本发明专利技术涉及一种微纳米结构滤波器、滤波器超元胞、CMOS数字图像传感器，微纳米结构滤波器为金属层和介质层组成的多层结构，滤波器超元胞为微纳米结构滤波器形成的4X4矩阵，若干超元胞在横向与纵向呈周期阵列分布形成CMOS数字图像传感器。本发明专利技术的CMOS数字图像传感器是完全集成的CMOS芯片，具有同时光谱成像与偏振成像的功能；其中，成像用光谱滤波功能和偏振滤波功能都由微纳米结构滤波器实现，通过优化设计各像素的微纳米结构滤波器与像素阵列的排列方式，可以在一块CMOS芯片上通过分别组合特定的像素同时实现光谱成像与偏振成像；相比于现有成像设备，本发明专利技术的数字图像传感器具有多功能成像、高集成度和高可靠性的优点。
【技术实现步骤摘要】
微纳米结构滤波器、滤波器超元胞及CMOS数字图像传感器
本专利技术属于数字图像传感器
，尤其涉及一种微纳米结构滤波器、滤波器超元胞及CMOS数字传感器及CMOS数字图像传感器的制造方法。
技术介绍
随着社会日益增长的数字影像需求，从七十年代发展至今数字成像技术一直保持着迅猛的发展势头。除了使用在数码相机等产品上，它已经被广泛应用于实时监控、视频会议、机器人视觉、生物医药分析、食品材料质量监控以及航空航天等领域。得益于硅基CMOS的快速发展和成熟工艺，大阵列可见光传感器取得了巨大进展，例如尼康D800相机所用的芯片最大分辨率已达到7360X4912。偏振成像因为具有普通彩色成像所不具备的偏振信息处理能力引起了关注，尤其在生物、环境、天文等领域具有重要应用。目前的偏振成像通过两类技术实现，一是直接在普通相机前端加装可调的偏振元件，一是类似彩色图像传感器，将偏振选择功能集成到像素中，形成集成型的偏振图像传感器。前者设备复杂，操作困难；后者只能偏振成像，功能单一。不仅如此，目前不管是光谱成像还是偏振成像的集成型图像传感器中都普遍依赖聚合物的彩色滤波片或者偏振片，不仅工艺成本高、稳定性差，而且功能方面的可塑性低，不利于集成。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种通过金属介质微纳米结构同时实现光谱成像与偏振成像，通过优化不同透过波段、不同偏振选择的像素排列方式，在一块CMOS芯片上分别组合特定的像素，同时实现光谱成像与偏振成像的微纳米结构滤波器、滤波器超元胞及CMOS数字图像传感器。本专利技术的技术解决方案是所述微纳米结构滤波器为金属层和介质层组成的多层结构，衬底层连接其中的一个金属层，所述金属层和介质层在各自平面内具有相同的一维结构周期，所述金属层和介质层上、下对齐；成像用光谱滤波功能和偏振滤波功能均由微纳米结构滤波器实现，通过优化设计各像素的微纳米结构与像素阵列的排列方式，在一块CMOS芯片上通过分别组合设定的像素，同时实现光谱成像与偏振成像。优选地，所述多层结构至少包括两层金属层和夹在金属层中间的介质层，根据具体应用介质层可优化为多层介质。优选地，上金属层为厚度40纳米至150纳米的铝层，下金属层为厚度40纳米至150纳米的铝层，所述介质层为厚度100纳米至200纳米的氮化硅层；所述一维结构周期为200纳米至360纳米。优选地，所述介质层包括上、下依次对齐相接的第一介质层、第二介质层、第三介质层；第一介质层一面与上金属层相接，第三介质层一面与下金属层相接；上金属层为厚度40纳米至150纳米的铝层，下金属层为厚度40纳米至150纳米的铝层，所述第一介质层为厚度I纳米至30纳米的氧化硅层，所述第二介质层为厚度150纳米至250纳米的硅层，所述第三介质层为厚度I纳米至30纳米的氧化硅层；所述一维结构周期为500纳米至700纳米。优选地，填充率大于0.5。本专利技术的另一技术解决方案是一种滤波器超元胞包括前述的微纳米结构滤波器形成的4X4矩阵；第I行第I列为第一偏振角度第一颜色滤波器，第I行第2列为第二偏振角度第一颜色滤波器，第I行第3列为第二偏振角度第二颜色滤波器,第I行第4列为第一偏振角度第二颜色滤波器；第2行第I列为第四偏振角度第一颜色滤波器，第2行第2列为第三偏振角度第一颜色滤波器,第2行第3列为第三偏振角度第二颜色滤波器,第2行第4列为第四偏振角度第二颜色滤波器；第3行第I列为第四偏振角度第四颜色滤波器，第3行第2列为第三偏振角度第四颜色滤波器，第3行第3列为第三偏振角度第三颜色滤波器，第3行第4列为第四偏振角度第三颜色滤波器;第4行第I列为第一偏振角度第四颜色滤波器，第4行第2列为第二偏振角度第四颜色滤波器，第4行第3列为第二偏振角度第三颜色滤波器，第4行第4列为第一偏振角度第三颜色滤波器。优选地，O度、45度、90度、135度、无角度五种角度中任意四种角度分别构成第一偏振角度、第二偏振角度、第三偏振角度、第四偏振角度；或者O度、45度、90度、135度、无角度五种角度中任意三种角度构成第一偏振角度、第二偏振角度、第三偏振角度、第四偏振角度。本专利技术的再一技术解决方案是所述CMOS数字传感器，其特殊之处在于:包括若干权利要求6或权利要求7所述的滤波器超元胞，所述若干超元胞在横向与纵向呈周期阵列分布。优选地，所述滤波器的排列方式满足具有同一波段不同取向滤波器的像素组成一个光谱成像的超像素，同一取向不同波段的像素组成一个偏振成像的超像素，两个超像素相互嵌套，并周期性排列。优选地，还包括控制单元、处理单元，任一所述微纳米结构滤波器都与控制单元相接，处理单元与控制单元相接。与现有技术相比，本专利技术的优点在于:通过金属介质微纳米结构来实现光谱滤波和偏振滤波功能，相比于目前基于聚合物材料的滤波器或偏振器，具有抗辐照、集成度高、工艺简单和可设计性好等优点。同时，通过将光谱滤波和偏振滤波功能集成到一个金属介质微纳米结构滤波器中，可以在每个像素同时实现对滤波的光谱与偏振的精确控制。此外，通过优化不同透过波段不同偏振选择的像素排列方式，可以在一块CMOS芯片上分别组合特定的像素(滤波器)同时实现光谱成像与偏振成像。【附图说明】图1是本专利技术微纳米结构滤波器的第一实施例的纵向剖面图。图2是本专利技术微纳米结构滤波器的第一实施例的透过率光谱图。图3是本专利技术微纳米结构滤波器的第一实施例的偏振消光比光谱图。图4是本专利技术微纳米结构滤波器的第二实施例的纵向剖面图。图5是本专利技术微纳米结构滤波器的第二实施例的偏振消光比光谱图。图6是本专利技术微纳米结构滤波器的第二实施例的偏振消光比光谱图。图7是本专利技术滤波器超元胞的一实施例的结构示意图。图8是本专利技术微纳米结构滤波器的0度偏振方向示意图。图9是本专利技术微纳米结构滤波器的45度偏振方向示意图。图10是本专利技术微纳米结构滤波器的90度偏振方向示意图。图11是本专利技术微纳米结构滤波器的135度偏振方向示意图。图12是本专利技术CMOS数字图像传感器一实施例的结构示意图。【具体实施方式】本专利技术下面将结合附图作进一步详述:图1至图3示出了本专利技术微纳米结构滤波器的第一个实施例。请参阅图1所示，该微纳米结构滤波器，包括上下依次对齐相接的上金属层4、介质层3、下金属层2，下金属层2外面连接的衬底层I ;上金属层4、介质层3、下金属层2具有相同的一维结构周期。衬底层可以是二氧化硅、氮化硅、氟化镁等等，优选为二氧化硅。本实施例中，上金属层4可以是单一金属层，单一金属层由金、钼、银、铜、铝、钛元素中的一种构成；上金属层4也可以是合金层，合金层为金、钼、银、铜、铝、钛中一种元素的合金层；上金属层4还可以是多个单一金属层叠加后形成的叠加结构。本实施例中，下金属层2可以是单一金属层，单一金属层由金、钼、银、铜、铝、钛元素中的一种构成；下金属层2也可以是合金层，合金层为金、钼、银、铜、铝、钛中一种元素的合金层；下金属层2还可以是多个单一金属层叠加后形成的叠加结构。本实施例中，介质层3包括氧化硅、氮化硅、氟化镁、硒化锌、聚酰亚胺中的一种或几种材料。本实施例中，上金属层4、下金属层2的厚度优选在40纳米以上，尤其是40纳米至150纳米；所述介质层为厚度100纳米至200纳米的氮化硅层；所述一维结构周期为200纳米至360纳米。请本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种微纳米结构滤波器，其特征在于：所述微纳米结构滤波器为金属层和介质层组成的多层结构，衬底层连接其中的一个金属层，所述金属层和介质层在各自平面内具有相同的一维结构周期，所述金属层和介质层上、下对齐；成像用光谱滤波功能和偏振滤波功能均由微纳米结构滤波器实现，通过优化设计各像素的微纳米结构与像素阵列的排列方式，在一块CMOS芯片上通过分别组合设定的像素，同时实现光谱成像与偏振成像。
【技术特征摘要】
1.一种微纳米结构滤波器，其特征在于:所述微纳米结构滤波器为金属层和介质层组成的多层结构，衬底层连接其中的一个金属层，所述金属层和介质层在各自平面内具有相同的一维结构周期，所述金属层和介质层上、下对齐；成像用光谱滤波功能和偏振滤波功能均由微纳米结构滤波器实现，通过优化设计各像素的微纳米结构与像素阵列的排列方式，在一块CMOS芯片上通过分别组合设定的像素，同时实现光谱成像与偏振成像。2.根据权利要求1所述的微纳米结构滤波器，其特征在于:所述多层结构至少包括两层金属层和夹在金属层中间的介质层，根据具体应用介质层可优化为多层介质。3.根据权利要求2所述的微纳米结构滤波器，其特征在于:上金属层为厚度40纳米至150纳米的铝层，下金属层为厚度40纳米至150纳米的铝层，所述介质层为厚度100纳米至200纳米的氮化硅层；所述一维结构周期为200纳米至360纳米。4.根据权利要求2所述的微纳米结构滤波器，其特征在于:所述介质层包括上、下依次对齐相接的第一介质层、第二介质层、第三介质层；第一介质层一面与上金属层相接，第三介质层一面与下金属层相接；上金属层为厚度40纳米至150纳米的铝层，下金属层为厚度40纳米至150纳米的铝层，所述第一介质层为厚度I纳米至30纳米的氧化硅层，所述第二介质层为厚度150纳米至250纳米的硅层，所述第三介质层为厚度I纳米至30纳米的氧化硅层；所述一维结构周期为500纳米至700纳米。5.根据权利要求3或4所述的微纳米结构滤波器，其特征在于:填充率大于0.5。6.一种滤波器超元胞，其特征在于:包括由权利要求1至权利要求5任一项所述的微纳米结构滤波器形成的4X4矩阵；第I行第I列为第一偏振角度第一颜色滤波器，第...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈沁，何进，杜彩霞，何清兴，张湘煜，梅金河，朱小安，王成，
申请(专利权)人：深港产学研基地，
类型：发明
国别省市：
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