CN113795779B - 可调红外光学滤波器件 - Google Patents
可调红外光学滤波器件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113795779B CN113795779B CN202080021924.3A CN202080021924A CN113795779B CN 113795779 B CN113795779 B CN 113795779B CN 202080021924 A CN202080021924 A CN 202080021924A CN 113795779 B CN113795779 B CN 113795779B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mirror surface
- silicon
- thin film
- mirror
- optical filter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 44
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 205
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 204
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 204
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 89
- 239000010408 film Substances 0.000 claims abstract description 47
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 51
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical group O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 7
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 7
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 5
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 claims description 4
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 21
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 9
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 68
- 238000000034 method Methods 0.000 description 21
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 18
- 230000008569 process Effects 0.000 description 16
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 6
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 5
- 238000000701 chemical imaging Methods 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 3
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 2
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 2
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- SBEQWOXEGHQIMW-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si].[Si] SBEQWOXEGHQIMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
- G01J3/26—Generating the spectrum; Monochromators using multiple reflection, e.g. Fabry-Perot interferometer, variable interference filters
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/08—Optical arrangements
- G01J5/0801—Means for wavelength selection or discrimination
- G01J5/0802—Optical filters
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
- G02B1/02—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of crystals, e.g. rock-salt, semi-conductors
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/001—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on interference in an adjustable optical cavity
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/20—Filters
- G02B5/208—Filters for use with infrared or ultraviolet radiation, e.g. for separating visible light from infrared and/or ultraviolet radiation
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/20—Filters
- G02B5/28—Interference filters
- G02B5/284—Interference filters of etalon type comprising a resonant cavity other than a thin solid film, e.g. gas, air, solid plates
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Micromachines (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Optical Filters (AREA)
Abstract
一种可调红外光学滤波器件(1),包括相互键合以在之间形成腔室(2)的第一镜面(11)和第二镜面(12),第一镜面(11)和第二镜面(12)相互键合的部位的表面设置有用于驱动第一镜面(11)或第二镜面(12)移动的电极(3),第-镜面(11)和第二镜面(12)分别为通过硅薄膜(4)键合加工而成的分散式布拉格反射器。其中硅薄膜(4)可以通过砫薄膜晶圆(6)加工形成由两层硅薄膜(4)及中间的腔体(8)构成的分散式布拉格反射器。分散式布拉格反射器也可以由硅薄膜(4)和SOI晶圆(6)的硅薄膜(4)键合形成。另外第一镜面(11)和第二镜面(12)还可以在与腔体(8)接触的硅薄膜(4)上键合以形成弹性可动结构,从而进一步带动第一镜面(11)和第二镜面(12)移动。光学滤波器件(1)结构简单,加工工艺成熟,可以实现在工业上商业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及滤波器领域,特别是可调红外光学滤波器件。
背景技术
中红外及热红外范围(例如3000nm-14000nm)的光谱成像在诸如实时气体识别和泄露监控等领域有广泛的应用场景。目前在相关波长范围内的光谱相机主要采用基于转轮滤波片或是棱镜分光技术。而由此产生的设备体积大,成本高,极大地阻碍了红外光谱成像技术的大规模应用。在研究领域,目前已有利用基于Fabry-Perot(法伯腔)干涉的可调滤光器件(tuneable FPI)构成红外光谱仪模组。然而,相关FPI技术用于小型化低成本红外光谱成像还属空白。
目前的FPI器件主要由微机械加工(micromachining)形成,包括体工艺型和表面工艺型。表面工艺型器件由悬空的薄膜形成可动的镜面。体工艺型器件由具有悬臂梁结构的衬底形成可动镜面。针对中红外及热红外光谱的FPI器件
体工艺型器件在衬底上加工悬臂梁会增加器件设计和加工的复杂度从而增加成本。体工艺型器件中弹性结构(spring)和镜面是由同一个衬底提供的,因此导致了镜面受到弹性结构的影响存在本征的应力和形变。由于悬臂梁结构要占用很大的芯片面积,也限制了镜面本身的尺寸。目前的表面工艺型器件由于加工困难和工艺复杂,很难实现大规模商业化应用。
有鉴于此,针对中红外及热红外范围的光谱成像设计出一种新型的FPI器件结构是非常重要的。
发明内容
针对目前在中红外和热红外波段现有的法伯腔器件很难提供可以用来做高光谱成像的解决方案,并且现有FPI器件存在加工难度大、工艺复杂等问题,本申请的实施例提出了一种可调红外光学滤波器件来解决以上的问题。
