CN103444164A - 垂直结构的被动像素阵列及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

图像传感器和图像传感器的使用方法，图像传感器的制造方法，和包含该图像传感器的设备在此披露。该图像传感器包括像素，其包括至少一个纳米柱，该至少一纳米柱周围围绕门电极，其中该至少一个纳米柱适应将入射其上的光转换成电信号，该门电极是可操作地截断或允许电流流过该至少一纳米柱。该图像传感器具有可以按照单独寻址的方式排列的复数个像素。该至少一纳米柱有包覆层。包覆层的折射率小于纳米柱的折射率。

Description

垂直结构的被动像素阵列及其制造方法
交叉引用相关的申请
此申请和美国专利申请列号12/204,686(授予美国专利号7,646,943)，12/648,942，12/270,233，12/472,264，12/472,271，12/478,598，12/573,582，12/575,221，12/633,323，12/633,318，12/633,313，12/633,305，12/621,497，12/633,297，61/266,064，61/357,429，61/306,421，61/306,421，12/945,492，12/910,664，12/966,514，12/966,535，12/966,573和12/967,880相关，其中披露在此被全部内容包含引用。
技术领域
背景技术
一个图像传感器可制作为具有大量（例如超过1百万个）的传感器组件（像素）排列成一个固定图案（例如方格里）。像素是可以可操作的将电磁辐射（如可见光，红外光）转换成电信号的光电二极管，电荷耦合器件（CCD）或其它感光组件。
半导体技术的最新进展使制造纳米结构，如纳米管，纳米空腔和纳米线成为可能。在现有的纳米结构中，因为纳米线作为图像传感器传感器组件的实用性引起很大的兴趣。例如，美国专利申请公开号2004/0075464揭示了复数个基于纳米线的设备，此处被全文包含引用。离散的电子设备，如晶体管，光电二极管和光电导体已成功地从纳米结构制造出来。但是，整合和定位功能设备中的基于纳米结构的离散电子设备是一个挑战，尤其是以单独控制和处理此类设备中的每一个的方式。
于2009年12月8日提交的美国专利申请序列号12/633,313和于2009年10月7日提交的美国专利申请序列号12/575,221描述了达到此目标的两种方法，该申请在此处被全文包含引用。第一种方法包括首先形成笛卡尔（x-y）矩阵布线（例如铝），然后在其上形成一纳米线阵列。这个方法从制造一基板开始，该基板使用一传统互补金属氧化物半导体（CMOS）制造工艺提供一x-y矩阵布线以及配件。然后纳米线通过一气液固（VLS）方法在指定位置生长。然而，VLS生长通常需要的温度可能会损坏该基板上的布线和配件，并且可能干扰基板中现有的掺杂分布。
第二个方法包括用VLS生长或者蚀刻方法形成一纳米线阵列。然后，制造一x-y矩阵布线来将纳米线阵列中的每个纳米线和外部电路电连接。这个方法要求在一个非平坦表面使用纳米级的半导体平板印刷术。
下文描述的设备及其制造方法，包括将可单独寻址的纳米结构，例如纳米线和纳米柱，控制整合到例如一个图像传感器的一个功能性设备中，同时避免上面所述的问题。
发明内容
此处所述一图像传感器包括一基板；复数个像素，其中每个像素包括基本从基板垂直延伸的至少一纳米柱，和围绕该至少一纳米柱的一门电极；其中该至少一纳米柱适应将入射其上的光线转化成为电信号，并且该门电极可操作性的截断或者容许电流通过该至少一纳米柱；其中该至少一纳米柱包括一包覆层，该包覆层的折射率小于该纳米柱的折射率。此处使用术语“包覆层”是指包围该纳米柱的一层物质。包覆层的折射率优选的小于该纳米柱的折射率。
该图像传感器进一步包含复数个读出线，其每一个和一个或者多个像素电连接；和复数个门极线，其每一个和一个或者多个像素的门电极相连，其中没有两个像素是和同一读出线相连同时该两个像素的门电极和同一门极线相连。
该图像传感器可以包含第一、第二、第三和第四像素，一第一读出线电连接于该第一和第二像素，一第二读出线电连接于该第三和第四像素，一第一门极线电连接于该第一和第三像素的门电极，并且一第二门极线电连接于该第二和第四像素的门电极。
该图像传感器可以包含至少一像素，其包含至少第一、第二和第三纳米柱，该纳米柱尺寸使其可以分别有效吸收和/或检测650纳米、510纳米和475纳米波长的光。
该图像传感器可以包含至少一像素，该像素包含至少第一、第二、第三和第四纳米柱，该纳米柱尺寸使其可以分别有效吸收和/或检测红色、绿色、绿色和蓝色波长的光。
在一个实施例中，该读出线包含一重掺杂半导体材料；每个纳米柱包含一本征半导体材料或者与读出线的重掺杂半导体材料相同导电类型的轻掺杂半导体材料，和与读出线的重掺杂半导体材料不同导电类型的一交界层；每个纳米柱的柱体夹于一个读出线和该纳米柱的交界层之间；所有纳米柱的交界层电连接于一透明导电层；并且该纳米柱和读出线外延。
根据一个实施例，一个设备可以包含该图像传感器，连接于每个门极线的一个解码器，和连接于每个读出线的一跨阻抗放大器和复用器电路。
根据一个实施例，一个设备可以包含该图像传感器，前置光学器件和一个读出电路。
制造该图像传感器的一个方法，其步骤包括通过深蚀刻位于绝缘体硅基板或者基于玻璃的硅基板，形成纳米柱。制造该图像传感器的另一个方法，其步骤包括用VLS方法生长纳米柱。
本披露的一个或者多个其它实施例的其它特点，可以从下面的详细描述、附图和所附权利要求中显示。
根据一个实施例，一个图像传感器包括，一个基板；复数个像素，其中每个像素包括基本从基板垂直延伸的至少一纳米柱，和围绕该至少一纳米柱的一门电极；其中该至少一纳米柱适应将入射其上的光线转化成为电信号，并且该门电极可操作性的截断或者容许电流通过该至少一纳米柱。此处使用的术语“图像传感器”是指一个将光学图像转换成一电信号的一设备。一个图像传感器可以用于数字照相机和其它图像设备。图像传感器的例子包括一个电荷耦合设备（CCD）或者一个互补金属氧化物半导体（CMOS）主动像素传感器。此处使用的术语纳米线“基本垂直延伸于基板”是指该纳米线和基板的角度是从到85°到90°。此处使用的术语“纳米柱”是指一个结构，它的大小在两个维度最多为1000纳米，在其它维度无约束。术语“纳米柱”也可以指一个结构，它的大小在两个维度最多为10微米，在其它维度无约束。此处使用的术语“门极线”是指具有通过门电极施加的电压可操作的控制电流流动的一个电极。
根据一个实施例，每个纳米柱有一个垂直p-n结或者一个垂直p-i-n结。此处使用的术语“p-i-n结”是指被夹在一个p型半导体区和一个n型半导体区域之间的一个轻掺杂或本征半导体区域结构。p型和n型区域可以是重掺杂来实现欧姆接触。此处使用的术语“p-n结”是指与一个p型半导体区域和一个n型半导体区域相互接触的结构。
根据一个实施例，多于一个像素具有电连接的一个共同电极。此处使用的术语“像素”是指图像传感器的最小可寻址光传感组件。每个像素都是单独寻址。图像传感器的像素可以安排在一个二维的网格中。每个像素对投射到图像传感器的小面积图像的例如色彩和强度的特点采样。像素采样的色彩可以用三个或四个分量强度，如红色、绿色和蓝色，或青色、洋红色、黄色和黑色，或者青色、洋红色、黄色和和绿色来代表。由于种种原因，许多图像传感器不能够感应在同一位置的不同的色彩。
根据一个实施例，该共同电极是一个透明导电材料。
根据一个实施例，该纳米柱和该基板包括一个或者多个半导体材料和/或金属。
根据一个实施例，该纳米柱的直径从10纳米到2000纳米，50纳米到150纳米，或者90纳米到150纳米；和/或该纳米柱的长度从10纳米到10000纳米，或者100纳米到1000纳米；和/或该纳米柱的截面形状是圆形，正方形或者六边形。
根据一个实施例，该纳米柱尺寸可以选择性的吸收紫外光（从约10纳米到约400纳米波长的光），红光（从约620纳米到约750纳米波长的光），绿光（从约495纳米到约570纳米波长的光），蓝光（从约450纳米到约475纳米波长的光），或者红外光（从约0.78微米到约1000微米波长的光）。
根据一个实施例，该图像传感器进一步包含复数个读出线，其每一个和一个或者多个像素电连接；和复数个门极线，其每一个和一个或者多个像素的门电极相连，其中没有两个像素是和同一读出线相连同时该两个像素门电极和同一门极线相连。此处使用的术语“读出线”是指一个可操作性的传输电信号的一个电极或者一个导体线。
根据一个实施例，该图像传感器可以包含第一、第二、第三和第四像素，一第一读出线电连接于该第一和第二像素，一第二读出线电连接于该第三和第四像素，一第一门极线电连接于该第一和第三像素的门电极，并且一第二门极线电连接于该第二和第四像素的门电极。此处使用的术语“门极线”是指可操作性具有传送电信号给门电极的一个电极或导体线。
根据一个实施例，该读出线和门极线包括连接其上的一个或者多个电子设备，该一个或者多个电子设备从包含放大器、多路复用器、D/A或A/D转换器、电脑、微处理单元数字信号处理器的组中所选。此处使用的术语“放大器”是指改变，通常是放大一信号幅度的任何设备。此处使用的术语“多路复用器”指执行复用的设备；它从许多模拟或数字输入信号中选择一个，并将选择输入到一单独线里。模拟-数字转换器（简称ADC，A/D或A至D）是将连续信号转换为离散的数字的一个设备。数字-模拟转换器（DAC或D至A）是将数字（通常是二进制）代码转换成模拟信号（电流、电压或电荷）的设备。
根据一个实施例，该读出线包括一重掺杂半导体材料；每个纳米柱包含一本征半导体材料或者与读出线的重掺杂半导体材料相同导电类型的轻掺杂半导体材料，和与读出线的重掺杂半导体材料不同导电类型的一交界层；每个纳米柱的柱体夹于一个读出线和该纳米柱的交界层之间；该所有纳米柱的交界层电连接于一透明导电层；并且该纳米柱和读出线外延。本征半导体，也称为非掺杂半导体或i-型半导体，是一个没有任何显着掺杂剂的非常纯的半导体。
根据一个实施例，使用该图像传感器的一方法包括：（a）对透明导电层施加偏压电压；（b）对所有门极线施加一第一门极电压，该第一门极电压有效的截断流过纳米柱的电流；（c）对图像传感器光照；（d）将所有读出线接地，消除其上积累的电荷，然后将所有读出线和地断开；（e）对一个门极线施加一第二门极电压，该第二门极电压有效的容许电流流过该门极线围绕的纳米柱；（f）从读出线中的至少一个读取电流；（g）对这个门极线施加该第一门极电压；（h）可选的，对每个门极线重复步骤（d）-（g）。
根据一个实施例，一个设备包含该图像传感器，连接于每个门极线的一个解码器，和连接于每个读出线的一跨阻抗放大器和复用器电路。
根据一个实施例，该跨阻抗放大器和复用器电路功能性地放大每个读出线的电流并且将其转换成一电压信号；该解码器、该跨阻抗放大器和复用器电路由一个控制器产生的共同定时信号同步；和/或该解码器、该跨阻抗放大器和复用器电路通过引线键合，倒装芯片接合或凹凸粘接连接于该图像传感器。
根据一个实施例，该读出线是平行的，或者具有扇出形状，和/或该门极线是平行的，或者具有扇出形状。
根据一个实施例，一个使用该图像传感器扫描一物体的方法，包括：将像素接收到的物体反射光线转换成一个模拟电信号；放大该模拟电信号；使用一模拟数字转换器将该放大模拟电信号转换成数字电信号。
根据一个实施例，一个设备可以包含该图像传感器，前置光学器件和一个读出电路，其中该前置光学器件配制为可以接收场景的光，并且将该光线聚焦或者准直到该图像传感器上；该读出线路被连接于图像传感器，并且被配制为从图像传感器接收输出。此处使用的术语“前置光学器件”是指置于图像传感器前的光路中的光学组件（例如透镜、反射镜）。
根据一个实施例，该前置光学器件可能包括一项或多项：一个透镜，一个光学滤光片，一个偏振片，一个扩散器，一个准直仪；和/或该读出电路包括一个或者多个ASICs，FPGAs，DSPs。特定用途集成电路（ASIC）是一个用于特定用途的，不用于通常用途使用的集成电路(IC)。现场可编程门阵列（FPGA）是一个设计用来在制造后被用户或者设计者配制的集成电路－因此是“现场可编程”。数字信号处理器（DSP）是一个特殊微处理器，具有优化结构用于数字信号处理快速操作要求。
根据一个实施例，该图像传感器包含至少一像素，其包含至少第一、第二和第三纳米柱，该纳米柱尺寸使其可以分别有效吸收和/或检测650纳米、510纳米和475纳米波长的光。
根据一个实施例，该图像传感器包含至少一像素，其包含第一、第二、第三和第四纳米柱，该纳米柱尺寸使其可以分别有效吸收和/或检测红色、绿色、绿色和蓝色波长的光。
根据一个实施例，该图像传感器进一步包括一个包覆层，其包围至少一个像素或者至少一个纳米柱。
根据一个实施例，该包覆层是铪氧化物或氮化硅。
根据一个实施例，该图像传感器进一步包括位于至少一个纳米柱上端的一个微透镜。
根据一个实施例，该至少一个纳米柱在400纳米到800纳米整个波长范围具有至少50%的吸收率。
附图说明
图1显示了根据一个实施例制造图像传感器的一个方法，包括深蚀刻步骤。
图2A-2C显示了在图1方法的不同阶段该图像传感器的顶视图。
图3显示了根据一个实施例制造图像传感器的一个方法，包括VLS生长步骤。
图4和5显示了根据一个实施例的包含该图像传感器的一设备。
图6显示了根据一个实施例的包含该图像传感器的另一设备。
图7A和图7B显示了根据一个实施例该图像传感器一像素的示例图，该像素包含多于一个纳米柱，该纳米柱尺寸可以吸收和/或检测不同波长或者色彩的光。
具体实施方式
在下文详细描述中，参考形成本文之一部分的随附图式。在图式中，类似符号通常表示类似组件，除非上下文中另有规定。详细描述、图式及申请专利范围中所描述的阐释性实施例并不意味着限制。可在不脱离本文所提出的主题精神或范围的情况下使用其它实施例并进行其它变更。
本描述阐释了与一图像传感器相关的使用方法，制造方法，设备，系统和设备等，该图像传感器的每个像素包含至少一个纳米柱，其可以将入射其上的光转换成电信号（例如具有一垂直p-n或者p-i-n结的一个纳米柱），并且包含一个门电极，其优选的在接近纳米柱底端（即，连接基板的一端）围绕该纳米柱。该门电极可以位于纳米柱的另外一处。该门电极功能性地将纳米柱和外部读出电路的纳米柱连接或者断开。像素可以排列成任何合适的图案，例如正方形格子、六边形格子、和同心圆环。像素可以制造成可以吸收紫外(UV)，可见光(VIS)和红外光(IR)范围的光线，并且可以产生相对应的电信号。
该纳米柱基本垂直延伸于基板，也可以被称为“直立”。
该图像传感器可以配制为各种类型的用途，例如紧凑型图像传感器和分光光度计。
