干涉濾波器簡化半導體積體電路的複雜光學功能
干涉濾波器具有高帶通透射(high band pass transmission)、低阻帶透射(low stop band transmission)和銳躍遷(sharp transition)等高值特性，是限制對特定波長範圍響應的極佳工具。
干涉濾波器是由介電材料的薄層所構成，例如表1：
表1：不同材料的折射率。
通過選擇適當的折射率和薄層的厚度，特定的波長就能透射通過濾波器以產生通帶區域，或是反射產生阻帶區域。由於阻帶低透射率是反射的結果，所以吸收的光能量很小。
堆疊多個薄層以產生從通帶到阻帶區域的更尖銳的躍遷(transition)。
圖1：不同層數薄層的透射率。
Transmission: 透射率
Wavength: 波長
長通、短通和陷波濾波器(notch filter)一般使用100層以上的薄層來形成尖銳的躍遷(transition)。 即使薄層的數量龐大，通帶波長能保持超過90％的高透射率，而阻帶波長的透射率則小於1％。 濾波器躍遷可以低至10nm。圖2所示為可通過可見光波長和阻擋紅外波長的干涉濾波器。
圖2：可通過可見光波長和阻擋紅外波長的干涉濾波器特性。
通過減少層數並引入額外的折射率，干涉濾波器也能產生躍遷較慢的加權響應(weighted response)。 增加加權回應能為感測器設計帶來許多好處，能讓感測器複製特定的光學功能，
圖3：濾波器複製光學功能的實例。
不使用濾波器複製光學功能，則需要使用更複雜和昂貴的光譜掃描來獲取相同的資訊。半導體上的多層濾波層沉積和蝕刻工藝讓設計者能為半導體晶圓上的每個獨立通道指定獨有的加權光學功能，
圖4：多通道感測器。設計中需考慮的干擾濾波器特性之一是感測器的接收角度。 隨著照度光源入射角增大，干涉濾波器的特性也將隨之改變。 阻帶透射將增加，且躍遷波長將隨著光源入射角增加而改變。
圖5：不同的感測器接收角度的干擾濾波器特性。
限制感測器的視野就能自然而然地最小化這種效應。 如果視野需要加大，則可以將漫射器(diffuser)合併至光學堆疊中。漫射器能以隨機方向重新定向光能，這方向與光源角度無關。 通過漫射器開孔、感測器有效面積，以及感測器和擴散器之間距離的幾何關係，可以限定系統的接收角度。
圖6：漫射器開孔、感測器有效面積，以及感測器和擴散器之間距離的幾何關係。
Sensor active Area: 感測器有效面積
Diffusor aperture: 漫射器開孔
Air gap: 空氣間隙
漫射器不會消除感測器上的入射角效應，但是它能使與光源入射角度相關的系統回應更穩定。如此一來，較簡單的系統級設計也能容納與較大光源入射角相關的偏斜光譜回應(skewed spectral response)。
有機濾波器是有別於干涉濾波器的另一選項，它沒有干涉濾波器對於光源入射角度的那種靈敏度， 然而有機濾波器並不具有干涉濾光器那種匹配光學功能和效率能力，且有機濾波器確實具有比干涉濾波器更低的操作和儲存溫度。
低溫濺射工藝和掀離(lift-off)技術使得干涉濾波器對溫度變化和暴露于高濕度具有低靈敏度。先進的沉積處理技術確保濾波器的高品質且能在惡劣環境中良好運作。最佳的製造商會在工藝內整合控制監視器，以達成薄層厚度和材料的均勻性，進而確保維持低公差。結合光學快速回饋的等離子體濺射工藝會產生嚴密控制的膜化學計量結構。
軟體可用來模擬干擾濾波器的設計，並優化形狀以匹配預期的透射特性。感測器設計優化的其他考慮包括補償矽光譜回應和光學堆疊的影響。在濾波器分析中納入製造商的工藝公差，這對於穩定可靠的設計而言至關重要。
濾波器的透射形狀和感測器通道增益是滿足光學功能設計需求的關鍵，可以實現簡單、可靠和成本效益佳的解決方案。與具有以下經驗的半導體製造商合作是一大優勢，可以確保成功產出基於光學功能的感測器設計和產品。
•干擾濾波器的設計工程工具和經驗
•封裝和系統級光學分析，用於調整濾波器以優化系統性能
•直接在半導體上進行多個篩檢程式沉積的工藝，以及避免該工藝該相關問題的專有知識和技術。
•容納大量相關光電感測器的高產能
•整合至工藝的設備，能精密監控介電層厚度和材料均勻性
•垂直整合，能提供包括光學元件在內的電子元件封裝
本文來自《電子工程專輯》2017年4月刊，版權所有，謝絕轉載
圖5：不同的感測器接收角度的干擾濾波器特性。
限制感測器的視野就能自然而然地最小化這種效應。 如果視野需要加大，則可以將漫射器(diffuser)合併至光學堆疊中。漫射器能以隨機方向重新定向光能，這方向與光源角度無關。 通過漫射器開孔、感測器有效面積，以及感測器和擴散器之間距離的幾何關係，可以限定系統的接收角度。
圖6：漫射器開孔、感測器有效面積，以及感測器和擴散器之間距離的幾何關係。
Sensor active Area: 感測器有效面積
Diffusor aperture: 漫射器開孔
Air gap: 空氣間隙
漫射器不會消除感測器上的入射角效應，但是它能使與光源入射角度相關的系統回應更穩定。如此一來，較簡單的系統級設計也能容納與較大光源入射角相關的偏斜光譜回應(skewed spectral response)。
有機濾波器是有別於干涉濾波器的另一選項，它沒有干涉濾波器對於光源入射角度的那種靈敏度， 然而有機濾波器並不具有干涉濾光器那種匹配光學功能和效率能力，且有機濾波器確實具有比干涉濾波器更低的操作和儲存溫度。
低溫濺射工藝和掀離(lift-off)技術使得干涉濾波器對溫度變化和暴露于高濕度具有低靈敏度。先進的沉積處理技術確保濾波器的高品質且能在惡劣環境中良好運作。最佳的製造商會在工藝內整合控制監視器，以達成薄層厚度和材料的均勻性，進而確保維持低公差。結合光學快速回饋的等離子體濺射工藝會產生嚴密控制的膜化學計量結構。
軟體可用來模擬干擾濾波器的設計，並優化形狀以匹配預期的透射特性。感測器設計優化的其他考慮包括補償矽光譜回應和光學堆疊的影響。在濾波器分析中納入製造商的工藝公差，這對於穩定可靠的設計而言至關重要。
濾波器的透射形狀和感測器通道增益是滿足光學功能設計需求的關鍵，可以實現簡單、可靠和成本效益佳的解決方案。與具有以下經驗的半導體製造商合作是一大優勢，可以確保成功產出基於光學功能的感測器設計和產品。
•干擾濾波器的設計工程工具和經驗
•封裝和系統級光學分析，用於調整濾波器以優化系統性能
•直接在半導體上進行多個篩檢程式沉積的工藝，以及避免該工藝該相關問題的專有知識和技術。
•容納大量相關光電感測器的高產能
•整合至工藝的設備，能精密監控介電層厚度和材料均勻性
•垂直整合，能提供包括光學元件在內的電子元件封裝
本文來自《電子工程專輯》2017年4月刊，版權所有，謝絕轉載