TWI482272B - 垂直結構被動像素陣列及其製造方法 - Google Patents

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Description

垂直結構被動像素陣列及其製造方法
交叉引用相關的申請
此申請和美國專利申請列號12/204,686(授與美國專利號7,646,943), 12/648,942, 12/270,233, 12/472,264, 12/472,271, 12/478,598, 12/573,582, 12/575,221, 12/633,323, 12/633,318, 12/633,313, 12/633,305, 12/621,497, 12/633,297, 61/266,064, 61/357,429, 61/306,421, 61/306,421, 12/945,492, 12/910,664, 12/966,514, 12/966,535, 12/966,573和12/967,880相關，其中披露在此被全部內容包含引用。
一個圖像感測器可製作為具有大量(例如超過1百萬個)的感測器元件(像素)排列成一個固定圖案(例如方格里)。像素是可以可操作的將電磁輻射(如可見光，紅外光)轉換成電信號的光電二極體，電荷耦合器件(CCD)或其他感光元件。
半導體技術的最新進展使製造奈米結構，如奈米管，奈米空腔和奈米線成為可能。在現有的奈米結構中，因為奈米線作為圖像感測器感測器元件的實用性引起很大的興趣。例如，美國專利申請公開號2004/0075464揭示了複數個基於奈米線的設備，此處被全文包含引用。離散的電子設備，如電晶體，光電二極體和光電導體已成功地從奈米結構製造出來。但是，整合和定位功能設備中的基於奈米結構的離散電子設備是一個挑戰，尤其是以單獨控制和處理此類設備中的每一個的方式。
於2009年12月8日提交的美國專利申請序列號12/633,313和於2009年10月7日提交的美國專利申請序列號12/575,221描述了達到此目標的兩種方法，該申請在此處被全文包含引用。第一種方法包括首先形成笛卡爾(x-y)矩陣佈線(例如鋁)，然後在其上形成一奈米線陣列。這個方法從製造一基板開始，該基板使用一傳統互補金屬氧化物半導體(CMOS)製造工藝提供一x-y矩陣佈線以及配件。然後奈米線通過一氣液固(VLS)方法在指定位置生長。然而，VLS生長通常需要的溫度可能會損壞該基板上的佈線和配件，並且可能干擾基板中現有的摻雜分布。
第二種方法包括用VLS生長或者蝕刻方法形成一奈米線陣列。然後，製造一x-y矩陣佈線來將奈米線陣列中的每個奈米線和外部電路電連接。這個方法要求在一個非平坦表面使用奈米級的半導體平板印刷術。
下文描述的設備及其製造方法，包括將可單獨尋址的奈米結構，例如奈米線和奈米柱，控制整合到例如一個圖像感測器的一個功能性設備中，同時避免上面之問題。
此處所述一圖像感測器包括一基板；複數個像素，其中每個像素包括基本從基板垂直延伸的至少一奈米柱，和圍繞該至少一奈米柱的一閘電極；其中該至少一奈米柱適應將入射其上的光線轉化成為電信號，並且該閘電極可操作性的截斷或者容許電流通過該至少一奈米柱；其中該至少一奈米柱包括一包覆層，該包覆層的折射率小於該奈米柱 的折射率。此處使用術語「包覆層」是指包圍該奈米柱的一層物質。包覆層的折射率優選的小於該奈米柱的折射率。
該圖像感測器進一步包含複數個讀出線，其每一個和一個或者多個像素電連接；和複數個閘極線，其每一個和一個或者多個像素的閘電極相連，其中沒有兩個像素是和同一讀出線相連同時該兩個像素的閘電極和同一閘極線相連。
該圖像感測器可以包含第一、第二、第三和第四像素，一第一讀出線電連接於該第一和第二像素，一第二讀出線電連接於該第三和第四像素，一第一閘極線電連接於該第一和第三像素的閘電極，並且一第二閘極線電連接於該第二和第四像素的閘電極。
該圖像感測器可以包含至少一像素，其包含至少第一、第二和第三奈米柱，該奈米柱尺寸使其可以分別有效吸收和/或檢測650奈米、510奈米和475奈米波長的光。
該圖像感測器可以包含至少一像素，該像素包含至少第一、第二、第三和第四奈米柱，該奈米柱尺寸使其可以分別有效吸收和/或檢測紅色、綠色、綠色和藍色波長的光。
在一個實施例中，該讀出線包含一重摻雜半導體材料；每個奈米柱包含一本徵半導體材料或者與讀出線的重摻雜半導體材料相同導電類型的輕摻雜半導體材料，和與讀出線的重摻雜半導體材料不同導電類型的一交界層；每個奈 米柱的柱體夾於一個讀出線和該奈米柱的交界層之間；所有奈米柱的交界層電連接於一透明導電層；並且該奈米柱和讀出線外延。
根據一個實施例，一個設備可以包含該圖像感測器，連接於每個閘極線的一個解碼器，和連接於每個讀出線的一跨阻抗放大器和多工器電路。
根據一個實施例，一個設備可以包含該圖像感測器，前置光學器件和一個讀出電路。
製造該圖像感測器的一個方法，其步驟包括通過深蝕刻位於絕緣體矽基板或者基於玻璃的矽基板，形成奈米柱。製造該圖像感測器的另一個方法，其步驟包括用VLS方法生長奈米柱。
本披露的一個或者多個其它實施例的其它特點，可以從下面的詳細描述、附圖和所附權利要求中顯示。
根據一個實施例，一個圖像感測器包括，一個基板；複數個像素，其中每個像素包括基本從基板垂直延伸的至少一奈米柱，和圍繞該至少一奈米柱的一閘電極；其中該至少一奈米柱適應將入射其上的光線轉化成為電信號，並且該閘電極可操作性的截斷或者容許電流通過該至少一奈米柱。此處使用的術語「圖像感測器」是指一個將光學圖像轉換成一電信號的一設備。一個圖像感測器可以用於數位照相機和其它圖像設備。圖像感測器的例子包括一個電荷耦合設備(CCD)或者一個互補金屬氧化物半導體(CMOS)主動像素感測器。此處使用的術語奈米線「基 本垂直延伸於基板」是指該奈米線和基板的角度是從到85°到90°。此處使用的術語「奈米柱」是指一個結構，它的大小在兩個緯度最多為1000奈米，在其他維度無約束。術語「奈米柱」也可以指一個結構，它的大小在兩個緯度最多為10微米，在其他維度無約束。此處使用的術語「閘極線」是指具有通過閘電極施加的電壓可操作的控制電流流動的一個電極。
