CN113376726A - 硅锗基光学滤波器 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种硅锗基光学滤波器。光学滤波器可以包括基底。光学滤波器可以包括布置在基底上的一组光学滤波器层。该组光学滤波器层包括光学滤波器层的第一子集。光学滤波器层的第一子集可以包括具有第一折射率的硅锗(SiGe)。光学滤波器可以包括光学滤波器层的第二子集。光学滤波器层的第二子集可以包括具有第二折射率的材料。第二折射率小于第一折射率。

Description

硅锗基光学滤波器
本申请是申请日为2017年11月30日，申请号为201711236808.X，发明名称为“硅锗基光学滤波器”的申请的分案申请。
技术领域
本公开涉及光学滤波器以及光学系统。
背景技术
光学发射器可以发射导向物体的光。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光可以从用户向光学接收器反射。在这种情况下，光学接收器可以捕获关于NIR光的信息，并且该信息可以被用于识别用户正在执行的手势。例如，设备可以使用该信息来生成用户的三维表示，并且基于该三维表示来识别用户正在执行的手势。
在另一示例中，可以使用关于NIR光的信息来识别用户的身份、用户的特征(例如身高或体重)、目标的另一类型的特征(例如，到对象的距离、该对象的尺寸或该对象的形状)等。然而，在将NIR光向用户发射的期间和/或在从用户向光学接收器反射的期间，环境光可能干扰NIR光。因此，光学接收器可以光耦合到诸如带通滤波器之类的光学滤波器上，以过滤环境光并允许NIR光向着光学接收器通过。
发明内容
根据一些实施例，光学滤波器可以包括基底。光学滤波器可以包括布置在基底上的一组光学滤波器层。该组光学滤波器层包括光学滤波器层的第一子集。光学滤波器层的第一子集可以包括具有第一折射率的硅锗(SiGe)。光学滤波器可以包括光学滤波器层的第二子集。光学滤波器层的第二子集可以包括具有第二折射率的材料。第二折射率小于第一折射率。
根据一些实施例，光学滤波器可以包括基底。光学滤波器可以包括布置在基底上以对入射光滤波的高折射率材料层和低折射率材料层。其中入射光的具有第一光谱范围的第一部分将被光学滤波器反射，并且入射光的具有第二光谱范围的第二部分将通过光学滤波器。高折射率材料层是氢化硅锗(SiGe：H)。低折射率材料层是二氧化硅(SiO2)。
根据一些实施例，光学系统可以包括光学发射器以发射近红外(NIR)光。光学系统可以包括光学滤波器以对输入光学信号进行滤波并提供滤波后的输入光学信号。输入光学信号包括来自光学发射器的NIR光和来自光源的环境光。光学滤波器包括一组介电薄膜层。该组介电薄膜层包括具有第一折射率的硅锗层的第一子集。具有小于第一折射率的第二折射率的材料层的第二子集，滤波后的输入光学信号包括相对于输入光学信号降低强度的环境光。光学系统可以包括光学接收器，以接收滤波后的输入光学信号并提供输出电信号。
本申请提供了以下内容：
1)一种光学滤波器，包括：
基底；
布置在所述基底上的一组光学滤波器层，
该组光学滤波器层包含：
光学滤波器层的第一子集，
所述光学滤波器层的第一子集包括具有第一折射率的硅锗(SiGe)；以及
光学滤波器层的第二子集，
所述光学滤波器层的第二子集包括具有第二折射率的材料，
所述第二折射率小于所述第一折射率。
2)根据1)所述的光学滤波器，其中所述材料包括以下中的至少一种：
二氧化硅(SiO2)材料，
三氧化二铝(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，
二氟化镁(MgF2)材料，
二氧化锆(ZrO2)材料，
三氧化二钇(Y2O3)材料，
四氮化三硅(S3N4)，
硼基材料，或
磷基材料。
3)根据1)所述的光学滤波器，其中所述光学滤波器层的第一子集是高折射率材料层(H)，并且所述光学滤波器层的第二子集是低折射率材料层(L)；以及
其中该组光学滤波器层按以下顺序中的至少一种布置：
(H-L)m顺序，
(H-L)m-H顺序，或
L-(H-L)m顺序，
其中m是交替的H层和L层的数量。
4)根据1)所述的光学滤波器，其中所述第一折射率在大约800纳米(nm)至大约1100nm的光谱范围内大于3。
5)根据1)所述的光学滤波器，其中所述第一折射率在大约800纳米(nm)至大约1100nm的光谱范围内大于3.5。
6)根据1)所述的光学滤波器，其中所述第一折射率在大约900纳米(nm)至大约1100nm的波长下大约为4。
7)根据1)所述的光学滤波器，其中所述第一折射率在大约1400纳米(nm)至大约1700nm的光谱范围内比大约3大。
8)根据1)所述的光学滤波器，其中所述第一折射率在大约1500纳米(nm)至大约1600nm的光谱范围内比大约3.4大。
9)根据1)所述的光学滤波器，其中所述第一折射率在大约1500纳米(nm)至大约1600nm的光谱范围内比大约3.6大。
10)根据1)所述的光学滤波器，其中所述光学滤波器层的第一子集是退火的。
11)根据1)所述的光学滤波器，其中所述光学滤波器层的第一子集是氢化的。
