[發明專利]一種基于熱載流子的多光譜傳感器、芯片及其制備方法

在審

• 申請號: 202310051887.6
• 申請日: 2023-02-02
• 公開（公告）號: CN116412910A
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發明（設計）人: 詹耀輝;王吉寧;王歡歡
• 申請（專利權）人: 愛思菲爾光學科技（蘇州）有限公司
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02
• 代理公司: 蘇州智品專利代理事務所(普通合伙) 32345
• 代理人: 豐葉

本發明屬于光電領域，公開了一種基于熱載流子的多光譜傳感器、芯片及其制備方法，其中多光譜傳感器由多組傳感單元組成，其中每組傳感單元對應一個光譜；每組傳感單元中至少包含一個像素；像素為復合層式結構，包括：襯底，以及在所述襯底上依次沉積的背反射層、中間層、電子傳輸層、隧穿層、金屬層、包覆層；所述背反射層、中間層、電子傳輸層、隧穿層、金屬層共同構成F?P共振腔；將多光譜傳感器按照面陣排布即可組成大幅面的多光譜傳感芯片。使用F?P腔結構實現的分光系統和使用金屬層/隧穿層/電子傳輸層結構實現的探測系統進行了集成，在工作波段光照射下實現光電轉換，并且將分光系統和探測器集成為芯片級，實現了小型化和輕量化。

技術領域

本發明屬于光電領域，具體涉及一種用于多光譜探測的傳感器及芯片。

背景技術

多光譜成像技術是能同時獲取目標不同波長處空間圖像信息的一種成像探測技術，通過光學系統設計實現成像技術與光譜技術的結合。基于自然界中不同物體在各個波段具有不同的反射率等特性，通過多譜段信息對比，可實現目標的識別及分析，是光電探測領域的一個新的發展方向。相對于單一的成像技術，其探測靈敏度、準確性均有很大的提升。不僅在物質分析等領域十分重要，而且其與遙感技術結合后也有很大的應用前景。目前該技術已經成功應用于國土資源、生態環境探測、地質和礦物資源的勘測、農業資源、土壤、海洋資源和大氣環境的監測、氣象觀測、特殊氣體檢測、軍事上的目標追蹤和偽裝識別等方面，并取得了一定的成就。

目前多光譜成像系統主要由前置望遠系統、分光系統、探測器共同組成光譜成像系統，分光系統由光柵，棱鏡或陣列濾光片構成，但由于其使用的用于分光的光柵和棱鏡體積過大，使得系統不利于集成，使用陣列濾光片雖然使得系統體積減小，但濾光片使用的膜層高達數十層，制作困難，成本高。再者，現有多光譜成像系統中分光系統和探測器都是分離的元件，這不利于系統的集成。

發明內容

為解決目前多光譜設備中的分光系統和探測器為獨立的元件不利于集成的問題，本發明提供一種基于熱載流子的多光譜傳感器，該多光譜的光譜數量N，多光譜傳感器由N組平鋪排列的傳感單元組成，其中每組傳感單元對應一個光譜；每組傳感單元中至少包含一個像素；所述的像素為復合層式結構，包括：襯底，以及在所述襯底上依次沉積的背反射層、中間層、電子傳輸層、隧穿層、金屬層、包覆層；所述背反射層、中間層、電子傳輸層、隧穿層、金屬層共同構成F-P共振腔。

所述金屬層及電子傳輸層上設置有電極，所述包覆層用于減少界面反射和保護光電探測器件，所述金屬層在光激勵情況下產生熱載流子，所述隧穿層使能量高的熱載流子通過隧穿層越到對面電子傳輸層，所述電子傳輸層具有傳輸熱載流子和光學透明的雙重特性，所述中間層用來調控由金屬層和背反射層構成的F-P共振腔長，所述背反射層用于減少透射損失，增強F-P共振。

優選的多光譜傳感器的邊長尺寸位于10μm至40μm，在保證了足夠強度響應電流，又控制了制作成本。單個傳感器可用于多光譜探測每個波段的單像素成像，依靠收集光的強度信息對物體成像，多光譜每個波段的所有光子都被一個像素收集且單個像素的探測器容易制備，其具有結構簡單，高靈敏，抗干擾，適合特殊波段成像的優勢。

優選的所述包覆層包括：聚合物薄膜或電介質多層膜；所述背反射層包括：高反射率金屬厚膜、布拉格堆棧層、介質膜之一。