可调谐滤波器以及可调谐滤波器阵列制造技术

本发明专利技术公开了一种可调谐滤波器，其包括：半导体衬底；第一反射平面，形成在半导体衬底上；底部电极，包括相互电性绝缘的第一电极和第二电极，形成在第一反射平面上；支撑元件，设置在所述第二电极上，用于支撑金属桥面并将金属桥面电性连接到所述第二电极；金属桥面，由所述支撑元件支撑并且与所述底部电极相对设置，所述金属桥面为关于其中心点呈旋转对称的具有迷宫状的悬梁框架结构；第二反射平面，设置在金属桥面中并且从朝向第一反射平面的一侧暴露出。本发明专利技术还公开了一种可调谐滤波器阵列，其包括：具有读出电路的基底；阵列设置在所述基底上多个可调谐滤波器，其中，所述可调谐滤波器为如前所述的可调谐滤波器。

Tunable filter and tunable filter array

The invention discloses a tunable filter, comprising a semiconductor substrate; a first reflection plane is formed on the semiconductor substrate; the bottom electrode includes a first electrode and a second electrode electrically insulated, formed on the first reflection plane; a supporting element is provided on the second electrode, and for supporting metal deck the metal deck is electrically connected to the second electrode; metal deck, supported by the support member and the bottom electrode and positioned relative to the metal deck is on the center point of a maze shaped cantilever frame structure with rotational symmetry; the second reflection plane, arranged in the metal deck and from the side the first reflection plane exposed. The invention also discloses a tunable filter array, which comprises: a substrate having a readout circuit; array is disposed on the substrate of a tunable filter, wherein, the tunable filter for foregoing tunable filter.

【技术实现步骤摘要】
可调谐滤波器以及可调谐滤波器阵列
本专利技术属于微机电系统
，涉及光学滤波
，具体涉及一种可调谐滤波器以及滤波器阵列。
技术介绍
传统照相机获得的是目标的几何影像信息，随着光学技术的发展，人们提出了光谱成像的概念。成像仪和光谱仪是两类不同的光学仪器，光谱成像的技术将成像技术和光谱技术结合在一起，在获取目标的二维空间信息的同时，也获得目标的光谱信息。成像光谱技术是集探测器技术、精密光学机械、微弱信号探测、计算机技术、信息图像处理技术为一体的综合性技术。成像光谱仪是获取三维信息的光学传感器，包括二维空间信息(XY轴方向)和一维光谱信息(λ方向)，获得空间维和光谱维数据称为数据立方体(Data-Cube)。成像光谱仪能在电磁波谱的紫外、可见光、近红外和短波红外区域，获取许多非常窄且光谱连续的图像数据，它们组成了一条完整而连续的光谱曲线。各种物体，由于组成和结构不同，其光谱特征也是不一样的，即使在某一波段相似，在别的波段也是不一样的。按光谱分辨率的不同，光谱分辨率在几十个谱段以内(10-1λ数量级)，一般称为多光谱型光谱仪(multi-spectral)；光谱分辨率在几百个谱段以内(10-2λ数量级)，一般称为高光谱型光谱仪(hyper-spectral)。一般的彩色照片只有RGB三个波段，而高光谱成像仪的光谱范围被划分成了100多个谱段。由于不同物质反射的波段不同，可以据此分析得出物质的种类和分布。例如，同样是为雾蒙蒙的大气环境下拍摄照片，分析高光谱成像仪获得的数据，可以得出二氧化碳等气体的含量，分析出污染物的组成；而普通可见光全色相机拍出的照片则难以获取如此丰富的信息。自20世纪80年代初美国喷气推进实验室(JPL)提出光谱成像仪新概念后，遥感技术正在发生革命性飞跃。尤其是在20世纪90年度以后，随着面阵探测器技术的发展，光谱成像技术得到了迅猛的发展，尤其是在航空航天遥感探测领域。高光谱传感器大都安装在飞行器上，包括机载成像光谱仪和星载成像光谱仪。成像光谱仪中的分光系统是核心部件，光谱仪采用的分光技术直接影响着整个成像光谱仪的性能、结构的复制程度、重量和体积等。传统的分光技术使用色散(棱镜、光栅)分光、干涉(傅立叶变换)分光，这些系统构成的光谱仪重达几百磅，或者有复杂的计算要求。随着对成像光谱仪的技术指标要求越来越高，主要表现在空间分辨率、光谱分辨率和对弱信号的探测能力等方面，传统(色散、干涉)分光技术的成像光谱仪渐渐不能满足要求，并且由于红外焦平面阵列技术的发展，传统的分光元件也不适应焦平面技术发展的需要，因此，发展与焦平面技术相兼容的滤波式分光器件，是业内一个重要的发展方向。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种可调谐滤波器以及滤波器阵列，该可调谐滤波器具有高光谱分辨率与高能量利用率等优点，与传统分光技术相比，这种全新型芯片级(chipscale)分光元件，具有小型化、轻型化、易于集成的优点，可应用于红外高光谱成像系统，与焦平面技术相兼容。为了达到上述的专利技术目的，本专利技术采用了如下的技术方案：一种可调谐滤波器，其包括：半导体衬底；第一反射平面，形成在所述半导体衬底上；底部电极，包括相互电性绝缘的第一电极和第二电极，形成在所述第一反射平面上；支撑元件，设置在所述第二电极上，用于支撑金属桥面并将金属桥面电性连接到所述第二电极；金属桥面，由所述支撑元件支撑并且与所述底部电极相对设置，所述金属桥面为关于其中心点呈旋转对称的具有迷宫状的悬梁框架结构；第二反射平面，设置在所述金属桥面中并且从所述金属桥面朝向所述第一反射平面的一侧暴露出，所述第一反射平面与所述第二反射平面共同形成法布里-珀罗谐振腔。优选地，所述金属桥面包括用于固定所述第二反射平面的中心框架以及从所述中心框架的边缘延伸出的多个悬臂梁，每一悬臂梁的末端连接到一个所述支撑元件；所述多个悬臂梁同时沿顺时针或逆时针方向多次弯折，在任意相邻的两个悬臂梁之间具有空隙。优选地，所述中心框架为正方形的框架结构，所述悬臂梁的数量为四个，所述中心框架的每一个顶角分别延伸出一个所述悬臂梁；四个所述悬臂梁具有相同的弯折角度和弯折次数以及延伸长度，以使所述金属桥面的外周轮廓呈正方形。优选地，每一个所述悬臂梁经过两次以上的直角弯折并沿着所述中心框架的外周延伸。优选地，所述底部电极具有与所述金属桥面相对应的正方形的外周轮廓，所述第二电极环绕设置在所述第一电极的四周，所述底部电极的四个顶角位置对应的第二电极分别设置有一个所述支撑元件；所述第一电极的中间位置设置有一窗口，以暴露出所述第一反射平面。优选地，所述悬臂梁的末端具有相比于其主体更大的宽度。优选地，所述第二反射平面的填充因子为16％以上；所述填充因子是指所述第二反射平面从所述金属桥面朝向所述第一反射平面的一侧暴露出的面积占所述金属桥面的总面积的比例。优选地，所述第一反射平面和所述第二反射平面分别为布拉格反射镜。本专利技术的另一方面是提供一种可调谐滤波器阵列，其包括：具有读出电路的基底；阵列设置在所述基底上的多个可调谐滤波器，所述可调谐滤波器为如上所述的可调谐滤波器。优选地，所有可调谐滤波器的金属桥面相互连接形成一体结构，所有可调谐滤波器的第二电极相互连接形成一体结构，任意相邻的两个可调谐滤波器相互紧密相连；在任意相邻的两个或两个以上的可调谐滤波器中的金属桥面相互连接的位置，设置有一个同时支撑并连接该些可调谐滤波器的金属桥面的支撑元件。优选地，所述可调谐滤波器阵列被划分为多个探测区域，每一个探测区域包括若干个所述可调谐滤波器，每一个探测区域配置有一个第一焊盘，所有的探测区域配置有至少一个第二焊盘；每一个探测区域中所有的可调谐滤波器的第一电极连接到该探测区域对应的第一焊盘，相互连接形成一体结构的第二电极连接到所述第二焊盘。优选地，所述多个探测区域中，每一个探测区域包括相同数量的可调谐滤波器。优选地，所述多个探测区域按照2行×N列的阵列方式排布；其中，第1行探测区域对应的第一焊盘设置在第1行探测区域的相对远离第2行探测区域的一侧，第2行探测区域对应的第一焊盘设置在第2行探测区域的相对远离第1行探测区域的一侧；所述第二焊盘设置在所述多个探测区域的侧面并且横跨第1行探测区域和第2行探测区域；其中，N为大于1的整数。优选地，所述第二焊盘的数量为两个，两个第二焊盘设置于所述多个探测区域的相对两侧。优选地，所述可调谐滤波器阵列包括384×288个可调谐滤波器，被划分为12个探测区域，每一个探测区域包括64×144个可调谐滤波器。有益效果：本专利技术实施例提供的可调谐滤波器以及滤波器阵列，应用微机电系统(MEMS)技术，所提供的可调谐滤波器具有高光谱分辨率与高能量利用率等优点，与传统分光技术相比，这种全新型芯片级(chipscale)分光元件，具有小型化、轻型化、易于集成的优点，可应用于红外高光谱成像系统，与焦平面技术相兼容，更合适用于航空航天设备。阵列设置的滤波器可以与读出电路集成，实现每个滤波像元的波长调谐，又可实现整个阵列同时调谐，具有大面阵特点，能够更细化分区域成像，减少传统高光谱数据处理量，快速实时成像。所述滤波器阵列可以在一些特定的环境下实现高灵敏度、高分辨率超光谱成像探测，例如对杂波区目标，伪装目标，背景干扰大等复杂情本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可调谐滤波器，其特征在于，包括：半导体衬底；第一反射平面，形成在所述半导体衬底上；底部电极，包括相互电性绝缘的第一电极和第二电极，形成在所述第一反射平面上；支撑元件，设置在所述第二电极上，用于支撑金属桥面并将金属桥面电性连接到所述第二电极；金属桥面，由所述支撑元件支撑并且与所述底部电极相对设置，所述金属桥面为关于其中心点呈旋转对称的具有迷宫状的悬梁框架结构；第二反射平面，设置在所述金属桥面中并且从所述金属桥面朝向所述第一反射平面的一侧暴露出，所述第一反射平面与所述第二反射平面共同形成法布里‑珀罗谐振腔。

【技术特征摘要】
1.一种可调谐滤波器，其特征在于，包括：半导体衬底；第一反射平面，形成在所述半导体衬底上；底部电极，包括相互电性绝缘的第一电极和第二电极，形成在所述第一反射平面上；支撑元件，设置在所述第二电极上，用于支撑金属桥面并将金属桥面电性连接到所述第二电极；金属桥面，由所述支撑元件支撑并且与所述底部电极相对设置，所述金属桥面为关于其中心点呈旋转对称的具有迷宫状的悬梁框架结构；第二反射平面，设置在所述金属桥面中并且从所述金属桥面朝向所述第一反射平面的一侧暴露出，所述第一反射平面与所述第二反射平面共同形成法布里-珀罗谐振腔。2.根据权利要求1所述的可调谐滤波器，其特征在于，所述金属桥面包括用于固定所述第二反射平面的中心框架以及从所述中心框架的边缘延伸出的多个悬臂梁，每一悬臂梁的末端连接到一个所述支撑元件；所述多个悬臂梁同时沿顺时针或逆时针方向多次弯折，在任意相邻的两个悬臂梁之间具有空隙。3.根据权利要求2所述的可调谐滤波器，其特征在于，所述中心框架为正方形的框架结构，所述悬臂梁的数量为四个，所述中心框架的每一个顶角分别延伸出一个所述悬臂梁；四个所述悬臂梁具有相同的弯折角度和弯折次数以及延伸长度，以使所述金属桥面的外周轮廓呈正方形。4.根据权利要求3所述的可调谐滤波器，其特征在于，每一个所述悬臂梁经过两次以上的直角弯折并沿着所述中心框架的外周延伸。5.根据权利要求4所述的的可调谐滤波器，其特征在于，所述底部电极具有与所述金属桥面相对应的正方形的外周轮廓，所述第二电极环绕设置在所述第一电极的四周，所述底部电极的四个顶角位置对应的第二电极分别设置有一个所述支撑元件；所述第一电极的中间位置设置有一窗口，以暴露出所述第一反射平面。6.根据权利要求4所述的可调谐滤波器，其特征在于，所述悬臂梁的末端具有相比于其主体具有更大的宽度。7.根据权利要求1-6任一所述的可调谐滤波器，其特征在于，所述第二反射平面的填充因子为16％以上；所述填充因子是指所述第二反射平面从所述金属桥面朝向所述第一反射平面的一侧暴露出的面积占所述金属桥面的总面积的比例。8.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒙庆华，陈四海，魏广路，李元元，陈巍，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，广西师范学院，
类型：发明
国别省市：广东,44