CN1155194A - 光检测单元及使用它的电气装置 - Google Patents
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Abstract
一种光检测单元，包括光检测半导体芯片(11)和信号处理半导体芯片(12)，前者包括在第一制造条件下形成的光检测元件(21，22)和对光检测元件输出波形整形的缓冲电路(23a，23b)，后者在第二制造条件下形成，并对光检测半导体芯片的电压起反应以产生数字数据。光检测半导体芯片(11)和信号处理半导体芯片(12)一起容于单个封装(13)中。
Description
本发明涉及光检测单元和使用这种光检测单元的电气装置，特别是，本发明涉及用于以光进行数据传输的光检测单元，以及使用这种光检测单元的电气装置，如遥控器。
在带有遥控器的电气装置中，包括视频装置如电视机和VTR(录像机)和音频装置如立体声音响，可用遥控器离开一段距离来控制每一电气装置的工作，遥控器的数据传输通常由无线电波或红外线来进行，对室内使用来说，采用红外线的遥控器信号可达距离较短，但干扰较小，也较为便宜，故经常被采用。
图5是表示一种设置在传统的遥控器中的光检测单元的方框图。在图5中，光检测单元4包括一光电二极管41和一信号处理IC(集成电路)42，两者均容于一金属盒45中，光电二极管41是一种其中流过的电流取决于红外线L的光量的元件，其电流经内部连线44加到信号处理IC42。信号处理IC42将流经光电二极管的电流转变成电压，进行波形整形，以去除电压信号中包含的红外线载波信号，并解调从遥控器传送到每一电气装置控制电路的数字数据信号。
但是，用在这种光检测单元中的光电二极管通常有这样的特性，即光电流每100勒克斯光仅改变约数μA，所以，其输出阻抗增大，由此，因为图5中所示光检测单元4中用于连接光电二极管41与信号处理IC42的内部连线44的输出阻抗增大，并且内部连线44的长度至少为数mm，很容易在内部连线44中产生由光检测单元4外部噪声引起的错误信号，并且错误的数据信号被传送到每一电气装置，这样电气装置也许会执行与遥控器所指定的不同的操作。
为避免这一点，整个光检测单元通常用金属盒45屏蔽以防止噪声，但在此情形下，金属盒45的尺寸会增大，若光检测单元4尺寸较大，则阻碍了具有该光检测器单元的每一电气装置减小尺寸，这样就限制了每一电气装置的外形(设计)，而且，额外要求购置金属盒及维修的开支。
另一方面，光检测单元4可用单芯片(one-chip)半导体器件形成，在此情形下，只要求在光电二极管41与信号处理IC42之间有很短的内部连线，例如，长度为数十或数百μm，所以，光检测单元很少会受外部噪声影响，由此无需用金属盒45屏蔽整个光检测单元。但是，为了以低成本得到芯片尺寸尽可能小的半导体器件，按照用于形成信号处理电路的制造条件(工艺)同时形成信号处理电路和光电二极管，结果难以充分提高光电二极管的红外线检测能力(感光灵敏度)。
本发明的主要目的是提出一种无需用金属盒屏蔽而可减小尺寸和有良好的灵敏度的光检测单元，以及采用这种单元的电气装置。
简短说来，本发明的容纳于一单个封装中响应于光线以处理数据的光检测单元包括在第一制造条件下形成的光检测半导体芯片，其包括一在第一制造条件下形成的光检测元件和用于对光检测元件的输出电压波形整形的缓冲电路；以及在第二制造条件下形成并响应于来自光检测半导体芯片的输出电压以产生数字数据的信号处理半导体芯片。
所以，按照本发明，先检测单元能以足够的灵敏度由光检测元件接收光数据信号，并且不容易产生由外界噪声引起的错误信号，这样可增加遥控信号的到达距离，而且，可减小光检测单元的尺寸，不会增加信号处理半导体芯片的芯片尺寸，所以，增加了每一晶片上的芯片数量，可以低成本制造信号处理半导体芯片和采用该芯片的光检测单元。
在一较佳实施例中，光检测半导体芯片由一半导体基片形成，其掺杂浓度优先考虑提高光检测元件的光检测灵敏度，而信号处理半导体芯片用一半导体基片形成，其掺杂浓度优先考虑提高集成度，它大于第一制造条件中的集成度。
在另一较佳实施例中，光检测元件包括一光电二极管和用于将光电二极管中电流转换成电压的电阻，缓冲电路包括一用以放大由电阻转换所产生的电压的放大电路，以及连接到放大电路输出端的晶体管。
在又一较佳实施例中，光检测单元用作采用红外线的遥控器的光检测单元。
按照本发明的另一方面，提出一种采用光检测单元的电气装置，其中光检测单元容纳于单个封装中，并由一光检测半导体芯片和一信号处理半导体芯片构成，前者包括由第一制造条件形成的光检测元件和用于对光检测元件输出电压波形整形的缓冲电路，后者在第二制造条件下形成并对光检测半导体芯片的输出电压起反应以产生数字数据。
所以，按照上述本发明的另一方面，可减小光检测单元的尺寸并减小了对电气装置外形的限制，从而可任意设计电气装置。
本发明的上述和其它目的、特点、方面和优点将由于下面结合附图进行的详细叙述而变得更为明显。
图1是表示本发明一个实施例的方框图；
图2是表示图1所示光检测半导体芯片的具体电路图；
图3是表示本发明的制造条件和感光灵敏度的关系的图；
图4A和4B分别是表示图2所示光检测半导体芯片的平面图和剖面图；
图5是表示传统的遥控器中光检测单元的方框图。
图1是表示本发明一个实施例的方框图。图1中，光检测单元10包括光检测半导体芯片11和信号处理半导体芯片12，这些半导体芯片用多芯片技术封装在由树脂、陶瓷等做的封装13内，光检测半导体芯片11包括光电二极管，电流按照红外线L的光强从中流过，以及缓冲电路，它放大由电流转换成电压得到的电压信号，并以低阻抗输出被放大的信号，信号处理半导体芯片12进行波形整形，去除包含在电压信号中的红外线载波信号，对从遥控器传来的数字数据信号进行解调，并将已解调的信号送到每一电气装置的控制电路。
光检测单元如此形成，从而由外部噪声产生的错误信号不会被引入到光检测半导体芯片11和信号处理半导体芯片12之间的内部连线14，尽管内部连线14有数mm长，但对每一电气装置的控制电路仍可获得可靠的数据信号传送。
注意，光检测半导体芯片11在第一制造条件(后面将加以叙述)下形成，该条件下优先考虑提高光电二极管的光检测灵敏度，而信号处理半导体芯片12在第二制造条件下形成，该条件下优先考虑提高集成度，而且，在封包装13中光检测半导体芯片11的顶面11覆盖着可透过红外线的树脂，此外，信号处理半导体芯片12可构成为不仅解调信号，而且在解调后按照每一电气装置的控制输出已被解码的信号。
图2是表示图1所示光检测半导体芯片的具体电路图，在图2中，电阻22和光电二极管21在电源电位(Vcc)与参考电位(GND)之间串联连接，电阻22与光电二极管21的连接点接到波形整形电路23的输入部分，光电二极管21反向偏置，按照红外线的光强将电流施加到电阻22上，电阻22将流经光电二极管21的电流转换成电压，波形整形电路23对在电阻22处产生的电压波形整形。
波形整形电路23包括用于放大光电二极管21和电阻22产生的电压的放大电路23a、将信号以低阻抗送到信号处理半导体芯片的晶体管23b、以及由电阻23c组成的驱动电路，放大电路23a的输出端连接到晶体管23b的基板，该晶体管的集电极连接到电源电位，其发射极经电阻23c连接到参考电位，而晶体管23b与电阻23c的连接点(OUT)接到信号处理半导体芯片12。
图3表示半导体芯片的基片(晶片)的掺杂浓度(以下称为外延层的电阻率)与光电二极管21对红外线的光电电流变化率(以下称为光检测灵敏度)之间的关系，外延层的电阻率是确定每一半导体芯片电性能的主要制造条件，图3中，为形成具有光检测灵敏度高的光电二极管，在采用如区域A所示外延层低电阻率的晶片的第一制造条件下制造光检测半导体芯片，为形成具有高组装度(packing degree)和小尺寸的半导体芯片，在采用如区域B(晶片外延层电阻率大于第一制造条件中的外延层电阻率)所示的第二制造条件下制造信号处理半导体芯片。采用的外延层电阻率可以是例如对于区域A为0.5至0.8Ω·cm范围，而对于区域B为1.2至2.3Ω·cm范围。
图4A是图2所示光检测半导体芯片的平面图，而图4B是其剖面图。
在具有图3中区域A的电阻率的P型硅衬底31上形成由P型隔离扩散(separation diffusion)隔开的N型生长层32，并由热扩散进一步形成N型热扩散层33，由此形成图2所示的光电二极管21。与光电二极管21相邻形成N型埋层34，其上形成N型生长层35，在N型生长层35表面进一步形成P型热扩散层36和37，由此形成电阻22。在光电二极管和电阻22上形成氧化硅膜38，以及，用铝等在氧化硅膜38上形成连接二极管21与电阻22的电连接线39。
图4A和4B中未画出放大器23a。N形生长层42作为集电极在N型埋层41上形成，在N型生长层42面上形成P型热扩散层43作为基板，进一步在N型生长层42面上形成N型热扩散层44，并在P型热扩散层43面上形成N型热扩散层45作为发射极，由此形成输出晶体管23b。电阻23c以类似于电阻22的方法形成，包括N型埋层46、N型生长层47和P型热扩散层48和49，而且，晶体管23b和电阻23c由在氧化硅膜38上形成的连接线50彼此连接。
另一方面，信号处理半导体芯片12的电路由类似于上述光检测半导体片芯片的制造方法形成，其中采用了电阻率在图3区域B内的硅衬底，这样能进行更精细的处理。
如上所述，光检测和信号处理半导体芯片各由双极型半导体器件形成步骤形成，这些步骤类似于传统例子中的步骤，采用各有不同外延层电阻率的晶片和按照外延层电阻率的工艺条件，并对这些半导体芯片进行封装，由此完成本发明的光检测单元。
注意，本发明不限于上述实施例，图2的电阻22可由晶体管的动态电阻来构成，并且可用光电晶体管来代替光电二极管，而且，驱动电路只需具有低输出阻抗的电路结构，更进一步，本发明中的半导体芯片结构可在除外延层电阻率以外的制造条件(诸如在一元件中的扩散区域的杂质浓度、设计规则等)下形成。
如上所述，按照本实施例，光检测单元能以光电二极管的足够的灵敏度接收光数据信号，不易由外界噪声产生错误的信号，这样可增加遥控信号的可达距离，减小光检测单元的尺寸。而且，不会增加信号处理半导体芯片的尺寸，所以增加了每一晶片的芯片数，可以低成本制造信号处理半导体芯片和采用它的光检测单元。
尽管已详细叙述和图示了本发明，显然应明白，这些只是作为说明和例子，并不作为限制，本发明的实质和范围只由所附的权利要求书限制。
Claims (5)
1.一种光检测单元，有着容于单一封装(13)中的多个半导体芯片，并响应于光线以处理数据，其特征在于，
所述多个半导体芯片包括：
光检测半导体芯片(11)，在第一制造条件下形成，并包括在第一制造条件下形成的光检测元件(21，22)，以及对所述光检测元件的输出电压波形整形的缓冲电路(23a，23b)；以及
信号处理半导体芯片(12)，在第二制造条件下形成，它对所述光检测半导体芯片的输出电压起反应以产生数字数据。
2.如权利要求1的光检测单元，其特征在于，
所述光检测半导体芯片由一其杂质浓度优先考虑提高所述光检测元件光检测灵敏度的半导体衬底形成，
所述信号处理半导体芯片由一其杂质浓度优先考虑提高集成度的半导体衬底形成，其杂质浓度大于在所述第一制造条件下的杂质浓度。
3.如权利要求1的光检测单元，其特征在于，
所述光检测元件包括光电二极管(21)和将流经光电二极管的电流转换成电压的电阻(22)，以及
所述缓冲电路包括放大由所述电阻转换得到的电压的放大电路(23a)，以及连接到放大电路输出端的晶体管(23b)。
4.如权利要求1所述的光检测单元，其特征在于，
所述光检测单元是设置在使用红外线的遥控器中的光检测单元。
5.一种电气装置，具有红外遥控系统的光检测单元，其特征在于，
所述光检测单元具有容于单个封装(13)中的多个半导体芯片，所述多个半导体芯片包括：
光检测半导体芯片(11)，包括在第一制造条件下形成的光检测元件(21，22)，和形成所述光检测元件输出电压波形的缓冲电路(23a，23b)；以及
信号处理半导体芯片(12)，在第二制造条件下形成，对所述光检测半导体芯片的输出电压起反应以产生数字数据。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20040211 Termination date: 20110911 |