| Technological investigation of colour filters and microlenses for the monolithic integration in CMOS-photodetector arrays |
Schlüsselwörter:
Farbfilter, CMOS-Bildsensor, Mikrolinsen, Mikrolinsenarrays
colour filters, CMOS image sensor, micro lens, microlens array
Sachgruppe der DNBAbstract
In this thesis two methods for the manufacturing of optical elements for the monolithic integration in CMOS image sensors are described. Polymeric micro colour filters and refractive micro lenses are presented. The colour filters were made of polyimid thin films with the colours Cyan, Yellow and Magenta. 9 x 9 um^2 filters were deposited on previously planarised CMOS substrates. Optical constants are measured by spectroscopic ellipsometry. The optical constants were used to calculate the colour sensor responses which are in good agreement with the experimental values.Raytracing calculations are used to evaluate the improvement of the responsivity by the use of microlenses. It is shown that the architecture of the pixel layout have to be considered to adapt the lens parameters.For the fabrication of the lenses Polymethyl-Methacrylat (PMMA) was used as a hight transparent material. By the melting of PMMA structures the lenses were obtained. A microlens array was deposited on a glass plate to determine the focal length by the following procedure. By illuminating the microlens array with laser light the focused beam was analysed with a microscope objective. It is estimated that the improvement in responsivity could be as high as 30 % with such a PMMA microlens array.
In dieser Arbeit sind zwei Methoden zur Herstellung von optischen Elementen zur monolithischen Integration für CMOS-Bildsensoren beschrieben, welche deren Funktionalität erweitern bzw. verbessern. Dabei handelt es sich zum einen um Mikrofarbfilter aus dünnen, absorbierenden Polyimidschichten und zum anderen um refraktive, hochtransparente Mikrolinsen. Bei der Entwicklung des Dünnschichtprozesses zur Filtererzeugung wurden eingefärbte Polyimidschichten der Farben Cyan, Gelb und Magenta verwendet. Es konnten 9 x 9 µm2 große Farbfilterelemente auf planarisierten CMOS-Substraten realisiert werden. Die optischen Konstanten wurden mit Hilfe der Spektralellipsometrie bestimmt. Berechnungen haben gezeigt, daß im Rahmen eines einfachen Modells mit den experimentell ermittelten optischen Konstanten das Dünnschichtsystem aus CMOS-Sensor und Farbfilter sehr genau beschrieben werden kann. In einem zweiten Teil der Arbeit wurden Mikrolinsen untersucht. Speziell bei CMOS-Bildsensoren hat der Schichtaufbau des Sensors einen Einfluß auf die Effizienz der Lichtbündelung durch die Mikrolinsen. Dies konnte rechnerisch mit dem Strahlverfolgungsverfahren gezeigt werden. Im experimentellen Teil wird die Herstellung von hochtransparenten Mikrolinsen aus Polymethyl-Methacrylat (PMMA) beschrieben. Eine Abschätzung hat ergeben, daß mit einer solchen Mikrolinse eine Empfindlichkeitserhöhung von ca. 100 % realisierbar ist, ohne den Pixelschichtaufbau zu berücksichtigen. Mit Berücksichtigung des Pixelschichtaufbaus kann ein Füllfaktorgewinn von mehr als 30 % mit den PMMA-Mikrolinsen vermutet werden.
| Betreuer | Zimmer, Günter; Prof. Dr. |
| Gutachter | Zimmer, Günter; Prof. Dr. |
| Gutachter | Karthe, Wolfgang; Prof. Dr. |
| Upload: | 2001-05-30 |
| URL of Theses: | http://duepublico.uni-duisburg-essen.de/servlets/DerivateServlet/Derivate-5052/schicket.pdf |