光谱芯片和光谱分析装置的制作方法

1.本技术涉及光谱芯片技术领域，更为具体地说，涉及一种光谱芯片和光谱分析装置。


背景技术：

2.光与物质发生相互作用，如吸收、散射、荧光、拉曼等，会产生特定光谱，而每种物质的光谱，都是独一无二的。因此，光谱信息可以说是万物的“指纹”。
3.光谱仪能够直接检测物质的光谱信息，得到被测目标的存在状态与物质成分，是材料表征、化学分析等领域重要的测试仪器之一。从技术发展来看，微型光谱仪可分为四类：色散型、窄带滤波型、傅里叶变换型和计算重构型。
4.随着计算机技术的发展，计算重构型光谱仪作为近些年新兴光谱仪类型得到蓬勃发展，其原因是通过计算来近似或者说重构入射光的光谱。计算重构型光谱仪可以相对较佳地解决因小型化而导致检测性能下降的问题。
5.由于计算重构型光谱仪属于新兴技术，在实际应用中，计算重构型光谱仪遇到诸多技术问题和难题。发现并解决这些技术问题和难题，是推进计算重构型光谱仪成熟化的必经之路。当然，该计算重构原理也可以用于光谱成像装置。
6.在计算重构型光谱仪或光谱成像装置中，光谱芯片是绝对的核心部件。如何提供能够满足性能要求的光谱芯片是亟需解决的产业难题。


技术实现要素：

7.为了解决上述技术问题，提出了本技术。本技术的实施例提供了一种光谱芯片和光谱分析装置，其中，所述光谱芯片通过设置在像素单元之间的栅格来避免进入像素单元之间的入射光之间发生串扰。
8.根据本技术的一方面，提供了一种光谱芯片，其包括：
9.传感单元，包括至少一物理像素；
10.位于所述传感单元的感光路径上的滤光结构，所述滤光结构包括至少一滤光结构单元，其中，每一个所述滤光结构单元对应于至少一个所述物理像素以通过相互匹配的一个所述滤光结构单元和至少一个所述物理像素形成一个像素单元；和
11.形成于所述像素单元之间以用于防止相邻的所述像素单元之间发生串扰的栅格。
12.在根据本技术的光谱芯片中，一个所述滤光结构单元对应于一个所述物理像素。
13.在根据本技术的光谱芯片中，一个所述滤光结构单元对应于多个所述物理像素。
14.在根据本技术的光谱芯片中，一个所述滤光结构单元包括多个微纳结构。
15.在根据本技术的光谱芯片中，所述传感单元包括衬底层和形成于所述衬底层上的所述至少一物理像素。
16.在根据本技术的光谱芯片中，所述栅格包绕地形成于每个所述像素单元的外周。
17.在根据本技术的光谱芯片中，部分所述像素单元的整个外周被所述栅格所环绕，
部分所述像素单元的外周的至少一部分被所述栅格所包绕。
18.在根据本技术的光谱芯片中，所述栅格和所述滤光结构形成于所述传感单元的上表面，且所述栅格的高度大于等于所述滤光结构单元的厚度。
19.在根据本技术的光谱芯片中，所述栅格形成于所述传感单元的上表面，所述光谱芯片进一步包括形成于所述栅格之间的填充层，所述滤光结构形成于所述填充层上。
20.在根据本技术的光谱芯片中，所述栅格具有上小下大的结构，以通过包绕地形成于每个所述像素单元的外周的所述栅格形成上大下小的进光空间。
21.在根据本技术的光谱芯片中，所述栅格具有自上而下倾斜地往里延伸的侧面。
22.在根据本技术的光谱芯片中，每一所述滤光结构单元包括上下对应的第一滤光结构子单元和第二滤光结构子单元。
23.在根据本技术的光谱芯片中，每个所述滤光结构单元进一步包括设置于所述第一滤光结构子单元和所述第二滤光结构子单元之间的连接层。
24.在根据本技术的光谱芯片中，所述光谱芯片进一步包括形成于所述滤光结构上的微透镜阵列。
25.根据本技术的又一方面，还提供了一种光谱分析装置，其包括：
26.线路板；
27.如上所述的光谱芯片，所述光谱芯片电连接于所述线路板；以及。
28.被保持于所述光谱芯片的感光路径上的光学系统。
29.与现有技术相比，根据本技术实施例的所述光谱芯片通过设置在像素单元之间的栅格来避免进入像素单元之间的入射光之间发生串扰。
附图说明
30.通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本技术各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本技术的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
31.图1图示了根据本技术实施例的光谱芯片的示意图。
32.图2图示了根据本技术实施例的所述光谱芯片的另一示意图。
33.图3a图示了根据本技术实施例的所述光谱芯片的一个变形实施的示意图。
34.图3b图示了根据本技术实施例的所述光谱芯片的另一个变形实施的示意图。
35.图3c图示了根据本技术实施例的所述光谱芯片的又一个变形实施的示意图。
36.图3d图示了根据本技术实施例的所述光谱芯片的又一个变形实施的示意图。
37.图4图示了根据本技术实施例的所述光谱芯片的又一变形实施的示意图。
38.图5图示了根据本技术实施例的所述光谱芯片的又一个变形实施的示意图。
39.图6图示了根据本技术实施例的所述光谱芯片的又一个变形实施的示意图。
40.图7图示了根据本技术实施例的所述光谱芯片的又一个变形实施的示意图。
41.图8a图示了根据本技术实施例的所述光谱芯片的又一个变形实施的示意图。
42.图8b图示了根据本技术实施例的所述光谱芯片的又一个变形实施的示意图。
43.图9a至图9c图示了根据本技术实施例的所述光谱芯片的制备过程的示意图。
44.图10图示了根据本技术实施例的光谱分析装置的框图。
具体实施方式
45.下面，将参考附图详细地描述根据本技术的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是本技术的全部实施例，应理解，本技术不受这里描述的示例实施例的限制。
46.申请概述
47.如前所述，在计算重构型光谱仪或光谱成像装置中，光谱芯片是绝对的核心部件。如何提供能够满足性能要求的光谱芯片是亟需解决的产业难题。
48.光谱芯片包括图像传感器和位于所述图像传感器的感光路径上的滤光结构，特别地，在计算重构型光谱成像装置中，滤光结构为频域或波长上的带宽滤光结构，各处滤光结构透射不同波长的通光谱。滤光结构可以是超表面、光子晶体、纳米柱、多层膜、染料、量子点、mems(微机电系统)、fp etalon(fp标准具)、cavity layer(谐振腔层)、waveguide layer(波导层)、仿射元件等具有滤光特性的结构或材料。所述图像传感器可以是cmos图像传感器(cis)、ccd图像传感器、阵列光探测器等。
49.在工作过程中，在图像传感器获得光强度信息后传入数据处理单元进行光谱恢复计算。该过程具体描述如下：
50.将入射光在不同波长λ下的强度信号记为x(λ)，滤光结构的透射谱曲线记为t(λ)，滤光结构上具有m组的滤光结构单元，每一组滤光结构单元的透射谱互不相同，整体来讲，滤光结构可记为ti(λ)(i＝1,2,3,
…
,m)。每一组结构单元下方都有相应的物理像素，探测经过滤光结构单元调制的光强bi。
51.需要注意的是，经所述滤光结构作用的有效的透射谱ti(λ)(用以光谱恢复的透射谱，叫做有效的透射谱)的数量与滤光结构单元数量可以不一致，所述滤光结构单元的透射谱根据识别或恢复的需求人为的按照一定规则去设置、测试、或计算获得，因此所述滤光结构单元的有效透射谱的数量可以比滤光结构结构单元的数量少，甚至也可能比滤光结构单元的数量多。
52.入射光的频谱分布和图像传感器的测量值之间的关系可以由下式表示：
53.bi＝∫x(λ)*ti(λ)*r(λ)dλ
54.再进行离散化，得
55.bi＝σ(x(λ)*ti(λ)*r(λ))
56.其中r(λ)为图像传感器的响应，记为：
57.ai(λ)＝ti(λ)*r(λ)，
58.则上式可以扩展为矩阵形式：
59.60.其中，bi(i＝1,2,3,
…
,m)是入射光透过滤光结构后图像传感器的响应，分别对应m个滤光结构单元对应的图像传感器的光强测量值。特别地，当一个物理像素对应一个滤光结构单元时，可以理解为m个
‘
物理像素
‘
