CN116203665A - 光学干涉滤光器 - Google Patents

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Abstract

在一些实施方式中，光学干涉滤光器包括：基板；以及被设置在基板上的层集合，其中层集合包括：层的第一子集；以及层的第二子集；其中：层的第一子集中的每一层包括氮化铝(AlN)材料，层的第一子集中的每一层的应力在‑1000和800兆帕之间，层的第一子集具有第一折射率，该第一折射率具有第一值，层的第二子集中的每一层包括至少一种其它材料，层的第二子集具有第二折射率，该第二折射率具有不同于第一值的第二值，并且光学干涉滤光器具有大于或等于第一值和第二值中的最高值的95％的有效折射率。

Description

光学干涉滤光器
背景技术
光学设备可以用于捕获关于光的信息。例如，光学设备可以捕获关于与光相关联的一组波长的信息。光学设备可以包括一组捕获信息的传感器元件(例如，光学传感器、光谱传感器和/或图像传感器)。例如，可以利用传感器元件阵列来捕获与多个波长相关的信息。传感器元件阵列可以与滤光器相关联。滤光器可以包括与光的第一波长范围相关联的通带，该光传递到传感器元件阵列。滤光器可以与阻挡第二波长范围的光通过传感器元件阵列相关联。
发明内容
在一些实施方式中，光学干涉滤光器包括：基板；以及被设置在基板上的层集合，其中层集合包括：层的第一子集；以及层的第二子集；其中：层的第一子集中的每一层包括氮化铝(AlN)材料，层的第一子集中的每一者的应力在-1000和800兆帕之间，层的第一子集具有第一折射率，该第一折射率具有第一值，层的第二子集中的每一层包括至少一种其它材料，层的第二子集具有第二折射率，该第二折射率具有不同于第一值的第二值，并且光学干涉滤光器具有大于或等于第一值和第二值中的最高值的95％的有效折射率。
在一些实施方式中，光学干涉滤光器包括：层集合，该层集合包括：层的第一子集；以及层的第二子集，其中：层的第一子集中的每一层包括AlN材料，层的第一子集具有第一折射率，该第一折射率具有第一值，层的第二子集中的每一层包括含氦氢化硅(Si:H-He)，层的第二子集具有第二折射率，该第二折射率具有大于第一值的第二值，并且光学干涉滤光器具有大于或等于第二值的95％的有效折射率。
在一些实施方式中，一种方法包括向腔室供应惰性气体，其中惰性气体包括氩(Ar)或氦(He)中的至少一者；向腔室供应氮气(N2)；以及基于供应惰性气体和N2气体，使铝(Al)靶溅射以在基板上形成包括AlN的第一层集合，其中：第一层集合与第二层集合交替地被形成在基板上以形成层的构型，第二层集合包括Si:H-He，并且层的构型具有大于或等于3.7的有效折射率。
附图说明
图1是本文所述的示例实施方式的概览图。
图2是本文所述的示例滤光器的示图。
图3是用于制造本文所述的滤光器的溅射沉积系统的示例的示图。
图4A至图4B是示出使用本文所述的溅射工艺形成的AlN层的应力的示例曲线的示图。
图5是使用本文所述的溅射工艺形成的AlN层集合的消光系数和折射率的示例曲线的示图。
图6是示出本文所述的滤光器的透射率性能的示例曲线的示图。
图7A至图7C是本文所述的示例实施方式的光学和物理特性的示图。
图8A至图8C是本文所述的示例实施方式的光学和物理特性的示图。
具体实施方式
以下示例实施方式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。以下描述使用光谱仪作为一个示例。然而，本文所述的技术、原理、过程和方法可以与任何传感器一起使用，包括但不限于其它光学传感器和光谱传感器。
可以通过在基板上形成一个或多个层来制造滤光器。例如，常规滤光器可以包括至少第一材料、第二材料和第三材料的交替层(例如，氢化硅(Si:H)的材料、二氧化硅(SiO2)材料和五氧化二钽(Ta2O5)材料的交替层)，以允许常规滤光器通过与特定光谱范围(例如，800至1600纳米(nm)之间的光谱范围)相关联的阈值百分比的光(例如，至少65％的光)。然而，形成至少三种材料的交替层是复杂的，并且可能导致低质量层的形成，该低质量层引入缺陷或允许缺陷传播通过常规滤光器。这会降低常规滤光器的性能、可制造性和/或可靠性。
此外，在许多情况下，常规滤光器的一个或多个层中的每一层的应力是压缩的(例如，层的应力小于0兆帕(MPa))，这导致一个或多个层的应力(例如，净应力)是压缩的。因此，这导致常规滤光器弯曲(例如，弯折)。这导致一个或多个层受到涂层径流的影响，这影响了常规滤光器的性能。这还使得常规滤光器更易碎(例如，与平坦滤光器相比)和/或使得常规滤光器的运输、处理和/或使用变得困难。
附加地，当被引导向滤光器的光的入射角(AOI)从所配置的入射角(例如，0度(法线)、30度、45度等)改变到阈值入射角(例如，与所配置的入射角的偏差大于约10度、与所配置的入射角的偏差大于约20度，和/或与所配置的入射角的偏差大于约30度)时，常规滤光器的滤光器性能可能降低。例如，常规滤光器可以随着入射角的增加而向较低波长偏移。以此方式，常规滤光器可能通过不想要的或不期望的光，这可能影响接收通过的光的光学传感器的感测精度。
角度偏移可以与滤光器(例如，带通滤波器)的有效折射率有关。例如，较高的有效折射率与较低的角度偏移相关。有效折射率可以根据滤光器的组分材料的组分折射率来计算。例如，对于具有由交替的高折射率组分材料层和低折射率组分材料层形成的反射镜的滤光器，可以至少部分地基于以下形式的一组等式来计算有效折射率：
Figure BDA0003970088550000031
Figure BDA0003970088550000032
其中neff_H是以高折射率(例如，大于阈值，诸如大于2.0)层作为反射镜之间的间隔件的滤光器的有效折射率的上限，neff_L是以低折射率(例如，小于或等于阈值，诸如小于或等于2.0)层作为反射镜之间的间隔件的滤光器的有效折射率，nH是每个反射镜的高折射率层材料的折射率并且用于针对neff_H的间隔件中，nL是每个反射镜的低折射率层材料的折射率并且用于针对neff_L的间隔件中，并且m是间隔件的阶次(例如，间隔件的尺寸为滤光器的所配置的中心波长的1/2的倍数)。根据这些等式，neff，nH，nL之间的关系采取以下形式：
nH＞neff＞nL (3)
有效折射率的另一计算可以涉及所观察的滤光器的波长偏移(例如，角度偏移)。例如，滤光器(例如，带通滤波器)在特定入射角处的波长偏移可以基于以下形式的等式来确定：
Figure BDA0003970088550000041
其中，λθ表示入射角θ处的中心波长，λ0表示滤光器所配置的入射角(例如，法向入射角或另一入射角)处的中心波长。可以重新排列上述等式以基于所观察的波长偏移来计算有效折射率：
Figure BDA0003970088550000042
上述等式显示，对于滤光器，较高的有效折射率导致较低的角度偏移。然而，对滤光器的有效折射率的限制小于滤光器中的最高折射率材料的折射率(等式3).
本文所述的一些实施方式提供了一种滤光器，该滤光器包括被布置在基板上的层集合。层集合可以包括以交替的层顺序布置的层的第一子集和层的第二子集，层的第一子集包括氮化铝(AlN)材料，层的第二子集包括至少一种其它材料(例如，至少一种不是AlN材料的材料)，诸如含氦氢化硅(Si:H-He)材料。在一些实施方式中，滤光器使与特定光谱范围(例如，800nm至1600nm之间的光谱范围)相关联的阈值百分比的光(例如，至少90％的光)通过。以此方式，与常规滤光器相比，滤光器提供了改善的透射性能。进一步地，滤光器仅包括两个交替的层，这降低了与形成层集合相关联的复杂性。这降低了形成低质量层的可能性，并因此降低了引入或允许缺陷传播通过滤光器的可能性。因此，与常规滤光器相比，改进了滤光器的性能、可制造性和/或可靠性。
在一些实施方式中，包括AlN材料的层的第一子集的应力可以在-1000和800MPa之间。因此，在一些实施方式中，当层的第二子集的应力是压缩的时，AlN材料的应力可以被配置为拉伸的(例如，大于或等于0MPa)，反之亦然。以此方式，可以最小化由被设置在基板上的层集合引起的弯曲量(例如，通过平衡滤光器的压缩层的应力和拉伸层的应力)。例如，层的第一子集和层的第二子集中的一者可以包括拉伸材料，而层的第一子集和层的第二子集中的另一者可以包括压缩材料，这可以导致层集合的应力大约为零MPa(例如，在容限内)。这使得滤光器的弯曲量最小化，这减少了涂层径流并且由此改善了滤光器的性能(例如，与遭受弯曲的常规滤光器相比)。这也改善了滤光器的耐久性和/或使滤光器的运输、处理和/或使用与遭受弯曲的常规滤光器相比更容易。在特定示例中，诸如当滤光器的直径约为200毫米(mm)时，本文所述的一些实施方式使得滤光器的弯曲量能够尤其地小于10mm、小于5mm，和/或小于0.1mm。在另一个示例中，当滤光器被配置为使与波长λ相关联的光通过时，在其他示例中，本文所述的一些实施方式使得滤光器的弯曲量能够尤其地小于λ/4、小于λ/10，和/或小于λ/100。
进一步地，本文所述的一些实施方式提供了一种低角度偏移滤光器，其中有效折射率大于低角度偏移滤光器中的最高折射率材料的折射率的95％。例如，低角度偏移滤光器可以具有采取以下形式的有效折射率：
Figure BDA0003970088550000051
附加地或备选地，低角度偏移滤光器可以具有这样的有效折射率，该有效折射率大于低角度偏移滤光器中的最高折射率材料的折射率的100％、大于110％、大于120％等。以此方式，低角度偏移滤光器减少了由低角度偏移滤光器通过的不想要的或不期望的光的量，这提高了接收由低角度偏移滤光器通过的光的光学传感器的感测精度。
图1是本文所述的一个示例实施方式100的概览图。如图1所示，示例实施方式100包括传感器系统110。传感器系统110可以是光学系统的一部分，并且可以提供对应于传感器确定的电输出。传感器系统110包括滤光器结构120和光学传感器140，滤光器结构120包括滤光器130。例如，滤光器结构120可以包括执行通带滤波功能的滤光器130。在另一个示例中，滤光器130可以与光学传感器140的传感器元件的阵列对准。
虽然本文所述的一些实施方式可以根据传感器系统中的滤光器来描述，但是本文所述的实施方式可以用在另一种类型的系统中，可以用在传感器系统外部，或者用在其他配置中。
如图1中进一步所示，并且由附图标记150表示，输入光信号以一个或多个入射角θ被导向滤光器结构120。例如，输入光信号150-1和150-2可以以入射角θ0(例如，所配置的入射角)和θ被导向滤光器120。输入光信号可以包括但不限于与特定光谱范围(例如，以大约900nm为中心的光谱范围，诸如800nm至1000nm的光谱范围；800nm至1600nm的光谱范围；在800nm和1100nm之间的光谱范围；在1400nm和1600nm之间的光谱范围，诸如具有1550nm的峰值波长；500nm至5500nm的光谱范围；或另一光谱范围)相关联的光。例如，光发射器可以将光导向光学传感器140，以允许光学传感器140执行光的测量。在另一个示例中，光发射器可以引导另一光谱范围的光用于另一功能(尤其地诸如测试功能、感测功能或通信功能)。
如图1中进一步所示，并且由附图标记160表示，具有第一光谱范围的光信号的第一部分不被滤光器130和滤光器结构120通过。例如，可以包括滤光器130的高折射率材料层和低折射率材料层的电介质薄膜层的电介质滤波叠层可以使光的第一部分在第一方向上被反射或被吸收等。在这种情况下，光的第一部分可以是入射在滤光器130上的光的阈值部分，其不被包括在滤光器130的带通中，诸如大于95％的光不在以大约900nm为中心的特定光谱范围内。如附图标记170所示，光信号的第二部分被滤光器130和滤光器结构120通过。例如，滤光器130可以在朝向光学传感器140的第二方向上通过具有第二光谱范围的第二部分的光。在这种情况下，光的第二部分可以是在滤光器130的带通内入射到滤光器130上的光的阈值部分，诸如大于50％的在以大约900nm为中心的光谱范围内的入射光。光的第二部分可以以小于阈值角度偏移通过滤光器130，如本文中更详细描述的。
如图1中进一步所示，基于被传递到光学传感器140的光信号的第二部分，光学传感器140可以为传感器系统110提供输出电信号180，尤其地诸如用于成像、环境光感测、检测对象的存在、执行测量或促进通信。在一些实施方式中，可以利用滤光器130和光学传感器140的另一布置。例如，不是使光信号的第二部分与输入光信号共线地通过，而是滤光器130可以将光信号的第二部分以另一方向导向不同定位的光学传感器140。
如上所述，图1作为一个示例被提供。其他示例可以与关于图1所描述的不同。
图2是一个示例滤光器200的示图。在一些实施方式中，滤光器200可以是光学干涉滤光器和/或可以尤其地包括以下各项中的至少一项：光谱滤光器、多光谱滤光器、带通滤光器、阻挡滤光器、长波通滤光器、短波通滤光器、二向色滤光器、线性可变滤光器、圆形可变滤光器、法布里-珀罗(Fabry-Perot)滤光器、拜耳(Bayer)滤光器、等离子体滤光器、光子晶体滤光器、纳米结构或超材料滤光器、吸收滤光器、分束器、偏振分束器、陷波滤光器、抗反射滤光器、反射器或反射镜。图2示出了滤光器200的示例堆叠。如图2中进一步所示，滤光器200包括基板210和层集合220。
基板210可以尤其地包括玻璃基板、聚合物基板、聚碳酸酯基板、金属基板、硅(Si)基板、锗(Ge)基板或有源器件晶片(例如，包括光电二极管(PD)、PD阵列、雪崩光电二极管(APD)、APD阵列、电荷耦合器件(CCD)传感器和/或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器)。在一些实施方式中，基板210的厚度可以大于或等于20微米(μm)、50μm和/或500μm。附加地或备选地，基板的厚度可以小于或等于特定厚度阈值。例如，特定厚度阈值可以小于或等于5毫米(mm)。
层集合220(例如，滤光器层集合)可以被(例如，直接地)设在基板210上，并且可以包括一个或多个层子集。例如，层集合220可以包括层的第一子集230(例如，层的第一子集230-1至230-(N+1)(N≥1))(在本文中也被称为A层)和层的第二子集240(例如，层的第二子集240-1至240-N)(在本文中也被称为B层)。在一些实施方式中，层的第一子集230和层的第二子集240可以以特定顺序(例如，交替的层顺序)布置，诸如(A-B)m(m≥1)顺序、(A-B)m-A顺序、(B-A)m顺序,B-(B-A)m顺序或另一顺序。例如，如图2所示，层的第一子集230和层的第二子集240以(A-B)N-A的顺序定位，其中A层(例如，层230-1)被设置在滤光器200的表面(例如，顶表面)处，并且A层(例如，层230-(N+1))被设置在基板210的表面(例如，顶表面)上。
在一些实施方式中，层集合220可以被设置在基板210的单个表面(例如，顶表面)上(例如，如图2所示)。备选地，层集合220的第一部分可以被设置在基板210的第一表面(例如，顶表面)上，并且层集合220的第二部分可以被设置在基板210的第二表面(例如，底表面)上。例如，层的第一子集230的第一部分和层的第二子集240的第一部分可以以第一特定顺序被布置在基板210的第一表面上，并且层的第一子集230的第二部分和层的第二子集240的第二部分可以以第二特定顺序被布置在基板210的第二表面上。
在一些实施方式中，一个或多个其他层可以被包括在滤光器200中，诸如一个或多个保护层、一个或多个覆盖层(例如，以向层集合220提供环境保护)和/或一个或多个层，以提供一个或多个其他过滤功能(尤其地例如，阻挡物或抗反射涂层)。例如，在单一表面配置中，附加层(例如，覆盖层)，诸如介电层(例如，包括氧化物材料，诸如二氧化硅(SiO2)材料、二氧化锆(ZrO2)材料和/或氧化钇(Y2O3)材料；氮化物材料，诸如氮化硅(Si3N4)材料、氮化钛(TiN)材料和/或氮化锆(ZrN)材料；和/或提供环境保护的另一种材料)可以被设置在层集合220的表面(例如，顶表面)上。作为另一个示例，在双表面构造中，第一附加层可以被设置在层集合220的第一部分的表面(例如，顶表面)上，并且第二附加层可以被设置在层集合220的第二部分的表面(例如，底表面)上。
层的第一子集230可以包括氮化铝(AlN)材料。例如，层的第一子集230的每个层230可以包括AlN材料。层的第二子集240可以包括至少一种其它材料(例如，除AlN材料之外的至少一种材料)，尤其地诸如以下材料中的至少一种材料：硅(Si)材料、硅和氢(SiH)材料、氢化硅(Si:H)材料、含氦氢化硅(Si:H-He)材料、非晶硅(a-Si)材料、氮化硅(SiN)材料、锗(Ge)材料、氢化锗(Ge:H)材料、硅锗(SiGe)材料、氢化硅锗(SiGe:H)材料、碳化硅(SiC)材料、氢化碳化硅(SiC:H)材料、二氧化硅(SiO2)材料、五氧化二钽(Ta2O5)材料、五氧化二铌(Nb2O5)材料、铌钛氧化物(NbTiOx)材料、铌钽氧化物(Nb2-xTaxO5)材料、二氧化钛(TiO2)材料、氧化铝(Al2O3)材料、氧化锆(ZrO2)材料、氧化钇(Y2O3)材料或氧化铪(HfO2)材料。例如，层的第二子集240的每个层240可以包括至少一种其它材料。
在一些实施方式中，层的第一子集230的应力(例如，净应力)可以在-1000MPa和800MPa之间(例如，大于或等于-1000MPa并且小于或等于800MPa)。附加地或备选地，层的第一子集230的每个层230的应力可以在-1000和800MPa之间。即，层的第一子集230中的特定层230的应力可以在-1000和800MPa之间，并且层的第一子集230的另一特定层230的应力可以在-1000和800MPa之间。特定层230的应力可以与其它特定层230的应力相同或不同。例如，特定层230的应力可以是拉伸的(例如，大于或等于0MPa)，而另一特定层230的应力可以是压缩的(例如，小于0MPa)，或者反之。
在一些实施方式中，层集合220的应力(例如，净应力)可以大约为零(0)MPa(例如，在容限内，其中容限小于或等于5MPa)。因此，层的第一子集230和层的第二子集240中的至少一者可以包括拉伸材料，而层的第一子集230和层的第二子集240中的另一者可以包括压缩材料(例如，以使层集合220的应力大约为零MPa)。例如，层的第一子集230可以包括拉伸材料，而层的第二子集240可以包括压缩材料，或者反之。作为另一个示例，层的第一子集230可以包括拉伸AlN材料，而层的第二子集240可以包括至少一种压缩的其它材料(尤其地例如，压缩的Si材料、压缩的Si:H材料、压缩的Si:H-He材料或压缩的a-Si材料中的至少一种材料)。在一些实施方式中，层集合220的应力(例如，净应力)可以大约等于特定量的应力(例如，在容限内，其中容限小于或等于5MPa)。例如，层的第一子集230和层的第二子集240可以包括压缩材料和/或拉伸材料的特定配置，使得层集合230的应力等于特定量的应力(诸如350MPa)。
在一些实施方式中，层集合220中的每个层可以与特定厚度相关联。例如，层的第一子集230或层的第二子集240中的层可以具有在5nm和2000nm之间的厚度。在一些实施方式中，层的第一子集230或层的第二子集240可与多个厚度相关联，尤其地诸如层的第一子集230的第一厚度和层的第二子集240的第二厚度、层的第一子集230的第一部分的第一厚度和层的第一子集230的第二部分的第二厚度、或层的第二子集240的第一部分的第一厚度和层的第二子集240的第二部分的第二厚度。因此，层的厚度和/或层的数量可以基于滤光器200的一组预期的光学特性(诸如预期的通带、预期的透射率和/或另一光学特性)来选择。例如，可以选择层的厚度和/或层的数量以允许滤光器200用于(例如，使与以下光谱范围相关联的光通过)800nm至1000nm之间的光谱范围(例如，具有大约为900nm的中心波长)、800nm至1600nm之间的光谱范围、800nm至1100nm之间的光谱范围、1400nm至1600nm之间的光谱范围(例如，具有1550nm的峰值波长)、500nm至5500nm之间的光谱范围或另一光谱范围。
