RU212107U1 - Мультиспектральный матричный фотоприемник - Google Patents
Мультиспектральный матричный фотоприемник Download PDFInfo
- Publication number
- RU212107U1 RU212107U1 RU2022108490U RU2022108490U RU212107U1 RU 212107 U1 RU212107 U1 RU 212107U1 RU 2022108490 U RU2022108490 U RU 2022108490U RU 2022108490 U RU2022108490 U RU 2022108490U RU 212107 U1 RU212107 U1 RU 212107U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- type
- layer
- spectrum
- potential well
- direct contact
- Prior art date
Links
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 title claims abstract description 19
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 35
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000000051 modifying Effects 0.000 abstract description 9
- 230000003287 optical Effects 0.000 abstract description 2
- 210000004027 cells Anatomy 0.000 description 31
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 6
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 230000003595 spectral Effects 0.000 description 2
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000003139 buffering Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000000295 complement Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Полезная модель относится к области оптического приборостроения и касается мультиспектрального матричного фотоприемника. Фотоприемник содержит подложку р-типа, на которой расположена группа ячеек, выполненная в виде первой и второй ячеек, чередующихся между собой. Первая ячейка содержит три зоны проводимости, выполненные в виде слоя В n-типа с потенциальной ямой для заряда синих оттенков спектра, слоя G p-типа с потенциальной ямой для заряда зеленых оттенков спектра, расположенного в непосредственном контакте со слоем В n-типа, и слоя IR n-типа с потенциальной ямой для заряда инфракрасного спектра, расположенного в непосредственном контакте со слоем G p-типа и находящегося в непосредственном контакте с подложкой p-типа. Вторая ячейка содержит три зоны проводимости, выполненные в виде слоя G n-типа с собственной потенциальной ямой для заряда зеленых оттенков спектра, слоя R p-типа с потенциальной ямой для заряда красных оттенков спектра, расположенного в непосредственном контакте со слоем G n-типа, и слоя IR n-типа с собственной потенциальной ямой для заряда инфракрасного спектра, расположенного в непосредственном контакте со слоем R р-типа и находящегося в непосредственном контакте с подложкой p-типа. Технический результат заключается в улучшении функции передачи модуляции. 3 ил.
Description
Предлагаемая полезная модель относится к микроэлектронике, в частности, к производству интегральных многоэлементных матричных фотоприемников.
Известен матричный фотоприемник с системой цветоделения (патент US №5965875, публ. 12.10.1999, МПК G01J3/50), содержащий слоистую кремниевую ячейку, изготовленный на стандартных комплементарных металлооксидных полупроводниках, с тремя слоями: слой R, слой G и слой В. Три разделенных р-n перехода залегают на различных глубинах на поверхности кремния и используются для разделения электронно-дырочной пары, которые образуются в результате естественных свойств кремния. Слои расположены друг над другом, чередуясь по типу основных носителей (n-типа и p-типа). Каждый следующий слой образует новую потенциальную яму - в зависимости от слоя, для электронов либо для «дырок». Так одна ячейка содержит подложку, в которой размещен слой полупроводника с потенциальной ямой накапливания зарядов от фонов красного спектра (R), поверх него нанесен слой полупроводника с потенциальной ямой накапливания зарядов от фонов зеленого спектра (G), поверх которого нанесен слой полупроводника с потенциальной ямой накапливания зарядов от фонов синего спектра (В). Толщина и материал слоя выбраны такими, что разделение проникающих фотонов происходит по тем диапазонам спектра, которые содержат основные цвета: слой R - толщина слоя 2,0 мкм, слой G - толщина 0,6 мкм, слой В - 0,2 мкм.
Данное устройство основано на применении физического явления в самом проводнике: с увеличением длины волны глубина проникновения фотонов в полупроводник возрастает. Таким образом, для улавливания фотонов голубого, зеленого и красного цвета, фотодиоды, созданные чередованием зон проводимости первого и второго типа, размещены один под другим на определенных глубинах.
Недостатком настоящего технического решения является возможность работы только в видимом диапазоне спектра.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является матричный фотоприемник (V.L. Zhbanova, Yu. В. Parvulyusov, V. A. Solomatin. Multispectral matrix silicon photodetectors with the IR range registration // Journal of Physics: Conference Series. 1679 (2020) 022039), содержащий подложку р-типа, на которой расположена группа ячеек, выполненная в виде первой и второй ячеек, чередующихся между собой, к примеру, в шахматном порядке. Первая ячейка содержит две зоны проводимости, а именно слой В р-типа, расположенный в непосредственном контакте со слоем R n-типа, который, в свою очередь, находится в непосредственном контакте с подложкой р-типа. Вторая ячейка содержит две зоны проводимости, а именно, слой G р-типа, расположенный в непосредственном контакте со слоем IR n-типа, который, в свою очередь, находится в непосредственном контакте с подложкой p-типа.
Недостатком настоящего технического решения является низкая функция передачи модуляции для ячеек зеленого и инфракрасного спектров.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является улучшение функции передачи модуляции для ячеек зеленого и инфракрасного спектров.
Технический результат заключается в повышении функции передачи модуляции.
Это достигается тем, что известный матричный фотоприемник, содержащий подложку p-типа, на которой расположена группа ячеек, выполненная в виде первой и второй ячеек, чередующихся между собой, при этом на поверхности первой ячейки расположен первый электрод, на поверхности второй ячейки расположен второй электрод, при этом первая ячейка содержит три зоны проводимости, выполненные в виде слоя В n-типа, расположенного на расстоянии от 0,15 до 0,3 мкм от поверхности подложки с потенциальной ямой для заряда синих оттенков спектра, слоя G р-типа, расположенного в непосредственном контакте со слоем В n-типа и на расстоянии от 0,55 до 0,7 мкм от поверхности подложки с потенциальной ямой для заряда зеленых оттенков спектра, и слоя IR n-типа, расположенного в непосредственном контакте со слоем G p-типа и на расстоянии от 4,5 до 10 мкм от поверхности подложки с потенциальной ямой для заряда инфракрасного спектра, который, в свою очередь, находится в непосредственном контакте с подложкой р-типа, вторая ячейка содержит три зоны проводимости, выполненные в виде слоя G n-типа, расположенного на расстоянии от 0,55 до 0,7 мкм от поверхности подложки с собственной потенциальной ямой для заряда зеленых оттенков спектра, слоя R p-типа, расположенного в непосредственном контакте со слоем G n-типа и на расстоянии от 1,7 до 2,5 мкм от поверхности подложки с потенциальной ямой для заряда красных оттенков спектра, и слоя IR n-типа, расположенного в непосредственном контакте со слоем R р-типа и на расстоянии от 4,5 до 10 мкм от поверхности подложки с собственной потенциальной ямой для заряда инфракрасного спектра, который, в свою очередь, находится в непосредственном контакте с подложкой р-типа.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлены ячейки предлагаемого мультиспектрального матричного фотоприемника (вид в разрезе), на фиг. 2 показаны кривые функции передачи модуляции при интерполяции сигналов прототипа, на фиг. 3 показаны кривые функции передачи модуляции при интерполяции сигналов предлагаемой полезной модели.
Матричный фотоприемник содержит подложку р-типа 1, на которой расположена группа ячеек, выполненная в виде первой 2 и второй 3 ячеек, чередующихся между собой, к примеру, в шахматном порядке. На поверхности первой ячейки 2 расположен первый электрод 4, на поверхности второй ячейки 3 расположен второй электрод 5.
При этом первая ячейка 2 содержит три зоны проводимости, выполненные в виде слоя В n-типа 6, расположенного на расстоянии от 0,15 до 0,3 мкм от поверхности подложки с потенциальной ямой для заряда синих оттенков спектра 7, слоя G р-типа 8, расположенного в непосредственном контакте со слоем В n-типа 6 и на расстоянии от 0,55 до 0,7 мкм от поверхности подложки с потенциальной ямой для заряда зеленых оттенков спектра 9, и слоя IR n-типа 10, расположенного в непосредственном контакте со слоем G p-типа 8 и на расстоянии от 4,5 до 10 мкм от поверхности подложки с потенциальной ямой для заряда зеленых оттенков спектра 11, который, в свою очередь, находится в непосредственном контакте с подложкой р-типа 1.
Вторая ячейка 3 содержит три зоны проводимости, выполненные в виде слоя G n-типа 12, расположенного на расстоянии от 0,55 до 0,7 мкм от поверхности подложки с потенциальной ямой для заряда красных оттенков спектра 13, слоя R p-типа 14, расположенного в непосредственном контакте со слоем G n-типа 12 и на расстоянии от 1,7 до 2,5 мкм от поверхности подложки с потенциальной ямой для заряда красных оттенков спектра 15, и слоя IR n-типа 16, расположенного в непосредственном контакте со слоем R р-типа 14 и на расстоянии от 4,5 до 10 мкм от поверхности подложки с потенциальной ямой для заряда инфракрасного спектра 17, который, в свою очередь, находится в непосредственном контакте с подложкой р-типа 1.
К каждому слою (и к подложке) подведен отдельный металлический контакт по стандартной технологии, предназначенный для вывода соответствующего фотосигнала.
При этом первая 2 и вторая 3 ячейки маскированы оксидом кремния по стандартной технологии.
Обе ячейки выполнены на основе слоистого кремния.
Электрод выполнен из поликристаллического кремния прозрачного для фотонов толщиной 0,2 мкм.
Размер площади ячеек может быть выбран от 3 мкм до 26 мкм в зависимости от требуемого динамического диапазона и разрешающей способности матричного фотоприемника.
Толщины полупроводниковых областей выбраны из соображений выделения четырех отдельных спектральных диапазонов длин волн оптического излучения, и исходя из стандартной характеристики поглощения света в кремнии в зависимости от длины волны и глубины залегания потенциальной ямы.
Мультиспектральный матричный фотоприемник работает следующим образом.
Свет падает на фотоприемник, проходя через каждую ячейку. В первой ячейке 2 свет проходит через прозрачный первый электрод 4, подавляющий ультрафиолетовую часть падающего излучения, затем фотоны синего спектра преобразуются в заряд в слое В 6 и накапливаются в потенциальной яме для заряда синих оттенков спектра 7, фотоны зеленого спектра преобразуются в заряд в слое G 8, затем накапливаются в потенциальной яме для заряда зеленых оттенков спектра 9, фотоны инфракрасного спектра преобразуются в заряд в слое IR 10, затем накапливаются в потенциальной яме для заряда инфракрасного спектра 11. Во второй ячейке 3 свет проходит через прозрачный второй электрод 5, подавляющий ультрафиолетовую часть падающего излучения, затем фотоны зеленого спектра преобразуются в заряд в слое G 12 и накапливается в потенциальной яме заряда зеленых оттенков спектра 13, фотоны красного спектра преобразуются в заряд в слое R 14 и накапливаются в потенциальной яме для заряда красных оттенков спектра 15, фотоны инфракрасного спектра преобразуются в заряд в слое IR 16, затем накапливаются в потенциальной яме для заряда инфракрасного спектра 17. Далее в матричном фотоприемнике происходит считывание заряда как в стандартной полнокадровой матрице или с буферизацией столбцов.
Благодаря размещению слоев G и IR в первой и второй ячейке, повышаются функции передачи модуляции этих слоев, которые наиболее важны для получения мультиспектрального изображения. Предлагаемый матричный фотоприемник позволяет более точно регистрировать инфракрасное излучение, не воспринимаемое человеческим зрением. Зеленый цвет наиболее важен для человеческого зрения, т.к. на него приходится максимум яркостной характеристики восприятия человека.
Применение в каждой ячейке не более трех слоев позволяет избежать повышения шумов, и, как следствие, способствует достижению хорошего качества сигналов.
Экспериментально установлено, что в предлагаемом матричном фотоприемнике при интерполяции цветов, функция передачи модуляции для зеленого и инфракрасного спектров будут иметь максимальное значение - равное единице (на фиг. 3 показаны кривая синим цветом для функций сигналов с G и IR, зеленым цветом - В и R). На фиг. 2 представлена кривая для функций всех сигналов В, G, R, IR фотоприемника прототипа).
Наличие в каждой ячейке двух слоев регистрации видимого и одного слоя - инфракрасного спектра делает предлагаемый матричный фотоприемник мультиспектральным и позволяет более успешно применять его в таких областях, как аэрофотосъемка и спектроскопия.
Таким образом, наличие в каждой ячейке предлагаемого матричного фотоприемника слоев IR и G позволяет регистрировать на одном устройстве дневное и ночное изображения в равных долях.
Использование полезной модели позволяет повысить функции передачи модуляции матричного фотоприемника.
Claims (1)
- Мультиспектральный матричный фотоприемник, содержащий подложку р-типа, на которой расположена группа ячеек, выполненная в виде первой и второй ячеек, чередующихся между собой, при этом на поверхности первой ячейки расположен первый электрод, на поверхности второй ячейки расположен второй электрод, отличающийся тем, что первая ячейка содержит три зоны проводимости, выполненные в виде слоя В n-типа, расположенного на расстоянии от 0,15 до 0,3 мкм от поверхности подложки с потенциальной ямой для заряда синих оттенков спектра, слоя G p-типа, расположенного в непосредственном контакте со слоем В n-типа и на расстоянии от 0,55 до 0,7 мкм от поверхности подложки с потенциальной ямой для заряда зеленых оттенков спектра, и слоя IR n-типа, расположенного в непосредственном контакте со слоем G p-типа и на расстоянии от 4,5 до 10 мкм от поверхности подложки с потенциальной ямой для заряда инфракрасного спектра, который, в свою очередь, находится в непосредственном контакте с подложкой p-типа, вторая ячейка содержит три зоны проводимости, выполненные в виде слоя G n-типа, расположенного на расстоянии от 0,55 до 0,7 мкм от поверхности подложки с собственной потенциальной ямой для заряда зеленых оттенков спектра, слоя R p-типа, расположенного в непосредственном контакте со слоем G n-типа и на расстоянии от 1,7 до 2,5 мкм от поверхности подложки с потенциальной ямой для заряда красных оттенков спектра, и слоя IR n-типа, расположенного в непосредственном контакте со слоем R р-типа и на расстоянии от 4,5 до 10 мкм от поверхности подложки с собственной потенциальной ямой для заряда инфракрасного спектра, который, в свою очередь, находится в непосредственном контакте с подложкой р-типа.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU212107U1 true RU212107U1 (ru) | 2022-07-06 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5965875A (en) * | 1998-04-24 | 1999-10-12 | Foveon, Inc. | Color separation in an active pixel cell imaging array using a triple-well structure |
US8183516B2 (en) * | 2004-07-28 | 2012-05-22 | Quantum Semiconductor Llc | Layouts for the monolithic integration of CMOS and deposited photonic active layers |
RU175334U1 (ru) * | 2017-07-05 | 2017-11-30 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Матричный фотоприемник |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5965875A (en) * | 1998-04-24 | 1999-10-12 | Foveon, Inc. | Color separation in an active pixel cell imaging array using a triple-well structure |
US8183516B2 (en) * | 2004-07-28 | 2012-05-22 | Quantum Semiconductor Llc | Layouts for the monolithic integration of CMOS and deposited photonic active layers |
RU175334U1 (ru) * | 2017-07-05 | 2017-11-30 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Матричный фотоприемник |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
V. L. Zhbanova и др. "Multispectral matrix silicon photodetectors with the IR range registration" JOURNAL OF PHYSICS: CONFERENCE SERIES, No 1679, 2020 г., стр. 022039-1 - 022039-6. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7208811B2 (en) | Photo-detecting device | |
CN102177586B (zh) | 具有低串扰及高红色灵敏度的图像传感器 | |
CN101459184B (zh) | 在cmos上感测图像的系统和方法 | |
JP6364667B2 (ja) | 光検出装置および固体撮像装置並びにそれらの製造方法 | |
US8253830B2 (en) | Solid state image device having multiple PN junctions in a depth direction, each of which provides an output signal | |
US20110205412A1 (en) | Solid state image sensor for color image pick up | |
US7230226B2 (en) | Photoelectric conversion layer stack type color solid-state image sensing device | |
US10347675B2 (en) | Image sensor and image processing method using the same | |
US6495813B1 (en) | Multi-microlens design for semiconductor imaging devices to increase light collection efficiency in the color filter process | |
TWI588982B (zh) | 具有用來減少串擾和增強紅外線靈敏度的非均一埋藏p井深度態樣的rgb-ir光感測器 | |
EP1835539A3 (en) | Photodiode array, method of manufacturing the same, and radiation detector | |
US8946617B2 (en) | Photodiode having a p-n junction with varying expansion of the space charge zone due to application of a variable voltage | |
CN105428379B (zh) | 提高背照式红外图像传感器性能的方法 | |
KR20120081812A (ko) | 광대역 갭 물질층 기반의 포토 다이오드 소자, 및 그 포토 다이오드 소자를 포함하는, 후면 조명 씨모스 이미지 센서 및 태양 전지 | |
US20160142660A1 (en) | Single chip image sensor with both visible light image and ultraviolet light detection ability and the methods to implement the same | |
EP3151542A1 (en) | Multispectral imaging device for range estimation | |
KR20190119970A (ko) | 이미지 센서 및 전자 장치 | |
US8835924B2 (en) | Photo-detecting device and method of making a photo-detecting device | |
JP2015037121A (ja) | 固体撮像素子 | |
TW200525773A (en) | Image sensor with improved uniformity of effective incident light | |
RU212107U1 (ru) | Мультиспектральный матричный фотоприемник | |
CN109065564A (zh) | 图像传感器及其形成方法 | |
US11996428B2 (en) | Optical blocking structures for black level correction pixels in an image sensor | |
KR102129453B1 (ko) | 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치 | |
CN110505419B (zh) | 一种像素结构、图像传感器及终端 |