CN115903115A - 光谱滤光器、包括光谱滤光器的图像传感器和电子设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种光谱滤光器以及包括该光谱滤光器的图像传感器和电子设备。光谱滤光器包括：第一金属反射层；第二金属反射层，设置在第一金属反射层的上方；多个空腔，设置在第一金属反射层与第二金属反射层之间，该多个空腔包括与不同中心波长相对应的第一图案；以及多个下图案膜，设置在第一金属反射层的下方，该多个下图案膜包括与不同中心波长相对应的第二图案。

Description

光谱滤光器、包括光谱滤光器的图像传感器和电子设备
相关申请的交叉引用
本申请基于并要求2021年9月30日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2021-0130289和2022年4月13日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2022-0045809的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及一种光谱滤光器以及包括该光谱滤光器的图像传感器和电子设备。
背景技术
在相关技术中，图像传感器仅将波段划分为红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)三个部分。为了提高颜色表现的精度和对象识别的性能，需要开发包括将波段划分为三个以上部分的光谱滤光器的图像传感器。然而，相关技术中的光谱滤光器被用于包括大型且复杂的光学元件的专用相机，并且目前仍在研究和开发将光谱滤光器与半导体芯片集成的图像传感器的模块的技术。
发明内容
本公开的示例实施例提供了一种光谱滤光器以及包括光谱滤光器的图像传感器和电子设备。
附加方面部分地将在接下来的描述中阐述，且部分地将通过该描述而变得清楚明白，或者可以通过实践本公开所呈现的实施例而获知。
根据示例实施例的一个方面，一种光谱滤光器包括：第一金属反射层；第二金属反射层，设置在第一金属反射层的上方；多个空腔，设置在第一金属反射层与第二金属反射层之间，该多个空腔包括与不同中心波长相对应的第一图案；以及多个下图案膜，设置在第一金属反射层的下方，该多个下图案膜包括分别与不同中心波长相对应的第二图案。
多个空腔可以具有相同的厚度，并且多个下图案膜可以具有相同的厚度。
多个空腔中的每一个可以具有从约50nm至约400nm的厚度。多个下图案膜中的每一个可以具有从约100nm至约1,000nm的厚度。
光谱滤光器还可以包括设置在多个空腔中的至少一个空腔与第二金属反射层之间的间隔物，该间隔物包括电介质材料。
间隔物可以具有从约20nm至约300nm的厚度。
平坦化层可以设置在其上未设置间隔物的第二金属反射层上。
多个空腔中的每一个可以包括：第一电介质材料；以及第二电介质材料，具有与第一电介质材料的折射率不同的折射率，第一电介质材料和第二电介质材料形成第一图案。多个空腔中的每一个还可以包括蚀刻停止层。
多个下图案膜中的每一个可以包括：第三电介质材料；以及第四电介质材料，具有与第三电介质材料的折射率不同的折射率，第三电介质材料和第四电介质材料形成第二图案。多个下图案膜中的每一个还可以包括蚀刻停止层。
第一金属反射层和第二金属反射层可以包括相同的金属材料。
第一金属反射层和第二金属反射层可以分别包括Al、Ag、Au、Cu、Ti、W或TiN。第一金属反射层和第二金属反射层中的至少一个还可以包括多晶硅。
第一金属反射层和第二金属反射层可以具有从约10nm至约80nm的厚度。
光谱滤光器还可以包括设置在第二金属反射层上的多个上膜，多个上膜具有分别与不同中心波长相对应的不同厚度。
光谱滤光器还可以包括设置在第二金属反射层上的多个上图案膜，该多个上图案膜包括分别与不同中心波长相对应的第三图案。
上图案膜中的每一个可以具有从约100nm至约1,000nm的厚度。
上图案膜中的每一个可以包括：第五电介质材料；以及第六电介质材料，具有与第五电介质材料的折射率不同的折射率，第五电介质材料和第六电介质材料形成第三图案。上图案膜中的每一个还可以包括蚀刻停止层。
光谱滤光器还可以包括设置在第二金属反射层上的多个微透镜或多个纳米图案。
光谱滤光器还可以包括设置在第二金属反射层上并且仅透射特定波段中的光的附加滤光器。
附加滤光器可以包括滤色器或宽带滤光器。
短波长吸收滤光器可以设置在第二金属反射层的一部分中，并且长波长截止滤光器可以设置在第二金属反射层的另一部分中。
根据另一实施例的一个方面，一种图像传感器包括：
像素阵列，包括多个像素；
以及光谱滤光器，设置在像素阵列中，
其中，光谱滤光器包括：
第一金属反射层；
第二金属反射层，设置在第一金属反射层的上方；
多个空腔，设置在第一金属反射层与第二金属反射层之间，该多个空腔包括与不同中心波长相对应的第一图案；以及
多个下图案膜，设置在第一金属反射层与像素阵列之间，该多个下图案膜包括分别与不同中心波长相对应的第二图案。
像素阵列可以包括多个像素，并且多个像素中的每一个可以包括其中设置有驱动电路的布线层以及设置在布线层中的光电二极管。
多个空腔可以具有相同的厚度，并且多个下图案膜可以具有相同的厚度。
多个空腔中的每一个可以具有从约50nm至约400nm的厚度，并且多个下图案膜中的每一个可以具有从约100nm至约1,000nm的厚度。
光谱滤光器还可以包括设置在多个空腔中的至少一个空腔与第二金属反射层之间的间隔物，该间隔物包括电介质材料。
间隔物可以具有从约20nm至约300nm的厚度。
第一金属反射层和第二金属反射层可以包括相同的金属材料。
光谱滤光器还可以包括设置在第二金属反射层上的多个上膜，多个上膜具有分别与不同中心波长相对应的不同厚度。
光谱滤光器还可以包括设置在第二金属反射层上的多个上图案膜，该多个上图案膜包括分别与不同中心波长相对应的第三图案。
光谱滤光器还可以包括设置在第二金属反射层上的多个微透镜或多个纳米图案。
光谱滤光器还可以包括设置在第二金属反射层上并且仅透射特定波段中的光的附加滤光器。
图像传感器还可以包括定时控制器、行解码器和输出电路。
根据示例实施例的一个方面，一种电子设备包括图像传感器。该图像传感器包括：像素阵列，包括多个像素；以及光谱滤光器，布置在像素阵列中。光谱滤光器包括：第一金属反射层；第二金属反射层，设置在第一金属反射层的上方；多个空腔，设置在第一金属反射层与第二金属反射层之间，该多个空腔包括分别与不同中心波长相对应的第一图案；以及多个下图案膜，设置在第一金属反射层与像素阵列之间，该多个下图案膜包括与不同中心波长相对应的第二图案。
电子设备可以包括移动电话、智能电话、平板计算机、智能平板计算机、数字相机、摄像机、笔记本计算机、电视、智能电视、智能冰箱、安全相机、机器人或医疗相机。
附图说明
根据以下结合附图的描述，本公开的一些实施例的上述和其它方面、特征以及优点将更清楚，在附图中：
图1是根据示例实施例的图像传感器的示意性截面图；
图2是根据实施例的光谱滤光器的示意性截面图；
图3A示出了适用于图2中所示的每个空腔的第一图案的示例；
图3B示出了适用于图2中所示的每个空腔的第一图案的另一示例；
图4是根据另一示例实施例的光谱滤光器；
图5是根据另一示例实施例的光谱滤光器；
图6示出了应用于图5的光谱滤光器的以4×4阵列的形式布置的十六个单元滤光器的示例；
图7A示出了图6中所示的第一单元滤光器至第八单元滤光器的透射光谱；
图7B示出了图6中所示的第九单元滤光器至第十六单元滤光器的透射光谱；
图8示出了图6中所示的第一单元滤光器至第十六单元滤光器的透射光谱；
图9示出了根据另一示例实施例的光谱滤光器；
图10示出了根据另一示例实施例的光谱滤光器；
图11示出了根据另一示例实施例的光谱滤光器；
图12示出了根据另一示例实施例的光谱滤光器；
图13示出了根据另一示例实施例的光谱滤光器；
图14是根据实施例的可用作图13的附加滤光器的宽带滤光器的示意性截面图；
图15是根据另一实施例的可用作图13的附加滤光器的宽带滤光器的示意性截面图；
图16是根据另一实施例的光谱滤光器的截面图；
图17是根据示例实施例的图像传感器的框图；
图18是适用于图17的图像传感器的光谱滤光器的示例的俯视图；
图19是适用于图17的图像传感器的光谱滤光器的另一示例的俯视图；
图20是适用于图17的图像传感器的光谱滤光器的另一示例的俯视图；
图21是包括根据示例实施例的图像传感器的电子设备的示意性框图；
图22是图21中所示的相机模块的示意性框图；以及
图23至图24是应用了根据示例实施例的图像传感器的电子设备的各种示例的示意图。
具体实施例
现在详细参考实施例，在附图中示出了实施例的示例，其中，贯穿附图类似的附图标记表示类似的元件。在这点上，呈现的实施例可以具有不同形式，并且不应当被解释为受限于本文所阐明的描述。因此，下面仅通过参考附图描述实施例，以解释各个方面。本文中所使用的术语“和/或”包括相关联的列出项中的一个或多个的任意和所有组合。诸如“…中的至少一个”之类的表述当在元件列表之后时修饰整个元件列表，而不是修饰列表中的单独元件。
在附图中，为了便于解释和清楚，附图中所示的每个构成元件的尺寸可能被夸大。在以下描述中，虽然将描述某些实施例，但这些仅仅是示例，并且本公开所属领域的技术人员将理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以进行各种修改和改变。
当构成元件被布置在另一构成元件“上方”或“上”时，该构成元件不仅可以包括直接接触到其他构成元件的上/下/左/右侧的元件，而且可以包括以非接触方式设置在其他构成元件之上/下/左/右的元件。除非上下文明确地给出相反的指示，否则如在本文中所使用的单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在还包括复数形式。还应理解，在本文中使用的术语“包括”和/或“包含”表明存在所陈述的特征或组件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征或组件。
在描述本公开的上下文中使用术语“一”、“一个”和“该”及类似指代词应被解释为涵盖单数和复数两种情况。此外，可以按照任何适当顺序执行本文中描述的所有方法的步骤，除非本文中另外指出或者上下文另外明确地相反指示。本公开不限于所描述的步骤顺序。
此外，说明书中说明的诸如“部”、“单元”、“模块”和“块”之类的术语可以表示用于处理至少一个功能或操作的单元，并且该单元可以通过硬件、软件或硬件和软件的组合来实现。
此外，所呈现的各附图中示出的连接线或连接件意在表示各元件之间的功能关系和/或物理或逻辑连接。
本文中提供的任何和所有示例或语言(例如，“诸如”)的使用仅意在更好地阐述本公开且不对本公开的范围施加限制，除非另外要求。
图1是根据示例实施例的图像传感器1000的示意性截面图。图1中所示的图像传感器1000可以包括例如互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器或电荷耦合器件(CCD)图像传感器。
参考图1，图像传感器1000可以包括像素阵列65以及设置在像素阵列65上方的谐振器结构80。这里，像素阵列65可以包括二维布置的多个像素，并且谐振器结构80可以包括被设置为与多个像素相对应的多个谐振器。图1示出了像素阵列65包括四个像素并且谐振器结构80包括四个谐振器的示例。
像素阵列65中的每个像素可以包括作为光电转换元件的光电二极管62以及被配置为驱动光电二极管62的驱动电路52。光电二极管62可以埋入半导体衬底61中，该半导体衬底61具有彼此面对的两个表面61a、61b。例如，硅衬底可以用作半导体衬底61。然而，该实施例不限于此。布线层51可以设置在半导体衬底61之上或之下，并且例如，诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的驱动电路52可以设置在布线层51中。
包括多个谐振器的谐振器结构80设置在半导体衬底61的上方。谐振器可以设置为分别透射所期望的特定波长范围的光。多个谐振器可以包括：彼此分开设置的第一反射层81和第二反射层82，以及设置在第一反射层81与第二反射层82之间的空腔83a、83b、83c和83d。第一反射层81和第二反射层82中的每一个可以包括例如金属反射层或布拉格反射层。空腔83a、83b、83c和83d中的每一个可以设置为使所期望的特定波长范围的光谐振。
第一功能层71可以设置在半导体衬底61的顶面与谐振器结构80之间。第一功能层71可以被配置为例如提高透射过谐振器结构80并入射到光电二极管62的光的透射率。为此，第一功能层71可以具有介电层或具有调整的透射率的介电图案。
第二功能层72可以设置在谐振器结构80的上方。第二功能层72可以被配置为例如提高入射到谐振器结构80的光的透射率。为此，第二功能层72可以包括介电层或具有调整的透射率的介电图案。第三功能层90还可以设置在第二功能层72的上方。第三功能层90可以包括例如抗反射层、聚光透镜、滤色器、短波长吸收滤光器、长波长吸收滤光器等。然而，这仅仅是示例。
上述第一功能层71、第二功能层72和第三功能层90中的至少一个可以与谐振器结构80一起构成稍后要描述的光谱滤光器。在下文中，将详细描述根据示例实施例的光谱滤光器。
在以下描述中，详细描述图像传感器1000的光谱滤光器1100。图2是根据示例实施例的光谱滤光器1100的截面图。
参考图1和图2，光谱滤光器1100可以包括：在光谱滤光器1100的平面图上二维布置的多个单元滤光器(例如，第一单元滤光器111、第二单元滤光器112、第三单元滤光器113和第四单元滤光器114)。包括分别与多个单元滤光器111、112、113和114相对应的多个像素(例如，第一像素101、第二像素102、第三像素103和第四像素104)的像素阵列4100可以设置在光谱滤光器1100之上或之下。图2示出了第一单元滤光器111至第四单元滤光器114以及第一像素101至第四像素104的示例。第一单元滤光器111至第四单元滤光器114可以分别具有不同的中心波长。
光谱滤光器1100可以包括谐振层120，该谐振层120包括多个谐振器。谐振层120可以包括：彼此分开设置的第一金属反射层127和第二金属反射层128、以及设置在第一金属反射层127与第二金属反射层128之间的多个空腔(例如，第一空腔121、第二空腔122、第三空腔123和第四空腔124)。第一金属反射层127和第二金属反射层128可以分别包括下金属反射层和上金属反射层。图2示出了第一谐振器至第四谐振器以及第一空腔121至第四空腔124的示例。
第一谐振器可以包括第一金属反射层127、第二金属反射层128、以及设置在第一金属反射层127与第二金属反射层128之间的第一空腔121；并且第二谐振器可以包括第一金属反射层127、第二金属反射层128、以及设置在第一金属反射层127与第二金属反射层128之间的第二空腔122。第三谐振器可以包括第一金属反射层127、第二金属反射层128、以及设置在第一金属反射层127与第二金属反射层128之间的第三空腔123；并且第四谐振器可以包括第一金属反射层127、第二金属反射层128、以及设置在第一金属反射层127与第二金属反射层128之间的第四空腔124。这里，第一谐振器至第四谐振器可以分别具有不同的中心波长(例如，第一中心波长至第四中心波长)。
谐振器中的每一个可以具有法布里-珀罗结构。当光透射过第二金属反射层128而入射到空腔121、122、123和124中的每一个上时，该光可以在空腔121、122、123和124内的第一金属反射层127与第二金属反射层128之间往复，在此期间发生相长干涉和相消干涉。具有特定中心波长并满足空腔121至124中的每一个空腔的相长干涉条件的光可以透射过第一金属反射层127而入射到像素阵列4100的像素101至104中的每一个上。
第一金属反射层127和第二金属反射层128可以分别包括能够反射特定波长范围内的光的金属材料。例如，第一金属反射层127和第二金属反射层128可以分别包括铝(Al)、银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、钛(T)、钨(W)或氮化钛(TiN)。然而，这仅仅是示例。第一金属反射层127和第二金属反射层128中的至少一个还可以包括多晶硅。第一金属反射层127和第二金属反射层128可以包括相同的金属材料。然而，第一金属反射层127和第二金属反射层128不限于此，并且可以分别包括与上述示例不同的金属材料。第一金属反射层127和第二金属反射层128可以分别具有约几十纳米的厚度。例如，第一金属反射层127和第二金属反射层128可以具有从约10nm至约80nm的厚度。作为具体示例，第一金属反射层127和第二金属反射层128中的每一个可以具有从约10nm至约50nm的厚度。然而，第一金属反射层127和第二金属反射层128中的每一个的厚度不限于此。
第一空腔121至第四空腔124设置在第一金属反射层127与第二金属反射层128之间。第一空腔121至第四空腔124中的每一个可以具有多模式结构，该多模式结构具有多个中心波长。在这种情况下，第一空腔121至第四空腔124中的每一个的一阶模式的中心波长可以用作每个谐振器的中心波长。然而，实施例不限于此，并且第一空腔121至第四空腔124中的每一个可以具有单模式结构，该单模式结构具有单一中心波长。
通过调整有效折射率，第一空腔121至第四空腔124可以具有不同的中心波长。为此，第一空腔121至第四空腔124可以包括分别与不同中心波长相对应的不同第一图案。例如，第一空腔121可以包括与第一中心波长相对应的第一图案，并且第二空腔122可以包括与第二中心波长相对应的第一图案。第三空腔123可以具有与第三中心波长相对应的第一图案，并且第四空腔124可以具有与第四中心波长相对应的第一图案。
