KR20220006027A - 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents
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Abstract
청색 파장 영역의 광을 감지하는 청색 광전 소자, 적색 파장 영역의 광을 감지하는 적색 광전 소자 및 녹색 파장 영역의 광을 감지하는 녹색 광전 소자를 포함하는 제1 광전 소자, 그리고 상기 제1 광전 소자와 적층되어 있으며 적외선 영역의 광을 감지하는 제2 광전 소자를 포함하고, 상기 청색 광전 소자, 상기 적색 광전 소자 및 상기 녹색 광전 소자 중 일부는 반도체 기판 위에 위치하는 유기 광전 소자이고, 상기 청색 광전 소자, 상기 적색 광전 소자 및 상기 녹색 광전 소자 중 다른 일부는 상기 반도체 기판 내에 집적되어 있는 광 다이오드이고, 상기 유기 광전 소자는 서로 마주하는 한 쌍의 제1 투광 전극들, 그리고 상기 제1 투광 전극들 사이에 위치하고 청색 파장 영역, 적색 파장 영역 및 녹색 파장 영역 중 어느 하나의 광을 선택적으로 흡수하는 가시광 흡수층을 포함하는 이미지 센서 및 전자 장치에 관한 것이다.
Description
이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
광전 소자는 광전 효과를 이용하여 빛을 전기 신호로 변환시키는 소자로, 광 다이오드 및 광 트랜지스터 등을 포함하며, 이미지 센서, 태양 전지 등에 적용될 수 있다.
광 다이오드를 포함하는 이미지 센서는 날이 갈수록 소형화 및 높은 해상도가 요구되고 있으며, 이에 따라 화소 크기를 줄이는 것이 필요하다. 그러나 화소 크기가 작아지면서 흡수 면적이 줄어들기 때문에 감도 저하가 발생할 수 있다. 또한 저조도 환경에서는 휘도 저하 또한 발생할 수 있다.
일 구현예는 소형화를 구현하는 동시에 저조도 환경에서도 고감도 및 고휘도 특성을 발휘할 수 있는 이미지 센서를 제공한다.
다른 구현예는 상기 이미지 센서를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
일 구현예에 따르면, 청색 파장 영역의 광을 감지하는 청색 광전 소자, 적색 파장 영역의 광을 감지하는 적색 광전 소자 및 녹색 파장 영역의 광을 감지하는 녹색 광전 소자를 포함하는 제1 광전 소자, 그리고 상기 제1 광전 소자와 적층되어 있으며 적외선 영역의 광을 감지하는 제2 광전 소자를 포함하고, 상기 청색 광전 소자, 상기 적색 광전 소자 및 상기 녹색 광전 소자 중 일부는 반도체 기판 위에 위치하는 유기 광전 소자이고, 상기 청색 광전 소자, 상기 적색 광전 소자 및 상기 녹색 광전 소자 중 다른 일부는 상기 반도체 기판 내에 집적되어 있는 광 다이오드이고, 상기 유기 광전 소자는 서로 마주하는 한 쌍의 제1 투광 전극들, 그리고 상기 제1 투광 전극들 사이에 위치하고 청색 파장 영역, 적색 파장 영역 및 녹색 파장 영역 중 어느 하나의 광을 선택적으로 흡수하는 가시광 흡수층을 포함하는 이미지 센서를 제공한다.
상기 청색 파장 영역은 400nm 이상 500nm 미만에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가질 수 있고, 상기 적색 파장 영역은 580nm 초과 700nm 이하에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가질 수 있고, 상기 녹색 파장 영역은 500nm 내지 580nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가질 수 있고, 상기 적외선 영역은 700nm 초과에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가질 수 있다.
상기 녹색 광전 소자는 상기 유기 광전 소자일 수 있고, 상기 가시광 흡수층은 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있다.
상기 청색 광전 소자 및 상기 적색 광전 소자는 상기 광 다이오드일 수 있다.
상기 청색 광전 소자와 상기 적색 광전 소자는 수평 방향으로 이격되어 배치되어 있을 수 있다.
상기 이미지 센서는 색 필터 층을 더 포함할 수 있고, 상기 색 필터 층은 상기 청색 광전 소자와 중첩하게 위치하고 청색 파장 영역을 포함한 광을 투과시키는 제1 색 필터, 그리고 상기 적색 광전 소자와 중첩하게 위치하고 적색 파장 영역을 포함한 광을 투과시키는 제2 색 필터를 포함할 수 있다.
상기 색 필터 층은 상기 유기 광전 소자와 상기 반도체 기판 사이에 위치할 수 있다.
상기 색 필터 층은 상기 제2 광전 소자와 상기 반도체 기판 사이에 위치할 수 있다.
상기 청색 광전 소자와 상기 적색 광전 소자는 수직 방향으로 적층되어 있을 수 있고, 상기 적색 광전 소자는 상기 청색 광전 소자보다 상기 반도체 기판의 표면으로부터 깊게 위치할 수 있다.
상기 제2 광전 소자는 서로 마주하는 한 쌍의 제2 투광 전극들, 그리고 상기 제2 투광 전극들 사이에 위치하고 적외선 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 적외광 흡수층을 포함할 수 있다.
상기 적외광 흡수층은 퀴노이드 금속 착화합물(quinoid metal complex), 시아닌 화합물(cyanone compound), 임모늄 화합물(immonium compound), 디임모늄 화합물(diimmonium compound), 트리아릴메탄 화합물(triarylmethane compound), 디피로메텐 화합물(dipyrromethene compound), 디퀴논 화합물(diquinone compound), 나프토퀴논 화합물(naphthoquinone compound), 안트라퀴논 화합물(anthraquinone compound), 스퀘리륨 화합물(squarylium compound), 릴렌 화합물(ryleme compound), 프탈로시아닌 화합물(phthalocyanine compound), 나프탈로시아닌 화합물(naphthalocyanine compound), 퍼릴렌 화합물(perylene compound), 안트라퀴논 화합물(anthraquinone compound), 니켈-디티올 착화합물(nickel-dithiol complex), 이들의 유도체 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 유기 광전 소자와 상기 제2 광전 소자는 서로 접하여 위치하거나 투명 절연체를 사이에 두고 위치할 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 반도체 기판, 상기 반도체 기판 위에 위치하고 제1 가시광 영역의 광을 감지하는 유기 광전 소자, 상기 반도체 기판 위에서 상기 유기 광전 소자와 적층되어 있고 적외선 영역의 광을 감지하는 적외선 광전 소자, 상기 반도체 기판 위에 위치하는 색 필터 층, 상기 반도체 기판 내에 집적되어 있고 상기 제1 가시광 영역과 다른 제2 가시광 영역의 광을 감지하는 제1 광 다이오드, 그리고 상기 반도체 기판 내에 집적되어 있고 상기 제1 가시광 영역 및 상기 제2 가시광 영역과 각각 다른 제3 가시광 영역의 광을 감지하는 제2 광 다이오드를 포함하고, 상기 유기 광전 소자는 서로 마주하는 한 쌍의 제1 투광 전극들, 그리고 상기 제1 투광 전극들 사이에 위치하고 상기 제1 가시광 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 가시광 흡수층을 포함하는 이미지 센서를 제공한다.
상기 제1 광 다이오드와 상기 제2 광 다이오드는 수평 방향으로 이격되어 배치되어 있을 수 있다.
상기 색 필터 층은 상기 제1 광 다이오드와 중첩하게 위치하고 상기 제2 가시광 영역을 포함한 광을 선택적으로 투과시키는 제1 색 필터, 그리고 상기 제2 광 다이오드와 중첩하게 위치하고 상기 제3 가시광 영역을 포함한 광을 선택적으로 투과시키는 제2 색 필터를 포함할 수 있다.
상기 제1 가시광 영역은 녹색 파장 영역일 수 있고, 상기 제2 가시광 영역은 청색 파장 영역일 수 있고, 상기 제3 가시광 영역은 적색 파장 영역일 수 있다.
상기 색 필터 층은 상기 유기 광전 소자와 상기 반도체 기판 사이에 위치할 수 있다.
상기 색 필터 층은 상기 적외선 광전 소자와 상기 반도체 기판 사이에 위치할 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 이미지 센서를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
상기 전자 장치는 모바일 폰, 디지털 카메라 또는 생체인식 카메라를 포함할 수 있다.
이미지 센서의 소형화를 구현하는 동시에 저조도 환경에서도 고감도 및 고휘도 특성을 발휘할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도이고,
도 2는 다른 구현예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도이고,
도 3은 또 다른 구현예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도이다.
도 2는 다른 구현예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도이고,
도 3은 또 다른 구현예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 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 이미지 센서를 설명한다. 여기서는 이미지 센서의 일 예로 CMOS 이미지 센서에 대하여 설명한다.
일 구현예에 따른 이미지 센서는 가시광 영역의 광을 감지하는 제1 광전 소자와 적외선 영역의 광을 감지하는 제2 광전 소자를 포함한다.
상기 제1 광전 소자는 가시광 영역의 광을 감지할 수 있으며, 청색 파장 영역의 광을 감지하는 청색 광전 소자, 적색 파장 영역의 광을 감지하는 적색 광전 소자 및 녹색 파장 영역의 광을 감지하는 녹색 광전 소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서 상기 청색 파장 영역은 약 400nm 이상 500nm 미만에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가질 수 있고, 상기 적색 파장 영역은 약 580nm 초과 700nm 이하에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가질 수 있고, 상기 녹색 파장 영역은 약 500nm 내지 580nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가질 수 있다.
상기 제2 광전 소자는 적외선 영역의 광을 감지할 수 있으며, 여기서 적외선 영역은 예컨대 근적외선 영역, 중간 적외선 영역 및 원적외선 영역을 모두 포함할 수 있다. 예컨대 상기 적외선 영역은 약 700nm 초과에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가질 수 있다. 상기 적외선 영역은 예컨대 약 700nm 초과 내지 3㎛에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가질 수 있다.
상기 제1 광전 소자와 상기 제2 광전 소자는 적층되어 있으며 상기 제1 광전 소자가 광이 유입되는 측에 배치될 수도 있고 상기 제2 광전 소자가 광이 유입되는 측에 배치될 수도 있다. 상기 제1 광전 소자와 상기 제2 광전 소자는 서로 접하여 위치하거나 투명 절연체를 사이에 두고 위치할 수 있다. 상기 제1 광전 소자와 상기 제2 광전 소자 사이에는 색 필터가 개재되어 있지 않을 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도이다.
도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 이미지 센서는 청색 광전 소자(50B), 적색 광전 소자(50R) 및 녹색 광전 소자(50G)를 포함하는 제1 광전 소자가 집적되어 있는 반도체 기판(110), 하부 절연층(60), 제2 광전 소자(90) 및 색 필터 층(70)을 포함한다.
반도체 기판(110)은 실리콘 기판일 수 있으며, 청색 광전 소자(50B), 적색 광전 소자(50R), 녹색 광전 소자(50G), 전하 저장소(50I) 및 전송 트랜지스터(도시하지 않음)가 집적되어 있다. 청색 광전 소자(50B), 적색 광전 소자(50R) 및 녹색 광전 소자(50G)는 광 다이오드(photodiode)일 수 있다. 청색 광전 소자(50B) 및 전송 트랜지스터는 청색 화소마다 집적되어 있을 수 있고 적색 광전 소자(50R) 및 전송 트랜지스터는 적색 화소마다 집적되어 있을 수 있고 녹색 광전 소자(50G) 및 전송 트랜지스터는 녹색 화소마다 집적되어 있을 수 있다. 전하 저장소(50I)는 제2 광전 소자(90)와 전기적으로 연결되어 있다.
반도체 기판(110) 위에는 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) 또는 이들의 합금으로 만들어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그러나 상기 구조에 한정되지 않고, 금속 배선 및 패드가 청색 광전 소자(50B), 적색 광전 소자(50R) 및 녹색 광전 소자(50G)의 하부에 위치할 수도 있다.
반도체 기판(110) 위에는 하부 절연층(60)이 형성되어 있다. 하부 절연층(60)은 예컨대 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 각 화소의 광전 소자(50B, 50R, 50G) 및 전하 저장소(50I)를 각각 드러내는 트렌치를 가질 수 있다. 상기 트렌치는 충전재로 채워져 있을 수 있다. 하부 절연층(60)은 생략될 수 있다.
하부 절연층(60) 위에는 제2 광전 소자(90)가 형성되어 있다.
제2 광전 소자(90)는 서로 마주하는 하부 전극(91)과 상부 전극(92), 그리고 하부 전극(91)과 상부 전극(92) 사이에 위치하는 적외광 흡수층(93)을 포함한다.
하부 전극(91)과 상부 전극(92) 중 어느 하나는 애노드(anode)이고 다른 하나는 캐소드(cathode)이다. 하부 전극(91)과 상부 전극(92)은 모두 투광 전극일 수 있으며, 예컨대 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide, ITO), 인듐 아연 옥사이드(indium zinc oxide, IZO)와 같은 투명 도전체로 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.
적외광 흡수층(93)은 적외선 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 적외광 흡수층(93)은 p형 및 n형 반도체를 포함할 수 있으며, 상기 p형 반도체 및 상기 n형 반도체 중 적어도 하나는 적외선 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있는 물질일 수 있으며, 일 예로 퀴노이드 금속 착화합물(quinoid metal complex), 시아닌 화합물(cyanone compound), 임모늄 화합물(immonium compound), 디임모늄 화합물(diimmonium compound), 트리아릴메탄 화합물(triarylmethane compound), 디피로메텐 화합물(dipyrromethene compound), 디퀴논 화합물(diquinone compound), 나프토퀴논 화합물(naphthoquinone compound), 안트라퀴논 화합물(anthraquinone compound), 스퀘리륨 화합물(squarylium compound), 릴렌 화합물(ryleme compound), 프탈로시아닌 화합물(phthalocyanine compound), 나프탈로시아닌 화합물(naphthalocyanine compound), 퍼릴렌 화합물(perylene compound), 안트라퀴논 화합물(anthraquinone compound), 니켈-디티올 착화합물(nickel-dithiol complex), 이들의 유도체 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
적외광 흡수층(93)은 약 1nm 내지 500nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 범위 내에서 약 5nm 내지 300nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 범위의 두께를 가짐으로써 적외선 영역의 광을 효과적으로 흡수하고 정공과 전자를 효과적으로 분리 및 전달함으로써 광전 변환 효율을 효과적으로 개선할 수 있다.
제2 광전 소자(90)는 상부 전극(92) 측으로부터 빛이 입사되어 적외광 흡수층(93)이 적외선 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하면 내부에서 엑시톤이 생성될 수 있다. 엑시톤은 적외광 흡수층(93)에서 정공과 전자로 분리되고, 분리된 정공은 하부 전극(91)과 상부 전극(92) 중 하나인 애노드 측으로 이동하고 분리된 전자는 하부 전극(91)과 상부 전극(92) 중 하나인 캐소드 측으로 이동하여 전류가 흐를 수 있게 한다. 분리된 전자 또는 정공은 전하 저장소(50I)에 모아질 수 있다.
제2 광전 소자(90)는 적외선 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있고 적외선 영역을 제외한 나머지 파장 영역의 광을 그대로 통과시킬 수 있다.
색 필터 층(70)은 가시광 영역 중 청색 파장 영역의 광을 선택적으로 투과하는 청색 필터(70B), 적색 파장 영역의 광을 선택적으로 투과하는 적색 필터(70R) 및 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 투과하는 녹색 필터(70G)를 포함한다. 청색 필터(70B), 적색 필터(70R) 및 녹색 필터(70G)는 각각 청색 화소, 적색 화소 및 녹색 화소에 위치할 수 있다. 청색 필터(70B)는 가시광 영역 중 청색 파장 영역의 광을 선택적으로 투과하여 청색 광전 소자(50B)로 전달하고 적색 필터(70R)는 가시광 영역 중 적색 파장 영역의 광을 선택적으로 투과하여 적색 광전 소자(50R)로 전달하고 녹색 필터(70G)는 가시광 영역 중 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 투과하여 녹색 광전 소자(50G)로 전달할 수 있다. 색 필터 층(70)은 적외선 영역의 광을 그대로 통과시킬 수 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 1에서는 반도체 기판(110) 위에 제2 광전 소자(90)가 적층된 구조를 도시하였지만 이에 한정되지 않고 제2 광전 소자(90) 위에 반도체 기판(110)이 적층된 구조도 동일하게 적용할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 구현예에 따른 이미지 센서는 가시광 영역의 광을 감지하는 제1 광전 소자와 적외선 영역의 광을 감지하는 제2 광전 소자가 수직으로 적층됨으로써 이미지 센서의 면적을 늘리지 않으면서도 제1 광전 소자와 제2 광전 소자의 이점을 그대로 유지할 수 있다. 특히 적외선 영역의 광을 감지하는 제2 광전 소자를 함께 포함함으로써 예컨대 약 11 lux 미만의 저조도 환경에서 이미지 센서의 감도 및 휘도가 급격히 저하되는 것을 방지하고 고감도 및 고휘도 특성을 구현할 수 있다.
또한 본 구현예에 따른 이미지 센서는 색 필터 층(70)을 광이 유입되는 입구에 배치함으로써, 색 필터 층(70) 위에 제2 광전 소자(90)가 배치되는 구조와 비교하여, 예컨대 제2 광전 소자(90)의 투광 전극에 의해 가시광의 일부가 흡수 및/또는 반사되어 가시광 투과도가 감소하는 것을 방지할 수 있다. 따라서 제1 광전 소자로 유입되는 가시광 투과도의 감소 및 이로 인한 효율의 저하를 방지할 수 있다.
