KR20200049272A - 센서 및 전자 장치 - Google Patents

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KR20200049272A
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curvature
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윤성영
박경배
박성준
이계황
진용완
허철준
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Abstract

복수의 화소 전극과 대향 전극, 그리고 상기 복수의 화소 전극과 상기 대향 전극 사이에 위치하고 적어도 일부 파장 영역의 광을 흡수하여 전기적 신호로 변환시키는 광전변환층을 포함하는 광전 변환 소자를 포함하고, 상기 화소 전극은 상기 광전변환층과 마주하는 상부 표면, 측면 및 상기 상부 표면과 상기 측면이 만나는 각지지 않은 에지를 가진 센서 및 전자 장치에 관한 것이다.

Description

센서 및 전자 장치{SENSOR AND ELECTRONIC DEVICE}
센서 및 전자 장치에 관한 것이다.
디지털 카메라와 캠코더 등에는 영상을 촬영하여 전기적 신호로 저장하는 센서를 포함한다. 센서는 입사하는 빛을 파장에 따라 분해하여 각각의 성분을 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서를 포함할 수 있고 근래 생체 인식 센서로도 유용하게 사용될 수 있다.
이러한 이미지 센서 또는 생체 인식 센서와 같은 센서는 날이 갈수록 소형화가 요구되고 있다. 근래, 센서의 크기를 줄이기 위하여 적층 구조의 센서가 연구되고 있다.
일 구현예는 적층 구조의 센서에서 암전류(dark current)를 줄여 감도를 개선할 수 있는 센서를 제공한다.
다른 구현예는 상기 센서를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
일 구현예에 따르면, 복수의 화소 전극과 대향 전극, 그리고 상기 복수의 화소 전극과 상기 대향 전극 사이에 위치하고 적어도 일부 파장 영역의 광을 흡수하여 전기적 신호로 변환시키는 광전변환층을 포함하는 광전 변환 소자를 포함하고, 상기 화소 전극은 상기 광전변환층과 마주하는 상부 표면, 측면 및 상기 상부 표면과 상기 측면이 만나는 각지지 않은 에지를 가진 센서를 제공한다.
상기 화소 전극의 에지는 둥글거나 굽어 있거나 휘어 있을 수 있다.
상기 화소 전극의 에지의 적어도 일부분은 하기 관계식을 만족하는 곡률 반경을 가질 수 있다.
[관계식]
Figure pat00001
상기 관계식에서,
d는 상기 화소 전극의 두께이고,
r은 상기 화소 전극의 에지의 곡률반경이다.
상기 화소 전극의 에지의 적어도 일부분은 약 1nm 내지 50nm의 곡률 반경을 가질 수 있다.
상기 화소 전극의 에지의 적어도 일부분은 약 1nm 내지 20nm의 곡률 반경을 가질 수 있다.
상기 화소 전극은 상기 상부 표면과 마주하는 하부 표면을 가질 수 있고, 상기 화소 전극의 하부 표면과 상기 화소 전극의 측면은 실질적으로 수직일 수 있다.
상기 화소 전극의 상부 표면과 상기 광전변환층이 중첩하는 영역의 면적은 상기 화소 전극의 하부 표면과 상기 광전변환층이 중첩하는 영역의 면적보다 작을 수 있다.
상기 복수의 화소 전극은 인접하게 위치하는 제1 화소 전극과 제2 화소 전극을 포함할 수 있고, 상기 센서는 상기 제1 화소 전극과 상기 제2 화소 전극 사이에 위치하는 절연체를 더 포함할 수 있다.
상기 센서는 상기 화소 전극의 각지지 않은 에지와 상기 광전변환층 사이에 위치하는 절연체를 더 포함할 수 있다.
상기 화소 전극은 투명 전극일 수 있다.
상기 광전변환층은 녹색 파장 영역의 광, 청색 파장 영역의 광, 적색 파장 영역의 광 및 적외선 파장 영역의 광 중 적어도 하나를 선택적으로 흡수하여 전기적 신호로 변환시킬 수 있다.
상기 센서는 상기 광전 변환 소자에 적층되어 있는 반도체 기판을 더 포함할 수 있다.
상기 센서는 상기 광전 변환 소자와 상기 반도체 기판 사이에 위치하는 절연층을 더 포함할 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 상기 센서를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
또 다른 구현예에 따르면, 각지지 않은 에지를 가진 화소 전극, 상기 화소 전극과 마주하는 대향 전극, 그리고 상기 화소 전극과 상기 대향 전극 사이에 위치하는 광전변환층을 포함하는 광전 변환 소자를 제공한다.
상기 화소 전극의 에지는 둥글거나 굽어 있거나 휘어 있을 수 있다.
상기 화소 전극의 에지의 적어도 일부분은 상기 관계식을 만족하는 곡률 반경을 가질 수 있다.
상기 화소 전극의 에지의 적어도 일부분은 약 1nm 내지 50nm의 곡률 반경을 가질 수 있다.
상기 화소 전극의 에지의 적어도 일부분은 약 1nm 내지 20nm의 곡률 반경을 가질 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 광전 변환 소자를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
센서의 암전류(dark current)를 줄여 감도를 개선할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 센서의 화소 배열을 보여주는 개략도이고,
도 2는 도 1의 센서를 II-II 선에 따라 자른 일 예를 보여주는 단면도이고,
도 3은 도 2의 센서의 "A" 부분을 확대하여 도시한 개략도이고,
도 4는 도 1의 센서를 II-II 선에 따라 자른 다른 예를 보여주는 단면도이고,
도 5는 도 1의 센서를 II-II 선에 따라 자른 또 다른 예를 보여주는 단면도이고,
도 6은 일 예에 따른 센서의 화소 전극의 에지의 곡률 반경에 따라 에지에 작용하는 전기장 세기를 보여주는 그래프이다.
이하, 구현예에 대하여 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 실제 적용되는 구조는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이하 일 구현예에 따른 센서를 설명한다.
센서는 빛을 감지하여 전기적 신호로 변환시키는 센서일 수 있으며 예컨대 이미지 센서, 적외선 센서 또는 생체 인식 센서일 수 있고 예컨대 유기물을 포함하는 유기 센서일 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 센서의 화소 배열을 보여주는 개략도이고, 도 2는 도 1의 센서를 II-II 선에 따라 자른 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 센서(300)는 복수의 화소(PX)가 행 및 열을 따라 반복적으로 배열된 매트릭스 형태의 화소 배열을 가질 수 있다. 그러나 화소 배열은 이에 한정되지 않고 다양하게 변형될 수 있다.
도 2를 참고하면, 일 구현예에 따른 센서(300)는 반도체 기판(110) 및 광전 변환 소자(200)를 포함한다. 반도체 기판(110)과 광전 변환 소자(200)는 서로 적층되어 있다.
반도체 기판(110)은 실리콘 기판일 수 있으며, 전송 트랜지스터(도시하지 않음) 및 전하 저장소(55)가 집적되어 있다. 전송 트랜지스터 및/또는 전하 저장소(55)는 각 화소(PX)마다 집적되어 있을 수 있다.
반도체 기판(110) 위에는 또한 금속 배선(도시하지 않음) 및 패드(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 금속 배선 및 패드는 신호 지연을 줄이기 위하여 낮은 비저항을 가지는 금속, 예컨대 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag) 및 이들의 합금으로 만들어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
광전 변환 소자(200)는 광전변환층(30), 화소 전극(10) 및 대향 전극(20)을 포함한다.
광전변환층(30)은 적어도 일부 파장 영역의 광을 흡수하여 전기적 신호로 변환시킬 수 있으며, 예컨대 녹색 파장 영역의 광(이하 ‘녹색 광’이라 한다), 청색 파장 영역의 광(이하 ‘청색 광’이라 한다), 적색 파장 영역의 광(이하 ‘적색 광’이라 한다) 및 적외선 파장 영역의 광(이하 ‘적외 광’이라 한다) 중 적어도 일부를 전기적 신호로 변환시킬 수 있다.
일 예로, 광전변환층(30)은 녹색 광, 청색 광, 적색 광 및 적외 광 중 어느 하나를 선택적으로 흡수할 수 있다. 여기서 녹색 광, 청색 광, 적색 광 및 적외 광 중 어느 하나를 선택적으로 흡수한다는 것은 흡광 스펙트럼의 피크 흡수 파장(λmax)이 약 500 내지 600nm, 약 380nm 이상 500nm 미만, 약 600nm 초과 700nm 이하 및 약 700nm 초과 중 어느 하나에 존재하고 해당 파장 영역 내의 흡광 스펙트럼이 그 외 파장 영역의 흡광 스펙트럼보다 현저히 높은 것(예컨대 약 80% 이상, 약 90% 이상, 약 95% 이상, 약 98% 이상, 약 99% 이상)을 의미한다.
광전변환층(30)은 적어도 하나의 p형 반도체와 적어도 하나의 n형 반도체가 pn 접합(pn junction)을 형성할 수 있으며, 외부에서 빛을 받아 엑시톤(exciton)을 생성한 후 생성된 엑시톤을 정공과 전자로 분리할 수 있다.
p형 반도체와 n형 반도체는 각각 흡광 물질일 수 있으며 예컨대 p형 반도체와 n형 반도체 중 적어도 하나는 유기 흡광 물질일 수 있다. 일 예로, p형 반도체와 n형 반도체 중 적어도 하나는 소정 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 파장 선택성 흡광 물질일 수 있으며, 예컨대 p형 반도체와 n형 반도체 중 적어도 하나는 파장 선택성 유기 흡광 물질일 수 있다. p형 반도체와 n형 반도체는 서로 같거나 다른 파장 영역에서 피크 흡수 파장(λmax)을 가질 수 있다.
p형 반도체와 n형 반도체 중 어느 하나는 예컨대 플러렌 또는 플러렌 유도체일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
광전변환층(30)은 p형 반도체와 n형 반도체가 벌크 이종접합(bulk heterojunction) 형태로 혼합된 진성층(intrinsic layer, I층)일 수 있다. 이때 p형 반도체와 n형 반도체는 약 1:9 내지 9:1의 부피비로 혼합될 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 2:8 내지 8:2의 부피비로 혼합될 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 3:7 내지 7:3의 부피비로 혼합될 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 4:6 내지 6:4의 부피비로 혼합될 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 5:5의 부피비로 혼합될 수 있다.
광전변환층(30)은 전술한 p형 반도체를 포함하는 p형 층과 전술한 n형 반도체를 포함하는 n형 층을 포함하는 이중 층을 포함할 수 있다. 이때 p형 층과 n형 층의 두께비는 약 1:9 내지 9:1일 수 있으며 상기 범위 내에서 예컨대 약 2:8 내지 8:2, 약 3:7 내지 7:3, 약 4:6 내지 6:4 또는 약 5:5일 수 있다.
광전변환층(30)은 진성층 외에 p형 층 및/또는 n형 층을 더 포함할 수 있다. p형 층은 전술한 p형 반도체를 포함할 수 있고, n형 층은 전술한 n형 반도체를 포함할 수 있다. 예컨대 p형 층/I층, I층/n형 층, p형 층/I층/n형 층 등 다양한 조합으로 포함될 수 있다.
화소 전극(10)과 대향 전극(20) 중 어느 하나는 애노드(anode)이고 다른 하나는 캐소드(cathode)이다. 예컨대 화소 전극(10)이 캐소드이고 대향 전극(20)이 애노드일 수 있다. 예컨대 화소 전극(10)이 애노드이고 대향 전극(20)이 캐소드일 수 있다.
화소 전극(10)과 대향 전극(20) 중 적어도 하나는 투명 전극일 수 있고, 예컨대 화소 전극(10)과 대향 전극(20)은 각각 투명 전극일 수 있다. 여기서 투명 전극의 광 투과도는 예컨대 약 80% 이상일 수 있고 예컨대 약 85%일 수 있다. 투명 전극은 예컨대 인듐 주석 산화물(indium tin oxide, ITO), 인듐 아연 산화물(indium zinc oxide, IZO), 아연 주석 산화물(zinc tin oxide, ZTO), 알루미늄 주석 산화물(Aluminum tin oxide, AlTO) 및 알루미늄 아연 산화물(Aluminum zinc oxide, AZO)과 같은 투명 도전성 산화물로 만들어지거나 수 나노미터 내지 수십 나노미터 두께의 얇은 두께로 형성된 금속 박막 또는 금속 산화물이 도핑된 수 나노미터 내지 수십 나노미터 두께의 얇은 두께로 형성된 단일 층 또는 복수 층의 금속 박막일 수 있다.
화소 전극(10)은 각 화소(PX)마다 독립적으로 배치될 수 있고 대향 전극(20)은 전면에 형성된 공통 전극일 수 있다.
이하 화소 전극(10)에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은 도 2의 센서의 "A" 부분을 확대하여 도시한 개략도이다.
도 3을 참고하면, 화소 전극(10)은 광전변환층(30)과 인접하게 위치하는 상부 표면(10a); 상부 표면(10a)과 마주하고 절연층(80)에 맞닿은 하부 표면(10b); 측면(10c); 및 상부 표면(10a)과 측면(10c)이 만나는 상부 에지(10d)를 가진다.
화소 전극(10)의 상부 에지(10d)는 각지지 않을 수 있으며 예컨대 뭉툭하거나 매끈할 수 있다. 화소 전극(10)의 상부 에지(10d)는 예컨대 둥글거나 굽어 있거나 휘어 있을 수 있다.
일 예로, 화소 전극(10)의 상부 에지(10d)의 모양(geometry)은 소정의 에지 곡률(edge curvature)로 표현될 수 있으며, 곡률 반경(curvature radius)은 상부 에지(10d)의 모양에 따라 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 예컨대 화소 전극(10)의 에지(10d)의 적어도 일부분은 하기 관계식을 만족하는 에지 곡률을 가질 수 있다.
[관계식]
Figure pat00002
상기 관계식에서,
d는 화소 전극의 두께이고,
r은 화소 전극의 에지의 곡률반경이다.
일 예로, 화소 전극(10)의 상부 에지(10d)의 적어도 일부분은 약 1nm 내지 50nm의 곡률 반경을 가질 수 있으며 예컨대 약 1nm 내지 30nm의 곡률 반경을 가질 수 있으며 예컨대 약 1nm 내지 20nm의 곡률 반경을 가질 수 있다.
이와 같이 광전변환층(30)과 마주하는 화소 전극(10)의 상부 에지(10d)가 각지지 않은 모양을 가짐으로써 화소 전극(10)의 에지 부분에 전기장(electric field)이 집중되는 부분을 줄이거나 방지하여 센서의 암전류(dark current)를 효과적으로 줄이거나 방지할 수 있고 이에 따라 센서의 감도를 개선할 수 있다.
만일 화소 전극(10)의 상부 표면(10a)과 화소 전극(10)의 측면(10c)이 실질적으로 수직으로 만나는 판상 모양을 가지는 경우, 화소 전극(10)의 상부 표면(10a)에 작용하는 전기장과 화소 전극(10)의 상부 에지(10d)에 작용하는 전기장이 다르게 되고 이에 따라 전기장이 집중되는 상부 에지(10d)가 암전류 발생 소스로 작용하여 센서의 암전류가 급격히 증가할 수 있다.
본 구현예에서는 광전변환층(30)과 마주하는 화소 전극(10)의 상부 에지(10d)가 각지지 않은 모양을 가짐으로써 화소 전극(10)의 에지 부분에 전기장이 집중되는 부분을 줄여 센서의 암전류를 효과적으로 줄일 수 있고 이에 따라 센서의 감도를 개선할 수 있다.
일 예로, 화소 전극(10)의 상부 에지(10d)의 곡률 반경에 따라 상부 에지(10d)에 작용하는 전기장 세기 및 그에 따른 암전류를 평가할 수 있다. 예컨대 전기장 세기는 ITO를 포함하는 50nm 두께의 화소 전극(10), 100nm 두께의 광전변환층(30) 및 SiO2 절연층(80)을 포함하는 센서를 가정하고 FDTD (finite-difference time-domain) 방식의 시뮬레이션 프로그램 COMSOL을 통해 계산할 수 있다. 암전류는 단위 소자(100nm 광전변환층, 2mm x 2mm 면적)의 dark J-V curve로부터 해당 전기장의 전압에 대응되는 전류밀도(current density)로부터 얻을 수 있다.
그 결과는 도 6 및 표 1과 같다.
도 6은 일 예에 따른 센서의 화소 전극(10)의 상부 에지(10d)의 곡률 반경(r)에 따라 화소 전극(10)의 상부 에지(10d)에 작용하는 전기장 세기를 보여주는 그래프이다.
곡률반경(r, nm) 전기장 세기(V/m)(@3V) 암전류(mA/cm2)
0 4.82 x 107 4.63 x 10-8
1 4.72 x 107 3.92 x 10-8
2 4.69 x 107 3.72 x 10-8
3 4.65 x 107 3.48 x 10-8
5 4.58 x 107 3.10 x 10-8
7 4.50 x 107 2.71 x 10-8
10 4.39 x 107 2.26 x 10-8
20 4.14 x 107 1.50 x 10-8
도 6 및 표 1을 참고하면, 화소 전극(10)의 상부 에지(10d)의 곡률 반경을 약 1nm 내지 20nm로 변화시키는 경우 곡률 반경(r)이 커짐에 따라 상부 에지(10d)에 작용하는 전기장의 세기가 감소하여 화소 전극(10)의 상부 표면(10a)에 작용하는 전기장 세기인 기준 전기장(Ref., 3.0x107 V/m)과의 차이가 감소하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 화소 전극(10)의 상부 에지(10d)에 작용하는 전기장의 세기가 감소함에 따라 센서의 암전류가 감소하는 것 또한 확인할 수 있다.
한편, 화소 전극(10)의 하부 표면(10b)과 화소 전극(10)의 측면(10c)은 실질적으로 수직일 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고 화소 전극(10)의 하부 표면(10b)과 화소 전극(10)의 측면(10c)은 소정 각도로 테이퍼진 모양일 수도 있다.
전술한 화소 전극(10)의 모양에 따라, 화소 전극(10)의 상부 표면(10a)과 하부 표면(10b)의 면적은 다를 수 있으며, 예컨대 화소 전극(10)의 상부 표면(10a)과 광전변환층(30)이 중첩하는 영역의 면적은 화소 전극(10)의 하부 표면(10b)과 광전변환층(30)이 중첩하는 영역의 면적보다 작을 수 있다.
상술한 화소 전극(10)은 다양한 방법으로 구현될 수 있으며, 예컨대 투명 도전성 산화물 등을 증착하고 패터닝한 후 에지를 레이저, 전자 빔 등으로 처리하여 원하는 모양을 형성하거나 화학기계적 연마(CMP)로 화소 전극(10)의 표면을 선택적으로 연마하여 원하는 모양을 형성하거나, 희석된 (예컨대 1:10 내지 1:20 v/v) 불산(HF) 수용액으로 에지를 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
화소 전극(10)과 광전변환층(30) 사이 및/또는 대향 전극(20)과 광전변환층(30) 사이에는 전하 보조층(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 전하 보조층은 예컨대 정공주입층, 정공수송층, 전자차단층, 전자주입층, 전자수송층 및/또는 정공차단층일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
광전 변환 소자(200)는 대향 전극(20)의 일면에 반사방지층(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 반사방지층은 광이 입사되는 측에 배치되어 입사 광의 반사도를 낮춤으로써 광 흡수도를 더욱 개선할 수 있다. 반사방지층은 예컨대 약 1.6 내지 2.5의 굴절률을 가지는 물질을 포함할 수 있으며, 예컨대 상기 범위의 굴절률을 가지는 금속 산화물, 금속 황화물 및 유기물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 반사방지층은 예컨대 알루미늄 함유 산화물, 몰리브덴 함유 산화물, 텅스텐 함유 산화물, 바나듐 함유 산화물, 레늄 함유 산화물, 니오븀 함유 산화물, 탄탈륨 함유 산화물, 티타늄 함유 산화물, 니켈 함유 산화물, 구리 함유 산화물, 코발트 함유 산화물, 망간 함유 산화물, 크롬 함유 산화물, 텔러륨 함유 산화물 또는 이들의 조합과 같은 금속 산화물; 아연설파이드와 같은 금속 황화물; 또는 아민 유도체와 같은 유기물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
광전 변환 소자(200)는 대향 전극(20) 측으로부터 빛이 입사되어 광전변환층(30)이 소정 파장 영역의 빛을 흡수하면 내부에서 엑시톤이 생성될 수 있다. 엑시톤은 광전변환층(30)에서 정공과 전자로 분리되고, 분리된 정공은 화소 전극(10)과 대향 전극(20) 중 하나인 애노드 측으로 이동하고 분리된 전자는 화소 전극(10)과 대향 전극(20) 중 다른 하나인 캐소드 측으로 이동하여 전류가 흐를 수 있게 된다.
반도체 기판(110)과 광전 변환 소자(200) 사이에는 절연층(80)이 형성되어 있다. 절연층(80)은 절연체를 포함할 수 있으며 예컨대 산화규소 및/또는 질화규소와 같은 무기 절연 물질 또는 SiC, SiCOH, SiCO 및 SiOF를 포함할 수 있다. 절연층(80)은 후술하는 전하 저장소(55)를 드러내는 트렌치(85)를 가진다. 트렌치(85)는 충전재로 채워져 있을 수 있다. 절연층(80)의 절연체는 인접한 화소 전극(10) 사이의 공간 및 화소 전극(10)의 상부 에지(10d)와 광전변환층(30) 사이의 공간에도 채워져 있을 수 있다.
광전 변환 소자(200) 위에는 색 필터 층(70)이 형성되어 있다. 색 필터 층(70)은 청색 필터, 적색 필터, 녹색 필터, 시안 필터, 마젠타 필터 및 옐로우 필터에서 선택된 제1 색 필터(70a), 제2 색 필터(70b) 및 제3 색 필터(70c)를 포함할 수 있다. 그러나 제1 색 필터(70a), 제2 색 필터(70b) 및 제3 색 필터(70c) 중 하나 이상은 포함되지 않을 수 있다. 경우에 따라 색 필터 층(70)이 포함되지 않을 수도 있다.
색 필터 층(70) 위에는 집광 렌즈(도시하지 않음)가 더 형성되어 있을 수 있다. 집광 렌즈는 입사 광의 방향을 제어하여 광을 하나의 지점으로 모을 수 있다. 집광 렌즈는 예컨대 실린더 모양 또는 반구 모양일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4는 도 1의 센서를 II-II 선에 따라 자른 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 4를 참고하면, 일 구현예에 따른 센서는 광 감지 소자(50a, 50b), 전송 트랜지스터(도시하지 않음) 및 전하 저장소(55)가 집적되어 있는 반도체 기판(110), 하부 절연층(60), 색 필터 층(70), 상부 절연층(80) 및 광전 변환 소자(200)를 포함한다.
반도체 기판(110)은 실리콘 기판일 수 있으며, 광 감지 소자(50a, 50b), 전송 트랜지스터(도시하지 않음) 및 전하 저장소(55)가 집적되어 있다. 광 감지 소자(50a, 50b)는 광 다이오드(photodiode)일 수 있다.
광 감지 소자(50a, 50b)는 빛을 센싱하고 센싱된 정보는 전송 트랜지스터에 의해 전달될 수 있고, 전하 저장소(55)는 후술하는 광전 변환 소자(200)에 전기적으로 연결되어 있고 전하 저장소(55)의 정보는 전송 트랜지스터에 의해 전달될 수 있다.
반도체 기판(110) 위에는 또한 금속 배선(도시하지 않음) 및 패드(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 금속 배선 및 패드는 신호 지연을 줄이기 위하여 낮은 비저항을 가지는 금속, 예컨대 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag) 및 이들의 합금으로 만들어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그러나 상기 구조에 한정되지 않고, 금속 배선 및 패드가 광 감지 소자(50a, 50b)의 하부에 위치할 수도 있다.
금속 배선 및 패드 위에는 하부 절연층(60)이 형성되어 있다. 하부 절연층(60)은 산화규소 및/또는 질화규소와 같은 무기 절연 물질 또는 SiC, SiCOH, SiCO 및 SiOF와 같은 저유전율(low K) 물질로 만들어질 수 있다. 하부 절연층(60)은 전하 저장소(55)를 드러내는 트렌치(85)를 가진다. 트렌치(85)는 충전재로 채워져 있을 수 있다.
하부 절연막(60) 위에는 색 필터 층(70)이 형성되어 있다. 색 필터 층(70)은 제1 색 필터(70a) 및 제2 색 필터(70b)를 포함한다. 제1 색 필터(70a) 및 제2 색 필터(70b)는 각각 청색 필터, 적색 필터, 녹색 필터, 시안 필터, 마젠타 필터 및 옐로우 필터에서 선택된 하나일 수 있다. 색 필터 층(70)은 제1 색 필터(70a) 및 제2 색 필터(70b)와 다른 제3 색 필터를 더 포함할 수 있다. 다른 예로, 색 필터 층(70)은 광전 변환 소자(200) 상부에 위치할 수도 있다.
색 필터 층(70) 위에는 상부 절연층(80)이 형성되어 있다. 상부 절연층(80)은 색 필터 층(70)에 의한 단차를 제거하고 평탄화한다. 상부 절연층(80) 및 하부 절연층(60)은 패드를 드러내는 접촉구(도시하지 않음)와 녹색 화소의 전하 저장소(55)를 드러내는 트렌치(85)를 가진다.
상부 절연층(80) 위에는 전술한 광전 변환 소자(200)가 형성되어 있다.
광전 변환 소자(200)는 전술한 바와 같이 화소 전극(10), 광전변환층(30) 및 대향 전극(20)을 포함한다. 구체적인 설명은 전술한 바와 같다.
도 5는 도 1의 센서를 II-II 선에 따라 자른 또 다른 예를 보여주는 단면도이다.
도 5를 참고하면, 일 구현예에 따른 센서는 전술한 구현예와 마찬가지로 광 감지 소자(50a, 50b), 전송 트랜지스터(도시하지 않음) 및 전하 저장소(55)가 집적되어 있는 반도체 기판(110), 트렌치(85)를 가진 절연층(80) 및 광전 변환 소자(200)를 포함한다.
그러나 본 구현예에 따른 센서는 전술한 구현예와 달리, 광 감지 소자(50a, 50b)가 수직 방향으로 적층되어 있고 색 필터 층(70)이 생략되어 있다. 광 감지 소자(50a, 50b)는 전하 저장소(도시하지 않음)와 전기적으로 연결되어 있고 전송 트랜지스터에 의해 전달될 수 있다. 광 감지 소자(50a, 50b)는 적층 깊이에 따라 각 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있다.
이상에서 구현예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 권리범위에 속하는 것이다.
10: 화소 전극
20: 대향 전극
30: 광전변환층
50a, 50b, 50c: 광 감지 소자
60: 하부 절연막
70: 색 필터
80: 상부 절연막, 절연막
85: 트렌치
200: 광전 변환 소자

Claims (20)

  1. 복수의 화소 전극과 대향 전극, 그리고 상기 복수의 화소 전극과 상기 대향 전극 사이에 위치하고 적어도 일부 파장 영역의 광을 흡수하여 전기적 신호로 변환시키는 광전변환층을 포함하는 광전 변환 소자를 포함하고,
    상기 화소 전극은 상기 광전변환층과 마주하는 상부 표면, 측면 및 상기 상부 표면과 상기 측면이 만나는 각지지 않은 에지를 가진 센서.
  2. 제1항에서,
    상기 화소 전극의 에지는 둥글거나 굽어 있거나 휘어 있는 센서.
  3. 제1항에서,
    상기 화소 전극의 에지의 적어도 일부분은 하기 관계식을 만족하는 곡률 반경을 가진 센서.
    [관계식]
    Figure pat00003

    상기 관계식에서,
    d는 상기 화소 전극의 두께이고,
    r은 상기 화소 전극의 에지의 곡률반경이다.
  4. 제3항에서,
    상기 화소 전극의 에지의 적어도 일부분은 1nm 내지 50nm의 곡률 반경을 가진 센서.
  5. 제3항에서,
    상기 화소 전극의 에지의 적어도 일부분은 1nm 내지 20nm의 곡률 반경을 가진 센서.
  6. 제1항에서,
    상기 화소 전극은 상기 상부 표면과 마주하는 하부 표면을 가지고,
    상기 화소 전극의 하부 표면과 상기 화소 전극의 측면은 실질적으로 수직인 센서.
  7. 제6항에서,
    상기 화소 전극의 상부 표면과 상기 광전변환층이 중첩하는 영역의 면적은 상기 화소 전극의 하부 표면과 상기 광전변환층이 중첩하는 영역의 면적보다 작은 센서.
  8. 제1항에서,
    상기 복수의 화소 전극은 인접하게 위치하는 제1 화소 전극과 제2 화소 전극을 포함하고,
    상기 제1 화소 전극과 상기 제2 화소 전극 사이에 위치하는 절연체를 더 포함하는 센서.
  9. 제1항에서,
    상기 화소 전극의 각지지 않은 에지와 상기 광전변환층 사이에 위치하는 절연체를 더 포함하는 센서.
  10. 제1항에서,
    상기 화소 전극은 투명 전극인 센서.
  11. 제1항에서,
    상기 광전변환층은 녹색 파장 영역의 광, 청색 파장 영역의 광, 적색 파장 영역의 광 및 적외선 파장 영역의 광 중 적어도 하나를 선택적으로 흡수하여 전기적 신호로 변환시키는 센서.
  12. 제1항에서,
    상기 광전 변환 소자에 적층되어 있는 반도체 기판을 더 포함하는 센서.
  13. 제12항에서,
    상기 광전 변환 소자와 상기 반도체 기판 사이에 위치하는 절연층을 더 포함하는 센서.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 센서를 포함하는 전자 장치.
  15. 각지지 않은 에지를 가진 화소 전극,
    상기 화소 전극과 마주하는 대향 전극, 그리고
    상기 화소 전극과 상기 대향 전극 사이에 위치하는 광전변환층
    을 포함하는 광전 변환 소자.
  16. 제1항에서,
    상기 화소 전극의 에지는 둥글거나 굽어 있거나 휘어 있는 센서.
  17. 제15항에서,
    상기 화소 전극의 에지의 적어도 일부분은 하기 관계식을 만족하는 곡률 반경을 가진 광전 변환 소자.
    [관계식]
    Figure pat00004

    상기 관계식에서,
    d는 상기 화소 전극의 두께이고,
    r은 상기 화소 전극의 에지의 곡률반경이다.
  18. 제17항에서,
    상기 화소 전극의 에지의 적어도 일부분은 1nm 내지 50nm의 곡률 반경을 가진 광전 변환 소자.
  19. 제17항에서,
    상기 화소 전극의 에지의 적어도 일부분은 1nm 내지 20nm의 곡률 반경을 가진 광전 변환 소자.
  20. 제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 광전 변환 소자를 포함하는 전자 장치.


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