在一个实施例中，像素被排列成复数个“行”。每行的像素并联连接一个读出线。不同行的像素电连接不同的读出线。像素可以被排列成复数个“列”使得每个列的像素的门电极并联连接一个读出线，不同列的像素的门电极电连接不同的读出线，没有两个不同像素是连接于同一读出线而且它们门电极连接于同一门极线。术语“行”和“列”不要求像素是实体的对齐或者排列成任何一种方式，而是用于描述像素、读出线和门极线之间的拓扑关系。根据这个实施例的一个示例图像传感器包括第一、第二、第三和第四像素，其中每一个具有一门电极，一第一读出线电连接于该第一和第二像素，一第二读出线电连接于该第三和第四像素，一第一门极线电连接于该第一和第三像素的门电极，并且一第二门极线电连接于该第二和第四像素的门电极。
在一个实施例中，每个像素包含至少一个纳米柱，其包含在纳米柱长度方向延伸的一个p-n或者p-i-n结。该像素中的纳米柱可以配制为吸收、限制和传递入射其上的光。例如，该纳米柱可以功能性地作为波导在其实体界限决定的方向内来限制和控制光线。
在一个实施例中，多于一个像素可以具有和其电连接的一个共同电极，例如，用于提供一个偏置电压。该共同电极可以是一个透明导电材料，例如ITO(锡氧化物)或掺铝氧化锌(AZO)制成的一个上层。
在一个实施例中，该读出线和门极线可以具有相连接的合适的电子设备，例如放大器、多路D/A或A/D转换器、电脑、微处理单元、数字信号处理器等。
在一个实施例中，该纳米柱和基板可以包含合适的半导体材料和/或金属，例如Si，GaAs，InAs，Ge，ZnO，InN，GaInN，GaN，AlGaInN，BN，InP，InAsP，GaInP，InGaP:Si，InGaP:Zn，GaInAs，AlInP，GaAlInP，GaAlInAsP，GaInSb，InSb，Al，Al-Si，TiSi2，TiN，W，MoSi2，PtSi，CoSi2，WSi2，In，AuGa，AuSb，AuGe，PdGe，Ti/Pt/Au，Ti/Al/Ti/Au，Pd/Au，ITO(InSnO)。该纳米柱和基板可以掺杂合适的掺杂剂，例如GaP，Te，Se，S，Zn，Fe，Mg，Be，Cd等。值得注意的是，使用氮化物，例如Si3N4，GaN，InN和AlN，可以促进制造图像传感器用来检测传统技术不容易检测的波长范围的光线。纳米柱和基板的掺杂水平可以上达1020atoms/cm3。其它合适的材料也可以。
图像传感器的制造方法包括浅沟渠隔离(STI)，也被称为“箱式隔离技术”。STI通常用于250纳米或者更小的CMOS工艺技术节点。更早期的CMOS技术或者非CMOS技术经常使用基于局部硅氧化的隔离(LOCOS)。STI通常在半导体设备制造工艺早期创建，在晶体管形成前。STI过程步骤包括，例如，在基板里蚀刻沟渠图案，沉积一个或者多种介电材料（例如二氧化硅）来填充沟渠，使用一个例如化学机械平坦化的技术消除多余的电介质。
纳米柱可以用一个干蚀刻过程形成，例如一深蚀刻过程，或者一Bosch过程，并且和一个合适的平板印刷术（例如光刻，电子束光刻，全息光刻）相结合。纳米柱也可以用一气液固(VLS)方法形成。纳米柱的直径可以从10纳米到2000纳米，优选的是50纳米到150纳米，更优选的是90纳米到150纳米。纳米柱的长度可以从10纳米到10000纳米，优选的是1000纳米到8000纳米，更优选的是4000纳米到6000纳米。纳米柱可以具有一个合适的截面形状，例如圆形、方形、六边形。
纳米柱的尺寸大小可以选择性地吸收一个目的波长范围，例如，在2010年6月22日提交的美国专利申请号为61/357,429的一个申请中所描述内容，此处被全文包含引用。通过改变纳米柱间距离（间距），特别是使其接近一致，可以调整吸收率。
纳米柱可以包含一包覆层材料。纳米柱可以选择性的吸收紫外光、红光、绿光、蓝光、或者红外光。
图像传感器可以包含大量的例如一百万或者更多的纳米柱。
图1显示了根据一个实施例，使用干蚀刻法制造图像传感器的方法步骤。在每个步骤中，被制造的图像传感器的截面示意图被显示。该截面可以沿如下面解释的一“行”方向或者一“列”方向。
在步骤101，提供一硅绝缘体(SOI)型基板或者硅玻璃(SG)型基板。该基板具有一氧化物层1010，位于1010层上的一重掺杂层(HDL)1020，和位于HDL层1020上的一外延层1030。该HDL层1020厚度可以是约500纳米；外延层1030厚度可以是约3000纳米到10000纳米。该基板可以包含下面的掺杂分布：（i）该HDL层1020是p+（即重掺杂为p型），该外延层1030是p-（即轻掺杂为p型）；（ii）该HDL层1020是p+，该外延层1030是i（即本征）；（iii）该HDL层1020是n+（即重掺杂为n型），该外延层1030是n-（即轻掺杂为n型）；或者（iv）该HDL层1020是n+，该外延层1030是i。
在步骤102，由离子注入形成在外延层1030上的一交界层1040。该交界层1040和HDL层1020是相反的导电类型，即如果HDL层1020是p型，交界层1040是n型；如果HDL层1020是n型，交界层1040是p型。交界层1040通过使用非常低的注入能量，可以制造的较“浅”（即薄）。例如，交界层1040的厚度从10纳米到200纳米。根据掺杂分布，交界层1040、外延层1030和HDL层1020形成一p-i-n，p-n，n-i-p,或者n-p结。
在步骤103，于交界层1040上施加抗蚀剂层1050。该抗蚀剂层1050可以通过旋转涂布来添加。该抗蚀剂层1050可以是一光抗蚀剂或者一电子束抗蚀剂。
在步骤104，执行光刻。该抗蚀剂层1050现在具有开口图案可以将交界层1040外露。该开口形状优选为圆点、正方形或者圆形。开口的形状和位置相对应于制造的图像传感器的纳米柱的形状和位置。该光刻的分辨率被使用的辐射波长限制。使用波长约为248纳米和193纳米深紫外(DUV)光的光刻工具，可以容许特征尺寸下限达到约50纳米。使用电子能量1keV到50keV的电子束光刻工具可以容许特征尺寸下限达到约几个纳米。
在步骤105，沉积一个掩膜层1060。沉积可以通过一个技术，例如热蒸发、电子束蒸发、溅射、原子层沉积(ALD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。该掩膜层1060可以是例如Cr或者Al的一个金属，或者例如SiO2或者Si3N4的一个电介质。该掩膜层厚度可以用步骤107中需要的蚀刻深度和蚀刻选择性来决定。
在步骤106，用一个合适的溶剂剥离，或者用一个抗蚀剂灰化剂灰化去除抗蚀剂层1050剩余部分上的任何掩膜层1060。在抗蚀剂层1050开口中的掩膜层1060的一部分被保留。交界层1040的一部分现在通过保留的掩膜层1060外露。
在步骤107，深蚀刻交界层1040外露部分和其正下方外延层1030部分，直到交界层1040外露部分正下方的HDL层1020被外露，来形成纳米柱1500。每个纳米柱1500现在具有是掩膜层1060的一部分的一掩膜层1560，是交界层1040的一部分的一个交界层1540，和是外延层1030的一部分的一个外延层1530。深蚀刻包括交替的沉积和蚀刻步骤，并且导致纳米柱1500侧壁上的“扇形开口”，即纳米柱1500的侧壁不光滑。深蚀刻可以使用例如C4F8和SF6的气体。
在步骤108，通过将图像传感器浸入例如氢氧化钾(KOH)的蚀刻剂并且随后清洗，平滑化纳米柱1500的侧壁。
在步骤109，通过例如化学气相沉积（CVD）、下降铸造、蒸发或旋转涂布的一合适技术，用一氧化物或者一聚合物1070，例如氧化硅或者聚酰亚胺填充纳米柱1500间的空间。
在步骤110，通过例如化学机械抛光/平坦(CMP)的一合适技术，平坦化氧化物或者聚合物1070的上表面。纳米柱1500的掩膜层1560不应该被外露。
