專利名稱：圖像傳感器的制作方法
技術領域：
概括地說，本發(fā)明的示例性實施例涉及電磁輻射的傳感器，更具體地，涉及能夠檢測在多個不同波長帶(多色)中的光的固態(tài)圖像傳感器陣列。
背景技術：
二維像素陣列光傳感器可與色彩濾波器陣列一起使用，以用于實現(xiàn)多色檢測和成像。此外，由于色彩的檢測基于半導體基底中光敏感區(qū)域或像素的深度，所以存在不需要色彩濾波器的光傳感器陣列。這些類型的傳感器可依賴于取決于波長的硅(Si)吸收系數(shù)。先前已經(jīng)描述過以整體結構創(chuàng)建從而形成兩個二極管的雙層光電二極管，其中上二極管具有相對薄的有源區(qū)域，下二極管具有相對厚的有源區(qū)域。將要測量波長的光導指向上二極管上。選擇第一二極管的厚度，使得在要測量的光波長的頻譜中，最短波長的能量完全被吸收于第一二極管中。在輻射波長增加時，上二極管的吸收按指數(shù)減少，并且未吸收的光通過薄有源區(qū)域發(fā)送至下二極管的厚有源區(qū)域，在該下二極管的厚有源區(qū)域該未吸收的光被吸收。選擇下二極管的有源區(qū)域的厚度，使其吸收在要測量的頻譜中最長波長的基本所有能量。在每個二極管中對光子能量的吸收建立了在其中的光子孔對，這在每個二極管內(nèi)生成與吸收的能量成比例的導電率的改變。由于兩個二極管的導電率的差是入射光的波長的函數(shù)，在波長改變時，在兩個二極管的導電率的變化之間的差除以導電率變化的總和是作為入射光的波長的單值函數(shù)的函數(shù)，并且這獨立于入射光的強度。與雙層二極管連接的測量電路提供對波長的直接讀取。圖1示出隨波長而變的硅(Si)吸收系數(shù)。已經(jīng)描述了一種數(shù)字成像器裝置，其使用不同波長的光在硅中吸收長度的差，以用于色彩分離。據(jù)說，優(yōu)選的成像陣列基于使用三阱結構的三色像素傳感器。據(jù)說，所述陣列會通過測量相同位置中每個像素的三個主要色彩(RGB)的每個來導致對色彩混淆的消除。圖2示出使用三阱結構的三色像素傳感器。圖3示出繪制Si中的光吸收長度相比于波長的圖。二維1比特接收器陣列被描述為數(shù)字膜傳感器(DFS)，這是被定義為比550nm艾里斑(Airy disk)直徑更小的深SDL(亞衍射極限)像素的陣列，其中每個像素的大小為微米的一部分。盡管若干光電子可有助于推出在某一閾值以上的輸出信號，但期望最終為單個光電子敏感度。據(jù)說，針對全阱容量和動態(tài)范圍，僅需要檢測單光電子的像素具有比傳統(tǒng)圖像傳感器中的模擬像素更低的性能需求。這些專用像素已經(jīng)被稱為“丁點(jot)”。據(jù)說，丁點(jot)的方案可通過構成具有超高轉(zhuǎn)換增益(低容量)的傳統(tǒng)有源像素來實現(xiàn)。據(jù)說，其他方法包括使用雪崩或影響電離子效應，以實現(xiàn)像素中增益，以及量子點的可能應用以及其他納米電子設備?？梢哉f，堆棧結構也是可能的。
在操作中，在曝光周期的開始，丁點(jot)可重設為邏輯'0'。如果它隨后在曝光期間由光子命中，則丁點(jot)被立即或在讀出時設置為邏輯'1'。由于“模數(shù)”轉(zhuǎn)換分辨率的單比特特征，認為可實現(xiàn)高的行讀出速率。據(jù)說，可通過類似于當前的色彩圖像傳感器的方式處理色彩。S卩，丁點(jot)可通過色彩濾波器覆蓋。這樣，可單獨對待紅(R)、綠(G)和藍(B) 丁點(jot)，并且稍后，將數(shù)字顯影的圖像合并以形成傳統(tǒng)的RGB圖像。R、G和B 丁點(jot)不需要以相同空間頻率呈現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，克服了上述和其他問題，并實現(xiàn)了其他優(yōu)點。在其一方面，本發(fā)明的示例性實施例提供一種裝置，包括安置于具有光接收表面的基底中的光接收器三維陣列，其中與安置為距離光接收表面更遠的光接收器相比，安置為距離光接收表面更近的光接收器響應于具有更短波長的光，以及其中每個光接收器被配置為輸出二元值并通過至少一個光子的吸收在截斷狀態(tài)和導通狀態(tài)之間改變狀態(tài)。在其另一方面，本發(fā)明的示例性實施例提供一種方法，包括照亮包括光接收器三維陣列的基底的光接收表面，其中與比安置在χ-y面中距離光接收表面更遠的光接收器相比，安置在χ-y面中距離光接收表面更近的光接收器響應于具有更短波長的光，并且其中每個光接收器被配置為輸出二元值并通過至少一個光子的吸收在截斷狀態(tài)和導通狀態(tài)之間改變狀態(tài)。所述方法還包括在曝光時間段的末尾，從安置于三維陣列中的至少兩個不同 χ-y面中的光接收器讀出二元值。


