宽自由光谱范围的组合式芯片结构制造技术

本发明专利技术提供一种宽自由光谱范围的组合式芯片结构，该组合式芯片结构包括四个光谱成像芯片结构，任意所述光谱成像芯片结构均包括像素感光单元和窄带滤光膜，所述窄带滤光膜一体式沉积生长在所述像素感光单元上，所述窄带滤光膜包括多个呈线扫式分布的FP腔结构，利用所述组合式芯片结构进行光谱成像时，所述四个光谱成像芯片结构沿光谱维方向呈一字排列，所述窄带滤光膜的多个FP腔结构高度沿光谱维方向递变；所述四个光谱成像芯片结构所覆盖的光谱范围均不相同。本发明专利技术方案能够提高自由光谱范围。围。围。

【技术实现步骤摘要】
宽自由光谱范围的组合式芯片结构


[0001]本专利技术涉及光谱分析
，涉及一种宽自由光谱范围的组合式芯片结构。

技术介绍

[0002]普通的RGB彩色图像上的每个像素点包含了用于识别色彩的数据信息。然而，普通的RGB彩色图像的感光三谱段的范围太宽，导致许多光谱信息相近的目标无法被识别区分。为了实现光谱信息相近的目标的区分，需要对图像传感器响应谱段进行窄带滤波，完成目标特征谱段的滤出，实现目标的区分。由于各种待识别目标的特征谱段不同，需要在不同的像素点上实现不同波长的窄带滤波。
[0003]递变腔体式法布里
‑
珀罗(FP)光谱滤波器可集成在CMOS图像传感器上，实现成像传感器的一体化，递变腔体式FP滤波器制作材料是与CMOS传感器相兼容的半导体材料。递变腔体式FP滤波器的光腔包括通光层，上反射镜和下反射镜。由半导体材料制成的布拉格镜，通过交叠生长制备，反射率高达99％以上，可用作FP腔体反射镜。
[0004]通过递变腔体结构改变FP腔的腔长实现滤波器的中心波长的变化，但是由于兼容CMOS工艺的半导体材料的限制，例如，SINx和SIO2叠层布拉格镜的自由谱宽范围较窄(可见光更窄100nm，近红外170nm)，无法满足一种结构设计覆盖可见光谱段(400～1000nm)，因此提高自由光谱范围是多光谱成像微型传感器的难点。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
[0006]为此，本专利技术提供了一种宽自由光谱范围的组合式芯片结构。
[0007]本专利技术的技术解决方案如下：本专利技术提供一种宽自由光谱范围的组合式芯片结构，该组合式芯片结构包括四个光谱成像芯片结构，任意所述光谱成像芯片结构均包括像素感光单元和窄带滤光膜，所述窄带滤光膜一体式沉积生长在所述像素感光单元上，所述窄带滤光膜包括多个呈线扫式分布的FP腔结构，利用所述组合式芯片结构进行光谱成像时，所述四个光谱成像芯片结构沿光谱维方向呈一字排列，所述窄带滤光膜的多个FP腔结构高度沿光谱维方向递变；所述四个光谱成像芯片结构所覆盖的光谱范围均不相同。
[0008]进一步地，沿光谱维方向，四个光谱成像芯片结构依次覆盖的光谱范围为400～510nm、510～630nm、640～810nm和800～1000nm。
[0009]进一步地，沿光谱维方向，四个光谱成像芯片结构依次为400nm至510nm范围16谱段的线扫芯片、510nm至630nm范围32谱段的线扫芯片、640nm至810nm范围32谱段的线扫芯片、800nm至1000nm范围32谱段的线扫芯片；四个光谱成像芯片结构分别对应的中心波长调谐范围依次为中心波长范围408nm调谐到502nm、中心波长范围512nm调谐到623nm、645nm调谐到790nm以及中心波长范围810nm调谐到992nm。
[0010]进一步地，任意所述光谱成像芯片结构的膜系结构为Sub|H(LH)^S 2nL(HL)^S H|Air，n为膜层厚度调整系数，S为叠加次数，H为高折射率材料，L为低折射率材料，四个光谱
成像芯片结构的膜层厚度调整系数n均不相同，所述层厚度调整系数n均分对应的谱段数。
[0011]进一步地，沿光谱维方向，四个光谱成像芯片结构对应的膜层厚度调整系数n的取值范围依次设计为0.745～1.557、0.67～1.439、0.643～1.425、0.652～1.437。
[0012]进一步地，任意所述光谱成像芯片结构还包括第一匹配层，所述第一匹配层一体式沉积生长在所述像素感光单元上，所述窄带滤光膜一体式沉积生长在所述第一匹配层上，所述第一匹配层用于过渡所述窄带滤光膜和所述像素感光单元之间的光学导纳以提高中心波长峰值透过率。
[0013]进一步地，任意所述光谱成像芯片结构还包括第二匹配层，所述第二匹配层一体式沉积生长在所述窄带滤光膜上，所述第二匹配层用于提高所述光谱成像芯片结构的中心波长透过率。
[0014]进一步地，所述第一匹配层的膜系结构为Q1，Q1包括L或HL，H为高折射率材料，L为低折射率材料。
[0015]进一步地，所述第一匹配层的膜系结构为Q1，所述第二匹配层的膜系结构为Q2，Q1包括HL或LHL，Q2包括LH或LHL，当Q1为HL时，Q2为LHL；当Q1为LHL时，Q2为LH，H为高折射率材料，L为低折射率材料。
[0016]进一步地，任意所述光谱成像芯片结构还均包括截止滤波片，所述截止滤波片粘贴设置在所述窄带滤光膜上，所述截止滤波片用于截止干扰波段，四个光谱成像芯片结构的截止滤波片所截止的干扰波段不同。
[0017]应用上述技术方案，通过沿光谱维方向设计呈一字排列的四个光谱成像芯片结构、任意光谱成像芯片结构的窄带滤光膜的多个FP腔结构高度沿光谱维方向递变，四个光谱成像芯片结构分别覆盖不同光谱范围，得到了宽自由光谱范围的组合式芯片结构，只需调整四个光谱成像芯片结构所覆盖的光谱范围即能够实现覆盖可见光谱段(400～1000nm)，突破了由于材料折射率差对自由光谱范围的限制，展宽了图像传感器的窄带滤波的自由光谱范围。
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400nm～510nm范围16谱段调谐滤波示意图；
[0020]图2示出了根据本专利技术的具体实施例提供的510nm～630nm范围32谱段调谐滤波示意图；
[0021]图3示出了根据本专利技术的具体实施例提供的640nm～810nm范围32谱段调谐滤波示意图；
[0022]图4示出了根据本专利技术的具体实施例提供的800nm～1000nm范围32谱段调谐滤波示意图；
[0023]图5示出了根据本专利技术的第五实施例提供的光谱成像芯片结构的结构示意图；
[0024]图6示出了根据本专利技术的具体实施例提供的有匹配层和无匹配层的中心波长透过率示意图；
[0025]图7示出了根据本专利技术的具体实施例提供的无匹配层、基底侧匹配层和空气侧匹配层的中心波长透过率示意图；
[0026]图8示出了根据本专利技术的具体实施例提供的无匹配层、L匹配层和HL匹配层的中心波长透过率示意图；
[0027]其中，上述附图包括以下附图标记：
[0028]10、像素感光单元；20、窄带滤光膜；50、第一匹配层。
具体实施方式
[0029]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽自由光谱范围的组合式芯片结构，其特征在于，所述组合式芯片结构包括四个光谱成像芯片结构，任意所述光谱成像芯片结构均包括像素感光单元(10)和窄带滤光膜(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)包括多个呈线扫式分布的FP腔结构，利用所述组合式芯片结构进行光谱成像时，所述四个光谱成像芯片结构沿光谱维方向呈一字排列，所述窄带滤光膜(20)的多个FP腔结构高度沿光谱维方向递变；所述四个光谱成像芯片结构所覆盖的光谱范围均不相同。2.根据权利要求1所述的一种宽自由光谱范围的组合式芯片结构，其特征在于，沿光谱维方向，四个光谱成像芯片结构依次覆盖的光谱范围为400～510nm、510～630nm、640～810nm和800～1000nm。3.根据权利要求2所述的一种宽自由光谱范围的组合式芯片结构，其特征在于，沿光谱维方向，四个光谱成像芯片结构依次为400nm至510nm范围16谱段的线扫芯片、510nm至630nm范围32谱段的线扫芯片、640nm至810nm范围32谱段的线扫芯片、800nm至1000nm范围32谱段的线扫芯片；四个光谱成像芯片结构分别对应的中心波长调谐范围依次为中心波长范围408nm调谐到502nm、中心波长范围512nm调谐到623nm、645nm调谐到790nm以及中心波长范围810nm调谐到992nm。4.根据权利要求2或3所述的一种宽自由光谱范围的组合式芯片结构，其特征在于，任意所述光谱成像芯片结构的膜系结构为Sub|H(LH)^S12nL(HL)^S1H|Air，n为窄带滤光膜(20)的膜层厚度调整系数，S1为叠加次数，H为高折射率材料，L为低折射率材料，四个光谱成像芯片结构的膜层厚度调整系数n均不相同，所述层厚度调整系数n均分对应的谱段数。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：王天鹤，刘舒扬，张晨，赵安娜，张云昊，周志远，潘建旋，姜洪妍，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：