上表现为灰色，但研究人员使硅的表面图案化，因此它“看上去像”黑色并且不反射任何可见光。然而，还未制造配置成在预定波长选择性地吸收光(或降低光的反射率)的纳米线。
技术实现思路
美国专利申请序列号12/204686、12/648942、13/556041、12/270233、12/472264、12/472271、12/478598、12/573582、12/575221、12/633323、12/633318、12/633313、12/633305、12/621497、12/633297、12/982269、12/966573、12/967880、12/966514、12/974499、12/966535、12/910664、12/945492、13/047392、13/048635、13/106851、13/288131、13/543307和13/693207的公开各自通过引用完全合并于此。在一些实施例中，描述滤色器阵列。该滤色器阵列可包括在其上具有多个像素的衬底、与该多个像素中的每个关联的一个或多个纳米线和与该一个或多个纳米线中的每个关联的光耦合器。一个或多个纳米线从衬底大致垂直延伸。在一些实施例中，一个或多个纳米线中的每个配置成吸收基频光，基频与纳米线的直径相关。在一些实施例中，纳米线还可吸收谐频光。在一些实施例中，描述制作滤色器阵列的方法。该方法可包括：提供具有多个像素的像素阵列，其中硬聚合物大致覆盖像素阵列的图像平面；制作纳米线阵列，其中纳米线中的每个从衬底大致垂直延伸；设置透明聚合物材料以大致封装纳米线；将纳米线从衬底去除；在像素阵列上设置纳米线阵列；以及去除封装纳米线的透明聚合物。在一些实施例中，纳米线阵列在像素阵列上对准使得多个像素中的每个与一个或多个纳米线对准。在一些实施例中，像素阵列可包括图像传感器，其具有电荷耦合设备(CCD)阵列或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器阵列。该公开不限于描述的特定系统、设备和方法，因为这些可变化。在说明中使用的术语仅仅是为了描述特定版本或实施例，并且不意在限制范围。如在该文献中使用的，单数形式“一”和“该”包括复数个引用物，除非上下文另外清楚指示。除非另外限定，本文使用的所有技术和科学术语具有与本领域内普通技术人员通常所理解的相同的含义。该公开中的任何内容不应解释为承认在该公开中描述的实施例不得凭借之前的专利技术而早于这样的公开。如在该文献中使用的，术语“包括”意指“包括，但不限于”。附图说明在本公开中，参考形成其一部分的附图。在图中，相似符号典型地标识相似部件，除非上下文另外指示。在详细说明、图和权利要求中描述的各种实施例是说明性而不意在为限制性的。可使用其他实施例，并且可做出其他改变，而不偏离本文呈现的主旨的精神或范围。将理解本公开的方面(如一般在本文描述并且在图中图示的)可以采用很多种不同配置来设置、替代、组合、分离和设计，在本文预想其中的全部。图1描绘根据实施例的滤色器阵列的说明性示例。图2描绘根据实施例制作滤色器阵列的过程。图3示意描绘根据实施例制作从衬底大致垂直延伸的纳米线阵列的过程。图3A示意描绘制作从衬底大致垂直延伸的纳米线阵列的过程的备选实施例。图4描绘根据实施例在像素阵列上设置纳米线阵列的过程。具体实施方式本文公开滤色器阵列和制作滤色器阵列的方法。滤色器阵列可包括一个或多个纳米线，其与像素阵列的多个像素中的每个关联使得一个或多个纳米线中的每个从像素阵列的表面大致垂直延伸。纳米线中的每个可与光耦合器关联，该光耦合器配置成将光引导到纳米线内。纳米线可由IV族半导体(例如，硅)或III-V族半导体(例如，砷化镓)制成。不希望被理论所束缚，预想光可以耦合进入个体纳米线中的导模，这取决于这些纳米线的直径。较长波长可以耦合进入较大直径的纳米线。特定波长光这样的进入个体纳米线的耦合可以导致该波长光的近乎完美的吸收(高达98％)。如此，如果纳米线暴露于白光，显现的光将使耦合波长从白光扣除。从而，具有不同直径的纳米线阵列可以充当滤波器来扣除光的各种波长，这取决于纳米线的不同直径。通过选择纳米线直径跨阵列的适当分布，预想可以设计滤色器用于滤除特定颜色或色差。将理解例如纳米线的材料、纳米线的长度、环绕纳米线的材料等因素可决定纳米线直径与吸收波长之间的特定关系。如此，例如，具有约90nm至约110nm直径的硅纳米线可以扣除红光，而具有相同直径的砷化镓纳米线可扣除不同波长。同样，如果硅纳米线被除空气以外的材料所环绕，纳米线所扣除的波长可改变。图1描绘根据实施例的滤色器阵列的说明性示例。滤色器阵列100包括衬底115(其具有钝化层114、其上的多个像素130)、与该多个像素130关联的一个或多个纳米线110以及与该一个或多个纳米线中的每个关联的光耦合器118。