CN113767474A - 彩色和红外图像传感器 - Google Patents

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Ai Seleju
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Abstract

本发明涉及一种彩色和红外图像传感器(1)，包括硅衬底(12)、在衬底中形成的MOS晶体管(16)、覆盖衬底并包括第一光敏层(26)、电绝缘层(32)、第二光敏层(38)和彩色滤光片(46)的堆叠。图像传感器还包括位于第一光敏层的任一侧并界定第一光电二极管(2)的电极(22、28)，以及位于第二光敏层的任一侧并界定第二光电二极管(4)的电极(34、40)。第一光敏层(26)吸收可见光谱和红外光谱的一部分的电磁波，第二光敏层(38)吸收可见光谱的电磁波并允许红外光谱的一部分的电磁波通过。

Description

彩色和红外图像传感器
本专利申请主张法国专利申请FR19/02153的优先权，该专利申请将被视为本描述的一部分。
技术领域
本公开涉及图像传感器或电子成像器。
背景技术
图像传感器因其小型化而被用于许多领域，尤其是电子设备领域。图像传感器存在于人机界面应用或图像捕获应用中。
对于某些应用，希望有一种能够同时获取彩色图像和红外图像的图像传感器。这种图像传感器在下面的描述中称为彩色和红外图像传感器。彩色和红外图像传感器的应用示例涉及获取其上投射有结构化红外图案的物体的红外图像。这种图像传感器的使用领域具体是机动车辆、无人机、智能手机、机器人和增强现实系统。
像素在入射辐射的作用下收集电荷的阶段称为像素的积分阶段。积分阶段之后通常是读出阶段，在此期间测量像素收集的电荷量。
彩色和红外图像传感器的设计需要考虑多个约束条件。首先，彩色图像的分辨率不应小于利用传统彩色图像传感器获得的分辨率。
其次，对于某些应用，可能需要图像传感器为全局快门类型，即实现像素积分阶段的开始和结束同时的图像采集方法。这尤其适用于获取其上投射有结构化红外图案的物体的红外图像。
第三，期望图像传感器像素的尺寸尽可能小。第四，期望每个像素的填充因子(对应于俯视图中主动参与捕获入射辐射的像素面积与俯视图中的像素总表面积之比)尽可能大。
可能很难设计出满足上述所有约束条件的彩色和红外图像传感器。
发明内容
一个实施例克服了先前描述的彩色和红外图像传感器的全部或部分缺点。
根据一个实施例，由彩色和红外图像传感器获取的彩色图像的分辨率大于2,560ppi，优选地大于8,530ppi。
根据一个实施例，红外图像的获取方法是全局快门类型的。
根据一个实施例，彩色和红外图像传感器像素的尺寸小于10μm，优选地小于3μm。
根据一个实施例，彩色和红外图像传感器的每个像素的填充因子大于50％，优选地大于80％。
一个实施例提供了一种彩色和红外图像传感器，包括硅衬底、在所述衬底中和所述衬底上形成的MOS晶体管、覆盖所述衬底并从所述衬底开始包括第一光敏层、电绝缘层、第二光敏层和滤光片的堆叠。所述图像传感器还包括位于所述第一光敏层的任一侧并界定所述第一光敏层中的第一光电二极管的第一和第二电极，以及位于所述第二光敏层的任一侧并界定所述第二光敏层中的第二光电二极管的第三和第四电极。所述第一光敏层被配置为吸收可见光谱和红外光谱的第一部分的电磁波，所述第二光敏层被配置为吸收所述可见光谱的电磁波并允许所述红外光谱的所述第一部分的电磁波通过。
根据一个实施例，所述图像传感器还包括覆盖所述堆叠的红外滤光片，所述第一和第二光敏层插入在所述衬底和所述红外滤光片之间，所述红外滤光片被配置为允许所述可见光谱的电磁波通过，允许所述红外光谱的所述第一部分的电磁波通过，并且阻挡所述可见光谱和所述红外光谱的所述第一部分之间的所述红外光谱的至少第二部分的电磁波。
根据一个实施例，所述图像传感器还包括覆盖所述堆叠的透镜阵列。
根据一个实施例，所述图像传感器对于要获取的所述彩色图像的每个像素，还包括至少第一、第二和第三子像素，每个子像素包括所述第二光电二极管之一、所述第一光电二极管之一或所述第一光电二极管之一的一部分，以及所述滤光片之一，所述第一、第二和第三子像素的所述滤光片允许所述可见光谱的不同频率范围内的电磁波通过，并且允许所述红外光谱的电磁波通过。
根据一个实施例，对于要获取的所述彩色图像的每个像素，所述第四电极由所述第一、第二和第三子像素共用。
根据一个实施例，对于要获取的所述红外图像的每个像素，所述第二电极由所述第一、第二和第三子像素共用。
根据一个实施例，对于要获取的所述红外图像的每个像素，所述第一电极由所述第一、第二和第三子像素共用。
根据一个实施例，对于要获取的所述彩色图像的每个像素，包括至少一个第四子像素，所述第四子像素包括所述第二光电二极管之一和所述滤光片之一，所述第四子像素的所述滤光片被配置为阻挡所述可见光谱的电磁波并允许所述可见光谱和所述红外光谱的所述部分之间的所述红外光谱的第三部分中的电磁波通过，所述第二光敏层被配置为吸收所述红外光谱的所述第三部分中的电磁波。
根据一个实施例，对于每个第一、第二和第三子像素，所述图像传感器包括耦合到所述第二光电二极管和耦合到所述第一光电二极管的读出电路。
根据一个实施例，所述读出电路被配置为将在所述第一光电二极管中产生的第一电荷转移到第一导电轨道并被配置为将在第二光电二极管中产生的第二电荷转移到所述相同的第一导电轨道或不同于所述第一导电轨道的第二导电轨道。
根据一个实施例，所述第一光电二极管按行和列布置，并且其中所述读出电路被配置为在针对所述图像传感器的所有所述第一光电二极管同时的第一时间间隔期间控制所述第一电荷的收集。
根据一个实施例，所述第二光电二极管按行和列布置，并且其中所述读出电路被配置为在针对所述图像传感器的所有所述第二光电二极管同时，或根据第二光电二极管的行的不同而发生时间偏移的时间间隔期间控制所述电荷收集。
根据一个实施例，所述读出电路被配置为控制具有第一持续时间的所述第一光电二极管的第一积分阶段，以及控制具有不同于所述第一持续时间的第二持续时间的所述第二光电二极管的第二积分阶段。
根据一个实施例，所述第一光敏层和/或所述第二光敏层由有机材料制成和/或包含量子点。
根据一个实施例，所述彩色图像的分辨率不同于所述红外图像的分辨率。
附图说明
上述特征和优点以及其他特征和优点将在参考附图，通过举例而非限制的方式给出的具体实施例的以下描述中进行详细描述，其中：
图1是彩色和红外图像传感器的实施例的局部简化分解透视图；
图2是图1的图像传感器的局部简化截面图，示出了图像传感器的电极的实施例；
图3是图1的图像传感器的局部简化截面图，示出了电极的另一实施例；
图4是图1的图像传感器的局部简化截面图，示出了电极的另一实施例；
图5是图1的图像传感器的子像素的读出电路的实施例的电气图；
图6是读出电路的另一实施例的电气图；
图7是读出电路的另一实施例的电气图；
图8是读出电路的另一实施例的电气图；
图9是读出电路的另一实施例的电气图；
图10是具有图5的读出电路的图像传感器的操作方法的实施例的信号的时序图；
图11是具有图5的读出电路的图像传感器的操作方法的另一实施例的信号的时序图；以及
图12是具有图9的读出电路的图像传感器的操作方法的实施例的信号的时序图。
具体实施方式
在各个图中，相同的特征由相同的参考标号指定。特别是，在各个实施例中共同的结构和/或功能特征可以具有相同的参考标号并且可以具有相同的结构、尺寸和材料特性。为了清楚起见，仅示出并详细描述了对理解所描述的实施例有用的那些步骤和元件。特别地，没有详细描述下文描述的图像传感器的用途。
在以下公开中，除非另有说明，否则当提及绝对位置限定词时，例如术语“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“左”、“右”等.，或相对位置限定词，例如术语“上方”、“下方”、“较高”、“较低”等，或方向限定词，例如“水平”、“垂直”等，参考图中所示的取向，或参考图像传感器在正常使用过程中的取向。除非另有说明，否则表达式“大约”、“大致”、“基本上”和“约为”表示在10％以内，优选地5％以内。
除非另有说明，否则当提到两个连接在一起的元件时，意味着除了导体之外没有任何中间元件的直接连接，当提到两个耦合在一起的元件时，意味着这两个元件可以连接在一起，也可以经由一个或多个其他元件耦合在一起。此外，在第一恒定状态(例如，标记为“0”的低电平状态)和第二恒定状态(例如，标记为“1”的高电平状态)之间交替的信号称为“二进制信号”。同一电子电路的不同二进制信号的高低电平状态可能不同。特别是，二进制信号可能对应于在高位或低电平状态下可能不完全恒定的电压或电流。此外，这里认为术语“绝缘的”和“传导的”分别表示“电绝缘”和“电传导”。
层的透射率对应于从该层出来的辐射强度与进入该层的辐射强度之比。在下面的描述中，当辐射透过层或薄膜的透过率小于10％时，则认为层或薄膜对辐射是不透明的。在下面的描述中，当辐射透过层或薄膜的透过率大于10％时，认为层或薄膜对辐射是透明的。在下面的描述中，材料的折射率对应于材料在图像传感器捕获的辐射波长范围内的折射率。除非另有说明，否则折射率被认为在有用辐射的波长范围内基本恒定，等于由图像传感器捕获的辐射波长范围上的折射率的平均值。
在下面的描述中，“可见光”表示波长在400nm至700nm范围内电磁辐射，而“红外辐射”表示波长在700nm至1mm范围内的电磁辐射。在红外辐射中，人们可以特别区分波长在700nm至1.4μm范围内的近红外辐射。
图像的像素对应于由图像传感器捕获的图像的单位元素。当光电器件为彩色图像传感器时，通常对于要获取的彩色图像的每个像素，包括至少三个分量，每个分量都获取基本上为单一颜色的光辐射，即在低于100nm的波长范围内(例如，红色、绿色和蓝色)。每个分量可以特别地包括至少一个光电探测器。
图1是彩色和红外图像传感器1的实施例的局部简化分解透视图，图2是其局部简化截面图。图像传感器1包括能够捕获红外图像的第一光子传感器2的阵列，该光子传感器也称为光电探测器；还包括能够捕获彩色图像的第二光电探测器4的阵列。光电探测器2和4的阵列与测量由光电探测器2和4捕获的信号的读出电路6的阵列相关联。读出电路表示用于读出、寻址和控制由相应的光电探测器2和4定义的像素或子像素的晶体管组件。
在图像传感器1中，可见光范围内的光电探测器4(也称为彩色光电探测器)的阵列覆盖了红外内的光电探测器2(也称为红外光电探测器)的阵列。此外，红外和彩色光电探测器2和4的阵列覆盖读出电路6的阵列。对于要获取的可见光范围内的图像(称为彩色图像)的每个像素，术语图像传感器1的子像素SPix指定图像传感器1的一部分，该部分包括通过启用获取要获取的图像的可见辐射的有限部分中的光辐射的可见光范围内的光电探测器4的一部分；覆盖红外光电探测器2的彩色光电探测器4的一部分、以及与彩色和红外光电探测器4和2相关联的读出电路6。
图1和图2示出了四个子像素SPix。为清楚起见，图1中仅示出了图2中存在的图像传感器的某些元件。图2中的图像传感器1从下到上包括：
半导体衬底12，其包括上表面14，优选地为平面；
位于衬底12中和/或表面14上的读出电路6的电子组件16，图2示出了单个组件16；
覆盖表面14的绝缘层堆叠18，位于堆叠18上以及位于堆叠18的绝缘层之间的导电轨道20；
对于每个子像素SPix，包括电极22，其位于堆叠18上并经由导电通孔24耦合到衬底12、组件16之一或导电轨道20之一；
覆盖所有电极22并覆盖电极22之间的堆叠18的第一有源层26；
对于每个子像素SPix，包括电极28，其位于有源层26上并经由导电通孔30耦合到衬底12、组件16之一或导电轨道20之一；
覆盖所有电极28并覆盖电极28之间的有源层26的绝缘层32；
对于每个子像素SPix，包括电极34，其位于绝缘层32上并经由导电通孔36耦合到衬底12、组件16之一或导电轨道20之一；
覆盖所有电极34并覆盖电极34之间的绝缘层32的第二有源层38；
对于每个子像素SPix，包括电极40，其位于第二有源层38上并经由导电通孔42耦合到衬底12、组件16之一或导电轨道20之一；
覆盖所有电极40和位于电极40之间的第二有源层38的绝缘层44；
对于每个子像素SPix，包括覆盖绝缘层44的彩色滤光片46；
对于每个子像素SPix，包括覆盖彩色滤光片46的微透镜48；
覆盖微透镜48的绝缘层50；以及
覆盖绝缘层50的滤光片52。
子像素SPix可以按行和列分布。在本实施例中，每个子像素SPix在垂直于表面14的方向上具有正方形或矩形的底，其边长在0.1μm至100μm之间，例如约等于3μm。然而，每个子像素SPix可以具有不同形状的底，例如六边形。
在本实施例中，第一有源层26由图像传感器1的所有子像素SPix共用。每个红外光电探测器2的有源区域对应于大部分有用的入射红外辐射被吸收并被红外光电探测器2转换为电信号的区域，并且基本对应于位于下电极22和上电极28之间的第一有源层26的一部分。此外，在本实施例中，第二有源层38由图像传感器1的所有子像素SPix共用。每个彩色光电探测器4的有源区域对应于大部分入射辐射被吸收并被彩色光电探测器4转换为电信号的区域，并且基本对应于位于下电极34和上电极40之间的有源层38的一部分。
根据一个实施例，有源层26能够捕获波长在400nm至1,100nm范围内的电磁辐射。根据一个实施例，有源层38能够捕获波长在400nm至700nm范围内的电磁辐射，即仅吸收可见光。根据另一实施例，有源层38能够捕获波长在400nm至920nm范围内的电磁辐射，即可见光和近红外的一部分。光电探测器可以由有机材料制成。光电探测器可以对应于有机光电二极管(OPD)或有机光敏电阻。在下面的描述中，认为光电探测器对应于光电二极管。
滤光片52能够允许可见光通过，允许感兴趣的红外波长范围上的一部分红外辐射通过，以获取红外图像，并且能够阻挡其余的入射辐射，特别是感兴趣的红外波长范围之外的其余红外辐射。根据一个实施例，感兴趣的红外波长范围可以对应于以红外辐射的预期波长为中心的50nm范围，例如，以940nm波长或以850nm波长为中心。滤光片52可以是干涉滤光片和/或包括吸收层和/或反射层。
彩色滤光片46可以对应于有色树脂块。每个彩色滤光片46能够允许例如波长在700nm至1mm之间的红外辐射通过，并且对于至少一些彩色滤光片，能够允许可见光的波长范围内的光通过。对于要获取的彩色图像的每个像素，图像传感器可以包括具有仅能够允许蓝光(例如，在430nm至490nm的波长范围内)通过的彩色滤光片46的子像素SPix；具有仅能够允许绿光(例如在510nm至570nm的波长范围内)通过的彩色滤光片46的子像素SPix，以及具有仅能够允许红光(例如在600nm至720nm的波长范围内)通过的彩色滤光片46的子像素SPix。
根据一个实施例，有源层38能够捕获波长在400nm至700nm范围内的电磁辐射，即，仅吸收可见光。然后可以通过拜耳阵列分布彩色滤光片46。由此，对于每个子像素SPix，子像素的彩色光电探测器4仅捕获已经穿过子像素的彩色滤光片46的可见光的一部分。
根据另一实施例，有源层38能够捕获波长在400nm至920nm范围内的电磁辐射，即可见光和部分近红外光。在这种情况下，彩色滤光片46能够仅允许红外辐射通过并阻挡可见光。彩色光电二极管4之一然后起到用于近红外的光电二极管的作用。这可能有利于获取彩色图像，特别是在低亮度情况下和并且针对具有强对比度的图像，例如，用于实现高动态范围成像或HDRI方法。由红外光电二极管2捕获的红外辐射所对应的波长范围不同于由起到用于近红外的光电二极管的作用的彩色光电二极管4捕获的红外辐射。
由于有源层38吸收了很大一部分可见光，优选地为全部可见光，以及可能吸收了一部分近红外光，因此有源层26仅接收具有交叉的滤光片52和有源层38的那部分红外辐射。这有利地简化了吸收范围可扩展的有源层26的设计。
根据一个实施例，半导体衬底12由硅制成，优选地由单晶硅制成。衬底可以是绝缘体上硅或SOI类型，包括其中硅层位于绝缘层上的堆叠。根据一个实施例，电子组件16包括晶体管，特别是金属氧化物栅极场效应晶体管，也称为MOS晶体管。根据一个实施例，衬底12未掺杂或轻掺杂有第一导电类型，例如P型。
导电轨道20、导电通孔24、30、36、42和电极22可以由金属材料制成，例如银(Ag)、铝(Al)、金(Au)、铜(Cu)、镍(Ni)、钛(Ti)和铬(Cr)。导电轨道20、导电通孔24、30、36、42和电极22可以具有单层或多层结构。堆叠18的每个绝缘层可以由无机材料制成，例如由氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiN)制成。
每个电极28、34、40对其接收的光辐射至少部分透明。每个电极28、34、40可以由透明导电材料制成，例如由透明导电氧化物或TCO，由碳纳米管，由石墨烯，由导电聚合物，由金属、或这些化合物中的至少两种的混合物或合金制成。每个电极28、34、40可以具有单层或多层结构。
能够形成每个电极28、34、40的TCO的示例是氧化铟锡(ITO)、氧化铝锌(AZO)和氧化镓锌(GZO)、氮化钛(TiN)、氧化钼(MoO3)和氧化钨(WO3)。能够形成每个电极28、34、40的导电聚合物的一个示例是称为PEDOT:PSS的聚合物，它是聚(3,4)-乙烯二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸钠以及聚苯胺(也称为PAni)的混合物。能够形成每个电极28、34、40的金属的示例是银、铝、金、铜、镍、钛和铬。能够形成每个电极28、34、40的多层结构的示例是AZO/Ag/AZO型的多层AZO和银结构。
每个电极28、34、40的厚度可以在10nm至5μm的范围内，例如大约30nm。在电极28、34或40是金属的情况下，电极28、34或40的厚度小于或等于20nm，优选地小于或等于10nm。
每个绝缘层32、44、50可以由氟化聚合物制成，特别是由Bellex以商品名Cytop销售的氟化聚合物，以及由以下物质制成：聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚对二甲苯、聚酰亚胺(PI)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、环烯烃聚合物(COP)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、光刻树脂、环氧树脂、丙烯酸酯树脂或这些化合物中至少两种的混合物。作为变型，每个绝缘层32、44、50可以由无机介电材料制成，特别是氮化硅、氧化硅或氧化铝(Al2O3)。氧化铝可以通过原子层沉积(ALD)沉积。每个绝缘层32、44、50的最大厚度可以在从50nm至2μm的范围内，例如，约为100nm。
每个有源层26、38可以包括小分子、低聚物或聚合物。这些可以是有机或无机材料，特别是量子点。每个有源层26、38可以包括双极半导体材料，或N-型半导体材料和P型半导体材料的混合物，例如采取堆叠层的形式或纳米级的紧密混合物的形式以形成体异质结。每个有源层26、38的厚度可以在50nm至2μm的范围内，例如约为200nm。
能够形成有源层26或38的P型半导体聚合物的示例是聚(3-己基噻吩)(P3HT)、聚[N-9'-十七烷基-2,7-咔唑-alt-5,5-(4,7-二-2-噻吩基-2',1',3'-苯并噻二唑)](PCDTBT)、聚[(4,8-双-(2-乙基己氧基)-苯并[1,2-b；4,5-b']二噻吩)-2,6-二基-alt-(4-(2-乙基己酰基)-噻吩并[3,4-b]噻吩))-2,6-二基](PBDTTT-C)、聚[2-甲氧基-5-(2-乙基-己氧基)-1,4-亚苯基-亚乙烯基](MEH-PPV)或聚[2,6-(4,4-双-(2-乙基己基)-4H-环戊二烯[2,1-b；3,4-b']二噻吩)-alt-4,7(2,1,3-苯并噻二唑)](PCPDTBT)。
能够形成有源层26或38的N型半导体材料的示例是富勒烯，特别是C60、[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯([60]PCBM)、[6,6]-苯基-C71-丁酸甲酯([70]PCBM)、苝二亚胺、氧化锌(ZnO)或能够形成量子点的纳米晶体。
每个有源层26或38可以插入在第一和第二界面层(未示出)之间。根据光电二极管偏振模式，界面层促进电荷从电极到有源层26或38的收集、注入或阻挡。每个界面层的厚度优选地在从0.1nm至1μm的范围内。第一界面层能够使相邻电极的功函数与有源层26或38中使用的受体材料的电子亲合能对齐。第一界面层可由碳酸铯(CSCO3)、金属氧化物，特别是氧化锌(ZnO)或这些化合物中至少两种的混合物制成。第一界面层可以包括自组的单分子层或聚合物，例如，(聚乙烯亚胺、乙氧基化聚乙烯亚胺、聚[(9,9-双(3'-(N,N-二甲氨基)丙基)-2,7-芴)-alt-2,7-(9,9-二辛基芴)]。第二界面层能够使用另一电极的功函数与有源层26或38中使用的供体材料的电离电位对齐。第二界面层可以由氧化铜(CuO)、氧化镍(NiO)、氧化钒(V2O5)、氧化镁(MgO)、氧化钨(WO3)、氧化钼(MoO3)、PEDOT:PSS或这些化合物中至少两种的混合物制成。
微透镜48具有微米范围的尺寸。在本实施例中，每个子像素SPix包括微透镜48。作为变型，每个微透镜48可以用另一类型的微米范围光学元件代替，特别是微米范围的菲涅耳透镜、微米范围的折射率梯度透镜或微米范围的衍射光栅。微透镜48是各自具有1μm至100μm、优选地具有1μm至10μm范围内的焦距f的会聚透镜。根据一个实施例，所有微透镜48基本上相同。
微透镜48可由二氧化硅、PMMA、正光敏树脂、PET、PEN、COP、PDMS/硅胶或环氧树脂制成。微透镜48可通过光敏树脂块的流动形成。微透镜48还可通过在PET、PEN、COP、PDMS/硅胶或环氧树脂层上模制而形成。
根据一个实施例，层50是遵循微透镜48形状的层。层50可通过光学透明粘合剂(OCA)，特别是液体光学透明粘合剂(LOCA)，或具有低折射率的材料，或环氧树脂/丙烯酸酯胶，或气体或气体混合物(例如空气)的薄膜获得。优选地，当层50遵循微透镜48的形状时，层50由具有低折射率的材料制成，其中折射率低于微透镜48的材料的折射率。层50可以由填充材料制成，该填充材料是非粘性透明材料。根据另一实施例，层50对应于贴靠在微透镜阵列48上的薄膜，例如OCA膜。在这种情况下，层50和微透镜48之间的接触面积可以减小，例如限于微透镜的顶部。然后，层50可以由折射率高于层50遵循微透镜48的形状的情况下的折射率的材料形成。根据另一实施例，层50对应于贴靠在微透镜阵列48上的OCA膜，粘合剂具有使膜50能够完全或基本完全遵循微透镜的表面形状的特性。
根据所考虑的材料，形成图像传感器1的至少某些层的方法可以对应于所谓的加成法，例如，通过在所需位置直接印刷形成有机层的材料，特别是以溶胶-凝胶的形式，例如，通过喷墨印刷、照相凹版印刷、丝网印刷、柔版印刷、喷涂或滴涂。根据所考虑的材料，形成图像传感器1的层的方法可以对应于所谓的减成法，其中形成有机层的材料沉积在整个结构上，然后去除未使用的部分，例如通过光刻或激光烧蚀。此外，根据所考虑的层和材料，形成有源层26、38的材料沉积在整个结构上并且未被部分地去除，然后通过电极22和34的位置获得光电二极管的间距。根据所考虑的层和材料，可通过例如液相沉积、阴极溅射或蒸镀进行整个结构的沉积。具体可以使用诸如旋涂、喷涂、照相制版法、狭缝式涂布、刮涂、柔版印刷或丝网印刷之类的方法。当层是金属时，金属例如通过蒸镀或通过阴极溅射沉积在整个载体上并通过蚀刻界定金属层。
有利地，图像传感器1的至少一些层可以通过印刷技术形成。前述层的材料可以以液体形式沉积，例如，以导电和半导体墨水的形式通过喷墨打印机沉积。“液体形式的材料”这里也指能够通过印刷技术沉积的凝胶材料。可以在不同层的沉积之间提供退火步骤，但退火温度不能超过150℃，并且沉积和可能的退火可以在大气压下进行。
图3是示出光电二极管电极的布局的另一实施例的图像传感器1的截面图。在本实施例中，电极40由像素的每个彩色光电二极管4共用，并且电极28由像素的每个红外光电二极管2共用。此外，电极40可以由同一行像素的所有像素共用。此外，电极28可以由同一行像素的所有像素共用。通孔30、42然后可以不针对像素的每个子像素存在，并且可以设置在不对应于子像素的区域中，例如设置在像素外围。对于每个子像素SPix，只有电极22和34是不同的。
图4是示出光电二极管电极的布局的另一实施例的图像传感器1的截面图。在本实施例中，与图3所示的实施例一样，电极40由像素的每个彩色光电二极管4共用，并且电极28由每个由像素的每个红外光电二极管2共用。通孔30和42然后可以不针对像素的每个子像素存在，并且可以设置在不对应于子像素的区域中。此外，在本实施例中，电极22基本在整个像素上延伸并且因此界定像素的单个红外光电二极管2。通孔24然后可以不针对每个子像素存在，并且可以设置在不对应于子像素的区域中，例如设置在像素外围。对于每个子像素SPix，只有电极34是不同的。
图5示出了与子像素SPix的彩色光电二极管4和红外光电二极管2相关联的读出电路的实施例6-1的简化电气图。
读出电路6-1包括位于跟随器组件60中的MOS晶体管，其与选择MOS晶体管62串联，位于两个端子64、66之间。在形成读出电路的晶体管是N沟道MOS晶体管的情况下，端子64耦合到具有高参考电位VDD的源，在形成读出电路的晶体管是P沟道MOS晶体管的情况下，端子64耦合到具有低参考电位的源(例如，地)。端子66耦合到导电轨道68。导电轨道68可以耦合到同一列的所有子像素并且可以耦合到不属于子像素读出电路6-1的电流源69。晶体管62的栅极用于接收子像素选择信号SEL。晶体管60的栅极耦合到节点FD。节点FD通过MOS复位晶体管70耦合到复位电位Vrst的施加端，其电位可以是VDD。晶体管70的栅极旨在接收用于控制子像素的复位的信号RST，特别是能够将节点FD基本上复位到电位Vrst。将节点FD处的电压称为V_FD。
节点FD经由MOS转移晶体管72耦合到所考虑的子像素的彩色光电二极管4的阴极电极34。子像素的彩色光电二极管的阳极电极40耦合到具有参考电位V_RGD的源。晶体管72的栅极旨在接收用于选择子像素的彩色光电二极管4的信号TG_RGB。晶体管60的栅极进一步经由MOS转移晶体管74耦合到所考虑的子像素的红外光电二极管2的阴极电极22。子像素的红外光电二极管2的阳极电极28耦合到具有参考电位V_IR的源。晶体管74的栅极旨在接收用于选择子像素的红外光电二极管2的信号TG_IR。在本实施例中，针对每个子像素提供图5所示的包括五个MOS晶体管的读出电路6-1。对于每行子像素，信号SEL、TR_RGB、TR_IR、RST和电位V_RGB和V_IR可以传输到该行中的所有子像素。
图6示出了与子像素的彩色光电二极管4和红外光电二极管2相关联的读出电路的另一实施例6-2的简化电气图。读出电路6-2包括图5所示的读出电路6-1的所有元件，还针对每个导电轨道68包括运算放大器76，该运算放大器的反相输入(-)耦合到导电轨道68，其非反相输入(+)耦合到具有参考电位Vref的源，并且其输出提供施加到复位晶体管70的电源端子之一的电位Vrst。运算放大器76可以耦合到与导电轨道68耦合的子像素的所有复位晶体管70。运算放大器76形成一个反馈回路，该回路能够降低，甚至抑制复位晶体管70的热噪声，该噪声通常通过实现相关双采样(CDS)的读出方法来抑制。
图7示出了与子像素的彩色光电二极管4和红外光电二极管2相关联的读出电路的另一实施例6-3的简化电气图。读出电路6-3包括图5所示的读出电路6-1的所有元件，不同之处在于没有MOS转移晶体管72，彩色光电二极管4的阴极34与跟随晶体管60的栅极相连，并且读出电路6-3还包括位于跟随器组件78中的MOS晶体管，其与MOS选择晶体管80串联，位于两个端子82、84之间。端子82耦合到具有高参考电位VDD的源。端子84耦合到导电轨道68。晶体管80的栅极旨在接收用于红外光电二极管2的选择的选择信号SEL'。晶体管78的栅极通过MOS复位晶体管86耦合到复位电位Vrst的施加端。晶体管86的栅极旨在接收用于控制红外光电二极管2复位的信号RST'，通过向阴极22施加电位Vrst来对光电二极管2充电。晶体管78的栅极耦合到子像素的红外光电二极管2的阴极电极22。
图8示出了与子像素的彩色光电二极管4和红外光电二极管2相关联的读出电路的另一实施例6-4的简化电气图。读出电路6-4包括图7所示的读出电路6-3的所有元件，另外还包括图6所示的读出电路6-2的运算放大器76，该运算放大器的反相输入(-)耦合到导电轨道68，其非反相输入(+)耦合到具有参考电位Vref的源，并且其输出提供施加到复位晶体管70和86的电源端子之一的电位Vrst。
图9示出了与子像素的彩色光电二极管4和红外光电二极管2相关联的读出电路的另一实施例6-5的简化电气图。读出电路6-5包括图7所示的读出电路6-3的所有元件，不同之处在于选择晶体管80耦合到与68不同的导电轨道90，该导电轨道90耦合到电流源89。在本实施例中，彩色子像素和红外子像素因此不通过列耦合。这使得能够针对彩色像素和红外像素实现不同的读出方法，具体为方法的连续步骤的持续时间不同。
一般而言，复位电位Vrst、Vrst'可以由所有像素共用。电位Vrst等于电位Vrst'。作为变型，可以根据读取相应像素的列来区分复位电位。
图10是在图5所示的图像传感器6-1的操作方法的实施例期间二进制信号RST、TG_IR、TG_RGB和SEL以及电位V_IR、V_RGB和V_FD的时序图。将t0到t10称为一个操作周期的连续时间。在考虑读出电路6-1的MOS晶体管是N沟道晶体管的情况下建立时序图。
在时间t0处，信号SEL处于低电平状态，使得选择晶体管62关断。该周期包括复位阶段。为此，信号RST处于高电平状态，使得复位晶体管70导通。信号TG_IR处于高电平状态，使得转移晶体管74导通。光电二极管通过经由电位源Vrst注入电荷来充电。类似地，信号TG_RGB处于高电平状态，使得转移晶体管72导通。彩色光电二极管4中累积的电荷然后释放到具有电位Vrst的源。
就在时间t1之前，电位V_IR被设置为低电平，电位V_RGB被设置为低电平状态，其中电位V_IR和V_RGB的低电平可以相同或不同。在标志新周期开始的时间t1处，信号TG_IR被设置为低电平状态，使得转移晶体管74关断，并且信号TG_RGB被设置为低电平状态，使得转移晶体管72关断。就在时间t1之后，信号RST被设置为低电平状态，使得复位晶体管70关断。然后电位V_FD被设置为第一值V1。然后在时间t1和时间t2之间出现积分阶段，在此期间，与光电二极管2和4中的入射光强度成正比地产生电荷，在时间t2处，电位V_IR被设置为高电平，停止红外光电二极管2中的电荷收集，使红外光电二极管2的阴极电位保持恒定，电位V_RGB被设置为高电平，停止彩色光电二极管4中的电荷收集，使彩色光电二极管4的阴极电位保持恒定。电位V_IR和V_RGB的高电平可以相同或不同。
在时间t2和t3之间，信号SEL被暂时设置为高电平状态，使得导电轨道68的电位达到代表V1的值，存储该值。在时间t3和t4之间，信号TG_IR被设置为高电平状态，使得转移晶体管74导通。存储在红外光电二极管2中的电荷然后被转移到节点FD，该节点具有降低到值V2的电位V_FD。在时间t4和t5之间，信号SEL暂时被设置为高电平状态，使得导电轨道68的电位达到代表V2的值，存储该值。值V2和V1之间的差代表在积分阶段期间在红外光电二极管2中收集的电荷量。
在时间t5和t6之间，信号RST被设置为高电平状态，使得复位晶体管70导通。然后电位V_FD稳定在值V3上，该值基本等于V1。在时间t6和t7之间，信号SEL暂时被设置为高电平状态，使得导电轨道68的电位达到代表V3的值，存储该值。在时间t7和t8之间，信号TG_RGB被设置为高电平状态，使得转移晶体管72导通。在彩色光电二极管4中收集的电荷然后被转移到节点FD，该节点具有降低到值V4的电位V_FD。在时间t8和t9之间，信号SEL被暂时设置为高电平状态，使得导电轨道68的电位达到代表V4的值，存储该值。值V4和V3之间的差代表在积分阶段在彩色光电二极管4中收集的电荷量。时间t10标志着周期的结束并对应于下一周期的时间t1。在本实施例中，在红外光电二极管2中收集的电荷的转移先于在彩色光电二极管4中收集的电荷的转移。然而，在彩色光电二极管4中收集的电荷的转移可以先于在红外光电二极管2中收集的电荷的转移。
本实施例有利地能够执行用于获取彩色图像的全局快门类型的读出方法，其中所有彩色光电二极管的积分阶段同时进行，另外还能够执行用于获取红外图像的全局快门类型的读出方法，其中所有红外光电二极管的积分阶段同时进行。
图11是在图5所示的图像传感器6-1的操作方法的另一实施例期间二进制信号RST、TG_IR、TG_RGB和SEL以及电位V_IR、V_RGB和V_FD的时序图。本操作周期包括与图10所示操作周期相同的连续阶段，不同之处在于在时间t2处，电位V_IR保持在低电平状态直到时间t5'(在本实施例中位于时间t5和t6之间)，另外在时间t3和t4之间，转移晶体管74保持关断并且转移晶体管72导通，并且在时间t7和t8之间，转移晶体管72保持关断并且转移晶体管74导通。
在本实施例中，对于每个子像素，彩色光电二极管4的积分阶段从时间t1延伸到时间t2，红外光电二极管2的积分阶段从时间t1延伸到时间t5'。本实施例使红外光电二极管的积分阶段的持续时间与彩色光电二极管的积分阶段的持续时间不同。此外，本实施例有利地能够执行用于获取彩色图像的全局快门类型的读出方法和用于获取红外图像的全局快门类型的读出方法。
图12是在图9所示的图像传感器6-5的操作方法的另一实施例期间信号RST'_1、RST'_2、RST_1、RST_2、SEL_1、SEL_2以及电位V_IR_1、V_IR_2、V_RGB_1和V_RGB_2的时序图，其中考虑了第一和第二连续像素行，与第一行相关联的信号和电位包括后缀“_1”，以及与第二行相关联的信号和电位包括后缀“_2”。
如图12所示，信号V_RGB_1和V_RGB_2永久保持低电平状态。由信号V_IR_1和V_IR_2控制的两行的红外光电二极管的积分阶段同时进行，而由信号RST_1和SEL_1控制的第一行的彩色光电二极管的积分阶段相对于由信号RST_2和SEL_2控制的第二行的彩色光电二极管的积分阶段在时间上偏移。这使得能够实现用于红外光电二极管的全局快门类型的读出方法和用于彩色光电二极管的滚动快门类型的读出方法，在后一种方法中，像素行的积分阶段相对于彼此在时间上偏移。
已经描述了各种实施例和变型。本领域技术人员将理解这些实施例的某些特征可以组合并且本领域技术人员将容易想到其他变型。特别地，图6至图9中所示的读出电路可用图2至图4所示的任何子像素结构来实现。此外，先前关于图10和11描述的时序图可进一步用图6至图9所示的读出电路。最后，基于上文提供的功能描述，本文描述的实施例和变型的实际实现在本领域技术人员的能力范围内。

Claims (15)

1.一种彩色和红外图像传感器(1)，包括硅衬底(12)、在所述衬底中和所述衬底上形成的MOS晶体管(16；60、62、70、72、74)、覆盖所述衬底并从所述衬底开始包括第一光敏层(26)、电绝缘层(32)、第二光敏层(38)和彩色滤光片(46)的堆叠，所述图像传感器还包括位于所述第一光敏层的任一侧并界定所述第一光敏层中的第一光电二极管(2)的第一和第二电极(22、28)，以及位于所述第二光敏层的任一侧并界定所述第二光敏层中的第二光电二极管(4)的第三和第四电极(34、40)，所述第一光敏层(26)被配置为吸收可见光谱和红外光谱的第一部分的电磁波，所述第二光敏层(38)被配置为吸收所述可见光谱的电磁波并允许所述红外光谱的所述第一部分的电磁波通过。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括覆盖所述堆叠的红外滤光片(52)，所述第一和第二光敏层(26、38)插入在所述衬底(12)和所述红外滤光片之间，所述红外滤光片被配置为允许所述可见光谱的电磁波通过，允许所述红外光谱的所述第一部分的电磁波通过，并且阻挡所述可见光谱和所述红外光谱的所述第一部分之间的所述红外光谱的至少第二部分的电磁波。
3.根据权利要求1或2所述的图像传感器，包括覆盖所述堆叠的透镜阵列(48)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的图像传感器，对于要获取的所述彩色图像的每个像素，包括至少第一、第二和第三子像素(SPix)，每个子像素包括所述第二光电二极管(4)之一、所述第一光电二极管(2)之一或所述第一光电二极管(2)之一的一部分，以及所述彩色滤光片(46)之一，所述第一、第二和第三子像素的所述彩色滤光片允许所述可见光谱的不同频率范围内的电磁波通过，并且允许所述红外光谱的电磁波通过。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中对于要获取的所述彩色图像的每个像素，所述第四电极(40)由所述第一、第二和第三子像素(SPix)共用。
6.根据权利要求4或5所述的图像传感器，其中对于要获取的所述红外图像的每个像素，所述第二电极(28)由所述第一、第二和第三子像素(SPix)共用。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的图像传感器，其中对于要获取的所述红外图像的每个像素，所述第一电极(22)由所述第一、第二和第三子像素(SPix)共用。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的图像传感器，对于要获取的所述彩色图像的每个像素，包括至少一个第四子像素(SPix)，所述第四子像素(SPix)包括所述第二光电二极管(4)之一和所述彩色滤光片(46)之一，所述第四子像素的所述彩色滤光片被配置为阻挡所述可见光谱的电磁波并允许所述可见光谱和所述红外光谱的所述第一部分之间的所述红外光谱的第三部分中的电磁波通过，所述第二光敏层(38)被配置为吸收所述红外光谱的所述第三部分中的电磁波。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的图像传感器，对于每个第一、第二和第三子像素(SPix)，包括耦合到所述第二光电二极管(4)和耦合到所述第一光电二极管(2)的读出电路(6-1)。
10.根据权利要求9所述的图像传感器，其中所述读出电路(6-1)被配置为将在所述第一光电二极管(2)中产生的第一电荷转移到第一导电轨道(68；90)并被配置为将在第二光电二极管(4)中产生的第二电荷转移到所述相同的第一导电轨道(68)或不同于所述第一导电轨道的第二导电轨道(90)。
11.根据权利要求10所述的图像传感器，其中所述第一光电二极管(2)按行和列布置，并且其中所述读出电路(6-1；6-2；6-3；6-4；6-5)被配置为在针对所述图像传感器的所有所述第一光电二极管(2)同时的第一时间间隔期间控制所述第一电荷的收集。
12.根据权利要求10或11所述的图像传感器，其中所述第二光电二极管(4)按行和列布置，并且其中所述读出电路(6-1；6-2；6-3；6-4；6-5)被配置为在针对所述图像传感器的所有所述第二光电二极管同时，或根据第二光电二极管的行的不同而发生时间偏移的时间间隔期间控制所述电荷收集。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的图像传感器，其中所述读出电路(6-1；6-2；6-3；6-4；6-5)被配置为控制具有第一持续时间的所述第一光电二极管(2)的第一积分阶段，以及控制具有不同于所述第一持续时间的第二持续时间的所述第二光电二极管(4)的第二积分阶段。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的图像传感器，其中所述第一光敏层(26)和/或所述第二光敏层(38)由有机材料制成和/或包含量子点。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的图像传感器，其中所述彩色图像的分辨率不同于所述红外图像的分辨率。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12009379B2 (en) * 2017-05-01 2024-06-11 Visera Technologies Company Limited Image sensor
FR3093376B1 (fr) 2019-03-01 2022-09-02 Isorg Capteur d'images couleur et infrarouge
CN112018141B (zh) * 2020-08-14 2023-11-28 清华大学 基于不同形状单元的微型光谱芯片
CN112018140A (zh) * 2020-08-14 2020-12-01 清华大学 基于随机形状单元的微型光谱芯片
US11641526B2 (en) * 2020-08-28 2023-05-02 Dv2Js Innovation Llp. High dynamic range CMOS image sensor by pixel-embedded signal amplification and method thereof
FR3120471B1 (fr) * 2021-03-05 2023-11-24 Isorg Capteur hybride
WO2022184409A1 (fr) 2021-03-05 2022-09-09 Isorg Capteur hybride
FR3120472B1 (fr) * 2021-03-05 2024-01-19 Isorg Capteur hybride
US20220320173A1 (en) * 2021-03-30 2022-10-06 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Reduced cross-talk in color and infrared image sensor
WO2023036481A1 (fr) * 2021-09-10 2023-03-16 Isorg Capteur d'images couleur et infrarouge

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050205958A1 (en) * 2004-03-19 2005-09-22 Fuji Photo Film., Ltd. Multilayer deposition multipixel image pickup device and television camera
US20110260059A1 (en) * 2010-04-21 2011-10-27 Sionyx, Inc. Photosensitive imaging devices and associated methods
US20130284889A1 (en) * 2010-11-03 2013-10-31 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Monolithic multispectral visible and infrared imager
US20160380032A1 (en) * 2015-06-24 2016-12-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor and electronic device including the same
CN107195650A (zh) * 2017-06-13 2017-09-22 展谱光电科技（上海）有限公司 多光谱摄像装置
CN107359174A (zh) * 2017-07-11 2017-11-17 展谱光电科技（上海）有限公司 多光谱摄像装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2820883B1 (fr) 2001-02-12 2003-06-13 St Microelectronics Sa Photodiode a grande capacite
US7923801B2 (en) * 2007-04-18 2011-04-12 Invisage Technologies, Inc. Materials, systems and methods for optoelectronic devices
US20150287766A1 (en) * 2014-04-02 2015-10-08 Tae-Chan Kim Unit pixel of an image sensor and image sensor including the same
WO2016002576A1 (ja) * 2014-07-03 2016-01-07 ソニー株式会社 固体撮像素子、および電子装置
US9508681B2 (en) * 2014-12-22 2016-11-29 Google Inc. Stacked semiconductor chip RGBZ sensor
JP2017208496A (ja) 2016-05-20 2017-11-24 ソニー株式会社 固体撮像装置、及び、電子機器
JP2018019034A (ja) 2016-07-29 2018-02-01 ソニー株式会社 有機光電変換素子、固体撮像素子及び電子装置
JPWO2018025545A1 (ja) * 2016-08-05 2019-05-30 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 撮像装置
KR102427832B1 (ko) 2017-04-12 2022-08-02 삼성전자주식회사 이미지 센서
US10608036B2 (en) * 2017-10-17 2020-03-31 Qualcomm Incorporated Metal mesh light pipe for transporting light in an image sensor
KR102491496B1 (ko) * 2018-01-05 2023-01-20 삼성전자주식회사 광전 소자, 이미지 센서 및 전자 장치
KR102673656B1 (ko) * 2018-02-05 2024-06-07 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 전자 장치
KR102476707B1 (ko) * 2018-02-05 2022-12-09 삼성전자주식회사 심박 센서 및 심박 센서가 임베디드된 근적외선 유기 이미지 센서
KR102590315B1 (ko) * 2018-05-28 2023-10-16 삼성전자주식회사 유기 광전 소자 및 이를 포함하는 적층형 이미지 센서

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050205958A1 (en) * 2004-03-19 2005-09-22 Fuji Photo Film., Ltd. Multilayer deposition multipixel image pickup device and television camera
US20110260059A1 (en) * 2010-04-21 2011-10-27 Sionyx, Inc. Photosensitive imaging devices and associated methods
US20130284889A1 (en) * 2010-11-03 2013-10-31 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Monolithic multispectral visible and infrared imager
US20160380032A1 (en) * 2015-06-24 2016-12-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor and electronic device including the same
CN107195650A (zh) * 2017-06-13 2017-09-22 展谱光电科技（上海）有限公司 多光谱摄像装置
CN107359174A (zh) * 2017-07-11 2017-11-17 展谱光电科技（上海）有限公司 多光谱摄像装置

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