CN215008240U - 一种图像传感器及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种图像传感器及电子设备。该图像传感器包括透光层及多个微透镜，所述透光层具有第一表面；所述透光层内部设置有多个光电二极管；多个所述微透镜设置于所述透光层的第一表面，所述光电二极管与所述微透镜一一对应设置；相邻的所述微透镜之间具有间隙部，所述第一表面在对应于所述间隙部的位置处朝向所述透光层的内部倾斜开设有斜面；每个所述斜面均邻接一个所述微透镜设置，外界光线经由所述斜面折射并被该斜面邻接的所述微透镜所对应的所述光电二极管接收。

Description

一种图像传感器及电子设备

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，更具体地，涉及一种图像传感器及电子设备。

背景技术

图像传感器是利用光电器件的光电转换功能将感光面上的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号的设备。近年来，图像传感器的应用越来越广泛，随着应用的场景不同，人们对其性能的要求也越来越高。一般来说，图像传感器像素的量子效率是越高越好，而像素串扰则是越低越好；为了提高图像传感器的量子效率并且减小像素串扰，对像素设计的要求比较高。

在图像传感器中，由于开关管的存在，像素中的光电二极管的尺寸不能占满整个像素区域，而为了使光照能最大可能地收集到光电二极管中，目前现有技术采用的方案是在每个像素上增加一个单独的球形微透镜，使得光线尽可能多地聚集到光电二极管上，从而使得单个像素上的光线能更多地收集到光电二极管中。然而，现有技术中存在一个缺陷，即微透镜与微透镜之间存在间隙，使得间隙处的光线不能有效收集到光电二极管中，从而达不到更高的量子效率；同时在光线斜射的情况下，间隙处的光线可能产生像素间的光学串扰。

有鉴于此，需要提供一种新的技术方案，以解决上述技术问题。

实用新型内容

本申请的一个目的是提供一种图像传感器及电子设备的新技术方案。

根据本申请的第一方面，提供了一种图像传感器，该图像传感器包括：

透光层，所述透光层具有第一表面；所述透光层内部设置有多个光电二极管；

多个微透镜，多个所述微透镜设置于所述透光层的第一表面，所述光电二极管与所述微透镜一一对应设置；

相邻的所述微透镜之间具有间隙部，所述第一表面在对应于所述间隙部的位置处朝向所述透光层的内部倾斜开设有斜面；每个所述斜面均邻接一个所述微透镜设置，外界光线经由所述斜面折射并被该斜面邻接的所述微透镜所对应的所述光电二极管接收。

可选地，所述斜面与所述第一表面的夹角为30°～60°。

可选地，多个所述微透镜呈阵列排布。

可选地，在四个相邻的所述微透镜之间的间隙部内，四个所述斜面相交的截面为正方形。

可选地，所述透光层包括距离所述微透镜由远至近层叠设置的硅衬底、透明层、彩色滤光层及平坦层；所述第一表面为所述平坦层远离所述彩色滤光层的表面；所述光电二极管设置于所述硅衬底中。

可选地，所述平坦层的厚度为200-600nm。

可选地，所述透明层内设置有导电金属，所述导电金属与所述光电二极管电连接。

可选地，所述透光层包括距离所述微透镜由远至近层叠设置的硅衬底、透明层、及平坦层；所述第一表面为所述平坦层远离所述彩色滤光层的表面；所述光电二极管设置于所述硅衬底中；所述微透镜上设置有彩色滤光膜。

可选地，所述平坦层的厚度为200-600nm。

根据本申请的第二方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括如第一方面所述的图像传感器。

本申请采用的技术方案能够达到以下有益效果：

在本申请实施例提供的图像传感器中，通过在相邻微透镜之间的间隙部位置处开设斜面，通过斜面将照射在间隙部位置处的光线折射到光电二极管中，这样便提高了光电二极管对光线的收集率，从而提升了图像传感器像素的量子效率，并且在一定程度上减小了像素间的光学串扰。

通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且连同其说明一起用于解释本申请的原理。

图1是现有技术中的图像传感器的结构示意图；

图2是根据本申请的一个实施例的图像传感器的结构示意图一；

图3是根据本申请的一个实施例的图像传感器的结构示意图二；

图4是根据本申请的一个实施例的图像传感器的结构示意图三。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

参照图2-图4所示，根据本申请的一个实施例，提供了一种图像传感器。该图像传感器包括透光层，所述透光层具有第一表面；所述透光层内部设置有多个光电二极管101；该图像传感器还包括多个微透镜102，多个所述微透镜102设置于所述透光层的第一表面，所述光电二极管101与所述微透镜102一一对应设置；相邻的所述微透镜102之间具有间隙部，所述第一表面在对应于所述间隙部的位置处朝向所述透光层的内部倾斜开设有斜面103；每个所述斜面103均邻接一个所述微透镜102设置，外界光线经由所述斜面103折射并被该斜面103邻接的所述微透镜102所对应的所述光电二极管101接收。

参照图1所示，现有技术中，当外界光线照射至微透镜1上时，透过微透镜1的光线发生折射后可以被光电二极管2接收到；由于开关管的存在，光电二极管2的尺寸无法占满整个像素区域，而两个相邻设置的微透镜1之间具有间隙，因此从间隙处透过的光线就无法被光电二极管2所接收，这样大概只有78.5％的光线能够有效地收集到光电二极管2上。

参照图2-图4所示，在本申请实施例提供的图像传感器中，当外界光线照射至所述透光层的第一表面时，外界光线被微透镜102接收，经过微透镜102折射的光线穿过透光层后被该微透镜102所对应的光电二极管101所接收。并且，当外界光线照射至相邻微透镜102之间的间隙部时，由于透光层的第一表面在对应于所述间隙部的位置处开设有斜面103，因此，照射至间隙部的外界光线会被斜面103折射，从而被该斜面103旁边的微透镜102所对应的光电二极管101接收，这样便提高了光电二极管101对光线的收集率，经过计算，在本申请实施例提供的图像传感器中，光电二极管101对光线的收集率不小于92％，从而提升了图像传感器像素的量子效率，并且在一定程度上减小了像素间的光学串扰。

参照图2-图4所示，在一个实施例中，进一步地，所述斜面103与所述第一表面的夹角为30°～60°。

通常情况下，需要根据该图像传感器的单个像素的大小，以及透光层的第一表面与光电二极管101靠近所述第一表面的上表面之间的距离，对斜面103与竖直方向的入射光线之间的夹角θ进行调整，而斜面103与竖直方向的入射光线之间的夹角θ和斜面103与第一表面的夹角为余角关系。参照图2、图3所示，假设单个像素的边长为a，透光层的第一表面到光电二极管101的上表面的距离为h，光电二极管101到像素边缘的距离为b，则上述夹角θ的取值范围可以为：

通过计算及模拟实验可知，在夹角θ处于上述范围内的情况下，可以保证通过斜面103的光线能够有效折射到该斜面103所对应的光电二极管101中。通过计算可知，在透光层的第一表面未开设斜面103的情况下，外界光线的收集率约为78.5％；而在透光层的第一表面开设有斜面103的情况下，外界光线的收集率可超过92％，有效光收集面积提升15％以上。

参照图2-图4所示，在一个实施例中，进一步地，多个所述微透镜102呈阵列排布。

在实际应用中，一个图像传感器中会具有多个像素，每个像素均对应设置一个微透镜102。图3和图4只表示出一部分微透镜102，根据像素的排列，微透镜102可能呈现出方形阵列或者矩形阵列。

参照图2所示，在一个实施例中，进一步地，在四个相邻的所述微透镜102之间的间隙部内，四个所述斜面103相交的截面为正方形。

在该具体的例子中，参照图2所示，在每个由四个相邻设置的微透镜102围合形成的间隙部内，每个微透镜对应一个斜面103，斜面103与对应的微透镜102相切设置，四个斜面103相交为截面是正方形的形状，这样可以确保斜面尽可能完整充分地填充间隙部内的空间，从而确保更多的光线可以经由斜面折射至光电二极管中。

参照图3所示，在一个实施例中，进一步地，所述透光层包括距离所述微透镜102由远至近层叠设置的硅衬底104、透明层105、彩色滤光层106及平坦层107；所述第一表面为所述平坦层107远离所述彩色滤光层106的表面；所述光电二极管101设置于所述硅衬底104中。

在该具体的例子中，透光层具体包括层叠设置的四层结构；其中，硅衬底104包含P+型衬底以及P型外延层，光电二极管101设置在硅衬底104中，光电二极管101的上表面与硅衬底104的上表面齐平。透明层105的材质一般为玻璃，在一些实施例中，例如在FSI像素工艺中，透明层105内布设有用于与光电二极管101电连接的导电金属；而在另一些实施例中，例如在BSI像素工艺中，则可以不设置导电金属，相应地可以减小透明层105的厚度。彩色滤光层106用于对光线进行过滤，例如过滤之后只允许所需要的一种彩色光比如红光通过。平坦层107的材质一般为玻璃，平坦层107的设置可以确保整个透光层上表面的平坦度，利于微透镜102的设置。

在一个实施例中，进一步地，所述平坦层107的厚度为200-600nm。

由于需要在平坦层107上开设斜面103，因此平坦层107需要具有一定的厚度，厚度一般设置为200-600nm。如果厚度太小，则无法满足开设斜面103的需要；如果厚度太大，则会使光线透过的距离即光程增加，并且会增加图像传感器的整体厚度。

参照图4所示，在另一个实施例中，进一步地，所述透光层包括距离所述微透镜102由远至近层叠设置的硅衬底104、透明层105、及平坦层107；所述第一表面为所述平坦层107远离所述彩色滤光层106的表面；所述光电二极管101设置于所述硅衬底104中；所述微透镜102上设置有彩色滤光膜。

在该具体的例子中，透光层具体包括层叠设置的三层结构；其中，硅衬底104包含P+型衬底以及P型外延层，光电二极管101设置在硅衬底104中，光电二极管101的上表面与硅衬底104的上表面齐平。透明层105的材质一般为玻璃，在一些实施例中，例如在FSI像素工艺中，透明层105内布设有用于与光电二极管101电连接的导电金属；而在另一些实施例中，例如在BSI像素工艺中，则可以不设置导电金属，相应地可以减小透明层105的厚度。平坦层107的材质一般为玻璃，平坦层107的设置可以确保整个透光层上表面的平坦度，利于微透镜102的设置。在本实施例中，没有单独设置用于彩色滤光的彩色滤光层，而是将彩色滤光的功效集成在微透镜102上，即在微透镜102上设置彩色滤光膜，这样可以使光程减小，从而减少光损耗，提升像素的量子效率和灵敏度，并且在一定程度上减少像素间的光学串扰。

在一个实施例中，进一步地，所述平坦层107的厚度为200-600nm。

在图4所示的实施例中，同样需要使平坦层107具有一定的厚度，厚度一般设置为200-600nm。如果厚度太小，则无法满足开设斜面103的需要；如果厚度太大，则会使光线透过的距离即光程增加，并且会增加图像传感器的整体厚度。

根据本申请的另一个实施例，提供了一种电子设备，所述电子设备包括如上所述的图像传感器。

上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。

虽然已经通过例子对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种图像传感器，其特征在于，包括：

透光层，所述透光层具有第一表面；所述透光层内部设置有多个光电二极管(101)；

多个微透镜(102)，多个所述微透镜(102)设置于所述透光层的第一表面，所述光电二极管(101)与所述微透镜(102)一一对应设置；

相邻的所述微透镜(102)之间具有间隙部，所述第一表面在对应于所述间隙部的位置处朝向所述透光层的内部倾斜开设有斜面(103)；每个所述斜面(103)均邻接一个所述微透镜(102)设置，外界光线经由所述斜面(103)折射并被该斜面(103)邻接的所述微透镜(102)所对应的所述光电二极管(101)接收。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述斜面(103)与所述第一表面的夹角为30°～60°。

3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，多个所述微透镜(102)呈阵列排布。

4.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，在四个相邻的所述微透镜(102)之间的间隙部内，四个所述斜面(103)相交的截面为正方形。

5.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述透光层包括距离所述微透镜(102)由远至近层叠设置的硅衬底(104)、透明层(105)、彩色滤光层(106)及平坦层(107)；所述第一表面为所述平坦层(107)远离所述彩色滤光层(106)的表面；所述光电二极管(101)设置于所述硅衬底(104)中。

6.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，所述平坦层(107)的厚度为200-600nm。

7.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，所述透明层(105)内设置有导电金属，所述导电金属与所述光电二极管(101)电连接。

8.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，所述透光层包括距离所述微透镜(102)由远至近层叠设置的硅衬底(104)、透明层(105)、及平坦层(107)；所述第一表面为所述平坦层(107)远离所述彩色滤光层(106)的表面；所述光电二极管(101)设置于所述硅衬底(104)中；所述微透镜(102)上设置有彩色滤光膜。

9.根据权利要求8所述的图像传感器，其特征在于，所述平坦层(107)的厚度为200-600nm。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1-9中任一项所述的图像传感器。

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