CN113284914A - 图像传感器和电子装置 - Google Patents

图像传感器和电子装置 Download PDF

Info

Publication number
CN113284914A
CN113284914A CN202110119680.9A CN202110119680A CN113284914A CN 113284914 A CN113284914 A CN 113284914A CN 202110119680 A CN202110119680 A CN 202110119680A CN 113284914 A CN113284914 A CN 113284914A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sensing device
image sensor
light
light sensing
photo
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110119680.9A
Other languages
English (en)
Inventor
朴敬培
陈勇完
尹晟荣
朴性俊
房非非
许哲准
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung Electronics Co Ltd filed Critical Samsung Electronics Co Ltd
Publication of CN113284914A publication Critical patent/CN113284914A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14645—Colour imagers
    • H01L27/14647—Multicolour imagers having a stacked pixel-element structure, e.g. npn, npnpn or MQW elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14649—Infrared imagers
    • H01L27/14652—Multispectral infrared imagers, having a stacked pixel-element structure, e.g. npn, npnpn or MQW structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14698—Post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity-gettering, shor-circuit elimination, recrystallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H01L27/14605—Structural or functional details relating to the position of the pixel elements, e.g. smaller pixel elements in the center of the imager compared to pixel elements at the periphery
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/1461—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements characterised by the photosensitive area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • H01L31/035209—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions comprising a quantum structures
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic radiation-sensitive element covered by group H10K30/00
    • H10K39/30—Devices controlled by radiation
    • H10K39/32—Organic image sensors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

本公开提供了图像传感器和电子装置。一种图像传感器可以包括：第一光感测器件，在半导体基板上并配置为感测第一波长谱的光；以及第二光感测器件和第三光感测器件，被集成在半导体基板中并配置为分别感测第二波长谱的光和第三波长谱的光。第一光感测器件可以在半导体基板的厚度方向上与第二光感测器件和第三光感测器件中的每个重叠。第二光感测器件和第三光感测器件在该厚度方向上不重叠，并且每个具有上表面、下表面以及在上表面与下表面之间的掺杂区。第三光感测器件包括比第二光感测器件的上表面距半导体基板的上表面更深的上表面以及比第二光感测器件的掺杂区厚的掺杂区。图像传感器可以省略第一光感测器件。

