CN108598099A - 图像传感器结构以及图像传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种图像传感器结构以及图像传感器，所述图像传感器结构包括基底和石墨烯膜层，所述基底上具有光路区，所述石墨烯膜层附着在所述光路区上。在本发明提供的图像传感器结构以及图像传感器中，在图像传感器结构的光路区上形成石墨烯膜层，由于石墨烯膜层具有优异的光学特性和电学特性，通过石墨烯膜层降低光路区的器件受到电磁波干扰的影响，从而提高图像传感器的性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种图像传感器结构以及图像传感器。
背景技术
图像传感器是将光信号转换为电信号的装置，在可视通信市场中有着广泛的应用。根据光电转换方式的不同，图像传感器通常可以分为电荷耦合器件图像传感器(Charge-coupled Device，CCD)和CMOS图像传感器(CMOS Image Sensor，CIS)两类。
对于CCD来言，通常会包括一个用于控制相邻电荷的存储单元，同时感光二极管占据了绝大多数面积，换一种说法就是，CCD感光元件中的有效感光面积较大，在同等条件下可接收到较强的光信号，对应的输出电信号也更明晰，在专业的科研和工业领域，具有高信噪比的CCD成为首选，同时在高端摄影摄像领域，能提供高图像质量的CCD也颇受青睐。而对于CMOS图像传感器来言，在网络摄像头和手机拍照模块已得到了广泛应用，CMOS图像传感器在光路区中的每一个感光元件都会整合放大器和模数转换逻辑，例如当感光二极管接受光照、产生模拟的电信号之后，电信号会被该感光元件中的放大器放大，然后转换成对应的数字信号。换句话说，在CMOS图像传感器中，每一个感光元件都可产生最终的数字输出，然而所得数字信号在图像数据中无法代表拍摄物体的原貌，体现在最终的输出结果上，就是图像中出现大量的噪声，当图像传感器的结构越来越小，其受到的电磁波的影响也会越来越严重。
因此，如何降低电磁波对图像传感器的干扰是本领域技术人员努力的方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种图像传感器结构以及图像传感器，以提高现有技术的图像传感器抵抗电磁波干扰的能力。
为解决上述技术问题，本发明提供一种图像传感器结构，所述图像传感器结构包括基底和石墨烯膜层，所述基底上具有光路区，所述石墨烯膜层附着在所述光路区上。
可选的，在所述图像传感器结构中，所述石墨烯膜层的石墨烯层在10层以下。
可选的，在所述图像传感器结构中，所述石墨烯膜层通过旋涂氧化石墨烯溶液形成。
可选的，在所述图像传感器结构中，还包括透镜，所述透镜具有凸面曲面形状，所述透镜位于所述石墨烯膜层上。
可选的，在所述图像传感器结构中，所述光路区包括像素单元，所述像素单元包括RGB像素结构。
可选的，在所述图像传感器结构中，所述光路区还包括钝化层，所述钝化层位于所述像素单元上。
可选的，在所述图像传感器结构中，所述像素单元采用前照式结构或背照式结构。
可选的，在所述图像传感器结构中，所述石墨烯膜层的厚度在15.32nm以下。
可选的，在所述图像传感器结构中，所述石墨烯膜层的透光率在88％以上。
本发明还提供一种图像传感器，所述图像传感器包括上述图像传感器结构和处理回程结构，所述图像传感器结构连接所述处理回路结构。
综上所述，在本发明提供的图像传感器结构以及图像传感器中，在图像传感器结构的光路区上形成石墨烯膜层，由于石墨烯膜层具有优异的光学特性和电学特性，通过石墨烯膜层降低光路区的器件受到电磁波干扰的影响，从而提高图像传感器的性能。
附图说明
图1是本发明实施例的图像传感器结构的剖面结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
本发明的核心思想在于对图像传感器结构的光路区进行电磁波防护，发明人在工作中发现图像传感器的非光路区(例如处理回路结构)通常可通过形成金属屏蔽层等达到防护电磁波(electromagnetic wave)的目的，而在光路区则不能形成有效防护电磁波的结构，而随着技术的进步，图像传感器在像素等尺寸上的要求也在不断的提高，图像传感器的灵敏度、噪声等更容易受到电磁波的严重影响，对此发明人提出一种方案来提高图像传感器的性能。
如图1所示，本发明提供一种图像传感器结构，所述图像传感器结构包括基底10和石墨烯膜层20，所述基底10上具有光路区11，所述石墨烯膜层20附着在所述光路区11上。
在石墨烯膜层的结构上，所述石墨烯膜层20的石墨烯层在10层以下，可通过在10层以下的苯环结构周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式构成二维碳石墨烯膜层，通常可采用双层如2、4、6、8层的石墨烯膜层，当石墨烯膜层的层数如果太多则影响透光性能等，而石墨烯层的层数如果太少，则工艺要求较高且影响屏蔽效果，可根据不同产品的需要来选择合适的层数。
