CN115993177A

CN115993177A - 光谱成像芯片结构

Info

Publication number: CN115993177A
Application number: CN202111207399.7A
Authority: CN
Inventors: 姜洪妍; 刘舒扬; 王天鹤; 张晨; 赵安娜; 张云昊; 周志远; 潘建旋; 王才喜
Original assignee: Tianjin Jinhang Institute of Technical Physics
Current assignee: Tianjin Jinhang Institute of Technical Physics
Priority date: 2021-10-18
Filing date: 2021-10-18
Publication date: 2023-04-21

Abstract

本发明提供了一种光谱成像芯片结构，该光谱成像芯片结构包括像素感光单元、窄带滤光膜、截止滤波膜和第一匹配层，像素感光单元用于实现图像采集和数据读出，第一匹配层一体式沉积生长在像素感光单元上，窄带滤光膜一体式沉积生长在第一匹配层上，窄带滤光膜用于实现在所需波段中心波长的可调谐，第一匹配层用于过渡窄带滤光膜和像素感光单元之间的光学导纳以提高中心波长峰值透过率。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中芯片结构的中心波长透过率低、量子效率低的技术问题。

Description

光谱成像芯片结构

技术领域

本发明涉及光谱成像技术领域，尤其涉及一种光谱成像芯片结构。

背景技术

高光谱成像系统(Hyper Spectral Imaging，简称HSI)，可以获得二维空间图像信息与一维光谱信息构成的具有“图谱合一”特性的三维光谱图像，它既可以观测到二维分布的空间信息，又可以观测到每一个像素点上的光谱信息。

图像空间信息反映目标物的大小、形状和缺陷等外部特征，光谱信息能够反映目标物体的物理和化学成分。因此可以通过分析处理光谱信息来识别物质材料、材质和组份等理化信息，还可以通过图像的空间信息快速地、直观地识别相关位置和范围。

在经典的HSI系统中，由于系统是基于单个分立器件的，为了保证空间分辨率和光谱分辨率，必须引入物镜、光阑、准直器、各类透镜等光学器件，同时必须考虑各种器件之间的聚焦和准直问题，这就导致传统的HSI系统复杂度很高，体积较大，成本很高，应用范围受到极大限制。

现有技术中，为实现光谱成像系统的轻型化和小型化，在图像传感器上一体生长FP结构窄带滤波膜。在生长过程中，膜层材料与图像传感器材料折射率差异较大，直接生长会导致折射率不匹配，中心波长峰值透过率下降，会导致光谱成像系统量子效率低，影响成像效果。

发明内容

本发明提供了一种光谱成像芯片结构，能够解决现有技术中芯片结构的中心波长峰值透过率低、量子效率低的技术问题。

根据本发明的一方面，提供了一种光谱成像芯片结构，一体式生长截止滤波膜的光谱成像成像芯片结构包括：像素感光单元，像素感光单元用于实现图像采集和数据读出；第一匹配层，匹配层一体式沉积生长在像素感光单元上；窄带滤光膜，窄带滤光膜一体式沉积生长在第一匹配层上，窄带滤光膜用于实现在所需波段中心波长的可调谐，第一匹配层用于过渡窄带滤光膜和像素感光单元之间的光学导纳以提高中心波长峰值透过率。

进一步地，光谱成像芯片结构还包括第二匹配层，第二匹配层一体式沉积生长在窄带滤光膜上，第二匹配层用于提高光谱成像芯片结构的中心波长透过率。

进一步地，光谱成像芯片结构的膜系结构为Sub|Q1(HL)^S₁ H 2nL H(LH)^S₂|Air，其中，Q1为第一匹配层的膜系结构，(HL)^S₁ H 2nL H(LH)^S₂为窄带滤光膜的膜系结构，n为窄带滤光膜的膜层厚度调整系数，H为高折射率材料，L为低折射率材料，S₁和S₂均为叠加次数。

进一步地，在第一匹配层的膜系结构中，Q1包括L或HL。

进一步地，光谱成像芯片结构的膜系结构为Sub|Q1(HL)^S₁ H 2nL H(LH)^S₂Q2|Air，其中，Q1为第一匹配层的膜系结构，(HL)^S₁ H 2nL H(LH)^S₂为窄带滤光膜的膜系结构，n为窄带滤光膜的膜层厚度调整系数，Q2为第二匹配层的膜系结构，H为高折射率材料，L为低折射率材料，S₁和S₂均为叠加次数。

进一步地，在第一匹配层的膜系结构中，Q1包括HL或LHL；在第二匹配层的膜系结构中，Q2包括LH或LHL，当Q1为HL时，Q2为LHL；当Q1为LHL时，Q2为LH。

进一步地，窄带滤光膜包括多个FP腔结构，多个FP腔结构均采用半导体工艺一次成型，任一FP腔结构包括由下至上依次叠加的第一反射镜、通光层和第二反射镜，多个FP腔结构呈马赛克式分布，窄带滤光膜的沿任意一列的多个FP腔结构的通光层高度均不相同，窄带滤光膜的沿任意一行的多个FP腔结构的通光层高度均不相同；或多个FP腔结构呈线扫式分布，窄带滤光膜的沿任意一列的多个FP腔结构的通光层高度均相同，窄带滤光膜的沿任意一行的多个FP腔结构的通光层高度均不相同。

进一步地，光谱成像芯片结构的半波宽可根据

来获取，其中，λ为中心波长，x表示多层反射膜的高折射率层的总数，m表示干涉级次，n_H为高折射率材料的折射率，n_L为低折射率材料的折射率。

进一步地，光谱成像芯片结构的半波宽可根据

来获取，其中，λ为中心波长，m表示干涉级次，n_H为高折射率材料的折射率，n_L为低折射率材料的折射率。

根据本发明的另一方面，提供了一种光谱成像芯片结构，该光谱成像成像芯片结构包括：像素感光单元，像素感光单元用于实现图像采集和数据读出；窄带滤光膜，窄带滤光膜一体式沉积生长在像素感光单元上，窄带滤光膜用于实现在所需波段中心波长的可调谐；第三匹配层，第三匹配层一体式沉积生长在窄带滤光膜上，第三匹配层用于提高光谱成像芯片结构的中心波长透过率。

进一步地，光谱成像芯片结构的膜系结构为Sub|(HL)^S₁ H 2nL H(LH)^S₂Q3|Air，其中，(HL)^S₁ H 2nL H(LH)^S₂为窄带滤光膜的膜系结构，n为窄带滤光膜的膜层厚度调整系数，Q3为第三匹配层的膜系结构，H为高折射率材料，L为低折射率材料，S₁和S₂均为叠加次数。

进一步地，光谱成像芯片结构的半波宽可根据

应用本发明的技术方案，提供了一种光谱成像芯片结构，该光谱成像芯片结构通过将匹配层一体式沉积在像素感光单元上，窄带滤光膜一体式沉积生长在匹配层上，窄带滤光膜、匹配层和像素感光单元之间没有空隙，光谱透过率高，减小了能量损耗，一次制备工艺一体成型，不受外部环境污染，有更好的牢固度，制备效率和集成度更高。在本发明中，由于窄带滤光膜在生长过程中，膜层材料与图像传感器的像素感光单元材料折射率差异较大，直接生长会导致折射率不匹配，中心波长峰值透过率下降，会导致光谱成像系统量子效率低，影响成像效果，因此通过在像素感光单元和窄带滤光膜之间设置匹配层，能够有效克服折射率不匹配，中心波长峰值透过率下降的问题，有效提高光谱成像芯片结构的中心波长峰值透过率，增加透过率的同时减小带宽，可以在固定的截止范围内制备更多的谱段，获取更多谱线，相邻谱段重叠部分更少，数据处理时更好分辨。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明的具体实施例提供的光谱成像芯片结构(窄带滤光膜仅示出一个FP腔结构)的局部结构示意图；

图2示出了根据本发明的具体实施例提供的有匹配层和无匹配层的中心波长峰值透过率示意图；

图3示出了根据本发明的具体实施例提供的无匹配层、基底侧匹配层和空气侧匹配层的中心波长峰值透过率示意图；

图4示出了根据本发明的具体实施例提供的无匹配层、L匹配层和HL匹配层的中心波长峰值透过率示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、像素感光单元；20、窄带滤光膜；50、第一匹配层。

具体实施方式

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。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

作为本发明的第一实施例，如图1和图2所示，根据本发明的具体实施例提供了一种光谱成像芯片结构，该光谱成像芯片结构包括像素感光单元10、窄带滤光膜20和第一匹配层50，像素感光单元10用于实现图像采集和数据读出，第一匹配层50一体式沉积生长在像素感光单元10上，窄带滤光膜20一体式沉积生长在第一匹配层50上，窄带滤光膜20用于实现在所需波段中心波长的可调谐，第一匹配层用于过渡窄带滤光膜20和像素感光单元10之间的光学导纳以提高中心波长峰值透过率。

在本发明的第一实施例中，该光谱成像芯片结构通过将第一匹配层一体式沉积在像素感光单元上，窄带滤光膜一体式沉积生长在第一匹配层上，窄带滤光膜、第一匹配层和像素感光单元之间没有空隙，光谱透过率高，减小了能量损耗，一次制备工艺一体成型，不受外部环境污染，有更好的牢固度，制备效率和集成度更高。在本发明中，由于窄带滤光膜在生长过程中，膜层材料与图像传感器的像素感光单元材料折射率差异较大，直接生长会导致折射率不匹配，中心波长峰值透过率下降，会导致光谱成像系统量子效率低，影响成像效果，因此通过在像素感光单元和窄带滤光膜之间设置匹配层，能够有效克服折射率不匹配，中心波长峰值透过率下降的问题，有效提高光谱成像芯片结构的中心波长峰值透过率，增加透过率的同时减小带宽，可以在固定的截止范围内制备更多的谱段，获取更多谱线，相邻谱段重叠部分更少，数据处理时更好分辨。

作为本发明的第二实施例，提供了一种光谱成像芯片结构，该光谱成像芯片结构是在第一实施例的基础上，对光谱成像芯片结构的膜系结构进行了进一步地限定，在该第二实施例中，光谱成像芯片结构的膜系结构配置为Sub|Q1(HL)^S₁ H 2nL H(LH)^S₂|Air，其中，Q1为第一匹配层50的膜系结构，(HL)^S₁H 2nL H(LH)^S₂为窄带滤光膜20的膜系结构，n为窄带滤光膜20的膜层厚度调整系数，H为高折射率材料，L为低折射率材料，S₁和S₂均为叠加次数。在本发明的第二实施例中，通过对光谱成像芯片结构的具体模型结构进行配置，能够实现在所需波段中心滤波的可调谐以及提高中心波长峰值透过率。

作为本发明的第三实施例，提供了一种光谱成像芯片结构，该光谱成像芯片结构是在第一实施例的基础上，对第一匹配层的膜系结构进行了进一步地限定。在该第三实施例中，第一匹配层50的膜系结构Q1包括L或HL，H代表高折射率材料，L代表低折射率材料。

具体地，在该第三实施例中，任何一个光谱成像芯片结构都可用一等效界面来表示，其反射、透射和位相特性由入射介质的导纳和等效界面的组合导纳所确定。基本上任意一层薄膜的作用都可看作是改变等效界面的导纳，从而改变了薄膜系统的光学特性。光学导纳是电场强度和磁场强度的比值,在光学波段,光学导纳在数值上等于折射率。

在基底(折射率为n_s)上仅有一层薄膜(即任意一层H或L，单层薄膜)时，当光束从空气(n₀＝1)中垂直入射时，其特征矩阵为：

上述公式包含了薄膜的全部有用的参数，其中，

B为电场强度，C为磁场强度，δ₁为第一层薄膜的相位厚度，n₁为第一层薄膜的折射率，d₁为第一层薄膜的膜层厚度，λ为中心波长，θ₁为第一层薄膜的入射角度，η₁为第一层薄膜的倾斜光学导纳，η_s为基底的倾斜光学导纳，i为复数。

由

矩阵的表达式可以知道，当薄膜的有效光学厚度为1/4波长的整数倍时，即

其中，n为折射率，d为膜层厚度，θ为入射角度。

或其相位厚度为

的整数倍，即

其中，δ为膜层的相位厚度；

薄膜的特征矩阵为

R＝[(η₀-η_s)/(η₀+η_s)]²

其中Y表示光学导纳，R为反射率，η₀为中心波长λ处的光学导纳，薄膜的特征矩阵为一单位矩阵，在参考波长λ处，它对膜系的反射或透射特性没有任何影响，这层薄膜被称为虚设层。

以目前设计的光谱成像芯片结构为例，窄带滤光膜相当于一个虚设层，虚设层不影响光谱透过率。膜系结构为

Sub|(HL)^3H 2nL H(LH)^3|Air

在中心波长λ处，中间的腔层是λ/4的偶数倍，对中心波长的透过率没有影响，可以除去，剩下的结构中，两个相邻的高折射率膜层又构成一个λ/2层，也可以除去，按照这种方式，所有的膜层都除去，最后成为Sub|Air的结构。

由于基底折射率和空气折射率的差别，在中心波长处必然存在剩余反射率。可以通过添加匹配层来提高中心波长处的透过率。虚设层的概念引入，匹配层的设计问题转化为主要和基底有关的增透膜设计。对于Sub|Air，可以在靠近基底一侧或空气一侧添加一个厚的低折射率层充当匹配层。

对于低折射率间隔层(即2nL)的情况,半波宽由以下公式表示,

其中，x表示多层反射膜的高折射率层的总数，没有匹配层时，多层反射膜指上层布拉格镜；有匹配层时指2L间隔层之前多层膜，包括间隔层里的高折射率层。当膜系结构为Sub|(HL)^3H 2L H(LH)^3|Air时的X＝4，膜系结构为Sub|HL(HL)^3H 2L H(LH)^3LHL|Air的X＝5，m表示干涉级次，n_H为高折射率材料的折射率，n_L为低折射率材料的折射率。

根据式(1),加入匹配层前膜系的半波宽为

在基底侧加入一层低折射率匹配层后的半波宽为

根据在基底侧加入匹配层后的半波宽可知，匹配层的加入提高了滤波片透过率的同时,改变了半波宽，半波宽的变动影响分辨率。在靠近基底的一侧加入匹配层，能够在提高滤波片透过率的同时，减小半波宽。半波宽减小可以在有限的截止范围内制备更多的谱段，减小相邻谱段重叠范围，更好识别不同谱段特征，但是半波宽太窄不利于信号识别，因此可根据实际谱段数及信号识别率需求对半波宽进行调整。

作为本发明的第四实施例，提供了一种光谱成像芯片结构，该光谱成像成像芯片结构与第二实施例的光谱成像成像芯片结构相同。在该光谱成像成像芯片结构中，Sub为基底Si，Air为空气，H代表高折射率材料Ta₂O₅、Ti₃O₅、TiO₂、Si₃N₄、Nb₂O₅其中一种；L代表低折射率材料SiO₂、MgF₂以及Al₂O₃其中一种或混合物。

作为本发明的第五实施例，提供了一种光谱成像芯片结构，该光谱成像成像芯片结构是在第一实施例所提供的光谱成像芯片结构的基础上，引入了第二匹配层。第二匹配层一体式沉积生长在窄带滤光膜20上，第二匹配层用于提高光谱成像芯片结构的中心波长峰值透过率。在该第五实施例中，其是分别在基底侧设置了第一匹配层以及在空气侧设置了第二匹配层，第一匹配层和第二匹配层的加入在提高了滤波片透过率的同时，改变了半波宽。如图3所示，匹配层加在基底侧可以减小半波宽，加在空气侧可以提高半波宽。为了使加入匹配层的带宽与不加匹配层的带宽接近，可以在基底侧与空气侧同时加入匹配层，由此能够保证半波宽不变。

作为本发明的第六实施例，提供了一种光谱成像芯片结构，该实施例是在第五实施例的基础上，对光谱成像芯片结构的膜系结构进行了具体限定。在该实施例中，膜系结构为Sub|Q1(HL)^S₁ H 2nL H(LH)^S₂ Q2|Air，其中，Q1为第一匹配层50的膜系结构，(HL)^S₁H 2nL H(LH)^S₂为窄带滤光膜20的膜系结构，n为窄带滤光膜20的膜层厚度调整系数，Q2为第二匹配层的膜系结构，H为高折射率材料，L为低折射率材料，S₁和S₂均为叠加次数。

作为本发明的第七实施例，提供了一种光谱成像芯片结构，该实施例是在第六实施例的基础上，对第一匹配层和第二匹配层进行了具体限定。在该实施例中，膜系结构为Sub|HL(HL)^3H 2nL H(LH)^3LHL|Air，其半波宽为

来获取，其中，λ为中心波长，m表示干涉级次，n_H为高折射率材料的折射率，n_L为低折射率材料的折射率，η_s为基底的倾斜光学导纳。作为本发明的一个具体实施例，光谱成像芯片结构的半波宽为

作为本发明的第八实施例，提供了一种光谱成像芯片结构，该光谱成像芯片结构是在第一实施例的基础上，对光谱成像芯片结构的膜系结构进行了进一步地限定。在该实施例中，基底侧添加一个低折射率层的膜系结构为Sub|L(HL)^3H 2nL H(LH)^3|Air。基底侧添加一个高折射率层和一个低折射率层的膜系结构为Sub|HL(HL)^3H 2nL H(LH)^3|Air。透过率曲线如图4所示，添加匹配层L后，中心波长的透过率为92.78％；添加匹配层HL后，中心波长的透过率为94.68％,透过率更高。

作为本发明的第九实施例，提供了一种光谱成像芯片结构，该光谱成像成像芯片结构包括像素感光单元10、窄带滤光膜20和第三匹配层，像素感光单元10用于实现图像采集和数据读出，窄带滤光膜20一体式沉积生长在像素感光单元10上，窄带滤光膜20用于实现在所需波段中心波长的可调谐，第三匹配层一体式沉积生长在所述窄带滤光膜20上，第三匹配层用于提高所述光谱成像芯片结构的中心波长峰值透过率。

在本发明的第九实施例中，考虑窄带滤光膜在生长过程中，膜层材料与图像传感器的像素感光单元材料折射率差异较大，直接生长会导致折射率不匹配，中心波长峰值透过率下降，会导致光谱成像系统量子效率低，影响成像效果，因此通过在窄带滤光膜上层一体式生长第三匹配层，能够有效克服折射率不匹配，中心波长峰值透过率下降的问题，有效提高光谱成像芯片结构的中心波长峰值透过率。

作为本发明的第十实施例，提供了一种光谱成像芯片结构，该光谱成像芯片结构是在第九实施例的基础上，对光谱成像芯片的膜系结构进行了限定。该光谱成像芯片结构的膜系结构为Sub|(HL)^S1 H 2nL H(LH)^S2 Q3|Air，其中，(HL)^S1 H 2nL H(LH)^S2为窄带滤光膜20的膜系结构，n为窄带滤光膜20的膜层厚度调整系数，Q3为第三匹配层的膜系结构，H为高折射率材料，L为低折射率材料，S1和S2均为叠加次数。

具体地，在本发明中，光谱成像芯片结构的匹配层的膜系结构选择见表1所示。Q1和Q2有对应关系,Q1为L时没有Q2；Q2为L时没有Q1；Q1为HL时,没有Q2或Q2为LHL；Q1为LHL时，Q2为LH。

表1匹配层膜系结构选择

Q1	Q2	相当于
			L		<![CDATA[<u>Sub\|L\|Air</u>(基底侧)]]>
	L	<![CDATA[<u>Sub\|L\|Ai</u>r(空气侧)]]>
			HL		<![CDATA[<u>Sub\|HL\|Air</u>(基底侧)]]>
HL	LHL	Sub\|L\|Air(空气侧)
			LHL	LH	<![CDATA[<u>Sub\|L\|Air</u>(基底侧)]]>

作为本发明的第十一实施例，提供了一种光谱成像芯片结构，该光谱成像芯片结构是在第九实施例的基础上，对光谱成像芯片结构的半波宽如何确定进行了限定。在该实施例中，光谱成像芯片结构的半波宽可根据

作为本发明的第十二实施例，提供了一种光谱成像芯片结构，该光谱成像芯片结构是在上述实施例的基础上，对窄带滤光膜的结构进行了进一步地限定。在该实施例中，窄带滤光膜20包括多个FP腔结构，多个FP腔结构均采用半导体工艺一次成型，任一FP腔结构包括由下至上依次叠加的第一反射镜、通光层和第二反射镜，多个FP腔结构呈马赛克式分布，窄带滤光膜20的沿任意一列的多个FP腔结构的通光层高度均不相同，窄带滤光膜20的沿任意一行的多个FP腔结构的通光层高度均不相同。可替换地，窄带滤光膜也可采用其他结构类型，多个FP腔结构呈线扫式分布，窄带滤光膜20的沿任意一列的多个FP腔结构的通光层高度均相同，窄带滤光膜20的沿任意一行的多个FP腔结构的通光层高度均不相同。在本发明中，此处不做限制，窄带滤光膜可采用多种结构形式。

在本发明的第十二实施例中，通过对窄带滤光膜的结构进行设置，能够有效降低芯片结构的结构复杂度，减小结构体积以及降低成本。窄带滤光膜包括多个FP腔结构，像素感光单元包括多个像素感光部位，多个FP腔结构与多个像素感光部位一一对应设置，任一FP腔结构包括由下至上依次叠加的第一反射镜、通光层和第二反射镜，多个FP腔结构呈马赛克式分布或线扫式分布，多个FP腔结构均采用半导体工艺一次成型，第一反射镜、通光层、第二反射镜以及像素感光部位均采用半导体工艺相兼容的材料，且纵向严格对齐整，没有后期贴合的部分。此种方式借助先进的半导体(CMOS)工艺技术，将传统的分光系统直接加工在光电传感器的像素感光单元之上，由于紧密相连，减少了杂散光，光子利用率得到提升，因此速度可以达到百帧每秒，实现光谱视频功能；体积和重量与普通的RGB芯片没有区别，实现手指大小的成像系统；CMOS技术为光谱成像芯片结构带来了无与伦比的集成度，可以与任何电路进行高集成度的连接，比如手机中嵌入。

作为本发明的第十三实施例，提供了一种光谱成像芯片结构，该一体式生长截止滤波膜是在上述实施例的基础上，对第一反射镜和第二反射镜进行了进一步地限定。在该实施例中，第一反射镜为上反射镜，第二反射镜为下反射镜，上反射镜采用多层高反射率物质和多层低反射率物质交替制备，形成布拉格反射镜，多次相互交叠，反射率达到99％以上，作为FP腔结构的腔镜。下反射镜具有和上反射镜相同的结构和材料，位于通光层和像素感光部位之间，同样具有高反效果。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种光谱成像芯片结构，其特征在于，所述一体式生长截止滤波膜的光谱成像成像芯片结构包括：

像素感光单元(10)，所述像素感光单元(10)用于实现图像采集和数据读出；

第一匹配层(50)，所述匹配层(50)一体式沉积生长在所述像素感光单元(10)上；

窄带滤光膜(20)，所述窄带滤光膜(20)一体式沉积生长在所述第一匹配层(50)上，所述窄带滤光膜(20)用于实现在所需波段中心波长的可调谐，所述第一匹配层(50)用于过渡所述窄带滤光膜(20)和所述像素感光单元(10)之间的光学导纳以提高中心波长峰值透过率。

2.根据权利要求1所述的光谱成像芯片结构，其特征在于，所述光谱成像芯片结构还包括第二匹配层，所述第二匹配层一体式沉积生长在所述窄带滤光膜(20)上，所述第二匹配层用于提高所述光谱成像芯片结构的中心波长透过率。

3.根据权利要求1所述的光谱成像芯片结构，其特征在于，所述光谱成像芯片结构的膜系结构为Sub|Q1(HL)^S₁ H 2nL H(LH)^S₂|Air，其中，Q1为所述第一匹配层(50)的膜系结构，(HL)^S₁ H 2nL H(LH)^S₂为所述窄带滤光膜(20)的膜系结构，n为所述窄带滤光膜(20)的膜层厚度调整系数，H为高折射率材料，L为低折射率材料，S₁和S₂均为叠加次数。

4.根据权利要求3所述的光谱成像芯片结构，其特征在于，在所述第一匹配层(50)的膜系结构中，Q1包括L或HL。

5.根据权利要求2所述的光谱成像芯片结构，其特征在于，所述光谱成像芯片结构的膜系结构为Sub|Q1(HL)^S₁ H 2nL H(LH)^S₂ Q2|Air，其中，Q1为所述第一匹配层(50)的膜系结构，(HL)^S₁ H 2nL H(LH)^S₂为所述窄带滤光膜(20)的膜系结构，n为所述窄带滤光膜(20)的膜层厚度调整系数，Q2为所述第二匹配层的膜系结构，H为高折射率材料，L为低折射率材料，S₁和S₂均为叠加次数。

6.根据权利要求5所述的光谱成像芯片结构，其特征在于，在所述第一匹配层(50)的膜系结构中，Q1包括HL或LHL；在所述第二匹配层的膜系结构中，Q2包括LH或LHL，当Q1为HL时，Q2为LHL；当Q1为LHL时，Q2为LH。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的光谱成像芯片结构，其特征在于，所述窄带滤光膜(20)包括多个FP腔结构，多个所述FP腔结构均采用半导体工艺一次成型，任一所述FP腔结构包括由下至上依次叠加的第一反射镜、通光层和第二反射镜，多个所述FP腔结构呈马赛克式分布，所述窄带滤光膜(20)的沿任意一列的多个所述FP腔结构的通光层高度均不相同，所述窄带滤光膜(20)的沿任意一行的多个所述FP腔结构的通光层高度均不相同；或多个所述FP腔结构呈线扫式分布，所述窄带滤光膜(20)的沿任意一列的多个所述FP腔结构的通光层高度均相同，所述窄带滤光膜(20)的沿任意一行的多个所述FP腔结构的通光层高度均不相同。

8.根据权利要求3所述的光谱成像芯片结构，其特征在于，所述光谱成像芯片结构的半波宽可根据

9.根据权利要求5所述的光谱成像芯片结构，其特征在于，所述光谱成像芯片结构的半波宽可根据

10.一种光谱成像芯片结构，其特征在于，所述光谱成像成像芯片结构包括：

窄带滤光膜(20)，所述窄带滤光膜(20)一体式沉积生长在所述像素感光单元(10)上，所述窄带滤光膜(20)用于实现在所需波段中心波长的可调谐；

第三匹配层，所述第三匹配层一体式沉积生长在所述窄带滤光膜(20)上，所述第三匹配层用于提高所述光谱成像芯片结构的中心波长透过率。

11.根据权利要求10所述的光谱成像芯片结构，其特征在于，所述光谱成像芯片结构的膜系结构为Sub|(HL)^S₁ H 2nL H(LH)^S₂ Q3|Air，其中，(HL)^S₁ H 2nL H(LH)^S₂为所述窄带滤光膜(20)的膜系结构，n为所述窄带滤光膜(20)的膜层厚度调整系数，Q3为所述第三匹配层的膜系结构，H为高折射率材料，L为低折射率材料，S₁和S₂均为叠加次数。

12.根据权利要求10所述的光谱成像芯片结构，其特征在于，所述光谱成像芯片结构的半波宽可根据