根据第一方面,本申请提出了一种可调红外光学滤波器件,该器件包括相互键合以在之间形成腔室的第一镜面和第二镜面,第一镜面和第二镜面相互键合的部位的表面设置有用于驱动第一镜面或第二镜面移动的电极,第一镜面和第二镜面分别为通过硅薄膜键合加工而成的分散式布拉格反射器。通过硅薄膜键合形成第一镜面和第二镜面可以简化工艺,有效缩小器件的体积。
优选的,第一镜面和第二镜面分别形成在有绝缘层的硅基座上,并且第一镜面和第二镜面包括分别通过多点键合以在之间形成腔体的两层硅薄膜构成的分散式布拉格反射器。此时第一镜面和第二镜面由两层硅薄膜以及中间的腔体形成可动的镜面结构,并将第一镜面和第二镜面通过键合的方式形成法伯腔结构,采用薄膜结构构成法伯腔可以使得器件体积有效减小。
优选的,第一镜面或第二镜面的硅薄膜是通过在硅薄膜晶圆上去除硅衬底以及相应绝缘层形成的硅薄膜。通过硅薄膜晶圆来制作硅薄膜可以具有比较低的成本和加工难度。
优选的,硅基座由硅薄膜晶圆的硅衬底形成。将硅薄膜晶圆的硅衬底部分去除后可以形成硅基座,制作方式简单方便。
优选的,第一镜面和第二镜面背对腔室的一面上设置有环形重物。环形重物可以提高第一镜面和第二镜面的平整度。
优选的,环形重物是通过保留硅薄膜晶圆上的部分硅衬底制成。环形重物的加工比较简便。
优选的,第一镜面和第二镜面为分别通过将硅薄膜多点键合到SOI晶圆的硅薄膜上以形成的分散式布拉格反射器,并且SOI晶圆上与器件的有效工作区域对应的区域的硅衬底被部分去除。此时第一镜面和第二镜面都是由硅薄膜和SOI晶圆的硅薄膜键合而成,加工方便,可靠性高。
优选的,SOI晶圆被去除硅衬底后的区域的厚度为10-200微米。在此厚度下的第一镜面和第二镜面可以根据器件的机械性能设计形成可动镜面。
优选的,SOI晶圆被去除硅衬底后的区域包括绝缘层以及SOI晶圆的硅薄膜。硅衬底可以通过刻蚀的方式去除,保留SOI晶圆的绝缘层以及SOI晶圆的硅薄膜作为可动镜面。
优选的,SOI晶圆的外围部分的硅衬底和绝缘层形成用于承载第一镜面或第二镜面的硅基座。硅基座可以用于器件组装的支撑。
优选的,第一镜面和第二镜面分别通过将硅薄膜多点键合到硅衬底上以形成分散式布拉格反射器,并且第一镜面和第二镜面相互键合的部位对应于硅薄膜与硅衬底之间形成的腔体之一的位置。在此结构下硅薄膜和腔体形成弹性可动结构,从而带动第一镜面和第二镜面移动,结构简单。
优选的,硅衬底背向所述腔室的一侧设置有绝缘层。绝缘层可以是由沉积或热氧化等方式在硅衬底上加工得到,因此来源简单,加工方便。
优选的,绝缘层为二氧化硅或防反射膜。二氧化硅或防反射膜可以减小光在绝缘层上的反射率,提高光的透过率。
优选的,硅薄膜包括SOI晶圆上形成的单晶硅薄膜或有绝缘层的硅衬底上通过沉积形成的多晶硅薄膜。硅薄膜可以由SOI晶圆加工形成,或由化学气相沉积形成,生产工艺成熟,难度低。
优选的,硅薄膜和腔体的光学厚度为器件的中心波长的1/4。通过器件的中心波长(例如3000nm-14000nm)可以控制硅薄膜和腔体的光学厚度,进一步得出硅薄膜和腔体的物理厚度,以满足在中红外及热红外范围的FPI器件的要求。
优选的,键合的方式包括共晶键合、聚合物键合、阳极键合或硅-硅直接键合。键合方式多样而且技术成熟,有利于工业化生产。
本申请的实施例公开了一种可调红外光学滤波器件,包括相互键合以在之间形成腔室的第一镜面和第二镜面,第一镜面和第二镜面相互键合的部位的表面设置有用于驱动第一镜面或第二镜面移动的电极,第一镜面和第二镜面分别为通过硅薄膜键合加工而成的分散式布拉格反射器。其中硅薄膜可以通过硅薄膜晶圆加工形成由两层硅薄膜及中间的腔体构成的分散式布拉格反射器。分散式布拉格反射器也可以由硅薄膜和SOI晶圆的硅薄膜键合形成。另外第一镜面和第二镜面还可以在与腔体接触的硅薄膜上键合以形成弹性可动结构,从而进一步带动第一镜面和第二镜面移动。该光学滤波器件能够适合在红外波长范围内使用,结构简单,加工工艺成熟,能够有效缩小FPI器件的体积,并在工业上实现大规模商业化生产。
附图说明
包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本发明的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点,因为通过引用以下详细描述,它们变得被更好地理解。附图的元件不一定是相互按照比例的。同样的附图标记指代对应的类似部件。
图1为本申请的实施例一的可调红外光学滤波器件的截面示意图;
图2为本申请的实施例一的可调红外光学滤波器件的硅薄膜晶圆的截面示意图;
图3为本申请的实施例一的可调红外光学滤波器件的复合层的截面示意图;
图4为本申请的实施例一的可调红外光学滤波器件的第一镜面或第二镜面的截面示意图;
图5为本申请的实施例二的可调红外光学滤波器件的截面示意图;
图6为本申请的实施例三的可调红外光学滤波器件的截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明,而非对该发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
