[其他]光學傳感器

無效

• 申請號: 86108567
• 申請日: 1986-12-27
• 公開（公告）號: CN86108567A
• 公開（公告）日: 1987-10-07
• 發明（設計）人: 梅丁·艾克蒂克
• 申請（專利權）人: 米特爾公司
• 主分類號: H01L31/10
• 分類號: H01L31/10;H01L31/18;H04B9/00
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 肖春京,杜有文

本發明總的說來涉及各種光敏器件，尤其涉及由氫化非晶硅組成的光敏二極管元件。

當今，光電子學研究工作由于運用光敏器件而獲得了許多進展。大量研究工作是通過研制由許多這類光敏探測器組成的光敏或光電陣列進行的。光敏陣列在遠距離通信（如光纖、積成光學或圖象發送裝置）、民用圖象處理（如固體攝象機）和工業運用（如光復印和傳真設備）等領域具有大量的應用。

先有技術的光敏陣列一般采用由單晶硅制作的電荷耦合器件（CCD）。這種陣列結構復雜，光敏面積小，以及一般需要繁鎖的制作工藝過程。同時，業已發現，對于短波長的光（蘭光和紫外光）來說，CCD陣列的靈敏度也很差。此外，CCD陣列還具有以下一系列缺點：需要復雜的時鐘控制電路，有限的動態范圍，有限的光譜和照度靈敏度，陣列中相鄰元件之間的串擾敏感性由于最大的允許光強很低因而容易飽和，對照度響應的線性差以及為克服高的暗電流而帶來的補償問題等。

本發明提供一種由氫化非晶硅（a-Si∶H）制作的光敏二極管元件，它克服了上面討論的先有技術CCD器件的各種缺點。氫化非晶硅是一種具有很高光電導率的半導體材料，其典型值為10⁴左右。隨著所采用的制作工藝的不同，a-Si∶H的光學能帶寬度可以在1.5電子伏特（ev）和2.2ev之間改變，而單晶硅的光學能帶寬度為一個常數，約等于1.1ev左右。因此，在給定光照條件下，可將氫化非晶硅對不同光波長的靈敏度調至最佳狀態。

由于其非晶結構的特點，a-Si∶H的光學吸收性能與典型地制作先有技術CCD元件的單晶硅的光學吸收性能相比較為優越。在可見光范圍，為吸收給定量的光，采用a-Si∶H比采用單晶硅所需的膜層厚度差不多要薄一百倍。例如，厚度為1微米的a-Si∶H層，差不多將吸收95%的可見光，而為了獲得同樣大小的吸收，則要求單晶硅層的厚度約為100微米。

由于利用氫化非晶硅制作光敏元件只需要比較薄的膜層，因此利用這種材料可以制作出高效率的光敏陣列。各金屬化接點可以排列在每一陣列單元的下面，從而導致了陣列單元的相互絕緣以及對每一單元的直接訪問和尋址。

參考以下的詳細描述并結合有關附圖，將對本發明有更好的了解，這些附圖是：

圖1A是根據本發明第一實施例的光敏二極管單元簡化截面圖的最一般形式，

圖1B是圖1A所示的二極管單元的I-V特性的簡化曲線，

圖1C是根據本發明第二實施例的光敏二極管單元的簡化截面圖，

圖2是根據本發明的一個優選實施例的光敏二極管單元的詳細截面圖，

圖3是由根據本發明的光敏二極管單元組成的光敏二極管陣列的方框示意圖。

參照圖1A，可以對光敏二極管單元作如下說明，該二極管由一個陰極1和一個陽極2組成，陰極1由n型氫化非晶硅制作而成，陽極2為P⁺型氫化非晶硅，它最好是采用熟知的離子注入法注入n型陰極中。

高溫玻璃層（pyroglass）3在P⁺型陽極2外面提供一透明涂層，外部接點4經過高溫玻璃層3連接至陽極2上。

接點5排列在二極管單元的下面，經過一重摻雜的n⁺多晶硅層6與陰極1連接，在陰極和組成接點5的金屬之間形成歐姆接觸。

眾所周知，根據半導體電子理論，由于在結點兩側擴散長度內熱生成少數載流子的漂移，將有電流流過p-n結。少數載流子（如電子和空穴）擴散至結點周圍的過渡區，并由此越過結點電場。當結點被能量大于半導體材料能帶寬度（Eg）的光子照射時，由于電子-空穴對（EHP）的產生將有附加電流流過。

因此，當圖1A所示的光敏二極管兩端開路，且陽極2和陰極1受到透過高溫玻璃層3的光照射時，光生少數載流子就會在接點4和5之間產生開路電壓。隨著光生EHP的增多，少數載流子濃度不斷增加，開路電壓亦不斷增加，直至達到等于平衡接觸電位的極限值，這是在結點兩側可能出現的最大正向偏壓。在被光照射的結點兩側出現正向電壓這一現象被稱作光伏效應。

根據計劃中的應用領域不同，圖1A的光敏二極管單元可以工作在其I-V特性曲線的第三或第四象限，如圖1B所示。在第四象限，結點電壓為正，流過二極管單元的電流為頁，這就是前述的光生電流。在此情況下，由二極管單元給出的功率正比于照度的大小。所產生的功率可以加至連接到接點4和5的外部電路上。