[发明专利]一种近红外图像传感器结构及其制作方法

说明书

本发明提供一种近红外图像传感器结构及其制作方法，该结构包括近红外光转换层及光电二极管层，近红外光转换层包括稀土上转换纳米发光材料以将近红外光转化为可见光，光电二极管层位近红外光转换层下方以响应近红外光转换层发出的可见光。本发明通过引入稀土上转换纳米材料作为感光材料，利用其优异的上转换发光性能，将近红外光的光信号转化为可见光的光信号，并通过发光二极管将可见光的光信号转化为电信号以生成图像信号，可以拓宽CMOS图像传感器的光响应范围，实现CMOS图像传感器在近红外领域的应用。本发明的制作方法形成的近红外光转换层中，稀土上转换纳米材料能够以稳定形式存在，能够满足稀土上转换纳米材料的器件应用。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，涉及一种近红外图像传感器结构及其制作方法。

背景技术

“近红外光”（简称NIR）是通常指波长范围介于700 nm-2500 nm之间的电磁波。对于基于硅的CMOS来说能够响应的最大波长约为1100 nm，也就是说，CMOS图像传感器对于波长超过1100 nm的电磁波，是没有响应的。由于人眼只对400-700 nm的电磁波敏感，近红外波段的光信号，人眼是不可见（或者人眼响应非常弱），但在很多应用中却非常有用，如具有夜视功能的安防相机或者近红外医学成像技术。

因此，如何拓宽CMOS图像传感器的光响应范围，实现图像传感器在近红外领域的应用，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种近红外图像传感器结构及其制作方法，用于解决现有技术CMOS图像传感器的光响应范围较窄的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种近红外图像传感器结构，包括：

近红外光转换层，包括绝缘层及位于所述绝缘层中的多个感光槽，所述感光槽中设有稀土上转换纳米发光材料以将近红外光转化为可见光；

光电二极管层，位于所述近红外光转换层下方，用于响应所述近红外光转换层发出的可见光。

可选地，所述稀土上转换纳米发光材料包含稀土上转换纳米颗粒，所述稀土上转换纳米颗粒包括核结构、核壳结构及核多壳结构中的一种或多种。

可选地，所述稀土上转换纳米发光材料包括绝缘基质及掺杂稀土离子，所述掺杂稀土离子包括Yb³⁺、Tm³⁺、Er³⁺、Nd³⁺、Gd³⁺、Lu³⁺、Tb³⁺、Eu³⁺、Sm³⁺及Dy³⁺中的一种或者多种。

可选地，所述绝缘基质包括NaReF₄基质。

可选地，所述近红外图像传感器结构还包括导电互连层及透镜层，所述导电互连层位于所述近红外光转换层与所述光电二极管层之间，所述透镜层位于所述近红外光转换层上方。

本发明还提供一种近红外图像传感器结构的制作方法，包括以下步骤：

形成光电二极管层；

形成近红外光转换层于所述光电二极管层上方，所述近红外光转换层包括绝缘层及位于所述绝缘层中的多个感光槽，所述感光槽中设有稀土上转换纳米发光材料以将近红外光转化为可见光，所述光电二极管层用于响应所述近红外光转换层发出的可见光。

可选地，形成所述近红外光转换层包括以下步骤：

形成所述绝缘层；

形成多个所述感光槽于所述绝缘层中；

于所述感光槽中形成所述稀土上转换纳米发光材料。

可选地，于所述感光槽中形成所述稀土上转换纳米发光材料包括以下步骤：