公開(kāi)了一種圖像傳感器和包括該圖像傳感器的電子裝置。

背景技術(shù)：

成像裝置產(chǎn)生圖像并可以將該圖像存儲(chǔ)為電信號(hào)。成像裝置包括根據(jù)入射光波長(zhǎng)將入射光分解成單獨(dú)的分量并將每個(gè)分量轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的圖像傳感器。

圖像傳感器已經(jīng)越來(lái)越小型化，并且所述小型化的圖像傳感器的分辨率已經(jīng)提高。圖像傳感器的這樣的小型化及其在分辨率方面的變化可以導(dǎo)致在提高圖像傳感器的亮度靈敏性和提高在低照明環(huán)境(諸如，夜間環(huán)境或室內(nèi)環(huán)境)下產(chǎn)生的圖像的亮度方面的困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一些示例實(shí)施方式提供配置為即使在低照明環(huán)境下也給予高靈敏度和高發(fā)光特性的圖像傳感器。

一些示例實(shí)施方式提供包括該圖像傳感器的電子裝置。

根據(jù)一些示例實(shí)施方式，圖像傳感器包括配置為感測(cè)在可見(jiàn)光波長(zhǎng)譜中的光的至少一個(gè)第一像素和配置為感測(cè)在紅外光波長(zhǎng)譜中的光的第二像素，其中第二像素包括限定在第二像素中的第一光電器件，第一光電器件包括彼此面對(duì)的第一電極和第二電極以及設(shè)置在第一電極和第二電極之間的紅外光吸收層，其中紅外光吸收層配置為選擇性地吸收在紅外波長(zhǎng)譜中的光。

紅外光吸收層可以設(shè)置在圖像傳感器的單元像素組的整個(gè)表面上，紅外光吸收層可以包括設(shè)置在第二像素中的第一電極和第二電極之間以提供第一光電器件的光電轉(zhuǎn)換區(qū)以及設(shè)置在第一像素中的非光電轉(zhuǎn)換區(qū)。

紅外光吸收層可以包括至少一種有機(jī)材料。

紅外光吸收層可以包括以下中的至少一個(gè)：醌型金屬絡(luò)合物(quinoid metal complex compound)、花青化合物、亞胺鎓(immonium)化合物、二亞胺鎓(diimmonium)化合物、三芳基甲烷化合物、二吡咯亞甲基(dipyrromethene)化合物、二醌化合物、萘醌化合物、蒽醌化合物、方酸菁化合物(squarylium compound)、萘嵌苯化合物(rylene compound)、酞菁化合物、萘酞菁化合物、苝化合物、方酸化合物(squaraine compound)、硼二吡咯亞甲基化合物、鎳-二硫酚(nickel-dithiol)絡(luò)合物、部花青化合物、和吡咯并吡咯二酮化合物。

第一像素可以包括配置為感測(cè)在可見(jiàn)光波長(zhǎng)譜中彼此不同的波長(zhǎng)譜的第三像素、第四像素和第五像素，第三像素可以包括配置為選擇性地吸收具有從大約500nm至大約580nm的最大吸收波長(zhǎng)(λ_max)的第一可見(jiàn)光的第一光感測(cè)器件，第四像素可以包括配置為選擇性地吸收具有大于或等于大約400nm且小于大約500nm的最大吸收波長(zhǎng)(λ_max)的第二可見(jiàn)光的第二光感測(cè)器件，第五像素可以包括配置為選擇性地吸收具有大于大約580nm且小于或等于大約700nm的最大吸收波長(zhǎng)(λ_max)的第三可見(jiàn)光的第三光感測(cè)器件。

第一像素可以包括第一濾色器、第二濾色器和第三濾色器，第一濾色器與第一光感測(cè)器件交疊并配置為選擇性地透射第一可見(jiàn)光，第二濾色器與第二光感測(cè)器件交疊并配置為選擇性地透射第二可見(jiàn)光，第三濾色器與第三光感測(cè)器件交疊并配置為選擇性地透射第三可見(jiàn)光，第二像素可以不包括濾色器。

第一光感測(cè)器件、第二光感測(cè)器件和第三光感測(cè)器件可以集成在共同的(common)硅基板中。

第一光感測(cè)器件、第二光感測(cè)器件和第三光感測(cè)器件可以在水平方向上彼此間隔開(kāi)。

圖像傳感器可以包括：配置為接收入射光的光入射側(cè)，第一光電器件可以比第一光感測(cè)器件、第二光感測(cè)器件和第三光感測(cè)器件設(shè)置得更靠近光入射側(cè)。

第二像素、第三像素、第四像素和第五像素中的至少一個(gè)像素可以具有與第二像素、第三像素、第四像素和第五像素中的其余像素不同的面積。

第三像素可以具有比第二像素、第四像素和第五像素中單獨(dú)的各自面積大的面積。

第四像素和第五像素可以具有相同的面積。

圖像傳感器可以還包括在第一光電器件上的第二光電器件，該第二光電器件可以包括：彼此面對(duì)的第三電極和第四電極、以及設(shè)置在第三電極和第四電極之間并配置為選擇性地吸收具有從大約500nm至大約580nm的最大吸收波長(zhǎng)(λ_max)的可見(jiàn)光的有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層。

第一像素可以包括配置為感測(cè)在可見(jiàn)光波長(zhǎng)譜中彼此不同的波長(zhǎng)譜的第四像素和第五像素，第四像素可以包括配置為選擇性地吸收具有大于或等于大約400nm且小于大約500nm的最大吸收波長(zhǎng)(λ_max)的第二可見(jiàn)光的第二光感測(cè)器件，第五像素可以包括配置為選擇性地吸收具有大于大約580nm且小于或等于大約700nm的最大吸收波長(zhǎng)(λ_max)的第三可見(jiàn)光的第三光感測(cè)器件。

第二光感測(cè)器件和第三光感測(cè)器件可以集成在共同的硅基板中。

第二光感測(cè)器件和第三光感測(cè)器件可以在水平方向上彼此間隔開(kāi)。

第一光電器件可以比第二光電器件設(shè)置得更靠近光入射側(cè)，第二光電器件可以比第二和第三光感測(cè)器件設(shè)置得更靠近光入射側(cè)。

第一像素可以包括第一濾色器和第二濾色器，第一濾色器與第二光感測(cè)器件交疊并且配置為選擇性地透射第二可見(jiàn)光，第二濾色器與第三光感測(cè)器件交疊并且配置為選擇性地透射第三可見(jiàn)光；第二像素可以不包括濾色器。

第二光感測(cè)器件和第三光感測(cè)器件可以在垂直方向上彼此間隔開(kāi)。

圖像傳感器可以還包括：設(shè)置在第二光電器件上的第三光電器件和第四光電器件，第三光電器件可以包括彼此面對(duì)的第五電極和第六電極、以及設(shè)置在第五電極和第六電極之間并且配置為選擇性地吸收具有大于或等于大約400nm且小于大約500nm的最大吸收波長(zhǎng)(λ_max)的第二可見(jiàn)光的有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層，第四光電器件可以包括彼此面對(duì)的第七電極和第八電極、以及設(shè)置在第七電極和第八電極之間并且配置為選擇性地吸收具有大于大約580nm且小于或等于大約700nm的最大吸收波長(zhǎng)(λ_max)的第三可見(jiàn)光的有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層，并且第二光電器件、第三光電器件和第四光電器件可以在垂直方向上層疊。

第一像素和第二像素可以不包括濾色器。

第二光電器件、第三光電器件和第四光電器件可以位于第一光電器件下面。

在一些示例實(shí)施方式中，提供了包括圖像傳感器的電子裝置。

在一些示例實(shí)施方式中，圖像傳感器包括至少第一和第二單元像素組的陣列。至少第一單元像素組可以包括至少一個(gè)第一像素和第二像素。至少一個(gè)第一像素可以配置為感測(cè)在可見(jiàn)光波長(zhǎng)譜中的光。第二像素可以配置為感測(cè)在紅外光波長(zhǎng)譜中的光。第二像素可以包括配置為選擇性地吸收在紅外波長(zhǎng)譜中的光的紅外光吸收層。紅外光吸收層可以在第一電極和第二電極之間。

附圖說(shuō)明

圖1是在根據(jù)一些示例實(shí)施方式的圖像傳感器中的單元像素組的俯視平面圖。

圖2是根據(jù)一些示例實(shí)施方式的圖像傳感器的單元像素組的示意俯視平面圖。

圖3是圖2的圖像傳感器的示意截面圖。

圖4是根據(jù)一些示例實(shí)施方式的圖像傳感器的單元像素組的俯視平面圖。

圖5是根據(jù)一些示例實(shí)施方式的圖像傳感器的示意截面圖。

圖6是根據(jù)一些示例實(shí)施方式的圖像傳感器的示意截面圖。

圖7是根據(jù)一些示例實(shí)施方式的圖像傳感器的示意截面圖。

圖8是根據(jù)一些示例實(shí)施方式的包括多個(gè)單元像素組的圖像傳感器的俯視平面圖。

具體實(shí)施方式

在下文將詳細(xì)描述示例實(shí)施方式，并且具有本領(lǐng)域公知知識(shí)的人們可以容易地執(zhí)行示例實(shí)施方式。然而，本公開(kāi)可以以許多不同的形式實(shí)現(xiàn)并且不理解為限于在此闡述的示例實(shí)施方式。

在附圖中，為了清晰，層、膜、面板、區(qū)域等的厚度被夸大。通篇說(shuō)明書(shū)中，相同的附圖標(biāo)記指示相同的元件。將理解的是，當(dāng)諸如層、膜、區(qū)域或基板的元件被稱為在另一元件“上”時(shí)，它可以直接在另一元件上或者也可以存在居間元件。相反，當(dāng)元件被稱為“直接在”另一元件“上”時(shí)，不存在中間元件。

在下文，描述根據(jù)一些示例實(shí)施方式的圖像傳感器。在此，描述了CMOS圖像傳感器，作為圖像傳感器的示例。

根據(jù)一些示例實(shí)施方式的圖像傳感器具有帶有矩陣布置的像素陣列，在該矩陣布置中包括多個(gè)像素的單元像素組沿著至少一行和至少一列重復(fù)地布置。

單元像素組可以包括配置為感測(cè)在可見(jiàn)光波長(zhǎng)譜中的光的至少一個(gè)像素(以下稱為‘可見(jiàn)光感測(cè)像素’)和配置為感測(cè)在紅外光波長(zhǎng)譜中的光的像素(以下稱為‘紅外光感測(cè)像素’)。包括在單元像素組中的像素的數(shù)目可以改變?yōu)槔?、4或9等，但是不限于此。

圖1是示出根據(jù)一些示例實(shí)施方式的圖像傳感器的單元像素組的俯視平面圖。

參考圖1，根據(jù)一些示例實(shí)施方式的圖像傳感器的單元像素組10包括布置為兩行和兩列(2×2)的像素1至像素4：PX₁、PX₂、PX₃、PX₄。PX₁、PX₂、PX₃和PX₄中的三個(gè)可以是用于感測(cè)全色的主要像素，最后一個(gè)可以是用于在包括低照明環(huán)境的不同的照明環(huán)境下補(bǔ)償圖像傳感器的亮度靈敏性的輔助像素。如果需要，主要像素和輔助像素可以被添加或省略。

例如，PX₁、PX₂和PX₃可以是可見(jiàn)光感測(cè)像素，PX₄可以是紅外光感測(cè)像素。

可見(jiàn)光感測(cè)像素，其是PX₁、PX₂和PX₃，可以在可見(jiàn)光波長(zhǎng)譜中檢測(cè)具有彼此不同的波長(zhǎng)譜的光。例如，在可見(jiàn)光感測(cè)像素當(dāng)中，PX₁可以是感測(cè)具有大約500nm至大約580nm的最大吸收波長(zhǎng)(λ_max)的可見(jiàn)光的像素；PX₂可以是感測(cè)具有大于或等于大約400nm且小于大約500nm的最大吸收波長(zhǎng)(λ_max)的可見(jiàn)光的像素；PX₃可以是感測(cè)具有大于大約580nm且小于或等于大約700nm的最大吸收波長(zhǎng)(λ_max)的可見(jiàn)光的像素。PX₁可以是配置為選擇性地感測(cè)綠光的綠色像素，PX₂可以是配置為選擇性地感測(cè)藍(lán)光的藍(lán)色像素，PX₃可以是配置為選擇性地感測(cè)紅光的紅色像素。然而，它不限于此，像素的布置和順序可以改變。

PX₄是紅外光感測(cè)像素，其可以是配置為選擇性地感測(cè)具有大于大約700nm的最大吸收波長(zhǎng)(λ_max)的紅外光的像素。在該范圍內(nèi)，它可具有例如從大于大約700nm至3μm的最大吸收波長(zhǎng)(λ_max)，在該范圍內(nèi)，最大吸收波長(zhǎng)(λ_max)可以是例如從大約800nm至大約1500nm。

圖2是示意地示出根據(jù)一些示例實(shí)施方式的圖像傳感器的單元像素組的俯視平面圖，圖3是示意地示出圖2的圖像傳感器的截面圖。

在圖2和圖3中，為了更好理解和便于描述，可見(jiàn)光感測(cè)像素以綠色像素(G)、藍(lán)色像素(B)和紅色像素(R)作為例子，但是不限于此。另外，圖2和圖3所示的綠色像素(G)、藍(lán)色像素(B)和紅色像素(R)的布置和結(jié)構(gòu)可以不同地改變。

參考圖2和3，根據(jù)一些示例實(shí)施方式的圖像傳感器100包括半導(dǎo)體基板110、下部絕緣層60、濾色器層70、上部絕緣層80和紅外光光電器件90。

半導(dǎo)體基板110可以是硅基板，并且與光感測(cè)器件50、傳輸晶體管(未示出)和電荷存儲(chǔ)器55集成。光感測(cè)器件50可以是例如光電二極管。

光感測(cè)器件50、傳輸晶體管(未示出)和電荷存儲(chǔ)器55可以集成到每個(gè)像素中，例如綠色光感測(cè)器件50G和傳輸晶體管可以集成到每個(gè)綠色像素(G)中，藍(lán)色光感測(cè)器件50B和傳輸晶體管可以集成到每個(gè)藍(lán)色像素(B)中，紅色光感測(cè)器件50R和傳輸晶體管可以集成到每個(gè)紅色像素(R)中，電荷存儲(chǔ)器55和傳輸晶體管可以集成到每個(gè)紅外光感測(cè)像素(I)中。電荷存儲(chǔ)器55與后文將描述的紅外光光電器件90電連接。

綠色光感測(cè)器件50G、藍(lán)色光感測(cè)器件50B和紅色光感測(cè)器件50R可以在水平方向上彼此間隔開(kāi)。

在一些示例實(shí)施方式中，當(dāng)光感測(cè)器件50感測(cè)光時(shí)，由光感測(cè)器件50感測(cè)的信息可以通過(guò)傳輸晶體管被傳輸，電荷存儲(chǔ)器55可以與紅外光光電器件90電連接，電荷存儲(chǔ)器55的信息可以通過(guò)傳輸晶體管被傳輸。

金屬線(未示出)和墊(未示出)可以形成在半導(dǎo)體基板110上。為了減小信號(hào)延遲，金屬線和墊可以由具有低電阻率的金屬制成，例如鋁(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)及其合金，但是不限于此。此外，它不限于該結(jié)構(gòu)，金屬線和墊可以位于光感測(cè)器件50下面。

下部絕緣層60形成在金屬線和墊上。下部絕緣層60可以由無(wú)機(jī)絕緣材料(諸如硅氧化物和/或硅氮化物)或低介電常數(shù)(低K)材料(諸如SiC、SiCOH、SiCO和SiOF)制成。下部絕緣層60具有暴露出電荷存儲(chǔ)器55的溝槽。溝槽可以用填充物填充。下部絕緣層60可以被省略。

濾色器層70形成在下部絕緣層60上。濾色器層70可以形成在可見(jiàn)光感測(cè)像素中，并可以形成有濾色器，該濾色器配置為根據(jù)每個(gè)可見(jiàn)光感測(cè)像素選擇性地透射在可見(jiàn)光波長(zhǎng)譜中具有彼此不同的波長(zhǎng)譜的光。例如，綠色像素(G)可以形成有綠色濾色器70G，該綠色濾色器70G配置為選擇性地透射具有從大約500nm到大約580nm的最大吸收波長(zhǎng)(λ_max)的綠光；藍(lán)色像素(B)可以形成有藍(lán)色濾色器70B，該藍(lán)色濾色器70B配置為選擇性地透射具有大于或等于大約400nm并小于大約500nm的最大吸收波長(zhǎng)(λ_max)的藍(lán)光；紅色像素(R)可以形成有紅色濾色器70R，該紅色濾色器70R配置為選擇性地透射具有大于大約580nm并小于或等于大約700nm的最大吸收波長(zhǎng)(λ_max)的紅光。

綠色濾色器70G可以配置為將綠色波長(zhǎng)譜中的光選擇性地透射到綠色光感測(cè)器件50G；藍(lán)色濾色器70B可以配置為將藍(lán)色波長(zhǎng)譜中的光選擇性地透射到藍(lán)色光感測(cè)器件50B；紅色濾色器70R可以配置為將紅色波長(zhǎng)譜中的光選擇性地透射到紅色光感測(cè)器件50R。

濾色器層70可以被省略。

上部絕緣層80形成在濾色器層70上。上部絕緣層80可以消除由濾色器層70所引起的臺(tái)階并使表面平滑。上部絕緣層80和下部絕緣層60可以包括暴露出墊的接觸孔(未示出)和暴露出電荷存儲(chǔ)器55的通孔85。