當結合附圖閱讀時，在優(yōu)選實施例的以下具體實施方式
中可使得本發(fā)明的當前優(yōu)選實施例的以上和其他方面變得更加清楚，其中圖1示出繪出隨波長而變的硅(Si)吸收系數(shù)的圖；圖2以截面圖示出使用三阱結構的三色像素傳感器；圖3示出繪出Si中的光吸收長度相比于波長的圖；圖4A、4B和4C(統(tǒng)稱為圖4)分別是根據(jù)本發(fā)明的示例性方面的光傳感器的簡化擴大頂面圖、截面圖和正視圖；圖5示出實現(xiàn)圖4的光傳感器的接收器2的一個適當和非限制類型的電路；圖6示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例可被構成以包括圖像傳感器的設備的框圖；圖7A和7B (統(tǒng)稱為圖7)分別是圖4的圖像傳感器的部分截面圖，其中圖7A示出根據(jù)主光線角(CRA)優(yōu)化接收器表面連接的一個示例性實施例，圖7B示出將接收器層偏移取決于CRA的量的另一示例性實施例；圖8是繪出數(shù)據(jù)元素曝光相比于曝光時間(都以任意單位)的圖，并且用于理解圖4所示的圖像傳感器的操作；以及圖9是根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的邏輯流程圖，其描述方法的操作，以及計算機程序指令的執(zhí)行。
具體實施例方式本發(fā)明的示例性實施例至少部分地涉及成像傳感器技術，例如在彩色相機中使用的技術。如上所述，一些當前的彩色相機傳感器通過使用二維像素陣列來實現(xiàn)，二維像素陣列通過存儲進入光生成的電荷來測量光級。在像素陣列和進入光之間安置的色彩濾波器陣列使得像素陣列能夠檢測色彩。存儲的電荷可通過使用浮動擴散和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)電路來數(shù)字化。然后，處理檢測的圖像(多個)，并且結果是存儲的圖像或視頻。存在與傳統(tǒng)圖像傳感器技術相關的多個問題。例如，色彩精度可能小于最佳，這是因為典型地，僅使用三個不同的色彩濾波器。然而，增加色彩濾波器的數(shù)目減少了分辨率。 此外，由于在濾波器中存在光損失，導致不可用于成像目的的光子的損失，所以色彩濾波器可降低傳感器的敏感度。由于每個像素需要相當多的晶體管，所以還難以增加圖像分辨率， 從而設置針對像素區(qū)域和像素間間隔的最小閾值。用于電荷的存儲空間也是問題，因為小區(qū)域僅存儲某個最大量的光誘導電荷，從而減少了被檢測的像素值的動態(tài)范圍。相機傳感器的生產(chǎn)成品率也是問題，因為一些有缺陷的像素的存在可導致圖像退化。參照圖4A、4B和4C，本發(fā)明的示例性實施例提供光傳感器(傳感器陣列)1，其包含配置為光傳感器的三維陣列的大量1比特光接收器2。三維陣列組織成沿著陣列的χ軸的i個光接收器2，沿著陣列的y軸的j個光接收器2，以及沿著陣列的ζ軸的k個光接收器 2，其中i可以等于或不等于j，以及其中i和j可分別大于k。k個1比特光接收器2可看作從傳感器1的光接收表面IA垂直堆疊至基底3 (可能是硅基底)的深度。由于取決于波長的硅吸收系數(shù)，特定光接收器2位于基底3越深(即其更進一步遠離于光接收表面1A)， 到達它的并且可被吸收和檢測的光的波長越長。作為例子，傳感器1可響應于從紫外(UV) 延伸到紅外(IR)的波長范圍內(nèi)的電磁輻射，并因此可以涵蓋從大約4X10、(和更短)到大約7X10_Tm(和更長)的范圍內(nèi)的波長。可在光接收表面IA和要成像的情景之間安置可選的透鏡(圖4中未示出)。特定接收器2的二元值(1或0)指示接收器的狀態(tài)(開啟或截斷)。通過處理所檢測的接收器值并基于那些接收器值計算圖像(分辨率和色彩)，將傳感器陣列1看到的情景轉(zhuǎn)換成圖像。接收器的特定層中(即接收器的特定x_y平面中)的接收器2的χ和y維度對應于進入波長的特定范圍，因此建立對于特定色彩范圍敏感的接收器層。ζ維度對應于每一層置于另一層之上的多個接收器層。還存在多個類似層。例如，并且依賴于基底3的材料的波長吸收特征和接收器2的x-y平面之間的間隔，可存在兩個或更多個鄰近層，它們響應于例如認為位于電磁頻譜的藍、綠或紅色部分的光。在本發(fā)明的示例性實施例中，i和j都可具有大約IO6的值，而k可具有大約IO2 或更小的值，并且每個接收器2能夠存儲1比特值(0或1)。入射光的波長限定光進入傳感器多深。光到達的方向假設在傳感器1的視場(FOV)內(nèi)。接收器2的大小和形式可改變。例如，在一個非限制性示例性實施例中，每個接收器2可具有基本立方體形狀(每個面近似正方形)，并且每個接收器2可具有大約相同尺寸。在其他示例性實施例中，接收器2的形狀可近似三維矩形結構，如圖4所示。在一些實施例中，有利地，距離光接收表面IA更遠的接收器2比距離光接收表面IA更近的那些接收器2更厚(在ζ軸上具有更大的輻度)。在一些實施例中，還有利地，在傳感器1的中心區(qū)域中的接收器2小于更接近于邊緣的接收器2 (在圖像邊緣或接近圖像邊緣的那些接收器)O在一些實施例中，有利地，優(yōu)化接收器2的形狀，從而在傳感器1的最頂層的那些接收器2最小，尺寸基于朝向接收器的最底層的進入光的角度而增加。這樣，可規(guī)避使用微透鏡或類似系統(tǒng)將光引向接收器2的最底層的需求。當然，由于存在不同材料，這個實施例考慮了光的折射。圖7A和7B分別是圖4的圖像傳感器的部分截面圖，其中圖7A示出根據(jù)主光線角 (CRA)優(yōu)化接收器表面連接的一個示例性實施例，圖7B示出根據(jù)CRA偏移(橫向偏置)接收器層的另一示例性實施例。光學系統(tǒng)中的主光線是在對象的邊緣處開始，并通過孔徑光闌的中心的子午光線。這個光線跨過瞳孔位置處的光軸。由此，主光線可認為等同于針孔攝像機中的光線。圖像位置處的主光線和光軸之間的距離定義了圖像的尺寸。圖7A的實施例中，對于各個層中的接收器2的頂表面(光接收表面1A)連接或接觸IC可使用通孔IB (僅示出其中幾個)來構成。在這個情況下，可通過使得接觸IC集中靠近光接收表面IA的外圍，來以相對于CRA的優(yōu)化方式構成接觸IC的頂表面排列。在圖 7B中，同樣根據(jù)CRA，相對于其他層中的接收器2橫向偏移給定層的接收器2。注意，盡管圖7A中的鄰近層中的接收器2也示出為橫向偏移，但是在其他實施例中，它們也可被排列為直接一個位于另一個之下(即彼此垂直對齊)。還注意，在一些實施例中，僅一部分層中的接收器可在層之間橫向偏移，而其他層中，接收器可以一個位于另一個之下并垂直對齊， 如圖4A和4B所示。還注意，在這些示例性實施例的范圍內(nèi)，當設計接收器2的安排和/或尺寸時，還考慮半導體基底(例如Si基底)中的光的折射以及從基底中的光的入射角度(圖7A和7B 中的虛線所示)的角度改變?；趥鞲衅鞯牟牧?例如硅)中的光吸收屬性和所期望的在不同波長處的檢測精度，來定義層的厚度。一個非限制性方法是使得接收器2的厚度(和/或ζ軸接收器的數(shù)目k)空間地改變(例如，中心區(qū)域沿著ζ軸可包含相比于在傳感器1的邊緣/拐角區(qū)域更多和更薄的接收器2)。接收器2可在不同層具有不同尺寸(例如見圖4B、7A和7B)。例如，綠光吸收層 (吸收可見綠色的波長的層)可使用比紅、藍或頂響應層更多(和物理上更小)的接收器 2。在操作期間，將傳感器陣列1的個體接收器2重設為已知狀態(tài)(0或1)。當光侵入傳感器陣列1時，光通過被接收器2中的一部分(在圖1和3所示的隨波長而變的深度處選擇性地)吸收，并改變那些接收器的狀態(tài)(1或0)。在一個時間段之后，傳感器陣列2 捕獲了大量光子，并且若干可能相應的大量接收器2經(jīng)歷了狀態(tài)的改變。在存在具有值的多個接收器2 (1或0，即已經(jīng)從初始重設狀態(tài)改變狀態(tài)的接收器)時，則光子將侵入仍在重設狀態(tài)的接收器的可能性降低。這導致傳感器1開始飽和。當隨后處理接收器(像素)值時，考慮這個類型的非線性行為。這可參照圖8的非限制性實例，其中可看出，在曝光時間增加時，接收器2的數(shù)目(可稱為“數(shù)據(jù)元素”)漸進地達到最大值。在期望曝光時間段之后，讀出接收器2的值。然后，可通過將不同方向的比特值(在χ和y軸的分辨率)和ζ軸的色彩合并，將三維圖像處理成具有期望分辨率和色彩精度的彩色圖像。處理的圖像的動態(tài)學基于從不同方向(和噪聲)合并的接收器值的量。
傳感器1的曝光時間可基于先前捕獲的圖像(多個圖像)。同樣在示例性實施例的范圍內(nèi)，如果存在一些機制使得其能夠確定改變了狀態(tài)的接收器2的數(shù)目，則在閾值數(shù)量的接收器2改變了狀態(tài)(例如15% )之后終止曝光。這個機制可基于執(zhí)行傳感器1的多個連續(xù)非破壞性讀取周期，并且繼續(xù)直到閾值數(shù)量的接收器2改變了狀態(tài)。注意，盡管傳感器1是波長(色彩)響應的，并因此找到作為彩色成像器或頻譜成像器的工具，但是其也可用于建立黑白和單色圖像。如果入射光的量很小，可有利地僅處理來自傳感器1的所減分辨率亮度信息。當情景更亮時，可增加分辨率，以及色彩精度。如圖4所示，在示例性實施例的范圍內(nèi)，設計傳感器1使其在不同層中捕獲光的不同波長，例如，最上層可捕獲UV光，下一層捕獲可見光，最底層捕獲頂光。當形成輸出圖像時或用于檢測目的時，可使用這些層中的全部或一部分。可橫向(在層中)和垂直(在兩個或更多個層之間)合并接收器2的輸出。沿著 χ方向的接收器2用于χ分辨率，沿著y方向的接收器2用于y分辨率，沿著ζ方向的接收器2用于色彩精度。多個鄰近接收器2可分組在一起，以形成單個圖像像素，并且特定組中的接收器的數(shù)目可在曝光之間改變，并且在單個曝光期間該數(shù)目可能對于不同組而不同。 例如，朝向光接收表面2Α的中心的每個組可存在更少的接收器2，在光接收表面2Α的邊緣處的每個組可存在更多的接收器2。作為非限制性情況，假設傳感器1具有9個層，其中讀出接收器值沿著ζ軸從下至上為110001111。在這個情況下，可依據(jù)值分辨率建立例如具有值213或101的RGB像素。 類似地，這些值可與χ和y方向中的接收器值進一步合并，然后例如16x16x9接收器體積內(nèi)的接收器2可形成具有8比特動態(tài)分辨率或甚至大約10比特動態(tài)分辨率(例如3x16x16 =768)的RGB像素值。傳感器1可能能夠?qū)⒈忍卦?單獨的數(shù)據(jù)值)合并為數(shù)據(jù)元素 (合并的數(shù)據(jù)值)。從數(shù)字傳感器1讀出的數(shù)據(jù)可能是比特值(二元)數(shù)據(jù)或多值數(shù)據(jù)元
ο通過進一步說明，并且假設上述實例的使用，可看出，110001111并非二進制數(shù)，而是對于不同層的導通/截斷值。因此，可對已經(jīng)導通的接收器2求和(即1+1+0 = 2,0+0+1 =1，1+1+1 = 3，或213)。如果由于噪聲而期望改變值分辨率，例如，可改變閾值。在這個情況下，1. 5的閾值將值213變成101(即2 > 1. 5 — 1，1 < 1. 5 — 0，3 > 1. 5 — 1)，并由此增加信噪比。同樣在示例性實施例的范圍內(nèi)，提供不同色彩的不同量的接收器2 (例如對于B的3個，G的4個，R的2個)。于是，合并的值是222，閾值是1.5，2和1 — 111。在第一實例中，16x16x9體積可實現(xiàn)對于G的10比特動態(tài)分辨率，對于R的9比特動態(tài)分辨率， 和對于B的9. 5比特動態(tài)分辨率。當在閾值內(nèi)合并值時，由于16x16體積的使用(在這個非限制性實例)動態(tài)分辨率對于每個色彩仍僅為8比特。此外，由于若干層可用于UV和/ 或頂檢測，所以其他組合是可能的。傳感器1可用于除了圖像捕獲之外的其他目的。例如，距離可基于最底(例如IR) 層的檢測。在這個情況下，假設在包括傳感器1的設備(例如相機)處存在頂光源。測量當激勵頂光源時和當從對象反射頂光時之間的時間差。因此，可基于頂光的往返行程時間的一半來確定到對象的距離。在圖像捕獲期間，這個類型的測量系統(tǒng)可例如用于協(xié)助自動聚焦(AF)功能?？赏ㄟ^使用例如類似于隨機存取存儲器(例如動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM))中發(fā)現(xiàn)的技術，來讀取接收器2的陣列。S卩，傳感器1可看作代表ixjxk的可尋址的一比特存儲位置的陣列(還見圖4C)。傳感器1可被配置為使得接收器值總是在讀取周期期間被重設， 或者可被配置為使得與讀取操作分開地執(zhí)行重設操作。注意，在圖4C，為了方便顯示，而非限制性的方式，將電連接顯示為基底3的垂直側(cè)。例如，在一些實施例中，更優(yōu)選地，如圖7A所示在頂表面(光接收表面1A)，或在底表面，或在頂和底兩個表面處提供電連接。由于潛在地大量接收器2 (例如對于尺寸106χ106Χ9的陣列的虹1012)，可將每個單獨的接收器設計為具有最小復雜度，從而使得傳感器1能夠通過相比于傳統(tǒng)傳感器陣列增加的成品率來制造?？勺R別任意有缺陷的接收器2 (例如陷在零或陷在一故障的那些接收器)，并且在圖像處理期間(例如通過使用來自鄰近操作接收器2的內(nèi)插)映射和補償它們的位置。電接觸和相關電路可在傳感器陣列1的頂部，或可能更優(yōu)選地，在傳感器陣列1的底部(背面接觸)?；蛘?，若干接收器2可從傳感器陣列1的頂部接觸，而其他可從傳感器陣列1的底部接觸。圖4C示出具有示例性x-y-x地址生成電路4和接收器(像素)讀出電路5的傳感器陣列。接收器讀出電路5從傳感器陣列1接收實質(zhì)為二元數(shù)據(jù)(1和0)的一個或多個流，所述二元數(shù)據(jù)對應于導通(即已經(jīng)吸收至少一個光子)的那些接收器2和沒有導通(即由于沒有吸收至少一個光子，或閾值數(shù)量的光子，仍舊在重設狀態(tài))的那些接收器2。接收器讀出電路5還可負責將光接收器的輸出分組在χ-y和/或ζ軸光接收器組或鄰近組中。 接收器讀出電路5可包括壓縮功能(可使用任意適當?shù)膲嚎s功能，例如游程編碼)，或者可在對讀出接收器值的存儲之前存在分開的壓縮功能。地址生成電路4可在任意給定時間生成地址，以逐層(逐行)或垂直地逐列讀出接收器2。接收器電路不需要與任意傳統(tǒng)CMOS/CCD傳感器那樣復雜，因為不需要通過A/D轉(zhuǎn)換器測量浮動擴散電流/電壓。相反，僅需要測量特定接收器2(像素)是導通還是截斷。 可使用多個p-n和n-p結，但是也可使用其他備選。同樣，ρ阱或η阱(或基底)的尺寸可能遠小于傳統(tǒng)CMOS/CCD傳感器，因為不需要存儲大量電荷。圖5示出實現(xiàn)接收器2的一個適當?shù)暮头窍拗祁愋偷碾娐?。在這個情況下，每個接收器2包括光電二極管2A，光電二極管2A與簡單的基于逆變器的比較器電路2B相連接以用于1比特振幅量化?？墒褂每烧{(diào)節(jié)閾值電流以防止由于背景照明的觸發(fā)。當信號電流 (加背景電流)超過閾值電流It，并且由于放電電流Is+Ib_It而跨Cpix的電壓Uin小于比較器2B的閾值電壓( _Udd/2)時，觸發(fā)接收器(像素)。假設，It比信號脈沖的振幅小，通過用于放電像素的輸入電容所需的光能^jix來確定像素的敏感度Epix^ (Cpix Δ U)/SKf,其中Cpix是像素的總輸入電容，包括光電二極管和電路輸入電容，AU是需要觸發(fā)比較器2Β的輸入處的電壓變化，S是光電二極管響應，Kf是像素填充因子。同樣在這些示例性實施例的范圍內(nèi)，合并在不同時間捕獲的三維空間比特圖像， 從而能夠?qū)崿F(xiàn)可用于靜態(tài)或視頻圖像的四維比特圖像捕獲。在本發(fā)明的某些實施例中，基底3可包括被選擇用于響應不同波長帶的不同材料。例如，作為幾個非限制性實例，可視光檢測部分可包括Si，而UV光檢測部分(如果存在)可包括組III-V材料，例如GaN或AWaN，或另一材料，例如SiC。此外通過實例，作為幾個非限制性實例，可視光檢測部分可包括31，而頂光檢測部分(如果存在)可包括例如 InGaAs, PbSe, InSb或HgCdTe的材料。注意，Si也可是IR響應的。同樣在這些示例性實施例的范圍內(nèi)，選擇地改變不同層中接收器2的至少一個尺寸，例如沿著ζ軸的尺寸，以提高對于在特定層中將檢測的光波長的響應度。在這個情況下，可以使所述至少一個尺寸是波長的某部分，從而波長調(diào)諧該層中的接收器2。一般地，x和y軸中的接收器的尺寸例如可在大約0. 1至大約0. 2微米的范圍內(nèi)， 而厚度可依據(jù)在傳感器1的對應層中檢測的波長范圍以及還可能依據(jù)期望的色彩精度和層的數(shù)目而改變。接收器2的實際最小尺寸可假設至少部分地依賴于制造處理的特定細節(jié)，例如用于光刻的波長和類似的依賴于處理的參數(shù)。一般地，可根據(jù)期望色彩保真度來調(diào)諧ζ軸深度，并且這個深度調(diào)諧可能對于所有色彩信道是均勻的或不均勻的。同樣，在一些情況下，可提供在深度方面的改變，以建立用于作為一個數(shù)據(jù)元素基礎的比特元素的統(tǒng)計分布。盡管可沿著ζ軸調(diào)諧接收器2的尺寸而用于色彩動態(tài)，應注意，也可沿著χ-y軸調(diào)諧接收器2的尺寸，以響應于光的不均衡分布，特別在圖像傳感器1的邊緣。 一般地，可以使得接收器2的尺寸和分布隨傳感器/設備幾何而變，并且可基于主光線角(CRA)的考慮。傳感器陣列1的制造可通過任意適當技術實現(xiàn)，包括通過使用多外延/圖案/平坦化處理步驟形成一層疊加另一層的單獨層，以及使用晶圓結合處理(作為非限制性實例)，形成多植入/擴散的p-n/n-p結的一個或多個。也可使用其他技術，例如通過硅通孔 (TSV)或通過硅疊層(TSQ技術，以提供含有接收器2的垂直堆疊基底/晶圓。圖6在平面圖(左)和截面圖(右)中示出例如用戶裝備(UE) 10的設備的示例性實施例。在圖6中，UE 10具有圖形顯示接口 20和用戶接口 22，用戶接口 22示出為鍵盤， 但是可理解為還包含在圖形顯示接口 20處的觸摸屏技術，以及在麥克風M處接收的語音識別技術。電力制動器26控制設備由用戶打開和關閉。示例性UE 10包括相機觀，其示出為向前方(例如用于視頻呼叫)，但是可備選地或額外地向后方(例如用于捕獲圖形和視頻而用于本地存儲)。相機觀通過快門制動器 30控制，可選地通過縮放制動器30控制，當相機觀沒有在激活模式時縮放制動器30可備選地用作用于揚聲器(多個)34的音量調(diào)節(jié)。相機觀可假設包括圖形傳感器陣列1，其根據(jù)以上詳細描述的本發(fā)明的示例性實施例而構成和操作。圖6的截面圖中可見，典型地用于蜂窩通信的多個發(fā)送/接收天線36。天線36可以是多頻帶的，以通過UE中的其他無線電使用。通過跨越UE外殼包含的整個空間的陰影來示出天線36的可操作接地平面，盡管在一些實施例中，接地平面被限制為更小區(qū)域，例如安置在形成功率芯片38的印刷布線板上。功率芯片38控制要發(fā)送的信道上和/或跨越同時發(fā)送并使用空間多樣性的天線的功率放大，并放大接收的信號。功率芯片38將放大的接收信號輸出至射頻(RF)芯片40，RF芯片40解調(diào)和下變頻信號以用于基帶處理。基帶 (BB)芯片42檢測隨后轉(zhuǎn)換成比特流和最終解碼的信號。對于裝置10中生成的并從其發(fā)送的信號，發(fā)生逆向的類似處理。
到達和來自相機觀的信號可通過圖像/視頻處理器44，圖像/視頻處理器44編碼和解碼各個圖像幀。分開的音頻處理器46也可以提交去往和來自揚聲器34和麥克風M 的控制信號。圖形顯示接口 20通過用戶接口芯片50控制從幀存儲器48刷新，用戶接口芯片50可處理到達和來自顯示接口 20的信號和/或額外地處理來自鍵板22和其他處的用戶輸入。UE 10的某些實施例也可包括一個或多個二級無線電，例如無線局域網(wǎng)無線電 WLAN 37和藍牙無線電39，其可并入片上的天線，或藕合至片下的天線。其中裝置是例如隨機存取存儲器RAM 43、只讀存儲器ROM 45的各個存儲器，并且在一些實施例中，可存在例如上面存儲各個程序IOC的示出的存儲卡47的可移除存儲器。通常，UE 10中的這些組件全部通過例如電池49的便攜式電源來供電。處理器38、40、42、44、46、50(如果實現(xiàn)為UE 10中的分開的實體)可以按照對于主處理器10A、12A的從設備關系運行，主處理器10A、12A于是可以處于對于它們的主設備關系。本發(fā)明的實施例可跨所示各種芯片和存儲器安置，或安置在組合如圖6所述的一些功能的另一處理器中。圖6的這些各種處理器的任意或全部訪問各種存儲器中的一個或多個，其可以在具有處理器的片上或與其分離。旨在比微微網(wǎng)更廣的網(wǎng)絡上通信的類似的功能特定的組件(例如組件36、38、40、42-45和47)也可安置在接入節(jié)點12的示例性實施例中，其可具有除了圖6所示的兩個的塔安裝天線的陣列。注意，上述的各個集成電路(例如芯片38、40、42等)可合并到除了上述的更少數(shù)目中，并且在最緊湊的情況下，可全部物理地在一個芯片中實現(xiàn)。參照圖9，示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的邏輯流程圖，其描述一種方法的操作，以及計算機程序指令的執(zhí)行。在框9A，該方法包括以下操作照亮包括光接收器三維陣列的基底的光接收表面，其中與安置在x_y面中距離光接收表面更遠的光接收器相比，安置在x-y面中距離光接收表面更近的光接收器響應于具有更短波長的光，并且其中每個光接收器被配置為輸出二元值并通過至少一個光子的吸收在截斷狀態(tài)和導通狀態(tài)之間改變狀態(tài)。在框9B，存在在曝光時間段的結尾處執(zhí)行的操作，該操作包括從安置于三維陣列的至少兩個不同x-y面中的光接收器讀出二元值。在上述段落的方法中，照明包括將光接收器重設為截斷狀態(tài)的預備步驟。在上述段落的方法中，還包括將若干鄰近光接收器的二元輸出分組在一起。在上述段落的方法中，其中分組在一起的操作將在三維陣列的相同x-y面中鄰近的若干光接收器的二元輸出分組在一起，或者將沿著三維陣列的ζ軸鄰近的若干光接收器的二元輸出分組在一起，或者將三維陣列的相同x-y面中和沿著ζ軸鄰近的若干光接收器的二元輸出分組在一起。在上述段落的方法中，還包括從一次曝光到下次曝光改變光接收器的分組。在上述段落的方法中，還包括壓縮從傳感器陣列讀出的二元值。在上述段落的方法中，在無線通信設備中的圖像傳感器的操作期間執(zhí)行。存在通過使用本發(fā)明的示例性實施例實現(xiàn)的多個優(yōu)點和技術效果。例如，可改善傳感器陣列敏感度，可改善圖像傳感器的成品率，可改善色彩精度，可改善分辨率，并且可改善像素值的動態(tài)。此外，可動態(tài)作出在分辨率和色彩精度之間的任意妥協(xié)。此外，至少由于對基本傳感器結構的簡化，存在許多不同優(yōu)化可能。此外，傳感器陣列1容易使用和集成，因為所有接收器2僅提供0和1的值。此外，不需要提供單獨色彩濾波器、或頂濾波器， 或提供微透鏡?！愕?，各個示例性實施例可在硬件或?qū)Ｓ秒娐?、軟件、邏輯或其任意組合中實現(xiàn)。例如，一些方面可在硬件中實現(xiàn)，而其他方面可在通過控制器、微處理器或其他計算設備執(zhí)行的固件或軟件中實現(xiàn)，但是本發(fā)明的示例性實施例不限于此。盡管將本發(fā)明的示例性實施例的各個方面示出和描述為框圖、示意圖或使用某些其他圖形表示，可理解，作為非限制性實例，這些所述的方框、裝置、系統(tǒng)、技術或方法可至少部分地作為硬件、軟件、固件、 專用電路或邏輯、通用硬件或控制器或其他計算設備、或其一些組合來實現(xiàn)。因此，可理解，本發(fā)明的示例性實施例的至少一些方面可在各個組件中實現(xiàn)，例如集成電路芯片和模塊，并且本發(fā)明的示例性實施例可在實現(xiàn)為集成電路的裝置中實現(xiàn)。集成電路或電路可包括可配置為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例操作的，用于實現(xiàn)一個或多個數(shù)據(jù)處理器、一個或多個數(shù)字信號處理器或處理器、基帶電路和射頻電路中的至少一個或多個的電路(以及可能固件)?？紤]以上說明，當結合附圖閱讀時，對于本領域技術人員來說，對于本發(fā)明的以上示例性實施例的各個修改和適配可能變得清楚。然而，任意和所有修改將仍舊落入本發(fā)明的非限制和示例性實施例的范圍內(nèi)。例如，盡管示例性實施例在以上圖6中描述了例如UE 10的無線通信設備的環(huán)境， 但是應理解，本發(fā)明的示例性實施例不限于僅使用這一個特定類型的無線通信設備，并且它們可有利于其他類型的設備，作為非限制性實例，所述其他類型的設備可能具有或不具有無線通信能力，包括數(shù)碼相機、PDA、計算機和游戲設備。進一步通過舉例，單個接收器2不需要基于晶體管/光電二極管，但是可使用其他類型的設備構成，包括量子點和其他納米結構設備。進一步通過舉例，應認識到，以上針對沿著各個軸的多個接收器給出的各個值是示例性的，并非理解為限制。進一步通過舉例，本發(fā)明的示例性實施例并非理解為對于上述特定材料、材料組合、制造過程、波長和/或尺寸中任意一個的限制。進一步通過舉例，在特定實施例中，并非傳感器陣列1的所有層需要用接收器2填充。例如，并且假設期望僅檢測藍色光和紅色光的應用的非限制實例，則僅接受這些波長的基底3的那些部分需要包括接收器2，從而有效地篩選出位于藍色和紅色之間的光的波長。 相同的效果可通過響應于藍色到紅色的范圍內(nèi)的所有波長的傳感器陣列1，并且僅讀出響應于藍色的接收器的一個或多個層以及響應于紅色的接收器2的一個或多個層來實現(xiàn)。應注意，術語“連接”、“耦合”或其變體意味著兩個或更多個元素之間直接或間接地任意連接或耦合，并且可涵蓋在“連接”或“耦合”在一起的兩個元素之間存在一個或多個中間元素。元素之間的耦合和連接可能是物理的、邏輯的、或其結合。這里，作為若干非限制和非窮舉實例，可考慮通過使用一個或多個布線、電纜和/或印刷電連接，以及使用電磁能，例如在射頻區(qū)域、微波區(qū)域和光(可見和不可見)區(qū)域中具有波長的電磁能將兩個元素“連接”或“耦合”在一起。此外，本發(fā)明的各個非限制和示例性實施例的一些特征可在不需其他特征的對應使用的情況下有利。由此，以上描述應僅認為是本發(fā)明的原理、教導和示例性實施例的圖示，并非其限制。
權利要求
1.一種裝置，包括安置于具有光接收表面的基底中的光接收器三維陣列，其中與安置為距離所述光接收表面更遠的光接收器相比，安置為距離所述光接收表面更近的光接收器響應于具有更短波長的光，以及其中每個光接收器被配置為輸出二元值并通過至少一個光子的吸收在截斷狀態(tài)和導通狀態(tài)之間改變狀態(tài)。
2.如權利要求1所述的裝置，響應于至少從紫外線延伸到紅外線的波長范圍內(nèi)的電磁輻射。
3.如權利要求1所述的裝置，響應于包括至少從大約到大約7xl0_7m的波長范圍內(nèi)的電磁輻射。
4.如先前權利要求中任一項所述的裝置，其中每個光接收器具有沿著χ軸、y軸和ζ軸大致相同的尺寸。
5.如權利要求1-3中任一項所述的裝置，其中安置為距離所述光接收表面更遠的至少一些光接收器比安置為距離所述光接收表面更近的光接收器沿著ζ軸具有更大的尺寸。
6.如權利要求1-3或5中任一項所述的裝置，其中與安置為距離穿過所述光接收表面的中心的軸更遠的光接收器相比，安置為距離穿過所述光接收表面的中心的軸更近的光接收器沿著χ軸和y軸中的至少一個具有更小的尺寸。
7.如先前權利要求中任一項所述的裝置，其中光接收器被安置在層中，其中在特定層中的那些光接收器響應于相同波長的光，以及其中第一層中的至少一些光接收器被直接安置在鄰近層中的一些光接收器下方。
8.如權利要求1-6中任一項所述的裝置，其中光接收器被安置層中，其中在特定層中的那些光接收器響應于相同波長的光的，以及其中第一層中的至少一些光接收器被安置為相對于鄰近層中的至少一些光接收器橫向偏移。
9.如權利要求8所述的裝置，其中所述第一層中的至少一些光接收器橫向偏移取決于主光線角的量。
10.如權利要求1-3或5-9中任一項所述的裝置，其中單獨的光接收器具有與光接收器所響應的光的波長相關的至少一個尺寸。
11.如先前權利要求中任一項所述的裝置，還包括沿著所述光接收表面的外圍安置的電接觸。
12.如先前權利要求中任一項所述的裝置，實現(xiàn)為設備中的圖像傳感器的一部分。
13.如權利要求12所述的裝置，其中所述設備包括無線通信設備。
14.一種方法，包括照亮包括光接收器三維陣列的基底的光接收表面，其中比與安置在χ-y面中距離所述光接收表面更遠的光接收器相比，安置在χ-y面中距離所述光接收表面更近的光接收器響應于具有更短波長的光，并且其中每個光接收器被配置為輸出二元值并通過至少一個光子的吸收在截斷狀態(tài)和導通狀態(tài)之間改變狀態(tài)；以及在曝光時間段的末尾，從安置在所述三維陣列中的至少兩個不同χ-y面中的光接收器讀出二元值。
15.如權利要求14所述的方法，其中照亮包括將光接收器重設為截斷狀態(tài)的預備步馬聚ο
16.如先前權利要求中任一項所述的方法，還包括將一些鄰近光接收器的二元輸出分組在一起。
17.如權利要求16所述的方法，其中分組在一起的操作將在所述三維陣列的相同x_y 面中鄰近的一些光接收器的二元輸出分組在一起，或者將沿著所述三維陣列的ζ軸鄰近的一些光接收器的二元輸出分組在一起，或者將所述三維陣列的相同x_y面中和沿著ζ軸鄰近的一些光接收器的二元輸出分組在一起。
18.如權利要求16或17所述的方法，進一步包括從一次曝光到下次曝光改變光接收器的分組。
19.如先前權利要求中任一項所述的方法，進一步包括壓縮從傳感器陣列讀出的二元值。
20.如先前權利要求中任一項所述的方法，被執(zhí)行在無線通信設備中的圖像傳感器的操作期間。
全文摘要
一種裝置，包括安置于具有光接收表面的基底中的光接收器三維陣列，其中與安置為距離光接收表面更遠的光接收器相比，安置為距離所述光接收表面更近的光接收器響應于具有更短波長的光，以及其中每個光接收器被配置為輸出二元值并通過至少一個光子的吸收在截斷狀態(tài)和導通狀態(tài)之間改變狀態(tài)。
文檔編號H01L27/146GK102365742SQ201080014897
公開日2012年2月29日 申請日期2010年2月4日 優(yōu)先權日2009年4月6日
發(fā)明者O·卡萊沃, S·科斯基寧, T·里薩 申請人:諾基亞公司