根據一個實施例，每個奈米柱有一個垂直p-n結或者一個垂直p-i-n結。此處使用的術語「p-i-n結」是指被夾在一個p型半導體區和一個n型半導體區域之間的一個輕摻雜或本徵半導體區域結構。p型和n型區域可以是重摻雜來實現歐姆接觸。此處使用的術語「p-n結」是指與一個p型半導體區域和一個n型半導體區域相互接觸的結構。
根據一個實施例，多於一個像素有一個電連接的共同電極。此處使用的術語「像素」是指圖像感測器的最小可尋址光傳感元件。每個像素都是單獨尋址。圖像感測器的像素可以安排在一個二維的網格中。每個像素對投射到圖像感測器的小面積圖像的例如色彩和強度的特點採樣。像素採樣的色彩可以用三個或四個分量強度，如紅色、綠色和藍色，或青色、洋紅色、黃色和黑色，或者青色、洋紅色、黃色和和綠色來代表。由於種種原因，許多圖像感測器不能夠感應在同一位置的不同的色彩。
根據一個實施例，該共同電極是一個透明導電材料。
根據一個實施例，該奈米柱和該基板包括一個或者多個 半導體材料和/或金屬。
根據一個實施例，該奈米柱的直徑從10奈米到2000奈米，50奈米到150奈米，或者90奈米到150奈米；和/或該奈米柱的長度從10奈米到10000奈米，或者100奈米到1000奈米；和/或該奈米柱的截面形狀是圓形，正方形或者六邊形。
根據一個實施例，該奈米柱尺寸可以選擇性的吸收紫外光(從約10奈米到約400奈米波長的光)，紅光(從約620奈米到約750奈米波長的光)，綠光(從約495奈米到約570奈米波長的光)，藍光(從約450奈米到約475奈米波長的光)，或者紅外光(從約0.78微米到約1000微米波長的光)。
根據一個實施例，該圖像感測器進一步包含複數個讀出線，其每一個和一個或者多個像素電連接；和複數個閘極線，其每一個和一個或者多個像素的閘電極相連，其中沒有兩個像素是和同一讀出線相連同時該兩個像素閘電極和同一閘極線相連。此處使用的術語「讀出線」是指一個可操作性的傳輸電信號的一個電極或者一個導體線。
根據一個實施例，該圖像感測器可以包含第一、第二、第三和第四像素，一第一讀出線電連接於該第一和第二像素，一第二讀出線電連接於該第三和第四像素，一第一閘極線電連接於該第一和第三像素的閘電極，並且一第二閘極線電連接於該第二和第四像素的閘電極。此處使用的術語「閘極線」是指可操作性具有傳送電信號給閘電極的一 個電極或導體線。
根據一個實施例，該讀出線和閘極線包括連接其上的一個或者多個電子設備，該一個或者多個電子設備從包含放大器，多路多工器，D/A或A/D轉換器，電腦，微處理單元，數位信號處理器的組中所選。此處使用的術語「放大器」是指改變，通常是放大一信號幅度的任何設備。此處使用的術語「多路多工器」指執行多工的設備；它從許多模擬或數位輸入信號中選擇一個，並將選擇輸入到一單獨線里。模擬-數位轉換器(簡稱ADC，A/D或A至D)是將連續信號轉換為離散的數位的一個設備。數位-模擬轉換器(DAC或D至A)是將數位(通常是二進制)代碼轉換成模擬信號(電流，電壓或電荷)的設備。
根據一個實施例，該讀出線包括一重摻雜半導體材料；每個奈米柱包含一本徵半導體材料或者與讀出線的重摻雜半導體材料相同導電類型的輕摻雜半導體材料，和與讀出線的重摻雜半導體材料不同導電類型的一交界層；每個奈米柱的柱體夾於一個讀出線和該奈米柱的交界層之間；該所有奈米柱的交界層電連接於一透明導電層；並且該奈米柱和讀出線外延。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。
根據一個實施例，使用該圖像感測器的一方法包括：(a)對透明導電層施加偏壓電壓；(b)對所有閘極線施加一第一閘極電壓，該第一閘極電壓有效的截斷流過奈米 柱的電流；(c)對圖像感測器光照；(d)將所有讀出線接地，消除其上積累的電荷，然後將所有讀出線和地斷開；(e)對一個閘極線施加一第二閘極電壓，該第二閘極電壓有效的容許電流流過該閘極線圍繞的奈米柱；(f)從讀出線中的至少一個讀取電流；(g)對這個閘極線施加該第一閘極電壓；(h)可選的，對每個閘極線重複步驟(d)-(g)。
根據一個實施例，一個設備包含該圖像感測器，連接於每個閘極線的一個解碼器，和連接於每個讀出線的一跨阻抗放大器和多工器電路。
根據一個實施例，該跨阻抗放大器和多工器電路功能性地放大每個讀出線的電流並且將其轉換成一電壓信號；該解碼器、該跨阻抗放大器和多工器電路由一個控制器產生的共同定時信號同步；和/或該該解碼器、該跨阻抗放大器和多工器電路通過引線鍵合，倒裝晶片接合或凹凸黏接連接於該圖像感測器。
根據一個實施例，該讀出線是平行的，或者具有扇出形狀，和/或該閘極線是平行的，或者具有扇出形狀。
根據一個實施例，一個使用該圖像感測器掃描一物體的方法，包括：將像素接收到的物體反射光線轉換成一個模擬電信號；放大該模擬電信號；使用一模擬數位轉換器將該放大模擬電信號轉換成數位電信號。
根據一個實施例，一個設備可以包含該圖像感測器，前置光學器件和一個讀出電路，其中該前置光學器件配製為 可以接收場景的光，並且將該光線聚焦或者準直到該圖像感測器上；該讀出線路被連接於圖像感測器，並且被配製為從圖像感測器接收輸出。此處使用的術語「前置光學器件」是指置於圖像感測器前的光路中的光學元件(例如透鏡、反射鏡)。
根據一個實施例，該前置光學器件可能包括一項或多項：一個透鏡，一個光學濾光片，一個偏振片，一個擴散器，一個準直儀；和/或該讀出電路包括一個或者多個ASICs,FPGAs,DSPs。特定用途積體電路(ASIC)是一個用於特定用途的，不用於通常用途使用的積體電路(IC)。現場可編程門陣列(FPGA)是一個設計用來在製造後被用戶或者設計者配製的積體電路-因此是「現場可編程」。數位信號處理器(DSP)是一個特殊微處理器，具有優化結構用於數位信號處理快速操作要求。
根據一個實施例，該圖像感測器包含至少一像素，其包含至少第一、第二和第三奈米柱，該奈米柱尺寸使其可以分別有效吸收和/或檢測650奈米、510奈米和475奈米波長的光。
根據一個實施例，該圖像感測器包含至少一像素，其包含第一、第二、第三和第四奈米柱，該奈米柱尺寸使其可以分別有效吸收和/或檢測紅色、綠色、綠色和藍色波長的光。
根據一個實施例，該圖像感測器進一步包括一個包覆層，其包圍至少一個像素或者至少一個奈米柱。
根據一個實施例，該包覆層是鉿氧化物或氮化矽。
根據一個實施例，該圖像感測器進一步包括位於至少一個奈米柱上端的一個微透鏡。
根據一個實施例，該至少一個奈米柱在400奈米到800奈米整個波長範圍具有至少50%的吸收率。
在下文詳細描述中，參考形成本文之一部分的隨附圖式。在圖式中，類似符號通常表示類似組件，除非上下文中另有規定。詳細描述、圖式及申請專利範圍中所描述的闡釋性實施例並不意味著限制。可在不脫離本文所提出的主題精神或範圍的情況下使用其他實施例並進行其他變更。
本描述闡釋了與一圖像感測器相關的使用方法，製造方法，設備，系統和設備等，該圖像感測器的每個像素包含至少一個奈米柱，其可以將入射其上的光轉換成電信號(例如具有一垂直p-n或者p-i-n結的一個奈米柱)，並且包含一個閘電極，其優選的在接近奈米柱底端(即，連接基板的一端)圍繞該奈米柱。該閘電極可以位於奈米柱的另外一處。該閘電極功能性的將奈米柱和外部讀出電路的奈米柱連接或者斷開。像素可以排列成任何合適的圖案，例如正方形格子，六邊形格子，和同心圓環。像素可以製造成可以吸收紫外(UV)，可見光(VIS)和紅外光(IR)範圍的光線，並且可以產生相對應的電信號。
該奈米柱基本垂直延伸於基板，也可以被稱為「直 立」。
該圖像感測器可以配製為各種類型的用途，例如緊湊型圖像感測器和分光光度計。
在一個實施例中，像素被排列成複數個「行」。每行的像素並聯連接一個讀出線。不同行的像素電連接不同的讀出線。像素可以被排列成複數個「列」使得每個列的像素的閘電極並聯連接一個讀出線，不同列的像素的閘電極電連接不同的讀出線，沒有兩個不同像素是連接於同一讀出線而且它們閘電極連接於同一閘極線。術語「行」和「列」不要求像素是實體的對齊或者排列成任何一種方式，而是用於描述像素、讀出線和閘極線之間的拓撲關係。根據這個實施例的一個示例圖像感測器包括第一、第二、第三和第四像素，其中每一個具有一閘電極，一第一讀出線電連接於該第一和第二像素，一第二讀出線電連接於該第三和第四像素，一第一閘極線電連接於該第一和第三像素的閘電極，並且一第二閘極線電連接於該第二和第四像素的閘電極。
在一個實施例中，每個像素包含至少一個奈米柱，其包含在奈米柱長度方向延伸的一個p-n或者p-i-n結。該像素中的奈米柱可以配製為吸收、限制和傳遞入射其上的光。例如，該奈米柱可以功能性的作為波導在其實體界限決定的方向內來限制和控制光線。
在一個實施例中，多於一個像素可以具有和其電連接的一個共同電極，例如，用於提供一個偏置電壓。該共同電 極可以是一個透明導電材料，例如ITO(錫氧化物)或摻鋁氧化鋅(AZO)製成的一個上層。
在一個實施例中，該讀出線和閘極線可以具有相連接的合適的電子設備，例如放大器，多路D/A或A/D轉換器，電腦，微處理單元，數位信號處理器等。
在一個實施例中，該奈米柱和基板可以包含合適的半導體材料和/或金屬，例如Si,GaAs,InAs,Ge,ZnO,InN,GaInN,GaN,AlGaInN,BN,InP,InAsP,GaInP,InGaP：Si,InGaP：Zn,GaInAs,AlInP,GaAlInP,GaAlInAsP,GaInSb,InSb,Al,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)。該奈米柱和基板可以摻雜合適的摻雜劑，例如GaP,Te,Se,S,Zn,Fe,Mg,Be,Cd等。值得注意的是，使用氮化物，例如Si3 N4 ,GaN,InN和AlN，可以促進製造圖像感測器用來檢測傳統技術不容易檢測的波長範圍的光線。奈米柱和基板的摻雜水平可以上達1020 atoms/cm3 。其它合適的材料也可以。
圖像感測器的製造方法包括淺溝渠隔離(STI)，也被稱為「箱式隔離技術」。STI通常用於250奈米或者更小的CMOS工藝技術節點。更早期的CMOS技術或者非CMOS技術經常使用基於局部矽氧化的隔離(LOCOS)。STI通常在半導體設備製造工藝早期創建，在電晶體形成前。STI過程步驟包括，例如，在基板里蝕刻溝渠圖案，沈積一個或者多種介電材料(例如二氧化矽)來填充溝渠，使用一個 例如化學機械平坦化的技術消除多餘的電介質。
奈米柱可以用一個干蝕刻過程形成，例如一深蝕刻過程，或者一Bosch過程，並且和一個合適的平板印刷術(例如光刻，電子束光刻，全息光刻)相結合。奈米柱也可以用一氣液固(VLS)方法形成。奈米柱的直徑可以從10奈米到2000奈米，優選的是50奈米到150奈米，更優選的是90奈米到150奈米。奈米柱的長度可以從10奈米到10000奈米，優選的是1000奈米到8000奈米，更優選的是4000奈米到6000奈米。奈米柱可以具有一個合適的截面形狀，例如圓形、方形、六邊形。
奈米柱的尺寸大小可以選擇性的吸收一個目的波長範圍，例如，在2010年6月22日提交的美國專利申請號為61/357,429的一個申請中所描述內容，此處被全文包含引用。通過改變奈米柱間距離(間距)，特別是使其接近一致，可以調整吸收率。
奈米柱可以包含一包覆層材料。奈米柱可以選擇性的吸收紫外光，紅光，綠光，藍光，或者紅外光。
圖像感測器可以包含大量的例如一百萬或者更多的奈米柱。
圖1顯示了根據一個實施例，使用干蝕刻法製造圖像感測器的方法步驟。在每個步驟中，被製造的圖像感測器的截面示意圖被顯示。該截面可以沿如下面解釋的一「行」方向或者一「列」方向。
在步驟101，提供一矽絕緣體(SOI)型基板或者矽玻璃 (SG)型基板。該基板具有一氧化物層1010，位於1010層上的一重摻雜層(HDL)1020，和位於HDL層1020上的一外延層1030。該HDL層1020厚度可以是約500奈米；外延層1030厚度可以是約3000奈米到10000奈米。該基板可以包含下面的摻雜分布：(i)該HDL層1020是p+(即重摻雜為p型)，該外延層1030是p-(即輕摻雜為p型)；(ii)該HDL層1020是p+，該外延層1030是i(即本徵)；(iii)該HDL層1020是n+(即重摻雜為n型)，該外延層1030是n-(即輕摻雜為n型)；或者(iv)該HDL層1020是n+，該外延層1030是i。
在步驟102，由離子注入形成在外延層1030上的一交界層1040。該交界層1040和HDL層1020是相反的導電類型，即如果HDL層1020是p型，交界層1040是n型；如果HDL層1020是n型，交界層1040是p型。交界層1040通過使用非常低的注入能量，可以製造的較「淺」(即薄)。例如，交界層1040的厚度從10奈米到200奈米。根據摻雜分布，交界層1040、外延層1030和HDL層1020形成一p-i-n ,p-n ,n-i-p ，或者n-p 結。
在步驟103，於交界層1040上施加抗蝕劑層1050。該抗蝕劑層1050可以通過旋轉塗布來添加。該抗蝕劑層1050可以是一光抗蝕劑或者一電子束抗蝕劑。
在步驟104，執行光刻。該抗蝕劑層1050現在具有開口圖案可以將交界層1040外露。該開口形狀優選為圓點，正方形或者圓形。開口的形狀和位置相對應於製造的圖像感 測器的奈米柱的形狀和位置。該光刻的分辨率被使用的輻射波長限制。使用波長約為248奈米和193奈米深紫外光的光刻工具，可以容許特徵尺寸下限達到約50奈米。使用電子能量1keV到50keV的電子束光刻工具可以容許特徵尺寸下限達到約幾個奈米。
在步驟105，沈積一個掩膜層1060。沈積可以通過一個技術，例如熱蒸發、電子束蒸發、濺射、原子層沈積(ALD)、等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)。該掩膜層1060可以是例如Cr或者Al的一個金屬，或者例如SiO2 或者Si3 N4 的一個電介質。該掩膜層厚度可以用步驟107中需要的蝕刻深度和蝕刻選擇性來決定。
在步驟106，用一個合適的溶劑剝離，或者用一個抗蝕劑灰化劑灰化去除抗蝕劑層1050剩餘部分上的任何掩膜層1060。在抗蝕劑層1050開口中的掩膜層1060的一部分被保留。交界層1040的一部分現在通過保留的掩膜層1060外露。
在步骤107，深蝕刻交界層1040外露部分和其正下方外延層1030部分，直到交界層1040外露部分正下方的HDL層1020被外露，來形成奈米柱1500。每個奈米柱1500現在具有是掩膜層1060的一部分的一掩膜層1560，是交界層1040的一部分的一個交界層1540，和是外延層1030的一部分的一個外延層1530。深蝕刻包括交替的沈積和蝕刻步驟，並且導致奈米柱1500側壁上的「扇形開口」，即奈米柱1500的側壁不光滑。深蝕刻可以使用例如C4 F8 和SF6 的氣體。
在步驟108，通過將圖像感測器浸入例如氫氧化鉀(KOH)的蝕刻劑並且隨後清洗，平滑化奈米柱1500的側壁。
在步驟109，通過例如化學氣相沉積(CVD)、下降鑄造、蒸發或旋轉塗布的一合適技術，用一氧化物或者一聚合物1070，例如氧化矽或者聚酰亞胺填充奈米柱1500間的空間。
在步驟110，通過例如化學機械拋光/平坦(CMP)的一合適技術，平坦化氧化物或者聚合物1070的上表面。奈米柱1500的掩膜層1560不應該被外露。
在步驟111，施加另一抗蝕劑層1080在氧化物或者聚合物1070上。該抗蝕劑層1080可以通過旋轉塗布添加。該抗蝕劑層1080可以是光抗蝕劑或者電子束抗蝕劑。
在步驟112，執行光刻。該抗蝕劑層1080現在具有一個開口圖案使得氧化物或者聚合物1070得以外露。開口優選的是跨過整個基板寬度的平行槽。每個奈米柱1500整體位於這些開口中的一個的範圍。在同一個開口範圍內部的所有奈米柱1500會在之後被電連接於同一個讀出線。開口的位置和形狀對應於讀出線的位置和形狀。
在步驟113，沈積一個掩膜層1090。沈積可以使用例如熱蒸發、電子束蒸發、濺射、原子層沉積(ALD)、等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)的一個技術。該掩膜層1090可以是例如Cr或者Al的一個金屬，或者例如SiO2 或者Si3 N4 的一個電介質。該掩膜層厚度可以用步驟115中需要 的蝕刻深度和蝕刻選擇性來決定。
在步驟114，抗蝕劑層1080剩餘部分用一個合適的溶劑剝離，或者用一個抗蝕劑灰化劑灰化去除其上的任何掩膜層1090。在抗蝕劑層1080開口中的掩膜層1090的一部分被保留。氧化物或者聚合物1070的一部分現在通過保留的掩膜層1090外露。
在步骤115，氧化物或者聚合物1070外露部分和其正下方HDL層1020部分被深蝕刻，直到氧化物或者聚合物1070外露部分正下方的1010層被外露。該HDL層1020現在被分區成讀出線1021。讀出線1021長度方向的截面被稱為沿「列」的方向。
在步驟116，用例如熱蒸發或者電子束蒸發的技術，沈積一個遮掩層1100，來遮掩1010層外露部分。該遮掩層1100可以是Si3 N4 。
在步驟117，使用例如溶解在一合適蝕刻劑(例如HF，四甲基氫氧化銨)或者干蝕刻方法，去除氧化物或者聚合物1070。該奈米柱1500現在外露。
在步驟118，使用例如ALD的各向同性沉積技術，一個鈍化層1110被沈積並且覆蓋在圖像感測器的整個外露表面。該鈍化層1110將功能性的作為閘電極的門電介質。該鈍化層1110可以是SiO2 ,Si3 N4 ,ZrO2 ,HfO2 ,Al2 O3 等。優選的是具有較高電介質常數的材料，例如ZrO2 和HfO2 。
在步驟119，通過例如化學氣相沉積(CVD)、下降鑄造、蒸發或旋轉塗布的一合適技術，用一氧化物或者一聚 合物1120，例如氧化矽或者聚酰亞胺填充奈米柱1500間的空間。
在步驟120，通過例如CMP的一合適技術，平坦化氧化物或者聚合物1120的上表面。鈍化層1110不應該被外露或者損壞。
步驟121到132的圖像感測器顯示沿「列」方向的截面。
在步驟121，使用111到114的光刻和剝離類似步驟，沈積一圖案化的掩膜層1130在氧化物或者聚合物1120上。該圖案化的掩膜層1130開口中氧化物或者聚合物1120被外露。每個奈米柱1500整體位於該圖案化的掩膜層1130開口中的一個的範圍。開口的位置和形狀對應於閘極線和閘電極的位置和形狀。在同一個開口範圍內部的所有奈米柱1500的閘電極會在之後被電連接於同一個閘極線。沒有兩個奈米柱被連接於同一讀出線並且它們的閘電極被連接於同一閘極線。該閘電極可以是閘極線的一部分。
在步驟122，深蝕刻該氧化物或者聚合物1120的外露部分，使得其下的鈍化層1110可以外露。
在步驟123，使用例如熱蒸發或者電子束蒸發的一技術，沈積一金屬層1140。沈積在奈米柱1500下端的金屬層1140部分形成閘電極和閘極線1570。每個閘極線1570被位於圖案化的掩膜層1130的正下方的氧化物或者聚合物1120部分分離。該金屬層1140可以是Cr,Al,Au,Ag,Pt,Pd，摻雜的多晶矽等。沿閘極線1570截面的長度方向被稱為「行」方向。
在步驟124，使用例如溶解在一合適蝕刻劑(例如HF，四甲基氫氧化銨)或者干蝕刻方法，去除氧化物或者聚合物1120。
在步驟125，通過例如化學氣相沉積(CVD)、下降鑄造、蒸發或旋轉塗布的一合適技術，用一氧化物或者一聚合物1150，例如氧化矽或者聚酰亞胺填充奈米柱1500間的空間。
在步驟126，通過例如CMP的一合適技術，平坦化氧化物或者聚合物1150的上表面，使得奈米柱1500的交界層1540被外露。
在步驟127，使用例如濺射的一合適技術，沈積一透明導電層(TCL)1160，例如ITO或者鋁摻雜氧化鋅(AZO)。可以進行退火來促進形成奈米柱1500的TCL層1160和交界層1540之間的歐姆接觸。
在步驟128，在TCL層1160上添加一抗蝕劑層1170。
在步驟129，執行光刻。在基板邊緣部分上的該抗蝕劑層1170現在具有開口。沒有奈米柱1500位於開口的範圍；每個讀出線1021的一部分位於開口的範圍內；每個閘極線1570的一部分位於開口的範圍內。TCL層1160的一部分現在通過開口外露。
在步驟130，通過使用例如HCl的一合適蝕刻劑濕蝕刻，去除TCL層1160的外露部分。現在氧化物或者聚合物1150的一部分被外露。
在步驟131，使用干蝕刻法去除氧化物或者聚合物1150 的外露部分和其正下方的鈍化層1110的部分。現在每個讀出線1021和每個閘極線1570具有一外露部分用於連接外部電路。
在步驟132，使用一合適溶劑或者一抗蝕劑灰化劑灰化來剝離該抗蝕劑層1170。
可選的，在一個實施例，可以在奈米柱1500的上端製造微透鏡來提高光收集。微透鏡優選的具有上凸的表面，例如，半球形或拋物面上表面，並有相應的像素間距的底部。其它的配製也是可以的。
一個可選的包覆層材料可以沈積在奈米柱1500的側表面。該包覆層材料可以是二氧化鉿或者氮化矽。
圖2A顯示了步驟120後圖像感測器的頂視圖。奈米柱1500被排列成「列」，即同一列的所有奈米柱1500電連接於同一讀出線1021。
圖2B顯示了步驟122後圖像感測器的頂視圖。
圖2C顯示了步驟132後圖像感測器的頂視圖。每個讀出線1021和每個閘極線1570具有用於連接外部電路的外露部分。
圖3顯示了根據一個實施例，使用VLS方法製造圖像感測器的方法步驟。在每個步驟中，沿被製造的圖像感測器的「行」方向或者「列」方向的截面示意圖被顯示。
VLS方法的細節在例如國際專利申請公佈號WO2008/079076A1和美國專利申請公佈號200/80248304,2008/0246123,2008/0246020，和2008/0237568中被描述， 其中每個申請在此被全文包含引用。
在步驟301，提供一矽絕緣體(SOI)型基板或者矽玻璃(SG)型基板。該基板具有一氧化物層3010和位於3010層上的一重摻雜層(HDL)3020。該HDL層3020可以具有厚度約500奈米。該HDL層3020可以是p+或者n+。
在步驟302，在HDL層3020添加一抗蝕劑層3050。該抗蝕劑層3050可以用旋轉塗布添加。抗蝕劑層3050可以是一光抗蝕劑或者一電子束抗蝕劑。
在步驟303，執行光刻。該抗蝕劑層3050現在具有開口圖案可以將HDL層3020外露。該開口形狀為圓點，正方形或者圓形，開口的形狀和位置相對應於製造的圖像感測器的奈米柱的形狀和位置。光刻的分辨率被使用的輻射波長限制。使用波長約為248奈米和193奈米深紫外光的光刻工具，可以容許特徵尺寸下限達到約50奈米。使用電子能量1keV到50keV的電子束光刻工具可以容許特徵尺寸下限達到約幾個奈米。
在步驟304，沈積一個種子層3060。沈積可以通過一個技術，例如熱蒸發、電子束蒸發、濺射、原子層沈積(ALD)、等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)。該種子層3060可以是例如Au,Ag,Fe,Ni,Cr,Al的一個金屬或者其中任意者的組合。該種子層3060厚度可以是1奈米到10奈米。
在步驟305，抗蝕劑層3050剩餘部分用一個合適的溶劑剝離或者用一個抗蝕劑灰化劑灰化去除其上的任何種子層 3060。在抗蝕劑層3050開口中的種子層3060的一部分被保留。
在步驟306，使用VLS方法從種子層3060生長奈米柱3500，其中種子層3060功能性的作為一催化劑。優選的，奈米柱3500與其下的HDL層3020同延。在VLS生長後，每個奈米柱3500現在具有一柱體3530和其上的種子層3060。該柱體3530是i或者和HDL層3020相同導電類型的輕摻雜，即，如果HDL層3020是n型，柱體3530是n型；如果HDL層3020是p型，柱體3530是p型。奈米柱3500的長度可以用VLS生長的參數決定，例如，時間長度、溫度、氣體流速、氣體成分等。
在步驟307，填充奈米柱1500間的空間，可以使用例如氧化矽的一氧化物3070通過例如化學氣相沉積(CVD)的一合適技術填充，或者使用例如聚酰亞胺的一聚合物3070通過下降鑄造、蒸發、CVD或旋轉塗布的一合適技術填充。奈米柱3500間的空間填充也可以使用其它合適的電介質材料。
在步驟308，氧化物或者聚合物3070的上表面通過例如CMP的一合適技術平坦化，使得奈米柱3500的柱體3530被外露，並且種子層3060被整體去除。
在步驟309，使用離子注入在每個奈米柱3500的上表面形成一交界層3540。該交界層3540和HDL層3020的導電類型相反，即，如果HDL層3020是p型，柱體3530是n型；如果HDL層3020是n型，柱體3530是p型。使用極低注入能 量，製造的交界層3540「淺」(即，薄)。例如，交界層3540的厚度從10奈米到200奈米。根據摻雜水平、交界層3540、柱體3530和HDL層3020形成p-i-n ,p-n ,n-i-p ，或者n-p 結。
在步驟310，沈積更多氧化物或者聚合物3070，來覆蓋交界層3540。
步驟311-332是和圖1步驟111-132相同。
使用該圖像感測器的方法包括：(a)對像素光照；(b)通過使用圍繞像素中的至少一奈米柱的閘電極，將像素中的至少一奈米柱和外部讀出電路連接，來讀出像素的電信號；該電信號可以是奈米柱積累的電荷、奈米柱的電流變化、或者奈米柱的電阻變化。
使用如圖1或者圖3中方法製造的圖像感測器的一方法，包括：(a)對TCL層1160施加一偏置電壓；(b)對所有閘極線1570施加一第一閘極電壓，該第一閘極電壓有效的阻斷通過奈米柱的電流；(c)對圖像感測器光照；(d)將所有閘極線1021接地，來去除其上積累的電荷，然後將所有讀出線1021和地斷開；(e)對一個閘極線1570施加一第二閘極電壓，該第二閘極電壓有效的使得電流通過該閘極線1570圍繞的奈米柱；(f)對至少一讀出線1021讀取電流讀數；(g)對該閘極線1570施加該第一閘極電壓；(h)可選擇的，在每個閘極線1570重複步驟(d)到(g)。
圖4和圖5顯示了包含圖像感測器和一控制電路的一設 備。該控制電路包含一解碼器410和一跨阻放大器(TIA)和多工器電路420。該圖像感測器和該控制電路可以形成一積體電路或者晶片。為了控制或者尋址奈米柱，可以對一個閘極線1570選擇性的施加一閘極電壓，使得連接於該閘極線1570的那些奈米柱中通過電流，並且讀出線1021可以用來從那些奈米柱中的每一個讀出電流。這樣，一行一行(即一閘極線一閘極線)的尋址方案可以被執行。該TIA和多工器電路420被連接於每個讀出線1021，並且可以包含一多工器來將每個讀出線1021的電流順序輸出給一單獨端口。該TIA和多工器電路420可以放大每個讀出線1021的電流並且將其轉換成一電壓信號。解碼器陣列410連接於每個閘極線1570，可以包含一多工器來將閘極電壓順序施加給每個閘極線1570。該TIA和多工器電路420和解碼器陣列410可以用一個定時脈衝輸入的共同定時信號來同步。一個控制器可以用來產生定時信號。該控制電路可進一步包括其他功能部件，例如，模擬-數位轉換器，曝光控制器，和一個偏置電壓電路，等。一個示例TIA可以是OPA381；一個示例的多路多工器可以是ADG732，一個示例解碼器可以是SN74154(德州儀器公司提供)。當然，其他的讀出電路元件也可以被用來是已知的。
可以使用例如引線鍵合、倒裝晶片接合或凹凸黏接的任何合適的相互連接技術，將該控制電路和圖像感測器連接。
該讀出線1021和閘極線1570可以是如圖4所示的平行， 或者如圖5所示的「扇出」形狀。扇出形狀的電極給和外部電路的連接提供更多空間是已知的。
此處之圖像感測器可用於各種圖像感測器，包括接觸式圖像感測器(CIS)。接觸式圖像感測器是可以分辨約等於像素大小尺寸的特徵。像素的大小，可以由奈米柱的大小和漸逝場傳播的周邊區域大小決定。接觸式圖像感測器是光學平板式掃描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，接觸式圖像感測器將圖像感測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感測器上。一個CIS通常包含感測器的線性陣列，其由聚焦透鏡覆蓋，兩側用紅色，綠色和藍色發光二極體照明。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一個問題。然而，CIS接觸式感測器通常是模塊化的。所有必要的光學元件可以被包含在一個緊湊的模塊中。因此，CIS模塊可以幫助簡化掃描儀的內部結構。此外，CIS接觸式感測器通常和CCD線感測器比是較小的和較輕的。對於CIS，高度約30毫米的掃描儀即可以便攜。
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掃描整個對象來獲得。
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位轉換器(A/D轉換器)被轉換為數位電信號。然後數位信號可以根據需要進一步加工和/或存儲。
圖6顯示了根據一個實施例的一個設備600的示意圖。設備600包括前置光學器件610，圖像感測器620，讀出電路(ROC)630，和處理器640。一個外罩可以包容和保護設備600組件，免於過度環境光線，環境(如潮濕，灰塵等)，機械損傷(如振動，衝擊)等。
場景(S)的光(L)照射於設備600。為了清楚起見，只有從S出來的照射於設備600的L被表述(儘管已知從S出來的L於各個方向傳播)。
前置光學器件610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感測器620上。例如，前置光學器件610可能包括一項或多項：一個透鏡，一個光學濾光片，一個偏振片，一個擴散器，一個準直儀，等。
圖像感測器620的像素可能包括不同大小的(如從50奈 米到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 630可以連接到圖像感測器620，用於接收其輸出。
處理器640用於接收來自ROC 630的輸出。640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，濾光，和/或其他需要的圖像處理。
在一個實施例中，處理器640可能包括硬件，例如特定用途積體電路(ASICs)，現場可編程門陣列(FPGA)，數位信號處理器(DSP)，或其他積體性的格式。但是，該領域技術人員會認識到處理器640可全部或部分地等效地在積體電路中實施，作為一個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，並且根據此披露，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內。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600也可作為一個多波長的分光光 度計來測量在一個或者多個波長的反射或吸收的強度。
根據圖像感測器620的構建，不同波長的光可能被不同位置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7A和7B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感測器。
圖7A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710，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奈米柱大小能有效地分別吸收和/或檢測波長在約650奈米、510奈米和475奈米的光。像素710直徑可以為10微米或以下。像素710可用於傳統的基於陰影掩蓋的顯示設備。
圖7B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720，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720的直徑可以為10微米或以下。
在某些情況下，一個包覆層可環繞圖像感測器的至少一個像素以增加光吸收。舉例來說，像素710和720的包覆層可以用氧化鉿或氮化矽形成。
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、固件或幾乎其任一組合，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些所述裝置及/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內。
本文中所描述主題有時圖解說明含有與不同其他組件內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。
關於本文中大致任何復數及/或單數術語的使用，熟習此項技術者可在適於上下文及/或應用時將復數轉譯成單數及/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。
410‧‧‧解碼器
420‧‧‧跨阻放大器(TIA)和多工器電路
600‧‧‧設備
610‧‧‧前置光學器件
620‧‧‧圖像感測器
630‧‧‧讀出電路(ROC)
640‧‧‧處理器
710‧‧‧像素
720‧‧‧像素
1010‧‧‧氧化物層
1020‧‧‧重摻雜層(HDL)
1021‧‧‧讀出線
1030‧‧‧外延層
1040‧‧‧交界層
1050‧‧‧抗蝕劑層
1060‧‧‧掩膜層
1070‧‧‧聚合物
1080‧‧‧抗蝕劑層
1090‧‧‧掩膜層
1100‧‧‧遮掩層
1110‧‧‧鈍化層
1120‧‧‧聚合物
1130‧‧‧掩膜層
1140‧‧‧金屬層
1150‧‧‧聚合物
1160‧‧‧透明導電層(TCL)
1170‧‧‧抗蝕劑層
1500‧‧‧奈米柱
1530‧‧‧外延層
1540‧‧‧交界層
1560‧‧‧掩膜層
1570‧‧‧閘極線
3010‧‧‧氧化物層
3020‧‧‧重摻雜層(HDL)
3050‧‧‧抗蝕劑層
3060‧‧‧種子層
3070‧‧‧氧化物
3500‧‧‧奈米柱
3530‧‧‧柱體
3540‧‧‧交界層
圖1顯示了根據一個實施例製造圖像感測器的一個方法，包括深蝕刻步驟。
圖2A-2C顯示了在圖1方法的不同階段該圖像感測器的頂視圖。
圖3顯示了根據一個實施例製造圖像感測器的一個方法，包括VLS生長步驟。
圖4和5顯示了根據一個實施例的包含該圖像感測器的一設備。
圖6顯示了根據一個實施例的包含該圖像感測器的另一設備。
圖7A和圖7B顯示了根據一個實施例該圖像感測器一像素的示例圖，該像素包含多於一個奈米柱，該奈米柱尺寸可以吸收和/或檢測不同波長或者色彩的光。
410‧‧‧解碼器
420‧‧‧跨阻放大器(TIA)和多工器電路
1021‧‧‧讀出線
1570‧‧‧閘極線

Claims (30)

  1. 一種圖像感測器(sensor)包括：一基板；複數個像素，其中每個像素包括實質上從基板垂直延伸的至少一奈米柱(nanopillar)，和圍繞該至少一奈米柱的一閘電極(gate electrode)；其中該至少一奈米柱適於將入射其上的光線轉化成為電信號，並且該閘電極可操作性的截斷或者容許電流通過該至少一奈米柱；其中該至少一奈米柱包括一包覆層，該包覆層的折射率小於該奈米柱的折射率。
  2. 如請求項1之圖像感測器，其中每個奈米柱有一個垂直p-n結或者一個垂直p-i-n結。
  3. 如請求項1之圖像感測器，其中多於一個像素有一個電連接的共同電極。
  4. 如請求項3之圖像感測器，其中該共同電極是一個透明導電材料。
  5. 如請求項1之圖像感測器，其中該奈米柱和該基板包括一個或者多個半導體材料和/或金屬。
  6. 如請求項1之圖像感測器，其中該奈米柱的直徑從10奈米到2000奈米，50奈米到150奈米，或者90奈米到150奈米；和/或該奈米柱的長度從10奈米到10000奈米，或者100奈米到1000奈米；和/或該奈米柱的截面形狀是圓形、正方形或者六邊形。
  7. 如請求項1之圖像感測器，其中該奈米柱尺寸可以選擇性的吸收紫外光、紅光、綠光、藍光、或者紅外光。
  8. 如請求項1之圖像感測器，該圖像感測器進一步包含複數個讀出線，其每一個和一個或者多個像素電連接；和複數個閘極線，其每一個和一個或者多個像素的閘電極相連，其中沒有兩個像素是和同一讀出線相連同時該兩個像素閘電極和同一閘極線相連。
  9. 如請求項8之圖像感測器，該圖像感測器包含第一、第二、第三和第四像素，一第一讀出線電連接於該第一和第二像素，一第二讀出線電連接於該第三和第四像素，一第一閘極線電連接於該第一和第三像素的閘電極，並且一第二閘極線電連接於該第二和第四像素的閘電極。
  10. 如請求項8之圖像感測器，其中該讀出線和閘極線包括連接其上的一個或者多個電子設備，該一個或者多個電子設備從包含放大器、多路多工器、D/A或A/D轉換器、電腦、微處理單元、數位信號處理器的組中所選。
  11. 如請求項8之圖像感測器，其中：該讀出線包括一重摻雜半導體材料；每個奈米柱包含一本徵(intrinsic)半導體材料或者與讀出線的重摻雜半導體材料相同導電類型的輕摻雜半導體材料，和與讀出線的重摻雜半導體材料不同導電類型的一交界層；每個奈米柱的柱體夾於一個讀出線和該奈米柱的交界層之間； 該所有奈米柱的交界層電連接於一透明導電層；並且該奈米柱和讀出線外延。
  12. 如請求項1之圖像感測器，包含至少一像素，其包含至少第一、第二和第三奈米柱，其大小能有效地分別吸收和/或檢測波長在約650奈米、510奈米和475奈米的光。
  13. 如請求項1之圖像感測器，包含至少一像素，其包含至少第一、第二、第三和第四奈米柱，其大小能有效地分別吸收和/或檢測紅色、綠色、綠色和藍色光。
  14. 如請求項1之圖像感測器，進一步包含一個包覆層，其環繞至少一個像素或者至少一個奈米柱。
  15. 如請求項14之圖像感測器，其中該包覆層是氧化鉿或氮化矽。
  16. 如請求項1之圖像感測器，進一步包含位於至少一奈米柱的一上端的一個微透鏡。
  17. 如請求項1之圖像感測器，其中至少一奈米柱具有在從400奈米到800奈米的整個波長範圍內至少有50%的吸收率。
  18. 如請求項8之圖像感測器，其中該讀出線是平行或者扇出形狀，和/或該閘極線是平行或者扇出形狀。
  19. 一種使用如請求項1之圖像感測器的方法，包括：將像素曝光(exposing)；通過使用圍繞像素中的至少一奈米柱的閘電極，將像素中的至少一奈米柱和外部讀出電路連接，來讀出奈米柱電信號。
  20. 如請求項19之方法，其中該電信號可以是該至少一奈米柱積累的電荷，該至少一奈米柱的電流變化，或者該至少一奈米柱的電阻變化。
  21. 一種使用如請求項8之圖像感測器的方法，包括：(a)對透明導電層施加一偏置電壓；(b)對所有閘極線施加一第一閘極電壓，該第一閘極電壓有效的阻斷通過奈米柱的電流；(c)將圖像感測器曝光；(d)將所有讀出線接地，來去除其上積累的電荷，然後將所有讀出線和地斷開；(e)對一個閘極線施加一第二閘極電壓，該第二閘極電壓有效的使得電流通過該閘極線圍繞的奈米柱；(f)對至少一讀出線讀取電流讀數；(g)對該閘極線施加該第一閘極電壓；(h)選擇性地，在每個閘極線重複步驟(d)到(g)。
  22. 一種包含如請求項8之圖像感測器的設備，與每個閘極線相連的一解碼器，一跨阻放大器和與每個讀出線相連的多工器電路。
  23. 如請求項22之設備，其中該跨阻放大器和多工器電路可以放大每個讀出線的電流並且將其轉換成一電壓信號；該解碼器、該跨阻放大器和多工器電路可以用一個控制器產生的一共同定時信號來同步；和/或該解碼器、該跨阻放大器和多工器電路使用引線鍵合、倒裝晶片接合或凹凸黏接連接於圖像感測器。
  24. 一種使用如請求項1之圖像感測器掃描物體的方法，包括：將從像素接收到的物體反射的光線轉換成類比電信號；放大該類比電信號；使用一類比數位轉換器將放大的類比電信號轉換成數位電信號。
  25. 一種包含如請求項1之圖像感測器的設備，進一步包括前置光學器件和一讀出電路，其中，該前置光學器件設置為可用於接收來自場景的光，和將收到的光聚焦或者照準到圖像感測器上；並且該讀出電路可以連接到圖像感測器並且配製為接收圖像感測器的輸出。
  26. 如請求項25之設備，其中該前置光學器件包括一項或多項：一個透鏡，一個光學濾光片，一個偏振片，一個擴散器，一個準直儀；和/或該讀出電路包括一項或多項：特定用途積體電路(ASICs)、現場可編程門陣列(FPGA)、數位信號處理器(DSP)。
  27. 一種製造一圖像感測器的方法，該方法包括：提供一基板，該基板具有一氧化物層，位於氧化物層上的一重摻雜層，和位於重摻雜層上的一外延層(epi layer)，該外延層是本徵的或具有與該重摻雜層相同導電類型的輕摻雜；形成在外延層上的一交界層(junction)，該交界層和重摻雜層是相反的導電類型； 自該交界層及該外延層的一部分形成多個奈米柱，該等奈米柱實質上垂直地延伸自該基板；自該重摻雜層形成讀出線(readout line)；及形成閘極線。
  28. 如請求項27之方法，其中：該重摻雜層是p型或者n型；該重摻雜層厚度是約500奈米；該外延層厚度是約3000奈米到10000奈米；該交界層厚度是約10奈米到200奈米；該等奈米柱係藉由深蝕刻形成；該等讀出線係藉由深蝕刻形成；及/或該等閘極線係藉由沉積一金屬層形成。
  29. 一種圖像感測器的製造方法，該方法包括：提供一基板，該基板具有一氧化物層，位於該氧化物層上的一重摻雜層；生長多個奈米柱，該等奈米柱實質上垂直地延伸自該基板；在每個奈米柱的上表面形成一交界層，該交界層和重摻雜層的導電類型相反；自該重摻雜層形成讀出線；及形成閘極線。
  30. 如請求項29之方法，其中：該重摻雜層是p型或者n型；該重摻雜層厚度是約500奈米；及 該等奈米柱與重摻雜層同延；該等奈米柱係利用一VLS方法所生長；該交界層係藉由離子注入所形成；該等讀出線係藉由深蝕刻形成；及/或該等閘極線係藉由沉積一金屬層形成。
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