KR20200011043A - Image sensor including quantum dot layer - Google Patents

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KR20200011043A
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박재근
김일환
박준성
고윤혁
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

According to the present invention, disclosed is an image sensor including a quantum dot layer. According to an embodiment of the present invention, the image sensor including the quantum dot layer comprises: a photoelectric conversion element formed in correspondence with a plurality of pixel areas on a substrate; a wiring layer formed on the substrate on which the photoelectric conversion element is formed; a color filter formed on the wiring layer and corresponding to the photoelectric conversion element; and a quantum dot layer formed on the color filter and absorbing light to emit a visible light in a specific wavelength area. Therefore, the present invention is capable of detecting both visible and infrared/ultraviolet rays.

Description

양자점층을 포함하는 이미지 센서{IMAGE SENSOR INCLUDING QUANTUM DOT LAYER}Image sensor including quantum dot layer {IMAGE SENSOR INCLUDING QUANTUM DOT LAYER}

본 발명은 양자점층을 포함하는 이미지 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 자외선 또는 적외선을 디스플레이할 수 있는 양자점층을 포함하는 이미지 센서에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensor including a quantum dot layer, and more particularly, to an image sensor including a quantum dot layer capable of displaying ultraviolet rays or infrared rays.

최근들어 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 디지털 카메라, 캠코더, PCS(Personal Communication System), 게임기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대하고 있다. Recently, with the development of the computer industry and the communication industry, the demand for improved image sensors in various fields such as digital cameras, camcorders, personal communication systems (PCS), game machines, security cameras, and medical micro cameras is increasing.

일반적으로, 이미지 센서는 크게 CCD(전하 결합소자, Charge Coupled Device)형과 CMOS(상보성 금속산화물 반도체, Complementary Metal Oxide Semiconductor)형으로 구분된다. 여기서 CCD형 이미지센서는 빛에 의해 발생한 전자를 그대로 게이트 펄스를 이용해서 출력부까지 이동시킨다. 따라서 도중에 외부 잡음이 있어 전압은 달라지더라도 전자의 수 자체는 변함이 없으므로 잡음이 출력 신호에 영향을 주지 않는 특성을 가지고 있다. 이에 디지탈 카메라 및 캠코더와 같은 높은 화질을 요구하는 멀티미디어 기기에서 많이 사용되고 있다.In general, an image sensor is classified into a CCD (charge coupled device) type and a CMOS (complementary metal oxide semiconductor) type. Here, the CCD image sensor moves electrons generated by light to the output unit by using a gate pulse. Therefore, there is an external noise on the way, so the number of electrons does not change even if the voltage changes, so the noise does not affect the output signal. Therefore, it is widely used in multimedia devices requiring high image quality such as digital cameras and camcorders.

CMOS 이미지 센서는 구동 방식이 간편하고, 신호 처리 회로를 단일칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 가능하다. CMOS 이미지 센서는 전력 소모 또한 매우 낮아 배터리 용량이 제한적인 제품에 적용이 용이하다. 또한, CMOS 이미지 센서는 CMOS 공정 기술을 호환하여 사용할 수 있어 제조 단가를 낮출 수 있다. 따라서, CMOS 이미지 센서는 기술 개발과 함께 고해상도가 구현 가능함에 따라 그 사용이 급격히 늘어나고 있다.CMOS image sensors are simple to drive and can integrate signal processing circuits on a single chip, enabling smaller products. CMOS image sensors also have very low power consumption, making them easy to use in products with limited battery capacity. In addition, CMOS image sensors can be used interchangeably with CMOS process technology, reducing manufacturing costs. Therefore, the use of CMOS image sensors is rapidly increasing as high resolution is realized with technology development.

또한, 이미지센서는 인간의 눈으로는 보이지 않는 적외선 영역 또는 자외선 영역의 빛에 대해서도 반응하는 특성이 있다. 따라서 필요에 따라 가시광 영역의 빛은 차단하고 적외선 영역 또는 자외선 영역의 빛만을 투과시킬 필요가 있으며 이러한 경우 적외선 또는 자외선 픽셀이 추가적으로 사용된다.In addition, the image sensor has a characteristic of responding to light in the infrared region or the ultraviolet region which is invisible to the human eye. Therefore, if necessary, it is necessary to block the light in the visible region and transmit only the light in the infrared region or the ultraviolet region. In this case, an infrared or ultraviolet pixel is additionally used.

대한민국 공개특허 제10-2010-0079088호에 따르면, 양자점 렌즈를 이용하여 마이크로렌즈 및 컬러필터를 대체하여 가시광선을 감지하는 기술로, 공정이 복잡하고 적외선 또는 자외선 영역의 빛을 감지하기 못하는 문제가 있고, 대한민국 공개특허 제 10-2015-0118885호에 따르면, 적외선 검출 물질로서 유기 물질, 양자점 및 III-V 물질을 사용하는 유기 포토다이오드(OPD) 구조에 관한 기술로, 빛을 흡수하여 전자정공 쌍(EHP)을 형성하고 이를 상/하부 전극을 통해 전류를 생성하여, 광전 변환 효율이 낮고, 공정이 복잡하다는 문제가 있다.According to Korean Patent Publication No. 10-2010-0079088, a technique for detecting visible light by replacing a microlens and a color filter using a quantum dot lens, which has a complicated process and fails to detect light in an infrared or ultraviolet region. According to Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2015-0118885, an organic photodiode (OPD) structure using an organic material, a quantum dot, and a III-V material as an infrared detection material, and absorbs light to form an electron hole pair By forming (EHP) and generating current through the upper and lower electrodes, there is a problem that the photoelectric conversion efficiency is low and the process is complicated.

Ludong Li에 따르면, 와이드-밴드 갭 물질(Wide-band gap material; ZnO quantum dot)을 채널로 사용함으로써, 아연 산화물 양자점(ZnO QD)이 자외선을 흡수하여 전자정공 쌍을 생성하는 기술로, 공정 과정이 복잡하다는 문제가 있다.According to Ludong Li, zinc oxide quantum dots (ZnO QD) absorb electrons and create electron hole pairs by using a wide-band gap material (ZnO quantum dot) as a channel. There is a problem with this complexity.

미국 등록특허 제9,635,325호에 따르면, 실리콘 질화물(SiNx)을 광루미네센스 물질로 작용하여 에너지-다운-쉬프트(energy-down-shift) 역할을 하는 기술로, 가시광선을 배제하고 자외선만을 감지하여, 광학적인 빛의 플럭스(flux)가 부족하여 이미지화가 어렵다는 문제가 있다.According to US Patent No. 9,635,325, silicon nitride (SiNx) acts as an energy-down-shift by acting as a photoluminescence material, and excludes visible light and detects only ultraviolet light. However, there is a problem in that imaging is difficult due to lack of flux of optical light.

그러나, 앞서 전술한 바와 같이, 이미지센서로 적외선 영역 또는 자외선 영역의 빛을 측정하기 위해서는 적외선 영역 또는 자외선 영역 파장 대역에서 높은 감도를 가지는 포토 다이오드(SOI, ZnO 나노 패턴, TiO2 나노-로드(nano-rod), 그래핀 등)를 사용하였으나, 적외선 영역 또는 자외선 영역 파장 대역에서 높은 감도를 가지는 포토 다이오드는 공정 과정이 복잡하고, 단순히 적외선 영역 또는 자외선 영역의 빛의 양만 확인할 수 있다는 문제가 있다.However, as described above, in order to measure light in the infrared region or the ultraviolet region with an image sensor, photodiodes (SOI, ZnO nanopatterns, TiO 2 nano-rods (nano) having high sensitivity in the infrared or ultraviolet region wavelength bands -rod, graphene, etc.), the photodiode having high sensitivity in the infrared or ultraviolet wavelength range has a problem that the process is complicated, and only the amount of light in the infrared or ultraviolet region can be confirmed.

대한민국 공개특허 제10-2010-0079088호, "이미지 센서 및 그 제조 방법"Republic of Korea Patent Publication No. 10-2010-0079088, "Image sensor and its manufacturing method" 대한민국 공개특허 제 10-2015-0118885호, "이미지 센서의 단위 픽셀 및 이를 포함하는 이미지 센서"Republic of Korea Patent Publication No. 10-2015-0118885, "Unit pixel of the image sensor and an image sensor comprising the same" 미국 등록특허 제9,635,325호, "Systems and methods for detecting ultraviolet light using image sensors"US Patent No. 9,635,325, "Systems and methods for detecting ultraviolet light using image sensors"

Ludong Li 외 4, ZnO Quantum Dot Decorated Zn2SnO4 Nanowire Heterojunction Photodetectors with Drastic Performance Enhancement and Flexible Ultraviolet Image Sensors, 2017.03Ludong Li et al. 4, ZnO Quantum Dot Decorated Zn2SnO4 Nanowire Heterojunction Photodetectors with Drastic Performance Enhancement and Flexible Ultraviolet Image Sensors, 2017.03

본 발명의 실시예들의 목적은 양자점층을 사용하여, 적외선 또는 자외선(적외선/자외선)의 양에 따라 디스플레이(이미지화)가 가능한 이미지 센서를 제조하기 위한 것이다.It is an object of embodiments of the present invention to manufacture an image sensor capable of display (imaging) according to the amount of infrared or ultraviolet (infrared / ultraviolet) light, using a quantum dot layer.

본 발명의 실시예들의 목적은 양자점층을 사용하여 자외선 파장대역의 광 또는 적외선 파장대역의 광을 흡수하여 가시광선으로 발광함으로써, 가시광선 및 적외선/자외선을 모두 감지할 수 있 이미지 센서를 제조하기 위한 것이다.An object of the embodiments of the present invention by using a quantum dot layer absorbs light in the ultraviolet wavelength band or light in the infrared wavelength band and emits visible light, thereby manufacturing an image sensor capable of detecting both visible light and infrared / ultraviolet light It is for.

본 발명의 실시예들의 목적은 종래에 사용되는 이미지 센서에 양자점층을 장착하는 단순한 공정으로 적외선 또는 자외선을 감지할 수 있는 이미지 센서를 제조하기 위한 것이다.An object of the embodiments of the present invention is to manufacture an image sensor capable of detecting infrared rays or ultraviolet rays by a simple process of attaching a quantum dot layer to an image sensor used in the related art.

본 발명의 일 실시예에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서는 기판 상에 복수의 픽셀 영역에 대응되게 형성되는 광전 변환 소자; 상기 광전 변환 소자가 형성된 기판 상에 형성되는 배선층; 상기 배선층 상에 형성되고, 상기 광전 변환 소자에 대응되게 형성되는 컬러필터; 및 상기 컬러필터 상에 형성되고, 광을 흡수하여 특정 파장 영역의 가시광으로 발광하는 양자점층을 포함한다.An image sensor including a quantum dot layer according to an embodiment of the present invention includes a photoelectric conversion element formed to correspond to a plurality of pixel areas on a substrate; A wiring layer formed on the substrate on which the photoelectric conversion element is formed; A color filter formed on the wiring layer and formed to correspond to the photoelectric conversion element; And a quantum dot layer formed on the color filter and absorbing light to emit light as visible light in a specific wavelength region.

상기 광전 변환 소자에는 제1 가시광 및 제2 가시광이 입사되고, 상기 제1 가시광은 양자점층을 통해 투과되는 가시광이고, 제2 가시광은 상기 양자점층에 흡수되어 발광되는 특정 파장 영역의 가시광일 수 있다.First and second visible light may be incident on the photoelectric conversion element, and the first visible light may be visible light transmitted through the quantum dot layer, and the second visible light may be visible light in a specific wavelength region absorbed and emitted by the quantum dot layer. .

상기 양자점층은 자외선 파장대역의 광을 에너지-다운-쉬프트(energy-down-shift)시켜 상기 제2 가시광을 발광할 수 있다.The quantum dot layer may emit energy of the second visible light by energy-down-shifting light in an ultraviolet wavelength band.

상기 양자점층은 적외선 파장대역의 광을 에너지-업-쉬프트(energy-up-shift)시켜 상기 제2 가시광을 발광할 수 있다.The quantum dot layer may emit energy of the second visible light by energy-up-shifting light of an infrared wavelength band.

상기 양자점층은 청색, 녹색 및 적색의 가시광선 파장대역의 광은 투과시키고, 자외선 파장대역의 광 또는 적외선 파장대역의 광만 선택적으로 흡수하여 청색의 가시광을 증폭시키는 청색 양자점층인 것을 특징으로 하는 양자점층일 수 있다.The quantum dot layer is a blue quantum dot layer that transmits light in the visible light wavelength band of blue, green and red, and selectively absorbs only the light in the ultraviolet wavelength band or the infrared wavelength band to amplify the blue visible light. It may be a layer.

상기 양자점층은 청색, 녹색 및 적색의 가시광선 파장대역의 광은 투과시키고, 자외선 파장대역의 광 또는 적외선 파장대역의 광만 선택적으로 흡수하여 적색의 가시광을 증폭시키는 적색 양자점층일 수 있다.The quantum dot layer may be a red quantum dot layer that transmits blue, green, and red visible light wavelength bands, and selectively absorbs only light in an ultraviolet wavelength band or light in an infrared wavelength band to amplify red visible light.

상기 양자점층은 청색, 녹색 및 적색의 가시광선 파장대역의 광은 투과시키고, 자외선 파장대역의 광 또는 적외선 파장대역의 광만 선택적으로 흡수하여 녹색의 가시광을 증폭시키는 녹색 양자점층일 수 있다.The quantum dot layer may be a green quantum dot layer that transmits blue, green, and red visible light wavelength bands, and selectively absorbs only light in the ultraviolet wavelength band or light in the infrared wavelength band to amplify green visible light.

상기 양자점층은 양자점 농도에 따라 투과율(transmittance)이 제어될 수 있다.Transmittance of the quantum dot layer may be controlled according to the quantum dot concentration.

상기 양자점층은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HggZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe, GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, InAs, GaNP, GaNAs, GaPAs, AlNP, AlNAs, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNP, GaInNAs, GaInPAs, InAlNP, InAlNAs, InAlPAs 및 그 조합 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The quantum dot layer is CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnSe, CdZnSe, CdZnSe CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HggZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe, GaASNA, Al, Al AlNPs, AlNAs, AlPAs, InNPs, InNAs, InPAs, GaAlNPs, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNPs, GaInNAs, GaInPAs, InAlNPs, InAlNAs, InAlPAs, and combinations thereof.

상기 양자점층은 CdZnS/ZnS 코어/쉘 양자점 또는 Mn-doped CdZnS/ZnS 코어/쉘 양자점을 포함할 수 있다.The quantum dot layer may include CdZnS / ZnS core / shell quantum dots or Mn-doped CdZnS / ZnS core / shell quantum dots.

상기 광전 변환 소자는 실리콘 기반의 포토다이오드일 수 있다.The photoelectric conversion element may be a silicon-based photodiode.

상기 양자점을 포함하는 이미지 센서는 상기 양자점층 상부 또는 하부에 마이크로 렌즈를 더 포함할 수 있다.The image sensor including the quantum dot may further include a micro lens on or below the quantum dot layer.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양자점을 포함하는 이미지 센서는 기판 상에 복수의 픽셀 영역에 대응되게 형성되는 광전 변환 소자; 상기 광전 변환 소자가 형성된 기판 상에 형성되는 배선층; 상기 배선층 상에 형성되고, 상기 광전 변환 소자에 대응되게 형성되는 컬러필터; 및 상기 컬러필터 상에 형성되는 마이크로 렌즈를 포함하고, 상기 컬러필터 중 적어도 하나는 광을 흡수하여 특정 파장 영역의 가시광으로 발광하는 양자점을 포함한다.According to another embodiment of the present invention, an image sensor including a quantum dot includes a photoelectric conversion element formed to correspond to a plurality of pixel areas on a substrate; A wiring layer formed on the substrate on which the photoelectric conversion element is formed; A color filter formed on the wiring layer and formed to correspond to the photoelectric conversion element; And a micro lens formed on the color filter, wherein at least one of the color filters includes a quantum dot that absorbs light and emits light with visible light in a specific wavelength region.

본 발명의 실시예에 따르면, 양자점층을 사용하여, 자외선 파장대역의 광 또는 적외선 파장대역의 광(적외선/자외선)의 양에 따라 디스플레이(이미지화)가 가능한 이미지 센서를 제조할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, an image sensor capable of display (imaging) can be manufactured according to the amount of light in the ultraviolet wavelength band or light (infrared / ultraviolet) in the infrared wavelength band using the quantum dot layer.

본 발명의 실시예에 따르면, 양자점층을 사용하여 자외선 파장대역의 광 또는 적외선 파장대역의 광을 흡수하여 가시광선으로 발광함으로써, 가시광선 및 적외선/자외선을 모두 감지할 수 있는 이미지 센서를 제조할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by using a quantum dot layer absorbs light in the ultraviolet wavelength band or light in the infrared wavelength band and emits light with visible light, an image sensor capable of detecting both visible light and infrared / ultraviolet light may be manufactured. Can be.

본 발명의 실시예에 따르면, 종래에 사용되는 이미지 센서에 양자점층을 장착하는 단순한 공정으로 자외선 파장대역의 광 또는 적외선 파장대역의 광을 감지할 수 있는 이미지 센서를 제조할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, an image sensor capable of detecting light in an ultraviolet wavelength band or light in an infrared wavelength band may be manufactured by a simple process of attaching a quantum dot layer to an image sensor used in the related art.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서를 도시한 단면도이다.
도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서를 도시한 단면도이다.
도 1c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서를 도시한 입체도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서의 단일 픽셀을 도시한 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 양자점층이 없는 이미지 센서를 이용하여 촬영된 이미지 및 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서를 이용하여 촬영된 이미지의 적색 채널, 녹색 채널 및 청색 채널의 매트릭스를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서의 투과전자현미경(TEM) 이미지를 도시한 것이다.
도 6은 코어쉘 구조의 양자점의 투과전자현미경 (TEM) 및 X-선 분광분석 (EDS) 이미지를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서에 사용되는 양자점의 파장(Wavelength)에 따른 광 발광(photoluminescence; PL) 및 흡수율(Absorption; Abs)을 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서의 파장에 따른 태양 스펙트럼(Solar Spectrum)을 도시한 그래프이다.
도 9는 CdZnS/ZnS 코어쉘 양자점의 에너지 밴드 다이어그램(energy band diagram)을 도시한 것이다.
도 10은 양자점의 농도 변화에 따라 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서의 파장(Wavelength)에 따른 광 발광 강도(photoluminescence intensity; PL intensity) 및 흡수율(Absorption; Abs)을 도시한 그래프이다.
도 11은 양자점의 농도 변화에 따라 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서의 파장(Wavelength)에 따른 광 발광 강도(photoluminescence intensity; PL intensity)을 도시한 그래프이다.
도 12는 양자점의 농도 변화에 따라 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서의 역방향 바이어스(reverse bias)에 따른 전류(current)를 도시한 그래프이다.
도 13은 양자점의 농도 변화에 따라 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서의 파장에 따른 반응도(Responsivity)를 도시한 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서의 트랜스퍼 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 소스 플로워 트랜지스터 및 커런트 소스 트랜지스터의 펄스 동작에 따른 특성을 도시한 그래프이다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서의 파장에 따른 전압 감지 마진(voltage sensing margin; RV)를 도시한 것이다.
도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서의 광 강도(Light intensity)에 따른 전압 감지 마진(voltage sensing margin; RV)를 도시한 것이다.
도 17a는 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서를 사용하여 촬영된 이미지의 적색 채널을 도시한 이미지이고, 도 17b는 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서를 사용하여 촬영된 이미지의 녹색 채널을 도시한 이미지이다.
도 17c는 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서를 사용하여 촬영된 이미지의 청색 채널을 도시한 이미지이다.
도 18은 태양광(Sunlight) 조사 시간에 따라 변화되는 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서의 전압 감지 마진(ΔVdark-photo) 을 도시한 그래프이다.
도 19는 태양광(Sunlight) 조사 시간에 따라 변화되는 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서를 이용하여 촬영된 이미지를 도시한 것이다.
1A is a cross-sectional view illustrating an image sensor including a quantum dot layer according to an embodiment of the present invention.
1B is a cross-sectional view illustrating an image sensor including a quantum dot layer according to another exemplary embodiment of the present invention.
1C is a cross-sectional view illustrating an image sensor including a quantum dot layer according to another embodiment of the present invention.
2 is a three-dimensional view showing an image sensor including a quantum dot layer according to another embodiment of the present invention.
3A to 3C illustrate a single pixel of an image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention.
4A to 4D illustrate red, green, and blue channels of an image photographed using an image sensor without a quantum dot layer and an image photographed using an image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention. The matrix is shown.
5 illustrates a transmission electron microscope (TEM) image of an image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention.
6 shows transmission electron microscopy (TEM) and X-ray spectroscopy (EDS) images of quantum dots of a coreshell structure.
FIG. 7 is a graph illustrating photoluminescence (PL) and absorption (Absorption) Abs according to wavelengths of quantum dots used in an image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention.
8 is a graph illustrating a solar spectrum according to a wavelength of an image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention.
9 shows an energy band diagram of CdZnS / ZnS coreshell quantum dots.
FIG. 10 illustrates photoluminescence intensity (PL intensity) and absorptance (Absorption) Abs according to a wavelength of an image sensor including a quantum dot layer according to a change in concentration of the quantum dots. One graph.
FIG. 11 is a graph illustrating photoluminescence intensity (PL intensity) according to a wavelength of an image sensor including a quantum dot layer according to a change in concentration of a quantum dot.
FIG. 12 is a graph illustrating current according to reverse bias of an image sensor including a quantum dot layer according to a change in concentration of a quantum dot.
FIG. 13 is a graph illustrating responsivity according to a wavelength of an image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention according to a change in concentration of a quantum dot.
14 is a graph illustrating characteristics of pulse operations of a transfer transistor, a reset transistor, a source follower transistor, and a current source transistor of an image sensor including a quantum dot layer according to example embodiments.
FIG. 15 illustrates a voltage sensing margin (RV) according to a wavelength of an image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention.
FIG. 16 illustrates a voltage sensing margin (RV) according to light intensity of an image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention.
17A is an image illustrating a red channel of an image photographed using an image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention, and FIG. 17B is an image including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention. Image showing the green channel of the image taken using the sensor.
17C is an image illustrating a blue channel of an image photographed using an image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present disclosure.
FIG. 18 is a graph illustrating a voltage sensing margin ΔV dark-photo of an image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention that changes with sunlight irradiation time.
FIG. 19 illustrates an image photographed using an image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention that changes with sunlight irradiation time.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and the contents described in the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited to the embodiments.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 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.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, “comprises” and / or “comprising” refers to the presence of one or more other components, steps, operations and / or elements. Or does not exclude additions.

본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.As used herein, “an embodiment”, “an example”, “side”, “an example”, etc., should be construed that any aspect or design described is better or advantageous than other aspects or designs. It is not.

또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.In addition, the term 'or' refers to an inclusive or 'inclusive or' rather than an exclusive or 'exclusive or'. In other words, unless stated otherwise or unclear from the context, the expression 'x uses a or b' means any one of natural inclusive permutations.

또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.Also, the singular forms “a” or “an”, as used in this specification and in the claims, generally refer to “one or more” unless the context clearly dictates otherwise or in reference to a singular form. Should be interpreted as.

아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.The terminology used in the following description has been chosen to be general and universal in the art to which it relates, although other terms may vary depending on the development and / or change in technology, conventions, and preferences of those skilled in the art. Therefore, the terms used in the following description should not be understood as limiting the technical spirit, and should be understood as exemplary terms for describing the embodiments.

또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.In addition, in certain cases, there is also a term arbitrarily selected by the applicant, in which case the meaning will be described in detail in the corresponding description. Therefore, the terms used in the following description should be understood based on the meanings of the terms and the contents throughout the specification, rather than simply the names of the terms.

한편, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의하여 한정되지 않는다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Meanwhile, terms such as first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only to distinguish one component from another.

또한, 막, 층, 영역, 구성 요청 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 층, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.In addition, when a part such as a film, layer, area, or configuration request is said to be "on" or "on" another part, not only when it is directly above another part, but also another film, layer, area, or component in between. It also includes the case where it is interposed.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used in the present specification (including technical and scientific terms) may be used in a sense that can be commonly understood by those skilled in the art. In addition, terms that are defined in a commonly used dictionary are not ideally or excessively interpreted unless they are specifically defined clearly.

한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 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.On the other hand, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Terminology used herein is a term used to properly express an embodiment of the present invention, which may vary according to a user, an operator's intention, or a custom in the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of the terms should be made based on the contents throughout the specification.

이하에서는, 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, an image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A to 1C.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서를 도시한 단면도이다.1A to 1C are cross-sectional views illustrating an image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention.

본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서는 기판(110) 상에 복수의 픽셀 영역에 대응되게 형성되는 광전 변환 소자(120), 광전 변환 소자(120)가 형성된 기판 상에 형성되는 배선층(130), 배선층(130) 상에 형성되고, 광전 변환 소자(120)에 대응되게 형성되는 컬러필터(140R, 140G, 140B) 및 컬러필터(140R, 140G, 140B) 상에 형성되고, 광을 흡수하여 특정 파장 영역의 가시광으로 발광하는 양자점층(150)을 포함한다.An image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention is formed on a substrate on which a photoelectric conversion element 120 and a photoelectric conversion element 120 are formed to correspond to a plurality of pixel regions on the substrate 110. Are formed on the wiring layer 130 and the wiring layer 130, and are formed on the color filters 140R, 140G, and 140B and the color filters 140R, 140G, and 140B formed to correspond to the photoelectric conversion element 120. The quantum dot layer 150 absorbs light and emits light in visible light in a specific wavelength region.

본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서의 광전 변환 소자에는 제1 가시광(P1) 및 제2 가시광(P2)이 입사되고, 제1 가시광(P1)은 양자점층(150) 및 컬러필터 (140R, 140G, 140B)을 통해 투과되는 가시광이고, 제2 가시광(P2)은 양자점층(150)에 흡수되어 발광되는 특정 파장 영역의 가시광일 수 있다.The first visible light P1 and the second visible light P2 are incident on the photoelectric conversion element of the image sensor including the quantum dot layer according to the embodiments of the present invention, and the first visible light P1 is the quantum dot layer 150. The visible light transmitted through the color filters 140R, 140G, and 140B may be visible light, and the second visible light P2 may be visible light in a specific wavelength region absorbed and emitted by the quantum dot layer 150.

따라서, 제1 가시광(P1)은 외부로부터 입사되는 가시광을 포함하고, 제2 가시광(P2)은 외부로부터 입사되는 자외선 파장대역의 광 또는 적외선 파장대역의 광이 양자점층(150)을 통과하여 변환된 가시광을 포함할 수 있다.Therefore, the first visible light P1 includes visible light incident from the outside, and the second visible light P2 converts light of the ultraviolet wavelength band or light of the infrared wavelength band incident from the outside through the quantum dot layer 150. May include visible light.

따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서는 양자점층(150)을 장착하는 단순한 공정으로 인하여, 제1 가시광(P1)을 통해 가시광을 감지하고, 양자점층(150)을 통해 입사되는 제2 가시광(P2)을 통해 적외선 또는 자외선을 감지할 수 있다.Therefore, the image sensor including the quantum dot layer according to the embodiments of the present invention detects the visible light through the first visible light P1 due to a simple process of mounting the quantum dot layer 150, and then detects the quantum dot layer 150. Infrared rays or ultraviolet rays may be detected through the second visible light P2 incident therethrough.

또한, 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서는 양자점층(150)을 통해 입사되는 제2 가시광을 통해 자외선 파장대역의 광 또는 적외선 파장대역의 광의 양에 따라 디스플레이(이미지화)를 구현할 수 있다.In addition, the image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention display (imaging) according to the amount of light in the ultraviolet wavelength band or light in the infrared wavelength band through the second visible light incident through the quantum dot layer 150 Can be implemented.

본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서는 액티브 픽셀 센서 어레이(Active Pixel Sensor array)를 포함할 수 있고, 액티브 픽셀 센서 어레이는 행들 및 열들을 따라 2차원적으로 배열된 복수의 단위 픽셀들을 포함할 수 있다.An image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention may include an active pixel sensor array, and the active pixel sensor array includes a plurality of two-dimensionally arranged rows and columns. It may include unit pixels.

단위 픽셀들 각각에서 입사광에 의해 전기적 신호가 발생될 수 있고, 단위 픽셀은 광전 변환 소자(120) 및 로직 소자를 포함할 수 있고, 로직 소자는 트랜스퍼 트랜지스터(TX), 리셋 트랜지스터(RX), 소스 플로워 트랜지스터(SF), 커런트 소스 트랜지스터(CS) 및 플로팅 확산 영역(FD)을 포함할 수 있다.An electrical signal may be generated by incident light in each of the unit pixels, and the unit pixel may include a photoelectric conversion element 120 and a logic element, and the logic element may include a transfer transistor TX, a reset transistor RX, a source. It may include a follower transistor SF, a current source transistor CS, and a floating diffusion region FD.

본 발명의 일 실시예에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서의 기판 상에 형성된 로직 소자 및 광전 변환 소자(120)의 배치 구조에 대해서는 도 3a 내지 도 3c에서 상세히 설명하기로 한다.An arrangement structure of a logic device and a photoelectric conversion device 120 formed on a substrate of an image sensor including a quantum dot layer according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 3A to 3C.

또한, 바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서는 양자점층(150)의 상부 또는 하부에 형성되는 마이크로 렌즈(160)를 더 포함할 수 있다.In addition, preferably, the image sensor including the quantum dot layer according to an embodiment of the present invention may further include a micro lens 160 formed on or below the quantum dot layer 150.

도 1a 내지 도 1c는 마이크로 렌즈(160)와 양자점층(150)의 위치가 상이한 점을 제외하면, 동일한 구성요소를 포함하고 있기에, 동일한 구성요소에 대해서는 도 1a에서 설명하기로 한다.1A to 1C include the same components except that the positions of the microlens 160 and the quantum dot layer 150 are different, the same components will be described with reference to FIG. 1A.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서를 도시한 단면도이다.1A is a cross-sectional view illustrating an image sensor including a quantum dot layer according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 양자점을 포함하는 이미지 센서는 기판(110) 상에 복수의 픽셀 영역에 대응되게 형성되는 광전 변환 소자(120), 광전 변환 소자(120)가 형성된 기판 상에 형성되는 배선층(130), 배선층(130) 상에 형성되고, 광전 변환 소자에 대응되게 형성되는 컬러필터(140R, 140G, 140B), 컬러필터(140R, 140G, 140B) 상에 형성되고, 광을 흡수하여 특정 파장 영역의 가시광으로 발광하는 양자점층(150) 및 양자점층(150) 상에 형성되고, 마이크로 렌즈(160)를 포함할 수 있다.An image sensor including a quantum dot according to an embodiment of the present invention is formed on a substrate on which a photoelectric conversion element 120 and a photoelectric conversion element 120 are formed that correspond to a plurality of pixel regions on a substrate 110. It is formed on the wiring layer 130, the wiring layer 130, formed on the color filters (140R, 140G, 140B), the color filters (140R, 140G, 140B) formed corresponding to the photoelectric conversion element, and absorbs light The microlenses may be formed on the quantum dot layer 150 and the quantum dot layer 150 that emit light with visible light in a specific wavelength region, and may include a microlens 160.

본 발명의 일 실시예에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서는 양자점층(150) 상부에 마이크로 렌즈(160)을 형성할 수 있고, 마이크로 렌즈(160)를 양자점층(150)의 상부에 형성함으로써, 마이크로 렌즈(160)를 통해 빛이 집중된 후에 양자점층(150)을 통과하기 때문에 양자점층(150)에서 흡수될 수 있는 자외선 또는 적외선의 양이 증가되어 이미지 센서의 감도를 향상시킬 수 있다.In the image sensor including the quantum dot layer according to the exemplary embodiment of the present invention, the microlens 160 may be formed on the quantum dot layer 150, and the microlens 160 is formed on the quantum dot layer 150. After passing the light through the microlens 160 and passing through the quantum dot layer 150, the amount of ultraviolet light or infrared rays that may be absorbed by the quantum dot layer 150 may be increased to improve the sensitivity of the image sensor.

기판(110) 상에 복수의 픽셀 영역에 대응되게 형성되는 광전 변환 소자(120)를 포함한다.The photoelectric conversion element 120 is formed on the substrate 110 to correspond to the plurality of pixel areas.

기판(110)은 n형 또는 p형의 도전형을 갖는 기판이 사용되거나, 벌크(bulk) 기판 상에 p형 또는 n형 에피택시얼층이 형성된 에피택시얼 기판이 사용될 수 있다. 기판(110) 내에는 활성 영역과 필드 영역을 구분하기 위한 소자 분리막(미도시)이 형성될 수 있고, 광전 변환 소자(120) 및 로직 소자가 기판(110)의 활성 영역에 형성될 수 있다.The substrate 110 may be a substrate having an n-type or p-type conductivity, or an epitaxial substrate on which a p-type or n-type epitaxial layer is formed on a bulk substrate. An isolation layer (not shown) may be formed in the substrate 110 to distinguish the active region from the field region, and the photoelectric conversion element 120 and the logic element may be formed in the active region of the substrate 110.

또한, 기판(110) 내에는 딥 웰(deep well; 미도시)이 형성될 수 있다. 딥 웰은 기판(110)의 깊은 곳에서 생성된 전하들이 광전 변환 소자(110)로 흘러 들어가지 않도록 포텐셜 배리어(potential barrier)를 형성하고, 전하와 홀의 재결합(recombination) 현상을 증가시켜 전하들의 랜덤 드리프트(random drift)에 의한 화소간 크로스토크(cross-talk)를 감소시키는 크로스토크 배리어 역할을 할 수 있다.In addition, a deep well (not shown) may be formed in the substrate 110. The deep well forms a potential barrier so that charges generated deep in the substrate 110 do not flow into the photoelectric conversion element 110, and increases the recombination of charges and holes. It may serve as a crosstalk barrier that reduces cross-talk between pixels due to drift.

광전 변환 소자(120)는 입사광(incident light)을 흡수하여 광량에 대응하는 전하를 축적한다. 광전 변환 소자(120)로는 포토다이오드, 포토 트랜지스터, 포토 게이트, 핀드(pinned) 포토다이오드 또는 이들의 조합이 이용될 수 있고, 바람직하게 광전 변환 소자(120)는 실리콘 기판의 포토다이오드가 사용될 수 있다.The photoelectric conversion element 120 absorbs incident light and accumulates charge corresponding to the amount of light. As the photoelectric conversion element 120, a photodiode, a photo transistor, a photo gate, a pinned photodiode, or a combination thereof may be used. Preferably, the photoelectric conversion element 120 may be a photodiode of a silicon substrate. .

바람직하게는, 실리콘 기판의 포토다이오드는 기판(110) 내에 불순물을 도핑하여 형성된 불순물 영역일 수 있다. 실리콘 기판의 포토다이오드는 N형 불순물 영역과 P형 불순물 영역을 포함할 수 있고, N형 불순물 영역은 기판(110) 내에 깊게 형성되며, P형 불순물 영역은 N형 불순물 영역의 표면에 얕게 형성될 수 있다.Preferably, the photodiode of the silicon substrate may be an impurity region formed by doping an impurity in the substrate 110. The photodiode of the silicon substrate may include an N-type impurity region and a P-type impurity region, the N-type impurity region may be deeply formed in the substrate 110, and the P-type impurity region may be shallowly formed on the surface of the N-type impurity region. Can be.

광전 변환 소자(120)가 형성된 기판 상에는 배선층(130)이 형성된다.The wiring layer 130 is formed on the substrate on which the photoelectric conversion element 120 is formed.

바람직하게, 광전 변환 소자(120) 및 로직 소자가 형성된 기판(110) 상부에는 복수의 절연층들이 형성되고, 각각의 절연층들은 소자들의 전기적인 라우팅 및/또는 차광 기능을 위한 배선층(130)을 포함할 수 있다.Preferably, a plurality of insulating layers are formed on the substrate 110 on which the photoelectric conversion element 120 and the logic element are formed, and each of the insulating layers forms a wiring layer 130 for electrical routing and / or light blocking of the devices. It may include.

광전 변환 소자(120) 상부에 형성되는 절연층들은 빛의 투과율을 향상시키기 위해 투과율이 높은 절연 물질로 형성될 수 있고, 광전 변환 소자(120) 상부의 빛 투과율을 향상시키기 위한 광투과부를 포함할 수 있다.The insulating layers formed on the photoelectric conversion element 120 may be formed of an insulating material having a high transmittance to improve light transmittance, and may include a light transmission part to improve the light transmittance on the upper photoelectric conversion element 120. Can be.

배선층(130)은 콘택(미도시)을 통해 하부의 로직소자들이나 다른 배선들과 연결될 수 있고, 광전 변환 소자(120)들이 형성된 영역을 제외한 영역에 형성될 수 있다.The wiring layer 130 may be connected to the logic elements or other wirings through the contact (not shown), and may be formed in a region other than the region in which the photoelectric conversion elements 120 are formed.

따라서, 배선층(130)은 각 단위 픽셀들의 로직 소자들 상부에 형성될 수 있고, 빛이 로직 소자들이 형성된 영역으로 입사되는 것을 차단할 수 있다.Therefore, the wiring layer 130 may be formed on the logic elements of each unit pixel, and light may be blocked from entering the region where the logic elements are formed.

배선층(130)은 다수의 금속 배선을 포함할 수 있고, 배선층(130)은 텅스텐(W) 또는 구리(Cu)와 같은 금속 물질로 형성될 수 있다. The wiring layer 130 may include a plurality of metal wires, and the wiring layer 130 may be formed of a metal material such as tungsten (W) or copper (Cu).

배선층(130) 상에 형성되고, 광전 변환 소자(120)에 대응되게 형성되는 컬러필터(140R, 140G, 140B)를 포함하고, 컬러필터(140R, 140G, 140B)는 적색 컬러필터(140R), 녹색 컬러필터(140G) 및 청색 컬러필터(140B)를 포함할 수 있다.It is formed on the wiring layer 130, and includes a color filter (140R, 140G, 140B) corresponding to the photoelectric conversion element 120, the color filter (140R, 140G, 140B) is a red color filter (140R), The green color filter 140G and the blue color filter 140B may be included.

컬러필터(140R, 140G, 140B)는 픽셀에 따라, 적색 컬러필터(140R), 녹색 컬러필터(140G) 및 청색 컬러필터(140B)를 포함할 수 있다.The color filters 140R, 140G, and 140B may include a red color filter 140R, a green color filter 140G, and a blue color filter 140B according to the pixel.

적색 컬러필터(140R)는 가시광에서 적색 광을 통과시키고, 적색 픽셀의 광전 변환 소자(120)는 적색 광에 대응하는 광전자들을 생성할 수 있다.The red color filter 140R may pass red light in visible light, and the photoelectric conversion element 120 of the red pixel may generate photoelectrons corresponding to the red light.

녹색 컬러필터(140G)는 가시광에서 녹색 광에 통과시키며, 녹색 필터의 광전 변환 소자(120)는 녹색 광에 대응하는 광전자들을 생성할 수 있다.The green color filter 140G passes green light through visible light, and the photoelectric conversion element 120 of the green filter may generate photoelectrons corresponding to the green light.

청색 컬러필터(140B)는 청색 컬러 필터(B)는 가시광에서 청색 광에 통과시키며, 청색 픽셀의 광전 변환 소자(120)는 청색 광에 대응하는 광전자들을 생성할 수 있다.The blue color filter 140B may pass the blue color filter B through the blue light in the visible light, and the photoelectric conversion element 120 of the blue pixel may generate photoelectrons corresponding to the blue light.

또한, 실시예에 따라서, 컬러필터는 화이트(W, white), 마젠타(Mg; magenta), 옐로우(Y; yellow) 또는 시안(Cy; cyan)을 포함할 수도 있다.In addition, according to an embodiment, the color filter may include white (W), magenta (Mg), yellow (Y; yellow), or cyan (Cy).

컬러필터(140R, 140G, 140B) 상에는 광을 흡수하여 특정 파장 영역의 가시광으로 발광하는 양자점층(150)을 포함한다.The color filters 140R, 140G, and 140B include a quantum dot layer 150 that absorbs light and emits light with visible light in a specific wavelength region.

바람직하게 양자점층(150)에 흡수되는 광은 자외선 파장대역의 광 또는 적외선 파장대역의 광일 수 있다.Preferably, the light absorbed by the quantum dot layer 150 may be light of an ultraviolet wavelength band or light of an infrared wavelength band.

실리콘 기반의 포토다이오드는 외부에서 입사되는 빛의 파장 범위에 따라 실리콘 기반의 포토다이오드에 입사되는 깊이가 달라지게 된다.The silicon-based photodiode has a depth that is incident on the silicon-based photodiode according to the wavelength range of light incident from the outside.

파장이 긴 적외선 파장 대역의 광(약 750nm 내지 1000nm)의 경우, 실리콘 기반의 포토다이오드보다 깊은 기판(110)까지 침투되어 빛이 손실될 수 있어, 광전 변환 소자(120)에 입사되는 빛의 양이 감소될 수 있다.In the case of light having a long wavelength (about 750 nm to 1000 nm), light may be penetrated to a substrate 110 deeper than a silicon-based photodiode, and thus light may be lost, thereby causing an amount of light incident on the photoelectric conversion element 120. This can be reduced.

또한, 높은 에너지(E ≥ 3.1 eV)를 갖고, 파장이 짧은 자외선 파장 대역의 광(λ ≤ 400 nm)의 경우, 실리콘 기반의 포토다이오드의 고갈된 얇은 상부 실리콘 층(depleted thin top-Si layer)에서만 검지되어 광의 양이 감소됨으로써, 입사 광자(incident photon) 변화에 의한 전하 전류 효율(change current efficiency) 및 이미지 센서의 감도가 매우 낮아질 수 있다.Also, for light in the ultraviolet wavelength band (λ ≦ 400 nm) with high energy (E ≧ 3.1 eV), a depleted thin top-Si layer of silicon-based photodiode Since only the amount of light is detected and the amount of light is reduced, change current efficiency due to incident photon change and sensitivity of the image sensor may be very low.

그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점을 포함하는 이미지 센서는 양자점층(150)을 형성하여 입사되는 자외선 파장대역의 광 또는 적외선 파장대역의 광을 가시광(제2 가시광)으로 변환시킴으로써, 실리콘 기반의 포토다이오드에 감도가 높은 가시광으로 입사되어 자외선 파장대역의 광 또는 적외선 파장대역의 광을 검지하여 적외선 또는 자외선의 감도를 향상시킬 수 있다.However, the image sensor including the quantum dot according to an embodiment of the present invention forms the quantum dot layer 150 to convert the incident light of the ultraviolet wavelength band or light of the infrared wavelength band into visible light (second visible light), It is incident on the photodiode based on the high-sensitivity visible light can detect the light of the ultraviolet wavelength band or light of the infrared wavelength band to improve the sensitivity of the infrared or ultraviolet light.

또한, 양자점층(150)은 자외선 파장대역의 광을 에너지-다운-쉬프트(energy-down-shift)시켜 상기 제2 가시광을 발광할 수 있다.In addition, the quantum dot layer 150 may emit the second visible light by energy-down-shifting light in an ultraviolet wavelength band.

보다 구체적으로, 양자점층(150)에 포함되는 양자점은 약 400 nm 이하의 파장 범위를 가지는 자외선 파장대역의 광을 흡수할 수 있고, 흡수된 자외선 파장대역의 광은 양자점에 의해 약 380nm 내지 800nm 파장 범위를 가지는 제2 가시광(P2)으로 발광될 수 있다. 따라서, 양자점층(150)은 입사된 광의 파장을 짧은 파장의 광으로 에너지-다운-쉬프트시킬 수 있다.More specifically, the quantum dots included in the quantum dot layer 150 may absorb light in the ultraviolet wavelength band having a wavelength range of about 400 nm or less, and the light in the absorbed ultraviolet wavelength band is about 380 nm to 800 nm by the quantum dots. The light may be emitted as the second visible light P2 having a range. Accordingly, the quantum dot layer 150 may energy-down-shift the wavelength of the incident light into light having a short wavelength.

또한, 양자점층(150)은 적외선 파장대역의 광을 에너지-업-쉬프트(energy-up-shift)시켜 제2 가시광을 발광할 수 있다.In addition, the quantum dot layer 150 may emit light of the second visible light by energy-up-shifting light in the infrared wavelength band.

보다 구체적으로, 양자점층(150)에 포함되는 양자점은 약 750nm 내지 1000nm의 파장 범위를 가지는 적외선 파장대역의 광을 흡수할 수 있고, 흡수된 적외선 파장대역의 광은 양자점에 의해 약 380nm 내지 800nm 파장 범위를 가지는 제2 가시광(P2)으로 발광될 수 있다. 따라서, 양자점층(150)은 입사된 광을 파장을 긴 파장의 광으로 에너지-업-쉬프트시킬 수 있다.More specifically, the quantum dots included in the quantum dot layer 150 may absorb light in the infrared wavelength band having a wavelength range of about 750 nm to 1000 nm, and the light in the absorbed infrared wavelength band is about 380 nm to 800 nm by the quantum dots. The light may be emitted as the second visible light P2 having a range. Accordingly, the quantum dot layer 150 may energy-up-shift the incident light into light having a long wavelength.

본 발명의 일 실시예에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서는 양자점층(150)이 적색 양자점을 포함하는 적색 양자점층, 녹색 양자점을 포함하는 녹색 양자점층 및 청색 양자점을 포함하는 청색 양자점층 중 어느 하나로 형성될 수 있다. In an image sensor including a quantum dot layer according to an embodiment of the present invention, the quantum dot layer 150 may include any one of a red quantum dot layer including a red quantum dot, a green quantum dot layer including a green quantum dot, and a blue quantum dot layer including a blue quantum dot. It can be formed as one.

양자점층(150)이 청색 양자점층일 경우, 청색 양자점층은 청색, 녹색 및 적색의 가시광선 파장대역의 광을 투과시키고, 자외선 파장대역의 광 또는 적외선 파장대역의 광만 선택적으로 흡수하여 청색의 가시광을 증폭시킬 수 있다.When the quantum dot layer 150 is a blue quantum dot layer, the blue quantum dot layer transmits light in the blue, green, and red visible wavelength bands, selectively absorbs only light in the ultraviolet wavelength band or light in the infrared wavelength band, thereby absorbing blue visible light. Can be amplified.

보다 구체적으로, 청색 양자점층을 포함하는 이미지 센서에 가시광선이 입사되면, 가시광선은 적색 컬러 필터(140R), 녹색 컬러 필터(140G) 및 청색 컬러 필터(140B)를 투과시켜 제1 가시광(P1)선이 광전 변환 소자(120)에 입사될 수 있다.More specifically, when the visible light is incident on the image sensor including the blue quantum dot layer, the visible light passes through the red color filter 140R, the green color filter 140G, and the blue color filter 140B to make the first visible light P1. ) May be incident on the photoelectric conversion element 120.

청색 양자점층을 포함하는 이미지 센서에 자외선 파장대역의 광 또는 적외선 파장대역의 광이 입사되면, 청색 양자점층에서 자외선 파장대역의 광 또는 적외선 파장대역의 광을 흡수하여 청색 가시광선(제2 가시광선; P2)을 발광하게 되고, 청색 가시광선(제2 가시광선; P2)은 적색 컬러 필터(140R) 및 녹색 컬러 필터(140G)에서는 투과되지 못하고, 청색 컬러 필터(140B)에서만 투과하게 된다.When the light of the ultraviolet wavelength band or the light of the infrared wavelength band is incident on the image sensor including the blue quantum dot layer, the blue quantum dot layer absorbs the light of the ultraviolet wavelength band or the light of the infrared wavelength band and the blue visible light (the second visible light). P2 is emitted, and blue visible light (second visible light) P2 is not transmitted through the red color filter 140R and the green color filter 140G, but only through the blue color filter 140B.

따라서, 적색 컬러 필터(140R) 및 녹색 컬러 필터(140G)에 대응하는 광전 변환 소자(120)에는 제1 가시광선(P1)만 입사되고, 청색 컬러 필터(140B)에 대응하는 광전 변환 소자(120)에는 제1 가시광선(P1) 및 제2 가시광선(P2)이 입사됨으로써, 더 많은 빛을 흡수할 수 있게 되어, 빛의 세기 또는 광량(flux)에서 차이가 발생하게 된다.Therefore, only the first visible light P1 is incident on the photoelectric conversion element 120 corresponding to the red color filter 140R and the green color filter 140G, and the photoelectric conversion element 120 corresponding to the blue color filter 140B. ), The first visible light P1 and the second visible light P2 are incident to each other, so that more light can be absorbed, resulting in a difference in light intensity or flux.

양자점층(150)이 적색 양자점층일 경우, 적색 양자점층은 청색, 녹색 및 적색의 가시광선 파장대역의 광을 투과시키고, 자외선 파장대역의 광 또는 적외선 파장대역의 광만 선택적으로 흡수하여 적색의 가시광을 증폭시킬 수 있다.When the quantum dot layer 150 is a red quantum dot layer, the red quantum dot layer transmits light in the blue, green, and red visible light wavelength bands, selectively absorbs only light in the ultraviolet wavelength band or light in the infrared wavelength band, thereby absorbing red visible light. Can be amplified.

보다 구체적으로, 적색 양자점층을 포함하는 이미지 센서에 가시광선이 입사되면, 가시광선은 적색 컬러 필터(140R), 녹색 컬러 필터(140G) 및 청색 컬러 필터(140B)를 투과시켜 제1 가시광선(P1)이 광전 변환 소자(120)에 입사되게 된다.More specifically, when the visible light is incident on the image sensor including the red quantum dot layer, the visible light passes through the red color filter 140R, the green color filter 140G, and the blue color filter 140B to make the first visible light ( P1 is incident on the photoelectric conversion element 120.

적색 양자점층을 포함하는 이미지 센서에 자외선 파장대역의 광 또는 적외선 파장대역의 광이 입사되면, 적색 양자점층에서 자외선 파장대역의 광 또는 적외선 파장대역의 광을 흡수하여 적색 가시광선(제2 가시광선; P2)을 발광하게 되고, 적색 가시광선(제2 가시광선; P2)은 청색 컬러 필터(140B) 및 녹색 컬러 필터(140G)에서는 투과되지 못하고, 적색 컬러 필터(140R)에서만 투과되게 된다.When the light of the ultraviolet wavelength band or the light of the infrared wavelength band is incident on the image sensor including the red quantum dot layer, the red quantum dot layer absorbs the light of the ultraviolet wavelength band or the light of the infrared wavelength band and thus the red visible light (second visible light). P2 is emitted and the red visible light (second visible light) P2 is not transmitted through the blue color filter 140B and the green color filter 140G, and is transmitted only through the red color filter 140R.

따라서, 청색 컬러 필터(140B) 및 녹색 컬러 필터(140G)에 대응하는 광전 변환 소자(120)에는 제1 가시광선만 입사되고, 적색 컬러 필터(140R)에 대응하는 광전 변환 소자(120)에는 제1 가시광선(P1) 및 제2 가시광선(P2)이 입사됨으로써, 더 많은 빛을 흡수할 수 있게 되어, 빛의 세기 또는 광량(flux)에서 차이가 발생하게 된다.Therefore, only the first visible light is incident on the photoelectric conversion element 120 corresponding to the blue color filter 140B and the green color filter 140G, and the photoelectric conversion element 120 corresponding to the red color filter 140R is formed. When the first visible light P1 and the second visible light P2 are incident, more light can be absorbed, and a difference occurs in the intensity or flux of light.

양자점층(150)이 녹색 양자점층일 경우, 녹색 양자점층은 청색, 녹색 및 적색의 가시광선 파장대역의 광을 투과시키고, 자외선 파장대역의 광 또는 적외선 파장대역의 광만 선택적으로 흡수하여 녹색의 가시광을 증폭시킬 수 있다.When the quantum dot layer 150 is a green quantum dot layer, the green quantum dot layer transmits light in the blue, green, and red visible wavelength bands, and selectively absorbs only the light in the ultraviolet wavelength band or the infrared wavelength band to absorb green visible light. Can be amplified.

보다 구체적으로, 녹색 양자점층을 포함하는 이미지 센서에 가시광선이 입사되면, 가시광선은 적색 컬러 필터(140R), 녹색 컬러 필터(140G) 및 청색 컬러 필터(140B)를 투과시켜 제1 가시광선(P1)이 광전 변환 소자(120)에 입사되게 된다.More specifically, when the visible light is incident on the image sensor including the green quantum dot layer, the visible light passes through the red color filter 140R, the green color filter 140G, and the blue color filter 140B to make the first visible light ( P1 is incident on the photoelectric conversion element 120.

녹색 양자점층을 포함하는 이미지 센서에 자외선 파장대역의 광 또는 적외선 파장대역의 광이 입사되면, 녹색 양자점층에서 자외선 파장대역의 광 또는 적외선 파장대역의 광을 흡수하여 녹색 가시광선(제2 가시광선)을 발광하게 되고, 녹색 가시광선(제2 가시광선)은 청색 컬러 필터(140B) 및 적색 컬러 필터(140R)에서는 투과되지 못하고, 녹색 컬러 필터(140G)에서만 투과되게 된다.When the light of the ultraviolet wavelength band or the light of the infrared wavelength band is incident on the image sensor including the green quantum dot layer, the green quantum dot layer absorbs the light of the ultraviolet wavelength band or the light of the infrared wavelength band and thus the green visible light (second visible light). ), And the green visible light (second visible light) is not transmitted through the blue color filter 140B and the red color filter 140R, and is transmitted only through the green color filter 140G.

