[发明专利]芯片级光探测和测距设备及其制造方法

权利要求书

1.一种芯片级光探测和测距(LiDAR)设备，包括：

第一层，所述第一层上形成有多个微机械(MEMS)反射镜；

第二层，包括：

激光源；

与所述激光源连接的分束器；

多个波导，每个所述波导均与所述分束器连接；以及

多个光束偏转器，每个所述光束偏转器与多个所述波导的之一耦合；以及

第三层，包括接收单元，用于接收和处理来自所述激光源的一个或多个激光束的反射激光信号；

其特征在于：所述第一层、所述第二层以及所述第三层竖直地互相连接。

2.根据权利要求1所述的LiDAR设备，其特征在于：所述第二层和所述第三层通过晶片键合互相连接，且所述第一层和所述第三层通过焊料键合互相连接。

3.根据权利要求2所述的LiDAR设备，其特征在于：一个或多个间隔物被用于在所述第一层与所述第三层之间产生间隔，以使来自所述第二层的所述激光源的激光束可以被引导至所述第一层的相应的MEMS反射镜上。

4.根据权利要求2所述的LiDAR设备，其特征在于：所述第二层和所述第三层通过晶片键合互相连接，且所述第一层和所述第二层通过焊料键合直接互相连接。

5.根据权利要求4所述的LiDAR设备，其特征在于：所述第一层为具有预定厚度的玻璃面板，所述玻璃面板使得来自所述第二层的所述激光源的激光束能够被导向至所述第一层的相应的MEMS反射镜上。

6.根据权利要求1所述的LiDAR设备，其特征在于：所述MEMS反射镜的数量、所述波导的数量和光束偏转器的数量相同，其中，每个所述波导对应一个不同的所述光束偏转器，且每个所述光束偏转器对应所述第一层上的一个不同的所述MEMS反射镜。

7.根据权利要求6所述的LiDAR设备，其特征在于：多个所述光束偏转器中的每一个将来自所述激光源的一个或多个激光束偏转出平面，从所述第二层偏转到所述第一层的相应MEMS反射镜。

8.根据权利要求7所述的LiDAR设备，其特征在于：所述一个或多个激光束通过相应的波导从所述第二层的所述激光源被导向至所述光束偏转器。

9.根据权利要求1所述的LiDAR设备，其特征在于：所述第一层上的多个所述MEMS反射镜中的每一个均与一个或多个致动器耦合，所述致动器被配置为以Z字形或螺旋形图案对所述MEMS反射镜进行扫描，以将来自所述激光器的激光束导向至一个或多个不同方向。

10.根据权利要求9所述的LiDAR设备，其特征在于：所述第三层中的所述接收单元包括：

空间滤波器，其中所述空间滤波器上的孔根据所述第一层上的每个MEMS反射镜正在扫描的一个或多个方向而动态形成，所述孔使得从一个或多个方向反射的光子能够通过所述空间滤波器。

11.一种制造芯片级光探测和测距(LiDAR)设备的方法，包括：

制造具有多个第一管芯的第一晶圆，每个所述第一管芯上均形成有照相集成电路(PIC)管芯，其中每个所述PIC管芯包括：激光源、连接到所述激光源的光束分束器、多个波导，每个所述波导均连接到所述光束分离器，以及多个光束偏转器，每个所述光束偏转器与多个所述波导之一耦合；

制造具有多个第二管芯的第二晶圆，每个所述第二管芯上形成有多个单光子雪崩二极管(SPAD)，其中每个所述第二管芯将接收和处理来自所述激光源的一个或多个激光束的反射激光信号；

所述第一晶圆和所述第二晶圆背对背连接以形成集成晶圆；以及

将所述集成晶圆分为多个集成管芯。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：

制造具有多个第三管芯的第三晶圆，每个所述第三管芯上均形成有微机械(MEMS)反射镜；以及

将所述第三晶圆分成不同的第三管芯。