CN220106552U - 一种具有高效能谐振腔的光电探测器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及光电探测器技术领域，具体地说，涉及一种具有高效能谐振腔的光电探测器。其包括汇聚层，汇聚层下表面设有上衬底，汇聚层底端与上衬底顶端固定连接，上衬底底端固定连接有上黏附层，上黏附层底端固定连接有上反射层，上反射层的下侧设有光敏层，光敏层下侧设有下衬底，下衬底底端固定连接有信号处理层，信号处理层底端固定连接有集成电路层，下衬底顶端设置有半圆状凹槽反射结构，下衬底顶端依附于下黏附层，下黏附层顶端依附有下反射层，解决了现有的光电探测器中，光敏材料的光吸收弱，光电转换效率低的情况。
Description
技术领域
本实用新型涉及光电探测器技术领域，具体地说，涉及一种具有高效能谐振腔的光电探测器。
背景技术
光电探测器是由光辐射引起被照射材料电导率发生变化，将光信号转变为电信号的一种探测仪器。
除了在军事中，还在光通信、医学成像、气体传感和安全检测等方面扮演着十分重要的角色，用于微光夜视的高灵敏光电探测器致力于探索夜间和其他低照度的目标信息，因此对光的利用率和光电转换效率显得尤为重要，现有的光电探测器中，薄层的光敏材料对光的传输路径短，光吸收能力弱，对光的损耗高，降低了光电转换效率，鉴于此，我们提出了一种具有高效能谐振腔的光电探测器，用于解决上述问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种具有高效能谐振腔的光电探测器，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供一种具有高效能谐振腔的光电探测器，包括汇聚层，所述汇聚层下表面设有上衬底，所述汇聚层底端与上衬底顶端固定连接，所述上衬底底端固定连接有上黏附层，所述上黏附层底端固定连接有上反射层，所述上反射层的下侧设有光敏层，所述光敏层下侧设有下衬底，所述下衬底底端固定连接有信号处理层，所述信号处理层底端固定连接有集成电路层，所述下衬底顶端设置有半圆状凹槽反射结构，所述下衬底顶端依附于下黏附层，所述下黏附层顶端依附有下反射层。
作为本技术方案的进一步改进，所述汇聚层为多个可把空间各个方向的光进行汇聚的微透镜组成。
作为本技术方案的进一步改进，所述上衬底为具有高透过率的BaF2衬底或者极薄硅衬底，所述下衬底为双抛硅片，所述下衬底上表面具有凹陷的半球状结构。
作为本技术方案的进一步改进，所述上反射层和上黏附层均沉积在上衬底的下方，所述上黏附层和上反射层顶端均开设有多个贯穿的孔洞。
作为本技术方案的进一步改进，所述光敏层下表面固定连接有一对第一金属柱，两个所述第一金属柱分别位于光敏层底端对角处，所述光敏层为连续的可悬空的光电敏感材料。
作为本技术方案的进一步改进，两个所述第一金属柱底端均与下衬底顶端固定连接，所述上衬底底端固定连接有一对第二金属柱，两个所述第二金属柱分别位于上衬底底端对角处，所述第二金属柱底端固定连接有第三金属柱，所述第三金属柱与下衬底顶端固定连接，所述上反射层下表面到下反射层的上表面之间形成谐振腔。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
该具有高效能谐振腔的光电探测器中，通过设置的上反射层和下反射层以及光敏层，在工作时，汇聚层会将不同方向的光线进行汇聚，穿过上衬底，通过图案化的上黏附层和上反射层的孔洞将红外光照射到谐振腔内部，接着光线穿过光敏层，到达下反射层，然后向上全反射，再次经过光敏层，从而使光在谐振腔中反射一个来回，就可以穿过中间的敏感层薄膜两次，使得穿透敏感层薄膜的次数增多，从而增加了光吸收率，将谐振腔置于硅片内部的结构，不仅可以提高器件集成度，而且可以极大地提高红外信号利用率，提高了光电转换效率。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图；
图2为本实用新型的上衬底结构示意图；
图3为本实用新型的上黏附层结构示意图；
图4为本实用新型的光敏层结构示意图；
图5为本实用新型的下衬底结构示意图。
图中各个标号意义为：
1、汇聚层；2、上衬底；3、上黏附层；4、上反射层；5、光敏层；6、第一金属柱；7、下衬底；8、信号处理层；9、集成电路层；10、第二金属柱；11、第三金属柱；12、下反射层；13、下黏附层；14、孔洞。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
请参阅图1－图5所示，本实施例提供一种具有高效能谐振腔的光电探测器，包括汇聚层1，汇聚层1下表面设有上衬底2，汇聚层1底端与上衬底2顶端固定连接，上衬底2底端固定连接有上黏附层3，上黏附层3底端固定连接有上反射层4，上反射层4的下侧设有光敏层5，光敏层5下侧设有下衬底7，下衬底7底端固定连接有信号处理层8，信号处理层8底端固定连接有集成电路层9，下衬底7顶端设置有半圆状凹槽反射结构，下衬底7顶端依附于下黏附层13，下黏附层13顶端依附有下反射层12，其主要目的是使汇聚的光线在谐振腔中反射一个来回，就可以穿过中间的敏感层薄膜两次，使得穿透敏感层薄膜的次数增多，从而提高了光电转换效率。
上述工作原理：