또한 본 구현예에 따른 이미지 센서는 색 필터 층(70)을 광이 유입되는 입구에 배치함으로써, 색 필터 층(70) 위에 제2 광전 소자(90)가 배치되는 구조와 비교하여, 광을 흡수할 수 있는 색 필터(70B, 70R, 70G)의 면적을 확보함으로써 각 화소의 개구율을 높여 감도를 개선할 수 있다. 만일 색 필터 층(70) 위에 제2 광전 소자(90)가 배치되는 경우, 제2 광전 소자(90)와 전하 저장소(50I)를 연결하는 트렌치의 공간을 확보하기 위하여 색 필터(70B, 70R, 70G)의 면적을 줄임으로써 각 화소의 개구율이 작아지고 그로 인한 감도 저하가 발생할 수 있다.
도 2는 다른 구현예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도이다.
도 2를 참고하면, 일 구현예에 따른 이미지 센서는 청색 광전 소자(50B)와 적색 광전 소자(50R)를 포함하는 반도체 기판(110), 하부 절연층(60), 색 필터 층(70B, 70R), 중간 절연층(65), 유기 광전 소자(100), 상부 절연층(80) 및 제2 광전 소자(90)를 포함한다.
반도체 기판(110)은 실리콘 기판일 수 있으며, 청색 광전 소자(50B), 적색 광전 소자(50R), 전하 저장소(55G) 및 전송 트랜지스터(도시하지 않음)가 집적되어 있다. 청색 광전 소자(50B) 및 적색 광전 소자(50R)는 광 다이오드일 수 있다. 청색 광전 소자(50B) 및 적색 광전 소자(50R)는 수평 방향으로 이격되어 배치되어 있다. 청색 광전 소자(50B) 및 전송 트랜지스터는 청색 화소마다 집적되어 있을 수 있고 적색 광전 소자(50R) 및 전송 트랜지스터는 적색 화소마다 집적되어 있을 수 있고 전하 저장소(50G)는 유기 광전 소자(100)와 전기적으로 연결되어 있다.
반도체 기판(110) 위에는 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) 또는 이들의 합금으로 만들어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그러나 상기 구조에 한정되지 않고, 금속 배선 및 패드가 청색 광전 소자(50B) 및 적색 광전 소자(50R) 의 하부에 위치할 수도 있다.
반도체 기판(110) 위에는 하부 절연층(60)이 형성되어 있다. 하부 절연층(60)은 예컨대 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 각 화소의 광전 소자(50B, 50R) 및 전하 저장소(55G)를 각각 드러내는 트렌치를 가질 수 있다. 상기 트렌치는 충전재로 채워져 있을 수 있다.
하부 절연층(60) 위에는 색 필터 층(70B, 70R)이 형성되어 있다. 색 필터 층(70B, 70R)은 청색 화소의 색 필터(70B)와 적색 화소의 색 필터(70R)를 포함한다. 청색 화소의 색 필터(70B)는 청색 파장 영역의 광을 투과하여 청색 광전 소자(50B)로 전달하고 적색 화소의 색 필터(70R)는 적색 파장 영역의 광을 투과하여 적색 광전 소자(50R)로 전달한다.
색 필터 층(70B, 70R) 위에는 중간 절연층(65)이 형성되어 있다. 중간 절연층(65)은 색 필터 층(70B, 70R)에 의한 단차를 제거하고 평탄화한다. 중간 절연층(65) 및 하부 절연층(60)은 패드를 드러내는 접촉구(도시하지 않음)와 녹색 화소의 전하 저장소(55G)를 드러내는 트렌치를 가진다.
중간 절연층(65) 위에는 유기 광전 소자(100)가 형성되어 있다. 유기 광전 소자(100)는 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 감지할 수 있다.
유기 광전 소자(100)는 서로 마주하는 하부 전극(10)과 상부 전극(20), 그리고 하부 전극(10)과 상부 전극(20) 사이에 위치하는 녹색 광 흡수층(30G)을 포함한다. 하부 전극(10)과 상부 전극(20) 중 하나는 애노드이고 다른 하나는 캐소드이다.
하부 전극(10)과 상부 전극(20)은 모두 투광 전극일 수 있으며, 상기 투광 전극은 예컨대 인듐 틴 옥사이드(ITO), 인듐 아연 옥사이드(IZO)와 같은 투명 도전체로 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.
녹색 광 흡수층(30G)은 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하고 녹색 파장 영역이 아닌 파장 영역, 즉 청색 파장 영역 및 적색 파장 영역의 광은 그대로 통과시킨다.
녹색 광 흡수층(30G)은 예컨대 p형 반도체와 n형 반도체를 포함할 수 있으며, 상기 p형 반도체와 상기 n형 반도체는 pn 접합(pn junction)을 형성할 수 있다. 상기 p형 반도체와 상기 n형 반도체 중 적어도 하나는 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있으며, 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하여 엑시톤(exciton)을 생성한 후 생성된 엑시톤을 정공과 전자로 분리하여 광전 효과를 낼 수 있다. 녹색 광 흡수층(30G)은 녹색 필터를 대체할 수 있다.
상기 p형 반도체와 상기 n형 반도체는 각각 예컨대 약 2.0 내지 2.5eV의 에너지 밴드갭을 가질 수 있으며, 상기 p형 반도체와 상기 n형 반도체는 예컨대 약 0.2 내지 0.7eV의 LUMO 차이를 가질 수 있다.
상기 p형 반도체 물질은 예컨대 퀴나크리돈(quinacridone) 또는 그 유도체, 서브프탈로시아닌(subphthalocyanine) 또는 그 유도체일 수 있으며, 상기 n형 반도체 물질은 예컨대 시아노비닐기를 가지는 티오펜 유도체(cyanovinyl group containing thiophene derivative), 플러렌 또는 플러렌 유도체일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
녹색 광 흡수층(30G)은 단일 층일 수도 있고 복수 층일 수 있다. 녹색 광 흡수층(30G)은 예컨대 진성층(intrinsic layer, I층), p형 층/I층, I층/n형 층, p형 층/I층/n형 층, p형 층/n형 층 등 다양한 조합일 수 있다.
