組合型線列矽光探測器的製作方法

2023-07-28 10:08:16 2

專利名稱：組合型線列矽光探測器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及矽光探測器，具體是指一種用於成像光譜儀的組合型線列矽光探測器。
背景技術：
在現代光譜測試技術中，常常應用矽光探測器線列陣或者CCD作為可見近紅外波段的探測器件。在採用線列探測器或者CCD時，經色散的光照射在探測器上。其不同波長的光照射在線列探測器不同的光敏元上。因而線列的每一個光敏元就對應於一個不同的波長，它的輸出信號正比於相應波長的光強。這樣，在光譜儀中不再需要旋轉色散元件如光柵或稜鏡就可以同時讀出不同波長的信號。這不但大大的簡化了光譜儀的結構，而且可以作成瞬態光譜儀。
但是，通常矽光探測器的光譜響應特性是在0.4μm附近的藍紫光波段和1.0μm的近紅外波段的響應率都明顯下降，因而給光譜儀測試帶來麻煩。特別是對於探測微弱信號的成像光譜儀，它要求在0.4μm~1.0μm整個波段都有較高的響應率，因此已有人做成短波增強的矽光探測器線列陣，它在藍紫光波段的響應率有了顯著的提高，但是其近紅外波段的響應率都較低。也有近紅外波段響應率較高的矽光探測器，但是其藍紫光波段的響應率很差。總之，還沒有一種在0.4μm~1.0μm整個波段響應率都得到增強的矽光探測器線列陣。

發明內容
基於上述已有技術存在的問題，本實用新型採用把線列探測器分為幾個子線列，每一子線列在工藝上對其探測波段的響應率進行增強，然後把這幾個子線列拼接成一個完整的線列。這樣，在成像光譜儀覆蓋的整個光譜範圍內都能得到高的測試靈敏度。
本實用新型的一種用於成像光譜儀的組合型線列矽光探測器，包括線列晶片、底板和帶窗口的框架。底板為環氧板，其正面二邊布有根據線列晶片引線要求排列的電極引線圖，底板的背面置有穿過底板且與底板正面電極引線端點電學聯接的插針；底板正面中間置有與底板牢固結合的長條形的襯底電極塊，該電極塊與電極引線圖中的多根公共引線相接；長條形襯底電極塊上置有對不同光譜段增強的線列晶片，線列晶片是由多個不同光譜段增強的子線列晶片拼接而成，這些子線列晶片拼接時必需保持在一直線上，而且在同一平面上；線列光敏元的信號引出是通過矽鋁絲與底板上相對應的電極引線聯結；線列晶片上罩有帶窗口的框架，框架通過環氧膠固定在底板上，窗口由蒸鍍帶通濾光薄膜的玻璃片構成。
所說的子線列晶片是由高阻N型矽片通過摻雜形成P-N結的線列光敏元組成，再根據不同的響應波段對不同的子線列晶片光敏元熱生長不同厚度的SiO2增透膜。對用於探測460nm到620nm波段信號的子線列晶片，SiO2增透膜厚度為60-80nm，可以增強在藍紫光波段的響應率；探測620nm到940nm波段信號的子線列晶片，SiO2增透膜厚度為100-120nm；探測940nm到1100nm波段信號的子線列晶片，SiO2增透膜厚度為190-210nm，可以增強近紅外波段的響應率。
這種結構的優點是1.可以提高成品率；2可以根據使用的不同波段範圍，對子線列晶片分別進行光譜響應的增強。研製的結果證明，這種組合結構是非常有效的，因而形成了這個器件的最大特點即在一個線列上滿足了所有波段的高響應率。


圖1.是器件的剖面結構示意圖；圖2.是器件的俯視圖；圖3.是不同厚度的SiO2增透膜子線列光敏元的光譜響應曲線圖，曲線501為子線列晶片501的光譜響應曲線；曲線502為子線列晶片502的光譜響應曲線；曲線503為子線列晶片503的光譜響應曲線。
具體實施方式
本實施例是根據一種用於機載成像光譜儀的要求實施的。器件有4個子線列，每個子線列為16元，組合成64元線列矽光探測器，其特點是光敏元面積大，短波和長波增強，使用的光譜範圍寬，響應速度快和暗電流小。
探測器的底板1為覆銅環氧板，根據線列晶片引線要求在底板上印製電極引線圖2，並在其表面鍍金；底板的背面置有穿過底板且與底板正面電極引線端點電學聯接的插針3，插針間距為2.54mm，可插入標準的插座；底板正面中間置有與底板牢固結合的長條形的襯底電極塊4，該電極塊與電極引線圖中的八根公共引線相接；4個子線列晶片的N極面用導電銀膠粘貼在長條形襯底電極塊上，並使其保持在一直線上，光敏元保持在同一平面上；線列光敏元5的信號引出採用超聲波焊接工藝通過矽鋁絲把光敏元P極與底板上的相對應的電極引線聯結，線列晶片上罩有帶窗口6的框架7，框架通過環氧膠固定在底板上，在1-20光敏元上方窗口6為全透玻璃，21-64光敏元上方窗口為蒸鍍有0.7μm前截止濾光薄膜。
4個子線列晶片都採用電阻率為1000Ωcm的N型矽材料，PN結深為0.2μm，光敏元之間的中心距為0.8mm，64元光敏元的總長為51.2mm。
由於各個子線列對應的探測波段不同，因而在各個子線列光敏元上熱生長不同厚度的SiO2增透膜。子線列晶片501為1-16元，用於探測460nm到620nm波段的信號，採用70nm厚的SiO2增透膜，可以增強在藍紫光波段的響應率；子線列晶片502為17-32元和33-48元二個，採用120nm厚的SiO2增透膜，用於探測620nm到940nm波段的信號；子線列晶片503為49-64元，採用200nm厚的SiO2增透膜，可以使940nm到1100nm波段的響應率得到增強，這三種子線列晶片的光譜響應曲線如圖2所示。從圖中看到，各個晶片在其使用的波段，響應率都是最高的。
權利要求1.一種組合型線列矽光探測器，包括底板(1)、線列晶片(5)和帶窗口(6)的框架(7)，底板為環氧板其正面二邊布有根據線列晶片引線要求排列的電極引線圖(2)，底板的背面置有穿過底板且與底板正面電極引線端點電學聯接的插針(3)；底板正面中間置有與底板牢固結合的長條形的襯底電極塊(4)，該電極塊與電極引線圖中的多根公共引線相接；長條形襯底電極塊上置有線列晶片(5)，線列晶片光敏元的信號引出是通過矽鋁絲與底板上相對應的電極引線聯結；線列晶片上罩有帶窗口(6)的框架(7)，框架通過環氧膠固定在底板上，其特徵在於A.所說的線列晶片(5)是由對不同光譜段增強的多個子線列晶片拼接而成，子線列晶片是由N型矽片通過摻雜形成P-N結的線列光敏元組成；B.所說的窗口(6)在1-20光敏元上方為全透玻璃，21-64光敏元上方為蒸鍍有0.7μm前截止濾光薄膜。
2.根據權利要求1一種組合型線列矽光探測器，其特徵在於所說的對不同光譜段增強的多個子線列晶片是根據對用於探測460nm到620nm波段信號的子線列晶片，SiO2增透膜厚度為60-80nm；探測620nm到940nm波段信號的子線列晶片，SiO2增透膜厚度為100-120nm；探測940nm到1100nm波段信號的子線列晶片，SiO2增透膜厚度為190-210nm。
專利摘要一種用於成像光譜儀的組合型線列矽光探測器,包括:線列晶片、底板和帶窗口的框架。線列晶片置在二邊帶電極引線圖的底板中間,線列晶片上置有帶窗口的框架,框架固定在底板上。該實用新型利用了光譜檢測時不同光敏元測試不同波長光的特點,把線列晶片分為幾個子線列晶片,每一子線列晶片在工藝中對其探測波段的響應率進行增強,然後把這幾個子線列晶片拼接成一個完整的線列晶片。這樣,在光譜儀覆蓋的整個光譜範圍內都能得到高的測試靈敏度。探測器採用了PIN光電二極體的工藝,通過選擇不同厚度的SiO
文檔編號G01J3/12GK2518092SQ01277169
公開日2002年10月23日 申請日期2001年12月29日 優先權日2001年12月29日
發明者江美玲, 梁平治, 丁愛娣, 張學敏, 陳世軍 申請人:中國科學院上海技術物理研究所