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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-06-26
(45)【発行日】2024-07-04
(54)【発明の名称】画像センサ用のパターン電極構造
(51)【国際特許分類】
H01L 27/146 20060101AFI20240627BHJP
G02B 5/30 20060101ALI20240627BHJP
【ＦＩ】
H01L27/146 D
H01L27/146 E
G02B5/30
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2022099901
(22)【出願日】2022-06-21
(65)【公開番号】P2023147146
(43)【公開日】2023-10-12
【審査請求日】2022-06-21
(31)【優先権主張番号】17/707,893
(32)【優先日】2022-03-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】507296388
【氏名又は名称】采▲ぎょく▼科技股▲ふん▼有限公司
【氏名又は名称原語表記】ＶｉｓＥｒａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ
【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．１２，Ｄｕｓｉｎｇ Ｒｄ．１， Ｈｓｉｎｃｈｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐａｒｋ，Ｈｓｉｎ－Ｃｈｕ Ｃｉｔｙ，Ｔａｉｗａｎ
(74)【代理人】
【識別番号】100206335
【弁理士】
【氏名又は名称】太田 和宏
(74)【代理人】
【識別番号】100120857
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邉 聡
(74)【代理人】
【識別番号】100116872
【弁理士】
【氏名又は名称】藤田 和子
(72)【発明者】
【氏名】張 開昊
(72)【発明者】
【氏名】李 京樺
(72)【発明者】
【氏名】張 育淇
【審査官】渡邊 佑紀
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－１９５７１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／００１８１８８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１９－１３４２２９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２７／１４６
Ｇ０２Ｂ ５／３０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
画像センサに適用される電極構造であって、複数の内部電極、及び前記内部電極に電気的に接続された１つの外部電極を含む上部電極と、前記上部電極の下方に位置する下部電極と、光を電気信号に変換するように構成された光電変換層（ＰＣＬ）と、を含み、
前記内部電極は、波長範囲により光をフィルタリングし、光を偏光になるようにフィルタリングするように構成され、各前記内部電極は、
第１の方向に沿って延在する第１の部分及び第２の部分を有する金属構造と、
前記第１の方向に沿って延在し、前記金属構造の前記第１の部分と前記第２の部分との間に位置する誘電体構造と、
前記金属構造と前記光電変換層との間に位置する中間層を含み、
前記第１の部分、前記誘電体構造及び前記第２の部分は、前記第１の方向と異なる第２の方向に沿って配列され、
前記上部電極及び前記下部電極は、前記第１の方向及び前記第２の方向に垂直な第３の方向において重なり、
前記外部電極、前記金属構造及び前記誘電体構造は、前記光電変換層の上方に位置し、
前記中間層は、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）を含む、電極構造。
【請求項2】
前記外部電極は、前記内部電極の中間層に物理的に接続され、前記外部電極及び前記中間層は、前記光電変換層の前記上部電極に面する上面に位置し、各前記内部電極の金属構造及び誘電体構造は、対応する前記中間層の上面と接触する、請求項１に記載の電極構造。
【請求項3】
前記外部電極は、前記内部電極の金属構造に物理的に接続され、前記外部電極は、前記光電変換層の前記上部電極に面する上面から離間し、各前記中間層は、前記金属構造及び前記誘電体構造の下部を取り囲み、前記中間層及び前記下部は、前記光電変換層に埋め込まれる、請求項１に記載の電極構造。
【請求項4】
前記内部電極のピッチは、０．５λ～０．７５λの範囲にあり、λが光スペクトルのピーク又は谷に対応し、各前記内部電極は、前記第２の方向に沿う幅を有し、前記内部電極のデューティサイクルは、２０％～９０％の範囲にある、請求項１に記載の電極構造。
【請求項5】
複数の画素であって、それぞれが複数のサブ画素を含み、各サブ画素が電極構造を含み、各電極構造が、複数の内部電極、及び前記内部電極に電気的に接続された１つの外部電極を含む上部電極であって、前記内部電極は、波長範囲により光をフィルタリングし、光を偏光になるようにフィルタリングするように構成され、各前記内部電極は、第１の方向に沿って延在する第１の部分及び第２の部分を有する金属構造と、前記第１の方向に沿って延在し、前記金属構造の前記第１の部分と前記第２の部分との間に位置し、前記第１の部分、前記第２の部分とともに、前記第１の方向と異なる第２の方向において配列される誘電体構造と、を含む、上部電極と、
前記上部電極の下方に位置し、前記上部電極とともに、前記第１の方向及び前記第２の方向に垂直な第３の方向に積層される下部電極と、を含む複数の画素と、
光を電気信号に変換するように構成され、前記上部電極と前記下部電極との間に位置する光電変換層と、
対応する金属構造と前記光電変換層との間に位置する複数の中間層と、を含む、画像センサ。
【請求項6】
前記サブ画素の数は、４つであり、前記サブ画素の各内部電極は、傾斜角を有し、隣接する２つのサブ画素の内部電極の傾斜角は、４５度の角度差を有する、請求項５に記載の画像センサ。
【請求項7】
前記サブ画素は、第１の傾斜角を有する第１のサブ画素と、第２の傾斜角を有する第２のサブ画素と、第３の傾斜角を有する第３のサブ画素と、第４の傾斜角を有する第４のサブ画素とを含み、前記第１の傾斜角は、前記第２の傾斜角、前記第３の傾斜角及び前記第４の傾斜角より小さく、前記第１の傾斜角は、９０度、１２０度又は１５０度である、請求項６に記載の画像センサ。
【請求項8】
前記画素の数は、４つであり、前記画素は、画素アレイを形成し、前記画素アレイは、ＣＹＹＭモザイク配列、ＲＧＧＢモザイク配列、ＣＹＧＭモザイク配列又はＲＧＢＷモザイク配列を含み、前記画素アレイは、前記ＣＹＹＭモザイク配列を有する場合、１つの青緑色画素、１つの赤紫色画素及び２つの黄色画素を含み、前記画素アレイは、前記ＲＧＧＢモザイク配列を有する場合、１つの赤色画素、１つの青色画素及び２つの緑色画素を含み、前記画素アレイは、前記ＣＹＧＭモザイク配列を有する場合、１つの青緑色画素、１つの黄色画素、１つの緑色画素及び１つの赤紫色画素を含み、前記画素アレイは、前記ＲＧＢＷモザイク配列を有する場合、１つの赤色画素、１つの緑色画素、１つの青色画素及び１つの白色画素を含む、請求項５に記載の画像センサ。
【請求項9】
ｎチャネルデバイス及びｐチャネルデバイスを含み、前記ｎチャネルデバイスに対応する中間層は、前記光電変換層の前記上部電極に面する上面に位置し、各前記内部電極の金属構造及び誘電体構造は、対応する中間層の前記光電変換層と反対側の面と接触し、前記ｐチャネルデバイスに対応する各中間層は、前記金属構造及び前記誘電体構造の下部を取り囲み、前記中間層及び前記下部は、前記光電変換層に埋め込まれる、請求項５に記載の画像センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、画像センサに関し、特に多機能画像センサに関する。
【背景技術】
【0002】
画像センサは、画像の作成に使用される情報を検出し、伝達することができる。画像センサは、デジタルカメラ、光学式マウス装置、医療用画像機器、赤外線画像装置、レーダー、ソーナー等の様々な画像装置に使用されている。
【0003】
伝統的な画像センサは、カラーフィルタ、偏光アレイ及び電極構造を含んでもよい。例えば、偏光アレイは、カラーフィルタの下方、電極構造の上方にある。しかしながら、従来の画像センサの電極構造は、カラーフィルタ及び偏光アレイと離れている。したがって、製造プロセスがより複雑になり、パッケージのコストが高くなる。
【発明の概要】
【0004】
本発明の一態様は、画像センサに適用される電極構造を提供する。
【0005】
幾つかの実施形態において、電極構造は、上部電極と、上部電極の下方にある下部電極とを含む。上部電極は、複数の内部電極と、内部電極に電気的に接続された１つの外部電極とを含む。内部電極は、波長範囲により光をフィルタリングし、光を偏光になるようにフィルタリングするように構成される。各内部電極は、第１の方向に沿って延在する第１の部分及び第２の部分を有する金属構造と、第１の方向に沿って延在する誘電体構造とを含む。誘電体構造は、金属構造の第１の部分と第２の部分との間に位置する。第１の部分、誘電体構造及び第２の部分は、第１の方向に垂直な第２の方向に沿って配列される。上部電極及び下部電極は、第１の方向及び第２の方向に垂直な第３の方向において重なる。
【0006】
幾つかの実施形態において、電極構造は、光を電気信号に変換するように構成された光電変換層（ＰＣＬ）を更に含み、外部電極、金属構造及び誘電体構造は、光電変換層の上方に位置する。
【0007】
幾つかの実施形態において、各内部電極は、金属構造と光電変換層との間に位置するとともに、金属構造と光電変換層との間の位置エネルギー差を滑らかにするように構成された中間層を更に含む。
【0008】
幾つかの実施形態において、中間層は、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）を含む。
【0009】
幾つかの実施形態において、外部電極は、内部電極の中間層に物理的に接続され、外部電極及び中間層は、光電変換層の上面に位置する。
【0010】
幾つかの実施形態において、外部電極と中間層は、同じ材料を有する。
【0011】
幾つかの実施形態において、中間層は、光電変換層の上部電極に面する上面に位置し、各内部電極の金属構造及び誘電体構造は、対応する中間層の上面と接触する。
【0012】
幾つかの実施形態において、外部電極は、内部電極の金属構造に物理的に接続され、外部電極は、光電変換層の上部電極に面する上面から離間する。
【0013】
幾つかの実施形態において、各中間層は、金属構造の下部及び誘電体構造の下部を取り囲み、中間層及び下部は、光電変換層に埋め込まれる。
【0014】
幾つかの実施形態において、内部電極のピッチは、０．５λ～０．７５λの範囲にあり、λが光スペクトルのピーク又は谷に対応する。
【0015】
幾つかの実施形態において、各内部電極は、第２の方向に沿う幅を有し、内部電極のデューティサイクルは、２０％～９０％の範囲にある。
【0016】
本発明の別の態様は、画像センサを提供する。
【0017】
幾つかの実施形態において、画像センサは、複数の画素、光電変換層及び複数の中間層を含む。各画素は、複数のサブ画素を含む。各サブ画素は、電極構造を含む。光電変換層は、光を電気信号に変換するように構成され、上部電極と下部電極との間に位置する。中間層は、キャリア輸送性能を向上させるように構成され、対応する金属構造と光電変換層との間に位置する。各電極構造は、上部電極と、上部電極の下方にある下部電極とを含む。上部電極は、複数の内部電極、及び内部電極に電気的に接続された１つの外部電極を含む。内部電極は、波長範囲により光をフィルタリングし、光を偏光になるようにフィルタリングするように構成される。各内部電極は、第１の方向に沿って延在する第１の部分及び第２の部分を有する金属構造と、第１の方向に沿って延在する誘電体構造とを含む。誘電体構造は、金属構造の第１の部分と第２の部分との間に位置する。第１の部分、誘電体構造及び第２の部分は、第１の方向に垂直な第２の方向に沿って配列される。上部電極と下部電極は、第１の方向及び第２の方向に垂直な第３の方向において重なる。
【0018】
幾つかの実施形態において、サブ画素の数は、４つであり、サブ画素の各内部電極は、傾斜角を有し、隣接する２つのサブ画素の内部電極の傾斜角は、４５度の角度差を有する。
【0019】
幾つかの実施形態において、サブ画素は、第１の傾斜角を有する第１のサブ画素と、第２の傾斜角を有する第２のサブ画素と、第３の傾斜角を有する第３のサブ画素と、第４の傾斜角を有する第４のサブ画素とを含み、第１の傾斜角は、第２の傾斜角、第３の傾斜角及び第４の傾斜角より小さく、第１の傾斜角は、９０度、１２０度又は１５０度である。
【0020】
幾つかの実施形態において、画素の数は、４つであり、画素は、画素アレイを形成し、画素アレイは、ＣＹＹＭモザイク配列を含み、該画素アレイは、１つの青緑色画素、１つの赤紫色画素及び２つの黄色画素を含む。
【0021】
幾つかの実施形態において、画素の数は、４つであり、画素は、画素アレイを形成し、画素アレイは、ＲＧＧＢモザイク配列を含み、該画素アレイは、１つの赤色画素、１つの青色画素及び２つの緑色画素を含む。
【0022】
幾つかの実施形態において、画素の数は、４つであり、画素は、画素アレイを形成し、画素アレイは、ＣＹＧＭモザイク配列を含み、該画素アレイは、１つの青緑色画素、１つの黄色画素、１つの緑色画素及び１つの赤紫色画素を含む。
【0023】
