專利名稱:兩色分波硅彩色傳感器的制作方法
本發(fā)明屬于一種半導(dǎo)體光敏器件傳統(tǒng)的紅藍(lán)比色法測色裝置，是用兩塊濾色片和二個(gè)光敏元件組成的測色探頭，裝置復(fù)雜，生產(chǎn)和使用都很不方便。近幾年來，出現(xiàn)了兩色半導(dǎo)體彩色傳感器，如日本sharp公司研制的PD-15.0、PD-151雙結(jié)硅光電二極管(谷普平，《電子科學(xué)》，NO，10，1979，p47-51)和J.C.Campbell等人提出的InGaAsp近紅外分波兩色光電探測器，(IEEE J.Quantum Electron，QE-16，601(1980))。這些色敏器件，都存在一些帶根本性的問題日本Sharp公司研制的雙結(jié)硅光電二極管，雖然具有兩條峰值波長不同的光譜響應(yīng)曲線，但是這兩條光譜響應(yīng)曲線的重迭部分太多，而且光譜范圍也太寬，致使測色精度很低，實(shí)用價(jià)值不大;用化合物半導(dǎo)體多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)做成的InGaAsp兩色分波光電探測器，解決了兩條光譜響應(yīng)曲線互不重迭的問題，遺憾的是，它是一種近紅外分波器件，不適用于作測色探頭，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝難度大，造價(jià)昂貴，難于推廣應(yīng)用。
本發(fā)明著重于提出一種兩色分波硅彩色傳感器，解決兩色光譜的互不重迭問題，并利用內(nèi)部光學(xué)濾色器進(jìn)行光譜剪裁。這種單片集成硅彩色傳感器，主要用于取代傳統(tǒng)的由兩塊濾色片和兩個(gè)光敏元件組成的測色探頭，簡化測色裝置降低測色儀器的成本。
本發(fā)明的兩色分波硅彩色傳感器結(jié)構(gòu)示意圖如附圖1所示，它包含了三個(gè)深度不同的PN結(jié)-PN結(jié)(1)、PN結(jié)(2)和PN結(jié)(3)。如附圖1所示，當(dāng)光線垂直入射到硅片表面上時(shí)，由于硅的吸收系數(shù)隨波長而異，不同波長的光在硅中的透入深度不同，短波長光在硅的表面薄層內(nèi)就幾乎完全被吸收，而長波長光則可透入到硅片的深處。因此，PN結(jié)(1)光電二極管吸收了大部分的短波長光，而長波長光則吸收甚少，從而使PN結(jié)(1)光電二極管的峰值波長處在藍(lán)綠色光譜區(qū)，結(jié)深最深的PN(3)光電二極管得到了最好的紅色光譜響應(yīng)，我們把PN結(jié)(2)作為內(nèi)部光學(xué)濾色器，由于它在黃色光譜區(qū)具有最強(qiáng)的吸收，使得PN結(jié)(1)和PN結(jié)(3)光電二極管的光譜響應(yīng)曲線通過PN結(jié)(2)的濾色作用而在黃色光譜區(qū)彼此分開，互不重迭，這是本發(fā)明的第一大特點(diǎn);本發(fā)明的另一個(gè)特點(diǎn)是用重?fù)诫s硅單晶作為襯底而制作的異型外延PN結(jié)(3)，由于重?fù)诫s硅單晶的少數(shù)載流子壽命極低，光生少數(shù)載流子很少能擴(kuò)散到PN結(jié)(3)，因此，該重?fù)诫s襯底也起著內(nèi)部濾色器的作用，將切除PN結(jié)(3)光電二極管紅光譜曲線中的近紅外光譜;本發(fā)明的第三個(gè)特點(diǎn)是在PN結(jié)(2)上施加0-15伏的反向電壓，可以使PN結(jié)的勢壘變寬，以便吸收更多的黃色光譜。對PN結(jié)(1)和PN結(jié)(3)光電二極管的光譜響應(yīng)曲線進(jìn)行有效的光譜剪裁，使兩色光譜進(jìn)一步分開，光譜寬度變窄，有利于提高測色精度，為了使PN結(jié)(3)光電二極管的光譜響應(yīng)曲線免遭外來雜散光的干擾，在管芯受光面之外用一層金屬反射膜復(fù)蓋。
由于本發(fā)明具有上述三大特點(diǎn)，所以用此結(jié)構(gòu)制作的兩色分波硅彩色傳感器，可以得到最佳的光譜響應(yīng)，使PN結(jié)(1)和PN結(jié)(3)光電二極管的峰值波長分別處在藍(lán)色光譜區(qū)和紅色光譜區(qū)，并且彼此互不重迭。用本發(fā)明的兩色分波硅彩色傳感器可以取代傳統(tǒng)的測色探頭，使測色裝置大大簡化，體積縮小，成本降低，特別適用于自動化生產(chǎn)線上對生產(chǎn)過程的監(jiān)控。
附圖1為兩色分波硅彩色傳感器結(jié)構(gòu)示意圖，圖中標(biāo)號分別表示如下意義1、2、3分別為PN結(jié)(1)，PN結(jié)(2)、PN結(jié)(3);4為硅外延層;5為與外延層導(dǎo)電類型相反的重?fù)诫s硅單晶襯底;6、7為PN結(jié)(1)光電二極管電極引出線;8、9為PN結(jié)(3)光電二極管電極引出線;10為金屬膜;11為二氧化硅膜;12為入射光。
實(shí)施例(1)在電阻率為10-2Ωcm-10-3Ωcm的P型硅單晶襯底(5)上，外延一層厚度為3-8um、雜質(zhì)濃度為1014cm-3-1015cm-3的N型硅外延層(4);
(2)用擴(kuò)散方法制作PN結(jié)(1)和PN結(jié)(2)，PN結(jié)(1)的結(jié)深Xj1＜1.0um，表面濃度NS1＞1011cm-3，PN結(jié)(2)的結(jié)深為Xj2＜3um，表面濃度NS2＞1017cm-3，在PN結(jié)制作過程中，同時(shí)制作硅表面的二氧化硅鈍化膜;
(3)PN結(jié)(1)與PN結(jié)(2)有效受光面積之差和PN結(jié)(3)與PN結(jié)(2)有效受光面積之差的相對值小于1%;
(4)真空蒸發(fā)金屬鋁膜，制作電極引出線(6)，(7)，(8)，(9)和管芯受光面之外的光屏蔽層(10);
(5)用常規(guī)硅平面工藝進(jìn)行封裝，光窗口材料為光學(xué)平板玻璃。
(6)在電極引出線(7)、(8)之間施加0-15伏反向電壓。
權(quán)利要求
1.一種兩色分波硅彩色傳感器，其特征在于由三個(gè)深度不同的PN結(jié)(1)、PN結(jié)(2)和PN結(jié)(3)構(gòu)成單片集成光敏器件，利用內(nèi)部光學(xué)濾色器進(jìn)行光譜剪裁和分波。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所說的兩色分波硅彩色傳感器，其特征在于PN結(jié)(2)和重?fù)诫s硅單晶襯底(5)起內(nèi)部濾色器作用，在PN結(jié)(2)上施加0-15伏的反向電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所說的兩色分波硅彩色傳感器，其特征在于PN結(jié)(1)與PN結(jié)(2)有效受光面積之差和PN結(jié)(3)與PN結(jié)(2)有效受光面積之差的相對值小于1%。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所說的兩色分波硅彩色傳感器，其特征在于PN結(jié)(1)，PN結(jié)(3)分別為具有不同光譜特性的光電二極管，如PN結(jié)(1)為具有藍(lán)色光譜特性的光電二極管，PN結(jié)(3)為具有紅色光譜特性的光電二極管。
專利摘要
本發(fā)明是一種兩色分波硅彩色傳感器，它利用反偏PN結(jié)和重?fù)诫s硅襯底作為內(nèi)部光學(xué)濾色器，實(shí)現(xiàn)了光譜剪裁和分波，克服了雙結(jié)硅光電二極管光譜響應(yīng)曲線的重迭問題。這種兩色分波硅彩色傳感器，可以取代傳統(tǒng)的由二塊濾色片和二個(gè)光敏元件組成的測色探頭，使用方便，又簡化了測色裝置，降低了測色儀器的成本，特別適用于自動化生產(chǎn)線上對生產(chǎn)過程的監(jiān)控。
文檔編號H01L31/10GK85100237SQ85100237
公開日1986年7月23日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者陳偉秀, 張烽生 申請人:武漢大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan