超透镜和光电器件制造技术

这里公开的薄膜光学器件包括能够调制入射光的相位的超透镜和光电器件。该超透镜包括具有第一折射率的薄膜层、在薄膜层内的嵌入层，该嵌入层具有大于或等于第一折射率的1.5倍且小于或等于第一折射率的3.0倍的第二折射率。嵌入层可以填充形成在薄膜层上的多个孔，孔的深度、宽度和间隔都有助于调制穿过超透镜的光的相位。的光的相位。的光的相位。

【技术实现步骤摘要】
超透镜和光电器件


[0001]这里公开的主题涉及光学器件。更具体地，这里公开的主题涉及使用纳米级和微米级孔和柱的阵列来创建薄膜光学器件(optics)的技术。

技术介绍

[0002]由于在光学器件内的差异和在阵列内的位置的差异，图像传感器像素在其有效性上差异很大，从而在匹配透镜阵列的性能方面造成困难，因为每个像素可能需要不同的表面曲率来产生聚焦光。

技术实现思路

[0003]示例实施方式提供一种超透镜(metalens)，其包括具有第一折射率的第一薄膜层以及在第一薄膜层内的第一嵌入层。第一嵌入层具有第二折射率，并且第二折射率与第一折射率的比率大于或等于1.5且小于或等于3.0。超透镜可以包括具有第三折射率的第二薄膜层和具有第四折射率的第二嵌入层。第二嵌入层可以在第二薄膜层内。第四折射率可以具有与第二折射率的大于或等于1.5且小于或等于3.0的比率。超透镜可以包括具有第五折射率的第三薄膜层和具有第六折射率的第三嵌入层。第三嵌入层可以在第三薄膜层内。第六折射率可以具有与第五折射率的大于或等于1.5且小于或等于3.0的比率。液晶嵌入层可以嵌入在第三薄膜层中。液晶嵌入层可以具有第一状态和第二状态，第一状态具有第六折射率，第六折射率与第五折射率的比率可以大于或等于1.5且小于或等于3。液晶嵌入层的第二状态可以具有第七折射率，第七折射率与第五折射率的比率小于或等于1.5。第三薄膜层可以在第一薄膜层和第二薄膜层之间。在第一薄膜层和第二薄膜层之间的光路可以通过液晶嵌入层从第一状态改变为第二状态而变化。
[0004]超透镜可以透射入射在超透镜上的预定波长范围的光。超透镜可以以相对于薄膜的表面的法线在0度和45度之间并包括0度和45度的临界光线角度透射光。超透镜可以设置在成像像素上，在成像像素和成像目标之间。超透镜可以在超透镜的阵列内，每个超透镜设置在成像像素阵列的一成像像素上，超透镜在成像像素阵列和成像目标之间。超透镜可以具有包括成像像素阵列的有源区和成像像素阵列的电路区的视场。超透镜可以将入射光聚焦到成像像素的有源区上。第一嵌入层可以填充第一薄膜层中的孔。第一薄膜层中的孔可以具有在1∶1和1∶10之间且包括1∶1和1∶10的孔宽度与孔深度的比率。第一嵌入层可以填充第一薄膜层中的多个孔，所述多个孔可以在每个孔之间具有基本上为预定目标波长一半的晶格间隔。
[0005]示例实施方式提供一种光电器件，该光电器件具有单位像素，该单位像素具有超透镜和图像传感器。超透镜可以具有第一薄膜层和在第一薄膜层内的第一嵌入层，第一薄膜层具有第一折射率。第一嵌入层具有第二折射率，并填充第一薄膜层中的第一多个孔。第一薄膜层中的第一多个孔可以具有在第一薄膜层中的宽度与深度的小于或等于1∶20的比率。第二折射率与第一折射率的比率可以大于或等于1.5且小于或等于3.0。第一薄膜层中
的第一多个孔的宽度与第一薄膜层中的第一多个孔的深度的比率可以在1∶3和1∶6之间。第一多个孔可以在每个孔之间具有预定目标波长的基本上一半的晶格间隔。超透镜可以透射入射到超透镜上的预定波长范围的光。超透镜可以以相对于薄膜的表面的法线在0度和45度之间且包括0度和45度的临界光线角度透射光。超透镜可以包括具有第三折射率的第二薄膜层和具有第四折射率的第二嵌入层。第二嵌入层可以填充第二薄膜层中的第二多个孔。超透镜可以包括具有第五折射率的第三薄膜层，液晶嵌入层可以填充第三薄膜层中的第三多个孔。第一多个孔、第二多个孔和第三多个孔的晶格间隔可以基本上等于预定目标波长的一半。液晶嵌入层可以具有第一状态和第二状态。第一状态可以具有第六折射率，第一状态可以具有大于或等于1.5且小于或等于3的第六折射率与第五折射率的比率，第二状态可以具有第七折射率，第二状态可以具有小于或等于1.5的第七折射率与第五折射率的比率。
附图说明
[0006]在以下部分中，将参照附图中示出的示例性实施方式来描述这里公开的主题的各方面，附图中：
[0007]图1A绘出根据这里公开的主题的超透镜的示例实施方式的透视俯视平面图；
[0008]图1B绘出根据这里公开的主题的超透镜的示例实施方式的一部分的剖视图；
[0009]图2绘出根据这里公开的主题的使用超透镜的图像传感器的示例实施方式的剖视图；
[0010]图3绘出根据这里公开的主题的使用多层超透镜的图像传感器的示例实施方式的剖视图；
[0011]图4绘出使用微透镜的传统图像传感器的示例实施方式；
[0012]图5绘出根据这里公开的主题的使用超透镜的图像传感器的示例实施方式；
[0013]图6A绘出没有超透镜的图像传感器的俯视平面图和剖面的示例实施方式；
[0014]图6B绘出根据这里公开的主题的具有超透镜的图像传感器的俯视图和剖面的示例实施方式；
[0015]图7A
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图7C绘出根据这里公开的主题的超透镜相对于图像传感器具有各种主光线角度的放置的示例实施方式；
[0016]图8A
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图8C绘出微透镜相对于图像传感器具有各种主光线角度的放置的示例实施方式；
[0017]图9绘出根据这里公开的主题的各种实施方式的形成超透镜的方法的示例实施方式的流程图；
[0018]图10绘出根据这里公开的主题的各种实施方式的相移与晶格常数的比较；
[0019]图11A和图11B绘出根据这里公开的主题的各种实施方式的在各种晶格间隔下的反射率与透射率和相移的关系；
[0020]图12A和图12B绘出根据这里公开的主题的各种实施方式的在800nm的目标波长下的孔径与透射率和相移的关系；以及
[0021]图13绘出根据这里公开的主题的使用超透镜的电子装置的示例实施方式。
具体实施方式
[0022]在以下的详细描述中，许多具体细节被阐述以便提供对本公开的全面理解。然而，本领域技术人员将理解，所公开的方面可以在没有这些具体细节的情况下实施。在另一些情况下，没有详细描述众所周知的方法、过程、部件和电路以免模糊这里公开的主题。
[0023]在本说明书中提及的“一个实施方式”或“一实施方式”表示结合该实施方式描述的特定特征、结构或特性可以被包括在这里公开的至少一个实施方式中。因此，短语“在一个实施方式中”或“在一实施方式中”或“根据一个实施方式”(或具有类似含义的其它短语)在本说明书各处的出现可以不必都指同一实施方式。此外，在一个或更多个实施方式中，特定的特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合。在这点上，如这里所用的，词语“示例性的”表示“用作示例、实例或说明”。这里描述为“示例性”的任何实施方式将不被解释为比其它实施方式必然更优选或更有利。此外，在一个或更多个实施方式中，特定的特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合。此外，根据这里讨论的上下文，单数术语可以包括相应的复数形式，复数术语可以包括相应的单数形式。类似地，用连字符连接的术语(例如“二维(two
‑
dimensional)”、“预定的(pre本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超透镜，包括：第一薄膜层，包括第一折射率；以及第一嵌入层，在所述第一薄膜层内并包括第二折射率，其中所述第二折射率与所述第一折射率的比率大于或等于1.5且小于或等于3.0。2.根据权利要求1所述的超透镜，其中所述超透镜还包括具有第三折射率的第二薄膜层和具有第四折射率的第二嵌入层，所述第二嵌入层在所述第二薄膜层内，以及其中所述第四折射率与所述第二折射率的比率大于或等于1.5且小于或等于3.0。3.根据权利要求2所述的超透镜，其中所述超透镜还包括具有第五折射率的第三薄膜层和具有第六折射率的第三嵌入层，所述第三嵌入层在所述第三薄膜层内，以及其中所述第六折射率与所述第五折射率的比率大于或等于1.5且小于或等于3.0。4.根据权利要求2所述的超透镜，其中所述超透镜还包括具有第五折射率的第三薄膜层和在所述第三薄膜层内的液晶嵌入层，以及其中所述液晶嵌入层包括第一状态和第二状态，所述第一状态包括第六折射率，所述第六折射率与所述第五折射率的比率大于或等于1.5且小于或等于3，所述第二状态包括第七折射率，所述第七折射率与所述第五折射率的比率小于或等于1.5。5.根据权利要求4所述的超透镜，其中所述第三薄膜层在所述第一薄膜层和所述第二薄膜层之间，以及其中在所述第一薄膜层和所述第二薄膜层之间的光路基于所述液晶嵌入层从所述第一状态改变到所述第二状态而改变。6.根据权利要求1所述的超透镜，其中所述超透镜透射入射到所述超透镜上的预定波长范围的光。7.根据权利要求1所述的超透镜，其中所述超透镜以相对于所述第一薄膜层的表面的法线在0度和45度之间并包括0度和45度的临界光线角度透射光。8.根据权利要求1所述的超透镜，还包括成像像素，其中所述超透镜设置在所述成像像素和成像目标之间。9.根据权利要求8所述的超透镜，其中所述超透镜包括至少第一超透镜阵列，以及还包括成像像素阵列，每个成像像素包括设置在所述成像像素和所述成像目标之间的相应超透镜。10.根据权利要求8所述的超透镜，其中至少一个超透镜包括视场，所述视场包括用于所述成像像素的有源区和电路区，以及其中所述至少一个超透镜将入射光聚焦到所述成像像素的所述有源区上。11.根据权利要求1所述的超透镜，其中所述第一嵌入层填充所述第一薄膜层中...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴海利，R，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：