像素電極91形成在上部絕緣層80上。像素電極91被限定在紅外光感測(cè)像素(I)中并且不形成在紅色像素(R)、綠色像素(G)和藍(lán)色像素(B)中。

紅外光吸收層92可以形成在像素電極91上以選擇性地吸收在紅外光波長(zhǎng)譜中的光。紅外光譜可以包括例如近紅外光譜、中紅外光譜和遠(yuǎn)紅外光譜的全部。

紅外光吸收層92可以配置為選擇性地吸收具有例如大于大約700nm的最大吸收波長(zhǎng)(λ_max)的光，在該范圍內(nèi)，它可以選擇性地吸收具有例如大于大約700nm至大約3μm的最大吸收波長(zhǎng)(λ_max)的光；并且在該范圍內(nèi)，它可以選擇性地吸收具有例如大約800nm至大約1500nm的最大吸收波長(zhǎng)(λ_max)的光。在除紅外光波長(zhǎng)譜之外的其他波長(zhǎng)譜中的光可以穿過(guò)紅外光吸收層92。

紅外光吸收層92可以包括例如p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體，p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體可以形成pn結(jié)。p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體的至少一個(gè)可以配置為選擇性地吸收紅外光波長(zhǎng)譜中的光，并可以選擇性地吸收紅外光波長(zhǎng)譜中的光以產(chǎn)生激子，然后產(chǎn)生的激子可以分離成空穴和電子以提供光電效應(yīng)。

p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體可以包括至少一種有機(jī)材料。有機(jī)材料可以是配置為選擇性地吸收紅外光譜中的光的任何材料而沒(méi)有特別的限制，p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體的至少一個(gè)可以包括例如醌型金屬絡(luò)合物、花青化合物、亞胺鎓(immonium)化合物、二亞胺鎓(diimmonium)化合物、三芳基甲烷化合物、二吡咯亞甲基(dipyrromethene)化合物、二醌化合物、萘醌化合物、蒽醌化合物、方酸菁化合物、萘嵌苯化合物(rylene compound)、酞菁化合物、萘酞菁化合物、苝化合物、方酸化合物、硼二吡咯亞甲基化合物、鎳-二硫酚(nickel-dithiol)絡(luò)合物、部花青化合物、吡咯并吡咯二酮化合物、其衍生物、或其組合，但是不限于此。例如，p型半導(dǎo)體可以是部花青化合物、吡咯并吡咯二酮化合物、硼二吡咯亞甲基化合物、萘酞菁化合物、方酸化合物、其衍生物、或其組合，n型半導(dǎo)體可以是C60、C70、噻吩、其衍生物、或其組合，但是不限于此。

紅外光吸收層92可以是單層或多層。紅外光吸收層92可以是例如本征層(I層)、p型層/I層、I層/n型層、p型層/I層/n型層、p型層/n型層等。

本征層可以包括處于大約1:100至大約100:1體積比的p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體。p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體可以以大約1:50至大約50:1的體積比、大約1:10至大約10:1的體積比、或大約1:1的體積比混合。當(dāng)p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體具有在該范圍內(nèi)的成分比例時(shí)，激子可以有效地產(chǎn)生并且pn結(jié)可以有效地形成。

p型層可以包括p型半導(dǎo)體，n型層可以包括n型半導(dǎo)體。

紅外光吸收層92可具有大約1nm至大約500nm的厚度，例如，大約5nm至大約300nm的厚度。在該厚度范圍內(nèi)，紅外光吸收層92可以配置為有效地吸收在紅外光波長(zhǎng)譜中的光，將空穴與電子有效地分離，并輸送它們，由此有效地提高圖像傳感器100的光電轉(zhuǎn)換效率。

紅外光吸收層92可以形成在圖像傳感器100的整個(gè)表面上。由此，在圖像傳感器的整個(gè)表面上可以吸收紅外光，所以光吸收區(qū)域被增大以提供高的光吸收效率。

公共電極93形成在紅外光吸收層92上。公共電極93可以形成在紅外光吸收層92的整個(gè)表面上或可以選擇性地形成在與像素電極91交疊的區(qū)域中。

像素電極91或者公共電極93是陽(yáng)極，另一個(gè)是陰極。例如，像素電極91可以是陽(yáng)極，公共電極93可以是陰極。

像素電極91和公共電極93兩者可以是光透射電極或光半透射電極。光透射電極或光半透射電極可以由例如透明導(dǎo)體制成，諸如，銦錫氧化物(ITO)或銦鋅氧化物(IZO)，或可以是具有幾納米或幾十納米的薄的厚度的金屬薄層，或者是摻雜有金屬氧化物并且具有幾納米至幾十納米的薄的厚度的金屬薄層。

像素電極91和公共電極93中的一個(gè)可以是反射電極，例如像素電極91可以是反射電極。反射電極可以由不透明金屬制成，例如，鋁、銅、銀等。

紅外光吸收層92包括在紅外光感測(cè)像素(I)中位于像素電極91和公共電極93之間的光電轉(zhuǎn)換區(qū)92a，和位于紅色像素(R)、綠色像素(G)和藍(lán)色像素(B)上的非光電轉(zhuǎn)換區(qū)92b。

像素電極91、公共電極93和紅外線吸收層92的位于由像素電極91及公共電極93限定的區(qū)域中的光電轉(zhuǎn)換區(qū)92a形成紅外光光電器件90。在一些示例實(shí)施方式中，當(dāng)光從公共電極93進(jìn)入紅外光吸收層92然后在紅外光波長(zhǎng)譜中的光被紅外光吸收層92選擇性地吸收時(shí)，在紅外光吸收層92的光電轉(zhuǎn)換區(qū)92a中可以產(chǎn)生激子。激子分離成空穴和電子，分離的空穴傳輸?shù)疥?yáng)極(其是像素電極91和公共電極93中的一個(gè))，分離的電子傳輸?shù)疥帢O(其是像素電極91和公共電極93中的一個(gè))中，以引起電流。分離的電子或空穴可以通過(guò)像素電極91聚集到電荷存儲(chǔ)器55。

紅外光吸收層92的非光電轉(zhuǎn)換區(qū)92b可以配置為選擇性地吸收紅外光波長(zhǎng)譜中的光并可以透射除紅外光波長(zhǎng)譜之外的其他光波長(zhǎng)譜中的光。因此，紅外光吸收層92的非光電轉(zhuǎn)換區(qū)92b位于紅色像素(R)、綠色像素(G)和藍(lán)色像素(B)上，并可以起到紅外光濾色器層(IR濾色器層)的作用以防止在紅外光波長(zhǎng)譜中的光流入綠色光感測(cè)器件50G、藍(lán)色光感測(cè)器件50B和紅色光感測(cè)器件50R中。因此，在圖像傳感器100的外部可以省略附加的紅外光濾色器。

聚焦透鏡(未示出)可以進(jìn)一步形成在公共電極93上。聚焦透鏡可以控制入射光的方向并將光聚集在一個(gè)區(qū)域中。聚焦透鏡可具有例如圓柱或半球形狀，但是不限于此。

根據(jù)一些示例實(shí)施方式的圖像傳感器包括配置為感測(cè)在可見(jiàn)光波長(zhǎng)譜中的光的可見(jiàn)光感測(cè)像素和配置為感測(cè)在紅外光波長(zhǎng)譜中的光的紅外光感測(cè)器件。圖像傳感器可以配置為減輕在低照明環(huán)境下圖像傳感器的亮度靈敏性的劣化。低照明環(huán)境可以包括例如具有小于大約11lux的照度的環(huán)境。因此，圖像傳感器可以配置為產(chǎn)生在環(huán)境照度的擴(kuò)展范圍下的不同環(huán)境的高對(duì)比度、高分辨率的圖像。

另外，通過(guò)在可見(jiàn)光感測(cè)像素上設(shè)置紅外線吸收層92，流入可見(jiàn)光感測(cè)像素中的在紅外光波長(zhǎng)譜中的光可以被預(yù)先阻擋。結(jié)果，附加的紅外光濾色器(IR濾色器)可以從可見(jiàn)光感測(cè)像素中省略。

另外，紅外光感測(cè)像素可以與可見(jiàn)光感測(cè)像素分開(kāi)，所以在紅外光光電器件90和電荷存儲(chǔ)器55之間的紅外光信號(hào)傳輸結(jié)構(gòu)沒(méi)有穿過(guò)可見(jiàn)光感測(cè)像素。由此，可以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)和工藝。相對(duì)于在圖像傳感器(在其中信號(hào)傳輸結(jié)構(gòu)位于可見(jiàn)光感測(cè)像素中)中的可見(jiàn)光感測(cè)像素的開(kāi)口率，在一些示例實(shí)施方式中，通過(guò)分開(kāi)地提供紅外感測(cè)像素，在圖像傳感器中的可見(jiàn)光感測(cè)像素的開(kāi)口率可以提高，并且工藝可以被簡(jiǎn)化。

