本技術(shù)涉及光濾波器、固態(tài)成像裝置和電子設(shè)備，并且具體涉及使抑制出現(xiàn)色彩混合成為可能的光濾波器、固態(tài)成像裝置和電子設(shè)備。

背景技術(shù)：

1998年，發(fā)現(xiàn)了金屬薄膜濾波器(孔陣列濾波器)的一種現(xiàn)象，其中，每個(gè)比可見光的波長還小的開口被二維布置并且高效地周期性地傳輸與開口的周期性圖案相對(duì)應(yīng)的波長成分。從那以后，提出了金屬薄膜濾波器的各種研究和應(yīng)用用途(例如，參見非專利文獻(xiàn)1和2)。

在這種金屬薄膜濾波器中，旨在傳輸色彩和波長成分，傳輸特性、光偏振依賴性等由開口的尺寸、形狀和周期性圖案所控制。確定金屬薄膜濾波器的傳輸特性的物理機(jī)構(gòu)是借助于表面等離子體激元(SPP)傳輸電磁波的要點(diǎn)，在表面等離子體激元(SPP)中，金屬表面的自由電子與電磁波耦合。通過周期性的微制造處理的這種金屬薄膜濾波器被廣泛地稱為等離子體濾波器。

等離子體濾波器是由純金屬薄膜形成的濾波器，并且具有與在二維平面上形成細(xì)微結(jié)構(gòu)的方法(例如，平版印刷術(shù))高兼容性以及光學(xué)特性的設(shè)計(jì)的高靈活性的優(yōu)勢(shì)。因此，例如，孔陣列濾波器用作電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器的濾色器等(例如，專利文獻(xiàn)1到4以及非專利文獻(xiàn)3和4)。

參考文獻(xiàn)列表

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：JP 2008-177191A

專利文獻(xiàn)2：WO 08/82569

專利文獻(xiàn)3：JP 2009-147326A

專利文獻(xiàn)4：JP 2012-59865A

非專利文獻(xiàn)

非專利文獻(xiàn)1：Ebbesen,Thomas W.,et al."Extraordinary optical transmission through sub-wavelength hole arrays."Nature 391.6668(1998):667-669.

非專利文獻(xiàn)2：Barnes,William L.,Alain Dereux,and Thomas W.Ebbesen."Surface plasmon subwavelength optics."Nature 424.6950(2003):824-830.

非專利文獻(xiàn)3：Chen,Qin,and David RS Cumming."High transmission and low color cross-talk plasmonic color filters using triangular-lattice hole arrays in aluminum films."Optics express 18.13(2010):14056-14062.

非專利文獻(xiàn)4：Yokogawa Sozo,Stanley P.Burgos,and Harry A.Atwater."Plasmonic color filters for CMOS image sensor applications."Nano letters12.8(2012):4349-4354.

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

等離子體濾波器的傳輸特性由電磁波的各種傳輸模式的合成來確定。例如，在一種等離子體濾波器的孔陣列濾波器中，存在光被光學(xué)傳輸?shù)膫鬏斈Ｊ?在下文中，稱為光子模式)，以及依靠表面(局部存在)的傳輸模式(在下文中，稱為等離子體模式)。

在相對(duì)于布置在孔陣列濾波器中的開口的尺寸的長波長的情況下，光通過孔陣列濾波器不能被傳輸為光。另一方面，在相對(duì)于開口的尺寸的短波長的情況下，光通過孔陣列濾波器可以被傳輸為光。

例如，在由表面覆蓋有二氧化硅的鋁薄膜形成的孔陣列濾波器中，為了將600nm波長的光傳輸為等離子體激光(等離子體激元)，必須將開口的直徑(開口直徑)設(shè)置為約200nm。另一方面，當(dāng)開口直徑是200nm時(shí)，450nm或以下波長的光，諸如，紫外光或者藍(lán)光通過孔陣列濾波器被傳輸為光。即，在常規(guī)的等離子體濾波器中，由于相對(duì)于期望的傳輸成分的短波長側(cè)上的波長成分，擔(dān)心將出現(xiàn)色彩混合。

考慮到這種情況已經(jīng)提出了本技術(shù)，并且使抑制由于相對(duì)于期望的傳輸成分的短波長側(cè)上的波長成分而出現(xiàn)的色彩混合成為可能。

解決問題的技術(shù)方案

根據(jù)本技術(shù)的一方面，光濾波器包括：金屬薄膜濾波器，其中多個(gè)開口被周期性地布置；第一介質(zhì)層，覆蓋金屬薄膜濾波器的表面并且形成以覆蓋或填充金屬薄膜濾波器的開口的內(nèi)部；以及第二介質(zhì)層，具有的折射率低于第一介質(zhì)層的折射率并且至少被形成在金屬薄膜濾波器的入射表面?zhèn)壬稀＝饘俦∧V波器的開口直徑小于被傳輸?shù)碾姶挪ǖ牡诙橘|(zhì)層中的波長，并且第一介質(zhì)層的厚度基本上等于或比電磁波的第二介質(zhì)層中的波長薄。

形成第一介質(zhì)層的材料的復(fù)折射率的實(shí)數(shù)部分可大于形成第二介質(zhì)層的材料的復(fù)折射率的實(shí)數(shù)部分。

第二介質(zhì)層還可形成在金屬薄膜濾波器的發(fā)射表面?zhèn)壬稀?/p>

金屬薄膜濾波器的開口之間的間隔可被設(shè)置為基本上等于電磁波的波長的距離。

當(dāng)電磁波的波長由λ表示并且第一介質(zhì)層的復(fù)折射率的實(shí)數(shù)部分由N表示時(shí)，金屬薄膜濾波器的開口之間的間隔可被設(shè)置為0.5λ/N至2.0λ/N的距離。

