[發明專利]用于多光譜圖像傳感器的復合型濾光結構

在審

• 申請號: 201911127122.6
• 申請日: 2019-11-18
• 公開（公告）號: CN110931519A
• 公開（公告）日: 2020-03-27
• 發明（設計）人: 曹笈;谷雨;裴海燕;謝咚咚;張海濱;朱啟銘
• 申請（專利權）人: 江蘇集萃智能傳感技術研究所有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 趙淑芳

本發明公開了一種用于多光譜圖像傳感器的復合型濾光結構，包括基底，所述基底上設置有金屬孔層，所述金屬孔層上設置有介質覆蓋層，所述金屬孔層上設置周期性排列的孔單元，所述孔單元包括至少兩組不同形狀的金屬孔。本發明在結構各層厚度不變的情況下，改變結構參數可實現紅綠藍三原色及近紅外波段的輸出，避免了制備工藝中的多次光刻步驟，采用金屬圓孔與金屬十字孔復合的濾光結構，相比一般的金屬孔濾光結構可協調的結構參數更多，能夠更細微地調控光譜的中心波長、帶寬、透射率等性能，同時結構在入射光15°入射角范圍內具有良好的角度寬容性。

技術領域

本發明涉及濾光結構，具體涉及一種用于多光譜圖像傳感器的復合型濾光結構。

背景技術

彩色濾光片是一種在可見光范圍內選擇性透射或反射特定波長的入射光而呈現顏色的濾光器件，被廣泛應用于薄膜晶體管液晶顯示器(TFT-LCD)、圖像傳感器等顯示器件中。傳統的彩色濾光片是基于有機顏料制備的，不同的顏色區需使用不同的光刻膠顏料。由于液晶顯示器和圖像傳感器的濾光層中各顏色區呈像素型分布，導致濾光層的制備需要多次的涂膠、曝光、顯影等步驟，工藝十分繁瑣。有機顏料中含有苯、重金屬、鹵化物等物質，對人體和環境都有危害，不符合綠色發展的理念。此外，顏料對紫外線的照射十分敏感，容易分解，進而產生褪色的問題。

超表面結構是一種能夠對入射波位相、振幅、偏振態等參數進行調控的人工材料，利用金屬超表面的等離子體共振效應可以對入射波的某個波段實現異常透射或反射，達到濾光的功能。相較于傳統濾光片的多次光刻工藝，超表面結構能夠通過一次光刻工藝來制備，大大簡化了工藝流程。但是目前針對超表面結構濾光的研究中，結構的形狀單一，使得透射或反射光譜的中心波長、帶寬、透射率或反射率等性能可協調的范圍有限，僅通過調整有限的濾光結構參數往往不能得到較好的光譜或者預期的顏色輸出。此外，目前超表面濾光結構多用于紅綠藍三通道成像，不能滿足多光譜成像的要求。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種多光譜圖像傳感器的復合型濾光結構，解決現有濾光結構性能可協調范圍有限，通過調節結構參數無法得到較好的光譜和預期顏色。

技術方案：本發明所述的一種用于多光譜圖像傳感器的復合型濾光結構，包括基底，所述基底上設置有金屬孔層，所述金屬孔層上設置有介質覆蓋層，所述金屬孔層上設置周期性排列的孔單元，所述孔單元包括至少兩組不同形狀的金屬孔。

其中，所述金屬孔包括圓孔和十字孔，所述圓孔和十字孔呈間隔排列。

為了可見光范圍內特定波長的光透過，所述十字孔長度為100-200nm，寬度為40nm-80nm，圓孔直徑為80-140nm，間隔周期為120nm-220nm。

為了近紅外范圍內特定波長的光透過，所述十字孔長度為250-300nm，寬度為40nm-80nm，圓孔直徑為150-200nm，間隔周期為300nm-350nm。

為提供對結構的支撐，所述基底采用石英玻璃或柔性透明材料制成。

為產生等離子體共振效應，所述金屬孔層采用金、銀、鍺、鈦或鋁制成。

為了保護結構及增強金屬上下表面的等離子體共振，所述介質覆蓋層采用二氧化硅、氮化硅、PMMA、氟化鎂或氧化鋁制成。

所述金屬孔層的厚度為100nm～200nm。

所述介質覆蓋層的厚度為50nm～200nm。

一種多光譜圖像傳感器，包括所述的復合型濾光結構及感光元器件，所述復合型濾光結構集成于所述感光元器件上。