在步骤111，施加另一抗蚀剂层1080在氧化物或者聚合物1070上。该抗蚀剂层1080可以通过旋转涂布添加。该抗蚀剂层1080可以是光抗蚀剂或者电子束抗蚀剂。
在步骤112，执行光刻。该抗蚀剂层1080现在具有一个开口图案使得氧化物或者聚合物1070得以外露。开口优选的是跨过整个基板宽度的平行槽。每个纳米柱1500整体位于这些开口中的一个的范围。在同一个开口范围内部的所有纳米柱1500会在之后被电连接于同一个读出线。开口的位置和形状对应于读出线的位置和形状。
在步骤113，沉积一个掩膜层1090。沉积可以使用例如热蒸发、电子束蒸发、溅射、原子层沉积（ALD）、等离子体增强化学气相沉积（PECVD）的一个技术。该掩膜层1090可以是例如Cr或者Al的一个金属，或者例SiO2或者Si3N4的一个电介质。该掩膜层厚度可以用步骤115中需要的蚀刻深度和蚀刻选择性来决定。
在步骤114，抗蚀剂层1080剩余部分用一个合适的溶剂剥离，或者用一个抗蚀剂灰化剂灰化去除其上的任何掩膜层1090。在抗蚀剂层1080开口中的掩膜层1090的一部分被保留。氧化物或者聚合物1070的一部分现在通过保留的掩膜层1090外露。
在步骤115，氧化物或者聚合物1070外露部分和其正下方HDL层1020部分被深蚀刻，直到氧化物或者聚合物1070外露部分正下方的1010层被外露。该HDL层1020现在被分区成读出线1021。读出线1021长度方向的截面被称为沿“列”的方向。
在步骤116，用例如热蒸发或者电子束蒸发的技术，沉积一个遮掩层1100，来遮掩1010层外露部分。该遮掩层110可以是Si3N4。
在步骤117，使用例如溶解在一合适蚀刻剂（例如HF，四甲基氢氧化铵)或者干蚀刻方法，去除氧化物或者聚合物1070。该纳米柱1500现在外露。
在步骤118，使用例如ALD的各向同性沉积技术,一个钝化层1110被沉积并且覆盖在图像传感器的整个外露表面。该钝化层1110将功能性地作为门电极的门电介质。该钝化层1110可以是SiO2，Si3N4，ZrO2，HfO2，Al2O3等。优选的是具有较高电介质常数的材料，例如ZrO2和HfO2。
在步骤119，通过例如化学气相沉积（CVD）、下降铸造、蒸发或旋转涂布的一合适技术，用一氧化物或者一聚合物1120，例如氧化硅或者聚酰亚胺填充纳米柱1500间的空间。
在步骤120，通过例如CMP的一合适技术，平坦化氧化物或者聚合物1120的上表面。钝化层1110不应该被外露或者损坏。
步骤121到132的图像传感器显示沿“列”方向的截面。
在步骤121，使用111到114的光刻和剥离类似步骤，沉积一图案化的掩膜层1130在氧化物或者聚合物1120上。该图案化的掩膜层1130开口中氧化物或者聚合物1120被外露。每个纳米柱1500整体位于该图案化的掩膜层1130开口中的一个的范围。开口的位置和形状对应于门极线和门电极的位置和形状。在同一个开口范围内部的所有纳米柱1500的门电极会在之后被电连接于同一个门极线。没有两个纳米柱被连接于同一读出线并且它们的门电极被连接于同一门极线。该门电极可以是门极线的一部分。
在步骤122，深蚀刻该氧化物或者聚合物1120的外露部分，使得其下的钝化层1110可以外露。
在步骤123，使用例如热蒸发或者电子束蒸发的一技术，沉积一金属层1140。沉积在纳米柱1500下端的金属层1140部分形成门电极和门极线1570。每个门极线1570被位于图案化的掩膜层1130的正下方的氧化物或者聚合物1120部分分离。该金属层1140可以是Cr，Al，Au，Ag，Pt，Pd，掺杂的多晶硅等。沿门极线1570截面的长度方向被称为“行”方向。
在步骤124，使用例如溶解在一合适蚀刻剂（例如HF，四甲基氢氧化铵)或者干蚀刻方法，去除氧化物或者聚合物1120。
在步骤125，通过例如化学气相沉积（CVD）、下降铸造、蒸发或旋转涂布的一合适技术，用一氧化物或者一聚合物1150，例如氧化硅或者聚酰亚胺填充纳米柱1500间的空间。
在步骤126，通过例如CMP的一合适技术，平坦化氧化物或者聚合物1150的上表面，使得纳米柱1500的交界层1540被外露。
在步骤127，使用例如溅射的一合适技术，沉积一透明导电层(TCL)1160，例如ITO或者铝掺杂氧化锌(AZO)。可以进行退火来促进形成纳米柱1500的TCL层1160和交界层1540之间的欧姆接触。
在步骤128，在TCL层1160上添加一抗蚀剂层1170。
在步骤129，执行光刻。在基板边缘部分上的该抗蚀剂层1170现在具有开口。没有纳米柱1500位于开口的范围；每个读出线1021的一部分位于开口的范围内；每个门极线1570的一部分位于开口的范围内。TCL层1160的一部分现在通过开口外露。
在步骤130，通过使用例如HCl的一合适蚀刻剂湿蚀刻，去除TCL层1160的外露部分。现在氧化物或者聚合物1150的一部分被外露。
在步骤131，使用干蚀刻法去除氧化物或者聚合物1150的外露部分和其正下方的钝化层1110的部分。现在每个读出线1021和每个门极线1570具有一外露部分用于连接外部电路。
在步骤132，使用一合适溶剂或者一抗蚀剂灰化剂灰化来剥离该抗蚀剂层1170。
可选的，在一个实施例，可以在纳米柱1500的上端制造微透镜来提高光收集。微透镜优选的具有上凸的表面，例如，半球形或抛物面上表面，并有相应的像素间距的底部。其它的配制也是可以的。
一个可选的包覆层材料可以沉积在纳米柱1500的侧表面。该包覆层材料可以是二氧化铪或者氮化硅。
图2A显示了步骤120后图像传感器的顶视图。纳米柱1500被排列成“列”，即同一列的所有纳米柱1500电连接于同一读出线1021。
图2B显示了步骤122后图像传感器的顶视图。
图2C显示了步骤132后图像传感器的顶视图。每个读出线1021和每个门极线1570具有用于连接外部电路的外露部分。
图3显示了根据一个实施例，使用VLS方法制造图像传感器的方法步骤。在每个步骤中，沿被制造的图像传感器的“行”方向或者“列”方向的截面示意图被显示。
VLS方法的细节在例如国际专利申请公布号WO2008/079076A1和美国专利申请公布号2008/0248304，2008/0246123，2008/0246020，和2008/0237568中被描述，其中每个申请在此被全文包含引用。
在步骤301，提供一硅绝缘体(SOI)型基板或者硅玻璃(SG)型基板。该基板具有一氧化物层3010和位于3010层上的一重掺杂层(HDL)3020。该HDL层3020可以具有厚度约500纳米。该HDL层3020可以是p+或者n+。
在步骤302，在HDL层3020添加一抗蚀剂层3050。该抗蚀剂层3050可以用旋转涂布添加。抗蚀剂层3050可以是一光抗蚀剂或者一电子束抗蚀剂。
在步骤303，执行光刻。该抗蚀剂层3050现在具有开口图案可以将HDL层3020外露。该开口形状为圆点，正方形或者圆形，开口的形状和位置相对应于制造的图像传感器的纳米柱的形状和位置。光刻的分辨率被使用的辐射波长限制。使用波长约为248纳米和193纳米深紫外光的光刻工具，可以容许特征尺寸下限达到约50纳米。使用电子能量1keV到50keV的电子束光刻工具可以容许特征尺寸下限达到约几个纳米。
在步骤304，沉积一个种子层3060。沉积可以通过一个技术，例如热蒸发、电子束蒸发、溅射、原子层沉积(ALD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。该种子层3060可以是例如Au，Ag，Fe，Ni，Cr，Al的一个金属或者其中任意者的组合。该种子层3060厚度可以是1纳米到10纳米。
在步骤305，抗蚀剂层3050剩余部分用一个合适的溶剂剥离或者用一个抗蚀剂灰化剂灰化去除其上的任何种子层3060。在抗蚀剂层3050开口中的种子层3060的一部分被保留。
在步骤306，使用VLS方法从种子层3060生长纳米柱3500,其中种子层3060功能性地作为一催化剂。优选的，纳米柱3500与其下的HDL层3020同延。在VLS生长后，每个纳米柱3500现在具有一柱体3530和其上的种子层3060。该柱体3530是i或者和HDL层3020相同导电类型的轻掺杂，即，如果HDL层3020是n型，柱体3530是n型；如果HDL层3020是p型，柱体3530是p型。纳米柱3500的长度可以用VLS生长的参数决定，例如，时间长度、温度、气体流速、气体成分等。
在步骤307，填充纳米柱3500间的空间，可以使用例如氧化硅的一氧化物3070通过例如化学气相沉积（CVD）的一合适技术填充，或者使用例如聚酰亚胺的一聚合物3070通过下降铸造、蒸发、CVD或旋转涂布的一合适技术填充。纳米柱3500间的空间填充也可以使用其它合适的电介质材料。
在步骤308，氧化物或者聚合物3070的上表面通过例如CMP的一合适技术平坦化，使得纳米柱3500的柱体3530被外露，并且种子层3060被整体去除。
在步骤309，使用离子注入在每个纳米柱3500的上表面形成一交界层3540。该交界层3540和HDL层3020的导电类型相反，即，如果HDL层3020是p型，柱体3530是n型；如果HDL层3020是n型，柱体3530是p型。使用极低注入能量，制造的交界层3540“浅”（即，薄）。例如，交界层3540的厚度从10纳米到200纳米。根据掺杂水平、交界层3540、柱体3530和HDL层3020形成p-i-n，p-n，n-i-p，或者n-p结。
在步骤310，沉积更多氧化物或者聚合物3070，来覆盖交界层3540。
步骤311-332是和图1步骤111-132相同。
使用该图像传感器的方法包括：（a）对像素光照；（b）通过使用围绕像素中的至少一纳米柱的门电极，将像素中的至少一纳米柱和外部读出电路连接，来读出像素的电信号；该电信号可以是纳米柱积累的电荷、纳米柱的电流变化、或者纳米柱的电阻变化。
使用如图1或者图3中方法制造图像传感器的一方法，包括：（a）对TCL层1160施加一偏置电压；（b）对所有门极线1570施加一第一门极电压，该第一门极电压有效的阻断通过纳米柱的电流；（c）对图像传感器光照；（d）将所有门极线1021接地，来去除其上积累的电荷，然后将所有读出线1021和地断开；（e）对一个门极线1570施加一第二门极电压，该第二门极电压有效的使得电流通过该门极线1570围绕的纳米柱；（f）对至少一读出线1021读取电流读数；（g）对该门极线1570施加该第一门极电压；（h）可选择的，在每个门极线1570重复步骤（d）到（g）。
图4和图5显示了包含图像传感器和一控制电路的一设备。该控制电路包含一解码器410和一跨阻放大器(TIA)和复用器电路420。该图像传感器和该控制电路可以形成一集成电路或者芯片。为了控制或者寻址纳米柱，可以对一个门极线1570选择性的施加一门极电压，使得连接于该门极线1570的那些纳米柱中通过电流，并且读出线1021可以用来从那些纳米柱中的每一个读出电流。这样，一行一行（即一门极线一门极线）的寻址方案可以被执行。该TIA和复用器电路420被连接于每个读出线1021，并且可以包含一复用器来将每个读出线1021的电流顺序输出给一单独端口。该TIA和复用器电路420可以放大每个读出线1021的电流并且将其转换成一电压信号。解码器阵列410连接于每个门极线1570，可以包含一复用器来将门极电压顺序施加给每个门极线1570。该TIA和复用器电路420和解码器阵列410可以用一个定时脉冲输入的共同定时信号来同步。一个控制器可以用来产生定时信号。该控制电路可进一步包括其它功能部件，例如，模拟-数字转换器、曝光控制器、和一个偏置电压电路等。一个示例TIA可以是OPA381；一个示例的多路复用器可以是ADG732，一个示例解码器可以是SN74154（德州仪器公司提供）。当然，其它的读出电路组件也可以被用来是已知的。
可以使用例如引线键合、倒装芯片接合或凹凸粘接的任何合适的相互连接技术，将该控制电路和图像传感器连接。
该读出线1021和门极线1570可以是如图4所示的平行，或者如图5所示的“扇出”形状。扇出形状的电极给和外部电路的连接提供更多空间是已知的。
此处所述的图像传感器可用于各种图像传感器，包括接触式图像传感器（CIS）。接触式图像传感器是可以分辨约等于像素大小尺寸的特征。像素的大小，可以由纳米柱的大小和渐逝场传播的周边区域大小决定。接触式图像传感器是光学平板式扫描仪领域的一个相对较新的技术创新，在低功耗和便携式应用中正在迅速取代电荷耦合器件（CCD）。顾名思义，接触式图像传感器将图像传感器放置在和被扫描的对象接近直接接触的位置，相对照下，传统的CCD扫描仪使用镜子反射光到一个固定的传感器上。一个CIS通常包含传感器的线性阵列，其由聚焦透镜覆盖，两侧用红色，绿色和蓝色发光二极管照明。LED的使用允许CIS相对省电，许多扫描仪通过例如通用串行总线（USB）连接提供的最小线电压供电。CIS设备通常会产生相比CCD设备较低的图像质量；尤其景深有限，对于不完全平坦的材料构成一个问题。然而，CIS接触式传感器通常是模块化的。所有必要的光学组件可以被包含在一个紧凑的模块中。因此，CIS模块可以帮助简化扫描仪的内部结构。此外，CIS接触式传感器通常和CCD线传感器比是较小的和较轻的。对于CIS，高度约30毫米的扫描仪即可以便携。
CIS可以包括一个拉长的光学组件，包括照明，光学成像和检测系统。照明光源照亮对象的一部分（通常被称为“扫描区域”），而光学成像系统收集被照亮的扫描区域的反射光，并且将小面积的照明扫描区域（通常称为“扫描线”）聚焦到CIS像素上。像素将此入射的光转换成电信号。代表整个对象的图像数据然后可能通过用CIS扫描整个对象来获得。
一个使用CIS扫描对象的方法，主要包括三个步骤：第一，CIS像素将收集到的对象的反射光转换成模拟电信号；第二，模拟电信号被放大；第三，被放大的模拟电信号由模拟到数字转换器（A/D转换器）被转换为数字电信号。然后数字信号可以根据需要进一步加工和/或存储。
图6显示了根据一个实施例的一个设备600的示意图。设备600包括前置光学器件610，图像传感器620，读出电路（ROC）630，和处理器640。一个外罩可以包容和保护设备600组件，免于过度环境光线，环境（如潮湿，灰尘等）、机械损伤（如振动，冲击）等。
场景（S）的光（L）照射于设备600。为了清楚起见，只有从S出来的照射于设备600的L被表述（尽管已知从S出来的L于各个方向传播）。
前置光学器件610可用于接收来自S的L，和将收到的L聚焦或者照准到图像传感器620上。例如，前置光学器件610可能包括一项或多项：一个透镜，一个光学滤光片，一个偏振片，一个扩散器，一个准直仪，等。
图像传感器620的像素可能包括不同大小的（如从50纳米到200纳米）的纳米柱，可以对感兴趣的波长区域的光进行选择性检测。
ROC630可以连接到图像传感器620，用于接收其输出。
处理器640用于接收来自ROC630的输出。640处理器可能会在某些情况下用于提供缺陷校正、线性校正、数据缩放、变焦/放大、数据压缩、辨色滤光、和/或其它需要的图像处理。
在一个实施例中，处理器640可能包括硬件，例如特定用途集成电路（ASICs），现场可编程门阵列（FPGA），数字信号处理器（DSP），或其它集成性的格式。但是，该领域技术人员会认识到处理器640可全部或部分地等效地在集成电路中实施，作为一个或多个包含计算机可执行指令的计算机程序或一个或多个计算机上运行的代码（例如，作为在一个或多个计算机系统中的一个或多个程序运行），作为在一个或多个处理器上运行的一个或多个程序（例如，作为在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序），作为固件，或几乎以上任何组合，并且根据此披露，设计该电路和/或写软件和/或固件的代码该是该领域具有熟练技能者的技能范围之内。此外这些领域的技术人员会明白此处所描述的发明原理可以作为程序产品被发布，并对此处所描述的发明的描述性实施例适用于实际用于发布的使用于任何计算机的可读性媒介。
在一些实现中，设备600也可作为一个多波长的分光光度计来测量在一个或者多个波长的反射或吸收的强度。
根据图像传感器620的构建，不同波长的光可能被不同位置和不同大小的纳米柱检测。可以制造含三个或四个纳米柱的像素。当然包含额外纳米柱的像素也是可能的。
图7A和7B根据实施例显示了一个示例性的三纳米柱像素和一个示例性的四纳米柱像素。这些像素可能被纳入图像传感器。
图7A根据一个实施例显示了包含R、G、B三个纳米柱的一个像素710，其三个纳米柱具有不同大小，分别用于吸收和/或检测红色、绿光和蓝色光。举例来说，R、G、B纳米柱大小能有效地分别吸收和/或检测波长在约650纳米、510纳米和475纳米的光。像素710直径可以为10微米或以下。像素710可用于传统的基于阴影掩盖的显示设备。
图7B根据一个实施例显示了包括R、G、B、G的四个纳米柱的一个像素720，其四个纳米柱不同大小分别用于吸收和/或检测红色，绿色和蓝色光。其中的两个纳米柱G用于吸收和/或检测绿光。像素720的直径可以为10微米或以下。
在某些情况下，一个包覆层可环绕图像传感器的至少一个像素以增加光吸收。举例来说，像素710和720的包覆层可以用氧化铪或氮化硅形成。
上述详细说明已经由使用图、流程图及/或实例阐释了装置及/或过程的各种实施例。就这些图、流程图及/或实例含有一或多个功能及/或操作而言，熟习此项技术者将理解可借助宽广范围的硬件、软件、固件或几乎其任一组合，个别地及/或共同地实施这些图、流程图及/或实例中的每一功能及/或操作。
熟习此项技术者将辨识在此项技术中以本文中阐释的方式阐述的装置及/或过程，且此后使用工程实践以将这些所述装置及/或过程整合至数据处理系统是常见的。亦即，可经由合理量的实验将本文中所述装置及/或过程的至少一部分整合至数据处理系统内。
本文中所描述主题有时图解说明含有与不同其它组件内或与不同其它组件连接的不同组件。应理解为这些所描述架构仅是例示性，且事实上可实施达成相同功能性的诸多其它架构。在概念意义上，达成相同功能性的组件的任一配置皆是有效地“相关联”以使得达成所期望的功能性。因此，本文中经组合以达成特定功能性的任何两个组件皆可视为彼此“相关联”以使得无论架构或中间组件如何，都达成所期望的功能性。
关于本文中大致任何复数及/或单数术语的使用，熟习此项技术者可在适于上下文及/或应用时将复数转译成单数及/或将单数转译成复数。出于清晰起见，本文中可明确地阐释各种单数/复数排列。
包含但不限于专利、专利申请案及非专利文献的所有参考数据借此皆以全文引用方式并入本文中。
虽然本文中已揭示各种方面及实施例，但熟习此项技术者将明了其它方面及实施例。本文中所揭示的各种方面及实施例皆是出于图解说明的目的，且并非意欲具有限制性，其中真实范畴及精神皆由以下申请专利范围指示。

Claims (30)

1.一图像传感器包括：
一基板;
复数个像素，其中每个像素包括基本从基板垂直延伸的至少一纳米柱，和围绕该至少一纳米柱的一门电极；
其中该至少一纳米柱适应将入射其上的光线转化成为电信号，并且该门电极可操作性地截断或者容许电流通过该至少一纳米柱；
其中该至少一纳米柱包括一包覆层，该包覆层的折射率小于该纳米柱的折射率。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中每个纳米柱有一个垂直p-n结或者一个垂直p-i-n结。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中多于一个像素有一个电连接的共同电极。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中该共同电极是一个透明导电材料。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中该纳米柱和该基板包括一个或者多个半导体材料和/或金属。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中该纳米柱的直径从10纳米到2000纳米，50纳米到150纳米，或者90纳米到150纳米；和/或该纳米柱的长度从10纳米到10000纳米，或者100纳米到1000纳米；和/或该纳米柱的截面形状是圆形、正方形或者六边形。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，其中该纳米柱尺寸可以选择性的吸收紫外光、红光、绿光、蓝光、或者红外光。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，该图像传感器进一步包含复数个读出线，其每一个和一个或者多个像素电连接；和复数个门极线，其每一个和一个或者多个像素的门电极相连，其中没有两个像素是和同一读出线相连同时该两个像素门电极和同一门极线相连。
9.根据权利要求8所述的图像传感器，该图像传感器包含第一、第二、第三和第四像素，一第一读出线电连接于该第一和第二像素，一第二读出线电连接于该第三和第四像素，一第一门极线电连接于该第一和第三像素的门电极，并且一第二门极线电连接于该第二和第四像素的门电极。
10.根据权利要求8所述的图像传感器，其中该读出线和门极线包括连接其上的一个或者多个电子设备，该一个或者多个电子设备从包含放大器、多路复用器、D/A或A/D转换器、电脑、微处理单元、数字信号处理器的组中所选。
11.根据权利要求8所述的图像传感器，其中：
该读出线包括一重掺杂半导体材料；
每个纳米柱包含一本征半导体材料或者与读出线的重掺杂半导体材料相同导电类型的轻掺杂半导体材料，和与读出线的重掺杂半导体材料不同导电类型的一交界层；
每个纳米柱的柱体夹于一个读出线和该纳米柱的交界层之间；
该所有纳米柱的交界层电连接于一透明导电层；并且
该纳米柱和读出线外延。
12.根据权利要求11所述的图像传感器的制造方法，包括：
(1)提供一基板，该基板具有一第一氧化物层，位于第一氧化物层上的一重掺杂层，和位于重掺杂层上的一外延层，该外延层是本征的或者和该重掺杂层相同导电类型的轻掺杂；
(2)由离子注入形成在外延层上的一交界层，该交界层和重掺杂层是相反的导电类型；
(3)于交界层上施加一抗蚀剂层；
(4)执行光刻，该第一抗蚀剂层形成开口图案，使得交界层从开口外露，开口的形状和位置相对应于制造的图像传感器的纳米柱的形状和位置；
