专利名称：一种三层结构的半导体光电角度传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及 -种三层结构的半导体光电角度传感器，属于半导体技术领域。
技术背景本发明主要应用于需要转动角度精密测定和精确定位的伺服系统。是激光技 术领域光偏转部件的核心技术。目前常用的测量方式为电容式传感器和二层结构 的光电式传感器。电容式传感器存在以下缺点1、电路复杂，由分立元件搭接， 没有集成方案选择，电路中主要包括电容器，电阻器，电感线圈和晶体管。2、 稳定性差，分立元件搭接的电路不稳定，温度环境、大气湿度对于测量精度影响很大， 一般只能保证1/000的测量精度，易出故障。3、调试困难，电容器极板与介质物之间的间隙要求非常精确，制造工艺难度高一致性无法保证。光电式角 度传感器的广泛应用大幅提高了角度精确测量定位的性能指标。但是常见的光电 传感器均为两层器件，结构简单，原理直观，由于材料以及制造工艺的局限，其 动态性能不佳，未能充分发挥光电式传感器件的优良特性。发明内容本发明不同于现有光电式传感器的特点在于，使用了三层结构的半导体器件，大幅提高和扩展传感器的动态性能，原理如下根据半导体光生伏打原理，在单晶硅片经氧化、掩模、蚀刻、扩散制备所需形状之PN结，见图1。硅片背面为阳极，正面为阴极，当光源照射PN结时，产生光生电压电流。<formula>formula see original document page 3</formula>
公式1其中Vco开路电压，A曲线因子，K波尔兹曼常数，T绝对温度，q电 荷值，Jl光电流，Jo反向饱和电流。由公式一可以导出，Vco在光源照度相对 恒定时，仅随受光面积变化而变化。在上述制备的PN结之上附着第三层物质有两种方法1 、 在器件受光面增镀一层增透、防反、滤光电阻膜，根据需要该膜尺寸、 材料、厚度、电特性均可改变。如图1 。2、 对上述制备的PN结进行二次扩散，根据需要产生一个电阻层，该电 阻层的扩散浓度、厚度、电特性均可改变。如图2。进行二次扩散之后的器件引出电极为两个，A和B。 实施方法1、 光电传感器形状及安装方法如图3，两片扇形传感器A、 B围绕一个圆心，光源由正上方射入，蝶形遮光片固定在转动轴上介于光源和传感器之间，A、 B传感器分别检测各自受光面积之下的光生电压，转动蝶形遮光片改 变了A、 B传感器的受光面积，A、 B光生电压随之发生变化。此两路电 压信号经差分放大，即可求出转动轴的变化角度。2、 光电传感器形状及安装方法如图4，四片扇形传感器A、 B、 C、 B围绕一 个圆心，光源由正上方射入，蝶形遮光片固定在转动轴上介于光源和传感 器之间，A、 B、 C、 D传感器呈桥式串联连接分别检测各自受光面积之下 的光生电压，转动蝶形遮光片改变了 A、 B、 C、 D传感器的受光面积，A、B、 C、 D光生电压随之发生变化。由于AC、 BD串联，得出两路电压信 号ac、 bd，此两路电压信号经差分放大，即可求出转动轴的变化角度。3、 光电传感器形状及安装方法如图5， 一片扇形传感器A、 B两路输出，当 光源从」F.上方射入时，产生的光伏电压将通过二次扩散形成的电阻分别到 达A、 B端，随着遮光片角度变化，产生光伏电压的区域将发生变化，相 当于改变了A、 B输出之间的分压电阻，将A、 B两路信号差分放大，即 可求出转动轴的变化角度。4、 光电传感器形状及安装方法如图6，两片扇形传感器A、 B、 C、 D四路输 出，当光源从正上方射入时，产生的光伏电压将通过二次扩散形成的电阻 分别到达A、 B， C、 D端，随着遮光片角度变化，产生光伏电压的区域 将发生变化，相当于改变了A、 B禾QC、 D输出之间的分压电阻，将AD、 BC四路信号分别求和再差分放大，即可求出转动轴的变化角度。
图1是三层结构的半导体光电角度传感器结构示意图，图中R---电阻层，K---阴 极，A—阳极。图2是三层结构的半导体光电角度传感器结构示意图的双输出端方式，图中R--电阻层，K—阴极，A—阳极。图3是三层结构的半导体光电角度传感器的基本实施方法，图中1—光源2--遮光片3—扇形传感器4--转动轴A…检测信号输出B…检测信号输出。图4是三层结构的半导体光电角度传感器的增强实施方法，图中1-光源2---遮光片 3--扇形传感器4--转动轴 ABCD—检测信号输出端a,b--检测信 号输出(串联或者并联)。图5是三层结构的半导体光电角度传感器的基本实施方法，图中1--光源2--遮光片3---扇形传感器4--转动轴A---检测信号输出B---检测信号输出。图6是三层结构的半导体光电角度传感器的增强实施方法，图中1--光源2---遮光片3---扇形传感器4—转动轴ABCD—检测信号a，b---检测信号输出(并联)。
权利要求
1. 一种三层结构的半导体光电角度传感器及其应用方法。
2、 由此设计启发的任何光电式传感器。
全文摘要
本发明涉及一种三层结构的半导体光电角度传感器，属于半导体技术领域。本发明根据半导体光生伏打原理，并在半导体光伏器件上制备所需之电阻层。利用本发明制备的三层半导体结构的光电角度传感器，其优点是可以大幅提高并扩展传感器的动态性能以及长期使用的稳定性。
文档编号H01L31/102GK101232056SQ200710001090
公开日2008年7月30日 申请日期2007年1月24日 优先权日2007年1月24日
发明者伟 冯, 昂 李 申请人:冯 伟;李 昂