幾つかの実施形態において、画素の数は、４つであり、画素は、画素アレイを形成し、画素アレイは、ＲＧＢＷモザイク配列を含み、該画素アレイは、１つの赤色画素、１つの緑色画素、１つの青色画素及び１つの白色画素を含む。
【0024】
幾つかの実施形態において、画像センサは、ｎチャネルデバイスを含み、中間層は、光電変換層の上部電極に面する上面に位置し、各内部電極の金属構造及び誘電体構造は、対応する中間層の光電変換層と反対側の面と接触する。
【0025】
幾つかの実施形態において、画像センサは、ｐチャネルデバイスを含み、各中間層は、金属構造及び誘電体構造の下部を取り囲み、中間層及び下部は、光電変換層に埋め込まれる。
【0026】
前述の実施形態において、本開示の各内部電極がハイブリッド構造であり、かつ内部電極のピッチ及び幅が光の波長及びデューティサイクルに基づいて決定することができるため、本開示の上部電極の構成は、波長範囲により光をフィルタリングし、光を偏光になるようにフィルタリングすることができる。したがって、上部電極は、カラーフィルタと偏光子の両方の機能を実行することができる。言い換えれば、本開示の上部電極は、電極、カラーフィルタ及び偏光子の一体構造である。
【0027】
本発明は、以下の添付図面を参照して、実施形態の以下の詳細な説明を読むことによって、よりよく理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【図1】本開示の一実施形態に係る画像センサの断面図である。
【図2A】本開示の一実施形態に係る画像センサの上部電極の上面図である。
【図3A】本開示の別の実施形態に係る上部電極の上面図である。
【図4】本開示の別の実施形態に係る画像センサの画素の上面図である。
【図5】本開示の別の実施形態に係る画像センサの画素の上面図である。
【図6A】本開示の一実施形態に係る画像センサの画素アレイの上面図である。
【図6B】本開示の別の実施形態に係る画像センサの画素アレイの上面図である。
【図6C】本開示の別の実施形態に係る画像センサの画素アレイの上面図である。
【図6D】本開示の別の実施形態に係る画像センサの画素アレイの上面図である。
【図7A】、本開示の様々な実施形態に係る、異なる電極構造を透過した光の透過率対波長シミュレーション結果のプロット図である。
【図8A】本開示の様々な実施形態に係る、異なる電極構造を透過した光の透過率対波長シミュレーション結果のプロット図である。
【図9A】本開示の様々な実施形態に係る、異なる電極構造を透過した光の透過率対波長シミュレーション結果のプロット図である。
【図10】異なる色の光に対する内部電極の寸法特性の表である。
【発明を実施するための形態】
【0029】
本発明の実施形態を詳細に参照し、それらの例を添付図面に示す。可能な限り、同じ又は類似の部品を指すために、図面及び説明において同じ参照番号を使用する。
【0030】
図１は、本開示の一実施形態に係る画像センサ１０の断面図である。画像センサ１０は、電極構造１００及び光電変換層２００（ＰＣＬ）を含む。電極構造１００は、上部電極１１０と、上部電極１１０の下方にある下部電極１２０とを含む。光電変換層２００は、上部電極１１０と下部電極１２０との間にある。上部電極１１０と下部電極１２０は、第３の方向Ｚにおいて重なる。光電変換層２００は、光を電気信号に変換するように構成される。例えば、光電変換層２００は、有機ポリマー又はペロブスカイトにより形成することができる。上部電極１１０を透過した光は、光電変換層２００により電気信号に変換することができる。
【0031】
画像センサ１０は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）画像センサである。画像センサ１０は、金属配線３００、基板４００及びレンズアレイ５００を更に含む。基板４００は、トランジスタ及びコンデンサ（未図示）を含む。トランジスタは、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ及びｐ型ＭＯＳＦＥＴを含む。
【0032】
図２Ａは、図１の画像センサ１０の上部電極１１０の上面図である。図１及び図２Ａを参照されたい。本実施形態において、画素１２は、２×２列に配列された４つのサブ画素（例えば、第１のサブ画素Ｐ１、第２のサブ画素Ｐ２、第３のサブ画素Ｐ３及び第４のサブ画素Ｐ４）を含むが、本開示は、これに限定されない。電極構造１００の上部電極１１０は、第１のサブ画素Ｐ１、第２のサブ画素Ｐ２、第３のサブ画素Ｐ３及び第４のサブ画素Ｐ４にそれぞれ対応するパターンを有する。
【0033】
図２Ａに示すように、上部電極１１０は、各サブ画素（Ｐ１～Ｐ４）において、１つの外部電極１１２と、外部電極１１２に接続された複数の内部電極１１４とを含む。外部電極１１２及び内部電極１１４は、光電変換層に位置する。各サブ画素（Ｐ１～Ｐ４）の内部電極１１４は、内部電極１１４が配列された方向と異なる方向に沿って延在する。例えば、第３のサブ画素Ｐ３に示すように、内部電極１１４は、第１の方向Ｘに沿って延在するとともに、第１の方向Ｘに垂直な第２の方向Ｙにおいて配列される。言い換えれば、内部電極１１４は、格子構造を形成する。
【0034】
各内部電極１１４は、金属構造１１４２及び誘電体構造１１４４を含む。金属構造１１４２は、第１の部分１１４２Ａ及び第２の部分１１４２Ｂを含む。誘電体構造１１４４は、金属構造１１４２の第１の部分１１４２Ａと第２の部分１１４２Ｂとの間に位置する。第１の部分１１４２Ａ、第２の部分１１４２Ｂ及び誘電体構造１１４４は、帯状である。第１の部分１１４２Ａ、誘電体構造１１４４及び第２の部分１１４２Ｂは、第２の方向Ｙに沿って積層される。言い換えれば、各内部電極１１４は、ハイブリッド構造である。
【0035】
図２Ｂは、図２Ａの２Ｂ－２Ｂ線に沿う断面図である。図２Ｃは、図２Ａの画像センサ１０の第３のサブ画素Ｐ３の３次元図である。図２Ｂ及び図２Ｃを参照されたい。各内部電極１１４は、金属構造１１４２と光電変換層２００との間に、及び、誘電体構造１１４４と光電変換層２００との間に位置する中間層１１４６を更に含む。中間層１１４６は、第１の方向Ｘに沿って延在する。光電変換層２００、中間層１１４６及びハイブリッド構造（金属構造１１４２及び誘電体構造１１４４により形成される）は、第３の方向Ｚに沿って積層される。第３の方向Ｚは、本明細書で長手方向である。
【0036】
中間層１１４６は、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）を含む。例えば、透明導電性酸化物は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、アモルファスインジウムガリウム亜鉛酸化物（α－ＩＧＺＯ）又はアモルファスＺＳＯ（α－ＺＳＯ）等を含んでもよい。
【0037】
図２Ａに示すように、第１のサブ画素Ｐ１、第２のサブ画素Ｐ２、第３のサブ画素Ｐ３及び第４のサブ画素Ｐ４の内部電極１１４は、それぞれ、第１の傾斜角θ１、第２の傾斜角θ２、第３の傾斜角θ３及び第４の傾斜角θ４を有する。本明細書の傾斜角（θ１～θ４）は、第１の方向Ｘに対して反時計回りに測定された角として定義される。隣接する２つのサブ画素（Ｐ１～Ｐ４）の内部電極１１４の傾斜角（θ１～θ４）は、４５度の角度差を有する。第１のサブ画素Ｐ１の第１の傾斜角θ１は、他のサブ画素（すなわち、第２のサブ画素Ｐ２～第４のサブ画素Ｐ４）の傾斜角（すなわち、第２の傾斜角θ２～第４の傾斜角θ４）より小さい。本実施形態において、サブ画素（Ｐ１～Ｐ４）の内部電極１１４の傾斜角（θ１～θ４）は、それぞれ、９０度、１３５度、１８０度及び２１５度である。サブ画素（Ｐ１～Ｐ４）の偏光角Ｅ１～Ｅ４は、それぞれ、０度、４５度、９０度及び１３５度である。具体的には、本明細書の偏光角は、上部電極１１０を通過した光の偏光状態を示す。言い換えれば、上部電極１１０のパターンは、４方向偏光アレイである。したがって、内部電極１１４は、光を偏光になるようにフィルタリングすることができる。このような構成により、画像センサ１０は、高い消光比（ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ）を有することができる。このように、反射光を効率的に除去することができ、画像品質を改善することができる。それに応じて、上部電極１１０は、内部電極１１４の前述のパターンにより、偏光子として使用することができる。
【0038】
図２Ｂに示すように、内部電極１１４の寸法パラメータは、ピッチｐ、幅ｗ及び高さｈを含む。ピッチｐは、隣接する２つの内部電極１１４間の距離である。各内部電極１１４の幅ｗは、第２の方向Ｙに沿って測定される。内部電極１１４は、周期パターンが形成されているため、そのデューティサイクルがｗ／ｐによって定義される。幾つかの実施形態において、内部電極１１４のデューティサイクルは、２０％～９０％の範囲にある。幾つかの好ましい実施形態において、内部電極のデューティサイクルは、５０％～９０％の範囲にある。好ましい実施形態において、内部電極１１４の高さｈは、光透過率の低下を回避するために５００μｍより小さいが、本開示は、これに限定されない。
【0039】
内部電極１１４のピッチｐは、０．５λ～０．７５λの範囲で定義され、λが光スペクトルのピーク又は谷に対応する。例えば、画素１２が青緑色カラーフィルタであるように設計される場合、λの値は、青緑色光スペクトルの波長の谷により決定することができる。青緑色光は、青色光と緑色光との混合光であると見なすことができるため、波長の谷が約６３０ｎｍ（すなわち、青緑色の補色の波長のピーク）である。これらの条件では、ピッチｐは、３１５ｎｍ～４７２ｎｍの範囲にあり、幅ｗは、適切なデューティサイクルを選択することにより決定することができる。
【0040】
図２Ｂに示すように、Ｓ波（ｓ偏光）が内部電極１１４に向かって進む場合、Ｓ波ＳＷは、上部電極１１０を透過した後、青緑色のＳ波ＳＷ′（Ｃ）になり、Ｐ波ＰＷ（ｐ偏光）は、上部電極１１０に反射した後、赤色Ｐ波ＰＷ′（Ｒ）になる。つまり、光の波長及びデューティサイクルに基づいて内部電極のピッチｐ及び幅ｗを定義することにより、上部電極１１０は、波長範囲により光をフィルタリングすることができる。したがって、上部電極１１０は、内部電極１１４の前述の寸法パラメータにより、カラーフィルタとして使用することができる。
【0041】
それに応じて、ハイブリッド構造として設計された内部電極１１４を用いることと、光の波長及びデューティサイクルに基づいて内部電極１１４のピッチｐ及び幅ｗを定義することとにより、本開示の上部電極１１０は、カラーフィルタ及び偏光子の両方の機能を実行することができる。言い換えれば、上部電極１１０は、電極、カラーフィルタ及び偏光子の一体構造であり、画像センサ１０は、多機能画像センサである。したがって、電極の上方に積層された追加のカラーフィルタ層及び偏光子層を形成する必要がない。
【0042】
図２Ｂ及び図２Ｃを参照されたい。本実施形態において、電極構造１００の構成は、ｎチャネルデバイスにおいて使用される。外部電極１１２は、内部電極１１４の中間層１１４６に物理的かつ電気的に接続される。外部電極１１２と中間層１１４６は、同じ材料を有する。言い換えれば、外部電極１１２は、透明導電性酸化物を含む。外部電極１１２及び中間層１１４６は、光電変換層２００の上面２１０に位置する。つまり、中間層１１４６は、光電変換層２００の上部電極１１０に面する上面２１０に位置する。各内部電極１１４の金属構造１１４２及び誘電体構造１１４４は、対応する中間層１１４６の上面と接触する。幾つかの実施形態において、外部電極１１２の厚さｔは、１００ｎｍより小さいが、本開示は、これに限定されない。
【0043】
ｎチャネルについて、中間層１１４６（例えば、透明導電性酸化物）の仕事関数エネルギーは、金属構造１１４２の仕事関数エネルギーと光電変換層２００（例えば、有機材料）の仕事関数エネルギーとの間の範囲にあるように選択することができる。金属構造１１４２は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、タングステン又は合金等の金属を含んでもよい。このように、金属構造と光電変換層との間に中間層１１４６を形成することにより、金属構造と光電変換層との間の位置エネルギー差を滑らかにすることができる。したがって、金属構造１１４２から光電変換層２００への位置エネルギーがより滑らかに低減するため、キャリア伝導（ｎチャネルデバイスにおける電子）がより効率的になることができ、また透明導電性酸化物を含む中間層１１４６をハイブリッド構造と光電変換層２００との間に堆積することにより、キャリア輸送性能を向上させることができる。
【0044】
図３Ａは、本開示の別の実施形態に係る画像センサ１０ａの上部電極１１０ａの上面図である。画像センサ１０ａは、図２Ａに示される画像センサ１０と類似する。上部電極１１０ａの外部電極１１２ａが内部電極１１４ａの金属構造１１４２ａに接続されるという点で相違する。外部電極１１２ａ及び金属構造１１４２ａは、同じ材料を有する。
【0045】
図３Ｂは、図３Ａの３Ｂ－３Ｂ線に沿う断面図である。図３Ｃは、図３Ａの画像センサ１０ａの３次元図である。図３Ｂ及び図３Ｃを参照されたい。内部電極１１４ａの各中間層１１４６ａは、金属構造１１４２ａ及び誘電体構造１１４４の下部１１４２Ｌを取り囲み、中間層１１４６ａと、金属構造１１４２ａ及び誘電体構造１１４４の下部１１４２Ｌとは、光電変換層２００に埋め込まれる。本実施形態において、光電変換層２００に埋め込まれた中間層１１４６ａの深さｄ１は、金属構造１１４２ａの光電変換層２００に埋め込まれた部分の深さｄ２と実質的に同じであるが、本開示は、これに限定されない。別の実施形態において、深さｄ１は、深さｄ２より小さくてもよい。
【0046】
電極構造１００ａの構成は、ｐチャネルデバイスにおいて使用される。ｐチャネルデバイスについて、金属構造１１４２ａから光電変換層２００への位置エネルギーがより滑らかに増加するため、キャリア伝導（ｐチャネルデバイスにおけるホール）はより効率的になることができる。それに応じて、中間層１１４６ａをハイブリッド構造と光電変換層２００との間に堆積することにより、キャリア輸送性能を向上させることができる。
