CN110235252B - 用于改进多光谱检测的装置 - Google Patents

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Abstract

一种检测装置,包括每个对两个不同的波长范围敏感的第一和第二光电检测器(1a,1b)。检测装置包括第一滤波器(4a),其配置成允许第一波长范围通过并阻挡第二波长范围。第一滤波器覆盖第一光电检测器(1a),并使第二光电检测器(1b)未被覆盖。检测装置包括第二滤波器(4b),其与第一和第二光电探测器(1a,1b)间隔开并与第一滤光器(4a)间隔开。第二滤波器(4b)配置成允许第一和第二波长范围通过。处理电路(5)被配置为接收来自第一和第二光电探测器(1a,1b)的电信号,并通过比较第一信号和第二信号提供与第二波长范围的辐射有关的信息(7a)。

Description

用于改进多光谱检测的装置
技术领域
本发明涉及一种多光谱检测装置。
本发明还涉及一种用于制造多光谱检测装置的方法。
背景技术
在检测装置领域中,为了在正被观察的场景上捕获最大量的数据,使用几个不同的光谱波段是有利的。
若干检测器被使用并被分配给不同的光谱波段。以这种方式,每个检测器捕获被观察的场景的特定数据项,这通过交叉检查不同数据来便于分析。
制造检测装置的简单方法是将配置成检测特定的光谱波段的几个不同的光电检测器相关联。每个光电检测器与读出电路相关联,该读出电路将存储代表所接收数据的电荷。
然后将产生的电信息发送到处理电路,该处理电路分析不同的数据以提供用户可用的信息。
以传统方式,检测装置包括用第一架构和第一半导体材料制造的第一光电检测器,以便检测第一光谱波段中的辐射。检测装置还包括第二光电检测器,其呈现可与第一架构不同的第二架构。第二光电检测器由不同于第一半导体材料的第二半导体材料制成,以便检测第二光谱波段中的辐射。
这样的实施例实现起来很复杂,因为它需要用不同的半导体材料制造两个不同的叠层以形成两种不同类型的光电检测器。
作为替代方案,提出制造对第一光谱波段和第二光谱波段都敏感的第一和第二光电检测器。
为了使光电检测器对第一光谱波段或第二光谱波段上专门化,滤波器与每个光电检测器相关联。第一滤波器仅放置在第一光电检测器上方,以便仅允许第一光谱波段通过。第二滤波器仅放置在第二光电检测器上方,以便仅允许第二光谱波段通过。在文献CN203883014中描述了这种教导。
然而,显然这样的实施例实现起来也很复杂,因为它需要在第一光电检测器上方提供第一滤波器并在第二光电检测器上方提供第二滤波器。因此,必须在光电检测器阵列上形成两个滤波器。
在文献US2014/0034603中描述了基本等同的教导。在该文献中,多光谱滤波器布置在光电检测器上方。该多光谱滤波器包括允许不同的波长通过从而使入射辐射分离的若干不同的滤波器。
在文献US 7,109,488中描述了另一个实施例,其描述了红外范围内的多色检测装置。在光电检测器阵列中定义第一和第二像素。第一和第二像素由与不同光电检测器相关联的不同第一和第二滤波器限定。
第一滤波器允许直至9微米波长的红外辐射通过。光电检测器配置成检测7至9微米范围内的辐射。因此,像素将传递代表7至9微米范围内的辐射的信号。
第二滤波器允许直至10微米波长的红外辐射通过。相关的光电检测器配置成检测7至9微米范围内的辐射和9至10微米范围内的辐射。因此,第二像素将传递代表7至10微米范围内的辐射的信号。
在文献WO 2015/189423中描述了另一替代实施例,其涉及双谱矩阵传感器。该文献提出制造相同的光电检测器以形成单型矩阵传感器。同样,复杂的滤波系统使得光电检测器能够被专门化,使得光电检测器的一部分观察到第一光谱波段,而光电检测器的另一部分观察到另一光谱波段。
所有检测器都被双波带干涉滤波器覆盖,该双波带干涉滤波器被配置为允许第一光谱波段的和第二光谱波段的辐射通过。
这些光电检测器的一部分被低通滤波器覆盖,以便仅接收第一光谱波段的辐射。这些光电检测器的另一部分被高通滤波器覆盖,以便仅接收第二光谱波段的辐射。
显然,该解决方案实施起来特别复杂并且成本高。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种多光谱检测装置,其可以更容易地制造并且可以更紧凑。
所述多光谱检测装置包括:
-第一光电检测器和第二光电检测器,每个对第一波长范围和不同于所述第一波长范围的第二波长范围敏感,所述第一光电检测器传递代表接收到的辐射的第一信号,所述第二光电检测器传递代表所述接收到的辐射的第二信号,
-第一滤波器,配置为允许第一波长范围通过并阻挡第二波长范围,所述第一滤波器覆盖所述第一光电检测器并使所述第二光电检测器不被覆盖,所述第一滤波器与所述第一光电检测器接触,以防止所述第二波长范围通过所述第一光电检测器,
