超颖光学器件和包括该超颖光学器件的电子设备的制作方法

超颖光学器件和包括该超颖光学器件的电子设备
1.相关申请的交叉引用
2.本技术基于并要求于2022年1月24日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请no.10-2022-0010230的优先权，该申请的公开通过全文引用合并于此。
技术领域
3.示例实施例涉及一种超颖光学器件和一种包括该超颖光学器件的电子设备。


背景技术：

4.使用超颖结构的衍射光学器件可以获得通过已知折射器件无法获得的各种光学效果并且可以实现纤薄光学系统，因此，衍射光学器件在许多领域引起了越来越多的关注。
5.超颖结构具有纳米结构，在该纳米结构中将小于入射光波长的尺寸应用于形状、周期等，并且该纳米结构被设计为能够满足针对每个位置设置的相位延迟曲线以获得期望的光学性能。
6.当这样设计的纳米结构通过半导体工艺进行制造时，通常执行成膜、光刻和蚀刻的步骤。当要制造的衍射光学器件包括多个层时，蚀刻停止层用于保护在蚀刻工艺中支撑蚀刻目标材料的下层。蚀刻停止层形成具有与相邻层不同的折射率的界面并部分地反射光。尽管可以通过调整蚀刻停止层的折射率来降低反射率，但因为蚀刻停止层被设置为具有蚀刻速率低于蚀刻目标材料的蚀刻速率的材料，可以使用的材料的类型受到限制，因此难以降低反射率。


技术实现要素：

7.一个或多个示例实施例提供了一种超颖光学器件，该超颖光学器件可以由于蚀刻停止层而降低反射率。
8.附加方面部分地将在接下来的描述中阐述，且部分地将通过该描述而变得清楚明白，或者可以通过对本公开的示例实施例的实践来获知。
9.根据示例实施例的一方面，提供了一种超颖光学器件，该超颖光学器件包括：基板；第一超颖结构层，设置在基板上，该第一超颖结构层包括具有亚波长形状尺寸的第一纳米结构和设置为与该第一纳米结构相邻的第一外围材料；第二超颖结构层，设置在第一超颖结构层上，该第二超颖结构层包括具有亚波长形状尺寸的第二纳米结构和设置为与该第二纳米结构相邻的第二外围材料；以及第一功能层，设置在第一超颖结构层和第二超颖结构层之间，该第一功能层包括蚀刻速率低于第二外围材料的蚀刻速率的第一-第一层和折射率与第一-第一层的折射率不同的第一-第二层。
10.当第一超颖结构层的有效折射率为n1且第二超颖结构层的有效折射率为n2时，第一-第一层的折射率和第一-第二层的折射率中的一个可以大于(n1*n2)
1/2
，并且第一-第一层的折射率和第一-第二层的折射率中的另一个可以小于(n1*n2)
1/2
。
11.第一功能层还可以包括：第一-第三层，具有与第一-第一层相同的折射率和与第
一-第一层相同的厚度，并且第一-第二层可以设置在第一-第一层和第一-第三层之间。
12.超颖光学器件还可以包括：第二功能层，设置在基板和第一超颖结构层之间，该第二功能层包括：蚀刻速率低于第一外围材料的蚀刻速率的第二-第一层和折射率与第二-第一层的折射率不同的第二-第二层。
13.当基板的折射率为ns且第一超颖结构层的有效折射率为n1时，第二-第一层的折射率和第二-第二层的折射率中的一个可以大于(ns*n1)
1/2
，并且第二-第一层的折射率和第二-第二层的折射率中的另一个可以小于(ns*n1)
1/2
。
14.第二功能层还可以包括：第二-第三层，具有与第二-第一层相同的折射率和与第二-第一层相同的厚度，并且第二-第二层可以设置在第二-第一层和第二-第三层之间。
15.超颖光学器件还可以包括：抗反射层，设置在所述基板和所述第一超颖结构层之间，并且具有在所述基板的折射率ns和所述第一超颖结构层的有效折射率之间的有效折射率。
16.超颖光学器件还可以包括：抗反射层，设置在所述第二超颖结构层上，并且具有在所述第二超颖结构层的有效折射率和1之间的有效折射率。
17.第二纳米结构可以设置为与第二外围材料相邻的孔。
18.超颖光学器件还可以包括：保护层，设置在第二超颖结构层上，其中，抗反射层设置在第二超颖结构层和保护层之间。
19.形成第二纳米结构的孔可以穿过抗反射层延伸到保护层的界面。
20.抗反射层可以包括由与保护层相同的材料形成的层和由与保护层的材料不同的材料形成的层，并且由与保护层的材料不同的材料形成的层可以与保护层接触。
21.第二外围材料可以包括氮化硅，并且第一功能层的第一-第一层可以包括氧化铪。
22.第一功能层的第一-第二层可以包括氧化硅。
23.第一功能层的第一-第一层的厚度可以大于或等于3nm且小于或等于100nm。
24.当超颖光学器件的工作波长的中心波长为λc时，第一功能层的总厚度可以大于或等于λc/10且小于或等于λc。
25.根据示例实施例的另一方面，提供了一种超颖光学器件，该超颖光学器件包括：基板；超颖结构层，设置在基板上，该超颖结构层包括具有亚波长形状尺寸的纳米结构和设置为与该纳米结构相邻的外围材料；以及功能层，设置在基板和超颖结构之间，该功能层包括：蚀刻速率低于外围材料的蚀刻速率的第一层和折射率与第一层的折射率不同的第二层。
26.当基板的折射率为ns且超颖结构层的有效折射率为n1时，第一层的折射率和第二层的折射率中的一个可以大于(ns*n1)
1/2
，并且第一层的折射率和第二层的折射率中的另一个可以小于(ns*n1)
1/2
。
27.功能层还可以包括：第三层，具有与第一层相同的折射率且具有与第一层相同的厚度，并且第二层设置在第一层和第三层之间。
28.超颖光学器件还可以包括：抗反射层，设置在超颖结构层上，并且具有在超颖结构层的有效折射率和1之间的有效折射率。
29.纳米结构可以设置为与外围材料相邻的孔。
30.超颖光学器件还可以包括：保护层，设置在超颖结构层上，其中，抗反射层设置在
超颖结构层和保护层之间。
31.形成纳米结构的孔可以穿过抗反射层延伸到保护层的界面。
32.抗反射层可以包括由与保护层相同的材料形成的层和由与保护层的材料不同的材料形成的层，并且由与保护层的材料不同的材料形成的层可以与保护层接触。
33.根据示例实施例的另一方面，提供了一种电子设备，该电子设备包括：透镜组件，包括超颖光学器件；图像传感器，被配置为将由透镜组件形成的光学图像转换为电信号，其中，超颖光学器件包括：基板；第一超颖结构层，设置在基板上，该第一超颖结构层包括具有亚波长形状尺寸的第一纳米结构和设置为与第一纳米结构相邻的第一外围材料；第二超颖结构层，设置在第一超颖结构层上，该第二超颖结构层包括具有亚波长形状尺寸的第二纳米结构和设置为与第二纳米结构相邻的第二外围材料；以及第一功能层，设置在第一超颖结构层和第二超颖结构层之间，该第一功能层包括蚀刻速率低于第二外围材料的蚀刻速率的第一层和折射率与第一层的折射率不同的第二层。
34.根据示例实施例的另一方面，提供了一种电子设备，该电子设备包括：光源，被配置为向对象发射光；超颖光学器件；光电检测器，被配置为检测从对象反射的光；以及信号处理器，被配置为处理光电检测器的信号，其中，超颖光学器件包括：基板；第一超颖结构层，设置在基板上，该第一超颖结构层包括具有亚波长形状尺寸的第一纳米结构和设置为与第一纳米结构相邻的第一外围材料；第二超颖结构层，设置在第一超颖结构层上，该第二超颖结构层包括具有亚波长形状尺寸的第二纳米结构和设置为与第二纳米结构相邻的第二外围材料；以及第一功能层，设置在第一超颖结构层和第二超颖结构层之间，该第一功能层包括蚀刻速率低于第二外围材料的蚀刻速率的第一层和折射率与第一层的折射率不同的第二层。
35.超颖光学器件可以设置在光源和对象之间的光路以及对象和光电检测器之间的光路中的一个上。
36.根据示例实施例的另一方面，提供了一种超颖光学器件，该超颖光学器件包括：基板；第一超颖结构层，设置在基板上，该第一超颖结构层包括具有亚波长形状尺寸的第一纳米结构和设置为与第一纳米结构相邻的第一外围材料；第二超颖结构层，设置在第一超颖结构层上，该第二超颖结构层包括具有亚波长形状尺寸的第二纳米结构和设置为与第二纳米结构相邻的第二外围材料；功能层，设置在第一超颖结构层和第二超颖结构层之间，该功能层包括蚀刻速率低于第二外围材料的蚀刻速率的第一层和折射率与第一层的折射率不同的第二层；以及抗反射层，设置在基板和第一超颖结构层之间。
附图说明
37.根据结合附图的以下描述，本公开的示例实施例的上述和其他方面、特征和优点将更加清楚明白，在附图中：
38.图1是示出了根据示例实施例的超颖光学器件的结构的截面图；
39.图2是示出了根据另一示例实施例的超颖光学器件的结构的截面图；
40.图3是示出了根据另一示例实施例的超颖光学器件的结构的截面图；
41.图4是示出了根据另一示例实施例的超颖光学器件的结构的截面图；
42.图5是示出了根据另一示例实施例的超颖光学器件的结构的截面图；
43.图6是示出了根据另一示例实施例的超颖光学器件的结构的截面图；
44.图7是示出了根据另一示例实施例的超颖光学器件的结构的截面图；
45.图8是示出了根据另一示例实施例的超颖光学器件的结构的截面图；
46.图9是示出了根据另一示例实施例的超颖光学器件的结构的截面图；
47.图10是示出了根据另一示例实施例的超颖光学器件的结构的截面图；
48.图11是示出了根据另一示例实施例的超颖光学器件的结构的截面图；
49.图12a是示出了根据相关示例的超颖光学器件的结构以及用于计算仿真的材料和形状尺寸的截面图，图12b是示出了图12a的透光率计算仿真结果的曲线图；
50.图13a是示出了根据示例实施例的超颖光学器件的结构以及用于计算仿真的材料和形状尺寸的截面图，图13b是示出了图13a的透光率计算仿真结果的曲线图；
51.图14a是示出了根据另一相关示例的超颖光学器件的结构以及用于计算仿真的材料和形状尺寸的截面图，图14b是示出了图14a的透光率计算仿真结果的曲线图；
52.图15a是示出了根据另一示例实施例的超颖光学器件的结构以及用于计算仿真的材料和形状尺寸的截面图，图15b是示出了图15a的透光率计算仿真结果的曲线图；
53.图16a是示出了根据另一示例实施例的包括超颖光学器件的超颖透镜的区域结构的平面图；
54.图16b示例性地示出了在图16a的每个区域中实现的相位分布；
55.图17是示出了根据示例实施例的电子设备的配置的框图；
56.图18是示出了包括在图17的电子设备中的相机模块的配置的框图；以及
57.图19是示出了包括在图17的电子设备中的三维传感器的配置的框图。
具体实施方式
58.现在详细参考实施例，在附图中示出了实施例的示例，其中，贯穿附图类似的附图标记表示类似的元件。在这点上，呈现的实施例可以具有不同形式，并且不应当被解释为受限于本文所阐明的描述。因此，下面仅通过参考附图描述实施例，以解释各个方面。如本文中所使用的术语“和/或”包括相关列出项目中的一个或多个的任何和所有组合。诸如
“…
中的至少一个”之类的表述当在元件列表之后时修饰整个元件列表，而不是修饰列表中的单独元件。例如，表述“a、b和c中的至少一个”应该理解为仅包括a、仅包括b、仅包括c、包括a和b两者、包括a和c两者、包括b和c二者、或包括a、b和c的全部。
59.在下文中，将参照附图来详细描述示例实施例。将要描述的示例实施例仅仅是示例，并且可以根据示例实施例进行各种修改。在以下附图中，相同的附图标记表示相同的组件，并且为了清楚和便于描述，附图中的每个组件的尺寸可能被放大。
60.在下文中，被描述为“上部”或“上”的内容不仅可以包括直接在其上与其接触的组件，还可以包括在其上不与其接触的组件。
61.诸如第一和第二的术语可用于描述各种组件，但仅用于将一个组件与另一个组件区分开来。这些术语不意在限制组件的材料或结构。
62.除非上下文另外明确指出，否则单数表述包括复数表述。此外，当一部分“包括”某个组件时，这意味着可以进一步包括其他组件，而不是排除其他组件，除非有相反的特别说明。
63.另外，说明书中描述的诸如“...单元”、“...部分”、“模块”等术语是指执行至少一种功能或操作的单元，其可以实现为硬件或软件或实现为硬件和软件的结合。
64.术语“所述”和类似的参考术语的使用可以与单数和复数相对应。
65.构成方法的步骤可以以任何合适的顺序执行，除非有明确声明构成该方法的步骤应按所述的顺序执行。此外，所有示例术语(例如，等等)的使用仅用于详细描述技术构思，并且权利要求的范围不受这些术语的限制，除非受权利要求的限制。
66.图1是示出了根据示例实施例的超颖光学器件的结构的截面图。
67.超颖光学器件1是调制入射光的相位的平面衍射元件。超颖光学器件1包括第一纳米结构ns1和第二纳米结构ns2，第一纳米结构ns1和第二纳米结构ns2中的每一个具有亚波长的形状尺寸，该亚波长的形状尺寸小于作为相位调制目标的光的波长，并且该超颖光学器件1根据由第一纳米结构ns2和第二纳米结构ns2的布置形成的折射率分布来延迟通过第一纳米结构ns1和第二纳米结构ns2的光的相位。相位迟滞(相位延迟)根据代表折射率分布的每个位置而变化。折射率分布由第一纳米结构ns1和第二纳米结构ns2与第一外围材料e1和第二外围材料e2之间的具体形状尺寸差异、布置差异和折射率差异形成。超颖光学器件1可以根据相位迟滞的每个位置的形状来表示透镜、镜子、光束偏转器和光束整形器的各种光学性能。
68.超颖光学器件1可以包括第一超颖结构层ms1和第二超颖结构层ms2。第一超颖结构层ms1包括具有亚波长形状尺寸的第一纳米结构ns1和形成在第一纳米结构ns1周围的第一外围材料e1。第一纳米结构ns1和第一外围材料e1具有不同的折射率。第二超颖结构层ms2包括具有亚波长形状尺寸的第二纳米结构ns2和形成在第二纳米结构ns2周围的第二外围材料e2。第二纳米结构ns2和第二外围材料e2具有不同的折射率。第一超颖结构层ms1和第二超颖结构层ms2可以由基板su支撑。第一超颖结构层ms1可以设置在基板su上，并且第二超颖结构层ms2可以设置在与基板su相对的第一超颖结构层ms1上。
69.第一纳米结构ns1、第一外围材料e1、第二纳米结构ns2和第二外围材料e2的材料和形状被设置为具有用于形成适合于超颖光学器件1的期望光学性能的相位分布的折射率分布。如图所示，超颖光学器件1的第一纳米结构ns1和第二纳米结构ns2可以布置在多个层中。
70.第一纳米结构ns1可以具有直径d1和高度h1的圆柱形形状，并且第二纳米结构ns2可以具有直径d2和高度h2的圆柱形形状。然而，此为示例，并且第一纳米结构ns1和第二纳米结构ns2中的每个可以改变为多边形柱状形状、椭圆柱状形状等。根据另一示例实施例，垂直于高度方向(z方向)的截面形状可以是任何形状，并且可以是对称的形状或不对称的形状。另外，垂直于高度方向(z方向)的截面的宽度或形状可以不是恒定的。例如，与z方向平行的截面的形状可以是梯形。可以根据期望的相位分布来设置第一纳米结构ns1和第二纳米结构ns2的形状尺寸，并且其具体的尺寸可以根据其位置而变化。例如，直径d1和直径d2可以不是恒定的，并且具有适合于针对每个位置所确定的相位调制的尺寸。
71.第一纳米结构ns1的直径d1和第二纳米结构ns2的直径d2可以是亚波长。例如，当将要被相位调制的光是可见光时，直径d1和直径d2可以具有小于400nm、300nm或200nm的尺寸。例如，直径d1和直径d2可以在约10nm至约500nm的范围内。第一纳米结构ns1的高度h1和第二纳米结构ns2的高度h2可以具有从亚波长到大于波长的尺寸。例如，高度h1和高度h2可
以在大约500nm到大约1500nm的范围内。第一纳米结构ns1和第二纳米结构ns2可以具有大于1的高纵横比，使得不会发生光学谐振。例如，表示为h1/d1和h2/d2的纵横比可以大于1，可以是5，可以大于或等于10，可以小于或于20，或者可以小于或等于60。
