CN114651199A - 波长选择性滤光器和制造波长选择性滤光器的方法 - Google Patents
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Abstract
[问题]本申请的目的包括提供一种利用表面等离子体共振的波长选择性滤光器，其中波长选择性滤光器的峰值波长在近红外波长区域，并且其中波长选择性滤光器的透射波长的半峰全宽比传统滤光器的窄。[解决方案]一种波长选择性滤光器，包括交替地具有低折射率层和高折射率层的多层结构、面向多层结构的低折射率层的周期性结构层，低折射率层的折射率在1.30和1.60之间、厚度在100nm和800nm之间，高折射率层的折射率在1.70和2.20之间、厚度在30nm和100nm之间，在垂直于周期性结构的厚度方向的平面中，多层结构层具有由金属或半导体构成的周期性结构。
Description
技术领域
本公开涉及滤光器技术领域。特别地，本公开涉及一种波长选择性滤光器和制造波长选择性滤光器的方法。
背景技术
作为用于从包括各种波长的入射光中获得特定波长范围的透射光的波长选择性滤光器，已知有使用染料材料的波长选择性滤光器、使用多层介电材料膜的波长选择性滤光器，以及利用表面等离子体共振的波长选择性滤光器。
因为染料会由于UV光变质，所以使用染料材料的波长选择性滤光器具有耐用性不高的问题。由于为了实现高性能应层叠许多薄膜，因此使用多层介电材料膜的波长选择性滤光器具有制造成本往往很高的问题。
利用表面等离子体共振的波长选择性滤光器具有由金属或半导体构成的周期性结构，并且利用在金属或半导体与介电材料之间的界面处产生的表面等离子体共振(专利文献1)。与使用染料材料的波长选择性滤光器和使用多层介电材料膜的波长选择性滤光器相比，利用表面等离子体共振的波长选择性滤光器由于其制造工艺简单、制造成本低且易于在同一基片上制造不同透射波长范围的滤光器因而是有优势的。
[现有技术文件]
[专利文献1]JP2007-41555A
发明内容
如上所述，利用表面等离子体共振的波长选择性滤光器由于其制造工艺简单且制造成本低因而是有优势的，然而，其存在透射光的半峰全宽比较宽的问题。需要一种利用表面等离子体共振的波长选择性滤光器，该滤光器可以提供具有比传统滤光器更窄的半峰全宽的透射光，例如对于诸如加载到智能手机、传感器、IOT设备等的光谱传感器、高光谱成像相机或光学相机等应用。从应用的角度看，需要具有在750nm和1050nm之间的峰值波长的波长选择性滤光器。
鉴于上述问题发明了本公开，并且本申请的目的包括提供一种利用表面等离子体共振的波长选择性滤光器，其中该波长选择性滤光器的峰值波长在近红外波长区域，并且其中该波长选择性滤光器的透射光的半峰全宽比传统滤光器的窄，以及提供一种制造波长选择性滤光器的方法。
本公开提供一种波长选择性滤光器，其可以通过结合由金属或半导体构成的周期性结构和预定的多层结构来提高其性能。本申请采用以下方面。
(1)根据第一方面的波长选择性滤光器包括交替地具有低折射率层和高折射率层的多层结构、面向多层结构的低折射率层的周期性结构层，低折射率层的折射率在1.30和1.60之间、厚度在100nm和800nm之间，高折射率层的折射率在1.70和2.20之间、厚度在30nm和100nm之间，在垂直于周期性结构层的厚度方向的平面中，周期性结构层具有由金属或半导体构成的周期性结构。
根据本方面的波长选择性滤光器由于特定多层结构和周期性结构层的结合而实现了理想的表面等离子体共振。因此，根据本方面的波长选择性滤光器可以提供近红外波长区域中的峰值波长以及比传统滤光器更窄的透射波长的半峰全宽(full width at halfmaximum，FWHM)。
(2)在根据上述方面的波长选择性滤光器中，在垂直于周期性结构层的厚度方向的平面中，周期性结构可以被折射率在1.30和1.60之间的第一材料包围。
在本方面，由于第一材料使周期性结构免受由大气中的水分引起的金属氧化等，因此波长选择性滤光器的耐用性提高。此外，通过使用具有特定折射率的第一材料，可以在不降低波长选择性滤光器的性能的情况下提高波长选择性滤光器的耐用性。
