用于法布里‑珀罗干涉仪的镜板以及法布里‑珀罗干涉仪的制作方法

文档序号:13079615研发日期:2016年阅读:451来源:国知局
技术简介:
本专利提出一种法布里-珀罗干涉仪镜板制造方法,通过在硅基板中蚀刻并钝化多孔空隙形成绝缘层,随后在钝化区域顶部制备传感器电极。该技术解决了传统镜板反射涂层与电极间绝缘性差、干涉稳定性不足的问题,通过多孔结构钝化增强基板绝缘性,同时优化电极布局以提升干涉仪对光谱的灵敏度和精度,适用于红外光谱分析及生物医学检测等场景。
关键词:法布里-珀罗干涉仪,钝化区域

一些变型涉及法布里-珀罗干涉仪。



背景技术:

法布里-珀罗干涉仪包括第一半透明镜子和第二半透明镜子,其被布置为形成光学腔。法布里-珀罗干涉仪可以提供一个或多个透射峰。可以通过改变镜子之间的距离来改变透射峰的光谱位置。镜子之间的距离可以称为镜子间隙或者镜子间距。执行光谱测量可以包括确定透射峰的光谱位置。干涉仪可以包括用于监测可调节镜子间隙的电容传感器。干涉仪的透射峰的光谱位置可以通过例如监测电容传感器的电容来确定。



技术实现要素:

一些变型可以涉及法布里-珀罗干涉仪。一些变型可以涉及用于法布里-珀罗干涉仪的镜板。一些变型可以涉及包括法布里-珀罗干涉仪的装置。一些变型可以涉及制造用于法布里-珀罗干涉仪的镜板的方法。一些变型可以涉及用于确定法布里-珀罗干涉仪的光谱位置的方法。一些变型可以涉及制造法布里-珀罗干涉仪的方法。一些变型可以涉及通过法布里-珀罗干涉仪测量光谱数据。一些变型可以涉及校准法布里-珀罗干涉仪。

根据一方面,提供了一种用来制造用于法布里-珀罗干涉仪(300)的镜板(100)的方法,该方法包括:

-提供包括硅(si)的基板(50),

-在基板(50)上实现半透明反射涂层(110),

-通过在基板(50)中蚀刻多个空隙(e1)并且通过钝化空隙(e1)的表面来在基板(50)中和/或基板(50)上形成钝化区域(70a),

-在钝化区域(70a)的顶部上形成第一传感器电极(g1a),以及

-形成由基板(50)支撑的第二传感器电极(g1b)。

在权利要求中限定另外的方面。

法布里-珀罗干涉仪的镜板可以包括一个或多个钝化区域,其可被布置为减少或防止经由硅基板从第一传感器电极到第二传感器电极的耦合。钝化区域可以改进测量精度。

法布里-珀罗干涉仪包括第一镜板和第二镜板。可以通过改变镜子间隙来改变干涉仪的透射峰的光谱位置。干涉仪可以包括用于监测镜子间隙的传感器电极。传感器电极可以形成传感器电容器,以使得传感器电容器的电容取决于镜子间隙。镜子间隙的改变可改变传感器电极之间的距离。改变传感器电极之间的距离可改变传感器电容的电容。因此,传感器电容器的电容可以取决于镜子间隙,以使得可以基于传感器电容器的电容来监测镜子间隙。

镜板的反射涂层和传感器电极可以在硅基板上实现,例如以便以低制造成本提供高度稳定的区域。干涉仪可以是微机电系统(mems)。硅在长于1.1μm的波长下可以是基本上透明的。因此,干涉仪可以适合于在红外区域中使用。当与硼硅酸盐玻璃相比时,在长于2μm的波长下,硅的吸光度可以基本低于低膨胀硼硅酸盐玻璃(“bk7”)的吸光度。然而,硅基板的接近可干扰电容传感器电极的操作。硅的电导率可以取决于操作温度,并且传感器电极可以耦合到基板。传感器电极可以经由基板彼此耦合。到基板的耦合可导致在监测镜子间隙方面的温度相关误差。基板的变化的电导率可干扰镜子间隙的电容监测。干涉仪可以包括一个或多个钝化区域,其可被布置为抑制或消除干扰效应。

钝化区域可以包括钝化的三维结构。钝化区域可以包括钝化的三维微结构。钝化结构可以提供厚的电绝缘层,其可以减少传感器电极和基板之间的耦合。钝化区域的厚度可以是例如大于10μm。钝化微结构可以将传感器电极从基板解耦。钝化区域可以减小从传感器电极到基板的泄漏电流的幅值。

钝化的三维微结构可以通过在硅基板中蚀刻多个微观空隙并通过钝化空隙的表面来形成。钝化可以大大减小空隙的表面的电导率。可以通过用电绝缘材料覆盖空隙的表面和/或通过将空隙的壁的材料转换成电绝缘材料来执行钝化。

空隙的表面可以(例如,通过氧化)被转换成电绝缘材料。空隙的壁可以包括硅,其可以通过氧化转换成二氧化硅sio2。硅到sio2的转换也可以局部地增加材料的体积,以使得空隙可以部分地填充有sio2。

在实施例中,一个或多个钝化区域可以包括钝化的多孔硅。硅基板的选定区域可以通过蚀刻(例如,通过使用电化学蚀刻)而转换成多孔硅。可以随后钝化蚀刻的区域以便形成钝化的多孔硅(pps)。多孔硅可以例如通过氧化而被钝化。

空隙可以通过在空隙的壁上沉积绝缘材料而部分地或完全地填充。空隙可以例如通过原子层沉积(ald)或通过化学气相沉积(cvd)而被钝化。

空隙可以例如通过在硅基板中蚀刻多个微观凹槽、孔、通道和/或孔隙来形成。例如,可以通过电化学蚀刻、通过反应离子蚀刻(rie)、或通过深反应离子蚀刻(drie)来形成深且窄的凹槽或孔。当空隙是孔隙时,可以例如通过电化学蚀刻形成多个互连的开孔。相连的孔隙可以形成通道,其深入地延伸到基板中。钝化区域可以在相对较短的时间内产生。钝化区域的厚度可以通过蚀刻有效地确定。甚至相对较深的凹槽或通道可以通过蚀刻步骤来形成,以使得钝化区域的厚度不受氧化动力学的限制。

形成钝化区域可以允许例如通过控制空隙的尺寸、通过控制氧化参数、和/或通过控制沉积参数来控制基板内部的机械应力。钝化区域可以形成为使得在标称操作温度下机械应力保持低于预定限制。因此,反射涂层可在干涉仪的正常操作期间保持平坦。

特别地,形成钝化的多孔硅可以允许通过控制孔隙尺寸和氧化参数来控制基板内部的机械应力。钝化的多孔硅可以形成为使得在标称操作温度下机械应力保持低于预定限制。

可以将一个或多个钝化区域实现为使得:当基板的温度改变1℃时,第一传感器电极和第二传感器电极之间的热致电抗改变小于例如参考值的0.1%。

附图说明

在下面的示例中,将参考附图更详细地描述实施例,其中:

图1通过示例的方式在横截面侧视图中示出包括法布里-珀罗干涉仪的光谱仪,

图2通过示例的方式示出法布里-珀罗干涉仪的光谱透射率峰,

图3通过示例的方式示出镜子间隙和传感器电容器的电容之间的关系,

图4a通过示例的方式在横截面侧视图中示出包括寄生电容器的法布里-珀罗干涉仪

图4b通过示例的方式在横截面侧视图中示出图4a的法布里-珀罗干涉仪的寄生电容器,

图4c示出表示图4a的干涉仪的电容器电路,

图5a通过示例的方式在横截面侧视图中示出包括钝化区域的法布里-珀罗干涉仪,

图5b通过示例的方式在横截面侧视图中示出图5a的法布里-珀罗干涉仪的寄生电容器,

图5c示出表示图5a的干涉仪的电容器电路,

图6a至图6g通过示例的方式在横截面侧视图中示出用于制造包括钝化区域的镜板的步骤,

图6h通过示例的方式示出用于制造包括钝化区域的镜板的方法步骤,

图7a至图7g通过示例的方式在横截面侧视图中示出用于制造包括通过氧化形成的钝化区域的镜板的步骤,

图7h通过示例的方式示出用于制造包括通过氧化形成的钝化区域的镜板的方法步骤,

图8a至8g通过示例的方式在横截面侧视图中示出用于制造包括钝化的多孔硅的镜板的步骤,

图8h通过示例的方式示出用于制造包括钝化的多孔硅的镜板的方法步骤,

图9a至9g通过示例的方式在横截面侧视图中示出用于制造包括钝化的多孔硅的镜板的方法步骤,

图9h通过示例的方式示出用于制造包括钝化的多孔硅的镜板的方法步骤,

图10a通过示例的方式在三维分解视图中示出法布里-珀罗干涉仪的第一镜板和第二镜板,

图10b通过示例的方式在三维视图中示出图10a的法布里-珀罗干涉仪的传感器电极的位置,

图11a通过示例的方式示出用于校准镜子间隙的设置,

图11b通过示例的方式示出干涉仪的透射峰的光谱位置,以及

图12通过示例的方式示出测量对象的光谱。

具体实施方式

参考图1,光谱仪700可以包括法布里-珀罗干涉仪300。对象obj1可以反射、发射和/或透射光lb1,该光lb1可以透射通过干涉仪300以便监测光lb1的光谱。干涉仪300可以例如用于测量对象obj1的光lb1的反射、透射(吸收)和/或发射。

法布里-珀罗干涉仪300包括第一镜板100和第二镜板200。第一镜板100可以包括半透明反射涂层,其具有外层111。第一镜板100可以具有用于透射和/或反射光lb1的孔径部分ap1。孔径部分ap1可以是半透明反射涂层的能够透射和/或反射光lb1的暴露部分。照射到孔径部分ap1上的光lb1可以透射通过孔径部分ap1,和/或照射到孔径部分ap1上的光lb1可以被孔径部分ap1反射。可以调节镜子间隙df以为给定波长的透射光提供相长干涉,以使得孔径部分ap1可透射光。还可以调节镜子间隙df以为给定波长的透射光提供相消干涉,以使得孔径部分ap1可以反射光。

孔径部分ap1的宽度可以例如在0.5mm至2.0mm的范围内,在2mm至20mm的范围内,在20mm至50mm的范围内,或在50mm至100mm的范围内。孔径部分ap1的宽度可以例如在0.5mm至50mm的范围内。孔径部分ap1的宽度可以例如在2.0mm至50mm的范围内。孔径部分ap1可以具有例如基本上圆形的形状或基本上矩形的形状。

第二镜板200可以包括半透明反射涂层,其具有外层211。第二板200的外层211可以与第一板100的外层111相对。

干涉仪300可以包括用于电容监测镜子间隙df的传感器电极g1a、g2a、g1b、g2b。传感器电极g1a、g1b可以附接到第一镜板100的基板50。传感器电极g2a、g2b可以附接到第二镜板200。电极g1a、g2a可以形成第一传感器电容器c1。电极g1b、g2b可以形成第二传感器电容器c2。电极g1a、g2a之间的距离dga可以取决于镜子间隙df,并且第一传感器电容器c1的电容c1可以取决于距离dga,以使得可以通过监测第一传感器电容器c1的电容c1来监测镜子间隙df。电极g1b、g2b之间的距离dgb可以取决于镜子间隙df,并且第二传感器电容器c2的电容c2可以取决于距离dgb,以使得也可以通过监测第二传感器电容器c2的电容c2来监测镜子间隙df。

镜子间隙df可以取决于距离dga和/或距离dgb。可以通过监测电容c1和/或c2来监测镜子间隙df。传感器电极g1a、g2a之间的距离dga也可以称为电极间隙。

传感器电容器c1、c2可以通过导体cona、conb连接到电容监测单元410。镜板200可以相对于镜板100移动。传感器电容器c1、c2可以串联连接,例如以便避免在镜板200和电容监测单元410之间使用移动电导体。传感器电容器c1、c2可以例如通过导体con2串联连接。电极g2a可以通过导体con2电流连接到电极g2b。

基板50可以提供半导电路径pth50,其可以干扰镜子间隙df的电容监测。半导电路径pth50可以导致传感器电极g1a、g1b之间的温度相关耦合。半导电路径pth50也可以导致来自传感器电极g1a、g1b的温度相关泄漏电流。镜板100可以包括一个或多个钝化区域70a、70b,其可被布置为减少或消除半导电路径pth50的干扰效应。

法布里-珀罗干涉仪300可以包括第一镜板100和第二镜板200。第一镜板100可以包括:

-基板50,其包括硅,

-在基板50上实现的半透明反射涂层110,

-形成在基板50中和/或形成在基板50上的钝化区域70a,以及

-形成在钝化区域70a的顶部上的第一传感器电极g1a,以及

-第二传感器电极g1b。

第二镜板200可以包括第三传感器电极g2a和第四传感器电极g2b,以使得第一传感器电极g1a和第三传感器电极g2a形成第一传感器电容器c1,第二传感器电极g1b和第四传感器电极g2b形成第二传感器电容器c2,第一传感器电容器c1和第二传感器电容器c2可以串联连接,第一传感器电容器c1的电容c1可以指示法布里-珀罗干涉仪300的镜子间隙df。

电极g1a、g1b和基板可以一起形成一个组合,其具有寄生阻抗。所述寄生阻抗的电抗部分可由寄生电容cpar表示。电极g1a和基板可以形成第一寄生电容器。电极g1b和基板可以形成第二寄生电容器。第一寄生电容器和第二寄生电容器可以通过半导电路径pth50串联连接,以使得该组合的寄生电容cpar可以等于例如第一寄生电容器的电容的50%。

镜板100的钝化区域70a、70b的厚度d70可以被实现为使得第一传感器电极g1a和第二传感器电极g1b之间的电容cpar的热致改变例如小于第一传感器电容器c1的电容c1的0.1%。在实施例中,电容cpar的热致改变甚至可以小于0.02%。

寄生阻抗可以具有电抗xpar(即,电抗部分)。可以例如通过在第一传感器电极g1a和第二传感器电极g1b之间施加正弦测试电压vtest来测量电容cpar和/或电抗xpar。正弦测试电压vtest的rms电压可以是例如1v,并且正弦测试电压vtest的频率可以是例如10khz。rms是指均方根。

根据以下等式,电抗xpar可以取决于寄生电容cpar:

(1a)

测试频率f可以例如等于10khz。

可以将电抗xpar的热致改变δxpar与参考电抗xref进行比较。参考电抗xref可以例如等于第一传感器电容器c1在其中测试频率f等于参考频率并且其中电极g1a、g2a分离开参考距离的情形下的电抗x1。

第一传感器电容器c1的电容c1可以通过以下等式近似:

(1b)

其中ε表示真空介电常数,a表示第一传感器电极g1a的面积,并且dga表示电极g1a、g2a之间的距离。

可以根据以下等式计算第一传感器电容器c1的电抗x1:

(1c)

(1d)

可以例如通过假设电极g1a、g2a之间的参考距离(dga)等于50μm并且参考频率(f)等于10khz来根据等式(1d)计算参考电抗xref:

(1e)

钝化区域70a可以被实现为使得当距离dga保持恒定并且温度改变1℃时,电抗xpar的热致改变δxpar小于参考电抗xref的0.1%。

钝化区域70a可以被实现为使得当基板50的温度改变1℃时,第一传感器电极g1a和第二传感器电极g1b之间的电抗xpar的热致改变δxpar小于参考值xref的0.1%,其中电抗xpar是在10khz的频率下确定的,并且根据以下等式计算参考值xref:

(1f)

其中ε表示真空介电常数,并且a表示第一传感器电极g1a的面积。

干涉仪300的镜板100的钝化区域70a和/或70b可以被实现为使得当距离dga保持恒定并且温度改变1℃时,第一传感器电极g1a和第二传感器电极g1b之间的电抗xpar的热致相对改变δxpar/xpar小于0.1%。

第一镜板100的传感器电极可以连接到电容监测单元410,以便监测电容器c1、c2的电容。电容器c1和/或c2的电容值可以指示镜子间隙df。电容监测单元410可以提供指示包括电容器c1和c2的电容器电路的电容的传感器信号sd。电容监测单元410可以提供指示镜子间隙df的传感器信号sd。电容监测单元410可以提供指示透射峰peak1(参见图2)的光谱位置的传感器信号sd。传感器信号sd也可被称为反馈信号。

当串联连接时,第一传感器电容器c1和第二传感器电容器c2可以一起形成传感器电容器系统,其具有电容cd。电容监测单元410可以被布置为例如通过以预定电流对传感器电容器系统充电并且通过测量用以将传感器电容器系统充电到预定电压所需的时间来监测电容cd。电容监测单元410可以被布置为例如通过将传感器电容器系统耦合为谐振电路的一部分并通过测量谐振电路的谐振频率来监测电容cd。电容监测单元410可以被布置为例如通过使用传感器电容器系统将电荷重复地传送到辅助槽路电容器并且对达到预定的槽路电容器电压所需的电荷传送周期的数目进行计数来监测电容cd。电容监测单元410可以被布置为例如通过将传感器电容器系统与参考电容器的电容进行比较来监测电容cd。

