CN116936587A - 电极结构以及影像感测器 - Google Patents

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Abstract

一种电极结构以及影像感测器，该电极结构包含上电极和位于上电极下方的下电极。上电极包含多个内部电极和与内部电极相连的外部电极。内部电极配置以根据波长范围过滤光线以及过滤光线以产生偏极化的光线。内部电极中的每一者包含延伸于第一方向的金属结构和介电结构。金属结构包含第一部分以及第二部分。介电结构位于金属结构的第一部分与第二部分之间。第一部分、介电结构以及第二部分沿着第二方向排列。上电极以及下电极在垂直于第一方向与第二方向的第三方向上重叠。本发明的内部电极为复合结构，且内部电极的间距与宽度可根据光波波长以及占空比而定义。上电极可同时具有滤光片与偏光片的功能，可作为电极、滤光片以及偏光片的整合式结构。

Description

电极结构以及影像感测器
技术领域
本发明有关于一种影像感测器及其电极结构。
背景技术
影像感测器可侦测并转换信息并形成影像，且影像感测器应用于多种影像元件，例如数字相机、光学鼠标、医疗影像设备、热显像仪、雷达以及声纳等。传统的影像感测器包含滤光层、偏振阵列以及电极结构。举例来说，偏振阵列位于滤光层下方以及电极结构上方。然而，传统影像感测器的电极结构与滤光层以及偏振阵列是彼此分开的结构。因此，工艺较为复杂且封装成本较高。
有鉴于此，如何提供一种可克服上述问题的影像感测器及其电极结构仍是目前业界努力研究的目标之一。
发明内容
本发明的一技术态样为一种电极结构，应用于影像感测器。
在本发明一实施例中，电极结构包含上电极以及下电极。上电极包含多个内部电极以及与内部电极相连的外部电极，其中内部电极配置以根据波长范围过滤光线以及过滤光线以产生偏极化的光线。内部电极中的每一者包含金属结构以及介电结构。金属结构包含延伸于第一方向的第一部分以及第二部分。介电结构延伸于第一方向，其中介电结构位于金属结构的第一部分与第二部分之间。第一部分、介电结构以及第二部分沿着不同于第一方向的第二方向排列。下电极位于上电极下方，其中上电极以及下电极在垂直于第一方向与第二方向的第三方向上重叠。
在本发明一实施例中，电极结构还包含光电转换层，内部电极中的每一者还包含中间层。光电转换层配置以转换光线为电子信号，中间层配置以平滑化金属结构与光电转换层之间的位能差异。外部电极、金属结构以及介电结构位于光电转换层上方，且中间层位于金属结构以及光电转换层之间。
在本发明一实施例中，中间层包含透明导电氧化物。
在本发明一实施例中，外部电极与内部电极的中间层物性连接，外部电极与中间层位于光电转换层面对上电极的上表面上，且内部电极中的每一者的金属结构以及介电结构接触对应的中间层的上表面。
在本发明一实施例中，外部电极与内部电极的金属物性连接，外部电极与光电转换层面对上电极的上表面分开，中间层中的每一者围绕金属结构以及介电结构的下部，且中间层与下部埋设于光电转换层中。
在本发明一实施例中，内部电极的间距在从0.5λ至0.75λ的范围中，其中λ为光谱的波峰或者波谷。内部电极中的每一者具有沿着第二方向的宽度，且内部电极的占空比在从20％至90％的一范围中。
本发明的另一技术态样为一种影像感测器。
在本发明一实施例中，影像感测器包含多个像素、光电转换层以及多个中间层。像素中的每一者包含多个次像素，次像素中的每一者包含电极结构。电极结构中的每一者包含上电极以及下电极。上电极包含多个内部电极以及与内部电极相连的外部电极，其中内部电极配置以根据波长范围过滤光线以及过滤光线以产生偏极化的光线。内部电极中的每一者包含金属结构以及介电结构。金属结构包含延伸于第一方向的第一部分以及第二部分。介电结构延伸于第一方向，其中介电结构位于金属结构的第一部分与第二部分之间。第一部分、介电结构以及第二部分沿着不同于第一方向的第二方向排列。下电极位于上电极下方，其中上电极以及下电极在垂直于第一方向与第二方向的第三方向上重叠。光电转换层配置以转换光线为电子信号，其中光电转换层位于上电极与下电极之间。中间层配置以增进电子传输效果，中间层位于对应的金属结构与光电转换层之间。
在本发明一实施例中，次像素的数量为四，次像素中的每一者的内部电极具有倾斜角度，且相邻两次像素中的内部电极的倾斜角度具有45度的差异。
在本发明一实施例中，次像素包含第一次像素、第二次像素、第三次像素以及第四次像素，第一次像素具有第一倾斜角，第二次像素具有第二倾斜角，第三次像素具有第三倾斜角，第四次像素具有第四倾斜角，第一倾斜角小于第二倾斜角、第三倾斜角以及第四倾斜角，且其中第一倾斜角为90度、120度或150度。
在本发明一实施例中，像素的数量为四，并构成像素阵列。像素阵列包含CYYM马赛克排列、RGGB马赛克排列、CYGM马赛克排列或RGBW马赛克排列。当像素阵列为CYYM马赛克排列时，像素阵列包含青色像素、洋红色像素以及两黄色像素；当像素阵列为RGGB马赛克排列时，像素阵列包含红色像素、蓝色像素以及绿色像素；当像素阵列为CYGM马赛克排列时，像素阵列包含青色像素、黄色像素、绿色像素以及洋红色像素；当像素阵列为RGBW马赛克排列时，像素阵列包含红色像素、绿色像素、蓝色像素以及白色像素。
在本发明一实施例中，影像感测器包含N型通道元件与P型通道元件，对应于N型通道元件的中间层位于光电转换层面对上电极的上表面上，且内部电极中的每一者的金属结构以及介电结构接触对应的中间层背对光电转换层的表面；对应于P型通道元件的中间层中的每一者围绕金属结构以及介电结构的下部，且中间层与下部埋设于光电转换层中。
在上述实施例中，由于本发明的内部电极为复合结构，且内部电极的间距与宽度可根据光波波长以及占空比而定义，本发明的上电极的设计可根据波长范围过滤光线以及过滤光线以产生偏振化的光线。因此，上电极可同时具有滤光片与偏光片的功能。换句话说，本发明的上电极是可作为电极、滤光片以及偏光片的整合式结构。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的影像感测器的剖面图。
图2A为根据本发明一实施例的影像感测器的上电极的上视图。
图2B为沿着图2A中的线段2B-2B的剖面图。
图2C为图2A的三维立体图。
图3A为根据本发明另一实施例的影像感测器的上电极的上视图。
图3B为沿着图3A中的线段3B-3B的剖面图。
图3C为图3A的三维立体图。
图4为根据本发明另一实施例的影像感测器的像素的上视图。
图5为根据本发明另一实施例的影像感测器的像素的上视图。
图6A为根据本发明一实施例的影像感测器的像素阵列的上视图。
图6B为根据本发明另一实施例的影像感测器的像素阵列的上视图。
图6C为根据本发明另一实施例的影像感测器的像素阵列的上视图。
图6D为根据本发明另一实施例的影像感测器的像素阵列的上视图。
图7A、图8A以及图9A为根据本发明不同实施例中穿透不同电极结构后的光线的穿透率与波长模拟示意图。
图7B、图8B以及图9B分别为根据图7A、图8A以及图9A的模拟结果得出的消光比。
图10为不同颜色光线的内部电极的尺寸参数列表。
其中，附图中符号的简单说明如下：
10、10a：影像感测器；12、12a、12b：像素；12C：青色像素；12M：洋红色像素；12Y：黄色像素；12R：红色像素；12B：蓝色像素；12G：绿色像素；12W：白色像素；100：电极结构；110、110a：上电极；112、112a：外部电极；114、114a、114C、114M、114Y：内部电极；1142、1142a：金属结构；1142A：第一部分；1142B：第二部分；1142L：下部；1144：介电结构；1146、1146a：中间层；120：下电极；20、20a、20b：像素阵列；200：光电转换层；300：金属互连结构；400：基材；500：透镜阵列；X：第一方向；Y：第二方向；Z：第三方向；P1：第一次像素；P2：第二次像素；P3：第三次像素；P4：第四次像素；θ1：第一倾斜角；θ2：第二倾斜角；θ3：第三倾斜角；θ4：第四倾斜角；θ1～θ12：倾斜角；E1～E12：偏振角度；p：间距；w：宽度；h：高度；t：厚度；d1、d2：深度；PW、PW’(R)：P波；SW、SW’(C)：S波；TP、TS:穿透率。
具体实施方式
以下将以附图揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示之。且为了清楚起见，附图中的层和区域的厚度可能被夸大，并且在附图的描述中相同的元件符号表示相同的元件。
图1为根据本发明一实施例的影像感测器10的剖面图。影像感测器10包含电极结构100以及光电转换层200(photoelectric conversion layer，PCL)。电极结构100包含上电极110以及位于上电极110下方的下电极120。光电转换层200位于上电极110与下电极120之间。上电极110与下电极120于第三方向Z上重叠。光电转换层200被配置为转换光线为电子信号。举例来说，光电转换层200可由有机高分子材料或钙钛矿(perovskite)形成。穿透上电极110的光线可通过光电转换层200而转换为电子信号。
影像感测器10为互补式金属氧化物半导体(CMOS)影像感测器。影像感测器10还包含金属互连结构300、基材400以及透镜阵列500。基材400包含晶体管与电容(图未示)。晶体管包含N型金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)与P型金属氧化物半导体场效应晶体管。
图2A为根据本发明一实施例的影像感测器10的上电极110的上视图。参阅图1与图2A。在本实施例中，像素12包含四个次像素(例如：第一次像素P1、第二次像素P2、第三次像素P3以及第四次像素P4)，以2x2方式排列，但本发明不以此为限。电极结构100的上电极110具有分别对应于第一次像素P1、第二次像素P2、第三次像素P3以及第四次像素P4的图案。
如图2A所示，在每一个次像素(P1～P4)中，上电极110包含外部电极112以及与外部电极112相连的多个内部电极114。外部电极112与内部电极114位于光电转换层200上方。每一个次像素(P1～P4)中的内部电极114沿着与内部电极114的排列方向不同的另一方向延伸。举例来说，如第三次像素P3所示，内部电极114延伸于第一方向X，且内部电极114沿着垂直于第一方向X的第二方向Y排列。换句话说，内部电极114形成格栅结构。
每一个内部电极114包含金属结构1142与介电结构1144。金属结构1142包含第一部分1142A与第二部分1142B。介电结构1144位于金属结构1142的第一部分1142A与第二部分1142B之间。第一部分1142A、第二部分1142B以及介电结构1144为长条形。第一部分1142A、介电结构1144以及第二部分1142B沿着第二方向Y堆叠。换句话说，内部电极114为复合结构。
图2B为沿着图2A中的线段2B-2B的剖面图。图2C为图2A的影像感测器10的第三次像素P3的三维立体图。参阅图2B与图2C。每个内部电极114还包含位于金属结构1142与光电转换层200之间以及位于介电结构1144与光电转换层200之间的中间层1146。中间层1146沿着第一方向X延伸。光电转换层200、中间层1146以及复合结构(由金属结构1142与介电结构1144组成)沿着第三方向Z堆叠。第三方向Z此处为纵向。
中间层1146包含透明导电氧化物(Transparent conductive oxide，TCO)。举例来说，透明导电氧化物可以是氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)、氧化锌(Zinc oxide，ZnO)、氧化铝锌(Aluminum Doped Zinc Oxide，AZO)、非晶铟镓锌氧化物(amorphous indium-gallium-zinc oxide，ɑ-IGZO)或者非晶锡酸锌(ɑ-ZSO)。
如图2A所示，位于第一次像素P1、第二次像素P2、第三次像素P3以及第四次像素P4中的内部电极114分别具有第一倾斜角θ1、第二倾斜角θ2、第三倾斜角θ3以及第四倾斜角θ4。此处的倾斜角(θ1～θ4)定义为相对于第一方向X逆时针旋转测量到的角度。相邻两次像素(P1～P4)中的内部电极114的倾斜角(θ1～θ4)之间的差异为45度。第一次像素P1中的第一倾斜角θ1小于其他次像素(第二次像素P2至第四次像素P4)的倾斜角(第二倾斜角θ2至第四倾斜角θ4)。在本实施例中，次像素(P1～P4)中的内部电极114的倾斜角(θ1～θ4)分别为90度、135度、180度以及215度。次像素(P1～P4)的偏振角度E1～E4分别为0度、45度、90度以及135度。具体来说，此处的偏振角度表示通过上电极110后的光线的偏振态。换句话说，上电极110的图案是四指向(four-directional)偏振阵列。因此，内部电极114可以过滤光线以产生偏振化的光线。通过这样的设计，影像感测器10可具有较高的消光比(extinctionratio)。如此一来，反射光可有效地被移除，并提升影像品质。因此，通过前述的内部电极114的图案可使上电极110作为偏振片使用。
如图2B所示，内部电极114的尺寸参数包含间距p、宽度w以及高度h。间距p为相邻两内部电极114之间的距离。每个内部电极114的宽度w是沿着第二方向Y测量得出的。内部电极114构成周期性的图案，因此内部电极114的占空比(duty cycle)定义为w/p。在一些实施例中，内部电极114的占空比落在20％至90％的范围中。在一些较佳实施例中，内部电极114的占空比落在50％至90％的范围中。在本实施例中，内部电极114的高度h小于500微米，以避免降低光穿透率，但本发明不以此为限。
内部电极114的间距p定义为从0.5λ至0.75λ的范围中，λ为光谱的波峰或者波谷。举例来说，若像素12是设计为青色(cyan)滤光层，则λ可根据青色光频谱的波峰或波谷定义。由于青色光频谱是蓝光与绿光的混合光，因此波谷大约对应于630纳米(相当于青色光的互补色光频谱的波峰)。在这些条件下，间距p是在315纳米至472纳米的范围中，且宽度w可通过选择适合的占空比而决定。
如图2B所示，当S波SW(S偏振光)朝向内部电极114行进，此S波SW在穿透过上电极110后变成青色光的S波SW’(C)。P波PW(P偏振光)在穿透过上电极110后变成红色的P波PW’(R)。亦即，根据光波波长以及占空比定义内部电极114的间距p与宽度w，可使上电极110根据波长范围过滤光线。因此，通过前述的内部电极114的图案可使上电极110作为滤光片使用。
由此可知，通过将内部电极114设计为复合结构，并根据光波波长以及占空比定义内部电极114的间距p与宽度w，上电极110可同时具有滤光片与偏光片的功能。换句话说，上电极110是可作为电极、滤光片以及偏光片的整合式结构，且影像感测器10为多功能影像感测器。因此，本发明的影像感测器10可无需堆叠额外的滤光片与偏光片于电极上。
同时参照图2B与图2C。在本实施例中，电极结构100的设计是应用于N型通道元件。外部电极112物性及电性连接内部电极114的中间层1146。外部电极112与中间层1146具有相同材料。换句话说，外部电极112的材料包含透明导电氧化物。外部电极112与中间层1146位于光电转换层200的上表面210上。也就是说，中间层1146是位于光电转换层200面对上电极110的上表面210上。每一内部电极114的金属结构1142与介电结构1144接触对应的中间层1146的上表面。在一些实施例中，外部电极112的厚度t小于100纳米，但本发明不以此为限。
以N型通道来说，中间层1146(例如，透明导电氧化物)的功函数可自金属结构1142与光电转换层200(例如，有机材料)的功函数范围中选择。金属结构1142包含铝(Al)、铜(Cu)、钨(W)或合金。如此一来，通过形成中间层1146于金属结构1142与光电转换层200之间可平滑化金属结构1142与光电转换层200之间的位能差异。因此，通过使金属结构1142至光电转换层200之间的位能更平滑地降低，可使载流子(在N型通道元件中为电子)传输效率更高。通过设置具有透明导电氧化物的中间层1146于复合结构以及光电转换层200之间，可提高载流子传输表现。
