KR20220127037A - 다중파장 광 검출기 및 이를 이용한 초분광 이미징 시스템 - Google Patents

다중파장 광 검출기 및 이를 이용한 초분광 이미징 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20220127037A
KR20220127037A KR1020210031551A KR20210031551A KR20220127037A KR 20220127037 A KR20220127037 A KR 20220127037A KR 1020210031551 A KR1020210031551 A KR 1020210031551A KR 20210031551 A KR20210031551 A KR 20210031551A KR 20220127037 A KR20220127037 A KR 20220127037A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wavelength
pixels
pixel
integrated circuit
photodetector
Prior art date
Application number
KR1020210031551A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102601796B1 (ko
Inventor
김상현
금대명
임성규
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020210031551A priority Critical patent/KR102601796B1/ko
Publication of KR20220127037A publication Critical patent/KR20220127037A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102601796B1 publication Critical patent/KR102601796B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/42—Absorption spectrometry; Double beam spectrometry; Flicker spectrometry; Reflection spectrometry
    • G01J3/427—Dual wavelengths spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/2823—Imaging spectrometer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/2823—Imaging spectrometer
    • G01J2003/2826—Multispectral imaging, e.g. filter imaging
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

다중파장 광 검출기 및 이를 이용한 초분광 이미징 시스템이 개시된다. 일 실시예에 따르면, 다중파장 광 검출기는 입사 광을 파장별로 흡수하는 복수의 픽셀들로 구성되는 픽셀 세트; 상기 픽셀 세트의 하부에 결합된 채, 상기 복수의 픽셀들 각각이 파장별로 흡수하는 광에 대한 전기 신호를 발생시키는 복수의 픽셀 트랜지스터들; 및 상기 복수의 픽셀들 각각이 파장별로 흡수하는 광에 대한 전기 신호를 처리하여 이미지를 구현하는 집적 회로 소자를 포함할 수 있다.

Description

다중파장 광 검출기 및 이를 이용한 초분광 이미징 시스템{MULTI-COLOR PHOTODETECTOR AND HYPERSPECTRAL IMAGING SYSTEM USING THE SAME}
아래의 실시예들은 초분광 이미징 시스템(Hyperspectral imaging system)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다중파장 광 검출기 및 이를 이용한 초분광 이미징 시스템에 대한 기술이다.
초분광 이미징 시스템은 한정된 광대역 파장에서 광을 측정을 수행하는 다분광 이미징 시스템과 달리, 연속적인 수백 내지 수천 개의 채널을 가지며 대략 수 nm이하의 파장 간격으로 광을 측정을 수행할 수 있다.
그러나 수평 방향으로 복수의 픽셀들이 배치되는 기존의 픽셀 세트의 구조로는, 수평 집적도의 한계로 서로 상이한 무수히 많은 파장의 광을 흡수하도록 구현되기 적합하지 않으며, 공정 복잡도 역시 높은 문제를 야기한다.
또한, 기존의 픽셀들의 상부에 배치되는 필터는 성능과 가변성이 양립할 수 없는 구조로 인하여, 성능이 저하되는 문제점 또는 고정 형태로 소형화 및 집적화가 힘든 문제점을 갖는다.
또한, 집적 회로 소자에만 커패시터가 구비되는 기존의 구조는, 전하적분용량이 크지 않아 광 검출기의 잡음온도분해능 특성이 저하되는 문제점을 갖는다.
이에, 상기 문제점들을 해결하는 다중파장 광 검출기 및 이를 이용한 초분광 이미징 시스템이 제안될 필요가 있다.
일 실시예들은 서로 상이한 무수히 많은 파장의 광을 흡수하도록 적은 복잡도로 구현되는 복수의 픽셀들과, 성능을 보장하는 가운데 가변 형태로 구현되어 소형화 및 집적화가 가능한 필터를 포함하는 다중파장 광 검출기 및 이를 이용한 초분광 이미징 시스템을 제안한다.
