CN104716205A - 紫外光传感器、传感装置和紫外光传感结果的传感方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种紫外光传感器、紫外光传感装置和补偿后的紫外光传感结果的传感方法。该紫外光传感器包含p型衬底、n型区域和紫外光过滤层。该n型区域形成于该p型衬底的表面。该紫外光过滤层对应该n型区域来设置。该n型区域位于该紫外光过滤层与该p型衬底之间。该紫外光传感装置包含紫外光传感器、辅助光传感器和处理电路。该紫外光传感器因应周遭光线产生紫外光传感结果。该辅助光传感器因应周遭光线产生辅助光传感结果。该处理电路依据该紫外光传感结果与该辅助光传感结果进行运算，以得到补偿后的紫外光传感结果。该紫外光传感器和该紫外光传感装置的工艺简单且易于整合，并且具有良好的灵敏度。

Description

紫外光传感器、传感装置和紫外光传感结果的传感方法
技术领域
本发明涉及紫外光传感，尤其涉及一种吸收短波长并且滤除可见光与红外光成分的紫外光传感器、紫外光传感装置及其相关的补偿后的紫外光传感结果的传感方法。
背景技术
长期暴露在紫外线的环境，会对眼睛、皮肤、免疫系统造成不良的影响。为了掌握环境中的紫外线强度以做好相关的防护措施，一般会采用紫外光传感器来获取环境中的紫外线信息。然而，现有的紫外光传感器的工艺复杂而具有较高的成本，并且具有较大的体积而不利随身携带。因此，使用者并不会随身携带紫外光传感器，也就无法随时取得环境中的紫外线信息。
因此，需要一种创新的紫外光传感器，其可具有轻巧的体积以及良好的测量质量，使得用户可随时掌握环境中的紫外线信息。
发明内容
因此，本发明的目的之一在于公开一种吸收短波长并且滤除可见光与红外光成分的紫外光传感器、紫外光传感装置及其相关的补偿后的紫外光传感结果的传感方法，来解决上述问题。
本发明一实施例公开了一种紫外光传感器。该紫外光传感器包含p型衬底、n型区域以及紫外光过滤层。该n型区域形成于该p型衬底的表面。该紫外光过滤层对应该n型区域来设置，其中该n型区域位于该紫外光过滤层与该p型衬底之间。
本发明一实施例公开了一种紫外光传感装置。该紫外光传感装置包含紫外光传感器、辅助光传感器以及处理电路。该紫外光传感器因应周遭光线来产生紫外光传感结果。该辅助光传感器因应周遭光线来产生辅助光传感结果，其中该辅助光传感器的检测波段不同于该紫外光传感器的检测波段。该处理电路耦接到该紫外光传感器以及该辅助光传感器，依据该紫外光传感结果与该辅助光传感结果进行运算，以得到补偿后的紫外光传感结果。
本发明一实施例公开了一种补偿后的紫外光传感结果的传感方法。该传感方法包含下列步骤：利用紫外光传感器以因应周遭光线来产生紫外光传感结果；利用辅助光传感器以因应周遭光线来产生辅助光传感结果，其中该辅助光传感器的检测波段不同于该紫外光传感器的检测波段；以及依据该紫外光传感结果与该辅助光传感结果进行运算，以得到补偿后的紫外光传感结果。
本发明所公开的紫外光传感结构不仅工艺简单且易于整合，并且具有良好的灵敏度，故可广泛应用于电子产品及个人便携式设备之中。
附图说明
图1是本发明紫外光传感器一实施例的截面图。
图2是图1所示的紫外光传感器的具体实施方式的截面图。
图3是图1所示的紫外光传感器的具体实施方式的截面图。
图4是图1所示的紫外光传感器的具体实施方式的截面图。
图5是图1所示的紫外光传感器的具体实施方式的截面图。
图6是图1所示的紫外光传感器的具体实施方式的截面图。
图7是图1所示的紫外光传感器的具体实施方式的截面图。
图8是本发明紫外光传感器与辅助光传感器一实施例的传感频谱图。
图9是本发明紫外光传感装置一实施例的功能方块示意图。
图10是本发明决定紫外光传感参数与辅助光传感参数的实施例的示意图。
主要部件附图标记：
100、200、300、400、500、600、700、902   紫外光传感器
110、210                                 p型衬底
120                                      n型区域
130、230、430、530、630、730             紫外光过滤层
220                                      n阱
240                                      钝化层
250                                      电介质层
262、264                                 金属层
320                                      n型重掺杂区
660、760                                 保护层
900                                      紫外光传感装置
904                                      辅助光传感器
970                                      处理电路
LS                                       周遭光线
LV                                       紫外光
SU、SA                                   传感频谱
UVS                                      紫外光传感结果
ALS                                      辅助光传感结果
UVM                                      补偿后的紫外光传感结果
A                                        紫外光传感参数
B                                        辅助光传感参数
T1-TN                                    时间点
UVS,1-UVS,N                               紫外光传感值
ALS,1-ALS,N                               辅助光传感值
UVM,1-UVM,N                               紫外光测量值
具体实施方式
本发明所公开的紫外光传感结构可于晶片级(wafer level)来实现，并且可去除来自非紫外光(例如，可见光、红外光)的干扰。进一步的说明如下：
请参照图1，其为本发明紫外光传感器一实施例的截面图。紫外光传感器100可包含但不限于：p型衬底110、n型区域120以及紫外光过滤层130(例如，紫外光带通过滤层(ultraviolet band pass filter layer))。在此实施例中，n型区域120可形成于p型衬底110的表面，其中p型衬底110与n型区域120之间会形成PN结(PN junction)。换言之，通过将n型区域120形成于p型衬底110的表面，可实现光二极管(或光检测器)的结构。
紫外光过滤层130对应n型区域120来设置，其中n型区域120位于紫外光过滤层130与p型衬底110之间。当周遭光线LS入射到紫外光传感器100时，紫外光过滤层130可滤除周遭光线LS之中非紫外光的部分(即，允许周遭光线LS之中的紫外光LV通过紫外光过滤层130)，p型衬底110与n型区域120之间的PN结便可因应紫外光LV来产生紫外光传感结果。
值得注意的是，图1所示的紫外光传感结构可在晶片级实施，故可具有工艺简单、低成本、易于整合到其他组件结构的优点。另外，n型区域120可因应不同需求而有多种的实施状态。
请参照图2，其为图1所示的紫外光传感器100的具体实施方式的截面图。紫外光传感器200可包含p型衬底210、n阱(n well)220以及紫外光过滤层230，其中图1所示的p型衬底110、n型区域120以及紫外光过滤层130可分别由p型衬底210、n阱220以及紫外光过滤层230来实施。紫外光传感器200还可包含钝化层(passivation layer)240、电介质层250(在此具体实施方式中，可由二氧化硅来实施)、金属层262以及金属层264，其中钝化层240可防止晶片受到物理上或化学上的损害(例如，防水气、防腐蚀)，而电介质层250可提供电路所需的绝缘性。在此具体实施方式中，紫外光过滤层230可形成于钝化层240上，电介质层250可形成于钝化层240与p型衬底210之间。
请注意，以上各层的堆栈结构只是用来说明而已，并非用来作为本发明的限制。只要电介质层250是位于紫外光过滤层230与p型衬底210之间，图2所示的传感结构可以有多种变化。在一种设计变化中，可先将紫外光过滤层230涂布/形成于电介质层250上，再将钝化层240覆盖到紫外光过滤层230上。在另一种设计变化中，省略钝化层240也是可行的。另外，也可以省略电介质层250而直接将紫外光过滤层230涂布/形成于p型衬底210上(n阱220上方)。
图1所示的n型区域120并不限于图2所示的n阱220。
请参照图3，其为图1所示的紫外光传感器100的具体实施方式的截面图。图3所示的紫外光传感器300的结构是基于图2所示的紫外光传感器200的结构，两者之间的主要差别在于图3所示的紫外光传感器300包含了n型重掺杂区320(n+region)以取代图2所示的n阱220。由于n型重掺杂区320掺杂浓度较高，使得n型重掺杂区320的掺杂深度较浅，缩短了紫外光自电介质层250入射到p型衬底210与n型重掺杂区320的PN结之间的行进路线，因此，可提高紫外光传感器300的紫外光吸收度(即，紫外光灵敏度)。
为了进一步提高紫外光传感器的灵敏度，还可将图2/图3所示的电介质层250通过缩减处理，使得位于n型区域(例如，n阱220/n型重掺杂区320)上方的电介质层250的厚度小于并未位于n型区域(例如，n阱220/n型重掺杂区320)上方的电介质层250的厚度。以图3为例，在钝化层240形成于电介质层250上之后，可采用回刻蚀(etch back)技术以部分地去除位于n型重掺杂区320上方的电介质层250(如图4所示)，使得位于n型重掺杂区320上方的电介质层250的厚度小于并未位于n型重掺杂区320上方的电介质层250的厚度。接下来，再将紫外光过滤层430对应设置在n型重掺杂区320上方。相比于图3所示的紫外光传感器300，周遭光线LS通过图4所示的紫外光过滤层430而入射到p型衬底210与n型重掺杂区320的PN结的行进路线较短，故可提高紫外光传感器400的紫外光灵敏度。
值得注意的是，上述缩减处理并不限于回刻蚀技术，且可施加于任何基于图1所示的紫外光传感结构所实现的紫外光传感器(例如，图2所示的紫外光传感器200)。另外，也可以将位在n型重掺杂区320上方的电介质层250全部去除之后(如图5所示)，再将紫外光过滤层530形成/涂布于p型衬底210上，以实现出具有高感度的紫外光传感器500。
虽然图1-图5所示的紫外光过滤层是设置在基材上方，然而，这并非用来作为本发明的限制。
请参照图6，其为图1所示的紫外光传感器100的具体实施方式的截面图。图6所示的紫外光传感器600的结构是基于图5所示的紫外光传感器500的结构，两者之间主要的差别在于紫外光传感器600还包含保护层660(例如，保护玻璃(cover glass))，其中保护层660至少对应n型重掺杂区320来设置，并可用来保护位于p型衬底210上的组件与电路(图未示)。在此具体实施方式中，紫外光传感器600的紫外光过滤层630涂布于保护层660上。在一种设计变化中，也可以将紫外光过滤层630涂布于保护层660面对p型衬底210的一侧。在另一种设计变化中，紫外光过滤层630也可直接涂布于p型衬底210上(如图5所示的紫外光过滤层530)。简言之，不论紫外光过滤层是位于保护层与电介质层之间，或保护层位于紫外光过滤层与电介质层之间，只要紫外光能通过保护层、紫外光过滤层、电介质层而抵达基材之中的PN结即可。
图1-图4所示的紫外光传感结构也可采用图6所示的保护层设计。
请参照图7，其为图1所示的紫外光传感器100的具体实施方式的截面图。图7所示的紫外光传感器700的结构是基于图3所示的紫外光传感器300的结构，两者之间主要的差别在于紫外光传感器700还包含保护层760(例如，保护玻璃)，其中保护层760至少对应n型重掺杂区320来设置，以及紫外光过滤层730涂布于保护层760上。由于本领域技术人员通过阅读图1-图6的相关说明之后，应可了解紫外光过滤层730设置于保护层760与p型衬底210之间的实施状态以及保护层760设置于紫外光过滤层730与p型衬底210之间的实施状态，故进一步的说明在此便不再赘述。
由上可知，图1-图7所示的紫外光传感结构具有工艺简单、易于整合以及灵敏度高的优点，故可广泛应用于电子产品及个人便携式设备。另外，为了进一步提高紫外光传感的灵敏度，本发明所公开的紫外光传感结构还可包含辅助光传感器，其可补偿紫外光传感器所得到的传感结果。
图8是本发明紫外光传感器一实施例的传感频谱图。由图8可知，虽然传感频谱SU在大于波长400纳米的波段的响应很小，但是若紫外光传感器的紫外光接收总量相比于非紫外光(例如，可见光)接收总量是不足的，则最后得到的紫外光传感结果可能仍会有所误差。因此，本发明所公开的紫外光传感结构可通过同时包含紫外光传感器与辅助光传感器，来补偿紫外光传感器所得到的传感结果。
请参照图9，其为本发明紫外光传感装置一实施例的功能方块示意图。紫外光传感装置900可包含紫外光传感器902、辅助光传感器904以及处理电路970。紫外光传感器902可因应周遭光线LS来产生紫外光传感结果UVS，而辅助光传感器904可因应周遭光线LS来产生辅助光传感结果ALS，其中紫外光传感器902可采用图1-图7所示的紫外光传感器100-700或其他类型的紫外光传感器来实施。辅助光传感器904的检测波段不同于紫外光传感器902的检测波段，以便补偿紫外光传感结果UVS。处理电路970耦接到紫外光传感器902以及辅助光传感器904，并且可依据紫外光传感结果UVS与辅助光传感结果ALS进行运算，以得到补偿后的紫外光传感结果UVM。
举例来说，在辅助光传感器904由可见光传感器(其具有图8所示的传感频谱SA)来实现的情形下，处理电路970可将紫外光传感结果UVS与辅助光传感结果ALS进行运算，扣除紫外光传感结果UVS包含的可见光传感信息(例如，波长大于400纳米的传感量)，以估算/获取真实环境中的紫外线信息(周遭光线LS所具有的紫外线强度)。
在此实施例中，处理电路970可依据以下公式来得到补偿后的紫外光传感结果：其中A是紫外光传感参数，B是辅助光传感参数。由于紫外光传感参数A与辅助光传感参数B均是已知的传感参数，因此，处理电路970便可依据紫外光传感结果UVS与辅助光传感结果ALS来得到补偿后的紫外光传感结果UVM。
在一具体实施方式中，紫外光传感参数A与辅助光传感参数B可借助于紫外辐照计(ultraviolet meter)来事先决定。请连同图9来参照图10。图10是本发明决定紫外光传感参数与辅助光传感参数的实施例的示意图。首先，可利用紫外光传感器902在多个时间点T1-TN(N是大于1的正整数)进行传感操作以得到多个紫外光传感值UVS,1-UVS,N，以及利用辅助光传感器904在多个时间点T1-TN进行传感操作以得到多个辅助光传感值ALS,1-ALS,N。接下来，处理电路970便可依据紫外辐照计(UV meter)(图9中未示出)在多个时间点T1-TN所测得的多个紫外光测量值UVM,1-UVM,N、多个紫外光传感值UVS,1-UVS,N以及多个辅助光传感值ALS,1-ALS,N，决定出一近似直线“UVS＝A×UVM+B×ALS”之中的紫外光传感参数A与辅助光传感参数B。由于本领域技术人员应可了解将多个紫外光测量值UVM,1-UVM,N、多个紫外光传感值UVS,1-UVS,N及多个辅助光传感值ALS,1-ALS,N分别代入该近似直线的UVM、UVS及ALS，以决定紫外光传感参数A以及辅助光传感参数B的运算细节，故进一步的说明在此便不再赘述。
为了方便说明，以上是以直线近似的具体实施方式来说明，然而，这并非用来作为本发明的限制。在一种设计变化中，处理电路970也可以依据多个紫外光测量值UVM,1-UVM,N、多个紫外光传感值UVS,1-UVS,N以及多个辅助光传感值ALS,1-ALS,N来决定近似曲线的传感参数。在另一种设计变化中，处理电路970也可依据不同的紫外光传感结果UVS(紫外光传感量)及/或辅助光传感结果ALS(辅助光传感量)来决定运算的方法(例如，表达式/近似函数/近似直线)。
举例来说，处理电路970可依据紫外光传感结果UVS与该辅助光传感结果ALS之间的比例(例如，紫外光传感值与辅助光传感值之间的比例)来决定要采用的表达式/近似函数/近似直线。在一具体实施方式中(但本发明不限于此)，处理电路970可储存一表达式清单FL，其中表达式清单FL包含有不同的表达式F1-F3，其分别对应于不同的天气情形(晴天、阴天、雨天)。具体地说，若紫外光传感量与辅助光传感量之间的比例落在第一数值区间(其意味目前的天气为晴天)，处理电路970会决定表达式F1是相应的近似函数；若紫外光传感量与辅助光传感量之间的比例落在第二数值区间(其意味目前的天气为阴天)，处理电路970会决定表达式F2是相应的近似函数；若紫外光传感量与辅助光传感量之间的比例落在第三数值区间(其意味目前的天气为雨天)，处理电路970会决定表达式F3是相应的近似函数。接下来，处理电路970可根据所决定的表达式的传感参数来得到补偿后的紫外光传感结果UVM。
由上可知，只要辅助光传感器904的检测波段不同于紫外光传感器902的检测波段，便可基于所得到的传感结果来进行补偿。因此，采用其他类型的传感器(例如，红外光传感器)以作为辅助光传感器904也是可行的。
值得注意的是，辅助光传感器904与紫外光传感器902可整合到相同的工艺中。举例来说(但本发明不限于此)，辅助光传感器904可具有与图1所示的紫外光传感器100相似的结构，而两者之间主要的差别在于辅助光传感器904不具有紫外光过滤层130，或是具有不同于紫外光过滤层130的过滤层。由此可知，图9所示的紫外光传感装置900不仅可进一步提高紫外光传感的灵敏度，仍可保有工艺简单及易于整合的特点。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种紫外光传感器，其特征在于，包含：
p型衬底；
n型区域，形成于所述p型衬底的表面；以及
紫外光过滤层，对应所述n型区域来设置，其中所述n型区域位于所述紫外光过滤层与所述p型衬底之间。
2.如权利要求1所述的紫外光传感器，其特征在于，所述n型区域为n阱。
3.如权利要求1所述的紫外光传感器，其特征在于，所述n型区域为n型重掺杂区。
4.如权利要求1所述的紫外光传感器，其特征在于，还包含：
保护层，至少对应所述n型区域来设置，其中所述紫外光过滤层位于所述保护层与所述p型衬底之间，或所述保护层位于所述紫外光过滤层与所述p型衬底之间。
5.如权利要求1所述的紫外光传感器，其特征在于，还包含：
电介质层，形成于所述紫外光过滤层与所述p型衬底之间，其中所述电介质层通过缩减处理，使得位于所述n型区域上方的电介质层的厚度小于并未位于所述n型区域上方的电介质层的厚度。
6.如权利要求5所述的紫外光传感器，其特征在于，还包含：
保护层，至少对应所述n型区域来设置，其中所述紫外光过滤层位于所述保护层与所述电介质层之间，或所述保护层位于所述紫外光过滤层与所述电介质层之间。
7.一种紫外光传感装置，其特征在于，包含：
紫外光传感器，因应周遭光线来产生紫外光传感结果；
辅助光传感器，因应周遭光线来产生辅助光传感结果，其中所述辅助光传感器的检测波段不同于所述紫外光传感器的检测波段；以及
处理电路，耦接到所述紫外光传感器以及所述辅助光传感器，依据所述紫外光传感结果与所述辅助光传感结果进行运算，以得到补偿后的紫外光传感结果。
8.如权利要求7所述的紫外光传感装置，其特征在于，所述运算的方法是UVM代表所述补偿后的紫外光传感结果，UVS代表所述紫外光传感结果，ALS代表所述辅助光传感结果，A是紫外光传感参数，以及B是辅助光传感参数。
9.如权利要求7所述的紫外光传感装置，其特征在于，所述处理电路依据所述紫外光传感结果与所述辅助光传感结果之间的比例来决定所述运算的方法。
10.如权利要求7所述的紫外光传感装置，其特征在于，所述辅助光传感器是可见光传感器或红外光传感器。
11.一种补偿后的紫外光传感结果的传感方法，其特征在于，包含：
利用紫外光传感器以因应周遭光线来产生紫外光传感结果；
利用辅助光传感器以因应周遭光线来产生辅助光传感结果，其中所述辅助光传感器的检测波段不同于所述紫外光传感器的检测波段；以及
依据所述紫外光传感结果与所述辅助光传感结果进行运算，以得到补偿后的紫外光传感结果。
12.如权利要求10所述的传感方法，其特征在于，所述运算的方法是UVM代表所述补偿后的紫外光传感结果，UVS代表所述紫外光传感结果，ALS代表所述辅助光传感结果，A是紫外光传感参数，以及B是辅助光传感参数。
13.如权利要求10所述的传感方法，其特征在于，依据所述紫外光传感结果与所述辅助光传感结果进行运算的步骤包含：
依据所述紫外光传感结果与所述辅助光传感结果之间的比例来决定所述运算的方法。
14.如权利要求10所述的传感方法，其特征在于，所述辅助光传感器是可见光传感器或红外光传感器。
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