苝四甲酸二酐有机层光电耦合器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于微电子学与光电子学新型半导体光电子器件技术领域，具体设及 一种巧四甲酸二酢有机层光电禪合器。
【背景技术】
[0002] 光禪合器（optical coupler,英文缩写为0C)，又叫光电光禪器。它是光为媒介传 输电信号的光一电光转换器件。该器件由发光源和受光器两部分组装在同一密封的壳体 内，彼此间用透明绝缘物隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端。常见的发 光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏Ξ极管等光电探测器。光禪合器输入端加电 信号使发光源发出的光照射到受光器产生光电流由受光器输出端引出，从而实现光一电转 换。把不同的发光器件和各种光接受器组合可构成品种繁多的各种光禪合器，光禪合器已 成为一类独特的半导体器件。随着近年来信号处理的数字化、高速化、仪器/仪表的系统化 及网络化的发展，光敏二极管加放大器类的光禪合器在光电控制系统、光电通讯领域及各 种电路中被广泛应用。市场需求量不断增长。
[0003] 随着科学技术的发展及应用范围的不断扩展，对光禪合器性能提出了更高的要 求。现有的光禪合器完全是利用单晶娃制作的光敏二极管和光敏Ξ极管。事实上，光禪合 器是一种由光电流控制的电流转移器件，线性工作范围较窄，且随溫度变化而变化；由单晶 娃制作的半导体器件其反向饱和电流Iceo (即暗电流)受溫度变化的影响十分明显，使电路 工作的稳定性及可靠性受到影响；并且娃光敏二极管和光敏Ξ极管的光电转换效率不高， 仅有78% ;而且生产成本较高。
[0004] 有机光电子学及有机化学的迅速发展，极大地促进了新型有机半导体器件的创 新。我们在国家自然科学基金和甘肃省自然科学基金的资助下，率先开展了有机半导体材 料巧四甲酸二酢（3,4, 9, 10 peiylenetetracarbo巧licdianhy化ide 简称 PTCDA)的合 成及其物理性质的深入研究得出结论：巧四甲酸二酢可W在各种无机材料衬底上形成有序 层，并且具有单斜晶系结构；它的价带和第一紧束缚导带之间的能量是2. 2ev ;每个晶胞含 有两个分子；分子量为392,它的密度为1. 69g/cm3,升华溫度为45(TC ;当波长λ在0. 5~ 1. 0 μπι范围内变化时，其光吸收系数α。变化范围是10 2cm 1~10 4cm 1。利用运种染色有机 材料，能够通过真空蒸锻的方法，在无机半导体P-Si的表面形成高质量的分子层薄膜并具 有肖特基势垒特性。
[0005] 实用新型人利用巧四甲酸二酢制得了电极忍片，该忍片获得实用新型专利，其名 称为《PTCDA/P-Si异质结光电探测器低阻欧姆电极忍片》，专利号为化201120070565. 9。该 专利公开了光电探测器电极忍片直径为150μπι欧姆电极的制作方法。在此基础上，为了 使运种宽频带高量子效率的光电探测器的性能得到提高并拓宽它的应用，我们进一步优化 了该器件的结构参数，使6层结构中每层薄膜的厚度通过理论分析和计算使其更合理和可 行；并且P-Si单晶背电极Α1变更为具有延展性及可浸润性的Au，进一步降低了背电极的 接触电阻，提高了器件的光电性能；此外，将忍片电极的直径由150μπι变更为50μπι，同时 每个忍片的四周边缘光刻出宽度由原来的50 μπι变更为30 μπι，增加了 ΙΤΟ膜的受光面积， 进一步提高了该器件的光电转换的效率。经过上述结构改进及工艺实践使运种宽频带高量 子效率的光电探测器的性能得到了大幅度提高提高。2014年8月经中国测试技术研究院提 供的测试报告表明，它对波长在450nm~llOOnm的光都有响应（即它可将在该波段范围的 光能转变为电能)，是一种响应度很好的宽带光电子元器件。从入射光的波长与响应度的测 试曲线直接得出，它对930nm的光有最大的峰值，特别指出的是，它对波长为930nm的光，其 光吸收系数为1，即表示它对入射的光可W全部吸收，其光电转换的量子效率可达100%。运 一波长恰好与GaAs红外发光二极管发出光的波长完全相同。利用两者组合可制作出光电 转换效率近于100%的巧四甲酸二酢光禪合器。
【发明内容】
[0006] 本实用新型的目的是提供一种体积小、成本低、光电转换效率高的巧四甲酸二酢 有机层光电禪合器。
[0007] 为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：一种巧四甲酸二酢有机层 光电禪合器，包括组装在同一密封的金属壳体内的发光器和受光器，其特征在于：发光器为 GaAs红外发光二极管忍片，受光器为巧四甲酸二酢光电探测器电极忍片。
[0008] 巧四甲酸二酢光电探测器电极忍片，包括依次叠层的金电极层、P-Si衬底层、巧四 甲酸二酢单晶膜层和IT0膜层，IT0膜层表面设有儀膜层，儀膜层表面设有侣膜层；儀膜层 与侣膜层组成忍片电极，忍片电极的直径为50 μ m。
[0009] 叠层的金电极层、P-Si衬底层与巧四甲酸二酢单晶膜层的边长为3000 μ m，口0 膜层的边长为2940 μπι。
[0010] 本实用新型提供的光禪合器W巧四甲酸二酢有机光电探测器忍片为受光器、W GaAs红外发光二极管为发光器制作而成。其体积小、性能优良，宽频带响应、光电转换效率 达98% W上，比娃光敏二极管及Ξ极管组合的光禪器的光电转换量子效率合器提高了 28%， 制造成本是单晶娃器件的50%。本实用新型提供的光禪合器具有良好的稳定性及可靠性，应 用于计算机及各种电子电路中。
[0011] 制作本实用新型光电禪合器所应用的巧四甲酸二酢光电探测器，其体积小，仅为 9mm2,制作成本低，宽频带响应并且峰值波长处饱和光电流与暗电流的比值大于10 3,能够在 各种电路中稳定可靠使用。
[0012]
[0013] 本实用新型专利是采用微电子器件平面工艺，使结构为Al/Ni/口0/PTCDA/P-Si/ Au每层薄膜的厚度更合理和可行；并且P-Si单晶背电极A1变更为具有延展性及可润性 的Au，进一步降低背电极的接触电阻。其中Ni薄膜的厚度50皿，它的作用是防止A1与IT0 (铜锡氧化物透明导电膜)发生反应，阻止了 A1与0反应形成Al2〇3,提高了该光电探测器的 稳定性及可靠性。另外，底面与P-Si背面接触的是Au薄膜，通过微合金化处理，使该器件 形成良好的低阻欧姆接触层，有利于器件光电性能的提高。
[0014] 本实用新型表面内引线孔的制作中，采用微电学中的平面光刻工艺，经刻蚀后使 Al-Ni电极引线孔的直径缩小到50 μπι。在刻蚀中选用含有高儘酸钟的腐蚀液，保持了引线 孔周围不产生毛刺，提高了器件的耐电压性能并降低了暗电流。同时也扩展了透明导电膜 ΙΤ0的受光面积，使光电转换效率得到了提高。
[0015] 由巧四甲酸二酢作为有机层制作的光电探测器，即制作本实用新型产品巧四甲酸 二酢有机层光电禪合器所使用的巧四甲酸二酢有机光电探测器忍片，2014年8月经中国测 试技术研究院做了光敏参数测试，中国测试技术研究院提供的测试证书主要内容见表1与 图5。
[0016]
[0017] 从表1与图5明确得知，PTCDA作为有机层制作的光电探测器，对450皿~1100皿 的光都有响应，在波长为930nm的位置其响应度最大，其光吸收系数为1，表示它对入射的 光可W全部吸收，其光电转换的量子效率可达100%。运一波长恰好与GaAs红外发光二极管 发出光的波长完全相同。提示利