纳米线110大致垂直于衬底115延伸。在一些实施例中，衬底115可进一步包括图像传感器135。在各种实施例中，衬底115和纳米线110可在中间层112处融合。在各种实施例中，钝化层114可以是衬底材料的氧化物或掺杂半导体层。要理解图1是说明性的并且不按比例。如此，在图1中示出的滤色器阵列100的各种方面的尺寸和纵横比不意在为限制性的。在各种实施例中，一个或多个纳米线110中的每个可根据纳米线110的直径吸收基频光。如在本文在别处的论述的，要理解尽管基频的吸收光可主要依赖于纳米线110的直径，例如纳米线的材料、环绕纳米线的材料、纳米线的长度等其他因素可决定直径与基频之间的关系。如此，将意识到所有其他都保持不变，纳米线吸收的基频光可线性依赖于纳米线的直径。同样，将意识到谐频光可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种滤色器阵列，其包括：衬底，在其上具有多个像素；一个或多个纳米线，其与所述多个像素中的每个关联，其中所述一个或多个纳米线从所述衬底大致垂直延伸；以及光耦合器，其与所述一个或多个纳米线中的每个关联。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.09 US 13/963,8471.一种滤色器阵列，其包括：
衬底，在其上具有多个像素；
一个或多个纳米线，其与所述多个像素中的每个关联，其中所
述一个或多个纳米线从所述衬底大致垂直延伸；以及
光耦合器，其与所述一个或多个纳米线中的每个关联。
2.如权利要求1所述的滤色器阵列，其中所述一个或多个纳米
线中的每个配置成吸收基频光，所述基频与所述纳米线的直径相
关。
3.如权利要求2所述的滤色器，其中所述一个或多个纳米线中
的每个进一步配置成吸收n次谐频，其对应于所述基频光，其中n是
大于一的整数。
4.如权利要求2所述的滤色器，其中所述一个或多个纳米线具
有小于约50nm的直径，用于吸收电磁频谱的紫外(UV)区中的波
长。
5.如权利要求2所述的滤色器，其中所述一个或多个纳米线具
有约50nm至约75nm的直径，用于吸收电磁频谱的蓝区中的波长。
6.如权利要求2所述的滤色器，其中所述一个或多个纳米线具
有约75nm至约100nm的直径，用于吸收电磁频谱的绿区中的波长。
7.如权利要求2所述的滤色器，其中所述一个或多个纳米线具
有约90nm至约120nm的直径，用于吸收电磁频谱的红区中的波长。
8.如权利要求2所述的滤色器，其中所述一个或多个纳米线具
有大于约115nm的直径，用于吸收电磁频谱的红外(IR)区中的波
长。
9.如权利要求1所述的滤色器阵列，其中所述衬底包括图像传
感器，其包括电荷耦合设备(CCD)阵列或互补金属氧化物半导体
(CMOS)传感器阵列。
10.如权利要求1所述的滤色器阵列，其中所述一个或多个纳米
线具有约50nm至约200μm的直径。
11.如权利要求1所述的滤色器阵列，其中所述一个或多个纳米
线具有圆形、椭圆形、正多边形、不规则多边形或其任何组合的横
截面形状。
12.如权利要求1所述的滤色器阵列，其中所述一个或多个纳米
线具有约0.1μm至约10μm的长度。
13.如权利要求1所述的滤色器阵列，其中所述多个像素形成具
有预定形状和约0.2μm至约20μm间距的阵列。
14.如权利要求13所述的滤色器阵列，其中所述一个或多个纳
米线形成具有由所述多个像素形成的阵列大致相同形状和间距的阵
列。
15.如权利要求1所述的滤色器阵列，其中所述光耦合器配置成
将辐射引导到所述纳米线内。
16.如权利要求1所述的滤色器阵列，其中所述光耦合器包括远
离所述衬底设置在所述一个或多个纳米线中的每个的末端上的微透
镜或耦合器。
17.如权利要求1所述的滤色器阵列，其中所述一个或多个纳米
线包括硅(Si)、锗(Ge)、磷化硼(BP)、砷化硼(BAs)、磷化
铝(AIP)、砷化铝(AIAs)、锑化铝(AISb)、氮化镓(GaN)、
磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)、锑化镓(GaSb)、氮化铟(InN)、
磷化铟(InP)、砷化铟(InAs)、氧化锌(ZnO)、硫化锌(ZnS)、
硒化锌(ZnSe)、碲化锌(ZnTe)、硫化镉(CdS)、硒化镉(CdSe)
和碲化镉(CdTe)中的一个或多个。
18.一种制作滤色器阵列的方法，所述方法包括：
制作纳米线...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞荣浚，沃贝尔·穆尼布，
申请(专利权)人：立那工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US