[發(fā)明專利]一種集成式紅外帶通濾波器及其制造方法和光譜儀

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• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN107894625A
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發(fā)明（設計）人: 但亞平;王昂
• 申請（專利權）人: 揚中市恒海電子科技有限公司
• 主分類號: G02B5/20
• 分類號: G02B5/20;G03F7/00;G01N21/35
• 代理公司: 上海勝康律師事務所31263
• 代理人: 樊英如,李獻忠

技術領域

本發(fā)明涉及光學領域，特別是涉及一種集成式紅外帶通濾波器及其制造方法和光譜儀。

背景技術

物質的光譜含有物質的大量化學信息，每一種物質均有對應的特征光譜，因此探測物質的光譜可以分析物質的化學組分，在地理遙感、污染遙感監(jiān)測、無創(chuàng)醫(yī)療診斷以及軍事目標的識別等領域具有廣泛的應用前景。然而，目前的光譜分析技術主要依賴光柵分光或者多個分立帶通濾波片進行分光，前者體積龐大，速度慢，不能滿足小型化、快速化的應用要求；而后者只能探測少數(shù)幾個波長上的信息。本發(fā)明提出通過刻蝕技術或剝離技術制備垂直納米或微米柱體、或納米或微米孔進而進一步形成垂直的金屬孔。本發(fā)明通過一次性大規(guī)模形成直徑和周期不同的金屬孔陣列，對紅外入射光在大量波長上進行分光，從而實現(xiàn)微型的高精度的光譜分光。

發(fā)明內容

本發(fā)明針對上述技術問題，提出了一種集成式紅外帶通濾波器及其制造方法和光譜儀，其可以將大量選通波長不同的微型帶通濾波器，通過一次加工大規(guī)模集成在很小的芯片上，具有高集成度的優(yōu)點。

本發(fā)明的一個方面是提供了一種集成式紅外帶通濾波器，包括一金屬層，所述金屬層中形成貫通的微米或納米孔陣列，通過微米或納米金屬孔的光的特征波長λ_max滿足以下公式：

這里，a表示金屬孔的排列周期，i和j表示與陣列散射階次相關的整數(shù)，ε_m和ε_d分別表示金屬和介電材料的介電常數(shù)。

優(yōu)選地，具有多個金屬孔陣列，各陣列具有不同的金屬孔排列周期和/或金屬孔形狀和/或金屬孔排列方式。

優(yōu)選地，所述金屬孔為圓柱體或方柱體或橫截面為六邊形或多邊形的柱體。

優(yōu)選地，所述金屬孔的排列方式為正方形或蜂窩形，所述蜂窩形為以一個金屬孔為中心，與周圍的金屬孔形成正六邊形。

優(yōu)選地，所述金屬為Cr、Al、Au和Ag中的任意一種。

優(yōu)選地，金屬孔的排列周期a＝2～20微米。

本發(fā)明的另一個方面是提供了前述集成式紅外帶通濾波器的一種制造方法，包括以下步驟：

a.在襯底基板上各向同性地沉積一金屬薄膜層，所述襯底基板為不吸收紅外線的材料，所述金屬層厚度為50納米至500納米；

b.在所述金屬層上形成一光刻膠層或電子束膠層；

c.通過光刻技術在所述光刻膠層或通過電子束曝光在所述電子束膠層形成中空的微米或納米孔陣列，所述微米或納米孔具有特定形狀；

d.利用刻蝕技術去除所述微米或納米孔內暴露的金屬層；以及

e.通過去膠溶劑去除殘留的所述光刻膠或電子束膠，形成微米或納米金屬孔陣列。

本發(fā)明的再一個方面是提供了上述集成式紅外帶通濾波器的另一種制造方法，包括以下步驟：

a.在襯底基板上形成一光刻膠層或電子束膠層；

b.通過光刻技術在所述光刻膠層或通過電子束曝光在所述電子束膠層形成微米或納米柱體陣列，所述微米或納米柱體具有特定形狀，所述微米或納米柱體之間暴露所述襯底基板；

c.在所述暴露的襯底基板的表面和所述微米或納米柱體的表面各向同性地層積一金屬薄膜層；以及

d.通過去膠溶劑去除所述微米或納米柱體及其上的金屬薄膜層，形成微米或納米金屬孔陣列。

優(yōu)選地，所述規(guī)定形狀為圓形或方形或六邊形或多邊形的對稱圖形。

優(yōu)選地，步驟b中所述蝕刻技術為干法蝕刻或濕法化學蝕刻。

優(yōu)選地，所述襯底材料為CaF或Ge或光敏芯片。

本發(fā)明的又一個方面是提供了一種光譜儀，包括：根據(jù)前述的集成式紅外帶通濾波器，以及設置在所述紅外帶通濾波器下方的光電探測器，其中，所述集成式紅外帶通濾波器的每個金屬孔底部均設有一個探測器以將不同波長的紅外光轉換成電學信號。

優(yōu)選地，將在所述集成式紅外帶通濾波器的直徑或寬度相同的金屬孔下面分別設置的多個探測器替換為一個大面積陣列光電探測器。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明的集成式紅外帶通濾波器通過改變金屬孔的大小和排布周期，可以將大量選通波長不同的微型紅外帶通濾波器，通過一次加工的辦法大規(guī)模集成在很小的芯片上；

2、本發(fā)明的工藝制造方法與CMOS工藝兼容，成本低。

3、本發(fā)明的制造工藝簡單、實用性強，可進行大批量生產。

4、本發(fā)明的濾波器陣列對不同波長的紅外光進行同時分光，具有速度快的優(yōu)點。

附圖說明