專利名稱：光電探測(cè)陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
激光顆粒分布測(cè)量儀是以富朗和菲衍射理論和MIE散射理論為技術(shù)核心理論，用于測(cè)量各種懸浮介質(zhì)中懸浮顆粒大小及其分布情況測(cè)量的儀器，本實(shí)用新型涉及的是激光顆粒分布測(cè)量儀中對(duì)檢測(cè)質(zhì)量影響最為密切的光電轉(zhuǎn)換組件的技術(shù)改進(jìn)。
現(xiàn)有的各光電探測(cè)陣列的結(jié)構(gòu)，是按顆粒衍射、散射所形成的徑向變化的圓形圖象來設(shè)計(jì)的，將其上的光敏探測(cè)部件按上述規(guī)律將其制作于半導(dǎo)體襯底上，并由若干隔離帶將其隔離構(gòu)成，其每一拱形帶狀區(qū)域的光敏探測(cè)部件作為一路光電探測(cè)通道，各通道的信號(hào)轉(zhuǎn)換及輸出來實(shí)現(xiàn)顆粒分布的數(shù)據(jù)采集工作。如中國專利專利號(hào)為CN89102013.6、名稱為“拱形光敏傳感組件”，該組件為具有共同圓心的若干半圓拱形光敏元件排列組成的，相鄰光敏組件之間設(shè)有隔離帶；另一中國專利CN91205415.6、名稱為“激光微粒測(cè)量儀”技術(shù)，它也采用了類似結(jié)構(gòu)，32個(gè)同圓心的由絕緣帶隔離的半圓形環(huán)形硅光電池組成。這種常規(guī)結(jié)構(gòu)的半圓形光電探測(cè)組件存在很多技術(shù)弊病1、存在很大數(shù)據(jù)采集誤差，徑向多區(qū)段半圓形光敏部件之間必須設(shè)有相應(yīng)寬度的隔離帶，該隔離帶的最小寬度一般只有約2μm，但它卻約占圓心處各光敏探測(cè)部件徑寬的25％，形成了不可忽視的測(cè)量盲區(qū)，這一結(jié)構(gòu)性缺陷直接導(dǎo)致了儀器的測(cè)量誤差，影響了儀器的測(cè)量精度；2、暗電流本底影響了儀器測(cè)量的靈敏度，光電探測(cè)組件邊緣處的拱形光敏部件與圓心處光敏部件的面積之比相差太大，邊緣光敏部件的最大面積約124mm2，既使在無光線射入的情況下，其電信號(hào)輸出幅值也相當(dāng)高，形成暗電流本底，當(dāng)需檢測(cè)的衍射信號(hào)、散射信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，其電轉(zhuǎn)換信號(hào)的輸出幅度增幅則相當(dāng)微小，該本底的存在降低了儀器的測(cè)量靈敏度；3、顆粒徑值測(cè)量范圍局限性大，由于半圓形光敏探測(cè)組件的光學(xué)中心位于組件的中部位置，在組件的長度約30mm時(shí)，其最大的探測(cè)范圍也只有其一半，約14.5mm，其最小的可測(cè)試粒徑也只有1.9μm，對(duì)于更小的徑粒測(cè)量卻無能為力4、現(xiàn)有結(jié)構(gòu)使其測(cè)量通道數(shù)目難以提高，很難對(duì)樣品進(jìn)行準(zhǔn)確、細(xì)致地分析；5、其制造工藝要求極高，其半圓形部件面積較大，生產(chǎn)這種大面積的微電子光電半導(dǎo)體產(chǎn)品，其制造材料及生產(chǎn)工藝要求就很高，而且其圓心位置需打孔，進(jìn)一步加大了其制造的難度，多方面的因素決定了其成品率偏低，成本大。
綜上所述，由于現(xiàn)有的光電探測(cè)組件存在上述技術(shù)弊病，導(dǎo)致顆粒分布測(cè)量儀的測(cè)量性能偏低，儀器的測(cè)量質(zhì)量難以提高。
為盡可能有效利用接近扇形區(qū)域光學(xué)中心的面積，提高這一部分的測(cè)量精度和靈敏度，應(yīng)該增大接近光學(xué)中心部分的光敏部件的有效探測(cè)面積，該光敏部件的圓心角覆蓋范圍為其外探測(cè)陣列光敏陣列圓心角范圍的1.5-3倍。
在上述的整體技術(shù)方案中，光電探測(cè)陣列的最外緣段設(shè)有由圓環(huán)狀隔離區(qū)為隔離部件隔離分布的光敏部件。
在上述技術(shù)方案中，為提高本光敏組件的工作穩(wěn)定性和可靠性，延長其使用壽命，其表面設(shè)有一層二氧化硅保護(hù)濾光層。
本技術(shù)方案的光電探測(cè)陣列結(jié)構(gòu)改變，產(chǎn)生了如下的實(shí)質(zhì)技術(shù)效果1、本技術(shù)將光敏部件和隔離部件予以巧妙地對(duì)稱交錯(cuò)分布設(shè)計(jì)，完全消化了因徑向變化的光敏部件之間絕緣而設(shè)計(jì)的隔離區(qū)所引起的測(cè)量盲區(qū)，從陣列結(jié)構(gòu)上消除了分布測(cè)量儀的測(cè)量誤差，提高了儀器的測(cè)量精度；2、光電探測(cè)陣列的扇狀外形與半圓形探測(cè)陣列相比，其最外緣處的光敏部件的面積大大縮小，最大面積也只有幾十平方毫米，因而有效地削弱了其暗電流本底的影響，可使測(cè)量儀器的靈敏度和精度大大提高；3、拓寬了儀器的顆粒粒徑值的測(cè)量范圍，本技術(shù)改變了光電探測(cè)陣列常規(guī)的半圓形結(jié)構(gòu)，將其探測(cè)區(qū)域部分設(shè)計(jì)成扇狀外形，其寬度縮短，縮小了整個(gè)陣列的尺寸，尤其是在保證光敏轉(zhuǎn)換靈敏度的前提下，其光敏部件面積地縮小，使產(chǎn)品疵點(diǎn)的出現(xiàn)率大大減少、制造工藝要求也有所降低，其成品率可明顯提高，有利于成本的下降；4、本光電探測(cè)陣列的光學(xué)中心位于扇形區(qū)域一側(cè)頂點(diǎn)上，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使光電探測(cè)陣列的有效探測(cè)距離比現(xiàn)有半圓形光電陣列增加了一倍，可使顆粒測(cè)量儀的最小可測(cè)量顆粒的徑向尺寸范圍又向前大大擴(kuò)展，其可測(cè)下限可達(dá)到0.15μm(單鏡頭)；5、在本技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，探測(cè)陣列外緣區(qū)段采用同圓心的隔離帶隔離其小圓心角的圓弧狀光敏部件，內(nèi)緣區(qū)段采用大圓心角覆蓋設(shè)計(jì)，在保證本分布測(cè)量儀測(cè)量性能的前提下，既不擴(kuò)大光電探測(cè)陣列的外形，也有效利用了其陣列的面積，提高小圖形區(qū)域的光電轉(zhuǎn)換信號(hào)；6、本技術(shù)設(shè)計(jì)可以有效地增加探測(cè)通道的數(shù)目，提高測(cè)量儀器的測(cè)量準(zhǔn)確性和精度。


圖1為本光電探測(cè)陣列的整體結(jié)構(gòu)示意圖，由于其光學(xué)中心處的光敏部件極小，僅作相應(yīng)的示意表示圖2為接近光學(xué)中心處的內(nèi)緣區(qū)段A中的光敏部件的分布結(jié)構(gòu)示意圖圖3為圖1中部區(qū)段B中的光敏部件的分布結(jié)構(gòu)示意圖圖4為中部區(qū)段B與陣列外緣區(qū)段C的光敏部件的分布結(jié)構(gòu)示意圖。
光電探測(cè)陣列為在半導(dǎo)體襯底上由若干光敏部件及其隔離部件形成扇形分布的光敏組件，即在襯底底板相應(yīng)寬度的范圍內(nèi)，形成一定圓心角覆蓋范圍的扇形區(qū)域1，穿過該扇形區(qū)域光學(xué)中心的徑向中線位置設(shè)有一隔離帶M，該隔離帶M將扇形區(qū)域1分隔成兩左右對(duì)稱的扇形分區(qū)D、D’，每一扇形分區(qū)按共圓心、徑長依次變化劃分為若干弧帶狀區(qū)，且兩扇形分區(qū)弧帶狀區(qū)分布對(duì)稱、一致，每一扇形分區(qū)中的各弧帶狀區(qū)交錯(cuò)制有光敏部件和隔離部件，兩扇形分區(qū)D、D’光敏部件、隔離部件對(duì)稱且交錯(cuò)分布設(shè)置，隔離部件M1、M2與隔離帶M相連通。如圖所示，以中部區(qū)段B為例，扇形分區(qū)D中的光敏部件B1的對(duì)稱側(cè)為隔離部件M2，其隔離部件M1的對(duì)稱側(cè)為光敏部件B2。同理，內(nèi)緣區(qū)段A中的光敏部件A1的對(duì)稱側(cè)為隔離部件MA2，其隔離部件MA1的對(duì)稱側(cè)為光敏部件A2。
扇形區(qū)域的圓心角覆蓋范圍的大小一般是由襯底底板寬度尺寸和組件中光敏部件的數(shù)量相互制約來確定的，若其扇形區(qū)域采用一個(gè)固定的圓心角扇形覆蓋設(shè)計(jì)，就無法在規(guī)定大小的襯底底板上形成規(guī)定數(shù)量的光敏部件。為解決這一問題，還要解決靠光學(xué)中心的內(nèi)緣區(qū)段A光敏面積過小而影響轉(zhuǎn)換精度及靈敏度、以及遠(yuǎn)離光學(xué)中心的外緣區(qū)段C光敏面積超出襯底底板寬度范圍等技術(shù)問題，每一扇形分區(qū)靠光學(xué)中心的內(nèi)緣區(qū)段A的圓心覆蓋角應(yīng)為中部區(qū)段B的1.5-3倍，則可充分利用靠光學(xué)中心處的有效面積，提高內(nèi)緣區(qū)段A光敏部件的電轉(zhuǎn)換信號(hào)值；其外緣區(qū)段C為設(shè)于扇形區(qū)域徑向中央處、與其內(nèi)側(cè)扇形區(qū)域共圓心、按徑長依次變化分布設(shè)置若干弧帶狀光敏部件C1構(gòu)成，相鄰光敏部件C1之間由寬度盡可能小的隔離條C2相互隔離。為使本光電探測(cè)陣列具有穩(wěn)定和可靠的工作性能，并提高其使用壽命，其表面鈍化處理一層二氧化硅濾光保護(hù)層。
權(quán)利要求1.一種光電探測(cè)陣列，其特征在于扇形區(qū)域過圓心中線處設(shè)有一隔離帶(M)，該隔離帶(M)將扇形區(qū)域分隔成兩對(duì)稱的扇形分區(qū)(D、D’)，扇形分區(qū)中設(shè)有若干共圓心、徑向依次變化的弧狀帶區(qū)，兩扇形分區(qū)的弧狀帶區(qū)的徑向變化規(guī)律相同，這些弧狀帶區(qū)分布的是光敏部件及光敏部件之間的隔離部件，兩扇形分區(qū)(D、D’)的光敏部件、隔離部件交錯(cuò)對(duì)稱設(shè)置，即每一光敏部件的對(duì)稱側(cè)為與其相同的隔離部件，隔離部件與隔離帶(M)連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光敏探測(cè)陣列，其特征在于靠光學(xué)中心的內(nèi)緣區(qū)段(A)光敏部件的圓心角覆蓋范圍為其外光敏陣列圓心角范圍的1.5-3倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光敏探測(cè)陣列，其特征在于遠(yuǎn)離光學(xué)中心的外緣區(qū)段(C)為設(shè)于扇形區(qū)域徑向中央處，與其內(nèi)側(cè)扇形區(qū)域共圓心、按徑長依次變化分布設(shè)置若干弧帶狀光敏部件(C1)構(gòu)成，相鄰光敏部件之間由寬度盡可能小的隔離條(C2)相互隔離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光敏探測(cè)陣列，其特征在于其表面設(shè)有一層二氧化硅濾光保護(hù)層。
專利摘要本實(shí)用新型涉及的是將標(biāo)準(zhǔn)光束照射于顆粒上所產(chǎn)生的衍射、散射光轉(zhuǎn)換為信號(hào)的光電探測(cè)陣列，本技術(shù)解決了現(xiàn)有技術(shù)在結(jié)構(gòu)中所存在的結(jié)構(gòu)缺陷，導(dǎo)致測(cè)量儀的測(cè)量性能指標(biāo)偏低的技術(shù)弊病，本技術(shù)采用了兩組對(duì)稱的扇形分區(qū)，并使該兩組扇形區(qū)域的光敏部件與隔離部件相互交錯(cuò)對(duì)稱設(shè)置的結(jié)構(gòu)方式，消除了現(xiàn)有的半圓形光電探測(cè)組件的隔離測(cè)量盲區(qū)，可大大提高分布測(cè)量儀的測(cè)量質(zhì)量。
文檔編號(hào)G01N15/02GK2596349SQ0321104
公開日2003年12月31日 申請(qǐng)日期2003年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月16日
發(fā)明者邢武, 邢宇錚 申請(qǐng)人:遼寧儀表研究所