MX2012005169A - Matriz optimizada de guías de luz para un sensor de imagen. - Google Patents
Matriz optimizada de guías de luz para un sensor de imagen.Info
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Abstract
Un sensor de imágenes tiene una pluralidad de píxeles en una matriz de píxeles. Cada píxel incluye una unidad de conversión fotoeléctrica debajo de un campo aislante y una guía de luz para transmitir luz a la unidad de conversión fotoeléctrica. A través de cinco o más pixeles arreglados en una dirección, las guías de luz tienen un espaciamiento entre ellos que varía de forma no monotónica a través de los cinco o más pixeles. Un ancho de la guía de luz y/o un campo horizontal entre guías de luz consecutivas puede variar de forma no monotónica a través del mismo. Una guía de luz de un píxel que detecta luz de longitudes de onda más cortas sólo puede ser más estrecha que una guía de luz de otro píxel que detecta luz de longitudes de onda mayores. Un filtro de color puede ser acoplado a la guía de luz. Un ancho de un espacio entre filtros de colores consecutivos no puede variar de forma monotónica a través del mismo. Un campo entre los espacios no puede variar de forma monotónica a través del mismo.
Description
Matriz op-bimizada de guias de luz para un sensor de imagen
Referencia a las solicitudes relacionadas
Esta solicitud reivindica la prioridad a la solicitud provisional de patente de EE.UU. N° 61/258581 presentada el 5 de noviembre de 2009 y la solicitud provisional de patente de EE.UU. N° 61/259180 presentada el 8 de noviembre de 2009.
Antecedentes de la invención
1. Campo de la invención
La materia divulgada se refiere en general a
estructuras y métodos para la fabricación de sensores de
imagen de estado sólido.
2. Antecedentes
Equipo fotográfico tal como cámaras digitales y
videocámaras digitales puede contener sensores de imagen
electrónicos que captan la luz para su transformación en
imágenes fijas o video. Los sensores de imagen
electrónicos típicamente contienen millones de unidades de
conversión fotoeléctrica tal como fotodiodos.
Sensores de imagen de estado sólido puede ser o bien
del tipo del dispositivo de carga acoplada (CCD) o del
tipo de metálico-óxido-semiconductor complementario (CMOS) En cualquier tipo de sensor de imagen, las unidades de conversión fotoeléctrica se forman en un substrato y disponen en una matriz de dos dimensiones. Los sensores de imagen por lo general contienen millones de pixeles, de los cuales cada uno se forma de una unidad de conversión fotoeléctrica para ofrecer una imagen de alta resolución. Para mejorar una eficiencia de captación de la luz, ciertos sensores de imagen tienen guias de luz (o guias de onda) para dirigir la luz hacia las unidades de conversión fotoeléctrica. Las guias de luz pueden comprender un material transparente a la luz, por ejemplo nitruro de silicio, tal como Si3N4r que tiene un índice de refracción mayor que lo de un material aislante que rodea, por ejemplo óxido de silicio, para que ha una reflexión interna total en las paredes laterales de las guías de luz para evitar que la luz sale. Alternativamente, las guías de luz pueden tener un revestimiento de metal sobre las paredes laterales para proporcionar la reflexión y se rellenan con un material transparente, por ejemplo óxido de silicio o una resina orgánica o vidrio-girado-sobre ( Spin-on-Glass , SOG) . Un píxel puede comprender más de un guia de luz, una apilada encima de otra, para formar una guia de luz en cascada. Las guias de luz a cualquier altura del sustrato son típicamente a un dado desplazamiento el uno del otro, y comparten una perfil de sección transversal horizontal en cualquier una dada altura del sustrato. Mantener un desplazamiento constante proporciona un muestreo uniforme de la imagen proyectada sobre la cara del sensor de imagen a lo largo de izquierda a derecha y de arriba a abajo (direcciones paralelas al plano de la matriz de pixeles) , por lo tanto es mejor adaptada a la forma de cual pixeles son dispuestos en las pantallas, tales como pantallas de ordenador y grabados.
BREVE RESUMEN DE LA INVENCIÓN
Según un primer aspecto de la divulgación, un sensor de imagen comprende una matriz de pixeles que comprende una pluralidad de pixeles, donde cada píxel comprende (a) una unidad de conversión fotoeléctrica por debajo de una capa aislante y por debajo de una pluralidad de alambres que también están integrados en el la capa aislante, y (b) una guia de luz incorporada en la capa aislante y entre la pluralidad de alambres para transmitir la luz a la unidad de conversión fotoeléctrica, donde un espaciamiento horizontal entre las guias de luz de cada par de pixeles consecutivos entre cinco o más pixeles que están dispuestos lado a lado en una dirección y que se encuentran entre la pluralidad de pixeles no varia monótonamente a través de los cinco o más pixeles. La guia de luz puede contener un tinte o un pigmento de color. El pigmento de color puede ser un pigmento orgánico o un pigmento inorgánico o un pigmento organometálico.
En el primer aspecto, es deseable que un desplazamiento horizontal entre las guias de luz de cada par de pixeles consecutivos entre los cinco o más pixeles varié no monótonamente a través de los cinco o más pixeles Además, es deseable que el desplazamiento horizontal varié por 0,lum o más a través de los cinco o más pixeles. Es aún más deseable que el desplazamiento horizontal varié por 0,2µp? o más a través de los cinco o más pixeles.
En el primer aspecto, el pixel puede comprender además un filtro de color acoplada para transmitir la luz a la unidad de conversión fotoeléctrica a través de la guia de luz, existiendo una rendija entre los filtros de color de cada par de pixeles consecutivos entre los cinco o más pixeles, teniendo la rendija una anchura que varia de forma no-monótona a través de los cinco o más pixeles.
Es deseable que la anchura de rendija varié por ?,?µ?? o más a través de dieciséis pixeles dispuestos lado a lado en una dirección. Es más deseable que la anchura de rendija varié por 0,2µp? o más a través de los dieciséis pixeles .
En el primer aspecto, el pixel puede comprender además un filtro de color acoplada para transmitir la luz a la unidad de conversión otoeléctrica a través de la guia de luz, existiendo una rendija entre los filtros de color de cada par de pixeles consecutivos entre los cinco o más pixeles, y una desplazamiento de rendija varia no monotónicamente a través de los cinco o más pixeles, siendo el desplazamiento de rendija una distancia horizontal (en un plano paralelo al plano de las unidades de conversión fotoeléctrica) entre cada par de lineas centrales consecutivas de las rendijas. Es deseable que el desplazamiento de rendija varié por 0,1µp\ o más a través de dieciséis pixeles dispuestos lado a lado en una dirección. Es más deseable que el desplazamiento de rendija varíe por 0,2µ?t? o más a lo largo de los dieciséis pixeles .
La rendija puede contener aire o un gas. Alternativamente, la rendija puede contener un material líquido o sólido que tiene un índice de refracción que es al menos 20% menor que lo del filtro de color. También es deseable que la rendija tenga una anchura no superior a 0,45µp? entre los filtros de color adyacentes. Además, es deseable que la rendija se tape con un techo convexo. Es aún más deseable que al menos hay 0, ßµ?t? desde un fondo del filtro de color hasta una cima del techo convexo.
Según un segundo aspecto de la divulgación, un sensor de imagen comprende una matriz de pixeles que comprende una pluralidad de pixeles, donde cada píxel comprende (a) una unidad de conversión otoeléctrica por debajo de una capa aislante y por debajo de una pluralidad de alambres que también está integrada dentro de la capa aislante, y (b) una guia de luz incorporada en la capa aislante y entre la pluralidad de alambres para transmitir la luz a la unidad de conversión fotoeléctrica, donde la guia de luz tiene una anchura que varia de forma no-monótona a través de los cinco o más pixeles. Además, es deseable que la anchura de la guia de luz sea menor para un pixel entre los cinco o más pixeles que está configurado para detectar luces de longitudes de onda más cortas sólo que otro píxel entre los cinco o más pixeles que está configurado para detectar luces de longitudes de onda mayores. También es deseable, además, que la anchura de la guia de luz sea menor para un píxel azul que para un píxel de color rojo. También es deseable, además, que la anchura de la guia de luz sea menor para un píxel azul que para un píxel de color verde. También es deseable, además, que la anchura de la guia de luz sea menor para un píxel verde que para un píxel de color rojo.
En lo anterior, es deseable que el filtro de color comprenda un colorante. El colorante puede ser un tinte o un pigmento de color. El pigmento puede ser un pigmento orgánico, un pigmento inorgánico, o un pigmento organometálico .
De acuerdo con un tercer aspecto de la divulgación, se proporciona un método para detectar una imagen mediante un sensor de imagen, comprendiendo el método (a) proporcionar una pluralidad de unidades de conversión fotoeléctrica por debajo de una capa aislante y una pluralidad de alambres que está integrada en la capa aislante, (b) proporcionar una pluralidad de guias de luz incorporada en la capa aislante y entre la pluralidad de alambres para transmitir la luz a la unidad de conversión otoeléctrica, donde un espaciamiento horizontal entre las guias de luz de cada par de pixeles consecutivos entre cinco o más pixeles que están dispuestos lado a lado en una dirección y que se encuentran entre la pluralidad de pixeles no varia monótonamente a través de los cinco o más pixeles .
En el tercer aspecto, es deseable que el sensor de imagen tenga cualquiera de las características deseables del primer aspecto.
De acuerdo con un cuarto aspecto de la divulgación, un sensor de imagen comprende una matriz de pixeles que comprende una pluralidad de pixeles, donde cada píxel comprende (a) una unidad de conversión fotoeléctrica por debajo de una capa aislante y por debajo de una pluralidad de alambres que también está integrada en el la capa aislante, y (b) una guia de luz incorporadas en la capa aislante y entre la pluralidad de alambres para transmitir la luz a la unidad de conversión fotoeléctrica, donde un espaciamiento horizontal entre las guias de luz de cada par de pixeles consecutivos entre cinco o más pixeles que están dispuestos lado a lado en una dirección y que se encuentran entre la pluralidad de pixeles alterna entre aumentar y decrecer a través de los cinco o más pixeles. La guia de luz puede contener un tinte o un pigmento de color. El pigmento de color puede ser un pigmento orgánico o un pigmento inorgánico o un pigmento organometálico.
En el cuarto aspecto, el pixel puede comprender además un filtro de color acoplada para transmitir la luz a la unidad de conversión fotoeléctrica a través de la guia de luz, existiendo una rendija entre los filtros de color de cada par de pixeles consecutivos entre los cinco o más pixeles, teniendo la rendija una anchura que alterna entre aumentar y decrecer a través de los cinco o más pixeles. Es deseable que la anchura de rendija varíe por ?,?µp? o más a través de dieciséis pixeles dispuestos lado a lado en una dirección. Es más deseable que la anchura de rendija varié por 0,2µp? o más a través de los dieciséis pixeles .
En el cuarto aspecto, el pixel puede comprender además un filtro de color acoplada para transmitir la luz a la unidad de conversión fo oeléctrica a través de la guia de luz, existiendo una rendija entre los filtros de color de cada par de pixeles consecutivos entre los cinco o más pixeles, y una desplazamiento de rendijas alterna entre aumentar y decrecer a través de los cinco o más pixeles, siendo el desplazamiento de rendija una distancia horizontal (en un plano paralelo al plano de las unidades de conversión fotoeléctrica) entre cada par de lineas centrales consecutivas de los rendijas. Es deseable que el desplazamiento de rendija varié por ?,?µt? o más a través de dieciséis pixeles dispuestos lado a lado en una dirección. Es más deseable que el desplazamiento de rendija varié por 0,2µp? o más a través de los dieciséis pixeles .
De acuerdo con un séptimo aspecto de la divulgación, un sensor de imagen comprende una matriz de pixeles que comprende una pluralidad de pixeles, donde cada pixel comprende (a) una unidad de conversión fotoeléctrica por debajo de una capa aislante y por debajo de una pluralidad de alambres que también está integrada dentro de la capa aislante, y (b) una guia de luz incorporada en la capa aislante y entre la pluralidad de alambres para transmitir la luz a la unidad de conversión fotoeléctrica, donde la guia de luz tiene una anchura que alterna entre aumentar y decrecer a través de los cinco o más pixeles. Además, es deseable que la anchura de la guia de luz sea menor para un pixel entre los cinco o más pixeles que está configurado para detectar luces de longitudes de onda más cortas sólo que para otro pixel entre los cinco o más pixeles que está configurado para detectar luces de longitudes de onda mayores. También es deseable, además, que la anchura de la guia de luz sea menor para un pixel azul que para un pixel de color rojo. También es deseable, además, que la anchura de la guia de luz sea menor para un pixel azul que para un pixel de color verde. También es deseable, además, que la anchura de la guia de luz sea menor para un pixel verde que para un pixel de color rojo.
De acuerdo con un octavo aspecto de la divulgación, se proporciona un método para detectar una imagen utilizando un sensor de imagen, comprendiendo el método (a) proporcionar una pluralidad de unidades de conversión fotoeléctrica por debajo de una capa aislante y una pluralidad de alambres que está integrada dentro de la capa aislante, (b) proporcionar una pluralidad de guias de luz incorporada en la capa aislante y entre la pluralidad de alambres para transmitir la luz a la unidad de conversión fotoeléctrica, donde un espaciamie to horizontal entre las guias de luz de cada par de pixeles consecutivos entre cinco o más pixeles que están dispuestos lado a lado en una dirección y que se encuentran entre la pluralidad de pixeles alterna entre aumentar y decrecer a través de los cinco o más pixeles.
En el octavo aspecto, es deseable que el sensor de imagen tenga cualquiera de las características deseables del cuarto aspecto.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La Figura 1A es una ilustración que muestra una sección transversal de cuatro pixeles de la imagen del sensor de una realización de la presente invención;
La Figura IB es un diagrama de trazado de rayo para la misma sección transversal de cuatro pixeles del sensor de imagen de la Figura 1A;
La Figura 2A es una ilustración que muestra una vista desde arriba de quince pixeles dentro de una matriz;
La Figura 2B muestra la misma vista de arriba de quince pixeles;
La Figura 3 es una ilustración que muestra una sección transversal de cuatro pixeles del sensor de imagen de una realización alternativa;
La Figura 4 es una ilustración que muestra una sección transversal de cuatro pixeles del sensor de imagen de una realización alternativa que es el mejor modo;
La Figura 5 es una ilustración que muestra una sección transversal de cuatro pixeles del sensor de imagen de una realización alternativa;
La Figura 6 es una vista esquemática de un sensor de imagen;
La Figura 7 es un diagrama de trazado de rayos para la tercera realización mostrada en la Figura 4.
La Figura 8A es una ilustración de un patrón de Bayer de colores primarios;
La Figura 8B es una ilustración de un patrón de Bayer de colores primarios en rotación de 45 grados;
La Figura 9 es una vista esquemática de un pixel 4T;
La Figura 10 es una vista esquemática de un pixel 3T .
DESCRIPCIÓN DETALLADA
Se describe un sensor de imagen que tiene un matriz de pixeles que comprende una pluralidad de pixeles de los cuales cada uno incluye una unidad de conversión fotoeléctrica. Cada uno de los pixeles incluye una guia de luz que está incorporada en una capa aislante y entre alambres, que también están incorporados dentro de la capa aislante, para transmitir una luz a la unidad de conversión fotoeléctrica. La guia de luz de un pixel que detecta luces de longitudes de onda más cortas puede tener una anchura menor en su fondo ("anchura de fondo") que una guia de luz de otro pixel que detecta luces de longitudes de onda solamente. Una linea central vertical en un fondo de la guia de luz puede tener una distancia mayor a la de la guia de luz de un pixel adyacente en un lado que la de la guia de luz de un pixel adyacente a otro lado opuesto. Un espaciamiento entre un fondo de la guia de luz y un fondo de la guia de luz de un pixel adyacente a un lado ("espaciamiento de fondo") puede ser mayor que la entre el fondo de la guia de luz y una fondo de la guia de luz de un pixel adyacente en otro lado opuesta. El pixel puede comprender un filtro de color que comprende un material de color. Puede existir una rendija entre los filtros de color de cada par de pixeles dispuestos lado a lado entre la pluralidad de pixeles. Una anchura de la rendija ("anchura de rendija") puede diferir de un par de pixeles dispuestos lado a lado a otro par de pixeles dispuestos lado a lado. Un desplazamiento de la rendija ("desplazamiento de rendija") a través de tres o más pixeles dispuestos lado a lado en una dirección puede variar por 15% o menos. Tener uno o más de las características técnicas anteriores en un sensor de imagen, y en particular un sensor de imagen de color, permite altas densidades de compactación para elementos del circuito integrado (por ejemplo electrodos de compuerta, contactos de polisilicio, alambres y contactos de difusión) bajo la capa aislante, así como dentro de la capa aislante. Un sustrato soporta la unidad de conversión fotoeléctrica y puede ser un sustrato de semiconductor ligeramente dopado a un primer tipo de conductividad, preferiblemente de tipo p, y más preferiblemente que tenga una concentración de dopaje entre 5el4/cm3 y 5el5/cm3' El sustrato 106 puede ser una capa epi-p en un substrato p fuertemente dopado que tiene la concentración de dopaje mas de lel9/cm3. Por ejemplo, el sustrato 106 puede ser de silicio dopado con boro en la concentración entre 5el4/cm3 y 5el5/cm3, tal como una convencional capa de epi-p sobre una sustrato p+ fuertemente dopado (no se muestra) .
Haciendo referencia a los dibujos más particularmente por los números de referencia, la Figura 6 ilustra un sensor de imagen 10 que comprende una matriz 12 de pixeles 14 conectada a un decodificador de fila 20 por un grupo de señales de control 22 y a un circuito de lector de luz 16 por unas señales de salida 18 generadas a partir de los pixeles 14. Un circuito de lector de luz 16 muestrea señales de salida 18 generadas a partir de los pixeles 14 y puede realizar la resta y amplificación en muéstreos de las señales de salida 18 para generar la(s) señal (es) analógica (s) que se proporciona (n) a un convertidor analógico-digital (ADC) 24. El ADC 24 convierte la señal analógica (s) a datos de imagen digitales en el bus de salida de ADC 66. Si el sensor de imagen 10 es un sensor de imagen de color, la matriz de pixeles 12 incluye una matriz de filtro de color que comprende filtros de color dispuestos en dos dimensiones de tal manera que hay un filtro de color para cada pixel 14.
Figura 8A ilustra un ejemplo de una matriz de filtro de color que puede ser dispuesta sobre y como parte de la matriz de pixeles 12. Figura 8A muestra un patrón de Bayer de colores primarios que comprende una repetida matriz bidimensional de un bloque de dos por dos (dentro de la linea discontinua) de filtros de color, de los cuales cada uno tiene un entre un color verde (G) , un color rojo (R) y un color azul (B) . Un par de filtros de color verdes está dispuesto a lo largo de un diagonal de la bloque de dos por dos. Un par de un filtro de color rojo y un filtro de color azul está dispuesto a lo largo de otra diagonal. En esta realización de la matriz de filtro de color, los filtros de color están dispuestos lado a lado, de izquierda a derecha de la página y de arriba a abajo de la página .
La Figura 8B ilustra una realización alternativa de la matriz de filtros de color que se muestra en la Figura 8A. En esta variación, las direcciones en que los filtros de color están dispuestos son giradas 45 grados con respecto a las direcciones de izquierda a derecha y de arriba a abajo, asi como con respecto a la dirección de escaneo de imagen de abajo hacia arriba (que se muestra por la flecha que apunta hacia arriba) . Los pixeles 14 están dispuestos de misma manera en una realización de sensor de imagen 10 que utiliza esta matriz de filtro de color .
La Figura 9 muestra un diagrama esquemático de una realización de un pixel 14 de la matriz de pixeles 12. El pixel 14 incluye una unidad de conversión fotoeléctrica 102. A modo de ejemplo, la unidad de conversión fotoeléctrica 102 puede ser un fotodiodo. La unidad de conversión fotoeléctrica 102 puede estar conectada a un interruptor de reinicio 112 a través de una puerta de transferencia 117. La unidad de conversión fotoeléctrica 102 también puede ser acoplada a un interruptor de selección 114 a través de una transistor de salida 116 (es decir, fuente-seguidor) . Los transistores 112, 114, 116, 117 pueden ser transistores del efecto de campo (FET) . Una compuerta de la puerta de transferencia 112 está conectada a una linea TF(n) 121. Una puerta del interruptor de reinicio 112 se conecta a un linea RST(n) 118. Un nodo de drenador del interruptor de reinicio 112 puede estar conectado a una línea EN 120. Una compuerta del interruptor de selección 114 está conectada a una linea SEL 122. Un nodo de fuente del interruptor de selección 114 está conectado a una línea OUT 124. La linea RST(n) 118, la linea SEL (n) 122, y la linea TF(n) 126 pueden ser compartidas por una fila entera de pixeles en la matriz de pixeles 12. Del mismo modo, las líneas IN 120 y OUT 124 pueden ser compartidas por una columna entera de pixeles en la matriz de pixeles 12. La linea RST(n) 118, la linea SEL (n) 122 y la linea TF(n) 121 están conectadas al decodificador de fila 20 y forman parte de las líneas de control 22. La línea OUT (m) 124 está conectada al lector de luz 16 y es parte de las líneas de señales verticales 18.
Figura 1A muestra una realización de cuatro pixeles 14 adyacentes dispuestos lado a lado en una dirección en una matriz de pixeles 12 de un sensor de imagen 10 de color sobre un sustrato 106. Cada píxel 14 mostrado incluye una unidad de conversión fotoeléctrica 102a o 102b que convierte la energía fotónica en cargas eléctricas. Para una matriz de pixeles 12 que utiliza una arquitectura de píxel 4T (tal como se muestra en la Figura 9) o una variante de la misma (tal como los que comparten el interruptor de reinicio 112, el interruptor de selección 114 y el transistor de salida 116 entre múltiples pares del fotodiodo 102 y el interruptor de transferencia 117), cada uno de los electrodos de compuerta 104a, 104b pueden ser un electrodo de compuerta de un interruptor de transferencia 117 diferente para transferir las cargas. Alternativamente, para una matriz de pixeles 12 que utiliza una arquitectura de píxel 3T (tal como se muestra en la Figura 10), electrodos de compuerta 104a, 104b pueden ser electrodos de compuerta de interruptores de reinicio 112 diferentes para reiniciar las unidades de conversión fotoeléctrica 102a, 102b, 102c, respectivamente El electrodo de compuerta 104c puede ser un electrodo de compuerta de un transistor que proporciona una función diferente dentro de la matriz de pixeles 12, por ejemplo un interruptor de reinicio 112, o un interruptor de selección 114, o un transistor de salida 116. Los electrodos de compuerta 104a, 104b, 104c y las unidades de conversión 102a, 102b se forman en o sobre el sustrato 106 Los electrodos de compuerta 104a, 104b, 104c, las unidades de conversión fotoeléctrica 102a, 102b, y el sustrato 106 pueden estar cubiertos por una capa de protección 230 que comprende un nitruro de silicio y que tiene un espesor entre 200 a 1.000 Angstrom. La capa de protección 230 aisla el sustrato 106 de iones metálicos y la humedad. Una capa de la capa aislante 110 cubre el sustrato 106. Alambres 108 están integrados dentro de la capa aislante 110 y por encima de los electrodos de compuerta 104a, 104b y 104c. Los alambres 108 pueden ser alambres de interconexión conductivos que comprenden el aluminio o el cobre. Otros alambres de interconexión (no se muestra) pueden formarse en otros planos de interconexión, de los cuales cada plano comprende múltiples alambres de interconexión (que pueden ser metálica) y se encuentran a una altura diferente por encima de los electrodos de compuerta 104a, 104b, 104c que los alambres 108. Un alambre 108 puede estar conectado por medio de un vía conductivo (tal como metálico) que se conecta a un alambre de interconexión en un plano de interconexión adyacente a una altura diferente.
Las unidades de conversión fotoeléctrica 102a, 102b pueden ser emparejadas con guias de luz bajas 316a, 316b, respectivamente, que están incorporadas en la capa aislante 110 y entre los alambres 108. Las guia de luz bajas 316a, 316b pueden comprender un material transparente, por ejemplo un nitruro de silicio, tal como Si3N4( que tiene un mayor índice de refracción que la capa aislante 110 (siendo el material externo), por ejemplo, un óxido de silicio, y utilizar la reflexión interna total entre la guia de luz y el material externo para ayudar mantener la luz de salir de la guias de luz bajas. Alternativamente, la guia de luz baja puede ser llenada con un material transparente, tal como vidrio-de-girar (Spin-on-Glass, SOG) o una resina transparente de un material orgánico e incluso puede comprender un material de color (tal como un pigmento orgánico o inorgánico o un pigmento organometálico) y tiene revestimientos metálicos reflectantes en sus paredes laterales (tipo de revestimiento metálico reflectante) para reflejar la luz hacia el interior para ayudar mantener la luz de salir de la guia de luz baja.
Las guias de luz superiores 130 pueden estar situadas por encima de guias de luz bajas 316a, 316b y pueden comprender ya sea del mismo (s) material (s) como las guias de luz bajas 316a, 316b o de material (es) diférente ( s ) . La guia de luz superior 130 y las guias de luz bajas 316a, 316b pueden ser tanto del tipo del reflexión interna total, o ambos del tipo de revestimiento metálico reflectante, o uno de ellos puede ser de un tipo, mientras que otro es del otro tipo. Un extremo de cima de la guia de luz superior 130 es más ancho que un extremo de fundo, donde las guias de luz superiores 130 cumplen con las guias de luz bajas 316a, 316b.