72.第一纳米结构ns1可以由具有比第一外围材料e1的折射率高的折射率的材料形成，反之亦然。第一纳米结构ns1和第一外围材料e1之间的折射率差可以大于或等于2。第二纳米结构ns2可以由具有比第二外围材料e2的折射率高的折射率的材料形成，反之亦然。第二纳米结构ns2和第二外围材料e2之间的折射率差可以大于或等于2。用于第一超颖结构层ms1和第二超颖结构层ms2的具有高折射率的材料可以包括例如c-si、p-si、a-si和iii-v化合物半导体(磷化镓(gap)、氮化镓(gan)、砷化镓(gaas)等)、碳化硅(sic)、二氧化钛(tio2)、氮化硅(sin)和/或其组合。用于第一超颖结构层ms1和第二超颖结构层ms2的具有低折射率的材料可以包括氧化硅(sio2)、基于硅氧烷的旋涂玻璃(sog)或空气。
73.基板su支撑第一超颖结构层ms1，并且可以由例如对超颖光学器件1的工作波段的光透明的材料形成。基板su可以由折射率比包括在第一超颖结构层ms1中的具有高折射率的材料低的介电材料(例如sio2或sog)形成。
74.包括在超颖光学器件1中的每个组件的形状尺寸可以是与超颖光学器件1的性能直接相关的变量，因此，制造包括具有高纵横比的第一纳米结构ns1和第二纳米结构ns2的超颖光学器件1的过程很困难。在制造过程中，首先通过膜形成工艺、光刻工艺和蚀刻工艺形成与第一纳米结构ns1和第二纳米结构ns2相对应的图案，然后在图案内部填充形成第一纳米结构ns1和第二纳米结构ns2的材料，此时需要精确控制深蚀刻深度。用于此目的的蚀刻停止层通常包括在最终完成的结构中，并且光学性能可能由于在该蚀刻停止层的界面处发生的光反射而降低。
75.根据示例实施例的超颖光学器件1包括布置在第一超颖结构层ms1和第二超颖结构层ms2之间的第一功能层10。该第一功能层10作为蚀刻停止层用于超颖光学器件1的制造过程中，同时也用于减少在第一超颖结构层ms1和第二超颖结构层ms2之间的界面处反射的光量。为此，第一功能层10包括用作蚀刻停止层的第一层11和用于满足适合于抗反射的折射率要求的第二层12。第二层12可以具有与第一层11的折射率不同的折射率。当为了将第一层11用作蚀刻停止层而设置第一层11的材料和厚度t11时，第二层12的材料和厚度t12被设置为来实现第一功能层10(连同第一层11的折射率)所需的目标折射率。
76.当按照基板su、第一超颖结构层ms1和第二超颖结构层ms2的顺序制造超颖光学器件1时，为了形成第二超颖结构层ms2，在第一超颖结构层ms1的整个表面上形成与第二外围材料e2相对应的材料，并通过光刻工艺和蚀刻工艺形成用于形成第二纳米结构ns2的图案。例如，执行以预设图案蚀刻形成第二外围材料e2的材料的工艺，并且在该工艺中，可能会损坏作为下部结构的第一超颖结构层ms1。当第二超颖结构层ms2形成在第一超颖结构层ms1上时，第一层11作为蚀刻停止层在蚀刻工艺期间保护第一超颖结构层ms1。
77.当第二超颖结构层ms2形成在第一超颖结构层ms1上时，执行利用蚀刻停止层的蚀刻工艺，因此先前形成的第一超颖结构层ms1不被损坏并且可以很好地保持其高度和形状。因此，可以良好地保持由第一超颖结构层ms1显示的相位分布的折射率分布。此外，通过蚀刻停止层，蚀刻深度可以是恒定的，因此，第二超颖结构层ms2的高度h2可以良好地形成为期望的高度。因此，可以良好地实现要由第二超颖结构层ms2显示的相位分布的折射率分
布。
78.此外，蚀刻停止层需要由蚀刻速率低于第二外围材料e2的蚀刻速率的材料形成，并且第二外围材料e2必须设置为具有适合于第一纳米结构ns1的折射率差的材料。由于该要求，可用作蚀刻停止层的材料有限，因此难以具有合适的折射率来降低反射率。可以形成第二层12来补偿这一点，第二层包括具有与第一层11的折射率不同的折射率的材料，并且第二层12和第一层11一起使得第一功能层10具有期望的目标折射率。该目标折射率是两种材料之间的有效介质所需的理论折射率，从而减少在具有不同折射率的两种材料之间的界面处发生的反射。
79.这样，第一功能层10作为蚀刻停止层，并且第一功能层10的具体配置被确定为具有如下目标折射率和厚度，该目标折射率和厚度可以在光穿过第一超颖结构层ms1和第二超颖结构层ms2之间的边界时尽可能减少反射量。
80.第一层11的材料被选择为具有比第二外围材料e2的蚀刻速率低的蚀刻速率。可以用作第一层11的材料的类型由蚀刻速率的要求确定。例如，当第二外围材料e2由sio2形成时，诸如氮化硅(si3n4)、氧氮化硅(sion)、氧化铝(al2o3)或氧化铪(hfo2)的材料可以用于第一层11。根据另一示例实施例，当第二外围材料e2为sin时，hfo2可用于第一层11。
81.可以通过考虑由蚀刻去除的材料的量(例如，蚀刻第二外围材料e2的厚度)和被执行蚀刻工艺的晶片上的蚀刻分布来确定第一层11的厚度。例如，第一层11的厚度可以大于或等于5nm，可以大于或等于10nm，可以大于或等于50nm且可以小于或等于200nm，可以小于或等于150nm，或者可以小于或等于100nm。第一层11的厚度可以大于或等于50nm且小于或等于100nm。第一层11的厚度范围的下限可以随着由蚀刻去除的量的增加而增加，并且第一层11的厚度可以大于或等于第二超颖结构层ms2的高度h2的1％或者大于或等于第二超颖结构层ms2的高度h2的2％。
82.用于第二层12的材料和第二层12的厚度可以通过考虑由作为整体的第一功能层10表示的目标折射率来确定。当第一超颖结构层ms1的有效折射率为n1且第二超颖结构层ms2的有效折射率为n2时，第一功能层10的目标折射率n_target在n1和n2之间。例如，当n1《n2时n1《n_target《n2，当n1》n2时，n2《n_target《n1。目标折射率可以是与(n1*n2)
1/2
相似的值，但不限于此。这里，有效折射率可以是通过将具有不同折射率的结构的布置表达为一种光学等效的有效介质来表示的折射率分布，并且该有效折射率可以通过计算仿真等来计算。在下文中，当表示为组件的“折射率”并且当组件包括具有不同折射率的多种类型的材料时，该折射率可以解释为表示“有效折射率”。当根据蚀刻速率的要求而确定的第一层11的折射率大于目标折射率时，第二层12可以由折射率低于目标折射率的材料形成。当第一层11的折射率小于目标折射率时，第二层12可以由折射率大于目标折射率的材料形成。
83.例如，第一层11和第二层12可以具有不同的折射率，其中第一层11和第二层12中的一个由折射率大于目标折射率的材料形成，并且另一个由折射率小于目标折射率的材料形成。第一层11和第二层12中的一个由折射率大于(n1*n2)
1/2
的材料形成，并且另一个由折射率小于(n1*n2)
1/2
的材料形成。可以通过考虑第一层11的折射率、第一层11的厚度t11和第一功能层10的总厚度来设置第二层12的材料和厚度t12。可以通过使用转移矩阵法的计算或其他计算仿真来确定使得超颖光学器件1的透光率最大化的第一功能层10的总厚度。当将由超颖光学器件1相位调制的目标光的波长范围的中心波长表示为λc时，第一功能层
10的总厚度可以小于λc。第一功能层10的总厚度可以大于或等于λc/10且小于λc。由超颖光学器件1进行相位调制的目标光的波长范围可以包括可见光波段或红外至可见光波段。
84.参考图1，可以在基板su和第一超颖结构层ms1之间设置抗反射层60。抗反射层60减少发生在基板su和第一超颖结构层ms1之间的反射。当第一超颖结构层ms1的有效折射率为n1并且基板su的折射率为ns时，抗反射层60可以由具有在ns和n1之间的折射率的材料形成。抗反射层60的厚度可以在λc/10至λc的范围内。抗反射层60可以由多个层构成，例如，可以将多个层中的每一个的厚度和材料设置为使透光率最大化。可以省去抗反射层60。当第一超颖结构层ms1的有效折射率与基板su的折射率相近时，例如当第一超颖结构层ms1的有效折射率与基板su的折射率之差接近于零或可忽略不计时，可以不在基板su和第一超颖结构层ms1之间设置抗反射层60。
85.图2是示出了根据另一示例实施例的超颖光学器件的结构的截面图。
86.根据示例实施例的超颖光学器件2与图1的超颖光学器件1的不同之处在于：第二功能层20在基板su和第一超颖结构层ms1之间，第二功能层20具有与在第一超颖结构层ms1和第二超颖结构层ms2之间的第一功能层10相似的结构。
87.第二功能层20包括用作蚀刻停止层的第一层21和补充第一层21的折射率以满足第二功能层20的目标折射率的第二层22。第一层21包括蚀刻速率低于第一外围材料e1的蚀刻速率的材料。例如，当第一外围材料e1为sio2时，诸如si3n4、sion、al2o3或hfo2的材料可以用于第一层21。根据另一示例实施例，当第一外围材料e1为sin时，hfo2可用于第一层21。
88.当第一超颖结构层ms1形成在基板su上时，第一层21作为在蚀刻工艺期间保护基板su的蚀刻停止层。在一般情况下，在蚀刻过程中保护基板su可能意义不大。然而，当对基板su的高度hs有设置要求时，例如在超颖光学器件2与其他组件整体地形成的情况下，可以通过使用蚀刻停止层来适当地制造超颖光学器件2。此外，通过蚀刻停止层可以更精确地控制蚀刻深度，因此，可以根据需要良好地形成第一纳米结构ns1的高度。
89.可以通过考虑由蚀刻去除的材料的量(例如，蚀刻第一外围材料e1的厚度)和被执行蚀刻工艺的晶片上的蚀刻分布来确定第一层21的厚度。例如，第一层21的厚度可以大于或等于5nm，可以大于或等于10nm，可以大于或等于50nm且可以小于或等于200nm，可以小于或等于150nm，或者可以小于或等于100nm。第一层21的厚度可以大于或等于50nm且小于或等于100nm。第一层21的厚度t21的范围的下限可以随着通过蚀刻去除的量的增加而增加，并且第一层21的厚度t21可以大于或等于第一超颖结构层ms1的高度h1的1％或者大于或等于第一超颖结构层ms1的高度h1的2％。
90.用于第二层22的材料和第二层22的厚度可以通过考虑由作为整体的第二功能层20表示的有效折射率来确定。当第一超颖结构层ms1的有效折射率为n1且基板su的折射率为ns时，第二功能层20的目标折射率为(ns*n1)
1/2
。当根据蚀刻速率的要求而确定的第一层21的折射率大于目标折射率时，第二层22可以由折射率低于目标折射率的材料形成。当第一层21的折射率小于目标折射率时，第二层22可以由折射率大于目标折射率的材料形成。
91.例如，第一层21和第二层22可以具有不同的折射率，其中第一层21和第二层22中的一个由折射率大于目标折射率的材料形成，并且另一个由折射率小于目标折射率的材料形成。第一层21和第二层22中的一个由折射率大于(ns*n1)
1/2
的材料形成，并且另一个由折射率小于(ns*n1)
1/2
的材料形成。可以通过考虑第一层21的折射率、第一层21的厚度t21和
第一功能层20的总厚度来设置第二层22的材料和厚度t22。当将由超颖光学器件2相位调制的目标光的波长范围的中心波长表示为λc时，第二功能层20的总厚度可以在λc/10至λc的范围内。
92.图3是示出了根据另一示例实施例的超颖光学器件的结构的截面图。
93.根据示例实施例的超颖光学器件3与图1的超颖光学器件1不同之处在于第一功能层30的具体结构，而其余结构基本相同。
94.第一功能层30包括用作蚀刻停止层的第一层31、补充第一层31的折射率以满足其目标折射率的第二层32和第三层33。例如，第三层33可以具有与第一层31相同的折射率，并且第三层33的厚度t33可以与第一层31的厚度t31相同。在这种情况下，第一功能层30具有对称的层结构。在下文中将在与相关示例进行比较时的同时参考图12a或更多附图对该结构的效果进行描述。在该结构中，可以通过考虑额外设置的第三层33的厚度t33和折射率来设置第二层32的厚度t32和折射率。此外，第三层33不限于具有与第一层31相同的折射率和厚度。例如，当由于用作蚀刻停止层的第一层31与第一功能层30之间的目标折射率差较大，仅用一层第二层32难以满足目标折射率要求时，可以考虑额外设置第三层33。第一功能层30的总厚度可以在λc/10至λc的范围内。
95.图4是示出了根据另一示例实施例的超颖光学器件的结构的截面图。
96.根据示例实施例的超颖光学器件4与图3的超颖光学器件3的不同之处在于：具有三层结构的第二功能层40在基板su和第一超颖结构层ms1之间，其余结构基本相同。
97.第一功能层40包括用作蚀刻停止层的第一层41、补充第一层41的折射率以满足其目标折射率的第二层42和第三层43。第三层43的折射率可以与第一层41的折射率相同，并且第三层43的厚度t43可以与第一层41的厚度t41相同。第二层42可以在第一层41和第三层43之间。然而，第三层43的折射率和厚度t31不限于第一层41的折射率和厚度，并且可以设置为使得可以通过考虑用作蚀刻停止层的第一层41的折射率来实现第二功能层40的目标折射率。第二功能层40的总厚度可以在λc/10至λc的范围内。
98.图5是示出了根据另一示例实施例的超颖光学器件的结构的截面图。
99.根据示例实施例的超颖光学器件5与图4的超颖光学器件4的不同之处在于：在第二超颖结构层ms2上进一步设置有抗反射层70，其余结构基本相同。
100.抗反射层70减少在入射在超颖光学器件5上的光与第二超颖结构层ms2相遇的边界处发生的反射。当第二超颖结构层ms1的有效折射率被称为n2时，抗反射层70可以由折射率在1和n2之间的材料形成。抗反射层70的厚度可以在λc/10至λc的范围内。抗反射层70可以由多个层形成，并且例如，可以设置多个层的厚度和材料以最大化透光率。
101.图6是示出了根据另一示例实施例的超颖光学器件的结构的截面图。
102.根据示例性实施例的超颖光学器件6与超颖光学器件5的不同之处在于：第二超颖结构层ms2和抗反射层71的具体形状与超颖光学器件5不同，并且在抗反射层71上进一步设置了保护层90。
103.第二超颖结构层ms2的第二纳米结构ns2可以具有被第二外围材料e2包围并设置为与第二外围材料e2相邻的孔的形状。例如，第二纳米结构ns2可以具有中空孔柱的形状。该形状可以使得第二纳米结构ns2和第二外围材料e2之间的折射率差可以被最大化。然而，当图5中所示的抗反射层70形成在第二超颖结构层ms2上时，存在形成抗反射层70的材料进
入到该孔的风险。根据示例实施例的超颖光学器件6可以通过以下步骤来制造：在第一功能层30的整个上表面上顺序地堆叠由第二外围材料e2的材料形成的材料层和由抗反射层71的材料形成的材料层，然后将两个材料层图案化成与第二纳米结构ns2相对应的形状。因此，构成第二纳米结构ns2的孔具有穿过抗反射层71延伸到保护层90的界面的形状。此外，可以形成具有比抗反射层71的厚度大的厚度的保护层90，以通过调整台阶覆盖率来防止保护层90的材料进入孔。
104.图7是示出了根据另一示例实施例的超颖光学器件的结构的截面图。
105.根据示例实施例的超颖光学器件7与图6的超颖光学器件6的不同之处在于：第二超颖结构层ms2和保护层90之间的抗反射层80具有多层结构。
106.抗反射层80可以包括具有不同折射率的两个层81和82。层82可以由与保护层90相同的材料形成，并且层81可以由具有与保护层90的折射率不同的折射率的材料形成。由与保护层90的材料不同的材料形成的层81可以与保护层90接触。
107.图8是示出了根据另一示例实施例的超颖光学器件的结构的截面图。
108.超颖光学器件8包括第一超颖结构层ms1，该第一超颖结构层ms1包括具有亚波长形状尺寸的第一纳米结构ns1和形成在第一纳米结构ns1周围的第一外围材料e1。第一超颖结构层ms1在基板su上方，并且第二功能层20在基板su和第一超颖结构层ms1之间。
109.与参考图2所述的结构相似，第二功能层20可以包括第一层21和第二层22，第一层21具有被设置为用作蚀刻停止层的折射率和厚度t21，第二层22补充第一层21的折射率以满足第二功能层20的目标折射率。第一层21包括蚀刻速率低于第一外围材料e1的蚀刻速率的材料。例如，当第二外围材料e2由sio2形成时，诸如氮化硅(si3n4)、sion、al2o3或hfo2的材料可以用于第一层21。根据另一示例实施例，当第一外围材料e1为sin时，hfo2可用于第一层21。
110.当基板的折射率为ns且第一超颖结构层ms1的有效折射率为n1时，第一层21的折射率和第二层22的折射率中的一个可以大于(ns*n1)
1/2
，并且另一个可以小于(ns*n1)
1/2
。
111.抗反射层70可以在第一超颖结构层ms1上。抗反射层70可以具有在第一超颖结构层ms1的有效折射率n1和1之间的折射率。当第一超颖结构层ms1的有效折射率为n1时，抗反射层70可以由折射率在1和n1之间的材料形成。抗反射层70的厚度可以在λc/10至λc的范围内。抗反射层70可以由多个层形成，例如，可以将该多个层中的每一个的厚度和材料设置为使透光率最大化。
112.根据示例实施例的超颖光学器件8与上述图1至图7的超颖光学器件的不同之处在于：超颖光学器件8包括单层结构的第一超颖结构层ms1。可以通过基板su和第一超颖结构层ms1之间的第二功能层20来满足基板su的高度hs的要求或第一超颖结构层ms1的高度h1的要求，并且类似地，可以减少第一超颖结构层ms1和基板su之间的光反射。
113.图9是示出了根据另一示例实施例的超颖光学器件的结构的截面图。
114.根据示例实施例的超颖光学器件9与图8的超颖光学器件8的不同之处在于：第二功能层40形成为三层结构，而其余结构基本相同。因为第二功能层40与参考图4所描述的第二功能层40基本相同，因此省略其描述。
115.图10是示出了根据另一示例实施例的超颖光学器件的结构的截面图。
116.根据示例实施例的超颖光学器件10与图9的超颖光学器件的不同之处在于：第一
超颖结构层ms1和抗反射层71的具体形状与图9不同，并且在抗反射层71上进一步设置了保护层90。
117.第一超颖结构层ms1的第一纳米结构ns1可以具有被第二外围材料e2围绕并且设置为与第二外围材料e2相邻的孔的形状。例如，第一纳米结构ns1可以具有中空孔柱的形状，这可以尽可能地增加第一超颖结构层ms1中的折射率差。然而，当抗反射层71形成在第一超颖结构层ms1上时，存在形成抗反射层71的材料可能进入孔的风险。根据示例实施例的超颖光学器件10可以通过以下步骤来制造：在第二功能层40的整个上表面上顺序地堆叠由第一外围材料e1的材料形成的材料层和由抗反射层71的材料形成的材料层，然后将两个材料层图案化成与第一纳米结构ns1相对应的形状。因此，构成纳米结构的孔具有穿过抗反射层71延伸到保护层90的界面的形状。此外，可以形成具有比抗反射层71的厚度大的厚度的保护层90，以通过调整台阶覆盖率来防止保护层90的材料进入孔。
118.图11是示出了根据另一示例实施例的超颖光学器件的结构的截面图。
119.根据示例实施例的超颖光学器件11与图10的超颖光学器件10的不同之处在于：第一超颖结构层ms1和保护层90之间的抗反射层80具有多层结构。
120.抗反射层80可以包括具有不同折射率的两个层81和82。层82可以由与保护层90相同的材料形成，并且层81可以由具有与保护层90的折射率不同的折射率的材料形成。由与保护层90的材料不同的材料形成的层81可以与保护层90接触。
121.图12a是示出了根据相关示例的超颖光学器件的结构以及用于计算仿真的材料和形状尺寸的截面图，图12b是示出了图12a的透光率计算仿真结果的曲线图。
122.根据图12a的相关示例的超颖光学器件包括在基板su和超颖结构层ms之间的单层的蚀刻停止层es。在0.45μm和0.7μm之间的波段中，平均透光率《t》约为0.939。
123.图13a是示出了根据示例实施例的超颖光学器件的结构以及用于计算仿真的材料和形状尺寸的截面图，图13b是示出了图13a的透光率计算仿真结果的曲线图。
124.根据图13a的示例实施例的超颖光学器件包括在基板su和第一超颖结构层ms之间具有对称结构的功能层40。0.45μm至0.7μm之间的波段的平均透光率《t》约为0.991，其表示比相关示例的透光率高的透光率。
125.根据图12a的相关示例的超颖光学器件与根据图13a的示例实施例的超颖光学器件的不同之处在于：图12a的超颖光学器件不具有与根据图13a的示例实施例的超颖光学器件的功能层40相对应的结构。可以看出，通过设置包括具有对称结构的多个层的功能层40来增加超颖光学器件的透光率。
126.图14a是示出了根据另一相关示例的超颖光学器件的结构以及用于计算仿真的材料和形状尺寸的截面图，图14b是示出了图14a的透光率计算仿真结果的曲线图。
127.根据图14a的相关示例的超颖光学器件包括在基板su和第一超颖结构层ms1之间的单个蚀刻停止层es1、以及在第一超颖结构层ms1和第二超颖结构层ms2之间的单个蚀刻停止层es2。参考图14b，在0.45μm和0.7μm之间的波段中的平均透光率《t》约为0.918。
128.图15a是示出了根据示例实施例的超颖光学器件的结构以及用于计算仿真的材料和形状尺寸的截面图，图15b是示出了图15a的透光率计算仿真结果的曲线图。
129.根据图15a的示例实施例的超颖光学器件包括在基板su和第一超颖结构层ms1之间且具有对称结构的功能层40、以及在第一超颖结构层ms1和第二超颖结构层ms2之间且具
有对称结构的功能层30。参考图15b，在约0.45μm和约0.7μm之间的波段中的平均透光率《t》约为0.980，这表示比相关示例的透光率高的透光率。
130.根据图14a的相关示例的超颖光学器件与根据图15a的示例实施例的超颖光学器件的不同之处在于：图14a的超颖光学器件不具有与根据图15a的示例实施例的超颖光学器件的功能层30和40相对应的结构。可以看出，通过设置包括具有对称结构的多个层的功能层30和40来增加超颖光学器件的透光率。
131.上述超颖光学器件1至超颖光学器件11形成实现期望的相位分布的折射率分布，从而可以应用于各种光学设备，例如透镜、光束偏转器和光束整形器。
132.图16a是示出了包括根据示例实施例的超颖光学器件的超颖透镜的区域结构的平面图，图16b示例性地示出了在图16a的每个区域中实现的相位分布。
133.超颖透镜ml包括具有圆形中心部分的多个相位调制区域rk、和与圆形中心部分相邻设置并围绕圆形中心部分的环形区域。多个纳米结构ns设置为用作透镜并代表每个相位调制区域rk的预设相位轮廓。多个相位调制区域rk从超颖透镜ml的中心c沿径向方向r布置，并且多个相位调制区域rk的宽度可以随着距中心的距离增加而减小。多个纳米结构ns可以在基板su上。为了方便起见，图16a中仅示出了几个纳米结构ns，然而实施例不限于此。纳米结构ns可以包括如图1至图7所示的布置为在z方向上分离的多个层的第一纳米结构ns1和第二纳米结构ns2，或可以包括如图9至图11所示的布置为单层的第一纳米结构ns1。图1至图11可以是沿图16a的线aa截取的截面图。
134.多个相位调制区域rk中的每一个是表示预设范围内的单调相位调制图案的区域。多个相位调制区域rk包括从超颖光学器件100的中心c沿径向方向r顺序布置的第一区域r1、第二区域r2、...以及第n区域rn。如图所示，第一区域r1可以是圆形区域，第二区域r2至第n区域rn可以是环形区域。第一区域r1至第n区域rn表示在预设范围内的相位延迟，并且如图16b所示，相位调制范围可以是2π。然而，这仅是示例且不限于此。相位调制区域的总数n和相位调制区域的宽度w1、...、wk、...、wn可以根据屈光力(焦距)和透镜直径来确定。
135.图16a和16b示出了超颖光学器件应用于超颖透镜，但也可以通过调整相位分布用作另一光学设备。例如，当多个相位调制区域具有相同的宽度并且在相位调制区域内的相位调制范围相同时，可以实现以根据宽度和相位调制范围确定的角度偏转入射光的光束偏转器。
136.每个根据示例实施例的超颖光学器件可以包括功能层，该功能层具有促进制造工艺并防止光学性能降低的复合功能，因此可以良好地实现期望的相位分布。
137.每个根据示例实施例的超颖光学器件可以形成适合于期望的光学性能的相位分布的折射率分布，并且该超颖光学器件可以良好地代表期望的光学性能并且可以在各种电子设备中使用。
138.例如，每个超颖光学器件可以用作透镜并且可以包括在形成对象的光学图像的成像透镜组件中。每个超颖光学器件可以用于构成光检测和测距(lidar)或三维传感器的光学系统中，并且可以包括在面向对象的照明光学系统中，或者可以包括在收集和感测来自对象的光的检测光学系统中。
139.图17是示出了包括根据示例实施例的超颖光学器件的电子设备的配置的框图。
140.参考图17，在网络环境2200中，电子设备2201可以通过第一网络2298(短距离无线
通信网络等)与另一个电子设备2202通信，或可以通过第二网络2299(远程无线通信网络等)与另一个电子设备2204和/或服务器2208通信。电子设备2201可以通过服务器2208与电子设备2204通信。电子设备2201可以包括处理器2220、存储器2230、输入设备2250、声音输出设备2255、显示设备2260、音频模块2270、传感器模块2210、接口2277、触觉模块2279、相机模块2280、电力管理模块2288、电池2289、通信模块2290、用户识别模块2296和天线模块2297。可以从电子设备2201中省略组件中的一些组件(例如，显示设备2260等)，或者可以向电子设备2201添加其他组件。该组件中的一些可以集成在一个电路中。例如，传感器模块2210的指纹传感器2211、虹膜传感器、照度传感器等可以嵌入显示设备2260(显示器等)中。
141.处理器2220可以执行软件(例如程序2240)以控制连接到处理器2220的电子设备2201的一个或多个其他组件(硬件、软件组件等)并且可以执行各种数据处理或算术。处理器2220将从其他组件(传感器模块2276、通信模块2290等)接收到的命令和/或数据存储在易失性存储器2232中，处理存储在易失性存储器2232中的命令和/或数据并将得到的数据作为处理数据或算术的一部分存储在非易失性存储器2234中。处理器2220可以包括可以独立操作或一起操作的主处理器2221(中央处理单元、应用处理器等)和协处理器2223(图形处理单元、图像信号处理器、传感器集线器处理器、通信处理器或等)。协处理器2223可以使用比主处理器2221更少的功率并且可以执行专门的功能。
142.协处理器2223可以在主处理器2221处于非活动状态(睡眠状态)时代替主处理器2221，或在主处理器2221处于活动状态(应用执行状态)时与主处理器2221一起，控制与电子设备2201的一些组件(例如，显示设备2260、传感器模块2210、通信模块2290等)有关的功能和/或状态。协处理器2223(图像信号处理器、通信处理器等)可以实现为与其功能相关的另一组件(相机模块2280、通信模块2290等)的一部分。
143.存储器2230可以存储电子设备2201的组件(处理器2220、传感器模块2276等)所需的各种数据。该数据可以包括例如用于软件(例如程序2240)的输入数据和/或输出数据以及与其相关的命令。存储器2230可以包括易失性存储器2232和/或非易失性存储器2234。
144.程序2240可以作为软件存储在存储器2230中并且可以包括操作系统2242、中间件2244和/或应用2246。
145.输入设备2250可以从电子设备2201的外部(用户等)接收要在电子设备2201的组件(处理器2220等)中使用的命令和/或数据。输入设备2250可以包括麦克风、鼠标、键盘和/或数字笔(触控笔等)。
146.声音输出设备2255可以向电子设备2201的外部输出声音信号。声音输出设备2255可以包括扬声器和/或听筒。扬声器可以用于诸如多媒体播放或录音播放之类的一般目的，并且听筒可以用于接收来电。听筒可以作为扬声器的一部分集成到扬声器中或可以实现为独立的单独设备。
147.显示设备2260可以向电子设备2201的外部可视地提供信息。显示设备2260可以包括用于控制显示器、全息设备或投影仪和相应设备的控制电路。显示设备2260可以包括被配置为感测触摸的触摸电路，和/或被配置为测量由触摸产生的力的强度的传感器电路(压力传感器等)。
148.音频模块2270可以将音频转换为电信号或可以将电信号转换为音频。音频模块2270可以通过输入设备2250来获取音频，或可以通过声音输出设备2255的扬声器和/或耳
机和/或直接或无线连接到电子设备2201的其他电子设备(电子设备2202)来输出音频。
149.传感器模块2276可以检测电子设备2201的操作状态(功率、温度等)或外部环境状态(用户状态等)，并可以生成与该检测状态相对应的电信号和/或数据值。传感器模块2210可以包括指纹传感器2211、加速度传感器2212、位置传感器2213、三维(3d)传感器2214等，并且还包括虹膜传感器、陀螺仪传感器、气压传感器、磁传感器、握持传感器、接近传感器、颜色传感器、红外(ir)传感器、生物传感器、温度传感器、湿度传感器和/或照度传感器。
150.3d传感器2214可以向对象发射光，分析从对象反射的光以检测对象的形状、运动等，并且可以包括根据上述示例实施例的超颖光学器件1至超颖光学器件11或其修改的结构。3d传感器2214可以包括至少一个可以用作透镜、光束偏转器、光束整形器等的超颖光学器件。将在下文参考图19来描述3d传感器2214的示例结构。
151.接口2277可以支持可以用于直接或无线连接到另一电子设备(电子设备2202等)的电子设备2201的一个或多个指定协议。接口2277可以包括高清多媒体接口(hdmi)、通用串行总线(usb)接口、安全数字(sd)卡接口和/或音频接口。
152.连接端子2278可以包括连接器，电子设备2201可以通过该连接器物理地连接到另一个电子设备(例如，电子设备2202)。连接端子2278可以包括hdmi连接器、usb连接器、sd卡连接器和/或音频连接器(耳机连接器等)。
153.触觉模块2279可以将电信号转换为机械刺激(振动、运动等)或用户可以通过触觉或运动感觉感知的电刺激。触觉模块2279可以包括马达、压电效应元件和/或电刺激元件。
154.相机模块2280可以捕获静止图像和视频。相机模块2280可以包括：包括一个或多个透镜的透镜组件、图像传感器、图像信号处理器和/或闪光灯。包括在相机模块2280中的透镜组件可以收集从要成像的对象发射的光，并且透镜组件可以包括根据上述示例实施例的超颖光学器件1至超颖光学器件11或由其修改的结构。将在下文参考图18描述相机模块2280的示例结构。
155.电力管理模块2288可以管理供应给电子设备2201的电力。电力管理模块2288可以实现为电力管理集成电路(pmic)的一部分。
156.电池2289可以向电子设备2201的构造元件供电。电池2289可以包括不可充电的一次电池、可充电的二次电池和/或燃料电池。
157.通信模块2290可以在电子设备2201和另一个电子设备(电子设备2202、电子设备2204、服务器2208等)之间建立直接(有线)通信信道和/或无线通信信道，并且可以支持通过已建立的通信通道进行通信。通信模块2290可以独立于处理器2220(应用处理器等)操作，并且可以包括支持直接通信和/或无线通信的一个或多个通信处理器。通信模块2290可以包括无线通信模块2292(蜂窝通信模块、短程无线通信模块、全球导航卫星系统(gnss)通信模块等)和/或有线通信模块2294(局域网(lan)通信模块、电力线通信模块等)。这些通信模块中相应通信模块可以通过第一网络2298(诸如蓝牙、wifi直连或红外数据协会(irda)等短距离通信网络)或第二网络2299(诸如蜂窝网络、互联网或计算机网络(lan、广域网(wan)等)的电信网络)与另一个电子设备通信。这些通信模块中的各种类型可以集成到一个构造元件(单个芯片等)中或可以实现为多个单独的构造元件(多个芯片)。无线通信模块2292可以通过使用存储在用户识别模块2296中的用户信息(国际移动用户身份(imsi)等)在通信网络(例如第一网络2298和/或第二网络2299)中检查和认证电子设备2201。
158.天线模块2297可以向外部(其他电子设备等)发送信号和/或电力，或可以从外部接收信号。天线可以包括由形成在基板(印刷电路板(pcb)等)上的导电图案制成的辐射器。天线模块2297可以包括一个或多个天线。当包括多个天线时，可以通过通信模块2290从多个天线中选择适合在通信网络(例如第一网络2298和/或第二网络2299)中使用的通信方法的天线。可以通过选择的天线在通信模块2290和其他电子设备之间发送或接收信号和/或电力。除了天线之外，可以包括其他组件(射频集成电路(rfic)等)作为天线模块2297中的一些。
159.构造元件中的一些可以通过外围设备之间的通信方法(总线、通用输入和输出(gpio)、串行外围接口(spi)、移动工业处理器接口(mipi)等)相互连接并可以交换信号(命令、数据等)。
160.可以通过连接到第二网络2299的服务器2208在电子设备2201和外部的电子设备2204之间发送或接收命令或数据。其他电子设备2202和2204可以是与电子设备2201相同或不同类型的设备。由电子设备2201执行的操作中的所有或一些可以由其他电子设备2202、2204和2208中的一个或多个执行。例如，当电子设备2201需要执行功能或服务时，电子设备可以请求一个或多个其他电子设备执行该功能或该服务的部分或全部，而不是自己执行该功能或服务。接收请求的一个或多个其他电子设备可以执行与请求相关的附加功能或服务并可以向电子设备2201发送执行结果。为此，可以使用云计算技术、分布式计算技术和/或客户端-服务器计算技术。
161.图18是示出了包括在图17的电子设备中的相机模块的结构的框图。
162.参考图18，相机模块2280包括透镜组件2310、闪光灯2320、图像传感器2330、图像稳定器2340、存储器2350(例如缓冲存储器)和/或图像信号处理器2360。透镜组件2310可以收集从作为成像目标的对象发射的光。透镜组件2310可以包括至少一个超颖透镜，并且包括在透镜组件2310中的超颖透镜可以包括上述超颖光学器件1至超颖光学器件11中的至少一种、其组合或其修改形式。包括在透镜组件2310中的超颖透镜包括减少在不同有效折射率的界面处的反射的功能层，因此该超颖透镜可以提高透镜性能。可以设置具有不同焦距、不同有效直径等的多个超颖透镜。透镜组件2310可以包括折射透镜和超颖透镜两者以具有期望的成像性能。包括超颖光学器件的透镜组件2310可以具有期望的光学性能和短的光学长度。
163.相机模块2280还可以包括致动器。致动器可以驱动构成透镜组件2310的透镜元件的位置，并且调整透镜元件之间的距离以执行变焦和/或自动对焦(af)。
164.相机模块2280可以包括多个透镜组件2310，并且在这种情况下，相机模块2280可以用作双相机、360度相机或球面相机。多个透镜组件2310中的一些可以具有相同的透镜属性(视角、焦距、自动对焦、f值、光学变焦等)或者可以具有不同的透镜属性。透镜组件2310可以包括广角透镜或远摄透镜。
165.闪光灯2320可以发射用于增强从对象发射或反射的光的光。闪光灯2320可以包括一个或多个发光二极管(led)(红-绿-蓝(rgb)led、白光led、红外led、紫外led等)和/或氙灯。闪光灯2320可以提供多个不同波长的光，例如，设置在透镜组件2310中的超颖光学器件可以提供代表透镜性能且没有色差的窄带波长的光。图像传感器2330可以通过将从对象发射或反射并经由透镜组件2310传输的光转换成电信号来获取与对象相对应的图像。图像传
感器2330可以包括从具有不同的属性的图像传感器(例如rgb传感器、黑白(bw)传感器、红外(ir)传感器和紫外(uv)传感器)选择的一个或多个传感器。图像传感器2330中包括的每个传感器可以包括电荷耦合器件(ccd)传感器和/或互补金属氧化物半导体(cmos)传感器。
166.响应于相机模块2280或包括相机模块2280的电子设备2301的移动，图像稳定器2340沿预设方向移动包括在透镜组件2310中的一个或多个透镜或图像传感器2330，或控制(调整读出定时等)图像传感器2330的操作特性以减少移动的负面影响。图像稳定器2340可以通过使用位于相机模块2280内部或外部的陀螺仪传感器或加速度传感器来检测相机模块2280或电子设备2301的移动。图像稳定器2340可以光学地实现。
167.存储器2350可以存储由图像传感器2330获取的图像的部分或全部数据以执行后续的图像处理操作。例如，当高速获取多个图像时，获取的原始数据(拜耳模式数据、高分辨率数据等)被存储在存储器2350中，仅显示低分辨率图像，然后将选择的(由用户等选择的)图像的原始数据发送到图像信号处理器2360。存储器2350可以被集成到电子设备2201的存储器2230中或者可以被配置为独立操作的单独的存储器。
168.图像信号处理器2360可以对由图像传感器2330获取的图像或存储在存储器2350中的图像数据执行一次或多次图像处理。图像处理可以包括深度图的生成、三维建模、全景生成、特征点提取、图像合成和/或图像补偿(降噪、分辨率调整、亮度调整和模糊)、锐化、柔化等。图像信号处理器2360可以控制(控制曝光时间、控制读出定时等)包括在相机模块2280中的组件(例如，图像传感器2330等)。由图像信号处理器2360处理的图像可以被再次存储在存储器2350中以用于进一步处理，或者可以被提供给相机模块2280的外部组件(存储器2230、显示设备2260、电子设备2202、电子设备2204、服务器2208等)。图像信号处理器2360可以集成到处理器2220中，或者可以被配置为独立于处理器2220操作的单独处理器。当图像信号处理器2360被配置为独立于处理器2220的处理器时，由图像信号处理器2360处理的图像可以经过处理器2220的附加图像处理然后显示在显示设备2260上。
169.电子设备2201可以包括具有不同属性或功能的多个相机模块2280。在这种情况下，多个相机模块2280中的一个可以包括广角相机，并且其他相机可以包括远摄相机。类似地，多个相机模块2280中的一个可以包括前置相机，并且其他相机模块可以包括后置相机。
170.图19是示出了包括在图17的电子设备中的3d传感器的配置的框图。
171.3d传感器2214可以通过向对象发射预设光并接收和分析从对象反射的光来检测对象的形状、移动等。3d传感器2214可以包括投影仪2410、光电检测器2430、信号处理器2440和存储器2450。投影仪2410可以包括光源和超颖光学器件。超颖光学器件可以包括根据上述示例实施例的超颖光学器件1至超颖光学器件11中的任何一个或其组合或其修改的结构。投影仪2410可以包括可用作透镜、光束偏转器或光束整形器的至少一个超颖光学器件。
172.投影仪2410可以发射光以用于分析对象的形状或位置。投影仪2410可以包括生成并发射具有小波长的光的光源。光源可以包括激光二极管(ld)、发光二极管(led)、超发光二极管(sld)等，其可以发射适合于分析对象的位置和形状的波段的光(例如，具有红外波段波长的光)。光源可以包括可调谐激光二极管。光源可以生成和发射不同波段的光。不同波段的光可以各自具有窄带宽，例如小于或等于10nm或者小于或等于5nm的带宽。光源可以生成和发射脉冲光或连续光。
173.设置在投影仪2410中的超颖光学器件可以调制从光源发射的光并将调制后的光传送到对象。当超颖光学器件是光束偏转器时，该超颖光学器件可以使入射光在预设方向上偏转以指向对象。当超颖光学器件为光束整形器时，该超颖光学器件调制入射光使得入射光具有预设图案的分布。超颖光学器件可以形成适合于3d形状分析的结构光。超颖光学器件可以是一个或多个透镜，并且在这种情况下，超颖光学器件可以收集或准直从光源发出的光。
174.如上所述，超颖光学器件包括功能层，该功能层可以减少在具有不同折射率的界面处的反射，因此可以很好地实现期望的光调制性能。
175.光电检测器2430接收从投影仪2410施加到对象的光的反射光。光电检测器2430可以包括用于检测光的多个传感器的阵列或者可以仅包括一个传感器。可以在光电检测器2430中设置超颖光学器件。设置在光电检测器2430中的超颖光学器件可以是用传感器收集光的透镜。
176.信号处理器2440可以处理由光电检测器2430检测到的信号以分析对象的形状。信号处理器2440可以分析包括对象的深度位置的3d形状。
177.可以执行用于测量光的飞行时间的计算以分析3d形状。可以使用各种计算方法来测量光的飞行时间。例如，在直接时间测量方法中，通过向对象发射脉冲光并用计时器测量光从对象反射后返回的时间来计算距离。在相关方法中，通过向对象发射脉冲光并测量从对象反射的光的亮度来计算距离。在相位延迟测量方法中，通过向对象发射连续波光(例如正弦波)并检测从对象反射的光的相位差来计算距离。
178.当向对象发射结构光时，可以通过分析从对象反射的结构光的图案的变化(例如，入射结构光的图案与反射的结构光图案的变化)来计算对象的深度位置。可以通过跟踪从对象反射的结构光的每个坐标的图案的变化来提取对象的深度信息，并且可以从该深度信息中提取关于对象的形状和移动的3d信息。
179.存储器2450可以存储信号处理器2440的计算所需的程序和其他数据。
180.信号处理器2440的计算结果(例如，关于对象的形状和位置的信息)可以被发送到电子设备2200中的另一个单元或另一个电子设备。例如，该信息可以由存储器2230中存储的应用2246使用。计算结果被发送到的另一电子设备可以包括输出结果的显示设备或打印机。另外，电子设备可以包括自动驾驶设备(例如无人驾驶汽车、自动驾驶车辆、机器人、无人机)、智能电话、智能手表、移动电话、个人数字助理(pda)、膝上型计算机、个人计算机(pc)，各种可穿戴设备、其他移动或非移动计算设备或物联网设备，但不仅限于此。
181.尽管参考附图中示出的示例实施例描述了上述超颖光学器件和包括超颖光学器件之一的电子设备，但这些仅仅是示例，并且本领域的技术人员可以理解可据此进行的各种修改以及其他等效实现。因此，示例实施例应当被认为是说明性的而不是限制性的。在权利要求中而不是在以上描述中指出权利范围，并且在等同物的范围内的所有差异应被解释为包括在该权利范围内。
182.上述每个超颖光学器件可以包括具有促进制造工艺并防止光学性能降低的复合功能的功能层，因此可以良好地实现期望的相位分布。
183.上述每个超颖光学器件可以用作透镜、光束偏转器、光束整形器等，并且可以用于包括透镜、光束偏转器和光束整形器的各种电子设备中。
184.应当理解，本文所描述的示例实施例应当被认为仅是描述性的，而不是为了限制目的。对每个示例性实施例中的特征或方面的描述应当典型地被看作是可用于其他实施例中的其他类似特征或方面。尽管已经参考附图描述了示例实施例，但本领域普通技术人员将理解，在不脱离所附权利要求及其等同物限定的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的多种改变。

技术特征：
1.一种超颖光学器件，包括：基板；第一超颖结构层，设置在所述基板上，所述第一超颖结构层包括：具有亚波长形状尺寸的第一纳米结构和设置为与所述第一纳米结构相邻的第一外围材料；第二超颖结构层，设置在所述第一超颖结构层上，所述第二超颖结构层包括：具有所述亚波长形状尺寸的第二纳米结构和设置为与所述第二纳米结构相邻的第二外围材料；以及第一功能层，设置在所述第一超颖结构层和所述第二超颖结构层之间，所述第一功能层包括：蚀刻速率低于所述第二外围材料的蚀刻速率的第一-第一层和折射率与所述第一-第一层的折射率不同的第一-第二层。2.根据权利要求1所述的超颖光学器件，其中，所述第一超颖结构层的有效折射率为n1，所述第二超颖结构层的有效折射率为n2，所述第一-第一层的折射率和所述第一-第二层的折射率中的一个大于(n1*n2)
1/2
，并且所述第一-第一的折射率和所述第一-第二层的折射率中的另一个小于(n1*n2)
1/2
。3.根据权利要求1所述的超颖光学器件，其中，所述第一功能层还包括：第一-第三层，具有与所述第一-第一层的折射率相同的折射率和与所述第一-第一层的厚度相同的厚度，并且其中，所述第一-第二层设置在所述第一-第一层和所述第一-第三层之间。4.根据权利要求1所述的超颖光学器件，还包括：第二功能层，设置在所述基板和所述第一超颖结构层之间，所述第二功能层包括：蚀刻速率低于所述第一外围材料的蚀刻速率的第二-第一层和折射率与所述第二-第一层的折射率不同的第二-第二层。5.根据权利要求4所述的超颖光学器件，其中，所述基板的折射率为ns，所述第一超颖结构层的有效折射率为n1，所述第二-第一层的折射率和所述第二-第二层的折射率中的一个大于(ns*n1)
1/2
，并且所述第二-第一层的折射率和所述第二-第二层的折射率中的另一个小于(ns*n1)
1/2
。6.根据权利要求4所述的超颖光学器件，其中，所述第二功能层还包括：第二-第三层，具有与所述第二-第一层的折射率相同的折射率和与所述第二-第一层的厚度相同的厚度，并且其中，所述第二-第二层设置在所述第二-第一层和所述第二-第三层之间。7.根据权利要求1所述的超颖光学器件，还包括：抗反射层，设置在所述基板和所述第一超颖结构层之间，并且具有在所述基板的折射率和所述第一超颖结构层的有效折射率之间的有效折射率。8.根据权利要求1所述的超颖光学器件，还包括：抗反射层，设置在所述第二超颖结构层上，并且具有在所述第二超颖结构层的有效折射率和1之间的有效折射率。9.根据权利要求8所述的超颖光学器件，其中，所述第二纳米结构被设置为与所述第二外围材料相邻的孔。10.根据权利要求9所述的超颖光学器件，还包括：保护层，设置在所述第二超颖结构层上，其中，所述抗反射层设置在所述第二超颖结构层和所述保护层之间。11.根据权利要求10所述的超颖光学器件，其中，形成所述第二纳米结构的所述孔穿过
所述抗反射层延伸到所述保护层的界面。12.根据权利要求10所述的超颖光学器件，其中，所述抗反射层包括：由与所述保护层相同的材料形成的层和由与所述保护层的材料不同的材料形成的层，并且其中，由与所述保护层的材料不同的材料形成的所述层与所述保护层接触。13.根据权利要求1所述的超颖光学器件，其中，所述第二外围材料包括氮化硅，并且其中，所述第一功能层的所述第一-第一层包括氧化铪。14.根据权利要求13所述的超颖光学器件，其中，所述第一功能层的所述第一-第二层包括氧化硅。15.根据权利要求1所述的超颖光学器件，其中，所述第一功能层的所述第一-第一层的厚度大于或等于3nm且小于或等于100nm。16.根据权利要求1所述的超颖光学器件，其中，当所述超颖光学器件的工作波长的中心波长为λc时，所述第一功能层的总厚度大于或等于λc/10且小于或等于λc。17.一种电子设备，包括：透镜组件，包括：超颖光学器件，包括：基板；第一超颖结构层，设置在所述基板上，所述第一超颖结构层包括：具有亚波长形状尺寸的第一纳米结构和设置为与所述第一纳米结构相邻的第一外围材料；第二超颖结构层，设置在所述第一超颖结构层上，所述第二超颖结构层包括：具有所述亚波长形状尺寸的第二纳米结构和设置为与所述第二纳米结构相邻的第二外围材料；以及第一功能层，设置在所述第一超颖结构层和所述第二超颖结构层之间，所述第一功能层包括：蚀刻速率低于所述第二外围材料的蚀刻速率的第一层和折射率与所述第一层的折射率不同的第二层；以及图像传感器，被配置为将由所述透镜组件形成的光学图像转换为电信号。

技术总结
提供了一种超颖光学器件，该超颖光学器件包括：基板；第一超颖结构层，设置在基板上,该第一超颖结构层包括具有亚波长形状尺寸的第一纳米结构和设置为与第一纳米结构相邻的第一外围材料；第二超颖结构层，设置在第一超颖结构层上，该第二超颖结构层包括具有亚波长形状尺寸的第二纳米结构和设置为与第二纳米结构相邻的第二外围材料；以及第一功能层，设置在第一超颖结构层和第二超颖结构层之间，该第一功能层包括蚀刻速率低于第二外围材料的蚀刻速率的第一-第一层和折射率与第一-第一层的折射率不同的第一-第二层。第二层。第二层。


技术研发人员：朴贤圣 朴贤秀 韩承勋
受保护的技术使用者：三星电子株式会社
技术研发日：2023.01.04
技术公布日：2023/7/26