[发明专利]基于不同形状单元的微型光谱芯片

说明书

本发明实施例提供一种基于不同形状单元的微型光谱芯片，包括：CIS晶圆，光调制层，光调制层包括设置在CIS晶圆的感光区域表面的若干个微纳结构单元，每个微纳结构单元包括多个微纳结构阵列，每个微纳结构单元中、不同微纳结构阵列是由不同形状的内部单元组成的二维光栅。本案中的每个微纳结构单元中、不同微纳结构阵列具有的内部单元形状不同，各组微纳结构阵列对不同波长光的调制作用不同，充分利用“形状”这个自由度，得到对入射光丰富的调制作用，提高了光谱恢复的精度，并且可以降低单元的尺寸；利用基于不同形状的内部单元的二维光栅结构，具有对入射光丰富的宽谱调制特性，实现对入射光频谱的高精度测量。

技术领域

本发明涉及光谱成像技术领域，尤其涉及一种基于不同形状单元的微型光谱芯片。

背景技术

现有的光谱仪需要通过分光元件将入射光的不同波长在空间上分开，再进行探测，而精密的分光元件通常体积较大，限制了光谱仪的小型化。此外，利用规则、重复形状单元的微纳结构阵列对入射光进行调制，再借助算法可以从探测器响应中恢复出入射光的频谱信息；然而，该方案采用规则形状单元，通过改变周期、占空比等参数，所能实现的宽谱调制函数有限，从而限制了光谱恢复的精度，而且难以进一步缩小器件的尺寸。因此，实现更高精度、更小尺寸的光谱芯片具有重要意义。

发明内容

本发明实施例提供一种基于不同形状单元的微型光谱芯片，用以解决现有技术中的光谱芯所能实现的宽谱调制函数有限，从而限制了光谱恢复的精度，而且难以进一步缩小器件的尺寸的问题，实现更高精度、更小尺寸的光谱芯片。

本发明实施例提供一种基于不同形状单元的微型光谱芯片，包括：CIS晶圆，光调制层，所述光调制层包括设置在所述CIS晶圆的感光区域表面的若干个微纳结构单元，每个微纳结构单元包括多个微纳结构阵列，每个微纳结构单元中、不同微纳结构阵列是由不同形状的内部单元组成的二维光栅。

根据本发明一个实施例的基于不同形状单元的微型光谱芯片，所述若干个微纳结构单元是相同的重复单元，位于不同微纳结构单元中相应位置处的微纳结构阵列相同，和/或，位于不同微纳结构单元中至少一个相应位置处无微纳结构阵列，和/或，每个所述微纳结构单元的尺寸为0.5μm²～40000μm²，和/或，每个所述微纳结构阵列的周期为20nm～50μm。

根据本发明一个实施例的基于不同形状单元的微型光谱芯片，每一个所述微纳结构单元内所包含的微纳结构阵列的个数是动态可调的；和/或，所述若干个微纳结构单元具有C4对称性。

根据本发明一个实施例的基于不同形状单元的微型光谱芯片，每个微纳结构阵列对应所述CIS晶圆上的一个或多个像素。

根据本发明一个实施例的基于不同形状单元的微型光谱芯片，还包括信号处理电路，所述信号处理电路通过电接触连接所述CIS晶圆。

根据本发明一个实施例的基于不同形状单元的微型光谱芯片，所述CIS晶圆包括光探测层和金属线层，所述光探测层设置在金属线层下方，所述光调制层集成在金属线层上，或，所述光探测层设置在金属线层上方，所述光调制层集成在光探测层上。

根据本发明一个实施例的基于不同形状单元的微型光谱芯片，当所述光探测层在金属线层上方时，光调制层是由CIS晶圆的光探测层上刻蚀制备的，且刻蚀深度为50nm～2μm。

根据本发明一个实施例的基于不同形状单元的微型光谱芯片，所述光调制层为单层、双层或多层结构，每层的厚度为50nm～2μm；所述光调制层的材料为硅、锗、锗硅材料、硅的化合物、锗的化合物、金属或III-V族材料中的至少一种，其中，硅的化合物包括氮化硅、二氧化硅、碳化硅中的至少一种，和/或，当所述光调制层为双层或多层时，其中至少一层不贯穿。