另外，當(dāng)紅外光感測(cè)像素與可見(jiàn)光感測(cè)像素分開(kāi)時(shí)，用于紅外光光電器件90的像素電極91可以從可見(jiàn)光感測(cè)像素中省略，由此減輕由于一部分可見(jiàn)光被像素電極91吸收和/或反射導(dǎo)致的可見(jiàn)光透射率的劣化。因此，流入可見(jiàn)光感測(cè)像素中的可見(jiàn)光的透射率的劣化可以減輕。因此，可以防止圖像傳感器的效率劣化。

圖4是示出根據(jù)一些示例實(shí)施方式的圖像傳感器的單元像素組的俯視平面圖。

參考圖4，根據(jù)本實(shí)施方式的圖像傳感器的兩個(gè)單元像素組20包括沿著兩行和兩列布置的PX₁、PX₂、PX₃和PX₄。

在一些示例實(shí)施方式中，PX₁、PX₂、PX₃和PX₄中的至少一個(gè)像素可具有與其余像素不同的面積。如果需要，單元像素組20的每個(gè)像素面積可以不同地改變。

例如，PX₁可具有比PX₂、PX₃和PX₄大的面積。

在另一示例中，PX₂和PX₃可具有相同的面積。

在另一示例中，PX₁可具有最大的面積，PX₂、PX₃和PX₄可具有相同的(common)面積。

在另一示例中，PX₁可具有最大的面積，PX₂和PX₃可具有相同的面積，PX₄可具有最小的面積。

在另一示例中，PX₁可具有最大的面積，PX₂和PX₃可具有最小的面積，PX₄可具有比PX₁的面積小并且比PX₂的面積或PX₃的面積大的面積。

在另一示例中，PX₁可以是綠色像素(G)，PX₂可以是藍(lán)色像素(B)，PX₃可以是紅色像素(R)，PX₄可以是紅外光感測(cè)像素(I)。

在另一示例中，綠色像素(G)可具有比紅色像素(R)、藍(lán)色像素(B)和紅外光感測(cè)像素(I)的面積大的面積。

在另一示例中，紅色像素(R)和藍(lán)色像素(B)可具有相同的面積。

在另一示例中，綠色像素(G)可具有最大的面積，紅色像素(R)、藍(lán)色像素(B)和紅外光感測(cè)像素(I)可具有相同的面積。

在另一示例中，綠色像素(G)可具有最大的面積，紅色像素(R)和藍(lán)色像素(B)可具有相同的面積，紅外光感測(cè)像素(I)可具有最小的面積。

在另一示例中，綠色像素(G)可具有最大的面積，紅色像素(R)和藍(lán)色像素(B)可具有最小的面積，紅外光感測(cè)像素(I)可具有比綠色像素(G)的面積小并且比紅色像素(R)的面積或藍(lán)色像素(B)的面積大的面積。

在一些示例實(shí)施方式中，通過(guò)提供具有不同的面積的單元像素組20的每個(gè)像素，即使可見(jiàn)光感測(cè)像素的面積由于紅外光感測(cè)像素(I)而減小，圖像傳感器也可以配置為減輕圖像傳感器的可見(jiàn)光感測(cè)效率的劣化。此外，圖像傳感器可以配置為基于由提供具有不同面積的單元像素組20的每個(gè)像素所產(chǎn)生的調(diào)節(jié)的可見(jiàn)光感測(cè)像素比例而產(chǎn)生具有提高的分辨率和提高的對(duì)比度中的一個(gè)或多個(gè)的圖像。

在下文，描述根據(jù)一些示例實(shí)施方式的圖像傳感器。

根據(jù)一些示例實(shí)施方式的圖像傳感器具有在其中包括多個(gè)像素的單元像素組沿著行和列重復(fù)地布置的像素布置。

單元像素組可以包括可見(jiàn)光感測(cè)像素和紅外光感測(cè)像素，該可見(jiàn)光感測(cè)像素包括一個(gè)、兩個(gè)或多個(gè)像素。

可見(jiàn)光感測(cè)像素可以包括以下中的一個(gè)或兩個(gè)：感測(cè)具有從大約500nm至580nm的最大吸收波長(zhǎng)(λ_max)的可見(jiàn)光的像素、感測(cè)具有大于或等于大約400nm且小于大約500nm的最大吸收波長(zhǎng)(λ_max)的可見(jiàn)光的像素、和感測(cè)具有大于大約580nm且小于或等于大約700nm的最大吸收波長(zhǎng)(λ_max)的可見(jiàn)光的像素。例如，可見(jiàn)光感測(cè)像素可以包括以下中的一個(gè)或兩個(gè)：包括綠色光感測(cè)器件的綠色像素(G)、包括藍(lán)色光感測(cè)器件的藍(lán)色像素(B)和包括紅色光感測(cè)器件的紅色像素(R)。

例如，可見(jiàn)光感測(cè)像素可以包括包含藍(lán)色光感測(cè)器件的藍(lán)色像素(B)和包含紅色光感測(cè)器件的紅色像素(R)，包括紅外光感測(cè)像素(I)、藍(lán)色像素(B)和紅色像素(R)的單元像素組可以沿著行和列交替地布置。包括在單元像素組中的像素的數(shù)目可以改變，例如，單元像素組可以包括九個(gè)像素，但是不限于此。例如，當(dāng)單元像素組包括九個(gè)像素時(shí)，四個(gè)藍(lán)色像素(B)、四個(gè)紅色像素(R)以及一個(gè)紅外光感測(cè)像素(I)布置成三行和三列(3×3)，但是不限于此。

在一些示例實(shí)施方式中，圖像傳感器可以省略可見(jiàn)光感測(cè)像素中的任意一個(gè)或多個(gè)，一個(gè)或多個(gè)省略的像素中的一個(gè)或多個(gè)光感測(cè)器件可以在垂直方向上層疊。結(jié)果，圖像傳感器的面積可以減小而沒(méi)有在圖像傳感器的圖像分辨率和亮度靈敏性上的劣化。

紅外光感測(cè)像素可以是配置為選擇性地感測(cè)具有大于大約700nm的最大吸收波長(zhǎng)(λ_max)的紅外光的像素。在該范圍內(nèi)，紅外光感測(cè)像素可以配置為感測(cè)具有例如大于大約700nm至大約3μm的最大吸收波長(zhǎng)(λ_max)的光，在該范圍內(nèi)，最大吸收波長(zhǎng)(λ_max)可以是例如從大約800nm到大約1500nm。

圖5是根據(jù)一些示例實(shí)施方式的圖像傳感器的示意截面圖。

參考圖5，根據(jù)一些示例實(shí)施方式的圖像傳感器200包括半導(dǎo)體基板110、下部絕緣層60、濾色器層70、上部絕緣層80和紅外光光電器件90。

半導(dǎo)體基板110可以是硅基板，并且與光感測(cè)器件50、傳輸晶體管(未示出)和電荷存儲(chǔ)器55和56G集成。光感測(cè)器件50可以是例如光電二極管。

在一些示例實(shí)施方式中，光感測(cè)器件50包括紅色光感測(cè)器件50R和藍(lán)色光感測(cè)器件50B。例如，紅色光感測(cè)器件50R和傳輸晶體管可以集成到每個(gè)紅色像素(R)中，藍(lán)色光感測(cè)器件50B和傳輸晶體管可以集成到每個(gè)藍(lán)色像素(B)中。藍(lán)色光感測(cè)器件50B和紅色光感測(cè)器件50R可以在水平方向上彼此間隔開(kāi)。

光感測(cè)器件50可以配置為感測(cè)光，由光感測(cè)器件感測(cè)的信息可以通過(guò)傳輸晶體管被傳輸。電荷存儲(chǔ)器55與紅外光光電器件90電連接，電荷存儲(chǔ)器55的信息可以通過(guò)傳輸晶體管被傳輸。電荷存儲(chǔ)器56G可以與后文將描述的綠色光電器件30G電連接，電荷存儲(chǔ)器56G的信息可以通過(guò)傳輸晶體管被傳輸。

金屬線(未示出)和墊(未示出)形成在半導(dǎo)體基板110上。為了減小信號(hào)延遲，金屬線和墊可以由具有低電阻率的金屬制成，例如鋁(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)及其合金，但是不限于此。此外，它不限于該結(jié)構(gòu)，金屬線和墊可以位于光感測(cè)器件50下面。

下部絕緣層60形成在金屬線和墊上。下部絕緣層60可以由無(wú)機(jī)絕緣材料(諸如硅氧化物和/或硅氮化物)或低介電常數(shù)(低K)材料(諸如SiC、SiCOH、SiCO和SiOF)制成。下部絕緣層60具有暴露出電荷存儲(chǔ)器55和56G的溝槽。溝槽可以用填充物填充。下部絕緣層60可以被省略。

濾色器層70形成在下部絕緣層60上。濾色器層70可以形成在可見(jiàn)光感測(cè)像素中，并可以形成有濾色器，該濾色器配置為根據(jù)每個(gè)可見(jiàn)光感測(cè)像素而選擇性地透射具有在可見(jiàn)光波長(zhǎng)譜中不同的波長(zhǎng)譜的光。例如，配置為選擇性地透射具有大于或等于大約400nm且小于大約500nm的最大吸收波長(zhǎng)(λ_max)的藍(lán)光的藍(lán)色濾色器70B可以形成在藍(lán)色像素(B)中，配置為選擇性地透射具有大于大約580nm且小于或等于大約700nm的最大吸收波長(zhǎng)(λ_max)的紅光的紅色濾色器70R可以形成在紅色像素(R)中。

