专利名称：光电探测阵列的制作方法
技术领域：
激光颗粒分布测量仪是以富朗和菲衍射理论和MIE散射理论为技术核心理论，用于测量各种悬浮介质中悬浮颗粒大小及其分布情况测量的仪器，本实用新型涉及的是激光颗粒分布测量仪中对检测质量影响最为密切的光电转换组件的技术改进。
现有的各光电探测阵列的结构，是按颗粒衍射、散射所形成的径向变化的圆形图象来设计的，将其上的光敏探测部件按上述规律将其制作于半导体衬底上，并由若干隔离带将其隔离构成，其每一拱形带状区域的光敏探测部件作为一路光电探测通道，各通道的信号转换及输出来实现颗粒分布的数据采集工作。如中国专利专利号为CN89102013.6、名称为“拱形光敏传感组件”，该组件为具有共同圆心的若干半圆拱形光敏元件排列组成的，相邻光敏组件之间设有隔离带；另一中国专利CN91205415.6、名称为“激光微粒测量仪”技术，它也采用了类似结构，32个同圆心的由绝缘带隔离的半圆形环形硅光电池组成。这种常规结构的半圆形光电探测组件存在很多技术弊病1、存在很大数据采集误差，径向多区段半圆形光敏部件之间必须设有相应宽度的隔离带，该隔离带的最小宽度一般只有约2μm，但它却约占圆心处各光敏探测部件径宽的25％，形成了不可忽视的测量盲区，这一结构性缺陷直接导致了仪器的测量误差，影响了仪器的测量精度；2、暗电流本底影响了仪器测量的灵敏度，光电探测组件边缘处的拱形光敏部件与圆心处光敏部件的面积之比相差太大，边缘光敏部件的最大面积约124mm2，既使在无光线射入的情况下，其电信号输出幅值也相当高，形成暗电流本底，当需检测的衍射信号、散射信号出现时，其电转换信号的输出幅度增幅则相当微小，该本底的存在降低了仪器的测量灵敏度；3、颗粒径值测量范围局限性大，由于半圆形光敏探测组件的光学中心位于组件的中部位置，在组件的长度约30mm时，其最大的探测范围也只有其一半，约14.5mm，其最小的可测试粒径也只有1.9μm，对于更小的径粒测量却无能为力4、现有结构使其测量通道数目难以提高，很难对样品进行准确、细致地分析；5、其制造工艺要求极高，其半圆形部件面积较大，生产这种大面积的微电子光电半导体产品，其制造材料及生产工艺要求就很高，而且其圆心位置需打孔，进一步加大了其制造的难度，多方面的因素决定了其成品率偏低，成本大。
综上所述，由于现有的光电探测组件存在上述技术弊病，导致颗粒分布测量仪的测量性能偏低，仪器的测量质量难以提高。
为尽可能有效利用接近扇形区域光学中心的面积，提高这一部分的测量精度和灵敏度，应该增大接近光学中心部分的光敏部件的有效探测面积，该光敏部件的圆心角覆盖范围为其外探测阵列光敏阵列圆心角范围的1.5-3倍。
在上述的整体技术方案中，光电探测阵列的最外缘段设有由圆环状隔离区为隔离部件隔离分布的光敏部件。
在上述技术方案中，为提高本光敏组件的工作稳定性和可靠性，延长其使用寿命，其表面设有一层二氧化硅保护滤光层。
本技术方案的光电探测阵列结构改变，产生了如下的实质技术效果1、本技术将光敏部件和隔离部件予以巧妙地对称交错分布设计，完全消化了因径向变化的光敏部件之间绝缘而设计的隔离区所引起的测量盲区，从阵列结构上消除了分布测量仪的测量误差，提高了仪器的测量精度；2、光电探测阵列的扇状外形与半圆形探测阵列相比，其最外缘处的光敏部件的面积大大缩小，最大面积也只有几十平方毫米，因而有效地削弱了其暗电流本底的影响，可使测量仪器的灵敏度和精度大大提高；3、拓宽了仪器的颗粒粒径值的测量范围，本技术改变了光电探测阵列常规的半圆形结构，将其探测区域部分设计成扇状外形，其宽度缩短，缩小了整个阵列的尺寸，尤其是在保证光敏转换灵敏度的前提下，其光敏部件面积地缩小，使产品疵点的出现率大大减少、制造工艺要求也有所降低，其成品率可明显提高，有利于成本的下降；4、本光电探测阵列的光学中心位于扇形区域一侧顶点上，这种结构设计使光电探测阵列的有效探测距离比现有半圆形光电阵列增加了一倍，可使颗粒测量仪的最小可测量颗粒的径向尺寸范围又向前大大扩展，其可测下限可达到0.15μm(单镜头)；5、在本技术方案的基础上，探测阵列外缘区段采用同圆心的隔离带隔离其小圆心角的圆弧状光敏部件，内缘区段采用大圆心角覆盖设计，在保证本分布测量仪测量性能的前提下，既不扩大光电探测阵列的外形，也有效利用了其阵列的面积，提高小图形区域的光电转换信号；6、本技术设计可以有效地增加探测通道的数目，提高测量仪器的测量准确性和精度。