진성층(I층)은 상기 p형 반도체와 상기 n형 반도체 화합물이 약 1:100 내지 약 100:1의 두께 비로 혼합되어 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서 약 1:50 내지 50:1의 두께 비로 포함될 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 1:10 내지 10:1의 두께 비로 포함될 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 1: 1의 두께 비로 포함될 수 있다. p형 반도체와 n형 반도체가 상기 범위의 조성비를 가짐으로써 효과적인 엑시톤 생성 및 pn 접합 형성에 유리하다.
p형 층은 상기 p형 반도체를 포함할 수 있고, n형 층은 상기 n형 반도체를 포함할 수 있다.
녹색 광 흡수층(30G)은 약 1nm 내지 500nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 범위 내에서 약 5nm 내지 300nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 범위의 두께를 가짐으로써 빛을 효과적으로 흡수하고 정공과 전자를 효과적으로 분리 및 전달함으로써 광전 변환 효율을 효과적으로 개선할 수 있다.
유기 광전 소자(100)는 상부 전극(20) 측으로부터 빛이 입사되어 녹색 광 흡수층(30G)이 녹색 파장 영역의 빛을 흡수하면 내부에서 엑시톤이 생성될 수 있다. 엑시톤은 녹색 광 흡수층(30G)에서 정공과 전자로 분리되고, 분리된 정공은 하부 전극(10)과 상부 전극(20) 중 하나인 애노드 측으로 이동하고 분리된 전자는 하부 전극(10)과 상부 전극(20) 중 다른 하나인 캐소드 측으로 이동하여 전류가 흐를 수 있게 된다. 분리된 전자 또는 정공은 전하 저장소(55G)에 모아질 수 있다. 녹색 파장 영역을 제외한 나머지 파장 영역의 빛은 하부 전극(10) 및 색 필터(70B, 70R)를 통과하여 청색 광전 소자(50B) 또는 적색 광전 소자(50R)에 의해 센싱될 수 있다.
녹색 광 흡수층(30G)은 이미지 센서의 전면에 형성될 수 있으며, 이에 따라 이미지 센서의 전면에서 광을 흡수할 수 있어서 광 면적을 높여 높은 흡광 효율을 가질 수 있다.
반도체 기판(110) 내에 집적되어 있는 청색 광전 소자(50B), 적색 광전 소자(50R)와 녹색 광 흡수층(30G)을 포함하는 유기 광전 소자(100)는 상기 제1 광전 소자를 형성할 수 있다.
유기 광전 소자(100) 위에는 상부 절연층(80)이 형성되어 있다.
상부 절연층(80)은 예컨대 산화규소 및/또는 질화규소와 같은 무기 절연 물질 또는 SiC, SiCOH, SiCO 및 SiOF와 같은 저유전율(low K) 물질로 만들어질 수 있다. 상부 절연층(80)은 생략될 수 있다.
상부 절연층(80) 위에는 제2 광전 소자(90)가 형성되어 있다.
제2 광전 소자(90)는 서로 마주하는 하부 전극(91)과 상부 전극(92), 그리고 하부 전극(91)과 상부 전극(92) 사이에 위치하는 적외광 흡수층(93)을 포함한다.
하부 전극(91)과 상부 전극(92) 중 어느 하나는 애노드이고 다른 하나는 캐소드이다. 하부 전극(91)과 상부 전극(92)은 모두 투광 전극일 수 있으며, 예컨대 인듐 틴 옥사이드(ITO), 인듐 아연 옥사이드(IZO)와 같은 투명 도전체로 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.
적외광 흡수층(93)은 적외선 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 적외광 흡수층(93)은 p형 및 n형 반도체를 포함할 수 있으며, 상기 p형 반도체 및 상기 n형 반도체 중 적어도 하나는 적외선 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있는 물질일 수 있으며, 일 예로 퀴노이드 금속 착화합물, 시아닌 화합물, 임모늄 화합물, 디임모늄 화합물, 트리아릴메탄 화합물, 디피로메텐 화합물, 디퀴논 화합물, 나프토퀴논 화합물, 안트라퀴논 화합물, 스퀘리륨 화합물, 릴렌 화합물, 프탈로시아닌 화합물, 나프탈로시아닌 화합물, 퍼릴렌 화합물, 안트라퀴논 화합물, 니켈-디티올 착화합물, 이들의 유도체 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
적외광 흡수층(93)은 약 1nm 내지 500nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 범위 내에서 약 5nm 내지 300nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 범위의 두께를 가짐으로써 적외선 영역의 광을 효과적으로 흡수하고 정공과 전자를 효과적으로 분리 및 전달함으로써 광전 변환 효율을 효과적으로 개선할 수 있다.
제2 광전 소자(90)는 상부 전극(92) 측으로부터 빛이 입사되어 적외광 흡수층(93)이 적외선 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하면 내부에서 엑시톤이 생성될 수 있다. 엑시톤은 적외광 흡수층(93)에서 정공과 전자로 분리되고, 분리된 정공은 하부 전극(91)과 상부 전극(92) 중 하나인 애노드 측으로 이동하고 분리된 전자는 하부 전극(91)과 상부 전극(92) 중 하나인 캐소드 측으로 이동하여 전류가 흐를 수 있게 한다. 분리된 전자 또는 정공은 전하 저장소(도시하지 않음)에 모아질 수 있다.
제2 광전 소자(90)는 적외선 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있고 적외선 영역을 제외한 나머지 파장 영역의 광을 그대로 통과시킬 수 있다.
제2 광전 소자(90) 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 2에서는 유기 광전 소자(100) 위에 제2 광전 소자(90)가 적층된 구조를 도시하였지만 이에 한정되지 않고 제2 광전 소자(90) 위에 유기 광전 소자(100)가 적층된 구조도 동일하게 적용할 수 있다.
또한 도 2에서는 청색 광전 소자(50B)와 적색 광전 소자(50R)가 반도체 기판(110) 내에 집적되어 있고 유기 광전 소자(100)가 녹색 광 흡수층(30G)을 포함하는 구조를 도시하였지만 이에 한정되지 않고 청색 광전 소자와 녹색 광전 소자가 반도체 기판(110) 내에 집적되고 유기 광전 소자(100)가 적색 광 흡수층을 포함하는 구조이거나 적색 광전 소자와 녹색 광전 소자가 반도체 기판(110) 내에 집적되고 유기 광전 소자(100)가 청색 광 흡수층을 포함하는 구조에도 동일하게 적용될 수 있다.
본 구현예에 따른 이미지 센서는 가시광 영역의 광을 감지하는 제1 광전 소자와 적외선 영역의 광을 감지하는 제2 광전 소자가 수직으로 적층됨으로써 이미지 센서의 면적을 늘리지 않으면서도 제1 광전 소자와 제2 광전 소자의 이점을 그대로 유지할 수 있다. 특히 적외선 영역의 광을 감지하는 제2 광전 소자를 함께 포함함으로써 예컨대 약 11 lux 미만의 저조도 환경에서 이미지 센서의 감도 및 휘도가 급격히 저하되는 것을 방지하고 고감도 및 고휘도 특성을 구현할 수 있다.
또한 본 구현예에 따른 이미지 센서는 제1 광전 소자로서 청색 파장 영역의 광과 적색 파장 영역의 광을 흡수하는 색 필터를 포함하는 색 필터 층과 녹색 파장 영역의 광을 흡수하는 녹색 광전 소자를 수직으로 적층함으로써 이미지 센서의 면적을 줄일 수 있고 이에 따라 이미지 센서의 소형화를 구현할 수 있다. 또한 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 광전 소자는 이미지 센서의 전면에 형성되어 광을 흡수할 수 있는 면적을 높일 수 있고 색 필터 층의 면적도 확보할 수 있으므로 흡광 효율을 높일 수 있다.
도 3은 또 다른 구현예에 따른 이미지 센서를 도시한 단면도이다.
도 3을 참고하면, 일 구현예에 따른 이미지 센서는 전술한 구현예와 마찬가지로 청색 광전 소자(50B)와 적색 광전 소자(50R)를 포함하는 반도체 기판(110), 하부 절연층(60), 유기 광전 소자(100), 상부 절연층(80) 및 제2 광전 소자(90)를 포함한다.
반도체 기판(110)은 실리콘 기판일 수 있으며, 청색 광전 소자(50B), 적색 광전 소자(50R), 전하 저장소(55G) 및 전송 트랜지스터(도시하지 않음)가 집적되어 있다. 청색 광전 소자(50B) 및 적색 광전 소자(50R)는 광 다이오드일 수 있다.
그러나 본 구현예에 따른 이미지 센서는 전술한 구현예와 달리, 청색 광전 소자(50B)와 적색 광전 소자(50R)가 수직 방향으로 적층되어 있다. 청색 광전 소자(50B)와 적색 광전 소자(50R)는 전하 저장소(도시하지 않음)와 전기적으로 연결되어 있고 전송 트랜지스터에 의해 전달될 수 있다. 청색 광전 소자(50B)와 적색 광전 소자(50R)는 적층 깊이에 따라 각 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있다.
반도체 기판(110) 위에는 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) 또는 이들의 합금으로 만들어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그러나 상기 구조에 한정되지 않고, 금속 배선 및 패드가 청색 광전 소자(50B) 및 적색 광전 소자(50R) 의 하부에 위치할 수도 있다.
반도체 기판(110) 위에는 하부 절연층(60)이 형성되어 있다. 하부 절연층(60)은 예컨대 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 각 화소의 광전 소자(50B, 50R) 및 전하 저장소(55G)를 각각 드러내는 트렌치를 가질 수 있다. 상기 트렌치는 충전재로 채워져 있을 수 있다.
하부 절연층(60) 위에는 유기 광전 소자(100)가 형성되어 있다. 유기 광전 소자(100)는 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 감지할 수 있다.
유기 광전 소자(100)는 서로 마주하는 하부 전극(10)과 상부 전극(20), 그리고 하부 전극(10)과 상부 전극(20) 사이에 위치하는 녹색 광 흡수층(30G)을 포함한다. 하부 전극(10)과 상부 전극(20) 중 하나는 애노드이고 다른 하나는 캐소드이다.
하부 전극(10)과 상부 전극(20)은 모두 투광 전극일 수 있으며, 상기 투광 전극은 예컨대 인듐 틴 옥사이드(ITO), 인듐 아연 옥사이드(IZO)와 같은 투명 도전체로 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.
녹색 광 흡수층(30G)은 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하고 녹색 파장 영역이 아닌 파장 영역, 즉 청색 파장 영역 및 적색 파장 영역의 광은 그대로 통과시킨다.
녹색 광 흡수층(30G)은 예컨대 p형 반도체와 n형 반도체를 포함할 수 있으며, 상기 p형 반도체와 상기 n형 반도체는 pn 접합(pn junction)을 형성할 수 있다. 상기 p형 반도체와 상기 n형 반도체 중 적어도 하나는 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있으며, 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하여 엑시톤(exciton)을 생성한 후 생성된 엑시톤을 정공과 전자로 분리하여 광전 효과를 낼 수 있다. 녹색 광 흡수층(30G)은 녹색 필터를 대체할 수 있다.
녹색 광 흡수층(30G)은 이미지 센서의 전면에 형성될 수 있으며, 이에 따라 이미지 센서의 전면에서 광을 흡수할 수 있어서 광 면적을 높여 높은 흡광 효율을 가질 수 있다.
반도체 기판(110) 내에 집적되어 있는 청색 광전 소자(50B), 적색 광전 소자(50R)와 녹색 광 흡수층(30G)을 포함하는 유기 광전 소자(100)는 상기 제1 광전 소자를 형성할 수 있다.
유기 광전 소자(100) 위에는 상부 절연층(80)이 형성되어 있다.
상부 절연층(80)은 예컨대 산화규소 및/또는 질화규소와 같은 무기 절연 물질 또는 SiC, SiCOH, SiCO 및 SiOF와 같은 저유전율(low K) 물질로 만들어질 수 있다. 상부 절연층(80)은 생략될 수 있다.
상부 절연층(80) 위에는 제2 광전 소자(90)가 형성되어 있다.
제2 광전 소자(90)는 서로 마주하는 하부 전극(91)과 상부 전극(92), 그리고 하부 전극(91)과 상부 전극(92) 사이에 위치하는 적외광 흡수층(93)을 포함한다.
하부 전극(91)과 상부 전극(92) 중 어느 하나는 애노드이고 다른 하나는 캐소드이다. 하부 전극(91)과 상부 전극(92)은 모두 투광 전극일 수 있으며, 예컨대 인듐 틴 옥사이드(ITO), 인듐 아연 옥사이드(IZO)와 같은 투명 도전체로 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.
적외광 흡수층(93)은 적외선 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 적외광 흡수층(93)은 p형 및 n형 반도체를 포함할 수 있으며, 상기 p형 반도체 및 상기 n형 반도체 중 적어도 하나는 적외선 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있는 물질일 수 있으며, 일 예로 퀴노이드 금속 착화합물, 시아닌 화합물, 임모늄 화합물, 디임모늄 화합물, 트리아릴메탄 화합물, 디피로메텐 화합물, 디퀴논 화합물, 나프토퀴논 화합물, 안트라퀴논 화합물, 스퀘리륨 화합물, 릴렌 화합물, 프탈로시아닌 화합물, 나프탈로시아닌 화합물, 퍼릴렌 화합물, 안트라퀴논 화합물, 니켈-디티올 착화합물, 이들의 유도체 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
적외광 흡수층(93)은 약 1nm 내지 500nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 범위 내에서 약 5nm 내지 300nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 범위의 두께를 가짐으로써 적외선 영역의 광을 효과적으로 흡수하고 정공과 전자를 효과적으로 분리 및 전달함으로써 광전 변환 효율을 효과적으로 개선할 수 있다.
제2 광전 소자(90)는 적외선 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있고 적외선 영역을 제외한 나머지 파장 영역의 광을 그대로 통과시킬 수 있다.
제2 광전 소자(90) 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 3에서는 유기 광전 소자(100) 위에 제2 광전 소자(90)가 적층된 구조를 도시하였지만 이에 한정되지 않고 제2 광전 소자(90) 위에 유기 광전 소자(100)가 적층된 구조도 동일하게 적용할 수 있다.
또한 도 2에서는 청색 광전 소자(50B)와 적색 광전 소자(50R)가 반도체 기판(110) 내에 집적되어 있고 유기 광전 소자(100)가 녹색 광 흡수층(30G)을 포함하는 구조를 도시하였지만 이에 한정되지 않고 청색 광전 소자와 녹색 광전 소자가 반도체 기판(110) 내에 수직 방향으로 집적되고 유기 광전 소자(100)가 적색 광 흡수층을 포함하는 구조에도 동일하게 적용될 수 있다. 이 때 녹색 광전 소자는 청색 광전 소자보다 하부에 위치할 수 있다. 마찬가지로 적색 광전 소자와 녹색 광전 소자가 반도체 기판(110) 내에 수직 방향으로 집적되고 유기 광전 소자(100)가 청색 광 흡수층을 포함하는 구조에도 동일하게 적용될 수 있다. 이 때 적색 광전 소자가 녹색 광전 소자보다 하부에 위치할 수 있다.
본 구현예에 따른 이미지 센서는 가시광 영역의 광을 감지하는 제1 광전 소자와 적외선 영역의 광을 감지하는 제2 광전 소자가 수직으로 적층됨으로써 이미지 센서의 면적을 늘리지 않으면서도 제1 광전 소자와 제2 광전 소자의 이점을 그대로 유지할 수 있다. 특히 적외선 영역의 광을 감지하는 제2 광전 소자를 함께 포함함으로써 예컨대 약 11 lux 미만의 저조도 환경에서 이미지 센서의 감도 및 휘도가 급격히 저하되는 것을 방지하고 고감도 및 고휘도 특성을 구현할 수 있다.
또한 본 구현예에 따른 이미지 센서는 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 유기 광전 소자 뿐만 아니라 적색 광전 소자와 청색 광전 소자 또한 수직으로 적층된 구조를 가짐으로써 이미지 센서의 크기를 더욱 줄여 소형화 이미지 센서를 구현할 수 있다. 또한 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 광전 소자는 이미지 센서의 전면에 형성되어 광을 흡수할 수 있는 면적을 높일 수 있고 색 필터 층의 면적도 확보할 수 있으므로 흡광 효율을 높일 수 있다.
또한 본 구현예에 따른 이미지 센서는 별도의 색 필터 층을 포함하지 않음으로써 구조 및 공정을 단순화할 수 있다.
상술한 이미지 센서는 다양한 전자 장치에 적용될 수 있으며, 예컨대 모바일 폰, 디지털 카메라, 생체인식 센서 등에 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
50B: 청색 광전 소자
50R: 적색 광전 소자
55G, 55I: 전하 저장소 60: 하부 절연층
65: 중간 절연층 70: 색 필터 층
80: 상부 절연층 90: 제2 광전 소자
10, 91: 하부 전극 20, 92: 상부 전극
30G: 녹색 광 흡수층 93: 적외광 흡수층
110: 반도체 기판
55G, 55I: 전하 저장소 60: 하부 절연층
65: 중간 절연층 70: 색 필터 층
80: 상부 절연층 90: 제2 광전 소자
10, 91: 하부 전극 20, 92: 상부 전극
30G: 녹색 광 흡수층 93: 적외광 흡수층
110: 반도체 기판
Claims (20)
- 청색 파장 영역의 광을 감지하는 청색 광전 소자, 적색 파장 영역의 광을 감지하는 적색 광전 소자 및 녹색 파장 영역의 광을 감지하는 녹색 광전 소자를 포함하는 제1 광전 소자, 그리고
상기 제1 광전 소자와 적층되어 있으며 적외선 영역의 광을 감지하는 제2 광전 소자
를 포함하고,
상기 청색 광전 소자, 상기 적색 광전 소자 및 상기 녹색 광전 소자 중 일부는 반도체 기판 위에 위치하는 유기 광전 소자이고,
상기 청색 광전 소자, 상기 적색 광전 소자 및 상기 녹색 광전 소자 중 다른 일부는 상기 반도체 기판 내에 집적되어 있는 광 다이오드이고,
상기 유기 광전 소자는
서로 마주하는 한 쌍의 제1 투광 전극들, 그리고
상기 제1 투광 전극들 사이에 위치하고 청색 파장 영역, 적색 파장 영역 및 녹색 파장 영역 중 어느 하나의 광을 선택적으로 흡수하는 가시광 흡수층
을 포함하는 이미지 센서.
- 제1항에서,
상기 청색 파장 영역은 400nm 이상 500nm 미만에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지고,
상기 적색 파장 영역은 580nm 초과 700nm 이하에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지고,
상기 녹색 파장 영역은 500nm 내지 580nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지고,
상기 적외선 영역은 700nm 초과에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는
이미지 센서.
- 제1항에서,
상기 녹색 광전 소자는 상기 유기 광전 소자이고,
상기 가시광 흡수층은 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 이미지 센서.
- 제3항에서,
상기 청색 광전 소자 및 상기 적색 광전 소자는 상기 광 다이오드인 이미지 센서.
- 제4항에서,
상기 청색 광전 소자와 상기 적색 광전 소자는 수평 방향으로 이격되어 배치되어 있는 이미지 센서.
- 제4항에서,
색 필터 층을 더 포함하고,
상기 색 필터 층은
상기 청색 광전 소자와 중첩하게 위치하고 청색 파장 영역을 포함한 광을 투과시키는 제1 색 필터, 그리고
상기 적색 광전 소자와 중첩하게 위치하고 적색 파장 영역을 포함한 광을 투과시키는 제2 색 필터
를 포함하는 이미지 센서.
- 제6항에서,
상기 색 필터 층은 상기 유기 광전 소자와 상기 반도체 기판 사이에 위치하는 이미지 센서.
- 제6항에서,
상기 색 필터 층은 상기 제2 광전 소자와 상기 반도체 기판 사이에 위치하는 이미지 센서.
- 제4항에서,
상기 청색 광전 소자와 상기 적색 광전 소자는 수직 방향으로 적층되어 있고,
상기 적색 광전 소자는 상기 청색 광전 소자보다 상기 반도체 기판의 표면으로부터 깊게 위치하는
이미지 센서.
- 제1항에서,
상기 제2 광전 소자는
서로 마주하는 한 쌍의 제2 투광 전극들, 그리고
상기 제2 투광 전극들 사이에 위치하고 적외선 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 적외광 흡수층
을 포함하는 이미지 센서.
- 제10항에서,
상기 적외광 흡수층은 퀴노이드 금속 착화합물(quinoid metal complex), 시아닌 화합물(cyanone compound), 임모늄 화합물(immonium compound), 디임모늄 화합물(diimmonium compound), 트리아릴메탄 화합물(triarylmethane compound), 디피로메텐 화합물(dipyrromethene compound), 디퀴논 화합물(diquinone compound), 나프토퀴논 화합물(naphthoquinone compound), 안트라퀴논 화합물(anthraquinone compound), 스퀘리륨 화합물(squarylium compound), 릴렌 화합물(ryleme compound), 프탈로시아닌 화합물(phthalocyanine compound), 나프탈로시아닌 화합물(naphthalocyanine compound), 퍼릴렌 화합물(perylene compound), 안트라퀴논 화합물(anthraquinone compound), 니켈-디티올 착화합물(nickel-dithiol complex), 이들의 유도체 또는 이들의 조합을 포함하는 이미지 센서.
- 제1항에서,
상기 유기 광전 소자와 상기 제2 광전 소자는 서로 접하여 위치하거나 투명 절연체를 사이에 두고 위치하는 이미지 센서.
- 반도체 기판,
상기 반도체 기판 위에 위치하고 제1 가시광 영역의 광을 감지하는 유기 광전 소자,
상기 반도체 기판 위에서 상기 유기 광전 소자와 적층되어 있고 적외선 영역의 광을 감지하는 적외선 광전 소자,
상기 반도체 기판 위에 위치하는 색 필터 층,
상기 반도체 기판 내에 집적되어 있고 상기 제1 가시광 영역과 다른 제2 가시광 영역의 광을 감지하는 제1 광 다이오드, 그리고
상기 반도체 기판 내에 집적되어 있고 상기 제1 가시광 영역 및 상기 제2 가시광 영역과 각각 다른 제3 가시광 영역의 광을 감지하는 제2 광 다이오드
를 포함하고,
상기 유기 광전 소자는
서로 마주하는 한 쌍의 제1 투광 전극들, 그리고
상기 제1 투광 전극들 사이에 위치하고 상기 제1 가시광 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 가시광 흡수층
을 포함하는 이미지 센서.
- 제13항에서,
상기 제1 광 다이오드와 상기 제2 광 다이오드는 수평 방향으로 이격되어 배치되어 있는 이미지 센서.
- 제14항에서,
상기 색 필터 층은
상기 제1 광 다이오드와 중첩하게 위치하고 상기 제2 가시광 영역을 포함한 광을 선택적으로 투과시키는 제1 색 필터, 그리고
상기 제2 광 다이오드와 중첩하게 위치하고 상기 제3 가시광 영역을 포함한 광을 선택적으로 투과시키는 제2 색 필터
를 포함하는 이미지 센서.
- 제13항에서,
상기 제1 가시광 영역은 녹색 파장 영역이고,
상기 제2 가시광 영역은 청색 파장 영역이고,
상기 제3 가시광 영역은 적색 파장 영역인
이미지 센서.
- 제13항에서,
상기 색 필터 층은 상기 유기 광전 소자와 상기 반도체 기판 사이에 위치하는 이미지 센서.
- 제13항에서,
상기 색 필터 층은 상기 적외선 광전 소자와 상기 반도체 기판 사이에 위치하는 이미지 센서.
- 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 장치.
- 제19항에서,
모바일 폰, 디지털 카메라 또는 생체인식 카메라를 포함하는 전자 장치.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A107 | Divisional application of patent | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |