TWI766013B - 混合間隔物多頻譜濾光片 - Google Patents

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TWI766013B
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Abstract

一種光學濾光片可包括第一鏡、第二鏡及設置於該第一鏡與該第二鏡之間的間隔物層結構。該間隔物層結構可包括第一層集合。該第一層集合中之每一層可以是與第一折射率及大於層厚度臨限值之厚度相關聯的第一材料。該間隔物層結構可包括第二層集合。該第二層集合中之每一層可以是與第二折射率相關聯之第二材料。該第二層集合中之每一層可經選擇以替換該第一材料之對應層。該對應層可與小於該層厚度臨限值之厚度相關聯。

Description

混合間隔物多頻譜濾光片
本發明關於一種混合間隔物多頻譜濾光片。
多頻譜感測器裝置可用以擷取資訊。舉例而言，該多頻譜感測器裝置可擷取關於一組電磁頻率之資訊。該多頻譜感測器裝置可包括擷取該資訊之一組感測器元件(例如，光學感測器、頻譜感測器及/或影像感測器)。舉例而言，一感測器元件陣列可用以擷取關於多個頻率的資訊。該感測器元件陣列中之一特定感測器元件可與限制引向該特定感測器元件之一系列頻率的一濾光片相關聯。
根據一些可能實施，一種光學濾光片可包括一第一鏡、一第二鏡及設置於該第一鏡與該第二鏡之間的一間隔物層結構。該間隔物層結構可包括一第一層集合。該第一層集合中之每一層可為與一第一折射率及大於一層厚度臨限值之一厚度相關聯的一第一材料。該間隔物層結構可包括一第二層集合。該第二層集合中之每一層可為與一第二折射率相關聯之一第二材料。該第二層集合中之每一層可經選擇以替換該第一材料之一對應層。該對應層可與小於該層厚度臨限值之一厚度相關聯。
根據一些可能實施，一種多頻譜濾光片可包括一第一鏡，其沉 積於與一組感測器元件相關聯之一基板上且部分地反射來自一光源之光。該多頻譜濾光片可包括一第二鏡以部分地反射來自該光源之光。該多頻譜濾光片可包括一間隔物，其設置於該第一鏡與第二鏡之間且包括與對應於該組感測器元件之複數個通道相關聯的複數個層。該複數個層中之一第一一或多個層可為具有一第一折射率之氫化矽。該第一一或多個層中之每一者可與大於一層厚度臨限值之一厚度相關聯。該複數個層中之一第二一或多個層可與具有一第二折射率之一材料相關聯。
根據一些可能實施，一種光學濾光片可包括一基板。該光學濾光片可包括設置至該基板上之光學濾光片層集合。該光學濾光片層集合可包括與一第一折射率相關聯的第一光學濾光片層子集合。該光學濾光片層集合可包括與小於該第一折射率之一第二折射率相關聯的第二光學濾光片層子集合。該光學濾光片層集合可形成複數個通道。每一通道可與傳遞在一對應的中心波長下之光相關聯。每一中心波長可與一鄰近中心波長分開小於一臨限通道間隔。
100‧‧‧實例實施
105‧‧‧多頻譜濾光片
110-1‧‧‧第一鏡
110-2‧‧‧第二鏡
120‧‧‧間隔物
130-1‧‧‧間隔物層
130-2‧‧‧間隔物層
130-3‧‧‧間隔物層
130-4‧‧‧間隔物層
130-5‧‧‧間隔物層
200‧‧‧圖表
210‧‧‧濾光片
220‧‧‧圖表
230‧‧‧圖表
240‧‧‧圖表
300‧‧‧圖表
310‧‧‧圖表
320‧‧‧圖表
330‧‧‧圖表
400‧‧‧圖表
410‧‧‧濾光片
420‧‧‧圖表
430‧‧‧圖表
440‧‧‧圖表
450‧‧‧圖表
500‧‧‧圖表
510‧‧‧圖表
600‧‧‧圖表
610‧‧‧濾光片
620‧‧‧圖表
630‧‧‧圖表
640‧‧‧圖表
圖1為本文中描述之實例實施的概述之圖；圖2A至圖2D為關於本文中描述之多頻譜濾光片的特性之圖；圖3A至圖3D為關於本文中描述之多頻譜濾光片的特性之圖；圖4A至圖4E為關於本文中描述之多頻譜濾光片的特性之圖；圖5A及圖5B為關於本文中描述之多頻譜濾光片的特性之圖；及圖6A至圖6D為關於本文中描述之多頻譜濾光片的特性之圖。
實例實施之以下實施方式參看附圖。不同圖式中之相同參考數字可識別相同或類似元件。
感測器元件(例如，光學感測器)可併入至光學感測器裝置內以獲得關於一組電磁頻率之資訊(例如，頻譜資料)。舉例而言，該光學感測器裝置可包括影像感測器、多頻譜感測器或可執行光之感測器量測的類似物。該光學感測器裝置可利用一或多種感測器技術，諸如互補金屬氧化物半導體(CMOS)技術、電荷耦合裝置(CCD)技術或類似技術。該光學感測器裝置可包括多個感測器元件(例如，一感測器元件陣列)，其各自經組態以獲得資訊。
感測器元件可與對至該感測器元件之光進行濾光的濾光片相關聯。舉例而言，感測器元件可與線性可變濾光片(LVF)、圓形可變濾光片(CVF)、法布里-珀羅(Fabry-Perot)濾光片或類似者對準以使引向該感測器元件的光之一部分被濾光。對於諸如法布里-珀羅濾光片之二元濾光片結構，可針對定位於二元濾光片結構之鏡之間的間隔物之層選擇氫化矽(Si：H)。氫化矽與在近紅外線頻譜範圍中之相對高折射率(例如，大於大約3.5之折射率)相關聯，此導致相對低角度偏移。然而，對於間隔物層中之一些層，相對高折射率導致相對小實體厚度。舉例而言，對於與在大約800奈米(nm)與1100nm之間的波長範圍相關聯之64通道感測器元件陣列，間隔物之至少一個層的厚度可小於大約1.2nm。類似地，對於類似的128通道感測器元件陣列，間隔物之至少一個層的厚度可小於大約0.6nm。小於臨限層厚度(例如，小於大約5nm、小於大約2nm、小於大約1.5nm、小於大約1nm、小於大約0.75nm等)之層厚度可導致濾光片難以製造。
濾光片可曝露於導致濾光片劣化之環境條件。舉例而言，在圖案化程序或清潔程序期間，曝露於圖案化程序或清潔程序的濾光片之間隔物之 層可經歷化學組成改變。此外，在操作期間之周圍條件(諸如，曝露於室溫條件)可導致濾光片劣化。在此狀況下，對於將氫化矽用於間隔物之層的濾光片，氫化矽層之一部分可轉換成氧化物層(例如，氧化矽(SiO)、二氧化矽(SiO2)等)以形成混合的氫化矽與氧化物層。換言之，可將氫化矽層改變成氫化矽之第一部分及氧化物之第二部分。由於環境條件而轉換成氧化物層之氫化矽層之部分可與大於大約0.5nm、大於大約1nm、大於大約1.5nm、大於大約2nm、大於大約5nm或類似者之厚度相關聯。基於層之化學組成自氫化矽材料(或另一可氧化材料)改變至氧化物材料且基於層之層厚度未改變或改變小於臨限量，層之折射率可自在大約930nm下之大約3.7改變至在大約930nm下之大約1.47。基於改變之折射率，層之所要光學厚度可按折射率之比率改變。舉例而言，所要光學厚度可減小至最初使用氫化矽形成該層時的厚度之1.47/3.7=40%。結果，層之光學厚度及層之所要光學厚度可能不匹配，此可導致濾光片之中心波長的偏移。
本文中描述之一些實施提供具有混合間隔物(諸如，氫化矽之沉積層與氧化物之沉積層或類似者)之受控制組成之多頻譜濾光片陣列。以此方式，可針對感測器元件陣列提供耐久(亦即，環境穩定)的多頻譜濾光片陣列。此外，相對於具有不受控制組成之濾光片(例如，具有氧化成混合的氫化矽與氧化物層的小於層厚度臨限值之氫化矽層的濾光片)，多頻譜濾光片陣列可與減小之中心波長偏移相關聯。此外，可增大多頻譜濾光片陣列之間隔物之層的最小厚度，從而導致製造難度降低且使得能夠使用附加製程(例如，掀離製程(lift-off process))進行製造。基於製造難度降低，本文中描述之一些實施可實現增大通道數量的多頻譜濾光片陣列。基於包括臨限量之氫化矽(例如，臨限厚度之氫化矽、臨限數量之氫化矽層等)，本文中描述之一些實施可與可引起相對低角度偏移之相對高折射率相關聯。
圖1為本文中描述之實例實施100的概述之圖。如圖1中所展示，多頻譜濾光片105(例如，二元結構光學濾光片陣列)可包括第一鏡110-1、第二鏡110-2及間隔物120。
如圖1中進一步所展示，第一鏡110-1與第二鏡110-2可包夾間隔物120。換言之，間隔物120可將第一鏡110-1與第二鏡110-2分開臨限距離，及/或間隔物120之面可由第一鏡110-1及第二鏡110-2圍封。在一些實施中，鏡110可與特定材料相關聯。舉例而言，鏡110可包括一組金屬鏡層(例如，銀)、一組電介質鏡層(例如，交替的氫化矽層與二氧化矽層)或類似者以朝向與多頻譜濾光片105相關聯之感測器元件反射自光源引導的光之一部分。鏡110可與相關聯於多頻譜濾光片105之每一通道的感測器元件陣列中之每一感測器元件對準。
在一些實施中，間隔物120可包括一或多個間隔物層130。舉例而言，間隔物120可包括一組間隔物層130-1至130-5(例如，電介質層)。在一些實施中，一或多個間隔物層130之厚度可與針對特定波長確保最小間隔物厚度相關聯。在一些實施中，間隔物120可與單腔組態相關聯。另外或替代地，間隔物120可與多腔組態相關聯。
在一些實施中，一或多個間隔物層130之厚度可基於二進位級數(binary progression)而相關。舉例而言，間隔物層130-3可與間隔物層120-2之厚度的大致一半之厚度相關聯，間隔物層130-4可與間隔物層130-3之厚度的大致一半之厚度相關聯，且間隔物層130-5可與間隔物層130-4之厚度的大致一半之厚度相關聯。
在一些實施中，多頻譜濾光片105可經沉積至與光學感測器裝置相關聯之基板上。舉例而言，鏡110-1可經沉積(例如，經由沉積製程及/或光微影掀離製程)至基板上，該基板包括感測器元件陣列以擷取資訊(例如，頻 譜資料)。在一些實施中，間隔物120可准許擷取關於多個波長之資訊。舉例而言，間隔物120之與第一感測器元件(例如，感測器元件陣列中之背照式光學感測器或前照式光學感測器)對準的第一部分可與第一厚度相關聯，且間隔物120之與第二感測器元件對準的第二部分可與第二厚度相關聯。在此狀況下，引向第一感測器元件及第二感測器元件之光可對應於基於第一厚度之在第一感測器元件處的第一波長及基於第二厚度之在第二感測器元件處的第二波長。以此方式，多頻譜濾光片105准許由光學感測器裝置使用間隔物(例如，間隔物120)進行之多頻譜感測，該間隔物與對準於光學感測器裝置之多個感測器元件的多個部分(其與多個厚度相關聯)相關聯。
在一些實施中，鏡110可與保護層相關聯。舉例而言，保護層可經沉積至鏡110-1上(例如，在鏡110-1與間隔物120之間)以減小鏡110-1劣化之可能性，藉此改良利用多頻譜濾光片105的光學感測器裝置之耐久性。在一些實施中，鏡110及/或間隔物120可與錐形邊緣相關聯。舉例而言，鏡110及/或間隔物120之邊緣部分可為錐形且可准許將另一層(例如，保護層)沉積於邊緣部分上以減小邊緣部分劣化之可能性，而不妨礙與鏡110及/或間隔物120之另一部分(例如，非邊緣部分)相關的將光導引朝向光學感測器，藉此改良利用多頻譜濾光片105的光學感測器裝置之耐久性。
如上所指示，圖1僅作為實例提供。其他實例是可能的且可不同於關於圖1所描述之實例。
圖2A至圖2D是關於將氫化矽用於間隔物層且具有高折射率/低折射率(HL)對之兩個四分之一波長堆疊的法布里-珀羅濾光片之實例之圖。
如在圖2A中且藉由圖表200展示，濾光片210可包括基板、包括交替的氫化矽(展示為「Si_H」或被稱為Si：H)層與二氧化矽(展示為「SiO2」)層之第一四分之一波長堆疊、氫化矽間隔物以及包括交替的氫化矽 層與二氧化矽層之第二四分之一波長堆疊。第一四分之一波長堆疊及第二四分之一波長堆疊之氫化矽層可各自與大約3.7226之折射率、大約62.6nm之實體厚度及大約932nm之四分之一波長光學厚度(展示為「Q.W.O.T」)相關聯。層之四分之一波長光學厚度對應於該層之實體厚度及折射率，如本文中所描述。第一四分之一波長堆疊及第二四分之一波長堆疊之二氧化矽層可各自與大約1.4664之折射率、大約158.9nm之實體厚度及大約932nm之四分之一波長光學厚度相關聯。氫化矽間隔物層與大約3.7226之折射率、大約125.2nm之實體厚度及大約1864nm之四分之一波長光學厚度相關聯。儘管本文中描述為氫化矽間隔物層，但該氫化矽間隔物層可包括經選擇以形成多個通道的具有多個厚度之多個氫化矽間隔物層。舉例而言，在第一狀況下，可使用多個層形成氫化矽間隔物層以形成64個通道。類似地，在第二狀況下，可使用多個層形成氫化矽間隔物層以形成128個通道。
如圖2B中所展示，圖表220表示濾光片210之折射率分佈。如所展示，濾光片210包括由第一四分之一波長堆疊及第二四分之一波長堆疊包夾之氫化矽間隔物。第一四分之一波長堆疊及第二四分之一波長堆疊中之每一者包括形成一組HL對的一組交替的氫化矽層與二氧化矽層。
如圖2C及圖2D中所展示，一組圖表230及240分別展示濾光片210之一組光學特性。舉例而言，濾光片210與在大約932nm下的大於90%之透射比相關聯。類似地，濾光片210與在大約680nm下的大於45%之透射比相關聯。在此狀況下，濾光片210可用於例如在大約800nm與大約1100nm之間的波長範圍。在一種狀況下，如本文中所描述，可針對64通道感測器元件陣列而提供濾光片210，且該濾光片可與氫化矽間隔物之最薄層的大約1.2nm之厚度相關聯。類似地，在第二狀況下，如本文中所描述，可針對128通道感測器元件陣列而提供濾光片210，且該濾光片可與氫化矽間隔物之最薄層的大約0.6nm之厚 度相關聯。基於最薄層之厚度小於臨限層厚度(例如，小於大約5nm、小於大約2nm、小於大約1.5nm、小於大約1nm、小於大約0.75nm等)，氫化矽間隔物之一或多個層可氧化成一或多個混合的氫化矽與氧化物層。基於一或多個氫化矽及氧化物層之厚度係基於意欲僅使用氫化矽而選擇，可將氫化矽間隔物稱為不受控制組成間隔物或稱為僅氫化矽間隔物。
如上所指示，圖2A至圖2D僅作為實例提供。其他實例係可能的且可不同於關於圖2A至圖2D所描述之實例。
圖3A至圖3D為僅將氫化矽用作間隔物(亦即，不受控制組成間隔物)之法布里-珀羅濾光片(諸如，關於圖2A至圖2D描述之濾光片210)的光學特性之圖。
如在圖3A中且藉由圖表300展示，針對使用濾光片210之64通道濾光片陣列提供理論狀況濾光片響應。針對無濾光片210之氫化矽間隔物之氧化的狀況判定理論濾光片響應。在此狀況下，濾光片210提供涵蓋大約800nm至大約1100nm之波長範圍的64個大致均勻間隔之通道集合，其中該通道集合與在大約80%與大約100%之間的透射比相關聯。
如在圖3B中且藉由圖表310展示，基於濾光片210之間隔物之薄層(例如，小於臨限厚度之層)及層表面之氧化(例如，如本文中所描述，在曝露於大氣、圖案化製程、清潔製程等期間發生之氧化)，針對使用濾光片210之64通道濾光片陣列提供經氧化狀況濾光片響應。在此狀況下，在例如濾光片210之間隔物之最後三個層(例如，厚度至多為大約4.8nm之最薄的三個層)上引起氧化，該最後三個層經氧化以形成混合的氫化矽/二氧化矽層。結果，濾光片210提供64個通道之集合，其中通道群組與相對類似波長相關聯。舉例而言，作為氧化更改濾光片210之間隔物之最後三個層的組成及折射率而不更改間隔物之最後三個層之實體厚度的結果，8個通道之第一群組與大約810 nm之波長相關聯，通道之第二群組與大約845nm之波長相關聯，通道之第三群組與大約875nm之波長相關聯，等等。
如在圖3C中且藉由圖表320及在圖3D中且藉由圖表330展示，針對每一通道提供在圖3A之理論狀況下的濾光片210之濾光片響應與在圖3B之經氧化狀況下的濾光片響應之間的比較。如圖3C中所展示，與在理論狀況下的一組均勻間隔之中心波長(展示為「CWL」)不同的，經氧化狀況下之濾光片響應導致具有相對類似中心波長之分群(例如，8個通道之群組，每一通道之中心波長在該群組中之每一其他通道的大約2nm內)。舉例而言，如圖3D中所展示，在理論狀況下，任何特定通道之中心波長與鄰近通道之鄰近中心波長隔開大約5nm。換言之，例如，通道16與比通道15高5nm且比通道17低5nm之中心波長相關聯。相比之下，在經氧化狀況下，在群通道內之通道與相對低通道間距相關聯，且每一群組與相對高通道間距相關聯。換言之，例如，通道6與7在共同通道群組中，且通道7與比通道6高1nm之中心波長相關聯；然而，通道7及8與不同通道群組相關聯，且通道7與比通道8低大約32nm之中心波長相關聯。
如上所指示，圖3A至圖3D僅作為實例提供。其他實例係可能的且可不同於關於圖3A至圖3D所描述之實例。
圖4A至圖4E為關於使用混合間隔物層之濾光片的實例之圖，其中將基於氧化物之材料用於混合間隔物層之一或多個沉積層。
如在圖4A中且藉由圖表400展示，濾光片410(例如，用於多頻譜感測之光學濾光片)可包括第一鏡、間隔物之層集合以及第二鏡。第一鏡及第二鏡可為四分之一波長堆疊鏡、金屬鏡或類似者。使用一組塗佈操作(識別為塗佈操作1、2、3……)來沉積間隔物之層。可針對間隔物之一或多個層選擇氫化矽(例如，其可與在大約800nm與大約1100nm之間的頻譜範圍下的大於臨限折射率之折射率相關聯，諸如大於2.0、大於2.5、大於3.0、大於3.5、大 於3.6或類似者)或另一材料(例如，另一可氧化材料)。氧化物可用於經判定為與小於氫化矽之層厚度臨限值的層厚度相關聯，諸如，小於大約5nm。換言之，若在使用氫化矽(例如，基於在待由包括濾光片410之光學裝置涵蓋之頻譜範圍下的氫化矽之折射率)來沉積一層的情況下，該層將與小於臨限值之厚度相關聯，則該層可自氧化物材料以另一厚度(例如，基於氧化物材料之折射率選擇)沉積，在一些實施中，該厚度可大於厚度臨限值。在一些實施中，氧化物材料可與小於厚度臨限值之厚度相關聯。
在另一實例中，可利用另一臨限層厚度，諸如小於大約10nm、小於大約2.5nm、小於大約2nm、小於大約1.5nm、小於大約1nm、小於大約0.75nm或類似者。在此狀況下，第一層(識別為塗佈操作1)與氫化矽之大約92.633nm的層厚度相關聯，該層厚度超過臨限層厚度，且因此使用氫化矽來沉積第一層。類似地，第四層與氫化矽之大約9.617nm的層厚度相關聯，該層厚度超過臨限層厚度，且因此使用氫化矽來沉積第四層。相比之下，第五層與氫化矽之大約4.809nm的層厚度相關聯，該層厚度不超過臨限層厚度。在此狀況下，按大約11.800nm之層厚度(例如，基於氧化鈮鈦(NbTiOx)之折射率)沉積氧化鈮鈦而非氫化矽。
在另一實例中，可利用另一氧化物材料，諸如二氧化矽(SiO2)、五氧化鈮(Nb2O5)、五氧化鉭(Ta2O5)、二氧化鈦(TiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鋯(ZrO2)、氧化釔(Y2O3)、二氧化鉿(HFO2)或類似者；可使用氮化物材料，諸如氮化矽(Si3N4)；可使用氟化物材料，諸如氟化鎂(MgF)；可使用硫化物材料，諸如硫化鋅(ZnS)；可使用硒化物材料，諸如硒化鋅(ZnSe)；前述材料的組合或類似者。基於氧化鈮鈦與不同於氫化矽之折射率相關聯，選擇不同層厚度以使用氧化鈮鈦沉積第五層。舉例而言，基於氧化鈮鈦之折射率及與間隔物之第五層相關聯之通道的中心波長，為 第五層選擇大約11.800nm之層厚度。類似地，第六層及第七層分別與大約2.404nm及大約1.202nm之氫化矽的層厚度相關聯，所述層厚度不超過臨限層厚度。在此狀況下，基於氧化鈮鈦之折射率及與第六層及第七層相關聯的通道之中心波長，使用氧化鈮鈦分別按大約5.900nm及大約2.950nm之層厚度沉積第六層及第七層。在一些實施中，濾光片410可與由間隔物之層所形成的通道的臨限數量相關聯，諸如大於或等於8個通道、16個通道、32個通道、64個通道、128個通道、256個通道或類似者。
關於用於間隔物的第二材料之厚度(例如，第一材料為例如氫化矽)，該厚度與基於色散(dispersion)值的預期厚度不同。舉例而言，在大約930nm下，氫化矽與大約3.7225之折射率及用於第七層的1.202之間隔物厚度相關聯，從而導致3.7225*1.202=4.474nm之光學厚度，其表示氫化矽層之光學厚度。替換氫化矽層的氧化鈮鈦層之理論實體厚度可判定為4.474nm/2.323nm=1.926nm，其中2.323nm表示在大約930nm下的氧化鈮鈦之大致折射率。在此狀況下，1.926nm小於根據色散所判定之實體厚度2.950nm。此差異是在氫化矽與例如氧化鈮鈦之間的界面處的相移(phase shift)之結果。因此，基於測試，判定氧化鈮鈦相對於氫化矽將層厚度增大250%。以此方式，基於增大濾光片之最薄層之厚度且基於使得能夠使用附加製程製造濾光片陣列，相對於使用不受控制組成之另一濾光片(例如，濾光片210)，改良使用受控組成的基於混合間隔物之濾光片(例如，濾光片410)之可製造性。
如在圖4B中且藉由圖表420展示，針對使用濾光片410之64通道濾光片陣列提供濾光片響應。在此狀況下，基於利用具有氧化物層與氫化矽層之混合間隔物層，濾光片410提供涵蓋大約800nm至大約1100nm之波長範圍的64個大致均勻間隔之通道的集合，其中該通道集合與在大約80%與大約100%之間的透射比相關聯。使用小於臨限層厚度之氧化物層而非氫化矽層以避免氧 化，此避免圖3B中展示的通道之分群。以此方式，相對於基於全氫化矽間隔物之設計，利用混合間隔物改良多頻譜濾光片之濾光片效能，且改良包括濾光片410的光學裝置之光學效能。
如在圖4C中且藉由圖表430、在圖4D中且藉由圖表440及在圖4E中且藉由圖表450展示，濾光片410導致濾光片410之通道之中心波長的相對均勻間距(例如，對於每一通道，與小於臨限分隔之偏差相關聯的中心波長間距，諸如小於大約10nm、小於大約6nm、小於大約5nm或類似者)。舉例而言，如藉由圖表430展示，濾光片410之中心波長對應於自通道索引號0處的800nm之中心波長至針對通道索引號63的1100nm之中心波長的濾光片210之理論狀況。類似地，如藉由圖表440展示，且由圖表450按更精細尺度展示，濾光片210之理論狀況與在大約4.5nm與大約5nm之間的通道間距相關聯。相比之下，返回至圖3D中之圖表330，在經氧化狀況下，濾光片210與在大約0.5nm(例如，對於通道群組之鄰近通道)與大約35nm(例如，對於不同通道群組之鄰近通道)之間的通道間距相關聯。返回至圖表440及450，在實際狀況下之濾光片410與在大約4nm與大約6nm之間的通道間距相關聯。以此方式，相對於濾光片210，由濾光片410達成通道間距之均勻性的改良。
如上所指示，圖4A至圖4E僅作為實例提供。其他實例係可能的且可不同於關於圖4A至圖4E所描述之實例。
圖5A及圖5B為關於具有混合間隔物之濾光片之圖，其中將基於氧化物之材料用於該混合間隔物之一或多個光學濾光片層。
如在圖5A中且藉由圖表500及在圖5B中且藉由圖表510展示，針對一組間隔物材料提供在光之一組波長下的折射率。舉例而言，如在圖表500中所展示，在大約800nm下的氫化矽之折射率為大約3.852，在大約930nm下為大約3.7225，且在1100nm下為大約3.639。類似地，對於氧化鈮鈦及二氧化 矽，在大約800下之各別折射率為大約2.342及大約1.469，在大約930nm下為大約2.323及大約1.466，且在1100nm下為大約2.308及大約1.464。
如在圖表510中所展示，相對於氫化矽，針對波長改變之折射率改變對於氧化鈮鈦及二氧化矽係不同的。舉例而言，分別在自大約800nm至大約930nm及大約1100nm的波長之改變下，氫化矽與折射率之大約3.4%及大約5.5%之減小相關聯。相比之下，氧化鈮鈦與大約0.8%及大約1.5%之減小相關聯，且二氧化矽與大約0.2%及大約0.3%之減小相關聯。在此狀況下，氫化矽之折射率改變與氧化鈮鈦或二氧化矽之折射率改變之間的失配之結果為通道間距之均勻性改變。舉例而言，返回至圖表450，濾光片410之通道間距展現相對於濾光片210之理論通道間距的線性偏差。此線性偏差小於臨限偏差。舉例而言，濾光片410與小於臨限通道分隔(例如，小於大約6nm)之通道分隔相關聯。
如上所指示，圖5A及圖5B僅作為實例提供。其他實例係可能的且可不同於關於圖5A及圖5B所描述之實例。
圖6A及圖6D為關於具有混合間隔物之濾光片之圖，其中將基於氧化物之材料用於該混合間隔物之一或多個光學濾光片層。
如在圖6A中且藉由圖表600展示，濾光片610(例如，用於多頻譜感測之光學濾光片)可包括第一鏡、間隔物之層集合以及第二鏡。第一鏡及第二鏡可為四分之一波長堆疊鏡、金屬鏡或類似者。使用一組塗佈操作(識別為塗佈操作1、2、3……)來沉積間隔物之層。可針對間隔物之一或多個層選擇氫化矽(例如，其可與在大約800nm與大約1100nm之間的頻譜範圍下的大於臨限折射率之折射率相關聯，諸如大於2.0、大於2.5、大於3.0、大於3.5、大於3.6或類似者)或另一材料(例如，另一可氧化材料)。氧化物(例如，二氧化矽(SiO2))可用於經判定為與小於氫化矽之層厚度臨限值(諸如，小於大 約5nm)的層厚度相關聯之一或多個層。在此狀況下，第一層(識別為塗佈操作1)與氫化矽之大約92.633nm的層厚度相關聯，該層厚度超過臨限層厚度，且因此使用氫化矽來沉積第一層。類似地，第四層與氫化矽之大約9.617nm的層厚度相關聯，該層厚度超過臨限層厚度，且因此使用氫化矽來沉積第四層。相比之下，第五層與氫化矽之大約4.809nm的層厚度相關聯，該層厚度不超過臨限層厚度。在此狀況下，按大約30.400nm之層厚度(例如，基於二氧化矽(SiO2)氧化物之折射率)沉積二氧化矽而非氫化矽。
基於二氧化矽與不同於氫化矽之折射率相關聯，選擇不同層厚度以使用二氧化矽沉積第五層。舉例而言，基於二氧化矽之折射率及與間隔物之第五層相關聯之通道的中心波長，為第五層選擇大約30.4nm之層厚度。類似地，第六層及第七層分別與大約2.404nm及大約1.202nm之氫化矽的層厚度相關聯，該等層厚度不超過臨限層厚度。在此狀況下，基於二氧化矽之折射率及與第六層及第七層相關聯的通道之中心波長，使用二氧化矽分別按大約15.2nm及大約7.6nm之層厚度沉積第六層及第七層。在一些實施中，濾光片610可與由間隔物之層所形成的通道的臨限數量相關聯，諸如大於或等於8個通道、16個通道、32個通道、64個通道、128個通道、256個通道或類似者。
如在圖6B中且藉由圖表620展示，針對使用濾光片610之63通道濾光片陣列提供濾光片響應。在此狀況下，基於利用具有氧化物層與氫化矽層之混合間隔物層，濾光片610提供涵蓋大約800nm至大約1100nm之波長範圍的63個大致均勻間隔之通道的集合，其中該通道集合與在大約60%與大約95%之間的透射比相關聯。使用小於臨限層厚度之氧化物層而非氫化矽層避免氧化，此避免在例如圖3B中展示的通道之分群。以此方式，相對於基於全氫化矽間隔物之設計，利用混合間隔物改良多頻譜濾光片之濾光片效能，且改良包括濾光片610的光學裝置之光學效能。
如在圖6C中且藉由圖表630及在圖6D中且藉由圖表640展示，濾光片610導致濾光片610之通道之中心波長的相對均勻間距(例如，對於每一通道，與小於臨限分隔之偏差相關聯的中心波長間距，諸如小於大約10nm、小於大約6nm、小於大約5nm或類似者)。舉例而言，如藉由圖表630展示，濾光片610之中心波長對應於自在通道索引號0處的800nm之中心波長至針對通道索引號63的1100nm之中心波長的濾光片210之理論狀況。如藉由圖表640展示，基於通道之特定集合(例如，通道號7及8)與基於氫化矽與二氧化矽之間的色散失配之共同中心波長相關聯，濾光片610與63個通道相關聯。類似地，如藉由圖表640展示，相比於經氧化狀況濾光片210與在大約0.5nm(例如，對於通道群組之鄰近通道)與大約35nm(例如，對於不同通道群組之鄰近通道)之間的通道間距相關聯的圖3D中之圖表330，對於實際狀況下之濾光片610，達成在大約0nm與大約7nm之間、在大約4nm與大約7nm之間、在大約4.5nm與大約5.0nm之間或類似者的通道間距。以此方式，相對於濾光片210，由濾光片610達成通道間距之均勻性的改良。
如上所指示，圖6A至圖6D僅作為實例提供。其他實例係可能的且可不同於關於圖6A至圖6D所描述之實例。
前述揭示內容提供說明及描述，但不意欲為詳盡的或將實施限於所揭示之精確形式。依據以上揭示內容，修改及變化係可能的，或修改及變化可自實施之實踐獲取。
本文中結合臨限值描述一些實施。如本文中所使用，滿足臨限值可指值大於臨限值、多於臨限值、高於臨限值、大於或等於臨限值、小於臨限值、少於臨限值、低於臨限值、小於或等於臨限值、等於臨限值等。
即使在申請專利範圍中敍述及/或在本說明書中揭示特徵之特定組合，此等組合仍不意欲限制可能實施之揭示內容。事實上，許多此等特徵可 按在申請專利範圍中未具體地敍述及/或在本說明書中未具體地揭示之方式組合。儘管下文所列出之每一附屬項可直接取決於僅一個技術方案，但可能實施之揭示內容包括每一附屬項連同技術方案集合中之每一其他技術方案。
本文中所使用之元件、動作或指令不應視為至關重要或必不可少的，除非如此明確地描述。又，如本文中所使用，詞「一(a及an)」意欲包括一或多個項目，且可與「一或多個(one or more)」互換地使用。此外，如本文中所使用，術語「集合(set)」意欲包括一或多個項目(例如，相關項目、不相關項目、相關項目與不相關項目之組合等)，且可與「一或多個」互換地使用。在僅意欲有一個項目之情況下，使用術語「一個(one)」或類似語言。又，如本文中所使用，術語「具有(has/have/having)」或類似者意欲為開放式術語。另外，除非另外明確地陳述，否則片語「基於」意欲意謂「至少部分地基於」。
100‧‧‧實例實施
105‧‧‧多頻譜濾光片
110-1‧‧‧第一鏡
110-2‧‧‧第二鏡
120‧‧‧間隔物
130-1‧‧‧間隔物層
130-2‧‧‧間隔物層
130-3‧‧‧間隔物層
130-4‧‧‧間隔物層
130-5‧‧‧間隔物層

Claims (20)

  1. 一種光學濾光片，其包含：第一鏡；第二鏡；及間隔物層結構，其設置於該第一鏡與該第二鏡之間，該間隔物層結構包含：第一層集合，該第一層集合包含：第一層，使用與一第一折射率相關聯的第一材料來沉積該第一層，第二層，使用該第一材料來沉積該第二層，第三層，使用該第一材料來沉積該第三層，並且該第一層相關於一實體厚度，該實體厚度大於層厚度臨限值，且該第一層、該第二層、該第三層是相鄰的；及第二層集合，該第二層集合中之每一層為使用與第二折射率相關聯之第二材料而被沉積，該第二層集合中之至少一層相關於一實體厚度，該實體厚度小於該層厚度臨限值，並且該第一層集合在該第一鏡和該第二層集合之間。
  2. 如請求項1所述之光學濾光片，其中該第一材料為氫化矽。
  3. 如請求項1所述之光學濾光片，其中波長在大約800奈米(nm)下，該第一折射率大於2.0的折射率。
  4. 如請求項1所述之光學濾光片，其中該第一材料為可氧化材料。
  5. 如請求項1所述之光學濾光片，其中該第二材料包括氧化物材 料，該氧化物材料包括以下各者中之至少一者：氧化鈮鈦(NbTiOx)、二氧化矽(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、二氧化鈦(TiO2)、五氧化鈮(Nb2O5)、五氧化鉭(Ta2O5)、氧化鋯(ZrO2)、氧化釔(Y2O3)、二氧化鉿(HfO2)或前述材料的組合。
  6. 如請求項1所述之光學濾光片，其中該第二材料包括以下各者中之至少一者：氮化物材料、氟化物材料、硫化物材料或硒化物材料。
  7. 如請求項1所述之光學濾光片，其中該第二折射率小於該第一折射率。
  8. 如請求項1所述之光學濾光片，其中該第二層集合中的一層之厚度是基於該第二折射率而選擇。
  9. 如請求項1所述之光學濾光片，其中該第二層集合形成複數個通道，所述複數個通道的每一個與在對應的中心波長下所傳遞之光相關聯，並且其中每一中心波長與鄰近中心波長分開小於臨限通道分隔。
  10. 如請求項9所述之光學濾光片，其中該臨限通道分隔為以下各者中之一者：大約30奈米(nm)、大約15nm、大約10nm、大約7nm、大約6nm或大約5nm。
  11. 如請求項1所述之光學濾光片，其中該層厚度臨限值為以下各者中之一者：大約10nm、大約5nm、大約2.5nm、大約2nm、大約1.5nm、大約1nm或大約0.75nm。
  12. 如請求項1所述之光學濾光片，其中該第一鏡及該第二鏡各自包括以下各者中之一者：金屬鏡或電介質鏡。
  13. 一種多頻譜濾光片，其包含：第一鏡，其沉積於與一組感測器元件相關聯之基板上且部分地反射來自光源之光， 第二鏡，其部分地反射來自該光源之光；以及間隔物，其設置於該第一鏡與該第二鏡之間且包括與對應於該組感測器元件之複數個通道相關聯的複數個層，該複數個通道與在對應的中心波長下所傳遞之光相關聯，該複數個層中的多個第一層是使用具有第一折射率之氫化矽而被沉積，該多個第一層包括第一子層、第二子層及第三子層，該第一子層、第二子層及第三子層是相鄰的，該第一子層與大於層厚度臨限值之實體厚度相關聯；並且該複數個層中之多個第二層是使用具有第二折射率之材料而被沉積，該多個第二層中的至少一層相關於一實體厚度，該實體厚度小於該層厚度臨限值，且該多個第一層在該第一鏡和該多個第二層之間。
  14. 如請求項13所述之多頻譜濾光片，其中該材料包括氧化鈮鈦或二氧化矽中之至少一者。
  15. 如請求項13所述之多頻譜濾光片，其中該複數個層是使用掀離製程而被沉積。
  16. 如請求項13所述之多頻譜濾光片，其中該複數個層與傳遞來自該光源的光之一部分相關聯，光之該部分與在大約800奈米(nm)與大約1100nm之間的頻譜範圍相關聯。
  17. 如請求項13所述之多頻譜濾光片，其中該複數個通道之數量大於或等於通道數量臨限值，該通道數量臨限值為以下各者中之一者：8個通道、 16個通道、32個通道、64個通道或128個通道。
  18. 一種光學濾光片，其包含：基板；及光學濾光片層集合，其設置至該基板上，該光學濾光片層集合包括與第一折射率相關聯的第一光學濾光片層子集合，該光學濾光片層集合包括與小於該第一折射率之第二折射率相關聯的第二光學濾光片層子集合，該第一光學濾光片層子集合包括使用特定材料來沉積的第一層、第二層和第三層，該第一層相關於一實體厚度，該實體厚度大於層厚度臨限值，該第二光學濾光片層子集合中的至少一層相關於一實體厚度，該實體厚度小於該層厚度臨限值，該第一子層、第二子層及第三子層是相鄰的，該第一光學濾光片層子集合在一鏡與該第二光學濾光片層子集合之間，該光學濾光片層集合形成複數個通道，每一通道與在對應的中心波長下所傳遞之光相關聯，且每一中心波長與鄰近中心波長分開小於臨限通道分隔。
  19. 如請求項1所述之光學濾光片，其中該第一層的第一實體厚度大約是該第二層的第二實體厚度的一半，並且 其中該第二層的該第二實體厚度大約是該第三層的第三實體厚度的一半，其至少部分地圍封該第一光學濾光片層子集合及該第二光學濾光片層子集合。
  20. 如請求項1所述之光學濾光片，其中該第二層集合包括第四層、第五層及第六層，其中該第二層集合在該第二鏡和該第一層集合之間，並且其中該第四層的第一實體厚度大約是該第五層的第二實體厚度的一半，並且其中該第五層的該第二實體厚度大約是該第六層的第三實體厚度的一半。
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