CN102576643B - 以纳米线为基础的被动式像素图像传感器 - Google Patents

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Abstract

一种成像装置，其包含适用于大小小于500纳米的小型物体成像的复数个光敏元件。每个光敏元件形成一被动式像素，该被动式像素包括至少一纳米线结构光电探测器及一开关晶体管。该纳米线结构光电探测器是经组态以接收光子及储存光子所产生的电荷并表现为一波导。该开关晶体管是形成在基板中或纳米线的相同主体上，且是经组态以使得该纳米线中由光子所产生的电荷可在其关闭时积累且在其开启时从该纳米线中排尽。像素阵列是经组态通过配置为便士的圆形图案而允许高解析度成像。

Description

以纳米线为基础的被动式像素图像传感器
技术领域
实施例是关于纳米线装置，更特定言之是关于纳米线结构的图像传感器。
背景技术
用互补金氧半导体(CMOS)所实施的图像传感器是已知且广泛用于曾经为CCD图像装置所支配的许多应用中。由于市场上对高解析度图像装置的需求的增加，已持续地努力通过采用CMOS制程的新进步所允许的较小几何形制程而将CMOS图像装置的像素大小按比例缩小。典型CMOS主动式像素传感器(APS)包括三晶体管(3-T)像素或四晶体管(4-T)像素。归因于作为读出电路元件而非探测元件的晶体管的面积，像素的探测面积通常小于物理像素尺寸。光电探测器面积与像素面积的百分比比率是称作光学填充系数。未使用微透镜的小像素APS的典型充填因数为大约30％。虽然CMOSAPS具有许多超过CCD的优点，但是其性能极大地受限于低充填因数。
但是，被动式像素具有拥有较高充填因数的优点，因为其包括较少非探测组件。
目前大多数CMOS图像装置使用微透镜，微透镜需要额外制程以通过将光束聚焦在光电探测器上而提高充填因数。然而，随着像素大小缩小超过2微米×2微米，通过使用微透镜而取得充填因数的提高变得非常小。因此，像素大小的缩小导致光学填充系数的减小及低量子效率(QE)。
除充填因数问题以外，光在向下到达光电探测器的表面前须穿透多个厚介电层。在层之间的各界面上，由于折射率变化光被反射。此外，光能在厚层传输期间被损耗。光传输损耗与层的数量及层的厚度成比例。多个介电层是归因于CMOS制造要求而形成。通常，现代CMOS制程图像传感器制造采用5至6个金属层。由于各介电层加上金属层的厚度大约为1.0微米，故此导致5微米至6微米厚的介电层的沉积。在光电探测器上方不存在金属层之处充填介电层以使各堆叠层平坦化。
因此，归因于传输损耗的光能损耗变得明显。此外，存在归因于厚介电层的另一严重问题。当像素间距小至2.0微米或更小时，光电探测器宽度可为1微米或更小。随后，堆叠高度与光电探测器上方的金属层的开口窗的大小的纵横比高于6。在此情况中，当光以除垂直于成像平面之外的角度入射时，光束很容易被金属覆层阻挡。若采用微透镜，纵横比变得更高且导致更严重的光阴影效应。随着像素大小变得更小，光阴影变得更严重。因此，像素信号严重减弱，导致不可接受的信噪比(SNR)。
困扰图像传感器的另一问题是串扰。串扰是在传输系统的像素或通道中所传输的信号在另一像素或通道中产生不需要的效应的现象。对于光学传感器，存在至少两种类型的串扰：(1)光串扰，(2)电串扰。当各像素未光隔离时发生光串扰。由于当光以一成角度方向入射时或当光被金属层或介电层界面反射时，光屏蔽金属层仅阻挡从垂直方向入射的光，因此像素中的散射光可以容易地穿过透明介电层进入相邻像素。此效应称作导光效应。当像素大小接近光的波长时亦发生光串扰。绕射导致到达邻近光电二极管而非所要光电二极管的光的数量急剧增加。当光子所产生的电子穿过硅基板进入邻近像素时发生电串扰。
因此，存在通过引入新型像素架构而克服此等问题的强烈需要。新架构较佳须保持CMOS相容性以方便制造。
近来，一种纳米级技术已出现且开创了以CMOS技术中不可行的方式设计新颖结构及组合材料的新可能性。因此，通过采用纳米级技术，特定言之纳米线，有利于产生小像素以及良好的光学填充系数、低光串扰及高QE。
发明内容
许多技术进步可以通过在半导体基板上所形成的图像传感器的被动式像素或被动式像素阵列中实施纳米线结构光电探测器而达成。此像素方法提供一种具有小像素大小、高光学填充系数、低光学串扰及高QE的图像传感器。
根据本发明，像素包括一直立纳米线结构光电探测器及形成在半导体基板中的一开关晶体管。纳米线是一种从基板伸出且适合于从上方进行光子吸收的一非常窄及长的圆柱形半导体元件。
根据本发明，纳米线结构光电探测器是用一轻度掺杂的n型或p型半导体所形成，该轻度掺杂的n型或p型半导体是涂布有一绝缘层及一导体层，发挥一垂直光电门的作用。
根据其它实施例，纳米线结构光电探测器形成的光电二极管有许多变化，包含一轴向p-n或p-i-n二极管、一同轴p-n或p-i-n二极管。在各情况中，一通路晶体管是形成在半导体基板中。
根据另一实施例，一转移门极(TX)或一开关晶体管是形成在纳米线结构光电探测器的同一主体上。此外，光电探测器加上开关晶体管的总占用面积大小与像素大小相同。因此，可将本实施例的一像素制作得非常小。
根据其它实施例，纳米线结构光电探测器形成的光电二极管有许多变化，包含一轴向p-n或p-i-n二极管、一同轴pn-或p-i-n二极管。在各情况中，一转移门极(TX)是位于纳米线结构光电探测器的同一主体上。
在另一态样中，装置是经配置以探测大小约为500纳米或更小的物体。在另一实施例中，装置是经配置以探测大小约为100纳米或更小的物体。在另一态样中，纳米线包括硅。在另一态样中，介于纳米线之间的间隔被充填SiO2。在另一态样中，介于纳米线之间的间隔被充填空气或真空。在另一态样中，像素阵列是配置为便士的圆形图案。在另一态样中，像素阵列图案包括等边三角形。在另一态样中，主动式纳米线光电二极管包括一p-i-n结。在另一态样中，纳米线光电二极管包括一周边电路元件。在另一态样中，装置进一步包括一光学成像系统。
在另一态样中，装置进一步包括一垂直光电门及具有折射率低于纳米线的折射率的介电材料，该介电材料是围绕纳米线沉积以在垂直光电门与纳米线之间形成电容。在另一态样中，垂直光电门是经配置以控制纳米线中的电位，形成垂直方向及水平方向的一电位梯度。在一态样中，各像素包括一浅沟渠隔离区域，该浅沟渠隔离区域是经配置以使像素彼此电隔离。在一态样中，各像素进一步包括一铟锡氧化物(ITO)层且其中偏压电压是透过ITO层施加至像素。
在一态样中，像素包括基板中的一垂直PIN纳米线结构及一光电二极管。在一态样中，该垂直p-i-n纳米线结构包括一本征纳米线核心，该本征纳米线核心顶部的一p+层及该本征纳米线核心下方的基板中的一n-区。在一态样中，像素是经配置使得施加至像素的一负偏压使纳米线中的电荷耗尽，并在纳米线中产生将电荷扫至基板的一电位梯度。在一态样中，纳米线是进一步涂布有一材料，该材料是经配置以沿着纳米线向下引导光并减少像素之间的光串扰。
在一态样中，垂直p-i-n纳米线结构包括由一本征层所围绕的一n-核心，该本征层是被一p+层所围绕。在一态样中，像素是经配置使得基板是电接地，且施加至像素的一负偏压可使纳米线及基板中的电荷耗尽。在一态样中，纳米线是用两个电场分量配置，一电场分量指向纳米线中心，且另一电场分量指向基板。在一态样中，纳米线中的电荷朝向纳米线的中心移动且随后朝向基板移动。
在一态样中，各像素包括一垂直光电门及放置在纳米线光电二极管上的一开关。在一态样中，像素阵列是配置为行及列且基板包括经配置以连接纳米线成列的一n+层。在一态样中，基板中的n+层是配置为一信号线。在一态样中，像素是经配置使得当开关关闭时在开关下方形成一势垒，使得纳米线中由光子所产生的电荷可积累。在一态样中，纳米线是与基板电隔离但未与基板光隔离。在一态样中，当开关开启时，纳米线中的电荷流至基板。
在一态样中，像素包括一垂直p-i-n纳米线结构及一纳米线开关。在一态样中，该垂直p-i-n纳米线结构包括一本征纳米线核心，该本征纳米线核心顶部的一p+层及纳米线下方的基板中的一n+区，该基板具有p掺杂。在一态样中，纳米线包括介于该开关与该本征纳米线核心之间的一n-层。在一态样中，该n+层具有带孔的一实质环形形状，该孔是经配置以提供从本征纳米线至p掺杂基板之间的一电路径。在一态样中，该n+区具有一实质长方形形状。在一态样中，该垂直p-i-n纳米线结构包括由一本征层所围绕的一n-核心，该本征层是由一p+层所围绕。
在一态样中，该垂直p-i-n纳米线结构包括一本征纳米线核心、该本征纳米线核心顶部的一p+层及纳米线下方的一n+区，其中该n+区是位于基板上的绝缘层上的金属带上。在一态样中，该n+区与该金属带具有欧姆接触。在一态样中，基板包括硅、一III-V半导体及II-VI半导体、或塑胶。在一态样中，像素不包括基板中的一光电二极管。在一态样中，该垂直p-i-n纳米线结构包括由一本征层所围绕的一n-核心，该本征层是由一p+层所围绕，该垂直PIN结构进一步包括纳米线下方的一n+区，其中该n+区是位于基板上的一绝缘层上的一金属带上。在一态样中，基板包括硅、一III-V半导体及II-VI半导体、或塑胶。
另一实施例是关于一种成像方法，其包括获得包括一像素阵列的一纳米线传感器阵列，该等像素包括一主动式纳米线光电二极管及一基板；放置一物体与该纳米线传感器阵列接触；将该物体及传感器暴露至电磁辐射；及探测该物体的一影像。在一态样中，该纳米线传感器包括至少一光源。
在本文所揭示的实施例中，核心较佳包括一纳米线波导。该纳米线元件较佳是配置为一光电二极管、一电荷储存电容或其等的组合。更佳言之，该核心包括一波导，该波导包括一半导体材料。装置可进一步包括该核心中围绕该波导的一钝化层。装置可进一步包括该核心中围绕该波导的一金属层。装置可进一步包括围绕该钝化层的一金属层。装置较佳不包括彩色滤光器或IR滤光器。纳米线光导管可为圆形、非圆形或圆锥形。若装置具有一核心及包覆，则较佳该核心具有一核心折射率(n1)且该包覆具有一包覆折射率(n2)，其中n1＞n2或n1＝n2。
在一些实施例中，装置可进一步包括至少一对金属接点，该等金属接点的至少一者接触纳米线波导。纳米线较佳是经配置以透过核心及包覆按一所选择的波长分离入射至该纳米线波导的一电磁辐射光束的波长，而无需一彩色滤光器或IR滤光器。在一实施例中，该纳米线波导是经配置以转化透过该波导传输的电磁辐射的能量并产生电子空穴对。在一实施例中，该波导包括一p-i-n结，该p-i-n结经配置以探测在该波导中所产生的光电荷。
在一些实施例中，装置可进一步包括纳米线波导上方的一透镜结构或一光学耦合器，其中该光学耦合器是可操作地耦合至纳米线。该光学耦合器较佳包括一弯曲表面以将电磁辐射透过通道传送至该纳米线内。
在一些实施例中，装置可进一步包括围绕纳米线波导的一堆叠，该堆叠包括嵌入介电层中的金属层，其中该等介电层具有比包覆低的一折射率。该堆叠的一表面较佳包括一反射表面。
一被动式或主动式纳米线波导具有截止波长，该截止波长是波导可传播的最低频率。核心的半导体波导的直径作为波导的截止波长的控制参数。在一些实施例中，纳米线的截面可为圆形以发挥圆形波导的功能，该圆形波导的特点为下列参数：(1)核心半径(Rc)；(2)核心折射率(n1)；及(3)包覆折射率(n2)。此等参数通常决定可透过波导传播的光的波长。一波导具有一截止波长λct。具有波长长于该截止波长的入射电磁辐射部分不会受到核心的限制。因此，发挥截止波长为绿光的波导的作用的纳米线将不传播蓝光穿过核心，且发挥截止波长为红色的波导的作用的纳米线将不透过核心传播蓝光及绿光。
核心可通过吸收受限制光及产生电子空穴对而作为光电二极管。因此，核心中截止波长为绿光的主动式波导不会传播蓝光但亦吸收受限制之绿光并产生光电荷。
附图说明
图1绘示一先前技术：一小型CMOS像素的截面图。
图2是一实施例的一像素的示意图。
图3是一实施例的一像素阵列的示意图。
图4绘示具有一纳米线及一垂直光电门的像素的一实施例的截面图(a)及俯视图(b)。
图5绘示具有一垂直p-i-n纳米线光电二极管及一大尺寸光电二极管的像素的一实施例的截面图。
图6绘示具有一同轴p-i-n纳米线光电二极管的像素的一实施例的截面图。
图7绘示具有一纳米线、一垂直光电门及一纳米线开关晶体管的像素的一实施例的截面图(a)及俯视图(b)。
图8绘示具有一垂直p-i-n纳米线光电二极管及一纳米线开关晶体管的像素的一实施例的截面图(a)及俯视图(b)。
图9绘示具有一垂直p-i-n纳米线光电二极管及一纳米线开关晶体管的像素的一实施例的截面图。
图10绘示具有一同轴p-i-n纳米线光电二极管及一纳米线开关晶体管的像素的一实施例的截面图。
图11绘示具有一金属带状线上的一垂直p-i-n纳米线光电二极管及一纳米线开关的像素的一实施例的截面图。
图12绘示具有一金属带状线上的一同轴p-i-n纳米线光电二极管的一纳米线开关的一被动式像素的一实施例的截面图。
图13绘示配置为便士圆形图案的一像素阵列的一实施例的俯视图。
图14绘示具有一纳米线及一垂直光电门及同心介电层的像素的一实施例的截面图(a)及俯视图(b)。
具体实施方式
在下文详细描述中，参考形成本文的一部分的随附图式。在图式中，类似符号通常表示类似组件，除非上下文中另有规定。详细描述、图式及申请专利范围中所描述的阐释性实施例并不意味着限制。可在不脱离本文所提出主题的精神或范围的情况下使用其它实施例并进行其它变更。
