[发明专利]用于成像传感器的像素

说明书

公开了一种用于成像传感器的像素，所述像素包括光电检测器和超表面。光电检测器包括第一表面和从第一表面沿第一方向延伸到光电检测器中的侧壁。超表面形成在第一表面上并且包括纳米结构，该纳米结构使预定波长范围的光从与第一表面基本垂直的方向以背对的角度弯曲至少70度，并且驻波图案形成在像素的有源区中。光的预定波长范围包括700nm至1100nm，并且包括700nm至1100nm。在一个实施例中，像素是硅基光电检测器，像素在第一方向上的厚度小于或等于5μm，并且像素吸收预定波长范围的光的功率的至少20％。

本申请要求于2021年5月10日提交的第63/186,775号美国临时申请、于2022年1月14日提交的第63/299,912号美国临时专利申请以及于2022年3月24日提交的第17/703,961号美国专利申请的优先权，其公开通过引用整体包含于此。

技术领域

在此公开的主题涉及超表面和纳米结构表面。更具体地，在此公开的主题涉及一种超表面，该超表面使目标波长的近红外(NIR)辐射以高度背对的角度弯曲，以使NIR辐射在CMOS图像传感器(CIS)中的吸收最大化。

背景技术

NIR感测技术已广泛应用于飞行时间(ToF)、监视、机器视觉、增强现实(AR)、虚拟现实(VR)、生物检测和光通信。然而，因为硅具有低NIR波长吸收(特别是对于大于900nm的波长)，所以硅基CIS具有不足的灵敏度和低QE。在NIR波长，硅的吸收低，并且大部分入射功率(约80％)穿过CIS的有源区。

图1A和图1B是分别示出硅的吸收系数和吸收深度的曲线图。在图1A的曲线图中，NIR波长范围的吸收系数为在700nm的约1×10⁺³/cm至在1200nm的约1×10^-2/cm。在图1B的曲线图中，相同NIR波长范围的吸收深度为在700nm的约1×10^-3cm至在1200nm的约1×10⁺¹cm与1×10⁺²cm之间。因此，该NIR波长范围的吸收深度远远超过大多数CMOS图像传感器的深度，大多数CMOS图像传感器的深度通常在100nm与1000nm之间。

发明内容

示例实施例提供了一种用于成像传感器的像素，该像素可以包括：光电检测器，具有第一表面和在第一方向上从第一表面延伸到光电检测器中的侧壁；以及超表面，位于第一表面上，其中，超表面可以包括纳米结构，该纳米结构使预定波长范围的光从与第一表面基本垂直的方向弯曲至少70度。在一个实施例中，超表面使预定波长范围的光从与第一表面基本垂直的方向以背对的角度弯曲至少70度。在另一实施例中，光的预定波长范围可以包括700nm至1100nm，并且可以包括700nm和1100nm。在又一实施例中，像素可以在第一方向上具有小于或等于5μm的厚度。在又一实施例中，驻波图案形成在像素的有源区中。在一个实施例中，光电检测器包括硅基光电检测器，并且像素吸收预定波长范围的光的功率的至少20％。在另一实施例中，光电检测器可以是雪崩光电二极管、单光子雪崩二极管、量子图像传感器或PIN二极管。在又一实施例中，侧壁可以是深沟槽隔离(DTI)结构，并且可以由金属或掺杂的半导体材料形成。在又一实施例中，像素还可以包括形成在超表面上并且与第一表面背对的抗反射涂层。在一个实施例中，像素可以是像素阵列的一部分。