CN114335206A - 一种位置探测器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种位置探测器及其制备方法，所述位置探测器包括：半导体衬底层；位于所述半导体衬底层中的顶部区域的光敏层和环绕所述光敏层的边框掺杂层，所述边框掺杂层和所述光敏层的导电类型相同，所述边框掺杂层的掺杂浓度大于所述光敏层的掺杂浓度；位于所述边框掺杂层外侧的半导体衬底层上的加热件，所述加热件适于对所述边框掺杂层进行加热。本发明的位置探测器在探测面积较大的情况下兼顾实现可调整的高分辨率。
Description
技术领域
本发明涉及光学方法测量技术领域，具体涉及一种位置探测器及其制备方法。
背景技术
二维枕形位置敏感探测器(PSD)基于半导体材料的横向光电效应，对激光光斑位置进行探测。二维枕形位置敏感探测器具有位置分辨率高、响应速度快、信号处理简单等优点，在精密测量、高能物理等技术领域及目标追踪中具广泛的应用。
然而，不同的应用场景对位置敏感探测器指标需求不同。在高精度位置探测系统中，要求位置敏感探测器的位置误差越小越好，这就需要位置敏感探测器的非线性度指标越小越好，对分辨率没有过高的要求。但是在一些应用场景中需要识别出光斑的微小移动，即需要更高分辨率的位置敏感探测器才能满足要求。通常提高分辨率的做法是减小位置敏感探测器光敏层的尺寸，但这种提高分辨率的方法其效果有限，且同时会造成可探测光斑的有效区域减少，使得大尺寸的位置敏感探测器应用十分受限。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有位置敏感探测器无法在不减小可探测光斑的有效区域的前提下有效的提高分辨率且分辨率不可变的缺陷，进而提供一种位置探测器及其制备方法。
本发明提供一种位置探测器，包括：半导体衬底层；位于所述半导体衬底层中的顶部区域的光敏层和环绕所述光敏层的边框掺杂层，所述边框掺杂层和所述光敏层的导电类型相同，所述边框掺杂层的掺杂浓度大于所述光敏层的掺杂浓度；位于所述边框掺杂层外侧的所述半导体衬底层上的加热件，所述加热件适于对所述边框掺杂层进行加热。
可选的，所述加热件包括：加热电极、热敏电阻、电热膜或电热丝。
可选的，所述加热件的加热温度为0摄氏度～80摄氏度。
可选的，所述光敏层的边缘向所述光敏层的内部凹陷，所述光敏层的顶面具有相对设置的第一边缘和第三边缘以及相对设置的第二边缘和第四边缘；所述第一边缘分别与所述第二边缘和所述第四边缘连接；所述第三边缘分别与所述第二边缘和所述第四边缘连接；所述第一边缘与所述第三边缘中心对称且轴对称；所述第二边缘与所述第四边缘中心对称且轴对称。
可选的，所述光敏层的顶面面积为4mm2～25mm2。
可选的，所述第一边缘、所述第二边缘、所述第三边缘和所述第四边缘的形状均为圆弧状，所述第一边缘、所述第二边缘、所述第三边缘和所述第四边缘对应的圆心在所述光敏层的外部。
可选的，所述第一边缘、所述第二边缘、所述第三边缘和所述第四边缘对应的半径相同且对应的弧度相同。
可选的，所述边框掺杂层朝向所述光敏层凹陷，所述边框掺杂层具有相对设置的第一边框和第三边框以及相对设置的第二边框和第四边框；所述第一边框分别与所述第二边框和所述第四边框连接；所述第三边框分别与所述第二边框和所述第四边框连接；所述第一边框与所述第三边框中心对称且轴对称；所述第二边框与所述第四边框中心对称且轴对称。
可选的，所述第一边框、所述第二边框、所述第三边框和所述第四边框的形状均为圆弧状，所述第一边框、所述第二边框、所述第三边框和所述第四边框对应的圆心在所述边框掺杂层的外部。
可选的，所述第一边框、所述第二边框、所述第三边框和所述第四边框对应的半径相同且对应的弧度相同。
可选的，所述第一边框、所述第二边框、所述第三边框和所述第四边框的宽度相同。
可选的，当所述加热件关闭时，所述光敏层的顶面的面电阻R1、所述边框掺杂层的顶面的第一状态面电阻R2、所述第一边框对应的半径a和所述第一边框的宽度b满足公式
可选的，当所述加热件对所述边框掺杂层进行加热时，所述光敏层的顶面的面电阻R1、所述边框掺杂层的顶面的第二状态面电阻R3、所述第一边框对应的半径a和所述第一边框的宽度b满足公式
所述第二状态面电阻R3小于所述第一状态面电阻R2。
可选的，还包括：隔离层，所述隔离层位于所述边框掺杂层外侧的所述半导体衬底层中，所述隔离层和所述光敏层的导电类型相反，所述隔离层的掺杂浓度大于所述光敏层的掺杂浓度。
可选的，还包括：正面电极，所述正面电极包括第一正面电极、第二正面电极、第三正面电极和第四正面电极；所述第一正面电极位于所述第一边框和所述第二边框的连接处的上方，所述第二正面电极位于所述第二边框和所述第三边框的连接处的上方，所述第三正面电极位于所述第三边框和所述第四边框的连接处的上方，所述第四正面电极位于所述第四边框和所述第一边框的连接处的上方。
可选的，所述半导体衬底层的导电类型与所述光敏层的导电类型相反，所述半导体衬底层的掺杂浓度小于所述光敏层的掺杂浓度；所述位置探测器还包括：欧姆接触层，所述欧姆接触层位于所述半导体衬底层的背面一侧，所述欧姆接触层的导电类型与所述半导体衬底层的导电类型相同，所述欧姆接触层的掺杂浓度大于所述半导体衬底层的掺杂浓度；背面电极，所述背面电极位于所述欧姆接触层背向所述半导体衬底层的一侧表面。
可选的，所述半导体衬底层包括硅衬底。
可选的，所述半导体衬底层的厚度为200μm～400μm。
本发明还提供一种位置探测器的制备方法，包括：提供半导体衬底层；在所述半导体衬底层中的顶部区域形成光敏层和环绕所述光敏层的边框掺杂层，所述边框掺杂层和所述光敏层的导电类型相同，所述边框掺杂层的掺杂浓度大于所述光敏层的掺杂浓度；在所述边框掺杂层外侧的所述半导体衬底层上设置加热件，所述加热件适于对所述边框掺杂层进行加热。
可选的，形成所述光敏层的步骤包括：在所述半导体衬底层中的顶部区域中形成相对设置的第一边缘和第三边缘以及相对设置的第二边缘和第四边缘；所述第一边缘分别与所述第二边缘和所述第四边缘连接；所述第三边缘分别与所述第二边缘和所述第四边缘连接；所述第一边缘与所述第三边缘中心对称且轴对称；所述第二边缘与所述第四边缘中心对称且轴对称。
可选的，所述第一边缘、所述第二边缘、所述第三边缘和所述第四边缘的形状均为圆弧状，所述第一边缘、所述第二边缘、所述第三边缘和所述第四边缘对应的圆心在所述光敏层的外部。
可选的，所述第一边缘、所述第二边缘、所述第三边缘和所述第四边缘对应的半径相同且对应的弧度相同。
可选的，形成所述边框掺杂层的步骤包括：在所述半导体衬底层中的顶部区域形成相对设置的第一边框和第三边框以及相对设置的第二边框和第四边框，所述第一边框、所述第二边框、所述第三边框和所述第四边框环绕所述光敏层；所述第一边框分别与所述第二边框和所述第四边框连接；所述第三边框分别与所述第二边框和所述第四边框连接；所述第一边框与所述第三边框中心对称且轴对称；所述第二边框与所述第四边框中心对称且轴对称。
可选的，所述第一边框、所述第二边框、所述第三边框和所述第四边框的形状均为圆弧状，所述第一边框、所述第二边框、所述第三边框和所述第四边框对应的圆心在所述边框掺杂层的外部。
可选的，所述第一边框、所述第二边框、所述第三边框和所述第四边框对应的半径相同且对应的弧度相同。
可选的，所述第一边框、所述第二边框、所述第三边框和所述第四边框的宽度相同。
可选的，还包括：在所述边框掺杂层上形成正面电极；形成所述正面电极的步骤包括：在所述第一边框和所述第二边框的连接处的上方形成第一正面电极，在所述第二边框和所述第三边框的连接处的上方形成第二正面电极，在所述第三边框和所述第四边框的连接处的上方形成第三正面电极，在所述第四边框和所述第一边框的连接处的上方形成第四正面电极。
可选的，还包括：在所述半导体衬底层中的顶部区域形成隔离层，所述隔离层位于所述边框掺杂层的外侧，所述隔离层和所述光敏层的导电类型相反，所述隔离层的掺杂浓度大于所述光敏层的掺杂浓度。
可选的，所述半导体衬底层的导电类型与所述光敏层的导电类型相反，所述半导体衬底层的掺杂浓度小于所述光敏层的掺杂浓度；所述位置探测器的制备方法还包括：在所述半导体衬底层的背面一侧形成欧姆接触层，所述欧姆接触层的导电类型与所述半导体衬底层的导电类型相同，所述欧姆接触层的掺杂浓度大于所述半导体衬底层的掺杂浓度；在所述欧姆接触层背向所述半导体衬底层的一侧表面上形成背面电极。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供的位置探测器，包括：半导体衬底层；位于所述半导体衬底层中的顶部区域的光敏层和环绕所述光敏层的边框掺杂层，所述边框掺杂层和所述光敏层的导电类型相同，所述边框掺杂层的掺杂浓度大于所述光敏层的掺杂浓度；位于所述边框掺杂层外侧的所述半导体衬底层上的加热件，所述加热件适于对所述边框掺杂层进行加热。通过所述加热件对所述边框掺杂层进行加热，可以降低所述边框掺杂层的面电阻。所述光敏层距离所述加热件较远，所述光敏层的面电阻变化可以忽略。当所述光敏层的面电阻不变，而所述边框掺杂层的面电阻下降时，所述位置探测器对光斑的计算位置大于光斑的实际位置，二维网格点呈桶形畸变分布。当所述加热件的加热温度不同时，所述边框掺杂层的面电阻大小的改变量不同，导致呈现出程度不同的桶形畸变。当桶形畸变程度不同时，所述位置探测器表现出不同大小的分辨率特性。所述位置探测器的桶形畸变程度越大，所述位置探测器的分辨率越高。因此，本发明提供的可调整分辨率的位置探测器可以满足不同场景下对分辨率的不同需求，针对不同尺寸的位置探测器均可以通过设置加热件来提高分辨率，且只需通过调整加热温度即可实现对分辨率的调整，能够在探测面积较大的情况下兼顾实现可调整的高分辨率。
进一步，所述加热件的加热温度为0摄氏度～80摄氏度。当加热温度大于80摄氏度，会引起所述位置探测器PN结性能恶化，导致所述位置探测器检测结果的准确性下降。
本发明提供的位置探测器的制备方法，通过在所述边框掺杂层外侧的所述半导体衬底层上设置加热件，当所述加热件对所述边框掺杂层进行加热时，可以降低所述边框掺杂层的面电阻，从而使所述位置探测器对光斑的计算位置大于光斑的实际位置，获得更高的分辨率。因此，使用本发明的位置探测器的制备方法制备得到的位置探测器可以满足不同场景下对分辨率的不同需求，针对不同尺寸的位置探测器均可以通过设置加热件来提高分辨率，且只需通过调整加热温度即可实现对分辨率的调整，能够在探测面积较大的情况下兼顾实现可调整的高分辨率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的位置探测器的剖面结构示意图；
图2为本发明的位置探测器的俯视结构示意图；
图3为本发明的光敏层的探测位置与实际位置相比无畸变分布的二维网格点仿真图；
图4为本发明的光敏层的探测位置与实际位置相比发生桶形畸变分布的二维网格点仿真图；
图5为本发明的位置探测器的正面电极收集到的电流差值的均方根与桶形畸变程度的关系曲线；
图6为本发明的二维枕形位置探测器中无畸变和桶形畸变(14％)两种不同畸变状态下正面电极收集到的电流差值的均方根分别与光斑位移的关系曲线；
图7为本发明的位置探测器的制备方法的流程示意图；
图8至图15为本发明一个实施例中位置探测器的制备过程中的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供一种位置探测器，如图1所示，包括：半导体衬底层4；位于所述半导体衬底层4中的顶部区域的光敏层1和环绕所述光敏层1的边框掺杂层2，所述边框掺杂层2和所述光敏层1的导电类型相同，所述边框掺杂层2的掺杂浓度大于所述光敏层1的掺杂浓度；位于所述边框掺杂层2外侧的所述半导体衬底层4上的加热件6，所述加热件6适于对所述边框掺杂层2进行加热。通过所述加热件6对所述边框掺杂层2进行加热，可以降低所述边框掺杂层2的面电阻。所述光敏层1距离所述加热件6较远，所述光敏层1的面电阻变化可以忽略。当所述光敏层1的面电阻不变，而所述边框掺杂层2的面电阻下降时，所述位置探测器对光斑的计算位置大于光斑的实际位置，其二维网格点如图3所示，二维网格点呈桶形畸变分布。当所述加热件6的加热温度不同时，所述边框掺杂层2的面电阻大小的改变量不同，导致呈现出程度不同的桶形畸变。当桶形畸变程度不同时，所述位置探测器表现出不同大小的分辨率特性。所述位置探测器的桶形畸变程度越大，所述位置探测器的分辨率越高。因此，本发明通过在所述边框掺杂层2外侧的所述半导体衬底层4上设置加热件6，得到了可调整分辨率的位置探测器，所述位置探测器可以满足不同场景下对分辨率的不同需求，针对不同尺寸的位置探测器均可以通过设置加热件来提高分辨率，且只需通过调整加热温度即可实现对分辨率的调整，能够在探测面积较大的情况下兼顾实现可调整的高分辨率。
在一个实施例中，所述位置探测器还可以配套高分辨率的数模转换器、低噪声的运算放大器等器件使用，进一步提高位置探测器的分辨率，使位置探测器获得更加良好的性能。
在一个实施例中，所述加热件6包括加热电极、热敏电阻、电热膜或电热丝。相比于传统的电热丝，热敏电阻具有运用寿命长(可连续运用10年以上)、节能、无明火(工作时不发红)、不耗氧气、平安性能高、发热量容易调理及受电源电压动摇影响小的优势，尤其在低于350摄氏度的低温加热应用中具有良好性能。
本实施例中，所述加热件6的加热温度为0摄氏度～80摄氏度，例如0摄氏度、20摄氏度、60摄氏度或80摄氏度。当加热温度大于80摄氏度，会引起所述位置探测器PN结性能恶化，导致所述位置探测器检测结果的准确性下降。所述位置探测器的在工作状态时允许的温度下限可达-40摄氏度。
本实施例中，所述光敏层1的边缘向所述光敏层1的内部凹陷，所述光敏层1的顶面具有相对设置的第一边缘11和第三边缘13以及相对设置的第二边缘12和第四边缘14；所述第一边缘11分别与所述第二边缘12和所述第四边缘14连接；所述第三边缘13分别与所述第二边缘12和所述第四边缘14连接；所述第一边缘11与所述第三边缘13中心对称且轴对称；所述第二边缘12与所述第四边缘14中心对称且轴对称。所述第一边缘11与所述第三边缘13的对称轴包括所述第一边缘11的中点与所述第三边缘13的中点的连线，所述第二边缘12与所述第四边缘14的对称轴包括所述第二边缘12的中点与所述第四边缘14的中点的连线。
在一个实施例中，所述第一边缘11、所述第二边缘12、所述第三边缘13和所述第四边缘14的形状均为圆弧状，所述第一边缘11、所述第二边缘12、所述第三边缘13和所述第四边缘14对应的圆心在所述光敏层1的外部。在一个具体的实施例中，如图2所示，所述第一边缘11、所述第二边缘12、所述第三边缘13和所述第四边缘14对应的半径相同且对应的弧度相同，图示形状被称为枕形，具有这种形状的位置探测器也被称为枕形位置探测器(枕形PSD)。
本实施例中，所述边框掺杂层2朝向所述光敏层1凹陷，所述边框掺杂层2具有相对设置的第一边框21和第三边框23以及相对设置的第二边框22和第四边框24；所述第一边框21分别与所述第二边框22和所述第四边框24连接；所述第三边框23分别与所述第二边框22和所述第四边框24连接；所述第一边框21与所述第三边框23中心对称且轴对称；所述第二边框22与所述第四边框24中心对称且轴对称。所述第一边框21与所述第三边框23的对称轴包括所述第一边框21的中点与所述第三边框23的中点的连线，所述第二边框22与所述第四边框24的对称轴包括所述第二边缘12的中点与所述第四边缘14的中点的连线。
在一个实施例中，所述第一边框21、所述第二边框22、所述第三边框23和所述第四边框24的形状均为圆弧状，所述第一边框21、所述第二边框22、所述第三边框23和所述第四边框24对应的圆心在所述边框掺杂层2的外部。在一个具体的实施例中，如图2所示，所述第一边框21、所述第二边框22、所述第三边框23和所述第四边框24对应的内径、外径和弧度均相同。在一个具体的实施例中，所述第一边框21、所述第二边框22、所述第三边框23和所述第四边框24的宽度相同。
在一个实施例中，当所述加热件6关闭时，所述光敏层1的顶面的面电阻R1、所述边框掺杂层2的顶面的第一状态面电阻R2、所述第一边框21对应的半径a和所述第一边框21的宽度b满足公式
此时，位置探测器对光斑的计算位置等于光斑的实际位置，其二维网格点如图3所示，图3中横坐标为光敏区位置坐标x，单位为μm，纵坐标为光敏区位置坐标y，单位为μm。图3示出的二维网格点为无畸变分布。
在一个实施例中，当所述加热件6对所述边框掺杂层2进行加热时，所述光敏层1的顶面的面电阻R1、所述边框掺杂层2的顶面的第二状态面电阻R3、所述第一边框21对应的半径a和所述第一边框21的宽度b满足公式
所述第二状态面电阻R3小于所述第一状态面电阻R2。这是由于所述边框掺杂层2在工作温度下，具有负电阻温度系数，边框掺杂层2的面电阻随温度的升高而减小，随温度的降低而增大，虽然温度升高粒子的无规则运动加剧，引起自由电子迁移率略为下降，然而自由电子的数目随温度的升高而增加得更快，所以温度升高会导致所述边框掺杂层2的面电阻下降，使得所述第二状态面电阻R3小于所述第一状态面电阻R2。此时，位置探测器对光斑的计算位置大于光斑的实际位置，其二维网格点如图4所示，图4中横坐标为光敏区位置坐标x，单位为μm，纵坐标为光敏区位置坐标y，单位为μm。图4示出的二维网格点呈桶形畸变分布。
本实施例中，还包括：隔离层5，所述隔离层5位于所述边框掺杂层2外侧的所述半导体衬底层4中，所述隔离层5和所述光敏层1的导电类型相反，所述隔离层5的掺杂浓度大于所述光敏层1的掺杂浓度。
本实施例中，还包括：正面电极3，所述正面电极3包括第一正面电极31、第二正面电极32、第三正面电极33和第四正面电极34；所述第一正面电极31位于所述第一边框21和所述第二边框22的连接处的上方，所述第二正面电极32位于所述第二边框22和所述第三边框23的连接处的上方，所述第三正面电极33位于所述第三边框23和所述第四边框24的连接处的上方，所述第四正面电极34位于所述第四边框24和所述第一边框21的连接处的上方。当位置探测器的所述光敏层1的局部区域被非均匀辐照，在照射区域产生电子空穴对，所述第一正面电极31、所述第二正面电极32、所述第三正面电极33和所述第四正面电极34采集到的电流分别为I1、I2、I3和I4，通过公式
可以计算出光斑的位置坐标(X,Y)，其中d为相邻的两个正面电极间的距离。
位置探测器的分辨能力与桶形畸变程度的关系曲线如图5所示，图5中横坐标为桶形畸变的程度，单位为％，纵坐标为在光斑移动前后的电流差值的均方根，单位为nA。假设初始光斑照射在光敏层1时，所述第一正面电极31、所述第二正面电极32、所述第三正面电极33和所述第四正面电极34采集到的初始电流分别为I1、I2、I3和I4，当光斑在光敏层1步进1μm后，所述第一正面电极31、所述第二正面电极32、所述第三正面电极33和所述第四正面电极34采集到的电流分别为I1’、I2’、I3’和I4’，则在光斑移动前后的电流差值的均方根为
图5中用所述第一正面电极31、所述第二正面电极32、所述第三正面电极33和所述第四正面电极34在光斑移动前后的电流差值的均方根来表征位置探测器的分辨能力。在光斑移动前后的电流差值的均方根越大，代表分辨率越高。如图5所示，当畸变程度为0时，光斑从(0,0)移动到(1,0)时，在光斑移动前后的电流差值的均方根为36.59nA。当桶形畸变程度达到14％时，在光斑移动前后的电流差值的均方根为41.67nA。随着桶形畸变的程度增大，在光斑移动前后的电流差值的均方根逐渐增大，位置探测器的分辨能力随着增大。
通过仿真模拟得到的无畸变位置探测器和桶形畸变(14％)位置探测器的电流差值的均方根与光斑位移的关系曲线如图6所示，图6中横坐标为位移，单位为μm，纵坐标为在光斑移动前后的电流差值的均方根，单位为nA。假设后端信号处理电路所能检测到的电流变化量为36.59nA，则无畸变位置探测器的位置分辨率为1μm，桶形畸变(14％)位置探测器的位置分辨率为0.88μm。结果表明，桶形畸变(14％)位置探测器的分辨率提高了0.12μm，位置探测器的分辨率获得了明显提升。
本实施例中，所述半导体衬底层4的导电类型与所述光敏层1的导电类型相反，所述半导体衬底层4的掺杂浓度小于所述光敏层1的掺杂浓度；所述位置探测器还包括：欧姆接触层7，所述欧姆接触层7位于所述半导体衬底层4的背面一侧，所述欧姆接触层7的导电类型与所述半导体衬底层4的导电类型相同，所述欧姆接触层7的掺杂浓度大于所述半导体衬底层4的掺杂浓度；背面电极8，所述背面电极8位于所述欧姆接触层7背向所述半导体衬底层4的一侧表面。正面电极3为独立电极，背面电极8为公共电极，工作时通常在公共端加反偏电压。
在一个实施例中，所述半导体衬底层4包括硅衬底。具体的，所述硅衬底的导电类型为N型。在一个实施例中，所述半导体衬底层4的厚度为200μm～400μm，例如200μm、300μm或400μm。
实施例2
本实施例提供一种位置探测器的制备方法，如图7所示，包括以下步骤：
步骤S1：提供半导体衬底层4；
步骤S2：在所述半导体衬底层4中的顶部区域形成光敏层1和环绕所述光敏层1的边框掺杂层2，所述边框掺杂层2和所述光敏层1的导电类型相同，所述边框掺杂层2的掺杂浓度大于所述光敏层1的掺杂浓度；
步骤S3：在所述边框掺杂层2外侧的所述半导体衬底层4上设置加热件6，所述加热件6适于对所述边框掺杂层2进行加热。
本实施例中，形成所述光敏层1的步骤包括：在所述半导体衬底层4中的顶部区域中形成相对设置的第一边缘11和第三边缘13以及相对设置的第二边缘12和第四边缘14；所述第一边缘11分别与所述第二边缘12和所述第四边缘14连接；所述第三边缘13分别与所述第二边缘12和所述第四边缘14连接；所述第一边缘11与所述第三边缘13中心对称且轴对称；所述第二边缘12与所述第四边缘14中心对称且轴对称。
在一个实施例中，所述第一边缘11、所述第二边缘12、所述第三边缘13和所述第四边缘14的形状均为圆弧状，所述第一边缘11、所述第二边缘12、所述第三边缘13和所述第四边缘14对应的圆心在所述光敏层1的外部。在一个具体的实施例中，如图2所示，所述第一边缘11、所述第二边缘12、所述第三边缘13和所述第四边缘14对应的半径相同且对应的弧度相同，图示形状被称为枕形，具有这种形状的位置探测器也被称为枕形位置探测器(枕形PSD)。
本实施例中，形成所述边框掺杂层2的步骤包括：在所述半导体衬底层4中的顶部区域形成相对设置的第一边框21和第三边框23以及相对设置的第二边框22和第四边框24，所述第一边框21、所述第二边框22、所述第三边框23和所述第四边框24环绕所述光敏层1；所述第一边框21分别与所述第二边框22和所述第四边框24连接；所述第三边框23分别与所述第二边框22和所述第四边框24连接；所述第一边框21与所述第三边框23中心对称且轴对称；所述第二边框22与所述第四边框24中心对称且轴对称。
在一个实施例中，所述第一边框21、所述第二边框22、所述第三边框23和所述第四边框24的形状均为圆弧状，所述第一边框21、所述第二边框22、所述第三边框23和所述第四边框24对应的圆心在所述边框掺杂层2的外部。在一个具体的实施例中，如图2所示，所述第一边框21、所述第二边框22、所述第三边框23和所述第四边框24对应的半径相同且对应的弧度相同。在一个具体的实施例中，所述第一边框21、所述第二边框22、所述第三边框23和所述第四边框24的宽度相同。
本实施例中，还包括：在所述边框掺杂层2上形成正面电极3；形成所述正面电极3的步骤包括：在所述第一边框21和所述第二边框22的连接处的上方形成所述第一正面电极31，在所述第二边框22和所述第三边框23的连接处的上方形成所述第二正面电极32，在所述第三边框23和所述第四边框24的连接处的上方形成所述第三正面电极33，在所述第四边框24和所述第一边框21的连接处的上方形成所述第四正面电极34。
本实施例中，还包括：在所述半导体衬底层4中的顶部区域形成隔离层5，所述隔离层5位于所述边框掺杂层2的外侧，所述隔离层5和所述光敏层1的导电类型相反，所述隔离层5的掺杂浓度大于所述光敏层1的掺杂浓度。
在一个实施例中，所述半导体衬底层4的导电类型与所述光敏层1的导电类型相反，所述半导体衬底层4的掺杂浓度小于所述光敏层1的掺杂浓度；在所述半导体衬底层4背向所述光敏层1的一侧形成欧姆接触层7，所述欧姆接触层7的导电类型与所述半导体衬底层4的导电类型相同，所述欧姆接触层7的掺杂浓度大于所述半导体衬底层4的掺杂浓度；在所述欧姆接触层7背向所述半导体衬底层4的一侧表面上形成背面电极8。
在一个实施例中，下面结合图8至图15对所述位置探测器的制备方法详细进行介绍。
参考图8，提供半导体衬底层4。在一个实施例中，所述半导体衬底层4的材料包括硅衬底，所述硅衬底的导电类型为N型。在一个实施例中，所述半导体衬底层为高阻硅衬底，电阻率大于1kΩ·cm。在一个实施例中，所述半导体衬底层4的厚度为200μm～400μm，例如200μm、300μm或400μm。
参考图9，在所述半导体衬底层4的一侧形成欧姆接触层7。具体的，所述欧姆接触层7的导电类型与所述半导体衬底层4的导电类型相同，所述欧姆接触层7的掺杂浓度大于所述半导体衬底层4的掺杂浓度。
参考图10，在所述半导体衬底层4中的顶部区域形成隔离层5。具体的，所述隔离层5和所述半导体衬底层4的导电类型相同，所述隔离层5的掺杂浓度大于所述半导体衬底层4的掺杂浓度。在一个实施例中，可以通过掩膜、刻蚀和注入的方式来形成特定形状的所述隔离层5。
参考图11，在所述半导体衬底层4中的顶部区域形成边框掺杂层2，所述边框掺杂层2位于所述隔离层5的内侧。具体的，所述边框掺杂层2和所述半导体衬底层4的导电类型相反，所述边框掺杂层2的掺杂浓度大于所述半导体衬底层4的掺杂浓度。在一个实施例中，可以通过掩膜、刻蚀和注入的方式来形成特定形状的所述边框掺杂层2。在一个具体的实施例中，所述边框掺杂层2包括在所述隔离层5内部形成相对设置的第一边框21和第三边框23以及相对设置的第二边框22和第四边框24；所述第一边框21分别与所述第二边框22和所述第四边框24连接；所述第三边框23分别与所述第二边框22和所述第四边框24连接；所述第一边框21与所述第三边框23中心对称且轴对称；所述第二边框22与所述第四边框24中心对称且轴对称。在一个实施例中，所述第一边框21、所述第二边框22、所述第三边框23和所述第四边框24的形状均为圆弧状，所述第一边框21、所述第二边框22、所述第三边框23和所述第四边框24对应的圆心在所述边框掺杂层2的外部。具体的，如图2所示，所述第一边框21、所述第二边框22、所述第三边框23和所述第四边框24对应的半径相同且对应的弧度相同，所述第一边框21、所述第二边框22、所述第三边框23和所述第四边框24的宽度相同。
参考图12，在所述半导体衬底层4中的顶部区域形成边光敏层1，所述边光敏层1位于所述边框掺杂层2的内侧。具体的，所述光敏层1的导电类型与所述边框掺杂层2的导电类型相同，所述光敏层1的掺杂浓度小于所述边框掺杂层2的掺杂浓度。在一个实施例中，可以通过掩膜、刻蚀和注入的方式来形成特定形状的所述光敏层1。
在一个具体的实施例中，所述光敏层1包括在所述边框掺杂层2的内部形成相对设置的第一边缘11和第三边缘13以及相对设置的第二边缘12和第四边缘14；所述第一边缘11分别与所述第二边缘12和所述第四边缘14连接；所述第三边缘13分别与所述第二边缘12和所述第四边缘14连接；所述第一边缘11与所述第三边缘13中心对称且轴对称；所述第二边缘12与所述第四边缘14中心对称且轴对称。在一个实施例中，所述第一边缘11、所述第二边缘12、所述第三边缘13和所述第四边缘14的形状均为圆弧状，所述第一边缘11、所述第二边缘12、所述第三边缘13和所述第四边缘14对应的圆心在所述光敏层1的外部。具体的，如图2所示，所述第一边缘11、所述第二边缘12、所述第三边缘13和所述第四边缘14对应的半径相同且对应的弧度相同。
参考图13，在所述边框掺杂层2上形成正面电极3。在一个实施例中，在所述第一边框21和所述第二边框22的连接处的上方形成第一正面电极31，在所述第二边框22和所述第三边框23的连接处的上方形成第二正面电极32，在所述第三边框23和所述第四边框24的连接处的上方形成第三正面电极33，在所述第四边框24和所述第一边框21的连接处的上方形成第四正面电极34。
参考图14，在所述欧姆接触层7背向所述半导体衬底层4的一侧表面上形成背面电极8，所述背面电极8包括金属电极。
参考图15，在所述边框掺杂层2外侧的所述半导体衬底层4上设置加热件6。具体的，所述加热件6包括热敏电阻、电热膜或电热丝。当应用场景为低位置误差、低分辨率需求时，可关闭加热件6后利用该位置探测器计算光斑的位置。当应用场景为高分辨率需求时，开启加热件6对边框掺杂层2进行加热，在工作条件允许的范围内，温度越高，分辨率越好。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (17)
1.一种位置探测器，其特征在于，包括：
半导体衬底层；
位于所述半导体衬底层中的顶部区域的光敏层和环绕所述光敏层的边框掺杂层，所述边框掺杂层和所述光敏层的导电类型相同，所述边框掺杂层的掺杂浓度大于所述光敏层的掺杂浓度；
位于所述边框掺杂层外侧的所述半导体衬底层上的加热件，所述加热件适于对所述边框掺杂层进行加热。
2.如权利要求1所述的位置探测器，其特征在于，所述加热件包括：加热电极、热敏电阻、电热膜或电热丝；
优选的，所述加热件的加热温度为0摄氏度～80摄氏度。
3.如权利要求1所述的位置探测器，其特征在于，所述光敏层的边缘向所述光敏层的内部凹陷，所述光敏层的顶面具有相对设置的第一边缘和第三边缘以及相对设置的第二边缘和第四边缘；所述第一边缘分别与所述第二边缘和所述第四边缘连接；所述第三边缘分别与所述第二边缘和所述第四边缘连接；所述第一边缘与所述第三边缘中心对称且轴对称；所述第二边缘与所述第四边缘中心对称且轴对称；
优选的，所述光敏层的顶面面积为4mm2～25mm2。
4.如权利要求3所述的位置探测器，其特征在于，所述第一边缘、所述第二边缘、所述第三边缘和所述第四边缘的形状均为圆弧状，所述第一边缘、所述第二边缘、所述第三边缘和所述第四边缘对应的圆心在所述光敏层的外部；
优选的，所述第一边缘、所述第二边缘、所述第三边缘和所述第四边缘对应的半径相同且对应的弧度相同。
5.如权利要求3或4所述的位置探测器，其特征在于，所述边框掺杂层朝向所述光敏层凹陷，所述边框掺杂层具有相对设置的第一边框和第三边框以及相对设置的第二边框和第四边框；所述第一边框分别与所述第二边框和所述第四边框连接；所述第三边框分别与所述第二边框和所述第四边框连接；所述第一边框与所述第三边框中心对称且轴对称；所述第二边框与所述第四边框中心对称且轴对称。
6.如权利要求5所述的位置探测器，其特征在于，所述第一边框、所述第二边框、所述第三边框和所述第四边框的形状均为圆弧状，所述第一边框、所述第二边框、所述第三边框和所述第四边框对应的圆心在所述边框掺杂层的外部；
优选的，所述第一边框、所述第二边框、所述第三边框和所述第四边框对应的半径相同且对应的弧度相同；
优选的，所述第一边框、所述第二边框、所述第三边框和所述第四边框的宽度相同。
7.如权利要求6所述的位置探测器，其特征在于，当所述加热件关闭时，所述光敏层的顶面的面电阻R1、所述边框掺杂层的顶面的第一状态面电阻R2、所述第一边框对应的半径a和所述第一边框的宽度b满足公式
8.如权利要求7所述的位置探测器，其特征在于，当所述加热件对所述边框掺杂层进行加热时，所述光敏层的顶面的面电阻R1、所述边框掺杂层的顶面的第二状态面电阻R3、所述第一边框对应的半径a和所述第一边框的宽度b满足公式
所述第二状态面电阻R3小于所述第一状态面电阻R2。
9.如权利要求1所述的位置探测器，其特征在于，还包括：隔离层，所述隔离层位于所述边框掺杂层外侧的所述半导体衬底层中，所述隔离层和所述光敏层的导电类型相反，所述隔离层的掺杂浓度大于所述光敏层的掺杂浓度。
10.如权利要求5所述的位置探测器，其特征在于，还包括：正面电极，所述正面电极包括第一正面电极、第二正面电极、第三正面电极和第四正面电极；所述第一正面电极位于所述第一边框和所述第二边框的连接处的上方，所述第二正面电极位于所述第二边框和所述第三边框的连接处的上方，所述第三正面电极位于所述第三边框和所述第四边框的连接处的上方，所述第四正面电极位于所述第四边框和所述第一边框的连接处的上方。
11.如权利要求1所述的位置探测器，其特征在于，所述半导体衬底层的导电类型与所述光敏层的导电类型相反，所述半导体衬底层的掺杂浓度小于所述光敏层的掺杂浓度；
所述位置探测器还包括：欧姆接触层，所述欧姆接触层位于所述半导体衬底层的背面一侧，所述欧姆接触层的导电类型与所述半导体衬底层的导电类型相同，所述欧姆接触层的掺杂浓度大于所述半导体衬底层的掺杂浓度；
背面电极，所述背面电极位于所述欧姆接触层背向所述半导体衬底层的一侧表面。
12.如权利要求1所述的位置探测器，其特征在于，所述半导体衬底层包括硅衬底；
优选的，所述半导体衬底层的厚度为200μm～400μm。
13.一种位置探测器的制备方法，其特征在于，包括：
提供半导体衬底层；
在所述半导体衬底层中的顶部区域形成光敏层和环绕所述光敏层的边框掺杂层，所述边框掺杂层和所述光敏层的导电类型相同，所述边框掺杂层的掺杂浓度大于所述光敏层的掺杂浓度；
在所述边框掺杂层外侧的所述半导体衬底层上设置加热件，所述加热件适于对所述边框掺杂层进行加热。
14.如权利要求13所述的位置探测器的制备方法，其特征在于，形成所述光敏层的步骤包括：在所述半导体衬底层中的顶部区域中形成相对设置的第一边缘和第三边缘以及相对设置的第二边缘和第四边缘；所述第一边缘分别与所述第二边缘和所述第四边缘连接；所述第三边缘分别与所述第二边缘和所述第四边缘连接；所述第一边缘与所述第三边缘中心对称且轴对称；所述第二边缘与所述第四边缘中心对称且轴对称；
优选的，所述第一边缘、所述第二边缘、所述第三边缘和所述第四边缘的形状均为圆弧状，所述第一边缘、所述第二边缘、所述第三边缘和所述第四边缘对应的圆心在所述光敏层的外部；
优选的，所述第一边缘、所述第二边缘、所述第三边缘和所述第四边缘对应的半径相同且对应的弧度相同。
15.如权利要求13所述的位置探测器的制备方法，其特征在于，形成所述边框掺杂层的步骤包括：在所述半导体衬底层中的顶部区域形成相对设置的第一边框和第三边框以及相对设置的第二边框和第四边框，所述第一边框、所述第二边框、所述第三边框和所述第四边框环绕所述光敏层；所述第一边框分别与所述第二边框和所述第四边框连接；所述第三边框分别与所述第二边框和所述第四边框连接；所述第一边框与所述第三边框中心对称且轴对称；所述第二边框与所述第四边框中心对称且轴对称；
优选的，所述第一边框、所述第二边框、所述第三边框和所述第四边框的形状均为圆弧状，所述第一边框、所述第二边框、所述第三边框和所述第四边框对应的圆心在所述边框掺杂层的外部；
优选的，所述第一边框、所述第二边框、所述第三边框和所述第四边框对应的半径相同且对应的弧度相同；
优选的，所述第一边框、所述第二边框、所述第三边框和所述第四边框的宽度相同。
16.如权利要求15所述的位置探测器的制备方法，其特征在于，还包括：在所述边框掺杂层上形成正面电极；形成所述正面电极的步骤包括：在所述第一边框和所述第二边框的连接处的上方形成第一正面电极，在所述第二边框和所述第三边框的连接处的上方形成第二正面电极，在所述第三边框和所述第四边框的连接处的上方形成第三正面电极，在所述第四边框和所述第一边框的连接处的上方形成第四正面电极。
17.如权利要求13所述的位置探测器的制备方法，其特征在于，还包括：在所述半导体衬底层中的顶部区域形成隔离层，所述隔离层位于所述边框掺杂层的外侧，所述隔离层和所述光敏层的导电类型相反，所述隔离层的掺杂浓度大于所述光敏层的掺杂浓度；
优选的，所述半导体衬底层的导电类型与所述光敏层的导电类型相反，所述半导体衬底层的掺杂浓度小于所述光敏层的掺杂浓度；所述位置探测器的制备方法还包括：在所述半导体衬底层的背面一侧形成欧姆接触层，所述欧姆接触层的导电类型与所述半导体衬底层的导电类型相同，所述欧姆接触层的掺杂浓度大于所述半导体衬底层的掺杂浓度；在所述欧姆接触层背向所述半导体衬底层的一侧表面上形成背面电极。
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| GR01 | Patent grant | ||
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