片上纳米级衍射光学元件及其制造方法与流程

在此公开的主题涉及衍射光学元件。更具体地，在此公开的主题涉及具有约目标波长的预定周期性的衍射光学元件。

背景技术：

1、衍射光学元件(doe)通过控制光的衍射来产生期望的光学图案。doe可以与用于3d感测(adas、ar/vr、医疗保健、安全等)和用于光学感测(微流体和其他光子传感器等)的垂直腔面发射激光器(vcsel)组合使用。商用doe可以包括多级和复杂的微尺度设计，并且可以由与互补金属氧化物半导体(cmos)制造技术不兼容的聚合物形成。

2、图1描绘了产生光衍射图案的示例衍射光学元件(doe)100。常规doe也可以被称为光栅或衍射光栅。如图1中所描绘的，从激光源输出并且具有目标波长λ的光101入射在doe100上。当光101穿过doe 100时，doe 100产生光衍射图案103。在103处描绘了具有线和/或点的若干示例光衍射图案。可以由doe产生的光衍射图案不限于在103处描绘的示例衍射图案。

3、常规doe具有大于目标波长的10倍(>10λ)的微尺度周期性，并且具有通常具有多个不同高度的结构。常规doe设计也往往是复杂的并且涉及多个制造步骤。常规doe由聚合物形成，这使得常规doe的制造与cmos制造技术不兼容。

4、另一类的doe(通常称为超表面(metasurface))具有约为目标波长的一半(～λ/2)的微尺度周期性。这类doe用于吸收、反射、偏转和/或聚焦目标波长λ的光(近场和远场两者)。这类doe通常具有低透射效率并且具有复杂的设计。

技术实现思路

1、示例实施例提供了一种衍射光学元件，该衍射光学元件可以包括基底层和纳米结构层，纳米结构层可以包括纳米结构，纳米结构具有在目标波长λ的0.75λ至3λ的范围内的预定周期性。在一个实施例中，纳米结构可以包括形成在基底层的表面上的柱状纳米结构、形成在基底层中的孔或它们的组合。在另一实施例中，至少一个纳米结构可以包括圆形、椭圆形、正方形或矩形的平面视图剖面形状，并且纳米结构的尺寸可以在目标波长λ的0.75λ至3λ的范围内。在又一实施例中，至少一个纳米结构的平面视图剖面形状可以包括倒圆拐角，倒圆拐角具有基于由衍射光学元件产生的衍射图案的光点强度非均匀性而选择的拐角半径。在再一实施例中，纳米结构可以包括形成在基底层的表面上的柱状纳米结构，并且纳米结构的折射率可以大于基底层的折射率。在一个实施例中，纳米结构可以包括形成在基底层中的孔，并且纳米结构的折射率可以小于基底层的折射率。在另一实施例中，基底层和纳米结构可以包括可以与互补金属氧化物半导体处理技术相容的材料。在又一实施例中，基底层可以包括二氧化硅，并且纳米结构可以包括柱状纳米结构并且可以包括氮化硅。在再一实施例中，纳米结构层的第一预定区域可以包括第一预定周期性和第一标称纳米结构尺寸，纳米结构层的第二预定区域可以包括第二预定周期性和第二标称纳米结构尺寸或它们的组合，第一预定周期性可以不同于第二预定周期性，并且第一标称纳米结构尺寸可以不同于第二标称纳米结构尺寸。在一个实施例中，衍射光学元件可以包括形成在基底层和纳米结构层中的至少一者上的抗反射涂层。

2、示例实施例提供了一种用于制造衍射光学元件的方法，其中，该方法可以包括：形成基底层；以及形成纳米结构层，纳米结构层可以包括纳米结构，纳米结构具有在目标波长λ的0.75λ至3λ的范围内的预定周期性，并且纳米结构层可以形成在基底层的表面上、基底层内或者形成在基底层的表面上和基底层内。在一个实施例中，纳米结构可以包括形成在基底层的表面上的柱状纳米结构、形成在基底层内的孔或它们的组合。在另一实施例中，至少一个纳米结构可以包括圆形、椭圆形、正方形或矩形的平面视图剖面形状，并且纳米结构的尺寸可以在目标波长λ的0.75λ至3λ的范围内。在又一实施例中，至少一个纳米结构的平面视图剖面形状可以包括倒圆拐角，倒圆拐角具有基于由衍射光学元件产生的衍射图案的光点强度非均匀性而选择的拐角半径。在再一实施例中，纳米结构可以包括形成在基底层的表面上的柱状纳米结构，并且纳米结构的折射率可以大于基底层的折射率。在一个实施例中，纳米结构可以包括形成在基底层中的孔，并且纳米结构的折射率可以小于基底层的折射率。在另一实施例中，基底层和纳米结构可以包括可以与互补金属氧化物半导体处理技术相容的材料。在又一实施例中，基底层可以包括二氧化硅，并且纳米结构可以包括柱状纳米结构并且可以包括氮化硅。在再一实施例中，纳米结构层的第一预定区域可以包括第一预定周期性和第一标称纳米结构尺寸，纳米结构层的第二预定区域可以包括第二预定周期性和第二标称纳米结构尺寸或它们的组合，第一预定周期性可以不同于第二预定周期性，并且第一标称纳米结构尺寸可以不同于第二标称纳米结构尺寸。在一个实施例中，该方法还可以包括在基底层和纳米结构层中的至少一者上形成抗反射涂层。

技术特征：

1.一种衍射光学元件，所述衍射光学元件包括：

2.根据权利要求1所述的衍射光学元件，其中，纳米结构包括形成在基底层的表面上的柱状纳米结构、形成在基底层中的孔或它们的组合。

3.根据权利要求2所述的衍射光学元件，其中，至少一个纳米结构包括圆形、椭圆形、正方形或矩形的平面视图的剖面形状，并且

4.根据权利要求2所述的衍射光学元件，其中，至少一个纳米结构的平面视图的剖面形状包括倒圆拐角，倒圆拐角包括拐角半径，基于由衍射光学元件产生的衍射图案的光点强度非均匀性来选择拐角半径。

5.根据权利要求2所述的衍射光学元件，其中，纳米结构包括形成在基底层的表面上的柱状纳米结构，并且

6.根据权利要求2所述的衍射光学元件，其中，纳米结构包括形成在基底层中的孔，并且

7.根据权利要求2所述的衍射光学元件，其中，基底层和纳米结构包括与互补金属氧化物半导体处理技术兼容的材料。

8.根据权利要求7所述的衍射光学元件，其中，基底层包括二氧化硅，并且

9.根据权利要求2所述的衍射光学元件，其中，纳米结构层的第一预定区域包括第一预定周期性和第一标称纳米结构尺寸，

10.根据权利要求1所述的衍射光学元件，所述衍射光学元件还包括形成在基底层和纳米结构层中的至少一者上的抗反射涂层。

11.一种制造衍射光学元件的方法，所述方法包括以下步骤：

12.根据权利要求11所述的方法，其中，纳米结构包括形成在基底层的表面上的柱状纳米结构、形成在基底层内的孔或它们的组合。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，至少一个纳米结构包括圆形、椭圆形、正方形或矩形的平面视图的剖面形状，并且

14.根据权利要求12所述的方法，其中，至少一个纳米结构的平面视图的剖面形状包括倒圆拐角，倒圆拐角包括拐角半径，基于由衍射光学元件产生的衍射图案的光点强度非均匀性来选择拐角半径。

15.根据权利要求12所述的方法，其中，纳米结构包括形成在基底层的表面上的柱状纳米结构，并且

16.根据权利要求12所述的方法，其中，纳米结构包括形成在基底层中的孔，并且

17.根据权利要求12所述的方法，其中，基底层和纳米结构包括与互补金属氧化物半导体处理技术兼容的材料。

18.根据权利要求12所述的方法，其中，基底层包括二氧化硅，并且

19.根据权利要求12所述的方法，其中，纳米结构层的第一预定区域包括第一预定周期性和第一标称纳米结构尺寸，

20.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括在基底层和纳米结构层中的至少一者上形成抗反射涂层。

技术总结提供了片上纳米级衍射光学元件及其制造方法。所述衍射光学元件(DOE)包括基底层；以及包括纳米结构的纳米结构层，纳米结构具有在目标波长λ的0.75λ至3λ的范围内的预定周期性。纳米结构是形成在基底层的表面上的柱状纳米结构、形成在基底层中的孔或它们的组合。至少一个纳米结构具有圆形、椭圆形、正方形或矩形的平面视图剖面形状。至少一个纳米结构的平面视图剖面形状包括倒圆拐角，倒圆拐角具有基于由DOE产生的衍射图案的期望光点强度非均匀性而选择的拐角半径。当纳米结构为柱状时，纳米结构的折射率大于基底层的折射率。当纳米结构为孔时，纳米结构的折射率小于基底层的折射率。技术研发人员：朴海利,拉德瓦努尔·哈桑·斯迪克,玛莎·拖芬,王一兵受保护的技术使用者：三星电子株式会社技术研发日：技术公布日：2024/6/13