专利名称：具有暗电流校正的光电探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有暗电流校正的光电探测器。
技术背景在许多设备中需要用于测量许多波长频带中的光的强度的廉价光电探测器。例如，利用红色、蓝色和绿色LED来生成被感知为特定颜色的光的 光源通常利用将LED的输出维持在预定水平的伺服回路(servo loop)中 的光电探测器来补偿老化。这些光电探测器被用于测量各个LED的输出。 控制器对各个LED的平均电流进行调整，以使测得的输出维持在由将要生 成的光的感知颜色所确定的目标值。在一种通用型光电探测器中，光电探测器利用被覆盖以颜料滤波器 (pigment filter)的光电二极管，所述颜料滤波器限制各个光电二极管对 相应波长频带中的光作出的响应。来自各个光电二极管的信号被处理，以 提供表示各个LED的输出的信号。来自各个光电二极管的信号由入射光、 颜料的带通滤波特性和独立于到达光电二极管的光的强度水平而存在的各 种背景信号确定。独立于光的信号通常被称为"暗电流"。由暗电流产生 的误差在许多应用中是相当大的；因此，已经开发了针对暗电流进行校正 的方案。此外，去除由暗电流产生的对最终信号的影响改善了光电探测器 的动态范围，并且因此，光电探测器可用于在更大的光强度范围上对LED 进行控制。在一种暗电流校正方案中，通过在不存在光时测量光电二极管的输 出，并且然后在存在光时从由光电二极管产生的信号中减去测得的信号值 来去除由暗电流产生的误差。在这样的配置中，光电二极管在结构上是相 同的，而仅仅在覆盖各个光电二极管的颜料滤波器的类型上不同。在该光 电探测器中还包括另外的光电二极管，该光电二极管被阻挡所有光的不透光层覆盖。来自此光电二极管的信号然后被从覆盖有各种颜料滤波器的光 电二极管产生的信号中减去。然而，由于该方案需要另外的掩蔽步骤来提 供覆盖另外的光电二极管的不透光层，因此该方案大大增加了光电探测器 的成本。发明内容本发明包括具有第一、第二和第三光电二极管的衬底以及第一和第二 颜料滤波器层。第一、第二和第三光电二极管分别产生第一、第二和第三 光电二极管输出信号，每个光电二极管输出信号表示入射到相应光电二极 管上的光强度以及独立于所述光强度的暗电流。第一颜料滤波器层覆盖第 一光电二极管但不覆盖第二光电二极管，并且其对于第一波长频带中的光 是透光的，而对于第二波长频带中的光是不透光的。第二颜料滤波器层覆 盖第二光电二极管但不覆盖第一光电二极管。第二颜料滤波器层对于第二 波长频带中的光是透光的，而对于第一波长频带中的光是不透光的。包括 第一和第二颜料滤波器层的层覆盖第三光电二极管。输出电路将第一和第 三光电二极管输出信号结合来提供第一校正输出信号，并且将第二和第三 光电二极管输出信号结合来提供第二校正输出信号。在本发明的一个方面 中，第一、第二和第三光电二极管具有相同的暗电流。
图1是利用了颜料滤波器的现有技术光电探测器的截面图。 图2是根据本发明的一个实施例的光电探测器的截面图。图3是根据本发明的另一实施例的光电二极管的示意图。 图4是根据本发明的又一实施例的光电二极管的示意图。
具体实施方式
参考图1可以更容易地理解本发明用来提供其优点的方式，图1是利 用了颜料滤波器的现有技术光电探测器的截面图。光电探测器20通常是 从在其上制备有4个光电二极管的管芯(die) 21构建的。光电二极管22-24分别用于测量由颜料滤波器25-27确定的三个波长频带中的光的强度。光电二极管28被不透光层29覆盖并用于测量暗电流。通过需要许多掩蔽 和沉积步骤的光刻步骤来应用颜料滤波器。应用层29需要类似的光刻步 骤。现在参考图2，该图是根据本发明的一个实施例的光电探测器的截面 图。在光电探测器30中，覆盖暗电流探测器28的不透光层被替换为颜料 滤波器的堆叠(stack) 31，这些颜料滤波器与滤波器25-27利用相同的颜 料。来自光电二极管28的信号提供先前利用不透光层29测得的暗电流。 因此，通过从各个其它光电二极管中所产生的信号中减去来自光电二极管 28的信号，可以针对暗电流对光电二极管信号进行校正。现在参考图3，该图是根据本发明的另一实施例的光电二极管的示意 图。光电二极管40利用图2中示出的芯片来产生3个经过校正的光电二极 管信号47-49。经过校正的信号是通过利用减法电路42-44从各个光电二极 管22-24的输出中减去光电二极管28的输出而产生的。本发明的上述实施例假定入射光被限定为处于光谱可见部分的光。特 别地，上述实施例假定入射光中没有处于光谱红外部分的光。多数通常使 用的光电二极管对处于光谱红外部分的光敏感。此外，通常使用的颜料滤 波器除了透射感兴趣的波长频带中的光以外，还透射处于光谱红外部分的 光。如果各个颜料滤波器在光谱红外区中基本是透光的，则图3示出的配 置还将针对入射光中的任何红外辐射来进行校正。在这样的情形下，来自 各个光电二极管的信号还将包括大小等于红外辐射的分量。由于所有光电 二极管被假定是相同的，因此，减去来自具有堆叠颜料滤波器的光电二极 管的信号也将针对入射光中的红外分量进行校正。如果颜料滤波器部分地 减弱红外光，则由图3所示的实施例提供的校正将仅仅部分地针对入射光 中的红外分量进行校正。然而，该校正将仍然优于通过利用在用来测量暗 电流的光电二极管上的不透光层提供的校正。应当注意，除了用于沉积其它带通颜料滤波器的制备步骤之外，本发 明中所利用的暗电流校正滤波器不需要任何新的制备步骤。例如，在光刻 沉积方案中，通过掩蔽其它光电二极管并且然后在所考虑的光电二极管上沉积颜料而为每个光电二极管配置一个颜料滤波器。然后，去除掩模并引 入覆盖除了下一个光电二极管之外的所有光电二极管的新掩模。然后在未 掩蔽的层上沉积颜料层。重复该过程，直到每个光电二极管被覆盖有与该 光电二极管对应的颜料为止。通过在用于沉积其它颜料层的每个沉积步骤 期间让所考虑的光电二极管上的区域未被掩蔽，可以在构建带通滤波器的 同时构建本发明的暗电流滤波器。因此，不必使用新的掩模和沉积步骤。在本发明的一个实施例中，颜料是通常用于构建光电探测器的红色、 蓝色和绿色颜料。这样的滤波器用在数码相机中所使用的成像阵列中，因 此，这里不再详细论述。本发明的上述实施例利用具有应用于其它光电二极管的所有层的颜料 堆叠来构建不透光层，该不透光层用于保护用于产生暗电流信号的光电二 极管。然而，可以利用比整组颜料滤波器少的滤波器。例如，在某些情况 下，蓝色和红色带通滤波器的组合可足以不透光，以提供对下层光电二极 管的所需屏蔽。这种更加有限的滤波器堆叠在因维持较厚堆叠的问题而不 能利用较厚的全部颜料滤波器堆叠的情况中是有用的。例如，较厚的滤波器堆叠可能在温度周期变化期间受到分离(detachment)。应当注意，这种有限的滤波器堆叠层仍然可以在没有任何新的掩蔽和/ 或沉积步骤的情况下被提供。例如，考虑从滤波器堆叠中省略绿色颜料滤 波器的情况。沉积绿色颜料包括三个步骤。第一步在没有被最终的光电探 测器中的绿色颜料覆盖的区域上沉积图案化的掩模。在第二步中，沉积颜 料，并且最后，在第三步中去除掩模。如果要从堆叠中去除绿色颜料，则 图案化的掩模被设置使得该掩模延伸到暗电流光电二极管上的区域。本发明的上述实施例利用了在暗电流感测光电二极管和带通感测光电 二极管二者的结构上相同的光电二极管。然而，也可以利用具有不同尺寸 的光电二极管的实施例。例如，这些光电二极管的面积可以是一个所述光 电二极管的面积的整数倍。在这样的情况中，需要知道暗电流感测光电二 极管中的暗电流与带通感测光电二极管中的暗电流的比例。来自暗电流感 测光电二极管的输出然后可以由适当的放大器或者衰减器按比例地调整以 用于不同结构。现在参考图4，该图是根据本发明的又一实施例的光电二极管的示意图。光电二极管50与上述光电二极管40的不同之处在于光电 二极管28被替换为光电二极管58，光电二极管58与其余的光电二极管具 有不同的结构。在这样的情况中，光电二极管58的暗电流不同于其余光 电二极管的暗电流；然而，光电二极管58的暗电流具有固定的值，因 此，通过在从各个其它光电二极管的输出中减去光电二极管58的输出之 前，利用适当的放大器或衰减器来按比例调整光电二极管58的输出，仍 然可以利用来自光电二极管58的暗电流来针对来自其它光电二极管的暗 电流进行校正。这样的按比例调整操作由放大器51-53执行。应当明白， 放大器51-53可具有小于1的增益，即放大器51-53可以是衰减器。上面的论述称颜料滤波器对各个波长频带中的光为"透光"和"不透 光"。理想地，透光层对于相关波长频带中的光具有100%的透射率，而 不透光层对于相关波长频带中的光具有0%的透射率。然而，应当理解， 在特定应用中，可利用仅仅部分透光或者部分不透光的颜料滤波器，并且 这样的颜料滤波器仍然提供优于现有技术光电探测器的光电探测器。因 此，术语"透光层"被定义为包括这样的层，所述层具有足够的透射率来 允许该层之下的光电二极管在存在一个频带中的光的情况下测量相关波长 频带中的光，其中，即使所述层在被认为是不透光的所述一个频带中具有 一定的透射率，所述层在所述一个频带中也被认为是不透光的。特别地， 术语"透光层"包括透射率大于60%的层。同样，术语"不透光层"被定 义为包括透射率小于30。％的层。根据前面的描述和附图，对于本领域技术人员来说，本发明的各种修 改将变得很明显。因此，本发明完全由下面的权利要求来限定。
权利要求
1.一种光电探测器，该光探测器包括衬底，其具有第一、第二和第三光电二极管，所述第一、第二和第三光电二极管分别产生第一、第二和第三光电二极管输出信号，每个光电二极管输出信号表示入射到相应光电二极管上的光强度；第一颜料滤波器层，其覆盖所述第一光电二极管但不覆盖所述第二光电二极管，所述第一颜料滤波器层对于第一波长频带中的光是透光的，而对于第二波长频带中的光是不透光的；第二颜料滤波器层，其覆盖所述第二光电二极管但不覆盖所述第一光电二极管，所述第二颜料滤波器层对于所述第二波长频带中光是透光的，而对于所述第一波长频带中的光是不透光的；包括所述第一和第二颜料滤波器层的层，其覆盖所述第三光电二极管；以及输出电路，其将所述第一和第三光电二极管输出信号结合来提供第一校正输出信号，并且将所述第二和第三光电二极管输出信号结合来提供第二校正输出信号。
2. 如权利要求1所述的光电探测器，其中，所述输出电路从所述第一 和第二光电二极管输出信号中减去是所述第三光电二极管输出信号的倍数 的信号。
3. 如权利要求1所述的光电探测器，其中，所述第一、第二和第三光 电二极管的面积是所述光电二极管中的一个的面积的整数倍。
4. 如权利要求1所述的光电探测器，还包括第四光电二极管和第三颜 料滤波器层，所述第三颜料滤波器层覆盖所述第四光电二极管但不覆盖所 述第一和第二光电二极管，所述第四光电二极管产生第四光电二极管输出 信号，所述第四光电二极管输出信号表示入射到所述第四光电二极管上的 光强度和独立于所述光强度的暗电流，其中，所述输出电路还将所述第三 和第四光电二极管输出信号结合来提供第三校正输出信号。
5. 如权利要求4所述的光电探测器，其中，所述第三校正输出信号被针对所述暗电流而校正。
6. 如权利要求4所述的光电探测器，其中，所述第三颜料滤波器层还覆盖所述第三光电二极管。
7. 如权利要求1所述的光电探测器，其中，所述光电二极管中的每一 个在所述光电二极管没有接收到光的情况下产生暗电流，并且其中，所述 第一和第二输出信号比所述第一和第二光电二极管输出信号更少地依赖于所述暗电流。
8. —种用于确定多个光谱频带的每一个中的光信号的光强度的方法，所述方法包括以下步骤提供第一、第二和第三光电二极管，所述第一、第二和第三光电二极 管分别产生第一、第二和第三光电二极管输出信号，每个光电二极管输出信号表示入射到相应光电二极管上的光强度；提供第一颜料滤波器层，所述第一颜料滤波器层覆盖所述第一光电二 极管但不覆盖所述第二光电二极管，所述第一颜料滤波器层对于第一波长 频带中的光是透光的，而对于第二波长频带中的光是不透光的；提供第二颜料滤波器层，所述第二颜料滤波器层覆盖所述第二光电二 极管但不覆盖所述第一光电二极管，所述第二颜料滤波器层对于所述第二 波长频带中的光是透光的，而对于所述第一波长频带中的光是不透光的；提供包括所述第一和第二颜料滤波器层的层，该层覆盖所述第三光电 二极管；并且将所述第一和第三光电二极管输出信号结合来提供对所述第一波长频 带中的所述光强度的估计，并且将所述第二和第三光电二极管输出信号结 合来提供对所述第二波长频带中的所述光强度的估计。
9. 如权利要求8所述的方法，其中，所述第一、第二和第三光电二极管的面积是所述光电二极管中的一个的面积的整数倍。
10. 如权利要求8所述的方法，还包括提供第四光电二极管和第三颜 料滤波器层，所述第三颜料滤波器层覆盖所述第四光电二极管但不覆盖所 述第一和第二光电二极管，所述第四光电二极管产生第四光电二极管输出 信号，所述第四光电二极管输出信号表示入射到所述第四光电二极管上的光强度和独立于所述光强度的暗电流，所述第三颜料滤波器层在第三波长 频带中是透光的，其中，所述方法还所述第三和第四光电二极管输出信号 结合来提供对所述第三波长频带中的光强度的估计。
11. 如权利要求io所述的方法，其中，所述对所述第三波长频带中的 所述光强度的估计被针对所述暗电流而校正。
12. 如权利要求IO所述的方法，其中，所述第三颜料滤波器层还覆盖 所述第三光电二极管。
13. 如权利要求8所述的方法，其中，所述光电二极管中的每一个在所述光电二极管没有接收到的光的情况下产生暗电流，并且其中，所述对 所述第一和第二波长频带中的所述光强度的估计比所述第一和第二光电二 极管输出信号更少地依赖于所述暗电流。
14. 一种用于制备光电探测器的方法，该方法包括以下步骤 提供衬底，所述衬底具有第一、第二和第三光电二极管，所述第一、第二和第三光电二极管分别产生第一、第二和第三光电二极管输出信号，每个光电二极管输出信号表示入射到相应光电二极管的光强度；沉积第一颜料滤波器层，所述第一颜料滤波器层覆盖所述第一光电二 极管和所述第三光电二极管但不覆盖所述第二光电二极管，所述第一颜料 滤波器层对于第一波长频带中的光是透光的，而对于第二波长频带中的光是不透光的；沉积第二颜料滤波器层，所述第二颜料滤波器层覆盖所述第二光电二 极管和所述第三光电二极管但不覆盖所述第一光电二极管，所述第二颜料 滤波器层对于所述第二波长频带中的光是透光的，而对于所述第一波长频 带中的光是不透光的。
15. 如权利要求14所述的方法，其中，所述衬底还包括输出电路，所 述输出电路将所述第一和第三光电二极管输出信号结合来提供第一校正输 出信号，并且将所述第二和第三光电二极管输出信号结合来提供第二校正 输出信号。
16. 如权利要求14所述的方法，其中，所述第一、第二和第三光电二 极管的面积是所述光电二极管中的一个的面积的整数倍。
17. 如权利要求15所述的方法，其中，所述衬底还包括第四光电二极管和第三颜料滤波器层，所述第三颜料滤波器层覆盖所述第四光电二极管 但不覆盖所述第一和第二光电二极管，所述第四光电二极管产生第四光电 二极管输出信号，所述第四光电二极管输出信号表示入射到所述第四光电 二极管上的光强度和独立于所述光强度的暗电流，其中，所述输出电路还 将所述第三和第四光电二极管输出信号结合来提供第三校正输出信号。
18. 如权利要求17所述的方法，其中，所述第三校正输出信号被针对 所述暗电流而校正。
19. 如权利要求17所述的方法，其中，所述第三颜料滤波器层还覆盖 所述第三光电二极管。
20. 如权利要求14所述的方法，其中，所述光电二极管中的每一个在 所述光电二极管没有接收到光的情况下产生暗电流，并且其中，所述第一 和第二输出信号比所述第一和第二光电二极管输出信号更少地依赖于所述 暗电流。
全文摘要
本发明公开了光电探测器以及用于制造该光电探测器的方法。该光电探测器包括具有第一、第二和第三光电二极管的衬底以及第一和第二颜料滤波器层。第一、第二和第三光电二极管分别产生第一、第二和第三光电二极管输出信号，每个光电二极管输出信号表示入射到相应光电二极管上的光强度以及独立于所述光强度的暗电流。第一和第二颜料滤波器层覆盖第一和第二光电二极管，而包括第一和第二颜料滤波器层的层覆盖第三光电二极管。输出电路将第一和第三光电二极管输出信号结合来提供第一校正输出信号，并且将第二和第三光电二极管输出信号结合来提供第二校正输出信号。
文档编号H01L27/144GK101276827SQ20081008807
公开日2008年10月1日 申请日期2008年3月31日 优先权日2007年3月29日
发明者陈吉恩, 陈文杰, 陈范显 申请人:安华高科技Ecbu Ip(新加坡)私人有限公司