镜子间隙df可以由一个或多个致动器301调节。一个或多个致动器301可以被布置为相对于第一镜板100移动第二镜板200。致动器301可以是例如压电致动器、静电致动器、电致伸缩致动器、或挠曲电致动器。镜板100、200的反射涂层可以是基本上平坦的并且基本上彼此平行。镜板100的孔径部分ap1的平面度可以是例如优于λn/20,优于λn/50,优于λn/100,或甚至优于λn/200,以便提供适合的精细度(即,自由光谱范围与透射峰的光谱宽度的比率)。λn表示预定操作波长。当在红外区域中操作时,预定操作波长λn可以是例如2000nm或4000nm。特别地,预定操作波长λn可以等于(λmin+λmax)/2,其中λmin和λmax表示干涉仪的截止波长λmin和λmax(参见图2)。当平面度优于λn/100时,这意味着镜子表面与假想平坦参考表面的局部高度的rms偏差小于λn/100。rms是指均方根。

光谱仪700可以包括控制单元cnt1。控制单元cnt1可以被布置为将控制信号setd发送到干涉仪300,以便调整镜子间隙df。干涉仪300可以包括驱动器单元420。驱动器单元420可以例如将数字控制信号setd转换成适合于驱动一个或多个致动器301的模拟信号。驱动器单元420可以提供用于驱动致动器301的信号hv1。驱动器单元420可以提供用于驱动压电致动器301的高电压信号hv1。

电容监测单元410可以提供传感器信号sd。传感器信号可用于监测镜子间隙df。可以例如根据镜子间隙df校准光谱仪700的光谱响应。光谱仪700可以包括用于存储光谱校准参数dpar2的存储器mem2。镜子间隙df和/或光谱位置λ可以例如通过使用光谱校准参数dpar2来根据传感器信号sd确定。。

法布里-珀罗干涉仪300可以通过对从对象obj1获得的光lb1进行滤波来形成透射光lb2。光谱仪700可以包括光学检测器600。干涉仪300可以光学耦合到检测器600。透射光lb2可以照射到检测器600上。

光学检测器600可以是图像传感器或非成像检测器。对于非成像光谱分析,传感器600可以是非成像检测器。非成像检测器可以提供强度信号,其指示透射光lb2的强度。光学检测器600可以被布置为提供指示透射光lb2的强度的信号sr。

光谱仪700可以可选地包括成像光学器件500。成像光学器件500可以被布置为将光lb2聚焦到图像传感器600。透射光lb2可以形成光学图像,其可由图像传感器600捕获。成像光学器件500可以被布置为在图像传感器600上形成对象obj1的一个或多个二维光学图像。

图像传感器600可以被布置为将对象obj1的光学图像转换成数字图像。图像传感器600可以被布置为捕获对象obj1的数字图像。图像传感器600可以包括多个检测器像素。每个检测器像素可以被布置为提供指示照射到所述像素上的强度的信号sr。图像传感器600可以是例如cmos(互补金属氧化物半导体)图像传感器或ccd(电荷耦合器件)图像传感器。

成像光学器件500可以包括例如一个或多个折射透镜和/或一个或多个反射表面(例如,抛物面反射器)。成像光学器件500可以位于例如干涉仪300和图像传感器600之间和/或对象obj1和干涉仪300之间。成像光学器件500的一个或多个组件也可以位于干涉仪300之前,并且成像光学器件500的一个或多个组件可以位于干涉仪300之后。例如当光谱仪700用于非成像光谱分析时,可以省略光学器件500。然而,成像光学器件500也可用于将透射光lb2聚焦到非成像检测器600。

光谱仪700可以被布置为测量(例如,红外区域中的)光谱强度。图像传感器600可以例如在红外区域中是敏感的。

光谱仪700可以可选地包括用于存储强度校准参数calpar1的存储器mem1。光谱仪700可以被布置为从检测器600获得检测器信号值sr,并且通过使用一个或多个强度校准参数calpar1来根据检测器信号值sr确定强度值x(λ)。在每个镜子间隙df处,光lb1的强度值x(λ)可以通过使用一个或多个强度校准参数calpar1来根据检测器信号sr确定。例如,当干涉仪已经被调节到光谱位置λ0时,信号sr(λ)可以基本与照射到检测器600上或检测器600的单个检测器像素上的强度成比例。强度校准参数calpar1可以包括定义强度校准函数qrn(λ)的一个或多个参数。强度x(λ)可以例如通过以下等式根据信号sr(λ)来确定:

(2)

光谱仪700可以可选地包括用于存储输出out1的存储器mem3。输出out1可以包括例如检测器信号sr和/或根据检测器信号确定的强度值。输出out1可以包括对象obj1的一个或多个数字图像。

光谱仪700可以包括用于存储计算机程序prog1的存储器mem4。计算机程序prog1可被配置为当由一个或多个数据处理器(例如,cnt1)执行时,使装置300、700通过监测传感器电容器c1、c2的电容来确定一个或多个光谱位置λ。可以通过监测传感器电容器c1、c2的电容和通过使用光谱校准数据dpar2来确定一个或多个光谱位置λ。

计算机程序prog1可被配置为当由一个或多个数据处理器(例如,cnt1)执行时,从光学传感器600获得一个或多个检测器信号值sr,并且通过使用强度校准参数calpar1来根据检测器信号值sr确定一个或多个强度值x(λ)。光谱仪700可以被布置为提供一个或多个强度值x(λ)。在实施例中,光谱仪700可以被布置为将测量到的强度值x(λ)与参考值进行比较。在实施例中,光谱仪700可以被布置为比较测量到的强度值的比率与参考值。

光谱仪700可以可选地包括用户界面usr1,例如用于向用户显示信息和/或用于从用户接收命令。用户界面usr1可以包括例如显示器、小键盘、和/或触摸屏。

光谱仪700可以可选地包括通信单元rxtx1。通信单元rxtx1可以发送和/或接收信号com1,例如以便接收命令、接收校准数据、和/或发送输出数据out1。通信单元rxtx1可以具有例如有线和/或无线通信能力。通信单元rxtx1可以被布置为例如与无线局域网络(wlan)、与因特网、和/或与移动电话网络进行通信。

光谱仪700可以被实现为单个物理单元或者被实现为分离单元的组合。

光谱仪700可以可选地包括一个或多个光学截止滤波器510,以限制检测器600的光谱响应。一个或多个滤波器510可以限定光谱仪700的光谱范围。一个或多个滤波器510可以位于干涉仪300之前和/或之后。

光谱仪700可以可选地包括例如透镜和/或孔径,其被布置为限制透射通过干涉仪300的光lb2的发散,以便提供针对透射峰peak1的窄带宽(图2)。例如,光lb2的发散度可以被限制为小于或等于10度。当使用聚焦光学器件500时,光学器件500也可以位于干涉仪300和传感器600之间,以便最小化由镜板100、200形成的光学腔中的光的发散度。

镜板100和/或200的背面可以可选地涂覆有抗反射涂层。

对于一些应用,没有必要确定校准的强度值。例如,激光束的光谱位置(波长)也可以由光谱仪700通过使用光谱校准数据dpar2来测量,而不使用强度校准数据calpar1。

sx、sy和sz表示正交方向。光lb2可以基本上在方向sz上传播。

图2通过示例的方式示出法布里-珀罗干涉仪300的光谱透射率和可选滤波器510的通带。图2的最上面的曲线示出法布里-珀罗干涉仪300的光谱透射率tf(λ)。光谱透射率tf(λ)可以具有法布里-珀罗干涉仪300的一个或多个邻近透射率峰peak1、peak2、peak3。例如,第一透射率峰peak1可以处于波长λ0处,第二透射率峰peak2可以在波长λ1处,第三透射率峰peak1可以在波长λ2处。根据法布里-珀罗透射函数,透射峰peak1、peak2、peak3的光谱位置λ0、λ1、λ2可取决于镜子间隙df。第一峰peak1的光谱位置可以是镜子间隙df的函数λ0(df)。第二峰peak2的光谱位置可以是镜子间隙df的函数λ1(df)。第三峰peak3的光谱位置可以是镜子间隙df的函数λ2(df)。可以通过改变镜子间隙df来改变透射峰的光谱位置。可以通过调节镜子间隙df来改变透射峰的光谱位置。

透射峰peak1、peak2、peak3也可以称为法布里-珀罗干涉仪的通带。可通过改变镜子间隙df来使光谱位置λ0、λ1、λ2偏移。邻近峰之间的自由光谱范围fsr可取决于镜子间隙df。法布里珀罗干涉仪可以包括用于监测至少一个透射峰peak1的光谱位置的电容电极g1a、g2a、g1b、g2b。

可以通过监测包括电极g1a、g2a的传感器电容器的电容来监测至少一个透射峰peak1的光谱位置。可以通过监测包括电极g1a、g2a的传感器电容器的电容来确定至少一个透射峰peak1的光谱位置。

法布里珀罗干涉仪的每个透射峰peak1、peak2、peak3可以与特定的干涉阶次相关联。例如,第一透射率峰peak1可以与干涉阶次m相关联,第二透射率峰peak2可以与干涉阶次m+1相关联,并且第三透射率峰peak3可以与干涉阶次m+2相关联。干涉阶次m可以例如是正整数。

