專利名稱：微型集成窄帶濾光片陣列及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)薄膜及光學(xué)濾光片，具體是指一種用于焦平面器件的多通道微型集成窄帶濾光片陣列。
背景技術(shù)：
隨著焦平面探測(cè)器的發(fā)展，為儀器的小型化和模塊化提供了基礎(chǔ)。為了能夠得到更多的信息，就需要多通道探測(cè)。獲得多通道探測(cè)的方法很多，有光柵分光、濾光片分光、棱鏡分光等，而多通道濾光片陣列和探測(cè)器陣列的組合，可以大大簡(jiǎn)化光學(xué)系統(tǒng)，減小儀器的體積和重量。所以，微型集成窄帶濾光片陣列的研究對(duì)航天遙感技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。近年來光學(xué)薄膜技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，從鍍膜的手段如電子槍、離子源、磁控濺射等技術(shù)的成熟，到監(jiān)控手段的不斷豐富，鍍膜的可靠性和穩(wěn)定性有很大的發(fā)展，控制精度也有很大的提高，能夠得到很理想的濾光片，研制微型集成窄帶濾光片陣列的條件已經(jīng)成熟。將濾光片陣列和探測(cè)器陣列組合成一個(gè)組件，作為多通道焦平面探測(cè)器陣列，可以大大減少光學(xué)系統(tǒng)的體積和重量，對(duì)空間用的儀器具有非常重要的意義。同時(shí)，由于探測(cè)器和濾光片成為一個(gè)組件，可以使探測(cè)系統(tǒng)模塊化，小型化，提高衛(wèi)星系統(tǒng)的靈活性，和有效載荷的使用效率。
目前集成濾光片的實(shí)現(xiàn)方式主要有以下幾種1.膠合集成將各個(gè)通道的窄帶濾光片分別用光學(xué)鍍膜PVD的方法制備好后，通過切割成要求的尺寸后，在公共托片上將這些具有不同光譜通道的窄帶濾光片膠合在一起，這種方式對(duì)窄帶濾光片的鍍制沒有特殊要求，但組合的難度較大，難以精確組合為一體。濾光片尺寸有所限制，難以做得很小，不利于小型化和集成化。而且通道間的串繞較大，對(duì)光學(xué)傳遞函數(shù)影響較大。
2.可調(diào)諧濾光片這種結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，多以F-P干涉儀式的結(jié)構(gòu)進(jìn)行窄帶濾光片的設(shè)計(jì)，通過電、聲、熱等方式對(duì)結(jié)構(gòu)中諧振腔層的厚度或折射率進(jìn)行控制，從而達(dá)到對(duì)波長(zhǎng)進(jìn)行選擇的作用。這種濾光片結(jié)構(gòu)可以做得很小，但相應(yīng)的控制機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，而且可調(diào)諧的范圍非常窄，一般只有30nm左右，這種方式也不能同時(shí)獲取不同波長(zhǎng)的光譜信息。
3.集成窄帶濾光片這種濾光片是基于F-P干涉原理，通過半導(dǎo)體刻蝕工藝來在不同位置上獲取不同諧振腔膜層的厚度，達(dá)到控制窄帶濾光片的帶通的中心波長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)不同透射波長(zhǎng)窄帶濾光片集成在同一塊基片上。這種濾光片的通道波長(zhǎng)范圍很小，只適合很小光譜范圍濾光片的制備，而且波形系數(shù)差和透過率低。不能適用于寬光譜范圍的波形要求高透過率高的濾光片陣列的使用。
4、漸變?yōu)V光片陣列一種能同時(shí)快速探測(cè)不同波段的微型集成窄帶濾光片。它采用遮蔽板方式，利用真空鍍膜制作而成。在基板的一端只透過短波波長(zhǎng)的光譜，另一端只透過長(zhǎng)波波長(zhǎng)的光譜；在基板的中間只透過在兩段波長(zhǎng)范圍內(nèi)的一種特定波長(zhǎng)的光譜，光譜分辨率達(dá)到0.2μm，并且所透過的光波長(zhǎng)與它對(duì)應(yīng)的透過位置從基板一端向另一端線性變化。其缺點(diǎn)是光譜連續(xù)，不能在指定位置得到指定的光譜，而且單個(gè)通道的光譜性能和透過率由于線性漸變而變差。
5.微型集成濾光片陣列一種最有應(yīng)用前景的濾光片集成方式，它是采用半導(dǎo)體器件制作工藝與基本PVD方法結(jié)合而成的分區(qū)域進(jìn)行鍍制的掩模分離法，將具有不同光譜特性的濾光片可以集成到同一塊基片上，而且可以根據(jù)需要做到微米量級(jí)。見“程實(shí)平，嚴(yán)義塤，張鳳山，許步云，朱翠媛，紅外與毫米波學(xué)報(bào)》13，401(1994)；程實(shí)平，張鳳山，嚴(yán)義塤，紅外與毫米波學(xué)報(bào)》13，110(1994)”。由于這種集成方法工藝步驟復(fù)雜，每增加一個(gè)通道，濾光片的成品率就會(huì)下降一半，而且各個(gè)通道的濾光片很微小，很難在制備過程中對(duì)單通道濾光片進(jìn)行測(cè)量，從而作出篩選。另外目前這種集成方式各通道之間還存在串音。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述已有各種集成濾光片陣列存在的種種問題，本發(fā)明的目的是提出一種可防止各濾光片通道之間串音和節(jié)約成本的微型集成窄帶濾光片陣列及其制備方法。
本發(fā)明的微型集成窄帶濾光片陣列，包括基片1，在基片的一面置有與基片牢固結(jié)合的多個(gè)通道微型窄帶濾光膜層2，在基片的另一面鍍制有公共截次峰膜層3，其特征在于各通道微型窄帶濾光膜層之間有一間隔，間隔內(nèi)置有防止光串?dāng)_的不透光的金屬層4，該金屬層從間隔內(nèi)延伸到濾光膜層的側(cè)面，即各個(gè)通道濾光膜層側(cè)面都有金屬層包覆，徹底解決了各個(gè)通道之間的光串。
本發(fā)明的微型集成窄帶濾光片陣列的制備方法是利用半導(dǎo)體器件制作工藝與基本PVD方法結(jié)合而成的掩模分離法，其具體制備方法步驟如下A.首先在基片上利用光刻和鍍膜工藝制備為后續(xù)各通道鍍制膜系用的光刻對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記5及多通道光闌7，通道數(shù)根據(jù)焦平面探測(cè)器要求而定，該光闌就是微型集成窄帶濾光片各濾光膜層之間防止光串?dāng)_的不透光的金屬層，兩金屬線條之間是單通道濾光膜層的鍍膜窗口；B.利用光刻工藝?yán)溴兘饘傺谀?，只留第一個(gè)通道作為鍍膜窗口，以及在多通道光闌旁邊開出對(duì)應(yīng)的測(cè)量鍍膜窗口6，根據(jù)第一個(gè)通道主膜系的設(shè)計(jì)，對(duì)第一個(gè)通道的鍍膜窗口及測(cè)量鍍膜窗口同時(shí)進(jìn)行真空主膜系鍍制，主膜系鍍制好后，對(duì)測(cè)量鍍膜窗口形成的單通道膜系進(jìn)行測(cè)量，看其是否符合設(shè)計(jì)要求；C.如符合設(shè)計(jì)要求，再通過化學(xué)腐蝕的方法剝離通道外的掩模和介質(zhì)膜層，重復(fù)B步驟，得到第二個(gè)通道窄帶濾光片。如此反復(fù)多次可以得到所要求的通道數(shù)陣列；D.再通過光刻工藝在通道間冷鍍金屬層，將各通道膜層側(cè)面用金屬層包覆；E.最后在基片的背面真空鍍制公共截次峰膜層，完成微型集成窄帶濾光片陣列的制備。
本發(fā)明的微型集成窄帶濾光片陣列的優(yōu)點(diǎn)在于1、通道間有不透光的金屬層隔離和各通道膜層側(cè)面有金屬層包覆，可以有效消除通道間光的串繞，提高光學(xué)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)；2、采用金屬掩模，有效地解決了光刻膠不能耐高溫的問題，及其機(jī)械掩模所帶來的變形和邊緣效應(yīng)，解決了通道圖案精細(xì)化的問題；3、采用金屬掩模，有效的提高了基片溫度的一致性，大大提高了鍍膜的均勻性；4、掩模采用光刻技術(shù)制作，大大提高了通道的對(duì)準(zhǔn)精度；5、多通道濾光片的帶寬和透過率都能夠得到很好的控制，而且波段可以根據(jù)需要設(shè)置；6、將多通道的主膜系鍍制在一個(gè)面上，公共截次峰膜系鍍制在基片的另一面，大大降低了濾光片的設(shè)計(jì)鍍制難度；7、測(cè)量鍍膜窗口的設(shè)置降低了成本，提高了測(cè)量精度，成品率和效率。
說明書附1為七通道濾光片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為七通道濾光片的防光串金屬光闌。
圖3為在大片上鍍制好的七個(gè)七通道濾光片及對(duì)應(yīng)的測(cè)量窗口。
圖4為七通道濾光片的公共截次峰膜系的實(shí)測(cè)曲線。
圖5(a)為第一通道412nm的實(shí)測(cè)曲線；圖5(b)為第二通道443nm的實(shí)測(cè)曲線；圖5(c)為第三通道470nm的實(shí)測(cè)曲線；圖5(d)為第四通道490nm的實(shí)測(cè)曲線；圖5(e)為第五通道520nm的實(shí)測(cè)曲線；圖5(f)為第六通道550nm的實(shí)測(cè)曲線；圖5(g)為第七通道565nm的實(shí)測(cè)曲線。
具體實(shí)施例方式
下面以可見光七通道微型集成濾光片陣列為例，結(jié)合附圖
對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作詳細(xì)說明。表1是七通道濾光片的中心波長(zhǎng)和帶寬及透過率設(shè)計(jì)要求，次峰截止范圍從400nm到1100nm，截止區(qū)透過率小于1％。由于在一片基片上鍍制七個(gè)通道的窄帶濾光片，難度很大，膜系設(shè)計(jì)將600nm到1100nm的次峰采用公共截次峰膜系，這樣每個(gè)通道的截次峰膜系的范圍大大減小為400-600nm，給主峰膜系的設(shè)計(jì)和鍍制的難度大大降低。本發(fā)明的膜系可以是用規(guī)整膜系設(shè)計(jì)的，也可以是非規(guī)整膜系設(shè)計(jì)的，一般采用非規(guī)整膜系設(shè)計(jì)，膜層厚度可以減少，提高鍍膜的成品率和膜層的牢固度。
七通道的非規(guī)整膜系如下第一通道412nm膜系1.033L.879H.824L.824H.875L 2.211H 1.001L.99H.897L.97H 1.013L 1.07H 1.089L 1.846H1.215L.936H.773L.977H 1.121L 1.183H 1.219L 1.272H 1.296L 1.303H 1.257L 1.248H 1.275L1.67H 1.549L 1.22H 1.238L 1.316H 1.373L 1.506H 1.359L 1.495H 1.451L 1.51H 2.415Lλ＝412nm H-Nb2O5，L-SiO2。
第二通道443nm膜系1L.964H.991L.976H 4.018L 1.004H 1.007L 1H.999L.989H 1.001L.999H 3.986L 1.011H1.01L 1.016H 1.006L 1.005H 1.001L.972H 3.977L 1.013H 1.027L 1.059H 1.05L 1.966H 1.087L1.435H 1.356L 1.44H 1.13L 1.299H 1.195L 1.487H 1.321L 1.454H 1.192L 1.492H 1.337L 1.312H1.114L 1.547H.562Lλ＝443nm H-Nb2O5，L-SiO2。
第三通道470nm膜系.999L.974H.741L.396H.841L2.802H.834L.763H.88L.958H.862L.37H.679L.985H 1.032L1.003H 1.047L 1.016H 1.849L 1.101H 1.082L 1.028H 1.055L 1.139H 1.517L 1.303H 1.157L 1.131H1.158L 1.206H 1.271L 1.57H 1.173L 1.19H 1.059Lλ＝470nm H-Nb2O5，L-SiO2。
第四通道490nm膜系1.052L 2.004H 2.057L 1.097H 1.393L 1.093H 1.27L 1.005H 1.523L 1.025H 1.303L 1.226H1.012L.979H 1.019L.98H 1.457L 1.107H.95L 1.909H.99L.871H1.004L.99H.969L.757H.809L.68H.915L.905H.938L.644H.496L 1.057H.843L 1.067H2.726L.22H.598Lλ＝490nm H-Nb2O5，L-SiO2。
第五通道520nm膜系1.24L 2.533H 1.296L 1.266H.958L 1.568H 1.365L.755H 1.451L 1.094H 1.012L 1.073H.99L1.031H 1.587L.735H.511L2.159H.964L 1.019H 1.175L1.219H.95L.954H.923L.888H.84L.683H.668L.727H.857L.885H.913L.911H.926L.931H.927L2.48H.732L.628H 1.962Lλ＝520nm H-Nb2O5，L-SiO2。
第六通道550nm膜系2.112L.699H.664L.641H.749L.791H.831L.877H.842L.75H.81L.743H.802L.79H.815L.766H.824L.773H.874L 1.268H 3.1L.126H.748L.861H.958L 1.299H 1.002L.732H 1.676L 1.295H1.277L 1.15H.971L 1.237H 1.04L 1.288H 1.833L 2.482H 1.371L.799H 1.246L 1.269H 1.394L1.377H.775L 1.344H 1.146L 1.663H λ＝550nm H-Nb2O5，L-SiO2。
第七通道565nm膜系918L 1.006H 1.067L.826H.671L 2.294H.995L.988H.99L.992H 1.006L 1.014H.978L.961H1.012L 2.101H.987L.848H.924L 1.041H.977L.946H.943L.997H 1.03L 2.174H.82L.507H.95L1.205H2.27L.591H.775L.794H.839L.792H.822L.642H.575L.499H.761L.813H.825L.761H.742L.625H.651L.635H.29L λ＝565nm H-Nb2O5，L-SiO2。
公共截次峰膜系1.214L 1.103H.989L 1.071H.891L 1.1H.795L 1.213H.493L 1.205H.83L 1.074H.859L1.034H.93L.972H 1.006L.921H 1.067L.976H 1.284L 1.406H 1.267L.968H 1.111L.978H 1.137L1.144H 1.377L 1.369H 1.93L 1.319H 1.384L 1.397H 1.478L 1.442H 1.494L 1.454H 1.465L 1.416H1.357L 1.14H.566L λ＝700nm，H-Nb2O5.L-SiO2基片采用在使用波段內(nèi)透明的石英或K9材料。
本發(fā)明中所指的防止光串?dāng)_的不透光的金屬可以是金屬黑鉻，也可以是其它金屬材料，只要能夠遮光且耐腐蝕即可。
本實(shí)施例中所指的金屬掩模是由三層金屬膜復(fù)合而成的，第一層是金屬鋁，厚度為0.5微米，第二層是金屬銅，厚度為1.0微米，第三層也是金屬層鋁，厚度0.5微米。
按上述的制備步驟在一大的基片上同時(shí)制備六個(gè)七通道的濾光片，七通道濾光片的性能實(shí)測(cè)曲線如圖5(a-g)中的實(shí)線?？梢姳景l(fā)明方法達(dá)到了預(yù)期的目的。
表1

權(quán)利要求
1.一種微型集成窄帶濾光片陣列，包括基片(1)，在基片的一面鍍制有與基片牢固結(jié)合的多個(gè)通道微型窄帶濾光膜層(2)，在基片的另一面鍍制有公共截次峰膜層(3)，其特征在于各通道微型窄帶濾光膜層之間有一間隔，間隔內(nèi)置有防止光串?dāng)_的不透光的金屬層(4)，該金屬層從間隔內(nèi)延伸到濾光膜層的側(cè)面，即各個(gè)通道濾光膜層側(cè)面都有金屬層包覆。
2.一種微型集成窄帶濾光片陣列的制備方法，其特征在于具體制備步驟如下A.首先在基片上利用光刻和鍍膜工藝制備為后續(xù)各通道鍍制膜系用的光刻對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記(5)及多通道光闌(7)，通道數(shù)根據(jù)焦平面探測(cè)器要求而定，該光闌就是微型集成窄帶濾光片各濾光膜層之間防止光串?dāng)_的不透光的金屬層，兩金屬線條之間是單通道濾光膜層的鍍膜窗口；B.利用光刻工藝?yán)溴兘饘傺谀?，只留第一個(gè)通道作為鍍膜窗口，以及在多通道光闌旁邊開出對(duì)應(yīng)的測(cè)量鍍膜窗口(6)，根據(jù)第一個(gè)通道主膜系的設(shè)計(jì)，對(duì)第一個(gè)通道的鍍膜窗口及測(cè)量鍍膜窗口同時(shí)進(jìn)行真空主膜系鍍制，主膜系鍍制好后，對(duì)測(cè)量鍍膜窗口形成的單通道膜系進(jìn)行測(cè)量，看其是否符合設(shè)計(jì)要求；C.如符合設(shè)計(jì)要求，再通過化學(xué)腐蝕的方法剝離通道外的掩模和介質(zhì)膜層，重復(fù)B步驟，得到第二個(gè)通道窄帶濾光片。如此反復(fù)多次可以得到所要求的通道數(shù)陣列；D.再通過光刻工藝在通道間冷鍍金屬層，將各通道膜層側(cè)面用金屬層包覆；E.最后在基片的背面真空鍍制公共截次峰膜層，完成微型集成窄帶濾光片陣列的制備。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微型集成窄帶濾光片陣列及其制備方法，該濾光片陣列包括基片，在基片的一面置有與基片牢固結(jié)合的多個(gè)通道微型窄帶濾光膜層，在基片的另一面鍍制有公共截次峰膜層，其特征在于各通道微型窄帶濾光膜層之間有一間隔，間隔內(nèi)置有防止光串?dāng)_的不透光的金屬層，該金屬層從間隔內(nèi)延伸到濾光膜層的側(cè)面，即各個(gè)通道濾光膜層側(cè)面都有金屬層包覆，徹底解決了各個(gè)通道之間的光串。該制備方法的特征是在濾光片的制備過程中，增設(shè)測(cè)量鍍膜窗口，與對(duì)應(yīng)的通道同時(shí)鍍制，解決了制備過程中對(duì)單通道膜系進(jìn)行測(cè)量的難度；采用金屬掩模，有效地解決了光刻膠不能耐高溫的問題，及其機(jī)械掩模所帶來的變形和邊緣效應(yīng)，解決了通道圖案精細(xì)化的問題。
文檔編號(hào)G03F7/00GK1862296SQ200610027388
公開日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2006年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月8日
發(fā)明者周東平, 沈家麟 申請(qǐng)人:上海歐菲爾光電技術(shù)有限公司, 中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所, 蘇州市光電元件廠