【0047】
図４は、本開示の別の実施形態に係る画像センサの画素１２ａの上面図である。本実施形態において、サブ画素（Ｐ１～Ｐ４）の内部電極１１４の傾斜角θ５～θ８は、それぞれ、１２０度、１６５度、２１０度及び２５５度である。傾斜角θ５～θ８は、本明細書で第１の方向Ｘに対して反時計回りに測定された角として定義される。サブ画素（Ｐ１～Ｐ４）の偏光角Ｅ５～Ｅ８は、それぞれ、３０度、７５度、１２０度及び１６５度である。画素１２ａの構成は、画素１２の構成と類似する利点を有するため、以下では説明を省略する。
【0048】
図５は、本開示の別の実施形態に係る画像センサの画素１２ｂの上面図である。本実施形態において、サブ画素（Ｐ１～Ｐ４）の内部電極の傾斜角度（θ９～θ１２）は、それぞれ、１５０度、１９５度、２４０度及び２８５度である。傾斜角（θ９～θ１２）は、本明細書で第１の方向Ｘに対して反時計回りに測定された角として定義される。サブ画素（Ｐ１～Ｐ４）の偏光角Ｅ９～Ｅ１２は、それぞれ、６０度、１０５度、１５０度及び１９５度である。画素１２ｂの構成は、画素１２の構成と類似する利点を有するため、以下では説明を省略する。
【0049】
図２Ａ、図４及び図５に示される傾斜角（θ１～θ１２）の具体的な値は、隣接する２つのサブ画素の内部電極の傾斜角が４５度の角度差を有する限り、調整することができることに留意されたい。換言すれば、対角線方向に沿って配列された２つのサブ画素の内部電極の傾斜角は、９０度の角度差を有する。
【0050】
図６Ａは、本開示の一実施形態に係る画像センサの画素アレイ２０の上面図である。画素アレイ２０は、モザイクパターン配列を有する。本実施形態において、モザイクパターンは、ＣＹＹＭモザイク配列である。１つの青緑色画素１２Ｃ（青緑色サブ画素群）、１つの赤紫色画素１２Ｍ（赤紫色サブ画素群）及び２つの黄色画素１２Ｙ（２つの黄色サブ画素群）は、ＣＹＹＭ配列を構成する。本明細書の各画素は、図２Ａに示される画素１２と類似する構成を有する。青緑色画素１２Ｃの内部電極１１４Ｃは、内部電極１１４Ｃを透過した光が青緑色になるように設計される。赤紫色画素１２Ｍの内部電極１１４Ｍは、内部電極１１４Ｍを透過した光が赤紫色になるように設計される。黄色画素１２Ｙの内部電極１１４Ｙは、内部電極１１４Ｙを透過した光が黄色になるように設計される。図２Ａ、図４及び図５に示される画素１２、１２ａ、１２ｂの組み合わせも本明細書ですることができる。
【0051】
本明細書のＣＹＹＭモザイク配列は、例示的な実施形態に過ぎないことに留意されたい。別の実施形態において、モザイクパターンは、赤色、緑色、青色、白色等の異なる色に対応する画素で構成されてもよい。各画素の内部電極は、（赤色、緑色、青色、白色）光の波長に基づいて、同じ寸法パラメータに従って設計することができる。
【0052】
図６Ｂは、本開示の別の実施形態に係る画像センサの画素アレイ２０ａの上面図である。本実施形態において、画像センサのモザイクパターンは、ＲＧＧＢモザイク配列である。１つの赤色画素１２Ｒ（赤色サブ画素群）、１つの青色画素１２Ｂ（青色サブ画素群）及び２つの緑色画素１２Ｇ（２つの緑色サブ画素群）は、ＲＧＧＢ配列を構成する。
【0053】
図６Ｃは、本開示の別の実施形態に係る画像センサの画素アレイ２０ｂの上面図である。本実施形態において、画像センサのモザイクパターンは、ＣＹＧＭモザイク配列である。１つの青緑色画素１２Ｃ（青緑色サブ画素群）、１つの黄色画素１２Ｙ（黄色サブ画素群）、１つの緑色画素１２Ｇ（緑色サブ画素群）及び１つの赤紫色画素１２Ｍ（赤紫色サブ画素群）は、ＣＹＧＭ配列を構成する。
【0054】
図６Ｄは、本開示の別の実施形態に係る画像センサの画素アレイ２０ｃの上面図である。本実施形態において、画像センサのモザイクパターンは、ＲＧＢＷモザイク配列である。１つの赤色画素１２Ｒ（赤色サブ画素群）、１つの緑色画素１２Ｇ（緑色サブ画素群）、１つの青色画素１２Ｂ（青色サブ画素群）及び１つの白色画素１２Ｗ（白色サブ画素群）は、ＲＧＢＷ配列を構成する。
【0055】
内部電極１１４Ｃ、１１４Ｍ、１１４Ｙの相違点は、図７Ａ～図１０に対応する以下の段落で説明される。図７Ａ、図８Ａ及び図９Ａは、本開示の様々な実施形態に係る、異なる電極構造を透過した光の透過率対波長シミュレーション結果のプロット図である。図７Ｂ、図８Ｂ及び図９Ｂは、それぞれ図７Ａ、図８Ａ及び図９Ａのシミュレーション結果から導かれた消光比のプロット図である。図１０は、シミュレーションに使用される、異なる色の光に対する内部電極の寸法特性の表である。シミュレーションに使用される金属構造の材料は、アルミニウム、銅及びタングステンであってもよい。誘電体層の材料は、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、ＭｇＦ２（フッ化マグネシウム）又はポリマーであってもよい。