下表中总结图式中所绘示的元件的符号。
符号 元件
VPG 1(VP Gate 1) 第一垂直光电门
VPG 2(VP Gate 1) 第二垂直光电门
TX Gate 转移门极
FD 转移漏电极
RG 重设门极
RD 重设漏电极
Sub 基板
VDD 正晶体管电压
Vout 输出电压
NW(nw) 纳米线
de 介电层
I(i) 电流
n+，n- 具有过量施体的半导体，n+重度掺杂，n-轻度掺杂
p+，p- 具有过量受体的半导体，p+重度掺杂，p-轻度掺杂
I 本征半导体材料
-V 负偏压电压
STI 浅沟渠隔离
TIA 跨阻抗放大器
术语纳米线指的是具有纳米量级，举例而言100纳米或更小的厚度或直径及无限制的长度的一结构。一主动式纳米线通常能够将光子转化为激子。纳米线可包含金属材料(例如，Ni、Pt、Au)、半导体材料(例如，Si、InP、GaN等)及绝缘材料(例如，SiO2、TiO2)。分子纳米线是由重复的有机或无机分子单元所构成。纳米线可展现1000或更大的纵横比(长宽比)。如此，可将它们称作一维材料。纳米线的实例包含无机分子纳米线(Mo6S9-xIx，Li2Mo6Se6)，其可具有0.9纳米的直径且可为数百微米长。其它实例是基于半导体(诸如InP、Si、GaN等)、介电质(例如，SiO2、TiO2)或金属(例如，Ni、Pt)。
主动式-像素传感器(APS)，通常亦写作主动式像素传感器，是由含有一像素传感器阵列的集成电路所组成，各像素含有一光电探测器及一主动式放大器。被动式像素传感器为无自带放大器的像素传感器。
术语激子指的是电子空穴对。
主动式元件为具有电控制电子及/或空穴流能力(电控制电或光，或反之亦然)的任何类型的电路组件。无法通过另一电信号而控制电流的组件称作被动式元件。电阻、电容、电感、变压器及甚至二极管皆被视作被动式元件。在本文所揭示的实施例中，主动式元件包含但不限于主动式纳米线、主动式波导、晶体管、硅控制整流器(SCR)、发光二极管及光电二极管。
波导是设计用于在通过其物理边界而决定的方向上限制并引导所选择波长的电磁辐射的系统或材料。所选择波长较佳为波导的直径的函数。主动式波导为具有电控制电子及/或空穴流(电控制电或光，或反之亦然)的能力的波导。举例而言，主动式波导的此能力是为何可将主动式波导视为“主动”且在主动元件类属范围内的原因。
光导管是用于限制及传输射至该光导管上的电磁辐射的元件。光导管可包含一核心及一包覆。核心可为一纳米线。光导管可经配置以透过核心及包覆按所选择的波长分离入射至光导管的电磁辐射光束的波长，其中核心是经配置以作为用于传输波长高至所选择波长的通道及用于探测透过核心传输的波长中波长高至所选择的波长的主动式元件。核心及包覆通常为光导管的互补组件，且是经配置以透过核心及包覆按经选择的波长分离入射至光导管的电磁辐射光束的波长。
光电门是在光电子装置中所使用的门极。通常，光电门包括金属氧化物半导体(MOS)结构。光电门在光电二极管的积累期间控制光子所产生的电荷的累积，并在积累结束时控制电荷的转移。光电二极管包括一pn结，但是可将一光电门放置在任何类型的半导体材料上。垂直光电门为一新结构。通常，光电门是水平放置在平坦光电二极管装置上。然而，在纳米线装置中，光电门可在垂直方向上形成。即光电门可定向为直立覆盖纳米线的侧表面。
转移门极是像素中所使用的开关晶体管的门极。转移门极的作用是将电荷从一装置的一侧转移到另一侧。在一些实施例中，转移门极是用于将电荷从光电二极管转移到感测节点(或浮动扩散区)。重设门极是用于重设装置的门极。在一些实施例中，重设门极是由一n+区所形成的感测节点。重设指的是恢复至通过特定电压而设定的原始电压位准。在一些实施例中，重设漏电极(RD)的电压是用作重设位准的电压。
浮动电容是相对于基板浮动的电容。通常，电容由两个电极及其间的绝缘体组成。通常，该等电极两者是连接至其它装置或信号线。在像素中，该等电极的一者通常不可连接至结构。此未连接的隔离区域形成相对于基板的浮动电容。换言之，该隔离区域包括浮动的电极。基板包括通常接地的另一电极。其间的一耗尽区包括绝缘体。
源极随耦器放大器是共用漏电极晶体管放大器。即源极节点追随与门极节点相同的相位的晶体管放大器。晶体管的门极终端作为输入，源极是输出且漏电极是(输入及输出)两者共用。浅层是实体位于基板表面附近的掺杂层。举例而言，在离子植入时可通过使用极低能量而有意形成非常浅的p+层。浅层的结深度通常为0.01微米至0.2微米。相比之下，深层可深达数微米至数十微米。
本征半导体(亦称作未掺杂半导体或i型半导体)是无任何明显掺杂剂物种存在的纯净半导体。
可通过下列两种设计的至少一者探测由此产生的激子：
(1)核心是由三层(半导体、绝缘体及金属)所组成，因此形成电容以收集光所致的载子所产生的电荷。制造接点至金属及半导体以控制及探测所储存的电荷。核心可通过生长纳米线并围绕该纳米线沉积绝缘层及金属层而形成。
(2)具有在核心配线中诱致电位梯度的PIN结的核心。该核心中的该PIN结可通过在其生长为PIN结的同时生长纳米线及掺杂纳米线核心并使用作为任何装置的部分的各种金属层在合适点接触该PIN结而形成。
光敏元件通常包括光电二极管，但不限于仅一个光电二极管。通常在使用一合适掺杂剂的同时将该光电二极管掺杂至从约每立方厘米1×1016个至1×1018个掺杂剂原子的一浓度。
介电材料包含但不限于(在真空中量测)具有从约4至约20的介电常数的硅的氧化物、氮化物及氮氧化物。通常亦包含且亦不限于具有从约20至至少约100的介电常数的更高介电常数门极介电材料。此等更高介电质常数介电材料可包含但不限于氧化铪、硅酸铪、氧化钛、钛酸钡锶(BST)及锆钛酸铅(PZT)。
含有介电材料的层可使用适于其组成材料的方法而形成。非限制性方法实例包含热或电浆氧化或氮化方法、化学气相沉积方法(包含原子层化学气相沉积方法)及物理气相沉积方法。
含金属层可发挥电极的作用。非限制性实例包含特定金属、金属合金、金属硅化物及金属氮化物，以及经掺杂的多晶硅材料(即具有从每立方厘米约1×1018个至约1×1022个掺杂剂原子的掺杂剂浓度)及多晶金属硅化物(即经掺杂的多晶硅/金属硅化物堆叠)材料。可使用数种方法的任一者沉积含金属层。非限制性实例包含化学气相沉积方法(亦包含原子层化学气相沉积方法)及物理气相沉积方法。含金属层可包括一经掺杂的多晶硅材料(通常具有1000埃至1500埃的范围中的厚度)。
