[發(fā)明專利]一種集成了陣列波導(dǎo)光柵和光電探測(cè)器的光譜儀芯片

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510660961.X
• 申請(qǐng)日: 2015-10-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105222895A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-01-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂苗;呂金科;鄧盛鋒;馮興興;田中群
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號(hào): G01J3/28
• 分類號(hào): G01J3/28
• 代理公司: 廈門市首創(chuàng)君合專利事務(wù)所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;楊鍇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微型儀器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種集成了陣列波導(dǎo)光柵和光電探測(cè)器的光譜儀芯片。

背景技術(shù)

光譜儀能夠測(cè)定輸入光的光譜成分，是各種照明光源生產(chǎn)中必需的測(cè)量?jī)x器；并且是吸收光譜、熒光光譜和拉曼光譜等光譜分析技術(shù)中必需的組件，在食品安全、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境檢測(cè)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

光譜儀已有很多商用產(chǎn)品，主要由透鏡、光柵和CCD/CMOS光電探測(cè)器組成，但這些產(chǎn)品需要昂貴的光學(xué)元件和精密的光學(xué)裝配，在應(yīng)用中存在著價(jià)格高、體積重量大等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種體積小、成本低和可以批量生產(chǎn)的集成了陣列波導(dǎo)光柵和光電探測(cè)器的光譜儀芯片。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種集成了陣列波導(dǎo)光柵和光電探測(cè)器的光譜儀芯片，包括基板和加工在基板上的陣列波導(dǎo)光柵、光電探測(cè)器陣列、微反射鏡陣列；陣列波導(dǎo)光柵的輸出波導(dǎo)陣列、微反射鏡陣列與光電探測(cè)器陣列一一對(duì)應(yīng)設(shè)置；光信號(hào)從陣列波導(dǎo)光柵的輸入波導(dǎo)進(jìn)入陣列波導(dǎo)光柵，光信號(hào)中具有特定波長(zhǎng)的光從輸出波導(dǎo)陣列中的與該特定波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的特定輸出波導(dǎo)輸出，經(jīng)微反射鏡陣列折射傳導(dǎo)至光電探測(cè)器陣列中對(duì)應(yīng)的光電探測(cè)器上，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。

作為優(yōu)選，根據(jù)光信號(hào)的光譜組成，每個(gè)輸出波導(dǎo)輸出的不同波長(zhǎng)的光彼此分隔。

作為優(yōu)選，基板上加工有光波導(dǎo)下包層、光波導(dǎo)芯層、光波導(dǎo)上包層，在平面結(jié)構(gòu)上形成陣列波導(dǎo)光柵。

作為優(yōu)選，加工順序依次為：光波導(dǎo)下包層、光電探測(cè)器、光波導(dǎo)芯層、光波導(dǎo)上包層、金屬電極、微反射鏡。

作為優(yōu)選，陣列波導(dǎo)光柵的輸出波導(dǎo)的末端開(kāi)設(shè)有光電探測(cè)器的探測(cè)窗口，在探測(cè)窗口往基板內(nèi)注入與基板極性相反的雜質(zhì)層，在探測(cè)窗口表面設(shè)置防反射層，在防反射層外周設(shè)置電接觸窗口，雜質(zhì)層延伸至電接觸窗口，在電接觸窗口設(shè)置與雜質(zhì)層形成電接觸的上電極，在基板的底面設(shè)置下電極。

作為優(yōu)選，通過(guò)氧化和化學(xué)氣相沉積制作二氧化硅層作為光波導(dǎo)下包層；通過(guò)等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積制作氮氧化硅層作為光波導(dǎo)芯層；在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行退火；通過(guò)光刻和電感耦合等離子體刻蝕工藝在光波導(dǎo)芯層上形成陣列波導(dǎo)光柵的形狀；通過(guò)低壓化學(xué)氣相沉積制作TEOS氧化硅層作為光波導(dǎo)上包層。

作為優(yōu)選，通過(guò)光刻和濕法腐蝕形成電接觸窗口，通過(guò)光刻、蒸發(fā)金屬鋁和濕法腐蝕形成光電探測(cè)器的上電極；在基板的背面蒸發(fā)金屬鋁形成共同的下電極。

作為優(yōu)選，將微反射鏡的加工模具覆蓋于輸出波導(dǎo)與光電探測(cè)器的光敏面的連接位置，然后進(jìn)行微反射鏡加工。

作為優(yōu)選，微反射鏡的加工模具設(shè)置有成型輪廓與注入通道，將加工模具對(duì)準(zhǔn)鍵合在基板上，成型輪廓覆蓋輸出波導(dǎo)的未端與光敏面。

作為優(yōu)選，加工微反射鏡時(shí)，通過(guò)注入通道將紫外固化的光學(xué)樹(shù)脂注入并固化；揭開(kāi)加工模具后，在基板的表面旋涂光刻膠，去除微反射鏡表面的光刻膠，并通過(guò)濺射金屬和剝離工藝在微反射鏡表面形成反射層。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明用制作在同一基板上的陣列波導(dǎo)光柵和光電探測(cè)器陣列取代了現(xiàn)有技術(shù)中的反射/透射光柵和CCD/CMOS光電探測(cè)器，用集成在同一基板上的微透鏡陣列實(shí)現(xiàn)陣列波導(dǎo)光柵和光電探測(cè)器陣列的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)分光并把光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了光譜儀的芯片化，并可采用微細(xì)加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)批量制造，大大降低光譜儀的體積和成本，甚至可以集成在智能手機(jī)等便攜設(shè)備中實(shí)現(xiàn)化學(xué)成分分析等新功能。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是陣列波導(dǎo)光柵的輸出波導(dǎo)、微反射鏡陣列和光電探測(cè)器的局部放大示意圖；

圖3是陣列波導(dǎo)光柵的輸出波導(dǎo)、微反射鏡陣列和光電探測(cè)器的剖面示意圖；

圖中：10是基板，20是陣列波導(dǎo)光柵，30是光電探測(cè)器，40是微反射鏡，50是輸入波導(dǎo)，60是輸出波導(dǎo)，70是光敏面，80是光波導(dǎo)下包層，90是探測(cè)窗口，100是雜質(zhì)層，110是防反射層，120是光波導(dǎo)芯層，130是光波導(dǎo)上包層，140是電接觸窗口，150是上電極，160是下電極。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。