单片线性光耦合器制造技术

一种器件，包括： （ａ）发光二极管，用于发射光线； （ｂ）与所述发光二极管在同一单片上形成的第一光电二极管，用于根据其感测的光产生电流； （ｃ）与所述发光二极管在同一单片上形成的第二光电二极管，用于根据其感测的光产生电流；以及 （ｄ）绝缘体，用于使所述发光二极管与所述第一光电二极管电绝缘，所述绝缘体对于由所述发光二极管发射的光基本上透明， 其中所述第一和第二光电二极管相对于所述发光二极管的位置设置为使由所述发光二极管发出的光的各方向不均匀性得到补偿。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光耦合器。本专利技术尤其涉及提供线性度提高的光耦合器的单片结构。与本专利技术同日提交申请的同一专利技术人的标题为“单片线性光耦合器的制造方法”的相关申请纳入本文以资参考。光耦合器用于使输入信号与对应的输出信号互相电绝缘。例如，光耦合器可用在数据接入装置(“DAA”)中。数据接入装置(DAA)用于把数据终端设备(“DTE”)(例如数据调制解调器，传真机，非蜂窝手持电话机，扬声器电话机和自动留言机)与公共交换电话网络(“PSTN”)接口。网络(PSTN)必须受保护免遭由于数据终端设备(DTE)故障或由于不留心经过数据终端设备(DTE)短接到其电源线而造成的可能的损坏。事实上，美国联邦通信委员会(“FCC”)要求在数据终端设备(DTE)和网络(PSTN)之间有1500V的绝缘。在过去，数据接入设备(DAA)使用变压器来提供这样的电气绝缘。然而由于它们相对昂贵而且尺寸和重量大，变压器是不利的，尤其当用在便携式数据终端设备(DTE)中的时候。必须为这种减小体积/重量的应用采用别的隔离部件，例如光隔离器。已知的光耦合器包括可与光电二极管耦合但是与之电绝缘的LED(发光二极管)。该光电二极管(“输出信号光电二极管”)根据它检测到的由LED发出的光的强度来产生输出信号。已知的光耦合器也可包括附加的光电二极管(“反馈控制信号光电二极管”)，用于根据该附加光电二极管检测到的由LED发光的强度来产生伺服反馈信号。反馈控制信号光电二极管使光耦合器能更加线性地工作。在这些已知光耦合器中，输出信号光电二极管和反馈控制信号光电二极管是分立元件。因此，由LED和输出信号光电二极管之间确定的第一方向不同于由LED和反馈控制信号光电二极管之间确定的第二方向。不幸的是，LED可以发出各方向不均匀的光。结果，由输出信号光电二极管检测的光强一般不同于由反馈控制信号光电二极管检测的光强。因此，反馈控制信号光电二极管的输出不能准确地表示由输出信号光电二极管检测的来自LED的光强，从而妨碍了对光耦合器工作的非线性进行充分的补偿。解决光发射在各方向不均匀问题的一种方案是使输出信号光电二极管紧靠反馈控制信号光电二极管安放。不幸的是，这只能部分解决问题，因为各方向不均匀的光依然能产生非线性，虽然会少一些。此外，必须使反馈控制信号光电二极管充分地与输出信号光电二极管隔离以提供足够的电气绝缘。当二个光电二极管的位置彼此靠近时，这种绝缘是难于实现的。鉴于已知光耦合器电路上述的问题，需要一种不受LED各向不均匀发光影响的光耦合器。此外，这种光耦合器中的任何光电二极管应该互相间有足够的电气绝缘。此外，此种光耦合器的制造应该相对简单和经济。如果可能，这种光耦合器应该集成在单一的芯片上。简言之，本专利技术提供一LED、一与该LED电绝缘的第一光电二极管及一与该LED和该第一光二极管电绝缘的第二光电二极管。第一光电二极管最好是反馈控制信号光电二极管，第二光电二极管最好是输出信号光电二极管。第一和第二光电二极管最好与LED一起集成在单一的芯片上。第一和第二光电二极管的构造和相对于LED的位置设置为使由LED发出的光的任何方向不均匀性都得到补偿。具体说，由各光电二极管检测的发射光代表在所有方向发射的光的方向平均值。第一和第二光电二极管最好由使这两个光电二极管电绝缘的氧化物，例如二氧化硅隔开。第一和第二光电二极管最好有相同的形状，从而对由LED发射的光的任何方向不均匀性作进一步补偿。在该单片结构之上可以设一反射罩，从而形成光学腔。反射罩增加光耦合器的信号噪声比。为了更好地理解本专利技术，以下结合附图对其示例性实施例作详细说明，其中附图说明图1是按照本专利技术构成的光耦合器的从由图2的线I-I确定的剖面看去的侧视图；图2是图1的光耦合器的从由图1的线II-II确定的剖面看去的平面图；图3是具有外部耦合的反馈控制环的常规光耦合器芯片的示意图；图4a至4d表示本专利技术的光耦合器的单片结构的制造方法。图3是具有外部耦合的反馈控制环的常规光耦合器芯片390的示意图。常规光耦合器包括LED 300、输出信号光电二极管310和反馈控制信号光电二极管320。差分(误差)运算放大器330从控制信号输出端394耦合到LED输入信号端391。LED 300发射光线，其强度取决于从差分放大器330输出的信号的电压。差分放大器330可以源出(source)或吸入(sink)LED电流。输出信号光电二极管310与LED 300电绝缘，但是与它光耦合。从LED 300至输出信号光电二极管310确定为第一方向D1。输出信号光电二极管310的正极经由端子395与第一电压源VS1耦合，输出信号光电二极管310的负极经由端子396与输出负载耦合。或者，如果使用耗尽层光电二极管，则输出信号光电二极管310的负极可以与电压源耦合，而输出信号光二极管310的正极可以与输出负载耦合，使得反向偏置的耗尽层光电二极管在低于其击穿电压下工作。不论哪种情况，输出信号光电二极管310都根据由它检测的光强来把输出信号供给输出负载(或供给输出驱动器)。反馈控制信号光电二极管320还可与LED 300进行光耦合。虽然反馈控制信号光二极管320也可以与LED 300电绝缘，但是并不需要这种电绝缘。从LED 300至反馈控制信号光电二极管320确定为第二方向D2。反馈控制信号光电二极管320的正极经过端子393与第二电源电压VS2耦合，反馈控制信号光电二极管320的负极与差分放大器330的第一(倒相)输入端耦合。或者，如果使用耗尽层光电二极管，则反馈控制信号光电二极管320的负极可与电压源耦合而反馈控制信号光电二极管320的正极可与差分放大器330的第一输入端耦合，使得反向偏置的耗尽层光电二极管在低于其击穿电压下工作。给差分放大器330的第二(非倒相)输入端提供输入信号VDRIVE。不幸的是，LED 300并不各向均匀地发射光线。因此，沿方向D1发射的光的强度可以与沿方向D2发射的光的强度不同。这种检测光强上的差别使得难于适当地控制加到LED 300上的电压。如上所讨论的，如果输出信号光电二极管310紧靠反馈控制信号光电二极管320安放以使方向D1紧密地接近方向D2，则二个光电二极管的电绝缘可能变得困难。图1是本专利技术的光耦合器的单片结构100的侧剖视图。剖面是如图2的线段I-I所示通过横切单片结构的中部而取得的。单片结构100包括硅基底110、氧化物层120(例如二氧化硅)、内硅区160、内硅槽(tub)150、外硅槽140、厚氧化物(例如二氧化硅)覆盖层130以及发光二极管(LED)190。氧化物层120位于硅基底110之上，使得确定了硅基底110的上表面和氧化物层120下表面之间的界面。内硅区160位于氧化物层120的上表面，最好在氧化物层120上表面的中心区域。内硅槽150位于氧化物层120的上表面，并环绕内硅区160。内硅槽150的内沿159与内硅区160的外沿168隔开，从而确定氧化物层120上表面不与硅结构接触的第一区域56。外硅槽140位于氧化物层120的上表面，并环绕内硅槽150。外硅槽140的内沿149与内硅槽150的外沿158隔开，从而确定氧化物层120上表面不与硅结构接触的第二区域45。内硅槽150包括p掺杂的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种器件，包括(a)发光二极管，用于发射光线；(b)与所述发光二极管在同一单片上形成的第一光电二极管，用于根据其感测的光产生电流；(c)与所述发光二极管在同一单片上形成的第二光电二极管，用于根据其感测的光产生电流；以及(d)绝缘体，用于使所述发光二极管与所述第一光电二极管电绝缘，所述绝缘体对于由所述发光二极管发射的光基本上透明，其中所述第一和第二光电二极管相对于所述发光二极管的位置设置为使由所述发光二极管发出的光的各方向不均匀性得到补偿。2.如权利要求1所述的器件，其中所述第一光电二极管是根据其检测的光来产生输出信号的输出信号光电二极管，所述第二光电二极管是根据其检测的光来产生反馈控制信号的反馈控制信号光电二极管。3.如权利要求1所述的器件，其中所述第二光电二极管确定一平面，在该平面中所述第二光电二极管围绕所述发光二极管的垂直投射于该平面的投影。4.如权利要求3所述的器件，其中所述第一光电二极管在预先确定的平面中围绕所述第二光电二极管。5.如权利要求3所述的器件，其中所述第一光电二极管围绕所述第二光电二极管。6.如权利要求1所述的器件，其中所述绝缘体是厚的氧化物层。7.如权利要求6所述的器件，其中所述绝缘体是厚的二氧化硅层。8.如权利要求1所述的器件，其中所述第一光电二极管由充填了n掺杂半导体的p掺杂半导体的槽所形成。9.如权利要求1所述的器件，其中所述第二光电二极管由充填了n掺杂半导体的p掺杂半导体的槽所形成。10.如权利要求1所述的器件，还包括(e)具有上表面的基底；以及(f)在所述基底的上表面上形成的具有上表面的电绝缘层，其中所述第一光电二极管形成在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维·惠特尼，
申请(专利权)人：西门子微电子公司，
类型：发明
国别省市：