图3A为根据本发明另一实施例的影像感测器10a的上电极110a的上视图。影像感测器10a与图2A中的影像感测器10相似，其差异在于上电极110a的外部电极112a与内部电极114a的金属结构1142a相连。外部电极112a与金属结构1142a具有相同材料。
图3B为沿着图3A中的线段3B-3B的剖面图。图3C为图3A的影像感测器10a的三维立体图。参阅图3B与图3C。每一内部电极114a的中间层1146a包围金属结构1142a以及介电结构1144的下部1142L，且中间层1146a与金属结构1142a以及介电结构1144的下部1142L埋设于光电转换层200。在本实施例中，中间层1146a埋设于光电转换层200中的深度d1大致与金属结构1142a埋设于光电转换层200中的部分的深度d2相同，但本发明不以此为限。在其他实施例中，深度d1可小于深度d2。
电极结构100a的设计是应用于P型通道元件。以P型通道元件来说，通过使金属结构1142至光电转换层200的位能更平滑地增加，可使载流子(在P型通道元件中为空穴)传输效率更高。因此，通过设置具有透明导电氧化物的中间层1146a于复合结构以及光电转换层200之间，可提高载流子传输表现。
图4为根据本发明另一实施例的影像感测器的像素12a的上视图。在本实施例中，次像素(P1～P4)中的内部电极114的倾斜角(θ5～θ8)分别为120度、165度、210度以及255度。倾斜角θ5～θ8定义为相对于第一方向X逆时针旋转测量到的角度。次像素(P1～P4)的偏振角度E5～E8分别为30度、75度、120度以及165度。像素12a的态样与像素12具有相似的技术功效，于此不再赘述。
图5为根据本发明另一实施例的影像感测器的像素12b的上视图。在本实施例中，次像素(P1～P4)中的内部电极114的倾斜角(θ9～θ12)分别为150度、195度、240度以及285度。倾斜角(θ9～θ12)定义为相对于第一方向X逆时针旋转测量到的角度。次像素(P1～P4)的偏振角度E9～E12分别为60度、105度、150度以及195度。像素12b的态样与像素12具有相似的技术功效，于此不再赘述。
应理解到，图2A、图4以及图5所示的倾斜角(θ1～θ12)的具体数值可调整，只要相邻两次像素中的内部电极的倾斜角之间的差异为45度即可。从另一角度来说，在对角线方向上相邻的两次像素中的内部电极的倾斜角之间具有90度的差异。
图6A为根据本发明一实施例的影像感测器的像素阵列20的上视图。像素阵列20的排列方式具有马赛克图案。本实施例中的马赛克图案是CYYM马赛克排列。一个青色像素12C(一群青色次像素)、一个洋红色像素12M(一群洋红色次像素)以及两个黄色像素12Y(两群黄色次像素)组成了CYYM的排列。此处所述的每个像素皆具有与图2A所示的像素12相似的设计。青色像素12C的内部电极114C的设计方式可让通过内部电极114C的光线呈现青色。洋红色像素12M的内部电极114M的设计方式可让通过内部电极114M的光线呈现洋红色。黄色像素12Y的内部电极114Y的设计方式可让通过内部电极114Y的光线呈现黄色。图2A、图4以及图5所示的像素12、12a、12b的组合也可应用于此。
应理解到，此处所述的CYYM马赛克排列仅为示例。在其他实施例中，马赛克图案可由对应不同颜色的像素构成，例如红色、绿色、蓝色以及白色。每个像素中的内部电极可根据基于光线波长决定的尺寸参数而设计。
图6B为根据本发明另一实施例的影像感测器的像素阵列20a的上视图。本实施例中的马赛克图案是RGGB马赛克排列。一个红色像素12R(一群红色次像素)、一个蓝色像素12B(一群蓝色次像素)以及两个绿色像素12G(两群绿色次像素)组成了RGGB的排列。