光谱仪700可以可选地包括一个或多个光学截止滤波器510,以限制光谱仪700的光谱响应。一个或多个滤波器510可以一起提供光谱透射率ts(λ)。一个或多个滤波器510可以提供由截止波长λmin和λmax限定的通带。

当由波长λmin和λmax限定的光谱范围仅包含一个峰peak1时,可以根据从检测器600获得的单个检测器信号sr来确定单个强度值x(λ)。

在实施例中,检测器单元600可以包括若干检测器(例如,检测器像素),其具有两个(或更多个)不同光谱敏感性曲线。在那种情况下,由波长λmin和λmax限定的光谱范围可以包含两个或更多个峰peak1、peak2,并且可以通过使用从检测器获得的检测器信号来同时测量若干强度值(例如,x(λ0)和x(λ1))。

图3通过示例的方式示出镜子间隙df与传感器电容器系统的电容值cd之间的关系。图3的曲线ccrv1示出作为镜子间隙df的函数的传感器电容cd。对于第一近似,传感器电容cd的值可以与电极间隙dga的值成反比。cd,1表示镜子间隙值df,1处的传感器电容。cd,2表示镜子间隙值df,2处的传感器电容。

控制单元cnt1可以被布置为根据传感器电容cd的测量值来确定镜子间隙df的值。当传感器电容具有值cd,1时,电容监测单元410可以提供传感器信号值sd,1。当传感器电容具有值cd,2时,电容监测单元410可提供传感器信号值sd,2。

参考图4a和4b中示出的比较性示例,法布里-珀罗干涉仪300可以包括第一镜板100和第二镜板200。第一镜板100可以包括传感器电极g1a、g1b。第二镜板200可以包括传感器电极g2a、g2b。电极g1a和g2a可以一起形成具有电容c1的第一传感器电容器c1。电极g1b和g2b可以一起形成具有电容c2的第二传感器电容器c2。

电极g1a、g1b可以由第一镜板100的基板50支撑。电极g1a可以形成在已经在基板50上实现的绝缘层60a上。电极g1b可以形成在已经在基板50上实现的绝缘层60b上。d60可以表示电极g1a和基板50之间的距离。电极g1a可以例如通过在绝缘层60a上沉积导电材料来在绝缘层60a上实现。

第二镜板200的电极g2a、g2b可以通过导体con2彼此电流连接。

绝缘层60a可以由基板50的支撑部分por50a支撑。绝缘层60b可以由基板50的支撑部分por50b支撑。基板50可以提供将支撑部分por50a电连接到支撑部分por50b的半导电路径pth50。基板50可以在支撑部分por50a、por50b之间提供半导电路径pth50。

绝缘层60a、60b可以由固体二氧化硅(sio2)组成。绝缘二氧化硅层可以例如通过沉积和/或氧化形成。在实践中,绝缘二氧化硅层应在有限的时间段内(例如,在数个小时内)形成。由于有限的处理时间,绝缘二氧化硅层的厚度通常小于或等于2μm。增加二氧化硅层的厚度可能是困难的或不可能的,因为它可能需要过长的处理时间。由于薄层60a、60b,传感器电极g1a可以经由路径pth50电容耦合到传感器电极g1b。路径pth50的阻抗可以取决于基板50中的杂质的浓度。路径pth50的阻抗可极大地取决于温度。路径pth50的阻抗可以从一个基板50到另一个基板50变化。

电极g1a和支撑部分por50a可以一起形成第一寄生电容器c51。电极g1b和支撑部分por50b可以一起形成第二寄生电容器c52。第一寄生电容器c51可以经由路径pth50连接到第二寄生电容器c52。

监测单元410可以连接到电极g1a、g1b,以便监测镜子间隙df。监测单元410可以耦合到电极g1a、g1b,以便监测包括串联连接的电容器c1、c2的电容器系统的电容。然而,寄生电容器c51、c52可干扰对镜子间隙df的精确监测。寄生电容器c51、c52对总电容ctot的贡献可取决于基板50的操作温度。寄生电容器c5、c52的贡献可以从一个基板50到另一个基板50变化。

图4c示出连接到电容监测单元410的电容器电路cir1。电路cir1表示图4a和4b中示出的干涉仪300。监测单元410可以具有输入节点n1、n2。第一传感器电容器c1的电极g1a可以通过导体cona连接到输入节点n1。第二传感器电容器c2的电极g1b可以通过导体conb连接到输入节点n2。电极g2a可以连接到电极g2b。

寄生电容器电路par1可以包括第一寄生电容器c51和第二寄生电容器c52,以使得寄生电容器c51、c52通过半导电路径pth50串联连接。半导电路径pth50的阻抗可以变化。例如,半导电路径pth50的阻抗可以取决于基板的温度。例如,半导电路径pth50的阻抗可以取决于流经路径pth50的电流。半导电路径pth50的电导率可取决于温度。

寄生电容器电路par1可以具有寄生电容cpar。

电容器电路cir1的总电容ctot可以近似等于传感器电容值cd和寄生电容值cpar的和。

(3)

传感器电容值cd可以例如根据以下等式求解:

(4)

第一传感器电容器c1的电容c1可以基本上等于第二传感器电容器c2的电容c2。在那种情况下,传感器电容器值cd可以基本上等于电容c1的50%,即

可以例如通过下面的近似等式来估计寄生电容器c51、c52对寄生电容值cpar的影响:

(5)

例如由于部分por50a、por50b之间的阻抗,等式(3)和(5)是近似的。路径pth50的阻抗可导致由等式(3)计算的ctot的值与寄生电容值cpar的实际值之间的差异。路径pth50的阻抗可导致由等式(5)计算的cpar的值与寄生电容值cpar的实际值之间的差异。

第一寄生电容器c51的电容c51可以基本上等于第二寄生电容器c52的电容c52。在那种情况下,寄生电容值cpar可以基本上等于电容c51的50%,即

电容监测单元410可以被布置为监测电容器电路cir1的总电容ctot。监测单元410的输入节点n1、n2可以通过导体cona、conb连接到电容器电路cir2。寄生电容cpar可以取决于例如基板50的温度,以使得寄生电容cpar的变化可干扰基于总电容ctot监测镜子间隙。

原理上讲,可以测量基板的操作温度,并且可以通过使用器件特定的校准数据基于操作温度来补偿干扰效应。然而,这会增加干涉仪的制造成本,并且可使干涉仪的操作更加复杂。

图5a和5b示出法布里-珀罗干涉仪,其包括钝化区域70a、70b。钝化区域70a、70b可以例如由基本上钝化的多孔硅组成。可通过增加电极g1a和支撑部分por50a之间的距离来减小或消除寄生电容器的影响。镜板100可以包括钝化区域70a,其将电极g1a与支撑部分por50a分离。d70表示区域70a和/或70b的厚度。钝化区域70a、70b的厚度d70可以例如大于10μm,大于20μm,大于50μm,或甚至大于100μm。区域70a、70b的厚度d70可以例如在20μm至200μm的范围内。区域70a、70b的厚度d70可以例如在10μm至200μm的范围内。

第一镜板100可以包括半透明反射涂层110。第二镜板200可以包括半透明反射涂层210。镜子间隙df可以表示涂层110、210之间的距离。镜子间隙df可以表示涂层110、210的外表面之间的距离。外表面也可以称为例如固体-气体界面,即称为固体和气体之间的界面。

基板50可以基本由硅(si)组成。电极g1a、g1b可以包括导电材料。电极g1a、g1b的材料可以例如是金、银、铜、铝或多晶硅。电极g1a、g1b可以基本由金属组成。

钝化区域70a、70b的电导率可以大大低于基板50的固体(非多孔)硅的电导率。在25℃的温度下,钝化区域70a的电导率σ70可以例如低于基板50的硅的电导率σsi的20%。

第一传感器电极g1a可以形成在第一钝化区域70a上。第二传感器电极g1b可以形成在第二钝化区域70b上。电极g1a、g1b的电导率可以大大高于基板50的固体(非多孔)硅的电导率。电极g1a、g1b可以例如通过物理气相沉积(pvd)、化学气相沉积(cvd)和/或原子层沉积(ald)形成。特别地,电极g1a、g1b可以通过溅射形成。

干涉仪300的第二镜板200可以包括传感器电极g2a和g2b。传感器电极g1a和g2a可以一起形成具有电容c1的第一传感器电容器c1。传感器电极g1b和g2b可以一起形成具有电容c2的第二传感器电容器c2。电容c1、c2可取决于镜子间隙df。

对于第一近似,传感器电容c1可以与电极之间的距离dga成反比:

(6)

参考图5b,电极g2a可以电流连接到电极g2b。例如,电极g2a可以通过导体con2连接到电极g2b。电极g2a、g2b也可以是同一导电层的部分。va表示电极g1a的电压。vb表示电极g1b的电压。

图5c示出连接到电容监测单元410的电容器电路cir2。电路cir2表示图5a和5b中示出的干涉仪300。

监测单元410可以连接到电路cir2,以便监测电路cir2的电容。监测单元410可以具有输入节点n1、n2。第一传感器电容器c1的电极g1a可以通过导体cona连接到输入节点n1。第二传感器电容器c2的电极g1b可以通过导体conb连接到输入节点n2。第一传感器电容器c1的电极g2a可以连接到第二传感器电容器c2的电极g2b。

传感器电极g1a和支撑部分por50a可以形成第一寄生电容器c71。传感器电极g1b和支撑部分por50b可以形成第二寄生电容器c72。寄生电路par2可以包括第一寄生电容器c71和第二寄生电容器c72,以使得寄生电容器c71、c72通过半导电路径pth50串联连接。半导电路径pth50的电导率可以变化。例如,半导电路径pth50的电导率可以取决于温度。寄生电容器电路par2可以具有寄生电容cpar。

钝化区域70a、70b的厚度d70可以被选择为使得路径pth50的电导率的变化对总电容ctot的影响足够低。钝化区域70a、70b的厚度d70可以被选择为使得路径pth50的阻抗的变化对总电容ctot的影响足够低。

电容器电路cir2的总电容ctot可以近似等于传感器电容值cd和寄生电容值cpar的和。

(7)

例如由于半导电路径pth50的阻抗,等式(7)是近似的。

传感器电容值cd可以例如根据以下等式求解:

(8)

在实施例中,第一传感器电容器c1的电容c1可以基本上等于第二传感器电容器c2的电容c2。在那种情况下,传感器电容器值cd可基本上等于电容c1的50%,即

可以例如通过使用以下近似等式来估计寄生电容值cpar:

(9)

在实施例中,第一寄生电容器c71的电容c71可以基本上等于第二寄生电容器c72的电容c72。在那种情况下,寄生电容值cpar可以基本上等于电容c71的50%,即

电容监测单元410可以被布置为监测电容器电路cir2的总电容ctot。监测单元410的输入节点n1、n2可以连接到电容器电路cir2。输入节点n1可以通过导体cona连接到电极g1a。输入节点n2可以通过导体conb连接到电极g1b。

由于钝化区域70a、70b,寄生电容cpar可低于传感器电容cd。钝化区域70a、70b的厚度d70可被选择为使得路径pth50的电导率的变化对总电容ctot的影响足够低。在实施例中,总电容ctot可以与半导电路径pth50的电导率基本上无关。

在实施例中,可以省略第二钝化区域70b。板100可以包括电极g1a、g1b和钝化区域70a,以使得区域70a将电极g1a从基板50解耦,其中电极g1b可以直接与基板50接触。

但是,板100可以包括电极g1a、g1b和钝化区域70a,以使得区域70a将电极g1a从基板50解耦,其中电极g1b可以通过固体二氧化硅层与基板50绝缘。

然而,使用第一钝化区域70a和第二钝化区域70b可以提供更高的精度来监测镜子间隙。

在实施例中,第一导体cona可以电流连接到第一镜板100的电极g1a,并且附加导体可以电流连接到第二镜板200的电极g2a。电容监测单元410可以被布置为通过使用第一导体cona和附加导体来监测第一传感器电容器c1。因此,第一传感器电容器c1可以由电容监测单元410直接监测。第二导体conb可以电流连接到第一镜板100的第二电极g1b,并且附加导体可以电流连接到第二镜板200的电极g2b。电容监测单元410可以被布置为通过使用第二导体conb和附加导体来监测第二传感器电容器c2。可以使用相同的电容监测单元410或不同的电容监测单元来监测传感器电容器c1、c2。可以使用相同的附加导体或不同的附加导体来监测传感器电容器c1、c2。一个或多个附加导体可以是柔性的,以便允许第二镜板200的移动。当通过使用附加导体来监测第一传感器电容器c1时,钝化区域70a也可以减小或防止从电极g1a到电极g1b的电容耦合。

钝化区域70a、70b可以抑制从传感器电极到基板的电容耦合。钝化区域70a、70b可以在反射镜子涂层110沉积在基板50上之前形成。反射镜子涂层110可以例如是金属涂层或电介质多层涂层。传感器电极g1a、g1b可以随后形成在钝化区域70a、70b的顶部。钝化区域70a、70b也可以在反射镜子涂层110沉积在基板上之后形成。当形成钝化区域70a、70b时,反射镜子涂层110可以被掩模层临时保护。保护掩模层可以包括例如氮化硅。通过使用硬掩模(例如氮化硅)和/或通过利用对p型硅和n型硅不同的蚀刻,可以以良好限定的图案形成多孔硅。

钝化区域70a、70b可以包括钝化的三维微结构。微结构可以通过在硅基板中蚀刻多个微观空隙并通过钝化空隙的表面来形成。三维微结构可以包括绝缘材料。三维微结构可以包括例如非晶二氧化硅sio2。区域70a、70b的三维微结构可以例如包括由绝缘材料(例如,sio2)构成的多个微观区,包括硅(si)的多个微观区,和/或多个微观膨胀节(e2)。

板的基板在钝化期间和/或钝化之后可具有不均匀的微结构。钝化区域70a、70b可以具有不均匀的微结构。钝化区域70a、70b可以包括共形涂覆的微结构硅基质。共形涂覆的微结构硅基质可以包括硅基质和一个或多个绝缘材料的共形层。硅基质可以起一个或多个绝缘材料的共形层的支撑结构的作用。绝缘材料的共形层可以例如通过在硅基质上沉积绝缘材料和/或通过对硅基质进行氧化来形成。

钝化区域70a、70b中的电绝缘材料的体积分数可以例如高于80%,或甚至高于95%。钝化区域70a、70b中的电绝缘材料的质量分数可以例如高于80%,或甚至高于95%。钝化区域70a、70b可以基本由电绝缘材料组成。

形成钝化区域70a、70b可以包括:

-通过蚀刻在基板50中形成多个空隙,以及

-在空隙的表面上提供绝缘材料。

形成钝化区域70a、70b可以包括:

-通过蚀刻在基板50中形成多个空隙,以及

-氧化空隙的表面。

形成钝化区域70a、70b可以包括:

-通过蚀刻在基板50中形成多个空隙,以及

-在空隙的表面上沉积绝缘材料。

特别地,钝化区域70a、70b可以包括钝化的多孔硅,并且形成钝化区域70a、70b可以包括:

-通过蚀刻将硅转换成多孔硅,以及

-钝化的多孔硅的孔隙的表面。

区域70a、70b的微结构可以例如包括由绝缘材料(例如,sio2)构成的多个微观区和包括硅(si)的多个微观区。区域70a、70b可以包括共形涂覆的微结构硅基质。

区域70a、70b的微结构可以例如包括由绝缘材料(例如,sio2)构成的多个微观区和多个膨胀节(e2)。

区域70a、70b的微结构可以包括由绝缘材料(例如,sio2)构成的多个微观区,包括硅(si)的多个微观区,和多个微观膨胀节(e2)。

图6a至6h示出用于通过蚀刻和在空隙的表面上沉积绝缘材料形成钝化区域70a、70b的方法步骤。

图6a示出基板50。基板50可以基本由硅(si)构成。基板50可以由硅组成。基板50可以包括基本由硅构成的最上层。符号100'表示半制成的镜板。

参考图6b,可以在基板50上形成掩模层m1。掩模层m1可以例如通过在基板50上沉积氮化硅(sin)而形成。可以根据钝化区域70a、70b的期望位置来对掩模层m1进行图案化。可以根据空隙e1的期望位置来对掩模层m1进行图案化。

参考图6c,可以将基板50的材料局部蚀刻掉以形成多个空隙e1。空隙e1可以例如通过电化学蚀刻、反应离子蚀刻(rie)、或深反应离子蚀刻(drie)来形成。

通过蚀刻形成的空隙e1可以例如是凹槽、孔、通道、和/或孔隙。蚀刻区域的厚度d70'可以例如高于10μm。凹槽、孔和/或通道的深度可高于10μm(在sx方向上)。当空隙是孔隙时,可以例如通过电化学蚀刻形成多个互连的开孔。互连的孔隙可以形成深入延伸到基板中的通道。例如,互连的孔隙可以延伸到高于10μm的深度。

微观空隙e1的内宽we1可以例如在横向上(例如,在方向sy上)小于100μm,优选地小于10μm。微观空隙e1的小的内宽we1可以例如促进通过沉积快速填充空隙e1。窄的宽度we1可以例如促进限定传感器电极g1a相对于基板50的位置(参见图6g)。

微观空隙e1的内宽we1可以例如在横向上(例如在方向sy上)在10nm至10μm的范围内。

空隙之间的壁s1的宽度ws1可以在横向(sy)上小于100μm,优选地小于10μm。壁s1的窄宽度ws1可以减小钝化区域70a的阻抗。壁s1的窄宽度ws1可以促进壁s1的快速氧化。

空隙之间的壁s1的宽度ws1可以例如在横向上(例如在方向sy上)在10nm至10μm的范围内。

空隙e1可以具有相对较大的表面积。空隙的总表面积可以例如大于钝化区域70a的投影面积的5倍。钝化区域70a的投影面积可以意味着区域70a在与镜板100的反射涂层110平行的平面上的直线平行投影(图6g)。

参考图6d,空隙e1的表面可以至少部分地用绝缘材料p1覆盖,以便稳定钝化区域70a、70b的阻抗。绝缘材料p1可以例如通过原子层沉积(ald)或通过化学气相沉积(cvd)沉积在表面上。

参考图6e,掩模层m1可以从半制成板100'移除。可以例如通过蚀刻来移除掩模层m1。

参考图6f,可以在基板50上产生反射涂层110。反射涂层110可以是电介质多层涂层。反射涂层110可以包括例如层111、112、113、114、115。

备选地,也可以在蚀刻空隙e1之前形成反射涂层110。

参考图6g,电极g1a、g1b可以(例如通过沉积金属或多晶硅)形成在钝化区域70a、70b的顶部上。上表面可以用连续导电层覆盖,其可以随后被图案化。备选地或另外,只有选定的部分可以用导电层覆盖。

镜板100的区域70a、70b的微结构可以包括由绝缘材料(例如,sio2)构成的多个微观区、以及包括硅(si)的多个微观区。区域70a、70b可以包括共形涂覆的微结构硅基质。

导体cona、conb可以随后连接到电极g1a、g1b。导体cona、conb可以接合到电极g1a、g1b。

图6h示出用于制造包括钝化区域70a、70b的镜板的方法步骤。

在步骤805中,可以提供硅基板50。

在步骤810中,可以形成掩模m1。

在步骤815中,可以通过蚀刻在基板50中形成多个微观空隙e1。

在步骤820中,可以例如通过在表面上沉积绝缘材料p而对空隙e1的表面进行钝化。

在步骤825中,可以移除掩模m1。

在步骤830中,可以在基板50上形成反射涂层110。

在步骤835中,可以在钝化区域70a、70b上形成电极g1a、g1b。

图7a至7h示出用于通过蚀刻和氧化形成钝化区域70a、70b的方法步骤。

图7a示出基板50。基板50可以基本由硅(si)构成。基板50可以由硅构成。基板50可以包括基本由硅构成的最上层。符号100'表示半制成的镜板。

参考图7b,可以在基板50上形成掩模层m1。掩模层m1可以例如通过在基板50上沉积氮化硅(sin)而形成。可以根据钝化区域70a、70b的期望位置来对掩模层m1进行图案化。可以根据空隙e1的期望位置来对掩模层m1进行图案化。

参考图7c,可以将基板50的材料局部蚀刻掉以形成多个空隙e1。空隙e1可以例如通过电化学蚀刻、反应离子蚀刻(rie)、或深反应离子蚀刻(drie)来形成。。

通过蚀刻形成的空隙e1可以例如是凹槽、孔、通道、和/或孔隙。蚀刻区域的厚度d70'可以例如高于10μm。微观空隙e1的内宽we1可以例如在横向上(例如在方向sy上)小于100μm,优选地小于10μm。窄宽度we1可以例如促进限定传感器电极g1a相对于基板50的位置。微观空隙e1的内宽we1可以例如在横向上(例如在方向sy上)在10nm至10μm的范围内。空隙之间的壁s1的宽度ws1可以在横向(sy)上小于100μm,优选地小于10μm。空隙之间的壁s1的宽度ws1可以例如在横向上(例如在方向sy上)在10nm至10μm的范围内。壁s1的小宽度ws1可以例如促进壁s1的氧化。空隙的总表面积可以例如大于钝化区域70a的投影面积的5倍。

参考图7d,空隙e1的表面可以通过氧化表面而至少部分地转换为绝缘材料s2。s2表示通过氧化形成的绝缘材料(sio2)。在蚀刻之后但在氧化之前,空隙e1之间的壁s1可以基本由硅si构成。壁s1的材料可以通过氧化而至少部分地转换为二氧化硅sio2。硅的氧化还可以增加材料的体积,以使得空隙e1可以至少部分地用二氧化硅sio2填充。换句话说,氧化可导致壁s1的材料膨大。

空隙e1的相对的壁s1之间的距离可以由于沉积或氧化而减小,直到剩余的空隙或膨胀节e2保留在相对的壁之间。区域70a、70b可以可选地包括在氧化之后的剩余的空隙或节e2。剩余的空隙或节e2可促进减小和/或控制区域70a、70b中的机械应力。区域70a、70b可以包括多个膨胀节e2。

参考图7e,掩模层m1可以从半制成板100'移除。可以例如通过蚀刻来移除掩模层m1。

参考图7f,可以在基板50上产生反射涂层110。反射涂层110可以是电介质多层涂层。反射涂层110可以包括例如层111、112、113、114、115。

也可以在蚀刻空隙e1之前形成反射涂层110。

镜板100的区域70a、70b的微结构可以包括由绝缘材料(例如,sio2)构成的多个微观区和多个膨胀节(e2)。区域70a、70b可以包括共形涂覆的微结构硅基质。

区域70a、70b的微观结构可以包括由绝缘材料(例如,sio2)构成的多个微观区、包括硅(si)的多个微观区、以及多个微观膨胀节(e2)。

参考图7g,电极g1a、g1b可以(例如,通过沉积金属或多晶硅)形成在钝化区域70a、70b的顶部上。上表面可以用连续导电层覆盖,其可以随后被图案化。备选地或另外,只有选定的部分可以用导电层覆盖。

导体cona、conb可以随后连接到电极g1a、g1b。导体cona、conb可以接合到电极g1a、g1b。

图7h示出用于制造包括钝化区域70a、70b的镜板的方法步骤。

在步骤805中,可以提供硅基板50。

在步骤810中,可以形成掩模m1。

在步骤815中,可以通过蚀刻在基板50中形成多个微观空隙e1。

在步骤820中,可以例如通过氧化来钝化空隙e1的表面。

在步骤825中,可以移除掩模m1。

在步骤830中,可以在基板50上形成反射涂层110。

在步骤835中,可以在钝化区域70a、70b上形成电极g1a、g1b。

图8a至8f和图9a至9f示出用于形成包括钝化的多孔硅的钝化区域70a、70b的方法步骤。

固体硅可以例如通过蚀刻转换为多孔硅。多孔硅可以例如通过电化学蚀刻而形成。随后多孔硅可被钝化以便减小多孔材料的电导率,以便稳定多孔材料的电气性质,和/或以便减小多孔材料的介电常数。多孔硅可以例如通过氧化和/或沉积被钝化。多孔硅可以例如通过热氧化被钝化。可以例如通过化学气相沉积(cvd)或原子层沉积(ald)执行沉积。

图8a示出基板50。基板50可以基本由硅(si)构成。基板50可以由硅构成。基板50可以包括基本由硅构成的最上层。

参考图8b,可以在基板50上形成掩模层m1。掩模层m1可以例如通过在基板50上沉积氮化硅(sin)而形成。可以根据钝化区域70a、70b的期望位置来对掩模层m1进行图案化。

参考图8c,基板50的材料可以(例如,通过电化学蚀刻)局部转换成多孔硅,以形成多孔部分70a'、70b'。多孔部分70a'、70b'可以包括多孔硅。可以例如通过电化学蚀刻形成多个互连的开孔e1。互连的孔隙e1可形成深入延伸到基板中的通道。例如,互连的孔隙e1可以延伸到高于10μm的深度。

孔隙e1的内宽we1可以例如在横向上(例如,在方向sy上)小于100μm,优选地小于10μm。窄宽度we1可以例如促进限定传感器电极g1a相对于基板50的位置。内宽we1可以例如在横向上(例如,在方向sy上)在10nm至10μm的范围内。孔隙e1之间的壁s1的宽度ws1可以在横向(sy)上小于100μm,优选地小于10μm。壁s1的窄宽度ws1可以减小钝化区域70a的阻抗。壁s1的窄宽度ws1可以促进壁s1的快速氧化。壁s1的宽度ws1可以例如在横向上(例如,在方向sy上)在10nm至10μm的范围内。

参考图8d,多孔硅可以被钝化。钝化区域70a、70b可以例如通过钝化多孔部分70a、70b'的多孔硅而形成。可以例如通过在孔隙e1的表面上沉积绝缘材料和/或通过氧化孔隙e1之间的壁s1来钝化多孔硅。氧化可以至少部分地将壁s1的硅si转换成二氧化硅sio2。s2表示通过氧化形成的绝缘材料(sio2)。

区域70a、70b可以可选地包括剩余的空隙e2或节e2。剩余的空隙或节e2可以促进控制区域70a、70b中的机械应力。区域70a、70b可以包括膨胀节e2。

参考图8e,掩模层m1可以从半制成板100'移除。可以通过蚀刻移除掩模层m1。

参考图8f,可以在基板50上产生反射涂层110。反射涂层110可以是电介质多层涂层。反射涂层110可以包括例如层111、112、113、114、115。

参照图8g,电极g1a、g1b可以(例如,通过沉积金属或多晶硅)形成在钝化区域70a、70b的顶部上。上表面可以用连续导电层覆盖,其可以随后被图案化。备选地或另外,只有选定的部分可以用导电层覆盖。

导体cona、conb可以随后连接到电极g1a、g1b。导体cona、conb可以接合到电极g1a、g1b。

镜板100的区域70a、70b的微结构可以包括由绝缘材料(例如,sio2)构成的多个微观区和多个膨胀节(e2)。区域70a、70b的微结构可以包括由绝缘材料(例如,sio2)构成的多个微观区、包括包括硅(si)的多个微观区、和多个微观膨胀节(e2)。区域70a、70b可以包括共形涂覆的微结构硅基质。

图8h示出用于制造包括钝化区域70a、70b的镜板的方法步骤。

在步骤805中,可以提供硅基板50。

在步骤810中,可以形成掩模m1。

在步骤815中,可以将基板50的固体硅局部转换为多孔硅。

在步骤820中,可以通过钝化多孔硅来形成钝化区域70a、70b。钝化可以包括氧化孔隙e1的壁s1和/或在孔隙e1的表面上沉积绝缘材料p1。氧化可能部分地填充孔隙e1。

在步骤825中,可以移除掩模m1。

在步骤830中,可以在基板50上形成反射涂层110。

在步骤835中,可以在钝化区域70a、70b上形成电极g1a、g1b。

图9a至9f示出制造镜板100,以使得在沉积了反射涂层的材料层之后形成钝化区域70a、70b。

参考图9a,可以提供硅基板50。

参考图9b,可以在基板50上形成反射涂层110。涂层50可以包括例如材料层111、112、113、114、115。材料层可以沉积在基板50上。

参考图9c,可以在基板50和涂层110上形成图案化的掩模层m1。掩模层m1可以例如通过在基板50上沉积氮化硅(sin)而形成。

参考图9d,可以(例如,通过电化学蚀刻)将基板50的硅局部转换成多孔硅70a'、70b'。

孔隙e1的内宽we1可以例如在横向上(例如,在方向sy上)小于100μm,优选地小于10μm。窄宽度we1可以例如促进限定传感器电极g1a相对于基板50的位置。内宽we1可以例如在横向上(例如,在方向sy上)在10nm至10μm的范围内。孔隙e1之间的壁s1的宽度ws1可以在横向(sy)上小于100μm,优选地小于10μm。壁s1的窄宽度ws1可以减小钝化区域70a的阻抗。壁s1的窄宽度ws1可以促进壁s1的快速氧化。壁s1的宽度ws1可以例如在横向上(例如,在方向sy上)在10nm至10μm的范围内。

参照图9e,钝化区域70a、70b可以通过钝化多孔硅而形成。多孔硅可以例如通过在孔隙e1的表面上沉积材料和/或通过氧化孔隙e1之间的壁s1而被钝化。s2表示通过氧化形成的绝缘材料(sio2)。

参考图9f,掩模层m1可以从半制成的镜板100'移除。

参照图9g,可以在钝化区域70a、70b上形成电极g1a、g1b。区域70a、70b可以包括共形涂覆的微结构硅基质。电极g1a、g1b可以例如通过在钝化区域70a、70b上沉积金属层而形成。上表面可以用连续金属层覆盖,其可以随后被图案化。备选地或另外,只有选定的部分可以用金属层覆盖。

图9h示出用于制造包括钝化区域的镜板的方法步骤。

在步骤855中,可以提供硅基板50。

在步骤860中,可以在基板50上形成反射涂层110。

在步骤865中,可以形成掩模层m1。

在步骤870中,可以通过电化学蚀刻将基板50的固体硅局部转换为多孔硅。

在步骤875中,多孔硅可以被钝化。钝化可以包括氧化孔隙e1的壁s1和/或在孔隙e1的表面上沉积绝缘材料p1。氧化可部分地填充孔隙e1。

在步骤880中,可以移除掩模。

在步骤885中,可以在钝化区域70a、70b的顶部上形成电极g1a、g1b。

图10a通过示例的方式示出法布里-珀罗干涉仪300的三维分解视图。干涉仪300可以包括第一镜板100,第二镜板200和一个或多个致动器301、302、303。

第一镜板100可以具有电极g1a1、g1b1、g1a2、g1b2、g1a3、g1b3、g1a4、g1b4。第二镜板200可以具有电极g21、g22、g23、g24。可以在一个或多个钝化区域70a、70b的顶部上实现电极g1a1、g1b1、g1a2、g1b2、g1a3、g1b3、g1a4、g1b4,以便防止经由第一板100的基板50的相互电耦合。可以在第一钝化区域70a的顶部上实现电极g1a1,和/或可以在第二钝化区域70b的顶部上实现电极g1b1,以便防止经由第一板100的基板50的相互电耦合。

电极g1a1、g1b1、g1a2、g1b2、g1a3、g1b3、g1a4、g1b4、g21、g22、g23、g24可以彼此电流分离。电极g21可以具有电极部分g2a1、g2b1。电极g1a1和电极部分g2a1可以形成第一传感器电容器c1。电极g1b1和电极部分g2b1可以形成第二传感器电容器c2。传感器电容器c1和c2串联连接,并且可以一起形成具有电容cd的第一传感器电容器系统。电极电极g1a1可以具有端子n11,并且电极g1b1可以具有端子端子n21。可以通过使用连接到端子n11、n21的监测单元410来监测电容cd。

第二镜板200可以包括反射涂层210,其可以具有外层211。第二镜板200可以具有一个或多个电极g21、g22、g23、g24。电极g21、g22、g23、g24可称为例如相对电极。可以选择电极g21的尺寸和位置以使得电极g1a1和g1b1与干涉仪300已组装的相对电极g21至少部分重叠。

镜板100可以可选地包括用于为致动器301、302、303提供空间的凹入部分81。

图10b在三维视图中示出相对电极g21、g22、g23、g24相对于电极g1a1、g1b1、g1a2、g1b2、g1a3、g1b3、g1a4、g1b4的位置。

电极g1a1、g21和g1b1可以被布置为形成第一传感器电容器系统,其具有电容cd,其指示孔径部分ap1的第一预定位置处的镜子间隙df。监测单元410可以通过导体cona、conb连接到电极g1a1和g1b1。镜板100可以是固定的。在实施例中,不必要将柔性导体接合到移动的第二镜板200。导体cona、conb可以附接到镜板100,镜板100可相对于电容监测单元410是不可移动的。

电极g1a2、g22和g1b2可形成第二传感器电容器系统。电极g1a3、g23和g1b3可以形成第三传感器电容器系统。电极g1a4、g24和g1b4可形成第四传感器电容器系统。每个传感器电容器系统可以具有用于连接到电容监测单元的端子部分。

传感器电极可以被布置为监测第二镜板200相对于第一镜板100的对准。可以操作法布里-珀罗干涉仪以使得第二板100的反射涂层110基本平行于第一板200的反射涂层210。可以通过将第二传感器电容器系统的电容与第一传感器电容器系统的电容进行比较来监测板100、200的相互平行度。例如,第一传感器电容器系统的电容和第二传感器电容器系统的电容之间的非零差值可以指示第二板200围绕轴sx倾斜。例如,第二传感器电容器系统的电容和第三传感器电容器系统的电容之间的非零差值可以指示第二板200围绕轴sy倾斜。

控制单元cnt1可以被布置为驱动致动器301、302、303,以使得板200的反射涂层210可以保持基本平行于板100的反射涂层110。控制单元cnt1可以被布置为驱动致动器301、302、303,以使得板200的反射涂层可以在使镜子间隙df变化期间保持基本平行于板100的反射涂层。

在实施例中,干涉仪300可以包括用于监测板200围绕轴sx的倾斜角度、用于监测板200围绕轴sy的倾斜角度、以及用于监测镜子间隙df的空间平均值的三个传感器电容器系统。围绕轴sx的第一倾斜角度可以例如通过将第一传感器电容器系统的电容值与第二传感器电容器系统的电容值进行比较来监测。围绕轴sy的第二倾斜角度可以例如通过比较第二传感器电容器系统的电容值与第三传感器电容器系统的电容值来监测。第一传感器电容器系统可以例如由电极g1a1、g21和g1b1形成。第二传感器电容器系统可以例如由电极g1a2、g22和g1b2形成。第三传感器电容器系统可以例如由电极g1a3、g23和g1b3形成。

在实施例中,电极g21、g22、g23、g24也可以实现在钝化区域的顶部上,以便防止经由第二板200的基板的相互电耦合。然而,例如在其中未同时监测传感器电容器的情形下,第二板200不需要包括钝化区域。

图11a示出用于测量与镜子间隙df相关联的传感器电容cd的值的校准系统cal1。校准系统cal1可以被布置为提供与每个相关镜子间隙df相关联的传感器电容值cd。校准系统cal1可以提供与镜子间隙df相关联的传感器信号值sd。校准系统cal1可以提供与每个相关镜子间隙df相关联的传感器信号值sd。

校准系统cal1可以被布置为提供窄带校准光lb11。校准光lb11可以是基本单色的。校准光lb11具有波长λm。波长λm可以是固定的或可调节的。可以例如通过用单色仪fil1对宽带光源src1的光lb10进行滤波来提供校准光lb11。干涉仪300可以通过对校准光lb11进行滤波来提供透射光lb2。光学检测器det1可以被布置为监测透射通过法布里-珀罗干涉仪300的光lb2的强度。检测器det1可以提供指示透射强度的检测器信号sdet1。

电容监测单元410可以被布置为提供传感器信号sd,其指示传感器电容cd的值。系统cal1可以包括控制单元cnt2,其可以被布置为改变校准光lb11的波长λm和/或镜子间隙df,并且监测检测器信号sdet1随参数λm和sd的变化。

校准系统cal1可以包括用于存储计算机程序代码prog2的存储器mem5,当计算机程序代码prog2由一个或多个数据处理器执行时,可以使系统cal1执行镜子间隙校准。

传感器信号sd的每个值与对应的镜子间隙df之间的关系可以作为一个或多个光谱校准参数dpar2存储在存储器mem2中。光谱校准参数dpar2可以包括例如表格,其包含与相应的镜子间隙值df相关联的传感器信号值sd的列表。光谱校准参数dpar2可以包括例如回归函数,其可以允许根据传感器信号sd来计算镜子间隙df的实际值的估计。可以通过使用所述回归函数来根据传感器信号sd确定对镜子间隙df的实际值的估计。光谱校准参数dpar2可以包括例如回归函数,其可以允许根据传感器信号sd计算透射率峰peak1的光谱位置λ0。

参考图11b,干涉仪的透射峰peak1、peak2、peak3的光谱位置λ0可以取决于镜子间隙df。系统cal1的控制单元cnt2可以调节单色仪fil1,以使得窄带校准光lb11具有期望的(已知)波长λm。标记的mpeak表示校准光lb11的光谱峰。控制单元cnt2可以通过改变镜子间隙df来改变透射峰peak1的光谱位置λ0。校准可以包括使镜子间隙df变化和/或使波长λm变化。例如,可以在保持波长λm恒定的同时使镜子间隙df变化。例如,可以在保持镜子间隙df恒定的同时使波长λm变化。例如,可以使波长λm和镜子间隙df变化。

当透射峰peak1的光谱位置λ0基本与窄带校准光lb11的波长λm重合时,透射通过干涉仪300的强度可以达到最大值。控制单元cnt2可以被布置为扫描镜子间隙df,并通过监测何时透射强度达到最大值来确定当λ0=λm时与已知波长λm相关联的传感器信号值sd。

该方法可以包括使镜子间隙df变化并记录与最大透射强度相关联的电容值cd和/或传感器信号值sd。当透射强度达到(局部)最大值时,可以通过使用法布里-珀罗透射函数和通过使用关于干涉阶次的知识来根据波长λm确定镜子间隙值df。确定的镜子间隙值df可以与记录的电容值cd相关联。确定的镜子间隙值df可以与记录的传感器信号值sd相关联。波长λm可以与记录的电容值cd相关联。波长λm可以与记录的传感器信号值sd相关联。

可以使用相关联的一对值(cd、df)来提供回归函数,其允许根据镜子间隙确定传感器电容器的电容。相关联的一对值(sd、df)可用于提供回归函数,其允许根据镜子间隙确定传感器信号。相关联的一对值(cd、λm)可以用于提供回归函数,其允许根据透射峰的波长确定传感器电容器的电容。相关联的一对值(sd、λm)可以用于提供回归函数,其允许根据透射峰的波长确定传感器信号。可以测量数对值(cd、df)。可以基于数对值(cd、df)来确定回归函数。光谱校准数据dpar2可以包括定义回归函数的一个或多个参数。

控制单元cnt2可以被配置为在镜子间隙df保持恒定时扫描波长λm。控制单元cnt2可以被配置为例如通过监测透射强度何时达到最大值来确定当λ0=λm时与已知波长λm相关联的传感器信号值sd。

该方法可以包括:

-组装法布里-珀罗干涉仪300,其包括第一镜板100和第二镜板200,其中镜板包括电极,其形成传感器电容器,所述传感器电容器的电容cd取决于镜子间隙df,

-将窄带光lb11通过法布里-珀罗干涉仪300耦合到检测器det1,

-使窄带光lb11的波长λm变化和/或使镜子间隙df变化,以及

-监测透射通过法布里-珀罗干涉仪300的光的强度。

窄带校准光lb11也可以例如是激光束。校准光lb11可以例如由激光器提供。

图12通过示例的方式示出从对象obj1接收的光lb1的光谱强度i(λ)。特别地,曲线ospec1可以表示从对象obj1的某个点接收的光lb1的光谱强度i(λ)。光谱强度i(λ)可以在波长λ0处具有值x(λ0)。可以根据从光学检测器600获得的检测器信号sr确定值x(λ0)。在从光学检测器600获得检测器信号sr之前,可以通过调节镜子间隙df来选择波长λ0。可以在测量期间扫描镜子间隙df,以便测量对象obj1的光谱ospec1的光谱范围。可以在测量期间扫描镜子间隙df,以便测量对象obj1的更宽光谱。

对象obj1可以例如是真实对象或虚拟对象。真实对象obj1可以例如是固体、液体、或气体的形式。真实对象obj1可以是填充有气体的比色皿。真实对象obj1可以例如是植物(例如,树或花)、燃烧火焰或浮在水上的溢油。真实对象obj1可以例如是通过一层吸收气体观察到的太阳或星星。真实对象可以例如是印刷在纸上的图像。虚拟对象obj1可以例如是由另一光学器件形成的光学图像。

干涉仪300可适合于滤波和/或分析红外光。可以选择镜板100的材料和尺寸,以使得包括镜板100的法布里珀罗干涉仪300可应用于红外光的光谱分析。

法布里-珀罗干涉仪可以用作具有可变镜子间隙的滤光器。光学器件可以包括一个或多个法布里-珀罗干涉仪。光学器件可以例如是非成像光谱仪、成像光谱仪、化学分析仪、生物医学传感器、和/或电信系统的组件。法布里-珀罗干涉仪可以包括用于调节镜子间隙df的一个或多个致动器301。

例如,包括镜板100的光谱仪700可以被布置为通过监测红外区域中的光学吸收来测量气体的浓度。例如,可以布置包括镜板100的光谱仪700以确定来自人体组织或来自动物组织的光谱数据,例如,以便检测癌症或另一异常状况。

术语“板”可以指具有一个或多个基本上平面的部分的主体。板可以具有第一基本上平面的部分,以便最小化由所述平面部分透射和/或反射的光的波前畸变。板可以可选地具有第二基本上平面的部分,以便最小化透射通过第一基本上平面的部分和第二基本上平面的部分的光的波前畸变。第一平面部分可以覆盖板的整个顶表面,或者第一平面部分可以覆盖小于板的顶表面的100%。第二平面部分可以覆盖板的整个底表面,或者第二平面部分可以覆盖小于板的底表面的100%。板可以可选地具有例如一个或多个突出部分和/或凹入部分(参见图10a中的凹入部分81)。在实施例中,第一平面部分可以基本上平行于第二平面部分。在实施例中,第一平面部分和第二平面部分可以限定非零楔角,例如以便减少不想要的反射。

在实施例中,除了钝化的多孔硅的区域70a、70b之外,钝化区域70a、70b还可以包括一个或多个附加绝缘层。例如,钝化区域70a可以包括钝化的多孔硅的区域70a和在区域70a的顶部上实现的二氧化硅sio2层。传感器电极g1a可以形成在钝化区域70a的最上绝缘层的顶部上。

钝化区域70a可以通过在基板50中蚀刻多个空隙e1以使得空隙e1的总表面积例如大于钝化区域70a的投影面积的5倍、大于所述投影面积的10倍、或甚至大于所述投影面积的100倍而形成。空隙e1的表面可以在蚀刻之后被钝化以便形成钝化区域70a。

对于本领域技术人员来说,将清楚的是,根据本发明的设备和方法的修改和变化是可觉察的。图是示意性的。上面参考附图描述的特定实施例仅是说明性的,并不意图限制由所附权利要求限定的本发明的范围。

当前第1页1 2 
网友询问留言 留言:0条
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!