WO2010029097A1 - Filtre spectral nanostructure et capteur d'images - Google Patents

Filtre spectral nanostructure et capteur d'images Download PDF

Info

Publication number
WO2010029097A1
WO2010029097A1 PCT/EP2009/061673 EP2009061673W WO2010029097A1 WO 2010029097 A1 WO2010029097 A1 WO 2010029097A1 EP 2009061673 W EP2009061673 W EP 2009061673W WO 2010029097 A1 WO2010029097 A1 WO 2010029097A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
section
size
filter
filters
metal layer
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/061673
Other languages
English (en)
Inventor
Alexandre Mary
Yohan Desieres
Original Assignee
Commissariat A L'energie Atomique
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat A L'energie Atomique filed Critical Commissariat A L'energie Atomique
Priority to US13/061,935 priority Critical patent/US9122007B2/en
Priority to EP09782803.2A priority patent/EP2324377B1/fr
Publication of WO2010029097A1 publication Critical patent/WO2010029097A1/fr

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1809—Diffraction gratings with pitch less than or comparable to the wavelength
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/201—Filters in the form of arrays
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J2003/1213—Filters in general, e.g. dichroic, band
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B2207/00—Coding scheme for general features or characteristics of optical elements and systems of subclass G02B, but not including elements and systems which would be classified in G02B6/00 and subgroups
    • G02B2207/101—Nanooptics

Definitions

  • the invention relates to a spectral filter, a spectral filter matrix and an image sensor comprising such a filter matrix, which can operate in the visible range or in other wavelength ranges, for example in the field of infrared.
  • Image sensors found especially in mobile phones or digital cameras, consist mainly of a matrix of photodetectors and focusing optics. This optics makes it possible to form the image of an object on the matrix of photodetectors.
  • To obtain color images it is known to align a network 20 of color filters (shown in FIG. 1A) on the pixels of the sensor.
  • the stamping of this network 20 is done according to a scheme called "Bayer" and is formed by a red filter 2, two green filters 4 and 6, and a blue filter 8 arranged next to each other in the form of a square matrix.
  • the four photodetectors arranged under these four filters 2, 4, 6 and 8 form four sub-pixels of a pixel 10 of the photodetector array.
  • the color of the image is digitally reconstructed from "mono-color" signals received by all the pixels of the matrix of photodetectors. These filters are usually positioned a few micrometers above the photodetectors 12, electrical interconnections 14 and dielectric passivation layers 16, as shown in FIG. 1B.
  • the average angle of incidence of the light beams on the sensor can vary from -25 ° to + 25 ° between the two corners of the sensor and the angular aperture on each pixel of the sensor is typically of the order of +/- 10 °.
  • Each filter is illuminated under multiple optical incidences and polarizations. To carry out the color filtering, it is preferable that the properties of the filters (transmission wavelength, transmission level, spectral width) are constant regardless of the angle of incidence of the light.
  • US 2003/0103150 A1 discloses a one-dimensional array of open slots in a metal layer performing the color filtering function.
  • Another limitation is related to the existence of electromagnetic modes on the surface of the metal layer forming the network of slots, called surface plasmons. These electromagnetic modes can be excited during the diffraction of the incident light on the slots of the metal layer. This excitation, selective in wavelength and angle, degrades the bandpass filter function performed by the slots.
  • An object of the present invention is to provide a spectral filter whose transmission properties are constant regardless of the angle of incidence of the received light and having a high photometric efficiency.
  • a spectral filter comprising at least one metal layer structured by at least one hole, or a plurality of holes, crossing two opposite major faces of the metal layer and comprising, in a plane parallel to a plane of the one two main faces, a rectangular section whose first side has a size between about 40 nm and 100 nm, and a second side, perpendicular to the first side, has a size between about 150 nm and 1000 nm.
  • a polarizing filter is thus obtained based on the individual electromagnetic response of the hole or holes formed in the metal layer of the filter.
  • the filter can be formed by a single pattern, that is to say a single hole, made in the metal layer.
  • the minimum pixel size for cooperating with the filter is therefore set by the size of the pattern.
  • all the filters of a filter matrix can be joined to each other.
  • such a filter makes it possible to avoid the interactions between the filtering modes and the surface plasmons by sizing the size of the hole or, when the filter comprises a network of holes, the hole size, so that this interaction does not appear for the angles of incidence formed by the light entering the filter.
  • the first side of the hole may have a size between about 40 nm and 60 nm
  • the second side of the hole may have a size between about 150 nm and 250 nm.
  • the filter is adapted to perform filtering in the visible wavelength range, that is to say between about 400 nm and 700 nm.
  • the first side of the hole may have a size between about 60 nm and 100 nm
  • the second side of the hole may have a size between about 250 nm and 1000 nm, or between 250 nm and 700 nm, or between 250 nm and 600 nm.
  • the filter is adapted to perform filtering in the range of infrared wavelengths, greater than about 700 nm, and in particular those between about 700 nm and 2000 nm corresponding to a near infrared filtering.
  • the invention relates in particular to a spectral filter comprising at least one metal layer structured by at least one hole crossing two opposite major faces of the metal layer and comprising, in a plane parallel to a plane of one of the two main faces, a first rectangular section of which a first side has a dimension between about 40 nm and 100 nm, and a second side, perpendicular to the first side, has a size between about 150 nm and 1000 nm, and a second rectangular section centered with respect to the first rectangular section, a first side of the second section being parallel to the second side of the first section; and having a size of between about 40 nm and 100 nm.
  • the structured metal layer may be based on aluminum and / or silver and / or gold, and / or have a thickness between about 30 nm and 500 nm.
  • the thickness of the metal layer may be between about 30 nm and 100 nm when the filter is adapted to perform filtering of visible wavelengths, or be between about 100 nm and 500 nm when the filter is adapted to achieve a filtering of the infrared wavelengths.
  • the filter comprises a plurality of holes passing through the metal layer
  • said holes may be regularly spaced from each other, thus forming a periodic network.
  • the holes may be spaced from each other at least from a distance of between about 20 nm and 40 nm.
  • the repetition period of the holes corresponding to the sum of the dimension of the second side of a hole (corresponding to the largest dimension of the hole) and the space formed between two holes, can therefore be between about 170 nm and 1040 nm, or between about 170 nm and 290 nm for a filtering in the range of visible wavelengths, and between 270 nm and 1040 nm for filtering in the range of infrared wavelengths.
  • Such a repetition period makes it possible to obtain angular stability compatible with the requirements of imagers operating in the range of visible or infrared wavelengths.
  • the use of a repetition period of the holes whose value is included in this range makes it possible to avoid the resonant excitation of angularly sensitive surface plasmons.
  • the repetition period of the holes may also be between about 1.2 and 2 times the largest dimension of one of the holes.
  • the filter when the filter has a plurality of holes through the metal layer, said holes may be irregularly spaced from each other, thus forming an aperiodic network.
  • the hole, or at least part of the holes when the filter comprises a plurality of holes passing through the metal layer may comprise, in a plane parallel to a plane of one of the two main faces of the metal layer, a second rectangular section. centered with respect to the rectangular section, called the first section, a first side of the second section being parallel to the second side of the first section and having a dimension for example of between about 40 nm and 100 nm, and a second side of the second section being perpendicular to the second side of the first section and having a dimension for example between about 150 nm and 1000 nm, or between about 150 nm and 700 nm, or between about 150 nm and 600 nm.
  • Such a cross-shaped hole makes it possible to obtain very good optical performances
  • the second side of the first or the second section has a dimension less than or equal to about 100 nm.
  • the transverse magnetic polarization only one of the two polarizations is transmitted, for example the transverse magnetic polarization.
  • the first side of the second section of the hole may have a size between about 40 nm and 60 nm, the second side of the second section of the hole may have a size between about 150 nm and 250 nm.
  • the first side of the second section of the hole may have a size between about 60 nm and 100 nm, the second side of the second section of the hole may have a size between about 250 nm and 1000 nm, or between about 250 nm and 700 nm, or between about 250 nm and 600 nm.
  • the two rectangular sections of the hole may be centered relative to each other, that is, the first and second sections rectangular have a common center.
  • the first and second sections of the hole form a cross-shaped pattern.
  • a filter is non-polarizing and thus allows to filter and transmit the transverse polarized magnetic and transverse electric modes. This improves the photometric efficiency of the spectral filter.
  • the first sides of the first and second sections may have substantially similar dimensions and / or the second sides of the first and second sections may have substantially similar dimensions.
  • this hole makes it possible to perform the filtering of a single wavelength, corresponding for example to a color in the visible wavelength range, for the two polarizations (transverse magnetic and transverse electric).
  • the second section of the hole may have different dimensions from those of the first section of the hole, that is to say that the dimensions of the first and / or second side of the second section may be different from the dimensions of the hole. first and / or second side of the first section.
  • the hole or holes may be filled at least in part with a transparent or at least partially transparent dielectric material.
  • the invention also relates to a spectral filter matrix comprising at least a plurality of spectral filters as described above, at least two of the spectral filters being capable of performing a filtering at wavelengths, or ranges of wavelengths. , different, the dimensions of the first sides of the or sections of at least one hole of a first of the two filters being substantially similar to or different from the dimensions of the first sides of the or sections of at least one hole of a second of the two filters, the dimensions of the second sides of the hole section or sections of the first of the two filters being different from the dimensions of the second sides of the hole or sections of the second of the two filters.
  • the filter matrix may comprise at least four spectral filters forming a Bayer filter.
  • the invention also relates to an image sensor comprising at least one spectral filter matrix as described above, and an array of photodetectors, each photodetector being arranged facing one of the spectral filters.
  • the matrix of photodetectors may be arranged against a substrate, for example based on a semiconductor such as silicon, comprising read and digital processing circuits, and / or having a thickness of between approximately 100 nm. (locally around the detection zone) and 500 nm in the case of a thinned substrate, or a thickness equal to about 500 microns when the substrate is not thinned (therefore a thickness of between about 100 nm and 500 nm) ⁇ m).
  • a substrate for example based on a semiconductor such as silicon, comprising read and digital processing circuits, and / or having a thickness of between approximately 100 nm. (locally around the detection zone) and 500 nm in the case of a thinned substrate, or a thickness equal to about 500 microns when the substrate is not thinned (therefore a thickness of between about 100 nm and 500 nm) ⁇ m).
  • the sensor may further include a layer based on at least one dielectric material disposed between the spectral filter array and the photodetector array, or between the photodetector array and a second substrate.
  • the layer based on the dielectric material may comprise a plurality of electrical contacts connected to the photodetectors and / or to the reading circuits of the substrate and / or being based on silicon nitride and / or silicon oxide and / or porous silicon.
  • the image sensor may further comprise a protective layer based on at least one dielectric material, for example based on a polymer, placed against the filter matrix.
  • the spectral filter matrix may be arranged between two layers of thickness between about 10 nm and 500 nm, of optical index n ⁇ 1.6 or n ⁇ 2, and based on at least one material dielectric such as SiO 2, and / or SiOC, and / or nanoporous SiOC and / or nanoporous silica and / or a polymer. These two layers may be transparent or at least partially transparent in the range of wavelengths to be filtered. These two layers thus make it possible to guarantee angular stability of the filter while avoiding the resonant excitation of the surface plasmons on the metal layer in which the spectral filters are made.
  • a dielectric layer structuring of a dielectric layer, forming at least one dielectric portion surrounded by void zones crossing two opposite main faces of the dielectric layer, the dielectric portion comprising, in a plane parallel to a plane of one of the two main faces at least one rectangular section of which a first side has a size between about 40 nm and 100 nm, and a second side perpendicular to the first side has a size between about 150 nm and 1000 nm, or between about 150 nm and 700 nm, or between about 150 nm and 600 nm,
  • the invention also relates to a method for producing a spectral filter, comprising at least the following steps:
  • a dielectric layer forming at least one dielectric portion surrounded by void zones crossing two opposite main faces of the dielectric layer, the dielectric portion comprising, in a plane parallel to a plane of one of the two main faces, at least a first rectangular section whose first side has a size between about 40 nm and 100 nm, and a second side, perpendicular to the first side, has a size of between about 150 nm and 1000 nm, and a second rectangular section centered with respect to the first rectangular section, a first side of the second section being parallel to the second side of the first section and having a size between about 40 nm and 100 nm,
  • a method for producing a spectral filter comprising at least one step of etching a metal layer in a pattern comprising at least one hole passing through two opposite main faces of the metal layer and comprising, in a plane parallel to a plane of one of the two main faces, a rectangular section whose first side has a size between about 40 nm and 100 nm, and a second side, perpendicular to the first side, has a size of between about 150 nm and 1000 nm, or between about 150 nm and 700 nm, or between about 150 nm and 600 nm.
  • the invention also relates to a method for producing a spectral filter, comprising at least one at least one step of etching a metal layer in a pattern comprising at least one hole passing through two opposite main faces of the metal layer and comprising, in a plane parallel to a plane of one of the two main faces, a first rectangular section a first side of which has a size between about 40 nm and 100 nm, and a second side, perpendicular to the first side, having a size between about 150 nm and 1000 nm, and a second rectangular section centered with respect to the first rectangular section, a first side of the second section being parallel to the second side of the first section and having a size between about 40 nm and 100 nm.
  • a second side of the second section may be perpendicular to the second side of the first section and may have a size between about 150 nm and 1000 nm.
  • the dimensions of the first and / or second side of the second section may be different from the dimensions of the first and / or second side of the first section.
  • FIG. 1A shows a network of color filters according to a Bayer scheme
  • FIG. 1B shows a network of color filters arranged above photodetectors
  • FIGS. 2A and 2B respectively show a sectional view from above and a side sectional view of a part of an image sensor according to a first embodiment
  • FIGS. 3A to 3C show respectively a sectional view from above and a side sectional view of a portion of an image sensor, object of the present invention, according to a second embodiment and a variant of the second mode. realization,
  • FIG. 4 represents simulation curves of transmissions by spectral filters, objects of the present invention, comprising cross-shaped holes of different dimensions,
  • FIG. 5 shows transmission simulation curves of a filter made in a 40 nm thick aluminum layer traversed by a single cross-shaped hole or by a network of cross-shaped holes
  • FIG. 6 represents transmission curves of a filter made in a 40 nm thick aluminum layer traversed by a single cross-shaped hole for a light arriving on the filter with several incident angles
  • FIG. 7 represents curves of the transmission of a filter made in a 40 nm thick aluminum layer traversed by several cross-shaped holes for a light arriving on the filter with several incident angles.
  • Identical, similar or equivalent parts of the different figures described below bear the same numerical references so as to facilitate the passage from one figure to another.
  • the different parts shown in the figures are not necessarily in a uniform scale, to make the figures more readable.
  • FIGS. 2A and 2B show respectively a sectional view from above and a side sectional view of a portion of an image sensor 1000 according to a first embodiment.
  • This image sensor 1000 comprises a plurality of pixels. In Figures 2A and 2B, only one of these pixels is shown. Each pixel comprises a matrix of filters 100.1 to 100.4, the distribution of which, according to the filtered wavelengths, corresponds to the distribution of a Bayer filter.
  • the filter matrix 100.1 to 100.4 is formed in a structured metal layer 101 which is disposed above a matrix of photodetectors 102.
  • Each pixel of the sensor 1000 is thus formed by four sub-pixels, each having one of the filters 100.1 to 100.4. capable of performing the filtering in a given wavelength range (corresponding here to a filtering of one of the colors red, green or blue) and a photodetector 102.
  • the metal or metals from which the metal layer 101 is made are chosen so that the metal layer 101 is the least absorbent possible in the range of transmitted wavelengths, in order to maximize the light transmission of the filters 100.1 to 100.4 in the ranges wavelengths desired.
  • the metal layer 101 is based on aluminum, and / or silver, and / or gold, or any other suitable metal.
  • the metal layer 101 is based on other materials, especially for wavelengths longer than those in the visible range.
  • the thickness of the metal layer 101 also has an influence on the transmission carried out by the filters formed in this layer.
  • the metal layer 101 may have a thickness of between about 50 nm and a few hundred nm, for example 500 nm. This thickness is chosen according to the wavelengths to be transmitted, the selectivity of the desired filter as well as the nature of the other materials of the filters 100.1 to 100.4.
  • Each of the filters 100.1 to 100.4 comprises a plurality of holes 200.1 to 200.4 passing through the metal layer 101 and regularly distributed over in this metal layer 101.
  • Each of the holes 200.1 to 200.4 has, in a plane parallel to the plane (x, y) corresponding to the plane of one of the main faces of the metal layer 101, a section of rectangular shape.
  • the dimensions of the sides of the rectangular sections of the holes 200.1 to 200.4 along the x-axis shown in Figure 2A are substantially similar to each other and for example equal to about 60 nm.
  • the dimensions of the sides of the rectangular sections of the holes 200.1 to 200.4 along the x axis may be between about 40 nm and 60 nm in the case of an image sensor 1000 operating in the range of lengths of visible waves, or between about 60 nm and 100 nm in the case of an image sensor 1000 operating in the range of infrared wavelengths.
  • each of the filters 100.1 to 100.4 can filter a particular range of wavelengths, this range being determined by the dimension of the sides of the rectangular sections of the holes along the y axis.
  • the filter 100.1 passes only the wavelengths between about 620 nm and 700 nm, corresponding to the red color.
  • the holes 200.1 have their sides along the y axis of dimension equal to about 240 nm. Filters 100.2 and 100.3 do not let only wavelengths between about 500 nm and 578 nm, corresponding to the green color.
  • the holes 200.2 and 200.3 have their sides along the y axis of dimension equal to about 200 nm.
  • the filter 100.4 passes only the wavelengths between about 446 nm and 500 nm, corresponding to the blue color.
  • the holes 200.4 have their sides along the y axis of dimension equal to about 150 nm.
  • the dimensions of the sides of the rectangular sections of the holes 200.1 to 200.4 along the y axis may be between about 150 nm and 250 nm in the case of an image sensor 1000 operating in the visible wavelength range, or between about 250 nm and 1000 nm in the case of an image sensor 1000 operating in the range of infrared wavelengths.
  • the holes 200.1 to 200.4 are here filled with a dielectric material, for example SiO 2, and / or SiOC, and / or nanoporous SiOC and / or nanoporous silica and / or a polymer.
  • This dielectric material is transparent to the wavelengths that are intended to be transmitted by the filters 100.1 to 100.4.
  • the refractive index of the dielectric material may preferably be less than 1.6, thus helping to guarantee the angular stability of the filters 100.1 to 100.4, by avoiding the resonant excitation of surface plasmons on the metal layer 101.
  • photodetectors 102 is produced on a substrate 104, for example based on semiconductor such as silicon, and / or GaS, and / or CdHgTe, which can integrate circuits for reading and digital processing of the output signals of the photodetectors 102.
  • the filter matrix 100.1 to 100.4 is separated from the photodetector matrix 102 by a "support" layer 106, for example based on at least one dielectric such as silicon nitride and / or porous silicon oxide or not.
  • This support layer 106 can mechanically support the matrix of filters 100.1 to 100.4, but can also achieve a concentration of incident beams on the photodetectors 102 and / or the taking of electrical contacts on the photodetectors 102 and / or the isolation and passivation of the photodetector matrix 102.
  • the filter matrix 100.1 to 100.4 is covered with a "protection" layer 108, for example based on polymeric materials, and / or silicon oxide, and / or silica, and / or SiO x , and / or Si x Ny, and / or silicon, serving as a chemical and mechanical protection of the filter matrix 100.1 to 100.4 and / or achieving a concentration of light beams on the photodetectors 102.
  • a "protection" layer 108 for example based on polymeric materials, and / or silicon oxide, and / or silica, and / or SiO x , and / or Si x Ny, and / or silicon, serving as a chemical and mechanical protection of the filter matrix 100.1 to 100.4 and / or achieving a concentration of light beams on the photodetectors 102.
  • the light to be detected first passes through the protective layer 108, then is filtered by the filter matrix 100.1 to 100.4, then passes through the support layer 106 to finally reach the matrix of photodetectors 102.
  • the materials of these sensor elements 1000 traversed by the light to be detected are therefore chosen at least partially transparent or totally transparent to the wavelengths to be transmitted.
  • FIGS. 3A and 3A are identical to FIGS. 3A and 3A.
  • the senor 1050 comprises a plurality of pixels, each pixel comprising a matrix of four filters 150.1 to 150.4 forming a Bayer filter and made in a metal layer 101, for example of a similar nature to that used in FIG. the first embodiment.
  • Each of the filters 150.1 to 150.4 comprises a plurality of holes 250.1 to 250.4 passing through the metal layer 101 and uniformly distributed in this metal layer 101.
  • Each of the holes 250.1 to 250.4 has, in a plane parallel to the plane (x, y) corresponding to the plane of one of the main faces of the metal layer 101, a first rectangular section of which a first side (dimension along the x axis) has a size between about 40 nm and 60 nm, or between 60 nm and 100 nm in the case of an infrared sensor, and a second side (dimension along the y-axis), perpendicular to the first side, has a size between about 150 nm and 250 nm, or between about 250 nm and 1000 nm in the case of an infrared sensor.
  • Each of the holes 250.1 to 250.4 also comprises in this same plane a second rectangular section centered with respect to the first rectangular section.
  • a first side of the second section, parallel to the second side of the first section (i.e. parallel to the y axis), has a size of between about 40 nm and 60 nm, or between about 60 nm and 100 nm
  • a second side of the second section, perpendicular to the second side of the first section i.e., parallel to the x axis
  • Each of the holes 250.1 to 250.4 therefore comprises in said plane a cross-shaped section, each cross being formed by the intersection of a first rectangular section and a second rectangular section.
  • the dimensions of the first and second sides of the first and second sections of the holes forming the crosses differ from one filter to another.
  • the dimensions of the first sides of the first and second sections are similar for the four filters 150.1 to 150.4.
  • the choice of the ranges of filtered wavelengths therefore depends on the choice of the dimensions of the second sides of the first and second sections, which are then different from one filter to another.
  • These dimensions of the second sides of the first and second sections may for example be similar to those of the second sides previously described in the first embodiment.
  • the holes 250.1 to 250.4 are filled with a dielectric material, for example similar to that previously described in connection with the first embodiment.
  • the photodetector matrix 102 of the sensor 1050 is here produced on a substrate 104, for example based on silicon, and covered by a support layer 106, for example similar to that previously described in connection with the first embodiment.
  • This stack is then transferred to a second substrate 110, thus making it possible to thin the first substrate 104, for example by mechanical-chemical polishing.
  • the filters 150.1 to 150.4 are then made in the metal layer 101 which is disposed against the thinned substrate 104.
  • the light to be detected is firstly filtered by the filter matrix 150.1 to 150.4, then passes through the substrate 104 to finally reach the matrix of photodetectors 102.
  • the planarization of the substrate 104 limits the absorption of the incident light by the material constituting the substrate 104.
  • the metal layer 101 comprising the filters may advantageously be disposed between two dielectric layers, for example thin layers with a thickness between about 10 nm and 500 nm, of low optical index, for example less than 2 or less than 1.6, and based on SiO 2, and / or SiOC, and / or nanoporous SiOC and / or nanoporous silica and / or polymer.
  • these two dielectric layers are transparent or at least partially transparent in the field of wavelengths to be detected and make it possible to guarantee a certain angular stability of the filter by avoiding an excitation of plasmons on the surface of the metal layer 101.
  • These two dielectric layers may also have structures, notably making it possible to reduce their average transmission index.
  • These structures may or may not be similar to those of the metal layer 101, that is to say to the rectangular or cross-shaped holes made in the metal layer 101.
  • These structures made in the dielectric layers may be open, that is to say made throughout the thickness of one or both dielectric layers, or not.
  • These structures may also be, for example, holes of rectangular or cross-shaped section, the dimensions and / or spacing of which differ from the holes made in the metal layer 101.
  • these structures of these two dielectric layers may be different from one photodetector to another.
  • Each of the spectral filters 100.1 to 100.4 and 150.1 to 150.4 of the two previously described embodiments comprise a plurality of holes regularly spaced from each other, that is to say arranged in a network. However, each of these spectral filters may have only one hole since the filtering phenomenon is based on an individual response of the holes. In another embodiment, each of the filters may comprise a plurality of holes arranged in an aperiodic network, that is, spaced unevenly from each other.
  • Figure 3C shows a sectional view from above of a portion of the image sensor 1050 according to a variant of the second embodiment.
  • the image sensor 1050 shown in this FIG. 3C comprises spectral filters 150.1 - 150.4 all comprising 250.1 - 250.4 holes forming asymmetrical crosses.
  • Each of the holes 250.1 to 250.4 has, in a plane parallel to the plane
  • Each of the holes 250.1 to 250.4 also comprises in this same plane a second rectangular section centered with respect to the first rectangular section.
  • a first side of the second section, parallel to the second side of the first section (i.e. parallel to the y axis), has a size of between about 40 nm and 60 nm, or between about 60 nm and 100 nm
  • a second side of the second section perpendicular to the second side of the first section i.e., parallel to the x axis
  • the dimensions of the second side of the second section are here different from the dimensions of the second side of the first section.
  • FIG. 4 shows the transmission carried out by three spectral filters each comprising a single cross-shaped hole made in an aluminum layer with a thickness of approximately 40 nm.
  • the curves 302, 304 and 306 represent the normalized value of the transmission as a function of the wavelength for each of the three filters.
  • the dimensions of the first sides of the first and second sections of the holes of the three filters are equal to 60 nm.
  • the dimensions of the second sides of the first and second sections of the holes are equal to 150 nm, 200 nm and 240 nm for the filters respectively corresponding to the curves 302, 304 and 306. It is thus seen that the choice of the dimensions of the second sides of the first and second second section of the holes allows to select the range of wavelengths to be filtered, corresponding here to the colors red, green and blue. Unlike a rectangular hole, transmissions obtained in polarization TE and TM for a cross hole are identical at normal incidence. Thus, to filter a non-polarized light beam, a filter having a cross-shaped hole provides a better transmission gain.
  • each filter may comprise several holes arranged in networks.
  • the curves 308 and 310 shown in FIG. 5 illustrate a simulation of the transmission of a filter made in an aluminum layer 40 nm thick, traversed respectively by a single hole in the form of a cross and by a network of holes. in the form of a cross, the dimension of the first sides of the sections of the holes being equal to about 60 nm and the dimension of the second sides of the sections of the holes being equal to about 200 nm.
  • the network of holes is square in shape, as for example for the filters shown in Figures 2A and 3A, and the period of this network is equal to about 250 nm.
  • the curves 312, 314 and 316 represent the value of the transmission coefficients for a light arriving on the filter with an angle respectively equal to 0 °, 5 ° and 15 °. These curves make it possible to observe that for an angle of incidence equal to 15 °, the transmissions TE and TM deviate very little from the calculated transmission at zero incidence.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Optical Filters (AREA)

Abstract

Filtre spectral (150.1-150.4) comportant au moins une couche métallique (101) structurée par au moins un trou (250.1-250.4) traversant deux faces principales opposées de la couche métallique et comportant, dans un plan parallèle à un plan de l'une des deux faces principales, une première section rectangulaire dont un premier côté a une dimension comprise entre environ 40 nm et 100 nm, et dont un second côté, perpendiculaire au premier côté, a une dimension comprise entre environ 150 nm et 1000 nm, et une seconde section rectangulaire centrée par rapport à la première section rectangulaire, un premier côté de la seconde section étant parallèle au second côté de la première section et ayant une dimension comprise entre environ 40 nm et 100 nm.

Description

FILTRE SPECTRAL NANOSTRUCTURE ET CAPTEUR D'IMAGES
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne un filtre spectral, une matrice de filtres spectraux et un capteur d' images comportant une telle matrice de filtres, pouvant fonctionner dans le domaine du visible ou dans d'autres gammes de longueurs d'ondes, par exemple dans le domaine des infrarouges.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Les capteurs d'images, que l'on trouve notamment dans les téléphones portables ou les appareils photo numériques, sont constitués principalement d'une matrice de photodétecteurs et d'une optique de focalisation. Cette optique permet de former l'image d'un objet sur la matrice de photodétecteurs. Pour obtenir des images en couleurs, il est connu d'aligner un réseau 20 de filtres colorés (représenté sur la figure IA) sur les pixels du capteur. Le matriçage de ce réseau 20 se fait suivant un schéma dit de « Bayer » et est formé par un filtre rouge 2, deux filtres verts 4 et 6, et un filtre bleu 8 disposés les uns à côté des autres sous la forme d'une matrice carrée. Les quatre photodétecteurs disposés sous ces quatre filtres 2, 4, 6 et 8 forment quatre sous-pixels d'un pixel 10 de la matrice de photodétecteurs. La couleur de l'image est reconstruite numériquement à partir des signaux « mono couleurs » reçus par l'ensemble des pixels de la matrice de photodétecteurs. Ces filtres sont habituellement positionnés à quelques micromètres au-dessus des photodétecteurs 12, d'interconnexions électriques 14 et de couches de passivation diélectriques 16, comme représenté sur la figure IB.
Dans le domaine des capteurs d' images grand public, un tel capteur est placé au foyer d'une lentille de forte ouverture : l'angle moyen d'incidence des faisceaux lumineux sur le capteur peut varier de -25° à +25° entre les deux coins du capteur et l'ouverture angulaire sur chaque pixel du capteur est typiquement de l'ordre de +/- 10°. Chaque filtre est illuminé sous de multiples incidences et polarisations optiques. Pour réaliser le filtrage des couleurs, il est préférable que les propriétés des filtres (longueur d'onde de transmission, niveau de transmission, largeur spectrale) soient constantes quelque soit l'angle incidence de la lumière. Le document US 2003/0103150 Al décrit un réseau unidimensionnel de fentes débouchantes dans une couche métallique réalisant la fonction de filtrage des couleurs. Avec cette géométrie, les calculs montrent que ce sont les fentes qui assurent également la transmission des faisceaux lumineux filtrés à travers la couche métallique. Ils montrent aussi que le filtrage est plus sélectif lorsque les fentes ont une largeur inférieure aux longueurs d' ondes de la lumière visible Ce type de réseau a notamment pour inconvénient de ne filtrer que la polarisation transverse magnétique de la lumière. De plus, les fentes utilisées dans ce réseau ne permettent pas d'accorder correctement le filtre dans la gamme des longueurs d'ondes visibles compte tenu de la faible largeur spectrale de filtrage pouvant être obtenue avec un tel filtre.
Une autre limitation est liée à l'existence de modes électromagnétiques à la surface de la couche métallique formant le réseau de fentes, appelés plasmons de surface. Ces modes électromagnétiques peuvent être excités lors de la diffraction de la lumière incidente sur les fentes de la couche métallique. Cette excitation, sélective en longueur d'onde et en angle, dégrade la fonction de filtre passe bande réalisée par les fentes.
Le document US 2003/0103150 Al décrit également un réseau de trous carrés réalisé dans une couche métallique. Un tel réseau permet de réaliser un filtrage dans la gamme des longueurs d'ondes visibles. Toutefois, les longueurs d'ondes filtrées sont ici déterminées en fonction de la période des motifs, ce qui rend ce filtrage très dépendant de l'angle d'incidence par lequel arrive la lumière à filtrer.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
Un but de la présente invention est de proposer un filtre spectral dont les propriétés de transmission soient constantes quelque soit l'angle d' incidence de la lumière reçue et présentant un rendement photométrique élevé. Pour cela, on propose un filtre spectral comportant au moins une couche métallique structurée par au moins un trou, ou une pluralité de trous, traversant deux faces principales opposées de la couche métallique et comportant, dans un plan parallèle à un plan de l'une des deux faces principales, une section rectangulaire dont un premier côté a une dimension comprise entre environ 40 nm et 100 nm, et dont un second côté, perpendiculaire au premier côté, a une dimension comprise entre environ 150 nm et 1000 nm.
On obtient ainsi un filtre polarisant se basant sur la réponse électromagnétique individuelle du ou des trous formés dans la couche métallique du filtre. Contrairement aux solutions de l'art antérieur, et grâce à la forme particulière du trou de section rectangulaire dont un premier côté a une dimension comprise entre environ 40 nm et 100 nm, et dont un second côté, perpendiculaire au premier côté, a une dimension comprise entre environ 150 nm et 1000 nm, ou entre environ 150 nm et 700 nm, ou encore entre environ 150 nm et 600 nm, le filtre peut être formé par un motif unique, c'est-à-dire un seul trou, réalisé dans la couche métallique. La taille minimum du pixel destiné à coopérer avec le filtre est donc fixée par la taille du motif. De plus, tous les filtres d'une matrice de filtres peuvent être jointifs les uns avec les autres.
De plus, un tel filtre permet d'éviter les interactions entre les modes de filtrage et les plasmons de surface en dimensionnant la taille du trou ou, lorsque le filtre comporte un réseau de trous, la taille des trous, de telle sorte que cette interaction n'apparaisse pas pour les angles d'incidences formés par la lumière qui entre dans le filtre.
De plus, la réalisation d'un tel trou rectangulaire est simplifiée par rapport à la réalisation d'une matrice de trous carrés.
Le premier côté du trou peut avoir une dimension comprise entre environ 40 nm et 60 nm, le second côté du trou pouvant avoir une dimension comprise entre environ 150 nm et 250 nm. Ainsi, le filtre est adapté pour réaliser un filtrage dans la gamme des longueurs d'ondes visibles, c'est-à-dire comprises entre environ 400 nm et 700 nm.
Dans une variante, le premier côté du trou peut avoir une dimension comprise entre environ 60 nm et 100 nm, le second côté du trou pouvant avoir une dimension comprise entre environ 250 nm et 1000 nm, ou entre 250 nm et 700 nm, ou entre 250 nm et 600 nm. Ainsi, le filtre est adapté pour réaliser un filtrage dans la gamme des longueurs d'ondes infrarouges, supérieures à environ 700 nm, et notamment celles comprises entre environ 700 nm et 2000 nm correspondant à un filtrage en proche infrarouges.
L' invention concerne notamment un filtre spectral comportant au moins une couche métallique structurée par au moins un trou traversant deux faces principales opposées de la couche métallique et comportant, dans un plan parallèle à un plan de l'une des deux faces principales, une première section rectangulaire dont un premier côté a une dimension comprise entre environ 40 nm et 100 nm, et dont un second côté, perpendiculaire au premier côté, a une dimension comprise entre environ 150 nm et 1000 nm, et une seconde section rectangulaire centrée par rapport à la première section rectangulaire, un premier côté de la seconde section étant parallèle au second côté de la première section et ayant une dimension comprise entre environ 40 nm et 100 nm.
La couche métallique structurée peut être à base d'aluminium et/ou d'argent et/ou d'or, et/ou avoir une épaisseur comprise entre environ 30 nm et 500 nm. L'épaisseur de la couche métallique peut être comprise entre environ 30 nm et 100 nm lorsque le filtre est adapté pour réaliser un filtrage des longueurs d'ondes visibles, ou être comprise entre environ 100 nm et 500 nm lorsque le filtre est adapté pour réaliser un filtrage des longueurs d'ondes infrarouges.
Lorsque le filtre comporte une pluralité de trous traversant la couche métallique, lesdits trous peuvent être régulièrement espacés les uns des autres, pouvant ainsi former un réseau périodique. Ainsi, il est possible de réaliser une surface filtrante de taille supérieure à celle pouvant être obtenue par un filtre comportant un unique trou.
Les trous peuvent être espacés les uns des autres au moins d'une distance comprise entre environ 20 nm et 40 nm. La période de répétition des trous, correspondant à la somme de la dimension du second côté d'un trou (correspondant à la plus grande dimension du trou) et l'espace formé entre deux trous, peut donc être comprise entre environ 170 nm et 1040 nm, ou comprise entre environ 170 nm et 290 nm pour un filtrage dans la gamme des longueurs d'ondes visibles, et entre 270 nm et 1040 nm pour un filtrage dans la gamme des longueurs d'ondes infrarouges. Une telle période de répétition permet d'obtenir une stabilité angulaire compatible avec les exigences des imageurs fonctionnant dans la gamme des longueurs d' ondes visibles ou infrarouges. L'utilisation d'une période de répétition des trous dont la valeur est comprise dans cette gamme permet d'éviter l'excitation résonante de plasmons de surface très sensible angulairement . La période de répétition des trous peut également être comprise entre environ 1,2 et 2 fois la plus grande dimension d'un des trous.
Dans une variante, lorsque le filtre comporte une pluralité de trous traversant la couche métallique, lesdits trous peuvent être irrégulièrement espacés les uns des autres, pouvant ainsi former un réseau apériodique.
Le trou, ou au moins une partie des trous lorsque le filtre comporte une pluralité de trous traversant la couche métallique, peut comporter, dans un plan parallèle à un plan de l'une des deux faces principales de la couche métallique, une seconde section rectangulaire centrée par rapport à la section rectangulaire, appelée première section, un premier côté de la seconde section étant parallèle au second côté de la première section et ayant une dimension par exemple comprise entre environ 40 nm et 100 nm, et un second côté de la seconde section étant perpendiculaire au second côté de la première section et ayant une dimension par exemple comprise entre environ 150 nm et 1000 nm, ou entre environ 150 nm et 700 nm, ou entre environ 150 nm et 600 nm. Un tel trou en forme de croix permet d' obtenir de très bonnes performances optiques
(forte transmission et insensibilité à l'angle d' incidence formé par la lumière qui entre dans le filtre) tout en présentant une faible sensibilité à la polarisation .
De plus, il est possible que le second côté de la première ou de la seconde section ait une dimension inférieure ou égale à environ 100 nm. Ainsi, seule l'une des deux polarisations est transmise, par exemple la polarisation transverse magnétique.
Lorsque le filtre est adapté pour réaliser un filtrage dans la gamme des longueurs d'ondes visibles, le premier côté de la seconde section du trou peut avoir une dimension comprise entre environ 40 nm et 60 nm, le second côté de la seconde section du trou pouvant avoir une dimension comprise entre environ 150 nm et 250 nm. Dans une variante, lorsque le filtre est adapté pour réaliser un filtrage dans la gamme des longueurs d'ondes infrarouges, le premier côté de la seconde section du trou peut avoir une dimension comprise entre environ 60 nm et 100 nm, le second côté de la seconde section du trou pouvant avoir une dimension comprise entre environ 250 nm et 1000 nm, ou entre environ 250 nm et 700 nm, ou entre environ 250 nm et 600 nm.
Les deux sections rectangulaires du trou peuvent être centrées l'une par rapport à l'autre, c'est-à-dire que la première et la seconde sections rectangulaires ont un centre commun. Ainsi, la première et la seconde sections du trou forment un motif en forme de croix. En plus des avantages apportés par le filtre spectral dont le ou les trous comportent une seule section de forme rectangulaire, un tel filtre est non polarisant et permet donc de filtrer et transmettre les modes polarisés transverse magnétique et transverse électrique. On améliore ainsi le rendement photométrique du filtre spectral. Les premiers côtés de la première et de la seconde sections peuvent avoir des dimensions sensiblement similaires et/ou les seconds côtés de la première et de la seconde sections peuvent avoir des dimensions sensiblement similaires. Ainsi, ce trou permet de réaliser le filtrage d'une seule longueur d'onde, correspondant par exemple à une couleur dans la gamme des longueurs d'ondes visibles, pour les deux polarisations (transverse magnétique et transverse électrique) . Dans une variante, la seconde section du trou peut avoir des dimensions différentes de celles de la première section du trou c'est-à-dire que les dimensions du premier et/ou du second côté de la seconde section peuvent être différentes des dimensions du premier et/ou du second côté de la première section. Ainsi, il est par exemple possible de réaliser, avec un seul trou, le filtrage d'une première couleur dans une polarisation, et le filtrage d'une seconde couleur dans l'autre polarisation. Le ou les trous peuvent être remplis au moins en partie par un matériau diélectrique transparent ou au moins partiellement transparent.
L' invention concerne également une matrice de filtres spectraux comportant au moins une pluralité de filtres spectraux tels que décrits précédemment, au moins deux des filtres spectraux étant aptes à réaliser un filtrage selon des longueurs d'ondes, ou des gammes de longueurs d'ondes, différentes, les dimensions des premiers côtés de la ou des sections d'au moins un trou d'un premier des deux filtres étant sensiblement similaires ou différentes des dimensions des premiers côtés de la ou des sections d'au moins un trou d'un second des deux filtres, les dimensions des seconds côtés de la ou des sections du trou du premier des deux filtres étant différentes des dimensions des seconds côtés de la ou des sections du trou du second des deux filtres .
La matrice de filtres peut comporter au moins quatre filtres spectraux formant un filtre de Bayer .
L' invention concerne également un capteur d' images comportant au moins une matrice de filtres spectraux telle que décrite précédemment, et une matrice de photodétecteurs, chaque photodétecteur étant disposé en regard d'un des filtres spectraux.
La matrice de photodétecteurs peut être disposée contre un substrat, par exemple à base de semi-conducteur tel que du silicium, comprenant des circuits de lecture et de traitement numérique, et/ou ayant une épaisseur comprise entre environ 100 nm (localement autour de la zone de détection) et 500 nm dans le cas d'un substrat aminci, ou d'une épaisseur égale à environ 500 μm lorsque le substrat n'est pas aminci (donc une épaisseur comprise entre environ 100 nm et 500 μm) .
Le capteur peut comporter en outre une couche à base d'au moins un matériau diélectrique disposée entre la matrice de filtres spectraux et la matrice de photodétecteurs, ou entre la matrice de photodétecteurs et un second substrat.
Dans ce cas, la couche à base du matériau diélectrique peut comporter une pluralité de contacts électriques reliés aux photodétecteurs et/ou aux circuits de lecture du substrat et/ou étant à base de nitrure de silicium et/ou d'oxyde de silicium et/ou de silicium poreux.
Le capteur d' images peut comporter en outre une couche de protection à base d' au moins un matériau diélectrique, par exemple à base de polymère, disposée contre la matrice de filtres.
Dans une variante, la matrice de filtres spectraux peut être disposée entre deux couches d'épaisseur comprise entre environ 10 nm et 500 nm, d'indice optique n < 1,6 ou n < 2, et à base d'au moins un matériau diélectrique tel que du Siθ2, et/ou du SiOC, et/ou du SiOC nanoporeux et/ou de la silice nanoporeuse et/ou un polymère. Ces deux couches peuvent être transparentes ou au moins partiellement transparentes dans le domaine des longueurs d' ondes à filtrer. Ces deux couches permettent ainsi de garantir une stabilité angulaire du filtre en évitant l'excitation résonante des plasmons de surface sur la couche métallique dans laquelle sont réalisés les filtres spectraux.
On propose également un procédé de réalisation d'un filtre spectral, comportant au moins les étapes suivantes :
- structuration d'une couche diélectrique, formant au moins une portion diélectrique entourée par des zones de vides traversant deux faces principales opposées de la couche diélectrique, la portion diélectrique comportant, dans un plan parallèle à un plan de l'une des deux faces principales, au moins une section rectangulaire dont un premier côté a une dimension comprise entre environ 40 nm et 100 nm, et dont un second côté, perpendiculaire au premier côté, a une dimension comprise entre environ 150 nm et 1000 nm, ou entre environ 150 nm et 700 nm, ou entre environ 150 nm et 600 nm,
- dépôt d'une couche métallique au moins dans les zones de vide formées dans la couche diélectrique autour de la portion diélectrique,
- planarisation de la couche métallique,
- suppression de la portion diélectrique.
L' invention concerne également un procédé de réalisation d'un filtre spectral, comportant au moins les étapes suivantes :
- structuration d'une couche diélectrique, formant au moins une portion diélectrique entourée par des zones de vides traversant deux faces principales opposées de la couche diélectrique, la portion diélectrique comportant, dans un plan parallèle à un plan de l'une des deux faces principales, au moins une première section rectangulaire dont un premier côté a une dimension comprise entre environ 40 nm et 100 nm, et dont un second côté, perpendiculaire au premier côté, a une dimension comprise entre environ 150 nm et 1000 nm, et une seconde section rectangulaire centrée par rapport à la première section rectangulaire, un premier côté de la seconde section étant parallèle au second côté de la première section et ayant une dimension comprise entre environ 40 nm et 100 nm,
- dépôt d'une couche métallique au moins dans les zones de vide formées dans la couche diélectrique autour de la portion diélectrique,
- planarisation de la couche métallique (101),
- suppression de la portion diélectrique. Enfin, on propose également un procédé de réalisation d'un filtre spectral, comportant au moins une étape de gravure d'une couche métallique selon un motif comportant au moins un trou traversant deux faces principales opposées de la couche métallique et comportant, dans un plan parallèle à un plan de l'une des deux faces principales, une section rectangulaire dont un premier côté a une dimension comprise entre environ 40 nm et 100 nm, et dont un second côté, perpendiculaire au premier côté, a une dimension comprise entre environ 150 nm et 1000 nm, ou entre environ 150 nm et 700 nm, ou entre environ 150 nm et 600 nm. L'invention concerne également un procédé de réalisation d'un filtre spectral, comportant au moins une étape de gravure d'une couche métallique selon un motif comportant au moins un trou traversant deux faces principales opposées de la couche métallique et comportant, dans un plan parallèle à un plan de l'une des deux faces principales, une première section rectangulaire dont un premier côté a une dimension comprise entre environ 40 nm et 100 nm, et dont un second côté, perpendiculaire au premier côté, a une dimension comprise entre environ 150 nm et 1000 nm, et une seconde section rectangulaire centrée par rapport à la première section rectangulaire, un premier côté de la seconde section étant parallèle au second côté de la première section et ayant une dimension comprise entre environ 40 nm et 100 nm. Un second côté de la seconde section peut être perpendiculaire au second côté de la première section et peut avoir une dimension comprise entre environ 150 nm et 1000 nm.
Les dimensions du premier et/ou du second côté de la seconde section peuvent être différentes des dimensions du premier et/ou du second côté de la première section.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure IA représente un réseau de filtres colorés selon un schéma de Bayer, - la figure IB représente un réseau de filtres colorés disposé au-dessus de photodétecteurs,
- les figures 2A et 2B représentent respectivement une vue en coupe de dessus et une vue en coupe latérale d'une partie d'un capteur d'images selon un premier mode de réalisation,
- les figures 3A à 3C représentent respectivement une vue en coupe de dessus et une vue en coupe latérale d'une partie d'un capteur d'images, objet de la présente invention, selon un second mode de réalisation et une variante du second mode de réalisation,
- la figure 4 représente des courbes de simulation de transmissions par des filtres spectraux, objets de la présente invention, comportant des trous en forme de croix de dimensions différentes,
- la figure 5 représente des courbes de simulation de transmissions d'un filtre réalisé dans une couche d'aluminium de 40 nm d'épaisseur traversée par un trou unique en forme de croix ou par un réseau de trous en forme de croix,
- la figure 6 représente des courbes de transmission d'un filtre réalisé dans une couche d'aluminium de 40 nm d'épaisseur traversée par un trou unique en forme de croix pour une lumière arrivant sur le filtre avec plusieurs angles incidents,
- la figure 7 représente des courbes de la transmission d'un filtre réalisé dans une couche d'aluminium de 40 nm d'épaisseur traversée par plusieurs trous en forme de croix pour une lumière arrivant sur le filtre avec plusieurs angles incidents. Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures décrites ci-après portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles .
Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
On se réfère aux figures 2A et 2B qui représentent respectivement une vue en coupe de dessus et une vue en coupe latérale d'une partie d'un capteur d'images 1000 selon un premier mode de réalisation.
Ce capteur d'images 1000 comporte une pluralité de pixels. Sur les figures 2A et 2B, un seul de ces pixels est représenté. Chaque pixel comporte une matrice de filtres 100.1 à 100.4, dont la répartition, en fonction des longueurs d'ondes filtrées, correspond à la répartition d'un filtre de Bayer. La matrice de filtres 100.1 à 100.4 est réalisée dans une couche métallique structurée 101 qui est disposée au-dessus d'une matrice de photodétecteurs 102. Chaque pixel du capteur 1000 est donc formé par quatre sous-pixels comportant chacun un des filtres 100.1 à 100.4 apte à réaliser le filtrage dans une gamme de longueurs d'ondes donnée (correspondant ici à un filtrage de l'une des couleurs rouge, vert ou bleu) et un photodétecteur 102.
Le ou les métaux à partir desquels la couche métallique 101 est réalisée sont choisis afin que la couche métallique 101 soit la moins absorbante possible dans la gamme des longueurs d'ondes transmises, afin de maximiser la transmission lumineuse des filtres 100.1 à 100.4 dans les gammes de longueurs d'ondes souhaitées. Lorsque les filtres 100.1 à 100.4 sont destinés à réaliser un filtrage de longueurs d'ondes dans le domaine du visible, comme c'est le cas dans ce premier mode de réalisation, la couche métallique 101 est à base d'aluminium, et/ou d'argent, et/ou d'or, ou tout autre métal adapté. Toutefois, en fonction des longueurs d'ondes destinées à être filtrées par les filtres, il est possible que la couche métallique 101 soit à base d'autres matériaux, notamment pour des longueurs d' ondes supérieures à celles du domaine du visible. L'épaisseur de la couche métallique 101 a également une influence sur la transmission réalisée par les filtres formés dans cette couche. De manière générale, la couche métallique 101 peut avoir une épaisseur comprise entre environ 50 nm et quelques centaines de nm, par exemple 500 nm. Cette épaisseur est choisie en fonction des longueurs d'ondes à transmettre, de la sélectivité du filtre souhaitée ainsi que de la nature des autres matériaux des filtres 100.1 à 100.4.
Chacun des filtres 100.1 à 100.4 comporte une pluralité de trous 200.1 à 200.4 traversant la couche métallique 101 et régulièrement répartis sur dans cette couche métallique 101. Chacun des trous 200.1 à 200.4 a, dans un plan parallèle au plan (x,y) correspondant au plan de l'une des faces principales de la couche métallique 101, une section de forme rectangulaire.
Dans ce premier mode de réalisation, les dimensions des côtés des sections rectangulaires des trous 200.1 à 200.4 selon l'axe x représenté sur la figure 2A sont sensiblement similaires les unes aux autres et par exemple égales à environ 60 nm. De manière générale, les dimensions des côtés des sections rectangulaires des trous 200.1 à 200.4 selon l'axe x pourront être comprises entre environ 40 nm et 60 nm dans le cas d'un capteur d'images 1000 fonctionnant dans la gamme des longueurs d'ondes visibles, ou comprises entre environ 60 nm et 100 nm dans le cas d'un capteur d'images 1000 fonctionnant dans la gamme des longueurs d'ondes infrarouges.
Par contre, les dimensions des côtés de ces sections selon l'axe y diffèrent d'un filtre à l'autre, et peuvent être comprises entre environ 150 nm et 250 nm. Ainsi, chacun des filtres 100.1 à 100.4 peut réaliser le filtrage d'une gamme particulière de longueurs d'ondes, cette gamme étant déterminée par la dimension des cotés des sections rectangulaires des trous selon l'axe y. Dans l'exemple des figures 2A et 2B, le filtre 100.1 ne laisse passer que les longueurs d'ondes comprises entre environ 620 nm et 700 nm, correspondant à la couleur rouge. Pour cela, les trous 200.1 ont leurs côtés selon l'axe y de dimension égale à environ 240 nm. Les filtres 100.2 et 100.3 ne laissent passer que les longueurs d'ondes comprises entre environ 500 nm et 578 nm, correspondant à la couleur verte. Pour cela, les trous 200.2 et 200.3 ont leurs côtés selon l'axe y de dimension égale à environ 200 nm. Enfin, le filtre 100.4 ne laisse passer que les longueurs d'ondes comprises entre environ 446 nm et 500 nm, correspondant à la couleur bleu. Pour cela, les trous 200.4 ont leurs côtés selon l'axe y de dimension égale à environ 150 nm. Les dimensions des côtés des sections rectangulaires des trous 200.1 à 200.4 selon l'axe y pourront être comprises entre environ 150 nm et 250 nm dans le cas d'un capteur d'images 1000 fonctionnant dans la gamme des longueurs d'ondes visibles, ou comprise entre environ 250 nm et 1000 nm dans le cas d'un capteur d'images 1000 fonctionnant dans la gamme des longueurs d'ondes infrarouges.
