논문 리뷰 - PDAF under NIR

2022년에 네이버 블로그에 포스팅한 글입니다.

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soruce : JSAP 2020, renesas electronics corporation

르네사스 일렉트로닉스는 일본 정부의 주도로 NEC, 히타치 제작소, 미쓰비시 전기 등 19개 기업이 공동 출자한 반도체 기업이다.

- 출처 : 위키피디아

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주제가 NIR, PDAF, BSI.... 좋다는건 모두 넣어둔 논문이다.

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저자도 학생이 아닌 기업에서 쓴 논문으로 컨퍼런스 논문이기는 하나 굉장히 관심히 끌렸다.

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soruce : JSAP 2020, renesas electronics corporation

우선 대표도면은 위와 같다.

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BSI 위쪽에 차폐막을 사용한 pdaf방식과 유사하게 metal 차폐막 대신 Ge를 사용한다.

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soruce : 한국진공학회지 제20권 2호, 2011년 3월, pp.77~85

Si는 밴드갭이 Eg= 1.12eV인데 비해 Ge는 Eg=0.66ev로 거의 반정도가된다.

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이는 빛이 매질로 들어갔을때 더욱 쉽게 흡수되고 E-H pair을 많이 발생하며, 장파장 대역을 흡수할 수 있음을 뜻한다.

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따라서 Ge가 빛을 흡수하여 차폐막(light shelding film - LSF) 역할을 할 수 있게된다.

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Ge를 BSI 구조 위쪽에 반만 덮어줌으로써 LSF역할을 하게 하고 이 필름을 통해서 빛이 흡수되게되면 그 아래로 투과되는 빛은 얇아질것이기 때문에

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이를 통해 PDAF 기능을 나타낼 것으로 보인다. 또한, Ge는 적외선을 흡수할 수 있기 때문에 오직 빛의 투과를 막으려던 목적인 LSF의 역할에

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적외선을 흡수하는 역할이 더해졌기에 PADF + NIR 흡수가 가능한 픽셀 구조가 나왔다고 볼 수 있다.

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soruce : JSAP 2020, renesas electronics corporation

위 그림을 보게되면 Ge를 사용한 LSF(a)가 10도 ~30도에서 입사하는 빛의 main ray가 얇아진 것을 확인할 수 있다.

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Pros : 1) PDAF 기능 구현 가능,

2) 적외선 측정 가능

3) 본 논문은 시뮬레이션 기반이긴 하지만 c-si에 ge를 적층하는 구조라 실제 공정도 가능해보인다.

4) 기존 LSF만을 사용한 single pixel PDAF보다 훨씬 감도가 좋을것이다.

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Cons : 1) 논문 어디에서 회로부에 대한 내용이 없다. Ge에서 축적한 전자들을 어떻게 Transfer gate로 옮겨 source follower까지 보낼것인가?

2) All pixel PDAF를 구현할 경우 Ge LSF쪽으로 입사되는 사광의 빛, 혹은 직광의 경우 마저도 Ge에 흡수되는 빛이 많아

가시광선에 대한 sensitivity가 상당히 낮아질 것으로 예상된다.

3) Metal LSF를 사용할때는 빛이 완전히 차단되고 회절로 인한 빛의 간섭이 있었지만 이 경우에는 완전히 차단하지 못하고

Ge를 투과하는 빛이 많을 것이기에, 실제로 제대로된 PDAF 성능을 보일지 궁금하다.

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결론 - PDAF, 적외선 흡수, Metal LSF를 사용했을 때보단 감도가 높다는 최근 트랜드에 적합한 구조이며 다른 논문에서는 볼 수 없었던 참신한 구조다. 하지만 잠깐 생각만 해도 단점이 여럿 생각나는 구조이다.