Los filtros de color 114a, 114b están situados por encima de las guias de luz superiores 130. Cada uno de los filtros de color 114a, 114b puede comprender un material de color diferente, o colorante, tal como un tinte o un pigmento orgánico o inorgánico u organometálico. El filtro de color puede comprender una resina en la que se disuelve o tinte o se suspende el pigmento de color orgánico o inorgánico u organometálico, donde la resina puede ser orgánico o comprende un polímero gue tiene al menos un grupo orgánico tal como metilo, etilo o fenilo (siendo un ejemplo de silicona) . Alternativamente, el filtro de color puede comprender un material transparente inorgánico (nitruro de silicio, por ejemplo) que tiene partículas de un pigmento de color (por ejemplo, un pigmento de color inorgánico tal como óxido de hierro, un pigmento de cobalto o manganeso o zinc o cobre, o un pigmento organometálico, o un pigmento inorgánico complejo de color) disperso allí. Los filtros de color 114a, 114b exhiben colores diferentes en la luz blanca. Preferiblemente, cada uno tiene una máximo transmitancia de al menos 50% y un mínimo de transmitancia de 10% o menos sobre las longitudes de onda (en aire) de 400nm a 700nm. Alternativamente, una relación entre las transmitancias máximo y mínimo será más de 4-a-l.
Como se muestra en la Figura 1A, filtros de color 114a, 114b adyacentes han rendijas entre ellos. Rendijas 422a, 422b entre los filtros de color 114a, 114b tienen anchuras de 0,45µp? o menos. Las rendijas 422a, 422b pueden ser llenados con aire o un gas. Las rendijas 422a, 422b pueden tener una profundidad de ?,ßµ?t? o más entre los filtros de color adyacentes. La rendija con las limitaciones dimensionales antes citada causa la luz dentro de la rendija que se desvíe hacia los filtros de color adyacentes y, luego, sea guiada por guia(s) de luz a las unidades de conversión otoeléctrica 102a o 102b. Así, el porcentaje de pérdida de luz que incide en el píxel, debido a la luz que pasa a través y penetra por debajo de la- rendija 422a, 422b (en adelante "la pérdida de pixeles") se reduce sustancialmente .
Juntos, el filtro de color 114a (o 114b) y la guia de luz superior 130 y la guia de luz baja 316a (o 316b) constituyen una "guía de de luz en cascada" que guía la luz a la unidad de conversión fotoeléctrica 102a (o 102b) por medio de reflexión interna total en las interfaces con los medios externos, tales como el aislador 110 (Alternativamente, uno o ambos de las guías de luz superior e baja pueden tener paredes laterales metálicas para reflejar la luz hacia el interior.) En la Figura IB, que es un diagrama trazado de rayo, se muestran que los rayos a, b, e y f se sujetan a las reflexiones en las paredes laterales de los filtros de color o de la guia S de luz superior y la guia s de luz baja. Rayos c y d que caen en el espacio más ancho entre los filtros de color de los segundo y tercero pixeles se desvian en los filtros de color de los segundo y tercero pixeles, respectivamente, y llegan a las respectivas unidades de conversión otoeléctrica .
La Figura 3 muestra una realización alternativa, del sensor de imagen 10 en la que las rendijas 422a, 422b entre los filtros de color adyacentes están cubiertas por una película transparente 500, y una película de soporte 134 se llena entre guías de luz superiores adyacentes 134. La película de soporte 134 debe tener un índice de refracción menor que la guía de luz superior 130 si la guía de luz superior 130 es del tipo del reflexión interna total. Un techo 510 de la rendija 422a 422b, puede ser cóncava con respecto a la película transparente 500 (es decir, convexa con respecto a la rendija), tal como de forma de cúpula. La rendija 422a, 422b puede contener aire o un gas . A luz que entra en el espacio desde arriba cruzando el techo convexo se desvia hacia los filtros de color adyacentes.
La Figura 4 muestra una realización alternativa en la que se modifica la realización de la Figura 3 de manera que los filtros de color 114a, 114b tengan paredes laterales que se inclinen hacia dentro y la película de soporte 134 tenga interfaces con las paredes laterales de los filtros de color. Al igual que en la segunda realización, a través de cuatro pixeles de izquierda a derecha, la rendija entre los filtros de color consecutivos se hace más estrecha, a continuación, más ancha, a continuación, más estrecha de nuevo. Aunque la rendija tiene una anchura diferente a diferentes alturas dentro de la rendija, para la comparación entre una rendija 422b' más ancha y una rendija más estrecha 422a', es suficiente medir la anchura de rendija a un nivel horizontal (es decir, una que es paralela al plano de la unidades de conversión otoeléctrica) que corta a través de los filtros de color y las rendijas entre ellos, como se muestra en la Figura 4. Asimismo, para la comparación entre un desplazamiento más amplia entre un par de rendijas consecutivas y un desplazamiento más estrecho entre otro par de rendijas consecutivas, basta con medir al mismo nivel horizontal. La Figura 7 es un diagrama de trazado de rayo que muestra una trayectoria de un rayo de luz que entra en la rendija entre dos filtros de color 114a, 114b. La convexidad del techo sirve a divergir os rayos de luz hacia uno de los filtros de color. Una altura desde un fondo del filtro de color hasta una cima de un techo adyacente será ?,ßµp? o más. Esto proporciona suficiente profundidad para que la luz que entra en la rendija (bajo el techo y lateralmente adyacente al filtro de color) a partir del techo diverja en los filtros de color adyacentes. Por ejemplo, la altura se etiqueta Ha> midiendo desde el fondo del primer (desde la izquierda) filtro de color 114a a la cima del techo 510a entre los primero 114a y segundo 114b filtros de color. Asimismo, la altura se etiqueta Hb( midiendo desde el fondo del segundo filtro de color 114b a la cima de la techo 510b entre las segundo 114b y tercero 114a filtros de color.
La Figura 5 muestra una realización alternativa en la que no se usa la guia de luz superior 130, y en su lugar microlentes 318 se colocan por encima de las guias de luz bajas 316a, 316b, con una capa de planarización transparente 320 entre los microlentes 318 y las guias de luz 316a, 316b. Las microlentes 318 enfocan luces en las aberturas de cima de las guias de luz 316a, 316b, que a su vez transmiten las luces a sus respectivas unidades de conversión fotoeléctrica 102a, 102b. Para un sensor de imagen de color, las guias de luz 316a, 316b pueden comprender colorantes tales como tintes o un pigmento orgánico o inorgánico u organometálico para dar colores diferentes a las guias de luz 316a, 361b de acuerdo con los colores del patrón de color de la matriz de pixeles 12, por ejemplo, el patrón de Bayer.
Alternativamente, las rendijas 422a, 422b en las realizaciones mostradas en las Figuras 1A, 3, 4 y 5 pueden contener un medio (liquido o sólido) transparente siempre que el medio transparente tiene un índice de refracción que es menor que los filtros de color por lo menos 20%. Por ejemplo, el medio transparente puede ser una resina que tiene un índice de refracción entre 1,4 y 1,5, mientras que los filtros de color comprenden partículas de nitruro de silicio con su densidad ajustada tal que su índice de refracción se convierte en 1,7 o superior.
Una guía de luz incorporada en la capa aislante 110 y entre alambres 108 para transmite luces de longitudes de onda más cortas sólo puede tener un anchura menor en su fondo ("anchura de fondo") que otro guia de luz que transmite luces de longitudes de onda más largas, con independencia de que la guia de luz utiliza la reflexión interna total para mantener la luz de salir o utiliza el revestimiento metálico en sus paredes laterales. Con referencia a la Figura 1A, filtros de color 114a pueden ser filtros de color azul que tienen mayores transmitancias para longitudes de onda en el aire entre 400nm y 500nm que para otras longitudes de onda (de ahí sus píxeles son píxeles azules), y filtros de color 114b pueden ser filtros de color verdes que tienen mejores transmitancias para longitudes de onda en el aire entre 500nm e 600nm que para otras longitudes de onda (de ahí sus píxeles son píxeles verdes) . Por lo tanto, la guia de luz baja 316a (para los píxeles azules) que transmite las luces azules tiene un pequeña anchura de fondo Wa a su fondo 318a que anchura de fondo Wb de un fondo 318b de la guia de luz baja 316b (para los pixeles verdes) que transmite las luces verdes sólo (Wa < Wb). Por lo general, la guia de luz baja 316a es más estrecha que la guia de luz baja 316b. Alternativamente, filtros de color 114b que se muestran en la Figura 1 pueden ser filtros de color rojos que tienen mayores transmitancias para longitudes de onda en el aire entre 600nm y 700nm que para otras longitudes de onda (de ahí sus pixeles son pixeles rojos) . Alternativamente, filtros de color 114a pueden ser filtros de color verdes mientras que los filtros de color 114b ser filtros de color rojos.
Figura 1A también muestra que la anchura de fondo varia no-monotónicamente a través de pixeles que están alineados lado-por-lado en una dirección. En la Figura 1A, de la izquierda a la derecha, la secuencia de anchuras de fondo es Wa, Wbf Wa, Wb, donde Wa < Wb, lo que muestra una secuencia de variación de {aumentar, decrescer, aumentar}. En una realización alternativa, una secuencia diferente de la variación de la anchura de fondo es posible mientras no es monótona, es decir, un aumento en la anchura de fondo es seguido por una decrecimiento y seguido además por otro aumento, y/o una decrecimiento es seguido por una aumento y aún más seguido por otro decrecimiento. En particular, la secuencia de variación puede ser una secuencia no monótona que se repite. Por ejemplo, la variación de la anchura de fondo puede seguir un patrón de {aumento, sin cambios, decrecimiento, aumento, decrecimiento} que se repite.
En la Figura 1A, el filtro de color 114a puede ser un filtro de color azul y una guia de luz baja 316a tiene una anchura de fondo Wa a su fondo. Más a la derecha en la Figura 1A, filtro de color 114b puede ser un filtro de color verde y una guia de luz baja 316b tiene una anchura de fondo Wb a su fondo, donde la anchura de fondo Wb es mayor que la anchura de fondo a (Wa < Wb) . Para una guia de luz baja incorporada en la capa aislante 110 para transmitir las lucés de longitudes de onda hasta 500nm, su anchura de fondo es preferentemente entre 0,2µ?? y 0,35µp?, más preferiblemente 0.27µp? ± 10%. Para una guia de luz baja para transmitir las luces de longitudes de onda hasta 600nm, su anchura de fondo debe ser preferiblemente entre 0,25µt? y 0,4µp\, más preferiblemente dentro de 0,33µ?? ± 10%. Para una guia de luz baja para transmitir las luces de longitudes de onda hasta 700nm, su anchura de fondo debe ser preferiblemente entre 0, 3µ?? y 0,5µp?, más preferiblemente dentro de 0,4µ?? ± 10% Las anchuras más pequeñas a la fondo permiten una mayor densidad de compactación de elementos del circuito integrado (por ejemplo, electrodos de compuerta 104a, 104b y 104c, contactos de difusión y contactos de polisilicio) bajo el aislador 110.
Los rendijas 422a, 422b pueden tener la anchura de rendija entre los filtros de color de pixeles dispuestos lado por lado ("anchura de rendija") varían no monótonamente entre sí. A través de un primer pixel, un segundo pixel y tercer pixel, dispuestos lado por lado en este orden en una dirección, la rendija puede ser más amplia entre el primer pixel y el segundo pixel que entre el segundo pixel y el tercer pixel. Por ejemplo, la Figura 1A muestra dos anchuras rendija Va, Vb diferentes entre cuatro pixeles adyacentes dispuestos lado por lado en una dirección particular.
Una distancia P entre las lineas centrales de las lagunas consecutivas 422a, 422b ("desplazamiento de rendija") se puede mantener prácticamente constante (es decir, dentro de 5% de su máxima valor) a través de cinco o más pixeles dispuestos lado-por-lado en una dirección mientras que la anchura de rendija varia no monotónicamente .
Alternativamente, el desplazamiento de rendija P puede ser permitido tener no variación monotónica que tiene un diferencia de máximo a mínimo de a lo sumo 20% de su valor máximo a través de un número predeterminado de pixeles dispuestos lado por lado en una dirección. El número predeterminado puede ser menor que 16, más preferiblemente no más de 8. Más particularmente, la desplazamiento de rendija P alternativamente puede aumentar y decrescer a través de pixeles dispuestos en una dirección. El desplazamiento de rendija P puede variar por cerca ?,?µp?, más preferiblemente 0,2µ??, para el desplazamiento de pixel promedio de ?µp?. Dejar que la desplazamiento de rendija P varié no-monótonamente en relación con el espaciamiento de fondo (o más generalmente un espaciamiento horizontal entre consecutivas guias de luz bajas) da más libertad a las guias de luz bajas para situarse de manera más óptima, lo que mantiene una buena captación de la luz. De esta manera, una guia de luz baja puede desplaza a un lado para hacer el espaciamiento en este lado más estrecho, mientras que hacer el espaciamiento en el lado opuesto lo suficientemente amplio para acomodar una elemento adicional del circuito integrado, tal como un electrodo de compuerta o un contacto de difusión, ayudando asi soportar una matriz de pixeles más densa.
Una distancia entre ejes verticales de las guias de luz bajas consecutivas ("desplazamiento de fondo") en una sección vertical a través de cinco o más pixeles dispuestos lado por lado en una dirección en particular puede tener una variación no monótona. Por ejemplo, la Figura 1 muestra dos desplazamiento de fondo diferentes Xa, Xb entre ejes verticales (que se muestra como lineas de puntos verticales en la Figura 1A) de tres guias de luz bajas 316b, 316c de la izquierda. El más grande desplazamiento de fondo Xb es debajo de la más grande anchura de rendija vb de rendija 422b, mientras que el desplazamiento de fondo más pequeño Xa es debajo de la anchura de rendija más pequeña va de la primera rendija 422a. El desplazamiento de fondo más grande Xb ayuda acomodar más elementos del circuito integrado bajo la capa aislante 110 que el desplazamiento de fondo Xa más pequeña
Como se muestra en la Figura 1A, el espaciamiento de fondo Sa entre el primer pixel (al contar desde la izquierda) y el segundo pixel es igual al espaciamiento de fondo Sa entre el tercer pixel y el cuarto pixel, y es menor que la espaciamiento de fondo Sb entre los segundo y tercero pixeles. El espaciamiento de fondo más grande Sb entre los segundo y tercer pixeles acomoda más elementos del circuito integrado bajo el aislador por encima de y adyacente al substrato 106, incluyendo tales elementos electrodos de compuerta (tales como electrodos de compuerta 104b, 104c como se muestra en la Figura 1A) , el contacto de polisilicio (no se muestra), el contacto de difusión (no se muestra), y alambres. Matriz de pixeles convencional, con un espaciamiento uniforme entre las guias de luz, tendría que tener todos los espaciamientos tanto ancho como S , aunque tal espaciamiento más amplio no es necesario entre los primer y segundo pixeles, ni entre los tercer y cuarto pixeles, lo que resulta en un problema de tener densidad de pixel menos de óptima.
Figura 2A es una vista de la matriz de pixeles 12 desde arriba, mostrando quince pixeles 14 en tres filas y cinco columnas de las primera, segunda y tercera realizaciones de la matriz de pixeles 12 donde pixeles están dispuestos lado por lado en las dirección de izquierda a derecha y de arriba a abajo. Líneas centrales (es decir, ejes) de las rendijas se dibujan en líneas gruesas, grises entre cada par de pixeles dispuestos lado por lado. El área B representa un área de superficie superior de la guia de luz superior 130 y el área C representa un área de superficie inferior de la guia de luz baja 316a, 316b. El área A menos el área B es el área de la rendija 422a, 422b entre filtros de color, donde A representa una área de pixeles. La Figura 2A muestra cuatro pares diferentes de las áreas B y C:. Bx y Ci, B2 y C2, B3 y C3, y B4 y C4. Estos cuatro pares diferentes se repiten en un patrón regular.
Figura 1A se puede ver como una sección vertical de los primer a cuarto pixeles, al contar desde la izquierda, de la fila de medio en la Figura 2A. En este contexto, va = t3, vb = t4, Sa = s3, y Sb = s4.
Como se muestra en la Figura 2A , las rendijas entre los filtros de color de los pixeles dispuestos lado por lado tienen anchuras ti, t2, t3, t , ux, u2, u3 y u4 que se repiten. A lo largo de cualquier corte de la izquierda a la derecha o de arriba a abajo en la Figura 2A, las anchuras de rendija ti a t4 o Ui a u varían entre sí mientras que el desplazamiento P de una línea central (es decir, eje) de un primer rendija de una línea central (es decir, eje) de la primera rendija siguiente permanece constante. La anchura de rendija varía a través de plurales pixeles dispuestos lado por lado en una dirección perpendicular a la rendija, que en la Figura 2A es de la izquierda a la derecha (o de la derecha a la izquierda) para una rendija a la izquierda o a la derecha (como se muestra en la vista desde arriba de la matriz de pixeles en la Figura 2A) de un pixel o es de arriba a abajo (o de abajo hacia arriba) para una rendija por encima o por debajo (de nuevo, como se muestra en la vista desde arriba de la matriz de pixeles en la Figura 2A) de un pixel . La variación es no monótona, es decir, un incremento es seguido por un decrecimiento que a su vez es seguido por otro incremento, y/o un decrecimiento es seguido por un incremento seguido a su vez por otro decrecimiento. Por ejemplo, en la fila de cima, de la izquierda a la derecha, la anchura de rendija varia en una secuencia de t2, ti, t2, t1; donde t2 < tlf que exhibe una secuencia de variación en el patrón de {aumentar, decrecer, aumentar}; en la fila de medio, una secuencia de t3, t4, t3; t4( donde t3 < t4( que exhibe una secuencia de variación en el patrón de {aumentar, decrecer, aumentar}; y la fila de fondo, la misma secuencia que la fila de cima. Más particularmente, la anchura rendija alterna entre las anchuras de rendija más amplias y las anchuras de rendija más estrechas a través de pixeles alineados lado-por-lado en una dirección. Aunque en cada una de las dos secuencias de anchuras de rendija la variación de la anchura de rendija se muestra que alterna entre aumentar y decrecer, en una realización alternativa, una secuencia diferente de variación de anchura de rendija es posible, siempre que no es monótona. En particular, la secuencia de variación puede ser una secuencia no monotónica que se repite. Por ejemplo, la variación de la anchura de rendija puede seguir un patrón de {aumento, sin cambios, decrecimiento, aumento, decrecimiento} que se repite.
Figura 2A también muestra que, del mismo modo, el espaciamiento de fondo puede variar a través de píxeles que están alineados lado-por-lado en una dirección. Por ejemplo, en la fila de medio, de la izquierda a la derecha, la secuencia de espaciamiento de fondo alterna entre s3 y s4, donde s3 < s4/ mostrando una secuencia de variación de {aumento, decrecimiento, aumento}. Más particularmente, el espaciamiento de fondo alterna entre espaciamiento más grande y espaciamiento más pequeño a través de pixeles dispuestos lado por lado en una dirección. Convencional matriz de pixeles de sensor de imagen que utiliza guias de luz coloca las guias de luz uniformemente desplazadas unas de otras, por lo tanto es incapaz de utilizar un pequeño espacio entre la guia de luz que es demasiado pequeño para dar cabida a un elemento del circuito integrado, tal como un electrodo de compuerta. La realización mostrada en la Figura 2? es capaz de hacer las dos guias de luz a la izquierda de la segunda fila más próxima el uno al otro y también los próximos dos guias de luz de la segunda fila más próxima el uno al otro con el fin de crear un espacio más amplio en el medio (es decir, entre las segunda y tercera guias de luz) , de modo que una compuerta de electrodo 104c adicional puede encajar. Matriz de pixeles convencional, con un espaciamiento uniforme entre las guias de luz, tendría que todos los espaciamientos sean amplia aunque el mayor espaciamiento es necesario entre ciertos lateralmente adyacentes pares de guias de luz sólo. En una realización alternativa, cualquier secuencia de variación de la espaciamiento de fondo es posible siempre que la secuencia de variación no es monotónica, es decir, un aumento en el espaciamiento de fondo es seguido por una decrecimiento y además seguido por otro aumento, y/o una decrecimiento es seguido por un aumento y además seguido por otra decrecimiento. En particular, la secuencia de variación puede ser una secuencia no monotónica que se repite. Por ejemplo, la variación de la espaciamiento de fondo puede seguir un patrón de {aumentar, aumentar, decrecer, aumentar, decrecer} que se repite.
Figura 2A muestra también que la anchura de fondo varia no monotónicamente de la izquierda a la derecha en la segunda fila en una secuencia de anchura de fondo de Wa, wb, wa , wb, wa , donde Wa < Wbí exhibiendo un patrón de variación de {aumentar, decrecer, aumentar, decrecer}, que no es monótona. En particular, para los cuatro pixeles en las dos filas de arriba y las dos columnas más a la izquierda, se muestra que la anchura de fondo es más pequeña para el área de fondo C3, más grande para el área de fondo Ci, e intermedio para las áreas de fondo C2 y C4. En una realización donde se utiliza el patrón de Bayer de colores primarios para los filtros de color sobre la matriz de pixeles 12, los pixeles que tienen las áreas de fondo C2 y C4 pueden ser los pixeles verdes, el pixel que tiene el área de fondo Ci puede ser el pixel rojo, y el pixel que tiene el área de fondo C3 puede ser el pixel azul. En una dirección en la que los pixeles alternos alternan entre dos colores diferentes, la anchura de las guias de luz bajas debe alternarse de manera similar para que las guias de luz bajas y sus espacios son del tamaño óptimo para guiar la luz a ser detectada mientras que se también optimiza el espacio para los elementos del circuito integrado. Asi, en este ejemplo donde áreas de fondo C3 corresponden a pixeles azules y áreas de fondo C4 corresponden a pixeles verdes, en la segunda fila, donde en la dirección izquierda-a-derecha pixeles alternos alternan entre los pixeles azules y verdes, la anchura de guias de luz está optimizada en consecuencia, alternando entre anchuras más estrechas de (para los pixeles azules) y anchuras más amplias de (para los pixel verdes), lo que ahorra espacio entre las guias de luz para colocar los elementos del circuito integrado, tales como electrodos de compuerta y contactos. Del mismo modo, en la primera fila, donde los pixeles- alternados alternan entre los pixeles verdes y rojos, la anchura de las guias de luz se alterna entre las anchuras más estrechas (de pixeles verdes) y más anchas (de pixeles rojos) .
Más en general, a fin de comparar anchuras de las guias de luz incorporadas en la capa aislante 110 y de comparar espaciamientos horizontal entre pares de consecutivas unas entre estas guias de luz, las anchuras y los espaciamientos horizontal pueden ser medidos a un nivel horizontal (es decir una que es paralelo al plano de las unidades de conversión fotoeléctrica) entre los electrodos de compuerta 104a, 104b y los alambres 108. Dentro de esta gama de alturas, el espaciamiento horizontal (y por tanto la anchura) es pertinente, por ello afecta cómo densamente los elementos del circuito integrado dentro de y/o bajo la capa aislante 110 puede ser envasados juntos, circuito integrado, incluyendo tales elementos electrodos de compuerta, alambre de interconexión de polisilicio (no se muestra) , contacto de polisilicio (no se muestra) , contacto de difusión (no se muestra), y alambres de metal. Este espaciamiento horizontal debe ser variado no-monotónicamente a través de cinco o más pixeles dispuestos lado por lado en una dirección, como se muestra en la Figura 1A, para permitir una guia de luz desplazar hacia un lado para ocupar un espacio pequeño que es demasiado pequeño para dar cabida a una elemento del circuito integrado a fin de que más espacio se agrega en otro lado a convertirse en lo suficientemente grande para acomodar un elemento del circuito integrado. Preferiblemente, este monotonicidad se exhibe a través de ocho o menos pixeles dispuestos lado por lado en una dirección. Más preferentemente, este monotonicidad exhibe una diferencia de ?,?µp? o mayor entre el más ancho y más estrecho de los espaciamientos horizontales entre consecutivos guias de luz a través de los ocho o menos pixeles. Aún más preferiblemente, la diferencia es de 0,2µp? o mayor. Hacer esta anchura de la guia de luz tan pequeña como sea posible (sin impedir la transmisión da luz) contribuye a ensanchar el espaciamiento horizontal, lo tanto, beneficia la compactación más denso de elementos del circuito integrado dentro de y bajo la capa aislante 110 y el envasado más denso de pixeles en la matriz de pixeles 12. Preferiblemente, esta anchura es variada no monotónicamente a través de cinco o más pixeles alineados de lado por lado en una dirección que se muestra en la Figura 1A para beneficiarse del hecho de que esta anchura puede ser más pequeña para una guia de luz que transmite las luces de longitudes de onda más cortas sólo que para una guia de luz que transmite las luces de longitudes de onda mayores. Para una guia de luz incorporada en la capa aislante 110 para transmitir las luces de longitudes de onda en el aire hasta 500nm, esta anchura preferentemente estar entre 0,2µp? y 0,35µp?, más preferiblemente 0,27µt? ± 10%. Para una guia de luz para transmitir las luces que tienen longitudes de onda en aire hasta 600nm, esta anchura preferiblemente debe estar entre 0,25um y 0, 4|im, más preferiblemente dentro de 0,33µp? ± 10%. Para una guia de luz para transmitir las luces que tienen longitudes de onda en aire hasta 700nm, esta anchura preferiblemente debe estar entre 0,3µ?? y 0,5µp?, más preferiblemente dentro de 0, 4µt? ± 10% .
Variar no monotónicamente la distancia horizontal entre las guias de luz consecutivas a um nivel horizontal (es decir, uno que es paralelo al plano de las unidades de conversión fotoeléctrica) entre un alambre 108 y un electrodo de compuerta 104 (o, en particular, el espaciamiento de fondo) y/o un desplazamiento horizontal entre las guias de luz a una altura entre un alambre 108 y un electrodo de compuerta 104a, ambos inclusive, (o, en particular, el desplazamiento de fondo) permite una guia de luz desplazar hacia un lado para ocupar un espacio pequeño que es demasiado pequeño para dar cabida a una elemento del circuito integrado a fin de que más espacio se agrega en otro lado para convertirse en lo suficientemente grande para acomodar un elemento del circuito integrado. Esto puede verse en la Figura 1A, donde un espaciamiento horizontal mayor entre consecutivas guias de luz en cualquier nivel horizontal (es decir, uno que es paralelo al plano de las unidades de conversión fotoeléctrica) entre los alambres 108 y los electrodos de compuerta 104a, 140b y 104c, ambos inclusive, (o, en particular, la espaciamiento de fondo Sb) entre la segunda y la tercera (a contar desde la izquierda) guias de luz bajas da cabida para un electrodo de compuerta 104c extra, de lo que seria posible si todas las guias de luz bajas estaban espaciadas por igual.
Variar no monotónicamente la anchura de rendija y/o el desplazamiento de rendija entre filtros de color permite que los filtros de color desplazar con respecto a las guia de luz bajas respectivas de tal manera que la respectivas guias de luz bajas permanecen acopladas para recibir la luz de los filtros de color respectivos.
En caso la rendija se llena con aire o gas (es), o un medio liquido o sólido que tiene un índice de refracción menor que el filtro de color, o caso existe un techo convexo sobre la rendija donde el índice de refracción por encima del techo es más alto que el índice de refracción bajo el techo, luz permanece capaz a divergir de la rendija en los filtros de color, incluso cuando se cambia la anchura de rendija. Por lo tanto, en una secuencia de primer, segundo, tercer y cuarto filtros de color consecutivos, el segundo filtro de color puede ser desplazado a ser más cerca del primer filtro de color y el tercer filtro de color puede ser desplazado a ser más cerca del cuarto filtro de color, mientras que los cuatro sequien estar eficaz en el recogimiento da luz. Como se muestra en la Figura IB, rayos c y d que caen en la rendija más amplia entre los filtros a color de los segundo y tercer pixeles están todavía capturados por los filtros de color respectivos y transmitidos a las unidades de conversión fotoeléctrica respectivas. Tener las rendijas entre los filtros de color y ser capaz de reducir las anchuras de rendija para algunas rendijas mientras ensanchar una rendija entre esas rendijas que se convierten en más estrechas permite que la guia de luz baja por debajo de los filtros de color reducir los espaciamientos por debajo de las rendijas que se han hecho más estrechas de modo similar y ensanchar el espaciamiento debajo de la rendija ensanchada al mismo tiempo mantener la captura buena da luz de los pixeles involucrados.
La Figura 2B muestra la misma vista desde arriba de los quince pixeles en la Figura 2A. Figura 1? puede ser vista como una sección vertical desde el primer píxel hasta el cuarto píxel contando desde la izquierda a lo largo de la linea de corte ZZ' en la Figura 2B. Los marcas "+" gruesos dentro de las áreas de fondo y en la linea de corte ZZ' representan la linea central (es decir, eje) vertical (que se muestra en la Figura 1A como líneas discontinuas ) de las guias de luz bajas de estos píxeles en el plano que es perpendicular al sustrato 106 y que contiene la linea de corte ZZ'. Desplazamientos de fondo Xa, Xb entre los cuatro pixeles a lo largo de la linea de corte ZZ' se muestran a ser variados no-monotónicamente . En particular, la secuencia del desplazamiento de fondo {Xa, Xb, Xa, Xb} a lo largo de la linea de corte ZZ' exhibe un patrón de {aumentar, decrecer, aumentar} .
La descripción anterior ha mostrado cómo la densidad de empaquetamiento de los elementos del circuito integrado se puede mejorar por variaciones no monótonas en una distancia horizontal entre guias de luz consecutivas de pixeles dispuestos en una dirección (en particular, el espaciamiento de fondo) . Variación no monotónica en el espaciamiento horizontal (en particular, el espaciamiento de fondo) es ayudada por variaciones no-monotónicas en cualquier uno o más de las siguientes: un desplazamiento horizontal entre guias de luz consecutivas de pixeles dispuestos en un dirección (en particular, el desplazamiento de fondo) , anchura de rendija, y el desplazamiento de rendija. Por ejemplo, el desplazamiento de rendija puede ser permitido variar hasta. Preferiblemente, la no-monotonicidad de la variación que ocurre dentro de una distancia de un pequeño número de pixeles dispuestos lado por lado en una dirección, por ejemplo 32 pixeles, o por ejemplo 16 pixeles, o más preferiblemente dentro de 8 pixeles. Dentro de dicha distancia, la variación exhibe un aumento seguido por un decrecimiento seguida además por otro incremento o una decrecimiento seguido por un aumento seguido además por otro decrecimiento.
La descripción anterior muestra también cómo la densidad de empaquetamiento puede ser mejorada mediante optimizar las anchuras de las guias de luz incorporadas en la capa aislante para los colores de luz diferentes que transmiten a fin de ocupar el menor espacio posible. Guias de luz que transmiten las luces de menores longitudes de onda sólo deben ser más estrechas que las guias de luz que transmiten las luces de longitudes de onda más longas.
Mientras que ciertos realizaciones ejemplares han sido descritas y mostradas en los dibujos que se acompañan, tiene que entendida que tales realizaciones son meramente ilustrativas y no restrictivas sobre la invención amplia, y que esta invención no se limita a los específicos construcciones y arreglos mostrados y descritos, ya varias otras modificaciones pueden ocurrir a aquellos de experiencia normal en la técnica.
Por ejemplo, los píxeles en una matriz de píxeles pueden estar dispuestos lado a lado en direcciones que hacen 45 grados con las direcciones de la izquierda a la derecha y de arriba a abajo (paralelo al plano de las unidades de conversión fotoeléctrica) .
Por ejemplo, la abertura de cima/fondo de la guia de luz superior/baja puede tener una forma diferente de un rectángulo, tal como un octágono o un rectángulo que tiene las esquinas redondeadas.
Claims (31)
1. Un sensor de imagen que comprende una matriz de pixeles que comprende una pluralidad de pixeles apoyada por un sustrato sobre el cual está dispuesto un electrodo de compuerta, donde cada pixel comprende: una unidad de conversión fotoeléctrica por debajo de una capa aislante sobre el substrato; y, una guia de luz, estando dicha guía de luz incorporada en dicha capa aislante y entre una pluralidad de alambres, que también está integrada dentro de dicha capa aislante, para transmitir la luz a dicha unidad de conversión fotoeléctrica, caracterizado porque un espaciamiento horizontal entre dichas guías de luz de cada par de pixeles consecutivos entre cinco o más pixeles que están dispuestos lado a lado en una dirección y que se encuentran entre dicha pluralidad de pixeles varia no-monotónicamente de tal manera que un aumento es seguido por un decrecimiento y además seguido por otro aumento a través de dicho cinco o más pixeles, donde dicho espaciamiento horizontal se mide en un plano horizontal que es paralelo a dicho sustrato y se sitúa entre dicho electrodo de compuerta y dicha pluralidad de alambres, ambos inclusive.
2. Sensor de imagen de acuerdo con la Io reivindicación, caracterizado porque cada pixel comprende adicionalmente : un filtro de color acoplado para transmitir la luz a dicha unidad de conversión fotoeléctrica a través de dicha guia de luz, existiendo una rendija entre dichos filtros de color de cada par de pixeles consecutivos entre dichos cinco o más pixeles, teniendo dicha rendija una anchura que alterna entre aumento y decrecimiento a través de dichos cinco o más pixeles .
3. Un sensor de imagen que comprende una matriz de pixeles que comprende una pluralidad de pixeles, donde cada pixel comprende: una unidad de conversión fotoeléctrica por debajo de una capa aislante, y, una guia de luz, estando dicha guia de luz incorporada en dicha capa aislante y entre una pluralidad de alambres, que también está incorporada en dicha capa aislante, para transmitir la luz a dicha unidad de conversión fotoeléctrica, teniendo dicha guia de luz una anchura que alterna entre aumento y decrecimiento a través de cinco o más pixeles.
4. Sensor de imagen de acuerdo con la 3o reivindicación, caracterizado porque dicha anchura de dicha guía de luz es menor para un pixel entre dichos cinco o más pixeles que está configurado para detectar luces de longitudes de onda más cortas sólo que para otro pixel entre dichos cinco o más pixeles que está configurado para detectar luces de longitudes de onda mayores.
5. Sensor de imagen de acuerdo con la 3o reivindicación, caracterizado porque dicha anchura de dicha guía de luz es menor para un pixel azul que para un pixel rojo.
6. Sensor de imagen de acuerdo con la 3o reivindicación, caracterizado porque dicha anchura de dicha guía de luz es menor para un pixel azul que para un pixel verde.
7. Sensor de imagen de acuerdo con la 3o reivindicación, caracterizado porque dicha anchura de dicha guia de luz es menor para unpixel verde que para un pixel rojo.
8. Método para la detección de una imagen por medio de un sensor de imagen de estado sólido soportado por un sustrato, que comprende: una etapa para proporcionar una pluralidad de unidades de conversión fotoeléctrica por debajo de una capa aislante dispuesta por encima de dicho sustrato y por debajo de una pluralidad de alambres integrada dentro de dicha capa aislante para formar una pluralidad de pixeles de que cada uno tiene una de dicha pluralidad de unidades de conversión fotoeléctrica; y, una etapa para proporcionar una pluralidad de guias de luz incorporada en dicha capa aislante entre dicha pluralidad de alambres, estando cada una de dicha pluralidad de guias de luz acoplada para transmitir la luz a una de dicha pluralidad de unidades de conversión fotoeléctrica, caracterizado porque un espaciamiento horizontal entre dichas guias de luz de cada par de pixeles consecutivos entre cinco o más pixeles que están dispuestos lado a lado en una dirección y que se encuentran entre dicha pluralidad de pixeles varia no-monotónicamente de tal manera que un aumento está seguido por un decrecimiento seguido además por otro aumento a través de dicho cinco o más pixeles, siendo dicho espaciamiento horizontal medido en un plano horizontal paralelo a dicho sustrato entre dicho electrodo de compuerta y dicha pluralidad de alambres, ambos inclusivos
9. Sensor de imagen de acuerdo con la Io reivindicación, caracterizado porque dicho espaciamiento horizontal varia por 0,2pm o más dentro de un grupo de cinco pixeles consecutivos entre dichos cinco o más pixeles .
10. Sensor de imagen de acuerdo con la Io reivindicación, caracterizado porque dicho espaciamiento horizontal varia por ?,?µ?? o más dentro de un grupo de cinco pixeles consecutivos entre dichos cinco o más pixeles .
11. Sensor de imagen de acuerdo con la Io reivindicación, caracterizado porque dicho espaciamiento horizontal alterna entre aumento y decrecimiento.
12. Sensor de imagen de acuerdo con la Io reivindicación, caracterizado porque dicho aumento, dicho decrecimiento y dicho otro aumento se producen a través de ocho pixeles contiguos.
13. Sensor de imagen de acuerdo con la Io reivindicación, caracterizado porque dicho espaciamiento horizontal es un espaciamiento de fondo entre dichas guías de luz de dicho cada par de contiguas guías de luz .
14. Método de acuerdo con la 8o reivindicación , caracterizado porque dicho espaciamiento horizontal varia por 0,2ym o más a través de cinco pixeles consecutivos entre dichos cinco o más pixeles.
15. Método de acuerdo con la 8o reivindicación , caracterizado porque dicho espaciamiento horizontal varia por ?,?µ?t? o más a través de cinco pixeles consecutivos entre dichos cinco o más pixeles.
16. Método de acuerdo con la 8o reivindicación , caracterizado porque dicho espaciado horizontal alterna entre aumento y decrecimiento.
17. Método de acuerdo con la 8o reivindicación, caracterizado porque dicho aumento, dicho decrecimiento y dicho otro aumento se producen a través de ocho pixeles contiguos .
18. Método de acuerdo con la 8o reivindicación, caracterizado porque dicho espaciamiento horizontal es un espaciamiento de fondo entre dichas guías de luz de dicho cada par de contiguas guías de luz .
19. Un método para la detección de una imagen por medio de un sensor de imagen de estado sólido soportado por un sustrato, que comprende: una etapa para proporcionar una pluralidad de unidades de conversión fotoeléctrica dispuesta en una dirección que es paralela a dicho substrato, siendo cada una de dicha pluralidad de unidades de conversión fotoeléctrica para un uno diferente de una pluralidad de pixeles, estando una pluralidad de alambres integrada dentro de una capa aislante dispuesta por encima de dicho sustrato; y, una etapa para proporcionar una pluralidad de guias de luz dispuestas lado a lado en la dirección y integradas en dicha capa aislante y entre dicha pluralidad de alambres, estando cada una de dicha pluralidad de guias de luz acoplada para transmitir la luz a una diferente entre dicha pluralidad de unidades de conversión fotoeléctrica, caracterizado porque cada una de dicha pluralidad de guias de luz tiene una anchura medida a un nivel horizontal entre un electrodo de compuerta sobre dicho substrato y dicha pluralidad de alambres, inclusive, y dicha anchura alterna entre aumento y decrecimiento a través de cinco o más pixeles adyacentes.
20. Método de acuerdo con la 19° reivindicación, caracterizado porque dicha anchura es más pequeña para un pixel entre dichos cinco o más pixeles que está configurado para detectar luces de longitudes de onda más cortas sólo que para otro pixel entre dichos cinco o más pixeles que está configurado para detectar luces de longitudes de onda mayores.
21. Método de acuerdo con la 19° reivindicación, caracterizado porque dicha anchura es más pequeña para un pixel azul que para un pixel rojo.
22. Método de acuerdo con la 19° reivindicación, caracterizado porque dicha anchura es más pequeña para un pixel azul que para un pixel verde.
23. Método de acuerdo con la 19° reivindicación, caracterizado porque dicha anchura es más pequeña para un pixel verde que para un pixel rojo.
24. Un sensor de imagen que comprende una matriz de pixeles que comprende una pluralidad de pixeles dispuestos en una dirección sobre un sustrato, comprendiendo cada pixel : una unidad de conversión fotoeléctrica; una guia de luz; y, un filtro de color acoplado para transmitir la luz a dicha unidad de conversión fotoeléctrica a través de dicha guia de luz, existiendo una rendija entre dicho filtro de color de un pixel de cada par de pixeles contiguos entre dicha pluralidad de pixeles y dicho filtro de color de otro pixel de dicho cada par de pixeles contiguos , caracterizado porque dicha rendija tiene una anchura que varia no-monotónicamente a través de dicha pluralidad de pixeles .
25. Sensor de imagen de acuerdo con la 24° reivindicación, caracterizado porque dicha anchura varía por ?,?µp? o más a través dieciséis pixeles contiguos.
26. Sensor de imagen de acuerdo con la 24° reivindicación, caracterizado porque dicha anchura varía por 0,2 m o más a través dieciséis pixeles contiguos.
27. Sensor de imagen de acuerdo con la 24° reivindicación, caracterizado porque dicha anchura alterna entre aumento y decrecimiento.
28. Un método para detectar una imagen por medio de un sensor de imagen de estado sólido, que comprende: una etapa para proporcionar una pluralidad de unidades de conversión fotoeléctrica dispuestas en una dirección y apoyadas por un sustrato, siendo una pluralidad de alambres incorporada en una capa aislante dispuesta sobre dicho substrato; una etapa para proporcionar una pluralidad de guias de luz dispuestas en la dirección y incorporadas en dicha capa aislante entre dicha pluralidad de alambres, estando cada una de dicha pluralidad de guias de luz acoplada para transmitir la luz a una diferente entre dicha pluralidad de unidades de conversión fotoeléctrica; y, una etapa para proporcionar una pluralidad de filtros de color dispuestos en la dirección, estando cada uno de dicha pluralidad de filtros de color acoplado para transmitir la luz a través de una de dicha pluralidad de guias de luz a correspondiente una de dicha pluralidad de unidades de conversión fotoeléctrica, caracterizado porque hay una rendija entre cada par de dichos filtros de color contiguos entre dicha pluralidad de filtros de color, teniendo dicha rendija una anchura que varia de forma no-monótonamente a través de dicha pluralidad de filtros de color.
29. Método de acuerdo con la 28° reivindicación caracterizado porque dicha anchura varia por 0, ?µp? o más través de dieciséis filtros de color contiguos.
30. Método de acuerdo con la 28° reivindicación caracterizado porque dicha anchura varia por 0,2µ?? o más través de dieciséis filtros de color contiguos.
31. Método de acuerdo con la 28° reivindicación caracterizado porque dicha anchura alterna entre aumento decrecimiento .
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