專利名稱：光感測元件及其制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于光感測元件及其制法，特別是關(guān)于用硅材料制作的光感測元件及其制法。
背景技術(shù)：
近年來全球工業(yè)的蓬勃發(fā)展，導致全球環(huán)境受到嚴重的破壞。且由于目前大氣層中的臭氧層不斷被破壞，因此陽光中的紫外光無法有效被臭氧層吸收，使達到地表的紫外光強度急據(jù)增加，這對人類的健康影響甚巨。相關(guān)醫(yī)學研究也已證實紫外光會導致皮膚癌、白內(nèi)障及其它眼球疾病與免疫系統(tǒng)受損。實驗顯示紫外光可依波長不同分為紫外光A(UV-A380至420納米)、紫外光B(UV-B320至380納米)以及紫外光C(UV-C100至320納米)，其中波長250至260納米的紫外光會破壞染色體，對生物威脅極大，醫(yī)學界利用此特性進行消毒，如自來水消毒用的紫外光波長為253.7納米，UV-A會深入皮膚底層，造成嚴重傷害，UV-B是造成皮膚變黑的主因，UV-C也會對皮膚造成較嚴重的傷害。因此在戶外的民眾“實時”地了解自己所處環(huán)境中紫外線的狀況，進而采取適當?shù)姆雷o措施是相當重要的。
有鑒于此，在美國專利第4614961號中，Khan等人提出一種AlxGa1-xN固態(tài)紫外光傳感器。利用有機金屬氣相沉積法(MOCVD)在藍寶石(sapphire)基板上磊晶AlN及AlxGa1-xN以吸收紫外光，進而實現(xiàn)感測紫外光的目的。選用AlxGa1-xN系列材料作為該紫外光傳感器的材料是由于AlxGa1-xN系列材料的帶隙(bandgap)位于紫外光能量范圍內(nèi)，且同時可借由改變Al(aluminum)及Ga(gallium)的比例調(diào)整吸光的波段。與光電倍增管(photomultiplier-tubes，簡稱PMT’s)成本高、體積大、易損壞以及所需電壓高的缺點相比，該紫外光傳感器體積小、成本低、不易損壞、且具有較窄的切斷波長(cutoffwavelength)。
然而，使用這種基板材料及有機金屬氣相沉積法制程將大幅提高制作成本。一方面，藍寶石基板相當昂貴，即藍寶石基板尺寸遠小于硅基板而價格卻遠高于硅基板。另一方面，雖然有機金屬氣相沉積法的技術(shù)已趨于成熟，但有機金屬氣相沉積法制程仍相當昂貴，光傳感器需要一定大小的吸光面積因此勢必將占用一定量的基板面積，因此該方法的制作成本并不低。
此外，在美國專利第6410940號中，Jiang等人也利用GaN系列材料作為發(fā)光二極管或紫外光感測元件，該發(fā)光二極管或紫外光感測元件包括n型接觸(contact)、p型接觸以及連接該n型接觸與該p型接觸的光學主動元件，當施加正偏壓至該光學主動元件時，該光學主動元件可以是發(fā)光二極管，當施加負偏壓至該光學主動元件時，該光學主動元件可以是紫外光感測元件。但其也使用昂貴的藍寶石基板，因此該方法的制作成本仍不低。
此外，除了制作成本考慮之外，若使用AlxGa1-xN系列材料作為可安裝在所有便攜式電子裝置的紫外光感測元件仍有難度，一方面，由于AlxGa1-xN系列材料的帶隙較大，因此照光后，位于價帶(valance band)的電子若要躍遷至導帶(conduction band)則需較高的能量，使較短的波長產(chǎn)生反應(yīng)。另一方面，該系列材料應(yīng)用在光感測元件時，所需施加的電壓較大，因此不適合用于便攜式元件上。
然而，若使用現(xiàn)有的用硅材料制成的光感測元件作為檢測紫外光輻射的紫外光感測元件，雖然可以用硅材料取代藍寶石基板及AlxGa1-xN系列材料以降低制作成本，但以硅材料制成的光感測元件在檢測紫外光輻射同時，也會檢測到可見光或遠紅外光的信號反應(yīng)。因此，若直接使用硅作為紫外光感測元件的材料并不合適。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提供一種可安裝在所有便攜式電子裝置的光感測元件及其制法，使處于戶外的民眾可“實時”了解自己所處環(huán)境的紫外線狀況，進而采取適當?shù)姆雷o措施。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種制做成本低的光感測元件，可取代現(xiàn)有技術(shù)中用藍寶石基板、AlxGa1-xN系列材料或制程技術(shù)復雜的高成本的紫外光感測元件。
