[發(fā)明專利]一種半導(dǎo)體薄膜四象限光照傳感器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710740273.3
• 申請日: 2017-08-25
• 公開（公告）號: CN109427923B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉生忠;秦煒;王輝;杜敏永;曹越先;張豆豆;李燦
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號: H01L31/028
• 分類號: H01L31/028;H01L31/0296;H01L31/0304;H01L31/032;H01L31/108;H01L31/18;H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 沈陽晨創(chuàng)科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 鄭虹

本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體薄膜四象限光照傳感器及其制備方法。該傳感器具有多層結(jié)構(gòu)，從光入射面由表及里依次為光闌、襯底、頂電極、半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)化層、背電極和保護層；所述傳感器頂電極、半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)化層、背電極具有陣列結(jié)構(gòu)，其中每個單元所包含的頂電極、半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)化層、背電極相互連通，單元之間的半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)化層、背電極彼此不連通。本發(fā)明所述傳感器的光電轉(zhuǎn)化層為半導(dǎo)體薄膜材料，使器件阻抗顯著增加，提高了測量穩(wěn)定性。本發(fā)明所述制備方法，使器件加工精度顯著增加，提高了測量精確度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬半導(dǎo)體傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)化層的四象限光照傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)

基于硅材料的四象限光電傳感廣泛應(yīng)用于航天器姿態(tài)控制、激光瞄準、制導(dǎo)、跟蹤、搜索以及精密測量等領(lǐng)域之中。傳統(tǒng)的四象限傳感器一般有四個單元，每一個單元為一個分立的光電二極管。傳感器工作時，通過對各個單元二極管產(chǎn)生的光電信號進行比較，就可得到目標光源的位置信息，從而控制相應(yīng)的機械傳動部分使傳感器對準目標。

四象限傳感器的光闌、光電轉(zhuǎn)化單元相對位置決定了傳感器精度。四象限傳感器包含光闌，用以在光電轉(zhuǎn)化材料表面產(chǎn)生一個特定形狀的光斑。當光源和傳感器的相對位置變化時，光斑投射在各分立光電二極管的比例不同，各分立二極管輸出不同的電流，可以根據(jù)其輸出電流比例確定傳感器與光源的相對位置。因此光闌與光電轉(zhuǎn)化單元之間的相對位置精度決定了四象限傳感器的定位精度。傳統(tǒng)的四象限傳感器光闌與光電轉(zhuǎn)化材料彼此獨立，難以精確控制其相對位置，從而影響傳感器的定位精度。基于薄膜半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)化層的四象限光照傳感器具有光闌、光電轉(zhuǎn)化層一體化結(jié)構(gòu)，可以對上述兩者的相對位置進行精確控制，從而使傳感器具有高定位精度。

二極管單元的輸出電流不僅受到光強的影響還收到兩電極施加電壓的影響，四象限傳感器的阻抗決定了傳感器的精度。目前傳感器的信號分析電路可能在工作時無意地對傳感器的二極管單元施加電壓，從而對二極管單元的輸出電流造成影響，造成測量誤差。光電轉(zhuǎn)化層的阻抗反映了二極管單元的抗外加電壓干擾能力，低阻抗光電轉(zhuǎn)化層的電流輸出受外加電壓影響大，高阻抗光電轉(zhuǎn)化層的電流輸出受外加電壓影響小，其電流輸出在有無外加電壓時和光照強度保持相同的線性比例關(guān)系。基于薄膜半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)化層的四象限光照傳感器使用寬帶隙半導(dǎo)體薄膜作為光電轉(zhuǎn)化材料，可以使所述傳感器的二極管單元具有極高的阻抗，從而使傳感器具有穩(wěn)定的定位精度。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體薄膜四象限光照傳感器及其制備方法。

一種基于半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)化層的四象限光照傳感器，該傳感器具有多層結(jié)構(gòu)，從光入射面由表至里由光闌、襯底、頂電極、半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)化層、背電極和保護層組成；

所述光闌位于襯底上靠近光入射一側(cè)，光闌設(shè)有開孔；所述頂電極位于襯底和半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)化層之間，頂電極上設(shè)置頂電極有效區(qū)和頂電極無效區(qū)；

所述半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)化層位于頂電極和背電極之間，半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)化層與背電極具有一致的背電極有效區(qū)和背電極無效區(qū)；

所述頂電極有效區(qū)和背電極有效區(qū)部分重疊形成光電有效區(qū)；

所述保護層，位于背電極表面，覆蓋光電有效區(qū)全部區(qū)域，覆蓋頂電極有效區(qū)和背電極有效區(qū)部分區(qū)域，

所述傳感器頂電極、半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)化層、背電極具有陣列結(jié)構(gòu)，其中每個單元所包含的頂電極、半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)化層、背電極相互連通，單元之間的半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)化層、背電極彼此不連通。

光照通過光闌開孔入射所述半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)化層，角度不同的光照會在半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)化層表面產(chǎn)生位置不同的陰影；半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)化層具有陣列結(jié)構(gòu)，光闌開孔的幾何中心與光電轉(zhuǎn)化單元交點重合。陰影會導(dǎo)致陣列中每個單元輸出不同的電流；電流經(jīng)過電極傳輸至外電路中，用于獲得光照與所述傳感器表面的相對位置。