[其他]兩色分波硅彩色傳感器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 85100237
• 申請(qǐng)日: 1985-04-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN85100237A
• 公開(kāi)（公告）日: 1986-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳偉秀;張烽生
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L27/04
• 分類(lèi)號(hào): H01L27/04;H01L31/10
• 代理公司: 武漢大學(xué)專(zhuān)利事務(wù)所
• 代理人: 龔茂銘

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(cè)色裝置，是用兩塊濾色片和二個(gè)光敏元件組成的測(cè)色探頭，裝置復(fù)雜，生產(chǎn)和使用都很不方便。近幾年來(lái)，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(cè)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(wèn)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(zhǎng)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(cè)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(cè)器，解決了兩條光譜響應(yīng)曲線互不重迭的問(wèn)題，遺憾的是，它是一種近紅外分波器件，不適用于作測(cè)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(wèn)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(cè)色探頭，簡(jiǎn)化測(cè)色裝置降低測(cè)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(zhǎng)而異，不同波長(zhǎng)的光在硅中的透入深度不同，短波長(zhǎng)光在硅的表面薄層內(nèi)就幾乎完全被吸收，而長(zhǎng)波長(zhǎng)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(zhǎng)光，而長(zhǎng)波長(zhǎng)光則吸收甚少，從而使PN結(jié)（1）光電二極管的峰值波長(zhǎng)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(guò)PN結(jié)（2）的濾色作用而在黃色光譜區(qū)彼此分開(kāi)，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(shì)壘變寬，以便吸收更多的黃色光譜。對(duì)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(kāi)，光譜寬度變窄，有利于提高測(cè)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(lái)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(zhǎng)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(cè)色探頭，使測(cè)色裝置大大簡(jiǎn)化，體積縮小，成本降低，特別適用于自動(dòng)化生產(chǎn)線上對(duì)生產(chǎn)過(guò)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(hào)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(lèi)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X_j1＜1.0um，表面濃度N_S1＞10¹¹cm^-3，PN結(jié)（2）的結(jié)深為X_j2＜3um，表面濃度N_S2＞10¹⁷cm^-3，在PN結(jié)制作過(guò)程中，同時(shí)制作硅表面的二氧化硅鈍化膜;