深いトレンチ分離を備えたシリコンイメージセンサーのプラズモニック回折による近赤外感度の改善高反射金属で満たされた深いトレンチ分離

イメージセンサーの近赤外（NIR）感度を高めるために、強い反射金属で満たされたディープトレンチ分離（DTI）と組み合わせたプラズモニック回折構造を提案します。プラズモニック回折構造は、典型的なシリコンの裏側が照らされたCMOSイメージセンサーの明るい表面に銀格子を持っています。銀格子の構造パラメーターはシミュレーションを通じて調査され、NIR感度の向上のメカニズムが明らかにされました。表面プラズモンポリトンの準共振条件下では、入射NIR光がセンサーシリコン層への伝播光として効果的に回折されます。回折光は、DTIの間を行き来しました。シリコンでの有効な伝播長は、銀で充填されたDTIによって6倍に拡張され、940 nmの波長での3 µm厚のシリコン吸収が約5倍改善されました。

We propose a plasmonic diffraction structure combined with deep trench isolation (DTI) filled with highly reflective metal to enhance the near-infrared (NIR) sensitivity of image sensors. The plasmonic diffraction structure has a silver grating on the light-illuminated surface of a typical silicon backside-illuminated CMOS image sensor. The structural parameters of the silver grating were investigated through simulations, and the mechanism of the NIR sensitivity enhancement was clarified. Under the quasi-resonant conditions of surface plasmon polaritons, incident NIR light effectively diffracted as a propagating light to the sensor silicon layer. The diffracted light travelled back and forth between the DTIs. The effective propagation length in silicon was extended to six times by silver-filled DTI, resulting in approximately five times improvement of the 3-µm-thick silicon absorption at a wavelength of 940 nm.