CN114207483A - 滤光器及包括其的传感器系统、以及滤光器用卤化非晶硅薄膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种滤光器及包括该滤光器的传感器系统，该滤光器具有高折射率的同时在约800nm～1100nm的窄带示出消光系数低的特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种滤光器及包括其的传感器系统、以及滤光器用卤化非晶硅薄膜的制备方法。
背景技术
一般在智能手机、游戏机、汽车的内部等使用的手势识别、面部识别等是将LD或LED作为光源的照明装置发出的光照向被摄体，并利用从被摄体反射的光中包含的被摄体的信息。
这样反射光由传感器转换成电信号，并经过分析处理得到被摄体的3D信息。其中，从光源反射的光由被摄体反射并在传感器检测的过程中，光量以从光源到被摄体，及从被摄体到传感器的距离的平方成反比的减少，另外由于被摄体对于光源的反射率低，到达传感器的光相比从光源发出的光量其光强度非常低。再加上分布在传感器系统周围的环境光使传感器系统中具有高噪声特性。因此，需要一种在约800nm～1100nm范围根据光源的类型及特性，仅透射窄带波长的滤光器。其中，滤光器必须在所使用的窄带中具有高透射特性，并且可以通过反射或吸收过程阻断其他频带。
现有的滤光器在约800nm～1100nm区域在透射率高的玻璃等母材上作为高折射的光学沉积物质使用TiO2、Nb2O5、Ta2O5、Si3N4等，作为低折射的光学沉积物质使用SiO2、MgF2、Al2O3等，还有使用与高折射光学沉积物质的混合物交替沉积高折射光学物质和低折射光学物质的方法，制备出在所需频带内使其透射或反射，近期正在尝试使用氢化硅得到高折射率的方法。
由于从被摄体反射并入射到传感器上的光的入射角分布在从0到180度的大角度范围，为了配置高性能的传感器系统需要制备出允许高AOI(Angle of Incidence)的滤光器。但是，现有的使用高折射物质和低折射物质的滤光器在±15度以上的AOI中由于根据偏振光发生折射率的变化，因此很难保持垂直入射时获得的光学特性。因此，为了制备出AOI在15度以上的宽的角度具有高光学特性的过滤器，需要具有折射率高且消光系数低的沉积物质。
在过去的数十年里，已经有很多关于硅的研究，尤其在大面积平板显示器，如LCD和太阳能电池领域积极进行研究。氢化非晶硅之一的固体硅的带隙约为1.12eV(@300K)，其吸收边缘(Absorption edge)位于约1100nm处，由于吸收约800nm～1100nm的近红外线区域的光，导致很难用于要求高透射率的滤光器。氢化非晶硅(a-Si:H)的带隙根据非晶硅内的氢原子的量及硅晶体的状态，吸收边缘会移动到约1.75eV-2.0eV处，在约700nm以上的近红外线区域可获得光学上较低吸收系数的特性，并且最近尝试将其用于滤光器。
此时，为了使光的吸收最小化(消光系数约0.001以下)，在非晶硅中注入约20％或以上氢浓度，以调节非晶硅的局域态(Localized States)和带尾(BandTail)，这除了预期的氢化非晶硅(a-Si:H)以外，同时还会产生Si:H2、(Si:H2)n、空隙(Void)和链状或网状的Si:H2+(Si:H2)n化合物，结果导致降低了折射率，因此需要降低它。
另外，氢化非晶硅中氢原子的分子量小且原子的大小非常小，很容易在PVD或CVD工艺中通过扩散过程获得，然而由于扩散系数容易随温度而变化，因此很难精确控制氢的量，在工艺过程中或工艺完成后，随着温度升高硅中存在的氢的移动而伴随物理性质的变化。
特别在滤光器中，所设计的各层光学薄膜的特性由光学厚度nd(n：光学折射率，d：物理厚度)所决定。因此，即使物理厚度d恒定，当光学折射率n发生改变时，滤光器的特性也会改变，包括滤光器的传感器系统也可能发生问题。
发明内容
发明所要解决的问题
本发明一实施例的目的在于提供一种滤光器及包括其的传感器系统，该滤光器具有高折射率的同时在约800nm～1100nm的窄带示出消光系数低的特性。
另外，本发明一实施例的目的在于提供一种可以收容大范围入射角的滤光器及包括其的传感器系统。
除了上述问题之外，根据本发明的实现例可以用于解决其他未具体提及的问题。
用于解决问题的方案
本发明一实施例提供一种滤光器，其特征在于，包括：第一镜层，其由第一高折射物质层和第一低折射物质层交替层压而成；间隔层，其连续层压在第一镜层的一侧上面且包括多个第二高折射物质层；及第二镜层，其将间隔层置于中间并与第一镜层相对设置，且第三高折射物质层和第三低折射物质层交替层压而成。
第一高折射物质层、第一低折射物质层、第二高折射物质层、第三高折射物质层及第三低折射物质层中的一个以上可以包含卤化非晶硅。
在约800nm至1100nm的波长范围内第一高折射物质层、第二高折射物质层及第三高折射物质层中的一个以上的折射率在约3.0以上，并且具有0.001以下的消光系数。
(第一高折射物质层的光学厚度/第一低折射物质层的光学厚度)或(第三高折射物质层的光学厚度/第三低折射物质层的光学厚度)的比可以是约1.5至3.0。
卤化非晶硅可以包含F或Cl。
滤光器可以具有约800nm至1100nm的波长范围的透射频带，并且根据0度至45度的入射角的变化，950nm的中心波长的最大偏移约小于25nm。
滤光器可以具有约800nm至1100nm的波长范围的透射频带，并且根据0度至60度的入射角的变化，950nm的中心波长的最大偏移约小于38nm。
第一高折射物质层、第二高折射物质层及第三高折射物质层具有相同的折射率，第一低折射物质层及第三低折射物质层可以具有相同的折射率。
第一高折射物质层、第一低折射物质层、第二高折射物质层、第三高折射物质层及第三低折射物质层中的一个以上可以包含卤化非晶硅。
卤化非晶硅使用包括将惰性气体、卤素气体及载气注入到腔室的步骤的PVD方法制备，同一时间内注入到腔室的卤素气体体积/(卤素气体体积+载气体积)的比可以约大于0且小于0.375。
第一低折射物质层及第三低折射物质层可以包含TiO2、Nb2O5、Ta2O5、Si3N4、SiO2、MgF2、Al2O3、卤化非晶硅化合物或其混合物中的任意一种以上。
本发明一实施例提供一种滤光器用卤化非晶硅薄膜的制备方法，该方法使用包括将惰性气体、卤素气体及载气注入到腔室的步骤的PVD方法制备，同一时间内注入到腔室的卤素气体体积/(卤素气体体积+载气体积)的比可以约大于0且小于0.375。
本发明一实施例提供一种传感器系统，该系统包括：根据本发明一实施例的滤光器；光源，其发出波长约800nm～1100nm区域的光，以生成可到达滤光器的反射光，；及传感器，其设置在通过滤光器的反射光流经的路径上，用于接收反射光中包含的关于被摄体的3D信息。
发明效果
根据本发明一实施例的滤光器及包括其的传感器系统具有高折射率的同时在约800nm～1100nm的窄带内可以示出消光系数低的特性。
根据本发明一实施例的滤光器用卤化非晶硅薄膜的制备方法，可以制备出具有高折射率的同时在约800nm～1100nm的窄带示出消光系数低的特性的滤光器。
另外，根据本发明一实施例的滤光器及包括其的传感器系统可以收容大范围的入射角。
附图说明
图1是示出根据本发明一实施例的滤光器的层压结构的剖视图。
图2是示出根据本发明一实施例的传感器系统的基本配置的图。
图3是将本说明书中表8的数据以图表形式示出的图。
图4是将本说明书中表9的数据以图表形式示出的图。
具体实施方式
这里使用的术语仅为叙述特定实施例，并不意图限制本发明。除非在文中清楚地表明有相反的意思，其中所用单数形式也包括复数形式。
本说明书中所使用的“包含”的意思是将特定特性、区域、整数、步骤、操作、要素及/或成分具体化，而不是排除其他特定特性、区域、整数、步骤、操作、要素、成分及/或组的存在或增加。
本说明书的图中为明确表示多个层和区域，将厚度进行放大处理。当指层、膜、区域、板等的部分在其他部分“上面”时，不仅包括在其他部分“直接上面”的情况，还包括其中间有另外其他部分的情况。然而，当指某部分在其他部分“直接上面”时，意味着其中间没有其他部分。相反当指层、膜、区域、板等的部分在其他部分的“下面”时，不仅包含在其他部分“直接下面”的情况，还包括其中间有另一其他部分的情况。然而，当指某部分在其他部分“直接下面”时，意味着其中间没有其他部分。
尽管没有另外定义，但在此使用的包括技术术语和科学术语在内的所有术语，与本发明所属技术领域的技术人员通常理解的含义相同。通用字典中定义的术语具有与相关技术文献和当前已公开的内容相符的含义，除非另行定义，否则不应理解为理想化或非常公式化的含义。
本说明书中的滤光器的设计公式可以如下表示。
【设计公式】
Glass/(HL)^n 2mH(LH)^n/Air，或Glass/(LH)^n 2mL(HL)^n/Air
(H是高折射物质层、L是低折射物质层、n表示高折射物质层及低折射物质层组的层压反复次数，m是1以上的整数)
另外，本说明书中的高折射物质层或低折射物质层的光学厚度可以用下列数学式1表示。
【数学式1】
nd＝(1/4)λ0
(n是折射率、d是物理厚度、λ0是透过滤光器的光的中心波长)
本说明书中的间隔层的光学厚度可以用下列数学式2表示。
【数学式2】
nd＝(1/2)mλ0
(n是折射率、d是物理厚度、m是指上述设计公式中的m，λ0是透过滤光器的光的中心波长)
本说明书中的“高折射”和“低折射”的含义应理解为在具有一般结构的由多个光学物质层组成的滤光器领域的技术人员通常理解的，为了控制光的透射及反射特性，位于各层的光学物质之间的相对折射率的概念。
图1是示出根据本发明一实施例的滤光器1020的层压结构的剖视图。
图2是示出根据本发明一实施例的传感器系统1000的基本配置的图。
参考图1及图2，本发明一实施例提供一种滤光器1020，包括：第一镜层100，其由第一高折射物质层110和第一低折射物质层120交替层压而成；间隔层200，其连续层压在第一镜层100的一侧上面，且包括多个第二高折射物质层；及第二镜层300，其将间隔层200置于中间并与第一镜层100相对设置，第三高折射物质层310及第三低折射物质层320交替层压而成。
根据本发明一实施例的滤光器1020不仅可以由图1所示的单腔结构(singlecavity)形成，还可以由2个以上以单腔结构(single cavity)为单位的结构连续反复层压而成的多腔结构(Multi Cavity)形成。
首先，进入到滤光器1020的入射光可以根据波长区域以第一镜层100、间隔层200、及第二镜层300的顺序透射或反射。或其逆序也可以。
间隔层200作为位于第一镜层100和第二镜层300之间的层可以包括高折射物质层。
当入射光不是垂直而是倾斜地入射时，P-偏振光和S-偏振光会分离，随着入射角的增大两种偏振光的中心波长向短波长移动的同时，根据波长两种偏振光分别变成不同的透射率，最终成为降低滤光器性能的原因。为了改善此问题，当第一高折射物质层110、第三高折射物质层310及间隔层200中一个以上由具有高光学折射率的物质构成，则对更大入射角的S-偏振光和P-偏振光的根据波长透射率的变化量减少，可以允许更大的入射角。因此，相比于使用低折射物质层的间隔层200，在使用高折射物质层时可以制备出允许更大入射角的滤光器。
第一高折射物质层110、第一低折射物质层120、第二高折射物质层、第三高折射物质层310及第三低折射物质层320中一个以上可以包含卤化非晶硅。
卤化非晶硅可以包含F或Cl。
具体地，将原子半径与硅(Si的原子半径是111pm)相似的氯(Cl的原子半径是100pm)或氟(F的原子半径是50pm)放置在悬空键中，调节非晶硅的带隙中的电子态密度(Density of State，DOS)，在约800nm-1100nm的近红外线波段可以具有约3.0以上的高光学折射率和约0.001以下的低消光系数，相比于氢原子，可以通过根据温度的低扩散系数可以制备出要求高温可靠性的过滤器。
综上所述，在约800nm至1100nm的波长范围，第一高折射物质层110、第二高折射物质层及第三高折射物质层310中一个以上的折射率可以为约3.0以上，具有约0.001以下的消光系数。然而，当第一高折射物质层110、第二高折射物质层和第三高折射物质层310的折射率超过约4.0时，会发生光的吸收，很难制造实际透射率高的滤光器。
包含卤化非晶硅的第一高折射物质层110、第一低折射物质层120、第二高折射物质层、第三高折射物质层310及第三低折射物质层320可以分别通过PVD或CVD方法制备。
例如，通过PVD制备时，将硅置于阴极(Cathode)并进行DC-溅射或rf-溅射将其沉积在面向硅阴极的基材上面，此时，为产生等离子使用氩(Ar)作为惰性气体。并且，为制备卤化非晶硅，作为反应气体同时注入氯(Cl)或含有氯或氟的化合物气体(SiCl4，SiF4)来形成等离子体，通过与溅射的硅反应，可以在基材上形成卤化硅。这时，作为载气还可以使用反应性高的氢气(H2)或气态盐酸(HCl)。卤化非晶硅的折射率可以通过调节注入的含卤物质的气体的量和基材的温度以及与非晶硅的沉积速度相关的DC或rf功率来控制。为提高含卤物质与硅的化学键合，使用等离子密度大的单独的等离子源或离子源来提高位于非晶硅悬空键(Dangling Bond)中的卤(Cl，F)的密度，从而可以获得约低于0.0005的消光系数。另外，随着卤元素位于悬空键还可以同时获得减少滤光器薄膜内存在的压缩应力的效果。
当使用包括将惰性气体、卤素气体及载气注入到腔室的步骤的PVD方法将卤化非晶硅制备成薄膜形状时，同一时间内注入到腔室的卤素气体体积/(卤素气体体积+上述载气体积)的比可以是约大于0且小于0.375。
在同一时间内注入到腔室的气体的体积比在上述范围内，根据本发明一实施例的包含卤化非晶硅的滤光器比使用氢化非晶硅的滤光器具有更高的折射率，且可以同时显示出相同水平的消光系数。
此时，卤素气体作为反应气体可以是氯(Cl)或含有氯或氟的化合物气体(SiCl4，SiF4)等，载气可以是反应性高的氢(H2)或气态的盐酸(HCl)等。这样的卤化非晶硅薄膜可以用于制备滤光器。
(第一高折射物质层110的光学厚度/第一低折射物质层120的光学厚度)或(第三高折射物质层310的光学厚度/第三低折射物质层320的光学厚度)的比可以是约1.5至3.0。在上述范围内，可以收容大范围的入射角，并且使物质层薄膜的内部应力最小化，使得可以使用薄基材制造出经济型的滤光器。
具体地，根据本发明一实施例的滤光器1020具有近红外线区域约800nm至1100nm的波长范围的透射频带，根据约0度至45度的入射角的变化，950nm的中心波长可以最大偏移(Band Shift)小于25nm。另外，根据约0度至60度的入射角的变化，可以最大偏移小于38nm。
第一高折射物质层110、第二高折射物质层及第三高折射物质层310具有相同的折射率，第一低折射物质层120及第三低折射物质层320可以具有相同的折射率。第一高折射物质层110、第二高折射物质层及第三高折射物质层310或第一低折射物质层120及第三低折射物质层320虽然可以选择具有不同折射率的物质，但在滤光器的制备阶段需要多种物质源(溅射时需要多种不同的Cathode)，可能会带来制备设备的复杂性、操作工艺过程及成本上的问题，所以通过使用具有相同折射率的物质可以改善该问题。
第一低折射物质层120及第三低折射物质层320可以包含TiO2、Nb2O5、Ta2O5、Si3N4、SiO2、MgF2、Al2O3、卤化非晶硅化合物或其混合物中的任意一种以上。
一般来说TiO2、Nb2O5、Ta2O5、Si3N4的折射率在约2.0～2.3范围内，通常可以区分为高折射物质。但是由于根据本发明一实施例的滤光器1020的卤化非晶硅的折射率很高(约3.0～4)，所以相对来说可以将TiO2、Nb2O5、Ta2O5、Si3N4或其混合物作为低折射物质使用。因此，除了一般使用的SiO2、Al2O3、MgF2等低折射物质外，还可以增加选择并使用Nb2O5、Ta2O5、Si3N4中的一种以上，使得滤光器的材料选择范围变大。还有，通过调节含卤化非晶硅化合物的薄膜沉积步骤的工艺条件，制备出不同的折射率，从而不仅可以制备含卤化非晶硅化合物的高折射物质层还可以制备低折射物质层。
图2是示出根据本发明一实施例的传感器系统1000的基本配置的图。
参考图2，本发明一实施例提供一种传感器系统1000，该系统包括：根据本发明一实施例的滤光器1020；光源1010，为生成可到达滤光器1020的反射光而发出波长范围约800nm至1100nm区域的光；传感器1030，设置在透过滤光器1020的反射光流经的路径上，用于接收反射光中包括的关于被摄体1040的3D信息。
为简化图解(illustration)，省略了传感器系统1000中通常包括的例如光学部件(optics)等其他元件。
光源1010发出波长约800nm至1100nm波长范围内的光。光源1010发出如光脉冲(light pulses)等调制光(modulated light)。优选地，光源1010可以是发光二极管(light-emitting diode，LED)、LED阵列、激光二极管或激光二极管阵列。
光源1010朝向被摄体1040发出光，被摄体1040再将发出的光反射到传感器系统1000上。当传感器系统1000为手势识别系统时，被摄体1040为手势识别系统的使用者。
滤光器1020设置成用于收光由被摄体1040反射后发出的光。滤光器1020包含发出波长并具有约800nm至1100nm的波长范围和至少部分重叠的透射频带。滤光器1020可以是频带透射过滤器，优选地，可以是如上所述的窄带透射过滤器。滤光器1020在实质性阻断周边光的同时并传递从光源1010发出的光。例如，滤光器1020将被摄体1040反射的由光源1010发出的光收光，并将发出的光传递到传感器1030上。
传感器1030设置成用于收光由滤光器1020传递后发出的光，即传感器1030可以设置在滤光器1020的后面。根据情况，滤光器1020可以直接形成在传感器1030上或设置在传感器1030上方。
当传感器系统1000为接近传感器系统时，传感器1030为接近传感器，接近传感器可以根据本发明的技术领域已知的方法，通过检测发出的光来感知被摄体1040的接近(proximity)。当传感器系统1000为3D成像系统或手势识别系统时，传感器1030为3D图像传感器，例如电荷耦合器件(charge-coupled device，CCD)芯片或互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)芯片，电荷耦合器件或CMOS芯片检测发出的光并提供被摄体1040的3D图像，被摄体1040根据情况可以是使用者。为通过如专用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)或数字信号处理装置(DSP)等处理系统进行处理，3D图像传感器可以根据本领域已知的方法将光学信号转换为电信号。例如当传感器系统1000为手势识别系统时，处理系统将使用者的3D图像处理后可以识别使用者的手势。
通过包含根据本发明一实施例的滤光器1020，不但可以具有高折射率的同时在约800nm～1100nm范围的窄带内可以示出消光系数低的特性，还可以收容约0度至60度的大范围的入射角。
以上对本发明的优选实施例进行了详细的说明，但是本发明的权利范围不限于此，而是应该由权利要求所定义，由技术人员使用本发明的基本理念进行的各种变形也同样属于本发明的权利范围内。
【实施例1】滤光器的设计
通过使用现在研究或工业中普遍使用的光学薄膜设计软件程序，作为比较例和实施例设计如下滤光器。
比较例1至4和实施例1至4根据以下滤光器的设计公式来设计。
【设计公式】
Glass(1.52)/(HL)^n 2mH(LH)^n/Air(1.0)，(H:a@λ1nm，L:b@λ2nm)
(H是高折射物质层，L是低折射物质层，n表示高折射物质层及低折射物质层组的层压反复次数，m是1至4中任意的整数，a是在λ1波长中的高折射物质层的折射率，b是在λ2波长中的低折射物质层的折射率，Glass的折射率是1.52，Air的折射率设定为1.0，H和L的光学厚度比为1:1。)
比较例1是Glass(1.52)/(HL)^4 2mH(LH)^4/Air(1.0)，(H:3.6@950nm，L:2.5@950nm)，高折射物质层使用了卤化氧化硅(a-Si:Cl:H)，低折射物质层使用了卤化氧化硅(a-SiOx:Cl)。
比较例2为Glass(1.52)/(1.1H0.9L)^4(2m+0.0783)H(0.9L1.1H)^4/Air(1.0)，除了变更了高折射物质层和低折射物质层的光学厚度的比例外，在与比较例1相同的条件下进行设计。其中，上述设计公式中的0.0783的值为补偿值，用于根据位于间隔层前后的镜层的变化补偿共振波长的变化，使得在所需中心波长处产生共振使损失最小化。具体地，可以通过计算构成镜层的各层的光导纳得出相应的补偿值，也可以使用程序导出。另外，也同样可以适用于以下的比较例3和4，实施例1至4的设计式中。
比较例3为Glass(1.52)/(1.15H0.85L)^4(2m+0.1173)H(0.85L1.15H)^4/Air(1.0)，除了变更了高折射物质层和低折射物质层的光学厚度的比例外，在与比较例1相同的条件下进行设计。
比较例4为Glass(1.52)/(1.75H0.25L)^4(2m+0.5597)H(0.25L1.1.75H)^4/Air(1.0)，除了变更了高折射物质层和低折射物质层的光学厚度的比例外，在与比较例1相同的条件下进行设计。
实施例1为Glass(1.52)/(1.2H0.8L)^4(2m+0.1560)H(0.8L1.2H)^4/Air(1.0)，除了变更了高折射物质层和低折射物质层的光学厚度的比例外，在与比较例1相同的条件下进行设计。
实施例2为Glass(1.52/(1.25H0.75L)^4(2m+0.1945)H(0.75L1.25H)^4/Air(1.0)，除了变更了高折射物质层和低折射物质层的光学厚度的比例外，在与比较例1相同的条件下进行设计。
实施例3为Glass(1.52)/(1.3H0.7L)^4(2m+0.2325)H(0.7L1.3H)^4/Air(1.0)，除了变更了高折射物质层和低折射物质层的光学厚度的比例外，在与比较例1相同的条件下进行设计。
实施例4为Glass(1.52)/(1.5H0.5L)^4(2m+0.3727)H(0.5L1.5H)^4/Air(1.0)，除了变更了高折射物质层和低折射物质层的光学厚度的比例外，在与比较例1相同的条件下进行设计。
【实验例1】根据设计变更的滤光器性能比较实验
通过使用现在研究或工业中普遍使用的光学薄膜设计软件程序，对比较例1至4及实施例1至4所设计的滤光器，在950nm中心波长的偏移效果(Band shift)及相对于比较例1的改善效果的差异(Band shift值差、以及％)进行比较测量的测试。
下表1为当间隔层的m为1时，测量各入射角的Band Shift(nm)值的结果。
【表1】
下表2为当间隔层的m为2时，测量各入射角的偏移值的结果。
【表2】
下表3为当间隔层的m为3时，测量各入射角的偏移值的结果。
【表3】
下表4为当间隔层的m为4时，测量各入射角的偏移值的结果。
【表4】
根据上述实验结果，实施例1至4中，入射角变化范围在0度至45度的条件下，可以看出偏移值限制在小于25nm(实施例1中45度时为24.98nm)，入射角变化范围在0度至60度的条件下，可以看出偏移值限制在小于38nm(实施例1中60度时为37.59nm)。此时，实施例1至4对应的(高折射物质层的光学厚度/低折射物质层的光学厚度)的比在1.5至3.0的范围内变化。
然而，比较例1至3中(高折射物质层的光学厚度/低折射物质层的光学厚度)的比分别为1(比较例1)、约1.2(比较例2)、约1.35(比较例3)。实际制备的滤光器对透射光的大入射角应具有一定程度的收容性，而在相同条件下，相比实施例1至4比较例1至3显示出偏移改善程度低。
例如，在比较例3的m＝1的条件下以入射角30度为基准，相对于比较例1，作为中心波长的偏移(Band Shift)值％的
(％)为0.08是0.1以下，此水平在制备滤光器的效果层面难以应用。
另外，在比较例4中，虽然示出了最优秀的偏移值，但(高折射物质层的光学厚度/低折射物质层的光学厚度)的比为7，因此传感器系统中所使用的滤光器(Band PassFilter)在特性方面需要形成额外的镜层，需要更多层的光学薄膜层，导致制造滤光器所需的工艺时间和成本的增加并降低了生产力。
【实施例2】制备卤化非晶硅
为制备氢化非晶硅及卤化非晶硅薄膜，使用作为PVD(Physical VaporDeposition)中的1种的磁控反应溅射(Reactive Magnetron sputtering)为原理的METAMODE
磁控溅射装置来制备。
将Si阴极放置在以腔室中心为轴旋转的基板载体(Substrate Carrier)的左右两侧，通过磁控溅射将硅(Si)以埃为单位涂覆在玻璃基板上，然后通过在ICP(InductionCoupled Plasma)Source注入Ar获得高密度等离子体，其中注入作为反应气体的Cl2和作为载气的H2。H+和Cl+与已沉积的Si发生反应，得到氢化硅(a-Si:H)、卤化硅(Si:Cl)或其复合物SiClxH(1-x)，通过反复这样的过程得到所需要的光学厚度的薄膜。在工艺之前，为了尽量减少除了所需的工艺气体(Ar、Cl、H2等)外的气体残留在涂覆室中，排气至约1.0*10^-6mbar后再注入工艺气体开始工艺。可以通过控制作为溅射阴极的Si的电导率来实现DC(Pulsed DC)磁控工艺。为了在工艺过程中使母材温度保持在一定范围内，使用SheathHeater作为加热源。另外，为了获得均质的薄膜，将母材所在的基板载体的转速设置在约100rpm以上，以及使用在工艺过程中可以光学测量薄膜厚度变化的光学监测系统(InsituOptical Monitoring System)在工艺过程中实时测量薄膜的光透射率。
其他具体工艺条件如下表5。
【表5】
| 过程压力(mbar) | 1.3～1.4E-3 |
| Ar作为Si阴极 | 80sccm |
| 沉积率 | 0.4nm/sec |
| 等离子源 | rf-6Kw |
| Ar作为等离子源 | 100sccm |
| H<sub>2</sub>作为等离子源 | 25～40sccm |
| Cl作为等离子源 | 0～15sccm |
| 基板温度 | 180℃ |
结果，通过如下表6改变注入腔室的H2气体和Cl2气体的流量，根据比较例1和2以及实施例1至3的条件，制备氢化非晶硅和卤化非晶硅薄膜。由比较例1制备的薄膜为氢化非晶硅(a-SiH)，由实施例1至3和比较例2制备的薄膜为卤化非晶硅(a-SiClH)。
【表6】
【实验例2】卤化非晶硅的光学性能比较实验
为了比较根据比较例1和2以及实施例1至3制备的薄膜的光学性能，使用分光光度计(Spectro-Photometer)测量每个制备的薄膜的透射波长的透射率和折射率。
透射率测量结果整理如下表7，折射率测量结果整理如下表8。
【表7】
图3是将表8的数据以图表形式示出的图。X轴为波长(nm)，Y轴为折射率。
【表8】
参考表8和图3，与氢化非晶硅(比较例1)相比，可看出实施例1至3中示出了约3.593～3.861(800nm～1100nm)的优秀的光折射率。然而如比较例2，当注入到腔室的Cl2气体的流量比超过37.5％时，示出与比较例1的氢化非晶硅相似水平的折射率。
为了比较根据比较例1、实施例2及比较例2制备的薄膜的光学特性，每个制备的薄膜根据透射波长测量消光系数的结果整理如下表8。
图4是将表9的数据以图表形式示出的图。X轴为波长(nm)，Y轴为消光系数(K)。
【表9】
参考表9和图4，在约800nm～1100nm的波长区域中氢化非晶硅(比较例1)与卤化非晶硅(实施例2及比较例2)示出具有相同水平的消光系数值。
Claims (10)
1.一种滤光器，其特征在于，包括：
第一镜层，其由第一高折射物质层和第一低折射物质层交替层压而成；
间隔层，其连续层压在所述第一镜层的一侧上面且包括多个第二高折射物质层；及
第二镜层，其将所述间隔层置于中间并与所述第一镜层相对设置，且第三高折射物质层和第三低折射物质层交替层压而成，
所述第一高折射物质层、所述第一低折射物质层、所述第二高折射物质层、所述第三高折射物质层及所述第三低折射物质层中有一个以上包含卤化非晶硅，
在800nm至1100nm的波长范围内所述第一高折射物质层、所述第二高折射物质层及所述第三高折射物质层中有一个以上的折射率在3.0以上，并且具有0.001以下的消光系数。
2.根据权利要求1所述的滤光器，其特征在于，
所述滤光器的(第一高折射物质层的光学厚度/第一低折射物质层的光学厚度)或(第三高折射物质层的光学厚度/第三低折射物质层的光学厚度)比是1.5至3.0。
3.根据权利要求1所述的滤光器，其特征在于，
所述卤化非晶硅包含F或Cl。
4.根据权利要求2所述的滤光器，其特征在于，
所述滤光器具有800nm至1100nm的波长范围的透射频带，并且根据0度至45度的入射角的变化，950nm的中心波长的最大偏移小于25nm。
5.根据权利要求2所述的滤光器，其特征在于，
所述滤光器具有800nm至1100nm的波长范围的透射频带，并且根据0度至60度的入射角的变化，950nm的中心波长的最大偏移小于38nm。
6.根据权利要求1所述的滤光器，其特征在于，
所述第一高折射物质层、所述第二高折射物质层及所述第三高折射物质层具有相同的折射率，
所述第一低折射物质层及所述第三低折射物质层具有相同的折射率。
7.根据权利要求1所述的滤光器，其特征在于，
所述卤化非晶硅使用包括将惰性气体、卤素气体及载气注入到腔室的步骤的PVD方法制备，
同一时间内注入到所述腔室的所述卤素气体体积/(所述卤素气体体积+所述载气体积)的比大于0且小于0.375。
8.根据权利要求1所述的滤光器，其特征在于，
所述第一低折射物质层及所述第三低折射物质层包含TiO2、Nb2O5、Ta2O5、Si3N4、SiO2、MgF2、Al2O3、卤化非晶硅化合物或其混合物中的任意一种以上。
9.一种滤光器用卤化非晶硅薄膜的制备方法，其特征在于，
所述方法使用包括将惰性气体、卤素气体及载气注入到腔室的步骤的PVD方法制备，
同一时间内注入到所述腔室的所述卤素气体体积/(所述卤素气体体积+所述载气体积)的比大于0且小于0.375。
10.一种传感器系统，其特征在于，包括：
根据权利要求1至8中任一项所述的滤光器；
光源，其发出波长800nm～1100nm区域的光，以生成可到达所述滤光器的反射光；及
传感器，其设置在通过所述滤光器的反射光流经的路径上，用于接收反射光中包含的关于被摄体的3D信息。
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