【0056】
図７Ａは、図６Ａに示される青緑色画素１２Ｃを透過したＳ波の透過率ＴＳ及びＰ波の透過率ＴＰを示す。図１０に示すように、内部電極１１４Ｃのピッチｐと幅ｗは、それぞれ、４００ｎｍと２４０ｎｍである。つまり、内部電極１１４Ｃのデューティサイクルは、約６０％である。上述したように、ピッチｐは、０．５λ～０．７５λの範囲にあり、λが本明細書で青緑色光スペクトルの谷に対応する。例えば、青緑色光スペクトルの谷（すなわち、青緑色の補色）は、約６３０ｎｍである。したがって、内部電極１１４Ｃのピッチｐは、３１５ｎｍ～４７２ｎｍの範囲にある。
【0057】
これらの条件下で、青緑色画素１２Ｃの内部電極１１４Ｃを透過したＳ波の透過率ＴＳは、青緑色を示す。これに対して、Ｐ波の透過率ＴＰは、Ｓ波の透過率ＴＳより遥かに小さく、可視光スペクトル全体を通して、Ｓ波の透過率ＴＳは、Ｐ波の透過率ＴＰより大きい。したがって、図７Ｂに示すように、消光比Ｒ（ＴＳ／ＴＰ）は、内部電極１１４Ｃを透過した光が支配的に青緑色のＳ波であることを示す。
【0058】
図８Ａは、図６Ａに示される赤紫色画素１２Ｍを透過したＳ波の透過率ＴＳ及びＰ波の透過率ＴＰを示す。図１０に示すように、内部電極１１４Ｍのピッチｐと幅ｗは、それぞれ、３５０ｎｍと２８０ｎｍである。つまり、内部電極１１４Ｍのデューティサイクルは、約８０％である。同様に、赤紫色光スペクトル（青色光及び赤色光）の谷（すなわち、赤紫色の補色）は、約５７５ｎｍである。したがって、内部電極１１４Ｍのピッチｐは、２８７ｎｍ～４３０ｎｍの範囲にある。
【0059】
これらの条件下で、内部電極１１４Ｍを透過したＳ波は、赤紫色を示す。これに対して、Ｐ波の透過率ＴＰは、Ｓ波の透過率ＴＳより遥かに小さく、可視光スペクトル全体を通して、Ｓ波の透過率ＴＳは、Ｐ波の透過率ＴＰより大きい。したがって、図８Ｂに示すように、消光比Ｒ（ＴＳ／ＴＰ）は、内部電極１１４Ｍを透過した光が支配的に赤紫色のＳ波であることを示す。
【0060】
図９Ａは、図６Ａに示される内部電極１１４Ｙを透過したＳ波の透過率ＴＳ及びＰ波の透過率ＴＰを示す。図１０に示すように、内部電極１１４Ｙのピッチｐと幅ｗは、それぞれ、３００ｎｍと１８０ｎｍである。つまり、内部電極１１４Ｙのデューティサイクルは、約６０％である。同様に、黄色光スペクトル（緑色光及び赤色光）の谷（すなわち、黄色の補色）は、約４４０ｎｍである。したがって、内部電極１１４Ｙのピッチｐは、２２０ｎｍ～３３０ｎｍの範囲にある。
【0061】
これらの条件下で、内部電極１１４Ｙを透過したＳ波のＴＳは、黄色を示す。これに対して、Ｐ波の透過率ＴＰは、Ｓ波の透過率ＴＳより遥かに小さく、可視光スペクトル全体を通して、Ｓ波の透過率ＴＳは、Ｐ波の透過率ＴＰより大きい。したがって、図９Ｂに示すように、消光比Ｒ（ＴＳ／ＴＰ）は、内部電極１１４Ｙを透過した光が支配的に黄色のＳ波であることを示す。
【0062】
要約すれば、本開示の各内部電極がハイブリッド構造であり、かつ内部電極のピッチ及び幅が光の波長及びデューティサイクルに基づいて決定することができるため、本開示の上部電極の構成は、波長範囲により光をフィルタリングし、光を偏光になるようにフィルタリングすることができる。したがって、上部電極は、カラーフィルタと偏光子の両方の機能を実行することができる。言い換えれば、本開示の上部電極は、電極、カラーフィルタ及び偏光子の一体構造であり、画像センサは、多機能画像センサである。また、ＴＣＯを含む中間層をハイブリッド構造と光電変換層との間に堆積することにより、キャリア輸送性能を向上させることができる。
【0063】
本発明は、特定の実施形態を参照しながら具体的に説明されたが、他の実施形態が可能である。したがって、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲は、本明細書に含まれる実施形態の説明に限定されるものではない。
【0064】
本発明の範囲又は精神から逸脱することなく、本発明の構造に様々な修正及び変形を行うことができることは、当業者にとって明らかである。上記に鑑み、本発明は、提供される本発明の修正及び変形をカバーすることを意図し、それらは以下の特許請求の範囲に含まれる。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図10】