또한, 일 실시예들은 전하적분용량을 증가시켜 잡음온도분해능 특성을 개선하기 위하여, 집적 회로 소자에 구비되는 커패시터 이외에 추가적인 커패시터층을 더 포함하는 다중파장 광 검출기 및 이를 이용한 초분광 이미징 시스템을 제안한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 상기 과제로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 다중파장 광 검출기는, 입사 광을 파장별로 흡수하는 복수의 픽셀들로 구성되는 픽셀 세트; 상기 픽셀 세트의 하부에 결합된 채, 상기 복수의 픽셀들 각각이 파장별로 흡수하는 광에 대한 전기 신호를 발생시키는 복수의 픽셀 트랜지스터들; 및 상기 복수의 픽셀들 각각이 파장별로 흡수하는 광에 대한 전기 신호를 처리하여 이미지를 구현하는 집적 회로 소자를 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 픽셀 세트, 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들 및 상기 집적 회로 소자는, 모놀리식으로 적층된 구조를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 일측에 따르면, 상기 다중파장 광 검출기는, 상기 집적 회로 소자와 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들 사이에 배치되는 커패시터층을 더 포함할 수 있다.
또 다른 일측에 따르면, 상기 픽셀 세트를 구성하는 복수의 픽셀들은, 상기 커패시터층을 공유하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 일측에 따르면, 상기 커패시터층은, 상기 집적 회로 소자에 대향하여 배치되는 제1 금속층; 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들에 대향하여 배치되는 제2 금속층; 및 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층 사이에 배치되는 절연층을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 일측에 따르면, 상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속층은, 상기 집적 회로 소자와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 일측에 따르면, 상기 다중파장 광 검출기는, 상기 픽셀 세트, 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들 및 상기 커패시터층 각각을 수평 방향으로 복수 개 구비하여 다중파장 광 검출기 어레이를 구성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 일측에 따르면, 상기 복수 개 구비되는 상기 픽셀 세트, 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들 및 상기 커패시터층 각각은, 상기 집적 회로 소자를 공유하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 일측에 따르면, 상기 다중파장 광 검출기 어레이는, 초분광 이미징 시스템으로 사용되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 일측에 따르면, 상기 다중파장 광 검출기는, 상기 픽셀 세트를 구성하는 복수의 픽셀들의 상부에 각각 배치되는 복수의 나노구조 표면 필터들을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 일측에 따르면, 상기 복수의 픽셀들은, 수직 방향으로 적층되는 가운데 상기 복수의 픽셀들 각각에서 적어도 일부 영역이 노출되도록 서로 상이한 크기를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 일측에 따르면, 상기 복수의 나노구조 표면 필터들 각각은, 상기 복수의 픽셀들 각각에서 노출되는 상기 적어도 일부 영역의 상부에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 일측에 따르면, 상기 복수의 나노구조 표면 필터들은, 서로 다른 파장을 흡수하도록 서로 상이한 주기 또는 형태를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 다중파장 광 검출기의 제조 방법은, 복수의 픽셀들 각각이 파장별로 흡수하는 광에 대한 전기 신호를 처리하여 이미지를 구현하는 집적 회로 소자를 준비하는 단계; 상기 집적 회로 소자 상에 상기 복수의 픽셀들 각각이 파장별로 흡수하는 광에 대한 전기 신호를 발생시키는 복수의 픽셀 트랜지스터들을 형성하는 단계; 및 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들 상에 입사 광을 파장별로 흡수하는 상기 복수의 픽셀들로 구성되는 픽셀 세트를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들을 형성하는 단계 및 상기 픽셀 세트를 형성하는 단계는, 상기 집적 회로 소자, 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들 및 상기 픽셀 세트가 모놀리식으로 적층된 구조를 갖도록 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들 및 상기 픽셀 세트를 형성하는 단계인 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 일측에 따르면, 상기 집적 회로 소자를 준비하는 단계는, 상기 집적 회로 소자와 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들 사이에 배치되는 커패시터층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 일측에 따르면, 상기 픽셀 세트를 형성하는 단계는, 상기 픽셀 세트를 구성하는 복수의 픽셀들의 상부에 각각 배치되는 복수의 나노구조 표면 필터들을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예들은 서로 상이한 무수히 많은 파장의 광을 흡수하도록 적은 복잡도로 구현되는 복수의 픽셀들과, 성능을 보장하는 가운데 가변 형태로 구현되어 소형화 및 집적화가 가능한 필터를 포함하는 다중파장 광 검출기 및 이를 이용한 초분광 이미징 시스템을 제안할 수 있다.
또한, 일 실시예들은 전하적분용량을 증가시켜 잡음온도분해능 특성을 개선하기 위하여, 집적 회로 소자에 구비되는 커패시터 이외에 추가적인 커패시터층을 더 포함하는 다중파장 광 검출기 및 이를 이용한 초분광 이미징 시스템을 제안할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 다중파장 광 검출기를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 다중파장 광 검출기에 포함되는 픽셀 세트를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 다중파장 광 검출기에 포함되는 나노구조 필터들을 나타낸 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 4는 도 1에 도시된 다중파장 광 검출기에 포함되는 나노구조 필터들의 다양한 패턴을 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 다중파장 광 검출기가 구성하는 다중파장 광 검출기 어레이를 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 다중파장 광 검출기 어레이에서 커패시터층 및 집적 회로 소자가 공유되는 구조를 설명하기 위한 회로도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 다중파장 광 검출기의 제조 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(Terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 시청자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 예컨대, 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
또한, 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 제시된 각각의 실시예 범주에서 개별 구성요소의 위치, 배치, 또는 구성은 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 다중파장 광 검출기를 나타낸 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 다중파장 광 검출기에 포함되는 픽셀 세트를 설명하기 위한 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 다중파장 광 검출기에 포함되는 나노구조 필터들을 나타낸 주사전자현미경(SEM) 사진이고, 도 4는 도 1에 도시된 다중파장 광 검출기에 포함되는 나노구조 필터들의 다양한 패턴을 나타낸 평면도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 다른 다중파장 광 검출기(100)는 픽셀 세트(110), 복수의 픽셀 트랜지스터들(120), 커패시터층(130) 및 집적 회로 소자(140)를 포함할 수 있다.
픽셀 세트(110)는 입사 광을 파장별로 흡수하는 복수의 픽셀들(111, 112)로 구성될 수 있다. 여기서, 복수의 픽셀들(111, 112) 각각은 포토다이오드(Photodiode; PD)를 의미하며, 입사 광을 흡수하여 전기 에너지를 발생시킬 수 있도록 활성 엘리먼트(미도시)를 포함할 수 있다.
특히, 픽셀 세트(110)에 포함되는 복수의 픽셀들(111, 112)은 수평 방향으로 배치되는 기존의 구조와 달리, 수직 방향으로 적층될 수 있다. 이에, 픽셀 세트(110)는 집적화를 도모하는 동시에, 픽셀들(111, 112)의 적층 단수를 늘려 무수히 많은 파장의 광을 흡수하며 고해상도가 가능하도록 구현될 수 있다.
이처럼 수직 방향으로 적층되는 복수의 픽셀들(111, 112) 각각은, 입사 광을 파장별로 흡수할 수 있도록 적어도 일부 영역이 노출되는 구조를 가질 수 있다. 즉, 복수의 픽셀들(111, 112)은 도 2에 도시된 바와 같이 적어도 일부 영역이 노출되도록 서로 상이한 크기로 형성됨으로써, 각각이 노출되는 적어도 일부 영역을 통해 입사 광을 파장별로 흡수할 수 있다. 따라서, 복수의 픽셀들(111, 112) 각각에서 노출되는 적어도 일부 영역은 측면에서 바라볼 때 계단 형상을 형성할 수 있다.
이 때, 픽셀 세트(110)를 구성하는 복수의 픽셀들(111, 112)의 상부에는 복수의 나노구조 표면 필터들(113, 114)이 각각 배치될 수 있다(보다 정확하게는, 복수의 나노구조 표면 필터들(113, 114)은 복수의 픽셀들(111, 112) 각각에서 노출되는 적어도 일부 영역의 상부에 배치될 수 있음). 일례로, 복수의 나노구조 표면 필터들(113, 114)은 수 nm 이하로 구분되는 파장들을 구분하며 각각 흡수하기 위하여 도 3에 도시된 바와 같이 수 nm 이하의 패턴을 갖도록 형성될 수 있으며, 성능을 보장하는 것을 전제로 유연성을 갖도록 다양한 공정을 통해 형성될 수 있다. 이하, 복수의 나노구조 표면 필터들(113, 114)은 도 1에서 편의를 위해 하나의 계층으로 도시되나, 실제로는 도 2와 같이 복수의 픽셀들(111, 112)의 상부에 각각 형성되므로 복수의 계층들에 각각 나눠 존재할 수 있다.
