專利名稱：二維固體攝像器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及二維固體攝像器件，更具體而言，涉及檢測由入射電磁波激發(fā)的表面 等離子體激元共振(surface ρlasmon polariton resonance)產(chǎn)生的近場光的二維固體攝 像器件。
背景技術(shù)：
諸如數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)或便攜式攝像機(jī)(具有一體成型的被稱作攝像機(jī)的攝影部 和記錄部的照相機(jī)_錄像機(jī)的簡稱)等二維固體攝像器件日益增加，在這些二維固體攝像 器件中，物體由包括二維固體攝像元件的光電轉(zhuǎn)換元件攝影而形成圖像。對于作為固體攝 像元件的主流的電荷耦合器件(Charge Coupled Device, (XD)攝像元件或互補(bǔ)金屬氧化 物半導(dǎo)體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)攝像元件的像素尺寸，隨 著小型化的發(fā)展，一個(gè)像素的物理尺寸大約為可見光波長的兩倍。在光電轉(zhuǎn)換元件中，如果 入射電磁波到光電轉(zhuǎn)換元件的入射面積減小，即，如果光電轉(zhuǎn)換元件相對于入射電磁波的 開口面積減小，則光電轉(zhuǎn)換元件的整體靈敏度下降。有人提出了各種方法，例如，利用片上 透鏡改善聚光效率(例如，參考JP-A-9-148549)，通過共用晶體管來確保開口面積(例如， 參考 Takahashi Hidekazu, The Journal of the Institute of ImageInformation and Television Engineers, Vol. 60，No. 3，p. 295-298，2006)，或者通過使用背面照射結(jié)構(gòu)減少 波導(dǎo)中的光學(xué)損失(參考日本專利No. 4124190)。但是，根據(jù)這些方法，不能根本解決“當(dāng) 光電轉(zhuǎn)換元件相對于入射電磁波的有效開口面積較小時(shí)，各像素中的光電轉(zhuǎn)換元件的靈敏 度下降”這樣的問題。另一方面，當(dāng)光照射到具有特定周期性圖形的金屬表面上時(shí)，由于與該周期性圖 形對應(yīng)的頻率分量的電磁波，導(dǎo)致在金屬表面產(chǎn)生共振模式[表面等離子體激元(surface plasmon polariton, SPP)]，并且由于等離子體共振而產(chǎn)生與通常光相比強(qiáng)IO2 IO3倍 的電場(近場光)(例如，參照 L. Salomon 等，Physical Review Letters, Vol. 86，No. 6， p. 1110-1113，2001，以及 Masuo Fukui 禾口 Motoichi Ohtsu (Ohmsha)所著的"Fundamentals ofOptical Technologies”， ISBN 4-274-19713-1)。近場光為非傳播光，該近場光是由當(dāng)電磁波(光)照射到物質(zhì)上時(shí)，在與該電磁波 波長相比距物質(zhì)表面僅是很小的距離的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的閉合電力線引起的。在距物質(zhì)的距離 等于或大于入射電磁波波長的區(qū)域內(nèi)，近場光以指數(shù)衰減，因而可能不會被觀測到。因此， 只有當(dāng)光電轉(zhuǎn)換元件被布置為靠近表面等離子體激元被激發(fā)的區(qū)域時(shí)，才能將近場光作為 電信號檢測出。近場光具有對小于由入射電磁波波長唯一確定的衍射極限的結(jié)構(gòu)的靈敏度，并且能夠被聚集到小于衍射極限的一點(diǎn)上。之后，在近場光發(fā)生點(diǎn)附近，電場強(qiáng)度比較 大，并且在距近場光發(fā)生點(diǎn)大約IOnm的區(qū)域中，電場強(qiáng)度比傳播光強(qiáng)2 3位數(shù)。因而，即 使當(dāng)光電轉(zhuǎn)換元件相對于入射電磁波的開口面積較小時(shí)，電場強(qiáng)度也會增強(qiáng)。因此，如果光 電轉(zhuǎn)換元件靠近發(fā)生點(diǎn)，則可以根本解決背景技術(shù)中的“當(dāng)光電轉(zhuǎn)換元件的有效開口面積 較小時(shí)，各像素中的光電轉(zhuǎn)換元件的靈敏度下降”這樣的問題。例如，JP-A-2008-233049中披露了使用近場光的光檢測元件。根據(jù) JP-A-2008-233049中公開的技術(shù)，微小共振器301被形成在由硅制成的基板302上，在二 者之間夾有厚度為5nm的由SiO2制成的絕緣膜303。微小共振器301和絕緣膜303包括具 有不等邊三角形的平面形狀的納米點(diǎn)。入射到微小共振器301上的光引起局部表面等離子 體共振，因此在金屬納米點(diǎn)的三個(gè)頂點(diǎn)處出現(xiàn)電場的增強(qiáng)，進(jìn)而產(chǎn)生強(qiáng)近場光。光電二極管 區(qū)304被形成在靠近金屬納米點(diǎn)的頂點(diǎn)附近，并且獨(dú)立地接收靠近三個(gè)頂點(diǎn)的光強(qiáng)度。光 電二極管區(qū)304將電場強(qiáng)度作為電荷輸出，該電荷被累積后由放大晶體管305放大，并由行 選擇晶體管306按位置信息輸出。根據(jù)JP-A-2008-233049中說明的技術(shù)，基于被稱為不等邊三角形納米點(diǎn)的結(jié)構(gòu) 獲取紅、綠、藍(lán)的三原色的顏色信息，但由多種共振波長混合的顏色信息集中在一點(diǎn)。即，在 不等邊三角形的頂點(diǎn)A處的光強(qiáng)中，混合有頂點(diǎn)A處的紅光光強(qiáng)、頂點(diǎn)A處的綠光光強(qiáng)以及 頂點(diǎn)A處的藍(lán)光光強(qiáng)。因此，顏色信息可能不能被充分再現(xiàn)。另外，沒有用于檢測特定偏振 分量的技術(shù)的記載。此外，沒有用于實(shí)現(xiàn)二維固體攝像元件的具體的二維像素布置的記載。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種二維固體攝像器件，該二維固體攝像器件能夠檢測由 入射電磁波激發(fā)的表面等離子體激元共振引起的近場光，并能夠可靠地再現(xiàn)顏色信息。本 發(fā)明的目的還在于提供一種二維固體攝像器件，該二維固體攝像器件具有能夠進(jìn)一步檢測 特定偏振分量的配置或結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例針對包括以二維矩陣狀布置的像素區(qū)的二維固體攝像器件。 各像素區(qū)包括多個(gè)亞像素區(qū)。金屬層和光電轉(zhuǎn)換元件被設(shè)置成在它們之間夾有絕緣膜，所 述金屬層具有開口尺寸小于入射電磁波波長的開口部。在設(shè)置于各所述亞像素區(qū)中的所述 金屬層的一部分處的所述開口部中布置有至少一個(gè)所述光電轉(zhuǎn)換元件。開口部的投影圖像 被包含在光電轉(zhuǎn)換元件的光接收區(qū)內(nèi)。所述開口部被排列成使基于由所述入射電磁波激發(fā) 的表面等離子體激元的共振狀態(tài)產(chǎn)生。在所述共振狀態(tài)下在所述開口部附近產(chǎn)生的近場光 由所述光電轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電信號。為了簡便起見，該二維固體攝像器件被稱為“本發(fā)明第 一實(shí)施例的二維固體攝像器件”。本發(fā)明的另一實(shí)施例針對本發(fā)明第一實(shí)施例的二維固體攝像器件，其中，在設(shè)置 于所述金屬層的一部分處的一個(gè)所述開口部中布置有多個(gè)所述光電轉(zhuǎn)換元件。所述開口部 的邊緣的投影圖像被包含在多個(gè)所述光電轉(zhuǎn)換元件的光接收區(qū)內(nèi)，而所述開口部的投影圖 像未被包含在所述光電轉(zhuǎn)換元件的光接收區(qū)內(nèi)。在基于所述入射電磁波的波長和周期性的 開口部的分布圖形的共振狀態(tài)下在所述開口部附近產(chǎn)生的近場光，由多個(gè)所述光電轉(zhuǎn)換元 件轉(zhuǎn)換成電信號，以便獲取與所述入射電磁波的偏振有關(guān)的信息。為了簡便起見，該二維固 體攝像器件被稱為“本發(fā)明第二實(shí)施例的二維固體攝像器件”。
利用本發(fā)明實(shí)施例的二維固體攝像器件，基于由入射電磁波激發(fā)的表面等離子體 激元產(chǎn)生共振狀態(tài)，并且在共振狀態(tài)下在開口部附近(具體地，開口部邊緣附近)產(chǎn)生的近 場光由光電轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電信號。因此，可以實(shí)現(xiàn)具有高靈敏度和微小開口尺寸的二維 固體攝像器件。此外，各像素區(qū)包括多個(gè)亞像素區(qū)，并且開口部被設(shè)置在各亞像素區(qū)中的金 屬層的一部分處。也就是說，相鄰的開口部形成一種微小共振器，并且，開口部之間的距離 得到優(yōu)化，因此，可以在相應(yīng)亞像素區(qū)中檢測與不同波長分量對應(yīng)的近場光，并且可以可靠 地再現(xiàn)顏色信息。與例如濾色片等背景技術(shù)的顏色分離系統(tǒng)不同，在本發(fā)明中通過金屬層 本身的結(jié)構(gòu)檢測顏色信息，因而由諸如紫外線或高能量射線等入射電磁波導(dǎo)致的特性劣化 較輕，并能夠穩(wěn)定地獲取顏色信息。此外，多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件被設(shè)置在一個(gè)開口部中，因而 能夠檢測特定偏振分量。在入射光在硅基板中被光電轉(zhuǎn)換的背景技術(shù)的固體攝像元件中，入射電磁波在 與波長對應(yīng)的基板的深度位置處被光電轉(zhuǎn)換。即，在可見光波長段中，藍(lán)光(波長大約為 400nm)在硅基板大約0. 2 μ m深度處被光電轉(zhuǎn)換，紅光(波長大約為700nm)在硅基板大約 2 μ m深度處被光電轉(zhuǎn)換。因此，在對可見光波長段具有靈敏度的固體攝像元件中，基板應(yīng)該 具有至少幾Pm的厚度。另一方面，在檢測近場光的本發(fā)明的二維固體攝像器件中，由于近 場光基于設(shè)置在金屬層中的開口部之間的距離被激發(fā)并被檢測，所以，光電轉(zhuǎn)換元件的厚 度與檢測波長之間沒有關(guān)系。由于近場光僅到達(dá)深度約為入射電磁波波長的區(qū)域，因此光 電轉(zhuǎn)換元件的厚度可以足夠小，具體地，可以小至大約1 μ m。在硅基板被用作基底的背景技術(shù)的固體攝像元件中，能帶間隙為1. leV，因而波長 大于1. Iym的紅外線可能不能被檢測到。另一方面，在通過表面等離子體激元共振產(chǎn)生 近場光并對近場光進(jìn)行檢測的本發(fā)明實(shí)施例的二維固體攝像器件中，基于設(shè)置在金屬層中 的開口部之間的距離產(chǎn)生與入射波長對應(yīng)的近場光，因而能夠通過調(diào)整開口部之間的距離 來檢測任意電磁波的波長。即，能夠通過硅基板被用作基底的光電轉(zhuǎn)換元件檢測波長大于 1. Iym的紅外線。與背景技術(shù)的二維固體攝像器件相比，能夠減小光電轉(zhuǎn)換元件的開口面積，因而 能夠在保持光電轉(zhuǎn)換元件整體面積不變的同時(shí)，顯著增加每單位面積的像素?cái)?shù)。此外，由于 光電轉(zhuǎn)換元件的開口面積較小，所以可以在光電轉(zhuǎn)換元件與光電轉(zhuǎn)換元件之間設(shè)置用于各 像素區(qū)的存儲單元等元件。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)光電轉(zhuǎn)換元件的多功能化。此外，還能夠?qū)崿F(xiàn)信 號布線等的設(shè)計(jì)自由度的增加。


圖IA和圖IB是示出了示例1的二維固體攝像器件示意性局部截面圖。圖2是示意性示出了示例1的二維固體攝像器件中的像素區(qū)和亞像素區(qū)的布置的 圖。圖3A是沿圖2中的箭頭的示例1的二維固體攝像器件的像素區(qū)和亞像素區(qū)的示 意性局部端面圖，圖3B是關(guān)于示例1的二維固體攝像器件中的像素區(qū)和亞像素區(qū)的布置的 概念圖，圖3C是示例1的二維固體攝像器件中的一個(gè)亞像素區(qū)的等效電路圖，圖3D是沿圖 5中的箭頭的示例1的二維固體攝像器件的變形例中的像素區(qū)和亞像素區(qū)的示意性局部端 面圖。
圖4A 圖4D是示出了沿平行于金屬層的厚度方向的虛擬平面的開口部的截面形 狀的示意性局部端面圖。圖5是示意性示出了示例1的二維固體攝像器件變形例中的像素區(qū)和亞像素區(qū)的 布置的圖。圖6是示意性示出了示例2的二維固體攝像器件中的像素區(qū)和亞像素區(qū)的布置的 圖。圖7是示意性示出了示例3的二維固體攝像器件中的像素區(qū)和亞像素區(qū)的布置的 圖。圖8是示意性示出了示例5的二維固體攝像器件中的像素區(qū)和亞像素區(qū)的布置的 圖。圖9是示意性示出了示例6的二維固體攝像器件中的像素區(qū)和亞像素區(qū)的布置的 圖。圖10是示意性示出了示例6的二維固體攝像器件變形例中的像素區(qū)和亞像素區(qū) 的布置的圖。圖IlA和圖IlB是示意性示出了示例7的二維固體攝像器件中的像素區(qū)和亞像素 區(qū)的布置的圖，圖IlC是沿圖IlB的箭頭的示例7的二維固體攝像器件中的像素區(qū)和亞像 素區(qū)的示意性局部端面圖。圖12是示例7的二維固體攝像器件中的一個(gè)亞像素區(qū)的等效電路圖。圖13是示出了示例7的二維固體攝像器件中的開口部的平面形狀變形例的圖。圖14是示意性示出了示例7的二維固體攝像器件另一變形例中的像素區(qū)和亞像 素區(qū)的布置的圖。圖15是示意性示出了示例5的二維固體攝像器件變形例中的像素區(qū)和亞像素區(qū) 的布置的圖。圖16A是作為將PIN二極管用作光電轉(zhuǎn)換元件的二維固體攝像器件的概念圖的示 意性局部截面圖，圖16B和圖16C是局部布置圖(從上方觀察開口部時(shí)的示意圖)。圖17A 圖17D是作為將埋入型光電二極管用作光電轉(zhuǎn)換元件的二維固體攝像器 件的概念圖的示意性局部截面圖。圖18A是作為將具有水平PN結(jié)的光電二極管用作光電轉(zhuǎn)換元件的二維固體攝像 器件的概念圖的示意性局部截面圖，圖18B和圖18C是作為將閾值調(diào)制型圖像傳感器(CMD) 用作光電轉(zhuǎn)換元件的二維固體攝像器件的概念圖的示意性局部截面圖。
具體實(shí)施例方式在下文中，將參照附圖對本發(fā)明的示例加以說明，但本發(fā)明不限于這些示例。示例 中的各種數(shù)值或材料用于舉例。按照以下的順序進(jìn)行說明。1.本發(fā)明第一實(shí)施例和第二實(shí)施例的二維固體攝像器件的概述
2.示例1 (本發(fā)明第一實(shí)施例的二維固體攝像器件，第一結(jié)構(gòu))
3.示例2 (示例1的變形例)
4.示例3 (示例1的另一變形例)
5.示例4 (示例1的再一變形例)
6.示例5 (示例1的變形例，第二結(jié)構(gòu))
7.示例6 (示例5的變形例)8.示例7 (本發(fā)明第二實(shí)施例的二維固體攝像器件，其他)本發(fā)明第一實(shí)施例和第二實(shí)施例的二維固體攝像器件的概沭在本發(fā)明第二實(shí)施例的二維固體攝像器件中，多個(gè)(Ptl個(gè))光電轉(zhuǎn)換元件被配置 在一個(gè)開口部中，從而能夠獲取與Ptl種入射電磁波的偏振有關(guān)的信息。另外，個(gè)光電轉(zhuǎn) 換元件按圓環(huán)狀被配置在一個(gè)開口部中，第P個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件(其中，ρ為1、2、…、Ptl)和 第(Ρ+Ρο)個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件配對，獲取與入射電磁波的偏振有關(guān)的信息，從而能夠更可靠地 獲取與Ptl種入射電磁波的偏振有關(guān)的信息。Ptl的值可以為2、3或4。在包括上述優(yōu)選實(shí)施例的本發(fā)明第一實(shí)施例或第二實(shí)施例的二維固體攝像器件 中，絕緣膜的厚度可以等于或小于lX10-7m(100nm)。優(yōu)選地，絕緣膜的厚度盡可能地小。當(dāng) 使用二氧化硅膜時(shí)，從金屬層和光電轉(zhuǎn)換元件之間的絕緣強(qiáng)度方面出發(fā)，絕緣膜的厚度可 以等于或大于5X 10-9m(5nm)。從減小絕緣膜之間的漏電流的角度出發(fā)，適合采用例如氧化 鉿(HfO2)、氧化鋯(&02)、氧化鋁(Al2O3)、氧化釔(Y2O3)、氧化鑭(La2O)或HfSiON等所謂的 High-k(高介電常數(shù))材料。在包括上述優(yōu)選實(shí)施例的本發(fā)明第一實(shí)施例或第二實(shí)施例的二維固體攝像器件 中，各像素區(qū)可以包括第1亞像素區(qū)以及與第1亞像素區(qū)相鄰的M個(gè)亞像素區(qū)，各亞像素區(qū) 可以具有一個(gè)開口部，并且當(dāng)?shù)?亞像素區(qū)的開口部中心與第m亞像素區(qū)[其中，m為2、 3、…、(M+1)]的開口部中心的距離為Lm時(shí)，與取決于入射電磁波的波長分量和距離Lm的 波長分量對應(yīng)的近場光可以由光電轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電信號。為了簡便起見，將上述二維固 體攝像器件稱為“第一結(jié)構(gòu)的二維固體攝像器件”。在第一結(jié)構(gòu)的二維固體攝像器件中，與取決于入射電磁波的q種(其中，q為等于 或大于2并等于或小于M的自然數(shù))波長分量以及q'種(其中，q'為等于或大于2并等 于或小于M的自然數(shù))距離Lm的波長分量對應(yīng)的近場光，可以由至少第m亞像素區(qū)中的光 電轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電信號?？商鎿Q地，在包括這樣的結(jié)構(gòu)的第一結(jié)構(gòu)的二維固體攝像器件 中，M的值可以為3，并且一個(gè)像素區(qū)中的四個(gè)亞像素區(qū)各自的開口部的中心可以位于虛擬 正方形、虛擬矩形或虛擬平行四邊形的頂點(diǎn)。具體地，當(dāng)一個(gè)像素區(qū)中的四個(gè)亞像素區(qū)各自的開口部的中心位于虛擬正方形的 頂點(diǎn)時(shí)，與由根據(jù)入射電磁波的q種(其中，q = 2或3)波長分量以及兩種距離Lm(具體 地，例如，m = 2和4，并且m = 3)激發(fā)的表面等離子體激元共振引起的q種波長分量對應(yīng) 的近場光，可以由第1亞像素區(qū)及第m亞像素區(qū)中的光電轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電信號。在這種 情況下，Ptl的值可以為3，從而最多可以獲取四種與入射電磁波的偏振有關(guān)的信息。具體地， 假設(shè)為虛擬正方形ABCD時(shí)，在各像素區(qū)中，一對光電轉(zhuǎn)換元件可以被配置為平行于邊AB， 一對光電轉(zhuǎn)換元件可以被配置為平行于與于邊AB正交的邊AD。根據(jù)場合需要，一對光電轉(zhuǎn) 換元件可以被配置為平行于線段AC，一對光電轉(zhuǎn)換元件可以被配置為平行于線段BD。當(dāng)Ptl 的值為1時(shí)，可以無差別地獲取任一偏振分量。在這種情況下，一個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件可以被設(shè) 置在形成虛擬正方形AB⑶的開口部中?？商鎿Q地，當(dāng)一個(gè)像素區(qū)中的四個(gè)亞像素區(qū)各自的開口部的中心位于虛擬矩形的 頂點(diǎn)時(shí)，與由根據(jù)入射電磁波的三種波長分量以及三種距離Lm(m = 2，m = 3，并且m = 4)激發(fā)的表面等離子體激元共振引起的三種波長分量對應(yīng)的近場光，可以由第1亞像素區(qū)和 第m亞像素區(qū)中的光電轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電信號。在這種情況下，Ptl的值可以為3，從而最多 可以獲取四種與入射電磁波的偏振有關(guān)的信息。具體地，假設(shè)為虛擬矩形ABCD時(shí)，在各像 素區(qū)中，一對光電轉(zhuǎn)換元件可以被配置為平行于邊AB，一對光電轉(zhuǎn)換元件可以被配置為平 行于與邊AB相交的邊AD，余下的一對光電轉(zhuǎn)換元件可以被配置為平行于線段AC。根據(jù)場 合需要，一對光電轉(zhuǎn)換元件可以被配置平行于線段BD。當(dāng)Ptl的值為1時(shí)，可以無差別地獲 取任一偏振分量。在這種情況下，一個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件可以被設(shè)置在形成虛擬矩形ABCD的開 口部中?？商鎿Q地，當(dāng)一個(gè)像素區(qū)中的四個(gè)亞像素區(qū)各自的開口部的中心位于虛擬平行四 邊形的頂點(diǎn)時(shí)，與由根據(jù)入射電磁波的q種(其中，q = 3或4)波長分量以及q種距離Lm 激發(fā)的表面等離子體激元共振引起的q種波長分量對應(yīng)的近場光，可以由第1亞像素區(qū)和 第m亞像素區(qū)中的光電轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電信號。在這種情況下，Ptl的值可以為q，從而可以 獲取q種與入射電磁波的偏振有關(guān)的信息。具體地，假設(shè)為虛擬平行四邊形AB⑶時(shí)，在各像 素區(qū)中，一對光電轉(zhuǎn)換元件可以被配置為平行于邊AB，一對光電轉(zhuǎn)換元件可以被配置為平 行于與邊AB相交的邊AD，余下的一對光電轉(zhuǎn)換元件可以被配置為平行于線段AC(當(dāng)q = 3 時(shí))。根據(jù)場合需要，一對光電轉(zhuǎn)換元件還可以被配置為平行于線段BD(當(dāng)q = 4時(shí))。當(dāng) P0的值為1時(shí)，可以無差別地獲取任一偏振分量。在這種情況下，一個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件可以被 設(shè)置在形成虛擬平行四邊形AB⑶的開口部中。可替換地，在包含上述優(yōu)選實(shí)施例的本發(fā)明的第一實(shí)施例或第二實(shí)施例的二維固 體攝像器件中，各像素區(qū)可以包括第1亞像素區(qū)以及包圍第1亞像素區(qū)的N個(gè)亞像素區(qū)，各 亞像素區(qū)可以具有一個(gè)開口部，并且當(dāng)?shù)?亞像素區(qū)的開口部的中心與第η亞像素區(qū)[其 中，η為2、3、…、(Ν+1)]的開口部的中心的距離為1^時(shí)，與取決于入射電磁波的波長分量 和距離Ln的波長分量對應(yīng)的近場光可以由光電轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電信號。為了便于說明，將 上述二維固體攝像器件稱為“第二結(jié)構(gòu)的二維固體攝像器件”。在第二結(jié)構(gòu)的二維固體攝像器件中，與取決于入射電磁波的q種(其中，q為等于 或大于1并等于或小于N的自然數(shù))波長分量以及q'種(其中，q'為等于或大于1并等 于或小于N的自然數(shù))距離Ln的波長分量對應(yīng)的近場光，可以由至少第η亞像素區(qū)中的光 電轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電信號?？商鎿Q地，在包括這樣的結(jié)構(gòu)的第二結(jié)構(gòu)的二維固體攝像器件 中，N的值可以為6，一個(gè)像素區(qū)中的包圍第1亞像素區(qū)的N個(gè)亞像素區(qū)各自的開口部的中 心可以位于虛擬正六邊形的頂點(diǎn)，并且第1亞像素區(qū)的開口部的中心可以位于虛擬正六邊 形的中心。可替換地，在包含上述結(jié)構(gòu)的第二結(jié)構(gòu)的二維固體攝像器件中，N的值可以為8， 一個(gè)像素區(qū)中的四個(gè)相鄰亞像素區(qū)各自的開口部的中心可以位于虛擬正方形、虛擬矩形或 虛擬平行四邊形的頂點(diǎn)，或者位于虛擬正八邊形的頂點(diǎn)。具體地，當(dāng)N的值為6，并且一個(gè)像素區(qū)中的包圍第1亞像素區(qū)的N個(gè)亞像素區(qū)各 自的開口部的中心位于虛擬正六邊形的頂點(diǎn)，第1亞像素區(qū)的開口部的中心位于虛擬正六 邊形的中心時(shí)，與由根據(jù)入射電磁波的一種以上或N種以下的波長分量以及一種距離1^激 發(fā)的表面等離子體激元共振引起的一種以上或N種以下的波長分量對應(yīng)的近場光，可以由 第1亞像素區(qū)和第η亞像素區(qū)中的光電轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電信號。在這種情況下，P0的值可 以為3，從而可以獲取三種與入射電磁波的偏振有關(guān)的信息。具體地，假設(shè)為虛擬正六邊形AB⑶EF時(shí)，在各像素區(qū)中，一對光電轉(zhuǎn)換元件可以被配置為平行于邊AD，一對光電轉(zhuǎn)換元 件可以被配置為平行于邊BE，余下的一對光電轉(zhuǎn)換元件可以被配置為平行于邊CF。當(dāng)Ptl的 值為1時(shí)，可以無差別地獲取任一偏振分量。在這種情況下，一個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件可以被設(shè)置 在形成虛擬正六邊形AB⑶EF的開口部中?？商鎿Q地，當(dāng)N的值為8，并且一個(gè)像素區(qū)中的四個(gè)相鄰亞像素區(qū)各自的開口部的 中心位于虛擬正方形的頂點(diǎn)時(shí)，與由根據(jù)入射電磁波的兩種以上或N種以下的波長分量以 及兩種距離Lm (具體地，η = 2、4、6和8，并且η = 3、5、7和9)激發(fā)的表面等離子體激元共 振引起的兩種以上或N種以下的波長分量對應(yīng)的近場光，可以由第1亞像素區(qū)和第η亞像 素區(qū)中的光電轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電信號。在這種情況下，Ptl的值可以為4，從而可以獲取四種 與入射電磁波的偏振有關(guān)的信息。具體地，假設(shè)為虛擬正方形ABCD、虛擬正方形ADEF、虛擬 正方形AFGH以及虛擬正方形AHIB時(shí)，在各像素區(qū)中，一對光電轉(zhuǎn)換元件可以被配置為平行 于邊AB和AF，一對光電轉(zhuǎn)換元件可以被配置為平行于與邊AB和AF正交的邊AD和ΑΗ，一 對光電轉(zhuǎn)換元件可以被配置為平行于線段AC和AG，余下的一對光電轉(zhuǎn)換元件可以被配置 為平行于線段AE和Al?？商鎿Q地，當(dāng)N的值為8，并且一個(gè)像素區(qū)中的四個(gè)相鄰亞像素區(qū)各自的開口部的 中心位于虛擬矩形的頂點(diǎn)時(shí)，與由根據(jù)入射電磁波的三種以上或N種以下的波長分量以及 三種距離Lm激發(fā)的表面等離子體激元共振引起的三種以上或N種以下的波長分量對應(yīng)的 近場光，可以由第1亞像素區(qū)和第η亞像素區(qū)中的光電轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電信號。在這種情 況下，Ptl的值可以為4，從而可以獲取四種與入射電磁波的偏振有關(guān)的信息。具體地，假設(shè) 為虛擬矩形AB⑶、虛擬矩形ADEF、虛擬矩形AFGH和虛擬矩形AHIB時(shí)，在各像素區(qū)中，一對 光電轉(zhuǎn)換元件可以被配置為平行于邊AB和AF，一對光電轉(zhuǎn)換元件可以被配置為平行于與 邊AB和AF正交的邊AD和ΑΗ，一對光電轉(zhuǎn)換元件可以被配置為平行于線段AC和AG，余下 的一對光電轉(zhuǎn)換元件可以被配置為平行于線段AE和Al?？商鎿Q地，當(dāng)N的值為8，并且一個(gè)像素區(qū)中的四個(gè)相鄰亞像素區(qū)各自的開口部的 中心位于虛擬平行四邊形的頂點(diǎn)時(shí)，與由根據(jù)入射電磁波的三種以上或N種以下的波長分 量以及q'種(其中，q' =3或4)距離Lm激發(fā)的表面等離子體激元共振引起的三種以上 或N種以下的波長分量對應(yīng)的近場光，可以由第1亞像素區(qū)和第η亞像素區(qū)中的光電轉(zhuǎn)換 元件轉(zhuǎn)換成電信號。在這種情況下，Ptl的值可以為q'，從而可以獲取q'種與入射電磁波 的偏振有關(guān)的信息。具體地，當(dāng)為虛擬平行四邊形ABCD、虛擬平行四邊形ADEF、虛擬平行四 邊形AFGH以及虛擬平行四邊形AHIB時(shí)，在各像素區(qū)中，一對光電轉(zhuǎn)換元件可以被配置為平 行于邊AB和AF，一對光電轉(zhuǎn)換元件可以被配置為平行于與邊AB和AF相交的邊AD和AH， 一對光電轉(zhuǎn)換元件可以被配置為平行于線段AC和AG(當(dāng)q = 3時(shí))。根據(jù)需要，余下的一 對光電轉(zhuǎn)換元件可以被配置為平行于線段AE和AI (當(dāng)q = 4時(shí))。在包括各種優(yōu)選實(shí)施例、配置、第一結(jié)構(gòu)的二維固體攝像器件和第二結(jié)構(gòu)的二維 固體攝像器件的本發(fā)明的二維固體攝像器件中，可以在開口部的光入射側(cè)設(shè)置折射率可變 層。作為用于折射率可變層的材料，可以適當(dāng)?shù)夭捎脤θ肷涔馔该鞯慕^緣材料，具體地為 二氧化硅(SiO2)或主要含有二氧化硅的復(fù)合材料。此外，可以采用諸如氟化鎂(MgF2)、氮 化硅(SiN)、氧化鈦(TiO2)、氧化鉭(Ta2O5)、氧化鋯(&02)、氧化鈮(Nb2O5)或氧化鉿(HfO2) 等氧化物或氮化物?？商鎿Q地，折射率可變層可以具有小于入射電磁波的波長的不平坦的周期性結(jié)構(gòu)。在這種情況下，可以采用二氧化硅(SiO2)、氟化鎂(MgF2)或空氣作為低折射 率介質(zhì)，并且可以采用氮化硅(SiN)、氧化鈦(TiO2)、氧化鉭(Ta2O5)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鈮 (Nb2O5)或氧化鉿(HfO2)作為高折射率介質(zhì)。這些介質(zhì)以一維或二維且物理尺度明顯小于 入射電磁波的方式周期性布置，因此，有效折射率成為將兩種介質(zhì)的折射率平均后得到的 值。即，可以得到作為低折射率介質(zhì)與高折射率介質(zhì)之間的中間折射率的任意折射率。在包括各種優(yōu)選實(shí)施例、配置、第一結(jié)構(gòu)的二維固體攝像器件和第二結(jié)構(gòu)的二維 固體攝像器件的二維固體攝像器件(以下，統(tǒng)稱為“本發(fā)明的二維固體攝像器件等”)中，光 電轉(zhuǎn)換元件可以為CCD、CM0S或電荷調(diào)制器件(Charge Modulation Device, CMD)信號放大 型圖像傳感器，或者PIN 二極管。此外，可以采用諸如輻射熱檢測器(bolometer)等熱檢測 傳感器。在背景技術(shù)的CCD信號放大型圖像傳感器中，較長波長(紅光約700nm)的光電 轉(zhuǎn)換發(fā)生在硅基板的較深部分處或大約2 μ m的深度處。由于這個(gè)原因，在以硅的光吸收系 數(shù)作為基數(shù)的深度方向上進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的背景技術(shù)的圖像傳感器中，在技術(shù)上不可能使硅 基板的厚度等于或小于幾ym。在本發(fā)明的二維固體攝像器件中，對開口部邊緣(邊緣部) 處產(chǎn)生的近場光進(jìn)行檢測并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，從而即使當(dāng)硅基板比較薄時(shí)，也沒有問題。具體 地，光電轉(zhuǎn)換元件被形成在硅基板中，從而可以在距硅基板的表面等于或小于1 μ m的深度 處進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。此外，可以使用采用低溫多晶硅的TFT。作為本發(fā)明的二維固體攝像器件 等，例如可以是前面照射型二維固體攝像器件或背面照射型二維固體攝像器件。本發(fā)明的 二維固體攝像器件等可以構(gòu)成數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)或便攜式攝像機(jī)。此外，還可以構(gòu)成光學(xué)通 信系統(tǒng)、信息通信系統(tǒng)或用于車輛之間通信或道路與車輛之間通信的光學(xué)信息發(fā)射/接收 系統(tǒng)。根據(jù)場合需要，為了有效地檢測近場光，光電轉(zhuǎn)換元件的光接收區(qū)的中央部可以 為凸起狀，從而可以減小光電轉(zhuǎn)換元件的光接收區(qū)的頂面與金屬層之間的距離或者光電轉(zhuǎn) 換元件的光接收區(qū)的頂面與開口部邊緣(邊緣部)之間的距離。此外，為了有效地檢測在 開口部邊緣(邊緣部)處產(chǎn)生的近場光，可以將光電轉(zhuǎn)換元件的光接收區(qū)的中心設(shè)置在開 口部邊緣(邊緣部)的下方或正下方。在本發(fā)明的二維固體攝像器件等中，多個(gè)像素區(qū)作為整體按照X方向和Y方向的 二維矩陣排列。在本發(fā)明的二維固體攝像器件等中，入射電磁波可以為波長在0. 4 μ m 0. 7 μ m 范圍內(nèi)的可見光、波長等于或小于0. 4 μ m的紫外線或者波長等于或大于0. 7 μ m的紅外線。開口部的開口尺寸d優(yōu)選小于作為檢測對象的入射電磁波的波長。對于可見光波 長段的檢測，開口部的開口尺寸d優(yōu)選在0. 1 μ m 0. 3 μ m范圍內(nèi)?？商鎿Q地，開口部的 開口尺寸d優(yōu)選等于或小于由光電轉(zhuǎn)換元件檢測的電磁波波長的衍射極限處的光斑擴(kuò)散 (spot spread)的一半。相鄰亞像素區(qū)的開口部的中心之間的距離D可以與作為檢測對象 的電磁波的波長相同。關(guān)于可見光波長段的檢測，距離D優(yōu)選大致在0. 4 μ m 0. 8 μ m的 范圍內(nèi)。開口部可以填充有諸如二氧化硅膜或氮化硅膜等對入射電磁波透明的介質(zhì)(例 如，由介電材料制成的折射率可變層)。在這種情況下，滿足以下的條件可能就足夠了，即， 當(dāng)介質(zhì)折射率為Iitl時(shí)，開口部的中心之間的距離D可以為當(dāng)開口部沒有填充介質(zhì)時(shí)的距離 D的例如(IAitl)倍。例如，就可見光波長而言，紅光、綠光和藍(lán)光的波長X10Xt^n λ B可以 大致如下。
λ E :600nm 800nmλ G :500nm 600nmλΒ :380nm 500nm因此，當(dāng)介質(zhì)折射率為1. 5時(shí)，開口部的中心之間的距離(檢測紅光的亞像素區(qū)中 的開口部的中心之間的距離Dk、檢測綠光的亞像素區(qū)中的開口部的中心之間的距離De、檢 測藍(lán)光的亞像素區(qū)中的開口部的中心之間的距離Db)例如可以如下。De :400nm 530nmDg :330nm 400nmDb :250nm 330nm因此，“開口部的中心之間的距離D”也包括考慮介質(zhì)折射率的所謂的有效距離。 在這種情況下，介質(zhì)的具體介電常數(shù)優(yōu)選等于或接近構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換元件的材料的具體介電常數(shù)。開口部的投影圖像是從光電轉(zhuǎn)換元件的法線方向看去的投影圖像。開口部的平面 形狀可以為任意平面形狀，例如，圓形、三角形、矩形、六邊形、八邊形、菱形、橢圓形、星形或 十字形。只要開口部具有能夠在可見光波長至近紅外線波長的波長段中激發(fā)表面等離子體 激元(SPP)的周期性結(jié)構(gòu)，開口部的平面形狀就沒有特別限定。沿與金屬層的厚度方向平 行的虛擬平面的開口部的截面形狀可以為矩形(金屬層的上表面處的開口部的平面形狀 與金屬層的下表面處的開口部的平面形狀相同)，截面積從金屬層上表面向下表面以臺階 式減小的臺階狀截面形狀(臺階數(shù)可以等于或大于1)，或者截面積從金屬層上表面向下表 面單調(diào)減小的斜坡狀截面形狀。假設(shè)電磁波從金屬層上表面入射。臺階狀或斜坡狀的截面 形狀可以確保在金屬層的不同深度處的開口尺寸不同，因此，基于表面等離子體激元產(chǎn)生 的共振狀態(tài)中的共振波長段能夠被加寬。用于金屬層的材料的示例包括具有低等離子體損耗的諸如銀(Ag)、金(Au)和鉬 (Pt)等貴金屬以及諸如鋁(Al)、銅(Cu)和氧化鈦等導(dǎo)電材料?？商鎿Q地，可以通過用導(dǎo) 電材料涂敷硅基材料的表面形成金屬層，或者可以通過用導(dǎo)電材料覆蓋諸如納米棒或納米 線等線形材料、諸如納米顆粒等球形顆粒或介電微球體形成金屬層。金屬層的厚度可以為 1 X 1 (T8HI(IOnm) 1 X l(T6m(l μ m)，具體地，大約為 50nm。絕緣膜優(yōu)選由具有優(yōu)異絕緣性能并適于減小厚度的材料制成，例如，二氧化硅膜、 氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧化鉿、氧化鋯、氧化鋁、氧化釔、氧化鑭或HfSiON。優(yōu)選地，絕緣膜 的厚度盡可能地小。具體地，如上所述，絕緣膜的厚度優(yōu)選等于或小于IX 10_7m。對于金屬層中的開口部的制造方法，可以采用形成金屬層的技術(shù)和通過光刻 法和蝕刻法(例如，采用四氟化碳(carbon tetrafluoride)氣體、六氟化硫(sulfur hexafluoride)氣體、三氟甲燒(trifluoromethane)氣體或二氟化氣(xenon difluoride) 氣體的各向異性干式蝕刻法，或者物理蝕刻法)在金屬層上形成圖形的技術(shù)的組合，或 者采用所謂的剝離(lift-off)技術(shù)。對于形成金屬層的方法，可以采用各種真空沉積 法或諸如濺射法等物理氣相沉積法(physical vapor exposition，PVD)、化學(xué)氣相沉 積法(chemical vapord印osition，CVD)、電鍍法(plating)、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法 (metal-organic chemical vapour deposition, MOCVD)法或者(分子束夕卜延(molecular beam印itaxy，MBE)法。至于光刻技術(shù)，可以采用照相平版印刷術(shù)(利用高壓水銀燈的g線、i線、KrF準(zhǔn)分子激光器或ArF準(zhǔn)分子激光器作為光源的光刻技術(shù))、電子束光刻或X射 線光刻。可替換地，具有開口部的金屬層可以通過利用諸如飛秒級等極短脈沖激光器的微 制造或納米壓印(nanoimprint)形成。示例 1示例1涉及本發(fā)明第一實(shí)施例的二維固體攝像器件以及第一結(jié)構(gòu)的二維固體攝 像器件。在示例1或下面將說明的示例2 7中，二維固體攝像器件具有作為整體按照X 方向和Y方向的二維矩陣排列的多個(gè)像素區(qū)。圖IA和圖IB是示出了示例1或下面將說明的示例2 7的二維固體攝像器件的 示意性局部截面圖。圖2示意性示出了示例1的二維固體攝像器件中的像素區(qū)和亞像素區(qū) 的布置。圖3A是沿圖2中的箭頭的像素區(qū)和亞像素區(qū)的示意性局部端面圖。圖3B是關(guān)于 像素區(qū)和亞像素區(qū)的布置的概念圖。圖3C是一個(gè)亞像素區(qū)的等效電路圖。在圖3C中，光 電轉(zhuǎn)換元件(光接收元件)由虛線包圍。在其他的附圖中，光電轉(zhuǎn)換元件(光接收元件) 由實(shí)線矩形表示。在示例1的二維固體攝像器件中，像素區(qū)被布置成二維矩陣狀，并且各像素區(qū)包 括多個(gè)亞像素區(qū)10。在附圖中，像素區(qū)由單點(diǎn)劃線包圍，亞像素區(qū)10由虛線包圍。金屬層 30和光電轉(zhuǎn)換元件(光接收元件)21被設(shè)置成在它們之間夾有絕緣膜32，金屬層30具有 開口尺寸小于入射電磁波波長的開口部31，并且在設(shè)置于各亞像素區(qū)10中的金屬層30的 一部分處的開口部31中布置有至少一個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件21。在示例1或下面將說明的示例 2 6中，在開口部31中設(shè)置有一個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件21。開口部31的投影圖像被包含在光 電轉(zhuǎn)換元件21的光接收區(qū)內(nèi)，并且開口部31被排列成使基于由入射電磁波激發(fā)的表面等 離子體激元的共振狀態(tài)產(chǎn)生。該共振狀態(tài)使在開口部31附近產(chǎn)生的近場光通過光電轉(zhuǎn)換 元件21轉(zhuǎn)換成電信號。也就是說，開口部31被設(shè)置成使基于入射電磁波的表面等離子體 激元共振產(chǎn)生，并且該表面等離子體激元共振使在開口部31附近產(chǎn)生的近場光通過光電 轉(zhuǎn)換元件21轉(zhuǎn)換成電信號。具體地，當(dāng)近場光在在開口部邊緣附近產(chǎn)生時(shí)，開口部31的投 影圖像被包含在光電轉(zhuǎn)換元件21的光接收區(qū)內(nèi)，即，光電轉(zhuǎn)換元件21的光接收區(qū)必定存在 于開口部邊緣下方，因此，近場光能夠可靠地由光電轉(zhuǎn)換元件21檢測到。在示例1的二維固體攝像器件中，各像素區(qū)包括第1亞像素區(qū)以及與第1亞像素 區(qū)相鄰的M個(gè)亞像素區(qū)，并且各亞像素區(qū)10具有一個(gè)開口部31。當(dāng)?shù)?亞像素區(qū)IO1的開 口部31的中心與第m亞像素區(qū)IOm[其中，m為2、3、…、(M+1)]的開口部31的中心的距 離為Lm時(shí)，與取決于入射電磁波的波長分量和距離Lm的周期性結(jié)構(gòu)的波長分量對應(yīng)的近場 光，由光電轉(zhuǎn)換元件21轉(zhuǎn)換成電信號。即，彼此相鄰布置的開口部31與開口部31形成一 種微小共振器。具體地，在示例1中，與取決于入射電磁波的q種(其中，q為等于或大于2并等于 或小于M的自然數(shù))波長分量和q'種(其中，q'為等于或大于2并等于或小于M的自然 數(shù))距離Lm的波長分量對應(yīng)的近場光，由至少第m亞像素區(qū)IOm中的光電轉(zhuǎn)換元件21轉(zhuǎn)換 成電信號。在示例1中，M的值為3，并且在一個(gè)像素區(qū)中，四個(gè)亞像素區(qū)各自的開口部31 的中心位于虛擬正方形的頂點(diǎn)。具體地，如圖3B的概念圖所示，一個(gè)像素區(qū)中的四個(gè)亞像素區(qū)各自的開口部31的 中心位于虛擬正方形的頂點(diǎn)，并且與由根據(jù)入射電磁波的兩種波長分量及兩種距離Lm的周期性結(jié)構(gòu)(具體地，m = 2和4，并且m = 3)激發(fā)的表面等離子體激元共振引起的兩種波長 分量對應(yīng)的近場光，由第1亞像素區(qū)IO1和第m亞像素區(qū)IOm中的光電轉(zhuǎn)換元件21轉(zhuǎn)換成 電信號。S卩，第1亞像素區(qū)IO1的開口部31的中心與第2亞像素區(qū)IO2的開口部31的中 心之間的距離L2以及第1亞像素區(qū)IO1的開口部31的中心與第4亞像素區(qū)IO4的開口部 31的中心之間的距離L4，限定相鄰的亞像素區(qū)中的開口部的中心之間的第一距離D1，并進(jìn) 一步限定入射電磁波的第一波長分量。之后，與由根據(jù)第一距離D1和入射電磁波的第一波 長分量激發(fā)的表面等離子體激元共振引起的第一波長分量對應(yīng)的近場光，由第1亞像素區(qū) ^、第2亞像素區(qū)IO2以及第4亞像素區(qū)IO4中的光電轉(zhuǎn)換元件21轉(zhuǎn)換成電信號。另外，第 1亞像素區(qū)IO1的開口部31的中心與第3亞像素區(qū)IO3的開口部31的中心之間的距離L3, 限定相鄰亞像素區(qū)的開口部的中心之間的第二距離D2 (興D1),并進(jìn)一步限定入射電磁波的 第二波長分量。之后，與由根據(jù)第二距離D2和入射電磁波的第二波長分量激發(fā)的表面等離 子體激元共振引起的第二波長分量對應(yīng)的近場光，由第1亞像素區(qū)IO1和第3亞像素區(qū)IO3 中的光電轉(zhuǎn)換元件21轉(zhuǎn)換成電信號。與第一波長分量對應(yīng)的近場光以及與第二波長分量對應(yīng)的近場光由各個(gè)亞像素 區(qū)中的光電轉(zhuǎn)換元件21轉(zhuǎn)換成電信號。將在示例7中對基于與第一波長分量對應(yīng)的近場 光的電信號與基于與第二波長分量對應(yīng)的近場光的電信號之間的分離進(jìn)行說明。同樣適用于當(dāng)?shù)?亞像素區(qū)被看作第1亞像素區(qū)IO1時(shí)，第3亞像素區(qū)被看作第1 亞像素區(qū)IO1時(shí)，以及第4亞像素區(qū)被看作第1亞像素區(qū)IO1時(shí)。同樣適用于下面的說明。在示例1或下面將說明的示例2 7中，絕緣膜32的厚度等于或小于1 X 10_7m，具 體地為lOnm。絕緣膜32由二氧化硅制成。金屬層30由厚度為50nm的金(Au)形成。開口 部31的平面形狀為圓形。絕緣膜32、金屬層30以及開口部31的形狀不限于此。在示例1 或下面將說明的示例2 7中，入射電磁波可以為波長在0.4μπι 0. 7μπι范圍內(nèi)的可見 光、波長等于或小于0. 4 μ m的紫外線或波長等于或大于0. 7 μ m的紅外線。在示例1或下面將說明的示例2 7中，光電轉(zhuǎn)換元件21為CMOS信號放大型圖像 傳感器，但本發(fā)明不限于此。也可以采用CXD或CMD信號放大型圖像傳感器，或者PIN 二極 管。在示例1或下面將說明的示例2 7的二維固體攝像器件中，由光電轉(zhuǎn)換元件21檢測 到(接收到)的電磁波例如為可見光。當(dāng)采用CMOS信號放大型圖像傳感器時(shí)，對于元件分 離，可以采用諸如LOCOS結(jié)構(gòu)、用于隔離的擴(kuò)展光電二極管(Expanding Photodiode Design for Isolation,EDI)結(jié)構(gòu)或淺溝槽隔離(Shallow Trench Isolation, STI)結(jié)構(gòu)等已知結(jié) 構(gòu)。圖IA所示的二維固體攝像器件是前面照射型的二維固體攝像器件，圖IB所示的 二維固體攝像器件是背面照射型的二維固體攝像器件。在圖IA所示的前面照射型的二維 固體攝像器件中，利用具有片上微凸透鏡的聚光元件24聚集的光通過由諸如二氧化硅或 氮化硅等透明材料制成的平坦化層22。之后，光撞擊金屬層30，從而在設(shè)置于金屬層30中 的開口部31的附近產(chǎn)生近場光，并且該近場光被引導(dǎo)至光電轉(zhuǎn)換元件21。金屬層30也起 到所謂的遮光層的作用。之后，近場光通過光電轉(zhuǎn)換被作為電荷累積，并作為電信號被讀取 到外部。附圖標(biāo)記11表示例如硅基板等基板，附圖標(biāo)記23表示由鋁(Al)形成的布線層。 光電轉(zhuǎn)換元件21形成在基板11中。設(shè)置在金屬層30中的開口部31實(shí)際上被平坦化層22填充。此外，在圖IB所示的背面照射型的二維固體攝像器件中，利用聚光元件24聚集的光 通過基板11。之后，光撞擊金屬層30，從而在設(shè)置于金屬層30中的開口部31的附近產(chǎn)生近 場光，并且近場光被弓I導(dǎo)至光電轉(zhuǎn)換元件21。之后，近場光通過光電轉(zhuǎn)換被作為電荷累積， 并作為電信號被讀取到外部。開口部31被對入射電磁波透明的介質(zhì)33所填充。除了片上 微凸透鏡之外，聚光元件還可以是亞波長透鏡(sub-wavelength lens :SWLL)，該亞波長透 鏡具有物理尺寸小于入射到光電轉(zhuǎn)換元件21的電磁波(可見光)的波長的周期性結(jié)構(gòu)。圖3A示出了沿平行于金屬層30的厚度方向的虛擬平面的開口部31的截面形狀。 可替換地，如圖4A所示，開口部31的截面形狀為矩形(金屬層30的上表面處的開口部31 的平面形狀與金屬層30的下表面處的開口部31的平面形狀相同)。此外，如圖4B和圖4C 中示意性圖示所示，開口部31可以具有截面積從金屬層30的上表面向下表面以臺階式減 小的臺階狀截面形狀(臺階數(shù)可以等于或大于1)，或者如圖4D中示意性圖示所示，開口部 31可以具有截面積從金屬層30的上表面向下表面單調(diào)減小的斜坡狀截面形狀。圖5示意性示出了像素區(qū)和亞像素區(qū)的布置。圖3D是沿圖5中的箭頭的像素區(qū) 和亞像素區(qū)的示意性局部端面圖。如圖3D所示，開口部31的開口尺寸在亞像素區(qū)之間不 同。除了在絕緣膜32上形成具有開口部31的金屬層30外，示例1的二維固體攝像器 件基本上可以通過與背景技術(shù)的二維固體攝像器件的制造方法相同的方法制成。金屬層30 的微制造可以通過利用半導(dǎo)體器件的制造技術(shù)容易地實(shí)現(xiàn)。例如，將省略對示例1的二維 固體攝像器件的制造方法的說明。對下面將說明的示例2 7的二維固體攝像器件也是一樣。在示例1的二維固體攝像器件中，基于由入射電磁波激發(fā)的表面等離子體激元產(chǎn) 生共振狀態(tài)(表面等離子體激元共振的產(chǎn)生)，并且在共振狀態(tài)下在開口部31附近產(chǎn)生的 近場光(由表面等離子體激元共振產(chǎn)生的近場光)由光電轉(zhuǎn)換元件21轉(zhuǎn)換成電信號。因 此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有高靈敏度和微小開口尺寸的二維固體攝像器件。此外，各像素區(qū)包括多個(gè) 亞像素區(qū)10，并且在各亞像素區(qū)10中，開口部31被設(shè)置在金屬層30的一部分中。因此，開 口部之間的距離得到優(yōu)化，從而與不同波長分量對應(yīng)的近場光可以在相應(yīng)亞像素區(qū)10中 被檢測到，并且顏色信息可以可靠地再現(xiàn)。此外，在示例1的二維固體攝像器件中，近場光 基于設(shè)置在金屬層30中的開口部之間的距離被激發(fā)并被檢測，因此，光電轉(zhuǎn)換元件21的厚 度與檢測波長之間沒有關(guān)系。由于近場光僅到達(dá)電磁波波長程度的區(qū)域，因而光電轉(zhuǎn)換元 件21的厚度可以足夠小。此外，由于開口部31的開口尺寸小于入射電磁波的波長，因而與 背景技術(shù)的二維固體攝像器件相比，可以減小光電轉(zhuǎn)換元件21的開口面積。因此，可以在 保持光電轉(zhuǎn)換元件整體面積不變的情況下，顯著增加每單位面積的像素?cái)?shù)。示例 2示例2為示例1的變形例。在示例1中，一個(gè)像素區(qū)中的四個(gè)亞像素區(qū)各自的開 口部31的中心位于虛擬正方形的頂點(diǎn)。此外，在示例2中，M的值為3，一個(gè)像素區(qū)中的四 個(gè)亞像素區(qū)各自的開口部31的中心位于虛擬矩形的頂點(diǎn)。具體地，如圖6中示意性圖示所示的像素區(qū)和亞像素區(qū)的布置，一個(gè)像素區(qū)中的 四個(gè)亞像素區(qū)各自的開口部31的中心位于虛擬矩形的頂點(diǎn)，并且與由根據(jù)入射電磁波的 三種波長分量和三種距離Lm (具體地，m = 2，m = 3，并且m = 4)激發(fā)的表面等離子體激元共振引起的三種波長分量對應(yīng)的近場光，由第1亞像素區(qū)IO1和第m亞像素區(qū)IOm中的光電 轉(zhuǎn)換元件21轉(zhuǎn)換成電信號。即，第1亞像素區(qū)IO1的開口部31的中心與第2亞像素區(qū)IO2的開口部31的中心 之間的距離L2,限定相鄰的亞像素區(qū)的開口部的中心之間的第一距離D1,并且進(jìn)一步限定 入射電磁波的第一波長分量。之后，與由根據(jù)第一距離D1和入射電磁波的第一波長分量激 發(fā)的表面等離子體激元共振引起的第一波長分量對應(yīng)的近場光，由第1亞像素區(qū)IO1和第2 亞像素區(qū)IO2中的光電轉(zhuǎn)換元件21轉(zhuǎn)換成電信號。另外，第1亞像素區(qū)IO1的開口部31的 中心與第3亞像素區(qū)IO3的開口部31的中心之間的距離L3,限定相鄰的亞像素區(qū)的開口部 的中心之間的第二距離D2 (興D1)，并且進(jìn)一步限定入射電磁波的第二波長分量。之后，與由 根據(jù)第二距離D2和入射電磁波的第二波長分量激發(fā)的表面等離子體激元共振引起的第二 波長分量對應(yīng)的近場光，由第1亞像素區(qū)IO1和第3亞像素區(qū)IO3中的光電轉(zhuǎn)換元件21轉(zhuǎn) 換成電信號。此外，第1亞像素區(qū)IO1的開口部31的中心與第4亞像素區(qū)IO4的開口部31 的中心之間的距離L4,限定相鄰的亞像素區(qū)的開口部的中心之間的第三距離D3(興D1并且 Φ D2)，并且進(jìn)一步限定入射電磁波的第三波長分量。之后，與由根據(jù)第三距離D3和入射電 磁波的第三波長分量激發(fā)的表面等離子體激元共振引起的第三波長分量對應(yīng)的近場光，由 第1亞像素區(qū)IO1和第4亞像素區(qū)IO4中的光電轉(zhuǎn)換元件21轉(zhuǎn)換成電信號。同樣適用于當(dāng)?shù)?亞像素區(qū)被看作第1亞像素區(qū)IO1時(shí)，第3亞像素區(qū)被看作第1 亞像素區(qū)IO1時(shí)，以及第4亞像素區(qū)被看作第1亞像素區(qū)IO1時(shí)。除上述幾點(diǎn)外，示例2的二維固體攝像器件的配置和結(jié)構(gòu)可以與示例1的二維固 體攝像器件的配置和結(jié)構(gòu)相同，故不再重復(fù)其具體的說明。示例 3示例3也是示例1的變形例。在示例3中，M的值為3，一個(gè)像素區(qū)中的四個(gè)亞像 素區(qū)各自的開口部31的中心位于虛擬平行四邊形的頂點(diǎn)。具體地，如關(guān)于像素區(qū)和亞像素區(qū)的布置的圖7中的示意性圖示所示，一個(gè)像素 區(qū)中的四個(gè)亞像素區(qū)各自的開口部31的中心位于虛擬平行四邊形的頂點(diǎn)，并且與由根據(jù) 入射電磁波的三種波長分量和三種距離Lm (具體地，m = 2，m = 3，并且m = 4)激發(fā)的表面 等離子體激元共振引起的三種波長分量對應(yīng)的近場光，由第1亞像素區(qū)^^和第！!!亞像素區(qū) IOm中的光電轉(zhuǎn)換元件21轉(zhuǎn)換成電信號。該示例與示例2中一個(gè)像素區(qū)中的四個(gè)亞像素區(qū) 各自的開口部31的中心位于虛擬矩形的頂點(diǎn)的情況相同?？商鎿Q地，相鄰的亞像素區(qū)的開口部的中心之間的距離被進(jìn)一步優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn) 下述實(shí)施例。即，與由根據(jù)入射電磁波的四種波長分量和四種距離Lm(具體地，m= 2，m = 3，并且m = 4)激發(fā)的表面等離子體激元共振引起的四種波長分量對應(yīng)的近場光，由第1亞 像素區(qū)IO1和第m亞像素區(qū)IOm中的光電轉(zhuǎn)換元件21轉(zhuǎn)換成電信號。具體地，第1亞像素區(qū)IO1的開口部31的中心與第2亞像素區(qū)IO2的開口部31的 中心之間的距離L2，限定相鄰的亞像素區(qū)的開口部的中心之間的第一距離D1，并且進(jìn)一步 限定入射電磁波的第一波長分量。之后，與由根據(jù)第一距離D1和入射電磁波的第一波長分 量激發(fā)的表面等離子體激元共振引起的第一波長分量對應(yīng)的近場光，由第1亞像素區(qū)IO1 和第2亞像素區(qū)IO2中的光電轉(zhuǎn)換元件21轉(zhuǎn)換成電信號。另外，第1亞像素區(qū)IO1的開口 部31的中心與第3亞像素區(qū)IO3的開口部31的中心之間的距離L3,限定相鄰的亞像素區(qū)的開口部的中心之間的第二距離D2 (興D1)，并且進(jìn)一步限定入射電磁波的第二波長分量。之 后，與由根據(jù)第二距離D2和入射電磁波的第二波長分量激發(fā)的表面等離子體激元共振引起 的第二波長分量對應(yīng)的近場光，由第1亞像素區(qū)IO1和第3亞像素區(qū)IO3中的光電轉(zhuǎn)換元件 21轉(zhuǎn)換成電信號。此外，第1亞像素區(qū)IO1的開口部31的中心與第4亞像素區(qū)IO4的開口部 31的中心之間的距離L4,限定相鄰的亞像素區(qū)的開口部的中心之間的第三距離D3(興D1并 且興D2)，并且進(jìn)一步限定入射電磁波的第三波長分量。之后，與由根據(jù)第三距離D3和入射 電磁波的第三波長分量激發(fā)的表面等離子體激元共振引起的第三波長分量對應(yīng)的近場光， 由第1亞像素區(qū)IO1和第4亞像素區(qū)IO4中的光電轉(zhuǎn)換元件21轉(zhuǎn)換成電信號。此外，第2亞 像素區(qū)IO2的開口部31的中心與第4亞像素區(qū)IO4的開口部31的中心之間的距離L2_4(見 圖7)，限定相鄰的亞像素區(qū)的開口部的中心之間的第四距離D4 (興D1，興D2,并且興D3),并 且進(jìn)一步限定入射電磁波的第四波長分量。之后，與由根據(jù)第四距離D4和入射電磁波的第 四波長分量激發(fā)的表面等離子體激元共振引起的第四波長分量對應(yīng)的近場光，由第2亞像 素區(qū)IO2和第4亞像素區(qū)IO4中的光電轉(zhuǎn)換元件21轉(zhuǎn)換成電信號。在這種情況下，P0的值 可以為3，因而與由距離L2、L3和L4限定的距離D2、D3和D4所激發(fā)的近場光對應(yīng)的波長分 量，由對應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電信號。此外，Ptl的值可以為1，從而光電轉(zhuǎn)換元件在混 合狀態(tài)下，檢測由各開口部間距離與對應(yīng)的電磁波波長之間的共振狀態(tài)引起的近場光。同樣適用于當(dāng)?shù)?亞像素區(qū)被看作第1亞像素區(qū)IO1時(shí)以及第4亞像素區(qū)被看作 第2亞像素區(qū)IO2時(shí)。除上述幾點(diǎn)外，示例3的二維固體攝像器件的配置和結(jié)構(gòu)可以與示例1的二維固 體攝像器件的配置和結(jié)構(gòu)相同，故不再重復(fù)其具體的說明。示例 4示例4也是示例1的變形例。在示例4中，M的值為3，一個(gè)像素區(qū)中的四個(gè)亞像 素區(qū)各自的開口部31的中心位于不規(guī)則四邊形的頂點(diǎn)。術(shù)語“不規(guī)則四邊形”是指在四邊 形AB⑶中，AB、AC、AD、BC、⑶以及BD的長度不同。將在下面說明此種情況下的近場光的 檢測。即，第1亞像素區(qū)IO1的開口部31的中心與第2亞像素區(qū)IO2的開口部31的中心 之間的距離L2,限定相鄰的亞像素區(qū)的開口部的中心之間的第一距離D1,并且進(jìn)一步限定 入射電磁波的第一波長分量。之后，與由根據(jù)第一距離D1和入射電磁波的第一波長分量激 發(fā)的表面等離子體激元共振引起的第一波長分量對應(yīng)的近場光，由第2亞像素區(qū)IO2中的 光電轉(zhuǎn)換元件21轉(zhuǎn)換成電信號。第1亞像素區(qū)IO1的開口部31的中心與第3亞像素區(qū)IO3的開口部31的中心之 間的距離L3,限定相鄰的亞像素區(qū)的開口部的中心之間的第二距離D2( Φ D1)，并且進(jìn)一步 限定入射電磁波的第二波長分量。之后，與由根據(jù)第二距離D2和入射電磁波的第二波長分 量激發(fā)的表面等離子體激元共振引起的第二波長分量對應(yīng)的近場光，由第3亞像素區(qū)IO3 中的光電轉(zhuǎn)換元件21轉(zhuǎn)換成電信號。此外，第1亞像素區(qū)IO1的開口部31的中心與第4亞像素區(qū)IO4的開口部31的中 心之間的距離L4,限定相鄰的亞像素區(qū)的開口部的中心之間的第三距離D3 (興D1,興D2)，并 且進(jìn)一步限定入射電磁波的第三波長分量。之后，與由根據(jù)第三距離D3和入射電磁波的第 三波長分量激發(fā)的表面等離子體激元共振引起的第三波長分量對應(yīng)的近場光，由第4亞像素區(qū)IO4中的光電轉(zhuǎn)換元件21轉(zhuǎn)換成電信號。除上述幾點(diǎn)外，示例4的二維固體攝像器件的配置和結(jié)構(gòu)可以與示例1的二維固 體攝像器件的配置和結(jié)構(gòu)相同，故不再重復(fù)其具體的說明。示例 5示例5是示例1的變形例，并與第二結(jié)構(gòu)有關(guān)。圖8示意性示出了示例5的二維 固體攝像器件中的像素區(qū)和亞像素區(qū)的布置。在示例5或下面將說明的示例6 7的二維固體攝像器件中，各像素區(qū)包括第1 亞像素區(qū)IO1以及包圍第1亞像素區(qū)IO1的N個(gè)亞像素區(qū)，各亞像素區(qū)具有一個(gè)開口部31， 并且當(dāng)?shù)?亞像素區(qū)的開口部31的中心與第η亞像素區(qū)[其中，η為2、3、…、(Ν+1)]的 開口部31的中心的距離為Ln時(shí)，與取決于入射電磁波的波長分量和距離Ln的波長分量對 應(yīng)的近場光，由光電轉(zhuǎn)換元件21轉(zhuǎn)換成電信號。在示例5或下面將說明的示例6 7的二維固體攝像器件中，與取決于入射電磁 波的q種(其中，q為等于或大于1并等于或小于N的自然數(shù))波長分量和q'種(其中， q'為等于或大于1并等于或小于N的自然數(shù))距離Ln的波長分量對應(yīng)的近場光，由至少 第η亞像素區(qū)中的光電轉(zhuǎn)換元件21轉(zhuǎn)換成電信號。在示例5的二維固體攝像器件中，N的值為6，并且在一個(gè)像素區(qū)中，包圍第1亞像 素區(qū)的N個(gè)亞像素區(qū)各自的開口部31的中心位于虛擬正六邊形的頂點(diǎn)，第1亞像素區(qū)的開 口部31的中心位于虛擬正六邊形的中心。具體地，在示例5中，與由根據(jù)入射電磁波的一種以上或N種以下(例如，一種)的 波長分量和一種距離Lm激發(fā)的表面等離子體激元共振引起的一種以上或N種以下(例如， 一種)的波長分量對應(yīng)的近場光，由第1亞像素區(qū)和第η亞像素區(qū)中的光電轉(zhuǎn)換元件21轉(zhuǎn) 換成電信號。示例5的二維固體攝像器件具有對單一顏色的靈敏度。為了獲得與兩種以上 波長分量對應(yīng)的近場光，填充各個(gè)亞像素區(qū)中的開口部31的介質(zhì)(折射率可變層)可以不 同。同樣適用于下面的說明。S卩，適當(dāng)?shù)馗淖兲畛涞?亞像素區(qū)IO2和第5亞像素區(qū)IO5的開口部31的介質(zhì)、填 充第3亞像素區(qū)IO3和第6亞像素區(qū)IO6的開口部31的介質(zhì)以及填充第4亞像素區(qū)IO4和 第7亞像素區(qū)IO7的開口部31的介質(zhì)。然后，第1亞像素區(qū)IO1的開口部31的中心與第2 亞像素區(qū)IO2和第5亞像素區(qū)IO5的開口部31的中心之間的距離L2,限定相鄰的亞像素區(qū) 的開口部的中心之間的第一距離D1，并且進(jìn)一步限定入射電磁波的第一波長分量。之后，與 由根據(jù)第一距離D1和入射電磁波的第一波長分量激發(fā)的表面等離子體激元共振引起的第 一波長分量對應(yīng)的近場光，由第1亞像素區(qū)^^、第2亞像素區(qū)IO2以及第5亞像素區(qū)IO5中 的光電轉(zhuǎn)換元件21轉(zhuǎn)換成電信號。此外，第1亞像素區(qū)IO1的開口部31的中心與第3亞 像素區(qū)IO3和第6亞像素區(qū)IO6的開口部31的中心之間的距離L3,限定相鄰的亞像素區(qū)的 開口部的中心之間的第二距離D2 (興D1)，并且進(jìn)一步限定入射電磁波的第二波長分量。之 后，與由根據(jù)第二距離D2和入射電磁波的第二波長分量激發(fā)的表面等離子體激元共振引起 的第二波長分量對應(yīng)的近場光，由第1亞像素區(qū)^^、第3亞像素區(qū)IO3以及第6亞像素區(qū) IO6中的光電轉(zhuǎn)換元件21轉(zhuǎn)換成電信號。此外，第1亞像素區(qū)IO1的開口部31的中心與第 4亞像素區(qū)IO4和第7亞像素區(qū)107的開口部31的中心之間的距離L4，限定相鄰的亞像素 區(qū)的開口部的中心之間的第三距離D3 (興D1并且興D2)，并且進(jìn)一步限定入射電磁波的第三
18波長分量。之后，與由根據(jù)第三距離D3和入射電磁波的第三波長分量激發(fā)的表面等離子體 激元共振引起的第三波長分量對應(yīng)的近場光，由第1亞像素區(qū)^^、第4亞像素區(qū)IO4以及 第7亞像素區(qū)IO7中的光電轉(zhuǎn)換元件21轉(zhuǎn)換成電信號。除上述幾點(diǎn)外，示例5的二維固體攝像器件的配置和結(jié)構(gòu)可以與示例1的二維固 體攝像器件的配置和結(jié)構(gòu)相同，故不再重復(fù)其具體的說明。示例 6示例6是示例5的變形例。在示例6中，N的值為8，并且一個(gè)像素區(qū)中的四個(gè)相 鄰亞像素區(qū)各自的開口部31的中心位于虛擬正方形、虛擬矩形或虛擬平行四邊形的頂點(diǎn)。 示例6的二維固體攝像器件中的像素區(qū)和亞像素區(qū)的布置被示意性地示出在圖9(開口的 中心位于虛擬正方形的頂點(diǎn)的示例)或圖10(開口的中心位于虛擬平行四邊形的頂點(diǎn)的示 例)中。具體地，當(dāng)N的值為8，并且一個(gè)像素區(qū)中的四個(gè)相鄰的亞像素區(qū)的各自的開口部 31的中心位于虛擬正方形的頂點(diǎn)時(shí)(圖9的示例)，與由根據(jù)入射電磁波的兩種以上或N 種以下波長分量和兩種距離Lm (具體地，η = 2、4、6和8，并且η = 3、5、7和9)激發(fā)的表面 等離子體激元共振引起的兩種以上或N種以下波長分量對應(yīng)的近場光，可以由第1亞像素 區(qū)和第η亞像素區(qū)中的光電轉(zhuǎn)換元件21轉(zhuǎn)換成電信號。一個(gè)像素區(qū)包括第1亞像素區(qū)川^第2亞像素區(qū)102、第3亞像素區(qū)103、第4亞 像素區(qū)104、第5亞像素區(qū)105、第6亞像素區(qū)106、第7亞像素區(qū)107、第8亞像素區(qū)IO8和第 9亞像素區(qū)109。對于一個(gè)像素區(qū)中的四個(gè)相鄰亞像素區(qū)，第1亞像素區(qū)^^、第2亞像素區(qū) 102、第3亞像素區(qū)IO3和第4亞像素區(qū)IO4為一組。另外，第1亞像素區(qū)^^、第4亞像素區(qū) 104、第5亞像素區(qū)IO5和第6亞像素區(qū)IO6為一組。此外，第1亞像素區(qū)^^、第6亞像素區(qū) 106、第7亞像素區(qū)IO7和第8亞像素區(qū)IO8為一組。另外，第1亞像素區(qū)^^、第8亞像素區(qū) IO8、第9亞像素區(qū)IO9和第2亞像素區(qū)IO2為一組。同樣適于下面的說明。即，第1亞像素區(qū)IO1的開口部31的中心與第2亞像素區(qū)IO2的開口部31的中心 之間的距離L2、第1亞像素區(qū)IO1的開口部31的中心與第4亞像素區(qū)IO4的開口部31的中 心之間的距離L4、第1亞像素區(qū)IO1的開口部31的中心與第6亞像素區(qū)IO6的開口部31的 中心之間的距離L6以及第1亞像素區(qū)IO1的開口部31的中心與第8亞像素區(qū)IO8的開口 部31的中心之間的距離L8,限定相鄰的亞像素區(qū)的開口部的中心之間的第一距離D1，并且 進(jìn)一步限定入射電磁波的第一波長分量。之后，與由根據(jù)第一距離D1和入射電磁波的第一 波長分量激發(fā)的表面等離子體激元共振引起的第一波長分量對應(yīng)的近場光，由第1亞像素 區(qū)^、第2亞像素區(qū)102、第4亞像素區(qū)104、第6亞像素區(qū)IO6以及第8亞像素區(qū)IO8中的 光電轉(zhuǎn)換元件21轉(zhuǎn)換成電信號。此外，第1亞像素區(qū)IO1的開口部31的中心與第3亞像 素區(qū)IO3的開口部31的中心之間的距離L3、第1亞像素區(qū)IO1的開口部31的中心與第5亞 像素區(qū)IO5的開口部31的中心之間的距離L5、第1亞像素區(qū)IO1的開口部31的中心與第7 亞像素區(qū)IO7的開口部31的中心之間的距離L7以及第1亞像素區(qū)IO1的開口部31的中心 與第9亞像素區(qū)IO9的開口部31的中心之間的距離L9,限定相鄰的亞像素區(qū)的開口部的中 心之間的第二距離D2 (興D1),并且進(jìn)一步限定入射電磁波的第二波長分量。之后，與由根 據(jù)第二距離D2和入射電磁波的第二波長分量激發(fā)的表面等離子體激元共振引起的第二波 長分量對應(yīng)的近場光，由第1亞像素區(qū)^^、第3亞像素區(qū)103、第5亞像素區(qū)105、第7亞像素區(qū)IO7以及第9亞像素區(qū)IO9的光電轉(zhuǎn)換元件21轉(zhuǎn)換成電信號?？商鎿Q地，當(dāng)N的值為8，并且一個(gè)像素區(qū)中的四個(gè)相鄰的亞像素區(qū)各自的開口部 31的中心位于虛擬矩形的頂點(diǎn)時(shí)，與由根據(jù)入射電磁波的三種以上或N種以下的波長分量 以及三種距離Lm激發(fā)的表面等離子體激元共振引起的三種以上或N種以下的波長分量對 應(yīng)的近場光，由第1亞像素區(qū)和第η亞像素區(qū)中的光電轉(zhuǎn)換元件21轉(zhuǎn)換成電信號。即，第1亞像素區(qū)IO1的開口部31的中心與第2亞像素區(qū)IO2的開口部31的中 心之間的距離L2以及第1亞像素區(qū)IO1的開口部31的中心與第6亞像素區(qū)IO6的開口部 31的中心之間的距離L6,限定相鄰的亞像素區(qū)的開口部的中心之間的第一距離D1,并且進(jìn) 一步限定入射電磁波的第一波長分量。之后，與由根據(jù)第一距離D1和入射電磁波的第一波 長分量激發(fā)的表面等離子體激元共振引起的第一波長分量對應(yīng)的近場光，由第1亞像素區(qū) ^、第2亞像素區(qū)IO2以及第6亞像素區(qū)IO6中的光電轉(zhuǎn)換元件21轉(zhuǎn)換成電信號。此外， 第1亞像素區(qū)IO1的開口部31的中心與第4亞像素區(qū)IO4的開口部31的中心之間的距離 L4以及第1亞像素區(qū)IO1的開口部31的中心與第8亞像素區(qū)IO8的開口部31的中心之間 的距離L8,限定相鄰的亞像素區(qū)的開口部的中心之間的第二距離D2 (興D1)，并且進(jìn)一步限 定入射電磁波的第二波長分量。之后，與由根據(jù)第二距離D2和入射電磁波的第二波長分量 激發(fā)的表面等離子體激元共振引起的第二波長分量對應(yīng)的近場光，由第1亞像素區(qū)^^、第 4亞像素區(qū)IO4以及第8亞像素區(qū)IO8的光電轉(zhuǎn)換元件21轉(zhuǎn)換成電信號。另外，第1亞像素 區(qū)IO1的開口部31的中心與第3亞像素區(qū)IO3的開口部31的中心之間的距離L3、第1亞像 素區(qū)IO1的開口部31的中心與第5亞像素區(qū)IO5的開口部31的中心之間的距離L5、第1亞 像素區(qū)IO1的開口部31的中心與第7亞像素區(qū)IO7的開口部31的中心之間的距離L7以及 第1亞像素區(qū)IO1的開口部31的中心與第9亞像素區(qū)IO9的開口部31的中心之間的距離 L9,限定相鄰的亞像素區(qū)的開口部的中心之間的第三距離D3(興D1并且興D2)，并且進(jìn)一步 限定入射電磁波的第三波長分量。之后，與由根據(jù)第三距離D3和入射電磁波的第三波長分 量激發(fā)的表面等離子體激元共振引起的第三波長分量對應(yīng)的近場光，由第1亞像素區(qū)1(V 第3亞像素區(qū)103、第5亞像素區(qū)105、第7亞像素區(qū)IO7以及第9亞像素區(qū)IO9的光電轉(zhuǎn)換 元件21轉(zhuǎn)換成電信號?？商鎿Q地，當(dāng)N的值為8，并且一個(gè)像素區(qū)中的四個(gè)相鄰亞像素區(qū)各自的開口部31 的中心位于虛擬平行四邊形的頂點(diǎn)時(shí)(見圖10)，與由根據(jù)入射電磁波的三種以上或N種以 下的波長分量及三種或四種距離Lm激發(fā)的表面等離子體激元共振引起的三種以上或N種 以下的波長分量對應(yīng)的近場光，可以由第1亞像素區(qū)和第η亞像素區(qū)中的光電轉(zhuǎn)換元件21 轉(zhuǎn)換成電信號。該示例基本上可以與一個(gè)像素區(qū)中的八個(gè)亞像素區(qū)各自的開口部31的中 心位于虛擬矩形的頂點(diǎn)的情況相同，或者與示例3中說明的相同。在示例6或上述示例5中，相鄰的亞像素區(qū)的開口部的中心之間的距離D被確定 為使得基于相鄰的像素區(qū)之間的表面等離子體激元不產(chǎn)生共振狀態(tài)。但是，本發(fā)明不限于 此。例如，相鄰的亞像素區(qū)的開口部的中心之間的距離D可以被確定為使得基于相鄰的像 素區(qū)之間的表面等離子體激元產(chǎn)生共振狀態(tài)。在這種情況下，在如圖9所示的示例中，像素 區(qū)組包括四個(gè)像素區(qū)，其中，第1像素區(qū)包括第1亞像素區(qū)^^、第2亞像素區(qū)102、第3亞像 素區(qū)IO3以及第4亞像素區(qū)104，第2像素區(qū)包括第1亞像素區(qū)川^第4亞像素區(qū)104、第5 亞像素區(qū)IO5以及第6亞像素區(qū)106，第3像素區(qū)包括第1亞像素區(qū)川^第6亞像素區(qū)106、第7亞像素區(qū)IO7以及第8亞像素區(qū)108，第4像素區(qū)包括第1亞像素區(qū)^^、第8亞像素區(qū) 108、第9亞像素區(qū)IO9以及第2亞像素區(qū)102。像素區(qū)組可以看做示例6中的像素區(qū)。同樣 適用于亞像素區(qū)的其他布置。除上述幾點(diǎn)外，示例6的二維固體攝像器件的配置和結(jié)構(gòu)可以與示例1的二維固 體攝像器件的配置和結(jié)構(gòu)相同，故不再重復(fù)其具體的說明。示例 7示例7是示例1的變形例，并與本發(fā)明第二實(shí)施例的二維固體攝像器件相關(guān)。圖 IlA和圖IlB示意性示出了示例7的二維固體攝像器件中的像素區(qū)和亞像素區(qū)的布置。圖 IlC是沿圖IlB的箭頭的像素區(qū)和亞像素區(qū)的示意性局部端面圖。在圖12中示出了一個(gè)亞 像素區(qū)的等效電路圖，但本發(fā)明不限于這樣的電路。根據(jù)入射電磁波的垂直偏振分量和水平偏振分量，近場光為TM模式，因此，表面 等離子體激元(SPP)由與各偏振分量平行的薄膜金屬層的周期性結(jié)構(gòu)激發(fā)。人們發(fā)現(xiàn)由表 面等離子體激元產(chǎn)生的近場光在開口部邊緣(邊緣部)處具有強(qiáng)電場強(qiáng)度。也就是說，在 線性排列的多個(gè)開口部中，具有最強(qiáng)電場強(qiáng)度的近場光被照射到開口部正下方大約幾十nm 范圍的點(diǎn)區(qū)域上，并且，能檢測的偏振分量根據(jù)開口部的設(shè)置方向而改變。因此，如果光電 轉(zhuǎn)換元件的光接收區(qū)設(shè)置在通過各個(gè)開口部中心的直線與兩個(gè)開口部的邊緣(邊緣部)相 交的部分中的至少一部分的下方，則優(yōu)選地，在兩個(gè)部分(上述部分彼此相對)下方，與通 過兩個(gè)開口部中心的直線平行的偏振分量可以由光電轉(zhuǎn)換元件檢測。在示例7的二維固體攝像器件中，在設(shè)置于金屬層30的一部分處的一個(gè)開口部31 中布置有多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件21，并且開口部31邊緣的投影圖像被包含在多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元 件21的光接收區(qū)內(nèi)，而開口部31的投影圖像未被包含在光電轉(zhuǎn)換元件21的光接收區(qū)內(nèi)， 之后，在共振狀態(tài)下在開口部31附近產(chǎn)生的近場光由多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件21轉(zhuǎn)換成電信號， 并且與入射電磁波的偏振有關(guān)的信息被獲取。此外，與開口部31的周期性間隔對應(yīng)的入射 電磁波的波長(顏色)有關(guān)的信息也被獲取。在示例7中，亞像素區(qū)的布置與示例5中的布置相同。因此，在一個(gè)開口部31中 以圓環(huán)狀設(shè)置有個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件21，第ρ光電轉(zhuǎn)換元件21 (其中，ρ為1、2、…、Ptl)和 第(Ρ+Ρο)光電轉(zhuǎn)換元件21配對，從而獲取與入射電磁波的波長和偏振有關(guān)的信息。圖IlA所示的示例是示例5的變形例，并且N個(gè)(6個(gè))亞像素區(qū)各自的開口部的 中心位于虛擬正六邊形的頂點(diǎn)。的值為6。即，布置在一個(gè)亞像素區(qū)中的個(gè)光電轉(zhuǎn) 換元件21的數(shù)量為6。在圖IlA和圖IlB中，相對于一個(gè)亞像素區(qū)示出了 2Ρ。個(gè)光電轉(zhuǎn)換 元件21。如果光電轉(zhuǎn)換元件A的光接收區(qū)被布置在連接第1亞像素區(qū)^^、第2亞像素區(qū)IO2 以及第5亞像素區(qū)IO5的開口部31的直線與這些開口部31的邊緣(邊緣部)相交的部分 (各開口部中的兩點(diǎn))的下方，則與通過開口部的中心的直線平行的第一偏振分量可以通 過光電轉(zhuǎn)換元件A檢測。此外，如果光電轉(zhuǎn)換元件B的光接收區(qū)被布置在連接第1亞像素 區(qū)^、第3亞像素區(qū)IO3以及第6亞像素區(qū)IO6的開口部31的直線與這些開口部31的邊 緣(邊緣部)相交的部分(各開口部中的兩點(diǎn))的下方時(shí)，則與通過開口部的中心的直線 平行的第二偏振分量可以通過光電轉(zhuǎn)換元件B檢測。此外，如果光電轉(zhuǎn)換元件C的光接收 區(qū)被布置在連接第1亞像素區(qū)^^、第4亞像素區(qū)IO4以及第7亞像素區(qū)IO7的開口部31的直線與這些開口部31的邊緣(邊緣部)相交的部分(各開口部中的兩點(diǎn))的下方時(shí)，與連 接開口部的中心的直線平行的第三偏振分量可以通過光電轉(zhuǎn)換元件C檢測。對與以上述方 式得到的入射電磁波的偏振有關(guān)的三種信息(偏振分量)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，從而可以得到入 射到像素區(qū)的光的最大偏振強(qiáng)度I1^max和最小偏振強(qiáng)度I^min、獲得入射到像素區(qū)的光的最 大偏振強(qiáng)度I1^max的偏振方向θ PL_max以及作為與偏振分量有關(guān)的強(qiáng)度的偏振分量強(qiáng)度Ipp由表面等離子體激元產(chǎn)生的近場光傾向于在具有尖的頂端的頂點(diǎn)處形成強(qiáng)電場。 人們發(fā)現(xiàn)該傾向性是由于在具有尖的頂端的頂點(diǎn)處電子移動的區(qū)域變窄并且電場變得集 中。為此，如圖13所示，開口部的平面形狀可以為星形，從而可以檢測在各頂點(diǎn)處產(chǎn)生的強(qiáng) 近場光。N個(gè)(8個(gè))亞像素區(qū)各自的開口部的中心可以位于虛擬正八邊形的頂點(diǎn)。圖IlB所示的示例是示例6的變形例。在這種情況下，N為8，并且一個(gè)像素區(qū)中 的四個(gè)相鄰亞像素區(qū)中的開口部31的中心位于虛擬正方形的頂點(diǎn)。設(shè)置在一個(gè)亞像素區(qū) 中的個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件21的數(shù)量為8。如果光電轉(zhuǎn)換元件的光接收區(qū)被設(shè)置在連接第1亞像素區(qū)^^、第2亞像素區(qū)IO2 以及第6亞像素區(qū)IO6的開口部31的直線與這些開口部31的邊緣(邊緣部)相交的部分 (各開口部中的兩點(diǎn))的下方，則與通過開口部的中心的直線平行的第一偏振分量以及主 要與第一波長分量對應(yīng)的近場光，可以由光電轉(zhuǎn)換元件檢測。此外，如果光電轉(zhuǎn)換元件的光 接收區(qū)被設(shè)置在連接第1亞像素區(qū)^^、第3亞像素區(qū)IO3以及第7亞像素區(qū)IO7的開口部 31的直線與這些開口部31的邊緣(邊緣部)相交的部分(各開口部中的兩點(diǎn))的下方，則 與通過開口部的中心的直線平行的第二偏振分量以及主要與第二波長分量對應(yīng)的近場光， 可以由光電轉(zhuǎn)換元件檢測。此外，如果光電轉(zhuǎn)換元件的光接收區(qū)被設(shè)置在連接第1亞像素 區(qū)^、第4亞像素區(qū)IO4以及第8亞像素區(qū)IO8的開口部31的直線與這些開口部31的邊 緣(邊緣部)相交的部分(各開口部中的兩點(diǎn))的下方，則與通過開口部的中心的直線平行 的第三偏振分量以及主要與第三波長分量對應(yīng)的近場光，可以由光電轉(zhuǎn)換元件檢測。此外， 如果光電轉(zhuǎn)換元件的光接收區(qū)被設(shè)置在連接第1亞像素區(qū)^^、第5亞像素區(qū)IO5以及第9 亞像素區(qū)IO9的開口部31的直線與這些開口部31的邊緣(邊緣部)相交的部分(各開口 部中的兩點(diǎn))的下方時(shí)，與通過開口部的中心的直線平行的第四偏振分量以及主要與第四 波長分量對應(yīng)的近場光，可以由光電轉(zhuǎn)換元件檢測。之后，對與上述方式得到的入射電磁波 的偏振有關(guān)的四種信息(偏振分量)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，從而可以得到入射到像素區(qū)的光的最 大偏振強(qiáng)度I1^max和最小偏振強(qiáng)度Il，獲得入射到像素區(qū)的光的最大偏振強(qiáng)度I1^max的 偏振方向θ ^max，以及作為與偏振分量有關(guān)的強(qiáng)度的偏振分量強(qiáng)度1%?？梢缘玫脚c第一波 長分量對應(yīng)的近場光、與第二波長分量對應(yīng)的近場光、與第三波長分量對應(yīng)的近場光以及 與第四波長分量對應(yīng)的近場光的分離狀態(tài)。在一個(gè)像素區(qū)中的四個(gè)相鄰亞像素區(qū)各自的開口部31的中心位于虛擬矩形的頂 點(diǎn)或虛擬平行四邊形的頂點(diǎn)的示例6的變形例中，類似地，在一個(gè)亞像素區(qū)中可以設(shè)置有 2Ρ。個(gè)(=8)光電轉(zhuǎn)換元件21。圖14示意性示出了當(dāng)示例7被用于示例1中說明的二維固體攝像器件時(shí)的像素 區(qū)和亞像素區(qū)的布置。在這種情況下，在第1亞像素區(qū)IO1中設(shè)置有三個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件Α、 B和C，在第2亞像素區(qū)102、第3亞像素區(qū)IO3以及第4亞像素區(qū)IO4中的各個(gè)亞像素區(qū)中 也設(shè)置有三個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件A、B和C。
光電轉(zhuǎn)換元件A的光接收區(qū)被設(shè)置在連接第1亞像素區(qū)IO1和第2亞像素區(qū)IO2 的開口部31的直線與這些開口部31的邊緣(邊緣部)相交的部分(各開口部中的一點(diǎn)) 的下方。光電轉(zhuǎn)換元件F的光接收區(qū)被設(shè)置在連接第3亞像素區(qū)IO3和第4亞像素區(qū)IO4 的開口部31的直線與這些開口部31的邊緣(邊緣部)相交的部分(各開口部中的一點(diǎn)) 的下方。當(dāng)按此方式設(shè)置時(shí)，與通過開口部的中心的直線平行的第一偏振分量以及主要與 第一波長分量對應(yīng)的近場光，可以由光電轉(zhuǎn)換元件A和F檢測。如果光電轉(zhuǎn)換元件B的光 接收區(qū)被設(shè)置在連接第1亞像素區(qū)IO1和第3亞像素區(qū)IO3的開口部31的直線與這些開口 部31的邊緣(邊緣部)相交的部分(各開口部中的一點(diǎn))的下方，則與通過開口部的中心 的直線平行的第二偏振分量以及主要與第二波長分量對應(yīng)的近場光，可以由光電轉(zhuǎn)換元件 B檢測。光電轉(zhuǎn)換元件C的光接收區(qū)被設(shè)置在連接第1亞像素區(qū)IO1和第4亞像素區(qū)IO4的 開口部31的直線與這些開口部31的邊緣(邊緣部)相交的部分(各開口部中的一點(diǎn))的 下方。光電轉(zhuǎn)換元件E的光接收區(qū)被布置在連接第2亞像素區(qū)IO2和第3亞像素區(qū)IO3的 開口部31的直線與這些開口部31的邊緣(邊緣部)相交的部分(各開口部中的一點(diǎn))的 下方。當(dāng)按此方式設(shè)置時(shí)，與通過開口部的中心的直線平行的第三偏振分量以及主要與第 三波長分量對應(yīng)的近場光，可以由光電轉(zhuǎn)換元件C和E檢測。如果光電轉(zhuǎn)換元件D的光接 收區(qū)被設(shè)置在連接第2亞像素區(qū)IO2和第4亞像素區(qū)IO4的開口部31的直線與這些開口部 31的邊緣(邊緣部)相交的部分(各開口部中的一點(diǎn))的下方時(shí)，則與通過開口部的中心 的直線平行的第四偏振分量以及主要與第四波長分量對應(yīng)的近場光，可以由光電轉(zhuǎn)換元件 D檢測?？梢缘玫脚c第一波長分量對應(yīng)的近場光、與第二波長分量對應(yīng)的近場光、與第三波 長分量對應(yīng)的近場光以及與第四波長分量對應(yīng)的近場光的分離狀態(tài)。類似地，示例7可被用于示例2 4中所說明的二維固體攝像器件。雖然結(jié)合示例對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于這些示例。盡管在這些示例 中，說明的是檢測可見光波長段的固體攝像元件，但在檢測紫外線或紅外線的固體攝像元 件中，根據(jù)波長增加和減小開口部之間的距離，從而可以得到以任意波長段工作的二維固 體攝像器件。開口部31的平面形狀不限于圓形或星形，可以為任意平面形狀，例如，三角 形、矩形、六邊形、八邊形、菱形、橢圓形或十字形。具有周期小于入射電磁波的波長的不平 坦的周期性結(jié)構(gòu)(也稱為亞波長結(jié)構(gòu)(參見JP-A-2001-108812或W02005/101067 Al))的 折射率可變層可以被設(shè)置在開口部31的光入射側(cè)。雖然在示例5中，二維固體攝像器件具有對單一顏色的靈敏度，但示例5中的金屬 層和開口部的配置和結(jié)構(gòu)可以用于拜耳(Bayer)布置，并且，金屬層和開口部的配置和結(jié) 構(gòu)可以如下如有關(guān)像素區(qū)和亞像素區(qū)的布置的圖15的示意性圖示所示，可以在四個(gè)亞像 素區(qū)中的一個(gè)亞像素區(qū)IOk中檢測紅色，可以在一個(gè)亞像素區(qū)IOb中檢測藍(lán)色，可以在余下 的兩個(gè)亞像素區(qū)IOe中檢測綠色。在這種情況下，在各亞像素區(qū)10K、10B和IOg中可以設(shè)置 有一個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件(光接收元件)。當(dāng)填充開口部的介質(zhì)的折射率為Iitl時(shí)，在檢測紅色 的亞像素區(qū)IOk中，開口部之間的距離例如為700/n(1(nm)，在檢測綠色的亞像素區(qū)副IOe中， 開口部之間的距離例如為550/& (nm)，在檢測藍(lán)色的亞像素區(qū)IOb中，開口部之間的距離例 如為400/n(1(nm)。填充開口部31的介質(zhì)在各亞像素區(qū)10K、10B和IOe中可以有所不同。也 可以不使用拜耳布置，而是任意地布置檢測三種以上波長分量的亞像素區(qū)。圖16A是作為概念圖的示意性局部截面圖，圖16B和圖16C示出了局部布置圖(從
23上方觀察開口部時(shí)的示意圖)，在各個(gè)示例1 7中說明的二維固體攝像器件中，PIN 二極 管可用作光電轉(zhuǎn)換元件。PIN 二極管的絕緣部42被布置在包含設(shè)置于金屬層30中的開口 部31邊緣的投影圖像的位置處。反相偏壓被施加到PIN。在金屬層30的開口部邊緣處產(chǎn) 生的近場光被絕緣部42吸收，并生成電子-空穴對。生成的電子和空穴向相反的方向漂 移，在負(fù)載電阻的兩端作為信號電壓被檢測出。與示例1類似，當(dāng)在開口部31中布置有一 個(gè)PIN 二極管時(shí)，如圖16B所示，η型半導(dǎo)體區(qū)41和ρ型半導(dǎo)體區(qū)43可以被布置成環(huán)形和 圓形的形狀。與示例7類似，當(dāng)在開口部31中布置有多個(gè)PIN 二極管時(shí)，如圖16C所示，η 型半導(dǎo)體區(qū)41和ρ型半導(dǎo)體區(qū)43可以被設(shè)置為，多個(gè)η型半導(dǎo)體區(qū)41包圍圓形的ρ型半 導(dǎo)體區(qū)43。在附圖中，虛線表示開口部31的邊緣的投影圖像。圖17Α 圖17D是作為概念圖的示意性局部截面圖。如圖17Α 圖17D所示，在 各個(gè)示例1 7中所說明的二維固體攝像器件中，埋入型光電二極管可被用作光電轉(zhuǎn)換元 件。圖17Α示出了前面照射型二維固體攝像器件，圖17Β示出了背面照射型二維固體攝像器 件。在圖17Α和圖17Β中，與示例1類似，在開口部中設(shè)置有一個(gè)埋入型光電二極管。附圖 標(biāo)記50表示P型阱，附圖標(biāo)記51、52以及53表示構(gòu)成埋入型光電二極管的ρ型半導(dǎo)體層、 η型半導(dǎo)體層以及ρ型半導(dǎo)體層。附圖標(biāo)記56表示絕緣中間層，附圖標(biāo)記57表示絕緣層， 附圖標(biāo)記58表示半導(dǎo)體層。近場光在埋入型光電二極管中產(chǎn)生電子_空穴對，并且電子被 累積。累積的電子通過柵極54由FD區(qū)(floating diffusion region，浮動擴(kuò)散區(qū))55被 作為電位讀取。圖17C示出了前面照射型二維固體攝像器件，圖17D示出了背面照射型二 維固體攝像器件。在圖17C和圖17D中，與示例7類似，在開口部中設(shè)置有多個(gè)埋入型光電 二極管。圖18A是作為概念圖的示意性局部截面圖。如圖18A所示，在各示例1 7中所 說明的二維固體攝像器件中，具有水平PN結(jié)的光電二極管可被用作光電轉(zhuǎn)換元件。附圖標(biāo) 記60表示P型阱，附圖標(biāo)記61和62表示構(gòu)成光電二極管的η型半導(dǎo)體區(qū)和ρ型半導(dǎo)體區(qū)， 附圖標(biāo)記66表示絕緣中間層。在金屬層30的開口部31邊緣產(chǎn)生的近場光在光電二極管 中產(chǎn)生電子-空穴對，并且電子被累積在η型半導(dǎo)體區(qū)61中。累積的電子通過柵極64由 FD區(qū)65被作為電位讀取。圖18Β和圖18C是作為概念圖的示意性局部截面圖。如圖所示，在各示例1 7 中所說明的二維固體攝像器件中，閾值調(diào)制型圖像傳感器(CMD)可用作光電轉(zhuǎn)換元件。與 示例1類似，圖18Β示出了在開口部中設(shè)置有一個(gè)閾值調(diào)制型圖像傳感器的情況。附圖標(biāo) 記71和72分別表示構(gòu)成閾值調(diào)制型圖像傳感器的η型半導(dǎo)體層和ρ型半導(dǎo)體層，附圖標(biāo) 記73、74、75以及76分別表示η型半導(dǎo)體層、柵極、作為η+半導(dǎo)體區(qū)的漏區(qū)以及作為η+半 導(dǎo)體區(qū)的源區(qū)。近場光在閾值調(diào)制型圖像傳感器中產(chǎn)生電子-空穴對。產(chǎn)生的電子或空穴 調(diào)制像素晶體管的閾值電壓，因而變化量可以作為累積的信號量被讀取。與示例7類似，圖 18C示出了在開口部中設(shè)置有多個(gè)閾值調(diào)制型圖像傳感器的示例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，取決于設(shè)計(jì)要求和其他因素可以產(chǎn)生各種修改、組 合、子組合及變更，只要它們落入所附權(quán)利要求及其等同物的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種二維固體攝像器件，所述二維固體攝像器件包括以二維矩陣狀布置的像素區(qū)，其中，各所述像素區(qū)具有多個(gè)亞像素區(qū)，金屬層和光電轉(zhuǎn)換元件被設(shè)置成在它們之間夾有絕緣膜，所述金屬層具有開口尺寸小于入射電磁波波長的開口部，在設(shè)置于各所述亞像素區(qū)中的所述金屬層的一部分處的所述開口部中布置有至少一個(gè)所述光電轉(zhuǎn)換元件，所述開口部的投影圖像被包含在所述光電轉(zhuǎn)換元件的光接收區(qū)內(nèi)，所述開口部被排列成使基于由所述入射電磁波激發(fā)的表面等離子體激元的共振狀態(tài)產(chǎn)生，并且在所述共振狀態(tài)下在所述開口部附近產(chǎn)生的近場光由所述光電轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維固體攝像器件， 其中，所述絕緣膜的厚度等于或小于lX10_7m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維固體攝像器件，其中，各所述像素區(qū)包括第1亞像素區(qū)以及與所述第1亞像素區(qū)相鄰的M個(gè)亞像素區(qū)， 各所述亞像素區(qū)具有一個(gè)開口部，并且當(dāng)所述第1亞像素區(qū)的開口部的中心與第m亞像素區(qū)的開口部的中心的距離為Lm時(shí)， 與取決于所述入射電磁波的波長分量和距離Lm的波長分量對應(yīng)的近場光由所述光電轉(zhuǎn)換 元件轉(zhuǎn)換成電信號，其中m為2、3、…、(M+1)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二維固體攝像器件，其中，與取決于所述入射電磁波的q種波長分量和q'種距離Lm的波長分量對應(yīng)的近 場光，由至少第m亞像素區(qū)中的所述光電轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電信號，其中q為等于或大于2并 等于或小于M的自然數(shù)，q'為等于或大于2并等于或小于M的自然數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二維固體攝像器件， 其中，所述M的值為3，并且一個(gè)所述像素區(qū)中的四個(gè)所述亞像素區(qū)各自的開口部的中心位于虛擬正方形、虛擬矩 形或虛擬平行四邊形的頂點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維固體攝像器件，其中，各所述像素區(qū)包括第1亞像素區(qū)以及包圍所述第1亞像素區(qū)的N個(gè)亞像素區(qū)， 各所述亞像素區(qū)具有一個(gè)開口部，并且當(dāng)所述第1亞像素區(qū)的開口部的中心與第η亞像素區(qū)的開口部的中心的距離為Ln時(shí)， 與取決于所述入射電磁波的波長分量和距離Ln的波長分量對應(yīng)的近場光由所述光電轉(zhuǎn)換 元件轉(zhuǎn)換成電信號，其中η為2、3、...、(_。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的二維固體攝像器件，其中，與取決于所述入射電磁波的q種波長分量和q'種距離Ln的波長分量對應(yīng)的近 場光，由至少第η亞像素區(qū)中的所述光電轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電信號，其中q為等于或大于1并 等于或小于N的自然數(shù)，q'為等于或大于1并等于或小于N的自然數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的二維固體攝像器件， 其中，所述N的值為6，并且在一個(gè)所述像素區(qū)中，包圍所述第1亞像素區(qū)的N個(gè)亞像素區(qū)各自的開口部的中心 位于虛擬正六邊形的頂點(diǎn)，并且所述第1亞像素區(qū)的開口部的中心位于虛擬正六邊形的中 心。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的二維固體攝像器件，其中，所述N的值為8，并且一個(gè)所述像素區(qū)中的四個(gè)相鄰亞像素區(qū)各自的開口部的中心位于虛擬正方形、虛擬矩 形或虛擬平行四邊形的頂點(diǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維固體攝像器件，其中，對于設(shè)置于所述金屬層的一部分處的一個(gè)所述開口部，布置有多個(gè)所述光電轉(zhuǎn) 換元件，所述開口部的邊緣的投影圖像被包含在多個(gè)所述光電轉(zhuǎn)換元件的光接收區(qū)內(nèi)，而所述 開口部的投影圖像未被包含在所述光電轉(zhuǎn)換元件的光接收區(qū)內(nèi)，并且在基于所述入射電磁波的波長和周期性的開口部的分布圖形的共振狀態(tài)下在所述開 口部附近產(chǎn)生的近場光，由多個(gè)所述光電轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電信號，以便獲取與所述入射電 磁波的偏振有關(guān)的信息。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的二維固體攝像器件，其中，對于一個(gè)所述開口部，以圓環(huán)狀布置有個(gè)所述光電轉(zhuǎn)換元件，并且第P光電轉(zhuǎn)換元件和第(Ρ+Ρο)光電轉(zhuǎn)換元件配對，獲取與所述入射電磁波的偏振有關(guān) 的信息，其中P為1、2、…、P。。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的二維固體攝像器件，其中，所述Ptl的值為2、3或4。
13.根據(jù)權(quán)利要求1 12中任一項(xiàng)所述的二維固體攝像器件，其中，在所述開口部的光入射側(cè)設(shè)置有折射率可變層。
14.根據(jù)權(quán)利要求1 12中任一項(xiàng)所述的二維固體攝像器件，其中，所述光電轉(zhuǎn)換元件包括CMOS、(XD、PIN 二極管或CMD信號放大型圖像傳感器。
15.根據(jù)權(quán)利要求1 12中任一項(xiàng)所述的二維固體攝像器件，其中，所述入射電磁波是波長在0.4μπι 0.7μπι范圍內(nèi)的可見光。
16.根據(jù)權(quán)利要求1 12中任一項(xiàng)所述的二維固體攝像器件，其中，所述入射電磁波是波長等于或小于0.4μπι的紫外線或者波長等于或大于 0. 7μπι的紅外線。
全文摘要
本發(fā)明提供一種二維固體攝像器件，包括以二維矩陣狀布置的像素區(qū)，各像素區(qū)具有多個(gè)亞像素區(qū)，具有開口尺寸小于入射電磁波波長的開口部的金屬層和光電轉(zhuǎn)換元件被設(shè)置成在它們之間夾有絕緣膜，在設(shè)置于各亞像素區(qū)中的金屬層的一部分處的開口部中布置有至少一個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件，開口部的投影圖像被包含在光電轉(zhuǎn)換元件的光接收區(qū)內(nèi)，開口部被排列成使基于由入射電磁波激發(fā)的表面等離子體激元的共振狀態(tài)產(chǎn)生，并且在共振狀態(tài)下在開口部附近產(chǎn)生的近場光由光電轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電信號。因此，能夠減小光電轉(zhuǎn)換元件的開口面積，增加每單位面積的像素?cái)?shù)，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換元件的多功能化，還能夠?qū)崿F(xiàn)信號布線等的設(shè)計(jì)自由度的增加。
文檔編號H01L27/146GK101894849SQ20101016982
公開日2010年11月24日 申請日期2010年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月19日
發(fā)明者橫川創(chuàng)造 申請人:索尼公司