基于超材料微结构的光电探测芯片及其制备方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于超材料微结构的光电探测芯片及其制备方法和装置，包括光电半导体器件以及位于所述光电半导体器件表面的超材料微结构，所述超材料微结构由预设材料制备的预设形状单元按照预设分布周期形成，所述超材料微结构根据光电探测芯片的目标光信号的中心波长和测试带宽确定。本发明专利技术实施可以减少对目标光信号的损耗并提高滤波范围的精度，从而提高光电探测芯片的识别能力和探测准确度，可广泛应用于光电传感技术领域。可广泛应用于光电传感技术领域。可广泛应用于光电传感技术领域。

【技术实现步骤摘要】
基于超材料微结构的光电探测芯片及其制备方法和装置


[0001]本专利技术涉及光电传感
，尤其涉及一种基于超材料微结构的光电探测芯片及其制备方法和装置。

技术介绍

[0002]光电探测芯片是能把光信号转换为电信号的器件，光电探测芯片常用于光电传感器中，且常需要探测单一波长或窄波长范围的光信号。常规的光电探测芯片一般会探测宽波长范围的光，要实现对单一波长或窄波长范围的目标光信号的选择性探测，需要在光电探测芯片的表面增加滤波结构，使其满足实际的应用需求。常规的滤波方案是在光电探测芯片的表面增加光学镀膜层，但常规的光学镀膜对目标光信号存在较大的损耗，且无法精确控制滤波的波段范围，会影响光电探测芯片对目标光信号的识别能力和准确度。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术实施例的目的是提供一种基于超材料微结构的光电探测芯片及其制备方法和装置，可以减少对目标光信号的损耗并提高滤波范围的精度，从而提高光电探测芯片的识别能力和探测准确度。
[0004]第一方面，本专利技术实施例提供了一种基于超材料微结构的光电探测芯片，包括光电半导体器件以及位于所述光电半导体器件表面的超材料微结构，所述超材料微结构由预设材料制备的预设形状单元按照预设分布周期形成，所述超材料微结构根据光电探测芯片的目标光信号的中心波长和测试带宽确定。
[0005]可选地，所述超材料微结构的尺寸为纳米量级或微米量级。
[0006]可选地，所述预设材料包括金属材料、氧化硅、氮化硅或石墨烯中的任意一种。
[0007]可选地，所述金属材料包括金、银或铝中的任意一种。
[0008]可选地，所述预设形状单元包括圆盘、圆环、矩形、菱形、U字形或V字形中的任意一种。
[0009]第二方面，本专利技术实施例提供了一种基于超材料微结构的光电探测装置，包括上述的光电探测芯片。
[0010]第三方面，本专利技术实施例提供了一种基于超材料微结构的光电探测芯片的制备方法，包括：
[0011]根据光电探测芯片的目标光信号的中心波长和测试带宽确定超材料微结构的预设材料、预设形状单元及预设分布周期；
[0012]根据所述预设形状单元及预设分布周期确定光刻版图，并根据所述光刻版图在光电半导体器件表面进行光刻；
[0013]在光刻后的半导体器件表面沉积预设材料的膜层；
[0014]利用光刻胶溶剂去除光刻胶，得到表面覆盖有超材料微结构的光电半导体器件。
[0015]可选地，所述根据所述光刻版图在光电半导体器件表面进行光刻，具体包括：
[0016]在光电半导体器件表面涂覆光刻胶；
[0017]在所述光刻胶表面覆盖掩膜层；
[0018]根据所述光刻版图对所述掩膜层进行曝光及显影以完成光刻。
[0019]实施本专利技术实施例包括以下有益效果：本实施例中一种基于超材料微结构的光电探测芯片包括光电半导体器件以及位于光电半导体器件表面的超材料微结构，超材料微结构根据光电探测芯片的目标光信号的中心波长和测试带宽确定；在超材料微结构中，电荷将被入射光的电场分量驱动并转移，从而形成偶极子，该偶极子可视为微米/纳米级电容器；电流在超材料内部流动，外部磁场也在振荡，在超材料结构中形成电感；入射能量由于欧姆损耗或周围介质中的介电吸收(即器件的辐射损耗)会产生耗散，这个过程等效于电子电路中电阻的作用，因此，使用RLC电路模型理论准确地确定超材料结构的谐振频率和滤波带宽，可以减少对目标光信号的损耗并提高滤波范围的精度，从而提高光电探测芯片的识别能力和探测准确度。
附图说明
[0020]图1是本专利技术实施例提供的现有光学镀膜结构及其滤波特性；
[0021]图2是本专利技术实施例提供的一种理想光学镀膜结构及其滤波特性；
[0022]图3是本专利技术实施例提供的一种超材料微结构光学镀膜结构及其滤波特性；
[0023]图4是本专利技术实施例提供的一种集总元件等效电路模型的电路结构示意图；
[0024]图5是本专利技术实施例提供的一种超材料微结构的示意图；
[0025]图6是本专利技术实施例提供的一种基于超材料微结构的光电探测芯片的光谱图；
[0026]图7是本专利技术实施例提供的一种基于超材料微结构的光电探测芯片的制备方法的步骤流程示意图；
[0027]图8是本专利技术实施例提供的另一种基于超材料微结构的光电探测芯片的制备方法的步骤流程示意图；
[0028]图9是本专利技术实施例提供的一种光刻的步骤流程示意图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
[0030]光电探测芯片是能把光信号转换为电信号的器件，如光电二极管芯片就是一种常见的光电探测芯片：光电二极管(Photo Diode，PD)是由PN结组成的半导体器件，能实现光电转换；在光线照射下，光电二极管会产生光电流，且光电流随着光的变化而相应变化。
[0031]常规的光电探测芯片一般会探测宽波长范围的光，要实现对单一波长或窄波长范围的目标光信号的选择性探测，需要在光电探测芯片的表面增加滤波结构，使其满足实际的应用需求。对滤波结构的性能要求：滤波结构的滤波曲线的中心波长与目标光信号的波长一致，且方便随实际应用情况的不同而进行灵活调整；滤波结构对目标光信号的透过率足够高(最好是100％或接近100％)，光信号损耗足够小(最好为0)；滤波结构的滤波范围灵活可控，最好能完全滤除目标光信号以外的所有噪声光信号。
[0032]常规的滤波方案是在光电探测芯片的表面增加光学镀膜层。光学镀膜是指在光学元件上沉积一层或多层的厚度薄而均匀的电介质膜或金属膜或电介质与金属膜组合的复合膜。但常规的光学镀膜对目标光信号存在较大的损耗，且无法精确控制滤波波段，会影响光电探测芯片对目标光信号的识别能力和准确度。
[0033]光学镀膜的滤波特性如图1所示：光学镀膜的滤波曲线的中心波长与目标光信号的中心波长有一定程度的偏移；目标光信号中心波长处的透过率小于1，且光学镀膜对目标光信号波段存在较大的损耗；目标光信号波段以外较宽的波长范围内的噪声光信号的透过率仍大于0，部分噪声光信号也会穿透光学镀膜，从而被光电探测芯片探测到，最终影响光学探测芯片的探测准确度。
[0034]理想的光学滤波结构的滤波特性如图2所示：理想的光学滤波结构的滤波曲线的中心波长与目标光信号的中心波长完美匹配，目标光信号波段(可为单一波长或者窄波长范围的光信号)的透过率为1，其他波段的光信号的透过率为0，即理想滤波结构能够实现百分百地透过目标光信号以及完全滤除噪声光信号。
[0035]本专利技术实施例提供了一种基于超材料微结构的光电探测芯片，包括光电半导体器件以及位于所述光电半导体器件表面的超材料微结构，所述超材料微结构由预设材料制备的预设形状单元按照预设分布周本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超材料微结构的光电探测芯片，其特征在于，包括光电半导体器件以及位于所述光电半导体器件表面的超材料微结构，所述超材料微结构由预设材料制备的预设形状单元按照预设分布周期形成，所述超材料微结构根据光电探测芯片的目标光信号的中心波长和测试带宽确定。2.根据权利要求1所述的光电探测芯片，其特征在于，所述超材料微结构的尺寸为纳米量级或微米量级。3.根据权利要求1所述的光电探测芯片，其特征在于，所述预设材料包括金属材料、氧化硅、氮化硅或石墨烯中的任意一种。4.根据权利要求1所述的光电探测芯片，其特征在于，所述金属材料包括金、银或铝中的任意一种。5.根据权利要求1所述的光电探测芯片，其特征在于，所述预设形状单元包括圆盘、圆环、矩形、菱形、U字形或V字形中的任意一种。6.一种基于超材料微结构的光电探测装...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐涛，张羽升，林佑昇，姜涛，刘朋，郑汉武，郑林，
申请(专利权)人：深圳市穗晶半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：