第一空腔121至第四空腔124中的每一个可以包括第一电介质材料125a以及间隔布置在第一电介质材料125a中的第二电介质材料125b以形成第一图案。这里，第二电介质材料125b可以具有与第一电介质材料125a的折射率不同的折射率。第一电介质材料125a和第二电介质材料125b中的每一种可以包括例如硅、氧化硅、氮化硅、氧化钛等。在具体示例中，第一电介质材料125a可以包括氧化硅，并且第二电介质材料125b可以包括氧化钛。然而，这仅仅是示例。
图2示出了第二电介质材料125b通过例如镶嵌工艺连接到第一金属反射层127和第二金属反射层128的示例。然而，实施例不限于此，并且第二电介质材料125b可以具有不与第二金属反射层128连接的台面结构。
图3A和图3B示出了适用于第一空腔121至第四空腔124的第一图案的示例。参考图3A，在根据实施例的第一图案170中，折射率大于第一电介质材料170a的折射率的第二电介质材料170b以二维阵列的形式布置在第一电介质材料170a中。尽管图3A示出了第二电介质材料170b中的每一个具有圆形截面的情况，但第二电介质材料170b中的每一个可以具有除了圆形之外的各种形状的截面。参考图3B，在根据另一示例的第一图案180中，折射率小于第一电介质材料180a的折射率的第二电介质材料180b以二维阵列的形式布置在第一电介质材料180a中。图3B示出了第二电介质材料180b中的每一个具有正方形截面的情况，并且第二电介质材料180b中的每一个可以具有除了正方形之外的各种形状的截面。
参考图2，可以通过改变间隔布置在第一电介质材料125a中的第二电介质材料125b的尺寸和/或形状来不同地形成第一图案，因此，可以通过改变有效折射率来形成具有不同中心波长的多个空腔121至124。
蚀刻停止层129还可以设置在第一电介质材料125a和第二电介质材料125b之上或之下。蚀刻停止层129进一步促进用于形成空腔的图案化工艺。蚀刻停止层129可以包括例如硅、氧化物、氧化钛、氧化铪等，但不限于此。蚀刻停止层129可以包括蚀刻速率等于或小于空腔121至124中包括的电介质材料的蚀刻速率的一半(例如，等于或小于五分之一)的材料。例如，当空腔121至124包括氧化硅时，蚀刻停止层129可以包括氧化铪。
如上所述，第一空腔121至第四空腔124可以形成为具有分别与第一金属反射层127和第二金属反射层128之间的中心波长相对应的不同第一图案。因此，第一空腔121至第四空腔124可以具有相同的厚度。例如，第一空腔121至第四空腔124可以具有从约50nm至约400nm的厚度。然而，实施例不限于此。
下介电层130设置在谐振层120与像素阵列4100之间。下介电层130可以设置为增强第一单元滤光器111至第四单元滤光器114的透射率。下介电层130可以包括被设置为与不同中心波长相对应的多个下图案膜(例如，第一下图案膜131、第二下图案膜132、第三下图案膜133和第四下图案膜134)。
下介电层130可以包括第一下图案膜131、第二下图案膜132、第三下图案膜133和第四下图案膜134。第一下图案膜131、第二下图案膜132、第三下图案膜133和第四下图案膜134可以分别设置在第一空腔121、第二空腔122、第三空腔123和第四空腔124的下方。通过调整有效折射率，第一下图案膜131至第四下图案膜134可以被设置为对应于不同的中心波长。
与上述第一空腔121至第四空腔124类似，第一下图案膜131至第四下图案膜134可以分别包括分别与不同中心波长相对应的不同第二图案。例如，第一下图案膜131可以具有与第一中心波长相对应的第二图案，并且第二下图案膜132可以具有与第二中心波长相对应的第二图案。第三下图案膜133可以具有与第三中心波长相对应的第二图案，并且第四下图案膜134可以具有与第四中心波长相对应的第二图案。
第一下图案膜131至第四下图案膜134中的每一个的第二图案可以具有与上述第一空腔121至第四空腔124中的每一个的第一图案的形状类似的形状。第一下图案膜131至第四下图案膜134中的每一个可以包括第三电介质材料135a以及间隔布置在第三电介质135a中的第四电介质材料135b以形成第二图案。这里，第四电介质材料135b可以具有与第三电介质材料135a的折射率不同的折射率。第三电介质材料135a和第四电介质材料135b可以分别包括例如氧化钛、氮化硅、氧化铪、氧化硅、高折射率聚合物等，但实施例不限于此。
可以通过改变间隔布置在第三电介质材料135a中的第四电介质材料135b的尺寸和/或形状来不同地形成第二图案，因此，可以通过改变有效折射率来形成分别与不同中心波长相对应的下图案膜131至134。
蚀刻停止层139还可以设置在第三电介质材料135a和第四电介质材料135b之上或之下。蚀刻停止层139进一步促进用于形成第一下图案膜131至第四下图案膜134的图案化工艺。蚀刻停止层139可以包括例如氧化硅、氧化钛、氧化铪等，但不限于此。
如上所述，第一下图案膜131至第四下图案膜134可以具有不同的第二图案以对应于中心波长。因此，与上述第一空腔121至第四空腔124类似，第一下图案膜131至第四下图案膜134可以形成为相同的厚度。例如，第一下图案膜131至第四下图案膜134可以具有从约100nm至约1,000nm的厚度。然而，实施例不限于此。
上介电层140设置在谐振层120上。上介电层140可以设置为提高单元滤光器的透射率。上介电层140可以包括被设置为分别与不同中心波长相对应的多个上膜(例如，第一上膜141、第二上膜142、第三上膜143和第四上膜144)。
上介电层140可以包括第一上膜141、第二上膜142、第三上膜143和第四上膜144。第一上膜141、第二上膜142、第三上膜143和第四上膜144可以分别设置在第一空腔121、第二空腔122、第三空腔123和第四空腔124的上方。
第一上膜141至第四上膜144可以分别对应于不同的中心波长。为此，第一上膜141至第四上膜144可以形成为不同的厚度以对应于中心波长。第一上膜141至第四上膜144中的每一个可以具有例如从约10nm至约20,000nm的厚度，但实施例不限于此。第一上膜141至第四上膜144可以分别包括例如氧化钛、氮化硅、氧化铪、氧化硅、高折射率聚合物等，但这仅仅是示例。此外，第一上膜141至第四上膜144可以包括化合物层，该化合物层包括上述材料的组合。例如，第一上膜141至第四上膜144可以包括化合物层，该化合物层包括氧化钛和氧化硅。
在实施例中，可以通过使用具有不同折射率的电介质材料将第一空腔121至第四空腔124以及第一下图案膜131至第四下图案膜134形成为周期性图案，来以相同的厚度制造第一空腔121至第四空腔124以及第一下图案膜131至第四下图案膜134。因此，可以简化光谱滤光器1100的制造工艺。此外，可以通过由一种金属材料形成第一金属反射层127和第二金属反射层128来进一步简化制造工艺。
图4是根据另一示例实施例的光谱滤光器1200。除了上介电层240之外，图4中所示的光谱滤光器1200包括与图2中所示的光谱滤光器1100相同的组成部分。
参考图4，光谱滤光器1200可以包括多个单元滤光器211、212、213和214。光谱滤光器1200包括谐振层120、设置在谐振层120之下的下介电层130、以及设置在谐振层120上的上介电层240。上介电层240可以包括被设置为与不同的中心波长相对应多个上图案膜(例如，第一上图案膜241、第二上图案膜242、第三上图案膜243和第四上图案膜244)。
上介电层240可以包括第一上图案膜241、第二上图案膜242、第三上图案膜243和第四上图案膜244。第一上图案膜241、第二上图案膜242、第三上图案膜243和第四上图案膜244可以分别设置在第一空腔121、第二空腔122、第三空腔123和第四空腔124的上方。
通过调整有效折射率，第一上图案膜241至第四上图案膜244可以被设置为对应于不同的中心波长。第一上图案膜241至第四上图案膜244可以包括分别与中心波长相对应的不同第三图案。例如，第一上图案膜241可以具有与第一中心波长相对应的第三图案，并且第二上图案膜242可以具有与第二中心波长相对应的第三图案。第三上图案膜243可以具有与第三中心波长相对应的第三图案，并且第四上图案膜244可以具有与第四波长图案对应的第三图案。
第一上图案膜241至第四上图案膜244中的每一个的第一图案可以具有与第一下图案膜131至第四下图案膜134中的每一个的第二图案的形状类似的形状。第一上图案膜241至第四上图案膜244中的每一个可以包括第五电介质材料245a以及间隔布置在第五电介质材料245a中的第六电介质材料245b以形成第三图案。这里，第六电介质材料245b可以具有与第一电介质材料245a的折射率不同的折射率。第五电介质材料245a和第六电介质材料245b可以分别包括例如氧化钛、氮化硅、氧化铪、氧化硅、高折射率聚合物等，但实施例不限于此。
可以通过改变间隔布置在第五电介质材料245a中的第六电介质材料245b的尺寸和/或形状来不同地形成第二图案，因此，可以通过改变有效折射率来形成第一上图案膜241至第四上图案膜244。
蚀刻停止层249还可以设置在第五电介质材料245a和第六电介质材料245b之上或之下。蚀刻停止层249可以包括例如氧化硅、氧化钛、氧化铪等，但不限于此。
如上所述，第一上图案膜241至第四上图案膜244可以具有不同的第三图案以对应于中心波长。因此，与第一空腔121至第四空腔124以及第一下图案膜131至第四下图案膜134一样，第一上图案膜241至第四上图案膜244可以形成为相同的厚度。例如，第一上图案膜241至第四上图案膜244可以具有从约100nm至约1,000nm的厚度。然而，该实施例不限于此。
根据实施例，第一上图案膜241至第四上图案膜244以及第一空腔121至第四空腔124和第一下图案膜131至第四下图案膜134也可以通过具有不同折射率的电介质材料形成周期性图案，以进一步简化制造工艺。
图5示出了根据另一实施例的光谱滤光器1300。在下文中，将主要描述与上述实施例的不同之处。
参考图5，光谱滤光器1300可以包括多个单元滤光器(例如，第一单元滤光器311、第二单元滤光器312、第三单元滤光器313和第四单元滤光器314)。光谱滤光器1300包括谐振层320、设置在谐振层320之上或之下的下介电层130、以及设置在谐振层320上的上介电层340。谐振层320包括第一谐振器至第四谐振器。第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器和第四谐振器可以分别包括第一中心波长、第二中心波长、第三中心波长和第四中心波长。
谐振层320包括：彼此分开设置的第一金属反射层327和第二金属反射层328、以及设置在第一金属反射层327与第二金属反射层328之间的第一空腔至第四空腔321、322、323和324。通过调整有效折射率，第一空腔321至第四空腔324可以具有不同的中心波长。为此，第一空腔321至第四空腔324可以包括分别与中心波长相对应的不同第一图案。
第一空腔321至第四空腔324中的每一个可以包括第一电介质材料325a以及间隔布置在第一电介质材料325a中的第二电介质材料325b以形成第一图案。蚀刻停止层329可以设置在第一电介质材料325a和第二电介质材料325b之上或之下。第一空腔321至第四空腔324可以具有例如从约50nm至约400nm的厚度，但实施例不限于此。
第一空腔321至第四空腔324中的每一个可以具有多模式结构，该多模式结构具有多个中心波长。包括特定电介质材料的间隔物326可以设置在第一空腔321至第四空腔324中的一些空腔中。由于间隔物326，从第一空腔321和第二空腔322的多模式结构输出的次模式中的中心波长可以用作谐振器的中心波长。间隔物326可以包括例如氧化硅、氧化钛、氮化硅等，但这仅仅是示例。间隔物326可以具有从约20nm至约300nm的厚度，但实施例不限于此。
图5示出了间隔物326设置在第一空腔321和第二空腔322与第二金属反射层328之间的情况的示例。由于设置在第一空腔321与第二金属反射层328之间的间隔物326，从第一空腔321的多模式结构输出的次模式中的中心波长可以用作第一空腔的第一中心波长321。由于设置在第二空腔322与第二金属反射层328之间的间隔物326，第二空腔322的多模式结构中的次模式中的中心波长可以用作第二谐振器的第二中心波长。
没有间隔物326的谐振器可以使用从第三空腔323和第四空腔324的多模式结构输出的主模式中的中心波长作为中心波长。详细地，从第三空腔323的多模式结构输出的主模式中的中心波长可以用作第三谐振器的第三中心波长。从第四空腔324的多模式结构输出的主模式中的中心波长可以用作第四谐振器的第四中心波长。
下介电层130设置在谐振层320与像素阵列4100之间。下介电层130可以包括被设置为与不同中心波长相对应的多个图案膜131、132、133和134(例如，第一下图案膜131至第四下图案膜134)。第一下图案膜131至第四下图案膜134可以包括分别与中心波长相对应的不同第二图案。
第一下图案膜131至第四下图案膜134中的每一个可以包括第三电介质材料以及间隔布置在第三电介质材料中的第四电介质材料以形成第二图案。蚀刻停止层139还可以设置在第一下图案膜131至第四下图案膜134的下部。第一下图案膜131至第四下图案膜134可以具有例如从约100nm至约1000nm的厚度。
上介电层340设置在谐振层320上。上介电层340可以包括被设置为与不同中心波长相对应的第一上图案膜341、第二上图案膜342、第三上图案膜343和第四上图案膜344。
第一上图案膜341至第四上图案膜344可以包括分别与中心波长相对应的不同第三图案。第一上图案膜341至第四上图案膜344中的每一个可以包括第五电介质材料以及间隔布置在第五电介质中的第六电介质材料以形成第三图案。蚀刻停止层349还可以设置在第一上图案膜341至第四上图案膜344的下部。第一上图案膜341至第四上图案膜344可以具有例如从约100nm至约1,000nm的厚度。
上面已经描述了多个上图案膜341至344(例如，第一图案膜341至第四图案膜344)设置在谐振层320上的示例情况。然而，具有与中心波长相对应的不同厚度的多个上膜(未示出)可以设置在谐振层320上。
在本实施例中，通过将间隔物326应用于第一单元滤光器311至第四单元滤光器314中的第一单元滤光器311和第二单元滤光器312，第一单元滤光器311和第二单元滤光器312可以使用从第一空腔321和第二空腔322的多模式结构输出的次模式中的中心波长作为第一中心波长和第二中心波长。第三单元滤光器313和第四单元滤光器314可以使用从第三空腔323和第四空腔324的多模式结构输出的主模式中的中心波长作为第三中心波长和第四中心波长。通过这样做，光谱滤光器1300可以高效地实现宽范围内的中心波长，而无需诸如滤色器之类的附加滤光器。
图6示出了应用于图5的光谱滤光器1300的以4×4阵列布置的十六个单元滤光器F1至F16的示例。
在图6中所示的光谱滤光器中，上述间隔物326应用于第一单元滤光器至第八单元滤光器F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7和F8，并且间隔物326不应用于第九单元滤光器至第十六单元滤光器F9、F10、F11、F12、F13、F14、F15和F16。因此，将从空腔的多模式结构输出的次模式中的中心波长用作第一单元滤光器F1至第八单元滤光器F8中的谐振器的中心波长，并且将从空腔的多模式结构输出的主模式的中心波长用作第九单元滤光器F9至第十六单元滤光器F16中的谐振器的中心波长。
图7A示出了应用了间隔物326的第一单元滤光器F1至第八单元滤光器F8的透射光谱。参考图7A，发现第一单元滤光器F1至第八单元滤光器F8具有从约400nm至约540nm的中心波长。图7B示出了未应用间隔物326的第九单元滤光器F9至第十六单元滤光器F16的透射光谱的示例。参考图7B，发现第九单元滤光器F9至第十六单元滤光器F16具有从约560nm至约700nm的中心波长。
图8示出了第一单元滤光器F1至第十六单元滤光器F16的透射光谱。图8中所示的透射光谱是图7A中的透射光谱与图7B中的透射光谱的组合。参考图8，发现第一单元滤光器F1至第十六单元滤光器F16可以有效地实现从约400nm至约700nm范围内的中心波长。
图9示出了根据另一示例实施例的光谱滤光器1400。除了设置在第三单元滤光器413和第四单元滤光器414下方的平坦化层450之外，图9中所示的光谱滤光器1400与图5中所示的光谱滤光器1300相同。
参考图9，光谱滤光器1400可以包括多个单元滤光器(例如，第一单元滤光器411、第二单元滤光器412、第三单元滤光器413和第四单元滤光器414)。光谱滤光器1400包括谐振层320、设置在谐振层320之下的下介电层130、以及设置在谐振层320上的上介电层440。
如上所述，间隔物326设置在第一空腔321和第二空腔322与第二金属反射层328之间，并且间隔物326不设置在第三空腔323和第四空腔324与第二金属反射层328之间。因此，设置有间隔物326的第二金属反射层328与未设置有间隔物326的第二金属反射层328之间可能存在与间隔物326的厚度相对应的高度差。由于该高度差，设置在其上的层可能不均匀地形成。
在本实施例中，平坦化层450设置在其上未设置有间隔物326的第二金属反射层328上。这里，平坦化层450可以设置为具有与设置有间隔物326的第二金属反射层328和未设置有间隔物326的第二金属反射层328之间的高度差相对应的厚度。因此，设置有间隔物326的第二金属反射层328的顶面和平坦化层450的顶面可以形成同一平面，并且具有一定厚度的上介电层440可以形成在该同一平面上。
上介电层440可以包括被设置为与不同中心波长相对应的第一上图案膜441、第二上图案膜442、第三上图案膜443和第四上图案膜444。第一上图案膜441至第四上图案膜444可以包括与中心波长相对应的不同第三图案。蚀刻停止层449还可以设置在第一上图案膜441至第四上图案膜444的下部。第一上图案膜441至第四上图案膜444可以具有例如从约100nm至约1,000nm的厚度。
图10示出了根据另一示例实施例的光谱滤光器1500。
参考图10，光谱滤光器1500可以包括多个单元滤光器511、512、513和514。光谱滤光器1500包括谐振层520、设置在谐振层520下方的下介电层130、以及设置在谐振层520上的上介电层440。
谐振层520包括：彼此分开设置的第一金属反射层527和第二金属反射层528、以及设置在第一金属反射层527与第二金属反射层528之间的第一空腔至第四空腔521、522、523和524。第一空腔521至第四空腔524可以包括与中心波长相对应的不同第一图案。蚀刻停止层529还可以设置在第一空腔521至第四空腔524下方的下部。第一空腔521至第四空腔524可以具有例如从约50nm至约400nm的厚度，但实施例不限于此。
第一空腔521至第四空腔524中的每一个可以具有多模式结构，该多模式结构具有多个中心波长。间隔物526设置在第一空腔521至第四空腔524与第二金属反射层528之间。如上所述，由于间隔物526，从第一空腔521至第四空腔524中的每一个的多模式结构输出的次模式中的中心波长可以用作每个谐振器的中心波长。间隔物526可以包括例如氧化硅、氧化钛、氮化硅等，但这仅仅是示例。间隔物526可具有约20nm至约300nm的厚度，但不限于此。
下介电层130可以包括设置为与不同中心波长相对应的多个图案膜(例如，第一下图案膜131至第四下图案膜134)。第一下图案膜131、第二下图案膜132、第三下图案膜133和第四下图案膜134可以包括与中心波长相对应的不同第二图案。蚀刻停止层139还可以设置在第一下图案膜131至第四下图案膜134的下部。第一下图案膜131至第四下图案膜134可以具有例如从约100nm至约1,000nm的厚度。
上介电层440设置在谐振层520上。上介电层440可以包括被设置为与不同中心波长相对应的第一上图案膜441、第二上图案膜442、第三上图案膜443和第四上图案膜444。第一上图案膜441至第四上图案膜444可以包括与中心波长相对应的不同第三图案。蚀刻停止层449还可以设置在第一上图案膜441至第四上图案膜444的下部的下方。第一上图案膜441至第四上图案膜444可以具有例如从约100nm至约1,000nm的厚度。
上面已经描述了多个上图案膜(例如，第一上图案膜441至第四上图案膜444)设置在谐振层520上的示例情况。然而，具有与中心波长相对应的不同厚度的多个上膜(未示出)可以设置在谐振层520上。
图11示出了根据另一示例实施例的光谱滤光器2100。
参考图11，光谱滤光器2100包括：多个单元滤光器(例如，第一单元滤光器1111、第二单元滤光器1112、第三单元滤光器1113、第四单元滤光器1114、第五单元滤光器1115和第六单元滤光器1116)、以及设置在多个单元滤光器1111至1116中的微透镜阵列1150。这里，多个单元滤光器(例如，第一单元滤光器1111至第六单元滤光器1116)可以包括实施例中所描述的单元滤光器。
具有多个微透镜1150a的微透镜阵列1150可以设置在多个单元滤光器1111至1116上或上方。每个微透镜1150a可以聚焦外部光以入射在对应的单元滤光器1111至1116上。
图11示出了其中微透镜1150a设置为与单元滤光器1111至1116具有一一对应关系的情况。然而，这仅仅是示例，并且单元滤光器1111至1116中的至少两个可以设置为对应于一个微透镜1150a。
图12示出了根据另一示例实施例的光谱滤光器2200。
参考图12，包括多个纳米图案1250a的纳米图案阵列1250可以设置在多个单元滤光器1111至1116上。纳米图案1250a中的每一个可以聚焦外部光以入射在对应的单元滤光器1111至1116上。尽管图12示出了纳米图案1250a被设置为与单元滤光器1111至1116具有一一对应关系的情况，但单元滤光器1111至1116中的至少两个可以被设置为与一个纳米图案1250a相对应。
图13示出了根据另一示例实施例的光谱滤光器2300。
参考图13，附加滤光器阵列2500设置在多个单元滤光器1111至1116上。附加滤光器阵列2500可以包括多个附加滤光器(例如，第一附加滤光器2501、第二附加滤光器2502和第三附加滤光器2503)。图13示出了第一附加滤光器2501被设置为与第一单元滤光器1111和第二单元滤光器1112相对应，第二附加滤光器2502被设置为与第三单元滤光器1113和第四单元滤光器1114相对应，以及第三附加滤光器2503被设置为与第五单元滤光器1115和第六单元滤光器1116相对应的情况。然而，这仅仅是示例，并且第一附加滤光器2501、第二附加滤光器2501和第三附加滤光器2503中的每一个可以被设置为与单元滤光器1111至1116之一相对应，或者可以被设置为与单元滤光器1111至1116中的至少三个相对应。
第一附加滤光器2501、第二附加滤光器2501和第三附加滤光器2503中的每一个可以阻挡对应的单元滤光器1111至1116不期望的波段中的光。例如，当第一单元滤光器1111和第二单元滤光器1112具有在从约400nm至约500nm的波段中的中心波长时，第一附加滤光器2501可以包括透射蓝光的蓝色滤光器。此外，当第三单元滤光器1113和第四单元滤光器1114具有在约500nm至约600nm的波段中的中心波长时，第二附加滤光器2502可以包括透射绿光的绿色滤光器。当第五单元滤光器1115和第六单元滤光器1116具有在约600nm至约700nm的波段中的中心波长时，第三附加滤光器2503可以包括透射红光的红色滤光器。
附加滤光器阵列2500可以包括滤色器阵列。在这种情况下，第一附加滤光器2501、第二附加滤光器2501和第三附加滤光器2503可以分别包括蓝色滤光器、绿色滤光器和红色滤光器。例如，应用于诸如液晶显示装置、有机发光显示装置等的彩色显示装置的典型滤色器可以用作蓝色滤光器、绿色滤光器和红色滤光器。
附加滤光器阵列2500可以包括宽带滤光器阵列。在这种情况下，第一附加滤光器2501、第二附加滤光器2501和第三附加滤光器2503可以分别包括第一宽带滤光器、第二宽带滤光器和第三宽带滤光器。第一宽带滤光器、第二宽带滤光器和第三宽带滤光器中的每一个可以具有例如多空腔结构或金属镜结构。
图14是可用作图13的附加滤光器2501、2502和2503的宽带滤光器2510的示意性截面图。
参考图14，宽带滤光器2510可以包括：多个反射层2513、2514和2515、以及设置在反射层2513、2514和2515之间的多个空腔2511和2512。尽管图14示出了三个反射层2513、2514和2515以及两个空腔2511和2512的示例，但反射层2513、2514和2515以及空腔2511和2512的数量可以不同地改变。
反射层2513、2514和2515中的每一个可以包括分布式布拉格反射器(DBR)。反射层2513、2514和2515中的每一个可以具有其中折射率不同的多个材料层交替堆叠的结构。空腔2511和2512中的每一个可以包括具有特定折射率的材料或者具有不同折射率的两种或更多种材料。
图15是根据另一实施例的可用作图13的附加滤光器2501、2502和2503的宽带滤光器2520的示意性截面图。参考图15，宽带滤光器2520可以包括：彼此间隔开布置的两个金属镜层2522和2523、以及设置在金属镜层2522和2523之间的空腔2521。
图16是根据另一实施例的光谱滤光器3000的示意性截面图。
参考图16，至少一个短波长吸收滤光器1610和至少一个长波长截止滤光器1620设置在多个单元滤光器1111至1116中。短波长吸收滤光器1610可以设置在单元滤光器1111至1116中的一些单元滤光器1111、1113和1115中，并且长波长截止滤光器1620可以设置在单元滤光器1111至1116中的其他单元滤光器1112、1114和1116中。尽管图16示出了其中短波长吸收滤光器1610和长波长截止滤光器1620中的每一个被设置为对应于单元滤光器1111至1116之一的情况，但本公开不限于此，并且短波长吸收滤光器1610和长波长截止滤光器1620中的每一个可以设置为对应于单元滤光器1111至1116中的两个或更多个。
短波长吸收滤光器1610可以截止例如诸如可见光之类的短波长光。可以通过在单元滤光器1111至1116中的一些单元滤光器1111、1113和1115上沉积例如作为用于吸收可见光的材料的硅来制造短波长吸收滤光器1610。设置有短波长吸收滤光器1610的单元滤光器1111、1113和1115可以透射波长比可见光的波长长的近红外(NIR)光。
长波长截止滤光器1620可以截止例如诸如NIR光之类的长波长光。长波长截止滤光器1620可以包括NIR光截止滤光器。设置有长波长截止滤光器1620的单元滤光器1112、1114和1116可以透射波长比NIR光的波长短的可见光。
根据实施例，由于短波长吸收滤光器1610和长波长截止滤光器1620设置在多个单元滤光器1111至1116中，因此可以制造具有能够实现从可见光波段到NIR波段的宽带特性的光谱滤光器3000。
