KR102573163B1 - 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

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Abstract

제1 가시광을 선택적으로 감지 또는 흡수하는 제1 광 검출 소자, 상기 제1 가시광보다 장파장 영역인 제2 가시광을 선택적으로 감지 또는 흡수하는 제2 광 검출 소자, 그리고 상기 제1 광 검출 소자와 상기 제2 광 검출 소자의 상부에 위치하고 상기 제1 가시광과 상기 제2 가시광 사이의 파장 영역인 제3 가시광을 선택적으로 감지 또는 흡수하는 제3 광 검출 소자를 포함하고, 상기 제1 광 검출 소자의 최대 투과 파장 또는 최대 흡수 파장은 440nm 미만이고 상기 제2 광 검출 소자의 최대 투과 파장 또는 최대 흡수 파장은 630nm 초과인 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.

Description

이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치{IMAGE SENSOR AND ELECTRONIC DEVICE INCLUDING THE SAME}
이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
디지털 카메라와 캠코더 등에는 영상을 촬영하여 전기적 신호로 저장하는 촬상 소자가 사용되고, 촬상 소자는 입사하는 빛을 파장에 따라 분해하여 각각의 성분을 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서를 포함한다.
이미지 센서는 날이 갈수록 소형화가 요구되고 있다. 근래, 이미지 센서의 크기를 줄이기 위하여 적층 구조의 이미지 센서가 연구되고 있다.
그러나 이러한 적층 구조의 이미지 센서는 빛을 먼저 받는 상부 소자에 의해 하부 소자의 색 신호가 왜곡될 수 있을 뿐 아니라 적층으로 인한 구조적 문제로 인해 하부 소자의 색 신호가 왜곡될 수 있다. 이에 따라 이미지 센서의 색 재현 특성이 저하될 수 있다.
일 구현예는 적층 구조로 인한 색 재현 특성의 저하를 방지할 수 있는 이미지 센서를 제공한다.
다른 구현예는 상기 이미지 센서를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
일 구현예에 따르면, 제1 가시광을 선택적으로 감지 또는 흡수하는 제1 광 검출 소자, 상기 제1 가시광보다 장파장 영역인 제2 가시광을 선택적으로 감지 또는 흡수하는 제2 광 검출 소자, 그리고 상기 제1 광 검출 소자와 상기 제2 광 검출 소자의 상부에 위치하고 상기 제1 가시광과 상기 제2 가시광 사이의 파장 영역인 제3 가시광을 선택적으로 감지 또는 흡수하는 제3 광 검출 소자를 포함하고, 상기 제1 광 검출 소자의 최대 투과 파장 또는 최대 흡수 파장은 약 440nm 미만이고, 상기 제2 광 검출 소자의 최대 투과 파장 또는 최대 흡수 파장은 약 630nm 초과인 이미지 센서를 제공한다.
상기 제1 광 검출 소자의 최대 투과 파장 또는 최대 흡수 파장은 약 380nm 이상 440nm 미만일 수 있고, 상기 제2 광 검출 소자의 최대 투과 파장 또는 최대 흡수 파장은 약 630nm 초과 700nm 이하일 수 있다.
상기 제3 광 검출 소자의 최대 투과 파장 또는 최대 흡수 파장은 약 520nm 내지 560nm 일 수 있다.
상기 제1 광 검출 소자는 상기 제1 가시광을 감지하는 제1 광 감지 소자, 그리고 상기 제1 광 감지 소자와 중첩하게 위치하는 제1 색 필터를 포함할 수 있고, 상기 제2 광 검출 소자는 상기 제2 가시광을 감지하는 제2 광 감지 소자, 그리고 상기 제2 광 감지 소자와 중첩하게 위치하는 제2 색 필터를 포함할 수 있고, 상기 제1 색 필터의 최대 투과 파장은 약 440nm 미만일 수 있고, 상기 제2 색 필터의 최대 투과 파장은 약 630nm 초과일 수 있다.
상기 제1 색 필터의 최대 투과 지점의 반(half)에 대응하는 파장은 약 480nm 미만일 수 있고, 상기 제2 색 필터의 최대 투과 지점의 반에 대응하는 파장은 약 610nm 초과일 수 있다.
상기 제1 광 감지 소자와 상기 제2 광 감지 소자는 반도체 기판 내에 집적되어 있을 수 있다.
상기 제1 광 감지 소자와 상기 제2 광 감지 소자는 수평 방향으로 이격되어 배치될 수 있다.
상기 제1 광 감지 소자와 상기 제2 광 감지 소자는 수직 방향으로 이격되어 배치될 수 있다.
상기 제3 광 검출 소자는 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극, 그리고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하고 상기 제3 가시광을 선택적으로 흡수하는 제1 흡광층을 포함할 수 있다.
상기 제1 흡광층은 p형 반도체와 n형 반도체를 포함할 수 있고, 상기 p형 반도체와 상기 n형 반도체 중 적어도 하나는 상기 제3 가시광을 선택적으로 흡수할 수 있다.
상기 제1 광 검출 소자는 서로 마주하는 제3 전극과 제4 전극, 그리고 상기 제3 전극과 상기 제4 전극 사이에 위치하고 상기 제1 가시광을 선택적으로 흡수하는 제2 흡광층을 포함할 수 있고, 상기 제2 흡광층의 최대 흡수 파장은 약 440nm 미만일 수 있다.
상기 제2 흡광층의 최대 흡수 지점의 반(half)에 대응하는 파장은 약 480nm 미만일 수 있다.
상기 제2 흡광층은 p형 반도체와 n형 반도체를 포함할 수 있고, 상기 p형 반도체와 상기 n형 반도체 중 적어도 하나는 상기 제1 가시광을 선택적으로 흡수할 수 있다.
상기 제2 광 검출 소자는 서로 마주하는 제5 전극과 제6 전극, 그리고 상기 제5 전극과 상기 제6 전극 사이에 위치하고 상기 제2 가시광을 선택적으로 흡수하는 제3 흡광층을 포함할 수 있고, 상기 제3 흡광층의 최대 흡수 파장은 약 630nm 초과일 수 있다.
상기 제3 흡광층의 최대 흡수 지점의 반(half)에 대응하는 파장은 약 610nm 초과일 수 있다.
상기 제3 흡광층은 p형 반도체와 n형 반도체를 포함할 수 있고, 상기 p형 반도체와 상기 n형 반도체 중 적어도 하나는 상기 제2 가시광을 선택적으로 흡수할 수 있다.
상기 제1 광 검출 소자는 서로 마주하는 제3 전극과 제4 전극, 그리고 상기 제3 전극과 상기 제4 전극 사이에 위치하고 상기 제1 가시광을 선택적으로 흡수하는 제2 흡광층을 포함할 수 있고, 상기 제2 광 검출 소자는 서로 마주하는 제5 전극과 제6 전극, 그리고 상기 제5 전극과 상기 제6 전극 사이에 위치하고 상기 제2 가시광을 선택적으로 흡수하는 제3 흡광층을 포함할 수 있고, 상기 제2 흡광층의 최대 흡수 파장은 약 440nm 미만일 수 있고, 상기 제3 흡광층의 최대 흡수 파장은 약 630nm 초과일 수 있다.
상기 제2 흡광층의 최대 흡수 지점의 반(half)에 대응하는 파장은 약 480nm 미만일 수 있고, 상기 제3 흡광층의 최대 흡수 지점의 반(half)에 대응하는 파장은 약 610nm 초과일 수 있다.
상기 제3 광 검출 소자는 상기 제1 및 제2 광 검출 소자보다 광이 입사되는 측에 가까이 배치될 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 상기 이미지 센서를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
적층형 이미지 센서에서 적층 구조로 인한 색 재현 특성의 저하를 방지할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 이미지 센서의 일 예를 개략적으로 도시한 평면도이고,
도 2는 도 1의 이미지 센서를 보여주는 단면도이고,
도 3은 일 구현예에 따른 이미지 센서에서 제1 색 필터의 광 투과도를 예시적으로 보여주는 그래프이고,
도 4는 일 구현예에 따른 이미지 센서에서 제2 색 필터의 광 투과도를 예시적으로 보여주는 그래프이고,
도 5는 다른 구현예에 따른 이미지 센서의 일 예를 개략적으로 도시한 평면도이고,
도 6은 도 5의 이미지 센서를 보여주는 단면도이고,
도 7은 일 구현예에 따른 이미지 센서에서 광전 소자의 흡광도를 예시적으로 보여주는 그래프이고,
도 8은 일 구현예에 따른 이미지 센서에서 광전 소자(100a)의 흡광도를 예시적으로 보여주는 그래프이고,
도 9는 실시예 1, 2와 비교예 1, 2에 따른 이미지 센서에서 제1 색 필터의 광 투과 특성을 보여주는 그래프이고,
도 10은 실시예 1, 2와 비교예 1, 2에 따른 이미지 센서에서 제2 색 필터의 광 투과 특성을 보여주는 그래프이다.
이하, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 구현예를 상세히 설명한다. 그러나 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이하 일 구현예에 따른 이미지 센서를 설명한다.
일 구현예에 따른 이미지 센서는 서로 다른 가시광선 영역의 광(이하 '가시광'이라 한다)을 감지 또는 흡수하는 제1 광 검출 소자, 제2 광 검출 소자 및 제3 광 검출 소자를 포함한다. 일 예로, 제1 광 검출 소자는 주로 단파장 영역의 제1 가시광을 선택적으로 감지 또는 흡수할 수 있고, 제2 광 검출 소자는 주로 제1 가시광보다 장파장 영역인 제2 가시광을 선택적으로 감지 또는 흡수할 수 있고, 제3 광 검출 소자는 주로 제1 가시광과 제2 가시광 사이의 파장 영역인 제3 가시광을 선택적으로 감지 또는 흡수할 수 있다.
여기서 '주로'는 80% 이상, 상기 범위 내에서 90% 이상인 것을 의미한다.
제1 가시광은 약 380nm 이상 500nm 미만의 파장 영역의 광일 수 있고 제2 가시광은 예컨대 약 600nm 초과 700nm 미만의 파장 영역의 광일 수 있고 제3 가시광은 예컨대 약 500nm 내지 600nm 파장 영역의 광일 수 있다.
제1 광 검출 소자, 제2 광 검출 소자 및 제3 광 검출 소자 중 적어도 둘은 적층되어 있을 수 있다.
일 예로, 제3 광 검출 소자가 제1 광 검출 소자와 제2 광 검출 소자의 상부에 위치될 수 있다.
일 예로, 제1 광 검출 소자와 제2 광 검출 소자가 나란히 배치되어 있고 제3 광 검출 소자가 제1 광 검출 소자와 제2 광 검출 소자의 상부에 위치될 수 있다.
일 예로, 제1 광 검출 소자와 제2 광 검출 소자가 수직하게 배치되어 있고 제3 광 검출 소자가 제1 광 검출 소자와 제2 광 검출 소자의 상부에 위치될 수 있다.
제1 광 검출 소자, 제2 광 검출 소자 및 제3 광 검출 소자는 반도체 기판 내에 집적되어 있을 수도 있고 반도체 기판 위에 적층되어 있을 수도 있다. 반도체 기판은 예컨대 실리콘 기판일 수 있다. 반도체 기판은 전송 트랜지스터와 전하 저장소가 집적되어 있을 수 있다.
제1 광 검출 소자, 제2 광 검출 소자 및 제3 광 검출 소자는 각각 독립적으로 광 감지 소자 또는 광전 소자를 포함할 수 있다. 광 감지 소자는 예컨대 광 다이오드(photodiode)일 수 있다. 광전 소자는 예컨대 서로 마주하는 두 개의 전극 사이에 위치하는 흡광층을 포함할 수 있으며, 예컨대 유기 광전 소자일 수 있다.
제1 광 검출 소자, 제2 광 검출 소자 및/또는 제3 광 검출 소자가 광 감지 소자를 포함하는 경우, 제1 광 검출 소자, 제2 광 검출 소자 및/또는 제3 광 검출 소자는 소정 파장 영역의 광을 선택적으로 투과시키는 색 필터를 더 포함할 수 있다.
본 구현예에서는 기존의 단층 구조의 이미지 센서와 달리, 적층 구조의 이미지 센서에 적합하도록 하부에 위치하는 광 검출 소자의 광 투과 특성 또는 광 흡수 특성을 수정할 수 있으며, 구체적으로 하부에 위치하는 광 검출 소자의 최대 투과 파장 또는 최대 흡수 파장을 수정할 수 있다.
일 예로, 제3 광 검출 소자가 제1 광 검출 소자와 제2 광 검출 소자의 상부에 적층된 구조의 이미지 센서에서, 제1 광 검출 소자의 최대 투과 파장 또는 최대 흡수 파장은 약 440nm 미만일 수 있고 제2 광 검출 소자의 최대 투과 파장 또는 최대 흡수 파장은 약 630nm 초과일 수 있다.
일 예로, 제1 광 검출 소자의 최대 투과 파장 또는 최대 흡수 파장은 약 380nm 이상 440nm 미만일 수 있고, 제2 광 검출 소자의 최대 투과 파장 또는 최대 흡수 파장은 약 630nm 초과 700nm 이하일 수 있다.
일 예로, 제1 광 검출 소자 및 제2 광 검출 소자가 광 감지 소자를 포함하는 경우, 최대 투과 파장은 제1 광 검출 소자 및 제2 광 검출 소자의 광 투과도를 결정하는 색 필터의 최대 투과 파장과 관련될 수 있다.