本發(fā)明的又一目的在于以現(xiàn)有用硅材料制成的光感測元件取代AlxGa1-xN系列材料，解決AlxGa1-xN系列材料所需施加電壓過大不適合用于諸如手表、手機、PDA等便攜式電子裝置的問題。
本發(fā)明的再一目的在于克服用硅材料制作光感測元件時，無法避免檢測紫外光同時也檢測到可見光或紅外光波段的光的問題。
為達上述及其它目的，本發(fā)明提供一種光感測元件的制法，該制法包括下列步驟在硅基板上制作出可將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的光轉(zhuǎn)換元件；在該光轉(zhuǎn)換元件上形成一層抗反射涂層(Anti-Reflectioncoating)；在該抗反射涂層上形成熒光物質(zhì)，熒光物質(zhì)能吸收特定波段的光、并反射出易于被光轉(zhuǎn)換元件感測的波段的光。
本發(fā)明還提供一種光感測元件，該光感測元件包括基板；光轉(zhuǎn)換元件，設(shè)置在該基板上；抗反射涂層，形成于該光轉(zhuǎn)換元件上；以及熒光物質(zhì)，形成于該抗反射涂層上。
本發(fā)明的光感測元件利用該光感測元件上的熒光物質(zhì)只能夠吸收某特定波段的光而不吸收除了該特定波段的光外的其它波段的光，因而可將除了該特定波段外其它波段的光過濾在該紫外光感測元件之外，且可將該吸收的特定波段的光轉(zhuǎn)換成易于光轉(zhuǎn)換元件感測的波段的光，因此再經(jīng)由形成于光轉(zhuǎn)換元件上的抗反射涂層適度減少折射散失及聚焦該轉(zhuǎn)換后的光至該光轉(zhuǎn)換元件，即可完成本發(fā)明所實現(xiàn)的光感測的作用。
本發(fā)明的光感測元件可使處于戶外的民眾“實時”了解自己所處環(huán)境的紫外線狀況，進而采取適當?shù)姆雷o措施，由于本發(fā)明的采用成本低的光感測元件，取代現(xiàn)有技術(shù)中用藍寶石基板、AlxGa1-xN系列材料或制程技術(shù)復雜的高成本的紫外光感測元件，簡化了制程、降低了成本，同時本發(fā)明以現(xiàn)有用硅材料制成的光感測元件取代AlxGa1-xN系列材料，解決AlxGa1-xN系列材料所需施加電壓過大不適合用于諸如手表、手機、PDA等便攜式電子裝置的問題，避免檢測紫外光同時也檢測到可見光或紅外光波段的光的問題。


圖1A是說明在硅基板上制作光轉(zhuǎn)換元件；
圖1B是說明在該光轉(zhuǎn)換元件上形成抗反射涂層；以及圖1C是說明在本發(fā)明的光感測元件上形成熒光物質(zhì)。
具體實施例方式
實施例圖1A至圖1C是說明本發(fā)明的光感測元件的制法。
如圖1A所示，在硅基板100上制作出光轉(zhuǎn)換元件，該光轉(zhuǎn)換元件可以是金屬-半導體-金屬、正-本-負二極管(P-I-N)、正負接面二極管(P-N)、光導體(photo-conductor)、光敏晶體管(photo-transistor)、肖脫基勢壘探測器(Schottky barrier detector)等可將光信號轉(zhuǎn)為電信號的元件。在本實施例中，如圖所示，該光轉(zhuǎn)換元件110是金屬-半導體-金屬，且為配合不同波段光的入射深度，該光轉(zhuǎn)換元件110可視需要制成如圖所示的具有多個凹部的金屬-半導體-金屬，以便檢測入射深度較深的光。但本發(fā)明的光轉(zhuǎn)換元件不限于上述這種形式的光轉(zhuǎn)換元件，可視需要有所變更。
再而，如圖1B所示，在該光轉(zhuǎn)換元件110上形成一層抗反射涂層(Anti-Reflection coating)120；該抗反射涂層可以是利用現(xiàn)有沉積方式沉積適當折射率的材質(zhì)，再將所沉積的材質(zhì)表面蝕刻成凸面，使入射光線能聚焦在光轉(zhuǎn)換元件上，因此可避免光線因折射的散失，使光轉(zhuǎn)換元件上的光信號變小。該抗反射涂層的主要目的是避免入射光的折射散失且使該入射光能夠聚焦在光轉(zhuǎn)換元件上，本發(fā)明的紫外光感測元件的抗反射涂層并不局限于如圖1B所示的抗反射涂層的形式，可視光轉(zhuǎn)換元件或需要而有所不同。
如圖1C所示，在該抗反射涂層120上涂布有熒光物質(zhì)130，該熒光物質(zhì)130能吸收特定波段的光、并可反射出易于被光轉(zhuǎn)換元件感測到波段的光。本發(fā)明即利用熒光物質(zhì)在受到光或電子的刺激后，電子能夠由高能階的激發(fā)狀態(tài)(excited state)至原有的低能階狀態(tài)，同時多余能量能以光的形式輻射出來的特性，實現(xiàn)將外界入射到本發(fā)明光感測元件的光轉(zhuǎn)換成適合光轉(zhuǎn)換元件感測的光。該熒光物質(zhì)是Ca3(PO4)3F1-xClxMn(II)和銻(III)、氧化釔摻雜銪、磷酸化鑭鈰摻雜鋱以及氧化鋇鎂鋁摻雜銪等適合物質(zhì)。由于該熒光物質(zhì)僅能吸收某特定波段的光，因此借由該熒光物質(zhì)可將除了該特定波段外的波段的光過濾在光感測元件外，進而能感測到所要感測波段的光。該熒光物質(zhì)所吸收的特定波段的光可以是紫外光，也可以是紅外光。
此外，采用不同的熒光物質(zhì)可制做具有不同折射率的抗反射涂層，也就是采用不同的熒光物質(zhì)，吸收外界特定波段的光反射至光感測元件的光的波段會有所不同，因此可選用適當折射率的抗反射涂層材質(zhì)。
本發(fā)明還提供一種光感測元件，該光感測元件包括硅基板、位于硅基板上的光轉(zhuǎn)換元件、形成于該光轉(zhuǎn)換元件上的抗反射涂層以及形成于該抗反射涂層上的熒光物質(zhì)。
本發(fā)明的光感測元件是使一光線入射至該光感測元件時，該光感測元件上的熒光物質(zhì)可將入射光線中特定波段的光轉(zhuǎn)換為適合光轉(zhuǎn)換元件感測波段的光，且因該熒光物質(zhì)只吸收特定波段的光、不吸收除了該特定波段的光之外的其它波段的光，因此通過該熒光物質(zhì)可將入射光中除了該特定波段的光之外的其它波段的光隔絕于該紫外光感測元件外，不會被光轉(zhuǎn)換元件檢測到。經(jīng)由光轉(zhuǎn)換元件上的凸面抗反射涂層，可將經(jīng)轉(zhuǎn)換成的可見光或紅外光波段的光聚焦在該光轉(zhuǎn)換元件，且適度減少折射散失，最后再由光轉(zhuǎn)換元件檢測光的強度，此時光轉(zhuǎn)換元件檢測的光強度即是所要感測的入射光的光強度，也就是經(jīng)由該熒光物質(zhì)轉(zhuǎn)換得到的適合光轉(zhuǎn)換元件感測的光強度，此方式即可實現(xiàn)本發(fā)明的紫外光感測的效能。
此外，依據(jù)所需要的感測光波段不同，可適時改變本發(fā)明的光傳感器的熒光物質(zhì)及形成于光轉(zhuǎn)換元件上的抗反射涂層的材質(zhì)，也就是利用不同熒光物質(zhì)可吸收入射光不同的特定波段的光，例如紫外光或紅外光等，將其轉(zhuǎn)換成易于被光轉(zhuǎn)換元件感測波段的光，再利用適合的抗反射涂層的材質(zhì)將該經(jīng)轉(zhuǎn)換后的光聚焦在光感測元件，本發(fā)明的光感測元件可以是紫外光感測元件，也可以是紅外光感測元件。再者，該紫外光感測元件也可針對需要不同，設(shè)計成UV-A、UV-B及UV-C等感測元件。且由于該熒光物質(zhì)的轉(zhuǎn)換特性，光轉(zhuǎn)換元件不再需要為了配合所要感測的光的波段而局限于現(xiàn)有技術(shù)中昂貴的材料和制程，也就是可使用由硅材料制成的光轉(zhuǎn)換元件，同時解決現(xiàn)有技術(shù)中由硅材料所制成的光感測元件無法過濾除了紫外光波段以外的光。
權(quán)利要求
1.一種光感測元件的制法，其特征在于，該制法包括下列步驟在基板上制作出光轉(zhuǎn)換元件；在該光轉(zhuǎn)換元件上形成抗反射涂層；以及在該抗反射涂層上形成熒光物質(zhì)，熒光物質(zhì)能吸收特定波段的光、并反射出易于被光轉(zhuǎn)換元件感測的波段的光。
2.如權(quán)利要求1所述的光感測元件的制法，其特征在于，該光轉(zhuǎn)換元件是將光信號轉(zhuǎn)為電信號的元件。
3.如權(quán)利要求2所述的光感測元件的制法，其特征在于，該光轉(zhuǎn)換元件是金屬-半導體-金屬。
4.如權(quán)利要求3所述的光感測元件的制法，其特征在于，該光轉(zhuǎn)換元件具有多個凹部以配合各不同波段的光的入射深度。
5.如權(quán)利要求4所述的光感測元件的制法，其特征在于，該凹部較深處是吸收和感測入射深度較深的光。
6.如權(quán)利要求2所述的光感測元件的制法，其特征在于，該光轉(zhuǎn)換元件是正-本-負二極管(P-I-N)。
7.如權(quán)利要求2所述的光感測元件的制法，其特征在于，該光轉(zhuǎn)換元件是正負接面二極管(P-N)。
8.如權(quán)利要求2所述的光感測元件的制法，其特征在于，該光轉(zhuǎn)換元件是光導體。
9.如權(quán)利要求2所述的光感測元件的制法，其特征在于，該光轉(zhuǎn)換元件是光敏晶體管。
10.如權(quán)利要求2所述的光感測元件的制法，其特征在于，該光轉(zhuǎn)換元件是肖脫基勢壘探測器。
11.如權(quán)利要求1所述的光感測元件的制法，其特征在于，在該光轉(zhuǎn)換元件上形成一層抗反射涂層是利用沉積方式沉積適當折射率的材質(zhì)后，再將沉積的材質(zhì)表面蝕刻成凸面。
12.如權(quán)利要求11所述的光感測元件的制法，其特征在于，該抗反射涂層能夠使外界入射的光聚焦在該光轉(zhuǎn)換元件上。
13.如權(quán)利要求1所述的光感測元件的制法，其特征在于，該熒光物質(zhì)所吸收的特定波段的光是紫外光。
14.如權(quán)利要求1所述的光感測元件的制法，其特征在于，該熒光物質(zhì)所吸收的特定波段的光是紅外光。
15.一種光感測元件，其特征在于，該光感測元件包括基板；光轉(zhuǎn)換元件，設(shè)置在該基板上；抗反射涂層，形成于該光轉(zhuǎn)換元件上；以及熒光物質(zhì)，形成于該抗反射涂層上。
16.如權(quán)利要求15所述的光感測元件，其特征在于，該光轉(zhuǎn)換元件是將光信號轉(zhuǎn)為電信號的元件。
17.如權(quán)利要求15所述的光感測元件，其特征在于，該抗反射涂層的表面是凸面。
18.如權(quán)利要求17所述的光感測元件，其特征在于，該抗反射涂層的表面能夠使外界入射的光聚焦在該光轉(zhuǎn)換元件上。
19.如權(quán)利要求15所述的光感測元件，其特征在于，該熒光物質(zhì)是能夠吸收某特定波段的光、反射出其它波段的光。
20.如權(quán)利要求19所述的光感測元件，其特征在于，該特定波段的光是紫外光。
21.如權(quán)利要求19所述的光感測元件，其特征在于，該特定波段的光是紅外光。
22.如權(quán)利要求19所述的光感測元件，其特征在于，該反射出的其它波段的光是適合于光轉(zhuǎn)換元件吸收且感測波段的光。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光感測元件及其制法，該制法包括下列步驟在基板上制作出光轉(zhuǎn)換元件；在該光轉(zhuǎn)換元件上形成抗反射涂層；以及在該抗反射涂層上形成熒光物質(zhì)，熒光物質(zhì)能吸收特定波段的光、并反射出易于被光轉(zhuǎn)換元件感測的波段的光。本發(fā)明的光感測元件可實時監(jiān)測紫外線的狀況，進而采取適當?shù)姆雷o措施，本發(fā)明采用成本低的光感測元件，取代現(xiàn)有技術(shù)中用藍寶石基板、Al
文檔編號H01L27/146GK101022139SQ20061000762
公開日2007年8月22日 申請日期2006年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月15日
發(fā)明者林哲歆, 王慶鈞, 李隆盛 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院