(5)沉积一第一掩膜层；
(6)剥离或者灰化去除该其上的任何第一掩膜层部分，并且通过第一掩膜层外露交界层的一部分；
(7)深蚀刻交界层外露部分和其正下方的外延层部分，直到交界层外露部分正下方的重掺杂层被外露，来形成纳米柱；,该每个纳米柱具有一掩膜层，一交界层和柱体一部分的一外延层；
(8)通过浸入蚀刻剂并且随后清洗，平滑化纳米柱的侧壁；
(9)用一第二氧化物或者一第二聚合物填充纳米柱间的空间；
(10)平坦化该第二氧化物或者该第二聚合物的上表面；
(11)施加一第二抗蚀剂层在该第二氧化物或者该第二聚合物上；
(12)执行光刻，在该第二抗蚀剂层中形成一个开口图案，使得该第二氧化物或者该第二聚合物在开口外露，每个纳米柱整体位于这些开口中的一个的范围，开口的位置和形状对应于读出线的位置和形状；
(13)沉积一第二掩膜层；
(14)剥离或者灰化第二抗蚀剂层，去除其上的任何第二掩膜层部分，并且通过第二掩膜层外露该第二氧化物或者第二聚合物部分；
(15)在重掺杂层深蚀刻该第二氧化物或者该第二聚合物外露部分和其正下方的重掺杂层部分，直到该第一氧化物外露，使得重掺杂层被分区为读出线；
(16)沉积一个遮掩层来保护该第一氧化物层的外露部分；
(17)去除该第二氧化物或者该第二聚合物使得纳米柱外露；
(18)各向同性沉积一个钝化层覆盖在该图像传感器的整个外露表面；
(19)用一第三氧化物或者一第三聚合物填充纳米柱间的空间；
(20)平坦化该第三氧化物或者该第三聚合物的一上表面;
(21)沉积一图案化的第三掩膜层在该第三氧化物或者该第三聚合物上，其中图案化的第三掩膜层开口中该第三氧化物或者该第三聚合物被外露，每个纳米柱整体位于该图案化的第三掩膜层开口中的一个的范围，开口的位置和形状对应于门极线和门电极的位置和形状；
(22)深蚀刻该第三氧化物或者第三聚合物的外露部分，使得其下的钝化层可以外露；
(23)沉积一金属层来形成门极线；
(24)去除该第三氧化物或者第三聚合物；
(25)用一第四氧化物或者一第四聚合物填充纳米柱间的空间；
(26)平坦化该第四氧化物或者该第四聚合物的上表面，使得纳米柱的交界层被外露；
(27)沉积一透明导电层；
(28)在透明导电层上添加一第三抗蚀剂层；
(29)执行光刻，在基板边缘部分上的该第三抗蚀剂层形成开口，使得没有纳米柱位于开口的范围，每个读出线的一部分位于开口的范围内，每个门极线的一部分位于开口的范围内，透明导电层的一部分现在通过开口外露；
(30)通过湿蚀刻，去除透明导电层的外露部分，使得其下的该第四氧化物或者该第四聚合物的一部分被外露；
(31)使用干蚀刻法去除该第四氧化物或者该第四聚合物的外露部分和其正下方的钝化层的部分，使得每个读出线和每个门极线具有一外露部分用于连接外部电路；
(32)剥离或者灰化该第三抗蚀剂层。
13.根据权利要求12的方法，其中：
在步骤1，该重掺杂层是p型或者n型；
在步骤1，该重掺杂层厚度是约500纳米；
在步骤1，该外延层厚度是约3000纳米到10000纳米；
在步骤2，该交界层厚度是约10纳米到200纳米；
在步骤3，该第一抗蚀剂层是光抗蚀剂或者电子束抗蚀剂；
在步骤3，该第一抗蚀剂层是旋转涂布施加；
在步骤5，沉积第一掩膜层可以通过热蒸发、电子束蒸发、溅射、原子层沉积、等离子体增强化学气相沉积;
在步骤5，该第一掩膜层是Cr，Al，SiO2或者Si3N4；
在步骤8，纳米柱侧壁通过浸入氢氧化钾被平滑；
在步骤9，该第二氧化物是氧化硅或者该第二聚合物是聚酰亚胺；
在步骤9，该第二氧化物的沉积通过化学气相沉积，或者该第二聚合物的沉积通过下降铸造、蒸发、CVD或旋转涂布；
在步骤10，通过化学机械抛光/平坦，平坦化该第二氧化物或者该第二聚合物；
在步骤10，第一掩膜层在平坦化后不外露；
在步骤11，该第二抗蚀剂层是光抗蚀剂或者电子束抗蚀剂；
在步骤11，该第二抗蚀剂层通过旋转涂布施加；
在步骤12，该开口是跨过整个基板宽度的平行槽；
在步骤13，沉积第二掩膜层可以使用热蒸发、电子束蒸发、溅射、原子层沉积、等离子体增强化学气相沉积；
在步骤13，第二掩膜层可以是Cr，Al，SiO2或者Si3N4;
在步骤16，该遮掩层用热蒸发或者电子束蒸发沉积；
在步骤16，该遮掩层是Si3N4;
在步骤17，去除第二氧化物通过使用HF溶解，去除第二聚合物通过使用四甲基氢氧化铵溶解或者干蚀刻；
在步骤18，沉积钝化层使用原子层沉积；
在步骤18，该钝化层是SiO2，Si3N4，ZrO2，HfO2，Al2O3或者其任意者的组合；
在步骤19，该第三氧化物是氧化硅或者该第三聚合物是聚酰亚胺；
在步骤19，该第三氧化物的沉积通过化学气相沉积，或者该第三聚合物的沉积通过下降铸造、蒸发、CVD或旋转涂布；
在步骤20，通过化学机械抛光/平坦，平坦化该第三氧化物或者该第三聚合物；
在步骤23，沉积金属层可以使用热蒸发或者电子束蒸发；
在步骤23，该金属层是Cr，Al，Au，Ag，Pt，Pd，掺杂多晶硅或者其任意者的组合；
在步骤24，去除第三氧化物通过使用HF溶解，去除第三聚合物通过使用四甲基氢氧化铵溶解或者干蚀刻；
在步骤25，该第四氧化物是氧化硅或者该第四聚合物是聚酰亚胺；
在步骤25，该第四氧化物的沉积通过化学气相沉积，或者该第四聚合物的沉积通过下降铸造、蒸发、CVD或旋转涂布；
在步骤26，通过化学机械抛光/平坦，平坦化该第四氧化物或者该第四聚合物；
在步骤27，该透明导电层是铟锡氧化物或者铝掺杂氧化锌；
在步骤27，该透明导电层沉积使用溅射；
在步骤27，退火形成透明导电层和交界层之间的欧姆接触；和/或
在步骤30，通过使用HCl的湿蚀刻，去除透明导电层的外露部分。
14.根据权利要求11所述的图像传感器的制造方法，包括：
(1)提供一基板，该基板具有一第一氧化物层，位于第一氧化物层上的一重掺杂层；
(2)于交界层上施加一第一抗蚀剂层；
(3)执行光刻在该第一抗蚀剂层形成开口图案，使得交界层从开口外露，开口的形状和位置相对应于制造的图像传感器的纳米柱的形状和位置；
(4)沉积一种子层；
(5)剥离或者灰化去除第一抗蚀剂层，来去除其上的任何种子层部分；
(6)使用VLS方法从种子层生长纳米柱，每个纳米柱具有其柱体上的种子层，其中种子层功能性的作为一催化剂，该柱体是本征的或者和重掺杂层相同导电类型的轻掺杂；
(7)使用一第二氧化物或者一第二聚合物，填充纳米柱间的空间;
(8)平坦化该第二氧化物或者该第二聚合物的上表面，使得每个纳米柱的柱体被外露，并且种子层被整体去除；
(9)使用离子注入在每个纳米柱的上表面形成一交界层，该交界层和重掺杂层的导电类型相反；
(10)沉积更多的第二氧化物或者第二聚合物，来覆盖交界层；
(11)施加一第二抗蚀剂层在该第二氧化物或者该第二聚合物上；
(12)执行光刻在该第二抗蚀剂层中形成一个开口图案，使得该第二氧化物或者该第二聚合物在开口外露，每个纳米柱整体位于这些开口中的一个的范围，开口的位置和形状对应于读出线的位置和形状；
(13)沉积一第二掩膜层；
(14)剥离或者灰化第二抗蚀剂层，去除其上的任何第二掩膜层部分，并且通过第二掩膜层外露该第二氧化物或者第二聚合物；
(15)在重掺杂层深蚀刻该第二氧化物或者该第二聚合物外露部分和其正下方的重掺杂层部分，直到该第一氧化物外露，使得重掺杂层被分区为读出线；
(16)沉积一个遮掩层来保护该第一氧化物层的外露部分；
(17)去除该第二氧化物或者该第二聚合物使得纳米柱外露；
(18)各向同性沉积一个钝化层覆盖在该图像传感器的整个外露表面；
