過去十年來，雖然像素尺寸已經(jīng)大幅縮小了，但要設(shè)計(jì)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(guó)和韓國(guó)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(guó)研究團(tuán)隊(duì)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(jì)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(zhǎng)彩色濾光片以介電質(zhì)次波長(zhǎng)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(duì)效率較低(約40-50%)的等離子彩色濾光片,，而以簡(jiǎn)單的電介質(zhì)次波長(zhǎng)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(jì)(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(duì)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(yàn)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(jì),，而藍(lán)色的設(shè)計(jì)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(shí)，“由于該結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱特性,，光譜響應(yīng)對(duì)于一般入射的偏振較不敏感,，而且，對(duì)每一種顏色來說,，重要的是在縮小像素尺寸的同時(shí)必須維持所傳送的色彩,，但濾光片對(duì)于角度響應(yīng)相對(duì)較不敏感?！?/p>

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(jí)與次微米級(jí)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(yàn)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(jì)的自由度改變相位、振幅以及次波長(zhǎng)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(zhǎng)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(huì)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(shí)間的證明,。