DE112018006522T5

DE112018006522T5 - Elektromagnetische wellen verarbeitende vorrichtung

Info

Publication number: DE112018006522T5
Application number: DE112018006522.7T
Authority: DE
Inventors: Taro Sugizaki
Original assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Current assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2020-12-17
Also published as: JP2019114602A; US20210167107A1; WO2019124113A1; US11563045B2

Abstract

Die vorliegende Technologie bezieht auf eine elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung, die eine Reduzierung einer Farbmischung ermöglicht.Bereitgestellt werden ein fotoelektrisches Umwandlungselement, das in einem Siliziumsubstrat ausgebildet ist, ein Schmalbandfilter, der auf einer Seite einer Lichteinfallsoberfläche des fotoelektrischen Umwandlungselements gestapelt und dafür konfiguriert ist, eine elektromagnetische Welle mit einer gewünschten Wellenlänge durchzulassen, und Zwischenschichtfilme, die jeweils über und unter dem Schmalbandfilter ausgebildet sind, und das fotoelektrische Umwandlungselement ist bei einer Tiefe von einer Grenzfläche des Siliziumsubstrats aus, der Tiefe, wo eine Transmissionswellenlänge des Schmalbandfilters am stärksten absorbiert wird, ausgebildet. Die Tiefe des fotoelektrischen Umwandlungselements vom Siliziumsubstrat wird tiefer, je länger die Transmissionswellenlänge des Schmalbandfilters ist. Die vorliegende Technologie kann für ein Bildgebungselement oder einen Sensor, das oder der ein Plasmonenfilter nutzt, oder ein Fabry-Perot-Interferometer genutzt werden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Technologie bezieht sich auf eine elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung und bezieht sich beispielsweise auf eine elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung, die zur Verwendung beim Detektieren von Licht in einem schmalen Wellenlängenband geeignet ist.
HINTERGRUNDTECHNIK
Herkömmlicherweise wurde ein Bildgebungselement zum Detektieren von Licht (worauf im Folgenden auch als schmalbandiges Licht verwiesen wird) in einem vorbestimmten schmalen Wellenlängenband (schmalen Band) unter Verwendung eines Plasmonenfilters vorgeschlagen (siehe zum Beispiel Patentdokument 1) .
ZITATLISTE
PATENTDOKUMENT
Patentdokument 1: offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2010-165718
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Wenn das schmalbandige Licht unter Verwendung eines Plasmonenfilters detektiert wird, besteht eine Möglichkeit, dass auch eine andere Farbmischungskomponente als eine Wellenform eines Lichts, das detektiert werden soll, detektiert wird und Charakteristiken verschlechtert werden.
Die vorliegende Technologie wurde im Hinblick auf solch eine Situation gemacht und ermöglicht eine Reduzierung einer Farbmischungskomponente.
LÖSUNG FÜR DIE PROBLEME
Eine elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Technologie enthält ein fotoelektrisches Umwandlungselement, das in einem Siliziumsubstrat ausgebildet ist, einen Schmalbandfilter, der auf einer Seite einer Lichteinfallsoberfläche des fotoelektrischen Umwandlungselements gestapelt und dafür konfiguriert ist, eine elektromagnetische Welle mit einer gewünschten Wellenlänge durchzulassen, und Zwischenschichtfilme, die jeweils über und unter dem Schmalbandfilter ausgebildet sind, worin das fotoelektrische Umwandlungselement bei einer Tiefe von einer Grenzfläche des Siliziumsubstrats, der Tiefe, wo eine Transmissionswellenlänge des Schmalbandfilters am stärksten absorbiert wird, ausgebildet ist.
In der elektromagnetische Wellen verarbeitenden Vorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Technologie sind ein fotoelektrisches Umwandlungselement, das in einem Siliziumsubstrat ausgebildet ist, ein Schmalbandfilter, der auf einer Seite einer Lichteinfallsoberfläche des fotoelektrischen Umwandlungselements gestapelt und dafür konfiguriert ist, eine elektromagnetische Welle mit einer gewünschten Wellenlänge durchzulassen, und Zwischenschichtfilme, die jeweils über und unter dem Schmalbandfilter ausgebildet sind, vorgesehen, und das fotoelektrische Umwandlungselement ist bei einer Tiefe von einer Grenzfläche des Siliziumsubstrat aus, der Tiefe, wo eine Transmissionswellenlänge des Schmalbandfilters am stärksten absorbiert wird, ausgebildet.
Man beachte, dass die elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung eine unabhängige Vorrichtung sein kann oder eine Vorrichtung bildende interne Blöcke sein kann.
EFFEKTE DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Technologie kann die Farbmischungskomponente reduziert werden.
Man beachte, dass die hier beschriebenen Effekte nicht notwendigerweise beschränkt sind und beliebige von in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen Effekte aufgezeigt werden können.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform einer Bildgebungsvorrichtung veranschaulicht, für die die vorliegende Technologie verwendet wird.
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Schaltung eines Bildgebungselements veranschaulicht.
3 ist eine Querschnittsansicht, die ein Konfigurationsbeispiel einer ersten Ausführungsform des Bildgebungselements schematisch veranschaulicht.
4 ist eine Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Plasmonenfilters mit einer Loch-Arraystruktur veranschaulicht.
5 ist eine grafische Darstellung, die eine Dispersionsbeziehung von Oberflächenplasmonen veranschaulicht.
6 ist eine grafische Darstellung, die ein erstes Beispiel spektraler Charakteristiken des Plasmonenfilters mit einer Loch-Arraystruktur veranschaulicht.
7 ist eine grafische Darstellung, die ein zweites Beispiel spektraler Charakteristiken des Plasmonenfilters mit einer Loch-Arraystruktur veranschaulicht.
8 ist eine grafische Darstellung, eine Plasmonenmode und eine Wellenleitermode veranschaulicht.
9 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel von Ausbreitungscharakteristiken von Oberflächenplasmonen veranschaulicht.
10 sind Ansichten, die andere Konfigurationsbeispiele des Plasmonenfilters mit einer Loch-Arraystruktur veranschaulichen.
11 ist eine Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Plasmonenfilters mit einer Zweischicht-Arraystruktur veranschaulicht.
12 sind Ansichten, die Konfigurationsbeispiele eines Plasmonenfilters mit einer Punkt-Arraystruktur veranschaulichen.
13 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel spektraler Charakteristiken des Plasmonenfilters mit einer Punkt-Arraystruktur veranschaulicht.
14 ist eine Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines GMR nutzenden Plasmonenfilters veranschaulicht.
15 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel spektraler Charakteristiken des GMR nutzenden Plasmonenfilters veranschaulicht.
16 sind Ansichten, die Konfigurationsbeispiele eines Plasmonenfilters mit einer Bullseye- bzw. Zielscheibenstruktur veranschaulichen.
17 ist eine Ansicht, um ein Fabry-Perot-Interferometer zu beschreiben.
18 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration eines Pixels veranschaulicht, das einen Plasmonenfilter enthält.
19 ist eine grafische Darstellung, die ein Auftreten einer Farbmischung beschreibt.
20 sind grafische Darstellungen und Ansichten, um Pixel mit einer Fotodiode zu beschreiben, die bei einer Tiefe ausgebildet ist, die für eine Transmissionswellenlänge eines Plasmonenfilters geeignet ist.
21 ist eine grafische Darstellung, um einen Weg zum Einstellen einer Tiefe einer Fotodiode zu beschreiben.
22 ist eine grafische Darstellung, um einen Weg zum Einstellen einer Tiefe einer Fotodiode zu beschreiben.
23 ist eine grafische Darstellung, um einen Weg zum Einstellen einer Tiefe einer Fotodiode zu beschreiben.
24 sind Ansichten, um eine Konfiguration eines Pixels zu beschreiben, das einen Plasmonenfilter vom Loch-Arraytyp nutzt.
25 sind Ansichten, um eine Konfiguration eines Pixels zu beschreiben, das einen GMR nutzenden Plasmonenfilter nutzt.
26 sind grafische Darstellungen und Ansichten, um eine Konfiguration eines ein Fabry-Perot-Interferometer nutzenden Pixels zu beschreiben.
27 sind Ansichten, um ein einen Drain enthaltendes Pixel zu beschreiben.
28 sind Ansichten, um ein einen Drain enthaltendes Pixel zu beschreiben.
29 sind Ansichten, um ein Pixel zu beschreiben, das einen Drain mit einem Konzentrationsgradienten enthält.
30 ist eine Ansicht, um eine Anordnung von Fotodioden in einer Pixel-Arrayeinheit zu beschreiben.
31 ist eine Ansicht, um eine Anordnung von Fotodioden in einer Pixel-Arrayeinheit zu beschreiben.
32 ist eine Ansicht, um eine Herstellung eines Pixels zu beschreiben.
33 ist eine Ansicht, um eine Herstellung eines Pixels zu beschreiben.
34 ist eine Ansicht, um eine Herstellung eines Pixels zu beschreiben.
35 ist eine Ansicht, um eine Konfiguration eines Falls zu beschreiben, in dem Pixel in Kombination genutzt werden.
36 ist eine Ansicht, um eine Konfiguration eines Falls zu beschreiben, in dem Pixel in Kombination genutzt werden.
37 ist eine Ansicht, um eine Konfiguration eines Falls zu beschreiben, in dem Fotodioden in einer vertikalen Richtung gestapelt sind.
38 ist eine Ansicht, um eine Konfiguration eines Falls zu beschreiben, in dem Fotodioden in einer vertikalen Richtung gestapelt sind.
39 sind eine grafische Darstellung und Ansichten, um Konfigurationen von Pixeln in einem Fall zu beschreiben, in dem ein Plasmonenfilter vom Punkt-Arraytyp genutzt wird.
40 ist eine Ansicht, um Konfigurationen von Pixeln in einem Fall zu beschreiben, in dem ein Plasmonenfilter vom quadratischen Array-Typ genutzt wird.
41 sind Ansichten, um Pixel mit einer gestapelten Struktur zu beschreiben.
42 sind Ansichten, um Pixel mit einer gestapelten Struktur zu beschreiben.
43 sind Ansichten, um eine gestapelte Struktur zu beschreiben.
44 sind Ansichten, um eine gestapelte Struktur zu beschreiben.
45 sind Ansichten, um eine gestapelte Struktur zu beschreiben.
46 sind Ansichten, um eine gestapelte Struktur zu beschreiben.
47 sind Ansichten, um eine gestapelte Struktur zu beschreiben.
48 ist eine Ansicht, um eine lichtabschirmende Struktur in einer gestapelten Struktur zu beschreiben.
49 ist eine Ansicht, um eine lichtabschirmende Struktur in einer gestapelten Struktur zu beschreiben.
50 ist eine Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Pixels veranschaulicht, in welchem ein Thermosensor gestapelt ist.
51 sind Ansichten, um eine Form des Thermosensors zu beschreiben.
52 sind Ansichten, die ein Konfigurationsbeispiel eines Pixels veranschaulichen, in welchem ein Thermosensor gestapelt ist.
53 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Systems für endoskopische Chirurgie veranschaulicht.
54 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel funktionaler Konfigurationen eines Kamerakopfes und einer CCU veranschaulicht.
55 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Fahrzeugsteuerungssystems veranschaulicht.
56 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel von Installationspositionen einer Einheit zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs und eine Bildgebungseinheit veranschaulicht.

MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden Modi zum Verwirklichen der vorliegenden Technologie (worauf im Folgenden als Ausführungsformen verwiesen wird) beschrieben.
<Konfigurationsbeispiel einer Bildgebungsvorrichtung>
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform einer Bildgebungsvorrichtung veranschaulicht, die ein Typ elektronischer Vorrichtungen ist, für die die vorliegende Technologie verwendet wird.
Eine Bildgebungsvorrichtung 10 in 1 ist beispielsweise eine Digitalkamera, die sowohl ein Standbild als auch ein Bewegtbild aufnehmen kann. Darüber enthält die Bildgebungsvorrichtung 10 zum Beispiel eine multispektrale Kamera, die Licht (Multispektrum) in vier oder mehr Wellenlängenbändern (vier oder mehr Bändern), die größer als drei Primärfarben sind, oder drei Wellenlängenbänder (drei Bänder) des herkömmlichen Rot (R), Grün (G) und Blau (B) oder Gelb (Y), Magenta (M) und Cyan (C) basierend auf einer Farbabstimmungsfunktion detektieren kann.
Die Bildgebungsvorrichtung 10 enthält ein optisches System 11, ein Bildgebungselement 12, einen Speicher 13, eine Signalverarbeitungseinheit 14, eine Ausgabeeinheit 15 und eine Steuerungseinheit 16.
Das optische System 11 enthält beispielsweise eine Zoomlinse, eine Fokuslinse, eine Membran und dergleichen (nicht veranschaulicht) und ermöglicht, dass externes Licht in das Bildgebungselement 12 eintritt. Darüber hinaus ist das optische System 11 nach Bedarf mit verschiedenen Filtern wie etwa einem polarisierenden Filter versehen.
Das Bildgebungselement 12 enthält zum Beispiel einen Bildsensor aus einem komplementären Metall-Oxid-Halbleiter (CMOS). Das Bildgebungselement 12 empfängt einfallendes Licht vom optischen System 11, führt eine fotoelektrische Umwandlung durch und gibt dem einfallenden Licht entsprechende Bilddaten aus.
Der Speicher 13 speichert vom Bildgebungselement 12 ausgegebene Bilddaten vorübergehend.
Die Signalverarbeitungseinheit 14 führt eine Signalverarbeitung (zum Beispiel eine Verarbeitung wie etwa eine Rauschentfernung oder eine Weißabgleichseinstellung) unter Verwendung der im Speicher 13 gespeicherten Bilddaten durch und stellt die verarbeiteten Bilddaten der Ausgabeeinheit 15 bereit.
Die Ausgabeeinheit 15 gibt die Bilddaten von der Signalverarbeitungseinheit 14 aus. Beispielsweise enthält die Ausgabeeinheit 15 eine (nicht veranschaulichte) Anzeige, die von einem Flüssigkristall oder dergleichen gebildet wird, und zeigt ein Spektrum (Bild) entsprechend den Bilddaten von der Signalverarbeitungseinheit 14 als sogenanntes Vorschaubild (engl.: through image) an. Beispielsweise enthält die Ausgabeeinheit 15 einen (nicht veranschaulichten) Treiber zum Ansteuern eines Aufzeichnungsmediums wie etwa eines Halbleiterspeichers, einer Magnetplatte oder einer optischen Platte und zeichnet die Bilddaten von der Signalverarbeitungseinheit 14 auf dem Aufzeichnungsmedium auf. Beispielsweise fungiert die Ausgabeeinheit 15 als Kommunikationsschnittstelle, die eine Kommunikation mit einer (nicht veranschaulichten) externen Vorrichtung durchführt und die Bilddaten von der Signalverarbeitungseinheit 14 mittels drahtloser oder verdrahteter Mittel zu einer externen Vorrichtung überträgt.
Die Steuerungseinheit 16 steuert jede Einheit der Bildgebungsvorrichtung 10 gemäß einer Nutzerbetätigung oder dergleichen.
<Konfigurationsbeispiel einer Schaltung eines Bildgebungselements>
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Schaltung des Bildgebungselements 12 in 1 veranschaulicht.
Das Bildgebungselement 12 enthält eine Pixel-Arrayeinheit 31, eine Reihen-Scan-Schaltung 32, einen Phasenregelkreis (PLL) 33, einen Digital-Analog-Wandler (DAC) 34, eine Schaltung 35 eines Spalten-Analog-Digital-Wandlers (ADC), ein Spalten-Scan-Schaltung 36 und einen Leseverstärker 37.
In der Pixel-Arrayeinheit 31 ist eine Vielzahl von Pixeln 51 in einem Array zweidimensional angeordnet.
Jedes der Pixel 51 ist an einem Punkt angeordnet, wo eine horizontale Signalleitung H, die mit der Reihen-Scan-Schaltung 32 verbunden ist, und eine vertikale Signalleitung V, die mit der Spalten-ADC-Schaltung 35 verbunden ist, sich kreuzen, und enthält eine Fotodiode 61, um eine fotoelektrische Umwandlung durchzuführen, und mehrere Arten von Transistoren, um gespeicherte Signale zu lesen. Das heißt, das Pixel 51 enthält eine Fotodiode 61, einen Transfer- bzw. Übertragungstransistor 62, ein Floating-Diffusionsgebiet 63, einen Verstärkungstransistor 64, einen Auswahltransistor 65 und einen Rücksetztransistor 66, wie auf der rechten Seite in 2 vergrößert veranschaulicht ist.
Eine in der Fotodiode 61 gespeicherte Ladung wird über den Übertragungstransistor 62 zum Floating-Diffusionsgebiet 63 übertragen. Das Floating-Diffusionsgebiet 63 ist mit einem Gate des Verstärkungstransistors 64 verbunden. Wenn das Pixel 51 zum Auslesen eines Signals ausgewählt wird, wird der Auswahltransistor 65 über die horizontale Signalleitung H von der Reihen-Scan-Schaltung 32 eingeschaltet, und der Verstärkungstransistor 64 wird als Source-Follower angesteuert, so dass das Signal des ausgewählten Pixels 51 zur vertikalen Signalleitung V als Pixelsignal ausgelesen wird, das einer gespeicherten Ladungsmenge der in der Fotodiode 61 gespeicherten Ladung entspricht. Darüber hinaus wird das Pixelsignal durch Einschalten des Rücksetztransistors 66 zurückgesetzt.
Die Reihen-Scan-Schaltung 32 gibt für jede Reihe Ansteuerungssignale zum Ansteuern (beispielsweise Übertragen, Auswählen, Zurücksetzen oder dergleichen) der Pixel 51 der Pixel-Arrayeinheit 31 sequentiell ab.
Der PLL 33 erzeugt ein Taktsignal mit einer vorbestimmten Frequenz, die erforderlich ist, um jede Einheit des Bildgebungselements 12 auf der Basis eines von außen bereitgestellten Taktsignals anzusteuern, und gibt es ab.
Der DAC 34 erzeugt ein Rampensignal mit einer Form (im Wesentlichen einer Sägezahnform) und gibt es ab, in welchem eine Spannung zu einem vorbestimmten Spannungswert nach einem Abfall mit einem fixierten Gradienten von dem vorbestimmten Spannungswert aus zurückgeführt wird.
Die Spalten-ADC-Schaltung 35 enthält Komparatoren 71 und Zähler 72 gemäß der Anzahl, die Spalten der Pixel 51 in der Pixel-Arrayeinheit 31 entspricht, und extrahiert einen Signalpegel mittels einer Operation einer korrelierten Doppelabtastung (CDS) aus dem vom Pixel 51 abgegebenen Pixelsignal und gibt Pixeldaten aus. Das heißt, der Komparator 71 vergleicht das vom DAC 34 bereitgestellte Rampensignal mit dem Pixelsignal (Luminanzwert), das von dem Pixel 51 abgegeben wird, und stellt ein resultierendes Vergleichsergebnissignal dem Zähler 72 bereit. Der Zähler 72 zählt dann das Zählertaktsignal mit der vorbestimmten Frequenz gemäß dem vom Komparator 71 abgegebenen Vergleichsergebnissignal, so dass das Pixelsignal A/Dumgewandelt wird.
Die Spalten-Scan-Schaltung 36 stellt sequentiell ein Signal zum Ausgeben der Pixeldaten dem Zähler 72 der Spalten-ADC-Schaltung 35 zu einem vorbestimmten Zeitpunkt bereit.
Der Leseverstärker 37 verstärkt die von der Spalten-ADC-Schaltung 35 zugeführten Pixeldaten und gibt die verstärkten Pixeldaten an die äußere Umgebung des Bildgebungselements 12 aus.
<Konfiguration eines Bildgebungselements>
3 veranschaulicht schematisch ein Konfigurationsbeispiel eines Querschnitts des Bildgebungselements 12 in 1. 3 veranschaulicht einen Querschnitt von vier Pixeln 51-1 bis 51-4 des Bildgebungselements 12. Man beachte, dass hier im Folgenden auf die Pixel 51-1 bis 51-4 einfach als Pixel 51 verwiesen wird, falls es nicht notwendig ist, die Pixel 51-1 bis 51-4 individuell zu unterscheiden.
In jedem Pixel 51 sind von der Oberseite aus eine On-Chip-Mikrolinse 101, ein Zwischenschichtfilm 102, eine Schicht 103 eines Schmalbandfilters, ein Zwischenschichtfilm 104, eine Schicht 105 eines fotoelektrischen Umwandlungselements und eine Verdrahtungsschicht 106 der Reihe nach gestapelt. Das heißt, das Bildgebungselement 12 enthält einen rückseitig beleuchteten CMOS-Bildsensor, in welchem die Schicht 105 eines fotoelektrischen Umwandlungselements in Bezug auf die Verdrahtungsschicht 106 auf einer Lichteinfallsseite angeordnet ist.
Die On-Chip-Mikrolinse 101 ist ein optisches Element, um Licht auf der Schicht 105 eines fotoelektrischen Umwandlungselements jedes Pixels 51 zu sammeln.
Die Zwischenschichtfilme 102 und 104 enthalten ein Dielektrikum wie etwa SiO2. Wie im Folgenden beschrieben werden wird, sind die Dielektrizitätskonstanten der Zwischenschichtfilme 102 und 104 wünschenswerterweise so niedrig wie möglich.
In der Schicht 103 eines Schmalbandfilters ist in jedem Pixel 51 ein Schmalbandfilter NB vorgesehen, der ein optischer Filter ist, der schmalbandiges Licht in einem vorbestimmten schmalen Wellenlängenband (schmalen Band) durchlässt. Beispielsweise wird ein Oberflächenplasmonen nutzender Plasmonenfilter, welcher ein Typ von Dünnfilm-Filtern aus Metall ist, die einen aus Metall geschaffenen Dünnfilm wie etwa Aluminium nutzen, als der Schmalbandfilter NB verwendet. Darüber hinaus ist ein Transmissionsband des Schmalbandfilters NB für jedes Pixel 51 eingestellt. Typen (Anzahl an Bändern) des Transmissionsbands des Schmalbandfilters NB sind beliebig und sind zum Beispiel auf vier oder mehr eingestellt.
Hier bezieht sich das schmale Band auf beispielsweise ein Wellenlängenband, das schmaler als Transmissionsbänder von Farbfiltern der drei Primärfarben oder des herkömmlichen Rot (R), Grün (G) und Blau (B) oder Gelb (Y), Magenta (M) und Cyan (C), des herkömmlichen Rot (R), Grün (G) oder Blau (B) basierend auf einer Farbabstimmungsfunktion ist. Im Folgenden wird darüber hinaus auf ein Pixel, das schmalbandiges Licht empfängt, das den durch Schmalbandfilter NB durchgelassen wird, als multispektrales Pixel oder MS-Pixel verwiesen.
Die Schicht 105 eines fotoelektrischen Umwandlungselements enthält beispielsweise die Fotodiode 61 und dergleichen in 2 und empfängt das Licht (schmalbandiges Licht), das durch die Schicht 103 eines Schmalbandfilters (Schmalbandfilter NB) durchgelassen wurde, und wandelt das empfangene Licht in Ladungen um. Außerdem ist die Schicht 105 eines fotoelektrischen Umwandlungselements so konfiguriert, dass die Pixel 51 durch eine Elementtrennschicht elektrisch getrennt sind.
Die Verdrahtungsschicht 106 ist mit einer Verdrahtung zum Lesen der in der Schicht 105 eines fotoelektrischen Umwandlungselements gespeicherten Ladung und dergleichen versehen.
<Plasmonenfilter>
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 4 bis 15 ein Plasmonenfilter beschrieben, der als der Schmalbandfilter NB genutzt werden kann.
4 veranschaulicht ein Konfigurationsbeispiel eines Plasmonenfilters 121A mit einer Loch-Array-Struktur.
Der Plasmonenfilter 121A wird von einem Plasmonenresonator gebildet, in welchem Löcher 132A in einem aus Metall geschaffenen Dünnfilm (worauf im Folgenden als leitfähiger Dünnfilm verwiesen wird) 131A bienenwabenartig angeordnet sind.
Jedes Loch 132A durchdringt den leitfähigen Dünnfilm 131A und dient als Wellenleiterrohr. Im Allgemeinen hat ein Wellenleiterrohr eine Abschneide- bzw. Cutoff-Frequenz und eine Cutoff-Wellenlänge, die durch eine Form wie etwa eine Seitenlänge und einen Durchmesser bestimmt sind, und hat eine Eigenschaft, dass sich Licht mit einer Frequenz, die gleich der Cutoff-Frequenz oder niedriger ist, (einer Wellenlänge, die gleich der Cutoff-Wellenlänge oder größer ist) nicht ausbreitet. Die Cutoff-Wellenlänge des Lochs 132A hängt vorwiegend von einen Öffnungsdurchmesser D1 ab, und die Cutoff-Wellenlänge wird kürzer, je kleiner der Öffnungsdurchmesser D1 ist. Man beachte, dass der Öffnungsdurchmesser D1 auf einen kleineren Wert als die Wellenlänge eines zu übertragenden Lichts eingestellt wird.
Wenn indes Licht in den leitfähigen Dünnflim 131A mit den Löchern 132A eintritt, die mit einer kurzen Periode, die gleich der Wellenlänge des Lichts oder kleiner ist, periodisch ausgebildet sind, tritt ein Phänomen auf, in welchem das Licht mit der Wellenlänge, die länger als die Cutoff-Wellenlänge des Lochs 132A ist, durchgelassen wird. Dieses Phänomen wird anomales Plasmonentransmissionsphänomen genannt. Dieses Phänomen tritt auf, wenn Oberflächenplasmonen an einer Grenze zwischen dem leitfähigen Dünnfilm 131A und dem Zwischenschichtfilm 102 darauf angeregt werden.
Bedingungen zum Erzeugen des Phänomens einer anomalen Plasmonentransmission (Oberflächenplasmonenresonanz) werden unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
5 ist eine grafische Darstellung, die eine Dispersionsbeziehung von Oberflächenplasmonen veranschaulicht. Die horizontale Achse der grafischen Darstellung repräsentiert einen Wellenzahlvektor k, und eine vertikale Achse repräsentiert eine Kreisfrequenz ω. ω_p repräsentiert eine Plasmafrequenz des leitfähigen Dünnfilms 131A. ω_sp repräsentiert eine Oberflächenplasmafrequenz an der Grenzfläche zwischen dem Zwischenschichtfilm 102 und dem leitfähigen Dünnfilm 131A und wird durch den folgenden Ausdruck (1) ausgedrückt.
[Math. 1] $ω_{sp} = \frac{ω_{p}}{\sqrt{1 + ε_{d}}}$
ε_d repräsentiert eine Dielektrizitätskonstante des den Zwischenschichtfilm 102 bildenden Dielektrikums.
Die Oberflächenplasmafrequenz ω_sp wird gemäß dem Ausdruck (1) höher, je höher die Plasmafrequenz ω_p wird. Darüber hinaus wird die Oberflächenplasmafrequenz ω_sp höher, je kleiner die Dielektrizitätskonstante ε_d wird.
Eine Linie L1 repräsentiert eine Lichtdispersionsbeziehung (dünne Linie) und wird durch den folgenden Ausdruck (2) ausgedrückt.
[Math. 2] $ω = \frac{c}{\sqrt{ε_{d}}} k$
c repräsentiert eine Lichtgeschwindigkeit.
Eine Linie L2 repräsentiert eine Dispersionsbeziehung der Oberflächenplasmonen und wird durch den folgenden Ausdruck (3) ausgedrückt.
[Math. 3] $ω = ck \sqrt{\frac{ε_{m} + ε_{d}}{ε_{m} ε_{d}}}$
ε_m repräsentiert eine Dielektrizitätskonstante des leitfähigen Dünnfilms 131A.
Die Dispersionsbeziehung der Oberflächenplasmonen, die durch die Linie L2 repräsentiert wird, nähert sich asymptotisch der dünnen Linie, die durch die Linie L1 repräsentiert wird, in einem Bereich an, wo der Wellenzahlvektor k klein ist, und nähert sich asymptotisch der Oberflächenplasmafrequenz ω_sp, wenn der Wellenzahlvektor k groß wird.
Wenn der folgende Ausdruck (4) gilt, tritt dann das Phänomen einer anomalen Plasmonentransmission auf.
[Math. 4] $Re [\frac{ω_{sp}}{c} \sqrt{\frac{ε_{m} ε_{d}}{ε_{m} + ε_{d}}}] = | \frac{2 π}{λ} sin θ + {iG}_{x} + {jG}_{y} |$
A repräsentiert eine Wellenlänge eines einfallenden Lichts. θ repräsentiert einen Einfallswinkel des einfallenden Lichts. G_x und G_y werden durch die folgenden Ausdrücke (5) ausgedrückt.
$| G_{x} | = | G_{y} | = 2 π / a_{0}$
a₀ repräsentiert eine Gitterkonstante der Loch-Arraystruktur, die die Löcher 132A des leitfähigen Dünnfilms 131A enthält.
Die linke Seite des Ausdrucks (4) gibt den Wellenzahlvektor des Oberflächenplasmons an, und die rechte Seite gibt die Wellenzahlvektor einer Loch-Arrayperiode des leitfähigen Dünnfilms 131A an. Wenn der Wellenzahlvektor des Oberflächenplasmons gleich dem Wellenzahlvektor des Loch-Arrayperiode des leitfähigen Dünnfilms 131A wird, tritt deshalb das Phänomen einer anomalen Plasmonentransmission auf. Der Wert von A zu dieser Zeit ist dann eine Plasmonenresonanzwellenlänge (eine Transmissionswellenlänge des Plasmonenfilters 121A).
Man beachte, dass der Wellenzahlvektor des Oberflächenplasmons auf der linken Seite des Ausdrucks (4) gemäß der Dielektrizitätskonstante ε_m des leitfähigen Dünnfilms 131A und der Dielektrizitätskonstante ε_d des Zwischenschichtfilms 102 bestimmt ist. Indes ist Wellenzahlvektor der Loch-Arrayperiode auf der rechten Seite gemäß dem Einfallswinkel θ von Licht und einem Abstand von Mitte zu Mitte bzw. Pitch (Loch-Pitch) P1 zwischen benachbarten Löchern 132A des leitfähigen Dünnfilms 131A bestimmt. Daher sind die Resonanzwellenlänge und eine Resonanzfrequenz des Plasmons gemäß der Dielektrizitätskonstante ε_m des leitfähigen Dünnfilms 131A, der Dielektrizitätskonstante ε_d des Zwischenschichtfilms 102, dem Einfallswinkel θ von Licht und dem Loch-Pitch P1 bestimmt. Man beachte, dass in einem Fall, in dem der Einfallswinkel von Licht 0° ist, die Resonanzwellenlänge und die Resonanzfrequenz des Plamsons gemäß der Dielektrizitätskonstante ε_m des leitfähigen Dünnfilms 131A, der Dielektrizitätskonstante ε_d des Zwischenschichtfilms 102 und dem Loch-Pitch P1 bestimmt sind.
Daher ändert sich ein Transmissionsband (Plasmonenresonanzwellenlänge) des Plasmonenfilters 121A in Abhängigkeit von dem Material und der Filmdicke des leitfähigen Dünnfilms 131A, dem Material und der Filmdicke des Zwischenschichtfilms 102 und einer Periode des Loch-Arraymusters (zum Beispiel des Öffnungsdurchmessers D1 und des Loch-Pitch P1 des Lochs 132A) und dergleichen. Falls die Materialien und Filmdicken des leitfähigen Dünnfilms 131A und des Zwischenschichtfilms 102 bestimmt sind, ändert sich insbesondere das Transmissionsband des Plasmonenfilters 121A in Abhängigkeit von der Periode des Loch-Arraymusters, insbesondere dem Loch-Pitch P1. Das heißt, das Transmissionsband des Plasmonenfilters 121A verschiebt sich zur Seite kürzerer Wellenlänge, wenn der Loch-Pitch P1 enger wird, und das Transmissionsband des Plasmonenfilters 121A verschiebt sich zu einer Seite längerer Wellenlänge, wenn der Loch-Pitch P1 weiter wird.
6 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel spektraler Charakteristiken des Plasmonenfilters 121A in einem Fall veranschaulicht, in dem der Loch-Pitch P1 geändert wird. Die horizontale Achse der grafischen Darstellung repräsentiert die Wellenlänge (die Einheit ist nm), und die vertikale Achse repräsentiert eine Empfindlichkeit (die Einheit ist eine beliebige Einheit). Eine Linie L11 repräsentiert eine spektrale Charakteristik in einem Fall, in dem der Loch-Pitch P1 auf 250 nm eingestellt ist, eine Linie L12 repräsentiert eine spektrale Charakteristik in einem Fall, in dem der Loch-Pitch P1 auf 325 nm eingestellt ist, und eine Linie L13 repräsentiert eine spektrale Charakteristik in einem Fall, in dem der Loch-Pitch P1 auf 500 nm eingestellt ist.
Falls der Loch-Pitch P1 auf 250 nm eingestellt ist, lässt der Plasmonenfilter 121A vorwiegend Licht in einem blauen Wellenlängenband durch. Falls der Loch-Pitch P1 auf 325 nm eingestellt ist, lässt der Plasmonenfilter 121A vorwiegend Licht in einem grünen Wellenlängenband durch. Falls der Loch-Pitch P1 auf 500 nm eingestellt ist, lässt der Plasmonenfilter 121A vorwiegend Licht in einem roten Wellenlängenband durch. Man beachte, dass in dem Fall, in dem der Loch-Pitch P1 auf 500 nm eingestellt ist, gemäß einem im Folgenden zu beschreibenden Wellenleitermodus der Plasmonenfilter 121A auch Licht in einem niedrigeren Wellenlängenband als Rot durchlässt.
7 ist eine grafische Darstellung, die ein anderes Beispiel spektraler Charakteristiken des Plasmonenfilters 121A in einem Fall veranschaulicht, in dem der Loch-Pitch P1 geändert wird. Die horizontale Achse der grafischen Darstellung repräsentiert die Wellenlänge (die Einheit ist nm), und die vertikale Achse repräsentiert eine Empfindlichkeit (die Einheit ist eine beliebige Einheit). Dieses Beispiel veranschaulicht ein Beispiel spektraler Charakteristiken von sechzehn Typen von Plasmonenfiltern 121A in einem Fall, in dem der Loch-Pitch P1 in Intervallen von 25 nm von 250 nm bis 625 nm geändert wird.
Man beachte, dass eine Transmittanz des Plasmonenfilters 121A vorwiegend gemäß dem Öffnungsdurchmesser D1 des Lochs 132A bestimmt ist. Die Transmittanz wird höher, während die Farbmischung eher auftritt, je größer der Öffnungsdurchmesser D1 wird. Im Allgemeinen ist es wünschenswert, den Öffnungsdurchmesser D1 so einzustellen, dass ein Öffnungsverhältnis 50 % bis 60 % des Loch-Pitch P1 wird.
Darüber hinaus dient jedes Loch 132A des Plasmonenfilters 121A als Wellenleiterrohr, wie oben beschrieben wurde. Daher gibt es in den spektralen Charakteristiken einige Fälle, in denen nicht nur eine Wellenlängenkomponente, die durch Oberflächenplasmonenresonanz (eine Wellenlängenkomponente in einer Plasmonenmode) durchgelassen wird, sondern auch eine Wellenlängenkomponente, die durch das Loch 132A (Wellenleiterrohr) durchgelassen wird, (eine Wellenlängenkomponente in einer Wellenleitermode) in Abhängigkeit von einem Muster des Loch-Arrays des Plasmonenfilters 121A groß wird.
8 veranschaulicht spektrale Charakteristiken des Plasmonenfilters 121A in einem Fall, in dem der Loch-Pitch P1 auf 500 nm eingestellt ist, ähnlich den spektralen Charakteristiken, die durch die Linie L13 in 6 repräsentiert werden. In diesem Beispiel ist die Seite längerer Wellenlängen als die Cutoff-Wellenlänge um 630 nm einer Wellenlängenkomponente in der Plasmonenmode, und eine Seite kürzerer Wellenlängen als die Cutoff-Wellenlänge ist eine Wellenlängenkomponente in der Wellenleitermode.
Wie oben beschrieben wurde, hängt die Cutoff-Wellenlänge vorwiegend vom Öffnungsdurchmesser D1 des Lochs 132A ab, und die Cutoff-Wellenlänge wird kürzer, je kleiner der Öffnungsdurchmesser D1 ist. Charakteristiken einer Wellenlängenauflösung des Plasmonenfilters 121A werden dann verbessert, je größer eine Differenz zwischen der Cutoff-Wellenlänge und einer Spitzenwellenlänge in der Plasmonenmode gemacht wird.
Wie oben beschrieben wurde, wird darüber hinaus die Oberflächenplasmafrequenz ω_sp des leitfähigen Dünnfilms 131A höher, je höher die Plasmafrequenz ω_p des leitfähigen Dünnfilms 131A wird. Darüber hinaus wird die Oberflächenplasmafrequenz ω_sp höher, die kleiner die Dielektrizitätskonstante ε_d des Zwischenschichtfilms 102 wird. Die Plasmonenresonanzfrequenz kann dann so eingestellt werden, dass sie höher ist, je höher Oberflächenplamsafrequenz ω_sp wird, und das Transmissionsband (Plasmonenresonanzwellenlänge) des Plasmonenfilters 121A kann auf ein Band kürzerer Wellenlängen eingestellt werden.
Eine Verwendung eines Metalls mit einer geringeren Plasmafrequenz ω_p für den leitfähigen Dünnfilm 131A ermöglicht daher eine Einstellung eines kürzeren Wellenlängenbandes als das Transmissionsband des Plasmonenfilters 121A. Beispielsweise ist Aluminium, Silber, Gold oder dergleichen geeignet. Man beachte, dass Kupfer oder dergleichen genutzt werden kann, falls das Transmissionsband auf ein Band langer Wellenlängen wie etwa Infrarotlicht eingestellt wird.
Eine Verwendung eines Dielektrikums mit einer kleineren Dielektrizitätskonstante ε_d für den Zwischenschichtfilm 102 ermöglicht darüber hinaus ein Einstellen eines Band kürzerer Wellenlängen als das Transmissionsband des Plasmonenfilters 121A. Beispielsweise ist SiO2, SiN, niedriges K, SiC, TiO2, ZnS, MgF2 oder dergleichen geeignet.
9 ist überdies eine grafische Darstellung, die Ausbreitungscharakteristiken der Oberflächenplasmonen an einer Grenzfläche zwischen dem leitfähigen Dünnfilm 131A und dem Zwischenschichtfilm 102 in einem Fall veranschaulicht, in dem Aluminium für den leitfähigen Dünnfilm 131A verwendet wird und SiO2 für den Zwischenschichtfilm 102 verwendet wird. Die horizontale Achse der grafischen Darstellung repräsentiert die Wellenlänge (die Einheit ist nm), und die vertikale Achse repräsentiert eine Ausbreitungsdistanz (die Einheit ist µm). Darüber hinaus repräsentiert eine Linie L21 eine Ausbreitungscharakteristik in einer Grenzflächenrichtung, repräsentiert eine Linie L22 eine Ausbreitungscharakteristik in einer Tiefenrichtung des Zwischenschichtfilms 102 (eine Richtung zur Grenzfläche), und eine Linie L23 repräsentiert eine Ausbreitungscharakteristik in der Tiefenrichtung des leitfähigen Dünnfilms 131A (die Richtung senkrecht zur Grenzfläche).
Eine Ausbreitungsdistanz Λ_SPP (λ) des Oberflächenplasmons in der Tiefenrichtung wird ausgedrückt durch den folgenden Ausdruck (6).
[Math. 5] $Λ_{SPP} (λ) \equiv \frac{4 π k_{SPP}}{λ} = \frac{4 π}{λ} Im [\sqrt{\frac{ε_{m} ε_{d}}{ε_{m} + ε_{d}}}]$
k_SPP repräsentiert einen Absorptionskoeffizienten einer Substanz, durch die sich das Oberflächenplasmon ausbreitet. ε_m (λ) repräsentiert die Dielektrizitätskonstante des leitfähigen Dünnfilms 131A bezüglich eines Lichts mit einer Wellenlänge λ. ε_d (λ) repräsentiert die Dielektrizitätskonstante des Zwischenschichtfilms 102 bezüglich des Lichts mit der Wellenlänge A.
Wie in 9 veranschaulicht ist, breitet sich daher das Oberflächenplasmon in Bezug auf das Licht mit der Wellenlänge von 400 nm von der Oberfläche des SiO2 enthaltenden Zwischenschichtfilms 102 bis etwa 100 nm in der Tiefenrichtung aus. Indem man die Dicke des Zwischenschichtfilms 102 auf 100 nm oder mehr einstellt, kann daher ein Einfluss einer Substanz, die auf einer Oberfläche des Zwischenschichtfilms 102 gestapelt ist, wobei die Oberfläche dem leitfähigen Dünnfilm 131A entgegengesetzt ist, auf die Oberflächenplasmonen an der Grenzfläche zwischen dem Zwischenschichtfilm 102 und dem leitfähigen Dünnfilm 131A verhindert werden.
Darüber hinaus breitet sich das Oberflächenplasmon bezüglich des Lichts mit der Wellenlänge von 400 nm von der Oberfläche des Aluminium enthaltenden leitfähigen Dünnfilms 131A bis etwa 10 nm in der Tiefenrichtung aus. Indem man die Dicke des leitfähigen Dünnfilms 131A auf 10 nm oder mehr einstellt, kann daher ein Einfluss des Zwischenschichtfilms 104 auf die Oberflächenplasmonen an der Grenzfläche zwischen den Zwischenschichtfilm 102 und dem leitfähigen Dünnfilm 131A verhindert werden.
<Andere Beispiele eines Plasmonenfilters>
Als Nächstes werden unter Bezugnahme auf 10 bis 15 andere Beispiele des Plasmonenfilters beschrieben.
Ein Plasmonenfilter 121B in A in 10 ist durch einen Plasmonenresonator konfiguriert, in welchem Löcher 132B in einer orthogonalen Matrix in einem leitfähigen Dünnfilm 131B angeordnet sind. Im Plasmonenfilter 121B ändert sich das Transmissionsband beispielsweise in Abhängigkeit von einem Pitch P2 zwischen benachbarten Löchern 132B.
Im Plasmonenresonator müssen überdies nicht all die Löcher den leitfähigen Dünnfilm durchdringen. Selbst wenn einige Löcher als Nicht-Durchgangslöcher ausgestaltet sind, die den leitfähigen Dünnfilm nicht durchdringen, fungiert der Plasmonenresonator als Filter.
Beispielsweise veranschaulicht B in 10 eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht (genommen entlang einer Linie A-A' in der Draufsicht) eines Plasmonenfilters 121C, der durch einen Plasmonenresonator ausgestaltet ist, in welchem Löcher 132C, die als Durchgangslöcher konfiguriert sind, und Löcher 132C', die als Nicht-Durchgangslöcher konfiguriert sind, in einem leitfähigen Dünnfilm 131C bienenwabenartig angeordnet sind. Das heißt, die als Durchgangslöcher konfigurierten Löcher 132C und die als Nicht-Durchgangslöcher konfigurierten Löcher 132C' sind im Plasmonenfilter 121C periodisch angeordnet.
Obgleich grundsätzlich ein einschichtiger Plasmonenresonator als der Plasmonenfilter genutzt wird, kann außerdem der Plasmonenfilter beispielsweise mittels eines zweischichtigen Plasmonenfilters konfiguriert werden.
Beispielsweise enthält ein in 11 veranschaulichter Plasmonenfilter 121D einen zweischichtigen Plasmonenfilter 121D-1 und einen Plasmonenfilter 121D-2. Der Plasmonenfilter 121D-1 und der Plasmonenfilter 121D-2 haben eine Struktur, in der die Löcher bienenwabenartig angeordnet sind, ähnlich dem Plasmonenresonator, der den Plasmonenfilter 121A in 4 bildet.
Überdies ist ein Abstand D2 zwischen dem Plasmonenfilter 121D-1 und dem Plasmonenfilter 121D-2 bevorzugt auf etwa 1/4 einer Spitzenwellenlänge des Transmissionsbands eingestellt. Darüber hinaus ist in Anbetracht des Freiheitsgrads beim Entwurf der Abstand D2 bevorzugter gleich 1/2 der Spitzenwellenlänge des Transmissionsbandes oder geringer.
Man beachte, dass die Löcher in einander ähnlichen Mustern in einer zweischichtigen Plasmonenresonatorstruktur angeordnet sein können, die beispielsweise eine andere Struktur als der Plasmonenfilter 121D ist, worin die Löcher in dem gleichen Muster in dem Plasmonenfilter 121D-1 und dem Plasmonenfilter 121D-2 angeordnet sind. Darüber hinaus können Löcher und Punkte in einem Muster angeordnet sein, in welchem eine Loch-Arraystruktur und eine Punkt-Arraystruktur (die später beschrieben werden soll) in der zweischichtigen Plasmonenresonatorstruktur invertiert sind. Außerdem kann eine drei- oder mehrschichtige Struktur übernommen werden, obgleich der Plasmonenfilter 121D die zweischichtige Struktur aufweist.
In der obigen Beschreibung wurde überdies das Konfigurationsbeispiel des Plasmonenfilters beschrieben, der dem Plasmonenresonator mit der Loch-Arraystruktur nutzt. Ein Plasmonenresonator mit einer Punkt-Arraystruktur kann jedoch als der Plasmonenfilter übernommen werden.
Ein Plasmonenfilter mit einer Punkt-Arraystruktur wird unter Bezugnahme auf 12 beschrieben.
Ein Plasmonenfilter 121A' in A in 12 weist eine negativ-positiv invertierte Struktur in Bezug auf den Plasmonenresonator des Plasmonenfilters 121A in 4 auf, das heißt, er ist mittels eines Plasmonenresonators konfiguriert, in welchem Punkte 133A in einer dielektrischen Schicht 134A bienenwabenartig angeordnet sind. Die dielektrische Schicht 134A ist zwischen den Punkten 133A hinzugefügt.
Der Plasmonenfilter 121A' wird als komplementärer Farbfilter genutzt, um Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenband zu absorbieren. Das Wellenlängenband (worauf im Folgenden als Absorptionsband verwiesen wird) eines Lichts, das von dem Plasmonenfilter 121A' absorbiert wird, ändert sich in Abhängigkeit von einem Pitch zwischen benachbarten Punkten 133A (worauf im Folgenden als Punkt-Pitch verwiesen wird) P3 oder dergleichen. Überdies wird ein Durchmesser D3 des Punkts 133A gemäß dem Punkt-Pitch P3 eingestellt.
Ein Plasmonenfilter 121B' in B in 12 weist eine negativ-positiv invertierte Struktur in Bezug auf den Plasmonenresonator des Plasmonenfilters 121B in A in 10 auf, das heißt, eine Plasmonenresonatorstruktur, in der Punkte 133B in einer geraden Matrix in einer dielektrischen Schicht 134B angeordnet sind. Die dielektrische Schicht 134B ist zwischen den Punkten 133B hinzugefügt.
Das Absorptionsband des Plasmonenfilters 121B' ändert sich in Abhängigkeit von einem Punkt-Pitch P4 zwischen benachbarten Punkten 133B oder dergleichen. Darüber hinaus wird ein Durchmesser D3 des Punkts 133B gemäß dem Punkt-Pitch P4 eingestellt.
13 ist eine grafische Darstellung, ein Beispiel spektraler Charakteristiken in einem Fall veranschaulicht, in dem der Punkt-Pitch P3 des Plasmonenfilters 121A' in A in 12 geändert ist. Die horizontale Achse der grafischen Darstellung repräsentiert die Wellenlänge (die Einheit ist nm), und die vertikale Achse repräsentiert die Transmittanz. Eine Linie L31 repräsentiert eine spektrale Charakteristik in einem Fall, in dem der Punkt-Pitch P3 auf 300 nm eingestellt ist, eine Linie L32 repräsentiert eine spektrale Charakteristik in einem Fall, in dem der Punkt-Pitch P3 auf 400 nm eingestellt ist, und eine Linie L33 repräsentiert eine spektrale Charakteristik in einem Fall, in dem der Punkt-Pitch P3 auf 500 nm eingestellt ist.
Wie in 13 veranschaulicht ist, verschiebt sich das Absorptionsband des Plasmonenfilters 121A' zu einer Seite kürzerer Wellenlänge, je enger der Punkt-Pitch P3 wird, und das Absorptionsband des Plasmonenfilters 121A' verschiebt sich zu einer Seite längerer Wellenlänge, je weiter der Punkt-Pitch P3 wird.
Man beachte, das in jedem beliebigen der Plasmonenfilter mit der Loch-Arraystruktur und der Punkt-Arraystruktur das Transmissionsband oder das Absorptionsband eingestellt werden kann, indem einfach der Pitch in einer planaren Richtung der Löcher oder Punkte eingestellt wird. Deshalb kann beispielsweise das Transmissionsband oder das Absorptionsband für jedes Pixel individuell eingestellt werden, indem einfach der Pitch von Löchern oder Punkten in einem Lithografieprozess eingestellt wird, und mit weniger Schritten kann eine Multi-Farbgebung des Filters verwirklicht werden.
Darüber hinaus beträgt die Dicke des Plasmonenfilters etwa 100 bis 500 nm, was einem auf organischem Material basierenden Farbfilter nahezu ähnlich ist, und eine Prozessaffinität ist gut.
Darüber hinaus kann als der Schmalbandfilter NB ein in 14 veranschaulichter Plasmonenfilter 151 genutzt werden, der eine Resonanz geführter Moden (GMR) (engl.: guided mode resonant) nutzt.
In dem Plasmonenfilter 151 sind von der Oberseite eine leitfähige Schicht 161, ein SiO2-Film 162, ein SiN-Film 163 und ein SiO2-Substrat 164 der Reihe nach gestapelt. Die leitfähige Schicht 161 ist in zum Beispiel der Schicht 103 eines Schmalbandfilters in 3 enthalten, und der SiO2-Film 162, der SiN-Film 163 und das SiO2-Substrat 164 sind in beispielsweise dem Zwischenschichtfilm 104 in 3 enthalten.
Auf der leitfähigen Schicht 161 sind rechtwinklige leitfähige Dünnfilme 161A, die zum Beispiel Aluminium enthalten, in einem vorbestimmten Pitch P5 auf solch eine Weise angeordnet, dass lange Seiten der leitfähigen Dünnfilme 161A einander benachbart sind. Das Transmissionsband des Plasmonenfilters 151 ändert sich dann in Abhängigkeit vom Pitch P5 oder dergleichen.
15 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel spektraler Charakteristiken des Plasmonenfilters 151 in einem Fall veranschaulicht, in dem der Loch-Pitch P5 geändert wird. Die horizontale Achse der grafischen Darstellung repräsentiert die Wellenlänge (die Einheit ist nm), und die vertikale Achse repräsentiert die Transmittanz. Dieses Beispiel veranschaulicht ein Beispiel spektraler Charakteristiken in einem Fall, in dem der Pitch P5 in sechs Arten in Intervallen von 40 nm von 280 nm bis 480 nm geändert wird, und eine Schlitzbreite zwischen benachbarten leitfähigen Dünnfilmen 161A ist auf 1/4 des Pitch P5 eingestellt. Darüber hinaus repräsentiert eine Wellenform mit der kürzesten Spitzenwellenlänge des Transmissionsbandes die spektrale Charakteristik des Falls, in dem der Pitch P5 auf 280 nm eingestellt ist, und die Spitzenwellenlänge wird länger, je weiter der Pitch P5 wird. Das heißt, das Transmissionsband des Plasmonenfilters 151 verschiebt sich zu einer Seite kürzerer Wellenlänge, je enger der Pitch P5 wird, und das Transmissionsband des Plasmonenfilters 151 verschiebt sich zu einer Seite längerer Wellenlänge, je weiter der Pitch P5 wird.
Der GMR nutzende Plasmonenfilter 151 hat auch eine gute Affinität für einen auf organischem Material basierenden Farbfilter ähnlich den oben beschriebenen Plasmonenfiltern mit der Loch-Arraystruktur und der Punkt-Arraystruktur.
Als der Plasmonenfilter kann außer der Loch-Arraystruktur, der Punkt-Arraystruktur und der GMR nutzenden Struktur beispielsweise ein Filter mit einer Bullseye bzw. Zielscheibe (eng.: bull's eye) genannten Form (worauf im Folgenden als Zielscheibenstruktur verwiesen wird) verwendet werden. Die Zielscheibenstruktur ist ein Name, der vergeben wurde, da die Struktur einer Dartscheibe oder einer Zielscheibe beim Bogenschießen ähnelt.
Wie in A in 16 veranschaulicht ist, hat ein Plasmonenfilter 171 mit der Zielscheibenstruktur ein Durchgangsloch 181 in der Mitte und enthält eine Vielzahl von Erhebungen 182, die um das Durchgangsloch 181 konzentrisch ausgebildet sind. Das heißt, der Plasmonenfilter 171 mit der Zielscheibenstruktur hat eine Form, für die eine Beugungsgitterstruktur aus Metall, die eine Plasmonenresonanz hervorruft, verwendet wird.
Der Plasmonenfilter 171 mit der Zielscheibenstruktur hat dem GMR nutzenden Plasmonenfilter 151 ähnliche Charakteristiken. Das heißt, falls der Abstand zwischen den Erhebungen 182 ein Pitch P6 ist, verschiebt das Transmissionsband des Plasmonenfilters 171 zu einer Seite kürzerer Wellenlänge, je enger der Pitch P6 wird, und das Transmissionsband des Plasmonenfilters 171 verschiebt sich zu einer Seite längerer Wellenlänge, je weiter der Pitch P6 wird.
Als ein Filter, der Licht einer spezifischen Wellenlänge durchlässt, gibt es ein Fabry-Perot-Interferometer. Ein Fabry-Perot-Interferometer kann anstelle eines Plasmonenfilters als der Schmalbandfilter genutzt werden, für das die vorliegende Technologie verwendet wird.
Ein Fabry-Perot-Interferometer 201 ist eine optische Vorrichtung, die zwei semitransparente Spiegel 202 und 203 enthält und die beiden semitransparenten Spiegel 202 und 203 aufweist, die so angeordnet sind, dass sie einander parallel gegenüber liegen, wie in 17 veranschaulicht ist. Die semitransparenten Spiegel 202 und 203 sind mit einer reflektierenden Oberfläche, die einen Reflexionsgrad und eine geringfügige Transmittanz aufweist, veredelt.
Licht, das auf eine Seite der Fabry-Perot-Interferometer 201 einfällt (obere Seite in 17), erfährt Reflexionen und läuft zwischen den zwei reflektierenden Oberflächen viele Male hin und her und interferiert miteinander. Das durch den semitransparenten Spiegel 203 durchgelassene Licht wird ein Interferenzlicht mit einer beträchtlichen Länge aufgrund des Lichts, das mit einer gewissen optischen Wegdifferenz viele Male hin und her gelaufen ist. Falls das Fabry-Perot-Interferometer 201 als Spektroskop genutzt wird, kann daher eine sehr hohe Auflösung erhalten werden.
Das heißt, eine mittels des Fabry-Perot-Interferometers 201 zu analysierende Wellenlänge eines einfallenden Lichts kann durch das Fabry-Perot-Interferometer 201 ausgewählt werden, und das ausgewählte Licht kann von der Fotodiode 61 ähnlich dem oben beschriebenen Plasmonenfilter 121 empfangen werden.
Die Beispiele des Schmalbandfilters NB, die für eine Bildgebungsvorrichtung verwendbar sind, für die die vorliegende Technologie verwendet wird, umfassen die oben beschriebenen Plasmonenfilter mit beispielsweise der Loch-Arraystruktur, der Punkt-Arraystruktur, der GMR und der Zielscheibenstruktur und das Fabry-Perot-Interferometer.
Die folgende Beschreibung wird durchgehend unter Verwendung des Falls gegeben, in dem der Schmalbandfilter NB, sofern nicht anders angegeben, der Plasmonenfilter 121 mit der Loch-Arraystruktur ist. Der Plasmonenfilter mit beispielsweise der Punkt-Arraystruktur, der GMR oder der Zielscheibenstruktur oder das Fabry-Perot-Interferometer können jedoch verwendet werden, und die Beschreibung wird unter der Annahme fortgesetzt, dass der Plasmonenfilter 121 durch den Plasmonenfilter, der beispielsweise die Punkt-Arraystruktur, die GMR oder die Zielscheibenstruktur aufweist, oder das Fabry-Perot-Interferometer geeignet ersetzt werden kann.
<Einfluss aufgrund einer Farbmischung>
Wenn das schmalbandige Licht unter Verwendung des Plasmonenfilters 121 detektiert wird, besteht eine Möglichkeit, dass eine andere Farbmischungskomponente als eine Wellenform eines Lichts, das detektiert werden soll, ebenfalls detektiert wird und Charakteristiken verschlechtert werden. Diese Möglichkeit wird unter Bezugnahme auf 18 beschrieben. Die folgende Beschreibung wird unter Bezugnahme auf ein vereinfachteres Konfigurationsbeispiel des Pixels 51 als das in 3 veranschaulichte Konfigurationsbeispiel gegeben.
In dem in 18 veranschaulichten Pixel sind von der Oberseite aus der Zwischenschichtfilm 102, der Plasmonenfilter 121, der Zwischenschichtfilm 104 und die Fotodiode 61 gestapelt. Der Plasmonenfilter 121 konfiguriert die Schicht 103 eines Schmalbandfilters in 3, und die Fotodiode 61 repräsentiert ein fotoelektrisches Umwandlungselement, das in der Schicht 105 eines fotoelektrischen Umwandlungselements enthalten ist.
Die Fotodiode 61 enthält ein Halbleitergebiet 61-1 vom P-Typ und ein Halbleitergebiet 61-2 vom N-Typ. Man beachte, dass das Halbleitergebiet 61-1 vom P-Typ so ausgebildet sein kann, dass es das Halbleitergebiet 61-2 vom N-Typ umgibt, obgleich dies in 18 nicht veranschaulicht ist. Das Halbleitergebiet 61-1 vom P-Typ dient auch als Speichergebiet für Lochladungen, um Dunkelstrom zu unterdrücken.
Die folgende Beschreibung wird durchgehend unter Verwendung eines Falls gegeben, in dem als Beispiel das Halbleitergebiet 61-2 vom N-Typ ein Gebiet eines Hauptteils der Fotodiode 61 ist und eine Ausleseladung ein Elektron ist. Die vorliegende Technologie kann jedoch für eine Fotodiode verwendet werden, in der das Gebiet eines Hauptteils der Fotodiode 61 das Halbleitergebiet vom P-Typ ist und die Ausleseladung ein Loch ist.
Ein Beispiel einer spektralen Charakteristik, wenn das in 18 veranschaulichte Pixel 51 Licht empfangen hat, ist in 19 veranschaulicht. In der in 19 veranschaulichten grafischen Darstellung einer spektralen Charakteristik repräsentiert die horizontale Achse die Wellenlänge des einfallenden Lichts, und die vertikale Achse repräsentiert einen Ausgabewert.
Falls der Plasmonenfilter 121 als ein Filter ausgelegt ist, der Licht mit einer Wellenlänge von etwa 600 nm durchlässt, wird eine grafische Darstellung mit einer Spitze bei 600 nm als eine grafische Darstellung spektraler Charakteristiken erhalten, wie als grafische Darstellung in 19 veranschaulicht ist. Es wird bevorzugt, falls die grafische Darstellung auf dem Spitzenwert zentriert divergiert. Wie in 19 veranschaulicht ist, wird jedoch ein Auftreten einer Farbmischungskomponente auf der Seite einer kürzeren Wellenlänge als 600 nm entnommen bzw. abgelesen.
In der in 19 veranschaulichten grafischen Darstellung gibt ein vom Kreis umgebender Bereich einen Bereich an, wo die Farbmischungskomponente aufgetreten ist. Wie oben beschrieben wurde, besteht gemäß dem den Plasmonenfilter 121 nutzenden Pixel 51 eine Möglichkeit des Auftretens der Farbmischungskomponente. Diese Farbmischungskomponente tendiert dazu, leichter aufzutreten, wenn die Wellenlänge, die als die Wellenlänge eines Lichts, das durch den Plasmonenfilter 121 durchgelassen werden soll, eingestellt ist, auf einer langwelligen Seite liegt. Da solch eine Farbmischungskomponente eine Ursache einer Verschlechterung der spektralen Charakteristiken wird, wird bevorzugt, das Auftreten zu unterdrücken.
Falls der Plasmonenfilter 121 in Kombination mit der Fotodiode 61 genutzt wird, die auf einem Silizium-(Si-)Substrat ausgebildet ist, wie in 18 veranschaulicht, ist es überdies notwendig, spektrale Charakteristiken von Silizium zu berücksichtigen. Das heißt, der Einfluss der Farbmischungskomponente wird groß, falls eine Empfindlichkeit von Silizium in Bezug auf die Farbmischungskomponente hoch ist. Falls der Plasmonenfilter 121 in Kombination mit der Fotodiode 61 genutzt wird, die auf einem Silizium-(Si-)Substrat ausgebildet ist, ist es daher notwendig, das Auftreten der Farbmischungskomponente weiter zu unterdrücken.
Das Pixel 51, das die Farbmischungskomponente unterdrücken kann, wird beschrieben.
<Konfiguration eines Pixels>
20 sind grafische Darstellungen und Ansichten, die Konfigurationen einer Ausführungsform der Pixel 51 veranschaulichen, für die die vorliegende Technologie verwendet wird. Ein in 20 veranschaulichtes Pixel 51a weist die Fotodiode 61 auf, die bei einer Tiefe ausgebildet ist, die für die Wellenlänge eines Lichts geeignet ist, das durch den Plasmonenfilter 121 durchgelassen wird.
Grafische Darstellungen spektraler Charakteristiken der Plasmonenfilter 121 sind im oberen Teil in 20 veranschaulicht, und die Konfigurationen der Pixel 51, wenn die grafischen Darstellungen der spektralen Charakteristiken erhalten werden, das heißt, die Konfigurationen der Pixel 51, für die die vorliegende Technologie verwendet wird, sind im unteren Teil in 20 veranschaulicht.
Die Konfigurationen der Pixel 51, die im unteren Teil in 20 veranschaulicht sind, sind die gleichen wie die Konfigurationen des in 18 veranschaulichten Pixels; die Tiefen der Fotodioden 61 (der die Fotodioden 61 bildenden Halbleitergebiete 61-2 vom N-Typ) sind aber verschieden.
Im Folgenden wird eine Beschreibung „der Tiefe der Fotodiode 61“ genutzt. Die „Tiefe der Fotodiode 61“ bezieht sich auf die Tiefe des die Fotodiode 61 bildenden Halbleitergebiets 61-2 vom N-Typ. Darüber bezieht sich die „Tiefe der Fotodiode 61“ auf einen Abstand von einer Grenzfläche des Siliziumsubstrats, worauf die Fotodiode 61 ausgebildet ist (eine Grenze in Bezug auf den Zwischenschichtfilm 104), zu einer Position, wo sich eine Verarmungsschicht ausbreitet, und ein Gebiet, wo sich die Verarmungsschicht ausbreitet, ist das Halbleitergebiet 61-2 vom N-Typ.
Die Tiefe der Fotodiode 61 kann der Abstand von der Grenzfläche des Siliziumsubstrats zu der Position sein, wo sich die Verarmungsschicht ausbreitet, und kann der Abstand zur Verarmungsschicht sein, in diesem Fall zur Grenzfläche (oberes Ende) des Halbleitergebiets 61-2 vom N-Typ, oder kann der Abstand zu einem zentralen Bereich des Halbleitergebiets 61-2 vom N-Typ sein. Die Beschreibung wird hier unter Verwendung des Abstands zur Grenzfläche des Halbleitergebiets 61-2 vom N-Typ fortgesetzt.
Man beachte, dass hier durchgehend eine Beschreibung gegeben wird, indem ein Beispiel genommen wird, in welchem das Halbleitergebiet vom N-Typ ein Gebiet eines Hauptteils einer fotoelektrischen Umwandlung ist. Es ist jedoch möglich, das Pixel 51 so zu konfigurieren, dass das Halbleitergebiet vom P-Typ ein Gebiet eines Hauptteils einer fotoelektrischen Umwandlung ist. Im Fall des Pixels 51, in dem das Halbleitergebiet vom P-Typ das Gebiet eines Hauptteils der fotoelektrischen Umwandlung ist, kann die vorliegende Technologie verwendet werden, indem das Halbleitergebiet vom N-Typ in der obigen und der folgenden Beschreibung durch das Halbleitergebiet vom P-Typ entsprechend ersetzt wird.
Darüber hinaus wird die Beschreibung durchgehend gegeben, indem ein Beispiel genommen wird, in welchem die Tiefe der Fotodiode 61 eine physikalische Tiefe ist. Als ein Verfahren zum Ändern der Tiefe der Fotodiode 61 ist es jedoch auch möglich, einen Kanalschnitt durchzuführen oder die Tiefe eines (p+)-Gebiets auf der Oberfläche (Störstellenkonzentrationsprofil) zu ändern oder die Tiefe einer Wanne (Störstellenkonzentrationsprofil) zu ändern. Die Tiefe der Fotodiode 61 kann durch solch ein Verfahren geändert werden.
In 20 wird als Beispiel eine Beschreibung unter Verwendung des Falls des Plasmonenfilters 121 vom Loch-Arraytyp fortgesetzt. Wie im Folgenden beschrieben wird, kann jedoch anstelle des Plasmonenfilters 121 vom Loch-Arraytyp der Plasmonenfilter 121 vom Punkt-Arraytyp, der eine GMR nutzende Plasmonenfilter 151, der Plasmonenfilter 171 mit der Zielscheibenstruktur oder das Fabry-Perot-Interferometer 201 genutzt werden. Selbst in diesem Fall kann die vorliegende Technologie ähnlich dem Fall, in dem der Plasmonenfilter 121 vom Loch-Arraytyp genutzt wird, verwendet werden.
A in 20 veranschaulicht eine Konfiguration des Pixels 51a in einem Fall, in dem ein Plasmonenfilter 121a verwendet wird, in welchem die Wellenlänge eines Lichts, das durch den Plasmonenfilter 121a durchgelassen wird, auf 450 nm eingestellt ist. In dem Pixel 51a ist an einer Position einer Tiefe d1 eine Fotodiode 61a ausgebildet.
B in 20 veranschaulicht eine Konfiguration eines Pixels 51b in einem Fall, in dem ein Plasmonenfilter 121b verwendet wird, in welchem die Wellenlänge eines Lichts, das durch den Plasmonenfilter 121b durchgelassen wird, auf 530 nm eingestellt ist. In dem Pixel 51b ist eine Fotodiode 61b bei einer Position einer Tiefe d2 ausgebildet.
C in 20 veranschaulicht eine Konfiguration eines Pixels 51c in einem Fall, in dem ein Plasmonenfilter 121c verwendet wird, in welchem die Wellenlänge eines Lichts, das durch den Plasmonenfilter 121c durchgelassen wird, auf 600 nm eingestellt ist. In dem Pixel 51c ist eine Fotodiode 61c bei einer Position einer Tiefe d3 ausgebildet.
D in 20 veranschaulicht eine Konfiguration eines Pixels 51d in einem Fall, in dem ein Plasmonenfilter 121d verwendet wird, in welchem die Wellenlänge eines Lichts, das durch den Plasmonenfilter 121b durchgelassen wird, auf 650 nm eingestellt ist. In dem Pixel 51d ist eine Fotodiode 61d bei einer Position einer Tiefe d4 ausgebildet.
Bezug nehmend auf die in A bis D in 20 veranschaulichten Pixel 51a bis 51d sind die Tiefen, bei denen die Fotodioden 61 ausgebildet sind, unterschiedlich. Die Tiefen der Pixel 51a bis 51d sind die Tiefe d1, die Tiefe d2, die Tiefe d3 bzw. die Tiefe d4. Die Tiefen d1 bis d4 erfüllen die Beziehung die Tiefe d1 < die Tiefe d2 < die Tiefe d3 < die Tiefe d4.
Die Plasmonenfilter 121a bis 121d sind Filter, die dafür ausgelegt sind, das Licht mit den Wellenlängen 450 nm, 530 nm, 600 nm bzw. 650 nm am effizientesten durchzulassen. Das heißt, die Wellenlänge des Lichts, das durch den Plasmonenfilter 121 durchgelassen wird, verschiebt sich zur Seite einer längeren Wellenlänge in der Reihenfolge des Plasmonenfilters 121a, des Plasmonenfilters 121b, des Plasmonenfilters 121c und des Plasmonenfilters 121d.
Wenn sich die Wellenlänge des durch den Plasmonenfilter 121 durchgelassenen Lichts zu der Seite einer längeren Wellenlänge verschiebt, wird die Tiefe der Fotodiode 61 tiefer. Die Fotodiode 61 ist bei der für die Wellenlänge des durch den Plasmonenfilter 121 durchgelassenen Lichts geeigneten Tiefe ausgebildet.
Die Fotodiode 61 ist auf einem Siliziumsubstrat ausgebildet. Es ist allgemein bekannt, dass Licht, das eine längere Wellenlänge aufweist und in ein Siliziumsubstrat eingetreten ist, eine tiefere Position im Siliziumsubstrat erreicht. Da unter Ausnutzung solch eines Umstands die Fotodiode 61 bei der Position ausgebildet ist, die das Licht mit der Wellenlänge, die durch den Plasmonenfilter 121 durchgelassen wird, im Siliziumsubstrat erreicht, ist die Position, wo die Fotodiode 61 ausgebildet wird, gemäß der Wellenlänge des durch den Plasmonenfilter 121 durchgelassenen Lichts unterschiedlich.
Die Tiefe der Fotodiode 61 wird hier weiter beschrieben. Im Allgemeinen wird, falls Licht durch eine Oberfläche einer Substanz eintritt, eine Lichtintensität I bei einer Tiefe x von der Oberfläche
I = I₀e^-αx. I₀ repräsentiert die Lichtintensität auf der Substanzoberfläche, und α repräsentiert den Absorptionskoeffizienten.
Das Licht wird auf der Substanzoberfläche absorbiert, je größer der Absorptionskoeffizient α ist, und das Licht dringt in eine tiefere Position in die Substanz ein, je kleiner der Absorptionskoeffizient α ist.
21 veranschaulicht eine Beziehung zwischen dem Absorptionskoeffizienten α eines Einkristall-Siliziums und der Wellenlänge von Licht. Die horizontale Achse der in 21 veranschaulichten grafischen Darstellung repräsentiert die Lichtwellenlänge, und die vertikale Achse repräsentiert den Absorptionskoeffizienten α. Man kann aus der grafischen Darstellung in 21 ablesen, dass sich der Absorptionskoeffizient α gemäß der Wellenlänge eines Lichts, das in das Einkristall-Silizium eintritt, ändert und nicht konstant ist. Das heißt, man versteht, dass der Absorptionskoeffizient α stark von der Substanz und der Wellenlänge des einfallenden Lichts abhängt.
22 veranschaulicht eine Beziehung zwischen der Lichtintensität und der Eindringtiefe im Einkristall-Silizium. Die horizontale Achse der in 22 veranschaulichten grafischen Darstellung repräsentiert die Tiefe, in die das Licht eindringt, und die vertikale Achse repräsentiert die Lichtintensität. Darüber hinaus veranschaulicht 22 eine grafische Darstellung, wenn blaues Licht mit der Wellenlänge λ = 450 nm einfällt, eine grafische Darstellung, wenn grünes Licht mit der Wellenlänge A = 530 nm einfällt, und eine grafische Darstellung, wenn rotes Licht mit der Wellenlänge A = 700 nm einfällt.
Aus der in 22 veranschaulichten grafischen Darstellung kann man ablesen, dass die Tiefe, bei der die Lichtintensität 50 % wird (der durch die strichpunktierte Linie in 22 veranschaulichte Bereich), das heißt zum Beispiel die Tiefe, bei der I/I₀ = 0,5 erhalten wird, 0,3 µm im Fall blauen Lichts, 0,8 µm im Fall grünen Lichts und 3,2 µm im Fall roten Lichts ist. Man kann aus den Ergebnissen ablesen, dass das blaue Licht in das Silizium eintritt und dessen Intensität bei einem verhältnismäßig flachen Bereich halbiert wird, das rote Licht aber in das Silizium eintritt und dessen Intensität bei einem verhältnismäßig tiefen Bereich halbiert wird.
Zum Beispiel kann die Empfindlichkeit verbessert werden durch Ausbilden der Fotodiode 61 auf der Siliziumoberfläche, falls der Plasmonenfilter 121 genutzt wird, der das blaue Licht durchlässt. Indes wird, wenn die Fotodiode 61 bei einer tiefen Position des Siliziums, zum Beispiel bei einer Position tiefer als 0,3 µm, ausgebildet ist, die Intensität schwach, bevor das blaue Licht die Fotodiode 61 erreicht, und das die Fotodiode 61 erreichende blaue Licht ist reduziert, und die Empfindlichkeit nimmt ab.
Entsprechend dem obigen Punkt kann, wenn die Fotodiode 61 an einer Position ausgebildet wird, die für die Wellenlänge eines durch den Plasmonenfilter 121 durchgelassenen Lichts geeignet ist, das Licht effizient empfangen werden. Wenn die Fotodiode 61 jedoch an einer Position ausgebildet ist, die für die Wellenlänge eines durch den Plasmonenfilter 121 durchgelassenen Lichts nicht geeignet ist, kann das Licht nicht effizient empfangen werden.
Wenn die Fotodiode 61 bei der Position ausgebildet wird, die für die Wellenlänge eines durch den Plasmonenfilter 121 durchgelassenen Lichts geeignet ist, kann darüber hinaus die Farbmischungskomponente reduziert werden.
Die Tiefe der Fotodiode 61 wird unter Berücksichtigung der obigen Punkte eingestellt. Ein Beispiel eines Wegs zum Einstellen der Tiefe der Fotodiode 61 wird beschrieben.
Die Tiefe der Fotodiode 61 (= eine Position eines oberen Endes des Halbleitergebiets 61-1 vom N-Typ), die für die Wellenlänge eines durch den Plasmonenfilter 121 durchgelassenen Lichts geeignet ist, wird auf
(eine Tiefe des oberen Endes der Fotodiode) = (die Eindringtiefe eines abzuschneidenden Lichts) eingestellt. Das abzuschneidende Licht kann beispielsweise Licht sein, das als Farbmischungskomponente detektiert werden kann.
Falls die durch den Plasmonenfilter 121 abzuschneidende Wellenlänge eine Wellenlänge λcutoff ist, kann $\begin{array}{l} λ cutoff = (eine Spitzentransmissionswellenlänge des Plas- \\ monenfilters) - (eine halbe Zielbreite des Plasmonenfilters/2) \\ ausgedrückt werden . \end{array}$
Aus dem Obigen wird
(die Tiefe des oberen Endes der Fotodiode) = (die Eindringtiefe bei der Wellenlänge λcutoff)
erhalten.
Falls man beispielsweise einen Filter mit der Spitzentransmissionswellenlänge des Plasmonenfilters 121 von 580 nm und der halben Breite von 100 nm auslegt, beträgt die durch den Plasmonenfilter 121 abzuschneidende Wellenlänge $λ cutoff = 580 - (100 / 2) = 530 nm .$
Die Eindringtiefe bei 530 nm kann dann als 0,8 µm als die Tiefe, bei der die Lichtintensität 50 % wird, aus der grafischen Darstellung des grünen Lichts (A = 530 nm) in 22 abgelesen werden. Falls man den Plasmonenfilter 121 mit der Spitzentransmissionswellenlänge von 580 nm und der halben Breite von 100 nm nutzt, wird deshalb die Tiefe der Fotodiode 61 einfach auf 0,8 µm eingestellt.
Als ein weiteres Beispiel beträgt überdies in einem Fall, in dem beispielsweise ein Filter mit der Spitzentransmissionswellenlänge des Plasmonenfilters 121 von 475 nm und der halben Breite von 50 nm ausgelegt ist, die durch den Plasmonenfilter 121 abzuschneidende Wellenlänge $λ cutoff = 475 - (50 / 2) = 450 nm .$
Die Eindringtiefe bei 450 nm kann dann als 0,3 µm als die Tiefe, bei der die Lichtintensität 50 % wird, aus der grafischen Darstellung des blauen Lichts (A = 450 nm) in 22 abgelesen werden. Daher wird bei Verwendung des Plasmonenfilters 121 mit der Spitzentransmissionswellenlänge von 475 nm und der halben Breite von 50 nm die Tiefe der Fotodiode 61 einfach auf 0,3 µm eingestellt.
Ein Beispiel eines Ergebnisses solch einer Berechnung ist in 23 veranschaulicht. Die horizontale Achse der grafischen Darstellung, die in 23 veranschaulicht ist, repräsentiert die Wellenlänge, und die vertikale Achse repräsentiert die Tiefe (die Position des oberen Endes) der Fotodiode 61, bei der die Lichtintensität 50 % wird. Solch eine grafische Darstellung wird erzeugt, und die Tiefe des oberen Endes der Fotodiode 61 kann auf der Basis der grafischen Darstellung eingestellt werden.
Wieder auf die in 20 veranschaulichten Pixel 51a bis 51d verweisend, werden die Tiefe d1 des Pixels 51a, die Tiefe d2 des Pixels 51b, die Tiefe d3 des Pixels 51c und die Tiefe d4 des Pixels 51d jeweils auf die Tiefen entsprechend den jeweiligen Transmissionswellenlängen der Plasmonenfilter 121a bis 121b beispielsweise unter Verwendung der in 23 veranschaulichten grafischen Darstellung eingestellt.
Wenn sich die Spitzentransmissionswellenlänge des Plasmonenfilters 121 zur Seite einer längeren Wellenlänge verschiebt, wie in 23 veranschaulicht ist, wird die Tiefe der Fotodiode 61 tiefer, und die Konfigurationen der Pixel 51a bis 51d, die in 20 veranschaulicht sind, werden erhalten.
<Fall einer Verwendung eines Plasmonenfilters vom Loch-Arraytyp>
Im Fall einer Verwendung des Plasmonenfilters 121 vom Loch-Arraytyp als der Plasmonenfilter 121 weisen der Abstand von Mitte zu Mitte bzw. der Pitch der Löcher 121 und die Tiefe der Fotodiode 61 die Beziehung wie in 24 veranschaulicht auf.
Die oberen Ansichten in 24 sind Ansichten, wenn der Plasmonenfilter 121 von einer oberen Oberfläche (Lichteinfallsseite) aus betrachtet wird, und die unteren Ansichten veranschaulichen Konfigurationen von Pixeln 51, wie in den unteren Ansichten in 20. A in 24 veranschaulicht eine Konfiguration des Pixels 51a in einem Fall, in dem ein Plasmonenfilter 121a verwendet wird, in welchem der Pitch des Plasmonenfilters 121a auf 250 nm eingestellt ist. In dem Pixel 51a ist eine Fotodiode 61a bei einer Position einer Tiefe d1 ausgebildet.
B in 24 veranschaulicht eine Konfiguration des Pixels 51b in einem Fall, in dem ein Plasmonenfilter 121b verwendet wird, in welchem der Pitch des Plasmonenfilters 121b auf 350 nm eingestellt ist. In dem Pixel 51b ist eine Fotodiode 61b bei einer Position einer Tiefe d2 ausgebildet.
C in 24 veranschaulicht eine Konfiguration des Pixels 51c in einem Fall, in dem ein Plasmonenfilter 121c verwendet wird, in welchem der Pitch des Plasmonenfilters 121c auf 450 nm eingestellt ist. Im Pixel 51c ist eine Fotodiode 61c bei einer Position einer Tiefe d3 ausgebildet.
D in 24 veranschaulicht eine Konfiguration des Pixels 51d in einem Fall, in dem ein Plasmonenfilter 121d verwendet wird, in welchem der Pitch des Plasmonenfilters 121d auf 550 nm eingestellt ist. In dem Pixel 51d ist eine Fotodiode 61d bei einer Position einer Tiefe d4 ausgebildet.
Da der Plasmonenfilter 121 vom Loch-Arraytyp unter Bezugnahme auf 4 bis 5 beschrieben wurde, wird eine detaillierte Beschreibung weggelassen. Die Transmissionswellenlänge wird länger, je größer der Pitch der Löcher 132 ist.
Beispielsweise im Fall des Plasmonenfilters 121a, der den Pitch von 250 nm aufweist, veranschaulicht in A in 24, fungiert der Plasmonenfilter 121a als Filter, der vorwiegend Licht des blauen Wellenlängenbandes durchlässt. Darüber hinaus fungiert im Fall des Plasmonenfilters 121d mit dem Pitch von 550 nm, veranschaulicht in D in 24, der Plasmonenfilter 121d als Filter, der vorwiegend Licht des roten Wellenlängenbandes durchlässt.
Im Fall der Verwendung des Plasmonenfilters 121 vom Loch-Arraytyp gibt es eine Beziehung, dass die Tiefe der Fotodiode 61 tiefer wird, je größer der Pitch zwischen den Löchern 132 des Plasmonenfilters 121 wird.
Als eine Charakteristik des Plasmonenfilters 121 ändert sich die Transmissionswellenlänge, wenn das Intervall (der Pitch) der Löcher 132 geändert wird. Daher wird die Fotodiode 61 bei einer Tiefe ausgebildet, bei der die Transmissionswellenlänge von Silizium am stärksten absorbiert wird. Darüber hinaus verschiebt sich als eine Charakteristik des Plasmonenfilters 121 die Transmissionswellenlänge zur Seite einer längeren Wellenlänge, je größer das Intervall (der Pitch) der Löcher 132 gemacht wird. Deshalb wird die Fotodiode 61 im Siliziumsubstrat so ausgebildet, dass die Tiefe gemäß solch einer Charakteristik vergrößert wird.
Als der Plasmonenfilter 121 kann der Plasmonenfilter 121 vom Punkt-Arraytyp verwendet werden. Der Plasmonenfilter 121 vom Punkt-Arraytyp ist ein Filter, der Licht mit einem vorbestimmten Wellenlängenband absorbiert und als Komplementärfarbfilter genutzt wird, wie unter Bezugnahme auf 12 und 13 beschrieben wurde. Das Wellenlängenband eines von dem Plasmonenfilter 121 vom Punkt-Arraytyp absorbierten Lichts ändert sich in Abhängigkeit vom Pitch zwischen benachbarten Punkten 133 oder dergleichen.
In dem Plasmonenfilter 121 vom Punkt-Arraytyp verschiebt sich das Absorptionsband des Plasmonenfilters 121 zu einer Seite kürzerer Wellenlänge, je enger der Punkt-Pitch zwischen den Punkten 133 wird, und das Absorptionsband des Plasmonenfilters 121 verschiebt sich zu einer Seite längerer Wellenlänge, je weiter der Pitch zwischen den Punkten 133 wird.
Da der Plasmonenfilter 121 vom Punkt-Arraytyp ein Filter ist, der Licht mit einem vorbestimmten Wellenlängenband absorbiert, kann die Fotodiode 61 in einem Gebiet mit einer anderen Tiefe als der Tiefe gemäß dem vorbestimmten Wellenlängenband ausgebildet werden, statt bei der Tiefe gemäß dem vorbestimmten Wellenlängenband ausgebildet zu werden. Das Pixel 51 in diesem Fall wird im Folgenden beschrieben.
<Fall eines GMR-Plasmonenfilters>
Im Fall einer Verwendung des GMR nutzenden Plasmonenfilters 151 als den Plasmonenfilter weisen das Intervall des leitfähigen Dünnfilms 151 (das im Folgenden als Schlitzintervall beschrieben wird) und die Tiefe der Fotodiode 61 die Beziehung wie in 25 veranschaulicht auf.
Die oberen Ansichten in 25 sind Ansichten, wenn der Plasmonenfilter 151 von einer oberen Oberfläche (Lichteinfallsseite) aus betrachtet wird, und die unteren Ansichten veranschaulichen Konfigurationen von Pixeln 51 wie in den unteren Ansichten in 20. A in 25 veranschaulicht eine Konfiguration des Pixels 51a in einem Fall, in dem ein Plasmonenfilter 151a verwendet wird, in welchem das Schlitzintervall des Plasmonenfilters 151a auf 250 nm eingestellt ist. In dem Pixel 51a ist eine Fotodiode 61a bei einer Position einer Tiefe d1 ausgebildet.
B in 25 veranschaulicht eine Konfiguration des Pixels 51b in einem Fall, in dem ein Plasmonenfilter 151b verwendet wird, in welchem das Schlitzintervall des Plasmonenfilters 151b auf 300 nm eingestellt ist. In dem Pixel 51b ist eine Fotodiode 61b bei einer Position einer Tiefe d2 ausgebildet.
C in 25 veranschaulicht eine Konfiguration des Pixels 51c in einem Fall, in dem ein Plasmonenfilter 151c verwendet wird, in welchem das Schlitzintervall des Plasmonenfilters 151c auf 350 nm eingestellt ist. In dem Pixel 51c ist eine Fotodiode 61c bei einer Position einer Tiefe d3 ausgebildet.
D in 25 veranschaulicht eine Konfiguration des Pixels 51d in einem Fall, in dem ein Plasmonenfilter 151d verwendet wird, in welchem das Schlitzintervall des Plasmonenfilters 151d auf 400 nm eingestellt ist. In dem Pixel 51d ist eine Fotodiode 61d bei einer Position einer Tiefe d4 ausgebildet.
Da der GMR-Plasmonenfilter 151 unter Bezugnahme auf 14 und 15 beschrieben wurde, wird eine detaillierte Beschreibung weggelassen. Die Transmissionswellenlänge wird länger, je größer das Schlitzintervall des leitfähigen Dünnfilms 161 ist.
Beispielsweise im Fall des Plasmonenfilters 151a mit dem Schlitzintervall von 250 nm, veranschaulicht in A in 25, fungiert der Plasmonenfilter 151a als Filter, der Licht des blauen Wellenlängenbandes vorwiegend durchlässt. Darüber hinaus fungiert im Fall des Plasmonenfilters 151d mit dem Schlitzintervall von 400 nm, veranschaulicht in D in 25, der Plasmonenfilter 151d als Filter, der vorwiegend Licht des roten Wellenlängenbandes durchlässt.
Falls der GMR-Plasmonenfilter 151 verwendet wird, gibt es eine Beziehung, dass die Tiefe der Fotodiode 61 tiefer wird, je größer das Schlitzintervall zwischen den leitfähigen Dünnfilmen 161 des Plasmonenfilters 151 wird.
Als eine Charakteristik des Plasmonenfilters 151 ändert sich die Transmissionswellenlänge, wenn das Intervall (Schlitzintervall) des leitfähigen Dünnfilms 161 geändert wird. Daher wird die Fotodiode 61 bei einer Tiefe ausgebildet, bei der die Transmissionswellenlänge von Silizium am stärksten absorbiert wird. Darüber hinaus verschiebt sich als eine Charakteristik des Plasmonenfilters 151 die Transmissionswellenlänge zur Seite einer längeren Wellenlänge, je größer man das Intervall (Schlitzintervall) des leitfähigen Dünnfilms 161 gemacht wird. Deshalb wird die Fotodiode 61 im Siliziumsubstrat so ausgebildet, dass die Tiefe gemäß solch einer Charakteristik zunimmt.
Der Plasmonenfilter 171 mit der in 16 veranschaulichten Zielscheibenstruktur kann anstelle des Plasmonenfilters 121 oder des Plasmonenfilters 151, die oben beschrieben wurden, verwendet werden. Als der für die vorliegende Technologie verwendbare Schmalbandfilter kann ein Filter, der eine Plasmonenresonanz nutzt, verwendet werden, und ein anderer Filter als die oben beschriebenen Filter kann verwendet werden, solange der Filter Plasmonenresonanz nutzt.
<Fall einer Verwendung eines Fabry-Perot-Interferometers>
Wie im Folgenden beschrieben werden wird, kann außerdem als der Schmalbandfilter das Fabry-Perot-Interferometer 201 verwendet werden, das Licht in einem vorbestimmten Frequenzband durchlässt. Das heißt, ein Wellenlängenauswahlfilter kann für die vorliegende Technologie verwendet werden, und ein Fabry-Perot oder Etalon genannter Filter (Interferometer) kann verwendet werden. Hier wird als ein Beispiel (Sammelbegriff) dieser Wellenlängenauswahlfilter eine Beschreibung eines Fabry-Perot-Filters verwendet.
Wie unter Bezugnahme auf 17 beschrieben wurde, ist das Fabry-Perot-Interferometer 201 eine optische Vorrichtung, in der zwei semitransparente Spiegel 202 und 203 so angeordnet ist, dass sie einander parallel gegenüberliegen, und ist eine Vorrichtung, die bewirkt, dass Lichtstrahlen zwischen den beiden reflektierenden Oberflächen viele Male reflektieren und hin- und herlaufen und miteinander interferieren, um Interferenzlicht eines Lichts mit einer vorbestimmten Wellenlänge abzugeben.
Im Fall einer Verwendung des Fabry-Perot-Interferometers 201 anstelle des Plasmonenfilters weisen das Licht, das durch das Fabry-Perot-Interferometer 201 aufgespalten und abgegeben wird, und die Tiefe der Fotodiode 61 die in 26 veranschaulichte Beziehung auf.
Grafische Darstellungen spektraler Charakteristiken der Fabry-Perot-Interferometer 201 sind im oberen Teil in 26 veranschaulicht, und die Konfigurationen der Pixel 51, wenn solche grafischen Darstellungen spektraler Charakteristiken erhalten werden, das heißt die Konfigurationen der Pixel 51, für die die vorliegende Technologie verwendet wird, sind im unteren Teil der 26 veranschaulicht. In dem Fabry-Perot-Interferometer 201 ist eine ausgewählte Wellenlänge unterschiedlich in Abhängigkeit von dem Intervall zwischen den beiden semitransparenten Spiegeln 202 und 203, dem Brechungsindex der zwischen den beiden semitransparenten Spiegeln 202 und 203 hinzugefügten Substanz und dergleichen, und somit ist die gleiche Dicke (Form) im unteren Teil in 26 veranschaulicht.
A in 26 veranschaulicht eine Konfiguration des Pixels 51a in einem Fall, in dem ein Fabry-Perot-Interferometer 201a verwendet wird, in welchem 450 nm als die Wellenlänge eines Lichts eingestellt ist, die durch das Fabry-Perot-Interferometer 201 ausgewählt wird. Im Pixel 51a ist eine Fotodiode 61a bei einer Position einer Tiefe d1 ausgebildet.
B in 26 veranschaulicht eine Konfiguration des Pixels 51b in einem Fall, in dem ein Fabry-Perot-Interferometer 201b verwendet wird, in welchem 530 nm als die Wellenlänge eines Lichts eingestellt ist, die durch das Fabry-Perot-Interferometer 201b ausgewählt wird. Im Pixel 51b ist eine Fotodiode 61b bei einer Position einer Tiefe d2 ausgebildet.
C in 26 veranschaulicht eine Konfiguration des Pixels 51c in einem Fall, in dem ein Fabry-Perot-Interferometer 201c verwendet wird, in welchem 600 nm als die Wellenlänge eines Lichts eingestellt ist, die durch das Fabry-Perot-Interferometer 201c ausgewählt wird. Im Pixel 51c ist eine Fotodiode 61c bei einer Position einer Tiefe d3 ausgebildet.
D in 26 veranschaulicht eine Konfiguration des Pixels 51d in einem Fall, in dem ein Fabry-Perot-Interferometer 201d verwendet wird, in welchem 650 nm als die Wellenlänge eines Lichts eingestellt ist, die durch das Fabry-Perot-Interferometer 201d ausgewählt wird. In dem Pixel 51d ist eine Fotodiode 61d an einer Position einer Tiefe d4 ausgebildet.
Bezug nehmend auf die in A bis D in 26 veranschaulichen Pixel 51a bis 51d sind die Tiefen, bei denen die Fotodioden 61 ausgebildet sind, unterschiedlich. Die Tiefen der Pixel 51a bis 51d sind die Tiefe d1, die Tiefe d2, die Tiefe d3 bzw. die Tiefe d4. Die Tiefen d1 bis d4 erfüllen die Beziehung
die Tiefe d1 < die Tiefe d2 < die Tiefe d3 < die Tiefe d4.
Die Fabry-Perot-Interferometer 201a bis 201d sind Filter, die dafür ausgelegt sind, das Licht mit den Wellenlängen 450 nm, 530 nm, 600 nm bzw. 650 nm am effizientesten durchzulassen. Das heißt, die Wellenlänge des durchgelassenen Lichts verschiebt sich zu einer Seite längerer Wellenlänge in der Reihenfolge des Fabry-Perot-Interferometers 201a, des Fabry-Perot-Interferometers 201b, des Fabry-Perot-Interferometers 201c und des Fabry-Perot-Interferometers 201d.
Wenn sich die Wellenlänge des durch das Fabry-Perot-Interferometer 201 durchgelassenen Lichts zu der Seite einer längeren Wellenlänge verschiebt, wird die Tiefe der Fotodiode 61 tiefer. Die Fotodiode 61 ist bei der Tiefe ausgebildet, die für die Wellenlänge eines Lichts, das durch den Plasmonenfilter 121 durchgelassen wird, geeignet ist.
Wie oben beschrieben wurde, ist die Fotodiode 61 bei der Tiefe ausgebildet, wo Silizium die durch das Fabry-Perot-Interferometer 201 ausgewählte Wellenlänge am stärksten absorbiert.
<Einen Drain enthaltende Konfiguration>
Wie oben beschrieben wurde, ist die Fotodiode 61 bei der Tiefe ausgebildet, bei der die Fotodiode 61 das durch den Schmalbandfilter gefilterte Licht effizient empfangen kann. Wieder auf D in 26 Bezug nehmend, gibt es, da die Fotodiode 61d des Pixels 51d bei der Tiefenposition im Siliziumsubstrat ausgebildet ist, ein Gebiet, wo die Fotodiode 61 nicht ausgebildet ist, von der Fotodiode 61d bis zur Grenzfläche des Siliziumsubstrats.
Es besteht eine Möglichkeit, dass Ladungen in dem Gebiet, wo die Fotodiode 61 nicht ausgebildet ist, gespeichert werden, und die Wahrscheinlichkeit wird höher, je größer das Gebiet ist. Wie in 27 bis 29 veranschaulicht ist, kann deshalb im Pixel 51 ein Draingebiet zum Entladen von Ladungen ausgebildet werden.
Die in 27 veranschaulichten Pixel 51a bis 51d haben Konfigurationen ähnlich den Pixeln 51a bis 51d, die in den unteren Ansichten in 20 veranschaulicht sind, und die Fotodioden 61a bis 61d sind jeweils an den Positionen der Tiefen d1 bis d4 ausgebildet.
In dem Pixel 51b, das in B in 27 veranschaulicht ist, ist ein Drain 301b über dem Gebiet, wo die Fotodiode 61b ausgebildet ist, im Siliziumsubstrat und nahe der Grenzfläche des Siliziumsubstrats ausgebildet. Falls der Hauptteil der fotoelektrischen Umwandlung unter Verwendung des Halbleitergebiets vom N-Typ ausgebildet ist, ist der Drain 301b eine Diffusionsschicht vom N-Typ. In diesem Fall ist ein Halbleitergebiet 61-1b vom P-Typ unter dem Drain 301b, das heißt der Diffusionsschicht vom N-Typ, ausgebildet, und das Halbleitergebiet 61-2 vom N-Typ (Fotodiode 61b) ist unter dem Halbleitergebiet 61-1b vom P-Typ ausgebildet.
Man beachte, dass, falls der Hauptteil der fotoelektrischen Umwandlung unter Verwendung eines Halbleitergebiets vom P-Typ ausgebildet ist, der Drain 301b eine Diffusionsschicht vom P-Typ ist. Im Folgenden wird hier die Beschreibung unter Verwendung des Falls des Drains 301, der eine Diffusionsschicht vom N-Typ ist, als Beispiel fortgesetzt. Darüber hinaus ist die Konfiguration, in der das Halbleitergebiet 61-1 vom P-Typ unter dem Drain 301, das heißt der Diffusionsschicht vom N-Typ, ausgebildet ist und das Halbleitergebiet 61-2 vom N-Typ (Fotodiode 61) unter dem Halbleitergebiet 61-1 vom P-Typ ausgebildet ist, in der folgenden Beschreibung ähnlich. Daher wird eine Beschreibung entsprechend weggelassen.
In dem Pixel 51c, das in C in 27 veranschaulicht ist, ist ein Drain 301c über dem Gebiet, wo die Fotodiode 61c ausgebildet ist, im Siliziumsubstrat und nahe der Grenzfläche des Siliziumsubstrats ausgebildet. Der Drain 301c ist größer als der Drain 301b ausgebildet. Der Drain 301 kann im Siliziumsubstrat so ausgebildet sein, dass er eine Größe ähnlich dem Gebiet aufweist, wo die Fotodiode 61 nicht ausgebildet ist, oder kann in einem Teil des Gebiets, wo die Fotodiode 61 nicht ausgebildet ist, ausgebildet sein.
In dem in D in 27 veranschaulichten Pixel 51d ist ein Drain 301d über dem Gebiet, wo die Fotodiode 61d ausgebildet ist, im Siliziumsubstrat und nahe der Grenzfläche des Siliziumsubstrats ausgebildet. Wie oben beschrieben wurde, ist der Drain 301 in dem Gebiet, wo die Fotodiode 61 nicht ausgebildet ist, im Siliziumsubstrat ausgebildet.
In dem Pixel 51a, das in A in 27 veranschaulicht ist, ist kein Drain ausgebildet, da das Gebiet, wo die Fotodiode 61a im Siliziumsubstrat nicht ausgebildet ist, klein ist oder das Halbleitergebiet 61-1 vom P-Typ nahe der Grenzfläche ausgebildet ist.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde die Beschreibung derart vorgenommen, dass das obere Ende der Fotodiode 61 bei der Tiefe von der Grenzfläche des Siliziumsubstrats aus liegt, wobei die Tiefe für die Wellenlänge eines durch den Schmalbandfilter durchgelassenen Lichts geeignet ist; es wurde aber keine Beschreibung über eine Position eines unteren Endes der Fotodiode 61 geliefert. Deshalb unterscheidet sich die Größe der Fotodiode 61 für jedes Pixel 51, wie in 27 veranschaulicht ist.
Wie in 28 veranschaulicht ist, kann die Fotodiode 61 des Pixels 51 so ausgebildet sein, dass die Größe der Fotodiode 61 einheitlich geschaffen ist und das obere Ende bei einer Tiefe von der Grenzfläche des Siliziumsubstrats aus gelegen ist, wobei die Tiefe für die Wellenlänge eines durch den Schmalbandfilter durchgelassenen Lichts geeignet ist. 28 veranschaulicht außerdem einen Fall, in dem ein Drain 301 ausgebildet ist.
Das in A in 28 veranschaulichte Pixel 51a hat eine Konfiguration, in der eine Fotodiode 61a auf einer oberen Seite im Siliziumsubstrat ausgebildet ist und nicht auf einer unteren Seite ausgebildet ist. Ein Drain 301a ist in dem Gebiet, wo die Fotodiode 61a nicht ausgebildet ist, unter der Fotodiode 61a ausgebildet.
Wieder auf das in A in 27 veranschaulichte Pixel 51a verweisend, ist beispielsweise in dem Fall, in dem die Fotodiode 61a von nahe der oberen Grenzfläche bis nahe der unteren Grenzfläche des Siliziumsubstrats wie in dem in A in 27 veranschaulichten Pixel 51a ausgebildet ist, die Fotodiode 61a bei der Position ausgebildet, die zum Empfangen eines Lichts mit einer kurzen Wellenlänge geeignet ist. Ferner ist die Fotodiode 61a auch bei einer Position ausgebildet, die zum Empfangen von Licht mit einer langen Wellenlänge geeignet ist.
Betrachtet man einen Empfang von Licht mit einer kurzen Wellenlänge, verschlechtert sich die Leistungsfähigkeit nicht, selbst wenn die Fotodiode 61, die bei der Position zum Empfangen von Licht mit einer langen Wellenlänge ausgebildet ist, nicht ausgebildet ist. Betrachtet man Licht mit einer kurzen Wellenlänge, empfängt überdies die Fotodiode 61a Licht auf einer langwelligen Seite, und das Licht auf der langwelligen Seite kann aufgrund der Ausbildung der Fotodiode 61a, die bei der Position zum Empfangen von Licht mit einer langen Wellenlänge ausgebildet ist, gemischt werden.
Deshalb kann die Fotodiode 61 so ausgebildet werden, dass sie eine vorbestimmte Größe von einer Position aufweist, wo durch den Schmalbandfilter durchgelassenes Licht effizient empfangen werden kann. Dieses Beispiel ist in 28 veranschaulicht.
Zur Beschreibung unter Bezugnahme auf 28 zurückkehrend ist in dem in B in 28 veranschaulichten Pixel 51b ein Drain 301b-1 über dem Gebiet, wo die Fotodiode 61b ausgebildet ist, im Siliziumsubstrat und nahe der Grenzfläche des Siliziumsubstrats ausgebildet, und ein Drain 301b-2 ist von einem unteren Ende der Fotodiode 61b aus bis nahe der Grenzfläche des unteren Endes des Siliziumsubstrats ausgebildet. Wie oben beschrieben wurde, können die Drains 301 oberhalb und unterhalb der Fotodiode 61 ausgebildet sein.
In dem in C in 28 veranschaulichten Pixel 51c ist ein Drain 301c-1 über dem Gebiet, wo die Fotodiode 61c ausgebildet ist, im Siliziumsubstrat und nahe der Grenzfläche des Siliziumsubstrats ausgebildet, und ein Drain 301c-2 ist von einem unteren Ende der Fotodiode 61b aus bis nahe der Grenzfläche des unteren Endes des Siliziumsubstrats ausgebildet.
In dem in D in 28 veranschaulichten Pixel 51d ist ein Drain 301d über dem Gebiet, wo die Fotodiode 61d ausgebildet ist, im Siliziumsubstrat und nahe der Grenzfläche des Siliziumsubstrats ausgebildet. Wie oben beschrieben wurde, ist der Drain 301 in dem Gebiet, wo die Fotodiode 61 nicht ausgebildet ist, im Siliziumsubstrat ausgebildet.
Wenn der Drain 301 wie in 28 veranschaulicht konfiguriert ist, kann die Konfiguration leicht mit einem im Folgenden zu beschreibenden vertikalen Transistor kombiniert werden.
Die Positionen, Größen, Formen und dergleichen des in 27 und 28 veranschaulichten Drain 301 sind Beispiele und stellen keine Beschreibung dar, die den Drain 301 einschränkt. Der Drain 301 muss nur bei der Position, Größe und Form ausgebildet sein, wo die in einem anderen Gebiet als der Fotodiode 61 gespeicherten Ladungen entladen werden können.
Der Drain 301 ist mit einer Stromversorgung verbunden und dafür konfiguriert, gespeicherte Ladungen zu einem vorbestimmten Zeitpunkt zu entladen. Der Drain 301 und die Stromversorgung können in beliebiger Weise verbunden sein. Beispielsweise kann der Drain 301 auf einer Seite einer vorderen Oberfläche (Seite einer Verdrahtungsschicht 106) für jedes Pixel 51 verbunden sein oder kann auf einer Seite einer rückwärtigen Oberfläche (Seite der Einfallsoberfläche) verbunden sein. All die Pixel 51, die in der Pixel-Arrayeinheit 31 (2) angeordnet sind, können darüber hinaus individuell mit der Stromversorgung verbunden sein oder können dünner werdend mit der Stromversorgung verbunden sein, oder nur Pixel 51, die nahe einer äußeren Peripherie angeordnet sind, können mit der Stromversorgung verbunden sein.
Darüber hinaus kann eine Störstellenkonzentration des Drain 301 konstant sein oder kann einen Gradienten aufweisen. 29 veranschaulicht Konfigurationen des Pixels 51 in einem Fall, in dem der Drain 301 einen Gradienten in der Störstellenkonzentration aufweist. Als ein Beispiel wird eine Beschreibung unter Verwendung des Falls gegeben, in dem das Pixel 51 in 29 eine Konfiguration ähnlich dem Pixel 51 in 28 hat. Das Pixel 51 in 29 kann jedoch eine Konfiguration ähnlich dem Pixel 51 in 27 aufweisen.
Ein Konzentrationsgradient ist in dem Drain 301 des in A in 29 veranschaulichten Pixels 51a vorgesehen. Der Konzentrationsgradient des Drain 301a ist ein Gradient, in welchem die Konzentration auf einer Seite nahe der Fotodiode 61a gering ist und die Konzentration in Richtung einer entfernten Seite (Seite der Verdrahtungsschicht 106) zunimmt.
Konzentrationsgradienten sind in dem Drain 301b-1 und dem Drain 301b-2 des in B in 29 veranschaulichten Pixels 51b vorgesehen. Der Konzentrationsgradient des Drain 301b-1 ist ein Gradient, in welchem die Konzentration auf einer näher zur Fotodiode 61b gelegenen Seite gering ist und die Konzentration in Richtung einer entfernten Seite (Seite des Zwischenschichtfilms 104) zunimmt. Darüber hinaus ist der Konzentrationsgradient des Drain 301b-2 ein Gradient, in welchem eine Konzentration auf einer der Fotodiode 61b näher gelegenen Seite gering ist und die Konzentration in Richtung einer entfernten Seite (Seite der Verdrahtungsschicht 106) zunimmt.
Konzentrationsgradienten sind in dem Drain 301c-1 und dem Drain 301c-2 in dem in C in 29 veranschaulichten Pixel 51c vorgesehen. Der Konzentrationsgradient des Drain 301c-1 ist ein Gradient, in welchem die Konzentration auf einer der Fotodiode 61c näher gelegenen Seite gering ist und die Konzentration in Richtung einer entfernten Seite (Seite des Zwischenschichtfilms 104) zunimmt. Darüber hinaus ist der Konzentrationsgradient des Drain 301c-2 ein Gradient, in welchem die Konzentration auf einer der Fotodiode 61c näher gelegenen Seite gering ist und die Konzentration in Richtung einer entfernten Seite (Seite der Verdrahtungsschicht 106) zunimmt.
Ein Konzentrationsgradienten ist in dem Drain 301d des in D in 29 veranschaulichten Pixels 51d vorgesehen. Der Konzentrationsgradient des Drain 301d ist ein Gradient, in welchem die Konzentration auf einer der Fotodiode 61d näher gelegenen Seite gering ist und die Konzentration in Richtung einer entfernten Seite (Seite des Zwischenschichtfilms 104) zunimmt.
Wie oben beschrieben wurde, ist die Störstellenkonzentration des Drain 301 mit einem Gradienten vorgesehen, der von der der Fotodiode 61 nahe gelegenen Seite aus allmählich zunimmt. Wie oben beschrieben wurde, können, indem man der Störstellenkonzentration des Gradienten 301 einen Gradienten verleiht, erzeugte Ladungen leicht zum Drain 301 fließen, und unnötige Ladungen können effizient entladen werden.
Man beachte, dass die Gradienten der Störstellenkonzentration des Drain 301, der in 29 veranschaulicht ist, Beispiele sind und andere Konzentrationsgradienten übernommen werden können.
<Pixel-Anordnung in einer Pixel-Arrayeinheit>
Wie oben beschrieben wurde, ist die Fotodiode 61 an der Position ausgebildet, die für die Wellenlänge eines durch den Schmalbandfilter durchgelassenen Lichts geeignet ist (im Folgenden wird als ein Beispiel der Plasmonenfilter 121 genommen). Die Pixel-Arrayeinheit 31 (2) kann so konfiguriert sein, dass die Pixel 51 mit dem gleichen angeordneten Plasmonenfilter 121 angeordnet sind oder die Pixel 51 mit angeordneten unterschiedlichen Plasmonenfiltern 121 angeordnet sind.
30 veranschaulicht den Fall, in dem die Pixel 51 mit dem gleichen angeordneten Plasmonenfilter 121 angeordnet sind. Das Beispiel in 30 veranschaulicht einen Teil der Pixel-Arrayeinheit 31 in einem Fall, in dem die in B in 20 veranschaulichten Pixel 51b, welche Pixel eines Typs sind, angeordnet sind.
Die in Pixeln 51-1 bis 51-4 angeordneten Plasmonenfilter 121 sind Filter mit der gleichen Transmissionswellenlänge. Darüber hinaus sind in den Pixeln 51-1 bis 51-4 ausgebildete Fotodioden 61b so ausgebildet, dass die oberen Enden von der Grenzfläche des Siliziumsubstrats aus bei der gleichen Tiefe gelegen sind.
Mit solcher ein Konfiguration kann die Bildgebungsvorrichtung 10 (1) erhalten werden, die die Pixel-Arrayeinheit 31 enthält, die zum Empfangen von Licht eines Typs einer Transmissionswellenlänge des Plasmonenfilter 121 geeignet ist. Beispielsweise kann solch eine Konfiguration für die Bildgebungsvorrichtung 10, die Infrarotlicht empfängt, die Bildgebungsvorrichtung 10, die in monochromes Bild aufnimmt, oder dergleichen verwendet werden.
31 veranschaulicht den Fall, in dem die Pixel 51 mit angeordneten verschiedenen Plasmonenfiltern 121 angeordnet sind. Das Beispiel in 31 veranschaulicht einen Teil der Pixel-Arrayeinheit 31 in einem Fall, in dem vier Typen von Pixeln der in B in 20 veranschaulichten Pixel 51a bis 51d angeordnet sind.
Die in den Pixeln 51-1 bis 51-4 angeordneten Plasmonenfilter 121 sind Filter mit unterschiedlichen Transmissionswellenlängen. Darüber hinaus sind die in den Pixeln 51-1 bis 51-4 ausgebildeten Fotodioden 61a bis 61d so ausgebildet, dass die oberen Enden von der Grenzfläche des Siliziumsubstrats aus bei unterschiedlichen Tiefen gelegen sind.
Mit solch einer Konfiguration kann die Bildgebungsvorrichtung 10 (1) erhalten werden, die die Pixel-Arrayeinheit 31 enthält, die zum Empfangen von Lichtstrahlen von vier Typen von Transmissionswellenlängen der Plasmonenfilter 121 geeignet ist. Beispielsweise kann solch eine Konfiguration für die Bildgebungsvorrichtung 10 verwendet werden, die ein Farbbild aufnimmt.
<Herstellungsprozess>
Ein Herstellungsprozess, wenn die in 30 oder 31 veranschaulichte Pixel-Arrayeinheit 31 hergestellt wird, wird beschrieben.
Ein Fall, in dem das Pixel 51 von einer Seite einer rückwärtigen Oberfläche aus konfiguriert ist, wird unter Bezugnahme auf 32 und 33 beschrieben. Die Seite einer rückwärtigen Oberfläche ist eine Seite, die als Seite einer Einfallsoberfläche in der Fotodiode 61 des Pixels 51 dient.
In Schritt S11 wird die Fotodiode 61 auf einem Siliziumsubstrat 321 ausgebildet, und die Verdrahtungsschicht 106 wird gestapelt. Die in Schritt S11 ausgebildete Fotodiode 61 liegt noch nicht bei einer vorbestimmten Tiefe und ist so ausgebildet, dass sie größer als eine final ausgebildete Größe ist.
In Schritt S12 ist die Fotodiode 61 ausgebildet, wird das Substrat, auf dem die Verdrahtungsschicht 101 gestapelt ist, umgedreht, und ein Trägersubstrat 322 wird auf der Verdrahtungsschicht 106 gestapelt. Man beachte, dass das Trägersubstrat 322 ein Schaltungssubstrat sein kann, auf dem eine Logikschaltung, ein Speicher und dergleichen ausgebildet sind.
In Schritt S13 wird das Siliziumsubstrat 321, auf dem die Fotodiode 61 ausgebildet ist, bis zu einer gewünschten Filmdicke poliert.
In Schritt S14 wird ein Durchgangs-Oxidfilm 323 für eine Ionenimplantation auf einer polierten Seite des Siliziumsubstrats 321 ausgebildet.
In Schritt S15 (33) wird eine Ionenimplantation durchgeführt, so dass die Position des oberen Endes der Fotodiode 61 auf die gewünschte Tiefe gesenkt wird. In dem Fall, in dem die oberen Enden der Fotodioden 61 bei der gleichen Tiefe wie in der in 30 veranschaulichten Pixel-Arrayeinheit 31 ausgebildet werden, wird für all die Pixel 51 die gleiche Ionenimplantation durchgeführt, so dass die Positionen der oberen Enden der Fotodioden 61 eingestellt werden.
Falls die Fotodiode 61 ein N-Typ ist, wird diese Positionseinstellung durchgeführt, indem eine Ionenimplantation einer Störstelle vom P-Typ wie etwa Bor durchgeführt wird, um das schon ausgebildete Gebiet vom N-Typ aufzulösen.
Falls die oberen Enden der Fotodioden 61 bei verschiedenen Tiefen wie in der in 31 veranschaulichten Pixel-Arrayeinheit 31 ausgebildet werden, wird eine geeignete Ionenimplantation für jedes Pixel 51 wie in Schritt S15' (33) veranschaulicht durchgeführt, so dass die Positionen der oberen Enden der Fotodioden 61 eingestellt werden.
Falls die Fotodiode 61 ein N-Typ ist, wird diese Positionseinstellung durchgeführt, indem eine Ionenimplantation einer Störstelle vom P-Typ wie etwa Bor durchgeführt wird, um das schon ausgebildete Gebiet vom N-Typ aufzulösen. Durch Einstellen der Energie und Dosis der Ionenimplantation wird überdies die Ionenimplantation durchgeführt, um das Gebiet vom N-Typ bis zu einer gewünschten Tiefe aufzulösen.
Man beachte, dass die Ionenimplantation für all die Pixel 51 in Schritt S15 durchgeführt werden kann, um die oberen Enden der Fotodioden 61 auf die vorbestimmte Tiefe zu senken, und dann Schritt S15' ausgeführt werden kann, um die Positionseinstellung der oberen Enden der Fotodioden 61 individuell durchzuführen.
Nachdem der Schritt S15 oder der Schritt S15' abgeschlossen ist, geht der Prozess zu Schritt S16 weiter. In Schritt S16 werden auf dem Siliziumsubstrat 321 nach Bedarf der Zwischenschichtfilm 104, die Schicht 103 eines Schmalbandfilters (wie etwa der Plasmonenfilter 121 zum Ausbilden der Schicht 103 eines Schmalbandfilters oder dergleichen), der Zwischenschichtfilm 102, die On-Chip-Mikrolinse 101 und dergleichen ausgebildet.
Somit wird das Pixel 51 geschaffen, und die Pixel-Arrayeinheit 31 wird ausgebildet.
In dem in 32 und 33 veranschaulichten Herstellungsprozess wird die Tiefe der Fotodiode 61 im Prozess der rückwärtigen Oberfläche (nach einem Bonden des Substrats) eingestellt. Gemäß diesem Herstellungsprozess kann ein Konzentrationsprofil der Fotodiode 61 leicht gesteuert werden, da der Schritt der Positionseinstellung der Fotodiode 61 nahe bei einem letzten Schritt liegt. Darüber hinaus ist es notwendig, die Fotodiode 61 selbst zu aktivieren. Es ist möglich, die Fotodiode 61 zu aktivieren, indem eine Technik wie etwa ein schnelles thermisches Ausheilen oder ein Laser-Ausheilen zum Erhitzen und Aktivieren nur nahe der Substratoberfläche oder nur für eine sehr kurze Zeit verwendet wird.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 34 ein Fall beschrieben, in dem das Pixel 51 von einer Seite einer vorderen Oberfläche aus konfiguriert wird. Die Seite der vorderen Oberfläche ist eine Seite, auf der die Verdrahtungsschicht 106 in der Fotodiode 61 des Pixels 150 gestapelt wird.
In Schritt S31 wird die Fotodiode 61 auf dem Siliziumsubstrat 321 gebildet. Wenn die Fotodiode 61 gebildet wird, wird eine Ionenimplantationsenergie für jedes Pixel 51 so geändert, dass das obere Ende der Fotodiode 61 bei einer unterschiedlichen Position liegt. Nach dem Schritt S31 wird das Siliziumsubstrat 321 poliert, um das obere Ende der Fotodiode 61 auf die vorbestimmte Tiefe im Siliziumsubstrat 321 einzustellen. Deshalb ist in Schritt S31 die Position der Fotodiode 61 noch nicht die endgültige Position.
Man beachte, dass im Fall einer Herstellung der Pixel-Arrayeinheit 31, worin die Positionen der oberen Enden der Fotodioden 61 wie in 30 veranschaulicht ausgerichtet sind, es nicht notwendig ist, die Ionenimplantationsenergie für jedes Pixel zu ändern, und die Fotodioden 61 unter Verwendung einer vorbestimmten Ionenimplantationsenergie einheitlich ausgebildet werden.
In Schritt S32 wird die Verdrahtungsschicht 106 auf dem Siliziumsubstrat 321 auf der Seite gestapelt, wo die Fotodiode 61 ausgebildet ist.
In Schritt S33 wird die Fotodiode 61 ausgebildet, wird das Substrat, auf dem die Verdrahtungsschicht 106 gestapelt ist, umgedreht, und das Trägersubstrat 322 wird auf der Verdrahtungsschicht 106 gestapelt. Man beachte, dass das Trägersubstrat 322 ein Schaltungssubstrat sein kann, auf dem eine Logikschaltung, ein Speicher und dergleichen ausgebildet sind.
In Schritt S34 wird die Seite (Seite der rückwärtigen Oberfläche) des Siliziumsubstrats 321, worauf die Verdrahtungsschicht 106 nicht gestapelt ist, poliert. Ein Polieren wird so durchgeführt, dass die Position des oberen Endes der Fotodiode 61 jedes Pixels 51 eine gewünschte Tiefe aufweist. Dieser Polierumfang ist einheitlich, und die Ionenimplantationsenergie wird in Schritt S31 so eingestellt, dass die Position des oberen Endes der Fotodiode 61 jedes Pixels 51 an dem Punkt, an dem ein einheitliches Polieren abgeschlossen ist, die gewünschte Tiefe aufweist und die Fotodiode 61 jedes Pixels 51 ausgebildet ist.
Indem man die gleiche Bearbeitung wie in Schritt S16 ( 33) durchführt, werden danach nach Bedarf auf dem Siliziumsubstrat 321 der Zwischenschichtfilm 104, die Schicht 103 eines Schmalbandfilters (wie etwa der Plasmonenfilter 121 zum Ausbilden der Schicht 103 eines Schmalbandfilters oder dergleichen), der Zwischenschichtfilm 102, die On-Chip-Mikrolinse 101 und dergleichen ausgebildet.
Somit ist das Pixel 51 ausgebildet, und die Pixel-Arrayeinheit 31 ist geschaffen.
In dem in 34 veranschaulichten Herstellungsprozess wird die Tiefe der Fotodiode 61 im Prozess an der vorderen Oberfläche (vor einem Bonden des Substrats) eingestellt. Gemäß diesem Herstellungsprozess kann eine Aktivierung der Fotodiode 61 leicht durchgeführt werden, da der Schritt der Positionseinstellung der Fotodiode 61 ein verhältnismäßig früher Schritt ist.
<Eine Vielzahl von in horizontaler Richtung angeordneten Dioden nutzende Konfiguration>
Es ist auch möglich, zwei der oben beschriebenen Pixel 51 in Kombination zu verwenden, um eine Information eines schmaleren Bandes zu erhalten. Hier wird eine Konfiguration des Pixels 51 zum Erhalten einer Information eines schmaleren Bandes unter Verwendung von zwei Pixeln 51 beschrieben.
Das in 35 veranschaulichte Pixel 51 ist ein Pixel 51-1 und ein Pixel 51-2 einander benachbart enthaltend ausgebildet. In dem Pixel 51-1 ist eine Fotodiode 61-1 bei einer Tiefe d1 von der Siliziumgrenzfläche aus ausgebildet. Darüber hinaus ist im Pixel 51-2 eine Fotodiode 61-2 bei einer Tiefe d2 von der Siliziumgrenzfläche aus ausgebildet.
Der Plasmonenfilter 121 ist auf einer Lichteinfallsseite der Fotodioden 61-1 und 61-2 ausgebildet. Der auf der Fotodiode 61-1 ausgebildete Plasmonenfilter 121 und der auf der Fotodiode 61-2 ausgebildete Plasmonenfilter 121 sind der gleiche Filter und fungieren als ein Filter, der Licht mit einer vorbestimmten Wellenlänge durchlässt.
Beispielsweise wird angenommen, dass die Transmissionswellenlänge des Plasmonenfilters 121 eine Transmissionswellenlänge A ist. Falls die für die Transmissionswellenlänge A geeignete Tiefe die Tiefe d1 ist, empfängt die Fotodiode 61-1 effizient Licht mit der Transmissionswellenlänge A. Da die Fotodiode 61-1 bis zur Seite der Verdrahtungsschicht 106 ausgebildet ist, empfängt überdies die Fotodiode 61-1 auch Licht mit einer anderen Wellenlänge als der Transmissionswellenlänge A.
Konkreter besteht eine Möglichkeit, dass die Fotodiode 61-1 Licht mit einer längeren Wellenlänge als der Transmissionswellenlänge A empfängt. Eine Lichtkomponente auf der langwelligen Seite ist eine Farbmischungskomponente.
Indes ist die bei der Tiefe d2 ausgebildete Fotodiode 61-2 nicht bei einer Position zum Empfangen von Licht mit der Transmissionswellenlänge A ausgebildet. Mit anderen Worten ist die Fotodiode 61-2 bei einer Position zum Empfangen der Farbmischungskomponente der Transmissionswellenlänge A ausgebildet.
Indem man eine Berechnung unter Verwendung von Signalbeträgen durchführt, die jeweils durch die Fotodioden 61-1 und 61-2 mit solchen Charakteristiken erhalten werden, kann eine Information eines schmaleren Bandes erhalten werden.
Das heißt,
(der Signalbetrag der Fotodiode 61-1) - (der Signalbetrag der Fotodiode 61-2)
wird berechnet, so dass der Signalbetrag, aus welchem die Farbmischungskomponente entfernt wurde, erhalten werden kann.
Indem man solch eine Berechnung durchführt, kann eine spektrale Charakteristik auf einem oberen Bereich der Fotodiode 61-1 erhalten werden. Der obere Bereich der Fotodiode 61-1 ist ein Bereich, der in einem (d2 - d1) in 35 entsprechenden Bereich ausgebildet ist.
Indem man die Signale von den an verschiedenen Positionen ausgebildeten Fotodioden 61 auf diese Weise nutzt, kann eine gewünschte Information eines schmalbandigen Lichts erhalten werden.
Eine andere Konfiguration des Falls einer Verwendung von zwei Pixeln ist in 36 veranschaulicht.
Das in 36 veranschaulichte Pixel 51 ist das gleiche wie das in 35 veranschaulichte Pixel 51, außer dass die Position, wo die Fotodiode 61-2 ausgebildet ist, unterschiedlich ist, und die anderen Teile sind die gleichen. Die Beschreibung der gleichen Teile wird weggelassen.
Die Fotodiode 61-2 ist so ausgebildet, dass das obere Ende der Fotodiode 61-2 von der Siliziumoberfläche aus bei der Tiefe d1gelegen ist und das untere Ende der Fotodiode 61-2 von der Siliziumoberfläche aus bei der Tiefe d2 gelegen ist. Da die Fotodiode 61-2 nicht in Kontakt mit der Verdrahtungsschicht 106 ausgebildet ist, ist darüber hinaus ein vertikaler Transistor 401 zum Lesen von Ladungen aus der Fotodiode 61-2 in Kontakt mit der Fotodiode 61-2 und (einer vorbestimmten Verdrahtung in) der Verdrahtungsschicht 106 vorgesehen.
Selbst in dem in 36 veranschaulichten Pixel wird (der Signalbetrag der Fotodiode 61-1) - (der Signalbetrag der Fotodiode 61-2)
berechnet, so dass die spektrale Charakteristik eines unteren Bereichs der Fotodiode 61-1 erhalten werden kann. Der untere Bereich der Fotodiode 61-1 ist ein Bereich von einer unteren Seite der Fotodiode 61-2 bis zur Grenzfläche der Verdrahtungsschicht 106 und ist ein Bereich, der in einem der Dicke d3 in 36 entsprechenden Bereich ausgebildet ist.
Beispielsweise wird angenommen, dass die Transmissionswellenlänge des Plasmonenfilters 121 eine Transmissionswellenlänge B ist und die für die Transmissionswellenlänge B geeignete Tiefe die Tiefe d2 ist. In diesem Fall ist die Fotodiode 61-1 bei einer Position ausgebildet, um Licht mit der Transmissionswellenlänge B effizient zu empfangen, und ist auch bei einer Position ausgebildet, um Licht mit einer anderen Wellenlänge als der Transmissionswellenlänge B zu empfangen.
In der Fotodiode 61-1 ist die Position zum Empfangen von Licht mit einer anderen Wellenlänge als der Transmissionswellenlänge B ein Bereich, der in einem Gebiet (die Tiefe d2 - die Tiefe d1) ausgebildet ist, und ist eine Position, die zum Empfangen von Licht auf einer Seite kürzerer Wellenlänge als die Transmissionswellenlänge B geeignet ist.
Die in dem Gebiet von der Tiefe d1 bis zur Tiefe d2 ausgebildete Fotodiode 61-2 ist bei der Position ausgebildet, um anderes Licht als Licht mit der Transmissionswellenlänge B zu empfangen. Mit anderen Worten ist die Fotodiode 61-2 bei einer Position zum Empfangen der Farbmischungskomponente der Transmissionswellenlänge B ausgebildet.
(Der Signalbetrag der Fotodiode 61-1) - (der Signalbetrag der Fotodiode 61-2)
Wird unter Verwendung der Signalbeträge berechnet, die durch die Fotodiode 61-1 bzw. die Fotodiode 61-2 mit solchen Charakteristiken erhalten werden, so dass der Signalbetrag, aus dem die Farbmischungskomponente entfernt wurde, erhalten werden kann.
Indem man die Signale von den bei verschiedenen Positionen ausgebildeten Fotodioden 61 auf diese Weise nutzt, kann eine gewünschte Information eines schmalbandigen Lichts erhalten werden.
In 35 und 36 wurde als Beispiel die Beschreibung unter Verwendung des Falls von zwei Pixeln gegeben. Jedoch kann eine Konfiguration übernommen werden, um einen Signalbetrag eines Lichts in einem gewünschten schmalen Band zu erhalten, indem eine Berechnung unter Verwendung von Signalbeträgen durchgeführt wird, die von einer Vielzahl von Pixeln wie etwa vier Pixeln oder fünf Pixeln anstelle von zwei Pixeln erhalten werden.
Darüber hinaus wurde bisher die Beschreibung gegeben, wobei ein Beispiel einer Subtraktion als die Berechnung genommen wurde. Eine andere Berechnung kann jedoch durchgeführt werden. Beispielsweise sind in dem Fall, in dem eine Berechnung unter Verwendung der Signalbeträge von dem benachbarten Pixel 51-1 und dem Pixel 51-2, wie in 35 und 36 veranschaulicht, durchgeführt wird, Positionen im Raum eine Differenz zwischen dem Pixel 51-1 und dem Pixel 51-2, und folglich kann eine Berechnung durchgeführt werden, die eine Berechnung zum Absorbieren solch einer Differenz einschließt.
<Eine Vielzahl von in vertikaler Richtung angeordneten Fotodioden nutzende Konfiguration>
In den in 35 und 36 veranschaulichten Beispielen wurde die Beschreibung vorgenommen, wobei ein Beispiel des Falls genommen wurde, in dem die Fotodioden 61 verwendet wurden, die in der horizontalen Richtung angeordnet und bei verschiedenen Tiefen ausgebildet sind. Als Nächstes wird ein Fall beschrieben, in dem eine Vielzahl von in der vertikalen Richtung angeordneten Fotodioden verwendet wird.
37 veranschaulicht ein Konfigurationsbeispiel des Pixels 51, worin zwei Fotodioden 61 in der vertikalen Richtung angeordnet sind. In dem in 37 veranschaulichten Pixel 51 ist von der Grenzfläche des Siliziumsubstrats aus eine Fotodiode 61-1 bei der Tiefe d1 ausgebildet und ist eine Fotodiode 61-2 bei der Tiefe d2 ausgebildet.
Ein Halbleitergebiet 411 vom P-Typ ist zwischen der Fotodiode 61-1 und der Fotodiode 61-2 ausgebildet, und die Fotodiode 61-1 und die Fotodiode 61-2 sind getrennt konfiguriert. Darüber hinaus ist ein vertikaler Transistor 401 für eine Verbindung mit einer Verdrahtung in der Verdrahtungsschicht 106 mit der Fotodiode 61-1 verbunden.
In dem in 37 veranschaulichten Pixel 51 wird Licht auf einer kurzwelligen Seite von der Fotodiode 61-1 auf einer oberen Seite des Siliziumsubstrats empfangen, und Licht auf einer langwelligen Seite wird von der Fotodiode 61-2 auf einer unteren Seite im Siliziumsubstrat empfangen.
Da das in 37 veranschaulichte Pixel 51 zum Beispiel eine Konfiguration aufweist, in der das Pixel 51-1 und das Pixel 51-2, die in 35 veranschaulicht sind, kombiniert sind, wird
(der Signalbetrag der Fotodiode 61-1) - (der Signalbetrag der Fotodiode 61-2)
berechnet, so dass der Signalbetrag, aus dem die Farbmischungskomponente entfernt worden ist, wie in dem unter Bezugnahme auf 35 beschriebenen Fall erhalten werden kann.
Daher kann eine gewünschte Information eines schmalbandigen Lichts selbst in dem in 37 veranschaulichten Pixel 51 erhalten werden. Da das in 37 veranschaulichte Pixel 51 zwei in einem Pixel ausgebildete Fotodioden 61 aufweist, kann darüber hinaus das Pixel 51 beispielsweise spektrale Charakteristiken mit höherer räumlicher Auflösung als das in 35 veranschaulichte Pixel 51 erhalten.
<Eine einen Plasmonenfilter vom Punkt-Arraytyp nutzende Struktur>
Als der Plasmonenfilter 121 des in 37 veranschaulichten Pixels wird ein Fall beschrieben, in dem der Plasmonenfilter 121 vom Punkt-Arraytyp genutzt wird. Das Pixel 51 in 38 hat die gleiche Struktur wie das in 37 veranschaulichte Pixel 51, ist aber insofern verschieden, als der Plasmonenfilter 121 der Plasmonenfilter 121 vom Punkt-Arraytyp ist.
Eine detaillierte Beschreibung des Plasmonenfilters 121 vom Punkt-Arraytyp wird weggelassen, da er unter Bezugnahme auf 12 und 13 beschrieben wurde. Der Plasmonenfilter 121 vom Punkt-Arraytyp ist ein Filter, der Licht mit einem vorbestimmten Wellenlängenband absorbiert, und wird als Komplementärfarbfilter verwendet. Das Wellenlängenband von Licht, das vom Plasmonenfilter 121 vom Punkt-Arraytyp absorbiert wird, ändert sich in der Abhängigkeit vom Pitch zwischen benachbarten Punkten 133 oder dergleichen.
In dem Plasmonenfilter 121 vom Punkt-Arraytyp verschiebt sich das Absorptionsband des Plasmonenfilters 121 zu einer Seite kürzerer Wellenlänge, je enger der Punkt-Pitch zwischen den Punkten 133 wird, und das Absorptionsband des Plasmonenfilters 121 verschiebt sich zu einer Seite längerer Wellenlänge, je weiter der Pitch zwischen den Punkten 133 wird.
Im Fall einer Verwendung des Plasmonenfilters 121 vom Punkt-Arraytyp kann das Pixel 51 erhalten werden, in welchem die Fotodiode 61 bei der Position zum Empfangen von Licht mit einer vom Plasmonenfilter 121 absorbierten Wellenlänge nicht ausgebildet ist. Das Pixel 51 mit solch einer Konfiguration wird unter Bezugnahme auf 39 beschrieben.
Die obere grafische Darstellung in 39 ist die gleiche wie die in 14 veranschaulichte grafische Darstellung und ist eine grafische Darstellung, die spektrale Charakteristiken veranschaulicht, wenn der in 13 veranschaulichte Plasmonenfilter 121 vom Punkt-Arraytyp verwendet wird. Die unteren Ansichten in 39 veranschaulichen Beispiele, in denen die Fotodiode 61 bei einer Position gemäß der Absorptionswellenlänge des Plasmonenfilters 121 ausgebildet ist.
A in 39 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration eines Beispiels eines Pixels 51a veranschaulicht, worin die Fotodiode 61-1 und die Fotodiode 61-2 gemäß der spektralen Charakteristik ausgebildet sind, die erhalten wird, falls der Punkt-Pitch des Plasmonenfilters 121 auf 300 nm eingestellt ist.
Die spektrale Charakteristik, die erhalten wird, falls der Punkt-Pitch des Plasmonenfilters 121 auf 300 nm eingestellt ist, ist eine spektrale Charakteristik, die vorwiegend blaues Licht (die Wellenlänge λ = 450 nm) absorbiert. Das Pixel 51a hat eine Konfiguration, in der die Fotodiode 61 nicht bei der Tiefe, bei der blaues Licht empfangen wird, ausgebildet ist. Dass die Fotodiode 61 nicht ausgebildet ist, bedeutet, dass die Fotodiode in einem Zustand ausgebildet ist, in dem erzeugte Elektronen (oder Löcher) nicht als elektrisches Signal gelesen werden können (kein Lesen durchgeführt wird), selbst wenn eine fotoelektrische Umwandlung in diesem Bereich stattfindet.
Eine Fotodiode 61-1a ist von der Grenzfläche des Siliziumsubstrats aus in einem Gebiet von der Tiefe d1 bis zu einer Tiefe d3a ausgebildet, und eine Fotodiode 61-2a ist in einem Gebiet von einer Tiefe d2a von der Grenzfläche des Siliziumsubstrats bis nahe der Grenzfläche der Verdrahtungsschicht 106 ausgebildet. Wie in A in 39 veranschaulicht ist, gibt es eine Beziehung die Tiefe d1 < die Tiefe d3a < die Tiefe d2a.
Die Fotodiode 61 ist nicht in einem Gebiet von der Tiefe d3a bis zur Tiefe d2a von der Grenzfläche des Siliziumsubstrats aus ausgebildet. Indem man das Gebiet von der Tiefe d3a bis zur Tiefe d2a als ein Gebiet einrichtet, wo blaues Licht leicht empfangen werden kann, wird Licht im blauen Frequenzband, das vom Plasmonenfilter 121a nicht absorbiert wird, in diesem Gebiet absorbiert, und es wird verhindert, dass es von der Fotodiode 61-1a und einer Fotodiode 61-2a empfangen wird.
Wie oben beschrieben wurde, kann im Pixel 51a die Farbmischung aufgrund des Lichts im Wellenlängenband, das von dem Plasmonenfilter 121a absorbiert wird, reduziert werden, kann die Absorptionswellenlänge des Komplementärfarbfilters als eine stärkere Absorptionswellenlänge beobachtet werden, und die spektralen Charakteristiken können verbessert werden.
B in 39 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration eines Beispiels eines Pixels 51b veranschaulicht, worin die Fotodiode 61-1 und die Fotodiode 61-2 gemäß der spektralen Charakteristik ausgebildet sind, die erhalten wird, falls der Punkt-Pitch des Plasmonenfilters 121 auf 400 nm eingestellt ist.
Die spektrale Charakteristik, die in dem Fall erhalten wird, in dem der Punkt-Pitch des Plasmonenfilters 121 auf 400 nm eingestellt ist, ist eine spektrale Charakteristik, die vorwiegend grünes Licht (die Wellenlänge λ = 530 nm) absorbiert. Das Pixel 51b hat eine Konfiguration, in der die Fotodiode 61 nicht bei der Tiefe, bei der grünes Licht empfangen wird, ausgebildet ist.
Eine Fotodiode 61-1b ist von der Grenzfläche des Siliziumsubstrats aus in einem Gebiet von der Tiefe d1 bis zu einer Tiefe d3b ausgebildet, und eine Fotodiode 61-2b ist in einem Gebiet von einer Tiefe d2b von der Grenzfläche des Siliziumsubstrats bis nahe der Grenzfläche der Verdrahtungsschicht 106 ausgebildet. Wie in B in 39 veranschaulicht ist, gibt es eine Beziehung die Tiefe d1 < die Tiefe d3b < die Tiefe d2b.
Die Fotodiode 61 ist nicht in einem Gebiet von der Tiefe d3b bis zu der Tiefe d2b von der Grenzfläche des Siliziumsubstrats aus ausgebildet. Indem man das Gebiet von der Tiefe d3b bis zur Tiefe d2b als ein Gebiet einrichtet, in dem grünes Licht leicht empfangen werden kann, wird in diesem Gebiet Licht im grünen Frequenzband, das von dem Plasmonenfilter 121b nicht absorbiert wird, absorbiert, und es wird verhindert, dass es von der Fotodiode 61-1b und einer Fotodiode 61-2b empfangen wird.
Wie oben beschrieben wurde, kann in dem Pixel 51b die Farbmischung aufgrund des Lichts im Wellenlängenband, das vom Plasmonenfilter 121b absorbiert wird, reduziert werden, kann die Absorptionswellenlänge des Komplementärfarbfilters als eine stärkere Absorptionswellenlänge beobachtet werden, und die spektralen Charakteristiken können verbessert werden.
C in 39 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration eines Beispiels eines Pixels 51c veranschaulicht, worin die Fotodiode 61-1 und die Fotodiode 61-2 gemäß der spektralen Charakteristik ausgebildet sind, die erhalten wird, falls der Punkt-Pitch des Plasmonenfilters 121 auf 500 nm eingestellt ist.
Die spektrale Charakteristik, die erhalten wird, falls der Punkt-Pitch des Plasmonenfilters 121 auf 400 nm eingestellt ist, ist eine spektrale Charakteristik, die vorwiegend rotes Licht (die Wellenlänge λ = 700 nm) absorbiert. Das Pixel 51c ist so konfiguriert, dass die Fotodiode 61 nicht bei der Tiefe, bei der rotes Licht empfangen wird, ausgebildet ist.
Eine Fotodiode 61-1c ist von der Grenzfläche des Siliziumsubstrats aus in einem Gebiet von der Tiefe d1 bis zu einer Tiefe d3c ausgebildet, und eine Fotodiode 61-2c ist von der Grenzfläche des Siliziumsubstrats in einem Gebiet von einer Tiefe d2c bis nahe der Grenzfläche der Verdrahtungsschicht 106 ausgebildet. Wie in C in 39 veranschaulicht ist, gibt es eine Beziehung die Tiefe d1 < die Tiefe d3c < die Tiefe d2c.
Die Fotodiode 61 ist nicht in einem Gebiet von der Tiefe d3c bis zur Tiefe d2c von der Grenzfläche des Siliziumsubstrats aus ausgebildet. Indem man das Gebiet von der Tiefe d3c bis zur Tiefe d2c als ein Gebiet einstellt, in dem rotes Licht leicht empfangen werden kann, wird in diesem Gebiet Licht im roten Frequenzband, das vom Plasmonenfilter 121c nicht absorbiert wird, absorbiert, und es wird verhindert, dass es von der Fotodiode 61-1c und einer Fotodiode 61-2c empfangen wird.
Wie oben beschrieben wurde, kann in dem Pixel 51c die Farbmischung aufgrund des Lichts in dem Wellenlängenband, das vom Plasmonenfilter 121c absorbiert wird, reduziert werden, kann die Absorptionswellenlänge des Komplementärfarbfilters als eine stärkere Absorptionswellenlänge beobachtet werden, und die spektralen Charakteristiken können verbessert werden.
Wie oben beschrieben wurde, wird selbst in dem Fall, in dem der Plasmonenfilter 121 vom Punkt-Arraytyp verwendet wird, die Tiefe, bei der die Fotodiode 61 nicht ausgebildet ist, so eingestellt, dass sie tiefer liegt, je länger die vom Plasmonenfilter 121 absorbierte Wellenlänge wird. Indem man solch eine Einstellung vornimmt, kann das Pixel erhalten werden, durch das die oben beschriebenen Effekte erhalten werden können.
<Plasmonenfilter vom Quadrat-Arraytyp>
Als ein anderer Plasmonenfilter als die oben beschriebenen Plasmonenfilter 121 kann für die vorliegende Technologie ein Plasmonenfilter 451 vom Quadrat-Arraytyp wie in A in 40 veranschaulicht verwendet werden.
Die grundlegende Konfiguration des Plasmonenfilters 451 vom Quadrat-Arraytyp kann ähnlich der Konfiguration des GMR nutzenden Plasmonenfilters 151 sein, der unter Bezugnahme auf 14 beschrieben wurde. In dem GMR nutzenden Plasmonenfilter 151 sind die rechtwinkligen leitfähigen Dünnfilme 161A einander benachbart in dem vorbestimmten Pitch P5 in der leitfähigen Schicht 161 angeordnet (14). Indem man die rechtwinkligen leitfähigen Dünnfilme 161A durch leitfähige Dünnfilme 151A vom quadratischen Typ ersetzt, kann der Plasmonenfilter 451 vom Quadrat-Arraytyp erhalten werden.
Der Plasmonenfilter 451 vom Quadrat-Arraytyp kann für die vorliegende Technologie verwendet werden. B in 40 veranschaulicht eine Konfiguration des Falls, in dem anstelle des Plasmonenfilters 121 der Plasmonenfilter 451 vom Quadrat-Arraytyp in dem in 37 veranschaulichten Pixel 51 verwendet wird. Wie in 40 veranschaulicht ist, ist in dem Fall, in dem der Plasmonenfilter 451 vom Quadrat-Arraytyp verwendet wird, eine Fotodiode 61-1 oder eine Fotodiode 61-2 bei einer Position ausgebildet, die für die Wellenlänge von Licht, das durch den Plasmonenfilter 451 durchgelassen wird, geeignet ist, und die Fotodiode 61-1 oder die Fotodiode 61-2 ist bei einer Position mit einer Möglichkeit des Empfangs einer Farbmischungskomponente ausgebildet.
Selbst in dem Fall, in dem der Plasmonenfilter 451 vom Quadrat-Typ verwendet wird, können wie in den Fällen, in denen die oben beschriebenen Plasmonenfilter 121 und dergleichen verwendet werden, die spektralen Charakteristiken verbessert werden.
<Konfiguration in einer Vielzahl von Schichten>
Als Nächstes wird ein Fall beschrieben, in dem das Pixel 51 in einer Vielzahl von Schichten ausgebildet ist, mit anderen Worten ein Fall einer Konfiguration, in der eine Vielzahl von Halbleitersubstraten gestapelt ist.
41 sind Ansichten, die Konfigurationen von Beispielen der Pixel 51 veranschaulichen, die unter Verwendung einer Vielzahl von Halbleitersubstraten ausgebildet wurden. 41 veranschaulicht Konfigurationsbeispiele der Pixel 51 mit einer Konfiguration, die ein oberes Halbleitersubstrat 501 und ein unteres Halbleitersubstrat 502 umfasst. Grundlegende Konfigurationen der in A bis C in 41 veranschaulichten Pixel 51a bis 51c sind die gleichen, aber Tiefen, bei denen die Fotodioden 61a bis 61c ausgebildet sind, sind unterschiedlich.
Die grundlegenden Konfigurationen der Pixel 51a bis 51c, die in A bis C in 41 veranschaulicht sind, sind eine Konfiguration, in der der Plasmonenfilter 121, der Zwischenschichtfilm 104, das obere Halbleitersubstrat 501, die Verdrahtungsschicht 106 und das untere Halbleitersubstrat 502 von der Oberseite aus der Reihe nach gestapelt sind. Darüber hinaus ist die Fotodiode 61 im unteren Halbleitersubstrat 502 ausgebildet. Man beachte, dass in 41 die On-Chip-Mikrolinse 101 in einer oberen Schicht und dergleichen weggelassen sind.
In dem in A in 41 veranschaulichten Pixel 51a ist eine Fotodiode 61a bei einer für die Transmissionswellenlänge eines Plasmonenfilters 121a geeigneten Position in einem unteren Halbleitersubstrat 502a ausgebildet.
In dem in B in 41 veranschaulichten Pixel 51b ist eine Fotodiode 61b bei einer für die Transmissionswellenlänge eines Plasmonenfilters 121b geeigneten Position in einem unteren Halbleitersubstrat 502b ausgebildet.
In dem in C in 41 veranschaulichten Pixel 51c ist eine Fotodiode 61c bei einer für die Transmissionswellenlänge eines Plasmonenfilters 121c geeigneten Position in einem unteren Halbleitersubstrat 502c ausgebildet.
Da der Plasmonenfilter 121a, der Plasmonenfilter 121b und der Plasmonenfilter 121c Filter sind, in denen sich die Transmissionswellenlänge in dieser Reihenfolge zur Seite längerer Wellenlänge verschiebt, sind die Tiefe der Fotodiode 61a, die Tiefe der Fotodiode 61b und die Tiefe der Fotodiode 61c in dieser Reihenfolge tiefer ausgebildet.
Das obere Halbleitersubstrat 501 ist ein Siliziumsubstrat, auf dem die Fotodiode 61 und dergleichen nicht ausgebildet sind. Indem man das Siliziumsubstrat als das obere Halbleitersubstrat 501 verwendet, wird Licht auf einer kurzwelligen Seite von durch den Plasmonenfilter 121 durchgelassenem Licht vom Siliziumsubstrat (oberen Halbleitersubstrat 501) absorbiert, und Licht auf einer langwelligen Seite von dem durch den Plasmonenfilter 121 durchgelassenen Licht erreicht die im unteren Halbleitersubstrat 502 ausgebildete Fotodiode 61 und wird von ihr empfangen.
Im Fall des Pixels 51, das das Licht auf einer langwelligen Seite empfängt, kann daher das Licht auf einer kurzwelligen Seite mit einer Wahrscheinlichkeit, eine Farbmischungskomponente zu werden, vom oberen Halbleitersubstrat 501 absorbiert werden. Daher kann das Pixel 51, das die Farbmischungskomponente unterdrücken kann, erhalten werden.
Da die im unteren Halbleitersubstrat 502 ausgebildete Fotodiode 61 wie in der oben beschriebenen Ausführungsform bei der für die Transmissionswellenlänge des Plasmonenfilters 121 geeigneten Position ausgebildet ist, kann außerdem Licht mit einer gewünschten Wellenlänge effizient empfangen werden.
In 41 wurde der Fall als Beispiel beschrieben, in dem die Fotodiode 61 nur im unteren Halbleitersubstrat 502 ausgebildet ist. Wie in 42 veranschaulicht ist, kann jedoch eine Konfiguration übernommen werden, in der die Fotodioden 61 jeweils in sowohl dem oberen Halbleitersubstrat 501 als auch dem unteren Halbleitersubstrat 502 ausgebildet sind.
Grundlegende Konfigurationen von in A bis C in 42 veranschaulichten Pixeln 51a bis 51c sind ähnlich den in A bis C in 41 veranschaulichten Pixeln 51a bis 51c, sind aber insofern verschieden, als Fotodioden 61a-1 bis 61c-1 jeweils im oberen Halbleitersubstrat 501 ausgebildet sind.
In dem in A in 42 veranschaulichten Pixel 51a ist die Fotodiode 61a-1 bei der für die Transmissionswellenlänge des Plasmonenfilters 121a geeigneten Position in einem oberen Halbleitersubstrat 501a ausgebildet, und die Fotodiode 61a-2 ist im unteren Halbleitersubstrat 502a ausgebildet. In dem Pixel 51a wird das Licht mit der Transmissionswellenlänge des Plasmonenfilters 121a von der im oberen Halbleitersubstrat 501a ausgebildeten Fotodiode 61a-1 empfangen, und Licht mit einer langen Wellenlänge, das durch die Fotodiode 61a-1 durchgelassen wird, wird von der im unteren Halbleitersubstrat 502 ausgebildeten Fotodiode 61a-2 empfangen.
In dem in B in 42 veranschaulichten Pixel 51b ist die Fotodiode 61b-1 bei der für die Transmissionswellenlänge des Plasmonenfilters 121b geeigneten Position in einem oberen Halbleitersubstrat 501b ausgebildet, und die Fotodiode 61b-2 ist im unteren Halbleitersubstrat 502b ausgebildet. In dem Pixel 51b wird das Licht mit der Transmissionswellenlänge des Plasmonenfilters 121b von der im oberen Halbleitersubstrat 501b ausgebildeten Fotodiode 61b-1 empfangen, und Licht mit einer langen Wellenlänge, das durch die Fotodiode 61b-1 durchgelassen wird, wird von der im unteren Halbleitersubstrat 502 ausgebildeten Fotodiode 61b-2 empfangen.
In dem in C in 42 veranschaulichten Pixel 51c ist die Fotodiode 61c-1 bei der für die Transmissionswellenlänge des Plasmonenfilters 121c geeigneten Position in einem oberen Halbleitersubstrat 501c ausgebildet, und die Fotodiode 61c-2 ist im unteren Halbleitersubstrat 502c ausgebildet. In dem Pixel 51c wird das Licht mit der Transmissionswellenlänge des Plasmonenfilters 121c von der im oberen Halbleitersubstrat 501c ausgebildeten Fotodiode 61c-1 empfangen, und Licht mit einer langen Wellenlänge, das durch die Fotodiode 61c-1 durchgelassen wird, wird von der im unteren Halbleitersubstrat 502 ausgebildeten Fotodiode 61c-2 empfangen.
Da der Plasmonenfilter 121a, der Plasmonenfilter 121b und der Plasmonenfilter 121c Filter sind, in denen sich die Transmissionswellenlänge in dieser Reihenfolge zur Seite längerer Wellenlänge verschiebt, sind die Tiefe der Fotodiode 61a-1, die Tiefe der Fotodiode 61b-1 und die Tiefe der Fotodiode 61c-1 in dieser Reihenfolge tiefer ausgebildet.
Das in 42 veranschaulichte Beispiel wurde als ein Beispiel unter Verwendung des Falls beschrieben, in dem eine Änderung gemäß der Tiefe der im oberen Halbleitersubstrat 501 ausgebildeten Fotodiode 61-1 vorgenommen wird. Jedoch kann die Tiefe der im unteren Halbleitersubstrat 502 ausgebildeten Fotodiode 61-2 gemäß den Charakteristiken des Plasmonenfilters 121-1 geändert werden.
Im Fall der Konfigurationen, in denen das obere Halbleitersubstrat 501 und das untere Halbleitersubstrat 502 gestapelt sind, wie in 41 und 42 veranschaulicht ist, können das obere Halbleitersubstrat 501 und das untere Halbleitersubstrat 502 wie in 43 bis 47 veranschaulicht gestapelt sein.
Bezug nehmend auf 43 ist das obere Halbleitersubstrat 501 ein Halbleitersubstrat, in welchem die Fotodioden 61-1 in einem Array angeordnet sind, und das untere Halbleitersubstrat 502 ist ein Halbleitersubstrat, in welchem eine Logikschaltung ausgebildet ist und die Fotodioden 61-2 in einem Teil der Logikschaltung ausgebildet sind. Das heißt, die Fotodioden 61-2 und die Logikschaltung sind im unteren Halbleitersubstrat 502 gemischt montiert.
In der in 44 veranschaulichten gestapelten Struktur sind das obere Halbleitersubstrat 501 und das untere Halbleitersubstrat 502 gestapelt, und ferner ist ein drittes Halbleitersubstrat 503 gestapelt. Das dritte Halbleitersubstrat 503 kann ein Halbleitersubstrat sein, in welchem eine Logikschaltung, ein Speicher und dergleichen ausgebildet sind. Das heißt, die Fotodioden 61-2 und die Logikschaltung sind im unteren Halbleitersubstrat 502 gemischt montiert, und die Logikschaltung und der Speicher sind im dritten Halbleitersubstrat 503 gemischt montiert.
Wie in 43 und 44 veranschaulicht ist, kann die Fläche des Halbleitersubstrats effektiv genutzt werden, indem die Fotodioden 61, die Logikschaltung, der Speicher und dergleichen gemischt montiert werden.
Gemäß der in 44 veranschaulichten gestapelten Struktur können überdies die Logikschaltung und der Speicher auf dem zweiten Halbleitersubstrat 502 und dem dritten Halbleitersubstrat 503 angeordnet sein, und der Freiheitsgrad in der Anordnung der Logikschaltung des Speichers kann erhöht werden.
In der in 43 und 44 veranschaulichten gestapelten Struktur stehen die Fotodiode 61-1, die im oberen Halbleitersubstrat 501 ausgebildet ist, und die Fotodiode 61-2 im unteren Halbleitersubstrat 502 nicht in einer Eins-zu-Eins-Beziehung. Mit anderen Worten ist im unteren Halbleitersubstrat 502 eine geringere Anzahl der Fotodioden 61-2 als die Anzahl der Fotodioden 61-1, die im oberen Halbleitersubstrat 501 ausgebildet sind, ausgebildet.
Wie oben beschrieben wurde, sind in dem Fall, in dem im unteren Halbleitersubstrat 502 eine geringere Anzahl an Fotodioden 61-2 als die Anzahl an Fotodioden 61-1, die im oberen Halbleitersubstrat 501 ausgebildet sind, ausgebildet ist, die Fotodioden 61-2 nahe der Mitte des unteren Halbleitersubstrats 502 ausgebildet, wie in 43 und 44 veranschaulicht ist. Es wird davon ausgegangen, dass dies in Bezug auf Charakteristiken vorteilhaft ist, da die Menge an einfallendem Licht nahe der Mitte im Allgemeinen größer als nahe der äußeren Peripherie ist und der Einfallswinkel ebenfalls nahezu senkrecht ist.
Obgleich nicht veranschaulicht kann die Fotodiode 61-2 nahe der äußeren Peripherie des unteren Halbleitersubstrats 502 ausgebildet sein. In einem Fall beispielsweise, in dem ein zu beobachtendes Objekt wahrscheinlich zu einer bestimmten Stelle wie etwa einer Peripherie eines Schirms gelangt und solch eine Stelle aufgenommen wird, kann die Fotodiode 61-2 nahe der äußeren Peripherie des unteren Halbleitersubstrats 502 ausgebildet werden.
Die vorliegende Technologie kann ungeachtet dessen, wo im unteren Halbleitersubstrat 502 die Fotodiode 61-2 ausgebildet ist, verwendet werden. Darüber hinaus ist es, wie in 45 veranschaulicht ist, auch gut, falls die im oberen Halbleitersubstrat 501 ausgebildete Fotodiode 61-1 und die im unteren Halbleitersubstrat 502 ausgebildete Fotodiode 61-2 in einer Eins-zu-Eins-Beziehung ausgebildet sind.
In der in 45 veranschaulichten gestapelten Struktur ist das obere Halbleitersubstrat 501 ein Halbleitersubstrat, in welchem die Fotodioden 61-1 in einem Array ausgebildet sind, ist das untere Halbleitersubstrat 502 ebenfalls ein Halbleitersubstrat, in welchem die Fotodioden 61-2 wie im oberen Halbleitersubstrat 501 in einem Array ausgebildet sind, und das dritte Halbleitersubstrat 503 ist ein Halbleitersubstrat, in welchem die Logikschaltung, der Speicher und dergleichen ausgebildet sind.
Gemäß der in 45 veranschaulichten Struktur ist die Logikschaltung im dritten Halbleitersubstrat 503 angeordnet, so dass nur die Fotodioden 61-2 im zweiten Halbleitersubstrat 502 angeordnet werden können. Daher kann die Fläche der Fotodioden 61-2 groß gemacht werden. Mit der Vergrößerung der Fläche der Fotodioden 61-2 können die Empfindlichkeit und Auflösung verbessert werden. Darüber hinaus sind die Logikschaltung und der Speicher im dritten Halbleitersubstrat angeordnet, kann die Fläche, wo die Logikschaltung und der Speicher angeordnet sind, vergrößert werden, und die Logikschaltung und der Speicher können einfach montiert werden.
Man beachte, dass hier die Beschreibung unter Verwendung der drei Schichten als Beispiel gegeben wurde. Die vorliegende Technologie kann jedoch für vier, fünf oder mehr Schichten verwendet werden.
Es wird noch eine andere gestapelte Struktur beschrieben. Die in 46 veranschaulichte gestapelte Struktur ist der in 43 veranschaulichten gestapelten Struktur in der Ausbildung des oberen Halbleitersubstrats 501 und des unteren Halbleitersubstrats 502 in zwei Schichten ähnlich; ist aber in Anordnungspositionen der Fotodioden 61-2 des zweiten unteren Halbleitersubstrats 502 unterschiedlich.
Die Logikschaltung und die Fotodioden 61-2 sind in dem in 46 veranschaulichten unteren Halbleitersubstrat 502 gemischt montiert. Die Fotodioden 61-2 sind für jeweils mehrere Pixel im unteren Halbleitersubstrat 502 getrennt angeordnet. In dem in 46 veranschaulichten Beispiel sind sechs Pixel (die Fotodioden 61-2 für sechs Pixel) in der horizontalen Richtung in einem zentralen Bereich angeordnet, und sechs Pixel (die Fotodioden 61-2 für sechs Pixel) sind in der horizontalen Richtung in einer oberen linken Richtung, einer oberen rechten Richtung, einer unteren linken Richtung und einer unteren rechten Richtung angeordnet.
Auf diese Weise kann eine Pixelanordnung wie etwa der zentrale Bereich oder der periphere Bereich, bei dem eine Information eines notwendigen Bereichs erfasst werden kann, übernommen werden. In dem in 46 veranschaulichten Beispiel ist als ein Beispiel ein eindimensionaler Sensor, in welchem die Fotodioden 61-2 in einer horizontalen Linie angeordnet sind, genommen; aber ein eindimensionaler Sensor, in welchem die Fotodioden 61-2 in der vertikalen Richtung angeordnet sind, kann übernommen werden.
Darüber hinaus können die Fotodioden 61-2 in der vertikalen Richtung und der horizontalen Richtung angeordnet sein, um als zweidimensionaler Sensor zu dienen. Die Anordnung der Fotodioden 61-2 im unteren Halbleitersubstrat 502 ist ein Beispiel und kann nach Bedarf modifiziert werden. Die Anordnung ist nicht auf die in 46 veranschaulichte beschränkt.
Indem man die Anordnung der Fotodioden 61-2 ändert, kann eine Information eines gewünschten Gebiets (Bildhöhe) erhalten werden. Darüber hinaus können die Fotodioden 61-2 gemäß einer Anwendung geeignet angeordnet werden.
Selbst in dem in 46 veranschaulichten Beispiel kann eine gestapelte Struktur von zwei oder mehr Schichten, wie etwa drei Schichten oder vier Schichten, übernommen werden, und ein Halbleitersubstrat, in welchem eine Logikschaltung, ein Speicher und dergleichen montiert sind, kann ferner auf einer unteren Schicht des unteren Halbleitersubstrats 502 gestapelt werden.
Ein anderes Beispiel des Falls einer getrennten Anordnung der Fotodioden 61-2 im unteren Halbleitersubstrat 502 ist in 47 veranschaulicht. In dem Beispiel einer getrennten Anordnung der Fotodioden 61-2 im unteren Halbleitersubstrat 52, das in 46 oben veranschaulicht ist, wurde als ein Beispiel eine lokale Anordnung beschrieben. Die in dem in 47 veranschaulichten unteren Halbleitersubstrat 502 angeordneten Fotodioden 61-2 sind jedoch getrennt und gleichmäßig angeordnet.
In dem in 47 veranschaulichten Beispiel sind Pixel (Fotodioden 61-2) im unteren Halbleitersubstrat 502 einzeln getrennt angeordnet. Im Fall einer Anordnung der Fotodioden 61-2 auf diese Weise kann eine ausgedünnte Bildinformation auf dem gesamten Schirm erhalten werden.
Der Anwendungsbereich der vorliegenden Technologie ist nicht auf den Fall beschränkt, in dem die Pixel wie in 47 veranschaulicht einzeln getrennt angeordnet sind. Beispielsweise können die Pixel getrennt und gleichmäßig für eine jeweilige Vielzahl von Pixeln wie etwa 1 × 2 Pixel, 2 × 2 Pixel, 3 × 3 Pixel oder dergleichen angeordnet sein.
Darüber hinaus kann durch Ändern der Anordnung der Fotodioden 61-2 wie im Fall der in 46 veranschaulichten gestapelten Struktur eine Information eines gewünschten Gebiets (Bildhöhe) erhalten werden. Darüber hinaus können die Fotodioden 61-2 gemäß einer Anwendung geeignet angeordnet werden.
Falls das Pixel 51 in der gestapelten Struktur wie oben beschrieben konfiguriert ist, besteht eine Möglichkeit, dass Licht in die Logikschaltung oder den Speicher eintritt, die oder der im unteren Halbleitersubstrat 502 angeordnet ist, und eine Operation der Logikschaltung oder des Speichers beeinflusst wird. Darüber hinaus besteht auch eine Möglichkeit, dass Licht auf einem Metallbereich, der die Logikschaltung oder den Speicher bildet, reflektiert wird und solch reflektiertes Licht eine Ursache für Streulicht werden kann.
Daher sind in 48 und 49 Konfigurationen des Bildgebungselements 12 veranschaulicht, das eine lichtabschirmende Einheit zum Abschirmen von Licht gegenüber der Logikschaltung oder dem Speicher enthält. 48 veranschaulicht eine Konfiguration des Bildgebungselements 12, das bei einer Bildhöhenmitte (0%) oder bei einem Bereich ausgebildet ist, wo das einfallende Licht im Wesentlichen senkrecht einfällt. 49 veranschaulicht eine Konfiguration des Bildgebungselements 12, das bei einem anderen Bereich als der Bildhöhenmitte (0%) oder bei einem Bereich ausgebildet ist, wo das einfallende Licht schräg einfällt.
Die grundlegende Konfiguration des Bildgebungselements, das in 48 veranschaulicht ist, ist ähnlich derjenigen des Bildgebungselements 12, das in 3 veranschaulicht ist, und in einem oberen Bereich sind eine On-Chip-Mikrolinse 101, ein Zwischenschichtfilm 102, eine Schicht 103 eines Schmalbandfilters, ein Zwischenschichtfilm 104, eine Schicht 105 eines fotoelektrischen Umwandlungselements und eine Verdrahtungsschicht 106 gestapelt. Es wird angenommen, dass die obige Konfiguration im oberen Halbleitersubstrat 501 angeordnet ist.
Eine Apertur 601 ist unter dem oberen Halbleitersubstrat 501 angeordnet. Die Apertur 601 ist rechts- und linkssymmetrisch angeordnet. Darüber hinaus ist eine im unteren Halbleitersubstrat 502 ausgebildete Fotodiode 61-2 unmittelbar unter einer Öffnung 602 der Apertur 601 angeordnet. In der in 48 veranschaulichten Ausführungsform sind das obere Halbleitersubstrat 501 und das untere Halbleitersubstrat 502 über einen Zwischenschichtfilm 611 verbunden (gebondet).
Die Fotodiode 61-2 ist nahe der Mitte des unteren Halbleitersubstrats 502 angeordnet, und eine Logikschaltung 612-1 und eine Logikschaltung 612-2 sind auf beiden Seiten der Fotodiode 61-2 angeordnet.
In solch einem Bildgebungselement 12 empfängt jede in der Schicht 105 eines fotoelektrischen Umwandlungselements enthaltene Fotodiode 61-1 Licht, das durch die On-Chip-Mikrolinse 101 durchgelassen wurde.
Die Verdrahtungsschicht der Verdrahtungsschicht 106 enthält eine unter Verwendung von Kupfer oder dergleichen gebildete Verdrahtung. Die Verdrahtungsschicht 106 kann auch dafür konfiguriert sein, zusammen mit der Apertur 601 als lichtabschirmender Film zu dienen. Wie in 48 veranschaulicht ist, geht in einem Fall, in dem die im zentralen Bereich in 48 veranschaulichte On-Chip-Mikrolinse 101 eine On-Chip-Mikrolinse 101A ist, durch die On-Chip-Mikrolinse 101A durchgelassenes Licht durch die Öffnung 602 der Apertur 601 und wird von der Fotodiode 61-2 empfangen.
Indes wird Licht von einer von der On-Chip-Mikrolinse 101A verschiedenen On-Chip-Mikrolinse 101, zum Beispiel einer On-Chip-Mikrolinse 101B rechts von der On-Chip-Mikrolinse 101A, nicht durch die Apertur 601 durchgelassen und fällt nicht auf die Logikschaltungen 612-1 und 612-2.
Eine Lichtabschirmung wird mittels der Apertur 601 so geschaffen, dass das durch eine On-Chip-Mikrolinse 101 durchgelassene Licht von der Fotodiode 61-2 des unteren Halbleitersubstrats 502 empfangen wird und nicht auf die Logikschaltung 612 fällt.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 49 die Konfiguration des Bildgebungselements 12 beschrieben, das bei einem anderen Bereich als der Bildhöhenmitte (0 %) oder bei einem Bereich ausgebildet ist, wo das Einfallslicht schräg einfällt. Das in 49 veranschaulichte Bildgebungselement 12 und das in 48 veranschaulichte Bildgebungselement 12 weisen grundsätzlich eine ähnliche Konfiguration auf, sind aber in der Position, Größe, Form und dergleichen der Öffnung 602 der Apertur 601 verschieden. Hier wird die Apertur 601 in 49 als eine Apertur 651 beschrieben, die von der Apertur 601 des Bildgebungselements 12 in 48 zu unterscheiden ist, und die Öffnung 602 wird auch als eine Öffnung 652 beschrieben.
Die in 49 veranschaulichte Apertur 651 ist rechts- und linkssymmetrisch angeordnet. Die Öffnung 652 der in 49 veranschaulichten Apertur 651 ist bei einer sich über zwei Pixel erstreckenden Position ausgebildet. In dem in 49 veranschaulichten Bildgebungselement 12 wird Licht, das wie durch den Pfeil in 49 veranschaulicht durch die On-Chip-Mikrolinse 101A in der schrägen Richtung einfällt, von der Fotodiode 61-1 empfangen, die in der Schicht 105 eines fotoelektrischen Umwandlungselements des oberen Halbleitersubstrats 501 enthalten ist, und das durch die Fotodiode 61-1 durchgelassene Licht wird ferner von der im unteren Halbleitersubstrat 502 ausgebildeten Fotodiode 61-2 empfangen.
Wie oben beschrieben wurde, ist die Fotodiode 61-2 bei einer Position, wo die Fotodiode 61-2 das Licht aus der schrägen Richtung empfangen kann, und bei einer Position nicht unmittelbar unter der Öffnung 652 der Apertur 651 ausgebildet.
Indes wird das Licht, das durch die On-Chip-Mikrolinse 101B aus der schrägen Richtung einfällt, wie durch den Pfeil in 49 veranschaulicht ist, von der Fotodiode 61-1 empfangen, die in der Schicht 105 eines fotoelektrischen Umwandlungselements des oberen Halbleitersubstrats 501 enthalten ist. Falls die Aperturen 651 nicht asymmetrisch angeordnet sind, fällt das durch die Fotodiode 61-1 durchgelassene Licht auf die Logikschaltungseinheit 612-2, wie durch den gestrichelten Pfeil in 49 angegeben ist.
Da die Apertur 652 jedoch asymmetrisch angeordnet ist, wie in 49 veranschaulicht ist, wird das durch die Fotodiode 61-1 durchgelassene Licht durch die Apertur 651 abgeschirmt, und es kann daran gehindert werden, in die Logikschaltungseinheit 612-3 einzutreten.
Die Aperturen 601 und 651 können zusammen ausgebildet werden, wenn die Verdrahtung in der Verdrahtungsschicht 106 des oberen Halbleitersubstrats 501 ausgebildet wird. Darüber hinaus können die Aperturen 601 und 651 als von der Verdrahtungsschicht 106 verschiedene Schichten ausgebildet werden. Darüber hinaus können die Aperturen 601 und 651 als Teil der Verdrahtung der Verdrahtungsschicht 106 ausgebildet werden.
Wie oben beschrieben wurde, kann, indem man die Apertur 601 oder die Apertur 651 gemäß der Bildhöhe ändert oder indem man die Position der Fotodiode 61-2 im unteren Halbleitersubstrat 502 ändert, die Konfiguration, um einen Eintritt von Licht in die Logikschaltung 612 zu verhindern, erhalten werden. Darüber hinaus kann auch eine Reflexion auf dem die Logikschaltung 612 bildenden Metallbereich verhindert werden. Deshalb können nachteilige Effekte aufgrund von Streulicht reduziert werden.
<Struktur mit gestapeltem Thermosensor>
In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde als ein Beispiel der Fall beschrieben, in dem die Fotodioden 61 gestapelt sind. Eine Struktur, in der ein anderer Sensor als die Fotodioden 61 gestapelt ist, kann jedoch übernommen werden. Hier wird als ein Beispiel ein Fall beschrieben, in dem ein Thermosensor gestapelt ist.
50 ist eine Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel des Pixels 51 in einem Fall veranschaulicht, in dem ein Thermosensor 701 gestapelt ist. Die Konfiguration des in 50 veranschaulichten Pixels 51 ist eine Konfiguration, in der von der Oberseite aus ein Plasmonenfilter 121, ein Zwischenschichtfilm 104, ein oberes Halbleitersubstrat 501, eine Verdrahtungsschicht 106 und ein Thermosensor 701 der Reihe nach gestapelt sind. Darüber hinaus ist die Fotodiode 61 im oberen Halbleitersubstrat 501 ausgebildet. Man beachte, dass in 50 die On-Chip-Mikrolinse 101 in einer oberen Schicht und dergleichen weggelassen sind.
Das in 50 veranschaulichte Pixel 51 hat eine Konfiguration, in der der Thermosensor 701 zum Beispiel in einem Bereich gestapelt ist, wo das untere Halbleitersubstrat 502 des Pixels 51, das in 42 veranschaulicht ist, gestapelt wurde.
Der Thermosensor 701 vom MEMS-Typ detektiert die Temperatur, indem eine elektromotorische Kraft gemäß einer Temperaturdifferenz zwischen zwei Typen von Metallkontakten gemessen wird, wie etwa ein Sensor, in welchem Thermoelemente in Reihe geschaltet sind, um eine Thermosäule zu bilden. Strukturen des Thermosensors 701, der einen Plasmonenabsorber enthält und Plasmonenresonanz nutzt, sind hier in 51 veranschaulicht. Jeder der in 51 veranschaulichten Thermosensoren 701a bis 701c veranschaulicht einen Fall, in dem eine Form ähnlich einer Form des Plasmonenfilters 121 verwendet wird.
Der in A in 51 veranschaulichte Thermosensor 701a ist ein Thermosensor 701a in einem Fall, in dem eine Form ähnlich der Form des Plasmonenfilters 121 vom Loch-Arraytyp verwendet wird. Der in B in 51 veranschaulichte Thermosensor 701b ist ein Thermosensor 701b in einem Fall, in dem eine Form ähnlich der Form des GMR nutzenden Plasmonenfilters 151 verwendet wird. Der in C in 51 veranschaulichte Thermosensor 701c ist ein Thermosensor 701c in einem Fall, in dem eine Form ähnlich der Form des Plasmonenfilters 171 mit der Zielscheibenstruktur verwendet wird.
Falls beispielsweise der Thermosensor 701 der eine Plasmonenresonanz nutzende Thermosensor 701 ist, hat der Plasmonenfilter 121 vom Loch-Arraytyp hindurchgehende Löcher, wohingegen der Thermosensor 701a keine Durchgangslöcher aufweist, wie in A in 51 veranschaulicht, was unterschiedlich ist.
Der in A in 51 veranschaulichte Thermosensor 701a weist periodisch angeordnete kreisförmige Löcher auf; die Form der Löcher kann aber neben Kreisen beispielsweise eine Ellipse, ein Polygon wie etwa ein Dreieck oder ein Quadrat, ein Kreuz oder ein Stern sein. Darüber hinaus sind die kreisförmigen Löcher so angeordnet, dass sie an Eckpunkten von Dreiecken gelegen sind, können aber in einem quadratischen Array angeordnet werden, solange die Struktur eine periodische Struktur ist. In diesem Fall kann eine zu absorbierende Wellenlänge geändert werden, indem wie im Fall des Plasmonenfilters 121 (4) der Pitch zwischen den Löchern geändert wird.
Darüber hinaus ist in dem in B in 51 veranschaulichten Thermosensor 701b eine lineare Vertiefung periodisch ausgebildet, und in dem in C in 51 veranschaulichten Thermosensor 701c ist eine konzentrische Vertiefung ausgebildet. In den Fällen kann eine zu absorbierende Wellenlänge geändert werden, indem wie im Fall des Plasmonenfilters 151 ( 14) der Zyklus der Vertiefung geändert wird.
Darüber hinaus kann eine asymmetrische Form genutzt werden. Falls eine asymmetrische Form genutzt wird, können gleichzeitig auch Charakteristiken einer Polarisation erhalten werden. Überdies kann Kupfer oder Gold als den Thermosensor 701 bildendes Material verwendet werden, und mit Gold beschichtetes Kupfer kann genutzt werden. Als das den Thermosensor 701 bildende Material kann ein anderes Material als Kupfer oder Gold verwendet werden.
Obgleich in 51 nicht veranschaulich, ist an einem Ende des Thermosensors 701 ein heißer Übergang ausgebildet, und ein kalter Übergang ist an einer einem vom heißen Übergang aus gezogenen Anschluss entgegengesetzten Seite ausgebildet. Der heiße Übergang und der kalte Übergang sind auf dem Thermosensor 701 ausgebildet, wodurch er als Thermosensor arbeitet.
Auf 50 wieder zurück verweisend, enthält das Pixel 51 den Plasmonenfilter 121 und den eine Plasmonenresonanz nutzenden Thermosensor 701. Das durch den Plasmonenfilter 121 durchgelassene Licht wird von der im oberen Halbleitersubstrat 501 ausgebildeten Fotodiode 61 empfangen. Wie im Folgenden unter Bezugnahme auf 52 beschrieben werden wird, ist die Fotodiode 61 wie in den oben beschriebenen Fällen an einer für die Transmissionswellenlänge des Plasmonenfilters 121 geeigneten Position ausgebildet.
Ein Teil des von der Fotodiode 61 empfangenen Lichts geht durch die Fotodiode 61 hindurch, geht ferner durch die Verdrahtungsschicht 106 hindurch und erreicht den Thermosensor 701. Licht auf einer langwelligen Seite fällt auf den Thermosensor 701. Daher wird in dem Fall, in dem der Thermosensor 701 zum Beispiel die Form des Plasmonenfilters 121 vom Loch-Arraytyp aufweist, ein Pitch zwischen Löchern eingestellt, der zum Empfangen des Lichts auf der langwelligen Seite geeignet ist.
Folglich sind die durch den Plasmonenfilter 121 durchgelassene Wellenlänge und die vom Thermosensor 701 absorbierte Wellenlänge unterschiedliche Wellenlängen. Daher weisen, falls sowohl der Plasmonenfilter 121 als auch der Thermosensor 701 in einem Loch-Arraytyp ausgebildet sind, der Plasmonenfilter 121 und der Thermosensor 701 unterschiedliche Intervalle zwischen den Löchern auf.
In dem Pixel 51, das den Plasmonenfilter 121 und den Thermosensor 701 wie in 50 veranschaulicht enthält, kann die Position der Fotodiode 61 wie in der oben beschriebenen Ausführungsform auf eine für die Transmissionswellenlänge des Plasmonenfilters 121 geeignete Position eingestellt werden. Ein Beispiel des Pixels 51 mit solch einer Konfiguration ist in 52 veranschaulicht.
52 sind Ansichten, die Konfigurationen von Beispielen der Pixel 51 veranschaulichen, die unter Verwendung einer Vielzahl von Halbleitersubstraten ausgebildet sind und den Thermosensor 701 in einer unteren Schicht enthalten. 52 veranschaulich Konfigurationsbeispiele der Pixel 51 mit der Konfiguration, die das obere Halbleitersubstrat 501 und den Thermosensor 701 enthält. Grundlegende Konfigurationen der in A bis C in 52 veranschaulichten Pixel 51a bis 51c sind die gleichen, aber Tiefen, bei denen Fotodioden 61a bis 61c ausgebildet sind, sind unterschiedlich.
Die grundlegende Konfiguration der in A bis C in 52 veranschaulichten Pixel 51a bis 51c ist eine Konfiguration, in der von der Oberseite aus ein Plasmonenfilter 121, ein Zwischenschichtfilm 104, ein oberes Halbleitersubstrat 501, eine Verdrahtungsschicht 106 und ein Thermosensor 701 der Reihe nach gestapelt sind. Darüber hinaus ist die Fotodiode 61 im oberen Halbleitersubstrat 501 ausgebildet. Man beachte, dass in 51 die On-Chip-Mikrolinse 101 in einer oberen Schicht und dergleichen weggelassen sind.
In dem in A in 52 veranschaulichten Pixel 51a ist die Fotodiode 61a bei der für die Transmissionswellenlänge des Plasmonenfilters 121a geeigneten Position im oberen Halbleitersubstrat 501a ausgebildet.
In dem in B in 52 veranschaulichten Pixel 51b ist die Fotodiode 61b bei der für die Transmissionswellenlänge des Plasmonenfilters 121b geeigneten Position im oberen Halbleitersubstrat 501b ausgebildet.
In dem in C in 52 veranschaulichten Pixel 51c ist die Fotodiode 61c bei der für die Transmissionswellenlänge des Plasmonenfilters 121c geeigneten Position im oberen Halbleitersubstrat 501c ausgebildet.
Da der Plasmonenfilter 121a, der Plasmonenfilter 121b und der Plasmonenfilter 121c Filter sind, in denen sich die Transmissionswellenlänge zu der Seite einer längeren Wellenlänge in dieser Reihenfolge verschiebt, sind die Tiefe der Fotodiode 61a, die Tiefe der Fotodiode 61b und die Tiefe der Fotodiode 61c in dieser Reihenfolge tiefer ausgebildet.
Wie oben beschrieben wurde, kann, da die im oberen Halbleitersubstrat 501 ausgebildete Fotodiode 61 wie in der oben beschriebenen Ausführungsform bei der für die Transmissionswellenlänge des Plasmonenfilters 121 geeigneten Position ausgebildet ist, Licht mit einer gewünschten Wellenlänge effizient empfangen werden.
Indem man den Thermosensor 701 in eine Form ausbildet, die eine Plasmonenresonanz auf der langwelligen Seite hervorruft, empfängt überdies der Thermosensor 701 Licht auf der langwelligen Seite, das durch den Plasmonenfilter 121, die Fotodiode 61, die Verdrahtungsschicht 106 und dergleichen durchgelassen wurde, und kann als Thermosensor fungieren.
Man beachte, dass hier als ein Beispiel die Beschreibung unter Verwendung des eine Plasmonenresonanz nutzenden Thermosensors 701 vom MEMS-Typ vorgenommen wurde. Jedoch kann anstelle des eine Plasmonenresonanz nutzenden Thermosensors beispielsweise ein Sensor mit einer Thermosäule oder ein den Seebeck-Effekt nutzender Sensor verwendet werden.
Darüber hinaus kann der Thermosensor 701 ein vakuumversiegelter Chip sein. Indem der vakuumversiegelt ist, kann der Thermosensor 701 ein Wärmeleck vermeiden und kann ein Thermosensor mit hoher Empfindlichkeit sein.
Wie oben beschrieben wurde, kann, indem die Fotodiode bei der Position im Silizium gebildet wird, die für die Transmissionswellenlänge des Plasmonenfilters geeignet ist, unter Ausnutzung der Umstände, dass Silizium vorwiegend einen Bereich sichtbaren Lichts absorbiert und das Licht auf einer Seite kürzerer Wellenlänge auf der Siliziumoberflächenschicht absorbiert wird und das Licht auf einer Seite längerer Wellenlänge eine tiefere Schicht des Siliziums erreicht, die Farbmischung unterdrückt werden und kann die Empfindlichkeit verbessert werden.
Indem man die Charakteristiken des Plasmonenfilters nutzt und die Fotodiode bei der für die Charakteristiken geeigneten Position ausbildet, kann darüber hinaus die Wellenlängenauflösung verbessert werden.
<Anwendungsbeispiel für ein System für endoskopische Chirurgie >
Darüber hinaus kann die Technologie (vorliegende Technologie) gemäß der vorliegenden Offenbarung für ein System für endoskopische Chirurgie verwendet werden.
53 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Systems für endoskopische Chirurgie veranschaulicht, für das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung (vorliegende Technologie) verwendet werden kann.
53 veranschaulicht einen Zustand, in welchem ein Bediener (Chirurg) 11131 gerade einen chirurgischen Eingriff an einem Patienten 11132 auf einem Patientenbett 11133 durchführt. Wie in 67 dargestellt umfasst das System 11000 für endoskopische Chirurgie ein Endoskop 11100, andere chirurgische Instrumente 11110 wie etwa ein Pneumoperitoneum-Rohr 11111 und eine Energiebehandlungsvorrichtung 11112, eine Trägerarmvorrichtung 11120, die das Endoskop 11100 darauf trägt, und einen Rollwagen 11200, auf welchem verschiedene Vorrichtungen für endoskopische Chirurgie montiert sind.
Das Endoskop 11100 umfasst einen Linsentubus 11101 und einen Kamerakopf 11102. Ein Bereich mit vorbestimmter Länge von einem Distalende des Linsentubus 11101 wird in einen Körperhohlraum des Patienten 11132 eingeführt. Der Kamerakopf 11102 ist mit einem Proximalende des Linsentubus 11101 verbunden. 67 veranschaulicht das Endoskop 11100, das als ein sogenanntes hartes Endoskop konfiguriert ist, das den harten Linsentubus 11101 umfasst. Das Endoskop 11100 kann jedoch als sogenanntes weiches Endoskop, das einen weichen Linsentubus umfasst, konfiguriert sein.
Im Distalende des Linsentubus 11101 ist eine Öffnung vorgesehen, in die eine Objektlinse eingepasst ist. Eine Lichtquellenvorrichtung 11203 ist mit dem Endoskop 11100 verbunden, und von der Lichtquellenvorrichtung 11203 erzeugtes Licht wird in ein Distalende des Linsentubus 11101 durch eine Lichtführung geführt, die sich innerhalb des Linsentubus 11101 erstreckt, und ein Beobachtungsziel im Körperhohlraum des Patienten 11132 wird durch die Objektlinse bestrahlt. Es ist besonders zu erwähnen, dass das Endoskop 11100 ein Endoskop für Geradeaussicht sein kann oder ein Endoskop für Schrägsicht oder ein Endoskop für eine Seitensicht sein kann.
Ein optisches System und ein Bildgebungselement sind innerhalb des Kamerakopfes 11102 vorgesehen, und reflektiertes Licht (Beobachtungslicht) vom Beobachtungsziel durch das optische System auf dem Bildgebungselement zusammengeführt bzw. gebündelt. Das Beobachtungslicht wird durch das Bildgebungselement photoelektrisch umgewandelt, und ein dem Beobachtungslicht entsprechendes elektrisches Signal, mit anderen Worten ein einem Beobachtungsbild entsprechendes Bildsignal, wird erzeugt. Das Bildsignal wird als Rohdaten zu einer Kamera-Steuerungseinheit (CCU) 11201 übertragen.
Die CCU 11201 enthält eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), eine Graphikverarbeitungseinheit (GPU) oder dergleichen und steuert allgemein eine Operation des Endoskops 11100 und einer Anzeigevorrichtung 11202. Außerdem empfängt die CCU 11201 das Bildsignal vom Kamerakopf 11102 und führt basierend auf dem Bildsignal verschiedene Arten einer Bildverarbeitung zum Anzeigen eines Bildes, wie etwa einen Entwicklungsprozess (Demosaicing-Prozess) oder dergleichen, am Bildsignal durch.
Die Anzeigevorrichtung 11202 zeigt basierend auf dem Bildsignal, auf das von der CCU 11201 die Bildverarbeitung angewendet wurde, mittels einer Steuerung der CCU 11201 das Bild an.
Die Lichtquellenvorrichtung 11203 enthält eine Lichtquelle wie etwa beispielsweise eine lichtemittierende Diode (LED) und führt Bestrahlungslicht beim Aufnehmen eines Operationsbereichs oder dergleichen dem Endoskop 11100 zu.
Eine Eingabevorrichtung 11204 ist eine Eingabeschnittstelle für das System 11000 für endoskopische Chirurgie. Ein Nutzer kann über die Eingabevorrichtung 11204 verschiedene Arten einer Information und Anweisungen in das System 11000 für endoskopische Chirurgie eingeben. Beispielsweise gibt der Nutzer eine Anweisung um Bildgebungsbedingungen (eine Art von Bestrahlungslicht, eine Vergrößerung, eine Brennweite und dergleichen) durch das Endoskop 11100 zu ändern, ein.
Eine Vorrichtung 11205 zur Steuerung eines Behandlungsinstruments steuert eine Ansteuerung der Energiebehandlungsvorrichtung 11112 für eine Kauterisierung bzw. Verätzung oder einen Schnitt eines Gewebes, ein Verschließen eines Blutgefäßes oder dergleichen. Um das Sichtfeld des Endoskops 11100 und den Arbeitsraum für den Bediener sicherzustellen, schickt eine Pneumoperitoneum-Vorrichtung 11206 durch das Pneumoperitoneum-Rohr 11111 Gas in den Körperhohlraum des Patienten 11132, um den Körperhohlraum auszudehnen. Eine Aufzeichnungsvorrichtung 11207 ist eine Vorrichtung, die verschiedene Arten einer Information in Bezug auf einen chirurgischen Eingriff aufzeichnen kann. Ein Drucker 11208 ist eine Vorrichtung, die verschiedene Arten von Information in Bezug auf einen chirurgischen Eingriff in verschiedenen Formen wie etwa als Text, Bild oder grafische Darstellung drucken kann.
Es ist besonders zu erwähnen, dass die Lichtquellenvorrichtung 11203, die Bestrahlungslicht beim Aufnehmen des Operationsbereichs dem Endoskop 11100 zuführt, von einer Weißlichtquelle gebildet werden kann, die zum Beispiel von einer LED, einer Laserlichtquelle oder einer Kombination von ihnen gebildet werden kann. Falls die Weißlichtquelle von einer Kombination von roten, grünen und blauen (RGB-) Laserlichtquellen gebildet wird, können die Ausgabeintensität und der Ausgabezeitpunkt der jeweiligen Farben (Wellenlängen) mit hoher Genauigkeit gesteuert werden kann. Daher kann eine Einstellung eines Weißabgleichs des aufgenommenen Bildes in der Lichtquellenvorrichtung 11203 durchgeführt werden. Ferner wird in diesem Fall das Beobachtungsziel mit dem Laserlicht von jeder der RGB-Laserlichtquellen in Zeitmultiplex-Weise gestrahlt, und die Ansteuerung des Bildgebungselements des Kamerakopfes 11102 wird synchron mit den Bestrahlungszeitpunkten gesteuert, so dass den R-, G- und B-Farben individuell entsprechende Bilder in Zeitmultiplex-Weise aufgenommen werden können. Gemäß diesem Verfahren ist es möglich, ein Farbbild zu erhalten, ohne einen Farbfilter für das Bildgebungselement vorzusehen.
Ferner kann eine Ansteuerung der Lichtquellenvorrichtung 11203 gesteuert, um eine Intensität eines abzugebenden Lichts für jede vorbestimmte Zeit geändert wird. Die Ansteuerung des Bildgebungselements des Kamerakopfes 11102 wird synchron mit dem Zeitpunkt einer Änderung der Lichtintensität gesteuert, und werden Bilder in Zeitmultiplex-Weise erfasst, und die Bilder kombiniert bzw. synthetisiert, so dass ein Bild mit einem hohen Dynamikbereich ohne unterentwickelte blockierte Abschattungen und überbelichtete Hervorhebungen erzeugt werden kann.
Außerdem kann die Lichtquellenvorrichtung 11203 so konfiguriert sein, dass sie Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenband entsprechend einer Beobachtung mit speziellem Licht zuführt. Bei einer Beobachtung mit speziellem Licht wird beispielsweise unter Ausnutzung der Wellenlängenabhängigkeit einer Lichtabsorption in einem Körpergewebe eine sogenannte schmalbandige Bildgebung durchgeführt, indem Licht in einem schmaleren Band als das Bestrahlungslicht (mit anderen weißes Licht) zur Zeit einer normalen Beobachtung durchgeführt, um ein vorbestimmtes Gewebe wie etwa ein Blutgefäß in einer mukosalen Oberflächenschicht mit einem hohen Kontrast aufzunehmen. Alternativ dazu kann bei der Beobachtung mit speziellem Licht eine Bildgebung mittels Fluoreszenz durchgeführt werden, um ein Bild mittels Fluoreszenz zu erhalten, das mittels Bestrahlung mit Anregungslicht erzeugt wird. Bei der Bildgebung mittels Fluoreszenz kann eine Bestrahlung des Körpergewebes mit Anregungslicht, um Fluoreszenz vom Körpergewebe zu beobachten (Eigenfluoreszenz-Beobachtung) oder eine Einspritzung eines Reagenzmittels wie etwa Indocyaningrün (ICG) in das Körpergewebe und Bestrahlen des Körpergewebes mit Anregungslicht entsprechend einer Fluoreszenzwellenlänge des Reagenzmittels, um ein Fluoreszenzbild zu erhalten, durchgeführt werden. Die Lichtquellenvorrichtung 11203 kann dafür konfiguriert sein, derartiges schmalbandiges Licht und/oder Anregungslicht, das für eine Beobachtung mit speziellem Licht wie oben beschrieben geeignet ist, bereitzustellen.
54 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer funktionalen Konfiguration des Kamerakopfes 11102 und der CCU 11201 zeigt, die in 67 dargestellt sind.
Der Kamerakopf 11102 enthält eine Linseneinheit 11401, eine Bildgebungseinheit 11402, eine Ansteuerungseinheit 11403, eine Kommunikationseinheit 11404 und eine Kamerakopf-Steuerungseinheit 11405. Die CCU 11201 enthält eine Kommunikationseinheit 11411, eine Bildverarbeitungseinheit 11412 und eine Steuerungseinheit 11413. Der Kamerakopf 11102 und die CCU 11201 sind für eine Kommunikation miteinander durch ein Übertragungskabel 11400 verbunden.
Die Linseneinheit 11401 ist ein optisches System, das in einem Verbindungsbereich zwischen dem Kamerakopf 11102 und dem Linsentubus 11101 vorgesehen ist. Über ein Distalende des Linsentubus 11101 aufgenommenes Beobachtungslicht wird zum Kamerakopf 11102 geführt und tritt in die Linseneinheit 11401 ein. Die Linseneinheit 11401 enthält eine Kombination einer Vielzahl von Linsen, einschließlich einer Zoomlinse und einer Fokuslinse.
Das Bildgebungselement, das die Bildgebungseinheit 11402 bildet, kann ein Bildgebungselement (sogenanntes einzelnes Bildgebungselement) sein oder kann eine Vielzahl von Bildgebungselementen (sogenannte Mehrfach-Bildgebungselemente) sein. Falls die Bildgebungseinheit 11402 beispielsweise von Mehrfach-Bildgebungselementen gebildet wird, kann durch Erzeugen von jeweiligen R, G und B entsprechenden Bildsignalen durch die Bildgebungselemente und Synthetisieren der Bildsignale ein Farbbild erhalten werden. Alternativ dazu kann die Bildgebungseinheit 11402 kann von einem Paar Bildgebungselemente gebildet werden, um jeweils Bildsignale für das rechte Auge und das linke Auge zu erlangen, die einer dreidimensionalen (3D) Anzeige entsprechen. Mit der 3D-Anzeige kann der Bediener 11131 die Tiefe eines biologischen Gewebes im Operationsbereich genauer erfassen. Es ist besonders zu erwähnen, dass, falls die Bildgebungseinheit 11402 von den Mehrfach-Bildgebungselementen gebildet wird, eine Vielzahl von Systemen der Linseneinheiten 11401 entsprechend den Bildgebungselementen vorgesehen sein können.
Außerdem muss die Bildgebungseinheit 11402 nicht notwendigerweise im Kamerakopf 11102 vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Bildgebungseinheit 11402 unmittelbar hinter der Objektivlinse innerhalb des Linsentubus 11101 vorgesehen sein.
Die Ansteuerungseinheit 11403 wird von einem Aktuator gebildet und bewegt unter einer Steuerung der Kamerakopf-Steuerungseinheit 11405 die Zoomlinse und die Fokuslinse der Linseneinheit 11401 um einen vorbestimmten Abstand entlang einer optischen Achse. Bei der Bewegung können eine Vergrößerung und ein Brennpunkt eines aufgenommenen Bildes durch die Bildgebungseinheit 11402 geeignet eingestellt werden.
Die Kommunikationseinheit 11404 wird von einer Kommunikationsvorrichtung zum Übertragen und Empfangen verschiedener Arten von Information zu und von der CCU 11201 gebildet. Die Kommunikationseinheit 11404 überträgt das von der Bildgebungseinheit 11402 erhaltene Bildsignal über das Übertragungskabel 11400 als Rohdaten zur CCU 11201.
Außerdem empfängt die Kommunikationseinheit 11404 ein Steuerungssignal zum Steuern einer Ansteuerung des Kamerakopfes 11102 von der CCU 11201 und stellt das Steuerungssignal der Kamerakopf-Steuerungseinheit 11405 bereit. Das Steuerungssignal enthält Information in Bezug auf Bildgebungsbedingungen, wie etwa zum Beispiel eine Information, um eine Frame-Rate eines aufgenommenen Bildes zu spezifizieren, eine Information, um einen Belichtungswert bei einer Bildgebung zu spezifizieren, und/oder eine Information, um die Vergrößerung und den Brennpunkt eines aufgenommenen Bildes zu spezifizieren.
Es ist besonders zu erwähnen, dass die Bildgebungsbedingungen wie etwa die Frame-Rate, der Belichtungswert, die Vergrößerung und der Fokus durch den Nutzer geeignet bestimmt werden können oder durch die Steuerungseinheit 11413 der CCU 11201 auf der Basis des erfassten Bildsignals automatisch eingestellt werden können. Im letztgenannten Fall sind im Endoskop 11100 eine Funktion einer automatischen Belichtung (AE), eine Funktion eines Autofokus (AF) und eine Funktion eines automatischen Weißabgleichs (AWB) integriert.
Die Kamerakopf-Steuerungseinheit 11405 steuert eine Ansteuerung des Kamerakopfes 11102 auf der Basis des über die Kommunikationseinheit 11404 von der CCU 11201 empfangenen Steuerungssignals.
Die Kommunikationseinheit 11411 wird von einer Kommunikationsvorrichtung, um verschiedene Arten von Information zum Kamerakopf 11102 zu übertragen und von ihm zu empfangen, gebildet. Die Kommunikationseinheit 11411 empfängt das über das Übertragungskabel 11400 vom Kamerakopf 11102 übertragene Bildsignal.
Außerdem überträgt die Kommunikationseinheit 11411 ein Steuerungssignal zum Steuern einer Ansteuerung des Kamerakopfes 11102 zum Kamerakopf 11102. Das Bildsignal und das Steuerungssignal können mittels elektrischer Kommunikation, optischer Kommunikation oder dergleichen übertragen werden.
Die Bildverarbeitungseinheit 11412 wendet verschiedene Arten einer Bildverarbeitung auf das vom Kamerakopf 11102 als Rohdaten übertragene Bildsignal an.
Die Steuerungseinheit 11413 führt verschiedene Arten einer Steuerung bezüglich einer Bildgebung des Operationsbereichs und dergleichen durch das Endoskop 11100 und einer Anzeige des aufgenommenen Bildes durch, das mittels Bildgebung des Operationsbereichs erhalten wurde. Beispielsweise erzeugt die Steuerungseinheit 11413 ein Steuerungssignal, um eine Ansteuerung des Kamerakopfes 11102 zu steuern.
Außerdem zeigt die Steuerungseinheit 11413 auf der Basis des Bildsignals, auf das die Bildverarbeitung von der Bildverarbeitungseinheit 11412 angewendet wurde, in der Anzeigevorrichtung 11202 das aufgenommene Bild des Operationsbereichs oder dergleichen an. Zu dieser Zeit kann die Steuerungseinheit 11413 unter Verwendung verschiedener Bilderkennungstechnologien verschiedene Objekte im aufgenommenen Bild erkennen. Beispielsweise kann die Steuerungseinheit 11413 ein chirurgisches Instrument wie etwa eine Pinzette bzw. Zange, einen bestimmten Bereich eines lebenden Körpers, eine Blutung, Dunst, wenn die Energiebehandlungsvorrichtung 11112 verwendet wird, oder dergleichen erkennen, indem die Form, Farbe und so weiter von Rändern von Objekten detektiert werden, die in einem aufgenommenen Bild enthalten sind. Die Steuerungseinheit 11413 kann beim Anzeigen des aufgenommenen Bildes in der Anzeigevorrichtung 11202 verschiedene Arten einer Information zur Unterstützung eines chirurgischen Eingriffs auf dem Bild des Operationsbereichs überlagern und anzeigen. Die Überlagerung und Anzeige und Präsentation der Information zur Unterstützung eines chirurgischen Eingriffs für den Bediener 11131 kann die Belastung für den Bediener 11131 reduzieren und ermöglicht dem Bediener 11131 den chirurgischen Eingriff sicher fortführen.
Das Übertragungskabel 11400, das den Kamerakopf 11102 und die CCU 11201 miteinander verbindet, ist ein elektrisches Signalkabel entsprechend einer Kommunikation elektrischer Signale, eine Lichtleitfaser entsprechend einer optischen Kommunikation oder ein Verbundkabel davon.
Im veranschaulichten Beispiel wurde hier die Kommunikation unter Verwendung des Übertragungskabels 11400 drahtgebunden durchgeführt. Jedoch kann die Kommunikation zwischen dem Kamerakopf 11102 und der CCU 11201 drahtlos durchgeführt werden.
Ein Beispiel eines Systems für endoskopische Chirurgie, für das die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann, wurde beschrieben. Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung kann für den Kamerakopf 11102 oder die Bildgebungseinheit 11402 des Kamerakopfes 11102 beispielsweise der oben beschriebenen Konfigurationen verwendet werden. Konkret kann beispielsweise das Bildgebungselement 12 in 1 für die Bildgebungseinheit 11402 verwendet werden. Durch Anwenden der Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung auf die Bildgebungseinheit 11402 kann ein detailliertes und genaueres Bild des Operationsbereichs erhalten werden. Daher kann der Bediener den Operationsbereich zuverlässig bestätigen.
Es ist hier besonders zu erwähnen, dass das System für endoskopische Chirurgie hier als ein Beispiel beschrieben wurde. Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung kann jedoch beispielsweise für ein System für mikroskopische Chirurgie oder dergleichen verwendet werden kann.
<Anwendungsbeispiel für bewegliche Körper>
Darüber hinaus kann die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung beispielsweise als eine Vorrichtung realisiert werden, die an jeder beliebigen Art beweglicher Körper montiert wird, die ein Automobil, ein Elektrofahrzeug, ein Hybrid-Elektrofahrzeug, ein Motorrad, ein Fahrrad, eine Vorrichtung für persönliche Mobilität, ein Flugzeug, eine Drohne, ein Schiff, einen Roboter und dergleichen umfassen.
55 ist ein Blockdiagramm, das ein schematisches Konfigurationsbeispiel eines Fahrzeugsteuerungssystems als ein Beispiel eines Systems zur Steuerung beweglicher Körper veranschaulicht, für das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann.
Das Fahrzeugsteuerungssystem 12000 umfasst eine Vielzahl elektronischer Steuerungseinheiten, die über ein Kommunikationsnetzwerk 12001 verbunden sind. In dem in 69 veranschaulichten Beispiel umfasst das Fahrzeugsteuerungssystem 12000 eine Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010, eine Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020, eine Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs, eine Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug und eine integrierte Steuerungseinheit 12050. Außerdem sind als eine funktionale Konfiguration der integrierten Steuerungseinheit 12050 ein Mikrocomputer 12051, eine Ton/Bild-Ausgabeeinheit 12052 und eine Schnittstelle (I/F) 12053 des im Fahrzeug montierten Netzwerks veranschaulicht.
Die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 steuert gemäß verschiedenen Programmen die Operationen von Vorrichtungen in Bezug auf das Antriebssystem eines Fahrzeugs. Beispielsweise dient die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 als Steuerungsvorrichtung einer Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung zum Erzeugen einer Antriebskraft des Fahrzeugs wie etwa eines Verbrennungsmotors, eines Antriebsmotors oder dergleichen, eines Antriebskraft-Übertragungsmechanismus, um die Antriebskraft auf Räder zu übertragen, eines Lenkmechanismus, der den Lenkwinkel des Fahrzeugs einstellt, einer Bremsvorrichtung, die eine Bremskraft des Fahrzeugs erzeugt, und dergleichen.
Die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 steuert Operationen verschiedener Vorrichtungen, mit den an einer Fahrzeugkarosserie ausgestattet ist, gemäß verschiedenen Programmen. Beispielsweise dient die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 als Steuerungsvorrichtung für ein schlüsselloses Zugangssystem, ein System für intelligente Schlüssel, eine automatische Fenstervorrichtung oder verschiedene Arten von Leuchten wie etwa einen Frontscheinwerfer, einen Heckscheinwerfer, eine Bremsleuchte, ein Fahrtrichtungssignal, eine Nebelleuchte oder dergleichen. In diesem Fall können Funkwellen, die von einer mobilen Vorrichtung als Alternative zu einem Schlüssel gesendet werden, oder Signale verschiedener Arten von Schaltern in die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 eingespeist werden. Die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 empfängt eine Einspeisung der Funkwellen oder der Signale und steuert eine Türverriegelungsvorrichtung, die automatische Fenstervorrichtung, die Leuchten und dergleichen des Fahrzeugs.
Die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs detektiert Information über die äußere Umgebung des Fahrzeugs, an dem das Fahrzeugsteuerungssystem 12000 montiert ist. Beispielsweise ist die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs mit einer Bildgebungseinheit 12031 verbunden. Die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs veranlasst die Bildgebungseinheit 12031, ein Bild der äußeren Umgebung des Fahrzeugs aufzunehmen, und empfängt das aufgenommene Bild. Die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs kann auf der Basis des empfangenen Bildes eine Verarbeitung zum Detektieren eines Objekts wie etwa einer Person, eines Wagens, eines Hindernisses, eines Verkehrsschilds, eines Zeichens auf einer Straßenoberfläche oder dergleichen oder eine Verarbeitung zum Detektieren eines Abstands dazu ausführen.
Die Bildgebungseinheit 12031 ist ein optischer Sensor, der Licht empfängt und der entsprechend der Menge des empfangenen Lichts ein elektrisches Signal abgibt. Die Bildgebungseinheit 12031 kann auch das elektrische Signal als Bild ausgeben und kann das elektrische Signal als Information über einen gemessenen Abstand abgeben. Außerdem kann das von der Bildgebungseinheit 12031 empfangene Licht sichtbares Licht sein oder kann unsichtbares Licht wie etwa Infrarotstrahlen oder dergleichen sein.
Die Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug detektiert Information über das Innere bzw. aus dem Inneren des Fahrzeugs. Eine Einheit 12041 zur Detektion eines Fahrerzustands, die einen Zustand eines Fahrers detektiert, ist mit der Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug verbunden. Die Einheit 12041 zur Detektion eines Fahrerzustands umfasst zum Beispiel eine Kamera, die den Fahrer aufnimmt, und die Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug kann auf der Basis der von der Einheit 12041 zur Detektion eines Fahrerzustands eingegebenen Detektionsinformation den Ermüdungsgrad des Fahrers oder den Konzentrationsgrad des Fahrers berechnen oder kann bestimmen, ob der Fahrer eindöst.
Der Mikrocomputer 12051 berechnet einen Steuerungszielwert für die Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung, den Lenkmechanismus oder die Bremsvorrichtung auf der Basis der Information über das Innere und die äußere Umgebung des Fahrzeugs, welche Information durch die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs oder die Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug erhalten wird, und kann einen Steuerungsbefehl an die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 ausgeben. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung zu dem Zweck durchführen, um Funktionen eines fortgeschrittenen Fahrerassistenzsystems (ADAS) zu realisieren, dessen Funktionen eine Vermeidung einer Kollision oder Aufprallabschwächung für das Fahrzeug, eine Nachfolgefahrt basierend auf einem Folgeabstand, eine Fahrt bei konstanter Geschwindigkeit, eine Warnung vor einer Kollision des Fahrzeugs, eine Warnung vor einer Spurabweichung des Fahrzeugs und dergleichen einschließen.
Außerdem steuert der Mikrocomputer 12051 die Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung, den Lenkmechanismus, die Bremsvorrichtung oder dergleichen auf der Basis der Information über eine Umgebung des Fahrzeugs, die in der Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs oder der Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug erfasst wird, um eine kooperative Steuerung zum Zweck eines automatischen Fahrens beim autonomen Reisen ohne Abhängigkeit von einem Eingriff des Fahrers oder dergleichen durchzuführen.
Der Mikrocomputer 12051 kann außerdem einen Steuerungsbefehl an die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 auf der Basis der Information über die äußere Umgebung des Fahrzeugs ausgeben, welche durch die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs erhalten wird. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung, um eine Blendung zu verhindern, ausführen, indem etwa die Frontleuchte gemäß der Position eines vorausfahrenden Fahrzeugs oder eines entgegenkommenden Fahrzeugs, das durch die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs detektiert wird, gesteuert wird und von Fernlicht auf Abblendlicht umgeschaltet wird.
Die Ton/Bild-Ausgabeeinheit 12052 überträgt ein Ausgangssignal eines Tons und/oder eines Bildes an eine Ausgabevorrichtung, die einen Insassen des Fahrzeugs oder die äußere Umgebung des Fahrzeugs optisch oder akustisch Meldung geben kann. Im Beispiel von 69 sind als die Ausgabevorrichtung ein Lautsprecher 12061, eine Anzeigeeinheit 12062 und ein Armaturenbrett 12063 beispielhaft veranschaulicht. Die Anzeigeeinheit 12062 kann beispielsweise eine bordeigene Anzeige und/oder ein Head-Up-Display umfassen.
56 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Installationsposition der Bildgebungseinheit 12031 veranschaulicht.
In 56 sind Bildgebungseinheiten 12101, 12102, 12103, 12104 und 12105 als die Bildgebungseinheit 12031 enthalten.
Die Bildgebungseinheiten 12101, 12102, 12103, 12104 und 12105 sind beispielsweise an Positionen an einer Frontpartie, von Seitenspiegeln, einer hinteren Stoßstange und einer Hecktür, des Fahrzeugs 12100 sowie einer Position an einem oberen Teil einer Windschutzscheibe im Inneren des Fahrzeugs angeordnet. Die an der Frontpartie vorgesehene Bildgebungseinheit 12101 und die an einem oberen Teil der Windschutzscheibe im Inneren des Fahrzeugs vorgesehene Bildgebungseinheit 12105 erhalten vorwiegend ein Bild von vor dem Fahrzeug 12100. Die an den Seitenspiegeln vorgesehenen Bildgebungseinheiten 12102 und 12103 erhalten vorwiegend Bilder von den Seiten des Fahrzeugs 12100. Die an der hinteren Stoßstange oder der Hecktür vorgesehene Bildgebungseinheit 12104 erhält vorwiegend ein Bild von hinter dem Fahrzeug 12100. Die am oberen Teil der Windschutzscheibe im Inneren vorgesehene Bildgebungseinheit 12105 wird vorwiegend genutzt, um ein vorausfahrendes Fahrzeug, einen Fußgänger, ein Hindernis, eine Verkehrsampel, ein Verkehrszeichen, eine Fahrspur oder dergleichen zu detektieren.
Man beachte, dass 56 ein Beispiel von Aufnahmebereichen der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 veranschaulicht. Ein Abbildungsbereich 12111 gibt den Abbildungsbereich der an der Frontpartie vorgesehenen Bildgebungseinheit 12101 an. Abbildungsbereiche 12112 und 12113 geben die Abbildungsbereiche der an den Seitenspiegeln vorgesehenen Bildgebungseinheiten 12102 bzw. 12103 an. Ein Abbildungsbereich 12114 gibt den Abbildungsbereich der an der hinteren Stoßstange oder der Hecktür vorgesehenen Bildgebungseinheit 12104 an. Beispielsweise wird ein Bild aus der Vogelperspektive des Fahrzeugs 12100, wie es von oben gesehen wird, erhalten, indem beispielsweise durch die Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 aufgenommene Bilddaten aufeinander gelegt werden.
Zumindest eine der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 kann eine Funktion zum Erfassen einer Abstandsinformation aufweisen. Beispielsweise kann zumindest eine der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 eine Stereokamera sein, die aus einer Vielzahl von Bildgebungselementen aufgebaut ist, oder kann ein Bildgebungselement sein, das Pixel für eine Detektion von Phasendifferenzen enthält.
Der Mikrocomputer 12051 erhält beispielsweise Abstände zu dreidimensionalen Objekten innerhalb der Abbildungsbereiche 12111 bis 12114 und eine zeitliche Änderung der Abstände (Relativgeschwindigkeiten in Bezug auf das Fahrzeug 12100) auf der Basis der von den Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 erhaltenen Abstandsinformation, um dadurch insbesondere dreidimensionales Objekt zu extrahieren, das dem Fahrzeug 12100 auf der Fahrstraße am nächsten ist und mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit (zum Beispiel gleich 0 km/h oder höher) in im Wesentlichen der gleichen Richtung wie das Fahrzeug 12100 als vorausfahrendes Fahrzeug fährt. Überdies kann der Mikrocomputer 12051 einen Abstand zwischen den Fahrzeugen, der vom vorausfahrenden Fahrzeug sichergestellt werden soll, vorher festlegen und eine automatische Bremssteuerung (einschließlich einer Nachfolge-Stopp-Steuerung) und eine automatische Beschleunigungssteuerung (einschließlich einer Nachfolge-Start-Steuerung) und dergleichen durchführen. Auf diese Weise kann die kooperative Steuerung, die für automatisches Fahren einer autonomen Reise, ohne von einem Eingriff des Fahrers oder dergleichen abhängig zu sein, durchgeführt werden.
Der Mikrocomputer 12051 klassifiziert zum Beispiel dreidimensionale Objektdaten über dreidimensionale Objekte in dreidimensionale Objektdaten in zweirädrige Fahrzeuge, gewöhnliche Autos, große Autos, Fußgänger und andere dreidimensionale Objekte wie etwa Strommasten, die extrahiert werden sollen, auf der Basis der Abstandsinformation, die von den Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 erhalten werden, und kann die Daten für ein automatischen Ausweichen von Hindernissen nutzen. Beispielsweise unterscheidet der Mikrocomputer 12051 Hindernisse um das Fahrzeug 12100 herum in Hindernisse, die der Fahrer des Fahrzeugs 12100 optisch erkennen kann, und Hindernisse, die für den Fahrer des Fahrzeugs 12100 optisch nicht zu erkennen sind. Der Mikrocomputer 12051 bestimmt dann ein Kollisionsrisiko, das ein Risiko einer Kollision mit jedem der Hindernisse angibt, und kann eine Fahrunterstützung zur Kollisionsvermeidung durchführen, indem eine Warnung an den Fahrer über den Lautsprecher 12061 oder die Anzeigeeinheit 12062 gegeben wird und eine erzwungene Abbremsung oder Ausweichlenkbewegung durch die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 durchgeführt wird, falls das Kollisionsrisiko ein eingestellter Wert oder höher ist und eine Kollisionswahrscheinlichkeit besteht.
Zumindest eine der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 kann eine Infrarotkamera sein, die Infrarotlicht detektiert. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 bestimmen, ob sich ein Fußgänger in den aufgenommenen Bildern der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 befindet oder nicht, um dadurch den Fußgänger zu erkennen. Eine solche Erkennung eines Fußgängers wird beispielsweise mittels eines Prozesses, um charakteristische Punkte in den aufgenommenen Bildern der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 wie die Infrarotkameras beispielsweise zu extrahieren, und mittels eines Prozesses durchgeführt, um eine Verarbeitung zum Musterabgleich für eine Reihe charakteristischer Punkte durchzuführen und zu bestimmen, ob das Objekt ein Fußgänger ist oder nicht. Wenn der Mikrocomputer 12051 bestimmt, dass sich ein Fußgänger in den aufgenommenen Bildern der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 befindet, und den Fußgänger erkennt, veranlasst die Ton/Bild-Ausgabeeinheit 12052 die Anzeigeeinheit 12062, eine viereckige Konturlinie zur Hervorhebung des erkannten Fußgängers zu überlagern und anzuzeigen. Darüber hinaus kann die Ton/Bild-Ausgabeeinheit 12052 die Anzeigeeinheit 12062 veranlassen, ein Symbol oder dergleichen, das den Fußgänger repräsentiert, an einer gewünschten Position anzuzeigen.
Ein Beispiel eines Fahrzeugsteuerungssystems, für das die Technologie gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, wurde beschrieben. Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung kann zum Beispiel für die Bildgebungseinheit 12031 der oben beschriebenen Konfigurationen verwendet werden. Konkret kann die Bildgebungsvorrichtung 10 in 1 beispielsweise für die Bildgebungseinheit 12031 verwendet werden. Indem man die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung für die Bildgebungseinheit 12031 verwendet, kann die Information von außerhalb des Fahrzeugs detaillierter und genau erhalten werden und kann beispielswiese eine Verbesserung der Sicherheit beim automatischen Fahren und dergleichen verwirklicht werden.
Man beachte, dass die in der vorliegenden Patentbeschreibung beschriebenen Effekte nur Beispiele und nicht beschränkt sind und andere Effekte aufgezeigt werden können.
Man beachte, dass Ausführungsformen der vorliegenden Technologie nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sind und verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Kern der vorliegenden Technologie abzuweichen.
Man beachte, dass die vorliegende Technologie auch die folgenden Konfigurationen aufweisen kann.

(1) Eine elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung, umfassend:
- ein fotoelektrisches Umwandlungselement, das in einem Siliziumsubstrat ausgebildet ist;
- einen Schmalbandfilter, der auf einer Seite einer Lichteinfallsoberfläche des fotoelektrischen Umwandlungselements gestapelt und dafür konfiguriert ist, eine elektromagnetische Welle mit einer gewünschten Wellenlänge durchzulassen; und
- Zwischenschichtfilme, die jeweils über und unter dem Schmalbandfilter ausgebildet sind, worin das fotoelektrische Umwandlungselement bei einer Tiefe von einer Grenzfläche des Siliziumsubstrats aus, der Tiefe, wo eine Transmissionswellenlänge des Schmalbandfilters am stärksten absorbiert wird, ausgebildet ist.
(2) Die elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung gemäß (1), worin die Tiefe des fotoelektrischen Umwandlungselements von dem Siliziumsubstrat tiefer wird, je länger die Transmissionswellenlänge des Schmalbandfilters ist.
(3) Die elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung gemäß (1), worin der Schmalbandfilter ein Plasmonenfilter von Loch-Arraytyp ist.
(4) Die elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung gemäß (1), worin der Schmalbandfilter ein Plasmonenfilter vom Punkt-Arraytyp ist.
(5) Die elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung gemäß (1), worin der Schmalbandfilter ein eine Resonanz geführter Moden (GMR) nutzender Plasmonenfilter ist.
(6) Die elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung gemäß (1), worin der Schmalbandfilter ein Plasmonenfilter mit einer Zielscheibenstruktur ist.
(7) Die elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung gemäß (1), worin der Schmalbandfilter ein Fabry-Perot-Interferometer ist.
(8) Die elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung gemäß einem von (1) bis (7), worin das fotoelektrische Umwandlungselement nicht in einem Gebiet des Siliziumsubstrats, dem Gebiet, wo eine Absorptionswellenlänge des Schmalbandfilters am stärksten absorbiert wird, ausgebildet ist.
(9) Die elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung gemäß (8), worin die Tiefe des Gebiets, wo das fotoelektrische Umwandlungselement nicht ausgebildet ist, tiefer wird, je länger die Absorptionswellenlänge des Schmalbandfilters ist.
(10) Die elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung gemäß (8), worin die fotoelektrischen Umwandlungselemente jeweils an Positionen ausgebildet sind, die flacher und tiefer als das Gebiet sind, wo das fotoelektrische Umwandlungselement nicht ausgebildet ist.
(11) Die elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung gemäß einem von (1) bis (10), worin ein zweiter Signalbetrag, der von einem bei einer zweiten Tiefe ausgebildeten zweiten fotoelektrischen Umwandlungselement erhalten wird, von einem ersten Signalbetrag, der von einem bei einer ersten Tiefe ausgebildeten ersten fotoelektrischen Umwandlungselement erhalten wird, subtrahiert wird.
(12) Die elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung gemäß (11), worin Tiefen oberer Enden des ersten fotoelektrischen Umwandlungselements und des zweiten fotoelektrischen Umwandlungselements unterschiedlich sind, aber Positionen unterer Enden des ersten fotoelektrischen Umwandlungselements und des zweiten fotoelektrischen Umwandlungselements im Wesentlichen gleich sind.
(13) Die elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung gemäß (11), worin das erste fotoelektrische Umwandlungselement von einer vorbestimmten Tiefe des Siliziumsubstrats bis nahe der Grenzfläche des Siliziumsubstrats ausgebildet ist und das zweite fotoelektrische Umwandlungselement in einem Gebiet, das kleiner als das erste fotoelektrische Umwandlungselement ist, bei einer flachen Position des Siliziumsubstrats ausgebildet ist.
(14) Die elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung gemäß (11), worin das erste fotoelektrische Umwandlungselement und das zweite fotoelektrische Umwandlungselement in einer horizontalen Richtung angeordnet sind.
(15) Die elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung gemäß (11), worin das erste fotoelektrische Umwandlungselement und das zweite fotoelektrische Umwandlungselement in einer vertikalen Richtung angeordnet sind.
(16) Die elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung gemäß einem von (1) bis (15), ferner umfassend:
- einen Drain, der dafür konfiguriert ist, unnötige Ladungen oder Löcher zu entladen.
(17) Die elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung gemäß (16), worin der Drain einen Gradienten in einer Störstellenkonzentration aufweist.
(18) Die elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung gemäß einem von (1) bis (17), worin zumindest zwei oder mehr Halbleitersubstrate gestapelt sind und das fotoelektrische Umwandlungselement in einer zumindest einem eines oberen Halbleitersubstrats oder eines unteren Halbleitersubstrats ausgebildet ist.
(19) Die elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung gemäß (18), worin das fotoelektrische Umwandlungselement im oberen Halbleitersubstrat ausgebildet ist und ein Thermosensor als das untere Halbleitersubstrat gestapelt ist.
(20) Die elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung gemäß (19), worin der Thermosensor ein eine Plasmonenresonanz nutzender Sensor ist.

Bezugszeichenliste

10: Bildgebungsvorrichtung
11: optisches System
12: Bildgebungselement
13: Speicher
14: Signalverarbeitungseinheit
15: Ausgabeeinheit
16: Steuerungseinheit
31: Pixel-Arrayeinheit
32: Reihen-Scan-Schaltung
33: PLL
35: Spalten-ADC-Schaltung
36: Spalten-Scan-Schaltung
37: Leseverstärker
51: Pixel
61: Fotodiode
101: On-Chip-Mikrolinse
102: Zwischenschichtfilm
103: Schicht eines Schmalbandfilters
104: Zwischenschichtfilm
105: Schicht eines fotoelektrischen Umwandlungselements
106: Verdrahtungsschicht
121: Plasmonenfilter
131: leitfähiger Dünnfilm
132: Loch
133: Punkt
134: Dielektrische Schicht
151: Plasmonenfilter
161: leitfähige Schicht
162: SiO2-Film
163: SiN-Film
164: SiO2-Substrat
171: Plasmonenfilter
181: Durchgangsloch
182: Erhebung
201: Fabry-Perot-Interferometer
202: semitransparenter Spiegel
203: semitransparenter Spiegel
301: Drain
321: Siliziumsubstrat
322: Trägersubstrat
323: Durchgangs-Oxidfilm
401: vertikaler Transistor
411: Halbleitergebiet
451: Plasmonenfilter
501: oberes Halbleitersubstrat
502: unteres Halbleitersubstrat
503: Halbleitersubstrat
601: Apertur
602: Öffnung
611: Zwischenschichtfilm
612: Logikschaltung
651: Apertur
652: Öffnung
701: Thermosensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010165718 [0003]

Claims

Elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung, aufweisend: ein fotoelektrisches Umwandlungselement, das in einem Siliziumsubstrat ausgebildet ist; einen Schmalbandfilter, der auf einer Seite einer Lichteinfallsoberfläche des fotoelektrischen Umwandlungselements gestapelt und dafür konfiguriert ist, eine elektromagnetische Welle mit einer gewünschten Wellenlänge durchzulassen; und Zwischenschichtfilme, die jeweils über und unter dem Schmalbandfilter ausgebildet sind, wobei das fotoelektrische Umwandlungselement bei einer Tiefe von einer Grenzfläche des Siliziumsubstrats aus, der Tiefe, wo eine Transmissionswellenlänge des Schmalbandfilters am stärksten absorbiert wird, ausgebildet ist.
Elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Tiefe des fotoelektrischen Umwandlungselements von dem Siliziumsubstrat tiefer wird, je länger die Transmissionswellenlänge des Schmalbandfilters ist.
Elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Schmalbandfilter ein Plasmonenfilter vom Loch-Arraytyp ist.
Elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Schmalbandfilter ein Plasmonenfilter vom Punkt-Arraytyp ist.
Elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Schmalbandfilter ein eine Resonanz geführter Moden (GMR) nutzender Plasmonenfilter ist.
Elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Schmalbandfilter ein Plasmonenfilter mit einer Zielscheibenstruktur ist.
Elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Schmalbandfilter ein Fabry-Perot-Interferometer ist.
Elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das fotoelektrische Umwandlungselement nicht in einem Gebiet des Siliziumsubstrats, dem Gebiet, wo eine Absorptionswellenlänge des Schmalbandfilters am stärksten absorbiert wird, ausgebildet ist.
Elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Tiefe des Gebiets, wo das fotoelektrische Umwandlungselement nicht ausgebildet ist, tiefer wird, je länger die Absorptionswellenlänge des Schmalbandfilters ist.
Elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die fotoelektrischen Umwandlungselemente jeweils an Positionen ausgebildet sind, die flacher und tiefer als das Gebiet sind, wo das fotoelektrische Umwandlungselement nicht ausgebildet ist.
Elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein zweiter Signalbetrag, der von einem bei einer zweiten Tiefe ausgebildeten zweiten fotoelektrischen Umwandlungselement erhalten wird, von einem ersten Signalbetrag, der von einem bei einer ersten Tiefe ausgebildeten ersten fotoelektrischen Umwandlungselement erhalten wird, subtrahiert wird.
Elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei Tiefen oberer Enden des ersten fotoelektrischen Umwandlungselements und des zweiten fotoelektrischen Umwandlungselements unterschiedlich sind, aber Positionen unterer Enden des ersten fotoelektrischen Umwandlungselements und des zweiten fotoelektrischen Umwandlungselements im Wesentlichen gleich sind.
Elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das erste fotoelektrische Umwandlungselement von einer vorbestimmten Tiefe des Siliziumsubstrats bis nahe der Grenzfläche des Siliziumsubstrats ausgebildet ist und das zweite fotoelektrische Umwandlungselement in einem Gebiet, das kleiner als das erste fotoelektrische Umwandlungselement ist, bei einer flachen Position des Siliziumsubstrats ausgebildet ist.
Elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das erste fotoelektrische Umwandlungselement und das zweite fotoelektrische Umwandlungselement in einer horizontalen Richtung angeordnet sind.
Elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das erste fotoelektrische Umwandlungselement und das zweite fotoelektrische Umwandlungselement in einer vertikalen Richtung angeordnet sind.
Elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend: einen Drain, der dafür konfiguriert ist, unnötige Ladungen oder Löcher zu entladen.
Elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei der Drain einen Gradienten in einer Störstellenkonzentration aufweist.
Elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei zumindest zwei oder mehr Halbleitersubstrate gestapelt sind und das fotoelektrische Umwandlungselement in einer zumindest einem eines oberen Halbleitersubstrats oder eines unteren Halbleitersubstrats ausgebildet ist.
Elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei das fotoelektrische Umwandlungselement im oberen Halbleitersubstrat ausgebildet ist und ein Thermosensor als das untere Halbleitersubstrat gestapelt ist.
Elektromagnetische Wellen verarbeitende Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei der Thermosensor ein eine Plasmonenresonanz nutzender Sensor ist.