在石墨烯膜层的形成方式上，所述石墨烯膜层20通过旋涂氧化石墨烯溶液形成，也就是采用氧化石墨烯(Graphene Oxide，GO)溶液通过旋涂(spin-coated)的方式形成，经过处理后，氧化石墨烯仍可保持石墨的层状结构，但在每一层的石墨烯层单片上引入了许多氧基功能团，通过化学或电化学还原方法，可以对由未被氧化的芳香区化学键接的石墨烯网结构进行修复，使之脱氧实现重石墨化，制备出低本钱大面积的柔性石墨烯膜层，常用的还原剂包括肼水(N2H4·H2O)或NaBH4，此外也有用H2对氧化石墨烯进行还原的，同时可以进行退火工艺(annealing)等对于石墨烯膜层进行进一步的加工处理，通过退火工艺使石墨烯层的层叠排列更加紧密。
在本实施例中，所述光路区11包括像素单元，所述像素单元包括RGB像素结构，也就是感光元件中包括红(R)、绿(G)、蓝(B)的像素区域，通过各颜色滤镜下的感光二级管接受入射光的光照，从而可生成模拟的电信号，像素单元的各像素点实现光照的采集，在附图中所示排列方式仅为了图示方便，在具体的实施方式中，像素单元可按Bayer模式等其它多种排列组合方式。
继续参考图1所示，所述光路区11还包括钝化层12，所述钝化层12位于所述像素单元上，在像素单元上形成的钝化层12可以起到一定的保护作用，使石墨烯膜层20附着在钝化层12之上，钝化层12的材料包括氧化硅或氮化硅等。
可选的，所述图像传感器结构还包括透镜30，所述透镜30具有凸面曲面形状，所述透镜30位于所述石墨烯膜层20上，通过凸面曲面的形状提高单元面积上入射光线的采集量，凸面曲面通常可采用半球形表面，可使每一个像素点上具有凸面曲面，从而提高图像传感器结构工作时的灵敏度及动态范围等。
对于图像传感器结构的构成方式上，所述像素单元采用前照式结构或背照式(Back-illuminated)结构。前照式(传统)结构是当光线射入像素点，经过了透镜和彩色滤镜后，先通过金属排线层，最后光线才被光电二极管接收；背照式结构的金属排线层和光电二极管的位置和前照式正好颠倒，光线几乎没有阻挡和干扰地直接到达光电二极管。
可选的，石墨烯膜层20的厚度在15.32nm以下，在石墨烯膜层形成时也可以根据厚度情况来对于不同产品满足其抵抗电磁波干扰的能力，在多个石墨烯层堆叠形成时，通过在该厚度范围内达到本发明所述达到防护电磁干扰的目的。
可选的，所述石墨烯膜层20的透光率在88％以上，石墨烯具有非常良好的光学特性，在较宽波长范围内吸收率约为2.3％，肉眼看上去几乎是透明的，大面积的石墨烯膜层同样具有优异的光学特性，且其光学特性随石墨烯膜层厚度的改变而发生变化。
可参考如下表格中对于不同的双层(Bilayer)数n的石墨烯膜层，在进行退火工艺前的厚度(Thickness)、透光率(T)和电阻(R)的相关参考：
本发明还提供一种图像传感器，所述图像传感器包括上述图像传感器结构和处理回路结构，所述图像传感器结构连接所述处理回路结构，处理回路结构可位于基底中，也就是通过处理回路结构对于图像传感器结构接受到的光电信号进行传输，处理回路结构可包括金属连线以及逻辑器件等，可连接至中央处理器等其它器件，完成图像的处理。
综上所述，在本发明提供的图像传感器结构以及图像传感器中，在图像传感器结构的光路区上形成石墨烯膜层，由于石墨烯膜层具有优异的光学特性和电学特性，通过石墨烯膜层降低光路区的器件受到电磁波干扰的影响，从而提高图像传感器的性能。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (10)
1.一种图像传感器结构，其特征在于，所述图像传感器包括：
基底，所述基底上具有光路区；
石墨烯膜层，所述石墨烯膜层附着在所述光路区上。
2.根据权利要求1所述的图像传感器结构，其特征在于，所述石墨烯膜层的石墨烯层在10层以下。
3.根据权利要求1所述的图像传感器结构，其特征在于，所述石墨烯膜层通过旋涂氧化石墨烯溶液形成。
4.根据权利要求1所述的图像传感器结构，其特征在于，所述光路区包括像素单元，所述像素单元包括RGB像素结构。
5.根据权利要求4所述的图像传感器结构，其特征在于，所述光路区还包括钝化层，所述钝化层位于所述像素单元上。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的图像传感器结构，其特征在于，所述图像传感器结构还包括：透镜，所述透镜具有凸面曲面形状，所述透镜位于所述石墨烯膜层上。
7.根据权利要求1-5中任意一项所述的图像传感器结构，其特征在于，所述像素单元采用前照式结构或背照式结构。
8.根据权利要求1-5中任意一项所述的图像传感器结构，其特征在于，所述石墨烯膜层的厚度在15.32nm以下。
9.根据权利要求1-5中任意一项所述的图像传感器结构，其特征在于，所述石墨烯膜层的透光率在88％以上。
10.一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括如权利要求1-9中任意一项所述图像传感器结构和处理回路结构，所述图像传感器结构连接所述处理回路结构。
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