(19)用一第三氧化物或者一第三聚合物填充纳米柱间的空间；
(20)平坦化该第三氧化物或者该第三聚合物的一上表面;
(21)沉积一图案化的第三掩膜层在该第三氧化物或者该第三聚合物上，其中图案化的第三掩膜层开口中该第三氧化物或者该第三聚合物被外露，每个纳米柱整体位于该图案化的第三掩膜层开口中的一个的范围，开口的位置和形状对应于门极线和门电极的位置和形状；
(22)深蚀刻该第三氧化物或者第三聚合物的外露部分，使得其下的钝化层可以外露；
(23)沉积一金属层来形成门极线；
(24)去除该第三氧化物或者第三聚合物；
(25)用一第四氧化物或者一第四聚合物填充纳米柱间的空间；
(26)平坦化该第四氧化物或者该第四聚合物的上表面，使得纳米柱的交界层被外露；
(27)沉积一透明导电层；
(28)在透明导电层上添加一第三抗蚀剂层；
(29)执行光刻，在基板边缘部分上的该第三抗蚀剂层形成开口，使得没有纳米柱位于开口的范围，每个读出线的一部分位于开口的范围内，每个门极线的一部分位于开口的范围内，透明导电层的一部分现在通过开口外露；
(30)通过湿蚀刻，去除透明导电层的外露部分，使得该第四氧化物或者该第四聚合物的一部分被外露；
(31)使用干蚀刻法去除该第四氧化物或者该第四聚合物的外露部分和其正下方的钝化层的部分，使得每个读出线和每个门极线具有一外露部分用于连接外部电路；
(32)剥离或者灰化该第三抗蚀剂层。
15.根据权利要求14的方法，其中：
在步骤1，该重掺杂层是p型或者n型；
在步骤1，该重掺杂层厚度是约500纳米；
在步骤2，该第一抗蚀剂层是光抗蚀剂或者电子束抗蚀剂；
在步骤2，该第一抗蚀剂层是旋转涂布施加；
在步骤4，沉积种子层可以通过热蒸发、电子束蒸发、溅射、原子层沉积、等离子体增强化学气相沉积;
在步骤4，该种子层是Au，Ag，Fe，Ni，Cr，Al或者其任意者的组合；
在步骤4，该种子层厚度是从1纳米到10纳米；
在步骤6，纳米柱与重掺杂层同延；
在步骤7，该第二氧化物是氧化硅或者该第二聚合物是聚酰亚胺；
在步骤7，该第二氧化物的沉积通过化学气相沉积，或者该第二聚合物的沉积通过下降铸造、蒸发、CVD或旋转涂布；
在步骤8，通过化学机械抛光/平坦，平坦化该第二氧化物或者该第二聚合物；
在步骤11，该第二抗蚀剂层是光抗蚀剂或者电子束抗蚀剂；
在步骤11，该第二抗蚀剂层通过旋转涂布施加；
在步骤12，该开口是跨过整个基板宽度的平行槽；
在步骤13，沉积第二掩膜层可以使用热蒸发、电子束蒸发、溅射、原子层沉积、等离子体增强化学气相沉积；
在步骤13，第二掩膜层可以是Cr，Al，SiO2或者Si3N4；
在步骤16，该遮掩层用热蒸发或者电子束蒸发沉积；
在步骤16，该遮掩层是Si3N4；
在步骤17，去除第二氧化物通过使用HF溶解，去除第二聚合物通过使用四甲基氢氧化铵溶解或者干蚀刻；
在步骤18，沉积钝化层使用原子层沉积；
在步骤18，该钝化层是SiO2，Si3N4，ZrO2，HfO2，Al2O3或者其任意者的组合；
在步骤19，该第三氧化物是氧化硅或者该第三聚合物是聚酰亚胺；
在步骤19，该第三氧化物的沉积通过化学气相沉积，或者该第三聚合物的沉积通过下降铸造、蒸发、CVD或旋转涂布；
在步骤20，通过化学机械抛光/平坦，平坦化该第三氧化物或者该第三聚合物；
在步骤23，沉积金属层可以使用热蒸发或者电子束蒸发；
在步骤23，该金属层是Cr，Al，Au，Ag，Pt，Pd，掺杂多晶硅或者其任意者的组合；
在步骤24，去除第三氧化物通过使用HF溶解，去除第三聚合物通过使用四甲基氢氧化铵溶解或者干蚀刻；
在步骤25，该第四氧化物是氧化硅或者该第四聚合物是聚酰亚胺；
在步骤25，该第四氧化物的沉积通过化学气相沉积，或者该第四聚合物的沉积通过下降铸造、蒸发、CVD或旋转涂布；
在步骤26，通过化学机械抛光/平坦，平坦化该第四氧化物或者该第四聚合物；
在步骤27，该透明导电层是铟锡氧化物或者铝掺杂氧化锌；
在步骤27，该透明导电层沉积使用溅射；
在步骤27，退火形成透明导电层和交界层之间的欧姆接触；和/或
在步骤30，通过使用HCl的湿蚀刻，去除透明导电层的外露部分。
16.根据权利要求1的图像传感器的使用方法，包括：
(a)对像素光照；
(b)通过使用围绕像素中的至少一纳米柱的门电极，将像素中的至少一纳米柱和外部读出电路连接，来读出纳米柱电信号。
17.根据权利要求16的方法，其中该电信号可以是该至少一纳米柱积累的电荷，该至少一纳米柱的电流变化，或者该至少一纳米柱的电阻变化。
18.根据权利要求8的图像传感器的使用方法，包括：
(a)对透明导电层施加一偏置电压；
(b)对所有门极线施加一第一门极电压，该第一门极电压有效的阻断通过纳米柱的电流；
(c)对图像传感器光照；
(d)将所有门极线接地，来去除其上积累的电荷，然后将所有读出线和地断开；
(e)对一个门极线施加一第二门极电压，该第二门极电压有效的使得电流通过该门极线围绕的纳米柱；
(f)对至少一读出线读取电流读数；
(g)对该门极线施加该第一门极电压；
(h)可选择的，在每个门极线重复步骤(d)到(g)。
19.一设备，包含根据权利要求8的图像传感器，与每个门极线相连的一解码器，一跨阻放大器和与每个读出线相连的复用器电路。
20.根据权利要求19的设备，其中该跨阻放大器和复用器电路可以放大每个读出线的电流并且将其转换成一电压信号；该解码器、该跨阻放大器和复用器电路可以用一个控制器产生的一共同定时信号来同步；和/或该解码器、该跨阻放大器和复用器电路使用引线键合、倒装芯片接合或凹凸粘接连接于图像传感器。
21.根据权利要求8的图像传感器，其中该读出线是平行或者扇出形状，和/或该门极线是平行或者扇出形状。
22.根据权利要求1的图像传感器扫描物体的使用方法，包括：
(a)将从像素接收到的物体反射的光线转换成模拟电信号；
(b)放大该模拟电信号；
(c)使用一模拟数字转换器将放大的模拟电信号转换成数字电信号。
23.一设备，包含根据权利要求1的图像传感器，进一步包括前置光学器件和一读出电路，其中，该前置光学器件设置为可用于接收来自场景的光，和将收到的光聚焦或者照准到图像传感器上；并且该读出电路可以连接到图像传感器并且配制为接收图像传感器的输出。
24.根据权利要求23的设备，其中该前置光学器件包括一项或多项：一个透镜，一个光学滤光片，一个偏振片，一个扩散器，一个准直仪；和/或该读出电路包括一项或多项：特定用途集成电路(ASICs)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)。
25.根据权利要求1的图像传感器，包含至少一像素，其包含至少第一、第二和第三纳米柱，其大小能有效地分别吸收和/或检测波长在约650纳米、510纳米和475纳米的光。
26.根据权利要求1的图像传感器，包含至少一像素，其包含至少第一、第二、第三和第四纳米柱，其大小能有效地分别吸收和/或检测红色、绿色、绿色和蓝色光。
27.根据权利要求1的图像传感器，进一步包含一个包覆层，其环绕至少一个像素或者至少一个纳米柱。
28.根据权利要求27的图像传感器，其中该包覆层是氧化铪或氮化硅。
29.根据权利要求1的图像传感器，进一步包含位于至少一纳米柱的一上端的一个微透镜。
30.根据权利要求1的图像传感器，其中至少一纳米柱具有在从400纳米到800纳米的整个波长范围内至少有50%的吸收率。
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