TW202143457A

TW202143457A - 光感測器與其製造方法

Info

Publication number: TW202143457A
Application number: TW109114451A
Authority: TW
Inventors: 林嘉洤; 賴以昕; 李敬賢; 陳志榮; 柳霈穎
Original assignee: 音律電子股份有限公司
Priority date: 2020-04-30
Filing date: 2020-04-30
Publication date: 2021-11-16

Abstract

一種光感測器，包括基板、多孔性粉末、密封體、第一電極以及第二電極。基板具有第一表面以及相對於第一表面的第二表面，其中基板中包括多個孔洞。多孔性粉末位於第一表面上。密封體包封多孔性粉末。第一電極位於密封體上。第二電極位於第二表面上。另提供一種光感測器的製造方法。

Description

光感測器與其製造方法

本發明是有關於一種感測器與其製造方法，且特別是有關於一種光感測器與其製造方法。

在眾多種類之感測器中，光感測器是非常普遍的，然而，目前的光感測器中普遍具有成本昂貴、體積龐大且受結構限制只能偵測單一光波段等劣勢而降低了其產品競爭力。因此，如何設計出一種具有產品競爭力的光感測器實為本領域的技術人員的一大挑戰。

本發明提供一種光感測器與其製造方法，其具有製造容易、體積彈性大、製造成本低、穩定性高、可偵測多個光波段以及可提升偵測時的光敏感度提高響應速率等優勢，進而可以擁有較佳的產品競爭力。

本發明的一種光感測器，包括基板、多孔性粉末、密封體、第一電極以及第二電極。基板具有第一表面以及相對於第一表面的第二表面，其中基板中包括多個孔洞。多孔性粉末位於第一表面上。密封體包封多孔性粉末。第一電極位於密封體上。第二電極位於第二表面上。

在本發明的一實施例中，上述的多孔性粉末粉末量至少大於0.002克。

在本發明的一實施例中，上述的多孔性粉末的材料為矽。

在本發明的一實施例中，上述的多孔性粉末的粒徑介於1500奈米至3000奈米之間。

在本發明的一實施例中，上述的光感測器的光波長偵測範圍介於10奈米至400奈米之間。

在本發明的一實施例中，上述的光感測器為電阻式光感測器或電容式光感測器。

本發明的一種光感測器的製造方法，至少包括以下步驟。提供基板，其中基板具有第一表面以及相對於第一表面的第二表面，且基板中包括多個孔洞。形成多孔性粉末於第一表面上。形成密封體於第一表面上，其中密封體包封多孔性粉末。形成第一電極於密封體上。形成第二電極於第二表面上。

在本發明的一實施例中，上述的多孔性粉末與密封體為一體成型結構。

在本發明的一實施例中，上述的光感測器的製造方法更包括添加多孔性粉末於密封材料混合成溶液。塗佈溶液於第一表面上，以形成包封多孔性粉末的密封體。

在本發明的一實施例中，上述的溶液的體積密度介於1.101克/立方公分至1.201克/立方公分之間。

基於上述，由於多孔性粉末具有容易添加、體積可調性高、材料成本低、照光可發出螢光、光敏感度高以及半衰期長等優點，因此本發明的光感測器應用了多孔性粉末可以具有製造容易、體積彈性大、製造成本低、穩定性高、可偵測多個光波段以及可提升偵測時的光敏感度提高響應速率等優勢，進而可以擁有較佳的產品競爭力。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

本文所使用之方向用語（例如，上、下、右、左、前、後、頂部、底部）僅作為參看所繪圖式使用且不意欲暗示絕對定向。

除非另有明確說明，否則本文所述任何方法絕不意欲被解釋為要求按特定順序執行其步驟。

參照本實施例之圖式以更全面地闡述本發明。然而，本發明亦可以各種不同的形式體現，而不應限於本文中所述之實施例。圖式中的層或區域的厚度、尺寸或大小會為了清楚起見而放大。相同或相似之參考號碼表示相同或相似之元件，以下段落將不再一一贅述。

圖1是依照本發明一實施例的光感測器的示意圖。請參照圖1，光感測器100包括基板110、多孔性粉末120、密封體130、第一電極140以及第二電極150。在本實施例中，基板110具有第一表面110a以及相對於第一表面110a的第二表面110b，且基板110中可以包括多個孔洞112。進一步而言，如圖1所示，於基板110中的多個孔洞112可以具有規則形狀。然而，本發明不限於此，在未繪示的實施例中，於基板110中的多個孔洞112可以具有不規則形狀，多個孔洞112的形狀可以視實際設計上的需求進行調整。

在一實施例中，基板110例如是矽基板。舉例而言，矽基板可以是P型矽基板。然而，本發明不限於此。其他合適的基板材料與型態也可以被使用，只要所述基板材料能夠承載在其之上所形成的結構且能夠承受後續的製程即可。

在本實施例中，多孔性粉末120位於第一表面110a上。由於多孔性粉末120具有容易添加、體積可調性高、材料成本低、照光可發出螢光、光敏感度高以及半衰期長等優點，因此本發明的光感測器100應用了多孔性粉末120可以具有製造容易、體積彈性大、製造成本低、穩定性高、可偵測多個光波段以及可提升偵測時的光敏感度提高響應速率等優勢，進而可以擁有較佳的產品競爭力。

進一步而言，光感測器100中的多孔性粉末120粉末量會影響其偵測時的光敏感度。舉例而言，當多孔性粉末120粉末量增加時，其所能吸收光子的總表面積也會增加，進而可以提升偵測時的光敏感度，換句話說，偵測時的光敏感度會隨著光感測器100中的多孔性粉末120粉末量增加而提升。在一實施例中，多孔性粉末120的粉末量可以至少大於0.002克，以具有較好的感測品質。

此外，光感測器100中的多孔性粉末120的材料也會影響其偵測時的光敏感度。在一實施例中，多孔性粉末120的材料可以為矽。

另一方面，為了降低多孔性粉末120掉入孔洞112的機率，以提升多孔性粉末120所暴露出來的面積，多孔性粉末120的尺寸可以是大於等於孔洞112的尺寸。在一實施例中，多孔性粉末120的粒徑可以介於1500奈米(nm)至3000奈米之間。

應說明的是，本發明不限制多孔性粉末120粉末量、材料與粒徑，多孔性粉末120粉末量、材料與粒徑皆可以視實際情況而定，只要光感測器100中多孔性粉末120位於第一表面110a上皆屬於本發明的保護範圍。

在本實施例中，密封體130包封多孔性粉末120，以防止多孔性粉末120氧化，其中密封體130的材料可以是環氧樹脂(epoxy resin)或其他適宜的模塑材料。第一電極140位於密封體120上，而第二電極150位於第二表面110b上，其中第一電極140與第二電極150的材料可以是適宜的導電材料。進一步而言，密封體130可以夾於第一電極140與基板110之間，而基板110可以夾於密封體130第二電極150之間。

一般而言，為了使多孔性粉末120可以有效地吸收光，因此第一電極140於設計上會具有光可穿透性。舉例而言，第一電極140可以是設計成透明電極(如氧化銦錫(ITO)電極)或指狀電極，以利於光10穿透。然而，本發明不限於此，也可以是針對第一電極140的厚度T1進行設計，使其厚度T1達到一定薄度，以利於光10穿透。

在一實施例中，當基板110具有導電性時，第二電極150的厚度T2可以是小於第一電極140的厚度T1，以減少第二電極150的製造成本，但本發明不限於此，第一電極140的厚度T1與第二電極150的厚度T2可以視實際設計上的需求進行調整。

在一實施例中，光感測器100可以偵測較大的波長範圍。舉例而言，光感測器100可以偵測紫外光(UV)及與其相近的光波長區段。光感測器100的光波長偵測範圍例如是介於10奈米至400奈米之間，但本發明不限於此。

在一實施例中，光感測器100可以為電阻式光感測器或電容式光感測器，因此光感測器100具有較廣的應用範圍，以進一步提升光感測器100的產品競爭力。進一步而言，光感測器100在輸入紫外光為開啟(ON)與關閉(OFF)時，電容與電阻皆有高低之明顯變化，因此，在電路應用上，光感測器100的輸出可取為電容或電阻而可以為電阻式光感測器或電容式光感測器。

以下藉由圖式說明本發明一實施例的光感測器的製造方法的主要流程。圖2是依照本發明一實施例的光感測器的製造方法的流程圖。請同時參照圖1與圖2，首先，提供基板110，其中基板110具有第一表面110a以及相對於第一表面110a的第二表面110b，且基板中包括多個孔洞112(步驟S100)。

在一實施例中，多個孔洞112可以藉由對基板110進行蝕刻製程(etching)所形成。蝕刻製程例如是濕蝕刻製程。舉例而言，可以將基板110置入蝕刻槽中，利用包括氫氟酸(HF)的蝕刻液搭配定電壓或定電流，以形成多個孔洞112，其中多個孔洞112中可以同時形成微量多孔性粉末。應說明的是，相較於額外添加的多孔性粉末120而言，孔洞112中所形成的多孔性粉末可以忽略不計。

接著，添加多孔性粉末120於第一表面110a上(步驟S200)。然後，形成密封體130於第一表面110a上，其中密封體130包封多孔性粉末120(步驟S300)。在一實施例中，多孔性粉末120與密封體130可以為一體成型結構，即，可以先添加多孔性粉末120於密封材料混合成溶液，再塗佈溶液於第一表面110b上，以形成包封多孔性粉末120的密封體130，因此可以使多孔性粉末120確實的添加至第一表面110a上，防止其於製程中掉落出第一表面110a的機率，其中溶液的體積密度可以介於1.101克/立方公分(g/cm³⁾ 至1.201克/立方公分之間，以提升溶液與第一表面110a的附著性。在此，體積密度取決於多孔性粉末120添加量、密封體130厚度與密封體130密度，其中密封體130密度取決於其固化程度。然而，本發明不限於此，在其他實施例中，可以是先將基板110置入模具中，接著，添加多孔性粉末120至第一表面110a上，再於第一表面110a上填入密封體130以密封多孔性粉末120。

然後，形成第一電極140於密封體130上(步驟S400)以及形成第二電極150於第二表面110b上(步驟S500)。第一電極140與第二電極150例如是藉由濺鍍製程或其他適宜的製程分別形成於密封體130以及第二表面110a上。

以下對本案實施例之光感測器的功效以實驗進行說明。

圖3至圖5是依照本發明一些實施例的光感測器於不同狀態下光敏感度及多孔矽粉末粉末量的關係圖。

請參照圖3，圖3的結果顯示多孔矽粉末120分別於紫外光(365奈米)照射以及一般光(380奈米至750奈米)照射下，多孔矽粉末120於紫外光(365奈米)照射下具有較佳的光敏感度。此外，隨著多孔矽粉末120粉末量增加，光敏感度也隨之提升。在此，在圖3中縱座標的光敏感度定義為於紫外光(365奈米)照射下光感測器100的電流除以未照光下光感測器100的電流或於一般光(380奈米至750奈米)照射下光感測器100的電流除以未照光下光感測器100的電流。

請參照圖4，圖4的結果顯示在低頻(f=10³ Hz)時，多孔矽粉末120分別於紫外光(365奈米)照射以及一般光(380奈米至750奈米)照射下，多孔矽粉末120於紫外光(365奈米)照射下具有較佳的光敏感度。此外，在低頻(f=10³ Hz)時，隨著多孔矽粉末120粉末量增加，光敏感度也隨之提升。在此，在圖4中縱座標的光敏感度定義為於紫外光(365奈米)照射下光感測器100的電容除以未照光下光感測器100的電容或於一般光(380奈米至750奈米)照射下光感測器100的電容除以未照光下光感測器100的電容。

請參照圖5，圖5的結果顯示在高頻(f=10⁵ Hz)時，多孔矽粉末120分別於紫外光(365奈米)照射以及一般光(380奈米至750奈米)照射下，多孔矽粉末120於紫外光(365奈米)照射下具有較佳的光敏感度。此外，在高頻(f=10⁵ Hz)時，隨著多孔矽粉末120粉末量增加，光敏感度也隨之提升。在此，在圖5中縱座標的光敏感度定義為於紫外光(365奈米)照射下光感測器100的電容除以未照光下光感測器100的電容或於一般光(380奈米至750奈米)照射下光感測器100的電容除以未照光下光感測器100的電容。

綜上所述，由於多孔性粉末具有容易添加、體積可調性高、材料成本低、照光可發出螢光、光敏感度高以及半衰期長等優點，因此本發明的光感測器應用了多孔性粉末可以具有製造容易、體積彈性大、製造成本低、穩定性高、可偵測多個光波段以及可提升偵測時的光敏感度提高響應速率等優勢，進而可以擁有較佳的產品競爭力。此外，由於當多孔性粉末粉末量增加時，其所能吸收光子的總表面積也會增加，因此偵測時的光敏感度會隨著光感測器中的多孔性粉末粉末量增加而提升，其中多孔性粉末的粉末量可以是至少大於0.002克，以具有較好的感測品質。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10:光 100:光感測器 110:基板 110a:第一表面 110b:第二表面 112:孔洞 120:多孔性粉末 130:密封體 140:第一電極 150:第二電極 S100、S200、S300、S400、S500:厚度 T1、T2:厚度

圖1是依照本發明一實施例的光感測器的示意圖。圖2是依照本發明一實施例的光感測器的製造方法的流程圖。圖3至圖5是依照本發明一些實施例的光感測器於不同狀態下光敏感度及多孔矽粉末粉末量的關係圖。

10:光

100:光感測器

110:基板

110a:第一表面

110b:第二表面

112:孔洞

120:多孔性粉末

130:密封體

140:第一電極

150:第二電極

T1、T2:厚度

Claims

一種光感測器，包括：基板，具有第一表面以及相對於所述第一表面的第二表面，其中所述基板中包括多個孔洞；多孔性粉末，位於所述第一表面上；密封體，包封所述多孔性粉末；第一電極，位於所述密封體上；以及第二電極，位於所述第二表面上。
如請求項1所述的光感測器，其中所述多孔性粉末粉末量至少大於0.002克。
如請求項1所述的光感測器，其中所述多孔性粉末的材料為矽。
如請求項1所述的光感測器，其中所述多孔性粉末的粒徑介於1500奈米至3000奈米之間。
如請求項1所述的光感測器，其中所述光感測器的光波長偵測範圍介於10奈米至400奈米之間。
如請求項1所述的光感測器，其中所述光感測器為電阻式光感測器或電容式光感測器。
一種光感測器的製造方法，包括：提供基板，其中所述基板具有第一表面以及相對於所述第一表面的第二表面，且所述基板中包括多個孔洞；添加多孔性粉末於所述第一表面上；形成密封體於所述第一表面上，其中所述密封體包封所述多孔性粉末；形成第一電極於所述密封體上；以及形成第二電極於所述第二表面上。
如請求項7所述的光感測器的製造方法，其中所述多孔性粉末與所述密封體為一體成型結構。
如請求項8所述的光感測器的製造方法，更包括：添加所述多孔性粉末於密封材料混合成溶液；以及塗佈所述溶液於所述第一表面上，以形成包封所述多孔性粉末的所述密封體。
如請求項9所述的光感測器的製造方法，其中所述溶液的體積密度介於1.101克/立方公分至1.201克/立方公分之間。