CN105470272A - 图像传感器及包括该图像传感器的电子装置 - Google Patents

图像传感器及包括该图像传感器的电子装置 Download PDF

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Abstract

本公开提供了图像传感器及包括该图像传感器的电子装置。该图像传感器包括：半导体基板，集成有多个感光器件；以及纳米图案层，在半导体基板上，该纳米图案层具有多个纳米图案，其中该多个纳米图案中的单个纳米图案对应于该多个感光器件中的单个感光器件。

Description

图像传感器及包括该图像传感器的电子装置
技术领域
示例实施例涉及图像传感器以及包括该图像传感器的电子装置。
背景技术
光电子器件利用光电效应将光转换成电信号，并可以包括光电二极管和/或光电晶体管。光电子器件可以应用于图像传感器和/或太阳能电池。
包括光电二极管的图像传感器要求相对高的分辨率，并因此要求相对小的像素。目前，广泛地采用硅光电二极管，但是硅光电二极管具有灵敏度降低的问题，并由于相对小的像素而具有相对小的吸收面积。
另一方面，当光进入图像传感器时，滤色器在每个像素中选择性地吸收给定的(或者可选地，预定的)波长区域中的光。红色滤色器、蓝色滤色器和绿色滤色器分别设置在红色像素、蓝色像素和绿色像素上并选择性地透射红光、蓝光和绿光，并且被选择性透射的光可以传输到每个像素的光电二极管。
然而，滤色器不仅会自身吸收光并因此对传送到光电二极管的光引起相对大量的损失，而且还通过旋涂、UV曝光和/或湿蚀刻的工艺形成并因此在将图像传感器的像素尺寸减小为小于或等于给定的(或者可选地，预定的)尺寸上受到限制。
发明内容
示例实施例提供一种图像传感器，其能够提高每个像素的波长选择性，因此改善灵敏度和光效率以及将像素尺寸减小为小于或等于给定的(或者可选地，预定的)尺寸。
示例实施例还提供包括该图像传感器的电子装置。
根据示例实施例，一种图像传感器包括：半导体基板，集成有多个感光器件；以及纳米图案层，在半导体基板上并具有多个纳米图案，其中该多个纳米图案中的单个纳米图案对应于该多个感光器件中的单个感光器件。
单个纳米图案可以透射由与其对应的单个感光器件感测的波长区域中的光。
单个纳米图案可以具有大于或等于约100纳米且小于约1微米的尺寸。
纳米图案层可以包括彼此具有不同折射系数的至少两种类型的电介质物质。
至少两种类型的电介质物质可以形成在彼此不同的区域中，并且单个纳米图案可以限定在至少两种类型的电介质物质之间的界面处。
至少两种类型的电介质物质可以具有大于或等于约0.2的折射系数差。
纳米图案层可以具有小于约1微米的厚度。
图像传感器还可以包括在纳米图案层上的有机光电子器件，该有机光电子器件包括彼此面对的第一电极和第二电极以及在第一电极和第二电极之间的有机光电转换层。
集成在半导体基板中的多个感光器件可以包括感测第一波长区域中的光的第一感光器件以及感测与第一波长区域不同的第二波长区域中的光的第二感光器件。
有机光电转换层可以吸收第三波长区域中的光，第三波长区域不同于第一波长区域和第二波长区域。
第一感光器件和第二感光器件可以在水平方向上彼此间隔开，并且对应于第一感光器件的纳米图案的尺寸可以与对应于第二感光器件的纳米图案的尺寸不同。
对应于第一感光器件的纳米图案可以选择性地透射第一波长区域中的光，并且对应于第二感光器件的纳米图案可以选择性地透射第二波长区域中的光。
第一波长区域可以为蓝色波长区域，第二波长区域可以为红色波长区域，并且第三波长区域可以为绿色波长区域。
红色波长区域可以具有大于约580纳米且小于或等于约700纳米的最大吸收波长(λmax)，蓝色波长区域可以具有大于或等于约400纳米且小于约500纳米的最大吸收波长(λmax)，并且绿色波长区域可以具有约500纳米至约580纳米的最大吸收波长(λmax)。