따라서, 청색 컬러 필터(140B) 및 적색 컬러 필터(140R)에 대응하는 광전 변환 소자(120)에는 제1 가시광선만 입사되고, 녹색 컬러 필터(140G)에 대응하는 광전 변환 소자(120)에는 제1 가시광선 및 제2 가시광선이 입사됨으로써, 더 많은 빛을 흡수할 수 있게 되어, 빛의 세기 또는 광량(flux)에서 차이가 발생하게 된다.Therefore, only the first visible light is incident on the photoelectric conversion element 120 corresponding to the blue color filter 140B and the red color filter 140R, and the photoelectric conversion element 120 corresponding to the green color filter 140G is formed. As the first visible light and the second visible light are incident, more light can be absorbed, and a difference occurs in the light intensity or flux.

도 1a에서는 양자점층(150)으로 청색 양자점층(150)을 사용하는 기술을 도시하였으나, 이에 제한되지 않고, 적색 양자점층 또는 녹색 양자점층이 사용될 수 있다.Although FIG. 1A illustrates a technique of using the blue quantum dot layer 150 as the quantum dot layer 150, the present invention is not limited thereto and a red quantum dot layer or a green quantum dot layer may be used.

또한, 양자점층(150)은 양자점 농도를 조절하여 투과율(transmittance)을 제어할 수 있다.In addition, the quantum dot layer 150 may control transmittance by adjusting the quantum dot concentration.

양자점층(150)은 양자점의 농도가 증가하면 양자점층(150) 내에서의 광 산란(light scattering)으로 인해 가시광선 파장대역에서 투과율을 감소시킬 수 있다.As the quantum dot layer 150 increases in concentration, the transmittance may be reduced in the visible wavelength range due to light scattering in the quantum dot layer 150.

따라서, 양자점층(150)에 포함되는 양자점의 농도가 증가하면 제1 가시광(P1)의 광의 세기 또는 광량(flux)이 감소되어 제2 가시광선(P2)의 영향이 더 커지게 되므로, 광전 변환 소자(120)에서의 픽셀 강도(pixel intensity) 차이를 명확하게 확인할 수 있다.Therefore, when the concentration of the quantum dots included in the quantum dot layer 150 increases, the intensity or flux of the light of the first visible light P1 is reduced, so that the influence of the second visible light P2 becomes larger, thus allowing for photoelectric conversion. The pixel intensity difference in the device 120 can be clearly seen.

보다 구체적으로, 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서에 입사되는 제1 가시광(P1)은 양자점층(150)에 의해 가시광선 파장대역의 광의 투과율이 감소될 수 있고, 제2 가시광(P2)은 양자점층(150)에 의해 자외선 파장대역의 광 또는 적외선 파장대역의 광을 가시광선 파장대역의 광으로 발광시켜 투과율을 증가시킬 수 있다.More specifically, the first visible light P1 incident on the image sensor including the quantum dot layer according to the embodiments of the present invention may reduce the transmittance of light in the visible wavelength band by the quantum dot layer 150. 2, the visible light P2 may emit light in the ultraviolet wavelength band or light in the infrared wavelength band by the quantum dot layer 150 to increase light transmittance.

따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서는 입사되는 가시광선 파장대역의 광의 투과율은 감소되고, 자외선 파장대역의 광 또는 적외선 파장대역의 광의 투과율은 증가됨으로써, 픽셀 강도(pixel intensity)를 명확하게 할 수 있다.Accordingly, in the image sensor including the quantum dot layer according to the embodiments of the present invention, the transmittance of light in the visible wavelength band is decreased and the transmittance of light in the ultraviolet wavelength band or light in the infrared wavelength band is increased, thereby increasing pixel intensity ( pixel intensity) can be clarified.

양자점층(150)은 다수의 양자점을 포함할 수 있고, 양자점은 적색, 녹색 또는 청색 양자점을 포함할 수 있다.The quantum dot layer 150 may include a plurality of quantum dots, and the quantum dots may include red, green, or blue quantum dots.

양자점은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HggZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe, GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, InAs, GaNP, GaNAs, GaPAs, AlNP, AlNAs, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNP, GaInNAs, GaInPAs, InAlNP, InAlNAs, InAlPAs 및 그 조합 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.Quantum dots are CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, CdZnHd, CdZnHd, CdZnSd, CdZnHd HgZnS, HgZnSe, HggZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe, GaN, GaP, GaAPN, AlN, AlN AlNAs, AlPAs, InNPs, InNAs, InPAs, GaAlNPs, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNPs, GaInNAs, GaInPAs, InAlNPs, InAlNAs, InAlPAs, and combinations thereof.

바람직하게 양자점층(150)은 CdZnS/ZnS 코어/쉘 양자점 또는 Mn-doped CdZnS/ZnS 코어/쉘 양자점을 사용할 수 있고, CdZnS/ZnS 코어/쉘 양자점은 청색을 발광하는 양자점이고, Mn-doped CdZnS/ZnS 코어/쉘 양자점은 옐로우-오렌지 광(yellow-orange light)을 발광하는 양자점이다.Preferably, the quantum dot layer 150 may use CdZnS / ZnS core / shell quantum dots or Mn-doped CdZnS / ZnS core / shell quantum dots, and CdZnS / ZnS core / shell quantum dots are blue quantum dots, and Mn-doped CdZnS The / ZnS core / shell quantum dots are quantum dots that emit yellow-orange light.

CdZnS/ZnS 코어/쉘 양자점은 CdZnS 양자점 코어의 직경 및 ZnS 양자점 쉘의 두께를 조절하여 외부 양자 효율(external quantum yield)을 증가시킬 수 있다.The CdZnS / ZnS core / shell quantum dots can increase the external quantum yield by adjusting the diameter of the CdZnS quantum dot core and the thickness of the ZnS quantum dot shell.

CdZnS/ZnS 코어/쉘 양자점은 CdO 및 Zn(acet)2를 포함하는 용액에 7.5mL의 올레익 산(oleic acid; OA)를 주입하고, 실온(RT)에서 열처리를 진행하여 Cd(OA)2 및 Zn(OA)2를 포함하는 용액을 제조한 다음, 제조된 Cd(OA)2 및 Zn(OA)2를 포함하는 용액에 5ml의 1-옥타데센(1-octadecene; 1-ODE)를 주입하여 150℃에서 열처리를 진행한다. 이후, 제1 황(S) 전구체를 주입하고, 300℃에서 열처리를 진행하여 Cd(OA)2, Zn(OA)2 및 황을 포함하는 용액을 제조한 다음, 제2 황 전구체를 주입하고 300℃에서 8분간 열처리를 진행하여 CdZnS 코어 양자점을 형성한 후, 310℃에서 40분 동안 열처리를 진행하여 CdZnS/ZnS 코어/쉘 양자점이 제조될 수 있다.In the CdZnS / ZnS core / shell quantum dots, 7.5 mL of oleic acid (OA) was injected into a solution containing CdO and Zn (acet) 2 , and heat-treated at room temperature (RT) to give Cd (OA) 2. and Zn (OA) to prepare a solution containing a second, then 5ml of the solution containing the produced Cd (OA) 2, and Zn (OA) 2 1- octadecene (1-octadecene; 1-ODE ) injecting Heat treatment at 150 ℃. Thereafter, a first sulfur (S) precursor is injected and heat treatment is performed at 300 ° C. to prepare a solution containing Cd (OA) 2 , Zn (OA) 2 and sulfur, and then a second sulfur precursor is injected and 300 After heat treatment at 8 ° C. for 8 minutes to form a CdZnS core quantum dot, the heat treatment may be performed at 310 ° C. for 40 minutes to prepare CdZnS / ZnS core / shell quantum dots.

양자점층(150) 상에 형성되는 마이크로 렌즈(160)를 포함한다.It includes a micro lens 160 formed on the quantum dot layer 150.

마이크로 렌즈(160)는 광전 변환 소자(120)에 대응하여 형성될 수 있고, 소정의 곡률 반경을 가질 수 있다.The microlens 160 may be formed to correspond to the photoelectric conversion element 120 and may have a predetermined radius of curvature.

마이크로 렌즈(160)의 곡률 반경은 각 픽셀로 입사되는 빛의 파장에 따라 달라질 수 있고, 광전 변환 소자(120) 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 변경시켜 광전 변환 소자(120)로 빛을 집광시킬 수 있다.The radius of curvature of the microlens 160 may vary depending on the wavelength of the light incident to each pixel, and changes the path of the light incident to a region other than the photoelectric conversion element 120 to direct light to the photoelectric conversion element 120. It can condense.

도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서를 도시한 단면도이다.1B is a cross-sectional view illustrating an image sensor including a quantum dot layer according to another exemplary embodiment of the present invention.

본 발명의 다른 실시예에 따른 양자점을 포함하는 이미지 센서는 기판(110) 상에 복수의 픽셀 영역에 대응되게 형성되는 광전 변환 소자(120), 광전 변환 소자(120)가 형성된 기판 상에 형성되는 배선층(130), 배선층(130) 상에 형성되고, 광전 변환 소자에 대응되게 형성되는 컬러필터(140R, 140G, 140B), 컬러필터(140R, 140G, 140B) 상에 형성되는 마이크로 렌즈(160) 및 마이크로 렌즈(160) 상에 형성되고, 광을 흡수하여 특정 파장 영역의 가시광으로 발광하는 양자점층(150)을 포함한다.An image sensor including a quantum dot according to another embodiment of the present invention is formed on a substrate on which a photoelectric conversion element 120 and a photoelectric conversion element 120 are formed that correspond to a plurality of pixel regions on a substrate 110. The microlenses 160 formed on the wiring layer 130 and the wiring layer 130 and formed on the color filters 140R, 140G and 140B and the color filters 140R, 140G and 140B which are formed to correspond to the photoelectric conversion elements. And a quantum dot layer 150 formed on the microlens 160 and absorbing light to emit light as visible light in a specific wavelength region.

도 1b는 양자점층(150)이 마이크로 렌즈(160) 상부에 형성되는 것을 제외하면 도 1a와 동일하므로, 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.1B is the same as FIG. 1A except that the quantum dot layer 150 is formed on the microlens 160, the description of the same elements will be omitted.

본 발명의 다른 실시예에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서는 양자점층(150)을 마이크로 렌즈(160) 상부에 형성함으로써, 종래에 사용되는 이미지 센서 상에 양자점층(150)을 장착하는 단순한 공정으로 자외선 또는 적외선을 검지할 수 있는 이미지 센서를 제조할 수 있다.In the image sensor including the quantum dot layer according to another embodiment of the present invention, the quantum dot layer 150 is formed on the microlens 160, thereby providing a simple process of mounting the quantum dot layer 150 on a conventionally used image sensor. As a result, an image sensor capable of detecting ultraviolet rays or infrared rays can be manufactured.

바람직하게, 본 발명의 다른 실시예에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서의 양자점층(150)은 투명 기판 및 투명 기판 상에 형성된 양자점을 포함할 수 있다.Preferably, the quantum dot layer 150 of the image sensor including the quantum dot layer according to another embodiment of the present invention may include a transparent substrate and a quantum dot formed on the transparent substrate.

투명 기판은 유리(glass) 또는 석영(quartz)이 사용될 수 있고, 바람직하게, 투명기판은 모든 파장에서 약 90%의 투과율을 가지는 석영이 사용될 수 있다.Glass or quartz may be used for the transparent substrate, and preferably, quartz having a transmittance of about 90% at all wavelengths may be used for the transparent substrate.

양자점은 증착 또는 코팅 방법에 의해 투명 기판 상에 형성될 수 있다.Quantum dots can be formed on a transparent substrate by a deposition or coating method.

도 1c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서를 도시한 단면도이다.1C is a cross-sectional view illustrating an image sensor including a quantum dot layer according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양자점을 포함하는 이미지 센서는 기판(110) 상에 복수의 픽셀 영역에 대응되게 형성되는 광전 변환 소자(120), 광전 변환 소자(120)가 형성된 기판 상에 형성되는 배선층(130), 배선층(130) 상에 형성되고, 광전 변환 소자(120)에 대응되게 형성되는 컬러필터(140R, 140G, 140B) 및 컬러필터(140R, 140G, 140B) 상에 형성되는 마이크로 렌즈(160)를 포함하고, 컬러필터(140R, 140G, 140B) 중 적어도 하나는 광을 흡수하여 특정 파장 영역의 가시광으로 발광하는 양자점(151)을 포함한다.An image sensor including a quantum dot according to another embodiment of the present invention is formed on a substrate on which a photoelectric conversion element 120 and a photoelectric conversion element 120 are formed that correspond to a plurality of pixel regions on a substrate 110. Micros formed on the wiring layer 130 and the wiring layer 130, which are formed on the color filters 140R, 140G, and 140B and the color filters 140R, 140G, and 140B that correspond to the photoelectric conversion element 120. The lens 160 includes at least one of the color filters 140R, 140G, and 140B, and includes a quantum dot 151 that absorbs light and emits light with visible light in a specific wavelength region.

도 1c는 컬러필터(140R, 140G, 140B) 내에 양자점(151)을 포함하는 것을 제외하면 도 1a와 동일하므로, 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.1C is the same as FIG. 1A except that the quantum dots 151 are included in the color filters 140R, 140G, and 140B, and thus descriptions of the same elements will be omitted.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양자점을 포함하는 이미지 센서는 컬러필터(140R, 140G, 140B) 내에 양자점(151)을 블렌딩(blending)시켜 단일 층으로 형성함으로써, 자외선 또는 적외선을 검지할 수 있는 이미지 센서의 두께를 감소시킬 수 있다.An image sensor including a quantum dot according to another embodiment of the present invention is capable of detecting ultraviolet or infrared rays by blending the quantum dots 151 in the color filters 140R, 140G, and 140B to form a single layer. It is possible to reduce the thickness of the image sensor.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서를 도시한 입체도이다.2 is a three-dimensional view showing an image sensor including a quantum dot layer according to another embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서는 종래에 사용되는 이미지 센서(3M pixel CIS) 상에 양자점층(Quartz glass with QDs film)을 장착함으로써, 단순한 공정으로 적외선 또는 자외선 카메라를 제조할 수 있다.2, an image sensor including a quantum dot layer according to another embodiment of the present invention is a simple process by mounting a quantum dot layer (Quartz glass with QDs film) on a conventionally used image sensor (3M pixel CIS) Infrared or ultraviolet cameras can be manufactured.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서의 단일 픽셀을 도시한 도면이다.3A to 3C illustrate a single pixel of an image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention.

도 3a는 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서의 단일 픽셀의 회로도를 도시한 것이고, 도 3b는 단일 픽셀의 입체도를 도시한 것이고, 도 3c은 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서의 단일 픽셀의 광학현미경 (optical microscope) 이미지를 도시한 것이다. 3A illustrates a circuit diagram of a single pixel of an image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention, FIG. 3B illustrates a stereoscopic view of a single pixel, and FIG. 3C illustrates embodiments of the present invention. An optical microscope image of a single pixel of an image sensor comprising a quantum dot layer according to FIG.

도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서의 단일 픽셀은 양자점층을 포함하는 광전 변환 소자(n+-doped photodiode with QDs) 및 로직 소자를 포함할 수 있다.3A to 3C, a single pixel of an image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention includes a photoelectric conversion element (n + -doped photodiode with QDs) including a quantum dot layer and a logic element. can do.

로직 소자는 트랜스퍼 트랜지스터(TX), 리셋 트랜지스터(RX), 소스 플로워 트랜지스터(SF), 커런트 소스 트랜지스터(CS) 및 플로팅 확산 영역(FD)을 포함할 수 있다.The logic device may include a transfer transistor TX, a reset transistor RX, a source follower transistor SF, a current source transistor CS, and a floating diffusion region FD.

광전 변환 소자(n+-doped photodiode with QDs)는 외부에서 입사된 빛의 양에 비례하여 광전하들을 생성 및 축적하고, 트랜스퍼 트랜지스터(TX)는 광전 변환 소자(n+-doped photodiode with QDs)에 축적된 전하를 플로팅 확산 영역(FD)로 전송할 수 있다.The photoelectric conversion element (n + -doped photodiode with QDs) generates and accumulates photocharges in proportion to the amount of light incident from the outside, and the transfer transistor (TX) is connected to the photoelectric conversion element (n + -doped photodiode with QDs). Accumulated charge may be transferred to the floating diffusion region FD.

*또한, 플로팅 확산 영역(FD)은 광전 변환 소자(n+-doped photodiode with QDs) 에서 생성된 전하를 전송 받아 누적적으로 저장하고, 플로팅 확산 영역(FD)에 축적된 광전하들의 양에 따라 소스 플로워 트랜지스터(SF)가 제어될 수 있다.In addition, the floating diffusion region FD receives and accumulates charges generated by the photoelectric conversion elements (n + -doped photodiode with QDs) and accumulates them, depending on the amount of photocharges accumulated in the floating diffusion region FD. The source follower transistor SF may be controlled.

또한, 소스 플로워 트랜지스터(SF)는 단위 픽셀 외부에 위치하는 정전류원(미도시)과 조합하여 소오스 팔로워 버퍼 증폭기(source follower buffer amplifier) 역할을 하고, 플로팅 확산 영역(FD)에서의 전위 변화를 증폭하고 이를 출력 라인(Vout)으로 출력할 수 있다.In addition, the source follower transistor SF serves as a source follower buffer amplifier in combination with a constant current source (not shown) located outside the unit pixel, and amplifies a potential change in the floating diffusion region FD. And it can be output to the output line (Vout).

또한, 커런트 소스 트랜지스터(CS)는 행 단위로 읽어낼 단위 픽셀들을 선택할 수 있고, 커런트 소스 트랜지스터(CS)가 턴 온될 때, 소스 플로워 트랜지스터(SF)의 드레인 전극과 연결된 전원 전압(VDD)이 커런트 소스 트랜지스터(CS)의 드레인 전극으로 전달될 수 있다.In addition, the current source transistor CS may select unit pixels to be read in units of rows, and when the current source transistor CS is turned on, the power supply voltage VDD connected to the drain electrode of the source follower transistor SF is current. It may be transferred to the drain electrode of the source transistor CS.

또한, 리셋 트랜지스터(RX)는 플로팅 확산 영역(FD)에 축적된 전하들을 주기적으로 리셋시킬 수 있다. 보다 상세하게, 리셋 트랜지스터(RX)의 드레인 전극은 플로팅 확산 영역(FD)와 연결되고, 소스 전극은 전원 전압(VDD)에 연결될 수 있다.In addition, the reset transistor RX may periodically reset the charges accumulated in the floating diffusion region FD. In more detail, the drain electrode of the reset transistor RX may be connected to the floating diffusion region FD, and the source electrode may be connected to the power supply voltage VDD.

리셋 트랜지스터(RX)가 턴 온되면, 리셋 트랜지스터(RX)의 소스 전극과 연결된 전원 전압(VDD)이 플로팅 확산 영역(FD)로 전달됨으로써, 리셋 트랜지스터(RX)가 턴 온(turn-on)시 플로팅 확산 영역(FD)에 축적된 전하들이 배출되어 플로팅 확산 영역(FD)가 리셋될 수 있다.When the reset transistor RX is turned on, the power supply voltage VDD connected to the source electrode of the reset transistor RX is transferred to the floating diffusion region FD, so that the reset transistor RX is turned on. The charges accumulated in the floating diffusion region FD may be discharged to reset the floating diffusion region FD.

도 4a 내지 도 4d는 양자점층이 없는 이미지 센서를 이용하여 촬영된 이미지 및 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서를 이용하여 촬영된 이미지의 적색 채널, 녹색 채널 및 청색 채널의 매트릭스를 도시한 것이다.4A to 4D illustrate red, green, and blue channels of an image photographed using an image sensor without a quantum dot layer and an image photographed using an image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention. The matrix is shown.

도 4a 내지 도 4d는 양자점층이 없는 이미지 센서를 이용하여 촬영된 이미지 및 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서를 이용하여 촬영된 이미지를 비교하기 위해 모든 픽셀 강도의 차이는 동일한 위치에서 얻어졌다.4A to 4D illustrate differences of all pixel intensities for comparing an image photographed using an image sensor without a quantum dot layer and an image photographed using an image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention. Obtained at the same location.

도 4a는 적색 채널, 녹색 채널 및 청색 채널을 분리하여 측정한 매트릭스를 도시한 것이고, 도 4b는 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서를 이용하여 촬영된 이미지의 채널을 도시한 매트릭스이며, 도 4c는 양자점층을 포함하지 않는 이미지 센서를 이용하여 촬영된 이미지의 채널을 도시한 매트릭스이고, 도 4d는 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서를 이용하여 촬영된 이미지와 양자점층을 포함하지 않는 이미지 센서를 이용하여 촬영된 이미지를 (-)을 통해 계산된 채널을 도시한 매트릭스이다.4A illustrates a matrix measured by separating red, green, and blue channels, and FIG. 4B illustrates a channel of an image photographed using an image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention. 4C is a matrix illustrating a channel of an image photographed using an image sensor that does not include a quantum dot layer, and FIG. 4D is an image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention. It is a matrix showing a channel calculated through a negative (-) of the image taken using the image sensor and the image sensor that does not include the quantum dot layer.

도 4a 내지 도 4d를 참조하면, 만약 Axy,with QD ―A xy, w/o QD < 0이면, 특히 적색 및 녹색 채널의 경우, 양자점층(예; core/shell QDs)에 의한 광 산란(light scattering)으로 인해 픽셀의 강도가 감소하는 것을 알 수 있다.4A-4D, if A xy, with QD -A xy, w / o QD <0, especially for red and green channels, light scattering by quantum dot layers (e.g. core / shell QDs) It can be seen that the intensity of the pixel decreases due to light scattering.

산란 효과 문제를 제거하기 위해 픽셀 강도를 0으로 설정하였다.The pixel intensity was set to zero to eliminate the scattering effect problem.

만약 Axy,with QD ―A xy, w/o QD > 0이면, 특히, 청색 채널에서 양자점층(예; core/shell QDs)으로 인해 픽셀 강도가 증가하는 것을 알 수 있다. If A xy, with QD -A xy, w / o QD > 0, it can be seen that the pixel intensity increases due to quantum dot layers (eg core / shell QDs), especially in the blue channel.

도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서의 투과전자현미경(TEM) 이미지를 도시한 것이다.5 illustrates a transmission electron microscope (TEM) image of an image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention.

도 5를 참조하면, 광전 변환 소자 상부에 17.3nm의 양자점층이 균일하게 형성되고, 양자점층 내에 균일한 크기의 Cd0.5Zn0.5S/ZnS 코어쉘 양자점을 포함하는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, it can be seen that a 17.3 nm quantum dot layer is uniformly formed on the photoelectric conversion element, and a Cd 0.5 Zn 0.5 S / ZnS coreshell quantum dot having a uniform size is included in the quantum dot layer.

도 6은 코어쉘 구조의 양자점의 투과전자현미경(TEM) 및 X-선 분광분석 (EDS) 이미지를 도시한 것이다.6 shows transmission electron microscopy (TEM) and X-ray spectroscopy (EDS) images of quantum dots of a coreshell structure.

도 6을 참조하면, Cd0.5Zn0.5S/ZnS 코어쉘 양자점이 형성되는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that Cd 0.5 Zn 0.5 S / ZnS coreshell quantum dots are formed.

도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서에 사용되는 양자점의 파장(Wavelength)에 따른 광 발광(photoluminescence; PL) 및 흡수율(Absorption; Abs)을 도시한 그래프이다.FIG. 7 is a graph illustrating photoluminescence (PL) and absorption (Absorption) Abs according to wavelengths of quantum dots used in an image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention.

도 7은 양자점층에 포함되는 양자점으로 Mn2+-doped Cd0.5Zn0.5S/ZnS 코어쉘 양자점을 사용하였고, 옐로우-오렌지 광(yellow-orange light)을 발광하는 양자점이다.FIG. 7 shows Mn 2+ -doped Cd 0.5 Zn 0.5 S / ZnS coreshell quantum dots as quantum dots included in the quantum dot layer, and is a quantum dot emitting yellow-orange light.

도 7을 참조하면, Mn2+-doped Cd0.5Zn0.5S/ZnS 코어쉘 양자점은 자외선을 흡수하여 청색 광을 발광하고, 청색광뿐만 아니라 에너지 터닝 효과(energy-tuning-effect)를 통해 스토크 쉬프트(stoke shift)를 증가시켜, ~583 nm 피크(peak)를 가지는 옐로우-오렌지 광(yellow-orange light)을 발광할수도 있다.Referring to FIG. 7, the Mn 2+ -doped Cd 0.5 Zn 0.5 S / ZnS coreshell quantum dots absorb ultraviolet light to emit blue light, and not only the blue light but also an energy-tuning-effect. By increasing the stoke shift, yellow-orange light with a ˜583 nm peak may be emitted.

도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서의 파장에 따른 태양 스펙트럼(Solar Spectrum)을 도시한 그래프이다.8 is a graph illustrating a solar spectrum according to a wavelength of an image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention.

도 8을 참조하면, 양자점층은 자외선을 흡수하여 가시광선(예; 청색광)을 발광하는 에너지-다운-쉬프트(energy-down-shift) 및 적외선을 흡수하여 가시광선(예; 청색광)을 발광하는 에너지-업-쉬프트(energy-up-shift)를 초래하는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 8, the quantum dot layer absorbs ultraviolet rays to emit visible light (eg, blue light) and emits visible light (eg, blue light) by absorbing infrared rays and infrared rays. It can be seen that this results in an energy-up-shift.

도 9는 CdZnS/ZnS 코어쉘 양자점의 에너지 밴드 다이어그램(energy band diagram)을 도시한 것이다.9 shows an energy band diagram of CdZnS / ZnS coreshell quantum dots.

도 9를 참조하면, CdZnS/ZnS 코어쉘 양자점은 자외선을 흡수하여 청색 가시광선을 방출하는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 9, it can be seen that the CdZnS / ZnS coreshell quantum dots absorb ultraviolet rays and emit blue visible light.

도 10은 양자점의 농도 변화에 따라 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서의 파장(Wavelength)에 따른 광 발광 강도(photoluminescence intensity; PL intensity) 및 흡수율(Absorption; Abs)을 도시한 그래프이다.FIG. 10 illustrates photoluminescence intensity (PL intensity) and absorptance (Absorption) Abs according to a wavelength of an image sensor including a quantum dot layer according to a change in concentration of the quantum dots. One graph.

도 10은 CdZnS/ZnS 코어쉘 양자점을 포함하는 청색 양자점층을 사용하고, 청색 양자점의 농도를 0.1 wt%, 0.2 wt%, 0.3 wt%, 0.4 wt% 및 0.5 wt%로 변화시켜 측정하였다. 10 was measured by using a blue quantum dot layer including CdZnS / ZnS coreshell quantum dots and changing the concentration of blue quantum dots to 0.1 wt%, 0.2 wt%, 0.3 wt%, 0.4 wt% and 0.5 wt%.

도 10을 참조하면, 양자점층에 포함되는 양자점의 농도가 증가할수록 흡수율이 증가되는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 10, it can be seen that the absorption rate increases as the concentration of the quantum dots included in the quantum dot layer increases.

도 11은 양자점의 농도 변화에 따라 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서의 파장(Wavelength)에 따른 광 발광 강도(photoluminescence intensity; PL intensity)을 도시한 그래프이다.FIG. 11 is a graph illustrating photoluminescence intensity (PL intensity) according to a wavelength of an image sensor including a quantum dot layer according to a change in concentration of a quantum dot.

도 11은 CdZnS/ZnS 코어쉘 양자점을 포함하는 청색 양자점층을 사용하고, 청색 양자점의 농도를 0.1 wt%, 0.2 wt%, 0.3 wt%, 0.4 wt% 및 0.5 wt%로 변화시켜 측정하였다. FIG. 11 was measured by using a blue quantum dot layer including CdZnS / ZnS coreshell quantum dots and changing the concentration of blue quantum dots to 0.1 wt%, 0.2 wt%, 0.3 wt%, 0.4 wt%, and 0.5 wt%.

도 11을 참조하면, 양자점층에 포함되는 양자점의 농도가 증가할수록 광 발광 강도가 증가되는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 11, it can be seen that the light emission intensity increases as the concentration of the quantum dots included in the quantum dot layer increases.

도 12는 양자점의 농도 변화에 따라 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서의 역방향 바이어스(reverse bias)에 따른 전류(current)를 도시한 그래프이다.FIG. 12 is a graph illustrating current according to reverse bias of an image sensor including a quantum dot layer according to a change in concentration of a quantum dot.

도 12는 CdZnS/ZnS 코어쉘 양자점을 포함하는 청색 양자점층을 사용하고, 암-상태(dark-state), 양자점층이 없는 상태(w/o QDs), 0.1 wt% 농도의 양자점, 0.2 wt% 농도의 양자점, 0.3 wt% 농도의 양자점, 0.4 wt% 농도의 양자점 및 0.5 wt% 농도의 양자점으로 변화시켜 측정하였다.FIG. 12 shows a blue quantum dot layer comprising CdZnS / ZnS coreshell quantum dots, dark-state, no quantum dot layer (w / o QDs), 0.1 wt% quantum dots, 0.2 wt% It was measured by changing the quantum dots in concentration, the quantum dots in 0.3 wt% concentration, the quantum dots in 0.4 wt% concentration and the quantum dots in 0.5 wt% concentration.

또한, 도 12는 365nm의 파장 및 355 ㎼/cm2 의 단위 면적당의 자외선의 세기 (E)에서 측정되었다.12 was measured at the wavelength of 365 nm and the intensity (E) of ultraviolet light per unit area of 355 dl / cm 2 .

도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서는 365nm의 파장에서 농도가 증가함에 따라 광전류가 증가되고, 15V의 역방향 바이어스에서는 0.5 wt% 농도의 양자점을 포함함으로써, 0.17 ㎂에서 0.68 ㎂까지 증가하였다. Referring to FIG. 12, an image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention increases photocurrent with increasing concentration at a wavelength of 365 nm, and includes 0.5 wt% of quantum dots at a reverse bias of 15V. , It increased from 0.17 ㎂ to 0.68 ㎂.

도 13은 양자점의 농도 변화에 따라 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서의 파장에 따른 반응도(Responsivity)를 도시한 그래프이다.FIG. 13 is a graph illustrating responsivity according to a wavelength of an image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention according to a change in concentration of a quantum dot.

도 13은 청색 양자점을 사용하였고, 양자점층이 없는 상태(w/o QDs), 0.1 wt% 농도의 양자점, 0.2 wt% 농도의 양자점, 0.3 wt% 농도의 양자점, 0.4 wt% 농도의 양자점 및 0.5 wt% 농도의 양자점으로 변화시켜 측정하였다.FIG. 13 uses blue quantum dots, without quantum dot layers (w / o QDs), quantum dots at 0.1 wt%, quantum dots at 0.2 wt%, quantum dots at 0.3 wt%, quantum dots at 0.4 wt% and 0.5 It was measured by changing to wt% concentration of quantum dots.

반응도는 하기 [식 1]로 계산될 수 있다.Reactivity can be calculated by the following [Formula 1].

*[식 1]* [Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서는 양자점의 농도가 증가할수록 광전 변환 소자의 반응도가 증가하였고, 0.5 wt% 농도의 양자점은 365nm의 파장에서 0.78A/W로 현저하게 증가하였다.Referring to FIG. 13, in the image sensor including the quantum dot layer according to the exemplary embodiments of the present invention, as the concentration of the quantum dot increases, the reactivity of the photoelectric conversion element increases, and the quantum dot of 0.5 wt% has a wavelength of 0.78 A at 365 nm. Significantly increased to / W.

도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서의 트랜스퍼 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 소스 플로워 트랜지스터 및 커런트 소스 트랜지스터의 펄스 동작에 따른 특성을 도시한 그래프이다.14 is a graph illustrating characteristics of pulse operations of a transfer transistor, a reset transistor, a source follower transistor, and a current source transistor of an image sensor including a quantum dot layer according to example embodiments.

도 14를 참조하면, 리셋 트랜지스터는 플로팅 확산 영역 (0-210㎲)을 완전히 리셋(reset)하기 위해 턴 온 하는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 14, it can be seen that the reset transistor is turned on to completely reset the floating diffusion region (0-210 μs).

또한, 트랜스퍼 트랜지스터를 턴온하고, 리셋 트랜지스터을 턴오프하여 전자를 광전 변환 소자의 플로팅 확산 영역(210-460㎲)으로 전송(transfer)하였고, 트랜스퍼 트랜지스터와 리셋 트랜지스터는 광전 변환 소자(460-520㎲)에서 플로팅 확산 영역으로 전송된 전자를 판독(read)하기 위해 턴오프되는 것을 알 수 있다.In addition, the transfer transistor was turned on and the reset transistor was turned off to transfer electrons to the floating diffusion region 210-460 의 of the photoelectric conversion element, and the transfer transistor and the reset transistor were connected to the photoelectric conversion element 460-520 ㎲. It can be seen that is turned off to read the electrons transferred to the floating diffusion region at.

도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서의 파장에 따른 전압 감지 마진(voltage sensing margin; R△V)를 도시한 것이다.15 is a voltage sensing margin in accordance with the wavelength of the image sensor comprising a quantum dot layer in accordance with embodiments of the present invention; illustrates a (voltage sensing margin △ V R).

도 15는 CdZnS/ZnS 코어쉘 양자점을 포함하는 청색 양자점층을 사용하고, 청색 양자점의 농도를 0.1 wt%, 0.2 wt%, 0.3 wt%, 0.4 wt% 및 0.5 wt%로 변화시켜 측정하였다.FIG. 15 was measured by using a blue quantum dot layer including CdZnS / ZnS coreshell quantum dots and changing the concentration of blue quantum dots to 0.1 wt%, 0.2 wt%, 0.3 wt%, 0.4 wt%, and 0.5 wt%.

전압 감지 마진(voltage sensing margin; R△V)은 하기 [식 2] 및 [식 3]을 이용하여 계산될 수 있다.Voltage sensing margin (voltage sensing margin; R △ V ) can be calculated using the following [Formula 2] and [Formula 3].

[식 2][Equation 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

[식 3][Equation 3]

Figure pat00003
Figure pat00003

도 15를 참조하면, 365nm 파장에서의 ΔVdark-photo의 비는 0.5 wt% 농도의 양자점은 194.66%로 증가하였고, 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서는 양자점층에 의해 전압 감지 마진이 약 2배정도 증가되는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 15, the ratio of ΔV dark-photo at 365 nm wavelength was increased to 194.66% of 0.5 wt% quantum dots, and the image sensor including the quantum dot layer according to the embodiments of the present invention was formed by the quantum dot layer. It can be seen that the voltage sensing margin is increased by about twice.

또한, 450nm 이하의 자외선 영역에서 전압 감지 마진(voltage sensing margin)이 증가되는 것을 알 수 있다.In addition, it can be seen that the voltage sensing margin is increased in the ultraviolet region of 450 nm or less.

도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서의 광 강도(Light intensity)에 따른 전압 감지 마진(voltage sensing margin; R△V)를 도시한 것이다.16 is a voltage detection margin of the light intensity (Light intensity) of the image sensor comprising a quantum dot layer in accordance with embodiments of the present invention; illustrates a (voltage sensing margin △ V R).

도 16은 CdZnS/ZnS 코어쉘 양자점을 포함하는 청색 양자점층을 사용하고, 파장(λ)을 254nm, 365nm, 450nm, 551nm 및 658nm로 변화시켜 측정하였다.FIG. 16 was measured by using a blue quantum dot layer including CdZnS / ZnS coreshell quantum dots and changing wavelengths λ to 254 nm, 365 nm, 450 nm, 551 nm, and 658 nm.

도 16을 참조하면, 청색 양자점은 자외선 파장대에서 높은 전압 감지 마진을 나타내고, 365nm 파장에서 전압 감지 마진이 가장 좋은 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 16, the blue quantum dot shows a high voltage sensing margin in the ultraviolet wavelength band, and it can be seen that the voltage sensing margin is the best at the 365 nm wavelength.

도 17a는 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서를 사용하여 촬영된 이미지의 적색 채널을 도시한 이미지이고, 도 17b는 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서를 사용하여 촬영된 이미지의 녹색 채널을 도시한 이미지이다. 17A is an image illustrating a red channel of an image photographed using an image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention, and FIG. 17B is an image including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention. This image shows the green channel of the image taken using the sensor.

도 17a 및 도 17b는 CdZnS/ZnS 코어쉘 양자점를 포함하는 청색 양자점층을 사용하였다.17A and 17B used a blue quantum dot layer including CdZnS / ZnS coreshell quantum dots.

도 17a 및 도 17b를 참조하면, 대부분의 픽셀 강도는 0을 나타내는 것을 알 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서를 사용하여 촬영된 이미지의 적색 채널의 픽셀 강도가 양자점층이 없는 이미지 센서를 사용하여 촬영된 이미지의 적색 채널의 픽셀 강도보다 더 낮은 값이다.17A and 17B, it can be seen that most pixel intensities represent zero. The pixel intensity of the red channel of the image taken using the image sensor including the quantum dot layer according to embodiments of the present invention is lower than the pixel intensity of the red channel of the image taken using the image sensor without the quantum dot layer to be.

도 17c는 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서를 사용하여 촬영된 이미지의 청색 채널을 도시한 이미지이다. 17C is an image illustrating a blue channel of an image photographed using an image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present disclosure.

도 17c는 CdZnS/ZnS 코어쉘 양자점을 포함하는 청색 양자점층을 사용하였다.17C used a blue quantum dot layer including CdZnS / ZnS coreshell quantum dots.

도 17c를 참조하면, 인형 쪽으로 조사된 자외선 양이 증가함에 따라 양자점층에서 방출되는 청색광의 강도가 증가하였고, 방출된 청색광이 컬러 필터를 통해 광전 변환 소자에 재흡수되는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 17C, it can be seen that the intensity of the blue light emitted from the quantum dot layer increases as the amount of ultraviolet rays irradiated toward the doll increases, and the emitted blue light is reabsorbed by the photoelectric conversion element through the color filter.

도 18은 태양광(Sunlight) 조사 시간에 따라 변화되는 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서의 전압 감지 마진(ΔVdark-photo) 을 도시한 그래프이다.FIG. 18 is a graph illustrating a voltage sensing margin ΔV dark-photo of an image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention that changes with sunlight irradiation time.

도 18은 CdZnS/ZnS 코어쉘 양자점을 포함하는 청색 양자점층을 사용하였다.FIG. 18 used a blue quantum dot layer including CdZnS / ZnS coreshell quantum dots.

UV 3의 높은 자외선 지수를 갖는 맑은 날씨(Clear weather: high UV (UV index: 3))에서는 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서는 0.903V의 높은 전압 감지 마진을 갖고, UV 1의 낮은 자외선 지수를 갖는 흐린 날씨(Cloudy weather: low UV (UV index: 1))에서는 0.715V로 비교적 낮은 전압 감지 마진을 갖는 것을 알 수 있다.In clear weather having a high UV index of UV 3 (UV index: 3), an image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention has a high voltage sensing margin of 0.903V, Cloudy weather: low UV (UV index: 1) shows a relatively low voltage-sensing margin of 0.715V.

또한, 맑은 날씨 및 흐린 날씨 모두 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서가 양자점층을 포함하지 않는 이미지 센서 보다 높은 전압 감지 마진을 나타냈다.In addition, in both sunny and cloudy weather, the image sensor including the quantum dot layer according to the embodiments of the present invention showed a higher voltage sensing margin than the image sensor not including the quantum dot layer.

도 19는 태양광(Sunlight) 조사 시간에 따라 변화되는 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서를 이용하여 촬영된 이미지를 도시한 것이다.FIG. 19 illustrates an image photographed using an image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention that changes with sunlight irradiation time.

도 19는 CdZnS/ZnS 코어쉘 양자점을 포함하는 청색 양자점층을 사용하였다.19 used a blue quantum dot layer including CdZnS / ZnS coreshell quantum dots.

도 19를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 양자점층을 포함하는 이미지 센서를 이용하여 촬영된 이미지는 단위 면적당의 자외선의 세기를 에너지로 나타낸 값(1.785㎼/cm2, 2.650㎼/cm2, 2,879㎼/cm2, 2,114㎼/cm2, 1,185㎼/cm2 및 442㎼/cm2)에 따라 양자점층에서 방출되는 청색광의 강도가 증가하고, 방출된 청색광이 컬러 필터를 통해 광전 변환 소자에 재흡수되는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 19, an image photographed using an image sensor including a quantum dot layer according to embodiments of the present invention is a value representing the intensity of ultraviolet rays per unit area as energy (1.785 ㎼ / cm 2 , 2.650 ㎼ / cm 2 , 2,879 ㎼ / cm 2 , 2,114 ㎼ / cm 2 , 1,185 ㎼ / cm 2 and 442 ㎼ / cm 2 ), the intensity of blue light emitted from the quantum dot layer increases, and the emitted blue light is photoelectrically converted through a color filter. It can be seen that the device is reabsorbed.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.On the other hand, the embodiments of the present invention disclosed in the specification and drawings are merely presented specific examples to aid understanding and are not intended to limit the scope of the present invention. It is apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention can be carried out in addition to the embodiments disclosed herein.

P1: 제1 가시광 P2: 제2 가시광
110: 기판 121: 광전 변환 소자
122: 배선층 140R: 적색 컬러필터
140G: 녹색 컬러필터 140B: 청색 컬러필터
150: 양자점층 151: 양자점
160: 마이크로 렌즈
P1: first visible light P2: second visible light
110 substrate 121 photoelectric conversion element
122: wiring layer 140R: red color filter
140G: Green Color Filter 140B: Blue Color Filter
150: quantum dot layer 151: quantum dot
160: microlens

Claims (11)

기판 상에 복수의 픽셀 영역에 대응되게 형성되는 광전 변환 소자;
상기 광전 변환 소자가 형성된 기판 상에 형성되는 배선층;
상기 배선층 상에 형성되고, 상기 광전 변환 소자에 대응되게 형성되는 컬러필터; 및
상기 컬러필터 상에 형성되고, 모든 파장대역의 광으로서 가시광 파장대역, 적외선 파장대역, 및 자외선 파장대역의 광을 동시에 흡수하고, 상기 동시에 흡수되는 모든 파장대역의 광들 중에서, 가시광 파장대역의 광인 제1 가시광을 투과하고, 상기 동시에 흡수되는 모든 파장대역의 광들 중에서, 상기 자외선 파장대역의 광 및 상기 적외선 파장대역의 광을 상기 가시광 파장대역의 광과 동시에 흡수하여 특정 파장 영역의 제2 가시광으로 발광하는 양자점층;
를 포함하고,
상기 광전 변환 소자에는 상기 제1 가시광 및 상기 제2 가시광이 동시에 입사되고, 상기 동시에 입사된 제1 가시광 및 상기 제2 가시광에 기초하여 이미지를 촬영하는 것을 특징으로 하는 양자점층을 포함하는 이미지 센서.
A photoelectric conversion element formed on the substrate to correspond to the plurality of pixel regions;
A wiring layer formed on the substrate on which the photoelectric conversion element is formed;
A color filter formed on the wiring layer and formed to correspond to the photoelectric conversion element; And
A light formed in the color filter and simultaneously absorbing light in the visible wavelength band, the infrared wavelength band, and the ultraviolet wavelength band as the light in all the wavelength bands; Among the light of all wavelength bands that transmit 1 visible light and are simultaneously absorbed, the light of the ultraviolet wavelength band and the light of the infrared wavelength band are simultaneously absorbed with the light of the visible light wavelength band to emit light as the second visible light of a specific wavelength region. A quantum dot layer;
Including,
And the first visible light and the second visible light are simultaneously incident on the photoelectric conversion element, and the image sensor is configured to capture an image based on the first visible light and the second visible light.
제1항에 있어서,
상기 양자점층은 상기 자외선 파장대역의 광을 에너지-다운-쉬프트(energy-down-shift)시켜 상기 제2 가시광을 발광하는 것을 특징으로 하는 양자점층을 포함하는 이미지 센서.
The method of claim 1,
The quantum dot layer is an image sensor including a quantum dot layer, characterized in that for emitting the second visible light by energy-down-shift the light of the ultraviolet wavelength band.
제1항에 있어서,
상기 양자점층은 상기 적외선 파장대역의 광을 에너지-업-쉬프트(energy-up-shift)시켜 상기 제2 가시광을 발광하는 것을 특징으로 하는 양자점층을 포함하는 이미지 센서.
The method of claim 1,
The quantum dot layer is an image sensor comprising a quantum dot layer, characterized in that for emitting the second visible light by energy-up-shift (light) in the infrared wavelength band.
제1항에 있어서,
상기 양자점층은 청색, 녹색 및 적색의 가시광선 파장대역의 광은 투과시키고, 청색의 가시광을 증폭시키는 청색 양자점층인 것을 특징으로 하고,
상기 양자점층은 ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnSeS, GaN, AlN, AlP, GaP, InN 및 그 조합 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점층을 포함하는 이미지 센서.
The method of claim 1,
The quantum dot layer is characterized in that the blue quantum dot layer that transmits the light in the visible light wavelength band of blue, green and red, and amplifies the blue visible light,
The quantum dot layer includes at least one of ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnSeS, GaN, AlN, AlP, GaP, InN, and combinations thereof. Image sensor.
제1항에 있어서,
상기 양자점층은 청색, 녹색 및 적색의 가시광선 파장대역의 광은 투과시키고, 적색의 가시광을 증폭시키는 적색 양자점층인 것을 특징으로 하고,
상기 양자점층은 CdSe, CdTe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, CdZnTe, GaAs, InP, InAs, GaNAs, GaPAs, AlNAs, AlPAs, InNAs, InPAs, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNAs, GaInPAs, InAlNAs, InAlPAs 및 그 조합 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점층을 포함하는 이미지 센서.
The method of claim 1,
The quantum dot layer is a red quantum dot layer that transmits light in the visible light wavelength band of blue, green and red, and amplifies red visible light,
The quantum dot layer includes at least one of CdSe, CdTe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, CdZnTe, GaAs, InP, InAs, GaNAs, GaPAs, AlNAs, AlPAs, InNAs, InPAs, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNAs, GaInPAs, InAls An image sensor comprising a quantum dot layer comprising any one.
제1항에 있어서,
상기 양자점층은 청색, 녹색 및 적색의 가시광선 파장대역의 광은 투과시키고, 녹색의 가시광을 증폭시키는 녹색 양자점층인 것을 특징으로 하고,
상기 양자점층은 CdS, CdSe, ZnTe, CdSeS, CdSTe, ZnSeTe, ZnSTe, CdZnSe, CdZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, GaP, InN, InP 및 그 조합 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점층을 포함하는 이미지 센서.
The method of claim 1,
The quantum dot layer is characterized in that the green quantum dot layer transmits light in the visible light wavelength band of blue, green and red, and amplifies the green visible light,
The quantum dot layer includes at least one of quantum dots including at least one of CdS, CdSe, ZnTe, CdSeS, CdSTe, ZnSeTe, ZnSTe, CdZnSe, CdZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, GaP, InN, InP, and combinations thereof. Including an image sensor.
제1항에 있어서,
상기 양자점층은 양자점 농도에 따라 투과율(transmittance)이 제어되는 것을 특징으로 하는 양자점층을 포함하는 이미지 센서.
The method of claim 1,
The quantum dot layer is an image sensor comprising a quantum dot layer characterized in that the transmittance (transmittance) is controlled according to the quantum dot concentration.
제1항에 있어서,
상기 양자점층은 CdZnS/ZnS 코어/쉘 양자점 또는 Mn-doped CdZnS/ZnS 코어/쉘 양자점을 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점층을 포함하는 이미지 센서.
The method of claim 1,
The quantum dot layer includes a CdZnS / ZnS core / shell quantum dot or a Mn-doped CdZnS / ZnS core / shell quantum dot.
제1항에 있어서,
상기 광전 변환 소자는 실리콘 기반의 포토다이오드인 것을 특징으로 하는 양자점층을 포함하는 이미지 센서.
The method of claim 1,
The photoelectric conversion element is an image sensor comprising a quantum dot layer, characterized in that the silicon-based photodiode.
제1항에 있어서,
상기 양자점층을 포함하는 이미지 센서는,
상기 양자점층 상부 또는 하부에 마이크로 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점층을 포함하는 이미지 센서.
The method of claim 1,
The image sensor including the quantum dot layer,
An image sensor comprising a quantum dot layer, characterized in that it further comprises a micro lens on or below the quantum dot layer.
기판을 형성하는 단계;
상기 기판 상에 복수의 픽셀 영역에 대응되도록 광전 변환 소자를 형성하는 단계;
상기 광전 변환 소자 상에 배선층을 형성하는 단계;
상기 배선층 상에서 상기 광전 변환 소자의 위치에 대응되도록 컬러필터를 형성하는 단계; 및
상기 컬러필터 상에 양자점층을 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 양자점층은 모든 파장대역의 광으로서 가시광 파장대역, 적외선 파장대역, 및 자외선 파장대역의 광을 동시에 흡수하고, 상기 동시에 흡수되는 모든 파장대역의 광들 중에서, 가시광 파장대역의 광인 제1 가시광을 투과하며, 상기 동시에 흡수되는 모든 파장대역의 광들 중에서, 상기 자외선 파장대역의 광 및 상기 적외선 파장대역의 광을 상기 가시광 파장대역의 광과 동시에 흡수하여 특정 파장 영역의 제2 가시광으로 발광하고,
상기 광전 변환 소자에는 상기 제1 가시광 및 상기 제2 가시광이 동시에 입사되고, 상기 동시에 입사된 제1 가시광 및 상기 제2 가시광에 기초하여 이미지를 촬영하는 것을 특징으로 하는 양자점층을 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
Forming a substrate;
Forming a photoelectric conversion element on the substrate to correspond to the plurality of pixel regions;
Forming a wiring layer on the photoelectric conversion element;
Forming a color filter to correspond to the position of the photoelectric conversion element on the wiring layer; And
Forming a quantum dot layer on the color filter
Including,
The quantum dot layer simultaneously absorbs light in a visible wavelength band, an infrared wavelength band, and an ultraviolet wavelength band as light in all wavelength bands, and transmits first visible light, which is light in the visible wavelength band, among the lights in all the wavelength bands simultaneously absorbed. Among the light of all wavelength bands that are simultaneously absorbed, the light of the ultraviolet wavelength band and the light of the infrared wavelength band are simultaneously absorbed with the light of the visible light wavelength band to emit light as the second visible light of a specific wavelength region,
The first visible light and the second visible light are simultaneously incident on the photoelectric conversion element, and the image sensor is photographed based on the first visible light and the second visible light incident at the same time. Manufacturing method.
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060089099A (en) * 2005-02-03 2006-08-08 삼성전자주식회사 Energy downconversion film and quantum dot film comprising quantum dot
JP2010118491A (en) * 2008-11-13 2010-05-27 Seiko Epson Corp Photoelectric conversion device, and electronic apparatus
KR20100079088A (en) 2008-12-30 2010-07-08 주식회사 동부하이텍 Image sensor and fabricating method thereof
KR20110053796A (en) * 2009-11-16 2011-05-24 삼성전자주식회사 Infrared image sensor
US20110309462A1 (en) * 2010-06-08 2011-12-22 Edward Hartley Sargent Stable, sensitive photodetectors and image sensors made therefrom including circuits, processes, and materials for enhanced imaging performance
US20120126354A1 (en) * 2010-11-23 2012-05-24 Jaworski Frank B Down-Converting And Detecting Photons
JP2014127443A (en) * 2012-12-27 2014-07-07 Pioneer Electronic Corp Photoelectric conversion element, image pick-up element and image pick-up device
KR20150118885A (en) 2014-04-15 2015-10-23 삼성전자주식회사 Unit pixel of an image sensor and image sensor including the same
US20150311239A1 (en) * 2012-12-04 2015-10-29 Siliconfile Technologies Inc. Cmos image sensor including infrared pixels having improved spectral properties, and method of manufacturing same
JP2016021488A (en) * 2014-07-14 2016-02-04 パナソニックIpマネジメント株式会社 Solid-state image pickup element

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060089099A (en) * 2005-02-03 2006-08-08 삼성전자주식회사 Energy downconversion film and quantum dot film comprising quantum dot
JP2006216560A (en) * 2005-02-03 2006-08-17 Samsung Electronics Co Ltd Energy conversion film and quantum dot thin film
JP2010118491A (en) * 2008-11-13 2010-05-27 Seiko Epson Corp Photoelectric conversion device, and electronic apparatus
KR20100079088A (en) 2008-12-30 2010-07-08 주식회사 동부하이텍 Image sensor and fabricating method thereof
KR20110053796A (en) * 2009-11-16 2011-05-24 삼성전자주식회사 Infrared image sensor
US20110309462A1 (en) * 2010-06-08 2011-12-22 Edward Hartley Sargent Stable, sensitive photodetectors and image sensors made therefrom including circuits, processes, and materials for enhanced imaging performance
US20120126354A1 (en) * 2010-11-23 2012-05-24 Jaworski Frank B Down-Converting And Detecting Photons
US20150311239A1 (en) * 2012-12-04 2015-10-29 Siliconfile Technologies Inc. Cmos image sensor including infrared pixels having improved spectral properties, and method of manufacturing same
JP2014127443A (en) * 2012-12-27 2014-07-07 Pioneer Electronic Corp Photoelectric conversion element, image pick-up element and image pick-up device
KR20150118885A (en) 2014-04-15 2015-10-23 삼성전자주식회사 Unit pixel of an image sensor and image sensor including the same
JP2016021488A (en) * 2014-07-14 2016-02-04 パナソニックIpマネジメント株式会社 Solid-state image pickup element

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ludong Li 외 4, ZnO Quantum Dot Decorated Zn2SnO4 Nanowire Heterojunction Photodetectors with Drastic Performance Enhancement and Flexible Ultraviolet Image Sensors, 2017.03
미국 등록특허 제9,635,325호, "Systems and methods for detecting ultraviolet light using image sensors"

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