CN105304668A - 一种cmos影像传感器 - Google Patents

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何晓锋
黄建冬
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Wuhan Xinxin Semiconductor Manufacturing Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种CMOS影像传感器，包括衬底层和位于衬底层上方的微透镜层和光过滤层；微透镜层包括若干个阵列分布的聚光透镜；光过滤层包括若干个阵列分布的三棱镜和用于支撑三棱镜的透光介质；衬底层包括若干个阵列分布的光电二极管组，光电二极管组包括依次排列的红色光电二极管、绿色光电二极管和蓝色光电二极管；每个三棱镜的出射面的下方均设置有一列光电二极管组，且光电二极管组的红色光电二极管对应于三棱镜的顶部一端，蓝色光电二极管对应于三棱镜的基底一端。本发明用三棱镜取代现有的彩色滤光片，波长范围宽，且不存在光过滤损失，增加进入光电二极管的光强；提高CMOS影像传感器分辨率和色彩还原性，扩大其环境使用范围和应用领域。

Description

一种CMOS影像传感器
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种CMOS影像传感器。
背景技术
现有的CMOS影像传感器是通过感光元件上的彩色滤光片来获取及区分色彩。彩色滤光片主要有拜耳阵列和条纹阵列两种形式。但，由于彩色滤光片波长范围窄，易导致CMOS影像传感器分辨率差；且由于彩色滤光片具有一定的厚度，及仅允许部分波长光线通过，降低了进入探测器的光强，易导致CMOS影像传感器色彩还原性差。
发明内容
本发明目的是提供一种CMOS影像传感器，解决现有技术中存在的上述问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种CMOS影像传感器，包括衬底层和位于所述衬底层上方的微透镜层和光过滤层；
所述微透镜层包括若干个阵列分布的聚光透镜；
所述光过滤层包括若干个阵列分布的三棱镜和用于支撑所述三棱镜的透光介质；
所述衬底层包括若干个阵列分布的光电二极管组，所述光电二极管组包括依次排列的红色光电二极管、绿色光电二极管和蓝色光电二极管；每个所述三棱镜的出射面的下方均设置有一列所述光电二极管组，且所述光电二极管组的红色光电二极管对应于所述三棱镜的顶部一端，所述光电二极管组的蓝色光电二极管对应于所述三棱镜的基底一端。
本发明的有益效果是：利用三棱镜色散原理，使用三基色红、绿、蓝三色光电二极管分别接收来自三棱镜分解的红、绿、蓝三色光；用三棱镜取代现有的彩色滤光片，波长范围宽，且不存在光过滤损失，增加进入光电二极管的光强；提高CMOS影像传感器分辨率和色彩还原性，扩大其环境使用范围和应用领域。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述光电二极管的口径均小于2um。
采用上述进一步方案的有益效果是，提高CMOS影像传感器分辨率，且有效减小CMOS影像传感器的尺寸。
进一步，所述衬底层为硅衬底，所述衬底层还包括深沟道隔离，所述深沟道隔离的截面形状呈上宽下窄的梯形。
采用上述进一步方案的有益效果是，衬底层包括深沟道隔离，且深沟道隔离的截面形状呈上宽下窄的梯形，提高CMOS影像传感器的灵敏度和抗干扰性。
进一步，所述微透镜层位于所述光过滤层和衬底层之间，且每个光电二极管上方均设置有一个所述聚光透镜，所述聚光透镜的口径为2um。
采用上述进一步方案的有益效果是，聚光透镜将三棱镜分解的红、绿、蓝三色光高效耦合入对应的红、绿、蓝三色光电二极管，增加进入光电二极管的光强。
进一步，还包括金属栅格，所述金属栅格设置于相邻两个三棱镜之间，且所述金属栅格的下表面与衬底层相抵。
进一步，所述深沟道隔离设置于相邻两个光电二极管之间。
采用上述进两步方案的有益效果是，提高CMOS影像传感器的灵敏度和抗干扰性。
进一步，所述光过滤层位于所述微透镜层和衬底层之间，且每个三棱镜的入射面的上方均设置有一列所述聚光透镜，所述聚光透镜的口径为6um。
采用上述进一步方案的有益效果是，聚光透镜将白光高效耦合入三棱镜，增加进入光电二极管的光强。
进一步，还包括金属栅格，所述金属栅格设置于相邻两个三棱镜之间，且所述金属栅格的上表面与所述微透镜层相抵，所述金属栅格的下表面与所述衬底层相抵。
进一步，所述深沟道隔离设置于相邻两个光电二极管组之间。
采用上述进两步方案的有益效果是，提高CMOS影像传感器的灵敏度和抗干扰性。
进一步，相邻两个光电二极管组中相同颜色的光电二极管相邻设置。
采用上述进一步方案的有益效果是，提高CMOS影像传感器色彩还原性。
附图说明
图1为本发明一种CMOS影像传感器的第一实施例示意图；
图2为本发明一种CMOS影像传感器的第二实施例示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、衬底层，11、光电二极管组，111、红色光电二极管，112、绿色光电二极管，113、蓝色光电二极管，12、深沟道隔离，2、微透镜层，21、聚光透镜，3、光过滤层，31、三棱镜，32、透光介质，4、金属栅格。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1和图2所示，一种CMOS影像传感器，包括衬底层1和位于所述衬底层1上方的微透镜层2和光过滤层3；
所述微透镜层2包括若干个阵列分布的聚光透镜21；
所述光过滤层3包括若干个阵列分布的三棱镜31和用于支撑所述三棱镜31的透光介质32；
所述衬底层1包括若干个阵列分布的光电二极管组11，所述光电二极管组11包括依次排列的红色光电二极管111、绿色光电二极管112和蓝色光电二极管113；每个所述三棱镜31的出射面的下方均设置有一列所述光电二极管组11，且所述光电二极管组11的红色光电二极管111对应于所述三棱镜31的顶部一端，所述光电二极管组11的蓝色光电二极管113对应于所述三棱镜31的基底一端。
优选，所述光电二极管111、112、113的口径均小于2um。
优选，所述衬底层1为硅衬底，所述衬底层1还包括深沟道隔离12，所述深沟道隔离12的截面形状呈上宽下窄的梯形。
第一实施例如图1所示，优选，所述微透镜层2位于所述光过滤层3和衬底层1之间，且每个光电二极管111、112、113上方均设置有一个所述聚光透镜21，所述聚光透镜21的口径为2um。
优选，还包括金属栅格4，所述金属栅格4设置于相邻两个三棱镜31之间，且所述金属栅格4的下表面与衬底层1相抵。
优选，所述深沟道隔离12设置于相邻两个光电二极管111、112、113之间。
第二实施例如图2所示，优选，所述光过滤层3位于所述微透镜层2和衬底层1之间，且每个三棱镜31的入射面的上方均设置有一列所述聚光透镜21，所述聚光透镜21的口径为6um。
优选，还包括金属栅格4，所述金属栅格4设置于相邻两个三棱镜31之间，且所述金属栅格4的上表面与所述微透镜层2相抵，所述金属栅格的下表面与所述衬底层1相抵。
优选，所述深沟道隔离12设置于相邻两个光电二极管组11之间。
优选，相邻两个光电二极管组11中相同颜色的光电二极管111、112、113相邻设置。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种CMOS影像传感器，其特征在于，包括衬底层(1)和位于所述衬底层(1)上方的微透镜层(2)和光过滤层(3)；
所述微透镜层(2)包括若干个阵列分布的聚光透镜(21)；
所述光过滤层(3)包括若干个阵列分布的三棱镜(31)和用于支撑所述三棱镜(31)的透光介质(32)；
所述衬底层(1)包括若干个阵列分布的光电二极管组(11)，所述光电二极管组(11)包括依次排列的红色光电二极管(111)、绿色光电二极管(112)和蓝色光电二极管(113)；每个所述三棱镜(31)的出射面的下方均设置有一列所述光电二极管组(11)，且所述光电二极管组(11)的红色光电二极管(111)对应于所述三棱镜(31)的顶部一端，所述光电二极管组(11)的蓝色光电二极管(113)对应于所述三棱镜(31)的基底一端。
2.根据权利要求1所述一种CMOS影像传感器，其特征在于，所述光电二极管(111、112、113)的口径均小于2um。
3.根据权利要求2所述一种CMOS影像传感器，其特征在于，所述衬底层(1)为硅衬底，所述衬底层(1)还包括深沟道隔离(12)，所述深沟道隔离(12)的截面形状呈上宽下窄的梯形。
4.根据权利要求3所述一种CMOS影像传感器，其特征在于，所述微透镜层(2)位于所述光过滤层(3)和衬底层(1)之间，且每个光电二极管(111、112、113)上方均设置有一个所述聚光透镜(21)，所述聚光透镜(21)的口径为2um。
5.根据权利要求4所述一种CMOS影像传感器，其特征在于，还包括金属栅格(4)，所述金属栅格(4)设置于相邻两个三棱镜(31)之间，且所述金属栅格(4)的下表面与衬底层(1)相抵。
6.根据权利要求4所述一种CMOS影像传感器，其特征在于，所述深沟道隔离(12)设置于相邻两个光电二极管(111、112、113)之间。
7.根据权利要求3所述一种CMOS影像传感器，其特征在于，所述光过滤层(3)位于所述微透镜层(2)和衬底层(1)之间，且每个三棱镜(31)的入射面的上方均设置有一列所述聚光透镜(21)，所述聚光透镜(21)的口径为6um。
8.根据权利要求7所述一种CMOS影像传感器，其特征在于，还包括金属栅格(4)，所述金属栅格(4)设置于相邻两个三棱镜(31)之间，且所述金属栅格(4)的上表面与所述微透镜层(2)相抵，所述金属栅格的下表面与所述衬底层(1)相抵。
9.根据权利要求7所述一种CMOS影像传感器，其特征在于，所述深沟道隔离(12)设置于相邻两个光电二极管组(11)之间。
10.根据权利要求1至9任一所述一种CMOS影像传感器，其特征在于，相邻两个光电二极管组(11)中相同颜色的光电二极管(111、112、113)相邻设置。
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