일 예로, 제1 광 검출 소자 및 제2 광 검출 소자가 광전 소자를 포함하는 경우, 최대 흡수 파장은 제1 광 검출 소자 및 제2 광 검출 소자의 흡광도를 결정하는 흡광층의 최대 흡수 파장과 관련될 수 있다.
이하 도면을 참고하여 일 구현예에 따른 이미지 센서의 일 예를 설명한다. 여기서는 이미지 센서의 일 예로 CMOS 이미지 센서에 대하여 설명한다.
본 구현예에서는 제1 광 검출 소자와 제2 광 검출 소자가 각각 광 감지 소자와 색 필터를 포함하고 제3 광 검출 소자가 광전 소자를 포함하는 구조를 예시적으로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 일 구현예에 따른 이미지 센서의 일 예를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 이미지 센서를 보여주는 단면도이다.
이하에서는 '하부' 및 '상부' 용어를 사용하지만 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐 위치 관계를 한정하는 것은 아니다.
이하에서는 이미지 센서의 상부가 수광면으로 설명하지만 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐 위치 관계를 한정하는 것은 아니다.
일 구현예에 따른 이미지 센서는 복수의 화소로 이루어진 단위 화소 군이 행 및 열을 따라 반복적으로 배열된 매트릭스 형태의 화소 배열을 가진다.
도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 이미지 센서의 단위 화소 군은 두 개의 행과 두 개의 열(2x2)을 포함하며 가시광선 영역 중 서로 다른 파장 영역의 광을 감지하는 제1 화소(PX1)와 제2 화소(PX2)를 포함한다. 또한 단위 화소 군의 전면에 광전 소자(100)가 중첩되어 있다.
예컨대 제1 화소(PX1)는 제1 광 검출 소자를 포함할 수 있고 제2 화소(PX2)는 제2 광 검출 소자를 포함할 수 있다. 예컨대 제1 화소(PX1)는 예컨대 약 380nm 이상 500nm 미만의 파장 영역의 광을 주로 투과 또는 흡수할 수 있는 제1 광 검출 소자를 포함할 수 있고 제2 화소(PX2)는 예컨대 약 600nm 초과 700nm 미만의 파장 영역의 광을 주로 투과 또는 흡수할 수 있는 제2 광 검출 소자를 포함할 수 있다.
제3 광 검출 소자는 제1 화소(PX1)와 제2 화소(PX2)의 전면에 위치하며 예컨대 약 500nm 내지 600nm 파장 영역의 광을 주로 투과 또는 흡수할 수 있는 광전 소자(100)이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 일 구현예에 따른 이미지 센서(300)는 반도체 기판(110), 하부 절연층(60), 색 필터층(70), 상부 절연층(80) 및 광전 소자(100)를 포함한다.
반도체 기판(110)은 실리콘 기판일 수 있으며, 제1 광 감지 소자(50a), 제2 광 감지 소자(50b), 전송 트랜지스터(도시하지 않음) 및 전하 저장소(55)가 집적되어 있다. 제1 광 감지 소자(50a) 및 제2 광 감지 소자(50b)는 각각 광 다이오드일 수 있다.
제1 광 감지 소자(50a)는 제1 가시광을 센싱하고 센싱된 정보는 전송 트랜지스터에 의해 전달될 수 있고, 제2 광 감지 소자(50b)는 제2 가시광을 센싱하고 센싱된 정보는 전송 트랜지스터에 의해 전달될 수 있다. 광은 후술하는 제1 색 필터에 의해 선택적으로 여과되어 제1 가시광이 제1 광 감지 소자(50a)로 전달될 수 있고 후술하는 제2 색 필터에 의해 선택적으로 여과되어 제2 가시광이 제2 광 감지 소자(50b)로 전달될 수 있다.
전하 저장소(55)는 후술하는 광전 소자(100)와 전기적으로 연결되어 있고 전하 저장소(55)의 정보는 전송 트랜지스터에 의해 전달될 수 있다.
도 2에서는 제1 광 감지 소자(50a)와 제2 광 감지 소자(50b)가 수평 방향으로 이격되어 배치되어 있는 구조를 예시적으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 제1 광 감지 소자(50a)와 제2 광 감지 소자(50b)가 수직 방향으로 이격되어 배치될 수도 있다.
반도체 기판(110) 위에는 또한 금속 배선(도시하지 않음) 및 패드(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 금속 배선 및 패드는 신호 지연을 줄이기 위하여 낮은 비저항을 가지는 금속, 예컨대 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag) 및 이들의 합금으로 만들어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그러나 상기 구조에 한정되지 않고, 금속 배선 및 패드가 광 감지 소자(50a, 50b)의 하부에 위치할 수도 있다.
금속 배선 및 패드 위에는 하부 절연층(60)이 형성되어 있다. 하부 절연층(60)은 산화규소 및/또는 질화규소와 같은 무기 절연 물질 또는 SiC, SiCOH, SiCO 및 SiOF와 같은 저유전율(low K) 물질로 만들어질 수 있다. 하부 절연층(60)은 전하 저장소(55)를 드러내는 트렌치를 가진다. 트렌치는 충전재로 채워져 있을 수 있다.
하부 절연막(60) 위에는 색 필터 층(70)이 형성되어 있다. 색 필터 층(70)은 제1 가시광을 선택적으로 투과하는 제1 색 필터(70a)와 제2 가시광을 선택적으로 투과하는 제2 색 필터(70b)를 포함한다. 제1 색 필터(70a)는 제1 광 감지 소자(50a)와 중첩하게 위치할 수 있고 제2 색 필터(70b)는 제2 광 감지 소자(50b)와 중첩하게 위치할 수 있다. 본 구현예에서는 제3 가시광을 선택적으로 투과하는 색 필터를 구비하지 않은 예를 설명하지만, 제3 가시광을 선택적으로 투과하는 색 필터를 추가적으로 구비할 수도 있다.
제1 색 필터(70a)는 제1 가시광을 선택적으로 투과시키는 반면 제1 가시광을 제외한 광을 흡수 및/또는 반사시킬 수 있다. 예컨대 제1 색 필터(70a)는 약 380nm 이상 500nm 미만의 파장 영역의 광을 주로 투과시키고 그 외 파장 영역의 광을 흡수 및/또는 반사시킬 수 있다. 이에 따라 제1 색 필터(70a)를 통과한 제1 가시광은 제1 광 감지 소자(50a)로 전달될 수 있다.
제2 색 필터(70b)는 제2 가시광을 선택적으로 투과시키는 반면 제2 가시광을 제외한 광을 흡수 및/또는 반사시킬 수 있다. 예컨대 제2 색 필터(70b)는 약 600nm 초과 700nm 이하의 파장 영역의 광을 주로 투과시키고 그 외 파장 영역의 광을 흡수 및/또는 반사시킬 수 있다. 이에 따라 제2 색 필터(70b)를 통과한 제2 가시광은 제2 광 감지 소자(50b)로 전달될 수 있다.
