片上集成光谱仪及电子设备制造技术

本申请公开了一种片上集成光谱仪及电子设备，所述片上集成光谱仪包括：芯片基底，具有第一表面；位于所述第一表面的探测器阵列，所述探测器阵列包括多个光电探测器，不同所述光电探测器具有不同的波长探测范围；位于所述第一表面的分光系统，所述分光系统用于将入射所述分光系统的光线分为多束与所述光电探测器一一对应的子光束；所述子光束的波长范围位于所对应的光电探测器的波长探测范围内；位于所述第一表面的光波导，所述光波导包括多个与所述子光束一一对应的光波导单元，所述光波导单元用于将所述子光束传输至所述子光束所对应的光电探测器。所述片上集成光谱仪实现了宽波段的光线探测，提高了集成度，具有较小的体积。具有较小的体积。具有较小的体积。

【技术实现步骤摘要】
片上集成光谱仪及电子设备


[0001]本申请涉及半导体器件
，更具体的说，涉及一种片上集成光谱仪及电子设备。

技术介绍

[0002]光学技术，尤其是光通信技术，因其本身信息承载量大、信息交换速度块、布网成本低以及保密程度高等特殊优势，在信息爆炸的时代得到了长足的发展。尤其当半导体技术不断的发展，电学结构在物理层面不断受到物理极限的限制，光学结构就表现出了更加突出的潜力。
[0003]光作为一种电磁波，覆盖了非常广泛的波段。而对光学技术研究的核心，就是对光谱结构进行分析，因而光谱仪成为了一种非常重要的科研和生产设备。尤其是覆盖通信波段的光谱仪设备，为了追求宽覆盖、快响应以及高精度等效果，一般都需要采用比较复杂的结构，成本高昂，体积巨大。在一些需要小型化但仍要求高带宽和高精度的应用场景中，例如小型穿戴设备，移动检测设备等，都无法有效的满足应用。因此，光谱仪的小型化和集成化，成为了一种重要的技术方向和需求。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本申请提供了一种片上集成光谱仪及电子设备，方案如下：
[0005]一种片上集成光谱仪，所述片上集成光谱仪包括：
[0006]芯片基底，所述芯片基底具有第一表面；
[0007]位于所述第一表面的探测器阵列，所述探测器阵列包括多个光电探测器，不同所述光电探测器具有不同的波长探测范围；
[0008]位于所述第一表面的分光系统，所述分光系统用于将入射所述分光系统的光线分为多束与所述光电探测器一一对应的子光束；所述子光束的波长范围位于所对应的光电探测器的波长探测范围内；
[0009]位于所述第一表面的光波导，所述光波导包括多个与所述子光束一一对应的光波导单元，所述光波导单元用于将所述子光束传输至所述子光束所对应的光电探测器。
[0010]优选的，在上述片上集成光谱仪中，所述探测器包括异质结，所述异质结包括：层叠设置的第一半导体层和第二半导体层；
[0011]所述第二半导体层设置在所述第一半导体层背离所述芯片基底一侧的表面，所述第二半导体层为二维材料膜层。
[0012]优选的，在上述片上集成光谱仪中，所述半导体基底上具有图形化的第一膜层，所述第一膜层包括：所述分光系统、所述第一半导体层以及所述光波导。
[0013]优选的，在上述片上集成光谱仪中，所述二维材料膜层包括：石墨烯膜层、黑磷膜层、硒化铟膜层、二硫化钼膜层、硒化钨膜层、氮化硼膜层中的一种；
[0014]不同所述探测器的所述二维材料膜层不同。
[0015]优选的，在上述片上集成光谱仪中，所述第一半导体层包括第一区域和第二区域，所述第一区域到所述芯片基底的距离大于所述第二区域到所述芯片基底的距离；
[0016]其中，所述二维材料膜层位于所述第二区域的表面，且露出所述第一区域。
[0017]优选的，在上述片上集成光谱仪中，所述第一半导体层包括第一区域和第二区域；其中，所述二维材料膜层位于所述第二区域的表面，且露出所述第一区域；
[0018]还包括：绝缘层，所述绝缘层覆盖分光系统、所述光电探测器以及所述光波导；所述绝缘层背离所述光电探测器的一侧表面具有第一电极和第二电极，所述第一电极通过第一通孔与所述第一区域的所述第一半导体层接触，所述第二电极通过第二通孔与所述二维材料接触。
[0019]优选的，在上述片上集成光谱仪中，所述芯片基底包括：Si基底、InP基底、GaAs基底以及铌酸锂基底中的任一者。
[0020]本申请实施例还提供了一种电子设备，其特征在于，包括：上述任一项所述的片上集成光谱仪。
[0021]通过上述描述可知，本申请技术方案提供的片上集成光谱仪及其制作方法及电子设备中，所述片上集成光谱仪包括：芯片基底，所述芯片基底具有第一表面；位于所述第一表面的探测器阵列，所述探测器阵列包括多个光电探测器，不同所述光电探测器具有不同的波长探测范围；位于所述第一表面的分光系统，所述分光系统用于将入射所述分光系统的光线分为多束与所述光电探测器一一对应的子光束；所述子光束的波长范围位于所对应的光电探测器的波长探测范围内；位于所述第一表面的光波导，所述光波导包括多个与所述子光束一一对应的光波导单元，所述光波导单元用于将所述子光束传输至所述子光束所对应的光电探测器。本申请技术方案所述片上集成光谱仪在同一芯片基底上同时集成有多个波长探测范围不同的光电探测器，通过分光系统以及光波导将入射所述分光系统的光线分为多束与所述光电探测器一一对应的子光束，以便于各个所述光电探测器探测对应波长范围内的子光束，可以实现宽波段的光线探测，且提高了集成度，具有较小的体积。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0023]本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的
技术实现思路
得能涵盖的范围内。
[0024]图1为本申请实施例提供的一种片上集成光谱仪的俯视图；
[0025]图2为图1所示片上集成光谱仪在A
‑
A
’
方向的切面图；
[0026]图3为本申请实施例提供的一种片上集成光谱仪的局部切面图；
[0027]图4为本申请实施例提供的一种片上集成光谱仪的制作方法的方法流程图。
具体实施方式
[0028]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请中的实施例进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0029]光谱仪的工作原理是通过色散等方式，将一束光分成多个子光束，不同子光束的波长范围不同，再通过准直器等光学部件，将分出的光束集中照射在探测器上，读取光强。光谱仪集成的方案类似，同样需要借助于光栅或微棱镜结构，进行分光。之后利用光波导将光照射到探测器上，实现光探测，并通过计算形成光谱。常规的光谱仪一般是通过独立的分光模块、光传输模块将光线分束后照射到对应探测器上进行光信号探测，系统集成度低，体积大。
[0030]而且常规光谱仪中，受探测器波长探测范围显示，只能在比较狭窄的波段内工作。而为了进行更宽谱的探测，就需要设置多个波长探测范围不同的探测器，这样对应需要更加复杂的分光模块和光传输模块，会进一步增大系统体积。对于集成芯片来说，不同波段的探测器往往无法做到有效的工艺集成，限制了片上集成光谱仪方案的性能拓展。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种片上集成光谱仪，其特征在于，所述片上集成光谱仪包括：芯片基底，所述芯片基底具有第一表面；位于所述第一表面的探测器阵列，所述探测器阵列包括多个光电探测器，不同所述光电探测器具有不同的波长探测范围；位于所述第一表面的分光系统，所述分光系统用于将入射所述分光系统的光线分为多束与所述光电探测器一一对应的子光束；所述子光束的波长范围位于所对应的光电探测器的波长探测范围内；位于所述第一表面的光波导，所述光波导包括多个与所述子光束一一对应的光波导单元，所述光波导单元用于将所述子光束传输至所述子光束所对应的光电探测器。2.根据权利要求1所述的片上集成光谱仪，其特征在于，所述探测器包括异质结，所述异质结包括：层叠设置的第一半导体层和第二半导体层；所述第二半导体层设置在所述第一半导体层背离所述芯片基底一侧的表面，所述第二半导体层为二维材料膜层。3.根据权利要求2所述的片上集成光谱仪，其特征在于，所述半导体基底上具有图形化的第一膜层，所述第一膜层包括：所述分光系统、所述第一半导体层以及所述光波导。4.根据权利要求2所述的片上集成光谱仪，其特征在于，所述二维材料膜层包括：石墨烯膜层、黑...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨冰，
申请(专利权)人：湖北九峰山实验室，
类型：新型
国别省市：