一种光点位置检测传感器的制作方法

文档序号:7223207阅读:334来源:国知局
专利名称:一种光点位置检测传感器的制作方法
技术领域
本实用新型涉及ー种传感器,具体涉及ー种光点位置检测传感器。
背景技术
光点位置检测传感器在光学位置和角度的測量与控制、远程光学控制系统、位移和振动监测、激光光束校准、自动范围探测系统以及人体运动及分析系统等领域有广泛的应用。传统的光点位置检测传感器是制作在硅材料上的,由大面积PIN光电ニ极管构成,它与分立単元探测器阵列相比具有位置分辨率高、响应电流简单、快速等优点。近年也有SOI衬底硅上制造PIN型光点位置检测传感器的报道。采用PIN结构实现光点位置检测虽然有检测灵敏度高等前述优点,但由于涉及到使用近本征的I层材料层,使制造成本大大增加。

实用新型内容针对现有技术存在的不足,本实用新型目的是提供一种可提高灵敏度的光点位置检测传感器。为了实现上述目的,本实用新型是通过如下的技术方案来实现本实用新型包括依次设置的第一低阻半导体层、高阻半导体层、第二低阻半导体层和绝缘抗反射保护层;第一低阻半导体层与高阻半导体层的导电类型相同;高阻半导体层与第二低阻半导体层的导电类型相反形成半导体PN结,第二低阻半导体层的掺杂浓度高于高阻半导体层的掺杂浓度,这样半导体PN结反偏吋,耗尽区主要向高阻半导体层扩展,从而使器件反向耐压容易控制;绝缘抗反射保护层的表面设有四根相同的电极,四根电极围成正方形有效光敏区域;第一低阻半导体层的表面设有金属层。当无光点照射到正方形有效光敏区域吋,该半导体PN结反偏,无电流流过。当有光点照射到正方形有效光敏区域吋,则照射点下对应的半导体PN结位置由于产生大量光生载流子,引起该点下半导体PN结处雪崩击穿,从而产生可观的反向电流,该电流在第二低阻半导体层中横向流动,井根据四个电极位置分配电流大小,然后通过测量这四个电极上的电流大小,利用现有的公式可计算出光点在正方形有效光敏区域的ニ维位置。上述电极与金属层之间的正常工作偏置电压略小于(具体小IV以内,可以不提具体数值,这里的表述方式是本领域的公知常识)半导体PN结的雪崩击穿电压。上述第一低阻半导体层、高阻半导体层和第二低阻半导体层采用的是普通硅片。在上述第一低阻半导体层表面通过外延法形成高阻半导体层。在上述高阻半导体层上通过扩散法或者离子注入法形成第二低阻半导体层。在上述第二低阻半导体层表面通过氧化和低压化学气相淀积形成绝缘抗反射保护层。、[0015]上述绝缘抗反射保护层包括氧化硅和氮化硅。本实用新型基于雪崩击穿原理工作,响应电流具有自激放大作用,使灵敏度得到大大提高;本实用新型的第一低阻半导体层、高阻半导体层和第二低阻半导体层可采用普通硅片进行制造,材料成本低,显著降低了传感器的制造成本。

图I为本实用新型的光点位置检测传感器结构示意图。(图中s表示的是正方形有效光敏区域中的任意一点)图中各标号第一低阻半导体层1,高阻半导体层2,第二低阻半导体层3,绝缘抗反射保护层4,电极5,金属层6。
具体实施方式
为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施方式
,进ー步阐述本实用新型。參见图1,本实用新型包括从下到上依次设置的第一低阻半导体层1(高掺杂)、高阻半导体层2、第二低阻半导体层3和绝缘抗反射保护层4,其中,绝缘抗反射保护层4为透明层。其中,第一低阻半导体层I、高阻半导体层2、第二低阻半导体层3均为半导体材料,如普通硅片,采用普通硅片进行制造,可显著降低本实用新型的制造成本。第一低阻半导体层I与高阻半导体层2的导电类型相同。高阻半导体层2与第二低阻半导体层3的导电类型相反形成有一定面积的半导体
PN结。其中,第二低阻半导体层3的掺杂浓度高于高阻半导体层2的掺杂浓度,这样半导体PN结反偏时,耗尽区主要向高阻半导体层2扩展,从而使器件反向耐压容易控制。绝缘抗反射保护层4的上表面设有四根相同的电极5,四根电极5围成正方形有效光敏区域。四根电极5中的两根相互对称,另外的两根电极5也相互对称。第一低阻半导体层I的下表面设有金属层6。四根电极5通过导线分别与金属层6相连接。本实施例中,在第一低阻半导体层I上表面通过外延法形成高阻半导体层2。本实施例中,在高阻半导体层2上表面通过扩散法或者离子注入法形成第二低阻半导体层3。本实施例中,在第二低阻半导体层3上表面通过氧化和低压化学气相淀积形成绝缘抗反射保护层4 ;绝缘抗反射保护层4具体包括氧化娃和氮化娃。本实用新型的工作过程如下工作时,在姆根电极5和金属层6之间施加反偏电压,使半导体PN结反偏,并使反偏电压略低于半导体PN结的雪崩击穿电压。当无光点照射到正方形有效光敏区域吋,该半导体PN结反偏,但无电流流过。当有光点照射到正方形有效光敏区域吋,比如正方形有效光敏区域中的s点位置,则s点下对应的半导体PN结位置由于产生大量光生载流子,引起该点下半导体PN结处雪崩击穿,从而产生可观的反向电流。该电流在第二低阻半导体层3开始横向流动,且由于有四个电极5,电极5点离雪崩击穿点距离不同,从而造成电流在第二低阻半导体层3再分配。通过测量这四个电极5上的四个电流大小,利用以下公式就可确定光点位置坐标(X,y) ° χ=ττττκ y = Tl^TB式中,L为正方形有效光敏区域的边长,IL, Ie, It和Ib分别为图中左侧的电极5、右侧的电极5、上侧的电极5和下侧的电极5流过的电流。本实用新型的制作过程如下首先,选取第一低阻半导体层I为衬底。然后,通过外延法在第一低阻半导体层I的表面生长ー层和第一低阻半导体层I同导电类型的高阻半导体层2。接下来,再通过扩散法或离子注入法在高阻半导体层2上形成ー层相反导电类型的第二低阻半导体层3,这样,高阻半导体层2和第二低阻半导体层3就构成了一半导体PN结。紧接着,再在第二低阻半导体层3表面通过氧化和低压化学气相淀积生长ー层由氧化硅和氮化硅组成的绝缘抗反射保护层4。最后,通过光刻、腐蚀绝缘抗反射保护层4形成引线孔,溅射金属在表面井光刻腐蚀形成四根电极5 ;第一低阻半导体层I的下表面也通过溅射方法覆盖ー层金属层6。以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解,本实用新型不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理,在不脱离本实用新型精神和范围的前提下,本实用新型还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求1.ー种光点位置检测传感器,其特征在于,包括依次设置的第一低阻半导体层(I)、高阻半导体层(2)、第二低阻半导体层(3)和绝缘抗反射保护层(4); 所述第一低阻半导体层(I)与高阻半导体层(2)的导电类型相同; 所述高阻半导体层(2)与第二低阻半导体层(3)的导电类型相反形成半导体PN结,所述第二低阻半导体层(3)的掺杂浓度高于高阻半导体层(2)的掺杂浓度; 所述绝缘抗反射保护层⑷的表面设有四根相同的电极(5),四根所述电极(5)围成正方形有效光敏区域; 所述第一低阻半导体层(I)的表面设有金属层(6)。
2.根据权利要求I所述的光点位置检测传感器,其特征在于,所述电极(5)与金属层(6)之间的正常工作偏置电压略小于半导体PN结的雪崩击穿电压。
3.根据权利要求I所述的光点位置检测传感器,其特征在于,所述第一低阻半导体层(I)、高阻半导体层(2)和第二低阻半导体层(3)采用的是普通硅片。
4.根据权利要求I至3任意一项所述的光点位置检测传感器,其特征在于,在所述第一低阻半导体层(I)表面通过外延法形成高阻半导体层(2)。
5.根据权利要求I至3任意一项所述的光点位置检测传感器,其特征在于,在所述高阻半导体层(2)上通过扩散法或者离子注入法形成第二低阻半导体层(3)。
6.根据权利要求I至3任意一项所述的光点位置检测传感器,其特征在于,在所述第二低阻半导体层(3)表面通过氧化和低压化学气相淀积形成绝缘抗反射保护层(4)。
7.根据权利要求6所述的光点位置检测传感器,其特征在干,所述绝缘抗反射保护层(4)包括氧化硅和氮化硅。
专利摘要本实用新型公开了一种光点位置检测传感器,包括依次设置的第一低阻半导体层、高阻半导体层、第二低阻半导体层和绝缘抗反射保护层;第一低阻半导体层与高阻半导体层的导电类型相同;高阻半导体层与第二低阻半导体层的导电类型相反形成半导体PN结,第二低阻半导体层的掺杂浓度高于高阻半导体层的掺杂浓度;绝缘抗反射保护层的表面设有四根相同的电极,四根电极围成正方形有效光敏区域;第一低阻半导体层的表面设有金属层。本实用新型基于雪崩击穿原理工作,响应电流具有自激放大作用,使灵敏度得到大大提高;本实用新型可采用普通硅片进行制造,材料成本低,显著降低了传感器的制造成本。
文档编号H01L31/068GK202434554SQ201120559159
公开日2012年9月12日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者张睿, 秦明 申请人:东南大学
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