图6C为根据本发明另一实施例的影像感测器像素阵列20b的上视图。本实施例中的马赛克图案是CYGM马赛克排列。一个青色像素12C(一群青色次像素)、一个黄色像素12Y(一群黄色次像素)、一个绿色像素12G(一群绿色次像素)以及一个洋红色像素12M(一群洋红色次像素)组成了CYGM的排列。
图6D为根据本发明另一实施例的影像感测器20c的像素阵列的上视图。本实施例中的马赛克图案是RGBW马赛克排列。一个红色像素12R(一群红色次像素)、一个绿色像素12G(一群绿色次像素)、一个蓝色像素12B(一群蓝色次像素)以及一个白色像素12W(一群白色次像素)组成了RGBW的排列。
内部电极114C、114M、114Y之间的差异将于后续段落中搭配图7A至图10说明。图7A、图8A以及图9A为根据本发明不同实施例中穿透不同电极结构后的光线的穿透率与波长模拟示意图。图7B、图8B以及图9B分别为根据图7A、图8A以及图9A的模拟结果得出的消光比。图10为不同颜色光线的内部电极的尺寸参数列表。用于模拟的金属结构的材料为铝(Al)、铜(Cu)以及钨(W)。介电材料为二氧化硅(Silicon oxide，SiO2)、氧化铝(Aluminumoxide，Al2O3)、氟化镁(Magnesium fluoride，MgF2)或高分子材料。
图7A中展示了穿透图6A中的青色像素12C后的S波的穿透率TS以及P波的穿透率TP。如图10所示，内部电极114C的间距p与宽度w分别为400纳米与240纳米。也就是说，内部电极114C的占空比大约为60％。如同前述，间距p落在从0.5λ至0.75λ的范围中，且λ根据青色光频谱的波峰或者波谷决定。举例来说，青色光频谱的波谷大约为630纳米(换句话说，青色的互补色)。因此，内部电极114C的间距p落在从315纳米至472纳米的范围中。
在这些条件下，穿透青色像素12C中的内部电极114C的S波呈现青色。相反地，P波的穿透率TP比S波的穿透率TS小许多，且S波的穿透率TS在整个可见光波段中大于P波的穿透率TP。因此，如图7B所示，消光比R(TS/TP)显示出穿透内部电极114C的光线以青色的S波为主。
图8A中展示了穿透图6A中的洋红色像素12M后的S波的穿透率TS以及P波的穿透率TP。如图10所示，内部电极114M的间距p与宽度w分别为350纳米与280纳米。也就是说，内部电极114M的占空比大约为80％。相似地，洋红色光(蓝光与红光)频谱的波谷大约为575纳米(换句话说，洋红色光的互补色)。因此，内部电极114M的间距p落在从287纳米至430纳米的范围中。
在这些条件下，穿透洋红色像素12M中的内部电极114M的S波呈现洋红色。相反地，P波的穿透率TP比S波的穿透率TS小许多，且S波的穿透率TS在整个可见光波段中大于P波的穿透率TP。因此，如图8B所示，消光比R(TS/TP)代表穿透内部电极114M的光线以洋红色的S波为主。
图9A中展示了穿透图6A中的黄色像素12Y后的S波的穿透率TS以及P波的穿透率TP。如图10所示，内部电极114Y的间距p与宽度w分别为300纳米与180纳米。也就是说，内部电极114Y的占空比大约为60％。相似地，黄色光(绿光与红光)频谱的波谷大约为440纳米(换句话说，黄色光的互补色)。因此，内部电极114Y的间距p落在从220纳米至330纳米的范围中。
在这些条件下，穿透内部电极114Y的S波呈现洋红色。相反地，P波的穿透率TP比S波的穿透率TS小许多，且S波的穿透率TS在整个可见光波段中大于P波的穿透率TP。因此，如图9B所示，消光比R(TS/TP)代表穿透内部电极114Y的光线以黄色的S波为主。
综上所述，由于本发明的内部电极为复合结构，且内部电极的间距与宽度可根据光波波长以及占空比而定义，本发明的上电极可根据波长范围过滤光线以及过滤光线以产生偏振化的光线。因此，上电极可同时具有滤光片与偏光片的功能。换句话说，本发明的上电极是可作为电极、滤光片以及偏光片的整合式结构，且影像感测器为多功能影像感测器。此外，通过设置具有透明导电氧化物的中间层于复合结构以及光电转换层之间可提高载流子传输表现。
以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (11)

1.一种电极结构，应用于影像感测器，其特征在于，所述电极结构包含：
上电极，包含多个内部电极以及与所述多个内部电极相连的外部电极，其中所述多个内部电极被配置为根据波长范围过滤光线以及过滤所述光线以产生偏极化的光线，且所述多个内部电极中的每一者包含：
金属结构，包含延伸于第一方向的第一部分以及第二部分；以及
介电结构，延伸于所述第一方向，其中所述介电结构位于所述金属结构的所述第一部分与所述第二部分之间，所述第一部分、所述介电结构以及所述第二部分沿着不同于所述第一方向的第二方向排列；以及
下电极，位于所述上电极下方，其中所述上电极以及所述下电极在垂直于所述第一方向与所述第二方向的第三方向上重叠。
2.根据权利要求1所述的电极结构，其特征在于，还包含光电转换层，且每一所述多个内部电极还包含中间层，其中所述光电转换层被配置为转换所述光线为电子信号，所述中间层被配置为平滑化所述金属结构与所述光电转换层之间的位能差异，所述外部电极、所述金属结构以及所述介电结构位于所述光电转换层上方，且所述中间层位于所述金属结构以及所述光电转换层之间。
3.根据权利要求2所述的电极结构，其特征在于，所述中间层包含透明导电氧化物。
4.根据权利要求2所述的电极结构，其特征在于，所述外部电极与所述多个内部电极的所述多个中间层物性连接，所述外部电极与所述多个中间层位于所述光电转换层面对所述上电极的上表面上，且所述多个内部电极中的每一者的所述金属结构以及所述介电结构接触对应的所述中间层的上表面。
5.根据权利要求2所述的电极结构，其特征在于，所述外部电极与所述多个内部电极的所述多个金属结构物性连接，所述外部电极与所述光电转换层面对所述上电极的上表面分开，所述多个中间层中的每一者围绕所述金属结构的下部以及所述介电结构的下部，且所述多个中间层与所述多个下部埋设于所述光电转换层中。
6.根据权利要求1所述的电极结构，其特征在于，所述多个内部电极的间距在从0.5λ至0.75λ的范围中，其中λ为光谱的波峰或者波谷，所述多个内部电极中的每一者具有沿着所述第二方向的宽度，且所述多个内部电极的占空比在从20％至90％的范围中。
7.一种影像感测器，其特征在于，包含：
多个像素，其中所述多个像素中的每一者包含多个次像素，所述多个次像素中的每一者包含电极结构以及光电转换层，且所述多个电极结构中的每一者包含：
上电极，包含多个内部电极以及与所述多个内部电极相连的外部电极，其中所述多个内部电极被配置为根据波长范围过滤光线以及过滤所述光线以产生偏极化的光线，所述多个内部电极中的每一者包含：
金属结构，包含延伸于第一方向的第一部分以及第二部分；
介电结构，延伸于所述第一方向，其中所述介电结构位于所述金属结构的所述第一部分与所述第二部分之间，所述第一部分、所述介电结构以及所述第二部分沿着不同于所述第一方向的第二方向排列；以及
中间层，被配置为增进电子传输效果，其中所述中间层位于所述金属结构与所述光电转换层之间，以及
下电极，位于所述上电极下方，其中所述上电极以及所述下电极在垂直于所述第一方向与所述第二方向的第三方向上重叠，
其中，所述光电转换层被配置为转换所述光线为电子信号，其中所述光电转换层位于所述上电极与所述下电极之间。
8.根据权利要求7所述的影像感测器，其特征在于，所述多个次像素的数量为四，所述多个次像素中的每一者的所述内部电极具有倾斜角，且相邻两次像素中的所述多个内部电极的所述多个倾斜角具有45度的差异。
9.根据权利要求7所述的影像感测器，其特征在于，所述多个次像素包含第一次像素、第二次像素、第三次像素以及第四次像素，所述第一次像素具有第一倾斜角，所述第二次像素具有第二倾斜角，所述第三次像素具有第三倾斜角，所述第四次像素具有第四倾斜角，所述第一倾斜角小于所述第二倾斜角、所述第三倾斜角以及所述第四倾斜角，且其中所述第一倾斜角为90度、120度或150度。
10.根据权利要求7所述的影像感测器，其特征在于，所述多个像素的数量为四，且所述多个像素构成像素阵列，且其中所述像素阵列包含CYYM马赛克排列、RGGB马赛克排列、CYGM马赛克排列或RGBW马赛克排列，当所述像素阵列为CYYM马赛克排列时，所述像素阵列包含一青色像素、一洋红色像素以及两黄色像素；当所述像素阵列为RGGB马赛克排列时，所述像素阵列包含一红色像素、一蓝色像素以及两绿色像素；当所述像素阵列为CYGM马赛克排列时，所述像素阵列包含一青色像素、一黄色像素、一绿色像素以及一洋红色像素；当所述像素阵列为RGBW马赛克排列时，所述像素阵列包含一红色像素、一绿色像素、一蓝色像素以及一白色像素。
11.根据权利要求7所述的影像感测器，其特征在于，还包含N型通道元件与P型通道元件，对应于所述N型通道元件的所述多个中间层位于所述光电转换层面对所述上电极的上表面上，且所述多个内部电极中的每一者的所述金属结构以及所述介电结构接触对应的所述中间层背对所述光电转换层的表面，对应于所述P型通道元件的所述多个中间层中的每一者围绕所述金属结构以及所述介电结构的下部，且所述多个中间层与所述多个下部埋设于所述光电转换层中。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101750982B1 (ko) * 2009-11-06 2017-06-26 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체 장치 및 반도체 장치의 제작 방법
CN109314124B (zh) * 2016-07-20 2023-05-12 索尼公司 受光元件及其制造方法、成像器件和电子装置
KR102020956B1 (ko) * 2016-08-30 2019-10-18 삼성전자주식회사 광학필터 및 이를 이용한 광학 디바이스
US11009634B2 (en) * 2017-01-18 2021-05-18 Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University Structural color filter and method of manufacturing the structural color filter
JP6833597B2 (ja) * 2017-04-11 2021-02-24 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置
JP6987529B2 (ja) * 2017-05-15 2022-01-05 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子、撮像素子の製造方法、電子機器、及び、撮像モジュール
JP6951866B2 (ja) * 2017-05-18 2021-10-20 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子
JP2019134229A (ja) * 2018-01-29 2019-08-08 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子および撮像装置
WO2020218046A1 (ja) * 2019-04-26 2020-10-29 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 撮像素子
KR20210054085A (ko) * 2019-11-04 2021-05-13 삼성전자주식회사 이미지 센서
KR20220032923A (ko) * 2020-09-08 2022-03-15 삼성전자주식회사 이미지 센서

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