本發(fā)明涉及光學(xué)領(lǐng)域。本發(fā)明更具體地但不限于涉及一種光吸收夾層結(jié)構(gòu)及應(yīng)用該結(jié)構(gòu)的光學(xué)器件。
背景技術(shù)：
：在光學(xué)MEMS器件應(yīng)用中，往往需要使來自外部的光線選擇性地進(jìn)入光學(xué)傳感器?，F(xiàn)有技術(shù)中通常的辦法是在器件部分表面形成具有光吸收能力的薄膜材料，從而在相應(yīng)位置阻擋光線進(jìn)入。為避免潛在的干擾，理想光吸收薄膜材料需要具有較高的光學(xué)吸收率，以及較低的透射率和反射率。常見的光吸收薄膜材料TiN在可見光部分具有較高的透射率，在近紅外、紅外區(qū)有較高反射率，在需要較好可見光透過性的場合具有應(yīng)用價值，但是在某些對可見光、近紅外波段之透射、反射有特殊限制的領(lǐng)域，傳統(tǒng)單一TiN薄膜的應(yīng)用則顯示出一定局限性。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明考慮到現(xiàn)有技術(shù)中的一個或多個問題，提出了一種光吸收夾層結(jié)構(gòu)，應(yīng)用該光吸收夾層結(jié)構(gòu)的光學(xué)器件以及相應(yīng)的制備方法。本發(fā)明的第一方面，提出了一種光吸收夾層結(jié)構(gòu)，包含：第一吸收層，用于進(jìn)行光學(xué)吸收；反射層，形成與所述第一吸收層之上，用于進(jìn)行光學(xué)反射；第二吸收層，形成于所述反射層之上，用于進(jìn)行光學(xué)吸收。在一個實施例中，所述第一吸收層和所述第二吸收層的材料為TiNx，日常狀態(tài)下為黑色，其中Ti與N的原子比大于1。本發(fā)明的第二方面，提出了一種光學(xué)器件，包含：光吸收夾層結(jié)構(gòu)，包含襯底，所述襯底用于對上方結(jié)構(gòu)提供支撐，附著，并用于光學(xué)透射；多個溝槽，位于所述光吸收夾層結(jié)構(gòu)內(nèi)，自所述光吸收夾層結(jié)構(gòu)的頂部延伸到底部，與所述襯底上表面接觸；光學(xué)傳感器陣列，位于所述襯底下方，含有多個光傳感單元，每個所述光傳感單元對應(yīng)位于一個溝槽下方，接收來自上方的入射光線，根據(jù)入射光線產(chǎn)生相應(yīng)的電信號；其中，所述光吸收夾層結(jié)構(gòu)還包含：第一吸收層，形成于所述襯底之上，用于光學(xué)吸收；反射層，形成與所述第一吸收層之上，用于光學(xué)反射；第二吸收層，形成于所述反射層之上，用于光學(xué)吸收。本發(fā)明的第三方面，提出了一種制作光吸收夾層結(jié)構(gòu)的方法，包含：形成第一吸收層，所述第一吸收層用于光學(xué)吸收；在所述第一吸收層之上形成反射層，所述反射層用于光學(xué)反射；在所述反射層之上形成第二吸收層，所述第二吸收層用于光學(xué)吸收；本發(fā)明的第四方面，提出了一種制作光學(xué)器件的方法，包含：形成光吸收夾層結(jié)構(gòu),包含提供用于透光的襯底；在所述襯底之上形成第一吸收層，所述第一吸收層用于光學(xué)吸收；在所述第一吸收層之上形成反射層，所述反射層用于光學(xué)反射；在所述反射層之上形成第二吸收層，所述第二吸收層用于光學(xué)吸收；在所述光吸收夾層結(jié)構(gòu)內(nèi)形成延伸到襯底表面的溝槽結(jié)構(gòu)；在所述襯底下方形成具有多個光傳感單元的光傳感器陣列。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明能夠提高光吸收率，使應(yīng)用光吸收結(jié)構(gòu)的光學(xué)器件精度更高。附圖說明圖1所示為依據(jù)本發(fā)明一個實施例的光吸收夾層結(jié)構(gòu)100的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的光吸收夾層結(jié)構(gòu)200的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的光學(xué)器件300的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4A-4G示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種制作光學(xué)器件300的方法的流程示意圖。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一替代實施例的一種制作光學(xué)器件300的方法的示意圖。貫穿所有附圖相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件或特征。具體實施方式在下文所述的特定實施例代表本發(fā)明的示例性實施例，并且本質(zhì)上僅為示例說明而非限制。在說明書中，提及“一個實施例”或者“實施例”意味著結(jié)合該實施例所描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或者特性包括在本發(fā)明的至少一個實施例中。術(shù)語“在一個實施例中”在說明書中各個位置出現(xiàn)并不全部涉及相同的實施例，也不是相互排除其他實施例或者可變實施例。本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。下面將參考附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實施方式。貫穿所有附圖相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件或特征。圖1所示為依據(jù)本發(fā)明一個實施例的光吸收夾層結(jié)構(gòu)100的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，光吸收夾層結(jié)構(gòu)100可具有襯底101。襯底101用于對位于其上的結(jié)構(gòu)提供支撐及附著。在圖示實施例中，襯底101還用于光學(xué)透射，可由玻璃構(gòu)成，材料成分為SiO2。在其它實施例中，襯底101也可以為其它合適材料。在襯底101之上，光吸收夾層結(jié)構(gòu)100進(jìn)一步由下至上包含第 一吸收層102，用于光學(xué)吸收，位于吸收層102之上的反射層103，用于光學(xué)反射，以及位于反射層之上的第二吸收層104，用于光學(xué)吸收。在一個實施例中，第一吸收層102和第二吸收層104的材料為TiNx，其中Ti與N的原子比大于1。該材料在日常狀態(tài)下的顏色為黑色。本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，此處的TiNx表示Ti與N的原子比不相等的鈦的氮化物，區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)中所常見的Ti與N的原子比為1：1，在日常狀態(tài)下顏色為黃色的氮化鈦化合物TiN。在本發(fā)明一個實施例中，Ti與N的原子比可在1.05-1.2之間，例如1.08，1.1或1.12。反射層103的材料可以為任何對特定波段的光具有良好反射能力，可用于反射的金屬，例如Al。在某些實施例中，第一吸收層102和第二吸收層104的材料也可以不同，以針對不同波段的光進(jìn)行吸收。例如第一吸收層102可以用于吸收具有第一波段的光,例如可見光波段,采用對可見光有較好吸收效果的材料，而第二吸收層104可以用于吸收具有第二波段的光,例如紅外和近紅外波段,采用對紅外和近紅外波段有較好吸收效果的材料。在一個實施例中，第一吸收層102和襯底101之間還具有一層第一親和材料層105，以增強光吸收夾層結(jié)構(gòu)100同襯底101之間的附著力。在圖示實施例中，第一親和材料層105為Ti金屬層。在其它實施例中，可選用任何能夠增加附著力且不改變其它性能的材料作為第一親和層材料。在某些實施例中，第一吸收層102和反射層103之間還可具有一層第二親和材料層106，例如圖示實施例中的Ti金屬層，用于緩和反射層103與第一吸收層102之間、由于贗晶生長所造成的應(yīng)力，增強附著性。此外，在反射層103和第二吸收層104之間可具有第三親和材料層107，以緩和由于反射層103與第二吸收層104之間由于贗晶生長所造成的應(yīng)力。在圖示實施例中，第三親和材料層107同樣為Ti金屬層。當(dāng)入射光L1由頂面入射時，如圖1所示，首先由第二吸收 層104進(jìn)行首次吸收。一小部分透射過的光線L2在到達(dá)反射層103上表面時，大部分受到反射層103的反射形成反射光線L3。透射過反射層103的光線L4到達(dá)第一吸收層102，進(jìn)一步發(fā)生吸收，同時反射形成反射光線L5。反射光線L3和L5均在回到第二吸收層104之后，由第二吸收層104進(jìn)行二次吸收。這樣，入射光透射率得到了有效降低。此外，當(dāng)采用Ti與N原子比大于1的TiNx材料形成第一吸收層102和第二吸收層104時，相比采用普通的TiN材料，會具有更高的吸收率和更低的透射率和反射率。下表為采用如圖1所示的光吸收夾層結(jié)構(gòu)100與現(xiàn)有技術(shù)中采用單層TiN薄膜的光吸收結(jié)構(gòu)在可見光波段的平均性能對比。