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、匹配层、窄带滤光膜、过渡层、第一和第二截止滤波膜，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，第一截止滤波膜一体式沉积生长在过渡层上，过渡层用于过渡窄带滤光膜和第一截止滤波膜两个膜系，第二截止滤波膜粘贴设置在第一截止滤波膜上，匹配层用于过渡感光单元与窄带滤光膜、过渡层、第一以及第二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】
(W1)^S2n2(W2)^S3n3(W3)^S4|Air，HL为匹配层的膜系结构，H(LH)^S12nL(HL)^S
1 H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)^S3为第一截止滤波膜的膜系结构，n3(W3)^S4为第二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和n2为第一截止滤波膜的膜层厚度调整系数，n3为第二截止滤波膜的膜层厚度调整系数。
[0009]进一步地，在第一截止滤波膜的膜系结构中，W1和W2均包括(0.5LH0.5L)或(0.5HL0.5H)，在第二截止滤波膜中，W3包括(0.5LH0.5L)或(0.5HL0.5H)。
[0010]进一步地，第一截止滤波膜和第二截止滤波膜均采用高折射率材料和低折射率材料交替沉积制备，第一截止滤波膜和第二截止滤波膜的高折射率材料均包括Ta2O5、Ti3O5、TiO2、Si3N4或Nb2O5，第一截止滤波膜和第二截止滤波膜的低折射率材料均包括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)^10为第一截止滤波膜的膜系结构，1.99(0.5LH 0.5L)^10为第二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)^5 2nL(HL)^5H L 0.79(0.5HL0.5H)^10 1.3(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)^101.3(0.5LH0.5L)^10为第一截止滤波膜的膜系结构，1.6(0.5LH0.5L)^10为第二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，第一截止滤波膜一体式沉积生长在过渡层上，第一截止滤波膜、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；将第二截止滤波膜贴合设置在第一截止滤波膜上，能够有效简化加工工艺，且能够扩宽干扰波段的截止范围。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。本专利技术所提供的光谱成像芯片结构与现有技术外置贴合截止滤波膜相比，将第一截止滤波膜和窄带滤光膜集成在光谱成像芯片结构中，极大地提高了量子效率和光谱透过率；通过将第二截止滤波膜贴合设置在第一截止滤波膜上，能够有效简化加工工艺，且能够扩宽干扰波段的截止范围；引入过渡层能够有效提高光谱成像芯片结构的峰值透过率；引入匹配层，能够有效有效提高光谱成像芯片结构的中心波长峰值透过率。
附图说明
[0018]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。
[0019]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；
[0020]图2示出了根据本专利技术的具体实施例提供的400nm～510nm范围的线扫芯片的窄带滤光膜加第一截止滤波膜的滤波示意图；
[0021]图3示出了根据本专利技术的具体实施例提供的400nm～510nm范围的线扫芯片的第二截止滤波膜的滤波示意图；
[0022]图4示出了根据本专利技术的具体实施例提供的510nm～630nm范围的线扫芯片的窄带滤光膜加第一截止滤波膜的滤波示意图；
[0023]图5示出了根据本专利技术的具体实施例提供的510nm～630nm范围的线扫芯片的第二截止滤波膜的滤波示意图；
[0024]图6示出了根据本专利技术的具体实施例提供的窄带滤光膜的滤波示意图；
[0025]图7示出了根据本专利技术的具体实施例提供的存在其他波段信号干扰的窄带滤光膜的滤波示意图；
[0026]图8示出了根据本专利技术的具体实施例提供的截止滤波膜的滤波示意图；
[0027]图9示出了根据本专利技术的具体实施例提供的窄带滤波膜加截止滤波膜的滤波示意
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【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；第一截止滤波膜(30)，所述第一截止滤波膜(30)一体式沉积生长在所述过渡层(40)上，所述第一截止滤波膜(30)用于截止第一干扰波段，所述过渡层(40)用于过渡所述窄带滤光膜(20)和所述第一截止滤波膜(30)两个膜系；第二截止滤波膜(60)，所述第二截止滤波膜(60)粘贴设置在所述第一截止滤波膜(30)上，所述第二截止滤波膜(60)用于截止第二干扰波段，所述第二干扰波段与所述第一干扰波段不同，所述匹配层(50)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)、所述第一截止滤波膜(30)以及所述第二截止滤波膜(60)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)^S3为所述第一截止滤波膜(30)的膜系结构，n3(W3)^S4为所述第二截止滤波膜(60)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和n2为所述第一截止滤波膜(30)的膜层厚度调整系数，n3为所述第二截止滤波膜(60)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，在所述第一截止滤波膜(30)的膜系结构中，W1和W2均包括(0.5LH0.5L)或(0.5HL0.5H)，在所述第二截止滤波膜(60)中，W3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，所述第一截止滤波膜(30)和所述第二截止滤波膜(60)均采用高折射率材料和低折射率材料交替沉积制备，所述第一截止滤波膜(30)和所述第二截止滤波膜(60)的高折射率材料均包括Ta2O5、Ti3O5、TiO2、Si3N4或Nb2O5，所述第一截止滤波膜(30)和所述第二截止滤波膜(60)的低折射率材料均包括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...

【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：