[其他]非晶硅光位置敏感器件

说明书

本发明属半导体非晶硅光位置敏感器件。它是利用非晶硅材料的单质结或异质结的横向光生伏特效应制成的可测量光点位置信息的新型器件。由于本光位置敏感器件制造工艺简单，输出光敏信号较大，对位置控制、目标跟踪及计算机方面的应用具有广阔的前景。

本发明属半导体非晶硅光位置敏感器件。它是利用非晶硅材料的单质结或非晶硅与单晶硅的异质结的横向光生伏特效应制成的可测量光点位置信息的新型器件。

目前所使用的光位置探测器主要由半导体单晶材料制成，其制造工艺复杂，如美国专利US3792257所述的横向光位置探测器，除了需要有一个对光照敏感的表面、半导体材料和电极外，还需要有一个附加系统，以改变半导体材料的电阻率，使任何一个电极与敏感表面上某一点之间的电阻是位置的线性函数，给制造工艺增添了不少麻烦，从而成本较高，且产品的使用操作十分不方便，还要经过一番复杂运算才能确定光的位置。本发明的目的就是要找出一种光位置敏感器件，其结构简单，使用方便。

本发明通过在单晶硅片上淀积出一层非晶硅材料，并根据我们最近研究和发现的非晶硅单质及异质结的横向光生伏特效应，制造出具有实用和商业价值的光位置敏感器件。

本发明的光位置敏感器件由芯片和四个电极组成，每个电极可分别做成直线状，分布在半导体芯片表面的边缘，四个电极内侧构成一个不封闭的长方形或正方形。其对边两个电极构成一组，共有二组;半导体芯片可做成正方形或长方形，采用常规的辉光放电（G.D）的方法，在单晶硅基片或玻璃平片上淀积出非晶硅层（a-Si∶H）制成具有光位置敏感特性的单质结或异质结i-a-Si∶H/P-c-Si、i-a-Si∶H/N⁺-a-Si∶H或i-a-Si∶H/P⁺-a-Si∶H。由单质结i-a-Si∶H/N⁺-a-Si∶H或i-a-Si∶H/P⁺-a-Si∶H所构成的芯片的结构如图1所示，其形状为正方形或长方形，其中下层〔13〕用玻璃平片作为衬底，中层〔12〕为掺有N型或P型杂质的非晶硅重掺杂层（N⁺-a-Si∶H或P⁺-a-Si∶H），厚度约为500埃;上层〔11〕再淀积氢化本征非晶硅层（i-a-Si∶H），厚度约为5000埃，电阻率约为10⁶欧·厘米。〔14〕、〔15〕和〔16〕、〔17〕为两组相互垂直的金属电极镀在芯片表面，可用金属丝引出，作为电压讯号输出，〔14〕、〔15〕间输出X轴方向的电压讯号△Vx，〔16〕、〔17〕输出Y方向讯号△Vy，电极间的距离视实际应用的要求而定。金属电极所用的材料可以是：铝（Al）、金（Au）、镍（Ni）、铬（Cr）等，输出信号与电极的材料无关。由于本征非晶硅是高电阻层，因而流入电极的电流很小（一般小于100纳安）。所以电极对结面的横向光生伏特分布影响很小，因而X方向与Y方向的电极之间不会产生显著的相互影响。即X讯号与Y讯号相互独立。

金属电极的制备为常规真空镀膜法，所用设备为44.300真空镀膜机（国营南光机器厂制造）。予真空度为10^-5托，衬底温度为200℃膜厚度约0.2微米。

由异质结i-a-Si∶H/P-C-Si结构所构成的器件如图2所示，其半导体芯片下层可由P型单晶硅片（P-C-Si）作为衬底，电阻率约为1欧·厘米;上层〔21〕淀积氢化本征非晶硅层（i-a-Si∶H），厚度约为5000埃，电阻率约10⁶欧·厘米。〔23〕、〔24〕和〔25〕、〔26〕为两组相互垂直的金属电极，作为电压讯号输出。

本征及掺杂非晶硅层是在PD-300低温淀积台上（江苏江阴无线电专用设备厂制造的，其具体条件是：

反应气体-用纯硅烷与氢气组成硅烷占60%的硅烷加氢气混合气体。（硅烷纯度大于99.99%，氢气纯度为99.99%）。

反应气压：0.2～0.5托

气体流量：8～10毫升/分钟

予真空度：3～4×10^-2托

阳极电压：800伏

频率：10兆赫

栅极电流：30毫安