太阳光紫外线指数监测的微型探测装置制造方法及图纸

太阳光紫外线指数监测的微型探测装置，是利用ＧａＮ基和ＡｌＧａＮ基微型紫外探测器、芯片尺寸小于２－３ｍｍ↑［２］，在２９０ｎｍ－４００ｎｍ波长的包含紫外线Ａ和紫外线Ｂ谱线范围的带宽内的响应特性；并由驱动电路对探测器人信号进行放大输出，驱动电路是由放大电路和ＡＤ转换和信号处理及显示电路构成，探测器先接放大电路再连接ＡＤ转换、信号处理及显示电路。本发明专利技术利用微型化ＧａＮ基或ＡｌＧａＮ基结构微型紫外探测器对紫外射线具有带隙连续可调，适当的带宽、快的响应速度等特性，通过微型放大集成电路和微型显示输出装置直接、适时显示太阳光紫外线强度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种新型用于太阳光紫外线指数监测的微型探测装置，尤其是利用GaN 基和AlGaN基微型紫外探测器、二
技术介绍
当皮肤受到紫外线的照射时，人体表皮层中的黑色素细胞开始产生黑色素来吸收紫 外线，以防止皮肤受到伤害。长时间的紫外线照射会引起大量黑色素沉积在表皮层中， 成为永久性的晒黑痕迹。大气层中的臭氧层保护地球上的生命免受太阳光强烈紫外 线的伤害。近年来，由于大气平流层臭氧遭到日趋严重的破坏，臭氧层的损耗使得到达地球表 面的紫外线辐射增加，地面接受的紫外线辐射量增多。接受过多紫外线辐射将引起细胞 内DNA改变，细胞的自身修复能力减弱，免疫机制减退，使皮肤容易发生弹性组织变性、 角化以至皮肤癌变，诱发眼球晶体产生白内障等。为此，世界各国的环境科学家都提醒 人们应该十分注意紫外线辐射对人体的危害并采取必要的预防措施。对人体有害的紫外线分为紫外线A (UVA)、紫外线B (UVB)、紫外线C (UVC)。 其中，波长范围在200nm-290nm的紫外线C将通过大气中臭氧层大部分被吸收，不会对 人体产生危害。但是，波长范围在在320nm-400nm的紫外线A和290nm-320nm的紫外线 B将可通过大气层并对人体产生危害。紫外线A (UVA)在日常生活中经常接触到，被称为生活紫外线，它可透射到皮肤内 部的真皮层并影响保持皮肤弹性的胶原组织、弹性蛋白酶和色素细胞，从而加速皱纹和 弹性降低等皮肤老化和黑色素着色导致的色斑，它的特征与天气状况无关。紫外线B(UVB) 又称激光紫外线，当皮肤在长期暴露在强太阳光时，在紫外线B的照射下，皮肤将被透 红并带有疼痛、发炎等症状。因此，为保护居民避免紫外照射，避免因紫外线照射而引 起的各种危害，近年来，气象局通常像一般居民预报紫外射线指数。紫外线指数是指，当太阳在天空中的位置最高时(一般是在中午前后，即从上午十 时至下午三时的时间段里)，到达地球表面的太阳光线中的紫外线辐射对人体皮肤的可 能损伤程度。紫外线指数变化范围用0 — 1 5的数字来表示，通常，夜间的紫外线指数为0 ，热带、高原地区、晴天时的紫外线指数为1 5 。当紫外线指数愈高时，表示紫外 线辐射对人体皮肤的红斑损伤程度愈加剧，同样地，紫外线指数愈高，在愈短的时间里 对皮肤的伤害也愈大。由于地区和时间的不同，紫外射线的差别较大，同时，气象局预报的紫外指数无法 适时提供准确地紫外线指数。现有的紫外射线测量装置不便于个人携带，个人购置成本高，不便于随时监测和掌 握紫外射线的辐射强度，及时采取防护措施。以GaN为代表的III-V族宽直接带隙半导体由于具有带隙宽(E g=3.39e V)、发光 效率高、电子漂移饱和速度高、热导率高、硬度大、介电常数小、化学性质稳定以及抗 辐射、耐高温等特点，在高亮度蓝光发光二极管、蓝光激光器和紫外探测器等光电子器 件以及抗辐射、高频、高温、高压等电子器件领域有着巨大的应用潜力和广阔的市场前 景，引起人们的极大兴趣和广泛关注。A1N与GaN，属宽禁带的III-V族化合物半导体， 是一种重要的紫外材料，加上它具有高的热导率、低的热膨胀系数、和压电效应等其他 重要的物理性质而在电学、光学等领域有着广泛的应用前景。AlGaN紫外探测器具有带 隙连续可调，高的量子效率、适当的带宽、快的响应速度等特性和探测器芯片微型化， 已经引起了人们的极大兴趣。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术目的是利用M0CVD (金属有机物化学汽相外延)方法合 成生长的GaN基或AlGaN基结构微型紫外探测器芯片，采用集成电路设计的微型电路驱 动系统和微型液晶显示或其它微型声像系统集成的一种用于太阳光紫外线指数监测的微 型探测装置。该装置在设计、集成和使用领域都具有先进性。本专利技术目的尤其是采用集 成电路设计的微型电路驱动电路和微型显示的液晶显示面板或其它微型声、像、光显示 系统构成的一种太阳光紫外线强度的测量显示装置，该装置可广泛用于手表、手机、玩 具等一切可移动并可随身携带的仪器设备中。具有微型、适时检测紫外射线强度的功能。本专利技术技术解决方案是用于太阳光紫外线指数监测的微型探测装置，采用GaN基 或AlGaN基结构微型紫外探测器芯片，本专利技术是利用MOCVD (金属有机物化学汽相外延) 方法合成生长的，采用集成电路设计的驱动电路系统和微型液晶显示或其它微型声像系 统集成的一种用于太阳光紫外线指数监测的微型探测装置。由驱动电路对探测器人信号 进行放大输出，驱动电路是由放大电路和AD转换和信号处理及显示电路构成，探测器先接放大电路再连接AD转换、信号处理及显示电路。该装置由1.5伏或3伏纽扣电池电源驱动，可用于手表、手机、玩具等一切可移动 并可随身携带的仪器设备中。再采用集成电路设计的微型驱动电路系统，微型液晶显示 或其它微型声像系统集成的一种新型用于太阳光紫外线指数监测的微型探测装置。本专利技术由三部分构成，首先设计解决的关键是利用微型化GaN基或AlGaN基结构 微型紫外探测器芯片，芯片尺寸小于2-3 mm。在290nm-400nm的包含紫外线A和紫外 线B谱线范围的适当带宽内的响应特性；其次是驱动电路采用纽扣电池的集成电路设 计的微型驱动电路系统，该驱动电路构成是由放大电路经AD转换和信号处理及显示电 路构成，AD转换和信号处理及显示电路可以一微处理器构成，将探测器芯片对应不同 紫外波段的响应信号放大并经过紫外指数校正后输出，直接给出紫外线指数信号，使 用微处理芯片构成的该驱动电路集成块尺寸小于20mm*20mm;最后是微型液晶显示或其 它微型声像系统，该系统和上述器件集成整体尺寸小于20腿*20咖，厚度小于5mm。4.本专利技术的机理和技术特点利用微型化GaN基或AlGaN基结构微型紫外探测器对紫外射线具有带隙连续可调， 高的量子效率、适当的带宽、快的响应速度等特性，通过微型放大集成电路和微型显示 输出装置直接、适时显示太阳光紫外线强度。该装置特点是对紫外线响应灵敏，响应速 度快，结构微型化，成本低，适时性好等。使用1.5伏或3伏纽扣电池电源驱动。本专利技术采用集成电路设计的微型电路驱动电路和微型显示的液晶显示面板或其它 微型声、像、光显示系统构成的一种太阳光紫外线强度的测量显示装置，该装置可广泛 用于手表、手机、玩具等一切可移动并可随身携带的仪器设备中。具有微型、适时检测 紫外射线强度的功能。四附图说明图1 为本专利技术使用AlGaN/GaN基紫外探测器芯片的电路框图图2为本专利技术的采用一种AlGaN/GaN基RCE pin紫外探测器响应图。该探测器采用Ti/Al， Ni/Au做欧姆金属，在297nra波段，O伏偏压下器件的响应度为0. 0064A/W ;在323nm波段，零伏偏压情况下器件的响应度为0. 005A/W。图3为本专利技术采用的一种GaN p-i-n型探测器响应谱，在0偏压下峰值响应度达0.17A/W。正、背照射GaN基AlGaN/GaN异质结p-i-n型探测器，都获得了 290_360nm的窗口响应。为需要窗口探测的应用打下了基础。图4为本专利技术装置的方框图。整个装置集成整体尺寸小于20mm*20ram，厚度小于 5mm。图5为本专利技术包括微型紫外探测芯片的系统控制电路图。 五具体实施例方式本专利技术利用M0本文档来自技高网...

【技术保护点】
太阳光紫外线指数监测的微型探测装置，其特征是利用ＧａＮ基和ＡｌＧａＮ基微型紫外探测器、芯片尺寸小于２－３ｍｍ，在２９０ｎｍ－４００ｎｍ波长的包含紫外线Ａ和紫外线Ｂ谱线范围的带宽内的响应特性；并由驱动电路对探测器人信号进行放大输出，驱动电路是由放大电路和ＡＤ转换和信号处理及显示电路构成，探测器先接放大电路再连接ＡＤ转换、信号处理及显示电路。

【技术特征摘要】
1、 太阳光紫外线指数监测的微型探测装置，其特征是利用GaN基和AlGaN基微型 紫外探测器、芯片尺寸小于2-3mm，在290nm-400nm波长的包含紫外线A和紫外线B谱 线范围的带宽内的响应特性；并由驱动电路对探测器人信号进行放大输出，驱动电路是 由放大电路和AD转换和信号处理及显示电路构成，探测器先接放大电路再连接AD转换、 信号处理及显示电路。2、 由权利要求1所述的太阳光紫外线指数监测的微型探测装置，其特征是紫外探 测器采用AlGaN基紫外探测器，AlGaN基共振增强单色紫外探测器的结构是在蓝宝石 衬底上设有厚度在50-2000nm的低温和高温GaN材料，GaN材料上分别设有15-80nm和 15-100nm的5-5...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢自力，张荣，胡立群，韩平，江若琏，修向前，刘斌，赵红，朱顺明，顾书林，施毅，郑有炓，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]