[发明专利]光捕获图像传感器

说明书

光捕获图像传感器包括像素阵列和透镜阵列。像素阵列形成在半导体衬底内和半导体衬底上，并且包括光敏像素，每个光敏像素包括反射材料，反射材料形成围绕半导体材料的一部分的腔以至少部分地捕获进入腔的光。腔在半导体衬底的光接收表面处具有顶板，并且顶板形成用于将光接收到腔中的孔。透镜阵列设置在像素阵列上。透镜阵列的每个透镜与相应腔的孔对准，以将光通过孔聚焦到腔中。

技术领域

本公开涉及图像传感器技术领域，尤其涉及一种光捕获图像传感器。

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，与光电二极管材料的吸收系数直接相关)。内部量子效率由光电二极管的材料和入射光的波长确定。最广泛使用的图像传感器是基于硅的CMOS图像传感器。在硅的情况下，内部量子效率在整个可见光谱中都超过80％，但是当光的波长超过1000纳米时，内部量子效率会急剧下降。

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，至少对于基于硅的图像传感器，红外光在图像传感器中转换为电荷的效率较低。

发明内容

在一个实施例中，光捕获图像传感器包括像素阵列和透镜阵列。像素阵列形成在半导体衬底内和半导体衬底上，并且包括光敏像素，每个光敏像素包括反射材料，反射材料在半导体材料的一部分的周围形成腔，以至少部分地捕获进入腔的光。腔在半导体衬底的光接收表面处具有顶板，并且顶板形成用于将光接收到腔中的孔。透镜阵列设置在像素阵列上。透镜阵列的每个透镜与相应腔的孔对准，以将光通过孔聚焦到腔中。

附图说明

图1、2和3示出了根据实施例的光捕获图像传感器。

图4A和图4B示出了根据实施例的配备有100％填充因子微透镜阵列的光捕获图像传感器。

图5A和图5B示出了根据实施例的配备有低于100％的填充因子微透镜阵列的光捕获图像传感器。

图6A和图6B示出了根据实施例的具有微球阵列的光捕获图像传感器。

图7A和图7B示出了根据实施例的具有滤色微球阵列的光捕获彩色图像传感器。

图8A和图8B示出了根据实施例的具有分离的微球和滤色器阵列的光捕获彩色图像传感器。

图9A和图9B示出了根据实施例的具有分离的微透镜和滤色器阵列的光捕获彩色图像传感器。

图10示出了根据实施例的具有腔顶板和底板的光捕获图像传感器，腔顶板和底板具有锯齿状的表面轮廓以引入腔内部的光传播的随机化。

图11示出了根据实施例的腔壁，具有突出到腔中的多个锥体。

图12示出了根据实施例的具有延伸到腔中的低n电介质锥体的光捕获图像传感器。

图13示出了根据实施例的利用低n电介质和金属的组合来形成腔的光捕获像素。

图14示出根据实施例的用于制造光捕获图像传感器的方法。

图15是图6的图像传感器的示例的模拟量子效率的图。

图16是图4和5的图像传感器的示例的模拟量子效率的曲线图。

具体实施方式