12)根据1)所述的光学滤波器，其中所述光学滤波器层的第一子集是氮化的。
13)根据1)所述的光学滤波器，其中所述光学滤波器层的第一子集包含5％至100％之间的锗。
14)根据1)所述的光学滤波器，其中所述光学滤波器层的第一子集掺杂有以下中的至少一个：
磷基掺杂剂，
氮基掺杂剂，或
硼基掺杂剂。
15)根据1)所述的光学滤波器，其中所述第二折射率在大约800纳米(nm)至大约1100nm的光谱范围内小于3。
16)根据1)所述的光学滤波器，其中所述第二折射率在大约800纳米(nm)至大约1100nm的光谱范围内小于2.5。
17)根据1)所述的光学滤波器，其中所述第二折射率在大约800纳米(nm)至大约1100nm的光谱范围内小于2。
18)根据1)所述的光学滤波器，其中所述光学滤波器是带通滤波器。
19)根据1)所述的光学滤波器，其中所述光学滤波器是退火的。
20)一种光学滤波器，包括：
基底；以及
布置在所述基底上以对入射光滤波的高折射率材料层和低折射率材料层，
其中所述入射光的具有第一光谱范围的第一部分将被所述光学滤波器反射，并且所述入射光的具有第二光谱范围的第二部分将通过所述光学滤波器，
所述高折射率材料层是氢化硅锗(SiGe:H)，
所述低折射率材料层是二氧化硅(SiO2)。
21)根据20)所述的光学滤波器，其中通过溅射过程来沉积所述光学滤波器的层。
22)根据20)所述的光学滤波器，还包括：
抗反射涂层。
23)一种光学系统，包括：
发射近红外(NIR)光的光学发射器；
对输入光学信号滤波并且提供滤波后的输入光学信号的光学滤波器；
所述输入光学信号包含来自所述光学发射器的NIR光和来自光源的环境光，
所述光学滤波器包含一组介电薄膜层，
该组介电薄膜层包含：
具有第一折射率的硅锗层的第一子集，
具有小于所述第一折射率的第二折射率的材料层的第二子集，
所述滤波后的输入光学信号包含相对于所述输入光学信号降低强度的环境光；以及
光学接收器，用于接收所述滤波后的输入光学信号并且提供输出电信号。
24)根据23)所述的光学系统，其中所述光学滤波器与大约950nm下的大于80％的透射率相关联。
25)根据23)所述的光学系统，其中所述光学滤波器与大约1550nm下的大于80％的透射率相关联。
26)根据23)所述的光学系统，其中所述层的第一子集是氢化的。
27)根据23)所述的光学系统，其中所述光学滤波器是退火的。
附图说明
图1A-图1D是在此描述的示例实施例的总览的示意图；
图2A和图2B是与在此描述的示例实施例有关的一组材料的光学特性的示例的图示；
图3A是与在此描述的实施例有关的一组材料的机械特性的示例的图示；
图3B是与在此描述的示例实施例有关的一组材料的光学特性的另一示例的图示；
图4是在此描述的示例实施例的示意图；
图5A和图5B是与在此描述的示例实施例有关的一组材料的光学特性的另一示例的图示；
图5C是与在此描述的示例实施例有关的一组材料的机械特性的另一示例的图示；以及
图6A和图6B是在此描述的另一示例实施例的示意图。
具体实施方式
以下示例实施例的详细描述参考附图。不同附图中的相同附图标记可以标识相同或相似的元件。
光学接收器可以接收来自诸如光学发射器之类的光源的光。例如，光学接收器可以接收来自光学发射器并且从诸如用户或物体之类的目标反射的近红外(NIR)光。在这种情况下，光学接收器可以接收NIR光以及例如可见光谱光的环境光。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，诸如阳光、来自灯泡的光等。环境光可能降低与NIR光有关的确定的准确性。例如，在手势识别系统中，环境光可能降低基于NIR光的目标的三维图像的生成的准确性。因此，光学接收器可以光耦合到诸如带通滤波器之类的光学滤波器，以过滤环境光并且使NIR光向着光学接收器通过。
光学滤波器可以包括一组介电薄膜层。该组介电薄膜层被选择和沉积以阻挡低于特定阈值(例如700纳米(nm))的带外光的部分，并使特定波长范围的光通过，该特定波长范围例如约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。例如，可以选择该组介电薄膜层以滤除环境光。另外地或可选地，可以选择该组介电膜层以阻挡低于特定阈值的带外光，并且使另一波长范围的光通过，另一波长范围例如约1500nm至约1600nm的范围、约1520nm至约1580nm的范围、或约1550nm的波长。
在此描述的实施例可以使用硅锗(SiGe)基材料(诸如氢化硅锗(SiGe：H)材料等)作为光学滤波器(例如低角度偏移光学滤波器)的一组高折射率层。以这种方式，基于光学滤波器相对于使用另一高折射率层材料的另一滤波器堆叠而言具有更高的有效折射率，光学滤波器可以提供相对较低的角度偏移。而且，使用SiGe或SiGe:H材料的滤波器可以基本上阻挡或有效地筛掉环境光并使NIR光通过。特定入射角下的波长偏移被计算为：
Figure BDA0003115222990000061
其中，λshift表示特定入射角下的波长偏移，Θ表示特定入射角，neff表示有效折射率，并且λ0表示θ＝0°下光的波长。
图1A-图1D是在此描述的制造示例实施例的溅射沉积系统的一组几何结构的示例100的示意图。
如图1所示，示例100包括真空室110、基底120、阴极130、靶131，阴极电源140、阳极150，等离子体激活源(PAS)160和PAS电源170。如本文所述，靶131可以包括基于特定浓度的光学特性来选择的特定浓度的硅锗材料。如在此所述，在另一示例中，阴极130的角度可以被配置为使特定浓度的硅锗被溅射到基底120上。PAS电源可以被用来给PAS 160供电并且可以包括射频(RF)电源。阴极电源140可以被用来为阴极130供电并且可以包括脉冲直流(DC)电源。
关于图1A，靶131在氢(H2)以及惰性气体(例如氩气)的存在下被溅射，以将氢化硅锗材料作为层沉积在基底120上。可以经由阳极150和/或PAS 160将惰性气体提供到室中。通过用来激活氢的PAS 160将氢引入到真空室110中。另外地或可选地，阴极130(例如，在这种情况下，氢可以从另一部分真空室110引入)或者阳极150可以引起氢激活(例如，在这种情况下，氢可以通过阳极150引入到真空室110中)。在一些实施例中，氢可以采取氢气、氢气和惰性气体(例如氩气)的混合物等形式。PAS 160可位于阴极130的阈值接近度内，从而允许来自PAS 160的等离子体和来自阴极130的等离子体重叠。PAS 160的使用允许氢化硅层以相对较高的沉积速率沉积。在一些实施例中，氢化硅锗层以约0.05nm/s至约2.0nm/s、约0.5nm/s至约1.2nm/s、约0.8nm/s等的沉积速率沉积。
尽管在此根据特定的几何结构和特定的实施例描述了溅射过程，但是其它几何结构和其它实施例也是可以的。例如，氢可以从另一个方向、从距阴极130阈值接近度的气体歧管等注入。
如图1B-图1C所示，类似的溅射沉积系统包括真空室110、基底120、第一阴极180、第二阴极190、硅靶181、锗靶191、阴极电源140、阳极150、等离子体激活源(PAS)160和PAS电源170。在这种情况下，硅靶181是硅靶，锗靶191是锗靶。
如图1B所示，硅靶181相对于基底120的朝向大约为0度(例如，近似平行于基底120)，锗靶191相对于基底120的朝向大约为120度。在这种情况下，分别通过阴极180和阴极190，将硅和锗分别从硅靶181和锗靶191溅射到基底120上。
如图1C所示，在类似的溅射沉积系统中，硅靶181和锗靶191各自相对于基底120的朝向大约为60度，并且分别通过阴极180和阴极190，将硅和锗分别从硅靶181和锗靶191溅射到基底120上。
如图1D所示，在类似的溅射沉积系统中，硅靶181相对于基底120的朝向大约为120度，并且锗靶191相对于基底120的朝向大约为0度。在这种情况下，分别通过阴极180和阴极190，将硅和锗分别从硅靶181和锗靶191溅射到基底120上。
就图1A-图1D而言，硅溅射沉积系统中的组件的每种配置可以导致硅和锗的不同的相对浓度。尽管在此描述了组件的不同配置方面，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的相对浓度。
如上所述，图1A-图1D仅作为示例提供。其它示例是可以的，并且可以不同于图1A-图1D所描述的示例。
图2A和图2B是与使用在此描述的示例实施例有关的特性的示例的图示。
例如，如图2A所示以及通过图表210，确定SiGe层(例如，用于光学滤波器中的SiGe:H层)的一组特性。如图1B-图1D所进一步详述的，假定阴极溅射硅的阴极角的增加对应于光学滤波器中相对于硅含量而言增加的锗含量。例如，对于以30度沉积的光学滤波器的高折射率层，高折射率层可以与大约7.5％的锗含量相关联。类似地，对于以35度沉积，光学滤波器可以与大约22％的锗含量相关联，并且对于以50度沉积，光学滤波器可以与大约90％的锗含量相关联。
如图2A进一步所示以及通过图表210，基于执行了将材料溅射以形成一组高折射率材料单层的溅射过程的阴极角度(以度数表示)，对于一组层提供950nm波长下的折射率n。如图所示，对于硅锗(SiGe)基和退火硅锗(SiGe-280C)(例如，已经在280摄氏度(℃)下进行了退火工序的硅锗)基高折射率单层或SiGe单层，阴极角度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包括锗的硅(例如硅(Si)基光学滤波器和退火硅(Si-280C)基光学滤波器等)的折射率，从而提高了包括SiGe层的光学滤波器的性能。
如图2B所示以及通过图表220，确定SiGe单层的另一组光学特性。如图所示，根据高折射率层的材料类型和用于沉积高折射率层的溅射过程的阴极角，来确定一组SiGe单层在950nm波长下的吸收。例如，增加的锗含量(例如，增加的阴极角)与SiGe层中增加的吸收损耗相关联。然而，与未退火的硅锗相比，退火的硅锗与相关于类似阴极角的光学滤波器的降低的吸收损耗相关联。例如，退火的硅锗可以与一损耗值相关联，该损耗值满足以一阴极角在光学滤波器的使用的吸收阈值，该阴极角与满足在光学滤波器的小角度偏移中使用的折射率阈值的折射率相对应。以这种方式，退火硅锗(或氢化硅锗)可以允许硅锗(或氢化硅锗)用作具有相对高的折射率的低角度偏移涂层，并且不会过度吸收NIR光。
