光吸收薄膜材料，光学器件及制备方法技术

本发明专利技术提供一种新的光吸收薄膜，包含TiNx材料，日常状态下为黑色，其中TiNx材料中Ti与N的原子比大于1。本发明专利技术的光吸收薄膜在近红外，可见光和近紫外波段具有高吸收和低透射特点，使应用光吸收薄膜的光学器件精度更高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学领域。本专利技术更具体地但不限于涉及一种新型光吸收薄膜材料及应用该薄膜的光学器件。
技术介绍
在光学MEMS器件应用中，往往需要使来自外部的光线选择性地进入光学传感器。现有技术中通常的办法是在器件部分表面形成具有光吸收能力的薄膜材料，从而在相应位置阻挡光线进入。为避免潜在的干扰，理想光吸收薄膜材料需要具有较高的光学吸收率，以及较低的透射率和反射率。常见的光吸收薄膜材料TiN在可见光部分具有较高的透射率，在近红外、红外区有较高反射率，在需要较好可见光透过性的场合具有应用价值，但在某些特定使用领域，对特定的一些波段的光，则需要对其反射率、透射率、吸光度进行调整，从而使其具有低反射和高吸收特性，实现光学应用。
技术实现思路
本专利技术考虑到现有技术中的一个或多个问题，提出了一种新型光吸收材料，应用该光吸收材料的光学器件以及相应的制备方法。本专利技术的第一方面，提出了一种光吸收薄膜，包含TiNx材料，日常状态下为黑色，其中TiNx材料中Ti与N的原子比大于1。本专利技术的第二方面，提出了一种制作光吸收薄膜的方法，包含形成TiNx薄膜，其中所述TiNx薄膜日常状态下为黑色，Ti与N的原子比大于1。本专利技术的第三方面，提出了一种光吸收结构，包含：衬底，用于对位于其上的薄膜结构提供支撑及附着，并用于光学透射；以及TiNx光吸收薄膜，所述TiNx薄膜日常状态下为黑色，Ti与N的原子比大于1。本专利技术的第四方面，提出了一种光学器件，包含：衬底，用于对位于其上的结构提供支撑，附着，并用于光学透射；TiNx光吸收薄膜，位于所述衬底之上，所述TiNx薄膜日常状态下为黑色，Ti与N的原子比大于1；多个沟槽，位于所述TiNx光吸收薄膜内，自所述所述TiNx光吸收薄膜的顶部延伸到底部，与所述衬底上表面接触；光学传感器阵列，位于所述衬底下方，含有多个光传感单元，每个所述光传感单元对应位于一个沟槽下方，接收来自上方的入射光线，根据入射光线产生相应的电信号。本专利技术的第五方面，提出了一种制作光学器件的方法，包含：提供用于透光的衬底；形成TiNx光吸收薄膜，其中，所述TiNx薄膜日常状态下为黑色，其中Ti与N的原子比大于1。在所述TiNx薄膜内形成延伸到衬底表面的沟槽结构；在所述衬底下方形成具有多个光传感单元的光传感器阵列。相比现有技术，本专利技术采用TiNx作为光吸收材料的薄膜具有稳定的高吸收和低反射透射特性，适于对性能有较高需求的光学应用。附图说明图1所示为依据本专利技术一个实施例的光吸收结构100的结构示意图。图2示出了根据本专利技术一个实施例的光学器件200的结构示意图。图3A-3E示出了根据本专利技术一个实施例的一种图2所示制作光学器件20的方法的流程示意图。贯穿所有附图相同的附图标记表示相同的部件或特征。具体实施方式在下文所述的特定实施例代表本专利技术的示例性实施例，并且本质上仅为示例说明而非限制。在说明书中，提及“一个实施例”或者“实施例”意味着结合该实施例所描述的特定特征、结构或者特性包括在本专利技术的至少一个实施例中。术语“在一个实施例中”在说明书中各个位置出现并不全部涉及相同的实施例，也不是相互排除其他实施例或者可变实施例。本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。下面将参考附图详细说明本专利技术的具体实施方式。贯穿所有附图相同的附图标记表示相同的部件或特征。本专利技术的一个实施例提出了一种新的光吸收薄膜材料，由Ti和N组成，在此处及下文中写作TiNx，其中Ti与N的原子比大于1(即Ti:N>1)。该材料在日常状态下的颜色为黑色。本领域内技术人员应当理解，此处的TiNx表示Ti与N的原子比不相等的钛的氮化物，区别于现有技术中所常见的Ti与N的原子比为1：1，在日常状态下颜色为黄色的氮化钛化合物TiN。Ti与N的原子比可在1.05-1.2之间，例如1.08，1.1或1.12。表1为采用本专利技术一个实施例的TiNx薄膜与现有技术中采用TiN薄膜的光吸收材料在相同厚度条件下，近红外波段的平均光吸收性能对比。表1近红外波段的典型光吸收性能对比TiNx薄膜TiN薄膜吸收率86.5％35％反射率13％50％透射率0.5％15％表2为采用本专利技术一个实施例的TiNx薄膜与现有技术中采用TiN薄膜的光吸收材料在相同厚度条件下，可见光波段的平均光吸收性能对比。表2可见光波段的典型光吸收性能对比TiNx薄膜TiN薄膜吸收率93.7％45％反射率5％25％透射率1.3％30％表3为采用本专利技术一个实施例的TiNx薄膜与现有技术中采用TiN薄膜的光吸收材料在相同厚度条件下，近紫外波段的平均光吸收性能对比。表3近紫外波段的典型光吸收性能对比TiNx薄膜TiN薄膜吸收率95.6％77％反射率4％8％透射率0.4％15％从以上三表可见，采用新型光吸收材料TiNx的薄膜在近红外，可见光和近紫外三个波段都能保持极高的吸收率与极低的透射率。相比现有技术采用的TiN薄膜，本专利技术实施例中采用TiNx作为光吸收材料的薄膜具有稳定的高吸收和低反射透射特性，适于对性能有较高需求的光学应用。本专利技术的一个实施例提出了一种制作新的光吸收材料的方法，包含形成TiNx薄膜，其中TiNx薄膜中，Ti与N的原子比大于1(即Ti:N>1)。所形成的材料在日常状态下的颜色为黑色。Ti与N的原子比可在1.05-1.2之间，例如1.08，1.1或1.12。在一个实施例中，TiNx薄膜可采用物理气相淀积(PVD)方法形成，例如采用磁控溅射法在Ar和N2的混合气体氛围下形成。N2与Ar气体的流速比可以在3-5.6之间，腔室内压强范围可以为6-30mTor在另一些实施例中，TiNx薄膜也可采用化学气相淀积(CVD)方法形成，例如，在一个实施例中，可采用TiCl4与NH3作为气源，来形成TiNx薄膜。在另一实施例中，TiNx薄膜可采用四(二甲氨基)钛(TDMAT)分解形成。图1所示为依据本专利技术一个实施例的光吸收结构100的结构示意图。如图1所示，光吸收结构100包含衬底101和TiNx光吸收薄膜102。衬底101用于对位于其上的薄膜结构提供支撑及附着，并用于光学透射。在图示实施例中，衬底101由玻璃构成，材料成分为SiO2。在其它实施例中，衬底101也可以为其它合适材料。TiNx光吸收薄膜102中Ti与N的原子比大于1。该材料在日常状态下的颜色为黑色。在本专利技术一个实施例中，Ti与N的原子比可在1.05-1.2之间，例如1.08，1.1或1.12。在一个实施例中，光吸收薄膜102和衬底101之间还具有一层亲和材料层103，以增加衬底101同光吸收薄膜102之间的附着力。在图示实施例中，亲和材料层103为Ti金属层。在其它实施例中，可选用任何能够增加附着力且不改变其它性能的材料作为亲和层材料。图2示出了根据本专利技术一个实施例的光学器件200的结构示意图。如图2所示，光学器件200包含如图1所示的光吸收结构100，即衬底101和位于衬底101之上的TiNx光吸收薄膜102。多个沟槽202位于TiNx光吸收薄膜102内，自TiNx薄膜
102顶部延伸到底部，与衬底101上表面接触。光学传感器阵列203位于衬底101下方，含有多个光传感单元20本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光吸收薄膜，包含TiNx材料，日常状态下为黑色，其中TiNx材料中Ti与N的原子比大于1。

【技术特征摘要】
1.一种光吸收薄膜，包含TiNx材料，日常状态下为黑色，其中TiNx材料中Ti与N的原子比大于1。2.如权利要求1所述的光吸收薄膜，其中TiNx材料中，Ti与N的原子比范围为1.05-1.2。3.一种制作光吸收薄膜的方法，包含形成TiNx薄膜，其中所述TiNx薄膜日常状态下为黑色，Ti与N的原子比大于1。4.如权利要求3所述的制作光吸收薄膜的方法，其中形成的所述TiNx薄膜中，Ti与N的原子比范围为1.05-1.2。5.如权利要求3所述的制作光吸收薄膜的方法，其中所述TiNx薄膜采用物理气相淀积方法形成。6.如权利要求5所述的制作光吸收薄膜的方法，其中所述TiNx薄膜采用磁控溅射法在Ar和N2的混合气体氛围下形成，N2与Ar气流流速比在3-5.6之间，腔室内压强范围为6-30mTor。7.如权利要求3所述的制作光吸收薄膜的方法，其中所述TiNx薄膜采用化学气相淀积方法形成。8.如权利要求7所述的制作光吸收薄膜的方法，其中所述TiNx薄膜采用TiCl4与NH3作为气源形成。9.如权利要求7所述的制作光吸收薄膜的方法，其中所述TiNx薄膜采用TDMAT分解形成。10.一种光吸收结构，包含：衬底，用于对位于其上的薄膜结构提供支撑及附着，并用于光学透射；以及TiNx光吸收薄膜，所述TiNx薄膜日常状态下为黑色，Ti与N的原子比大于1。11.如权利要求10所述的光吸收结构，所述光吸收结构还包括亲和材料层，位于所述衬底和所述TiNx光吸收薄膜之间。12.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑晨焱，张小辛，粟笛，
申请(专利权)人：中航重庆微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50