МУЛЬТИСПЕКТРАЛЬНОЕ ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2014 года по МПК H01L27/146 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее раскрытие относится к мультиспектральному фоточувствительному устройству, в частности, к его физической реализации и изготовлению. Более конкретно, настоящее изобретение относится к считывающему устройству для панхроматических изображений, которое является достижимым посредством ПЗС- или КМОП-полупроводникового прибора для одновременного считывания нескольких спектров (к примеру, видимого света и инфракрасного света). В данном документе, панхроматический спектр (или цвет) содержит все интересующие спектры. Для обычных считывающих устройств (например, считывающих устройств для видимого света), панхроматический означает все спектры видимого света, которые содержат красный, зеленый, синий и белый цвет. Для считывающих устройств, используемых для комбинации инфракрасного света и видимого света, панхроматический означает спектры видимого света и инфракрасного света. Настоящее раскрытие применяется к мультиспектральному считывающему устройству для считывания инфракрасных, монохромных и цветных изображений.

Уровень техники

[0002] Настоящее раскрытие является продолжением предыдущих заявок с названием "Multi-spectrum Photosensitive device and Manufacturing Methods Thereof" (PCT/CN2007/071262) и "Multi-spectrum Photosensitive device and Manufacturing Method Thereof" (китайская заявка № 200810217270.2), принадлежащих автору настоящего изобретения, и направлено на предоставление более конкретных и предпочтительных физических реализаций полупроводниковых приборов.

[0003] Предыдущие считывающие устройства ориентированы на считывание либо цветного видимого света, либо инфракрасного света, немногие из них считывают как цветной видимый свет, так и инфракрасный свет. Хотя предусмотрены другие изобретения или варианты применения, такие как использование полупроводниковой технологии на основе сурьмы и индия ("Silicon infrared focal plane arrays" автора M. Kimata, в работе Handbook of Infrared Detection Technologies под редакцией M. Henini и M. Razeghi, стр. 352-392, Elsevier Science Ltd., 2002) для того, чтобы одновременно реализовывать фоточувствительность для видимого света и инфракрасного света, они не считывают цвет света. Существующий способ одновременного получения цветного и инфракрасного света состоит в том, чтобы физически совмещать цветовое считывающее устройство с инфракрасным считывающим устройством (к примеру, "Backside-hybrid Photo detector for trans-chip detection of NIR light" автора T. Tokudaetal на семинаре IEEE Workshop on Charge-coupled Devices and Advanced Image Sensors, Эльмау, Германия, май 2003 года, и "A CMOS image sensor with eye-safe detection function using backside carrier injection", T. Tokudaetal., J. Inst., Image Information and Television Eng., 60 (3):366-372, март 2006 года).

[0004] Существует три главных причины повреждения существующего считывающего устройства при интегрировании цветового считывающего устройства с инфракрасным считывающим устройством. Первая причина состоит в том, что существующее цветовое считывающее устройство должно использовать пленку для цветного светофильтра (включающую в себя красный цвет/зеленый цвет/синий цвет или голубой цвет/желтый цвет/пурпурный цвет/зеленый цвет) для того, чтобы получать цвет. Тем не менее, эти пленки для фильтра также имеют сильную характеристику фильтрации в инфракрасном свете. Помимо этого, чтобы делать цвет ярким, в линзу добавляется инфракрасный фильтр, в частности, для того, чтобы уменьшить возможное явление помутнения, вызываемое посредством инфракрасного света, на цветном изображении. Технология трехслойного считывания X3 компании Foveon осуществляет выбор цвета согласно глубине. Хотя этот способ не использует пленку для фильтра, изготовление по технологии трехслойного считывания очень затруднено, и переход к серийному производству не слишком успешен. Если инфракрасный слой дополнительно добавляется под этими тремя слоями, это еще более усложняет ситуацию и практически лишено практического смысла. Вторая причина состоит в том, что кремний, который широко используется в полупроводниках, поглощает инфракрасный свет только с длиной волны ниже 1100 нм. Следовательно, многие инфракрасные считывающие устройства используют другие полупроводниковые материалы, такие как германиевые, кремниево-германиевые смешанные кристаллы, HgCdTe, InSb и т.п. Эти материалы не являются подходящими для считывания видимого света. Третья причина обусловлена отсутствием осуществимой на практике технологии для изготовления двухслойного или многослойного считывающего устройства.

[0005] Следовательно, некоторые проблемы, к примеру, то, как достичь лучшей фоточувствительности и интегрировать цветовое считывающее устройство с инфракрасным считывающим устройством, должны быть дополнительно изобретены и улучшены.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая задача

[0006] На основе вышеприведенного описания, настоящее раскрытие предоставляет мультиспектральное считывающее устройство, которое не только достигает лучшей цветовой фоточувствительности, но также и предоставляет реализацию для интеграции цветового считывающего устройства с инфракрасным считывающим устройством.

Техническое решение

[0007] Техническое решение согласно настоящему изобретению включает в себя:

[0008] Мультиспектральное фоточувствительное устройство, содержащее базовый слой, в котором множество макроблоков из составных считывающих пикселов многократно размещено в соответствии с данным рисунком на базовом слое, макроблок из составных считывающих пикселов содержит, по меньшей мере, один составной считывающий пиксел, содержащий, по меньшей мере, два базовых считывающих пиксела, базовые считывающие пикселы размещены в слоях вдоль направления испускания света, причем каждый слой имеет один базовый считывающий пиксел, и базовые считывающие пикселы распределены на верхней стороне или нижней стороне либо на верхней стороне и нижней стороне базового слоя, при этом каждая сторона содержит самое большее два слоя.

[0009] В примере мультиспектрального фоточувствительного устройства, составной считывающий пиксел включает в себя два базовых считывающих пиксела, которые размещены в двух слоях на верхней стороне или нижней стороне базового слоя так, что они формируют односторонний двухслойный составной считывающий пиксел, или расположены, соответственно, на верхней стороне и нижней стороне базового слоя так, что они формируют двусторонний двухслойный составной считывающий пиксел.

[0010] В мультиспектральном фоточувствительном устройстве, составной считывающий пиксел в базовом слое может быть односторонним двухслойным составным считывающим пикселом, так что мультиспектральное считывающее устройство составляет одностороннее двухслойное считывающее устройство.

[0011] Односторонний двухслойный составной считывающий пиксел может формироваться посредством составного N-P-N-перехода, который формируется посредством легирования примесью p-типа базового слоя из кремния n-типа, чтобы сформировать легированный примесью p-типа слой, и затем легирования примесью n-типа легированного примесью p-типа слоя.

[0012] Односторонний двухслойный составной считывающий пиксел может формироваться посредством составного P-N-P-перехода, который формируется посредством легирования примесью n-типа базового слоя из кремния p-типа, чтобы сформировать легированный примесью n-типа слой, и затем легирования примесью p-типа легированного примесью n-типа слоя.

[0013] В мультиспектральном фоточувствительном устройстве, составной считывающий пиксел в базовом слое может быть двусторонним двухслойным составным считывающим пикселом, так что мультиспектральное считывающее устройство составляет двустороннее двухслойное считывающее устройство.

[0014] Двусторонний двухслойный составной считывающий пиксел может формироваться посредством составного P-N-P-перехода, который формируется посредством легирования примесью p-типа как верхней стороны, так и нижней стороны базового слоя из кремния n-типа.

[0015] Двусторонний двухслойный составной считывающий пиксел может формироваться посредством составного N-P-N-перехода, который получается посредством легирования примесью n-типа как верхней стороны, так и нижней стороны базового слоя из кремния p-типа.

