TW201248688A - Passivated upstanding nanostructures and methods of making the same - Google Patents

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201248688 六、發明說明： 交叉引用相關的申請 此申請和美國專利申請列號61/266,064、61/357,429、 61/360,421、12/204,686(授予美國專利號 7,646,943)， 12/270,233 ' 12/472,264 ' 12/472,271 ' 12/478,598 > 12/633,297、12/621,497、12/648,942、12/910,664、 12/966,514 ' 12/573,582 ' 12/575,221 ' 12/633,323 ' 12/633,318、12/633,313、12/633,305、12/982,269、 12/966,573 ' 12/967,880 ' 12/974,499 > 12/945,492 > 13/047,392、13/048,635和 12/966,535相關，其中披露在此 被全部内容包含引用。 【先前技術】 半導體表面往往是一個缺陷源，對半導體電子、光學和 化學性質產生不利的影響。一個合適的鈍化技術消除缺陷 或防止缺陷的不良影響。 此處所描述的一設備，包括：一個基板；一個或多個基 本垂直於基板延伸的奈米結構；其中該奈米結構包括一個 摻雜半導體核心，核心上的一本徵非晶半導體層，和本徵 非晶半導體層上的一個和核心相反類型的重摻雜非晶半導 體層。 本文還介紹了 一設備，包括：一個基板；一個或多個基 本垂直於基板延伸的奈米結構；其中該奈米結構包括一個 核心和一個鈍化層，該鈍化層包括非晶態材料，其配置鈍 化核心的至少一表面並且配置與核心形成p-i-n結。 161529.doc 201248688 【發明内容】 此處使用的術語「鈍化」和「鈍化」是指消除懸空鍵 (即固定原子的不飽和化合價）的過程。此處使用的術語 「圖像傳感器」是指將光學圖像轉換成電信號的設備。此 處使用的術語「彩色圖像傳感器」是指能夠將可見光譜中 的光學圖像（即彩色圖像）轉換成電信號的圖像傳感器。此 處使用的術語「透明」是指至少有70%的透光率》此處使 用的術语「偏振光」是指具有偏振的光。此處使用的「線 性偏振j是指光的電場局限於沿光的傳播方向的平面。此 處使用的「圓偏振」光的電場不改變強度，但只以一個旋 轉方式改變方向。此處使用的「橢圓偏振」是指在光的傳 播方向的法向方向相交的固定平面上，光的電場描述為橢 圓形。此處使用的術語「光伏設備」是指一種產生電力的 裝置，可以通過轉化如太陽輻射的光能為電能。此處使用 的結構是單晶是指整個結構的晶格在整個結構内是連續完 整的，其中無晶界。導電材料可以是基本上是零帶隙的材 料。導電材料的導電性是通常高於103 S/Cm。半導體可以 疋具有有限帶隙ifj達約3 eV和導電性一般在1 〇3到1 〇_8 §/cm 的範圍内的材料。電絕緣材料可以是一個帶隙大於約3 eV 並且一般具有導電性低於1〇-8 s/cm的材料。此處所用的術 語「基本垂直於基板的結構」是指結構和基板之間的角度 大於靈，優選大於5。，更優選是從85。到9〇。。此處所用的 術語「凹槽」是指在基板上的一個中空的空間，其對基板 外部的空間是開放的。此處所用的ΙΙΙΛ^化合物材料是指 161529.doc 201248688 包含一種III族元素和一種V族元素的化合物。一種III族元 素可以是B、A卜Ga、In、Ή、Sc、Y、鑭系元素系列和釣 系元素系列。V族元素可以是V、Nb、Ta、Db、N、P、 As、Sb和Bi。此處所用的Ιμνι族的化合物材料是指包含一 種Π族元素和一種VI族元素組成的化合物。一種π族元素 可以是Be、Mg、Ca、Sr、Ba和Ra。一種VI元素可以是 Cr、Mo、W、Sg、0、S、Se、Te和 Po。一 種四元材料是 一種由四種元素組成的化合物。此處使用的術語「網狀」 疋才曰一個網絡狀圖案或者構成。此處使用的術語「懸垂部 分」是指該結構的突出於凹槽的側壁的一部分。此處使用 的術語「結構的一個頂部表面的輪廓」是指該結構的頂部 表面的邊緣。此處使用的術語「電極」是指用來和光伏設 備建立電接觸的導體。此處使用的術語「連續」是指沒 有縫隙’洞，或間斷。此處使用的術語「p_i_n結」是指： 個輕掺雜或本徵半導龍域被夾在-個p型半導體區和η型 半導體區域之間的結構β ρ型和η型區域可以是重摻雜，實 現歐姆接觸。此處使用的術語「ρ_η結」是指與—個ρ型半 導體區域和η型半導體區域相互接觸的結構。此處使用的 術語「門電極」是指具有通過施加一個門電極電壓控制電 流流動的可操作性的電極。此處使用的術語「奈米柱」是 才曰個、，Ό構’匕的大小在兩個緯度最多為奈米，在其 他維度無約束。術語「奈米柱」纟可以指一個結構，它的 大小在兩個緯度最多為職米，在其他維度無約束。此處 使用的術語「門極線」是指具有傳送電信號給門電極可操 161529.doc 201248688 作性的一個電極或導線。此處使用的術語「多路復用」^ 執行復用的設備；它從許多模擬或數字輸入信號中選擇— 個，並將選擇輸入到一單獨線裏。模擬-數字轉換器（簡稱 ADC ’ A/D或A至D)是將連續信號轉換為離散的數字的一 個設備。數字-模擬轉換器（DAC或D至A)是將數字代碼（通 常是二進制）轉換成模擬信號（電流，電壓或電荷）的設備。 此處使用的術語「前置光學元件」是指在圖像傳感器前面 的光路上放置的光學元件（例如透鏡，反射鏡）。 本徵半導體，也稱為非摻雜半導體或i-型半導體，是一 個沒有任何顯著摻雜劑的非常純的半導體。重摻雜半導體 是指具有高摻雜水平的半導體，以致其表現開始更像—個 金屬而不像半導體。輕摻雜半導體是摻雜半導體，但其沒 有一個如重摻半導體的摻雜水平。在輕摻雜半導體中，摻 雜劑原子實現各自的摻雜水平，其往往可以作為局部狀 態，通過熱促進（或光學過渡）給導帶或者價帶分別提供電 子或空穴。在足夠高的雜質濃度（即重摻雜），單個雜質原 子可能會變得足夠接近其鄰雜質原子以至於其摻雜濃度合 併成一個雜質能帶，這種系統的行為不再顯示半導體的典 型特徵，例如導電性隨著溫度增加而增加。此處使用的 單BB」半導體是指半導體晶格是連續和完整的，在其内 沒有晶界。此處使用的「多晶」半導體是指半導體包含由 晶界隔開的晶體顆粒◊此處使用的「非晶」半導體是指具 有無序的原子結構的一個半導體。 圖1A-1C分別顯示了從基板2〇基本垂直延伸的奈米結構工 161529.doc 201248688 的局部截面圖。 如圖1A局部截面圖所示，根據一個實施例，—奈米结構 1從一基板20基本垂直延伸’並且包括一個具有摻雜半導 體材料的核心11，一各向同性地沈積在至少一個遠離基板 2〇的末端部分14的本徵非晶半導體層12，和一個與核心u 相反類型的重摻雜的非晶半導體層13，其各向同性地沈積 在本徵非晶半導體層12的至少一部分上。 如圖1B局部截面圖所示，根據一個實施例，一奈米結構 1從一基板20基本垂直延伸，並且包括一個具有摻雜半導 體材料的核心11，沈積在至少一個遠離基板20的末端表面 16的本徵非晶半導體層12，和一個與核心11相反類型的重 摻雜的非晶半導體層13 ’其沈積在本徵非晶半導體層12 上。優選的’本徵非晶半導體層12和重摻雜非晶半導體層 13在至少一個平行於基板20的方向同延》優選的，核心u 的側壁被一電絕緣層15至少部分覆蓋。 如圖1C局部截面圖所示’根據一個實施例，一奈米結構 1從一基板20基本垂直延伸，並且包括一個具有换雜半導 體材料的核心11，沈積在至少一個遠離基板20的末端表面 16的本徵非晶半導體層12 ’和一個與核心11相反類型的重 摻雜的非晶半導體層13 ’其沈積在本徵非晶半導體層12 上。優選的’核心11的側壁被一電絕緣層15至少部分覆 蓋。優選的，本徵非晶半導體層12和重摻雜非晶半導體層 13在至少一個平行於基板2〇的方向和電絕緣層15同延。 基板20可以包括任何合適的材料：半導體（如矽），絕緣 161529.doc 201248688 體（如玻璃金属（如黃金卜基板20可以包括任何合適的 電子元件，如晶體管，互連，通孔，二極管，放大器等。 核心11可以包括任何合適的換雜半導體材料，如擦雜 矽，摻雜鍺，摻雜III-ν族化合物半導體（如砷化鎵，氮化 鎵等）’摻雜仏^族化合物半導體（如鎘，硒，碲化鎘，硫

化録，氧化辞，砸化辞等），或推雜四元半導體（如銅鋼録L 石西）。核心11優選的是基本晶體半導體材料。核心u優選 的是輕摻雜。核心Η其t可以包括—個ρ·η結或pin結。 本徵非晶半㈣層12可以包含任何合適的本徵非晶半導 體材料，如本徵非晶矽’本徵非晶鍺，本徵非晶的或 Η-Vi族化合物半導體。本徵非晶半導體層12優選的厚度約 為2奈米至約1〇〇奈米，更優選的約為2奈米至約⑽奈米。 本徵非晶半導體層12配置至少純化核心u的—表面。本徵 非晶半導體層12可用任何適當的方法沈積，如原子層沈積 (ALD)或化學氣相沈積（cvD)。 重摻雜的非晶半導體層13可以包含任何適合的重捧雜非 晶半導體材料，如重摻雜的非晶矽’重摻雜的非晶鍺，重 掺雜的非晶態⑽·ν或„_則化合物半導體。重摻雜的 非晶半導體層13和核心丨丨是相反類型是指如果核心是ρ型 那麼重摻雜的非晶半導體層13^型，如果核心是η型那麼 重摻雜的非晶半導體層以口型。重摻雜的非晶半導體層 13優選的厚度至少約為1()奈米，例如，從㈣奈米至約 200奈米左右。重摻雜的非晶半導體層η可用任何適當的 方法沈積，如原子層沈積（ALD)或化學氣相沈積（CVD)。 161529.doc 201248688 重摻·雜的非晶半導微爲〗， 导體層13，本徵非晶半導體層12和核心 11形成一個p-i-n結。

絕緣層15可以句扭k , A 已括任何合適的材料，如Hf〇2、Si〇2、

Al2〇3及 Si3N4 等》 奈米結構1可以是本半#斗、 疋不未線或一個奈米板。此處使用的術 語「奈米線」是指一個結構，其尺寸在垂直基板的方向 (以下簡稱為「法線方向」）大大超過在任何垂直於法線方 向(以下簡稱「橫向」）的結構尺寸，並且其在橫向方向的 尺寸都小於丨_奈米。此處使用的術語「奈米板」是指- 個結構，其在法線方向和橫向方向尺寸遠大於在垂直於法 線方向和橫向方向的（以下簡稱為「厚度方向」）的結構尺 寸’並且其在厚度方向的尺寸小於1〇〇〇奈书。一個奈米板 在平行基板方向的橫截面可以有任何一個合適的形狀如 矩形，橢圓形，凸凸（即像一個雙凸透鏡），凹凹（即像一個 又凹透鏡），平凸（即像一個平凸透鏡），平凹（即像一個平 凹透鏡）。 根據一個實施例，奈米結構丨配置作為曰盲型紫外探測 器（SBUV)。SBUV區域是指波長範圍，該波長範圍内地球 大氣層吸收幾乎所有太陽輻射到地球的紫外線。例如，波 長300奈米到200奈米的區域是在sbuv區域内。一個只檢 測局限於SBUV區域内的輻射，並且拒絕可見光和紅外輻 射的設備被稱為SBUV探測器或SBuv探測器。 曰光不干擾或盲化本實施例的SBUV探測器。因此，本 實施例的SBUV探測器是特別適用於在SBUV區域内發射的 161529.doc 201248688 這輻射源，且享有非常低的誤報率。這種人造輻射源可 以包括肩發射地對空導彈（SLSAM)排氣羽流，火和火焰， 或任何其他紫外線發射源，包括氫火焰。此處實施方案的 SBUV探測器可以在&括白天的所冑光照條件下作用，其 作用不党來自太陽輻射的干擾，並具有非常高的信號背景 比。 根據一個實施例，該SBUV探測器包括一個基板，其上 定義有複數個區域（以下簡稱為「像素」）。在每個像素 中’ SBUV探測器包括複數個基本垂直延伸於基板的奈米 結構1。SBUV探測器的奈米結構i是奈米線.複數個奈米 結構1可以相互等分或者不等分間隔，排列成規則或者隨 機的陣列。複數個奈米結構1配置為只對限於SBUV區域的 幸§射反應，而對於SBUV區域外的輻射不反應。這裡，術 s吾「反應」是指廣泛地包括吸收，反射，编合，檢測，互 動，轉換為電信號等。 圖2顯示了一 SBUV S10上的複數個奈米結構l(SBUV中 的奈米線）之中一個。簡明而講，只有一個奈米結構i被顯 示’但SBUV S10可以有複數個奈米結構1，如超過一千 個，或超過一百萬個《奈米結構1基本垂直延伸於基板 S130。每個奈米結構1優選的包括包圍奈米結構1的包覆層 S120。基板S130優選的是金屬。優選的奈米結構1有比包 覆層S120更高的折射率。此處使用的術語「包覆層」或 「包覆」是指包圍奈米結構1的一層物質》 圖3顯示了 SBUV探測器S10對於在法線方向入射的，波 161529.doc •10- 201248688 長為100和400奈米之間的紫外光的模擬吸收率。圖3清楚 地顯示了 SBUV探測器S10對於波長在140和29〇奈米之間的 紫外光的吸收率是大於5〇%，和對於波長14〇·29〇奈米區域 外紫外光的吸收率很快下降到幾乎為零。圖3表明 測器sio確實只對於SBUV區域内的輻射反應。如圖4所 不，每個奈米結構1可以進一步包括一個耦合器s 14〇，耦 β器位於奈米結構1遠離基板S130的一端（以下簡稱為「接 收端」）。此處使用的術語「耦合器」是指有效引導光線 到奈米結構1上的一個層。 根據一個實施例，奈米結構丨是奈米線，直徑從約5奈米 至約30奈米，優選的約為20奈米。根據一個實施例，奈米 結構1直徑從約5奈米至約150奈米。包層sl3〇厚度從約1〇 奈米至約200奈米，優選的約3〇奈米。奈米結構i的間距 (即複數個的奈米線其中一個至一個最近近鄰的中心到中 心距離）為從約0.2微米到約2微米。奈米結構丨的高度（即在 法線方向的尺寸）是從約0.丨微米至5微米左右。每個像素可 以有一個或多個奈米結構1。 圖5A和圖5B分別顯示了 SBUV探測器s 1〇的透視圖和俯 視圖。簡明而講，只有四個像素（虛線矩形包圍的區域）被 顯示。奈米結構1優選的通過將其轉換為電信號來檢測 SBUV區域的紫外線輻射。例如，每個奈米結構丨可以包括 一個光電二極管（如雪崩光電二極管）或和基板513〇形成光 電二極管（如雪崩光電二極管）。SBUV探測器sl〇可以進一 步包括配置為檢測奈米結構1的電信號的電子元件，例如 161529.doc 201248688 基板S130中的讀出集成電路（R〇IC)，和位於每個像素上的 所有奈米結構1之間並且和其電子連接的一個電極si5〇， 和位於整個SBUV探測器S10的所有奈米結構11〇的接收端 上並且和其電子連接的一個共同電極sl6〇。優選的， SBUV探測器S 10可以分別檢測從在不同像素中的奈米結構 1的電信號。 根據如圖6所示的一個實施例，SBUV探測器S10可與電 子電路集成成為一個日盲型圖像傳感器。電子電路可以包 括地址譯碼器，一個相關雙採樣電路（CDS)，一個信號處 理器，一個多路復用器和用來驅動奈米結構丨的一個高壓 電源（如能夠提供至少50伏，1〇〇伏，200伏或更高的直流 高壓電源）。電子電路功能性的檢測由奈米結構i產生的電 信號。 SBUV探測器S10也可以用作如示意圖7所示的光傳感器 儀器的前置光學器件。 偏振是描述某些類型的波的振盪取向的屬性❶電磁波包 括可見光可以顯示出偏振。按照慣例，光的偏振是通過光 在指定一個振盪週期内空間中的某一點的電場方向來描述 的《當光在自由空間傳播時，在大多數情況下，它作為一 種橫波傳播’即偏振垂直於光的行進方向。在這種情況 下，電場取向可在一個方向（線性偏振），或可隨波傳播旋 轉（圓形或橢圓形偏振在後者情況下，振盪可以在波傳 遞方向向右旋轉或向左旋轉《根據一個給定的波的旋轉’ 其被稱為波的手性或例手性。由壤斯矢量可以表示完全偏 161529.doc 12 201248688 振光的偏振。沿Z方向傳播的光的電場的複雜振幅在X和y 方向的分量，Εχ⑴和Εγ⑴，是j〇neS矢量，如下表示 ίί((丨))h°〔ii^ 振光’包括非偏振光’部分偏振光和完全偏振光，都可以 用Stokes參數表達，St〇kes參數是四個相互獨立的參數。 一種可以檢測光偏振’或甚至測量光的Jones矢量或 Stokes參數的裝置可以被用於許多應用中。 根據一個實施例，該裝置包括一個基板，其上定義有複 數個區域（以下被稱為「子像素」；-組相關的「子像素」 可以被稱為像素」）。在每個子像素中，該裝置包括複 數個奈米板的奈米結構！。複數個奈米結構i可以相互間隔 等分或者不等分。不同子像素中的複數個奈米結構1功能 性的對於具有同樣偏振的光可以不同反應。這裡，術語 「反應」是指廣泛地包括吸收、反射、麵合、檢測、互 動、轉換為電信號等。一第一子像素内的複數個奈米結構 1在-第-橫向方向延伸；一第二子像素内的複數個奈米 結構1在-第二橫向方向延伸，其中第—像素和第二像素 相鄰並且第一橫向方向和第二橫向方向不同。 圖8顯示了根據一個實施例的設傭P10。簡明而言，只顯 示基板P110的兩個子像素P1〇aw1〇b。然而，設備ρι〇可 以包括複數個像素，例如超過一百個，超過一千個，超過 一百萬個d像素優選的間距為約i微米到1〇〇微米（更優 選的是5微米在每個早德去ρ1Λ 母個子像素Pl〇a和Pl〇b中，設備pl〇分 161529.doc 201248688 別包括複數個奈米結構1(如至少2個特徵）。子像素Pl〇a的 奈米結構1和子像素P1 Ob的奈米結構1在不同的橫向方向延 伸。奈米結構1優選的間距（即其在厚度方向相鄰的特徵 100之間的間距）約為0.5到5微米（進一步優選的約為1微 米），高度（即在法線方向尺寸）約為0.3至10微米（進一步優 選的約為5微米），橫縱比（即在橫向方向尺寸與厚度方向尺 寸的比）至少4:1，優選的至少10:1。每個奈米結構1和基板 P110形成一個p-i-n二極管，p-i-n二極管功能性地將至少部 分入射光轉換為電信號。設備P10優選的進一步包括用於 檢測奈米結構1的電信號的電子元件，例如，位於每個子 像素内並且和其中所有的奈米結構1電子連接的一個透明 電極。優選的，每個子像素上的透明電極是和相鄰子像素 的透明電極是分開的《—個反光材料可沈積在奈米結構j 之間的基板P110的區域。基板P110在法線方向可以有約為 5至700微米（優選的為120微米）的厚度。 圖9顯示了不同的偏振光線投射時在一個子像素的奈米 結構1的示意圖》對於波長約為4〇〇奈米，基本在奈米結構 1的厚度方向上線性偏振的光Pl5a，奈米結構1的吸收率是 35%左右。相比之下，具有與光pi5a相同的波長，和基本 在奈米結構1的橫向方向線性偏振的光p15b，奈米結構1的 吸收率是95%左右。 根據如圖10所示的一個實施例，設備P1〇可與電子電路 集成到一個偏振探測器陣列中。電子電路可以包括在探測 器陣列兩個方向上的地址譯碼器，-個相關雙採樣電路 161529.doc 14 201248688 (CDS)，一個信號處理器，一個多路復用器。電子電路的 功能是檢測奈来結構100從入射至其上的至少部分入射光 轉換成的電信號。電路功能可以進一步從幾個子像素上計 算電信號插值，在該幾個子像素上的特徵在同一橫向方向 延伸。電子電路的其他功能可以包括一個增益調整， Stoke參數計算》特別是，子像素可以安排成一組（即像 素）。例如，在圖10中，可以安排一個子像素A和子像素 B、C和D彼此相鄰並被稱為一個像素，其中子像素B、匸和 D上的特徵在橫向方向延伸，相對於子像素A上的特徵延 伸的橫向方向有45。、90°和-45。。 根據如圖11所示一實施例，每個奈米結構1〇〇在每個側 壁都可以有一金屬層（即在橫向方向和法線方向延伸的表 面）優選的，金屬層厚度約為5奈米至約1〇〇奈米，更優 選約為50奈米。該金屬層基本覆蓋了整個側壁，金屬層不 在法線方向延長至奈米結構的任一端。 光伏設備，也稱為太陽能電池，是通過光伏效應使太陽 光的能量直接轉換成電能的一種固態設備。集合的太陽能 電池用來製造太陽能電池組件，亦稱太陽能電池板。這些 太陽能組件產生能量，即太陽能發電，是太陽能的一個例 子。 光伏效應是在光線照射後的一種材料中產生電壓（或相 應的電流）。雖然光伏效應和光電效應直接相關，這兩個 過程是不同的並且應加以區別。在光電效應中，電子從接 觸足夠能量的材料的表面被輻射彈出。光伏效應是不同 161529.doc 15 201248688 的’其生成的電子在材料内部不同能量帶（即從價帶到導 帶）之間傳遞’致使在兩個電極之間產生電壓。 光伏發電是一種通過使用太陽能電池把太陽能轉化為電 能來產生電力的方法。光伏效應是指光子_分組的太陽能_ 將電子激發到一個更高的能量狀態來發電。在較高的能量 狀態’電子能夠擺脫其被半導體的單個原子束缚的正常的 位置，成為電路中的電流的一部分。這些光子包含不同的 能量數額’對應太陽光譜中的不同波長。當光子撞擊一個 pv太陽能電池時，他們可能會被反射或吸收，或者他們可 能會直接通過。被吸收的光子可以產生電力。術語光伏表 示一個光電二極管的不加偏壓的操作模式，即通過該設備 的電流完全是由於光能。幾乎所有的光伏設備都是某種類 型的光電二極管。 傳統的太陽能電池往往在接收光的表面上有不透明電 極。任何入射此類不透明電極的入射光被反射離開該太陽 能電池或者被不透明電極吸收，從而不利於發電。因此， 需要一個沒有這個缺點的光伏設備。 圖12顯示了根據又一實施例的一光伏設備V2〇〇截面示意 圖。該光伏設備V200包括一個基板V205，複數個基本垂 直於基板V205的奈米結構1，和奈米結構1之間的一個或多 個凹槽V230。每個凹槽V230有一側壁V230a和一底壁 V230b。該底壁V230b具有一平面反射層V232。該側壁 V230a沒有任何平面反射層V232。一個連續包覆層V240覆 蓋於整個奈米結構1上《該光伏設備V200可以進一步包括 161529.doc 201248688 包覆層V240上的並且位於頂部表面乂22〇3正上方的耦合層 V260 〇 奈米結構1可以有任何截面形狀。例如，該奈米結構可 以是截面為橢圓形、圓形、矩形、多邊形的圓柱體或者稜 柱形狀。該奈米結構1也可以是如圖17所示的條狀，或如 圖18所示的網狀。根據一個實施例，奈米結構1是柱體， 其直徑從50奈米至5000奈米，高度從1〇〇〇奈米至20000奈 米，兩個最接近柱體的中心到中心的距離是在3〇〇奈米至 15000奈米之間。優選的，奈米結構！具有沿奈米結構i頂 部表面V220a的整個輪廓的懸垂部分V224。 每個凹槽V230在側壁V230a和底壁V230b之間優選的具 有圓形或斜面内角。 該平面反射層V232可以是任何合適的材料，如ZnO、 Al、Au、Ag、Pd、Cr、Cu、Ti和它們的組合等。該平面 反射層V232優選的是導電材料，更優選的是金屬。對任何 波長可見光，平面反射層V232優選的反射率至少是50%， 更優選的反射率是至少70%，最優選的反射率是至少 90%。平面反射層V232優選的厚度是至少為5奈米，更優 選的厚度是至少為20奈米。優選的，平面反射層V232在所 有的凹槽V230中連接。該平面反射層V232功能性地將其 上的入射光反射到奈米結構1上就此使得光被奈米結構1吸 收。平面反射層V232優選的功能性地作為光伏設備V200 的電極。 該包覆層V240對可見光基本透明’優選的透光率至少有 161529.doc •17- 201248688 50%，更優選至少70%，最優選至少有90%。該包覆層 V240是一種導電材料製成。該包覆層V240優選為透明導 電氧化物，例如ITO(銦錫氧化物），AZO(鋁摻雜氧化鋅）， ZIO(氧化鋅銦），ZTO(鋅錫氧化物）等。該包覆層V240厚度 可以是從50奈米到5000奈米。該包覆層V240優選的與奈米 結構1形成歐姆接觸。該包覆層V240優選的與平面反射層 V232形成歐姆接觸。該包覆層V240優選的功能性地作為 光伏設備V200的電極。 該基板V205優選的在奈米結構1反面有一平坦表面 V250。該平坦表面V250上可以有一個與核心11相反的導 電類型的摻雜層V251，即，如果核心11是η型，摻雜層 V251是ρ型，如果核心11是ρ型，摻雜層V251是η型。該摻 雜層V251與每個奈米結構1電連接。該平坦表面V250也可 以有一個位於摻雜層V251上的金屬層V252。該金屬層 V252與摻雜層V251形成歐姆接觸。該基板V205優選的厚 度有至少50微米。優選的平面反射層V232的總面積是平坦 表面V250表面區域的至少40%。 該耦合層V260可以是和包覆層V240相同的材料或和包 覆層V240不同的材料。如圖13所示，該奈米結構1的核心 11折射率η!、該包覆層V240的折射率η2、耦合層V260的折 射率η3和奈米結構1之間的空間的折射率η4優選的滿足ηι> η2>η4和npnfru的關是，從而導致更多光線集中在奈米結 構1上。 在一個實施例中，該奈米結構1是排成如矩形陣列，六 161529.doc -18· 201248688 角形陣列，方陣，同心環的陣列的柱體。每個柱體高度約 為5微米。奈米結構1的間距是從300奈米到15微米。該包 覆層V240厚度約為175奈米。 圖14顯示了示例光伏設備V200的俯視橫截面視圖。圖15 顯示了光伏設備V200的示例透視圖。 一種將光轉換為電能的方法包括：對光伏設備V200光 照；使用該平面反射層V232將光線反射到該奈米結構1 上；使用該奈米結構1吸收光線並將光轉換為電流；從該 光伏設備V200引出電流。如圖16所示，電流可以從光伏設 備V200的金屬層V252和/或平面反射層V232引出。 圖19顯示了根據又一實施例的一光伏設備W200截面示 意圖。該光伏設備W200包括一個基板W205，複數個基本 垂直於基板W205的奈米結構1，奈米結構1之間的一個或 多個凹槽W230，和一個電極層W280。每個凹槽W230被一 透明材料W240填充。每個凹槽W230有一側壁W230a和一 底壁W230b。該底壁W230b具有一平面反射層W232。該側 壁W230a沒有任何平面反射層。優選的，透明材料W240和 奈米結構1的頂部表面W220a具有同延表面。該光伏設備 W200進一步包括位於透明材料W240和奈米結構1上一電極 層W280。該光伏設備W200可以進一步包括位於電極層 W280上的並且位於頂部表面W220a正上方的耦合層 W260 ° 該奈米結構1可以有任何截面形狀。例如，該奈米結構1 可以是截面為橢圓形，圓形，矩形，多邊形的圓柱體或者 161529.doc -19- 201248688 棱柱形狀。該奈米結構1也可以是如圖17所示的條狀，或 如圖18所示的網狀。根據一個實施例，奈米結構1是柱 體，其直徑從50奈米至5000奈米，高度從1000奈米至 20000奈米，兩個最接近柱體的中心到中心的距離是在300 奈米至15000奈米之間。優選的，奈米結構1具有沿奈米結 構1頂部表面W220a的整個輪廓的懸垂部分W224。 每個凹槽W230側壁W230a和底壁W230b之間優選的具有 圓形或斜面内角。 該平面反射層W232可以是任何合適的材料，如ZnO、 Al、Au、Ag、Pd、Cr、Cu、Ti、Ni和它們的組合等。該 平面反射層W232優選的是導電材料，更優選的是金屬。 對任何波長可見光，平面反射層W232優選的反射率至少 是50%，更優選的反射率是至少70%，最優選的反射率是 至少90%。平面反射層W232優選的厚度是至少為5奈米， 更優選的厚度是至少為20奈米。優選的，平面反射層 W232在所有的凹槽W230中連接。該平面反射層W232功能 性地將其上的入射光反射到奈米結構1上就此使得光被奈 米結構1吸收。平面反射層W232優選的功能性地作為光伏 設備W 2 0 0的電極。 該透明材料W240對可見光基本透明，優選的透光率至 少有50%，更優選至少70%，最優選至少有90%。該透明 材料W240是一種導電材料製成。該透明材料W240優選為 透明導電氧化物，例如ITO(銦錫氧化物），AZO(鋁摻雜氧 化鋅），ZIO(氧化鋅銦），ZTO(鋅錫氧化物）等。該透明材 161529.doc -20- 201248688 料W240優選的與奈米結構1的重摻雜非晶半導體層13形成 歐姆接觸。該透明材料W240優選的與平面反射層W232形 成歐姆接觸。該透明材料W240優選的功能性地作為光伏 設備W200的電極。該透明材料W240也可以是一個合適的 電絕緣材料，如Si02或一種聚合物。 該基板W205優選的在奈米結構1反面有一平坦表面 W250。該平坦表面W250上可以有一個與奈米結構1的核心 11相反的導電類型的摻雜層W25 1，即，如果核心11是η 型，摻雜層W251是ρ型，如果核心11是ρ型，摻雜層W251 是η型。該摻雜層W251與每個奈米結構1電連接。該平坦 表面W250也可以有一個位於摻雜層W251上的金屬層 W252。該金屬層W25 2與摻雜層W251形成歐姆接觸。該基 板W205優選的厚度有至少50微米。優選的平面反射層 W232的總面積是平坦表面W250表面區域的至少40%。 該電極層W280可以是和透明材料W240相同的材料或和 透明’材料W240不同的材料。該電極層W280對可見光基本 透明，優選的透光率至少有50%，更優選至少70%，最優 選至少有90°/。。該電極層W280是一種導電材料製成。該電 極層W280優選為透明導電氧化物，例如ΙΤΟ(銦錫氧化 物），ΑΖΟ(鋁摻雜氧化鋅），ΖΙΟ(氧化鋅銦），ΖΤΟ(鋅錫氧 化物）等。該電極層W280優選的與重摻雜非晶半導體層13 形成歐姆接觸。該電極層W280優選的功能性地作為光伏 設備W 2 0 0的電極。 該耦合層W260可以是和透明材料W240相同的材料或和 161529.doc •21 - 201248688 透明材料W240不同的材料。如圖20所示，該奈米結構1的 核心11的折射率!!！、該透明材料W240的折射率n2、搞合層 W260的折射率n3優選的滿足和ηι>η3的關係，從而導 致更多光線集中在奈米結構1上。 在一個實施例中，該奈米結構1是排成如矩形陣列，六 角形陣列，方陣，同心環的陣列的柱體。每個柱體高度約 為5微米。奈米結構1的間距是從300奈米到15微米。 如圖21B，光伏設備W200可以進一步包括在透明材料 W240内和電極層W280和平面反射層W232之間的至少一個 通孔W599，其中，該至少一個通孔W599是導電材料，優 選的是導電透明材料（如ITO，AZO等），並且該至少一個 通孔電連接電極層W280和平面反射層W232。如圖21A， 通孔W599可以通過蝕刻一個穿過電極層W280和透明材料 W240的凹槽W598，直到平面反射層W232暴露，然後填充 凹槽W598的形式形成通孔W599。如圖22A和22B所示，通 孔W599可以是任何合適的形狀，如桿狀或棒狀。 一個電力轉換成光的方法包括：對光伏設備W200光 照；使用平面反射層W232反射光線到結構W220上，使用 結構W220吸收光並且將光轉換成電力；從光伏設備W200 中引出電流。如圖23，電流可以得從光伏設備W200的金 屬層W252和平面反射層W232中引出。 根據一個實施例，一個圖像傳感器包括複數個像素，其 中的每個像素具有至少一個奈米線形式的奈米結構1，其 可以將入射其上的光能轉化為電信號，每個像素還具有一 161529.doc -22- 201248688 個包圍奈米結構1並優選的位於每其底端（即連接到基板的 一端）的門電極。門電極可以位於奈米結構1的其他位置。 門電極可以功能性的並單獨的將奈米結構i和外部讀出電 路電子連接或者斷開》像素可以安排為任何合適的圖案， 如一個正方形網格，一個六角形網格，和同心環。製成的 像素可以吸收在紫外線（uv)，可見光（VIS)或紅外線（IR)區 域的光，並將對光的反應生成一個可以檢測的電信號。 奈米結構1基本垂直延伸於基板，也可簡稱為「站立」。 該圖像感應器可用於不同類型的應用，如緊湊型圖像傳 感器和分光光度計。 在一個實施例中，像素被組織成複數個「行」。每行的 像素疋並行電子連接於一個讀數線。在不同行的像素電子 ，接到不同的讀數線。像素可以組織成複數個「列」，在 每一列的像素的門電極平行電子連接於—個門線，在不同 列的像素的門電極電子連接於不同的門線，沒有兩個不同 、象素都連接到同-個讀數線並且它們的門電極連接到同 個門線。術語「行」和「列」不要求像素物理對齊或 按照任何特；t的方式排列，而是用來描述像素，讀數線和 門線之間的拓撲關係。根據本實施例的示例圖像傳感器， 包括第一，第二，第三，第四像素，其每個都有一個門電 連接到第一和第二像素的一第-個讀數線，電子 —和第四像素的一第二個讀數線，電子連接到第 二:：:像素的門電極的-第-個門線，和電子連接到 第-個和第四個像素的門電極的一第二個門線。 161529.doc •23- 201248688 在一個實施例中，每個像素至少有一個奈米結構1。像 素的奈米結構1可以用於吸收，限制和傳輸入射其上的 光。例如，奈米結構1可以作為波導，來限制光在其物理 邊界所決定的方向上傳播。 在一個實施例中，不止一個像素可以有一個電連接的共 同電極，例如，來提供一個偏置電壓。共同電極可以是透 明導電材料，如ITO(銦錫氧化物）或鋁摻雜氧化鋅（AZO)製 成的一個頂層。 在一個實施例中，讀數線和門線上可以連接合適的電子 設備，例如放大器，多路復用器，D/A或A/D轉換器，電 腦，微處理單元，數字信號處理器等。 在一個實施例中，奈米結構1和基板可以包括合適的半 導體材料和/或金屬，如：Si、GaAs、InAs、Ge、ZnO、 InN、GalnN、GaN、AlGalnN、BN、InP、InAsP、 GalnP 、 InGaP:Si 、 InGaP:Zn 、 GalnAs 、 AllnP 、 GaAlInP、GaAlInAsP、GalnSb、InSb、A1、Al-Si、 TiSi2、TiN、W、MoSi2、PtSi、CoSi2、WSi2、In、AuGa、 AuSb、AuGe、PdGe、Ti/Pt/Au、Ti/Al/Ti/Au、Pd/Au、 ITO (InSnO)。奈米結構1和基板可以使用合適的摻雜劑 GaP、Te、Se、S、Zn、Fe、Mg、Be、Cd等來摻雜。應該 指出使用例如Si3N4、GaN、InN和AIN的氮化物可以促進 製造圖像傳感器，可以檢測出常規技術不容易被檢測的波 長區域的光。奈米結構1和基板摻雜水平可以高達至102G 原子/厘米3。其他合適的材料也是可能的。 161529.doc -24· 201248688 圖像傳感器的製造方法可以包括淺溝槽隔離（siri)，也 被稱為「箱隔離技術」。STI —般用於節點250奈米和更小 的CMOS工藝技術。更早的（：^1〇5技術和#M〇s技術通常 使用基於矽的局部氧化（LOCOS)的隔離。STI通常是在半 導體器件的製造工藝晶體管形成之前的早期開始。STI過 程中採取的步驟包括’例如’在基板上蝕刻一個溝槽的圖 案，沈積一個或多個電介質材料（如二氧化矽）以填充溝 槽’並使用如化學機械研磨技術去除多餘的電介質。 奈米結構1製造可以用幹蝕刻工藝，如深蝕刻工藝，或 Bosch工藝，結合合適半導體平板印刷技術（如光刻，電子 束光刻’全息光刻）β形成奈米結構1也可以用一個汽液固 (VLS)方法。奈米結構1的直徑可以從1〇至2〇〇〇奈米，優選 的是50到150奈米’更優選是90至150奈米。奈米柱長度可 以從10奈米至10000奈米，優選的是1〇〇〇奈米至8〇〇〇奈 米’更優選的是4000奈米到6000奈米。奈米結構1可以有 任何合適的截面形狀，如一個圓形，四方形，六角形。 奈米結構1的大小決定了其可以選擇性地吸收有用的波 長區域，例如正在申請的申請曰2〇 1〇年6月22曰和申請編 號61/357,429美國專利申請所述，該申請在此被全文包含 引用。吸收比可以通過改變奈米結構1的距離（間距），特別 是使其接近一致，來調整。 奈米結構1可以有一包覆層材料。奈米結構1可以選擇性 地吸收紫外線，紅光，綠光，藍光，或者紅外光。 圖像傳感器可以有大量的奈米結構1，舉例來說，—百 161529,doc •25- 201248688 萬或更多。 使用圖像傳感器的方法包括：（一）對像素光照，·㈡使 用門電極圍繞像素的至少一個奈米柱的周s，將像素中至 少-個奈米柱連接至外部讀數電路，讀出像素電信號。電 信號可以是奈米柱積累的電荷，通過奈米柱的電流變化， 或奈米柱的電阻變化。 圖24A和24B顯示了 —個設備’包括該圖像傳感器和一 個控制電路。s亥控制電路包括__個解碼器s4】〇和跨阻放大 器（TIA)和多路復用電路S42〇。該圖像傳感器和控制電路 可以破制作為集成電路或芯片。要控制或尋址奈米柱，可 以有選擇性地在一個時間施加門電壓到門線以57〇上，讓 流從這些奈米柱的電流和該特定的門線sl57〇連接，並且 讀數線S1021可以讀出這些每一個的奈米柱中電流。這 樣，一逐排（即一個門線一個門線地）尋址方案可以被執 行^ TIA和多路復用電路S420連接到每個讀數線以〇21，並 可以包括一個多路復用器，將每個讀數線31〇21的電流分 別輸出到一個終端。TIA和多路復用電路^2〇可以將每個 讀數線S1021的電流放大並且轉換成電壓信號。該解碼器 陣列S410連接到每個門線S1570，並且其可以包括一個對 每個門線S1570依次施加門電屋的多路復用器。τι a和多路 復用電路S420和解碼器陣列S410可以由定時脈衝輸入的一 共同定時信號來同步。一個控制器可以用來產生該定時信 號。該控制電路可以進一步包括其他組件，例如，一個模 擬-數字轉換器，一個曝光控制器，和一個偏壓電路等。 161529.doc -26- 201248688 個示例TIA可以疋〇pa38 1，一㈤示例多路復用器可以是 ADG732，一個示例解碼器可以是防74154(都由 mstnnnents Inc提供）。當然，其他讀數電路元件也可用於 此處。 該控制電路可以通過任何合適的互連技術，如引線黏 接，覆晶黏接或凸塊黏接，連接到圖像傳感器上。 讀數線S1021和門線S1570可以如圖24八所示並行，或如 圖24B所不可以有—個「扇出」形狀。扇出形的電極給外 部電路連接提供了更大的的空間。 此處所述的圖像傳感器可用於各種圖像傳感器，包括接 觸式圖像傳感器(CIS)。接觸式圖像傳感器是可以分辨約 等於像素大小尺寸的特徵。像素的大小，可以 =、和漸逝場傳播的周邊區域大小決定。接觸式圖像傳感 Γ疋光予平板式掃也儀領域的一個相對較新的技術創新， 在低功耗和便攜式應用中正在迅速取代電荷耦合器件 (CCD)。顧名思義’接觸式圖像傳感器將圖像傳感器放置 在和被掃描的對象接近直接接觸的位置，相對照下，傳統 的CCD掃描儀使用鏡子反射光到一個固定的傳感器上。一 個CIS通常包含傳感器的線性陣列，其由聚焦透鏡覆蓋， 兩側用紅色，，綠色和藍色發光二極管照明。led的使用允 許CIS相對省電，許多掃描儀通過例如通用串行總線（uSB) 連接提供的最小線電壓供電。CIS設備通常會產生相比 CCD設備較低的圖像質量；尤其景深有限，對於不完全平 坦的材料構成-個問題n CIS接觸式傳感胃通常是 161529.doc •27- 201248688 模塊化的。所有必要的光學元件可以被包含在—個緊湊 模塊t。因此，cIS模塊可以幫助簡化掃描儀的内= 構》此外，CIS接觸式傳感器通常和CCD線傳感器比°曰^ 小的和較輕的。約3〇毫米的掃描儀即3 便攜。 CIS可以包括一個拉長的光學組件，包括照明，光學成 像和檢測系統。照明光源照亮對象的一部分（通常被稱為 「掃描區域」），而光學成像系統收集被照亮的掃描區域 的反射光，並且將小面積的照明掃描區域（通常稱為「掃 描線」）聚焦到CIS像素上。像素將此入射的光轉換成電信 號。代表整個對象的圖像數據然後可能通過用CIS掃描2 個對象來獲得。 一個使用CIS掃描對象的方法，主要包括三個步驟：第 一，CIS像素將收集到的對象的反射光轉換成模擬電信 號；第二，模擬電信號被放大；第三，被放大的模擬電信 號由模擬到數字轉換器（A/D轉換器）被轉換為數字電信 號。然後數字信號可以根據需要進一步加工和/或存儲。 圖25顯不了根據一個實施例的一個儀器S6〇〇的示意圖。 設備S600包括前置光學元件S61〇，圖像傳感器S62〇，讀出 電路（ROC)S630，和處理器s64〇。一個外罩可以包容和保 護設備S600組件，免於過度或環境光線，環境（如潮濕， 灰塵等），機械損傷（如振動，衝擊）等。 場景（S)的光（L)照射於儀器S600。為了清楚起見，只有 從S出來的照射於儀器S6〇〇的L被表述（儘管已知從s出來的 161529.doc -28- 201248688 L於各個方向傳播）。 前置光學元件S61〇可用於接收來自s的L，和將收到的L 聚焦或者照準到圖像傳感器362〇上。例如，前置光學元件 _可能包括-項或多項：—個透鏡，—個光學濾光片， 一個偏振片，一個擴散器，一個準直儀，等。 圖像傳感Is S62G的像素可能包括不同大小的（如從5〇到 200奈米)的奈米柱’可以對感興趣的波長區域的光進行選 擇性檢測。 ' ROC S630可以連接到圖像傳感器S62〇,用於接收其輸 出。 處理器S640用於接收來自R〇C S630的輸出。S640處理 器可能會在某些情況下用於提供缺陷校正，線性校正，數 據縮放’變焦/放大，數據壓縮，辨色，遽光，和/或其他 需要的圖像處理。 在一個實施例中，處理器％40可能包括硬件，例如特定 用途集成電路（ASICs)，現場可編程門陣列（FpGAs)，數字 信號處理器（DSPs)，或其他集成性的格式。但是，該領域 技術人員會認識到處理器S640可全部或部分地等效地在集 成電路中實施，作為一冑或多個包含計算機可執行指令的 計算機程序或一個或多個計算機上運行的代碼（例如，作 為在一個或多個計算機系統中的一個或多個程序運行）， 作為在一個或多個處理器上運行的一個或多個程序（例 如，作為在一個或多個微處理器上運行的一個或多個程 序）作為固件’或幾乎以上任何組合，並且根據此彼 161529.doc •29- 201248688 露，設計該電路和/或寫軟件和/或固件的代碼該是該領域 具有熟練技能者的技能範圍之内。此外這些領域的技術人 員會明白此處所描述的發明原理可以作為程序產品被發 佈，並對此處所描述的發明的描述性實施例適用於實際用 於發佈的使用於任何計算機的可讀性媒介。 在一些實現中，設備S600也可作為一個多波長的分光光 度什來測量在一個或者多個波長的反射或吸收的強度。 根據圖像傳感器S620的構建，不同波長的光可能被不同 地點和不同大小的奈米柱檢測。可以製造含三個或四個奈 米柱的像素。當然包含額外奈米柱的像素也是可能的。 圖26A和26B根據實施例顯示了一個示例性的三奈米柱 像素和一個示例性的四奈米柱像素。這些像素可能被納入 圖像傳感器。 圖26A根據一個實施例顯示了包含R、G、B三個奈米柱 的一個像素S710,其三個奈米柱具有不同大小，分別用於 吸收和/或檢測紅色、綠光和藍色光。舉例來說，R、G、 B奈米柱大小有效地具有能分別吸收和/或檢測波長在約 650奈米、510奈米和475奈米的光。像素S710直徑可以為 10微米或以下。像素S710可用於傳統的基於陰影掩蓋的顯 示設備。 圖26B根據一個實施例顯示了包括R、G、B ' G的四個 奈米柱的一個像素S720，其四個奈米柱不同大小分別用於 吸收和/或檢測紅色，綠色和藍色光。其中的兩個奈米柱G 用於吸收和/或檢測綠光。像素S72〇的直徑可以為丨〇微米 161529.doc •30- 201248688 或以下。 在某些情況下，一個包覆層可環繞圖像傳感器的至少一 個像素以增加光吸收。舉例來說，像素371〇和572〇的包覆 層可以用氧化給或氮化石夕形成。 人類的眼睛具有對於中等和高亮度彩色視覺的感光器 (稱為視錐細胞）’其靈敏度峰值在短波長（s，42〇_44〇奈 米）、中波長（M，530-540奈米）、和長波長（L，56〇_58〇奈 米）（還有低亮度單色「夜視」的受體，稱為視桿細胞，其 靈敏度峰值在490-495奈米）。因此，在原則上’三個參數 描述了一種顏色的感覺。顏色的三刺激值是三組分的加色 模式用來匹配測試顏色的三個原色的數值。在CIE丨93 i色 彩空間中，三刺激值是最常用X、Y和Z表示》 在CIE XYZ色彩空間，三刺激值不是人眼的的s、[ 的反應，而是一套稱為χ、丫和z的三刺激值，其大約分別 疋紅色、綠色和藍色（注意，X、γ、Z值並不是實際觀察 到的紅色、綠色、藍色。或者說，他們可以被認為是紅、 綠、藍二色的「派生」參數）。包含各種波長不同混合的 光的兩個光源可能會出現相同的顏色；這種效應被稱為同 色異譜。當兩個光源有相同的三刺激值時，無論什麼樣光 譜分佈被用來產生這兩個光源’兩個光源對於觀察者具有 相同的表觀顏色。 基於視錐細胞在眼睛裏的分佈本質，三刺激值取決於觀 察者的視野。為了消除這個變量，CIE定義了標準（比色 法）觀察者。最初這是一個普通人通過2。角觀察的色彩反 161529.doc -31 - 201248688 應’這是基於認為對色彩敏感的視錐細胞位於視網膜中央 凹2。的弧内的看法β因此，cie 1931標準觀察者也被稱為 CIE 1931 2°標準觀察者。一個更現代但較少使用的另一種 方法是CIE 1964 1〇。標準觀察者，其基於stiles，Burch和 Speranskaya的工作。 顏色匹配函數是如上所述的觀察者的色彩反應的數值描 述。 CIE定義了三個顏色匹配函數的集合，稱為〒⑷、只^和 乏(义）’其可以被認為是產生了 CIE XYZ三刺激值X、Y和z 的三個線性光傳感器的光譜靈敏度曲線。這些函數被統稱 為CIE標準觀察者。 一個具有光譜功率分佈/μ)的色彩的三刺激值根據標準 0〇 觀察者為.尤=JV(A)无(乂)似、7 = ^；^⑷说、2=j7(又即)似，其 0 〇 〇 中λ是等價的單色光的波長（奈米）。 【實施方式】 圖27顯示了根據一個實施例的圖像傳感器^⑼部分截面 不意圖。圖像傳感器F100包括一個基板Fll〇，一個或多個 像素F150。至少有一個像素!?15〇包括一個包覆層F14〇和嵌 入在包覆層F140内的多個子像素。兩個子像素F15y〇F152 在圖27作為一個例子顯示。每個子像素包括一奈米結構 1(例如，在子像素F151中的奈米線F151a*子像素F152中 的奈米線F152a)基本垂直延伸於基板F11C^優選的，像素 F150之間的空間由材料F160填充。每個像素!?15〇可以進一 步包括位於基板F110和奈米之間的一個或 16I529.doc •32· 201248688 多個光電二極管F120。 基板FU0可以包括任何合適的材料如梦氧化石夕氮 化石夕、藍寶；δ、金剛；5 '碳化⑪、氮化鎵、鍺、麵嫁石申化 物、硫化錯和/或其組合。 光電-極管F12G可以是任何合適的光電二極管。光電二 極管F120可以有任何合適電路的一個ρ η結和口 ^結。光 電二極管F120優選的有一個完全包圍包覆層刚。佔用面積 的佔用©積。 包覆層F140可以包括任何合適的材料，如氣化石夕，氧化 矽，和/或其組合。優選的，包覆層F140對可見光是大幅 透明’優選的透光率至少為5G%，更優選的至少為7〇%， 最優選的至少為90%。一個例子中，包覆層F14〇是氮化矽 並且為一個直徑約3〇〇奈米的圓柱形。 材料F160可以包括任何合適的材料，如二氡化矽。優選 的，材料F160的折射率是小於包覆^F14〇的折射率。 子像素（例如f151*f152)中的奈米結構丨（如奈米線Fi5u 和F152a)的折射率等於或大於包覆層？14〇的折射率。奈米 結構1(如奈米線F151a和F152a)和光電二極管F12〇有不同 的吸收光譜。例如，奈米線1?151&在藍色波長具有強烈吸 收率，如圖29的示例吸收譜F181所示；奈米線F152a在綠 色波長具有強烈的吸收率，如圖29的示例吸收譜F182所 示；光電二極管F120在紅色波長具有強烈吸收率，由圖29 的示例吸收譜F180所示。奈米線可以有不同的直徑和/或 不同的材料。像素F150中的每個奈米線到相同像素中最近 161529.doc -33- 201248688 的鄰近奈米線的距離優選的至少為100奈米，更優選的至 少為200奈米。奈米線可以在包覆層F140的任何合適的位 置。 子像素（如151和152)中的奈米結構1(如奈米線F151a和 FI52a)具有在接到光後產生電信號的可操作性。一個示例 奈米線是一個包含p-n或p-i-n結的光電二極管，其細節可 見美國專利申請公佈號12/575,221和12/633,305，其中每個 在此處被全文包含引用。電信號可以包括電壓，電流，電 導或電阻，和/或其的改變。該奈米線可以有一個表面的 純化層。 實質上所有入射於圖像傳感器F100的可見光（如>50%， >70%，或>90%)是由子像素（如151和152)和光電二極管 F120吸收。子像素和光電二極管吸收不同波長的光。 圖像傳感器F100可以進一步包括電子電路F19〇,其具有 從子像素和光電二極管F120檢測電信號的可操作性。 在一個具體的例子中，每個像素F150有兩個子像素F151 和F152。每個子像素ρ 151和F152分別只有一個奈米結構 U如奈米線F151a和F152a)。奈米線F15U包括矽，半徑約 為25奈米’並在藍色波長有強烈的吸收率。奈米線？152& 包括碎，半徑約為4〇奈米，並在青色波長有強烈的吸收 率。奈米線F1 5 1 a和F152a相距約200奈米，但位於同一個 包覆層Fl4〇中。根據一個實施例’每個像素F150可以有兩 個以上的子像素。該奈米線可以包含其他合適的材料如碲 锡采。該奈米線可以有其他合適的半徑，如從1〇奈米到 161529.doc -34- 201248688 250奈米。 圖28顯示了圖像傳感器FI00部分俯視示意圖。如示例圖 28所示’像素F150可以有不同的取向，從而降低或消除入 射光方向的影響。 在一個實施例中，圖像傳感器F100每個像素F150的子像 素F151和F152和光電二極管F150具有顏顏色匹配函數，其 函數和CIE 1931 2。標準觀察者或CIE 1964 10。標準觀察者 的顏顏色匹配函數大致一樣。 圖30顯示了根據一個實施例的圖像傳感器F2〇〇的局部截 面示意圖。圖像傳感器F200包括一個基板F210，一個或多 個像素F250。優選的，該基板!721〇其中不包括任何光電二 極管《至少有一個像素F250包括一個包覆層F24〇和多個嵌 入在包覆層F240内的子像素。圖30顯示了三個子像素 F251，F252和F253作為一個例子。每個子像素包括一奈米 結構1(例如在子像素F251中的奈米線F25ia，子像素F252 中的奈米線F252a，和子像素F253令的奈米線F253a)基本 垂直延伸於基板F210。優選的，像素？25〇之間的空間由材 料F 2 6 0填充。 基板F210可以包括任何合適的材料，如矽、氧化矽、氮 化石夕、藍寶石、金剛石、碳切、氮化鎵、鍺、銦錄石申化 物、鉛硫化物和/或其組合。 包覆層F240可以包括任何合適的材料，如氮化矽，氧化 矽等。優選的，包覆層F240對可見光大幅透明，優選的透 光率至少為50%，更優選的至少為7〇%，最優選的至少為 161529.doc -35- 201248688 90%。一個例子中，包覆層F24〇是氮化矽並且為一個直徑 約300奈米的圓柱形。 材料F260可以包括任何合適的材料，如二氧化矽。優選 的’材料F260的折射率是小於包覆層！724〇的折射率。 子像素（例如F251和F252和F253)中的奈米結構1(如奈米 線251a、252a和253a)的折射率等於或大於包覆層？24〇的 折射率。奈米線和基板F210有不同的吸收光譜。例如，奈 米線F251 a在藍色波長具有強烈吸收率，如圖32的示例吸 收譜F281所示·，奈米線F252a在綠色波長具有強烈的吸收 率，如圖32的示例吸收頻譜F282所示；奈米線F253a在整 個可見光β普區具有強烈吸收率，由圖3 2的示例吸收譜ρ 2 8 3 所示；基板F210在紅色波長具有強烈的吸收率，如圖32的 示例吸收譜F280所示。奈米線可以有不同的直徑和/或不 同的材料。一個像素F250中的每個奈米線到相同像素中最 近的鄰近奈求線的距離優選的至少為1〇〇奈米，更優選的 至少為200奈米》包覆層F240中的奈米線可以在包覆層 F240中的任何合適的位置。奈米線可以有一個表面鈍化 層《奈米線可以包含其他合適材料，如碲鎘汞。奈米線可 以有其他合適的半徑’如從10奈米到25〇奈米。 子像素（如F251、F252和F253)中的奈米結構丨（如奈米線 F25la、F252a和F253a)具有在接到光後產生電信號的可操 作性。一個示例奈米線是一個包含結的光電二 極管，其細節可見美國專利申請公佈號12/575,221和 12/633,3G5，纟中每個在此處被全文包含引p電信號可 161529.doc •36· 201248688 以包括電壓、電流、電導或電阻，和/或其的改變。 貫質上所有入射於圖像傳感器F200的可見光由子像素 (如F251、F252和F253)吸收。子像素吸收不同波長的光。 圖像傳感器F200可以進一步包括電子電路F29〇，其具有 從子像素檢測電信號的可操作性。 在一個具體的例子中，每個像素F25〇有三個子像素 F251、F252和F253。每個子像素F251、F252和F253分別 只有一個奈米線F251a、F252a和F253a。奈米線F251a包括 矽，半徑約為25奈米，並在藍色波長有強烈的吸收率。奈 米線F252a包括矽，半徑約為4〇奈米，並在綠色波長有強 烈的吸收率。奈米線^533包括矽’半徑約為45奈米，並 在整個可見光譜有強烈的吸收率。奈米線F251a、F252a* F253a相距約200奈米，但位於同一個包覆層^糾中。該包 覆層F240是直徑約400奈米的圓柱體形狀。根據一個實施 例，每個像素F250可以有超過三個子像素。 在另一個特定的例子甲，每個像素F25〇有四個子像素 F251、F252、F253 和 F254。每個子像素 F251、F252、 F253和F254分別只有一個奈米結構1(奈米線、 F252a、F253a和F254a)。奈米線F251a包括矽，半徑約為 25奈米，並在藍色波長有強烈的吸收率。奈米線F252a包 ^石夕’半徑約為40奈米，並在綠色波長有強烈的吸收率。 奈米線F253a包括矽，半徑約為45奈米，並在整個可見光 譜有強烈的吸收率。奈米線1?2543包括矽，半徑約為^奈 米’並在藍綠色波長（約400到55〇奈米）有強烈的吸收率。 161529.doc -37- 201248688 奈米線F251a、F252a、F253a和F254a相距約200奈米，但 位於同一個包覆層F240中。該包覆層F24〇是直徑約400奈 米的圓柱體形狀。圖33分別顯示了奈米線F251a、F252a、 卩2533和？2543的吸收譜？291、卩292、？293和？294。 圖3 1顯示了圖像傳感器F200部分俯視示意圖。如示例圖 3 1所示’像素F250可以有不同的取向，從而降低或消除入 射光方向的影響。 根據一個實施例’圖像傳感器F1〇〇4F2〇〇可進一步包括 位於每個像素F150或F250上面的耦合器F350，如圖34所 示。每個耦合器F350優選的和下方的像素具有基本相同的 佔用面積，並且有一個凸起的表面。該耦合器F35〇有效的 將入射其上的所有可見光聚焦到包覆層F140或F240上。 根據一個實施例，如圖34所示，圖像傳感器Fioo或F2〇〇 可以進一步包括一個紅外濾光片F360，其具有防止如波長 超過650奈米的紅外光達到像素的可操作性。根據一個實 施例，圖像傳感器F100或F200不包括一個紅外濾光片。 根據一個實施例’製造奈米線可通過乾法钮刻過程或汽 液固（VLS)生長的方法》當然，已知其他材料和/或製造技 術在符合本發明範圍内也可能被用於製造奈米線。例如， 從一個砷化銦（InAs)晶圓或相關材料製成的奈米線可用於 紅外應用。 奈米線也可以對不在可見光譜範圍内的波長有很強的吸 收’如在紫外線（UV)或紅外線（IR)光譜中。在一個實施例 中，每個奈米線内或其上有晶體管。 I61529.doc -38 - 201248688 在一個實施例中，圖像傳感器F200每個像素F250的子像 素F251、F252和F253具有顏色匹配函數，其函數和cIE 1931 2°標準觀察者或CIE 1964 10。標準觀察者的顏色匹配 函數大致一樣。 圖35分別顯示子像素F251、F252和F253的示例顏色匹配 函數F451、F452和F453。顏色匹配函數F461、F462和 F463是CIE標準觀察者的那）、歹⑻和取）。 圖像傳感器F100或F200可用於檢測和捕捉圖像。檢測圖 像的方法包括使用如透鏡和/或鏡子等任何合適的光學器 件將圖像投射.到圖像傳感器FS100或F200 ;使用合適的電 路檢測在每個像素的每個子像素中的奈米線的電信號；從 子像素内的電信號計算每個像素的色彩。 圖36顯示了一成像裝置的像素的簡化截面圖。每一像素 包含形成於半導體基板D101上的讀出電路D1 〇〇，該基板 上面有金屬線D103。作為一光敏元件，形成的一奈米結構 1自該基板豎立。光吸收沿奈米結構1的長度方向發生。奈 米結構1的輸出端可連接至位於基板中的讀出電路D1 〇〇。 由於奈米結構1的佔用面積較小，因此可在一個像素中形 成一個以上的奈米結構1。奈米結構1的長垂直結構之作用 是吸收某一帶寬光能量且產生一對應電信號及/或在具有 最小損失之情況下將未吸收之光能量導引至基板二極管， 因此執行為波導。在奈米結構丨的頂部處，可形成一個光 學耦合器Dl〇5(例如，一個透鏡）以在具有最小能量損失或 反射情況下將入射光耦合至奈米結構1。在此實施例中， 161529.doc •39· 201248688 該微透鏡可是，但不限於一個

一個微透鏡可用作輕合器 球形球透鏡。球形球透鏡 一態樣中，如圖3 7中所示 外’奈米線將未吸收的光導引且麵合至基板⑴财。在基 板D108 #側處採用奈米結構的—個優點是易於製作奈米 線。當在前側處形成奈米線時，必需移除圖36中所圖解說 明的厚電介質層D104,該電介質層位於應該建構奈米線的 區域中。相比之下，製成圖38中所揭示的實施例不需要此 移除步驟。此外，彳在不修改CM〇s裝置之前側結構情況 下製作奈米結構1 ^此實施例包含前側金屬及絕緣層D1〇6 及背侧金屬及絕緣層D107兩者。此外，如在前側實施例 中，可將一個光學耦合器D105的微透鏡耦合至奈米結構1β 一個奈米結構1可組態為各種光傳感器組態。此等組態 包含：一個光導體、一個光電二極管或一個光電門裝置。 光導體是其電阻率依據入射光改變的一個光敏裝置。光電 二極管是產生電子-空穴對作為光電荷的一個ρ_η二極管或 一個p-i-n二極管。一個光電門裝置是具有一個受偏壓門極 的MOS(金屬-氧化物-半導體）裝置，該偏壓門極在該半導 體中形成一個電位井且在該電位井中累積光電荷。在以下 實施例中，將光電二極管、光電門裝置或一個光電二極管 161529.doc •40- 201248688 與一個光電門傳感器之組合的各種組態實施作為光探測元 件。 圖39展示了具有一個奈米結構1的光電門裝置的CMOS像 素的截面圖。在此實施例中，每像素具有兩個光傳感器、 一個奈米結構1及一個基板二極管。奈米結構1具有一個電 介質包覆層及一個垂直門極。環繞奈米結構1的垂直門極 的作用是藉由將一微小偏置電壓施加至垂直門極，來使奈 米結構1空乏且在奈米結構1處形成一個電位井，如圖40中 所示。進一步增加偏置電壓將使奈米線表面區反轉。因 此’奈米結構1的作用類似一個固定的無摻雜的光電二極 管。 奈米結構1沿奈米結構1軸線方向C1-C2的電勢是不·|·亙定 的。這是因為奈米結構1的頂部是開放的而且受門極偏置 電壓影響’而奈米結構1的底部的一端連接到Ν-井，其復 位期間具有正面偏置電壓並且在復位後保持偏置電壓。 在基板上’ ρ型基板和η-井地區之間可以形成ρ-η結二極 管。一個ρ+層覆蓋除奈米結構1交界處外的η-井表面。這 個Ρ+形狀允許接收來自奈米結構1的光電荷，並且抑制由 於基板的表面態的暗電流。由於通過奈米結構1的光線可 以照亮基板二極管，基板二極管產生光電荷並且光電荷被 勢井收集。因此，勢井收集NW和基板二極管兩者的電 荷。相比傳統CMOS像素只利用入射光子的一小部分，這 個實施例可以通過利用大部分入射光子來提高量子效率。 基板的光電二極管η-井是輕摻雜，這樣區可以很容易地 161529.doc •41 · 201248688 用低偏置電虔耗盡。輸門打開時，耗盡的井可以優選的 從基板二極管到感測節點進行完整的電荷轉移。完整的電荷 轉移允許一個類似CCD器件的低噪聲光電荷讀出。 感測節點在基板上有n+擴散形成。感測節點被連接到一 個放大晶體管，例如，作為源極跟隨器晶體管的一個晶體 管。一個選擇開關晶體管可用於控制放大器的輸出到輸出 節點的連接。復位晶體管也可以連接到檢測節點，所以復 位門被激活時檢測節點偏置電壓為VDD。當傳輸門被激活 時，η-井和檢測節點是電子連接。然後，n_井變為正偏 壓，在奈米結構1中n-井和垂直光電門偏置電壓之間建立 了個電勢梯度。圖41顯示了 一個雙光電二極管結構的截 面視圖。 圖42展示了具有奈米結構1的cM〇s像素的實施例。此實 施例包含在NW周圍之兩個垂直光電門（VP門極1、vP門極 2)、一個基板光電二極管及一個讀出電路。該讀出電路包 含一個轉移門極（τχ)、一個復位門極（RG)、一個源極跟隨 器晶體管及一個像素選擇開關，為簡化起見’圖42中之緩 衝放大器表示源極跟隨器晶體管及像素選擇開關。在此實 施例中’用一 n型（亦即’輕摻雜η型）或一本徵半導體形成 一個1：立奈米線’以使得奈米結構1可在來自VP門極丨的低 負偏置電壓情況下而容易地空乏。優選的，來自垂直光電 門VP門極丨負偏置電壓可致使在奈米結構1表面處累積空 穴’以抑制歸因於奈米結構1表面狀態的暗電流，如圖4〇 中所示。 161529.doc -42· 201248688 第二垂直光電門νρ門極2可以是一個接通/關斷開關。此 開關可經組態以分離產生於奈米結構1中的光電荷與整合 於基板光電二極管中的光電荷。光電荷同時整合於奈米結 構1與基板光電二極管兩者中。然而，該等光電荷整合於 分開的勢井中，因為第二光電門VP門極2關斷狀態在該奈 米線光電二極管與該基板光電二極管之間形成一個電位障 壁。以此方式’來自奈米結構1及基板光電二極管的信號 不混合在一起。這兩個光電二極管可用以收集由不同波長 輻射所形成的電荷。 此實施例中所實施的垂直光電門允許能夠在不使用複雜 離子植入製程的情況下容易地修改奈米結構丨中的電位分 佈。傳統的光電門像素常有不良量子效率及不良藍色回 應。傳統的光電門通常由覆蓋基板頂部表面且吸收接近於 藍色光的短波長的多晶石夕製成，因此減少到達光電二極管 的藍色光。相比之下，垂直光電門不阻擋光路徑。此乃因 垂直光電門（VPG)不橫向地橫跨光電二極管以控制半導體 中的電位分佈。 另外，隨著圖像傳感器的像素大小按比例縮小，該圖像 傳感器光圈大小變得與傳播光的波長相當。對於傳統平面 類型光電二極管，此導致不良量子效率（QE)。然而，vpG 結構與奈米結構1的組合允許具有良好QE的超小像素。 本實施例的像素使用兩步驟製程以在奈米結構丨與基板 光電二極管之間分開地讀出信號。在第一步驟中，讀出基 板光電二極管中的信號電荷。然後，使該基板令之口·區空 161529.doc -43- 201248688 乏在第一步驟中，可首先接通第二光電門Vp門極2。接 下來’讀出奈米結構1中的信號電荷。 此實施例的裝置可以用「快照」操作來操作。在「快 照j操作中，較佳同時接通或關斷像素陣列中所有光電門 VP門極2。對於轉移門極τχ，同樣可較佳同時接通或關斷 所有轉移門極ΤΧ。為達成此，所有第二光電門Vp門極2皆 與一個全域連接相連接。此外，所有轉移門極τχ皆與一 個第二全域連接相連接。 通常’應出於實際原因而避免復位門極RG之全域操 作。在像素陣列中，逐列全域地重設該陣列是一常見實 踐。若不使用快照操作，則個別像素操作是可能的。在此 情形下’不必具有全域連接。 圖43及圖44顯示了具有奈米結構p_i_n光電二極管及在奈 米結構1周圍的垂直光電門的CMOS主動像素的實施例。奈 米結構1可具有包括諸如導電層及金屬層等磊晶生長層的 一個或多個垂直光電門。 在諸如圖43中所示實施例中，像素可包含兩個光電二極 B ’ 一奈米結構1及一個基板光電二極管。此實施例亦包 含兩個垂直光電門（VP門極1、VP門極2)、一轉移門極（TX) 及一復位門極（RG) »優選的，光電二極管中兩者皆為輕摻 雜。此乃因輕摻雜區可在低偏壓電壓下而容易空乏。 該基板光電二極管的表面區可因製作期間所造成製程誘 致損壞及與該奈米結構1相關聯的晶格應力而易具有缺 陷。此等缺陷可充當暗電流來源。 161529.doc 201248688 優選的，將該基板連接至接地，亦即，零電壓。在此實 施例中，S亥復位漏電極較佳的為經摻雜n+且受正偏壓。當 轉移門極TX及復位門極接通時，基板中心區變為受正偏 壓。此復位操作導致n_區因p基板與n_區之間的反向偏壓條 件而變為空乏的。當轉移門極TX及復位門極RG關斷時， &區保持其正偏壓，從而相對於P-基板（p-sub)區形成浮動 電容器。 第一垂直光電門VP門極1可經組態以控制奈米結構1中 的電位，以使得可在Nw光電二極管與基板光電二極管之 間形成一電位梯度。以此方式，奈米結構1中的光電荷可 在讀出期間快速地漂移至基板之.區。第二垂直光電門 門極2可為一個接通/關斷開關。 圖45及圖46顯示了背侧照明圖像傳感器的實施例。奈米 結構1可形成於一個p_基板之背側處。可藉由移除含有像 素陣列區域上方的半導體基板材料來使基板薄彳卜舉例而 言，可使一個ρ·基板厚度薄化至3微米與5〇微米之間，更 優選的為6微米與20微米之間。該基板光電二極管現可得 到來自#側的所有光，而非如習用圖像傳感器中來自含有 所有金屬線之側的光。 月J側可包含4-T讀出電路，其包含一個轉移門極τχ、— 個復位門極RG的一個復位開關、一個源極跟隨器放大器 及一個選擇開關。讀出電路亦可組態為3-T像素電路，其 包含具有一個復位門極尺(5的一個復位開關、一個源極跟 隨盗放大器及一個選擇開關。在前側中，一個基板光電二 161529.doc •45- 201248688 極管可用一個淺p+層形成，如圖45及圖46中所示。在基板 .兩個側處具有P+的目的是抑制暗電流。可將一個隱埋p層 放置於n+擴散部層下面，以阻擋來自背側的傳入電荷流且 使電荷朝向η-區轉向。優選的，該隱埋p層的摻雜高於該p_ 基板摻雜，但不高至該p+層摻雜。前側光電二極管不用於 光吸收’而用於收集來自奈米結構1及來自其中發生光吸 收之背側p-基板的電荷。奈米結構1可具有環繞NW及兩個 垂直光電門的一個電介質層（包覆層），一垂直光電門用於 開關且另一垂直光電門用於控制NW中電位。 通常’在圖45及圖46實施例中，使用兩步驟製程以自每 個光電二極管中分開地讀出信號電荷。第一步驟將自前側 處基板二極管讀出電荷。緊鄰此後，藉由接通VP門極1， 將讀出來自奈米結構1的電荷。 優選的’圖45及圖46實施例應具有在背側基板處的一個 淺P+層’其在中心具有一空洞，使得該p+層不阻擋來自背 側奈米結構1的電荷。此外，優選的，在前側處應存在位 於該淺p+層下面的一個輕摻雜η-井或η-層，以使得n_井可 容易空乏。 圖46顯示了 一個背側照明CMOS像素的替代實施例。在 此實施例中，不同於奈米結構1具有垂直光電門，可將p+ 層塗佈於NW之外殼處以幫助在奈米結構1中形成一個内建 電場。在此組態之情況下’光電荷可容易地沿向上方向漂 移。背側照明CMOS像素之特徵類似於圖45像素特徵。 圖47A顯示了位於一個完全處理的含基板光電二極管晶 161529.doc •46· 201248688 圓的背面的奈米結構1的一個實施例。圖47B顯示了位於— 個完全處理的含基板光電二極管晶圓背面的奈米結構1的 一個實施例。基板光電二極管吸收那些沒有被允許在奈米 線内部傳播的輻射。圖D24A和圖D24B顯示了在含光電二 極管的經薄化圖像傳感器的背面結構的例子。 上述詳細說明已經由使用圖、流程圖及/或實例闡釋了 裝置及/或過程的各種實施例。就這些圖、流程圖及/或實 例含有一或多個功能及/或操作而言，熟習此項技術者將 理解可藉助寬廣範圍的硬件、軟件、固件或幾乎其任—組 合，個別地及/或共同地實施這些圖、流程圖及/或實例中 的每一功能及/或操作。 熟習此項技術者將辨識在此項技術中以本文中闡釋的方 式闡述的裝置及/或過程’且此後使用工程實踐以將這此 所述裝置及/或過程整合至數據處理系統是常見的。亦 即，可經由合理量的實驗將本文中所述裝置及/或過程的 至少一部分整合至數據處理系統内。 本文中所描述主題有時圖解說明含有於不同其他組件内 或與不同其他組件連接的不同組件。應理解為這些所描述 架構僅是例示性，且事實上可實施達成相同功能性的諸多 其他架構。在概念意義上，達成相同功能性的組件的任一 配置皆是有效地「相關聯」以使得達成所期望的功能性。 因此，本文中經組合以達成特定功能性的任何兩個組件皆 可視為彼此「相關聯」以使得無論架構或中間組件如何， 都達成所期望的功能性。 161529.doc -47· 201248688 關於本文中大致任何複數及/或單數術語的使用，熟習 此項技術者可在適於上下文及/或應用時將複數轉譯成旱 數及/或將單數轉譯成複數。出於清晰起見，本文中可明 確地闡釋各種單數/複數排列。 包含但不限於專利、專利申請案及非專利文獻的所有參 考數據藉此皆以全文引用方式併入本文中。 雖然本文中已揭示各種方面及實施例，但熟習此項技術 者將明了其他方面及實施例。本文中所揭示的各種方面及 實施例皆是出於圖解說明的目的，且並非意欲具有限制 性，其中真實範疇及精神皆由以下申請專利範圍指示。 【圖式簡單說明】 … 圖1A-1C分別顯示了 一奈米結構的局部截面圖。 圖2顯示了一個基板上的奈米結構。 圖3圖顯示了圖2奈米結構的模擬吸收率。 圖4顯示了奈米結構上的可選耦合器。 圖5A和5B顯示了根據一個實施例的圖像傳感器的透視 圖和俯視圖。 圖6顯示了一個日盲型圖像傳感器的框圖。 圖7的顯示了 SBUV探測器作為前置光學元件的原理。 圖8是根據一個實施例的設備的透視圖。 圖9顯示了在不同偏振的光線投射至子像素時，該子像 素内的奈米結構的示意圖。 圖1 〇顯示了偏振探測器陣列。 圖11顯示在圖8設備中的奈米結構的俯視圖和透視圖， 161529.doc -48 - 201248688 其中特徵具有側壁上的金屬層。 圖12是根據一個實施例的光伏設備截面示意圖。 圖丨3顯示了光線集中在該光伏設備的結構上的示意圖。 圖14顯示了該光伏設備的一示例戴面俯視示意圖。 圖15顯示了該光伏設備的一示例透視圖。 圖丨6顯示了從圖12的光伏設備引出電流的示意圖。 圖17顯示了該光伏設備的一替代條紋狀結構。 圖18顯示了該光伏設備的一替代網格狀結構。 圖丨9是根據一個實施例的一光伏設備的截面示意圖。 圖20顯示了光線集中在該光伏設備的結構上的示意圖。 圖21A和圖21B顯示了製造通孔的過程。 圖22A和圖22B顯示了示例通孔的俯視圖。 圖23顯示了從圖19的光伏設備引出電流的示意圖。 圖24A和圖24B顯示了根據一個實施例的包含圖像傳感 器的一設備。 圖25顯示了根據一個實施例的包含圖像傳感器的另一設 備。 圖26A和圖26B顯示了該圖像傳感器的一像素的示意 圖，根據一個實施例，該像素有一個以上的奈米柱，其大 小取決於吸收和/或檢測不同波長或顏色的光。 圖27顯示了根據一個實施例的一圖像傳感器的截面示意 圖。 圖28顯示了圖27的圖像傳感器的俯視示意圖。 圖29顯示了圖27的圖像傳感器的一像素的兩個子像素中 161529.doc -49- 201248688 的兩個奈米線的示例吸收譜，和圖27的圖像傳感器基板上 的一光電二極管的示例吸收譜》 圖30顯示了根據一個實施例的一圖像傳感器的截面示意 圖。 圖31顯示了圖30的圖像傳感器的俯視示意圖。 圖32顯示了圖30的圖像傳感器的一像素的三個子像素中 的三個奈米線的示例吸收譜，和圖3〇的圖像傳感器的基板 的示例吸收譜。 圖33顯示了圖30的圖像傳感器的一像素的四個子像素中 的四個奈米線的示例吸收谱’和圖3 0的圖像傳感器的基板 的示例吸收譜。 圖34顯示了 一耦合器和紅外濾光片的示意圖。 圖3 5顯示了圖像傳感器的三個子像素的示例顏色匹配函 數’和CIE標準觀察者的顏色匹配函數。 圖36說明了在前側照明的情況下具有奈米結構的光電探 測器的像素一實施例經簡化截面圖。 圖37說明了圖36中說明的在奈米結構光電探測器上具有 二元微透鏡的實施例態樣。 圖38說明了在背側照明情況下具有奈米結構光電探測器 的像素的實施例經簡化截面圖。 圖39說明了具有一奈米線及一垂直光電門的 CMOS像素的實施例。 圖40說明了 一實施例的電位分佈。 圖41說明了具有用一 n+磊晶層塗佈的？摻雜奈米線以形 161529.doc •50· 201248688 成ρ·η結的雙光電二極管實施例的截面圖。 圖42說明具有奈米結構光電門探測器的cmos像素的— 實施例。 圖43說明了具有奈米結構p“_n光電二極管及在奈米線周 圍之垂直光電門的一CMOS主動像素的實施例。 圖44說明了具有奈米結構p_i_n光電二極管及在奈米線周 圍的垂直光電門之一 CMOS主動像素的另一實施例。 圖45說明了一背側照明圖像傳感器的一實施例。 圖46說明了 一背側照明圖像傳感器的另一實施例。 圖47A和47B顯示了如奈米線的一波導結構的橫截面說 明實施例’該波導結構包括背面照式圖像傳感器，其具有 位於圖像傳感器背面的奈米線。 【主要元件符號說明】 1 奈米結構 11 摻雜半導體材料的核心 12 本徵非晶半導體層 13 非晶半導體層 14 末端部分 15 電絕緣層 16 末端表面 20 基板 D100 讀出電路 D101 半導體基板 D103 金屬線 161529.doc 201248688 D104 厚電介質層 D105 光學耦合器 D106 前側金屬及絕緣層 D107 背側金屬及絕緣層 D108 基板 F100 圖像傳感器 F110 基板 F120 光電二極管 F140 包覆層 F150 像素 F151 子像素 F151a 奈米線 F152 子像素 F152a 奈米線 F160 材料 F180 吸收譜 F181 吸收譜 F182 吸收譜 F190 電子電路 F200 圖像傳感器 F210 基板 F240 包覆層 F250 像素 F251 子像素 ·52· 161529.doc 201248688 F251a 奈米線 F252 子像素 F252a 奈米線 F253 子像素 F253a 奈米線 F260 材料 F280 吸收譜 F281 吸收譜 F282 吸收譜 F283 吸收譜 F290 電子電路 F291 吸收譜 F292 吸收譜 F293 吸收譜 F294 吸收譜 F350 耦合器 F360 紅外慮光片 F451 顏色匹配函數 F452 顏色匹配函數 F453 顏色匹配函數 F461 顏色匹配函數 F462 顏色匹配函數 F463 顏色匹配函數 P10 設備 -53- 161529.doc 201248688 P15a 光 P15b 光 P110 基板 S10 曰盲型紫外探測器（SBUV) S120 包覆層 S130 基板 S140 耦合器 S150 電極 S160 共同電極 S410 解碼器 S420 跨阻放大器（TIA)和多路復用電路 S600 儀器 S610 前置光學元件 S620 圖像傳感器 S630 讀出電路（ROC) S640 處理器 S710 像素 S720 像素 S1021 讀數線 S1570 門線 V200 光伏設備 V205 基板 V220 頂部表面 V224 懸垂部分 161529.doc -54- 201248688 V230 凹槽 V232 平面反射層 V240 包覆層 V250 平坦表面 V251 摻雜層 V252 金屬層 V260 耦合層 W200 光伏設備 W205 基板 W220 結構 W224 懸垂部分 W230 凹槽 W230a 側壁 W230b 底壁 W232 平面反射層 W240 透明材料 W250 平坦表面 W251 摻雜層 W252 金屬層 W260 搞合層 W280 電極層 W598 凹槽 W599 通孔 161529.doc -55

Claims (1)

1. 201248688 七、申請專利範圍： 1 · 一種設備包括： 一個基板； 一個或多個基本上垂直延伸於基板的奈米結構； .· 其中該奈米結構包括一第一類型的摻雜半導體的一個 核心，一個包含一輕摻雜非晶半導體或一本徵非晶半導 體的第一層，和一個包含與第一類型相反的第二類型的 一重播雜非晶半導體層的第二層，其中該第一層沈積到 該核心上並且該第二層沈積到該第一層上。 2. 如請求項1的設備，其中該第一層配置鈍化該核心的至 少一表面。 3. 如請求項1的設備，其中該第一層各向同性地沈積在核 心遠離該基板的至少一個末端部分。 4. 如請求項3的設備，其中該第二層各向同性地沈積在該 第一層的至少一部分。 5. 如請求項1的設備，其中該第一層沈積在核心遠離該基 板的一個末端表面。 6·如請求項5的設備，其中該第二層沈積在該第一層上。 • 7.如請求項6的設備，其中該第一層和該第二層在至少一 . 個平行於基板方向與該核心同延。 8·如請求項5的設備，其中該核心側壁至少部分地由一個 電絕緣層覆蓋。 9.如請求項8的設備，其中該第一層和第二層在至少一個 平行於基板方向與該電絕緣層同延。 161529.doc 201248688 10·如請求項1的設備’其中該核心包括一個或者多個從以 下組中選擇的摻雜半導體材料，如摻雜矽，摻雜鍺，摻 雜III-V族化合物半導體，摻雜11-¥1族化合物半導體，和 摻雜四元半導體；其中該第一層包括一個或者多個從以 下組中選擇的本徵非晶半導體材料，如本徵的非晶石夕， 本徵的非晶鍺，本徵非晶ϊ„·ν族化合物半導體和本徵非 晶II-VI族化合物半導體；其中該第二層包括一個或者多 個從以下組中選擇的重摻雜非晶半導體材料，如重摻雜 的非晶矽，重摻雜的非晶鍺，重摻雜的非晶ΠΙ_ν族化合 物半導體和重換雜非晶II-VI族化合物半導體。 11·如請求項1的設備，其t該核心是輕摻雜。 12.如請求項1的設備，其中該第一層厚度約為2奈米至1〇〇 奈米。 13. 如請求項1的設備，其中該第二層的厚度至少約為⑺奈 米。 14. 如請求項1的設備，其中該第二層、該第一層和該核心 形成一個p-i-n結。 15. 如請求項1的設備，其中該奈米結構是一個奈米線或一 個奈米板。 16. 如請求項1的設備的一個製造方法，包括用原子層沈積 (ALD)或化學氣相沈積（CVD)法在該核心上沈積該第一 層，和用ALD或者CVD法在該第—層上沈積該第二層。 17. —個設備包括： 一個基板； 161529.doc 201248688 一個或多個基本垂直延伸於基板的奈米結構； 其t該奈米結構包括一個核心和一個純化層，該純化 層配置純化該核心的至少一表面，並且配製和該核心形 成一個p-i-n結。 • 丨8.如請求項17的設備’其中該鈍化層包括一非晶材料。 . 19. 一種設備包括： 一個基板； 一個或多個基本垂直延伸於基板的奈米結構； 其中該奈米結構包括一個核心和一個純化層’ 5玄純化 層配置鈍化該核心的至少一表面； 其中該設備配置將光轉換成電力。 20.如請求項19的設備，其中該鈍化層配製和該核心形成一 個p-i-n結，並且該p-i-n結功能性地將光轉換成電力。 161529.doc