CN117316965A - 图像传感器及包括该图像传感器的电子装置 - Google Patents

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Abstract

一种图像传感器可以包括像素阵列，该像素阵列包括二维地布置的多个像素。每个像素可以包括：第一超光电二极管，吸收第一波段的光；第二超光电二极管，吸收第二波段的光；以及第三超光电二极管，吸收第三波段的光，其中，第一超光电二极管、第二超光电二极管和第三超光电二极管可以布置在尺寸小于衍射极限的区域中。布置在像素阵列的中心部分中的多个像素中的第一超光电二极管、第二超光电二极管和第三超光电二极管的布置形式可以与布置在像素阵列的外围中的多个像素中的第一超光电二极管、第二超光电二极管和第三超光电二极管的布置形式相同。

Description

图像传感器及包括该图像传感器的电子装置
相关申请的交叉引用
本申请基于并要求于2022年6月28日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2022-0079277的优先权，其全部公开内容通过引用合并于此。
技术领域
本公开涉及图像传感器及包括该图像传感器的电子装置。
背景技术
图像传感器通常使用滤色器感测入射光的颜色。然而，由于滤色器吸收除了对应颜色的光以外的颜色的光，因此可能降低光利用效率。例如，当使用RGB滤色器时，由于RGB滤色器仅透射入射光的1/3并吸收入射光的其余2/3，因此光利用效率仅为约33％。如此，图像传感器的大部分光损失可能是由滤色器引起的。因此，已经尝试了在不使用滤色器的情况下将颜色分离到图像传感器的每个像素中的方法。
另一方面，随着对更高分辨率的需求增加，像素尺寸逐渐变小，这可能限制颜色分离功能。另外，在颜色分离方法中，进入单位像素的能量被R、G和B有效区域划分和吸收，因此，每个子像素负责一种颜色，并且由于基本上存在于信号处理过程中的欠采样，可能发生分辨率下降。因此，正在寻找一种实现适合于实现高分辨率的全色像素的方法。
发明内容
提供了具有全色像素的图像传感器以及包括所述图像传感器的电子装置。
此外，提供了在具有入射光的不同主光线角的中心部分和外围处具有基本上均匀的吸收光谱的图像传感器以及包括所述图像传感器的电子装置。
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。
根据本公开的一方面，提供了一种图像传感器，包括：像素阵列，包括二维地布置的多个像素，其中，多个像素中的每个像素包括：第一超光电二极管，被配置为选择性地吸收第一波段的光；第二超光电二极管，被配置为选择性地吸收不同于第一波段的第二波段的光；以及第三超光电二极管，被配置为选择性地吸收不同于第一波段和第二波段的第三波段的光，其中，第一超光电二极管、第二超光电二极管和第三超光电二极管布置在尺寸等于或小于衍射极限的区域中，其中，多个像素中的在像素阵列的中心部分中的一个或多个第一像素的第一超光电二极管、第二超光电二极管和第三超光电二极管以与多个像素中的在像素阵列的外围中的一个或多个第二像素的第一超光电二极管、第二超光电二极管和第三超光电二极管相同的形式来布置。
在像素阵列的中心部分和外围中，布置在多个像素中的第一超光电二极管可以具有相同的第一结构，第二超光电二极管可以具有相同的第二结构，并且第三超光电二极管可以具有相同的第三结构。
在多个像素中的每个像素中，可以满足以下条件：W/2+40nm＞S，其中，S是第一超光电二极管、第二超光电二极管和第三超光电二极管中的在第一方向上相邻的两个超光电二极管之间的间隔，并且W是相邻的两个超光电二极管的宽度之和。
在多个像素中的每个像素中，第一超光电二极管、第二超光电二极管和第三超光电二极管中的在第一方向上相邻的两个超光电二极管之间的间隔可以为约150nm或更小，并且至少是相邻的两个超光电二极管的宽度之和的1/2。
在多个像素中的每个像素中，第一超光电二极管、第二超光电二极管和第三超光电二极管中的在第一方向上相邻的两个超光电二极管之间的间隔可以是衍射极限的1/3或更小。
像素阵列的中心部分是入射光可以垂直地入射的第一区域，并且像素阵列的外围围绕中心部分并且是入射光可以倾斜地入射的第二区域。
像素阵列还可以包括：光学板，被布置为面对多个像素的光入射表面，并且被配置为将入射光的行进方向改变为垂直于多个像素的光入射表面。
光学板可以包括数字微透镜阵列或数字偏转器。
第一超光电二极管、第二超光电二极管和第三超光电二极管中的每一个可以具有棒状，可以包括：第一导电类型半导体层；本征半导体层，堆叠在第一导电类型半导体层上；以及第二导电类型半导体层，堆叠在本征半导体层上，并且其中，第一超光电二极管、第二超光电二极管和第三超光电二极管可以在垂直于堆叠方向的方向上分别具有彼此不同的第一宽度、第二宽度和第三宽度。
第一宽度、第二宽度和第三宽度可以为约50nm至约200nm。
第一波段可以大于第二波段且第二波段可以大于第三波段，并且其中，第一宽度可以大于第二宽度且第二宽度大于第三宽度。
第一超光电二极管、第二超光电二极管和第三超光电二极管在堆叠方向上的高度可以为约500nm或更大。
第一超光电二极管、第二超光电二极管和第三超光电二极管在堆叠方向上的高度彼此相同。
多个像素中的每个像素可以具有约250nm至约450nm的宽度。
多个像素中的每个像素可以包括一个第一超光电二极管、一个第二超光电二极管以及两个第三超光电二极管，并且其中，第一超光电二极管和第二超光电二极管设置在第一对角线方向上，并且两个第三超光电二极管设置在与第一对角线方向相交的第二对角线方向上。
布置在多个像素中的每个像素中的第一超光电二极管、第二超光电二极管和第三超光电二极管的数量之和为九，并且这九个超光电二极管布置成3×3阵列的形式。
多个像素中的每个像素可以包括一个第一超光电二极管、多个第二超光电二极管和多个第三超光电二极管，并且其中，第一超光电二极管位于多个像素中的每个像素的中心处。
根据本公开的另一方面，提供了一种图像传感器，包括：像素阵列，包括二维地布置的多个像素，其中，多个像素中的每个像素包括：第一超光电二极管，被配置为选择性地吸收第一波段的光；第二超光电二极管，被配置为选择性地吸收不同于第一波段的第二波段的光；以及第三超光电二极管，被配置为选择性地吸收不同于第一波段和第二波段的第三波段的光，其中，第一超光电二极管、第二超光电二极管和第三超光电二极管布置在尺寸小于衍射极限的区域中，并且其中，第一超光电二极管、第二超光电二极管和第三超光电二极管中的在第一方向上相邻的两个超光电二极管之间的间隔为约150nm或更小，并且该间隔至少是相邻的两个超光电二极管的宽度之和的1/2。
在像素阵列的整个区域中，布置在多个像素中的每个像素中的第一超光电二极管、第二超光电二极管和第三超光电二极管具有相同的布置形式。
根据本公开的另一方面，提供了一种电子装置，包括：透镜组件，被配置为形成物体的光学图像；图像传感器，被配置为将由透镜组件形成的光学图像转换为电信号；以及处理器，被配置为处理由图像传感器生成的信号，其中，图像传感器包括像素阵列，该像素阵列包括二维地布置的多个像素，并且多个像素中的每个像素包括：第一超光电二极管，被配置为选择性地吸收第一波段的光；第二超光电二极管，被配置为选择性地吸收不同于第一波段的第二波段的光；以及第三超光电二极管，被配置为选择性地吸收不同于第一波段和第二波段的第三波段的光，其中，第一超光电二极管、第二超光电二极管和第三超光电二极管布置在尺寸小于衍射极限的区域中，并且其中，多个像素中的在像素阵列的中心部分中的一个或多个第一像素的第一超光电二极管、第二超光电二极管和第三超光电二极管以与多个像素中的在像素阵列的外围中的一个或多个第二像素的第一超光电二极管、第二超光电二极管和第三超光电二极管相同的形式来布置。
根据本公开的另一方面，提供了一种像素阵列，包括：一个或多个第一像素，设置在像素阵列的中心区域中；以及一个或多个第二像素，设置在像素阵列的外围区域中，其中，一个或多个第一像素和一个或多个第二像素中的每一个包括：第一超光电二极管，被配置为选择性地吸收第一波段的光；第二超光电二极管，被配置为选择性地吸收不同于第一波段的第二波段的光；以及第三超光电二极管，被配置为选择性地吸收不同于第一波段和第二波段的第三波段的光，其中，一个或多个第一像素和一个或多个第二像素具有等于或小于衍射极限的宽度，并且其中，一个或多个第一像素的第一超光电二极管、第二超光电二极管和第三超光电二极管以与一个或多个第二像素的第一超光电二极管、第二超光电二极管和第三超光电二极管相同的形式来布置。
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框图；
图2是示出了图1的图像传感器的像素阵列的像素布置的平面图；
图3是示意性地示出了包括图1的图像传感器的相机模块的概念图；
图4是示出了图1的图像传感器的像素阵列的结构的透视图；
图5是图4的像素阵列的结构的平面图；
图6A和图6B是分别沿图5的线A-A和B-B截取的截面图；
图7是示出了根据超光电二极管的尺寸和超光电二极管之间的间隔、相对于不同主光线角的颜色分离结果的比较的表；
图8A至图8C、图9A至图9C、图10A至图10C、图11A至图11C以及图12A至图12C是示出了在不同主光线角下比较的蓝光、绿光和红光的吸收光谱根据超光电二极管的尺寸和超光电二极管之间的间隔的变化的曲线图；
图13是示出了根据另一示例实施例的图像传感器的像素阵列的结构的平面图；
图14A至图14C、图15A至图15C和图16A至图16C是示出了根据像素之间的隔离膜的宽度，蓝光、绿光和红光的吸收光谱相对于不同主光线角的变化的比较的曲线图；
图17示出了根据比较例的图像传感器的像素布置；
图18是示出了根据比较例的图像传感器的对每种颜色的效率的曲线图；
图19是示出了根据另一示例实施例的图像传感器的示意性结构的透视图；
图20至图23是示出了根据其他示例实施例的在每个图像传感器中的一个像素中设置的各种类型的超光电二极管的布置的平面图；
图24是示出了根据另一示例实施例的图像传感器的像素阵列的结构的截面图；
图25是示出了位于像素阵列的中心部分处的光学板的示例性纳米图案结构的平面图；
图26示出了紧接在通过光学板的一个数字微透镜之后的光在像素阵列的中心部分处的示例性相位轮廓；
图27是示出了位于像素阵列的外围处的光学板的示例性纳米图案结构的平面图；
图28是示出了紧接在通过光学板的一个数字微透镜之后的光在像素阵列的外围处的示例性相位轮廓的曲线图；
图29是示出了根据另一示例实施例的图像传感器的像素阵列的结构的截面图；
图30是示出了根据实施例的包括图像传感器的电子装置的示意性框图；
图31是示出了图30的相机模块的示意性框图；以及
图32至图41是示出了应用根据实施例的图像传感器的电子装置的各种示例的图。
具体实施方式
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，示例性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示例实施例，以解释各个方面。如本文中所使用的术语“和/或”包括相关列出项目中的一个或多个的任何和所有组合。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。
在下文中，将参考附图详细地描述图像传感器以及包括该图像传感器的电子装置。本公开的示例实施例能够进行各种修改，并且可以以许多不同的形式来体现。在以下附图中，类似的附图标记指代类似的元件，并且为了清楚起见和便于说明，附图中每个组件的尺寸可能被放大。
在下文中，当使用表述“在......上方”或“在......上”来描述元件的位置时，元件的位置不仅可以包括元件“以接触方式直接在......上/下/左/右”，还可以包括“以非接触方式在......上/下/左/右”。
尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等在本文中可以被用于描述各种元件，但是这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分开。这些术语不限制组件的材料或结构的差异。
除非上下文另行明确指示，否则单数形式包括复数形式。当在说明书中一个部分“包含”或“包括”一个元件时，除非另有定义，否则不排除其他元件，而是还可以包括其他元件。
此外，在说明书中，术语“单元”或“......模块”表示处理至少一个功能或操作的单元或模块，并且可以由硬件、软件或硬件和软件的组合来实现。例如，根据示例，“单元”或“......模块”可以由处理器、一个或多个电子组件和/或电路来实现。
术语“上方”和类似的方向性术语可以应用于单数和复数两者。
关于构成方法的操作，除非清楚地描述了操作的顺序或者除非上下文另有清楚地指示，否则可以以任何适当的顺序执行操作。此外，所有示例术语(例如，等)仅用于详细地解释本公开的技术范围，因此，本公开的范围不受示例或示例术语的限制，只要其不是由权利要求限定的。
图1是根据示例实施例的图像传感器1000的框图，并且图2是示出了图1的图像传感器1000的像素阵列1100的像素布置的平面图。
参考图1和图2，图像传感器1000可以包括像素阵列1100、时序控制器(T/C)1010、行解码器1020和输出电路1030。像素阵列1100包括沿着多个行和列二维地布置的像素PX。每个像素PX可以包括多个p-i-n超光电二极管。下面将参考图4详细地描述多个p-i-n超光电二极管。
行解码器1020响应于从时序控制器1010输出的行地址信号来选择像素阵列1100的一个行。输出电路1030从沿着所选行布置的多个像素以列为单位输出感光信号。为此，输出电路1030可以包括列解码器和模数转换器(ADC)。例如，输出电路1030可以包括分别在列解码器和像素阵列1100之间针对各列设置的多个ADC，或者设置在列解码器的输出端子处的一个ADC。时序控制器1010、行解码器1020和输出电路1030可以实现为单个芯片或单独的芯片。用于处理通过输出电路1030输出的图像信号的处理器可以与时序控制器1010、行解码器1020和输出电路1030一起实现为单个芯片。
构成像素阵列1100的多个像素PX可以是全色像素，每个全色像素可以感测任意颜色。也就是说，入射在像素PX上的光可以针对每个波段被划分，例如，可以区分和感测红光分量、绿光分量和蓝光分量的量。因此，在根据示例实施例的图像传感器1000中不会发生在相关技术的具有滤色器的图像传感器中发生的根据子像素颜色的特定颜色的光损失。换句话说，几乎不管像素PX内的区域的位置如何，都可以检测入射在像素PX上的光的每个颜色分量。在这方面，根据示例实施例的图像传感器1000的像素PX可以在区别于仅识别特定颜色的红色像素、绿色像素、蓝色像素等的意义下被称为全色像素或RGB像素。
如图2所示，像素PX可以二维地布置，并且像素PX的宽度p可以具有等于或小于衍射极限D的大小。这里，宽度可以表示在限定二维阵列的一个方向上的宽度，并且在两个方向上的宽度可以等于或小于衍射极限D。
衍射极限D可以表示物体可以被分离和成像的最小尺寸，并且由以下等式表示：
D＝λ/(2NA)＝λ*F。
这里，λ是入射光的波长，并且NA和F分别是成像光学系统(或透镜组件)的数值孔径和F数。
NA被定义为成像空间中边缘光线角的正弦值，可以表示：NA越大，聚焦光的角度分布越大。F数由1/(2NA)的关系来定义。根据成像系统的高分辨率和小型化趋势，边缘光线角趋于增加，因此，正在开发具有小F数的模块化透镜。当可以减小的理想F数为约1.0时，衍射极限D变为λ。
在该条件下，基于蓝光的中心波长，衍射极限D可以表示为例如约450nm。也就是说，构成像素阵列1100的每个像素PX可以具有约450nm×450nm或更小的尺寸。然而，该尺寸是示例，并且具体尺寸可以根据一起设置的成像光学系统而变化。因此，根据另一示例实施例，衍射极限D可以不同于450nm。
可以根据稍后描述的设置在像素PX中的超光电二极管的尺寸和数量来设置像素PX的最小宽度。像素PX的宽度可以是例如约250nm或更大，或者约300nm或更大，但不限于此。
上述图像传感器1000可以应用于诸如相机模块之类的各种光学装置。例如，图3是示意性地示出了包括图1的图像传感器1000的相机模块1880的概念图。根据示例实施例，相机模块可以包括被组合以捕获图像的一个或多个硬件组件。
参考图3，相机模块1880可以包括：透镜组件1910，被配置为通过聚焦从物体反射的光来形成光学图像；以及图像传感器1000，被配置为将由透镜组件1910形成的光学图像转换为电图像信号；以及图像信号处理器1960，被配置为将从图像传感器1000输出的电信号处理为图像信号。相机模块1880还可以包括设置在图像传感器1000和透镜组件1910之间的红外线阻挡滤波器、用于显示由图像信号处理器1960形成的图像的显示面板、以及用于存储由图像信号处理器1960形成的图像数据的存储器。相机模块1880可以安装在例如移动电子设备(诸如移动电话、笔记本计算机、平板PC等)中。
透镜组件1910用于将在相机模块1880外部的物体的图像聚焦在图像传感器1000上，更准确地说，聚焦在图像传感器1000的像素阵列1100上。在图3中，为方便起见示出了单个透镜，但是实际的透镜组件1910可以包括多个透镜。当像素阵列1100准确定位在透镜组件1910的焦平面上时，起始于物体上的点的光通过透镜组件1910重新会聚到像素阵列1100上的点。例如，起始于光轴OX上的任意一点A的光穿过透镜组件1910，然后会聚到像素阵列1100的在光轴OX上的中心。起始于偏离光轴OX的任意一点B、C或D的光通过透镜组件1910与光轴OX相交，并被收集在像素阵列1100的外围中的一点处。例如，在图3中，起始于光轴OX上方的点B的光与光轴OX相交并被收集在像素阵列1100的下边缘处，并且起始于低于光轴OX的点C的光与光轴OX相交并被收集在像素阵列1100的上边缘处。此外，起始于位于光轴OX和点B之间的点D的光被收集在像素阵列1100的中心和下边缘之间的外围处。
因此，起始于不同点A、B、C和D的光根据点A、B、C和D与光轴OX之间的距离以彼此不同的角度进入像素阵列1100。入射到像素阵列1100上的光的入射角被定义为主光线角(CRA)。主光线是指从物体的点通过透镜组件1910的中心入射到像素阵列1100上的光线，并且主光线角是指主光线与光轴OX所成的角。起始于光轴OX上的点A的光具有0度的主光线角，并且垂直于像素阵列1100的中心部分入射。主光线角随着起始点移离光轴OX而增大。
从图像传感器1000的角度来看，入射光在像素阵列1100的中心部分处的主光线角为0度，并且入射光在围绕像素阵列1100的中心部分的外围处倾斜地入射。此外，入射光的主光线角朝向像素阵列1100的边缘增大。例如，起始于点B和点C的入射到像素阵列1100的边缘上的光的主光线角最大，并且起始于点A并入射到像素阵列1100的中心部分上的光的主光线角为0度。此外，起始于点D并入射到像素阵列1100的中心和边缘之间的外围上的光的主光线角小于起始于点B和点C的光的主光线角，并大于0度。
因此，入射到像素上的入射光的主光线角根据像素阵列1100中的像素的位置而变化。根据示例实施例，可以确定稍后将描述的超光电二极管之间的间隔，使得位于像素阵列1100的中心部分处的像素和位于像素阵列1100的外围处的像素的吸收光谱是均匀的。
图4是示出了图1的图像传感器1000的像素阵列1100的结构的详细透视图。图5是图4的像素阵列1100的结构的平面图，并且图6A和图6B是分别沿图5的线A-A和B-B截取的截面图。
参考图4，包括在像素阵列1100中的多个像素PX中的每一个可以包括：第一超光电二极管100，被配置为选择性地吸收第一波段(例如，红色波段)的光；第二超光电二极管200，被配置为选择性地吸收不同于第一波段的第二波段(例如，绿色波段)的光；以及第三超光电二极管300，被配置为选择性地吸收不同于第一波段和第二波段的第三波段(例如，蓝色波段)的光。根据示例实施例，图像传感器1000的像素阵列1100还可以包括填充在第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300之间的介电层500。
此外，图像传感器1000的像素阵列1100还可以包括电路板SU。电路板SU支撑多个第一超光电二极管100、多个第二超光电二极管200和多个第三超光电二极管300，并且可以包括用于处理每个像素PX中的信号的电路元件。例如，电路板SU可以包括用于设置在像素PX中的第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300的电极和布线结构。此外，图像传感器1000所需的各种电路元件可以集成并设置在电路板SU上。例如，电路板SU还可以包括逻辑层，该逻辑层包括各种模拟电路和数字电路，并且电路板SU还可以包括存储数据的存储层。逻辑层和存储层可以被配置为不同的层或相同的层。图1所示的电路元件中的一些可以设置在电路板SU上。
第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300均可以是尺寸小于入射光的波长的棒状竖直型光电二极管，并且可以通过导模谐振来选择性地吸收特定波段的光。第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300的吸收光谱可以由第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300的宽度、高度、截面形状和布置形式来确定，并且可以由第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300中的两个相邻的超光电二极管之间的间隔来确定。
参考图5，第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300中的每一个可以在垂直于高度方向(Z方向)的方向(X方向或Y方向)上具有彼此不同的第一宽度w1、第二宽度w2和第三宽度w3，使得第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300选择性地吸收不同波段的光。也就是说，根据示例实施例，第一超光电二极管100可以具有第一宽度w1，第二超光电二极管200可以具有第二宽度w2，并且第三超光电二极管300可以具有第三宽度w3，其中，第一宽度w1、第二宽度w2和第三宽度w3在垂直于高度方向(Z方向)的方向(X方向或Y方向)上彼此不同。第一宽度w1、第二宽度w2和第三宽度w3可以具有例如约50nm或更大且约200nm或更小的范围。可以选择第一宽度w1、第二宽度w2和第三宽度w3，使得入射在像素PX上的光中的满足每个导模谐振的要求的波长的光在对应的超光电二极管内被引导。例如，第一宽度w1可以在约1O0nm至约200nm的范围内，第二宽度w2可以在约80nm至约150nm的范围内，并且第三宽度w3可以在约50nm至约120nm的范围内。
第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300可以分别吸收入射光中的红光、绿光和蓝光。因此，第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300中的具有更大宽度的超光电二极管可以吸收更长波段的光。例如，第一宽度w1可以大于第二宽度w2，并且第二宽度w2可以大于第三宽度w3。在图5中，在第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300周围示出的圆形概念性地示出了红光、绿光和蓝光分别被引导到第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300中，但不限于此。入射到像素PX区域中的任意位置的大部分红光可以被第一超光电二极管100吸收，大部分绿光可以被第二超光电二极管200吸收，并且大部分蓝光可以被第三超光电二极管300吸收。
此外，一个像素PX可以包括吸收红光的一个第一超光电二极管100、吸收绿光的一个第二超光电二极管200以及吸收蓝光的两个第三超光电二极管300。例如，可以布置一个第一超光电二极管100、一个第二超光电二极管200和两个第三超光电二极管300，使得连接这四个超光电二极管100、200和300的中心的线是正方形。第一超光电二极管100和第二超光电二极管200可以设置在正方形的第一对角线方向上，并且两个第三超光电二极管300设置在与第一对角线方向相交的第二对角线方向上。然而，该布置是示例。例如，超光电二极管可以被布置为使得连接一个像素PX中的四个超光电二极管的中心的线是矩形，或者也可以布置五个或更多个超光电二极管。
在图4和图5中，第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300以圆柱形状示出，但不限于此。例如，第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300可以具有椭圆棒状或多边形棒状，例如方柱或六角柱。换句话说，第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300在垂直于高度方向(Z方向)的方向(X方向或Y方向)上的截面形状可以具有圆形、椭圆形或多边形形状。当第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300的截面形状为圆形形状时，第一宽度w1、第二宽度w2和第三宽度w3可以分别表示为第一直径、第二直径和第三直径。
参考图6A和图6B，第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300的高度H可以是约500nm或更大、约1μm或更大、或约2μm或更大。第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300的高度H的适当上限可以考虑到每个波长的量子效率和工艺难度来设置，并且可以是例如10μm或更小、或5μm或更小。具有高能量的较短波长的光可以更靠近超光电二极管的上表面被吸收，并且具有较长波长的光可以在超光电二极管的较深位置处被吸收。因此，可以考虑入射到第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300中的光被吸收的位置(即，距其表面的深度位置)来确定第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300的高度H。
如图6A和图6B所示，第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300可以具有相同的高度。当第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300具有相同高度时，制造过程可以较容易。在这种情况下，可以根据长波段的光来选择充分实现光吸收的高度。然而，本公开不限于此，并且第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300可以具有彼此不同的高度。例如，第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300中的具有更大高度的超光电二极管可以吸收更长波段的光。换句话说，如果第一超光电二极管100的高度为h1，第二超光电二极管200的高度为h2，并且第三超光电二极管300的高度为h3，则可以满足h1＞h2＞h3的条件。
第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300中的每一个是棒状p-i-n光电二极管。例如，第一超光电二极管100可以包括第一导电类型半导体层11、在第三方向(Z方向)上堆叠在第一导电类型半导体层11上的本征半导体层12、以及在第三方向(Z方向)上堆叠在本征半导体层12上的第二导电类型半导体层13，第二超光电二极管200可以包括第一导电类型半导体层21、在第三方向(Z方向)上堆叠在第一导电类型半导体层21上的本征半导体层22、以及在第三方向(Z方向)上堆叠在本征半导体层22上的第二导电类型半导体层23，并且第三超光电二极管300可以包括第一导电类型半导体层31、在第三方向(Z方向)上堆叠在第一导电类型半导体层31上的本征半导体层32、以及在第三方向(Z方向)上堆叠在本征半导体层32上的第二导电类型半导体层33。这里，第一导电类型半导体层11、21和31、本征半导体层21、22和32与第二导电类型半导体层13、23和33的堆叠方向可以是与第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300的高度方向相同的方向。第一导电类型半导体层11、21和31可以包括掺杂有第一导电类型的半导体材料，第二导电类型半导体层13、23和33可以包括掺杂有与第一导电类型电气相反的第二导电类型的半导体材料，并且本征半导体层12、22和32可以包括未掺杂的半导体材料。
第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300可以基于硅半导体形成。例如，第一导电类型半导体层11、21和31可以包括p-Si，本征半导体层12、22和32可以包括i-Si，并且第二导电类型半导体层13、23和33可以包括n-Si。备选地，第一导电类型半导体层11、21和31可以包括n-Si，而第二导电类型半导体层13、23和33可以包括p-Si。然而，半导体材料不一定限于硅Si。例如，根据另一示例实施例，第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300的半导体材料可以包括锗Ge、III-V族化合物半导体或II-VI族化合物半导体。
根据示例实施例，填充在第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300之间的介电层500可以包括对要通过第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300检测的波段的光透明的介电材料。此外，介电层500的介电材料的折射率可以小于第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300的折射率。介电层500的介电材料对于波长为约630nm的光的折射率可以是例如1或更大、或者2或更小。例如，介电层500可以包括空气、SiO2、Si3N4或Al2O3。
如上所述，具有小于入射光的波长的宽度或直径的第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300可以布置在尺寸小于或等于成像光学系统(例如，透镜组件1910)的衍射极限的像素PX中。换句话说，在一个像素PX中，第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300可以布置在尺寸小于或等于成像光学系统(例如，透镜组件1910)的衍射极限的区域中。那么，每个像素PX可以在不使用滤色器的情况下感测入射光中包括的红光、绿光和蓝光。在这方面，可以看出，布置在一个像素PX中的第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300通过一起工作全都执行透镜的作用、滤色器的作用和光电二极管的作用。
