CN113227849A - 滤光器 - Google Patents

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Abstract

滤光器可以包括设置在基板上的一组滤光器层。该组滤光器层可以包括第一子集滤光器层，第一子集滤光器层包括具有第一折射率的第一材料。第一材料可以至少包括硅和氢。该组滤光器层可以包括第二子集滤光器层，第二子集滤光器层包括具有第二折射率的第二材料。第二材料不同于第一材料并且第二折射率小于第一折射率。该组滤光器层可以包括第三子集滤光器层，该第三子集滤光器层包括不同于第一材料和第二材料的第三材料。

Description

滤光器
技术领域
本申请要求于2019年12月20日提交的标题为“滤光器”的美国第16/722,325号非临时专利申请和于2018年12月27日提交的标题为“滤光器”的第62/785,487号美国临时专利申请的权益，其通过引用明确并入本文。
背景技术
光学发射器可以发射指向一个或多个对象的光。例如，在手势识别系统中，光学发射器可以向用户发射近红外(NIR)光，并且NIR光可以被用户反射向光学接收器。在这种情况下，光学接收器可以捕获关于NIR光的信息，并且该信息可以用于识别用户正在执行的手势。例如，装置可以使用该信息来生成用户的三维表示，并基于该三维表示来识别用户正在执行的手势。
在NIR光向用户透射期间和/或在从用户向光学接收器反射期间，环境光可能会干扰NIR光。因此，光学接收器可以光学耦合到滤光器，例如带通滤波器，以过滤环境光并允许NIR光朝向光学接收器通过。
发明内容
根据一些实施方式，滤光器可以包括一组滤光器层，该组滤光器层包括：第一子集滤光器层，其包括具有第一折射率的第一材料，第一材料至少包括硅和氢；第二子集滤光器层，其包括具有第二折射率的第二材料，第二材料不同于第一材料并且第二折射率小于第一折射率；和第三子集滤光器层，其包括不同于第一材料和第二材料的第三材料。
根据一些实施方式，滤光器可以包括：基板；设置在基板上以过滤入射光的一个或多个高折射率材料层和一个或多个低折射率材料层，其中具有第一光谱范围的第一部分入射光将被滤光器反射，而具有第二光谱范围的第二部分入射光将被滤光器通过，一个或多个高折射率材料层为第一材料，一个或多个低折射率材料层为第二材料；以及设置在基板上的一个或多个过渡材料层，该一个或多个过渡材料层是不同于第一材料和第二材料的第三材料。
根据一些实施方式，光学系统可以包括：发射近红外(NIR)光的光学发射器；滤光器，其对输入光信号进行滤波并提供滤波后的输入光信号，输入光信号包括来自光学发射器的NIR光和来自光源的环境光，滤光器包括一组介电薄膜层，该组介电薄膜层包括：由具有第一折射率的第一材料形成的第一子集层，由具有小于第一折射率的第二折射率的第二材料形成的第二子集层，由不同于第一材料和第二材料的第三材料形成的第三子集层，以及由不同于第一材料、第二材料和第三材料的第四材料形成的第四子集层；滤波后的输入光信号，其包括相对于输入光信号强度降低的环境光；光学接收器，其接收滤波后的输入光信号并提供输出电信号。
根据一些实施方式，一种制造滤光器的方法可以包括：沉积滤光器的第一子集滤光器层，第一子集滤光器层包含具有第一折射率的第一材料；沉积滤光器的第二子集滤光器层，第二子集滤光器层包含具有小于第一折射率的第二折射率的第二材料；以及沉积包含不同于第一材料和第二材料的第三材料的第三子集滤光器层。
附图说明
图1A-1C是本文描述的一个或多个示例性实施方式的图。
图2A-2D是与本文描述的一个或多个示例性实施方式相关的一组材料的光学特性和/或机械特性的一个或多个示例的图。
图3A-3D是用于制造本文所述的一个或多个示例性实施方式的溅射沉积系统的一个或多个示例的图。
图4A-4B是与本文描述的一个或多个示例性实施方式相关的一组材料的光学特性的一个或多个示例的图。
图5A是与本文描述的一个或多个实施方式相关的一组材料的机械特性的一个或多个示例的图。
图5B是与本文描述的一个或多个示例性实施方式相关的一组材料的光学特性的一个或多个示例的图。
图6A-6B是与本文描述的一个或多个示例性实施方式相关的一组材料的光学特性的一个或多个示例的图。
图6C是与本文描述的一个或多个示例性实施方式相关的一组材料的机械特性的一个或多个示例的图。
图7A-7B是本文描述的一个或多个示例性实施方式的图。
图8A是氢化硅层的折射率的示例的图。
图8B是氢化硅层的消光系数的示例的图。
图9是本文描述的滤光器的透射光谱的示例的图。
具体实施方式
示例性实施方式的以下详细描述参照附图。不同附图中的相同参考标记可标识相同或相似的元件。2017年11月23日公布的Hendrix等人的第20170336544号美国专利申请公开，通过引用并入本文。
光学接收器可以接收来自诸如光学发射器的光源的光。例如，光学接收器可以接收来自光学发射器并从靶反射回来的近红外(NIR)光。靶可以包括人(例如用户和非用户)、动物、无生命对象(例如汽车、树木、障碍物、家具、墙壁)等。在这种情况下，光学接收器可以接收NIR光以及环境光，例如可见光谱光。环境光可以包括来自与光学发射器分离的一个或多个光源的光，例如太阳光、来自灯泡的光等。环境光可能会降低与NIR光有关的测定的准确性。例如，在手势识别系统中，环境光可能会降低基于NIR光生成目标三维图像的准确性。在一些示例中，关于NIR光的信息可以用于识别用户的身份、用户的特征(例如身高或体重)、用户的状态(例如用户的眼睑位置、用户是否醒着等)、另一类型靶的特性(例如，到对象的距离、对象的大小或对象的形状)等。因此，光学接收器可以光学耦合到滤光器例如带通滤波器，以对环境光进行滤波并且使NIR光朝向光学接收器通过。
例如，滤光器可以包括一组介电薄膜层，可以选择和沉积该组介电薄膜层以阻挡低于特定阈值(例如700nm)的一部分带外光，并使特定范围波长的光通过，特定范围例如约700nm至约1700nm的范围、约800nm至约1100nm的范围、约900nm至约1000nm的范围、约920nm至约980nm的范围等。在一些示例中，通带可以具有800nm至1100nm范围内、约820nm至约880nm范围内、约920nm至980nm范围内、约870nm至930nm范围内等的中心波长。在另一个示例中，可以选择该组介电薄膜层来滤出环境光。此外或替代地，可以选择该组介电薄膜层以阻挡低于特定阈值的带外光，并使另一波长范围的光通过，例如约1500nm至约1600nm的范围、约1520nm至约1580nm的范围或约1550nm的中心波长。
本文描述的一些实施方式可以在用于滤光器的一组高折射率层中利用包括硅和氢的材料、氢化硅(Si:H)基材料、硅锗(SiGe)基材料、氢化硅锗(SiGe:H)材料等，例如低角度偏移滤光器。高折射率层组中的材料可以至少包括硅(Si)和氢(H)、硅和H的任何同位素(例如氕(A＝1)、氘(A＝2)、氚(A)＝3))和/或其任何混合物。以此方式，相对于使用另一高折射率层材料的另一滤光器叠层，基于具有更高有效折射率的一组高折射率层的滤光器，滤光器可提供相对低的角度偏移。此外，使用任何这些高折射率层材料的滤光器可以基本上阻挡或有效地屏蔽掉环境光并使NIR光通过。
图1A-1C是示例滤光器100、100'、100"的图。图1A-1C示出了使用三种或更多种不同材料的滤光器的示例叠层。如图1A-1C进一步所示，滤光器100、100'、100"可以包括滤光器涂层部分110和基板120。
