KR102601796B1 - Multi-color photodetector and hyperspectral imaging system using the same - Google Patents
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Abstract
다중파장 광 검출기 및 이를 이용한 초분광 이미징 시스템이 개시된다. 일 실시예에 따르면, 다중파장 광 검출기는 입사 광을 파장별로 흡수하는 복수의 픽셀들로 구성되는 픽셀 세트; 상기 픽셀 세트의 하부에 결합된 채, 상기 복수의 픽셀들 각각이 파장별로 흡수하는 광에 대한 전기 신호를 발생시키는 복수의 픽셀 트랜지스터들; 및 상기 복수의 픽셀들 각각이 파장별로 흡수하는 광에 대한 전기 신호를 처리하여 이미지를 구현하는 집적 회로 소자를 포함할 수 있다.A multi-wavelength optical detector and a hyperspectral imaging system using the same are disclosed. According to one embodiment, a multi-wavelength light detector includes a pixel set composed of a plurality of pixels that absorb incident light according to wavelengths; a plurality of pixel transistors coupled to a lower portion of the pixel set and generating an electrical signal for light absorbed by each of the plurality of pixels for each wavelength; and an integrated circuit device that implements an image by processing electrical signals for light absorbed by each of the plurality of pixels for each wavelength.
Description
아래의 실시예들은 초분광 이미징 시스템(Hyperspectral imaging system)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다중파장 광 검출기 및 이를 이용한 초분광 이미징 시스템에 대한 기술이다.The following embodiments relate to a hyperspectral imaging system, and more specifically, to a technology for a multi-wavelength photodetector and a hyperspectral imaging system using the same.
초분광 이미징 시스템은 한정된 광대역 파장에서 광을 측정을 수행하는 다분광 이미징 시스템과 달리, 연속적인 수백 내지 수천 개의 채널을 가지며 대략 수 nm이하의 파장 간격으로 광을 측정을 수행할 수 있다.Unlike a multispectral imaging system that measures light at a limited broadband wavelength, a hyperspectral imaging system has hundreds to thousands of continuous channels and can measure light at wavelength intervals of approximately several nm or less.
그러나 수평 방향으로 복수의 픽셀들이 배치되는 기존의 픽셀 세트의 구조로는, 수평 집적도의 한계로 서로 상이한 무수히 많은 파장의 광을 흡수하도록 구현되기 적합하지 않으며, 공정 복잡도 역시 높은 문제를 야기한다.However, the existing pixel set structure in which a plurality of pixels are arranged in the horizontal direction is not suitable for absorbing light of numerous different wavelengths due to limitations in horizontal integration, and also causes problems with high process complexity.
또한, 기존의 픽셀들의 상부에 배치되는 필터는 성능과 가변성이 양립할 수 없는 구조로 인하여, 성능이 저하되는 문제점 또는 고정 형태로 소형화 및 집적화가 힘든 문제점을 갖는다.In addition, filters placed on top of existing pixels have a structure in which performance and variability are not compatible, so they have problems such as deterioration in performance or difficulties in miniaturization and integration in a fixed form.
또한, 집적 회로 소자에만 커패시터가 구비되는 기존의 구조는, 전하적분용량이 크지 않아 광 검출기의 잡음온도분해능 특성이 저하되는 문제점을 갖는다.In addition, the existing structure in which the capacitor is provided only in the integrated circuit element has a problem in that the noise temperature resolution characteristics of the photo detector are deteriorated because the charge integration capacity is not large.
이에, 상기 문제점들을 해결하는 다중파장 광 검출기 및 이를 이용한 초분광 이미징 시스템이 제안될 필요가 있다.Accordingly, there is a need to propose a multi-wavelength photodetector and a hyperspectral imaging system using the same that solve the above problems.
일 실시예들은 서로 상이한 무수히 많은 파장의 광을 흡수하도록 적은 복잡도로 구현되는 복수의 픽셀들과, 성능을 보장하는 가운데 가변 형태로 구현되어 소형화 및 집적화가 가능한 필터를 포함하는 다중파장 광 검출기 및 이를 이용한 초분광 이미징 시스템을 제안한다.One embodiment is a multi-wavelength photodetector including a plurality of pixels implemented with low complexity to absorb light of countless different wavelengths, and a filter implemented in a variable form to enable miniaturization and integration while ensuring performance, and the same. We propose a hyperspectral imaging system using
또한, 일 실시예들은 전하적분용량을 증가시켜 잡음온도분해능 특성을 개선하기 위하여, 집적 회로 소자에 구비되는 커패시터 이외에 추가적인 커패시터층을 더 포함하는 다중파장 광 검출기 및 이를 이용한 초분광 이미징 시스템을 제안한다.In addition, embodiments propose a multi-wavelength photodetector that further includes an additional capacitor layer in addition to the capacitor provided in the integrated circuit device and a hyperspectral imaging system using the same in order to improve noise temperature resolution characteristics by increasing the charge integration capacity. .
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 상기 과제로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.However, the technical problems to be solved by the present invention are not limited to the above problems, and may be expanded in various ways without departing from the technical spirit and scope of the present invention.
일 실시예에 따르면, 다중파장 광 검출기는, 입사 광을 파장별로 흡수하는 복수의 픽셀들로 구성되는 픽셀 세트; 상기 픽셀 세트의 하부에 결합된 채, 상기 복수의 픽셀들 각각이 파장별로 흡수하는 광에 대한 전기 신호를 발생시키는 복수의 픽셀 트랜지스터들; 및 상기 복수의 픽셀들 각각이 파장별로 흡수하는 광에 대한 전기 신호를 처리하여 이미지를 구현하는 집적 회로 소자를 포함할 수 있다.According to one embodiment, a multi-wavelength light detector includes: a pixel set composed of a plurality of pixels that absorb incident light according to wavelength; a plurality of pixel transistors coupled to a lower portion of the pixel set and generating an electrical signal for light absorbed by each of the plurality of pixels for each wavelength; and an integrated circuit device that implements an image by processing electrical signals for light absorbed by each of the plurality of pixels for each wavelength.
일측에 따르면, 상기 픽셀 세트, 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들 및 상기 집적 회로 소자는, 모놀리식으로 적층된 구조를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.According to one side, the pixel set, the plurality of pixel transistors, and the integrated circuit device may have a monolithically stacked structure.
다른 일측에 따르면, 상기 다중파장 광 검출기는, 상기 집적 회로 소자와 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들 사이에 배치되는 커패시터층을 더 포함할 수 있다.According to another aspect, the multi-wavelength photo detector may further include a capacitor layer disposed between the integrated circuit element and the plurality of pixel transistors.
또 다른 일측에 따르면, 상기 픽셀 세트를 구성하는 복수의 픽셀들은, 상기 커패시터층을 공유하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, a plurality of pixels constituting the pixel set may share the capacitor layer.
또 다른 일측에 따르면, 상기 커패시터층은, 상기 집적 회로 소자에 대향하여 배치되는 제1 금속층; 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들에 대향하여 배치되는 제2 금속층; 및 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층 사이에 배치되는 절연층을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, the capacitor layer includes: a first metal layer disposed opposite to the integrated circuit element; a second metal layer disposed opposite the plurality of pixel transistors; and an insulating layer disposed between the first metal layer and the second metal layer.
또 다른 일측에 따르면, 상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속층은, 상기 집적 회로 소자와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, the first metal layer and the second metal layer may be electrically connected to the integrated circuit element.
또 다른 일측에 따르면, 상기 다중파장 광 검출기는, 상기 픽셀 세트, 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들 및 상기 커패시터층 각각을 수평 방향으로 복수 개 구비하여 다중파장 광 검출기 어레이를 구성하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, the multi-wavelength photo detector may include a plurality of each of the pixel set, the plurality of pixel transistors, and the capacitor layer in a horizontal direction to form a multi-wavelength photo detector array. .
또 다른 일측에 따르면, 상기 복수 개 구비되는 상기 픽셀 세트, 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들 및 상기 커패시터층 각각은, 상기 집적 회로 소자를 공유하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, each of the plurality of pixel sets, the plurality of pixel transistors, and the capacitor layer may share the integrated circuit element.
또 다른 일측에 따르면, 상기 다중파장 광 검출기 어레이는, 초분광 이미징 시스템으로 사용되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, the multi-wavelength photodetector array may be used as a hyperspectral imaging system.
또 다른 일측에 따르면, 상기 다중파장 광 검출기는, 상기 픽셀 세트를 구성하는 복수의 픽셀들의 상부에 각각 배치되는 복수의 나노구조 표면 필터들을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, the multi-wavelength light detector may further include a plurality of nanostructure surface filters each disposed on top of a plurality of pixels constituting the pixel set.
또 다른 일측에 따르면, 상기 복수의 픽셀들은, 수직 방향으로 적층되는 가운데 상기 복수의 픽셀들 각각에서 적어도 일부 영역이 노출되도록 서로 상이한 크기를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, the plurality of pixels may be stacked in a vertical direction and have different sizes such that at least a portion of the area is exposed in each of the plurality of pixels.
또 다른 일측에 따르면, 상기 복수의 나노구조 표면 필터들 각각은, 상기 복수의 픽셀들 각각에서 노출되는 상기 적어도 일부 영역의 상부에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, each of the plurality of nanostructured surface filters may be disposed on an upper portion of at least a portion of the area exposed by each of the plurality of pixels.
또 다른 일측에 따르면, 상기 복수의 나노구조 표면 필터들은, 서로 다른 파장을 흡수하도록 서로 상이한 주기 또는 형태를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, the plurality of nanostructured surface filters may have different periods or shapes to absorb different wavelengths.
일 실시예에 따르면, 다중파장 광 검출기의 제조 방법은, 복수의 픽셀들 각각이 파장별로 흡수하는 광에 대한 전기 신호를 처리하여 이미지를 구현하는 집적 회로 소자를 준비하는 단계; 상기 집적 회로 소자 상에 상기 복수의 픽셀들 각각이 파장별로 흡수하는 광에 대한 전기 신호를 발생시키는 복수의 픽셀 트랜지스터들을 형성하는 단계; 및 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들 상에 입사 광을 파장별로 흡수하는 상기 복수의 픽셀들로 구성되는 픽셀 세트를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.According to one embodiment, a method of manufacturing a multi-wavelength light detector includes preparing an integrated circuit device that implements an image by processing an electrical signal for light absorbed by each wavelength of a plurality of pixels; forming a plurality of pixel transistors on the integrated circuit device to generate an electrical signal for light absorbed by each of the plurality of pixels for each wavelength; and forming a pixel set composed of the plurality of pixels that absorb incident light according to wavelength on the plurality of pixel transistors.
일측에 따르면, 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들을 형성하는 단계 및 상기 픽셀 세트를 형성하는 단계는, 상기 집적 회로 소자, 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들 및 상기 픽셀 세트가 모놀리식으로 적층된 구조를 갖도록 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들 및 상기 픽셀 세트를 형성하는 단계인 것을 특징으로 할 수 있다.According to one side, forming the plurality of pixel transistors and forming the pixel set may include forming the plurality of integrated circuit elements, the plurality of pixel transistors, and the pixel set to have a monolithically stacked structure. It may be characterized as a step of forming pixel transistors and the pixel set.
다른 일측에 따르면, 상기 집적 회로 소자를 준비하는 단계는, 상기 집적 회로 소자와 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들 사이에 배치되는 커패시터층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, the step of preparing the integrated circuit device may further include forming a capacitor layer disposed between the integrated circuit device and the plurality of pixel transistors.
또 다른 일측에 따르면, 상기 픽셀 세트를 형성하는 단계는, 상기 픽셀 세트를 구성하는 복수의 픽셀들의 상부에 각각 배치되는 복수의 나노구조 표면 필터들을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, forming the pixel set may further include forming a plurality of nanostructured surface filters each disposed on top of a plurality of pixels constituting the pixel set. .
일 실시예들은 서로 상이한 무수히 많은 파장의 광을 흡수하도록 적은 복잡도로 구현되는 복수의 픽셀들과, 성능을 보장하는 가운데 가변 형태로 구현되어 소형화 및 집적화가 가능한 필터를 포함하는 다중파장 광 검출기 및 이를 이용한 초분광 이미징 시스템을 제안할 수 있다.One embodiment is a multi-wavelength photodetector including a plurality of pixels implemented with low complexity to absorb light of countless different wavelengths, and a filter implemented in a variable form to enable miniaturization and integration while ensuring performance, and the same. A hyperspectral imaging system using
또한, 일 실시예들은 전하적분용량을 증가시켜 잡음온도분해능 특성을 개선하기 위하여, 집적 회로 소자에 구비되는 커패시터 이외에 추가적인 커패시터층을 더 포함하는 다중파장 광 검출기 및 이를 이용한 초분광 이미징 시스템을 제안할 수 있다.In addition, one embodiment proposes a multi-wavelength photodetector further including an additional capacitor layer in addition to the capacitor provided in the integrated circuit device and a hyperspectral imaging system using the same in order to improve noise temperature resolution characteristics by increasing the charge integration capacity. You can.
다만, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.However, the effects of the present invention are not limited to the above effects, and may be expanded in various ways without departing from the technical spirit and scope of the present invention.
도 1은 일 실시예에 따른 다중파장 광 검출기를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 다중파장 광 검출기에 포함되는 픽셀 세트를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 다중파장 광 검출기에 포함되는 나노구조 필터들을 나타낸 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 4는 도 1에 도시된 다중파장 광 검출기에 포함되는 나노구조 필터들의 다양한 패턴을 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 다중파장 광 검출기가 구성하는 다중파장 광 검출기 어레이를 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 다중파장 광 검출기 어레이에서 커패시터층 및 집적 회로 소자가 공유되는 구조를 설명하기 위한 회로도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 다중파장 광 검출기의 제조 방법을 나타낸 플로우 차트이다.Figure 1 is a cross-sectional view showing a multi-wavelength photodetector according to an embodiment.
FIG. 2 is a perspective view illustrating a set of pixels included in the multi-wavelength photodetector shown in FIG. 1.
FIG. 3 is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing nanostructure filters included in the multi-wavelength light detector shown in FIG. 1.
FIG. 4 is a plan view showing various patterns of nanostructure filters included in the multi-wavelength light detector shown in FIG. 1.
FIG. 5 is a perspective view showing a multi-wavelength photo detector array comprised of the multi-wavelength photo detector shown in FIG. 1.
FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a structure in which a capacitor layer and an integrated circuit element are shared in the multi-wavelength photodetector array shown in FIG. 5.
Figure 7 is a flow chart showing a method of manufacturing a multi-wavelength photo detector according to an embodiment.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. However, the present invention is not limited or limited by the examples. Additionally, the same reference numerals in each drawing indicate the same members.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(Terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 시청자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 예컨대, 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.Additionally, terminologies used in this specification are terms used to appropriately express preferred embodiments of the present invention, and may vary depending on the intention of the viewer, operator, or customs in the field to which the present invention belongs. Therefore, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification. For example, in this specification, singular forms also include plural forms unless specifically stated otherwise in the context. Additionally, as used herein, “comprises” and/or “comprising” refers to a referenced component, step, operation, and/or element that includes one or more other components, steps, operations, and/or elements. It does not exclude the presence or addition of elements.
또한, 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 제시된 각각의 실시예 범주에서 개별 구성요소의 위치, 배치, 또는 구성은 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.Additionally, it should be understood that the various embodiments of the present invention are different from one another but are not necessarily mutually exclusive. For example, specific shapes, structures and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention with respect to one embodiment. Additionally, it should be understood that the location, arrangement, or configuration of individual components in each presented embodiment category may be changed without departing from the technical spirit and scope of the present invention.
도 1은 일 실시예에 따른 다중파장 광 검출기를 나타낸 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 다중파장 광 검출기에 포함되는 픽셀 세트를 설명하기 위한 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 다중파장 광 검출기에 포함되는 나노구조 필터들을 나타낸 주사전자현미경(SEM) 사진이고, 도 4는 도 1에 도시된 다중파장 광 검출기에 포함되는 나노구조 필터들의 다양한 패턴을 나타낸 평면도이다.FIG. 1 is a cross-sectional view showing a multi-wavelength photo detector according to an embodiment, FIG. 2 is a perspective view illustrating a pixel set included in the multi-wavelength photo detector shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a multi-wavelength photo detector shown in FIG. 1. It is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing nanostructure filters included in the wavelength light detector, and FIG. 4 is a plan view showing various patterns of nanostructure filters included in the multi-wavelength light detector shown in FIG. 1.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 다른 다중파장 광 검출기(100)는 픽셀 세트(110), 복수의 픽셀 트랜지스터들(120), 커패시터층(130) 및 집적 회로 소자(140)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a multi-wavelength photodetector 100 according to one embodiment may include a pixel set 110, a plurality of pixel transistors 120, a capacitor layer 130, and an integrated circuit element 140. there is.
픽셀 세트(110)는 입사 광을 파장별로 흡수하는 복수의 픽셀들(111, 112)로 구성될 수 있다. 여기서, 복수의 픽셀들(111, 112) 각각은 포토다이오드(Photodiode; PD)를 의미하며, 입사 광을 흡수하여 전기 에너지를 발생시킬 수 있도록 활성 엘리먼트(미도시)를 포함할 수 있다.The pixel set 110 may be composed of a plurality of pixels 111 and 112 that absorb incident light according to wavelength. Here, each of the plurality of pixels 111 and 112 represents a photodiode (PD) and may include an active element (not shown) to absorb incident light and generate electrical energy.
특히, 픽셀 세트(110)에 포함되는 복수의 픽셀들(111, 112)은 수평 방향으로 배치되는 기존의 구조와 달리, 수직 방향으로 적층될 수 있다. 이에, 픽셀 세트(110)는 집적화를 도모하는 동시에, 픽셀들(111, 112)의 적층 단수를 늘려 무수히 많은 파장의 광을 흡수하며 고해상도가 가능하도록 구현될 수 있다.In particular, the plurality of pixels 111 and 112 included in the pixel set 110 may be stacked vertically, unlike the existing structure in which the pixels 111 and 112 are arranged horizontally. Accordingly, the pixel set 110 can be implemented to promote integration and at the same time increase the number of stacked pixels 111 and 112 to absorb light of countless wavelengths and enable high resolution.
이처럼 수직 방향으로 적층되는 복수의 픽셀들(111, 112) 각각은, 입사 광을 파장별로 흡수할 수 있도록 적어도 일부 영역이 노출되는 구조를 가질 수 있다. 즉, 복수의 픽셀들(111, 112)은 도 2에 도시된 바와 같이 적어도 일부 영역이 노출되도록 서로 상이한 크기로 형성됨으로써, 각각이 노출되는 적어도 일부 영역을 통해 입사 광을 파장별로 흡수할 수 있다. 따라서, 복수의 픽셀들(111, 112) 각각에서 노출되는 적어도 일부 영역은 측면에서 바라볼 때 계단 형상을 형성할 수 있다.In this way, each of the plurality of pixels 111 and 112 stacked in the vertical direction may have a structure in which at least a portion of the area is exposed to absorb incident light according to wavelength. That is, the plurality of pixels 111 and 112 are formed in different sizes so that at least a partial area is exposed as shown in FIG. 2, so that each of the pixels 111 and 112 can absorb incident light by wavelength through at least a partial area exposed. . Accordingly, at least a portion of the area exposed from each of the plurality of pixels 111 and 112 may form a staircase shape when viewed from the side.
이 때, 픽셀 세트(110)를 구성하는 복수의 픽셀들(111, 112)의 상부에는 복수의 나노구조 표면 필터들(113, 114)이 각각 배치될 수 있다(보다 정확하게는, 복수의 나노구조 표면 필터들(113, 114)은 복수의 픽셀들(111, 112) 각각에서 노출되는 적어도 일부 영역의 상부에 배치될 수 있음). 일례로, 복수의 나노구조 표면 필터들(113, 114)은 수 nm 이하로 구분되는 파장들을 구분하며 각각 흡수하기 위하여 도 3에 도시된 바와 같이 수 nm 이하의 패턴을 갖도록 형성될 수 있으며, 성능을 보장하는 것을 전제로 유연성을 갖도록 다양한 공정을 통해 형성될 수 있다. 이하, 복수의 나노구조 표면 필터들(113, 114)은 도 1에서 편의를 위해 하나의 계층으로 도시되나, 실제로는 도 2와 같이 복수의 픽셀들(111, 112)의 상부에 각각 형성되므로 복수의 계층들에 각각 나눠 존재할 수 있다.At this time, a plurality of nanostructured surface filters 113 and 114 may be disposed on top of the plurality of pixels 111 and 112 constituting the pixel set 110 (more precisely, a plurality of nanostructures The surface filters 113 and 114 may be disposed on at least a portion of the area exposed by each of the plurality of pixels 111 and 112. For example, the plurality of nanostructured surface filters 113 and 114 may be formed to have a pattern of several nanometers or less as shown in FIG. 3 in order to distinguish and absorb wavelengths of several nanometers or less, respectively. It can be formed through various processes to ensure flexibility. Hereinafter, the plurality of nanostructured surface filters 113 and 114 are shown as one layer for convenience in FIG. 1, but in reality, they are formed on top of the plurality of pixels 111 and 112, respectively, as shown in FIG. 2, so they are plural. It can exist separately in each of the layers.
복수의 나노구조 표면 필터들(113, 114)은 각각 입사 광으로부터 기 설정된 파장의 광을 선택적으로 투과시킬 수 있는 바, 복수의 픽셀들(111, 112) 각각이 흡수하고자 하는 파장에 기초하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 나노구조 표면 필터(113)는 가시 대역 파장의 광을 흡수할 수 있도록 형성되어 가시 대역 파장의 광을 흡수하고자 하는 제1 픽셀(111)의 상부에 배치될 수 있으며, 제2 나노구조 표면 필터(114)는 근적외선 대역 파장의 광을 흡수할 수 있도록 형성되어 근적외선 대역 파장의 광을 흡수하고자 하는 제2 픽셀(112)의 상부에 배치될 수 있다.Each of the plurality of nanostructured surface filters 113 and 114 is capable of selectively transmitting light of a preset wavelength from incident light, and each of the plurality of pixels 111 and 112 is arranged based on the wavelength to be absorbed. It can be. For example, the first nanostructure surface filter 113 is formed to absorb light in the visible band and may be placed on top of the first pixel 111 to absorb light in the visible band. 2 The nanostructured surface filter 114 is formed to absorb light in the near-infrared band and may be placed on top of the second pixel 112 to absorb light in the near-infrared band.
이처럼 복수의 나노구조 표면 필터들(113, 114)은 서로 다른 흡수 파장을 갖기 위하여, 서로 상이한 주기 또는 형태를 가질 수 있다. 여기서, 주기는 나노구조 표면 필터가 갖는 패턴에서 반복되는 부분 사이의 간격을 의미하며, 형태는 패턴이 갖는 형상 또는 패턴에서 반복되는 부분의 형상을 의미할 수 있다.As such, the plurality of nanostructure surface filters 113 and 114 may have different periods or shapes in order to have different absorption wavelengths. Here, the period refers to the interval between repeated parts in the pattern of the nanostructured surface filter, and the shape may refer to the shape of the pattern or the shape of the repeated part of the pattern.
이상 설명된 복수의 나노구조 표면 필터들(113, 114) 각각의 패턴은 도 3에 도시된 예시로 제한되거나 한정되지 않고, 도 4에 도시된 바와 같이 다양하게 설정될 수 있다.The patterns of each of the plurality of nanostructured surface filters 113 and 114 described above are not limited or limited to the example shown in FIG. 3, and may be set in various ways as shown in FIG. 4.
또한, 이상 픽셀 세트(110)를 구성하는 복수의 픽셀들(111, 112)의 적층 개수 및 흡수 파장들은 설명한 예시로 제한되거나 한정되지 않고, 초분광 이미징을 구현하기 위하여 다양한 파장의 입사 광을 흡수하도록 조절될 수 있다.In addition, the number of stacks and absorption wavelengths of the plurality of pixels 111 and 112 constituting the ideal pixel set 110 are not limited or limited to the examples described, and incident light of various wavelengths is absorbed to implement hyperspectral imaging. It can be adjusted to do so.
이와 같은 구조의 픽셀 세트(110)에서, 복수의 픽셀들(111, 112)은 커패시터층(130)을 공유할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 6을 참조하여 기재하기로 한다.In the pixel set 110 having this structure, a plurality of pixels 111 and 112 may share the capacitor layer 130. A detailed description of this will be described with reference to FIG. 6.
복수의 픽셀 트랜지스터들(120)은 픽셀 세트(110)의 하부에 결합된 채, 복수의 픽셀들(111, 112) 각각이 파장별로 흡수하는 광에 대한 전기 신호를 발생시킬 수 있다. 보다 상세하게, 복수의 픽셀 트랜지스터들(120)은 픽셀 세트(110)를 구성하는 복수의 픽셀들(111, 112)에 대응하여 형성되는 가운데, 각각이 소스 및 드레인 영역, 채널 영역 및 게이트 영역을 포함하는 트랜지스터 구조를 가질 수 있다. 일례로, 복수의 픽셀 트랜지스터들(120)은 픽셀 세트(110)를 구성하는 복수의 픽셀들(111, 112)의 개수와 동일한 개수로 구현되는 가운데, 각각이 복수의 픽셀들(111, 112) 각각과 전기적으로 연결될 수 있다. 이에, 복수의 픽셀들(111, 112) 각각이 입사 광을 흡수하여 발생시킨 전기 에너지는 복수의 픽셀 트랜지스터들(120) 각각에 의해 전기 신호의 형태로 출력될 수 있다. 일례로, 제1 픽셀 트랜지스터(121)는 제1 픽셀(111)과 전기적으로 연결됨으로써 제1 픽셀(111)에서 흡수한 파장의 입사 광에 기초하여 전기 신호를 발생시킬 수 있으며, 제2 픽셀 트랜지스터(122)는 제2 픽셀(112)과 전기적으로 연결됨으로써 제2 픽셀(112)에서 흡수한 파장의 입사 광에 기초하여 전기 신호를 발생시킬 수 있다.The plurality of pixel transistors 120 may be coupled to the lower portion of the pixel set 110 and generate electrical signals for light absorbed by each of the plurality of pixels 111 and 112 for each wavelength. In more detail, the plurality of pixel transistors 120 are formed to correspond to the plurality of pixels 111 and 112 constituting the pixel set 110, and each has a source and drain region, a channel region, and a gate region. It may have a transistor structure including. For example, the plurality of pixel transistors 120 are implemented in the same number as the number of pixels 111 and 112 constituting the pixel set 110, and each of the plurality of pixels 111 and 112 Can be electrically connected to each. Accordingly, the electrical energy generated by each of the plurality of pixels 111 and 112 by absorbing incident light may be output in the form of an electrical signal by each of the plurality of pixel transistors 120. For example, the first pixel transistor 121 may be electrically connected to the first pixel 111 to generate an electrical signal based on incident light of the wavelength absorbed by the first pixel 111, and the second pixel transistor 121 may be electrically connected to the first pixel 111. By being electrically connected to the second pixel 112 , 122 can generate an electrical signal based on incident light of a wavelength absorbed by the second pixel 112 .
특히 복수의 픽셀 트랜지스터들(120)은 채널층 전사를 통해 박막 구조로 형성될 수 있어, 다중파장 광 검출기(100)의 소형화 및 집적화를 도모할 수 있다.In particular, the plurality of pixel transistors 120 can be formed into a thin film structure through channel layer transfer, thereby promoting miniaturization and integration of the multi-wavelength photo detector 100.
커패시터층(130)은 집적 회로 소자(140)와 복수의 픽셀 트랜지스터들(120) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 커패시터층(130)은 복수의 픽셀 트랜지스터들(120) 및 집적 회로 소자(140)와 전기적으로 연결됨으로써, 집적 회로 소자(140)에 포함되는 커패시터에 더하여, 추가적인 커패시턴스를 제공할 수 있다. 이를 위해, 커패시터층(130)은 집적 회로 소자(140)에 대향하여 배치되는 제1 금속층(131), 복수의 픽셀 트랜지스터들(120)에 대향하여 배치되는 제2 금속층(132) 및 제1 금속층(131)와 제2 금속층(132) 사이에 배치되는 절연층(133)을 포함할 수 있다. 커패시터층(130)은 제1 금속층(131) 및 제2 금속층(132)을 통해 집적 회로 소자(140)와 전기적으로 연결될 수 있다.The capacitor layer 130 may be disposed between the integrated circuit device 140 and the plurality of pixel transistors 120. This capacitor layer 130 is electrically connected to the plurality of pixel transistors 120 and the integrated circuit device 140, thereby providing additional capacitance in addition to the capacitor included in the integrated circuit device 140. To this end, the capacitor layer 130 includes a first metal layer 131 disposed opposite the integrated circuit element 140, a second metal layer 132 disposed opposite the plurality of pixel transistors 120, and a first metal layer. It may include an insulating layer 133 disposed between (131) and the second metal layer (132). The capacitor layer 130 may be electrically connected to the integrated circuit element 140 through the first metal layer 131 and the second metal layer 132.
여기서, 커패시터층(130)이 제공하는 추가적인 커패시턴스는 커패시터층(130)의 면적 및 두께를 기반으로 결정될 수 있다. 예컨대, 추가적인 커패시턴스는 제1 금속층(131) 및 제2 금속층(132)이 서로 중첩되는 면적, 제1 금속층(131) 및 제2 금속층(132)이 절연층(133)에 의해 서로 이격되는 거리에 기초하여 결정될 수 있다.Here, the additional capacitance provided by the capacitor layer 130 may be determined based on the area and thickness of the capacitor layer 130. For example, the additional capacitance is the area where the first metal layer 131 and the second metal layer 132 overlap each other, and the distance between the first metal layer 131 and the second metal layer 132 by the insulating layer 133. It can be decided based on
도면에는 도시되지 않았지만, 커패시터층(130)은 제1 금속층(131)의 일부분만이 집적 회로 소자(140)와 전기적으로 연결되도록 하고 나머지 부분들을 절연시키는 제1 보호층(미도시), 제2 금속층(132)의 일부분만이 복수의 픽셀 트랜지스터들(120)과 전기적으로 연결되도록 하고 나머지 부분들을 절연시키는 제2 보호층(미도시), 제1 금속층(131)을 집적 회로 소자(140)에 접합시키는 제1 접합층(미도시) 및 제2 금속층(132)을 복수의 픽셀 트랜지스터들(120)에 접합시키는 제2 접합층(미도시)을 더 포함할 수 있다.Although not shown in the drawing, the capacitor layer 130 includes a first protective layer (not shown), a second protective layer (not shown) that electrically connects only a portion of the first metal layer 131 to the integrated circuit element 140 and insulates the remaining portions. A second protective layer (not shown) that allows only a portion of the metal layer 132 to be electrically connected to the plurality of pixel transistors 120 and insulates the remaining portions, and the first metal layer 131 is connected to the integrated circuit element 140. It may further include a first bonding layer (not shown) for bonding and a second bonding layer (not shown) for bonding the second metal layer 132 to the plurality of pixel transistors 120 .
이처럼 커패시터층(130)이 추가적인 커패시턴스를 제공함으로써, Planar 구조의 커패시턴스 용량을 극복하며 전하적분용량을 증가시켜 잡음온도분해능 특성을 개선할 수 있다.As the capacitor layer 130 provides additional capacitance, the capacitance capacity of the planar structure can be overcome and the charge integration capacity can be increased to improve noise temperature resolution characteristics.
집적 회로(Integrated circuit; IC) 소자(140)는 복수의 픽셀들(111, 112) 각각이 파장별로 흡수하는 광에 대한 전기 신호를 처리하여 이미지를 구현할 수 있다. 보다 상세하게, 집적 회로 소자(140)는 신호 취득 회로(read-out integrated circuit; ROIC)(미도시)를 포함하도록 구성됨으로써, 복수의 픽셀 트랜지스터들(120)에서 출력되는 전기 신호를 처리하여 이미지를 구현할 수 있다. 또한, 집적 회로 소자(140)는 커패시터층(130)과 더불어 커패시턴스를 제공하기 위한 내부의 커패시터(미도시)를 포함할 수 있다.The integrated circuit (IC) device 140 may implement an image by processing electrical signals for light absorbed by each of the plurality of pixels 111 and 112 for each wavelength. In more detail, the integrated circuit element 140 is configured to include a signal acquisition circuit (read-out integrated circuit; ROIC) (not shown), thereby processing the electrical signals output from the plurality of pixel transistors 120 to create an image. can be implemented. Additionally, the integrated circuit device 140 may include an internal capacitor (not shown) to provide capacitance in addition to the capacitor layer 130.
이와 같은 픽셀 세트(110), 복수의 픽셀 트랜지스터들(120), 커패시터층(130) 및 집적 회로 소자(140)를 포함하는 다중파장 광 검출기(100)는, 모놀리식으로 적층된 구조(이하, 모놀리식으로 적층된 구조는 모놀리식 방식으로 이용하여 일체화된 적층 구조를 의미함)를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. 이를 위해, 픽셀 세트(110), 복수의 픽셀 트랜지스터들(120), 커패시터층(130) 및 집적 회로 소자(140)는 각각의 단면 크기, 면적이 유사하거나 동일하게 형성될 수 있다.The multi-wavelength photodetector 100 including such a pixel set 110, a plurality of pixel transistors 120, a capacitor layer 130, and an integrated circuit element 140 has a monolithically stacked structure (hereinafter referred to as , the monolithically laminated structure may be characterized as having an integrated laminated structure using a monolithic method. To this end, the pixel set 110, the plurality of pixel transistors 120, the capacitor layer 130, and the integrated circuit device 140 may each have similar or identical cross-sectional sizes and areas.
이상 설명된 다중파장 광 검출기(100)는, 수평 방향으로 복수 개 구비하여 다중파장 광 검출기 어레이를 구성할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 5를 참조하여 기재하기로 한다.The multi-wavelength photo detector 100 described above can be provided in a plurality in the horizontal direction to form a multi-wavelength photo detector array. A detailed description of this will be described with reference to FIG. 5.
도 5는 도 1에 도시된 다중파장 광 검출기가 구성하는 다중파장 광 검출기 어레이를 나타낸 사시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 다중파장 광 검출기 어레이에서 커패시터층 및 집적 회로 소자가 공유되는 구조를 설명하기 위한 회로도이다.FIG. 5 is a perspective view showing a multi-wavelength photo detector array composed of the multi-wavelength photo detector shown in FIG. 1, and FIG. 6 shows a structure in which the capacitor layer and integrated circuit elements are shared in the multi-wavelength photo detector array shown in FIG. 5. This is a circuit diagram for explanation.
도 5 내지 6을 참조하면, 다중파장 광 검출기 어레이(500)는 도 1 내지 4를 참조하여 설명된 다중파장 광 검출기(100)가 수평 방향으로 복수 개 구비됨으로써 구현될 수 있다. 여기서, 수평 방향으로 구비되는 복수의 다중파장 광 검출기들(510, 520)은, 서로 다른 파장의 입사 광을 흡수하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 다중파장 광 검출기(510)에 포함되는 픽셀 세트(511)는 제1 파장, 제2 파장의 입사 광을 흡수하도록 구성될 수 있으며, 제2 다중파장 광 검출기(520)에 포함되는 픽셀 세트(521)는 제3 파장, 제4 파장의 입사 광을 흡수하도록 구성될 수 있다.Referring to FIGS. 5 and 6 , the multi-wavelength photo detector array 500 may be implemented by providing a plurality of the multi-wavelength photo detectors 100 described with reference to FIGS. 1 to 4 in the horizontal direction. Here, the plurality of multi-wavelength photo detectors 510 and 520 provided in the horizontal direction may be configured to absorb incident light of different wavelengths. For example, the pixel set 511 included in the first multi-wavelength photo detector 510 may be configured to absorb incident light of the first and second wavelengths, and may be configured to absorb incident light of the first and second wavelengths, and may be connected to the second multi-wavelength photo detector 520. The included pixel set 521 may be configured to absorb incident light of the third and fourth wavelengths.
특히, 다중파장 광 검출기(510, 520)가 수평 방향으로 복수 개 구비되는 것은, 집적 회로 소자(530)를 제외한 픽셀 세트(511, 521), 복수의 픽셀 트랜지스터들(512, 522) 및 커패시터층(513, 523)만이 각각 수평 방향으로 복수 개 구비되는 것을 의미한다. 따라서, 다중파장 광 검출기 어레이(500) 내에서 복수의 다중파장 광 검출기들(510, 520)은 집적 회로 소자(530)를 공유하는 바(정확하게는 복수의 다중파장 광 검출기들(510, 520)에 포함되는 픽셀 세트들(511, 512), 복수의 픽셀 트랜지스터들(512, 522) 및 커패시터층들(513, 523)이 집적 회로 소자(530)를 공유함), 다중파장 광 검출기 어레이(500)는 소형화 및 집적화를 도모할 수 있다.In particular, the plurality of multi-wavelength photo detectors 510 and 520 provided in the horizontal direction include a pixel set 511 and 521 excluding the integrated circuit element 530, a plurality of pixel transistors 512 and 522, and a capacitor layer. Only (513, 523) means that a plurality of each is provided in the horizontal direction. Accordingly, within the multi-wavelength photo detector array 500, a plurality of multi-wavelength photo detectors 510 and 520 share the integrated circuit element 530 (more precisely, a plurality of multi-wavelength photo detectors 510 and 520). (pixel sets 511, 512, a plurality of pixel transistors 512, 522, and capacitor layers 513, 523 share the integrated circuit element 530), and a multi-wavelength photodetector array 500. ) can promote miniaturization and integration.
이 때, 다중파장 광 검출기(510, 520) 내에서 픽셀 세트(511, 512)를 구성하는 복수의 픽셀들은 커패시터층(513, 523)을 공유할 수 있다. 따라서, 다중파장 광 검출기(510, 520) 역시 소형화 및 집적화를 도모하는 동시에, Planar 구조의 커패시턴스 용량을 극복하며 전하적분용량을 증가시켜 잡음온도분해능 특성을 개선할 수 있다.At this time, a plurality of pixels constituting the pixel sets 511 and 512 within the multi-wavelength photo detectors 510 and 520 may share the capacitor layers 513 and 523. Accordingly, the multi-wavelength photodetectors 510 and 520 can also achieve miniaturization and integration while improving noise temperature resolution characteristics by overcoming the capacitance capacity of the planar structure and increasing the charge integration capacity.
이와 같은 다중파장 광 검출기 어레이(500)는 초분광 이미징 시스템으로 사용될 수 있으며, 이에 제한되거나 한정되지 않고, 어레이를 구성하지 않은 다중파장 광 검출기(510, 520)도 단독적으로 초분광 이미징 시스템으로 사용될 수도 있다. 이러한 경우, 다중파장 광 검출기(510, 520)의 픽셀 세트(511, 521)를 구성하는 픽셀들의 개수는 다중파장 광 검출기 어레이(500) 내에서의 복수의 다중파장 광 검출기들(510, 520) 각각의 픽셀 세트(511, 521)를 구성하는 픽셀들의 개수보다 증가될 수 있다.Such a multi-wavelength photodetector array 500 can be used as a hyperspectral imaging system, but is not limited or limited thereto, and the multi-wavelength photodetectors 510 and 520 that do not constitute an array can also be used independently as a hyperspectral imaging system. It may be possible. In this case, the number of pixels constituting the pixel sets 511 and 521 of the multi-wavelength photo detectors 510 and 520 is determined by the number of pixels within the multi-wavelength photo detector array 500 (510 and 520). It may be greater than the number of pixels constituting each pixel set 511 and 521.
도 7은 일 실시예에 따른 다중파장 광 검출기의 제조 방법을 나타낸 플로우 차트이다. 이하, 설명되는 제조 방법은 자동화 및 기계화된 제조 시스템에 의해 통상의 반도체 제조 기법에 따라 수행됨을 전제로 하며, 제조 방법이 수행된 결과로 도 1 내지 4를 참조하여 설명된 다중파장 광 검출기(100)가 제조될 수 있다. 따라서, 이하 제조 방법은, 다중파장 광 검출기(100)를 구성하는 구성요소들을 형성하는 세부적인 과정들에 대해서 직접적으로 설명하지 않더라도 다중파장 광 검출기(100)를 제조함이 명확하므로 상기 세부적인 과정들을 포함하는 것이 자명하다.Figure 7 is a flow chart showing a method of manufacturing a multi-wavelength photodetector according to an embodiment. Hereinafter, the manufacturing method described is assumed to be performed according to common semiconductor manufacturing techniques by an automated and mechanized manufacturing system, and as a result of performing the manufacturing method, the multi-wavelength photodetector (100) described with reference to FIGS. 1 to 4 ) can be manufactured. Therefore, in the following manufacturing method, it is clear that the multi-wavelength photo detector 100 is manufactured even if the detailed processes of forming the components constituting the multi-wavelength photo detector 100 are not directly described. It is obvious that it includes them.
마찬가지로, 도 5 내지 6을 참조하여 설명된 다중파장 광 검출기 어레이(500) 역시 후술되는 제조 방법과 유사 또는 동일한 제조 방법을 통해 제조될 수 있다.Likewise, the multi-wavelength photodetector array 500 described with reference to FIGS. 5 and 6 may also be manufactured through a manufacturing method similar to or identical to the manufacturing method described later.
도 7을 참조하면, 단계(S710)에서 제조 시스템은, 복수의 픽셀들 각각이 파장별로 흡수하는 광에 대한 전기 신호를 처리하여 이미지를 구현하는 집적 회로 소자를 준비할 수 있다.Referring to FIG. 7 , in step S710, the manufacturing system may prepare an integrated circuit device that implements an image by processing electrical signals for light absorbed by each of the plurality of pixels for each wavelength.
이 때, 별도의 단계로 도시되지는 않았으나, 제조 시스템은 단계(S710)에서, 집적 회로 소자와 복수의 픽셀 트랜지스터들 사이에 배치될 커패시터층을 집적 회로 소자 상에 형성할 수 있다.At this time, although not shown as a separate step, the manufacturing system may form a capacitor layer to be disposed between the integrated circuit device and the plurality of pixel transistors on the integrated circuit device in step S710.
이어서 단계(S720)에서 제조 시스템은, 집적 회로 소자 상에 복수의 픽셀들 각각이 파장별로 흡수하는 광에 대한 전기 신호를 발생시키는 복수의 픽셀 트랜지스터들을 형성할 수 있다. 보다 상세하게, 제조 시스템은 전술된 바와 같이 집적 회로 소자 상에 배치된 커패시터층의 상부에 복수의 픽셀 트랜지스터들을 형성할 수 있다.Next, in step S720, the manufacturing system may form a plurality of pixel transistors on the integrated circuit device that generate electrical signals for light absorbed by each wavelength. More specifically, the manufacturing system can form a plurality of pixel transistors on top of a capacitor layer disposed on an integrated circuit device as described above.
그 후, 단계(S730)에서 제조 시스템은, 복수의 픽셀 트랜지스터들 상에 입사 광을 파장별로 흡수하는 복수의 픽셀들로 구성되는 픽셀 세트를 형성할 수 있다.Thereafter, in step S730, the manufacturing system may form a pixel set composed of a plurality of pixels that absorb incident light according to wavelength on a plurality of pixel transistors.
별도의 단계로 도시되지는 않았으나, 제조 시스템은 단계(S730)에서 픽셀 세트를 구성하는 복수의 픽셀들의 상부에 각각 배치되는 복수의 나노구조 표면 필터들을 형성할 수 있다.Although not shown as a separate step, the manufacturing system may form a plurality of nanostructured surface filters each disposed on top of a plurality of pixels constituting the pixel set in step S730.
특히, 단계들(S720 내지 S730)에서 제조 시스템은 집적 회로 소자, 복수의 픽셀 트랜지스터들 및 픽셀 세트가 모놀리식으로 적층된 구조를 갖도록 모놀리식 방식을 이용하여 집적 회로 소자 상에 복수의 픽셀 트랜지스터들 및 픽셀 세트를 일체화된 적층 구조로 형성할 수 있다.In particular, in steps S720 to S730, the manufacturing system fabricates a plurality of pixels on the integrated circuit device using a monolithic method so that the integrated circuit device, a plurality of pixel transistors, and a pixel set have a monolithically stacked structure. Transistors and pixel sets can be formed in an integrated stacked structure.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및/또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C" 또는 "A, B 및/또는 C 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제1", "제2", "첫째" 또는 "둘째" 등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 어떤(예: 제1) 구성요소가 다른(예: 제2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.The various embodiments of this document and the terms used herein are not intended to limit the technology described in this document to a specific embodiment, and should be understood to include various changes, equivalents, and/or replacements of the embodiments. In connection with the description of the drawings, similar reference numbers may be used for similar components. Singular expressions may include plural expressions, unless the context clearly dictates otherwise. In this document, expressions such as “A or B”, “at least one of A and/or B”, “A, B or C” or “at least one of A, B and/or C” refer to all of the items listed together. Possible combinations may be included. Expressions such as "first", "second", "first" or "second" can modify the corresponding components regardless of order or importance, and are only used to distinguish one component from another component. The components are not limited. When a component (e.g. a first) component is said to be "connected (functionally or communicatively)" or "connected" to another (e.g. a second) component, it means that the component is connected to the other component. It may be connected directly to a component or may be connected through another component (e.g., a third component).
다양한 실시예들에 따르면, 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이러한 경우, 통합된 구성요소는 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 통합 이전에 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.According to various embodiments, each component (eg, module or program) of the described components may include a single entity or a plurality of entities. According to various embodiments, one or more of the components or operations described above may be omitted, or one or more other components or operations may be added. Alternatively or additionally, multiple components (eg, modules or programs) may be integrated into a single component. In this case, the integrated component may perform one or more functions of each of the plurality of components in the same or similar manner as that performed by the corresponding component among the plurality of components prior to integration. According to various embodiments, operations performed by a module, program, or other component may be executed sequentially, in parallel, iteratively, or heuristically, or one or more of the operations may be executed in a different order, omitted, or , or one or more other operations may be added.
Claims (17)
입사 광을 파장별로 흡수하는 복수의 픽셀들로 구성되는 픽셀 세트;
상기 픽셀 세트의 하부에 결합된 채, 상기 복수의 픽셀들 각각이 파장별로 흡수하는 광에 대한 전기 신호를 발생시키는 복수의 픽셀 트랜지스터들;
상기 복수의 픽셀들 각각이 파장별로 흡수하는 광에 대한 전기 신호를 처리하여 이미지를 구현하는 집적 회로 소자; 및
상기 집적 회로 소자와 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들 사이에 배치된 채, 상기 복수의 픽셀들에 의해 공유되는 커패시터층-상기 커패시터층은, 상기 집적 회로 소자에 대향하여 배치되는 제1 금속층, 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들에 대향하여 배치되는 제2 금속층 및 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층 사이에 배치되는 절연층을 포함함-
을 포함하고,
상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속층이 서로 중첩되는 면적과, 상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속층이 상기 절연층에 의해 서로 이격되는 거리는,
상기 커패시터층이 제공하는 추가적인 커패시턴스에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하며,
상기 복수의 픽셀들은,
수직 방향으로 적층되는 가운데 상기 복수의 픽셀들 각각에서 광 입사 방향을 향해 적어도 일부 영역이 노출되도록 서로 상이한 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 다중파장 광 검출기.
In a multi-wavelength photodetector,
a pixel set consisting of a plurality of pixels that absorb incident light according to wavelength;
a plurality of pixel transistors coupled to a lower portion of the pixel set and generating an electrical signal for light absorbed by each of the plurality of pixels for each wavelength;
an integrated circuit device that implements an image by processing electrical signals for light absorbed by each of the plurality of pixels for each wavelength; and
A capacitor layer disposed between the integrated circuit element and the plurality of pixel transistors and shared by the plurality of pixels, wherein the capacitor layer includes a first metal layer disposed opposite the integrated circuit element, the plurality of comprising a second metal layer disposed opposite the pixel transistors and an insulating layer disposed between the first metal layer and the second metal layer -
Including,
The area where the first metal layer and the second metal layer overlap each other, and the distance between the first metal layer and the second metal layer by the insulating layer are,
Characterized in that it is determined based on the additional capacitance provided by the capacitor layer,
The plurality of pixels are,
A multi-wavelength light detector, wherein each of the plurality of pixels is stacked in a vertical direction and has different sizes so that at least a portion of the area is exposed toward the light incident direction.
상기 픽셀 세트, 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들 및 상기 집적 회로 소자는,
모놀리식으로 적층된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 다중파장 광 검출기.
According to paragraph 1,
The pixel set, the plurality of pixel transistors, and the integrated circuit device include:
A multi-wavelength photodetector characterized by having a monolithically stacked structure.
상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속층은,
상기 집적 회로 소자와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 다중파장 광 검출기.
According to paragraph 1,
The first metal layer and the second metal layer are,
A multi-wavelength photodetector, characterized in that it is electrically connected to the integrated circuit element.
상기 다중파장 광 검출기는,
상기 픽셀 세트, 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들 및 상기 커패시터층 각각을 수평 방향으로 복수 개 구비하여 다중파장 광 검출기 어레이를 구성하는 것을 특징으로 하는 다중파장 광 검출기.
According to paragraph 1,
The multi-wavelength photodetector,
A multi-wavelength photodetector comprising a plurality of the pixel set, the plurality of pixel transistors, and the capacitor layer, each in a horizontal direction, to form a multi-wavelength photodetector array.
상기 복수 개 구비되는 상기 픽셀 세트, 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들 및 상기 커패시터층 각각은,
상기 집적 회로 소자를 공유하는 것을 특징으로 하는 다중파장 광 검출기.
In clause 7,
Each of the plurality of pixel sets, the plurality of pixel transistors, and the capacitor layer,
A multi-wavelength photodetector, characterized in that it shares the integrated circuit element.
상기 다중파장 광 검출기 어레이는,
초분광 이미징 시스템으로 사용되는 것을 특징으로 하는 다중파장 광 검출기.
In clause 7,
The multi-wavelength photodetector array,
A multi-wavelength photodetector characterized for use as a hyperspectral imaging system.
상기 복수의 픽셀들의 상부에 각각 배치되는 복수의 나노구조 표면 필터들
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중파장 광 검출기.
According to paragraph 1,
A plurality of nanostructure surface filters each disposed on top of the plurality of pixels
A multi-wavelength photodetector further comprising:
상기 복수의 나노구조 표면 필터들 각각은,
상기 복수의 픽셀들 각각에서 노출되는 상기 적어도 일부 영역의 상부에 배치되는 것을 특징으로 하는 다중파장 광 검출기.
According to clause 10,
Each of the plurality of nanostructured surface filters,
A multi-wavelength photo detector disposed on top of at least a portion of the area exposed by each of the plurality of pixels.
상기 복수의 나노구조 표면 필터들은,
서로 다른 파장을 흡수하도록 서로 상이한 주기 또는 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 다중파장 광 검출기.
According to clause 10,
The plurality of nanostructured surface filters,
A multi-wavelength photodetector characterized by having different periods or shapes to absorb different wavelengths.
복수의 픽셀들 각각이 파장별로 흡수하는 광에 대한 전기 신호를 처리하여 이미지를 구현하는 집적 회로 소자를 준비하는 단계;
상기 집적 회로 소자 상에 상기 복수의 픽셀들 각각이 파장별로 흡수하는 광에 대한 전기 신호를 발생시키는 복수의 픽셀 트랜지스터들을 형성하는 단계; 및
상기 복수의 픽셀 트랜지스터들 상에 입사 광을 파장별로 흡수하는 상기 복수의 픽셀들로 구성되는 픽셀 세트를 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 준비하는 단계는,
상기 집적 회로 소자와 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들 사이에 배치된 채, 상기 복수의 픽셀들에 의해 공유되는 커패시터층-상기 커패시터층은, 상기 집적 회로 소자에 대향하여 배치되는 제1 금속층, 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들에 대향하여 배치되는 제2 금속층 및 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층 사이에 배치되는 절연층을 포함함-을 형성하는 단계;
을 포함하며,
상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속층이 서로 중첩되는 면적과, 상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속층이 상기 절연층에 의해 서로 이격되는 거리는,
상기 커패시터층이 제공하는 추가적인 커패시턴스에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하고,
상기 복수의 픽셀들은,
수직 방향으로 적층되는 가운데 상기 복수의 픽셀들 각각에서 광 입사 방향을 향해 적어도 일부 영역이 노출되도록 서로 상이한 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 다중파장 광 검출기의 제조 방법.
In a method of manufacturing a multi-wavelength photodetector,
Preparing an integrated circuit device that implements an image by processing electrical signals for light absorbed by each of a plurality of pixels for each wavelength;
forming a plurality of pixel transistors on the integrated circuit device to generate an electrical signal for light absorbed by each of the plurality of pixels for each wavelength; and
Forming a pixel set composed of the plurality of pixels that absorb incident light according to wavelength on the plurality of pixel transistors.
Including,
The preparation step is,
A capacitor layer disposed between the integrated circuit element and the plurality of pixel transistors and shared by the plurality of pixels, wherein the capacitor layer includes a first metal layer disposed opposite the integrated circuit element, the plurality of forming a second metal layer disposed opposite the pixel transistors and an insulating layer disposed between the first metal layer and the second metal layer;
Includes,
The area where the first metal layer and the second metal layer overlap each other, and the distance between the first metal layer and the second metal layer by the insulating layer are,
Characterized in that it is determined based on the additional capacitance provided by the capacitor layer,
The plurality of pixels are,
A method of manufacturing a multi-wavelength photodetector, wherein each of the plurality of pixels is stacked in a vertical direction and has different sizes so that at least a portion of the area is exposed toward the light incident direction.
상기 복수의 픽셀 트랜지스터들을 형성하는 단계 및 상기 픽셀 세트를 형성하는 단계는,
상기 집적 회로 소자, 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들 및 상기 픽셀 세트가 모놀리식으로 적층된 구조를 갖도록 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들 및 상기 픽셀 세트를 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 다중파장 광 검출기의 제조 방법.
According to clause 14,
Forming the plurality of pixel transistors and forming the pixel set include:
Manufacturing a multi-wavelength photodetector, characterized in that forming the integrated circuit device, the plurality of pixel transistors, and the pixel set so that the plurality of pixel transistors and the pixel set have a monolithically stacked structure. method.
상기 픽셀 세트를 형성하는 단계는,
상기 픽셀 세트를 구성하는 복수의 픽셀들의 상부에 각각 배치되는 복수의 나노구조 표면 필터들을 형성하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중파장 광 검출기의 제조 방법.According to clause 14,
The step of forming the pixel set is,
Forming a plurality of nanostructured surface filters each disposed on top of a plurality of pixels constituting the pixel set.
A method of manufacturing a multi-wavelength photodetector further comprising:
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