過去十年來,，雖然像素尺寸已經(jīng)大幅縮小了,，但要設(shè)計出能因應(yīng)像素尺寸縮小的高效率彩色濾光片仍然是一大挑戰(zhàn)…

由美國和韓國三星先進(jìn)技術(shù)研究院(Samsung Advanced Institute of Technology；SAIT)的研究人員組成的跨國研究團(tuán)隊共同開發(fā)一款新型的硅基RGB彩色濾光片,，可用于配合CMOS影像傳感器持續(xù)縮小的像素尺寸要求,。

過去十年來,，雖然像素尺寸已經(jīng)大幅縮小了(從超過10μm縮至不到2μm)，但要設(shè)計出能因應(yīng)像素尺寸縮小的高效率彩色濾光片仍然是一大挑戰(zhàn),。

研究人員在《奈米通訊》(Nano Letters)期刊發(fā)表的“可見波長彩色濾光片以介電質(zhì)次波長光閘實(shí)現(xiàn)背照式CMOS影像傳感器技術(shù)”(Visible Wavelength Color Filters Using Dielectric Subwavelength Gratings for Backside-Illuminated CMOS Image Sensor Technologies)一文中強(qiáng)調(diào)，在數(shù)位彩色成像中的RGB彩色濾光片經(jīng)常使用摻雜染料的聚合物,，并棄置絕對效率較低(約40-50%)的等離子彩色濾光片,，而以簡單的電介質(zhì)次波長光閘來取代，這種傳統(tǒng)途徑的效果十分有限,。

因此,，研究人員以5μm至1μm范圍的不同像素尺寸創(chuàng)造了幾種彩色濾光片設(shè)計(硅光電二極體上的RGB貝爾圖案)。這種微型光柵采用硅光電二極體層上SO2隔離層頂部的多晶硅(poly-Si)制造的,，經(jīng)證實(shí)能實(shí)現(xiàn)高效率的傳輸,，而幾乎不受光入射角度的影響。 對光入射角度較不敏感,。

研究人員以不同的電洞氣孔圖案進(jìn)行實(shí)驗后發(fā)現(xiàn),，最佳化的RGB彩色濾光片結(jié)構(gòu)是由80nm厚多晶硅板與氣孔組成，并在背照式(BSI)硅光電二極體上放置一層115nm厚的SiO2隔離層,。紅色部份是由六邊形晶格上的90nm直徑氣孔與250nm周期組成,，綠色部份采用在方形晶格上的180nm周期與140nm直徑氣孔設(shè)計，而藍(lán)色的設(shè)計則是在六角形晶格上的240nm直徑氣孔與270nm周期,。

根據(jù)該論文解釋,，相較于基于染料的濾光片，基于電介質(zhì)的濾光片在紫外線照射和高溫下可提供更好的可靠性,。同時,，“由于該結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)對稱特性，光譜響應(yīng)對于一般入射的偏振較不敏感,，而且,，對每一種顏色來說，重要的是在縮小像素尺寸的同時必須維持所傳送的色彩,，但濾光片對于角度響應(yīng)相對較不敏感,。”

更重要的是,，電介質(zhì)光柵彩色濾光片更易于進(jìn)行客制化,，且相容于微米級與次微米級像素尺寸。為了讓濾光片的制造更相容于CMOS后端制程,，可以采用脈沖雷射低溫退火過程,，制備低損耗的多晶硅層，以取代研究人員在其實(shí)驗中使用的高溫退火過程,。

研究人員表示,，“再者,，借由利用空間設(shè)計的自由度改變相位、振幅以及次波長光閘所能傳輸?shù)钠?，就能以硅光電二極體層頂部的一層電介質(zhì)次波長光閘,，取代傳統(tǒng)染料摻雜的彩色濾光片以及CIS像素頂部的微鏡?！?/p>

最終,，三星(Samsung)是否將會授權(quán)該IP，或者保留于其產(chǎn)品組合,，并用于自家的傳感器解決方案中,，則有待時間的證明。