第一感光器件和第二感光器件可以设置在自半导体基板的表面的不同深度处。
与第二感光器件相比，第一感光器件可以感应更长的波长区域中的光，并且第一感光器件可以比第二感光器件离半导体基板的表面更远。
第一感光器件和第二感光器件可以顺序地堆叠在竖直方向上。
多个纳米图案可以选择性地反射第三波长区域中的光到有机光电转换层。
图像传感器可以不包括有机滤色器。
有机光电转换层可以包括p型半导体和n型半导体，并且p型半导体和n型半导体形成pn结。
根据示例实施例，一种电子装置包括所述图像传感器。
因此，根据示例实施例的图像传感器可以提高每个像素的波长选择性，并因此改善灵敏度和光效率以及将像素尺寸减小为小于或等于给定的(或者可选地，预定的)尺寸。
附图说明
图1是示出根据示例实施例的CMOS图像传感器的截面图,
图2是放大图1中的区域'A'的截面图，
图3是示出特定区域中的波长通过应用于根据示例实施例的图像传感器的纳米图案来选择的原理的参考图，
图4(a)至图4(c)是预示性地示出应用于根据示例实施例的图像传感器的各种纳米图案的俯视平面图，
图5是示出应用到根据示例实施例的图像传感器的纳米图案层的一个示例的俯视平面图，
图6是沿着图5中I-I线剖取的纳米图案层的截面图，
图7是示出根据示例实施例的CMOS图像传感器的截面图，
图8是放大图7中的区域'B'的截面图，
图9是示出根据示例实施例的CMOS图像传感器的截面图，
图10是示出根据示例1的纳米图案层的一部分的截面图，
图11(a)和11(b)示出了硅(Si)光电二极管中的蓝色电场分布图(a)和红色电场分布图(b)，该硅(Si)光电二极管在其上包括示例1的纳米图案层，
图12是示出根据示例2的纳米图案层的一部分的截面图，以及
图13(a)和13(b)示出了硅(Si)光电二极管中的蓝色电场分布图(a)和红色电场分布图(b)，该硅(Si)光电二极管在其上包括示例2的纳米图案层。
具体实施方式
示例实施例将在下文被详细描述，并可以由具有本领域中的通常知识的人员更容易地实现。然而，本公开可以以许多不同的形式实施，而不被解释为限于这里阐述的示例实施例。
在附图中，为了清楚起见，层、膜、面板、区域等的厚度被夸大。相同的附图标记在整个说明书中表示相同的元件。将理解，当一元件诸如层、膜、区域或基板被称为“在”另一元件“上”时，它可以直接在该另一元件上，或者还可以存在插入的元件。相反，当一元件被称为“直接在”另一元件“上”时，没有插入元件存在。
将理解，当一元件或层被称为“在”另一元件或层“上”、“连接到”、“联接到”或“覆盖”另一元件或层时，它可以直接在该另一元件或层上、直接连接到、联接到或覆盖该另一元件或层，或者可以存在插入的元件或层。相反，当一元件被称为“直接在”另一元件或层“上”、“直接连接到”或“直接联接到”另一元件或层时，没有插入的元件或层存在。相同的附图标记在整个说明书中表示相同的元件。如这里所用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。
将理解，尽管这里可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分区别开。因此，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分，而没有脱离示例实施例的教导。
为了便于描述这里可以使用空间关系术语(例如，“之下”、“下面”、“下”、“之上”和“上”等)来描述如附图所示一个元件或特征与另一个(些)元件或特征的关系。将理解，空间关系术语旨在涵盖附图所示的取向之外器件在使用或操作中的不同取向。例如，如果附图中的器件被翻转，则被描述为在其它元件或特征“下面”或“下方”的元件将会定向为在该其它元件或特征“之上”。因此，术语“下面”可以涵盖之上和之下两种取向。器件可以另外地取向(被旋转90度或在其它取向)，这里所用的空间关系描述符被相应地解释。
这里所用的术语仅是为了描述各个实施例的目的，而不旨在限制示例实施例。如这里所用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另外清楚地指示。还将理解的是，术语“包括”和/或“包含”，如果在这里使用，指定所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或附加。
除非另外地限定，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)都具有本领域普通技术人员所通常理解的同样的含义。还将理解的是，术语(包括通用词典中所定义的那些)，除非这里加以明确限定，否则应当被解释为具有与它们在相关领域的语境中的含义相一致的含义，而不应被解释为理想化的或过度形式化的意义。
参照图1，现在将描述根据示例实施例的CMOS图像传感器。
图1是示出根据示例实施例的CMOS图像传感器的截面图。
参照图1，根据示例实施例的CMOS图像传感器1000包括半导体基板110和设置在半导体基板110上的纳米图案层70。
半导体基板110可以为硅基板，例如单晶硅基板。半导体基板110集成有多个感光器件50和传输晶体管(未示出)。多个感光器件50可以为光电二极管。
图1示出了彼此相邻的蓝色像素、绿色像素和红色像素，但是不限于此。在下文，附图标记中包括“B”的构成元件指的是蓝色像素中包括的构成元件，附图标记中包括“G”的构成元件指的是绿色像素中包括的构成元件，附图标记中包括“R”的构成元件指的是红色像素中包括的构成元件。
感光器件50和传输晶体管可以集成在每个像素中，例如附图所示，感光器件50可以包括蓝色像素的感光器件50B、绿色像素的感光器件50G和红色像素的感光器件50R。感光器件50感测光，并且由感光器件50感测的信息可以通过传输晶体管传输。
金属配线(未示出)和焊盘(未示出)形成在半导体基板110上。为了减少信号延迟，金属配线和焊盘可以由具有相对低的电阻率的金属制成，例如铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)及其合金，但是不限于此。
下绝缘层60形成在金属配线和焊盘上。下绝缘层60可以由无机绝缘材料(例如，硅氧化物和/或硅氮化物)或者相对低介电常数(低K)材料(例如，SiC、SiCOH、SiCO和SiOF)制成。
下绝缘层60具有暴露每个像素的感光器件50B、50G和50R的沟槽(未示出)。沟槽可以用填料填充。
具有多个纳米图案的纳米图案层70形成在下绝缘层60上。该多个纳米图案中包括的每个单一纳米图案以一对一方式对应于单个感光器件，例如50R、50G和50B，并可以包括具有不同折射系数的至少两种类型的电介质物质。这将参照图2和图3来说明。
图2是放大图1中的区域‘A’的截面图。
参照图2，具有多个纳米图案P的纳米图案层70形成在其中集成多个感光器件50的半导体基板110上。每个纳米图案P1、P2和P3对应于相应的感光器件50B、50G和50R。
纳米图案P具有几十至几百纳米的尺寸，并可以具有例如与可见光波长区域类似的尺寸。由于具有与可见光波长区域类似的尺寸的纳米图案具有与可见光的较高的相干性(coherency)，并且透射的波长区域可以通过该图案的形状控制来选择，所以具有给定的(或者可选地，预定的)尺寸的纳米图案可以选择性地透射给定的(或者可选地，预定的)波长区域。
纳米图案可以具有尺寸(d1、d2和d3)，例如，范围为大于或等于约1纳米至小于约1微米，大于或等于约10纳米至小于约1微米，大于或等于约100纳米且小于约1微米，或者大于或等于约150纳米至小于约1微米，但是不限于此。这里，纳米图案的尺寸表示在纳米图案层70被水平截取时的横截面中一个纳米图案所具有的最长水平长度(宽度)。例如，当纳米图案具有圆环形状时，图案尺寸为外圆的直径。
图3是示出特定区域中的波长通过应用于根据示例实施例的图像传感器的纳米图案来选择的原理的参考图。
参照图3，穿过纳米图案P的入射光的波前(wavefront)导致由纳米图案P构成且具有不同折射系数的两种类型的电介质物质M1和M2之间的干涉(interference)，因此特定区域中的波长可以通过纳米图案(P)。这里，电介质物质表示在电场中变得极化而不导电的绝缘体材料，例如，两种类型的电介质物质M1和M2可以具有大于或等于约0.2的折射系数差。
图4(a)至图4(c)是俯视平面图，预示性地示出应用于根据示例实施例的图像传感器的各种纳米图案。
图4(a)至图4(c)中示出的纳米图案P具有如图4(a)和图4(b)所示的圆环或如图4(c)所示的四边形环，但是本发明构思不被特别地限于这样的圆形、四边形和三角形的形状。参照图4(a)至图4(c)，纳米图案(P)由具有不同折射系数(R1)n1和n2的两种类型的电介质物质之间的界面限定。参照图4(a)，圆环区域由具有折射系数n1的电介质物质组成，而与该圆环形成界面的外部和内部区域可以由具有折射系数n2的电介质物质组成，但是圆环区域可以由具有折射系数n1的电介质物质组成，而与该圆环形成界面的外部区域由具有折射系数n2的电介质物质组成，并且与该圆环形成界面的内部区域由具有折射系数n3(n1≠n2≠n3)的电介质物质组成。
图5是示出应用于根据示例实施例的图像传感器的一个纳米图案层的俯视平面图，图6是沿着图5中的I-I线剖取的纳米图案层的截面图。
参照图5和图6，纳米图案层包括多个纳米图案P1、P2和P3。纳米图案层包括具有不同折射系数(R1)n1和n2的两种类型的电介质物质，并且该两种类型的电介质物质位于彼此不同的区域中。多个纳米图案可以具有彼此相同或不同的尺寸d1、d2和d3。参照图6，具有给定的(或者可选地，预定的)尺寸的纳米图案可以选择性地通过可见射线区域当中的给定的(或者可选地，预定的)波长区域(例如，蓝色、绿色或红色的波长区域)，因此纳米图案的尺寸d1、d2或d3可以根据透射的波长区域来选择。例如，纳米图案的尺寸d1、d2和d3可以每个独立地在小于约1微米、大于或等于约10纳米且小于约1微米、大于或等于约100纳米且小于约1微米、或者大于或等于约150纳米至小于约1微米的范围内。
图像传感器可以具有相对高的颜色分隔特性，而不用配备单独的有机滤色器层，由于纳米图案层具有给定的(或者可选地，预定的)尺寸。例如，具有相对大厚度的有机滤色器层可以通过引入纳米图案层而被省略，该纳米图案层具有大于或等于约50纳米至小于约1微米或者约200纳米至约500纳米的厚度，因此可以减小像素尺寸。此外，纳米图案层具有聚集光的特性，因此可以在不采用单独的微透镜的情况下保证会聚光的特性。
在下文，描述根据示例实施例的图像传感器。
图7是示出根据示例实施例的CMOS图像传感器的截面图。
参照图7，根据示例实施例的图像传感器2000包括半导体基板110和位于半导体基板110上的纳米图案层70，类似于图1所示的示例实施例。
半导体基板110可以为硅基板，例如单晶硅基板。半导体基板110集成有蓝色感光器件50B、红色感光器件50R、电荷存储器件55和传输晶体管(未示出)。蓝色感光器件50B和红色感光器件50R可以为光电二极管。
蓝色感光器件50B、红色感光器件50R、传输晶体管和/或电荷存储器件55可以集成在每个像素中，例如，如附图所示，蓝色感光器件50B可以被包括在蓝色像素中，红色感光器件50R可以被包括在红色像素中。即使电荷存储器件55仅在绿色像素中示出，但是蓝色像素和红色像素也可以分别包括与蓝色感光器件50B连接的电荷存储器件以及与红色感光器件50R连接的电荷存储器件。
蓝色感光器件50B和红色感光器件50R感测光，由感光器件感测的信息可以通过传输晶体管传输，绿色像素的电荷存储器件55与随后将描述的有机光电子器件100电连接，并且电荷存储器件55的信息可以通过传输晶体管传输。
金属配线(未示出)和焊盘(未示出)形成在半导体基板110上。为了减小信号延迟，金属配线和焊盘可以由具有相对低的电阻率的金属制成，例如铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)及其合金，但是不限于此。此外，不限于该结构，金属配线和焊盘可以位于感光器件50B和50R下。
下绝缘层60形成在金属线和焊盘上，其类似于图1所示的示例实施例描述。
具有多个纳米图案的纳米图案层70形成在下绝缘层60上。该多个纳米图案中的单个纳米图案设置为以一对一方式对应于单个感光器件，例如50R和50B。这将参照图8来说明。
图8是放大图7中的区域‘B’的截面图。
参照图8，具有多个纳米图案P的纳米图案层70形成在其中集成有多个感光器件50B和50R的半导体基板上。每个纳米图案P1和P3设置为对应于相应的感光器件50B和50R。
如上所述，纳米图案(P)具有几十至几百纳米的尺寸，例如与可见光波长区域类似的尺寸。具有与可见光波长类似的尺寸的纳米图案具有与可见光的相对高的相干性，因此通过而被透射的波长区域可以通过控制该图案的形状来选择。
纳米图案的尺寸d1和d3可以根据用于透射的透射波长区域来控制。纳米图案的尺寸d1和d3可以例如在大于或等于约1纳米至小于约1微米、大于或等于约10纳米至小于约1微米、大于或等于约100纳米至小于约1微米、或者大于或等于约150纳米至小于约1微米的范围，但是不限于此。
参照图7，上绝缘层80形成在纳米图案层70上。上绝缘层80和下绝缘层60具有暴露焊盘的接触孔(未示出)和暴露绿色像素的电荷存储器件55的通孔85。
有机光电子器件100形成在上绝缘层80上。
有机光电子器件100包括第一电极10和第二电极20以及插入在第一电极10和第二电极20之间的有机光电转换层30。
有机光电转换层30可以例如包括p型半导体和n型半导体，并且p型半导体和n型半导体可以形成pn结。p型半导体和n型半导体中的至少一个选择性地吸收绿色波长区域中的光以产生激子，然后所产生的激子可以分离成空穴和电子以提供光电效应。
p型半导体材料可以例如是喹吖啶酮或其衍生物、或者亚酞菁或其衍生物，n型半导体材料可以例如是含有氰基乙烯基(cyanovinylgroup)的噻吩衍生物、亚酞菁或其衍生物、或者富勒烯或富勒烯衍生物，但是不限于此。
有机光电转换层30可以为单层或多层。有机光电转换层30可以例如为本征层(I层)、p型层/I层、I层/n型层、p型层/I层/n型层、以及p型层/n型层。
有机光电转换层30可以包括p型半导体和n型半导体，厚度比为约1：100至约100：1。p型和n型半导体可以具有在该范围内的从约1:50变化至约50:1的厚度比，例如约1：10至约10：1，或者约1：1。当p型和n型半导体具有在该范围内的构成比时，激子可以被有效地产生，并且pn结可以被有效地形成。
p型层可以包括p型半导体，并且n型层可以包括n型半导体。
有机光电转换层30可以具有约1纳米至约500纳米的厚度。在该范围内，有机光电转换层30可以具有约5纳米至约300纳米的厚度。当有机光电转换层30具有在该范围内的厚度时，有机光电转换层30可以有效地吸收光，有效地分开空穴与电子，并传送它们，有效地改善了光电转换效率。
第二电极20可以位于有机光电转换层30上，并可以是光进入其中的透光电极。第二电极20可以例如由透明导体(例如，铟锡氧化物(ITO)或铟锌氧化物(IZO))制成，并且第二电极20可以为具有几纳米或几十纳米的相对薄的厚度的金属薄层或者掺杂有金属氧化物的具有几纳米至几十纳米的相对薄的厚度的金属薄层。第一电极10和第二电极20中的一个是阳极，另一个为阴极。
第一电极10、有机光电转换层30和第二电极20提供有机光电子器件100，当光从第二电极20入射并且有机光电转换层30吸收绿色波长区域中的光时，激子可以从有机光电子器件100内部产生。激子在有机光电转换层30中被分离成空穴和电子，并且被分离的空穴传输到阳极(其是第一电极10和第二电极20中的一个)，被分离的电子传输到阴极(其是第一电极10和第二电极20中的另一个)，从而使电流流动。被分离的电子或空穴可以被收集在电荷存储器件55中。除了绿色波长区域之外的其它波长区域中的光穿过第一电极110，并可以由蓝色感光器件50B或红色感光器件50R感测。
有机光电子器件100可以形成在图像传感器前面并吸收其上的光，因此增加光面积并产生相对高的光吸收效率。
如图7和图8所示，感测蓝色波长区域中的光的蓝色感光器件50B和感测红色波长区域中的光的红色感光器件50R可以在水平方向上彼此间隔开。当对应于蓝色感光器件50B的纳米图案P1具有与对应于红色感光器件50R的纳米图案P3相同的形状时，对应于蓝色感光器件50B的纳米图案P1的尺寸d1可以与对应于蓝色感光器件50R的纳米图案P3的尺寸d3不同。
在图7中，感测蓝色波长区域中的光的蓝色感光器件50B和感测红色波长区域中的光的红色感光器件50R被集成在半导体基板110中，有机光电子器件100包括选择性地吸收绿色波长区域中的光的有机光电转换层30。然而，有机光电子器件100不限于图7所示的以上结构。感测蓝色波长区域中的光的感光器件和感测绿色波长区域中的光的感光器件可以被集成在半导体基板110中，有机光电子器件100可以包括选择性地吸收红色波长区域中的光的有机光电转换层30。可选地，感测红色波长区域中的光的感光器件和感测绿色波长区域中的光的感光器件可以被集成在半导体基板110中，并且有机光电子器件100可以包括选择性地吸收蓝色波长区域中的光的有机光电转换层。
这里，红色波长区域可以具有大于约580纳米且小于或等于约700纳米的最大吸收波长(λmax)，蓝色波长区域可以具有大于或等于约400纳米且小于约500纳米的最大吸收波长(λmax)，并且绿色波长区域可以具有约500纳米至约580纳米的最大吸收波长(λmax)。
根据示例实施例的图像传感器包括具有给定的(或者可选地，预定的)尺寸的纳米图案的纳米图案层，从而在没有装备单独的有机滤色器层的情况下改善了颜色分隔特性，类似于图7所示的以上示例实施例。此外，因为绿色波长区域中的光被朝向有机光电转换层30选择性地反射(由于根据纳米图案层70的引入而产生的干涉)，所以可以进一步增大有机光电转换层30的绿光吸收率。
在图7和图8的图像传感器2000中，蓝色感光器件50B和红色感光器件50R位于自半导体基板110的表面的相同的深度处，但是不限于此，蓝色感光器件50B和红色感光器件50R可以位于自半导体基板110的表面的实质上不同的深度处。例如，红色感光器件50R可以设置得比蓝色感光器件50B更远离半导体基板110的表面。
图9是示出根据示例实施例的CMOS图像传感器的示意性截面图。
参照图9，根据示例实施例的图像传感器3000包括半导体基板110、位于半导体基板110上的纳米图案层70以及位于纳米图案层70上的有机光电子器件100，像图8所示的示例实施例一样。
半导体基板110可以为硅基板，例如单晶硅基板。半导体基板110集成有蓝色感光器件50B、红色感光器件50R、电荷存储器件55和传输晶体管(未示出)。蓝色感光器件50B和红色感光器件50R可以为光电二极管。
然而，根据示例实施例的图像传感器3000包括彼此堆叠的蓝色感光器件50B和红色感光器件50R，与图8所示的示例性实施例不同。蓝色感光器件50B和红色感光器件50R与电荷存储器件(未示出)电连接，由感光器件感测的信息可以通过传输晶体管传输。
如前所述，选择性地吸收绿色波长区域中的光的有机光电子器件具有堆叠结构，并且因为红色感光器件和蓝色感光器件是堆叠的，所以可以减小图像传感器的尺寸，因此可以减少由于图像传感器的厚度增加引起的串扰。此外，如上所述，绿色波长区域中的光被朝向有机光电转换层30反射(因为产生根据纳米图案层70引入的干涉)，因此可以进一步增大有机光电转换层30的光吸收率。
前述的图像传感器具有在半导体基板上的纳米图案层(其具有给定的(或者可选地，预定的)的图案尺寸)，并因此可以选择性地通过和反射特定波长区域中的光，在没有单独的有机滤色器层的情况下具有相对高的颜色分隔特性，并可以增大有机光电转换层的光吸收率，因此增大光电效率。此外，图像传感器具有较小的厚度，并可以在没有单独的微透镜的情况下保证聚光特性。
图像传感器可以应用于各种电子装置，例如移动电话、数码相机和生物传感器，而没有限制。
在下文，本公开参照示例更详细地说明。然而，这些是示例，本公开不限于此。
波长选择性的评估
示例1
通过应用根据示例实施例的纳米图案层制造的图像传感器的波长选择性通过光学模拟来评估。
光学模拟采用Lumerical时域有限差分方案程序(LumericalFDTDSolutionsprogram)在有限差分时域(FDTD)法中计算。
图10是局部地示出根据示例实施例的纳米图案层的一部分的截面图。
参照图10，根据示例实施例的纳米图案层具有圆环形图案，对应于该圆环的区域由具有折射系数(n)＝2的电介质物质形成，而除了该圆环之外的其余区域由具有折射系数(n)＝1.5的电介质物质形成，并且该圆环的外环具有400nm的直径，而该圆环的内环具有340nm的直径。
图11(a)和图11(b)示出在硅(Si)光电二极管中的蓝色电场分布图(图11(a))和红色电场分布图(图11(b))，该硅(Si)光电二极管通过在其上引入根据示例实施例的纳米图案层来制作。参照图11(a)和11(b)，水平轴表示硅(Si)光电二极管的像素尺寸(800nm)，而垂直轴表示硅(Si)光电二极管的厚度(1500nm)，并且图10所示的纳米图案层位于硅(Si)光电二极管上。
参照图11(a)和11(b)，硅(Si)光电二极管在其上包括具有给定的(或者可选地，预定的)尺寸的纳米图案的纳米图案层，结果在没有有机滤色器的情况下具有关于蓝色波长区域的波长选择性。
示例2
通过光学模拟来评估通过应用根据示例实施例的纳米图案层而制造的图像传感器的波长选择性。
采用与示例1中使用的相同程序进行光学模拟。
图12是示出根据示例实施例的纳米图案层的一部分的截面图。
参照图12，根据示例实施例的纳米图案层具有圆环形图案，与该圆环对应的区域由具有折射系数(n)＝1.5的电介质物质形成，而该圆环之外的其余区域由具有折射系数(n)＝2的电介质物质形成，并且该圆环的外环具有300nm的直径，而该圆环的内环具有100nm的直径。
图13(a)和13(b)示出在硅(Si)光电二极管中的蓝色电场分布图(图13(a))和红色电场分布图(图13(b))，该硅(Si)光电二极管通过在其上引入根据示例实施例的纳米图案层而制作。参照图13(a)和13(b)，水平轴表示硅(Si)光电二极管的像素尺寸(800nm)，而垂直轴表示硅(Si)光电二极管的厚度(1500nm)，并且图12所示的纳米图案层位于硅(Si)光电二极管上。
参照图13(a)和13(b)，硅(Si)光电二极管包括在其上具有给定的(或者可选地，预定的)尺寸的纳米图案的纳米图案层，结果在没有有机滤色器的情况下具有关于红色波长区域的波长选择性。
尽管已经结合当前认为可行的示例实施例描述了本公开，但是将理解，本发明构思不限于所公开的实施例，而是相反地，旨在覆盖包括在权利要求书的精神和范围内的各种修改和等同布置。
本申请要求于2014年9月30日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2014-0131051的优先权和权益，其全部内容通过引用结合于此。

Claims (21)

1.一种图像传感器，包括：
半导体基板，集成有多个感光器件；以及
纳米图案层，在所述半导体基板上，所述纳米图案层具有多个纳米图案，
其中所述多个纳米图案中的单个纳米图案对应于所述多个感光器件中的单个感光器件。
2.如权利要求1所述的图像传感器，其中所述单个纳米图案透射由与其对应的所述单个感光器件感测的波长区域中的光。
3.如权利要求1所述的图像传感器，其中所述单个纳米图案具有大于或等于100纳米且小于1微米的尺寸。
4.如权利要求1所述的图像传感器，其中所述纳米图案层包括具有彼此不同的折射系数的至少两种类型的电介质物质。
5.如权利要求4所述的图像传感器，其中
所述至少两种类型的电介质物质形成在彼此不同的区域中，并且
所述单个纳米图案被限定在所述至少两种类型的电介质物质之间的界面处。
6.如权利要求4所述的图像传感器，其中所述至少两种类型的电介质物质具有大于或等于0.2的折射系数差。
7.如权利要求1所述的图像传感器，其中所述纳米图案层具有小于1微米的厚度。
8.如权利要求1所述的图像传感器，还包括：
在所述纳米图案层上的有机光电子器件，所述有机光电子器件包括，
彼此面对的第一电极和第二电极，以及
有机光电转换层，在所述第一电极和所述第二电极之间。
9.如权利要求8所述的图像传感器，其中集成在所述半导体基板中的所述多个感光器件包括感测第一波长区域中的光的第一感光器件和感测与所述第一波长区域不同的第二波长区域中的光的第二感光器件。
10.如权利要求9所述的图像传感器，其中所述有机光电转换层吸收第三波长区域中的光，该第三波长区域与所述第一波长区域和所述第二波长区域不同。
11.如权利要求9所述的图像传感器，其中
所述第一感光器件和所述第二感光器件在水平方向上彼此间隔开，并且
对应于所述第一感光器件的所述纳米图案的尺寸与对应于所述第二感光器件的所述纳米图案的尺寸不同。
12.如权利要求11所述的图像传感器，其中
对应于所述第一感光器件的所述纳米图案选择性地透射第一波长区域中的光，并且
对应于所述第二感光器件的所述纳米图案选择性地透射第二波长区域中的光。
13.如权利要求10所述的图像传感器，其中
所述第一波长区域是蓝色波长区域，
所述第二波长区域是红色波长区域，并且
所述第三波长区域是绿色波长区域。
14.如权利要求13所述的图像传感器，其中
所述红色波长区域具有大于580纳米且小于或等于700纳米的最大吸收波长(λmax)，
所述蓝色波长区域具有大于或等于400纳米且小于500纳米的最大吸收波长(λmax)，并且
所述绿色波长区域具有500纳米至580纳米的最大吸收波长(λmax)。
15.如权利要求9所述的图像传感器，其中所述第一感光器件和所述第二感光器件位于自所述半导体基板的表面的不同深度处。
16.如权利要求15所述的图像传感器，其中
与所述第二感光器件相比，所述第一感光器件感测更长的波长区域中的光，并且
所述第一感光器件比所述第二感光器件距离所述半导体基板的表面更远。
17.如权利要求9所述的图像传感器，其中所述第一感光器件和所述第二感光器件顺序地堆叠在竖直方向上。
18.如权利要求10所述的图像传感器，其中所述多个纳米图案将所述第三波长区域中的光选择性地反射到所述有机光电转换层。
19.如权利要求1所述的图像传感器，其中所述图像传感器不包括有机滤色器。
20.如权利要求8所述的图像传感器，其中
所述有机光电转换层包括p型半导体和n型半导体，并且
所述p型半导体和所述n型半导体形成pn结。
21.一种电子装置，包括如权利要求1所述的图像传感器。
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