[发明专利]一种超高精度的硅象限光电探测器

说明书

本发明公开一种超高精度的硅象限光电探测器，在各象限光敏元之间及其周围的衬底表面设置一个环极，该环极是用与衬底同型杂质，并与衬底背面电极同时扩散或注入形成的高低结，该环极通过引线与衬底背面的各象限光敏元的公共电极直接相连；在“双四”象限光电探测器的“内四”与“外四”象限光敏元之间不设置环极，在“单四”象限光电探测器的光敏元外沿所对应的环极中央部位，开设一个宽度为该光敏元外沿弧长的1/2～1/4的缺口。当带有环极缺口的该光敏元光照较强时，光敏元所产生的部分光生载流子，可以经电子通道分别进入“双四”的“外四”光敏元和“单四”光敏元周边的隔离二极管，从而提高光电探测器的饱和光功率，实现制导系统“深控”的目的。

技术领域

本发明属于光电信息技术领域，具体来说，涉及一种无光电串扰、无电气干扰、扩展光动态范围，具有“精控”和“深控”能力的超高精度的硅象限光电探测器。

背景技术

四象限光电探测器是把四个性能完全相同的光电二极管按照直角坐标要求排列而成的光电探测器件，常用于激光制导中。用于激光制导的象限光电探测器的精度主要取决于光电探测器芯片象限间有无光电串扰、探测器盲区的大小以及光动态范围的宽窄等。通常，硅象限光电探测器象限间的光电串扰均在5％以上，当接收系统逐渐接近目标时，光电串扰也会逐渐增加至30％以上，要想通过光电探测器芯片的外围电路（包括前放、中放及主放等）来抑制光电串扰又不可能。并且，制导系统的光动态范围又主要受光电探测器的限制。

为此，发明人曾发明了专利号为 ZL02128025.8的“消除象限光电探测器光电串扰的方法” 和专利号为 ZL201010622540.5 的“无盲区无光电串扰的硅象限光电探测器制作方法”，它们分别对于提高光电探测系统的制导精度都起到了良好的作用。但是在前者专利中，由于因串扰而流出的那部分光电流被消灭，所以输出的光信号电流就有所损失；在后者专利中，既消除了光电探测器芯片的光探盲区，又克服了光电串扰，且无光信号电流的损失。但是，这两件专利中光动态范围没有得到增加。

发明内容

针对现有技术中硅象限光电探测器的光动态范围没有增加的不足之处，提供了一种超高精度的硅象限光电探测器，它不仅具有原先无盲区、消除了光电串扰的特性，还提高了光动态范围，使制导系统在“精控”的基础上进一步“深控”，缩小制导盲区，从而达到更加精准的打击。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种超高精度的硅象限光电探测器，其在各象限光敏元之间及其周围的衬底表面上设置一环极，该环极是用与衬底同型杂质，并与衬底背面电极同时扩散或注入形成的高低结，所述环极通过引线与衬底背面的各象限光敏元的公共电极直接相连；在“双四”象限光电探测器的“内四”象限光敏元和“外四”象限光敏元之间不设置环极，从而形成“内四”环极缺口；而在“单四”象限光电探测器的光敏元所对应的环极的中间部位，开设一个宽度为该光敏元外沿弧长的1/2～1/4长度的缺口，这种缺口称之为“电子通道”。

在“双四”象限光电探测器的“外四”光敏元外沿所对应的环极或者“单四”象限光电探测器的光敏元外沿所对应的环极外边0.1～0.15mm处，再设置0.2～0.5mm宽度的环形隔离二极管，该隔离二极管与各光敏元掺入的杂质同型，且同时扩散或注入而成。

采用上述技术方案的超高精度的硅象限光电探测器，应用时，在光电探测器反偏置电压下，各象限光敏元的背面纵向耗尽层与其各侧壁耗尽层连成一体，形成耗尽层“电子势垒”。当光敏元在光照下，所产生的光生载流子，其作不规则运动的“少子”—电子（P型衬底）或空穴（N型衬底），均不能通过该侧壁耗尽层“电子势垒”，从而彻底消除了相邻象限间的“光电串扰”，保证了系统“和差”运算的精度，也相应提高了响应度。然而在有“电子通道”的光敏元，光照较强时，光敏元所产生的部分光生载流子，可以经“电子通道”分别进入“双四”的“外四”光敏元和“单四”的隔离二极管，从而提高了光电探测器的饱和光功率，实现制导系统“深控”的目的。