CN103620785A - 钝化直立纳米结构和其制造方法 - Google Patents

Abstract

此处所描述的一设备包括：一个基板；一个或多个基本垂直延伸于该基板的纳米结构；其中该纳米结构包括掺杂半导体的一个核心，沉积到该核心上的一第一层，和与该核心类型相反并且沉积到该第一层上的一第二层。

Description

钝化直立纳米结构和其制造方法

交叉引用相关的申请

此申请和美国专利申请号61/266，064，61/357，429，61/360，421，12/204，686(授予美国专利号7，646，943)，12/270，233，12/472，264，12/472，271，12/478，598，12/633，297，12/621，497，12/648，942，12/910，664，12/966，514，12/573，582，12/575，221，12/633，323，12/633，318，12/633，313，12/633，305，12/982，269，12/966，573，12/967，880，12/974，499，12/945，492，13/047，392，13/048，635和12/966，535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

半导体表面往往是一个缺陷源，对半导体电子，光学和化学性质产生不利的影响。一个合适的钝化技术可以消除缺陷或防止缺陷的不良影响。

发明内容

此处所描述的为一设备，包括：一个基板；一个或多个基本垂直于基板延伸的纳米结构；其中该纳米结构包括一个掺杂半导体核心，核心上的一本征非晶半导体层，和本征非晶半导体层上的一个和核心相反类型的重掺杂非晶半导体层。

本文还介绍了一设备，包括：一个基板；一个或多个基本垂直于基板延伸的纳米结构；其中该纳米结构包括一个核心和一个钝化层，该钝化层包括非晶态材料，其配置钝化核心的至少一表面并且配置与核心形成p-i-n结。

附图说明

图1A-1C分别显示了一纳米结构的局部截面图。

图S1A显示了一个基板上的纳米结构。

图S1B显示了图S1A纳米结构的模拟吸收率。

图S1C显示了纳米结构上的可选耦合器。

图S2A和S2B显示了根据一个实施例的图像传感器的透视图和俯视图。

图S9显示了一个日盲型图像传感器的框图。

图S10显示了SBUV探测器作为前置光学元件的原理。

图P1是根据一个实施例的设备的透视图。

图P2显示了在不同偏振的光线投射至子像素时，该子像素内的纳米结构的示意图。

图P10显示了偏振探测器阵列。

图P12显示在图P1设备中的纳米结构的俯视图和透视图，其中特征具有侧壁上的金属层。

图V2A是根据一个实施例的光伏设备截面示意图。

图V5显示了光线集中在该光伏设备的结构上的示意图。

图V6显示了该光伏设备的一示例截面俯视示意图。

图V7显示了该光伏设备的一示例透视图。

图V8B显示了从图V2A的光伏设备引出电流的示意图。

图V9显示了该光伏设备的一替代条纹状结构。

图V10显示了该光伏设备的一替代网格状结构。

图W2A是根据一个实施例的一光伏设备的截面示意图。

图W5显示了光线集中在该光伏设备的结构上的示意图。

图W11A和图W11B显示了制造通孔的过程。

图W12A和图W12B显示了示例通孔的俯视图。

图W8B显示了从图W2A的光伏设备引出电流的示意图。

图S4和图S5显示了根据一个实施例的包含图像传感器的一设备。

图S6显示了根据一个实施例的包含图像传感器的另一设备。

图S7A和图S7B显示了该图像传感器的一像素的示意图，根据一个实施例，该像素有一个以上的纳米柱，其大小取决于吸收和/或检测不同波长或颜色的光。

图F1A显示了根据一个实施例的一图像传感器的截面示意图。

图F1B显示了图F1A的图像传感器的俯视示意图。

图F1C显示了图F1A的图像传感器的一像素的两个子像素中的两个纳米线的示例吸收谱，和图F1A的图像传感器基板上的一光电二极管的示例吸收谱。

图F2A显示了根据一个实施例的一图像传感器的截面示意图。

图F2B显示了图F2A的图像传感器的俯视示意图。

图F2C显示了图F2A的图像传感器的一像素的三个子像素中的三个纳米线的示例吸收谱，和图F2A的图像传感器的基板的示例吸收谱。

图F2D显示了图F2A的图像传感器的一像素的四个子像素中的四个纳米线的示例吸收谱，和图F2A的图像传感器的基板的示例吸收谱。

图F3显示了一耦合器和红外滤光片的示意图。

图F4显示了图像传感器的三个子像素的示例颜色匹配函数，和CIE标准观察者的颜色匹配函数。

图D2说明了在前侧照明的情况下具有纳米结构的光电探测器的像素一实施例经简化截面图。

图D2B说明了图D2中说明的在纳米结构光电探测器上具有二元微透镜的实施例态样。

图D3说明了在背侧照明情况下具有纳米结构光电探测器的像素的实施例经简化截面图。

图D4说明了具有一纳米线及一垂直光电门(VPG)的CMOS像素的实施例。

图D5b说明了一实施例的电位分布。

图D8说明了具有用一n+磊晶层涂布的p掺杂纳米线以形成p-n结的双光电二极管实施例的截面图。

图D9说明具有纳米结构光电门探测器的CMOS像素的一实施例。

图D10说明了具有纳米结构p-i-n光电二极管及在纳米线周围之垂直光电门的一CMOS主动像素的实施例。

图D11说明了具有纳米结构p-i-n光电二极管及在纳米线周围的垂直光电门之一CMOS主动像素的另一实施例。

图D12说明了一背侧照明图像传感器的一实施例。

图D13说明了一背侧照明图像传感器的另一实施例。

图D23C和D23D显示了纳米线的一波导结构的横截面说明实施例，该波导结构包括背面照式图像传感器，其具有位于图像传感器背面的纳米线。

具体实施方式

此处使用的术语“钝化”和“钝化”是指消除悬空键(即固定原子的不饱和化合价)的过程。此处使用的术语“图像传感器”是指将光学图像转换成电信号的设备。此处使用的术语“彩色图像传感器”是指能够将可见光谱中的光学图像(即彩色图像)转换成电信号的图像传感器。此处使用的术语“透明”是指至少有70％的透光率。此处使用的术语“偏振光”是指具有偏振的光。此处使用的“线性偏振”是指光的电场局限于沿光的传播方向的平面。此处使用的“圆偏振”光的电场不改变强度，但只以一个旋转方式改变方向。此处使用的“椭圆偏振”是指在光的传播方向的法向方向相交的固定平面上，光的电场描述为椭圆形。此处使用的术语“光伏设备”是指一种产生电力的装置，可以通过转化如太阳辐射的光能为电能。此处使用的结构是单晶是指整个结构的晶格在整个结构内是连续完整的，其中无晶界。导电材料可以是基本上是零带隙的材料。导电材料的导电性是通常高于10³S/cm。半导体可以是具有有限带隙高达约3eV和导电性一股在10³到10^-8S/cm的范围内的材料。电绝缘材料可以是一个带隙大于约3eV并且一股具有导电性低于10^-8S/cm的材料。此处所用的术语“基本垂直于基板的结构”是指结构和基板之间的角度大于灵，优选大于5°，更优选是从85°到90°。此处所用的术语“凹槽”是指在基板上的一个中空的空间，其对基板外部的空间是开放的。此处所用的III-V族化合物材料是指包含一种III族元素和一种V族元素的化合物。一种III族元素可以是B，Al，Ga，In，Tl，Sc，Y，镧系元素系列和锕系元素系列。V族元素可以是V，Nb，Ta，Db，N，P，As，Sb和Bi。此处所用的II-VI族的化合物材料是指包含一种II族元素和一种VI族元素组成的化合物。一种II族元素可以是Be，Mg，Ca，Sr，Ba和Ra。一种VI元素可以是Cr，Mo，W，Sg，O，S，Se，Te和Po。一种四元材料是一种由四种元素组成的化合物。此处使用的术语“网状”是指一个网络状图案或者构成。此处使用的术语“悬垂部分”是指该结构的突出于凹槽的侧壁的一部分。此处使用的术语“结构的一个顶部表面的轮廓”是指该结构的顶部表面的边缘。此处使用的术语“电极”是指用来和光伏设备建立电接触的导体。此处使用的术语“连续”是指没有缝隙，洞，或间断。此处使用的术语“p-i-n结”是指一个轻掺杂或本征半导体区域被夹在一个p型半导体区和n型半导体区域之间的结构。p型和n型区域可以是重掺杂，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n型半导体区域相互接触的结构。此处使用的术语“门电极”是指具有通过施加一个门电极电压控制电流流动的可操作性的电极。此处使用的术语“纳米柱”是指一个结构，它的大小在两个纬度最多为1000纳米，在其他维度无约束。术语“纳米柱”也可以指一个结构，它的大小在两个纬度最多为10微米，在其他维度无约束。此处使用的术语“门极线”是指具有传送电信号给门电极可操作性的一个电极或导线。此处使用的术语“多路复用”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)是将数字代码(通常是二进制)转换成模拟信号(电流，电压或电荷)的设备。此处使用的术语“前置光学元件”是指在图像传感器前面的光路上放置的光学元件(例如透镜，反射镜)

本征半导体，也称为非掺杂半导体或i-型半导体，是一个没有任何显著掺杂剂的非常纯的半导体。重掺杂半导体是指具有高掺杂水平的半导体，以致其表现开始更像一个金属而不像半导体。轻掺杂半导体是掺杂半导体，但其没有一个如重掺半导体的掺杂水平。在轻掺杂半导体中，掺杂剂原子实现各自的掺杂水平，其往往可以作为局部状态，通过热促进(或光学过渡)给导带或者价带分别提供电子或空穴。在足够高的杂质浓度(即重掺杂)，单个杂质原子可能会变得足够接近其邻杂质原子以至于其掺杂浓度合并成一个杂质能带，这种系统的行为不再显示半导体的典型特征，例如导电性随着温度增加而增加。此处使用的“单晶”半导体是指半导体晶格是连续和完整的，在其内没有晶界。此处使用的“多晶”半导体是指半导体包含由晶界隔开的晶体颗粒。此处使用的“非晶”半导体是指具有无序的原子结构的一个半导体。

图1A-1C分别显示了从基板20基本垂直延伸的纳米结构1的局部截面图。

如图1A局部截面图所示，根据一个实施例，一纳米结构1从一基板20基本垂直延伸，并且包括一个具有掺杂半导体材料的核心11，一各向同性地沉积在至少一个远离基板20的末端部分14的本征非晶半导体层12，和一个与核心11相反类型的重掺杂的非晶半导体层13，其各向同性地沉积在本征非晶半导体层12的至少一部分上。

如图1B局部截面图所示，根据一个实施例，一纳米结构1从一基板20基本垂直延伸，并且包括一个具有掺杂半导体材料的核心11，沉积在至少一个远离基板20的末端表面16的本征非晶半导体层12，和一个与核心11相反类型的重掺杂的非晶半导体层13，其沉积在本征非晶半导体层12上。优选的，本征非晶半导体层12和重掺杂非晶半导体层13在至少一个平行于基板20的方向同延。优选的，核心11的侧壁被一电绝缘层15至少部分覆盖。

如图1C局部截面图所示，根据一个实施例，一纳米结构1从一基板20基本垂直延伸，并且包括一个具有掺杂半导体材料的核心11，沉积在至少一个远离基板20的末端表面16的本征非晶半导体层12，和一个与核心11相反类型的重掺杂的非晶半导体层13，其沉积在本征非晶半导体层12上。优选的，核心11的侧壁被一电绝缘层15至少部分覆盖。优选的，本征非晶半导体层12和重掺杂非晶半导体层13在至少一个平行于基板20的方向和电绝缘层15同延。

基板20可以包括任何合适的材料：半导体(如硅)，绝缘体(如玻璃)，金属(如黄金)。基板20可以包括任何合适的电子元件，如晶体管，互连，通孔，二极管，放大器等。

核心11可以包括任何合适的掺杂半导体材料，如掺杂硅，掺杂锗，掺杂III-V族化合物半导体(如砷化镓，氮化镓等)，掺杂II-VI族化合物半导体(如镉，硒，碲化镉，硫化镉，氧化锌，硒化锌等)，或掺杂四元半导体(如铜铟镓硒)。核心11优选的是基本晶体半导体材料。核心11优选的是轻掺杂。核心11其中可以包括一个p-n结或p-i-n结。

本征非晶半导体层12可以包含任何合适的本征非晶半导体材料，如本征非晶硅，本征非晶锗，本征非晶的III-V或II-VI族化合物半导体。本征非晶半导体层12优选的厚度约为2纳米至约100纳米，更优选的约为2纳米至约30纳米。本征非晶半导体层12配置至少钝化核心11的一表面。本征非晶半导体层12可用任何适当的方法沉积，如原子层沉积(ALD)或化学气相沉积(CVD)。

重掺杂的非晶半导体层13可以包含任何适合的重掺杂非晶半导体材料，如重掺杂的非晶硅，重掺杂的非晶锗，重掺杂的非晶态的III-V或II-VI族化合物半导体。重掺杂的非晶半导体层13和核心11是相反类型是指如果核心是p型那么重掺杂的非晶半导体层13是n型，如果核心是n型那么重掺杂的非晶半导体层13是p型。重掺杂的非晶半导体层13优选的厚度至少约为10纳米，例如，从约10纳米至约200纳米左右。重掺杂的非晶半导体层13可用任何适当的方法沉积，如原子层沉积(ALD)或化学气相沉积(CVD)。

重掺杂的非晶半导体层13，本征非晶半导体层12和核心11形成一个p-i-n结。

绝缘层15可以包括任何合适的材料，如HfO₂，SiO₂，Al₂O₃，Si₃N₄等。

纳米结构1可以是纳米线或一个纳米板。此处使用的术语“纳米线”是指一个结构，其尺寸在垂直基板的方向(以下简称为“法线方向”)大大超过在任何垂直于法线方向(以下简称“横向”)的结构尺寸，并且其在横向方向的尺寸都小于1000纳米。此处使用的术语“纳米板”是指一个结构，其在法线方向和横向方向尺寸远大于在垂直于法线方向和横向方向的(以下简称为“厚度方向“)的结构尺寸，并且其在厚度方向的尺寸小于1000纳米。一个纳米板在平行基板方向的横截面可以有任何一个合适的形状，如矩形，椭圆形，凸凸(即像一个双凸透镜)，凹凹(即像一个双凹透镜)，平凸(即像一个平凸透镜)，平凹(即像一个平凹透镜)。

根据一个实施例，纳米结构1配置作为日盲型紫外探测器(SBUV)。SBUV区域是指波长范围，该波长范围内地球大气层吸收几乎所有太阳辐射到地球的紫外线。例如，波长300纳米到200纳米的区域是在SBUV区域内。一个只检测局限于SBUV区域内的辐射，并且拒绝可见光和红外辐射的设备被称为SBUV探测器或SBUV探测器。

日光不会干扰或盲化本实施例的SBUV探测器。因此，本实施例的SBUV探测器是特别适用于在SBUV区域内发射的人造辐射源，且享有非常低的误报率。这种人造辐射源可以包括肩发射地对空导弹(SLSAM)排气羽流，火和火焰，或任何其他紫外线发射源，包括氢火焰。此处实施方案的SBUV探测器可以在包括白天的所有光照条件下作用，其作用不受来自太阳辐射的干扰，并具有非常高的信号背景比。

根据一个实施例，该SBUV探测器包括一个基板，其上定义有复数个区域(以下简称为“像素”)。在每个像素中，SBUV探测器包括复数个基本垂直延伸于基板的纳米结构1。SBUV探测器的纳米结构1是纳米线。复数个纳米结构1可以相互等分或者不等分间隔，排列成规则或者随机的阵列。复数个纳米结构1配置为只对限于SBUV区域的辐射反应，而对于SBUV区域外的辐射不反应。这里，术语“反应”是指广泛地包括吸收，反射，耦合，检测，互动，转换为电信号等。

图S1A显示了一SBUV S10上的复数个纳米结构1(SBUV中的纳米线)之中一个。简明而讲，只有一个纳米结构1被显示，但SBUV S10可以有复数个纳米结构1，如超过一千个，或超过一百万个。纳米结构1基本垂直延伸于基板S130。每个纳米结构1优选的包括包围纳米结构1的包覆层S120。基板S130优选的是金属。优选的，纳米结构1有比包覆层S120更高的折射率。此处使用的术语“包覆层”或“包覆”是指包围纳米结构1的一层物质。

图S1B显示了SBUV探测器S10对于在法线方向入射的波长为100和400纳米之间的紫外光的模拟吸收率。图S1B清楚地显示了SBUV探测器S10对于波长在140和290纳米之间的紫外光的吸收率是大于50％，和对于波长140-290纳米区域外紫外光的吸收率很快下降到几乎为零。图S1B表明SBUV探测器S10确实只对于SBUV区域内的辐射反应。如图S1C所示，每个纳米结构1可以进一步包括一个耦合器S140，耦合器位于纳米结构1远离基板S130的一端(以下简称为“接收端”)。此处使用的术语“耦合器”是指有效引导光线到纳米结构1上的一个层。

根据一个实施例，纳米结构1是纳米线，直径从约5纳米至约30纳米，优选的约为20纳米。根据一个实施例，纳米结构1直径从约5纳米至约150纳米。包层S130厚度从约10纳米至约200纳米，优选的约30纳米。纳米结构1的间距(即复数个的纳米线其中一个至一个最近近邻的中心到中心距离)为从约0.2微米到约2微米。纳米结构1的高度(即在法线方向的尺寸)是从约0.1微米至5微米左右。每个像素可以有一个或多个纳米结构1。

图S2A和图S2B分别显示了SBUV探测器S10的透视图和俯视图。简明而讲，只有四个像素(虚线矩形包围的区域)被显示。纳米结构1优选的通过将其转换为电信号来检测SBUV区域的紫外线辐射。例如，每个纳米结构1可以包括一个光电二极管(如雪崩光电二极管)或和基板S130形成光电二极管(如雪崩光电二极管)。SBUV探测器S10可以进一步包括配置为检测纳米结构1的电信号的电子元件，例如基板S130中的读出集成电路(ROIC)，和位于每个像素上的所有纳米结构1之间并且和其电子连接的一个电极S150，和位于整个SBUV探测器S10的所有纳米结构110的接收端上并且和其电子连接的一个共同电极S160。优选的，SBUV探测器S10可以分别检测从在不同像素中的纳米结构1的电信号。

根据如图S9所示的一个实施例，SBUV探测器S10可与电子电路集成成为一个日盲型图像传感器。电子电路可以包括地址译码器，一个相关双采样电路(CDS)，一个信号处理器，一个多路复用器和用来驱动纳米结构1的一个高压电源(如能够提供至少50伏，100伏，200伏或更高的直流高压电源)。电子电路功能性的检测由纳米结构1产生的电信号。

SBUV探测器S10也可以用作如示意图S10所示的光传感器仪器的前置光学器件。

偏振是描述某些类型的波的振荡取向的属性。电磁波包括可见光可以显示出偏振。按照惯例，光的偏振是通过光在指定一个振荡周期内空间中的某一点的电场方向来描述的。当光在自由空间传播时，在大多数情况下，它作为一种横波传播，即偏振垂直于光的行进方向。在这种情况下，电场取向可在一个方向(线性偏振)，或可随波传播旋转(圆形或椭圆形偏振)。在后者情况下，振荡可以在波传递方向向右旋转或向左旋转。根据一个给定的波的旋转，其被称为波的手性或例手性。由琼斯矢量可以表示完全偏振光的偏振。沿z方向传播的光的电场的复杂振幅在x和y方向的分量，E_x(t)和E_y(t)，是Jones矢量，如下表示

$\left(\begin{array}{c}{E}_x\left(t\right)\\ E_y\left(t\right)\end{array}\right)=E_0\left(\begin{array}{c}{E}_{0x}{e}^{i(\mathrm{kz}-\mathrm{\ωt}+{\mathrm{\φ}}_x)}\\ E_{0y}{e}^{i(\mathrm{kz}-\mathrm{\ωt}+{\mathrm{\φ}}_x)}\end{array}\right){=E}_0{e}^{i(\mathrm{kz}-\mathrm{\ωt})}\left(\begin{array}{c}{E}_{0x}{e}^{i{\mathrm{\φ}}_x}\\ E_{0y}{e}^{i{\mathrm{\φ}}_y}\end{array}\right).$ 任何偏振的偏振光，包括非偏振光，部分偏振光和完全偏振光，都可以用Stokes参数表达，Stokes参数是四个相互独立的参数。

一种可以检测光偏振，或甚至测量光的Jones矢量或Stokes参数的装置可以被用于许多应用中。

根据一个实施例，该装置包括一个基板，其上定义有复数个区域(以下被称为“子像素”；一组相关的“子像素”可以被称为“像素”)。在每个子像素中，该装置包括复数个纳米板的纳米结构1。复数个纳米结构1可以相互间隔等分或者不等分。不同子像素中的复数个纳米结构1功能性的对于具有同样偏振的光可以不同反应。这里，术语“反应”是指广泛地包括吸收，反射，耦合，检测，互动，转换为电信号等。一第一子像素内的复数个纳米结构1在一第一横向方向延伸；一第二子像素内的复数个纳米结构1在一第二横向方向延伸，其中第一像素和第二像素相邻并且第一横向方向和第二横向方向不同。

图P1显示了根据一个实施例的设备P10。简明而言，只显示基板P110的两个子像素P10a和P10b。然而，设备P10可以包括复数个像素，例如超过一百个，超过一千个，超过一百万个。子像素优选的间距为约1微米到100微米(更优选的是5微米)。在每个子像素P10a和P10b中，设备P10分别包括复数个纳米结构1(如至少2个特征)。子像素P10a的纳米结构1和子像素P10b的纳米结构1在不同的横向方向延伸。纳米结构1优选的间距(即其在厚度方向相邻的特征100之间的间距)约为0.5到5微米(进一步优选的约为1微米)，高度(即在法线方向尺寸)约为0.3至10微米(进一步优选的约为5微米)，横纵比(即在横向方向尺寸与厚度方向尺寸的比)至少4∶1，优选的至少10_∶1。每个纳米结构1和基板P110形成一个p-i-n二极管，p-i-n二极管功能性地将至少部分入射光转换为电信号。设备P10优选的进一步包括用于检测纳米结构1的电信号的电子元件，例如，位于每个子像素内并且和其中所有的纳米结构1电子连接的一个透明电极。优选的，每个子像素上的透明电极是和相邻子像素的透明电极是分开的。一个反光材料可沉积在纳米结构1之间的基板P110的区域。基板P110在法线方向可以有约为5至700微米(优选的为120微米)的厚度。

图P2显示了不同的偏振光线投射在一个子像素的纳米结构1的示意图。对于波长约为400纳米，基本在纳米结构1的厚度方向上线性偏振的光P15a，纳米结构1的吸收率是35％左右。相比之下，具有与光P15a相同的波长，和基本在纳米结构1的横向方向线性偏振的光P15b，纳米结构1的吸收率是95％左右。

根据如图P10所示的一个实施例，设备P10可与电子电路集成到一个偏振探测器阵列中。电子电路可以包括在探测器阵列两个方向上的地址译码器，一个相关双采样电路(CDS)，一个信号处理器，一个多路复用器。电子电路的功能是检测纳米结构100从入射至其上的至少部分入射光转换成的电信号。电路功能可以进一步从几个子像素上计算电信号插值，在该几个子像素上的特征在同一横向方向延伸。电子电路的其他功能可以包括一个增益调整，Stoke参数计算。特别是，子像素可以安排成一组(即像素)。例如，在图P10中，可以安排一个子像素A和子像素B、C和D彼此相邻并被称为一个像素，其中子像素B、C和D上的特征在横向方向延伸，相对于子像素A上的特征延伸的横向方向有45°，90°和-45°。

根据如图P12所示一实施例，每个纳米结构100在每个侧壁都可以有一金属层(即在横向方向和法线方向延伸的表面)。优选的，金属层厚度约为5纳米至约100纳米，更优选约为50纳米。该金属层基本覆盖了整个侧壁，金属层不在法线方向延长至纳米结构的任一端。

光伏设备，也称为太阳能电池，是通过光伏效应使太阳光的能量直接转换成电能的一种固态设备。集合的太阳能电池用来制造太阳能电池组件，亦称太阳能电池板。这些太阳能组件产生能量，即太阳能发电，是太阳能的一个例子。

光伏效应是在光线照射后的一种材料中产生电压(或相应的电流)。虽然光伏效应和光电效应直接相关，这两个过程是不同的并且应加以区别。在光电效应中，电子从接触足够能量的材料的表面被辐射弹出。光伏效应是不同的，其生成的电子在材料内部不同能量带(即从价带到导带)之间传递，致使在两个电极之间产生电压。

光伏发电是一种通过使用太阳能电池把太阳能转化为电能来产生电力的方法。光伏效应是指光子-分组的太阳能-将电子激发到一个更高的能量状态来发电。在较高的能量状态，电子能够摆脱其被半导体的单个原子束缚的正常的位置，成为电路中的电流的一部分。这些光子包含不同的能量数额，对应太阳光谱中的不同波长。当光子撞击一个PV太阳能电池时，他们可能会被反射或吸收，或者他们可能会直接通过。被吸收的光子可以产生电力。术语光伏表示一个光电二极管的不加偏压的操作模式，即通过该设备的电流完全是由于光能。几乎所有的光伏设备都是某种类型的光电二极管。

传统的太阳能电池往往在接收光的表面上有不透明电极。任何入射此类不透明电极的入射光被反射离开该太阳能电池或者被不透明电极吸收，从而不利于发电。因此，需要一个没有这个缺点的光伏设备。

图V2A显示了根据又一实施例的一光伏设备V200截面示意图。该光伏设备V200包括一个基板V205，复数个基本垂直于基板V205的纳米结构1，和纳米结构1之间的一个或多个凹槽V230。每个凹槽V230有一侧壁V230a和一底壁V230b。该底壁V230b具有一平面反射层V232。该侧壁V230a没有任何平面反射层V232。一个连续包覆层240覆盖于整个纳米结构1上。该光伏设备V200可以进一步包括包覆层V240上的并且位于顶部表面V220a正上方的耦合层V260。

纳米结构1可以有任何截面形状。例如，该纳米结构1可以是截面为椭圆形，圆形，矩形，多边形的圆柱体或者棱柱形状。该纳米结构1也可以是如图V9所示的条状，或如图V10所示的网状。根据一个实施例，纳米结构1是柱体，其直径从50纳米至5000纳米，高度从1000纳米至20000纳米，两个最接近柱体的中心到中心的距离是在300纳米至15000纳米之间。优选的，纳米结构1具有沿纳米结构1顶部表面V220a的整个轮廓的悬垂部分V224。

每个凹槽V230在侧壁V230a和底壁V230b之间优选的具有圆形或斜面内角。

该平面反射层V232可以是任何合适的材料，如ZnO，Al，Au，Ag，Pd，Cr，Cu，Ti，和它们的组合等。该平面反射层V232优选的是导电材料，更优选的是金属。对任何波长可见光，平面反射层V232优选的反射率至少是50％，更优选的反射率是至少70％，最优选的反射率是至少90％。平面反射层V232优选的厚度是至少为5纳米，更优选的厚度是至少为20纳米。优选的，平面反射层V232在所有的凹槽V230中连接。该平面反射层V232功能性地将其上的入射光反射到纳米结构1上就此使得光被纳米结构1吸收。平面反射层V232优选的功能性地作为光伏设备V200的电极。

该包覆层V240对可见光基本透明，优选的透光率至少有50％，更优选至少70％，最优选至少有90％。该包覆层V240是一种导电材料制成。该包覆层V240优选为透明导电氧化物，例如ITO(铟锡氧化物)，AZO(铝掺杂氧化锌)，ZIO(氧化锌铟)，ZTO(锌锡氧化物)等。该包覆层V240厚度可以是从50纳米到5000纳米。该包覆层V240优选的与纳米结构1形成欧姆接触。该包覆层V240优选的与平面反射层V232形成欧姆接触。该包覆层V240优选的功能性地作为光伏设备V200的电极。

该基板V205优选的在纳米结构1反面有一平坦表面V250。该平坦表面V250上可以有一个与核心11相反的导电类型的掺杂层V251，即，如果核心11是n型，掺杂层V251是p型，如果核心11是p型，掺杂层V251是n型。该掺杂层V251与每个纳米结构1电连接。该平坦表面V250也可以有一个位于掺杂层V251上的金属层V252。该金属层V252与掺杂层V251形成欧姆接触。该基板V205优选的厚度有至少50微米。优选的平面反射层V232的总面积是平坦表面V250表面区域的至少40％。

该耦合层V260可以是和包覆层V240相同的材料或和包覆层V240不同的材料。如图V5所示，该纳米结构1的核心11折射率n₁、该包覆层V240的折射率n₂、耦合层V260的折射率n₃和纳米结构1之间的空间的折射率n₄优选的满足n₁＞n₂＞n₄和n₁＞n₃＞n₄的关系，从而导致更多光线集中在纳米结构1上。

在一个实施例中，该纳米结构1是排成如矩形阵列，六角形阵列，方阵，同心环的阵列的柱体。每个柱体高度约为5微米。纳米结构1的间距是从300纳米到15微米。该包覆层V240厚度约为175纳米。

图V6显示了示例光伏设备V200的俯视横截面视图。图V7显示了光伏设备V200的示例透视图。

一种将光转换为电能的方法包括：对光伏设备V200光照；使用该平面反射层V232将光线反射到该纳米结构1上；使用该纳米结构1吸收光线并将光转换为电流；从该光伏设备V200引出电流。如图V8B所示，电流可以从光伏设备V200的金属层V252和/或平面反射层V232引出。

图W2A显示了根据又一实施例的一光伏设备W200截面示意图。该光伏设备W200包括一个基板W205，复数个基本垂直于基板W205的纳米结构1，纳米结构1之间的一个或多个凹槽W230，和一个电极层W280。每个凹槽W230被一透明材料W240填充。每个凹槽W230有一侧壁W230a和一底壁W230b。该底壁W230b具有一平面反射层W232。该侧壁W230a没有任何平面反射层。优选的，透明材料W240和纳米结构1的顶部表面W220a具有同延表面。该光伏设备W200进一步包括位于透明材料W240和纳米结构1上一电极层W280。该光伏设备W200可以进一步包括位于电极层W280上的并且位于顶部表面W220a正上方的耦合层W260。

该纳米结构1可以有任何截面形状。例如，该纳米结构1可以是截面为椭圆形，圆形，矩形，多边形的圆柱体或者棱柱形状。该纳米结构1也可以是如图V9所示的条状，或如图V10所示的网状。根据一个实施例，纳米结构1是柱体，其直径从50纳米至5000纳米，高度从1000纳米至20000纳米，两个最接近柱体的中心到中心的距离是在300纳米至15000纳米之间。优选的，纳米结构1具有沿纳米结构1顶部表面W220a的整个轮廓的悬垂部分W224。

每个凹槽W230侧壁W230a和底壁W230b之间优选的具有圆形或斜面内角。

该平面反射层W232可以是任何合适的材料，如ZnO，Al，Au，Ag，Pd，Cr，Cu，Ti，Ni，和它们的组合等。该平面反射层W232优选的是导电材料，更优选的是金属。对任何波长可见光，平面反射层W232优选的反射率至少是50％，更优选的反射率是至少70％，最优选的反射率是至少90％。平面反射层W232优选的厚度是至少为5纳米，更优选的厚度是至少为20纳米。优选的，平面反射层W232在所有的凹槽W230中连接。该平面反射层W232功能性地将其上的入射光反射到纳米结构1上就此使得光被纳米结构1吸收。平面反射层W232优选的功能性地作为光伏设备W200的电极。

该透明材料W240对可见光基本透明，优选的透光率至少有50％，更优选至少70％，最优选至少有90％。该透明材料W240是一种导电材料制成。该透明材料W240优选为透明导电氧化物，例如ITO(铟锡氧化物)，AZO(铝掺杂氧化锌)，ZIO(氧化锌铟)，ZTO(锌锡氧化物)等。该透明材料W240优选的与纳米结构1的重掺杂非晶半导体层13形成欧姆接触。该透明材料W240优选的与平面反射层W232形成欧姆接触。该透明材料W240优选的功能性地作为光伏设备W200的电极。该透明材料W240也可以是一个合适的电绝缘材料，如SiO₂或一种聚合物。

该基板W205优选的在纳米结构1反面有一平坦表面W250。该平坦表面W250上可以有一个与纳米结构1的核心11相反的导电类型的掺杂层W251，即，如果核心11是n型，掺杂层W251是p型，如果核心11是p型，掺杂层W251是n型。该掺杂层W251与每个纳米结构1电连接。该平坦表面W250也可以有一个位于掺杂层W251上的金属层W252。该金属层W252与掺杂层W251形成欧姆接触。该基板W205优选的厚度有至少50微米。优选的平面反射层W232的总面积是平坦表面W250表面区域的至少40％。

该电极层W280可以是和透明材料W240相同的材料或和透明材料W240不同的材料。该电极层W280对可见光基本透明，优选的透光率至少有50％，更优选至少70％，最优选至少有90％。该电极层W280是一种导电材料制成。该电极层W280优选为透明导电氧化物，例如ITO(铟锡氧化物)，AZO(铝掺杂氧化锌)，ZIO(氧化锌铟)，ZTO(锌锡氧化物)等。该电极层W280优选的与重掺杂非晶半导体层13形成欧姆接触。该电极层W280优选的功能性地作为光伏设备W200的电极。

该耦合层W260可以是和透明材料W240相同的材料或和透明材料W240不同的材料。如图W5所示，该纳米结构1的核心11的折射率n₁、该透明材料W240的折射率n₂、耦合层W260的折射率n₃优选的满足n₁＞n₂和n₁＞n₃的关系，从而导致更多光线集中在纳米结构1上。

在一个实施例中，该纳米结构1是排成如矩形阵列，六角形阵列，方阵，同心环的阵列的柱体。每个柱体高度约为5微米。纳米结构1的间距是从300纳米到15微米。

如图W11B，光伏设备W200可以进一步包括在透明材料W240内和电极层W280和平面反射层W232之间的至少一个通孔W599，其中，该至少一个通孔W599是导电材料，优选的是导电透明材料(如ITO，AZO等)，并且该至少一个通孔电连接电极层W280和平面反射层W232。如图W11A，通孔W599可以通过蚀刻一个穿过电极层W280和透明材料W240的凹槽W598，直到平面反射层W232暴露，然后填充凹槽W598的形式形成通孔W599。如图W12A和W12B所示，通孔W599可以是任何合适的形状，如杆状或棒状。

一个电力转换成光的方法包括：对光伏设备W200光照；使用平面反射层W232反射光线到结构W220上，使用结构W220吸收光并且将光转换成电力；从光伏设备W200中引出电流。如图W8B，电流可以得从光伏设备W200的金属层W252和平面反射层W232中引出。

根据一个实施例，一个图像传感器包括复数个像素，其中的每个像素具有至少一个纳米线形式的纳米结构1，其可以将入射其上的光能转化为电信号，每个像素还具有一个包围纳米结构1并优选的位于其底端(即连接到基板的一端)的门电极。门电极可以位于纳米结构1的其他位置。门电极可以功能性的并单独的将纳米结构1和外部读出电路电子连接或者断开。像素可以安排为任何合适的图案，如一个正方形网格，一个六角形网格，和同心环。制成的像素可以吸收在紫外线(UV)，可见光(VIS)或红外线(IR)区域的光，并将对光的反应生成一个可以检测的电信号。

纳米结构1基本垂直延伸于基板，也可简称为“站立”。

该图像感应器可用于不同类型的应用，如紧凑型图像传感器和分光光度计。

在一个实施例中，像素被组织成复数个“行”。每行的像素是并行电子连接于一个读数线。在不同行的像素电子连接到不同的读数线。像素可以组织成复数个“列”，在每一列的像素的门电极平行电子连接于一个门线，在不同列的像素的门电极电子连接于不同的门线，没有两个不同的像素都连接到同一个读数线并且它们的门电极连接到同一个门线。术语“行”和“列”不要求像素物理对齐或按照任何特定的方式排列，而是用来描述像素，读数线和门线之间的拓扑关系。根据本实施例的示例图像传感器，包括第一，第二，第三，第四像素，其每个都有一个门电极，电子连接到第一和第二像素的一第一个读数线，电子连接到第三和第四像素的一第二个读数线，电子连接到第一和第三个像素的门电极的一第一个门线，和电子连接到第二个和第四个像素的门电极的一第二个门线。

在一个实施例中，每个像素至少有一个纳米结构1。像素的纳米结构1可以用于吸收，限制和传输入射其上的光。例如，纳米结构1可以作为波导，来限制光在其物理边界所决定的方向上传播。

在一个实施例中，不止一个像素可以有一个电连接的共同电极，例如，来提供一个偏置电压。共同电极可以是透明导电材料，如ITO(铟锡氧化物)或铝掺杂氧化锌(AZO)制成的一个顶层。

在一个实施例中，读数线和门线上可以连接合适的电子设备，例如放大器，多路复用器，D/A或A/D转换器，电脑，微处理单元，数字信号处理器等。

在一个实施例中，纳米结构1和基板可以包括合适的半导体材料和/或金属，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-Sl，TiSi₂，TiN，W，MoSi₂，PtSi，CoSi₂，WSi₂，In，AuGa，AuSb，AuGe，PdGe，Ti/Pt/Au，Ti/Al/Ti/Au，Pd/Au，ITO(InSnO)。纳米结构1和基板可以使用合适的掺杂剂GaP，Te，Se，S，Zn，Fe，Mg，Be，Cd等来掺杂。应该指出使用例如Si₃N₄，GaN，InN和AlN的氮化物可以促进制造图像传感器，可以检测出常规技术不容易被检测的波长区域的光。纳米结构1和基板掺杂水平可以高达至10²⁰原子/厘米³。其他合适的材料也是可能的。

图像传感器的制造方法可以包括浅沟槽隔离(STI)，也被称为“箱隔离技术”。STI一股用于节点250纳米和更小的CMOS工艺技术。更早的CMOS技术和非MOS技术通常使用基于硅的局部氧化(LOCOS)的隔离。STI通常是在半导体器件的制造工艺晶体管形成之前的早期开始。STI过程中采取的步骤包括，例如，在基板上蚀刻一个沟槽的图案，沉积一个或多个电介质材料(如二氧化硅)以填充沟槽，并使用如化学机械研磨技术去除多余的电介质。

纳米结构1制造可以用干蚀刻工艺，如深蚀刻工艺，或Bosch工艺，结合合适半导体平板印刷技术(如光刻，电子束光刻，全息光刻)。形成纳米结构1也可以用一个汽液固(VLS)方法。纳米结构1的直径可以从10至2000纳米，优选的是50到150纳米，更优选是90至150纳米。纳米柱长度可以从10纳米至10000纳米，优选的是1000纳米至8000纳米，更优选的是4000纳米到6000纳米。纳米结构1可以有任何合适的截面形状，如一个圆形，四方形，六角形。

纳米结构1的大小决定了其可以选择性地吸收有用的波长区域，例如正在申请的申请日2010年6月22日和申请号61/357,429美国专利申请所述，该申请在此被全文包含引用。调整吸收比可以通过改变纳米结构1的距离(间距)，特别是使其接近一致来调整。

纳米结构1可以有一包覆层材料。纳米结构1可以选择性地吸收紫外线光、绿光、蓝光、或者红外光。

图像传感器可以有大量的纳米结构1，举例来说，一百万或更多。

使用图像传感器的方法包括：(a)对像素光照；(b)使用门电极围绕像素的至少一个纳米柱的周围，将像素中至少一个纳米柱连接至外部读数电路，读出像素电信号。电信号可以是纳米柱积累的电荷，通过纳米柱的电流变化，或纳米柱的电阻变化。

图S4和S5显示了一个设备，包括该图像传感器和一个控制电路。该控制电路包括一个解码器S410和跨阻放大器(TIA)和多路复用电路S420。该图像传感器和控制电路可以被制作为集成电路或芯片。要控制或寻址纳米柱，可以有选择性地在一个时间施加门电压到门线S1570上，让流入这些纳米柱的电流和该特定的门线S1570连接，并且读数线S1021可以读出这些每一个的纳米柱中电流。这样，逐排(即一个门线一个门线地)寻址方案可以被执行。TIA和多路复用电路S420连接到每个读数线S1021，并可以包括一个多路复用器，将每个读数线S1021的电流分别输出到一个终端。TIA和多路复用电路S420可以将每个读数线S1021的电流放大并且转换成电压信号。该解码器阵列S410连接到每个门线S1570，并且其可以包括一个对每个门线S1570依次施加门电压的多路复用器。TIA和多路复用电路S420和解码器阵列S410可以由定时脉冲输入的一共同定时信号来同步。一个控制器可以用来产生该定时信号。该控制电路可以进一步包括其他组件，例如，一个模拟-数字转换器，一个曝光控制器，和一个偏压电路等。一个示例TIA可以是OPA381，一个示例多路复用器可以是ADG732，一个示例解码器可以是SN74154(都由Texas Instruments Inc提供)。当然，其他读数电路元件也可用于此处。

该控制电路可以通过任何合适的互连技术，如引线粘接，覆晶粘接或凸块粘接，连接到图像传感器上。

读数线S1021和门线S1570可以如图S4所示并行，或如图S5所示可以有一个“扇出”形状。扇出形的电极给外部电路连接提供了更大的的空间。

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。所有必要的光学元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S6显示了根据一个实施例的一个仪器S600的示意图。设备S600包括前置光学元件S610，图像传感器S620，读出电路(ROC)S630，和处理器S640。一个外罩可以包容和保护设备S600组件，免于过度或环境光线，环境(如潮湿，灰尘等)，机械损伤(如振动，冲击)等。

场景(S)的光(L)照射于仪器S600。为了清楚起见，只有从S出来的照射于仪器S600的L被表述(尽管已知从S出来的L于各个方向传播)。

前置光学元件S610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S620上。例如，前置光学元件S610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S620的像素可能包括不同大小的(如从50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。

ROC S630可以连接到图像传感器S620，用于接收其输出。

处理器S640用于接收来自ROC S630的输出。S640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/或其他需要的图像处理。

在一个实施例中，处理器S640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)，或其他集成性的格式。但是，该领域技术人员会认识到处理器S640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S600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S620的构建，不同波长的光可能被不同地点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S7A和S7B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S7A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S710，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纳米柱大小有效地具有能分别吸收和/或检测波长在约650纳米、510纳米和475纳米的光。像素S710直径可以为10微米或以下。像素S710可用于传统的基于阴影掩盖的显示设备。

图S7B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S720，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S720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S710和S720的包覆层可以用氧化铪或氮化硅形成。

人类的眼睛具有对于中等和高亮度彩色视觉的感光器(称为视锥细胞)，其灵敏度峰值在短波长(S，420-440纳米)、中波长(M，530-540纳米)、和长波长(L，560-580纳米)(还有低亮度单色“夜视”的受体，称为视杆细胞，其灵敏度峰值在490-495纳米)。因此，在原则上，三个参数描述了一种颜色的感觉。颜色的三刺激值是三组分的加色模式用来匹配测试颜色的三个原色的数值。在CIE1931色彩空间中，三刺激值是最常用X、Y和Z表示。

在CIE XYZ色彩空间，三刺激值不是人眼的的S、M和L的反应，而是一套称为X、Y和Z的三刺激值，其大约分别是红色、绿色和蓝色(注意，X、Y、Z值并不是实际观察到的红色、绿色、蓝色。或者说，他们可以被认为是红、绿、蓝三色的“派生”参数)。包含各种波长不同混合的光的两个光源可能会出现相同的颜色；这种效应被称为同色异谱。当两个光源有相同的三刺激值时，无论什么样光谱分布被用来产生这两个光源，两个光源对于观察者具有相同的表观颜色。

基于视锥细胞在眼睛里的分布本质，三刺激值取决于观察者的视野。为了消除这个变量，CIE定义了标准(比色法)观察者。最初这是一个普通人通过2°角观察的色彩反应，这是基于认为对色彩敏感的视锥细胞位于视网膜中央凹2°的弧内的看法。因此，CIE1931标准观察者也被称为CIE19312°标准观察者。一个更现代但较少使用的另一种方法是CIE196410°标准观察者，其基于Stiles，Burch，和Speranskaya的工作。

颜色匹配函数是如上所述的观察者的色彩反应的数值描述。

CIE定义了三个颜色匹配函数的集合，称为

和

，其可以被认为是产生了CIE XYZ三刺激值X、Y和Z的三个线性光传感器的光谱灵敏度曲线。这些函数被统称为CIE标准观察者。

一个具有光谱功率分布I(λ)的色彩的三刺激值根据标准观察者为： $X=\underset{0}{\overset{\∞}{\∫}}I\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{x}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ},$ $Y=\underset{0}{\overset{\∞}{\∫}}I\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{y}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ},Z=\underset{0}{\overset{\∞}{\∫}}I\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{z}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ},$ 其中λ是等价的单色光的波长(纳米)。

具体实施例

图F1A显示了根据一个实施例的图像传感器F100部分截面示意图。图像传感器F100包括一个基板F110，一个或多个像素F150。至少有一个像素F150包括一个包覆层F140和嵌入在包覆层F140内的多个子像素。两个子像素F151和F152在图F1A作为一个例子显示。每个子像素包括一纳米结构1(例如，在子像素F151中的纳米线F151a和子像素F152中的纳米线F152a)基本垂直延伸于基板F110。优选的，像素F150之间的空间由材料F160填充。每个像素F150可以进一步包括位于基板F110和纳米线F151a和F152a之间的一个或多个光电二极管F120。

基板F110可以包括任何合适的材料，如硅，氧化硅，氮化硅，蓝宝石，金刚石，碳化硅，氮化镓，锗，铟镓砷化物，硫化铅，和/或其组合。

光电二极管F120可以是任何合适的光电二极管。光电二极管F120可以有任何合适电路的一个p-n结和p-i-n结。光电二极管F120优选的有一个完全包围包覆层F140占用面积的占用面积。

包覆层F140可以包括任何合适的材料，如氮化硅，氧化硅，和/或其组合。优选的，包覆层F140对可见光是大幅透明，优选的透光率至少为50％，更优选的至少为70％，最优选的至少为90％。一个例子中，包覆层F140是氮化硅并且为一个直径约300纳米的圆柱形。

材料F160可以包括任何合适的材料，如二氧化硅。优选的，材料F160的折射率是小于包覆层F140的折射率。

子像素(例如F151和F152)中的纳米结构1(如纳米线F151a和F152a)的折射率等于或大于包覆层F140的折射率。纳米结构1(如纳米线F151a和F152a)和光电二极管F120有不同的吸收光谱。例如，纳米线F151a在蓝色波长具有强烈吸收率，如图F1C的示例吸收谱F181所示；纳米线F152a在绿色波长具有强烈的吸收率，如图F1C的示例吸收谱F182所示；光电二极管F120在红色波长具有强烈吸收率，由图F1C的示例吸收谱F180所示。纳米线可以有不同的直径和/或不同的材料。像素F150中的每个纳米线到相同像素中最近的邻近纳米线的距离优选的至少为100纳米，更优选的至少为200纳米。纳米线可以在包覆层F140的任何合适的位置。

子像素(如F151和F152)中的纳米结构1(如纳米线F151a和F152a)具有在接到光后产生电信号的可操作性。一个示例纳米线是一个包含p-n或p-i-n结的光电二极管，其细节可见美国专利申请公布号12/575,221和12/633,305，其中每个在此处被全文包含引用。电信号可以包括电压，电流，电导或电阻，和/或其的改变。该纳米线可以有一个表面的钝化层。

实质上所有入射于图像传感器F100的可见光(如＞50％，＞70％，或＞90％)是由子像素(如151和152)和光电二极管F120吸收。子像素和光电二极管吸收不同波长的光。

图像传感器F100可以进一步包括电子电路F190，其具有从子像素和光电二极管F120检测电信号的可操作性。

在一个具体的例子中，每个像素F150有两个子像素F151和F152。每个子像素F151和F152分别只有一个纳米结构1(如纳米线F151a和F152a)。纳米线F151a包括硅，半径约为25纳米，并在蓝色波长有强烈的吸收率。纳米线F152a包括硅，半径约为40纳米，并在青色波长有强烈的吸收率。纳米线F151a和F152a相距约200纳米，但位于同一个包覆层F140中。根据一个实施例，每个像素F150可以有两个以上的子像素。该纳米线可以包含其他合适的材料如碲镉汞。该纳米线可以有其他合适的半径，如从10纳米到250纳米。

图F1B显示了图像传感器F100部分俯视示意图。如示例图F1B所示，像素F150可以有不同的取向，从而降低或消除入射光方向的影响。

在一个实施例中，图像传感器F100每个像素F150的子像素F151和F152和光电二极管F120具有颜色匹配函数，其函数和CIE19312°标准观察者或CIE196410°标准观察者的颜色匹配函数大致一样。

图F2A显示了根据一个实施例的图像传感器F200的局部截面示意图。图像传感器F200包括一个基板F210，一个或多个像素F250。优选的，该基板F210其中不包括任何光电二极管。至少有一个像素F250包括一个包覆层F240和多个嵌入在包覆层F240内的子像素。图F2A显示了三个子像素F251，F252和F253作为一个例子。每个子像素包括一纳米结构1(例如在子像素F251中的纳米线F251a，子像素F252中的纳米线F252a，和子像素F253中的纳米线F253a)基本垂直延伸于基板F210。优选的，像素F250之间的空间由材料F260填充。

基板F210可以包括任何合适的材料，如硅，氧化硅，氮化硅，蓝宝石，金刚石，碳化硅，氮化镓，锗，铟镓砷化物，铅硫化物和/或其组合。

包覆层F240可以包括任何合适的材料，如氮化硅，氧化硅等。优选的，包覆层F240对可见光大幅透明，优选的透光率至少为50％，更优选的至少为70％，最优选的至少为90％。一个例子中，包覆层F240是氮化硅并且为一个直径约300纳米的圆柱形。

材料F260可以包括任何合适的材料，如二氧化硅。优选的，材料F260的折射率是小于包覆层F240的折射率。

子像素(例如F251和F252和F253)中的纳米结构1(如纳米线251a、252a和253a)的折射率等于或大于包覆层F240的折射率。纳米线和基板F210有不同的吸收光谱。例如，纳米线F251a在蓝色波长具有强烈吸收率，如图F2C的示例吸收谱F281所示；纳米线F252a在绿色波长具有强烈的吸收率，如图F2C的示例吸收频谱F282所示；纳米线F253a在整个可见光谱区具有强烈吸收率，由图F2C的示例吸收谱F283所示；基板F210在红色波长具有强烈的吸收率，如图F2C的示例吸收谱F280所示。纳米线可以有不同的直径和/或不同的材料。一个像素F250中的每个纳米线到相同像素中最近的邻近纳米线的距离优选的至少为100纳米，更优选的至少为200纳米。包覆层F240中的纳米线可以在包覆层F240中的任何合适的位置。纳米线可以有一个表面钝化层。纳米线可以包含其他合适材料，如碲镉汞。纳米线可以有其他合适的半径，如从10纳米到250纳米。

子像素(如F251、F252和F253)中的纳米结构1(如纳米线F251a、F252a和F253a)具有在接到光后产生电信号的可操作性。一个示例纳米线是一个包含p-n或p-i-n结的光电二极管，其细节可见美国专利申请公布号12/575,221和12/633,305，其中每个在此处被全文包含引用。电信号可以包括电压、电流、电导或电阻，和/或其的改变。

实质上所有入射于图像传感器F200的可见光由子像素(如F251、F252和F253)吸收。子像素吸收不同波长的光。

图像传感器F200可以进一步包括电子电路F290，其具有从子像素检测电信号的可操作性。

在一个具体的例子中，每个像素F250有三个子像素F251、F252和F253。每个子像素F251、F252和F253分别只有一个纳米线F251a、F252a和F253a。纳米线F251a包括硅，半径约为25纳米，并在蓝色波长有强烈的吸收率。纳米线F252a包括硅，半径约为40纳米，并在绿色波长有强烈的吸收率。纳米线F253a包括硅，半径约为45纳米，并在整个可见光谱有强烈的吸收率。纳米线F251a、F252a和F253a相距约200纳米，但位于同一个包覆层F240中。该包覆层F240是直径约400纳米的圆柱体形状。根据一个实施例，每个像素F250可以有超过三个子像素。

在另一个特定的例子中，每个像素F250有四个子像素F251、F252、F253和F254。每个子像素F251、F252、F253和F254分别只有一个纳米结构1(纳米线F251a、F252a、F253a和F254a)。纳米线F251a包括硅，半径约为25纳米，并在蓝色波长有强烈的吸收率。纳米线F252a包括硅，半径约为40纳米，并在绿色波长有强烈的吸收率。纳米线F253a包括硅，半径约为45纳米，并在整个可见光谱有强烈的吸收率。纳米线F254a包括硅，半径约为35纳米，并在蓝绿色波长(约400到550纳米)有强烈的吸收率。纳米线F251a、F252a、F253a和F254a相距约200纳米，但位于同一个包覆层F240中。该包覆层F240是直径约400纳米的圆柱体形状。图F2D分别显示了纳米线F251a、F252a、F253a和F254a的吸收谱F291、F292、F293和F294。

图F2B显示了图像传感器F200部分俯视示意图。如示例图F2B所示，像素F250可以有不同的取向，从而降低或消除入射光方向的影响。

根据一个实施例，图像传感器F100或F200可进一步包括位于每个像素F150或F250上面的耦合器F350，如图F3所示。每个耦合器F350优选的和下方的像素具有基本相同的占用面积，并且有一个凸起的表面。该耦合器F350有效的将入射其上的所有可见光聚焦到包覆层F140或F240上。

根据一个实施例，如图F3所示，图像传感器F100或F200可以进一步包括一个红外滤光片F360，其具有防止如波长超过650纳米的红外光达到像素的可操作性。根据一个实施例，图像传感器F100或F200不包括一个红外滤光片。

根据一个实施例，制造纳米线可通过干法蚀刻过程或汽液固(VLS)生长的方法。当然，已知其他材料和/或制造技术在符合本发明范围内也可能被用于制造纳米线。例如，从一个砷化铟(InAs)晶圆或相关材料制成的纳米线可用于红外应用。

纳米线也可以对不在可见光谱范围内的波长有很强的吸收，如在紫外线(UV)或红外线(1R)光谱中。在一个实施例中，每个纳米线内或其上有晶体管。

在一个实施例中，图像传感器F200每个像素F250的子像素F251、F252和F253具有颜色匹配函数，其函数和CIE19312°标准观察者或CIE196410°标准观察者的颜色匹配函数大致一样。

图F4分别显示子像素F251、F252和F253的示例颜色匹配函数F451、F452和F453。颜色匹配函数F461、F462和F463是CIE标准观察者的

和

图像传感器F100或F200可用于检测和捕捉图像。检测图像的方法包括使用如透镜和/或镜子等任何合适的光学器件将图像投射到图像传感器FS100或F200；使用合适的电路检测在每个像素的每个子像素中的纳米线的电信号；从子像素内的电信号计算每个像素的色彩。

图D2显示了一成像装置的像素的简化截面图。每一像素包含形成于半导体基板D101上的读出电路D100，该基板上面有金属线D103。作为一光敏元件，形成的一纳米结构1自该基板竖立。光吸收沿纳米结构1的长度方向发生。纳米结构1的输出端可连接至位于基板中的读出电路D100。由于纳米结构1的占用面积较小，因此可在一个像素中形成一个以上的纳米结构1。纳米结构1的长垂直结构之作用是吸收某一带宽光能量且产生一对应电信号及/或在具有最小损失之情况下将未吸收之光能量导引至基板二极管，因此执行为波导。在纳米结构1的顶部处，可形成一个光学耦合器D105(例如，一个透镜)以在具有最小能量损失或反射情况下将入射光耦合至纳米结构1。在此实施例中，一个微透镜可用作耦合器。该微透镜可是但不限于一个球形球透镜。球形球透镜之耦合效率通常高于90％。在另一情况中，如图D2b中所示，可使用二元微透镜。

图D3显示了在一个经薄化半导体基板背侧处具有一个纳米结构1的简化截面图。纳米结构1藉由吸收某一带宽光能量来产生光电荷且将电荷转储至经薄化基板中。然后，由读出电路D100使用电场将电荷收集于经薄化基板中。此外，纳米线将未吸收的光导引且耦合至基板D108中。在基板D108背侧处采用纳米结构的一个优点是易于制作纳米线。当在前侧处形成纳米线时，必需移除图D2中所图解说明的厚电介质层D104，该电介质层位于应该建构纳米线的区域中。相比之下，制成图D3中所揭示的实施例不需要此移除步骤。此外，可在不修改CMOS装置之前侧结构情况下制作纳米结构1。此实施例包含前侧金属及绝缘层D106及背侧金属及绝缘层D107两者。此外，如在前侧实施例中，可将一个光学耦合器D105的微透镜耦合至纳米结构1。

一个纳米结构1可组态为各种光传感器组态。此等组态包含：一个光导体、一个光电二极管或一个光电门装置。光导体是其电阻率依据入射光改变的一个光敏装置。光电二极管是产生电子-空穴对作为光电荷的一个p-n二极管或一个p-i-n二极管。一个光电门装置是具有一个受偏压门极的MOS(金属-氧化物-半导体)装置，该偏压门极在该半导体中形成一个电位井且在该电位井中累积光电荷。在以下实施例中，将光电二极管、光电门装置或一个光电二极管与一个光电门传感器之组合的各种组态实施作为光探测元件。

图D4展示了具有一个纳米结构1的光电门装置的CMOS像素的截面图。在此实施例中，每像素具有两个光传感器、一个纳米结构1及一个基板二极管。纳米结构1具有一个电介质包覆层及一个垂直门极。环绕纳米结构1的垂直门极的作用是藉由将一微小偏置电压施加至垂直门极，来使纳米结构1空乏且在纳米结构1处形成一个电位井，如图D5b中所示。进一步增加偏置电压将使纳米线表面区反转。因此，纳米结构1的作用类似一个固定的无掺杂的光电二极管。

纳米结构1沿纳米结构1轴线方向C1-C2的电势是不恒定的。这是因为纳米结构1的顶部是开放的而且受门极偏置电压影响，而纳米结构1的底部的一端连接到N势井，其复位期间具有正面偏置电压并且在复位后保持偏置电压。

在基板上，p型基板和n势井地区之间可以形成p-n结二极管。一个p+层覆盖除纳米结构1交界处外的n势井表面。这个p+形状允许接收来自纳米结构1的光电荷，并且抑制由于基板的表面态的暗电流。由于通过纳米结构1的光线可以照亮基板二极管，基板二极管产生光电荷并且光电荷被势井收集。因此，势井收集NW和基板二极管两者的电荷。相比传统CMOS像素只利用入射光子的一小部分，这个实施例可以通过利用大部分入射光子来提高量子效率。

基板的光电二极管n势井是轻掺杂，这样N区可以很容易地用低偏置电压耗尽。输门打开时，耗尽的n势井可以优选的从基板二极管到感测节点进行完整的电荷转移。完整的电荷转移允许一个类似CCD器件的低噪声光电荷读出。

感测节点在基板上有n+扩散形成。感测节点被连接到一个放大晶体管，例如，作为源极跟随器晶体管的一个晶体管。一个选择开关晶体管可用于控制放大器的输出到输出节点的连接。复位晶体管也可以连接到检测节点，所以复位门被激活时检测节点偏置电压为VDD。当传输门被激活时，n势井和检测节点是电子连接。然后，n势井变为正偏压，在纳米结构1中n势井和垂直光电门偏置电压之间建立了一个电势梯度。图D8显示了一个双光电二极管结构的截面视图。

图D9展示了具有纳米结构1的CMOS像素的实施例。此实施例包含在NW周围之两个垂直光电门(VP门极1、VP门极2)、一个基板光电二极管及一个读出电路。该读出电路包含一个转移门极(TX)、一个复位门极(RG)、一个源极跟随器晶体管及一个像素选择开关。为简化起见，图D9中之缓冲放大器表示源极跟随器晶体管及像素选择开关。在此实施例中，用n型(亦即，轻掺杂n型)或本征半导体形成一个竖立纳米线，以使得纳米结构1可在来自VP门极1的低负偏置电压情况下而容易地空乏。优选的，来自垂直光电门VP门极1负偏置电压可致使在纳米结构1表面处累积空穴，以抑制归因于纳米结构1表面状态的暗电流，如图D5b中所示。

第二垂直光电门VP门极2可以是一个接通/关断开关。此开关可经组态以分离产生于纳米结构1中的光电荷与整合于基板光电二极管中的光电荷。光电荷同时整合于纳米结构1与基板光电二极管两者中。然而，该等光电荷整合于分开的势井中，因为第二光电门VP门极2关断状态在该纳米线光电二极管与该基板光电二极管之间形成一个电位障壁。以此方式，来自纳米结构1及基板光电二极管的信号不混合在一起。这两个光电二极管可用以收集由不同波长辐射所形成的电荷。

此实施例中所实施的垂直光电门允许能够在不使用复杂离子植入制程的情况下容易地修改纳米结构1中的电位分布。传统的光电门像素常有不良量子效率及不良蓝色回应。传统的光电门通常由覆盖基板顶部表面且吸收接近于蓝色光的短波长的多晶硅制成，因此减少到达光电二极管的蓝色光。相比之下，垂直光电门不阻挡光路径。此乃因垂直光电门(VPG)不横向地横跨光电二极管以控制半导体中的电位分布。

另外，随着图像传感器的像素大小按比例缩小，该图像传感器光圈大小变得与传播光的波长相当。对于传统平面类型光电二极管，此导致不良量子效率(QE)。然而，VPG结构与纳米结构1的组合允许具有良好QE的超小像素。

本实施例的像素使用两步骤制程以在纳米结构1与基板光电二极管之间分开地读出信号。在第一步骤中，读出基板光电二极管中的信号电荷。然后，使该基板中之n-区空乏。在第二步骤中，可首先接通第二光电门VP门极2。接下来，读出纳米结构1中的信号电荷。

此实施例的装置可以用“快照”操作来操作。在“快照”操作中，较佳同时接通或关断像素阵列中所有光电门VP门极2。对于转移门极TX，同样可较佳同时接通或关断所有转移门极TX。为达成此，所有第二光电门VP门极2皆与一个全域连接相连接。此外，所有转移门极TX皆与一个第二全域连接相连接。

通常，应出于实际原因而避免复位门极RG之全域操作。在像素阵列中，逐列全域地重设该阵列是一常见实践。若不使用快照操作，则个别像素操作是可能的。在此情形下，不必具有全域连接。

图D10及图D11显示了具有纳米结构p-i-n光电二极管及在纳米结构1周围的垂直光电门的CMOS主动像素的实施例。纳米结构1可具有包括诸如导电层及金属层等磊晶生长层的一个或多个垂直光电门。

在诸如图D10中所示实施例中，像素可包含两个光电二极管，一纳米结构1及一个基板光电二极管。此实施例亦包含两个垂直光电门(VP门极1、VP门极2)、一转移门极(TX)及一复位门极(RG)。优选的，光电二极管中两者皆为轻掺杂。此乃因轻掺杂区可在低偏压电压下而容易空乏。

该基板光电二极管的表面区可因制作期间所造成制程诱致损坏及与该纳米结构1相关联的晶格应力而易具有缺陷。此等缺陷可充当暗电流来源。

优选的，将该基板连接至接地，亦即，零电压。在此实施例中，该复位漏电极较佳的为经掺杂n+且受正偏压。当转移门极TX及复位门极接通时，基板中n区变为受正偏压。此复位操作导致n区因p基板与n区之间的反向偏压条件而变为空乏的。当转移门极TX及复位门极RG关断时，n区保持其正偏压，从而相对于p基板(p分区)形成浮动电容器。

第一垂直光电门VP门极1可经组态以控制纳米结构1中的电位，以使得可在NW光电二极管与基板光电二极管之间形成一电位梯度。以此方式，纳米结构1中的光电荷可在读出期间快速地漂移至基板之n区。第二垂直光电门VP门极2可为一个接通/关断开关。

图D12及图D13显示了背侧照明图像传感器的实施例。纳米结构1可形成于一个p基板之背侧处。可藉由移除含有像素阵列区域上方的半导体基板材料来使基板薄化。举例而言，可使一个p基板厚度薄化至3微米与50微米之间，更优选的为6微米与20微米之间。该基板光电二极管现可得到来自背侧的所有光，而非如习用图像传感器中来自含有所有金属线之侧的光。

前侧可包含4-T读出电路，其包含一个转移门极TX、一个复位门极RG的一个复位开关、一个源极跟随器放大器及一个选择开关。读出电路亦可组态为3-T像素电路，其包含具有一个复位门极RG的一个复位开关、一个源极跟随器放大器及一个选择开关。在前侧中，一个基板光电二极管可用一个浅p+层形成，如图D12及图D13中所示。在基板两个侧处具有p+的目的是抑制暗电流。可将一个隐埋p层放置于n+扩散部层下面，以阻挡来自背侧的传入电荷流且使电荷朝向n区转向。优选的，该隐埋p层的掺杂高于该p基板掺杂，但不高至该p+层掺杂。前侧光电二极管不用于光吸收，而用于收集来自纳米结构1及来自其中发生光吸收之背侧p基板的电荷。纳米结构1可具有环绕NW及两个垂直光电门的一个电介质层(包覆层)，一垂直光电门用于开关且另一垂直光电门用于控制NW中电位。

通常，在图D12及图D13实施例中，使用两步骤制程以自每个光电二极管中分开地读出信号电荷。第一步骤将自前侧处基板二极管读出电荷。紧邻此后，藉由接通VP门极1，将读出来自纳米结构1的电荷。

优选的，图D12及图D13实施例应具有在背侧基板处的一个浅p+层，其在中心具有一空洞，使得该p+层不阻挡来自背侧纳米结构1的电荷。此外，优选的在前侧处应存在位于该浅p+层下面的一个轻掺杂n势井或n层，以使得n势井可容易空乏。

图D13显示了一个背侧照明CMOS像素的替代实施例。在此实施例中，不同于纳米结构1具有垂直光电门，可将p+层涂布于NW之外壳处以帮助在纳米结构1中形成一个内建电场。在此组态之情况下，光电荷可容易地沿向上方向漂移。背侧照明CMOS像素之特征类似于图D12像素特征。

图D23C显示了位于一个完全处理的含基板光电二极管晶圆的背面的纳米结构1的一个实施例。图D23D显示了位于一个完全处理的含基板光电二极管晶圆背面的纳米结构1的一个实施例。基板光电二极管吸收那些没有被允许在纳米线内部传播的辐射。D24A和图D24B显示了在含光电二极管的经薄化图像传感器的背面结构的例子。

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于不同其他组件内或与不同其他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他架构。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他方面及实施例。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权利要求范围指示。

Claims (20)

1.一个设备包括：

一个基板；

一个或多个基本上垂直延伸于基板的纳米结构；

其中该纳米结构包括一第一类型的掺杂半导体的一个核心，一个包含一轻掺杂非晶半导体或一本征非晶半导体的第一层，和一个包含与第一类型相反的第二类型的一重掺杂非晶半导体层的第二层，其中该第一层沉积到该核心上并且该第二层沉积到该第一层上。

2.权利要求1所述的设备，其中该第一层配置钝化该核心的至少一表面。

3.权利要求1所述的设备，其中该第一层各向同性地沉积在核心远离该基板的至少一个末端部分。

4.权利要求3所述的设备，其中该第二层各向同性地沉积在该第一层的至少一部分。

5.权利要求1所述的设备，其中该第一层沉积在核心远离该基板的一个末端表面。

6.权利要求5所述的设备，其中该第二层沉积在该第一层上。

7.权利要求6所述的设备，其中该第一层和该第二层在至少一个平行于基板方向与该核心同延。

8.权利要求5所述的设备，其中该核心侧壁至少部分地由一个电绝缘层覆盖。

9.权利要求8所述的设备，其中该第一层和第二层在至少一个平行于基板方向与该电绝缘层同延。

10.权利要求1所述的设备，其中该核心包括一个或者多个从以下组中选择的掺杂半导体材料，如掺杂硅，掺杂锗，掺杂III-V族化合物半导体，掺杂II-VI族化合物半导体，和掺杂四元半导体；其中该第一层包括一个或者多个从以下组中选择的本征非晶半导体材料，如本征的非晶硅，本征的非晶锗，本征非晶III-V族化合物半导体和本征非晶II-VI族化合物半导体；其中该第二层包括一个或者多个从以下组中选择的重掺杂非晶半导体材料，如重掺杂的非晶硅，重掺杂的非晶锗，重掺杂的非晶III-V族化合物半导体和重掺杂非晶II-VI族化合物半导体。

11.权利要求1所述的设备，其中该核心是轻掺杂。

12.权利要求1所述的设备，其中该第一层厚度约为2纳米至100纳米。

13.权利要求1所述的设备，其中该第二层的厚度至少约为10纳米。

14.权利要求1所述的设备，其中该第二层、该第一层和该核心形成一个p-i-n结。

15.权利要求1所述的设备，其中该纳米结构是一个纳米线或一个纳米板。

16.权利要求1所述的设备的一个制造方法，包括用原子层沉积(ALD)或化学气相沉积(CVD)法在该核心上沉积该第一层；和用ALD或者CVD法在该第一层上沉积该第二层。

17.一个设备包括：

一个基板；

一个或多个基本垂直延伸于基板的纳米结构；

其中该纳米结构包括一个核心和一个钝化层，该钝化层配置钝化该核心的至少一表面，并且配制和该核心形成一个p-i-n结。

18.权利要求17所述的设备，其中该钝化层包括一非晶材料。

19.一个设备包括：

一个基板；

一个或多个基本垂直延伸于基板的纳米结构；

其中该纳米结构包括一个核心和一个钝化层，该钝化层配置钝化该核心的至少一表面；

其中该设备配置将光转换成电力。

20.权利要求19所述的设备，其中该钝化层配制和该核心形成一个p-i-n结，并且该p-i-n结功能性地将光转换成电力。

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