(57)【要約】      （修正有）【課題】センサーの大きさや個数を増やせずに性能を改善できるセンサー及びそのセンサーを含む電子装置を提供する。【解決手段】センサーは、可視光線領域の光を感知する可視光センサー１００と、可視光センサーに積層されて、近赤外線領域の内の一部の光を感知する近赤外光センサー２００と、近赤外光センサーの上部に配置され、可視光線領域の光及び近赤外線領域の内の一部の光を選択的に透過させる光フィルター３００と、を有する。【選択図】図２
2020150264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光線領域の光を感知する可視光センサーと、
前記可視光センサーに積層されて、近赤外線領域の内の一部の光を感知する近赤外光センサーと、
前記近赤外光センサーの上部に配置され、前記可視光線領域の光及び前記近赤外線領域の内の一部の光を選択的に透過させる光フィルターと、を有することを特徴とするセンサー。
【請求項２】
前記光フィルターは、前記可視光線領域に属する第１波長領域と、前記近赤外線領域に属する第２波長領域の光と、を選択的に透過させ、
前記第１波長領域と前記第２波長領域との間に属する第３波長領域の光を遮断することを特徴とする請求項１に記載のセンサー。
【請求項３】
前記第１波長領域は、４００ｎｍ〜７００ｎｍに属し、
前記第２波長領域は、７５０ｎｍ〜１，０００ｎｍに属することを特徴とする請求項２に記載のセンサー。
【請求項４】
前記第２波長領域の幅は、１２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載のセンサー。
【請求項５】
前記第２波長領域は、７６０ｎｍ〜８６０ｎｍ、８００ｎｍ〜９００ｎｍ、又は８９０ｎｍ〜９９０ｎｍであることを特徴とする請求項３に記載のセンサー。
【請求項６】
前記光フィルターの透過スペクトルは、前記第２波長領域での近赤外線透過ピークを有し、５０％の透過率で、前記近赤外線透過ピークの幅は１２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載のセンサー。
【請求項７】
前記光フィルターの透過スペクトルは、７０％及び３０％の透過率で、前記近赤外線透過ピークの幅はそれぞれ１２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載のセンサー。
【請求項８】
前記近赤外線透過ピークは、下記に示す数式１及び数式２を満たすことを特徴とする請求項６に記載のセンサー。
（数１）
λ２−λ１≦５０ｎｍ  ・・・数式１
（数２）
λ４−λ３≦５０ｎｍ  ・・・数式２
（ここで、数式１及び数式２において、λ１は、前記近赤外線透過ピークで始点波長であり、λ２は、前記近赤外線透過ピークで５０％以上の透過率を示す始点波長であり、λ３は、前記近赤外線透過ピークで５０％以上の透過率を示す終点波長であり、λ４は、前記近赤外線透過ピークの終点波長である。）
【請求項９】
前記近赤外線透過ピークの最大透過率は、９０％以上であることを特徴とする請求項６に記載のセンサー。
【請求項１０】
前記第３波長領域は、７００ｎｍ超過９００ｎｍ以下に属することを特徴とする請求項２に記載のセンサー。
【請求項１１】
前記近赤外光センサーは、前記可視光センサーの上部に配置され、
前記近赤外光センサーは、互いに対向する一対の電極と、
前記一対の電極間に位置して前記近赤外線領域の内の一部の光を吸収する近赤外線吸収層と、を含むことを特徴とする請求項２に記載のセンサー。
【請求項１２】
前記近赤外線吸収層は、近赤外線領域の内の一部の光を吸収する有機吸光物質を含み、
前記第２波長領域は、前記有機吸光物質の吸光領域よりも狭いことを特徴とする請求項１１に記載のセンサー。
【請求項１３】
前記有機吸光物質の吸光スペクトルの半値幅は、１２０ｎｍ超過であることを特徴とする請求項１２に記載のセンサー。
【請求項１４】
前記可視光センサーは、青色波長領域の光を感知する青色センサーと、緑色波長領域の光を感知する緑色センサーと、赤色波長領域の光を感知する赤色センサーと、を含み、
前記青色センサー、前記緑色センサー、及び前記赤色センサーは、半導体基板に集積されることを特徴とする請求項１に記載のセンサー。
【請求項１５】
前記可視光センサーは、青色波長領域の光を感知する青色センサーと、緑色波長領域の光を感知する緑色センサーと、赤色波長領域の光を感知する赤色センサーと、を含み、
前記青色センサー、前記緑色センサー、及び前記赤色センサーの内の２つは、半導体基板に集積される光ダイオードであり、
前記青色センサー、前記緑色センサー、及び前記赤色センサーの内の他の１つは、前記半導体基板の上部に配置される光電変換素子であることを特徴とする請求項１に記載のセンサー。
【請求項１６】
前記光電変換素子は、互いに対向する一対の電極と、
前記一対の電極間に位置して青色波長領域、緑色波長領域、及び赤色波長領域の内のいずれか１つを吸収する可視光線吸収層と、を含むことを特徴とする請求項１５に記載のセンサー。
【請求項１７】
色フィルター層をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のセンサー。
【請求項１８】
可視光線領域内の第１波長領域の光を感知する可視光センサーと、
近赤外線領域内の第２波長領域の光を感知する近赤外光センサーと、
前記第１波長領域及び前記第２波長領域の光を選択的に透過させる光フィルターと、を有し、
前記近赤外光センサーは、互いに対向する一対の電極と、
前記一対の電極間に位置して近赤外線波長領域の光を吸収する有機吸光物質を含む近赤外線吸収層と、を含み、
前記第２波長領域は、前記有機吸光物質の吸収波長領域よりも狭いことを特徴とするセンサー。
【請求項１９】
前記光フィルターの透過スペクトルは、前記第１波長領域での可視光透過ピークと前記第２波長領域での近赤外線透過ピークとを有し、
前記光フィルターの透過スペクトルの３０％、５０％、及び７０％の透過率で、前記近赤外線透過ピークの幅は、それぞれ１２０ｎｍ以下であり、
前記有機吸光物質の吸光スペクトルの５０％の吸光率で、吸光ピークの幅は１２０ｎｍ超過であることを特徴とする請求項１８に記載のセンサー。
【請求項２０】
前記可視光センサーは、青色波長領域の光を感知する青色センサーと、緑色波長領域の光を感知する緑色センサーと、赤色波長領域の光を感知する赤色センサーと、を含み、
前記近赤外光センサーは、前記青色センサー、前記緑色センサー、及び前記赤色センサーの上部に配置されることを特徴とする請求項１８に記載のセンサー。
【請求項２１】
請求項１乃至２０のいずれか１項に記載のセンサーを有することを特徴とする電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサー及び電子装置に関し、特に、センサーの大きさや個数を増やさずに性能を改善できるセンサー及びそのセンサーを含む電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラやカムコーダなどには映像を撮影し電気的信号として貯蔵する撮像素子が使用され、撮像素子は、入射する光を波長により分解してそれぞれの成分を電気的信号に変換するセンサーを含む。
【０００３】
近年、低照度の環境でセンサーの感度を改善するか、あるいは生体認識又は認証装置として使用するための近赤外線（ｎｅａｒ  ｉｎｆｒａ−ｒｅｄ）領域のセンサーが研究されてきており、その開発や性能の改善等が課題となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−３２９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記従来の近赤外線領域のセンサーにおける課題に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、センサーの大きさや個数を増やせずに性能を改善できるセンサーを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、上記センサーを含む電子装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するためになされた本発明によるセンサーは、可視光線領域の光を感知する可視光センサーと、前記可視光センサーに積層されて、近赤外線領域の内の一部の光を感知する近赤外光センサーと、前記近赤外光センサーの上部に配置され、前記可視光線領域の光及び前記近赤外線領域の内の一部の光を選択的に透過させる光フィルターと、を有することを特徴とする。
【０００７】
前記光フィルターは、前記可視光線領域に属する第１波長領域と、前記近赤外線領域に属する第２波長領域の光と、を選択的に透過させ、前記第１波長領域と前記第２波長領域との間に属する第３波長領域の光を遮断することが好ましい。
前記第１波長領域は、４００ｎｍ〜７００ｎｍに属し、前記第２波長領域は、７５０ｎｍ〜１，０００ｎｍに属することが好ましい。
前記第２波長領域の幅は、１２０ｎｍ以下であることが好ましい。
前記第２波長領域は、７６０ｎｍ〜８６０ｎｍ、８００ｎｍ〜９００ｎｍ、又は８９０ｎｍ〜９９０ｎｍであることが好ましい。
前記光フィルターの透過スペクトルは、前記第２波長領域での近赤外線透過ピークを有し、５０％の透過率で、前記近赤外線透過ピークの幅は１２０ｎｍ以下であることが好ましい。
前記光フィルターの透過スペクトルは、７０％及び３０％の透過率で、前記近赤外線透過ピークの幅はそれぞれ１２０ｎｍ以下であることが好ましい。
前記近赤外線透過ピークは、下記に示す数式１及び数式２を満たすことが好ましい。
（数１）
λ２−λ１≦５０ｎｍ  ・・・数式１
（数２）
λ４−λ３≦５０ｎｍ  ・・・数式２
（ここで、数式１及び数式２において、λ１は、前記近赤外線透過ピークで始点波長であり、λ２は、前記近赤外線透過ピークで５０％以上の透過率を示す始点波長であり、λ３は、前記近赤外線透過ピークで５０％以上の透過率を示す終点波長であり、λ４は、前記近赤外線透過ピークの終点波長である。）
【０００８】
前記近赤外線透過ピークの最大透過率は、９０％以上であることが好ましい。
前記第３波長領域は、７００ｎｍ超過９００ｎｍ以下に属することが好ましい。
前記近赤外光センサーは、前記可視光センサーの上部に配置され、前記近赤外光センサーは、互いに対向する一対の電極と、前記一対の電極間に位置して前記近赤外線領域の内の一部の光を吸収する近赤外線吸収層と、を含むことが好ましい。
前記近赤外線吸収層は、近赤外線領域の内の一部の光を吸収する有機吸光物質を含み、前記第２波長領域は、前記有機吸光物質の吸光領域よりも狭いことが好ましい。
前記有機吸光物質の吸光スペクトルの半値幅は、１２０ｎｍ超過であることが好ましい。
前記可視光センサーは、青色波長領域の光を感知する青色センサーと、緑色波長領域の光を感知する緑色センサーと、赤色波長領域の光を感知する赤色センサーと、を含み、前記青色センサー、前記緑色センサー、及び前記赤色センサーは、半導体基板に集積されることが好ましい。
前記可視光センサーは、青色波長領域の光を感知する青色センサーと、緑色波長領域の光を感知する緑色センサーと、赤色波長領域の光を感知する赤色センサーと、を含み、前記青色センサー、前記緑色センサー、及び前記赤色センサーの内の２つは、半導体基板に集積される光ダイオードであり、前記青色センサー、前記緑色センサー、及び前記赤色センサーの内の他の１つは、前記半導体基板の上部に配置される光電変換素子であることが好ましい。
前記光電変換素子は、互いに対向する一対の電極と、前記一対の電極間に位置して青色波長領域、緑色波長領域、及び赤色波長領域の内のいずれか１つを吸収する可視光線吸収層と、を含むことが好ましい。
色フィルター層をさらに有することが好ましい。
【０００９】
また、上記目的を達成するためになされた本発明によるセンサーは、可視光線領域内の第１波長領域の光を感知する可視光センサーと、近赤外線領域内の第２波長領域の光を感知する近赤外光センサーと、前記第１波長領域及び前記第２波長領域の光を選択的に透過させる光フィルターと、を有し、前記近赤外光センサーは、互いに対向する一対の電極と、前記一対の電極間に位置して近赤外線波長領域の光を吸収する有機吸光物質を含む近赤外線吸収層と、を含み、前記第２波長領域は、前記有機吸光物質の吸収波長領域よりも狭いことを特徴とする。
【００１０】
前記光フィルターの透過スペクトルは、前記第１波長領域での可視光透過ピークと前記第２波長領域での近赤外線透過ピークとを有し、前記光フィルターの透過スペクトルの３０％、５０％、及び７０％の透過率で、前記近赤外線透過ピークの幅は、それぞれ１２０ｎｍ以下であり、前記有機吸光物質の吸光スペクトルの５０％の吸光率で、吸光ピークの幅は１２０ｎｍ超過であることが好ましい。
前記可視光センサーは、青色波長領域の光を感知する青色センサーと、緑色波長領域の光を感知する緑色センサーと、赤色波長領域の光を感知する赤色センサーと、を含み、前記近赤外光センサーは、前記青色センサー、前記緑色センサー、及び前記赤色センサーの上部に配置されることが好ましい。
【００１１】
上記目的を達成するためになされた本発明による電子装置は、本発明に係るセンサーを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るセンサー及びそのセンサーを含む電子装置によれば、別個の機能を行う２つのセンサーを含むことによって、複合センサーの機能を行うことができるだけでなく、各画素に別個の機能を行う２つのセンサーを積層することによって、大きさはそのまま維持するものの、各センサーの機能を行うことができる画素の数を２倍に増やして感度を大きく改善することができる。
また、センサーは、可視光センサーに到達する可視光の純度を高めることによって、良好なカラーイメージを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態によるセンサーの画素配列の一例を示す概略平面図である。
【図２】図１のセンサーの単位画素群の一例を示す概略斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態によるセンサーの光フィルターの透過スペクトルの一例を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態によるセンサーの光フィルター、近赤外光センサー、及び可視光センサーでの光学特性を示す光学スペクトルのグラフである。
【図５】本発明の一実施形態によるセンサーの一例の概略構成を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態によるセンサーの他の例の概略構成を示す断面図である。
【図７】本発明の一実施形態によるセンサーのさらに他の例の概略構成を示す断面図である。
【図８】本発明の一実施形態によるセンサーのさらに他の例の概略構成を示す断面図である。
【図９】本発明の他の実施形態によるセンサーを概略的に示す斜視図である。
【図１０】図９のセンサーの概略構成を示す断面図である。
【図１１】本発明のさらに他の実施形態によるセンサーを概略的に示す斜視図である。
【図１２】図１１のセンサーの概略構成を示す断面図である。
【図１３】本発明の一実施形態による電子装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１４】実施例１によるセンサーの光フィルター及び近赤外光センサーの透過スペクトルである。
【図１５】実施例１によるセンサーの可視光センサーの波長に応じた外部量子効率を示すグラフである。
【図１６】比較例１によるセンサーの可視光センサーの波長に応じた外部量子効率を示すグラフである。
【図１７】実施例２〜４によるセンサーの光フィルター及び近赤外光センサーの透過スペクトルである。
【図１８】実施例２によるセンサーの可視光センサーの波長に応じた外部量子効率を示すグラフである。
【図１９】比較例２によるセンサーの可視光センサーの波長に応じた外部量子効率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明に係るセンサー及びそのセンサーを含む電子装置を実施するための形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明は様々な異なる形態で実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。
図面において複数の層および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。
明細書全体にわたって類似する部分については同一図面符号を付ける。
層、膜、領域、板などの部分が他の部分の“上”にあるとするとき、これは他の部分の“直上”にある場合のみならず、その中間にさらに他の部分がある場合も含む。
逆に、ある部分が他の部分の“直上”にあるとするときには、中間に他の部分がないことを意味する。
以下、本発明の一実施形態によるセンサーを説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態によるセンサーの画素配列の一例を示す概略平面図であり、図２は、図１のセンサーの単位画素群の一例を示す概略斜視図である。
図１を参照すると、本発明の一実施形態によるセンサー４００は、複数の画素ＰＸを含み、複数の画素ＰＸは、行および列に沿って反復的に配置されたマトリックス（ｍａｔｒｉｘ）配列を有する。
複数の画素ＰＸは、例えば「２×２」からなる単位画素群Ａをなすことができる。
しかし、画素の配列はこれに限定されず、多様に変形でき、単位画素群Ａは、「２×２」以外に「３×３」又は「４×４」などに多様に変形できる。
【００１７】
画素の内の少なくとも一部は、１画素内に機能が異なる複数のセンサーを含むことができ、複数のセンサーは積層され得る。
例えば、各画素ＰＸは、互いに異なる波長領域の光を感知するセンサーを含むことができ、互いに異なる波長領域の光を感知するセンサーは積層され得る。
ここで、互いに異なる波長領域の光は、可視光線波長領域、近赤外線波長領域を含む赤外線波長領域、及び紫外線波長領域からそれぞれ選択され得る。
【００１８】
図２を参照すると、本発明の一実施形態によるセンサー４００は、可視光線領域の光を感知するセンサー（以下、‘可視光センサー’という）１００、近赤外線領域の光を感知するセンサー（以下、‘近赤外光センサー’という）２００、及び光フィルター（ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｌｔｅｒ）３００を含む。
可視光センサー１００と近赤外光センサー２００は互いに積層されており、例えば、近赤外光センサー２００は可視光センサー１００の上部に配置されている。
可視光センサー１００と近赤外光センサー２００は、それぞれ独立して、フォトダイオード（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）又は光電変換素子（ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｄｅｖｉｃｅ）などの光感知素子を含む。
【００１９】
可視光センサー１００は、４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光線波長領域の光の内の少なくとも一部をセンシングするセンサーである。
可視光センサー１００は、例えば、入射した光を青色波長領域、緑色波長領域、及び赤色波長領域の光に分離し、これらをそれぞれ信号に変換してカラーイメージを実現するイメージセンサーであり得る。
一例として、可視光センサー１００の単位画素群Ａは、青色波長領域の光を感知する青色画素（Ｂ）、緑色波長領域の光を感知する緑色画素（Ｇ）、及び赤色波長領域の光を感知する赤色画素（Ｒ）を含み、例えば、緑色画素（Ｇ）を２つ含むことができる。
例えば、青色波長領域、緑色波長領域、及び赤色波長領域は、それぞれ４００ｎｍ以上５００ｎｍ未満、５００ｎｍ〜６００ｎｍ、及び６００ｎｍ超過７００ｎｍ以下であり得る。
可視光センサー１００は、シリコン基板のような半導体基板に集積された構造、半導体基板上に積層された構造、又はこれらの組み合わせであってもよい。
【００２０】
近赤外光センサー２００は、近赤外線波長領域の内の一部の光をセンシングするセンサーであり、例えば、近赤外線波長領域の内の一部の光を選択的に吸収して信号に変換する。
近赤外線波長領域は、例えば、７００ｎｍ超過３，０００ｎｍ以下に属し得、上記範囲内で例えば、７５０ｎｍ〜３，０００ｎｍ、７５０ｎｍ〜１，５００ｎｍ、７５０ｎｍ〜１，１００ｎｍ、７５０ｎｍ〜１，０００ｎｍ、７６０ｎｍ〜１，０００ｎｍ、８００ｎｍ〜１，０００ｎｍ、７６０ｎｍ〜８６０ｎｍ、８００ｎｍ〜９００ｎｍ、８５０ｎｍ〜９９０ｎｍ、８７０ｎｍ〜９９０ｎｍ、又は８９０ｎｍ〜９９０ｎｍに属し得る。
近赤外光センサー２００は、近赤外線波長領域の内の一部の光を選択的に吸収する近赤外線吸収層を含むことができ、例えば、互いに対向する一対の電極、及び一対の電極間に配置される近赤外線吸収層を含む。
【００２１】
一例として、近赤外線吸収層は、近赤外線波長領域の内の一部を吸収する有機吸光物質を含む。
近赤外光センサー２００の吸光特性は、近赤外線吸収層の吸光スペクトル（透過スペクトル）で表現され、例えば、近赤外線吸収層の吸光スペクトル（透過スペクトル）は、７５０ｎｍ〜１，０００ｎｍ、７８０ｎｍ〜９８０ｎｍ、又は８００ｎｍ〜９５０ｎｍで最大吸収波長（最小透過波長）を有し得る。
近赤外線吸収層の吸光スペクトル（透過スペクトル）の半値幅は、１２０ｎｍ超過であり、例えば１５０ｎｍ以上、１８０ｎｍ以上、又は２００ｎｍ以上であり得る。
【００２２】
近赤外光センサー２００は、例えば、生体認識センサーであってもよく、例えば虹彩センサー、距離センサー、指紋センサー、又は血管分布センサーなどであってもよい。
この中、虹彩センサー（ｉｒｉｓ  ｓｅｎｓｏｒ）は、個人ごとにそれぞれ異なる虹彩の特性を用いて個人の身元を把握するセンサーであって、使用者との適切な距離内でセンサーを通して使用者の目を撮影し、撮影されたイメージを処理して予め貯蔵されたイメージと比較することによって虹彩認識動作を行うことができる。
【００２３】
距離（深度）センサー（ｄｅｐｔｈ  ｓｅｎｓｏｒ）は、３次元オブジェクト（ｏｂｊｅｃｔ）の情報からオブジェクトの形状や位置を把握するセンサーであって、使用者との適切な距離内でセンサーを通してオブジェクトを撮影し、撮影されたイメージを処理してオブジェクトの形状や位置を確認できる。
このような距離センサーは、例えば、顔認識センサーとして使用することができる。
一例として、近赤外光センサー２００の単位画素群Ａは、近赤外線波長領域の光を感知する複数の近赤外光画素（ＩＲ）を含むことができ、複数の近赤外光画素（ＩＲ）は互いに同一又は異なってもよい。
【００２４】
光フィルター３００は、センサー４００の前面（ｆｒｏｎｔ  ｓｉｄｅ、光入射面）に配置され、例えば、近赤外光センサー２００の上部に配置される。
光フィルター３００は、可視光線波長領域の内の可視光センサー１００からセンシングされる波長を含む第１波長領域の光と、近赤外線波長領域の内の近赤外光センサー２００からセンシングされる波長を含む第２波長領域の光と、を選択的に透過させ、それ以外の光を反射又は吸収によって遮断する。
反射又は吸収によって遮断される光は、第１波長領域と第２波長領域との間に属する第３波長領域を含む。
【００２５】
例えば、第１波長領域は、４００ｎｍ〜７００ｎｍに属し得、第２波長領域は、例えば７００ｎｍ超過３，０００ｎｍ以下、７５０ｎｍ〜３，０００ｎｍ、７５０ｎｍ〜１，５００ｎｍ、７５０ｎｍ〜１，１００ｎｍ、７５０ｎｍ〜１，０００ｎｍ、７６０ｎｍ〜１，０００ｎｍ、８００ｎｍ〜１，０００ｎｍ、７６０ｎｍ〜８６０ｎｍ、８００ｎｍ〜９００ｎｍ、８５０ｎｍ〜９９０ｎｍ、８７０ｎｍ〜９９０ｎｍ、又は８９０ｎｍ〜９９０ｎｍに属し得る。
第２波長領域の幅は、例えば、１５０ｎｍ以下、１２０ｎｍ以下、又は１００ｎｍ以下であり、例えば、５０ｎｍ〜１５０ｎｍ、５０ｎｍ〜１２０ｎｍ、又は５０ｎｍ〜１００ｎｍであり得る。
【００２６】
例えば、第１波長領域は、４００ｎｍ〜７００ｎｍであり、第２波長領域は、７５０ｎｍ〜１，０００ｎｍに属する領域の内の１５０ｎｍ以下、１２０ｎｍ以下、又は１００ｎｍ以下の幅を有する領域であり得る。
第２波長領域は、例えば７６０ｎｍ〜８６０ｎｍ、８００ｎｍ〜９００ｎｍ、又は８９０ｎｍ〜９９０ｎｍであり得る。
例えば、第３波長領域は、７００ｎｍ超過１，０００ｎｍ以下に属し得、例えば、７００ｎｍ超過９００ｎｍ以下に属し得る。
光フィルター３００の光学特性は、透過スペクトル（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｓｐｅｃｔｒｕｍ）で表現され、例えば、光フィルター３００の透過スペクトルは、第１波長領域と第２波長領域で高い透過率を示し、第３波長領域で低い透過率を示すものである。
【００２７】
図３は、本発明の一実施形態によるセンサーの光フィルターの透過スペクトルの一例を示すグラフである。
図３を参照すると、光フィルター３００の透過スペクトルは、第１波長領域Ｂ１と第２波長領域Ｂ２で高い透過率を示し、第１波長領域Ｂ１と第２波長領域Ｂ２との間に位置する第３波長領域Ｂ３で低い透過率を示す。
【００２８】
一例として、光フィルター３００の透過スペクトルは、第１波長領域Ｂ１での可視光透過ピークＰ１と第２波長領域Ｂ２での近赤外線透過ピークＰ２を有する。
可視光透過ピークＰ１は、第１波長領域Ｂ１にかけて実質的に均一な透過率を示し、可視光透過ピークＰ１の最大透過率は、例えば、８５％以上、８８％以上、９０％以上、９２％以上、９３％以上、９５％以上、９７％以上、９８％以上、又は９９％以上であり得る。
近赤外線透過ピークＰ２は、第２波長領域Ｂ２にかけて実質的に均一な透過率を示し、近赤外線透過ピークＰ２の最大透過率は、例えば、８５％以上、８８％以上、９０％以上、９２％以上、９３％以上、９５％以上、９７％以上、９８％以上、又は９９％以上であり得る。
【００２９】
近赤外線透過ピークＰ２は、急な傾きを有し、例えば、実質的に階段関数（ｓｔｅｐ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）分光プロファイルを示す。
近赤外線透過ピークＰ２の幅は、透過率により大きくは変わらず、例えば、光フィルター３００の透過スペクトルの３０％、５０％、及び７０％の透過率で近赤外線透過ピークＰ２の幅（ｗ３０、ｗ５０、ｗ７０）は、大きくは異ならず、例えば、３０％、５０％、及び７０％の透過率で近赤外線透過ピークＰ２の幅（ｗ３０、ｗ５０、ｗ７０）の差は、５０ｎｍ以下、４０ｎｍ以下、３０ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、又は１０ｎｍ以下であり得る。
【００３０】
一例として、近赤外線透過ピークＰ２は、下記に示す数式１及び数式２を満たし得る。
（数１）
λ２−λ１≦５０ｎｍ  ・・・数式１
（数２）
λ４−λ３≦５０ｎｍ  ・・・数式２
（上記数式１及び数式２中、λ１は、近赤外線透過ピークＰ２で始点波長であり、λ２は、近赤外線透過ピークＰ２で５０％以上の透過率を示す始点波長であり、λ３は、近赤外線透過ピークＰ２で５０％以上の透過率を示す終点波長であり、λ４は、近赤外線透過ピークＰ２の終点波長である。）
【００３１】
また、一例として、近赤外線透過ピークＰ２は、下記に示す数式１ａ及び数式２ａを満たし得る。
（数１ａ）
λ２−λ１≦４０ｎｍ  ・・・数式１ａ
（数２ａ）
λ４−λ３≦４０ｎｍ  ・・・数式２ａ
【００３２】
また、一例として、近赤外線透過ピークＰ２は、下記に示す数式１ａａ及び数式２ａａを満たし得る。
（数１ａａ）
λ２−λ１≦３０ｎｍ  ・・・数式１ａａ
（数２ａａ）
λ４−λ３≦３０ｎｍ  ・・・数式２ａａ
【００３３】
このように可視光センサー１００は、光フィルター３００を含むことによって、可視光線波長領域に隣接して位置する近赤外線波長領域、すなわち、第３波長領域の光を効果的に遮断させることができ、これにより、近赤外線波長領域の光によって可視光センサー１００のカラーイメージが損傷することを効果的に防止又は減らすことができる。
【００３４】
図４は、本発明の一実施形態によるセンサーの光フィルター、近赤外光センサー、及び可視光センサーでの光学特性を示す光学スペクトルのグラフである。
図４を参照すると、前面（例えば、入射光側４０１）に配置される光フィルター３００は、入射される光２９０の内の第１波長領域Ｂ１の光（例えば、光２９０ｂ）と第２波長領域Ｂ２の光（例えば、光２９０ａ）を選択的に透過させ、透過した光の内の第２波長領域Ｂ２の近赤外光（例えば、光２９０ａ）は、近赤外光センサー２００によって選択的に吸収され光電変換されてセンサーの機能を行い、近赤外光センサー２００を通過した第１波長領域Ｂ１の光（例えば、光２９０ｂ）は、可視光センサー１００が感知してイメージセンサーの機能を行う。
【００３５】
もし、光フィルター３００がない場合、入射される光の内の近赤外線波長領域の光は、近赤外光センサー２００によって吸収されるが、実際に近赤外光センサー２００に含まれている吸光物質は、光フィルター３００の階段関数分光プロファイルとは異なるガウシアン（Ｇａｕｓｓｉａｎ）分光プロファイルを示すので、可視光線波長領域に隣接して位置する近赤外線波長領域を完ぺきに遮断できない限界がある。
これにより、第２波長領域Ｂ２に隣接した波長領域（Ｂ２’、Ｂ２’’）の光が可視光センサー１００に不可避的に流入し、これによって可視光センサー１００のカラーイメージが損傷する可能性がある。
【００３６】
光フィルター３００は、上述のように階段関数分光プロファイルのような透過特性を示すことによって、可視光センサー１００に不可避的に流入する近赤外線波長領域の光を予め遮断して、可視光センサー１００に到達する光の純度を高めることができる。
例えば、光フィルター３００の５０％の透過率で近赤外線透過ピークＰ２の幅ｗ５０は、近赤外光センサー２００の５０％の吸収率（５０％の透過率）で近赤外線吸収ピークの幅ｖ５０よりも狭く、これによって光フィルター３００によって第２波長領域Ｂ２に隣接した波長領域（Ｂ２’、Ｂ２’’）の光を予め遮断して可視光センサー１００に流入することを防止することができる。
これにより、近赤外光センサー２００と可視光センサー１００とが積層された構造のセンサーで、可視光センサー１００は、光フィルター３００によって近赤外光センサー２００による影響を減らし、良好なカラーイメージを実現することができる。
【００３７】
したがって、センサー４００は、別個の機能を行う２つのセンサーを含むことによって、複合センサーの機能を行うことができるだけでなく、各画素に別個の機能を行う２つのセンサーを積層することによって、大きさはそのまま維持するものの、各センサーの機能を行うことができる画素の数を２倍に増やして感度を大きく改善することができる。
また、センサー４００は、可視光センサー１００に到達する可視光の純度を高めることによって、良好なカラーイメージを実現することができる。
【００３８】
図５は、本発明の一実施形態によるセンサーの一例の概略構成を示す断面図である。
図５を参照すると、本発明の一実施形態によるセンサー４００は、可視光センサー１００、近赤外光センサー２００、及び光フィルター３００を含み、可視光センサー１００は、半導体基板１１０に集積された光ダイオードであり、近赤外光センサー２００は、近赤外光を吸収して光電変換する光電変換素子である。
【００３９】
可視光センサー１００は、半導体基板１１０内に集積されており、青色波長領域の光を感知する青色センサー１００ａ、緑色波長領域の光を感知する緑色センサー１００ｂ、及び赤色波長領域の光を感知する赤色センサー１００ｃを含む。
青色センサー１００ａは、青色画素に集積されており、緑色センサー１００ｂは緑色画素に集積されており、赤色センサー１００ｃは赤色画素に集積されている。
【００４０】
半導体基板１１０は、例えば、シリコン基板であって、可視光センサー１００、電荷貯蔵所１３０、及び伝送トランジスター（図示せず）が集積されている。
可視光センサー１００は、光フィルター３００、近赤外光センサー２００、及び色フィルター層７０を通過した可視光線波長領域の光をセンシングし、センシングされた情報は伝送トランジスターにより伝達される。
電荷貯蔵所１３０は、近赤外光センサー２００と電気的に接続されている。
【００４１】
半導体基板１１０の上には、金属配線（図示せず）及びパッド（図示せず）が形成されている。
金属配線及びパッドは、信号遅延を減らすために低い比抵抗を有する金属、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）又はこれらの合金で作られるが、これらに限定されるものではない。
しかし、上記構造に限定されず、金属配線及びパッドは、青色センサー１００ａ、緑色センサー１００ｂ、及び赤色センサー１００ｃの下部に配置することもできる。
【００４２】
半導体基板１１０の上には、下部絶縁層６０が形成される。
下部絶縁層６０は、酸化ケイ素および／又は窒化ケイ素などの無機絶縁物質、又はＳｉＣ、ＳｉＣＯＨ、ＳｉＣＯ、及びＳｉＯＦのような低誘電率（ｌｏｗＫ）物質で作られる。
【００４３】
下部絶縁層６０の上には、色フィルター層７０が形成される。
色フィルター層７０は、青色波長領域の光を選択的に透過させる青色フィルター７０ａ、緑色波長領域の光を選択的に透過させる緑色フィルター７０ｂ、及び赤色波長領域の光を選択的に透過させる赤色フィルター７０ｃを含む。
青色フィルター７０ａ、緑色フィルター７０ｂ、及び赤色フィルター７０ｃは、それぞれ青色センサー１００ａ、緑色センサー１００ｂ、及び青色センサー１００ｃに重畳するように配置する。
【００４４】
青色フィルター７０ａは、青色波長領域の光を選択的に透過させて青色センサー１００ａに伝達し、緑色フィルター７０ｂは、緑色波長領域の光を選択的に透過させて緑色センサー１００ｂに伝達し、赤色フィルター７０ｃは、赤色波長領域の光を選択的に透過させて赤色センサー１００ｃに伝達する。
しかし、これらに限定されず、青色フィルター７０ａ、緑色フィルター７０ｂ、及び赤色フィルター７０ｃの内の少なくとも１つは、イエローフィルター、シアンフィルター又はマゼンタフィルターと代替し得る。
ここでは色フィルター層７０が可視光センサー１００と近赤外光センサー２００の間に配置された構造を例示したが、これに限定されず、近赤外光センサー２００の上部に配置することもできる。
【００４５】
色フィルター層７０の上には上部絶縁層８０が形成される。
上部絶縁層８０は、例えば平坦化層であり得る。
下部絶縁層６０及び上部絶縁層８０は、電荷貯蔵所１３０を露出するトレンチ８５を有する。
トレンチ８５は、充填材で満たされている。
下部絶縁層６０及び上部絶縁層８０の内の少なくとも１つは省略され得る。
【００４６】
上部絶縁層８０の上には近赤外光センサー２００が配置される。
近赤外光センサー２００は、互いに対向する下部電極２１０、上部電極２２０、及び下部電極２１０と上部電極２２０との間に位置する近赤外線吸収層２３０を含む。
下部電極２１０と上部電極２２０の内のいずれか１つはアノード（ａｎｏｄｅ）であり、他の１つはカソード（ｃａｔｈｏｄｅ）である。
下部電極２１０と上部電極２２０は、全て透光電極であり得、透光電極は、例えば、インジウム錫オキシド（ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）、インジウム亜鉛オキシド（ｉｎｄｉｕｍ  ｚｉｎｃ  ｏｘｉｄｅ：ＩＺＯ）などの透明導電体で作られるか、又は数ナノメートル〜数十ナノメートルの薄い厚さに形成された金属薄膜又は金属酸化物がドーピングされた数ナノメートル〜数十ナノメートルの薄い厚さに形成された単一層又は複数層の金属薄膜でありうる。
【００４７】
近赤外線吸収層２３０は、近赤外線波長領域の光を選択的に吸収する。
近赤外線吸収層２３０の吸光スペクトルは、例えば、最大吸収波長（λｍａｘ）を中心に吸光ピークを有することができ、例えば、λｍａｘ±１００ｎｍ、例えば、λｍａｘ±９０ｎｍ、例えば、λｍａｘ±８０ｎｍ、例えば、λｍａｘ±７０ｎｍ、又は例えば、λｍａｘ±６５ｎｍの領域であり得るが、これらに限定されるものではない。
λｍａｘは、例えば、７５０ｎｍ〜１，０００ｎｍに属し得、上記範囲内で、例えば、７８０ｎｍ〜９８０ｎｍ又は８００ｎｍ〜９５０ｎｍに属し得る。
近赤外線吸収層２３０の吸光スペクトルの半値幅は、１２０ｎｍ超過であり、例えば、１５０ｎｍ以上、１８０ｎｍ以上、２００ｎｍ以上、１２０ｎｍ超過３００ｎｍ以下、１５０ｎｍ〜３００ｎｍ、１８０ｎｍ〜３００ｎｍ、又は２００ｎｍ〜３００ｎｍであり得る。
【００４８】
近赤外線吸収層２３０の最大吸収波長（λｍａｘ）での吸光度（ａｂｓｏｒｐｔａｎｃｅ）は、５０％以上であり、上記範囲内で６０％以上であり、上記範囲内で７０％以上であり、上記範囲内で７５％以上であり、上記範囲内で８０％以上であり、上記範囲内で８５％以上であり、上記範囲内で８８％以上であり、上記範囲内で９０％以上であり、上記範囲内で９２％以上であり、上記範囲内で９５％以上であり、上記範囲内で９７％以上であり、上記範囲内で９８％以上であり、上記範囲内で９９％以上であり、上記範囲内で９９．５％以上であり、上記範囲内で９９．９％以上であり、上記範囲内で１００％であり得る。
【００４９】
近赤外線吸収層２３０は、ｐ型半導体とｎ型半導体を含み、ｐ型半導体とｎ型半導体はｐｎ接合（ｐｎ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を形成する。
ｐ型半導体とｎ型半導体の内の少なくとも１つは、最大吸収波長（λｍａｘ）を含む所定領域の赤外光を選択的に吸収する吸光物質であり得る。
ｐ型半導体とｎ型半導体は、それぞれ独立して、有機物、無機物及び／又は有機−無機物を含むことができる。
ｐ型半導体とｎ型半導体の内の少なくとも１つは、最大吸収波長（λｍａｘ）を含む所定領域の赤外光を選択的に吸収する有機物、量子ドット（ｑｕａｎｔｕｍ  ｄｏｔ）のような半導体ナノ結晶又はこれらの組み合わせを含み得る。
【００５０】
一例として、ｐ型半導体とｎ型半導体の内の少なくとも１つは、量子ドット、キノイド金属錯化合物、ポリメチン化合物、シアニン化合物、フタロシアニン化合物、メロシアニン化合物、ナフタロシアニン化合物、インモニウム化合物、ジインモニウム化合物、トリアリルメタン化合物、ジピロメテン化合物、アントラキノン化合物、ナフトキノン、ジキノン化合物、ナフトキノン化合物、アントラキノン化合物、スクアリリウム化合物、リレン化合物、パリレン化合物、スクアレイン化合物、ピリリウム化合物、チオピリリウム化合物、ジケトピロロピロール化合物、ボロンジピロメテン化合物、ニッケル−ジチオール錯化合物、クロコニウム化合物、これらの誘導体、又はこれらの組み合わせを含むことができるが、これらに限定されるものではない。
一例として、ｐ型半導体は、上述した化合物を含むことができ、ｎ型半導体は、例えば、Ｃ６０、Ｃ７０のようなフラーレン、ノンフラーレン（ｎｏｎ−ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ）、チオフェン、これらの誘導体又はこれらの組み合わせであることができるが、これらに限定されるものではない。
【００５１】
近赤外線吸収層２３０は、単一層でもよく、複数層でもよい。
近赤外線吸収層２３０は、例えば、真性層（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  ｌａｙｅｒ：Ｉ層）、ｐ型層／Ｉ層、Ｉ層／ｎ型層、ｐ型層／Ｉ層／ｎ型層、ｐ型層／ｎ型層などの多様な組み合わせであり得る。
真性層（Ｉ層）は、ｐ型半導体とｎ型半導体とが約１：１００〜約１００：１の体積比で混合して含まれ得る。
上記範囲内で約１：５０〜５０：１の体積比で含まれてもよく、上記範囲内で約１：１０〜１０：１の体積比で含まれてもよく、上記範囲内で約１：１の体積比で含まれてもよい。
ｐ型半導体とｎ型半導体とが上記範囲内の組成比を有することで、効果的なエキシトンの生成、及びｐｎ接合の形成に有利である。
ｐ型層はｐ型半導体を含み、ｎ型層はｎ型半導体を含む。
【００５２】
近赤外線吸収層２３０は、１ｎｍ〜５００ｎｍの厚さを有することができる。
上記範囲内で、例えば約５ｎｍ〜３００ｎｍの厚さを有することができ、例えば約５ｎｍ〜２００ｎｍの厚さを有することができる。
近赤外線吸収層２３０は、センサー４００の上面全面ｗｈｏｌｅ  ｓｕｒｆａｃｅ）に形成される。
これにより、センサー４００の上面全面において最大吸収波長（λｍａｘ）を含む所定領域の赤外光を選択的に吸収し、光面積を増やして高い吸光効率を有することができる。
【００５３】
近赤外線吸収層２３０は、最大吸収波長（λｍａｘ）を含む所定領域の赤外光を選択的に吸収してエキシトン（ｅｘｃｉｔｏｎ）を生成した後、生成したエキシトンを正孔と電子に分離し、分離した正孔は下部電極２１０及び上部電極２２０の内の１つのアノード側に移動し、分離した電子は下部電極２１０及び上部電極２２０の内の他の１つのカソード側に移動して、光電変換効果を奏する。
分離した電子及び／又は正孔は、電荷貯蔵所１３０に集まる。
下部電極２１０と近赤外線吸収層２３０との間及び／又は上部電極２２０と近赤外線吸収層２３０との間には補助層（図示せず）をさらに含むことができる。
補助層は、電荷補助層、吸光補助層又はこれらの組み合わせであることができるが、これに限定されるものではない。
【００５４】
補助層は、例えば正孔の注入を容易にする正孔注入層（ｈｏｌｅ  ｉｎｊｅｃｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ：ＨＩＬ）、正孔の輸送を容易にする正孔輸送層（ｈｏｌｅ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ：ＨＴＬ）、電子の移動を阻止する電子遮断層（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｌｏｃｋｉｎｇ  ｌａｙｅｒ：ＥＢＬ）、電子の注入を容易にする電子注入層（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｉｎｊｅｃｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ：ＥＩＬ）、電子の輸送を容易にする電子輸送層（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ：ＥＴＬ）、及び正孔の移動を阻止する正孔遮断層（ｈｏｌｅ  ｂｌｏｃｋｉｎｇ  ｌａｙｅｒ：ＨＢＬ）から選択される少なくとも１つを含むことができる。
補助層は、例えば、有機物、無機物又は有機−無機物を含み得る。
上記有機物は、正孔又は電子特性を有する有機化合物であり得、上記無機物は、例えばモリブデン酸化物、タングステン酸化物、ニッケル酸化物などの金属酸化物であり得るが、これらに限定されるものではない。
【００５５】
光フィルター３００は、可視光センサー１００及び近赤外光センサー２００の上部に配置され、可視光センサー１００及び近赤外光センサー２００の上方全面（ｗｈｏｌｅ  ｓｕｒｆａｃｅ）に配置される。
光フィルター３００の具体的な説明は、上述した通りである。
光フィルター３００の上部又は下部には集光レンズ（図示せず）がさらに形成され得る。
集光レンズは、入射光の方向を制御して光を１つの地点に集めることができる。
集光レンズは、例えば、シリンダー形状又は半球形状でもよいが、これに限定されるものではない。
【００５６】
図６は、本発明の一実施形態によるセンサーの他の例の概略構成を示す断面図である。
図６を参照すると、本実施形態によるセンサー４００は、上述の可視光センサー１００、近赤外光センサー２００および光フィルター３００を含む。
しかし、本実施形態によるセンサー４００において、可視光センサー１００は、半導体基板１１０に集積された光ダイオードと半導体基板１１０の上に配置された光電変換素子の組み合わせであり、近赤外光センサー２００は光電変換素子である。
本実施形態において、上述の実施形態と重複する説明は省略し、同一の構成要素についての説明は、上述の実施形態と同様である。
【００５７】
半導体基板１１０には、青色センサー１００ａ、赤色センサー１００ｂ、電荷貯蔵所１３０、及び伝送トランジスター（図示せず）が集積される。
青色センサー１００ａ及び赤色センサー１００ｂは、光ダイオードであり、半導体基板１１０の水平方向に離隔して配置される。
青色センサー１００ａは、青色画素に集積されており、赤色センサー１００ｂは、赤色画素に集積されている。
半導体基板１１０の上には下部絶縁層６０及び色フィルター層７０が形成される。
色フィルター層７０は、青色センサー１００ａと重畳する青色フィルター７０ａ及び赤色センサー１００ｃと重畳する赤色フィルター７０ｃを含む。
【００５８】
色フィルター層７０の上には中間絶縁層６５が形成される。
下部絶縁層６０及び中間絶縁層６５は、電荷貯蔵所１４０を露出させるトレンチ８７を有する。
トレンチ８７は充填材で満たされている。
下部絶縁層６０及び中間絶縁層６５の内の少なくとも１つは、省略され得る。
【００５９】
中間絶縁層６５の上には緑色センサー１００ｂが形成される。
緑色センサー１００ｂは光電変換素子であり得、中間絶縁層６５の上の全面に形成される。
緑色センサー１００ｂは、互いに対向する下部電極１０１、上部電極１０２、及び下部電極１０１と上部電極１０２との間に位置する緑色光吸収層１０３を含む。
下部電極１０１及び上部電極１０２の内の１つはアノードであり、他の１つはカソードである。
下部電極１０１及び上部電極１０２は、全て透光電極であり得、透光電極は、例えば、インジウム錫オキシド（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛オキシド（ＩＺＯ）のような透明導電体で作られるか、又は数ナノメートル〜数十ナノメートルの薄い厚さに形成された金属薄膜又は金属酸化物がドーピングされた数ナノメートル〜数十ナノメートルの薄い厚さに形成された単一層又は複数層の金属薄膜でありうる。
【００６０】
緑色光吸収層１０３は、緑色波長領域の光を選択的に吸収でき、緑色波長領域以外の波長領域、すなわち、青色波長領域及び赤色波長領域の光は、そのまま通過させることができる。
緑色光吸収層１０３は、例えば、ｐ型半導体及びｎ型半導体を含むことができ、上記ｐ型半導体及びｎ型半導体は、ｐｎ接合（ｐｎ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を形成することができる。
ｐ型半導体及びｎ型半導体の内の少なくとも１つは、緑色波長領域の光を選択的に吸収し、緑色波長領域の光を選択的に吸収してエキシトン（ｅｘｃｉｔｏｎ）を生成した後、生成したエキシトンを正孔と電子に分離して光電効果を奏する。
緑色光吸収層１０３は、緑色フィルターを代替できる。
【００６１】
ｐ型半導体及びｎ型半導体は、それぞれ、例えば約２．０〜２．５ｅＶのエネルギーバンドギャップを有し、ｐ型半導体及びｎ型半導体は、例えば、約０．２〜０．７ｅＶのＬＵＭＯの差を有し得る。
緑色光吸収層１０３は、単一層でも複数層でもよい。
緑色光吸収層１０３は、例えば真性層（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  ｌａｙｅｒ：Ｉ層）、ｐ型層／Ｉ層、Ｉ層／ｎ型層、ｐ型層／Ｉ層／ｎ型層、ｐ型層／ｎ型層などの多様な組み合わせであり得る。
緑色光吸収層１０３は、センサー４００の上方全面（ｗｈｏｌｅ  ｓｕｒｆａｃｅ）に形成される。
これにより、センサー４００の上方全面において緑色波長領域の光を選択的に吸収し、光面積を増やして高い吸光効率を有することができる。
【００６２】
緑色光吸収層１０３は、緑色波長領域の光を選択的に吸収してエキシトンを形成した後、生成したエキシトンを正孔と電子に分離し、分離した正孔は下部電極１０１及び上部電極１０２の内の１つのアノード側に移動し、分離した電子は下部電極１０１及び上部電極１０２の内の他の１つのカソード側に移動して光電変換効果を奏する。
分離した電子及び／又は正孔は、電荷貯蔵所１４０に集まる。
下部電極１０１と緑色光吸収層１０３との間及び／又は上部電極１０２と緑色光吸収層１０３との間には補助層（図示せず）をさらに含むことができる。
補助層は、電荷補助層、吸光補助層又はこれらの組み合わせであってもよいが、これに限定されるものではない。
【００６３】
ここでは一例として、青色センサー１００ａ及び赤色センサー１００ｃが光ダイオードであり、緑色センサー１００ｂは光電変換素子である場合を説明したが、これに限定されず、青色センサー１００ａ及び緑色センサー１００ｂが光ダイオードであり、赤色センサー１００ｃは光電変換素子であってもよく、緑色センサー１００ｂ及び赤色センサー１００ｃが光ダイオードであり、青色センサー１００ａは光電変換素子であってもよい。
緑色センサー１００ｂの上には上部絶縁層８０が形成され、上部絶縁層８０の上には近赤外光センサー２００及び光フィルター３００が配置される。
近赤外光センサー２００及び光フィルター３００は、上述した通りである。
【００６４】
本実施形態によるセンサー４００は、積層された可視光センサー１００と近赤外光センサー２００とを備えた複合センサーであり、可視光センサー１００も光ダイオードと光電変換素子とが積層された構造を有することにより、センサーの面積をもっと減らすことができ、これによってセンサーの小型化を実現することができる。
【００６５】
図７は、本発明の一実施形態によるセンサーのさらに他の例の概略構成を示す断面図である。
図７を参照すると、本実施形態によるセンサー４００は、上述の実施形態と同様に、可視光センサー１００、近赤外光センサー２００及び光フィルター３００を含む。
可視光センサー１００は、半導体基板１１０に集積された青色センサー１００ａ、赤色センサー１００ｃ、及び半導体基板１１０の上に配置される緑色センサー１００ｂを含み、青色センサー１００ａ及び赤色センサー１００ｃは光ダイオードであり、緑色センサー１００ｂは光電変換素子である。
【００６６】
近赤外光センサー２００は、光電変換素子であり得る。
緑色センサー１００ｂは、下部電極１０１、緑色光吸収層１０３、及び上部電極１０２を含み、近赤外光センサー２００は、下部電極２１０、近赤外線吸収層２３０、及び上部電極２２０を含む。
しかし、本実施形態によるセンサー４００において、半導体基板１１０に集積された青色センサー１００ａ及び赤色センサー１００ｃは垂直方向に積層されている。
青色センサー１００ａ及び赤色センサー１００ｃは、積層深さにより各波長領域の光を選択的に吸収してセンシングすることができる。
すなわち、長波長領域の赤色光を吸収する赤色センサー１００ｃが短波長領域の青色光を吸収する青色センサー１００ａよりも半導体基板１１０の表面から深く位置する。
このように積層深さにより吸収波長を分離することによって色フィルター層７０は省略され得る。
【００６７】
ここでは一例として、青色センサー１００ａ及び赤色センサー１００ｃが光ダイオードであり、緑色センサー１００ｂは光電変換素子である場合を説明したが、これに限定されず、青色センサー１００ａ及び緑色センサー１００ｂが光ダイオードであり、赤色センサー１００ｃは光電変換素子であってもよく、緑色センサー１００ｂ及び赤色センサー１００ｃが光ダイオードであり、青色センサー１００ａは光電変換素子であってもよい。
本実施形態によるセンサー４００は、積層された可視光センサー１００と近赤外光センサー２００とを備えた複合センサーであり、可視光センサー１００も積層された光ダイオードと光電変換素子とを備え、光ダイオードも積層された構造を有することにより、センサーの面積をもっと減らすことができ、これによってセンサーの小型化を実現することができる。
また、本実施形態によるセンサー４００は、別途の色フィルター層を含まないので、構造及び製造工程を単純化することができる。
【００６８】
図８は、本発明の一実施形態によるセンサーのさらに他の例の概略構成を示す断面図である。
図８を参照すると、本実施形態によるセンサー４００は、半導体基板１１０、トレンチを有する下部絶縁層６０、近赤外光センサー２００、及び光フィルター３００を含む。
半導体基板１１０は、青色、緑色、赤色センサー（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ）、伝送トランジスター（図示せず）、及び電荷貯蔵所５５を含む。
近赤外光センサー２００は、図１〜図７に示した近赤外光センサーの内の１つである。
【００６９】
本実施形態によるセンサー４００において、青色、緑色、赤色センサー（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ）は垂直方向に積層されており、色フィルター層７０は省略されている。
青色、緑色、赤色センサー（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ）は、電荷貯蔵所（図示せず）と電気的に接続されている。
青色、緑色、赤色センサー（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ）は、互いに異なる波長領域の光を積層深さにより選択的に吸収することができる。
他の構造は上述した通りである。
【００７０】
図９は、本発明の他の実施形態によるセンサーを概略的に示す斜視図であり、図１０は、図９のセンサーの概略構成を示す断面図である。
図９、図１０を参照すると、センサー４００は、半導体基板１１０、半導体基板１１０の上に配置される光電変換素子９９０、及び光フィルター３００を含む。
半導体基板１１０は、伝送トランジスター（図示せず）及び電荷貯蔵所５５を含む。
光電変換素子９９０は、複数の光電変換素子（９９０ａ、９９０ｂ、９９０ｃ、９９０ｄ）を含み、複数の光電変換素子（９９０ａ、９９０ｂ、９９０ｃ、９９０ｄ）は、青色光、緑色光、赤色光、及び近赤外線光から選択される互いに異なる波長領域の光を吸収して電気的信号に変換する。
複数の光電変換素子（９９０ａ、９９０ｂ、９９０ｃ、９９０ｄ）は、それぞれ、個別のトレンチ８５を通じてそれぞれ個別の電荷貯蔵所５５と電気的に接続されている。
光フィルター３００は、光電変換素子９９０の上に積層される。
【００７１】
図１１は、本発明のさらに他の実施形態によるセンサーを概略的に示す斜視図であり、図１２は、図１１のセンサーの概略構成を示す断面図である。
図１１及び図１２を参照すると、本実施形態によるセンサー４００は、光フィルター３００及び第１〜第４光電変換素子（１２００ａ〜１２００ｄ）を含む。
【００７２】
第１〜第４光電変換素子（１２００ａ〜１２００ｄ）は、近赤外線波長領域の光を選択的に吸収する近赤外線光電変換素子、青色波長領域の光を選択的に吸収する青色光電変換素子、緑色波長領域の光を選択的に吸収する緑色光電変換素子、及び赤色波長領域の光を選択的に吸収する赤色光電変換素子を含み、これらは互いに積層される。
半導体基板１１０は、伝送トランジスター（図示せず）及び電荷貯蔵所５５を含む。
半導体基板１１０及び第１〜第４光電変換素子（１２００ａ〜１２００ｄ）それぞれの間には絶縁層（８０ａ〜８０ｄ）が形成される。
【００７３】
第１光電変換素子１２００ａは、絶縁層８０ａの上に配置され、第１光電変換層１２３０ａを含む。
第１光電変換層１２３０ａは、近赤外線波長領域、青色波長領域、緑色波長領域、及び赤色波長領域の内のいずれか１つの波長領域の光を選択的に吸収して電気的信号に変換させる。
例えば、第１光電変換素子１２００ａは、青色光電変換素子である。
【００７４】
第２光電変換素子１２００ｂは、絶縁層８０ｂの上に配置され、第２光電変換層１２３０ｂを含む。
第２光電変換層１２３０ｂは、近赤外線波長領域、青色波長領域、緑色波長領域、及び赤色波長領域の内のいずれか１つの波長領域の光を選択的に吸収して電気的信号に変換させる。
第２光電変換層１２３０ｂで吸収する波長領域は、第１光電変換層１２３０ａで吸収する波長領域とは異なる。
【００７５】
第３光電変換素子１２００ｃは、絶縁層８０ｃの上に配置され、第３光電変換層１２３０ｃを含む。
第３光電変換層１２３０ｃは、近赤外線波長領域、青色波長領域、緑色波長領域、及び赤色波長領域の内のいずれか１つの波長領域の光を選択的に吸収して電気的信号に変換させる。
第３光電変換層１２３０ｃで吸収する波長領域は、第１光電変換層１２３０ａ及び第２光電変換層１２３０ｂで吸収する波長領域とは異なる。
【００７６】
第４光電変換素子１２００ｄは、絶縁層８０ｄの上に配置され、第４光電変換層１２３０ｄを含む。
第４光電変換層１２３０ｄは、近赤外線波長領域、青色波長領域、緑色波長領域、及び赤色波長領域の内のいずれか１つの波長領域の光を選択的に吸収して電気的信号に変換させる。
第４光電変換層１２３０ｄで吸収する波長領域は、第１光電変換層１２３０ａ、第２光電変換層１２３０ｂ、及び第３光電変換層１２３０ｃで吸収する波長領域とは異なる。
光フィルター３００は、第４光電変換素子１２００ｄの上に配置され、具体的な説明は上述した通りである。
【００７７】
図１３は、本発明の一実施形態による電子装置の概略構成を示すブロック図である。
図１３を参照すると、電子装置１３００は、バス（ｂｕｓ）を通じて電気的に接続されたプロセッサ１３２０、メモリ１３３０、イメージセンサー装置１３４０、及びディスプレイインターフェース１３５０を含む。
【００７８】
イメージセンサー装置１３４０は、上述の実施形態によるセンサーの内のいずれか１つである。
非一時的なコンピュータ読取可能な媒体であるメモリ１３３０は、指示プログラムを保存する。
プロセッサ１３２０は、１つ以上の機能を行うために、保存された指示プログラムを実行する。
一例として、プロセッサ１３２０は、イメージセンサー装置１３４０によって生成された電気的信号を処理する。
プロセッサ１３２０は、このような処理に基づいて出力（例えばディスプレイインターフェース上に表示されるイメージ）を生成する。
【００７９】
上述したセンサーは、イメージセンサー機能と生体認識センサー機能を同時に備えた複合センサーであり得、多様な電子装置に適用されることができ、例えば、携帯電話、デジタルカメラ、生体認識装置、自動車電子部品などに適用され得るが、これに限定されるものではない。
以下、実施例を通じて上述した本発明の実施形態をより詳細に説明する。
ただし、下記の実施例は、単に説明の目的のためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
【００８０】
≪カラーシミュレーション評価≫
〔実施例１〕
図１、図２、及び図５に示したセンサーの構造を設計し、可視光センサーのカラーイメージ特性を確認した。
近赤外光センサーの近赤外線吸収層は、下記に示す化学式Ａで表される近赤外線吸光物質を適用し、吸光特性は、「Ｇａｕｓｓｉａｎ０９」プログラムを使用し、ＤＦＴ、ＴＤ−ＤＦＴ計算シミュレーション（ｗＢ９７Ｘ−Ｄ／６−３１１Ｇ＊＊ｂａｓｉｓ  ｓｅｔ）を使用して評価した。
【化Ａ】
2020150264.tif 000003
【００８１】
光フィルター及び近赤外光センサーの透過スペクトルは、図１４のとおりである。
図１４は、実施例１によるセンサーの光フィルター及び近赤外光センサーの透過スペクトルである。
【００８２】
〔比較例１〕
光フィルターを含まないことを除いて、実施例１と同一構造のセンサーを設定してカラーイメージ変化を確認した。
【００８３】
≪評価Ｉ≫
図１５は、実施例１によるセンサーの可視光センサーの波長に応じた外部量子効率を示すグラフであり、図１６は、比較例１によるセンサーの可視光センサーの波長に応じた外部量子効率を示すグラフである。
図１５及び図１６を比較すると、実施例１によるセンサーは、可視光線領域と近赤外線領域の境界である約７００ｎｍ付近で明確な分光特性を示す一方、比較例１によるセンサーは、約７００ｎｍ付近で低い波長選択性を示すことを確認することができた。
センサーのカラーイメージ特性をＹＳＮＲ１０及び色差（ｃｏｌｏｒ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）により評価した。
【００８４】
センサーのＹＳＮＲ１０は、信号とノイズの比率（ｓｉｇｎａｌ／ｎｏｉｓｅ）が１０となる最小光量（単位：ｌｕｘ）であって、ここで信号は、ＦＤＴＤ（ｆｉｎｉｔｅ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  ｔｉｍｅ  ｄｏｍａｉｎ  ｍｅｔｈｏｄ）方法により計算されたＲＧＢ原信号（ＲＧＢ  ｒａｗ  ｓｉｇｎａｌ）を色補正マトリックス（ｃｏｌｏｒ  ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ  ｍａｔｒｉｘ、ＣＣＭ）による色補正段階を経て得られた信号の感度であり、ノイズは、イメージセンサーから信号を測定する時に発生するノイズである。
色補正段階は、センサーから得られたＲＧＢ原信号をイメージプロセシングを行って実際の色との差を減らす工程である。
ＹＳＮＲ１０値が小さいほど少ない光量でイメージ特性が良好であることを意味する。
【００８５】
センサーの色差（ΔＥ＊ａｂ）は、色の差を定量化するため、２つの色の差をＣＩＥＬＡＢ色空間（ｃｏｌｏｒ  ｓｐａｃｅ）内での距離で表現したもので、下記に示す数式１により表現される。
（数１）
関係式中、ΔＥ＊ａｂは色差であり、Ｌ＊は明度（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）であり、ａ＊は、赤色及び緑色方向への色度ダイアグラム（ｈｕｅ  ａｎｄ  ｃｈｒｏｍａ  ｔｏ  ｒｅｄ  ａｎｄ  ｇｒｅｅｎ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）であり、ｂ＊は、青色及び黄色方向への色度ダイアグラム（ｈｕｅ  ａｎｄ  ｃｈｒｏｍａ  ｔｏ  ｂｌｕｅ  ａｎｄ  ｙｅｌｌｏｗ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）である。
【００８６】
センサーのＹＳＮＲ１０及び色差は、下記に示す表１の通りである。
【表１】
2020150264.tif 000004
上記表１を参照すると、実施例１によるセンサーは、比較例１によるセンサーに比べてＹＳＮＲ１０及び色差が低くなることを確認することができ、これによりセンサーのカラーイメージ特性が改善されることを予想することができる。
【００８７】
〔実施例２〜４〕
図１、図２、及び図５に示したセンサーの構造を設計し、可視光センサーのカラーイメージ変化を確認した。近赤外線吸収層は、下記に示す化学式Ｂで表される近赤外線吸光物質を適用し、吸光特性はＧａｕｓｓｉａｎ０９プログラムを使用し、ＤＦＴ、ＴＤ−ＤＦＴ計算シミュレーション（ｗＢ９７Ｘ−Ｄ／６−３１１Ｇ＊＊ｂａｓｉｓ  ｓｅｔ）を使用して評価した。
【化Ｂ】
2020150264.tif 000005
【００８８】
光フィルター及び近赤外光センサーの透過スペクトルは、図１７のとおりである。
図１７は、実施例２〜４によるセンサーの光フィルター及び近赤外光センサーの透過スペクトルである。
【００８９】
〔比較例２〕
光フィルターを含まないことを除いて、実施例２と同一構造のセンサーを設定してカラーイメージ変化を確認する。
【００９０】
≪評価ＩＩ≫
図１８は、実施例２によるセンサーの可視光センサーの波長に応じた外部量子効率を示すグラフであり、図１９は、比較例２によるセンサーの可視光センサーの波長に応じた外部量子効率を示すグラフである。
図１８及び図１９を比較すると、実施例２によるセンサーは、可視光線領域と近赤外線領域の境界である約７００ｎｍ付近で明確な分光特性を示す一方、比較例２によるセンサーは約７００ｎｍ付近で低い波長選択性を示すことを確認することができた。
【００９１】
センサーのＹＳＮＲ１０及び色差は、下記に示す表２の通りである。
【表２】
2020150264.tif 000006
上記表２を参照すると、実施例２〜４によるセンサーは、比較例２によるセンサーに比べて低いＹＳＮＲ１０及び同等又はそれよりも低い色差を示すことを確認することができ、これにより本発明のセンサーのカラーイメージ特性が改善されることを予想することができた。
【００９２】
尚、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【符号の説明】
【００９３】
６０    下部絶縁層
６５    中間絶縁層
７０    色フィルター層
７０ａ    青色フィルター
７０ｂ    緑色フィルター
７０ｃ    赤色フィルター
８０    上部絶縁層
８５    トレンチ
１００    可視光センサー
１００ａ    青色センサー
１００ｂ    緑色センサー
１００ｃ    赤色センサー
１０１、２１０    下部電極
１０２、２２０    上部電極
１０３、２３０    緑色光吸収層
１１０    半導体基板
１３０、１４０    電荷貯蔵所
２００    近赤外光センサー
２３０    近赤外線吸収層
２９０（２９０ａ、２９０ｂ、２９０ｃ）    光
３００    光フィルター
４００    センサー
【図１】
2020150264.tif 000007
【図２】
2020150264.tif 000008
【図３】
2020150264.tif 000009
【図４】
2020150264.tif 000010
【図５】
2020150264.tif 000011
【図６】
2020150264.tif 000012
【図７】
2020150264.tif 000013
【図８】
2020150264.tif 000014
【図９】
2020150264.tif 000015
【図１０】
2020150264.tif 000016
【図１１】
2020150264.tif 000017
【図１２】
2020150264.tif 000018
【図１３】
2020150264.tif 000019
【図１４】
2020150264.tif 000020
【図１５】
2020150264.tif 000021
【図１６】
2020150264.tif 000022
【図１７】
2020150264.tif 000023
【図１８】
2020150264.tif 000024
【図１９】
2020150264.tif 000025