본 구현예에서는 기존의 단층 구조의 이미지 센서와 달리, 적층 구조의 이미지 센서에 적합하도록 제1 색 필터(70a)와 제2 색 필터(70b)의 광 투과 특성을 수정할 수 있으며, 구체적으로 제1 색 필터(70a)와 제2 색 필터(70b)의 최대 투과 파장을 수정할 수 있다. 이에 대해서는 후술한다.
색 필터 층(70) 위에는 상부 절연층(80)이 형성되어 있다. 상부 절연층(80)은 색 필터 층(70)에 의한 단차를 제거하고 평탄화한다. 상부 절연층(80) 및 하부 절연층(60)은 패드를 드러내는 접촉구(도시하지 않음)와 전하 저장소(55)를 드러내는 관통구(85)를 가진다.
상부 절연층(80) 위에는 광전 소자(100)가 형성되어 있다. 광전 소자(100)는 서로 마주하는 하부 전극(10)과 상부 전극(20), 그리고 제3 가시광을 선택적으로 흡수하는 흡광층(30)을 포함한다.
하부 전극(10)과 상부 전극(20) 중 어느 하나는 애노드(anode)이고 다른 하나는 캐소드(cathode)이다. 하부 전극(10)과 상부 전극(20) 중 적어도 하나는 투광 전극일 수 있고, 상기 투광 전극은 예컨대 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide, ITO) 또는 인듐 아연 옥사이드(indium zinc oxide, IZO)와 같은 투명 도전체, 또는 얇은 두께의 단일층 또는 복수층의 금속 박막으로 만들어질 수 있다. 하부 전극(10)과 상부 전극(20) 중 하나가 불투광 전극인 경우 예컨대 알루미늄(Al)과 같은 불투명 도전체로 만들어질 수 있다. 일 예로, 하부 전극(10)과 상부 전극(20)은 모두 투광 전극일 수 있다.
흡광층(30)은 p형 반도체와 n형 반도체가 포함되어 pn 접합(pn junction)을 형성하는 층으로, 외부에서 빛을 받아 엑시톤(exciton)을 생성한 후 생성된 엑시톤을 정공과 전자로 분리하는 층이다.
흡광층(30)은 주로 제3 가시광을 선택적으로 흡수할 수 있다. 제3 가시광은 예컨대 약 500nm 내지 600nm 파장 영역의 광일 수 있고, 흡광층(30)의 최대 흡수 파장은 예컨대 약 520nm 내지 560nm일 수 있다.
흡광층(30)은 p형 반도체와 n형 반도체를 포함할 수 있고, p형 반도체와 n형 반도체 중 적어도 하나는 제3 가시광을 선택적으로 흡수하는 흡광 물질일 수 있다.
제3 가시광을 선택적으로 흡수하는 흡광 물질은 예컨대 유기물일 수 있고, 예컨대 퀴나크리돈(quinacridone) 또는 그 유도체, 서브프탈로시아닌(subphthalocyanine) 또는 그 유도체, 티오펜 또는 그 유도체, 폴리티오펜 또는 그 유도체일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
흡광층(30)은 진성층(intrinsic layer, I층)을 포함할 수 있으며, 진성층의 p형 반도체와 n형 반도체는 약 10:1 내지 1:10의 부피비로 혼합될 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 8:2 내지 2:8의 부피비로 혼합될 수 있고, 상기 범위 내에서 약 6:4 내지 4:6의 부피비로 혼합될 수 있다. 흡광층(30)은 진성층의 일면 또는 양면에 p형 층 및/또는 n형 층을 더 포함할 수 있고, p형 층은 p형 반도체를 포함할 수 있고 n형 층은 n형 반도체를 포함할 수 있다. 예컨대 p형 층/I층, I층/n형 층, p형 층/I층/n형 층 등 다양한 조합으로 포함될 수 있다.
흡광층(30)은 p형 층 및 n형 층을 포함할 수 있다. p형 층은 p형 반도체를 포함할 수 있고, n형 층은 n형 반도체를 포함할 수 있다.
흡광층(30)은 약 1nm 내지 500nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 범위 내에서 약 5nm 내지 300nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 범위의 두께를 가짐으로써 빛을 효과적으로 흡수하고 정공과 전자를 효과적으로 분리 및 전달함으로써 광전 변환 효율을 효과적으로 개선할 수 있다.
하부 전극(10)과 흡광층(30) 사이 및/또는 상부 전극(20)과 흡광층(30) 사이에는 보조층(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 보조층은 흡광층(30)에서 분리된 정공과 전자의 이동을 용이하게 하여 광전 소자(100)의 효율을 높일 수 있다.
보조층은 예컨대 정공의 주입을 용이하게 하는 정공 주입층(hole injecting layer, HIL), 정공의 수송을 용이하게 하는 정공 수송층(hole transporting layer, HTL), 전자의 이동을 저지하는 전자 차단층(electron blocking layer, EBL), 전자의 주입을 용이하게 하는 전자 주입층(electron injecting layer, EIL), 전자의 수송을 용이하게 하는 전자 수송층(electron transporting layer, ETL) 및 정공의 이동을 저지하는 정공 차단층(hole blocking layer, HBL)에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
보조층은 예컨대 유기물, 무기물 또는 유무기물을 포함할 수 있다. 상기 유기물은 정공 또는 전자 특성을 가지는 유기 화합물일 수 있고, 상기 무기물은 예컨대 몰리브덴 산화물, 텅스텐 산화물, 니켈 산화물과 같은 금속 산화물일 수 있다.
광전 소자(100)는 상부 전극(20) 측으로부터 빛이 입사되어 흡광층(30)이 제3 가시광을 선택적으로 흡수하면 내부에서 엑시톤이 생성될 수 있다. 엑시톤은 흡광층(30)에서 정공과 전자로 분리되고, 분리된 정공은 하부 전극(10)과 상부 전극(20) 중 하나인 애노드 측으로 이동하고 분리된 전자는 하부 전극(10)과 상부 전극(20) 중 다른 하나인 캐소드 측으로 이동하여 전류가 흐를 수 있게 된다.
상부 전극(20) 측으로부터 입사된 광 중 흡광층(30)에서 흡수된 제3 가시광을 제외한 나머지 광은 하부 전극(10)을 통과할 수 있고, 예컨대 제3 가시광보다 단파장 영역의 광인 제1 가시광은 제1 색 필터(70a)를 통과하여 제1 광 감지 소자(50a)에 센싱될 수 있고 제3 가시광보다 장파장 영역의 광인 제2 가시광은 제2 색 필터(70b)를 통과하여 제2 광 감지 소자(50b)에 센싱될 수 있다.
광전 소자(100) 위에는 집광 렌즈(도시하지 않음)가 더 형성되어 있을 수 있다. 집광 렌즈는 입사 광의 방향을 제어하여 광을 하나의 지점으로 모을 수 있다. 집광 렌즈는 예컨대 실린더 모양 또는 반구 모양일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기와 같이 적층 구조의 이미지 센서는 이미지 센서의 크기를 줄일 수 있어서 소형화 이미지 센서를 구현할 수 있다.
한편 전술한 적층 구조의 이미지 센서는 빛을 먼저 받는 광전 소자(100)에 의해 하부에 위치하는 제1 광 감지 소자(50a)와 제2 광 감지 소자(50b)의 색 신호가 왜곡될 수 있을 뿐만 아니라 적층 구조로 인하여 제1 광 감지 소자(50a)와 제2 광 감지 소자(50b)의 색 신호가 왜곡될 수 있다.
이에 따라 본 구현예에서는 적층 구조의 이미지 센서에 적합하도록 제1 색 필터(70a)와 제2 색 필터(70b)의 광 투과 특성을 수정함으로써 제1 광 감지 소자(50a)와 제2 광 감지 소자(50b)의 색 신호의 왜곡을 줄이거나 방지할 수 있다. 구체적으로 제1 색 필터(70a)와 제2 색 필터(70b)의 최대 투과 파장을 수정할 수 있다.
도 3은 일 구현예에 따른 이미지 센서에서 제1 색 필터(70a)의 광 투과도를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
도 3을 참고하면, 제1 색 필터(70a)의 최대 투과 파장(λmax)은 약 440nm 미만일 수 있다. 여기서 최대 투과 파장(λmax)은 최대의 투과도를 나타내는 지점에 대응하는 파장을 가리킨다. 제1 색 필터(70a)의 최대 투과 파장(λmax)은 예컨대 약 380nm 이상 440nm 미만일 수 있고, 상기 범위 내에서 예컨대 약 400nm 이상 440nm 미만일 수 있고, 상기 범위 내에서 예컨대 약 400nm 이상 438nm 이하일 수 있다.
이와 같이 본 구현예에 따른 이미지 센서에서 최대 투과 파장(λmax)이 약 440nm 미만인 제1 색 필터(70a)를 사용함으로써 단층형 이미지 센서에 채용되는 약 440nm 내지 480nm의 최대 투과 파장을 가지는 청색 필터보다 딥 블루(deep blue) 영역의 광을 투과시킬 수 있고 이에 따라 광전 소자(100)에 의해 발생하는 색 신호의 왜곡을 효과적으로 줄이거나 방지할 수 있다.
상기와 같이 제1 색 필터(70a)의 최대 투과 파장(λmax)이 이동됨으로써 최대 투과 지점의 반(half)에 대응하는 파장(λmid)은 예컨대 약 480nm 미만일 수 있다. 제1 색 필터(70a)의 최대 투과 지점의 반에 대응하는 파장(λmid)은 예컨대 약 420nm 이상 480nm 미만일 수 있다.
도 4는 일 구현예에 따른 이미지 센서에서 제2 색 필터(70b)의 광 투과도를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
도 4를 참고하면, 제2 색 필터(70b)의 최대 투과 파장(λmax)은 약 630nm 초과일 수 있다. 제2 색 필터(70b)의 최대 투과 파장(λmax)은 예컨대 약 630nm 초과 700nm 이하일 수 있고, 상기 범위 내에서 예컨대 약 630nm 초과 670nm 이하일 수 있고, 상기 범위 내에서 예컨대 약 632nm 이상 670nm 이하일 수 있다.
이와 같이 본 구현예에 따른 이미지 센서에서 최대 투과 파장(λmax)이 약 630nm 초과인 제2 색 필터(70b)를 사용함으로써 단층형 이미지 센서에 채용되는 약 590nm 내지 630nm의 최대 투과 파장을 가지는 적색 필터보다 딥 레드(deep red) 영역의 광을 투과시킬 수 있고 이에 따라 광전 소자(100)에 의해 발생하는 색 신호의 왜곡을 효과적으로 줄이거나 방지할 수 있다.
상기와 같이 제2 색 필터(70b)의 최대 투과 파장(λmax)이 이동됨으로써 제2 색 필터(70b)의 최대 투과 지점의 반에 대응하는 파장(λmid)은 예컨대 약 610nm 초과일 수 있다. 제2 색 필터(70b)의 최대 투과 지점의 반에 대응하는 파장(λmid)은 예컨대 약 610nm 초과 680nm 이하일 수 있다.
이하 다른 구현예에 따른 이미지 센서의 일 예를 설명한다.
본 구현예에 따른 이미지 센서는 제1 광 검출 소자, 제2 광 검출 소자 및 제3 광 검출 소자가 각각 광전 소자를 포함하는 구조를 예시적으로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5는 다른 구현예에 따른 이미지 센서의 일 예를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 6은 도 5의 이미지 센서를 보여주는 단면도이다.
도 5를 참고하면, 본 구현예에 따른 이미지 센서는 광전 소자(100a, 100b, 100c)가 차례로 적층된 구조이다. 도 5에 도시된 광전 소자(100a, 100b, 100c)의 적층 순서는 다양하게 바뀔 수 있다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 본 구현예에 따른 이미지 센서(500)는 반도체 기판(110), 하부 절연층(60), 중간 절연층(75), 상부 절연층(80), 광전 소자(100a, 100b, 100c)를 포함한다.
반도체 기판(110)은 실리콘 기판일 수 있으며, 전송 트랜지스터(도시하지 않음) 및 전하 저장소(55a, 55b, 55c)가 집적되어 있다.
반도체 기판(110) 위에는 금속 배선(도시하지 않음) 및 패드(도시하지 않음)가 형성되어 있고, 금속 배선 및 패드 위에는 하부 절연층(60)이 형성되어 있다.
하부 절연층(60) 위에는 광전 소자(100a)가 형성되어 있다.
광전 소자(100a)는 서로 마주하는 하부 전극(10a)과 상부 전극(20a), 그리고 하부 전극(10a)과 상부 전극(20a) 사이에 위치하는 흡광층(30a)을 포함한다.
하부 전극(10a)과 상부 전극(20a) 중 하나는 애노드이고 다른 하나는 캐소드이다. 하부 전극(10a)과 상부 전극(20a) 중 적어도 하나는 투광 전극일 수 있으며, 예컨대 하부 전극(10a)과 상부 전극(20a)은 투광 전극일 수 있다.
흡광층(30a)은 예컨대 제2 가시광을 선택적으로 흡수할 수 있으며, 예컨대 약 600nm 초과 700nm 이하의 파장 영역의 광을 주로 흡수할 수 있다. 흡광층(30a)은 p형 반도체와 n형 반도체를 포함할 수 있고, p형 반도체와 n형 반도체 중 적어도 하나는 제2 가시광을 선택적으로 흡수하는 흡광 물질일 수 있다. 흡광층(30a)은 I층, p형 층/I층, I층/n형 층, p형 층/I층/n형 층, p형 층/n형 층 등 다양할 수 있다.
하부 전극(10a)과 흡광층(30a) 사이 및/또는 상부 전극(20a)과 흡광층(30a) 사이에는 보조층(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 보조층은 흡광층(30a)에서 분리된 정공과 전자의 이동을 용이하게 하여 광전 소자(100a)의 효율을 높일 수 있다.
보조층은 예컨대 정공의 주입을 용이하게 하는 정공 주입층(HIL), 정공의 수송을 용이하게 하는 정공 수송층(HTL), 전자의 이동을 저지하는 전자 차단층(EBL), 전자의 주입을 용이하게 하는 전자 주입층(EIL), 전자의 수송을 용이하게 하는 전자 수송층(ETL) 및 정공의 이동을 저지하는 정공 차단층(HBL)에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
보조층은 예컨대 유기물, 무기물 또는 유무기물을 포함할 수 있다. 상기 유기물은 정공 또는 전자 특성을 가지는 유기 화합물일 수 있고, 상기 무기물은 예컨대 몰리브덴 산화물, 텅스텐 산화물, 니켈 산화물과 같은 금속 산화물일 수 있다.
광전 소자(100a) 위에는 중간 절연층(75)이 형성되어 있다.
중간 절연층(75) 위에는 광전 소자(100b)가 형성되어 있다.
광전 소자(100b)는 서로 마주하는 하부 전극(10b)과 상부 전극(20b), 그리고 하부 전극(10b)과 상부 전극(20b) 사이에 위치하는 흡광층(30b)을 포함한다.
하부 전극(10b)과 상부 전극(20b) 중 하나는 애노드이고 다른 하나는 캐소드이다. 하부 전극(10b)과 상부 전극(20b) 중 적어도 하나는 투광 전극일 수 있으며, 예컨대 하부 전극(10b)과 상부 전극(20b)은 투광 전극일 수 있다.
흡광층(30b)은 예컨대 제1 가시광을 선택적으로 흡수할 수 있으며, 예컨대 약 380nm 이상 500nm 미만의 파장 영역의 광을 주로 흡수할 수 있다. 흡광층(30b)은 p형 반도체와 n형 반도체를 포함할 수 있고, p형 반도체와 n형 반도체 중 적어도 하나는 제1 가시광을 선택적으로 흡수하는 흡광 물질일 수 있다. 흡광층(30b)은 I층, p형 층/I층, I층/n형 층, p형 층/I층/n형 층, p형 층/n형 층 등 다양할 수 있다.
하부 전극(10b)과 흡광층(30b) 사이 및/또는 상부 전극(20b)과 흡광층(30b) 사이에는 보조층(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 보조층은 흡광층(30b)에서 분리된 정공과 전자의 이동을 용이하게 하여 광전 소자(100b)의 효율을 높일 수 있다.
보조층은 예컨대 정공의 주입을 용이하게 하는 정공 주입층(HIL), 정공의 수송을 용이하게 하는 정공 수송층(HTL), 전자의 이동을 저지하는 전자 차단층(EBL), 전자의 주입을 용이하게 하는 전자 주입층(EIL), 전자의 수송을 용이하게 하는 전자 수송층(ETL) 및 정공의 이동을 저지하는 정공 차단층(HBL)에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
보조층은 예컨대 유기물, 무기물 또는 유무기물을 포함할 수 있다. 상기 유기물은 정공 또는 전자 특성을 가지는 유기 화합물일 수 있고, 상기 무기물은 예컨대 몰리브덴 산화물, 텅스텐 산화물, 니켈 산화물과 같은 금속 산화물일 수 있다.
광전 소자(100b) 위에는 상부 절연층(80)이 형성되어 있다. 하부 절연층(60), 중간 절연층(75) 및 상부 절연층(80)은 전하 저장소(55a, 55b, 55c)를 드러내는 복수의 관통구를 가진다.
상부 절연층(80) 위에는 광전 소자(100c)가 형성되어 있다. 광전 소자(100c)는 서로 마주하는 하부 전극(10c)과 상부 전극(20c), 그리고 하부 전극(10c)과 상부 전극(20c) 사이에 위치하는 흡광층(30c)을 포함한다.
하부 전극(10c)과 상부 전극(20c) 중 하나는 애노드이고 다른 하나는 캐소드이다. 하부 전극(10c)과 상부 전극(20c) 중 적어도 하나는 투광 전극일 수 있으며, 예컨대 하부 전극(10c)과 상부 전극(20c)은 투광 전극일 수 있다.
흡광층(30c)은 주로 제3 가시광을 선택적으로 흡수할 수 있다. 제3 가시광은 예컨대 약 500nm 내지 600nm 파장 영역의 광일 수 있고, 흡광층(30c)의 최대 흡수 파장은 예컨대 약 520nm 내지 560nm일 수 있다.
흡광층(30c)은 p형 반도체와 n형 반도체를 포함할 수 있고, p형 반도체와 n형 반도체 중 적어도 하나는 제3 가시광을 선택적으로 흡수하는 흡광 물질일 수 있다. 흡광층(30c)은 I층, p형 층/I층, I층/n형 층, p형 층/I층/n형 층, p형 층/n형 층 등 다양할 수 있다.
하부 전극(10c)과 흡광층(30c) 사이 및/또는 상부 전극(20c)과 흡광층(30c) 사이에는 보조층(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 보조층은 흡광층(30c)에서 분리된 정공과 전자의 이동을 용이하게 하여 광전 소자(100c)의 효율을 높일 수 있다.
보조층은 예컨대 정공의 주입을 용이하게 하는 정공 주입층(HIL), 정공의 수송을 용이하게 하는 정공 수송층(HTL), 전자의 이동을 저지하는 전자 차단층(EBL), 전자의 주입을 용이하게 하는 전자 주입층(EIL), 전자의 수송을 용이하게 하는 전자 수송층(ETL) 및 정공의 이동을 저지하는 정공 차단층(HBL)에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
보조층은 예컨대 유기물, 무기물 또는 유무기물을 포함할 수 있다. 상기 유기물은 정공 또는 전자 특성을 가지는 유기 화합물일 수 있고, 상기 무기물은 예컨대 몰리브덴 산화물, 텅스텐 산화물, 니켈 산화물과 같은 금속 산화물일 수 있다.
광전 소자(100c) 위에는 집광 렌즈(도시하지 않음)가 더 형성되어 있을 수 있다. 집광 렌즈는 입사 광의 방향을 제어하여 광을 하나의 지점으로 모을 수 있다. 집광 렌즈는 예컨대 실린더 모양 또는 반구 모양일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도면에서는 제2 가시광을 선택적으로 흡수하는 광전 소자(100a), 제1 가시광을 선택적으로 흡수하는 광전 소자(100b) 및 제3 가시광을 선택적으로 흡수하는 광전 소자(100c)가 차례로 적층된 구조를 예시적으로 도시하였지만, 이에 한정되지 않고 적층 순서는 다양하게 바뀔 수 있다.
상기와 같이 서로 다른 파장 영역의 광을 흡수하는 제1 광 검출 소자, 제2 광 검출 소자 및 제3 광 검출 소자가 적층된 구조를 가짐으로써 이미지 센서의 크기를 더욱 줄여 소형화 이미지 센서를 구현할 수 있다.
한편 본 구현예에 따른 적층 구조의 이미지 센서는 빛을 먼저 받는 광전 소자(100c)에 의해 하부에 위치하는 광전 소자(100a, 100b)의 색 신호가 왜곡될 수 있을 뿐만 아니라 적층 구조로 인하여 광전 소자(100a, 100b)의 색 신호가 왜곡될 수 있다.
이에 따라 본 구현예에서는 적층 구조의 이미지 센서에 적합하도록 광전 소자(100b)의 흡광층(30b)과 광전 소자(100a)의 흡광층(30c)의 흡광 특성을 수정함으로써 광전 소자(100a, 100b)의 색 신호의 왜곡을 줄이거나 방지할 수 있다. 구체적으로 광전 소자(100b)의 흡광층(30b)과 광전 소자(100a)의 흡광층(30c)의 최대 흡수 파장을 수정할 수 있다.
도 7은 일 구현예에 따른 이미지 센서에서 광전 소자(100b)의 흡광도를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
도 7을 참고하면, 광전 소자(100b)의 흡광층(30b)의 최대 흡수 파장(λmax)은 약 440nm 미만일 수 있다. 여기서 최대 흡수 파장(λmax)은 최대의 흡광도를 나타내는 지점에 대응하는 파장을 가리킨다. 광전 소자(100b)의 흡광층(30b)의 최대 흡수 파장(λmax)은 예컨대 약 380nm 이상 440nm 미만일 수 있다.
이와 같이 본 구현예에 따른 이미지 센서에서 최대 흡수 파장(λmax)이 약 440nm 미만인 흡광층(30b)을 사용함으로써 단층형 이미지 센서에 채용되는 약 440nm 내지 480nm의 최대 흡광 파장을 가지는 청색 필터보다 딥 블루(deep blue) 영역의 광을 흡수할 수 있고 이에 따라 상부에 위치하는 광전 소자(100c)에 의해 발생하는 색 신호의 왜곡을 효과적으로 줄이거나 방지할 수 있다.
상기와 같이 광전 소자(100b)의 흡광층(30b)의 최대 흡수 파장(λmax)이 이동됨으로써 흡광층(30b)의 최대 흡수 지점의 반(half)에 대응하는 파장(λmid)은 예컨대 약 480nm 미만일 수 있다. 광전 소자(100b)의 흡광층(30b)의 최대 흡광 지점의 반에 대응하는 파장(λmid)은 예컨대 약 420nm 이상 480nm 미만일 수 있다.
도 8은 일 구현예에 따른 이미지 센서에서 광전 소자(100a)의 흡광도를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
도 8을 참고하면, 광전 소자(100a)의 흡광층(30a)의 최대 흡수 파장(λmax)은 약 630nm 초과일 수 있다. 광전 소자(100a)의 흡광층(30a)의 최대 흡수 파장(λmax)은 예컨대 약 630nm 초과 700nm 이하일 수 있다.
이와 같이 본 구현예에 따른 이미지 센서에서 최대 흡수 파장(λmax)이 약 630nm 초과인 흡광층(30a)을 포함함으로써 단층형 이미지 센서에 채용되는 약 590nm 내지 630nm의 최대 흡수 파장을 가지는 적색 필터보다 딥 레드(deep red) 영역의 광을 흡수할 수 있고 이에 따라 상부에 위치하는 광전 소자(100b, 100c)에 의해 발생하는 색 신호의 왜곡을 효과적으로 줄이거나 방지할 수 있다.
상기와 같이 광전 소자(100a)의 흡광층(30a)의 최대 흡수 파장(λmax)이 이동됨으로써 흡광층(30a)의 최대 흡수 지점의 반에 대응하는 파장(λmid)은 예컨대 약 610nm 초과일 수 있다. 흡광층(30a)의 최대 투과 지점의 반에 대응하는 파장(λmid)은 예컨대 약 610nm 초과 680nm 이하일 수 있다.
상기 이미지 센서는 다양한 전자 장치에 적용될 수 있으며, 예컨대 모바일 폰, 디지털 카메라 등에 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이하 실시예를 통하여 상술한 구현예들을 보다 상세하게 설명한다. 다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
이미지 센서의 설계
실시예 1
도 1 및 2에 도시된 구조로 이미지 센서를 설계한다.
도 9는 실시예 1, 2와 비교예 1, 2에 따른 이미지 센서에서 제1 색 필터의 광 투과 특성을 보여주는 그래프이고, 도 10은 실시예 1, 2와 비교예 1, 2에 따른 이미지 센서에서 제2 색 필터의 광 투과 특성을 보여주는 그래프이다.
이미지 센서는 도 9의 그래프에 도시된 광 투과 특성을 보이는 제1 색 필터(70a, λmax=435nm)와 도 10의 그래프에 도시된 광 투과 특성을 보이는 제2 색 필터(70b, λmax=635nm)로 설계하고, 유기 광전 소자(100)는 150nm 두께의 ITO 애노드(10), 녹색 흡광층(λmax=540nm)(30) 및 7nm 두께의 ITO 캐소드(30)로 설계한다.
실시예 2
도 1 및 2에 도시된 구조로 이미지 센서를 설계한다.
이미지 센서는 도 9의 그래프에 도시된 광 투과 특성을 보이는 제1 색 필터(70a, λmax=435nm)와 도 10의 그래프에 도시된 광 투과 특성을 보이는 제2 색 필터(70b, λmax=635nm)로 설계하고, 유기 광전 소자(100)는 150nm 두께의 ITO 애노드(10), 녹색 흡광층(λmax=560nm)(30) 및 7nm 두께의 ITO 캐소드(30)로 설계한다.
비교예 1
도 1 및 2에 도시된 구조로 이미지 센서를 설계한다.
이미지 센서는 도 9의 그래프에 도시된 광 투과 특성을 보이는 제1 색 필터(70a, λmax=450nm)와 도 10의 그래프에 도시된 광 투과 특성을 보이는 제2 색 필터(70b, λmax=615nm)로 설계하고, 유기 광전 소자(100)는 150nm 두께의 ITO 애노드(10), 녹색 흡광층(λmax=540nm)(30) 및 7nm 두께의 ITO 캐소드(30)로 설계한다.
비교예 2
도 1 및 2에 도시된 구조로 이미지 센서를 설계한다.
이미지 센서는 도 9의 그래프에 도시된 광 투과 특성을 보이는 제1 색 필터(70a, λmax=450nm)와 도 10의 그래프에 도시된 광 투과 특성을 보이는 제2 색 필터(70b, λmax=615nm)로 설계하고, 유기 광전 소자(100)는 150nm 두께의 ITO 애노드(10), 녹색 흡광층(λmax=560nm)(30) 및 7nm 두께의 ITO 캐소드(30)로 설계한다.
평가
실시예 1, 2와 비교예 1, 2에 따른 이미지 센서의 색차(color difference) 및 YSNR10을 평가한다.
이미지 센서의 색차는 다음과 같은 방법으로 수행한다.
이미지 센서로부터 얻은 RGB 원신호(RGB raw signal)는 이미지 프로세싱을 수행하여 실제 색과의 차이를 줄이는 과정을 거친다. 이미지 프로세싱은 RGB 신호의 세기 차이를 동일하게 맞추는 화이트 밸런스(white balance) 단계 및 Macbeth chart(24색)의 실제 색과 이미지 센서에서 측정한 원색의 색 차이를 줄이는 색 보정(color correction) 단계가 있다. 색 보정 단계는 색 보정 매트릭스(color correction matrix, CCM)를 통해 이미지 센서에서 측정한 RGB 원신호를 변환시켜 색을 표현하고, 이미지 센서의 색 특성은 색 보정 매트릭스를 통해 색 변환 후에 Macbeth chart의 실제 Color와 얼마나 차이가 나는지를 수치화하여 표현할 수 있다. 색차는 Macbeth chart의 실제 색과의 차이를 나타내며, 색차가 작을수록 실제 색에 가깝다는 것을 의미할 수 있다.
이미지 센서의 YSNR10은 신호와 노이즈의 비율(signal/noise)이 10이 되는 조도(단위: lux)로, 여기서 신호는 색 보정 매트릭스를 통한 색 보정 단계를 거친 후의 신호의 감도(sensitivity)이며, 노이즈는 이미지 센서에서 신호를 측정할 때 발생하는 노이즈이다. YSNR10 값이 작을수록 낮은 조도에서 이미지 특성이 양호하다는 것을 의미할 수 있다.
그 결과는 표 1과 같다.
표 1에서, 색차는 동일한 평균 색차에서 색차가 가장 큰 컬러의 색차를 표기하였고, YSNR10은 평균 색차 6에서 계산하여 비교한 값이다.
색차(ΔEab) YSNR10(lx)
실시예 1 17 68
비교예 1 19 76
실시예 2 18 67
비교예 2 20 71
표 1을 참고하면, 실시예 1에 따른 이미지 센서는 비교예 1에 따른 이미지 센서와 비교하여 색차 및 YSNR10이 작은 것을 확인할 수 있다. 마찬가지로 실시예 2에 따른 이미지 센서는 비교예 2에 따른 이미지 센서와 비교하여 색차 및 YSNR10이 작은 것을 확인할 수 있다. 이로부터 실시예 1, 2에 따른 이미지 센서는 비교예 1, 2에 따른 이미지 센서와 비교하여 색 재현 특성이 개선될 수 있음을 예상할 수 있다.
이상에서 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 권리 범위에 속하는 것이다.
10, 10a, 10b, 10c: 하부 전극
20, 20a, 20b, 20c: 상부 전극
30, 30a, 30b, 30c: 흡광층
50a, 50b: 광 감지 소자
70a, 70b: 색 필터
60: 하부 절연층
75: 중간 절연층
80: 상부 절연층
100, 100a, 100b, 100c: 유기 광전 소자
300, 400, 500: 유기 CMOS 이미지 센서

Claims (20)

  1. 제1 가시광을 선택적으로 감지 또는 흡수하고 440nm 미만의 최대 투과 파장 또는 최대 흡수 파장을 가진 제1 광 검출 소자,
    상기 제1 가시광보다 장파장 영역인 제2 가시광을 선택적으로 감지 또는 흡수하고 630nm 초과의 최대 투과 파장 또는 최대 흡수 파장을 가진 제2 광 검출 소자, 그리고
    상기 제1 광 검출 소자와 상기 제2 광 검출 소자의 상부에 위치하고 상기 제1 가시광과 상기 제2 가시광 사이의 파장 영역인 제3 가시광을 선택적으로 감지 또는 흡수하는 제3 광 검출 소자
    를 포함하고,
    상기 제1 광 검출 소자는
    상기 제1 가시광을 감지하는 제1 광 감지 소자, 그리고
    상기 제1 광 감지 소자와 중첩하게 위치하고 440nm 미만의 최대 투과 파장을 가진 제1 색 필터
    를 포함하며,
    상기 제2 광 검출 소자는
    상기 제2 가시광을 감지하는 제2 광 감지 소자, 그리고
    상기 제2 광 감지 소자와 중첩하게 위치하고 630nm 초과의 최대 투과 파장을 가진 제2 색 필터
    를 포함하며,
    상기 제1 광 감지 소자와 상기 제2 광 감지 소자는 수평 방향으로 이격되어 있는 이미지 센서.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 광 검출 소자의 최대 투과 파장 또는 최대 흡수 파장은 380nm 이상 440nm 미만이고
    상기 제2 광 검출 소자의 최대 투과 파장 또는 최대 흡수 파장은 630nm 초과 700nm 이하인
    이미지 센서.
  3. 제1항에서,
    상기 제3 광 검출 소자의 최대 투과 파장 또는 최대 흡수 파장은 520nm 내지 560nm인 이미지 센서.
  4. 삭제
  5. 제1항에서,
    상기 제1 색 필터의 최대 투과 지점의 반(half)에 대응하는 파장은 480nm 미만이고,
    상기 제2 색 필터의 최대 투과 지점의 반에 대응하는 파장은 610nm 초과인
    이미지 센서.
  6. 제1항에서,
    상기 제1 광 감지 소자와 상기 제2 광 감지 소자는 반도체 기판 내에 집적되어 있는 이미지 센서.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에서,
    상기 제3 광 검출 소자는
    서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극, 그리고
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하고 상기 제3 가시광을 선택적으로 흡수하는 제1 흡광층
    을 포함하는 이미지 센서.
  10. 제9항에서,
    상기 제1 흡광층은 p형 반도체와 n형 반도체를 포함하고,
    상기 p형 반도체와 상기 n형 반도체 중 적어도 하나는 상기 제3 가시광을 선택적으로 흡수하는 이미지 센서.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제1항에서,
    상기 제3 광 검출 소자는 상기 제1 및 제2 광 검출 소자보다 광이 입사되는 측에 가까이 배치되어 있는 이미지 센서.
  20. 제1항 내지 제3항, 제5항, 제6항, 제9항, 제10항 및 제19항 중 어느 한 항에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 장치.

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