복수의 나노구조 표면 필터들(113, 114)은 각각 입사 광으로부터 기 설정된 파장의 광을 선택적으로 투과시킬 수 있는 바, 복수의 픽셀들(111, 112) 각각이 흡수하고자 하는 파장에 기초하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 나노구조 표면 필터(113)는 가시 대역 파장의 광을 흡수할 수 있도록 형성되어 가시 대역 파장의 광을 흡수하고자 하는 제1 픽셀(111)의 상부에 배치될 수 있으며, 제2 나노구조 표면 필터(114)는 근적외선 대역 파장의 광을 흡수할 수 있도록 형성되어 근적외선 대역 파장의 광을 흡수하고자 하는 제2 픽셀(112)의 상부에 배치될 수 있다.
이처럼 복수의 나노구조 표면 필터들(113, 114)은 서로 다른 흡수 파장을 갖기 위하여, 서로 상이한 주기 또는 형태를 가질 수 있다. 여기서, 주기는 나노구조 표면 필터가 갖는 패턴에서 반복되는 부분 사이의 간격을 의미하며, 형태는 패턴이 갖는 형상 또는 패턴에서 반복되는 부분의 형상을 의미할 수 있다.
이상 설명된 복수의 나노구조 표면 필터들(113, 114) 각각의 패턴은 도 3에 도시된 예시로 제한되거나 한정되지 않고, 도 4에 도시된 바와 같이 다양하게 설정될 수 있다.
또한, 이상 픽셀 세트(110)를 구성하는 복수의 픽셀들(111, 112)의 적층 개수 및 흡수 파장들은 설명한 예시로 제한되거나 한정되지 않고, 초분광 이미징을 구현하기 위하여 다양한 파장의 입사 광을 흡수하도록 조절될 수 있다.
이와 같은 구조의 픽셀 세트(110)에서, 복수의 픽셀들(111, 112)은 커패시터층(130)을 공유할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 6을 참조하여 기재하기로 한다.
복수의 픽셀 트랜지스터들(120)은 픽셀 세트(110)의 하부에 결합된 채, 복수의 픽셀들(111, 112) 각각이 파장별로 흡수하는 광에 대한 전기 신호를 발생시킬 수 있다. 보다 상세하게, 복수의 픽셀 트랜지스터들(120)은 픽셀 세트(110)를 구성하는 복수의 픽셀들(111, 112)에 대응하여 형성되는 가운데, 각각이 소스 및 드레인 영역, 채널 영역 및 게이트 영역을 포함하는 트랜지스터 구조를 가질 수 있다. 일례로, 복수의 픽셀 트랜지스터들(120)은 픽셀 세트(110)를 구성하는 복수의 픽셀들(111, 112)의 개수와 동일한 개수로 구현되는 가운데, 각각이 복수의 픽셀들(111, 112) 각각과 전기적으로 연결될 수 있다. 이에, 복수의 픽셀들(111, 112) 각각이 입사 광을 흡수하여 발생시킨 전기 에너지는 복수의 픽셀 트랜지스터들(120) 각각에 의해 전기 신호의 형태로 출력될 수 있다. 일례로, 제1 픽셀 트랜지스터(121)는 제1 픽셀(111)과 전기적으로 연결됨으로써 제1 픽셀(111)에서 흡수한 파장의 입사 광에 기초하여 전기 신호를 발생시킬 수 있으며, 제2 픽셀 트랜지스터(122)는 제2 픽셀(112)과 전기적으로 연결됨으로써 제2 픽셀(112)에서 흡수한 파장의 입사 광에 기초하여 전기 신호를 발생시킬 수 있다.
특히 복수의 픽셀 트랜지스터들(120)은 채널층 전사를 통해 박막 구조로 형성될 수 있어, 다중파장 광 검출기(100)의 소형화 및 집적화를 도모할 수 있다.
커패시터층(130)은 집적 회로 소자(140)와 복수의 픽셀 트랜지스터들(120) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 커패시터층(130)은 복수의 픽셀 트랜지스터들(120) 및 집적 회로 소자(140)와 전기적으로 연결됨으로써, 집적 회로 소자(140)에 포함되는 커패시터에 더하여, 추가적인 커패시턴스를 제공할 수 있다. 이를 위해, 커패시터층(130)은 집적 회로 소자(140)에 대향하여 배치되는 제1 금속층(131), 복수의 픽셀 트랜지스터들(120)에 대향하여 배치되는 제2 금속층(132) 및 제1 금속층(131)와 제2 금속층(132) 사이에 배치되는 절연층(133)을 포함할 수 있다. 커패시터층(130)은 제1 금속층(131) 및 제2 금속층(132)을 통해 집적 회로 소자(140)와 전기적으로 연결될 수 있다.
여기서, 커패시터층(130)이 제공하는 추가적인 커패시턴스는 커패시터층(130)의 면적 및 두께를 기반으로 결정될 수 있다. 예컨대, 추가적인 커패시턴스는 제1 금속층(131) 및 제2 금속층(132)이 서로 중첩되는 면적, 제1 금속층(131) 및 제2 금속층(132)이 절연층(133)에 의해 서로 이격되는 거리에 기초하여 결정될 수 있다.
도면에는 도시되지 않았지만, 커패시터층(130)은 제1 금속층(131)의 일부분만이 집적 회로 소자(140)와 전기적으로 연결되도록 하고 나머지 부분들을 절연시키는 제1 보호층(미도시), 제2 금속층(132)의 일부분만이 복수의 픽셀 트랜지스터들(120)과 전기적으로 연결되도록 하고 나머지 부분들을 절연시키는 제2 보호층(미도시), 제1 금속층(131)을 집적 회로 소자(140)에 접합시키는 제1 접합층(미도시) 및 제2 금속층(132)을 복수의 픽셀 트랜지스터들(120)에 접합시키는 제2 접합층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
이처럼 커패시터층(130)이 추가적인 커패시턴스를 제공함으로써, Planar 구조의 커패시턴스 용량을 극복하며 전하적분용량을 증가시켜 잡음온도분해능 특성을 개선할 수 있다.
집적 회로(Integrated circuit; IC) 소자(140)는 복수의 픽셀들(111, 112) 각각이 파장별로 흡수하는 광에 대한 전기 신호를 처리하여 이미지를 구현할 수 있다. 보다 상세하게, 집적 회로 소자(140)는 신호 취득 회로(read-out integrated circuit; ROIC)(미도시)를 포함하도록 구성됨으로써, 복수의 픽셀 트랜지스터들(120)에서 출력되는 전기 신호를 처리하여 이미지를 구현할 수 있다. 또한, 집적 회로 소자(140)는 커패시터층(130)과 더불어 커패시턴스를 제공하기 위한 내부의 커패시터(미도시)를 포함할 수 있다.
이와 같은 픽셀 세트(110), 복수의 픽셀 트랜지스터들(120), 커패시터층(130) 및 집적 회로 소자(140)를 포함하는 다중파장 광 검출기(100)는, 모놀리식으로 적층된 구조(이하, 모놀리식으로 적층된 구조는 모놀리식 방식으로 이용하여 일체화된 적층 구조를 의미함)를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. 이를 위해, 픽셀 세트(110), 복수의 픽셀 트랜지스터들(120), 커패시터층(130) 및 집적 회로 소자(140)는 각각의 단면 크기, 면적이 유사하거나 동일하게 형성될 수 있다.
이상 설명된 다중파장 광 검출기(100)는, 수평 방향으로 복수 개 구비하여 다중파장 광 검출기 어레이를 구성할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 5를 참조하여 기재하기로 한다.
도 5는 도 1에 도시된 다중파장 광 검출기가 구성하는 다중파장 광 검출기 어레이를 나타낸 사시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 다중파장 광 검출기 어레이에서 커패시터층 및 집적 회로 소자가 공유되는 구조를 설명하기 위한 회로도이다.
도 5 내지 6을 참조하면, 다중파장 광 검출기 어레이(500)는 도 1 내지 4를 참조하여 설명된 다중파장 광 검출기(100)가 수평 방향으로 복수 개 구비됨으로써 구현될 수 있다. 여기서, 수평 방향으로 구비되는 복수의 다중파장 광 검출기들(510, 520)은, 서로 다른 파장의 입사 광을 흡수하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 다중파장 광 검출기(510)에 포함되는 픽셀 세트(511)는 제1 파장, 제2 파장의 입사 광을 흡수하도록 구성될 수 있으며, 제2 다중파장 광 검출기(520)에 포함되는 픽셀 세트(521)는 제3 파장, 제4 파장의 입사 광을 흡수하도록 구성될 수 있다.
특히, 다중파장 광 검출기(510, 520)가 수평 방향으로 복수 개 구비되는 것은, 집적 회로 소자(530)를 제외한 픽셀 세트(511, 521), 복수의 픽셀 트랜지스터들(512, 522) 및 커패시터층(513, 523)만이 각각 수평 방향으로 복수 개 구비되는 것을 의미한다. 따라서, 다중파장 광 검출기 어레이(500) 내에서 복수의 다중파장 광 검출기들(510, 520)은 집적 회로 소자(530)를 공유하는 바(정확하게는 복수의 다중파장 광 검출기들(510, 520)에 포함되는 픽셀 세트들(511, 512), 복수의 픽셀 트랜지스터들(512, 522) 및 커패시터층들(513, 523)이 집적 회로 소자(530)를 공유함), 다중파장 광 검출기 어레이(500)는 소형화 및 집적화를 도모할 수 있다.
이 때, 다중파장 광 검출기(510, 520) 내에서 픽셀 세트(511, 512)를 구성하는 복수의 픽셀들은 커패시터층(513, 523)을 공유할 수 있다. 따라서, 다중파장 광 검출기(510, 520) 역시 소형화 및 집적화를 도모하는 동시에, Planar 구조의 커패시턴스 용량을 극복하며 전하적분용량을 증가시켜 잡음온도분해능 특성을 개선할 수 있다.
이와 같은 다중파장 광 검출기 어레이(500)는 초분광 이미징 시스템으로 사용될 수 있으며, 이에 제한되거나 한정되지 않고, 어레이를 구성하지 않은 다중파장 광 검출기(510, 520)도 단독적으로 초분광 이미징 시스템으로 사용될 수도 있다. 이러한 경우, 다중파장 광 검출기(510, 520)의 픽셀 세트(511, 521)를 구성하는 픽셀들의 개수는 다중파장 광 검출기 어레이(500) 내에서의 복수의 다중파장 광 검출기들(510, 520) 각각의 픽셀 세트(511, 521)를 구성하는 픽셀들의 개수보다 증가될 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 다중파장 광 검출기의 제조 방법을 나타낸 플로우 차트이다. 이하, 설명되는 제조 방법은 자동화 및 기계화된 제조 시스템에 의해 통상의 반도체 제조 기법에 따라 수행됨을 전제로 하며, 제조 방법이 수행된 결과로 도 1 내지 4를 참조하여 설명된 다중파장 광 검출기(100)가 제조될 수 있다. 따라서, 이하 제조 방법은, 다중파장 광 검출기(100)를 구성하는 구성요소들을 형성하는 세부적인 과정들에 대해서 직접적으로 설명하지 않더라도 다중파장 광 검출기(100)를 제조함이 명확하므로 상기 세부적인 과정들을 포함하는 것이 자명하다.
마찬가지로, 도 5 내지 6을 참조하여 설명된 다중파장 광 검출기 어레이(500) 역시 후술되는 제조 방법과 유사 또는 동일한 제조 방법을 통해 제조될 수 있다.
도 7을 참조하면, 단계(S710)에서 제조 시스템은, 복수의 픽셀들 각각이 파장별로 흡수하는 광에 대한 전기 신호를 처리하여 이미지를 구현하는 집적 회로 소자를 준비할 수 있다.
이 때, 별도의 단계로 도시되지는 않았으나, 제조 시스템은 단계(S710)에서, 집적 회로 소자와 복수의 픽셀 트랜지스터들 사이에 배치될 커패시터층을 집적 회로 소자 상에 형성할 수 있다.
이어서 단계(S720)에서 제조 시스템은, 집적 회로 소자 상에 복수의 픽셀들 각각이 파장별로 흡수하는 광에 대한 전기 신호를 발생시키는 복수의 픽셀 트랜지스터들을 형성할 수 있다. 보다 상세하게, 제조 시스템은 전술된 바와 같이 집적 회로 소자 상에 배치된 커패시터층의 상부에 복수의 픽셀 트랜지스터들을 형성할 수 있다.
그 후, 단계(S730)에서 제조 시스템은, 복수의 픽셀 트랜지스터들 상에 입사 광을 파장별로 흡수하는 복수의 픽셀들로 구성되는 픽셀 세트를 형성할 수 있다.
별도의 단계로 도시되지는 않았으나, 제조 시스템은 단계(S730)에서 픽셀 세트를 구성하는 복수의 픽셀들의 상부에 각각 배치되는 복수의 나노구조 표면 필터들을 형성할 수 있다.
특히, 단계들(S720 내지 S730)에서 제조 시스템은 집적 회로 소자, 복수의 픽셀 트랜지스터들 및 픽셀 세트가 모놀리식으로 적층된 구조를 갖도록 모놀리식 방식을 이용하여 집적 회로 소자 상에 복수의 픽셀 트랜지스터들 및 픽셀 세트를 일체화된 적층 구조로 형성할 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및/또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C" 또는 "A, B 및/또는 C 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제1", "제2", "첫째" 또는 "둘째" 등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 어떤(예: 제1) 구성요소가 다른(예: 제2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이러한 경우, 통합된 구성요소는 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 통합 이전에 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.

Claims (17)

  1. 다중파장 광 검출기에 있어서,
    입사 광을 파장별로 흡수하는 복수의 픽셀들로 구성되는 픽셀 세트;
    상기 픽셀 세트의 하부에 결합된 채, 상기 복수의 픽셀들 각각이 파장별로 흡수하는 광에 대한 전기 신호를 발생시키는 복수의 픽셀 트랜지스터들; 및
    상기 복수의 픽셀들 각각이 파장별로 흡수하는 광에 대한 전기 신호를 처리하여 이미지를 구현하는 집적 회로 소자
    를 포함하는 다중파장 광 검출기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 픽셀 세트, 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들 및 상기 집적 회로 소자는,
    모놀리식으로 적층된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 다중파장 광 검출기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 집적 회로 소자와 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들 사이에 배치되는 커패시터층
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중파장 광 검출기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 픽셀 세트를 구성하는 복수의 픽셀들은,
    상기 커패시터층을 공유하는 것을 특징으로 하는 다중파장 광 검출기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 커패시터층은,
    상기 집적 회로 소자에 대향하여 배치되는 제1 금속층;
    상기 복수의 픽셀 트랜지스터들에 대향하여 배치되는 제2 금속층; 및
    상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층 사이에 배치되는 절연층
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중파장 광 검출기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속층은,
    상기 집적 회로 소자와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 다중파장 광 검출기.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 다중파장 광 검출기는,
    상기 픽셀 세트, 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들 및 상기 커패시터층 각각을 수평 방향으로 복수 개 구비하여 다중파장 광 검출기 어레이를 구성하는 것을 특징으로 하는 다중파장 광 검출기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수 개 구비되는 상기 픽셀 세트, 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들 및 상기 커패시터층 각각은,
    상기 집적 회로 소자를 공유하는 것을 특징으로 하는 다중파장 광 검출기.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 다중파장 광 검출기 어레이는,
    초분광 이미징 시스템으로 사용되는 것을 특징으로 하는 다중파장 광 검출기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 픽셀 세트를 구성하는 복수의 픽셀들의 상부에 각각 배치되는 복수의 나노구조 표면 필터들
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중파장 광 검출기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀들은,
    수직 방향으로 적층되는 가운데 상기 복수의 픽셀들 각각에서 적어도 일부 영역이 노출되도록 서로 상이한 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 다중파장 광 검출기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 나노구조 표면 필터들 각각은,
    상기 복수의 픽셀들 각각에서 노출되는 상기 적어도 일부 영역의 상부에 배치되는 것을 특징으로 하는 다중파장 광 검출기.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 나노구조 표면 필터들은,
    서로 다른 파장을 흡수하도록 서로 상이한 주기 또는 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 다중파장 광 검출기.
  14. 다중파장 광 검출기의 제조 방법에 있어서,
    복수의 픽셀들 각각이 파장별로 흡수하는 광에 대한 전기 신호를 처리하여 이미지를 구현하는 집적 회로 소자를 준비하는 단계;
    상기 집적 회로 소자 상에 상기 복수의 픽셀들 각각이 파장별로 흡수하는 광에 대한 전기 신호를 발생시키는 복수의 픽셀 트랜지스터들을 형성하는 단계; 및
    상기 복수의 픽셀 트랜지스터들 상에 입사 광을 파장별로 흡수하는 상기 복수의 픽셀들로 구성되는 픽셀 세트를 형성하는 단계
    를 포함하는 다중파장 광 검출기의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀 트랜지스터들을 형성하는 단계 및 상기 픽셀 세트를 형성하는 단계는,
    상기 집적 회로 소자, 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들 및 상기 픽셀 세트가 모놀리식으로 적층된 구조를 갖도록 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들 및 상기 픽셀 세트를 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 다중파장 광 검출기의 제조 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 집적 회로 소자를 준비하는 단계는,
    상기 집적 회로 소자와 상기 복수의 픽셀 트랜지스터들 사이에 배치되는 커패시터층을 형성하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중파장 광 검출기의 제조 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 픽셀 세트를 형성하는 단계는,
    상기 픽셀 세트를 구성하는 복수의 픽셀들의 상부에 각각 배치되는 복수의 나노구조 표면 필터들을 형성하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중파장 광 검출기의 제조 방법.
KR1020210031551A 2021-03-10 2021-03-10 다중파장 광 검출기 및 이를 이용한 초분광 이미징 시스템 KR102601796B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210031551A KR102601796B1 (ko) 2021-03-10 2021-03-10 다중파장 광 검출기 및 이를 이용한 초분광 이미징 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210031551A KR102601796B1 (ko) 2021-03-10 2021-03-10 다중파장 광 검출기 및 이를 이용한 초분광 이미징 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220127037A true KR20220127037A (ko) 2022-09-19
KR102601796B1 KR102601796B1 (ko) 2023-11-15

Family

ID=83460818

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210031551A KR102601796B1 (ko) 2021-03-10 2021-03-10 다중파장 광 검출기 및 이를 이용한 초분광 이미징 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102601796B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116314215A (zh) * 2023-05-23 2023-06-23 中国科学院半导体研究所 多波段探测器及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130025792A (ko) * 2011-09-02 2013-03-12 김훈 컬러 이미지 센서의 단위 화소 및 이의 수광 소자
US20150281538A1 (en) * 2014-03-25 2015-10-01 Semiconductor Components Industries, Llc Multi-array imaging systems and methods
KR20150113133A (ko) * 2013-01-31 2015-10-07 애플 인크. 수직 적층형 이미지 센서
KR20170065935A (ko) * 2015-12-04 2017-06-14 에스케이하이닉스 주식회사 수직 전송 게이트를 갖는 이미지 센서

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130025792A (ko) * 2011-09-02 2013-03-12 김훈 컬러 이미지 센서의 단위 화소 및 이의 수광 소자
KR20150113133A (ko) * 2013-01-31 2015-10-07 애플 인크. 수직 적층형 이미지 센서
US20150281538A1 (en) * 2014-03-25 2015-10-01 Semiconductor Components Industries, Llc Multi-array imaging systems and methods
KR20170065935A (ko) * 2015-12-04 2017-06-14 에스케이하이닉스 주식회사 수직 전송 게이트를 갖는 이미지 센서

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116314215A (zh) * 2023-05-23 2023-06-23 中国科学院半导体研究所 多波段探测器及其制备方法
CN116314215B (zh) * 2023-05-23 2023-08-22 中国科学院半导体研究所 多波段探测器及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR102601796B1 (ko) 2023-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11348953B2 (en) Solid-state image sensor and camera
US9348019B2 (en) Hybrid image-sensing apparatus having filters permitting incident light in infrared region to be passed to time-of-flight pixel
US6252218B1 (en) Amorphous silicon active pixel sensor with rectangular readout layer in a hexagonal grid layout
US20080170149A1 (en) Solid-state imager and solid-state imaging device
US7208811B2 (en) Photo-detecting device
KR100884860B1 (ko) 고체 촬상 장치
US9245919B2 (en) Solid-state image pickup apparatus
US8350937B2 (en) Solid-state imaging device having pixels including avalanche photodiodes
KR20080053228A (ko) 고체 촬상 장치, 고체 촬상 장치의 제조 방법 및 촬상 장치
US9515110B2 (en) Solid-state imaging device, method of manufacturing solid-state imaging device, and electronic apparatus
US11996427B2 (en) Solid-state imaging device and electronic apparatus
TWI771850B (zh) 具有部分包覆衰減層之影像感測器
US20220068989A1 (en) Image sensor and image-capturing device
KR101711666B1 (ko) 고체 촬상 장치 및 그 제조 방법, 전자 기기
US20110001207A1 (en) Solid state image sensor and manufacturing method thereof
US20130126952A1 (en) Solid-state imaging device and method of manufacturing the same, and imaging apparatus
US20220285410A1 (en) Semiconductor apparatus and device
KR20220127037A (ko) 다중파장 광 검출기 및 이를 이용한 초분광 이미징 시스템
US20240055445A1 (en) Pixel cell circuitry for image sensors
Langfelder CMOS pixels directly sensitive to both visible and near-infrared radiation
CN110854145A (zh) 一种像素结构、图像传感器及终端
WO2023127462A1 (ja) 光検出装置及び電子機器
WO2024029383A1 (ja) 光検出装置及び電子機器
WO2023095893A1 (ja) 光検出装置及び電子機器

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right