[发明专利]光电传感器

说明书

背景技术

电子传感器测量物理量，并且将测量到的物理量转换为被提供给电子仪器（例如集成芯片处理器）的信号。在近些年，使用传感器的区域的数目已经剧烈扩展。例如，可以在各种应用中发现传感器，诸如化学剂检测单元、医疗诊断设备、工业过程控制、污染监测、汽车等。

诸如例如中红外（IR）传感器之类的红外传感器测量从具有绝对零度之上的温度的物体发射的在电磁频谱的红外（IR）部分的辐射。中红外频谱覆盖具有在大约2~25μm的范围内的波长的电磁辐射。通过测量MIR频谱的改变，传感器能够测量例如样品的化学性质或温度的改变。

附图说明

图1 A是所公开的红外（IR）光电传感器的一些实施例的俯视图的框图。

图1B到1C图示了图1A的红外（IR）光电传感器的横截面视图。

图2是具有被集成到波导中的发射器的IR传感器的一些实施例的横截面视图。

图3A到3B图示了具有被集成到波导中的发射器的IR传感器的一些附加的实施例的横截面视图。

图4图示了具有在波导的平面之外的发射器的IR传感器的一些附加的实施例的横截面视图。

图5是具有一个或多个硅脊型（rib）波导的IR传感器的一些实施例的三维视图。

图6是具有一个或多个硅脊型波导的IR传感器的一些可替换的实施例的三维视图，所述一个或多个硅脊型波导位于硅衬底的背侧中的一个或多个腔之上。

图7A到7B图示了图6的硅衬底的背侧的一些实施例的俯视图。

图8图示了具有多个电介质层的IR传感器的一些可替换的实施例的横截面视图，所述多个电介质层被配置成提供硅波导与位于下面的衬底之间的光隔离。

图9A图示了具有光子晶体波导的IR传感器的一些实施例的俯视图。

图9B图示了具有光子晶体波导的IR传感器的一些实施例的横截面视图。

图10是具有光子晶体波导的IR传感器的一些可替换的实施例的俯视图。

图11图示了具有光子晶体波导的IR传感器的更详细的实施例的俯视图。

图12是形成具有硅波导的IR传感器的示例方法的流程图。

具体实施方式

现在参照附图来描述所要求保护的主题物，其中同样的附图标记贯穿始终被用来指代同样的元件。在下面的描述中，为了解释的目的，陈述无数特定的细节，以便提供所要求保护的主题物的透彻理解。然而，可能显而易见的是，没有这些特定细节也可以实践所要求保护的主题物。

通过使用在电磁频谱的红外区的辐射（即，具有为大约2~25μm波长的辐射）来执行红外频谱法（spectroscopy）。许多当代传感器使用电磁频谱的红外区来测量流体和/或气体样品的性质。这样的传感器生成IR辐射，当使得所述IR辐射与样品接触时，所述IR辐射与样品反应以引起IR辐射的改变（例如，衰减）。传感器接着测量IR辐射频谱的改变以确定样品的性质。

IR辐射频谱中的样品的特征吸收的测量（其表示了作为特定物质的化学指纹）示出了在是针对该物质的特性的特定波长处的较强的吸收。通过将物质暴露于宽带IR辐射，并且在辐射已经通过或部分穿透样品之后确定频谱中的吸收，可以使用该特征。

在近些年，随着在其中使用传感器的区域的数目已经增加，传感器研究已经经历了密集的增长。当传感器被放置到更多各种应用中时，针对传感器设备的挑战变得更加复杂。一个这样的挑战是形成兼容于硅基技术并且与硅基技术集成的传感器。通过将传感器集成到硅基技术中，传感器可以例如容易地与其他部件（诸如处理器、存储器等）一起被制造到单个集成芯片上。

本公开涉及包括实现在单个集成芯片上的硅波导的光电传感器。在一些实施例中，IR传感器包括被配置成生成辐射的辐射源以及被配置成测量辐射的一个或多个性质的辐射检测器。硅波导（即由硅制成的光波导）沿着辐射源和辐射检测器之间的长度延伸。硅波导被配置成以单模从辐射源向辐射检测器运送辐射。被运送的辐射形成从硅波导向外延伸的渐逝场，以与在渐逝场的适当位置定位的样品相互作用。当渐逝场与样品相互作用时，由硅波导引导的辐射根据样品的一个或多个特性被衰减（例如，特别地，辐射在对应于引导的一个或多个波的波长的波长区中被吸收）。辐射检测器被配置成接收经衰减的MIR辐射，并且根据经衰减的MIR辐射来确定样品的一个或多个特性。

图1A是公开的红外光电传感器（IR传感器）的一些实施例的俯视图100的框图。