金屬薄膜濾波器的開口的形狀可以是圓形、正方形、或者水平比例與垂直比例為1:1的十字形或直角U形。

金屬薄膜濾波器的開口的形狀可以是橢圓形、矩形形狀、或者水平比例與垂直比例不是1:1的十字形或直角U形。

金屬薄膜濾波器的開口可以方陣列布置。

金屬薄膜濾波器的開口可以三角形陣列布置。

金屬薄膜濾波器的開口各自可形成為狹縫，并且在狹縫的短邊方向上對(duì)齊。

根據(jù)本技術(shù)的一方面，固態(tài)成像裝置包括：光濾波器，包括金屬薄膜濾波器，其中多個(gè)開口被周期性地布置；第一介質(zhì)層，覆蓋金屬薄膜濾波器的表面并且形成以覆蓋或填充金屬薄膜濾波器的開口的內(nèi)部；以及第二介質(zhì)層，具有的折射率低于第一介質(zhì)層的折射率并且至少被形成在金屬薄膜濾波器的入射表面?zhèn)壬?。金屬薄膜濾波器的開口直徑小于被傳輸?shù)碾姶挪ǖ牡诙橘|(zhì)層中的波長，并且第一介質(zhì)層的厚度基本上等于或比電磁波的第二介質(zhì)層中的波長薄。

根據(jù)本技術(shù)的一方面，電子設(shè)備包括：固態(tài)成像裝置，固態(tài)成像裝置包括光濾波器，光濾波器包括金屬薄膜濾波器，其中多個(gè)開口被周期性地布置；第一介質(zhì)層，覆蓋金屬薄膜濾波器的表面并且形成以覆蓋或填充金屬薄膜濾波器的開口的內(nèi)部；以及第二介質(zhì)層，具有的折射率低于第一介質(zhì)層的折射率并且至少被形成在金屬薄膜濾波器的入射表面?zhèn)壬?。金屬薄膜濾波器的開口直徑小于被傳輸?shù)碾姶挪ǖ牡诙橘|(zhì)層中的波長，并且第一介質(zhì)層的厚度基本上等于或比電磁波的第二介質(zhì)層中的波長薄。

根據(jù)本技術(shù)的一方面，第一介質(zhì)層覆蓋其中多個(gè)開口被周期性地布置的金屬薄膜濾波器，并且被形成以便覆蓋或填充金屬薄膜濾波器的開口的內(nèi)部，并且第二介質(zhì)層具有的折射率低于第一介質(zhì)層的折射率并且至少被形成在金屬薄膜濾波器的入射表面?zhèn)壬稀＝饘俦∧V波器的開口直徑小于被傳輸?shù)碾姶挪ǖ牡诙橘|(zhì)層中的波長，并且第一介質(zhì)層的厚度基本上等于或比電磁波的第二介質(zhì)層中的波長薄。

本發(fā)明的有益效果

根據(jù)本技術(shù)的一方面，抑制由于在相對(duì)于期望傳輸成分的短波長側(cè)上的波長成分出現(xiàn)色彩混合的可能。

附圖說明

[圖1]圖1是示出了孔陣列濾波器的結(jié)構(gòu)的實(shí)例的平面圖。

[圖2]圖2是示出了常規(guī)孔陣列濾波器的結(jié)構(gòu)的實(shí)例的立體圖和橫截面圖。

[圖3]圖3是描述了常規(guī)孔陣列濾波器的光學(xué)特性的示圖。

[圖4]圖4是示出了本技術(shù)的孔陣列濾波器的結(jié)構(gòu)的實(shí)例的立體圖和橫截面圖。

[圖5]圖5是描述了本技術(shù)的孔陣列濾波器的光學(xué)特性的示圖。

[圖6]圖6是示出了傳輸特性的模擬結(jié)果的示圖。

[圖7]圖7是示出了孔陣列濾波器的結(jié)構(gòu)的其他實(shí)例的平面圖。

[圖8]圖8是示出了孔陣列濾波器的結(jié)構(gòu)的其他實(shí)例的平面圖。

[圖9]圖9是示出了孔陣列濾波器的結(jié)構(gòu)的其他實(shí)例的平面圖。

[圖10]圖10是示出了孔陣列濾波器的結(jié)構(gòu)的另一實(shí)例的平面圖。

[圖11]圖11是示出了應(yīng)用了本技術(shù)的固態(tài)成像裝置的構(gòu)造的實(shí)例的框圖。

[圖12]圖12是示出了應(yīng)用了本技術(shù)的固態(tài)成像裝置的像素的構(gòu)造的實(shí)例的電路圖。

[圖13]圖13是示出了應(yīng)用了本技術(shù)的固態(tài)成像裝置的像素的構(gòu)造的實(shí)例的橫截面圖。

[圖14]圖14是示出了應(yīng)用了本技術(shù)的電子設(shè)備的構(gòu)造的實(shí)例的框圖。

具體實(shí)施方式

在下文中，參照附圖描述本技術(shù)的實(shí)施方式。

<孔陣列濾波器的結(jié)構(gòu)的實(shí)例>

圖1是示出了本技術(shù)應(yīng)用的典型孔陣列濾波器的結(jié)構(gòu)的實(shí)例的平面圖。

圖1的A中示出的孔陣列濾波器11被配置為通過多個(gè)開口22以方陣列被布置在金屬薄膜濾波器21中的等離子體濾波器。進(jìn)一步地，圖1的B中示出的孔陣列濾波器11被配置為通過多個(gè)開口22以三角形陣列被布置在金屬薄膜濾波器21中的等離子體濾波器。

盡管隨后描述細(xì)節(jié)，但是在孔陣列濾波器11中，金屬薄膜濾波器21的周圍用未示出的介質(zhì)層覆蓋。

金屬薄膜濾波器21由鋁、銀、金、銅和鎢中的一個(gè)制成，或者由包含它們中的任一個(gè)的合金制成，并且金屬薄膜濾波器21的厚度被設(shè)置在約50nm與300nm之間。

形成開口22，使得開口直徑小于旨在傳輸?shù)碾姶挪?光)的波長。<常規(guī)的孔陣列濾波器的結(jié)構(gòu)>

接下來，參考圖2將描述常規(guī)的孔陣列濾波器的結(jié)構(gòu)。

圖2的A示出了以三角形陣列布置的開口22中的一個(gè)的一部分的立體圖并且其周圍事物被從孔陣列濾波器11中切除，這部分由附圖中的虛線表示，并且圖2的B示出了開口22中的一個(gè)及其周圍事物的切口部分的橫截面圖。

具體地，如圖2的B所示，在常規(guī)的孔陣列濾波器11中，金屬薄膜濾波器21的光入射表面?zhèn)群桶l(fā)光表面?zhèn)冗@兩側(cè)都用介質(zhì)層23覆蓋，并且開口22的內(nèi)部充滿介質(zhì)層23。

在這種結(jié)構(gòu)的孔陣列濾波器11中，表面等離子體激光的色散關(guān)系通過金屬的相對(duì)電容率(permittivity，介電常數(shù))和導(dǎo)磁率確定，該金屬形成金屬薄膜濾波器21并且介質(zhì)層23的材料與金屬接觸。

如圖3的A所示，在孔陣列濾波器11的入射表面?zhèn)壬先肷涞碾姶挪ㄍㄟ^開口22內(nèi)部的金屬表面與介質(zhì)層23之間的界面被傳播為表面等離子體激元，從而通過孔陣列濾波器11被傳輸，并且被發(fā)射至孔陣列濾波器11的發(fā)射表面?zhèn)取?/p>

在入射表面?zhèn)壬先肷涞碾姶挪ǖ牟ㄩL比開口22的開口直徑更短的情況下，如圖3的B所示，電磁波通過孔陣列濾波器11被傳輸為光(光電子)。在這種情況下，介質(zhì)層23中的電磁波的有效波長通過介質(zhì)層23的折射率確定。

因此，在常規(guī)孔陣列濾波器中，盡管開口的開口直徑被形成以便小于旨在傳輸?shù)碾姶挪ǖ牟ㄩL，比開口的開口直徑更短的波長的光被傳輸為光。即，在常規(guī)的孔陣列濾波器中，由于相對(duì)于期望的傳輸成分的短波長側(cè)上的波長成分，擔(dān)心將出現(xiàn)色彩混合。

此外，在常規(guī)的孔陣列濾波器中，因?yàn)橄噜彽拈_口之間的表面等離子體激元的干擾大大影響傳輸特性，所以除非開口(周期)之間的某個(gè)間隔被提供否則存在傳輸效率退化的問題。例如，根據(jù)非專利文獻(xiàn)4，在由鋁薄膜形成的孔陣列濾波器的情況下，需要約5μm的開口的周期。

<本技術(shù)的孔陣列濾波器結(jié)構(gòu)>

接下來，參考圖4將描述本技術(shù)應(yīng)用的孔陣列濾波器的結(jié)構(gòu)。

與圖2的A類似，圖4的A示出了以三角形陣列布置的開口22中的一個(gè)的一部分的立體圖并且其周圍事物被從孔陣列濾波器11中切除，并且圖4的B示出了開口22中的一個(gè)及其周圍事物的切口部分的橫截面圖。

如圖4的A和B所示，在本技術(shù)應(yīng)用的孔陣列濾波器11中，金屬薄膜濾波器21的表面覆蓋有介質(zhì)層24，并且開口22的內(nèi)壁覆蓋有介質(zhì)層24。

進(jìn)一步地，如圖4的B中所示，金屬薄膜濾波器21覆蓋有介質(zhì)層24，光入射表面?zhèn)群凸獍l(fā)射表面?zhèn)鹊膬蓚?cè)覆蓋有介質(zhì)層23，并且開口22的內(nèi)部填充有介質(zhì)層23。

開口22被形成使得開口直徑小于旨在傳輸?shù)钠谕姶挪ǖ慕橘|(zhì)層23中的有效波長。

進(jìn)一步地，開口22(周期)之間的間隔被設(shè)置為基本上等于旨在傳輸?shù)钠谕姶挪ǖ牟ㄩL的距離。例如，當(dāng)旨在傳輸?shù)钠谕姶挪ǖ牟ㄩL由λ表示并且介質(zhì)層24的復(fù)折射率的實(shí)數(shù)部分由N表示，開口22的周期被設(shè)置為0.5λ/N至2.0λ/N的距離。

介質(zhì)層23由包含氧化硅和氟化鎂中的任一個(gè)的材料制成。介質(zhì)層24由氮化硅、氧化鉿、氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯和氧化鉭中的一個(gè)制成，或者由包含它們中的任一個(gè)的材料制成。

介質(zhì)層24被形成使得其厚度基本上等于或比旨在傳輸?shù)钠谕姶挪ǖ慕橘|(zhì)層23中的有效波長薄。

進(jìn)一步地，介質(zhì)層24具有的折射率大于介質(zhì)層23的折射率。具體地，形成介質(zhì)層24的材料的復(fù)折射率的實(shí)數(shù)部分被設(shè)置為大于形成介質(zhì)層23的材料的復(fù)折射率的實(shí)數(shù)部分。

在本技術(shù)應(yīng)用的孔陣列濾波器11中，表面等離子體激光的色散關(guān)系通過金屬的相對(duì)電容率和導(dǎo)磁率確定，該金屬形成金屬薄膜濾波器21并且介質(zhì)層24的材料與金屬接觸。因?yàn)樾纬山橘|(zhì)層24的材料的復(fù)折射率的實(shí)數(shù)部分大于形成介質(zhì)層23的材料的復(fù)折射率的實(shí)數(shù)部分，所以在實(shí)現(xiàn)與傳播特性類似的特性以及參考圖3的A描述的表面等離子體激元的傳輸特性的情況下，開口22的開口直徑可被設(shè)置為較小并且開口22的周期可被設(shè)置為比常規(guī)孔陣列濾波器的結(jié)構(gòu)中的短。

即使在這種情況下，如圖5的A所示，在孔陣列濾波器11的入射表面?zhèn)壬先肷涞碾姶挪ㄍㄟ^開口22內(nèi)部的金屬表面與介質(zhì)層24之間的界面被傳播為表面等離子體激元，當(dāng)然，從而通過孔陣列濾波器11被傳輸，并且被發(fā)射至孔陣列濾波器11的發(fā)射表面?zhèn)取?/p>

進(jìn)一步地，因?yàn)榫哂姓凵渎矢哂诮橘|(zhì)層23的折射率的介質(zhì)層24還存在于開口22的內(nèi)壁上，所以開口22的開口直徑小于常規(guī)孔陣列濾波器11的結(jié)構(gòu)中的直徑；因此，如圖5的B所示，即使當(dāng)具有與圖3的B相似波長的電磁波入射在入射表面?zhèn)壬蠒r(shí)，電磁波也不能通過孔陣列濾波器11被傳輸為光(光電子)。

<傳輸特性的模擬結(jié)果>

在此，參考圖6將描述常規(guī)孔陣列濾波器11的傳輸特性的模擬結(jié)果以及本技術(shù)應(yīng)用的孔陣列濾波器11。使用時(shí)域有限差分(FDTD)方法執(zhí)行該模擬。

在圖6的曲線圖中，水平軸表示電磁波的波長，并且垂直軸表示相對(duì)透光率。在曲線圖中，虛線表示在常規(guī)孔陣列濾波器11被優(yōu)化以致紅光被傳輸?shù)那闆r下的透光率，并且實(shí)線表示在本技術(shù)的孔陣列濾波器11被優(yōu)化以致紅光被傳輸?shù)那闆r下的透光率。

如圖6的曲線圖所示，圍繞包括紅光的600nm至700nm的波長，傳輸特性描述了本技術(shù)的孔陣列濾波器11和常規(guī)孔陣列濾波器11的基本上相同的曲線。

另一方面，圍繞400nm至500nm的波長，20％至30％的傳輸成分在常規(guī)孔陣列濾波器11的傳輸特性中以400nm至530nm存在。即，藍(lán)光在通過常規(guī)孔陣列濾波器11傳輸?shù)募t光中顏色混合。

這是由于在常規(guī)孔陣列濾波器11中當(dāng)具有期望波長的電磁波以等離子體模式傳輸時(shí)，具有比期望波長短的波長的電磁波以光子模式傳輸。

相反，在本技術(shù)的孔陣列濾波器11中，盡管傳輸成分的峰值圍繞440nm的波長處出現(xiàn)，但是與常規(guī)孔陣列濾波器11相比傳輸成分在其他波長范圍中被抑制。

即，在本技術(shù)的孔陣列濾波器11中，在常規(guī)孔陣列濾波器11中以光子模式傳輸?shù)牟ㄩL范圍可被轉(zhuǎn)換至短波長側(cè)。

因此，通過本技術(shù)的結(jié)構(gòu)，等離子體模式的傳輸特性可被保持，同時(shí)光子模式的成分在期望波長范圍(例如，可見光的波長范圍)中被抑制；因此，抑制由于相對(duì)于期望傳輸成分的短波長側(cè)上的波長成分出現(xiàn)的色彩混合成為可能。

此外，通過本技術(shù)的結(jié)構(gòu)，孔陣列濾波器11作為等離子體濾波器的傳輸特性可被通過金屬確定的表面等離子體激光的色散關(guān)系控制，該金屬形成金屬薄膜濾波器21以及具有的折射率比介質(zhì)層23的折射率高的介質(zhì)層24，并且因此，可以將開口22的周期形成為更小。從而，與常規(guī)結(jié)構(gòu)相比，孔陣列濾波器的尺寸可以減小同時(shí)保持傳輸特性。此外，當(dāng)孔陣列濾波器的尺寸未被做小時(shí)，可以增加開口22的數(shù)量，并且因此，可以提高光學(xué)特性的穩(wěn)定性。

盡管在圖4中開口22的內(nèi)壁覆蓋有介質(zhì)層24，但是開口22的整個(gè)內(nèi)部可充滿介質(zhì)層24。

<孔陣列濾波器的結(jié)構(gòu)的其他實(shí)例>

在本技術(shù)應(yīng)用的孔陣列濾波器中，如上所述，多個(gè)開口被周期性地布置在金屬薄膜濾波器中；開口的形狀可以是任意形狀。

圖7示出了其中設(shè)置有各種形狀的開口的孔陣列濾波器的結(jié)構(gòu)的實(shí)例。

在圖7的A中示出的孔陣列濾波器11中，與上述構(gòu)造相似，圓形開口22a以方陣列被布置在金屬薄膜濾波器21中；并且在圖7的B中示出的孔陣列濾波器11中，方形開口22b以方陣列被布置在金屬薄膜濾波器21中。

進(jìn)一步地，在圖7的C中示出的孔陣列濾波器11中，十字形開口22c以方陣列被布置在金屬薄膜濾波器21中；并且在圖7的D中示出的孔陣列濾波器11中，直角U形開口22d以方陣列被布置在金屬薄膜濾波器21中。

盡管圖7中示出的孔陣列濾波器11的開口的形狀是其中水平比例與垂直比例為1:1的形狀，但是如圖8所示，也可以使用其中水平比例與垂直比例不是1:1的形狀。

在圖8的A中示出的孔陣列濾波器11中，橢圓形開口22e以方陣列被布置在金屬薄膜濾波器21中；并且在圖8的B中示出的孔陣列濾波器11中，矩形開口22f以方陣列被布置在金屬薄膜濾波器21中。

進(jìn)一步地，在圖8的C中示出的孔陣列濾波器11中，每個(gè)的水平比例與垂直比例不是1:1的十字形開口22g以方陣列被布置在金屬薄膜濾波器21中；并且在圖8的D中示出的孔陣列濾波器11中，每個(gè)的水平比例與垂直比例不是1:1的直角U形開口22h以方陣列被布置在金屬薄膜濾波器21中。

進(jìn)一步地，在本技術(shù)應(yīng)用的孔陣列濾波器中，周期性地布置在金屬薄膜濾波器中的開口可被布置為任意布置圖案。

圖9示出了其中開口以各種布置圖案被設(shè)置的孔陣列濾波器的結(jié)構(gòu)的實(shí)例。

在圖9的A中示出的孔陣列濾波器11中，開口22被通過以下方式布置在金屬薄膜濾波器21中，即，以其中在水平方向和垂直方向上相鄰的兩個(gè)開口22之間的距離a和b是相等距離并且它們位于的兩個(gè)方向之間的角度是90°的布置圖案，即，方陣列。

在圖9的B中示出的孔陣列濾波器11中，開口22被通過以下方式布置在金屬薄膜濾波器21中，即，以其中在水平方向和垂直方向上相鄰的兩個(gè)開口22之間的距離a和b是不同距離并且它們位于的兩個(gè)方向之間的角度是90°的布置圖案。

在圖9的C中示出的孔陣列濾波器11中，開口22被通過以下方式布置在金屬薄膜濾波器21中，即，以其中在水平方向和垂直方向上相鄰的兩個(gè)開口22之間的距離a和b是相等距離并且它們位于的兩個(gè)方向之間的角度是60°的布置圖案，即，三角形陣列。

在圖9的D中示出的孔陣列濾波器11中，開口22被通過以下方式布置在金屬薄膜濾波器21中，即，以其中在水平方向和垂直方向上相鄰的兩個(gè)開口22之間的距離a和b是不同距離并且它們位于的兩個(gè)方向之間的角度是60°的布置圖案。

如圖9中示出的孔陣列濾波器11的開口的形狀，可以使用參考圖8或圖9描述的開口的形狀。

在本技術(shù)應(yīng)用的孔陣列濾波器中，在金屬薄膜濾波器中形成的開口可以是矩形形狀(狹縫)的直通溝(through trench)。

圖10示出了開口被形成為狹縫的孔陣列濾波器的結(jié)構(gòu)的實(shí)例。

在圖10中示出的孔陣列濾波器11中，開口在金屬薄膜濾波器21中被以矩形形狀形成為狹縫31，并且狹縫31在其短邊方向上對(duì)齊。

在圖10中示出的孔陣列濾波器11中，狹縫31被形成使得其長邊比孔陣列濾波器11允許傳輸?shù)墓獾牟ㄩL要長，并且其短邊比孔陣列濾波器11允許傳輸?shù)墓獾牟ㄩL要短。

通過這種結(jié)構(gòu)，與狹縫(狹縫方向)的長邊方向平行的偏振光可被反射，并且與狹縫方向垂直的偏振光可被傳輸；從而，孔陣列濾波器11可起到光偏振濾波器的作用。

因此，本技術(shù)可應(yīng)用于孔陣列濾波器，該孔陣列濾波器包括具有參考圖7至圖10描述的形狀和布置圖案。

<固態(tài)成像裝置的構(gòu)造的實(shí)例>

接下來，參考圖11描述本技術(shù)應(yīng)用的固態(tài)成像裝置的構(gòu)造的實(shí)例。

圖11中示出的固態(tài)成像裝置51可形成為前端照明CMOS圖像傳感器(其是一種放大固態(tài)成像裝置)，或者可形成為后端照明CMOS圖像傳感器、其他放大固態(tài)成像裝置或者諸如CCD圖像傳感器的電荷轉(zhuǎn)移固態(tài)成像裝置。

圖11中示出的固態(tài)成像裝置51具有的構(gòu)造包括形成在未示出的半導(dǎo)體襯底上的像素陣列單元61以及集成在相同的半導(dǎo)體襯底上作為像素陣列單元61的外圍電路單元。例如，外圍電路單元包括垂直驅(qū)動(dòng)單元62、列處理單元63、水平驅(qū)動(dòng)單元64、PLL電路65和系統(tǒng)控制單元66。

固態(tài)成像裝置51進(jìn)一步包括信號(hào)數(shù)據(jù)處理電路67和存儲(chǔ)器68。

像素陣列單元61具有的構(gòu)造在于單元像素(在下文中，簡稱為像素)以二維布置在行方向和列方向上，即，在該構(gòu)造中，每個(gè)像素都包括根據(jù)接收的光的量生成和存儲(chǔ)光電荷的光電轉(zhuǎn)換單元。在此，行方向是指像素行的像素布置的方向(水平方向)，并且列方向是指像素列的像素布置的方向(垂直方向)。

在像素陣列單元61中，至于矩陣構(gòu)造中的像素布置，像素驅(qū)動(dòng)線沿著每個(gè)像素行的行方向繪制，并且垂直信號(hào)線沿著每個(gè)像素列的列方向繪制。像素驅(qū)動(dòng)線傳輸在從像素讀出信號(hào)時(shí)執(zhí)行驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。像素驅(qū)動(dòng)線的一端連接至與垂直驅(qū)動(dòng)單元62的每行對(duì)應(yīng)的輸出端。

垂直驅(qū)動(dòng)單元62包括移位寄存器、地址解碼器等，并且同時(shí)、可替換地以行為單位或者以其他方式驅(qū)動(dòng)像素陣列單元61的所有像素。即，垂直驅(qū)動(dòng)單元62與控制垂直驅(qū)動(dòng)單元62的系統(tǒng)控制單元66一起構(gòu)成驅(qū)動(dòng)像素陣列單元61的每個(gè)像素。

通過垂直驅(qū)動(dòng)單元62驅(qū)動(dòng)的像素行的每個(gè)單元像素輸出的信號(hào)經(jīng)由用于每個(gè)像素列的每個(gè)垂直信號(hào)線被輸入至列處理單元63。列處理單元63為像素陣列單元61的每個(gè)像素列在經(jīng)由垂直信號(hào)線從所選行的每個(gè)像素輸出的信號(hào)上執(zhí)行規(guī)定的信號(hào)處理，并且在信號(hào)處理之后暫時(shí)保持像素信號(hào)。

具體地，列處理單元63至少執(zhí)行降噪處理，例如相關(guān)雙采樣(CDS)處理，作為信號(hào)處理。通過列處理單元63的CDS處理，像素所特有的固定圖形噪聲被消除，諸如，像素中的放大晶體管的重置噪聲和閾值變化。列處理單元63可設(shè)置有除了降噪處理功能之外的模擬數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換功能，例如，從而可將模擬像素信號(hào)轉(zhuǎn)換至數(shù)字信號(hào)并且使數(shù)字信號(hào)被輸出。

水平驅(qū)動(dòng)單元64包括移位寄存器、地址解碼器等，并且連續(xù)地選擇與列處理單元63的像素列對(duì)應(yīng)的單元電路。通過水平驅(qū)動(dòng)單元64的選擇性掃描，在基于單元電路的列處理單元63中經(jīng)受信號(hào)處理的像素信號(hào)被連續(xù)輸出。

系統(tǒng)控制單元66包括定時(shí)發(fā)生器，該定時(shí)發(fā)生器使用通過PLL電路65產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)作為參考來產(chǎn)生各種定時(shí)信號(hào)，等等，并且基于通過定時(shí)發(fā)生器產(chǎn)生的各種定時(shí)信號(hào)來執(zhí)行垂直驅(qū)動(dòng)單元62、列處理單元63、水平驅(qū)動(dòng)單元64等的驅(qū)動(dòng)控制。

信號(hào)處理電路67至少具有算術(shù)處理功能，并且執(zhí)行各種信號(hào)處理，諸如，在從列處理單元63輸出的像素信號(hào)上的算術(shù)處理。從列處理單元63輸出的像素信號(hào)僅具有與為每個(gè)像素設(shè)置的濾色器對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度信息；因此，每個(gè)像素的彩色成分的強(qiáng)度信息通過諸如去馬賽克處理或卷繞處理的插補(bǔ)處理從不同顏色的相鄰像素的強(qiáng)度信息恢復(fù)。進(jìn)一步地，可以執(zhí)行諸如白平衡和伽馬校正、輪廓增強(qiáng)以及圖像壓縮等處理，并且從而獲取的圖像可恢復(fù)至忠于本主題的圖像。

存儲(chǔ)器68暫時(shí)存儲(chǔ)信號(hào)處理電路67中的信號(hào)處理所需的數(shù)據(jù)。

信號(hào)處理電路67和存儲(chǔ)器68可安裝在作為固態(tài)成像裝置51的相同的襯底(半導(dǎo)體襯底)上，或者可放置在與固態(tài)成像裝置51不同的襯底上。信號(hào)處理電路67和存儲(chǔ)器68的每個(gè)處理可執(zhí)行為通過與固態(tài)成像裝置51不同襯底上設(shè)置的外部信號(hào)處理單元的處理，諸如，數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)電路或軟件應(yīng)用。

在固態(tài)成像裝置51是后端照明CMOS圖像傳感器的情況下，固態(tài)成像裝置51可被配置為堆疊的CMOS圖像傳感器，其中，包括像素陣列單元61的半導(dǎo)體襯底和包括邏輯電路的半導(dǎo)體襯底附接在一起。

<像素構(gòu)造的實(shí)例>

(電路構(gòu)造)

圖12是示出了放置在像素陣列單元61中的像素構(gòu)造的實(shí)例的電路圖。

如圖12所示，像素71被放置在各點(diǎn)處，在各點(diǎn)處像素驅(qū)動(dòng)線RST、SEL和TRG連接至垂直驅(qū)動(dòng)單元62并且垂直信號(hào)線VSL連接至列處理單元63，并且包括執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換的光電二極管以及用于讀出所存儲(chǔ)的信號(hào)的幾種類型的晶體管。

具體地，像素71包括光電二極管81、轉(zhuǎn)移晶體管82、浮置擴(kuò)散83、重置晶體管84、放大晶體管85和選擇晶體管86。

光電二極管81中存儲(chǔ)的電荷經(jīng)由轉(zhuǎn)移晶體管82被轉(zhuǎn)移至浮置擴(kuò)散83。浮置擴(kuò)散83連接至放大晶體管85的柵極。當(dāng)像素71是讀取目標(biāo)時(shí)，選擇晶體管86被設(shè)置為導(dǎo)通，并且放大晶體管85作為源極跟隨器被驅(qū)動(dòng)；從而，與轉(zhuǎn)移至浮置擴(kuò)散83的電荷的量對(duì)應(yīng)的信號(hào)被讀取至作為像素71的像素信號(hào)的垂直信號(hào)線VSL。轉(zhuǎn)移至浮置擴(kuò)散83的電荷通過被設(shè)為導(dǎo)通的重置晶體管84進(jìn)行重置。

(橫截面配置)

圖13是示出了上述像素71的構(gòu)造的實(shí)例的橫截面圖。圖13的A示出了從以矩陣構(gòu)造進(jìn)行二維布置的像素71切除的2×2像素的一部分的立體圖，并且圖13的B示出了從像素71切除的相鄰兩個(gè)像素的一部分的橫截面圖。

如圖13所示，在像素71中，接收并且光電轉(zhuǎn)換入射光的光電轉(zhuǎn)換單元101被形成在未示出的半導(dǎo)體襯底上。用于防止像素之間色彩混合的遮光壁102被形成在光電轉(zhuǎn)換單元101中與相鄰像素71的邊界處，并且用于防止像素之間色彩混合的遮光構(gòu)件103被形成在光電轉(zhuǎn)換單元101上與相鄰像素71的邊界處。

根據(jù)每個(gè)像素71具有光譜特性的光濾波器104被形成在光電轉(zhuǎn)換單元101上，并且顯微透鏡105被形成在光濾波器104上。

在圖13中，上述實(shí)施方式的孔陣列濾波器被設(shè)置為光濾波器104。

具體地，如圖13的B所示，光濾波器104包括其中多個(gè)開口112被周期性地布置的金屬薄膜濾波器111、覆蓋金屬薄膜濾波器111的表面并且被形成以覆蓋或填充開口112的內(nèi)部的介質(zhì)層113、以及具有的折射率低于介質(zhì)層113的折射率并且至少被形成在金屬薄膜濾波器111的入射表面?zhèn)壬系慕橘|(zhì)層114。

圖13中示出的金屬薄膜濾波器111、開口112以及介質(zhì)層113和114分別與例如參考圖4描述的金屬薄膜濾波器21、開口22以及介質(zhì)層23和24相對(duì)應(yīng)，并且省略其說明。

孔陣列濾波器基本上不在比旨在以等離子體模式傳輸?shù)碾姶挪ǖ牟ㄩL范圍更長的波長側(cè)上傳輸成分；因此，通過使用孔陣列濾波器作為傳輸紫外光和可見光的波長范圍的固態(tài)成像裝置的濾色器，可以切掉比可見光的波長范圍更長的波長側(cè)上的紅外光。因此，沒有必要提供紅外截止濾光器，并且降低制造成本成為可能。

此外，通過本技術(shù)應(yīng)用的孔陣列濾波器，可以選擇性抑制常規(guī)孔陣列濾波器具有的傳輸特性中的多個(gè)峰值的光子模式中的專門峰值；因此，通過使用本技術(shù)的孔陣列濾波器作為固態(tài)成像裝置的濾色器，為每個(gè)像素可以獲取期望彩色成分的專門像素信號(hào)；因此，在恢復(fù)RGB圖像或多彩色圖像時(shí)的計(jì)算在像素信號(hào)上執(zhí)行信號(hào)處理的信號(hào)處理電路中被簡化，并且可以抑制出現(xiàn)色彩混合和假彩色，并且因此可以抑制圖像質(zhì)量的退化。

<電子設(shè)備的構(gòu)造的實(shí)例>

接下來，參考圖14描述本技術(shù)應(yīng)用的電子設(shè)備的構(gòu)造的實(shí)例。

圖14中示出的電子設(shè)備200包括光學(xué)透鏡201、固態(tài)成像裝置202、驅(qū)動(dòng)電路203和信號(hào)處理電路204。在圖14中，示出了在包括上述實(shí)施方式的光濾波器的固態(tài)成像裝置51被提供為電子設(shè)備(例如，數(shù)碼相機(jī))中的固態(tài)成像裝置202的情況下的構(gòu)造。

光學(xué)透鏡201使來自目標(biāo)的圖像光(入射光)在固態(tài)成像裝置202的成像面上形成圖像。從而，信號(hào)電荷在某個(gè)周期被存儲(chǔ)在固態(tài)成像裝置202中。

驅(qū)動(dòng)電路203供應(yīng)控制固態(tài)成像裝置202的信號(hào)轉(zhuǎn)移操作的驅(qū)動(dòng)信號(hào)?；趶尿?qū)動(dòng)電路203供應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(定時(shí)信號(hào))，固態(tài)成像裝置202執(zhí)行信號(hào)轉(zhuǎn)移。信號(hào)處理電路204在從固態(tài)成像裝置202輸出的信號(hào)上執(zhí)行各種信號(hào)處理。已經(jīng)經(jīng)受信號(hào)處理的視頻信號(hào)被存儲(chǔ)在諸如存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)介質(zhì)中，或者被輸出至監(jiān)控器。

在本技術(shù)的實(shí)施方式的電子設(shè)備200中，在固態(tài)成像裝置202中，恢復(fù)RGB圖像或多彩色圖像時(shí)的計(jì)算被簡化，并且可以抑制出現(xiàn)色彩混合和假彩色，可以抑制圖像質(zhì)量的退化，并且因此可以較高速度獲取高圖像質(zhì)量的圖像。

本技術(shù)的實(shí)施方式不限于上述實(shí)施方式，并且在不背離本技術(shù)的精神的情況下，可進(jìn)行各種變化。

此外，還可以如下配置本技術(shù)。

(1)一種光濾波器，包括：

金屬薄膜濾波器，其中多個(gè)開口被周期性地布置；

第一介質(zhì)層，覆蓋金屬薄膜濾波器的表面并且形成以覆蓋或填充金屬薄膜濾波器的開口的內(nèi)部；以及

第二介質(zhì)層，具有的折射率低于第一介質(zhì)層的折射率并且至少被形成在金屬薄膜濾波器的入射表面?zhèn)壬希?/p>

其中，金屬薄膜濾波器的開口直徑小于要傳輸?shù)碾姶挪ǖ牡诙橘|(zhì)層中的波長，并且

第一介質(zhì)層的厚度基本上等于或者比電磁波的第二介質(zhì)層中的波長薄。

(2)根據(jù)項(xiàng)(1)的光濾波器，

其中，形成第一介質(zhì)層的材料的復(fù)折射率的實(shí)數(shù)部分大于形成第二介質(zhì)層的材料的復(fù)折射率的實(shí)數(shù)部分。

(3)根據(jù)項(xiàng)(1)或項(xiàng)(2)的光濾波器，

其中，第二介質(zhì)層還形成在金屬薄膜濾波器的發(fā)射表面?zhèn)壬稀?/p>

(4)根據(jù)項(xiàng)(1)至項(xiàng)(3)中任一項(xiàng)的光濾波器，

其中，金屬薄膜濾波器的開口之間的間隔被設(shè)置為基本上等于電磁波的波長的距離。

(5)根據(jù)項(xiàng)(4)的光濾波器，

其中，當(dāng)電磁波的波長由λ表示并且第一介質(zhì)層的復(fù)折射率的實(shí)數(shù)部分由N表示時(shí)，金屬薄膜濾波器的開口之間的間隔被設(shè)為0.5λ/N至2.0λ/N的距離。

(6)根據(jù)項(xiàng)(1)的光濾波器，

其中，金屬薄膜濾波器由鋁、銀、金、銅和鎢制成，或者由包含它們中的任一個(gè)的合金制成。

(7)根據(jù)項(xiàng)(1)的光濾波器，

其中，金屬薄膜濾波器的厚度被設(shè)置在50nm至300nm之間。

(8)根據(jù)項(xiàng)(1)的光濾波器，

其中，第一介質(zhì)層由氮化硅、氧化鉿、氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯和氧化鉭、或者包含它們中的任一個(gè)的材料制成。

(9)根據(jù)項(xiàng)(1)的光濾波器，

其中，第二介質(zhì)層由包含氧化硅和氟化鎂中的任一個(gè)的材料制成。

(10)根據(jù)項(xiàng)(1)至項(xiàng)(9)中任一項(xiàng)的光濾波器，

其中，金屬薄膜濾波器的開口的形狀是圓形、正方形、或者水平比例與垂直比例為1:1的十字形或直角U形。

(11)根據(jù)項(xiàng)(1)至項(xiàng)(9)中任一項(xiàng)的光濾波器，

其中，金屬薄膜濾波器的開口的形狀是橢圓形、矩形形狀、或者水平比例與垂直比例不是1:1的十字形或直角U形。

(12)根據(jù)項(xiàng)(1)至項(xiàng)(11)中任一項(xiàng)的光濾波器，

其中，金屬薄膜濾波器的開口以方陣列布置。

(13)根據(jù)項(xiàng)(1)至項(xiàng)(11)中任一項(xiàng)的光濾波器，

其中，金屬薄膜濾波器的開口以三角形陣列布置。

(14)根據(jù)項(xiàng)(1)至項(xiàng)(9)中任一項(xiàng)的光濾波器，

其中，金屬薄膜濾波器的開口各自形成為狹縫，并且在狹縫的短邊方向上對(duì)齊。

(15)一種固態(tài)成像裝置，包括：

光濾波器，包括

金屬薄膜濾波器，其中多個(gè)開口被周期性地布置，

第一介質(zhì)層，覆蓋金屬薄膜濾波器的表面并且形成以覆蓋或填充金屬薄膜濾波器的開口的內(nèi)部；以及

第二介質(zhì)層，具有的折射率低于第一介質(zhì)層的折射率并且至少被形成在金屬薄膜濾波器的入射表面?zhèn)壬希?/p>

其中，金屬薄膜濾波器的開口直徑小于要傳輸?shù)碾姶挪ǖ牡诙橘|(zhì)層中的波長，并且

第一介質(zhì)層的厚度基本上等于或者比電磁波的第二介質(zhì)層中的波長薄。

(16)一種電子設(shè)備，包括：

固態(tài)成像裝置，包括：

光濾波器，包括

金屬薄膜濾波器，其中多個(gè)開口被周期性地布置，

第一介質(zhì)層，覆蓋金屬薄膜濾波器的表面并且形成以覆蓋或填充金屬薄膜濾波器的開口的內(nèi)部，以及

第二介質(zhì)層，具有的折射率低于第一介質(zhì)層的折射率并且至少被形成在金屬薄膜濾波器的入射表面?zhèn)壬希?/p>

其中，金屬薄膜濾波器的開口直徑小于要傳輸?shù)碾姶挪ǖ牡诙橘|(zhì)層中的波長，并且

第一介質(zhì)層的厚度基本上等于或者比電磁波的第二介質(zhì)層中的波長薄。

參考符號(hào)列表

11 孔陣列濾波器

21 金屬薄膜濾波器

22 開口

23、24 介質(zhì)層

31 開口

51 固態(tài)成像裝置

71 像素

104 光濾波器

200 電子設(shè)備

202 固態(tài)成像裝置