-第二滤波器,其定位在距所述第一光电检测器和所述第二光电检测器一定距离且与距所述第一滤波器一定距离处,所述第二滤波器被配置为允许所述第一波长范围和所述第二波长范围通过,所述第二滤波器被配置为阻挡高于所述第一波长范围和所述第二波长范围中的最长波长的波长和/或阻挡低于所述第一波长范围和所述第二波长范围中的最短波长的波长。
在一个发展中,所述第二光电检测器没有被配置为阻挡所述第一波长范围的滤波器,以便接收所述第一波长范围和所述第二波长范围,所述检测装置包括处理电路,所述处理电路被配置为从所述第一光电检测器和所述第二光电检测器接收电信号并通过比较所述第一信号和所述第二信号提供与所述第二波长范围的辐射有关的数据。
作为替代方案,所述第二光电检测器被第三滤波器覆盖,所述第三滤波器被配置为阻挡所述第一波长范围并允许所述第二波长范围通过。
在有利实施例中,所述第二滤波器选自低通高通、带通和双带滤波器。
优选地,所述第一滤波器是截掉所述第二波长范围的低通、高通或带通滤波器。
有利的是,所述第二滤波器位于距所述第一滤波器和所述第二光电检测器一定距离处,由一层气体或由一空隙隔开。
在一个实施例中,所述检测装置包括冷屏蔽,所述冷屏蔽被配置为通过用于辐射的通过的孔径聚焦入射辐射,并且所述第二滤波器位于所述孔径中。
优选地,所述冷屏蔽限定了包含所述第一光电检测器和第二光电检测器的封闭外壳,所述第二滤波器位于所述封闭外壳中。
作为替代方案,所述冷屏蔽限定了包含所述第一光电检测器和所述第二光电检测器的封闭外壳,所述第二滤波器位于所述封闭外壳的外部。
本发明的另一个目的是提供一种实施起来更简单的用于制造多光谱检测装置的方法。
用于制作多光谱检测装置的方法包括以下步骤:
-提供包括第一光电检测器和第二光电检测器的基板,所述第一光电检测器和所述第二光电检测器每个对第一波长范围和不同于所述第一波长范围的第二波长范围敏感,所述第一光电检测器传递代表接收到的辐射的第一信号,所述第二光电检测器传递代表所述接收到的辐射的第二信号,
-形成第一滤波器,将所述第一滤波器配置为允许第一波长范围通过并阻挡第二波长范围,所述第一滤波器覆盖所述第一光电检测器并使所述第二光电检测器不被覆盖,所述第一滤波器与所述第一光电检测器接触,以防止所述第二波长范围通过所述第一光电检测器,
-形成第二滤波器,将所述第二滤波器设置在距所述第一光电检测器和所述第二光电检测器一定距离且与距所述第一滤波器一定距离处,所述第二滤波器被配置为允许所述第一波长范围和所述第二波长范围通过,所述第二滤波器被配置为阻挡高于所述第一波长范围和所述第二波长范围的波长中的最长波长的波长和/或阻挡低于所述第一波长范围和所述第二波长范围的波长中的最短波长的波长。
在特定的发展中,该方法包括,在形成所述第二滤波器之前:
-形成第三滤波器,将所述第三滤波器配置为允许所述第二波长范围通过并阻挡所述第一波长范围,所述第三滤波器覆盖所述第二光电检测器并使所述第一光电检测器不被覆盖,所述第三滤波器与所述第二光电检测器接触,以防止所述第一波长范围通过所述第二光电检测器。
附图说明
从以下仅出于非限制性示例目的给出并在附图中表示的本发明的特定实施例的描述,本发明其他优点和特征将变得更加清楚,在附图中:
图1和2以示意性方式示出检测装置的两个替代实施例,检测装置具有两个光电检测器并且具有在冷屏蔽上的滤波器;
图3a-3f以示意性方式示出构成根据第一实施例的检测装置的不同部件的强度、透射率和吸光度的曲线图;
图4a-4f以示意性方式示出构成根据第二实施例的检测装置的不同部件的强度、透射率和吸光度的曲线图;
图5a-5f以示意性方式示出构成根据第三实施例的检测装置的不同部件的强度、透射率和吸光度的曲线图;
图6a-6f以示意性方式示出构成根据第四实施例的检测装置的不同组分的强度、透射率和吸光度的曲线图;
图7a-7f以示意性方式示构成根据第五实施例的检测装置的不同组分的强度、透射率和吸光度的曲线图;
图8a-8f以示意性方式示构成根据第六实施例的检测装置的不同组件的强度、透射率和吸光度的曲线图;
图9a-9f以示意性方式示构成根据第七实施例的检测装置的不同组分的强度、透射率和吸光度的曲线,
图10以示意性方式示出检测装置的另一个实施例,该检测装置设置有两个光电检测器并且具有在冷屏蔽上的滤波器。
具体实施方式
图1和2示出了多光谱检测装置,其至少包括对也称为第一光谱波段的第一波长范围敏感的第一光电检测器1a,和对也称为第二光谱波段的第二波长范围敏感的第二光电检测器1b。
在特定实施例中,第一光电检测器1a和第二光电检测器1b包括被配置为吸收第一波长范围和第二波长范围的单个半导体膜。该实施例特别有利,因为它非常紧凑。
在另一个实施例中,第一光电检测器1a和第二光电检测器1b每个包括分别配置成捕获第一波长范围和第二波长范围的不同的第一半导体膜和第二半导体膜。
这两个实施例是有利的,因为可以同时制造两个光电检测器,这使得制造方法和集成密度更容易。
在有利的实施例中,多光谱检测装置包括多个第一光电检测器和多个第二光电检测器。以有利的方式,第一光电检测器和第二光电检测器形成阵列。特别有利的是,使第一光电检测器和第二光电检测器均匀地分布在检测表面上。
在有利的实施例中,多个第一光电检测器和多个第二光电检测器形成焦平面阵列,即所有光电检测器布置在同一平面中。
优选地,检测装置包括与第二光电检测器一样多的第一光电检测器。作为替代方案,还可以使检测装置包括多个第一光电检测器,其数量不同于第二光电检测器的数量。
在特定实施例中,第二波长范围不同于第一波长范围。以有利的方式,第二波长范围与第一波长范围分离,即波长范围不重叠。根据实施例,第一和第二波长范围具有共同的边界,或者它们被中间波长范围分开。
第一光电检测器1a和第二光电检测器1b都对第一波长范围和第二波长范围敏感。换句话说,第一光电检测器1a和第二光电检测器1b能够捕获在第一波长范围内发射的辐射并提供代表该辐射的电信号。第一光电检测器1a和第二光电检测器1b也能够捕获在第二波长范围内发射的辐射并提供代表该辐射的电信号。
第一光电检测器1a和第二光电检测器1b也能够捕获在不同于第一和第二波长范围的第三波长范围内发射的辐射。该第三波长范围不包含任何相关数据,但它通过选择更易于使用的半导体材料来促进光电检测器的制造。
以有利的方式,第一和第二波长范围是红外辐射范围。在特定实施例中,第一波长范围和第二波长范围选自以下范围:
NIR:在0.8μm至1.4μm的范围内,
SWIR:在1.4μm至3μm的范围内,
MWIR:在3μm至8μm的范围内,
LWIR:在8μm至15μm的范围内。
因此可以配置检测装置,使得后者可以检测不同的波长范围对,例如MWIR/LWIR,MWIR/SWIR,LWIR/SWIR,NIR/SWIR,NIR/LWIR或NIR/MWIR。
还可以将上面给出的不同范围分解为两个不同的子范围。在特定实施例中,第一和第二波长范围例如将MWIR辐射分成两个不同的子范围。LWIR、SWIR或NIR辐射的情况也是如此。
第一光电检测器1a和第二光电检测器1b可以由任何合适类型的检测器形成,例如通过光电二极管、量子阱检测器或多量子阱检测器。其他类型的光电检测器也是可行的。第一光电检测器1a和第二光电检测器1b可以具有相同或不同的架构。以有利的方式,第一光电检测器1a与第二光电检测器1b相同,即就材料及其制造架构而言。因此,更加容易以紧凑的方式制造光电检测器。
光电检测器1a和1b的供电条件可以不同。有利地,对于所有光电检测器,供电条件是相同的。供电条件由第一光电检测器1a的第一读出电路2a和第二光电检测器1b的第二读出电路2b提供。
光电检测器1a和1b以及读出电路2a和2b有利地布置在支撑件3上。
为了使第一光电检测器1a和第二光电检测器1b专门化,光电检测器与入射辐射的滤波系统4相关联。滤波系统4被配置成使得第一光电检测器1a接收与第二光电检测器1b不同的辐射。以这种方式,两个光电检测器1a和1b能够在被观察的场景上提供两个不同的数据项。
如前所述,使用相同的光电检测器使得更容易实现紧凑的装置。然而,紧凑性使得难以在第一光电检测器1a上方和第二光电检测器1b上方提供不同的高性能滤波器。
为了便于实现有效的检测装置,滤波系统4是分离的滤波系统,即它包括至少第一滤波器4a和第二滤波器4b,它们呈现不同的光学特性并且连续地布置在第一光电检测器1a的光学路径中。第一滤波器4a和第二滤波器4b彼此不接触,这使得滤波系统4更容易实现。第一滤波器4a呈现与第二滤波器4b不同的光学特性和优选地机械特性。
与同样与光电检测器接触的等效滤波器相比,在光学路径中使用两个分离和连续的滤波器使得与光电检测器接触布置的滤波器的厚度减小。
通常,滤波器的厚度基本上等于截止频率波长。因此,对于配置为吸收3-5μm范围内的辐射的光电检测器,等效滤波器的厚度基本上在3μm至5μm的范围内。
很明显,这种厚度会引起重复间距小于30μm的光电检测器阵列的制造问题。对于重复间距小于20μm的光电检测器阵列来说,集成问题更为关键。对于重复间距小于15μm的光电检测器阵列产生相当大的制造问题,特别是当滤波器的厚度等于5μm时。
进一步显而易见的是,为了提高滤波器的性能,特别是为了提高其有效阻挡入射辐射的一部分的能力,必须增加形成滤波器的层数,从而增加滤波器的厚度。例如,与参考滤波器相比,为了将滤波器的抑制能力,即其阻挡入射辐射的能力提高10%,厚度的增加约为2μm。
同样显而易见的是,对于在低温(通常低于0℃)时操作的检测装置,滤波器在光电检测器中引入大的热机械应力,从而损害检测装置的性能。随着厚度增加和在厚度增加时,热机械应力增加。
滤波系统4包括第一滤波器4a,其配置成允许第一波长范围通过并阻挡第二波长范围。第一滤波器4a可以是干涉滤波器或吸收滤波器。
根据实施例,第一波长范围可以呈现比第二波长范围更长或更短的波长。因此,第一滤波器4a可以是低通滤波器或高通滤波器,其截止波长位于第一波长范围和第二波长范围之间。该实施例是特别有利的,因为易于产生低通和高通滤波器,从而简化了后者在光电检测器的表面处的集成。它们通常不比其他滤波器厚。
作为替代方案,还可以提供第一滤波器4a为带通滤波器,其允许第一波长范围通过并且阻挡第二波长范围。该实施例比前一实施例略微不利,因为带通滤波器通常比低通或高通滤波器更厚。
第一滤波器4a是直接放置在第一光电检测器1a上的滤波器,即在焦平面阵列的一部分上。第一滤波器4a没有放置在第二光电检测器1b上,使得第一滤波器4a覆盖第一光电检测器1a并使第二光电检测器1b不被覆盖。第一滤波器4a与第一光电检测器1a物理接触。第一滤波器4a限制第一光电检测器1a和相邻的第二光电检测器1b之间的串扰。
借助于该特定配置,第一光电检测器1a仅接收入射辐射的一部分。第一光电检测器1a接收第一波长范围并且不接收第二波长范围。
为了有效地消除寄生辐射,滤波系统4还包括第二滤波器4b。第二滤波器4b用于在被第一和第二光电检测器1a和1b捕获之前阻挡入射辐射的一部分。更确切地说,第二滤波器4b用于在入射辐射撞击焦平面之前阻挡入射辐射的一部分,特别是在撞击将阻挡入射辐射的另一部分的第一滤波器4a之前。
第二滤波器4b位于距第一光电检测器1a和第二光电检测器1b一定距离处,即第二滤波器4b不与第一光电检测器1a或第二光电检测器1b直接接触。
第二滤波器4b放置在第二基板上,该第二基板不同于支撑第一和第二光电检测器或者在其上形成第一和第二光电检测器的第一基板。
根据实施例,第二滤波器4b可以是干涉滤波器或吸收滤波器。
第一滤波器4a和第二滤波器4b相关联地工作以滤除由第一光电检测器1a接收到的辐射。
通过分离第一滤波器4a和第二滤波器4b,可以获得全局滤波器,其能够仅允许相关辐射在第一光电检测器的方向上通过,同时限制直接形成在第一个光电检测器上第一滤波器4a的厚度。以这种方式,可以形成更紧凑的第一滤波器。
第二滤波器4b与光电检测器1a和1b以及第一滤波器4a通过一层气体或空隙分开。以这种方式,与第二滤波器4b相关的热机械应力大大减小或甚至消除。然后更容易形成第一滤波器4a和第二滤波器4b。可以减小第一滤波器的厚度,从而减小热机械应力。
在特定实施例中,第二滤波器4b有利地重新定位到包含第一光电检测器1a和第二光电检测器1b的基板。然后,第二滤波器4b可以与第一滤波器4a分开形成,第二滤波器4b的制造方法不干涉第一滤波器4a或光电检测器1a和1b。
在一个替代实施例中,第二滤波器4b有利地重新定位到支撑件3,支撑件3被配置为支撑包含第一光电检测器1a和第二光电检测器1b的基板。同样,第二滤波器4b然后可以与第一滤波器4a分开形成,并且第二滤波器4b的制造方法不干涉第一滤波器4a或光电检测器1a和1b。
第二滤波器4b位于距滤波器4a和光电检测器1a和1b一定距离处,有利的是,第二滤波器4b是对第一光电检测器1a和第二光电检测器1b共用的滤波器。以这种方式,第二滤波器4b不受相对于第一滤波器4a或第二光电检测器1b的对准限制的约束。第二滤波器4b位于辐射源和第一滤波器4a之间,并且还位于辐射源和第二光电检测器1b之间。由于第二滤波器4b位于距第一滤波器4a和光电检测器一定距离处,因此与现有技术的装置相比,制造和集成限制得以减少。
有利地,第二滤波器4b被配置为允许第一波长范围和第二波长范围通过。第二滤波器4b有利地配置成阻挡不同于第一和第二波长范围的第三波长范围。
以有利的方式,第二滤波器4b是带阻滤波器。还可以提供低通或高通或双瓣滤波器(dual-lobe filter)。
根据实施例,以非穷举的方式,第二滤波器4b可以被配置为阻挡以下范围之外的波长:
0.8μm-3μm,以捕获NIR和SWIR辐射,
1.4μm-8μm,以捕获SWIR和MWIR辐射,
3μm-15μm,以捕获MWIR和LWIR辐射,
0.8μm-1.4μm,以捕获近NIR辐射,
0.8μm-1.4μm,以捕获SWIR辐射,
3μm-8μm,以捕获MWIR辐射,
8μm-15μm,以捕获LWIR辐射。
以这种方式,滤波系统4防止某些波长到达第一和第二光电检测器1a/1b并防止污染接收到的有用信号。
在特定实施例中,第二光电检测器1b没有布置成与其表面直接接触的滤波器。在该配置中,第二光电检测器1b接收第一波长和第二波长,因为它不与第一滤波器4a相关联。该实施例是特别有利的,因为只有第一光电检测器1a被第一滤波器4a覆盖,从而便于用小尺寸的光电检测器制造检测装置。
第一光电检测器1a发射代表所接收到的辐射的电信号。来自第一光电检测器1a的电信号仅代表第一波长范围内的辐射。
第二光电检测器1b还发射代表接收到的辐射的电信号。来自第二光电检测器1b的电信号代表第一波长范围内的和第二波长范围内的辐射。
为了获得表示第二波长范围内的辐射的信号,有利的是将来自第一光电检测器1a的电信号与来自第二光电检测器1b的电信号进行比较。
两个信号之间的数据差异代表第二波长范围内的辐射。
以有利的方式,第一光电检测器1a连接到接收第一电信号的读出/处理电路5。第二光电检测器1b还连接到接收第二电信号的读出/处理电路5。读出/处理电路5被配置为相对于第二电信号比较第一电信号并提供表示第二光电检测器1b所接收到的第二波长范围内的辐射的第三信号。在一个实施例中,读出/处理电路可以形成在基板3中。还可以分离读取和处理功能,并在支撑件3中执行读取功能。然后在其它地方执行处理功能。
使用作为高通滤波器或低通滤波器的第二滤波器4b是有利的。第二滤波器4b则被配置为允许第一波长范围和第二波长范围通过并阻挡高于第一和第二波长范围中的最长波长的波长或阻挡低于第一和第二波长范围中的最小波长的波长。
使用具有截止波长的第二滤波器4b也是有利的,该截止波长对应于由第一和第二波长范围形成的集的末端中的一个。由此消除了光电检测器的一部分制造危险。
特别有利的是,提供第二滤波器4b的使用,该第二滤波器4b是带通滤波器,其具有对应于由第一和第二波长范围限定的间隔的末端的较低截止波长和较高截止波长。由此消除了光电检测器的一部分制造危险。
作为变型,第二滤波器4b可以是双瓣滤波器,也称为双波段滤波器,其制造更复杂并且更厚。双波带滤波器被配置为允许第一波长范围和第二波长范围通过。该滤波器可以更好地选择有用的波长。制造的复杂性及其较大的厚度不再是问题,因为滤波器远离光电检测器定位。
第二滤波器4b允许第一波长范围和第二波长范围通过并且至少部分地或甚至完全地排除不需要的波长范围内的辐射。
发明人观察到,与现有技术的实施例相比,该实施例是特别有利的。在现有技术的文献中,实际上提出在第一光电检测器上放置第一滤波器而在第二光电检测器上放置不同的第二滤波器。
所使用的两个滤波器具有相当大的厚度,其可以与光电检测器的侧向尺寸处于相同的数量级。因此难以完全掌握在光电检测器之间具有小间距的检测矩阵的制造。
通过使用单个滤波器,这里是第一滤波器4a,以使第一光电检测器相对于第二光电检测器专门化,更容易制造具有小重复间距的检测矩阵。对准限制限于制造方法中的第一滤波器4a。
使用配置成允许第一波长范围通过并阻挡第二波长范围的单个第一滤波器4a具有易于实现的优点。不再存在与随后的沉积和蚀刻步骤有关的限制或通过剥离在包含光电检测器的基板上形成另一个滤波器有关的限制。第一滤波器4a可以是细长滤波器,并且减少了形成该第一滤波器的工艺步骤,从而将第一和/或第二光电检测器的损坏风险降低到相同的程度。
特别有利的是选择最容易制造和/或最小厚度的低通、高通或带通滤波器,以便阻挡入射辐射的一部分,从而使第一光电检测器1a相对于第二光电检测器1b专门化。
在特定实施例中,使用抗反射层(未示出)。根据实施例,抗反射层可以布置在第二滤波器4b上,即第二滤波器4b将抗反射层和光电检测器1a和1b分开。作为变型,抗反射层沉积在第二光电检测器1b上和第一滤波器4a上。抗反射层将第二滤波器4b和第一滤波器4a分开。以有利的方式,第一抗反射层沉积在光电检测器1a和1b上,第二抗反射层沉积在第二滤波器4b上或与第二滤波器4b接触。根据实施例,抗反射层可以沉积在第一滤波器上或第一光电检测器1a和第一滤波器4a之间。抗反射层有利地配置为允许红外辐射通过。
在另一特定实施例中,钝化层用于覆盖第一和/或第二光电检测器1a和1b。以有利的方式,钝化层布置在第一光电检测器1a和第一滤波器4a之间。钝化层有利地具有在10nm至2000nm范围内的厚度。钝化层的使用特别有利于限制未经滤波的带的污染。例如,未经滤波的带的污染可能导致装置外部的元件污染或污染物扩散。钝化层使得污染物能够从光电检测器和/或滤波器转移开,以便不改变光学和/或电性能。污染物例如是金或铜。
使用以单件的方式覆盖第一和第二光电检测器1a和1b的连续钝化层是有利的。连续钝化层通过使第一和第二光电检测器上的应力变平滑而更好地控制热机械应力。特别有利的是,用于形成钝化层的材料是具有低污染物质扩散系数的材料。
在特定实施例中,粘合促进剂放置在光电检测器和/或滤波器与钝化层之间。
在特定实施例中,钝化层由选自Ge、ZnS、CdTe、SiOX、SiNx的材料制成,以便同时形成钝化层和抗反射层。抗反射层可以由单层材料制成,或者由不同材料制成的多层层叠构成。
发明人还观察到使用对第一波长范围和第二波长范围敏感并且在这两个波长范围之间不敏感的第一和第二光电检测器是有利的。由于减少了对第一滤波器4a的截止频率的限制,因此更容易实现第一光电检测器1a相对于第二光电检测器1b的专门化。
该实施例也是有利的,因为对第二滤波器4b的限制也减少了。
然而,在许多情况下,光电检测器对位于第一和第二波长范围之间的至少第三波长范围敏感。使用双波带滤波器是有利的。
显然,使用具有延伸超出第一波长范围并超出第二波长范围的灵敏度的光电检测器能够缓和与光电检测器的制造方法和/或与所使用的材料相关的某些技术限制。
然而,使用在第一波长范围之外且在第二波长范围之外敏感的光电检测器导致添加源自不期望的辐射范围的寄生信号。
滤波系统4被配置为阻挡该第三波长范围。更具体地,第三波长范围被第二滤波器4b阻挡。
在由图3b和4b的透射曲线图示出的特别有利的实施例中,第二滤波器4b是高通滤波器,其被配置为截止低于由第一和第二波长范围限定的间隔的底端的波长。这种滤波器使得可以阻挡对应于低于截止波长的波长并且可以被光电检测器1a和1b吸收的寄生辐射。
在这种特殊情况下,第一滤波器4a可以是高通滤波器、低通滤波器或带通滤波器。
如果第一滤波器4a是低通滤波器,其传输曲线图在图3c中示出,则第一波长范围呈现比第二波长范围更短的波长。第一光电检测器1a仅接收分配给最短波长的波长范围,如图3e的强度曲线图所示。第二光电检测器1b接收两个波长范围,如图3f的强度曲线图所示。图3d示出第一和第二光电检测器1a和1b的吸收波长范围。
如果第一滤波器4a是高通滤波器,其传输曲线图在图4c中示出,则第一波长范围表示比第二波长范围更长的波长。第一光电检测器1a仅接收与最长波长相关联的波长范围,如图4e的强度曲线图所示。第二光电检测器1b接收这两个波长范围,如图4f的强度曲线图所示。图4d表示第一和第二光电检测器1a和1b的吸收波长范围。
如果第一滤波器4a是带通滤波器(未示出),则第一波长范围可以呈现比第二波长范围更短或更长的波长,这取决于第一滤波器4a的特性。如果第一滤波器4a被配置为允许最短波长通过,则操作等效于低通滤波器。如果第一滤波器4a被配置为允许最长波长通过,则操作等效于高通滤波器。
在由图5b和6b的透射曲线图示出的另一个实施例中,第二滤波器4b是低通滤波器,其被配置为截止高于由第一和第二波长范围限定的间隔的顶端的波长。这种滤波器阻挡寄生辐射,该寄生辐射对应于高于截止波长并且可以被光电检测器1a和1b吸收的波长(图5d)。
在这种特定情况下,第一滤波器4a可以是高通滤波器、低通滤波器或带通滤波器。
如果第一滤波器4a是低通滤波器,其传输曲线图在图5c中示出,则第一波长范围呈现比第二波长范围更短的波长。第一光电检测器1a仅接收与最短波长相关联的波长范围,如图5e的强度曲线图所示。第二光电检测器1b接收这两个波长范围,如图5f的强度曲线图所示。图5d表示第一和第二光电检测器1a和1b的吸收波长范围。
如果第一滤波器4a是高通滤波器,其传输曲线图在图6c中示出,则第一波长范围呈现比第二波长范围更长的波长。第一光电检测器1a仅接收与最长波长相关联的波长范围,如图6e的强度曲线图所示。第二光电检测器1b接收这两个波长范围,如图6f的强度曲线图所示。图6d表示第一和第二光电检测器1a和1b的吸收波长范围。
如果第一滤波器4a是带通滤波器(未示出),则第一波长范围可以呈现比第二波长范围更短或更长的波长,这取决于第一滤波器4a的特性。如果第一滤波器4a被配置为允许最短波长通过,则操作等效于低通滤波器。如果第一滤波器4a被配置为允许最长波长通过,则操作等效于高通滤波器。
在图7b的透射曲线图所示的特别有利的实施例中,第二滤波器4b是带通滤波器,其被配置为截止低于由第一和第二波长范围限定的间隔的底端的波长并截止高于由第一和第二波长范围限定的间隔的顶端的波长。这种滤波器阻挡寄生辐射,该寄生辐射对应于低于和高于两个截止波长并且可以被光电检测器1a和1b吸收的波长(图7d)。
在这种特定情况下,第一滤波器4a可以是高通滤波器、低通滤波器或带通滤波器。
如果第一滤波器4a是高通滤波器,其透射曲线图在图7c中示出,则第一波长范围呈现比第二波长范围更长的波长。第一光电检测器1a仅接收与最长波长相关的波长范围,如图7e的强度曲线图所示。第二光电检测器1b接收这两个波长范围,如图7f的强度曲线图所示。图7d表示第一和第二光电检测器1a和1b的吸收波长范围。
如果第一滤波器4a是低通滤波器(未示出),则第一波长范围呈现比第二波长范围更短的波长。第一光电检测器1a仅接收与最短波长相关的波长范围。第二光电检测器1b接收这两个波长范围。
如果第一滤波器4a是带通滤波器(未示出),则第一波长范围可以呈现比第二波长范围更短或更长的波长,这取决于第一滤波器4a的特性。如果第一滤波器4a被配置为允许最短波长通过,则操作等效于低通滤波器。如果第一滤波器4a被配置为允许最长波长通过,则操作等效于高通滤波器。
在图8a至8f所示的实施例中,第二滤波器4b是双波带滤波器,其传输曲线图在图8b中示出。双波带滤波器与高通类型的第一滤波器4a相关联,其传输曲线图在图8c中示出。第一光电检测器1a仅接收与最长波长相关的波长范围,如图8e的强度曲线图所示。第二光电检测器1b接收两个波长范围,如图8f的强度曲线图所示。图8d表示第一和第二光电检测器1a和1b的吸收波长范围。
对于其他实施例,第一滤波器4a可以由带通滤波器或由图9a至9f所示的低通滤波器代替。
图3a、4a、5a、6a、7a、8a和9a表示被观察的场景的光强度。
低通滤波器的透射曲线图如图9c所示。第一光电检测器1a仅接收与最短波长相关的波长范围,如图9e的强度曲线图所示。第二光电检测器1b接收两个波长范围,如图9f的强度曲线图所示。图9d表示由第一和第二光电检测器1a和1b吸收的波长范围。
在图10所示的替代实施例中,第二光电检测器1b被第三滤波器4c覆盖。第三滤波器4c被配置为允许第二波长范围通过并阻挡第一波长范围。第三滤波器4c可以是干涉滤波器或吸收滤波器。
第三滤波器4c可以是低通滤波器或高通滤波器,其截止波长位于第一波长范围和第二波长范围之间。如果第一个滤波器是低通滤波器,则第二个滤波器是高通滤波器,反之亦然。
作为替代方案,还可以提供第三滤波器4c为带通滤波器,其允许第二波长范围通过并且阻挡第一波长范围。该实施例比前一实施例较不利,因为带通滤波器通常比低通或高通滤波器更厚。
第三滤波器4c是直接放置在第二光电检测器1b上的滤波器,即在焦平面阵列的一部分上。第三滤波器4c没有沉积在第一光电检测器1a上,这意味着第三滤波器4c仅覆盖第二光电检测器1b并且它使第一光电检测器1a不被覆盖。第三滤波器4c与第二光电检测器1b物理接触。第三滤波器4c限制第一光电检测器1a和相邻的第二光电检测器1b之间的串扰。
借助于该特定配置,第二光电检测器1b仅接收入射辐射的一部分。第二光电检测器1b接收第二波长范围并且不接收第一波长范围。每个光电检测器提供代表观察到的波长范围的数据。处理电路可以简化,因为不再需要比较来自两个光电检测器的信号。
在描述图3a、4a、5a、6a、7a、8a和9a的不同示例中,被观察的场景的发射曲线延伸超出第一和第二波长范围。
检测装置可以简单地以下列方式制造。第一光电检测器1a和第二光电检测器1b形成在半导体基板上。由于两个光电检测器1a和1b对相同的波长范围敏感,因此有利的是同时并使用相同的半导体材料制造这两个光电检测器。
在优选实施例中,光电检测器1a和1b是相同的。
这两个光电检测器沿平行于基板表面的轴线偏移,并且位于与衬底表面平行的同一平面内。
第一滤波器4a形成在第一光电检测器1a上,以便覆盖第一光电检测器1a并使第二光电检测器1b不被覆盖。
在第一替代实施例中,第一滤波器4a形成在第一光电检测器1a和第二光电检测器1b上。然后去除在第二光电检测器1b上方的第一滤波器4a。
在第二替代实施例中,第二光电检测器1b由牺牲层保护。第一滤波器4a形成在第一光电检测器1a上和牺牲层上。去除牺牲层以释放没有第一滤波器的第二光电检测器1b。
然后将第二滤波器4b与包含第一光电检测器1a和第二光电检测器1b的基板相关联,例如将第二滤波器4b放置为与该基板接触。第二滤波器4b不是通过沉积在基板上形成的,而是独立形成并在稍后阶段添加的。
在使用第三滤波器4c的替代实施例中,第一滤波器4a可以在第三滤波器4c之前或之后形成。还可以同时部分地形成共享若干层的第一滤波器4a和第三滤波器4c。以有利的方式,在安装第二滤波器4b之前提供第三滤波器4c。第三滤波器4c布置在距第二滤波器4b一定距离处。
出于示例目的,将第一和第二光电检测器1a和1b放置在有利地紧密密封的封闭外壳中是有利的。该封闭外壳包括开口,该开口配置成允许辐射从辐射源传递到第一和第二光电检测器1a和1b。将第二滤波器4b放置在该开口中是特别有利的,以便允许第一和第二波长范围通过并阻挡一部分无用的辐射。该开口有利地是由第二滤波器4b覆盖的透明材料制成的窗口6。第二滤波器4b可位于封闭外壳(图1)内或封闭外壳外(图2)。窗口的整个表面有利地被第二滤波器4b覆盖,以便在窗口的所有区域中仅留下有用信号。
以有利的方式,检测装置是冷却的检测装置,即配置成在小于300K的温度时操作的装置,优选地在40K至300K范围内,优选地小于200K。
检测装置也可以是非冷却的。
检测装置有利地与冷却系统7连接以冷却其操作温度。
检测装置的光电检测器可以由II-VI材料制成,例如HgCdTe,或者由III-V材料制成,例如InGaAs、InSb或InAsSb。
光电检测器1a和1b有利地被冷屏蔽8围绕,冷屏蔽8被配置成阻挡入射辐射,除了允许入射辐射通过的窗口6之外。将第二滤波器4b放置在该窗口6上以使入射辐射通过看起来是特别有利的。
由第一滤波器4a覆盖的区域和未被第一滤波器4a覆盖的区域有利地限定了第一光电检测器1a和第二光电检测器1b之间的交替部。
第一和第二光电探测器之间的该交替部可以以棋盘图案的形式或由光电探测器的行或列表示的条带的交替部的形式来表示。
在优选实施例中,冷屏蔽8内的压力低于或等于冷屏蔽8外部的压力。有利的是,冷屏蔽8内的压力低于大气压,例如小于1013hPa。
在特定实施例中,冷屏蔽内的压力小于10-4Pa。

Claims (11)

1.一种多光谱检测装置包括:
-第一光电检测器(1a)和第二光电检测器(1b),每个对第一波长范围和不同于所述第一波长范围的第二波长范围敏感,所述第一光电检测器传递代表接收到的辐射的第一信号,所述第二光电检测器传递代表所述接收到的辐射的第二信号,所述第一波长范围和所述第二波长范围是红外波长范围,所述第一光电检测器(1a)和所述第二光电检测器(1b)形成在半导体基板上,
-第一滤波器(4a),配置为允许所述第一波长范围通过并阻挡所述第二波长范围,所述第一滤波器沿所述第一光电检测器(1a)的光学路径覆盖所述第一光电检测器(1a)并使所述第二光电检测器(1b)不被覆盖,所述第一滤波器(4a)覆盖所述第一光电检测器(1a),以阻挡所述第二波长范围通过所述第一光电检测器(1a),所述第一滤波器(4a)在所述第一光电检测器(1a)和所述第二光电检测器(1b)中引入热机械应力,
其特征在于其包括:
-第二滤波器(4b),设置在距所述第一光电检测器(1a)和所述第二光电检测器(1b)一定距离且与距所述第一滤波器(4a)一定距离处,所述第二滤波器(4b)被配置为允许所述第一波长范围和所述第二波长范围通过,所述第二滤波器(4b)被配置为阻挡高于所述第一波长范围和所述第二波长范围中的最长波长的波长和/或阻挡低于所述第一波长范围和所述第二波长范围中的最短波长的波长,所述第二滤波器(4b)通过一层气体或空隙与所述第一滤波器(4a)以及所述第一光电检测器(1a)分开,
-钝化层,连续覆盖所述第一光电检测器(1a)和所述第二光电检测器(1b),该钝化层布置在所述第一光电检测器(1a)和所述第一滤波器(4a)之间且具有在10nm至2000nm范围内的厚度,以使得热机械应力平滑,
其中,所述第一滤波器(4a)和第二滤波器(4b)连续地布置在所述第一光电检测器(1a)的光学路径中。
2.根据权利要求1所述的检测装置,其中,所述第二光电检测器(1b)没有被配置为阻挡所述第一波长范围的滤波器,以便接收所述第一波长范围和所述第二波长范围,检测装置包括处理电路(5),所述处理电路被配置为接收来自从所述第一光电检测器(1a)和所述第二光电检测器(1b)接收电信号并通过比较所述第一信号和所述第二信号提供与所述第二波长范围的辐射有关的数据。
3.根据权利要求1所述的检测装置,其中,所述第二光电检测器(1b)被第三滤波器(4c)覆盖,所述第三滤波器被配置为阻挡所述第一波长范围并允许所述第二波长范围通过。
4.根据权利要求1所述的检测装置,其特征在于,所述第二滤波器(4b)选自低通、高通、带通和双带滤波器。
5.根据权利要求1所述的检测装置,其特征在于,所述第一滤波器(4a)是截止所述第二波长范围的低通、高通或带通滤波器。
6.根据权利要求1所述的检测装置,其特征在于,所述第二滤波器(4b)位于距所述第一滤波器(4a)和所述第二光电检测器(1b)一距离处,由一层气体或由一空隙隔开。
7.根据权利要求1所述的检测装置,其特征在于,检测装置包括冷屏蔽(8),所述冷屏蔽被配置为通过用于辐射的通过的孔径聚焦入射辐射,并且所述第二滤波器(4b)设置于所述孔径中。
8.根据权利要求7所述的检测装置,其特征在于,所述冷屏蔽(8)限定包含所述第一光电检测器和第二光电检测器的封闭外壳,并且所述第二滤波器(4b)位于所述封闭外壳中。
9.根据权利要求7所述的检测装置,其特征在于,所述冷屏蔽(8)限定包含所述第一光电检测器和第二光电检测器的封闭外壳,并且所述第二滤波器(4b)位于所述封闭外壳之外。
10.一种制造多光谱检测装置的制造方法,其特征在于,所述制造方法包括以下步骤:
-提供包括第一光电检测器(1a)和第二光电检测器(1b)的半导体基板,所述第一光电检测器和所述第二光电检测器每个对第一波长范围和不同于所述第一波长范围的第二波长范围敏感,所述第一光电检测器(1a)传递代表接收到的辐射的第一信号,所述第二光电检测器(1b)传递代表所述接收到的辐射的第二信号,所述第一波长范围和所述第二波长范围是红外波长范围,所述第一光电检测器(1a)和所述第二光电检测器(1b)形成在所述半导体基板上,
形成钝化层,其连续覆盖所述第一光电检测器(1a)和所述第二光电检测器(1b),该钝化层具有在10nm至2000nm范围内的厚度,
-形成第一滤波器(4a),将所述第一滤波器配置为允许所述第一波长范围通过并阻挡所述第二波长范围,所述第一滤波器覆盖所述第一光电检测器(1a)并使所述第二光电检测器(1b)不被覆盖,所述第一滤波器(4a)与所述第一光电检测器(1a)接触,以阻挡所述第二波长范围通过所述第一光电检测器(1a),所述第一滤波器(4a)在所述第一光电检测器(1a)和所述第二光电检测器(1b)中引入热机械应力,该钝化层布置在所述第一光电检测器(1a)和所述第一滤波器(4a)之间,以使得热机械应力平滑
-形成第二滤波器(4b),将所述第二滤波器设置在距所述第一光电检测器(1a)和所述第二光电检测器(1b)一定距离且与距所述第一滤波器(4a)一定距离处,所述第二滤波器(4b)被配置为允许所述第一波长范围和所述第二波长范围通过,所述第二滤波器(4b)被配置为阻挡高于所述第一波长范围和所述第二波长范围中的最长波长的波长和/或阻挡低于所述第一波长范围和所述第二波长范围中的最短波长的波长,所述第一滤波器(4a)和第二滤波器(4b)连续地布置在所述第一光电检测器(1a)的光学路径中。
11.根据权利要求10所述的制造方法,在形成所述第二滤波器(4b)之前,包括:
-形成第三滤波器(4c),将所述第三滤波器配置为允许所述第二波长范围通过并阻挡所述第一波长范围,所述第三滤波器(4c)覆盖所述第二光电检测器(1b)并使所述第一光电检测器(1a)不被覆盖,所述第三滤波器(4c)与所述第二光电检测器(1b)接触,以阻挡所述第一波长范围通过所述第二光电检测器(1b)。
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