[发明专利]一种基于纳米盘结构的多波段滤光传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于纳米盘结构的多波段滤光传感器，包括基底电路层，所述基底电路层上设置有电连接的光敏器件层，所述光敏器件层上设置有滤光结构层，所述滤光结构层上设置平坦层；所述滤光结构层由纳米盘阵列组成，所述纳米盘阵列包括多个子阵列，各子阵列包括多个纳米盘，相同子阵列内的纳米盘具有相同的直径和周期，不同子阵列中的纳米盘具有不同的直径和周期。利用氢化非晶硅纳米盘结构实现了彩色滤光，兼容异质基底上以及CMOS工艺，可直接在现有CMOS图像晶圆上沉积薄膜，制备工艺简单，非晶硅纳米盘结构利用的是米氏散射实现电偶极子和磁偶极子的共振，通过改变纳米盘几何参数可实现特定波长的光的选择，波长选择灵活，可以实现多波长滤光。

技术领域

本发明涉及图像成像技术领域，具体是一种基于纳米盘结构的多波段滤光传感器及其制备方法。

背景技术

传统的多波段滤光仪为了提取更多的光谱信息，需要配合多种规格滤波器以及多层介质的干涉滤光片，使用复杂、成本昂贵、体积笨重、功耗大，需要专业人士进行操作，无法在移动端进行集成。多波段滤光传感器是实现小型化便携化的多波段滤光成像装置的核心，基于硅纳米线的多波段滤光传感器虽然可以实现彩色滤光，但纳米线通常长达几微米，直径只有几十纳米，高纵横比导致使用过程中不稳定，易碎；同时在制备过程中需要额外的金属掩膜(metal mask)，另一方面硅纳米线一般指的是晶体硅纳米线，但在异质基底上很难生长高质量的晶体硅薄膜。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于纳米盘结构的多波段滤光传感器及其制备方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种基于纳米盘结构的多波段滤光传感器，包括基底电路层，所述基底电路层上设置有电连接的光敏器件层，所述光敏器件层上设置有滤光结构层，所述滤光结构层上设置平坦层；所述滤光结构层由纳米盘阵列组成，所述纳米盘阵列包括多个子阵列，各子阵列包括多个纳米盘，相同子阵列内的纳米盘具有相同的直径和周期，不同子阵列中的纳米盘具有不同的直径和周期，在所述平坦层上还设置有微透镜阵列。

其中，所述纳米盘阵列的高度在50～200nm，周期在100～400nm。

其中，所述纳米盘阵列的纵横比在1:10～1:1之间。

其中，所述纳米盘阵列包括至少四个子阵列，各子阵列包括多个纳米柱，每个子阵列对应光敏器件层的一个光敏器件。

其中，所述光敏器件层包括光电二极管，单个光电二极管构成一个光敏器件。

其中，所述组成滤光结构层的纳米盘阵列为非晶硅纳米盘阵列、铝纳米盘阵列或者银纳米盘阵列。

本发明还提供一种基于纳米盘结构的多波段滤光传感器的制备方法，包括以下步骤：

S1：准备已完成光敏器件层结构工艺的CMOS图像传感器晶圆；

S2：在晶圆上沉积非晶硅薄膜，薄膜厚度为50nm～100nm；

S3：经过一次光刻及刻蚀工艺在光敏器件层上形成滤光结构层的非晶硅纳米盘阵列，其中纳米盘阵列包括多个子阵列，每个子阵列包括多个纳米柱，同一子阵列内的纳米柱具有相同直径和周期，不同子阵列的纳米柱具有不同的直径和周期，每个子阵列对应一个光敏器件层上的光敏器件；

S4：在晶圆上旋涂聚合物以填充纳米盘间隙并使晶圆表面平坦，构成平坦层；

S5：在晶圆上粘贴微透镜阵列后进行封装、切割，形成多波段滤光传感器。

有益效果：本发明具有以下有益效果：

1、利用氢化非晶硅纳米盘结构实现了彩色滤光，兼容异质基底上以及CMOS工艺。