本发明的实施例中提出了一种可调光学红外滤波器件1,包括相互键合以在之间形成腔室2的第一镜面11和第二镜面12,第一镜面11和第二镜面12相互键合的部位的表面设置有用于驱动第一镜面11或第二镜面12移动的电极3,第一镜面11和第二镜面12分别为通过硅薄膜4键合加工而成的分散式布拉格反射器。分布式布拉格反射器(distributedBragg reflector,DBR)作为法伯腔结构中的反射器。当光经过不同介质时在界面的地方会反射,反射率的大小会与介质间折射率大小有关,因此如果将不同折射率的薄膜交互周期性的堆叠在一起,当光经过这些不同折射率的薄膜的时候,由于各层反射回来的光因相位角的改变而进行干涉,然后互相结合再一起,得到强烈反射光,可以使光线在一定波长的范围内减少反射,增加通光量。其中在优选的实施例中,第一镜面11和第二镜面12分别为由硅薄膜4键合形成硅/空气/硅层叠结构的分散式布拉格反射器。其中硅薄膜4可以直接在硅薄膜晶圆上进行加工制作,工艺简单,技术成熟,满足工业化生产的要求。该可调光学红外滤波器件1加工工艺简单,成本低,可应用于小型化红外光谱成像设备。
实施例一
图1示出了根据本发明的实施例一的可调光学红外滤波器件1的截面图。如图1所示,第一镜面11和第二镜面12分别形成在硅基座5上,第一镜面11或第二镜面12的硅薄膜4是通过在硅薄膜晶圆6上去除硅衬底10以及相应绝缘层9形成的硅薄膜4。并且第一镜面11和第二镜面12包括分别通过多点键合以在之间形成腔体8的两层硅薄膜4构成的分散式布拉格反射器。其中硅基座5是硅薄膜晶圆6的一部分,硅薄膜晶圆6优选为如图2所示的结构,即由硅衬底10、绝缘层9和硅薄膜4层叠形成,其中硅薄膜晶圆6上的硅薄膜4具有一定的厚度。硅薄膜晶圆6上的硅薄膜4可以是通过沉积形成的多晶硅薄膜。优选的,硅薄膜晶圆6也可以是SOI晶圆6,这时SOI晶圆6上硅薄膜4为单晶硅。在优选的实施例中,第一镜面11或第二镜面12的硅薄膜4通过SOI晶圆6去除硅衬底10形成。在一方面,第一镜面11和第二镜面12朝向腔室2的一面通过研磨或刻蚀全部去除SOI晶圆6的硅衬底10以形成硅薄膜4。在另一方面,第一镜面11和第二镜面12背对腔室2的一面通过部分去除SOI晶圆6的硅衬底10以形成硅基座5。因此在SOI晶圆6上进行加工形成硅薄膜4,工艺上简单方便,可以实现工业化生产,第一镜面11和第二镜面12设置在硅基座5上便于后续FPI器件的支撑和组装。
第一镜面11或第二镜面12的硅薄膜4是通过在硅薄膜晶圆6上去除硅衬底10以及相应绝缘层9形成的硅薄膜4,通过硅薄膜晶圆6加工成硅薄膜4及第一镜面11或第二镜面12的具体步骤可以采取下面的方式:将两片硅薄膜晶圆6上具有硅薄膜4的一面互相面对,并通过多点键合以形成如图3所示的复合层7。此处的多点键合就是在两片硅薄膜晶圆6之间设置多个第一键合物13,第一键合物13之间是腔体8。复合层7其中一侧的硅薄膜晶圆6的硅衬底10被全部去除以保留硅薄膜4,同时另一侧的硅薄膜晶圆6上与器件1的有效工作区域对应的硅衬底10被部分去除以形成硅基座5。在优选的实施例中,通过研磨或刻蚀的方式将SOI晶圆6的硅衬底10全部去除以形成硅薄膜4,该SOI晶圆6加工成硅薄膜4的方式简单,可靠性高。
如图4所示,在优选的实施例中,硅基座5由SOI晶圆6的硅衬底10形成。硅基座5上方有绝缘层9。第一镜面11和第二镜面12背对腔室2的一面上设置有环形重物14。在可选的实施例中,环形重物14是通过保留SOI晶圆6上的部分硅衬底10制成,可以通过利用等离子刻蚀等方法将部分硅基座5去除形成用于增强第一镜面11和第二镜面12的平整度的环形重物14,应当认识到,环形重物14的形状不限于环形,也可以是椭圆、矩形等其他规则或不规则形状,刻蚀方式也不限于等离子刻蚀,也可以是化学试剂刻蚀,视具体的使用场景选择合适的刻蚀方式刻蚀所需的形状。
经过对复合层7的SOI晶圆6进行去除处理后得到如图4所示的第一镜面11或第二镜面12的结构,此时第一镜面11和第二镜面12包括分别通过多点键合以在之间形成腔体8的两层硅薄膜4,并由此形成分散式布拉格反射器。硅薄膜4的存在使得整个器件1的体积都可以有效的缩小。最后将第一镜面11和第二镜面12通过键合的方式形成法伯腔结构,具体的结构如图1所示,其中第二键合物1位于第一镜面11和第二镜面12的外部周围,第一镜面11和第二镜面12作为可动的镜面结构可以通过电极3驱动第一镜面11和第二镜面12移动,能够达到良好的滤光效果。硅薄膜4和腔体8的光学厚度为器件1的中心波长的1/4。通过器件1的中心波长(例如3000nm-14000nm)可以控制硅薄膜4和腔体8的光学厚度,进一步得出硅薄膜4和腔体8的物理厚度,以满足在中红外及热红外范围的FPI器件的要求。在光学中,光学厚度等于折射率乘以物理厚度,例如器件1的中心波长为3000nm,硅薄膜4的折射率为3,则硅薄膜4的物理厚度为3000/4/3=250nm。
该光学滤波器件1在SOI晶圆6的基础上进行加工,加工工艺简单方便。而且该光学滤波器件1由硅薄膜4构成,因此可以很明显地减小器件的体积,有利于应用于小型化低成本红外光谱成像设备。
实施例二
如图5所示,第一镜面11和第二镜面12分别通过将硅薄膜4多点键合到SOI晶圆6的硅薄膜4上以形成分散式布拉格反射器,并且SOI晶圆6的硅薄膜4上方与器件1的有效工作区域对应的区域的硅衬底10被部分去除。此时硅薄膜4相对较薄,SOI晶圆6的硅薄膜4相对较厚。在优选的实施例中,SOI晶圆被去除硅衬底10后的区域的厚度为10-200微米。在此厚度下的第一镜面和第二镜面可以根据器件的机械性能设计形成可动镜面。
在优选的实施例中,SOI晶圆6被去除硅衬底10后的区域包括绝缘层9以及SOI晶圆6的硅薄膜4。硅衬底10可以通过刻蚀的方式去除,保留SOI晶圆6的绝缘层9以及SOI晶圆6的硅薄膜4作为可动镜面。SOI晶圆6的外围部分的硅衬底10和绝缘层9形成用于承载第一镜面11或第二镜面12的硅基座5。此时第一镜面11和第二镜面12都是由硅薄膜4和SOI晶圆6的硅薄膜4键合而成,多点键合中采用第一键合物13间隔排列形成腔体8。
在优选的实施例中,硅薄膜4可以是硅薄膜晶圆6或SOI晶圆6的硅薄膜4,SOI晶圆6的硅薄膜4为单晶硅。硅薄膜4还可以是通过沉积形成的多晶硅薄膜。在一种情况下,SOI晶圆6的硅薄膜4可以通过SOI晶圆6进一步加工形成,具体的加工工艺参考实施例一中硅薄膜4的制作工艺。在另一种情况下,硅薄膜4可以通过化学气相沉积形成多晶硅薄膜,这两种制作工艺都非常成熟,成本低。SOI晶圆6加工成硅薄膜4的方式简单,可靠性高。在优选的实施例中,绝缘层9为二氧化硅或防反射膜。通过SOI晶圆6的硅薄膜4上的二氧化硅或防反射膜可以减小光在绝缘层9上的反射,提高光的透过率。最后在第一镜面11和第二镜面12的外部周围设置有第二键合物15,并将第一镜面11和第二镜面12键合起来构成法伯腔结构,通过电极3控制第一镜面11和第二镜面12的移动,改变第一镜面11和第二镜面12之间的距离,以此改变谐振条件,达到滤波的效果,得到所需要的波长的光。
实施例三
如图6所示,第一镜面11和第二镜面12分别通过将硅薄膜4多点键合到硅衬底10上以形成分散式布拉格反射器,多点键合中采用第一键合物13间隔排列形成腔体8。并且第一镜面11和第二镜面12相互键合的部位对应于硅薄膜4与硅衬底10形成的腔体8之一的位置。此时第一镜面11和第二镜面12相互键合的部位通过第二键合物15键合起来,第二键合物15设置在硅薄膜4与硅衬底10之间形成的腔体8之一的位置。由此将硅薄膜4和腔体8形成弹性可动结构,从而带动第一镜面11和第二镜面12移动,改变第一镜面11和第二镜面12之间的距离,达到滤波的效果,得到所需要的波长的光。在优选的实施例中,硅衬底10上远离腔室2的一侧上设置有绝缘层9,绝缘层9为二氧化硅或防反射膜。通过硅衬底10上的二氧化硅或防反射膜可以提高光的透过率。
在优选的实施例中,硅薄膜4包括硅薄膜晶圆6的硅薄膜4或多晶硅薄膜。硅薄膜晶圆6可以是SOI晶圆6,这时SOI晶圆6上硅薄膜4为单晶硅。在其中一种情况下,SOI晶圆6中的硅薄膜4可以通过SOI晶圆6进一步加工形成,具体的加工工艺参考实施例一中硅薄膜4的制作工艺。在另一种情况下,硅薄膜4可以通过化学气相沉积形成多晶硅薄膜,这两种制作工艺都非常成熟,成本低。
在优选的实施例中,第一镜面11和第二镜面12的键合部位的表面上分别有环形电极3。而两个环形电极3在第一镜面11和第二镜面12键合后形成电容驱动器。当在两个环形电极3施加电压时,第一镜面11和第二镜面12产生相对位移。两个环形电极3还可以各自连接到引出电极,用于外部电路连接。在其他可选的实施例中,电极3不限于环形,还可以是椭圆形、方形等形状,具体根据器件的要求来设计。
在优选的实施例中,本申请的实施例中采用的键合的方式包括共晶键合、聚合物键合、阳极键合或硅-硅直接键合,包括硅薄膜4和硅薄膜4/硅衬底10的键合以及第一镜面11和第二镜面12之间的键合。共晶键合是采用金属作为过渡层从而实现硅-硅之间的键合,对表面要求不高,键合温度低、键合强度高;阳极键合具有键合温度低,与其他工艺相容性好,键合强度及稳定性高等优点,可用于硅/硅基片之间的键合、非硅材料与硅材料、以及玻璃、金属、半导体、陶瓷之间的互相键合。两硅片(氧化或未氧化均可)通过高温处理可以直接键合在一起,不需要任何粘结剂和外加电场,工艺简单。这种键合技术称为硅-硅直接键合技术。可针对实际的键合的表面工艺以及材料选择合适的键合方式实现镜面芯片的键合。
本申请的实施例公开了一种可调红外光学滤波器件,包括相互键合以在之间形成腔室的第一镜面和第二镜面,第一镜面和第二镜面相互键合的部位的外围表面设置有用于驱动第一镜面或第二镜面移动的电极,第一镜面和第二镜面分别为通过硅薄膜键合加工而成的分散式布拉格反射器。其中硅薄膜可以通过SOI晶圆加工形成由两层硅薄膜及中间的腔体构成的分散式布拉格反射器。分散式布拉格反射器也可以由硅薄膜和SOI硅薄膜键合形成。另外第一镜面和第二镜面还可以在与腔体接触的硅薄膜上键合以形成弹性可动结构,从而进一步带动第一镜面和第二镜面移动。该光学滤波器件结构简单,加工工艺成熟,可以实现在工业上大规模生产。
以上描述了本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
在本申请的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“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申请和简化描述,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申请的限制。措词‘包括’并不排除在权利要求未列出的元件或步骤的存在。元件前面的措词‘一’或‘一个’并不排除多个这样的元件的存在。在相互不同从属权利要求中记载某些措施的简单事实不表明这些措施的组合不能被用于改进。在权利要求中的任何参考符号不应当被解释为限制范围。
Claims (16)
1.一种可调红外光学滤波器件,其特征在于,包括相互键合以在之间形成腔室的第一镜面和第二镜面,所述第一镜面和所述第二镜面相互键合的部位的表面设置有用于驱动所述第一镜面或第二镜面移动的电极,所述第一镜面和所述第二镜面为分别通过硅薄膜多点键合加工而成的分散式布拉格反射器,并且所述第一镜面和所述第二镜面相互键合的部位对应于所述多点键合而在之间形成的腔体之一的位置。
2.根据权利要求1所述的可调红外光学滤波器件,其特征在于,所述第一镜面和所述第二镜面分别形成在有绝缘层的硅基座上,并且所述第一镜面和所述第二镜面包括分别通过多点键合以在之间形成腔体的两层所述硅薄膜构成的所述分散式布拉格反射器。
3.根据权利要求2所述的可调红外光学滤波器件,其特征在于,所述第一镜面或所述第二镜面的所述硅薄膜是通过在硅薄膜晶圆上去除硅衬底以及相应绝缘层形成的硅薄膜。
4.根据权利要求3所述的可调红外光学滤波器件,其特征在于,所述硅基座由所述硅薄膜晶圆的所述硅衬底形成。
5.根据权利要求3所述的可调红外光学滤波器件,其特征在于,所述第一镜面和所述第二镜面背对所述腔室的一面上设置有环形重物。
6.根据权利要求5所述的可调红外光学滤波器件,其特征在于,所述环形重物是通过保留所述硅薄膜晶圆上的部分所述硅衬底制成。
7.根据权利要求1所述的可调红外光学滤波器件,其特征在于,所述第一镜面和所述第二镜面为分别通过将所述硅薄膜多点键合到SOI晶圆的硅薄膜上以形成的所述分散式布拉格反射器,并且所述SOI晶圆上与所述器件的有效工作区域对应的区域的硅衬底被部分去除。
8.根据权利要求7所述的可调红外光学滤波器件,其特征在于,所述SOI晶圆被去除所述硅衬底后的区域的厚度为10-200微米。
9.根据权利要求7所述的可调红外光学滤波器件,其特征在于,所述SOI晶圆被去除所述硅衬底后的区域包括绝缘层以及所述SOI晶圆的硅薄膜。
10.根据权利要求9所述的可调红外光学滤波器件,其特征在于,所述SOI晶圆的外围部分的所述硅衬底和所述绝缘层上形成用于承载所述第一镜面或所述第二镜面的硅基座。
11.根据权利要求1所述的可调红外光学滤波器件,其特征在于,所述第一镜面和所述第二镜面分别通过将所述硅薄膜多点键合到硅衬底上以形成所述分散式布拉格反射器,并且所述第一镜面和所述第二镜面相互键合的部位对应于所述硅薄膜与所述硅衬底之间形成的腔体之一的位置。
12.根据权利要求11所述的可调红外光学滤波器件,其特征在于,所述硅衬底背向所述腔室的一侧设置有绝缘层。
13.根据权利要求12所述的可调红外光学滤波器件,其特征在于,所述绝缘层为二氧化硅或防反射膜。
14.根据权利要求1-12中任一项所述的可调红外光学滤波器件,其特征在于,所述硅薄膜包括SOI晶圆上形成的单晶硅薄膜或有绝缘层的硅衬底上通过沉积形成的多晶硅薄膜。
15.根据权利要求1-12中任一项所述的可调红外光学滤波器件,其特征在于,所述硅薄膜和所述腔体的光学厚度为所述器件的中心波长的1/4。
16.根据权利要求1-12中任一项所述的可调红外光学滤波器件,其特征在于,所述键合的方式包括共晶键合、聚合物键合、阳极键合或硅-硅直接键合。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/CN2020/072828 WO2021142791A1 (zh) | 2020-01-17 | 2020-01-17 | 可调红外光学滤波器件 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113795779A CN113795779A (zh) | 2021-12-14 |
CN113795779B true CN113795779B (zh) | 2023-03-10 |
Family
ID=76863243
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202080021924.3A Active CN113795779B (zh) | 2020-01-17 | 2020-01-17 | 可调红外光学滤波器件 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20230194853A1 (zh) |
EP (1) | EP4092470A4 (zh) |
JP (1) | JP2023514457A (zh) |
KR (1) | KR20220120705A (zh) |
CN (1) | CN113795779B (zh) |
WO (1) | WO2021142791A1 (zh) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101446682A (zh) * | 2008-12-25 | 2009-06-03 | 西北工业大学 | 基于soi的连续薄膜式微变形镜及其制备方法 |
CN101666907A (zh) * | 2009-09-29 | 2010-03-10 | 吉林大学 | 静电驱动的光波导和f-p腔可调谐光滤波器及制备方法 |
CN102225739A (zh) * | 2011-04-15 | 2011-10-26 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种基于mems工艺的可调fp光学滤波器的制作方法 |
CN103048283A (zh) * | 2012-11-23 | 2013-04-17 | 姜利军 | 可调滤波器以及非色散气体探测器 |
CN103728275A (zh) * | 2014-01-20 | 2014-04-16 | 电子科技大学 | 基于光学Tamm态等离激元的光折射率传感器 |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1179191C (zh) * | 1997-12-29 | 2004-12-08 | 核心科技公司 | 微机电调谐共焦垂直腔面发射激光器与法布里-珀罗滤光器 |
US6295130B1 (en) * | 1999-12-22 | 2001-09-25 | Xerox Corporation | Structure and method for a microelectromechanically tunable fabry-perot cavity spectrophotometer |
JP3801099B2 (ja) * | 2002-06-04 | 2006-07-26 | 株式会社デンソー | チューナブルフィルタ、その製造方法、及びそれを使用した光スイッチング装置 |
US6809753B2 (en) * | 2002-10-25 | 2004-10-26 | Xiang Zheng Tu | Optical microswitch printer heads |
US20070242358A1 (en) * | 2006-04-18 | 2007-10-18 | Xerox Corporation | Fabry-perot tunable filter |
CN202599535U (zh) * | 2012-03-27 | 2012-12-12 | 武汉高德红外股份有限公司 | 可调式基于mems滤波的红外探测器 |
JP6186692B2 (ja) * | 2012-10-01 | 2017-08-30 | セイコーエプソン株式会社 | 波長可変干渉フィルター、光学フィルターデバイス、光学モジュール、及び電子機器 |
CN103293660B (zh) * | 2013-05-31 | 2015-06-10 | 华中科技大学 | 一种微型f-p腔可调谐滤波器及其制备方法 |
CN105242395B (zh) * | 2015-08-31 | 2017-11-24 | 西北工业大学 | 电磁驱动微机械可调谐珐珀滤波器及其制作方法 |
CN107479184A (zh) * | 2017-09-30 | 2017-12-15 | 广东欧珀移动通信有限公司 | 滤光片、显示装置和电子装置 |
-
2020
- 2020-01-17 CN CN202080021924.3A patent/CN113795779B/zh active Active
- 2020-01-17 WO PCT/CN2020/072828 patent/WO2021142791A1/zh unknown
- 2020-01-17 KR KR1020227028007A patent/KR20220120705A/ko not_active Application Discontinuation
- 2020-01-17 JP JP2022552127A patent/JP2023514457A/ja active Pending
- 2020-01-17 EP EP20914692.7A patent/EP4092470A4/en active Pending
- 2020-01-17 US US17/910,725 patent/US20230194853A1/en active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101446682A (zh) * | 2008-12-25 | 2009-06-03 | 西北工业大学 | 基于soi的连续薄膜式微变形镜及其制备方法 |
CN101666907A (zh) * | 2009-09-29 | 2010-03-10 | 吉林大学 | 静电驱动的光波导和f-p腔可调谐光滤波器及制备方法 |
CN102225739A (zh) * | 2011-04-15 | 2011-10-26 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种基于mems工艺的可调fp光学滤波器的制作方法 |
CN103048283A (zh) * | 2012-11-23 | 2013-04-17 | 姜利军 | 可调滤波器以及非色散气体探测器 |
CN103728275A (zh) * | 2014-01-20 | 2014-04-16 | 电子科技大学 | 基于光学Tamm态等离激元的光折射率传感器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20230194853A1 (en) | 2023-06-22 |
KR20220120705A (ko) | 2022-08-30 |
WO2021142791A1 (zh) | 2021-07-22 |
EP4092470A4 (en) | 2023-10-18 |
CN113795779A (zh) | 2021-12-14 |
JP2023514457A (ja) | 2023-04-05 |
EP4092470A1 (en) | 2022-11-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6768756B2 (en) | MEMS membrane with integral mirror/lens | |
EP0668490B1 (en) | Electrically tunable fabry-perot interferometer produced by surface micromechanical techniques for use in optical material analysis | |
JP3786106B2 (ja) | 波長可変光フィルタ及びその製造方法 | |
JPH07243963A (ja) | 光共振器とその製造方法 | |
CN100410723C (zh) | 可变波长滤光器以及可变波长滤光器的制造方法 | |
CN113795779B (zh) | 可调红外光学滤波器件 | |
CN111880257B (zh) | 一种可调光学滤波器件 | |
JP2010266876A (ja) | 光学デバイス、光学デバイスの製造方法、波長可変フィルタ、波長可変フィルタモジュール、および光スペクトラムアナライザ | |
CN114868068B (zh) | 一种可调光学滤波装置 | |
WO2021056273A1 (zh) | 一种可调光学滤波器件 | |
CN114843726A (zh) | 一种可调滤波器及可调滤波器的制造方法 | |
WO2021077396A1 (zh) | 一种可调光学滤波器件 | |
CN111924797B (zh) | 一种具有可动镜面的法珀腔器件及其制作工艺 | |
Huber et al. | Large-aperture Fabry-Perot filters based on silicon/silicon carbonitride distributed Bragg reflectors for the near-infrared | |
KR20040072406A (ko) | 파장 조절 광 공진기 및 그를 이용한 튜너블 광 필터 | |
CN112415647A (zh) | 半导体标准具装置及制造方法 | |
WO2018061679A1 (ja) | 光変調素子および光検出素子 | |
CN114902092A (zh) | 一种可调光学滤波器件 | |
WO2021237567A1 (zh) | 一种可调光学滤波器件和光谱成像系统 | |
US20230341629A1 (en) | Tunable optical filter device | |
TW550235B (en) | Micro-machined tunable filter and low-temperature method of fabricating the same | |
JP2012068059A (ja) | ファブリペロー干渉計の製造方法 | |
CN115616695A (zh) | 干涉滤波器以及干涉滤波器的制造方法 | |
CN102193187B (zh) | 光滤波器及其分析设备 | |
CN117191190A (zh) | 一种集成宽波段微光机电法布里-珀罗滤光芯片阵列及其制作方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |