KR102200622B1 - 센서 디바이스를 제작하는 방법 - Google Patents

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조지 제이. 오큰푸스
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비아비 솔루션즈 아이엔씨.
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Abstract

예에 따르면, 제1 미러층이 기판 상에 형성될 수 있다. 제1 세트의 스페이서층들은 제1 그룹의 감지 요소들 위에 위치될 제1 미러층 상에 증착될 수 있으며 제2 세트의 스페이서층들은 제2 그룹의 감지 요소들 위에 위치될 제1 미러층 상에 증착될 수 있고, 여기에서 제2 세트의 스페이서층들은 제1 세트의 스페이서층들과는와는 상이하다. 또한, 제2 미러층은 증착된 제1 세트의 스페이서층들 및 증착된 제2 세트의 스페이서층들 위에 형성될 수 있다.

Description

센서 디바이스를 제작하는 방법{FABRICATING A SENSOR DEVICE}
여기에 설명된 기술은 일반적으로 광학 센서에 관한 것이며, 보다 특히 센서 디바이스를 제작하는 방법에 관한 것이다.
광학 센서는 광학 신호를 전기 신호로 변환하기 위해, 이미지 센서, 주변 광 센서, 근접성 센서, 휴(hue) 센서, 및 UV 센서와 같은, 다양한 디바이스에서 사용되어, 광학 신호의 검출 또는 이미지 캡처를 허용한다. 광학 센서는 일반적으로, 하나 이상의 센서 요소 및 하나 이상의 센서 요소 위에 위치된 하나 이상의 광학 필터를 포함한다. 예를 들면, 컬러 이미지 센서는 상이한 컬러 통과 대역을 가진 상이한 유형의 컬러 필터, 예로서 적색, 녹색, 및 청색(RGB) 필터를 포함하는, 컬러 필터의 어레이, 즉 컬러 필터 어레이(CFA)를 포함한다.
다중스펙트럼 이미징은 많은 산업 및 연구 애플리케이션에서의 주요 목표이다. 본질적으로, 그 후 유용한 이미지를 생성하기 위해 적절한 가중치로 서로 재조합되어야 하는 스캔 또는 노출의 시퀀스를 실행하도록 요구하지 않고, 스펙트럼의 많은 부분(단지 가시적인 것에 제한되지 않으며, 근-, 중간- 및 장-파 적외선 및/또는 자외선을 포함한)으로부터의 파장에서 이미지를 동시에 캡처할 수 있는 센서를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 다중스펙트럼 이미징은, 예를 들면, 여기에서 참조로서 통합된, Lapray 외의, Sensors, 14:21626 - 21659, (2014), "다중스펙트럼 필터 어레이: 최근의 진전 및 실질적 구현"에서 설명된다.
하이퍼스펙트럼 이미징이 또한 중요해지고 있다: 하이퍼스펙트럼 이미징에서, 목표는 이미지에서 각각의 픽셀에 대한 데이터의 스펙트럼을 캡처하는 것이며, 여기에서 스펙트럼은 정밀 분해능을 가진다.
색소에 기초한 컬러 필터가 사용되어 왔지만, 그것들은 적층된 유전체층으로부터 형성된 간섭-기반 필터보다 덜 눈부신 컬러를 생성하는 것으로 발견되어 왔다. 유전체 컬러 필터는 보다 높은 투과 레벨 및 보다 좁은 컬러 통과대역을 갖지만, 입사각의 변화로 컬러(파장)에서 바람직하지 않은 시프트를 발생시킬 수 있다.
협 대역통과 필터는 대역폭이 중심 파장의 20% 이하인 것이다. 표준 포토 다이오드와 협 대역통과 필터를 조합하는 것은 열악한 투과 및 명순응(photopic) 값의 큰 변화를 야기한다는 것이 발견되어 왔다.
포토다이오드의 통상적인 양자 효율(QE) 곡선은 도 1에 도시된 곡선처럼 보인다. 실제로 이러한 표현으로부터 바로 명백하지 않은 것은 그것이 넓은 각도 범위에 걸쳐, 뿐만 아니라 제한된 스펙트럼 분해능으로 수집되는 광에 기초한다는 것이며, 따라서 그것은 기본 구조의 간섭 효과에 의해 야기되는, 다른 결점을 드러내지 않는다.
통상적인 포토-다이오드의 구조가 도 2에 도시된다. 이러한 다이오드에서, 얇은 유전체층(도시된 바와 같이, SiO2 및 Si3N4)은, p/n 접합의 최상부 상에서, 간섭 효과를 생성한다. 좁은 스펙트럼 분해능을 가진 시준 광으로 다이오드를 조사할 때, 양자 효율 곡선은 도 3에서의 그래프처럼 보인다. 반대로, 스펙트럼 분해능을 넓히며 수광각을 증가시킬 때, 도 3에서의 곡선은 도 1에서의 곡선으로 변환한다. 이것은 두 개의 효과에 기인한다: a) 스펙트럼 분해능을 낮출 때 발생하는 평균화; 및 b) 각도에 대한 스펙트럼 반응의 파장-시프트.
통상적인 다이오드가 광-대역 광원과, 또는 광-대역 필터(예로서, 색조 기반 컬러 필터)와 함께, 또는 큰 수광각에서 사용된다면, 주된 결함은 보다 낮은 전체 투과 레벨이다. 이것은 보다 큰 다이오드를 사용함으로써 보상받을 수 있다. 그러나, 다이오드의 크기를 증가시키는 것이 항상 가장 바람직한 해결책인 것은 아니다.
최근에, 산업은 보다 높은 스펙트럼 분해능을 촉진시키는, 협 대역통과 필터와 같은, 광학 필터 기능과 포토다이오드를 조합하는 것을 검토하여 왔다. 이들 필터를 사용하는 것은 많은 경우에서 광학 필터의 각도 시프트로 인한 수광각의 감소를 요구하며; 즉 센서는 시준 광에 가깝게 조사된다. 도 4는 도 3에 도시된 바와 같이, 표준 포토다이오드의 반응에 의한 협 대역통과 필터(대략 540㎚에서)에 대한 투과율 곡선의 오버레이를 도시한다.
스펙트럼에서의 위치에 의존하여, 통과대역에서의 총 스루풋은 2배 이상만큼 달라질 수 있다. (예를 들면, 대역통과 필터가 900㎚에서 투과한다면, 스루풋은 단지 30%이며, 여기에서 770㎚에서 투과하는 필터는 거의 100% 투과를 보일 수 있다.) 또 다른 결점은 포토다이오드의 투과율 곡선에서의 리플의 위치가 잘 제어되지 않는다는 것이다. 따라서, 리플(ripple)의 스펙트럼 배치가 재료의 조성 또는 작은 제조 불일치의 결과로서 달라질 수 있기 때문에, 하나의 디바이스에서 또 다른 것으로 명순응 값의 큰 변화가 있을 수 있다.
이들 결점은 예를 들면, 이항 필터 구조에 기초한 다중 스펙트럼 센서 어레이에서의 경우인 것처럼, 다수의 필터가 수반될 때 고조된다. 예는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 동일한 포토-다이오드 투과율 곡선상에서 중첩된, 파장의 시퀀스에서 투과하는 다수의 대역통과 필터에 대해, 도 5에서 도시된다. 주어진 대역통과 필터 파장에서의 전체 투과율은 피크가 어떻게 포토다이오드 투과 스펙트럼에서의 리플과 동조하는지에 의존하여, 하나의 파장에서 다음으로 극적으로 달라진다.
따라서, 파장에 따른 각도 변화 및 투과의 변화가 가능한 한 평활하도록 하는 방식으로 하나 이상의 대역통과 필터를 조합하며, 큰 스펙트럼 범위를 제공하는 디바이스에 대한 요구가 있다.
여기에서의 배경의 논의는 기술의 맥락을 설명하기 위해 포함된다. 이것은 참조된 자료 중 임의의 것이 공개되고, 알려지거나, 또는 여기에 첨부되어 발견된 청구항 중 임의의 것의 우선일에서처럼 공통적인 일반 지식의 부분이었다는 인정으로서 취해져서는 안된다.
출원의 설명 및 청구항 전체에 걸쳐, 단어("포함하다" 및 "포함하는" 및 "포함하다"와 같은, 그것의 변형)는 다른 부가, 구성요소, 정수 또는 단계를 배제하도록 의도되지 않는다.
본 개시내용의 특징은 예로서 예시되고 다음의 도면(들)에서 제한되지 않으며, 여기에서 유사한 숫자는 유사한 요소를 나타낸다:
도 1은 실리콘 기반 포토다이오드의 종래의 투과율 또는 양자 효율(QE) 곡선을 도시한 도면.
도 2는 표준 포토 다이오드의 종래의 구조를 도시한 도면.
도 3은 시준 광으로 그리고 스펙트럼 분해능으로 조사된 종래의 포토다이오드의 QE를 도시한 도면.
도 4는 단일 협 대역통과 필터와 함께, 시준 광으로 그리고 높은 스펙트럼 분해능으로 조사된 종래의 포토다이오드의 QE를 도시한 도면.
도 5는 상이한 특성 파장을 가진 협 대역통과 필터의 세트와 함께, 시준 광으로 그리고 높은 스펙트럼 분해능으로 조사된 종래의 포토다이오드의 QE를 도시한 도면.
도 6은 후방 조사 센서(BIS)의 종래의 구조를 도시한 도면.
도 7a 및 도 7b는 각각, 본 개시내용의 예에 따른 센서 디바이스의 단면 평면도 및 단면 측면도를 도시한 도면.
도 8a 내지 도 8e는 도 7a 및 도 7b에 묘사된 센서 디바이스를 제작하는 예시적인 방법을 총괄하여 도시한 도면.
도 8f는 본 개시내용의 또 다른 예에 따른 센서 디바이스를 제작하는 예시적인 방법을 도시한 도면.
도 9a는 도 8c에 도시된 구성의 평면도.
도 9b는 도 8c에 도시된 구성의 일부분의 확대된 단면 측면도.
도 10은 도 8d에 도시된 구성의 평면도.
도 11은 본 개시내용의 예에 따라, 도 7a 및 도 7b에 묘사된 센서 디바이스의 일부분을 나타낼 수 있는, 이진 필터에 대한 예시적인 구조를 도시한 도면.
도 12a 내지 도 12c는 본 개시내용의 예에 따라, 각각 이진 필터 구조에 기초한 예시적인 필터 어레이를 도시한 도면.
도 13a 및 도 13b는 본 개시내용의 또 다른 예에 따라, 각각 이진 필터 구조에 기초한 예시적인 필터 어레이를 도시한 도면.
도 14는 본 개시내용의 예에 따라, 도 7a 및 도 7b에 묘사된 센서 디바이스의 일부분을 나타낼 수 있는, 유전체 반사기/미러(mirror)를 사용한 이진 필터에 대한, 단면에 도시된, 예시적인 구조를 도시한 도면.
도 15는 본 개시내용의 예에 따라, 도 7a 및 도 7b에 묘사된 센서 디바이스의 일부분을 나타낼 수 있는, 금속 반사기/미러를 사용한 이진 필터에 대한, 단면에 도시된, 예시적인 구조를 도시한 도면.
도 16은 본 개시내용의 예에 따라, 도 15에 묘사된 구조의 스펙트럼 반응을 도시한 도면.
도 17은 여기에 개시된 방법의 구현을 통해 제작될 수 있는 8×8 필터 어레이의 확대도를 도시한 도면.
단순성 및 예시적인 목적을 위해, 본 개시내용은 주로 그 예를 참조함으로써 설명된다. 다음의 설명에서, 다수의 특정 상세가 본 개시내용의 철저한 이해를 제공하기 위해 제시된다. 그러나, 본 개시내용은 이들 특정 상세에 대한 제한 없이 실시될 수 있다는 것이 쉽게 명백할 것이다. 다른 인스턴스에서, 몇몇 방법 및 구조는 본 개시를 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세히 설명되지 않았다. 여기에서 사용된 바와 같이, 단수 표현의 용어는 특정한 요소 중 적어도 하나를 나타내도록 의도되고, 용어 "포함하다"는 이에 제한되지 않지만 포함하다를 의미하고, 용어 "포함하는"은 이에 제한되지 않지만 포함하는을 의미하며, 용어 "~에 기초하여"는 적어도 부분적으로 기초하여를 의미한다. 여기에서 사용된 바와 같이 용어 "제1" 및 "제2"는 요소의 임의의 특정한 순서 또는 배치를 나타내도록 의도되지 않는다. 대신에, 이들 용어는 하나의 요소가 또 다른 요소와 상이함을 나타내기 위해 여기에서 사용된다. 여기에서 사용된 바와 같이, 용어 "대략" 및 "약"는 서술된 값의 +/- 5% 내에서의 값의 범위를 표시한다.
부가적으로, 첨부된 도면에서 묘사된 요소는 부가적인 구성요소를 포함할 수 있으며 이들 도면에 설명된 구성요소 중 일부는 여기에서 개시된 요소의 범위로부터 벗어나지 않고 제거되고 및/또는 수정될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 도면에서 묘사된 요소는 일정한 비율로 그려지지 않을 수 있으며, 따라서, 요소는 도면에 도시된 것 외에 상이한 크기 및/또는 구성을 가질 수 있다는 것이 또한 이해되어야 한다.
후방 조사 센서와 함께 사용될 수 있는 광학 필터를 가진 센서 디바이스를 제작하는 방법이 여기에 개시된다. 후방 조사 센서와 함께 광학 필터를 가진 디바이스는 많은 유형의 센서, 특히 다중- 및 하이퍼- 스펙트럼 이미징 및 감지에서 사용된 것들에 대한 애플리케이션을 가질 것이다. 여기에서 사용된 바와 같이, 반사기 및 미러 또는 미러링된 층은 상호 교환 가능하게 사용된다.
알려진 디바이스의 포토 다이오드 및 대역통과 필터의 조합의 단점을 회피하기 위한 하나의 방식은 후방 조사 센서(BIS)를 사용하는 것 및/또는 FP 필터와 같은 광학 구조와 포토다이오드 및 대역통과 필터의 조합을 결합하는 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, BIS(10)는 실리콘 p/n 접합층(12)을 포함할 수 있다. p/n 접합층(12)은, 실리콘 p/n 접합층(12)과의 계면에 가까운, 실리콘에서의 도펀트로부터 형성될 수 있다. SiO2로 형성될 수 있는, 유전체층(14)의 스택은 실리콘 p/n 접합층(12)의 일 측면 상에 형성될 수 있다. 또한, Si3N4일 수 있는, 또 다른 유전체층(16)은 유전체층(14)의 스택의 반대 측면 상에 형성될 수 있다. 금속 접촉 층(18)은 유전체층(14)의 스택의 층 내에 위치될 수 있다. 광은 유전체층(14, 16) 중 임의의 것을 먼저 통과하지 않고 실리콘 p/n 접합층(12)으로 BIS(10)에 들어갈 수 있다. 유전체층(14)의 스택의 두께는 BIS(10)를 통과하기 위해 요구되는 광에 따라 조정될 수 있다. 이것은, 대역통과 기능과 결합할 때, 실리콘일 수 있는 "기판" 매질(12)의 굴절률 프로파일에 광학 필터 주파수를 매칭시키는 것만이 필요할 수 있음을 의미한다. 따라서, 통상적으로 산화물 및 질화물과 같은 유전체층을 통과하는 광으로부터 발생하는 간섭 아티팩트는 이러한 접근법으로는 존재하지 않는다.
이제 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 본 개시내용의 예에 따른 센서 디바이스(100)의 단면 평면도 및 단면 측면도가 각각 도시되어 있다. 센서 디바이스(100)는 기판(102) 및 복수의 감지 요소(104)를 포함하는 것으로 묘사된다. 기판(102)은 실리콘, 유리 등과 같은, 수동형 재료로 형성될 수 있다. 감지 요소(104) 중 하나 이상은 포토다이오드, 상보적 금속-산화물 반도체(CMOS), 전하-결합 디바이스(CCD) 등일 수 있다. 단순성 및 편리함의 목적을 위해, 센서 디바이스(100)는 감지 요소(104)의 4×4 어레이를 포함하는 것으로 묘사된다. 그러나, 센서 디바이스(100)는 임의의 수의 감지 요소(104)를 포함할 수 있다는 것이 명확하게 이해되어야 한다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 센서 디바이스(100)는 제1 미러층(106)이 감지 요소(104)의 각각에 걸쳐 연장되도록 기판(102)의 일 측면 상에 형성된 제1 미러층(106)을 포함할 수 있다. 센서 디바이스(100)는 또한 베이스 스페이서층(110), 제1 스페이서층(112), 제2 스페이서층(114), 및 제2 미러층(116)을 포함할 수 있다. 도시되지 않지만, 센서 디바이스(100)는 감지 요소(104) 중 다양한 것 위에 및 제1 미러층(106) 및 제2 미러층(116) 사이에 위치된 부가적인 스페이서층을 포함할 수 있다. 센서 디바이스(100)가 제작될 수 있는 다양한 방식은 다음의 도면에 대하여 설명된다.
이제 도 8a 내지 도 8e로 가면, 도 7a 및 도 7b에 묘사된 센서 디바이스(100)를 제작하는 예시적인 방법(200)이 총괄하여 도시되어 있다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 제1 미러층(106)은 기판(102) 상에 형성되며, 여기에서 기판(102)은 감지 요소(104)의 어레이를 포함한다. 제1 미러층(106)은 은, 알루미늄, 구리, 금 등과 같은 금속성 재료로 형성될 수 있다. 이 예에서, 제1 미러층(106)은 마그네트론 스퍼터링, 전자 빔 에피택시, 분자 빔 에피택시, 열 증착, 원자 층 증착 등과 같은, 금속 증착 프로세스를 통해 형성될 수 있다. 제1 미러층(106)에는 증착 프로세스 및 리프트-오프(lift-off) 프로세스로 인해 테이퍼링된 에지(108)가 형성될 수 있다. 즉, 제1 미러층(106)의 에지의 각각은 증착 프로세스 및 리프트-오프 프로세스의 조합으로 인해 테이퍼링될 수 있으며, 예로서 오버행을 가진 포토-레지스트가 테이퍼링된 에지(108)를 생성할 수 있는, 증착 및 리프트-오프 프로세스 동안 사용될 수 있다. 특정한 예로서, 제1 미러층(106)은 ZnO/Ag/ZnO 구조를 갖도록 형성될 수 있으며, 여기에서 ZnO 두께는 약 0.5㎚ 내지 약 4㎚ 사이에 있다. 다른 예에서, ZnO 두께는 약 1㎚ 내지 약 2㎚ 사이에 있을 수 있다.
다른 예에서, 제1 미러층(106)은 SiO2, NbO2 등과 같은 유전체 재료로 형성될 수 있다. 추가 예에서, 제1 미러층(106)은 예를 들면, SiO2 및 Si:H 층의, 1/4 파장 스택으로 형성될 수 있다. 계속해서 추가 예에서, 제1 미러층(106)은 산화물, 질화물, Ge, Si, Si:H, SiC 등으로 형성될 수 있다. 적절한 산화물의 예는 고 지수: Nb2O5, Ta2O5, TiO2, HfO2, 및 그것의 혼합물 및 저 지수: SiO2, Al2O3, 및 그것의 혼합물을 포함한다. 적절한 질화물의 예는 고 지수: Si3N4, Ge, Si, Si:H, 및 SiC를 포함한다. 근 적외선(NIR) 필터에 대한 예에 따르면, 제1 미러층(106)은 Si:H 또는 SiO2로 형성된다. 이들 예에서, 제1 미러층(106)에는 테이퍼링된 에지가 형성되지 않을 수 있다.
도 8b에 도시된 바와 같이, 베이스 스페이서층(110)은 존재한다면, 테이퍼링된 에지(108)를 포함하여, 제1 미러층(106)을 커버하기 위해 제1 미러층(106) 상에 증착될 수 있다. 베이스 스페이서층(110)은 산화물, 질화물, Ge, Si, Si:H, SiC, SiGe, SiGe:H 등과 같은 재료로 형성될 수 있다. 예를 들면, 베이스 스페이서층(110)은 제1 미러층(106)에 대하여 상기 논의된 것들과 동일하거나 또는 유사한 재료로 형성될 수 있다. 근적외선(NIR) 필터에 대한 예에 따르면, 베이스 스페이서층(110)은 Si:H로 형성된다. 또한 또는 대안적으로, 베이스 스페이서층(110)은 예로서, 제1 미러층(106)처럼 공동 진공에서, 제1 미러층(106)의 형성 동안 증착될 수 있다.
베이스 스페이서층(110)은 화학적 기상 증착, 물리적 기상 증착, 플라즈마-강화 화학적 기상 증착 등 중 임의의 것을 포함한 적절한 증착 프로세스의 수행을 통해 증착될 수 있다. 특정한 예에서, 베이스 스페이서층(110)은 리프트-오프 프로세스를 사용하여 증착될 수 있다. 또한, 베이스 스페이서층(110)의 증착은 베이스 스페이서층(110)의 부분이 제1 미러층(106)의 테이퍼링된 에지(108)를 커버하게 할 수 있다. 베이스 스페이서층(110)은 예를 들면, 제1 미러층(106)이 은으로 형성되는 인스턴스에서, 산화로부터 테이퍼링된 에지(108)를 보호하도록 제1 미러층(106)의 테이퍼링된 에지(108)를 커버하기 위해 증착될 수 있다. 그러나, 제1 미러층(106)이 금속이 아닌 재료로 형성되는 인스턴스에서, 베이스 스페이서층(110)은 테이퍼링된 에지(108)를 커버하지 않고 증착될 수 있다. 또한, 도 8b에 도시되지 않지만, 베이스 스페이서층(110)은 반사-방지, 차단, 고차 억제 필터링 등과 같은 부가적인 필터 기능을 수행하는 재료를 포함할 수 있다. 예로서, 산화 아연(ZnO)의 층과 같은, 산화 방지 재료 층은 제1 미러층(106)이 산화되는 것을 추가로 방지하기 위해 제1 미러층(106) 아래에 및 위에 제공될 수 있다.
도 8c에 도시된 바와 같이, 제1 스페이서층(112)은 감지 요소(104)의 제1 그룹 위에 증착될 수 있다. 예를 들면, 및 도 8c에 도시된 바와 같이, 제1 스페이서층(112)은 기판(102)의 좌측 측면 상에 위치된 8개의 감지 요소(104) 위에서 베이스 스페이서층(110) 상에 증착될 수 있다. 이 예는 또한 도 9a에 도시되며, 이것은 도 8c에 도시된 구성의 평면도를 묘사한다. 부가적으로, 도 8c 및 도 9a에 도시된 바와 같이, 제1 스페이서층(112)은 또한 제1 미러층(106)의 테이퍼링된 에지(108)를 커버하기 위해 증착될 수 있다. 이것과 관련하여, 제1 스페이서층(112)의 증착에 이어서, 기판(102)의 우측 측면 상에 위치된 8개의 감지 요소(104) 위에 있는 베이스 스페이서층(110)의 부분은 제1 스페이서층(112)에 의해 커버되지 않을 수 있지만, 제1 미러층(106) 주위에서의 테이퍼링된 에지(108)는, 요소(202)에 의해 표시된 바와 같이, 커버된다. 도 8c에 도시된 구성의 일부분의 확대된 단면 측면도가 도 9b에 묘사된다. 도 9b에 도시된 바와 같이, 테이퍼링된 에지(108)는 제1 스페이서층(110)의 일부분에 의해 커버될 수 있다. 그러나, 테이퍼링된 에지(108)를 커버하는 제1 스페이서층(110)의 부분은 테이퍼링된 에지(108)에 충분한 보호를 제공하지 않을 수 있다. 이것과 관련하여, 제2 스페이서층(112)의 일부분이 또한 테이퍼링된 에지(108) 위에 제공될 수 있다. 또한, 테이퍼링된 에지(108)의 최상부 및 최하부, 뿐만 아니라 제1 미러층(106)의 나머지는 산화 방지 재료, 예로서 ZnO의 각각의 층(115, 117)에 의해 커버될 수 있다. 제2 미러층(116)은 산화 방지 재료를 갖고 유사하게 보호될 수 있다.
제1 스페이서층(112)은 베이스 스페이서층(110)의 증착에 대하여 상기 논의된 것들과 유사한 증착 기술의 구현을 통해 증착될 수 있다. 또한, 마스크(도시되지 않음)는 제1 스페이서층(112)이 이들 구역으로 증착되는 것을 방지하기 위해 증착 프로세스 동안 제1 스페이서층(112)을 수용하지 않는 베이스 스페이서층(110)의 섹션 위에 도포될 수 있다. 마스크는 제1 스페이서층(112)의 증착에 이어 제거될 수 있다. 예에 따르면, 마스크는 포토레지스트를 포함할 수 있다.
도 8d에 도시된 바와 같이, 제2 스페이서층(114)은 감지 요소(104)의 제2 그룹 위에 증착될 수 있다. 예를 들면, 및 도 8d에 도시된 바와 같이, 제2 스페이서층(114)은 기판(102)의 중간-우측 측면 상에 위치된 4개의 감지 요소(104) 위에 있는 베이스 스페이서층(110)의 부분 상에 및 기판(102)의 중간-좌측 측면 상에 위치된 4개의 감지 요소(104) 위에 있는 제1 스페이서층(112)의 부분 상에 증착될 수 있다. 이 예는 또한 도 10에 도시되며, 이것은 도 8d에 도시된 구성의 평면도를 묘사한다. 도 8d 및 도 10에 도시된 바와 같이, 감지 요소(104)의 각각의 것 위에 있는 스페이서층(110 내지 114)의 높이 또는 두께는 감지 요소(104)의 상이한 그룹에 대해 상이할 수 있다. 이것과 관련하여, 광의 상이한 중심 파장은 감지 요소(104)의 상이한 그룹에 도달하기 이전에 필터링될 수 있다. 몇몇 예에서, 제2 스페이서층(114)은 제1 스페이서층(112)이 증착된 감지 요소(105)와 비교하여 감지 요소(104)의 절반 위에 증착될 수 있다. 유사하게, 각각의 후속 스페이서층은 이전 스페이서층처럼 감지 요소(104) 절반 위에 증착될 수 있다.
또한 도 8d에 도시된 바와 같이, 스페이서층(110 내지 114)의 각각은 서로에 대하여 상이한 높이(또는 두께)를 가질 수 있다. 예를 들면, 베이스 스페이서층(110)은 제1 스페이서층(112)보다 두꺼울 수 있으며 제1 스페이서층(112)은 제2 스페이서층(114)보다 두꺼울 수 있다. 또한, 그 뒤에 증착된 스페이서층(도시되지 않음)은, 증착된다면, 점점 더 작은 두께를 가질 수 있다.
제2 스페이서층(114)은 베이스 스페이서층(110)의 증착에 대하여 상기 논의된 것들과 유사한 증착 기술의 구현을 통해 증착될 수 있다. 또한, 마스크(도시되지 않음)는 제2 스페이서층(114)이 이들 섹션으로 증착되는 것을 방지하기 위해 증착 프로세스 동안 제2 스페이서층(114)을 수용하지 않을 제1 스페이서층(112) 및 베이스 스페이서층(110)의 섹션 위에 도포될 수 있다. 마스크는 제2 스페이서층(114)의 증착에 이어 제거될 수 있다.
도 8d 및 도 10에 도시되지 않지만, 제2 스페이서층(114)의 증착 동안, 제1 미러층(106)의 테이퍼링된 에지(108) 위의 영역은 제2 스페이서층(114)에 의해 추가로 커버될 수 있다. 이 예에서, 제2 스페이서층(114)은 제1 미러층(106)의 테이퍼링된 에지(108) 위에 및 테이퍼링된 에지(108)를 커버하는 제1 스페이서층(112)의 부분(202)의 최상부 상에 증착될 수 있다.
도 8e에 도시된 바와 같이, 제2 미러층(116)은 증착된 스페이서층(110 내지 114) 위에 형성될 수 있다. 제2 미러층(116)은 은, 알루미늄 등과 같은 금속성 재료로 형성될 수 있다. 다른 예에서, 제2 미러층(116)은 SiO2, NbO2 등과 같은 유전체 재료로 형성될 수 있다. 계속해서 다른 예에서, 제2 미러층(116)은 예를 들면, SiO2 및 Si:H 층의, 1/4-파장 스택으로 형성될 수 있다. 또한, 제2 미러층(116)은 제1 미러층(106)의 형성에 대하여 상기 논의된 방식 중 임의의 것으로 형성될 수 있다. 제2 미러층(116)의 증착은 또한 반사-방지, 대역 외 차단, 고차 억제 필터링 등과 같은 추가 필터 기능을 수행할 수 있는 재료의 부가를 포함할 수 있다.
제2 미러층(116)의 증착에 이어서, 제2 미러층(116)으로의 마이크로 렌즈(도시되지 않음)의 부가와 같은, 부가적인 프로세싱이 수행될 수 있다.
센서 디바이스(100)를 제작하는 방법(200)이 두 개의 스페이서층(112 및 114)을 포함하는 것으로 설명되었지만, 방법(200)이 부가적인 스페이서층 증착 단계를 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 특정한 예로서, 방법(200)은 많은 상이한 필터 구조가 감지 요소(104) 위에 제작될 수 있도록 6개의 스페이서층 증착 단계를 포함할 수 있다.
이제 도 8f로 가면, 또 다른 예에 따른 센서 디바이스(100)를 제작하는 방법의 예가 도시되어 있다. 도 8f는 도 8a 내지 도 8e에 대하여 상기 논의된 것들과 많은 동일한 특징을 포함하며, 따라서 이들 공통적인 특징은 도 8f에 대하여 상세히 설명되지 않는다. 그러나, 도 8f에 도시된 예는 미러층(106, 116) 및 스페이서층(110 내지 114)이 감지 요소를 포함하지 않을 수 있는 기판(252) 상에 형성된다는 점에서 도 8e에 도시된 예와 상이하다. 즉, 감지 요소(104)의 어레이를 포함하는, 기판(102) 상에 형성되는 대신에, 도 8f에서의 예는 미러층(106, 116) 및 스페이서층(110 내지 114)이 유리 웨이퍼일 수 있는, 별개의 기판(252) 상에 형성될 수 있음을 도시한다. 또한, 기판(252)은 화살표(254)에 의해 표시된 바와 같아, 센서 어레이일 수 있는, 기판(102)에 부착될 수 있다. 예로서, 기판(252)은 에폭시 및 보다 특히 투명 에폭시의 사용을 통해 기판(102)에 부착될 수 있다.
예에 따르면, 센서 디바이스(100)는 단일 공동 파브리-페로(Fabry-Perot) 필터일 수 있다. 또한, 필터에 의해 필터링되는 광의 중심 파장은 공동에서 스페이서의 두께에 의존하여 달라질 수 있다. 부가적인 스페이서층이 제1 미러층(106) 및 제2 미러층(116) 사이에서 제공될 수 있는 예가 도 11에 도시된다. 특히, 도 11은 예에 따라, 센서 디바이스(100)의 일부분, 예로서 특정한 감지 요소(104) 위에 있는 일부분을 나타낼 수 있는, 이진 필터, 예를 들면 단일 공동 파브리-페로 필터에 대한 예시적인 구조(300)를 묘사한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 공동(302)은 제1 미러층(106) 및 제2 미러층(116) 사이에 제공된다. 또한, 구조(300)는 공동(302)에서의 스페이서층의 크기 및 스페이서층에 의해 필터링되는 채널(예로서, 중심 파장) 사이에서의 관계를 도시한다. 스페이서 두께에서의 비교적 작은 차이가 그 외 동일한 필터 사이에서의 중심 파장의 상당한 분리를 야기할 수 있다는 것이 관찰되어 왔다.
예를 들면, 공동(302)이 다른 스페이서층 없이 베이스 스페이서층(110)을 제공받는다면, 필터는 제0 채널을 필터링할 수 있으며, 예로서 필터는 제1 중심 파장을 가진 광을 필터링할 수 있다. 마찬가지로, 공동(302)이 스페이서층(110) 및 제1 스페이서층(112) 양쪽 모두를 제공받는다면, 필터는 제8 채널을 필터링할 수 있다. 또 다른 예로서, 공동(302)이 베이스 스페이서층(110), 제1 스페이서층(112), 및 제2 스페이서층(114)을 제공받는다면, 필터는 제4 채널을 필터링할 수 있다. 추가 예로서, 공동(302)이 베이스 스페이서층(110), 제1 스페이서층(112), 제2 스페이서층(114), 및 제3 스페이서층(120)을 제공받는다면, 필터는 제2 채널을 필터링할 수 있다. 추가 예로서, 공동(302)이 베이스 스페이서층(110), 제1 스페이서층(112), 제2 스페이서층(114), 제3 스페이서층(120), 및 제4 스페이서층(122)을 제공받는다면, 필터는 제1 채널을 필터링할 수 있다.
예에 따르면, 방법(200)의 구현 이전에, 결정은 필터가 어떻게 감지 요소(104)의 각각을 위해 구성되는지에 대해 이루어질 수 있다. 즉, 필터가 감지 요소(104)의 각각에 대해 필터링하는 채널(예로서, 광의 중심 파장)이 결정될 수 있다. 또한, 채널의 필터링 및 공동(302)에서의 스페이서층의 두께 사이에서의 상관 관계에 기초하여, 각각의 감지 요소(104) 위에서의 스페이서층 증착의 대응하는 배열이 결정될 수 있다. 예를 들면, 단일 감지 요소일 수 있는 감지 요소(104)의 제1 그룹이 제4 채널을 필터링할 것이라는 결정이 이루어질 수 있다. 이 예에서, 베이스 스페이서층(110), 제1 스페이서층(112), 및 제2 스페이서층(114)이 감지 요소(104)의 제1 그룹 위에 증착될 것이라는 결정이 이루어질 수 있다. 또한, 또한 단일 감지 요소일 수 있는, 감지 요소(104)의 제2 그룹이 제8 채널을 필터링할 것이라는 결정이 이루어질 수 있다. 이 예에서, 베이스 스페이서층(110) 및 제1 스페이서층(112)이 감지 요소(104)의 제2 그룹 위에 증착될 것이라는 결정이 이루어질 수 있다.
예에 따르면, 코팅 런(coating runs)의 수, 예로서, 이진 필터 구조에 기초하여 필터 어레이를 위해 증착될 스페이서층의 수는 다음의 식 중 어느 하나를 사용하여 산출될 수 있다:
식 (1):
Figure 112020033586708-pat00001
식 (2): ncoat = log2(c)+2+b
식(1) 및 식(2)에서, "c"는 채널 수를 나타내고, "ncoat"는 코팅 런의 수를 나타내며, "b"는 고차 억제를 위한 부가적인 AR 코팅 또는 차단기의 수를 나타내다. 부가적인 차단기는 이하에서 보다 상세히 설명된다.
다음의 표 1은 상이한 채널 수를 위해 사용된 차단기 및 코팅 런의 수의 예들을 예시한다.
채널 수 코팅 런 차단기
16 6 0
32 7 0
64 9 1
128 10 1
128 9 0
예에 따르면, 이진 스페이서층, 예로서 스페이서층(110 내지 122)의 코팅 두께는 다음의 식을 사용하여 산출될 수 있다:
식 (3): t0 = tmin
식 (4):
Figure 112020033586708-pat00002
식 (5):
Figure 112020033586708-pat00003
식(3) 내지 식(5)에서, "c"는 채널 수이고, "t0"은 베이스 스페이서층(110)의 두께이고, "t1"은 제1 스페이서층(112)의 두께이며, "tn"은 마지막 스페이서층(122)의 두께이다. 또한, "λmin"은 최저 중심 파장이고, "λmax"는 최고 중심 파장이며, "nref"는 스페이서층의 굴절률이다.
임의의 수의 채널이 여기에 개시된 방법의 구현을 통해 실현될 수 있다. 예를 들면, 여기에서 개시된 방법은 100개의 채널을 위해 사용될 수 있지만, 128개의 채널을 위해 동일한 수의 코팅 런이 요구될 것이다. 또 다른 예로서, 여기에서 개시된 방법은 50개 채널을 위해 사용될 수 있지만, 64개 채널을 위해 동일한 수의 코팅 런이 요구될 것이다.
이제 도 12a 내지 도 12c로 가면, 이진 필터 구조에 기초한 예시적인 필터 어레이가 도시되어 있다. 보다 특히, 도 12a 내지 도 12c의 각각은 여러 개의 코팅 런의 각각 동안 증착된, 단위 두께의 배수로서, 스페이서층의 두께를 묘사한다. 예의 각각에서, 스페이서층은 제1 코팅 런이 베이스 스페이서층의 증착을 포함할 수 있기 때문에 처음에 제2 코팅 런 동안 증착되는 것으로 도시된다. 도 12a 내지 도 12c에 도시된 바와 같이, 각각의 스페이서층의 두께는 이진 수에 의해 달라진다. 즉, 스페이서층의 각각의 두께는 코팅 런의 각각 동안 2배만큼 감소한다. 이것에 관하여, 도 12a 내지 도 12c에 묘사된 필터 어레이는 등거리 채널 간격을 가진다. 또한, 스페이서층의 두께는 상기 논의된 식(3) 내지 식(5)를 통해 결정될 수 있다.
부가적으로 또는 대안적으로, 그러나, 스페이서층의 각각의 두께는 상이한 인자에 의해 달라질 수 있다. 이들 예에서, 필터 어레이는 비-등거리 채널 간격을 가진 이진 필터 구조를 가질 수 있다. 이들 유형의 16개 채널 필터 어레이의 두 개의 예가 도 13a 및 도 13b에 도시된다. 이들 유형의 필터 어레이는 채널이 건너뛰어질 수 있을 때 이용될 수 있으며, 이것은 비-등거리 채널 간격을 야기할 수 있다. 또한, 식(4) 및 식(5)는 이들 예에서 스페이서층의 두께를 결정하기 위해 적용되지 않을 수 있다. 그러나, t0=tmin, tmin, 및 tmax에 대한 산출이 여전히 적용될 수 있다.
이제 도 14로 가면, 예에 따라, 센서 디바이스(100)의 일부분, 예로서 특정한 감지 요소(104) 위에 있는 일부분을 나타낼 수 있는, 유전체 반사기/미러를 사용한 이진 필터를 위한, 단면에 도시된, 예시적인 구조(400)가 도시되어 있다. 도 14에 도시된 바와 같이, 구조(400)는 기판(102) 상에 재료, 예를 들면, SiO2(402) 및 Si:H(404)의 교번하는 층으로 형성될 수 있다. 특정한 예로서, 스페이서(406)는 108.5 ㎚의 최소 두께를 가질 수 있으며 6개까지의 스페이서층으로 구성될 수 있다. 함께, 층의 그룹은 가시적 차단기(408) 및 반사기(410, 412)로서 기능한다. 예를 들면, 반사기(410)에서의 층(402 및 404)은 1/4 파장 스택일 수 있으며, 즉 상기 파장에서 반사기를 형성한다. 마찬가지로, 반사기(412)에서의 층(402 및 404)은 또한 1/4 파장 스택일 수 있다. 이들 예에서, 구조의 총 두께는 약 1732㎚ 내지 약 1782.5㎚의 범위에 있을 수 있다. 예를 들면, 가시적 차단기(408) 및 반사기(410, 412)는 각각 약 1160㎚의 두께를 가질 수 있다. 또한, 베이스 스페이서층(110)은 약 80㎚ 내지 약 130㎚ 사이의 두께를 가질 수 있고, 제1 스페이서층(112)은 약 10㎚ 내지 약 50㎚ 사이의 두께를 가질 수 있고, 제2 스페이서층(114)은 약 5㎚ 내지 약 25㎚ 사이의 두께를 가질 수 있고, 제3 스페이서층(120)은 약 2.5㎚ 내지 약 13㎚ 사이의 두께를 가질 수 있으며, 제4 스페이서층(122)은 약 1.5㎚ 내지 약 7㎚ 사이의 두께를 가질 수 있다. 층이 가질 수 있는 가장 얇은 두께는 1㎚ 미만, 예를 들면, 128개 채널의 경우에 약 0.6㎚일 수 있다.
이제 도 15로 가면, 예에 따라, 센서 디바이스(100)의 일부분, 예로서 특정한 감지 요소(104) 위에 있는 일부분을 나타낼 수 있는, 금속 반사기/미러를 사용한 이진 필터를 위한, 단면에 도시된, 예시적인 구조(500)가 도시되어 있다. 구조(500)는 UV-Vis-NIR에서 기능하는 Ag 기반 단일-공동 파브리-페로를 포함할 수 있다. 상부 구조는 UV-녹색 채널을 위한 필터의 일부분을 도시하며 하부 구조는 녹색-NIR 채널을 위한 필터의 일부분을 도시한다. UV-녹색 채널을 위한 필터는 반사-방지(AR) 코팅(502)을 포함하는 것으로 묘사되며, 이것은 NbTiOx, SiO2 등으로 형성될 수 있다. 예로서, AR 코팅(502)은 약 140㎚의 두께를 가질 수 있다. 또한, AR 코팅(502)은 반사-방지 속성을 제공할 뿐만 아니라 미러층을 보호할 수 있다.
하부 구조는 녹색-NIR 채널을 위한 필터의 일부분을 도시한다. 구조(500)의 각각은 1차 스페이서(504)를 포함할 수 있으며, 이것은 도 14에 묘사된 스페이서(406)와 유사할 수 있다. 스페이서(504)는 약 150㎚까지 얇을 수 있으며 약 45 ㎚ 두께일 수 있고 Ag로 형성될 수 있는, 두 개의 미러층(506) 사이에 끼워 넣어질 수 있다. 하부 구조는 또한 UV-녹색 차단기(508)를 포함할 수 있으며, 이것은 약 3000㎚ 두께일 수 있고 NbTiOx 및 SiO2의 교번하는 층으로 구성될 수 있다. 차단기(508)는 도 16에 관하여 이하에서 보다 상세히 논의되는 바와 같이 고차 피크를 억제할 수 있다.
도 16은 예에 따라, 도 15에 묘사된 구조(500)의 스펙트럼 반응을 도시한다. 상기 도면에 도시된 바와 같이, 차단기(508)는 하위 파장에서 고차 피크를 억제한다. 차단기(508)는 큰 스펙트럼 대역폭이 커버될 때 구현될 수 있다. 도 16에 묘사된 예에서, 광은 850㎚에서 투과될 것이며, 이것은 350㎚ 및 450㎚에서 고차 피크를 차단하는 장파 통과의 부가를 요구할 수 있다. 차단기는 참조 번호(602)로서 도 16에 묘사된다. 부가적으로, 기판(102), 제1 및 제2 미러층(506), 및 스페이서(504)로 만든 파브리-페로 필터의 스펙트럼 반응은 참조 번호(604)로서 도 16에 묘사된다.
이제 도 17을 참조하면, 여기에 개시된 방법의 구현을 통해 제작될 수 있는 8×8 필터 어레이의 확대도가 도시되어 있다. 상기 도면에 도시된 바와 같이, 패턴은 매 8 픽셀마다 반복된다.
즉각적인 개시의 전체에 걸쳐 구체적으로 설명되었지만, 본 개시내용의 대표적인 예는 광범위한 애플리케이션에 걸쳐 유틸리티를 가지며, 상기 논의는 제한적인 것으로 의도되지 않으며 그렇게 해석되지 않아야 하고, 개시의 양상의 예시적인 논의로서 제공된다.
여기에 설명되고 예시된 것은 그것의 변화의 일부와 함께 개시의 예이다. 여기에서 사용된 용어, 설명 및 도면은 단지 예시로서 제시되며 제한으로서 의미되지 않는다. 많은 변화가 본 개시내용의 사상 및 범위 내에서 가능하며, 이것은 다음의 청구항 -- 및 그것의 등가물 --에 의해 정의되도록 의도되며, 여기에서 모든 용어는 달리 표시되지 않는다면 그들의 가장 광범위한 적정한 의미를 나타낸다.

Claims (11)

  1. 센서 디바이스를 제작하는 방법으로서,
    감지 요소의 어레이를 갖는 기판 상에 제 1미러층을 형성하는 단계로서, 상기 제 1미러층은 상기 감지 요소의 어레이 위로 연장되는, 단계;
    상기 제 1미러층을 커버하도록 상기 제 1미러층 상에 베이스 스페이서층을 증착하는 단계;
    상기 베이스 스페이서층 상에 제 1세트의 스페이서층을 증착하는 단계로서, 상기 제 1세트의 스페이서층은 상기 감지요소의 제 1그룹에 대응하는 위치 위에 제공되는, 단계;
    상기 베이스 스페이서층의 일부 및 상기 제 1세트의 스페이서층의 일부 상에 제 2세트의 스페이서층을 증착하는 단계로서, 상기 제 2세트의 스페이서층은 상기 제 1그룹과는 다른 상기 감지 요소의 제 2그룹에 대응하는 위치 위에 제공되고, 상기 제 2세트의 스페이서층은 상기 제 1세트와는 다른, 단계; 및
    상기 증착된 제 1세트의 스페이서층과 상기 증착된 제 2세트의 스페이서층 위에 제 2미러층을 형성하는 단계를 포함하는, 센서 디바이스를 제작하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1미러층을 형성하는 단계는 테이퍼링된 에지를 갖도록 상기 제 1미러층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 방법은
    상기 제 1미러층의 상기 테이퍼링된 에지를 커버하도록 복수의 상기 제 1세트의 스페이서층을 증착하는 단계를 더 포함하는, 센서 디바이스를 제작하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1미러층은 금속으로 형성되는, 센서 디바이스를 제작하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1미러층은 은, 알루미늄, 구리, 금 및 유전체 재료로 구성된 그룹으로부터 선택되는 재료로 형성되는, 센서 디바이스를 제작하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 감지 요소의 제 1그룹 내 감지 요소의 각각에 대하여 필터링될 광의 제 1중심 파장에 액세스하는 단계; 및
    액세스된 상기 필터링될 광의 제 1중심 파장에 대응하는 상기 제 1세트의 스페이서층을 결정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제 1세트의 스페이서층을 증착하는 단계는, 액세스된 상기 필터링될 광의 제 1중심 파장에 대응하는, 결정된 상기 제 1세트의 스페이서층을 증착하는 단계를 포함하는, 센서 디바이스를 제작하는 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 감지 요소의 제 2그룹 내 감지 요소의 각각에 대하여 필터링될 광의 제 2중심 파장에 액세스하는 단계; 및
    액세스된 상기 필터링될 광의 제 2중심 파장에 대응하는 상기 제 2세트의 스페이서층을 결정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제 2세트의 스페이서층을 증착하는 단계는, 액세스된 상기 필터링될 광의 제 2중심 파장에 대응하는, 결정된 상기 제 2세트의 스페이서층을 증착하는 단계를 포함하는, 센서 디바이스를 제작하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1세트의 스페이서층을 증착하는 단계와 상기 제 2세트의 스페이서층을 증착하는 단계는, 상기 제 1세트의 스페이서층과 상기 제 2세트의 스페이서층 모두에 공통인 적어도 하나의 스페이서층을 증착하는 단계를 더 포함하는, 센서 디바이스를 제작하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 감지 요소의 제 1그룹 위에 있는 상기 공통인 스페이서층의 부분 위에 마스크를 적용하는 단계; 및
    또 다른 스페이서층을 증착하는 단계를 더 포함하되,
    상기 마스크는 상기 또 다른 스페이서층이 상기 감지 요소의 제 2그룹 위에 증착되도록 하면서 상기 또 다른 스페이서층이 상기 감지 요소의 제 1그룹 위에 증착되는 것을 방지하는, 센서 디바이스를 제작하는 방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1미러층 상에 상기 제 1세트의 스페이서층과 상기 제 2세트의 스페이서층을 증착하기 전에 상기 제 1미러층 상에 산화 방지 재료를 증착하는 단계를 더 포함하는, 센서 디바이스를 제작하는 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제 1미러층은 은으로 형성되고, 상기 산화 방지 재료는 산화 아연인, 센서 디바이스를 제작하는 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 감지 요소의 제 2그룹은 상기 감지 요소의 제 1그룹의 감지 요소의 절반을 포함하는, 센서 디바이스를 제작하는 방법.
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106331442B (zh) * 2015-07-02 2021-01-15 松下知识产权经营株式会社 摄像装置
US11231533B2 (en) 2018-07-12 2022-01-25 Visera Technologies Company Limited Optical element having dielectric layers formed by ion-assisted deposition and method for fabricating the same
US11143803B2 (en) 2018-07-30 2021-10-12 Viavi Solutions Inc. Multispectral filter
US10962694B2 (en) 2018-11-02 2021-03-30 Viavi Solutions Inc. Stepped structure optical filter
CN118784999A (zh) 2019-01-16 2024-10-15 松下知识产权经营株式会社 相机系统
CN118444416A (zh) 2019-01-16 2024-08-06 松下知识产权经营株式会社 光学滤光器以及光检测装置
WO2020180174A1 (en) * 2019-03-07 2020-09-10 Technische Universiteit Eindhoven A multi-pixel spectral sensor
US11081600B2 (en) * 2019-05-10 2021-08-03 Visera Technologies Company Limited Light filter structure
US11789188B2 (en) * 2019-07-19 2023-10-17 Viavi Solutions Inc. Optical filter
FR3118287B1 (fr) * 2020-12-17 2022-12-02 Commissariat Energie Atomique Photodetecteur multispectral infrarouge
CN115980898B (zh) * 2023-03-21 2023-06-20 成都沃达惠康科技股份有限公司 一种多元素多层中红外高反膜及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000031510A (ja) * 1998-07-09 2000-01-28 Tdk Corp 波長選択型光検出器
JP2006215290A (ja) * 2005-02-03 2006-08-17 Sony Corp 液晶表示用バックライト装置
US20080042782A1 (en) * 2005-04-27 2008-02-21 Shanghai Institute Of Technical Physics, Chinese Academy Of Sciences Integrated narrow bandpass filter array and a method for fabrication thereof

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6342429A (ja) * 1986-08-08 1988-02-23 Minolta Camera Co Ltd 分光測定センサ
US4822998A (en) * 1986-05-15 1989-04-18 Minolta Camera Kabushiki Kaisha Spectral sensor with interference filter
WO2005069376A1 (ja) * 2004-01-15 2005-07-28 Matsushita Electric Industrial Co.,Ltd. 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法及びこれを用いたカメラ
CN100487900C (zh) * 2004-01-15 2009-05-13 松下电器产业株式会社 固体成像装置,其制造方法,和使用固体成像装置的相机
US8692198B2 (en) * 2010-04-21 2014-04-08 Sionyx, Inc. Photosensitive imaging devices and associated methods
JP5754910B2 (ja) * 2010-10-13 2015-07-29 ローム株式会社 半導体装置
JP5710526B2 (ja) * 2012-03-14 2015-04-30 株式会社東芝 固体撮像装置、及び固体撮像装置の製造方法
US9448346B2 (en) * 2012-12-19 2016-09-20 Viavi Solutions Inc. Sensor device including one or more metal-dielectric optical filters
US10197716B2 (en) * 2012-12-19 2019-02-05 Viavi Solutions Inc. Metal-dielectric optical filter, sensor device, and fabrication method
US9705044B2 (en) * 2013-02-07 2017-07-11 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor device and method for manufacturing same
US9191516B2 (en) 2013-02-20 2015-11-17 Qualcomm Incorporated Teleconferencing using steganographically-embedded audio data
EP3064914B1 (en) * 2013-10-31 2021-11-24 Hamamatsu Photonics K.K. Light-detecting device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000031510A (ja) * 1998-07-09 2000-01-28 Tdk Corp 波長選択型光検出器
JP2006215290A (ja) * 2005-02-03 2006-08-17 Sony Corp 液晶表示用バックライト装置
US20080042782A1 (en) * 2005-04-27 2008-02-21 Shanghai Institute Of Technical Physics, Chinese Academy Of Sciences Integrated narrow bandpass filter array and a method for fabrication thereof

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