JP2021535621A - ミーフォトセンサーを使用した高い情報を含む撮像 - Google Patents
ミーフォトセンサーを使用した高い情報を含む撮像 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021535621A JP2021535621A JP2021533375A JP2021533375A JP2021535621A JP 2021535621 A JP2021535621 A JP 2021535621A JP 2021533375 A JP2021533375 A JP 2021533375A JP 2021533375 A JP2021533375 A JP 2021533375A JP 2021535621 A JP2021535621 A JP 2021535621A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mesa
- photosensor
- electromagnetic
- scattering center
- semiconductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title description 43
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 83
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 78
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims abstract description 26
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 51
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 37
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 27
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 26
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 12
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 11
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 11
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims description 6
- 239000003574 free electron Substances 0.000 claims description 4
- ZXEYZECDXFPJRJ-UHFFFAOYSA-N $l^{3}-silane;platinum Chemical compound [SiH3].[Pt] ZXEYZECDXFPJRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 5-phenyl-2h-tetrazole Chemical compound C1=CC=CC=C1C1=NNN=N1 MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 3
- 229910021339 platinum silicide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 claims description 2
- HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N gallium phosphide Chemical compound [Ga]#P HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 2
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 2
- PGAPATLGJSQQBU-UHFFFAOYSA-M thallium(i) bromide Chemical compound [Tl]Br PGAPATLGJSQQBU-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 3-(oxolan-2-yl)propanoic acid Chemical compound OC(=O)CCC1CCCO1 WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000003570 air Substances 0.000 claims 1
- 229910052980 cadmium sulfide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 description 26
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 18
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 18
- 230000006870 function Effects 0.000 description 16
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 16
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 14
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 13
- 238000003491 array Methods 0.000 description 12
- 238000013461 design Methods 0.000 description 12
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 11
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 10
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 10
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 10
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 9
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 8
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 7
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 7
- 206010034960 Photophobia Diseases 0.000 description 6
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 6
- 208000013469 light sensitivity Diseases 0.000 description 6
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 6
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 5
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 4
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 4
- 238000000701 chemical imaging Methods 0.000 description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 4
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 2
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 description 2
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M Bromide Chemical compound [Br-] CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910000661 Mercury cadmium telluride Inorganic materials 0.000 description 1
- 206010034972 Photosensitivity reaction Diseases 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- MCMSPRNYOJJPIZ-UHFFFAOYSA-N cadmium;mercury;tellurium Chemical compound [Cd]=[Te]=[Hg] MCMSPRNYOJJPIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000002059 diagnostic imaging Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000000609 electron-beam lithography Methods 0.000 description 1
- 238000001839 endoscopy Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 230000005251 gamma ray Effects 0.000 description 1
- 238000001093 holography Methods 0.000 description 1
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000010801 machine learning Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000005405 multipole Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000036211 photosensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000007261 regionalization Effects 0.000 description 1
- 210000001525 retina Anatomy 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000005549 size reduction Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
- H01L31/035272—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/035281—Shape of the body
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
- H01L31/02327—Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements being integrated or being directly associated to the device, e.g. back reflectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
Description
本出願は、この参照によりその全体が組み込まれる、2018年8月20日に出願された米国特許仮出願第62/720,002号明細書の利益を主張する。
本発明は、米国国立科学財団によって認定された連邦認定識別番号1660145の下の政府支援を受けて行われた。連邦政府は本発明において一定の権利を有する。
フォトセンサーアレイは、いくつかのピクセルを含む表面から構成され、各ピクセルは、フォトセンサーと、各フォトセンサーと概して近似的に併設された信号収集電子回路とを備え得る。各ピクセルは、特定の波長における光子を検出し、次いで、各ピクセルにおいて検出された光子の数に関係する電荷、電圧、または抵抗を生成することによって動作する。この電荷、電圧、または抵抗は、次いで測定され、デジタル化され、光子を放出または反射したオブジェクト、シーン、または現象の画像を構築するために使用される。フォトセンサーは、また、単一の検出器としてまたは検出器のアレイとして撮像するために配備されることが可能である。
II.A フォトセンサーの構造およびデバイス物理的特性
可視光を撮像するために、基礎をなす光検出処理は、半導体における光吸収から始まる。この処理は、概して、スペクトルのX線、紫外線、および赤外線部分における撮像に対して同様である。吸収された光は電子正孔対を生成し、構成要素である電子と正孔は、半導体中の空乏領域において電界によって空間的に分離される。空乏領域は、半導体システムの特性を変化させること(たとえば、半導体接合)によって、または半導体金属接合を使用すること(たとえば、ショットキー接合)によって形成されることが可能である。
1−e-αd (1)
であり、αは、入射光の波長と吸収材料の組成の両方に依存する吸収係数であり、dは、入射光の方向に沿った層厚さである。最小の層厚さの有用な推定値はα-1であり、ここでは、入射光の約60%がフォトセンサーに吸収される。
ピクセルは、個々のフォトセンサーと、フォトセンサーを動作させ読み取るための信号収集電子回路とからなる。概して、信号収集電子回路は、各フォトセンサーと併設される。半導体によって吸収された光から生成される信号は、作成された電荷キャリアの量の測定から獲得されることが可能である(電荷収集、もしくは短絡回路モード)か、またはそれは、空乏領域にわたる電圧の測定から獲得されることが可能である(電圧、もしくは開路電圧モード)。第1の場合、生成される信号は入射光強度に比例し、第2の場合、生成される信号は入射光強度の対数に比例する。
個々のフォトセンサーおよびピクセルは、単一の検出器として、または検出器の線形および2次元アレイとして使用されることが可能である。ピクセル間の間隔は、画像空間中の撮像システムの空間解像度、および与えられたピクセル数に対する撮像アレイのサイズという、フォトセンサーアレイにおける2つの重要なパラメータを判定する。ピクセル間の間隔は、画像中でキャプチャされることが可能な空間周波数に上限を設定することができる。このピクセル間の間隔は、オブジェクト空間中の同様の空間解像度の指標に対応する。とはいえ、特定の限界は撮像光学素子に依存し、ピクセル間の間隔は、オブジェクトにおいて識別されることが可能な空間細部を制限する。さらに、ピクセル間の間隔が増加するにつれて、センサーアレイの面積は、この離間の2乗だけ増加する。半導体デバイスコストはデバイス面積に比例して上昇し、したがって、ピクセル間の間隔の増加は撮像アレイコストに重要な影響を及ぼす。
ミー散乱は、小さい寸法構造が、それらの物理的断面よりも大きい光学的断面を有することを可能にする。したがって、ミー散乱は、たとえば、フォトセンサーの光学断面積に基づいてセンサーにとって利用可能な光の量を集中させるによって、光感度を増加させることによってフォトセンサー性能に対する改善を可能にし得る。たとえば、ミー散乱では、入射光の波長程度の長さスケールをもつオブジェクトは、光をフォトセンサーのほうへ優先的に向けることができる複雑な散乱特性を示す。ミー散乱は、入射波長と偏光の特定の組合せとが優先的に相互作用するように調整されることが可能な共鳴を可能にする。したがって、ミー散乱を利用するデバイスは、フォトセンサーの能力を増加させるために使用されることが可能である。さらに、ミー散乱を可能にする構造の構成、設計、および特性(たとえば、構造形状、構造材料、および構造内の特徴の空間的関係)は、フォトセンサーの能力を増加させるように選択されることが可能である。ミー散乱については、セクションIII.Aにおいてより詳細に説明される。
ミー散乱は、概して、オブジェクトからの光散乱についてのマクスウェルの方程式の一般解である光散乱問題の説明として説明されることが可能である。概して、オブジェクトが光の波長よりもはるかに大きくなるにつれて、マクスウェルの方程式の解は、(すなわち、前のセクションにおいて論じられたように)物理的光学素子の解によって提供されるもので収束する。さらに、オブジェクトが光の波長よりもはるかに小さくなるにつれて、マクスウェルの方程式の解は、レイリー散乱近似で収束する。しかしながら、中間領域では、散乱解はより複雑になり、ミー散乱として知られる。
m>1 及び κ<<1 (3)
例示的な一実施形態に従って、図3Aは、ミーフォトセンサーの上面図を示し、図3Bは、ミーフォトセンサーの側面図を示す。この例では、ミーフォトセンサー310は、n形ガリウムヒ素の矩形平行六面体メサ320を含む。メサ320は、真性ガリウムヒ素層の基板330上に位置しており、それに取り付けられる。ここで、メサ320は、ミーフォトセンサーの散乱中心の例である。しかしながら、他の実施形態では、散乱中心は、任意の他の数の形状またはサイズをとってよい。
ミーフォトセンサーは、従来のフォトセンサーのように、開路モードまたは電荷収集モードのいずれかで動作する撮像システム中のピクセルとして配備されることが可能である。
個々のミーフォトセンサーは、個々の従来のフォトセンサーとともに採用される同じ技法を使用して、単一のセンサー撮像デバイスとして実装されることが可能である。この場合、センサーは、画像を構築するための静的オブジェクトによって形成された画像平面にわたって走査される。この場合も、従来のフォトセンサーの場合と同様に、画像は、画像平面にわたって走査される同等のミーフォトセンサーの線形アレイによって、または静止ミーフォトセンサーの2次元アレイによって形成され得る。従来のフォトセンサーアレイのように、ピクセル間の間隔は、画像中でキャプチャされることが可能な空間周波数に上限を設定することができる。このピクセル間の間隔は、オブジェクト空間中の同様の空間解像度の指標に対応する。直接撮像が、介在する光学素子なしに使用される場合、回折限界またはエアリーディスクの概念は存在しない。そのような撮像の例は、ホログラフィおよびコンタクト撮像を含む。微細に離間されたフォトセンサーを提供することができないことは、それらが貴重であり得る多くの状況においてこれらの技法の広範な適用を制限している。光学素子が必要とされる場合、オブジェクトの空間解像度の限界は、撮像されるオブジェクトから画像に光を転送する光学素子の関数である。一定の光学システムでは、大きいピクセル間の間隔は、オブジェクトにおいて識別されることが可能な空間的細部をさらに制限する可能性がある。この理由により、ミーフォトセンサーはまた、それらの低減されたサイズおよび増加したフィルファクタのために、撮像光学素子と組み合わせて使用されたときに改善された空間解像度を与えることができる。
ミーフォトセンサーは、1)画像品質、2)3次元ピクセルサイズ、および3)機能という、少なくとも3つの分野において従来のフォトセンサーに現在見られる制約を克服する。
小さいサイズ、高速度、およびシリコン作製技術との適合性は、ミーフォトセンサーが、光学的送信信号の受信機として単一の検出器または検出器のアレイとして実装され得ることを示唆する。特に、ミーフォトセンサーは、コンピュータ構成要素を構成する個々の集積回路の一部として作製され、それにより、CPUボード上の構成要素とコンピュータバックプレーン上の構成要素との間の、構成要素内の情報転送速度の増加が簡略化され得る。
Claims (27)
- ミーフォトセンサーであって、
第1の屈折率を有し、及び半導体材料のメサを含み、前記メサが電磁摂動に応答して前記半導体材料中で自由キャリアを生成するように構成される材料層と、
前記材料層を取り囲み、複素屈折率を有する屈折媒体であって、
前記屈折媒体及び前記メサは、(i)界面に渡って不連続な屈折率を有する前記界面と、及び(ii)散乱中心における電磁摂動の光吸収およびミー共鳴を介して自由キャリアを生成するように構成された電磁散乱中心を形成する屈折媒体と、
前記メサに結合され、前記電磁摂動に応答して散乱中心内に生成された自由キャリアを検出するように構成された1つまたは複数の電気的コンタクトと、
を備える、ミーフォトセンサー。 - 半導体層の前記メサは、境界のセットを有する幾何学的形状を形成し、前記電磁散乱中心は、前記境界に、前記電磁散乱中心が前記メサの前記半導体材料を含むように形成される、請求項1に記載のミーフォトセンサー。
- 前記半導体材料のメサは、境界のセットを有する幾何学的形状を形成し、前記電磁散乱中心は、境界中に、前記電磁散乱中心が前記メサの前記半導体材料のいくつかの部分を含むように形成される、請求項1に記載のミーフォトセンサー。
- 前記半導体材料のメサは、不純物が注入されたシリコンである、請求項1に記載のミーフォトセンサー。
- 前記半導体メサは、不純物が注入された半導体材料であり、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、窒化ガリウム、テルル化カドミウム及び硫化カドミウムのいずれかを含む、請求項1に記載のミーフォトセンサー。
- 前記材料層がシリコンを含む、請求項1に記載のミーフォトセンサー。
- 前記材料層が二酸化シリコンを含む、請求項1に記載のミーフォトセンサー。
- 前記材料層が、半導体材料を含む、請求項1に記載のミーフォトセンサー。
- 前記材料層が、絶縁体材料を含む、請求項1に記載のミーフォトセンサー。
- 前記材料層が、炭素、ヒ化ガリウム、水銀テルル化カドミウム、白金シリサイド、ゲルマニウムまたは臭化タリウムのいずれかを含む、請求項1に記載のミーフォトセンサー。
- 前記半導体材料のメサは、50nm及び250nmの高さを有し、前記高さは、前記材料層の表面に対して垂直方向に測定される、請求項1に記載のミーフォトセンサー。
- 前記半導体材料のメサは、第1の方向において10nmと80nmとの間の形状を有し、第2の方向において10nmと80nmとの間の形状を有し、前記第1および第2の方向は互いに直交し、前記半導体層の表面に平行である、請求項1に記載のミーフォトセンサー。
- 電磁散乱中心は、電磁摂動の特定の波長を吸収するように構成され、前記電磁散乱中心の大きさは、電磁摂動の前記特定の波長に比例する、請求項1に記載のミーフォトセンサー。
- 前記散乱中心の大きさと電磁摂動の前記特定の波長との前記比例性は、前記大きさ、前記特定の波長及び前記屈折率のいずれかに基づく、請求項13に記載のミーフォトセンサー。
- 電磁散乱中心は、電磁摂動の特定の偏光を吸収するように構成され、前記電磁散乱中心の大きさは、電磁摂動の前記特定の波長に比例する、請求項1に記載のミーフォトセンサー。
- 前記散乱中心の大きさと電磁摂動の前記特定の偏光との前記比例性は、前記大きさ、前記特定の偏光、及び前記屈折率のいずれかに基づく、請求項10に記載のミーフォトセンサー。
- 前記材料層は第1の反射率を有し、
半導体材料の前記メサは第2の屈折率を有し、
前記屈折媒体は第3の屈折率を有し、及び、
前記第3の屈折率は、前記第1の屈折率及び前記第2の屈折率よりも小さい、請求項1に記載のミーフォトセンサー。 - 前記第1の屈折率と前記第2の屈折率とが等しい、請求項17に記載のミーフォトセンサー。
- 前記屈折媒体が二酸化シリコンである、請求項1に記載のミーフォトセンサー。
- 前記屈折媒体は、空気、油及び水のいずれかの低屈折率材料を含む、請求項1に記載のミーフォトセンサー。
- 前記1つまたは複数の前記電気的なコンタクトの第1のコンタクトが、前記半導体材料のメサとオーミックコンタクトを形成し、前記1つまたは複数の前記電気的なコンタクトの第2のコンタクトが、前記半導体材料のメサとショットキー障壁を形成する、請求項1に記載のミーフォトセンサー。
- 前記1つまたは複数の前記電気的なコンタクトの第1のコンタクトが、前記半導体材料のメサとオーミックコンタクトを形成し、前記1つまたは複数の前記電気的なコンタクトの第2のコンタクトが、前記半導体材料のメサとp−n接合を形成する、請求項1に記載のミーフォトセンサー。
- 前記1つまたは複数の前記電気的なコンタクトの第1のコンタクト及び第2のコンタクトが、半導体材料の前記メサとオーミックコンタクトを形成する、請求項1に記載のミーフォトセンサー。
- 前記ミーフォトセンサーは、前記屈折材料と前記半導体材料のメサのとの境界におけるp−n接合を含む、請求項23に記載のミーフォトセンサー。
- 前記電磁散乱中心は、共鳴レベルにおける電磁摂動の特定の波長を吸収して前記共鳴レベルに対応する第1の量の自由キャリアを生成し、
前記電磁散乱中心は、非共鳴レベルにおける電磁摂動の異なる波長を吸収して前記非共鳴レベルに対応する第2の量の自由キャリアを生成し、及び、
前記第1の量の自由電子は、前記第2の量の自由電子より多い、
請求項1に記載のミーフォトセンサー。 - 前記電磁散乱中心における前記電磁摂動の前記吸収は、前記半導体層及び前記屈折媒体の両方における前記電磁摂動の前記吸収より高い、請求項1に記載のミーフォトセンサー。
- 前記電磁散乱中心中の前記電磁摂動の前記吸収により第1の量の自由キャリアが生成され、
前記半導体層中の前記電磁摂動の前記吸収により第2の量の自由キャリアが生成され、及び、
前記自由キャリアの第1の量は、前記自由キャリアの第2の量よりも多い、請求項1に記載のミーフォトセンサー。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201862720002P | 2018-08-20 | 2018-08-20 | |
US62/720,002 | 2018-08-20 | ||
PCT/US2019/047285 WO2020041327A1 (en) | 2018-08-20 | 2019-08-20 | High information content imaging using mie photo sensors |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021535621A true JP2021535621A (ja) | 2021-12-16 |
Family
ID=69591156
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021533375A Pending JP2021535621A (ja) | 2018-08-20 | 2019-08-20 | ミーフォトセンサーを使用した高い情報を含む撮像 |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (3) | US10998460B2 (ja) |
EP (1) | EP3841616A4 (ja) |
JP (1) | JP2021535621A (ja) |
KR (1) | KR102588199B1 (ja) |
CN (1) | CN112585766A (ja) |
CA (1) | CA3107464A1 (ja) |
IL (1) | IL280313A (ja) |
TW (1) | TW202032805A (ja) |
WO (1) | WO2020041327A1 (ja) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6355983A (ja) * | 1986-08-26 | 1988-03-10 | Nec Corp | 光導電性半導体受光素子 |
US20110284723A1 (en) * | 2010-03-12 | 2011-11-24 | Linyou Cao | Semiconductor nano-wire antenna solar cells and detectors |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101057132B (zh) | 2004-11-04 | 2012-04-18 | 雷尼绍诊断有限公司 | 用于增强的拉曼光谱学的金属纳米孔光子晶体 |
US20090250110A1 (en) * | 2006-07-14 | 2009-10-08 | The Regents Of The University Of California | Forward scattering nanoparticle enhancement method and photo detector device |
US20090078316A1 (en) | 2007-09-24 | 2009-03-26 | Qualcomm Incorporated | Interferometric photovoltaic cell |
US20120319223A1 (en) | 2010-01-08 | 2012-12-20 | Magnolia Solar, Inc. | Diffuse omni-directional back reflectors and methods of manufacturing the same |
TWI594450B (zh) | 2011-01-13 | 2017-08-01 | Thin film solar cell light integration method and its structure | |
US8921687B1 (en) * | 2011-08-19 | 2014-12-30 | Magnolia Solar, Inc. | High efficiency quantum well waveguide solar cells and methods for constructing the same |
SG11201400663YA (en) * | 2011-09-15 | 2014-04-28 | Nitto Denko Corp | Method and structure for coupling light into a waveguide comprising nano - sized scattering elements |
US8969850B2 (en) * | 2011-09-23 | 2015-03-03 | Rockwell Collins, Inc. | Nano-structure arrays for EMR imaging |
US20140252313A1 (en) * | 2013-03-06 | 2014-09-11 | The Regents Of The University Of California | Nanolens arrays in nanopillar optoelectronic devices |
US9190542B1 (en) * | 2013-11-27 | 2015-11-17 | Sandia Corporation | Photovoltaic cell with light trapping for enhanced efficiency |
US11945189B2 (en) | 2015-04-14 | 2024-04-02 | Face International Corporation | Systems and methods for producing laminates, layers and coatings including elements for scattering and passing selective wavelengths of electromagnetic energy |
-
2019
- 2019-08-20 TW TW108129700A patent/TW202032805A/zh unknown
- 2019-08-20 EP EP19852911.7A patent/EP3841616A4/en active Pending
- 2019-08-20 JP JP2021533375A patent/JP2021535621A/ja active Pending
- 2019-08-20 KR KR1020217008265A patent/KR102588199B1/ko active IP Right Grant
- 2019-08-20 WO PCT/US2019/047285 patent/WO2020041327A1/en unknown
- 2019-08-20 US US16/629,507 patent/US10998460B2/en active Active
- 2019-08-20 CA CA3107464A patent/CA3107464A1/en active Pending
- 2019-08-20 CN CN201980054996.5A patent/CN112585766A/zh active Pending
-
2021
- 2021-01-20 IL IL280313A patent/IL280313A/en unknown
- 2021-04-08 US US17/225,994 patent/US11843064B2/en active Active
-
2023
- 2023-11-06 US US18/502,834 patent/US20240194808A1/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6355983A (ja) * | 1986-08-26 | 1988-03-10 | Nec Corp | 光導電性半導体受光素子 |
US20110284723A1 (en) * | 2010-03-12 | 2011-11-24 | Linyou Cao | Semiconductor nano-wire antenna solar cells and detectors |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
ISABELLE STAUDE ET AL.: ""Metamaterial-inspired silicon nanophotonics"", NATURE PHOTONICS, vol. 11, JPN6023009567, 2017, pages 274 - 284, ISSN: 0005012618 * |
M. GARIN ET AL.: ""All-silicon spherical-Mie-resonator photodiode with spectral response in the infrared region"", NATURE COMMUNICATIONS, vol. Vol.5, Article Number 3440, JPN6022030506, 2014, pages 1 - 6, ISSN: 0004835412 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20210328085A1 (en) | 2021-10-21 |
TW202032805A (zh) | 2020-09-01 |
US11843064B2 (en) | 2023-12-12 |
US10998460B2 (en) | 2021-05-04 |
KR102588199B1 (ko) | 2023-10-12 |
IL280313A (en) | 2021-03-25 |
EP3841616A1 (en) | 2021-06-30 |
EP3841616A4 (en) | 2022-04-27 |
US20200395493A1 (en) | 2020-12-17 |
CA3107464A1 (en) | 2020-02-27 |
US20240194808A1 (en) | 2024-06-13 |
KR20210063336A (ko) | 2021-06-01 |
WO2020041327A1 (en) | 2020-02-27 |
CN112585766A (zh) | 2021-03-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3896746B1 (en) | Single-photon avalanche diode and manufacturing method, detector array, and image sensor | |
US8415607B2 (en) | Transmissive detectors, systems incorporating same, and associated methods | |
CN107851653B (zh) | 延长用于成像系统的近红外光谱响应的系统和方法 | |
EP3529571A1 (en) | Array of waveguide diffusers for light detection using an aperture | |
Kim et al. | Whispering gallery modes enhance the near-infrared photoresponse of hourglass-shaped silicon nanowire photodiodes | |
JP2012151452A (ja) | 裏面に設けられた金属テクスチャリングによって最適化された光検出器 | |
US20220336511A1 (en) | Spatial Phase Integrated Wafer-Level Imaging | |
Nagarajan et al. | Angular selectivity of SOI photodiode with surface plasmon antenna | |
KR102588199B1 (ko) | Mie 광센서를 이용한 고 정보 콘텐츠 영상 | |
US11894399B2 (en) | Compact hyperspectral spectrometers based on semiconductor nanomembranes | |
Schuster | Numerical simulation of the modulation transfer function (MTF) in infrared focal plane arrays: Simulation methodology and MTF optimization | |
RU2390076C1 (ru) | Многоэлементный фотоприемник | |
EP4279885A1 (en) | A light sensor and a method for manufacturing a light sensor | |
Carvalho et al. | A Novel Hybrid CMOS Pixel-Cluster for Local Light Angle, Polarization and Intensity Detection with Determination of Stokes Parameters | |
US20240204021A1 (en) | Polarimetric image sensor | |
Carvalho et al. | A novel hybrid polarization-quadrature pixel cluster for local light angle and intensity detection | |
US20240201015A1 (en) | Polarimetric image sensor | |
US20240201016A1 (en) | Polarizing filter and polarimetric image sensor integrating such a filter | |
US20240243158A1 (en) | Photodetector focal plane arrays with enhanced detection capability | |
US20240053202A1 (en) | Polarimetric image sensor | |
Sasaki et al. | 2.2 um BSI CMOS image sensor with two layer photo-detector | |
US20110079709A1 (en) | Wide band sensor | |
CN117007194A (zh) | 红外热探测器和红外探测焦平面阵列 | |
Segal et al. | Two-dimensional MTF and crosstalk characterization for CMOS image sensors |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210423 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220628 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20220628 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220726 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20221026 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20221226 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230110 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230314 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20230614 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20230814 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230914 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20231205 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240405 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20240412 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240618 |