mwirth-epo/epo-nmt-datasets huggingface dataset:
Classiquement, un capteur d'images couleur comprend une pluralité de cellules photosensibles élémentaires (ou pixels) identiques ou similaires, formées dans et sur un substrat semiconducteur et disposées selon des lignes et des colonnes.
Conventionally, a color image sensor comprises a plurality of identical or similar elementary photosensitive cells (or pixels) formed inside and on top of a semiconductor substrate and arranged in rows and columns.
Chaque cellule photosensible est revêtue d'un filtre couleur, par exemple une couche de résine colorée, ne transmettant à la cellule que la lumière d'une gamme de longueurs d'onde spécifique.
Each photosensitive cell is coated with a color filter, for example, a layer of colored resin, only transmitting to the cell the light of a specific wavelength range.
L'ensemble des filtres couleur forme une mosaïque de filtrage disposée au-dessus de la matrice de cellules photosensibles.
The color filter assembly forms a filtering mosaic arranged above the array of photosensitive cells.
A titre d'exemple, un capteur d'images couleur peut comprendre des filtres rouge, vert et bleu, disposés selon un motif de Bayer au-dessus des cellules photosensibles.
As an example, a color image sensor may comprise red, green, and blue filters, arranged in a Bayer pattern above the photosensitive cells.
Un inconvénient des capteurs d'images couleur classiques réside dans leur faible rendement de conversion photoélectrique.
A disadvantage of conventional color image sensors is their low photoelectric conversion efficiency.
En effet, chaque filtre couleur transmet à la cellule photosensible sous-jacente la lumière d'une gamme de longueurs d'onde spécifique, et réfléchit ou absorbe la lumière hors de cette gamme de longueurs d'ondes.
Indeed, each color filter transmits to the underlying photosensitive cell the light of a specific wavelength range and reflects or absorbs the light outside of this wavelength range.
Ainsi, si on considère, à titre d'exemple illustratif, un capteur photosensible comportant trois pixels de mêmes dimensions revêtus respectivement par un filtre rouge, un filtre vert, et un filtre bleu, le pixel rouge reçoit seulement environ un tiers de la lumière rouge reçue sur l'ensemble de la surface de collecte du capteur, le pixel vert reçoit seulement environ un tiers de la lumière verte reçue sur l'ensemble de la surface de collecte du capteur, et le pixel bleu reçoit seulement environ un tiers de la lumière bleue reçue sur l'ensemble de la surface de collecte du capteur.
Thus, considering, as an illustrative example, a photosensor comprising three pixels of same dimensions respectively coated with a red filter, a green filter, and a blue filter, the red filter only receives approximately one third of the red light received across the general sensor collection surface, the green pixel only receives approximately one third of the green light received across the general collection surface of the sensor, and the blue pixel receives only one third of the blue light received across the general collection surface of the sensor.
Ceci pose notamment problème lorsque l'on cherche à réaliser des capteurs comportant des pixels de petites dimensions, par exemple en vue d'augmenter la résolution du capteur et/ou de réduire son encombrement.
This particularly raises an issue when sensors comprising pixels of small dimensions are desired to be formed, for example, to increase the sensor resolution and/or decrease the bulk thereof.
La faible surface de collecte de photons disponible pour chaque couleur se traduit alors en effet par une faible sensibilité et un faible rapport signal sur bruit du capteur.
The small photon collection surface area available for each color then indeed translates as a low sensitivity and a low signal-to-noise ratio of the sensor.
L'article " Plasmonic photon sorters for spectral and polarimetric imaging" de Eric Laux et al. (Nature Photonics 2, 161 - 164 (2008 )), décrit un dispositif de tri spectral permettant de séparer, par gammes de longueurs d'onde, des photons reçus sur une surface de collecte, et de transmettre ces photons à des cellules photosensibles distinctes.
Article “Plasmonic photon sorters for spectral and polarimetric imaging” of Eric Laux et al. (Nature Photonics 2, 161-164 (2008)), describes a spectral sorting device enabling to separate, by wavelength ranges, photons received on a collection surface, and to transmit these photons to different photosensitive cells.
Dans ce dispositif, la surface de collecte est une surface métallique structurée à l'échelle nanométrique, sur laquelle la lumière incidente est convertie en plasmons.
In this device, the collection surface is a metal surface structured at the nanometer scale, having the incident light converted into plasmons thereon.
Les motifs de la surface métallique de collecte sont choisis de façon à provoquer une focalisation des plasmons dans des zones distinctes de la surface de collecte, selon la longueur d'onde.
The patterns of the metal collection surface are selected to cause a focusing of the plasmons in different areas of the collection surface, according to the wavelength.
Une fois le tri effectué, les plasmons sont à nouveau convertis en photons, illuminant les différentes cellules photosensibles.
Once the sorting has been performed, the plasmons are converted back into photons, illuminating the different photosensitive cells.
Chaque cellule photosensible reçoit ainsi des photons d'une gamme de longueurs d'ondes spécifique, collectés sur une surface de collecte supérieure à la surface de la cellule.
Each photosensitive cell thus receives photons of a specific wavelength range, collected on a collection surface larger than the cell surface.
Un inconvénient de ce dispositif réside dans sa complexité de réalisation, et dans les pertes relativement élevées résultant de la conversion photon-plasmon-photon par la structure métallique du dispositif.
A disadvantage of this device is its manufacturing complexity, and the relatively high losses resulting from the photon-to-plasmon-to-photon conversion by the metal structure of the device.
Il serait souhaitable de pouvoir disposer d'un capteur photosensible adapté à mesurer des intensités lumineuses reçues dans plusieurs gammes de longueurs d'onde distinctes, ce capteur palliant tout ou partie des inconvénients des capteurs existants.
It would be desirable to have a photosensor capable of measuring light intensities received in a plurality of different wavelength ranges, this sensor overcoming all or part of the disadvantages of existing sensors.
Ainsi, un mode de réalisation prévoit un capteur photosensible comprenant : des première et deuxième cellules photosensibles juxtaposées formées dans un substrat semiconducteur ; des première et deuxième couches diélectriques d'interface revêtant, et étant en contact avec, respectivement les première et deuxième cellules ; et un réseau de résonance formé dans une troisième couche revêtant, et étant en contact avec, les première et deuxième couches d'interface, dans lequel les première et deuxième couches d'interface présentent des épaisseurs différentes, ou des indices de réfraction différents, ou des épaisseurs et des indices de réfraction différents.
Thus, an embodiment provides a photosensor comprising: first and second photosensitive cells formed next to each other in a semiconductor substrate; first and second dielectric interface layers coating, and being in contact with, respectively, the first and second cells; and a resonance grating formed in a third layer coating, and being in contact with, the first and second interface layers, wherein the first and second interface layers have different thicknesses, or different refraction indexes, or different thickness and refraction indexes.
Selon un mode de réalisation, le réseau de résonance comprend des bandes ou alignements de plots, parallèles au bord adjacent entre les première et deuxième cellules, délimitées par des ouvertures verticales formées dans la troisième couche.
According to an embodiment, the resonance grating comprises strips or alignments of pads, parallel to the adjacent edge between the first and second cells, delimited by vertical openings formed in the third layer.
Selon un mode de réalisation, le bord adjacent entre les première et deuxième cellules est situé sous une bande ou sous un alignement de plots du réseau de résonance.
According to an embodiment, the adjacent edge between the first and second cells is located under a strip or under a pad alignment of the resonance grating.
Selon un mode de réalisation, l'ensemble comprenant la première couche d'interface et le réseau de résonance est choisi pour avoir une première longueur d'onde de résonance définissant une première longueur d'onde de sensibilité du capteur, et l'ensemble comprenant la deuxième couche d'interface et le réseau de résonance est choisi pour avoir une deuxième longueur d'onde de résonance distincte de la première longueur d'onde de résonance, définissant une deuxième longueur d'onde de sensibilité du capteur.
According to an embodiment, the assembly comprising the first interface layer and the resonance grating is selected to have a first resonance wavelength defining a first sensitivity wavelength of the sensor, and the assembly comprising the second interface layer and the resonance grating is selected to have a second resonance wavelength different from the first resonance wavelength, defining a second sensitivity wavelength of the sensor.
Selon un mode de réalisation, chacune des première et deuxième cellules a une largeur comprise entre λm/2 et 2λm, où λm désigne la longueur d'onde moyenne de sensibilité du capteur.
According to an embodiment, each of the first and second cells has a width in the range from λm/2 to 2λm, where λm designates the average sensitivity wavelength of the sensor.
Selon un mode de réalisation, le réseau de résonance a un pas compris entre λm/4 et λm, où λm désigne la longueur d'onde moyenne de sensibilité du capteur.
According to an embodiment, the resonance grating has a pitch in the range from λm/4 to λm, where λm designates the average sensitivity wavelength of the sensor.
Selon un mode de réalisation, chacune des première, deuxième et troisième couches a une épaisseur comprise entre λm/8 et λm, où λm désigne la longueur d'onde moyenne de sensibilité du capteur.
According to an embodiment, each of the first, second, and third layers has a thickness in the range from λm/8 to λm, where λm designates the average sensitivity wavelength of the sensor.
Selon un mode de réalisation, le capteur comporte en outre une troisième cellule photosensible formée dans le substrat, et une quatrième couche diélectrique d'interface revêtant la troisième cellule.
According to an embodiment, the sensor further comprises a third photosensitive cell formed in the substrate, and a fourth dielectric interface layer coating the third cell.
Selon un mode de réalisation, l'ensemble comprenant la quatrième couche diélectrique d'interface et le réseau de résonance est choisi pour avoir une troisième longueur d'onde de résonance, distincte des première et deuxième longueurs d'onde de résonance, définissant une troisième longueur d'onde de sensibilité du capteur.
According to an embodiment, the assembly comprising the fourth dielectric interface layer and the resonance grating is selected to have a third resonance wavelength, different from the first and second resonance wavelengths, defining a third sensitivity wavelength of the sensor.
Selon un mode de réalisation, chaque couche diélectrique d'interface est en un matériau du groupe comprenant l'oxyde de silicium, le nitrure de silicium, le MgF2, le HfO2, le Al2O3, le Ta2O5, le TiO2, le ZnS, et le ZrO2.
According to an embodiment, each dielectric interface layer is made of a material from the group comprising silicon oxide, silicon nitride, MgF2, HfO2, Al2O3, Ta2O5, TiO2, ZnS, and ZrO2.
Selon un mode de réalisation, la troisième couche est en un matériau du groupe comprenant le dioxyde de titane, le SiN, le Ta2O5, le HfO2, le silicium et le germanium.
According to an embodiment, the third layer is made of a material from the group comprising titanium dioxide, SiN, Ta2O5, HfO2, silicon, and germanium.
Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :les figures 1 et 2 sont respectivement une vue en perspective schématique et une vue en coupe schématique illustrant un exemple d'un mode de réalisation d'un capteur photosensible ;la figure 3 est un diagramme illustrant de façon schématique la réponse du capteur des figures 1 et 2 en fonction de la longueur d'onde d'éclairement ;la figure 4 est une vue de dessus schématique et partielle illustrant une variante de réalisation d'un capteur photosensible ; etla figure 5 est une vue de dessus schématique illustrant une autre variante de réalisation d'un capteur photosensible.
FIGS. 1 and 2respectively are a simplified perspective view and a simplified cross-section view illustrating an embodiment of a photosensor; FIG. 3is a diagram schematically illustrating the response of the sensor of FIGS. 1 and 2according to the illumination wavelength; FIG. 4is a partial simplified top view illustrating an alternative embodiment of a photosensor; and FIG. 5is a simplified top view illustrating another alternative embodiment of a photosensor.
Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures et, de plus, comme cela est habituel dans la représentation des circuits intégrés, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle.
For clarity, the same elements have been designated with the same reference numerals in the various drawings and, further, as usual in the representation of integrated circuits, the various drawings are not to scale.
Par ailleurs, dans la suite de la description, sauf indication contraire, les termes "approximativement", "sensiblement", "environ", "de l'ordre de", etc., signifient "à 10% près", et des références directionnelles telles que "supérieur", "inférieur", "surmontant" "au-dessus" "latéral", "horizontal", "vertical", etc., s'appliquent à des dispositifs orientés de la façon illustrée dans les vues en coupe correspondantes, étant entendu que, dans la pratique, ces dispositifs peuvent être orientés différemment.
Further, in the following description, unless otherwise indicated, terms “approximately”, “substantially”, “around”, “in the order of”, etc. mean “to within 10%”, and terms referring to directions, such as “upper”, “lower”, “topping”, “above”, “lateral”, “horizontal”, “vertical”, etc. apply to devices arranged as illustrated in the corresponding views, it being understood that, in practice, the devices may have different directions.
La figure 1 est une vue en perspective schématique illustrant un exemple d'un mode de réalisation d'un capteur photosensible 100 adapté à mesurer des intensités lumineuses reçues dans deux gammes de longueurs d'ondes distinctes.
FIG. 1is a simplified perspective view illustrating an embodiment of a photosensor 100capable of measuring light intensities received in two different wavelength ranges.
La figure 2 est une vue en coupe agrandie de la structure de la figure 1 dans le plan 2 de la figure 1.
FIG. 2is an enlarged cross-section view of the structure of FIG. 1in plane 2of FIG. 1.
Dans l'exemple représenté, le capteur 100 comprend deux cellules photosensibles élémentaires D1 et D2 juxtaposées, formées dans un substrat semiconducteur 101, par exemple un substrat de silicium, de germanium, de silicium-germanium, ou de tout autre matériau semiconducteur adapté à la réalisation de cellules photosensibles.
In the shown example sensor 100comprises two elementary photosensitive cells D1and D2placed next to each other, formed in a semiconductor substrate 101, for example, a substrate made of silicon, germanium, silicon-germanium, or of any semiconductor material capable of forming photosensitive cells.
A titre d'exemple, chaque cellule comprend un détecteur de photons, par exemple une photodiode, et un ou plusieurs transistors MOS de contrôle.
As an example, each cell comprises a photon detector, for example, a photodiode, and one or a plurality of control MOS transistors.
Les cellules D1 et D2 peuvent être identiques ou similaires.
Cells D1and D2may be identical or similar.
Dans cet exemple, vu de dessus, les cellules D1 et D2 ont une forme sensiblement rectangulaire.
In this example, in top view, cells D1and D2have a substantially rectangular shape.
Les modes de réalisation décrits ne se limitent toutefois pas à ce cas particulier.
The described embodiments are however not limited to this specific case.
La cellule D1 est revêtue, du côté de sa face destinée à recevoir la lumière (c'est-à-dire sa face supérieure dans l'exemple représenté), par une couche d'interface 103 en un matériau diélectrique.
Cell D1is coated, on the side of its surface intended to receive the light (that is, its upper surface in the shown example), with an interface layer 103made of a dielectric material.
Dans l'exemple représenté, la couche 103 recouvre sensiblement toute la surface de la cellule D1.
In the shown example, layer 103substantially covers the entire surface of cell D1.
En outre, la cellule D2 est revêtue, du côté de sa face destinée à recevoir la lumière (c'est-à-dire sa face supérieure dans l'exemple représenté), par une couche d'interface 105 en un matériau diélectrique.
Further, cell D2is coated, on the side of its surface intended to receive the light (that is, its upper surface in the shown example), with an interface layer 105made of a dielectric material.
Dans l'exemple représenté, la couche 105 recouvre sensiblement toute la surface de la cellule D2.
In the shown example, layer 105substantially covers the entire surface of cell D2.
Dans cet exemple, les couches 103 et 105 sont sensiblement de même épaisseur, et présentent des indices de réfraction différents.
In this example, layers 103and 105substantially have the same thickness, and have different refraction indexes.
Les couches 103 et 105 sont de préférence transparentes.
Layers 103and 105are preferably transparent.
A titre d'exemple, les couches 103 et 105 sont en des matériaux choisis dans le groupe comprenant l'oxyde de silicium, le nitrure de silicium, le MgF2, le HfO2, le Al2O3, le Ta2O5, le TiO2, le ZnS, et le ZrO2.
As an example, layers 103and 105are made of materials selected from the group comprising silicon oxide, silicon nitride, MgF2, HfO2, Al2O3, Ta2O5, TiO2, ZnS, and ZrO2.
Le capteur 100 comprend en outre un réseau de résonance 107 formé dans une troisième couche 109, de préférence non métallique, revêtant les couches d'interface 103 et 105.
Sensor 100further comprises a resonance grating 107formed in a third layer 109preferably non-metallic, coating interface layers 103and 105.
La couche 109 est de préférence transparente.
Layer 109is preferably transparent.
La couche 109 est par exemple en un matériau d'indice de réfraction différent de celui des couches 103 et 105.
Layer 109is for example made of a material having a refraction index different from that of layers 103and 105.
A titre d'exemple, la couche 109 est en un matériau choisi dans le groupe comprenant le dioxyde de titane, le SiN, le Ta2O5, le HfO2, le silicium et le germanium.
As an example, layer 109is made of a material selected from the group comprising titanium dioxide, SiN, Ta2O5, HfO2, silicon, and germanium.
Le réseau 107 recouvre sensiblement toute la surface supérieure de l'ensemble formé par les cellules D1 et D2 et les couches d'interface 103 et 105.
Grating 107substantially covers the entire upper surface of the assembly formed by cells D1and D2and interface layers 103and 105.
Le réseau 107 comprend des ouvertures verticales 111 formées dans la couche 109, réparties sur toute la surface du capteur.
Grating 107comprises vertical openings 111formed in layer 109, distributed across the entire sensor surface.
Dans l'exemple représenté, les ouvertures 111 formées dans la couche 109 sont traversantes, c'est-à-dire qu'elles s'étendent sur toute l'épaisseur de la couche 109, et débouchent sur les couches d'interface 103, 105 sous-jacentes.
In the shown example, openings 111formed in layer 109are through openings, that is, they extend across the entire thickness of layer 109, and emerge into underlying interface layers 103, 105.
À titre de variante, les ouvertures 111 définissant le réseau 107 peuvent s'étendre depuis la face supérieure de la couche 109, et s'interrompre à une hauteur intermédiaire de la couche 109 sans la traverser entièrement.
As a variation, openings 111defining grating 107may extend from the upper surface of layer 109, and stop at an intermediate height of layer 109without thoroughly crossing it.
Le réseau 107 peut être revêtu d'un matériau de protection (non représenté) d'indice de réfraction inférieur à celui de la couche 109, remplissant notamment les ouvertures 111 du réseau, ou être laissé à l'air libre tel que représenté sur les figures 1 et 2.
Grating 107may be coated with a protection material (not shown) having a refraction index smaller than that of layer 109, filling, in particular, openings 111of the grating, or may be left in free air as shown in FIGS. 1 and 2.
Dans l'exemple des figures 1 et 2, les ouvertures 111 ont la forme de fentes parallèles au bord adjacent entre les cellules D1 et D2, s'étendant sur sensiblement toute la longueur du capteur parallèlement au bord adjacent aux cellules D1 et D2, et délimitant dans la couche 109 des bandes 113 parallèles au bord adjacent entre les cellules D1 et D2.
In the example of FIGS. 1 and 2, openings 111have the shape of strips parallel to the adjacent edge between cells D1and D2, extending substantially across the entire length of the sensor parallel to the edge adjacent to cells D1and D2, and delimiting in layer 109strips 113parallel to the adjacent edge between cells D1and D2.
A titre d'exemple, dans une direction parallèle à la largeur du capteur, c'est-à-dire perpendiculairement au bord adjacent entre les cellules D1 et D2, les fentes 111 et les bandes 113 définissent un motif périodique se répétant sur sensiblement toute la largeur du capteur.
As an example, in a direction parallel to the sensor width, that is, perpendicularly to the adjacent edge between cells D1and D2, slots 111and strips 113define a periodic pattern repeated substantially across the entire width of the sensor.
A titre de variante, le pas d'espacement des fentes 111, et/ou le rapport entre la largeur des fentes 111 et la largeur des bandes 113, peuvent ne pas être exactement les mêmes au-dessus de la couche d'interface 103 (et donc de la cellule D1) et au-dessus de la couche d'interface 105 (et donc de la cellule D2).
As a variation, the spacing pitch of slots 111, and/or the ratio of the width of slots 111to the width of strips 113may not be exactly the same above interface layer 103(and thus cell D1) and above interface layer 105(and thus cell D2).