CN107112342A - 固态摄像装置和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明技术涉及一种固态成像装置和一种电子设备，所述固态成像装置可在增加灵敏度的同时实现更高的分辨率。在像素阵列单元中，像素被二维地布置，并且像素由以下各项的组合形成：第一像素，其利用第一光电转换单元对第一颜色分量的光执行光电转换，并且利用第二光电转换单元对第三颜色分量的光执行光电转换，第三颜色分量的光已穿过第一滤色器和第一光电转换单元，第一滤色器被设计成使第二颜色分量的光通过；第二像素，其利用第一光电转换单元对第一颜色分量的光执行光电转换，并且利用第二光电转换单元对第五颜色分量的光执行光电转换，第五颜色分量的光已穿过第二滤色器和第一光电转换单元，第二滤色器被设计成使第四颜色分量的光通过；以及第三像素，其利用第一光电转换单元对第一颜色分量的光执行光电转换，并且利用第二光电转换单元对第六颜色分量的光执行光电转换，第六颜色分量的光已穿过第一光电转换单元。将第一颜色分量和第六颜色分量混合以生成白色(W)。

Description

固态摄像装置和电子设备
技术领域
本发明技术涉及固态成像装置和电子设备，并且更具体地，涉及一种被设计成能够在增加灵敏度的同时实现更高分辨率的固态成像装置，以及一种电子设备。
背景技术
为了在常规固态成像装置(诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器)中实现更高的分辨率，通常将像素的尺寸做得更小。然而，像素尺寸的减小导致像素特征和灵敏度的下降。为了克服这个问题，存在一种已经提出的技术，利用所述技术，将作为用于实现更高分辨率的部件的有机光电转换膜堆叠在固态成像装置中的包括光电二极管的硅基板上(参见例如专利文档1)。
引用列表
专利文档
专利文档1：未审查的日本专利申请2007-311550
发明内容
本发明拟解决的问题
在专利文档1所公开的结构中，然而，未提供任何用于增加灵敏度的像素，因此难以在增加灵敏度的同时实现更高的分辨率。
本发明技术已根据那些情况日渐发展并且目标在于在增加灵敏度的同时实现更高的分辨率。
问题的解决方案
根据本发明技术的第一方面的一种固态成像装置是一种包括多个像素二维地布置在其中的像素阵列单元的固态成像装置，像素中的每一个包括：通过吸收第一颜色分量的光生成信号电荷的第一光电转换单元；以及根据入射光的量生成信号电荷的第二光电转换单元，第二光电转换单元由光电二极管形成。二维地布置在像素阵列单元中的像素由以下各项的组合形成：第一像素，其利用第一光电转换单元对第一颜色分量的光执行光电转换，并且利用第二光电转换单元对第三颜色分量的光执行光电转换，第三颜色分量的光已穿过第一滤色器和第一光电转换单元，第一滤色器被配置成使第二颜色分量的光通过；第二像素，其利用第一光电转换单元对第一颜色分量的光执行光电转换，并且利用第二光电转换单元对第五颜色分量的光执行光电转换，第五颜色分量的光已穿过第二滤色器和第一光电转换单元，第二滤色器被配置成使第四颜色分量的光通过；以及第三像素，其利用第一光电转换单元对第一颜色分量的光执行光电转换，并且利用第二光电转换单元对第六颜色分量的光执行光电转换，第六颜色分量的光已穿过第一光电转换单元。第一颜色分量和第六颜色分量混合生成白色(W)。
根据本发明技术的第二方面的一种电子设备是一种包括固态成像装置的电子设备，所述固态成像装置包括多个像素二维地布置在其中的像素阵列单元，像素中的每一个包括：通过吸收第一颜色分量的光生成信号电荷的第一光电转换单元；以及根据入射光的量生成信号电荷的第二光电转换单元，第二光电转换单元由光电二极管形成。二维地布置在像素阵列单元中的像素由以下各项的组合形成：第一像素，其利用第一光电转换单元对第一颜色分量的光执行光电转换，并且利用第二光电转换单元对第三颜色分量的光执行光电转换，第三颜色分量的光已穿过第一滤色器和第一光电转换单元，第一滤色器被配置成使第二颜色分量的光通过；第二像素，其利用第一光电转换单元对第一颜色分量的光执行光电转换，并且利用第二光电转换单元对第五颜色分量的光执行光电转换，第五颜色分量的光已穿过第二滤色器和第一光电转换单元，第二滤色器被配置成使第四颜色分量的光通过；以及第三像素，其利用第一光电转换单元对第一颜色分量的光执行光电转换，并且利用第二光电转换单元对第六颜色分量的光执行光电转换，第六颜色分量的光已穿过第一光电转换单元。第一颜色分量和第六颜色分量混合生成白色(W)。
根据本发明技术的第一方面和第二方面，在像素阵列单元中，像素被二维地布置，并且像素由以下各项的组合形成：第一像素，其利用第一光电转换单元对第一颜色分量的光执行光电转换，并且利用第二光电转换单元对第三颜色分量的光执行光电转换，第三颜色分量的光已穿过第一滤色器和第一光电转换单元，第一滤色器被设计成使第二颜色分量的光通过；第二像素，其利用第一光电转换单元对第一颜色分量的光执行光电转换，并且利用第二光电转换单元对第五颜色分量的光执行光电转换，第五颜色分量的光已穿过第二滤色器和第一光电转换单元，第二滤色器被设计成使第四颜色分量的光通过；以及第三像素，其利用第一光电转换单元对第一颜色分量的光执行光电转换，并且利用第二光电转换单元对第六颜色分量的光执行光电转换，第六颜色分量的光已穿过第一光电转换单元。第一颜色分量和第六颜色分量混合生成白色(W)。
本发明的效果
根据本发明技术的第一方面和第二方面，可以在增加灵敏度的同时实现更高的分辨率。
应当指出的是，本发明技术的效果不限于本文所述的效果，并且可包括本公开所述的效果中的任一个。
附图说明
图1为示出固态成像装置的示例性配置的图。
图2为示出像素结构的横截面图，其中提供了G有机光电转换膜以及R和B滤色器。
图3为示出提供于各像素中的G有机光电转换膜与R和B滤色器之间的关系的图。
图4为示出像素结构的横截面图，其中提供了G有机光电转换膜以及Ye和Cy滤色器。
图5为示出提供于各像素中的G有机光电转换膜与Ye和Cy滤色器之间的关系的图。
图6为示出像素结构的横截面图，其中透明电极被划分。
图7为示出在堆叠了半导体基板的情况中像素结构的横截面图。
图8为示出包括固态成像装置的相机模块的示例性配置的图。
图9为示出包括固态成像装置的电子设备的示例性配置的图。
图10为示出固态成像装置的使用实例的图。
具体实施方式
以下是参考附图对本发明技术的实施例的描述。应当指出的是，将按照以下顺序进行解释。
1.固态成像装置的配置
2.第一实施例：基础结构1(G有机光电转换膜+R和B滤色器)
3.第二实施例：基础结构2(G有机光电转换膜+Ye和Cy滤色器)
4.第三实施例：具有内埋光电二极管的结构
5.第四实施例：具有被划分的透明电极的结构
6.第五实施例：具有堆叠的半导体基板的结构
7.相机模块的配置
8.电子设备的配置
9.固态成像装置的使用实例
<1.固态成像装置的配置>
(固态成像装置的配置)
图1为示出固态成像装置的示例性配置的图。
图1所示的固态成像装置10为图像传感器，诸如CMOS图像传感器。固态成像装置10通过光学镜头系统(未示出)捕捉来自物体的入射光(图像光)，逐个象素地将成像表面上采集到的入射光的量转换成电信号，并且将电信号输出为像素信号。
在图1中，固态成像装置10包括像素阵列单元21、垂直驱动电路22、列信号处理电路23、水平驱动电路24、输出电路25、控制电路26、以及输入/输出端27。
在像素阵列单元21中，像素31被布置成二维阵列。像素31包括作为光电转换元件的光电二极管，以及像素晶体管。
垂直驱动电路22由移位寄存器形成，例如，选择预定的像素驱动线41、供应脉冲以用于将像素31驱动至所选的像素驱动线41并且逐行地驱动像素31。也就是说，垂直驱动电路22在竖直方向上逐行地顺序选择并扫描像素阵列单元21的相应像素31，并且通过垂直信号线42将基于根据在相应像素31的光电二极管上接收到的光的量而生成的信号电荷的像素信号供应至列信号处理电路23。
列信号处理电路23被提供于像素31的相应列，并对从一行像素31输出的信号逐列地执行信号处理，诸如降噪。例如，列信号处理电路23执行信号处理，诸如用于去除像素所固有的固定模式噪声的相关双采样(CDS))，以及模拟/数字(A/D)转换。
水平驱动电路24由例如移位寄存器形成。水平驱动电路24通过顺序地输出水平扫描脉冲来顺序地选择相应的列信号处理电路23，并且使得相应的列信号处理电路23将像素信号输出至水平信号线43。
输出电路25通过水平信号线43对由相应的列信号处理电路23顺序供应的信号执行信号处理并输出经过处理的信号。应当指出的是，输出电路25可仅执行缓冲，或者可执行例如黑色电平控制、列变化校正以及各种数字信号处理。
控制电路26控制固态成像装置10的各个部件的操作。例如，控制电路26接收给出操作模式或类似物的命令的输入时钟信号和数据，并且输出关于固态成像装置10的内部信息和类似物的数据。也就是说，基于垂直同步信号、水平同步信号、以及主时钟信号，控制电路26生成时钟信号和控制信号，所述时钟信号和控制信号充当垂直驱动电路22、列信号处理电路23、水平驱动电路24等的操作的参考。控制电路26将所生成的时钟信号和控制信号输出至垂直驱动电路22、列信号处理电路23、水平驱动电路24等。
输入/输出端27与外部交换信号。
图1中具有以上配置的固态成像装置10为所谓的列-A/D CMOS图像传感器，其中执行CDS过程和A/D转换过程的列信号处理电路23被提供用于相应的像素列。另选地，图1中的固态成像装置10可以是背照式CMOS图像传感器。
<2.第一实施例>
接着，详细描述根据第一实施例的固态成像装置10的结构。图2为图1中的固态成像装置10的零件的放大视图，并且是示出像素31的结构的横截面图，其中提供了G有机光电转换膜以及R和B滤色器。在图2中，在二维地布置在像素阵列单元21中的像素31中，作为一个实例示出被布置在行方向上的四个像素31-1至31-4。
在像素31-1至31-4中，光电二极管56-1至56-4和电荷保持单元57-1至57-4形成于半导体基板(硅基板)上，并且内埋在硅(Si)层58-1至58-4中。另外，在半导体基板上方还堆叠了G有机光电转换膜52，并且还形成了镜头51-1至51-4。另外，在像素31-1至31-4中，像素31-1具有在光入射侧上形成于G有机光电转换膜52下方的R滤色器55-1，并且像素31-3具有在光入射侧上形成于G有机光电转换膜52下方的B滤色器55-3。然而，像素31-2和像素31-4不具有形成于其中的滤色器。
在像素31-1中，通过镜头51-1采集到的光进入G有机光电转换膜52。G有机光电转换膜52吸收来自镜头51-1的入射光的绿色(G)分量的光，并生成与绿色(G)分量的光相对应的信号电荷。由G有机光电转换膜52生成的信号电荷通过根据像素间距提供的透明电极53-1提取，并通过电极54-1存储到电荷保持单元57-1中。
同时，在来自镜头51-1的入射光中，穿过G有机光电转换膜52的光进入R滤色器55-1。此处，穿过G有机光电转换膜52的光为红色(R)分量的光和蓝色(B)分量的光。因此，R滤色器55-1使红色(R)分量的光通过(蓝色(B)分量的光被切割)，并进入光电二极管56-1。光电二极管56-1生成与来自R滤色器55-1的红色(R)分量的光相对应的信号电荷。
也就是说，在像素31-1中，生成了与绿色(G)分量的光和红色(R)分量的光相对应的信号电荷。
在像素31-2中，通过镜头51-2采集到的光进入G有机光电转换膜52。G有机光电转换膜52吸收来自镜头51-2的入射光的绿色(G)分量的光，并生成与绿色(G)分量的光相对应的信号电荷。由G有机光电转换膜52生成的信号电荷通过根据像素间距提供的透明电极53-2提取，并通过电极54-2存储到电荷保持单元57-2中。
此处，像素31-2不具有形成于其中的任何滤色器，因此，穿过G有机光电转换膜52的光直接进入光电二极管56-2。另外，穿过G有机光电转换膜52的光为红色(R)分量的光和蓝色(B)分量的光，相应地，光电二极管56-2生成与品红色(Mg)(红色(R)和蓝色(B)的混合物)分量的光相对应的信号电荷。
也就是说，在像素31-2中，生成了与绿色(G)分量的光和品红色(Mg)分量的光相对应的信号电荷。
在像素31-3中，通过镜头51-3采集到的光进入G有机光电转换膜52。G有机光电转换膜52吸收来自镜头51-3的入射光的绿色(G)分量的光，并生成与绿色(G)分量的光相对应的信号电荷。由G有机光电转换膜52生成的信号电荷通过根据像素间距提供的透明电极53-3提取，并通过电极54-3存储到电荷保持单元57-3中。
同时，在来自镜头51-3的入射光中，穿过G有机光电转换膜52的光进入B滤色器55-3。此处，穿过G有机光电转换膜52的光为红色(R)分量的光和蓝色(B)分量的光。因此，B滤色器55-3使蓝色(B)分量的光通过(红色(R)分量的光被切割)，并进入光电二极管56-3。光电二极管56-3生成与来自B滤色器55-3的蓝色(B)分量的光相对应的信号电荷。
也就是说，在像素31-3中，生成了与绿色(G)分量的光和蓝色(B)分量的光相对应的信号电荷。
类似于像素31-2，像素31-4不具有形成于其中的任何滤色器。因此，G有机光电转换膜52吸收来自镜头51-4的入射光的绿色(G)分量的光，并生成与绿色(G)分量的光相对应的信号电荷。另外，光电二极管56-4生成与品红色(Mg)分量的光相对应的信号电荷，所述品红色(Mg)分量的光为穿过G有机光电转换膜52的红色(R)分量的光和蓝色(B)分量的光的混合物。
也就是说，在像素31-4中，生成了与绿色(G)分量的光和品红色(Mg)分量的光相对应的信号电荷。
按以上方式，由像素31-1至31-4生成的信号电荷通过由像素晶体管形成的读出单元读出，并且通过随后阶段中的信号处理单元进行处理。因此，信号电荷输出为图像数据。此处，随后阶段中的信号处理单元处理RGB信号，所述RGB信号由以下各项形成：来自像素31-1的输出中的与绿色(G)分量和红色(R)分量相对应的信号，以及来自像素31-3的输出中的与绿色(G)分量和蓝色(B)分量相对应的信号。
当从来自像素31-2的输出获得的与绿色(G)分量和品红色(Mg)分量相对应的信号组合(相加)时，随后阶段中的信号处理单元还处理与白色(W)分量相对应的W信号。同样，当从来自像素31-4的输出获得的与绿色(G)分量和品红色(Mg)分量相对应的信号组合(相加)时，与白色(W)分量相对应的W信号被处理。
如图3所示，在根据第一实施例的像素阵列单元21中，对于所有像素31，形成了G有机光电转换膜52。另外，R滤色器55-1和B滤色器55-3形成于G有机光电转换膜52下方。然而，对于所有像素31，并不都形成R滤色器55-1或B滤色器55-3，并且存在没有形成于其中的任何滤色器的像素。
也就是说，在根据第一实施例的像素阵列单元21中，像素31被布置成每2×2像素为一个重复单元。在各2×2像素中，具有形成于其中的R滤色器55-1的像素(图2中的像素31-1)和具有形成于其中的B滤色器55-3的像素(图2中的像素31-3)呈对角线定位，并且没有形成于其中的滤色器的像素(图2中的像素31-2和31-4)被定位在剩余的对角位置中。
接着，在根据第一实施例的像素阵列单元21中，由如上定位的像素形成的2×2像素被重复布置，使得对来自具有形成于其中的G有机光电转换膜52和R滤色器55-1的像素(图2中的像素31-1)的输出以及来自具有形成于其中的G有机光电转换膜52和B滤色器55-3的像素(图2中的像素31-3)的输出执行信号处理。因此，获得RGB信号。在根据第一实施例的像素阵列单元21中，还对来自没有形成于其中的滤色器的两个像素(图2中的像素31-2和31-4)的输出执行信号处理。因此，获得W信号。
换句话讲，在各2×2像素中，通过去马赛克过程使用从具有形成于其中的R滤色器55-1和B滤色器55-3的像素获得的与绿色(G)分量相对应的信号作为图像数据。另外，在各2×2像素中，从没有形成于其中的滤色器的像素获得的与绿色(G)分量相对应的信号通过信号处理和与品红色(Mg)分量相对应的信号组合(相加)，并使用所得信号作为亮度信号。
如上文所述，在第一实施例中，用于增加灵敏度的像素(图2中的像素31-2和31-4)被提供为将设置在像素阵列单元21中的像素31，由此使得可获得W信号以及RGB信号。因此，在固态成像装置10具有其中G有机光电转换膜52堆叠在包括光电二极管56的半导体基板上的结构的情况中，可实现更高的分辨率，同时通过W信号增加灵敏度。
<3.第二实施例>
接着，详细描述根据第二实施例的固态成像装置10的结构。图4为图1中的固态成像装置10的零件的放大视图，并且是示出像素31的结构的横截面图，其中提供了G有机光电转换膜以及Ye和Cy滤色器。在图4中，在二维地布置在像素阵列单元21中的像素31中，作为一个实例示出被布置在行方向上的四个像素31-1至31-4。
在像素31-1至31-4中，光电二极管56-1至56-4和电荷保持单元57-1至57-4形成于半导体基板(硅基板)上，并且内埋在硅(Si)层58-1至58-4中。另外，在半导体基板上方还堆叠了G有机光电转换膜52，并且还形成了镜头51-1至51-4。另外，在像素31-1至31-4中，像素31-1具有在光入射侧上形成于G有机光电转换膜52上方的Ye滤色器61-1，并且像素31-3具有在光入射侧上形成于G有机光电转换膜52上方的Cy滤色器61-3。然而，像素31-2和像素31-4不具有形成于其中的滤色器。
在像素31-1中，通过镜头51-1采集到的光进入Ye滤色器61-1。此处，穿过Ye滤色器61-1的光为黄色(Ye)分量的光，或红色(R)和绿色(G)的混合物的光。因此，Ye滤色器61-1使红色(R)和绿色(G)的混合物的光通过，并进入G有机光电转换膜52。
G有机光电转换膜52吸收来自Ye滤色器61-1的入射光的绿色(G)分量的光，并生成与绿色(G)分量的光相对应的信号电荷。由G有机光电转换膜52生成的信号电荷通过根据像素间距提供的透明电极53-1提取，并通过电极54-1存储到电荷保持单元57-1中。
同时，穿过G有机光电转换膜52的光进入光电二极管56-1。此处，穿过G有机光电转换膜52的光为红色(R)分量的光，相应地，光电二极管56-1生成与已穿过G有机光电转换膜52的红色(R)分量的光相对应的信号电荷。
也就是说，在像素31-1中，生成了与绿色(G)分量的光和红色(R)分量的光相对应的信号电荷。
在像素31-2中，通过镜头51-2采集到的光进入G有机光电转换膜52。G有机光电转换膜52吸收来自镜头51-2的入射光的绿色(G)分量的光，并生成与绿色(G)分量的光相对应的信号电荷。由G有机光电转换膜52生成的信号电荷通过根据像素间距提供的透明电极53-2提取，并通过电极54-2存储到电荷保持单元57-2中。
此处，像素31-2不具有形成于其中的任何滤色器，因此，通过镜头51-2采集到的光直接进入G有机光电转换膜52，并且穿过G有机光电转换膜52的光进入光电二极管56-2。另外，穿过G有机光电转换膜52的光为红色(R)分量的光和蓝色(B)分量的光，相应地，光电二极管56-2生成与品红色(Mg)(红色(R)和蓝色(B)的混合物)分量的光相对应的信号电荷。
也就是说，在像素31-2中，生成了与绿色(G)分量的光和品红色(Mg)分量的光相对应的信号电荷。
在像素31-3中，通过镜头51-3采集到的光进入Cy滤色器61-3。此处，穿过Cy滤色器61-3的光为青色(Cy)分量的光，或绿色(G)和蓝色(B)的混合物的光。因此，Cy滤色器61-3将绿色(G)和蓝色(B)的混合物的光引导到G有机光电转换膜52中。
G有机光电转换膜52吸收来自Cy滤色器61-3的入射光的绿色(G)分量的光，并生成与绿色(G)分量的光相对应的信号电荷。由G有机光电转换膜52生成的信号电荷通过根据像素间距提供的透明电极53-3提取，并通过电极54-3存储到电荷保持单元57-3中。
同时，穿过G有机光电转换膜52的光进入光电二极管56-3。此处，穿过G有机光电转换膜52的光为蓝色(B)分量的光，相应地，光电二极管56-3生成与已穿过G有机光电转换膜52的蓝色(B)分量的光相对应的信号电荷。
也就是说，在像素31-3中，生成了与绿色(G)分量的光和蓝色(B)分量的光相对应的信号电荷。
类似于像素31-2，像素31-4不具有形成于其中的任何滤色器。因此，G有机光电转换膜52吸收来自镜头51-4的入射光的绿色(G)分量的光，并生成与绿色(G)分量的光相对应的信号电荷。另外，光电二极管56-4生成与品红色(Mg)分量的光相对应的信号电荷，所述品红色(Mg)分量的光为穿过G有机光电转换膜52的红色(R)分量的光和蓝色(B)分量的光的混合物。
也就是说，在像素31-4中，生成了与绿色(G)分量的光和品红色(Mg)分量的光相对应的信号电荷。
按以上方式，由像素31-1至31-4生成的信号电荷通过由像素晶体管形成的读出单元读出，并且通过随后阶段中的信号处理单元进行处理。因此，信号电荷输出为图像数据。此处，随后阶段中的信号处理单元处理RGB信号，所述RGB信号由以下各项形成：来自像素31-1的输出中的与绿色(G)分量和红色(R)分量相对应的信号，以及来自像素31-3的输出中的与绿色(G)分量和蓝色(B)分量相对应的信号。
当从来自像素31-2的输出获得的与绿色(G)分量和品红色(Mg)分量相对应的信号组合(相加)时，随后阶段中的信号处理单元还处理与白色(W)分量相对应的W信号。同样，当从来自像素31-4的输出获得的与绿色(G)分量和品红色(Mg)分量相对应的信号组合(相加)时，与白色(W)分量相对应的W信号被处理。
如图5所示，在根据第二实施例的像素阵列单元21中，对于所有像素31，形成了G有机光电转换膜52。另外，Ye滤色器61-1和Cy滤色器61-3形成于G有机光电转换膜52上方。然而，对于所有像素31，并不都形成Ye滤色器61-1或Cy滤色器61-3，并且存在没有形成于其中的任何滤色器的像素。
也就是说，在根据第二实施例的像素阵列单元21中，像素31被布置成每2×2像素为一个重复单元。在各2×2像素中，具有形成于其中的Ye滤色器61-1的像素(图4中的像素31-1)和具有形成于其中的Cy滤色器61-3的像素(图4中的像素31-3)呈对角线定位，并且没有形成于其中的滤色器的像素(图4中的像素31-2和31-4)被定位在剩余的对角位置中。
接着，在根据第二实施例的像素阵列单元21中，由如上定位的像素形成的2×2像素被重复布置，使得对来自具有形成于其中的Ye滤色器61-1和G有机光电转换膜52的像素(图4中的像素31-1)的输出以及来自具有Cy滤色器61-3和G有机光电转换膜52的像素(图4中的像素31-3)的输出执行信号处理。因此，获得RGB信号。在根据第二实施例的像素阵列单元21中，还对来自没有形成于其中的滤色器的两个像素(图4中的像素31-2和31-4)的输出执行信号处理。因此，获得W信号。
换句话讲，在各2×2像素中，通过去马赛克过程使用从具有形成于其中的Ye滤色器61-1和Cy滤色器61-3的像素获得的与绿色(G)分量相对应的信号作为图像数据。另外，在各2×2像素中，从没有形成于其中的滤色器的像素获得的与绿色(G)分量相对应的信号通过信号处理和与品红色(Mg)分量相对应的信号组合(相加)，并使用所得信号作为亮度信号。
如上文所述，在第二实施例中，用于增加灵敏度的像素(图4中的像素31-2和31-4)被提供为将设置在像素阵列单元21中的像素31，由此使得可获得W信号以及RGB信号。因此，在固态成像装置10具有其中G有机光电转换膜52堆叠在包括光电二极管56的半导体基板上的结构的情况中，可实现更高的分辨率，同时通过W信号增加灵敏度。
<4.第三实施例>
接着，详细描述根据第三实施例的固态成像装置10的结构。在上述第一实施例和第二实施例中，光电二极管56内埋在每个像素31中的硅(Si)层58中。在背照式固态成像装置10中，每个像素31具有这样一个内埋的光电二极管结构。因此，形成了用于控制用途的像素晶体管的区域，并且像素晶体管可在布线层侧上堆叠在光电二极管56上。
<5.第四实施例>
接着，详细描述根据第四实施例的固态成像装置10的结构。图6为图1中的固态成像装置10的零件的放大视图，并且是示出像素31的结构的横截面图，其中提供了透明电极53。
在图6中，像素31-1、像素31-3和像素31-4具有与图2中的像素31-1、像素31-3和像素31-4的结构类似的结构，但是像素31-2的结构不同于图2中像素31-2的结构。
具体地讲，在图6中的像素31-2中，透明电极53-2被划分成透明电极53-2A和透明电极53-2B。透明电极53-2A提取由G有机光电转换膜52生成的且与绿色(G)分量的光相对应的信号电荷，并且通过电极54-2A将信号电荷存储到电荷保持单元57-2A中。透明电极53-2B提取由G有机光电转换膜52生成的且与绿色(G)分量的光相对应的信号电荷，并且通过电极54-2B将信号电荷存储到电荷保持单元57-2B中。
此处，图6中的像素31-2不具有形成于其中的任何滤色器，因此，穿过G有机光电转换膜52的光直接进入光电二极管56-2。另外，穿过G有机光电转换膜52的光为红色(R)分量的光和蓝色(B)分量的光，相应地，光电二极管56-2生成与品红色(Mg)(红色(R)和蓝色(B)的混合物)分量的光相对应的信号电荷。
也就是说，在图6中的像素31-2中，生成了与绿色(G)分量的光和品红色(Mg)分量的光相对应的信号电荷，但是由G有机光电转换膜52生成的信号电荷通过一对透明电极53-2A和透明电极53-2B提取。使用这些信号电荷作为相位差检测信号，随后阶段中的信号处理单元可通过利用图像平面相位差的技术实现自动聚焦。换句话说，像素31-2可被视为具有被设计来检测相位差的相位差检测功能的像素(相位差检测像素)。应当指出的是，像素31-4也可用作用于相位差检测的像素(相位差检测像素)。
应当指出的是，尽管图6中所示的固态成像装置10的结构是与第一实施例相对应的结构(基础结构1：G有机光电转换膜+R和B滤色器)，但是也可使用与第二实施例相对应的结构(基础结构2：G有机光电转换膜+Ye和Cy滤色器)。
<6.第五实施例>
接着，详细描述根据第五实施例的固态成像装置10的结构。图7为图1中的固态成像装置10的零件的放大视图，并且是示出在堆叠了半导体基板的情况中像素31的结构的横截面图。
在图7中，堆叠了包括传感器电路的第一半导体基板111、包括逻辑电路的第二半导体基板112和包括存储器电路的第三半导体基板113。堆叠了三个半导体基板，其中最上层为第一半导体基板111，接着按顺序为第二半导体基板112和第三半导体基板113。
第一半导体基板111的传感器电路具有与第一实施例相对应的结构。第二半导体基板112的逻辑电路包括信号处理电路，所述信号处理电路执行信号处理以控制二维地布置在像素阵列单元21中的像素31或控制与外部的通信。同时，第三半导体基板113的存储器电路为临时存储信号的电路。
在采用以上堆叠结构的情况中，相应的电路可适当地被设计来匹配相应半导体基板的功能。因此，可以容易地实现更复杂的固态成像装置10。例如，传感器电路、逻辑电路和存储器电路被适当地形成以匹配第一半导体基板111、第二半导体112和第三半导体基板113的相应功能，并且二维地布置在像素阵列单元21中的像素31被设计来形成共享像素结构。以此方式，可实现更高的处理速度。此共享像素结构包括例如光电二极管56、转移晶体管、共享浮动扩散、以及其它共享像素晶体管中的一个。
应当指出的是，尽管图7中所示的固态成像装置10的结构是与第一实施例相对应的结构(基础结构1：G有机光电转换膜+R和B滤色器)，但是也可使用与第二实施例相对应的结构(基础结构2：G有机光电转换膜+Ye和Cy滤色器)。
如上所示，在第一至第五实施例中，光电二极管56形成于半导体基板中，并且G有机光电转换膜52堆叠在半导体基板的光入射侧上。以此方式，可增加绿色(G)分量的灵敏度，并且可使用更大数目的像素，而像素特征没有任何下降。
在第一实施例中，提供了没有形成于其中的滤色器的像素(像素31-2和31-4)以及具有形成于其中的R滤色器55-1或B滤色器55-3的像素(像素31-1和31-3)，由此使得可通过将与绿色(G)分量和品红色(Mg)分量相对应的信号组合(相加)来生成与白色(W)分量相对应的W信号。由此，可在增加灵敏度的同时实现更高的分辨率。另外，可减少入射光损失。
同样，在第二实施例中，提供了没有形成于其中的滤色器的像素(像素31-2和31-4)以及具有形成于其中的Ye滤色器61-1或Cy滤色器61-3的像素(像素31-1和31-3)，由此使得可通过将与绿色(G)分量和品红色(Mg)分量相对应的信号组合(相加)来生成与白色(W)分量相对应的W信号。由此，可在增加灵敏度的同时实现更高的分辨率。另外，可减少入射光损失。
<7.相机模块的配置>
本发明技术不必须应用于固态成像装置。具体地讲，本发明技术不仅可应用于固态成像装置，而且可应用于其中具有固态成像装置的任何电子设备，诸如具有光学镜头系统或类似物的相机模块、成像设备诸如数字静态相机和摄像机、具有成像功能的移动终端装置(例如智能电话和平板电脑)、或使用固态成像装置作为图像读取单元的复印机。
图8为示出包括固态成像装置的相机模块的示例性配置的图。
在图8中，相机模块200为其中结合了光学镜头系统211、固态成像装置212、输入/输出单元213、数字信号处理器(DSP)电路214、以及CPU 215的模块。
固态成像装置212等效于图1中的固态成像装置10，并且具有例如图2中的横截面结构。也就是说，在固态成像装置212中，提供了用于增加灵敏度的像素(例如图2中的像素31-2和31-4)。固态成像装置212通过光学镜头系统211捕捉来自物体的入射光(图像光)，逐个象素地将成像表面上采集到的入射光的量转换成电信号，并且将电信号输出为像素信号。输入/输出单元213充当与外部的输入/输出界面。
DSP电路214为处理由固态成像装置212供应的信号的信号处理电路。例如，此信号处理电路处理RGB信号，所述RGB信号由以下各项形成：来自像素31-1(图2)的输出中的与绿色(G)分量和红色(R)分量相对应的信号，以及来自像素31-3(图2)的输出中的与绿色(G)分量和蓝色(B)分量相对应的信号。
信号处理电路还通过将从来自像素31-2(图2)的输出获得的与绿色(G)分量和品红色(Mg)分量相对应的信号组合而获得W信号。同样，信号处理电路还通过将从来自像素31-4(图2)的输出获得的与绿色(G)分量和品红色(Mg)分量相对应的信号组合而获得W信号。应当指出的是，将由信号处理电路执行的以上处理可由固态成像装置212执行。
CPU 215控制光学镜头系统211，并且与输入/输出单元213交换数据。
另选地，相机模块201可以是仅由例如光学镜头系统211、固态成像装置212和输入/输出单元213形成的模块。在此情况中，通过输入/输出单元213输出来自固态成像装置212的像素信号。此外，相机模块202可以是由光学镜头系统211、固态成像装置212、输入/输出单元213以及DSP电路214形成的模块。在此情况中，通过DSP电路214处理来自固态成像装置212的像素信号，并通过输入/输出单元213输出。
如上配置相机模块200、201和202。由于相机模块200、201和202各自包括其中提供了用于增加灵敏度的像素(例如图2中的像素31-2和31-4)的固态成像装置212，因此可获得W信号以及RGB信号。因此，可实现更高的分辨率，同时通过W信号增加灵敏度。
<8.电子设备的配置>
图9为示出包括固态成像装置的电子设备的示例性配置的图。
图9中的电子设备300是诸如以下各项的电子设备：成像设备，如数字静态相机或摄像机，或移动终端装置，如智能电话或平板电脑。
在图9中，电子设备300包括固态成像装置301、DSP电路302、帧存储器303、显示单元304、记录单元305、操作单元306、以及供电单元307。另外，在电子设备300中，DSP电路302、帧存储器303、显示单元304、记录单元305、操作单元306、以及供电单元307通过总线308互相连接。
固态成像装置301等效于图1中的固态成像装置10，并且具有例如图2中的横截面结构。也就是说，在固态成像装置212中，提供了用于增加灵敏度的像素(例如图2中的像素31-2和31-4)。固态成像装置301通过光学镜头系统(未示出)捕捉来自物体的入射光(图像光)，逐个象素地将成像表面上采集到的入射光的量转换成电信号，并且将电信号输出为像素信号。
DSP电路302为处理由固态成像装置301供应的信号的信号处理电路，并且等效于图8中的DSP电路214。DSP电路302输出通过处理来自固态成像装置301的信号获得的图像数据。帧存储器303逐帧地临时存储通过DSP电路302处理的图像数据。
显示单元304由面板显示装置诸如液晶面板或有机电致发光(EL)面板形成，并且显示由固态成像装置301形成的活动图像或静态图像。记录单元305将由固态成像装置301形成的活动图像或静态图像记录到记录介质诸如半导体存储器或硬盘中。
操作单元306根据由用户执行的操作输出关于电子设备300的各种功能的操作指令。供电单元307向DSP电路302、帧存储器303、显示单元304、记录单元305以及操作单元306适当地供应作为用于这些供应目的地的操作电源的各种电源。
如上配置电子设备300。由于电子设备300包括其中提供了用于增加灵敏度的像素(例如图2中的像素31-2和31-4)的固态成像装置212，因此可获得W信号以及RGB信号。因此，可实现更高的分辨率，同时通过W信号增加灵敏度。
<9.固态成像装置的使用实例>
图10为示出固态成像装置10作为图像传感器的使用实例的图。
上述固态成像装置10可用于其中感测到光，诸如可见光、红外线、紫外线或X射线的各种情况中，如下文所述。也就是说，如图10所示，固态成像装置10可用于这样的设备中，所述设备不仅用于如上所述的其中获取图像并用于观赏活动的观赏活动领域中，而且还用于例如运输领域、家用电器领域、医疗和保健领域、安全领域、美容护理领域、运动领域、或农业领域中。
具体地讲，在观赏活动领域中，固态成像装置10可用在用于获取将在观赏活动中使用的图像的设备(例如，图9中的电子设备300)中，诸如数字相机、智能电话、或具有相机功能的移动电话，如上文所述。
在运输领域中，固态成像装置10可用在用于运输用途的设备中，诸如被配置成获取汽车前、后、周围和内部的图像以进行安全驾驶如自动停车和识别驾驶员状态的车载传感器、用于监测运行中的车辆和马路的监控像机、或用于测量车辆之间距离的距离传感器。
在家用电器领域中，固态成像装置10可用在将用作家用电器(诸如电视机、冰箱或空调)的设备中，以获取用户姿势的图像并根据姿势操作设备。另外，在医疗和保健领域中，固态成像装置10可用在用于医疗用途或保健用途的设备中，诸如内窥镜或用于接收用于血管造影术的红外线的设备。
在安全领域中，固态成像装置10可用在用于安全用途的设备中，诸如用于预防犯罪的监视相机或用于个人验证的相机。另外，在美容护理领域中，固态成像装置10可用在用于美容护理用途的设备中，诸如被配置成对皮肤成像的皮肤测量设备或用于对头皮成像的显微镜。
在运动领域中，固态成像装置10可用在用于运动用途的设备中，诸如动作相机或用于运动的可穿戴相机。另外，在农业领域中，固态成像装置10可用在用于农业用途的设备中，诸如用于监测田地和作物的状况的相机。
应当指出的是，本发明技术的实施例不限于上述实施例，并且可在不脱离本发明技术的范围的情况下对它们做出各种修改。例如，可以采用上述实施例中的全部或一些的组合。
本发明技术还可以下述配置实现。
(1)一种固态成像装置，包括：
像素阵列单元，多个像素二维地布置在其中，
所述像素中的每一个包括：
通过吸收第一颜色分量的光生成信号电荷的第一光电转换单元；以及
根据入射光的量生成信号电荷的第二光电转换单元，所述第二光电转换单元由光电二极管形成，
其中：
二维地布置在所述像素阵列单元中的所述像素由以下各项的组合形成：
第一像素，
所述第一像素利用所述第一光电转换单元对所述第一颜色分量的光执行光电转换，并且
利用所述第二光电转换单元对第三颜色分量的光执行光电转换，所述第三颜色分量的光已穿过第一滤色器和所述第一光电转换单元，所述第一滤色器被配置成使第二颜色分量的光通过；
第二像素，
所述第二像素利用所述第一光电转换单元对所述第一颜色分量的光执行光电转换，并且
利用所述第二光电转换单元对第五颜色分量的光执行光电转换，所述第五颜色分量的光已穿过第二滤色器和所述第一光电转换单元，所述第二滤色器被配置成使第四颜色分量的光通过；以及
第三像素，
所述第三像素利用所述第一光电转换单元对所述第一颜色分量的光执行光电转换，并且
利用所述第二光电转换单元对第六颜色分量的光执行光电转换，所述第六颜色分量的光已穿过所述第一光电转换单元；并且
将所述第一颜色分量和所述第六颜色分量混合以生成白色(W)。
(2)根据(1)所述的固态成像装置，其中：
所述第一滤色器和所述第二滤色器在光入射侧上设置在所述第一光电转换单元下方；
所述第一颜色分量为绿色(G)；
所述第二颜色分量为红色(R)；
所述第三颜色分量为红色(R)；
所述第四颜色分量为蓝色(B)；
所述第五颜色分量为蓝色(B)；并且
所述第六颜色分量为品红色(Mg)。
(3)根据(2)所述的固态成像装置，其中在所述像素阵列单元中，
所述像素被布置成使得2×2像素为重复单元，并且
在各2×2像素中，所述第一像素和所述第二像素呈对角线定位，并且所述第三像素被设置在剩余的对角位置中。
(4)根据(2)或(3)所述的固态成像装置，其中：
所述光电二极管被形成为内埋的光电二极管；并且
用于控制的像素晶体管被形成于所述光电二极管的布线层侧上。
(5)根据(2)至(4)中任一项所述的固态成像装置，其中所述第三像素被形成为用于相位差检测的像素，所述第三像素包括被划分的透明电极，所述透明电极各自提取由所述第一光电转换单元生成的信号电荷。
(6)根据(2)至(5)中任一项所述的固态成像装置，其中
堆叠了三个半导体基板，
所述三个半导体基板为
具有包括所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元的传感器电路的第一半导体基板，
具有逻辑电路的第二半导体基板，以及
具有存储器电路的第三半导体基板，
最上层为所述第一半导体基板，最下层为所述第三半导体基板，所述第二半导体基板处于中间。
(7)根据(1)所述的固态成像装置，其中：
所述第一滤色器和所述第二滤色器在光入射侧上设置在所述第一光电转换单元上方；
所述第一颜色分量为绿色(G)；
所述第二颜色分量为黄色(Ye)；
所述第三颜色分量为红色(R)；
所述第四颜色分量为青色(Cy)；
所述第五颜色分量为蓝色(B)；并且
所述第六颜色分量为品红色(Mg)。
(8)根据(7)所述的固态成像装置，其中在所述像素阵列单元中，
所述像素被布置成使得2×2像素为重复单元，并且
在各2×2像素中，所述第一像素和所述第二像素呈对角线定位，并且所述第三像素被设置在剩余的对角位置中。
(9)根据(7)或(8)所述的固态成像装置，其中：
所述光电二极管被形成为内埋的光电二极管；并且
用于控制的像素晶体管被形成于所述光电二极管的布线层侧上。
(10)根据(7)至(9)中任一项所述的固态成像装置，其中所述第三像素被形成为用于相位差检测的像素，所述第三像素包括被划分的透明电极，所述透明电极各自提取由所述第一光电转换单元生成的信号电荷。
(11)根据(7)至(10)中任一项所述的固态成像装置，其中
堆叠了三个半导体基板，
所述三个半导体基板为
具有包括所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元的传感器电路的第一半导体基板，
具有逻辑电路的第二半导体基板，以及
具有存储器电路的第三半导体基板，
最上层为所述第一半导体基板，最下层为所述第三半导体基板，所述第二半导体基板处于中间。
(12)一种电子设备，包括：
固态成像装置，包括
像素阵列单元，多个像素二维地布置在其中，
所述像素中的每一个包括：
通过吸收第一颜色分量的光生成信号电荷的第一光电转换单元；以及
根据入射光的量生成信号电荷的第二光电转换单元，所述第二光电转换单元由光电二极管形成，
其中：
二维地布置在所述像素阵列单元中的所述像素由以下各项的组合形成：
第一像素，
所述第一像素利用所述第一光电转换单元对所述第一颜色分量的光执行光电转换，并且
利用所述第二光电转换单元对第三颜色分量的光执行光电转换，所述第三颜色分量的光已穿过第一滤色器和所述第一光电转换单元，所述第一滤色器被配置成使第二颜色分量的光通过；
第二像素，
所述第二像素利用所述第一光电转换单元对所述第一颜色分量的光执行光电转换，并且
利用所述第二光电转换单元对第五颜色分量的光执行光电转换，所述第五颜色分量的光已穿过第二滤色器和所述第一光电转换单元，所述第二滤色器被配置成使第四颜色分量的光通过；以及
第三像素，
所述第三像素利用所述第一光电转换单元对所述第一颜色分量的光执行光电转换，并且
利用所述第二光电转换单元对第六颜色分量的光执行光电转换，所述第六颜色分量的光已穿过所述第一光电转换单元；并且
将所述第一颜色分量和所述第六颜色分量混合以生成白色(W)。
附图标记列表
10 固态成像装置
21 像素阵列单元
31 像素
23 列信号处理电路
26 控制电路
51 镜头
52 G有机光电转换膜
53 透明电极
54 电极
55-1 R滤色器
55-3 B滤色器
56 光电二极管
57 电荷保持单元
58 硅层
61-1 Ye滤色器
61-3 Cy滤色器
111 第一半导体基板
112 第二半导体基板
113 第三半导体基板
200、201、202 相机模块
212 固态成像装置
300 电子设备
301 固态成像装置。

Claims (12)

1.一种固态成像装置，包括
包括多个像素的像素阵列单元，所述像素二维地布置在所述像素阵列单元中，
所述像素中的每一个包括：
被配置成通过吸收第一颜色分量的光生成信号电荷的第一光电转换单元；以及
被配置成根据入射光的量生成信号电荷的第二光电转换单元，所述第二光电转换单元由光电二极管形成，
其中：
二维地布置在所述像素阵列单元中的所述多个像素由以下各项的组合形成：
第一像素，所述第一像素被配置成
利用所述第一光电转换单元对所述第一颜色分量的光执行光电转换，并且
利用所述第二光电转换单元对第三颜色分量的光执行光电转换，所述第三颜色分量的光已穿过第一滤色器和所述第一光电转换单元，所述第一滤色器被配置成使第二颜色分量的光通过；
第二像素，所述第二像素被配置成
利用所述第一光电转换单元对所述第一颜色分量的光执行光电转换，并且
利用所述第二光电转换单元对第五颜色分量的光执行光电转换，所述第五颜色分量的光已穿过第二滤色器和所述第一光电转换单元，所述第二滤色器被配置成使第四颜色分量的光通过；以及
第三像素，所述第三像素被配置成
利用所述第一光电转换单元对所述第一颜色分量的光执行光电转换，并且
利用所述第二光电转换单元对第六颜色分量的光执行光电转换，所述第六颜色分量的光已穿过所述第一光电转换单元；并且
将所述第一颜色分量和所述第六颜色分量混合以生成白色(W)。
2.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中：
所述第一滤色器和所述第二滤色器在光入射侧上设置在所述第一光电转换单元下方；
所述第一颜色分量为绿色(G)；
所述第二颜色分量为红色(R)；
所述第三颜色分量为红色(R)；
所述第四颜色分量为蓝色(B)；
所述第五颜色分量为蓝色(B)；并且
所述第六颜色分量为品红色(Mg)。
3.根据权利要求2所述的固态成像装置，其中在所述像素阵列单元中，
所述多个像素被布置成使得2×2像素为重复单元，并且
在各2×2像素中，所述第一像素和所述第二像素呈对角线定位，并且所述第三像素被设置在剩余的对角位置中。
4.根据权利要求2所述的固态成像装置，其中：
所述光电二极管被形成为内埋的光电二极管；并且
用于控制的像素晶体管被形成于所述光电二极管的布线层侧上。
5.根据权利要求2所述的固态成像装置，其中所述第三像素被形成为用于相位差检测的像素，所述第三像素包括被划分的透明电极，所述透明电极各自提取由所述第一光电转换单元生成的信号电荷。
6.根据权利要求2所述的固态成像装置，其中
堆叠了三个半导体基板，
所述三个半导体基板为
具有包括所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元的传感器电路的第一半导体基板，
具有逻辑电路的第二半导体基板，以及
具有存储器电路的第三半导体基板，
最上层为所述第一半导体基板，最下层为所述第三半导体基板，所述第二半导体基板处于中间。
7.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中：
所述第一滤色器和所述第二滤色器在光入射侧上设置在所述第一光电转换单元上方；
所述第一颜色分量为绿色(G)；
所述第二颜色分量为黄色(Ye)；
所述第三颜色分量为红色(R)；
所述第四颜色分量为青色(Cy)；
所述第五颜色分量为蓝色(B)；并且
所述第六颜色分量为品红色(Mg)。
8.根据权利要求7所述的固态成像装置，其中在所述像素阵列单元中，
所述多个像素被布置成使得2×2像素为重复单元，并且
在各2×2像素中，所述第一像素和所述第二像素呈对角线定位，并且所述第三像素被设置在剩余的对角位置中。
9.根据权利要求7所述的固态成像装置，其中：
所述光电二极管被形成为内埋的光电二极管；并且
用于控制的像素晶体管被形成于所述光电二极管的布线层侧上。
10.根据权利要求7所述的固态成像装置，其中所述第三像素被形成为用于相位差检测的像素，所述第三像素包括被划分的透明电极，所述透明电极各自提取由所述第一光电转换单元生成的信号电荷。
11.根据权利要求7所述的固态成像装置，其中
堆叠了三个半导体基板，
所述三个半导体基板为
具有包括所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元的传感器电路的第一半导体基板，
具有逻辑电路的第二半导体基板，以及
具有存储器电路的第三半导体基板，
最上层为所述第一半导体基板，最下层为所述第三半导体基板，所述第二半导体基板处于中间。
12.一种电子设备，包括
固态成像装置，包括
包括多个像素的像素阵列单元，所述像素二维地布置在所述像素阵列单元中，
所述像素中的每一个包括：
被配置成通过吸收第一颜色分量的光生成信号电荷的第一光电转换单元；以及
被配置成根据入射光的量生成信号电荷的第二光电转换单元，所述第二光电转换单元由光电二极管形成，
其中：
二维地布置在所述像素阵列单元中的所述多个像素由以下各项的组合形成：
第一像素，所述第一像素被配置成
利用所述第一光电转换单元对所述第一颜色分量的光执行光电转换，并且
利用所述第二光电转换单元对第三颜色分量的光执行光电转换，所述第三颜色分量的光已穿过第一滤色器和所述第一光电转换单元，所述第一滤色器被配置成使第二颜色分量的光通过；
第二像素，所述第二像素被配置成
利用所述第一光电转换单元对所述第一颜色分量的光执行光电转换，并且
利用所述第二光电转换单元对第五颜色分量的光执行光电转换，所述第五颜色分量的光已穿过第二滤色器和所述第一光电转换单元，所述第二滤色器被配置成使第四颜色分量的光通过；以及
第三像素，所述第三像素被配置成
利用所述第一光电转换单元对所述第一颜色分量的光执行光电转换，并且
利用所述第二光电转换单元对第六颜色分量的光执行光电转换，所述第六颜色分量的光已穿过所述第一光电转换单元；并且
将所述第一颜色分量和所述第六颜色分量混合以生成白色(W)。
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