汇聚层1会将不同方向的光线进行汇聚，穿过上衬底2，通过图案化的上黏附层3和上反射层4，将红外光照射到谐振腔内部，接着光线穿过光敏层5，到达下反射层12，然后向上全反射，再次经过光敏层5，从而光在谐振腔中反射一个来回，就可以穿过中间的光敏层5薄膜两次，使得穿透光敏层5薄膜的次数增多，从而增加了光吸收率，提高了光电转换效率。
为了将不同方向的光线进行汇聚，所以汇聚层1为多个可把空间各个方向的光进行汇聚的微透镜组成，使光线可以进行汇聚。
考虑到使光线可以多次穿过中间的光敏层5，所以上衬底2为具有高透过率的BaF2衬底或者极薄硅衬底，下衬底7为双抛硅片，下衬底7上表面具有凹陷的半球状结构，从而使光线穿过光敏层5，到达下反射层12后，由下衬底7将汇聚的光线向上反射，反射的光线便会穿过光敏层5到达上反射层4，且在光线到达上反射层4只有少部分会通过贯穿的孔洞14，减少了对光线的损耗，使光在谐振腔内部一直来回反射。
为了使汇聚的光可以穿过上黏附层3和上反射层4，将红外光照射到谐振腔内部，所以上反射层4和上黏附层3均沉积在上衬底2的下方，上黏附层3和上反射层4顶端均开设有多个贯穿的孔洞14，光线便可通过图案化的上黏附层3和上反射层4上的孔洞14将红外光照射到谐振腔内部。
在运行中需要使光敏层5固定在谐振腔中间，所以光敏层5下表面固定连接有一对第一金属柱6，两个第一金属柱6分别位于光敏层5底端对角处，光敏层5为连续的可悬空的光电敏感材料，使光敏层5被第一金属柱6进行固定。
另外为了支撑光电探测器并且形成内部的谐振腔，所以两个第一金属柱6底端均与下衬底7顶端固定连接，上衬底2底端固定连接有一对第二金属柱10，两个第二金属柱10分别位于上衬底2底端对角处，第二金属柱10底端固定连接有第三金属柱11，第三金属柱11与下衬底7顶端固定连接，上反射层4下表面到下反射层12的上表面之间形成谐振腔。
本实施例中的具有高效能谐振腔的光电探测器在具体使用时，上反射层4下表面到下反射层12的上表面的高度形成谐振腔，由第一金属柱6和第二金属柱10以及第三金属柱11配合支撑形成，而光敏层5通过第一金属柱6位于谐振腔中间，光敏层5与上反射层4和下反射层12之间的间隙在器件封装后被抽成真空，能够避免空气对流引起的散热，而且该谐振腔的腔体高度仅有数微米，腔体空间小，更容易形成及保持较高真空，上衬底2背面的金属层作为上反射层4，其可全反射光线，进入的光线通过汇聚层1汇聚后穿过贯穿上反射层4和上黏附层3的孔洞14到达谐振腔内部，下衬底7上的上表面的金属层作为下反射层12，其厚度较厚，为全反射膜，工作时，汇聚层1会将不同方向的光线进行汇聚，穿过上衬底2，通过图案化的上黏附层3和上反射层4上的孔洞14，将红外光照射到谐振腔内部，接着光线穿过光敏层5，到达下反射层12，然后向上全反射，再次经过光敏层5，从而光在谐振腔中反射一个来回，就可以穿过中间的光敏层5薄膜两次，使得穿透光敏层5薄膜的次数增多，从而增加了光吸收率，提高了光电转换效率。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本实用新型的优选例，并不用来限制本实用新型，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种具有高效能谐振腔的光电探测器，其特征在于：包括汇聚层(1)，所述汇聚层(1)下表面设有上衬底(2)，所述汇聚层(1)底端与上衬底(2)顶端固定连接，所述上衬底(2)底端固定连接有上黏附层(3)，所述上黏附层(3)底端固定连接有上反射层(4)，所述上反射层(4)的下侧设有光敏层(5)，所述光敏层(5)下侧设有下衬底(7)，所述下衬底(7)底端固定连接有信号处理层(8)，所述信号处理层(8)底端固定连接有集成电路层(9)，所述下衬底(7)顶端设置有半圆状凹槽反射结构，所述下衬底(7)顶端依附于下黏附层(13)，所述下黏附层(13)顶端依附有下反射层(12)。
2.根据权利要求1所述的具有高效能谐振腔的光电探测器，其特征在于：所述汇聚层(1)为多个可把空间各个方向的光进行汇聚的微透镜组成。
3.根据权利要求1所述的具有高效能谐振腔的光电探测器，其特征在于：所述上衬底(2)为具有高透过率的BaF2衬底或者极薄硅衬底，所述下衬底(7)为双抛硅片，所述下衬底(7)上表面具有凹陷的半球状结构。
4.根据权利要求1所述的具有高效能谐振腔的光电探测器，其特征在于：所述上反射层(4)和上黏附层(3)均沉积在上衬底(2)的下方，所述上黏附层(3)和上反射层(4)顶端均开设有多个贯穿的孔洞(14)。
5.根据权利要求1所述的具有高效能谐振腔的光电探测器，其特征在于：所述光敏层(5)下表面固定连接有一对第一金属柱(6)，两个所述第一金属柱(6)分别位于光敏层(5)底端对角处，所述光敏层(5)为连续的可悬空的光电敏感材料。
6.根据权利要求5所述的具有高效能谐振腔的光电探测器，其特征在于：两个所述第一金属柱(6)底端均与下衬底(7)顶端固定连接，所述上衬底(2)底端固定连接有一对第二金属柱(10)，两个所述第二金属柱(10)分别位于上衬底(2)底端对角处，所述第二金属柱(10)底端固定连接有第三金属柱(11)，所述第三金属柱(11)与下衬底(7)顶端固定连接，所述上反射层(4)下表面到下反射层(12)的上表面之间形成谐振腔。
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