生產(chǎn)光電傳感器：光電傳感器
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光電傳感器
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本詞條由“科普中國”科學百科詞條編寫與應用工作項目
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。
光電傳感器是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的一種器件。其工作原理基于光電效應。光電效應是指光照射在某些物質(zhì)上時，物質(zhì)的電子吸收光子的能量而發(fā)生了相應的電效應現(xiàn)象。根據(jù)光電效應現(xiàn)象的不同將光電效應分為三類：外光電效應、內(nèi)光電效應及光生伏特效應。光電器件有光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光電池等。分析了光電器件的性能、特性曲線。
[1]
中文名
光電傳感器
外文名
photoelectric sensor/micro sensor
學 科
物理
組 成
光源、光學通路和光電元件
目 的
被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化
原 理
光電效應
目錄
1
傳感器概述
2
原理
3
分類
?
安全類型
?
特長
?
應用
?
特性
?
市場領域
?
新技術(shù)和應用
4
發(fā)展方向
光電傳感器傳感器概述
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語音
光電傳感器一般由處理通路和處理元件2 部分組成。其基本原理是以光電效應為基礎，把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將非電信號轉(zhuǎn)換成電信號。光電效應是指用光照射某一物體，可以看作是一連串帶有一定能量為的光子轟擊在這個物體上，此時光子能量就傳遞給電子，并且是一個光子的全部能量一次性地被一個電子所吸收，電子得到光子傳遞的能量后其狀態(tài)就會發(fā)生變化，從而使受光照射的物體產(chǎn)生相應的電效應。通常把光電效應分為3 類：（1 ）在光線作用下能使電子溢出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應，如光電管、光電倍增管等；（2 ）在光線作用下能使物體的電阻率改變的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應，如光敏電阻、光敏晶體管等；（3 ）在光線作用下，物體產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象稱為光生伏特效應，如光電池等。
[2]
光電檢測方法具有精度高、反應快、非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，因此,光電式傳感器在檢測和控制中應用非常廣泛。光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關鍵元件，它是把光信號（可見及紫外鐳射光）轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。
光電傳感器
光電式傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。它可用于檢測直接引起光量變化的非電物理量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來檢測能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應變、位移、振動、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識別等。光電式傳感器具有非接觸、響應快、性能可靠等特點，因此在工業(yè)自動化裝置和機器人中獲得廣泛應用。新的光電器件不斷涌現(xiàn)，特別是CCD圖像傳感器的誕生，為光電傳感器的進一步應用開創(chuàng)了新的一頁。
光電傳感器原理
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光電傳感器
由光通量對光電元件的作用原理不同所制成的光學測控系統(tǒng)是多種多樣的,按光電元件(光學測控系統(tǒng))輸出量性質(zhì)可分二類，即模擬式光電傳感器和脈沖(開關)式光電傳感器。模擬式光電傳感器是將被測量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流，它與被測量間呈單值關系.模擬式光電傳感器按被測量(檢測目標物體)方法可分為透射(吸收)式，漫反射式，遮光式(光束阻檔)三大類。所謂透射式是指被測物體放在光路中，恒光源發(fā)出的光能量穿過被測物，部份被吸收后，透射光投射到光電元件上；所謂漫反射式是指恒光源發(fā)出的光投射到被測物上，再從被測物體表面反射后投射到光電元件上；所謂遮光式是指當光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測物光遮其中一部份，使投射到光電元件上的光通量改變，改變的程度與被測物體在光路位置有關。
光電傳感器
光敏二極管是最常見的光傳感器。光敏二極管的外型與一般二極管一樣，當無光照時，它與普通二極管一樣，反向電流很小，稱為光敏二極管的暗電流；當有光照時，載流子被激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴，稱為光電載流子。在外電場的作用下，光電載流子參與導電，形成比暗電流大得多的反向電流，該反向電流稱為光電流。光電流的大小與光照強度成正比，于是在負載電阻上就能得到隨光照強度變化而變化的電信號。光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的功能外，還有對電信號放大的功能。光敏三級管的外型與一般三極管相差不大，一般光敏三極管只引出兩個極——發(fā)射極和集電極，基極不引出，管殼同樣開窗口，以便光線射入。為增大光照，基區(qū)面積做得很大，發(fā)射區(qū)較小，入射光主要被基區(qū)吸收。工作時集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。在無光照時管子流過的電流為暗電流Iceo=（1+β）Icbo（很小），比一般三極管的穿透電流還小；當有光照時，激發(fā)大量的電子-空穴對，使得基極產(chǎn)生的電流Ib增大，此刻流過管子的電流稱為光電流，發(fā)射極電流Ie=（1+β）Ib，可見光電三極管要比光電二極管具有更高的靈敏度。工作原理光電傳感器是通過把光強度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化來實現(xiàn)控制的。光電傳感器在一般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測電路。發(fā)送器對準目標發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應用該信號。此外，光電開關的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導纖維。
[3]
分類和工作方式⑴槽型光電傳感器把一個光發(fā)射器和一個接收器面對面地裝在一個槽的兩側(cè)組成槽形光電。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見光，在無阻情況下光接收器能收到光。但當被檢測物體從槽中通過時，光被遮擋，光電開關便動作，輸出一個開關控制信號，切斷或接通負載電流，從而完成一次控制動作。槽形開關的檢測距離因為受整體結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米。⑵對射型光電傳感器，若把發(fā)光器和收光器分離開，就可使檢測距離加大，一個發(fā)光器和一個收光器組成對射分離式光電開關，簡稱對射式光電開關。對射式光電開關的檢測距離可達幾米乃至幾十米。使用對射式光電開關時把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測物通過路徑的兩側(cè)，檢測物通過時阻擋光路，收光器就動作輸出一個開關控制信號。⑶反光板型光電開關把發(fā)光器和收光器裝入同一個裝置內(nèi)，在前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用，稱為反光板反射式(或反射鏡反射式)光電開關。正常情況下，發(fā)光器發(fā)出的光源被反光板反射回來再被收光器收到;一旦被檢測物擋住光路，收光器收不到光時，光電開關就動作，輸出一個開關控制信號。⑷擴散反射型光電開關擴散反射型光電開關的檢測頭里也裝有一個發(fā)光器和一個收光器，但擴散反射型光電開關前方?jīng)]有反光板。正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是找不到的。在檢測時，當檢測物通過時擋住了光，并把光部分反射回來，收光器就收到光信號，輸出一個開關信號。沒有信號輸出的原因首先要考慮的是接線或配置的問題。對于對射型光電傳感器必須由投光部和受光部組合使用，兩端都需要供電；而回歸反射型必須由傳感器探頭和回歸反射板組合使用；同時，用戶必須給傳感器提供穩(wěn)定電源，如果是直流供電，必須確認正負極，如若正負極連接錯誤則會導致輸出信號沒有。上述的原因分析是對光電傳感器本身的考慮，我們還需要考慮的是檢測物體的位置問題，如果檢測物體不在檢測區(qū)域，這樣的檢測是徒勞的。檢測物體必須在傳感器可以檢測的區(qū)域內(nèi)，也就是光電可以感知的范圍內(nèi)。其次，要考慮傳感器光軸有沒有對準問題，對射型的投光部和受光部光軸必須對準，對應的回歸反射型的探頭部分和反光板光軸必須對準。同樣還要考慮的是檢測物體是否符合標準檢測物體或者最小檢測物體的標準，檢測物體不能小于最小檢測物體的標準，從而避免導致對射型、反射型不能很好檢測透明物體，像反射型對檢測物體的顏色有要求，顏色越深，檢測距離就越近。如果以上情況都可以很明確地做出排除后，我們需要做的事就是檢測環(huán)境的干擾因素。如光照強度不能超出額定范圍；如果現(xiàn)場環(huán)境有粉塵，就需要我們定期清理光電傳感器探頭表面；或者是多個傳感器緊密安裝，互相產(chǎn)生干擾；還有一種影響比較大的是電氣干擾，如果周圍有大功率設備，產(chǎn)生干擾時必須要有相應的抗干擾措施。如果做過上述的逐一排查，這些因素都可以明確地排除還是沒有信號輸出的話，建議退回廠家檢測判斷。
[3]
結(jié)構(gòu)分析光電傳感器通常由三部分構(gòu)成，它們分別為：發(fā)送器、接收器和檢測電路。發(fā)射器帶一個校準鏡頭，將光聚焦射向接收器，接收器出電纜將這套裝置接到一個真空管放大器上。在金屬圓筒內(nèi)有一個小的白熾燈做為光源，這些小而堅固的白熾燈傳感器就是如今光電傳感器的雛形。接收器有光電二極管、光電三極管及光電池組成。光敏二極管是現(xiàn)在最常見的傳感器。光電傳感器光敏二極管的外型與一般二極管一樣，只是它的管殼上開有一個嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，為增加受光面積，PN結(jié)的面積做得較大，光敏二極管工作在反向偏置的工作狀態(tài)下，并與負載電阻相串聯(lián)，當無光照時，它與普通二極管一樣，反向電流很小稱為光敏二極管的暗電流;當有光照時，載流子被激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴，稱為光電載流子。此外，光電傳感器的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導纖維。角反射板是結(jié)構(gòu)牢固的發(fā)射裝置，它由很小的三角錐體反射材料組成，能夠使光束準確地從反射板中返回。它可以在與光軸0到25的范圍改變發(fā)射角，使光束幾乎是從一根發(fā)射線，經(jīng)過反射后，仍從這根反射線返回。
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類型⑴槽型光電傳感器把一個光發(fā)射器和一個接收器面對面地裝在一個槽的兩側(cè)的是槽形光電。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見光，在無阻情況下光接收器能收到光。但當被檢測物體從槽中通過時，光被遮擋，光電開關便動作。輸出一個開關控制信號，切斷或接通負載電流，從而完成一次控制動作。槽形開關的檢測距離因為受整體結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米。⑵對射型光電傳感器若把發(fā)光器和收光器分離開，就可使檢測距離加大。由一個發(fā)光器和一個收光器組成的光電開關就稱為對射分離式光電開關，簡稱對射式光電開關。它的檢測距離可達幾米乃至幾十米。使用時把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測物通過路徑的兩側(cè)，檢測物通過時阻擋光路，收光器就動作輸出一個開關控制信號。⑶反光板型光電開關把發(fā)光器和收光器裝入同一個裝置內(nèi)，在它的前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用的稱為反光板反射式(或反射鏡反射式)光電開關。正常情況下，發(fā)光器發(fā)出的光被反光板反射回來被收光器收到;一旦光路被檢測物擋住，收光器收不到光時，光電開關就動作，輸出一個開關控制信號。⑷擴散反射型光電開關它的檢測頭里也裝有一個發(fā)光器和一個收光器，但前方?jīng)]有反光板。正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是找不到的。當檢測物通過時擋住了光，并把光部分反射回來，收光器就收到信號，輸出一個開關信號。
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光電傳感器分類
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語音
標準類型
光電傳感器
1）漫反射型：一般型或能量型 (-8)，聚焦式 (-8-H)，帶背景抑制功能型 (-8-H)，帶背景分析功能型 (-8-HW)2）反射板型：一般型 (-6)，帶偏振濾波功能型 (-54, -55)，帶透明體檢測功能型 (-54-G)，帶前景抑制功能型 (-54-V)3）對射型4）槽型5）光纖傳感器：塑料光纖型，玻璃光纖型6）色標傳感器，顏色傳感器，熒光傳感器7）光通訊8）激光測距：三角反射原理型，相位差原理型，時間差原理型9）光柵10）防爆/隔爆型
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光電傳感器安全類型
1）安全對射光電2）安全光柵3）安全光幕4）安全控制器門控類型
雷達傳感器
1）雷達傳感器：區(qū)域檢測型2）主動式傳感器：單光束型，多光束型，區(qū)域檢測型3）被動式傳感器：區(qū)域檢測型4）電梯光幕5）通用光電：槽形，對射型等
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光電傳感器特長
①檢測距離長如果在對射型中保留10m以上的檢測距離等，便能實現(xiàn)其他檢測手段（磁性、超聲波等） 無法遠距離檢測。②對檢測物體的限制少由于以檢測物體引起的遮光和反射為檢測原理，所以不象接近傳感器等將檢測物體限定在金屬，它可對玻璃、塑料、木材、液體等幾乎所有物體進行檢測。③響應時間短光本身為高速，并且傳感器的電路都由電子零件構(gòu)成，所以不包含機械性工作時間，響應時間非常短。④分辨率高能通過高級設計技術(shù)使投光光束集中在小光點，或通過構(gòu)成特殊的受光光學系統(tǒng)，來實現(xiàn)高分辨率。也可進行微小物體的檢測和高精度的位置檢測。⑤可實現(xiàn)非接觸的檢測可以無須機械性地接觸檢測物體實現(xiàn)檢測，因此不會對檢測物體和傳感器造成損傷。因此，傳感器能長期使用。⑥可實現(xiàn)顏色判別通過檢測物體形成的光的反射率和吸收率根據(jù)被投光的光線波長和檢測物體的顏色組合而有所差異。利用這種性質(zhì)，可對檢測物體的顏色進行檢測。⑦便于調(diào)整在投射可視光的類型中，投光光束是眼睛可見的，便于對檢測物體的位置進行調(diào)整。
[3]
光電傳感器應用
用光電元件作敏感元件的光電傳感器，其種類繁多，用途廣泛。按光電傳感器的輸出量性質(zhì)可分為兩類：（1 ）把被測量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的光電流而制成的光電測量儀器，可用來測量光的強度以及物體的溫度、透光能力、位移及表面狀態(tài)等物理量。例如：測量光強的照度計，光電高溫計，光電比色計和濁度計，預防火災的光電報警器，構(gòu)成檢查被加工零件的直徑、長度、橢圓度及表面粗糙度等自動檢測裝置和儀器，其敏感元件均用光電元件。半導體光電元件不僅在民用工業(yè)領域中得到廣泛的應用，在軍事上更有它重要的地位。例如用硫化鉛光敏電阻可做成紅外夜視儀、紅外線照相儀及紅外線導航系統(tǒng)等；（2 ）把被測量轉(zhuǎn)換成繼續(xù)變化的光電流。利用光電元件在受光照或無光照射時" 有" 或"無"電信號輸出的特性制成的各種光電自動裝置。光電元件用作開關式光電轉(zhuǎn)換元件。例如電子計算機的光電輸入器，開關式溫度調(diào)節(jié)裝置及轉(zhuǎn)速測量數(shù)字式光電測速儀等。
[2]
一、煙塵濁度監(jiān)測儀防止工業(yè)煙塵污染是環(huán)保的重要任務之一。為了消除工業(yè)煙塵污染，首先要知道煙塵排放量，因此必須對煙塵源進行監(jiān)測、自動顯示和超標報警。煙道里的煙塵濁度是用通過光在煙道里傳輸過程中的變化大小來檢測的。如果煙道濁度增加，光源發(fā)出的光被煙塵顆粒的吸收和折射增加，到達光檢測器的光減少，因而光檢測器輸出信號的強弱便可反映煙道濁度的變化。二、條形碼掃描筆當掃描筆頭在條形碼上移動時，若遇到黑色線條，發(fā)光二極管的光線將被黑線吸收，光敏三極管接收不到反射光，呈高阻抗，處于截止狀態(tài)。當遇到白色間隔時，發(fā)光二極管所發(fā)出的光線，被反射到光敏三極管的基極，光敏三極管產(chǎn)生光電流而導通。整個條形碼被掃描過之后，光敏三極管將條形碼變形一個個電脈沖信號，該信號經(jīng)放大、整形后便形成脈沖列，再經(jīng)計算機處理，完成對條形碼信息的識別。三、產(chǎn)品計數(shù)器產(chǎn)品在傳送帶上運行時，不斷地遮擋光源到光電傳感器的光路，使光電脈沖電路產(chǎn)生一個個電脈沖信號。產(chǎn)品每遮光一次，光電傳感器電路便產(chǎn)生一個脈沖信號，因此，輸出的脈沖數(shù)即代表產(chǎn)品的數(shù)目，該脈沖經(jīng)計數(shù)電路計數(shù)并由顯示電路顯示出來。四、光電式煙霧報警器沒有煙霧時，發(fā)光二極管發(fā)出的光線直線傳播，光電三極管沒有接收信號。沒有輸出，有煙霧時，發(fā)光二極管發(fā)出的光線被煙霧顆粒折射，使三極管接受到光線，有信號輸出，發(fā)出報警。五、測量轉(zhuǎn)速在電動機的旋轉(zhuǎn)軸上涂上黑白兩種顏色，轉(zhuǎn)動時，反射光與不反射光交替出現(xiàn)，光電傳感器相應地間斷接收光的反射信號，并輸出間斷的電信號，再經(jīng)放大器及整形電路放大整形輸出方波信號，最后由電子數(shù)字顯示器輸出電機的轉(zhuǎn)速。六、光電池在光電檢測和自動控制方面的應用光電池作為光電探測使用時，其基本原理與光敏二極管相同，但它們的基本結(jié)構(gòu)和制造工藝不完全相同。由于光電池工作時不需要外加電壓；光電轉(zhuǎn)換效率高，光譜范圍寬，頻率特性好，噪聲低等，它已廣泛地用于光電讀出、光電耦合、光柵測距、激光準直、電影還音、紫外光監(jiān)視器和燃氣輪機的熄火保護裝置等。應用案例光電傳感器應用于激光武器由于光電傳感器對紅外輻射，或可見光，或?qū)Χ叨继貏e靈敏，因而就更加容易成為激光攻擊的目標。此外，電子系統(tǒng)及傳感器本身還極易受到激光產(chǎn)生的熱噪聲和電磁噪聲的干擾而無法正常工作。戰(zhàn)場上的激光武器攻擊光電傳感器的方式主要有以下幾種：用適當能量的激光束將傳感器“致盲”，使其無法探測或繼續(xù)跟蹤已經(jīng)探測到的目標。或者，如果傳感器正在導引武器飛向目標，則致盲將使其失去目標。綜上所述，由于傳感器在戰(zhàn)場上發(fā)揮的作用越來越重要，同時又很容易遭受激光攻擊，它們已成為低能激光武器的首選目標。光電傳感器應用于自動抄表系統(tǒng)隨著微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)及現(xiàn)代通訊技術(shù)的發(fā)展，可以利用光電傳感器來研制自動抄表系統(tǒng)。電能表的鋁盤受電渦流和磁場的作用下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)。采用光電傳感器則可將鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)。如：在旋轉(zhuǎn)的光亮的鋁盤上局部涂黑，再配以反射式光電發(fā)射接收對管，則當鋁盤旋轉(zhuǎn)時，在局部涂黑處便產(chǎn)生脈沖，并可將鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)采樣轉(zhuǎn)換為相應的脈沖數(shù)，并經(jīng)光電耦合隔離電路，送至CPU的T0端口進行計數(shù)處理。采用光電耦合隔離器可有效地防止干擾信號進入微機。再結(jié)合其它傳輸方式便可以形成自動抄表系統(tǒng)。光電傳感器應用于監(jiān)控煙塵污染光電傳感器是一種小型電子設備，它可以檢測出其接收到的光強的變化，通過把光強度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化實現(xiàn)控制功能。由于光電式傳感器具有非接觸、響應快、性能可靠等特點，因此在工業(yè)自動化裝置和機器人中獲得廣泛應用，而我們可以利用光電傳感器的特性來檢測煙塵的情況，因而光電傳感器輸出信號的強弱便可反映煙道濁度的變化。衛(wèi)生級防沖洗型光電傳感器防沖洗型傳感器，能夠提供極高的可靠性和舒適性，并將運行成本降至最低。配合IO-link接口以及能夠大幅延長使用壽命的proTect+密封理念，這兩款新型傳感器適用于苛刻的應用環(huán)境，堪稱食品和飲料行業(yè)的理想解決方案。
[4]
光電傳感器特性
1）暫態(tài)響應范圍寬，諧波測量能力強暫態(tài)特性的優(yōu)劣是判斷一種互感器能否在電力系統(tǒng)中獲得應用的一個重要參數(shù)，特別是與繼電保護動作時間的配合。傳統(tǒng)電磁式互感器由于存在鐵芯，對高頻信號的響應特性較差，不能正確反映一次側(cè)的暫態(tài)過程。而光電互感器傳測量的頻率范圍主要由電子線路部分決定，沒有鐵芯飽和的問題，因此能夠準確反映一次側(cè)的暫態(tài)過程。一般可設計到0.1 Hz到1 MHz，特殊的可設計到200 MHz的帶通。光電傳感器的結(jié)構(gòu)可以測量高壓電力線路上的諧波。而電磁感應互感器是難以達到的。2）數(shù)字接口，通信能力強由于光電傳感器下傳的就是光數(shù)字信號，與通信網(wǎng)絡容易接口，且傳輸過程中沒有測量誤差。同時隨著微機化的保護控制設備的廣泛采用，光電互感器可以直接向二次設備提供數(shù)字量，這樣就能省去原來保護裝置中的變換器和A/D采樣部分，使二次設備得到大大的簡化，推動保護新原理的研究。3）體積小，重量輕、易升級，滿足變電站小型化與緊湊型的要求，由于光電傳感器是靠傳感頭和電子線路進行信號的獲取和處理，體積小，重量一般在 1000 kg以下，便于集成在AIS或GIS中，這樣將大大減少變電站的占地面積，滿足變電站小型化和緊湊化的要求。同時光電互感器通過少量光纜與二次設備連接，可使電纜溝和電纜大為減。
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光電傳感器市場領域
光電傳感器的主要應用領域：車載娛樂/導航/DVD系統(tǒng)背光控制，以便在所有的環(huán)境光條件下都可以顯示出理想的背光亮度；后座娛樂用顯示器背光控制；儀表組背光控制(速度計/轉(zhuǎn)速計)；自動后視鏡亮度控制(通常要求兩個傳感器，一個是前向的，一個是后向的)；自動前大燈和雨水感應控制(專用，根據(jù)需求進行變化)；后視相機控制(專用，根據(jù)需求進行變化)。在提供更舒適的顯示質(zhì)量方面已經(jīng)成為最有效的解決方案之一，它具有與人眼相似的特性，這對于汽車應用而言至關重要，因為這些應用要求在所有環(huán)境光條件下都能達到完全的背光效果。例如，在白天，用戶需要最大的亮度來實現(xiàn)最佳的可見度，但是這種亮度在對于夜間條件而言則是過亮的，因此帶有良好光譜響應 (良好的IR衰減)的光傳感器、適當?shù)膭討B(tài)范圍和整體的良好輸出信號調(diào)節(jié)可以很容易地自動完成這些應用。終端用戶可以設置幾個閾值水平(如低、中、亮光)，或能夠隨意地動態(tài)地改變傳感器的背光亮度。這也適用于汽車后視鏡亮度控制，當鏡子變暗和/或變亮時需要智能的亮度管理，可以通過環(huán)境光傳感器來完成。對于便攜式應用，如果用戶不改變系統(tǒng)設置(通常是亮度控制)，那么一個顯示器總是消耗同樣多的能量。在室外等特別亮的區(qū)域，用戶傾向于提高顯示器的亮度，這就會增加系統(tǒng)的功耗。而當條件變化時，如進入建筑物，大多數(shù)用戶都不會去改變設置，因此系統(tǒng)功耗仍然保持很高。但是，通過使用一個光傳感器，系統(tǒng)能夠自動檢測條件變化并調(diào)節(jié)設置，以保證顯示器處于最佳的亮度，進而降低總功耗。在一般的消費類應用中，這也能夠延長電池壽命。對于移動電話、筆計本電腦、PAD和數(shù)碼相機，通過采用環(huán)境光傳感器反饋，可以自動進行亮度控制，從而延長了電池壽命。并不是一個新的構(gòu)想。在數(shù)十年前就已經(jīng)利用光電二極管和光敏電阻來實現(xiàn)這一構(gòu)想。所謂新構(gòu)想，是指對環(huán)境光感應的同時還能消減無用的紅外線和紫外線光，而且在支持汽車規(guī)格AECQ-1000嚴格要求的同時還可以實現(xiàn)小封裝，尤其是能夠保證在-40度至+105度(2級)溫度范圍內(nèi)的操作，以滿足其余的規(guī)格要求。如何保持工作質(zhì)量標準并滿足AECQ-1000的2級工作要求，這是當今在所有光設計解決方案中所面臨的挑戰(zhàn)。采用一個光傳感器或LED發(fā)射器或接收器時，任何的光學解決方案都會面臨著暴露在恒定高溫下(>+85度)而出現(xiàn)的封裝變色問題(會變暗或變成淡黃)。同樣值得一提的是，到目前為止，所有環(huán)境光傳感器的應用都限于車艙內(nèi)，在發(fā)動機艙或戶外環(huán)境中還沒有出現(xiàn)光傳感器應用。事實上，即使出現(xiàn)了這樣的應用，光封裝也不是針對這樣的苛刻條件(+125或+150度的條件)而設計，因此，在當前的光學封裝技術(shù)下，它們很可能還不能夠承受這樣的條件。半導體相似傳感器和封裝開發(fā)的最新進展使得終端用戶在光傳感器上具有了更廣泛的選擇。小封裝、低功耗、高集成和簡單易用性是設計者更多地采用光傳感器的原因，其應用范圍涉及消費類電子、工業(yè)應用以及汽車領域。
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光電傳感器新技術(shù)和應用
1、用于目標跟蹤和坐標定位256光電管陣列四象限CMOS光電傳感器將傳統(tǒng)的象限傳感器與當前迅速發(fā)展的CMOS圖象傳感器相結(jié)合，提出了使用有源傳感陣列感光的256單元光電管陣列四象限CMOS光電傳感器。該傳感器的感光單元采用了CMOS圖象傳感器中使用的有源像素傳感器(Active Pixel Sensor，APS)設計，在感光單元內(nèi)部由光電信號預處理電路直接將傳感產(chǎn)生的光電信號轉(zhuǎn)化為幅度較大的電信號輸出，避免了對微弱信號的處理，降低了噪聲的影響。傳感器應用陣列采集光信號，可以直接確定目標光源的坐標位置并實現(xiàn)一步到位的快速調(diào)整。傳感器使用標準CMOS工藝制造，將傳感陣列與信號處理電路集成在同一芯片上，可以實現(xiàn)傳感器的SOC集成和智能化(Smart Sensor)設計。廣泛應用于激光的瞄準、制導、跟蹤，搜索裝置，精密測量，如激光微定位、位移監(jiān)控、精密機床的光電控制等領域。是一種用于目標跟蹤和坐標定位的新型集成陣列四象限CMOS光電傳感器。2、光敏象限陣列與磁敏線陣列兼容CMOS數(shù)模混合傳感器集成電路基于硅光電傳感的象限傳感器廣泛應用于激光的跟蹤制導、位移監(jiān)控、精密機床等控制等領域。基于硅的半導體磁敏傳感器廣泛應用于測量磁場強度的各種磁場計、讀出磁介質(zhì)上信息的各類磁頭以及非磁信號的探測器等。3、應用光電二極管陣列的SPR生物傳感器微弱信號檢測以提升表面等離子共振生物醫(yī)學傳感器的檢測能力為目標，用高性能光電二極管陣列為光電轉(zhuǎn)換器件，論證并實現(xiàn)一種可高效抑制噪聲的檢測方法，利用光電二極管陣列器件可輸出參考噪聲信號的特性，通過相干消噪結(jié)合小波軟閾值消噪，使SPR傳感器輸出信噪比從40dB左右提高到52dB以上。用SPR傳感器檢測人體免疫球蛋白(IgG)分子特異性結(jié)合的實驗表明，該方法顯著提高了SPR傳感器的分辨率，使之可精確檢測樣液中IgG含量10~(-3)mg/mL量級的微弱變化，精度和分辨率提升一個數(shù)量級以上。4、光電檢測傳感器陣列在運動物體檢測中的應用一個基于覆蓋理論和卡爾曼濾波算法的光電檢測傳感器陣列，該陣列具有采集和處理陣列覆蓋區(qū)域中所感知對象信息的功能，即檢測和描述感知對象的存在、運動及其運動軌跡等情況。國內(nèi)外光電傳感器的研究現(xiàn)狀由于光電傳感器的應用涉及的領域非常廣泛，其研究和開發(fā)在世界上引起了高度重視，各國更是競相研究開發(fā)并引起激烈的競爭。從最初的應用于軍事逐漸發(fā)展到民事，而且與我們的生活息息相關，應該說現(xiàn)代化的生活離不開光電傳感器的參與，如傳真機、復印機、掃描儀、打印機、車庫開門器、液晶顯示器、色度計、分光計、汽車和醫(yī)療診斷儀器等等不勝枚舉。美國是研究光電傳感器起步最早、水平最高的國家之一，在軍事和民用領域的應用發(fā)展得十分迅速。在軍事應用方面，研究和開發(fā)主要包括：水下探測、航空監(jiān)測、核輻射檢測等。美國也是最早將光電傳感器用于民用領域的國家。如運用光電傳感器監(jiān)測電力系統(tǒng)的電流、溫度等重要參數(shù)，檢測肉類和食品的細菌和病毒等。美國擁有世界最健全的光電傳感器產(chǎn)品線，超過種產(chǎn)品包括自含式或放大器分離型，限位開關外型或小型傳感器，精密檢測或長距離檢測傳感器，檢測距離長達305m。并且擁有行業(yè)內(nèi)最齊全的標準光纖和定制光纖產(chǎn)品。大部分產(chǎn)品防護等級達到NEMA6P和IP67。日本和西歐各國也高度重視并投入大量經(jīng)費開展光電傳感器的研究與開發(fā)。20世紀90年代，研究開發(fā)出多種具有一流水平的民用光電傳感器，日本的電器以價格適中質(zhì)量好而響譽全球。西歐各國的大型企業(yè)和也積極參與了光電傳感器的研發(fā)和市場競爭。我國對光電傳感器研究的起步時間與國際相差不遠。已有上百個單位在這一領域開展工作，主要是在光電溫度傳感器、壓力計、流量計、液位計、電流計等領域進行了大量的研究，取得了上百項科研成果，有的達到世界先進水平。但與發(fā)達國家相比，我國的研究水平還有不小的差距，主要表現(xiàn)在商品化和產(chǎn)業(yè)化方面，大多數(shù)品種仍處于實驗研制階段，還無法投入批量生產(chǎn)和工程化應用。
[4]
光電傳感器發(fā)展方向
編輯
語音
生產(chǎn)的發(fā)展方向（1）使光電傳感器從理論研究向生產(chǎn)一條龍的產(chǎn)業(yè)化模式快速發(fā)展，走自主創(chuàng)新和國際合作相結(jié)合的跨越式發(fā)展道路，使我國成為世界傳感器的生產(chǎn)大國；（2）光電傳感器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)全面、協(xié)調(diào)、持續(xù)發(fā)展。產(chǎn)品品種要向高技術(shù)、高附加值傾斜，尤其要填補“空白”品種；（3）生產(chǎn)格局向?qū)I(yè)化發(fā)展。即生產(chǎn)傳感器門類少而精，且專門生產(chǎn)某一應用領域需要的某一類傳感器系列產(chǎn)品，以獲得較高的市場占有率，各傳感器企業(yè)的專業(yè)化合作生產(chǎn)；（4）光電傳感器大生產(chǎn)技術(shù)向自動化發(fā)展。光電傳感器的門類、品種繁多，所用的敏感材料各異，決定了傳感器制造技術(shù)的多樣性和復雜性。縱觀當前光電傳感器工藝線的概況，多數(shù)工藝已實現(xiàn)單機自動化，但距離生產(chǎn)過程全自動化尚存在諸多困難，有待今后廣泛采用CAD、CAM及先進的自動化裝備和工業(yè)機器人予以突破；（5）企業(yè)的重點技術(shù)改造應加強從依賴引進技術(shù)向引進技術(shù)的消化吸收與自主創(chuàng)新的方向轉(zhuǎn)移；（6）企業(yè)經(jīng)營要加快從國內(nèi)市場為主向國內(nèi)與國外兩個市場相結(jié)合的國際化方向跨越發(fā)展；（7）企業(yè)結(jié)構(gòu)將向“大、中、小并舉”、“集團化、專業(yè)化生產(chǎn)共存”的格局發(fā)展。
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研究的發(fā)展方向光電傳感及其相關技術(shù)的迅速發(fā)展，滿足了各類控制裝置及系統(tǒng)的更高要求，使得各領域的自動化程度越來越高，同時光電傳感器的重要性不斷提高。目前，光電傳感器研究的主要方向是：（1）多用途。即一種光電傳感器不僅能針對一種物理量，而且能夠?qū)Χ喾N物理量進行同時測量；（2）新型傳感材料、傳感技術(shù)等的開發(fā)；（3）在惡劣條件下（高溫、高壓等）低成本傳感器（連接、安裝等）的開發(fā)和應用；（4）光電傳感器與其它微技術(shù)結(jié)合的微光學技術(shù)的發(fā)展。
[2]
前景預測傳感器市場報告顯示，2008年全球傳感器市場容量為506億美元，預計2010年全球傳感器市場可達600億美元以上。調(diào)查顯示，東歐、亞太區(qū)和加拿大成為傳感器市場增長最快的地區(qū)，而美國、德國、日本依舊是傳感器市場分布最大的地區(qū)。就世界范圍而言，傳感器市場上增長最快的依舊是汽車市場，占第二位的是過程控制市場，看好通訊市場前景。一些傳感器市場比如壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、水平傳感器已表現(xiàn)出成熟市場的特征。流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器的市場規(guī)模最大，分別占到整個傳感器市場的21%、19%和14%。傳感器市場的主要增長來自于無線傳感器、MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems，微機電系統(tǒng))傳感器、生物傳感器等新興傳感器。其中，無線傳感器在2007-2010年復合年增長率預計會超過25%。全球的傳感器市場在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。有關專家指出，傳感器領域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基礎上予以延伸和提高，各國將競相加速新一代傳感器的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，競爭也將日益激烈。新技術(shù)的發(fā)展將重新定義未來的傳感器市場，比如無線傳感器、光纖傳感器、智能傳感器和金屬氧化傳感器等新型傳感器的出現(xiàn)與市場份額的擴大。
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光電傳感器的智能化發(fā)展智能光電傳感器是當今國際科技界研究的熱點、尚無統(tǒng)一的、確切的定義。目前國內(nèi)外學者普遍認為，智能光電傳感器是由傳統(tǒng)的光電傳感器和微處理器( 或微計算機) 相結(jié)合而構(gòu)成的，它充分利用計算機的計算和存儲能力，對傳感器的數(shù)據(jù)進行處理，并能對它的內(nèi)部行為進行調(diào)節(jié)，使采集的數(shù)據(jù)最佳。智能光電傳感器的功能有: 自補償能力，自校準功能，自診斷功能，數(shù)值處理功能，雙向通信功能，信息存儲和記憶功能，數(shù)字量輸出功能。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，智能傳感器的功能將逐步增強，它將利用人工神經(jīng)網(wǎng)、人工智能、信息處理技術(shù)(如傳感器信息融合技術(shù)、模糊理論等)，使傳感器具有更高級的智能具有分析、判斷、自適應、自學習的功能、可以完成圖像識別、特征檢測、多維檢測等復雜任務。
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參考資料
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生產(chǎn)光電傳感器：光電傳感器及其制造方法
H01L27/146;
權(quán)利要求說明書
說明書
幅圖
（
54
）發(fā)明名稱
光電傳感器及其制造方法
（
57
）摘要
?
