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新型光吸收薄膜材料及應(yīng)用該薄膜的光學(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(lái)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(jiàn)的光吸收薄膜材料TiN在可見(jiàn)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(jiàn)光透過(guò)性的場(chǎng)合具有應(yīng)用價(jià)值，但在某些特定使用領(lǐng)域，對(duì)特定的一些波段的光，則需要對(duì)其反射率、透射率、吸光度進(jìn)行調(diào)整，從而使其具有低反射和高吸收特性，實(shí)現(xiàn)光學(xué)應(yīng)用。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明考慮到現(xiàn)有技術(shù)中的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題，提出了一種新型光吸收材料，應(yīng)用該光吸收材料的光學(xué)器件以及相應(yīng)的制備方法。本發(fā)明的第一方面，提出了一種光吸收薄膜，包含TiNx材料，日常狀態(tài)下為黑色，其中TiNx材料中Ti與N的原子比大于1。本發(fā)明的第二方面，提出了一種制作光吸收薄膜的方法，包含形成TiNx薄膜，其中所述TiNx薄膜日常狀態(tài)下為黑色，Ti與N的原子比大于1。本發(fā)明的第三方面，提出了一種光吸收結(jié)構(gòu)，包含：襯底，用于對(duì)位于其上的薄膜結(jié)構(gòu)提供支撐及附著，并用于光學(xué)透射；以及TiNx光吸收薄膜，所述TiNx薄膜日常狀態(tài)下為黑色，Ti與N的原子比大于1。本發(fā)明的第四方面，提出了一種光學(xué)器件，包含：襯底，用于對(duì)位于其上的結(jié)構(gòu)提供支撐，附著，并用于光學(xué)透射；TiNx光吸收薄膜，位于所述襯底之上，所述TiNx薄膜日常狀態(tài)下為黑色，Ti與N的原子比大于1；多個(gè)溝槽，位于所述TiNx光吸收薄膜內(nèi)，自所述所述TiNx光吸收薄膜的頂部延伸到底部，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(gè)光傳感單元，每個(gè)所述光傳感單元對(duì)應(yīng)位于一個(gè)溝槽下方，接收來(lái)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(hào)。本發(fā)明的第五方面，提出了一種制作光學(xué)器件的方法，包含：提供用于透光的襯底；形成TiNx光吸收薄膜，其中，所述TiNx薄膜日常狀態(tài)下為黑色，其中Ti與N的原子比大于1。在所述TiNx薄膜內(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(gè)光傳感單元的光傳感器陣列。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明采用TiNx作為光吸收材料的薄膜具有穩(wěn)定的高吸收和低反射透射特性，適于對(duì)性能有較高需求的光學(xué)應(yīng)用。附圖說(shuō)明圖1所示為依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的光吸收結(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(gè)實(shí)施例的光學(xué)器件200的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3A-3E示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種圖2所示制作光學(xué)器件20的方法的流程示意圖。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(shí)施方式在下文所述的特定實(shí)施例代表本發(fā)明的示例性實(shí)施例，并且本質(zhì)上僅為示例說(shuō)明而非限制。在說(shuō)明書中，提及“一個(gè)實(shí)施例”或者“實(shí)施例”意味著結(jié)合該實(shí)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(gè)實(shí)施例中。術(shù)語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施例中”在說(shuō)明書中各個(gè)位置出現(xiàn)并不全部涉及相同的實(shí)施例，也不是相互排除其他實(shí)施例或者可變實(shí)施例。本說(shuō)明書中公開(kāi)的所有特征，或公開(kāi)的所有方法或過(guò)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(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)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。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提出了一種新的光吸收薄膜材料，由Ti和N組成，在此處及下文中寫作TiNx，其中Ti與N的原子比大于1(即Ti:N>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(jiàn)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。Ti與N的原子比可在1.05-1.2之間，例如1.08，1.1或1.12。表1為采用本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的TiNx薄膜與現(xiàn)有技術(shù)中采用TiN薄膜的光吸收材料在相同厚度條件下，近紅外波段的平均光吸收性能對(duì)比。表1近紅外波段的典型光吸收性能對(duì)比TiNx薄膜TiN薄膜吸收率86.5％35％反射率13％50％透射率0.5％15％表2為采用本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的TiNx薄膜與現(xiàn)有技術(shù)中采用TiN薄膜的光吸收材料在相同厚度條件下，可見(jiàn)光波段的平均光吸收性能對(duì)比。表2可見(jiàn)光波段的典型光吸收性能對(duì)比TiNx薄膜TiN薄膜吸收率93.7％45％反射率5％25％透射率1.3％30％表3為采用本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的TiNx薄膜與現(xiàn)有技術(shù)中采用TiN薄膜的光吸收材料在相同厚度條件下，近紫外波段的平均光吸收性能對(duì)比。表3近紫外波段的典型光吸收性能對(duì)比TiNx薄膜TiN薄膜吸收率95.6％77％反射率4％8％透射率0.4％15％從以上三表可見(jiàn)，采用新型光吸收材料TiNx的薄膜在近紅外，可見(jiàn)光和近紫外三個(gè)波段都能保持極高的吸收率與極低的透射率。相比現(xiàn)有技術(shù)采用的TiN薄膜，本發(fā)明實(shí)施例中采用TiNx作為光吸收材料的薄膜具有穩(wěn)定的高吸收和低反射透射特性，適于對(duì)性能有較高需求的光學(xué)應(yīng)用。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提出了一種制作新的光吸收材料的方法，包含形成TiNx薄膜，其中TiNx薄膜中，Ti與N的原子比大于1(即Ti:N>1)。所形成的材料在日常狀態(tài)下的顏色為黑色。Ti與N的原子比可在1.05-1.2之間，例如1.08，1.1或1.12。在一個(gè)實(shí)施例中，TiNx薄膜可采用物理氣相淀積(PVD)方法形成，例如采用磁控濺射法在Ar和N2的混合氣體氛圍下形成。N2與Ar氣體的流速比可以在3-5.6之間，腔室內(nèi)壓強(qiáng)范圍可以為6-30mTor在另一些實(shí)施例中，TiNx薄膜也可采用化學(xué)氣相淀積(CVD)方法形成，例如，在一個(gè)實(shí)施例中，可采用TiCl4與NH3作為氣源，來(lái)形成TiNx薄膜。在另一實(shí)施例中，TiNx薄膜可采用四(二甲氨基)鈦(TDMAT)分解形成。圖1所示為依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的光吸收結(jié)構(gòu)100的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，光吸收結(jié)構(gòu)100包含襯底101和TiNx光吸收薄膜102。襯底101用于對(duì)位于其上的薄膜結(jié)構(gòu)提供支撐及附著，并用于光學(xué)透射。在圖示實(shí)施例中，襯底101由玻璃構(gòu)成，材料成分為SiO2。在其它實(shí)施例中，襯底101也可以為其它合適材料。TiNx光吸收薄膜102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(gè)實(shí)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。在一個(gè)實(shí)施例中，光吸收薄膜102和襯底101之間還具有一層親和材料層103，以增加襯底101同光吸收薄膜102之間的附著力。在圖示實(shí)施例中，親和材料層103為Ti金屬層。在其它實(shí)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親和層材料。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的光學(xué)器件200的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，光學(xué)器件200包含如圖1所示的光吸收結(jié)構(gòu)100，即襯底101和位于襯底101之上的TiNx光吸收薄膜102。多個(gè)溝槽202位于TiNx光吸收薄膜102內(nèi)，自TiNx薄膜 102頂部延伸到底部，與襯底101上表面接觸。光學(xué)傳感器陣列203位于襯底101下方，含有多個(gè)光傳感單元204，每個(gè)光傳感單元204對(duì)應(yīng)位于溝槽202下方，接收來(lái)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(hào)VOUT1，VOUT2，VOUT3....。在一個(gè)實(shí)施例中，光傳感單元204可以由光敏電阻材料形成，例如硫化鎘。在另一實(shí)施例中，光傳感單元204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(shí)施例中的所描述的光傳感單元204是示例性的而非限制性的，在其它實(shí)施例中，光傳感單元204可以由任何可輸出電信號(hào)用于表征入射光線的結(jié)構(gòu)或電路構(gòu)成。在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)器件200還包括讀出電路(ROIC)205，用于將光傳感單元204所產(chǎn)生的電信號(hào)VOUT1，VOUT2，VOUT3…進(jìn)行處理。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，光傳感單元204將電信號(hào)VOUT1，VOUT2，VOUT3…轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)D1，D2，D3…。由于TiNx薄膜102具有全波段高吸收和低透射特性，光傳感單元204所接收到的入射光強(qiáng)度基本上完全取決于通過(guò)每個(gè)溝槽202中入射的入射光強(qiáng)度，這樣，轉(zhuǎn)換出的電信號(hào)的強(qiáng)弱或數(shù)字信號(hào)大小可反映對(duì)應(yīng)的溝槽202上方入射光強(qiáng)。圖3A-3E示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種圖2所示制作光學(xué)器件20的方法的流程示意圖。如圖3A-3B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親和材料層103。在圖示實(shí)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TiNx光吸收薄膜102。TiNx光吸收薄膜可采用化學(xué)氣相淀積(CVD)生長(zhǎng)或物理氣相淀積(PVD)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(gè)實(shí)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3C-3D所示，在形成由襯底101和TiNx光吸收薄膜102后，在TiNx光吸收薄膜102內(nèi)形成延伸到襯底101表面的溝槽202。在一個(gè)實(shí)施例中，形成溝槽202可包含：1)在TiNx光吸收薄膜102頂部形成具有刻蝕窗口的掩蔽層301。2)對(duì)TiNx光吸收薄膜102進(jìn)行刻蝕形成溝槽202，并除去掩蔽層301。其中，TiNx光吸收薄膜102的刻蝕可以采用干法刻蝕或濕法刻蝕的方式完成。在圖示實(shí)施例中，光傳感器陣列203可以完成溝槽202的刻蝕之后，形成于襯底101下方。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，光傳感器陣列203可通過(guò)鍵合形式，與光吸收夾層結(jié)構(gòu)對(duì)接形成，如圖3E所示。在另一替代實(shí)施例中，光學(xué)傳感器陣列203可在提供襯底101時(shí)，預(yù)先在襯底101下方形成。在又一實(shí)施例中，制作光學(xué)器件20的方法進(jìn)一步包含形成讀出電路205，耦接到光學(xué)傳感器陣列203中的各光傳感單元204。關(guān)于上述內(nèi)容，顯然本發(fā)明的很多其它改型和改動(dòng)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(méi)有具體描述的技術(shù)而實(shí)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(shí)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(kāi)的僅是較佳實(shí)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(yè)1 2 3