如上所述，图2A和图2B仅作为示例提供。其它示例是可以的，并且可以不同于图2A和图2B所描述的示例。
图3A和图3B是与使用在此描述的示例实施例有关的特性的另一示例的图示。
如图3A所示并且通过图表310，确定了一组SiGe单层的一组机械特性。如图所示，该组SiGe单层的应力值(以兆帕(MPa)表示)是相关于高折射率层的材料类型和用于沉积高折射率层的溅射过程所使用的阴极角来确定的。应力值可以是作为溅射过程的结果的SiGe单层上的抗压(compressiv)应力。例如，增加的锗含量(例如，增加的阴极角)与SiGe单层降低的应力相关联。如图所示，相对于未退火的硅锗，退火的硅锗与相关于类似阴极角的SiGe单层的降低的应力值相关联。例如，退火的硅锗可以与一应力值相关联，该应力值满足以一阴极角在光学滤波器的使用的应力阈值，该阴极角与满足在光学滤波器中使用的折射率阈值的折射率相对应。当制造过程包括将晶片切割成用于多个光学滤波器的多个部分时，降低的应力值可以降低制造的难度。此外，相对于具有较大应力值的另一类型的材料而言，降低的应力值可以允许减小基底的厚度。以此方式，退火的硅锗(或氢化硅锗)可以允许硅锗(或氢化硅锗)被用作具有相对较高折射率的低角度偏移涂层并且没有过度的应力值，从而相对于未退火的光学滤波器而言，特别是与仅使用硅或氢化硅的滤波器相比较而言，提高光学滤波器的可制造性并减小光学滤波器的厚度。
如图3B所示并且通过图表320，确定中心处在950nm的一组带通滤波器的一组光学特性。如图所示，第一光学滤波器和第二光学滤波器的透射(transmissivity)百分比是相关于退火的利用和光的波长来确定的。假定对应于附图标记322的第一光学滤波器和对应于附图标记324的第二光学滤波器每个都与一组4个空腔、3.1微米厚度、一组硅锗高折射率层、一组二氧化硅低折射率层、在第二面上不具有抗反射涂层、以及47.5度的阴极角(例如，其可以对应于该组高折射率层的大约80％的锗)相关联。
关于图3B以及附图标记322和324，相较于不利用光学滤波器的退火，退火的利用将在约950nm处的透射率提高了约7％(例如，在约950nm处提高到大于约80％或约85％)。这样，相对于非退火光学滤波器，退火的硅锗(或氢化硅锗)可以允许硅锗(或氢化硅锗)被用作具有改进的透射率的低角度偏移涂层。在另一示例中，相较于没有抗反射涂层的第一光学滤波器，包含抗反射涂层(例如，在光学滤波器背面表面上)可以额外提高约5％的透射率。
虽然图3B示出了关于第一光学滤波器和第二光学滤波器的特定一组特性的示例，但在此描述的其它示例可以利用退火在光学滤波器的其它特性上展现出类似的改进的性能。
虽然图3B示出了关于带通滤波器的光学特性的示例，但类似的改进的光学特性可以与短波通过滤波器、长波通过滤波器、抗反射涂层、非偏振分束器、偏振分束器、介电反射器、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。
如上所述，图3A和图3B仅作为示例提供。其它示例是可以的，并且可以不同于图3A和图3B所描述的示例。
图4是示例光学滤波器400的示意图。图4示出了使用硅锗基材料作为高折射率材料的光学滤波器的示例堆叠。如图4进一步所示，光学滤波器400包括光学滤波器涂层部分410和基底420。
光学滤波器涂层部分410包括一组光学滤波器层。例如，光学滤波器涂层部分410包括第一组层430-1至430-N+1(N≥1)和第二组层440-1至440-N。层430可以包括一组高折射率材料层(H层)，例如硅锗层、氢化硅锗层等。SiGe层可以包括(少量的)磷、硼、氮化物等。层440可以包括一组低折射率材料层(L层)，例如二氧化硅层等。另外地或可选地，L层可以包括四氮化三硅层、Ta2O5层、Nb2O5层、TiO2层、Al2O3层、ZrO2、Y2O3层、Si3N4层及其组合等。
在一些实施例中，可以以特定的顺序来堆叠层430和440，例如(H-L)m(m≥1)顺序、(H-L)m-H顺序、L-(H-L)m顺序等。例如，如图所示，层430和440以(H-L)n-H顺序放置，其中H层布置在光学滤波器400的表面处以及H层布置在基底420的表面处。在一些实施例中，光学滤波器涂层部分410可以与特定数量(m个)的层相关联。例如，氢化硅锗基光学滤波器可以包括一定数量的交替的H层和L层，例如2个层至200个层的范围。
在一些实施例中，光学滤波器涂层部分410的每个层可以与特定的厚度相关联。例如，层430到440可以各自与1nm到1500nm、3nm到1000nm、600nm到1000nm、或10nm到500nm之间的厚度相关联，并且/或者光学滤波器涂层部分410可以与0.1μm到100μm、0.25μm到100μm之间的厚度等相关联。在一些示例中，层430和440中的至少一个可以各自与小于1000nm、小于600nm、小于100nm或小于5nm的厚度相关联，并且/或者光学滤波器涂层部分410可以与小于100μm、小于50μm和/或小于10μm的厚度相关联。在一些实施例中，层430和440可以与多种厚度相关联，例如用于层430的第一厚度和用于层440的第二厚度、用于层430的第一子集的第一厚度和用于层430的第二子集的第二厚度、用于层440的第一子集的第一厚度和用于层440的第二子集的第二厚度等。在这种情况下，可以基于预期的一组光学特性(例如预期的通带、预期的反射率等)来选择层厚度和/或的层的数量。
在一些实施例中，可以为层430选择特定的硅锗基材料。例如，可以选择和/或制造(例如，通过溅射工艺)层430以包含特定类型的硅锗，例如SiGe-50、SiGe-40、SiGe-60等。如在此所述，在一些实施例中，作为溅射沉积过程的结果，层430还可以包括微量的另一种材料，例如氩。如在此所述，在另一示例中，可以使用使硅锗基材料氢化的氢化过程、使硅锗基材料氮化的氮化过程、使硅锗基材料退火的一个或多个退火过程、另一类型的过程、对硅锗基材料进行掺杂的掺杂过程(例如，基于磷的掺杂、基于氮的掺杂、基于硼的掺杂等)、或多个过程的组合(例如，氢化、氮化、退火和/或掺杂的组合)来制造特定的硅锗基材料。例如，层430可以被选择为使其折射率在例如约800nm至约1100nm的光谱范围内、约900nm至约1000nm的光谱范围内、约950nm的特定波长等处大于层440的折射率。在另一示例中，层430可以被选择为使其折射率在例如约1400nm至约1700nm的光谱范围、约1500nm至约1600nm的光谱范围、约1550nm的特定波长等处大于层440的折射率。在这种情况下，层430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，层430可以与在约954nm处大于4的折射率相关联。
在一些实施例中，可以为层440选择特定的材料。例如，层440可以包括一组二氧化硅(SiO2)层、一组三氧化二铝(Al2O3)层、一组二氧化钛(TiO2)层、一组氧化铌(Nb2O5)层、一组氧化钽(Ta2O5)层、一组二氟化镁(MgF2)层、一组四氮化三硅(S3N4)层、二氧化锆(ZrOz2)、三氧化二钇(Y2O3)等。在这种情况下，层440可以被选择为使其折射率在例如约800nm至约1100nm的光谱范围、约900nm至约1000nm的光谱范围、约为954nm的波长等处低于层430的折射率。例如，层440可以被选择为与在约800nm至约1100nm的光谱范围内小于3的折射率相关联。在另一示例中，层440可以被选择为与在约800nm至约1100nm的光谱范围、约900nm至约1000nm的光谱范围、约为954nm的波长等处小于2.5的折射率相关联。在另一示例中，层440可以被选择为与在约800nm至约1100nm的光谱范围、约900nm至约1000nm的光谱范围、约为954nm的波长等处小于2的折射率相关联。在一些实施例中，层430和/或440可与在特定的光谱范围(例如，约800nm至约1100nm的光谱范围、约900nm至约1000nm的光谱范围、约为954nm的波长等；和/或约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)内的特定的消光系数有关，如低于约0.007的消光系数、低于约0.003的消光系数、低于约0.001的消光系数等。在一些实施例中，可以基于带外阻挡光谱范围的期望宽度、与入射角(AOI)变化的相关联的期望中心波长偏移等，来选择用于层440的特定材料。
在一些实施例中，可以使用溅射过程来制造光学滤波器涂层部分410。例如，可以使用基于脉冲磁控管的溅射过程以在玻璃基底或另一类型的基底上溅射出交替的层430和440，来制造光学滤波器涂层部分410。在一些实施例中，可以将多个阴极用于溅射过程，例如溅射硅的第一阴极和溅射锗的第二阴极。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斜角度相关联，该倾斜角度被选择以确保锗相对于硅的特定浓度。在一些实施例中，可以在溅射过程期间添加氢气流以使硅锗氢化。类似地，可以在溅射过程中添加氮气流以使硅锗氮化。在一些实施例中，可以使用一个或多个退火过程来对光学滤波器涂层部分410进行退火，例如在约280摄氏度或者在约200摄氏度与约400摄氏度之间的温度下的第一退火过程、在约320摄氏度或者在约250摄氏度与约350摄氏度之间的温度下的第二退火过程等。在一些实施例中，如图1A至1D所述，可以使用从靶上涂覆的SiGe:H来制造光学滤波器涂层部分410。例如，可以溅射出具有所选的硅锗比率的SiGe化合物靶，以制造具有特定的硅锗比率的光学滤波器涂层部分410。
在一些实施例中，光学滤波器涂层部分410可以与相对于由另一类型的光学滤波器所导致的角度偏移而言使得角度偏移减小相关联。例如，基于H层的折射率相对于L层的折射率，光学滤波器涂层部分410可以相对于具有另一类型的高折射率材料的另一类型的光学滤波器而言，使角度偏移减小。
在一些实施例中，光学滤波器涂层部分410被附着到诸如基底420之类的基底上。例如，光学滤波器涂层部分410可以被附着到玻璃基底或另一类型的基底上。另外或可选地，光学滤波器涂层部分410可以被直接涂覆到检测器上或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)。在一些实施例中，光学滤波器涂层部分410可以与入射介质相关联。例如，滤波器涂层部分410可以与作为入射介质的空气介质或玻璃介质相关联。在一些例中，光学滤波器400可以布置在一组棱镜之间。在另一示例中，可以使用诸如透明环氧树脂之类的另一入射介质，并且/或者可以使用诸如聚合物基底(例如聚碳酸酯基底、环烯烃共聚物(COP)基底等)之类的另一基底。
如上所述，图4仅作为示例提供。其它示例是可能的并且可以不同于图4所描述的示例。
图5A至5C是与使用在此描述的示例实施例相关的特性的另一示例的示意图。
如图5A所示以及通过表510，示出了一组光学滤波器(例如氢化硅(Si:H)基光学滤波器和氢化硅锗(SiGe:H)基光学滤波器)的一组光学特性。在这种情况下，该组光学滤波器可以利用二氧化硅作为低折射率材料。如图所示，为该组光学滤波器确定一组波长下的透射百分比。在这种情况下，SiGe:H光学滤波器与在950nm下折射率为3.871相关联，以及Si:H光学滤波器与在950nm下折射率为3.740相关联。由于SiGe:H光学滤波器具有比Si:H光学滤波器更高的折射率，因此SiGe:H光学滤波器可以与降低的物理厚度相关联。例如，Si:H光学滤波器可以与6.3微米厚度相关联，而SiGe:H光学滤波器可以与5.4微米厚度相关联。此外，SiG:H光学滤波器可以与更高的阻挡效率相关联(例如，与Si:H光学滤波器相比，SiGe:H光学滤波器可以在大约700nm下更多地吸收，使得阻挡包括700nm的波长范围的四分之一波长堆叠涂层减少)。
如图5B所示，图表520示出了图表510在950纳米至1000纳米的波长范围内的部分。如图表520所示，对于Si:H光学滤波器，在从0度至30度的入射角(AOI)下的角度偏移被示出为16.5nm，以及对于SiGe:H光学滤波器，在从0度至30度的入射角下的角度偏移被示出为13.0nm。在这种情况下，示出了SiGe:H光学滤波器相对于Si:H光学滤波器具有减小的角度偏移，导致改进的光学性能。
如图5C所示以及通过表530，示出了Si:H光学滤波器和SiGe:H光学滤波器(诸如图5A和5B的光学滤波器)的设计以及一组光学特性。如图所示，该组光学滤波器与200mm至300mm的基底尺寸和0.15mm至0.7mm的基底厚度相关联。对于每个晶片尺寸和晶片厚度，相对于Si:H光学滤波器而言，SiGe:H光学滤波器与减小的基底变形(deflection)相关联。以此方式，改进了光学滤波器的耐久性和可制造性。此外，基于降低应力值，可以相对于其它基底设计而言、基于相对于具有较高应力值的其它基底设计而言降低切割(singulation)过程期间的折弯(braking)的可能性、在类似的基底厚度下增加基底的尺寸。
如上所述，图5A至图5C仅作为示例提供。其它示例是可能的，并且可能不同于5A至图5C所描述的示例。
图6A和图6B是在此描述的示例实施例600的示意图。如图6A所示，示例实施例600包括传感器系统610。传感器系统610可以是光学系统的一部分，并且可以提供与传感器测定(determination)相对应的电输出。传感器系统610包括光学滤波器结构620，其包括光学滤波器630和光学传感器640。例如，光学滤波器结构620可以包括执行通带滤波功能的光学滤波器630或另一类型的光学滤波器。传感器系统610包括向目标660(例如，人、物体等)发射光学信号的光学发射器650。
虽然在此描述的实施例可以就传感器系统中的光学滤波器而言来描述，但是在此描述的实施例可以用在另一类型的系统中、可以在传感器系统外部使用等。在一些实施例中，光学滤波器630可以对光执行偏振分束功能。例如，如在此所述，当期望通过光学传感器640接收第二偏振时，光学滤波器630可以反射光的第一偏振的第一部分，并且可以使光的第二偏振的第二部分通过。另外地或可选地，光学滤波器630可以对光执行反向偏振分束功能(例如，光束组合)。
如在图6A中进一步示出，并且通过附图标记670，输入光信号被导向光学滤波器结构620。输入光信号可以包括由光学发射器650发射的NIR光和来自其中正在使用传感器系统610的环境的环境光。例如，当光学滤波器630是带通滤波器时，光学发射器650可以将近红外(NIR)光导向(例如，由目标660执行的手势的)手势识别系统的用户，并且NIR光可以从目标660(例如，用户)向光学传感器640反射，以允许光学传感器640执行NIR光的测量。在这种情况下，环境光可能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640。在另一示例中，多个光束可以被导向目标660，并且多个光束的子集可以被反射向光学滤波器结构620，其中该光学滤波器结构620如图所示可以相对于光学传感器640以一倾斜角来布置。在一些实施例中，可以使用另一倾斜角(例如，带通滤波器的0度倾斜角)。在一些实施例中，光学滤波器结构620可以被布置在光学传感器640上和/或直接在光学传感器640上形成，而不是被布置在离光学传感器640一定距离处。例如，可以使用例如光刻，使光学滤波器结构620被涂覆并图案化到光学传感器640上。在另一示例中，光学发射器650可以将NIR光导向另一类型的目标660，例如用于检测车辆附近的物体、检测盲人附近的物体、检测距物体的接近度(例如，使用激光雷达技术)等，并且作为结果，NIR光和环境光可以被导向光学传感器640。
如图6A中进一步所示，并且通过附图标记680，光学滤波器630和光学滤波器结构620使光学信号的一部分通过。例如，光学滤波器630的交替的硅锗层(例如，高折射率材料)和另一类型的材料层(例如，低折射率材料，诸如二氧化硅(SiO2))可以导致光的第一偏振在第一方向上反射。在另一示例中，高折射率材料可以包括如在此所述的另一硅锗基材料，例如氢化硅锗、退火硅锗等。在这种情况下，光学滤波器630阻挡输入光学信号的可见光，而不会过度阻挡NIR光，并且不会随着输入光学信号的入射角的增加而引入过度的角度偏移。
如在图6A中进一步示出，并且通过附图标记690，基于光学信号的被通过到达光学传感器640的部分，光学传感器640可以为传感器系统610提供输出电信号，例如用于识别用户的手势或者检测物体的存在。在一些实施例中，可以使用光学滤波器630和光学传感器640的另一种布置。例如，光学滤波器630不是使光学信号的第二部分与输入光学信号共线地通过，而是可以将光学信号的第二部分沿另一方向导向不同位置的光学传感器640。在另一示例中，光学传感器640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6B所示，类似的示例实施例600可以包括传感器系统610、光学滤波器结构620、光学滤波器630、光学传感器640、光学发射器650和目标660。图6B示出了包括如在此所述的光学滤波器630的特定的示例实施例600。
光学发射器650以800nm至1100nm的波长范围中的发射波长发射光。光学发射器650发射调制光(例如，光脉冲)。光学发射器650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650向目标660发射光，该目标660将发射光反射回传感器系统610。当传感器系统610是手势识别系统时，目标660是手势识别系统的用户。
光学滤波器630被布置为接收在目标660反射之后的发射光。光学滤波器630具有包含发射波长的通带，并且至少部分地与800nm至1100nm的波长范围重叠。光学滤波器630是带通滤波器，例如窄带带通滤波器。光学滤波器630发射来自光学发射器650的发射光，同时基本上阻挡环境光。
光学传感器640被布置为接收在光学滤波器630透射之后的发射光。在一些实施例中，光学滤波器630直接形成在光学传感器640上。例如，光学滤波器630可以以晶片级工艺(WLP)被涂覆和图案化(例如，通过光刻)在传感器(例如接近传感器)上。
当传感器系统610是接近传感器系统时，光学传感器640是检测发射光以感测目标660的接近度的接近传感器。当传感器系统610是3D成像系统或手势识别系统时，光学传感器640是检测发射光以提供目标660(例如，目标660为用户)的3D图像的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)。3D图像传感器将光学信息转换为电信号以供处理系统(例如，专用集成电路(ASIC)芯片或数字信号处理器(DSP)芯片)处理。例如，当传感器系统610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6A和图6B仅作为示例提供。其它示例是可能的，并且可以不同于图6A和6B所描述的示例。
以这种方式，可以将一组硅锗基层用作光学滤波器的光学滤波器涂层的高折射率材料，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类型的材料而言以减小的角度偏移对光进行滤波。此外，基于使用氢化硅锗和/或退火过程，相对于另一类型的材料而言，可以改进带外阻挡和带内透射。
前面的公开提供了说明和描述，但是并不旨在穷尽性的或将实现方式限制为所公开的准确形式。鉴于以上公开内容，修改和变化是可以的，或者可以从实现方式的实践中获得修改和变化。
在此结合阈值描述了一些实现方式。如在此所使用的，满足阈值可以指的是大于阈值、超过阈值、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了和/或在说明书中公开了特征的特定组合，但是这些组合不旨在限制可能的实现方式的公开。实际上，这些特征中的许多可以以未在权利要求中具体记载和/或未在说明书中公开的方式进行组合。尽管所附的每个从属权利要求可能仅直接从属于一个权利要求，但是可能的实现方式的公开包括每个从属权利要求与权利要求书中的每个其它权利要求的组合。
除非明确地如此描述，否则在此使用的任何元件、动作或指令都不应被解释为关键的或必要的。而且，如在此所使用的，冠词“一”旨在包括一项或多项，并且可以与“一个或多个”互换使用。此外，如在此所使用的，术语“组”旨在包括一项或多项(例如，相关项、不相关项、相关项以及不相关项的组合等)，并且可以与“一个或多个”互换使用。如果旨在只有一项，则使用术语“一个”或类似的语言。另外，如在此所使用的，术语“具有”等旨在是开放式术语。此外，短语“基于”旨在表示“至少部分地基于”，除非另有明确说明。

Claims (29)

1.一种光学滤波器，包括：
光学滤波器涂层部分，
所述光学滤波器涂层部分包括：
第一组层，所述第一组层是高折射率材料层(H)，和
第二组层，所述第二组层是低折射率材料层(L)，
所述第一组层包括硅锗或氢化硅锗中的一种或更多种，以及
所述第一组层中的至少一些和所述第二组层中的至少一些按以下中的一种布置：
(H-L)m顺序，
(H-L)m-H顺序，或
L-(H-L)m顺序，
其中m是交替的H层和L层的数量；以及
基底。
2.根据权利要求1所述的光学滤波器，其中所述交替的H层和L层的数量在2层至200层的范围内。
3.一种光学滤波器，包括：
第一组层，所述第一组层是高折射率材料层(H)，和
第二组层，所述第二组层是低折射率材料层(L)，
其中所述第一组层包括磷、硼或氮化物中的一种或更多种，并且
其中所述第一组层中的至少一些和所述第二组层中的至少一些按以下中的一种布置：
(H-L)m顺序，
其中m是交替的H层和L层的数量。
4.根据权利要求1所述的光学滤波器，其中所述第二组层包括二氧化硅层。
5.根据权利要求1所述的光学滤波器，其中所述第一组层与在1纳米(nm)和1500nm之间的厚度相关联。
6.根据权利要求3所述的光学滤波器，其中所述第一组层与在1纳米(nm)和1000nm之间的厚度相关联。
7.根据权利要求1所述的光学滤波器，其中所述第一组层与在600nm和1000nm之间的厚度相关联。
8.根据权利要求1所述的光学滤波器，其中所述第一组层与在10nm和500nm之间的厚度相关联。
9.根据权利要求1所述的光学滤波器，其中所述第一组层和所述第二组层以L-(H-L)m顺序布置。
10.根据权利要求1所述的光学滤波器，其中所述光学滤波器涂层部分与在0.1μm和100μm之间的厚度相关联。
11.根据权利要求1所述的光学滤波器，
其中所述第一组层与第一厚度相关联，并且
其中所述第二组层与第二厚度相关联。
12.根据权利要求1所述的光学滤波器，
其中所述第一组层包括层的第一子集和层的第二子集，
其中所述层的第一子集与第一厚度相关联，并且
其中所述层的第二子集与第二厚度相关联。
13.一种光学滤波器，包括：
与第一折射率相关联的第一组层，
其中所述第一组层包括硅锗基材料，和
与第二折射率相关联的第二组层，
其中所述第一折射率在大约800纳米(nm)至大约1100nm的光谱范围内大于3。
14.根据权利要求13所述的光学滤波器，其中所述第二折射率不同于所述第一折射率。
15.根据权利要求13所述的光学滤波器，其中所述第一组层使用溅射沉积过程制造。
16.根据权利要求13所述的光学滤波器，其中所述第一组层使用氢化过程制造。
17.一种光学滤波器，包括：
与第一折射率相关联的第一组层，和
与第二折射率相关联的第二组层，
其中所述第一组层包括硅锗基材料，并且
其中所述第二折射率不同于所述第一折射率。
18.根据权利要求17所述的光学滤波器，其中所述第一组层还包括氩。
19.根据权利要求17所述的光学滤波器，其中所述第一折射率小于所述第二折射率。
20.根据权利要求3所述的光学滤波器，其中所述第一组层还包括硅锗或氢化硅锗中的一种或更多种。
21.一种溅射沉积系统，包括：
第一阴极；
第二阴极；
第一靶，
其中所述第一靶被定向成近似平行于基底，并且
其中所述第一阴极被配置成从所述第一靶溅射第一材料；和
第二靶，
其中所述第二靶被定向成相对于所述基底为大约120度，并且
其中所述第二阴极被配置成从所述第二靶溅射第二材料。
22.根据权利要求21所述的溅射沉积系统，其中所述第一靶是硅靶。
23.根据权利要求21所述的溅射沉积系统，其中所述第二靶是锗靶。
24.根据权利要求21所述的溅射沉积系统，其中所述第一材料是硅。
25.根据权利要求21所述的溅射沉积系统，其中所述第二材料是锗。
26.根据权利要求21所述的溅射沉积系统，其中所述第一靶是锗靶。
27.根据权利要求21所述的溅射沉积系统，其中所述第二靶是硅靶。
28.根据权利要求21所述的溅射沉积系统，还包括：
等离子体激活源(PAS)，所述等离子体激活源被配置为将氢气引入到包括所述第一阴极、所述第二阴极、所述第一靶和所述第二靶的真空室中。
29.一种溅射沉积系统，包括：
第一阴极；
第二阴极；
硅靶，
其中第一阴极被配置成将硅从所述硅靶溅射到基底上；
锗靶；并且
其中所述第二阴极被配置成将锗从所述锗靶溅射到所述基底上。
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