CN1003901B - 非晶硅光位置敏感器件 - Google Patents
非晶硅光位置敏感器件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1003901B CN1003901B CN87105565.1A CN87105565A CN1003901B CN 1003901 B CN1003901 B CN 1003901B CN 87105565 A CN87105565 A CN 87105565A CN 1003901 B CN1003901 B CN 1003901B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- amorphous silicon
- semiconductor chip
- sensing optic
- sensitive device
- silicon layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 51
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 3
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000004883 computer application Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011960 computer-aided design Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000012886 linear function Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
本发明属半导体非晶硅光位置敏感器件。它是利用非晶硅材料的单质结或异质结的横向光生伏特效应制成的可测量光点位置信息的新型器件。由于本光位置敏感器件制造工艺简单，输出光敏信号较大，对位置控制、目标跟踪及计算机方面的应用具有广阔的前景。
Description
本发明属半导体非晶硅光位置敏感器件。它是利用非晶硅材料的单质结或非晶硅与单晶硅的异质结的横向光生伏特效应制成的可测量光点位置信息的新型器件。
目前所使用的光位置探测器主要由半导体单晶材料制成，其制造工艺复杂，如美国专利US3792257所述的横向光位置探测器，除了需要有一个对光照敏感的表面、半导体材料和电极外，还需要有一个附加系统，以改变半导体材料的电阻率，使任何一个电极与敏感表面上某一点之间的电阻是位置的线性函数，给制造工艺增添了不少麻烦，从而成本较高，且产品的使用操作十分不方便，还要经过一番复杂运算才能确定光的位置。本发明的目的就是要找出一种光位置敏感器件，其结构简单，使用方便。
本发明通过在单晶硅片上淀积出一层非晶硅材料，并根据我们最近研究和发现的非晶硅单质及异质结的横向光生伏特效应，制造出具有实用和商业价值的光位置敏感器件。
本发明的光位置敏感器件由芯片和四个电极组成，每个电极可分别做成直线状，分布在半导体芯片表面的边缘，四个电极内侧构成一个不封闭的长方形或正方形。其对边两个电极构成一组，共有二组;半导体芯片可做成正方形或长方形，采用常规的辉光放电（G.D）的方法，在单晶硅基片或玻璃平片上淀积出非晶硅层（a-Si∶H）制成具有光位置敏感特性的单质结或异质结i-a-Si∶H/P-c-Si、i-a-Si∶H/N+-a-Si∶H或i-a-Si∶H/P+-a-Si∶H。由单质结i-a-Si∶H/N+-a-Si∶H或i-a-Si∶H/P+-a-Si∶H所构成的芯片的结构如图1所示，其形状为正方形或长方形，其中下层〔13〕用玻璃平片作为衬底，中层〔12〕为掺有N型或P型杂质的非晶硅重掺杂层（N+-a-Si∶H或P+-a-Si∶H），厚度约为500埃;上层〔11〕再淀积氢化本征非晶硅层（i-a-Si∶H），厚度约为5000埃，电阻率约为106欧·厘米。〔14〕、〔15〕和〔16〕、〔17〕为两组相互垂直的金属电极镀在芯片表面，可用金属丝引出，作为电压讯号输出，〔14〕、〔15〕间输出X轴方向的电压讯号△Vx，〔16〕、〔17〕输出Y方向讯号△Vy，电极间的距离视实际应用的要求而定。金属电极所用的材料可以是：铝（Al）、金（Au）、镍（Ni）、铬（Cr）等，输出信号与电极的材料无关。由于本征非晶硅是高电阻层，因而流入电极的电流很小（一般小于100纳安）。所以电极对结面的横向光生伏特分布影响很小，因而X方向与Y方向的电极之间不会产生显著的相互影响。即X讯号与Y讯号相互独立。
金属电极的制备为常规真空镀膜法，所用设备为44.300真空镀膜机（国营南光机器厂制造）。予真空度为10-5托，衬底温度为200℃膜厚度约0.2微米。
由异质结i-a-Si∶H/P-C-Si结构所构成的器件如图2所示，其半导体芯片下层可由P型单晶硅片（P-C-Si）作为衬底，电阻率约为1欧·厘米;上层〔21〕淀积氢化本征非晶硅层（i-a-Si∶H），厚度约为5000埃，电阻率约106欧·厘米。〔23〕、〔24〕和〔25〕、〔26〕为两组相互垂直的金属电极，作为电压讯号输出。
本征及掺杂非晶硅层是在PD-300低温淀积台上（江苏江阴无线电专用设备厂制造的，其具体条件是：
反应气体-用纯硅烷与氢气组成硅烷占60%的硅烷加氢气混合气体。（硅烷纯度大于99.99%，氢气纯度为99.99%）。
反应气压：0.2～0.5托
气体流量：8～10毫升/分钟
予真空度：3～4×10-2托
阳极电压：800伏
频率：10兆赫
栅极电流：30毫安
阳极电流：100毫安
衬底温度：200℃～250℃
反应时间：20～40分钟，膜厚约5000埃
薄膜的电导率：10-6欧-1·厘米-1
光电导率：大于10-4欧-1·厘米-1
2.重掺杂层（n+-a-Si∶H和P+-a-Si∶H）制备;
反应气体：n+层-SiH4+PH3（混合气体原子百分比NPH3∶NSiH4为1∶100）
P+层-SiH3+B2H6（混合气体原子百分比N
NB2H6为1∶100）
电导率：约为10-2欧-1·厘米-1。
其它条件与本征硅制备条件相同。
用辉光放电法淀积出光位置敏感器件的芯片，只要淀积台可容纳得下，其大小可根据实际需要设计。
表1.（i）a-Si∶H/（P）C-Si样品的横向光生伏特特性实验数据。
表一是在样品i-a-Si∶H/P-C-Si的电极〔23〕、〔24〕之间所测得的横向光生伏特特性的实验数据（在电极〔25〕、〔26〕上所测得的特性与此类似）。光源为He-Ne激光器，波长λ＝0.63微米，光功率分别为2毫瓦和0.1毫瓦。
表一中，X表示光点在电极〔23〕、〔24〕间的位置坐标，原点在其中央。△Vx为在〔23〕、〔24〕之间所测得的光生伏特电压的大小。电压测量采用的电表为DM-880型数字万用电表。电表的正极接〔23〕、负极接〔24〕。电极〔23〕和〔24〕间的距离为16mm。
图3为i-a-Si∶H/P-C-Si样品的横向光生伏特特性曲线（与表的数据相对应），横坐标为光点在电极〔23〕、〔24〕之间的位置坐标，原点取在电极〔23〕、〔24〕之间的中点。纵坐标为在〔23〕与〔24〕之间测得的光生伏特电压大小。〔31〕为光束功率为2毫瓦时的曲线，〔32〕为光束功率为0.1毫瓦时的曲线。
样品i-a-Si∶H/P+-a-Si∶H和i-a-Si+H/n+-a-Si∶H的横向光生伏特特性与样品i-a-Si∶H/P-C-Si类似，所不同的仅是在i-a-Si∶H/n+-a-Si∶H样品上的光生伏特数值在正负符号上与另外两种样品相反。
光位置敏感器件是用来测量位置或位移的传感器件，具有广泛的应用前景。在工业上，可作为机床或其他生产设备上的位置控制、目标跟踪及精密定位的传感器;在计算机的应用上，大面积的光位置敏感器件可用作数字化图形输入板（它是计算机辅助设计CAD的关键部件）和汉字输入器件。如与光学聚焦系统配合，则光位置敏感器件变成能够确定空间光源方向的光方向敏感元件，作为光源（如太阳）的跟踪装置、激光准直装置等的传感器。
由于本光位置敏感器件制造工艺简单，输出光敏讯号较大，可达一百毫伏以上，（而以往的单晶硅光位置敏感器件的输出讯号一般在十毫伏以下），对器件的开发应用具有广阔的前景。
Claims (3)
1、一种由半导体芯片和配置在所说的半导体芯片光敏表面上四个边侧的四个电极构成的光位置敏感器件，所说的四个电极由铝、金、铬等金属材料制成，且两两相对而组成相互垂直的两组，其特征在于，所说的半导体芯片是一种由P型单晶硅基片和淀积于该基片之上的本征氢化非晶硅构成的异质结i-a-Si∶H/P-C-Si。
2、根据权利要求1所述的光位置敏感器件，其特征在于，所说的半导体芯片是一种由制备在玻璃平片上的重掺杂P型非晶硅层和淀积于重掺杂层之上的本征氢化非晶硅层构成的单质结i-a-SiH∶/N+-a-Si∶H。
3、根据权利要求1所述的光位置敏感器件其特征在于，所说的半导体芯片是一种由制备在玻璃平片上的重掺杂N型非晶硅层和淀积于重掺杂层之上的本征氢化非晶硅层构成的单质结i-a-Si∶H/P+-a-Si∶H。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN87105565.1A CN1003901B (zh) | 1987-08-12 | 1987-08-12 | 非晶硅光位置敏感器件 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN87105565.1A CN1003901B (zh) | 1987-08-12 | 1987-08-12 | 非晶硅光位置敏感器件 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1031779A CN1031779A (zh) | 1989-03-15 |
| CN1003901B true CN1003901B (zh) | 1989-04-12 |
Family
ID=4815375
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN87105565.1A Expired CN1003901B (zh) | 1987-08-12 | 1987-08-12 | 非晶硅光位置敏感器件 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1003901B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102544185A (zh) * | 2011-12-29 | 2012-07-04 | 东南大学 | 一种光点位置检测传感器 |
| CN102759327A (zh) * | 2012-06-30 | 2012-10-31 | 东南大学 | 一种用于检测二维光点位置的传感器 |
| CN105355701B (zh) * | 2015-09-15 | 2017-07-07 | 电子科技大学 | 一种新型的光电导探测器 |
| DE102018001181B3 (de) * | 2018-02-15 | 2019-07-11 | Azur Space Solar Power Gmbh | Sonnenstandssensor |
| CN117690936A (zh) * | 2020-06-30 | 2024-03-12 | 中广核京师光电科技(天津)有限公司 | 一种位置灵敏硅光电倍增探测器 |
-
1987
- 1987-08-12 CN CN87105565.1A patent/CN1003901B/zh not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1031779A (zh) | 1989-03-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0656643B1 (en) | Method for determining the minority carrier surface recombination lifetime constant(ts) of a specimen of semiconductor material | |
| JPS55108780A (en) | Thin film solar cell | |
| JPH05249064A (ja) | ガスセンサ | |
| CN1003901B (zh) | 非晶硅光位置敏感器件 | |
| US5324929A (en) | Device for detecting position and intensity of light and position detecting element to be employed therein | |
| CN109187507A (zh) | 一种用于检测双酚a的电致化学发光传感器及其制备方法和应用 | |
| Anderson | Thin film transducers and sensors | |
| JP2583094B2 (ja) | 半導体光位置検出器 | |
| Fortunato et al. | Flexible large area thin film position sensitive detectors | |
| JPH0546709B2 (zh) | ||
| Grover | Interdigitated array electrode sensors: their design, efficiency, and applications | |
| JPS6136978A (ja) | 触視覚センサ | |
| Prinz | DC amplifiers with automatic zero adjustment and input current compensation | |
| CN204964438U (zh) | 铜氧化膜厚度测量仪 | |
| JPS61120961A (ja) | 導電性フイルムの検査装置 | |
| JP3123172B2 (ja) | 光の位置と強さを検出する装置 | |
| CN110108763A (zh) | 一种低温漂电容式湿度传感器 | |
| JPS63278284A (ja) | 二次元光位置検出装置 | |
| CN109753678A (zh) | 一种校准太阳能电池伏安特性曲线的方法 | |
| CN110364581B (zh) | 基于场效应的上下非对称光电导型光电检测器结构 | |
| US20230204541A1 (en) | Detection cell, faims device, and program | |
| JPH06101576B2 (ja) | アモルフアスシリコンｘ線センサ | |
| CN107831525A (zh) | 高纯锗探测器 | |
| Toneva et al. | Two-coordinate position sensitive amorphous silicon photodetectors | |
| Keppner et al. | X-Ray Detectors Based on “Thick” a-Si: H Layers Deposited by the VHF-GD Process |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C06 | Publication | ||
| C13 | Decision | ||
| C14 | Grant of patent or utility model |