[发明专利]等离子纳米结构传感器像素

说明书

第一等离子纳米结构传感器像素包括半导体基板和多个金属柱。半导体基板具有上表面和上表面下方的光电二极管区域。多个金属柱至少部分地嵌入在基板中并从上表面在与上表面基板垂直的方向中延伸。第二等离子纳米结构传感器像素包括(a)具有上表面的半导体基板，(b)在上表面上的氧化物层，(c)在上表面和氧化物层之间的薄膜涂层，以及(d)多个金属纳米颗粒，多个金属纳米颗粒(i)至少部分地在上表面和氧化物层之间并且(ii)至少部分地嵌入在薄膜涂层和氧化物层的至少一个中。第三等离子纳米结构传感器像素包括第一和第二等离子纳米结构传感器像素的特征。

技术领域

本发明涉及光学领域，尤其涉及等离子纳米结构传感器像素。

背景技术

低成本的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的发展有贡献于大容量消费品(例如，移动设备和机动汽车)中彩色照相机模块的包含。这样的照相机模块的发展包括红外线(IR)检测能力的包含和由此的可见和红外光谱带的双模成像，这对应用(例如，姿势识别和深度分析)是重要的。

在此，术语“IR光”、“IR电磁辐射”和“IR波长”指的是波长在λ≈0.75μm和λ≈1.1μm之间的电磁能量。λ≈1.1μm的上限对应CMOS图像传感器中硅的带隙能量。相似地，术语“可见光”、“可见电磁辐射”和“可见波长”指的是波长在0.40μm和0.75μm之间的电磁能量。

图1示出移动设备190的照相机模块120。图2是照相机模块120的剖视图。照相机模块120包括成像透镜222和具有像素阵列200的图像传感器250。成像透镜222能够对从物体234传播至像素阵列200上的光232成像。图像传感器250可以包括设备裸片(device die)206，例如，设备裸片206使用CMOS工艺实施，然而在不脱离其范围的情况下，设备裸片206可以使用其他技术实施。设备裸片206电连接至印刷电路板(PCB)230。

图3是可兼容用于像素阵列200中的现有技术的IR敏感像素300的剖视图。IR敏感像素300包括显微透镜376和硅基板320之间的IR带通滤光器374。基板320包括光电二极管区域322并由半导体(例如硅)形成。在不否定基板320对于滤光器374作为基板的功能的情况下，基板320可以包括不同材料的层和区域。

IR敏感像素300的问题在于，硅基板320吸收红外光远远比其吸收可见光的效率低。入射到介质表面的光的电场在介质中距表面的距离处衰减至其初始值的e^-1，其中κ(λ)是介质在波长λ处的折射率的虚部。对于硅，在λ＝500nm(绿光)处的κ(λ)大于在λ＝830nm(近IR)处的κ(λ)的十倍，这意味着，与可见光相比，在被吸收前，IR光在硅中大概传播十倍远。与可见光相比，此IR光降低的吸收限制像素阵列200对IR光的灵敏度。

发明内容

在第一实施例中，等离子纳米结构传感器像素包括半导体基板和多个金属柱。半导体基板具有上表面和上表面下方的光电二极管区域。多个金属柱至少部分地嵌入在基板中并从上表面在与上表面基本垂直的方向中延伸。

在第二实施例中，等离子纳米结构传感器像素包括(a)具有上表面的半导体基板，(b)在上表面上的氧化物层，(c)在上表面和氧化物层之间的薄膜涂层，和(d)多个金属纳米颗粒，多个金属纳米颗粒(i)至少部分地在上表面和氧化物层之间并且(ii)至少部分地嵌入在薄膜涂层和氧化物层的至少一个中。

等离子纳米结构传感器像素的第三实施例包括第一实施例和第二实施例的特征。

附图说明

图1示出包括照相机模块的移动设备。

图2是包括具有像素阵列的图像传感器的图1的照相机模块的剖视图。

图3是图2的像素阵列的现有技术的IR敏感像素的剖视图。

图4A和图4B是实施例中等离子纳米结构传感器像素的剖视图。