同时，第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300的吸收光谱根据入射光的主光线角的变化可能受第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300之间的间隔的影响。参考图5，第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300中的两个相邻的超光电二极管之间的间隔可以被定义为两个相邻的超光电二极管的中心之间的距离。例如，在第一方向(X方向)上的第一间隔Sx可以被定义为第二超光电二极管200的中心和第三超光电二极管300的中心之间的在第一方向上的距离，或者可以被定义为第一超光电二极管100的中心和第三超光电二极管300的中心之间的在第一方向上的距离。此外，在第二方向(Y方向)上的第二间隔Sy是第二超光电二极管200的中心和第三超光电二极管300的中心之间的在第二方向上的距离，或者可以被定义为第一超光电二极管100的中心和第三超光电二极管300的中心之间的在第二方向上的距离。当四个超光电二极管在一个像素PX中布置成正方形形状时，第一间隔Sx和第二间隔Sy可以相同。这里，第一方向(X方向)或第二方向(Y方向)可以分别是与每个像素PX的边的方向平行的方向。
根据示例实施例，可以选择第一间隔Sx和第二间隔Sy，使得第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300的吸收光谱保持基本上恒定，而不管入射光的主光线角如何。那么，位于像素阵列1100的中心部分处的像素和位于像素阵列1100的外围处的像素的吸收光谱可以是均匀的。
图7是示出了根据超光电二极管的宽度和超光电二极管之间的间隔、相对于不同主光线角的颜色分离结果的比较的表。
参考图7，在示例实施例1中，第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300具有圆柱形状，并且如图5所示布置。第一超光电二极管100的直径(D.R)为120nm，第二超光电二极管200的直径(D.G)为90nm，并且第三超光电二极管300的直径(D.B)为70nm。当两个相邻的超光电二极管之间的间隔为220nm、180nm和150nm时，在0°的主光线角和30°的主光线角下，比较了第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300相对于红光、绿光和蓝光的吸收特性。此外，R Sum、G Sum和B Sum表示当红光、绿光和蓝光在0°的主光线角下的吸收量为1时，红光、绿光和蓝光在30°的主光线角下的吸收量。
从图7可以看出，随着两个相邻的超光电二极管之间的间隔减小，第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300相对于在0°的主光线角下入射的入射光和在30°的主光线角下入射的入射光的吸收特性变得彼此接近。当两个相邻的超光电二极管之间的间隔为150nm时，第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300相对于在0°的主光线角下入射的入射光和在30°的主光线角下入射的入射光的吸收特性彼此最相似。
此外，在示例实施例2中，第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300具有圆柱形状，并且如图5所示布置。第一超光电二极管100的直径(D.R)为136nm，第二超光电二极管200的直径(D.G)为122nm，并且第三超光电二极管300的直径(D.B)为104nm。在示例实施例2中，参考R Sum、G Sum和B Sum，随着两个相邻的超光电二极管之间的间隔减小，第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300相对于在0°的主光线角下入射的入射光和在30°的主光线角下入射的入射光的吸收特性彼此接近。此外，当两个相邻的超光电二极管之间的间隔为150nm时，第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300相对于在0°的主光线角下入射的入射光和在30°的主光线角下入射的入射光的吸收特性彼此最相似。
图8A至图8C、图9A至图9C、图10A至图10C、图11A至图11C以及图12A至图12C是示出了在不同主光线角下比较的蓝光、绿光和红光的吸收光谱根据超光电二极管的尺寸和超光电二极管之间的间隔的变化的曲线图。
图8A至图8C是示出了当示例实施例1中的两个相邻的超光电二极管之间的间隔为220nm时，第三超光电二极管300、第二超光电二极管200和第一超光电二极管100相对于在0°的主光线角下入射的入射光和在30°的主光线角下入射的入射光的吸收光谱的比较的曲线图。图9A至图9C是针对当示例实施例1中的两个相邻的超光电二极管之间的间隔为180nm时的情况的曲线图。此外，图10A至图10C是针对当示例实施例1中的两个相邻的超光电二极管之间的间隔为150nm时的情况的曲线图。参考图7、图8A至图8C、图9A至图9C、图10A至图10C，可以看出，与当超光电二极管之间的间隔为220nm或180nm时的情况相比，在当超光电二极管之间的间隔为150nm时的情况下，在0°的主光线角下入射的入射光和在30°的主光线角下入射的入射光之间的信号差较小。此外，当超光电二极管之间的间隔为150nm时，第三超光电二极管300、第二超光电二极管200和第一超光电二极管100相对于在0°的主光线角下入射的入射光和在30°的主光线角下入射的入射光的吸收光谱峰值的位置几乎是相同的。
图11A至图11C是示出了当示例实施例2中的两个相邻的超光电二极管之间的间隔为220nm时，第三超光电二极管300、第二超光电二极管200和第一超光电二极管100相对于在0°的主光线角下入射的入射光和在30°的主光线角下入射的入射光的吸收光谱的比较的曲线图。图12A至图12C是针对当示例实施例2中的两个相邻的超光电二极管之间的间隔为150nm时的情况的曲线图。参考图11A至图12C，当两个相邻的超光电二极管之间的间隔为150nm时，可以看出，第三超光电二极管300、第二超光电二极管200和第一超光电二极管100相对于在0°的主光线角下入射的入射光和在30°的主光线角下入射的入射光的吸收光谱几乎是相同的。
因此，如果两个相邻的超光电二极管之间的间隔足够小，则无论第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300的宽度或直径如何，都可以相对均匀地保持第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300相对于在彼此不同的主光线角下入射的入射光的吸收光谱。例如，在一个像素PX中，第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300中的在第一方向(X方向)上相邻的两个超光电二极管之间的间隔Sx可以为150nm或更小，并且可以等于或大于两个相邻的超光电二极管的宽度或直径之和的1/2。此外，在一个像素PX中，在第二方向(Y方向)上相邻的两个超光电二极管之间的间隔Sy也可以为150nm或更小，并且可以等于或大于两个相邻的超光电二极管的宽度或直径之和的1/2。然而，本公开不限于一个像素PX，因此，根据另一示例实施例，在像素阵列1100中的多个像素中的每一个中，第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300中的在第一方向(X方向)上相邻的两个超光电二极管之间的间隔Sx可以为150nm或更小，并且可以等于或大于两个相邻的超光电二极管的宽度或直径之和的1/2。此外，在像素阵列1100中的多个像素中的每一个中，在第二方向(Y方向)上相邻的两个超光电二极管之间的间隔Sy也可以为150nm或更小，并且可以等于或大于两个相邻的超光电二极管的宽度或直径之和的1/2。
备选地，在一个像素PX中，第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300中的在第一方向(X方向)上相邻的两个超光电二极管之间的间隔Sx可以等于或小于由成像光学系统(例如，透镜组件1910)的光学特性确定的衍射极限的1/3。类似地，在第二方向(Y方向)上相邻的两个超光电二极管之间的间隔Sy可以等于或小于由成像光学系统(例如，透镜组件1910)的光学特性确定的衍射极限的1/3。
备选地，在一个像素PX中，当第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300中的在第一方向(X方向)上相邻的两个超光电二极管在第一方向(X方向)上的宽度或直径之和为Wx时，在第一方向(X方向)上相邻的两个超光电二极管之间的间隔Sx可以满足Wx/2+40nm＞Sx。此外，当在第二方向(Y方向)上相邻的两个超光电二极管在第二方向(Y方向)上的宽度或直径之和为Wy时，在第二方向(Y方向)上相邻的两个超光电二极管之间的间隔Sy可以满足Wy/2+40nm＞Sy。
在一个像素PX中，当两个相邻的超光电二极管之间的间隔满足上述条件时，可以大大减小入射光的主光线角对第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300的吸收光谱的影响。因此，当设计像素阵列1100时，不需要考虑入射光的主光线角来根据像素PX在像素阵列1100上的位置不同地选择第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300的尺寸、高度、宽度、间隔等。
换句话说，参考图5，布置在像素阵列1100的中心部分(C)处的多个像素PX中的第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300的布置形式可以与布置在像素阵列1100的外围(P)中的多个像素PX中的第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300的布置形式相同。这里，相同的布置形式可以表示超光电二极管的结构、尺寸、相对位置等相同。例如，在像素阵列1100的中心部分和外围中，第一超光电二极管100的宽度或直径、高度、结构和材料可以彼此相同，第二超光电二极管200的宽度或直径、高度、结构和材料可以彼此相同，并且第三超光电二极管300的宽度或直径、高度、结构和材料可以彼此相同。此外，在像素阵列1100的中心部分和外围处的多个像素PX中，第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300之间的间隔和相对位置可以彼此相同。
如参考图3所描述的，像素阵列1100的中心部分是入射光几乎垂直地入射的区域，并且像素阵列1100的外围围绕中心部分并且是入射光倾斜入射的区域。总之，在根据示例实施例的像素阵列1100的整个区域中，布置在多个像素PX中的第一超光电二极管100具有相同的结构，布置在多个像素PX中的第二超光电二极管200具有相同的结构，并且布置在多个像素PX中的第三超光电二极管300具有相同的结构，并且，第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300可以在多个像素PX中具有彼此相同的布置。
图13是示出了根据另一示例实施例的图像传感器1000的像素阵列1100的结构的平面图。参考图13，图像传感器1000的像素阵列1100还可以包括设置在相邻像素PX之间以减小像素PX之间的干扰的隔离膜510。隔离膜510可以包括折射率为1或更大或者2或更小的低折射率材料。例如，隔离膜510可以包括空气、SiO2、Si3N4或Al2O3。
图14A至图14C、图15A至图15C和图16A至图16C是示出了根据像素之间的隔离膜的宽度，蓝光、绿光和红光的吸收光谱相对于不同主光线角的变化的比较的曲线图。在图14A至图14C、图15A至图15C和图16A至图16C中，当第一超光电二极管100的直径为120nm，第二超光电二极管200的直径为90nm，并且第三超光电二极管300的直径为70nm且像素PX中的两个相邻的超光电二极管之间的间隔为150nm时，在0°的主光线角和30°的主光线角下，比较了第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300相对于红光、绿光和蓝光的吸收特性。
首先，图14A至图14C示出了当隔离膜510不存在时或当隔离膜510的宽度为0nm时，第三超光电二极管300、第二超光电二极管200和第一超光电二极管100相对于在0°的主光线角下入射的入射光和在30°的主光线角下入射的入射光的吸收光谱的比较。图15A至图15C是当隔离膜510为空气并且隔离膜510的宽度Wair为50nm时的情况的曲线图，并且图16A至图16C是当隔离膜510为空气并且隔离膜510的宽度Wair为150nm时的情况的曲线图。参考图14A至图14C、图15A至图15C和图16A至图16C，当第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300在一个像素中布置在尺寸小于衍射极限的区域中并且相邻的超光电二极管之间的间隔为150nm或更小时，可以看出，即使在像素PX之间设置低折射率隔离膜510，根据主光线角的吸收光谱的变化也较小。
图17是根据比较例的图像传感器的像素布置，并且图18是示出了根据比较例的图像传感器的对每种颜色的效率的曲线图。
根据比较例的图像传感器具有基于拜耳图案的像素布置。重复单元RU分别包括两个绿色子像素、一个红色子像素和一个蓝色子像素。重复单元RU的宽度p0为0.6μm，并且设置了用于分离要入射到每个子像素上的对应颜色的光的颜色分离结构。
参考图18，与红光的感测效率相比，绿光和蓝光的感测效率较低，并且绿光和蓝光的带宽也大于红光的带宽。因此，根据比较例的重复单元RU具有比根据示例实施例的像素PX更大的间距，但是分离和感测颜色的效率被评估为更低。此外，在根据比较例的像素布置中，因为重复单元RU通过划分为四个子区域来负责入射光的颜色，所以即使在信号处理过程中也可能发生分辨率下降。例如，在两个子像素间隔处获得R和B信号，在√2*子像素间隔处获得G信号，并且利用周围信息通过推断来获得在未获得信号的位置处的子像素中的R/G/B信号信息。因此，可能由于欠采样而发生分辨率下降，并且在图像恢复过程中可能发生诸如混叠之类的伪影。
另一方面，在根据示例实施例的图像传感器1000中，因为具有非常小的间距的像素PX中的每一个可以分离和检测颜色分量，所以不需要诸如采样之类的信号处理，生成额外伪影的可能性低，并且因此，可以获得高分辨率图像。
图19是示出了根据另一示例实施例的图像传感器的像素阵列1101的示意性结构的透视图。参考图19，像素阵列1101与上述像素阵列1100的不同之处在于，像素阵列1101还包括与多个像素PX一对一地相对的多个透镜600。通过透镜600，可以阻挡相邻像素之间的能量交换，因此，可以提高光效率。
在上面的描述中，示出了一个像素PX包括吸收红光的一个第一超光电二极管100、吸收绿光的一个第二超光电二极管200和吸收蓝光的两个第三超光电二极管300，但本公开不限于此，并且可以在根据其他示例实施例的图像传感器中利用各种类型和数量的超光电二极管。
图20至图23是示出了根据其他示例实施例的在每个图像传感器中的一个像素PX中设置的各种类型的超光电二极管的布置的平面图。
参考图20，像素阵列1102中的每个像素PX可以包括选择性地吸收红光的一个第一超光电二极管102、选择性地吸收绿光的多个第二超光电二极管202、以及选择性地吸收蓝光的多个第三超光电二极管302。第一超光电二极管102可以设置在像素PX的中心处，并且四个第二超光电二极管202和四个第三超光电二极管302可以布置为以矩形形状围绕第一超光电二极管102。例如，四个第二超光电二极管202可以设置在矩形的顶点处，并且四个第三超光电二极管302可以设置在矩形的各边的中心处。不同于图20所示的像素阵列1102，第二超光电二极管202和第三超光电二极管302的位置可以彼此更换。
即使在图20所示的像素阵列1102中的每个像素PX中，两个相邻的超光电二极管之间的间隔也可以满足上面描述的条件。例如，在第一方向上相邻的第一个第二超光电二极管202和第一个第三超光电二极管302之间的间隔S1x、在第一方向上相邻的第二个第二超光电二极管202和第一个第三超光电二极管302之间的间隔S2x、在第二方向上相邻的第二个第二超光电二极管202和第二个第三超光电二极管302之间的间隔S1y、以及在第二方向上相邻的第三个第二超光电二极管202和第二个第三超光电二极管302之间的间隔S2y可以为150nm或更小，或者是由成像光学系统的光学特性确定的衍射极限的1/3或更小。备选地，在一个像素PX中，当第二超光电二极管202与第三超光电二极管302之间的间隔为S，并且第二超光电二极管202和第三超光电二极管302的宽度之和为W时，可以满足等式W/2+40nm＞S。
参考图21，像素阵列1103中的每个像素PX可以包括选择性地吸收红光的两个第一超光电二极管103、选择性地吸收绿光的两个第二超光电二极管203、以及选择性地吸收蓝光的五个第三超光电二极管303。两个第一超光电二极管103可以设置在矩形的两个相对边的中心处，两个第二超光电二极管203可以设置在矩形的其他两个相对边的中心处，并且第三超光电二极管303之一可以设置在矩形的中心处，并且其余的四个第三超光电二极管303可以设置在矩形的顶点处。即使在这种情况下，第一超光电二极管103、第二超光电二极管203和第三超光电二极管303中的两个相邻的超光电二极管之间的间隔也可以满足上面描述的条件。
在图20和图21中，第一超光电二极管102和103、第二超光电二极管202和203以及第三超光电二极管302和303的数量之和为九，并且九个超光电二极管可以布置成3x3阵列的形式。此外，九个超光电二极管布置成矩形，例如，正方形单位点阵形式。然而，示例实施例不一定受限于此。
参考图22，在像素阵列1104中，像素PX可以布置成六边形点阵形状。一个像素PX可以包括选择性地吸收红光的一个第一超光电二极管104、选择性地吸收绿光的三个第二超光电二极管204以及选择性地吸收蓝光的三个第三超光电二极管304。第一超光电二极管104可以设置在六边形的中心处，并且第二超光电二极管204和第三超光电二极管304可以交替地设置在六边形的每个顶点处。彼此相邻设置以共享一条边的两个像素PX可以共享设置在所共享的边的两个顶点处的一个第二超光电二极管204和一个第三超光电二极管304。因此，一个第二超光电二极管204和一个第三超光电二极管304可以被三个周围的像素PX共享。即使在这种情况下，相邻的第二超光电二极管204和第三超光电二极管304之间的间隔S也可以满足上面描述的条件。
此外，参考图23，像素阵列1105的像素PX可以包括选择性地吸收红光的第一超光电二极管105、选择性地吸收绿光的第二超光电二极管205、以及选择性地吸收蓝光的第三超光电二极管305，并且附加地，还可以包括选择性地吸收红外波段的光的第四超光电二极管400。一个第四超光电二极管400可以设置在中心，并且四个第一超光电二极管105、四个第二超光电二极管205和四个第三超光电二极管305可以设置成围绕第四超光电二极管400的形式。第四超光电二极管400可以具有最大直径，例如，大于100nm。第四超光电二极管400的直径可以设置在约100nm至约200nm的范围内。
以这种方式，除了关于物体的颜色信息之外，还可以从图像传感器获得深度信息，其中除了选择性地吸收R、G和B颜色的超光电二极管之外，该图像传感器还包括选择性地吸收红外波段的超光电二极管。例如，包括该图像传感器的相机模块还可以包括向物体照射红外光的红外光源，并且可以利用由该图像传感器感测的红外信息来获得物体的深度信息。即，可以基于由该图像传感器感测的红外信息来获得物体的深度信息，并且可以基于所感测的可见光信息来获得物体的颜色信息。此外，可以通过组合颜色信息和深度信息来获得3D图像信息。
图24是示出了根据另一示例实施例的图像传感器1000的像素阵列1106的结构的截面图。参考图24，图像传感器1000的像素阵列1106还可以包括设置为面对多个像素PX的光入射表面的光学板620。光学板620可以被配置为将入射光的行进方向改变为垂直于多个像素PX的光入射表面。例如，在入射光垂直入射的像素阵列1106的中心部分1106C中，光学板620可以按原样透射入射光而不改变入射光的行进方向。另一方面，在入射光倾斜进入的像素阵列1106的外围1106P中，光学板620可以将入射光的行进方向改变为垂直于像素PX的光入射表面。
因为入射光垂直地入射到根据示例实施例的像素阵列1106的中心部分1106C和外围1106P的像素PX，所以第一超光电二极管100、第二光电二极管200和第三超光电二极管300中的两个相邻的超光电二极管之间的间隔Sx可以不满足上面描述的条件。换句话说，当使用光学板620时，两个相邻的超光电二极管之间的间隔Sx可以为例如150nm或更大。此外，因为入射光垂直地入射到像素阵列1106的中心部分1106C和外围1106P的像素PX，所以在像素阵列1106的中心部分1106C和外围1106P中，布置在多个像素PX中的第一超光电二极管100、第二超光电二极管200和第三超光电二极管300的布置形式可以相同。
光学板620可以是例如包括布置成二维的多个数字微透镜的数字微透镜阵列。当光学板620为数字微透镜阵列时，光学板620可以在将入射光聚焦到每个像素PX的同时垂直地改变入射光的行进方向。为此，光学板620可以具有能够聚焦入射光的纳米图案结构。纳米图案结构可以包括根据入射光在每个像素PX中的入射位置不同地改变入射光的相位的多个纳米结构。可以确定多个纳米结构的形状、尺寸(宽度、高度)、间隔、布置形式等，使得紧接在通过光学板620之后的光具有预设的相位轮廓。通过光学板620的光的行进方向和焦距可以根据相位轮廓来确定。
图25是示出了位于像素阵列的中心部分中的光学板620的纳米图案结构的平面图。参考图25，具有纳米图案结构的纳米结构NP可以是具有亚波长尺寸的截面直径的纳米柱。当入射光为可见光时，纳米结构NP的截面直径可以具有例如400nm、300nm、200nm或更小的尺寸。纳米结构NP的高度可以在约500nm至约1500nm的范围内，并且高度可以大于截面直径。
纳米结构NP可以包括与周围材料相比在可见光波段中具有相对较高的折射率和相对较低的吸收率的材料。例如，纳米结构NP可以包括c-Si、p-Si、a-Si和III-V族化合物半导体(GaP、GaN、GaAs等)、SiC、TiO2、SiN3、ZnS、ZnSe、Si3N4和/或其组合。纳米结构NP的外围可以填充有在可见光波段中具有比纳米结构NP的折射率相对较低的折射率并且具有相对较低的吸收率的介电材料。例如，纳米结构NP的外围可以填充有空气、SiO2、Si3N4、Al2O3等。具有与周围材料的折射率不同的折射率的纳米结构NP可以改变通过纳米结构NP的光的相位。这是由于纳米结构NP的亚波长的形状尺寸所引起的相位延迟而导致的，并且相位延迟的程度由纳米结构NP的具体形状尺寸和布置形状来确定。
图25所示的光学板620的纳米图案结构可以是形成数字微透镜阵列中的一个数字微透镜的单位图案。多个数字微透镜可以在一对一的基础上与多个像素PX相对应，并且可以设置为面对对应的像素PX。因此，图25所示的多个纳米图案结构可以二维地布置在光学板620中。
图26是示出了紧接在通过光学板620的一个数字微透镜之后的光在像素阵列的中心部分中的相位轮廓的曲线图。参考图26，紧接在通过光学板620的一个数字微透镜之后的光可以具有在与该数字微透镜相对应的像素PX的中心处最大并且随着在第一方向(X方向)上移离该像素PX的中心而减小的相位轮廓。在入射光的主光线角为0度的像素阵列1106的中心部分1106C中，因为光学板620不需要改变入射光的行进方向，所以光学板620的纳米图案结构可以被配置为以如图26所示的对称凸曲面的形式实现相位轮廓。此外，光学板620的纳米图案结构可以被配置为不仅在第一方向(X方向)上还在第二方向(Y方向)上以对称凸曲面的形式实现相位轮廓。
参考图25，为了实现如上所述的相位轮廓，光学板620的每个数字微透镜中的多个纳米结构NP可以相对于每个数字微透镜的中心在第一方向和第二方向上以对称的形式布置。具体地，布置在每个数字微透镜的中心区域中的纳米结构NP可以具有最大直径，使得最大相位延迟发生在每个数字微透镜的中心区域中，并且纳米结构NP的直径可以随着移离每个数字微透镜的中心区域而逐渐减小。例如，设置在每个数字微透镜的四个顶点处的纳米结构NP可以具有最小直径。
图27是示出了位于像素阵列的外围处的光学板620的纳米图案结构的平面图。图28是示出了紧接在通过光学板620的一个数字微透镜之后的光在像素阵列的外围处的示例性相位轮廓的曲线图。
参考图27，具有最大直径的纳米结构NP设置为远离每个数字微透镜的中心部分。例如，纳米结构NP的直径可以在第一方向(X方向)上逐渐增大。
参考图28，紧接在通过光学板620的一个数字微透镜之后的光可以具有如下相位轮廓：其中，凸弯曲相位轮廓添加到倾斜线性相位轮廓LP。凸弯曲相位轮廓可以用于聚焦入射光，并且倾斜线性相位轮廓LP可以用于偏转入射光的行进方向。倾斜线性相位轮廓LP可以具有如下形状：其中，相位朝向像素阵列1106的中心部分1106C或光学板620的中心部分线性地增大。倾斜线性相位轮廓LP的斜率可以根据入射光的主光线角来确定。主光线角随着移离像素阵列1106的中心部分1106C或光学板620的中心部分而增大。因此，倾斜线性相位轮廓LP的斜率可以随着距像素阵列1106的中心部分1106C或光学板620的中心部分的距离的增加而增大。例如，倾斜线性相位轮廓LP的斜率可以与入射光入射到光学板620的入射角的正弦值(即，主光线角的正弦值sin(CRA))成比例。
根据另一示例实施例，光学板620可以包括例如数字偏转器。数字偏转器可以包括与像素阵列1106的多个像素PX一一对应的多个偏转器元件。数字偏转器可以包括如图25和图27所示的纳米图案结构的多个纳米结构NP。与数字微透镜阵列不同，数字偏转器可以不具有凸相位轮廓。例如，数字偏转器可以包括如下纳米图案结构，该纳米图案结构被配置为在从图26和图28所示的相位轮廓中去除凸弯曲相位轮廓的同时仅具有线性相位轮廓。
图像传感器1000的像素阵列1106还可以包括设置在多个像素PX和光学板620之间的间隔物层610。间隔物层610可以支撑光学板620。此外，当光学板620为数字微透镜阵列时，间隔物层610可以提供用于确保微透镜的焦距的间隙。间隔物层610可以包括相对于入射光具有透明性的低折射率材料，例如，SiO2、Si3N4或Al2O3。然而，当微透镜的焦距足够短时或当光学板620是数字偏转器时，可以省略间隔物层610。
图29是示出了根据另一示例实施例的图像传感器的像素阵列1107的结构的截面图。参考图29，像素阵列1107与像素阵列1106的不同之处在于，像素阵列1107还包括在一对一的基础上面对多个像素PX的多个透镜600。多个透镜600可以设置在多个像素PX和光学板620之间，具体地，设置在多个像素PX和间隔物层610之间。
尽管已经描述了上述图像传感器1000中包括的像素PX感测R、G和B颜色，但是像素PX可以修改为包括能够区分和检测不同波段的光的超光电二极管。例如，为了获得紫外至红外波长范围内的高光谱图像，可以在一个像素中包括具有不同截面直径的多个超光电二极管，例如4个、8个或16个超光电二极管。包括超光电二极管的像素的宽度可以设置为小于作为波段之中的最短波长的λm。这是与当成像光学系统的F数被假设为约1.0时的衍射极限相对应的值。像素宽度的最小值可以设置为适合一个像素中包括的超光电二极管的直径和数量。
此外，图像传感器1000中包括的像素PX可以被修改为包括用于感测青色/品红色/黄色的超光电二极管，或者可以被配置为感测其他多种颜色。
根据示例实施例的图像传感器1000可以与具有各种性能的模块透镜一起构成相机模块，并且可以用在各种电子装置中。
图30是示出了包括图像传感器1000的电子装置ED01的示例的框图。参考图30，在网络环境ED00中，电子装置ED01可以通过第一网络ED98(短距离无线通信网络等)与另一电子装置ED02通信，或者可以通过第二网络ED99(远程无线通信网络等)与另一电子装置ED04和/或服务器ED08通信。电子装置ED01可以通过服务器ED08与电子装置ED04通信。电子装置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。在电子装置ED01中，可以省略这些组件中的一些(例如，显示设备ED60)，或者可以添加其他组件。这些组件中的一些可以实现为一个集成电路。例如，传感器模块ED76(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(显示器等)中来实现。
处理器ED20可以通过执行软件(例如，程序ED40)来控制连接到处理器ED20的电子装置ED01的一个或多个其他组件(硬件、软件组件等)，并且可以执行各种数据处理或操作。作为数据处理或计算的一部分，处理器ED20可以将从其他组件(传感器模块ED76和通信模块ED90等)接收的命令和/或数据加载到易失性存储器ED32中并可以处理存储在易失性存储器ED32中的命令和/或数据，并且所得数据可以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(中央处理单元、应用处理器等)以及可以独立于主处理器ED21或与主处理器ED21一起操作的辅处理器ED23(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)。辅处理器ED23可以使用比主处理器ED21更少的电力，并且可以执行专门的功能。
辅处理器ED23被配置为当主处理器ED21处于非活动状态(睡眠状态)时代替主处理器ED21，或当主处理器ED21处于活动状态(应用执行状态)时与主处理器ED21一起控制与电子装置ED01的一些组件(显示设备ED60、传感器模块ED76、通信模块ED90等)相关的功能和/或状态。辅处理器ED23(图像信号处理器、通信处理器等)可以实现为其他功能上相关的组件(相机模块ED80、通信模块ED90等)的一部分。
存储器ED30可以存储电子装置ED01的组件(例如处理器ED20和传感器模块ED76)所需的各种数据。该数据可以包括例如用于与其相关的软件(例如程序ED40)和指令的输入数据和/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。
程序ED40可以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可以从电子装置ED01的外部(例如，用户)接收要在电子装置ED01的组件(例如，处理器ED20)中使用的命令和/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)。
音频输出设备ED55可以向电子装置ED01的外部输出声音信号。音频输出设备ED55可以包括扬声器和/或接收器。扬声器可以用于诸如多媒体回放或录制回放之类的通用目的，并且接收器可以用于接收呼入呼叫。接收器可以合并为扬声器的一部分，或者可以实现为独立的单独设备。
显示设备ED60可以在视觉上向电子装置ED01的外部提供信息。显示设备ED60可以包括用于控制显示器、全息设备或投影仪的控制电路以及对应的设备。显示设备ED60可以包括被配置为感测触摸的触摸电路和/或被配置为测量由触摸产生的力的强度的传感器电路(压力传感器等)。
音频模块ED70可以将声音转换成电信号，或者相反地，将电信号转换成声音。音频模块ED70可以通过输入设备ED50获得声音，或者通过音频输出设备ED55和/或直接地或无线地连接到电子装置ED01的另一电子装置(电子装置ED02等)的扬声器和/或耳机输出声音。
传感器模块ED76可以检测电子装置ED01的操作状态(电力、温度等)或外部环境状态(用户状态等)，并生成与感测出的状态相对应的电信号和/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、大气压力传感器、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、生物特征传感器、温度传感器、湿度传感器和/或照度传感器。
接口ED77可以支持一个或多个指定协议，该协议可以被电子装置ED01用于与另一电子装置(电子装置ED02等)直接地或无线地连接。接口ED77可以包括高清多媒体接口(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可以包括连接器，电子装置ED01可以通过该连接器物理地连接到另一电子装置(电子装置ED02等)。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(耳机连接器等)。
触觉模块ED79可以将电信号转换成可以被用户通过触觉或动觉感知的机械刺激(振动、运动等)或电刺激。触觉模块ED79可以包括电机、压电元件和/或电刺激设备。
相机模块ED80可以捕获静止图像和运动图像。相机模块ED80可以包括：透镜组件，该透镜组件包括一个或多个透镜；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要捕获其图像的物体发射的光。
电力管理模块ED88可以管理供应给电子装置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可以向电子装置ED01的组件供电。电池ED89可以包括不可再充电的原电池、可再充电的二次电池和/或燃料电池。
通信模块ED90可以支持在电子装置ED01和其他电子装置(电子装置ED02、电子装置ED04、服务器ED08等)之间建立直接(有线)通信信道和/或无线通信信道，并且通过所建立的通信信道来执行通信。通信模块ED90可以包括独立于处理器ED20(应用处理器等)操作并支持直接通信和/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(蜂窝通信模块、短距离无线通信模块、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、电力线通信模块等)。在这些通信模块中，对应的通信模块可以通过第一网络ED98(短距离通信网络，例如蓝牙、WiFi直连或红外数据协会(IrDA))或第二网络ED99(电信网络，例如蜂窝网络、互联网或计算机网络(例如LAN、广域网(WAN)等))与其他电子装置通信。各种类型的通信模块可以集成到一个组件(单个芯片等)中，或者实现为彼此分离的多个组件(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，国际移动用户标识符(IMSI))在通信网络(例如第一网络ED98和/或第二网络ED99)内识别和认证电子装置ED01。
天线模块ED97可以向外部(其他电子装置等)发送信号和/或电力并从外部(其他电子装置等)接收信号和/或电力。天线可以包括具有在衬底(印刷电路板(PCB)等)上形成的导电图案的辐射器。天线模块ED97可以包括一个或多个天线。当多个天线被包括在天线模块ED97中时，可以由通信模块ED90从多个天线中选择适合于通信网络(例如第一网络ED98和/或第二网络ED99)中使用的通信方法的天线。可以通过所选天线在通信模块ED90和另一电子装置之间发送或接收信号和/或电力。除了天线之外，还可以包括其他组件(射频集成电路(RFIC)等)作为天线模块ED97的一部分。
外围设备之间的一些组件可以通过通信方法(总线、通用输入和输出(GPIO)、串行外设接口(SPI)、移动工业处理器接口(MIPI)等)彼此连接，并且可以互换信号(命令、数据等)。
可以通过连接到第二网络ED99的服务器ED08在电子装置ED01和外部电子装置(电子装置ED04)之间发送或接收命令或数据。电子装置ED02和ED04可以是与电子装置ED01相同的类型或不同的类型。由电子装置ED01执行的全部或部分操作可以由电子装置ED02和ED04以及服务器ED08中的一个或多个执行。例如，当电子装置ED01需要执行功能或服务时，代替其自身执行功能或服务，电子装置ED01可以请求一个或多个其他电子装置执行功能或服务的一部分或全部。接收到请求的一个或多个其他电子装置可以执行与请求相关的附加功能或服务，并且向电子装置ED01发送执行的结果。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31是示出了图30的电子装置ED01中包括的相机模块ED80的框图。参考图31，相机模块ED80可以包括透镜组件1110、闪光灯1120、图像传感器1000、图像稳定器1140、存储器1150(缓冲存储器等)和/或图像信号处理器1160。透镜组件1110可以收集从要成像的物体发射的光。相机模块ED80可以包括多个透镜组件1110，并且在这种情况下，相机模块ED80可以是双相机、360°相机或球形相机。多个透镜组件1110中的一些可以具有相同的透镜特性(视角、焦距、自动对焦、F数、光学变焦等)，或者可以具有不同的透镜特性。透镜组件1110可以包括广角透镜或远摄透镜。
闪光灯1120可以发射光，以用于增强从物体发射或反射的光。闪光灯1120可以发射可见光或红外光。闪光灯1120可以包括一个或多个发光二极管(红-绿-蓝(RGB)LED、白光LED、红外LED、紫外LED等)和/或氙灯。图像传感器1000可以是参考图1描述的图像传感器1000，并且可以通过将从物体发射或反射并透射通过透镜组件1110的光转换成电信号来获得与物体相对应的图像。
图像传感器1000可以是如上所述的图1的图像传感器1000，并且在图像传感器1000中设置的像素PX中包括的超光电二极管的类型和布置可以具有参考图5和图20至图23描述的形式、或者其组合或修改形式。在图像传感器1000中包括的多个像素可以具有较小的像素宽度，例如，小于衍射极限的宽度。在图像传感器1000中设置的多个像素中的每一个的宽度p可以满足以下条件：
p＜λ·F。
这里，F是透镜组件1110的F数，并且λ是蓝色波段的中心波长。
图像稳定器1140可以响应于相机模块ED80或包括相机模块ED80的电子装置ED01的移动而在特定方向上移动包括在透镜组件1110中的一个或多个透镜或图像传感器1000，或者可以通过控制图像传感器1000的操作特性(调整读出时序等)来补偿由于移动造成的负面影响。图像稳定器1140可以通过使用设置在相机模块ED80内部或外部的陀螺仪传感器(未示出)或加速度传感器(未示出)来检测相机模块ED80或电子装置ED01的移动。可以光学地实现图像稳定器1140。
存储器1150可以存储由图像传感器1000获取的一些或全部图像数据，以用于接下来的图像处理操作。例如，当以高速获取多个图像时，所获取的原始数据(拜耳图案数据、高分辨率数据等)被存储在存储器1150中，并且仅显示低分辨率图像，然后，可以用于将所选(用户选择等)图像的原始数据传输到图像信号处理器1160。存储器1150可以集成到电子装置ED01的存储器ED30中，或者可以被配置为独立操作的单独存储器。
图像信号处理器1160可以对由图像传感器1 000获取的图像或存储在存储器1150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(3D)建模、全景图生成、特征点提取、图像合成和/或图像补偿(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1160可以对相机模块ED80中包括的组件(图像传感器1000等)执行控制(曝光时间控制、读出时序控制等)。由图像信号处理器1160处理的图像可以存储回存储器1150中，以用于进一步处理或提供给相机模块ED80的外部组件(存储器ED30、显示设备ED60、电子装置ED02、电子装置ED04、服务器ED08等)。图像信号处理器1160可以集成到处理器ED20中，或被配置为独立于处理器ED20操作的单独的处理器。当图像信号处理器1160被配置为与处理器ED20分离的处理器时，由图像信号处理器1160处理的图像可以在由处理器ED20进行附加图像处理之后显示在显示设备ED60上。
如图13所示，当图像传感器1000包括选择性地吸收红外波段的超光电二极管和分别选择性地吸收红光、绿光和蓝光的超光电二极管时，图像信号处理器1160可以处理从图像传感器1000一起获取的红外信号和可见光信号。图像信号处理器1160可以通过处理红外信号获得物体的深度图像，从可见光信号获得物体的彩色图像，并通过将深度图像与彩色图像组合来提供物体的三维图像。图像信号处理器1160还可以从红外信号计算关于物体的温度或湿度的信息，并提供与物体的二维图像(彩色图像)组合的温度分布和湿度分布图像。
电子装置ED01还可以包括均具有不同特性或功能的一个或多个附加的相机模块。这种相机模块也可以包括与图31的相机模块ED80的配置类似的配置，并且其中设置的图像传感器可以包括从具有不同特性的图像传感器(例如电荷耦合器件(CCD)传感器和/或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器、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。在这种情况下，多个相机模块ED80中的一个可以是广角相机，并且另一个可以是远摄相机。类似地，多个相机模块ED80中的一个可以是前置相机，并且另一个可以是后置相机。
根据实施例的图像传感器1000可以应用于图32所示的移动电话或智能电话1200、图33所示的甲板计算机或智能平板计算机1300、图34所示的数码相机或便携式摄像机1400、图35所示的笔记本计算机1500或图36所示的电视或智能电视1600。例如，智能电话1200或智能平板计算机1300可以包括各自具有安装在其上的高分辨率图像传感器的多个高分辨率相机。高分辨率相机可以用于提取图像中物体的深度信息，调整图像的失焦，或自动识别图像中的物体。
此外，图像传感器1000可以应用于图37所示的智能冰箱1700、图38所示的安全相机1800、图39所示的机器人1900、图40所示的医疗相机2000等。例如，智能冰箱1700可以通过使用图像传感器自动识别冰箱中的食物，并通过智能电话向用户通知特定食物的存在、放入或取出的食物的类型等。安全相机1800可以提供超高分辨率图像，并且可以通过使用高灵敏度甚至在黑暗环境中识别图像中的物体或人。机器人1900可以通过被放入人不能直接访问的灾难或工业现场来提供高分辨率图像。医疗相机2000可以提供用于诊断或手术的高分辨率图像，并且可以动态地调整视野。
此外，图像传感器1000可以应用于如图41所示的车辆2100。车辆2100可以包括设置在各种位置中的多个车辆相机2110、2120、2130和2140。车辆相机2110、2120、2130和2140中的每一个可以包括根据示例实施例的图像传感器。车辆2100可以通过使用多个车辆相机2110、2120、2130和2140向驾驶员提供关于车辆2100的内部或周围环境的各种信息，并通过自动识别图像中的物体或人来提供自主驾驶所需的信息。
在根据示例实施例的图像传感器中，具有小于衍射极限的较小宽度的每个像素可以分开检测多种类型的波段的光。根据示例实施例的图像传感器可以通过不使用诸如颜色分离元件和滤色器之类的组件而表现出高光效。
根据示例实施例的图像传感器的像素可以在入射光的主光线角不同的中心部分和外围中具有基本上均匀的吸收光谱。因此，在根据示例实施例的图像传感器中，像素结构可以在中心部分和外围中相同。
根据示例实施例的图像传感器可以用作多色传感器、多波长传感器、高光谱传感器，并且可以用作提供彩色图像和深度图像两者的3D图像传感器。根据示例实施例的图像传感器可以应用为要用于各种电子设备中的高分辨率相机模块。
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应当典型地被视为可用于其他示例实施例中的其他类似特征或方面。尽管已参照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所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 (15)

1.一种图像传感器，包括：
像素阵列，包括二维地布置的多个像素，
其中，所述多个像素中的每个像素包括：
第一超光电二极管，被配置为选择性地吸收第一波段的光；
第二超光电二极管，被配置为选择性地吸收不同于所述第一波段的第二波段的光；以及
第三超光电二极管，被配置为选择性地吸收不同于所述第一波段和所述第二波段的第三波段的光，
其中，所述第一超光电二极管、所述第二超光电二极管和所述第三超光电二极管布置在尺寸等于或小于衍射极限的区域中，其中，所述多个像素中的在所述像素阵列的中心部分中的一个或多个第一像素的所述第一超光电二极管、所述第二超光电二极管和所述第三超光电二极管以与所述多个像素中的在所述像素阵列的外围中的一个或多个第二像素的所述第一超光电二极管、所述第二超光电二极管和所述第三超光电二极管相同的形式来布置。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，在所述像素阵列的所述中心部分和所述外围中，布置在所述多个像素中的所述第一超光电二极管具有相同的第一结构，所述第二超光电二极管具有相同的第二结构，并且所述第三超光电二极管具有相同的第三结构。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，在所述多个像素中的每个像素中，满足以下条件：W/2+40nm＞S，其中，S是所述第一超光电二极管、所述第二超光电二极管和所述第三超光电二极管中的在第一方向上相邻的两个超光电二极管之间的间隔，并且W是所述相邻的两个超光电二极管的宽度之和。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，在所述多个像素中的每个像素中，所述第一超光电二极管、所述第二超光电二极管和所述第三超光电二极管中的在第一方向上相邻的两个超光电二极管之间的间隔为约150nm或更小，并且至少是所述相邻的两个超光电二极管的宽度之和的1/2。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，在所述多个像素中的每个像素中，所述第一超光电二极管、所述第二超光电二极管和所述第三超光电二极管中的在第一方向上相邻的两个超光电二极管之间的间隔为所述衍射极限的1/3或更小。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述像素阵列的所述中心部分是入射光垂直地入射的第一区域，并且所述像素阵列的所述外围围绕所述中心部分并且是入射光倾斜地入射的第二区域。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述像素阵列还包括：
光学板，被布置为面对所述多个像素的光入射表面，并且被配置为将入射光的行进方向改变为垂直于所述多个像素的所述光入射表面。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一超光电二极管、所述第二超光电二极管和所述第三超光电二极管中的每一个具有棒状，包括：
第一导电类型半导体层，
本征半导体层，堆叠在所述第一导电类型半导体层上，以及
第二导电类型半导体层，堆叠在所述本征半导体层上，并且
其中，所述第一超光电二极管、所述第二超光电二极管和所述第三超光电二极管在垂直于堆叠方向的方向上分别具有彼此不同的第一宽度、第二宽度和第三宽度。
9.根据权利要求8所述的图像传感器，其中，所述第一波段大于所述第二波段，并且所述第二波段大于所述第三波段，并且
其中，所述第一宽度大于所述第二宽度，并且所述第二宽度大于所述第三宽度。
10.根据权利要求8所述的图像传感器，其中，所述第一超光电二极管、所述第二超光电二极管和所述第三超光电二极管在所述堆叠方向上的高度彼此相同。
11.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多个像素中的每个像素包括一个所述第一超光电二极管、一个所述第二超光电二极管以及两个所述第三超光电二极管，并且
其中，所述第一超光电二极管和所述第二超光电二极管设置在第一对角线方向上，并且所述两个所述第三超光电二极管设置在与所述第一对角线方向相交的第二对角线方向上。
12.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，布置在所述多个像素中的每个像素中的所述第一超光电二极管、所述第二超光电二极管和所述第三超光电二极管的数量之和为九，并且这九个超光电二极管布置成3×3阵列的形式。
13.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多个像素中的每个像素包括一个所述第一超光电二极管、多个所述第二超光电二极管和多个所述第三超光电二极管，并且
其中，所述第一超光电二极管位于所述多个像素中的每个像素的中心处。
14.一种图像传感器，包括：
像素阵列，包括二维地布置的多个像素，
其中，所述多个像素中的每个像素包括：
第一超光电二极管，被配置为选择性地吸收第一波段的光；
第二超光电二极管，被配置为选择性地吸收不同于所述第一波段的第二波段的光；以及
第三超光电二极管，被配置为选择性地吸收不同于所述第一波段和所述第二波段的第三波段的光，
其中，所述第一超光电二极管、所述第二超光电二极管和所述第三超光电二极管布置在尺寸小于衍射极限的区域中，并且
其中，所述第一超光电二极管、所述第二超光电二极管和所述第三超光电二极管中的在第一方向上相邻的两个超光电二极管之间的间隔为约150nm或更小，并且所述间隔至少是所述相邻的两个超光电二极管的宽度之和的1/2。
15.一种电子装置，包括：
透镜组件，被配置为形成物体的光学图像；
图像传感器，被配置为将由所述透镜组件形成的所述光学图像转换为电信号；以及
处理器，被配置为处理由所述图像传感器生成的信号，其中，所述图像传感器包括像素阵列，所述像素阵列包括二维地布置的多个像素，并且
所述多个像素中的每个像素包括：
第一超光电二极管，被配置为选择性地吸收第一波段的光；
第二超光电二极管，被配置为选择性地吸收不同于所述第一波段的第二波段的光；以及
第三超光电二极管，被配置为选择性地吸收不同于所述第一波段和所述第二波段的第三波段的光，
其中，所述第一超光电二极管、所述第二超光电二极管和所述第三超光电二极管布置在尺寸小于衍射极限的区域中，并且其中，所述多个像素中的在所述像素阵列的中心部分中的一个或多个第一像素的所述第一超光电二极管、所述第二超光电二极管和所述第三超光电二极管以与所述多个像素中的在所述像素阵列的外围中的一个或多个第二像素的所述第一超光电二极管、所述第二超光电二极管和所述第三超光电二极管相同的形式来布置。
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