DE102013112023A1 - System und Verfahren zum Reduzieren der Umgebungslichtempfindlichkeit von Infrarotdetektoren (IR-Detektoren) - Google Patents

System und Verfahren zum Reduzieren der Umgebungslichtempfindlichkeit von Infrarotdetektoren (IR-Detektoren) Download PDF

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Nicole D. Kerness
Sunny K. Hsu
Anand Chamakura
Christopher F. Edwards
David Skurnik
Phillip J. Benzel
Nevzat A. Kestelli
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Abstract

Aspekte der Offenbarung betreffen ein System und ein Verfahren zum Reduzieren der Umgebungslichtempfindlichkeit von Infrarotdetektoren (IR-Detektoren). Ein oder mehrere über einen Sensor des IR-Detektors (z. B. Gestensensor) gesetzte optische Filter (z. B. Absorptionsfilter, Interferenzfilter) absorbieren oder reflektieren sichtbares Licht und lassen dabei bestimmte IR-Wellenlängen durch, um die reduzierte Umgebungslichtempfindlichkeit des IR-Detektors zu fördern.

Description

  • Hintergrund
  • Elektronische Vorrichtungen, wie etwa Smartphones, Tablet-Computer, digitale Media-Player und so weiter, verwenden in steigendem Maße Lichtsensoren, um die Betätigung einer Vielfalt von Funktionen zu steuern, die durch die Vorrichtung vorgesehen ist. Zum Beispiel werden Lichtsensoren gewöhnlich durch elektronische Vorrichtungen dazu benutzt, die Umgebungs-Beleuchtungsbedingungen zu erfassen, um die Helligkeit des Anzeigebildschirms der Vorrichtung zu steuern. Typische Lichtsensoren verwenden Photodetektoren, wie etwa Photodioden, Phototransistoren oder dergleichen, die empfangenes Licht in ein elektrisches Signal (z. B. einen Strom oder eine Spannung) umwandeln.
  • Lichtsensoren werden gewöhnlich in infrarotbasierten (IR-basierten) Erfassungsvorrichtungen verwendet, wie etwa Gestenerfassungsvorrichtungen. Gestenerfassungsvorrichtungen sind Vorrichtungen, die das Erfassen physischer Bewegung (z. B. von „Gesten”) ermöglichen, ohne dass der Benutzer die Vorrichtung tatsächlich berührt, in der die Gestenerfassungsvorrichtung eingebaut ist. Die erfassten Bewegungen können anschließend als Eingabebefehle für die Vorrichtung benutzt werden. In Ausführungsformen ist die elektronische Vorrichtung programmiert, bestimmte kontaktlose Handbewegungen zu erkennen, wie etwa von links nach rechts, von rechts nach links, von oben nach unten, von unten nach oben, von innen nach außen, von außen nach innen und so weiter. Gestenerfassungsvorrichtungen haben verbreitete Verwendung in handgehaltenen elektronischen Vorrichtungen gefunden, wie etwa Tablet-Computergeräten, Smartphones sowie anderen tragbaren elektronischen Vorrichtungen, wie etwa Laptop-Computern, Video-Spielkonsolen und so weiter.
  • Zusammenfassung
  • Ein Infrarotdetektorsystem ist offenbart. In einer oder mehreren Ausführungsformen enthält das Infrarotdetektorsystem ein Substrat, einen in dem Substrat ausgebildeten Sensor und ein optisches Filter, das über dem Sensor positioniert ist. Der Sensor ist konfiguriert, Licht zu erfassen, das auf den Sensor gerichtet ist, und als Reaktion darauf ein Signal vorzusehen. Das optische Filter ist konfiguriert, zumindest im Wesentlichen zu verhindern, dass ein sichtbarer Anteil des auf den Sensor gerichteten Lichts den Sensor erreicht. Das optische Filter ist weiter konfiguriert, zuzulassen, dass ein ausgewählter Infrarotanteil des auf den Sensor gerichteten Lichts durch das optische Filter zum Sensor hindurchtritt.
  • Ein Gestendetektorsystem ist offenbart. In einer oder mehreren Ausführungsformen enthält das Gestendetektorsystem ein Substrat, einen in dem Substrat ausgebildeten Gestensensor, eine Leuchtdiode (LED) und ein oder mehrere Absorptionsfilter über dem Gestensensor. Der Gestensensor ist konfiguriert, Licht zu erfassen, das auf den Gestensensor gerichtet ist, und als Reaktion darauf ein Signal vorzusehen. Die Leuchtdiode ist konfiguriert, infrarotes Licht auszustrahlen, das auf den Gestensensor gerichtet werden soll. Das eine oder die mehreren Absorptionsfilter sind konfiguriert, einen sichtbaren Anteil des auf den Gestensensor gerichteten Lichts zu absorbieren, um zumindest im Wesentlichen den sichtbaren Anteil des Lichts vom Erreichen des Gestensensors abzublocken. Das eine oder die mehreren Absorptionsfilter sind weiter konfiguriert, zuzulassen, dass ein ausgewählter Infrarotanteil des auf den Gestensensor gerichteten Lichts durch das mindestens eine Absorptionsfilter zum Gestensensor hindurchtritt. In einer oder mehreren Ausführungsbeispielen ist das Gestendetektorsystem ein Einzel-LED-Gestendetektorsystem.
  • Diese Zusammenfassung ist vorgesehen, um eine Auswahl von Konzepten in vereinfachter Form vorzustellen, die im Folgenden in der genauen Beschreibung näher beschrieben werden. Diese Zusammenfassung hat nicht die Absicht, entscheidende Eigenschaften oder wesentliche Besonderheiten des beanspruchten Gegenstandes der Erfindung festzulegen, noch ist beabsichtigt, dass sie als Hilfe zur Bestimmung des Umfangs des beanspruchten Gegenstandes verwendet wird.
  • Zeichnungen
  • Die genaue Beschreibung erfolgt unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren. Die Verwendung derselben Bezugsnummern an verschiedenen Stellen in der Beschreibung und in den Figuren kann auf ähnliche oder identische Elemente hinweisen.
  • 1 ist eine Schnittansicht eines Infrarotdetektorsystems in teilweiser Explosionsdarstellung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
  • 2A ist eine grafische Darstellung der Durchlasscharakteristik (über einen Lichtwellenlängenbereich) eines blauen, eines grünen und eines roten Absorptionsfilters, wenn die Filter einzeln (z. B. in nicht gestapelter Weise) in einem Infrarotdetektorsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung eingesetzt sind.
  • 2B ist eine grafische Darstellung der Durchlasscharakteristik (über einen Lichtwellenlängenbereich) eines in einem Infrarotdetektorsystem eingesetzten Absorptionsfilterstapels blau auf rot, verglichen mit der Durchlasscharakteristik des blauen und des roten Absorptionsfilters, wenn das blaue und das rote Filter einzeln in einem Infrarotdetektorsystem eingesetzt sind, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
  • 2C ist eine grafische Darstellung der Durchlasscharakteristik (über einen Lichtwellenlängenbereich) eines in einem Infrarotdetektorsystem eingesetzten Absorptionsfilterstapels grün auf rot, verglichen mit der Durchlasscharakteristik des grünen und des roten Absorptionsfilters, wenn das grüne und das rote Filter einzeln in einem Infrarotdetektorsystem eingesetzt sind, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
  • 2D ist eine grafische Darstellung der Durchlasscharakteristik (über einen Lichtwellenlängenbereich) eines in einem Infrarotdetektorsystem eingesetzten Absorptionsfilterstapels blau auf rot, verglichen mit der Durchlasscharakteristik eines in einem Infrarotdetektorsystem eingesetzten Absorptionsfilterstapels grün auf rot, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
  • 3A und 3B sind grafische Darstellungen der Signal-Rauschabstandscharakteristik (SNR) und der Frequenz eines Falschsignals mit und ohne Verwendung von optischen Filtern in einem Infrarotdetektorsystem bei 5000 Hertz bzw. 3000 Hertz gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung.
  • 4A und 4B sind grafische Darstellungen der Durchlasscharakteristik eines in einem Infrarotdetektorsystem eingesetzten Interferenzfilters gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung.
  • 5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen eines Infrarotdetektorsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt.
  • Genaue Beschreibung
  • Übersicht
  • Eine IR-basierte Erfassungsvorrichtung kann einen IR-Lichtsender, wie etwa eine Leuchtdiode (LED), enthalten. Die LED kann infrarotes Licht aussenden, und wenn sich ein Objekt (z. B. ein Zielobjekt) in relativ enger Nähe zu der Vorrichtung befindet, kann von der LED ausgesendetes infrarotes Licht von dem Objekt reflektiert werden und durch einen Sensor der Vorrichtung erfasst werden, wodurch es eine Indizierung vorsieht, dass sich das Objekt in enger Nähe zu der Vorrichtung befindet. Wenn jedoch sichtbares Licht (z. B. Umgebungslicht) auf den Sensor fällt und von ihm erfasst wird, kann dieses sichtbare Licht manchmal zu fälschlichem Erkennen durch die Vorrichtung führen.
  • Beispielhafte Ausführungsformen
  • Figur 1 (1) stellt ein Infrarot-Detektorsystem (IR-Detektorsystem) (z. B. einen IR-Detektor, einen IR-basierten Sensor, ein Erfassungssystem) 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung dar. Das IR-Detektorsystem 100 kann ein Gestendetektorsystem (z. B. ein Gestensensor, ein IR-basierter Gestensensor, ein Gestendetektor, eine Gestenvorrichtung), ein Näherungsdetektorsystem oder dergleichen sein.
  • In Ausführungsformen enthält das IR-Detektorsystem 100 einen oder mehrere Sensoren (z. B. einen Gestensensor, einen optischen Sensor) 102. Der Sensor 102 ist ein Lichtdetektor (z. B. ein Photodetektor, wie etwa eine Photodiode, ein Phototransistor oder dergleichen) oder enthält einen solchen und enthält einen Lichtdetektor-Erfassungsschaltkreis und/oder ist mit einem Lichtdetektor-Schaltkreis verbunden. In Ausführungsformen ist der Sensor 102 konfiguriert, Licht zu empfangen (z. B. zu erfassen) und als Reaktion darauf ein Signal an einen Steuerschaltkreis (nicht gezeigt) bereitzustellen, der mit dem Sensor 102 verbunden ist. Zum Beispiel ist der Sensor 102 konfiguriert, das empfangene Licht in ein elektrisches Signal (z. B. einen Strom oder eine Spannung) auf Grundlage der Stärke des erfassten Lichts umzuwandeln. Der Steuerschaltkreis (z. B. der Prozessor) ist konfiguriert, vom Sensor 102 empfangene Signale zu verarbeiten, die Signale in einem Speicher (nicht gezeigt) zu speichern und/oder die gespeicherten Signale (z. B. die gespeicherten Daten) zu analysieren. Der Speicher (z. B. ein digitaler Speicher) ist mit dem Prozessor verbunden und konfiguriert, Daten zu speichern. Der Speicher ist ein Beispiel eines materiellen computerlesbaren Datenträgers, der Speicherfunktionalität vorsieht, um verschiedene Daten zu speichern, die mit dem Betrieb des Systems 100 zusammenhängen, wie etwa Softwareprogramme und/oder Programmcodesegmente oder andere Daten, um den Prozessor anzuweisen, die Verarbeitungsfunktionalität des Prozessors durchzuführen. Verarbeitungsfunktionalität des Prozessors kann über ein Softwareprogramm umgesetzt sein, das auf dem Prozessor läuft (z. B. ausgeführt wird). In Ausführungsformen, in denen das System 100 ein Gestendetektorsystem ist, analysiert der Steuerschaltkreis die gespeicherten Signale, um zu bestimmen, ob eine Geste (und welche Art von Geste) erkannt wurde. In anderen Ausführungsformen können die gespeicherten Daten so verwendet werden, dass der Sensor 102 als Näherungsdetektor arbeitet.
  • Der Sensor 102 ist konfiguriert, Licht sowohl im sichtbaren Lichtspektrum als auch im Infrarot-Lichtspektrum zu erfassen. Wie er hier verwendet ist, ist der Begriff „Licht” so aufgefasst, dass er elektromagnetische Strahlung umfasst, die im sichtbaren Lichtspektrum und im Infrarot-Lichtspektrum auftritt. Das sichtbare Lichtspektrum (sichtbare Licht) schließt elektromagnetische Strahlung ein, die im Wellenlängenbereich von ungefähr dreihundertundneunzig (390) Nanometern bis ungefähr siebenhundertundfünfzig (750) Nanometern auftritt. Ähnlich schließt das infrarote Lichtspektrum (infrarote Licht) elektromagnetische Strahlung ein, die in Wellenlängen im Bereich von ungefähr siebenhundert (700) Nanometern bis ungefähr dreihunderttausend (300000) Nanometern liegt.
  • In Ausführungsformen enthält das IR-Detektorsystem 100 weiter einen Lichtsender 104. Zum Beispiel ist der Lichtsender 104 ein Infrarotlichtsender (IR-Lichtsender), wie etwa eine einzelne Leuchtdiode (z. B. ein 1-LED-Lichtsender, eine einzelne IR-LED) 104. In Ausführungsformen ist der Lichtsender 104 in der Nähe des Sensors 102 positioniert (z. B. befindet sich in seiner Nähe). Der Lichtsender 104 enthält eine Schaltung zum Ansteuern des Lichtsenders 104 und/oder ist mit ihr verbunden. In Ausführungsformen ist der IR-Lichtsender 104 konfiguriert, Lichtstrahlen (z. B. Infrarotlicht) abzustrahlen. In Ausführungsformen können, wenn sich ein Objekt (z. B. ein Zielobjekt) in relativ enger Nähe zum IR-Detektorsystem 100 befindet, von dem Lichtsender 104 abgestrahlte Lichtstrahlen als Lichtstrahlen von dem Objekt reflektiert werden, die durch den Sensor 102 erfasst werden können, wodurch eine Indizierung bereitgestellt wird, dass sich das Objekt in enger Nähe zum Sensor 102 befindet. In Ausführungsformen kann das System 100 einen optischen Linsenaufbau (nicht gezeigt) enthalten, um dieses reflektierte Licht auf den Sensor 102 zu fokussieren. In anderen Ausführungsformen kann das IR-Detektorsystem 100 vielfache Lichtsender (z. B. vielfache LEDs) 104 enthalten. In weiteren Ausführungsformen enthält das IR-Detektorsystem 100 möglicherweise keine LEDs 104. Einsetzen einer geringeren Anzahl von LEDs 104 in dem System 100 kann Energieeinsparungen für das System 100 fördern.
  • In Ausführungsformen enthält das IR-Detektorsystem 100 weiter ein Substrat (z. B. einen Wafer) 106. Der Sensor 102 und/oder der Lichtsender 104 können auf dem Substrat 106 gestaltet und/oder darin ausgebildet sein. 1 zeigt den Lichtsender 104 als auf dem Substrat 106 gestaltet oder darin ausgebildet. Jedoch kann in weiteren Ausführungsformen der Lichtsender (z. B. die LED) 104 von dem Substrat 106 getrennt sein. Wenn die LED 104 zum Beispiel getrennt von dem Substrat 106 ist (z. B. ein getrenntes Bauelement ist), kann sie zusammen mit dem Sensor 102 in einem Gehäuse verpackt sein, oder sie kann ein getrenntes Bauelement sein, das (z. B. durch einen Anwender) mit einer Leiterplatte verdrahtet sein kann. Das Substrat 106 liefert ein Grundmaterial, das verwendet ist, ein oder mehrere elektronische Bauelemente mit verschiedenen Fertigungstechniken, wie etwa Photolithographie, Ionenimplantation, Abscheiden, Ätzen und so weiter, auszubilden. Das Substrat 104 kann n-Silizium (z. B. Silizium, das mit einem Gruppen-Ladungsträgerelement dotiert ist, wie etwa einem Element der Gruppe V (z. B. Phosphor, Arsen, Antimon usw.), um das Silizium mit n-Ladungsträgerelementen zu versehen) oder p-Silizium umfassen (z. B. Silizium, das mit einem Gruppen-Ladungsträgerelement dotiert ist, wie etwa einem Element der Gruppe IIIA (z. B. Bor usw.), um das Silizium mit p-Ladungsträgerelementen zu versehen, oder mit anderen Gruppen-Ladungsträgerelementen dotiert ist, um p-Ladungsträgerelemente zuzuführen). Das Substrat 106 kann weiter aus einer oder mehreren isolierenden Schichten bestehen und kann eine Siliziumdioxidschicht und eine Siliziumnitridschicht enthalten. Während ein Siliziumsubstrat beschrieben ist, versteht es sich, dass andere Arten von Substraten verwendet sein können, ohne vom Umfang dieser Offenbarung abzuweichen. Zum Beispiel kann das Substrat 106 aus Silizium-Germanium, Galliumarsenid oder dergleichen bestehen.
  • In Ausführungsformen enthält das IR-Detektorsystem 100 weiter eine oder mehrere Metallschichten 108 (z. B. geätzte Metallschichten). In einigen Ausführungsformen sind die Metallschichten 108 teilweise über dem Sensor 102 gestaltet (z. B. ausgebildet) (z. B. überlappen ihn teilweise) und sind gestaltet, das Erreichen einer gewünschten Abschattungs- oder Lichtrichtcharakteristik (z. B. zum Erreichen einer Gestenantwort) für das System 100 zu erleichtern. In anderen Ausführungsformen überlappen die Metallschichten 108 den Sensor 102 möglicherweise nicht. In Ausführungsformen kann eine Pufferschicht (z. B. eine Schicht aus Polymermaterial, wie etwa Benzocyclobuten-Polymer (BCB-Polymer) oder dergleichen) 113 zwischen der/den Metallschicht(en) 108 und dem Sensor 102 gestaltet (z. B. ausgebildet) sein. In Ausführungsformen, in denen vielfache Metallschichten 108 eingesetzt sind, kann eine Pufferschicht (z. B. eine BCB-Polymerschicht) 113 zwischen den Metallschichten 108 gestaltet (z. B. ausgebildet) sein.
  • In Ausführungsformen enthält das IR-Detektorsystem 100 weiter ein oder mehrere Filter (z. B. optische Filter) 110. Die optischen Filter 110 können über dem Sensor 102 und über den Metallschichten 108 so angeordnet sein, dass sich die Filter 110 über dem Sensor (z. B. dem Gestensensor) 102 befinden (z. B. ihn zumindest im Wesentlichen abdecken oder überlappen). Somit ist/sind das/die Filter 110 oberhalb des Stapels angeordnet. Die Filter 110 können technische Filter, Absorptionsfilter (z. B. absorptionsbasierte Filter/Schichten, absorptive Filter, Farbdurchlassfilter/-schichten), Interferenzfilter (z. B. Kerbfilter, Bandpassfilter), dielektrische Filter und/oder dergleichen sein. Ein Absorptions- oder absorptives Filter kann als ein optisches Filter definiert sein, das selektiv Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich durchlässt, während es Licht mit einer Wellenlänge absorbiert, die außerhalb des bestimmten Wellenlängenbereichs liegt. Ein Interferenzfilter kann als ein optisches Filter definiert sein, das ein oder mehrere Spektralbänder oder -linien reflektiert und andere durchlässt. Interferenzfilter können einen Absorptionskoeffizienten nahe Null für alle interessierenden Wellenlängen beibehalten. Interferenzfilter können Hochpass-, Tiefpass-, Bandpass- oder Bandsperrfilter sein. Interferenzfilter können vielfache dünne Schichten dielektrischen Materials mit unterschiedlichen Brechungsindizes aufweisen. Ein Kerbfilter kann als ein Bandsperrfilter mit einem engen Sperrband definiert sein. In Ausführungsformen kann/können das/die eingesetzte(n) Filter 110 (eine) dünne Schicht(en) sein. In einem Beispiel kann eine Dicke für das Filter 110 ungefähr 0,9 Mikrometer (0,9 μm) betragen, jedoch sind andere Filterdicken in Betracht gezogen.
  • In Ausführungsformen sind die Filter 110 konfiguriert, um einen sichtbaren Anteil des auf den Sensor 102 fallenden (z. B. zu ihm hin reflektierten) Lichts zu entfernen (z. B. zu absorbieren, abzublocken). Zum Beispiel können die Filter 110 konfiguriert sein, Licht innerhalb des sichtbaren Lichtspektrums zu absorbieren oder abzublocken. Weiter sind die Filter 110 konfiguriert, zuzulassen, dass ein IR-Anteil des auf den Sensor 102 fallenden (z. B. zu ihm hin reflektierten) Lichts hindurchtritt (z. B. durch ihn empfangen wird). Zum Beispiel können die Filter 110 weiter konfiguriert sein, Licht innerhalb des IR-Lichtspektrums zum Sensor 102 durchzulassen.
  • In Ausführungsformen, in denen Farbdurchlassfilter 110 eingesetzt sind, können die Filter 110 unterschiedliche Farben aufweisen (können z. B. konfiguriert sein, unterschiedliche Farben des sichtbaren Lichtspektrums durchzulassen). Zum Beispiel kann in einem Fall ein blaues Filter 110 eingesetzt sein, das konfiguriert ist, blaues sichtbares Licht (z. B. Licht mit einer Wellenlänge zwischen ungefähr 450 Nanometern (nm) und ungefähr 475 Nanometern (nm)) durchzulassen (z. B. seinen Durchtritt durch das Filter zuzulassen). In einem weiteren Fall kann ein grünes Filter 110 eingesetzt sein, das konfiguriert ist, grünes sichtbares Licht (z. B. Licht mit einer Wellenlänge zwischen ungefähr 495 Nanometern und ungefähr 570 Nanometern) durchzulassen. In einem weiteren Fall kann ein rotes Filter 110 eingesetzt sein, das konfiguriert ist, rotes sichtbares Licht (z. B. Licht mit einer Wellenlänge zwischen ungefähr 620 Nanometern und ungefähr 750 Nanometern) durchzulassen. Es ist in Betracht gezogen, dass Filter mit anderen Farben als die oben erwähnten eingesetzt werden können.
  • In Ausführungsformen können die Filter 110 in einer Stapelanordnung eingesetzt sein, sodass vielfache Filter 110 (z. B. zwei Filter, von denen jedes ein Filter anderer Farbe ist) zusammengestapelt sind (z. B. einander zumindest teilweise überlappen, aufeinander gesetzt sind). Weiter können sich die gestapelten Filter 110 (z. B. der Filterstapel) über dem Sensor (z. B. dem Gestensensor) 102 befinden (z. B. ihn zumindest im Wesentlichen abdecken oder überlappen). In einer oder mehreren Ausführungsformen kann der Filterstapel ein auf ein rotes Filter 110 gestapeltes blaues Filter 110 enthalten. In einer oder mehreren anderen Ausführungsformen kann der Filterstapel ein auf ein rotes Filter 110 gestapeltes grünes Filter 110 enthalten. Es ist in Betracht gezogen, dass verschiedene Farbkombinationen für den Filterstapel außer den erwähnten eingesetzt sein können.
  • In Ausführungsformen kann/können das/die Filter 110 konfiguriert sein, nur Licht mit bestimmten IR-Wellenlängen durchzulassen und andere Wellenlängen abzublocken (z. B. zu absorbieren). Zum Beispiel können die bestimmten IR-Wellenlängen sein: interessierende IR-Wellenlängen, durch die spezielle(n), in dem System 100 verwendete(n) LED(s) 104 abgestrahlte IR-Wellenlängen, wie etwa IR-Wellenlängen, die für die Gestenerkennung und/oder Näherungserfassung notwendig (z. B. erforderlich) sind. Wenn das System 100 zum Beispiel ein Gestenerfassungssystem 100 ist, fördern die Filter 110 durch Absorbieren des sichtbaren Lichts und das Ermöglichen, dass das erforderliche IR-Licht (z. B. das längerwellige IR-Licht) hindurchtritt (z. B. hindurchgeht), die Reduktion und/oder Beseitigung Vorkommens fälschlichen Erkennens (sie entfernen z. B. unerwünschtes Licht, um zu verhindern, dass es die Gestenerkennung stört).
  • In Ausführungsformen kann/können das/die Filter 110 auf Wafer-Ebene ausgebildet sein, sodass sie auf der/den Metallschicht(en) 108 gestapelt sind. In anderen Ausführungsformen kann/können das/die Filter 110 in ein Gehäuse (z. B. ein Chipgehäuse, einen Chipträger) eingesetzt sein oder auf eine Glasbeschichtung gesetzt sein. In weiteren Ausführungsformen kann eine Pufferschicht (z. B. eine Dielektrikumsschicht) (z. B. eine BCB-Polymerschicht) 113 zwischen dem/den Filter(n) 110 und der/den Metallschicht(en) 108 ausgebildet sein. In Ausführungsformen kann/können das/die Filter 110 über ein beliebiges aus einer Anzahl von Standard-Strukturierungsverfahren (z. B. Photolithographieverfahren) strukturiert sein. In einigen Ausführungsformen können die Filter 110 eines Filterstapels miteinander gemischt werden (z. B. können ein rotes Filter und ein blaues Filter einer Filterstapelanordnung rot auf blau miteinander gemischt werden, bevor sie auf dem Wafer aufgebracht werden, was es ermöglichen kann, dass nur elf Maskierungsschritt erforderlich ist.
  • Die Figur 2A bis 2D (2A bis 2D) sehen grafische Darstellungen der Lichtdurchlässigkeitscharakteristik verschiedener Filter-/Filterstapelanordnungen (z. B. Absorptionsfilter-/-filterstapelanordnungen) 110 vor, wenn die Filter-/Filterstapelanordnungen 110 in dem System 100 eingesetzt sind. 2A stellt die einzelne Lichtdurchlässigkeitscharakteristik (z. B. den Prozentsatz des Lichtes, der durch das Filter bei gegebenen Lichtwellenlängen durchgelassen wird) für ein blaues Filter, ein grünes Filter und ein rotes Filter dar, wenn sie einzeln in dem System 100 eingesetzt sind. 2B stellt die Lichtdurchlässigkeitscharakteristik (z. B. den Prozentsatz des Lichtes, der durch das/die Filter bei gegebenen Lichtwellenlängen durchgelassen wird) dar, wenn eine Filterstapelanordnung eingesetzt ist und die Filterstapelanordnung ein auf ein rotes Filter gestapeltes blaues Filter ist. Wie in 2B gezeigt, ist bei der Filteranordnung blau auf rot die Unterdrückung des sichtbaren Lichts besser (z. B. umfassender), als wenn entweder ein rotes oder ein blaues Filter einzeln eingesetzt sind. Bei der Filteranordnung blau auf rot tritt bedeutende Unterdrückung des sichtbaren Lichts (z. B. weniger als ungefähr 10% Lichtdurchlässigkeit) allgemein über Wellenlängen auf, die im Bereich von ungefähr 400 Nanometern bis ungefähr 775 Nanometern liegen. Bei der in 2B gezeigten Filteranordnung blau auf rot liegen Spitzenwerte der Lichtdurchlässigkeitscharakteristik für die Durchlässigkeit für die erwünschten Lichtwellenlängen (z. B. IR-Wellenlängen) bei ungefähr 95% Lichtdurchlässigkeit. 2C stellt die Lichtdurchlässigkeitscharakteristik (z. B. den Prozentsatz des Lichtes, der bei gegebenen Lichtwellenlängen durchgelassen wird) dar, wenn die eingesetzte Filterstapelanordnung ein auf ein rotes Filter gestapeltes grünes Filter ist. Wie in 2C gezeigt, ist bei der Filteranordnung grün auf rot die Unterdrückung des sichtbaren Lichts besser, als wenn entweder ein grünes oder ein rotes Filter einzeln eingesetzt sind. Bei der Filteranordnung grün auf rot tritt bedeutende Unterdrückung des sichtbaren Lichts (z. B. weniger als ungefähr 10% Lichtdurchlässigkeit) allgemein über Wellenlängen auf, die im Bereich von ungefähr 400 Nanometern bis ungefähr 575 Nanometern liegen. Bei der in 2C gezeigten Filteranordnung grün auf rot liegt der Spitzenwert der Lichtdurchlässigkeitscharakteristik für die Durchlässigkeit für die erwünschten Lichtwellenlängen (z. B. IR-Wellenlängen) bei ungefähr 98% Lichtdurchlässigkeit. 2D stellt die Lichtdurchlässigkeitscharakteristik der Filteranordnung grün auf rot dar, gemeinsam aufgetragen mit der Lichtdurchlässigkeitscharakteristik der Filteranordnung blau auf rot. Wie in 2D gezeigt, tritt bedeutende Unterdrückung des sichtbaren Lichts (z. B. weniger als ungefähr 10% Lichtdurchlässigkeit) über einem größeren Wellenlängenbereich auf (ist z. B. erweitert), wenn die Filteranordnung blau auf rot eingesetzt ist, verglichen mit dem Fall, wenn die Filteranordnung grün auf rot eingesetzt ist; jedoch sehen beide Anordnungen gute Unterdrückung des sichtbaren Lichts vor.
  • Figur 3A und Figur 3B (3A und 3B) sehen grafische Darstellungen der Rauschabstandscharakteristik (SNR) der Filter 110 vor, wenn die eingesetzten Filter 110 Absorptionsfilter (z. B. Schichten) sind, verglichen mit Systemen, bei denen keine Filter eingesetzt sind. Die Absorptionsfilter 110 fördern verbesserte SNR-Charakteristik, indem sie unerwünschte Wellenlängen (z. B. sichtbares Licht) absorbieren (z. B. beseitigen, ihr Hindurchtreten verhindern). 3A zeigt die Frequenz eines Falschsignals mit und ohne (z. B. bei Verwendung und ohne Verwendung des/der) Absorptionsfilter(s) (z. B. Schichten) bei 5000 Hertz (Hz). 3B zeigt die Frequenz eines Falschsignals mit und ohne Absorptionsfilter (z. B. Schichten) bei 3000 Hertz (Hz). Wie 3A und 3B zeigen, ist der Rauschpegel viel niedriger, wenn Filter eingesetzt werden, als wenn keine Filter eingesetzt werden. Die in 3A und 3B gezeigten Ergebnisse für die SNR-Charakteristik gelten für eine Filterstapelanordnung grün auf rot. Jedoch können andere Kombinationen anderer Filterfarben eingesetzt werden, wie etwa eine Filterstapelanordnung blau auf rot.
  • Figur 4A und Figur 4B (4A und 4B) sehen grafische Darstellungen der Lichtdurchlässigkeitscharakteristik des Filters 110 vor, wenn das eingesetzte Filter 110 ein Interferenzfilter (z. B. ein Breitbandfilter, ein Kerbfilter) 110 ist. 4A und 4B stellen die einzelne Lichtdurchlässigkeitscharakteristik (z. B. den Prozentsatz des Lichtes, der durch das Filter bei gegebenen Lichtwellenlängen durchgelassen wird) dar, wenn das in dem System 100 eingesetzte Filter 110 ein Interferenzfilter ist. In 4B weist die Lichtdurchlässigkeitscharakteristik ihren Spitzenwert (z. B. bei ungefähr 80% Durchlässigkeit) über einem Wellenlängenband auf, das im Bereich von ungefähr 850 Nanometern bis ungefähr 1050 Nanometern liegt. 4A stellt ein breiteres Ansprechen dar, bei dem das Signal verbreitert ist, verglichen mit 4B. In 4A weist die Lichtdurchlässigkeitscharakteristik Spitzenwerte über einem Wellenlängenband auf, das im Bereich von ungefähr 850 Nanometern bis ungefähr 1100 Nanometern liegt. Jedoch weist die Lichtdurchlässigkeitscharakteristik für das Interferenzfilter, auch wenn das Signal wie in 4A verbreitert ist, ihren Spitzenwert immer noch bei ungefähr 80% Durchlässigkeit auf. Somit kann man mehr Durchlässigkeitsverluste hinnehmen müssen, wenn Interferenzfilter eingesetzt werden, verglichen mit dem Einsatz von Absorptionsfiltern.
  • In Ausführungsformen fördert/fördern das/die hier beschriebene(n) Detektorsystem(e) verbesserten Rauschabstand durch Verwenden von (einem) über (z. B. oberhalb des) dem/den Sensor(en) angeordneten Filter(n), um zu verhindern, dass unerwünschte (z. B. sichtbare) Lichtwellenlängen den/die Sensor(en) erreichen, wodurch die Reduktion von Fällen fälschlichen Erkennens gefördert wird. In Ausführungsformen kann das System 100 in verschiedenen Produkten (z. B. elektronischen Vorrichtungen) eingesetzt sein, umfassend, aber nicht beschränkt auf Telefone (z. B. Mobiltelefone, Smartphones), Tablet-Computer (z. B. Tablets), Notebook-Computern (z. B. Laptop-Computern), E-Book-Readern (z. B. E-Book-Geräten, E-Readern), Erfassungssystemen für industrielle Anwendungen, Erfassungssystemen für Haushalts-Automatisierungsanwendungen oder dergleichen.
  • Beispielhafte Herstellungsverfahren
  • Figur 5 (5) stellt ein Flussdiagramm dar, das einen beispielhaften Prozess (z. B. ein Verfahren) zum Herstellen eines IR-Detektorsystem (z. B. eines Gestendetektorsystems), wie es hier offenbart ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. In Ausführungsformen kann das Verfahren 500 das Vorsehen eines Substrats enthalten (Block 502). Zum Beispiel kann das Substrat ein Siliziumwafer sein. Das Verfahren 500 kann weiter das Ausbilden eines Sensors in dem Substrat enthalten (Block 504). Zum Beispiel kann der Sensor ein Gestensensor sein (Block 504).
  • In Ausführungsformen kann das Verfahren 500 weiter das Vorsehen eines Lichtsenders zum Abstrahlen von infrarotem Licht enthalten, um es auf den Sensor zu richten (Block 506). Zum Beispiel kann der Lichtsender ein Einzel-LED-Lichtsender sein. Das Verfahren 500 kann weiter das Positionieren eines optischen Filters über dem Sensor enthalten (Block 508). Zum Beispiel kann das optische Filter ein Absorptionsfilter sein. In Ausführungsformen kann der Schritt des Positionierens eines optischen Filters über dem Sensor Strukturieren des optischen Filters enthalten, wie etwa über einen Photolithographie-Vorgang.
  • In Ausführungsformen kann das Verfahren 500 weiter das Ausbilden von (einer) Metallschicht(en) zwischen dem Sensor und dem Filter enthalten (Block 510). Das Verfahren 500 kann weiter das Ausbilden einer Dielektrikumsschicht zwischen der/den Metallschicht(en) und dem Sensor enthalten (Block 512). Das Verfahren 500 kann weiter das Ausbilden von (einer) Dielektrikumsschicht(en) zwischen der/den Metallschicht(en) enthalten (Block 514). Das Verfahren 500 kann weiter das Ausbilden einer Dielektrikumsschicht zwischen dem Filter und der/den Metallschicht(en) enthalten (Block 516).
  • Obwohl der Gegenstand der Offenbarung sprachlich spezifisch für Aufbaumerkmale und/oder Verfahrensvorgänge beschrieben ist, versteht es sich, dass der in den angehängten Ansprüchen definierte Gegenstand nicht unbedingt auf die oben beschriebenen speziellen Merkmale und Arbeitsgänge beschränkt ist. Vielmehr sind die oben beschriebenen speziellen Merkmale und Arbeitsgänge als Beispielformen zum Umsetzen der Ansprüche offenbart.

Claims (20)

  1. Infrarotdetektorsystem, umfassend: ein Substrat; einen in dem Substrat ausgebildeten Sensor, wobei der Sensor konfiguriert ist, Licht zu erfassen, das auf den Sensor gerichtet ist, und als Reaktion darauf ein Signal vorzusehen; und ein über dem Sensor positioniertes optisches Filter, wobei das optische Filter konfiguriert ist, zumindest im Wesentlichen zu verhindern, dass ein sichtbarer Anteil des auf den Sensor gerichteten Lichts den Sensor erreicht, wobei das optische Filter weiter konfiguriert ist, einen ausgewählten Infrarotanteil des auf den Sensor gerichteten Lichts durch das optische Filter zum Sensor hindurchtreten zu lassen.
  2. Infrarotdetektorsystem nach Anspruch 1, wobei das Substrat ein Siliziumwafer ist.
  3. Infrarotdetektorsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Sensor ein Gestensensor ist.
  4. Infrarotdetektorsystem nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, wobei das optische Filter ein Absorptionsfilter ist.
  5. Infrarotdetektorsystem nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, wobei das optische Filter ein Interferenzfilter ist.
  6. Infrarotdetektorsystem nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5, weiter umfassend: eine Lichtquelle, wobei die Lichtquelle konfiguriert ist, infrarotes Licht auszustrahlen, das auf den Sensor gerichtet sein soll.
  7. Infrarotdetektorsystem nach Anspruch 6, wobei die Lichtquelle eine Leuchtdiode ist.
  8. Gestendetektorsystem, umfassend: ein Substrat; einen in dem Substrat ausgebildeten Gestensensor, wobei der Gestensensor konfiguriert ist, Licht zu erfassen, das auf den Gestensensor gerichtet ist, und als Reaktion darauf ein Signal vorzusehen; eine Leuchtdiode (LED), wobei die Leuchtdiode konfiguriert ist, infrarotes Licht auszustrahlen, das auf den Gestensensor gerichtet sein soll; und mindestens ein Absorptionsfilter, das über dem Gestensensor positioniert ist, wobei das mindestens eine Absorptionsfilter konfiguriert ist, einen sichtbaren Anteil des auf den Gestensensor gerichteten Lichts zu absorbieren, um zumindest im Wesentlichen den sichtbaren Anteil des Lichts vom Erreichen des Gestensensors abzublocken, wobei das mindestens eine Absorptionsfilter weiter konfiguriert ist, zuzulassen, dass ein ausgewählter Infrarotanteil des auf den Gestensensor gerichteten Lichts durch das mindestens eine Absorptionsfilter zum Sensor hindurchtritt, wobei das Gestendetektorsystem ein Einzel-LED-Gestendetektorsystem ist.
  9. Gestendetektorsystem nach Anspruch 8, wobei das mindestens eine Absorptionsfilter ein erstes Absorptionsfilter enthält, das auf ein zweites Absorptionsfilter gestapelt ist.
  10. Gestendetektorsystem nach Anspruch 8 oder 9, weiter umfassend: mindestens eine Metallschicht, wobei die mindestens eine Metallschicht zwischen dem Gestensensor und dem mindestens einen Absorptionsfilter ausgebildet ist.
  11. Gestendetektorsystem nach Anspruch 10, weiter umfassend: eine Dielektrikumsschicht, wobei die Dielektrikumsschicht zwischen der mindestens einen Metallschicht und dem Sensor ausgebildet ist.
  12. Gestendetektorsystem nach Anspruch 11, weiter umfassend: eine zweite Dielektrikumsschicht, wobei die zweite Dielektrikumsschicht zwischen einer ersten Metallschicht und einer zweiten Metallschicht aus der mindestens einen Metallschicht ausgebildet ist.
  13. Gestendetektorsystem nach Anspruch 12, weiter umfassend: eine dritte Dielektrikumsschicht, wobei die dritte Dielektrikumsschicht zwischen dem mindestens einen Absorptionsfilter und der mindestens einen Metallschicht ausgebildet ist.
  14. Gestendetektorsystem nach Anspruch 9, wobei das erste Absorptionsfilter konfiguriert ist, Licht mit einer Wellenlänge zwischen ungefähr 450 Nanometern und 475 Nanometern hindurchtreten zu lassen.
  15. Gestendetektorsystem nach Anspruch 14, wobei das zweite Absorptionsfilter konfiguriert ist, Licht mit einer Wellenlänge zwischen ungefähr 620 Nanometern und 750 Nanometern hindurchtreten zu lassen.
  16. Gestendetektorsystem nach Anspruch 15, wobei zumindest wesentliches Abblocken des sichtbaren Anteils des Lichts vom Erreichen des Sensors umfasst, dass weniger als zehn Prozent Durchlässigkeit von Licht mit einer Wellenlänge zwischen ungefähr 400 Nanometern und 775 Nanometern zugelassen ist.
  17. Gestendetektorsystem nach Anspruch 8, wobei das mindestens eine Absorptionsfilter über einen Photolithographie-Vorgang strukturiert ist.
  18. Verfahren zum Herstellen eines Gestendetektorsystems, umfassend: das Vorsehen eines Substrats; das Ausbilden eines Gestensensors in dem Substrat; das Vorsehen einer Leuchtdiode zum Ausstrahlen infraroten Lichts, das auf den Gestensensor gerichtet werden soll; und das Positionieren eines Absorptionsfilters über dem Gestensensor, wobei das Absorptionsfilter konfiguriert ist, einen sichtbaren Anteil des auf den Gestensensor gerichteten Lichts zu absorbieren, um zumindest im Wesentlichen den sichtbaren Anteil des Lichts vom Erreichen des Gestensensors abzublocken, wobei das Absorptionsfilter weiter konfiguriert ist, zuzulassen, dass ein ausgewählter Infrarotanteil des auf den Gestensensor gerichteten Lichts durch das Absorptionsfilter zum Sensor hindurchtritt.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, weiter umfassend: das Ausbilden mindestens einer Metallschicht zwischen dem Gestensensor und dem Absorptionsfilter; das Ausbilden einer Dielektrikumsschicht zwischen der mindestens einen Metallschicht und dem Gestensensor; das Ausbilden einer zweiten Dielektrikumsschicht zwischen einer ersten Metallschicht und einer zweiten Metallschicht aus der mindestens einen Metallschicht; und das Ausbilden einer dritten Dielektrikumsschicht zwischen dem Absorptionsfilter und der mindestens einen Metallschicht.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Schritt des Positionierens eines Absorptionsfilters über dem Gestensensor: das Strukturieren des Absorptionsfilters über einen Photolithographie-Vorgang enthält.
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