[發明專利]受光器件

有效

• 申請號: 201380016380.1
• 申請日: 2013-03-28
• 公開（公告）號: CN104247018B
• 公開（公告）日: 2016-11-23
• 發明（設計）人: 愛迪生·古梅斯·柯曼爾古
• 申請（專利權）人: 旭化成微電子株式會社
• 主分類號: H01L27/14
• 分類號: H01L27/14;H01L27/146;H01L31/10
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇

技術領域

本發明涉及一種受光器件。更詳細地說，涉及一種具備多個受光部的受光器件。

背景技術

人體的體溫為36度左右，人體放出紅外線，該紅外線是從皮膚放射的輻射為2μm～30μm這種頻譜范圍大的紅外線。通過檢測該光，能夠檢測人體的位置或者動作。

作為以上述的2μm～30μm的波段進行動作的傳感器，可舉出熱電傳感器、熱電堆。為了實現這些傳感器的高靈敏度化，需要在受光部與光的入射窗部之間設置中空區域，因此，傳感器的小型化受到限制。

為了解決由熱電堆、熱電傳感器的中空結構導致的限制，期待量子型(光電動勢型)紅外線傳感器。量子型紅外線傳感器具有PN結或者PIN結的光電二極管結構，該PN結是多個載流子為電子的n型半導體與多個載流子為空穴的p型半導體相接合而構成的，該PIN結是在p型半導體與n型半導體之間具有本征半導體。在量子型紅外線傳感器中，由于紅外線光子而在存在于PN結或者PIN結的耗盡層內產生的電子空穴對隨著價帶和導帶的傾斜在空間上分離累積，結果是p型半導體在正側帶電、n型半導體在負側帶電而在其間產生電動勢。該電動勢被稱為開路電壓，通過使用比PN結或者PIN結部的電阻大的外部電阻(也可以是高輸入阻抗的電路、放大器)能夠以電壓讀出，并且通過在量子型紅外線傳感器外部短路，能夠以電流讀出。

如果在室溫的條件下使用這種量子型紅外線傳感器作為人感傳感器會產生以下問題：由于人所活動的環境溫度與人的體溫之差小，因此輸出信號小并且從環境輻射的不穩定的紅外線被傳感器檢測到而成為噪聲，因此難以確保充分的S/N比。因此，在通常的量子型紅外線傳感器的情況下，相對于外界溫度對受光部進行冷卻，由此輸出信號變大，S/N比變大。作為這種量子型紅外線傳感器代表，可舉出將InSb用作半導體層疊部的傳感器、MCT(Mercury?Cadmium?Teluride：碲化汞-碲化鎘復合半導體)等。

在使用上述化合物半導體的量子型紅外線傳感器中，如專利文獻1所示，提出了以下方式：一邊以非冷卻的方式進行小型化，一邊為了提高作為人感傳感器的S/N比，平面狀地配置半導體傳感器，將各傳感器的輸出電壓進行多級串聯連接而取出。

作為上述光傳感器的應用例，期望一種對從被檢測體輻射出的光的受光強度進行運算、對被檢測體的動作、到傳感器的距離進行運算的受光器件。為了實現這種受光器件，考慮使用來自多個光傳感器的輸出的差值、加法值的方法。

如果使用來自多個輸出的輸出的差值，則能夠對從被檢測體輻射出的光的受光強度、被檢測體的動作進行檢測，如果使用加法值，則還能夠檢測人體的接近。另外，通過將光傳感器配置成陣列狀，使用后級的運算電路對基于入射到各傳感器的光的受光強度的信號進行運算，能夠得到各傳感器的輸出信號的和、差(參照專利文獻2)。

圖13示出根據來自光傳感器的輸出對輸出的差值、和進行運算的以往的受光器件的結構。在圖13中示出以往的受光器件1300，該以往的受光器件1300具備：包含受光部dA～dD的光傳感器部1310；電流-電壓變換單元1320，其與光傳感器1310相連接，包含電流/電壓(電流-電壓)變換放大器4a～4d；差運算單元1330，其與電流-電壓變換單元1320相連接，包含第一減法電路5和第二減法電路6；以及加法運算單元1340，其與電流-電壓變換單元1320相連接，包含對來自電流-電壓變換放大器4a～4d的輸出信號進行加法運算的加法電路9。

在光傳感器部1310中，受光部dA～dD的一端經由各輸出端子3a1～3d1與各電流-電壓變換放大器4a～4d的一個輸入端子相連接，受光部dA～dD的另一端經由各輸出端子3a2～3d2而接地。在電流-電壓變換單元1320中，電流-電壓變換放大器4a～4d的另一個輸入端子接地，電流-電壓變換放大器4a的輸出端子與第一減法單元5和加法運算單元1340相連接，電流-電壓變換放大器4b的輸出端子與第二減法單元6和加法運算單元1340相連接，電流-電壓變換放大器4c的輸出端子與第一減法單元5和加法運算單元1340相連接，電流-電壓變換放大器4d的輸出端子與第二減法單元6和加法運算單元1340相連接。加法運算單元1340通過加法電路9對四個信號(電流-電壓變換放大器4a～4d的各輸出)進行加法運算。