[0016] В примере мультиспектрального фоточувствительного устройства, составной считывающий пиксел включает в себя три или четыре базовых считывающих пиксела, два из которых располагаются в двух слоях на верхней стороне или нижней стороне базового слоя, а оставшийся базовый считывающий пиксел(ы) располагается в одном или двух слоях в нижней стороне или верхней стороне базового слоя так, что они формируют двусторонний многослойный составной считывающий пиксел.

[0017] В мультиспектральном фоточувствительном устройстве, составной считывающий пиксел в базовом слое может быть двусторонним многослойным составным считывающим пикселом, так что мультиспектральное считывающее устройство составляет двустороннее многослойное считывающее устройство.

[0018] Двусторонний многослойный составной считывающий пиксел может формироваться посредством составного перехода P-N-P или N-P-N-P, или P-N-P-N, или N-P-N-P-N, при этом составной переход формируется посредством легирования примесью p-типа как верхней стороны, так и нижней стороны базового слоя из кремния n-типа, чтобы сформировать легированный примесью p-типа слой, и затем легирования примесью n-типа легированного примесью p-типа слоя.

[0019] Двусторонний многослойный составной считывающий пиксел может формироваться посредством составного перехода N-P-N, N-P-N-P, P-N-P-N или P-N-P-N-P, при этом составной переход формируется посредством легирования примесью n-типа как верхней стороны, так и нижней стороны базового слоя из кремния p-типа, чтобы сформировать легированный примесью n-типа слой, и затем легирования примесью p-типа легированного примесью n-типа слоя.

[0020] В мультиспектральном фоточувствительном устройстве, базовые считывающие пикселы в составном считывающем пикселе, соответственно, считывают одну из двух полос частот спектра видимого света или видимого и инфракрасного света, ортогональных друг другу, комбинация спектров, считываемых посредством всех составных считывающих пикселов в макроблоках из составных считывающих пикселов, содержит спектральную информацию, необходимую для восстановления цветов в цветовом пространстве RGB или CMYK.

[0021] В мультиспектральном фоточувствительном устройстве, спектр, считываемый посредством базовых считывающих пикселов из составных считывающих пикселов, ближайших к источнику света, включает в себя пустой цвет, синий цвет, зеленый цвет, голубой цвет, белый цвет и белый цвет плюс инфракрасный свет.

[0022] В мультиспектральном фоточувствительном устройстве, спектр, считываемый посредством базовых считывающих пикселов из составных считывающих пикселов самых дальних от источника света, включает в себя пустой цвет, зеленый цвет, красный цвет, желтый цвет, белый цвет, красный цвет плюс инфракрасный свет, желтый цвет плюс инфракрасный свет и белый цвет плюс инфракрасный свет.

[0023] В мультиспектральном фоточувствительном устройстве, нижняя поверхность базового считывающего пиксела, считывающего инфракрасный свет в нижнем слое блоков составных считывающих пикселов, выращивается с кремниево-германиевым кристаллическим слоем или германиевым кристаллическим слоем для лучшего поглощения инфракрасного света.

[0024] В мультиспектральном фоточувствительном устройстве, нижняя часть базовых считывающих пикселов для считывания инфракрасного света покрывается зеркальной отражательной пленкой.

[0025] В мультиспектральном фоточувствительном устройстве, составной считывающий пиксел дискретизируется активным способом так, что он формирует активный пиксел.

[0026] В мультиспектральном фоточувствительном устройстве, составной считывающий пиксел дискретизируется пассивным способом так, что он формирует пассивный пиксел.

[0027] В мультиспектральном фоточувствительном устройстве, базовый считывающий пиксел в составных считывающих пикселах является фотодиодом или фотозатвором.

[0028] В мультиспектральном фоточувствительном устройстве, режим считывания мультиспектрального считывающего устройства содержит режим считывания с передней стороны, считывания с задней стороны или двунаправленного считывания, режим двунаправленного считывания включает в себя режим выбора направления на основе разделения по времени, режим выбора направления на основе разделения на области или режим попикселного выбора направления.

[0029] В мультиспектральном фоточувствительном устройстве, данный рисунок включает в себя повторяемое упорядочение, прямоугольный рисунок или гексагональный рисунок, принятый составными пикселами.

Преимущества изобретения

[0030] Полезные технические эффекты настоящего раскрытия разработаны так, что:

[0031] 1. Предоставляется лучшее выполнение цветового считывания, и цветовое считывающее устройство интегрируется с инфракрасным считывающим устройством. В настоящем раскрытии, по меньшей мере, два считывающих пикселных слоя предоставляются в направлении излучения от источника света в виде составного считывающего пиксела, содержащего, по меньшей мере, два базовых считывающих пиксела, базовые считывающие пикселы считывают каждую полосу спектра в различных слоях, так что предусмотрена такая реализация, что, по меньшей мере, две полосы спектра могут считываться в одной и той же пикселной позиции одной поверхности базового слоя, но на различных глубинах, с тем чтобы предоставлять лучшую гибкость и более удобное размещение пикселов в рисунке компоновки макроблока из составных считывающих пикселов поверхности, так что чувствительность, разрешение и динамический охват считывающего устройства значительно повышаются. С другой стороны, когда два считывающих пикселных слоя располагаются так, что один считывает видимый свет, и другой считывает инфракрасный свет, интеграция устройства на основе видимого света и устройства на основе инфракрасного света является легко реализуемой для того, чтобы одновременно считывать цветной свет и инфракрасный свет.

[0032] 2. Технология обработки, реализующая продукты, является простой. Посредством приспособления существующих технологий и оборудования обработки считывающих ПЗС- или КМОП-кристаллов, настоящее раскрытие позволяет легко изготавливать одностороннее двухслойное мультиспектральное считывающее устройство, двустороннее двухслойное мультиспектральное считывающее устройство и двустороннее мультиспектральное считывающее устройство для считывания с передней стороны, считывания с задней стороны или двунаправленного считывания. Для вышеупомянутого трехслойного считывающего устройства компании Foveon, чтобы выполнять цветовое считывание, необходимо располагать три слоя в одной и той же позиции, чтобы, соответственно, считывать три RGB-цвета, с тем чтобы выполнять восстановление цветов. Тем не менее, такой способ вызывает затруднения при обработке трех слоев и очевидно затрудняет межсоединение между транзисторами, поскольку соединители для различных слоев должны быть отделены друг от друга. На основе этого, практически невозможно при добавлении еще одного слоя к этим трем RGB-слоям выполнять инфракрасное считывание. Хотя настоящее раскрытие выполняет восстановление цветов пикселом, размещаемым в рисунке на поверхности, так что необязательно располагать три слоя в направлении глубины, чтобы реализовывать восстановление цветов, следовательно, лучшее выполнение цветового считывания реализуется посредством расположения только двух слоев базовых считывающих пикселов на одной поверхности. Поскольку на одной и той же поверхности располагаются самое большее только два считывающих пикселных слоя, трудность технологий трехмерной обработки существенно снижается, и межсоединение является относительно простым. В частности, когда используется двусторонний двухслойный способ, т.е. два базовых считывающих пиксела в составных считывающих пикселах, соответственно, располагаются на двух противоположных сторонах, не только односторонний двухслойный способ имеет лучшее выполнение цветового считывания, но также и обработка на каждой стороне упрощается в качестве плоской обработки, т.е. один считывающий пикселный слой подвергается плоскостной обработке на одной стороне, затем базовый слой переворачивается, и другой считывающий пикселный слой также подвергается плоскостной обработке, так что технология обработки двустороннего двухслойного считывающего устройства является аналогичной технологии обработки текущего одностороннего однослойного считывающего устройства.