在一些实施方式中，层集合230可以被配置为通过与特定光谱范围相关联的阈值百分比的光。例如，层集合230可以被配置为通过与800nm和1000nm之间的光谱范围(例如，具有大约900nm的中心波长)相关联的阈值百分比的光。阈值范围例如可以大于或等于85％。在一些实施方式中，层的第一子集230的消光系数对于具有在500nm与5500nm之间的波长的光可以是小于0.001。
在一些实施方式中，层的第一子集230可以具有第一折射率，该第一折射率具有第一值，并且层的第二子集240可以具有第二折射率，并且该第二折射率具有第二值(例如，不同于第一值)。例如，对于波长在500nm和5500nm之间的光，层的第一子集230的折射率可以在1.9和2.2之间，和/或对于波长在500nm和5500nm之间的光，层的第二子集240的折射率可以在3.5和3.9之间。在一些实施方式中，滤光器200可以具有大于或等于第一值和第二值中的最高值的95％的有效折射率。例如，当层的第一子集230和层的第二子集240以特定的层顺序(例如，高折射率层和低折射率层的交替层顺序)被布置时，层的第一子集230和层的第二子集240的尺寸可被设定为实现例如大于或等于第一值和第二值中的最高值的95％的有效折射率。在一些实施方式中，滤光器200可以具有大于或等于第一值和第二值中的最高值的100％(例如，高达最高值的110％、120％、130％、140％或150％)的有效折射率。因此，例如，当层的第二子集240的折射率在3.5与3.9之间并且大于层的第一子集230的折射率时，有效折射率可以大于或等于3.7、4.0、4.5、5.0和/或5.5。
在一些实施方式中，可以使用溅射工艺形成层集合230。例如，可以使用磁控溅射工艺(例如，脉冲磁控溅射工艺)在基板210上溅射层的第一子集230和/或层的第二子集240(例如，以交替的层顺序)来形成层集合230。以此方式，可以制造滤光器200。关于滤光器200的制造的另外的细节在本文中关于图3描述。
如上所述，图2作为一个示例被提供。其他示例可以与关于图2所描述的不同。
图3是用于制造本文所述的滤光器(例如，滤光器200)的溅射沉积系统的示例300的示图。溅射沉积系统可以用于实现溅射工艺(诸如磁控溅射工艺)。
如图3所示，示例300包括真空室310、基板320(例如，对应于本文关于图2所描述的基板210)、阴极330、靶331、阴极电源340、阳极350、等离子体激活源(PAS)360和PAS电源370。靶331可以包括铝(Al)材料。PAS电源370可以用于为PAS 360供电，并且可以包括射频(RF)电源。阴极电源340可以用于为阴极330供电，并且可以包括脉冲直流(DC)电源。
关于图3，可以在氮气(N2)和/或惰性气体(例如，包括氩(Ar)、氦(He)和/或氖(Ne))的存在下溅射靶331，以在基板320上沉积氮化铝(AlN)作为至少一层。例如，可以将N2气体和惰性气体各自供应到真空室310，这可以引起靶331的溅射以在基板320上形成包括AlN的第一层集合(例如，如本文进一步所述)。在一些实施方式中，第一层集合可以与包括至少一种其它材料的第二层集合交替地在基板上形成，以形成层的构型，该第二层集合诸如包括Si、Si:H、Si:H-He,、a-Si和/或本文(例如，关于本文相对于图2所述的层的第二子集240)所述的任何其他材料的第二层集合。通过向真空室310供应例如另一种气体(例如，氢气(H2))和惰性气体(例如，包括Ar、He和/或Ne)以引起另一个靶(例如，硅靶)的溅射以形成第二层集合(例如，在该示例中包括Si:H或Si:H-He)，可以在基板上形成第二层集合(例如，以与本文进一步描述的方式类似的方式)。
在一些实施方式中，层的构型可以以特定的层顺序(例如，高折射率层和低折射率层的交替层顺序)来布置，使得层的构型的有效折射率大于或等于最高折射率材料的值的95％(例如，高达110％、120％、130％、140％或150％)。因此，例如，有效折射率可以大于或等于3.7、4.0、4.5、5.0和/或5.5(例如，当层的第二子集的折射率在3.5和3.9之间并且大于层的第一子集的折射率时)。
为了形成AlN层，可以经由阳极350和/或PAS 360将惰性气体提供到真空室310中。N2气体可以通过PAS 360被引入真空室310中，PAS 360用于活化N2气体。附加地或备选地，阴极330可以引起N2气体活化(例如，在这种情况下，N2气体可以从真空室310的另一部分引入)或者阳极350可以引起N2气体活化(例如，在这种情况下，N2气体可以通过阳极350被引入真空室310中)。PAS 360可以位于阴极330的阈值附近，允许来自PAS 360的等离子体和来自阴极330的等离子体重叠。PAS 360的使用允许AlN以相对高的沉积速率被沉积。在一些实施方式中，可以以大约0.05nm/s至大约2.0nm/s的沉积速率、以大约0.5nm/s至大约1.2nm/s的沉积速率、以大约0.8nm/s的沉积速率或类似的速率来沉积AlN。
在一些实施方式中，可以基于控制惰性气体的组成和/或被供应到真空室310的惰性气体的量来调节AlN层(例如，在形成之后)的应力。例如，当惰性气体包括Ar时，可以控制惰性气体中Ar的量和/或被供应到真空室310的惰性气体的量以使AlN层的应力在-230MPa和800MPa之间。附加地或备选地，当惰性气体包括Ar时，可以控制惰性气体中的Ar的量和/或被供应到真空室310的惰性气体的量，以使包括AlN的第一层集合的应力(例如，净应力)在-230MP和800MPa之间。作为另一个示例，当惰性气体包括He和/或Ne时，可以控制惰性气体中He和/或Ne的量和/或被供应到真空室310的惰性气体的量，以使AlN层的应力在-1000和150MPa之间。附加地或备选地，当惰性气体包括He和/或Ne时，可以控制惰性气体中He和/或Ne的量和/或被供应到真空室310的惰性气体的量，以使包括AlN的第一层集合的应力在-1000MPa和150MPa之间。
尽管本文根据特定的几何形状和特定的实施方式描述了溅射工艺，但是其它几何形状和其它实施方式也是可能的。例如，N2气体可以尤其地从另一方向和/或从靠近阴极330的阈值处的气体歧管注入。虽然本文根据不同的部件的配置进行描述，但是也可以使用不同的材料、不同的制造工艺等来实现AlN的不同的相对浓度。
如上所述，图3作为示例被提供。其他示例可以与关于图3所描述的不同。
图4A至图4B是示出使用本文所述的溅射工艺(例如，磁控溅射工艺)形成的AlN层的应力的示例曲线400的示图。如图4A所示，当以在120和370标准立方厘米/分钟(sccm)之间的流速(例如，向本文关于图3描述的溅射沉积系统的真空室310)供应包括Ar的惰性气体时，AlN层的应力可以被配置为在-230MPa和650MPa之间。如图4B所示，当以0sccm和500sccm之间的流速(例如，向本文关于图3描述的溅射沉积系统的真空室310)供应包括He的惰性气体时，AlN层的应力可以被配置为在-950MPa和175MPa之间。在一些实施方式中，还以120sccm和370sccm之间的流速(例如，向本文关于图3描述的溅射沉积系统的真空室310)供应包括Ar的惰性气体。
如上所述，图4A至图4B作为示例被提供。其他示例可以与关于图4A至图4B所描述的不同。
图5是使用本文所述的溅射工艺(例如，磁控溅射工艺)形成的AlN层集合的消光系数(k)和折射率(r)的示例曲线500的示图。如图5所示，对于波长在500nm和2000nm之间的光，消光系数可以小于0.001。如图5进一步所示，对于波长在500和2000nm之间的光，折射率可以小于2.2。
如上所述，图5作为示例被提供。其他示例可以与关于图5所描述的不同。
图6是示出本文所述的滤光器(例如，滤光器200)的透射率性能的示例曲线600的示图。滤光器包括层集合(例如，层集合220)，该层集合包括层的第一子集(例如，层的第一子集230)和层的第二子集(例如，层的第二子集240)，第一子集包括AlN材料，第二子集包括Si:H材料。如图6所示，滤光器可以透射大于约85％(峰值大约为92％)的波长在920nm和960nm之间的光。作为对比，备选的滤光器包括层集合，该层集合包括层的第一子集和层的第二子集，层的第一子集包括Ta2O5材料，层的第二子集包括Si:H材料。备选的滤光器可以透射大于约60％(峰值大约为67％)的波长在920nm和960nm之间的光。因此，对于920nm和960nm之间的光谱范围，与备选的滤光器相比，本文所述的滤光器具有改进的透射性能。
如上所述，图6作为示例被提供。其他示例可以与关于图6所描述的不同。
图7A至图7C是本文所述的示例实施方式的光学和物理特性的示图700/710/720。
如图7A所示，示图700示出了滤光器(例如，本文所述的滤光器200)的角度偏移性能。对于在0度和30度之间的入射角(如图7A中的θ所示)，在光学干涉滤光器的中心波长处的角度偏移可以小于中心波长的1.0％。例如，当滤光器被配置用于940纳米(nm)的中心波长时，滤光器在高达30度的入射角处可以具有例如小于9.4nm的角度偏移。在一些实施方式中，滤光器在高达30度的入射角处可以具有小于7.0nm的角度偏移。在这种情况下，滤光器可以实现例如大于或等于3.7、4.0、4.5、5.0和/或5.5的有效折射率。在一些实施方式中，滤光器在中心波长处可以实现大于透射率阈值的透射率，诸如大于(例如，在0度至30度之间的入射角处的滤光器的峰值透射率的)80％、85％、90％和/或95％。此外，所述滤光器可实现小于+/－10％、小于+/－5％或小于+/－1％的波纹，其中波纹表示在0度与30度之间的入射角处跨通带的透射率的偏差。
如图7B和图7C所示，示图710和720示出了滤光器的示例堆叠和层厚度的示例。在这种情况下，通过交替包括AlN材料(例如，对于波长在500nm和5500nm之间的光具有在1.9和2.2之间的折射率)的层和包括Si:H-He材料(例如，对于波长在500nm和5500nm之间的光具有在3.5和3.9之间的折射率)的层来制造滤光器。滤光器包括大于阈值厚度的一个或两个“厚层”(例如，厚度比该一个或(多于)两层之后的下一最厚层的200％大，但比下一最厚层的例如500％小)。在一些实施方式中，滤光器可以包括两个厚层，并且厚层的偏离可以在10％和25％之间。例如，两个厚层中的较小层的厚度可以比两个厚层中的较大层的厚度小10％和25％之间。
如上所述，图7A至图7C仅作为示例被提供。其它示例可以与关于图7A至图7C所描述的不同。
图8A至图8C是本文所述的示例实施方式的光学和物理特性的示图800/810/820。
如图8A所示，示图800示出了滤光器(例如，本文所述的滤光器200)的角度偏移性能。对于在0度和30度之间的入射角(如图8A中的θ所示)，在光学干涉滤光器的中心波长处的角度偏移可以小于中心波长的1.0％。例如，当滤光器被配置用于940纳米(nm)的中心波长时，滤光器在高达30度的入射角处可以具有例如小于9.4nm的角度偏移。在一些实施方式中，滤光器在高达30度的入射角处可以具有小于7.0nm的角度偏移。在这种情况下，滤光器可以实现例如大于或等于3.7、4.0、4.5、5.0和/或5.5的有效折射率。在一些实施方式中，滤光器在中心波长处可以实现大于透射率阈值的透射率，例如大于(例如，在0至30度之间的入射角处的滤光器的峰值透射率的)80％、85％、90％和/或大于95％。此外，滤光器可实现小于+/－10％、小于+/－5％或小于+/－1％的波纹，其中波纹表示在0度和30度之间的入射角处跨通带的透射率的偏差。
如图8B和图8C所示，示图810和820示出了滤光器的示例堆叠和层厚度的示例。在这种情况下，通过交替包括AlN材料(例如，对于波长在500nm和5500nm之间的光具有在1.9和2.2之间的折射率)的层和包括Si:H-He材料(例如，对于波长在500nm和5500nm之间的光具有在3.5和3.9之间的折射率)的层来制造滤光器。滤光器还可以包括附加层(例如，如本文所述的覆盖层)，该附加层包括SiO2材料。
如上所述，图8A至图8C仅作为示例被提供。其他示例可以与关于图8A至图8C所描述的不同。
上述公开内容提供了说明和描述，但并不旨在穷举或将实施方式限制为所公开的精确形式。可以根据上述公开内容进行修改和变化，或者可以从实施方式的实施中获得修改和变化。
如本文所使用的，术语“部件”旨在被广泛地解释为硬件、固件或硬件和软件的组合。将会是显而易见的，本文所述的系统和/或方法可以以不同形式的硬件、固件和/或硬件和软件的组合来实现。用于实现这些系统和/或方法的实际专用控制硬件或软件代码不是对实施方式的限制。因此，本文描述了系统和/或方法的操作和行为，而没有参考特定的软件代码。应当理解，软件和硬件可以用于实现基于本文中的描述的系统和/或方法。
如本文所使用的，根据上下文，满足阈值可以指大于阈值、大于或等于阈值、小于阈值、小于或等于阈值、等于阈值、不等于阈值等的值。
即使特征的特定组合在权利要求中被记载和/或在说明书中被公开，这些组合并不旨在限制各种实施方式的公开。实际上，这些特征中的许多特征可以以未在权利要求中具体记载和/或在说明书中公开的方式组合。虽然下面列出的每个从属权利要求可能直接依赖于仅一个权利要求，但是各种实施方式的公开包括与权利要求书中的每个其他权利要求相结合的每个从属权利要求。如本文所使用的，提及项列表中的“以下各项中的至少一项”的短语是指这些项的任何组合，包括单个成员。作为示例，"以下各项中的至少一项：a、b或c"旨在涵盖a、b、c、a-b、a-c、b-c和a-b-c，以及具有多个相同项的任何组合。
本文使用的元件、动作或指令不应被解释为关键的或必要的，除非明确地这样描述。而且，如本文所使用的，冠词“一”和“一个”旨在包括一个或多个项，并且可以与“一个或多个”互换使用。进一步地，如本文所使用的，冠词“该”旨在包括与冠词“该”相关的一个或多个项，并且可以与“该一个或多个”互换使用。此外，如本文所使用的，术语“集合”旨在包括一个或多个项(例如，相关项、不相关项、或相关和不相关项的组合)，并且可以与“一个或多个”互换使用。在仅意指一个项的情况下，使用短语“仅一个”或类似语言。而且，如本文所使用的，术语“有”，“具有”，“拥有”等旨在是开放式术语。进一步地，短语“基于”旨在表示“至少部分地基于”，除非另外明确说明。而且，如本文所使用的，术语“或”在串接使用时旨在是包括性的，并且可以与“和/或”互换使用，除非另外明确说明(例如，在与"任一者“或”仅一者"组合使用的情况下)。

Claims (20)

1.一种光学干涉滤光器，包括：
基板；以及
层集合，被设置在所述基板上，其中所述层集合包括：
层的第一子集；以及
层的第二子集，其中：
所述层的第一子集中的每一层包括氮化铝(AlN)材料，
所述层的第一子集中的每一层的应力在-1000兆帕和800兆帕之间，
所述层的第一子集具有第一折射率，所述第一折射率具有第一值，
所述层的第二子集中的每一层包括至少一种其它材料，所述层的第二子集具有第二折射率，所述第二折射率具有不同于所述第一值的第二值，并且
所述光学干涉滤光器具有大于或等于所述第一值和所述第二值中的最高值的95％的有效折射率。
2.根据权利要求1所述的光学干涉滤光器，其中对于在0度和30度之间的入射角，所述光学干涉滤光器的中心波长处的角度偏移小于所述中心波长的1.0％。
3.根据权利要求1所述的光学干涉滤光器，其中所述层集合的净应力大约为零兆帕。
4.根据权利要求1所述的光学干涉滤光器，其中所述层的第一子集和所述层的第二子集以交替的层顺序被设置在所述基板上。
5.根据权利要求1所述的光学干涉滤光器，其中所述至少一种其它材料包括以下中的至少一者：
硅(Si)材料；
氢化硅(Si:H)材料；
含氦氢化硅(Si:H-He)材料；
硅和氢材料(SiH)材料；
非晶硅(a-Si)材料；
氮化硅(SiN)材料；
锗(Ge)材料；
氢化锗(Ge:H)材料；
硅锗(SiGe)材料；
氢化硅锗(SiGe:H))材料；
碳化硅(SiC)材料；
氢化碳化硅(SiC:H)材料；
二氧化硅(SiO2)材料；
五氧化二钽(Ta2O5)材料；
五氧化二铌(Nb2O5)材料；
铌钛氧化物(NbTiOx)材料；
铌钽五氧化物(Nb2-xTaxO5)材料；
二氧化钛(TiO2)材料；
氧化铝(Al2O3)材料；
氧化锆(ZrO2)材料；
氧化钇(Y2O3)材料；或
氧化铪(HfO2)材料。
6.根据权利要求1所述的光学干涉滤光器，其中附加层被设置在所述层集合上；
其中所述附加层包括二氧化硅(SiO2)材料。
7.根据权利要求1所述的光学干涉滤光器，其中所述光学干涉滤光器被配置为使与800纳米至1600纳米之间的光谱范围相关联的光通过。
8.一种光学干涉滤光器，包括：
层集合，包括：
层的第一子集；以及
层的第二子集，其中：
所述层的第一子集中的每一层包括氮化铝(AlN)材料，
所述层的第一子集具有第一折射率，所述第一折射率具有第一值，
所述层的第二子集中的每一层包括含氦氢化硅(Si:H-He)材料，
所述层的第二子集具有第二折射率，所述第二折射率具有大于所述第一值的第二值，并且
所述光学干涉滤光器具有大于或等于所述第二值的95％的有效折射率。
9.根据权利要求8所述的光学干涉滤光器，其中所述层的第一子集和所述层的第二子集中的一者包括拉伸材料，并且
其中所述层的第一子集和所述层的第二子集中的另一者包括压缩材料。
10.根据权利要求8所述的光学干涉滤光器，其中所述层集合的净应力大约为零兆帕。
11.根据权利要求8所述的光学干涉滤光器，其中所述层集合的净应力大约等于特定量的应力。
12.根据权利要求8所述的光学干涉滤光器，其中：
对于波长在500纳米和5500纳米之间的光，所述第一值在1.9和2.2之间；以及
对于波长在500纳米和5500纳米之间的光，所述第二值在3.5和3.9之间。
13.根据权利要求8所述的光学干涉滤光器，其中附加层被设置在所述层集合上，
其中所述附加层包括二氧化硅(SiO2)材料。
14.根据权利要求8所述的光学干涉滤光器，其中对于在0度和30度之间的入射角，所述光学干涉滤光器在940nm的波长处具有小于7.0纳米(nm)的角度偏移和大于或等于3.7的有效折射率。
15.根据权利要求8所述的光学干涉滤光器，其中对于在0度和30度之间的入射角，所述光学干涉滤光器的中心波长处的角度偏移小于所述中心波长的1.0％。
16.根据权利要求15所述的光学干涉滤光器，其中所述中心波长为940纳米。
17.根据权利要求8所述的光学干涉滤光器，其中对于在0度和30度之间的入射角，所述光学干涉滤光器与所述光学干涉滤光器的峰值透射率的90％与100％之间的透射率相关联。
18.一种方法，包括：
向腔室供应惰性气体，其中所述惰性气体包括氩(Ar)或氦(He)中的至少一者；
向所述腔室供应氮气(N2)；以及
基于供应所述惰性气体和所述N2气体，使铝(Al)靶溅射以在基板上形成包括氮化铝(AlN)的第一层集合，其中：
所述第一层集合与第二层集合交替地被形成在所述基板上以形成层的构型，
所述第二层集合包括含氦氢化硅(Si:H-He)，并且
所述层的构型具有大于或等于3.7的有效折射率。
19.根据权利要求18所述的方法，其中：
所述惰性气体包括He；
所述第一层集合的应力在-1000兆帕和150兆帕之间；以及
对于波长在500纳米和5500纳米之间的光，所述第一层集合的折射率在1.9和2.2之间。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述惰性气体包括氦(He)，
其中所述方法还包括：
向所述腔室供应氢气H2；以及
基于供应所述惰性气体和所述H2气体，使硅(Si)靶溅射以形成包括Si:H-He的所述第二层集合。
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