可在互连金属化层内使用的个别金属化互连凸块及金属化互连层可包括半导体制造业界习知的数种金属化材料的任一者。非限制性实例包含特定金属、金属合金、金属氮化物及金属硅化物。最常见的是铝金属化材料及铜金属化材料，如下文更详细的叙述，其中任一者通常包含阻障金属化材料。金属化材料的类型可依照在半导体结构内的大小及位置而变化。较小及下层金属化特征通常包括含铜导体材料。较大及上置金属化特征通常包括含铝导体材料。金属化层通常包括铜金属化材料及铝金属化材料。亦可使用其它金属及合金。
可使用湿化学蚀刻方法、干电浆蚀刻方法或其等的组合方法将介电层及金属化层图案化。若需要非常小的尺寸，则干电浆蚀刻方法以及电子束蚀刻通常较佳，只要它们在形成图案化介电层及金属化层时提供增强的侧壁轮廓控制。可以不同方式改良实施例的光导管的波导性质。波导核心具有一第一有效折射率n1且围绕波导的至少一部分的包覆中的材料具有一第二有效折射率n2，且通过确保第一折射率大于第二折射率n1＞n2，提供良好的波导性质至光导管。可进一步通过在波导核心上引入光学主动式包覆层而改良波导性质。纳米线核心是用作波导且亦用作纳米结构PD，该纳米结构PD亦可作为主动式电容。根据实施例的纳米结构PD非常适合进行批量生产且所描述的方法可调整规模用于工业的用途。
纳米线技术使选择在习知块状层技术中不可行的材料及材料组合成为可能。这可用于根据实施例的纳米结构PD中，以提供探测习知技术中无法达到的精确界定波长区的光的PD。根据实施例的设计允许在纳米线内包含异质结构以及不同掺杂区域，促进电性质及/或光性质的最佳化。
可以用不同方式改良实施例的光导管的波导性质。波导核心具有一第一有效折射率n1且围绕波导的至少一部分的包覆中的材料具有一第二有效折射率n2，且通过确保第一折射率高于第二折射率n1＞n2，提供良好的波导性质至光导管。可进一步通过在波导核心上引入光学主动式包覆层而改良波导性质。纳米线核心是用作波导且亦用作纳米结构PD，该纳米结构PD亦可作为主动式电容。根据实施例的纳米结构PD非常适合进行批量生产且所描述的方法可调整规模用于工业的用途。
根据实施例的纳米结构PD包括一直立纳米线。针对此申请案的目的，直立纳米线应解释为以某一角度从基板伸出的纳米线，举例而言，该直立纳米线是从基板生长出来，较佳为汽液固(VLS)生长的纳米线。与基板的角度通常为基板及纳米线中的材料、基板的表面及生长条件的结果。通过控制此等参数，可产生仅指向一方向(举例而言垂直方向)或有限组的方向的纳米线。举例而言，由来自元素周期表III、V及IV栏的元素所构成的闪锌矿及钻石半导体纳米线及基板，此等纳米线可生长在[111]方向且随后生长在任何{111}基板表面的垂直方向。其它给定方向为介于垂直于表面与垂直于纳米线轴方向之间的角度，包含70,53°{111}、54,73°{100}及35,27°及90°(两者皆至{110})。因此，纳米线界定了一方向或有限组的方向。
在一实施例中，生长具有经精确界定直径纳米线的能力用于最佳化纳米线的波导性质，或者至少波导与纳米结构PD所限制及转化的光的波长相关的波导性质。选择纳米线的直径以有利地与所要光的波长保持一致。较佳地，纳米线尺寸使沿着纳米线提供均匀光学腔，该光学腔针对所产生光的特定波长而最佳化。核心纳米线必须足够宽以撷取所要的光。经验法则为直径必须大于λ/2nw，其中λ为所要光的波长且nw为纳米线的折射率。作为一实例，在硅纳米线中，约60纳米的直径仅适于限制蓝光，且80纳米的直径适于限制蓝光及绿光两者。45纳米的直径适于限制UV光。
本文所揭示的实施例的硅纳米线可按如下方式制作。提供一基板，该基板包括具有二氧化硅表面的硅。可使用表面处理将该表面改质以促进金纳米颗粒的吸附。在此经该改质表面上，可通过沉积金层而形成金纳米颗粒，之后移除除金纳米颗粒的所要位置之外的区段上方的金层。金纳米颗粒可经表面处理以提供空间稳定性。换言之，被系留、空间稳定的金纳米颗粒可用作纳米线进一步合成的晶种，其中金纳米颗粒是吸附至经改质的硅基板上。二苯基硅烷(DPS)分解形成硅原子。硅原子附着至金纳米颗粒且当硅原子在金纳米颗粒中达到饱和时，从金纳米颗粒晶种中结晶出硅纳米线。应注意留在背侧表面上的金颗粒的厚度及大小决定纳米线的直径。
举例而言，可通过电浆增强型汽液固生长生长硅纳米线。生长硅纳米线的其它方法可采用汽液固(VLS)生长机制。纳米线亦可为通过使用四氯化硅(SiCl4)作为前驱气体的VLS生长机制而合成的磊晶生长Si-NW，其需要超过800℃的温度。在此情况中，气体盐酸(反应管中SiCl4分解的副产品)可蚀刻Si表面上的氧化层，形成干净的Si晶体表面用于磊晶NW生长。亦可通过有意地将HCl引入SiH4/H2系统而选择性地生长磊晶硅。可使用Si(111)及Si(100)表面上的SiH4的镓/金(Ga/Au)纳米颗粒催化化学气相沉积(CVD)而达成Si-NW的磊晶生长。
本文所揭示的实施例的硅纳米线可按如下方式制作。提供一基板，该基板包括具有二氧化硅表面的硅。可使用表面处理将该表面改质以移除一个氧化物层以促进金纳米颗粒或金合金纳米颗粒如AuGa的吸附。在此经改质表面上，Si基板较佳具有{111}平面(Au是用于在引入SiH4时形成Si-Au共晶点并生长Si纳米线)，可通过沉积金层而形成金纳米颗粒，之后移除除金纳米颗粒的所要位置之外的区段上方的金层。举例而言，可通过电浆增强型汽液固生长而生长硅纳米线。在第一步骤中，可通过标准电子束光刻(EBL)制程或使用预制催化剂胶体的自组装而在基板的顶部沉积一催化剂颗粒(通常为金或金合金)。亦可使用用于沉积催化剂的其它制程，诸如无电极电镀。
生长后纳米线的直径通常通过催化剂颗粒的面积而决定。因此，可通过沉积具有合适大小的催化剂颗粒而合成具有所要直径的纳米线。此步骤通常决定纳米线像素的功能性，因为纳米线直径应具有合适的截面面积以允许具有特定波长的光传输且应足够长以允许光吸收及激子(电子空穴对)的产生。
在可适当条件下从催化剂颗粒生长单个纳米线。使用硅作为一实例，举例而言可在650℃的温度及200mTorr的压力下使用汽液固(VLS)制程在有SiH4存在的情况下生长适当纳米线。低于450℃的温度适合于CMOS电路及纳米线合成的整合相容性。许多研究者已能够在430℃或甚至低于400℃的温度下通过使用一些特殊技术，举例而言使用铝催化剂或电浆增强型生长合成硅纳米线。在VLS制程期间，可通过分别引入B2H6、H2及PH3掺杂硅纳米线以产生p+-i(本征)-n+结构。
纳米线与相应块状材料相比具有更高的表面体积比。因此纳米线的表面状态在其等的电子性质及光性质中发挥更重要的作用。然而，可在纳米线合成之后通过表面钝化而使纳米线表面状态的影响最小化。通常，可用在纳米线的表面上与硅键结合反应的单层材料而达成表面钝化。这在反应后形成稳定结合而达成。钝化有利地对于纳米线的物理尺寸几乎无影响，因为物理尺寸仅为单层厚。
之后的步骤是关于覆盖纳米线的经n或p掺杂的磊晶层的形成或围绕纳米线的一个或多个介电层的形成。
可使用气相磊晶(VPE)(化学气相沉积的一改良)生长覆盖纳米线的磊晶n或p掺杂层。亦可使用分子束磊晶、液相磊晶(MBE及LPE)及固相磊晶(SPE)。在每个制程中，可在磊晶层生长制程期间将掺杂物添加入磊晶生长的层中。
若需要，可通过化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、氧化或硝化而制作围绕纳米线的等形介电质涂层。随后，可通过电浆增强型化学气相沉积、旋涂或溅镀，视需要使用初始原子层沉积而在等形介电质涂层上形成经掺杂的玻璃介电层。可通过化学机械平坦化或其它蚀刻方法回蚀该经沉积的经掺杂玻璃介电层。
图2是根据一实施例的被动式像素的示意图。根据本实施例的该被动式像素包含一光电二极管及一开关晶体管。当在光电二极管中吸收光子能时，产生电子及空穴电荷。在电子及空穴中，少数电荷载子是积累在该光电二极管中所形成的电位井中。少数电荷的累积持续直至开关晶体管开启。
开启转移门极使积累的电荷倾流至输出节点。输出信号为在短时间周期内流动的电流形式。该时间周期很短，因为光电二极管中所储存的电荷量有限。当至输出节点的电荷转移完成时，光电二极管中的电位井变空。即，光电二极管处于重设状态。
当开关晶体管关闭时，电荷积累重新开始。电荷是经积累以积聚信号以使信号变大。无积累的情况下，信号通常太小而无法使用。此外，由于像素的读出操作是周期的而非连续的，故转移门极的运作及输出信号的取样应同步。
参考图3可理解同步操作。图3图解说明简化的被动式像素阵列装置方块图。如所绘示，该被动式像素阵列包括m×n个像素。但是，阵列可包括n行及m列，其中m与n不同。通常，一列中的各像素输出是连接至列信号总线。在一实施例中，各列信号总线是连接至跨阻抗放大器(TIA)。该TIA将光电流信号转化为电压信号。在一实施例中，一行中的各转移门极是连接至通过垂直驱动器而驱动的单个总线线。
现说明像素阵列的运作方法。开始时，转移门极驱动器(TGD)启动Y1使得第一行中的像素群组得以启用，以将第一行中的电荷倾至列信号总线。该TIA将电流信号转化为电压信号。当读出完成时，Y1停用。随后Y2启用。此程序重复直至最后一行中的像素群组通过Yn而启用。以此方式，在垂直方向上扫描该m×n像素阵列。在水平方向上，可使用多路复用开关阵列(未绘示)扫描该TIA的各输出。
图4图解说明具有纳米线及垂直光电门的像素的一实施例的截面图(a)及俯视图(b)。在本实施例中，存在两个光电二极管组件、一纳米线光电二极管及块状或基板光电二极管。光子是被吸收在n-纳米线及n-大尺寸二极管中。但是，本实施例的像素无法分开两个光电二极管之间的信号。
纳米线及大尺寸光电二极管包括n-掺杂区，其在在反向偏压条件下较容易的被耗尽。可通过在基板上施加具有垂直光电门及接地偏压的负电压(-V)而建立反向偏压条件。n+输出节点通常为正偏压。此通常有助于进一步耗尽n-区。围绕纳米线边缘的p+区用于抑制积累期间所产生的泄漏电流。泄漏电流通常是由于大尺寸光电二极管区域的边缘及表面附近存在的表面缺陷而产生。
在本实施例中，折射率比纳米线的核心材料低的介电材料的沉积，使垂直光电门(VPG)与纳米线之间形成电容。介电层亦有助于将光束朝向大尺寸二极管引导。
像素亦包含浅沟渠隔离(STI)。STI是可用于界定正对于薄门极氧化物所处的主动区的场区域的标准CMOS制程的一部分。即，STI可用于电隔离像素的组件。作为STI的替代，硅的局部氧化或LOCOS可用于分开像素中的组件。
在本实施例中，垂直光电门(VPG)偏压是透过包括像素的顶部的铟锡氧化物(ITO)层而施加。VPG提供两种功能。首先，VPG可用于控制纳米线中的电位。此使得电位梯度能够在垂直方向及水平方向形成于纳米线中。其次，VPG使得纳米线及大尺寸光电二极管可耗尽。
ITO层作为导电层以供应偏压电压至VPG。ITO的沉积制程温度相对较低(通常200℃至400℃)。低沉积温度有助于防止损坏基板中已经制造的CMOS装置。ITO具有进一步优点，即其光学透明。
图5图解说明具有垂直p-i-n纳米线及大尺寸光电二极管的像素的一实施例。本实施例包含两个光电二极管组件。纳米线光电二极管是形成为垂直p-i-n二极管。其在纳米线的顶部具有p+层且在底部(基板中)具有n-区。纳米线的其它部分是涂布有一种介电材料，通常为一种氧化物材料。随后，所产生的结构可被金属或导体材料围绕使得光可沿着纳米线向下引导而不产生相邻纳米线之间的光学串扰。n-区发挥大尺寸二极管的功能。即n-区吸收穿透纳米线而来的光。
负偏压(标注为-V)耗尽本征(未掺杂)纳米线及n-区。此外，垂直电场是产生在纳米线中。纳米线的本征区域中的垂直电场将光子所产生的电荷扫向电位井所处的n-区。
图6图解说明具有同轴p-i-n纳米线的像素的一实施例。纳米线光电二极管是形成为同轴或同心p-i-n二极管。其在外壳上具有p+且在核心具有n-且具有夹在其间的本征层。
负偏压(标注为-V)是透过ITO层施加至p+层。p-基板是经接地偏压(0V)使得本征层、纳米线的n-区及大尺寸体中的n-区可耗尽。n+输出节点通常为正偏压。此有助于进一步耗尽n-区。
在本实施例中，同轴纳米线中存在两个电场分量。一组分量为朝向纳米线中心引导的电场。另一分量是向下引导。即朝向基板。存在两个电场分量，是因为纳米线的核心中的n-区具有比本征层低的电阻率。在具有无限电阻率的绝缘体极端情况中，最高电场分量可介于两个电极之间。即朝向本实施例的配置的纳米线的中心。建立垂直电场分量，即便电位梯度并不陡。这是因为纳米线很长且基板是接地。
归因于这两个电场分量，纳米线中的电荷倾向于先移入核心中且随后在核心中移向底部。这通常有利是因为纳米线的表面通常不完美。即通常在纳米线表面上存在缺陷。若电荷移动接近表面，它们可能因缺陷而经历诱捕。但是核心中的电荷转移避免这个问题。
可通过采用原子层沉积(ALD)或化学气相沉积(CVD)制程技术进行本征层及p+层的沉积。
图7图解说明具有一纳米线、一垂直光电门及一纳米线开关晶体管的像素的一实施例的截面图(a)及俯视图(b)。在此像素结构中，开关晶体管是形成在纳米线中。由于光电二极管及开关晶体管两者是放置在垂直站立的相同纳米线中，故其占用面积大小与像素大小相同。因此，根据本实施例的像素可制作得非常小。
如图7b所示，本实施例在像素阵列的垂直(列)方向上具有条纹形式的n+层。由于n+层具有低电阻率，故可在不使用任何额外金属线的情况下制作信号线。这通常简化本实施例的装置制造。
当门极关闭时，在门极下方形成势垒使得光子所产生的电荷能够积累在纳米线中，而电荷不移入基板中的n+区。当门极关闭时，纳米线是与基板电隔离。然而，纳米线通常未与基板光隔离。因此，光可到达n+区及基板p-sub，在底部(基板)二极管处产生电荷。
但是，无法使用大尺寸二极管中所产生的电荷，因为n+区是与按阵列的列接地的像素。因此，在读出纳米线信号前，须重设n+区。可通过位于各列中的TIA的重设操作而达成重设。当门极打开时，纳米线中所积累的电荷是倾入n+区，因为势垒可通过施加合适偏压电压至门极而移除。随后TIA将来自像素电荷流的电流信号转化为电压信号。
图8绘示具有一垂直p-i-n纳米线光电二极管及一纳米线开关晶体管的像素的一实施例的截面图(a)及俯视图(b)。纳米线具有垂直p-i-n结构，该垂直p-i-n结构在纳米线的顶部部分上具有p+层且在底部具有n+及n-层。当门极关闭时，势垒形成在门极下方使得光子所产生的电荷可积累在纳米线中而不移入纳米线底部的n+区。在门极关闭期间，电荷是聚集在门极上方的n-层中，因为n-层是最低电位(最高电压)存在的位置。这是因为电荷具有移向电位最低之处的趋势。若纳米线不具备n-层，则电荷的聚集区无法精确界定。
当门极开启时，垂直方向上的电场使得门极上方的n-层中所累积的电荷漂移入n+区。这产生像素输出电流。
图8b图解说明n+层的形状。圆形形状的孔的原因是提供从基板p-sub至本征纳米线的路径。这有助于在门极下方建置势垒，因为可从基板p-sub供应反向偏压。
图9绘示具有一垂直p-i-n纳米线光电二极管及一纳米线开关晶体管的像素的一实施例的截面图。除n+区的形状外，本实施例中所有内容皆与图8a所绘示的实施例相同。在本实施例中，n+区具有简单条纹状图案，而无附加的环形图案。
图10绘示具有一同轴p-i-n纳米线光电二极管及一纳米线开关晶体管的像素的一实施例的截面图。纳米线具有同轴或同心形状p-i-n结构。即纳米线在外壳上具有p+层且在核心中具有n-区，本征层是夹在两者间。当门极关闭时，在门极下方形成势垒。光子所产生的电荷可积累在纳米线中而不移入底部的n+区。
当门极开启时，垂直方向上的电场使得门极上方的n-层中所累积的电荷漂移入n+区。这产生作为像素输出电流。同轴p-i-n结构有助于改良电荷转移而不因纳米线中的表面缺陷而经历捕获。这是因为朝向核心引导的电场产生至纳米线核心的电荷转移路径。
图11绘示具有金属带状线上的一垂直p-i-n纳米线及一纳米线开关的像素的一实施例的截面图。在此结构中，纳米线是形成在金属带顶部，该金属带是放置在经绝缘的基板上。在金属顶部，具有<111>定向的n+材料是沉积或结合以与金属具有欧姆接触。随后，形成本征型纳米线。纳米线的顶部部分是涂布有p+掺杂材料从而可形成垂直p-i-n二极管。可透过ITO层将负偏压电压施加至p+层。底部金属带可透过TIA而正偏压。这导致反向偏压，使纳米线耗尽。
本实施例的像素运作与图9所示的结构相同。但是，此结构具有数个超过该实施例的优点。举例而言，使用本实施例，在选择基板材料时具有更大自由。即，基板不一定为硅。举例而言，基板可为一III-V半导体、一II-VI半导体或一塑胶。的确，在本实施例中，基板可为能够为像素提供机械支撑的任何材料。即因为基板是与像素电隔离，故基板无须具有导电的能力。此外，纳米线及基板可包括不同材料。举例而言，基板可包括硅，而纳米线可包括一III-V材料或II-IV材料。由于不存在大尺寸二极管，故若n+层非常薄，则无须重设n+二极管。换言之，即便无大尺寸二极管，金属顶部上的n+层仍变成寄生大尺寸二极管。若n+层的厚度很小，则n+层中产生的电流非常小。
图12绘示具有金属带状线上的同轴p-i-n纳米线光电二极管及纳米线开关的被动式像素的一实施例的截面图。除本实施例具有同轴p-i-n纳米线结构外，本实施例中所有内容皆与图11所绘示的实施例相同。
图13图解说明一传感器阵列的一实施例。图13图解说明的便士圆形图案，其中像素是配置为并排的交错图案。亦可使用配置像素阵列的其它方式。实例包含但不限于六边形图案、拜耳图案及半规则图案。个别纳米线传感器较佳位于各像素的中心。通过将纳米线传感器放置为紧密堆积配置，可产生高密度传感器阵列。
图14a及14b图解说明类似于图4所绘示的实施例的一被动式像素的一实施例，但是在本实施例中，纳米线是被两个或两个以上同心介电层围绕。在一态样中，纳米线缺少同心金属层。在另一态样中，纳米线是被两个或两个以上同心介电层及一同心金属层围绕。在本实施例中，该两个或更多同心介电层执行图5所示的实施例中的金属所执行的光引导功能。因此，本实施例的态样无金属层。
在另一态样中，两个或两个以上同心介电层的连续同心介电层具有随半径增加而降低的折射率。即具有较大半径的同心介电层与具有较小半径的同心介电层相比具有较低的折射率。在另一态样中，邻近同心介电层具有交替的较高及较低的折射率。本申请案所涉及的所有参考的全文以引用的方式并入本文中。
上述详细描述已经由使用图式、流程图及/或实例说明装置及/或制程的各种实施例。就此等图式、流程图及/或实例含有一或多个功能及/或操作而言，业内人士应了解此等图式、流程图或实例内的各功能及/或操作可通过宽范围的硬件、软件、固体或实际上其等的任一组合而个别及/或共同地实施。在一实施例中，本文所述的主题的数个部分可经由特定用途集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数位信号处理器(DSP)或其它整合格式而实施。但是，熟习此项技术者了解本文所揭示的实施例的一些态样可整体或部分等效地在集成电路中实施、实施为在一或多个电脑运行的一或多个电脑程式(例如，在一或多个电脑系统上运行的一或多个程式)、在一或多个处理器上运行的一或多个程式(例如，在一或多个微处理器上运行的一或多个程式)、固体或实际上其等的任一组合，且根据本揭示内容，熟习此项技术者能够设计电路及/或编写软件及或固体的代码。此外，熟习此项技术者应了解本文所述的主题的机制能够作为一程式产品以多种形式销售，且本文所述的主题的阐释性实施例可应用而无论用于实际进行销售的信号承载媒体的特定类型。信号承载媒介的实例包含但不限于下列内容：一可记录型媒体，诸如软盘、一硬盘驱动器、一光盘(CD)、一数码视讯光盘(DVD)、一数码磁带、一电脑内存等；及一传输型媒体，诸如一数码及/或一模拟通信媒体(例如，一光纤缆线、一波导、一有线通信链路、一无线通信链路等)。
熟习此项技术者应了解在业内以本文所说明的方式描述装置及/或制程及此后使用工程实务将此等所描述的装置及/或制程整合入资料处理系统很常见。即本文所述的装置及/或制程的至少一部分可经由合理数量的实验而整合入资料处理系统。熟习此项技术者应了解典型资料处理系统通常包含一系统单元外壳、一视频显示装置、一内存诸如非永久性和永久性内存、处理器诸如微处理器及数码信号处理器、计算实体诸如操作系统、驱动器、图形用户接口及应用程式的一者或多者、一或多个互动装置诸如一触控垫或触控屏，及/或包含反馈回路及控制电动机的控制系统(例如，反馈是用于感测位置及/或速度；控制电动机是用于移动及/或调整组件及/或数量)。一典型资料处理系统可利用任何适当的可购组件诸如通常在资料计算/通信及/或网路计算/通信系统中用到的组件。
本文所述的主题有时阐释不同的其它组件内所含有或与其相关的不同组件。应了解此等所描绘的架构仅为例示性，且实际上有可实施达成相同功能性的许多其它架构。从概念角度上看，达成同一功能性的任何组件配置是有效“相关联”从而达成所要的功能性。因此，本文中任何两个组件组合以达成一特定功能性可视为彼此“相关联”从而达成所要功能性，而不管架构或中间组件。同样地，如此相关联的任何两个组件亦可视为“可操作地连接”或“可操作地耦合”至彼此以达成所要的功能性且能够如此关联的任何两个组件亦可视为“可操作地耦合”至彼此以达成所要的功能性。可操作地耦合的特定实例包含但不限于光学耦合以使光学光可举例而言经由一光导管或光纤、实体互动组件及/或可无线互动及/或无线互动组件及/或逻辑互动及/或可逻辑互动组件而传输。
有关本文中实质任何复数及/或单数术语的使用，熟习此项技术者可根据具体情况及/或应用适当地从复数转化为单数及/或从单数转化为复数。为简洁起见，本文可明确说明各种单数/复数组合。
业内人士应了解一般而言本文所使用的术语且尤其是随附申请专利范围内的术语(例如，随附申请专利范围的主体)通常旨在作为“开放”术语(例如，术语“其包含”应解释为“其包含但不限于”，术语“具有”应解释为“至少具有”、术语“包含”应解释为“包含但不限于”等。)业内人士应进一步了解若需要特定数量的所介绍的申请专利范围的主题，则明确在申请专利范围中详述此意图。若无此详述，则此意图不存在。举例而言，为帮助理解，下列随附申请专利范围可含有介绍性短语“至少一”及“一或多个”的使用以介绍申请专利范围的权利要求。但是此语的使用不应解释为暗示通过不定冠词“一”或“一个”介绍申请专利范围权利要求将含有此所介绍的申请专利范围权利要求的任何特定申请专利范围限制为仅含有此一权利要求的发明，即便当同一申请专利范围包含介绍性片语“一或多个”或“至少一”及不定冠词诸如“一”或“一个”(例如，“一”及/或“一个”通常应解释为意指“至少一”或“一或多个”)；使用用于介绍申请专利范围权利要求的定冠词亦如此。此外，即便明确详述特定数量的所介绍的申请专利范围权利要求，熟习此项技术者仍应了解此权利要求通常应解释为意指至少该所详述的数量(例如，仅详述“两个标的”而无其它修饰语通常指的是至少两个标的或两个或多个权利要求)。此外，在使用类似于“A、B及C等的至少一者”的常用语的该等情况中，一般而言此建构的原意在于熟习此项技术者会了解本常用语(例如，“具有A、B及C的至少一者的一系统”可包含但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A及B、具有A及C、具有B及C及/或具有A、B及C等的系统)。在使用类似于“A、B或C等的至少一者”的常用语的该等情况中，一般而言此建构的原意在于熟习此项技术者会了解本常用语(例如，“具有A、B或C的至少一者的一系统”可包含但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A及B、具有A及C、具有B及C及/或具有A、B及C等的系统)。业内人士应进一步了解无论在描述、申请专利范围或图式中，实际上表示两个或多个替代性术语的任何转折词及/或短语应理解为考虑包含该等术语的一者、该等术语的任一者或该等术语两者的可能性。举例而言，片语“A或B”应理解为包含“A”或“B”或“A及B”的可能性。
所有参考包含但不限于专利、专利申请案及非专利文献其全文以引用的方式并入本文中。
虽然本文已揭示各种态样及实施例，但是熟习此项技术者了解其它态样及实施例。本文所揭示的各种态样及实施例是用于阐释的目的且并非旨在限制，真实的范围及精神是通过下列申请专利范围而指定。

Claims (64)

1.一种成像装置，其包括：
基板上的一像素阵列，所述像素包括一纳米线光电二极管，该纳米线光电二极管包括所述基板上的一纳米线，其中所述像素是被动式像素；
围绕所述纳米线的光电门；以及
围绕所述纳米线的介电材料，其中，所述介电材料具有比所述纳米线的折射率低的折射率且所述介电材料在所述光电门和所述纳米线之间形成一电容。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述纳米线是经配置以透过该纳米线按一所选择的波长分离入射在该像素上的一电磁辐射光束的波长，其中该纳米线是经配置以作为用于传输波长高至该所选择的波长的一通道及用于探测透过该纳米线传输的波长中高至该所选择的波长的波长的一主动式元件。
3.如权利要求1的装置，其中所述纳米线垂直于所述基板。
4.如权利要求2的装置，其中该所选择的波长包括紫外光及更小波长的光。
5.如权利要求1的装置，其中该装置是经配置以探测大小约为500纳米或更小的物体。
6.如权利要求4的装置，其中该装置是经配置以探测大小约为100纳米或更小的物体。
7.如权利要求1的装置，其中该纳米线包括硅。
8.如权利要求1的装置，其中介于纳米线之间的间隔被充填SiO2。
9.如权利要求1的装置，其中介于纳米线之间的间隔被充填空气。
10.如权利要求1的装置，其中该像素阵列是配置为一便士圆形图案。
11.如权利要求9的装置，其中该像素阵列图案包括一拜耳图案。
12.如权利要求1的装置，其中，该纳米线光电二极管包括同轴p-i-n结。
13.如权利要求1的装置，其中该纳米线光电二极管包括一周边电路元件。
14.如权利要求1的装置，其进一步包括一光学成像系统。
15.一种成像装置，其包括一被动式像素传感器，该被动式像素传感器包括：
基板上的一像素阵列，所述像素包括一纳米线光电二极管，该纳米线光电二极管包括所述基板上的一纳米线，其中所述像素是被动式像素；
围绕所述纳米线的光电门；以及
围绕所述纳米线的介电材料，其中，所述介电材料具有比所述纳米线的折射率低的折射率且所述介电材料在所述光电门和所述纳米线之间形成一电容。
16.如权利要求15所述的装置，其中，所述纳米线是经配置以透过该纳米线按一所选择的波长分离入射在该像素上的一电磁辐射光束的波长，其中该纳米线是经配置以作为用于传输波长高至该所选择的波长的一通道及用于探测透过该纳米线传输的波长中高至该所选择的波长的波长的一主动式元件。
17.如权利要求15的装置，其进一步包括一开关，该开关是经配置以在关闭时使该纳米线中由光子所产生的电荷可累积及在其开启时从该纳米线中排尽。
18.如权利要求15的装置，其中，所述纳米线垂直于所述基板。
19.如权利要求15的装置，其中该像素阵列包括行及列且各像素具有连接到列信号总线的输出。
20.如权利要求19的装置，其中该信号总线是连接至一放大器的输入。
21.如权利要求17的装置，其中该开关包括一转移门极，该像素阵列包括行及列，且一行中的各转移门极是连接至通过一垂直驱动器而驱动的一单个总线。
22.如权利要求20的装置，其中该像素阵列是经配置以按行读出。
23.如权利要求15的装置，其中所述基板还包括一光电二极管。
24.如权利要求23的装置，其中该基板中的该光电二极管是经配置以吸收波长长于经选择的波长的光子。
25.如权利要求15的装置，其中该光电门是经配置以控制该纳米线中的电位，形成垂直方向及水平方向的一电位梯度。
26.如权利要求15的装置，其中各像素包括一浅沟渠隔离区域，该浅沟渠隔离区域是经配置以使所述像素彼此电隔离。
27.如权利要求15的装置，其中各像素进一步包括一铟锡氧化物ITO层且其中一偏压电压是透过该ITO层而施加至所述像素。
28.如权利要求15的装置，其中该像素包含一垂直p-i-n纳米线结构。
29.如权利要求28的装置，其中该垂直p-i-n纳米线结构包括一本征纳米线核心、该本征纳米线核心顶部的一p+层及该本征纳米线核心下方的该基板中的一n-区。
30.如权利要求29的装置，其中所述像素是经配置使得施加至该像素的一负偏压使该纳米线中的电荷耗尽并在该纳米线中产生将电荷扫至该基板的一电位梯度。
31.如权利要求29的装置，其中该纳米线是进一步涂布有一材料，该材料是经配置以沿着该纳米线向下引导光并减少像素之间的光串扰。
32.如权利要求28的装置，其中该垂直p-i-n纳米线结构包括被一本征层围绕的一n-核心，该本征层被一p+层围绕。
33.如权利要求32的装置，其中该像素是经配置使得基板是电接地，且施加至像素的一负偏压可使纳米线及基板中的电荷耗尽。
34.如权利要求33的装置，其中该纳米线是用两个电场分量配置，一电场分量指向纳米线中心，且另一电场分量指向基板。
35.如权利要求34的装置，其中该纳米线中的电荷朝向纳米线的中心移动且随后朝向基板移动。
36.如权利要求15的装置，其中各像素包括放置在该纳米线光电二极管上的一开关。
37.如权利要求36的装置，其中该像素阵列是配置为行及列且该基板包括经配置以连接纳米线成列的一n+层。
38.如权利要求37的装置，其中该基板中的该n+层配置为一信号总线。
39.如权利要求36的装置，其中所述像素是经配置使得当该开关关闭时在该开关下方形成一势垒，使得该纳米线中由光子所产生的电荷可积累。
40.如权利要求39的装置，其中该纳米线是与该基板电隔离但未与该基板光隔离。
41.如权利要求36的装置，其中当该开关开启时，该纳米线中的电荷流至该基板内。
42.如权利要求15的装置，其中所述像素包括一垂直p-i-n纳米线结构及一纳米线开关。
43.如权利要求42的装置，其中该垂直p-i-n纳米线结构包括一本征纳米线核心、该本征纳米线核心顶部的一p+层及该纳米线下方的该基板中的一n+区，该基板具有p-掺杂。
44.如权利要求43的装置，其中该纳米线包括介于该开关与该本征纳米线核心之间的一n-层。
45.如权利要求43的装置，其中该n+区具有带一孔的一实质环形形状，该孔是经配置以提供从该本征纳米线至该p-掺杂基板之间的一电路径。
46.如权利要求42的装置，其中该垂直p-i-n纳米线结构包括由一本征层所围绕的一n-核心，该本征层是由一p+层所围绕。
47.如权利要求42的装置，其中该垂直p-i-n纳米线结构包括一本征纳米线核心、该本征纳米线核心顶部的一p+层及该纳米线下方的一n+区，其中该n+区是位于该基板上的一绝缘层上的一金属带上。
48.如权利要求47的装置，其中该n+区与该金属带具有一欧姆接触。
49.如权利要求47的装置，其中该基板包括硅、一III-V半导体、II-VI半导体、或塑胶。
50.如权利要求47的装置，其中，所述基板不包括一光电二极管。
51.如权利要求42的装置，其中该垂直p-i-n纳米线结构包括由一本征层所围绕的一n-核心，该本征层是由一p+层所围绕，该垂直p-i-n结构进一步包括该纳米线下方的一n+区，其中该n+区是位于该基板上的一绝缘层上的一金属带上。
52.如权利要求51的装置，其中该基板包括硅、一III-V半导体、II-VI半导体、或塑胶。
53.一种成像方法，其包括：
获得包括基板上的一像素阵列的成像装置，所述像素包括一纳米线光电二极管，所述纳米线光电二极管包括所述基板上的纳米线；
放置一物体与所述成像装置中的纳米线传感器阵列接触；
将该物体及传感器暴露至电磁辐射；及
探测该物体的一影像，
其中所述像素是被动式像素，所述成像装置包括围绕所述纳米线的光电门及围绕所述纳米线的介电材料，其中，所述介电材料具有比所述纳米线的折射率低的折射率且所述介电材料在所述光电门和所述纳米线之间形成一电容。
54.如权利要求53的方法，其中所述纳米线垂直于所述基板。
55.如权利要求53的方法，其中该纳米线传感器是经配置以探测大小约为500纳米或更小的物体。
56.如权利要求53的方法，其中所述电磁辐射是经准直的。
57.如权利要求53的方法，其中所述像素是配置为一便士圆形图案。
58.如权利要求53的方法，其中该像素阵列包括行及列且该阵列是按行读取。
59.如权利要求53的方法，其中所述像素中所产生的电荷是在该像素阵列外部放大。
60.一种成像装置，其包括：
基板上的一像素阵列，所述像素包括一纳米线光电二极管，该纳米线光电二极管包括所述基板上的一纳米线，其中该纳米线是被两个或两个以上同心介电层围绕，且其中所述像素是被动式像素；
围绕所述纳米线的光电门；以及
围绕所述纳米线的介电材料，其中，所述介电材料具有比所述纳米线的折射率低的折射率且所述介电材料在所述光电门和所述纳米线之间形成一电容。
61.如权利要求60的装置，其中该纳米线缺乏一同心金属层。
62.如权利要求60的装置，其中该两个或两个以上同心介电层的连续同心介电层具有随半径增加而降低的一折射率。
63.如权利要求60的装置，其中具有一较大半径的同心介电层与具有一较小半径的同心介电层相比具有一较低折射率。
64.如权利要求60的装置，其中邻近的同心介电层具有交替的较高及较低的折射率。
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