[发明专利]一种具有光谱分辨的探测器阵列芯片

说明书

本发明公开了一种具有光谱分辨的探测器阵列芯片，包含线性滤光片阵列和探测器阵列，线性滤光片阵列由多片线性滤光片沿宽度方向阵列构成，线性滤光片阵列中各片线性滤光片的光谱变化范围不同且所有线性滤光片的光谱变化范围整体连续变化。本发明将线性滤光片改变成线性滤光片阵列，同时探测器阵列排布方式也与之相应调整，根据探测器单元尺寸、阵列数和光谱探测范围，设计成方形或矩形的线性滤光片阵列，使芯片对面形的入射光具有更高的探测效率,而且在同样的总光谱变化范围下，芯片的尺寸更小。

技术领域

本发明涉及一种探测器芯片，特别是一种具有光谱分辨的探测器阵列芯片，属于半导体领域。

背景技术

光谱仪是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器，由色散元件和探测器等元器件构成。测量物体表面反射的光线通过光谱仪之后，通过对光信息的抓取、以电脑化自动显示数值和分析，从而测知物品中成分信息。这种技术被广泛地应用于空气污染、水污染、食品卫生等的检测中。随着微型光谱仪应用测量系统的不断拓展，其快速高效分析及便携式实时应用的优势逐渐显现出来，光谱分析技术正逐步从实验室分析走向现场实时检测。

色散元件和探测器是光谱仪的核心芯片，对待测光谱的分析具有重要的决定作用。当前的微型光谱仪有采用线性滤光片和探测器阵列形式，这种结构具有机械稳定性好、体积小的特点。

目前采用线性滤光片为线状，光谱只能沿一个方向读取，如图3所示。这种线性滤光片为条形，而未经过处理的入射光在进入光谱仪之前为面光源，而如果仅对面光源进行聚焦，由于入射到条形探测器上的信号光占比很小，光谱仪的效率非常低，如图4所示。为了提高光谱仪的探测效率，需要经过光学元件将其转变成适合线性滤光片和探测器阵列排布方式的条形光源。然而由于微型光谱仪空间非常紧凑，将面光源转换成条形光源将不仅增加整个微型光谱仪的光学设计难度和结构稳定性，并且光谱仪效率仍较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有光谱分辨的探测器阵列芯片，对面形的入射光具有更高的探测效率且芯片体积小。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种具有光谱分辨的探测器阵列芯片，其特征在于：包含线性滤光片阵列和探测器阵列，线性滤光片阵列由多片线性滤光片沿宽度方向阵列构成，线性滤光片阵列中各片线性滤光片的光谱变化范围不同且所有线性滤光片的光谱变化范围整体连续变化。

进一步地，所述线性滤光片阵列中多片线性滤光片的光谱宽度相等，相邻线性滤光片的光谱沿同一方向连续变化并且相邻线性滤光片两个光谱变化范围叠加后依然呈连续变化。

进一步地，所述探测器阵列中的探测器单元呈矩形阵列分布，探测器单元总数为n，探测器阵列的探测器单元行数为m，每一行探测器单元数为n/m。

进一步地，所述探测器单元总数n由入射光的波长范围和光谱分辨率Δλ确定。

进一步地，所述线性滤光片阵列在一个基底上制作或在多个基底上制作再拼接而成。

进一步地，所述线性滤光片的光谱渐变范围为Δλ×n/m

进一步地，所述探测器单元总数n取64-1024之间的整数。

进一步地，所述探测器阵列的探测器单元行数为m取2-10之间的整数，且m和n的取值需保证每一行探测器单元数为n/m为整数。

进一步地，所述探测器阵列材质采用硅、镓砷、铟镓砷和锗中的一种或几种的组合。

进一步地，所述线性滤光片阵列和探测器阵列通过硅胶固定或半导体工艺集成在芯片上。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、本发明将线性滤光片改变成线性滤光片阵列，同时探测器阵列排布方式也与之相应调整，根据探测器单元尺寸、阵列数和光谱探测范围，设计成方形或矩形的线性滤光片阵列，使芯片对面形的入射光具有更高的探测效率；