(3)在根据上述方面的波长选择性滤光器中，在垂直于周期性结构层的厚度方向的平面中，波长选择性滤光器可以在两个相邻的第一材料之间具有第二材料，其中第二材料的折射率在1.00和1.20之间。
在本方面，第二材料影响表面等离子体共振，因此，波长选择性滤光器的分辨率提高。
(4)在根据上述方面的波长选择性滤光器中，周期性结构嵌入在由第一材料构成的层中。
在本方面，第一材料保护周期性结构，因此，波长选择性滤光器的耐用性提高。
(5)在根据上述方面的波长选择性滤光器中，多层结构是由两层低折射率层和位于两层低折射率层之间的一层高折射率层构成的三层结构。
在本方面，多层结构具有足够的配置来实现透射光的窄FWHM，而多层结构不会过多地阻挡光透射。因此，可以同时实现透射光的窄FWHM和高透射率。
(6)在根据上述方面的波长选择性滤光器中，周期性结构可以由呈网格图案间隔地排列的多个方形岛状结构组成，并且方形岛状结构一侧的长度可以在方形岛状结构的排列间距(arrangement pitch)的65％和85％之间。
在本方面，通过使用相对于排列间距具有特定大小的方形岛状结构，实现了更优的表面等离子体共振。因此，可以获得高透射率。
(7)根据第二方面的制造波长选择性滤光器的方法包括以下步骤：交替地沉积低折射率层和高折射率层以形成多层结构；沉积金属层或半导体层；以及图案化金属层或半导体层以形成周期性结构。
通过本方面产生的波长选择性滤光器通过结合特定多层结构与周期性结构层，能够实现理想的表面等离子共振。因此，可以实现有利的效果，其中实现了理想的表面等离子体共振。
附图说明
[图1]放置在基片(100)上的根据本实施例的波长选择性滤光器的截面示意图。
[图2]根据本实施例的波长选择性滤光器的俯视示意图和根据本实施例的波长选择性滤光器的扫描电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)示例图像。
[图3]根据优选实施例的波长选择性滤光器的截面示意图。
[图4]根据优选实施例的波长选择性滤光器的截面示意图。
[图5]根据优选实施例的波长选择性滤光器的截面示意图。
[图6]根据本实施例的具有图像传感器(110)的波长选择性滤光器的截面示意图。
[图7]根据图5所述的配置的波长选择性滤光器的透射光的仿真结果。
[图8]根据本实施例的波长选择性滤光器的制造流程。
[图9]示例中制造的波长选择性滤光器的透射率测定结果。
具体实施方式
下文将参照附图详细描述本实施例。为了便于理解本公开的特征，在以下描述中使用的附图可能显示放大的特征，并且各个部件的尺寸比例可能与实际不同。以下描述中举例说明的材料、尺寸等仅仅是示例，本公开不限于此。在不脱离本公开的主旨的情况下，可以通过适当的修改来实施本公开。
[波长选择性滤光器]
图1示出了放置在基片(100)上的根据本实施例的波长选择性滤光器的截面示意图。波长选择性滤光器包括交替地具有低折射率层(300)和高折射率层(200)的多层结构以及面向多层结构的低折射率层(300)的周期性结构层。在垂直于周期性结构层的厚度方向的平面中，多层结构层具有由金属或半导体构成的周期性结构(400)。
<多层结构>
根据本实施例的多层结构交替地具有低折射率层(300)和高折射率层(200)。在根据本实施例的波长选择性滤光器中，多层结构影响源自周期性结构(400)的表面等离子体共振。通过采用预定的多层结构的配置，可以获得具有比传统滤光器更窄的半峰全宽的透射光谱。表面等离子共振受滤光器厚度方向的结构以及垂直于滤光器厚度的方向(面内方向)的周期性结构层的结构影响。因此，通过改变多层结构的配置，表面等离子共振受到影响。因此，可以调整透射光的FWHM。
多层结构的层数不受限制，多层结构可以具有至少一层低折射率层(300)和至少一层高折射率层(200)。然而，多层结构的层数优选为10层或以下，更优选为5层或以下，进一步优选为3层或以下，因为当多层结构具有很多层时透射率降低。当多层结构的层数为10层或以下时，可以实现透射光的窄半峰全宽和高透射率。通过在多层结构中不使用过多层，多层结构不会过多地阻挡光的透射，从而实现高透射率。此外，通过使用包括两层或更多层的多层，实现了透射光的窄FWHM。
特别地，多层结构优选地是由两层低折射率层(300)和位于两层低折射率层(300)之间的一层高折射率层(200)组成的三层结构。
(低折射率层)
根据本实施例的低折射率层(300)的折射率在1.30和1.60之间，厚度在100nm和800nm之间。在本申请中，“折射率”可以指对波长在750nm和1050nm之间的光的折射率，例如可以指波长为900nm的光的折射率。通过采用折射率和厚度在该范围的低折射率层(300)，可以获得半峰全宽窄、透射率高的透射光。
低折射率层(300)的折射率优选地在1.40和1.55之间。低折射率层(300)的厚度优选地在100nm和300nm之间，更优选地在170nm和190nm之间，进一步优选地在178nm和182nm之间。
只要满足上述折射率，低折射率层(300)的材料不受限制。无机材料可以用作低折射率层(300)的材料，有机材料例如聚合物可以用作低折射率层(300)的材料。优选地使用无机材料作为低折射率层(300)的材料，更优选地使用无机绝缘材料。通过使用无机材料作为低折射率层(300)的材料，可以提高波长选择性滤光器的耐用性。
例如，作为低折射率层(300)的材料，可以使用诸如氟化镁(magnesium fluoride，MgF2)和氟化钙(calcium fluoride，CaF2)等氟化物，以及诸如二氧化硅(silicon dioxide，SiO2)等氧化物。优选地使用二氧化硅作为低折射率层(300)的材料。
(高折射率层)
根据本实施例的高折射率层(200)的折射率在1.70和2.20之间，厚度在30nm和100nm之间。通过采用折射率和厚度在该范围的高折射率层(200)，可以获得半峰全宽窄、透射率高的透射光。
高折射率层(200)的折射率优选地在1.90和2.10之间，更优选地在1.90和2.00之间。高折射率层(200)的厚度优选地在60nm和100nm之间，更优选地在70nm和90nm之间，进一步优选地在78nm和82nm之间。
只要满足上述折射率，高折射率层(200)的材料不受限制。无机材料可以用作高折射率层(200)的材料，有机材料例如聚合物可以用作高折射率层(200)的材料。优选地使用无机材料作为高折射率层(200)的材料，更优选地使用无机绝缘材料。通过使用无机材料作为高折射率层(200)的材料，可以提高波长选择性滤光器的耐用性。
例如，作为高折射率层(200)的材料，可以使用诸如氧化镁(magnesium oxide，MgO)、氧化铝(aluminium oxide，Al2O3)、氧化锌(zinc oxide，ZnO)和氧化铪(hafniumoxide，HfO2)等氧化物。优选地使用氧化铪作为高折射率层(200)的材料。
<周期性结构层>
根据本实施例的周期性结构层面向多层结构的低折射率层(300)。在垂直于低折射率层(300)的厚度方向的平面中，多层结构层具有由金属或半导体构成的周期性结构(400)。周期性结构(400)是通过周期性排列许多由金属或半导体构成的结构体而形成的。多个结构体排列成N*M的阵列，每两个结构体之间的距离相同。特别地，N*M阵列中每两个结构体之间的最小距离相同。表面等离子体共振是由周期性结构(400)引起的。
在周期性结构(400)中，由金属或半导体构成的结构体的宽度(A)和由金属或半导体构成的结构体的排列间距(P)可以根据所需的透射波长适当地选择。宽度(A)被定义为通过从排列间距(P)中减去结构体之间的最小间隙而获得的值。排列间距(P)是结构体在结构体之间的间隙最小的方向上的重复距离。需要说明的是，结构体的宽度(A)的延伸方向与结构体的排列间距(P)的延伸方向相同。例如，排列间距(P)可以在100nm和1500nm之间，优选地在400nm和800nm之间。由金属或半导体构成的结构体的厚度(高度)可以在20nm和80nm之间，优选地在20nm和40nm之间，更优选地在28nm和32nm之间。
周期性结构(400)可以由能够提供表面等离子体共振效应的任何金属或半导体形成。例如，周期性结构(400)可以仅由诸如Al、Au、Ag、Cu、Mg、Zr、In、Sn、Fe、Co、Ni、Rh、Ir和Pr等金属形成，或者由其合金形成。周期性结构(400)可以由诸如ITO(Indium Tin Oxide，氧化铟锡)和氧化锌等导电氧化物形成。周期性结构(400)优选地由Al、Au或其合金形成，因为它们可以显示出高的表面等离子体共振效应。特别优选地由Al形成周期性结构(400)。
周期性结构(400)可以是任何能够引起表面等离子体共振的周期性结构，可以是诸如方格状、三角格状或条状等结构。在垂直于周期性结构层的厚度方向的平面中，构成周期性结构层(400)的结构体的形状可以是诸如圆形、椭圆形、多边形、等边三角形、正方形或正六边形等任意形状。波长选择性滤光器的特性可以通过结构体的形状来控制。一般来说，(i)选择的波长可以由结构体的间距和尺寸决定；(ii)当结构体的表面覆盖率低时，透射率提高；(iii)当多层结构中的折射率差较大时，波长选择性滤光器的分辨率提高；(iv)波长选择性滤光器的分辨率随着多层结构包括更多层而提高，而透射率随着多层结构包括更多层而降低。
周期性结构(400)优选由多个呈网格图案间隔排列的方形岛状结构组成，方形岛状结构的一侧的宽度(A)优选地在方形岛状结构的排列间距(P)的65％和85％之间。方形岛状结构的一侧的宽度(A)更优选地在方形岛状结构的排列间距(P)的70％和80％之间。通过采用预定的方形岛状结构与排列间距的尺寸比，可以实现更优的表面等离子体共振并且可以获得高透射率。
图2(a)示出了根据本实施例的波长选择性滤光器的俯视示意图。由多个呈网格图案间隔排列的方形岛状结构组成的周期性结构(400)设置在多层结构上。图2(b)示出了根据本实施例的波长选择性滤光器的扫描电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)示例图像。
周期性结构(400)可以在同一多层结构上具有多个具有不同宽度(A)和/或排列间距(P)的区域。需要说明的是，同一区域中的结构体具有相同的形状，且同一区域中的每两个排列间距相同。具有不同宽度(A)和/或排列间距(P)的多个区域选择性地通过不同波长的光。选择性地通过特定波长的区域形成像素。
在垂直于周期性结构层的厚度方向的平面中，周期性结构(400)优选地由折射率在1.30和1.60之间的第一材料包围。图3示出了根据优选实施例的波长选择性滤光器的截面示意图。在图3所示的实施例中，在垂直于周期性结构层的厚度方向的平面中，周期性结构(400)被第一材料(500)包围。通过这种配置，因为可以使周期性结构(400)免受大气中的水分引起的金属氧化等，所以波长选择性滤光器的耐用性提高。通过使用具有上述范围内的折射率的第一材料(500)，可以在不降低波长选择性滤光器的性能的情况下提高波长选择性滤光器的耐用性。
第一材料(500)的折射率优选地在1.40和1.55之间。只要折射率在上述范围内，第一材料(500)的材料不受限制。无机材料可以用作第一材料(500)的材料，有机材料例如聚合物可以用作第一材料(500)的材料。优选地使用无机材料作为第一材料(500)的材料，更优选地使用无机绝缘材料。通过使用无机材料作为第一材料(500)的材料，可以提高波长选择性滤光器的耐用性。
例如，作为第一材料(500)，可以使用诸如氟化镁(MgF2)和氟化钙(CaF2)等氟化物，以及诸如二氧化硅(SiO2)等氧化物。优选地使用二氧化硅作为第一材料(500)。第一材料(500)和低折射率层(300)的材料可以相同也可以不同。优选地，第一材料(500)与低折射率层(300)的材料相同。
周期性结构(400)优选地嵌入由第一材料(500)构成的层中。根据优选实施例的波长选择性滤光器的示例如图3所示。在这种情况下，尤其提高波长选择性滤光器的耐用性。在本申请中，“周期性结构(400)嵌入由第一材料(500)构成的层中”是指由第一材料(500)构成的层的厚度大于周期性结构(400)的厚度并且周期性结构(400)存在于由第一材料(500)构成的层的内部。
当周期性结构(400)嵌入由第一材料(500)构成的层中时，由第一材料(500)构成的层的与多层结构相对的表面优选是平坦的。换言之，该表面的算术平均估计(Ra)优选为10nm或以下，更优选为3nm或以下，进一步优选为1nm或以下。当由第一材料(500)构成的层的与多层结构相对的表面平坦时，易于在由第一材料(500)构成的层的与多层结构相对的表面上安装片上透镜。通过安装片上透镜可以控制透射光对图像传感器的入射角。因此，图像传感器的检测灵敏度和/或波长分辨率提高。
在另一个优选的实施例中，在垂直于周期性结构层的厚度方向的平面中，波长选择性滤光器可以在两个相邻的第一材料(500)之间具有第二材料，其中第二材料的折射率在1.00和1.20之间。根据优选实施例的波长选择性滤光器的截面示意图如图4所示。在根据本实施例的波长选择性滤光器中，周期性结构(400)覆盖有由第一材料(500)构成的薄层(薄膜)。第二材料可以是任何气体并且优选地是空气。
当折射率低于第一材料(500)的折射率的第二材料存在于包围周期性结构(400)的第一材料(500)之间时，波长选择性滤光器的分辨率提高。第二材料的折射率优选地在1.00和1.10之间，更优选地在1.00和1.05之间。
在图4所示的实施例中，由第一材料(500)构成的层的厚度可以在1nm和50nm之间，优选地在20nm和40nm之间，更优选地在28nm和32nm之间。通过采用该范围内的厚度，可以在充分保护周期性结构(400)的同时获得半峰全宽窄的透射光。
如图5所示，优选地将具有三层的多层结构和在第一材料(500)之间具有第二材料的周期性结构层结合。通过采用该结合，可以获得具有更窄的半峰全宽的透射光。
<基片>
根据本实施例的波长选择性滤光器可以设置在基片(100)上。基片(100)可以由任何材料构成。基片(100)优选地由无机材料构成，更优选地由半导体或玻璃构成。例如，基片(100)可以是玻璃基片。
根据本实施例的波长选择性滤光器可以包括位于基片(100)和多层结构之间的图像传感器，以检测透射光。图6示出了根据本实施例的具有位于基片(100)和多层结构之间的图像传感器(110)的波长选择性滤光器的截面示意图。图6所示的波长选择性滤光器具有三个区域(PX1、PX2、PX3)，周期性结构(400)在每个区域中具有不同的排列间距(P1、P2、P3)。因此，每个区域(PX1、PX2、PX3)选择性地通过不同的波长。设置在各区域中的图像传感器(110)检测具有不同波长的光，因此，图6的传感器用作光谱传感器或高光谱成像相机。
任何种类的图像传感器都可以用作图像传感器(110)。例如，Si基片可以用作基片(100)并且CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器可以用作图像传感器(110)。通过在各区域(PX1、PX2、PX3)采用更大的CMOS传感器结构，可以提高传感器的灵敏度。
[波长选择性滤光器的光学特性]
根据本实施例的波长选择性滤光器的峰值波长可以在近红外波长区域。具体地，峰值波长优选地落入750nm和1050nm之间的范围内。根据本实施例的波长选择性滤光器可以具有窄的半峰全宽。具体地，透射光的到峰值波长的透射率分布的半峰全宽(FWHM)可以为100nm或以下，优选地为50nm或以下，更优选地为30nm或以下。
图7示出了使用严格耦合波分析(Rigorous Coupled Wave Analysis，RCWA)方法计算的根据图5所述的配置的波长选择性滤光器的透射光的仿真结果。RCWA方法是精确的电磁场分析方法之一。仿真条件如下：基片(100)为玻璃基片；低折射率层(300、300’)为厚度为180nm的SiO2层；高折射率层(200)为厚度为80nm的HfO2层；周期性结构(400)由多个呈网格图案间隔排列的、厚度为30nm的方形岛状结构组成；周期性结构(400)由铝构成；第一材料(500)构成的层为厚度为30nm的SiO2层；以及第二材料是空气。另外，结构体的宽度(A)被设定为结构体的排列间距(P)的0.75倍。随后，通过以7.5nm为增量将排列间距(P)从510nm更改为733.5nm，计算波长选择性滤光器的光学特性。参照图7，可见峰值波长覆盖750nm到1050nm的范围，已经实现了10nm的波长分辨率和80％的透射率。因此，根据上述配置的波长选择性滤光器与传统滤光器相比，预计其峰值波长在近红外波长区域并且透射光的半峰全宽较窄。
[制造波长选择性滤光器的方法]
根据本实施例的制造波长选择性滤光器的方法包括以下步骤：交替地沉积低折射率层(300)和高折射率层(200)以形成多层结构；沉积金属层或半导体层；以及图案化金属层或半导体层以形成周期性结构(400)。根据本实施例的波长选择性滤光器的制造流程如图8所示。
在图8的步骤(a)中，可以提供基片(100)。在该步骤期间，可以将图像传感器(110)形成在基片(100)上。该步骤可以包括清洁基片(100)和/或平坦化基片(100)表面的步骤。基片(100)的清洁和平坦化可以通过本领域已知的任何工艺进行。
接下来，在图8的步骤(b)中，交替地沉积低折射率层(300)和高折射率层(200)以形成多层结构，并沉积金属层或半导体层，使得金属层或半导体层面对低折射率层(300)。低折射率层(300)、高折射率层(200)和金属层或半导体层可以通过任何工艺沉积，例如，它们可以通过化学气相沉积(chemical vapour deposition，CVD)或物理气相沉积((physical vapour deposition，PVD)来沉积。溅射法可以用作物理气相沉积。
接下来，在图8的步骤(c)至(e)中，图案化金属层或半导体层以形成周期性结构(400)。金属掩模技术、使用光或电子束的光刻技术或纳米压印技术可以用作图案化方法。例如，使用电子束光刻在金属层或半导体层的应该保留为周期性结构(400)的部分上形成抗蚀膜图案(图8(c))。
随后，通过蚀刻去除金属层或半导体层的未被抗蚀膜图案覆盖的部分(图8(d))。任何已知的方法都可以用作蚀刻方法。蚀刻可以是干法蚀刻或湿法蚀刻。例如，蚀刻可以是使用氯基气体的干法蚀刻。当蚀刻金属层或半导体层时，可能会过度蚀刻低折射率层(300)。过度蚀刻的程度优选地为30nm或以下，更优选地为10nm或以下。
随后，去除抗蚀膜图案(图8(e))。可以通过任何方法去除抗蚀膜图案，并且优选地通过使用有机溶剂的处理或通过使用等离子体的处理来去除。例如，可以通过使用含氧气体的等离子体处理来去除抗蚀膜图案。以这种方式能够形成周期性结构(400)。
根据本实施例的制造波长选择性滤光器的方法可以包括在形成周期性结构(400)之后沉积折射率在1.30和1.60之间的第一材料(500)的步骤。第一材料(500)可以通过任何工艺沉积，例如，第一材料(500)可以通过化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积PVD)来沉积。溅射法可以用作物理气相沉积。在沉积第一材料(500)之后，如果需要，可以进行平坦化处理或图案化以获得由第一材料(500)构成的层。例如，可以通过化学机械抛光(chemicalmachine polishing，CMP)来进行平坦化处理。
例如，根据图3所示实施例的由第一材料(500)构成的层可以通过在沉积足够厚的第一材料(500)之后进行平坦化处理而获得。此外，根据图4所示实施例的由第一材料(500)构成的层可以通过在形成周期性结构(400)之后沉积所需厚度的由第一材料(500)构成的层而获得。
根据本实施例的制造波长选择性滤光器的方法可以包括在形成由第一材料(500)构成的层之后沉积第二材料和平坦化沉积的第二材料的步骤。如果第二材料是诸如空气的气态物质，则沉积第二材料的步骤是不必要的。如果第二材料是气态物质，则可以图案化第一材料(500)以调整气态物质存在的位置。
根据本实施例的制造波长选择性滤光器的方法可以包括形成片上透镜的步骤。片上透镜优选地形成在由已平坦化的第一材料(500)构成的层上。片上透镜可以通过任何已知方法形成。
[示例]
在下文中，在示出示例的同时详细解释了本公开，然而，只要实现了本公开的效果，本公开不限于这些示例。
[波长选择性滤光器的制造]
<示例1>
使用玻璃基片作为基片。通过溅射将氧化铪(HfO2)沉积在玻璃基片上以形成高折射率层。高折射率层的厚度为80nm。随后，通过溅射在高折射率层上沉积二氧化硅(SiO2)以形成低折射率层。低折射率层的厚度为180nm。随后，通过溅射在低折射率层上沉积金属铝(Al)。沉积的铝薄膜的厚度为30nm。通过电子束光刻图案化铝薄膜以形成由多个方形岛状结构组成的周期性结构，这些方形岛状结构由铝构成并以网格图案间隔地排列。方形岛状结构在平面图中是方形的。方形岛状结构的排列间距为510nm，方形岛状结构的一侧的长度(宽度)为排列间距的0.75倍。
<示例2>
除了将方形岛状结构的排列间距更改为532.5nm以外，以与示例1相同的方式制造波长选择性滤光器。
<示例3>
除了将方形岛状结构的排列间距更改为555nm以外，以与示例1相同的方式制造波长选择性滤光器。
<示例4>
除了将方形岛状结构的排列间距更改为577.5nm以外，以与示例1相同的方式制造波长选择性滤光器。
<示例5>
除了将方形岛状结构的排列间距更改为600nm以外，以与示例1相同的方式制造波长选择性滤光器。
[波长选择性滤光器的评价]
通过透射率测量设备(拉姆达视觉公司(Lambda Vision Incorporated)的LVmicro-Z)测量示例1至5中制造的波长选择性滤光器的透射率。测量结果如图9所示。参照图9可见，通过将周期性结构的排列间距从510nm更改至600nm，透射光的峰值波长从约770nm偏移到约870nm。因此，根据示例1至5的波长选择性滤光器的峰值波长在近红外波长区域。
另外，根据示例1至5的波长选择性滤光器的透射光的半峰全宽为约30nm至约40nm。因此，与根据现有技术的使用表面等离子共振的波长选择性滤光器相比，示例1至5的透射光的半峰全宽更窄。
[附图标记说明]
100：基片
200：高折射率层
300、300’：低折射率层
400：周期性结构
500：第一材料
Claims (7)
1.一种波长选择性滤光器，包括：
交替地具有低折射率层和高折射率层的多层结构，
面向所述多层结构的所述低折射率层的周期性结构层，
所述低折射率层的折射率在1.30和1.60之间，厚度在100nm和800nm之间，
所述高折射率层的折射率在1.70和2.20之间，厚度在30nm和100nm之间，以及
在垂直于所述周期性结构层的厚度方向的平面中，所述周期性结构层具有由金属或半导体构成的周期性结构。
2.根据权利要求1所述的波长选择性滤光器，其中在所述垂直于所述周期性结构层的厚度方向的平面中，所述周期性结构被折射率在1.30和1.60之间的第一材料包围。
3.根据权利要求2所述的波长选择性滤光器，其中在所述垂直于所述周期性结构层的厚度方向的平面中，所述波长选择性滤光器在两个相邻的第一材料之间具有第二材料，其中所述第二材料的折射率在1.00和1.20之间。
4.根据权利要求2所述的波长选择性滤光器，其中所述周期性结构嵌入在由所述第一材料构成的层中。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的波长选择性滤光器，其中所述多层结构是由两层低折射率层和位于所述两层低折射率层之间的一层高折射率层构成的三层结构。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的波长选择性滤光器，其中所述周期性结构由呈网格图案间隔地排列的多个方形岛状结构组成，以及
其中所述方形岛状结构一侧的宽度在所述方形岛状结构的排列间距的65％和85％之间。
7.一种制造根据权利要求1至6中任一项所述的波长选择性滤光器的方法，所述方法包括以下步骤：
交替地沉积所述低折射率层和所述高折射率层以形成所述多层结构，
沉积金属层或半导体层，以及
图案化所述金属层或半导体层以形成所述周期性结构。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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