图像传感器制造技术

一种装置，包括：安置于具有光接收表面的基底中的光接收器三维阵列，其中与安置为距离光接收表面更远的光接收器相比，安置为距离所述光接收表面更近的光接收器响应于具有更短波长的光，以及其中每个光接收器被配置为输出二元值并通过至少一个光子的吸收在截断状态和导通状态之间改变状态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
概括地说，本专利技术的示例性实施例涉及电磁辐射的传感器，更具体地，涉及能够检测在多个不同波长带(多色)中的光的固态图像传感器阵列。
技术介绍
二维像素阵列光传感器可与色彩滤波器阵列一起使用，以用于实现多色检测和成像。此外，由于色彩的检测基于半导体基底中光敏感区域或像素的深度，所以存在不需要色彩滤波器的光传感器阵列。这些类型的传感器可依赖于取决于波长的硅(Si)吸收系数。先前已经描述过以整体结构创建从而形成两个二极管的双层光电二极管，其中上二极管具有相对薄的有源区域，下二极管具有相对厚的有源区域。将要测量波长的光导指向上二极管上。选择第一二极管的厚度，使得在要测量的光波长的频谱中，最短波长的能量完全被吸收于第一二极管中。在辐射波长增加时，上二极管的吸收按指数减少，并且未吸收的光通过薄有源区域发送至下二极管的厚有源区域，在该下二极管的厚有源区域该未吸收的光被吸收。选择下二极管的有源区域的厚度，使其吸收在要测量的频谱中最长波长的基本所有能量。在每个二极管中对光子能量的吸收建立了在其中的光子孔对，这在每个二极管内生成与吸收的能量成比例的导电率的改变。由于两个二极管的导电率的差是入射光的波长的函数，在波长改变时，在两个二极管的导电率的变化之间的差除以导电率变化的总和是作为入射光的波长的单值函数的函数，并且这独立于入射光的强度。与双层二极管连接的测量电路提供对波长的直接读取。图1示出随波长而变的硅(Si)吸收系数。已经描述了一种数字成像器装置，其使用不同波长的光在硅中吸收长度的差，以用于色彩分离。据说，优选的成像阵列基于使用三阱结构的三色像素传感器。据说，所述阵列会通过测量相同位置中每个像素的三个主要色彩(RGB)的每个来导致对色彩混淆的消除。图2示出使用三阱结构的三色像素传感器。图3示出绘制Si中的光吸收长度相比于波长的图。二维1比特接收器阵列被描述为数字膜传感器(DFS)，这是被定义为比550nm艾里斑(Airy disk)直径更小的深SDL(亚衍射极限)像素的阵列，其中每个像素的大小为微米的一部分。尽管若干光电子可有助于推出在某一阈值以上的输出信号，但期望最终为单个光电子敏感度。据说，针对全阱容量和动态范围，仅需要检测单光电子的像素具有比传统图像传感器中的模拟像素更低的性能需求。这些专用像素已经被称为“丁点(jot)”。据说，丁点(jot)的方案可通过构成具有超高转换增益(低容量)的传统有源像素来实现。据说，其他方法包括使用雪崩或影响电离子效应，以实现像素中增益，以及量子点的可能应用以及其他纳米电子设备。可以说，堆栈结构也是可能的。在操作中，在曝光周期的开始，丁点(jot)可重设为逻辑'0'。如果它随后在曝光期间由光子命中，则丁点(jot)被立即或在读出时设置为逻辑'1'。由于“模数”转换分辨率的单比特特征，认为可实现高的行读出速率。据说，可通过类似于当前的色彩图像传感器的方式处理色彩。S卩，丁点(jot)可通过色彩滤波器覆盖。这样，可单独对待红(R)、绿(G)和蓝(B) 丁点(jot)，并且稍后，将数字显影的图像合并以形成传统的RGB图像。R、G和B 丁点(jot)不需要以相同空间频率呈现。
技术实现思路
根据本专利技术的示例性实施例，克服了上述和其他问题，并实现了其他优点。在其一方面，本专利技术的示例性实施例提供一种装置，包括安置于具有光接收表面的基底中的光接收器三维阵列，其中与安置为距离光接收表面更远的光接收器相比，安置为距离光接收表面更近的光接收器响应于具有更短波长的光，以及其中每个光接收器被配置为输出二元值并通过至少一个光子的吸收在截断状态和导通状态之间改变状态。在其另一方面，本专利技术的示例性实施例提供一种方法，包括照亮包括光接收器三维阵列的基底的光接收表面，其中与比安置在χ-y面中距离光接收表面更远的光接收器相比，安置在χ-y面中距离光接收表面更近的光接收器响应于具有更短波长的光，并且其中每个光接收器被配置为输出二元值并通过至少一个光子的吸收在截断状态和导通状态之间改变状态。所述方法还包括在曝光时间段的末尾，从安置于三维阵列中的至少两个不同 χ-y面中的光接收器读出二元值。附图说明当结合附图阅读时，在优选实施例的以下具体实施方式中可使得本专利技术的当前优选实施例的以上和其他方面变得更加清楚，其中图1示出绘出随波长而变的硅(Si)吸收系数的图；图2以截面图示出使用三阱结构的三色像素传感器；图3示出绘出Si中的光吸收长度相比于波长的图；图4A、4B和4C(统称为图4)分别是根据本专利技术的示例性方面的光传感器的简化扩大顶面图、截面图和正视图；图5示出实现图4的光传感器的接收器2的一个适当和非限制类型的电路；图6示出根据本专利技术示例性实施例可被构成以包括图像传感器的设备的框图；图7A和7B (统称为图7)分别是图4的图像传感器的部分截面图，其中图7A示出根据主光线角(CRA)优化接收器表面连接的一个示例性实施例，图7B示出将接收器层偏移取决于CRA的量的另一示例性实施例；图8是绘出数据元素曝光相比于曝光时间(都以任意单位)的图，并且用于理解图4所示的图像传感器的操作；以及图9是根据本专利技术示例性实施例的逻辑流程图，其描述方法的操作，以及计算机程序指令的执行。具体实施例方式本专利技术的示例性实施例至少部分地涉及成像传感器技术，例如在彩色相机中使用的技术。如上所述，一些当前的彩色相机传感器通过使用二维像素阵列来实现，二维像素阵列通过存储进入光生成的电荷来测量光级。在像素阵列和进入光之间安置的色彩滤波器阵列使得像素阵列能够检测色彩。存储的电荷可通过使用浮动扩散和模数转换器(ADC)电路来数字化。然后，处理检测的图像(多个)，并且结果是存储的图像或视频。存在与传统图像传感器技术相关的多个问题。例如，色彩精度可能小于最佳，这是因为典型地，仅使用三个不同的色彩滤波器。然而，增加色彩滤波器的数目减少了分辨率。 此外，由于在滤波器中存在光损失，导致不可用于成像目的的光子的损失，所以色彩滤波器可降低传感器的敏感度。由于每个像素需要相当多的晶体管，所以还难以增加图像分辨率， 从而设置针对像素区域和像素间间隔的最小阈值。用于电荷的存储空间也是问题，因为小区域仅存储某个最大量的光诱导电荷，从而减少了被检测的像素值的动态范围。相机传感器的生产成品率也是问题，因为一些有缺陷的像素的存在可导致图像退化。参照图4A、4B和4C，本专利技术的示例性实施例提供光传感器(传感器阵列)1，其包含配置为光传感器的三维阵列的大量1比特光接收器2。三维阵列组织成沿着阵列的χ轴的i个光接收器2，沿着阵列的y轴的j个光接收器2，以及沿着阵列的ζ轴的k个光接收器 2，其中i可以等于或不等于j，以及其中i和j可分别大于k。k个1比特光接收器2可看作从传感器1的光接收表面IA垂直堆叠至基底3 (可能是硅基底)的深度。由于取决于波长的硅吸收系数，特定光接收器2位于基底3越深(即其更进一步远离于光接收表面1A)， 到达它的并且可被吸收和检测的光的波长越长。作为例子，传感器1可响应于从紫外(UV) 延伸到红外(IR)的波长范围内的电磁辐射，并因此可以涵盖从大约4X10、(和更短)到大约7X10_Tm(和更长)的范围内的波长。可在光接收表面IA和要成像的情景之间安置可选的透镜(图4中未本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种装置，包括：安置于具有光接收表面的基底中的光接收器三维阵列，其中与安置为距离所述光接收表面更远的光接收器相比，安置为距离所述光接收表面更近的光接收器响应于具有更短波长的光，以及其中每个光接收器被配置为输出二元值并通过至少一个光子的吸收在截断状态和导通状态之间改变状态。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：O·卡莱沃，S·科斯基宁，T·里萨，
申请(专利权)人：诺基亚公司，
类型：发明
国别省市：FI