Les trous 200.1 à 200.4 sont ici remplis par un matériau diélectrique, par exemple du Siθ2, et/ou du SiOC, et/ou du SiOC nanoporeux et/ou de la silice nanoporeuse et/ou un polymère. Ce matériau diélectrique est transparent aux longueurs d' ondes qui sont destinées à être transmises par les filtres 100.1 à 100.4. L'indice de réfraction du matériau diélectrique peut de préférence être inférieur à 1,6, participant ainsi à garantir la stabilité angulaire des filtres 100.1 à 100.4, en évitant l'excitation résonante de plasmons de surface sur la couche métallique 101. La matrice de photodétecteurs 102 est réalisée sur un substrat 104, par exemple à base de semi-conducteur tel que du silicium, et/ou du GaS, et/ou du CdHgTe, qui peut intégrer des circuits de lecture et de traitements numériques des signaux de sortie des photodétecteurs 102. La matrice de filtres 100.1 à 100.4 est séparée de la matrice de photodétecteurs 102 par une couche « support » 106, par exemple à base d' au moins un diélectrique tel que du nitrure de silicium et/ou de l'oxyde de silicium poreux ou non. Cette couche support 106 permet de supporter mécaniquement la matrice de filtres 100.1 à 100.4, mais peut également réaliser une concentration des faisceaux incidents sur les photodétecteurs 102 et/ou la prise de contacts électriques sur les photodétecteurs 102 et/ou l'isolation et la passivation de la matrice de photodétecteurs 102.
La matrice de filtres 100.1 à 100.4 est recouverte d'une couche de « protection » 108, par exemple à base de matériaux polymères, et/ou d'oxyde de silicium, et/ou de silice, et/ou de SiOx, et/ou de SixNy, et/ou de silicium, servant de protection chimique et mécanique de la matrice de filtres 100.1 à 100.4 et/ou réalisant une concentration des faisceaux lumineux sur les photodétecteurs 102.
Dans ce premier mode de réalisation, la lumière à détecter passe tout d'abord au travers de la couche de protection 108, puis est filtrée par la matrice de filtres 100.1 à 100.4, traverse ensuite la couche support 106 pour arriver enfin sur la matrice de photodétecteurs 102. Les matériaux de ces éléments du capteur 1000 traversés par la lumière à détecter sont donc choisis au moins partiellement transparents ou totalement transparents aux longueurs d' ondes destinées à être transmises.
On se réfère maintenant aux figures 3A et
3B qui représentent respectivement une vue en coupe de dessus et une vue en coupe latérale d'une partie d'un capteur d'images 1050 selon un second mode de réalisation .
Comme dans le premier mode de réalisation, le capteur 1050 comporte une pluralité de pixels, chaque pixel comportant une matrice de quatre filtres 150.1 à 150.4 formant un filtre de Bayer et réalisée dans une couche métallique 101, par exemple de nature similaire à celle utilisée dans le premier mode de réalisation . Chacun des filtres 150.1 à 150.4 comporte une pluralité de trous 250.1 à 250.4 traversant la couche métallique 101 et régulièrement répartis sur dans cette couche métallique 101. Chacun des trous 250.1 à 250.4 a, dans un plan parallèle au plan (x,y) correspondant au plan de l'une des faces principales de la couche métallique 101, une première section rectangulaire dont un premier côté (dimension selon l'axe x) a une dimension comprise entre environ 40 nm et 60 nm, ou comprise entre 60 nm et 100 nm dans le cas d'un capteur infrarouge, et un second côté (dimension selon l'axe y), perpendiculaire au premier côté, a une dimension comprise entre environ 150 nm et 250 nm, ou comprise entre environ 250 nm et 1000 nm dans le cas d'un capteur infrarouge. Chacun des trous 250.1 à 250.4 comporte également dans ce même plan une seconde section rectangulaire centrée par rapport à la première section rectangulaire. Un premier côté de la seconde section, parallèle au second côté de la première section (c'est-à-dire parallèle à l'axe y), a une dimension comprise entre environ 40 nm et 60 nm, ou entre environ 60 nm et 100 nm, et un second côté de la seconde section, perpendiculaire au second côté de la première section (c'est-à-dire parallèle à l'axe x) , a une dimension comprise entre environ 150 nm et 250 nm, ou entre environ 250 nm et 1000 nm. Chacun des trous 250.1 à 250.4 comporte donc dans ledit plan une section en forme de croix, chaque croix étant formée par le croisement d'une première section rectangulaire et d'une seconde section rectangulaire.
Dans ce second mode de réalisation, les dimensions des premiers et seconds côtés des premières et secondes sections des trous formant les croix diffèrent d'un filtre à l'autre. Dans une variante, il est possible que les dimensions des premiers côtés des première et seconde sections soient similaires pour les quatre filtres 150.1 à 150.4. Dans ce cas, le choix des gammes de longueurs d'ondes filtrées dépend donc du choix des dimensions des seconds côtés des première et seconde sections, qui sont alors différentes d'un filtre à l'autre. Ces dimensions des seconds côtés des première et seconde sections peuvent par exemple être similaires à celles des seconds côtés précédemment décrites dans le premier mode de réalisation.
Comme dans le premier mode de réalisation, les trous 250.1 à 250.4 sont remplis par un matériau diélectrique, par exemple similaire à celui précédemment décrit en liaison avec le premier mode de réalisation .
La matrice de photodétecteurs 102 du capteur 1050 est ici réalisée sur un substrat 104, par exemple à base de silicium, et recouverte par une couche support 106 par exemple similaire à celle précédemment décrite en liaison avec le premier mode de réalisation. Cet empilement est alors reporté sur un second substrat 110, permettant ainsi de réaliser un amincissement du premier substrat 104, par exemple par un polissage mécano-chimique. Les filtres 150.1 à 150.4 sont ensuite réalisés dans la couche métallique 101 qui est disposée contre le substrat aminci 104.
Dans ce second mode de réalisation, la lumière à détecter est donc tout d'abord filtrée par la matrice de filtres 150.1 à 150.4, traverse ensuite le substrat 104 pour arriver enfin sur la matrice de photodétecteurs 102. La planarisation du substrat 104 permet de limiter l'absorption de la lumière incidente par le matériau constituant le substrat 104.
Dans une variante des deux modes de réalisation précédemment décrits, la couche métallique 101 comportant les filtres peut être avantageusement disposée entre deux couches diélectriques, par exemple des couches minces d'épaisseur comprise entre environ 10 nm à 500 nm, d'indice optique faible, par exemple inférieur à 2 ou inférieur à 1,6, et à base de Siθ2, et/ou de SiOC, et/ou de SiOC nanoporeux et/ou de silice nanoporeuse et/ou de polymère. Ainsi, ces deux couches diélectriques sont transparentes ou au moins partiellement transparentes dans le domaine des longueurs d' onde à détecter et permettent de garantir une certaine stabilité angulaire du filtre en évitant une excitation de plasmons en surface de la couche métallique 101. Ces deux couches diélectriques peuvent également présenter des structurations, permettant notamment de diminuer leur indice de transmission moyen. Ces structurations peuvent être similaires ou non à celles de la couche métallique 101, c'est-à-dire aux trous rectangulaires ou en forme de croix réalisés dans la couche métallique 101. Ces structurations réalisées dans les couches diélectriques peuvent être débouchantes, c'est-à-dire réalisées à travers toute l'épaisseur de l'une ou les deux couches diélectriques, ou non. Ces structurations peuvent également être par exemple des trous de section rectangulaire ou en forme de croix, dont les dimensions et/ou l'espacement diffèrent par rapport aux trous réalisés dans la couche métallique 101. Enfin, ces structurations de ces deux couches diélectriques peuvent être différentes d'un photodétecteur à l'autre.
Chacun des filtres spectraux 100.1 à 100.4 et 150.1 à 150.4 des deux modes de réalisation précédemment décrits comportent une pluralité de trous régulièrement espacés les uns des autres, c'est-à-dire disposés en réseau. Toutefois, chacun de ces filtres spectraux peut ne comporter qu'un seul trou étant donné que le phénomène de filtrage est basé sur une réponse individuelle des trous. Dans un autre mode de réalisation, chacun des filtres peut comporter une pluralité de trous disposés en réseau apériodique, c'est-à-dire espacés de manière non régulière les uns des autres.
La figure 3C représente une vue en coupe de dessus d'une partie du capteur d'images 1050 selon une variante du second mode de réalisation.
Par rapport au capteur d'images 1050 représenté sur la figure 3A, le capteur d'images 1050 représenté sur cette figure 3C comporte des filtres spectraux 150.1 - 150.4 comprenant tous des trous 250.1 - 250.4 formant des croix asymétriques. Chacun des trous 250.1 à 250.4 a, dans un plan parallèle au plan
(x,y) correspondant au plan de l'une des faces principales de la couche métallique 101, une première section rectangulaire dont un premier côté (dimension selon l'axe x) a une dimension comprise entre environ 40 nm et 60 nm, ou comprise entre 60 nm et 100 nm dans le cas d'un capteur infrarouge, et un second côté (dimension selon l'axe y), perpendiculaire au premier côté, a une dimension comprise entre environ 150 nm et 250 nm, ou comprise entre environ 250 nm et 1000 nm dans le cas d'un capteur infrarouge. Chacun des trous 250.1 à 250.4 comporte également dans ce même plan une seconde section rectangulaire centrée par rapport à la première section rectangulaire. Un premier côté de la seconde section, parallèle au second côté de la première section (c'est-à-dire parallèle à l'axe y), a une dimension comprise entre environ 40 nm et 60 nm, ou entre environ 60 nm et 100 nm, et un second côté de la seconde section, perpendiculaire au second côté de la première section (c'est-à-dire parallèle à l'axe x) , a une dimension comprise entre environ 150 nm et 250 nm, ou entre environ 250 nm et 1000 nm. Toutefois, pour chaque trou, les dimensions du second côté de la seconde section sont ici différentes des dimensions du second côté de la première section. Ainsi, il est possible de réaliser, avec un seul trou, le filtrage d'une première longueur d'onde dans une polarisation
(par exemple la polarisation transverse magnétique) , et le filtrage d'une seconde longueur d'onde dans l'autre polarisation (polarisation transverse électrique) . De plus, lorsque que le second côté de la première ou de la seconde section a une dimension inférieure ou égale à environ 100 nm, seule l'une des deux polarisations est transmise, par exemple la polarisation transverse magnétique. La figure 4 représente la transmission réalisée par trois filtres spectraux comportant chacun un unique trou en forme de croix réalisé dans une couche d'aluminium d'épaisseur égale à environ 40 nm. Les courbes 302, 304 et 306 représentent la valeur normalisée de la transmission en fonction de la longueur d'onde pour chacun des trois filtres. Les dimensions des premiers côtés des première et seconde sections des trous des trois filtres sont égales à 60 nm. Les dimensions des seconds côtés des première et seconde sections des trous sont égales à 150 nm, 200 nm et 240 nm pour les filtres correspondant respectivement aux courbes 302, 304 et 306. On voit donc que le choix des dimensions des seconds côtés des première et seconde sections des trous permet de sélectionner la gamme de longueurs d'onde à filtrer, correspondant ici aux couleurs rouge, vert et bleu. Contrairement à un trou rectangulaire, les transmissions obtenues en polarisation TE et TM pour un trou en croix sont identiques à incidence normale. Ainsi, pour réaliser le filtrage d'un faisceau de lumière non polarisé, un filtre comportant un trou en forme de croix permet d'obtenir un meilleur gain en transmission.
Comme dans les deux modes de réalisation précédemment décrits, chaque filtre peut comporter plusieurs trous disposés en réseaux. Les courbes 308 et 310 représentées sur la figure 5 illustrent une simulation de la transmission d'un filtre réalisé dans une couche d'aluminium de 40 nm d'épaisseur, respectivement traversée par un trou unique en forme de croix et par un réseau de trous en forme de croix, la dimension des premiers côtés des sections des trous étant égale à environ 60 nm et la dimension des seconds côtés des sections des trous étant égale à environ 200 nm. Le réseau de trous est de forme carré, comme par exemple pour les filtres représentés sur les figures 2A et 3A, et que la période de ce réseau est égale à environ 250 nm. En comparant les courbes 308 et 310, on voit que l'utilisation d'un réseau de trous plutôt qu'un trou unique entraîne un léger décalage de la transmission vers de plus grandes longueurs d'ondes ainsi qu'un élargissement spectral de la résonance. Une légère variation des dimensions des premiers côtés des premières et secondes sections des trous permet toutefois de compenser ces effets dus à l'interaction optique entre les trous et peut être pris en compte lors du dimensionnement des trous. L'utilisation d'un motif en forme de croix permet d'avoir un filtre dont le comportement angulaire est très stable, à la fois pour un filtre comportant un seul trou ou une pluralité de trous disposés en réseau. Les courbes 312, 314 et 316 de la figure 6 représentent la dépendance de la transmission d'un filtre réalisé dans une couche d'aluminium de 40 nm d'épaisseur traversée par un trou unique en forme de croix dont la dimension des premiers côtés des sections est égale à environ 60 nm et la dimension des seconds côtés des sections est égale à environ 200 nm, en fonction de l'angle d'incidence de la lumière. Les courbes 312, 314 et 316 représentent la valeur des coefficients de transmission pour une lumière arrivant sur le filtre avec un angle respectivement égal à 0°, 5° et 15°. Ces courbes permettent d' observer que pour un angle d'incidence égale à 15°, les transmissions TE et TM s'écartent très peu de la transmission calculée à incidence nulle. Les courbes 318, 320 et 322 de la figure 7 représentent cette même dépendance de la transmission du filtre en fonction d'un angle d'incidence respectivement égal à 0°, 5° et 15°, pour un filtre comportant un réseau de trous similaires au trou utilisé pour les simulations représentées sur la figure 6, et dont la période de répétition est égale à environ 250 nm.

Claims

REVENDICATIONS
1. Filtre spectral (150.1-150.4) comportant au moins une couche métallique (101) structurée par au moins un trou (250.1-250.4) traversant deux faces principales opposées de la couche métallique (101) et comportant, dans un plan parallèle à un plan de l'une des deux faces principales, une première section rectangulaire dont un premier côté a une dimension comprise entre environ 40 nm et 100 nm, et dont un second côté, perpendiculaire au premier côté, a une dimension comprise entre environ 150 nm et 1000 nm, et une seconde section rectangulaire centrée par rapport à la première section rectangulaire, un premier côté de la seconde section étant parallèle au second côté de la première section et ayant une dimension comprise entre environ 40 nm et 100 nm.
2. Filtre spectral (150.1-150.4) selon la revendication 1, dans lequel la couche métallique (101) structurée est à base d'aluminium et/ou d'argent et/ou d'or, et/ou a une épaisseur comprise entre environ 30 nm et 500 nm.
3. Filtre spectral (150.1-150.4) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, lorsque le filtre (150.1-150.4) comporte une pluralité de trous (250.1-250.4) traversant la couche métallique (101), lesdits trous (250.1-250.4) sont régulièrement espacés les uns des autres.
4. Filtre spectral (150.1-150.4) selon la revendication 3, dans lequel les trous (250.1-250.4) sont espacés les uns des autres selon une période comprise entre environ 170 nm et 1040 nm.
5. Filtre spectral (150.1-150.4) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel un second côté de la seconde section est perpendiculaire au second côté de la première section et a une dimension comprise entre environ 150 nm et 1000 nm.
6. Filtre spectral (150.1-150.4) selon la revendication 5, dans lequel les premiers côtés de la première et de la seconde sections ont des dimensions sensiblement similaires et/ou les seconds côtés de la première et de la seconde section ont des dimensions sensiblement similaires.
7. Filtre spectral (150.1-150.4) selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les dimensions du premier et/ou du second côté de la seconde section sont différentes des dimensions du premier et/ou du second côté de la première section.
8. Filtre spectral (150.1-150.4) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le ou les trous (250.1-250.4) sont remplis au moins en partie par un matériau diélectrique au moins partiellement transparent .
9. Matrice de filtres spectraux comportant au moins une pluralité de filtres spectraux (150.1-150.4) selon l'une des revendications 1 à 8, au moins deux des filtres spectraux (150.1-150.4) étant aptes à réaliser un filtrage selon des longueurs d'ondes, ou des gammes de longueurs d'ondes, différentes, les dimensions des premiers côtés des sections d'au moins un trou (250.1-250.4) d'un premier des deux filtres (150.1-150.4) étant sensiblement similaires ou différentes des dimensions des premiers côtés des sections d'au moins un trou (250.1-250.4) d'un second des deux filtres (150.1-150.4), les dimensions des seconds côtés des sections du trou (250.1-250.4) du premier des deux filtres (150.1-150.4) étant différentes des dimensions des seconds côtés des sections du trou (250.1-250.4) du second des deux filtres (150.1-150.4) .
10. Matrice de filtres spectraux selon la revendication 9, comportant au moins quatre filtres spectraux (150.1-150.4) formant un filtre de Bayer.
11. Capteur d'images (1050) comportant au moins une matrice de filtres spectraux (150.1-150.4) selon l'une des revendications 9 ou 10, et une matrice de photodétecteurs (102), chaque photodétecteur (102) étant disposé en regard d'un des filtres spectraux (150.1-150.4) .
12. Capteur d'images (1050) selon la revendication 11, dans lequel la matrice de photodétecteurs (102) est disposée contre un substrat (104) comprenant des circuits de lecture et de traitement numérique et/ou ayant une épaisseur comprise entre environ 100 nm et 500 μm.
13. Capteur d'images (1050) selon l'une des revendications 11 ou 12, comportant en outre une couche (106) à base d'au moins un matériau diélectrique disposée entre la matrice de filtres spectraux (150.1- 150.4) et la matrice de photodétecteurs (102), ou entre la matrice de photodétecteurs (102) et un second substrat (110) .
14. Capteur d'images (1050) selon la revendication 13, dans lequel la couche (106) à base du matériau diélectrique comporte une pluralité de contacts électriques reliés aux photodétecteurs (102) et/ou aux circuits de lecture du substrat (104) et/ou est à base de nitrure de silicium et/ou d'oxyde de silicium et/ou de silicium poreux.
15. Capteur d'images (1050) selon l'une des revendications 11 à 14, comportant en outre une couche de protection (108) à base d'au moins un matériau diélectrique disposée contre la matrice de filtres, ou dans lequel la matrice de filtres est disposée entre deux couches à base d' au moins un matériau diélectrique, d'épaisseur comprise entre environ 10 nm et 500 nm, et d'indice optique n < 1,6.
16. Procédé de réalisation d'un filtre spectral (150.1-150.4), comportant au moins les étapes suivantes :
- structuration d'une couche diélectrique, formant au moins une portion diélectrique entourée par des zones de vides traversant deux faces principales opposées de la couche diélectrique, la portion diélectrique comportant, dans un plan parallèle à un plan de l'une des deux faces principales, au moins une première section rectangulaire dont un premier côté a une dimension comprise entre environ 40 nm et 100 nm, et dont un second côté, perpendiculaire au premier côté, a une dimension comprise entre environ 150 nm et 1000 nm, et une seconde section rectangulaire centrée par rapport à la première section rectangulaire, un premier côté de la seconde section étant parallèle au second côté de la première section et ayant une dimension comprise entre environ 40 nm et 100 nm,
- dépôt d'une couche métallique (101) au moins dans les zones de vide formées dans la couche diélectrique autour de la portion diélectrique,
- planarisation de la couche métallique (101),
- suppression de la portion diélectrique.
17. Procédé de réalisation d'un filtre spectral (150.1-150.4), comportant au moins une étape de gravure d'une couche métallique (101) selon un motif comportant au moins un trou (250.1-250.4) traversant deux faces principales opposées de la couche métallique (101) et comportant, dans un plan parallèle à un plan de l'une des deux faces principales, une première section rectangulaire dont un premier côté a une dimension comprise entre environ 40 nm et 100 nm, et dont un second côté, perpendiculaire au premier côté, a une dimension comprise entre environ 150 nm et 1000 nm, et une seconde section rectangulaire centrée par rapport à la première section rectangulaire, un premier côté de la seconde section étant parallèle au second côté de la première section et ayant une dimension comprise entre environ 40 nm et 100 nm.
18. Procédé selon l'une des revendications 16 ou 17, dans lequel un second côté de la seconde section est perpendiculaire au second côté de la première section et a une dimension comprise entre environ 150 nm et 1000 nm.
19. Procédé selon l'une des revendications 16 à 18, dans lequel les dimensions du premier et/ou du second côté de la seconde section sont différentes des dimensions du premier et/ou du second côté de la première section.
PCT/EP2009/061673 2008-09-11 2009-09-09 Filtre spectral nanostructure et capteur d'images WO2010029097A1 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/061,935 US9122007B2 (en) 2008-09-11 2009-09-09 Nanostructured spectral filter and image sensor
EP09782803.2A EP2324377B1 (fr) 2008-09-11 2009-09-09 Filtre spectral nanostructuré, capteur d'images et procédé de réalisation

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0856103A FR2935809B1 (fr) 2008-09-11 2008-09-11 Filtre spectral nanostructure et capteur d'images
FR0856103 2008-09-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010029097A1 true WO2010029097A1 (fr) 2010-03-18

Family

ID=40640292

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2009/061673 WO2010029097A1 (fr) 2008-09-11 2009-09-09 Filtre spectral nanostructure et capteur d'images

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9122007B2 (fr)
EP (1) EP2324377B1 (fr)
FR (1) FR2935809B1 (fr)
WO (1) WO2010029097A1 (fr)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2816007A1 (fr) 2013-06-20 2014-12-24 STMicroelectronics (Crolles 2) SAS Dispositif afficheur d'image ou dispositif capteur d'image comprenant un filtre spectral nanostructuré
US9122007B2 (en) 2008-09-11 2015-09-01 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Nanostructured spectral filter and image sensor
EP3173829A1 (fr) 2015-11-27 2017-05-31 STmicroelectronics SA Filtre plasmonique

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2954854B1 (fr) * 2009-12-24 2012-05-18 Commissariat Energie Atomique Photodetecteur a structure plasmon
FR2954853B1 (fr) * 2009-12-24 2011-12-09 Commissariat Energie Atomique Photodetecteur a structure plasmon
FR2969284B1 (fr) * 2010-12-17 2012-12-14 Commissariat Energie Atomique Detecteur infrarouge a base de micro-planches bolometriques suspendues
FR2985609B1 (fr) 2012-01-05 2014-02-07 Commissariat Energie Atomique Substrat structure pour leds a forte extraction de lumiere
FR2994602B1 (fr) * 2012-08-16 2014-09-12 Commissariat Energie Atomique Dispositif de filtrage spectral dans les domaines visible et infrarouge
AU2014230750B2 (en) * 2013-03-15 2017-12-14 Forsvarets Forskningsinstitutt Imaging unit
FR3007148B1 (fr) * 2013-06-17 2016-11-25 Centre Nat De La Rech Scient - Cnrs Element de filtrage optique angulaire pour le filtrage angulaire a selectivite angulaire controlee
AU2014292323B2 (en) * 2013-07-18 2018-08-30 Basf Se Solar light management
FR3014245A1 (fr) * 2013-12-04 2015-06-05 St Microelectronics Sa Procede de formation d'un dispositif integre a illumination face arriere comprenant un filtre optique metallique, et dispositif correspondant
EP3660902A1 (fr) * 2014-11-19 2020-06-03 Ams Ag Dispositif à semi-conducteur comprenant une matrice d'ouverture
FR3041772B1 (fr) * 2015-09-30 2018-09-21 St Microelectronics Sa Procede de fabrication d'un filtre spectral nanostructure
EP3419053A1 (fr) 2017-06-21 2018-12-26 Life Technologies GmbH Composant optique ayant un filtre à base de guide d'ondes

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030103150A1 (en) * 2001-11-30 2003-06-05 Catrysse Peter B. Integrated color pixel ( ICP )
WO2006010133A2 (fr) * 2004-07-08 2006-01-26 Ion Optics, Inc. Cristal photonique reglable
US20060273245A1 (en) * 2003-08-06 2006-12-07 University Of Pittsburgh Surface plasmon-enhanced nano-optic devices and methods of making same
US7166797B1 (en) * 2001-08-23 2007-01-23 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Tandem filters using frequency selective surfaces for enhanced conversion efficiency in a thermophotovoltaic energy conversion system
WO2007118895A1 (fr) * 2006-04-19 2007-10-25 Commissariat A L'energie Atomique Filtre spectral micro-structure et capteur d'images

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2769111A (en) 1951-07-25 1956-10-30 Philco Corp Optical system
US6208404B1 (en) 1996-05-16 2001-03-27 Tryonics Corporation Black matrix
US6057586A (en) * 1997-09-26 2000-05-02 Intel Corporation Method and apparatus for employing a light shield to modulate pixel color responsivity
US6040936A (en) 1998-10-08 2000-03-21 Nec Research Institute, Inc. Optical transmission control apparatus utilizing metal films perforated with subwavelength-diameter holes
DE60333715D1 (de) 2002-10-30 2010-09-23 Hitachi Ltd Verfahren zur Herstellung funktioneller Substrate, die kolumnare Mikrosäulen aufweisen
AU2003300371A1 (en) 2002-12-20 2004-07-22 Minerva Biotechnologies Corporation Optical devices and methods involving nanoparticles
FR2861183B1 (fr) 2003-10-15 2006-01-21 Thales Sa Elements d'optique diffractive de type binaire pour une utilisation sur une large bande spectrale
JP2005181979A (ja) 2003-11-28 2005-07-07 Nippon Sheet Glass Co Ltd 多層構造体およびその製造方法
FR2935809B1 (fr) 2008-09-11 2011-08-05 Commissariat Energie Atomique Filtre spectral nanostructure et capteur d'images

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7166797B1 (en) * 2001-08-23 2007-01-23 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Tandem filters using frequency selective surfaces for enhanced conversion efficiency in a thermophotovoltaic energy conversion system
US20030103150A1 (en) * 2001-11-30 2003-06-05 Catrysse Peter B. Integrated color pixel ( ICP )
US20060273245A1 (en) * 2003-08-06 2006-12-07 University Of Pittsburgh Surface plasmon-enhanced nano-optic devices and methods of making same
WO2006010133A2 (fr) * 2004-07-08 2006-01-26 Ion Optics, Inc. Cristal photonique reglable
WO2007118895A1 (fr) * 2006-04-19 2007-10-25 Commissariat A L'energie Atomique Filtre spectral micro-structure et capteur d'images

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BARNESW L ET AL: "Surface plasmon subwavelength optics", NATURE, NATURE PUBLISHING GROUP, LONDON, UK, vol. 424, 14 August 2003 (2003-08-14), pages 824 - 830, XP007901985, ISSN: 0028-0836 *
DEGIRON A ET AL: "Optical transmission properties of a single subwavelength aperture in a real metal", OPTICS COMMUNICATIONS, NORTH-HOLLAND PUBLISHING CO. AMSTERDAM, NL, vol. 239, no. 1-3, 1 September 2004 (2004-09-01), pages 61 - 66, XP004527430, ISSN: 0030-4018 *
DEGIRON A ET AL: "The role of localized surface plasmon modes in the enhanced transmission of periodic subwavelength apertures; The role of localized surface plasmon modes in the enhanced transmission of periodic subwavelength apertures", JOURNAL OF OPTICS. A, PURE AND APPLIED OPTICS, INSTITUTE OF PHYSICS PUBLISHING, BRISTOL, GB, vol. 7, no. 2, 1 February 2005 (2005-02-01), pages S90 - S96, XP020093050, ISSN: 1464-4258 *
VAN NIEUWSTADT J A H ET AL: "Strong modification of the nonlinear optical response of metallic subwavelength hole arrays", PHYSICAL REVIEW LETTERS APS USA, vol. 97, no. 14, 6 October 2006 (2006-10-06), pages 146102/1 - 4, XP002530460, ISSN: 0031-9007 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9122007B2 (en) 2008-09-11 2015-09-01 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Nanostructured spectral filter and image sensor
EP2816007A1 (fr) 2013-06-20 2014-12-24 STMicroelectronics (Crolles 2) SAS Dispositif afficheur d'image ou dispositif capteur d'image comprenant un filtre spectral nanostructuré
EP3173829A1 (fr) 2015-11-27 2017-05-31 STmicroelectronics SA Filtre plasmonique
FR3044431A1 (fr) * 2015-11-27 2017-06-02 St Microelectronics Sa Filtre plasmonique
US9810823B2 (en) 2015-11-27 2017-11-07 Stmicroelectronics (Crolles 2) Sas Plasmonic filter

Also Published As

Publication number Publication date
US20110216229A1 (en) 2011-09-08
EP2324377A1 (fr) 2011-05-25
EP2324377B1 (fr) 2013-06-05
FR2935809B1 (fr) 2011-08-05
US9122007B2 (en) 2015-09-01
FR2935809A1 (fr) 2010-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2324377B1 (fr) Filtre spectral nanostructuré, capteur d&#39;images et procédé de réalisation
EP2010947B1 (fr) Filtre spectral micro-structure et capteur d&#39;images
EP2390689B1 (fr) Filtre optique propre à traiter un rayonnement d&#39;indicence variable et détecteur comprenant un tel filtre
EP3239671B1 (fr) Dispositif de detection de rayonnement electromagnetique a structure d`encapsulation comportant au moins un filtre interferentiel
FR3065132B1 (fr) Dispositif et procede d&#39;imagerie multispectrale dans l&#39;infrarouge
EP2786105B1 (fr) Detecteur infrarouge a base de micro-planches bolometriques suspendues
FR3083645A1 (fr) Detecteur bi-spectral ameliore
EP2698654A1 (fr) Dispositif de filtrage spectral dans les domaines visible et infrarouge
WO2015169761A1 (fr) Dispositif de filtrage optique comportant des cavites fabry-perot a couche structuree et d&#39;epaisseurs differentes
EP3449228B1 (fr) Dispositif d&#39;imagerie multispectrale
EP2161751A1 (fr) Capteur d&#39;images cmos a reflexion lumineuse
EP3579028A1 (fr) Capteurs d&#39;images comprenant une matrice de filtres interférentiels
EP3836214B1 (fr) Capteur de lumiere
FR2964795A1 (fr) Photodetecteur et matrice de détection correspondante
WO2015004235A1 (fr) Photodetecteur semi-transparent a jonction p-n structuree
FR3069956A1 (fr) Detecteur infrarouge ameliore
FR3102633A1 (fr) Capteur d&#39;images
EP4264669A1 (fr) Photodétecteur multispectral infrarouge
FR3143779A1 (fr) Filtre polariseur et capteur d’images polarimétrique intégrant un tel filtre
FR3143738A1 (fr) Capteur d’images polarimétrique
FR3143737A1 (fr) Capteur d’images polarimétrique

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09782803

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2009782803

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13061935

Country of ref document: US