[0033] 3. Поскольку считывающее устройство настоящего раскрытия выполняет восстановление цветов посредством комбинирования глубинного спектрального фильтра и плоскостного рисунка компоновки, с одной стороны, необязательно приспосабливать цветную пленку, что значительно повышает выход продукции. С другой стороны, может быть получена избыточная цветовая информация, так что множество дефектов и мертвых зон могут компенсироваться посредством фоновой обработки и использования избыточной цветовой информации. Соответственно, доля неисправных изделий для считывающего устройства в целом снижается.

[0034] Поясняется множество двухслойных мультиспектральных считывающих устройств и многослойных мультиспектральных считывающих устройств, подходящих для считывания видимого и инфракрасного света согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия, которые являются только примерными для демонстрации настоящего раскрытия и не имеют намерение ограничивать объем охраны настоящего раскрытия.

[0035] Для специалистов в данной области техники вышеуказанные и другие цели, а также преимущества настоящего раскрытия должны стать очевидными из подробного описания и иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления со ссылкой на чертежи, как показано ниже.

[0036] Для простоты нижеследующее описание чертежей главным образом основано на фотодиоде. Тем не менее, почти все примеры вместо этого также могут использовать фотозатвор.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0037] Фиг. 1 является схематичной диаграммой традиционного однослойного фотодиода.

[0038] Фиг. 2 является схематичной диаграммой трехслойного составного фотодиода, изобретенного компанией Foveon, в котором диод в верхнем слое считывает синий цвет, диод в среднем слое считывает зеленый цвет, а диод в нижнем слое считывает красный цвет. Этот способ полностью использует взаимосвязь между глубиной проникновения света и длиной волны. Из этого чертежа можно представлять трудности такого вида считывающего устройства при пикселном считывании, например, для пикселов трех различных цветов считывающая схема занимает большое пространство, и межсоединение затруднено.

[0039] Фиг. 3(a) и фиг. 3(b) являются схематичными диаграммами двухслойных мультиспектральных считывающих устройств согласно настоящему раскрытию, соответственно. Фиг. 3(a) является подходящим для иллюстрирования одностороннего двухслойного считывающего устройства, а фиг. 3(b) является подходящим для иллюстрирования двустороннего двухслойного считывающего устройства. Глубины T₁, T₂, T₃ и T₄ определяются в соответствии с кривой взаимосвязи между глубиной падения и длиной волны света в материале подложки (кремнии) (Gerald C. Holst и Terrance S. Lomheim, "CMOS/CCD Sensors and Camera Systems", JCD Publishing, стр. 125-125, ISBN 9780819467300, 2007 год). Например, если фотодиод в верхнем слое предназначен для того, чтобы считывать синий цвет (или голубой цвет), T₁ должна выбираться как приблизительно равная 1,5 мкм (или приблизительно 4,5 мкм); а если нижний слой предназначен для того, чтобы получать красный цвет, T₂ и T₄ должны составлять, по меньшей мере, 8 мкм, а T₃ должна составлять, по меньшей мере, 4,5 мкм. Если фотодиод в нижнем слое предназначен для того, чтобы получать сине-желтый цвет, T₂ и T₄ должны составлять, по меньшей мере, 8 мкм, а T₃ должна составлять, по меньшей мере, 1,5 мкм. Фотодиод в верхнем слое и нижнем слое образуют пару составных диодов (составные считывающие пикселы). Когда свет излучается сверху, фотодиод в верхнем слое располагается ближе к источнику света. Когда свет излучается снизу, фотодиод в нижнем слое располагается ближе к источнику света.

[0040] Фиг. 4(a) и фиг. 4(b) показывают пару составных фотодиодов (составные считывающие пикселы) для одновременного считывания как видимого света, так и инфракрасного света. Чтобы принимать инфракрасный свет, толщина кремниевой подложки (T₂ и T₄ на фиг. 3) может быть большей.

[0041] Фиг. 5(a) и фиг. 5(b) являются случаем облучения пары составных фотодиодов в однослойном считывающем устройстве с задней стороны, когда фотодиод на фиг. 5(a) считывает только видимый свет, а фотодиод на фиг. 5(b) считывает как видимый свет, так и инфракрасный свет. Чтобы два составных фотодиода имели по существу одинаковую толщину, германиевый или кремниево-германиевый кристалл (SiGe), который может лучше поглощать инфракрасный свет, может быть выращен на задней стороне фотодиода, считывающего инфракрасный свет.

[0042] Фиг. 6(a) и фиг. 6(b) являются случаем облучения пары составных фотодиодов в двустороннем двухслойном считывающем устройстве с передней стороны, когда фотодиод на фиг. 6(a) считывает только видимый свет, а фотодиод на фиг. 6(b) считывает как видимый свет, так и инфракрасный свет. Аналогично, чтобы два составных фотодиода имели по существу одинаковую толщину, германиевый или кремниево-германиевый кристалл (SiGe), который может лучше поглощать инфракрасный свет, может быть выращен на задней стороне фотодиода, считывающего инфракрасный свет.

[0043] Фиг. 7 показывает случай составного фотодиода на фиг. 3(a) со средством считывания. Вследствие трудности межсоединения и совместного использования считывающей схемы, одностороннее двухслойное считывающее устройство более надлежащим образом реализуется с помощью пассивного пиксела (без FD и схемы усиления).

[0044] Фиг. 8 показывает случай составного фотодиода на фиг. 3(b) со средством считывания. Напротив, при расположении считывающей схемы двустороннее двухслойное считывающее устройство является более простым и гибким, чем однослойное считывающее устройство. Следовательно, двустороннее двухслойное считывающее устройство может осуществляться посредством пассивного пиксела или посредством активного пиксела. Кроме того, если он осуществляется посредством активного пиксела, каждый пиксел может считываться с использованием только в среднем 1,5 затворов (при использовании считывающей схемы 3T) или 1,75 затворов при использовании считывающей схемы 4T).

[0045] Фиг. 9 показывает текущую оптимальную считывающую схему для активного считывающего пиксела 4T, совместно используемого посредством 4-точечного подключения, в которой один пиксел использует в среднем 1,75 затворов. Он используется для того, чтобы пояснять, что двухслойное или многослойное считывающее устройство согласно настоящему раскрытию может использовать современную стандартную схему считывания и выборки.

[0046] Фиг. 10 показывает пример двустороннего трехслойного считывающего устройства, полученного посредством простого и непосредственного применения одностороннего двухслойного считывающего устройства к двунаправленному считыванию, при этом передняя сторона по фиг. 10(a) имеет один слой, а задняя сторона имеет два слоя, тогда как передняя сторона по фиг. 10(b) имеет два слоя, а задняя сторона имеет один слой. Такое считывающее устройство также с тремя слоями является более простым и имеет больше вариаций, чем трехслойное считывающее устройство X3 компании Foveon. Следует обратить внимание на отличие между фиг. 10 и фиг. 2. Считывающие пикселы, считывающие три цвета на фиг. 2, скапливаются на одной стороне, в то время как на фиг. 10 предусмотрено только два пиксела на одной стороне и другой пиксел на другой стороне.

[0047] Фиг. 11 показывает двустороннее четырехслойное считывающее устройство, сформированное посредством комбинирования одностороннего двухслойного считывающего устройства и двустороннего режима считывания. Посредством использования такого считывающего устройства, четыре цвета из синего, зеленого, красного цвета и инфракрасного света могут считываться посредством одного пиксела. Хотя предусмотрено больше цветов и больше слоев, изготовление этого считывающего устройства намного проще изготовления трехслойного считывающего устройства X3 компании Foveon.

[0048] Фиг. 12 показывает примеры двустороннего многослойного считывающего устройства со смешением трех слоев и четырех слоев.

[0049] Фиг. 13 показывает примеры двустороннего многослойного считывающего устройства со смешением двух слоев и четырех слоев.

[0050] Фиг. 14 показывает примеры двустороннего многослойного считывающего устройства со смешением двух слоев и трех слоев.

[0051] Фиг. 15 и фиг. 16 показывают примеры одностороннего двухслойного считывающего устройства или двустороннего двухслойного считывающего устройства со смешением двух слоев и одного слоя.

[0052] На фиг. 12-16 наблюдается случай вырождения для многослойного составного считывающего пиксела: если один из составных считывающих пикселов N-слоя является пустым пикселом, составные считывающие пикселы N-слоя вырождаются в составные считывающие пикселы (N-1)-слоя. Некоторые двухслойные считывающие пикселы, выродившиеся в один слой, показаны на фиг. 15 и 16. Если два из составных считывающих пикселов N-слоя являются пустыми пикселами, составные считывающие пикселы N-слоя вырождаются в составные считывающие пикселы (N-2)-слоя, и т.д.

[0053] Когда число слоев в составном пикселе является несогласованным, некоторые слои могут трактоваться как содержащие пустые пикселы (считывающие пустой цвет). Следовательно, смешанное многослойное считывающее устройство является конкретным случаем многослойного считывающего устройства, т.е. некоторые составные пикселы содержат пустые пикселы.

[0054] Эти примеры полностью демонстрируют возможности одностороннего двухслойного считывающего устройства и двустороннего двухслойного или многослойного считывающего устройства. Серии нового цветового считывающего устройства с высокой производительностью созданы посредством комбинирования технологий этих двух устройств. Следует особо отметить, что в считывающем устройстве более чем с тремя слоями спектр, считываемый посредством фотодиода, размещенного в каждом слое, должен быть ортогональным друг другу (т.е. теоретически нет общей или перекрывающейся части).

[0055] Фиг. 17(a) и фиг. 17(b) показывают вид сверху двустороннего двухслойного считывающего устройства с прямоугольным рисунком и гексагональным рисунком, в котором FD является считывающим конденсатором, совместно используемым верхним слоем и нижним слоем. Конечно, если требуется, верхний слой и нижний слой могут использовать считывающий конденсатор, соответственно, даже при использовании группы считывающих конденсаторов, соответственно.

[0056] Фиг. 18(a) показывает вид сверху двустороннего двухслойного мультиспектрального (цветового плюс инфракрасного считывающего) считывающего устройства с прямоугольным рисунком, в котором FD является считывающим конденсатором, совместно используемым верхним слоем и нижним слоем. Фиг. 18(b) показывает вид сверху двустороннего двухслойного мультиспектрального (цветового плюс инфракрасного считывающего) считывающего устройства с прямоугольным рисунком, в котором FD является считывающим конденсатором, совместно использующим верхний слой и нижний слой. Такой вид блока макропиксела, состоящий из двух составных пикселов, также может использовать активные считывающие пикселы с 4-точечной совместно используемой считывающей схемой, как показано на фиг. 9. В отличие от одностороннего однослойного считывающего устройства, устройство на фиг. 18(a) вмещает четыре диода считывания, совместно использующие считывающую схему, расположенную на двух сторонах.

[0057] Фиг. 19 показывает вид в разрезе 8-точечной или 4-точечной совместно используемой считывающей схемы двустороннего двухслойного мультиспектрального (цветового плюс инфракрасного) считывающего устройства (при опускании считывающей схемы 3T или 4T). Ниже приведен экстремальный случай FD, которая соединяет верхний слой и нижний слой. Для двустороннего двухслойного мультиспектрального (цветового плюс инфракрасного) считывающего устройства, даже при 4-точечной совместно используемой считывающей схеме, также имеется два варианта выбора: первый заключается в том, что 4 точки находятся на одной и той же поверхности, другой заключается в том, что 4 точки находятся на различных поверхностях. На этой схеме используется другой способ для того, чтобы повышать эффективность поглощения инфракрасного света, т.е. зеркальные отражательные материалы (такие как алюминий, серебро или другие отражательные материалы, оптимально совместимые с германием или кремнием) наносятся на задней стороне германиевого слоя и кремниево-германиевого слоя.

[0058] Фиг. 20 показывает вид в разрезе 8-точечной или 4-точечной совместно используемой считывающей схемы двустороннего двухслойного мультиспектрального (цветового плюс инфракрасного) считывающего устройства (при опускании считывающей схемы 3T или 4T). Ниже приведен более простой случай FD, не соединяющей верхний слой и нижний слой. Когда FD не соединяет верхний слой и нижний слой, верхняя сторона или нижняя сторона двустороннего двухслойного мультиспектрального считывающего устройства является такой же, как верхняя сторона одностороннего однослойного считывающего устройства.

[0059] Фиг. 21 показывает простой случай изготовления двустороннего двухслойного считывающего устройства. Когда базовый слой является непрозрачным, верхний слой и нижний слой могут быть реализованы посредством простого способа повторения обработки одностороннего однослойного считывающего устройства дважды. Устройства с обеих сторон устройства также могут быть абсолютно независимыми. Это наиболее простой способ осуществления двунаправленного считывающего устройства.

[0060] Фиг. 22(a) и фиг. 22(b) показывают случай использования односторонних двухслойных считывающих устройств для считывания с передней стороны и считывания с задней стороны, соответственно. Следует отметить, что в парах двухслойных фотодиодов, фотодиод ближе к источнику света получает цвет с меньшей длиной волны.

[0061] Фиг. 23(a) и фиг. 23(b) показывают случай использования двусторонних двухслойных считывающих устройств для считывания с передней стороны и считывания с задней стороны, соответственно. Следует отметить, что когда направление источника света изменяется, цвет, считываемый посредством двухслойных пар фотодиода, также должен изменяться. В общем, для двунаправленных симметричных двусторонних двухслойных считывающих устройств (см. китайскую заявку № 200810217270.2 с названием "Multi-spectrum sensing device and manufacturing method thereof"), когда направление источника света изменяется, голубой и желтый цвет меняются местами, а также синий и красный цвет меняются местами, тогда как зеленый цвет остается таким же.

[0062] Фиг. 24(a) и фиг. 24(b) показывают случай передней стороны и задней стороны двустороннего двухслойного считывающего устройства, когда макропиксел содержит три составных фотодиода (составные считывающие пикселы). Когда макропиксел содержит три пиксела, три пиксела обычно размещаются в гексагональном рисунке.

[0063] Фиг. 25, фиг. 26 и фиг. 27 являются другими возможными реализациями двустороннего двухслойного считывающего устройства. Эти чертежи полностью показывают признаки гибкости и разнообразия двусторонних двухслойных устройств. После обоснованного изменения, пояснения относительно составных диодов на фиг. 3-16 также являются применимыми к случаю по фиг. 22-27. Небольшие номера на чертежах использованы просто для того, чтобы иллюстрировать принцип, вместо ограничения сущности и объема настоящего раскрытия.

[0064] Фиг. 28 является схематичной диаграммой фотозатвора. В вышеуказанной иллюстрации, если фотодиод, используемый в качестве базового считывающего пиксела, заменяется посредством фотозатвора, может быть получено множество абсолютно аналогичных реализаций и заключений.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0065] Чтобы упростить описание раскрытия и пояснение различий между изобретением и существующей технологией, предусмотрены следующие определения терминов: двухслойное считывающее устройство, многослойное считывающее устройство, двустороннее считывающее устройство, двунаправленное считывающее устройство. Двухслойное считывающее устройство означает, что его считывающие пикселы физически разделяются на два слоя, каждый из которых содержит считывающие пикселы для считывания конкретного спектра. Многослойное считывающее устройство означает считывающее устройство более чем с двумя слоями, к примеру, считывающее устройство компании Foveon X3. Двустороннее считывающее устройство означает считывающее устройство с двумя считывающими поверхностями, каждая из которых может считывать свет, по меньшей мере, с одного направления. Двунаправленное считывающее устройство означает, что считывающее устройство может считывать свет с двух направлений (которые обычно формируют угол 180 градусов), т.е. и передняя сторона, и задняя сторона считывающего устройства могут считывать свет.

[0066] Считывающее устройство может одновременно иметь одну, две или все следующие три характеристики: двухслойный или многослойный, двусторонний и двунаправленный. Это раскрытие, главным образом, относится к одностороннему двухслойному считывающему устройству (как показано на фиг. 22(a) и фиг. 22(b)), двустороннему двухслойному считывающему устройству (как показано на фиг. 23(a) и фиг. 23(b)) и двустороннему многослойному считывающему устройству (как показано на фиг. 10-14).

Независимо от одностороннего двухслойного считывающего устройства или двустороннего двухслойного считывающего устройства, или многослойного считывающего устройства, все они могут быть использованы при считывании с передней стороны (как показано на фиг. 22(a)), считывании с задней стороны (как показано на фиг. 22(b)) или двунаправленном считывании (как показано на фиг. 21 или фиг. 23). Тем не менее, конструкции считывающих устройств отличаются в зависимости от излучения.

[0067] Мультиспектральное фоточувствительное устройство согласно варианту осуществления настоящего раскрытия содержит базовый слой, в котором множество макроблоков из составных считывающих пикселов многократно размещается в соответствии с данным рисунком на базовом слое, макроблок из составных считывающих пикселов содержит, по меньшей мере, один составной считывающий пиксел, состоящий, по меньшей мере, из двух базовых считывающих пикселов, базовые считывающие пикселы размещаются в слоях вдоль направления испускания света, причем каждый слой имеет один базовый считывающий пиксел, и базовые считывающие пикселы распределяются на верхней стороне или нижней стороне либо на верхней стороне и нижней стороне базового слоя, при этом одна сторона содержит самое большее два слоя. Следует отметить, что в данном документе термины "верхняя сторона" и "нижняя сторона" используются просто для того, чтобы выражать относительную позицию двух сторон базовых слоев, вместо ограничения абсолютного физического местоположения поверхностей базового слоя. В последующем описании, чтобы передавать аналогичное определение, позиции относительно позиции источника света также используются для того, чтобы описывать термины "лицевая сторона" (передняя сторона) и "тыльная сторона" (задняя сторона) базового слоя.

[0068] В данном документе предусмотрено три термина: макроблок из составных считывающих пикселов, составной считывающий пиксел и базовый считывающий пиксел. Базовый считывающий пиксел является считывающим пикселом в слое и не может быть разделен. Составной считывающий пиксел является комбинацией, по меньшей мере, двух базовых считывающих пикселов. Базовые считывающие пикселы в составном считывающем пикселе размещаются в слоях вдоль направления испускания света, и каждый слой содержит один базовый считывающий пиксел (слой в данном документе называется считывающим пикселным слоем). Как описано в вышеприведенном описании чертежей, базовый считывающий пиксел может быть фотодиодом или фотозатвором. Когда базовый считывающий пиксел является фотодиодом, составной считывающий пиксел имеет форму пары составных считывающих диодов. Конечно, следует отметить, что каждый считывающий пикселный слой в составном считывающем пикселе размещается вдоль направления испускания света (которое обычно является нормальным направлением считывающей поверхности базового слоя), вместо ограничения просто размещением на стороне базового слоя. Между двумя противоположными сторонами базового слоя, облучаемого посредством источника света, при рассмотрении стороны ближе к источнику света в качестве передней стороны базового слоя и рассмотрении стороны дальше от источника света в качестве задней стороны базового слоя, каждый считывающий пикселный слой в составном считывающем пикселе может размещаться на передней стороне базового слоя или на задней стороне базового слоя либо, как на передней стороне, так и на задней стороне базового слоя, но предусмотрено самое большее два слоя считывающих пикселов на каждой стороне. Взаимосвязь между компоновкой и количеством считывающих пикселных слоев может быть обобщена так, что для направления источника света компоновка считывающего пикселного слоя может быть [2,0],[0,2] (т.е. односторонний двухслойный) или [1,1] (т.е. двусторонний двухслойный) или [1,2],[2,1] (т.е. двусторонний многослойный), при этом первое число в матрице является числом считывающих пикселных слоев, размещаемых на передней стороне базового слоя в составном считывающем пикселе, а второе число является числом считывающих пикселных слоев, размещаемых на задней стороне базового слоя в составном считывающем пикселе. Макроблок из составных считывающих пикселов, также известный как макропиксел, является набором из минимального числа составных считывающих пикселов, из которого может быть выполнено восстановление цветов. Макроблок из составных считывающих пикселов многократно размещается в соответствии с данным рисунком (к примеру, квадратным или гексагональным рисунком либо повторяемым упорядочением), так что цвет может восстанавливаться по всей плоскости изображений. Для двухслойного мультиспектрального считывающего устройства макроблок из составных считывающих пикселов обычно содержит, по меньшей мере, два составных пиксела. Тем не менее, для двухстороннего многослойного мультиспектрального считывающего устройства, макроблок из составных считывающих пикселов может быть одним составным пикселом.

[0069] Поскольку составной пиксел может иметь различные типы, и множество составных считывающих пикселов, размещаемых на базовом слое, могут иметь различные типы, считывающее устройство согласно настоящему раскрытию может иметь множество гибких форм. Для составного считывающего пиксела, согласно числу и распределению базовых считывающих пикселов в нем, составной считывающий пиксел может быть односторонним двухслойным составным считывающим пикселом, двусторонним двухслойным составным считывающим пикселом и двусторонним многослойным составным считывающим пикселом. Как упомянуто выше, в одностороннем двухслойном составном считывающем пикселе или двустороннем двухслойном составном считывающем пикселе предусмотрено два базовых считывающих пиксела, но их распределение отличается. Базовые считывающие пикселы в одностороннем двухслойном составном считывающем пикселе размещаются в слоях на одной стороне базового слоя, в то время как базовые считывающие пикселы двустороннего двухслойного составного считывающего пиксела размещаются на двух сторонах базового слоя. Для двустороннего многослойного составного считывающего пиксела предусмотрено три или четыре базовых считывающих пиксела. Поскольку на одной стороне базового слоя размещаются самое большее два считывающих пикселных слоя, базовые считывающие пикселы в нем должны размещаться на двух сторонах базового слоя, по меньшей мере, одна сторона содержит два базовых считывающих пиксела, размещаемые в слоях. Следует отметить, что в частном случае составной считывающий пиксел может содержать пустой пиксел, другими словами, пиксел используется для считывания пустого цвета. В этом случае, если базовый считывающий пиксел в одностороннем двухслойном составном считывающем пикселе является пустым пикселом, односторонний двухслойный составной считывающий пиксел является эквивалентным одностороннему однослойному составному считывающему пикселу с точки зрения эффективности считывания.

[0070] Вследствие различных типов, компоновка пикселов в составном считывающем пикселе является довольно гибкой. Например, если односторонний двухслойный составной считывающий пиксел размещается в определенной позиции на базовом слое, двусторонний двухслойный составной считывающий пиксел может размещаться в позиции, смежной с упомянутой определенной позицией, и двусторонние многослойные составные считывающие пикселы могут размещаться в другой позиции, смежной с упомянутой определенной позицией. Вкратце, различные типы составных считывающих пикселов могут размещаться в различных позициях на базовом слое. В частности, согласно этому признаку, когда все составные считывающие пикселы на базовом слое в считывающем устройстве имеют один и тот же тип, считывающее устройство задается согласно типу составных считывающих пикселов. Например, когда все составные считывающие пикселы базового слоя являются односторонними двухслойными составными считывающими пикселами, соответствующее считывающее устройство рассматривается как одностороннее двухслойное считывающее устройство, а считывающие устройства, приспосабливающие другие два вышеуказанных составных считывающих пиксела, рассматриваются как двустороннее двухслойное считывающее устройство или двустороннее многослойное считывающее устройство, соответственно. Следует отметить, что, как упомянуто выше, составной считывающий пиксел может содержать пустой пиксел, так что составной считывающий пиксел в позиции базового слоя может вырождаться. Например, в одностороннем двухслойном считывающем устройстве, если составной считывающий пиксел содержит один пустой пиксел, односторонний двухслойный считывающий пиксел фактически вырождается в качестве одностороннего однослойного считывающего пиксела, так что с точки зрения подробностей, составной считывающий пиксел одностороннего двухслойного считывающего устройства не является полностью односторонним двухслойным считывающим пикселом, но в целом, это считывающее устройство по-прежнему классифицируется как одностороннее двухслойное считывающее устройство. В частности, это считывающее устройство также может упоминаться как смешанное одностороннее двухслойное считывающее устройство. Соответственно, предусмотрены также смешанное двустороннее двухслойное считывающее устройство и смешанное двустороннее многослойное считывающее устройство.

[0071] Базовые считывающие пикселы составного считывающего пиксела, в общем, размещаются так, что они считывают различные полосы спектра видимого света или видимого и инфракрасного света. Например, одна из двух полос спектра видимого света или видимого и инфракрасного света, ортогональных друг другу, может считываться, соответственно, посредством двух базовых считывающих пикселов составного считывающего пиксела. Различные полосы спектра могут считываться, соответственно, посредством базовых считывающих пикселов составного считывающего пиксела и составных считывающих пикселов макроблока из составных считывающих пикселов, так что комбинация всех спектров, считываемых посредством всех составных считывающих пикселов макроблока из составных считывающих пикселов, содержит спектр, необходимый для восстановления цветов в цветовом пространстве RGB или CMYK.

[0072] Спектры, считываемые посредством базовых считывающих пикселов, ближайших к источнику света в составном считывающем пикселе, включают в себя пустой цвет, синий цвет, зеленый цвет, голубой цвет, белый цвет и белый цвет плюс инфракрасный свет. Спектры, считываемые посредством базовых считывающих пикселов самых дальних от источника света в составных считывающих пикселах, включают в себя пустой цвет, зеленый цвет, красный цвет, желтый цвет, белый цвет, красный цвет плюс инфракрасный свет, желтый цвет плюс инфракрасный свет и белый цвет плюс инфракрасный свет.

[0073] Здесь описана компоновка считывающего пиксела согласно настоящему раскрытию. Далее в этом документе описывается реализация обработки мультиспектрального считывающего устройства согласно настоящему раскрытию.

Согласно различным материалам базового слоя, подход к достижению одностороннего двухслойного мультиспектрального считывающего устройства содержит:

[0074] Обеспечение базового кремниевого кристаллического слоя n-типа (см. фиг. 5(a)), т.е. подложки n-типа, в местоположении пиксела на стороне базового слоя n-типа, примесь p-типа вводят в базовый слой на определенную глубину от поверхности местоположения внутрь базового слоя согласно требованию глубины цвета так, что она формирует легированный примесью p-типа слой. Легированный примесью p-типа слой является считывающим слоем составного считывающего пиксела, т.е. он формирует базовый считывающий пиксел составного считывающего пиксела. Затем, примесь n-типа вводят в легированный примесью p-типа слой на другую глубину, что формирует легированный примесью n-типа слой в легированном примесью p-типа слое, т.е. он формирует другой базовый считывающий пиксел в составном считывающем пикселе. В данном случае, этот односторонний двухслойный составной считывающий пиксел формируется посредством составного P-N-P-перехода.

[0075] Другой подход состоит в том, чтобы обеспечить базовый кремниевый кристаллический слой p-типа (см. фиг. 5(b)), т.е. подложку p-типа, в местоположении пиксела на стороне базового слоя p-типа, примесь n-типа вводят в базовый слой на определенную глубину от поверхности местоположения внутрь базового слоя согласно требованию глубины цвета так, что она формирует легированный примесью n-типа слой. Легированный примесью n-типа слой является считывающим слоем составного считывающего пиксела, т.е. он формирует базовый считывающий пиксел составного считывающего пиксела. Затем, примесь p-типа вводят в легированный примесью n-типа слой на другую глубину, что формирует легированный примесью p-типа слой в легированном примесью n-типа слое, т.е. он формирует другой базовый считывающий пиксел в составном считывающем пикселе. В данном случае, этот односторонний двухслойный составной считывающий пиксел формируется посредством составного N-P-N-перехода.

[0076] Выше описано изготовление составного считывающего пиксела. При изготовлении других составных считывающих пикселов на стороне считывания базового слоя их обработка является идентичной. Но глубины, легированные примесями, отличаются в различных местоположениях пикселов согласно длине волны цветного спектра, подлежащего считыванию посредством соответствующего пиксела.

[0077] Реализация двустороннего двухслойного мультиспектрального считывающего устройства содержит:

[0078] Обеспечение базового кремниевого кристаллического слоя n-типа (см. фиг. 4(a)), т.е. подложки n-типа, классификацию пикселов на передней стороне базового слоя согласно требуемому цвету и легирование примесью p-типа на определенную глубину согласно требованию глубины цвета для каждого типа пиксела. Аналогично, пикселы на задней стороне также должны классифицироваться согласно требуемому цвету, и примесь p-типа на определенную глубину вводится согласно требованию глубины цвета для каждого типа пиксела. Глубина введения примеси p-типа определяется согласно длине волны спектра, подлежащего считыванию.

[0079] Другой более предпочтительный подход состоит в том, чтобы обеспечить базовый кремниевый кристаллический слой p-типа (см. фиг. 4(b)), т.е. подложку p-типа, классифицировать пикселы на передней стороне согласно требуемому цвету и ввести примесь n-типа на определенную глубину согласно требованию глубины цвета для каждого типа пиксела. Аналогично, пикселы на задней стороне также должны классифицироваться согласно требуемому цвету, и примесь n-типа на определенную глубину вводится согласно требованию глубины цвета для каждого типа пиксела. Глубина введения примеси n-типа определяется согласно длине волны спектра, подлежащего считыванию. Поскольку подвижность n-типа выше подвижности p-типа, двусторонний двухслойный составной считывающий пиксел, сформированный посредством этого составного N-P-N-перехода, превосходит двусторонний двухслойный составной считывающий пиксел, сформированный посредством вышеприведенного составного P-N-P-перехода.

[0080] Реализация двустороннего многослойного мультиспектрального считывающего устройства содержит:

[0081] Обеспечение базового кремниевого кристаллического слоя n-типа или p-типа (фиг. 9-14), формирование передней стороны базового слоя как одного или двух считывающих пикселных слоев в виде одностороннего двухслойного или одностороннего и формирование задней стороны как одного или двух считывающих пикселных слоев в виде одностороннего двухслойного или одностороннего. Согласно отличиям между компоновкой передней стороны и задней стороны, формируется составной переход двустороннего многослойного составного считывающего пиксела, содержащий N-P-N, P-N-P, N-P-N-P, P-N-P-N, N-P-N-P-N, P-N-P-N-P и т.п.

[0082] После получения составного считывающего пиксела, если необходимо считывать оптический сигнал, требуются считывающая схема и другие схемы управления. Компоновка считывающей схемы и других схем управления разрабатывается в соответствии с пассивным пикселом или активным пикселом. Если она разрабатывается с активным пикселом, в дополнение к фотодиоду на фиг. 3(a), предусмотрена считывающая схема, показанная на фиг. 7, и множество стандартных схем синхронизации и управления (не показаны на чертежах).

[0083] Для считывающего пикселного слоя, используемого для того, чтобы считывать инфракрасный свет, может быть выращен германиевый или кремниево-германиевый кристаллический слой на нижней стороне соответствующей позиции считывающего пикселного слоя, т.е. на нижней стороне считывающего пикселного слоя, используемого для считывания инфракрасного света, чтобы повысить эффективность поглощения спектра инфракрасного света. Помимо этого, после выращивания германиевого или кремниево-германиевого кристаллического слоя, зеркальная отражательная пленка, образованная алюминием, серебром или другими материалами, наносится на нижнюю часть базового считывающего пиксела, чтобы отражать непоглощенные инфракрасные фотоны, которые повторно поглощаются посредством инфракрасного считывающего пикселного слоя. Интенсивность отраженного излучения определяется согласно толщине и показателю поглощения инфракрасного считывающего пикселного слоя, так чтобы исключать необязательные помехи другим пикселам.

[0084] Если используется мультиспектральное считывающее устройство для двунаправленного считывания, и используются рисунок попикселного выбора направления и рисунок выбора направления на основе разделения на области, описанные в заявке на патент с названием "Multi-spectrum sensing devices and manufacturing methods thereof" (китайская заявка № 200810217270.2, т.е. PCT/CN2010/073441), затеняющая пленка наносится на некоторые типы пикселов или пикселные области передней стороны и на другие типы пикселов или пикселные области задней стороны.

[0085] В вышеуказанной реализации можно использовать фотозатвор, чтобы полностью заменить фотодиод, что приводит к получению одностороннего двухслойного считывающего устройства, двустороннего двухслойного считывающего устройства и двустороннего многослойного считывающего устройства, которые основаны на фотозатворе.

[0086] Поскольку одностороннее двухслойное считывающее устройство, двустороннее двухслойное считывающее устройство и двустороннее многослойное считывающее устройство согласно настоящему раскрытию предоставляют избыточную цветовую информацию, в варианте применения, в котором затраты и размер критически важны (таком как мобильный телефон), некоторые составные пикселы могут содержать пустой пиксел, что приводит к смешанному одностороннему двухслойному считывающему устройству, смешанному двустороннему двухслойному считывающему устройству и смешанному двустороннему многослойному считывающему устройству.

[0087] Настоящее раскрытие может формироваться как посредством ПЗС-технологии, так и посредством КМОП-технологии. Поскольку изготовление по раскрытию может быть сверхвысокочувствительным, базовый пиксел может считываться посредством пассивного пиксела или посредством активного пиксела. Эти признаки полностью интегрируют настоящее раскрытие с существующей освоенной технологией изготовления полупроводниковых кристаллов, как следствие, могут широко использоваться способы или изготовление согласно настоящему раскрытию. Раскрытие резко повышает производительность и функциональность считывающего кристалла, при этом одновременно вследствие увеличенного выхода годной продукции затраты могут уменьшаться или, по меньшей мере, не возрастать.

[0088] Посредством оптимального размещения базового считывающего пиксела в составном считывающем пикселе на двух глубинах и формирования различных типов считывающих устройств, таких как односторонний двухслойный, двусторонний двухслойный и двусторонний многослойный, настоящее раскрытие значительно расширяет типы считывающих кристаллов и впервые физически реализует совмещение и интеграцию инфракрасного считывания и цветового считывания на одном кристалле.

[0089] В соответствии со способами изготовления, предоставляемыми посредством настоящего раскрытия и его естественных и небольших модификаций (таких как добавление пленки для фильтра), двухслойный или многослойный составной считывающий пиксел, который может считывать спектр, ортогональный друг другу в пространстве видимого света или видимого плюс инфракрасного света, к примеру (пустой цвет, белый цвет), (синий цвет, желтый цвет), (синий цвет, зеленый цвет), (зеленый цвет, красный цвет), (синий цвет, красный цвет), (синий цвет, красный цвет+инфракрасный свет), (синий цвет, желтый цвет+инфракрасный свет), (пустой цвет, белый цвет+инфракрасный свет), (белый цвет+инфракрасный свет), (синий цвет/зеленый цвет/красный цвет/зеленый цвет/желтый цвет/белый цвет, инфракрасный свет) и т.п., может осуществляться в форме одностороннего двухслойного, двустороннего двухслойного или двустороннего многослойного.

[0090] Посредством использования вышеуказанных способов считывания, таких как двусторонний, двунаправленный, двухслойный и многослойный способы, согласно настоящему раскрытию одно считывающее устройство может быть использовано в двунаправленной системе для значительного уменьшения системных затрат, сокращения размера, снижения сложности системы и обеспечения возможности в некоторых вариантах применения принимать мультиспектральные или многонаправленные (либо мультиспектральные сигналы из двух направлений) в одной и той же системе. Например, камера в форме капсулы, используемая в настоящее время для проверки желудочно-кишечной системы пациента, имеет камеру, установленную всего на одной стороне. Чтобы получать изображение определенного местоположения в желудочно-кишечной системе, может потребоваться несколько применений, что приводит к сильной боли у пациента и большим расходам. С этой целью, требуется повышать охватываемый диапазон одного снимка. Кроме того, если необходимо установить камеру на другой стороне камеры в форме капсулы, посредством использования существующей технологии, две системы должны устанавливаться на очень небольшом пространстве, что является довольно затруднительным. Тем не менее, посредством использования настоящего изобретения требуется просто добавлять линзу на другой стороне, и по-прежнему используется только один считывающий кристалл, что приводит к меньшей потребности в пространстве и меньшим экономическим затратам, чем два набора считывающих систем. Помимо этого, настоящее раскрытие может быть использовано для того, чтобы отслеживать как переднее, так и заднее направление в камере для слежения. Для многих мобильных 3G-телефонов с передней камерой и с задней камерой, передняя камера и задняя камера могут заменяться посредством двунаправленной камеры согласно настоящему раскрытию, и переключение между окружением спереди и окружением сзади может осуществляться посредством электронных или механических переключателей. В некоторых системах наблюдения первоклассных отелей, если необходимо отслеживать виды с обоих концов коридора, посредством использования настоящего раскрытия только одна система мониторинга требуется для того, чтобы выполнять необходимый мониторинг, вместо двух систем мониторинга для мониторинга в обоих направлениях.

[0091] Согласно способу интеграции, предоставляемому посредством настоящего раскрытия, цвет и инфракрасный свет могут считываться одновременно в одном и том же устройстве (с использованием КМОП- или ПЗС-полупроводникового прибора), и цветное изображение, и инфракрасное изображение накладываются в одной и той же пространственной позиции. Этот новый тип считывающего устройства значительно расширяет динамический диапазон считывающего устройства, так что он удовлетворяет высокой производительности в областях техники автомобильной промышленности, безопасности и других областях техники. Кроме того, он также будет использоваться для цветового считывающего устройства небольшого размера, такого как камера мобильных телефонов, чтобы значительно повышать качество изображений.

[0092] Хотя настоящее раскрытие раскрывается посредством вышеуказанных предпочтительных вариантов осуществления, такое раскрытие не должно считаться ограничением раскрытия. Для специалистов в области техники устройств считывания изображения (таких как полупроводниковые кристаллы датчиков изображений) из раскрытия можно предположить множество изменений и дополнений настоящего раскрытия без отступления от сущности и принципов изобретения.

Изобретение относится к мультиспектральному считывающему устройству для считывания инфракрасных, монохромных и цветных изображений. Мультиспектральное фоточувствительное устройство содержит базовый слой со множеством макроблоков из составных считывающих пикселов, по меньшей мере, один составной считывающий пиксел содержит, по меньшей мере, два базовых считывающих пиксела, размещенных в слоях вдоль направления испускания света, причем каждый слой имеет один базовый считывающий пиксел, и базовые считывающие пикселы распределены на верхней стороне или нижней стороне, либо на верхней стороне и нижней стороне базового слоя, и каждая сторона содержит самое большее два слоя, причем полосы спектра, считываемые посредством базовых считывающих пикселов в одних и тех же составных считывающих пикселах, соответственно, являются ортогональными друг другу. Изобретение обеспечивает лучшее выполнение цветового считывания и интеграцию цветового считывания и инфракрасного считывания. 13 з.п. ф-лы, 28 ил.

1. Мультиспектральное фоточувствительное устройство, содержащее базовый слой, в котором множество макроблоков из составных считывающих пикселов многократно размещено в соответствии с данным рисунком на базовом слое, макроблок из составных считывающих пикселов содержит, по меньшей мере, один составной считывающий пиксел, содержащий, по меньшей мере, два базовых считывающих пиксела, базовые считывающие пикселы в том же составном считывающем пикселе размещены в слоях вдоль направления испускания света, причем каждый слой имеет один базовый считывающий пиксел, и базовые считывающие пикселы распределены на верхней стороне или нижней стороне либо на верхней стороне и нижней стороне базового слоя, и каждая сторона содержит самое большее два слоя,
причем полосы спектра, считываемые посредством базовых считывающих пикселов в одних и тех же составных считывающих пикселах, соответственно, являются ортогональными друг другу, полосы спектра содержат спектры видимого света или видимого и инфракрасного света, комбинация спектров, считываемых посредством всех составных считывающих пикселов в макроблоках из составных считывающих пикселов, содержит спектральную информацию, необходимую для восстановления цветов в цветовом пространстве RGB или CMYK.

2. Мультиспектральное фоточувствительное устройство по п.1, в котором составной считывающий пиксел включает в себя два базовых считывающих пиксела, которые размещены в двух слоях на верхней стороне или нижней стороне базового слоя, чтобы сформировать односторонний двухслойный составной считывающий пиксел.

3. Мультиспектральное фоточувствительное устройство по п.2, в котором односторонний двухслойный составной считывающий пиксел сформирован посредством составного N-P-N-перехода, который сформирован посредством легирования примесью p-типа базового слоя из кремния n-типа, чтобы сформировать легированный примесью p-типа слой, и затем легирования примесью n-типа легированного примесью p-типа слоя; или односторонний двухслойный составной считывающий пиксел сформирован посредством составного P-N-P-перехода, который сформирован посредством легирования примесью n-типа базового слоя из кремния p-типа, чтобы сформировать легированный примесью n-типа слой, и затем легирования примесью p-типа легированного примесью n-типа слоя.

4. Мультиспектральное фоточувствительное устройство по п.1, в котором составной считывающий пиксел включает в себя два базовых считывающих пиксела, которые расположены, соответственно, на верхней стороне и нижней стороне базового слоя, чтобы сформировать двусторонний двухслойный составной считывающий пиксел.

5. Мультиспектральное фоточувствительное устройство по п.4, в котором двусторонний двухслойный составной считывающий пиксел сформирован посредством составного P-N-P-перехода, который сформирован посредством легирования примесью p-типа как верхней стороны, так и нижней стороны базового слоя из кремния n-типа; или двусторонний двухслойный составной считывающий пиксел сформирован посредством составного N-P-N-перехода, который получен посредством легирования примесью n-типа как верхней стороны, так и нижней стороны базового слоя из кремния p-типа.

6. Мультиспектральное фоточувствительное устройство по п.1, в котором составной считывающий пиксел включает в себя три или четыре базовых считывающих пиксела, два из которых расположены в двух слоях на верхней стороне или нижней стороне базового слоя, а оставшийся базовый считывающий пиксел(ы) расположен в одном или двух слоях в нижней стороне или верхней стороне базового слоя так, чтобы сформировать двусторонний многослойный составной считывающий пиксел.

7. Мультиспектральное фоточувствительное устройство по п.6, в котором двусторонний многослойный составной считывающий пиксел сформирован посредством составного перехода P-N-P или N-P-N-P, или P-N-P-N, или N-P-N-P-N, при этом составной переход сформирован посредством легирования примесью p-типа как верхней стороны, так и нижней стороны базового слоя из кремния n-типа, чтобы сформировать легированный примесью p-типа слой, и затем легирования примесью n-типа легированного примесью p-типа слоя; или двусторонний многослойный составной считывающий пиксел сформирован посредством составного перехода N-P-N или N-P-N-P, или P-N-P-N или P-N-P-N-P, при этом составной переход сформирован посредством легирования примесью n-типа как верхней стороны, так и нижней стороны базового слоя из кремния p-типа, чтобы сформировать легированный примесью n-типа слой, и затем легирования примесью p-типа легированного примесью n-типа слоя.

8. Мультиспектральное фоточувствительное устройство по п.1, в котором спектр, считываемый посредством базовых считывающих пикселов из составных считывающих пикселов, ближайших к источнику света, включает в себя пустой цвет, синий цвет, зеленый цвет, голубой цвет, белый цвет и белый цвет плюс инфракрасный свет.

9. Мультиспектральное фоточувствительное устройство по п.1, в котором спектр, считываемый посредством базовых считывающих пикселов из составных считывающих пикселов самых дальних от источника света, включает в себя пустой цвет, зеленый цвет, красный цвет, желтый цвет, белый цвет, красный цвет плюс инфракрасный свет, желтый цвет плюс инфракрасный свет и белый цвет плюс инфракрасный свет.

10. Мультиспектральное фоточувствительное устройство по любому из пп.1-7, в котором нижняя поверхность базового считывающего пиксела, считывающего инфракрасный свет в нижнем слое блоков составных считывающих пикселов, выращивается с кремниево-германиевым кристаллическим слоем или германиевым кристаллическим слоем.

11. Мультиспектральное фоточувствительное устройство по п.10, в котором нижняя часть базовых считывающих пикселов для считывания инфракрасного света покрыта зеркальной отражательной пленкой.

12. Мультиспектральное фоточувствительное устройство по любому из пп.1-7, в котором составной считывающий пиксел дискретизирован активным способом, чтобы сформировать активный пиксел; или составной считывающий пиксел дискретизирован пассивным способом, чтобы сформировать пассивный пиксел.

13. Мультиспектральное фоточувствительное устройство по любому из пп.1-7, в котором базовый считывающий пиксел в составных считывающих пикселах является фотодиодом или фотозатвором, в котором данный рисунок включает в себя повторяемое упорядочение, прямоугольный рисунок или гексагональный рисунок, принятый составными пикселами.

14. Мультиспектральное фоточувствительное устройство по любому из пп.1-7, в котором режим считывания мультиспектрального считывающего устройства содержит режим считывания с передней стороны, считывания с задней стороны или двунаправленного считывания, при этом режим двунаправленного считывания включает в себя режим выбора направления на основе разделения по времени, режим выбора направления на основе разделения на области или режим попикселного выбора направления.