Description

图像传感器和电子装置
技术领域
公开了图像传感器和电子装置。
背景技术
成像装置(诸如照相机)包括捕获图像并将所述图像存储为电信号的成像装置。成像装置可以包括图像传感器，该图像传感器可以根据波长将入射光分离成分开的成分，并将每个分开的成分转换成分开的电信号。
发明内容
一些示例实施方式提供了能够提高灵敏度和色分离特性并在简化工艺和降低制造成本的同时提高可靠性的图像传感器。
一些示例实施方式提供包括一个或更多个所述图像传感器的电子装置。
根据一些示例实施方式，一种图像传感器可以包括在半导体基板上的第一光感测器件。第一光感测器件可以配置为感测与第一颜色相关联的第一波长谱中的光。图像传感器可以包括集成在半导体基板中的第二光感测器件。第二光感测器件可以配置为感测与第二颜色相关联的第二波长谱中的光。图像传感器可以包括集成在半导体基板中的第三光感测器件。第三光感测器件可以配置为感测与第三颜色相关联的第三波长谱中的光。第一光感测器件和第二光感测器件可以在半导体基板的厚度方向上彼此重叠，该厚度方向垂直于半导体基板的上表面。第一光感测器件和第三光感测器件可以在该厚度方向上彼此重叠。第二光感测器件和第三光感测器件可以在该厚度方向上彼此不重叠。第二光感测器件和第三光感测器件可以每个包括接近半导体基板的上表面的上表面、面对该上表面并远离半导体基板的上表面的下表面、以及在该上表面和下表面之间的掺杂区。第三光感测器件的上表面可以相对于第二光感测器件的上表面远离半导体基板的上表面。第三光感测器件的掺杂区可以在该厚度方向上比第二光感测器件的掺杂区厚。
图像传感器可以不包括任何滤色器。
图像传感器还可以包括在半导体基板和第一光感测器件之间的绝缘层。
第三光感测器件的上表面可以相对于第二光感测器件的上表面进一步远离半导体基板的上表面等于或大于约300nm的距离。
第二光感测器件的上表面可以在该厚度方向上在距半导体基板的上表面的约0nm至约200nm的深度处。
第三光感测器件的第三波长谱相对于第二波长谱的波长选择性可以根据第三光感测器件的上表面在该厚度方向上距半导体基板的上表面的深度而变化。第三光感测器件的上表面在该厚度方向上距半导体基板的上表面的深度可以是满足关系方程式1的深度D3：
[关系方程式1]
EQE(λ3)≥3×EQE(λ2)
其中，在关系方程式1中，EQE(λ3)是基于第三光感测器件的上表面在半导体基板中的深度是深度D3、第三光感测器件在第三波长谱中包括的一波长(λ3)处的外部量子效率，EQE(λ2)是基于第三光感测器件的上表面在半导体基板中的深度是深度D3、第三光感测器件在第二波长谱中包括的一波长(λ2)处的外部量子效率。
第三光感测器件的上表面在该厚度方向上距半导体基板的上表面的深度可以为约400nm至约1μm。
第三光感测器件的掺杂区可以在该厚度方向上是第二光感测器件的掺杂区的约1.5倍至约5倍厚。
第三光感测器件的在第三波长谱中包括的一波长处的外部量子效率可以基于第三光感测器件的掺杂区在该厚度方向上的厚度而不同。第三光感测器件的掺杂区的厚度可以满足关系方程式2：
[关系方程式2]
2.5×EQE(T3)≥EQE(T2)
其中，在关系方程式2中，EQE(T3)是基于第三光感测器件的掺杂区在该厚度方向上的厚度是厚度T3、第三光感测器件在第三波长谱中包括的一波长处的外部量子效率，EQE(T2)是基于第二光感测器件的掺杂区在该厚度方向上的厚度是厚度T2、第二光感测器件在第二波长谱中包括的一波长处的外部量子效率，并且T3>T2。
厚度T3可以大于或等于约1μm。
厚度T2可以为约200nm至约800nm。
厚度T3可以为约1μm至约3μm，厚度T2可以为约300nm至约700nm。
第二光感测器件在第二波长谱中包括的一波长处的外部量子效率可以是第三光感测器件在第三波长谱中包括的一波长处的外部量子效率的约1.1倍至约2.5倍。
图像传感器在第一波长谱中包括的一波长处的外部量子效率、图像传感器在第二波长谱中包括的一波长处的外部量子效率以及图像传感器在第三波长谱中包括的一波长处的外部量子效率之差可以小于或等于约50％。
第三波长谱可以包括比第二波长谱长的波长。
第一颜色可以是绿色，第二颜色可以是蓝色，第三颜色可以是红色。
第一光感测器件可以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光电转换层。
图像传感器还可以包括在半导体基板和第一光感测器件之间的绝缘层，并且第一电极被集成在该绝缘层中。
第一光感测器件还可以包括在第一电极和光电转换层之间和/或在第二电极和光电转换层之间的缓冲层。缓冲层可以包括镧系元素、钙(Ca)、钾(K)、铝(Al)或其合金。
一种电子装置可以所述图像传感器。
根据一些示例实施方式，一种图像传感器可以包括集成在半导体基板中的第一光感测器件。第一光感测器件可以配置为感测相关联的第一波长谱的光。图像传感器可以包括集成在半导体基板中的第二光感测器件。第二光感测器件可以配置为感测第二波长谱的光。第一光感测器件和第二光感测器件可以在垂直于半导体基板的上表面延伸的厚度方向上彼此不重叠，并可以在平行于半导体基板的上表面延伸的表面方向上彼此间隔开。第一光感测器件和第二光感测器件可以每个包括接近半导体基板的上表面的上表面、面对该上表面且远离半导体基板的上表面的下表面、以及在该上表面和下表面之间的掺杂区。第二光感测器件可以具有以下中的至少一项：第二光感测器件的上表面相对于第一光感测器件的上表面远离半导体基板的上表面以及第二光感测器件的掺杂区在该厚度方向上比第一光感测器件的掺杂区厚。
图像传感器还可以包括在半导体基板上的第三光感测器件。第三光感测器件可以配置为感测第三波长谱的光。第三光感测器件可以在该厚度方向上与第一光感测器件和第二光感测器件中的至少一个重叠。
第三光感测器件可以在该厚度方向上与第一光感测器件重叠。第三光感测器件可以在该厚度方向上与第二光感测器件重叠。
图像传感器还可以包括在半导体基板上的第四光感测器件。第四光感测器件可以配置为感测第四波长谱的光。第四光感测器件可以在该表面方向上与第三光感测器件重叠。第三光感测器件可以在该厚度方向上与第一光感测器件重叠并且可以在该厚度方向上不与第二光感测器件重叠。第四光感测器件可以在该厚度方向上与第二光感测器件重叠并且可以在该厚度方向上不与第一光感测器件重叠。
第一光感测器件和第二光感测器件可以在该表面方向上至少部分地彼此重叠，使得第一光感测器件的下表面相对于第二光感测器件的上表面与半导体基板的上表面等距或远离半导体基板的上表面。
第一光感测器件和第二光感测器件可以在该表面方向上彼此不重叠，使得第一光感测器件的下表面相对于第二光感测器件的上表面接近半导体基板的上表面。
图像传感器可以不包括任何滤色器。
一种电子装置可以包括所述图像传感器。
图像传感器的工艺可以简化，制造成本可以被降低，同时改善灵敏度和颜色分离特性并提高可靠性。
附图说明
图1是示出根据一些示例实施方式的图像传感器的堆叠结构的示例的俯视平面图，
图2是示出设置在图1的图像传感器的堆叠结构中的上部处的光感测器件的示例的俯视平面图，
图3是示出集成在半导体基板中的光感测器件的布置的示例的平面图，该半导体基板设置于图1的图像传感器的堆叠结构中的下部处，
图4A是示出图1的图像传感器的示例的示意性截面图，
图4B是示出图1的图像传感器的示例的示意性截面图，以及
图5是示出根据一些示例实施方式的电子装置的示意图。
具体实施方式
在下文，示例实施方式被详细描述，使得本领域技术人员能够容易地实现它们。然而，实际应用的结构可以以各种不同的形式实现，而不限于这里描述的示例实施方式。
在附图中，为了清楚，层、膜、面板、区域等的厚度被夸大。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，它可以直接在所述另一元件上，或者也可以存在居间的元件。相反，当一元件被称为“直接在”另一元件“上”时，不存在居间的元件。另外，当一元件被称为“在”另一元件“上”时，该元件可以在所述另一元件之上或之下。
在附图中，为了清楚，与描述没有关系的部分被省略，并且在整个说明书中，相同或相似的组成元件由相同的附图标记表示。
在下文，术语“下部”和“上部”是为了描述的方便而不限制位置关系。
在下文，图像传感器的上部被描述为光接收侧，但是这是为了描述的方便而不限制位置关系。
当在这里使用时，当没有另外提供定义时，“被取代”是指化合物的氢用选自以下的取代者替代：卤素原子、羟基、烷氧基、硝基、氰基、氨基、叠氮基、脒基、肼基、亚肼基、羰基、氨基甲酰基、硫醇基、酯基、羧基或其盐、磺酸基或其盐、磷酸基或其盐、甲硅烷基、C1至C20烷基、C2至C20烯基、C2至C20炔基、C6至C30芳基、C7至C30烷基芳基、C1至C30烷氧基、C1至C20杂烷基、C3至C20杂芳基、C3至C20杂芳基烷基、C3至C30环烷基、C3至C15环烯基、C6至C15环炔基、C3至C30杂环烷基及其组合。
在下文，当没有另外提供定义时，“杂”是指包含选自N、O、S、Se、Te、Si和P中的一种或四种杂原子。
在下文，“组合”是指两种或更多种的混合物或堆叠结构。
在下文，当没有另外提供定义时，能级是最高占据分子轨道(HOMO)能级或最低未占据分子轨道(LUMO)能级。
在下文，当没有另外提供定义时，功函数或能级被表示为从真空能级起的绝对值。同样，深、高或大的功函数或能级表示相对于“0eV”的真空能级的绝对值大，浅、低或小的功函数或能级表示相对于“0eV”的真空能级的绝对值小。
将理解，元件和/或其特性(例如结构、表面、方向等)(其可以被称为关于其它元件和/或其特性(例如结构、表面、方向等)“垂直”、“平行”、“共面”等)可以关于其它元件和/或其特性“垂直”、“平行”、“共面”等，或者可以关于其它元件和/或其特性分别“基本上垂直”、“基本上平行”、“基本上共面”。
关于其它元件和/或其特性“基本上垂直”的元件和/或其特性(例如结构、表面、方向等)将被理解为在制造公差和/或材料公差内关于关于其它元件和/或其特性“垂直”，和/或关于其它元件和/或其特性在大小和/或角度方面具有与“垂直”等的等于或小于10％的偏差(例如±10％的公差)。
关于其它元件和/或其特性“基本上平行”的元件和/或其特性(例如结构、表面、方向等)将被理解为在制造公差和/或材料公差内关于其它元件和/或其特性“平行”，和/或关于其它元件和/或其特性在大小和/或角度方面具有与“平行”等的等于或小于10％的偏差(例如±10％的公差)。
关于它元件和/或其特性“基本上共面”的元件和/或其特性(例如结构、表面、方向等)将被理解为在制造公差和/或材料公差内关于其它元件和/或其特性“共面”，和/或关于其它元件和/或其特性在大小和/或角度方面具有与“共面”等的等于或小于10％的偏差(例如±10％的公差)。
将理解，元件和/或其特性可以在这里被陈述为与其它元件“相同”或“相等”，并且将进一步理解，这里被陈述为与其它元件“相同”或“相等”的元件和/或其特性可以与所述其它元件和/或其特性“相同”或“相等”或者“基板上相同”或“基板上相等”。与其它元件和/或其特性“基本上相同”或“基本上相等”的元件和/或其特性将被理解为包括在制造公差和/或材料公差内与其它元件和/或其特性相同或相等的元件和/或其性质。与其它元件和/或其特性相同或基本上相同的元件和/或其特性可以在结构上相同或基本上相同，在功能上相同或基本上相同、和/或在组成上相同或基本上相同。
将理解，这里被描述为“基本上”相同的元件和/或其特性涵盖在大小上具有等于或小于10％的相对差异的元件和/或其特性。此外，无论元件和/或其特性是否被修饰为“基本上”，将理解，这些元件和/或其特性应当被解释为包括在所述元件和/或其特性附近的制造或操作公差(例如±10％)。
当术语“约”或“基本上”在本说明书中结合数值使用时，旨在使相关联的数值包括所述数值附近的±10％的公差。当指定范围时，该范围包括在其间的所有值，诸如0.1％的增量。
在下文，描述根据一些示例实施方式的图像传感器。
图1是示出根据一些示例实施方式的图像传感器的堆叠结构的示例的俯视平面图，图2是示出设置在图1的图像传感器的堆叠结构中的上部处的光感测器件的示例的俯视平面图，图3是示出集成在半导体基板中的光感测器件的布置的示例的平面图，该半导体基板在图1的图像传感器的堆叠结构中的下部处，图4A是示出图1的图像传感器的示例的示意性截面图，图4B是示出图1的图像传感器的示例的示意性截面图。
参照图1至图4B，根据一些示例实施方式的图像传感器300是其中第一光感测器件100和半导体基板200相对于彼此堆叠的堆叠型图像传感器。
第一光感测器件100可以是配置为吸收特定(或可选地，预定的)波长谱中的光并将所吸收的光光电转换为电信号的光电转换器件。这样的吸收和对所吸收的光的光电转换可以在这里被称为“感测”所述光，因此将理解，第一光感测器件100可以配置为感测特定波长谱中的光。第一光感测器件100可以设置在光入射的一侧，即光接收表面的整个表面，并可以配置为选择性地吸收第一波长谱的光(例如第一波长谱中的光)以执行光电转换，该第一波长谱可以包括第一颜色的波长谱，在这里也被称为与第一颜色相关联的波长谱。因此，第一光感测器件100可以配置为感测(例如选择性地感测)第一波长谱(例如第一颜色的波长谱)的光。第一颜色的波长谱可以是作为可见光谱的一部分的波长谱，但是示例实施方式不限于此。这里对第一颜色的波长谱的任何描述可以可互换地应用于第一波长谱。第一颜色的波长谱中的光可以是三原色之一。在一些示例实施方式中，第一颜色的波长谱中的光是蓝色波长谱中的光(在下文被称为“蓝光”)、绿色波长谱中的光(在下文被称为“绿光”)、或红色波长谱中的光(在下文被称为“红光”)。在一些示例实施方式中，第一颜色的波长谱的光可以是绿光或红光。在一些示例实施方式中，第一颜色的波长谱的光可以是绿光。在一些示例实施方式中，第一光感测器件100可以配置为选择性地吸收并光电转换(例如“感测”)第一波长谱的光，该第一波长谱可以是可见波长谱(例如第一颜色的波长谱，也被称为第一可见波长谱，诸如蓝光、绿光、红光、或其任意组合)、非可见波长谱(例如红外波长谱和/或紫外波长谱)、或其任何组合。
这里，蓝光、绿光或红光的选择性吸收表示吸收光谱的每个最大吸收波长(λmax)存在于大于或等于约380nm且小于500nm、约500nm至约600nm、或大于约600nm且小于或等于约700nm中，并且对应波长谱中的吸收光谱显著高于其它波长谱中的吸收光谱。这里，“显著高于”表示，在一些示例实施方式中，吸收光谱的整个区域的约70％至约100％、约75％至约100％、约80％至约100％、约85％至约100％、约90％至约100％、或约95％至约100％属于所述对应波长谱。
第一光感测器件100包括彼此面对的下电极131和上电极132、在下电极131和上电极132之间的光电转换层133、以及(可选地)缓冲层134和135(例如，缓冲层134和135中的一个或两者可以从第一光感测器件100省略)。
下电极131和上电极132中的一个是阳极，另一个是阴极。在一些示例实施方式中，下电极131可以是阳极，上电极132可以是阴极。在一些示例实施方式中，下电极131可以是阴极，上电极132可以是阳极。下电极131和上电极132中的任一个可以在这里被称为第一电极，下电极131和上电极132中的另一个可以在这里被称为第二电极。
下电极131和上电极132可以分别是透明电极。该透明电极可以具有大于或等于约80％的透射率，例如大于或等于约85％、大于或等于约88％、或大于或等于约90％的透射率。该透明电极可以包括氧化物导体、碳导体和金属薄膜中的至少一种。在一些示例实施方式中，所述氧化物导体可以包括从铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、锌锡氧化物(ZTO)、铝锡氧化物(ATO)和铝锌氧化物(AZO)中选择的至少一种，所述碳导体可以是从石墨烯和碳纳米颗粒中选择的至少一种，所述金属薄膜可以是包括铝(Al)、镁(Mg)、银(Ag)、金(Au)、其合金或其组合的超薄膜。上电极132可以是光接收电极。
光电转换层133可以配置为选择性地吸收第一颜色的波长谱的光(例如在与第一颜色相关联的第一波长谱中的光)并将所吸收的光转换为电信号(例如，以选择性地感测所述光)，该第一颜色的波长谱可以是可见光谱的一部分。光电转换层133可以配置为透射除了第一颜色的波长谱之外的其余光(例如选择性地透射不是第一颜色的波长谱的所吸收的光的光)。在一些示例实施方式中，第一颜色的波长谱的光可以是蓝光、绿光或红光。在一些示例实施方式中，第一颜色的波长谱的光可以是绿光或红光。在一些示例实施方式中，第一颜色的波长谱的光可以是绿光。
在光电转换层133中，至少一个p型半导体和至少一个n型半导体可以形成pn结，并可以在从外部接收光(例如第一颜色的波长谱的光)之后产生激子。所产生的激子可以被分离成空穴和电子。
p型半导体和n型半导体中的每个可以是光吸收材料，并且在一些示例实施方式中，p型半导体和n型半导体中的至少一个可以是有机光吸收材料。在一些示例实施方式中，p型半导体和n型半导体中的至少一个可以是配置为选择性地吸收第一颜色的波长谱的光的波长选择性的光吸收材料。在一些示例实施方式中，p型半导体和n型半导体中的至少一个可以是波长选择性的有机光吸收材料。p型半导体和n型半导体可以具有在相同或不同的波长谱中的峰值吸收波长(λmax)。
在一些示例实施方式中，p型半导体和n型半导体中的至少一个可以是具有在约500nm至约600nm的波长谱中的最大吸收波长(λmax)的绿光吸收材料，在一些示例实施方式中，可以是具有在约520nm至约580nm的波长谱中的最大吸收波长(λmax)的绿光吸收材料。
在一些示例实施方式中，p型半导体和n型半导体中的至少一个可以是具有在约500nm至约600nm的波长谱中的最大吸收波长(λmax)的有机绿光吸收材料，在一些示例实施方式中，可以是具有在约520nm至约580nm的波长谱中的最大吸收波长(λmax)的有机绿光吸收材料。
在一些示例实施方式中，p型半导体可以是具有在约500nm至约600nm的波长谱中的最大吸收波长(λmax)的有机绿光吸收材料，在一些示例实施方式中，可以是具有在约520nm至约580nm的波长谱中的最大吸收波长(λmax)的有机绿光吸收材料。
在一些示例实施方式中，p型半导体的HOMO能级可以为约5.0eV至约6.0eV，并且在该范围内，为约5.1eV至约5.9eV、约5.2eV至约5.8eV、或约5.3eV至约5.8eV。在一些示例实施方式中，p型半导体的LUMO能级可以为约2.7eV至约4.3eV，并且在该范围内，为约2.8eV至约4.1eV、或约3.0eV至约4.0eV。在一些示例实施方式中，p型半导体的能带间隙可以为约1.7eV至约2.3eV，并且在该范围内，为约1.8eV至约2.2eV、或约1.9eV至约2.1eV。
在一些示例实施方式中，p型半导体可以是具有包括供电子部分(EDM)、π共轭链接部分(LM)和受电子部分(EMA)的核心结构的有机材料。
在一些示例实施方式中，p型半导体可以由化学式A表示，但是不限于此。
[化学式A]
EDM-LM-EAM
在化学式A中，
EDM可以是供电子部分，
EAM可以是受电子部分，以及
LM可以是π共轭链接部分，其将供电子部分与受电子部分链接。
在一些示例实施方式中，由化学式A表示的p型半导体可以由化学式A-1表示。
[化学式A-1]
Figure BDA0002921983800000101
在化学式A-1中，
X可以是O、S、Se、Te、SO、SO2或SiRaRb，
Ar可以是被取代或未被取代的C6至C30亚芳基、被取代或未被取代的C3至C30杂环基、或上述两种或更多种的稠环，
Ar1a和Ar2a可以独立地是被取代或未被取代的C6至C30芳基、被取代或未被取代的C3至C30杂芳基、或其组合，
R1a至R3a、Ra和Rb可以独立地是氢、氘、被取代或未被取代的C1至C30烷基、被取代或未被取代的C1至C30烷氧基、被取代或未被取代的C6至C30芳基、被取代或未被取代的C3至C30杂芳基、卤素、氰基、或其组合，以及
R1a至R3a以及Ar1a和Ar2a可以独立地存在，或者两个相邻的基团可以彼此结合以形成稠环。
在一些示例实施方式中，在化学式A-1中，Ar1a和Ar2a可以独立地是被取代或未被取代的苯基(phenyl group)、被取代或未被取代的萘基(naphthyl group)、被取代或未被取代的蒽基(anthracenyl group)、被取代或未被取代的菲基(phenanthrenyl group)、被取代或未被被取代的吡啶基(pyridinyl group)、被取代或未被取代的哒嗪基(pyridazinyl group)、被取代或未被取代的嘧啶基(pyrimidinyl group)、被取代或未被取代的吡嗪基(pyrazinyl group)、被取代或未被取代的喹啉基(quinolinyl group)、被取代或未被取代的异喹啉基(isoquinolinyl group)、被取代或未被取代的萘啶基(naphthyridinyl group)、被取代或未被取代的噌啉基(cinnolinyl group)、被取代或未被取代的喹唑啉基(quinazolinyl group)、被取代或未被取代的酞嗪基(phthalazinylgroup)、被取代或未被取代的苯并三嗪基(benzotriazinyl group)、被取代或未被取代的吡啶并吡嗪基(pyridopyrazinyl group)、被取代或未被取代的吡啶并嘧啶基(pyridopyrimidinyl group)以及被取代或未被取代的吡啶并哒嗪基(pyridopyridazinylgroup)中的一种。
在一些示例实施方式中，化学式A-1的Ar1a和Ar2a可以彼此链接以形成环，或者在一些示例实施方式中，Ar1a和Ar2a可以通过单键、-(CRgRh)n2-(n2为1或2)、-O-、-S-、-Se-、-N＝、-NRi-、-SiRjRk-和-GeRlRm-之一彼此链接以形成环。这里，Rg至Rm可以独立地是氢、被取代或未被取代的C1至C30烷基、被取代或未被取代的C6至C30芳基、被取代或未被取代的C3至C30杂芳基、被取代或未被取代的C1至C6烷氧基、卤素、氰基、或其组合。
在一些示例实施方式中，化学式A-1的R1a和Ar1a可以彼此稠合在一起以形成环。在一些示例实施方式中，R1a和Ar1a可以通过单键、-(CRgRh)n2-(n2为1或2)、-O-、-S-、-Se-、-N＝、-NRi-、-SiRjRk-和-GeRlRm-之一彼此链接以形成环。这里，Rg至Rm与如上所述的相同。
在一些示例实施方式中，由化学式A-1表示的p型半导体可以由化学式A-2至A-7之一表示。
Figure BDA0002921983800000121
在化学式A-2至A-7中，
X和R1a至R3a与如上所述的相同，
Ar3可以是被取代或未被取代的C6至C30亚芳基、被取代或未被取代的C3至C30杂环基、或前述两种或更多种的稠环，
G可以是单键、-(CRgRh)n2-(n2为1或2)、-O-、-S-、-Se-、-N＝、-NRi-、-SiRjRk-和-GeRlRm-之一，其中Rg至Rm可以独立地是氢、被取代或未被取代的C1至C30烷基、被取代或未被取代的C1至C30烷氧基、被取代或未被取代的C6至C30芳基、被取代或未被取代的C3至C30杂芳基、卤素、氰基、或其组合，Rg和Rh、Rj和Rk以及Rl和Rm可以独立地单独存在或彼此链接以形成环，
Y2可以是O、S、Se、Te或C(Rq)(CN)(其中Rq是氢、氰基(-CN)或C1至C10烷基)，
R6a至R6d、R7、R7a至R7d、R16、R17、Rg和Rh可以独立地是氢、被取代或未被取代的C1至C30烷基、被取代或未被取代的C1至C30烷氧基、被取代或未被取代的C6至C30芳基、被取代或未被取代的C3至C30杂芳基、卤素、氰基、或其组合，以及
R1a至R3a、R6a至R6d、R7以及R7a至R7d可以独立存在，或者两个相邻的基团可以彼此链接以形成稠环。
在一些示例实施方式中，化学式A-2、A-4和/或A-6的Ar3可以是苯、亚萘基、蒽、噻吩、硒吩、碲吩、吡啶、嘧啶、或上述两种或更多种的稠环。
在一些示例实施方式中，n型半导体可以是有机材料、无机材料或有机/无机材料。
在一些示例实施方式中，n型半导体的LUMO能级可以是约3.6eV至约4.8eV，并且在该范围内，为约3.8eV至约4.6eV，或者约3.9eV至约4.5eV。
在一些示例实施方式中，n型半导体可以是噻吩或噻吩衍生物、富勒烯或富勒烯衍生物，但是不限于此。
光电转换层133可以是本征层(I层)，其中p型半导体和n型半导体以体异质结形式混合。这里，p型半导体和n型半导体可以以约1：9至约9：1的体积比(厚度比)混合，并且在该范围内，在一些示例实施方式中，可以以约2：8至约8：2的体积比(厚度比)、以约3：7至约7：3的体积比(厚度比)、以约4：6至约6：4的体积比(厚度比)、或以约5：5的体积比(厚度比)混合。
光电转换层133可以包括双层，该双层包括：包括上述p型半导体的p型层和包括上述n型半导体的n型层。这里，p型层和n型层的厚度比可以为约1：9至约9：1，例如约2：8至约8：2、约3：7至约7：3、约4：6至约6：4、或约5：5。
除了本征层之外，光电转换层133还可以包括p型层和/或n型层。p型层可以包括前述p型半导体，n型层可以包括前述n型半导体。在一些示例实施方式中，光电转换层133可以包括p型层/I层、I层/n型层、p型层/I层/n型层等的各种组合。
光电转换层133可以形成在第一光感测器件100的整个表面处。因此，第一颜色的波长谱的光可以从第一光感测器件100的前表面选择性地吸收，并且光吸收面积可以增大以提供高的光吸收效率。
光电转换层133可以具有约1nm至约500nm的厚度，在该范围内，约5nm至约300nm的厚度。当光电转换层133具有在该范围内的厚度时，有源层(例如光电转换层133)可以配置为有效地吸收光，有效地将空穴与电子分离，并转移空穴和电子，从而有效地提高光电转换效率。
缓冲层134和135可以在下电极131和光电转换层133之间和/或在上电极132和光电转换层133之间。
缓冲层134和135可以独立地是空穴传输层、空穴注入层、空穴提取层、电子阻挡层、电子传输层、电子注入层、电子提取层、空穴阻挡层、或其组合。
在一些示例实施方式中，缓冲层134和135可以配置为当从外部施加电压时，将分别与光电转换层133分离的第一电荷(例如空穴或电子)和第二电荷(例如电子或空穴)分别有效地转移或提取到下电极131和上电极132，同时防止第二电荷从下电极131反向注入或转移到光电转换层133或防止第一电荷从上电极132反向注入或转移到光电转换层133。因此，通过提高第一光感测器件100的光电转换效率并且同时有效地减少暗电流和剩余的电荷载流子，可以改善第一光感测器件100的电特性。
缓冲层134和135之一可以是有机缓冲层。
在一些示例实施方式中，该有机缓冲层可以是由化学式B-1或B-2表示的化合物。
[化学式B-1]
Figure BDA0002921983800000151
[化学式B-2]
Figure BDA0002921983800000152
在化学式B-1或B-2中，
M1和M2可以独立地是CRnRo、SiRpRq、NRr、O、S、Se或Te，
Ar1b、Ar2b、Ar3b和Ar4b可以独立地是被取代或未被取代的C6至C30芳基、被取代或未被取代的C3至C30杂芳基、或其组合，
G2和G3可以独立地为单键、-(CRgRh)n3-、-O-、-S-、-Se-、-N＝、-NRu-、-SiRvRw-或-GeRxRy-，其中n3为1或2，以及
R30至R37和Rn至Ry可以独立地是氢、被取代或未被取代的C1至C30烷基、被取代或未被取代的C6至C30芳基、被取代或未被取代的C3至C30杂环基、被取代或未被取代的C1至C6烷氧基、卤素或氰基。
