TWI403010B - 使用薄膜體聲波元件之光感測器 - Google Patents

Description

使用薄膜體聲波元件之光感測器

本發明係有關於一種光感測器，特別係有關於一種使用薄膜體聲波元件之光感測器。

一般聲波元件大致可區分為薄膜體聲波元件及表面聲波元件，薄膜體聲波元件大多利用於通訊產業，包括濾波器、共振器、雙工器和振盪器，亦或是應用於質量感測和生醫感測，表面聲波元件則可應用於光感測器，然由於表面聲波元件所製作之光感測器操作頻率低於薄膜體聲波元件，且感測器內之感測靈敏度與元件之操作頻率成正比，因此利用薄膜體聲波元件製作光感測器為一新的思考方向。

本發明之主要目的係在於提供一種使用薄膜體聲波元件之光感測器，其包含一基板、一電極層、一氧化鋅壓電層以及一透明金屬電子傳導層，該基板係具有一第一表面及一第二表面，該電極層係形成於該基板之該第一表面，該氧化鋅壓電層係形成於該電極層上，該透明金屬電子傳導層係形成於該氧化鋅壓電層上。由於本發明係利用操作頻率較高之薄膜體聲波元件製作感測度較高之光感測器，且該光感測器係具有該透明金屬電子傳導層，因此可提昇光感測器之感測度，再者，由於本發明之使用薄膜體聲波元件之光感測器的製程與既有元件之製程相同，更有利於市場的開發與製造。

請參閱第1圖，其係本發明之第一較佳實施例，一種使用薄膜體聲波元件之光感測器100係包含一基板110、一電極層120、一氧化鋅(ZnO)壓電層130以及一透明金屬電子傳導層140，該基板110係具有一第一表面111及一第二表面112，該基板110係為矽基板，該電極層120係形成於該基板110之該第一表面111，該電極層120之材質係可選自於由鋁、金、鉑、鉬及其合金所構成之群組中的其中一種，該氧化鋅壓電層130係形成於該電極層120上，由於氧化鋅具有優異的壓電特性，且因為其係為寬能隙(3.2eV)之材料，因此具有穿透可見光及吸收紫外光的基本光學特性，相當適合用來作為紫外光感測器之吸收材料，且氧化鋅(ZnO)可吸收紫外光而激發電子電洞對，改變薄膜導電率，進一步改變其表面聲波波速，造成以聲波元件構成之振盪器電路輸出之相對振盪頻率會跟著改變，而聲波波速的改變會受材料因環境改變之物理參數影響，諸如材料表面質量、黏著性、電場、導電度...等，會造成表面聲波之能量。其中，波速改變量與薄膜導電度之關係式為：

其中△v 為前後波速差、v ₀ 為原始波速、k ² 為機電耦合係數、σ感測前薄膜導電度、σ_m 感測後薄膜導電度。

此外，本發明係採用正軸式(On-axis)反應性射頻磁控濺鍍法成長氧化鋅薄膜，其中濺鍍靶材是採用純度為99.995%的鋅靶，同時利用高純度的氧氣(O₂ )和氬氣(Ar)作為反應氣體，適當地控制濺鍍功率、氧氣分率(O₂ /Ar+O₂ )、濺鍍壓力、基板溫度與濺鍍時間，以濺鍍出高C軸排向之氧化鋅薄膜，該透明金屬電子傳導層140係形成於該氧化鋅壓電層130上，在本實施例中，該透明金屬電子傳導層140之厚度係不大於20奈米(nm)，該透明金屬電子傳導層140之材質係可選自於由銀、鈦、銀鈦合金及金銀合金所構成之群組中的其中一種，另，在本實施例中，該使用薄膜體聲波元件之光感測器100係另包含有一共振腔150，該共振腔150係形成於該基板110與該電極層120之間，該共振腔150係凹設於該基板110之該第一表面111。

接著，請參閱第7圖，其係本發明之第二較佳實施例，一種使用薄膜體聲波元件之光感測器200係包含一基板210、一電極層220、一氧化鋅壓電層230、一透明金屬電子傳導層240以及一共振腔250，該基板210係具有一第一表面211及一第二表面212，該基板210係為矽基板，該電極層220係形成於該基板210之該第一表面211，該電極層220之材質係可選自於由鋁、金、鉑、鉬及其合金所構成之群組中的其中一種，該氧化鋅壓電層230係形成於該電極層220上，該透明金屬電子傳導層240係形成於該氧化鋅壓電層230上，該透明金屬電子傳導層240之厚度係不大於20奈米(nm)，該透明金屬電子傳導層240之材質係可選自於由銀、鈦、銀鈦合金及金銀合金所構成之群組中的其中一種，在本實施例中，該共振腔250係連通該基板210之該第一表面211及該第二表面212。

或者，請參閱第3圖，其係本發明之第三較佳實施例，一種使用薄膜體聲波元件之光感測器300係包含一基板310、一電極層320、一氧化鋅壓電層330、一透明金屬電子傳導層340以及一形成於該基板310與該電極層320之間的布拉格反射層350，該基板310係具有一第一表面311及一第二表面312，該電極層320係形成於該基板310之該第一表面311，該氧化鋅壓電層330係形成於該電極層320上，該透明金屬電子傳導層340係形成於該氧化鋅壓電層330上，該透明金屬電子傳導層340之厚度係不大於20奈米(nm)，該透明金屬電子傳導層340之材質係可選自於由銀、鈦、銀鈦合金及金銀合金所構成之群組中的其中一種，該布拉格反射層350係具有至少一低聲波阻抗層351及至少一高聲波阻抗層352。

本發明之上述三種實施例皆為利用操作頻率較高之薄膜體聲波元件製作感測度較高之光感測器，且各該光感測器100、200、300係具有各該透明金屬電子傳導層140、240、340，因此可提昇光感測器之感測度，再者，由於本發明所製成之光感測器的製程與既有元件之製程相同，更有利於市場的開發與製造。

本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。

100．．．使用薄膜體聲波元件之光感測器

110．．．基板

111．．．第一表面

112．．．第二表面

120．．．電極層

130．．．氧化鋅壓電層

140．．．透明金屬電子傳導層

150．．．共振腔

200．．．使用薄膜體聲波元件之光感測器

210．．．基板

211．．．第一表面

212．．．第二表面

220．．．電極層

230．．．氧化鋅壓電層

240．．．透明金屬電子傳導層

250．．．共振腔

300．．．使用薄膜體聲波元件之光感測器

310．．．基板

311．．．第一表面

312．．．第二表面

320．．．電極層

330．．．氧化鋅壓電層

340．．．透明金屬電子傳導層

350．．．布拉格反射層

351．．．低聲波阻抗層

352．．．高聲波阻抗層

第1圖：依據本發明之第一較佳實施例，一種使用薄膜體聲波元件之光感測器示意圖。

第2圖：依據本發明之第二較佳實施例，另一種使用薄膜體聲波元件之光感測器示意圖。

第3圖：依據本發明之第三較佳實施例，再一種使用薄膜體聲波元件之光感測器示意圖。

100．．．使用薄膜體聲波元件之光感測器

110．．．基板

111．．．第一表面

112．．．第二表面

120．．．電極層

130．．．氧化鋅壓電層

140．．．透明金屬電子傳導層

150．．．共振腔

Claims (8)

1. 一種使用薄膜體聲波元件之光感測器，其至少包含：一基板，其係具有一第一表面及一第二表面；一電極層，其係形成於該基板之該第一表面；一氧化鋅壓電層，其係形成於該電極層上；以及一透明金屬電子傳導層，其係形成於該氧化鋅壓電層上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之使用薄膜體聲波元件之光感測器，其中該透明金屬電子傳導層之厚度係不大於20奈米(nm)。
3. 如申請專利範圍第1項所述之使用薄膜體聲波元件之光感測器，其另包含有一共振腔，該共振腔係形成於該基板與該電極層之間。
4. 如申請專利範圍第3項所述之使用薄膜體聲波元件之光感測器，其中該共振腔係凹設於該基板之該第一表面。
5. 如申請專利範圍第3項所述之使用薄膜體聲波元件之光感測器，其中該共振腔係連通該基板之該第一表面及該第二表面。
6. 如申請專利範圍第1項所述之使用薄膜體聲波元件之光感測器，其另包含有一形成於該基板與該電極層之間的布拉格反射層，該布拉格反射層係具有至少一低聲波阻抗層及至少一高聲波阻抗層。
7. 如申請專利範圍第1項所述之使用薄膜體聲波元件之光感測器，其中該電極層之材質係可選自於由鋁、金、鉑、鉬及其合金所構成之群組中的其中一種。
8. 如申請專利範圍第1項所述之使用薄膜體聲波元件之光感測器，其中該透明金屬電子傳導層之材質係可選自於由銀、鈦、銀鈦合金及金銀合金所構成之群組中的其中一種。