一种多通道窄带滤波像素阵列的制备方法技术

一种多通道窄带滤波像素阵列的制备方法，包括以下步骤：一、在衬底上制作套刻标记和金属遮光栅格；二、在衬底表面制作一层金属铝导电薄膜作为电镀的起始衬底；三、通过紫外光刻形成光刻胶掩膜；四、将制作了光刻胶图形的基片放入电镀液池中电镀；五、去除光刻胶掩膜并腐蚀衬底表面的金属铝导电薄膜，形成铝掩膜；六、采用离子溅射镀膜的方法，制备特定光学特征的F‑P型周期性干涉膜系；七、腐蚀铝掩膜，形成第一个通道的窄带滤波像素阵列；八、重复步骤二到七，依次完成第二、第三和第四通道的像素阵列的制备；九，将多通道微滤光片与CCD探测器键合封装。本发明专利技术在保持光学薄膜特性的同时，实现大厚度光学薄膜的图形化，制造工艺简单可靠，有利于推广普及，具有较高的实用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种多通道窄带滤波像素阵列的制备方法
本专利技术涉及光学薄膜制备、光学微器件制备、纳米光子学及遥感探测领域，特别涉及一种多通道窄带滤波像素阵列的制备方法，其具有不同工作波长的F-P型周期性多层介质膜窄带微滤光片进行多通道窄带滤波，可以应用于光谱成像。
技术介绍
70年代末80年代初，在研究归纳各种地物光谱特征的基础上，大家逐渐认识到，如果能实现连续的窄波段成像，那么就有可能实现地面矿物的直接识别，由此产生了光谱和图像结合为一体的成像光谱技术。1983年，美国喷气推进实验室研制出第一台航空成像光谱仪(AIS-1)，随后包括中国在内的许多国家都研制成功了一系列成像光谱仪，其中有以线阵探测器为基础的光机扫描型，有以面阵探测器为基础的固态推扫型，也有以面阵探测器加光机的并扫型。光谱成像技术是一种将光谱分析技术与光学成像技术结合而成的探测技术，不同于传统黑白或者RGB三色成像，光谱成像可以从光谱维度上获得若干个任意通道。光谱成像技术不仅可以实现定性定量的光谱分析功能，还可以通过光学成像获取准确直观的目标物体分布图，具有图谱合一的优势。例如，光谱成像滤光片和CCD探测器结合，不仅有图像的信息，并且可以获得图像上每个像素点的光谱数据，为分析、检测、监控、测量等应用提供更为丰富、精准的信息。多光谱成像技术主要是以物体对不同波长光线的吸收存在差异为原理，通过测量目标物体在一定波长范围内特定频率的光强度变化来实现检测、辨别。随着多光谱成像技术的不断提高，其应用范围也在不断扩大，尤其在医学、农业、矿业、环境、军事以及安检等领域都有着重要的应用。在农业领域，多光谱成像技术可以通过从可见光到热红外不同的狭窄波段区感应能量，分别获得地物在不同谱段上的影像，以此识别地物的具体情况，主要应用于作物病害诊断、农产品品质检测、作物生长状态监测等方面。另外，在重大自然灾害面前，多光谱成像技术还可以在灾害评估方面发挥重要的作用，提供准确的灾情评估报告，为决策部门制定救灾、减灾方案提供了精准的信息资料。目前，常见的光谱成像技术包括，光栅分光、声光可调谐滤波分光、棱镜分光和芯片镀膜等。对于光栅分光的光谱成像技术，经过狭缝的光由于不同波长照射到不同的探测器像元上，光能量很低，因此需要选择高灵敏相机，同时需要加光源。对于声光可调谐滤波分光的光谱成像技术，系统一般由声光介质、换能器和声终端三部分组成。射频驱动信号通过换能器激励出超声波，超声波在光介质内传播，使介质产生与声波信号相应的、随时间和空间周期变化的弹性形变，从而导致介质中的折射率发生周期变化，形成等效的位相光栅，光栅常数即声波波长。若声波频率较高，且声光作用长度足够大，声扰动介质形成体位相光栅。改变射频驱动信号的频率，可以实现电调谐波长的扫描。对于棱镜分光的光谱成像技术，不同频率入射光通过棱镜后被分成不同的方向，然后照射到不同方向的探测器上进行成像。棱镜分光后，在棱镜的出射面镀了不同波段的滤光膜，使得不同方向的探测器可以采集到不同光谱信息，实现同时采集空间及光谱信息。可见，光栅分光、声光可调谐滤波分光和棱镜分光的方案，制造相当复杂，并且结构尺寸较大，不便于光电子器件大规模集成。芯片镀膜光谱成像技术需要借助半导体技术进行滤光片的制备，具有微小尺寸和集成度高的特点，相比光栅分光、声光可调谐滤波分光和棱镜分光的方案具有优势。欧洲微电子研究中心(IMEC)利用高灵敏CCD芯片及SCMOS芯片，开发了一种高光谱成像技术。具体地讲，他们在CCD探测器的像元上分别镀上不同工作波长的滤波膜，于是不同的像元会接收到不同波长的光谱信息，实现光谱成像。这种光谱成像方式不需要额外的附件，降低了光谱成像设备的体积和成本。目前，IMEC提供三种光谱探测器：100波带的线扫描探测器，32波带的瓷砖式镀膜探测器，16波带以4×4为一个波段的马赛克式镀膜探测器。芯片镀膜光谱成像技术的优点是，可以同时获得光谱分辨率和空间分辨率，可以快速、高效地获得光谱信息和空间信息，集成度高，成本低。缺点是，其光谱灵敏度较低，一般大于10nm；而且，滤波通道越多，工艺越复杂，与CCD像元对应的窄带滤波单元的边缘容易受到工序的影响，无法与像元实现完全匹配，性能难以保障。
技术实现思路
专利技术目的：克服上述现有芯片镀膜光谱成像技术中的滤光片制备方法的不足，提供一种多通道窄带滤波像素阵列的制备方法。在保持光学薄膜特性的同时，可以实现大厚度光学薄膜的图形化，制造工艺简单可靠，有利于技术的推广和普及，在可穿戴设备、纳米集成光路、无人机大范围扫描的光谱应用等领域，具有较高的实用价值。本专利技术采用的技术方案是：一种多通道窄带滤波像素阵列的制备方法，包括下述步骤：步骤一，在衬底上采用紫外光刻和电子束蒸发镀膜工艺，制作套刻标记和周期性滤波像素单元之间的金属遮光栅格；步骤二，在衬底表面通过紫外光刻和电子束蒸发镀膜制作一层金属铝导电薄膜作为电镀的起始衬底；步骤三，通过紫外光刻形成光刻胶掩膜；步骤四，将制作了光刻胶图形的基片放入电镀液池中电镀；步骤五，去除光刻胶掩膜，并腐蚀衬底表面的金属铝导电薄膜，形成铝掩膜；步骤六，采用离子溅射镀膜的方法，制备特定光学特征的F-P型周期性干涉膜系；步骤七，腐蚀铝掩膜，形成第一个通道的窄带滤波像素阵列；步骤八，重复步骤二到七，依次完成第二、第三和第四通道的像素阵列的制备；步骤九，将上述制成的多通道微滤光片与CCD探测器进行键合封装。上述技术方案中，所述衬底根据目标光谱特性选择石英衬底、硅片衬底、ITO玻璃衬底或柔性材料彻底。上述技术方案中，所述光刻胶掩膜选用SU-8和AR-N4400中的一种来制作。上述技术方案中，所述步骤五中形成的铝掩膜的厚度必须大于F-P型周期性干涉膜系厚度的三倍。上述技术方案中，所述多通道窄带滤波像素阵列，是具有特定工作波长、带通数、带宽、透过率和抑止率的F-P型周期性干涉滤光多层介质膜。上述技术方案中，首先设计不同光学特性指标的F-P多层介质膜，达到一定的滤波带宽、抑止和透过率；然后，利用紫外光刻、电子束蒸发镀膜、离子溅射镀膜、剥离、电镀和湿法刻蚀技术完成滤光片周期性微结构的制备；最后，装配微尺度F-P型多通道干涉滤光与CCD探测器，将微滤光单元与CCD成像单元一一匹配。上述技术方案中，所述多通道窄带滤波像素阵列具有不同中心波长的周期性微滤光单元和衬底；多通道窄带滤波像素阵列结构是F-P型多层介质膜，采用干涉的原理达到滤光的目的，衬底用于支撑该功能结构，衬底对所滤波长具有高透过滤。上述技术方案中，对于具有特殊曲面结构的CCD探测器，可以将该周期性微滤光单元加工在柔性衬底上。上述技术方案中，根据CCD探测器的像元大小和像素多少，设计制备该周期性微滤光单元，根据实际需求确定滤光通道数目，结合适当的数据处理算法，获取多通道光谱图像。上述技术方案中，可以根据目标光谱特征，合理设计周期性多层介质膜的结构，制备单通道、双通道或其他多通道的具有不同光学特性的滤光薄膜。上述技术方案中，对于石英和硅片等不导电衬底，需要在衬底表面通过紫外光刻和电子束蒸发镀膜制作一层金属铝导电薄膜作为电镀的起始衬底，然后制备光刻胶掩膜；对于ITO玻璃等导电衬底，可以直接制备光刻胶掩膜，然后电镀。上述技术方案中，铝掩膜的厚度根据膜系厚度确定，铝掩本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多通道窄带滤波像素阵列的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤一，在衬底上采用紫外光刻和电子束蒸发镀膜工艺，制作套刻标记和周期性滤波像素单元之间的金属遮光栅格；步骤二，在衬底表面通过紫外光刻和电子束蒸发镀膜制作一层金属铝导电薄膜作为电镀的起始衬底；步骤三，通过紫外光刻形成光刻胶掩膜；步骤四，将制作了光刻胶图形的基片放入电镀液池中电镀；步骤五，去除光刻胶掩膜，并腐蚀衬底表面的金属铝导电薄膜，形成铝掩膜；步骤六，采用离子溅射镀膜的方法，制备特定光学特征的F‑P型周期性干涉膜系；步骤七，腐蚀铝掩膜，形成第一个通道的窄带滤波像素阵列；步骤八，重复步骤二到七，依次完成第二、第三和第四通道的像素阵列的制备；步骤九，将上述制成的多通道微滤光片与CCD探测器进行键合封装。

【技术特征摘要】
1.一种多通道窄带滤波像素阵列的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤一，在衬底上采用紫外光刻和电子束蒸发镀膜工艺，制作套刻标记和周期性滤波像素单元之间的金属遮光栅格；步骤二，在衬底表面通过紫外光刻和电子束蒸发镀膜制作一层金属铝导电薄膜作为电镀的起始衬底；步骤三，通过紫外光刻形成光刻胶掩膜；步骤四，将制作了光刻胶图形的基片放入电镀液池中电镀；步骤五，去除光刻胶掩膜，并腐蚀衬底表面的金属铝导电薄膜，形成铝掩膜；步骤六，采用离子溅射镀膜的方法，制备特定光学特征的F-P型周期性干涉膜系；步骤七，腐蚀铝掩膜，形成第一个通道的窄带滤波像素阵列；步骤八，重复步骤二到七，依次完成第二、第三和第四通道的像素阵列的制备；步骤九，将上述制...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐文江，
申请(专利权)人：湖南宏动光电有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43