光谱成像芯片结构制造技术

本发明专利技术提供了一种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、过渡层、第一和第二截止滤波膜，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，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，第一截止滤波膜用于截止第一干扰波段，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，第二截止滤波膜用于截止第二干扰波段，第二干扰波段与第一干扰波段不同。应用本发明专利技术的技术方案，以解决现有技术中截止滤波膜贴合方式所导致的光谱透过率低、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]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10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10所示，截止带宽不到200nm)，存在其他波段信号的干扰如图11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12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截止滤波膜贴合方式所导致的光谱透过率低、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，光谱成像芯片结构包括：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；过渡层，过渡层一体式沉积生长在窄带滤光膜上；第一截止滤波膜，第一截止滤波膜一体式沉积生长在过渡层上，第一截止滤波膜用于截止第一干扰波段，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，第二截止滤波膜粘贴设置在第一截止滤波膜上，第二截止滤波膜用于截止第二干扰波段，第二干扰波段与第一干扰波段不同。
[0008]进一步地，光谱成像芯片结构的膜系结构为Sub|H(LH)^S12nL(HL)^S
1 H L n1(W1)^S2n2(W2)^S3n3(W3)^S4|Air，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，W1、W2和W3均包括高折射率材料和低折射率材料，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，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|H(LH)^5 2nL(HL)^5 H L 1.28(0.5LH0.5L)^10 1.6(0.5LH0.5L)^10 1.99(0.5LH0.5L)^10|Air，其中，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(0.5LH 0.5L)^10 1.6(0.5LH 0.5L)^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|H(LH)^5 2nL(HL)^5 H L 0.79(0.5HL0.5H)^101.3(0.5LH0.5L)^101.6(0.5LH0.5L)^10|Air，其中，H(LH)^5 2nL(HL)^5 H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)^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，光谱成像芯片结构为640nm至810nm范围的线扫芯片，光谱成像芯片结构的膜系结构为Sub|H(LH)^5 2nL(HL)^5H L 1.25(0.5LH0.5L)^10 0.8(0.5HL0.5H)^10 0.63(0.5HL0.5H)^10|Air，其中，H(LH)^5 2nL(HL)^5 H为窄带滤光膜的膜系结构，n＝0.588
‑
1.238，L为过渡层的膜系结构，1.25(0.5LH0.5L)^100.8(0.5HL0.5H)^10为第一截止滤波膜的膜系结构，0.63(0.5HL0.5H)^10为第二截止滤波膜的膜系结构；或光谱成像芯片结构的膜系结构为800nm至1000nm范围的线扫芯片，光谱成像芯片结构的膜系结构为Sub|H(LH)^52nL(HL)^5H L 0.81(0.5HL0.5H)^100.64(0.5HL0.5H)^10 0.505(0.5HL0.5H)^10|Air，其中，H(LH)^52nL(HL)^5H为窄带滤光膜的膜系结构，n＝0.851
‑
1.5356，L为过渡层的膜系结构，0.81(0.5HL0.5H)^10 0.64(0.5HL0.5H)^10为第一截止滤波膜的膜系结构，0.505(0.5HL0.5H)^10为第二截止滤波膜的膜系结构。
[0014]进一步地，膜层厚度调整系数可根据如下步骤进行获取：确定任一截止滤波膜的待截止谱段；根据待截本文档来自技高网...

【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，所述光谱成像芯片结构包括：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；窄带滤光膜(20)，所述窄带滤光膜(20)一体式沉积生长在所述像素感光单元(10)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。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|H(LH)^S12nL(HL)^S
1 H L n1(W1)^S2n2(W2)^S3n3(W3)^S4|Air，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，W1、W2和W3均包括高折射率材料和低折射率材料，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，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)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1至3中任一项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腔结构呈线扫式分布，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。6.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为400nm至510nm范围的线扫芯片，所述光谱成像芯片结构的膜系结构为Sub|H(LH)^5 2nL(HL)^5 H L 1.28(0.5LH0.5L)^10 1.6(0.5LH0.5L)^10 1.99(0.5LH0.5L)^10|Air，其中，H(LH)^5 2nL(HL)^5 H为所述窄带滤光膜(20)的膜系结构，n＝0.573

【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：