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、过渡层、匹配层、窄带滤光膜和截止滤波膜，像素感光单元用于实现图像采集和数据读出，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，过渡层一体式沉积生长在窄带滤光膜上，截止滤波膜一体式沉积生长在过渡层上，截止滤波膜用于截止干扰波段，过渡层用于过渡窄带滤光膜和截止滤波膜两个膜系，匹配层用于过渡感光单元与窄带滤光膜、过渡层以及截止滤波膜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光谱透过率低、量子效率低的技术问题。低的技术问题。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]再者，为了完成目标特征谱段的滤出，实现目标区分，在光谱成像芯片上集成窄带滤光膜，可实现在所需波段中心滤波的可调谐(如图6所示，窄带滤光膜中心波长在一定范围内可调谐)。但是由于现有高低材料折射率的限制，光谱带宽范围不能覆盖全谱段(如图6所示，截止带宽不到200nm)，存在其他波段信号的干扰如图7所示，除了所需波段外，有其他波段影响。需要外置截止滤波膜(如图8所示)，截止干扰波段。现有外置的截止滤波膜通过单独镀制再贴合到图像传感器上的方式，会减小光谱透过率，导致量子效率降低，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光谱透过率低、量子效率低的技术问题。
[0007]本专利技术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；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；过渡层，过渡层一体式沉积生长在窄带滤光膜上；截止滤波膜，截止滤波膜一体式沉积生长在过渡层上，截止滤波膜用于截止干扰波段，过渡层用于过渡窄带滤光膜和截止滤波膜两个膜系，匹配层用于过渡感光单元与窄带滤光膜、过渡层以及截止滤波膜之间的光学导纳以提高中心波长峰值透过率。
[0008]进一步地，光谱成像芯片结构的膜系结构为Sub|HL H(LH)^S12nL(HL)^S
1 H L n1(W1)^S2n2(W2)^S3n3(W3)^S4|Air，HL为匹配层的膜系结构，H(LH)^S12nL(HL)^S1H为窄带滤光膜的膜系结构，L为过渡层的膜系结构，n1(W1)^S2n2(W2)^S3n3(W3)^S4为截止滤波膜的膜系结构，W1、W2和W3均包括高折射率材料和低折射率材料，H为高折射率材料，L为低折射率
材料，S1、S2、S3和S4为叠加次数，n为窄带滤光膜的膜层厚度调整系数，n1、n2和n3为截止滤波膜的膜层厚度调整系数。
[0009]进一步地，在截止滤波膜的膜系结构中，W1、W2和W3均包括(0.5LH0.5L)或(0.5HL0.5H)。
[0010]进一步地，截止滤波膜采用高折射率材料和低折射率材料交替沉积制备，截止滤波膜的高折射率材料包括Ta2O5、Ti3O5、TiO2、Si3N4或Nb2O5，截止滤波膜的低折射率材料包括SiO2、MgF2和Al2O3中的至少一种。
[0011]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。
[0012]进一步地，光谱成像芯片结构为400nm至510nm范围的线扫芯片，光谱成像芯片结构的膜系结构为Sub|HL H(LH)^52nL(HL)^5H L 1.28(0.5LH0.5L)^101.6(0.5LH0.5L)^101.99(0.5LH0.5L)^10|Air，其中，HL为匹配层的膜系结构，H(LH)^52nL(HL)^5H为窄带滤光膜的膜系结构，n＝0.573
‑
1.344，L为过渡层的膜系结构，1.28(0.5LH0.5L)^101.6(0.5LH0.5L)^101.99(0.5LH 0.5L)^10为截止滤波膜的膜系结构；或，光谱成像芯片结构为510nm至630nm范围的线扫芯片，光谱成像芯片结构的膜系结构为Sub|HL H(LH)^52nL(HL)^5H L0.79(0.5HL0.5H)^101.3(0.5LH0.5L)^101.6(0.5LH0.5L)^10|Air，其中，HL为匹配层的膜系结构，H(LH)^52nL(HL)^5H为窄带滤光膜的膜系结构，n＝0.64
‑
1.336，L为过渡层的膜系结构，0.79(0.5HL0.5H)^10 1.3(0.5LH0.5L)^101.6(0.5LH0.5L)^10为截止滤波膜的膜系结构。
[0013]进一步地，膜层厚度调整系数可根据如下步骤进行获取：确定截止滤波膜的待截止谱段；根据待截止谱段的第一边界阈值和第二边界阈值计算获取待截止谱段的中心波长；根据待截止谱段的中心波长和窄带滤光膜的中心波长确定截止滤波膜的膜层厚度调整系数。
[0014]进一步地，待截止谱段的中心波长可根据来获取，其中，λ0为待截止谱段的中心波长，λ1为待截止谱段的第一边界阈值，λ2为待截止谱段的第二边界阈值。
[0015]进一步地，待截止谱段的中心波长可根据来获取，其中，λ0为待截止谱段的中心波长，λ1为待截止谱段的第一边界阈值，λ2为待截止谱段的第二边界阈值。
[0016]进一步地，截止滤波膜的膜层厚度调整系数n可根据来获取，其中，λ为窄带滤光膜的中心波长，n＝n1、n2或n3。
[0017]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生长在像素感光单元上，窄带滤光膜一体式沉积生长在匹配层上，过渡层一体式沉积生长在窄带滤光膜上，截止滤波膜一体式沉积生长在过渡层上，截止滤
波膜、过渡层、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；此外，由于窄带滤光膜和截止滤波膜两种膜系的等效折射率不同，直接叠加会影响峰值透过率，通过在窄带滤光膜和截止滤波膜之间设置过渡层，从而能够有效提高光谱成像芯片结构的峰值透过率。再者，窄带滤光膜在生长过程中，膜层本文档来自技高网...

【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；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；过渡层(40)，所述过渡层(40)一体式沉积生长在所述窄带滤光膜(20)上；截止滤波膜(30)，所述截止滤波膜(30)一体式沉积生长在所述过渡层(40)上，所述截止滤波膜(30)用于截止干扰波段，所述过渡层(40)用于过渡所述窄带滤光膜(20)和所述截止滤波膜(30)两个膜系，所述匹配层用于过渡所述感光单元(10)与所述窄带滤光膜(20)、所述过渡层(40)以及所述截止滤波膜(30)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的膜系结构为Sub|HL H(LH)^S12nL(HL)^S
1 H Ln1(W1)^S2n2(W2)^S3n3(W3)^S4|Air，HL为所述匹配层(50)的膜系结构，H(LH)^S12nL(HL)^S1H为所述窄带滤光膜(20)的膜系结构，L为所述过渡层(40)的膜系结构，n1(W1)^S2n2(W2)^S3n3(W3)^S4为所述截止滤波膜(30)的膜系结构，W1、W2和W3均包括高折射率材料和低折射率材料，H为高折射率材料，L为低折射率材料，S1、S2、S3和S4为叠加次数，n为所述窄带滤光膜(20)的膜层厚度调整系数，n1、n2和n3为所述截止滤波膜(30)的膜层厚度调整系数。3.根据权利要求2所述的光谱成像芯片结构，其特征在于，在所述截止滤波膜(30)的膜系结构中，W1、W2和W3均包括(0.5LH0.5L)或(0.5HL0.5H)。4.根据权利要求3所述的光谱成像芯片结构，其特征在于，所述截止滤波膜采用高折射率材料和低折射率材料交替沉积制备，所述截止滤波膜(30)的高折射率材料包括Ta2O5、Ti3O5、TiO2、Si3N4或Nb2O5，所述截止滤波膜(30)的低折射率材料包括SiO2、MgF2和Al2O3中的至少一种。5.根据权利要求1至4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，多个所述FP腔结构呈马赛克式分布，所述窄带滤光膜(20)的沿任意一列的多个所述FP腔结构的通光层高度均不相同，所述窄带滤光膜(20)的沿任意一行的多个所述FP腔结构的通光层高度均不相同；或...

【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：