本發(fā)明提供一種光電傳感器及其制造方
法，本發(fā)明光電傳感器包括位于所述襯底上的像
素單元，像素單元由光電二極管和薄膜晶體管組
成，其中薄膜晶體管的漏極結(jié)構(gòu)又用作光電二極
管的陰極結(jié)構(gòu)，使得像素所占的面積減小，有利
于提高光電傳感器的分辨率，并且光電二極管的
陽極結(jié)構(gòu)與陰極結(jié)構(gòu)采用橫向設置，有效減小了
光電傳感器的厚度，進而使得本發(fā)明光電傳感器
生產(chǎn)光電傳感器：光電傳感器及其制造方法與流程
本發(fā)明涉及半導體器件領域，特別是涉及一種光電傳感器及其制造方法。
背景技術(shù)：
光電傳感器是數(shù)字成像技術(shù)的基礎，廣泛應用于數(shù)碼相機、手機和醫(yī)療設備等領域。傳統(tǒng)技術(shù)中用于數(shù)字成像技術(shù)的光電傳感器主要包括基于單晶硅的cmos傳感器、ccd傳感器以及基于氫化非晶硅的光電傳感器。其中，基于單晶硅的cmos傳感器和ccd傳感器具有良好的空間分辨率、靈敏度及響應速度，但是其成像面積較小，難以用于大面積成像，例如醫(yī)療領域的x光成像。而基于氫化非晶硅的光電傳感器可以用于大面積成像，但是其空間分辨率低，靈敏度差，且響應速度慢。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
基于此，有必要提供一種能夠用于大面積成像，并具有高空間分辨率，高靈敏度，且響應速度快的光電傳感器及其制造方法。
一種光電傳感器，包括：
襯底；
第一柵極，所述第一柵極設于所述襯底之上；
第一柵介質(zhì)層，所述第一柵介質(zhì)層覆蓋于所述第一柵極的外表面；
半導體有源區(qū)，所述半導體有源區(qū)設于所述第一柵介質(zhì)層之上，所述半導體有源區(qū)包括溝道區(qū)及分別位于所述溝道區(qū)兩側(cè)的源區(qū)和漏區(qū)；
第二柵介質(zhì)層，所述第二柵介質(zhì)層覆蓋于所述半導體有源區(qū)外表面；
第二柵極，所述第二柵極設于所述第二柵介質(zhì)層之上，且所述第二柵極位于所述溝道區(qū)的上方；
導電層，所述導電層設于所述第二柵介質(zhì)層之上，且所述導電層覆蓋于所述第二柵極的外表面，所述導電層與所述第二柵極形成歐姆接觸；
半導體感光層，所述半導體感光層設于所述導電層之上，所述半導體感光層與所述導電層形成歐姆接觸；
勢壘層，所述勢壘層位于所述半導體感光層之上，所述勢壘層與所述半導體感光層接觸并形成載流子勢壘；
第三柵極，所述第三柵極設于所述勢壘層之上；
可選地，所述第三柵極與所述勢壘層形成歐姆接觸；
鈍化層，所述鈍化層設于所述第二柵介質(zhì)層之上，所述鈍化層覆蓋于所述導電層的邊緣部、所述半導體感光層的邊緣部以及所述勢壘層的邊緣部，且所述第三柵極位于所述鈍化層的上表面；
源極，所述源極依次貫穿通過所述鈍化層及所述第二柵介質(zhì)層，以與所述源區(qū)相接觸；以及
漏極，所述漏極依次貫穿通過所述鈍化層及所述第二柵介質(zhì)層，以與所述漏區(qū)相接觸。
在其中一個實施例中，所述勢壘層的材料與所述第三柵極的材料相同，所述勢壘層與所述半導體感光層形成肖特基勢壘。
在其中一個實施例中，所述勢壘層的材料為第一導電類型半導體，所述勢壘層與所述半導體感光層形成pn結(jié)勢壘。
在其中一個實施例中，所述勢壘層的材料為絕緣材料，所述第三柵極、所述勢壘層以及所述半導體感光層形成mis勢壘。
在其中一個實施例中，所述源區(qū)與所述漏區(qū)的導電類型相同。
在其中一個實施例中，所述源區(qū)、所述漏區(qū)和/或所述溝道區(qū)的材料為多晶硅、非晶硅、非晶銦鎵鋅氧化物或有機半導體。
在其中一個實施例中，所述導電層的材料為金屬或第二導電類型半導體。可選地，所述第一導電類型與所述第二導電類型互為相反的導電類型。
在其中一個實施例中，所述半導體感光層的導電類型為本征類型或輕摻雜類型，所述半導體感光層的材料為氫化非晶硅或有機物半導體。
在其中一個實施例中，所述第三柵極的材料為氧化銦錫。
在其中一個實施例中，所述襯底的材料為玻璃或陶瓷。
在其中一個實施例中，所述第一柵極和/或第二柵極的材料為金屬、金屬硅化物和多晶硅的一種或多種。
在其中一個實施例中，所述第一柵介質(zhì)層和/或所述第二柵介質(zhì)層的材料為氮化硅和二氧化硅的一種或兩種。
在其中一個實施例中，所述鈍化層的材料為絕緣材料。
本發(fā)明的光電傳感器包括襯底，設在襯底上方的第一柵極，覆蓋于第一柵極表面的第一柵介質(zhì)層，設在第一柵介質(zhì)層上表面的溝道區(qū)、源區(qū)及漏區(qū)，覆蓋于溝道區(qū)、源區(qū)及漏區(qū)表面的第二柵介質(zhì)層，與源區(qū)相接觸的源極，與漏區(qū)相接觸的漏極，設在第二柵介質(zhì)層上表面且位于溝道區(qū)上方的第二柵極，覆蓋于第二柵極表面并與其形成歐姆接觸的導電層，位于導電層上表面并與其形成歐姆接觸的半導體感光層，位于半導體感光層上表面并與其形成載流子勢壘的勢壘層、位于勢壘層之上的第三柵極以及設于所述第二柵介質(zhì)層的上表面、覆蓋于導電層的兩端部及半導體感光層的端部的鈍化層。
該光電傳感器包括依次形成的并垂直堆疊的光電二極管和雙柵薄膜晶體管(tft)。該光電二極管用于將光信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，該雙柵tft用于將電壓信號通過其亞閾區(qū)電流讀出。其中，該光電傳感器中的第三柵極用于與外圍電路的復位(reset)信號相連接。當reset信號由高電壓變?yōu)榈碗妷簳r，第三柵極、勢壘層以及半導體感光層之間的載流子勢壘反偏。該半導體感光層內(nèi)部形成耗盡區(qū)，該耗盡區(qū)即是該光電二極管的感光部。由于感光部與底部的雙柵tft在垂直方向上堆疊，進而該感光部能夠鋪滿幾乎整個像素，而不必專門留出空間來放置雙柵tft。因此，該光電傳感器相對于傳統(tǒng)的光電器件具備更高的填充因子，進而具有更高的空間分辨率及更大的成像面積。
此外，該光電傳感器相對于傳統(tǒng)的光電器件，由于雙柵tft位于光電二極管的下方，雙柵tft的可選擇性更強，具備更好地靈敏度和響應速度。尤其是，當雙柵tft中半導體有源區(qū)的材料為遷移率更高、阻斷狀態(tài)下漏電流更低的多晶硅、非晶硅、非晶銦鎵鋅氧化物或有機半導體時，該雙柵tft的靈敏度和響應速度都較好。
因此，該光電傳感器能夠用于大面積成像，并具有高空間分辨率，高靈敏度，且響應速度快，該光電傳感器的工作性能較好。
此外，還有必要提供一種光電傳感器的制造方法。
一種光電傳感器的制造方法，包括如下步驟：
在襯底的上表面形成第一柵極；
在所述第一柵極的外表面形成第一柵介質(zhì)層；
在所述第一柵介質(zhì)層的上表面形成半導體材料層；
在所述半導體材料層的外表面形成第二柵介質(zhì)層；
在所述第二柵介質(zhì)層的上表面形成第二柵極；
以所述第二柵極為掩膜，將所述半導體材料層進行離子注入摻雜處理，分別形成源區(qū)、漏區(qū)及溝道區(qū)，即得半導體有源區(qū)；
在所述第二柵極的外表面形成導電層，所述導電層與所述第二柵極形成歐姆接觸；
在所述導電層的上表面形成半導體感光層，所述半導體感光層與所述導電層形成歐姆接觸；
在所述第二柵介質(zhì)層的上表面、所述導電層的兩端部、所述半導體感光層外表面分別形成鈍化層；
將所述鈍化層進行刻蝕處理，并在所述半導體感光層的上表面形成勢壘層和第三柵極，所述勢壘層與所述半導體感光層接觸并形成載流子勢壘；
將所述鈍化層及所述導電層分別進行刻蝕處理，所述源極依次貫穿通過所述鈍化層及所述第二柵介質(zhì)層，以接觸所述源區(qū)的表面；所述漏極依次貫穿通過所述鈍化層及所述第二柵介質(zhì)層，以接觸所述漏區(qū)的表面，即得所述光電傳感器。
通過該方法制造的光電傳感器，能夠用于大面積成像，并具有高空間分辨率，高靈敏度，且響應速度快。該制造方法可以提高光電傳感器的工作性能，制造效率較高，適于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
附圖說明
圖1為一實施方式的具有肖特基勢壘的光電傳感器的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1實施方式的光電傳感器的等效電路圖；
圖3是圖1實施方式的光電傳感器的感光原理示意圖；
圖4是圖1實施方式的光電傳感器的操作時序示意圖；
圖5是一實施方式的具有pn結(jié)勢壘的光電傳感器的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6是一實施方式的具有mis勢壘的光電傳感器的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標記說明如下：
10.光電傳感器；100.襯底；110.第一柵極；120.第一柵介質(zhì)層；130.半導體有源區(qū)，131.源區(qū)，132.漏區(qū)，133.溝道區(qū)；140.第二柵介質(zhì)層；150.第二柵極；160.導電層；170.半導體感光層；180.勢壘層；190.第三柵極；200.鈍化層；211.源極；212.漏極。
具體實施方式
為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關附圖對本發(fā)明的光電傳感器及其制造方法進行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發(fā)明的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。
除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。
在一個實施方式中，該光電傳感器10包括襯底110，設在襯底110上方的第一柵極110，覆蓋于第一柵極110表面的第一柵介質(zhì)層120，設在第一柵介質(zhì)層120上表面的溝道區(qū)133、源區(qū)131及漏區(qū)132，覆蓋于溝道區(qū)133、源區(qū)131及漏區(qū)132表面的第二柵介質(zhì)層140，與源區(qū)131相接觸的源極211，與漏區(qū)132相接觸的漏極212，設在第二柵介質(zhì)層140上表面且位于溝道區(qū)133上方的第二柵極150，覆蓋于第二柵極150表面并與其形成歐姆接觸的導電層160，位于導電層160上表面并與其形成歐姆接觸的半導體感光層170，位于半導體感光層170上表面并與其形成載流子勢壘的勢壘層180、位于勢壘層180之上的第三柵極190以及設于所述第二柵介質(zhì)層140的上表面、覆蓋于導電層160的兩端部及半導體感光層170的端部的鈍化層200。
其中，該導電層160、半導體感光層170、勢壘層180以及第三柵極190組成光電二極管。該襯底100、第一柵極110、第一柵介質(zhì)層120、半導體有源區(qū)130、第二柵介質(zhì)層140以及第二柵極150組成雙柵薄膜晶體管(tft)。該光電二極管和雙柵薄膜晶體管(tft)在垂直方向上依次堆疊形成光電傳感器10。該光電二極管利用半導體感光層170進行光吸收，并將光信號轉(zhuǎn)化為電壓信號。可選地，該光電二極管為肖特基二極管、pin二極管或mis結(jié)構(gòu)。該雙柵tft用于將電壓信號通過其亞閾區(qū)電流讀出。
該光電二極管的第三柵極190用于與外圍電路的復位(reset)信號相連接。當reset信號由高電壓變?yōu)榈碗妷簳r，第三柵極190、勢壘層180以及半導體感光層170之間的載流子勢壘反偏。該半導體感光層170內(nèi)部形成耗盡區(qū)，該耗盡區(qū)即是該光電二極管的感光部。由于感光部與底部的雙柵tft在垂直方向上堆疊，進而該感光部能夠鋪滿幾乎整個像素，而不必專門留出空間來放置雙柵tft。因此，該光電傳感器10相對于傳統(tǒng)的光電器件具備更高的填充因子，進而具有更高的空間分辨率及更大的成像面積。
在一個實施例中，該源區(qū)131與該漏區(qū)132的導電類型相同。
在一個實施例中，該源區(qū)131、該漏區(qū)132和/或該溝道區(qū)133的材料為多晶硅、非晶硅、非晶銦鎵鋅氧化物或有機半導體。
在一個實施例中，該導電層160的材料為金屬或第二導電類型半導體。當該導電層160的材料為第二導電類型半導體時，該勢壘層180的材料為第一導電類型半導體，第一導電類型與第二導電類型互為相異的導電類型。如該勢壘層180的材料為p型半導體，則該導電層160的材料為n型半導體；該勢壘層180的材料為n型半導體，則該導電層160的材料為p型半導體。
在一個實施例中，該半導體感光層170的導電類型為本征類型或輕摻雜類型，該半導體感光層170的材料為氫化非晶硅或有機物半導體。當該半導體感光層170的導電類型為輕摻雜類型時，以使該半導體感光層170具有高電阻率。
在一個實施例中，該第三柵極190的材料為氧化銦錫。
此外，還有必要提供該光電傳感器10的制造方法。
1)在襯底100的上表面形成第一柵極110。
2)在該第一柵極110的外表面形成第一柵介質(zhì)層120。
3)在該第一柵介質(zhì)層120的上表面形成半導體材料層。
4)在該半導體材料層的外表面形成第二柵介質(zhì)層140。
5)在該第二柵介質(zhì)層140的上表面形成第二柵極150。
6)以該第二柵極150為掩膜，將該半導體材料層進行離子注入摻雜處理，分別形成源區(qū)131、漏區(qū)132及溝道區(qū)133，即得半導體有源區(qū)130。
7)在該第二柵極150的外表面形成導電層160，該導電層160與該第二柵極150形成歐姆接觸。在該導電層160的上表面形成半導體感光層170，該半導體感光層170與該導電層160形成歐姆接觸。
8)在該第二柵介質(zhì)層140的上表面、該導電層160的兩端部、該半導體感光層170外表面分別形成鈍化層200。
9)將該鈍化層200進行刻蝕處理，以在該半導體感光層170的上表面形成勢壘層180和第三柵極190，該第三柵極190與該半導體感光層170接觸并形成載流子勢壘。可選地，該第三柵極190與所述勢壘層180形成歐姆接觸。
10)將該鈍化層200及該導電層160分別進行刻蝕處理，該源極211依次貫穿通過該鈍化層200及該第二柵介質(zhì)層140，以接觸該源區(qū)131的表面；該漏極212依次貫穿通過該鈍化層200及該第二柵介質(zhì)層140，以接觸該漏區(qū)132的表面，即得該光電傳感器10。
通過該方法制造的光電傳感器10能夠用于大面積成像，并具有高空間分辨率，高靈敏度，且響應速度快。該制造方法可以提高光電傳感器10的工作性能，制造效率較高，適于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
如圖1所示的實施方式中，該光電二極管為肖特基二極管，該勢壘層180與第三柵極190的材料相同。實際上，該第三柵極190的功能包括勢壘層180的功能。該第三柵極190的上部用于與外圍電路的復位(reset)信號相連接，該第三柵極190的下部與半導體感光層170形成肖特基勢壘。因此，該第三柵極190的可以用來替代該勢壘層180。
具體地，該光電傳感器10傳感器包括襯底100，設在襯底100上方的第一柵極110，覆蓋于第一柵極110表面的第一柵介質(zhì)層120，設在第一柵介質(zhì)層120上表面的溝道區(qū)133、源區(qū)131及漏區(qū)132，覆蓋于溝道區(qū)133、源區(qū)131及漏區(qū)132表面的第二柵介質(zhì)層140，與源區(qū)131相接觸的源極211、與漏區(qū)132相接觸的漏極212，設在第二柵介質(zhì)層140上表面且位于溝道區(qū)133上方的第二柵極150，覆蓋于第二柵極150表面并與其形成歐姆接觸的導電層160，位于導電層160上表面并與其形成歐姆接觸的半導體感光層170，位于半導體感光層170上表面并與其形成肖特基接觸的第三柵極190以及設于該第二柵介質(zhì)層140的上表面、并覆蓋于導電層160的兩端部及半導體感光層170的端部的鈍化層200。
該襯底100為大面積的絕緣襯底100。可選地，該襯底100的材料為玻璃或陶瓷。
該第一柵極110設于該襯底100之上。可選地，該第一柵極110的方塊電阻較小。為了便于后續(xù)半導體有源區(qū)130的制備，該第一柵極110的熔點需要大于等于500℃。進一步可選地，該第一柵極110的材料為金屬、金屬硅化物和多晶硅的一種或多種。具體地，該第一柵極110可以是鉬、鈦、鎢等金屬，可以是硅化鎳、硅化鈦等金屬硅化物，也可以是重摻雜的多晶硅。
該第一柵介質(zhì)層120覆蓋于該第一柵極110的外表面。可選地，該第一柵介質(zhì)層120的材料為氮化硅和二氧化硅的一種或兩種。該氮化硅和二氧化硅都是常用的絕緣薄膜材料，且能夠通過離子增強化學氣相淀積(pecvd)形成絕緣薄膜。
該半導體有源區(qū)130設于該第一柵介質(zhì)層120之上，該半導體有源區(qū)130包括溝道區(qū)133及分別位于該溝道區(qū)133兩側(cè)的源區(qū)131和漏區(qū)132。當?shù)诙艠O150的偏壓適當時，該溝道區(qū)133的表面可以形成導電溝道，能夠?qū)⑽挥跍系绤^(qū)133兩側(cè)的源區(qū)131和漏區(qū)132進行連接。為實現(xiàn)阻斷狀態(tài)下的低漏電流，溝道區(qū)133一般是非摻雜/輕摻雜的本征區(qū)/高電阻率區(qū)。為減少電流路徑上的寄生電阻，源區(qū)131和漏區(qū)132一般是重摻雜的低電阻率區(qū)。該源區(qū)131和該漏區(qū)132的導電類型相同，如該源區(qū)131和該漏區(qū)132可以均為p型；或該源區(qū)131和漏區(qū)132也可以均為n型，這兩種情況下均能實現(xiàn)第二柵極150對溝道電流的控制。
該源區(qū)131、溝道區(qū)133和漏區(qū)132構(gòu)成雙柵薄膜晶體管(tft)的半導體有源區(qū)130。該半導體有源區(qū)130的材料是半導體材料，如多晶硅、氫化非晶硅、非晶銦鎵鋅氧化物(igzo)或有機半導體材料。有機半導體材料的導電類型與無機半導體材料的導電類型類似，可以分為電子傳輸層、空穴傳輸層和本征層。該溝道區(qū)133還能夠通過第一柵介質(zhì)層120與第一柵極110形成電容耦合。
該第二柵介質(zhì)層140覆蓋于該半導體有源區(qū)130外表面。該第二柵介質(zhì)層140即是雙柵tft的柵介質(zhì)層。可選地，該第二柵介質(zhì)層140的材料為氮化硅和二氧化硅的一種或兩種。該氮化硅和二氧化硅都是常用的絕緣薄膜材料，且能夠通過離子增強化學氣相淀積(pecvd)形成絕緣薄膜。
該第二柵極150設于該第二柵介質(zhì)層140之上，且該第二柵極150位于該溝道區(qū)133的上方。可選地，該第二柵極150的方塊電阻較小。此外，該第二柵極150需要作為源區(qū)131和漏區(qū)132的掩膜，該第一柵極110的熔點需要大于等于500℃。進一步可選地，該第二柵極150的材料為金屬、金屬硅化物和多晶硅的一種或多種。具體地，該第二柵極150可以是鉬、鈦、鎢等金屬，可以是硅化鎳、硅化鈦等金屬硅化物，也可以是重摻雜的多晶硅。
該導電層160設于該第二柵介質(zhì)層140之上，且該導電層160覆蓋于該第二柵極150的外表面，該導電層160與該第二柵極150形成歐姆接觸。通過采用歐姆接觸，能夠使電壓順利傳導。可選地，該導電層160具有較小的方塊電阻。進一步可選地，該導電層160的材料具有較低的電阻率，可以為金屬、n型半導體、重摻雜無機半導體或電子/空穴輸運有機化合物半導體。其中，重摻雜是指材料中的載流子濃度等于或接近其在材料中的飽和濃度。該導電層160覆蓋于第二柵極150的外表面，能夠保證光電壓順利傳導到第二柵極150。
該半導體感光層170設于該導電層160之上，該半導體感光層170與該導電層160形成歐姆接觸。該半導體感光層170位于導電層160之上。該半導體具有一定的厚度，可以為500nm，其能夠吸收入射光并將其轉(zhuǎn)化為電子-空穴對。通過采用歐姆接觸，能夠使電壓順利傳導到第二柵極150。可選地，該半導體感光層170為非摻雜或n型輕摻雜，能夠保證該半導體感光層170與第三柵極190形成的肖特基接觸產(chǎn)生的耗盡區(qū)足夠?qū)挕Ｆ渲校菗诫s的氫化非晶硅材料由于其內(nèi)部的硅懸掛鍵的影響，電學性能上可等效于n型輕摻雜的。n型輕摻雜是指材料中的載流子以電子為主，并且n型雜質(zhì)的濃度遠小于其在材料中的飽和濃度。半導體感光層170也可用有機化合物半導體材料代替，以實現(xiàn)相對更低的制造成本。
該第三柵極190設于該半導體感光層170之上，該第三柵極190與該半導體感光層170形成肖特基接觸。即該第三柵極190既是電極，也是勢壘材料。該第三柵極190與該半導體感光層170通過肖特基接觸使半導體感光層170具有一定的耗盡區(qū)，形成光電二極管的感光部分。該第三柵極190的材料為透明導電材料。可選地，該第三柵極190的材料為氧化銦錫。該第三柵極190連接至外圍電路的復位(reset)信號。
光線從第三柵極190的上表面入射至半導體感光層170的耗盡區(qū)，產(chǎn)生的電子-空穴對被耗盡區(qū)電場分開，從而改變光電二極管的反向偏壓。該導電層160、半導體感光層170以及該第二柵極150之間的接觸均是歐姆接觸，且導電層160的方塊電阻相對較小，電壓能夠順利傳導，進而改變后的反向偏壓經(jīng)過導電層160傳導至第二柵極150。
該鈍化層200設于該第二柵介質(zhì)層140之上，該鈍化層200覆蓋于該導電層160的兩端部及該半導體感光層170的兩端部，該鈍化層200部分覆蓋于該半導體感光層170的上表面，且該第三柵極190部分覆蓋于該鈍化層200的上表面。該鈍化層200的材料可以為氮化硅、二氧化硅、磷硅玻璃、硼硅玻璃、硼磷硅玻璃和聚酰亞胺等絕緣材料。
在一個實施例中，該光電傳感器10的表面覆蓋有鈍化層200，該鈍化層200可以在半導體感光層170、源區(qū)131和漏區(qū)132的上表面形成窗口，分別用于引出第三柵極190、源極211和漏極212。其中，該源極211依次貫穿通過該鈍化層200及該第二柵介質(zhì)層140，以與該源區(qū)131相接觸；該漏極212依次貫穿通過該鈍化層200及該第二柵介質(zhì)層140，以與漏區(qū)132相接觸。該鈍化層200用于防止環(huán)境中的可移動電荷、水汽等污染物進入光電傳感器10內(nèi)部。
該光電傳感器10包括襯底100，設在襯底100上方的第一柵極110，覆蓋于第一柵極110表面的第一柵介質(zhì)層120，設在第一柵介質(zhì)層120上表面的溝道區(qū)133、源區(qū)131及漏區(qū)132，覆蓋于溝道區(qū)133、源區(qū)131及漏區(qū)132表面的第二柵介質(zhì)層140，與源區(qū)131相接觸的源極211，與漏區(qū)132相接觸的漏極212，設在第二柵介質(zhì)層140上表面且位于溝道區(qū)133上方的第二柵極150，覆蓋于第二柵極150表面并與其形成歐姆接觸的導電層160，位于導電層160上表面并與其形成歐姆接觸的半導體感光層170，位于半導體感光層170上表面并與其形成肖特基接觸的第三柵極190，設于該第二柵介質(zhì)層140的上表面、覆蓋于導電層160的兩端部及半導體感光層170的端部的鈍化層200。
該光電傳感器10包括光電二極管和雙柵薄膜晶體管(tft)，該氫化非晶硅光電二極管和雙柵tft在垂直方向上堆疊。該光電傳感器10能夠用于大面積成像，并具有高空間分辨率，高靈敏度，且響應速度快，該光電傳感器10的工作性能較好。
該光電傳感器10的制造方法，包括如下步驟：
1)在襯底100的上表面形成第一柵極110。
可選地，通過蒸發(fā)、濺射或電鍍等工藝在襯底100上形成一層導電薄膜，然后通過光刻刻蝕形成第一柵極110。
具體地，通過濺射在襯底100上形成一層多晶硅導電薄膜，圖形化之后可以通過淀積金屬、退火、化學腐蝕金屬的方法將全部或部分的多晶硅轉(zhuǎn)化為金屬硅化物。
2)在該第一柵極110的外表面形成第一柵介質(zhì)層120。
可選地，通過低壓化學氣相淀積(lpcvd)或等離子增強化學氣相淀積(pecvd)等工藝淀積一層絕緣層，形成第一柵介質(zhì)層120。
3)在該第一柵介質(zhì)層120的上表面形成半導體材料層。
可選地，通過lpcvd、pecvd或濺射的工藝在第一柵介質(zhì)層120上淀積一層半導體材料，形成半導體材料層。再通過光刻刻蝕形成非摻雜的半導體有源區(qū)130。
4)在該半導體材料層的外表面形成第二柵介質(zhì)層140。
可選地，通過lpcvd或pecvd等工藝在半導體材料層的表面淀積一層絕緣層，形成第二柵介質(zhì)層140。
5)在該第二柵介質(zhì)層140的上表面形成第二柵極150。
可選地，通過蒸發(fā)、濺射或電鍍等工藝在第二柵介質(zhì)層140的表面形成一層導電薄膜，然后通過光刻、刻蝕形成第二柵極150。
具體地，通過電鍍在第二柵介質(zhì)層140上形成一層多晶硅導電薄膜，圖形化之后可以通過淀積金屬、退火、化學腐蝕金屬的方法將全部或部分的多晶硅轉(zhuǎn)化為金屬硅化物。
6)以該第二柵極150為掩膜，將該半導體材料層進行離子注入摻雜處理，分別形成源區(qū)131、漏區(qū)132及溝道區(qū)133，即得半導體有源區(qū)130。
可選地，將第二柵極150作為掩膜，進行p型或n型離子注入摻雜處理。
具體地，將硼離子注入到第二柵極150未遮擋的區(qū)域，形成摻雜源區(qū)131和摻雜漏區(qū)132，而硼離子無法注入到被第二柵極150遮擋的區(qū)域，進而該區(qū)域保持非摻雜的狀態(tài)，形成溝道區(qū)133。注入到源區(qū)131以及漏區(qū)132硼離子再通過600攝氏度左右的高溫進行退火處理，進而得到被激活的p型摻雜半導體有源區(qū)130。
7)在該第二柵極150的外表面形成導電層160，該導電層160與該第二柵極150形成歐姆接觸。在該導電層160的上表面形成半導體感光層170，該半導體感光層170與該導電層160形成歐姆接觸。
可選地，通過pecvd淀積一層導電薄膜和一層氫化非晶硅薄膜，然后通過光刻刻蝕形成半導體感光層170和位于其下方的導電層160。進一步可選地，該導電層160的材料為n型重摻雜的氫化非晶硅，能夠與感光的輕摻雜/非摻雜氫化非晶硅在同一臺設備中淀積。
8)在該第二柵介質(zhì)層140的上表面、該導電層160的兩端部、該半導體感光層170外表面分別形成鈍化層200。
可選地，通過旋涂、pecvd或lpcvd的工藝淀積鈍化層200，以使該光電傳感器10的表面覆蓋有鈍化層200。
具體地，該鈍化層200的材料為聚酰亞胺時，可以通過旋涂的方式淀積。該鈍化層200的材料為氮化硅時，可以通過pecvd的方式淀積。
9)將該鈍化層200進行刻蝕處理，以在該半導體感光層170的上表面形成第三柵極190，該第三柵極190與該半導體感光層170形成肖特基接觸。
10)將該鈍化層200及該導電層160分別進行刻蝕處理，該源極211依次貫穿通過該鈍化層200及該第二柵介質(zhì)層140，以接觸該源區(qū)131的表面；該漏極212依次貫穿通過該鈍化層200及該第二柵介質(zhì)層140，以接觸該漏區(qū)132的表面，即得該光電傳感器10。
可選地，鈍化層200淀積完成后，通過光刻刻蝕將半導體感光層170、源區(qū)131和漏區(qū)132的上表面暴露出來，通過濺射或蒸發(fā)等工藝形成透明的導電薄膜。再通過光刻刻蝕分別形成第三柵極190、源極211和漏極212。
通過該方法制造的光電傳感器10，能夠用于大面積成像，并具有高空間分辨率，高靈敏度，且響應速度快。該制造方法可以提高光電傳感器10的工作性能，制造效率較高，適于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
如圖2所示，該光電傳感器10中光電二極管的第三柵極190與外圍電路的復位(reset)信號相連接。當reset信號由高電壓變?yōu)榈碗妷簳r，第三柵極190與半導體感光層170之間的肖特基結(jié)反偏。該半導體感光層170內(nèi)部形成耗盡區(qū)，該耗盡區(qū)即是該光電傳感器10的感光部。由于感光部與底部的雙柵tft在垂直方向上堆疊，進而該感光部能夠鋪滿幾乎整個像素，而不必專門留出空間來放置雙柵tft。因此，該光電傳感器10相對于傳統(tǒng)的光電器件具備更高的填充因子，進而具有更高的空間分辨率及更大的成像面積。
當光線從第三柵極190的上方入射到耗盡區(qū)中時，產(chǎn)生的電子-空穴對被耗盡區(qū)中的內(nèi)建電場分開，電子通過半導體感光層170和導電層160流向第二柵極150，空穴則流向第三柵極190。因此，第二柵極150與第三柵極190之間的電壓相對無光照的情況降低。由于雙柵tft的源極211始終與電源(vdd)相連，電位固定，第二柵極150的電壓降低相當于雙柵tft的柵-源電壓(vgs)的絕對值升高。因此，漏極212的輸出電流(ids)增加。以使該光電傳感器10為高靈敏狀態(tài)，連接到第一柵極110的尋址(select)信號用于控制雙柵tft的工作點。
如圖3所示，當select信號的電壓水平適當時，雙柵tft工作于亞閾區(qū)，此時漏極212的輸出電流ids對vgs最為敏感。該光電傳感器10相對于傳統(tǒng)的光電器件，由于雙柵tft位于光電二極管的下方，雙柵tft的可選擇性更強，具備更好地靈敏度和響應速度。尤其是，當雙柵tft的材料為遷移率更高、阻斷狀態(tài)下漏電流更低的多晶硅或銦鎵鋅氧化物(igzo)時，該雙柵tft的靈敏度和響應速度都較好。
如圖4所示，該光電傳感器10的工作過程如下：
1)reset信號由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗妷海藭r肖特基結(jié)由平衡態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉雌珷顟B(tài)，半導體感光層170內(nèi)部的耗盡區(qū)寬度增加。
2)光線開始照射光電傳感器10的表面，透過第三柵極190入射到半導體感光層170中。該半導體感光層170內(nèi)部形成耗盡區(qū)，在耗盡區(qū)中產(chǎn)生的電子-空穴對被肖特基結(jié)的內(nèi)建電場分開。隨著入射光的劑量不斷增加，第二柵極150的電位不斷下降。
3)光照結(jié)束后，存儲于反偏的肖特基結(jié)上的電荷量基本保持不變，進而第二柵極150的電位不再變化。
4)第一柵極110的select信號由高電壓變?yōu)榈碗妷海闺p柵tft的工作區(qū)由阻斷區(qū)變?yōu)閬嗛搮^(qū)，經(jīng)第二柵極150調(diào)制的溝道電流ids作為數(shù)據(jù)由漏極212輸出到外部電路中。
5)select信號恢復至高電壓，電流輸出結(jié)束。在此期間輸出的電流經(jīng)過積分器轉(zhuǎn)化為電壓，而該電壓通過模擬信號-數(shù)字信號轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸出。
6)reset信號恢復至高電壓，肖特基結(jié)正偏直至耗盡區(qū)恢復到平衡態(tài)，該光電傳感器10恢復到初始狀態(tài)，準備進行下一個工作周期。
如圖5所示的實施方式中，與圖1所示的實施方式的具有肖特基勢壘的光電傳感器10區(qū)別是該光電二極管為pin二極管，該勢壘層180的材料為p型半導體，該勢壘層180與該半導體感光層170形成pn結(jié)勢壘，該導電層160的材料為n型半導體。可選地，該勢壘層180的材料為n型半導體時，該勢壘層180與該半導體感光層170形成pn結(jié)勢壘，該導電層160的材料為p型半導體。該光電傳感器10的結(jié)構(gòu)與圖1所示的實施方式的具有肖特基勢壘的光電傳感器10區(qū)別在于半導體感光層170與該第三柵極190的之間設有勢壘層180，該勢壘層180與該半導體感光層170形成pn結(jié)勢壘，其工作原理及工作過程與該具有肖特基勢壘的光電傳感器10均相同。
如圖6所示的實施方式中，與圖1所示的實施方式的具有肖特基勢壘的光電傳感器10區(qū)別是該光電二極管為mis結(jié)構(gòu)，該勢壘層180的材料為絕緣材料，該第三柵極190、該勢壘層180以及所述半導體感光層170形成金屬-絕緣體-半導體(mis)勢壘。該光電傳感器10的結(jié)構(gòu)與圖1所示的實施方式的具有肖特基勢壘的光電傳感器10區(qū)別在于半導體感光層170與該第三柵極190的之間設有勢壘層180，該勢壘層180與該半導體感光層170及第三柵極形成mis勢壘。可選地，鈍化層200可以用來替代該勢壘層180，該鈍化層200可以直接覆蓋設于該半導體感光層170的上表面，該鈍化層200與該第三柵極190及半導體感光層170形成mis勢壘。該第三柵極190加負電壓信號時，感光區(qū)發(fā)生耗盡，在其中產(chǎn)生的電子-空穴對被耗盡區(qū)中的電場所分離，產(chǎn)生光電壓。光電壓通過導電層160傳導到第二柵極150。實際上，其工作原理及工作過程與該具有肖特基勢壘的光電傳感器10均相同。
本發(fā)明的光電傳感器10包括襯底100，設在襯底100上方的第一柵極110，覆蓋于第一柵極110表面的第一柵介質(zhì)層120，設在第一柵介質(zhì)層120上表面的溝道區(qū)133、源區(qū)131及漏區(qū)132，覆蓋于溝道區(qū)133、源區(qū)131及漏區(qū)132表面的第二柵介質(zhì)層140，與源區(qū)131相接觸的源極211，與漏區(qū)132相接觸的漏極212，設在第二柵介質(zhì)層140上表面且位于溝道區(qū)133上方的第二柵極150，覆蓋于第二柵極150表面并與其形成歐姆接觸的導電層160，位于導電層160上表面并與其形成歐姆接觸的半導體感光層170，位于半導體感光層170上表面并與其形成載流子勢壘的勢壘層180、位于勢壘層180之上的第三柵極190以及設于所述第二柵介質(zhì)層140的上表面、覆蓋于導電層160的兩端部及半導體感光層170的端部的鈍化層200。
該光電傳感器10包括依次形成并垂直堆疊的光電二極管和雙柵薄膜晶體管(tft)。該光電二極管用于將光信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，該雙柵tft用于將電壓信號通過其亞閾區(qū)電流讀出。其中，該光電傳感器中的第三柵極用于與外圍電路的復位(reset)信號相連接。當reset信號由高電壓變?yōu)榈碗妷簳r，第三柵極190、勢壘層180以及半導體感光層170之間的載流子勢壘反偏。該半導體感光層170內(nèi)部形成耗盡區(qū)，該耗盡區(qū)即是該光電二極管的感光部。由于感光部與底部的雙柵tft在垂直方向上堆疊，進而該感光部能夠鋪滿幾乎整個像素，而不必專門留出空間來放置雙柵tft。因此，本發(fā)明的光電傳感器10相對于傳統(tǒng)的光電器件具備更高的填充因子，進而具有更高的空間分辨率及更大的成像面積。
此外，該光電傳感器10相對于傳統(tǒng)的光電器件，由于雙柵tft位于光電二極管的下方，雙柵tft的可選擇性更強，具備更好地靈敏度和響應速度。尤其是，當雙柵tft中半導體有源區(qū)的材料為遷移率更高、阻斷狀態(tài)下漏電流更低的多晶硅、非晶硅、非晶銦鎵鋅氧化物或有機半導體時，該雙柵tft的靈敏度和響應速度都較好。
因此，該光電傳感器10能夠用于大面積成像，并具有高空間分辨率，高靈敏度，且響應速度快，該光電傳感器的工作性能較好。
該光電傳感器10可以應用于數(shù)碼相機、手機和醫(yī)療設備等領域，但也不限于上述技術(shù)領域。
以上所述實施例的各技術(shù)特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。
以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權(quán)利要求為準。
生產(chǎn)光電傳感器：光電傳感器的制造方法
光電傳感器的制造方法
【專利摘要】一種使用在市場上出售的投光用LED容易地得到任意的光學特性的光電傳感器。包括：具有發(fā)出光的投光用LED（1031）的投光部（103）；和將由投光用LED（1031）發(fā)出的光投光到檢測區(qū)域的投光透鏡（1041），投光部（103）具有小型透鏡（1032），該小型透鏡（1032）利用與投光用LED（1031）以及投光透鏡（1041）的組合得到所希望的光學特性。
【專利說明】光電傳感器
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種使用市場上出售的投光用LED得到任意的光學特性的光電傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，通過用樹脂封住小型的投光用LED，并將露出的電極和外部基板連接從而構(gòu)成投光部的光電傳感器被廣泛使用(例如，參照專利文獻1、2)。
[0003]在此，在制造光電傳感器時，投光用LED的光學特性、可靠性以及價格是重要的選擇點。并且，一般地，購入市場上賣的投光用LED，或者，開發(fā)針對符合光電傳感器的形狀/光學特性設計的投光用LED并制作光電傳感器。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻I日本特開2007-號公報
[0007]專利文獻2日本特開2010-號公報
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]發(fā)明要解決的課題
[0009]在使用市場上出售的投光用LED的方法中，可以便宜地得到零件。但是，使用市場上出售的產(chǎn)品的話就沒有光學特性的自由度，產(chǎn)品的光學特性需要用投光透鏡來實現(xiàn)。因此，存在光學特性的設計自由度不足的問題。
[0010]另一方面，采用符合光電傳感器地開發(fā)投光用LED的方法的話，能夠基本滿足產(chǎn)品的形狀/光學特性。但是，投光用LED的生產(chǎn)批次數(shù)非常龐大，存在很耗費開發(fā)費以及LED成本的問題。另外，產(chǎn)品的光學特性與使用市場上出售的投光用LED的情況一樣，是用投光用LED以及投光透鏡實現(xiàn)的。
[0011]并且，作為上述兩種方法的共同課題，投光用LED的光學特性充其量只有幾種，為了用其與投光透鏡的組合實現(xiàn)產(chǎn)品的光學特性，對于實現(xiàn)往往少量生產(chǎn)的特殊光學特性，就成為非常昂貴的產(chǎn)品。
[0012]又，在構(gòu)成光電傳感器的投光部時，往往需要用于將光聚光到適當?shù)姆秶鷥?nèi)的透鏡結(jié)構(gòu)。此時，也存在投光用LED的發(fā)光芯片的位置公差的影響，也會存在有時未必能得到任意的光學特性的問題。
[0013]本發(fā)明是為了解決上述課題而做出的，其目的在于，提供一種能夠使用市場上賣的投光用LED容易地得到任意的光學特性的光電傳感器。
[0014]用于解決課題的手段
[0015]本發(fā)明涉及的光電傳感器包括:具有發(fā)出光的發(fā)光部的投光部，和將由發(fā)光部發(fā)出的光投射到檢測區(qū)域的投光透鏡，投光部具有小型透鏡，該小型透鏡利用與發(fā)光部以及投光透鏡的組合得到所希望的光學特性。[0016]發(fā)明效果
[0017]根據(jù)本發(fā)明，由于采用了上述結(jié)構(gòu)，因此能夠使用市場上出售的投光用LED容易地得到任意的光學特性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的實施形態(tài)I涉及的光電傳感器的概略結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖2是示出本發(fā)明實施形態(tài)I中的投光部的側(cè)視圖。
[0020]圖3是本發(fā)明的實施形態(tài)I中的投光用LED的結(jié)構(gòu)圖，Ca)是上表面圖，(b)是側(cè)視圖。
[0021]圖4是本發(fā)明的實施形態(tài)I中的小型透鏡的結(jié)構(gòu)圖，Ca)是上表面圖，(b)是側(cè)視圖。
[0022]圖5是示出本發(fā)明的實施形態(tài)I中的投光用LED、小型透鏡以及投光透鏡的組合例的圖。
【具體實施方式】
[0023]下面，參照附圖對本發(fā)明的實施形態(tài)進行詳細的說明。
[0024]實施形態(tài)I
[0025]圖1是本發(fā)明的實施形態(tài)I涉及的光電傳感器I的概略結(jié)構(gòu)圖。
[0026]光電傳感器I如圖1所示，由內(nèi)部電源101、信號處理部102、投光部103、傳感部104、受光部105以及閾值設定.顯示`部106構(gòu)成。另外，傳感部104被配置在盒體107的規(guī)定位置上。又，內(nèi)部電源101、信號處理部102、投光部103、受光部105以及閾值設定?顯示部106被配置在收納于盒體107內(nèi)的印刷基板108上的規(guī)定位置。
[0027]內(nèi)部電源101將由通過連接部109連接的電纜單元110供給的電力供給至信號處理部102。
[0028]信號處理部102通過由內(nèi)部電源101供給的電力運轉(zhuǎn)，控制光電傳感器I內(nèi)的各部。在此，利用信號處理部102，對于投光部103指示光的投光，另外，檢測出由受光部105進行受光的光的受光量。并且，通過將該受光量與由閾值設定.顯示部106設定了的閾值進行比較，判斷在檢測區(qū)域有無物體，根據(jù)該判斷結(jié)果對閾值設定?顯示部106指示顯示窗口 111的顯示切換。
[0029]投光部103根據(jù)來自信號處理部102的指示，發(fā)出光并向傳感部104側(cè)投光。該投光部103的詳細結(jié)構(gòu)在后面敘述。
[0030]傳感部104在其與檢測區(qū)域之間進行光的投受光。該傳感部104由將來自投光部103的光投光到檢測區(qū)域的投光透鏡1041，和在檢測區(qū)域存在物體的情況下對被該物體反射的光進行受光并聚光的受光透鏡1042構(gòu)成。
[0031]受光部105對由傳感部104的受光透鏡1042聚光的光進行受光。該受光部105例如由光電二極管構(gòu)成。
[0032]閾值設定.顯示部106設定相對于受光部105的受光量的閾值，且根據(jù)來自信號處理部102的指示切換設置在盒體107的顯示窗口 111的顯示，由此向外部通知在檢測區(qū)域有無物體。[0033]另外，印刷基板108被定位于盒體107內(nèi)的規(guī)定部位，以使得被配置在印刷基板108上的投光部103的光軸和被配置在盒體107的投光透鏡1041的光軸重合。
[0034]接下來，參照圖2?4，對如上述那樣構(gòu)成的投光部103的結(jié)構(gòu)進行說明。
[0035]圖2是本發(fā)明的實施形態(tài)I中的投光部103的結(jié)構(gòu)圖，圖3是投光用LED1031的結(jié)構(gòu)圖，圖4是小型透鏡1032的結(jié)構(gòu)圖。
[0036]投光部103如圖2所示，由投光用LED (發(fā)光部)1031以及小型透鏡1032構(gòu)成。
[0037]投光用LED1031根據(jù)來自信號處理部102的指示進行發(fā)光，是一般的市場上出售的LED。在圖3中，作為一例示出了表面安裝用PLCC LED。
[0038]小型透鏡1032被設置在投光用LED1031和投光透鏡1041之間，利用與投光用LED1031以及投光透鏡1041的組合得到所希望的光學特性。另外，對于圖4示出的小型透鏡1032，為了相對于投光用LED1031容易組裝，構(gòu)成為箱型形狀。
[0039]并且，投光部103的結(jié)構(gòu)如圖2所示，通過在配置于印刷基板108上的投光用LED1031的上表面貼附小型透鏡1032進行固定。此時，測量投光用LED1031的發(fā)光芯片(參照圖3)1033的中心位置，使小型透鏡1032的中心軸相對于該發(fā)光芯片1033的中心重合地
進行組裝。
[0040]在此，一般來說，由于市場上出售的投光用LED1031的發(fā)光芯片1033在一定公差內(nèi)(±100 μ m)被聯(lián)接，因此其光學特性存在偏差。對此，通過像本發(fā)明那樣使投光用LED1031的發(fā)光芯片1033的中心和小型透鏡1032的中心軸一致地進行組裝，能夠?qū)⒐鈱W特性的偏差做到非常小。
[0041]又，由于像上述那樣，投光用LED1031的光學特性存在偏差，因此在用安裝螺絲將現(xiàn)有的光電傳感器固定于安裝對象時，需要對光電傳感器的光軸方向進行微調(diào)整。對此，通過使用像本發(fā)明這樣具有光學特性的偏差減小了的投光部103的光電傳感器1，在用安裝螺絲將該光電傳感器I固定于安裝對象時，光電傳感器I的光軸方向也被同時決定。因此，能夠在非常短的時間內(nèi)進行設置光電傳感器I的操作。
[0042]又，作為將小型透鏡1032貼附于投光用LED1031時的粘著劑，使用UV粘著劑。由此，短時間內(nèi)的固定就成為可能，提高了操作性。又，也可以使用環(huán)氧樹脂等粘著劑。
[0043]另外，在圖3中示出了使用球面透鏡作為小型透鏡1032的情況。但是，作為小型透鏡1032，不管是球面.非球面，只要能夠改變投光用LED1031的光學特性即可。
[0044]接下來，參照圖5，對像上述那樣構(gòu)成的投光部103 (投光用LED1031以及小型透鏡1032)以及投光透鏡1041的組合的一例進行說明。
[0045]在圖5的(a)中示出了以下情況:作為投光用LED1031使用紅色LED或紅外LED，作為小型透鏡1032使用球面透鏡，作為投光透鏡1041使用圖5的(a)中示出的形狀的透鏡A，由此得到標準檢測距離(D=50cm，100cm)那樣的光學特性。
[0046]又，在圖5的(b)中示出了以下情況:作為投光用LED1031使用紅外LED，作為小型透鏡1032使用球面透鏡，作為投光透鏡1041使用圖5的(b)中示出的形狀的透鏡B，由此得到寬光芒的檢測距離(D=IOcm)那樣的光學特性。
[0047]又，在圖5的(C)中示出了以下情況:作為投光用LED1031使用紅外LED，作為小型透鏡1032使用球面透鏡，作為投光透鏡1041使用圖5的(c)中示出的形狀的透鏡C，由此得到寬光芒的檢測距離(D=5cm)那樣的光學特性。[0048]這樣，通過改變投光用LED1031、小型透鏡1032以及投光透鏡1041的組合，能夠得到產(chǎn)品所要求的多種光學特性。
[0049]如上所述，根據(jù)該實施形態(tài)1，由于采用了將利用與市場上出售的投光用LED1031以及投光透鏡1041的組合得到所希望的光學特性的小型透鏡1032貼附到投光用LED1031上并固定的結(jié)構(gòu)，能夠使用市場上出售的投光用LED1031容易地得到任意的光學特性。
[0050]另外，本申請發(fā)明在其發(fā)明的范圍內(nèi)，可以對實施形態(tài)的任意構(gòu)成要素進行變形，或省略實施形態(tài)的任意構(gòu)成要素。
[0051]符號說明
[0052]I 光電傳感器
[0053]101內(nèi)部電源
[0054]102信號處理部
[0055]103投光部
[0056]104傳感部
[0057]105受光部
[0058]106閾值設定.顯示部
[0059]107 盒體
[0060]108印刷基板
[0061]109連接部
[0062]110電纜單元
[0063]111 顯示窗口
[0064]1031投光用LED (發(fā)光部)
[0065]1032小型透鏡
[0066]1033發(fā)光芯片
[0067]1041投光透鏡
[0068]1042受光透鏡。
【權(quán)利要求】
1.一種光電傳感器，包括:具有發(fā)出光的發(fā)光部的投光部；和將由所述發(fā)光部發(fā)出的光投光到檢測區(qū)域的投光透鏡，所述光電傳感器的特征在于， 所述投光部具有小型透鏡，所述小型透鏡利用與所述發(fā)光部以及所述投光透鏡的組合得到所希望的光學特性。
2.如權(quán)利要求1所記載的光電傳感器，其特征在于， 所述小型透鏡自身的中心軸與所述發(fā)光部的發(fā)光芯片的中心重合。
3.如權(quán)利要求1所記載的光電傳感器，其特征在于，具有: 在規(guī)定位置設置有所述投光透鏡的盒體；和 被收納于所述盒體內(nèi)、在規(guī)定位置設置有所述投光部的基板， 所述基板被定位成使得所述投光部的光軸和所述投光透鏡的光軸重合。
4.如權(quán)利要求1至權(quán)利要求3中任意一項所記載的光電傳感器，其特征在于， 所述小型透鏡是球面透鏡。
5.如權(quán)利要求1至權(quán)利要求3中任意一項所記載的光電傳感器，其特征在于， 所述小型透鏡是非球面透鏡。
6.權(quán)利要求1至權(quán)利要求3中的任意一項所記載的光電傳感器，其特征在于， 所述小型透鏡通過UV樹脂貼附并固定于所述發(fā)光部。
7.如權(quán)利要求1至權(quán)利要求3中的任意一項所記載的光電傳感器，其特征在于， 所述小型透鏡通過環(huán)氧樹脂貼附并固定于所述發(fā)光部。
【文檔編號】H01L27/146GKSQ
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月20日
【發(fā)明者】鈴木慎一郎, 佐藤永幸, 田中實, 溝渕學 申請人:阿自倍爾株式會社
