数字图像传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及传感器技术领域，特别是指一种纳米像素超高清数字图像传感器。
【背景技术】
[0002]视觉是是人类和自然交互的最主要感知系统，而作为视觉信息的采集记录方法，即图像的记录则是人类技术进步的主要标志。从远古时代的壁画，古代的绘画，以及近代的胶片，都代表着人类对图像信息的记录技术的掌握和发展。自半导体工业兴起后，二十世纪七十年代开始，数字图像传感器产生并迅速发展于二十世纪末二十一世纪初，数字图像传感器开始几乎完全替代了胶片，开启了图像传感记录的数字化时代。如今数字图像传感器大量应用于民用图像记录，工业自动化生产，以及军工领域，成为图像传感记录的主要技术。
[0003]当前，数字图像传感器是基于半导体像素点阵结构，将投射其表面的图像信息传感成电信号，进而以数字化信号的方式记录图像。像素是数字图像传感器记录平面图像信息的最小基本单元，大量相同的像素按矩阵规则排列，形成传感器，像素的大小即分辨率。像素尺寸越小，单位面积内图像信息记录的就越多。因此，像素尺寸的大小是数字图像传感器最重要的性能指标。
[0004]当前主要的数字图像传感器均基于半导体薄膜技术，经多次光刻过程，形成像素点阵，按照结构可分为CO)和CMOS两种。CO)，电量親合器(charge-coupled device)的简称，其像素的主要结构是经半导体薄膜光刻而成的光电二极管，投射其表面的光强，产生光生载流子，(XD经内置电路将每一像素中所产生的光生载流子依次转移到同行下一像素中，类似于电容电量的转移。在每行后，电量进行放大计算，进而获得图像光强在相应像素点位置的光强电量信息，从而实现整个平面图像的数字化信息。CMOS，互补式金属氧化物半导体(complementary metal-oxi de-semi conductor)放大器的简称，CMOS是数字逻辑电路的基本元件，当其用于放大数字图像传感器像素的光电二极管信号时，数字图像传感器的每个像素都有独立的放大系统，这样的主动数字图像传感器也被称为CMOS。CMOS数字图像传感器像数由光电二极管感光部分和电子放大器两部分构成，均经过半导体薄膜经多道光刻等复杂的加工技术制成。占像素的大部分面积的光电二极管，将投射其表面的光强信息转换成电信号，电信号经像素的独立放大元件进行放大，构成传感器的整个像素点阵，进而实现对于投射其表面的图像信息的数字化采集。
[0005]可见，光电二极管是CCD和CMOS像素的主要部件，用于光电信号传感，其有效面积必须大于一定阀值时，对应的光电信号信噪比才能满足图像传感需要。对于CCD而言，由于是被动方式工作，其光电信号主要取决于光电二极管的光生载流子，所以光电二极管的面积要大于临界值，而不能无限减小。当光电二极管的面积小于一定阀值时，光电信号将被背景噪音淹没而失去感光功能，所以CCD的像素不能无限减小，当前CCD的最高分辨率，即像素点的大小为1.43微米。而对于CM0S，每个像素有对应的主动放大场效应管元件，所以光电二极管的大小可以更进一步缩小，但是为保持光电二极管的感光功能，像数点同样也不能无限缩小，不能超过基于硅基半导体薄膜的物理极限。而且，像素面积要由光电二极管和放大器共享，进一步减小像素尺寸，难度极大。因此，当前最高CMOS的分辨率，即像素点大小为1.12微米。综上，由于受限于硅基薄膜材料的光电效应，以及对应的光电二极管像素结构限制，当前数字图像传感器的分辨率已经接近理论极限，在当前的技术基础上，进一步缩小像素尺寸，大幅度提高分辨率，已经不可能。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明的目的在于提出一种数字图像传感器，以提高其分辨率。
[0007]基于上述目的，本发明提供的数字图像传感器包括三维的半导体纳米柱、带状的薄膜透明电极，所述半导体纳米柱的两端端面分别与所述薄膜透明电极的一侧表面连接，形成源极和漏极，且源极的薄膜透明电极与漏极的薄膜透明电极互相垂直。
[0008]在本发明的一些实施例中，所述半导体纳米柱为宽带半导体纳米柱。
[0009]在本发明的一些实施例中，所述纳米柱的横截面为多边形或者圆形。
[0010]可选地，所述纳米柱的横截面为六边形。
[0011 ] 在本发明的一些实施例中，所述半导体纳米柱选自氧化锌纳米柱，氮化镓纳米柱，或是任何半导体中的至少一种。
[0012]在本发明的一些实施例中，所述纳米柱的半径40-60纳米，高度为600-1000nm。
[0013]在本发明的一些实施例中，所述半导体纳米柱的表面经高分子氧化还原材料镀膜修饰，以增强半导体纳米柱的光电响应效果。
[0014]在本发明的一些实施例中，所述表面修饰材料选自聚二烯丙基二甲基氯化铵(polydiallyldimethylammonium chloride)和聚苯乙稀硫酸酯(polystyrene sulfate)中的至少一种。
[0015]在本发明的一些实施例中，所述表面修饰的方法是高分子镀膜。
[0016]在本发明的一些实施例中，所述薄膜透明电极与半导体纳米柱的端面之间形成肖特基势皇。
[0017]在本发明的一些实施例中，所述硅基薄膜选自聚二甲基硅氧烷薄膜。
[0018]在本发明的一些实施例中，所述薄膜透明电极选自金电极，或任何透明电极。
[0019]在本发明的一些实施例中，所述半导体纳米柱垂直于所述硅基薄膜。
[0020]从上面所述可以看出，本发明提供的数字图像传感器突破了当前数字图像传感器技术的物理极限，实现了数字图像传感器最重要、最根本的技术指标-分辨率的革命性突破。本发明将现有的数字图像传感器的分辨率从微米量级突破到纳米分辨率，对分辨率实现了数量级的变化。像素尺寸小于可见光波长的数字图像传感器的发明，不但对于实现超高清图像传感技术具有革命性推进，而且对于研究光与物质的相互作用具有奠基性的意义。
【附图说明】
[0021]图1为本发明实施例的数字图像传感器中一个半导体纳米柱与薄膜透明电极的结构示意图，Source:源极，Drain:漏极，Photon:光子；
[0022]图2为本发明实施例的数字图像传感器中阵列半导体纳米柱与薄膜透明电极的结构示意图，PET:光子场效应管英文简称；
[0023]图3为本发明实施例的数字图像传感器中以半导体纳柱阵列为像素点的像素结构，ZnO NW:氧化锌纳米柱，PDMS base:娃胶衬底，Gold electrode:金电极；
[0024]图4为本发明实施例的数字图像传感器中三维半导体纳米柱对光强的放大作用(10V偏压下)，Work voltage:工作电压，Current (nA):电流(纳安)，LightIntensity (mW ?cm 2):光强(毫瓦 / 平方厘米)，Source:源极，Drain:漏极，Photon:光子；
[0025]图5为现有技术中数字图像传感器的CMOS像素结构，Photod1de (PD):光电二极管，Field-effect transistor (FET):场效应管；
[0026]图6为本发明实施例的数字图像传感器中三维半导体纳米柱的像素结构，Photon-effect transistor:光子场效应管，Photon Gate:光子门；
[0027]图7为本发明实施例的氧化锌纳米柱对应不同光