CN109696755A - 光束成像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光束成像装置，包括：图形层，对称依次层叠在图形层两侧的过渡层和包层；所述图形层、所述过渡层和所述包层的折射率依次减小。该光束成像装置，过渡层和包层对称依次层叠在图形层的两侧，且图形层的折射率大于与图形层紧邻的过渡层的折射率，过渡层的折射率大于包层的折射率，图形层的折射率最大，过渡层和包层对图形层中传输的光波进行多重限制，能够有效限制光波在图形层中传输，降低传输损耗，提高了光传输效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种光束成像装置。
背景技术
光束成像装置是激光雷达的核心部分，在汽车无人驾驶和安防环境监测方面具有优异的应用优势。传统的光束成像装置一般采用棱镜，不利于集成化。现有光束成像装置中采用半导体集成电路代替棱镜装置，具有体积小、价格低和便于集成化的优点。
现有的光束成像装置的图形层设置于衬底层和钝化层之间，使得图形层中传输的光折射至衬底层，造成一定的损失，降低光传输效率。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种光束成像装置，以解决现有技术中光束成像装置光传输效率低的问题。
本发明实施例提供了一种光束成像装置，包括：图形层，对称依次层叠在图形层两侧的过渡层和包层；所述图形层、所述过渡层和所述包层的折射率依次减小。
可选地，还包括：衬底层，设置在所述图形层一侧的包层表面；电极层，设置在所述图形层另一侧的包层表面。
可选地，所述电极层在所述图形层上的投影至少覆盖所述图形层。
可选地，所述图形层包括多个平行且间隔设置的图形单元。
可选地，所述图形单元的形状包括长方体、圆柱、圆锥或者圆环。
可选地，所述图形单元的形状为长方体，所述长方体的厚度为20nm－5000nm，宽度为20nm－5000nm。
可选地，相邻所述图形单元的间距为20nm－5000nm。
可选地，所述图形层的折射率高于2.3。
可选地，所述包层、所述过渡层以及所述图形层中的至少一个的禁带宽度不小于2.3eV。
本发明提出的技术方案，具有如下优点：
本发明实施例提供的光束成像装置，包括：图形层，对称依次层叠在图形层两侧的过渡层和包层；所述图形层、所述过渡层和所述包层的折射率依次减小。上述光束成像装置，过渡层和包层对称依次层叠在图形层的两侧，且图形层的折射率大于与图形层紧邻的过渡层的折射率，过渡层的折射率大于包层的折射率，图形层的折射率最大，过渡层和包层对图形层中传输的光波进行多重限制，能够有效限制光波在图形层中传输，降低传输损耗，提高了光传输效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中光束成像装置的一个具体示例的结构示意图；
图2为本发明实施例中光束成像装置的另一个具体示例的结构示意图；
图3为本发明实施例中光束成像装置的另一个具体示例的结构示意图；
图4为本发明实施例中光束成像装置的另一个具体示例的结构示意图；
图5为本发明实施例中光束成像装置的另一个具体示例的结构示意图；
图6为本发明实施例中光束成像装置的另一个具体示例的结构示意图。
附图标记：
10、衬底层；20、包层；21、第一包层；22、第二包层；30、过渡层；31、第一过渡层；32、第二过渡层；40、图形层；50、电极层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明实施例提供一种光束成像装置，如图1所示，该光束成像装置包括：图形层40，对称依次层叠在图形层两侧的过渡层30和包层20；图形层40、过渡层30和包层20的折射率依次减小。
具体地，如图2所示，过渡层30包括位于图形层一侧的第一过渡层31和位于图行层另一侧的第二过渡层32，包层20包括位于第一过渡层31远离图形层的一侧的第一包层21和位于第二过渡层32远离图形层的一侧的第二包层22。第一包层、第一过渡层、图形层40、第二过渡层和第二包层的材料折射率呈对称梯度变化，图形层的折射率高于过渡层，过渡层的折射率高于包层，有利于降低光传输损耗，提高光传输效率。
上述光束成像装置，过渡层和包层对称依次层叠在图形层的两侧，且图形层的折射率大于与图形层紧邻的过渡层的折射率，过渡层的折射率大于包层的折射率，图形层的折射率最大，过渡层和包层对图形层中传输的光波进行多重限制，能够有效限制光波在图形层中传输，降低传输损耗，提高了光传输效率。
在一实施例中，具体地，包层的材料包括但不限于ZnS、AlP、GaP、SiC、GaN、AlN、TiO2、ZnO和ITO材料中的一种或者组合；包层的厚度可以是0.1um－10um。过渡层的材料包括但不限于ZnS、AlP、GaP、SiC、GaN、AlN、TiO2、ZnO和ITO材料中的一种或者组合；过渡层的厚度可以是0.1um－10um。图形层的材料包括但不限于ZnS、AlP、GaP、SiC、GaN、AlN、TiO2、ZnO和ITO材料中的一种或者组合；图形层的厚度为20nm－5000nm。上述材料和厚度只是对该光束成像装置的各层进行举例说明，并不以此为限，在实际应用中可根据实际需要合理设置，本实施例对此不作任何限制。
作为本实施例的一种可选的实施方式，如图3所示，该光束成像装置还包括：衬底层10和电极层50。衬底层10设置在图形层40一侧的包层20表面；电极层50，设置在图形层40另一侧的包层20表面。具体地，如图4所示，衬底层10位于第一包层21远离图形层40一侧的表面上，电极层50位于第二包层22远离图形层40的一侧的表面上。
在一实施例中，衬底层的主要作用是承载光束成像装置、便于集成，衬底层的材料可以是非金属材料，包括但不限于Si、SiO2和Al2O3材料中的一种或者组合；衬底层的厚度可以是0.1mm－10mm。电极层50中可包括用于连接电源的至少一个正电极和至少一个负电极，在电源导通时，电极层中流过电流，产生热量，对在图形层中传输的光进行调制，例如，可以调节传输光波的波长等性质。电极层的材料包括但不限于Ag、Cu、Au、Al、Pt、Ni、Cr、Ti和ITO材料中的一种或者组合；电极层的厚度可以是10nm－1000nm。上述材料和厚度只是对该光束成像装置的各层进行举例说明，并不以此为限，在实际应用中可根据实际需要合理设置，本实施例对此不作任何限制。
作为本实施例的一种可选的实施方式，电极层50在图形层40上的投影至少覆盖图形层40，即图形层完全被电极层覆盖，使得电极层对图形层的调制更加均匀，提高了光束成像装置的稳定性和均匀性。
作为本实施例的一种可选的实施方式，图形层40包括多个平行且间隔设置的图形单元，每一个图形单元可单独对光波进行传输，增加了光束成像装置的灵活性和应用的便捷性，同时平行设置还使得各个图形单元中的光在整个传输过程中所处的外部环境尽可能地一致，提高了光束成像装置的稳定性和均匀性。
在一实施例中，图形单元的形状可以是长方体、圆柱、圆锥或者圆环中的一种，制备工艺简单、生产成本低。当然，在其它实施例中，图形单元的形状还可根据实际需要设置为其它形状，本实施例仅作示意性说明，并不以此为限。
具体地，例如，图形单元的形状为长方体，长方体的厚度为20nm－5000nm，宽度为20nm－5000nm，能够实现较佳的光波传输效果。需要说明的是，上述厚度和宽度等只是举例说明，并不以此为限，在实际应用中可根据实际需要合理设置，本实施例对此不作任何限制。
在一实施例中，相邻图形单元的间距为20nm－5000nm，多路光束传输时，干扰较小，提高了光束的传输效率。
在一实施例中，图形层40的折射率高于2.3，较高的折射率能够有效将光限制在图形中进行传输。
在一实施例中，包层20、过渡层30以及图形层40中的至少一个的禁带宽度不小于2.3eV，传输损耗小，有利于光束的传输。在本实施例中，具体地，包层20、过渡层30以及图形层40的禁带宽度均不小于2.3eV；在其它实施例中，也可是其中的任意一个的禁带宽度不小于2.3eV，或者其中的任意两个的禁带宽度不小于2.3eV，具体可根据实际需要合理设置。
在一实施例中，如图5和图6所示，光束成像装置包括衬底层10、第一包层21、第一过渡层31、图形层40、第二过渡层32、第二包层22和电极层50。第一包层21位于衬底层10之上，位于第一过渡层31之下。图形层40位于第一过渡层31和第二过渡层32之间，并且与第一过渡层31和第二过渡层32直接接触。第二包层22位于第二过渡层32之上，位于电极层50之下。第一包层21、第一过渡层31、图形层40、第二过渡层32和第二包层22的材料折射率呈对称梯度变化，图形层的折射率高于过渡层，过渡层的折射率高于包层，有利于降低光传输损耗，提高光传输效率。
衬底层10为非金属材料，较佳地，衬底层10为Si材料。该衬底层的厚度为0.5mm。该衬底层的主要作用是承载和便于集成。
第一包层21为禁带宽度不小于2.3eV且折射率不高于第一过渡层31的折射率的低折射宽禁带材料，较佳地，第一包层21为SiO2材料。SiO2材料的室温禁带宽度为8eV，折射率为1.5。第一包层的主要作用是将光限制在图形层中传输。该第一包层的厚度为2um。
第一过渡层31为禁带宽度不小于2.3eV且折射率不高于图形层40的折射率的低折射宽禁带材料，较佳地，第一过渡层31为SiC材料。SiC材料的室温禁带宽度为3.2eV，折射率为2.7。第一过渡层的主要作用是将光限制在图形层中传输。优选地，该第一过渡层的厚度为1um。
图形层40由图形单元构成，图形层40为禁带宽度不小于2.3eV且折射率高于2.3的高折射宽禁带半导体材料，较佳地，图形层40为GaP材料。GaP材料的室温禁带宽度为2.3eV，折射率为3.5。图形层的主要作用是传输光波。优选地，图形层40的图形单元为长方体，该长方体的厚度为100nm，宽度为300nm，长度没有限制。该图形层的图形单元的间距为3000nm。
第二过渡层32为禁带宽度不小于2.3eV且折射率不高于图形层40的折射率的低折射宽禁带材料，较佳地，第二过渡层32为SiC材料。SiC材料的室温禁带宽度为3.2eV，折射率为2.7。第二过渡层的主要作用是将光限制在图形层中传输。优选地，该第二过渡层的厚度为1μm。
第二包层22为禁带宽度不小于2.3eV且折射率不高于第二过渡层32的折射率的低折射宽禁带材料，较佳地，第二包层22为SiO2材料。SiO2材料的室温禁带宽度为8eV，折射率为1.5。第二包层22的厚度为2μm。可以理解的是，GaP材料的折射率高于SiC材料，使光在GaP材料与SiC材料的界面处发生全反射，从而实现光在GaP材料中传输，能起到降低光的传输损耗的作用。可以理解的是，图形层材料如果直接与外界长期作用，就容易受到化学腐蚀或机械划伤。第二包层的次要作用是使图形层材料与外界隔离，防止图形层受损。
电极层50与第二包层22相接触，该电极层为电阻率不大于5×10－7Ω·m。较佳地，电极层为Al/Au材料，Al的厚度为30nm，Au的厚度为300nm。Al材料的电阻率为2.7×10－8Ω·m，Au材料的电阻率为2.4×10－8Ω·m。电极层的主要作用是连接电源与图形层，对在图形层中传输的光进行调制。可以理解的是，低电阻率的材料具有高的导电性能，低的接触势垒有利于电流的传导。并且，金属材料的热导率高，有利于器件的散热。
根据本发明实施例的光束成像装置，可以实现低成本、低传输损耗、高稳定性和高均匀性的成像过程。衬底层和包层选用价格便宜的材料，能降低生产成本，并且包层材料的折射率低于图形层，能起到降低光的传输损耗的作用。图形层材料对于光波透明，对光波的吸收小，可以降低光的传输损耗。低电阻率的电极层材料具有高的导电性能、低的接触势垒和高的热导率，有利于电流的传导和器件的散热。散热良好可以提高光束成像的稳定性和均匀性。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (9)
1.一种光束成像装置，其特征在于，包括：
图形层(40)，对称依次层叠在图形层两侧的过渡层(30)和包层(20)；
所述图形层(40)、所述过渡层(30)和所述包层(20)的折射率依次减小。
2.根据权利要求1所述的光束成像装置，其特征在于，还包括：
衬底层(10)，设置在所述图形层(40)一侧的包层(20)表面；
电极层(50)，设置在所述图形层(40)另一侧的包层(20)表面。
3.根据权利要求2所述的光束成像装置，其特征在于，所述电极层(50)在所述图形层(40)上的投影至少覆盖所述图形层(40)。
4.根据权利要求1所述的光束成像装置，其特征在于，所述图形层(40)包括多个平行且间隔设置的图形单元。
5.根据权利要求4所述的光束成像装置，其特征在于，所述图形单元的形状包括长方体、圆柱、圆锥或者圆环。
6.根据权利要求4所述的光束成像装置，其特征在于，所述图形单元的形状为长方体，所述长方体的厚度为20nm－5000nm，宽度为20nm－5000nm。
7.根据权利要求4所述的光束成像装置，其特征在于，相邻所述图形单元的间距为20nm－5000nm。
8.根据权利要求1－7中任一所述的光束成像装置，其特征在于，所述图形层(40)的折射率高于2.3。
9.根据权利要求1－7中任一所述的光束成像装置，其特征在于，所述包层(20)、所述过渡层(30)以及所述图形层(40)中的至少一个的禁带宽度不小于2.3eV。
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