[发明专利]具有通过倒锥体提高的量子效率的图像传感器

说明书

具有通过倒锥体提高的量子效率的图像传感器包括半导体衬底和多个微透镜。半导体衬底包括像素阵列。每个像素用于将入射在像素上的光转换为电输出信号，半导体衬底具有用于接收光的顶表面。顶表面在每个像素中形成多个倒锥体。多个微透镜设置在顶表面上方并且分别与多个倒锥体相对准。

技术领域

本公开涉及图像传感器技术领域，更特别地涉及通过倒锥体提高量子效率的图像传感器。

背景技术

图像传感器，诸如电荷耦合器件(CCD)图像传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，将入射光转换为电荷。图像传感器的量子效率是在图像传感器中产生电荷载流子的入射光子的百分比。对于一个图像传感器的每个像素，量子效率由多个因素的组合定义，包括入射光被引导到像素的光电二极管的效率(即外部量子效率)和光电二极管将光子转换为电荷载流子的效率(即内部量子效率)。因此，图像传感器的量子效率可以取决于例如入射光的波长、图像传感器的材料特性、结合在像素中的滤色器的性能(至少在彩色图像传感器的情况下)以及像素的光电二极管与微透镜之间的几何关系，微透镜用于将入射光聚焦到光电二极管上。

当图像传感器被部署在弱光条件下时，图像传感器的量子效率可能是实现期望性能的关键参数。一个这样的示例是用于对红外光谱中的场景成像的夜视相机。相关的示例是昼夜监控，其中同一台相机用于(a)在白天，基于可见光对场景进行成像和(b)在夜间，基于红外光对黑暗处的同一场景进行成像，红外光在图像传感器的半导体材料中转换为电荷的效率较低。

发明内容

在一个实施例中，具有通过倒锥体而增强的量子效率的图像传感器包括半导体衬底和多个微透镜。半导体衬底包括像素阵列。每个像素用于将入射在像素上的光转换为电输出信号，半导体衬底具有用于接收光的顶表面。顶表面在每个像素中形成多个倒锥体。多个微透镜设置在顶表面上方并且分别与多个倒锥体相对准。

附图说明

图1示出了根据实施例的具有通过每个像素的多个倒锥体和相应的多个微透镜而增强的量子效率的图像传感器。

图2和图3进一步详细示出了图1的图像传感器。

图4示出了图像传感器的配置，其中每个像素仅具有一个倒锥体和一个微透镜。

图5示出了另一图像传感器的配置，其中每个像素仅具有一个倒锥体和一个微透镜，但是其中微透镜已经收缩以更紧密地聚焦近红外光。

图6示出了图像传感器的配置，其中每个像素具有多个倒锥体，但仅一个微透镜。

图7示出了根据实施例的近红外优化图像传感器，其中每个像素具有多个倒锥体和相应的多个微透镜。

图8是根据实施例的具有100％填充因子的微透镜阵列的俯视图。

图9示出了根据实施例的近红外优化图像传感器，其中每个像素具有多个倒锥体和相应的多个微透镜，其中每个倒锥体被平面表面包围。

图10是图9的半导体衬底的一个示例的像素的俯视图。

图11是图9的半导体衬底的另一示例的像素的俯视图。

图12和图13示出了根据实施例的彩色图像传感器，其具有通过每个像素的多个倒锥体和相应的多个微透镜而增强的量子效率。

图14示出了根据实施例的彩色图像传感器，其具有通过每个像素的多个倒锥体和相应的多个微透镜而增强的量子效率，其中，对于所有像素，微透镜是相同的。

图15示出了根据实施例的另一彩色图像传感器，其具有通过每个像素的多个倒锥体和相应的多个微透镜而增强的量子效率，其中，微透镜被定制以针对每种颜色独立地优化量子效率增强。

图16是图14的图像传感器的示例的对于不同的微透镜高度，对于近红外光和绿光的量子效率的图。