光学感测装置和用于制造光学感测装置的方法制造方法及图纸

光学感测装置(10)包括光电探测器阵列(11)，包括至少一个第一光电探测器(12)和至少一个第二光电探测器(13)，光电探测器阵列(11)设置在半导体衬底(14)上。光学感测装置(10)还包括滤波叠层(15)，设置在衬底(14)上，并且覆盖光电探测器阵列(11)。滤波叠层(15)包括至少两个第一下部电介质镜(16)和至少两个第二下部电介质镜(17)，其中第一和第二下部镜(16、17)设置在第一光电探测器(12)上，并且第一和第二下部镜(16、7)设置在第二光电探测器(13)之上，并且其中第一下部镜(16)在垂直于衬底(14)延伸的主平面的垂直方向(z)上的厚度与第二下部镜(17)不同。滤波叠层(15)还包括设置在第一和第二下部镜(16、17)上的间隔叠层(18)，以及设置在间隔叠层(18)上并且覆盖光电探测器阵列(11)的上部电介质镜(19)。此外，提供了制造光学感测装置(10)的方法。

Optical sensing devices and methods for manufacturing optical sensing devices

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学感测装置和用于制造光学感测装置的方法本申请涉及一种光学感测装置以及一种用于制造光学感测装置的方法。高光谱光学感测装置能够用于确定光或光源的光谱成分。所述装置还能够用于彩色感测光谱学或化学分析中。因此，这些感测装置包括几个具有波长相关灵敏度的滤波通道。由此，能够覆盖几百纳米的光谱范围。然而，用于高光谱光学感测装置的现有方法会具有滤波通道之间串扰或重叠、精度下降或信噪比小的缺点。本专利技术的目的是提供一种具有提高的精度的光学感测装置。此外，一个目的是提供一种用于制造具有提高的精度的光学感测装置的方法。所述目的由独立权利要求解决。另外的实施例是从属权利要求的主题。在光学感测装置的一个实施例中，光学感测装置包括光电探测器阵列，其包括至少一个第一光电探测器和至少一个第二光电探测器，光电探测器阵列设置在半导体衬底上。第一光电探测器和第二光电探测器能够探测击中光电探测器阵列并且到达光电探测器的电磁辐射。例如，光电探测器能够是光电二极管。光电探测器设置为在平行于半导体衬底延伸的主平面的横向方向上彼此相邻。优选地，光学感测装置包括多个光电探测器，例如16个光电探测器。半导体衬底能够包括半导体材料，例如硅。光学感测装置还包括设置在衬底上并且覆盖光电探测器阵列的滤波叠层。滤波叠层包括至少两个第一下部电介质镜和至少两个第二下部电介质镜，其中第一下部镜和第二下部镜设置在第一光电探测器之上，并且第一下部镜和第二下部镜设置在第二光电探测器之上，并且其中第一下部镜在垂直于衬底延伸的主平面的垂直方向上的厚度与第二下部镜不同。滤波叠层在垂直方向上设置在光电探测器阵列上。滤波叠层在横向方向上覆盖光电探测器阵列。下部镜包括至少两种电介质材料。例如，下部镜能够是布拉格镜。一个第一下部镜和一个第二下部镜在垂直方向上设置在第一光电探测器之上。在第一光电探测器之上的第一下部镜和第二下部镜在横向方向上设置为彼此相邻。一个另外的第一下部镜和一个另外的第二下部镜在垂直方向上设置在第二光电探测器之上。所述另外的第一下部镜和另外的第二下部镜在横向方向上设置为彼此相邻。例如，第一下部镜和第二下部镜在垂直方向上的厚度能够是至少500nm并且至多5μm。优选地，下部镜在垂直方向上的厚度大约是1μm。因此，第一下部镜和第二下部镜的横向范围能够保持小，例如至少30μm并且优选地大约50μm。每个第一下部镜和第二下部镜能够包括几个包括至少两种电介质材料的镜层。第一下部镜的镜层在垂直方向上的总厚度与第二下部镜的镜层在垂直方向上的总厚度不同。滤波叠层还包括设置在第一下部镜和第二下部镜上的间隔叠层。间隔叠层在垂直方向上设置在第一下部镜和第二下部镜上，并且覆盖第一下部镜和第二下部镜。间隔叠层能够包括透明的电介质材料。滤波叠层还包括设置在间隔叠层上并且覆盖光电探测器阵列的上部电介质镜。上部电介质镜在垂直方向上设置在间隔叠层上。优选地，间隔叠层和上部镜具有相同的横向范围。上部镜能够是布拉格镜。在光学感测装置的一个优选实施例中，上部镜和间隔叠层与每个下部镜形成法布里-珀罗干涉仪。间隔叠层充当标准具。这意味着，一个第一下部镜、间隔叠层和上部镜形成法布里-珀罗干涉仪。同样，一个第二下部镜、间隔叠层和上部镜形成法布里-珀罗干涉仪。每个法布里-珀罗干涉仪或滤波器是使指定波长范围内电磁辐射通过的滤波通道。每个滤波通道的指定波长范围由上部镜、间隔叠层和下部镜的特性给出。例如，指定波长范围能够被每个滤波通道的材料的厚度影响。当第一下部镜的垂直方向上的厚度与第二下部镜的垂直方向上的厚度不同时，包括第一下部镜的滤波通道的指定波长范围与包括第二下部镜的滤波通道的指定波长范围不同。因此，包括第一下部镜的第一滤波通道通过的电磁辐射的波长范围与从包括第二下部镜的第二滤波通道通过的电磁辐射的波长范围不同。由此，利用第一下部镜和第二下部镜形成具有不同光谱灵敏度的两个不同的滤波通道。当一个第一下部镜和一个第二下部镜设置在第一光电探测器之上时，第一光电探测器既探测通过第一滤波通道的电磁辐射又探测通过第二滤波通道的电磁辐射。因此，第一光电探测器能够提供信号，该信号是由第一光电探测器从第一滤波通道探测的信号与由第一光电探测器从第二滤波通道探测的信号的和。相似地，第二光电探测器既探测通过第一滤波通道的电磁辐射又探测通过第二滤波通道的电磁辐射。每个下部镜设置为具有指定中心波长。下部镜的指定中心波长是在相应镜的阻带的中心的波长。布拉格镜的阻带是高反射率的波长区域。对于波长等于或约等于下部镜的指定中心波长的光，相应下部镜的反射率高。因此，下部镜和上部镜的中心波长影响通过各个滤波通道的光。每个镜的指定中心波长能够通过镜层的厚度设置。优选地，第一下部镜的指定中心波长和第二下部镜的指定中心波长彼此不同。例如，第一下部镜的指定中心波长和第二下部镜的指定中心波长能够相差10nm。因此，第一滤波通道的透射光谱与第二滤波通道的透射光谱不同。例如，第一滤波通道和第二滤波通道的最大透射波长能够相差大约3nm。由此，第一滤波通道和第二滤波通道的透射光谱在光电探测器处重叠。第一滤波通道和第二滤波通道的组合透射光谱是第一滤波通道的透射光谱和第二滤波通道的透射光谱的叠加。组合透射光谱能够产生陡的斜率和比第一透射光谱或第二透射光谱更宽的透射波长范围。组合透射光谱的形状取决于上部镜和下部镜的反射率。反射率决定了透射光谱的斜率的陡度。布拉格镜中更多的镜层提高了它的反射率，但是缩小了通过各个滤波通道的波长范围。因此，能够减少在不同的滤波通道之间的串扰，但是此外能够减少通过滤波通道的光的总强度。有利地，第一滤波通道和第二滤波通道的组合透射光谱能够表现出陡的斜率和比单独每个滤波通道更大的透射波长范围。如果在第二光电探测器之上的滤波通道与在第一光电探测器之上的滤波通道不同，则两个光电探测器的组合透射光谱不同。在一个优选实施例中，对于光电探测器阵列的每个光电探测器，不同滤波通道的组合透射光谱是不同的。例如，不同组合透射光谱的最大透射波长能够在波长范围内等间隔。因此，光学感测装置能够用作波长选择装置。此处描述的光学感测装置能够减少相邻光电探测器的组合透射光谱的重叠。因此，能够提高光电探测器的信号的反卷积的精度，并且因此能够提高光学感测装置的精度。在光学感测装置的一个实施例中，在第一光电探测器之上的间隔叠层的垂直方向上的厚度与在第二光电探测器之上的间隔叠层的垂直方向上的厚度不同。为了实现间隔叠层的厚度差异，间隔叠层能够包括几个间隔层，间隔层能够包括第三电介质材料。间隔层上下交替设置，使得每个光电探测器的间隔叠层在垂直方向上的厚度不同。因此，每个法布里-珀罗干涉仪的标准具的厚度不同。通过改变法布里-珀罗干涉仪的标准具的厚度，法布里-珀罗干涉仪的最大透射波长改变。第一滤波通道和第二滤波通道的透射光谱在第一光电探测器处叠加。由此，形成光学感测装置的第一光谱通道。第一光谱通道包括在第一光电探测器之上的上部镜的一部分、间隔叠层的一部分、第一下部镜和第二下部镜。第二光谱通道包括在第二光电探测器之上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学感测装置(10)，包括：/n-光电探测器阵列(11)，其包括至少一个第一光电探测器(12)和至少一个第二光电探测器(13)，所述光电探测器阵列(11)设置在半导体衬底(14)上，/n-滤波叠层(15)，其设置在所述衬底(14)上并且覆盖所述光电探测器阵列(11)，所述滤波叠层(15)包括：/n-至少两个第一下部电介质镜(16)和至少两个第二下部电介质镜(17)，其中第一下部镜和第二下部镜(16、17)设置在所述第一光电探测器(12)之上，并且第一下部镜和第二下部镜(16、17)设置在所述第二光电探测器(13)之上，并且其中所述第一下部镜(16)在垂直于所述衬底(14)延伸的主平面的垂直方向(z)上的厚度与所述第二下部镜(17)不同，/n-间隔叠层(18)，其设置在所述第一下部镜和第二下部镜(16、17)上，以及/n-上部电介质镜(19)，其设置在所述间隔叠层(18)上并且覆盖所述光电探测器阵列(11)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170928 EP 17193871.51.一种光学感测装置(10)，包括：
-光电探测器阵列(11)，其包括至少一个第一光电探测器(12)和至少一个第二光电探测器(13)，所述光电探测器阵列(11)设置在半导体衬底(14)上，
-滤波叠层(15)，其设置在所述衬底(14)上并且覆盖所述光电探测器阵列(11)，所述滤波叠层(15)包括：
-至少两个第一下部电介质镜(16)和至少两个第二下部电介质镜(17)，其中第一下部镜和第二下部镜(16、17)设置在所述第一光电探测器(12)之上，并且第一下部镜和第二下部镜(16、17)设置在所述第二光电探测器(13)之上，并且其中所述第一下部镜(16)在垂直于所述衬底(14)延伸的主平面的垂直方向(z)上的厚度与所述第二下部镜(17)不同，
-间隔叠层(18)，其设置在所述第一下部镜和第二下部镜(16、17)上，以及
-上部电介质镜(19)，其设置在所述间隔叠层(18)上并且覆盖所述光电探测器阵列(11)。


2.根据权利要求1所述的光学感测装置(10)，其中，每个光电探测器(12、13)的第一下部镜(16)和第二下部镜(17)设置为在平行于所述衬底(14)延伸的主平面的横向方向(x)上彼此相邻。


3.根据权利要求1或2所述的光学感测装置(10)，其中，所述第一光电探测器(12)之上的间隔叠层(18)在垂直方向(z)上的厚度与所述第二光电探测器(13)之上的间隔叠层(18)在垂直方向(z)上的厚度不同。


4.根据前述权利要求之一所述的光学感测装置(10)，其中，所述下部镜(16、17)包括第一镜层(20)和第二镜层(21)，所述第一镜层包括第一电介质材料，所述第二镜层包括第二电介质材料，其具有与所述第一电介质材料的第一折射率不同的第二折射率，其中所述第一镜层(20)和所述第二镜层(21)交替设置。


5.根据权利要求3所述的光学感测装置(10)，其中，所述下部镜(16、17)的第一镜层(20)中的至少一些和第二镜层(21)中的至少一些的厚度对应于等于指定中心波长的四分之一的光学厚度。


6.根据前述权利要求之一所述的光学感测装置(10)，其中，所述第一下部镜(16)具有第一阻带，并且所述第二下部镜(17)具有第二阻带。


7.根据前述权利要求所述的光学感测装置(10)，其中，所述第一阻带的第一中心波长由所述第一下部镜(16)的镜层(20、21)的厚度给出，并且所述第二阻带的第二中心波长由所述第二下部镜(17)的镜层(20、21)的厚度给出。


8.根据前述权利要求所述的光学感测装置(10)，其中，所述第一中心波长和所述第二中心波长彼此不同。


9.根据权利要求7或8之一所述的光学感测装置(10)，其中，所述第一中心波长与所述第二中心波长相差至少1nm并且至多20nm。


10.根据前述权利要求之一所述的光学感测装置(10)，其中，所述第一光电探测器(12)和所述第二光电探测器(13)分别包括两个子光电探测器(22)，其中，所述子光电探测器(22)设置为在平行于所述衬底(14)延伸的主平面的横向方向(x)上彼此相邻。


11.根据权利要求10所述的光学感测装置(10)，其中，每个光电探测器(12、13)的两个子光电探测器(22)的信号被组合，特别是相加。


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【专利技术属性】
技术研发人员：休伯特·叶尼切尔迈尔，格哈德·艾尔姆施泰纳，
申请(专利权)人：AMS有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT