使用衍射元件的光学色彩传感器制造技术

光学色彩传感器使用衍射元件。半导体制造工艺被用来形成衍射光栅作为光电传感器的一部分。在第一实施例中，诸如光电二极管的光电传感器被形成在衬底上，并且使用半导体制造技术公知的金属化层来形成固定间隔的衍射光栅。在第二实施例中，在衬底上形成线性光电二极管阵列，并且在金属层中形成具有变化间隔的衍射光栅，进而提供连续色彩传感器。可以使用在半导体加工技术中常用的其它金属层来提供需要的孔径。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及用于检测入射光的光学色彩的电气装置。
技术介绍
检测入射光的光谱内容是个公知问题。该问题的常用解决方案是使用多个硅光电二极管结合多个滤光器，其中多个滤光器选择性地让预定波长的光通过。该方案有很多问题。这种传感器的性能受到滤光器光传输特性精度的限制。这种传感器的选择性受到滤光材料的可取得性的限制。滤光器材料削弱光，并且不同色彩的滤光器在不同程度上削弱光，这需要额外的校准。这种传感器的长期稳定性也依赖于所使用的传感器材料的长期稳定性。
技术实现思路
根据本专利技术，利用衍射光栅来制备光电二极管或其它的光敏元件。第一实施例使用带有集成单频光栅的光电传感器。第二实施例使用线性光电传感器阵列和覆盖一系列频率的集成衍射光栅。衍射光栅是使用半导体制造中公知的金属化(metallization)层形成的。可以使用额外的金属层来形成需要的孔径。附图说明通过参考下文对根据本专利技术的实施例的详细说明同时结合附图，将能更好地理解本专利技术，附图中图1示出了根据本专利技术的第一光学传感器；图2示出了具有处理电子器件的第一光学传感器；以及图3示出了根据本专利技术的第二光学传感器。具体实施例方式本专利技术涉及检测入射光的光谱内容。提供了下面的说明以使本领域普通技术人员能够制造并使用本专利技术，并且下述内容是以专利申请的形式提出的，因而符合专利申请要求。对本领域普通技术人员来说，对所公开实施例的各种修改将是显而易见的，并且这里的基本原理可以适用于其它实施例。因此，本专利技术不限于所示出的实施例，而是与权利要求和这里描述的原理及特征定义的最宽范围相一致。图1示出了根据本专利技术的第一传感器。衬底100具有使用半导体与集成电路工艺中公知的制造技术(例如，光刻法)制造的光电传感器110、112、114。注意，在衬底100和光电传感器110、112、114之间可以存在居间层。光电传感器110、112、114可以是由诸如硅、硅锗等材料制备的光电二极管、光电晶体管或其它光敏器件。电介质层120还通过有用波长的光。此外，在层120和含有光电传感器110、112、114的层之间还可以存在额外的层。诸如二氧化硅(SiO2)、绝缘材料或本领域公知的其它材料之类的材料可以用作层120。衍射光栅130、132、134形成在电介质层120的顶部。衍射光栅130、132、134是由对有用波长的光不透明的材料(例如，金属)形成的。图1示出了本专利技术的简要示图，其中仅示出了关键的层。光电传感器110、112、114可以在半导体器件中的任何层上制备。衍射光栅130、132、134在光电传感器上部形成，且具有任意数目的居间层120，只要这些居间层能通过有用波长范围内的光。来自衍射光栅的光的空间分布仅由入射光波长与光栅物理尺寸的关系控制。光栅结合光电传感器的空间布局，将期望波长的光导向光电传感器。注意，光电传感器110、112、114和光栅130、132、134的入射光应当对准。可以通过传统的光学装置(例如，狭缝、透镜等)来实现这种对准(collimation)。因为光栅130、132、134是利用集成电路光刻技术制造的，所以它们的光学属性非常精确并且是可重复的。在图1所示的实施例中，光栅130、132、134可以被设计成分别通过红、绿、蓝光。本专利技术的其它实施例可以提供能够检测单波长的一个光电传感器—光栅对、检测一对波长(例如，红和蓝)的两个光电传感器—光栅对、甚至多于三个光电传感器—光栅对(作为示例检测红、蓝、绿、青和品红光波长)。单波长传感器可以被制备成响应于特定的有用波长，例如激光器产生的光波长。额外的金属层或其它不透明层可以用来提供孔径。该孔径可以位于光栅130和光电传感器120之间。孔径150可以支撑在额外的电介质层140上，并且在光栅和光源之间。这种孔径可以用作对准元件。此外，这种孔径可以用来确保器件仅有某些区域被照亮，或者用来补偿光电传感器对不同波长的响应差异。因此，光栅可以在由居间电介质层分隔的多于一个金属化层上形成，以进一步限定入射光的空间分布和波长之间的关系。此外，光栅不需要仅在一维上有效。例如，通过使用具有彼此完全正交的有效组件的光栅元件，可以实现作为波长函数的二维空间分布。由于使用标准集成电路技术，所以光电传感器可以方便地包括额外的电路。这在图2中示出，其中在同一衬底上包括互阻抗放大器。光电二极管110与光栅130一起制备，用来响应于特定波长的入射光。放大器140结合电阻器150和160形成互阻抗放大器，其将来自光电二极管110的光电流转换为电压输出170。第二波长由与光栅132耦合的光电二极管112检测。放大器142结合电阻器152和162形成互阻抗放大器，其将来自光电二极管112的光电流转换为电压172。该实施例可以将一个或多个波长传感器制备到单个芯片上。图3示出了本专利技术的第二实施例。在该实施例中，N元光电二极管阵列与光栅耦合，光栅可选地具有变化的元件间隔，进而提供了一种传感器，其具有衍射光栅元件的间隔所限定的连续波谱响应。N元光电二极管传感器阵列110形成在衬底100上。能够穿过有用波长范围光的层120支撑衍射光栅130。在光栅元件130的间隔一致的实施例中，由于光栅130的操作而在光电二极管阵列110中获得了变化的频率响应。作为波长函数的光空间分布依赖于光栅元件之间的间隔。一致的光栅间隔产生了与波长成对数关系的空间分布。在光栅130不一致的实施例中，元件132与134以及元件136与138之间的间隔变化。作为示例，如果元件132与134之间的间隔大于136与138之间的间隔，则元件132、134区域中的光栅130通过的光的波长将大于元件136、138区域中的光栅通过的光的波长。光栅元件的不一致间隔使得能够设计光相对于波长的分布，例如，产生相对于波长的线性分布。应当注意，该实施例取决于光栅结构的性质可以采用一维或二维阵列的形式。对于前述实施例，可以使用额外的金属化层或其它的不透明层(未示出)来形成合适尺寸的孔径以用作对准器件、遮光器或其它光调节机构。其它处理元件也可以集成到衬底100上，例如用来处理光电二极管传感器阵列110的输出或控制入射光源的光谱输出，从而形成闭环控制系统。前面对本专利技术的详细描述仅用于说明的目的，而不是想要穷尽本专利技术或将本专利技术限制在所公开的具体实施例中。相应地，本专利技术的范围由权利要求来确定。权利要求1.一种用于检测入射光的改进的光电传感器，包括衬底；制备在所述衬底上的一个或多个光电传感器；以及制备在所述光电传感器上的衍射光栅，用于将预定波长的入射光耦合到所述光电传感器。2.如权利要求1所述的改进的光电传感器，还包括在所述光电传感器和所述光栅之间的至少一个层，其中所述至少一个层通过有用波长的入射光。3.如权利要求1所述的改进的光电传感器，其中响应于多个波长的多个衍射光栅和多个光电传感器被制备在单个芯片上。4.如权利要求1所述的改进的光电传感器，其中额外的电路元件被制备在所述衬底上。5.如权利要求4所述的改进的光电传感器，其中所述额外的电路元件包括连接到所述光电传感器的互阻抗放大器。6.如权利要求1所述的改进的光电传感器，其中所述衍射光栅是通过光刻法对电介质上的金属进行限定而形成的。7.如权利要求1所述的改进的光电传感器，其中第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测入射光的改进的光电传感器，包括：　　　　衬底；　　　　制备在所述衬底上的一个或多个光电传感器；以及　　　　制备在所述光电传感器上的衍射光栅，用于将预定波长的入射光耦合到所述光电传感器。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：肯A尼诗玛若，
申请(专利权)人：安捷伦科技有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]