图1为本光电探测阵列的整体结构示意图，由于其光学中心处的光敏部件极小，仅作相应的示意表示图2为接近光学中心处的内缘区段A中的光敏部件的分布结构示意图图3为图1中部区段B中的光敏部件的分布结构示意图图4为中部区段B与阵列外缘区段C的光敏部件的分布结构示意图。
光电探测阵列为在半导体衬底上由若干光敏部件及其隔离部件形成扇形分布的光敏组件，即在衬底底板相应宽度的范围内，形成一定圆心角覆盖范围的扇形区域1，穿过该扇形区域光学中心的径向中线位置设有一隔离带M，该隔离带M将扇形区域1分隔成两左右对称的扇形分区D、D’，每一扇形分区按共圆心、径长依次变化划分为若干弧带状区，且两扇形分区弧带状区分布对称、一致，每一扇形分区中的各弧带状区交错制有光敏部件和隔离部件，两扇形分区D、D’光敏部件、隔离部件对称且交错分布设置，隔离部件M1、M2与隔离带M相连通。如图所示，以中部区段B为例，扇形分区D中的光敏部件B1的对称侧为隔离部件M2，其隔离部件M1的对称侧为光敏部件B2。同理，内缘区段A中的光敏部件A1的对称侧为隔离部件MA2，其隔离部件MA1的对称侧为光敏部件A2。
扇形区域的圆心角覆盖范围的大小一般是由衬底底板宽度尺寸和组件中光敏部件的数量相互制约来确定的，若其扇形区域采用一个固定的圆心角扇形覆盖设计，就无法在规定大小的衬底底板上形成规定数量的光敏部件。为解决这一问题，还要解决靠光学中心的内缘区段A光敏面积过小而影响转换精度及灵敏度、以及远离光学中心的外缘区段C光敏面积超出衬底底板宽度范围等技术问题，每一扇形分区靠光学中心的内缘区段A的圆心覆盖角应为中部区段B的1.5-3倍，则可充分利用靠光学中心处的有效面积，提高内缘区段A光敏部件的电转换信号值；其外缘区段C为设于扇形区域径向中央处、与其内侧扇形区域共圆心、按径长依次变化分布设置若干弧带状光敏部件C1构成，相邻光敏部件C1之间由宽度尽可能小的隔离条C2相互隔离。为使本光电探测阵列具有稳定和可靠的工作性能，并提高其使用寿命，其表面钝化处理一层二氧化硅滤光保护层。
权利要求1.一种光电探测阵列，其特征在于扇形区域过圆心中线处设有一隔离带(M)，该隔离带(M)将扇形区域分隔成两对称的扇形分区(D、D’)，扇形分区中设有若干共圆心、径向依次变化的弧状带区，两扇形分区的弧状带区的径向变化规律相同，这些弧状带区分布的是光敏部件及光敏部件之间的隔离部件，两扇形分区(D、D’)的光敏部件、隔离部件交错对称设置，即每一光敏部件的对称侧为与其相同的隔离部件，隔离部件与隔离带(M)连通。
2.根据权利要求1所述的光敏探测阵列，其特征在于靠光学中心的内缘区段(A)光敏部件的圆心角覆盖范围为其外光敏阵列圆心角范围的1.5-3倍。
3.根据权利要求1所述的光敏探测阵列，其特征在于远离光学中心的外缘区段(C)为设于扇形区域径向中央处，与其内侧扇形区域共圆心、按径长依次变化分布设置若干弧带状光敏部件(C1)构成，相邻光敏部件之间由宽度尽可能小的隔离条(C2)相互隔离。
4.根据权利要求1所述的光敏探测阵列，其特征在于其表面设有一层二氧化硅滤光保护层。
专利摘要本实用新型涉及的是将标准光束照射于颗粒上所产生的衍射、散射光转换为信号的光电探测阵列，本技术解决了现有技术在结构中所存在的结构缺陷，导致测量仪的测量性能指标偏低的技术弊病，本技术采用了两组对称的扇形分区，并使该两组扇形区域的光敏部件与隔离部件相互交错对称设置的结构方式，消除了现有的半圆形光电探测组件的隔离测量盲区，可大大提高分布测量仪的测量质量。
文档编号G01N15/02GK2596349SQ0321104
公开日2003年12月31日 申请日期2003年1月16日 优先权日2003年1月16日
发明者邢武, 邢宇铮 申请人:辽宁仪表研究所