本发明专利技术的红外滤光器包括由红外透射材料形成的衬底和在衬底的一个表面侧上并排排列的多个过滤部件。各过滤部件包括：第一λ／４多层膜，其中将两种具有相互不同的折射率但相同的光学膜厚度的薄膜交替堆叠；第二λ／４多层膜，其中将两种薄膜交替堆叠，所述第二λ／４多层膜在第一λ／４多层膜的与衬底侧的相反侧上形成；和置于第一λ／４多层膜和第二λ／４多层膜之间的波长选择层，其中根据所需选择波长，所述波长选择层具有与其他薄膜的光学膜厚度不同的光学膜厚度。第一λ／４多层膜和第二λ／４多层膜的低折射率材料由氧化物构成，且其高折射率材料由Ｇｅ所形成的半导体材料构成。波长选择层的材料与第一λ／４多层膜的次顶层薄膜的材料相同。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及红外滤光器及其制造方法。
技术介绍
已知滤光器由多层介电膜组成，其中具有相互不同的折射率但相同的光学膜厚度 (膜的光学厚度)的两种介电薄膜交替堆叠。介电膜材料的实例例如包括Ti02、Si02、Ta205、 Nb2O5, A1203、Si3N4、ZrO2^MgF2, CaF2 等。如图9所示，已经提出一种固态成像器件，其配有具有多种过滤部件4、22、4的滤光器200，其中各过滤部件配置为选择性透射入射光(例如WO 2005/069376 被称作专利文献1)。在具有附图说明图16所示的配置的固态成像器件中，在η型半导体衬底101的一侧表面处形成的P型半导体层102中，光接收元件103” 1032、10 在分别对应于过滤部件&、22、&的部分处形成。滤光器200的过滤部件4、22、4具有相互不同的选择波长。经由光学透明的绝缘层104，过滤部件&、22、4在光接收元件103^103^10 的各光接收面的一侧(图16中的端面侧)上形成。上述滤光器200的过滤部件4、22、4各自包含第一 λ/4多层膜21 ；第二 λ/4多层膜22;以及波长选择层23^23^23^在第一 λ/4多层膜21中，两种具有相同的光学膜厚度但由具有相互不同的折射率的介电材料形成的薄膜21a、21b交替堆叠。第二 λ/4多层膜22在第一 λ /4多层膜21与η型半导体衬底101侧的相反侧上形成。在第二 λ /4多层膜22中，两种薄膜21a、21b交替堆叠。各波长选择层23^23^2 介于第一 λ/4多层膜 21和第二 λ /4多层膜22之间，且根据所需的选择波长具有与薄膜21a、21b的光学膜厚度不同的光学膜厚度。关于两种薄膜21a、21b的材料，将T^2用作具有较高折射率的高折射率材料，将S^2用作具有较低折射率的低折射率材料。在图16所示实例中，在距离η型半导体衬底101最近所形成的薄膜21a由高折射率材料形成，且在所述薄膜21a上的薄膜21b 由低折射率材料形成。因此，在图16所示实例中，过滤部件&、22、4的最顶层各自为由高折射率材料形成的薄膜21a。过滤部件4、22、4的透射光谱接下来基于图17解释。如图17B的透射光谱所示，其中如图17A所示(仅在厚度方向上具有周期性折射率结构的一维光子晶体)，两种具有不同折射率的薄膜21a、21b周期性地堆叠的堆叠膜(层合膜)允许仅选择性反射特定波长带的光。为此，这类堆叠膜例如广泛用于需要比使用金属膜的反射镜更高反射性的高反射镜(例如用于激光器的高反射镜)。在图17A的配置中， 反射性和反射带宽(反射带的带宽)均可通过合适地调节膜厚度和薄膜21a、21b的堆叠层数而调节。就设计的观点而言，扩大反射带宽比较容易，但实现仅使特定选择波长的光透射 (透过)是困难的。相对而言，如图17C所示，根据上述过滤部件4、22、4，将具有不同的光学膜厚度的波长选择层23 03^2:3^23^设置在周期性折射率结构中，以由此将一些局部无序引入周期折射率结构中。如图17D的透射光谱所示，根据该结构，具有比反射带宽窄的光谱宽度的透射带可定位在反射带窄。另外，透射带的透射峰波长可通过合适地改变波长选择层23的光学膜厚度而变化。图17C说明了如下实例其中波长选择层23由与薄膜21b相同的材料形成，薄膜21b在薄膜21a的与波长选择层23在其上相接触的侧面的相反侧上形成。如图 17D的透射光谱窄箭头所示，透射峰波长可通过改变波长选择层23的膜厚度(物理膜厚度； 膜的物理厚度)“t”而变化。透射峰波长可通过调节波长选择层23的光学膜厚度而改变的范围取决于由第一 λ/4多层膜21和第二 λ/4多层膜22设定的反射带宽。反射带宽越宽，则透射峰波长可改变的范围就越宽。众所周知(参考文献Mitsunobu Kobiyama, "Optical Thin-Film Filters”，The Optronics Co.，Ltd.，第102-106页)，反射带宽Δ λ可基于下文的方程 (1)近似算出，其中ηΗ表示上述高折射率材料的折射率，rk表示低折射率材料的折射率，Xci 表示等于光学膜厚度4倍的设定波长，其对于薄膜21a、21b而言是共同的。方程(1)表示反射带宽△ λ取决于低折射率材料的折射率 和高折射率材料的折射率ηΗ，这样，为了扩大反射带宽Δ λ，重要的是增加折射率比nH/V的值，即重要的是增加高折射率材料和低折射率材料的折射率差。在图16中所示的固态成像器件中滤光器200为用于可见光的过滤器的实例，在具有非常高透明度且在可见光区域内没有吸收性的氧化物的组合中，提供最大的折射率差的 TiO2和SiA的组合作为高折射率材料和低折射率材料的组合的例子。已知通过使用红外线检测元件和红外滤光器感测的气体和/或火焰的各种技术(例如日本专利申请公开号S58-58441 被称作专利文献2 ；日本专利申请公开号 2001-228086 被称作专利文献3 ；日本专利申请公开号H5-346994 被称作专利文献4)。如图18所示，专利文献3提出了呈多波长选择过滤器形式的红外滤光器，其根据平面内位置(in-plane position)透射(透过)具有不同选择波长的红外线。该多波长选择过滤器具有堆叠结构，其中由在红外区域中透明的低折射率材料形成的薄膜21b和由在红外区域中透明的高折射率材料形成的薄膜21a交替堆叠。随后，在堆叠结构的中间设置了由高折射率材料形成的波长选择层(分隔层)23’，以使波长选择层23’的膜厚度在平面内方向(在图18中左右方向)上连续变化。在具有图18所示配置的红外滤光器中，将Si 衬底用作支撑上述堆叠结构的衬底1’。配置波长选择层23’的膜厚度，以如下方式在平面内方向连续变化可使具有作为目标气体CO2的吸收波长的4. 25 μ m红外线，以及设定为不被各种气体吸收的参比光的波长的3. 8 μ m红外线在相互不同的位置透射。在具有图18所示结构的红外滤光器中，配置波长选择层23’，以使其膜厚度在平面内方向上连续变化。然而，在制造过程中难以获得具有良好重现性和良好稳定性的膜厚度的变化。此外，由于波长选择层23’的膜厚度连续变化，难以使得具有选择波长的红外线的透射带变窄。因此，它们导致过滤器性能的降低。为此，对于这种使用了红外线检测元件的气体传感器和火焰传感器，难以增加其性能和降低其成本。可以想象使用具有图16所示结构的滤光器200，但此处高折射率材料和低折射率材料均为氧化物，即将TiO2用作高折射率材料并将SW2用作低折射率材料。为此，难以扩大红外区域中的反射带宽δ λ (即难以扩大可设定透射峰波长的范围)。图19和图20阐述了使用上述方程(1)进行计算的结果，其涉及反射带宽Δ λ与折射率比1 / 的关系，其中nH为过滤器材料中高折射率材料的折射率，&为过滤器材料中低折射率材料的折射率。在图19和图20中，横轴代表折射率比nH/rv图19的纵轴代表用设定波长λ ^归一化的反射带宽Δ λ的值。图20中纵轴代表反射带宽Δ λ。如图19和图20所示，反射带宽Δ λ随折射率比1 / 的增加而增加，这是由于各波长的入射光的反射增加。在其中将TiO2用作高折射率材料且将SiO2用作本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种红外滤光器，包括：由红外透射材料形成的衬底；和在所述衬底的一个表面侧上并排设置的多个过滤部件，其中各过滤部件包括：其中两种具有相互不同折射率但相同光学膜厚度的薄膜交替堆叠的第一λ／４多层膜；其中所述两种薄膜交替堆叠的第二λ／４多层膜，所述第二λ／４多层膜在所述第一λ／４多层膜的与衬底侧的相反侧上形成；以及介于所述第一λ／４多层膜和所述第二λ／４多层膜之间的波长选择层，所述波长选择层根据所需的选择波长而具有不同于各薄膜的光学膜厚度的光学膜厚度，其中所述第一λ／４多层膜和所述第二λ／４多层膜的低折射率材料为氧化物且其高折射率材料为半导体材料Ｇｅ，和其中所述波长选择层的材料与所述第一λ／４多层膜的次顶层薄膜的材料相同。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：平井孝彦，
申请(专利权)人：松下电工株式会社，
类型：发明
国别省市：JP
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