[发明专利]制作在传感器表面的可提高光传感器灵敏度的结构

说明书

本发明公开了制作在传感器表面的可提高光传感器灵敏度的结构。本发明利用CMOS传感器的感光像素中的无效面积，通过在金属膜上制作一些特别设计的微纳结构，可以使局部透过率大大增强，使光信号在穿过金属膜后将无效面积的光照有效聚集到有效感光位置，从而提高传感器的灵敏度。该特别设计的微纳结构可以方便地覆盖在光电探测器、传感器、影像器等部件的表面，达到提高其灵敏度的效果。本发明也适用于其他芯片/结构/器件的有效透光效率增加。

技术领域

本发明涉及基于表面等离子波的金属膜增透设计方法和微纳结构，特别是一种制作在传感器表面的可提高光传感器灵敏度的结构。

背景技术

如何提高CMOS等光电传感器的灵敏度是科技工作者的不懈追求。当前广泛使用的CMOS等光电传感器的一个难以避免的问题在于：在每一个物理像素内都只有部分面积是有效感光面积，其他无效面积被用于制备与感光部分相配套的驱动电路、电流导线等，照射在这部分面积上的光的能量没有被有效接收，造成了浪费。尽管近年来人们通过不懈努力，有效地降低了无效面积所占的比例，但是限于物理原因，总是无法100%的利用一个像素内的全部物理面积，部分传感器的无效面积甚至占到了总像素面积的70%左右。这也是限制这些光电传感器灵敏度的一个重要因素。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于表面等离子波原理对入射光信号进行局部增透的金属膜微纳结构，以充分利用CMOS等光电传感器像素的无效面积，从而达到提高灵敏度的效果。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种制作在传感器表面的可提高光传感器灵敏度的结构， CMOS光电传感器或光学镜头表面镀有一层金属膜，光学镜头放置在CMOS光电传感器上，金属膜上按阵列分布若干个子结构，每个子结构由中心过孔与一系列同心环组成；每个子结构一一对应于CMOS光电传感器的物理像素，此时阵列结构的几何尺寸周期与CMOS光电传感器的物理像素几何尺寸周期相同或相近；子结构包括透光部分和不透光部分，光电传感器物理像素的有效感光部分和子结构的透光部分相对应，从而不会影响原有的感光效果；同时，物理像素的无效感光部分和子结构的不透光部分相对应，并通过子结构的不透光部分的环结构激发表面等离子波，以把这部分光的能量部分搜集起来并从子结构的透光部分透射过去，从而达到增透的效果。

中心过孔深度与金属膜厚度相同，同心环蚀刻深度小于等于金属膜厚度一半，其中金属膜厚度在入射光波长量级。

中心过孔深度与金属膜厚度相同，最靠近中心过孔的环蚀刻深度为膜厚度，其中金属膜厚度在入射光波长量级。

外围周期同心环结构的形状为圆形、三角形、正方形、菱形或其他几何形状。

金属膜使用银、金、铜、铝或其他可在相应的电磁波段激发表面等离子波的金属或其他材料来制备。

本发明与现有技术相比，其显著效果是：1）对有效透光能量有增强聚集的效果，可以使得光电传感器采集到更微弱的光信号，提高其灵敏度。2）结构尺寸适合当前主流CMOS等光电传感器的像素点大小，可以充分利用像素的无效感光区域，使得该结构更加方便应用于现在主流的器件。3）该结构对依附体无高要求，在应用时并不需要为此改变现有光电传感器的结构和设计，使用时只需在现有器件的芯片表面镀膜形成微纳结构图形，或在光电传感器附带的光学镜头上镀膜形成微纳结构图形，或在透明的基底材料上镀膜形成微纳结构图形后再贴在传感器芯片或镜头表面，使用方便，成本低，效果佳，稳定性高。

附图说明

图1是单孔结构示意图。

图2是单孔单环结构示意图。

图3是单孔双环结构示意图。

图4是单孔三环结构示意图。

图5是单孔阵列结构示意图。

图6是单孔单环阵列结构示意图。