[发明专利]图像传感器

说明书

技术领域

概括地说，本发明的示例性实施例涉及电磁辐射的传感器，更具体地， 涉及能够检测在多个不同波长带(多色)中的光的固态图像传感器阵列。

背景技术

二维像素阵列光传感器可与色彩滤波器阵列一起使用，以用于实现多 色检测和成像。

此外，由于色彩的检测基于半导体基底中光敏感区域或像素的深度， 所以存在不需要色彩滤波器的光传感器阵列。这些类型的传感器可依赖于 取决于波长的硅(Si)吸收系数。

先前已经描述过以整体结构创建从而形成两个二极管的双层光电二极 管，其中上二极管具有相对薄的有源区域，下二极管具有相对厚的有源区 域。将要测量波长的光导指向上二极管上。选择第一二极管的厚度，使得 在要测量的光波长的频谱中，最短波长的能量完全被吸收于第一二极管中。 在辐射波长增加时，上二极管的吸收按指数减少，并且未吸收的光通过薄 有源区域发送至下二极管的厚有源区域，在该下二极管的厚有源区域该未 吸收的光被吸收。选择下二极管的有源区域的厚度，使其吸收在要测量的 频谱中最长波长的基本所有能量。在每个二极管中对光子能量的吸收建立 了在其中的光子孔对，这在每个二极管内生成与吸收的能量成比例的导电 率的改变。由于两个二极管的导电率的差是入射光的波长的函数，在波长 改变时，在两个二极管的导电率的变化之间的差除以导电率变化的总和是 作为入射光的波长的单值函数的函数，并且这独立于入射光的强度。与双 层二极管连接的测量电路提供对波长的直接读取。

图1示出随波长而变的硅(Si)吸收系数。

已经描述了一种数字成像器装置，其使用不同波长的光在硅中吸收长 度的差，以用于色彩分离。据说，优选的成像阵列基于使用三阱结构的三 色像素传感器。据说，所述阵列会通过测量相同位置中每个像素的三个主 要色彩(RGB)的每个来导致对色彩混淆的消除。

图2示出使用三阱结构的三色像素传感器。

图3示出绘制Si中的光吸收长度相比于波长的图。

二维1比特接收器阵列被描述为数字膜传感器(DFS)，这是被定义 为比550nm艾里斑(Airy disk)直径更小的深SDL(亚衍射极限)像素的 阵列，其中每个像素的大小为微米的一部分。尽管若干光电子可有助于推 出在某一阈值以上的输出信号，但期望最终为单个光电子敏感度。据说， 针对全阱容量和动态范围，仅需要检测单光电子的像素具有比传统图像传 感器中的模拟像素更低的性能需求。这些专用像素已经被称为“丁点 (jot)”。

据说，丁点(jot)的方案可通过构成具有超高转换增益(低容量)的 传统有源像素来实现。据说，其他方法包括使用雪崩或影响电离子效应， 以实现像素中增益，以及量子点的可能应用以及其他纳米电子设备。可以 说，堆栈结构也是可能的。

在操作中，在曝光周期的开始，丁点(jot)可重设为逻辑′0′。如果 它随后在曝光期间由光子命中，则丁点(jot)被立即或在读出时设置为逻 辑′1′。由于“模数”转换分辨率的单比特特征，认为可实现高的行读出速 率。

据说，可通过类似于当前的色彩图像传感器的方式处理色彩。即，丁 点(jot)可通过色彩滤波器覆盖。这样，可单独对待红(R)、绿(G) 和蓝(B)丁点(jot)，并且稍后，将数字显影的图像合并以形成传统的 RGB图像。R、G和B丁点(jot)不需要以相同空间频率呈现。

发明内容

根据本发明的示例性实施例，克服了上述和其他问题，并实现了其他 优点。

在其一方面，本发明的示例性实施例提供一种装置，包括：安置于具 有光接收表面的基底中的光接收器三维阵列，其中与安置为距离光接收表 面更远的光接收器相比，安置为距离光接收表面更近的光接收器响应于具 有更短波长的光，以及其中每个光接收器被配置为输出二元值并通过至少 一个光子的吸收在截断状态和导通状态之间改变状态。