藍(lán)色濾色器70B可以配置為將藍(lán)光波長(zhǎng)譜中的光選擇性地透射到藍(lán)色光感測(cè)器件50B；紅色濾色器70R可以配置為將紅色波長(zhǎng)譜中的光選擇性地透射到紅色光感測(cè)器件50R。

濾色器層70可以根據(jù)需要而被省略。

中間絕緣層65形成在濾色器層70上。中間絕緣層65可以消除由濾色器層70所引起的臺(tái)階并使表面平滑。中間絕緣層65和下部絕緣層60可以包括暴露出墊的接觸孔(未示出)和暴露出電荷存儲(chǔ)器55和56G的溝槽。

綠色光電器件30G形成在中間絕緣層65上。綠色光電器件30G可以配置為選擇性地感測(cè)在綠色波長(zhǎng)譜中的光。

綠色光電器件30G包括彼此面對(duì)的像素電極31和公共電極33，以及在像素電極31和公共電極33之間的綠光吸收層32G。像素電極31和公共電極33中的一個(gè)是陽(yáng)極，另一個(gè)是陰極。

像素電極31和公共電極33可以是光透射電極，該光透射電極可以由例如透明導(dǎo)體諸如銦錫氧化物(ITO)或銦鋅氧化物(IZO)制成，或可以是具有幾納米或幾十納米的薄的厚度的金屬薄層，或者是摻雜有金屬氧化物并且具有幾納米至幾十納米的薄的厚度的金屬薄層。

綠光吸收層32G可以選擇性地吸收在綠色波長(zhǎng)譜中的光并且透射除綠色波長(zhǎng)譜之外在其他波長(zhǎng)譜中的光，包括在藍(lán)色波長(zhǎng)譜和紅色波長(zhǎng)譜中的光。藍(lán)光可以穿過(guò)綠色光電器件30G并且可以由藍(lán)色光感測(cè)器件50B感測(cè)而沒(méi)有劣化，紅光可以穿過(guò)綠色光電器件30G并且可以由紅色光感測(cè)器件50R感測(cè)而沒(méi)有劣化。

綠光吸收層32G可以包括p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體，p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體可以形成pn結(jié)。p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體的至少一個(gè)可以配置為選擇性地吸收在綠色波長(zhǎng)譜中的光，并可以配置為選擇性地吸收在綠色波長(zhǎng)譜中的光以產(chǎn)生激子，然后產(chǎn)生的激子可以分離成空穴和電子以提供光電效應(yīng)。綠光吸收層32G可以取代綠色濾色器70G。結(jié)果，相對(duì)于包括綠色濾色器70G的圖像傳感器，圖像傳感器200的尺寸可以減小。

p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體的每個(gè)可具有例如大約2.0至大約2.5eV的能帶隙，p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體可具有例如大約0.2至大約0.7eV的LUMO差異。

p型半導(dǎo)體可以是例如喹吖啶酮或其衍生物、亞酞菁或其衍生物，n型半導(dǎo)體可以是例如含氰基乙烯基團(tuán)的噻吩衍生物、富勒烯(fullerene)或富勒烯衍生物，但是不限于此。

綠光吸收層32G可以是單層或多層。綠光吸收層32G可以是例如本征層(I層)、p型層/I層、I層/n型層、p型層/I層/n型層、p型層/n型層等。

本征層(I層)可以包括處于大約1:100至大約100:1厚度比的p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體?？梢砸栽谠摲秶鷥?nèi)的大約1:50至大約50:1范圍的厚度比，特別地，以大約1:10至大約10:1范圍的厚度比，更特別地，以大約1:1的厚度比，包括p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體。當(dāng)p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體具有在該范圍內(nèi)的成分比例時(shí)，激子可以有效地產(chǎn)生并且pn結(jié)可以有效地形成。

p型層可以包括p型半導(dǎo)體，n型層可以包括n型半導(dǎo)體。

綠光吸收層32G可具有大約1nm至大約500nm的厚度。在該范圍內(nèi)，綠光吸收層32G可具有大約5nm至大約300nm的厚度。當(dāng)綠光吸收層32G具有在該范圍內(nèi)的厚度時(shí)，有源層可以有效地吸收光、有效地分離空穴與電子、以及輸送它們，有效地提高光電轉(zhuǎn)換效率。

綠光吸收層32G可以形成在圖像傳感器200的整個(gè)表面上，因此光可以在整個(gè)表面處被吸收，并且相對(duì)于綠色光感測(cè)器件50G的光吸收面積，光吸收面積可以增大。結(jié)果，圖像傳感器200可具有高的綠光吸收效率。

綠色光電器件30G可以在光從公共電極33進(jìn)入綠色光電器件30G時(shí)產(chǎn)生激子，綠光吸收層32G選擇性地吸收在綠色波長(zhǎng)譜中的光。激子在綠光吸收層32G中分離成空穴和電子，分離的空穴移到陽(yáng)極(其是像素電極31和公共電極33中的一個(gè))，分離的電子移到陰極(其是像素電極31和公共電極33中的另一個(gè))，從而引起電流。分離的電子或空穴可以聚集在電荷存儲(chǔ)器56G中。在除綠色波長(zhǎng)譜之外的其他波長(zhǎng)譜中的光穿過(guò)像素電極31和濾色器層70，并且由藍(lán)色光感測(cè)器件50B或紅色光感測(cè)器件50R感測(cè)。

上部絕緣層80形成在綠色光電器件30G上。例如，上部絕緣層80可以由無(wú)機(jī)絕緣材料(諸如硅氧化物和/或硅氮化物)或低介電常數(shù)(低K)材料(諸如SiC、SiCOH、SiCO和SiOF)制成。上部絕緣層80可以被省略。

像素電極91形成在上部絕緣層80上。像素電極91可以限定在紅外光感測(cè)像素(I)中，并且可以不形成在除紅外光感測(cè)像素(I)之外的紅色像素(R)和藍(lán)色像素(B)中。

配置為選擇性地吸收在紅外波長(zhǎng)譜中的光的紅外光吸收層92可以形成在像素電極91上。紅外波長(zhǎng)譜可以包括例如近紅外波長(zhǎng)譜、中紅外波長(zhǎng)譜和遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)譜的全部。

紅外光吸收層92可以配置為選擇性地吸收具有例如大于大約700nm的最大吸收波長(zhǎng)(λ_max)的光，在該范圍內(nèi)，它可以選擇性地吸收具有例如大于大約700nm至大約3μm的最大吸收波長(zhǎng)(λ_max)的光，并且在該范圍內(nèi)，它可以選擇性地吸收具有例如大約800nm至大約1500nm的最大吸收波長(zhǎng)的光。

紅外光吸收層92可以包括例如p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體，p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體可以形成pn結(jié)。p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體的至少一個(gè)可以選擇性地吸收在紅外光譜中的光，并可以選擇性地吸收在紅外光波長(zhǎng)譜中的光以產(chǎn)生激子，然后產(chǎn)生的激子可以分離成空穴和電子以提供光電效應(yīng)。

p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體可以包括至少一種有機(jī)材料。例如，p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體的至少一個(gè)可以包括以下中的至少一種：醌型金屬絡(luò)合物、花青化合物、亞胺鎓(immonium)化合物、二亞胺鎓(diimmonium)化合物、三芳基甲烷化合物、二吡咯亞甲基(dipyrromethene)化合物、二醌化合物、萘醌化合物、蒽醌化合物、方酸菁化合物、萘嵌苯化合物(rylene compound)、酞菁化合物、萘酞菁化合物、苝化合物、方酸化合物、硼二吡咯亞甲基化合物、鎳-二硫酚(nickel-dithiol)絡(luò)合物、部花青化合物、吡咯并吡咯二酮化合物、其衍生物、或其組合，但是不限于此。例如，p型半導(dǎo)體可以是部花青化合物、吡咯并吡咯二酮化合物、硼二吡咯亞甲基化合物、萘酞菁化合物、方酸化合物、其衍生物、或其組合，n型半導(dǎo)體可以是C60、C70、噻吩、其衍生物、或其組合，但是不限于此。

紅外光吸收層92可以是單層或多層。紅外光吸收層92可以是例如本征層(I層)、p型層/I層、I層/n型層、p型層/I層/n型層、p型層/n型層等。

本征層(I層)可以包括處于大約1:100至大約100:1的體積比的p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體。p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體可以以大約1:50至大約50:1的體積比、大約1:10至大約10:1的體積比、或大約1:1的體積比混合。當(dāng)p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體具有在該范圍內(nèi)的成分比例時(shí)，激子可以有效地產(chǎn)生并且pn結(jié)可以有效地形成。

p型層可以包括p型半導(dǎo)體，n型層可以包括n型半導(dǎo)體。

紅外光吸收層92可具有大約1nm至大約500nm的厚度，特別地，大約5nm至大約300nm的厚度。在該厚度范圍內(nèi)，紅外光吸收層92可以配置為有效地吸收在紅外波長(zhǎng)譜中的光，將空穴與電子有效地分離，和輸送它們，由此有效地提高圖像傳感器200的光電轉(zhuǎn)換效率。

紅外光吸收層92可以形成在圖像傳感器200的整個(gè)表面上。由此，因?yàn)樵趫D像傳感器的整個(gè)表面上可以吸收紅外光，所以光吸收區(qū)域被增大以提供高的光吸收效率。

公共電極93形成在紅外光吸收層92上。公共電極93可以形成在紅外光吸收層92的整個(gè)表面上或可以選擇性地形成在與像素電極91交疊的區(qū)域上。

像素電極91和公共電極93中任意一個(gè)是陽(yáng)極，另一個(gè)是陰極。例如，像素電極91可以是陽(yáng)極，公共電極93可以是陰極。

像素電極91和公共電極93兩者可以是光透射電極或光半透射電極。光透射電極或光半透射電極可以由例如透明導(dǎo)體諸如銦錫氧化物(ITO)或銦鋅氧化物(IZO)制成，或可以是具有幾納米或幾十納米的薄的厚度的金屬薄層，或者是摻雜有金屬氧化物并且具有幾納米至幾十納米的薄的厚度的金屬薄層。

像素電極91和公共電極93中的一個(gè)可以是反射電極，例如像素電極91可以是反射電極。反射電極可以由不透明金屬制成，例如，鋁、銅、銀等。

紅外光吸收層92包括在紅外光感測(cè)像素(I)中位于像素電極91和公共電極93之間的光電轉(zhuǎn)換區(qū)92a，和位于紅色像素(R)、綠色像素(G)和藍(lán)色像素(B)處的非光電轉(zhuǎn)換區(qū)92b。

像素電極91、公共電極93和紅外線吸收層92的位于由像素電極91及公共電極93限定的區(qū)域中的光電轉(zhuǎn)換區(qū)92a形成紅外光光電器件90。在一些示例實(shí)施方式中，當(dāng)光從公共電極93側(cè)入射在紅外光吸收層92上時(shí)，在紅外光波長(zhǎng)譜中的光在紅外光吸收層92中被選擇性地吸收以在紅外光吸收層92的光電轉(zhuǎn)換區(qū)92a中產(chǎn)生激子。激子分離成空穴和電子，分離的空穴傳輸?shù)疥?yáng)極(其是像素電極91和公共電極92中的一個(gè))，分離的電子傳輸?shù)疥帢O(其是像素電極91和公共電極92中的一個(gè))側(cè)中，以引起電流。分離的電子或空穴可以通過(guò)像素電極91聚集在電荷存儲(chǔ)器55中。

紅外光吸收層92的非光電轉(zhuǎn)換區(qū)92b可以選擇性地吸收在紅外光譜中的光并可以使除紅外光譜之外的其他波長(zhǎng)譜中的光通過(guò)。因此，紅外光吸收層92的非光電轉(zhuǎn)換區(qū)92b位于紅色像素(R)和藍(lán)色像素(B)處，并起到用于防止在紅外光波長(zhǎng)譜中的光流入綠色光電器件30G、藍(lán)色光感測(cè)器件50B和紅色光感測(cè)器件50R中的紅外光濾色器層的作用。

聚焦透鏡(未示出)可以進(jìn)一步形成在公共電極93上。聚焦透鏡可以控制入射光的方向并將光聚集在一個(gè)區(qū)域中。聚焦透鏡可具有例如圓柱或半球形狀，但是不限于此。

在一些示例實(shí)施方式中，紅色光感測(cè)器件50R和藍(lán)色光感測(cè)器件50B集成到半導(dǎo)體基板110中而且綠色光電器件30G位于圖像傳感器的整個(gè)表面上，但是不限于此，紅色光感測(cè)器件50R和綠色光感測(cè)器件可以集成到半導(dǎo)體基板110中，并且藍(lán)色光電器件設(shè)置在圖像傳感器的整個(gè)表面上，藍(lán)色光感測(cè)器件50B和綠色光感測(cè)器件可以集成到半導(dǎo)體基板110中同時(shí)紅色光電器件設(shè)置在圖像傳感器的整個(gè)表面上。

除根據(jù)上述實(shí)施方式的圖像傳感器的優(yōu)點(diǎn)之外，根據(jù)一些示例實(shí)施方式的圖像傳感器可以省略可見(jiàn)光感測(cè)像素中的一個(gè)并且通過(guò)在垂直方向上層疊省略的像素的光感測(cè)器件來(lái)減小圖像傳感器的面積。這樣的層疊可以使圖像傳感器的面積能夠減小而沒(méi)有減小圖像傳感器的分辨率和亮度靈敏性。

在下文，描述根據(jù)一些示例實(shí)施方式的圖像傳感器。

圖6是根據(jù)一些示例實(shí)施方式的圖像傳感器的示意截面圖。

參考圖6，根據(jù)一些示例實(shí)施方式的圖像傳感器300包括半導(dǎo)體基板110、下部絕緣層60、綠色光電器件30G、上部絕緣層80和紅外光光電器件90。

半導(dǎo)體基板110可以是硅基板，并且與光感測(cè)器件50、傳輸晶體管(未示出)和電荷存儲(chǔ)器55和56G集成。光感測(cè)器件50可以是例如光電二極管。

光感測(cè)器件50包括藍(lán)色光感測(cè)器件50B和紅色光感測(cè)器件50R。在一些示例實(shí)施方式中，藍(lán)色光感測(cè)器件50B和紅色光感測(cè)器件50R在垂直方向上彼此間隔開(kāi)。藍(lán)色光感測(cè)器件50B和紅色光感測(cè)器件50R可以根據(jù)層疊的深度選擇性地吸收每個(gè)波長(zhǎng)譜中的光。

金屬線(未示出)和墊(未示出)形成在半導(dǎo)體基板110上，下部絕緣層60形成在金屬線和墊上。下部絕緣層60可具有暴露出電荷存儲(chǔ)器55和56G的接觸孔。

在一些示例實(shí)施方式中，在下部絕緣層60上省略濾色器。如上所述，因?yàn)樗{(lán)色光感測(cè)器件50B和紅色光感測(cè)器件50R可以根據(jù)層疊的深度選擇性地吸收每個(gè)波長(zhǎng)譜中的光，所以不需要用于根據(jù)每個(gè)像素分離在可見(jiàn)光波長(zhǎng)譜中的光的附加的濾色器。

綠色光電器件30G形成在下部絕緣層60上。綠色光電器件30G可以配置為選擇性地感測(cè)在綠色波長(zhǎng)譜中的光。

綠色光電器件30G包括彼此面對(duì)的像素電極31和公共電極33，以及在像素電極31和公共電極33之間的綠光吸收層32G，其與上文所述的相同。

上部絕緣層80形成在綠色光電器件30G上。

限定在紅外光感測(cè)像素(I)中的像素電極91形成在上部絕緣層80上。紅外光吸收層92和公共電極93順序地形成在像素電極91上，用于選擇性地吸收在紅外光譜中的光。

紅外光吸收層92包括在紅外光感測(cè)像素(I)中位于像素電極91和公共電極93之間的光電轉(zhuǎn)換區(qū)92a，和在紅色像素(R)、綠色像素(G)和藍(lán)色像素(B)中的非光電轉(zhuǎn)換區(qū)92b。紅外光吸收層92的光電轉(zhuǎn)換區(qū)92a，與像素電極91和公共電極93一起，形成紅外光光電器件90，紅外光吸收層92的非光電轉(zhuǎn)換區(qū)92b可以起到阻擋在紅外光波長(zhǎng)譜中的光流入綠色光電器件30G、藍(lán)色光感測(cè)器件50B和紅色光感測(cè)器件50R中的紅外光濾色器層的作用。

聚焦透鏡(未示出)可以進(jìn)一步形成在公共電極93上。聚焦透鏡可以控制入射光的方向并將光聚集在一個(gè)區(qū)域中。聚焦透鏡可具有例如圓柱或半球形狀，但是不限于此。

在一些示例實(shí)施方式中，紅色光感測(cè)器件50R和藍(lán)色光感測(cè)器件50B集成到半導(dǎo)體基板110中而且綠色光電器件30G設(shè)置在圖像傳感器的整個(gè)表面上，但是不限于此，紅色光感測(cè)器件50R和綠色光感測(cè)器件可以集成到半導(dǎo)體基板110中，并且藍(lán)色光電器件可以設(shè)置在圖像傳感器的整個(gè)表面上，而藍(lán)色光感測(cè)器件50B和綠色光感測(cè)器件集成到半導(dǎo)體基板110中并且紅色光電器件設(shè)置在圖像傳感器300的整個(gè)表面上。

如上所述，利用在其中配置為選擇性地吸收在綠色波長(zhǎng)譜中的光的綠色光電器件被層疊的結(jié)構(gòu)，和利用在其中紅色光感測(cè)器件和藍(lán)色光感測(cè)器件被層疊的結(jié)構(gòu)，圖像傳感器300的尺寸可以進(jìn)一步減小以使圖像傳感器300小型化。另外，通過(guò)提供上述的附加的紅外光感測(cè)像素，圖像傳感器300可以配置為防止在低照明環(huán)境下圖像傳感器的亮度靈敏性的快速劣化。因此，圖像傳感器可以配置為產(chǎn)生在照明環(huán)境的擴(kuò)展范圍下的不同環(huán)境的高對(duì)比度、高分辨率的圖像。

在下文，描述根據(jù)一些示例實(shí)施方式的圖像傳感器。

如在上述實(shí)施方式中所述，根據(jù)一些示例實(shí)施方式的圖像傳感器具有在其中包括多個(gè)像素的單元像素組沿著行和列被重復(fù)地布置的矩陣形式的像素布置。

單元像素組可以包括可見(jiàn)光感測(cè)像素(RGB)和紅外光感測(cè)像素(I)。

例如，可見(jiàn)光感測(cè)像素(RGB)可以是包括連接到綠色光電器件、藍(lán)色光電器件和紅色光電器件的每個(gè)的電荷存儲(chǔ)器的像素，并且如后文將描述的，綠色光電器件、藍(lán)色光電器件和紅色光電器件可以被層疊。

包括可見(jiàn)光感測(cè)像素(RGB)和紅外光感測(cè)像素(I)的單元像素組可以沿著行和列交替地布置，并且包括在單元像素組中的像素的數(shù)目可以改變。例如，單元像素組可以包括兩個(gè)像素，但是不限于此。例如，當(dāng)單元像素組包括兩個(gè)像素時(shí)，一個(gè)可見(jiàn)光感測(cè)像素(RGB)和一個(gè)紅外光感測(cè)像素(I)可以布置成一行和兩列(1×2)或布置成兩行和一列(2×1)，但是不限于此。

圖7是根據(jù)一些示例實(shí)施方式的圖像傳感器的示意截面圖。

如圖7所示，根據(jù)一些示例實(shí)施方式的圖像傳感器400包括半導(dǎo)體基板110、下部絕緣層60、第一中間絕緣層65、第二中間絕緣層75、上部絕緣層80、綠色光電器件30G、藍(lán)色光電器件30B、紅色光電器件30R和紅外光光電器件90。

半導(dǎo)體基板110可以是硅基板，并且與傳輸晶體管(未示出)和電荷存儲(chǔ)器55、56G、56B和56R集成。

金屬線(未示出)和墊(未示出)形成在半導(dǎo)體基板110上，下部絕緣層60形成在金屬線和墊上。

紅色光電器件30R形成在下部絕緣層60上。紅色光電器件30R可以配置為選擇性地感測(cè)在紅色波長(zhǎng)譜中的光。

紅色光電器件30R包括像素電極37和公共電極39以及在像素電極37和公共電極39之間的紅光吸收層38R。像素電極37和公共電極39中的一個(gè)是陽(yáng)極，另一個(gè)是陰極。

像素電極37和公共電極39可以是光透射電極，該光透射電極可以由例如透明導(dǎo)體諸如銦錫氧化物(ITO)或銦鋅氧化物(IZO)制成，或可以是具有幾納米或幾十納米的薄的厚度的金屬薄層，或者是摻雜有金屬氧化物并且具有幾納米至幾十納米的薄的厚度的金屬薄層。

紅光吸收層38R可以配置為選擇性地感測(cè)在紅色波長(zhǎng)譜中的光。

紅光吸收層38R可以包括p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體，p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體可以形成pn結(jié)。p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體的至少一個(gè)可以配置為選擇性地吸收在紅色波長(zhǎng)譜中的光，并可以配置為選擇性地吸收在紅色波長(zhǎng)譜中的光以產(chǎn)生激子，然后產(chǎn)生的激子可以分離成空穴和電子以提供光電效應(yīng)。紅光吸收層38R可以代替紅色濾色器。

紅光吸收層38R可以是單層或多層。紅光吸收層38R可以是例如本征層(I層)、p型層/I層、I層/n型層、p型層/I層/n型層、p型層/n型層等。本征層可以包括p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體，p型層可以包括p型半導(dǎo)體，n型層可以包括n型半導(dǎo)體。

紅光吸收層38R可具有大約1nm至大約500nm的厚度。在該范圍內(nèi)，紅光吸收層38R可具有大約5nm至大約300nm的厚度。當(dāng)紅光吸收層38R具有在該范圍內(nèi)的厚度時(shí)，有源層可以有效地吸收光、有效地分離空穴與電子、以及輸送它們，有效地提高光電轉(zhuǎn)換效率。

紅光吸收層38R可以形成在圖像傳感器400的前側(cè)上，因此光可以在前側(cè)處被吸收并且光吸收面積可以增加以具有高的光吸收效率。

紅色光電器件30R可以配置為當(dāng)光從公共電極39進(jìn)入紅色光電器件30R并且紅光吸收層38R選擇性地吸收紅色波長(zhǎng)譜中的光時(shí)在內(nèi)部產(chǎn)生激子。激子在紅光吸收層38R中分離成空穴和電子，分離的空穴移到陽(yáng)極(其是像素電極37和公共電極39中的一個(gè))，分離的電子移到陰極(其是像素電極37和公共電極39中的另一個(gè))，從而引起電流。分離的電子或空穴可以聚集在電荷存儲(chǔ)器56R中。

第一中間絕緣層65形成在紅色光電器件30R上。第一中間絕緣層65可以由無(wú)機(jī)絕緣材料(諸如硅氧化物和/或硅氮化物)或低介電常數(shù)(低K)材料(諸如SiC、SiCOH、SiCO和SiOF)制成。

藍(lán)色光電器件30B形成在第一中間絕緣層65上。

藍(lán)色光電器件30B可以配置為選擇性地感測(cè)在藍(lán)色波長(zhǎng)譜中的光。藍(lán)色光電器件30B包括像素電極34和公共電極36以及在像素電極34和公共電極36之間的藍(lán)光吸收層35B。像素電極34和公共電極36中的一個(gè)是陽(yáng)極，另一個(gè)是陰極。

像素電極34和公共電極36可以是光透射電極，該光透射電極可以由例如透明導(dǎo)體諸如銦錫氧化物(ITO)或銦鋅氧化物(IZO)制成，或可以是具有幾納米或幾十納米的薄的厚度的金屬薄層，或者是摻雜有金屬氧化物并且具有幾納米至幾十納米的薄的厚度的金屬薄層。

藍(lán)光吸收層35B可以配置為選擇性地吸收在藍(lán)色波長(zhǎng)譜中的光。

藍(lán)光吸收層35B可以包括p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體，p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體可以形成pn結(jié)。p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體的至少一個(gè)可以配置為選擇性地吸收在藍(lán)色波長(zhǎng)譜中的光，并可以選擇性地吸收在藍(lán)色波長(zhǎng)譜中的光以產(chǎn)生激子，然后產(chǎn)生的激子可以分離成空穴和電子以提供光電效應(yīng)。藍(lán)光吸收層35B可以代替藍(lán)色濾色器。

藍(lán)光吸收層35B可以是單層或多層。藍(lán)光吸收層35B可以是例如本征層(I層)、p型層/I層、I層/n型層、p型層/I層/n型層、p型層/n型層等。本征層可以包括p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體，p型層可以包括p型半導(dǎo)體，n型層可以包括n型半導(dǎo)體。

藍(lán)光吸收層35B可具有大約1nm至大約500nm的厚度。在該范圍內(nèi)，藍(lán)光吸收層35B可具有大約5nm至大約300nm的厚度。當(dāng)藍(lán)光吸收層38B具有在該范圍內(nèi)的厚度時(shí)，有源層可以有效地吸收光、有效地分離空穴與電子、以及輸送它們，有效地提高光電轉(zhuǎn)換效率。

藍(lán)光吸收層35B可以形成在圖像傳感器的前側(cè)上，因此光可以在前側(cè)處被吸收并且光吸收面積可以增加以具有高的光吸收效率。

藍(lán)色光電器件30B可以配置為當(dāng)光從公共電極36進(jìn)入并且藍(lán)光吸收層35B選擇性地吸收在藍(lán)色波長(zhǎng)譜中的光時(shí)在內(nèi)部產(chǎn)生激子。激子在藍(lán)光吸收層35B中分離成空穴和電子，分離的空穴移動(dòng)到陽(yáng)極(其是像素電極34和公共電極36中的一個(gè))，分離的電子傳輸?shù)疥帢O(其是像素電極34和公共電極36中的另一個(gè))，從而引起電流。分離的電子或空穴可以聚集在電荷存儲(chǔ)器56B中。

第二中間絕緣層75形成在藍(lán)色光電器件30B上。第二中間絕緣層75可以由無(wú)機(jī)絕緣材料(諸如硅氧化物和/或硅氮化物)或低介電常數(shù)(低K)材料(諸如SiC、SiCOH、SiCO和SiOF)制成。

下部絕緣層60、第一中間絕緣層65和第二中間絕緣層75可具有暴露出電荷存儲(chǔ)器55、56G、56B和56R的溝槽和/或接觸孔。

綠色光電器件30G形成在第二中間絕緣層75上。綠色光電器件30G可以配置為選擇性地感測(cè)在綠色波長(zhǎng)譜中的光。

綠色光電器件30G包括彼此面對(duì)的像素電極31和公共電極33以及在像素電極31和公共電極33之間的綠光吸收層32G，其與上文所述的相同。

上部絕緣層80形成在綠色光電器件30G上。上部絕緣層80可具有暴露出電荷存儲(chǔ)器55的溝槽和/或接觸孔。

限定在紅外光感測(cè)像素(I)中的像素電極91形成在上部絕緣層80上。紅外光吸收層92和公共電極93順序地形成在像素電極91上，以選擇性地吸收在紅外光譜中的光。

像素電極91限定在紅外光感測(cè)像素(I)中，并且可以不形成在除紅外光感測(cè)像素(I)之外的可見(jiàn)光感測(cè)像素(RGB)中。

紅外光吸收層92包括設(shè)置在紅外光感測(cè)像素(I)中的在像素電極91和公共電極93之間的光電轉(zhuǎn)換區(qū)92a，和設(shè)置在可見(jiàn)光感測(cè)像素(RGB)中的非光電轉(zhuǎn)換區(qū)92b。紅外光吸收層92的光電轉(zhuǎn)換區(qū)92a，與像素電極91和公共電極93一起，可以形成紅外光光電器件90，紅外光吸收層92的非光電轉(zhuǎn)換區(qū)92b可以起到阻擋在紅外光波長(zhǎng)譜中的光流入綠色光電器件30G、藍(lán)色光電器件30B和紅色光電器件30R中的紅外光濾色器層的作用。

聚焦透鏡(未示出)可以進(jìn)一步形成在公共電極93上。聚焦透鏡可以控制入射光的方向并將光聚集在一個(gè)區(qū)域中。聚焦透鏡可具有例如圓柱或半球形狀，但是不限于此。

圖7所示的本實(shí)施方式是在其中紅色光電器件30R、藍(lán)色光電器件30B和綠色光電器件30G被順序地層疊的結(jié)構(gòu)的示例實(shí)施方式，但是不限于此，層疊的順序可以不同地改變。

在一些示例實(shí)施方式中，集成到半導(dǎo)體基板110中的光感測(cè)器件和濾色器層被省略，紅色光電器件30R、藍(lán)色光電器件30B和綠色光電器件30G在垂直方向上被層疊。因此，在根據(jù)一些示例實(shí)施方式的圖像傳感器中，一個(gè)可見(jiàn)光感測(cè)像素可以代替紅色像素、綠色像素和藍(lán)色像素，使得圖像傳感器的面積可以顯著地減小。

另外，如上所述，通過(guò)提供分離的紅外光感測(cè)像素，圖7所示的圖像傳感器可以配置為防止在低照明環(huán)境下圖像傳感器的亮度靈敏性的快速劣化。因此，圖像傳感器可以配置為產(chǎn)生在環(huán)境照明的擴(kuò)展范圍下的不同環(huán)境的高對(duì)比度、高分辨率的圖像。

圖8是根據(jù)一些示例實(shí)施方式的包括多個(gè)單元像素組的圖像傳感器的俯視平面圖。

圖像傳感器800包括單元像素組802的像素陣列。像素陣列包括單元像素組802的矩陣布置，其中單元像素組沿著至少一行和至少一列重復(fù)地布置。

如圖8所示，例如，圖像傳感器800可以包括布置為一行或多行810A-D以及一列或多列820A-E的多個(gè)單元像素組802。圖像傳感器800的單元像素組802包括單元像素組804-1和單元像素組804-2。圖示的圖像傳感器800示出布置為四(4)行810A-D以及五(5)列820A-E的二十個(gè)(20)單元像素組802。然而，將理解的是圖像傳感器800可以包括任意數(shù)量的成行的一個(gè)或多個(gè)單元像素組以及任意數(shù)量的成列的單元像素組。例如，圖像傳感器800可以包括以單元像素組802的兩(2)行810和兩(2)列820的“2×2”構(gòu)造布置的四個(gè)(4)單元像素組802。在另一示例中，圖像傳感器800可以包括以單元像素組802的一(1)行810和四(4)列820的“4×1”構(gòu)造布置的四個(gè)(4)單元像素組802。

在一些示例實(shí)施方式中，圖像傳感器800可以包括至少兩個(gè)不同的單元像素組802。不同的單元像素組可以包括包含不同的像素布置的至少兩個(gè)不同的單元像素組。例如，單元像素組804-1可以是圖1所示的單元像素組10，其中單元像素組804-1包括以2×2矩陣布置的具有相同的面積的四個(gè)像素PX₁、PX₂、PX₃和PX₄。單元像素組804-2可以是圖4所示的單元像素組20，其中PX₁、PX₂、PX₃和PX₄具有至少部分不同的面積。

不同的單元像素組可以包括至少兩個(gè)不同的單元像素組，該至少兩個(gè)不同的單元像素組包括不同的像素、裝置等。例如，單元像素組804-1可以包括根據(jù)圖7所示的圖像傳感器的光電器件30G、30B、30R，而單元像素組804-2可以包括根據(jù)圖3所示的圖像傳感器100的光感測(cè)器件50G、50B、50R。一個(gè)或多個(gè)單元像素組802可以包括紅外光光電器件90。在一些示例實(shí)施方式中，紅外光光電器件可以不在一個(gè)或多個(gè)單元像素組802中。

在另一示例中，單元像素組804-1和804-2每個(gè)可以包括紅外光感測(cè)像素，而單元像素組804-1和804-2可以包括不同的可見(jiàn)光感測(cè)像素。單元像素組804-1可以包括可見(jiàn)光感測(cè)像素PX₁、PX₂，而沒(méi)有PX₃，而單元像素組804-2可以包括可見(jiàn)光感測(cè)像素PX₂、PX₃，而沒(méi)有PX₁。

在另一示例中，單元像素組804-1和804-2每個(gè)可以包括至少一個(gè)可見(jiàn)光感測(cè)像素并且可以包括不同的紅外光感測(cè)像素。單元像素組804-1和804-2中至少一個(gè)可以不包括紅外光感測(cè)像素。

在一些示例實(shí)施方式中，圖像傳感器800可以包括在行810和列820的陣列內(nèi)根據(jù)一個(gè)或多個(gè)不同的具體順序布置的不同的單元像素組802。例如，包括在列810A中的單元像素組802可以在包括根據(jù)圖3所示的圖像傳感器100的光感測(cè)器件50R、50G、50B的單元像素組與包括根據(jù)圖5所示的圖像傳感器200的光感測(cè)器件50R、50G和光電器件30G的單元像素組之間交替。在另一示例中，包括在列810A、810C和810E中的單元像素組每個(gè)可以包括光電器件30G和30B以及光感測(cè)器件50R，而包括在列810B和810D中的單元像素組每個(gè)可以包括光電器件30G和30R以及光感測(cè)器件50B。在另一示例中，在列820A及820E和/或行810A及810D中的單元像素組802可以是第一單元像素組，而在行810B-C之一以及列820B-D之一中的單元像素組802可以是第二單元像素組，使得界定陣列的周邊的單元像素組是第一單元像素組。

包括不同的單元像素組的圖像傳感器800由于被配置為經(jīng)由通過(guò)暴露于共同的照明環(huán)境的不同的單元像素組所產(chǎn)生的信息而產(chǎn)生圖像，所以可以具有提高的平均亮度靈敏性。一些單元像素組可以配置為在不同的照明環(huán)境下提供與其他單元像素組相比提高的亮度靈敏性。圖像傳感器800可以配置為減輕可以存在于促成圖像傳感器亮度靈敏性的整體劣化的任意一個(gè)具體的單元像素組中的靈敏性缺陷。另外，當(dāng)至少一個(gè)第一單元像素組802配置為在具體的照明環(huán)境下提供提高的亮度靈敏性并且在該相同的特別照明環(huán)境下至少一個(gè)第二單元像素組802提供降低的亮度靈敏性時(shí)，第一單元像素組802可以使在具體的照明環(huán)境下圖像傳感器800的亮度靈敏性的任何整體劣化無(wú)效。

圖像傳感器可以包括在不同的電子裝置中。電子裝置可以包括移動(dòng)電話、數(shù)字照相機(jī)、生物傳感器等，但是不限于此。

雖然已經(jīng)結(jié)合目前認(rèn)為是實(shí)際的示例實(shí)施方式來(lái)描述此公開(kāi)，但是將理解的是，發(fā)明構(gòu)思不限于描述的示例實(shí)施方式，相反地，而是旨在覆蓋被包括在權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種變型和等效布置。