[其他]非晶硅光位置敏感器件

在審

• 申請號: 101987000005565
• 申請日: 1987-08-12
• 公開（公告）號: CN1003901B
• 公開（公告）日: 1989-04-12
• 發明（設計）人: 蘇子敏;彭少麒
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 代理公司: 中山大學專利事務所
• 代理人: 葉賢京;蔡茂略

本發明屬半導體非晶硅光位置敏感器件。它是利用非晶硅材料的單質結或異質結的橫向光生伏特效應制成的可測量光點位置信息的新型器件。由于本光位置敏感器件制造工藝簡單，輸出光敏信號較大，對位置控制、目標跟蹤及計算機方面的應用具有廣闊的前景。

本發明屬半導體非晶硅光位置敏感器件。它是利用非晶硅材料的單質結或非晶硅與單晶硅的異質結的橫向光生伏特效應制成的可測量光點位置信息的新型器件。

目前所使用的光位置探測器主要由半導體單晶材料制成，其制造工藝復雜，如美國專利US3792257所述的橫向光位置探測器，除了需要有一個對光照敏感的表面、半導體材料和電極外，還需要有一個附加系統，以改變半導體材料的電阻率，使任何一個電極與敏感表面上某一點之間的電阻是位置的線性函數，給制造工藝增添了不少麻煩，從而成本較高，且產品的使用操作十分不方便，還要經過一番復雜運算才能確定光的位置。本發明的目的就是要找出一種光位置敏感器件，其結構簡單，使用方便。

本發明通過在單晶硅片上淀積出一層非晶硅材料，并根據我們最近研究和發現的非晶硅單質及異質結的橫向光生伏特效應，制造出具有實用和商業價值的光位置敏感器件。

本發明的光位置敏感器件由芯片和四個電極組成，每個電極可分別做成直線狀，分布在半導體芯片表面的邊緣，四個電極內側構成一個不封閉的長方形或正方形。其對邊兩個電極構成一組，共有二組;半導體芯片可做成正方形或長方形，采用常規的輝光放電（G.D）的方法，在單晶硅基片或玻璃平片上淀積出非晶硅層（a-Si∶H）制成具有光位置敏感特性的單質結或異質結i-a-Si∶H/P-c-Si、i-a-Si∶H/N⁺-a-Si∶H或i-a-Si∶H/P⁺-a-Si∶H。由單質結i-a-Si∶H/N⁺-a-Si∶H或i-a-Si∶H/P⁺-a-Si∶H所構成的芯片的結構如圖1所示，其形狀為正方形或長方形，其中下層〔13〕用玻璃平片作為襯底，中層〔12〕為摻有N型或P型雜質的非晶硅重摻雜層（N⁺-a-Si∶H或P⁺-a-Si∶H），厚度約為500埃;上層〔11〕再淀積氫化本征非晶硅層（i-a-Si∶H），厚度約為5000埃，電阻率約為10⁶歐·厘米。〔14〕、〔15〕和〔16〕、〔17〕為兩組相互垂直的金屬電極鍍在芯片表面，可用金屬絲引出，作為電壓訊號輸出，〔14〕、〔15〕間輸出X軸方向的電壓訊號△Vx，〔16〕、〔17〕輸出Y方向訊號△Vy，電極間的距離視實際應用的要求而定。金屬電極所用的材料可以是：鋁（Al）、金（Au）、鎳（Ni）、鉻（Cr）等，輸出信號與電極的材料無關。由于本征非晶硅是高電阻層，因而流入電極的電流很小（一般小于100納安）。所以電極對結面的橫向光生伏特分布影響很小，因而X方向與Y方向的電極之間不會產生顯著的相互影響。即X訊號與Y訊號相互獨立。

金屬電極的制備為常規真空鍍膜法，所用設備為44.300真空鍍膜機（國營南光機器廠制造）。予真空度為10^-5托，襯底溫度為200℃膜厚度約0.2微米。

由異質結i-a-Si∶H/P-C-Si結構所構成的器件如圖2所示，其半導體芯片下層可由P型單晶硅片（P-C-Si）作為襯底，電阻率約為1歐·厘米;上層〔21〕淀積氫化本征非晶硅層（i-a-Si∶H），厚度約為5000埃，電阻率約10⁶歐·厘米。〔23〕、〔24〕和〔25〕、〔26〕為兩組相互垂直的金屬電極，作為電壓訊號輸出。

本征及摻雜非晶硅層是在PD-300低溫淀積臺上（江蘇江陰無線電專用設備廠制造的，其具體條件是：

反應氣體-用純硅烷與氫氣組成硅烷占60%的硅烷加氫氣混合氣體。（硅烷純度大于99.99%，氫氣純度為99.99%）。

反應氣壓：0.2～0.5托

氣體流量：8～10毫升/分鐘

予真空度：3～4×10^-2托

陽極電壓：800伏

頻率：10兆赫

柵極電流：30毫安