(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210434237.5 (22)申请日 2022.04.24 (71)申请人 哈工大机 器人 （合肥） 国际创新研究 院 地址 230031 安徽省合肥市经济技 术开发 区宿松路396 3号智能装备 科技园C区 (72)发明人 杨秀咏　徐辉　于振中　赵福臣　 (74)专利代理 机构 合肥市浩智运专利代理事务 所(普通合伙) 34124 专利代理师 闫客 (51)Int.Cl. G01J 3/28(2006.01) G01J 3/02(2006.01) G01N 21/01(2006.01) G01N 21/31(2006.01) (54)发明名称 新型超材 料多光谱成像芯片及其制备方法 (57)摘要 本发明公开一种新型超材料多光谱成像芯 片及其制备方法， 属于光学传感器技术领域， 包 括： 多通道超材料滤光阵列、 微透镜阵列和图像 传感器， 多通道超材料滤光阵列位于微透镜阵列 和图像传感器 之间并且集 成于图像传感器； 多通 道超材料滤光阵列包括基底层、 纳米孔阵列结构 层和等离子体共振效应覆盖层， 等离子体共振效 应覆盖层位于纳米孔阵列结构层上表 面， 基底层 位于纳米孔阵列结构层下表面。 本发 明将多通道 超材料滤光阵列和微透镜阵列直接构建封装在 商用的CMOS图像传感器硅芯片上， 实现多波长通 道的成像和光谱采集， 且构建的多光谱成像芯片 紧凑型。 权利要求书1页 说明书6页 附图2页 CN 114812815 A 2022.07.29 CN 114812815 A 1.一种多光谱成像芯片， 其特征在于， 所述芯片包括： 多通道超材料滤光阵列、 微透镜 阵列和图像传感器， 所述多通道超材料滤光阵列位于所述微透镜阵列和所述图像传感器之 间并且集成于所述图像传感器； 所述多通道超材料滤光阵列包括基底层、 纳米孔阵列 结构层和等离子体共振 效应覆盖 层， 所述等离子体共振效应覆盖层位于所述纳米孔阵列结构层上表面， 所述基底层位于所 述纳米孔阵列结构层下表面。 2.如权利要求1所述的多光谱成像芯片， 其特征在于， 所述基底层采用高分子材料制 备， 所述等离子体共振效应覆盖层采用金属和半导体氧化物复合材料制备， 所述纳米孔阵 列结构层采用光固材 料制备。 3.如权利要求1所述的多光谱成像芯片， 其特征在于， 所述纳米孔阵列结构层采用3 ×3 彩色滤光片。 4.一种多光谱成像系统， 其特征在于， 所述系统包括多个如权利要求1或2所述的多光 谱成像芯片， 多个所述多光谱成像芯片之间采用具有集成孔径的栅格阵列封装； 所述多光 谱成像芯片输出与主机微处 理器连接 。 5.如权利要求3所述的多光谱成像系统， 其特征在于， 每个所述多光谱成像芯片均 连接 有驱动控制器。 6.一种多光谱成像芯片的制备 方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 在固体晶圆上进行光刻和刻蚀加工制造， 获得晶圆表面的三维纳米结构阵列； 在所述固体晶圆上进行纳米尺度的压印加工制造， 将所述三维纳米结构阵列转 印到柔 性基底的高分子材 料表面， 得到三维纳米结构高分子膜； 在所述三维纳米结构高分子膜表面进行多层金属和金属氧化物的交替沉积， 形成多通 道超材料滤光阵列膜； 将所述多通道超材料滤光阵列膜、 微透镜阵列膜和CMOS图像传感器芯片进行组合封装 测试， 制备 得到多光谱成像芯片。 7.如权利要求6所述的多光谱成像芯片的制备方法， 其特征在于， 所述将所述多通道超 材料滤光阵列膜、 微透镜阵列膜和CMOS图像传感器芯片进行组合封装测试， 制备得到多光 谱成像芯片， 包括： 将所述多通道超材 料滤光阵列膜和所述C MOS图像传感器芯片进行系统封装； 将所述微透镜阵列膜集成于所述多通道超材料滤光阵列膜上并与所述CMOS图像传感 器芯片自带透 镜组连接 封装。 8.如权利要求6所述的多光谱成像芯片的制备方法， 其特征在于， 所述三维纳米结构为 纳米柱或纳米孔。 9.如权利要求6所述的多光谱成像芯片的制备方法， 其特征在于， 所述固体晶圆为固体 半导体或半导体氧化物； 所述CMOS图像传感器芯片与配套电路相匹配。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114812815 A 2新型超材料多光谱成像芯片及其制备方 法 技术领域 [0001]本发明涉及半导体光学传感器技术领域， 具体涉及一种新型超材料多光谱成像芯 片及其制备 方法。 背景技术 [0002]光传感器件在汽车、 工业、 医疗和消费电子领域的普及率越来越高， 特别是近几年 来智能手机、 智能照明、 数码电子产品、 智能制造和物联网技术的发展， 促使光传感器件技 术不断向智能化、 微型化、 集成化的方向发展。 作为光传感器的重要应用大类——光谱仪 (光谱传感器)也在逐渐崭露头角， 传统多光谱已应用于无人机探测领域(地面目标探测及 监控、 环境、 监测农作物监测等)、 消防安防领域、 医疗健康领域(眼底疾病、 血管、 牙齿及癌 症检测等)、 司法鉴定(指纹、 血液痕迹、 物证检测等)。 但传 统多光谱仪绝大多数使用复杂、 成本昂贵、 体积笨重、 功耗大且高精准度的测量只能在几十厘米内进行。 [0003]随着市场需求迅速增长， 光谱仪的尺寸阻碍了其在更广 泛领域的普及。 因此， 市场 急需高性能的紧凑型光谱仪， 不断缩小光谱传感器尺寸已成为当前 的研究热点。 为了使光 谱仪小型化， 相关研究者已经进 行了各种尝试， 例如传统的色散方法、 傅里叶变换干涉技术 (Fourier Transform  Infrared， FT I)， 以及使用带有随机滤波器阵列和窄带通滤波器的探 测器等。 [0004]与色散和傅里 叶变换干涉系统相比， 滤波器阵列与探测器的集成， 由于无需长光 路和光学元件的精确对准来获得高分辨率而具有优势。 此外， 将滤波器阵列与电荷耦合器 件(Charge  Coupled Device， CCD)或CMOS图像传感器(CMOS  Imagr Sensor， CIS)等探测器 集成， 可以通过单次捕捉二维 图像实现高光谱成像。 特别是， 与随机滤波器方案相比， 窄带 通滤波器阵列的集成无需进 行后处理分析。 然而， 为了获得高分辨率需要 大量的信道， 意味 着更复杂的制造 工艺， 例如蚀刻和沉积， 因为每 个信道都需要不同厚度的薄膜。 [0005]业界对光谱仪中使用的窄带通滤波器的谐振结构进行了研究， 但大多数研究仅限 于改变电介质多层膜的厚度， 以形成不同波长和品质因数 的光学腔。 这对于器件的大规模 生产很麻烦， 因为它需要过多的电介质沉积、 蚀刻和光刻步骤， 尤其是在像素尺寸级别的制 造工艺。 [0006]相关技术中， 基于超表面窄带滤光的多光谱芯片， 一般包括面阵图像传感器和超 表面结构滤光片阵列， 所述超表面结构滤光片阵列包括两层纳米膜钝化层及位于两层纳米 膜钝化层之 间的金属纳米孔周期阵列结构； 所述超表面结构滤光片阵列位于面阵图像传感 器上； 所述金属纳米孔周期阵列结构包括金属介质膜层， 所述金属介质膜层上具有不同尺 寸的周期性纳米孔阵列。 通过在同一 厚度金属介质膜层上制备不同尺寸的周期性纳米结构 阵列， 实现对目标图像在 多光谱谱段上的窄带滤光； 适用于更精细的图谱信息采集， 且在图 像传感器表面制备金属纳米周期性结构， 实现面阵多光谱芯片， 在工艺上更易于实现， 并具 有广泛的适用性。 [0007]但该基于超表面窄带滤光的多光谱芯片仅为多光谱芯片， 只能测光谱， 但不能实说　明　书 1/6 页 3 CN 114812815 A 3