在一些示例实施方式中，由化学式B-1或B-2表示的化合物可以是由化学式B-3或B-4表示的化合物。
[化学式B-3]
Figure BDA0002921983800000153
[化学式B-4]
Figure BDA0002921983800000161
在化学式B-3或B-4中，
M1、M2、G2、G3、R30至R37与如上所述的相同，
R38至R45可以独立地是氢、被取代或未被取代的C1至C30烷基、被取代或未被取代的C6至C30芳基、被取代或未被取代的C3至C30杂芳基、被取代或未被取代的C1至C6烷氧基、卤素或氰基。
在一些示例实施方式中，由化学式B-3或B-4表示的化合物可以是由化学式B-5或B-6表示的化合物。
[化学式B-5]
Figure BDA0002921983800000162
[化学式B-6]
Figure BDA0002921983800000163
在化学式B-5或B-6中，R38至R45以及Ro和Rn与如上所述的相同。
在一些示例实施方式中，有机缓冲层可以包括具有高的电荷载流子迁移率的低分子有机半导体或聚合物半导体、或其组合，从而有机缓冲层的电荷迁移率高于上述光电转换层133的电荷迁移率。在一些示例实施方式中，有机缓冲层的电荷载流子迁移率可以为光电转换层133的电荷载流子迁移率的约50倍或更大，并且在该范围内，为光电转换层133的电荷载流子迁移率的约70倍或更大、约80倍或更大、约100倍或更大、约120倍或更大、约150倍或更大、约200倍或更大、约300倍或更大、约500倍或更大、约800倍或更大、或约1000倍或更大。在一些示例实施方式中，有机缓冲层的电荷载流子迁移率可以大于或等于约1.0×10-3cm2/Vs，并且在该范围内，在一些示例实施方式中，大于或等于约1.2×10-3cm2/Vs、大于或等于约1.5×10-3cm2/Vs、大于或等于约1.8×10-3cm2/Vs、大于或等于约2.0×10-3cm2/Vs、大于或等于约3.0×10-3cm2/Vs、大于或等于约4.0×10-3cm2/Vs、或大于或等于约5.0×10- 3cm2/Vs。在一些示例实施方式中，有机缓冲层的电荷载流子迁移率可以为约1.0×10-3cm2/Vs至约10cm2/Vs，并且在该范围内，例如约1.2×10-3cm2/Vs至约10cm2/Vs、约1.5×10-3cm2/Vs至约10cm2/Vs、约1.8×10-3cm2/Vs至约10cm2/Vs、约2.0×10-3cm2/Vs至约10cm2/Vs、约3.0×10-3cm2/Vs至约10cm2/Vs、约4.0×10-3cm2/Vs至约10cm2/Vs、或约5.0×10-3cm2/Vs至约10cm2/Vs。
在一些示例实施方式中，有机缓冲层可以包括具有小于或等于约3000的平均分子量的低分子量有机半导体。在一些示例实施方式中，有机缓冲层可以包括芳族化合物和/或杂芳族化合物，在一些示例实施方式中，包括稠合多环芳族化合物、稠合多环杂芳族化合物、或其组合。在一些示例实施方式中，它可以包括稠合多环芳族化合物(诸如并五苯)和/或包含O、S、Se、Te、N及其组合中的至少一种的稠合多环杂芳族化合物(诸如包含O、S、Se、Te及其组合中的至少一种的稠合多环杂芳族化合物)。在一些示例实施方式中，有机缓冲层可以包括具有其中四个或更多个环彼此稠合的紧凑平坦结构的稠合多环芳族化合物和/或稠合多环杂芳族化合物，诸如其中5、6、7、8、9、10、11或12个环稠合的稠合多环芳族化合物和/或稠合多环杂芳族化合物。在一些示例实施方式中，有机缓冲层可以包括包含至少一个苯环的稠合多环芳族化合物和/或稠合多环杂芳族化合物。在一些示例实施方式中，有机缓冲层可以是包括噻吩、硒吩和/或碲吩中的至少一种的稠合多环杂芳族化合物。
在一些示例实施方式中，有机缓冲层可以包括包含咔唑部分的化合物，在一些示例实施方式中，包括包含至少三个咔唑部分的化合物。
在一些示例实施方式中，有机缓冲层可以包括由化学式C表示的化合物。
[化学式C]
Figure BDA0002921983800000181
在化学式C中，
L1至L3可以独立地是被取代或未被取代的C6至C20亚芳基，
R1至R7可以独立地是氢、被取代或未被取代的C1至C30烷基、被取代或未被取代的C1至C30烷氧基、被取代或未被取代的C6至C20芳基、被取代或未被取代的C3至C20杂芳基、被取代或未取代的咔唑基、卤素、氰基、或其组合，
R1至R3中的至少两个可以包括被取代或未被取代的咔唑基，以及
m1至m3可以独立地是0或1。
在一些示例实施方式中，有机缓冲层可以包括由化学式C-1至C-3之一表示的化合物。
[化学式C-1]
Figure BDA0002921983800000182
[化学式C-2]
Figure BDA0002921983800000191
[化学式C-3]
Figure BDA0002921983800000192
在化学式C-1至C-3中，
L1至L3、R1、R4至R7以及m1至m3与如上所述的相同，
R8至R17可以独立地是氢、被取代或未被取代的C1至C30烷基、被取代或未被取代的C1至C30烷氧基、被取代或未被取代的C6至C20芳基、被取代或未被取代的C3至C20杂芳基、被取代或未取代的咔唑基、卤素、氰基、或其组合，以及
m1至m3可以独立地是0或1。
在一些示例实施方式中，有机缓冲层可以包括由化学式C-4至C-7之一表示的化合物。
[化学式C-4]
Figure BDA0002921983800000201
Figure BDA0002921983800000202
[化学式C-7]
Figure BDA0002921983800000203
在化学式C-4至C-7中，
L1至L3可以独立地是苯基，
m1至m3可以独立是0或1，以及
R1至R3可以独立地是咔唑基或苯基取代的咔唑基。
在一些示例实施方式中，有机缓冲层可以包括由化学式C-8或C-9表示的化合物。
Figure BDA0002921983800000211
在化学式C-8或C-9中，R8和R12可以独立地是氢或苯基。
缓冲层134和135之一可以是无机缓冲层。在一些示例实施方式中，无机缓冲层可以包括镧系元素、钙(Ca)、钾(K)、铝(Al)或其合金。在一些示例实施方式中，镧系元素可以包括镱(Yb)。无机缓冲层可以具有小于或等于约5nm的厚度，并且在该范围内，在一些示例实施方式中，可以具有约1nm至约5nm、约1nm至约4nm、约1nm至约3nm、或约1nm至约2nm的厚度。
缓冲层134和135之一可以是有机/无机缓冲层。
缓冲层134和135中的一个或两者可以被省略。
抗反射层(未示出)可以被进一步包括在第一光感测器件100上。抗反射层可以设置在光入射侧(例如，相对于第一光感测器件100远离半导体基板200)，并降低入射光的反射率，从而进一步提高光吸收率。抗反射层可以包括例如具有约1.6至约2.5的折射率的材料，并可以包括例如具有在该范围内的折射率的金属氧化物、金属硫化物和有机材料中的至少一种。抗反射层可以例如包括：金属氧化物，诸如含铝氧化物、含钼氧化物、含钨氧化物、含钒氧化物、含铼氧化物、含铌氧化物、含钽氧化物、含钛氧化物、含镍氧化物、含铜氧化物、含钴氧化物、含锰氧化物、含铬氧化物、含碲氧化物或其组合；金属硫化物，诸如锌硫化物；和/或有机材料，诸如胺衍生物，但是不限于此。
在第一光感测器件100中，当光穿过上电极132进入并且光电转换层133吸收具有第一颜色的波长谱的光(也可互换地被称为第一颜色的波长谱的光)时，可以在其中产生激子。激子可以在光电转换层133中分离成空穴和电子。分离的空穴可以传输到作为下电极131和上电极132中的一个的阳极，并且分离的电子可以传输到作为下电极131和上电极132中的另一个的阴极，从而使电流流动。分离的电子和/或空穴可以被收集在电荷储存器250中。
在一些示例实施方式中，半导体基板200可以是硅基板，并且第二光感测器件210、第三光感测器件220、电荷储存器250和传输晶体管(未示出)被集成在其中。如这里所提及的，“集成”在另一元件中的元件可以可互换地被称为“嵌入”在所述另一元件中，并可以被理解为部分地或完全地位于由所述另一元件的最外表面限定的体积空间内，使得该元件被所述另一元件部分地或完全地覆盖。例如，如图4A-图4B所示，第一光感测器件210和第二光感测器件220都位于由半导体基板200的外表面(包括上表面200s)限定的体积空间内，因此被集成在半导体基板200中。
第二光感测器件210或第三光感测器件220可以设置在图像传感器300的每个像素PX中，并且包括第二光感测器件210的像素PX和包括第三光感测器件220的像素PX可以沿着列和/或行(例如x方向和/或y方向)交替地重复排列。以这种方式，由于第二光感测器件210和第三光感测器件220在平行于半导体基板200的上表面200s的方向(例如x方向和/或y方向)上交替地排布，第二光感测器件210和第三光感测器件220沿着半导体基板200的厚度方向彼此不重叠。如图4A-图4B所示，第二光感测器件210和第三光感测器件220可以在平行于半导体基板200的上表面200s延伸的表面方向(例如x方向和/或y方向)上彼此间隔开。如这里所提及的，平行于半导体基板200的上表面200s延伸的方向(例如x方向和/或y方向)可以被称为表面方向，并且垂直于半导体基板200的上表面200s延伸的方向(例如z方向)可以被称为厚度方向。
第二光感测器件210和第三光感测器件220可以沿着半导体基板200的厚度方向(例如z方向)(例如在半导体基板200的厚度方向上)分别与第一光感测器件100重叠。特别地，如图1-图4A所示，第一光感测器件100可以在图像传感器300的至少一部分中在相邻的第二光感测器件210和第三光感测器件220两者之上延伸(例如在厚度方向上与相邻的第二光感测器件210和第三光感测器件220两者重叠)。
第二光感测器件210和第三光感测器件220可以分别是每个在半导体基板200内部具有特定(或可选地，预定)厚度的光电二极管(例如硅基光电二极管)。在一些示例实施方式中，第二光感测器件210可以具有：靠近(例如接近)半导体基板200的上表面200s的上表面210p(其中半导体基板200的上表面200s靠近或接近第二光感测器件210)；面对上表面210p并相对于上表面210p远离上表面200s的下表面210q；以及在上表面210p和下表面210q之间的掺杂区210d，第三光感测器件220可以具有：靠近(例如接近)半导体基板200的上表面200s的上表面220p；面对上表面220p并相对于上表面220p远离上表面200s的下表面220q；以及在上表面220p和下表面220q之间的掺杂区220d。将理解，半导体基板200的上表面200s可以在这里被可互换地称为半导体基板200的表面。
第二光感测器件210的掺杂区210d和第三光感测器件220的掺杂区220d可以分别是导电区。在一些示例实施方式中，第二光感测器件210的掺杂区210d和第三光感测器件220的掺杂区220d可以以高浓度掺有n型掺杂剂或p型掺杂剂。在一些示例实施方式中，n型掺杂剂可以是磷(P)、砷(As)、锑(Sb)和/或铋(Bi)，并且在一些示例实施方式中，p型掺杂剂可以是硼(B)、铝(Al)和/或镓(Ga)，但是不限于此。n型或p型掺杂剂的掺杂浓度可以在一些示例实施方式中大于或等于约1×1014/cm2，在一些示例实施方式中大于或等于约5×1014/cm2、或者大于或等于约1×1016/cm2，但是不限于此。
第二光感测器件210和第三光感测器件220可以每个配置为利用穿透深度之间的差异来感测不同波长谱中的光，所述穿透深度取决于进入半导体基板200中的光的波长。因此，可以在没有诸如滤色器的颜色分离手段的情况下获得高的颜色分离特性。
在一些示例实施方式中，第二光感测器件210可以配置为感测通过第一光感测器件100的光，也就是第二波长谱的光(例如第二波长谱中的光)，该第二波长谱可以是可见光谱中的除了第一颜色的波长谱的光之外的光中的第二颜色的波长谱(例如与第二颜色相关联的波长谱)(例如，第二波长谱可以部分地或完全地排除第一波长谱)，第三光感测器件220可以配置为感测通过第一光感测器件100的光，也就是第三波长谱的光(例如第三波长谱中的光)，该第三波长谱可以是可见光谱中的除了第一颜色的波长谱的光之外的光中的第三颜色的波长谱(例如与第三颜色相关联的波长谱)(例如，第三波长谱可以部分地或完全地排除第一波长谱)。这里对第二颜色的波长谱的任何描述可以可互换地应用于第二波长谱。这里对第三颜色的波长谱的任何描述可以可互换地应用于第三波长谱。第二颜色的波长谱的光和第三颜色的波长谱的光可以分别是三原色中的一种颜色的光，并且第一颜色、第二颜色和第三颜色可以分别是各自不同的波长谱的光。在一些示例实施方式中，第二颜色的光和第三颜色的光可以分别是蓝光、绿光或红光，在一些示例实施方式中，分别是蓝光或红光。在一些示例实施方式中，第二颜色的光可以是蓝光，第三颜色的光可以是红光。
如这里所提及的，光的第一波长谱、第二波长谱和第三波长谱可以是可部分重叠或根本不重叠的不同波长谱。第一波长谱、第二波长谱和第三波长谱中的一个或更多个可以包括或可以是光的可见波长谱。例如，第一波长谱可以是与绿光相关联的第一可见波长谱，第二波长谱可以是与蓝光相关联的第二可见波长谱，第三波长谱可以是与红光相关联的第三可见波长谱。然而，将理解，在一些示例实施方式中，第一波长谱、第二波长谱和第三波长谱中的一个或更多个(或全部)可以包括或者可以是光的不可见波长谱。例如，在一些示例实施方式中，光的第一波长谱可以包括或可以是光的红外波长谱、光的紫外波长谱、或其与可见波长谱的至少一部分的某种组合，而光的第二波长谱和第三波长谱可以包括或可以是可见波长谱(例如蓝光、红光和/或绿光)。
在一些示例实施方式中，第三光感测器件220可以设置得比第二光感测器件210离半导体基板200的表面200s更深(例如远离半导体基板200的表面200s)，因此，第三光感测器件220可以配置为感测比第二光感测器件210更长的波长谱的光。在一些示例实施方式中，在第三光感测器件220中感测的第三波长谱(例如第三颜色的波长谱)可以是比在第二光感测器件210中感测的第二波长谱(例如第二颜色的波长谱)更长的波长谱。在一些示例实施方式中，第三颜色的波长谱可以是红色波长谱，第二颜色的波长谱可以是蓝色波长谱或绿色波长谱。在一些示例实施方式中，第三颜色的波长谱可以是绿色波长谱，第二颜色的波长谱可以是蓝色波长谱。在一些示例实施方式中，第一颜色的波长谱可以是绿色波长谱，第二颜色的波长谱可以是蓝色波长谱，第三颜色的波长谱可以是红色波长谱。
在一些示例实施方式中，从半导体基板200的上表面200s到第三光感测器件220的上表面220p的深度D3可以比从半导体基板200的上表面200s到第二光感测器件210的上表面210p的深度D2深约300nm或更大。重新表述地，第三光感测器件220的上表面220p可以相对于第二光感测器件210的上表面210p进一步远离半导体基板200的上表面200s，例如以等于或大于约300nm的距离。在一些示例实施方式中，第二光感测器件210的上表面210p的从半导体基板200的上表面200s起的深度D2(例如上表面210p的深度D2)可以为约0nm至约200nm，第三光感测器件220的上表面220p的深度D3可以为约300nm至约1μm。在一些示例实施方式中，第二光感测器件210的上表面210p可以与半导体基板200的上表面200s基本上相同(例如深度D2可以基本上是零值，使得上表面210p可以至少部分地与上表面200s共面)，但是第三光感测器件220的上表面220p的深度D3可以为从半导体基板200的上表面200s起的约400nm至约1μm或约400nm至约800nm。
在一些示例实施方式中，第三光感测器件220的深度D3可以对第三光感测器件220的波长选择性有影响，在一些示例实施方式中，第三光感测器件220的深度D3可以通过考虑第三光感测器件220的第三颜色相对于第二颜色的波长选择性来选择。重新表述地，第三光感测器件220的第三波长谱相对于第二波长谱的波长选择性可以根据第三光感测器件220的上表面220p在厚度方向上距半导体基板200的上表面200s的深度而变化。这里，波长选择性可以例如通过在属于第三颜色的波长谱的一波长处的外部量子效率(EQE)相对于在属于第二颜色的波长谱的一波长处的外部量子效率的比率来验证。
在一些示例实施方式中，第三光感测器件220的深度D3可以被选择为满足关系方程式1。
[关系方程式1]
EQE(λ3)≥3×EQE(λ2)
在关系方程式1中，
EQE(λ3)是当第三光感测器件的上表面的深度(例如第三光感测器件的所述上表面在厚度方向上距半导体基板的上表面的距离)是D3时第三光感测器件在属于第三颜色的波长谱的一波长(λ3)处的外部量子效率，以及
EQE(λ2)是当第三光感测器件的上表面的深度为D3时第三光感测器件在属于第二颜色的波长谱的一波长(λ2)处的外部量子效率。
第三光感测器件220的深度D3满足关系方程式1，因此增加了第三光感测器件220中第三颜色的波长谱的灵敏度，但是抑制了第二颜色的波长谱的灵敏度，因此，可以改善第三颜色的波长谱的颜色分离特性而不使在第三光感测器件220中感测到的波长谱混合。因此，可以减少或防止图像传感器的串扰。
在一些示例实施方式中，第三光感测器件220的深度D3可以被选择为满足关系方程式1A。
[关系方程式1A]
EQE(λ3)≥5×EQE(λ2)
在一些示例实施方式中，第三光感测器件220的深度D3可以被选择为满足关系方程式1B。
[关系方程式1B]
EQE(λ3)≥7×EQE(λ2)
在一些示例实施方式中，第三光感测器件220的深度D3可以被选择为满足关系方程式1C。
[关系方程式1C]
EQE(λ3)≥10×EQE(λ2)
在一些示例实施方式中，第三光感测器件220可以比第二光感测器件210厚(例如在厚度方向上)。在一些示例实施方式中，第三光感测器件220的掺杂区220d的厚度T3可以大于或等于第二光感测器件210的掺杂区210d的厚度T2的约1.5倍，在一些示例实施方式中，在该范围内，为第二光感测器件210的掺杂区210d的厚度T2的约1.5倍至约5倍、约1.5倍至约4倍、或约1.5倍至约3倍。
第二光感测器件210的掺杂区210d的厚度T2和第三光感测器件220的掺杂区220d的厚度T3可以分别在第二颜色的波长谱和第三颜色的波长谱中对图像传感器300的电特性有影响，因此可以形成为平衡在第二颜色的波长谱和第三颜色的波长谱中的电特性。例如，第三光感测器件220的在第三波长谱中包括的一波长处的外部量子效率可以基于第三光感测器件220的掺杂区220d在厚度方向上的厚度而不同。这里，电特性可以是例如外部量子效率(EQE)。
在一些示例实施方式中，第三光感测器件220的掺杂区220d的厚度可以被选择为满足关系方程式2。
[关系方程式2]
2.5×EQE(T3)≥EQE(T2)
在关系方程式2中，
EQE(T3)是当第三光感测元件(例如第三光感测器件220)的掺杂区的厚度是T3时第三光感测元件在属于第三颜色的波长谱(例如包括在第三颜色的波长谱中)的一波长处的外部量子效率，
EQE(T2)是当第二光感测元件(例如第二光感测器件210)的掺杂区的厚度为T2时第二光感测元件在属于第二颜色的波长谱的一波长处的外部量子效率，并且
T3>T2。
在一些示例实施方式中，第三光感测器件220的掺杂区的厚度可以被选择为满足关系方程式2A。
[关系方程式2A]
2×EQE(T3)≥EQE(T2)
在一些示例实施方式中，第三光感测器件220的掺杂区的厚度可以被选择为满足关系方程式2B。
[关系方程式2B]
1.5×EQE(T3)≥EQE(T2)
在一些示例实施方式中，第三光感测器件220的掺杂区220d的厚度T3可以大于或等于约1μm，并且在该范围内，为约1μm至约3μm、约1μm至约2.5μm、约1μm至约2μm、约1.2μm至约3μm、约1.2μm至约2.5μm、约1.2μm至约2μm。
在一些示例实施方式中，第二光感测器件210的掺杂区210d的厚度T2可以小于或等于约800nm，并且在该范围内，为约200nm至约800nm、约300nm至约700nm、或者约400nm至约600nm。
当厚度在该范围内时，在第二光感测器件210中感测的第二颜色的波长谱和在第三光感测器件220中感测的第三颜色的波长谱中的电特性可以被有效地平衡，因此可以提高图像传感器的性能。
第二光感测器件210和第三光感测器件220可以分别配置为感测(例如吸收和/或光电转换)第二颜色的波长谱的光和第三颜色的波长谱的光，并且感测到的信息可以由传输晶体管传输。电荷储存器250电连接到第一光感测器件100，并且电荷储存器250的信息可以由传输晶体管传输。
金属线(未示出)和焊盘(未示出)形成在第二光感测器件210、第三光感测器件220和电荷储存器250之下或之上。金属线和焊盘可以由具有低电阻率的金属制成，在一些示例实施方式中，由铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)及其合金制成，以便减小信号延迟，但是不限于此。
在第一光感测器件100和半导体基板200之间，形成绝缘层60和80。在一些示例实施方式中，绝缘层60可以与半导体基板200接触，并且绝缘层80可以与第一光感测器件100接触。在一些示例实施方式中，第一光感测器件100的下电极131可以在内部嵌入在绝缘层80中(例如集成在绝缘层80中)。当绝缘层80被省略时，第一光感测器件100的下电极131可以在内部嵌入在绝缘层60中(例如集成在绝缘层60中)。在一些示例实施方式中，第二光感测器件210的上表面210p可以与绝缘层60接触。
绝缘层60和80可以每个独立地由无机绝缘材料(诸如硅氧化物和/或硅氮化物)或低介电常数(低k)材料(诸如SiC、SiCOH、SiCO和SiOF)制成(例如可以每个至少部分地包括所述无机绝缘材料或所述低介电常数材料)。绝缘层60和80可以具有暴露电荷储存器250的沟槽85。沟槽85可以填充有填充物。绝缘层60和80中的任何一个可以被省略。例如，绝缘层80可以被省略，并且绝缘层60可以与半导体基板200和第一光感测器件100两者接触。
图像传感器300还可以包括聚焦透镜190。聚焦透镜190可以设置在第一光感测器件100上，并可以控制入射光的方向以将光收集到单个点。在一些示例实施方式中，聚焦透镜190可以不设置在第一光感测器件100和半导体基板200之间。在一些示例实施方式中，聚焦透镜190可以是圆柱形状或半球形状，但是不限于此。聚焦透镜190可以对于每个像素PX被布置，或者可以布置在多个像素PX之上。
如图1-图4B所示，每个像素PX可以被定义为图像传感器300的单独部分，其包括集成在半导体基板200中的光感测器件210和/或220，并且还可以包括图像传感器300的在所述厚度方向上与光感测器件210和/或220重叠的部分(例如第一光感测器件100的一部分)中的一些或全部(例如图像传感器300的与单个光感测器件210重叠的一些或全部部分可以被认为包括在至少部分地由该单个光感测器件210限定的单个像素PX中)。在一些示例实施方式中，像素PX被认为是图像传感器300的一部分，其包括至少一个第二光感测器件210、至少一个第三光感测器件220、以及图像传感器300的在厚度方向上与所述至少一个第二光感测器件210和所述至少一个第三光感测器件220重叠的一些或全部部分。例如，图4A-图4B中示出的图像传感器300的部分(而不是如所示的两个区别开的像素)可以每个是单个像素，该单个像素在图4A中包括光感测器件100、210和220并且在图4B中包括光感测器件100A、100B、210和220。
根据一些示例实施方式的图像传感器300如上所述通过利用取决于光的波长的穿透深度差异而包括第二光感测器件210和第三光感测器件220，但是不包括诸如滤色器的单独的颜色分离手段。
因此，可以省略形成诸如滤色器的颜色分离手段的工艺，因而可以简化制造工艺并且还降低制造成本。此外，可以防止由于在工艺和/或驱动期间有机材料从滤色器中出来而造成的污染，因此，可以防止图像传感器的性能下降。
此外，可以防止由于诸如滤色器的颜色分离手段引起的透射率损失，因此，可以提高图像传感器的灵敏度。特别地，可以极大地提高第二颜色(例如蓝光)的波长谱的灵敏度，在一些示例实施方式中，与具有采用滤色器的结构的图像传感器中的在属于第二颜色的波长谱(例如蓝色波长谱)的一波长处的外部量子效率相比，根据前述结构的图像传感器300中的在属于第二颜色的波长谱(例如蓝色波长谱)的一波长处的外部量子效率可以高约5％或更大、约7％或更大、或约10％或更大。
由于第二颜色的波长谱的灵敏度较高，所以第二光感测器件210的在属于第二颜色的波长谱的一波长处的外部量子效率可以高于第三光感测器件220的在属于第三颜色的波长谱的一波长处的外部量子效率，在一些示例实施方式中，大于或等于第三光感测器件220的该外部量子效率的约1.1倍，大于或等于第三光感测器件220的该外部量子效率的约1.2倍，大于或等于第三光感测器件220的该外部量子效率的约1.5倍，大于或等于第三光感测器件220的该外部量子效率的约1.8倍，或大于或等于第三光感测器件220的该外部量子效率的约2倍。在该范围内，第二光感测器件210的在属于第二颜色的波长谱的一波长处的外部量子效率可以为第三光感测器件220的在属于第三颜色的波长谱的一波长处的外部量子效率的约1.1倍至约3倍、约1.2倍至约3倍、约1.5倍至约3倍、约1.8倍至约3倍、约2倍至约3倍、约1.1倍至约2.5倍、约1.2倍至约2.5倍、约1.5倍至约2.5倍、约1.8倍至约2.5倍、或约2倍至约2.5倍。
在一些示例实施方式中，由于第二颜色的波长谱(例如蓝色波长谱)的外部量子效率被改善，所以除了第二颜色的波长谱之外的其它光谱的外部量子效率(在一些示例实施方式中，第三颜色的波长谱(例如红色波长谱))也需要与第二颜色的波长谱的外部量子效率进行平衡，因此，第二光感测器件210的第二颜色的波长谱的外部量子效率和第三光感测器件220的第三颜色的波长谱的外部量子效率之间的差异可以被调节为小于或等于约50％。因此，第二光感测器件210的第二颜色的波长谱和第三光感测器件220的第三颜色的波长谱的外部量子效率差可以为约10％至约50％、约12％至约50％、约15％至约50％、约18％至约50％、或约20％至约50％。这样的外部量子效率之间的平衡可以通过第三光感测器件220的深度D3和厚度T3来调节。
在一些示例实施方式中，图像传感器300的在属于第一颜色的波长谱的一波长处的外部量子效率、在属于第二颜色的波长谱的一波长处的外部量子效率和在属于第三颜色的波长谱的一波长处的外部量子效率之差可以分别小于或等于约50％、约10％至约50％、约12％至约50％、约15％至约50％、约18％至约50％、或约20％至约50％。
对于根据一些示例实施方式的图像传感器300，设置在半导体基板200中的第二光感测器件210和第三光感测器件220在半导体基板200的厚度方向(例如z方向)上彼此不重叠，因此，可以防止第二颜色的波长谱和第三颜色的波长谱混合，因而可以减少或防止其串扰。
如图1-图4B所示，图像传感器300可以不包括任何滤色器。然而，示例实施方式不限于此，并且在一些示例实施方式中，图像传感器300可以包括在厚度方向(例如z方向)上与光感测器件100、100A、100B、210、220中的至少一个重叠的滤色器。
如图4A-图4B所示，在一些示例实施方式中，第二光感测器件210和第三光感测器件220可以在表面方向(例如x方向和/或y方向)上至少部分地彼此重叠，使得第二光感测器件210的下表面210q相对于第三光感测器件220的上表面220p与半导体基板200的上表面200s等距或远离半导体基板200的上表面200s(例如D2+T2≥D3)。