如图1A-1C所示，滤光器涂层部分110包括一组滤光器层。例如，滤光器涂层部分110包括第一组层130、第二组层140和第三组层135。第一组层130可以包括一组高折射率材料层，并且在本文中可以称为H层130。例如，在一些实施方式中，H层130可以包括包含氢和硅的材料(例如氢化硅(Si:H)层，可以包括硅(Si)和氢(H)，Si和H的任何同位素(包括氕(A＝1)、氘(A＝2)和/或氚(A＝3))、氢化硅锗(SiGe:H)层等)。在一些实施方式中，H层130可以包括包含硅和锗的材料(例如硅锗(SiGe)层等)。
这些高折射率材料在至少800nm至1100nm的范围内可具有高于3、3.2、3.5、3.6、4等的折射率。例如，Si:H在800nm至1100nm的波长范围内可具有大于3的折射率。在一些实施方式中，Si:H材料在800nm至1100nm的波长范围内具有大于3.5的折射率(例如，大于3.64的折射率)。在一些实施方式中，Si:H材料在约830nm的波长处可以具有约3.8的折射率。在一些实施方式中，在800nm处的折射率可以大于3.87。在一些实施方式中，Si:H材料在800nm至1100nm的波长范围内具有小于4.3的折射率。高折射率层可以包含磷、硼、氮化物、氩、氧、碳化物等。
在一些实施方式中，第二组层140可以包括一组低折射率材料层，并且在本文中可以被称为L层140。例如，L层140的折射率通常低于H层130的折射率。在一些实施方式中，L层140可以包含硅、镁、氟化物、氧、钽、氮化物、铌、钛、铝、锆、钇或其组合。例如，L层140可以包括二氧化硅(SiO2)层、氮化硅(Si3N4)层、氟化镁(MgF2)层、五氧化二钽(Ta2O5)层、五氧化二铌(Nb2O5)层、二氧化钛(TiO2)层、氧化铝(Al2O3)层、氧化锆(ZrO2)层、氧化钇(Y2O3)层、它们的组合等。
在一些实施方式中，第三组层135可以对应于过渡层，并且在本文中可以被称为O层135。在一些实施方式中，O层135可以包括不同于H层130和/或L层140的第三材料。O层135可以是任何材料，包括氧化物。例如，O层可以包括硅、氧化硅(任何浓度)(例如SiOx，其中0＜x＜2)、二氧化硅(SiO2)、它们的组合等。
如图1B所示，滤光器涂层部分110可以包括第四组层145，其可对应于本文称为P层145的第二组过渡层。在一些实施方式中，P层145可以包括不同于H层130、O层135和L层140的第四材料。或者，在一些实施方式中，P层145可以是与O层135相同或相似的材料。P层可以是任何材料，包括氧化物。例如，P层145可以包括硅、氧化硅(任何浓度)(例如SiOx，其中0＜x＜2)、二氧化硅(SiO2)、它们的组合等。在一些实施方式中，图1A示出了H-O-L层的重复单元，其中O层135在每个H层130之前(当从空气界面向基板120计数时)。相比之下，图1B示出了H-O-L层的重复单元，其中P层145设置在每个H-O-L单元之间。进一步对比，图1C示出了层H-L的重复单元，O层设置在每个H-L单元之间。
在一些实施方式中，最外层(例如，最靠近空气界面的层)可以是除L层140之外的层。例如，在一些实施方式中，最外层可以是H层130、O层135或P层145。在一些实施方式中，功能层和/或涂层可以在滤光器涂层部分110的外部。例如，在一些实施方式中，功能层和/或涂层可以包括防污涂层、保护涂层、耐用涂层、防雾涂层、亲水涂层和/或疏水涂层。在一个示例中，最外层可以是氮化物。
在一些实施方式中，层130、135、140和145可以特定顺序叠层，例如(H-O-L)m顺序、(H-O-L-O)m顺序、(H-L-O)m顺序、(H-O-L-P)m顺序、(H-O-L)m-H顺序、(H-O-L-P)m-H顺序、(H-O-L-P)n-H-O-L顺序、L-(H-O-L)m顺序、L-P-(H-O-L-P)m顺序、它们的组合、另一可能的顺序等，其中m为层的单元的数量，其值大于或等于1。例如，如图1A所示，层130、135和140以(H-O-L)m的顺序定位，其中L层140设置在滤光器100的表面，H层130设置在基板120的表面。此外，在图1B所示的示例中，层130、135、140和145以(H-O-L-P)m的顺序定位，其中L层140设置在滤光器100'的表面，并且H层130设置在基板120的表面。在图1C所示的示例中，层130、135和140以(H-L-O)m的顺序定位，其中L层140设置在滤光器100"的表面，H层130设置在基板120的表面。
层的数量、厚度和/或顺序可影响滤光器涂层部分110和/或滤光器100、100'、100"的光学质量，包括光透射和角度偏移。在一些实施方式中，滤光器涂层部分110可以与特定数量的层m相关联。例如，滤光器涂层部分110可以包括2至200个层、10至100个层或30至60个层。滤光器涂层部分110可以包括10至40个H层130。在一些示例中，SiGe:H基滤光器可以包括2个层至200个层的范围。
在一些实施方式中，滤光器涂层部分110的每一层可与特定厚度相关联。例如，层130和140可以各自与介于1nm至1500nm、3nm至1000nm、6nm至1000nm或10nm至500nm之间的厚度相关联，和/或滤光器涂层部分110可以与介于0.1μm至100μm之间、0.25μm至20μm之间等的厚度相关联。在一些示例中，层130和140中的至少一个可以与小于1000nm、小于600nm、小于100nm或小于20nm的厚度相关联，和/或滤光器涂层部分110可以与小于100μm、小于50μm和/或小于10μm的厚度相关联。在一些实施方式中，层130和140可以与多个厚度相关联，例如层130的第一厚度和层140的第二厚度、层130的第一子集的第一厚度和层130的第二子集的第二厚度、层140的第一子集的第一厚度和层140的第二子集的第二厚度等。在这种情况下，层厚度和/或层数量可以基于预期的一组光学特性来选择，例如预期的通带、预期的反射率等。
层135和145可以各自与介于1nm至20nm之间的厚度相关联。根据滤光器涂层部分110和/或滤光器100、100'、100"的制造方法和/或所需的光学质量，O层135和P层145可以各自与小于10nm的厚度相关联。在一些示例中，O层135和P层145可以各自与1nm至10nm或2nm至6nm或约5nm的厚度相关联。在一些实施方式中，O层135和P层145可以各自与介于2nm至6nm之间或约5nm的厚度相关联。在一些实施方式中，O层135和P层145可以与多个厚度相关联，例如O层135的第一厚度和P层145的第二厚度、O层135的第一子集的第一厚度、O层135的第二子集的第二厚度、P层145的第一子集的第一厚度和P层145的第二子集的第二厚度等。在这种情况下，层厚度和/或层数量可以基于预期的一组光学特性来选择，例如预期的通带、预期的反射率等。
在一些实施方式中，可以为H层130选择特定的SiGe基材料。例如，在一些实施方式中，H层130可以被选择和/或制造(例如，经由溅射工序，如下文进一步详细描述的)以包括特定类型的SiGe，例如SiGe-50、SiGe-40、SiGe-60等。
在一些实施方式中，如本文所述，作为溅射沉积工序的结果，H层130可以包括另一种材料，例如氩气。在另一示例中，H层130可以使用氢化工序以氢化基于硅或SiGe的材料、氮化工序以氮化基于硅或SiGe的材料、一个或多个退火工艺以退火基于硅或SiGe的材料、另一种类型的工序、掺杂工序(例如，基于磷的掺杂、基于氮的掺杂、基于硼的掺杂等)以掺杂基于硅或SiGe的材料、或多个工序的组合(例如，氢化、氮化、退火和/或掺杂的组合)来制造，如本文所述。例如，H层130可以被选择为包括在例如约800nm至约1100nm的光谱范围、约820nm至约1000nm的光谱范围、约950nm的特定波长内等大于L层140的折射率的折射率。在另一个示例中，H层130可以被选择为包括在例如约1400nm至约1700nm的光谱范围、约1500nm至约1600nm的光谱范围、约1550nm的特定波长等内大于L层140的折射率的折射率。在这种情况下，H层130可以与大于3的折射率、大于3.5的折射率、大于3.8的折射率或大于4的折射率相关联。例如，H层130可以在约950nm处与大于4的折射率相关联，其中H层130包括SiGe:H，H层130可以在约950nm处与约3.74的折射率相关联，其中H层包括Si:H等。
在一些实施方式中，可以为L层140选择特定材料。例如，L层140可以包括一组SiO2层、一组Al2O3层、一组TiO2层、一组Nb2O5层、一组Ta2O5层、一组MgF2层、一组Si3N4层、一组ZrO2层、一组Y2O3层等。在这种情况下，L层140可以被选择为包括比H层130的折射率低的折射率。
在一些实施方式中，H层130和/或L层140可以与特定消光系数相关联。例如，对于包括硅和氢的H层130，消光系数在特定光谱范围内可以低于约0.001。例如，消光系数在约800nm至约1100nm的光谱范围、约900nm至约1000nm的光谱范围、约954nm的波长内等可以低于约0.001。对于包含锗的H层130，特定光谱范围内这样的消光系数可以低于约0.007(对于800nm处的Si:H为0.004)、低于约0.003(对于800nm处的Si:H为0.002)的消光系数、低于约0.001的消光系数等。例如，可以在约800nm至约1100nm的光谱范围、约900nm至约1000nm的光谱范围、约954nm的波长等处定义消光系数。此外或替代地，消光系数可以在约1400nm至约1700nm的光谱范围、约1500nm至约1600nm的光谱范围、约1550nm的特定波长等处定义。在一些实施方式中，用于L层140的具体材料可以基于带外阻挡光谱范围的期望宽度、与入射角(AOI)的变化相关联的期望的中心波长偏移等选择。
在一些实施方式中，滤光器100、100'、100"可以包括在基板的与滤光器涂层部分110相对的一侧上的涂层180。涂层180可以是单层或多层。在一些示例中，涂层180可以是抗反射涂层、阻挡滤波器和/或带通滤波器。涂层180可以包括氧化物中的至少一种，包括SiOx、SiO2、TiO2、Ta2O5等。在一个示例中，涂层180可以是SiO2和TiO2的交替层。此外或替代地，涂层180可具有与滤光器涂层部分110类似的结构，并可包括多于两种材料。在一些实施方式中，涂层180可以包括滤光器涂层部分110的H层130、L层140、O层135和/或P层145。
滤光器涂层部分110可以通过任何方法制造，包括但不限于任何涂覆和/或溅射工艺。例如，如图1A所示的滤光器涂层部分110可以通过在基板120上沉积H层130然后在H层130上沉积O层135来制造。然后可以在O层135上沉积L层140，然后可以在L层140上沉积第二H层130。这可以重复直到沉积所需数量的层。如图1B所示的滤光器涂层部分110可以通过在基板120上沉积H层130然后在H层130上沉积O层135来制造。然后可以在O层135上沉积L层140，并且可以在L层140上沉积P层145。然后可以在P层145上沉积第二H层130。这可以重复直到沉积所需数量的层。类似地，如图1C所示的滤光器涂层部分110可以通过在基板120上沉积H层130然后在H层130上沉积L层140来制造。然后可以在L层140上沉积O层135，并且然后可以在O层135上沉积第二H层130。这可以重复直到沉积所需数量的层。在一些情况下，在层130、135、140、145等中的一个或多个上可以存在其他材料。例如，在沉积工艺期间，用于形成沉积层的材料可以渗入下层。
在一些实施方式中，虽然可以在制造过程中沉积特定材料，但是滤光器涂层部分110的最终组成可以与所沉积的组成不同。例如，Si:H的第一H层130可以沉积在基板120上。SiO2的第一O层135可以沉积在Si:H的第一H层130上。Ta2O5的第一L层140可以沉积在SiO2的第一O层上。Si:H的第二H层130可以沉积在Ta2O5的第一L层140上。SiO2的第二O层135可以沉积在Si:H的第二H层130上。Ta2O5的第二L层140可以沉积在SiO2的第二O层135上。因此，最终的滤光器涂层部分110可以呈现出其沉积的方式：基板-Si:H-SiO2-Ta2O5-Si:H-SiO2-Ta2O5。然而，在一些实施方式中，O层135可以表现为过渡层(例如，基板-Si:H-SiOx-Ta2O5-Si:H-SiOx-Ta2O5，其中0<x<2，例如SiO1.3、SiO1.7等)。在一些实施方式中，O层135可以不是相同的材料(例如，第一O层135可以是SiO2并且第二O层135可以是SiO1.3)。另外或替代地，H层130中的一个或多个可以包括氧或氧基材料(例如SiOH、SiGeOH、SiGeO等)。另外或可选地，最终滤光器涂层部分110可以包括沉积在基板上的第一Si:H层、沉积在第一Si:H层上的第一SiO2层、沉积在第一SiO2层上的第一Ta2O5层、沉积在第一Ta2O5层上的第二Si:H层、沉积在第二Si:H层上的第二SiO2层、沉积在第二SiO2层上的第二Ta2O5层以及沉积在第二Ta2O5层上的第三SiO2层。
在一些实施方式中，滤光器涂层部分110可以使用溅射工序制造。例如，滤光器涂层部分110可以使用基于脉冲磁控管的溅射工序来制造，以在基板120上溅射层130、135、140和/或145，基板120可以是玻璃基板或另一种类型的基板。在一些实施方式中，多个阴极可以用于溅射工序，例如第一阴极溅射硅和第二阴极溅射锗。在这种情况下，多个阴极可以与第一阴极相对于第二阴极的倾角相关联，该倾角被选择以确保锗相对于硅的特定浓度，如上所述。在一些实施方式中，可以在溅射工序期间添加氢气流以氢化硅或硅-锗。类似地，可以在溅射工序中加入氮气流以氮化硅或硅-锗。在一些实施方式中，滤光器涂层部分110可以使用一个或多个退火工序进行退火，例如在约280摄氏度或约200摄氏度至约400摄氏度之间的温度下的第一退火工序，在约320摄氏度或约250摄氏度至约350摄氏度之间的第二退火工序等。在一些实施方式中，滤光器涂层部分110可以使用从靶涂覆的SiGe:H来制造，如关于图1A-1D所述。例如，可以溅射具有选定硅锗比的SiGe化合物靶以制造具有特定硅锗比的滤光器涂层部分110。
在一些实施方式中，滤光器涂层部分110可以与引起相对于由另一种类型的滤光器引起的角度偏移减小的角度偏移相关联。例如，基于相对于L层140的折射率的H层130的折射率，滤光器涂层部分110可以导致相对于具有另一种类型的高折射率材料的另一种类型的滤光器的减小的角度偏移。
在一些实施方式中，滤光器涂层部分110附接到基板，例如基板120。例如，滤光器涂层部分110可以附接到玻璃基板或另一种类型的基板。另外或替代地，滤光器涂层部分110可以直接涂覆到检测器上或涂覆到包括检测器阵列的一组硅晶片上(例如，使用光刻、剥离工艺等)。在一些实施方式中，滤光器涂层部分110可以与入射介质相关联。例如，滤光器涂层部分110可以与作为入射介质的空气介质或玻璃介质相关联。在一些实施方式中，滤光器100、100'、100"可以设置在一组棱镜之间。在另一个示例中，可以使用另一种入射介质，例如透明环氧树脂，和/或可以使用另一种基板，例如聚合物基板(例如，聚碳酸酯基板、环烯烃共聚物(COP)基板等)。
在一些实施方式中，滤光器100、100'、100"可以是具有大于90％的透射率水平的透射通带的干涉滤光器。对于与透射率水平相关的透射通带，透射通带定义为最低波长处的透射率大于90％的低波长边界和最高波长处的透射率低于90％的高波长边界。在一些示例中，透射通带可具有大于90％、大于94％或大于95％的平均透射率。例如，通带中的平均透射率可以大于94％，并且通带中的峰值透射率可以大于97％，这可以取决于波长范围(例如，上述值可以适用于大于约840nm的波长，上述值在较短波长处可以低约2％，并且SiGe:H也可以具有更低的透射率)。
在一些实施方式中，滤光器100、100'、100"可以在400nm至1100nm的波长范围内或在300nm至1100nm的波长范围内提供通带外的阻挡(例如，通带一侧或两侧的阻带)。在一些实施方式中，滤光器100、100'、100"可以在400nm至1100nm的波长范围内具有大于光密度2(OD2)的阻带内的阻挡水平，在300nm至1100nm的波长范围内具有大于光密度3(OD3)阻带内的阻挡水平，或在300nm至1100nm的波长范围内具有大于光密度4(OD4)的阻挡水平。在一些示例中，滤光器100、100'、100"可以在400nm至800nm的范围内提供大于OD2的阻挡水平或在400nm至800nm的范围内提供大于OD3的阻挡水平。对于与阻挡水平相关的阻带，通带以下波长处的阻带由阻挡水平大于指定OD水平(例如OD2或OD3)的最高波长的高波长边界定义，通带以上波长处的阻带由阻挡水平大于指定的OD水平(例如，OD2或OD3)的最低波长定义。在一些示例中，阻带具有大于OD2或OD3的平均阻挡水平。在一些示例中，滤光器100、100'、100"可以提供在400nm至800nm的范围内OD2的平均阻挡水平，或大于OD4，或在400nm至800nm的范围内OD3的平均阻挡水平。
在一些情况下，滤光器100、100'、100"可以是长波长通边缘滤波器，并且通带具有在800nm至1100nm波长范围内的边缘波长。然而，在大多数情况下，滤光器100、100'、100"是带通滤波器，例如窄带通滤波器。通常，通带的中心波长在800nm至1100nm的波长范围内。通带的半最大全宽(FWHM)小于60nm。在一些示例中，通带可以具有小于55nm、小于50nm或小于45nm的FWHM。整个通带可以在800nm至1100nm的波长范围内。在一些示例中，FWHM可取决于各种因素，包括应用、光源热管理、滤光器100、100'、100"的设计、角度范围等。例如，在5nm处，热控装置可以在窄角度范围内工作，光源和滤光器100、100'、100"具有满足阈值(例如，小于1nm)的制造公差。在另一个示例中，在120nm处，装置可以具有随光源波长的高的温度变化的光源，并且可以在大温度范围(例如，从负40°到120°摄氏度)上工作用于大的接受角度。在这种情况下，光源可以具有更灵活的制造公差(例如，+/-10nm)。在本文所述的一些实施方式中，通带可被定义为包括透射水平大于90％、大于94％、大于95％等的波长。然而，应当理解，在其他示例中，可以存在通带的另一个合适的定义。此外，在本文所述的一些实施方式中，阻带可被定义为包括透射水平大于OD2、大于OD3、大于OD4等的波长。然而，应当理解，在其他示例中，可以存在阻带的另一个合适的定义。
在一些实施方式中，滤光器100、100'、100"可以随着入射角的变化而具有低的中心波长偏移。随着入射角从0°到30°的变化，通带的CWL在幅度上的偏移小于20nm。在一些示例中，随着入射角从0°到30°的变化，通带的CWL可以在幅度上偏移小于15nm。随着入射角从0°到30°的变化，通带的CWL在幅度上的偏移在20nm至6nm之间。随着入射角从0°到30°的变化，通带的CWL在幅度上的偏移小于12nm。随着入射角从0°到30°的变化，通带的CWL在幅度上的偏移在12nm至6nm之间。
如上所述，图1A-1C仅作为一个或多个示例提供。其他示例可以与关于图1A-1C所描述的不同。
图2A-2D是与本文描述的一个或多个示例性实施方式相关的一组材料的光学特性和/或机械特性的一个或多个示例的图。
如图2A所示，并且通过图表200，具有如上参照图1A-1C所示和/或所描述的配置的滤光器，其中H层130包括Si:H作为高折射率材料并且L层140包括Ta2O5作为低折射率材料(例如，具有第二顺序间隔层)的设计相对于其中H层130包括Si:H作为高折射率材料并且L层140包括SiO2作为低折射率材料的设计可以实现较低的角度偏移。例如，图2A示出了显示作为六种不同设计的波长的函数的透射百分比的图。特别是，图2A中所示的各幅图包括其中L层140包括SiO2作为低折射率材料的三种设计，其具有包括Si:H的第一顺序间隔层、第二顺序间隔层和第三顺序间隔层；以及包括其中O层135和P层145包括氧化物例如氧化硅(任何浓度)(例如SiOx，其中0<x<2)、二氧化硅(SiO2)的三种设计；还包括其中L层140包括Ta2O5作为低折射率材料的三种设计，其具有包括Si:H的第一顺序间隔层、第二顺序间隔层和第三顺序间隔层。如图所示，所有设计在0度的AOI下都具有基本相似的性能。
如图2B所示，并且通过图表210，具有如上参照图1A-1C所示和/或所描述的配置的滤光器的厚度(以nm计)可取决于用于L层140中的低折射率材料的材料。例如，如上文参照图2A所述，SiO2和Ta2O5具有在0度的AOI下提供基本相似性能的带通。然而，如图表210所示，使用Ta2O5作为L层140(或其他反射层)中的低折射率材料和/或包括诸如氧化硅(任何浓度)(例如SiOx，其中0<x<2)或二氧化硅(SiO2)的过渡层，相对于使用SiO2作为低折射率材料而不管间隔层顺序如何的设计，增加了整体设计厚度。例如，包含Ta2O5的设计的物理厚度大于3500nm，包含SiO2的设计对于第一顺序间隔层的物理厚度小于3250nm，包含Ta2O5的设计的物理厚度大于4000nm，包含SiO2的设计对于第二顺序间隔层的物理厚度约为3600nm，包含Ta2O5的设计的物理厚度接近4500nm，包含SiO2的设计对于第三顺序间隔层的物理厚度约为4000nm。通常，包含Ta2O5的设计可以会增加整体设计厚度，因为Si:H和Ta2O5之间的指数比低于Si:H和SiO2的指数比。
如图2C所示，并且通过图表220，对于低折射率材料使用Ta2O5可以减少中心波长(CWL)的不希望的下移以增加AOI。例如，图表220示出了在不同带通间隔层顺序下包含Ta2O5的设计和包含SiO2的设计的CWL偏移(以nm为单位)的比较。如图所示，与包含SiO2的设计相比，包含Ta2O5的设计在任何带通间隔层顺序的CWL下移通常较小，因为Ta2O5的折射率高于SiO2。因此，在具有如上参照图1A-1C所示和/或所描述的配置的滤光器中，在L层140中使用具有相对较高折射率的材料(例如，Ta2O5而不是SiO2)通常可以减小带通角度偏移。
如图2D所示，并且通过图表230，对于低折射率材料使用Ta2O5可以降低涂层(例如，涂层180)施加到基板(例如，基板120)上的不希望的应力。例如，图表230示出了从基于涂层中使用的是Ta2O5还是SiO2的带通涂层施加的总应力(以兆帕(MPa)为单位)的比较。如图所示，相对于包含SiO2的设计而言，在任何带通间隔层顺序下，包含Ta2O5的设计的总施加应力通常较小，因为磁控溅射Ta2O5施加的应力显著低于磁控溅射SiO2施加的应力。因此，在具有如上参照图1A-1C所示和/或所描述的配置的滤光器中，使用具有相对较低应力的材料可以降低施加到基板的应力。
以这种方式，用具有较高折射率的材料(Ta2O5)代替具有较低折射率的材料(例如，SiO2)通常可以减少带通角度偏移，这可以允许(更薄的)更低顺序的间隔层被使用。例如，如图2B所示，包含Ta2O5的第一顺序间隔层可以具有与包含SiO2的第二顺序间隔层相似的厚度，并且包含Ta2O5的第二顺序间隔层可以具有与包含SiO2的第三顺序间隔层相似的厚度。此外，如图2C所示，包含Ta2O5的第一顺序间隔层可以具有与包含SiO2的第二顺序间隔层相似的角度偏移，并且包含Ta2O5的第二顺序间隔层可以具有与包含SiO2的第三顺序间隔层相似的角度偏移。如图2D进一步所示，从包含SiO2的第二顺序间隔层移动到包含Ta2O5的第一顺序间隔层导致较低的应力(同时提供类似的角度偏移和类似的厚度)，并且从包含SiO2的第三顺序间隔层移动到包含Ta2O5的第二顺序间隔层同样导致较低的应力。以这种方式，通过使用具有更高折射率的材料，可以减小由间隔层厚度施加到基板上的应力，同时仍然实现类似的角度偏移。例如，虽然前面的描述提到了用诸如Ta2O5的较高折射率材料代替具有较低折射率的材料(例如，SiO2)的好处，但可以用具有比SiO2更高的折射率的其他材料(例如Nb2O5、TiO2等)来实现类似的好处。
在一些实施方式中，在具有Si:H和Ta2O5的带通设计中，Si:H和Ta2O5界面处的吸收导致较低的透射百分比。在Si:H和Ta2O5之间添加紧密结合氧(例如，SiO2、Al2O3等)的非常薄的材料层可以防止降低透射百分比的界面吸收。此外或替代地，在Si:H和Ta2O5之间添加不与氧反应的非常薄的层(例如，亚硝酸铝、Si3N4等)可以防止降低透射百分比的界面吸收。以这种方式，可以减少界面吸收，增加透射百分比，而不必对添加在Si:H和Ta2O5之间的薄层进行严格控制，因为薄层在整体设计厚度中所占的比例很小。此外，对于可以受益于低透射带和高透射T带之间更锐的过渡但由于应力限制而无法容纳更厚涂层的滤光器，使用低应力方法可以允许使用更多的Fabry-Perot腔，这可以在不超过应力极限的情况下，锐化低透射带和高透射T带之间的过渡。
以这种方式，可以选择用于L层140的特定材料以降低带通涂层中的应力，这使得晶片更不容易翘曲并且因此更容易在分割之前处理。否则，如果需要较少的翘曲，则晶片背面需要额外的应力平衡涂层，这会增加成本并增加晶片在处理过程中破裂的可能性。此外，如果带通涂层中的应力较小，则可以使用更薄的基板来制造滤光器，这允许使用更薄的滤光器使传感器系统更薄，并且更薄的滤光器在组装过程中具有更大的灵活性，并且不太可能部件接触，这可以导致损坏、性能下降等。此外，在不超过应力容限的情况下，可以使用更多的腔来锐化过渡，这可以导致更好的信噪比，并且带通涂层中较低的角度偏移可以在相同的光学角度下实现更窄的带宽和更好的信噪比。
如上所述，图2A-2D仅作为一个或多个示例提供。其他示例可以与关于图2A-2D所描述的不同。
图3A-3D是用于制造本文所述的一个或多个示例性实施方式的溅射沉积系统的一个或多个示例300的图。
如图3A所示，示例的溅射沉积系统可以包括真空室310、基板320、阴极330、靶331、阴极电源340、阳极350、等离子体激活源(PAS)360和PAS电源370。靶331可以包括硅材料、基于特定浓度的光学特性选择的特定浓度的硅-锗材料等。在另一个示例中，阴极330的角度可以被配置为使得特定浓度的硅和/或硅-锗被溅射到基板320上，如本文所述。PAS电源370可以用于为PAS360供电并且可以包括射频(RF)电源。阴极电源340可以用于为阴极330供电并且可以包括脉冲直流(DC)电源。在这种情况下，溅射沉积系统可以通过DC溅射使一层或多层溅射到基板320上。
如图3A所示，靶331可以在氢气(H2)以及惰性气体(例如氩气)存在下溅射，以沉积氢化硅(Si:H)材料、氢化硅-锗(SiGe:H)材料等作为基板320上的层。惰性气体可以通过阳极350和/或PAS360提供到腔室中。氢气通过用于激活氢气的PAS360被引入真空室310。另外或替代地，阴极330可以引起氢活化，在这种情况下可以从另一部分真空室310引入氢，或者阳极350可以引起氢活化，在这种情况下阳极350可以将氢引入真空室310中。在一些实施方式中，氢可以采用氢气、氢气和稀有气体(例如氩气)的混合物等形式。PAS360可以位于阴极330的阈值附近，允许来自PAS360的等离子体和来自阴极330的等离子体重叠。PAS360的使用可以允许Si:H和/或SiGe:H层以相对高的沉积速率沉积。在一些实施方式中，Si:H和/或SiGe:H层以约0.05nm/s至约2.0nm/s的沉积速率、以约0.5nm/s至约1.2nm/s的沉积速率沉积、以约0.8nms的沉积速率等沉积。
尽管本文根据特定几何形状和特定实施方式描述了溅射过程，但其他几何形状和其他实施方式也是可以的。例如，氢气可以从另一个方向、从靠近阴极330的阈值处的气体歧管等注入。
如图3B-3C所示，类似的溅射沉积系统包括真空室310、基板320、第一阴极380、第二阴极390、第一靶381、第二靶391、阴极电源340、阳极350、PAS360和PAS电源370。在这种情况下，第一靶381可以是硅靶并且第二靶391可以是锗靶。因此，如本文所述，第一靶381可称为硅靶381，而第二靶391可称为锗靶391。然而，应当理解，第一靶381和/或第二靶391可以由其他合适的材料制成以形成高折射率材料层。
如图3B所示，硅靶381相对于基板320以大约0度取向(例如，大约平行于基板320)，并且锗靶391相对于基板320以大约120度取向。在这种情况下，硅和锗分别由阴极380和阴极390从硅靶381和锗靶391溅射到基板320上。
如图3C所示，在类似的溅射沉积系统中，硅靶381和锗靶391各自相对于基板320以大约60度取向，并且硅和锗分别由阴极380和阴极390从硅靶381和锗靶391溅射到基板320上。
如图3D所示，在类似的溅射沉积系统中，硅靶381相对于基板320以大约120度取向，并且锗靶391相对于基板320以大约0度取向。在这种情况下，硅和锗分别由阴极380和阴极390从硅靶381和锗靶391溅射到基板320上。
关于图3A-3D，硅溅射沉积系统中组分的每个配置可导致硅、硅和锗等的不同相对浓度。尽管本文根据组分的不同配置进行了描述，但是也可以使用不同的材料、不同的制造工艺等来实现硅和锗的不同相对浓度。
如上所述，图3A-3D仅作为一个或多个示例提供。其他示例可以与关于图3A-3D所描述的不同。
图4A-4B是与本文描述的一个或多个示例性实施方式相关的一组材料的光学特性的一个或多个示例的图。
如图4A所示，并且通过图表410，例如对于SiGe层(例如，用于滤光器中的SiGe:H层)确定一组特性。通常，阴极溅射硅的阴极角的增加可对应于滤光器中相对于硅含量增加的锗含量，如关于图3B-3D进一步详细描述的。例如，对于以30度沉积的滤光器的高折射率层，高折射率层可以与约7.5％的锗含量相关联。类似地，对于以35度的沉积，滤光器可以与约22％的锗含量相关联，并且对于以50度的沉积，滤光器可以与约90％的锗含量相关联。
如图4A中进一步所示，并且通过图表410，基于执行溅射以溅射材料以形成一组高折射率材料层的阴极角(以度为单位)，为该组层提供950nm波长处的折射率n。如图所示，对于硅锗(SiGe)和退火硅锗(SiGe-280C)(例如，已在280摄氏度(C)下执行退火工序的硅锗)，阴极角的增加对应于折射率的增加。此外，包括锗的硅层的折射率大于不含锗的硅层的折射率，例如硅(Si)基滤光器和退火硅(Si-280C)基滤光器，从而提高包括SiGe层的滤光器的性能。
如图4B所示，并且通过图表420，为一组高折射率材料层确定另一组光学特性。如图所示，可以根据用于高折射率材料层的材料类型和用于沉积高折射率层的溅射工序中的阴极角来确定在950nm波长处的吸收。例如，增加的锗含量(例如，增加的阴极角)通常与增加的吸收(或损失)有关。然而，相对于未退火的SiGe而言，退火的SiGe(SiGe-280C)与滤光器的吸收降低有关，该滤光器与相似的阴极角相关联。例如，退火的SiGe可以在对应于满足用于滤光器的低角度偏移的折射率阈值的折射率的阴极角处，与满足用于滤光器的吸收阈值的损耗值相关联。以此方式，退火SiGe(或SiGe:H)可允许SiGe(或SiGe:H)用作具有相对高折射率且不会过度吸收NIR光的低角度偏移涂层。
如上所述，图4A和4B仅作为一个或多个示例提供。其他示例可以与关于图4A和4B所描述的不同。
图5A-5B是与本文描述的一个或多个实施方式相关的一组材料的特性的一个或多个示例的图。
如图5A所示，并且通过图表510，为一组高折射率材料层确定一组机械特性。如图所示，可以确定与用于高折射率材料层的材料类型和用于沉积高折射率材料层的溅射工序的阴极角相关的应力值(以兆帕(MPa)为单位)。由于溅射工序，应力值可以是高折射率材料层上的压应力。例如，增加的锗含量(例如，增加的阴极角)与降低的SiGe层应力相关。如图所示，在类似的阴极角处，相对于未退火的SiGe，退火的SiGe与降低的应力值相关联。例如，退火的SiGe可以在对应于满足用于滤光器的折射率阈值的折射率的阴极角处，与满足用于滤光器的应力阈值的应力值相关联。当制造工序包括将晶片切割成用于多个滤光器的多个部分时，降低的应力值可以降低制造难度。此外，相对于具有更大应力值的另一种类型的材料，降低的应力值可以允许减小厚度的基板。这样，对SiGe(或SiGe:H)进行退火可以使SiGe(或SiGe:H)用作具有较高折射率且没有过大应力值的低角度偏移涂层，从而提高滤光器的可制造性，并且相对于未退火滤光器，尤其是与使用纯硅的滤光器相比，减小滤光器的厚度。
如图5B所示，并且通过图表520，为一组中心在950nm波长处的带通滤波器确定一组光学特性。如图所示，第一滤光器和第二滤光器的透射率百分比是根据退火的利用和光的波长确定的。例如，在图5B中，参考标记522可以对应于第一滤光器并且参考标记524可以对应于第二滤光器，它们中的每一个可以与大体相似的参数相关联(例如，一组4个腔，3.1微米的厚度，一组包括SiGe的高折射率层，一组包括二氧化硅(SiO2)的低折射率层，在第二面上没有抗反射涂层以及47.5度的阴极角(例如，对于一组高折射率层，这可对应于大约80％的锗)。然而，在图5B中，参考标记522可以对应于其中使用退火形成一个或多个高折射率层的第一滤光器，并且参考标记524可以对应于其中未使用退火的第二滤光器。
因此，如图5B所示，并且通过参考标记522和524，相对于未对滤光器使用退火，使用退火将约950nm处的透射率提高了约7％(例如，在约950nm处大于80％或约85％)。例如，如参考标记524所示，当不使用退火时，约950nm处的透射率可以小于80％。以此方式，相对于未退火的滤光器，退火SiGe(或SiGe:H)可允许SiGe(或SiGe:H)用作具有改善的透射率的低角度偏移涂层。在另一个示例中，相对于没有抗反射涂层的第一滤光器，包括抗反射涂层(例如，在滤光器的背面上)可以将透射率额外提高约5％。
虽然图5B示出了与第一滤光器和第二滤光器的一组特定特性有关的示例，本文描述的其他示例可以通过针对滤光器的其他特性的退火来展示类似的改进性能。
虽然图5B示出了与带通滤波器的光学特性相关的示例，类似地改进的光学特性可以与短波通滤波器、长波通滤波器、抗反射涂层、非偏振分束器、偏振分束器、介质反射器、多带通滤波器、陷波滤波器、多陷波滤波器、中性密度滤波器等相关联。
如上所述，图5A和5B仅作为一个或多个示例提供。其他示例可以与关于图5A和5B所描述的不同。
图6A-6C是与本文描述的一个或多个示例性实施方式相关的一组材料的特性的一个或多个示例600的图。
如图6A所示，并且通过图表610，示出了一组滤光器的一组光学特性，该组滤光器包括氢化硅(Si:H)基滤光器和氢化硅-锗(SiGe:H)基滤光器。在这种情况下，该组滤光器可利用二氧化硅(SiO2)作为低折射率材料。如图所示，确定该组滤光器在一组波长处的透射率百分比。在这种情况下，SiGe:H滤光器与950nm处的折射率3.871相关联，而Si:H滤光器与950nm处的折射率3.740相关联。由于SiGe:H滤光器具有比Si:H滤光器更高的折射率，SiGe:H滤光器可以与减小的物理厚度相关联。例如，Si:H滤光器可以与6.3微米的厚度相关联，而SiGe:H滤光器可以与5.4微米的厚度相关联。此外，SiGe:H滤光器可以与更高的阻挡效率相关联(例如，SiGe:H滤光器可以比Si:H滤光器在约700nm处吸收更多，导致减少的四分之一波长叠层涂层阻挡包括700nm的波长范围)。
如图6B所示，图表620示出了在950nm到1000nm的波长范围内的图表610的一部分。如图表620所示，Si:H滤光器在0度到30度的入射角(AOI)的角度偏移显示为16.5nm，而SiGe:H滤光器在0度到30度的入射角的角度偏移为13.0nm。在这种情况下，SiGe:H滤光器相对于Si:H滤光器显示出具有减小的角度偏移，从而提高了光学性能。
如图6C所示，并且通过图表630，示出了Si:H滤光器和SiGe:H滤光器(例如图1A-1C的滤光器)的设计和一组光学特性。如图所示，该组滤光器与200mm至300mm的基板尺寸和0.15mm至0.7mm的基板厚度相关联。对于每个晶片尺寸和晶片厚度，SiGe:H滤光器与相对于Si:H滤光器的基板偏转减少相关。这样，提高了滤光器的耐用性和可制造性。此外，基于降低应力值，基于相对于具有较高应力值的其他基板设计降低断裂的可能性，相对于其他基板设计的类似基板厚度可以增加基板尺寸。
如上所述，图6A-6C仅作为一个或多个示例提供。其他示例可以不同于关于图6A-6C所描述的。
图7A-7B是本文描述的一个或多个示例性实施方式700的图。如图7A所示，示例性实施方式700可以包括传感器系统710。传感器系统710可以是光学系统的一部分，并且可以提供对应于传感器测定的电输出。传感器系统710包括滤光器结构720，其包括滤光器730和光学传感器740。例如，滤光器结构720可以包括执行带通滤波功能的滤光器730或另一种类型的滤光器。传感器系统710包括向靶760(例如人、对象等)发射光信号的光学发射器750。
尽管本文可以根据传感器系统中的滤光器来描述实施方式，但是本文描述的实施方式可以用在另一种类型的系统中，可以在传感器系统的外部使用，等等。在一些实施方式中，滤光器730可以对光执行偏振分束功能。例如，滤光器730可以反射具有第一偏振的光的第一部分并且可以在期望第二偏振被光学传感器740接收时穿过具有第二偏振的光的第二部分，如本文所述。此外或替代地，滤光器730可以对光执行反向偏振分束功能(例如，光束组合)。
如图7A进一步所示，并通过参考标记770，输入光信号被导向滤光器结构720。输入光信号可以包括由光学发射器750发射的NIR光和来自其中使用传感器系统710的环境的环境光。例如，当滤光器730是带通滤光器时，光学发射器750可以将近红外(NIR)光导向用户以用于手势识别系统(例如，由靶760执行的手势)，并且NIR光可以从靶760(例如用户)被反射向光学传感器740，以允许光学传感器740执行NIR光的测量。在这种情况下，环境光可以从一个或多个环境光源(例如灯泡或太阳)被导向光学传感器740。在另一个示例中，多个光束可以被导向靶760，并且多个光束的一个子集可以被反射向滤光器结构720，该滤光器结构720可以相对于光学传感器740以倾斜角设置，如图所示。在一些实施方式中，可以使用另一倾斜角(例如，带通滤波器的0度倾斜角)。在一些实施方式中，滤光器结构720可以直接布置和/或形成在光学传感器740上，而不是布置在距光学传感器740一定距离处。例如，可以使用例如光刻法将滤光器结构720涂覆并图案化到光学传感器740上。在一些示例中，滤光器结构720可以包括上述滤光器100、100'、100”的任何元件，包括基板120、涂层180等。在另一个示例中，光学发射器750可以将NIR光导向另一种类型的靶760，例如用于检测靠近车辆的对象、检测靠近盲人的对象、检测对对象的靠近(例如使用LIDAR技术)等，并且NIR光和环境光因此可以被导向光学传感器740。
如图7A进一步所示，并且通过参考标记780，光信号的一部分通过滤光器730和滤光器结构720。例如，滤光器730可以包括上述滤光器100、100'、100”的滤光器涂层部分110中的任一个，并且可以使光的第一偏振在第一方向上反射。在这种情况下，滤光器730阻挡输入光信号的可见光而不会过度阻挡NIR光，并且不会随着输入光信号的入射角的增加而引入过度的角度偏移。
如图7A进一步所示，并且通过参考标记790，基于被传递到光学传感器740的光信号的部分，光学传感器740可以为传感器系统710提供输出电信号，例如用于识别用户的手势或检测对象的存在。在一些实施方式中，可以利用滤光器730和光学传感器740的另一种布置。例如，不是使光信号的第二部分与输入光信号共线地通过，而是滤光器730可以将光信号的第二部分在另一个方向上导向不同位置的光学传感器740。在另一个示例中，光学传感器740可以是雪崩光电二极管、铟镓砷(InGaAs)检测器、红外检测器等。
如图7B所示，类似的示例性实施方式700可以包括传感器系统710、滤光器结构720、滤光器730、光学传感器740、光学发射器750和靶760。图7B示出了包括如本文所述的滤光器730的特定示例性实施方式700。
光学发射器750以在800nm至1100nm的波长范围内的发射波长发射光。光学发射器750发射调制光(例如光脉冲)。光学发射器750可以是发光二极管(LED)、LED阵列、激光二极管或激光二极管阵列。光学发射器750向靶760发射光，靶760将发射的光反射回传感器系统710。当传感器系统710是手势识别系统时，靶760是手势识别系统的用户。传感器系统710还可以是接近传感器系统、三维(3D)成像系统、距离感测系统、深度传感器和/或其他合适的传感器系统。
滤光器730被设置为接收被靶760反射后的发射光。滤光器730具有包括发射波长并且至少部分地与800nm至1100nm的波长范围重叠的通带。滤光器730是带通滤波器，例如窄带通滤波器。滤光器730透射来自光学发射器750的发射光，同时基本上阻挡环境光。
光学传感器740被设置为接收被滤光器730透射后的发射光。在一些实施方式中，滤光器730直接形成在光学传感器740上。例如，可以在晶片级处理(WLP)中在传感器(例如接近传感器)上涂覆和图案化(例如通过光刻)滤光器730。
当传感器系统710是接近传感器系统时，光学传感器740是接近传感器，其检测发射光以感测靶760的接近。当传感器系统710是3D成像系统或手势识别系统时，光学传感器740是3D图像传感器(例如，电荷耦合器件(CCD)芯片或互补金属氧化物半导体(CMOS)芯片)，其检测发射光以提供靶760的3D图像，靶760例如是用户。3D图像传感器将光学信息转换为电信号，由处理系统(例如，专用集成电路(ASIC)芯片或数字信号处理器(DSP)芯片)进行处理。例如，当传感器系统710是手势识别系统时，处理系统处理用户的3D图像以识别用户的手势。
如上所述，图7A-7B仅作为一个或多个示例提供。其他示例可以与关于图7A-7B所描述的不同。
以此种方式，一组氢化硅(Si：FI)层、一组SiGe基层、一组氢化SiGe(SiGe:H)层等可以用作高折射率材料用于一种滤光器的滤光器涂层，以提供可见光的带外阻挡、NIR光的透射和/或相对于用于一组高折射率层的另一种类型的材料具有减小的角度偏移的光的过滤。此外，基于使用Si:H、SiGe、SiGe:H等和/或退火工序，相对于另一种类型的材料，改进了带外阻挡和带内透射。
图8A显示了800nm至1120nm波长处的折射率相对于沉积态Si:H层的氢气流速的曲线图。如图所示，折射率通常随着氢气流速的增加而降低。通常，折射率随氢气流速近似呈线性变化。特别是，在80nm至1120nm的波长范围内，以每分钟80标准立方厘米(sccm)的氢气流速产生的Si:H层的折射率大于3.55。在一些实施方式中，折射率在800nm处大于3.65、大于3.7、大于3.75和在800nm处约为3.8。
图8B显示了800nm至880nm波长下的消光系数对沉积态Si:H层的氢气流速的曲线图(在920nm至1120nm波长下吸收系数小于0.0001)。消光系数(例如吸收系数)通常随着氢气流速的增加而降低。通常，消光系数随氢气流速近似呈指数变化。特别地，在800nm至1120nm的波长范围内，以80sccm的氢气流速产生的氢化硅层的消光系数小于0.0004。
如上所述，图8A-8B仅作为一个或多个示例提供。其他示例可以与关于图8A-8B所描述的不同。
图9是本文描述的滤光器的透射光谱的示例900的图。例如，图9示出了与交替的SiO2和Si:H的示例性两种材料的叠层的透射光谱相比的各种示例性三种材料的叠层的透射光谱，其由参考标记910示出。为了制造对应于参考标记920的三种材料的叠层，可以如图1A所示沉积这些层。例如，O层135可以沉积为3nm的SiO2层，H层130可以沉积为Si:H层，L层140可以沉积为Ta2O5层，并且可以在每个Si:H层之前沉积SiO2层。然而，如上所述，对应于参考标记120的示例叠层的深度分析可以包括过滤器选项，该过滤器选项包括SiOH和/或SiOx，其中0<x<2。这些层可以不会表现为三个不同的层，而是表现为从Si:H到Ta2O5的过渡。
为了制造对应于参考标记930的三种材料的叠层，可以如图1B所示沉积这些层。在这种情况下，O层135和P层145可以沉积为3nm的SiO2层，H层130可以沉积为Si:H层，L层可以沉积为Ta2O5层，由此SiO2层可以在每个Si:H层之前和之后沉积。然而，如上所述，对应于参考标记930的示例叠层的深度分析可以包括过滤器选项，该过滤器选项包括SiOH和/或SiOx，其中0<x<2。示例包括基板-Si:H-SiO2-Ta2O5-SiO2-Si:H-SiO2-Ta2O5-SiO2；基板-Si:H-SiOx-Ta2O5-SiOx-Si:H-SiOx-Ta2O5；基板-SiOH-SiOx-Ta2O5-SiOx-SiOH-SiOx-Ta2O5，或它们的组合，其中对于每个O层135和/或P层145，x可以不相等并且0<x<2(例如，SiO1.3、SiO1.7、Si等)。这些层可以不表现为四个不同的层，而是表现为从Si:H到Ta2O5的过渡。
为了制造对应于参考标记940的三种材料的叠层，可以如图1A所示沉积这些层。例如，O层135可以沉积为6nm的SiO2层，H层130可以沉积为Si:H层，L层140可以沉积为Ta2O5层，并且可以在每个Si:H层之前沉积SiO2层。然而，如上所述，对应于参考标记940的示例叠层的深度分析可以包括过滤器选项，该过滤器选项包括SiOH和/或SiOx，其中0<x<2。这些层可以不表现为三个不同的层，而是表现为从Si:H到Ta2O5的过渡。
为了制造对应于参考标记950的三种材料的叠层，可以如图1B所示沉积这些层。在这种情况下，O层135和P层145可以沉积为6nm的SiO2层，H层130可以沉积为Si:H层，L层140可以沉积为Ta2O5层，由此SiO2层可以在每个Si:H层之前和之后沉积。然而，如上所述，对应于参考标记950的示例叠层的深度分析可以包括过滤器选项，该过滤器选项包括SiOH和/或SiOx，其中0<x<2。示例包括基板-Si:H-SiO2-Ta2O5-SiO2-Si:H-SiO2-Ta2O5-SiO2；基板-Si:H-SiOx-Ta2O5-SiOx-Si:H-SiOx-Ta2O5；基板-SiOH-SiOx-Ta2O5-SiOx-SiOH-SiOx-Ta2O5，或它们的组合，其中对于每个O层135和/或P层145，x可以不相等，并且0<x<2(例如，SiO1.3、SiO1.7、Si等)。这些层可以不表现为四个不同的层，而是表现为从Si:H到Ta2O5的过渡。
为了制造对应于参考标记960的三种材料的叠层，Si:H和Ta2O5层可以交替沉积(例如，没有任何SiO2层)。然而，如上所述，对应于参考标记960的示例叠层的深度分析可以包括过滤器选项，该过滤器选项包括SiOH和/或Ta2OY，其中0<Y<5。这些层可以不表现为两个不同的层，而是表现为从Si:H到Ta2O5的过渡。
为了制造对应于参考标记970的三种材料的叠层，可以如图1C所示沉积这些层。例如，O层135可以沉积为3nm的SiO2层，H层130可以沉积为Si:H层，L层140可以沉积为Ta2O5层，并且可以在每次沉积Si:H层之后沉积SiO2层。然而，如上所述，对应于参考标记970的示例叠层的深度分析可以包括过滤器选项，该过滤器选项包括SiOH和/或SiOx，其中0<x<2。这些层可以不表现为三个不同的层，而是表现为从Si:H到Ta2O5的过渡。示例包括基板-Si:H-Ta2O5-SiO2-Si:H-Ta2O5-SiO2；基板-Si:H-Ta2O5-SiOx-Si:H-Ta2OY；基板-SiOH-Ta2O5-SiOx-SiOH-Ta2OY，或它们的组合，其中对于每个O层435，x可以不相等并且0<x<2(例如SiO1.3、SiO1.7、Si等)，对于每个L层140Y可以不相等，并且0<Y<5。
在上面提供的各种示例中，在结构包括排列为Si:H-SiO2-Ta2O5-SiO2-Si:H等的层的情况下，SiOx可以用作Si:H层和SiO2层之间的界面处的过渡材料，例如从Si:H层到SiO2层、从SiO2层到Si:H层等。此外，在结构包括排列为Si:H-SiO2-Ta2O5等的层的情况下，SiOx可以用作Si:H层和SiO2层之间的一个或多个界面处的过渡材料，顶部SiOx部分可以更少而不是完全氧化，并且仅氧化足以防止硅基层从Ta2O5层吸收氧的量。此外，如上所述，在结构包括排列为Si:H-Ta2O5-Si:H等的层的情况下，可以存在从Si:H到Ta2O5的一种或多种过渡材料、从Ta2O5到Si:H的一种或多种过渡材料等。
如上所述，图9仅作为一个或多个示例提供。其他示例可以与关于图9所描述的不同。
前述公开提供了说明和描述，但并非旨在穷举或将实施方式限制为所公开的精确形式。根据上述公开内容可以进行修改和变化，或者可以从实施方式的实践中获得。
在此结合阈值描述了一些实施方式。如本文所用，根据上下文，满足阈值可以指大于阈值、多于阈值、高于阈值、大于或等于阈值、小于阈值、少于阈值、低于阈值、小于或等于阈值、等于阈值等的值。
尽管在权利要求中记载和/或在说明书中公开了特征的特定组合，但这些组合并不旨在限制各种实施方式的公开。事实上，这些特征中的许多特征可以以权利要求中未具体记载和/或说明书中未公开的方式组合。尽管下面列出的每个从属权利要求可以直接依赖于一个权利要求，但各种实施方式的公开包括每个从属权利要求与权利要求集中的每个其他权利要求相结合。
除非明确说明，否则本文使用的任何元素、行为或指令均不应被解释为关键或必要的。此外，如本文所用，冠词“一”和“一个”旨在包括一个或多个项目，并且可以与“一个或多个”互换使用。此外，如本文所用，冠词“该”旨在包括与冠词“该”相关的一个或多个项目，并且可以与“一个或多个”互换使用。此外，如本文所用，术语“集合”旨在包括一个或多个项目(例如，相关项目、不相关项目、相关和不相关项目的组合等)，并且可以与“一个或多个”互换使用。如果仅打算使用一项，则使用短语“仅一项”或类似语言。此外，如本文所用，术语“具有”和/或类似术语旨在是开放式术语。此外，除非另有明确说明，否则短语“基于”旨在表示“至少部分基于”。此外，如本文所用，除非另有明确说明(例如，如果与“任一”或“仅一个”组合使用)，当用于一个系列时术语“或”旨在被包括并且可以与“和/或”互换使用。

Claims (20)

1.一种滤光器，包括：
一组滤光器层，
该组滤光器层包括：
第一子集滤光器层，包括具有第一折射率的第一材料，第一材料至少包括硅和氢；
第二子集滤光器层，包括具有第二折射率的第二材料，
第二材料不同于第一材料并且第二折射率小于第一折射率；和
第三子集滤光器层，包括不同于第一材料和第二材料的第三材料。
2.根据权利要求1所述的滤光器，其中所述第一材料包括以下至少一种：
氢化硅(Si:H)材料，
硅锗(SiGe)材料，或
氢化硅锗(SiGe:H)材料。
3.根据权利要求1所述的滤光器，其中所述第二材料包括以下至少一种：
二氧化硅(SiO2)材料，
氧化铝(Al2O3)材料，
二氧化钛(TiO2)材料，
五氧化二铌(Nb2O5)材料，
五氧化二钽(Ta2O5)材料，
氟化镁(MgF2)材料，
氧化锆(ZrO2)材料，
氧化钇(Y2O3)材料，
氮化硅(Si3N4)材料，
硼基材料，或
磷基材料。
4.根据权利要求1所述的滤光器，还包括：
第四子集滤光层，所述第四子集滤光层包括至少不同于第一材料和第二材料的第四材料。
5.根据权利要求1所述的滤光器，还包括：
基板，其上设置有该组滤光器层。
6.根据权利要求5所述的滤光器，其中该组滤光器层设置在所述基板的第一面上，并且
其中涂层设置在所述基板的第二面上。
7.根据权利要求1所述的滤光器，其中在约800nm至约1100nm的光谱范围内，第一折射率大于3。
8.根据权利要求1所述的滤光器，其中在约800nm至约1100nm的波长处，第一折射率大约为3.7。
9.根据权利要求1所述的滤光器，其中在约800nm至约1100nm的光谱范围内，第二折射率小于3。
10.根据权利要求1所述的滤光器，其中在约800nm至约1100nm的光谱范围内，第二折射率在1.6至2.4之间。
11.根据权利要求1所述的滤光器，其中所述滤光器是带通滤光器。
12.根据权利要求1所述的滤光器，其中所述滤光器被退火。
13.一种光学系统，包括：
光学发射器，其发射近红外(NIR)光；
滤光器，其对输入光信号进行滤波并提供滤波后的输入光信号，
所述输入光信号包括来自所述光学发射器的近红外光和来自光源的环境光，
所述滤光器包括一组介电薄膜层，该组介电薄膜层包括：
由具有第一折射率的第一材料形成的第一子集层，
由具有小于第一折射率的第二折射率的第二材料形成的第二子集层，
由不同于第一材料和第二材料的第三材料形成的第三子集层，以及
由不同于第一材料、第二材料和第三材料的第四材料形成的第四层子集层；
所述滤波后的输入光信号包括相对于所述输入光信号强度降低的环境光；和
光学接收器，其接收所述滤波后的输入光信号并提供输出电信号。
14.根据权利要求13所述的光学系统，其中所述滤光器在约950nm处与大于80％的透射率相关联。
15.根据权利要求13所述的光学系统，其中所述滤光器在约950nm处与大于90％的透射率相关联。
16.根据权利要求13所述的光学系统，其中所述滤光器在约1550nm处与大于80％的透射率相关联。
17.根据权利要求13所述的光学系统，其中所述滤光器在约1550nm处与大于90％的透射率相关联。
18.根据权利要求13所述的光学系统，其中所述第一子集层被氢化。
19.一种滤光器的制造方法，包括：
沉积所述滤光器的第一子集滤光器层，
所述第一子集滤光器层包括具有第一折射率的第一材料；
沉积所述滤光器的第二子集滤光器层，
所述第二子集滤光器层包括具有小于所述第一折射率的第二折射率的第二材料；和
沉积包含不同于所述第一材料和所述第二材料的第三材料的第三子集滤光器层。
20.根据权利要求19所述的方法，其中通过直流溅射沉积所述第一子集滤光器层、所述第二子集滤光器层或所述第三子集滤光器层中的一个或多个。
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