图17是根据示例实施例的图像传感器的示意性框图。
参考图17，图像传感器1000可以包括光谱滤光器9100、像素阵列4100、定时控制器(T/C)4010、行解码器4020和输出电路4030。图像传感器可以包括CCD图像传感器或CMOS图像传感器，但不限于此。
光谱滤光器9100包括分别透射不同波长范围的光并二维布置的多个单元滤光器。像素阵列4100包括被配置为感测透射过多个单元滤光器的不同波长范围的光的多个像素。详细地，像素阵列4100包括以行和列二维布置的像素。行解码器4020响应于从定时控制器4010输出的行地址信号来选择像素阵列4100的行之一。输出电路4030输出来自布置在被选择的行中的像素的列单元中的感光信号。为此，输出电路4030可以包括列解码器和模数转换器(ADC)。例如，输出电路4030可以包括：根据列而布置在列解码器与像素阵列4100之间的多个ADC、或者布置在列解码器的输出端子处的一个ADC。定时控制器4010、行解码器4020和输出电路4030可以实现为单个芯片或单独的芯片。被配置为处理从输出电路4030输出的图像信号的处理器可以与定时控制器4010、行解码器4020和输出电路4030一起实现为单芯片。像素阵列4100包括感测不同波长范围的光的多个像素，并且可以以各种方式来实现这些像素的布置。
图18是适用于图17的图像传感器1100的光谱滤光器9100的俯视图的示例。
参考图18，光谱滤光器9100可以包括以二维布置的多个滤光器组9110。滤光器组9110中的每个可以包括在4×4阵列中布置的16个单元滤光器F1至F16。
第一单元滤光器F1和第二单元滤光器F2可以具有在紫外范围内的中心波长UV1和UV2，并且第三单元滤光器F3至第五单元滤光器F5可以具有在蓝光范围内的中心波长B1至B3。第六单元滤光器F6至第十一单元滤光器F11可以具有在绿光范围中的中心波长G1至G6，并且第十二单元滤光器F12至第十四单元滤光器F14可以具有在红光范围中的中心波长R1至R3。第十五单元滤光器F15和第十六单元滤光器F16可以具有在近红外范围内的中心波长NIR1和NIR2。
图19是适用于图17的图像传感器的光谱滤光器9100的另一示例的平面图。为了便于说明，图19是一个滤光器组9120的平面图。
参考图19，每个滤光器组9120可以包括以3×3阵列布置的九个单元滤光器F1至F9。这里，第一单元滤光器F1和第二单元滤光器F2可以具有在紫外范围内的中心波长UV1和UV2，并且第四单元滤光器F4、第五单元滤光器F5和第七单元滤光器F7可以具有在蓝光范围内的中心波长B1至B3。第三单元滤光器F3和第六单元滤光器F6可以具有在绿光范围内的中心波长G1和G2，并且第八单元滤光器F8和第九单元滤光器F9可以具有在红光范围内的中心波长R1和R2。
图20是适用于图17的图像传感器1000的光谱滤光器9100的另一示例的平面图。为了便于说明，图20是一个滤光器组9130的平面图。
参考图20，每个滤光器组9130可以包括以5×5阵列布置的二十五个单元滤光器F1至F25。第一单元滤光器F1至第三单元滤光器F3可以具有中心波长UV1至UV3，并且第六单元滤光器F6、第七单元滤光器F7、第八单元滤光器F8、第十一单元滤光器F11和第十二单元滤光器F12可以具有在蓝光范围内的中心波长B1至B5。第四单元滤光器F4、第五单元滤光器F5和第九单元滤光器F9可以具有在绿光范围内的中心波长G1至G3，并且第十单元滤光器F10、第十三单元滤光器F13、第十四单元滤光器F14、第十五单元滤光器F15、第十八单元滤光器F18和第十九单元滤光器F19可以具有在红光范围内的中心波长R1至R6。第二十单元滤光器F20、第二十三单元滤光器F23、第二十四单元滤光器F24和第二十五单元滤光器F25可以具有在NIR范围内的中心波长NIR1至NIR4。
可以在各种高性能光学设备或高性能电子设备中采用包括任何一种或上述光谱滤光器的图像传感器1000。电子设备可以包括例如智能电话、移动电话、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、个人计算机(PC)、各种便携式设备、家用电器、安全相机、医疗相机、汽车、互联网物(IoT)设备、以及其他移动或非移动计算设备，但不限于此。
除了图像传感器1000以外，电子设备还可以包括被配置为控制图像传感器的处理器(例如，应用处理器(AP))，通过处理器驱动操作系统或应用程序来控制多个硬件或软件构成元件，以及执行各种数据处理和计算。处理器还可以包括图形处理单元(GPU)和/或图像信号处理器。当处理器包括图像信号处理器时，通过图像传感器获得的图像(或视频)可以使用处理器来存储和/或输出。
图21是包括根据实施例的图像传感器1000的电子设备ED01的示意性框图。参考图21，在网络环境ED00中，电子设备ED01可以通过第一网络ED98(例如，短程无线通信网络等)与另一个电子设备ED02通信或通过第二网络ED99(例如，远程无线通信网络等)与另一个电子设备ED04和/或服务器ED08通信。电子设备ED01可通过服务器ED08与电子设备ED04进行通信。电子设备ED01可以包括处理器ED20、存储器ED30、输入设备ED50、音频输出设备ED55、显示设备ED60、音频模块ED70、传感器模块ED76、接口ED77、触觉模块ED79、相机模块ED80、电力管理模块ED88、电池ED89、通信模块ED90、用户识别模块ED96和/或天线模块ED97。在电子设备ED01中，可以省略一些构成元件(例如，显示设备ED60等)或者可以添加其他构成元件。构成元件中的一些可以由一个集成电路实现。例如，传感器模块ED76(例如，指纹传感器、虹膜传感器、照度传感器等)可以通过嵌入显示设备ED60(例如，显示器等)中来实现。此外，当图像传感器1000包括光谱功能时，传感器模块的一些功能(例如，颜色传感器和照度传感器)可以由图像传感器1000来实现，而不是由单独的传感器模块来实现。
处理器ED20可以通过执行软件(例如，程序ED40等)来控制与处理器ED20连接的电子设备ED01的一个或多个其他构成元件(例如，硬件和软件构成元件等)，并执行各种数据处理或计算。作为数据处理或计算的一部分，处理器ED20可以在易失性存储器ED32中加载从其他构成元件(例如，传感器模块ED76、通信模块ED90等)接收的命令和/或数据，处理易失性存储器ED32中存储的命令和/或数据，以及将结果数据存储在非易失性存储器ED34中。处理器ED20可以包括主处理器ED21(例如，中央处理单元、应用处理器等)以及可独立操作或可与主处理器ED21一起操作的辅助处理器ED23(例如，图形处理单元、图像信号处理器、传感器集线器处理器、通信处理器等)。辅助处理器ED23可以使用比主处理器ED21更少的功率并且可以执行指定的功能。
辅助处理器ED23可以在主处理器ED21处于非激活状态(例如，休眠状态)时代替主处理器ED21，或在主处理器ED21处于激活状态(例如，应用执行状态)时与处理器ED21一起控制与电子设备ED01的构成元件中的一些构成元件(例如，显示设备ED60、传感器模块ED76、通信模块ED90等)有关的功能和/或状态。辅助处理器ED23(例如，图像信号处理器、通信处理器等)可以被实现为功能上相关的其他构成元件(例如，相机模块ED80、通信模块ED90等)的一部分。
存储器ED30可以存储电子设备ED01的构成元件(例如，处理器ED20、传感器模块ED76等)所需的各种数据。数据可以包括例如软件(例如，程序ED40等)和关于与其相关的命令的输入数据和/或输出数据。存储器ED30可以包括易失性存储器ED32和/或非易失性存储器ED34。非易失性存储器ED34可以包括固定地安装在在电子设备ED01中的内部存储器ED36和可移动的外部存储器ED38。
可以将程序ED40作为软件存储在存储器ED30中，并且可以包括操作系统ED42、中间件ED44和/或应用ED46。
输入设备ED50可以从电子设备ED01的外部(例如，用户等)接收要用于电子设备ED01的构成元件(例如，处理器ED20等)的命令和/或数据。输入设备ED50可以包括麦克风、鼠标、键盘和/或数字笔(例如，手写笔等)。
音频输出设备ED55可以将音频信号输出到电子设备ED01的外部。音频输出设备ED44可以包括扬声器和/或听筒。扬声器可以用于诸如多媒体播放或录音播放之类的一般目的，并且听筒可以用于接收来电。听筒可以通过被耦接为扬声器的部分或通过独立的分离的设备实现。
显示设备ED60可以可视地向电子设备ED01的外部提供信息。显示设备ED60可以包括显示器、全息设备或投影仪，以及控制相应设备的控制电路。显示设备ED60可以包括被设置为检测触摸的触摸电路和/或被设置为测量由触摸产生的力的强度的传感器电路(例如，压力传感器等)。
音频模块ED70可以将声音转换为电信号或将电信号反向转换为声音。音频模块ED70可以以有线或无线方式通过输入设备ED50获得声音或通过连接到音频输出设备ED55和/或电子设备ED01的另一个电子设备(例如，电子设备ED02等)的扬声器和/或耳机输出声音。
传感器模块ED76可以检测电子设备ED01的工作状态(例如，功率、温度等)或外部环境状态(例如，用户状态等)，并产生与检测的状态对应的电信号和/或数据值。传感器模块ED76可以包括手势传感器、陀螺仪传感器、气压传感器、磁性传感器、加速度传感器、握持传感器、接近传感器、颜色传感器、红外(IR)传感器、生物传感器、温度传感器、湿度传感器和/或照度传感器。
接口ED77可以支持用于要以有线或无线方式连接到另一个电子设备(例如，电子设备ED02等)的电子设备ED01的一个或多个指定的协议。接口ED77可以包括高清晰度多媒体接口(HDMI)、通用串行总线(USB)接口、SD卡接口和/或音频接口。
连接端子ED78可以包括用于将电子设备ED01与另一个电子设备(例如，电子设备ED02等)物理连接的连接器。连接端子ED78可以包括HDMI连接器、USB连接器、SD卡连接器和/或音频连接器(例如，耳机连接器等)。
触觉模块ED79可以将电信号转换成可由用户通过触觉感觉或运动感觉感知的机械刺激(例如，振动、移动等)或电刺激。触觉模块ED79可以包括马达、压电器件和/或电刺激设备。
相机模块ED80可以捕获静止图像和视频。相机模块ED80可以包括具有一个或多个透镜的透镜组件、图1的图像传感器1000、图像信号处理器和/或闪光灯。相机模块ED80中包括的透镜组件可以收集从用于图像捕捉的对象发射的光。
电力管理模块ED88可以管理供应给电子设备ED01的电力。电力管理模块ED88可以实现为电力管理集成电路(PMIC)的一部分。
电池ED89可以向电子设备ED01的构成元件供电。电池ED89可以包括不可充电的原电池、可充电的二次电池和/或燃料电池。
通信模块ED90可以在电子设备ED01与其他电子设备(例如，电子设备ED02、电子设备ED04、服务器ED08等)之间建立有线通信信道和/或无线通信信道，并通过建立的通信信道支持通信。通信模块ED90可以独立于处理器ED20(例如，应用处理器等)运行，并且可以包括支持有线通信和/或无线通信的一个或多个通信处理器。通信模块ED90可以包括无线通信模块ED92(例如，蜂窝通信模块、短程无线通信模块、全球导航卫星系统(GNSS)通信模块等)和/或有线通信模块ED94(局域网(LAN)通信模块或电力线通信模块等)。以上通信模块中的相应通信模块可以通过第一网络ED98(例如，诸如蓝牙、Wi-Fi直连或红外数据协会(IrDA)之类的短程通信网络)或第二网络ED99(诸如蜂窝网络、互联网或计算机网络(LAN、WAN等)之类的远程通信网络)与另一个电子设备通信。这些各种类型的通信模块可以集成为一个构成元件(例如，单个芯片等)，或者可以实现为多个分离的构成元件(例如，多个芯片)。无线通信模块ED92可以通过使用用户识别模块ED96中存储的用户信息(例如，国际用户标识符(IMSI)等)在通信网络(例如第一网络ED98和/或第二网络ED99)内验证和认证电子设备ED01。
天线模块ED97可以向外部(例如，另一个电子设备等)发送信号和/或电力，或从外部接收信号和/或电力。天线可以包括形成为衬底(例如，印刷电路板(PCB)等)上的导电图案的发射器。天线模块ED97可以包括一个或多个天线。当天线模块ED97包括多个天线时，通信模块ED90可以从多个天线中选择用于在诸如第一网络ED98和/或第二网络ED99之类的通信网络中使用的通信方法的适当天线。可以通过所选择的天线在通信模块ED90和另一个电子设备之间发射和接收信号和/或功率。除天线之外的其他部分(例如，RFIC等)可以被包括作为天线模块ED97的一部分。
构成元件中的一些可以通过外围设备(例如，总线、通用输入和输出(GPIO)、串行外围接口(SPI)、移动工业处理器接口(MIPI)等)之间的通信方法彼此连接，并且可以彼此交换信号(例如，命令、数据等)。
可以通过连接到第二网络ED99的服务器ED08在电子设备ED01和外部电子设备ED04之间发送或接收命令或数据。电子设备ED02和ED04可以是与电子设备ED01相同或不同的类型。在电子设备ED01中执行的全部或部分操作可以在一个或多个电子设备(例如，ED02、ED04和ED08)中执行。例如，当电子设备ED01需要执行功能或服务时，电子设备ED01可以请求一个或多个电子设备执行整个功能或服务的一部分，而不是执行该功能或服务。接收请求的一个或多个电子设备可以执行与该请求有关的附加的功能或服务，并且将执行的结果发送到电子设备ED01。为此，可以使用云计算、分布式计算和/或客户端-服务器计算技术。
图22是图21的相机模块ED80的框图。参考图22，相机模块ED80可以包括透镜组件CM10、闪光灯CM20、图像传感器1000(例如，图17的图像传感器1000等)、图像稳定器CM40、存储器CM50(例如，缓冲存储器等)和/或图像信号处理器CM60。透镜组件CM10可以收集从用于图像捕捉的对象发射的光。相机模块ED80可以包括多个透镜组件CM10，并且在这种情况下，相机模块ED80可以是双相机、360度相机或球面相机。一些透镜组件CM10可以具有相同的透镜属性(例如，视角、焦距、自动对焦、F数、光学变焦等)或不同的透镜属性。透镜组件CM10可以包括广角透镜或远摄透镜。
闪光灯CM20可以发射用于增强从对象发射或反射的光的光。闪光灯CM20可以包括一个或多个发光二极管(例如，红色-绿色-蓝色(RGB)LED、白色LED、红外线LED、紫外线LED等)和/或氙灯。图像传感器1000可以包括图1的图像传感器，并将从对象发射或反射并透射过透镜组件CM10的光转换为电信号，从而获得与对象对应的图像。图像传感器1000可以包括从具有不同特性的图像传感器(例如RGB传感器、黑白(BW)传感器、IR传感器或UV传感器)中选择的一个或多个传感器。图像传感器1000中包括的每个传感器可以由电荷耦合器件(CCD)传感器和/或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器来实现。
图像稳定器CM40可以响应于相机模块ED80或包括相机模块ED80的电子设备ED01、透镜组件CM10包括的一个或多个透镜或图像传感器1000在特定方向上的移动而移动，或者可以通过(调整读出定时等)控制图像传感器1000的移动特性而补偿由于移动而产生的负面影响。图像稳定器CM40可以通过使用布置在相机模块ED80内部或外部的陀螺传感器(未示出)或加速度传感器(未示出)来检测相机模块ED80或电子设备ED01的移动。图像稳定器CM40可以以光学形式实现。
存储器CM50可以存储通过图像传感器1000获得的图像的数据的一部分或全部，以用于后续图像处理操作。例如，当以高速获得多个图像时，仅显示低分辨率的图像，而将所获得的原始数据(例如，拜尔图案的数据、高分辨率数据等)存储在存储器CM50中。然后，可以使用存储器CM50以将所选择(用户选择等)的图像的原始数据发送到图像信号处理器CM60。存储器CM50可以被结合到电子设备ED01的存储器ED30中，或者被配置为独立操作的单独存储器。
图像信号处理器CM60可以对通过图像传感器1000获得的图像或存储在存储器CM50中的图像数据执行图像处理。图像处理可以包括深度图生成、三维建模、全景生成、特征点提取、图像合成和/或图像补偿(例如，降噪、分辨率调整、亮度调整、模糊、锐化、柔化等)。图像信号处理器CM60可以对相机模块ED80中包括的构成元件(例如，图像传感器1000等)执行控制(例如，曝光时间控制或读出定时控制等)。由图像信号处理器CM60处理的图像可以再次存储在存储器CM50中以用于额外处理或提供给相机模块ED80的外部构成元件(例如，存储器ED30、显示设备ED60、电子设备ED02、电子设备ED04、服务器ED08等)。图像信号处理器CM60可以被结合到处理器ED20中，或者被配置为独立于处理器ED20操作的单独处理器。当图像信号处理器CM60被配置为与处理器ED20分离的处理器时，由图像信号处理器CM60处理的图像可以经历处理器ED20的附加的图像处理，然后被显示设备ED60显示。
电子设备ED01可以包括具有不同属性或功能的多个相机模块ED80。在这种情况下，相机模块ED80中的一个可以包括广角相机，并且另一个可以包括远摄相机。类似地，相机模块ED80之一可以包括前置相机，并且另一个可以包括后置相机。
根据实施例的图像传感器1000可以应用于图23的(a)中所示的移动电话或智能电话5100m、图23的(b)中所示的平板计算机或智能平板计算机5200、图23的(c)中所示的数字相机或摄像机5300、图23的(d)中所示的笔记本计算机5400、图23的(e)中所示的电视机或智能电视机5500等。例如，智能电话5100m或智能平板计算机5200可以包括多个高分辨率相机，每个高分辨率相机都具有安装其上的高分辨率图像传感器。可以通过使用高分辨率相机来提取图像中的对象的深度信息，可以调整图像的散焦或可以自动识别图像中的对象。
此外，图像传感器1000可以应用于图24的(a)中所示的智能冰箱5600、图24的(b)中所示的安全相机、图24的(c)中所示的机器人5800、图24的(d)中所示的医疗相机5900等。例如，智能冰箱5600可以通过使用图像传感器自动识别冰箱中的食物，并且通过智能电话通知用户特定食物的存在、放入或拿走的食物的类型等。安全相机5700可以通过使用高灵敏度来提供超高分辨率图像并且可以识别黑暗环境中的图像中的物体或人。机器人5800可以设置在人们不能直接访问的灾难或工业现场，并且可以提供高分辨率图像。医疗相机5900可以提供用于诊断或手术的高分辨率图像，因此可以动态地调整视野。
此外，图像传感器1000可以应用于如图24的(e)中所示的车辆6000。车辆6000可以包括布置在不同位置的多个车载相机6010、6020、6030和6040。车载相机6010、6020、6030和6040中的每一个可以包括根据实施例的图像传感器。车辆6000可以通过使用车载相机6010、6020、6030和6040向驾驶员提供关于车辆6000内部或周边的各种信息，因此可以自动识别图像中的物体或人并提供自动驾驶所需的信息。
根据上述示例实施例，通过使用具有不同折射率的电介质材料以周期性图案形成空腔和下图案膜，可以以相同的厚度制造空腔和下图案膜，并且通过这样做，可以简化光谱滤光器的制造工艺。此外，还可以通过由一种金属材料形成第一金属反射层和第二金属反射层来简化制造工艺。
通过将间隔物应用于一些单元滤光器并使用次模式中的中心波长作为谐振器的中心波长，可以制造能够在没有诸如滤色器之类的附加滤光器的情况下、高效地实现宽范围的中心波长的光谱滤光器。
应当理解的是，应仅以描述性意义而不是限制性目的来考虑本文中描述的实施例。对每个实施例中的特征或方面的描述通常应被看作可用于其他实施例中的其他类似特征或方面。尽管已经参考附图描述了一个或多个实施例，但本领域普通技术人员将理解，在不脱离所附权利要求及其等同物限定的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的多种改变。

Claims (38)

1.一种光谱滤光器，包括：
第一金属反射层；
第二金属反射层，设置在所述第一金属反射层的上方；
多个空腔，设置在所述第一金属反射层与所述第二金属反射层之间，所述多个空腔包括分别与不同中心波长相对应的第一图案；以及
多个下图案膜，设置在所述第一金属反射层的下方，所述多个下图案膜包括分别与所述不同中心波长相对应的第二图案。
2.根据权利要求1所述的光谱滤光器，其中，所述多个空腔具有相同的厚度，并且所述多个下图案膜具有相同的厚度。
3.根据权利要求2所述的光谱滤光器，其中，所述多个空腔中的每一个具有从50nm至400nm的厚度。
4.根据权利要求2所述的光谱滤光器，其中，所述多个下图案膜中的每一个具有从100nm至1,000nm的厚度。
5.根据权利要求1所述的光谱滤光器，还包括设置在所述多个空腔中的至少一个空腔与所述第二金属反射层之间的间隔物，所述间隔物包括电介质材料。
6.根据权利要求5所述的光谱滤光器，其中，所述间隔物具有从20nm至300nm的厚度。
7.根据权利要求5所述的光谱滤光器，还包括平坦化层，所述平坦化层设置在其上未设置所述间隔物的第二金属反射层上。
8.根据权利要求1所述的光谱滤光器，其中，所述多个空腔中的每一个包括：第一电介质材料；以及第二电介质材料，具有与所述第一电介质材料的折射率不同的折射率，所述第一电介质材料和所述第二电介质材料形成第一图案。
9.根据权利要求8所述的光谱滤光器，其中，所述多个空腔中的每一个还包括蚀刻停止层。
10.根据权利要求1所述的光谱滤光器，其中，所述多个下图案膜中的每一个包括：第三电介质材料；以及第四电介质材料，具有与所述第三电介质材料的折射率不同的折射率，所述第三电介质材料和所述第四电介质材料形成第二图案。
11.根据权利要求10所述的光谱滤光器，其中，所述多个下图案膜中的每一个还包括蚀刻停止层。
12.根据权利要求1所述的光谱滤光器，其中，所述第一金属反射层和所述第二金属反射层包括相同的金属材料。
13.根据权利要求12所述的光谱滤光器，其中，所述第一金属反射层和所述第二金属反射层中的每一个包括Al、Ag、Au、Cu、Ti、W或TiN。
14.根据权利要求12所述的光谱滤光器，其中，所述第一金属反射层和所述第二金属反射层中的至少一个还包括多晶硅。
15.根据权利要求1所述的光谱滤光器，其中，所述第一金属反射层和所述第二金属反射层具有从10nm至80nm的厚度。
16.根据权利要求1所述的光谱滤光器，还包括设置在所述第二金属反射层上的多个上膜，所述多个上膜具有分别与所述不同中心波长相对应的不同厚度。
17.根据权利要求1所述的光谱滤光器，还包括设置在所述第二金属反射层上的多个上图案膜，所述多个上图案膜包括与所述不同中心波长相对应的第三图案。
18.根据权利要求17所述的光谱滤光器，其中，所述多个上图案膜中的每一个具有从100nm至1,000nm的厚度。
19.根据权利要求17所述的光谱滤光器，其中，所述多个上图案膜中的每一个包括：第五电介质材料；以及第六电介质材料，具有与所述第五电介质材料的折射率不同的折射率，所述第五电介质材料和所述第六电介质材料形成所述第三图案。
20.根据权利要求17所述的光谱滤光器，其中，所述多个上图案膜中的每一个还包括蚀刻停止层。
21.根据权利要求1所述的光谱滤光器，还包括设置在所述第二金属反射层上方的多个微透镜或多个纳米图案。
22.根据权利要求1所述的光谱滤光器，还包括附加滤光器，所述附加滤光器设置在所述第二金属反射层上方并且仅透射特定波段的光。
23.根据权利要求22所述的光谱滤光器，其中，所述附加滤光器包括滤色器或宽带滤光器。
24.根据权利要求1所述的光谱滤光器，还包括设置在所述第二金属反射层的一部分中的短波长吸收滤光器以及设置在所述第二金属反射层的另一部分中的长波长截止滤光器。
25.一种图像传感器，包括：
像素阵列，包括多个像素；以及
光谱滤光器，布置在所述像素阵列中，
其中，所述光谱滤光器包括：
第一金属反射层；
第二金属反射层，设置在所述第一金属反射层的上方；
多个空腔，设置在所述第一金属反射层与所述第二金属反射层之间，所述多个空腔包括分别与不同中心波长相对应的第一图案；以及
多个下图案膜，设置在所述第一金属反射层与所述像素阵列之间，所述多个下图案膜包括与所述不同中心波长相对应的第二图案。
26.根据权利要求25所述的图像传感器，其中，所述多个像素中的每一个包括其中设置有驱动电路的布线层以及设置在所述布线层中的光电二极管。
27.根据权利要求25所述的图像传感器，其中，所述多个空腔具有相同的厚度，并且所述多个下图案膜具有相同的厚度。
28.根据权利要求27所述的图像传感器，其中，所述多个空腔中的每一个具有从50nm至400nm的厚度，并且所述多个下图案膜中的每一个具有从100nm至1,000nm的厚度。
29.根据权利要求25所述的图像传感器，其中，所述光谱滤光器还包括设置在所述多个空腔中的至少一个空腔与所述第二金属反射层之间的间隔物，所述间隔物包括电介质材料。
30.根据权利要求29所述的图像传感器，其中，所述间隔物具有从20nm至300nm的厚度。
31.根据权利要求25所述的图像传感器，其中，所述第一金属反射层和所述第二金属反射层包括相同的金属材料。
32.根据权利要求25所述的图像传感器，其中，所述光谱滤光器还包括设置在所述第二金属反射层上的多个上膜，所述多个上膜具有与所述不同中心波长相对应的不同厚度。
33.根据权利要求25所述的图像传感器，其中，所述光谱滤光器还包括设置在所述第二金属反射层上的多个上图案膜，所述多个上图案膜包括与所述不同中心波长相对应的第三图案。
34.根据权利要求25所述的图像传感器，其中，所述光谱滤光器还包括设置在所述第二金属反射层上方的多个微透镜或多个纳米图案。
35.根据权利要求25所述的图像传感器，其中，所述光谱滤光器还包括附加滤光器，所述附加滤光器设置在所述第二金属反射层上方并且仅透射特定波段的光。
36.根据权利要求25所述的图像传感器，还包括定时控制器、行解码器和输出电路。
37.一种包括图像传感器的电子设备，其中，所述图像传感器包括：
像素阵列，包括多个像素；以及
光谱滤光器，布置在所述像素阵列中，以及
其中，所述光谱滤光器包括：
第一金属反射层；
第二金属反射层，设置在所述第一金属反射层的上方；
多个空腔，设置在所述第一金属反射层与所述第二金属反射层之间，所述多个空腔包括分别与不同中心波长相对应的第一图案；以及
多个下图案膜，设置在所述第一金属反射层与所述像素阵列之间，所述多个下图案膜包括与所述不同中心波长相对应的第二图案。
38.根据权利要求37所述的电子设备，其中，所述电子设备包括以下至少一项：移动电话、智能电话、平板计算机、智能平板计算机、数字相机、摄像机、笔记本计算机、电视、智能电视、智能冰箱、安全相机或医疗相机。
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