如图4A-图4B所示，第三光感测器件220的上表面220p相对于第二光感测器件210的上表面210p远离半导体基板200的上表面200s(例如，第三光感测器件220的上表面220p在半导体基板200中比第二光感测器件210的上表面210p距上表面200s更深)，并且第三光感测器件220的掺杂区220d在该厚度方向(例如z方向上)上比第二光感测器件210的掺杂区210d厚(例如T3>T2)。然而，示例实施方式不限于此，并且在一些示例实施方式中，第三光感测器件220可以具有以下中的至少一项：第三光感测器件220的上表面220p相对于第二光感测器件210的上表面210p远离半导体基板200的上表面200s；以及第三光感测器件220的掺杂区220d在该厚度方向上比第二光感测器件210的掺杂区210d更厚。例如，在一些示例实施方式中，T3>T2但是D2＝D3。在另一示例中，在一些示例实施方式中，D3>D2但是T2＝T3。
在一些示例实施方式中，第二光感测器件210和第三光感测器件220在该表面方向(例如x方向和/或y方向)上彼此不重叠，使得第二光感测器件210的下表面210q相对于第三光感测器件220的上表面220p接近半导体基板200的上表面200s(例如D2+T2＜D3)。
特别地参照图4B(其可以是根据一些示例实施方式的图1-图3中示出的图像传感器300的截面图)，第一光感测器件100可以包括多个区别开的光感测器件100A和100B，它们可以在该厚度方向(例如z方向)上与第二光感测器件210和第三光感测器件220中的相应光感测器件重叠，其中区别开的光感测器件100A和100B在该表面方向(例如x方向和/或y方向)上重叠并且可以包括区别开的多层和/或可以包括在区别开的光感测器件100A和100B之间连续延伸的一层或更多个层的区别开的部分(例如其是具有位于区别开的光感测器件100A和/或100B中的区别开的部分的单片材料)。
如图4B所示，光感测器件100A可以包括彼此面对的下电极131A和上电极132A、在下电极131A和上电极132A之间的光电转换层133A以及(可选地)缓冲层134A和135A，而光感测器件100B可以包括彼此面对的下电极131B和上电极132B、在下电极131B和上电极132B之间的光电转换层133B以及(可选地)缓冲层134B和135B。
在图4B中示出的示例实施方式中，光电转换层133A和133B是区别开的层(例如不是单片材料)，它们可以在该表面方向上直接彼此接触或彼此间隔开并且它们可以具有不同的材料(例如不同的材料组成)并因此可以配置为吸收和光电转换(例如感测)光的不同波长谱，所述不同波长谱可以是这里描述的光的波长谱中的任一个和/或其任何组合。然而，示例实施方式不限于此，并且在一些示例实施方式中，光电转换层133A和133B是在光感测器件100A和100B之间延伸的单片连续光电转换层133的区别开的部分。
在图4B中示出的示例实施方式中，上电极132A和132B是在光感测器件100A和100B之间延伸的单片连续上电极132的区别开的部分。然而，示例实施方式不限于此，并且在一些示例实施方式中，上电极132A和132B是区别开的层(例如不是单片材料)，它们可以在该表面方向上直接彼此接触或彼此间隔开并且它们可以具有不同的材料(例如不同的材料组成)。
在图4B中示出的示例实施方式中，下电极131A和131B是区别开的层(例如不是单片材料)，它们可以在该表面方向上直接彼此接触或彼此间隔开并且它们可以具有不同的材料(例如不同的材料组成)。然而，示例实施方式不限于此，并且在一些示例实施方式中，下电极131A和131B是在光感测器件100A和100B之间延伸的单片连续的下电极131的区别开的部分。
在图4B中示出的示例实施方式中，缓冲层134A和134B是在光感测器件100A和100B之间延伸的单片连续的缓冲层134的区别开的部分。然而，示例实施方式不限于此，并且在一些示例实施方式中，缓冲层134A和134B是区别开的层(例如不是单片材料)，它们可以在该表面方向上直接彼此接触或彼此间隔开并且它们可以具有不同的材料(例如不同的材料组成)。
在图4B中示出的示例实施方式中，缓冲层135A和135B是在光感测器件100A和100B之间延伸的单片连续的缓冲层135的区别开的部分。然而，示例实施方式不限于此，并且在一些示例实施方式中，缓冲层135A和135B是区别开的层(例如不是单片材料)，它们可以在该表面方向上直接彼此接触或彼此间隔开并且它们可以具有不同的材料(例如不同的材料组成)。
仍参照图4B，光感测器件100A和100B可以每个配置为感测不同波长谱的光。例如，在其中光感测器件100A配置为感测第一波长谱的光、光感测器件210配置为感测第二波长谱的光、光感测器件220配置为感测第三波长谱的光以及光感测器件100B配置为感测第四波长谱的光的示例实施方式中，第一至第四波长谱可以彼此不同(并且可以彼此中的一个或更多个至少部分地重叠或者可以不彼此中的一个或更多个至少部分地重叠)。第一至第四波长谱中的一个或更多个可以是可见波长谱(例如与红光、蓝光和/或绿光相关联)、不可见波长谱(例如与红外光和/或紫外光相关联)、或其任意组合。
如图4B所示，光感测器件100A和100B可以每个在该厚度方向(例如z方向)上与光感测器件210和220中的相应的一个重叠。因此，在一些示例实施方式中，图像传感器300的一个或更多个光感测器件210可以在该厚度方向上与光感测器件100A和100B中的一个(例如，如图4B所示的光感测器件100A)重叠，图像传感器300的光感测器件220可以在该厚度方向上与光感测器件100A和100B中的另一个(例如，如图4B所示的光感测器件100B)重叠。
在一些示例实施方式中，光感测器件100A和100B可以每个在该厚度方向(例如z方向)上与图像传感器300的相应的一组光感测器件210和220(例如，图像传感器300的相应的一组像素PX)重叠。例如，光感测器件100A可以在该厚度方向上与图像传感器300的第一组像素PX的光感测器件210和220重叠，光感测器件100B可以在该厚度方向上与图像传感器300的不同的第二组像素PX的光感测器件210和220重叠。
尽管图1-图4B示出图像传感器300的示例实施方式(该图像传感器300包括在半导体基板200上并在该厚度方向上与第二光感测器件210和第三光感测器件220重叠的第一光感测器件100和/或光感测器件100A、100B)，但是将理解，在一些示例实施方式中，图像传感器300可以不包括与第二光感测器件210和第三光感测器件220中的一些或全部重叠的任何第一光感测器件100和/或任何光感测器件100A、100B。例如，在一些示例实施方式中，图像传感器300可以不包括与图像传感器300的任何光感测器件210、220重叠的任何光感测器件100、100A、100B。在另一示例中，在一些示例实施方式中，图像传感器300可以包括一个或更多个光感测器件100、100A和/或100B，其与第一组像素PX的第一组的第二光感测器件210和第三光感测器件220重叠，但是图像传感器300不进一步包括与图像传感器300的区别开的另一组光感测器件210、220重叠的任何光感测器件100、100A、100B。在另一示例中，在一些示例实施方式中，图像传感器300可以包括与一个或更多个像素PX或全部像素PX的第二光感测器件210和第三光感测器件220中的一个重叠的一个或更多个光感测器件100、100A和/或100B，但是图像传感器300进一步地不包括与一个或更多个像素PX或全部像素PX的第二光感测器件210和第三光感测器件220中的另一个重叠的任何光感测器件100、100A、100B(例如，图像传感器300包括与一些像素PX或全部像素PX的第二光感测器件210重叠的第一光感测器件100，但是不包括与一些像素PX或全部像素PX的第三光感测器件220重叠的任何光感测器件)。
前述图像传感器可以应用于包括视频装置的各种电子装置，并且在一些示例实施方式中，可以应用于移动电话、照相机、便携式摄像机、生物计量装置和/或汽车电子部件，但是不限于此。
图5是根据一些示例实施方式的电子装置的示意图。
参照图5，电子装置1700可以包括经由总线1710电联接在一起的处理器1720、存储器1730和图像传感器1740。图像传感器1740可以是根据任何示例实施方式的任何图像传感器。存储器1730(其可以是非暂时性计算机可读介质)可以存储指令程序。处理器1720可以执行所存储的指令程序以执行一个或更多个功能。在一些示例实施方式中，处理器1720可以配置为处理由图像传感器1740产生的电信号。处理器1720可以配置为基于这样的处理来生成输出(例如将要在显示界面上显示的图像)。
电子装置1700和/或其任何部分(包括但不限于处理器1720、存储器1730和图像传感器1740)可以包括处理电路系统的一个或更多个实例，可以被包括在处理电路系统的一个或更多个实例中，和/或可以由处理电路系统的一个或更多个实例实现，该处理电路系统诸如为：包括逻辑电路的硬件；硬件/软件组合(诸如执行软件的处理器)；或其组合。例如，处理电路系统更具体地可以包括但不限于中央处理单元(CPU)、算术逻辑单元(ALU)、图形处理单元(GPU)、应用处理器(AP)、数字信号处理器(DSP)、微型计算机、现场可编程门阵列(FPGA)和可编程逻辑单元、微处理器、专用集成电路(ASIC)、神经网络处理单元(NPU)、电子控制单元(ECU)、图像信号处理器(ISP)等。在一些示例实施方式中，处理电路系统可以包括：存储指令程序的非暂时性计算机可读存储器件(例如存储器1730)，例如固态驱动器(SSD)；以及配置为执行指令程序以实施由电子装置1700执行的功能和/或方法中的一些或全部的处理器(例如处理器1720)。
在下文，参考以下示例更详细地说明一些示例实施方式。然而，本发明构思的范围不限于以下示例。
第一光感测器件的制造
示例1
将ITO(功函数(WF)：4.9eV)溅射在玻璃基板上以形成150nm厚的阳极。随后，将由化学式A表示的化合物沉积在该阳极上以形成5nm厚的下缓冲层。然后，将体积比(厚度比)为1：1的由化学式B表示的p型半导体(λmax＝555nm)和n型半导体富勒烯(C60)共沉积在下缓冲层上，以形成100nm厚的光电转换层。然后，将Yb热沉积在光电转换层上以形成1.5nm厚的上缓冲层。然后，将ITO溅射在上缓冲层上以形成7nm厚的阴极。然后，将铝氧化物Al2O3沉积在该阴极上以形成50nm厚的抗反射层，然后用玻璃板密封以制造第一光感测器件，该第一光感测器件配置为选择性地吸收绿光并对所吸收的光进行光电转换。
[化学式A]
Figure BDA0002921983800000351
[化学式B]
Figure BDA0002921983800000352
图像传感器的设计I
采用根据示例1的第一光感测器件的图像传感器被设计为具有图1至图4A的结构，并且图像传感器的取决于第三光感测器件的厚度T3的外部量子效率的变化被评估。
根据菲涅耳方程，光吸收通过使用折射率(n)、消光系数(k)和每个层的层几何结构来计算，并且外部量子效率(EQE)通过使用有机光电器件的光吸收和内部量子效率以及Si光电二极管和所获得的光吸收来计算。
结果在表1中示出。
表1
Figure BDA0002921983800000361
*深度(D2和D3)：距半导体基板的上表面的深度
参照表1，确认了外部量子效率根据第三光感测器件(红色光电二极管)的厚度而改变，具体地，随着第三光感测器件(红色光电二极管)越厚，在红色波长谱中的外部量子效率越高。
图像传感器的设计II
采用根据示例1的第一光感测器件的图像传感器被设计为具有图1至图4A的结构，并且第三光感测器件的在每个波长范围内的取决于第三光感测器件的深度D3的外部量子效率被评价。
结果在表2中示出。
表2
Figure BDA0002921983800000362
*深度(D2和D3)：距半导体基板的上表面的深度
参照表2，确认了图像传感器的波长选择性可以根据第三光感测器件(红色光电二极管)距半导体基板的深度而变化，具体地，随着第三光感测器件(红色光电二极管)距半导体基板的上表面的深度变深，红色波长谱相对于蓝色波长谱的波长选择性被改善。
图像传感器的设计III
采用上述第一光感测器件的图像传感器(示例2)被设计为具有图1至图4A的结构，并且图像传感器(比较例)通过相等地改变示例2的图像传感器中的第二光感测器件和第三光感测器件的深度和厚度并进一步具有蓝色滤光器/红色滤光器而制造，它们关于每个波长谱中的效率被评估。
结果在表3中示出。
表3
Figure BDA0002921983800000371
*D2＝0nm，T2＝500nm，D3＝500nm和T3＝2μm
参照表3，与根据比较例的使用滤色器的图像传感器相比，根据示例2的不使用滤色器的图像传感器表现出改善的蓝光灵敏度。
图像传感器的设计IV
采用第一光感测器件的图像传感器(示例2)被设计为具有图1至图4A的结构，并且图像传感器(比较例)通过相等地改变示例2的图像传感器中的第二光感测器件和第三光感测器件的深度和厚度并进一步具有蓝色滤光器/红色滤光器而制造，它们关于泄露电流被评估。
泄漏电流通过施加3V偏压、同时将图像传感器保持在60℃、然后将饱和暗电流转换为电子/μm2/s来评估。
结果在表4中示出。
表4
暗电流(电子/μm<sup>2</sup>/s)
示例2 -1
比较例 20
参照表4，与根据比较例的使用滤色器的图像传感器相比，根据示例2的不使用滤色器的图像传感器表现出极低的暗电流，因此确保可靠性。
尽管已经结合当前被认为是可行的示例实施方式描述了本发明构思，但是将理解，本发明构思不限于所公开的示例实施方式。相反，本发明构思旨在覆盖被包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。
本申请要求于2020年1月31日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2020-0012101号的优先权和权益，其全部内容通过引用结合于此。

Claims (20)

1.一种图像传感器，包括：
在半导体基板上的第一光感测器件，所述第一光感测器件配置为感测与第一颜色相关联的第一波长谱中的光，
集成在所述半导体基板中的第二光感测器件，所述第二光感测器件配置为感测与第二颜色相关联的第二波长谱中的光，以及
集成在所述半导体基板中的第三光感测器件，所述第三光感测器件配置为感测与第三颜色相关联的第三波长谱中的光，
其中所述第一光感测器件和所述第二光感测器件在所述半导体基板的厚度方向上彼此重叠，所述厚度方向垂直于所述半导体基板的上表面，
其中所述第一光感测器件和所述第三光感测器件在所述厚度方向上彼此重叠，
其中所述第二光感测器件和所述第三光感测器件在所述厚度方向上彼此不重叠，
其中所述第二光感测器件和所述第三光感测器件的每个包括
上表面，接近所述半导体基板的所述上表面，
下表面，面对所述上表面并远离所述半导体基板的所述上表面，以及
在所述上表面和所述下表面之间的掺杂区，
其中所述第三光感测器件的所述上表面相对于所述第二光感测器件的所述上表面远离所述半导体基板的所述上表面，以及
其中所述第三光感测器件的所述掺杂区在所述厚度方向上比所述第二光感测器件的所述掺杂区厚。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述图像传感器不包括任何滤色器。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：
在所述半导体基板和所述第一光感测器件之间的绝缘层。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第三光感测器件的所述上表面相对于所述第二光感测器件的所述上表面进一步远离所述半导体基板的所述上表面等于或大于300nm的距离。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中所述第二光感测器件的所述上表面在所述厚度方向上在距所述半导体基板的所述上表面的0nm至200nm的深度处。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中
所述第三光感测器件的所述第三波长谱相对于所述第二波长谱的波长选择性根据所述第三光感测器件的所述上表面在所述厚度方向上距所述半导体基板的所述上表面的深度而变化，以及
所述第三光感测器件的所述上表面在所述厚度方向上距所述半导体基板的所述上表面的所述深度是满足关系方程式1的深度D3：
[关系方程式1]
EQE(λ3)≥3×EQE(λ2)
其中，在关系方程式1中，
EQE(λ3)是基于所述第三光感测器件的所述上表面在所述半导体基板中的所述深度为深度D3、所述第三光感测器件的在所述第三波长谱中包括的一波长λ3处的外部量子效率，以及
EQE(λ2)是基于所述第三光感测器件的所述上表面在所述半导体基板中的所述深度是深度D3、所述第三光感测器件的在所述第二波长谱中包括的一波长λ2处的外部量子效率。
7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中所述第三光感测器件的所述上表面在所述厚度方向上距所述半导体基板的所述上表面的所述深度为400nm至1μm。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第三光感测器件的所述掺杂区在所述厚度方向上是所述第二光感测器件的所述掺杂区的1.5倍至5倍厚。
9.根据权利要求1所述的图像传感器，其中
所述第三光感测器件的在所述第三波长谱中包括的一波长处的外部量子效率基于所述第三光感测器件的所述掺杂区在所述厚度方向上的厚度而不同，以及
所述第三光感测器件的所述掺杂区的所述厚度满足关系方程式2：
[关系方程式2]
2.5×EQE(T3)≥EQE(T2)
其中，在关系方程式2中，
EQE(T3)是基于所述第三光感测器件的所述掺杂区在所述厚度方向上的所述厚度是厚度T3、所述第三光感测器件在所述第三波长谱中包括的一波长处的外部量子效率，
EQE(T2)是基于所述第二光感测器件的所述掺杂区在所述厚度方向上的所述厚度是厚度T2、所述第二光感测器件在所述第二波长谱中包括的一波长处的外部量子效率，以及
T3>T2。
10.根据权利要求9所述的图像传感器，其中所述厚度T3大于或等于1μm。
11.根据权利要求9所述的图像传感器，其中所述厚度T2为200nm至800nm。
12.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，
所述厚度T3为1μm至3μm，以及
所述厚度T2为300nm至700nm。
13.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第二光感测器件的在所述第二波长谱中包括的一波长处的外部量子效率是所述第三光感测器件的在所述第三波长谱中包括的一波长处的外部量子效率的1.1倍至2.5倍。
14.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述图像传感器在所述第一波长谱中包括的一波长处的外部量子效率、所述图像传感器在所述第二波长谱中包括的一波长处的外部量子效率以及所述图像传感器在所述第三波长谱中包括的一波长处的外部量子效率之差小于或等于50％。
15.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第三波长谱包括比所述第二波长谱长的波长。
16.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一颜色是绿色，所述第二颜色是蓝色，所述第三颜色是红色。
17.根据权利要求1所述的图像传感器，其中
所述第一光感测器件包括
彼此面对的第一电极和第二电极，以及
在所述第一电极和所述第二电极之间的光电转换层。
18.根据权利要求17所述的图像传感器，还包括：
在所述半导体基板和所述第一光感测器件之间的绝缘层，以及
所述第一电极被集成在所述绝缘层中。
19.根据权利要求17所述的图像传感器，其中
所述第一光感测器件还包括在所述第一电极和所述光电转换层之间和/或在所述第二电极和所述光电转换层之间的缓冲层，
其中所述缓冲层包括镧系元素、钙(Ca)、钾(K)、铝(Al)或其合金。
20.一种电子装置，包括根据权利要求1所述的图像传感器。
CN202110119680.9A 2020-01-31 2021-01-28 图像传感器和电子装置 Pending CN113284914A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200012101A KR20210098208A (ko) 2020-01-31 2020-01-31 이미지 센서 및 전자 장치
KR10-2020-0012101 2020-01-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113284914A true CN113284914A (zh) 2021-08-20

Family

ID=73343809

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110119680.9A Pending CN113284914A (zh) 2020-01-31 2021-01-28 图像传感器和电子装置

Country Status (5)

Country Link
US (2) US11616092B2 (zh)
EP (1) EP3859781A1 (zh)
JP (1) JP2021125691A (zh)
KR (1) KR20210098208A (zh)
CN (1) CN113284914A (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210098208A (ko) * 2020-01-31 2021-08-10 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 전자 장치

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4507769B2 (ja) 2004-08-31 2010-07-21 ソニー株式会社 固体撮像素子、カメラモジュール及び電子機器モジュール
JP2006073731A (ja) 2004-09-01 2006-03-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像装置
JP2007010908A (ja) * 2005-06-29 2007-01-18 Canon Inc 焦点調節方法及び装置
US9419035B2 (en) 2008-02-11 2016-08-16 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor with color pixels having uniform light absorption depths
US7968923B2 (en) 2008-03-12 2011-06-28 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor array with conformal color filters
JP2009289768A (ja) 2008-05-27 2009-12-10 Panasonic Corp 固体撮像装置
US8258560B1 (en) 2011-02-15 2012-09-04 Aptina Imaging Corporation Image sensors with stacked photo-diodes
JP2013012556A (ja) 2011-06-28 2013-01-17 Sony Corp 固体撮像装置とその製造方法、および電子機器
US9362327B2 (en) 2014-01-15 2016-06-07 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor and electronic device including the same
KR102293606B1 (ko) * 2014-10-21 2021-08-24 삼성전자주식회사 유기 광전 소자 및 이를 포함하는 이미지 센서와 전자 장치
WO2016208326A1 (ja) * 2015-06-25 2016-12-29 ソニー株式会社 光電変換素子、撮像素子、積層型撮像素子及び撮像装置
KR102531712B1 (ko) 2015-08-19 2023-05-11 삼성전자주식회사 적층형 이미지 센서와 그 제조방법
KR102547655B1 (ko) * 2015-11-18 2023-06-23 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치
KR102491497B1 (ko) * 2015-11-30 2023-01-20 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치
KR102605375B1 (ko) * 2016-06-29 2023-11-22 삼성전자주식회사 유기 광전 소자 및 이미지 센서
US10644073B2 (en) * 2016-12-19 2020-05-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensors and electronic devices including the same
KR102718277B1 (ko) * 2018-04-13 2024-10-15 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 전자 장치
KR20210098208A (ko) * 2020-01-31 2021-08-10 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 전자 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210098208A (ko) 2021-08-10
US11929384B2 (en) 2024-03-12
US20210242271A1 (en) 2021-08-05
US11616092B2 (en) 2023-03-28
US20230299115A1 (en) 2023-09-21
JP2021125691A (ja) 2021-08-30
EP3859781A1 (en) 2021-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102589215B1 (ko) 유기 광전 소자, 이미지 센서 및 전자 장치
CN107403867B (zh) 有机光电器件、图像传感器和电子装置
CN106992252B (zh) 有机光电器件、图像传感器和电子设备
CN112500423A (zh) 近红外吸收剂、近红外吸收/阻挡膜、光电器件、有机传感器和电子装置
US11631819B2 (en) Photoelectric conversion device, organic sensor and electronic device
US11929384B2 (en) Image sensors and electronic devices
US11437438B2 (en) Photoelectric conversion devices and organic sensors and electronic devices
US11737360B2 (en) Photoelectric conversion device and sensor and electronic device
US11855236B2 (en) Sensors and electronic devices
KR20150085457A (ko) 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치
JP7562286B2 (ja) 光電変換素子とこれを含む有機センサ及び電子装置
KR20210027102A (ko) 소자, 센서 및 전자 장치
CN111192962B (zh) 光电转换器件及有机传感器和电子设备
JP7499648B2 (ja) 素子とセンサー及び電子装置
US12114567B2 (en) Photoelectric devices having charge transport layer including first charge transport material and second charge transport material and sensors and electronic devices
KR20200056289A (ko) 광전 변환 소자, 유기 센서 및 전자 장치
KR20210053141A (ko) 광전 소자, 센서 및 전자 장치
JP2024150700A (ja) 光電変換素子と有機センサ及び電子装置
KR20210143130A (ko) 적외선 흡수용 조성물 및 이를 포함하는 광전 소자, 유기 센서 및 전자 장치

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination