KR20220002501A - 가시 이미지 감지 및 적외선 심도 감지용 또는 가시 이미지 감지 및 적외선 이미지 감지용 적층형 전자기 방사선 센서들 - Google Patents
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- H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
- H04N25/131—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements including elements passing infrared wavelengths
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Abstract
센서 스택이 설명된다. 센서 스택은 제1 전자기 방사선 센서 및 제2 전자기 방사선 센서를 포함한다. 제1 전자기 방사선 센서는 제1 범위의 전자기 방사선 파장들을 제1 세트의 전기 신호들로 변환하는 것에 대해 높은 양자 효율을 갖는다. 제2 전자기 방사선 센서는 제1 전자기 방사선 센서의 시야에 포지셔닝되고 제2 범위의 전자기 방사선 파장들을 제2 세트의 전기 신호들로 변환하는 것에 대해 높은 양자 효율을 갖고 제1 범위의 전자기 방사선 파장들을 제2 세트의 전기 신호들로 변환하는 것에 대해 낮은 양자 효율을 갖는다. 제1 범위의 파장들은 제2 범위의 파장들과 중첩하지 않고, 제2 전자기 방사선 센서는 제1 범위의 전자기 방사선 파장들에 대해 적어도 부분적으로 투과성이다.
Description
관련 출원들의 상호 참조
본 PCT 특허 출원은 2019년 6월 28일자로 출원된 미국 가출원 제62/868,746호에 대한 우선권을 주장하며, 그 내용은 본 명세서에 전체적으로 개시된 것처럼 참조로서 본 명세서에 포함된다.
기술분야
설명된 실시예들은 대체적으로, 제2 전자기 방사선 센서(예컨대, 적외선(infrared, IR) 심도 센서 또는 IR 이미지 센서와 같은 IR 센서) 상에 제1 전자기 방사선 센서(예컨대, 가시광 센서)가 적층된 디바이스들에 관한 것이다. 설명된 실시예들은 또한 대체적으로 반도체 기판에 의해 정의된 픽셀들의 어레이를 위한 픽셀 회로부를 포함하는 반도체 기판으로부터 분리된 감광성 재료를 갖는 전자기 방사선 센서들 및 (일부 면에서는) 감광성 재료에 관한 것이다.
카메라(예컨대, 디지털 카메라)와 같은 디바이스는 때때로 하나 초과의 이미지 센서(또는 더 대체적으로는, 하나 초과의 전자기 방사선 센서)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 디바이스는 가시광 센서 및 IR 센서를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, IR 센서는 IR 이미지를 획득하는 데 사용될 수 있고, IR 이미지는, 예를 들어, (예컨대, 컬러 프로세싱을 위해) 가시광 센서에 의해 획득된 가시광 이미지의 컬러들 또는 색차를 조정하는 데 사용될 수 있다. IR 이미지는 또한 가시광 이미지의 포커스를 조정하기 위한; 낮은 광 감도를 증대시키기 위한; 가시광 이미지에 영향을 줄 수 있는 열원들을 식별하기 위한; 야간 시력(night vision)을 제공하기 위한; 또는 다른 목적들을 위한 입력으로서 사용될 수 있다.
일부 경우에, 가시광 센서 및 IR 센서는 단일 실리콘 기판 상에 집적(integrate)되었다. 예를 들어, RGB(red-green-blue) 광 센서 및 IR 센서가 단일 실리콘 기판 상에 집적되었고, 이때 RGB 및 IR 픽셀들은 동일한 실리콘계 감광층을 공유한다. RGB 픽셀과 IR 픽셀 사이의 분리는 2차원 (2D) 공간 영역으로 제공되었으며, 이때 IR 픽셀들은 선택된 RGB 픽셀들을 대체하고(예컨대, IR 픽셀들은 소정의 녹색 픽셀들을 대체함), IR 픽셀들은 전형적으로 IR 방사선은 투과시키고 가시광은 차단하는 검정색 컬러 필터를 채용한다.
본 발명에 설명된 시스템들, 디바이스들, 방법들, 및 장치의 실시예들은 적층형 전자기 방사선 센서들에 관한 것이다. 반도체 기판에 의해 정의된 픽셀들의 어레이를 위한 픽셀 회로부를 포함하는 반도체 기판으로부터 분리된 감광성 재료를 갖는 전자기 방사선 센서들 및 (일부 면에서는) 감광성 재료에 관한 시스템들, 디바이스들, 방법들, 및 장치가 또한 설명된다.
제1 태양에서, 본 발명은 센서 스택을 설명한다. 센서 스택은 제1 전자기 방사선 센서 및 제2 전자기 방사선 센서를 포함할 수 있다. 제1 전자기 방사선 센서는 제1 범위의 전자기 방사선 파장들을 제1 세트의 전기 신호들로 변환하는 것에 대해 높은 양자 효율(quantum efficiency, QE)을 가질 수 있다. 제2 전자기 방사선 센서는 제1 전자기 방사선 센서의 시야(field of view, FoV)에 포지셔닝(positioning)될 수 있다. 제2 전자기 방사선 센서는 제2 범위의 전자기 방사선 파장들을 제2 세트의 전기 신호들로 변환하는 것에 대해 높은 양자 효율을 가질 수 있고 제1 범위의 전자기 방사선 파장들을 제2 세트의 전기 신호들로 변환하는 것에 대해 낮은 양자 효율을 가질 수 있으며: 제1 범위의 전자기 방사선 파장들은 제2 범위의 전자기 방사선 파장들과 중첩하지 않고, 제2 전자기 방사선 센서는 제1 범위의 전자기 방사선 파장들에 대해 적어도 부분적으로 투과성이다.
다른 태양에서, 본 발명은 전자기 방사선 센서를 설명한다. 전자기 방사선 센서는 반도체 기판 및 반도체 기판 상에 침착된 감광성 재료를 포함할 수 있다. 반도체 기판은 픽셀들의 어레이를 위한 픽셀 회로부를 포함할 수 있다. 전기 접속부들의 어레이는 픽셀들의 어레이를 위한 픽셀 회로부와 감광성 재료를 접속시킬 수 있다. 전기 접속부들의 어레이 내의 전기 접속부는 반도체 기판과 감광성 재료 사이에 형성된 이종접합 포토다이오드를 포함할 수 있다.
전술된 예시적인 태양들 및 실시예들에 더하여, 추가 태양들 및 실시예들이 도면들을 참조함으로써 그리고 하기 설명의 연구에 의해 명백해질 것이다.
본 발명은 첨부 도면들과 함께 하기 상세한 설명에 의해 용이하게 이해될 것이며, 도면에서, 유사한 참조 부호들은 유사한 구조적 요소들을 가리킨다.
도 1은 적층형 전자기 방사선 센서(또는 적층형 전자기 방사선 이미저(imager), 또는 센서 스택)를 포함하는 카메라의 예를 도시하며, 여기서 제1 전자기 방사선 센서는 제2 전자기 방사선 센서의 전자기 방사선 수신 표면 상에 (예컨대, 바로 위에, 위에, 또는 상방에) 적층된다.
도 2는 적층형 전자기 방사선 센서의 예시적인 분해도를 도시한다.
도 3a는 적층형 전자기 방사선 센서의 다른 예시적인 분해도를 도시한다.
도 3b는 도 3a를 참조하여 설명된, 도 3a에 구체적으로 예시되지 않은 컴포넌트들과 조합된 RGB 광 센서의 정면도를 도시한다.
도 4a 내지 도 4c, 도 5a, 및 도 5b는 적층형 전자기 방사선 센서들의 다양한 분해도 예들을 예시한다.
도 6a 내지 도 6c는 그의 지지 픽셀 회로부를 포함하는 반도체 기판으로부터 분리된 감광성 재료(또는 전정색 감광층(panchromatic photosensitive layer))를 사용하여 광검출기 어레이를 구현할 때 kTC 잡음을 감소시키기 위한 다양한 옵션들을 도시한다.
도 7a 및 도 7b는 적층형 전자기 방사선 센서의 예시적인 정면도들을 도시하고, 더 구체적으로는, IR 센서 상에 적층된 RGB 광 센서(또는 다른 가시광 센서)의 픽셀 회로부와 픽셀 프로세싱 칩 사이의 상호접속부들의 예들을 도시한다.
도 8a는 도 7a에 도시된 상호접속부 옵션과 조합하여 사용될 수 있고, RGB 광 센서 내의 픽셀들의 그룹들에 대한 저저항 금속 버스들 및 RGB 광 센서 내의 픽셀들의 그룹들 내의 투명한 로컬 접속부들의 조합을 제공하는 상호접속부 접근법을 도시한다.
도 8b는 도 8a에 도시된 RGB 픽셀들 및 IR 픽셀의 배열을 도시하지만, 이때 TSV들은 IR 센서의 픽셀 어레이 내에서 IR 픽셀 주위에서 라우팅된다.
도 9a 내지 도 9c는, 신호들을 RGB 광 센서 내의 픽셀 회로부의 RGB 픽셀들로/로부터 라우팅하기 위한 추가적인 상호접속부 옵션들을 갖는, 도 7a에 도시된 적층형 전자기 방사선 센서의 일부분을 도시한다.
도 10은 감광성 재료(또는 다른 전정색 감광층)를 픽셀 회로부에 접속시키기 위한 전기 접촉부의 제1 예시적인 구성을 도시한다.
도 11은 감광성 재료(또는 다른 전정색 감광층)를 픽셀 회로부에 접속시키기 위한 전기 접촉부의 제2 예시적인 구성을 도시한다.
도 12는 감광성 재료(또는 다른 전정색 감광성 재료)를 픽셀 회로부에 접속시키기 위한 전기 접촉부의 제3 예시적인 구성을 도시한다.
도 13a는 감광성 재료(또는 다른 전정색 감광성 재료)를 픽셀 회로부에 접속시키기 위한 제4 예시적인 구성을 도시한다.
도 13b는 도 13a에 도시된 상호접속부의 변형을 도시한다.
도 13c 내지 도 13l은 도 13a 또는 도 13b에 도시된 구조와 조합될 수 있는 추가의 설계 특징부들의 예들을 예시한다.
도 14a는 적층형 전자기 방사선 센서를 제조하기 위한 예시적인 프로세스를 도시한다.
도 14b 및 도 14c는 도 14a에 도시된 구조들의 상이한 회로(예컨대, 픽셀 회로부)와 감광층들 사이에 상호접속부들을 형성하기 위한 예시적인 프로세스들을 도시한다.
도 15a는 도 14a를 참조하여 설명된 프로세스의 수정예(및 단순화물)를 도시한다.
도 15b는 도 15a에 도시된 구조들의 상이한 회로(예컨대, 픽셀 회로부)와 감광 요소들 사이에 상호접속부들을 형성하기 위한 예시적인 프로세스를 도시한다.
도 16a 및 도 16b는 더 긴 파장의 감광성 재료들이 IR 센서의 반도체 기판 상에 침착될 수 있는 방법의 예들을 도시한다.
도 17a 및 도 17b는 본 명세서에 설명된 적층형 또는 비적층형 전자기 방사선 센서들 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있는 예시적인 디바이스를 도시한다.
도 18은 이미지 캡처 디바이스의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 19는 애벌런치 다이오드(avalanche diode)들을 사용하는 검출기를 포함하는 예시적인 시스템을 도시한다.
도 20은 전자기 방사선 센서(예컨대, 가시광 센서 또는 IR 센서)에 의해 획득된 다수의 이미지들(또는 이미지 프레임들)이 단일 정지 이미지를 형성하기 위해 융합될 수 있는 방법을 예시한다.
도 21은 전자 디바이스의 샘플 전기 블록도를 도시한다.
첨부 도면들에서 크로스-해칭(cross-hatching) 또는 음영의 사용은 일반적으로, 인접하는 요소들 사이의 경계들을 명확하게 하고 도면들의 가독성을 용이하게 하기 위해 제공된다. 따라서, 크로스-해칭 또는 음영의 존재 여부는, 특정한 재료, 재료 속성들, 요소 비율, 요소 치수, 유사하게 도시된 요소들의 공통점, 또는 첨부 도면들에 도시된 임의의 요소에 대한 임의의 다른 특성, 성질, 또는 속성에 대한 어떠한 선호도 또는 요건도 암시하거나 나타내지 않는다.
또한, 다양한 특징부들 및 요소들(및 이들의 집합들 및 그룹들) 및 그 사이에 존재하는 경계들, 분리들, 및 포지션 관계들의 비율들 및 치수들(상대적 또는 절대적)은 첨부 도면들에서 단지 본 명세서에 설명된 다양한 실시예들의 이해를 용이하게 하기 위해 제공되고, 따라서 반드시 크기에 맞게 나타내어지거나 예시되지 않을 수 있으며, 예시된 실시예에 대해, 그를 참조하여 설명된 실시예들의 제외에 대한 어떠한 선호도 또는 요건도 나타내도록 의도되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
도 1은 적층형 전자기 방사선 센서(또는 적층형 전자기 방사선 이미저(imager), 또는 센서 스택)를 포함하는 카메라의 예를 도시하며, 여기서 제1 전자기 방사선 센서는 제2 전자기 방사선 센서의 전자기 방사선 수신 표면 상에 (예컨대, 바로 위에, 위에, 또는 상방에) 적층된다.
도 2는 적층형 전자기 방사선 센서의 예시적인 분해도를 도시한다.
도 3a는 적층형 전자기 방사선 센서의 다른 예시적인 분해도를 도시한다.
도 3b는 도 3a를 참조하여 설명된, 도 3a에 구체적으로 예시되지 않은 컴포넌트들과 조합된 RGB 광 센서의 정면도를 도시한다.
도 4a 내지 도 4c, 도 5a, 및 도 5b는 적층형 전자기 방사선 센서들의 다양한 분해도 예들을 예시한다.
도 6a 내지 도 6c는 그의 지지 픽셀 회로부를 포함하는 반도체 기판으로부터 분리된 감광성 재료(또는 전정색 감광층(panchromatic photosensitive layer))를 사용하여 광검출기 어레이를 구현할 때 kTC 잡음을 감소시키기 위한 다양한 옵션들을 도시한다.
도 7a 및 도 7b는 적층형 전자기 방사선 센서의 예시적인 정면도들을 도시하고, 더 구체적으로는, IR 센서 상에 적층된 RGB 광 센서(또는 다른 가시광 센서)의 픽셀 회로부와 픽셀 프로세싱 칩 사이의 상호접속부들의 예들을 도시한다.
도 8a는 도 7a에 도시된 상호접속부 옵션과 조합하여 사용될 수 있고, RGB 광 센서 내의 픽셀들의 그룹들에 대한 저저항 금속 버스들 및 RGB 광 센서 내의 픽셀들의 그룹들 내의 투명한 로컬 접속부들의 조합을 제공하는 상호접속부 접근법을 도시한다.
도 8b는 도 8a에 도시된 RGB 픽셀들 및 IR 픽셀의 배열을 도시하지만, 이때 TSV들은 IR 센서의 픽셀 어레이 내에서 IR 픽셀 주위에서 라우팅된다.
도 9a 내지 도 9c는, 신호들을 RGB 광 센서 내의 픽셀 회로부의 RGB 픽셀들로/로부터 라우팅하기 위한 추가적인 상호접속부 옵션들을 갖는, 도 7a에 도시된 적층형 전자기 방사선 센서의 일부분을 도시한다.
도 10은 감광성 재료(또는 다른 전정색 감광층)를 픽셀 회로부에 접속시키기 위한 전기 접촉부의 제1 예시적인 구성을 도시한다.
도 11은 감광성 재료(또는 다른 전정색 감광층)를 픽셀 회로부에 접속시키기 위한 전기 접촉부의 제2 예시적인 구성을 도시한다.
도 12는 감광성 재료(또는 다른 전정색 감광성 재료)를 픽셀 회로부에 접속시키기 위한 전기 접촉부의 제3 예시적인 구성을 도시한다.
도 13a는 감광성 재료(또는 다른 전정색 감광성 재료)를 픽셀 회로부에 접속시키기 위한 제4 예시적인 구성을 도시한다.
도 13b는 도 13a에 도시된 상호접속부의 변형을 도시한다.
도 13c 내지 도 13l은 도 13a 또는 도 13b에 도시된 구조와 조합될 수 있는 추가의 설계 특징부들의 예들을 예시한다.
도 14a는 적층형 전자기 방사선 센서를 제조하기 위한 예시적인 프로세스를 도시한다.
도 14b 및 도 14c는 도 14a에 도시된 구조들의 상이한 회로(예컨대, 픽셀 회로부)와 감광층들 사이에 상호접속부들을 형성하기 위한 예시적인 프로세스들을 도시한다.
도 15a는 도 14a를 참조하여 설명된 프로세스의 수정예(및 단순화물)를 도시한다.
도 15b는 도 15a에 도시된 구조들의 상이한 회로(예컨대, 픽셀 회로부)와 감광 요소들 사이에 상호접속부들을 형성하기 위한 예시적인 프로세스를 도시한다.
도 16a 및 도 16b는 더 긴 파장의 감광성 재료들이 IR 센서의 반도체 기판 상에 침착될 수 있는 방법의 예들을 도시한다.
도 17a 및 도 17b는 본 명세서에 설명된 적층형 또는 비적층형 전자기 방사선 센서들 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있는 예시적인 디바이스를 도시한다.
도 18은 이미지 캡처 디바이스의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 19는 애벌런치 다이오드(avalanche diode)들을 사용하는 검출기를 포함하는 예시적인 시스템을 도시한다.
도 20은 전자기 방사선 센서(예컨대, 가시광 센서 또는 IR 센서)에 의해 획득된 다수의 이미지들(또는 이미지 프레임들)이 단일 정지 이미지를 형성하기 위해 융합될 수 있는 방법을 예시한다.
도 21은 전자 디바이스의 샘플 전기 블록도를 도시한다.
첨부 도면들에서 크로스-해칭(cross-hatching) 또는 음영의 사용은 일반적으로, 인접하는 요소들 사이의 경계들을 명확하게 하고 도면들의 가독성을 용이하게 하기 위해 제공된다. 따라서, 크로스-해칭 또는 음영의 존재 여부는, 특정한 재료, 재료 속성들, 요소 비율, 요소 치수, 유사하게 도시된 요소들의 공통점, 또는 첨부 도면들에 도시된 임의의 요소에 대한 임의의 다른 특성, 성질, 또는 속성에 대한 어떠한 선호도 또는 요건도 암시하거나 나타내지 않는다.
또한, 다양한 특징부들 및 요소들(및 이들의 집합들 및 그룹들) 및 그 사이에 존재하는 경계들, 분리들, 및 포지션 관계들의 비율들 및 치수들(상대적 또는 절대적)은 첨부 도면들에서 단지 본 명세서에 설명된 다양한 실시예들의 이해를 용이하게 하기 위해 제공되고, 따라서 반드시 크기에 맞게 나타내어지거나 예시되지 않을 수 있으며, 예시된 실시예에 대해, 그를 참조하여 설명된 실시예들의 제외에 대한 어떠한 선호도 또는 요건도 나타내도록 의도되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
이제, 첨부 도면들에 예시된 대표적인 실시예들에 대한 참조가 상세하게 이루어질 것이다. 하기의 설명이 실시예들을 하나의 바람직한 실시예로 한정하고자 하는 것이 아니라는 것이 이해되어야 한다. 반대로, 첨부된 청구범위에 의해 정의된 바와 같은 기술된 실시예들의 사상 및 범주 내에 포함될 수 있는 대안예들, 수정예들 및 등가물들을 포함하고자 한다.
앞서 언급된 바와 같이, 디바이스는 단일 실리콘 기판 상에 집적된 가시광 센서 및 IR 센서를 포함할 수 있다. 그러나, 단일 픽셀 어레이 내로의 그러한 센서들의 집적은 다양한 이유로 평균 이하의 성능을 제공할 수 있다. 예를 들어, 가시광 및 IR 방사선 둘 모두를 포함하는 광범위한 전자기 방사선 파장들에 대한 실리콘계 감광층의 감도가 주어지면, 가시광 센서에 의해 획득된 가시광 이미지는 가시광 스펙트럼 범위 밖의 전자기 방사선에 의해 오염될 수 있다. 이를 완화시키기 위해, 가시광 및 원하는 범위의 IR 파장들만을 통과시키는 이중 대역 스펙트럼 필터가 집적된 가시광 및 IR 센서 위에 배치될 수 있다. 그러나, (예컨대, 이중 대역 스펙트럼 필터에 의해 정의된 IR 노치(notch)를 통해) 이중 대역 스펙트럼 필터를 통과하도록 허용되는 IR 방사선은 (활성 IR 조명의 부재 시에도) 실리콘계 감광층의 감도를 고려할 때 가시광 픽셀들을 여전히 오염시킬 수 있다. 이는 - 특히 낮은 광에서 그리고 풍부한 IR 함량을 갖는 (예컨대, 백열등, 일몰, 양초들로부터의 조명, 디바이스 상의 적외선 조명원으로부터의 조명 등) 장면에 대해서 - 가시광 이미지의 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio, SNR)를 상당히 감소시킬 수 있다. IR 방사선 차단 필터들이 픽셀 레벨에서 (예컨대, 가시광 픽셀들 위에) 배치될 수 있지만, 그러한 필터들은 그들이 가시광 이미지의 SNR을 얼마나 많이 증가시키는지에 대해 제한될 수 있고, 가시광 이미지의 품질(예컨대, 컬러 품질)을 여전히 감소시킬 수 있다.
가시광 및 IR 픽셀들을 단일 픽셀 어레이 내로 집적하는 것은 또한 IR 감지에 영향을 준다. 예를 들어, 가시광 및 IR 방사선 둘 모두를 포함하는 광범위한 전자기 방사선 파장들에 대한 실리콘계 감광층의 감도를 고려할 때, IR 센서에 의해 획득된 IR 이미지는 IR 스펙트럼 범위 밖의 전자기 방사선에 의해 오염될 수 있다. 이는 - 특히 IR 이미지를 야외에서(예컨대, 햇빛에서) 또는 밝은 광 조건들 하에서, 또는 높은 레벨들의 배경 광이 있는 시나리오에서 획득할 때 - IR 이미지의 SNR을 상당히 감소시킬 수 있다.
가시광 및 IR 픽셀들을 단일 픽셀 어레이 내로 집적하는 것은 또한 가시광 센서 및 IR 센서 둘 모두의 공간 해상도를 감소시킬 수 있는데, 즉, 가시광 센서의 픽셀 어레이 내의 픽셀들 중 일부가 IR 감지를 위해 할당될 수 있고, IR 센서의 픽셀 어레이 내의 픽셀들 중 일부가 가시광 감지를 위해 할당될 수 있다. 이는 근본적으로 가시광 이미지 및 IR 이미지 (또는 IR 심도 정보) 둘 모두의 품질 및/또는 해상도를 저하시킨다.
적층형 전자기 방사선 센서들 - 즉, 제1 전자기 방사선 센서가 제2 전자기 방사선 센서 상에 적층된 센서 스택들 - 이 본 명세서에 설명된다. 본 설명의 목적들을 위해, "제1" 및 "제2"와 같은 라벨들은 동일하거나 유사한 컴포넌트들의 상이한 예들을 언급할 때 참조의 용이함을 위해 사용된다. 하나의 도면과 관련하여 "제1" 컴포넌트로서 소개되는 컴포넌트는 다른 도면 또는 청구범위를 참조하여 "제1" 컴포넌트, "제2" 컴포넌트 또는 컴포넌트의 다른 예로서 소개될 수 있다.
제1 전자기 방사선 센서는, 적층형 전자기 방사선 센서의 전자기 방사선 수신 표면에 입사되는 전자기 방사선이 대체적으로 제2 전자기 방사선 센서에 의해 수신되기 전에 제1 전자기 방사선 센서에 의해 수신되도록 포지셔닝될 수 있다. 달리 말하면, 제1 전자기 방사선 센서는 제2 전자기 방사선 센서의 FoV에 포지셔닝될 수 있다.
제1 전자기 방사선 센서는 제1 범위의 전자기 방사선 파장들(예컨대, 가시광)을 제1 세트의 전기 신호들로 변환하는 것에 대해 높은 QE를 가질 수 있다. 제1 전자기 방사선 센서는 또한 제2 범위의 전자기 방사선 파장들(예컨대, 일정 범위의 IR 방사선 파장들)을 제1 세트의 전기 신호들로 변환하는 것에 대해 낮은 QE를 가질 수 있다. 본 설명의 목적들을 위해, 전자기 방사선 파장들을 한 세트의 신호들로 변환하는 것에 대해 높은 QE는 전자기 방사선 파장들의 범위 내의 광자들의 적어도 40%, 그리고 바람직하게는 50% 초과, 60% 초과, 70% 초과, 80% 초과, 또는 90% 초과가 한 세트의 전기 신호들로 변환되는 것을 의미한다. 전자기 방사선 파장들을 한 세트의 신호들로 변환하는 것에 대해 낮은 QE는 전자기 방사선 파장들의 범위의 광자들의 15% 미만, 그리고 바람직하게는 10% 미만, 또는 5% 미만이 한 세트의 전기 신호들로 변환되는 것을 의미한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 높은 QE가 낮은 QE의 수치 값보다 적어도 30점, 그리고 바람직하게는 적어도 40점, 적어도 50점, 적어도 60점, 또는 적어도 70점 더 큰 수치 값을 가짐으로써, 높은 QE는 낮은 QE로부터 구별될 수 있다. 예를 들어, 높은 QE는 광자들의 40%를 변환할 수 있고, 낮은 QE는 광자들의 10%를 변환할 수 있다(즉, 수치 값으로 30점 차이). 대체적으로, 높은 QE는 일정 범위의 전자기 방사선 파장들에 대한 높은 감도 및 높은 흡수율과 연관된다. 반대로, 낮은 QE는 대체적으로 일정 범위의 전자기 방사선 파장들에 대한 낮은 감도 및 낮은 흡수율과 연관된다. 일부 경우에, 전자기 방사선 센서는 그의 높은 QE 범위의 일부분들에 대해 더 높은 QE를 (예컨대, 적색 광보다 녹색 광에 대해 더 높은 QE를) 가질 수 있다.
제1 전자기 방사선 센서는 또한 제2 범위의 전자기 방사선 파장들에 대해 적어도 부분적으로 투과성일 수 있고, 일부 경우에는 제2 범위의 전자기 방사선 파장들(예컨대, 일정 범위의 IR 방사선 파장들)에 대해 매우 투과성일 수 있다. 본 설명의 목적들을 위해, 제1 전자기 방사선 센서는 제2 범위의 전자기 방사선 파장들의 10% 이하를 투과시킬 수 있지만, 또한 제2 범위의 전자기 방사선 파장들의 최대 90% 이상을 투과시킬 수 있다.
제2 전자기 방사선 센서는 제2 범위의 전자기 방사선 파장들을 제2 세트의 전기 신호들로 변환하는 것에 대해 높은 QE를 가질 수 있다.
제1 전자기 방사선 센서와 제2 전자기 방사선 센서 사이의 광학적 오염에 대한 가능성을 완화시키기 위해, 제1 범위 및 제2 범위의 전자기 방사선 파장들은 중첩되지 않을 수 있다.
제1 및 제2 전자기 방사선 센서들을 상이한, 중첩되지 않는 범위들의 전자기 방사선 파장들에서는 높은 QE들을 갖고 그들 각자의 범위들의 전자기 방사선 파장들 밖에서는 낮은 QE들을 갖도록 구성하기 위해, 전자기 방사선 센서들 중 하나 또는 둘 모두를 1) 픽셀들의 어레이를 위한 픽셀 회로부를 포함하는 반도체 기판(예컨대, 실리콘 기판)을, 2) 반도체 기판 상에 침착된 감광성 재료(예컨대, 양자점 필름(quantum dot film, QF), 유기 재료, 또는 높은 알파, 양호한 이동도, 및 실리콘과의 저온 집적을 갖는 재료, 예컨대 Sb2Se(3-x)Te(x), 여기서, x=0은 ~1.2eV의 직접 대역갭(bandgap)을 갖고, x>0은 대역갭을 더 낮은 에너지들로 튜닝함)와 조합하여 포함하는 센서로서 구성하는 것이 유용할 수 있다. 감광성 재료는, 전자기 방사선 센서가 높은 QE를 갖는 전자기 방사선 파장들의 범위를 튜닝하는데 (또는 유사하게, 전자기 방사선이 낮은 QE를 갖는 파장들의 범위를 튜닝하는데) 더 많은 유연성을 제공할 수 있다. 일부 경우에, 픽셀들의 어레이를 위한 픽셀 회로부와 감광성 재료 사이의 전기 접속부들의 어레이는 이종접합 포토다이오드를 포함하는 하나 이상의 전기 접속부들을 포함할 수 있다. 이종접합 포토다이오드는 반도체 기판과 감광성 재료 사이에 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전기 접속부들의 어레이는 제2 범위의 전자기 방사선 파장들에 대해 적어도 부분적으로 투과성일 수 있다.
일부 실시예들에서, 적층되지 않은 전자기 방사선 센서는 반도체 기판 상에 침착된 감광성 재료를 사용하여 구현되는 것으로부터 이익을 얻을 수 있다.
이들 및 다른 실시예들은 도 1 내지 도 21을 참조하여 아래에서 논의된다. 그러나, 당업자들은 이러한 도면들과 관련하여 본 명세서에서 제공되는 상세한 설명이 설명의 목적을 위한 것일 뿐이며, 제한적인 것으로 해석되지 않아야 한다는 것을 쉽게 인식할 것이다.
"상측", "하측", "상부", "하부", "상방", "하방", "밑에", "전방", "후방", "위", "아래", "좌측", "우측" 등과 같은 방향 용어는 후술되는 도면들 중 일부에서 컴포넌트들의 일부의 배향에 관련하여 사용된다. 다양한 실시예들의 컴포넌트들이 다수의 상이한 배향으로 포지셔닝될 수 있기 때문에, 방향 용어는 설명의 목적으로만 사용되며 결코 제한적인 것은 아니다. 방향 용어는 광범위하게 해석되는 것으로 의도되고, 그에 따라서 컴포넌트들이 상이한 방식으로 배향되는 것을 배제하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
도 1은 적층형 전자기 방사선 센서(110)(또는 적층형 전자기 방사선 이미저, 또는 센서 스택)를 포함하는 카메라(100)의 예를 도시하며, 여기서 제1 전자기 방사선 센서(102)는 제2 전자기 방사선 센서(104)의 전자기 방사선 수신 표면(112) 상에 (예컨대, 바로 위에, 위에, 또는 상방에) 적층된다. 본 설명의 목적들을 위해, 다른 요소 또는 컴포넌트 상에 적층된 요소 또는 컴포넌트는 다른 요소 또는 컴포넌트의 FoV에 포지셔닝되어, 전자기 방사선이 스택 내의 하부 요소 또는 컴포넌트를 통과하기 전에 스택 내의 상부 요소 또는 컴포넌트를 통과하는 경향이 있게 할 것이다. 다른 요소 또는 컴포넌트 상에 적층된 요소 또는 컴포넌트는 또한 다른 컴포넌트 요소 또는 컴포넌트에 - 직접적으로(예컨대, 다른 요소 또는 컴포넌트 "상에") 또는 간접적으로(예컨대, 스택 내의 하나 이상의 다른 요소들 또는 컴포넌트들을 통해 다른 요소 또는 컴포넌트에 접속됨) - 접속된다.
전자기 방사선(122)은 제1 전자기 방사선 센서(102)를 통해 적층형 전자기 방사선 센서(110)로 수신될 수 있고, 전자기 방사선(122)의 일부분은 제1 전자기 방사선 센서(102)를 통과해 제2 전자기 방사선 센서(104)로 전달될 수 있다. 제1 전자기 방사선 센서(102)는 제1 범위의 전자기 방사선 파장들(또는 제1 전자기 방사선 파장)을 제1 세트의 전기 신호들로 변환하는 것에 대해 높은 QE를 가질 수 있다. 제1 전자기 방사선 센서(102)는 또한 제2 범위의 전자기 방사선 파장들(또는 제2 전자기 방사선 파장)에 적어도 부분적으로 투과성일 수 있다(또는 그들을 변환하는 것에 대해 낮은 QE를 갖거나, 또는 그 내에서 낮은 흡수 레이트를 갖거나 그들을 흡수하지 않음). 제2 전자기 방사선 센서(104)는 제2 범위의 전자기 방사선 파장들(또는 제2 전자기 방사선 파장)을 제2 세트의 전기 신호들로 변환하는 것에 대해 높은 QE를 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 제1 전자기 방사선 센서(102)는 RGB 광 센서와 같은 가시광 센서일 수 있다. 일부 경우에, RGB 광 센서는 베이어 패턴 컬러 필터(Bayer pattern color filter)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 가시광 센서는 YCM(yellow-cyan-magenta) 광 센서, YCMW(yellow-cyan-magenta-white) 광 센서, RBGW(red-blue-green-white) 광 센서 등과 같은 다른 형태들을 취할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제2 전자기 방사선 센서(104)는 IR 센서일 수 있다. 제2 전자기 방사선 센서(104)가 IR 센서일 때, 그리고 일부 예들에서, IR 센서는 약 940nm, 1125nm, 1370nm, 또는 1550nm의 좁은 범위의 전자기 방사선 파장들을 검출하도록 튜닝될 수 있다(예컨대, IR 센서는 40 내지 50nm 이하의 좁은 스펙트럼 감도를 가질 수 있음). 다른 예들에서, IR 센서는 광범위한 전자기 방사선 파장들을 검출하도록 (즉, 넓은 스펙트럼 감도를 갖도록) 튜닝될 수 있다. 적층형 전자기 방사선 센서(110)를 포함하는 카메라(100)의 이중 대역 스펙트럼 필터(116) 내의 IR 센서에 대해 유사한 좁은 또는 넓은 통과대역이 정의될 수 있다.
제2 전자기 방사선 센서(104)가 IR 센서일 때, IR 센서는 다양한 목적들을 위해 다양한 방식들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, IR 센서는 이미지 센서(즉, 2D 센서)로서 구성될 수 있다. 이미지 센서로서 구성될 때, IR 센서는 전형적인 가시광 센서와 유사하게 구성될 수 있지만, 가시광 대신에 IR 방사선에 민감할 수 있다. 예를 들어, IR 센서는 소정의 시간대에 걸쳐 (예컨대, 글로벌 셔터(global shutter) 또는 롤링 셔터(rolling shutter) 접근법을 사용하여) IR 센서의 각각의 픽셀에 의해 얼마나 많은 IR 방사선이 흡수되는지를 결정하도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, IR 센서는, 그의 구현예에 따라, 2D 센서 또는 3D 센서로 고려될 수 있는 심도 센서로서 구성될 수 있다. 심도 센서로서 구성될 때, IR 센서는 특정 광자들이 IR 센서에 입사되는 시간들을 측정하도록 구성될 수 있다(예컨대, IR 센서는 dToF(direct time-of-flight) 측정치들을 획득하도록 구성될 수 있는 SPAD(single-photon avalanche diode)들의 어레이를 포함할 수 있거나, 또는 IR 센서는 iToF(indirect time of flight) 측정치들을 획득하도록 구성된 센서 요소들(예컨대, 게이트 로크-인 픽셀(gate lock-in pixel)들(또는 단순히 로크-인 픽셀들))의 어레이를 포함할 수 있음 (예컨대, 센서 요소들의 집적 시간들이 조명원의 변조와 동기하여 게이팅(gating) 또는 변조되는 경우)). 일부 경우에, 이미지 센서로서 구성된 IR 센서는 또한 심도 센서로서 구성될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서로서 구성된 IR 센서는 구조화된 조명원에 의해 방출된 IR 방사선을 감지할 수 있고, 심도 정보를 도출하는 데 사용가능한 출력을 제공할 수 있다. 따라서, 그러한 IR 센서는 이미지 센서 및 심도 센서 둘 모두로 고려될 수 있다.
제2 전자기 방사선 센서가 IR 센서일 때, 선택적인 IR 조명기(106)(또는 다수의 IR 조명기들)는 IR 방사선으로 IR 센서의 FoV 또는 대상을 조명할 수 있다. IR 방사선은 IR 센서에 의해 검출되는 IR 방사선의 파장(또는 파장들)을 포함할 수 있다. IR 조명기(106)는 IR 방사선을 방출하도록 구성된 하나 이상의 전자기 방사선원들(예컨대, 하나 이상의 LED(light-emitting diode)들 또는 레이저들)을 포함할 수 있다. 사용되는 IR 조명기(106)(또는 IR 조명기들)의 유형은 사용되는 IR 센서의 유형에 의존할 수 있지만, 대체적으로 (예컨대, 투광 조명(flood illumination)으로) IR 센서의 전체 FoV를 조명하거나 (예컨대, 패턴화된, 구조화된 광, 또는 스폿/도트 조명(spot/dot illumination)으로) IR 센서의 FoV의 선택 일부분들을 조명할 수 있다. IR 조명기(106)는 고정되거나 일정한 조명을 제공할 수 있거나, 또는 IR 조명기(106)는 시간 경과에 따라 IR 방사선의 강도 또는 공간 포지셔닝(예컨대, 라인 스캔 또는 도트 스캔)을 조정하도록 구성될 수 있다. 일부 경우에, IR 조명기(106)는 시간적인, 공간적인, 또는 강도 변조된 것 중 하나 이상인 조명을 제공할 수 있다. IR 조명기(106)의 일례로서, IR 심도 센서를 포함하는 시스템에서, IR 조명기(106)는 구조화된 광 조명을 제공하고 하나 이상의 알려진 조명 패턴들을 IR 심도 센서의 FoV로 투사할 수 있다. 다른 예로서, dToF 측정치들을 획득하도록 구성된 IR 심도 센서를 포함하는 시스템에서, IR 조명기(106)는 조명의 고정된 패턴을 IR 심도 센서의 FoV로 투사할 수 있거나, 또는 조명 패턴(예컨대, 라인 또는 한 세트의 도트들)을 FoV에 걸쳐 스캔할 수 있다. 또 다른 예로서, iToF 측정치들을 획득하도록 구성된 IR 심도 센서를 포함하는 시스템에서, IR 조명기(106)는 IR 심도 센서의 FoV로 투광 조명을 투사하고 시간 경과에 따라 투광 조명의 강도를 변화시키도록 구성될 수 있다. 추가의 예로서, IR 이미지 센서 또는 IR 심도 센서를 포함하는 시스템에서, IR 조명기(106)는 일부 경우에 이미지 획득 동안 "플래시(flash)"로서 사용될 수 있다.
제1 및/또는 제2 전자기 방사선 센서(102, 104)는 선택적으로 제1 전자기 방사선 센서(102) 및 제2 전자기 방사선 센서(104) 둘 모두에 의해 생성된 신호들을 프로세싱하기 위한 아날로그 및/또는 디지털 회로부(예컨대, 아날로그-디지털 변환기(analog-to-digital converter, ADC)들)를 포함하는 픽셀 프로세싱 칩(108)(또는 메인 픽셀 프로세싱 칩)에 결합될 수 있다. 일부 경우에, 픽셀 프로세싱 칩(108)은 제2 전자기 방사선 센서(104)에 의해 공유되는 반도체 기판 상에 형성될 수 있다. 제1 전자기 방사선 센서(102)는 제2 전자기 방사선 센서(104)를 통해 또는 그 주위에서 라우팅되는 전도체들에 의해 픽셀 프로세싱 칩(108)에 전기적으로 접속될 수 있다.
일부 실시예들에서, 적층형 전자기 방사선 센서(110)(그리고 더 구체적으로는, 제1 전자기 방사선 센서(102)의 전자기 방사선 수신 표면(114))는 카메라(100)의 선택적인 이중 대역 스펙트럼 필터(116) 뒤에 배치될 수 있다. 이중 대역 스펙트럼 필터(116)는 일정 범위의 가시광 파장들 및 일정 범위의 IR 방사선 파장들만을 통과시킬 수 있다. 제1 전자기 방사선 센서(102)는 가시광 파장들의 범위의 일부 또는 전부를 제1 세트의 전기 신호들로 변환하는 것에 대해 높은 QE를 가질 수 있고, IR 방사선 파장들의 범위의 일부 또는 전부를 제1 세트의 전기 신호들로 변환하는 것에 대해 낮은 QE를 가질 수 있다. 제2 전자기 방사선 센서(104)는 IR 방사선 파장들의 범위의 일부 또는 전부를 제2 세트의 전기 신호들로 변환하는 것에 대해 높은 QE를 가질 수 있다. 제1 전자기 방사선 센서(102)가 가시광 파장들을 제1 세트의 전기 신호들로 변환하는 것에 대해 높은 QE를 가질 때, 이중 대역 스펙트럼 필터(116)는, 제1 전자기 방사선 센서(102)와 조합하여, 제2 전자기 방사선 센서(104)의 의도된 높은 QE 범위 밖의 파장들을 갖는 전자기 방사선 및/또는 가시광에 의한 제2 전자기 방사선 센서(104)의 오염을 감소시키는 것을 도울 수 있다.
일부 실시예들에서, 카메라(100)의 선택적인 AF(autofocus) 메커니즘(118)이 또한 또는 대안적으로 제1 전자기 방사선 센서(102)의 전자기 방사선 수신 표면(114) 위에 배치될 수 있다(예컨대, 이중 대역 스펙트럼 필터(116)는 AF 메커니즘(118)과 제1 전자기 방사선 센서(102) 사이에 포지셔닝됨). 일부 경우에, AF 메커니즘(118)은 금속 차폐물, 마이크로렌즈들 등을 포함하는 PDAF(phase detect autofocus) 메커니즘일 수 있다. 일부 경우에, AF 메커니즘(118)은 적층형 전자기 방사선 센서(110) 내의 다른 곳에 포지셔닝될 수 있거나, 또는 적층형 전자기 방사선 센서(110)의 상이한 층들에 분포된 요소들을 포함할 수 있다. 일부 경우에, AF 메커니즘(118)은 적층형 전자기 방사선 센서(110) 상의 FoV 내로부터 수신된 전자기 방사선을 포커싱(focusing)하는 것을 도울 수 있으며, 전자기 방사선이 적층형 전자기 방사선 센서(110) 내로 또는 그를 통해 전파되는 경로 밖에 부분적으로 또는 전체적으로 포지셔닝될 수 있다.
일부 실시예들에서, 카메라(100)의 선택적인 렌즈 또는 렌즈 시스템(예컨대, 렌즈 스택), 또는 외부 렌즈(120)가 제1 전자기 방사선 센서(102)의 전자기 방사선 수신 표면(114) 위에 배치될 수 있다(예컨대, 이중 대역 스펙트럼 필터(116) 및 AF 메커니즘(118)은 렌즈(120)와 제1 전자기 방사선 센서(102) 사이에 포지셔닝됨). 렌즈(120)는 제1 및 제2 전자기 방사선 센서들(102, 104) 상에 원하는 품질의 이미지 형성을 도울 수 있다.
일부 실시예들에서, 다른 컴포넌트들이 도 1에 도시된 컴포넌트들 상방에, 하방에, 또는 그들 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 다양한 렌즈들, 필터들, 또는 다른 광학 컴포넌트들이 제1 전자기 방사선 센서(102)의 전자기 방사선 수신 표면(114) 상방에, 그리고/또는 제1 전자기 방사선 센서(102)와 제2 전자기 방사선 센서(104) 사이에 포지셔닝될 수 있다.
적층형 전자기 방사선 센서(110)는 가시 이미지 센서 및 IR 심도 센서(예컨대, RGB 이미지 센서 및 IR 심도 센서), 가시 이미지 센서 및 IR 이미지 센서(예컨대, RGB 이미지 센서 및 IR 이미지 센서) 등으로서 다양하게 구성될 수 있다.
도 2는 적층형 전자기 방사선 센서(200)의 예시적인 분해도를 도시한다. 도 1을 참조하여 설명된 적층형 전자기 방사선 센서와 유사하게, 적층형 전자기 방사선 센서(200)는 제2 전자기 방사선 센서 상에 적층된 제1 전자기 방사선 센서를 포함할 수 있다. 따라서, 적층형 전자기 방사선 센서(200)는 도 1을 참조하여 설명된 적층형 전자기 방사선 센서의 일부 또는 모든 태양들을 포함할 수 있다.
예로서 그리고 설명의 목적들을 위해, 제1 전자기 방사선 센서는 RGB 광 센서(202)일 수 있고, 제2 전자기 방사선 센서는 IR 센서(204)일 수 있다. 그러나, 제1 및 제2 전자기 방사선 센서들 각각은 도 1을 참조하여 설명된 바와 같은 다른 형태들을 취할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, RGB 광 센서(202)는, 적층형 전자기 방사선 센서(200)의 전자기 방사선 수신 측(또는 조명 측(220))으로부터, 렌즈 어레이(206), 컬러 필터 어레이(208), 및 픽셀 회로부를 포함하는 광검출기 어레이(210)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 렌즈 어레이(206)는 마이크로렌즈 어레이를 포함할 수 있다. 마이크로렌즈 어레이는 컬러 필터 어레이(208)에 의해 정의되는 각각의 컬러 픽셀 위에 포지셔닝된 별개의 마이크로렌즈들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 컬러 필터 어레이(208)가 대안적으로 상이한 유형의 컬러 필터를 포함할 수 있지만, 컬러 필터 어레이(208)는 베이어 패턴 컬러 필터를 포함할 수 있다. 예로서, 컬러 필터 어레이(208)는 4개의 픽셀들을 정의하는 것으로 도시되어 있다. 실제 실시예에서, 컬러 필터 어레이(208)는 수천 또는 수백만 개의 픽셀들을 정의할 수 있다.
IR 센서(204)는 적층형 BSI(backside illumination) 실리콘계 센서일 수 있다. 일부 실시예들에서, 적층형 BSI 센서는 다음의 2개의 실리콘 층들을 포함할 수 있다: BSI 픽셀 어레이를 포함하는 BSI 층(212)(BSI 픽셀 층은 IR 노치 스펙트럼 대역 내의 (또는 특정 IR 방사선 파장의) IR 방사선을 흡수함); 및 BSI 층(212)이 그 위에 적층된 픽셀 프로세싱 칩(214). 픽셀 프로세싱 칩(214)은 IR 센서(204)를 위한 아날로그 및 디지털 회로부를 포함할 수 있다. 대안적인 실시예에서, IR 센서(204)는 적층형 FSI(front side illumination) 센서 또는 다른 유형의 IR 센서(204)일 수 있다. 일부 실시예들에서, IR 센서(204)는 SPAD들의 어레이 또는 게이트 로크-인 픽셀들의 어레이를 포함하여, 예컨대, 심도 정보를 생성하는 데 사용가능한 dToF 또는 iToF 측정치들을 제공할 수 있다.
일부 실시예들에서, BSI 층(212)은 하이브리드 구리-대-구리 적층 기법을 사용하여 픽셀 프로세싱 칩(214) 상에 적층되고 그에 전기적으로 접속될 수 있다. RGB 광 센서(202)는 또한 웨이퍼-대-웨이퍼 적층 기법 또는 웨이퍼 전송 프로세스를 사용하여 IR 센서(204) 상에 적층될 수 있으며, 그 예들이 도 14a 내지 도 15b를 참조하여 설명되어 있다. 픽셀 프로세싱 칩(214)과 RGB 광 센서(202) 사이의 접속부들은 TSV(through silicon via)들 및/또는 다른 전기 접속부들을 사용하여 제공될 수 있다.
픽셀 프로세싱 칩(214)은 RGB 광 센서(202) 및 IR 센서(204) 둘 모두의 픽셀 회로부/어레이들에 (예컨대, 광검출기 어레이(210)의 픽셀 회로부에, 그리고 BSI 층(212)의 BSI 픽셀 어레이에) 접속될 수 있다. 픽셀 프로세싱 칩(214)은 RGB 광 센서(202) 및 IR 센서(204) 둘 모두를 위한 디지털 및/또는 아날로그 판독 회로부를 포함할 수 있다.
적층형 전자기 방사선 센서(200)에 의해 수신된 가시광은 렌즈 어레이(206)(예컨대, 마이크로렌즈 어레이)에 의해 포커싱되고, 컬러 필터 어레이(208)의 흡수성 컬러 필터들(예컨대, 베이어 패턴 컬러 필터의 적색, 녹색 및 청색 컬러 필터들)로 컬러-분리되고, 광검출기 어레이(210)의 광검출기들에 의해 흡수될 수 있다. 적어도 일부 IR 방사선은 RGB 광 센서(202)의 층들을 통과해 IR 센서(204)로 전달될 수 있다. 일부 실시예들에서, 적층형 전자기 방사선 센서(200)는 2개의 추가적인 층들 - 포커싱 요소들(216)(예컨대, 회절 마이크로렌즈, 또는 임의의 다른 유형의 포커싱 요소들) 및 가시광 차단 필터(218) - 중 하나 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 포커싱 요소들(216) 및 가시광 차단 필터(218)는 RGB 광 센서(202)와 IR 센서(204) 사이에 배치되어, 하나 이상의 IR 픽셀들의 민감한 부분(들) 상에 IR 방사선을 포커싱하고, RGB 광 센서(202)를 통과할 수 있는 임의의 잔류 가시광을 차단할 수 있다.
높은 레벨의 성능을 달성하기 위해, 광검출기 어레이(210)는 가시광을 전기 신호들로 변환하는 것에 대해 높은 QE를 갖도록 구성될 수 있고; RGB 광 센서(202)의 컴포넌트들은 일정 범위의 IR 방사선 파장들을 전기 신호들로 변환하는 것에 대해 낮은 QE를 갖도록 구성될 수 있고(그리고 일부 경우에, (예컨대, 도 1을 참조하여 설명된 바와 같은) 적층형 전자기 방사선 센서를 포함하는 카메라의 이중 대역 스펙트럼 필터 및/또는 IR 센서(204)의 IR 노치 스펙트럼 대역 내의 IR 방사선을 흡수하지 않을 수 있음(또는 상당히 조금 흡수할 수 있음)) 그리고, BSI 층(212) 상방의 컴포넌트들 모두(일부 경우에 TSV들 및 라우팅 컴포넌트들을 포함함)는 적층형 전자기 방사선 센서(200)를 포함하는 카메라의 이중 대역 스펙트럼 필터 및/또는 IR 센서(204)의 IR 노치 스펙트럼 대역 내의 IR 방사선의 높은 투과율을 제공할 수 있다. 이들 조건들이 충족될 때, RGB 광 센서(202)에 의해 생성된 신호들은 IR 방사선에 의해 오염되지 않아서(또는 최소로 오염될 수 있어서), RGB 광 센서 출력의 SNR 및 이미지 품질을 개선한다. 이는 높은 IR 함량을 갖는 낮은 광 장면을 이미징할 때 특히 유용할 수 있다. 또한, IR 센서(204)에 의해 생성된 신호들은 가시광에 의해 오염되지 않는다(또는 최소로 오염될 수 있음). 다시 말하면, IR 센서(204)는 광검출기 어레이(210)에 의한 가시광의 높은 QE(또는 흡수율)에 의해 그리고 (필터(218)를 포함하는 실시예들에서) 가시광 차단 필터(218)에 의해 가시광으로부터 차폐된다.
또한, 상기 조건들이 충족될 때, RGB 광 센서(202) 및 IR 센서(204) 둘 모두는 그들의 주어진 광학 포맷들에서 풀 해상도(full resolution)들을 가질 수 있고; RGB 광 센서(202) 및 IR 센서(204)에 대한 픽셀 크기, 픽셀 아키텍처, 및 동작 모드가 독립적으로 선택될 수 있어, RGB 광 센서(202) 및 IR 센서(204)의 설계들 및 아키텍처들에 큰 유연성이 제공될 수 있으며; RGB 광 센서(202)는 IR 센서(204)와는 상이한 또는 더 작은 픽셀 크기를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, RGB 광 센서(202)는 롤링 셔터 모드 또는 글로벌 셔터 모드 중 어느 하나로 동작하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 조건들이 충족될 때, 적층형 전자기 방사선 센서(200)는 IR 이미지 정보(예컨대, 가시 이미지를 조정하는 데 사용될 수 있는 열 맵(heat map), 또는 색차 정보) 또는 IR 심도 정보(예컨대, 심도 맵)를 생성하는 데 사용될 수 있다. IR 센서들(204)은 롤링 셔터 또는 글로벌 셔터 픽셀들, 또는 dToF 또는 iToF 픽셀들(즉, dToF 또는 iToF 측정치들을 획득하는 데 사용되는 픽셀들)을 포함하여, RGB 광 센서들(202) 내의 그들의 대응하는 가시광 픽셀들과 동일하거나 상이한 해상도를 가질 수 있다. 예를 들어, IR 픽셀들은 RGB 픽셀들의 정수 (또는 비-정수) 배수(또는 세분)인 크기를 가질 수 있다. 통상적으로 사용되는 판독 회로부의 편의를 위해, IR 센서(204)의 픽셀 크기는 RGB 광 센서(202)의 픽셀 크기의 배수일 수 있다. 그러나, 이는 필요 조건은 아니다. 예로서, IR 센서(204)는 4μm x 4μm의 픽셀 크기(또는 해상도) 및 1 메가픽셀의 픽셀 어레이 크기를 가질 수 있지만, RGB 광 센서(202)는 1μm x 1μm의 픽셀 크기(또는 해상도), 및 16 메가픽셀의 픽셀 어레이 크기를 가질 수 있다. 픽셀 어레이들 둘 모두는 동일한 광학 포맷 (예컨대, 1/2.8 인치, 4:3의 종횡비를 가짐) 내에서 사용될 수 있다.
최적의 성능을 위해, IR 센서(204)의 IR 노치 스펙트럼 대역은 RGB 광 센서(202)가 민감한 가시 스펙트럼으로부터 양호하게 분리되도록 선택되어야 하며, 따라서 RGB 광 센서(202)의 감도는 IR 노치 스펙트럼 대역과 전혀 중첩되지 않거나 또는 최소한으로 중첩된다. 추가적으로 또는 대안적으로, RGB 광 센서(202) 및 IR 센서(204) 둘 모두의 감광성 재료들 및 설계들은 그들 각각의 전자기 방사선 감도들 사이에 중첩을 제공하지 않거나 최소한의 중첩을 제공하도록 선택될 수 있다. 실제로, IR 노치 스펙트럼 대역은 이미징 시스템 요건들에 의해 좌우될 수 있으며, 따라서 RGB 광 센서(202) 및 IR 센서(204)에 대한 감광성 재료들 및 설계들의 선택을 정의할 수 있다.
도 3a는 적층형 전자기 방사선 센서(300)의 다른 예시적인 분해도를 도시한다. 적층형 전자기 방사선 센서(300)는 도 2를 참조하여 설명된 적층형 전자기 방사선 센서와 유사하지만, 이때 도 2의 광검출기 어레이(210)는 하이브리드 디자인을 사용하여 - 예컨대, 감광성 재료(302)(또는 다른 전정색 감광층)를 반도체 기판(예컨대, 실리콘 기판)(304)과 조합하여 - 구현된다. 반도체 기판(304)은 감광성 재료(302)를 위한 픽셀 회로부를 포함할 수 있다. 감광성 재료(302)(또는 전정색 감광층)는 일부 경우에 양자점(quantum dot, QD) 필름, 유기 재료 등을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 감광성 재료(302)는 비-실리콘계일 수 있으며, 이는 그것을 실리콘계 광검출기 어레이보다 전자기 방사선에 더 투과성이게 할 수 있다. 이는 IR 센서(204)의 동작을 개선시킬 수 있다. 예를 들어, IR 노치 스펙트럼 대역이 약 940nm인 IR 센서(204)를 갖는 적층형 RGB-IR 센서의 경우를 고려한다. IR 노치 스펙트럼 대역의 폭은 시스템의 렌징(lensing) 및 다른 광학 파라미터들에 의해 정의될 수 있고, 40 내지 50nm 정도일 수 있다. 도 2를 참조하여 설명된 고성능에 대한 조건들을 만족시키기 위해, RGB 광 센서(202)는 ~900nm 초과의 전자기 방사선 파장들에 대해 감도를 갖지 않거나 최소 감도(즉, 그에 대해 낮은 QE)를 가져야 한다. IR 센서(204)는 이러한 가정으로 구성될 수 있고, 그의 감광층에 대해 실리콘을 사용할 수 있다. 일부 경우에, IR 센서(204)는 BSI 적층형 실리콘 센서 설계 또는 FSI 적층형 실리콘 센서 설계를 가질 수 있다. RGB 광 센서(202) 내에 감광성 재료(302)를 사용하는 것은 RGB 광 센서(202)가 그의 감도(또는 높은 QE 범위)를 ~900nm 미만의 전자기 방사선 파장들에 국한시킬 수 있게 할 수 있다.
도 3b는 도 3a를 참조하여 설명된, 도 3a에 구체적으로 예시되지 않은 컴포넌트들과 조합된 RGB 광 센서(202)의 정면도(310)를 도시한다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 감광성 재료(302)를 위한 공통 전극(312)(즉, 전체 감광성 재료(302)를 위한 전극)이 감광성 재료(302)의 전자기 방사선 수신 표면(314) 상에 그리고 그와 전기 접촉하여 포지셔닝될 수 있다. 별개의 전기 접촉부들(316)(예컨대, 픽셀 접촉부들)이 감광성 재료(302)의 전자기 방사선 방출 표면(318) 상에 배치될 수 있고, 이때 각각의 별개의 전기 접촉부(316)는 감광성 재료(302)의 일부분과 각자의 픽셀의 픽셀 회로부 사이의 전기 접촉을 제공한다. 픽셀 회로부는 반도체 기판(304)에 포함될 수 있고, 전하 획득, kTC 잡음 소거 등을 포함하는 감광성 재료(302)에 대한 제어 및 신호 프로세싱을 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, (픽셀 회로부를 갖는) 실리콘 층의 두께는 IR 센서(204)에 대한 IR 방사선의 높은 투과율을 제공하기 위해 상당히 작을 - 1 마이크로미터 정도 (예컨대, 1 마이크로미터 ± 10% 또는 ± 1%) - 수 있다. 픽셀 회로부, 감광성 재료(302)에 대한 접촉부들, 및 신호 라우팅을 제공하는 전도성 트레이스(trace)들의 요소들은 IR 방사선의 높은 투과율을 제공하는 투명한 재료들로 제조될 수 있다. 그러한 투명한 재료들의 예들에는 산화인듐주석(indium-tin-oxide, ITO), 폴리실리콘 등이 포함된다.
앞서 언급된 바와 같이, 감광성 재료(302)는 QD 필름(QD film, QF) 또는 유기 재료를 포함할 수 있다. 감광성 재료(302)가 QF를 포함할 때, 전정색 감광층은 반도체 양자점들의 어레이를 포함하는 필름에 의해 형성될 수 있다. 각각의 양자점의 여기자는 벌크 반도체 여기자 보어(Bohr) 반경보다 작은 체적으로 양자-국한될 수 있다. 양자점 크기는 여기자 에너지를 시프트시켜, 그에 따라 원하는 더 높은 에너지로의 광학 흡수 온셋(onset)의 튜닝을 제공한다. 감광성 재료의 조성은 양자점 크기, 크기 분포 폭, 광학 흡수 온셋, 가전자대 에너지, 및 전도대 에너지의 원하는 조합을 얻도록 선택될 수 있다.
QF계 전정색 감광층의 이점들은 타깃 스펙트럼 범위 내의 전자기 방사선의 높은 흡수율, 타깃 스펙트럼 범위 내의 높은 양자 효율(QE), 픽셀들 사이의 높은 균일성 및 낮은 크로스토크, 낮은 암전류, 스펙트럼 응답 튜닝에서의 유연성, 낮은 동작 전압, 및 CMOS(complimentary metal-oxide semiconductor) 이미징 프로세스들과의 호환성을 포함한다. 일부 경우에, 광학 흡수의 QF의 온셋은 QD 크기를 변경함으로써 더 짧거나 더 긴 파장들로 튜닝될 수 있다.
대안적으로, 감광성 재료(302)는 유기 재료를 사용하여 구현될 수 있다. 유기 재료의 활성층은, 예를 들어, 단일 유형의 중합체 분자들, 또는 상이한 중합체 분자들의 (또는 중합체 및 비중합체 유기 분자들의) 벌크 이종접합을 포함할 수 있다. 유기계 광 흡수 재료에 기초한 감광성 재료(302)에 대한 픽셀 아키텍처 및 판독 회로부는 QF에 기초한 감광성 재료(302)의 픽셀 아키텍처 및 판독 회로부와 유사할 수 있다.
감광성 재료(302)(또는 전정색 감광층)는 스핀 코팅(spin coating), 슬롯-다이 코팅(slot-die coating), 용액으로부터의 잉크젯 인쇄, 또는 진공 침착을 포함하는 다양한 방법들을 사용하여 침착될 수 있다.
다른 옵션으로서, 감광성 재료(302) 및 반도체 기판(304)은 BSI 픽셀 어레이를 포함하는 실리콘 BSI 층으로 대체될 수 있다. 그러나, 실리콘 BSI 층은 IR 방사선에 민감할 수 있고(또는 그에 대해 높은 QE를 가질 수 있고), 이러한 IR 감도는 IR 방사선으로 가시광 이미지를 오염시키고, - 특히 낮은 광에서 그리고 풍부한 IR 함량의 존재 시에 - SNR을 감소시킬 수 있다. 일부 경우에, 스탠드포인트 컬러(standpoint color) 정확도 및/또는 화이트 밸런스(white balance)로부터의 가시광 이미지의 IR 오염의 영향은 IR 센서(204)를 사용하여 IR 함량을 측정하고 IR 센서(204)의 출력을 컬러 프로세서(또는 컬러 프로세싱 알고리즘)에 대한 입력으로서 사용함으로써 완화될 수 있다. 대안적으로, 컬러 정확도가 덜 중요한 응용예들에서, IR 센서(204)의 출력은 매우 낮은 광 조건들에서 휘도 감도를 증대시키는 데 사용될 수 있다.
도 4a는 적층형 전자기 방사선 센서(400)의 또 다른 예시적인 분해도를 도시한다. 도 1 내지 도 3a를 참조하여 설명된 적층형 전자기 방사선 센서들과 유사하게, 적층형 전자기 방사선 센서(400)는 제2 전자기 방사선 센서 상에 적층된 제1 전자기 방사선 센서를 포함할 수 있다. 따라서, 적층형 전자기 방사선 센서(400)는 도 1 내지 도 3a를 참조하여 설명된 적층형 전자기 방사선 센서들의 일부 또는 모든 태양들을 포함할 수 있다.
앞서 논의된 바와 같이, 그리고 일부 예들에서, 제1 전자기 방사선 센서는 RGB 광 센서(402)와 같은 가시광 센서일 수 있고, 제2 전자기 방사선 센서는 IR 센서(404)일 수 있다. 그러나, 제1 및 제2 전자기 방사선 센서들 각각은, 도 1 내지 도 3b를 참조하여 설명된 바와 같은, 그리고 본 명세서에 추가로 상세하게 설명될 것과 같은, 다른 형태들을 취할 수 있다. 도 4a에 예시된 바와 같이, RGB 광 센서(402)는 QF IR ToF 센서(또는 다른 QF IR 센서) 상에 적층된 반도체계(또는 실리콘계) 픽셀 어레이로서 형성될 수 있다.
도 4a에서, RGB 광 센서(402)는 실리콘계 RGB 센서일 수 있고, 적층형 전자기 방사선 센서(400)의 전자기 방사선 수신 측(또는 조명 측)으로부터, 렌즈 어레이(406), 컬러 필터 어레이(408), 및 픽셀 회로부를 포함할 수 있는 광검출기 어레이(410)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 렌즈 어레이(406)는 마이크로렌즈 어레이를 포함할 수 있다. 마이크로렌즈 어레이는 컬러 필터 어레이(408)에 의해 정의되는 각각의 컬러 픽셀 위에 포지셔닝된 별개의 마이크로렌즈를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광검출기 어레이(410)는 하이브리드 설계를 사용하여 구현될 수 있고, 반도체 기판과 조합하여 감광성 재료(또는 다른 전정색 감광층)를 포함할 수 있다. 반도체 기판은 감광성 재료를 위한 픽셀 회로부를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 감광성 재료(또는 전정색 감광층)는, 본 명세서에 추가로 상세하게 논의되는 바와 같이, QF, 유기 재료 등을 사용하여 구현될 수 있다.
IR 센서(404)는 별개의 감광성 재료(예컨대, QF(415))를 활용하여 구현될 수 있으며, 이는 2개의 재료들 사이의 계면에서 그리고/또는 그 주위에 QF/실리콘 이종접합을 형성할 수 있다. 추가적으로, 일부 예들에서, IR 센서(404)는 픽셀 프로세싱 칩(414)을 포함할 수 있다. 픽셀 프로세싱 칩(414)은 IR 센서(404)를 위한 아날로그 및 디지털 회로부를 포함할 수 있다. QF/실리콘 이종접합은 IR 센서(404)의 고속 동작을 가능하게 할 수 있으며, 이는 심도 감지, 또는 심도 감지를 RGB 광 감지와 조합하는 것, 및/또는 다른 응용예들에 바람직할 수 있다. 추가로, QF/실리콘 이종접합은, 예컨대, dToF 및/또는 iToF 심도 맵 획득에 사용될 수 있는 튜닝가능 대역갭 디바이스로서 구현될 수 있다. QF의 대역갭을 튜닝함으로써, IR 센서(404)는 실리콘의 대역갭을 넘는 전자기 방사선에 민감해질 (또는 그것에 대해 높은 QE를 갖도록 튜닝될) 수 있다. 도 4a의 예에서, QF의 대역갭은 실리콘보다 더 좁거나 더 작을 수 있고, 일부 경우에 대략 1.1eV 미만일 수 있다.
일부 예들에서, RGB 이미징에 사용되는 재료의 대역갭을 넘는 전자기 방사선에 민감한 QF계 이미지 센서는 RGB 광 센서(402)가 QF 바로 위에 적층되게 할 수 있다. 추가로, RGB 광 센서(402)는, 조명 경로가 먼저 RGB 광 센서(402)를 통과할 수 있고 이어서 IR 센서(404)에 의해 수신될 수 있도록, IR 센서(404)의 상측에 적층될 수 있다. RGB 광 센서(402)가 IR 센서(404) 바로 위에 있을 수 있더라도, IR 조명에 의한 RGB 광 센서 픽셀들의 오염이 완화되거나 회피될 수 있다. 따라서, 감광성 재료로서 QF를 사용함으로써 적층형 전자기 방사선 센서(400)에서 더 적은 공간이 사용될 수 있어서, 추가적인 회로부를 위한 반도체 기판 내의 더 많은 공간이 허용되거나, 또는 반도체 기판 내의 더 큰 풀 우물 용량(full well capacity)이 허용된다.
일부 예들에서, QF/실리콘 이종접합은 바람직하지 않은 커패시턴스(capacitance)(예컨대, IR 센서(404)의 동작을 느리게 할 수 있는 커패시턴스)를 감소시킬 수 있다. 일부 예들에서, QF는 산화인듐주석/질화티타늄 하측 접촉부 및 구리 플러그 또는 구리선을 통해 픽셀 트랜지스터들과 접촉할 수 있다. 이러한 산화인듐주석/질화티타늄 및 구리 플러그는 바람직하지 않은 커패시턴스 및 IR 센서(404)의 더 느린 동작을 야기할 수 있으며, 따라서 디바이스가 심도 감지 응용예들에 대해 너무 느려지게 한다. IR 센서(404)에서 QF/실리콘 이종접합을 사용함으로써, 커패시턴스는 심도 감지 응용예들에 사용되는 더 높은 동작 속도들을 가능하게 하기에 충분히 감소될 수 있다. 이종접합은 본 명세서에 더욱 상세하게 논의된다.
QF 대역갭은 다양한 고려사항들에 기초하여 선택될 수 있다. 일부 예들에서, QF 대역갭은, 레이저 및/또는 다이오드 광원들(예컨대, IR 조명기)이 안전 요건들을 준수하며 동작할 수 있도록 선택될 수 있으며, 이는 추가로 조명 전력을 더 높이고 SNR 비를 더 양호하게 할 수 있다. SNR을 개선하기 위한 다른 고려사항은 QF의 대역갭을 가능한 한 넓게 선택하는 것일 수 있다. 그렇게 함에 있어서, 암전류가 감소될 수 있고, 이는 SNR을 개선할 수 있다.
앞서 논의된 바와 같이, 도 4a의 IR 센서(404)는 ToF 심도 감지를 위해 사용될 수 있다. IR 센서(404)에 대한 빠른 동작 속도를 달성하기 위해, 다수의 인자들이 고려될 수 있다. 하나의 그러한 고려사항은 QF 응답 시간일 수 있다. QF 응답 시간은 QF에 사용되는 재료의 이동도, QF의 두께, 및 QF에 인가될 수 있는 바이어스 전압과 같은 임의의 개개의 인자 및/또는 인자들의 조합에 의존할 수 있다.
센서(400)는 건물 안 또는 맑은 날 밖을 포함하는 다양한 설정들에서 사용될 수 있다. 태양광이 존재할 수 있는 외부 설정들의 경우, 태양광의 태양 스펙트럼 또는 전자기 방사선은 IR 센서(404)를 적어도 부분적으로 오염시킬 수 있다. 이러한 예에서, IR 센서(404)에서 사용되는 QF의 대역갭은 태양 스펙트럼이 최소인 파장에서 높은 흡수 계수를 갖도록 선택될 수 있다. 태양 스펙트럼의 흡수를 최소화하기 위한 파장들은 대략적으로: 940nm의 또는 약 940nm의, 1125nm의 또는 약 1125nm의, 1370nm의 또는 약 1370nm의, 및/또는 1550nm의 또는 약 1550nm의 파장들을 포함할 수 있다. 도 4a에서, IR 센서(404)의 QF는 1100nm 초과의 대략적인 파장 또는 대략적인 파장 범위에 민감할 수 있으며, 이는 IR 센서(404)가 흡수하는 태양 배경 조명을 최소화하는 것을 도울 수 있다. 추가적으로, 대략 940nm 초과의 파장들은 레이저 준수 표준들에 대한 더 낮은 방사조도 제한들을 가질 수 있으며, 이는 더 강하거나 더 높은 전력 방출기(emitter)들을 허용할 수 있다.
ToF 감지에 사용되는 고속 동작들의 성질로 인해, QF의 다수의 재료 속성들이 고려될 수 있다. 일부 예들에서, QF의 광 흡수율을 최대화함으로써 더 높은 외부 양자 효율이 달성될 수 있다. 이들 경우에, 흡수된 입사광의 분율은 다음과 같은 단일 통과 근사로 계산될 수 있으며:
%A = 1- exp(-α d)
여기서, A는 흡수된 입사광의 분율이고, α는 동작 파장에서의 필름 흡수 계수이고, d는 QF 두께이다. 일부 예들에서, 충분한 흡수재들은 10,000 cm-1 내지 20,000 cm-1의 대략적인 범위의 α를 가질 수 있다. QF 동작 속도는 QF의 광 생성 전하(photo generated charge) 수송 시간 ttr의 영향을 받을 수 있다. 수송 시간은 다음과 같이 표현될 수 있으며:
ttr = d2/㎶
여기서, d는 QF 두께이고, μ는 전하 이동도이고, V는 인가된 바이어스이다. 대체적으로, μ는 QF들에 대한.01 ㎠V-1s-1 내지 1 ㎠V-1s-1의 대략적인 범위 내에 있을 수 있다. 일부 예들에서, 바람직한 수송 시간 및 양자 효율을 달성하기 위해, 대응하는 최소 이동도 및 QF 두께가 결정될 수 있다.
도 4b는 적층형 전자기 방사선 센서(400b)의 다른 예시적인 분해도를 도시한다. 도 1 내지 도 4a를 참조하여 설명된 적층형 전자기 방사선 센서와 유사하게, 적층형 전자기 방사선 센서(400b)는 제2 전자기 방사선 센서 상에 적층된 제1 전자기 방사선 센서를 포함할 수 있다. 따라서, 적층형 전자기 방사선 센서(400b)는 도 1 내지 도 4a를 참조하여 설명된 적층형 전자기 방사선 센서들의 일부 또는 모든 태양들을 포함할 수 있다.
앞서 논의된 바와 같이, 그리고 일부 예들에서, 제1 전자기 방사선 센서는 RGB 광 센서(402b)와 같은 가시광 센서일 수 있고, 제2 전자기 방사선 센서는 IR 센서(404b)일 수 있다. 제1 및 제2 전자기 방사선 센서들 각각은, 도 1 내지 도 4a를 참조하여 설명된 바와 같은, 그리고 본 명세서에 추가로 상세하게 설명될 바와 같은, 다른 형태들을 취할 수 있다. 도 4b에 예시된 바와 같이, QF RGB 광 센서는 QF IR ToF 센서(또는 다른 QF IR 센서) 상에 적층될 수 있다.
IR 흡수 QF의 대역갭은 태양 스펙트럼이 최소인 파장에서 높은 흡수 계수를 갖도록 선택될 수 있다. 태양 스펙트럼의 흡수를 최소화하기 위한 파장들은 대략적으로, 940nm의 또는 약 940nm의, 1125nm의 또는 약 1125nm의, 1370nm의 또는 약 1370nm의, 및/또는 1550nm의 또는 약 1550nm의 파장들을 포함할 수 있다. 도 4b에서, QF IR ToF 센서는 940nm 초과의 대략적인 파장 또는 대략적인 파장 범위를 흡수할 수 있으며, 이는 IR 센서(404b)에 의해 흡수되는 태양 배경 조명을 최소화하는 것을 도울 수 있다.
도 4b는 RGB 광 센서(402b)를 포함할 수 있지만, 도 4a에 묘사된 바와 같은 실리콘계 RGB 광 센서 대신에, 도 4b는 별개의 감광성 재료(예컨대, QF(407b))를 갖는 RGB 광 센서(402)를 포함할 수 있다. 도 4b에서, 상측 RGB QF(407b)의 대역갭은 가시 컬러 스펙트럼을 최대 대략 700nm까지 흡수하기에 충분히 좁도록 선택될 수 있지만, 하측 IR 흡수 감광성 재료(예컨대, 다른 QF)의 대역갭보다 더 넓을 수 있다. 대역갭은, ToF 측정치들을 위해 감지되는 전자기 방사선이 QF계 RGB 광 센서(402)에 의해 흡수되지 않을 수 있는 방식으로 선택될 수 있다.
추가적으로, 도 4b는 적층형 전자기 방사선 센서(400b)의 전자기 방사선 수신 측(또는 조명 측)으로부터, 렌즈 어레이(406b), 컬러 필터 어레이(408b), 및 QF(407b)를 위한 픽셀 회로부(410b)와 같은, 도 4a를 참조하여 논의된 것과 유사한 요소들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 렌즈 어레이(406b)는 마이크로렌즈 어레이를 포함할 수 있다. 마이크로렌즈 어레이는 컬러 필터 어레이(408b)에 의해 정의되는 각각의 컬러 픽셀 위에 포지셔닝된 별개의 마이크로렌즈를 포함할 수 있다. 도 4b는 또한 도 4a와 관련하여 논의된 바와 같이 다른 요소들을 포함할 수 있다. 게다가, 도 4a 및 도 4b에 묘사된 유사하게 번호가 매겨진 요소들은 일부 예들에서 유사한 속성들을 공유할 수 있다.
IR 센서(404b)는 QF(415b)를 포함할 수 있으며, 이는 2개의 재료들 사이의 계면에서 그리고/또는 그 주위에 QF/실리콘 이종접합을 형성할 수 있다. QF/실리콘 이종접합은 IR 센서(404b)의 고속 동작을 가능하게 할 수 있으며, 이는 심도 감지, 또는 심도 감지를 RGB 광 감지와 조합하는 것, 및/또는 다른 응용예들에 바람직할 수 있다. 추가로, QF/실리콘 이종접합은 ToF(예컨대, dToF 및/또는 iToF) 심도 측정들에 유용할 수 있는 튜닝가능 대역갭 디바이스로서 구현될 수 있다. 도 4b의 예에서, QF계 IR 센서(404)의 대역갭은 실리콘의 것보다 더 좁거나 더 작을 수 있고, 일부 경우에 대략 1.1eV 미만일 수 있다.
도 4c는 적층형 전자기 방사선 센서(400c)의 다른 예시적인 분해도를 도시한다. 적층형 전자기 방사선 센서(400c)는 도 1 내지 도 4b를 참조하여 설명된 IR 센서들과 유사하게, IR 방사선을 감지 또는 검출할 수 있다. 따라서, 적층형 전자기 방사선 센서(400c)는 도 1 내지 도 4b를 참조하여 설명된 IR 센서들의 일부 또는 모든 태양들을 포함할 수 있다.
IR 센서(404c)는 감광성 재료(예컨대, QF(415c))를 포함할 수 있으며, 이는 2개의 재료들 사이의 계면에서 그리고/또는 그 주위에 QF/실리콘 이종접합을 형성할 수 있다. QF/실리콘 이종접합은 IR 센서(404c)의 고속 동작을 가능하게 할 수 있으며, 이는 심도 감지, 또는 심도 감지를 RGB 광 감지와 조합하는 것, 및/또는 다른 응용예들에 바람직할 수 있다. 추가로, QF/실리콘 이종접합은 ToF(예컨대, dToF 및/또는 iToF) 심도 측정들에 사용될 수 있는 튜닝가능 대역갭 디바이스로서 구현될 수 있다. 도 4c에서, QF계 IR ToF 센서는 940nm의, 약 940nm의, 또는 940nm 초과의 대략적인 파장 또는 대략적인 파장 범위를 흡수할 수 있다.
도 4c의 예에서, QF(415c)의 대역갭은 실리콘의 것보다 더 좁거나 더 작을 수 있고, 일부 경우에 약 1.1eV이거나 대략 1.1eV 미만일 수 있다. 실리콘의 것보다 작은 QF 대역갭을 선택함으로써, 실리콘 회로부에서의 기생 광 감도가 감소될 수 있다(그리고 일부 경우에 없어질 수 있음). 추가적으로, QF의 대역갭은 IR 방사선의 범위 내에 있도록 선택될 수 있어, 연관된 IR 조명기에 의해 제공되는 조명이 사람 눈에 가시적이지 않을 수 있게 될 수 있다.
도 5a는 적층형 전자기 방사선 센서(500)의 다른 분해도 예를 예시한다. 도 1 내지 도 4c를 참조하여 설명된 적층형 전자기 방사선 센서들과 유사하게, 적층형 전자기 방사선 센서(500)는 제2 전자기 방사선 센서 상에 적층된 제1 전자기 방사선 센서를 포함할 수 있다. 따라서, 적층형 전자기 방사선 센서(500)는 도 1 내지 도 4c를 참조하여 설명된 적층형 전자기 방사선 센서들의 일부 또는 모든 태양들을 포함할 수 있다.
앞서 논의된 바와 같이, 그리고 일부 예들에서, 제1 전자기 방사선 센서는 RGB 광 센서(502)와 같은 가시광 센서일 수 있고, 제2 전자기 방사선 센서는 IR 센서(504)일 수 있다. 그러나, 제1 및 제2 전자기 방사선 센서들 각각은, 도 1 내지 도 4c를 참조하여 설명된 바와 같은, 그리고 본 명세서에 추가로 상세하게 설명될 바와 같은, 다른 형태들을 취할 수 있다. 도 5a에 예시된 바와 같이, RGB 광 센서(502)는 QF IR 이미지 센서 상에 적층된 실리콘계 센서일 수 있다.
도 4a와 유사하게, RGB 광 센서(502)는 실리콘계 RGB 광 센서일 수 있고, 적어도 도 4a에 관련하여 논의된 바와 유사한 요소들을 포함할 수 있다. 적층형 전자기 방사선 센서(500)는 또한 QF와 QF를 위한 픽셀 회로부를 포함하는 반도체 기판(예컨대, 실리콘 기판) 사이의 계면에서 그리고/또는 그 주위에 QF/실리콘 이종접합을 형성할 수 있는 감광성 재료(예컨대, QF)를 포함할 수 있는 IR 센서(504)를 포함할 수 있다. QF/실리콘 이종접합은 이미지 센서에 포함될 수 있고, 도 5a의 예에서, RGB 및 IR 필터들이 산재하는 컬러 센서들의 베이어 배열을 채용하는 이미지 센서보다 더 높은 품질의 RGB 신호 및 더 높은 품질의 IR 신호를 생성할 수 있다. 적층형 전자기 방사선 센서(500) 구조는, 일부 실시예들에서, 안면 식별 응용예들에 유용할 수 있다. 일부 예들에서, 안면 식별은 IR 이미지로부터의 정보, 및 기계 학습으로부터 생성될 수 있는 심도 정보, 또는 임의의 다른 유형의 심도 센서로부터 얻어지는 정보에 기초할 수 있다.
추가적으로, 전자기 방사선 센서(500)의 적층형 구조는 투광 조명을 제어하는 것을 도울 수 있다. IR 이미지에 사용될 수 있는 IR 투광 조명은 실리콘 RGB 픽셀들의 오염을 회피하기 위해 선택될 수 있다. 또한, 투광 조명은 대략적으로 약 1125nm 및/또는 1370nm의 최소 주변 배경 조명의 영역 내에 있을 수 있다. 적층형 구조들의 일부 예들에서, 실리콘계 RGB 센서는 IR 방사선에 대해 투과성일 수 있다. 추가로, RGB 센서는, 조명 경로가 먼저 RGB 센서를 통과할 수 있고 이어서 IR 센서에 의해 수신될 수 있도록, IR 센서의 상측에 적층될 수 있다. RGB 센서가 IR QF 센서에 인접할 수 있더라도, IR 조명에 의한 RGB 센서 픽셀들의 오염이 감소되거나 회피될 수 있다.
본 명세서에서 논의된 다른 예들과 유사하게, QF 대역갭은 다양한 고려사항들에 기초하여 선택될 수 있다. 일부 예들에서, QF 대역갭은, 레이저 및/또는 다이오드 광원들이 안전 요건들을 준수하며 동작할 수 있도록 선택될 수 있으며, 이는 추가로 조명 전력을 더 높이고 SNR 비를 더 양호하게 할 수 있다. SNR 비를 개선하기 위한 다른 고려사항은 IR 흡수 QF의 대역갭을 가능한 한 크거나 넓게 선택하는 것일 수 있다. 그렇게 함에 있어서, 암전류가 감소될 수 있고, 이는 SNR 비를 개선할 수 있다. 일부 예들에서, QF 대역갭은 실리콘보다 더 좁거나 더 작을 수 있고, 약 대략 1.1eV 또는 그보다 작을 수 있다. 추가적으로, QF IR 방사선 흡수재는 이미지 감지 디바이스에서 더 적은 공간을 사용할 수 있고, 따라서 추가적인 회로부를 위한 실리콘 층 내의 더 많은 공간 또는 실리콘 층 내의 더 큰 풀 우물 용량이 허용될 수 있다.
도 5a의 이미지 감지 디바이스는 건물 안 또는 맑은 날 밖을 포함하는 다양한 설정들에서 사용될 수 있다. 태양광이 존재할 수 있는 외부 설정들의 경우, 태양광의 태양 스펙트럼 또는 전자기 방사선은 IR 센서를 적어도 부분적으로 오염시킬 수 있다. 이러한 예에서, IR 흡수 QF 대역갭은 태양 스펙트럼이 최소인 파장에서 높은 흡수 계수를 갖도록 선택될 수 있다. 태양 스펙트럼의 흡수를 최소화하기 위한 파장들은 대략적으로, 940nm, 1125nm, 1370nm 및/또는 1550nm의 또는 약 940nm, 1125nm, 1370nm 및/또는 1550nm의 파장들을 포함할 수 있다. 도 5a에서, QF IR 센서는 1100nm 초과의 대략적인 파장 또는 대략적인 파장 범위를 활용할 수 있으며, 이는 IR 센서에 도달하는 태양 배경 조명을 최소화하는 것을 도울 수 있다. 추가적으로, 대략 940nm 초과의 파장들은 레이저 준수 표준들에 대한 더 낮은 방사조도 제한들을 가질 수 있으며, 이는 더 강하거나 더 높은 전력 방출기들을 허용할 수 있다. 추가로, 더 긴 파장을 사용하는 것은, 더 짧은 파장 흡수 양자점 필름을 사용하는 것에 비해, 스킨(skin) 반사율을 최소화할 수 있다.
도 5b는 적층형 전자기 방사선 센서(500b)의 또 다른 분해도 예를 예시한다. 도 1 내지 도 5a를 참조하여 설명된 전자기 방사선 센서와 유사하게, 적층형 전자기 방사선 센서(500b)는 제2 전자기 방사선 센서 상에 적층된 제1 전자기 방사선 센서를 포함할 수 있다. 따라서, 적층형 전자기 방사선 센서(500b)는 도 1 내지 도 5a를 참조하여 설명된 적층형 전자기 방사선 센서들의 일부 또는 모든 태양들을 포함할 수 있다.
앞서 논의된 바와 같이, 그리고 일부 예들에서, 제1 전자기 방사선 센서는 RGB 광 센서(502b)와 같은 가시광 센서일 수 있고, 제2 전자기 방사선 센서는 IR 센서(504b)일 수 있다. 제1 및 제2 전자기 방사선 센서들 각각은, 도 1 내지 도 5a를 참조하여 설명된 바와 같은, 그리고 본 명세서에 추가로 상세하게 설명될 바와 같은, 다른 형태들을 취할 수 있다. 도 5b에 예시된 바와 같이, QF RGB 센서는 QF IR 센서 상에 적층될 수 있다. 도 5b에서, QF IR 센서는 940nm 초과의 대략적인 파장 또는 대략적인 파장 범위를 활용할 수 있으며, 이는 IR 센서에 도달할 수 있는 태양 배경 조명을 최소화하는 것을 도울 수 있다.
도 5b의 IR 흡수 QF 대역갭은 태양 스펙트럼이 최소인 파장에서 높은 흡수 계수를 갖도록 선택될 수 있다. 태양 스펙트럼의 흡수를 최소화하기 위한 파장들은 대략적으로, 940nm, 1125nm, 1370nm 및/또는 1550nm의 또는 약 940nm, 1125nm, 1370nm 및/또는 1550nm의 파장들을 포함할 수 있다. 도 5b에서, QF IR 이미지 센서는 940nm 초과의 대략적인 파장 또는 대략적인 파장 범위를 활용할 수 있으며, 이는 IR 센서에 도달하는 태양 배경 조명을 최소화하는 것을 도울 수 있다.
도 5b는 RGB 광 센서(502b)를 포함할 수 있지만, 도 5a에 묘사된 바와 같은 실리콘계 RGB 센서 대신에, 도 5b는 QF(507b) RGB 센서를 포함할 수 있다. 도 5b에서, 상측 RGB QF 층의 대역갭은 가시 컬러 스펙트럼을 최대 대략 700nm까지 흡수하기에 충분히 작거나 좁도록 선택될 수 있지만, 하측 IR 흡수 QF 층의 대역갭보다 더 넓을 수 있다. 대역갭은, IR 이미지 획득에 사용될 수 있는 전자기 방사선 또는 광이 RGB QF 센서에 의해 흡수되지 않을 수 있도록 하는 방식으로 선택될 수 있다. 추가적으로, 도 5b는 도 4a 내지 도 5a와 유사한 요소들을 포함할 수 있고, 도 4a 내지 도 5a에 묘사된 유사하게 번호가 매겨진 요소들은 일부 예들에서 유사한 속성들을 공유할 수 있다.
IR 센서(504b)는 QF(515b)를 포함할 수 있으며, 이는 2개의 재료들 사이의 계면에서 그리고/또는 그 주위에 QF/실리콘 이종접합을 형성할 수 있다. 추가로, QF/실리콘 이종접합은 IR 이미지 획득에 사용될 수 있는 튜닝가능 대역갭 디바이스로서 구현될 수 있다. 도 5b의 예에서, QF IR 센서 층의 대역갭은 실리콘보다 더 좁거나 더 작을 수 있고, 대략 1.1eV 미만일 수 있다. 대략 1.1eV 미만의 QF 대역갭은 실리콘 회로부에서 기생 광 감도를 감소시키고/시키거나 없앨 수 있다.
도 3a, 도 3b, 도 4a 내지 도 4c, 도 5a, 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 그의 지지 픽셀 회로부와 분리된 감광성 재료(또는 전정색 감광층)를 사용하여 광검출기 어레이를 구현하는 것은 전하 (광전하) 판독 동안 kTC 잡음을 소거(또는 감소)하기 위한 실리콘계 광검출기 어레이의 고유 능력을 방해할 수 있다. 예를 들어, 픽셀 회로부(예컨대, 전하 축적 및 판독 회로부, 또는 "판독" 회로부)를 포함하는 실리콘 반도체로부터 별개의 반도체로의 포토다이오드의 이동은 CDS(correlated double sampling)에 기초한 kTC 잡음의 감소를 방해할 수 있다.
전형적인 적층형 BSI 이미지 센서들의 요건들과 대조적으로, 별개의 감광성 재료를 위한 픽셀 회로부를 포함하는 반도체 기판은 광검출기 성능의 특정 저하 없이 PMOS(p-channel metal-oxide semiconductor) 및 NMOS(n-channel metal-oxide semiconductor) 트랜지스터들 둘 모두를 포함할 수 있는데, 그 이유는 광전환(photo-conversion)이 별개의 재료에서 발생하기 때문이다. 앞서 언급된 바와 같이, 재료의 픽셀화는 그의 전자기 방사선 방출 표면 상의 전기 접촉부들의 분포에 의해 결정될 수 있다. 일부 예들에서, 각각의 픽셀은 하나의 그러한 전기 접촉부를 가질 수 있으며, 이는 하나 이상의 금속 상호접속부들(예컨대, 그들의 스택)을 통해 픽셀의 픽셀 회로부(또는 판독 회로부) 내의 실리콘 확산 노드(또는 SN(sense node))에 전기적으로 접속될 수 있다. 감광성 재료에서 생성된 전하들은 픽셀을 정의하는 전기 접촉부에 의해 형성된 커패시턴스, 전기 접촉부에 접속된 금속 적층형 비아, 및 이들 구조들에 결합된 SN 및 임의의 기생 커패시턴스에 축적될 수 있다. 이상적으로는, 효율적인 수집을 위해 그리고 전하 집적 시작 전에, SN은 (전자들을 수집하기 위해) 고전위로 또는 (정공들을 수집하기 위해) 저전위로 리셋될 필요가 있다. 그러나, 전술된 전하 축적 구조의 단점은, 리셋이 발생될 때, 전하 집적 노드와 직접 접촉하는 금속의 존재가, 이러한 전위 우물들로 하여금, 전하들이 완전히 공핍(deplete)되지 않게 한다는 것이다. 그 결과, 4T 실리콘 롤링 셔터 이미지 센서들에서 kTC 잡음 감소에 널리 사용되는 CDS 및 리셋의 모범적인 동작이 수행될 수 없다.
도 6a 내지 도 6c는 그의 지지 픽셀 회로부를 포함하는 반도체 기판으로부터 분리된 감광성 재료(또는 전정색 감광층(PanCh))를 사용하여 광검출기 어레이를 구현할 때 kTC 잡음을 감소시키기 위한 다양한 옵션들을 도시한다. 도 6a 내지 도 6c를 참조하여 설명된 잡음 감소 회로들은 반도체 기판 내의 픽셀 회로부의 부분으로서 포함될 수 있다. 잡음 감소 회로들은, 예를 들어, 가시광 센서들 또는 IR 센서들에서 사용될 수 있고, 가시광 센서 또는 IR 센서 상에 적층된 다른 센서에서 사용될 때 (일부 실시예들에서) IR 방사선 또는 다른 유형들의 전자기 방사선에 대해 투과성인 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
도 6a는 컬럼내(in-column) 잡음 감소 회로(600)(즉, 픽셀 어레이의 컬럼(또는 로우(row)) 내의 픽셀들에 잡음 감소를 제공하는 데 사용될 수 있는 잡음 감소 회로)의 예를 도시한다. 회로(600)에서, 피드백 루프(602)가 리셋 동안 집적 노드(614)의 전압을 조절하는 데 사용되며, 이 피드백 루프(602)에서, 컬럼 증폭기(604)는 컬럼 판독 라인(606) 및 기준 전압(REF)에 접속된 입력들 및 피드백 트랜지스터(612)의 제어 하에서 리셋 트랜지스터(610)에 전압을 제공하는 출력(608)을 갖는다. 실제 리셋 잡음을 감소시키기 위해 픽셀당 2개의 커패시터들(616, 618)이 필요하다. 리셋 잡음의 감쇠는 루프 게인(loop gain) A 및 2개의 커패시터 CS(616) 및 커패시터 CC(618)의 값의 함수이며, 1/sqrt(A*CS/CC) 및 1/(A*CC/CSN)과 동일하다. 양호한 잡음 감소를 얻기 위해, 커패시터 CS(616) 및 커패시터 CC(618)의 크기는 10 x CSN(620) 정도이어야 하며, 따라서 전형적으로 10 내지 50 fF 정도이어야 한다. 이러한 해결책은 매우 양호한 잡음 감소 성능을 제공할 수 있지만, 이는 항상 충분한 IR 투명도를 제공하지 않을 수 있는데, 그 이유는 IR 방사선을 차단하지 않으면서 금속(MiM(metal-insulator-metal) 또는 3D 구조들을 가짐) 또는 실리콘 (트렌치 커패시터들을 가짐) 중 어느 하나에 더 큰 IR 투명 커패시터들을 구현하는 것이 어렵고, 일부 경우들에서 픽셀들이 원하는 것보다 더 크도록 요구할 수 있기 때문이다.
도 6b는 픽셀내 잡음 감소 회로(630)의 예를 도시한다. 회로(630)는 픽셀당 비교적 적은 디바이스들(예컨대, 비교적 적은 트랜지스터들)로 양호한 kTC 잡음 감소를 제공할 수 있고, 다수의 로우들 내의 픽셀들이 동시에 리셋될 수 있게 한다. 그러나, 회로(600)는 픽셀 판독 시간을 감소시키기 위해 (더 작고 더 낮은 전력 NMOS 트랜지스터들에 더하여) 더 크고 더 높은 전력 PMOS 트랜지스터(632)를 요구할 수 있다.
NMOS 및 PMOS 둘 모두가 감광성 재료를 지지하는 반도체 기판의 판독 회로부에 존재할 수 있다는 사실을 이용하여, 피드백 회로를 위한 증폭기(634)는 컬럼으로부터 회로(630) 내의 픽셀로 이동된다. 각각의 픽셀은, 리셋 동안 집적 노드(636)에서의 전압을 조절하기 위해 사용될 수 있는 전용 CMOS 증폭기(634)를 갖는다. 또한, 회로(630)에서, 도 6a에 도시된 픽셀내 커패시터들은, 피드백의 국부성(locality)으로 인해, 그러나 가능하게는 더 낮은 잡음 감소를 희생하면서, 강하(drop)될 수 있다. CMOS 증폭기(634)의 구현예는 픽셀별 n-우물을 사용한다. 이는 구현예 기술에 따라 최소 픽셀 크기를 제한할 수 있다. 그러나, 피드백의 국부성은 빠른 리셋 시간들을 제공할 수 있는데, 그 이유는 리셋 루프의 대역폭이 도 6a에 도시된 회로의 긴 컬럼 라인들에 의해 제한되지 않기 때문이다.
도 6c는 예시적인 픽셀-컬럼 잡음 감소 회로(640)를 도시한다. 회로(640)는 양호한 kTC 잡음 감소를 제공할 수 있고, 도 6a 및 도 6b를 참조하여 설명된 회로들보다 더 적은 컴포넌트들(예컨대, 픽셀당 단지 3개의 트랜지스터들(642, 644, 646))을 사용하여 구현될 수 있다. 회로(640)는 또한 도 6a 및 도 6b를 참조하여 설명된 회로들보다 더 작은 픽셀 크기들을 가능하게 할 수 있다.
컬럼 판독 트랜지스터들을 이용함으로써, 픽셀 소스 팔로워(pixel source follower) 및 선택 트랜지스터들(644, 646)은 공통 소스 증폭기로서 작용하도록 재구성될 수 있다. 그러나, 더 작은 픽셀에 대한 트레이드오프(trade-off)로서 판독 회로는 더 복잡해지고 동일한 판독 버스 상에서 다수의 픽셀들이 동시에 리셋되지 못할 수 있다. 이러한 트레이드오프가 수용가능한 경우, 회로(640)는 최소 수의 트랜지스터들로 그리고 커패시터들 없이 잡음 감소를 제공하고, 이는 작은 픽셀들에서도 IR 방사선 투과율을 최대화할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c를 참조하여 설명된 kTC 잡음 감소 회로들에 대한 대안으로서, 픽셀내 회로부에 전혀 영향을 주지 않지만, 대신에 시스템 측에 구현되는 kTC 잡음 감소가 사용될 수 있다. 하나의 옵션은 디지털 CDS이다. 이러한 모드에서, 모든 픽셀들은 롤링 셔터 방식으로 리셋되고, 리셋 레벨들은 어레이의 가장자리에의 ADC들에 의해 변환되고 이미지 센서 또는 ISP(image signal processor) 내의 어딘가에 메모리 프레임에 저장된다. 노출 제어에 의해 제어되는 프로그램가능 시간 후에, 모든 픽셀들은 롤링 셔터 방식으로 판독될 수 있고, 각각의 리셋 레벨은 칩 상에서 또는 ISP에서 디지털 방식으로 감산될 수 있다. 이러한 기법은 메모리 프레임을 동작시키기 위한 더 높은 구현 영역 및 전력 소비를 대가로 kTC 잡음 기여를 완전히 제거한다. 그러나, 시스템 측에서의 kTC 잡음 감소는 픽셀 회로부 내에서 최상의 IR 방사선 투명도를 제공한다.
도 7a 및 도 7b는 적층형 전자기 방사선 센서(700)(도 7a) 또는 적층형 전자기 방사선 센서(720)(도 7b)의 예시적인 정면도들을 도시하고, 더 구체적으로는, IR 센서(706) 상에 적층된 RGB 광 센서(704)(또는 다른 가시광 센서)의 픽셀 회로부(702)와 픽셀 프로세싱 칩(708) 사이의 상호접속부들의 예들을 도시한다. 도시된 바와 같이, IR 센서(706)의 컴포넌트들, 및 선택적으로 다른 컴포넌트들(710)(예컨대, 포커싱 요소들 및/또는 가시광 차단 필터)은 픽셀 회로부(702)와 픽셀 프로세싱 칩(708) 사이에 배치될 수 있다. RGB 광 센서(704)는 픽셀 회로부를 포함하는 반도체 기판으로부터 분리된 감광성 재료(예컨대, 층(730))를 가질 수도 있고 또는 갖지 않을 수도 있다. 유사하게, IR 센서(706)는 픽셀 회로부를 포함하는 반도체 기판으로부터 분리된 감광성 재료(도시되지 않음)를 가질 수도 있고 또는 갖지 않을 수도 있다.
도 7a에서, RGB 광 센서(704)의 픽셀 회로부(702)는 픽셀 회로부(702)와 픽셀 프로세싱 칩(708) 사이에 배치된 컴포넌트들/층들을 통해 라우팅되는 TSV들(TSV들(712, 714)을 포함함)을 사용하여 픽셀 프로세싱 칩(708) 내의 회로부에 전기적으로 접속될 수 있다. TSV들(712, 714)은 RGB 광 센서(704) 및 IR 센서(706)를 위한 픽셀 어레이들(716, 718) 밖에 위치될 수 있고, 픽셀 회로부(702)의 주변부 주위에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 아키텍처는 픽셀 회로부(702) 내의 픽셀들의 좌표 어드레싱(coordinate addressing)으로 구현될 수 있다. 개개의 픽셀들의 트랜지스터들과 공유 TSV들(712, 714) 사이의 접속부들은 수평 및 수직 버스들을 사용하여 이루어질 수 있는데, 이 버스들은 IR 방사선에 대해 투명할 수 있다. 수평 및 수직 버스들을 위해 사용될 수 있는 재료들의 예들은 ITO, 폴리실리콘 등을 포함한다. 유사한 재료들이 개개의 픽셀들의 트랜지스터들 및/또는 다른 컴포넌트들 사이의 로컬 접속부들을 위해 사용될 수 있다.
도 7b에서, RGB 광 센서(704)의 픽셀 회로부(702)는 또한 픽셀 회로부(702)와 픽셀 프로세싱 칩(708) 사이에 배치된 컴포넌트들/층들을 통해 라우팅되는 TSV들(722, 724, 726, 728)을 사용하여 픽셀 프로세싱 칩(708) 내의 회로부에 전기적으로 접속된다. 그러나, 도 7b에서, TSV들(722, 724, 726, 728)은 RGB 광 센서(704) 내의 개개의 픽셀들 또는 RGB 광 센서(704 702) 내의 픽셀들의 그룹들의 픽셀 회로부를 픽셀 프로세싱 칩(708)에 접속시킨다. 이러한 경우에, TSV들(722, 724, 726, 728)은 RGB 광 센서(704) 및 IR 센서(706)의 픽셀 어레이들(716, 71) 내에 위치될 수 있다. 개개의 픽셀들의 트랜지스터들 및/또는 다른 컴포넌트들 사이의 로컬 접속부들은 IR 방사선에 대해 투명한 재료들을 사용하여 제조될 수 있다.
IR 센서(706) 내의 픽셀들이 RGB 광 센서(704) 내의 픽셀들의 정수배인 크기를 가질 때, TSV들(722, 724, 726, 728)이 IR 방사선을 차단해야 하는 임의의 경향을 최소화하기 위해 TSV들(722, 724, 726, 728)은 IR 센서(706) 내의 픽셀들의 경계들을 따라 포지셔닝될 수 있다. 대안적으로, TSV들은 다른 방식들로 포지셔닝될 수 있다.
일부 실시예들에서, 도 7a에 도시된 상호접속부 옵션은 RGB 광 센서의 픽셀들의 좌표 어드레싱으로 구현될 수 있으며, RGB 광 센서(704)의 높은 프레임 레이트 동작을 달성하기 위해 저저항 버스들을 필요로 할 수 있다(또는 RGB 광 센서는 다른 이유들로 높은 프레임 레이트 동작을 달성할 필요가 있을 수 있음). 도 8a에 도시된 상호접속부 접근법은 도 7a에 도시된 상호접속부 옵션과 조합하여 사용될 수 있고, RGB 광 센서(704) 내의 픽셀들의 그룹들에 대한 저저항 (그리고 가능하게는 불투명한) 금속 버스들 및 RGB 광 센서(704) 내의 픽셀들의 그룹들 내의 투명한 로컬 접속부들의 조합을 제공한다. 대안적으로, 모든 신호들은 픽셀들 사이에서 라우팅되고, TSV들은 투명한 재료들을 사용하여 형성될 수 있다.
도 8a에 도시된 바와 같이, RGB 광 센서(704)의 픽셀(802)은 IR 센서(706)의 픽셀(804)보다 더 작을 수 있다. RGB-IR 픽셀들의 4-1, 16-1의 비(도시된 바와 같음) 또는 다른 비가 유용할 수 있으며, IR 센서(706)가 ToF 센서일 때 특히 유용할 수 있다.
RGB 픽셀들(802)의 클러스터에 대한 좌표 어드레싱을 제공하기 위한 저저항 버스들(806)(예컨대, 금속 버스들)은 IR 픽셀(804)의 주변부에 위치될 수 있다. IR 픽셀(804)의 주변부 상에 전형적으로 금속이고 불투명한 저저항 버스들(806)을 배치하는 것은 IR 픽셀(804)에 의해 수신되는 IR 방사선의 양에 크게 영향을 미치지 않을 수 있는데, 그 이유는 IR 픽셀(804)의 주변부가 전형적으로 IR 픽셀(804)의 IR 민감 영역이 아니기 때문이다.
도 8a에는 단지 소수의 수평 저저항 버스들(806)만이 도시되어 있지만, 풀-사이즈 RGB 픽셀 어레이는 픽셀 어레이 내의 픽셀들 모두에 접속되는 수평 버스 및 수직 버스 둘 모두를 포함하는 많은 버스들을 더 가질 수 있고, 일부 경우에는 픽셀 어레이의 전체 길이 또는 폭에 이른다. 저저항 버스들(806)은 개개의 픽셀들(802)을 RGB 픽셀 어레이의 주변부 주위에 배치된 각자의 TSV들에 접속시키는 데 사용될 수 있다.
투명 버스들(808)은 RGB 픽셀들(802)의 그룹 내의 RGB 픽셀들(802)을 국부적으로 접속시킬 수 있다. 투명 버스들(808)의 길이들은 저저항 버스들(806)의 길이들에 비해 작을 수 있고, 따라서 더 높은 저항 재료들(예컨대, ITO, 폴리실리콘 등)을 사용하여 투명 버스들(808)을 형성하는 것은 신호 세틀링(settling) 시간들 및 픽셀 판독 시간들에 비교적 작은 영향을 줄 수 있다.
도 8b는 도 8a에 도시된 RGB 픽셀들(802) 및 IR 픽셀(804)의 배열을 도시하지만, 이때, 도 7b를 참조하여 설명된 바와 같이, IR 센서의 픽셀 어레이 내에서, TSV들(722, 724, 726, 728)은 IR 픽셀(804) 주위에서 라우팅된다. 도 8b에 도시된 상호접속부는 IR 픽셀(804)의 주변부에서의 저저항 TSV들(722, 724, 726, 728)을, TSV들(722, 724, 726, 728)과 RGB 픽셀들(802)의 픽셀 회로부를 국부적으로 상호접속시키는 투명 버스들(810)과 조합시킨다.
도 9a 내지 도 9c 각각은, 신호들을 RGB 광 센서(704) 내의 픽셀 회로부(702)의 RGB 픽셀들로/로부터 라우팅하기 위한 추가적인 상호접속부 옵션들을 갖는, 도 7a에 도시된 적층형 전자기 방사선 센서(700)의 일부분을 도시한다. 도 9a는, 도 8a의 저저항 버스들(806) 및 투명 버스들(808)이 둘 모두 RGB 광 센서(704)의 픽셀 회로부(702)의 전자기 방사선 수신 표면(902) 상에 배치되는 예시적인 상호접속부 옵션을 도시한다.
도 9b는, 투명 버스들(808)은 픽셀 회로부(702)의 전자기 방사선 수신 표면(902) 상에 배치되고, 저저항 버스들(806)은 IR 센서(706)의 픽셀 회로부의 전자기 방사선 수신 표면(904) 상에 (예컨대, BSI 층의 전자기 방사선 수신 표면 상에) 배치되는 예시적인 상호접속부 옵션을 도시한다. 이러한 예에서, 투명 버스들(808)은 RGB 픽셀 회로부(702) 및 RGB 광 센서(704)와 IR 센서(706) 사이에 배치된 다른 컴포넌트들(710)을 통해 연장되는 TSV들(906, 908)에 의해 저저항 버스들(806)에 전기적으로 결합될 수 있다. TSV들(906, 908)은 투명한 또는 적어도 부분적으로 투과성인 재료(예컨대, ITO 또는 폴리실리콘)로 형성될 수 있다. 저저항 버스들(806)을 IR 센서(706)에 더 가깝게 이동시키고 투명한 재료의 TSV들을 형성하는 것은, 일부 경우에, 더 많은 IR 방사선이 IR 센서(706)에 도달할 수 있게 할 수 있다. 저저항 버스들(806)은 저저항 전도성 트레이스들(예컨대, 금속 트레이스들)에 의해 픽셀 회로부(702)의 주변부 주위에서 TSV들(712, 714)에 전기적으로 결합될 수 있다. 픽셀 회로부(702)와 TSV들(712, 714) 사이의 전기 접속부들 모두가 픽셀 회로부(702)의 표면(904) 상에서 제공될 때, TSV들(712, 714)은, 일부 경우에, 단지 픽셀 프로세싱 칩(708)과 표면(904) 사이에서만 연장될 수 있다.
도 9c는 도 9b에 도시된 상호접속부 옵션과 유사한 예시적인 상호접속부 옵션을 도시한다. 그러나, 투명 버스들(808)을 저저항 버스들(806)에 결합시키는 TSV들(906, 908)이 불투명한 재료(예컨대, 금속)로 형성된다. 저저항 버스들(806)을 IR 센서(706)에 더 가깝게 이동시키고 불투명한 재료의 TSV들을 형성하는 것은, 일부 경우에, IR 방사선이 RGB 광 센서(704)를 통과하면서 산란됨에 따라 IR 픽셀들 사이의 광학적 크로스토크를 완화시키는 데 도움을 줄 수 있다.
도 10 내지 도 13l은 반도체 기판(예컨대, 실리콘 기판) 내의 픽셀 회로부를 별개의 감광성 재료(또는 다른 전정색 감광층)에 접속시키는 전기 접촉부들에 대한 다양한 구성들을 예시한다. 픽셀 회로부와 감광성 재료 사이의 전기 접촉부들(예컨대, 도 3a, 도 3b, 도 4a 내지 도 4c, 도 5a, 도 5b, 도 7a, 도 7b, 또는 도 9a 내지 도 9c 중 임의의 것을 참조하여 설명된 전자기 방사선 센서들 중 임의의 것에 도시된 픽셀 회로부와 감광성 재료 사이의 접촉부들)은, 일부 경우에, 그들이 감광성 재료(또는 전정색 감광층)에 캐리어 선택적 오믹(Ohmic) 접촉부를 제공하도록 구성될 수 있다. IR 센서 상에 적층된 가시광 센서의 경우에, 전기 접촉부들은 또한 IR 센서에 의해 감지되는 IR 방사선(예컨대, 근적외선(near infrared, NIR) 방사선)에 매우 투명할 수 있다. 전기 접촉부들은 적합한 재료들의 이용가능성 및 픽셀 회로부의 설계에 따라 e- 선택적(ETL) 또는 h+ 선택적(HTL) 중 어느 하나일 수 있다. 픽셀 회로부를 감광성 재료에 접속시키기 위해 어느 유형의 전기 접촉부가 선택되든지, 반대 유형의 전기 접촉부가 감광성 재료의 전자기 방사선 수신 표면에 접속된 공통 전극(예컨대, 도 3b를 참조하여 설명된 공통 전극(312))에 사용될 수 있다. 가시광 센서(또는 스택의 상측 상의 전자기 방사선 센서)의 경우에, 감광성 재료의 표면들 둘 모두에 접속된 전극들 또는 전기 접촉부들은 가시광 센서 하방에 적층된 IR 센서(또는 스택의 하측 상의 전자기 방사선 센서)에 의해 감지되는 IR 방사선에 대해 높은 투명도를 가져야 하며, 감광성 재료의 전자기 방사선 수신 표면에 접속된 전극 또는 전기 접촉부는 또한 가시광(예컨대, RGB 광)에 대해 높은 투명도를 가져야 한다.
도 10은 감광성 재료(또는 다른 전정색 감광층)(1004)를 픽셀 회로부(1006)에 접속시키기 위한 전기 접촉부(1002)의 제1 예시적인 구성(1000)을 도시한다. 비아들(1008)은 이산화실리콘(SiO2) 층(1014) 내에 형성되고, 전기 접촉부들(1002)을 픽셀 회로부(1006)의 금속화물(예컨대, 전도체들)에 전기적으로 접속시킬 수 있다. 비아들(1008)은 IR 투명 비정질 실리콘(a-Si)과 같은 IR 투명 재료를 사용하여 SiO2 층(1014) 내에 형성될 수 있다.
전기 접촉부(1002)는 다층 전기 접촉부일 수 있고, 감광성 재료(1004)에 대한 오믹 및 캐리어 선택적 접촉부를 제조하기 위해 e-수송층(e-transport layer, ETL) 또는 h+ 수송층(h+ transport layer, HTL)으로서 구성된 제2 층(1012)으로 덮인, ITO 또는 알루미늄-도핑된-산화아연(aluminum-doped-zinc-oxide, AZO)의 제1 층(1010)을 포함할 수 있다.
전기 접촉부(1002)가 전자들(e-)을 수집하도록 구성되기 위해, 제2 층(1012)이 ETL일 때, 제1 층(1010)은 ITO를 포함하는 깊은 일함수 투명 금속, 또는 AZO를 포함하는 얕은 일함수 투명 금속 중 어느 하나일 수 있다. ETL/ITO 계면에 형성된 장벽이 캐리어 터널링을 위해 충분히 얇도록, ETL 제2 층(1012)이 충분히 도핑되는 경우, ITO와 같은 깊은 일함수 금속이 사용될 수 있지만, AZO와 같은 얕은 일함수 금속이 오믹 접촉부에 더 선호될 수 있다는 것에 유의한다.
전기 접촉부(1002)가 정공들(h+)을 수집하도록 구성되기 위해, 제2 층(1012)이 HTL일 때, 제1 층(1010)은 또 다시 깊은 일함수 투명 금속 또는 얕은 일함수 투명 금속 중 어느 하나일 수 있다.
도 11은 감광성 재료(또는 다른 전정색 감광층)(1104)를 픽셀 회로부(1106)에 접속시키기 위한 전기 접촉부(1102)의 제2 예시적인 구성(1100)을 도시한다. 비아들(1108)은 SiO2 층(1110) 내에 형성되고, 전기 접촉부들(1102)을 픽셀 회로부(1106)의 금속화물(예컨대, 전도체들)에 전기적으로 접속시킬 수 있다. 비아들(1108)은 IR 투명 비정질 실리콘(a-Si)과 같은 IR 투명 재료를 사용하여 SiO2 층(1110) 내에 형성될 수 있다.
전기 접촉부(1102)는 단일 층 전기 접촉부일 수 있고, 감광성 재료(1104)에 대한 오믹 및 캐리어 선택적 접촉부를 제조하기 위해 e-수송층(ETL)을 제공할 수 있는 AZO를 사용하여 형성될 수 있다.
도 12는 감광성 재료(또는 다른 전정색 감광성 재료)(1204)를 픽셀 회로부(1206)에 접속시키기 위한 전기 접촉부(1202)의 제3 예시적인 구성(1200)을 도시한다. 비아들(1208)은 SiO2 층(1214) 내에 형성되고, 전기 접촉부들(1202)을 픽셀 회로부(1206)의 금속화물(예컨대, 전도체들)에 전기적으로 접속시킬 수 있다. 비아들(1208)은 IR 투명 비정질 실리콘(a-Si)과 같은 IR 투명 재료를 사용하여 SiO2 층(1214) 내에 형성될 수 있다.
전기 접촉부(1202)는 다층 전기 접촉부일 수 있고, 감광성 재료(1204)에 대한 오믹 및 캐리어 선택적 접촉부를 제조하기 위해 e-수송층(ETL) 또는 h+ 수송층(HTL)으로서 구성된 제2 층(1212)으로 덮인, 비아들(1208)을 형성하는 데 사용되는 동일한 IR 투명 비정질 실리콘의 제1 층(1210)을 포함할 수 있다. 이러한 구성에서, a-Si는 전기 접촉부(1202)의 치수들에 걸쳐 임의의 오믹 전압 손실을 최소화하도록 선택될 수 있다.
전기 접촉부(1202)가 전자들(e-)을 수집하도록 구성되기 위해, 제2 층(1212)이 ETL일 때, 제1 층(1210)은 n-도핑된 a-Si일 수 있다. 대안적인 실시예에서, 감광성 재료(1204)에 맞는 에너지 레벨을 갖는 n-도핑된 a-Si가 제2 층(1212) 없이 사용될 수 있다(그리고 ETL 자체로서 기능할 수 있음).
전기 접촉부(1202)가 정공들(h+)을 수집하도록 구성되기 위해, 제2 층(1212)이 HTL일 때, 제1 층(1210)은 p-도핑된 a-Si일 수 있다. 대안적인 실시예에서, 감광성 재료(1204)에 맞는 에너지 레벨을 갖는 p-도핑된 a-Si가 제2 층(1212) 없이 사용될 수 있다(그리고 HTL 자체로서 기능할 수 있음).
도 10 내지 도 12에 도시된 상호접속부 구성들에서, 적합한 ETL 재료들은 산화아연(ZnO), 이산화티타늄(TiO2), 니오븀-도핑된 산화티타늄(Nb:TiO2), 산화주석(IV)(SnO2), 주석-도핑된 이산화티타늄(Sn:TiO2), 또는 알루미늄-도핑된 산화아연(Al:ZnO 또는 AZO)을 포함한다. 또한, 도 10 내지 도 12에 도시된 상호접속부 구성들에서, 적합한 HTL 재료들은 삼산화몰리브덴(MoO3), 삼산화텅스텐(WO3), 오산화바나듐(V2O5), 산화니켈(II)(NiO), 티오시안산구리(CuSCN), 산화구리(II)(CuO), 또는 주석-도핑된 산화인듐(Sn:In2O3 또는 ITO)을 포함한다.
또한, 도 10 내지 도 12에 도시된 상호접속부 구성들에서, 가시광 센서(또는 스택의 상측 상의 전자기 방사선 센서) 내의 감광성 재료의 하측 표면 상의 전기 접촉부들에 접속되고 가시광 센서의 반도체 기판을 통해 연장되는 비아들은 가시광 센서 하방에 적층된 IR 센서에 의해 감지되는 IR 방사선(예컨대, NIR 방사선)에 대해 높은 투명도를 갖는 비정질 실리콘 및/또는 다른 전도성 재료들을 사용하여 형성될 수 있다. 비정질 실리콘은 적합한 옵션일 수 있는데, 그 이유는 그것이 결정질 실리콘보다 더 넓은 대역갭을 갖고 NIR 파장 범위 내에서 양호한 투명도를 갖기 때문이다. 또한, 그것은 높은 전도도를 제공하기 위해 n형 또는 p형 재료 중 어느 하나 또는 둘 모두로서 고농도로 도핑될 수 있고, 종래의 CMOS 프로세싱에서 비정질 실리콘으로 형성된 높은 종횡비 비아들을 충전하기 위한 잘 개발된 프로세스들이 존재한다.
도 13a는 감광성 재료(또는 다른 전정색 감광성 재료)(1304)를 픽셀 회로부(1306)에 접속시키기 위한 제4 예시적인 구성(1300)을 도시한다. 이러한 구성에서, 감광성 재료(1304)는 공핍된 실리콘 다이오드(1308) 바로 위에 침착되어, 전정색 실리콘 이종접합 포토다이오드를 형성한다. 이종접합은 0 kTC 잡음을 허용하도록 완전히 공핍될 수 있다. 공핍된 실리콘 다이오드(1308)는 전정색 실리콘 이종접합 포토다이오드를 충전하도록/비우도록 허용하기 위해 전송(Tx) 게이트와 집적될 수 있다.
도 13a에 추가로 도시된 바와 같이, 그리고 일부 실시예들에서, 감광성 재료(1304)는 저농도로 도핑된 n형 감광성 재료(1304)일 수 있고, 저농도로 도핑되고 공핍된 p형 실리콘 층 또는 영역(p-Si)(1310)과 직접 접촉할 수 있다. p형 실리콘 층의 배면(1312)은 n형 주입부(1314)(n-우물)를 포함할 수 있으며, 이는 실리콘 다이오드(1308)를 완성하고 저농도로 도핑된 p형 실리콘 영역(또는 층)(1310)의 완전한 공핍을 허용한다. 대안적인 실시예에서, 감광성 재료(1304)는 저농도로 도핑된 p형 감광성 재료(1304)일 수 있고, n형 주입부(1314)는 저농도로 도핑된 p형 실리콘 영역(1310) 및 저농도로 도핑된 p형 감광성 재료(1304) 둘 모두를 완전히 공핍시킬 수 있다.
상이한 픽셀들에 접속된 공핍된 실리콘 다이오드들(1308)은 DTI(deep trench isolation)(1320)의 벽들에 의해 서로, 또는 다른 픽셀 회로부로부터 분리될 수 있다.
도 13b는 도 13a에 도시된 상호접속부의 변형(1316)을 도시하며, 여기서 고농도로 도핑된 p형(p+) 주입부(1318)는 감광성 재료(1304) 및 저농도로 도핑되고 공핍된 p형 실리콘 영역(1310)의 계면에 제공된다. p형 주입부(1318)의 목적은 p형 실리콘 영역(1310)에 대한 핀닝(pinning) 주입부를 제조하는 것인데, 이 핀닝 주입부는, p형 실리콘 영역(1310)이 댕글링 본드(dangling bond) 밀도가 높은 전정색 실리콘 계면까지 완전히 공핍되지 않게 한다. 이는 전정색 실리콘 이종접합 포토다이오드의 암전류를 감소시킬 수 있다. p형 주입부(1318)는 또한 저농도로 도핑된 n형 감광성 재료(1304)를 공핍시키는 것을 도울 수 있다.
도 13c 내지 도 13l은 도 13a 또는 도 13b에 도시된 구조와 조합될 수 있는 추가의 설계 특징부들의 예들을 예시한다. 도 13c는 본 명세서에 설명된 QF/실리콘 이종접합 디바이스들에서 구현될 수 있는 이종접합(1300c)의 일례를 예시한다. 도 13c는 저농도로 도핑되거나 n-도핑된 실리콘 영역(또는 n-우물)(1305c) 및 p-도핑된 실리콘 영역(또는 층)(1310c)을 묘사한다. 대체적으로, 실리콘은 재료의 전도성을 바꾸고/바꾸거나 제어하기 위해 불순물들 또는 도펀트들이 주입될 수 있다. 도 13c에 예시된 바와 같이, p-도핑된 실리콘 영역(1310c)은 진성 QF(1315c)와 이종접합을 형성할 수 있다. 진성 QF(1315c)는 p-도핑된 QF(1320c)에 인접할 수 있으며, 이는 상측 접촉부(1325c)와 접촉할 수 있다. 진성 QF 및 p-도핑된 QF는 함께 도 3a, 도 3b, 도 4a 내지 도 4c, 도 5a, 및 도 5b를 참조하여 설명된 QF들을 형성할 수 있다. 일부 예들에서, QF(1315c)는 진성이 아닐 수 있다. 대신에, 도핑, 예를 들어 n형 또는 p형 도핑은, 전기장이 QF 층에 걸쳐 균일할 수 있게, 재료가 상측 접촉부(1325c)에 인가되는 바이어스 아래에서 완전히 공핍될 수 있을 정도로 충분히 낮을 수 있다. 추가적으로, 일부 예들에서, 진성 QF(1315c)는 저농도로 도핑된 QF들일 수 있다.
도 13c에 예시된 바와 같이, 전자기 방사선은 상측 접촉부(1325c)의 방향으로부터 디바이스에 입사될 수 있다. 추가적으로, 도 13c에서, QF 바이어스(1330c)는 상측 접촉부(1325c)에 인가될 수 있다. 추가로, 디바이스는 다양한 이미지 센서 구성들에서 본 명세서에 설명된 픽셀의 컴포넌트일 수 있다.
도 13c의 이종접합은 완전한 픽셀을 구현하기 위해 하나 이상의 트랜지스터들과 조합될 수 있다. 픽셀의 개개의 구성들은 변화될 수 있고, 의도된 동작 응용예들, 예컨대 iToF, dToF, 롤링 셔터, 글로벌 셔터 등에 따를 수 있다. 추가적으로, 본 명세서에서 논의되는 다양한 구현예들이 QF로부터 실리콘으로의 그리고 실리콘 내의 전자 수집으로의 전자 수송을 가정하며 논의될 수 있지만, 다른 유사한 설계들이, 정공들이 실리콘으로 수송될 수 있고 정공 수집이 실리콘의 p-도핑된 노드에서 발생할 수 있도록 구현될 수 있다.
도 13c에 도시된 바와 같이, 이종접합(1300c)은 이산화실리콘의 절연층을 포함하지 않을 수 있다. 절연층이 없더라도, 수집 노드에서의 전자 수집은 여전히 일어날 수 있다. 이는 이종접합 디바이스에 바이어스가 인가된 후에 실리콘의 p/n 접합부에서 생성될 수 있는 전기장으로 인해 달성될 수 있다.
도 13c의 예에서, p-도핑된 실리콘 영역(또는 층)(1310c)이 n-우물(1305c) 수집 노드와 진성 QF(1315c) 사이에서 활용되어 QF/실리콘 계면에서의 실리콘의 공핍을 최소화하고/하거나 방지할 수 있다. 추가적으로, 이종접합(1300c)에 사용되는 재료들의 에너지 레벨들은 에너지 레벨이 "캐스케이딩(cascading)"하도록 선택될 수 있다. 에너지 레벨들이 캐스케이딩하는 것은, 전자들이, 장벽들 없이 QF/실리콘 계면을 가로질러 수송되고/되거나 이동하는 것을 허용할 수 있다. 추가로, 전자들은, 장벽들 없이, QF로부터 n-우물(1305c)로 이동할 수 있다. 각각의 이종접합들이 n-우물 내에 p+ 도핑된 영역을 포함하지 않더라도, 일부 실시예들에서, p+ 영역이 n-우물 내에 포함될 수 있다.
본 명세서에 논의된 바와 같이, p-도핑된 실리콘이 QF/실리콘 계면에서의 공핍을 방지하는 데 사용될 수 있을지라도, 일부 실시예들에서, 댕글링 본드들이 여전히 계면에 존재할 수 있다. 이러한 예에서, 페르미(Fermi) 레벨은, 댕글링 본드들로부터 생성되는 임의의 암전류가 느리게 생성될 수 있게 대역 가장자리에 충분히 가까울 수 있다. 따라서, 이종접합은 충분히 패시베이션(passivation)된 것으로 고려될 수 있다.
도 13d는 본 명세서에 설명된 QF/실리콘 이종접합 디바이스들에서 구현될 수 있는 이종접합(1300d)의 다른 예를 예시한다. 도 13c와 유사하게, 도 13d는 저농도로 n-도핑된 실리콘 영역 또는 n-우물(1305d) 및 p-도핑된 실리콘 영역(1310d)을 묘사한다. 도 13d에 예시된 바와 같이, p-도핑된 실리콘 영역(또는 층)(1310d)은 진성 QF(1315d)와 이종접합을 형성할 수 있지만, 중간 계면 패시베이션층(1312d)을 또한 포함할 수 있다. 진성 QF(1315d)는 상측 접촉부(1325d)와 접촉할 수 있다. 도 13c의 예와 유사하게, 광은 상측 접촉부(1325d)의 방향으로부터 디바이스에 입사될 수 있다. 추가로, 디바이스는 다양한 이미지 센서 구성들에서 본 명세서에 설명된 픽셀의 컴포넌트일 수 있다.
도 13d에서, p-도핑된 실리콘 층과 진성 QF(1315d)의 계면은 댕글링 본드들을 가질 수 있다. 비록 도 13c와 관련하여 앞서 논의된 바와 같이, 이종접합은 충분히 패시베이션된 것으로 고려될 수 있지만, 대안적인 패시베이션 방법들이 본 명세서에서 논의된다. 일부 예들에서, 계면 패시베이션층(1312d)은 QF/실리콘 계면에서의 댕글링 본드들의 밀도를 감소시키는 데 사용될 수 있다. 일례에서, 계면 패시베이션층(1312d)은, 둘 모두 패시베이션을 위해 사용될 수 있는, Al2O3 또는 HFO2와 같은, 그러나 이로 제한되지 않는 산화물들을 포함할 수 있는 다이폴(dipole)일 수 있다. 이러한 예에서, 다이폴 함유 산화물은, 대략적으로, 3nm의, 약 3nm의, 또는 3nm 미만과 같이 전자들이 터널링하기에 충분히 얇을 수 있는 산화물을 가질 수 있다.
본 명세서에 설명된 바와 같이, 다이폴 유도 층이 QF/실리콘 계면에 삽입되어 댕글링 본드들을 적어도 부분적으로 패시베이션할 수 있다. 일례에서, QF가 더 작은 대역갭, 예를 들어,.9eV를 가질 때, 적어도 부분적으로 진성 QF의 전도대 가장자리와 n-도핑된 실리콘 사이의 오프셋으로 인해 전자 수집(Φb)에 대한 장벽이 있을 수 있다. 이러한 오프셋은 진공도를 시프트시킬 수 있는 QF/실리콘 계면에 또는 그 주위에 다이폴 유도 층을 삽입함으로써 해결될 수 있다.
QF/실리콘 계면에서 계면을 패시베이션하기 위한 다른 접근법은 비정질 실리콘을 채용하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 비정질 실리콘은 다이폴 함유 산화물 패시베이션 방법보다 더 두꺼울 수 있다. 예를 들어, 비정질 실리콘의 유리한 전자 수송 속성들로 인해, 비정질 실리콘은 3 내지 100nm의 대략적인 범위에 있을 수 있다.
QF/실리콘 계면을 패시베이션하기 위한 또 다른 접근법은 분자 처리에 의한 실리콘 패시베이션을 활용할 수 있다. 이러한 방법은 요오드화물 및 브롬화물과 같은 알킬 할로겐화물과의 반응에 의한 H-말단 실리콘의 알킬화를 포함할 수 있다. 이러한 방법은 H-말단 실리콘과 알켄 및 알킨, HF 수소화, 또는 NH4F 수소화의 반응에 의해 추가로 달성될 수 있다.
다른 실리콘 패시베이션 방법을 채용하는 것은 상이한 결정질 실리콘 배향들을 사용하는 것을 포함할 수 있다. 실리콘의 상이한 결정 성장 배향들은 QF/실리콘 계면에서의 댕글링 본드들의 밀도들을 바꿀 수 있다. Si(111)의 밀러 지수(Miller Indices)는 실리콘 원자당 하나의 H 본드를 가질 수 있는 반면, Si(100)는 2개의 H 본드들을 가질 수 있다. 실리콘 결정 성장 배향들을 바꾸는 것은 다른 패시베이션 전략들의 유효성에 영향을 미치고/미치거나 그것을 바꿀 수 있다.
도 13e는 본 명세서에 설명된 QF/실리콘 이종접합 디바이스들에서 구현될 수 있는 이종접합(1300e)의 일례를 예시한다. 도 13c와 유사하게, 도 13e는 저농도로 n-도핑된 실리콘 영역 또는 n-우물(1305e) 및 p-도핑된 실리콘 영역(또는 층)(1310e)을 묘사한다. 도 13e에 예시된 바와 같이, p-도핑된 실리콘 영역(1310e), p-도핑된 실리콘은 진성 QF(1315e)와 이종접합을 형성할 수 있다. 도 13e에서, 전기 절연층(1311e)은 p-도핑된 실리콘 영역(1310e)과 진성 QF(1315e) 사이에 위치된 부분 층일 수 있다. 도 13e의 다른 태양들은 도 13c 및 도 13d에 관련하여 설명된 요소들과 유사할 수 있다.
도 13e에서, 전기 절연층(1311e)은, 전기 절연층이 위치되는 영역들에서 p-도핑된 실리콘 영역(1310e)으로부터 진성 QF(1315e)를 전기적으로 절연시킬 수 있는 임의의 재료일 수 있다. 일부 예들에서, 재료는 이산화실리콘, SiO2와 같은 산화물일 수 있다. 묘사된 바와 같이, 전기 절연층은 p-도핑된 실리콘 영역(1310e)으로부터 진성 QF(1315e)를 부분적으로 분리시킨다. 이러한 전기 절연층은 픽셀을 QF 계면에 대해 전기적으로 절연시키고 실리콘 내에 수집 노드 영역을 더 잘 정의하는 데 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 전기 절연층은 도 12d의 계면 패시베이션층의 부분일 수 있다.
도 13f는 본 명세서에 설명된 QF/실리콘 이종접합 디바이스들에서 구현될 수 있는 이종접합(1300f)의 일례를 예시한다. 도 13c 내지 도 13e와 유사하게, 도 13f는 저농도로 n-도핑된 실리콘 영역 또는 n-우물(1305f) 및 p-도핑된 실리콘 영역(또는 층)(1310f)을 묘사한다. 도 13f에 예시된 바와 같이, p-도핑된 실리콘 영역(1310f), p-도핑된 실리콘은 진성 QF(1315f)와 이종접합을 형성할 수 있다. 도 13f에서, 전기 절연층(1311f)은 p-도핑된 실리콘 영역(1310f)과 진성 QF(1315f) 사이에 위치된 부분 층일 수 있다. 도 13f에서, 전기 절연층(1311f)은 도 13e의 전기 절연층(1311e)과 유사한 속성들을 가질 수 있다. 추가적으로, 도 13f에서, 전자기 방사선 차폐층(1313f)이 전기 절연층(1311f)과 진성 QF(1315f) 사이에 위치될 수 있다. 도 13f의 다른 태양들은 도 13c 내지 도 13e에 관련하여 설명된 요소들과 유사할 수 있다.
도 13f에서, 전자기 방사선 차폐층(1313f)은 광학적으로 흑색인 재료(즉, 일정 범위의 파장들을 실질적으로 흡수하는 재료, 여기서 실질적 흡수는 적어도 50% 흡수율, 그리고 바람직하게는 적어도 70%, 80%, 또는 90% 흡수율로 정의됨)일 수 있다. 이러한 층은 전자기 방사선 및/또는 광으로부터 판독 회로부를 적어도 부분적으로 차폐하기 위해 이종접합(1300f)에 추가될 수 있다. 차폐층(1313f)은, 입사광이 대략적으로, 1100nm의, 약 1100nm의, 또는 1100nm 미만의 파장과 같은 실리콘에 의해 흡수될 수 있는 파장일 수 있을 때 판독 회로부를 차폐하는 데 효과적일 수 있다. 차폐층(1313f)은 금속 또는 감광성 중합체를 포함하지만 이로 제한되지 않는 광학적으로 흑색인 임의의 재료일 수 있다.
도 13g는 본 명세서에 설명된 QF/실리콘 이종접합 디바이스들에서 구현될 수 있는 이종접합(1300g)의 일례를 예시한다. 도 13c 내지 도 13f와 유사하게, 도 13g는 저농도로 n-도핑된 실리콘 영역 또는 n-우물(1305g) 및 p-도핑된 실리콘 영역(또는 층)(1310g)을 묘사한다. 도 13g에 예시된 바와 같이, p-도핑된 실리콘 영역(1310g), p-도핑된 실리콘은 진성 QF(1315g)와 이종접합을 형성할 수 있지만, 중간 계면 패시베이션층(1312g)을 또한 포함할 수 있다. 도 13g에서, 전기 절연층(1311g)은 계면 패시베이션층(1312g)에 인접하게 위치된 부분 층일 수 있다. 도 13g에서, 전기 절연층(1311g)은 도 13e의 전기 절연층(1311e)과 유사한 속성들을 가질 수 있다. 추가적으로 도 13g에서, 전자기 방사선 차폐층(1313g)이 전기 절연층(1311g)에 인접하게 위치될 수 있다. 도 13g에 예시된 구성은 일례이며, 층들은 임의의 다른 적절한 순서로 위치될 수 있다. 도 13g의 다른 태양들은 도 13c 내지 도 13f에 관련하여 설명된 요소들과 유사할 수 있다.
도 13d와 유사하게, 도 13g에서, p-도핑된 실리콘 층과 진성 QF(1315g)의 계면은 댕글링 본드들을 가질 수 있다. 비록 도 13c와 관련하여 앞서 논의된 바와 같이, 이종접합은 충분히 패시베이션된 것으로 고려될 수 있지만, 대안적인 패시베이션 방법들이 본 명세서에서 논의된다. 일부 예들에서, 계면 패시베이션층(1312g)은 QF/실리콘 계면에서의 댕글링 본드들의 밀도를 감소시키는 데 사용될 수 있다. 일례에서, 계면 패시베이션층(1312g)은, 둘 모두 패시베이션을 위해 사용될 수 있는, Al2O3 또는 HFO2와 같은, 그러나 이로 제한되지 않는 산화물들을 포함할 수 있는 다이폴일 수 있다. 이러한 예에서, 다이폴 함유 산화물은, 대략적으로, 3nm의, 약 3nm의, 또는 3nm 미만과 같이 전자들이 터널링하기에 충분히 얇을 수 있는 산화물을 가질 수 있다.
도 13h는 본 명세서에 설명된 QF/실리콘 이종접합 디바이스들에서 구현될 수 있는 이종접합(1300h)의 일례를 예시한다. 도 13h는 저농도로 n-도핑된 실리콘 영역 또는 n-우물(1305h) 및 p-도핑된 실리콘 영역(또는 층)(1310h)을 묘사한다. 도 13h에 예시된 바와 같이, n-도핑된 실리콘은 진성 QF(1315h)와 이종접합을 형성할 수 있다. 도 13h의 다른 태양들은 도 13c 내지 도 13g에 관련하여 설명된 요소들과 유사할 수 있다.
도 13h에 도시된 바와 같이, 이종접합(1300h)은 이산화실리콘의 절연층을 포함하지 않을 수 있다. 이와 같이, 도 13h에 묘사된 QF/실리콘 계면에서, 패시베이션되지 않은 실리콘 댕글링 본드들로 인해 다수의 계면 상태들이 존재할 수 있다. 예에서, 실리콘은 계면에서 완전히 공핍될 수 있고, 댕글링 본드들은 암전류에 대한 생성 중심들일 수 있다. 추가적으로, 그리고 도 13d에 논의된 바와 같이, 이종접합(1300h)은 QF/실리콘 계면에서의 계면 상태들의 영향들을 완화시키기 위해 QF와 실리콘 사이에 패시베이션층을 포함할 수 있다.
도 13i는 본 명세서에 설명된 QF/실리콘 이종접합 디바이스들에서 구현될 수 있는 이종접합(1300i)의 다른 예를 예시한다. 도 13d와 유사하게, 도 13i는 저농도로 n-도핑된 실리콘 영역 또는 n-우물(1305i) 및 p-도핑된 실리콘 영역(1310i)을 묘사한다. 도 13i에 예시된 바와 같이, n-우물(1305i)은 진성 QF(1315i)와 이종접합을 형성할 수 있지만, 중간 계면 패시베이션층(1312i)을 또한 포함할 수 있다. 진성 QF(1315i)는 상측 접촉부(1325i)와 접촉할 수 있다. 도 13d의 예와 유사하게, 광은 상측 접촉부(1325i)의 방향으로부터 디바이스에 입사될 수 있다. 추가로, 디바이스는 다양한 이미지 센서 구성들에서 본 명세서에 설명된 픽셀의 컴포넌트일 수 있다.
도 13d와 유사하게, 도 13i에서, n-우물 층과 진성 QF(1315i)의 계면은 댕글링 본드들을 가질 수 있다. 일부 예들에서, 계면 패시베이션층(1312i)은 전자들이 층을 통해 터널링하기에 충분히 얇을 수 있으며, 이에 따라 n-우물 층과 진성 QF 사이에 효과적인 계면을 생성한다. 비록 도 13c와 관련하여 앞서 논의된 바와 같이, 이종접합은 충분히 패시베이션된 것으로 고려될 수 있지만, 대안적인 패시베이션 방법들이 본 명세서에서 논의된다. 일부 예들에서, 계면 패시베이션층(1312i)은 QF/실리콘 계면에서의 댕글링 본드들의 밀도를 감소시키는 데 사용될 수 있다. 일례에서, 계면 패시베이션층(1312i)은, 둘 모두 패시베이션을 위해 사용될 수 있는, Al2O3 또는 HFO2와 같은, 그러나 이로 제한되지 않는 산화물들을 포함할 수 있는 다이폴일 수 있다. 이러한 예에서, 다이폴 함유 산화물은, 대략적으로, 3nm의, 약 3nm의, 또는 3nm 미만과 같이 전자들이 터널링하기에 충분히 얇을 수 있는 산화물을 가질 수 있다.
도 13j는 본 명세서에 설명된 QF/실리콘 이종접합 디바이스들에서 구현될 수 있는 이종접합(1300j)의 일례를 예시한다. 도 13h와 유사하게, 도 13j는 저농도로 n-도핑된 실리콘 영역 또는 n-우물(1305j) 및 p-도핑된 실리콘 영역(또는 층)(1310j)을 묘사한다. 도 13j에 예시된 바와 같이, n-도핑된 실리콘(n-우물)은 진성 QF(1315j)와 이종접합을 형성할 수 있다. 도 13j의 다른 태양들은 도 13c 내지 도 13i에 관련하여 설명된 요소들과 유사할 수 있다.
도 13j에서, 전기 절연층(1311j)은, 전기 절연층이 위치되는 영역들에서 p-도핑된 실리콘 영역(1310j)으로부터 진성 QF(1315j)를 전기적으로 절연시킬 수 있는 임의의 재료일 수 있다. 일부 예들에서, 전기 절연 재료는 이산화실리콘, SiO2와 같은 산화물일 수 있다. 도 13j에 묘사된 바와 같이, 전기 절연층은 n-우물(1305j) 및 p-도핑된 실리콘 영역(1310j)으로부터 진성 QF(1315j)를 부분적으로 분리시킨다. 이러한 전기 절연층은 픽셀을 QF 계면에 대해 전기적으로 절연시키고 실리콘 내에 수집 노드 영역을 더 잘 정의하는 데 사용될 수 있다.
도 13k는 본 명세서에 설명된 QF/실리콘 이종접합 디바이스들에서 구현될 수 있는 이종접합(1300k)의 일례를 예시한다. 도 13c 내지 도 13j와 유사하게, 도 13k는 저농도로 n-도핑된 실리콘 영역 또는 n-우물(1305k) 및 p-도핑된 실리콘 영역(또는 층)(1310k)을 묘사한다. 도 13k에 예시된 바와 같이, n-도핑된 실리콘은 진성 QF(1315k)와 이종접합을 형성할 수 있다. 도 13k에서, 전기 절연층(1311k)은 n-우물(1305k) 및 p-도핑된 실리콘 영역(1310k)을 포함하는 층과 진성 QF(1315k) 사이에 위치된 부분 층일 수 있다. 도 13k에서, 전기 절연층(1311k)은 도 13e의 전기 절연층(1311e)과 유사한 속성들을 가질 수 있다. 추가적으로 도 13k에서, 전자기 방사선 차폐층(1313k)이 전기 절연층(1311k)과 진성 QF(1315k) 사이에 위치될 수 있다. 도 13k의 다른 태양들은 도 13c 내지 도 13j에 관련하여 설명된 요소들과 유사할 수 있다.
도 13k에서, 전자기 방사선 차폐층(1313k)은 광학적으로 흑색인 재료일 수 있다. 이러한 층은 전자기 방사선 및/또는 광으로부터 판독 회로부를 적어도 부분적으로 차폐하기 위해 이종접합(1300k)에 추가될 수 있다. 차폐층(1313k)은, 입사광이 대략적으로, 1100nm의, 약 1100nm의, 또는 1100nm 미만의 파장과 같은 실리콘에 의해 흡수될 수 있는 파장일 수 있을 때 판독 회로부를 차폐하는 데 효과적일 수 있다. 차폐층(1313k)은 금속 또는 흡수 중합체를 포함하지만 이로 제한되지 않는 광학적으로 흑색인 임의의 재료일 수 있다.
도 13l은 본 명세서에 설명된 QF/실리콘 이종접합 디바이스들에서 구현될 수 있는 이종접합(1300l)의 일례를 예시한다. 도 13c 내지 도 13k와 유사하게, 도 13l은 저농도로 n-도핑된 실리콘 영역 또는 n-우물(1305l) 및 p-도핑된 실리콘 영역(또는 층)(1310l)을 묘사한다. 도 13l에 예시된 바와 같이, n-우물(1305l)은 진성 QF(1315l)와 이종접합을 형성할 수 있지만, 중간 계면 패시베이션층(1312l)을 또한 포함할 수 있다. 도 13l에서, 전기 절연층(1311l)은 중간 계면 패시베이션층(1312l)에 인접하게 위치된 부분 층일 수 있다. 도 13l에서, 전기 절연층(1311l)은 도 13e의 전기 절연층(1311e)과 유사한 속성들을 가질 수 있다. 추가적으로 도 13l에서, 전자기 방사선 차폐층(1313l)이 전기 절연층(1311l)과 계면 패시베이션층(1312l) 사이에 위치될 수 있다. 도 13l의 다른 태양들은 도 13c 내지 도 13k에 관련하여 설명된 요소들과 유사할 수 있다.
도 13d와 유사하게, 도 13l에서, n-우물 층과 진성 QF(1315l)의 계면은 댕글링 본드들을 가질 수 있다. 일부 예들에서, 계면 패시베이션층(1312l)이 n-우물 층과 진성 QF 층 사이에 있지만, 패시베이션층은 전자들이 패시베이션층을 통해 터널링할 수 있기에 충분히 얇을 수 있으며, 이에 따라 n-우물 층과 진성 QF 층이 효과적으로 인접하게 될 수 있다. 비록 도 13c와 관련하여 앞서 논의된 바와 같이, 이종접합은 충분히 패시베이션된 것으로 고려될 수 있지만, 대안적인 패시베이션 방법들이 본 명세서에서 논의된다. 일부 예들에서, 계면 패시베이션층(1312l)은 QF/실리콘 계면에서의 댕글링 본드들의 밀도를 감소시키는 데 사용될 수 있다. 일례에서, 계면 패시베이션층(1312l)은, 둘 모두 패시베이션을 위해 사용될 수 있는, Al2O3 또는 HFO2와 같은, 그러나 이로 제한되지 않는 산화물들을 포함할 수 있는 다이폴일 수 있다. 이러한 예에서, 다이폴 함유 산화물은, 대략적으로, 3nm의, 약 3nm의, 또는 3nm 미만과 같이 전자들이 터널링하기에 충분히 얇을 수 있는 산화물을 가질 수 있다.
적층형 전자기 방사선 센서를 제조하기 위한 예시적인 프로세스(1400)가 도 14a에 도시되어 있다. 예로서, 프로세스(1400)는 IR 센서 상에 적층된 RGB 광 센서를 참조하여 설명되는데, 여기서 RGB 광 센서는 반도체 기판 상에 침착된 감광성 재료를 포함하고, IR 센서는 실리콘계 센서이다.