其中TiN薄膜厚度為光吸收夾層結(jié)構(gòu)100中，第一吸收層厚度反射層厚度第二吸收層厚度光吸收夾層結(jié)構(gòu)100TiN薄膜吸收率94.99％45％反射率5％25％透射率0.01％30％由表可見，經(jīng)過多次反射和吸收，最終能夠透射過光吸收夾層結(jié)構(gòu)100的光線相比現(xiàn)有技術(shù)中單層的TiN薄膜大大減少，幾乎已經(jīng)為零。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的光吸收夾層結(jié)構(gòu)200的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，對比光吸收夾層結(jié)構(gòu)100，光吸收夾層結(jié)構(gòu)200中，第一吸收層202形成于襯底101之上，第二吸收層204位于上表面暴露在外。多個反射層203和中間吸收層205縱向交替排列于第一吸收層202和第二吸收層204之間。在一個實施例中，中間吸收層205由TiNx材料形成，其中Ti與N的原子比大于1。該材料在日常狀態(tài)下的顏色為黑色。在 本發(fā)明一個實施例中，Ti與N的原子比可在1.05-1.2之間，例如1.08，1.1或1.12。通過采用多層結(jié)構(gòu)，能夠更加有效地提高吸收率，降低反射率和透射率。在圖示實施例中，在上下相鄰的中間吸收層205和反射層203之間，還可形成親和層206，從而減輕由于贗晶生長所造成的應(yīng)力。第一吸收層202，第二吸收層204和多個中間吸收層205中的至少其中一層的材料可能與其余吸收層不同。例如，在一實施例中，多個中間吸收層205的材料可以不同于第一吸收層202和第二吸收層204。在又一實施例中，多個中間吸收層205中的至少一層可能采用與其余中間吸收層205不相同的吸收材料。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的光學(xué)器件300的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，光學(xué)器件結(jié)構(gòu)300包含具有襯底101的光吸收夾層結(jié)構(gòu)100。襯底101除能夠?qū)馕諍A層結(jié)構(gòu)100提供良好支撐與附著之外，還需要具有良好的光通透性。多個溝槽302位于光吸收夾層結(jié)構(gòu)100內(nèi)，自光吸收夾層結(jié)構(gòu)100的頂部延伸到底部，與襯底101的上表面接觸。光學(xué)傳感器陣列303位于襯底101下方，含有多個光傳感單元304，每個光傳感單元304對應(yīng)位于溝槽302下方，接收來自上方的入射光線LIN1，LIN2，LIN3…，根據(jù)入射光線LIN產(chǎn)生相應(yīng)的電信號VOUT1，VOUT2，VOUT3….。在一個實施例中，光傳感單元304可以由光敏電阻材料形成，例如硫化鎘。在另一實施例中，光傳感單元304可以由光電轉(zhuǎn)換材料形成，例如多晶硅。本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員能夠理解，如上所述實施例中的所描述的光傳感單元304是示例性的而非限制性的，在其它實施例中，光傳感單元304可以由任何可輸出電信號用于表征入射光線的結(jié)構(gòu)或電路構(gòu)成。在一個實施例中，光吸收夾層結(jié)構(gòu)100可以被光吸收夾層 結(jié)構(gòu)200代替。在一個實施例中，光學(xué)器件300還包括讀出電路(ROIC)305，用于將光傳感單元304所產(chǎn)生的電信號VOUT1，VOUT2，VOUT3…進(jìn)行處理。例如，在一個實施例中，光傳感單元304將電信號VOUT1，VOUT2，VOUT3…轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。在光吸收夾層結(jié)構(gòu)100的阻擋下，光傳感單元304所接收到的入射光強度基本上完全取決于通過每個溝槽302中入射的入射光強度，這樣，轉(zhuǎn)換出的電信號的強弱或數(shù)字信號大小可反映對應(yīng)的溝槽302上方入射光強。圖4A-4G示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種制作光學(xué)器件300的方法的流程示意圖。其中，圖4A-4D提供了一種制作光吸收夾層100的方法，圖4E-4G示出了如何在制作光吸收夾層100的基礎(chǔ)上，制作光學(xué)器件300。如圖4A-4B所示，該方法首先包括提供一具有良好透光性能的襯底101，例如，可采用玻璃材料形成襯底?？蛇x的，可在襯底101上方預(yù)先使用濺射方法形成第一親和材料層105。在圖示實施例中，親和材料層由Ti金屬構(gòu)成。之后，在襯底101之上形成第一吸收層102。在圖示實施例中，第一吸收層102的材料為TiNx，可采用化學(xué)氣相淀積(CVD)生長或物理氣相淀積(PVD)生長方法形成，其中Ti與N的原子比大于1。該材料在日常狀態(tài)下的顏色為黑色。在本發(fā)明一個實施例中，Ti與N的原子比可在1.05-1.2之間，例如1.08，1.1或1.12。如圖4C-4D所示，在形成第一吸收層102之后，繼續(xù)在其上形成反射層103。在圖示實施例中，反射層103的材料為Al金屬，可通過濺射方式形成?？蛇x的，在形成反射層103之前，可事先于第一吸收層102之上形成第二親和材料層106。圖示實施例中，第二親和材料層包含Ti金屬，通過濺射方式形成。之后，在反射層103上方形成第二吸收層104。在圖示實施 例中，第二吸收層104的材料為TiNx，可采用化學(xué)氣相淀積(CVD)生長或物理氣相淀積(PVD)生長方法形成?？蛇x的，在形成第二吸收層104之前，可事先于反射層103上形成第三親和材料層107。在圖示實施例中，第三親和材料層107包含Ti金屬，通過濺射方式形成。如圖4E-4F所示，在形成由襯底101，第一吸收層102，反射層103和第二吸收層104所組成的光吸收夾層結(jié)構(gòu)100之后，在光吸收夾層結(jié)構(gòu)內(nèi)形成延伸到襯底101表面的溝槽302。在一個實施例中，形成溝槽302可包含：1)在光吸收夾層結(jié)構(gòu)100頂部形成具有刻蝕窗口402的掩蔽層401。2)對光吸收夾層結(jié)構(gòu)進(jìn)行刻蝕形成溝槽302，并除去掩蔽層401。其中，光吸收夾層結(jié)構(gòu)的刻蝕可以采用干法刻蝕或濕法刻蝕的方式完成。在一個實施例中，對光吸收夾層結(jié)構(gòu)采用多步驟刻蝕，首先刻蝕第二吸收層104，然后刻蝕掉反射層103，最后對第一吸收層102進(jìn)行刻蝕。在其它實施例中，如果構(gòu)成光吸收夾層結(jié)構(gòu)的具體材料允許，也可以使用單步驟刻蝕，一次性對第二吸收層104，反射層103和第一吸收層102完成刻蝕。在圖示實施例中，光傳感器陣列303可以完成溝槽302的刻蝕之后，形成于襯底101下方。例如，在一個實施例中，光傳感器陣列303可通過鍵合形式，與光吸收夾層結(jié)構(gòu)對接形成，如圖4G所示。在另一替代實施例中，光學(xué)傳感器陣列303可在提供襯底101時，預(yù)先在襯底101下方形成。在又一實施例中，制作光學(xué)器件400的方法進(jìn)一步包含形成讀出電路305，耦接到光學(xué)傳感器陣列303中的各光傳感單元304。在另一實施例中，制作光學(xué)器件300的方法中，可包含形成光吸收夾層結(jié)構(gòu)200替代光吸收夾層結(jié)構(gòu)100。如圖5所示， 相比于圖4A-4D所示的形成光吸收夾層結(jié)構(gòu)100的方法，制作光吸收夾層結(jié)構(gòu)200的方法進(jìn)一步包含在第一吸收層202與第二吸收層204之間，制作多個在縱向上交替排列的反射層203和中間吸收層205，反射層203可通過濺射形成，中間吸收層205可通過CVD或PVD方式形成。在圖示實施例中，第一吸收層202，第二吸收層204和中間吸收層205材料均為TiNx，日常狀態(tài)下為黑色，其中Ti與N的原子比大于1。在一個實施例中，Ti與N的原子比可在1.05-1.2之間，例如1.08，1.1或1.12。反射層203材料為Al。圖示實施例中，該方法還可包含在第一吸收層202和襯底101之間，第一和第二吸收層202，204和反射層203之間，以及每個中間吸收層205同反射層203之間分別形成親和層105,106和206。親和層材料可以為Ti。關(guān)于上述內(nèi)容，顯然本發(fā)明的很多其它改型和改動也是可行的。這里應(yīng)該明白，在隨附的權(quán)利要求書所涵蓋的保護(hù)范圍內(nèi)，本發(fā)明可以應(yīng)用此處沒有具體描述的技術(shù)而實施。當(dāng)然還應(yīng)該明白，由于上述內(nèi)容只涉及本發(fā)明的較佳具體實施例，所以還可以進(jìn)行許多改型而不偏離隨附的權(quán)利要求所涵蓋的本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍。由于公開的僅是較佳實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以推斷出不同的改型而不脫離由隨附的權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3