对应的光强测量值，其是一个长度为m的向量。a是系统对于不同波长的光响应，由滤光结构透射率和图像传感器的量子效率两个因素决定。a是矩阵，每一个行向量对应一组结构单元对不同波长入射光的响应，这里，对入射光进行离散、均匀的采样，共有n个采样点。a的列数与入射光的采样点数相同。这里，x(λ)即是入射光在不同波长λ的光强，也就是待测量的入射光光谱。
61.然而，随着图像传感器的工艺提升，所述图像传感器对应的物理像素尺寸变小，入射光难以被聚焦在对应的物理像素上，物理像素之间会产生干扰。而物理像素之间的干扰，会使得发生干扰的像素单元对应的矩阵a和输出bi与实际结果之间产生偏差，这就会导致在光谱恢复中恢复结果发生偏差，与实际不符。
62.针对上述技术问题，本技术提供一种光谱芯，其通过设置在像素单元之间的栅格来避免进入像素单元之间的入射光之间发生串扰。值得一提的是，在本技术实施例中，像素单元可以分为两种情况，一种是一组滤光结构单元对应一个物理像素，此时所述栅格可以理解为设置于相邻的滤光结构单元之间且包围对应的物理像素。优选地，本技术中一组滤光结构单元对应多个物理像素，例如对应4个物理像素、9个物理像素或16个物理像素等，优选地多个物理像素呈现方形，例如2*2，3*3，4*4个物理像素等；此时所述栅格的设置以像素单元为单元，即所述栅格设置于相邻的滤光结构单元之间且包围对应多个物理像素。
63.进一步，所述栅格可以为金属材料、也可以为非金属材料，例如可以由铜、铝构成，也可以是由低n材料构成，其中，所述低n材料可以为低折射率材料；值得一提的是，金属材料或低n材料可以使得入射到所述栅格表面的入射光被反射进入到对应的物理像素，可以提高对应的qe值。
64.示意性光谱芯片
65.根据本技术实施例的光谱芯片被阐明，其中，所述光谱芯片一般应用于计算光谱装置。所述计算光谱装置可以是光谱仪也可以是光谱成像装置。以光谱仪为例，计算光谱仪与传统光谱仪之间最显著的区别在于滤光的不同。在传统的光谱仪中，用于进行波长选择的滤光片为带通滤光片。光谱分辨率越高，就必须使用通带越窄和越多的滤光片，这增加了整个系统的体积和复杂度。同时，当光谱响应曲线变窄时，光通量下降，导致信噪比降低。
66.而对于特定计算光谱仪，每个滤光片一般采用宽谱滤光片，这使得计算光谱仪系统探测到的原始数据与原始光谱差异较大。然而，通过应用计算重建算法，原始光谱可以通过计算恢复。由于宽带滤光片比窄带滤光片有更多的光通过，即光损失的能量较少，因此，这类计算光谱仪可以从较暗的场景中检测光谱。此外，根据压缩感知理论，可以适当地设计滤光片的光谱曲线来高概率地恢复稀疏光谱，且滤光片的数量远小于期望的光谱通道数(从较低维向量恢复较高维向量)，这无疑是非常有利于小型化的。
67.相对来讲，传统的光谱仪在设计的时候需要根据需要的波长去设计滤波器，使得特定波长的光可以透过。也就是，传统的光谱仪在设计过程中需要重点控制光调制结构的尺寸和位置精度，同时需要想办法提高其特定波长的透过率。而对于计算光谱仪，需要的是可以接收较大范围的波段(例如，350nm至1000nm)的入射光，入射光被滤波器所调制后被传感器接收，当所述滤波器对应的透射谱越复杂，则对应入射光的恢复效果会越好。
68.如图1所示，所述光谱芯片100包括传感单元110、位于所述传感单元110的感光路径上的滤光结构120，以及，用于防止入射光在所述传感单元110处发生串扰的栅格130。
69.相应地，所述传感单元110包括衬底层111和形成于所述衬底层111的至少一物理像素112。在该实施例中，所述物理像素112以阵列的形式排布于所述衬底层111上以形成物理像素112阵列。所述滤光结构120包括至少一滤光结构单元121，所述滤光结构单元121具有特定的透射谱，用于对入射光进行调制。
70.特别地，在本技术实施例中，每一个所述滤光结构单元121对应于至少一个所述物理像素112以通过相互匹配的一个所述滤光结构单元121和至少一个所述物理像素112形成一个像素单元140。也就是，在本技术实施例中，入射光经过所述滤光结构单元121调制后由至少一个所述物理像素112所接收并产生感应信号。应可以理解，在本技术实施例中，所述滤光结构单元121包括至少一微纳结构1200，并且，原则上不同的滤光结构单元121，其具有不同的光调制效果，即，不同的所述滤光结构单元121的透射谱是不同的，而不同的滤光结构单元121的透射谱受限于所述滤光结构单元121的形状、尺寸和材料等。
71.优选地，在申请实施例中，一个所述滤光结构单元121对应于一个所述物理像素112，也就是，在本技术实施例中，所述滤光结构单元121与所述物理像素112之间以一一对应的方式布置，如图2所示。值得一提的是，所述滤光结构单元121与所述物理像素112之间一一对应并不意味着所述滤光结构单元121的数量等于所述物理像素112的数量，其仅表示如果所述滤光结构单元121与所述物理像素112之间存在对应关系。当然，在本技术的其他示例中，所述滤光结构单元121与所述物理像素112之间还可以是其他对应关系，例如，在如图6所示意的示意中，一个所述滤光结构单元121对应于多个所述物理像素112，也就是，经一个滤光结构单元121调制后的入射光被多个物理像素112所感测，对此，并不为本技术所局限。
72.如前所述，在光谱芯片100的工作过程中，入射光在被滤光结构单元121调制后被对应的物理像素112所接收并产生对应的感测信号。然而，随着物理像素112或像素单元140尺寸的缩减，会导致相邻的物理像素112或像素单元140之间产生光的串扰，从而影响光谱的恢复精度。例如，在如图2所示意的示例中，即，第m个滤光结构单元121对应于第m个物理像素112以形成第m个像素单元140，入射光x(λ)进入第m个所述滤光结构单元121被第m个所述滤光结构单元121调制，并被所述第m个物理像素112所接收产生响应信号bm。但是，如果所述光谱芯片100的物理像素112或像素单元140尺寸变小，使得由第m个所述滤光结构单元121调制的入射光会有部分进入到第n个像素单元140中，这使得第m个像素单元140接收到的入射光信息不完全和/或存在偏差，同时会使得第n个像素单元140接收的信息存在偏差，从而导致恢复精度变低。这里，以第m个像素单元140和第n个像素单元140仅为了说明：物理像素112或像素单元140尺寸变小后，可能会产生光串扰的问题；即原先应该被对应的像素单元140接收的信号，进入了其他相邻近的像素单元140，导致两个像素单元得到的信号都不准确，例如上述例子中第m个像素单元140收到的信号可能有缺失，而第n个像素单元140收到的多余的信号即噪声。
73.为了解决上述技术问题，本技术在相邻的所述像素单元140之间的设置栅格130，以避免相邻的像素单元140之间发生串扰。具体地，在本技术实施例中，所述栅格130包绕地形成于每个所述像素单元140的外周以形成一个环形结构包绕所述像素单元140，即，包绕
所述物理像素112和/或所述滤光结构单元121。
74.如图2所示，在该实施例中，所述栅格130环绕地形成于每个所述像素单元140的外周，即，所述栅格130环绕地形成于每个所述像素单元140的四周以形成一个环形结构并包围所述物理像素112和所述滤光结构单元121。应可以理解，在本技术实施例中，所述栅格130也可以仅包绕所述像素单元140的外周的至少一部分而非完全地包围所述像素单元140的整个外周，例如，位于边缘或四个转角区域的物理像素112对应的栅格130可以不是一个环形，而仅将所述栅格130设置于所述物理像素112的三侧或两侧。值得一提的是，本实用新型提到包绕和环绕指的是，所述光谱芯片在正投影(光轴方向)情况下，所述栅格130在投影面上形成于物理像素112或像素单元140至少一侧。
75.在如图1所示意的示例中，所述栅格130和所述滤光结构120形成于所述传感单元110的上表面，且所述栅格130的高度大于等于所述滤光结构单元121的厚度。优选地，所述栅格130的高度等于所述滤光结构单元121的厚度，当然，所述栅格130的高度也可以略大于所述滤光结构单元121的厚度，如图3b所示。进一步，所述栅格130的高度也可能会低于所述滤光结构单元121。
76.在本技术实施例中，所述栅格130的主要作用是防止入射光的串扰，因此，在一定长度上其可以由金属材料构成，例如，铜、铝等，当然其也可以是由非金属材料制成。在一些示例中，所述栅格130可以对入射到其表面的入射光进行吸收，在另外一些示例中，所述栅格130可以对入射到其表面的入射光进行反射。进一步地，若所述栅格130为吸收入射光的话，其可能会导致进入对应的物理像素112的光强度变低，这可能会导致信噪比降低不利于提高光谱恢复精度。因此，在本技术实施例中，所述栅格130优选地由低折射率的非金属材料或金属材料制成，所述栅格130用于对入射到其表面的入射光进行反射使得该部分入射光也可以被对应的物理像素112所吸收，从而提高信噪比以利于提高光谱恢复精度。
77.进一步地，优选地，在本技术实施例中，所述栅格130具有上小下大的结构，以通过包绕地形成于每个所述像素单元140的外周的所述栅格130形成上大下小的进光空间，通过这样的结构配置，允许相对更多数量的入射光进入对应的物理像素112从而提高信噪比。在本技术中，所述栅格130被实施为多面体，其截面的形状可以是三角形、矩形、梯形等，优选地，所述栅格130具有自上而下倾斜地往里延伸的侧面以形成上大下小的进光空间，如图1，图3a，图3b和图3c所示。例如，当所述栅格130为六面体时，其截面的形状为等腰梯形，由于所述等腰梯形上小下大以使得对应形成的进光空间具有上大下小的结构，从而可以使得相对更多数量的入射光能够进入所述像素单元被接收。当然，所述栅格130也可以是非规则的形状，例如，其截面形状可以是长方形与三角形的组合、长方形和半圆的组合等，优选地，所述栅格130的上端部具有倾斜面或者圆弧面，可以使得一侧的入射光顺着所述倾斜面或所述圆弧面进入所述物理像素112，而相对侧的入射光经由相对侧的所述栅格130的倾斜面或圆弧面反射进入所述物理像素112，通过这样的方式，可提高进光量从而提高信噪比。
78.值得一提的是，虽然优选地所述栅格130具有上小下大的结构，在一些示例中，其也可以具有上下一致大小的结构，如图3d所示。
79.图5图示了根据本技术实施例的所述光谱芯片100的又一个变形实施的示意图。如图5所示，在该变形实施例中，所述栅格130形成于所述传感单元110的上表面，所述光谱芯片100进一步包括形成于所述栅格130之间的填充层150，所述滤光结构120形成于所述填充
层150上，通过这样的方式使得，在该变形实施例中，所述滤光结构单元121位于所述栅格130的上方，但依旧被所述栅格130所包绕。或者说，在该变形实施例中，所述滤光结构单元121、所述填充层150和所述物理像素112形成所述像素单元140。
80.图4图示了根据本技术实施例的所述光谱芯片100的又一变形实施的示意图。如图4所示，在该变形实施例中，所述光谱芯片100进一步包括位于所述传感单元110的感光路径上的微透镜阵列160，例如，在该实施例中，所述微透镜阵列160形成于所述滤光结构120的上表面。相应地，在该变形实施例中，入射光进入所述微透镜阵列160后再由所述滤光结构单元121调制进而被所述物理像素112所接收。
81.图7图示了根据本技术实施例的所述光谱芯片100的又一个变形实施的示意图。如图7所示，在该变形实施例中，所述光谱芯片100的物理像素112中，部分所述物理像素112配合至少一个滤光结构单元121以形成像素单元140，而另一部分所述物理像素112则没有与滤光结构单元121相配合，即，这部分物理像素112被实施为黑白像素、rgb像素或ryb像素等常见像素。例如，在一个具体的示例中，所述光谱芯片100的物理像素112中，部分所述物理像素112配合拜耳阵列，而部分所述物理像素112则没有配置任何滤光结构单元121。其他实施例中，没有设置滤光结构单元121的区域可以设置具有滤波器、凹透镜、凸透镜、光学衍射等具有特定调整功能的结构，从而对入射光进行过滤、转折、汇聚、折射、衍射、扩散和/或准直等调整功能。
82.相应地，在该实施例中，在布设所述栅格130的过程中，优选地，如果物理像素112参与构成像素单元140，则以像素单元140为单位进行划分，而如果物理像素112没有参与构成像素单元140，则以物理像素112为单位进行划分，通过这样的方式，来布设所述栅格130，这样就能够防止像素单元140之间发生串扰，也能够防止普通像素之间发生串扰。
83.图8a图示了根据本技术实施例的所述光谱芯片100的又一个变形实施的示意图。如图8a所示，在该变形实施例中，每一所述滤光结构单元121包括至少二层滤光结构子单元。以两层为例来进行说明，即，每一所述滤光结构单元121包括上下对应的第一滤光结构子单元1211和第二滤光结构子单元1212，当两层滤光结构子单元作为所述滤光结构单元121时，最终的透射谱由两层滤光结构子单元共同决定。
84.应注意到，在如图8a所示意的示例中，所述第一滤光结构子单元1211和所述第二滤光结构子单元1212上下相互贴合，即，两者相互作用以形成一个新的滤光结构单元121，其对应产生一个新的透射谱，其中，所述透射谱并不简单地由每层滤光结构子单元的透射谱叠加，而是所述第一滤光结构子单元1211和所述第二滤光结构子单元1212相互影响和作用后所产生的透射谱。
85.优选地，在该变形实施例中，所述第一滤光结构子单元1211和所述第二滤光结构子单元1212存在差异，这里所指的差异可以是两者所形成的透射谱不同，也可以是结构不同，或者其他参数不同等，对此并不为本技术所局限。应可以理解，当所述光谱芯片100需要复杂的微纳结构1200时，该变形实施例的两层滤光结构子单元可以降低对每层滤光结构子单元的复杂度，再通过两者共同配合调制后获得所需的复杂的透射谱，进一步复杂的透射谱进行光谱恢复可以提升恢复精度。
86.值得一提的是，在该变形实施例中，至少部分所述第一滤光结构子单元1211和/或所述第二滤光结构子单元1212的微纳结构1200有填充物填充。
87.图8b图示了根据本技术实施例的所述光谱芯片100的又一个变形实施的示意图。相较于图8a所示意的示例，在如图8b所示意的变形实施例中，所述滤光结构单元121进一步包括设置于所述第一滤光结构子单元1211和所述第二滤光结构子单元1212之间的连接层1213。顾名思义，所述连接层1213用以连接所述第一滤光结构子单元1211和所述第二滤光结构子单元1212。优选地，所述连接层1213的折射率与所述第一滤光结构子单元1211和所述第二滤光结构子单元1212的折射率数值差较大，例如，在一个示例中，所述第一滤光结构子单元1211和所述第二滤光结构子单元1212的制成材料具有相对较高的折射率，而所述连接层1213则由低折射率的材料制成。
88.并且，在该变形实施例中，所述滤光结构单元121进一步包括形成于所述滤光结构单元121的上表面的保护层122以对位于上部的所述第一滤光结构子单元1211进行保护。也就是，在该变形实施例中，所述滤光结构120由所述第一滤光结构子单元1211、所述第二滤光结构子单元1212、所述连接层1213、所述保护层122和所述填充物组成，因此，所述滤光结构单元121对应的透射谱也由所述第一滤光结构子单元1211、所述第二滤光结构子单元1212、所述连接层1213、所述保护层122和所述填充物共同决定。
89.根据本技术的另一方面，还提供了一种光谱芯片100的制备方法，其用于制备如图1所示意的光谱芯片100，如图9a至图9c所示。具体地，所述制备方法包括如下步骤。
90.首先，在一衬底层111上形成物理像素112阵列以制得所述传感单元110。
91.然后，在所述衬底层111的上表面铺设一层第一光刻胶层，并对所述第一光刻胶层进行曝光、蚀刻以在所述衬底层111的预设位置形成多个开孔。接着，去除所述第一光刻胶层。
92.接着，在所述衬底层111的上表面形成一层高k结构层，例如，通过沉积工艺在所述衬底层111的上表面形成所述高k结构层。优选地，所述高k结构层包括第一氧化层、高k介质层和第二氧化层，或者，所述高k结构层可以包括第一高k介质层、设置在所述第一高k介质层下方的第二高k介质层和设置在所述第二高k介质层下方的氧化层。
93.进一步，在所述高k结构层上形成一层钝化层，所述钝化层可以由金属材料制成，也可以为硅基材料通过沉积工艺形成于所述高k结构层的表面。
94.接着，对所述开孔进行填充并对填充后的表面进行平整化以使得新形成的上表面平整，例如，通过cmp工艺对新加工的表面进行平整化处理。
95.然后，在预设位置之间形成栅格130，所述栅格130根据需要包绕特定数量的物理像素112。如前所述，所述栅格130可以包绕一个物理像素112，所述栅格130也可以包绕多个物理像素112。
96.进一步对所述栅格130形成进行详细说明，所述栅格130为金属材料时，可以先于平整上表面形成金属层；然后，在所述金属层上表面形成光刻胶层；接着对光刻胶层进行显影曝光，刻蚀去除所述金属层中的非必要的区域，其中，该非必要区域形成所述容纳腔，而保留的金属层则形成所述栅格130。
97.还可以通过其他方式形成所述栅格，例如，先于平整上表面形成一光刻胶层，然后对光刻胶层进行显影曝光以蚀刻形成沟壑，在沟壑表面和/或侧面施加种子层，再通过电化学沉积将金属填充于所述沟壑去除所述光刻胶层以得到所述栅格130。
98.优选地，所述栅格130优选地由铜构成。值得一提的是，当所述栅格130为非金属材
料时，可以先将所述非金属材料沉积于平整上表面形成非金属层，在所述非金属层表面形成光刻胶层，对所述光刻胶层进行显影曝光，刻蚀去除所述非金属层的非必要区域，对应所述非必要区域形成容纳腔，保留的非金属材料形成所述栅格130。其中，所述非金属材料优选地为低折射率材料。
99.接着，在由多个栅格130所形成的容纳腔内沉积滤光结构120材料，其中，所述滤光结构120材料可以是硅、硅化物、氧化钽、二氧化钛等。
100.继而，通过刻蚀或者纳米压印工艺在所述滤光结构120材料上形成所述滤光结构单元121。
101.综上，基于本技术实施例的光谱芯片100被阐明，其通过设置在像素单元140之间的栅格130来避免进入像素单元140之间的入射光之间发生串扰。
102.另一变形实施例中，对部分区域具有结构单元的工艺进行阐述，以rgb像素与滤光结构单元121组合为例，与上述实施例不同在于，在所述栅格130形成的容纳腔内填充对应材料，再施加光刻胶层，显影曝光，刻蚀后露出容纳腔，填充对应的第一滤光材料，再去除光刻胶层；再施加光刻胶层，显影曝光，刻蚀后露出容纳腔，填充对应的第二滤光材料，再去除光刻胶层；再施加光刻胶层，显影曝光，刻蚀后露出容纳腔，填充对应的第三滤光材料；施加光刻胶层，显影曝光，并在具有滤光结构单元121区域形成刻蚀形成滤光结构单元121。可选地，进一步形成微透镜阵列。
103.另一变形实施例中，对于多层结构制造工艺，例如两层，与上述实施例不同在于，可以选择先沉积形成第一滤光结构子单元1211层，通过纳米压印或刻蚀形成第一滤光结构子单元1211，再进行填充；再通过沉积工艺形成连接层；再沉积形成第二滤光结构子单元1212层，通过纳米压印或刻蚀形成第二滤光结构子单元1212，再进行填充；接着，再沉积一层保护层。
104.示意性光谱分析装置
105.图10图示了根据本技术实施例的光谱分析装置的框图
106.如图10所示，本技术还提供一种光谱分析装置，例如光谱仪、光谱成像装置，所述光谱分析装置包括如上所述的光谱芯片100和一线路板200，所述光谱芯片100电导通的连接于所述线路板200，从而实现信号传输等。进一步，可选地，所述光谱分析装置还可以包括一光学系统300，例如透镜组件等，所述光学系统300位于所述光谱芯片100的通光路径上，入射光通过光学系统300后，再进入所述光谱芯片100的光调制层被调制，在由所述传感单元110所接收，并转化为电信号。所述光谱分析装置进一步包括一封装体(例如，塑料支架)，所述光谱芯片100被所述封装体所收容。进一步地，在本技术一些示例中，所述光谱分析装置还可以包括处理单元，用于对电信号进行处理，以生成光谱或图像等。
107.以上结合具体实施例描述了本技术的基本原理，但是，需要指出的是，在本技术中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本技术的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本技术为必须采用上述具体的细节来实现。