光谱成像芯片结构制造技术

本发明专利技术提供了一种光谱成像芯片结构，该光谱成像芯片结构包括像素感光单元、窄带滤光膜、截止滤波膜和第一匹配层，像素感光单元用于实现图像采集和数据读出，第一匹配层一体式沉积生长在像素感光单元上，窄带滤光膜一体式沉积生长在第一匹配层上，窄带滤光膜用于实现在所需波段中心波长的可调谐，第一匹配层用于过渡窄带滤光膜和像素感光单元之间的光学导纳以提高中心波长峰值透过率。应用本发明专利技术的技术方案，以解决现有技术中芯片结构的中心波长透过率低、量子效率低的技术问题。量子效率低的技术问题。量子效率低的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
光谱成像芯片结构


[0001]本专利技术涉及光谱成像
，尤其涉及一种光谱成像芯片结构。

技术介绍

[0002]高光谱成像系统(Hyper Spectral Imaging，简称HSI)，可以获得二维空间图像信息与一维光谱信息构成的具有“图谱合一”特性的三维光谱图像，它既可以观测到二维分布的空间信息，又可以观测到每一个像素点上的光谱信息。
[0003]图像空间信息反映目标物的大小、形状和缺陷等外部特征，光谱信息能够反映目标物体的物理和化学成分。因此可以通过分析处理光谱信息来识别物质材料、材质和组份等理化信息，还可以通过图像的空间信息快速地、直观地识别相关位置和范围。
[0004]在经典的HSI系统中，由于系统是基于单个分立器件的，为了保证空间分辨率和光谱分辨率，必须引入物镜、光阑、准直器、各类透镜等光学器件，同时必须考虑各种器件之间的聚焦和准直问题，这就导致传统的HSI系统复杂度很高，体积较大，成本很高，应用范围受到极大限制。
[0005]现有技术中，为实现光谱成像系统的轻型化和小型化，在图像传感器上一体生长FP结构窄带滤波膜。在生长过程中，膜层材料与图像传感器材料折射率差异较大，直接生长会导致折射率不匹配，中心波长峰值透过率下降，会导致光谱成像系统量子效率低，影响成像效果。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种光谱成像芯片结构，能够解决现有技术中芯片结构的中心波长峰值透过率低、量子效率低的技术问题。
[0007]根据本专利技术的一方面，提供了一种光谱成像芯片结构，一体式生长截止滤波膜的光谱成像成像芯片结构包括：像素感光单元，像素感光单元用于实现图像采集和数据读出；第一匹配层，匹配层一体式沉积生长在像素感光单元上；窄带滤光膜，窄带滤光膜一体式沉积生长在第一匹配层上，窄带滤光膜用于实现在所需波段中心波长的可调谐，第一匹配层用于过渡窄带滤光膜和像素感光单元之间的光学导纳以提高中心波长峰值透过率。
[0008]进一步地，光谱成像芯片结构还包括第二匹配层，第二匹配层一体式沉积生长在窄带滤光膜上，第二匹配层用于提高光谱成像芯片结构的中心波长透过率。
[0009]进一步地，光谱成像芯片结构的膜系结构为Sub|Q1(HL)^S
1 H 2nL H(LH)^S2|Air，其中，Q1为第一匹配层的膜系结构，(HL)^S
1 H 2nL H(LH)^S2为窄带滤光膜的膜系结构，n为窄带滤光膜的膜层厚度调整系数，H为高折射率材料，L为低折射率材料，S1和S2均为叠加次数。
[0010]进一步地，在第一匹配层的膜系结构中，Q1包括L或HL。
[0011]进一步地，光谱成像芯片结构的膜系结构为Sub|Q1(HL)^S
1 H 2nL H(LH)^S2Q2|Air，其中，Q1为第一匹配层的膜系结构，(HL)^S
1 H 2nL H(LH)^S2为窄带滤光膜的膜系结
构，n为窄带滤光膜的膜层厚度调整系数，Q2为第二匹配层的膜系结构，H为高折射率材料，L为低折射率材料，S1和S2均为叠加次数。
[0012]进一步地，在第一匹配层的膜系结构中，Q1包括HL或LHL；在第二匹配层的膜系结构中，Q2包括LH或LHL，当Q1为HL时，Q2为LHL；当Q1为LHL时，Q2为LH。
[0013]进一步地，窄带滤光膜包括多个FP腔结构，多个FP腔结构均采用半导体工艺一次成型，任一FP腔结构包括由下至上依次叠加的第一反射镜、通光层和第二反射镜，多个FP腔结构呈马赛克式分布，窄带滤光膜的沿任意一列的多个FP腔结构的通光层高度均不相同，窄带滤光膜的沿任意一行的多个FP腔结构的通光层高度均不相同；或多个FP腔结构呈线扫式分布，窄带滤光膜的沿任意一列的多个FP腔结构的通光层高度均相同，窄带滤光膜的沿任意一行的多个FP腔结构的通光层高度均不相同。
[0014]进一步地，光谱成像芯片结构的半波宽可根据来获取，其中，λ为中心波长，x表示多层反射膜的高折射率层的总数，m表示干涉级次，n
H
为高折射率材料的折射率，n
L
为低折射率材料的折射率。
[0015]进一步地，光谱成像芯片结构的半波宽可根据来获取，其中，λ为中心波长，m表示干涉级次，n
H
为高折射率材料的折射率，n
L
为低折射率材料的折射率。
[0016]根据本专利技术的另一方面，提供了一种光谱成像芯片结构，该光谱成像成像芯片结构包括：像素感光单元，像素感光单元用于实现图像采集和数据读出；窄带滤光膜，窄带滤光膜一体式沉积生长在像素感光单元上，窄带滤光膜用于实现在所需波段中心波长的可调谐；第三匹配层，第三匹配层一体式沉积生长在窄带滤光膜上，第三匹配层用于提高光谱成像芯片结构的中心波长透过率。
[0017]进一步地，光谱成像芯片结构的膜系结构为Sub|(HL)^S
1 H 2nL H(LH)^S2Q3|Air，其中，(HL)^S
1 H 2nL H(LH)^S2为窄带滤光膜的膜系结构，n为窄带滤光膜的膜层厚度调整系数，Q3为第三匹配层的膜系结构，H为高折射率材料，L为低折射率材料，S1和S2均为叠加次数。
[0018]进一步地，光谱成像芯片结构的半波宽可根据来获取，其中，λ为中心波长，x表示多层反射膜的高折射率层的总数，m表示干涉级次，n
H
为高折射率材料的折射率，n
L
为低折射率材料的折射率。
[0019]应用本专利技术的技术方案，提供了一种光谱成像芯片结构，该光谱成像芯片结构通过将匹配层一体式沉积在像素感光单元上，窄带滤光膜一体式沉积生长在匹配层上，窄带滤光膜、匹配层和像素感光单元之间没有空隙，光谱透过率高，减小了能量损耗，一次制备工艺一体成型，不受外部环境污染，有更好的牢固度，制备效率和集成度更高。在本专利技术中，由于窄带滤光膜在生长过程中，膜层材料与图像传感器的像素感光单元材料折射率差异较大，直接生长会导致折射率不匹配，中心波长峰值透过率下降，会导致光谱成像系统量子效率低，影响成像效果，因此通过在像素感光单元和窄带滤光膜之间设置匹配层，能够有效克
服折射率不匹配，中心波长峰值透过率下降的问题，有效提高光谱成像芯片结构的中心波长峰值透过率，增加透过率的同时减小带宽，可以在固定的截止范围内制备更多的谱段，获取更多谱线，相邻谱段重叠部分更少，数据处理时更好分辨。
附图说明
[0020]所包括的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本专利技术的实施例，并与文字描述一起来阐释本专利技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1示出了根据本专利技术的具体实施例提供的光谱成像芯片结构(窄带滤光膜仅示出一个FP腔结构)的局部结构示意图；
[0022]图2示出了根据本专利技术的具体实施例提供的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光谱成像芯片结构，其特征在于，所述一体式生长截止滤波膜的光谱成像成像芯片结构包括：像素感光单元(10)，所述像素感光单元(10)用于实现图像采集和数据读出；第一匹配层(50)，所述匹配层(50)一体式沉积生长在所述像素感光单元(10)上；窄带滤光膜(20)，所述窄带滤光膜(20)一体式沉积生长在所述第一匹配层(50)上，所述窄带滤光膜(20)用于实现在所需波段中心波长的可调谐，所述第一匹配层(50)用于过渡所述窄带滤光膜(20)和所述像素感光单元(10)之间的光学导纳以提高中心波长峰值透过率。2.根据权利要求1所述的光谱成像芯片结构，其特征在于，所述光谱成像芯片结构还包括第二匹配层，所述第二匹配层一体式沉积生长在所述窄带滤光膜(20)上，所述第二匹配层用于提高所述光谱成像芯片结构的中心波长透过率。3.根据权利要求1所述的光谱成像芯片结构，其特征在于，所述光谱成像芯片结构的膜系结构为Sub|Q1(HL)^S
1 H 2nL H(LH)^S2|Air，其中，Q1为所述第一匹配层(50)的膜系结构，(HL)^S
1 H 2nL H(LH)^S2为所述窄带滤光膜(20)的膜系结构，n为所述窄带滤光膜(20)的膜层厚度调整系数，H为高折射率材料，L为低折射率材料，S1和S2均为叠加次数。4.根据权利要求3所述的光谱成像芯片结构，其特征在于，在所述第一匹配层(50)的膜系结构中，Q1包括L或HL。5.根据权利要求2所述的光谱成像芯片结构，其特征在于，所述光谱成像芯片结构的膜系结构为Sub|Q1(HL)^S
1 H 2nL H(LH)^S
2 Q2|Air，其中，Q1为所述第一匹配层(50)的膜系结构，(HL)^S
1 H 2nL H(LH)^S2为所述窄带滤光膜(20)的膜系结构，n为所述窄带滤光膜(20)的膜层厚度调整系数，Q2为所述第二匹配层的膜系结构，H为高折射率材料，L为低折射率材料，S1和S2均为叠加次数。6.根据权利要求5所述的光谱成像芯片结构，其特征在于，在所述第一匹配层(50)的膜系结构中，Q1包括HL或LHL；在所述第二匹配层的膜系结构中，Q2包括LH或LHL，当Q1为HL时，Q2为LHL；当Q1为LHL时，Q2为LH。7.根据权利要求1至6中任一项所述的光谱成像芯片结构，其特征在于，所述窄带滤光膜(20)包括多个FP腔结构，多个所述FP腔结构均采用半导体工艺一次成型，任一所述FP腔结构包...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜洪妍，刘舒扬，王天鹤，张晨，赵安娜，张云昊，周志远，潘建旋，王才喜，
申请(专利权)人：天津津航技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：