光传感器装置和光谱仪制造方法及图纸

光传感器装置包括具有光传感器(1)、光学滤波器(3)以及光传感器(1)与光学滤波器(3)之间的掩模(2)的堆叠。特别地，光传感器(1)包括光敏表面(11)。掩模(2)包括上部不透明基片(M3)，其背离光敏表面(11)并且具有第一孔(AM3)，每个第一孔(AM3)分别限定掩模(2)中的光路。掩模(2)进一步包括下部不透明基片(M1)，其面向光敏表面(11)并且具有第二孔(AM1)，每个第二孔(AM1)分别限定掩模(2)中的光路。上部基片(M3)和下部基片(M1)由金属制成。光路被设计成用于允许入射光在具有来自角度的容许区间(INT)的入射角时到达光敏表面(11)，角度的容许区间(INT)分别由第一孔(AM3)的大小和第二孔(AM1)的大小确定并且相对于光路的光轴(OA)而被限定。示出了至少包括上述类型的光传感器装置的光谱仪。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及光传感器装置和光谱仪。颜色传感器是允许进行精确的颜色测量、确定和辨别的装置。精准的颜色传感器使用硅二极管和有机滤波器。有机滤波器用于滤掉要被检测的光谱的特定部分。然后，颜色传感器记录相应的颜色信号，该相应的颜色信号进而指示光的颜色。有机颜色滤波器主要在阻带方面具有一定的变化性，这是由于制成有机颜色滤波器的材料的厚度的变化造成的。此外，这些滤波器通常对于红外光而言是透明的。精准的颜色传感器通常采用有机颜色滤波器和干涉滤波器的组合来阻隔红外光。干涉滤波器或二向色滤波器是以下光学滤波器，其对一个或更多个光谱带或者光谱线进行反射并且对其它光谱带或者光谱线进行透射。通常，这些类型的滤波器针对所关注的所有波长保持很低的吸收。使用干涉滤波器作为颜色滤波器具有以下优点：可以在高的程度上控制干涉滤波器的光学性质例如高通、低通、带通或带阻。然而，干涉滤波器具有以下固有缺点：干涉滤波器的光学性质取决于光入射到滤波器上的角度。干涉滤波器的光学性质的方向变化受到入射角或孔径角的增大的影响，并且还取决于各种其它事物。例如，滤波器的光谱位置、入射光的偏振状态、用于层的材料和滤波器系统的整体上的设计是影响滤波器的光学性质的参数。由于以下事实所以甚至相同类型的滤波器可以呈现不同程度的角度相关性：系统设计取决于滤波器的光谱位置，以及系统设计必须变化以便符合要与干涉滤波器一起使用的装置的光谱规格。当增大入射角时，干涉滤波器的透射波长或边缘位置向更短的波长偏移。最近，等离子激元(plasmonic)颜色滤波器已经变得可以用于图像传感器应用。在这个背景下，基于表面等离子激元的纳米结构由于其小的尺寸而提供有效操作光的能力。通过改变该纳米结构，可以生产如下颜色滤波器，该颜色滤波器能够在保证紧凑的装置架构的情况下以高空间分辨率来透射任意颜色。然而，等离子激元滤波器的光谱响应度也随着入射光的角度而变化。尽管吸收滤波器不具有角度相关性，但是吸收滤波器的滤波特性受限于其化学成分。这些设计限制具有以下缺点：吸收滤波器的滤波特性仅可以在有限的范围内进行调整，例如，与角度相关的干涉滤波器相比，吸收滤波器不具有陡的响应。现有技术已经提出了若干个光学解决方案，并且现今复杂的系统可以用于将入射角限制成接近零度以克服上述滤波器类型的角度相关性影响。这样的系统可以基于使用棱镜或其它体积相当大的光学装置的光谱仪。这些光学仪器的大小可能是显著的。然而，光传感器的总高度在现今的应用中变得更加重要，其中，例如对于移动装置如手机或智能手机而言，小的产品厚度是一个关键的销售因素。本专利技术的目的是提供具有减小的尺寸的光传感器装置和光谱仪。通过独立权利要求的主题来解决这个目的。其它实施方式针对从属权利要求。光传感器装置包括具有光传感器、光学滤波器和掩模的堆叠。光传感器进一步包括光敏表面。掩模包括上部不透明基片，其背离光敏表面并且具有第一孔，每个第一孔均限定掩模中的光路。掩模进一步包括下部不透明基片，其面向光敏表面并且具有第二孔，每个第二孔均限定掩模中的相应的光路。掩模位于光学滤波器与光传感器之间。例如，光学滤波器连接至上部基片。上部基片和下部基片二者均由金属制成，并且可以以晶圆工艺制造。光路被设计成允许入射光在具有来自角度的容许区间内的入射角时到达光敏表面。角度的容许区间分别由第一孔的大小和第二孔的大小确定并且相对于光路的光轴被限定。当操作时，光传感器装置接收来自要被分析的光源的光或来自环境的环境光。在任一情况下，光以一定的入射角入射到光传感器装置上。掩模具有上述结构，并且限定光传感器装置的特定的方向性。事实上，掩模阻隔来自比角度的容许区间更大的角度的所有光，使得大部分是具有接近零的入射角的光将会到达光传感器，亦即，光传感器的光敏表面。此外，光学滤波器确定允许来自入射光的哪个波长穿过以到达光敏表面。由于掩模特别是掩模的不透明基片和孔的方向性，所以所提出的光传感器装置具有改进的光谱性质。因此，仅被限定的(按照角度的容许区间被限定的)光可以到达光敏表面，并且因此可以使用方向光学滤波器而不需要体积较大的光学系统。因此，光传感器装置可以被堆叠成具有相当低的总高度，这在本质上要求低空间的应用中是关键因素。总高度通常在几微米的范围内。此外，所提出的光传感器装置可以以晶圆工艺来集成，亦即，可以被制造为单个微芯片。例如，可以使用标准技术来涂覆光学滤波器。在另一实施方式中，光学滤波器包括方向光学滤波器。方向光学滤波器例如是干涉滤波器或等离子激元滤波器。光学滤波器具有方向相关的透射特性，亦即，透射曲线取决于入射到滤波器上的光的入射角而偏移。在另一实施方式中，掩模包括具有多个基片的堆叠，多个基片包括作为顶部基片的上部基片、作为底部基片的下部基片以及在上部基片与下部基片之间的至少一个中部基片。中部基片包括第三孔。第三孔分别被布置成限定掩模中的光路。这以由第一孔的大小、第二孔的大小和第三孔的大小来确定角度的容许区间的方式来实现。堆叠基片并且从而形成掩模，亦即，基片形成堆叠的层。优选地，掩模包括三个基片，例如下部基片、一个中部基片和上部基片，其中，基片由金属制成。在另一实施方式中，下部基片、至少一个中部基片和上部基片借助于通孔相互堆叠。替代地，多个基片直接地相互堆叠。优选地，通孔由金属制成并且可以以晶圆工艺来制造。通孔位于相应的基片之间并且将基片垂直地相互连接。实现这样的结构的一个可行的方式是借助于3D集成电路和封装技术，例如硅通孔(through-siliconvias)。在另一实施方式中，光路的每个光轴均与第一孔对准。特别地，每个光轴均与第一孔的几何中心对准。通常，可以限定掩模中的光路的任何角度。例如，在45°的角度情况下，光传感器装置的视场相对于光敏表面是倾斜的。在另一实施方式中，光轴相对于光敏表面的表面法线对准。特别地，光轴与光敏表面的表面法线平行地对准。在这种情况下，光传感器装置的视场相对于光敏表面对准。在另一实施方式中，第一孔以规则图案布置在上部基片上。特别地，第一孔以矩阵图案布置在上部基片上。优选地，以相同的矩阵图案布置其它孔。在另一实施方式中，第一孔具有多角形形状。优选地，其它孔具有相同的多角形形状。在另一实施方式中，第一孔具有矩形形状。优选地，其它孔具有相同的矩形形状。在另一实施方式中，第一孔具有蜂巢形状。优选地，其它孔具有相同的蜂巢形状。在另一实施方式中，第一孔、第二孔、第三孔和/或在更多个中部基片中的其它孔具有相同的形状和大小。在另一实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光传感器装置，包括具有光传感器(1)、光学滤波器(3)以及位于所述光传感器(1)与所述光学滤波器(3)之间的掩模(2)的堆叠，其中，所述光传感器(1)包括光敏表面(11)，并且所述掩模(2)包括上部不透明基片(M3)，所述上部不透明基片(M3)背离所述光敏表面(11)并且具有第一孔(AM3)，并且所述掩模(2)进一步包括下部不透明基片(M1)，所述下部不透明基片(M1)面向所述光敏表面(11)并且具有第二孔(AM1)，其中，所述第一孔(AM3)和所述第二孔(AM1)中的每个孔分别限定所述掩模(2)中的光路，所述上部基片(M3)和所述下部基片(M1)由金属制成，并且所述光路被设计成用于允许入射光在具有来自角度的容许区间(INT)的入射角时到达所述光敏表面(11)，所述角度的容许区间(INT)分别由所述第一孔(AM3)的大小和所述第二孔(AM1)的大小确定并且相对于所述光路的光轴(OA)而被限定。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.13 EP 13192720.41.一种光传感器装置，包括具有光传感器(1)、光学滤波器(3)以及位于所述光传感器
(1)与所述光学滤波器(3)之间的掩模(2)的堆叠，其中，
所述光传感器(1)包括光敏表面(11)，并且
所述掩模(2)包括上部不透明基片(M3)，所述上部不透明基片(M3)背离所述光敏表面
(11)并且具有第一孔(AM3)，并且所述掩模(2)进一步包括下部不透明基片(M1)，所述下部
不透明基片(M1)面向所述光敏表面(11)并且具有第二孔(AM1)，其中，所述第一孔(AM3)和
所述第二孔(AM1)中的每个孔分别限定所述掩模(2)中的光路，
所述上部基片(M3)和所述下部基片(M1)由金属制成，并且
所述光路被设计成用于允许入射光在具有来自角度的容许区间(INT)的入射角时到达
所述光敏表面(11)，所述角度的容许区间(INT)分别由所述第一孔(AM3)的大小和所述第二
孔(AM1)的大小确定并且相对于所述光路的光轴(OA)而被限定。
2.根据权利要求1所述的光传感器装置，其中，所述光学滤波器(3)包括方向光学滤波
器，特别是干涉滤波器或等离子激元滤波器，所述方向光学滤波器具有方向相关的透射特
性。
3.根据权利要求1或2所述的光传感器装置，其中，
所述掩模(2)包括至少一个中部不透明基片(M2M3)，所述至少一个中部不透明基片
(M2M3)在所述上部基片(M3)与所述下部基片(M1)之间并且具有第三孔(AM2)，并且
所述第三孔(AM2)分别布置成限定所述掩模(2)中的光路，以使得所述角度的容许区间
(INT)由所述第一孔(AM3)的大小、所述第二孔(AM1)的大小和所述第三孔(AM2)的大小来确
定。
4.根据权利要求3所述的光传感器装置，其中，所述下部基片(M1)、所述至少一个中部
基片(M2)和所述上部基片(M3)借助于通孔(V)相互堆叠或者直接相互堆叠。
5.根据权利要求1至...

【专利技术属性】
技术研发人员：马里奥·曼宁格，彼得·特拉特勒，
申请(专利权)人：ams有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT