两色分波硅彩色传感器制造技术

本发明专利技术是一种两色分波硅彩色传感器，它利用反偏ＰＮ结和重掺杂硅衬底作为内部光学滤色器，实现了光谱剪裁和分波，克服了双结硅光电二极管光谱响应曲线的重迭问题．这种两色分波硅彩色传感器，可以取代传统的由二块滤色片和二个光敏元件组成的测色探头，使用方便，又简化了测色装置，降低了测色仪器的成本，特别适用于自动化生产线上对生产过程的监控．（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于一种半导体光敏器件传统的红蓝比色法测色装置，是用两块滤色片和二个光敏元件组成的测色探头，装置复杂，生产和使用都很不方便。近几年来，出现了两色半导体彩色传感器，如日本sharp公司研制的PD-15.0、PD-151双结硅光电二极管(谷普平，《电子科学》，NO，10，1979，p47-51)和J.C.Campbell等人提出的InGaAsp近红外分波两色光电探测器，(IEEE J.Quantum Electron，QE-16，601(1980))。这些色敏器件，都存在一些带根本性的问题日本Sharp公司研制的双结硅光电二极管，虽然具有两条峰值波长不同的光谱响应曲线，但是这两条光谱响应曲线的重迭部分太多，而且光谱范围也太宽，致使测色精度很低，实用价值不大;用化合物半导体多层异质结构做成的InGaAsp两色分波光电探测器，解决了两条光谱响应曲线互不重迭的问题，遗憾的是，它是一种近红外分波器件，不适用于作测色探头，而且结构复杂，工艺难度大，造价昂贵，难于推广应用。本专利技术着重于提出一种两色分波硅彩色传感器，解决两色光谱的互不重迭问题，并利用内部光学滤色器进行光谱剪裁。这种单片集成硅彩色传感器，主要用于取代传统的由两块滤色片和两个光敏元件组成的测色探头，简化测色装置降低测色仪器的成本。本专利技术的两色分波硅彩色传感器结构示意图如附图1所示，它包含了三个深度不同的PN结-PN结(1)、PN结(2)和PN结(3)。如附图1所示，当光线垂直入射到硅片表面上时，由于硅的吸收系数随波长而异，不同波长的光在硅中的透入深度不同，短波长光在硅的表面薄层内就几乎完全被吸收，而长波长光则可透入到硅片的深处。因此，PN结(1)光电二极管吸收了大部分的短波长光，而长波长光则吸收甚少，从而使PN结(1)光电二极管的峰值波长处在蓝绿色光谱区，结深最深的PN(3)光电二极管得到了最好的红色光谱响应，我们把PN结(2)作为内部光学滤色器，由于它在黄色光谱区具有最强的吸收，使得PN结(1)和PN结(3)光电二极管的光谱响应曲线通过PN结(2)的滤色作用而在黄色光谱区彼此分开，互不重迭，这是本专利技术的第一大特点;本专利技术的另一个特点是用重掺杂硅单晶作为衬底而制作的异型外延PN结(3)，由于重掺杂硅单晶的少数载流子寿命极低，光生少数载流子很少能扩散到PN结(3)，因此，该重掺杂衬底也起着内部滤色器的作用，将切除PN结(3)光电二极管红光谱曲线中的近红外光谱;本专利技术的第三个特点是在PN结(2)上施加0-15伏的反向电压，可以使PN结的势垒变宽，以便吸收更多的黄色光谱。对PN结(1)和PN结(3)光电二极管的光谱响应曲线进行有效的光谱剪裁，使两色光谱进一步分开，光谱宽度变窄，有利于提高测色精度，为了使PN结(3)光电二极管的光谱响应曲线免遭外来杂散光的干扰，在管芯受光面之外用一层金属反射膜复盖。由于本专利技术具有上述三大特点，所以用此结构制作的两色分波硅彩色传感器，可以得到最佳的光谱响应，使PN结(1)和PN结(3)光电二极管的峰值波长分别处在蓝色光谱区和红色光谱区，并且彼此互不重迭。用本专利技术的两色分波硅彩色传感器可以取代传统的测色探头，使测色装置大大简化，体积缩小，成本降低，特别适用于自动化生产线上对生产过程的监控。附图1为两色分波硅彩色传感器结构示意图，图中标号分别表示如下意义1、2、3分别为PN结(1)，PN结(2)、PN结(3);4为硅外延层;5为与外延层导电类型相反的重掺杂硅单晶衬底;6、7为PN结(1)光电二极管电极引出线;8、9为PN结(3)光电二极管电极引出线;10为金属膜;11为二氧化硅膜;12为入射光。实施例(1)在电阻率为10-2Ωcm-10-3Ωcm的P型硅单晶衬底(5)上，外延一层厚度为3-8um、杂质浓度为1014cm-3-1015cm-3的N型硅外延层(4);(2)用扩散方法制作PN结(1)和PN结(2)，PN结(1)的结深Xj1＜1.0um，表面浓度NS1＞1011cm-3，PN结(2)的结深为Xj2＜3um，表面浓度NS2＞1017cm-3，在PN结制作过程中，同时制作硅表面的二氧化硅钝化膜;(3)PN结(1)与PN结(2)有效受光面积之差和PN结(3)与PN结(2)有效受光面积之差的相对值小于1%;(4)真空蒸发金属铝膜，制作电极引出线(6)，(7)，(8)，(9)和管芯受光面之外的光屏蔽层(10);(5)用常规硅平面工艺进行封装，光窗口材料为光学平板玻璃。(6)在电极引出线(7)、(8)之间施加0-15伏反向电压。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种两色为波硅彩色传感器，其特征在于由三个深度不同的ＰＮ结（１）、ＰＮ结（２）和ＰＮ结（３）构成单片集成光敏器件，利用内部光学滤色器进行光谱剪裁和分波。

【技术特征摘要】
1.一种两色分波硅彩色传感器，其特征在于由三个深度不同的PN结(1)、PN结(2)和PN结(3)构成单片集成光敏器件，利用内部光学滤色器进行光谱剪裁和分波。2.根据权利要求1所说的两色分波硅彩色传感器，其特征在于PN结(2)和重掺杂硅单晶衬底(5)起内部滤色器作用，在PN结(2)上施加0-15伏的反向电压。3.根据权利要求1所说的两色分...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟秀，张烽生，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：42[中国|湖北]