프로세스(1400) 내의 하나의 단계에서, RGB 광 센서를 위한 반도체 기판(예컨대, 실리콘 기판)(1402)이 FSI 프로세스에 따라 형성될 수 있으며, 이때 그의 전면(1404)은 더미 웨이퍼(1406)에 대면하면서 적층된다. 반도체 기판(1402) 및 더미 웨이퍼(1406)는 일시적인 웨이퍼 본딩 프로세스를 사용하여 연결될 수 있다. 본딩 후에, 반도체 기판(1402)은 수 마이크로미터로 박화될 수 있다. IR 센서를 위한 반도체 기판(예컨대, 실리콘 기판)(1408)이 BSI 프로세스에 따라 형성될 수 있으며, 이때 그의 전면은 픽셀 프로세싱 칩(예컨대, 로직 웨이퍼(1410))의 전면에 적층된다. 반도체 기판(1408) 및 로직 웨이퍼(1410)는 웨이퍼 본딩 프로세스를 사용하여 연결될 수 있다. 본딩 후에, 반도체 기판(1408)은 수 마이크로미터로 박화될 수 있고, 일부 경우에, TSV들이 반도체 기판(1408)에 형성될 수 있다. 이어서, 가시광 차단 필터(1412) 및 회절 렌즈 구조들(1414)이 IR 센서의 배면 상에 침착되고 패턴화될 수 있다. 다음으로, RGB 광 센서를 뒤집고 그것을 픽셀 프로세싱 칩 및 다른 구조들을 갖는 IR 센서에 웨이퍼 본딩함으로써, 픽셀 프로세싱 칩 및 다른 구조들을 갖는 IR 센서가 RGB 광 센서와 적층될 수 있다. 이어서, 더미 웨이퍼(1406)가 제거될 수 있다. TSV들(1416)이 RGB 광 센서의 반도체 기판(1402), IR 센서의 반도체 기판(1408), 및 반도체 기판(1402)의 금속을 로직 웨이퍼(1410)의 금속에 접속시키기 위한 다른 구조를 통해 형성될 수 있다. 그 후에, 감광성 재료(1418)(예컨대, QF 또는 유기 재료)가 RGB 광 센서의 반도체 기판(1402) 상에 침착될 수 있고, 컬러 필터들 및 마이크로렌즈들이 감광성 재료(1418) 상에 침착될 수 있다.
도 14b 및 도 14c는 도 14a에 도시된 구조들의 상이한 회로(예컨대, 픽셀 회로부)와 감광층들 사이에 상호접속부들을 형성하기 위한 예시적인 프로세스들(1420, 1430)을 도시한다. 특히, 도 14b 및 도 14c는 글로벌 TSV들(즉, RGB/IR 픽셀 어레이들 밖의 TSV들) 및 로컬 TSV들(즉, RGB/IR 픽셀 어레이들 내의 TSV들)을 형성하기 위한 예시적인 프로세스들(1420, 1430)을 도시한다. 필요한 경우, 글로벌 TSV들은 로컬 TSV들보다 크기가 더 클 수 있지만, 로컬 TSV들은 더 양호한 IR 투과율 및 픽셀 성능을 위해 더 작을 수 있다. TSV들에 대한 대안으로서, 상이한 회로와 감광층들 사이의 상호접속부들은 웨이퍼 본딩 프로세스의 부분으로서 형성된 Cu-Cu 접속부들일 수 있고, 또는 Cu-Cu 접속부들은 TSV들을 연결시키고/시키거나 TSV들을 다른 전기 접촉부들에 연결시키는 데 사용될 수 있다.
도 14b에서, 글로벌 TSV들(1422)은 1-스테이지 TSV들(여기서 TSV들(1422)은 에칭되고 2개 층의 실리콘을 통해 충전됨)로서 형성되어 RGB 광 센서의 픽셀 회로부를 로직 웨이퍼(1410)에 접속시키는 한편, 로컬 TSV들(1424)은 2-스테이지 TSV들로서 형성되는데, 이때 로컬 TSV(1424)의 하나의 스테이지(1424a)는 RGB 광 센서가 반도체 기판(1408) 상에 적층되기 전에 IR 센서의 반도체 기판(1408)을 통해 형성되고, 로컬 TSV(1424)의 다른 스테이지(1424b)는 RGB 광 센서가 IR 센서 상에 적층된 후에, RGB 광 센서의 반도체 기판(1402)을 통해 형성된다. 도 14c에서, 글로벌 TSV들(1422) 및 로컬 TSV들(1424) 둘 모두는 2-스테이지 TSV들로서 형성된다.
도 15a는 도 14a를 참조하여 설명된 프로세스의 수정예(및 단순화물)를 도시한다. 예로서, 프로세스(1500)는, RGB 광 센서가 실리콘계 광검출기 어레이를 채용할 때, IR 센서 상에 RGB 광 센서를 적층하는 데 사용될 수 있다.
도시된 바와 같이, IR 센서의 반도체 기판(1408)은 도 14a를 참조하여 설명된 바와 같이 로직 웨이퍼 상에 적층될 수 있다. 그러나, RGB 광 센서용 반도체 기판(1502)은 BSI 프로세스에 따라 형성될 수 있다. 반도체 기판(1502)은, 그의 전면(1504)이 IR 센서를 대면하고는 있지만 더미 웨이퍼는 사용하지 않으면서 IR 센서 상에 적층될 수 있다. 이어서, RGB 광 센서의 반도체 기판(1502)이 박화될 수 있고, BSI 광검출기 어레이(1506)가 반도체 기판(1502) 상에 형성될 수 있다. TSV들은, 예를 들어, 도 15b를 참조하여 설명된 바와 같이 스택에 형성될 수 있다.
도 15b는 도 15a에 도시된 구조들의 상이한 회로(예컨대, 픽셀 회로부)와 감광 요소들 사이에 상호접속부들을 형성하기 위한 예시적인 프로세스(1510)를 도시한다. 예로서, 도 15b는 글로벌 TSV들(1512) 및 로컬 TSV들(1514)의 조합을 형성하기 위한 예시적인 프로세스(1510)를 도시한다. 글로벌 및 로컬 TSV들(1512, 1514)은 도 14c를 참조하여 설명된 바와 같이 2-스테이지 TSV들로서 형성될 수 있다. IR 센서의 반도체 기판(1408)이 로직 웨이퍼(1410)에 적층되고 박화된 후, 글로벌 및 로컬 TSV들(1512, 1514)의 제1 스테이지들(1512a, 1514a)이 반도체 기판(1408)의 배면 금속들을 반도체 기판(1408)의 전면 금속들에, 그리고 로직 웨이퍼(1410)의 금속들에 접속시키도록 형성될 수 있다. IR 센서의 배면 상에 가시광 차단 필터(1412) 및 회절 렌즈 구조들(1414)을 침착하고 패턴화한 후에, 글로벌 및 로컬 TSV들(1512, 1514)의 제2 스테이지들(1512b, 1514b)이 TSV들(1512, 1514)을 스택의 새로운 상측 표면으로 연장시키도록 형성될 수 있다. 이어서, RGB 광 센서의 반도체 기판(1402)이 IR 센서를 포함하는 스택 상에 적층될 수 있으며, 이때 반도체 기판 상의 전기 접촉부들(1516)은 TSV들(1512, 1514)에 전기적으로 결합된다.
도 16a 및 도 16b는 더 긴 파장의 감광성 재료들(1602)이 IR 센서의 반도체 기판(1604) 상에 침착될 수 있는 방법의 예들을 도시한다. IR 센서의 그러한 구성은, 적층형 전자기 방사선 센서의 상측에의 가시광 센서가 실리콘계 광검출기 어레이를 사용할 때 특히 유용할 수 있다. 예를 들어, 광범위한 전자기 방사선 파장들에 대한 실리콘의 감도로 인해, IR 센서의 감도는 IR 센서 상에 감광성 재료(1602)를 침착시킴으로써 실리콘의 감도 범위 밖에 있도록 조정될 수 있으며, 이 감광성 재료(1602)는 실리콘의 감도 범위 밖에 있는 (그리고 따라서, 실리콘계 광검출기 어레이를 갖는 가시광 센서의 감도 범위 밖에 있는) 일정 범위의 더 긴 전자기 방사선 파장들을 흡수한다.
일부 예들에서, 도 16a 및 도 16b에 도시된 감광성 재료(1602)는 도 4a 내지 도 5b를 참조하여 설명된 바와 같은 QF 또는 유기 재료일 수 있다. 다른 예들에서, 다른 재료들이 사용될 수 있다. 예를 들어, IR 센서는 SWIR(short-wave infrared) 대역(즉, 1.1μm 내지 3μm의 전자기 방사선 파장들) 내의 전자기 방사선 파장들을 검출하도록 구성될 수 있는데, 이는 감광성 재료(1602)가 Si/SiGe와 같은 IV족 재료들; InGaAs/InP, AlGaAs/GaAs를 포함하는 III-V족 재료들; 또는 CdTe/HgTe를 포함하는 II-VI족 재료들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 높은 흡수 계수를 갖는 직접 대역갭 반도체 재료일 때 그러하다. 이러한 재료들을 CMOS 픽셀 회로부와 함께 반도체 기판(1604) 내에 집적하는 것은 에피택시-온-실리콘(epitaxy-on-silicon), 픽셀-단위 하이브리드-본딩, CMOS 상에서의 재성장, 및 화합물 반도체들의 용액-침착을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 방법들에 의해 제공될 수 있다. 감광성 재료(1602)는 또한 또는 대안적으로 높은 알파, 양호한 이동도, 및 실리콘과의 저온 집적을 갖는 재료, 예컨대, Sb2Se(3-x)Te(x)일 수 있으며, 여기서 x= 0은 ~ 1.2eV의 직접 대역갭을 갖고 x > 0은 대역갭을 더 낮은 에너지들로 튜닝한다.
전술한 감광성 재료(1602)는, 도 16a(픽셀 단위) 또는 도 16b(블랭킷으로서)에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(1604)(예컨대, BSI 웨이퍼) 상에 픽셀 단위로(예컨대, 개개의 픽셀들을 코팅함으로써) 또는 블랭킷으로서(즉, 모든 픽셀들을 코팅함으로써) 침착될 수 있다.
IR 센서의 스펙트럼 감도를 더 긴 파장들로 연장시키고 IR 센서에 대한 IR 노치 스펙트럼 대역을 실리콘계 광검출기들의 감도를 넘어 포지셔닝시키는 것은, 실리콘계 광검출기들(예컨대, 표준 BSI 실리콘 픽셀 어레이)이 가시광 센서에 사용될 수 있게 한다. 이는 CDS 판독을 수행하기 위한 (그리고 kTC 잡음을 완화시키거나 소거하기 위한) 실리콘계 픽셀 회로부의 고유 능력들로 인해 가시광 센서 설계를 단순화할 수 있다. 또한, 가시광 센서는 핀닝된(pinned) 실리콘계 포토다이오드들의 낮은 암전류, 및 BSI 실리콘 센서 제조의 잘 개발된 기술로부터 이익을 얻을 수 있다.
도 17a 및 도 17b는 본 명세서에 설명된 적층형 또는 비적층형 전자기 방사선 센서들 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있는 예시적인 디바이스(1700)를 도시한다. 긴 측면의 길이 대 짧은 측면의 길이의 비를 포함하는 디바이스의 치수 및 폼 팩터(form factor)는 디바이스(1700)가 모바일 폰(예컨대, 스마트폰)임을 시사한다. 그러나, 디바이스의 치수 및 폼 팩터는 임의로 선택되고, 디바이스(1700)는 대안적으로, 예를 들어 모바일 폰, 태블릿 컴퓨터, 휴대용 컴퓨터, 휴대용 음악 플레이어, 전자 시계, 헬스 모니터 디바이스, 휴대용 단말기, 차량용 내비게이션 시스템, 로봇 내비게이션 시스템, 또는 다른 휴대용 또는 모바일 디바이스를 포함하는 임의의 휴대용 전자 디바이스일 수 있다. 디바이스(1700)는 또한 단일 위치에 반영구적으로 위치(또는 설치)된 디바이스일 수 있다. 도 17a는 디바이스(1700)의 전방 등각도를 도시하고, 도 17b는 디바이스(1700)의 후방 등각도를 도시한다. 디바이스(1700)는 디스플레이(1704)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 하우징(housing)(1702)을 포함할 수 있다. 하우징(1702)은 전방 커버(1706) 또는 후방 커버(1708)를 포함 또는 지지할 수 있다. 전방 커버(1706)는 디스플레이(1704) 위에 포지셔닝될 수 있고, 그것을 통해 디스플레이(1704)가 보일 수 있게 하는 윈도우를 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 디스플레이(1704)는 하우징(1702) 및/또는 전방 커버(1706)에 부착될 수 있다(또는 맞닿을 수 있다). 디바이스(1700)의 대안적인 실시예들에서, 디스플레이(1704)는 포함되지 않을 수 있고/있거나 하우징(1702)은 대안적인 구성을 가질 수 있다.
디스플레이(1704)는, 예를 들어, LED들, OLED(organic LED)들, LCD(liquid crystal display), EL(electroluminescent) 디스플레이, 또는 다른 유형들의 디스플레이 요소들을 포함하는 하나 이상의 발광 요소들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 디스플레이(1704)는 전방 커버(1706)의 표면에 인가되는 터치 및/또는 힘을 검출하도록 구성된 하나 이상의 터치 및/또는 힘 센서들을 포함하거나 또는 그와 연관될 수 있다.
하우징(1702)의 다양한 컴포넌트들은 동일하거나 상이한 재료들로 형성될 수 있다. 예를 들어, 측벽(1718)은 하나 이상의 금속들(예컨대, 스테인리스강), 중합체들(예컨대, 플라스틱들), 세라믹들, 또는 합성물들(예컨대, 탄소 섬유)을 사용하여 형성될 수 있다. 일부 경우에, 측벽(1718)은 한 세트의 안테나들을 포함하는 다중 세그먼트 측벽일 수 있다. 안테나들은 측벽(1718)의 구조적 컴포넌트들을 형성할 수 있다. 안테나들은 (서로 또는 다른 컴포넌트들에) 구조적으로 결합되고 측벽(1718)의 하나 이상의 비전도성 세그먼트들에 의해 (서로 또는 다른 컴포넌트들로부터) 전기적으로 절연될 수 있다. 전방 커버(1706)는, 사용자가 전방 커버(1706)를 통해 디스플레이(1704)를 볼 수 있게 하는, 예를 들어, 유리, 크리스털(예컨대, 사파이어), 또는 투명한 중합체(예컨대, 플라스틱) 중 하나 이상을 사용하여 형성될 수 있다. 일부 경우에, 전방 커버(1706)의 일부분(예컨대, 전방 커버(1706)의 주연부)은 불투명한 잉크로 코팅되어 하우징(1702) 내에 포함된 컴포넌트들을 보기 어렵게 할 수 있다. 후방 커버(1708)는 측벽(1718) 또는 전방 커버(1706)를 형성하는 데 사용되는 것과 동일한 재료(들)를 사용하여 형성될 수 있다. 일부 경우에, 후방 커버(1708)는 측벽(1718)을 또한 형성하는 모놀리식(monolithic) 요소의 부분일 수 있다(또는 측벽(1718)이 다중 세그먼트 측벽인 경우, 측벽(1718)의 그러한 일부분들은 비전도성임). 또 다른 실시예들에서, 하우징(1702)의 외부 컴포넌트들 모두는 투명한 재료로 형성될 수 있고, 디바이스(1700) 내의 컴포넌트들은 하우징(1702) 내의 불투명한 잉크 또는 불투명한 구조에 의해 보기 어려울 수 있거나 그렇지 않을 수 있다.
전방 커버(1706)는 측벽(1718)에 의해 정의된 개구(즉, 디스플레이(1704)를 포함하는 디바이스(1700)의 다양한 전자 컴포넌트들이 포지셔닝될 수 있는 내부 체적 내로의 개구)를 커버하도록 측벽(1718)에 장착될 수 있다. 전방 커버(1706)는 체결구(fastener), 접착제, 시일(seal), 개스킷(gasket), 또는 다른 컴포넌트들을 사용하여 측벽(1718)에 장착될 수 있다.
디스플레이(1704)를 포함하는 디스플레이 스택 또는 디바이스 스택(이하, "스택"으로 지칭됨)은 전방 커버(1706)의 내부 표면에 부착되고(또는 맞닿고) 디바이스(1700)의 내부 체적 내로 연장될 수 있다. 일부 경우에, 스택은 터치 센서(예컨대, 용량성, 저항성, 스트레인(strain) 기반, 초음파 또는 다른 유형의 터치 감지 요소들의 그리드), 또는 광학적, 기계적, 전기적, 또는 다른 유형들의 컴포넌트들의 다른 층들을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 터치 센서(또는 터치 센서 시스템의 부분)는 전방 커버(1706)의 외부 표면에(예컨대, 디바이스(1700)의 디스플레이 표면에) 인가되는 터치를 검출하도록 구성될 수 있다.
일부 경우에, 힘 센서(또는 힘 센서 시스템의 부분)는 디스플레이(1704)의 하방의 내부 체적 내에 및/또는 측면에 (그리고 일부 경우에 디바이스 스택 내에) 포지셔닝될 수 있다. 힘 센서(또는 힘 센서 시스템)는 전방 커버(1706) 상의 하나 이상의 터치들(또는 전방 커버(1706) 상의 하나 이상의 터치들의 위치 또는 위치들)을 검출하는 터치 센서에 응답하여 트리거될 수 있고, 각각의 터치와 연관된 힘의 양, 또는 전체적으로 터치들의 수집과 연관된 힘의 양을 결정할 수 있다.
도 17a에 주로 도시된 바와 같이, 디바이스(1700)는 다양한 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 디바이스(1700)의 전면은 신호들을 디바이스(1700)로/로부터 송신 또는 수신하도록 구성된 하나 이상의 전방-대면 카메라들(1710)(하나 이상의 이미지 센서들을 포함함), 스피커들(1712), 마이크로폰들, 또는 다른 컴포넌트들(1714)(예컨대, 오디오, 이미징, 및/또는 감지 컴포넌트들)을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 전방-대면 카메라(1710)는, 단독으로 또는 다른 센서들과 조합하여, 생체인증 또는 안면 인식 센서로서 동작하도록 구성될 수 있다. 디바이스(1700)는 또한 디바이스(1700)의 전방 표면(또는 디스플레이 표면)으로부터 액세스가능할 수 있는 기계적 또는 가상 버튼(1716)을 포함하는 다양한 입력 디바이스들을 포함할 수 있다.
디바이스(1700)는 또한 디바이스(1700)의 측벽(1718)을 따라 및/또는 후방 표면 상에 포지셔닝되는 버튼들 또는 다른 입력 디바이스들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 볼륨 버튼 또는 다목적 버튼(1720)이 측벽(1718)을 따라 포지셔닝될 수 있고, 일부 경우에 측벽(1718) 내의 어퍼쳐(aperture)를 통해 연장될 수 있다. 측벽(1718)은 공기(액체는 아님)가 디바이스(1700) 내로 그리고 디바이스(1700) 밖으로 흐르게 하는 하나 이상의 포트들(1722)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 센서들이 포트(들)(1722) 내에 또는 그 근처에 포지셔닝될 수 있다. 예를 들어, 주변 압력 센서, 주변 온도 센서, 내부/외부 차압 센서, 가스 센서, 미립자 물질 농도 센서, 또는 공기질 센서가 포트들(1722) 중 하나 내에 또는 그 근처에 포지셔닝될 수 있다.
일부 실시예들에서, 디바이스(1700)의 후방 표면은 후방-대면 카메라(1724)(하나 이상의 이미지 센서들을 포함함; 도 1b를 참조)를 포함할 수 있다. 플래시 또는 광원(1726)(그리고 일부 경우에는 IR 조명기)이 또한 디바이스(1700)의 후방을 따라 (예컨대, 후방-대면 카메라 근처에) 포지셔닝될 수 있다. 일부 실시예들에서, IR 조명기는 또한 또는 대안적으로 전방-대면 카메라(1710)에 인접하게 포지셔닝될 수 있다. 일부 경우에, 디바이스(1700)의 후방 표면은 다수의 후방-대면 카메라들을 포함할 수 있다.
전방-대면 또는 후방-대면 카메라들(1710, 1724) 중 하나 이상은 본 명세서에 설명된 바와 같은 적층형 또는 비적층형 전자기 방사선 센서를 포함할 수 있다. 디바이스(1700)가 대안적으로 차량용 내비게이션 시스템 또는 일부 다른 유형의 디바이스로서 (그리고 가능하게는 디스플레이를 갖지 않는 디바이스로서) 구성되는 경우, 디바이스(1700)는 그럼에도 불구하고 본 명세서에 설명된 바와 같은 적층형 또는 비적층형 전자기 방사선 센서를 포함하는 적어도 하나의 카메라를 가질 수 있다.
도 18은 이미지 센서(1802), 선택적인 이중 대역 스펙트럼 필터(1808), 렌즈(또는 렌즈 스택)(1804), 및 AF 메커니즘(1806)을 포함하는 이미지 캡처 디바이스(예컨대, 카메라(1800))의 예시적인 실시예를 도시한다. 일부 실시예들에서, 도 18에 도시된 컴포넌트들은 도 17a 및 도 17b를 참조하여 설명된 전방-대면 또는 후방-대면 카메라와 연관될 수 있거나, 또는 본 명세서에 설명된 적층형 또는 비적층형 전자기 방사선 센서들 중 임의의 것과 연관될 수 있다.
일부 경우에, 이미지 센서(1802)는 2차원 어레이로 배열된 복수의 픽셀들과 같은, 복수의 픽셀들을 갖는 비적층형 전자기 방사선 센서를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 픽셀들 중 다수의 픽셀들(또는 모든 픽셀들)은 각각 서브-픽셀들의 2차원 어레이(예컨대, 서브-픽셀들의 2x2 어레이)를 포함할 수 있으며, 이때 각각의 서브-픽셀은 광검출기를 포함한다. 픽셀들의 대부분(또는 더 의미 있게는 적어도 80%, 그리고 바람직하게는 전부)을 서브-픽셀들의 2x2 어레이를 포함하도록 구성하는 것은 PDAF 성능을 개선하고/하거나 다른 픽셀들의 출력들에 관련하여 PDAF-가능 픽셀들의 출력들을 보정할 필요성을 감소시키거나 없애는 것을 도울 수 있다. 픽셀과 연관된 서브-픽셀들(또는 광검출기들)은 서로 전기적으로 절연될 수 있지만, 픽셀에 대한 공유된 마이크로렌즈 아래에 배치될 수 있다.
이미지 센서(1802)는 대안적으로 적층형 전자기 방사선 센서를 포함할 수 있고, 여기서 스택의 각각의 전자기 방사선 센서는 픽셀들의 어레이를 갖는다. 상이한 픽셀 어레이들은 동일하거나 동일하지 않은 수의 픽셀들을 가질 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(1802)의 IR 센서 부분은 이미지 센서(1802)의 가시광 센서 부분의 다수의 픽셀들에 걸친 픽셀들을 가질 수 있으며, 이 가시광 센서 부분은 IR 센서 부분의 상방에 적층된다.
이중 대역 스펙트럼 필터(1808)는, 존재할 때, 이미지 센서(1802)의 센서들에 의해 감지되는 전자기 방사선 파장들의 범위들을 정밀하게 포괄하고 또는 실질적으로 대응하는, 일정 범위의 가시광 파장들 및 일정 범위의 IR 파장들만을 통과할 수 있다.
렌즈(1804)는, 이미지 센서(1802) 상에 장면(1810)의 이미지를 포커싱하도록, 이미지 센서(1802)에 관련하여 조정가능할 수 있다. 일부 실시예들에서, 렌즈(1804)는 이미지 센서(1802)에 관련하여 이동될 수 있다(예컨대, 렌즈(1804)와 이미지 센서(1802) 사이의 거리를 변경시키도록 이동되고, 렌즈(1804)의 평면과 이미지 센서(1802)의 평면 사이의 각도를 변경시키도록 이동되는 등임). 일부 실시예들에서, 이미지 센서(1802)는 렌즈(1804)에 관련하여 이동할 수 있다.
일부 실시예들에서, AF 메커니즘(1806)은 프로세서를 포함할 수 있다(또는 AF 메커니즘(1806)의 기능들은 프로세서에 의해 제공될 수 있음). AF 메커니즘(1806)은 이미지 센서(1802)로부터 신호들을 수신할 수 있고, 신호들에 응답하여, 카메라(1800)의 포커스 설정을 조정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 신호들은 PDAF 정보를 포함할 수 있다. PDAF 정보는 수평 위상 검출 신호들 및/또는 수직 위상 검출 신호들을 포함할 수 있다. PDAF 정보에 응답하여(예컨대, PDAF 정보로부터 식별되는 포커스를 벗어난 조건에 응답하여), AF 메커니즘(1806)은, 예를 들어, 이미지 센서(1802)와 렌즈(1804) 사이의 관계를 조정함으로써(예컨대, 렌즈(1804) 또는 이미지 센서(1802)의 물리적 포지션을 조정함으로써) 카메라(1800)의 포커스 설정을 조정할 수 있다.
도 19는 애벌런치 다이오드들(예컨대, SPAD들)을 사용하는 검출기(1904)를 포함하는 예시적인 시스템(1900)을 도시한다. 시스템(1900)은 서로는 아주 근접하지만, 타깃(1906)으로부터는 (방출기(1902)와 검출기(1904) 사이의 거리에 비해) 비교적 멀게 포지셔닝된 방출기(1902) 및 검출기(1904)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 방출기(1902) 및 검출기(1904)는 단일 모듈로서 제공될 수 있다. 방출기(1902)는 타깃(1906)을 향해 또는 FoV 내로 광자들을 방출하도록 포지셔닝될 수 있고, 검출기(1904)는 타깃(1906)으로부터의 광자들의 반사들을 검출하도록 포지셔닝될 수 있다. 일부 실시예들에서, 방출기(1902)는 IR 조명기를 포함할 수 있고, 검출기(1904)는 본 명세서에 설명된 적층형 또는 비적층형 전자기 방사선 센서들 중 임의의 것을 포함할 수 있다.
프로세서(1908)는 방출기(1902) 및 검출기(1904)에 동작가능하게 접속될 수 있고, 방출기(1092)가 타깃(1906)을 향해 광자들을 방출하게 할 수 있다(이때 방출된 광자들은 화살표(1910)로 표현됨). 타깃(1906)으로부터 검출기(1904)를 향해 반사되는 광자들(화살표(1912)로 표현됨)은 검출기(1904)에 의해 검출될 수 있다. 특히, 반사된 광자들은 검출기(1904)의 다양한 픽셀들에서 애벌런치 이벤트들을 야기할 수 있고, 그러한 애벌런치 이벤트들의 타이밍(들)이 기록되고 광자들이 방출되었던 때의 시간(들)과 비교될 수 있다. 프로세서(1908)는 검출기(1904)에 의해 출력되는 신호들(예컨대, 애벌런치 이벤트들의 시간들)을 수신할 수 있고, 일부 경우에 방출기(1902)로부터 광자 방출 시간들을 수신할 수 있고, 방출기(1902)에 의해 방출되고 검출기(1904)의 픽셀들에 의해 수신되는 광자들의 ToF들을 결정할 수 있다. ToF들은 검출기(1904)의 개개의 픽셀들과 타깃(1906) 사이의 거리들을 결정하는 데 사용될 수 있다. 거리들은 심도 맵(예컨대, 타깃(1906)의 3차원(3D) 이미지)을 생성하는 데 사용될 수 있다.
시스템(1900)의 설명된 컴포넌트들 및 동작은 예시적인 것이다. 대안적인 실시예들에서, 시스템(1900)은 컴포넌트들의 상이한 조합 또는 구성을 포함할 수 있거나, 또는 추가적인 또는 대안적인 기능들을 수행할 수 있다.
시스템(1900)은 스마트폰 내의 이미지 센서 내(예컨대, 스마트폰의 카메라 또는 생체측정 센서(예컨대, 안면 인식 센서) 내의 이미지 센서 내); 차량용 내비게이션 시스템 내; 또는 다른 디바이스들 내에서와 같은 전자 디바이스의 부분으로 사용될 수 있다.
도 20은 전자기 방사선 센서(예컨대, 가시광 센서 또는 IR 센서)에 의해 획득된 다수의 이미지들(또는 이미지 프레임들(2000))이 단일 정지 이미지(2002)를 형성하도록 융합될 수 있는 방법을 예시한다. 일부 실시예들에서, 비디오 스트림 내의 이미지 프레임들은 가시광 센서의 전정색 감광층의 더 높은 암전류를 완화시키기 위한 목적으로 융합될 수 있다.
도 21은 도 17a, 도 17b, 도 18, 또는 도 19를 참조하여 설명된 전자 디바이스일 수 있는 전자 디바이스(2100)의 샘플 전기 블록도를 도시한다. 전자 디바이스(2100)는 디스플레이(2102)(예컨대, 발광 디스플레이), 프로세서(2104), 전원(2106), 메모리(2108) 또는 저장 디바이스, 센서 시스템(2110), 또는 입력/출력(I/O) 메커니즘(2112)(예컨대, 입력/출력 디바이스 및/또는 입력/출력 포트)을 포함할 수 있다. 프로세서(2104)는 전자 디바이스(2100)의 동작들의 일부 또는 모두를 제어할 수 있다. 프로세서(2104)는 전자 디바이스(2100)의 컴포넌트들 중 실질적으로 모든 컴포넌트들과 직접적으로 또는 간접적으로 통신할 수 있다. 예를 들어, 시스템 버스 또는 다른 통신 메커니즘(2114)이 프로세서(2104), 전원(2106), 메모리(2108), 센서 시스템(2110), 및/또는 I/O 메커니즘(2112) 사이의 통신을 제공할 수 있다.
프로세서(2104)는 데이터 또는 명령어들을 프로세싱, 수신, 또는 송신할 수 있는 임의의 전자 디바이스로서 구현될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(2104)는 마이크로 프로세서, CPU(central processing unit), ASIC(application-specific integrated circuit), DSP(digital signal processor), 또는 이러한 디바이스들의 조합들일 수 있다. 본 명세서에 기술된 바와 같이, 용어 "프로세서"는 단일의 프로세서 또는 프로세싱 유닛, 다수의 프로세서들, 다수의 프로세싱 유닛들, 또는 다른 적합하게 구성된 컴퓨팅 요소 또는 요소들을 포괄하도록 의도된다.
전자 디바이스(2100)의 컴포넌트들은 다수의 프로세서들에 의해 제어될 수 있음에 유의해야 한다. 예를 들어, 전자 디바이스(2100)의 선택 컴포넌트들은 제1 프로세서에 의해 제어될 수 있고, 전자 디바이스(2100)의 다른 컴포넌트들은 제2 프로세서에 의해 제어될 수 있으며, 여기서 제1 프로세서와 제2 프로세서는 서로 통신 상태에 있을 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세서(2104)는 본 명세서에 설명된 픽셀 프로세싱 칩들 또는 이미지 프로세서들 중 임의의 것을 포함할 수 있다.
전원(2106)은 전자 디바이스(2100)에 에너지를 제공할 수 있는 임의의 디바이스로 구현될 수 있다. 예를 들어, 전원(2106)은 하나 이상의 배터리들 또는 재충전가능 배터리들일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 전원(2106)은 전자 디바이스(2100)를 벽 콘센트와 같은 다른 전원에 접속하는 전력 접속기 또는 전력 코드일 수 있다.
메모리(2108)는 전자 디바이스(2100)에 의해 사용될 수 있는 전자 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리(2108)는, 예를 들어, 오디오 및 비디오 파일들, 문서들 및 애플리케이션들, 디바이스 설정들 및 사용자 선호도들, 타이밍 신호들, 제어 신호들, 데이터 구조들 또는 데이터베이스들, 이미지 데이터, 또는 포커스 설정들과 같은 전기 데이터 또는 콘텐츠를 저장할 수 있다. 메모리(2108)는 임의의 유형의 메모리로서 구성될 수 있다. 단지 예로서, 메모리(2108)는 랜덤 액세스 메모리, 판독 전용 메모리, 플래시 메모리, 제거가능한 메모리, 다른 유형의 저장 요소들, 또는 이러한 디바이스들의 조합들로서 구현될 수 있다.
전자 디바이스(2100)는 또한 센서 시스템(2110)을 포함할 수 있으며, 이는 이어서 실질적으로 전자 디바이스(2100) 상의 어디에나 포지셔닝되는 하나 이상의 센서들을 포함한다. 센서(들)는 압력, 광, 터치, 열, 이동, 상대적 움직임, 생체측정 데이터, 등과 같은, 그러나 이로 제한되지 않는, 실질적으로 임의의 유형의 특성을 감지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 센서(들)는 열 센서, 포지션 센서, 광 또는 광학 센서, 가속도계, 압력 트랜스듀서, 자이로스코프, 자력계, 건강 모니터링 센서 등을 포함할 수 있다. 추가적으로, 하나 이상의 센서들은 용량성, 초음파성, 저항성, 광학, 초음파, 압전, 및 열 감지 기술을 포함하지만 이로 제한되지 않는 임의의 적합한 감지 기술을 활용할 수 있다.
I/O 메커니즘(2112)은 사용자 또는 다른 전자 디바이스로부터의 데이터를 송신 및/또는 수신할 수 있다. I/O 디바이스는 디스플레이, 트랙 패드와 같은 터치 감지 입력 표면, 하나 이상의 버튼(예컨대, 그래픽 사용자 인터페이스 "홈" 버튼), 하나 이상의 카메라들(예컨대, 도 17a, 도 17b, 도 18, 또는 도 19를 참조하여 설명된 카메라들, 또는 본 명세서에 설명된 적층형 또는 비적층형 전자기 방사선 센서들 중 하나 이상을 포함하는 카메라), 하나 이상의 마이크로폰들 또는 스피커들, 마이크로폰 포트와 같은 하나 이상의 포트들, 및/또는 키보드를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, I/O 디바이스 또는 포트는 무선 및/또는 유선 네트워크 접속과 같은 통신 네트워크를 통해 전자 신호들을 송신할 수 있다. 무선 및 유선 네트워크 접속들의 예들은, 셀룰러, Wi-Fi, 블루투스, IR, 및 이더넷 접속들을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
전술한 설명은, 설명의 목적을 위해, 기술된 실시예들의 충분한 이해를 제공하기 위해 특정 명명법을 사용한다. 그러나, 특정 상세사항들은 설명되는 실시예들을 실시하는 데 필수적인 것은 아니라는 것이, 본 설명을 읽은 후에, 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 명세서에 기술된 특정 실시예들의 전술한 설명들은 예시 및 설명의 목적들을 위해 제시된다. 이들은 총망라하고자 하거나 실시예들을 개시된 정확한 형태들로 제한하려고 하는 것은 아니다. 많은 수정예들 및 변형들이 상기 교시 내용들에 비추어 가능하다는 것이, 본 설명을 읽은 후에, 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
Claims (57)
- 센서 스택으로서,
제1 범위의 전자기 방사선 파장들을 제1 세트의 전기 신호들로 변환하는 것에 대해 높은 양자 효율을 갖는 제1 전자기 방사선 센서; 및
제2 전자기 방사선 센서를 포함하고, 상기 제2 전자기 방사선 센서는 상기 제1 전자기 방사선 센서의 시야에 포지셔닝(positioning)되고,
제2 범위의 전자기 방사선 파장들을 제2 세트의 전기 신호들로 변환하는 것에 대해 높은 양자 효율; 및
상기 제1 범위의 전자기 방사선 파장들을 상기 제2 세트의 전기 신호들로 변환하는 것에 대해 낮은 양자 효율을 가지며;
상기 제1 범위의 전자기 방사선 파장들은 상기 제2 범위의 전자기 방사선 파장들과 중첩하지 않고,
상기 제2 전자기 방사선 센서는 상기 제1 범위의 전자기 방사선 파장들에 대해 적어도 부분적으로 투과성인, 센서 스택. - 제1항에 있어서,
상기 제1 전자기 방사선 센서 또는 상기 제2 전자기 방사선 센서 중 적어도 하나는,
픽셀들의 어레이를 위한 픽셀 회로부를 포함하는 반도체 기판;
상기 반도체 기판 상에 침착되는 감광성 재료; 및
상기 픽셀들의 어레이를 위한 상기 픽셀 회로부와 상기 감광성 재료 사이의 전기 접속부들의 어레이를 포함하는, 센서 스택. - 제2항에 있어서, 상기 감광성 재료는 양자점 필름을 포함하는, 센서 스택.
- 제2항에 있어서, 상기 감광성 재료는 유기 재료를 포함하는, 센서 스택.
- 제2항에 있어서, 상기 감광성 재료는 Sb2Se(3-x)Te(x)를 포함하고, x ≥ 0인, 센서 스택.
- 제2항에 있어서, 상기 반도체 기판은 실리콘 기판인, 센서 스택.
- 제2항에 있어서, 상기 전기 접속부들의 어레이 내의 전기 접속부는,
상기 반도체 기판과 상기 감광성 재료 사이에 형성되는 이종접합 포토다이오드를 포함하는, 센서 스택. - 제2항에 있어서, 상기 반도체 기판, 상기 감광성 재료, 및 상기 전기 접속부들의 어레이는 상기 제1 전자기 방사선 센서의 부분인, 센서 스택.
- 제8항에 있어서, 상기 제1 전자기 방사선 센서는 적외선(infrared, IR) 센서인, 센서 스택.
- 제9항에 있어서, 상기 IR 센서는 IR 이미지 센서인, 센서 스택.
- 제9항에 있어서, 상기 IR 센서는 IR 심도 센서인, 센서 스택.
- 제9항에 있어서, 상기 제2 전자기 방사선 센서는 가시광 센서인, 센서 스택.
- 제12항에 있어서,
상기 반도체 기판은 제1 반도체 기판이고,
상기 픽셀들의 어레이를 위한 상기 픽셀 회로부는 IR 픽셀들의 제1 어레이를 위한 제1 픽셀 회로부이고,
상기 감광성 재료는 제1 감광성 재료를 포함하고,
상기 전기 접속부들의 어레이는 전기 접속부들의 제1 어레이이고,
상기 가시광 센서는,
가시광 픽셀들의 제2 어레이를 위한 제2 픽셀 회로부를 포함하는 제2 반도체 기판;
상기 제2 반도체 기판 상에 침착되는 제2 감광성 재료; 및
상기 가시광 픽셀들의 제2 어레이를 위한 상기 제2 픽셀 회로부와 상기 제2 감광성 재료 사이의 전기 접속부들의 제2 어레이를 포함하는, 센서 스택. - 제13항에 있어서,
상기 제1 감광성 재료는 상기 제1 범위의 전자기 방사선 파장들을 상기 제1 세트의 전기 신호들로 변환하는 것에 대해 높은 양자 효율을 갖는 제1 양자점 필름을 포함하고,
상기 제2 감광성 재료는 상기 제2 범위의 전자기 방사선 파장들을 상기 제2 세트의 전기 신호들로 변환하는 것에 대해 높은 양자 효율을 갖는 제2 양자점 필름을 포함하는, 센서 스택. - 제13항에 있어서, 상기 전기 접속부들의 제2 어레이 내의 전기 접속부는,
상기 제2 반도체 기판과 상기 제2 감광성 재료 사이에 형성되는 제2 이종접합 포토다이오드를 포함하는, 센서 스택. - 제12항에 있어서,
상기 반도체 기판은 제1 반도체 기판이고,
상기 픽셀들의 어레이를 위한 상기 픽셀 회로부는 IR 픽셀들의 제1 어레이를 위한 제1 픽셀 회로부이고,
상기 가시광 센서는,
제2 반도체 기판을 포함하고, 상기 제2 반도체 기판은,
가시광 픽셀들의 제2 어레이를 위한 제2 픽셀 회로부; 및
상기 가시광 픽셀들의 어레이에 대응하는 포토다이오드들의 어레이를 포함하는, 센서 스택. - 제2항에 있어서, 상기 반도체 기판, 상기 감광성 재료, 및 상기 전기 접속부들의 어레이는 상기 제2 전자기 방사선 센서의 부분인, 센서 스택.
- 제17항에 있어서, 상기 제2 전자기 방사선 센서는 가시광 센서인, 센서 스택.
- 제18항에 있어서, 상기 제1 전자기 방사선 센서는 적외선(IR) 센서인, 센서 스택.
- 제19항에 있어서,
상기 반도체 기판은 제1 반도체 기판이고,
상기 픽셀들의 어레이를 위한 상기 픽셀 회로부는 가시광 픽셀들의 제1 어레이를 위한 제1 픽셀 회로부이고,
상기 IR 센서는,
제2 반도체 기판을 포함하고, 상기 제2 반도체 기판은,
IR 픽셀들의 제2 어레이를 위한 제2 픽셀 회로부; 및
상기 IR 픽셀들의 제2 어레이에 대응하는 포토다이오드들의 어레이를 포함하는, 센서 스택. - 제20항에 있어서, 상기 감광성 재료는 상기 제2 범위의 전자기 방사선 파장들을 상기 제2 세트의 전기 신호들로 변환하는 것에 대해 높은 양자 효율을 갖는 양자점 필름을 포함하는, 센서 스택.
- 제19항에 있어서,
상기 제1 전자기 방사선 센서와 상기 제2 전자기 방사선 센서 사이에 배치되는 가시광 차단 필터를 추가로 포함하는, 센서 스택. - 제19항에 있어서, 상기 전기 접속부들의 어레이는 상기 제1 범위의 전자기 방사선 파장들에 대해 적어도 부분적으로 투과성인, 센서 스택.
- 제19항에 있어서, 상기 픽셀 회로부를 포함하는 상기 반도체 기판은 1 마이크로미터 정도인, 센서 스택.
- 제19항에 있어서,
상기 제1 전자기 방사선 센서의 제1 전자기 방사선 수신 표면 하방에 그리고 상기 제2 전자기 방사선 센서의 제2 전자기 방사선 수신 표면 하방에 포지셔닝되는 픽셀 프로세싱 칩을 추가로 포함하고,
상기 픽셀 회로부는 상기 제1 전자기 방사선 센서를 통해 연장되는 한 세트의 TSV(through silicon via)들에 의해 상기 픽셀 프로세싱 칩에 전기적으로 접속되는, 센서 스택. - 제19항에 있어서, 상기 IR 센서는 IR 이미지 센서인, 센서 스택.
- 제19항에 있어서, 상기 IR 센서는 IR 심도 센서인, 센서 스택.
- 제2항에 있어서, 상기 픽셀 회로부는,
PMOS(p-channel metal-oxide semiconductor) 트랜지스터를 포함하는 픽셀내 잡음 감소 회로를 포함하는, 센서 스택. - 제2항에 있어서, 상기 픽셀 회로부는,
픽셀-컬럼(column) 잡음 감소 회로를 포함하는, 센서 스택. - 제2항에 있어서, 상기 픽셀 회로부는,
컬럼내 잡음 감소 회로를 포함하는, 센서 스택. - 제1항에 있어서,
상기 제1 전자기 방사선 센서의 제1 전자기 방사선 수신 표면 하방에 그리고 상기 제2 전자기 방사선 센서의 제2 전자기 방사선 수신 표면 하방에 포지셔닝되는 픽셀 프로세싱 칩을 추가로 포함하는, 센서 스택. - 제31항에 있어서,
상기 제1 전자기 방사선 센서와 상기 픽셀 프로세싱 칩 사이의 한 세트의 전기 접속부들; 및
상기 제1 전자기 방사선 센서를 통해 연장되고 상기 제2 전자기 방사선 센서를 상기 픽셀 프로세싱 칩에 전기적으로 접속시키는 한 세트의 TSV들을 추가로 포함하는, 센서 스택. - 제32항에 있어서, 상기 한 세트의 TSV들은 상기 제1 범위의 전자기 방사선 파장들에 대해 적어도 부분적으로 투과성인, 센서 스택.
- 제32항에 있어서, 상기 제1 전자기 방사선 센서는 픽셀들의 제1 어레이를 포함하고, 상기 제2 전자기 방사선 센서는 픽셀들의 제2 어레이를 포함하고, 상기 센서 스택은,
상기 픽셀들의 제1 어레이의 제1 픽셀들 사이에서 라우팅되고 상기 한 세트의 TSV들 내의 TSV들에 전기적으로 결합되는 한 세트의 불투명 버스들; 및
상기 픽셀들의 제1 어레이의 제1 픽셀들을 통해 라우팅되고 상기 한 세트의 불투명 버스들에 의해 상기 TSV들에 전기적으로 접속되는 한 세트의 투명 버스들을 추가로 포함하는, 센서 스택. - 제2항에 있어서,
상기 감광성 재료는 양자점 필름을 포함하고,
상기 반도체 기판은 p-도핑된 실리콘 기판인, 센서 스택. - 제35항에 있어서, 상기 p-도핑된 실리콘 기판은 n-우물을 포함하는, 센서 스택.
- 제36항에 있어서,
상기 p-도핑된 실리콘 기판과 상기 양자점 필름 사이에 형성되는 이종접합을 추가로 포함하는, 센서 스택. - 제36항에 있어서, 상기 양자점 필름은 진성 양자점 필름인, 센서 스택.
- 제36항에 있어서, 상기 양자점 필름은 저농도로 도핑된 양자점 필름이고, 상기 저농도로 도핑된 양자점 필름은 바이어스가 인가될 때 완전히 공핍되는, 센서 스택.
- 제37항에 있어서,
상기 p-도핑된 실리콘 기판과 상기 양자점 필름 사이의 패시베이션층(passivation layer)을 추가로 포함하는, 센서 스택. - 제37항에 있어서,
상기 p-도핑된 실리콘 기판과 상기 양자점 필름 사이의 선택 위치들에 위치되는 전기 절연층을 추가로 포함하고, 상기 전기 절연층은 상기 p-도핑된 실리콘 기판 내에 수집 노드 영역을 생성하도록 구성되는, 센서 스택. - 제41항에 있어서, 상기 전기 절연층은 이산화실리콘 층을 포함하는, 센서 스택.
- 제37항에 있어서,
상기 p-도핑된 실리콘 기판과 상기 양자점 필름 사이의 선택 위치들에 위치되는 광학적으로 흑색인 재료를 추가로 포함하고, 상기 광학적으로 흑색인 재료는 일정 범위의 미리결정된 파장들을 실질적으로 흡수하도록 구성되는, 센서 스택. - 제43항에 있어서, 상기 광학적으로 흑색인 재료는 흡수 중합체를 포함하는, 센서 스택.
- 제41항에 있어서,
상기 전기 절연층 하방의 선택 위치들에 위치되는 광학적으로 흑색인 재료 - 상기 광학적으로 흑색인 재료는 일정 범위의 미리결정된 파장들을 실질적으로 흡수하도록 구성됨 -; 및
상기 전기 절연층 상방에 위치되는 패시베이션층을 추가로 포함하는, 센서 스택. - 제37항에 있어서,
상기 n-우물과 상기 양자점 필름 사이에 형성되는 이종접합을 추가로 포함하는, 센서 스택. - 제46항에 있어서, 상기 양자점 필름은 진성 양자점 필름이거나 또는 저농도로 도핑되고, 바이어스 하에서 완전히 공핍되도록 구성되는, 센서 스택.
- 제46항에 있어서,
상기 n-우물과 상기 양자점 필름 사이에 패시베이션층을 추가로 포함하는, 센서 스택. - 제46항에 있어서,
상기 n-우물과 상기 양자점 필름 사이에 위치되는 전기 절연층을 추가로 포함하고, 상기 전기 절연층은 상기 p-도핑된 실리콘 기판 내에 수집 노드 영역을 생성하도록 구성되는, 센서 스택. - 제49항에 있어서, 상기 전기 절연층은 이산화실리콘 층을 포함하는, 센서 스택.
- 제49항에 있어서,
상기 n-우물과 상기 양자점 필름 사이의 선택 위치들에 위치되는 광학적으로 흑색인 재료를 추가로 포함하고, 상기 광학적으로 흑색인 재료는 일정 범위의 미리결정된 파장들을 실질적으로 흡수하도록 구성되는, 센서 스택. - 제51항에 있어서, 상기 광학적으로 흑색인 재료는 흡수 중합체를 포함하는, 센서 스택.
- 제49항에 있어서,
상기 전기 절연층 하방의 선택 위치들에 위치되는 광학적으로 흑색인 재료 - 상기 광학적으로 흑색인 재료는 일정 범위의 미리결정된 파장들을 실질적으로 흡수하도록 구성됨 -; 및
상기 전기 절연층 상방에 위치되는 패시베이션층을 추가로 포함하는, 센서 스택. - 전자기 방사선 센서로서,
픽셀들의 어레이를 위한 픽셀 회로부를 포함하는 반도체 기판;
상기 반도체 기판 상에 침착되는 감광성 재료; 및
상기 픽셀들의 어레이를 위한 상기 픽셀 회로부와 상기 감광성 재료 사이의 전기 접속부들의 어레이를 포함하고,
상기 전기 접속부들의 어레이 내의 전기 접속부는,
상기 반도체 기판과 상기 감광성 재료 사이에 형성되는 이종접합 포토다이오드를 포함하는, 전자기 방사선 센서. - 제54항에 있어서, 상기 감광성 재료는 양자점 필름을 포함하는, 전자기 방사선 센서.
- 제54항에 있어서, 상기 감광성 재료는 유기 재료를 포함하는, 전자기 방사선 센서.
- 제54항에 있어서, 상기 반도체 기판은 실리콘 기판인, 전자기 방사선 센서.
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