光电器件及其制造专利总结报告.doc

理学院School of Sciences创新教育实践报告学生姓名：孟令刚学生学号：所在班级： 物理111所在专业：应用物理指导教师：李宏升实习场所：校内实习时间：7月实习成绩总评第一项第二项光电器件及其制造专利总结报告光电器件简介半导体光电器件是把光和电这两种物理量联系起来,使光和电互相转化的新型半导体器件。光电器件主要有：利用半导体光敏特性工作的光电导器件，利用半导体光生伏特效应工作的光电池和半导体发光器件等。半导体光电器件如光导管、光电池、光电二极管、光电晶体管等；半导体热电器件如热敏电阻、温差发电器和温差电致冷器等。光电器件原理及组成半导体材料的电导率是由载流子浓度决定的。载流子就是由半导体原子 逸出来的电子及其留下的空位- 空穴。电子从原子中逃逸出来，必须克服原子的束缚力而做功，而光照正是向电子提供能量，使它有能力逃逸出来的一种形式。因此，光照可以改变载流子的浓度，从而改变半导体的电导率。光电导器件主要有光敏电阻、光电二极管、光电三极管等。光敏电阻：制作光电传感器用到最多的当属光敏电阻,光敏电阻在无光照的情况下电阻值比较高,当它受到光照的情况下,阻值下降跟多,导电性能明显加强。光敏电阻的主要参数有暗电阻,暗电流,与之对应的是亮电阻,亮电流。它们分别是在有光和无光条件下的所测的数值.亮电阻与暗电阻差值越大越好。在选择光敏电阻的时候还要注意它的光照特性,光谱特性。光电二极管：光电二极管在无光照的条件下,其工作在截至状态,跟一般的二极管特性差不多,都具有单向导通性能。当受到光照时,PN区载流子浓度大大增加,载流子流动形成光电流。光电三极管：光电三极管跟普通三极管的区别在于发射极的尺寸做得比较小,当光照的时候光电流差不多等于普通三极管的基极电流,光电三极管与光电二极管相比,灵敏更高。光电器件制作工艺MOCVD一次外延生长 ：金属有机物化学汽相淀积进行外延生长外延片清洗处理：对刚从包装中取出的外延片，按垂直于主参，平行于辅参的方向解理出一条用于光刻的对准边，解理边要沿着晶向自然裂开，保证边垂直于主参平行于辅参，并且解理的弧边的中心点到直边的距离为2-3mm。讲解理完的外延片先用20%的KOH浸泡1-2分钟，用去离子水冲洗干净，再用10%的HF酸浸泡1-2分钟，用去离子水清洗干净。PECVD SiO2掩膜层：等离子体增强化学气象沉淀，PECVD方法区别于其它CVD方法的特点在于等离子体中含有大量高能量的电子，它们可以提供化学气相沉积过程所需的激活能。电子与气相分子的碰撞可以促进气体分子的分解、化合、激发和电离过程，生成活性很高的各种化学基团，因而显著降低CVD薄膜沉积的温度范围，使得原来需要在高温下才能进行的CVD过程得以在低温实现。在PECVD工艺中由于等离子体中高速运动的电子撞击到中性的反应气体分子，就会使中性反应气体分子变成碎片或处于激活的状态容易发生反应。衬底温度通常保持在350左右就可以得到良好的SIOX或SINX薄膜。光刻：热板（用于光刻匀胶后外延片的烘烤）光刻机（用于光刻对准曝光）RIE：刻蚀时间15min，H2 40sccm，CH4 10sccm，射频功率175W，腔压49 MTORR。电极制作：P面溅射、剥离、减薄。合金：制作完P/N两面金属电极后，对芯片进行快速热处理，有利于形成平滑的接触面和良好的粘附特性，目的是为了使管芯形成良好的欧姆接触特性。解理：旨在把直径为2英寸或更大尺寸的wafer沿正台方向解理成一定长度的包含管芯的条（bar），再将bar解理成管芯。测试：专利内容关于光电器件的这几个专利，都是对光电器件现有问题及加工工艺问题的优化处理。针对光电器件转换效率较低的问题，早稻田大学的光电子器件专利提供了一种转换效率优异的光电器件,其包含电子传输性能优异的电子传输层和足够大的界面。光电器件包含一对电极和空穴传输层,且电子传输层和空穴传输层安插在该电极对之间。电子传输层由具有氧化还原部分的有机化合物构成,该氧化还原部分能够被重复氧化和还原。有机化合物包含在凝胶层中,该凝胶层含有稳定该氧化还原部分的还原态的电解质溶液。针对光电器件短路保护， 奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司的光电器件专利中设计了一种具有短路保护的光电器件,包括:具有多个段的第一电极层,多个段彼此分离地布置,在该第一电极层上的功能层,该功能层在运行时发射电磁射线,在该功能层上的第二电极层,-电流引线和多个电连接,其中-所述多个电连接中的至少相应一个被布置在第一电流引线与第一电极层的多个段中的至少一个之间,以用于电接触第一电极层,-电流引线具有第一横截面并且所述多个电连接的每一个具有第二横截面,-第二横截面小于第一横截面,以及-电连接被实施为熔断器。针对光电器件较高缺陷密度的制作工艺，中山大学的光电子器件制作专利提出了一种低缺陷密度的制作工艺，公开一种三族氮化物基光电晶体管探测器件及其制作方法，光电晶体管探测器件由下往上依次包括衬底、缓冲层或过渡层、非故意掺杂层、施主掺杂层、第二非故意掺杂层、受主掺杂层、受主与施主共掺杂层、第三非故意掺杂层、合金组分渐变层、较大禁带宽度材料的施主掺杂层以及接触层。该工艺制造的光电器件具备低缺陷密度、工作电压低、增益高、暗电流低、探测灵敏度高等优点。为了提供可抑制在进行模块化之际成品率的降低的光电器件, 三洋电机株式会社的光电子器件制作专利提出了一种光电器件，该光电器件包含透光性导电膜,和在透光性导电膜表面上形成的、且其一部分以与半导体层接触的方式形成的集电极。光电器件中用具有新结构的像素电路来实现高于常规结构像素的数值孔径。因此, 株式会社半导体能源研究所的专利中利用了在某一时段内除第行的栅极信号线被选取时,一行的栅极信号线电位除第行外都取恒定值。第(-1)行的栅极信号线也被用作由第行的栅极信号线控制的EL元件的电流源线。这样,减少了引线数目,实现了高数值孔径。此外还有针对有机光敏电阻、纤维光电器件，柔性光电器件的改良专利，这些专利基本上都是在现用工艺的基础上，针对现有工艺的一些缺点进行优化，减少原有工艺所造成的损失，提高器件性能。总结光电技术作为现代科技发展的标志性领域，正全面渗透到人类社会的各个方面，影响甚至部分改变着人们的生活环境与生活模式。借助计算机技术、信息技术、材料科学技术、先进制造技术、无线电技术等的推动与支持，以光电技术为核心形成了新的能力，扩展了人类了解自然、改善生存环境和提高主宰能力的空间，尤其在探测、感知、显示、通讯、存储、加工等方面显示了极强的发展潜力和扩展力。如今，随着各学科的交叉融合，光电器件的组成材料不仅仅局限于无机材料，一些有机复合材料的发明对光电器件的发展以及性能的提升起了重要的作用。光电器件与集成电路以及微电子领域的交叉，提高了如今超大规模电路以及微处理器的运算速度，引发新一轮的技术革命。关键技术量子阱材料和量子阱器件研制已取得决定性的突破；大功率半导体激光器及其泵浦的固体激光器、掺铒光纤放大器和量子阱、DFP激光器及高速光收发模块等一批重大、重点课题取得重要成果，迈进了成果转化的新阶段；GAN基蓝光LED和LD、DEPLDEA光子集成组件、GESISI材料和量子点器件，面发射激光器等致力于技术创新的课题取得显著进展，有些项目，如四方相GAN材料及有关电致发光二极管达到国际领先水平，DFPLDEA光子集成器件等达到国际先进水平。光通信的高速率、大容量和宽带宽的发展方向，要求光电器件的高度集成化。而集成化的前提是光电器件的微型化。因此，光电器件的微型化是当前光通信领域研究的前沿和热点。近年来，相比传统的光电技术，飞秒激光微加工技术将成为新一代光电器件的制造技术。国内外学者在光波导的制备技术等诸多方面进行了有益的探索，取得了很大的进展。光波导的制备光波导易于和光纤通信系统耦合且损耗小，在频域中呈现出丰富的传输特性，成为光纤器件的研究热点。与离子注入法和热扩散型离子交换法等目前常用的制作方法相比，飞秒激光制作波导在室温环境下进行，过程简单，波导结构在高温时仍能保持良好的质量和稳定性。美国学者用飞秒激光制备的增益光波导长1cm，可产生3dB/cm的信号增益。大阪大学的WATANABAW等用85fs、重复频率1kHz、单脉冲能量1.5J的钛蓝宝石激光制作的多模干涉波导阵列，实现了高阶模输出。目前，利用计算机精密控制飞秒激光加工平台，可以在材料内部的任意位置制得任意形状的二维、三维或单模光波导。光栅的制备光栅在光通讯、色散补偿、光纤传感等领域中发挥着不可替代的作用。光产业的发展，对光栅提出了更高的要求：不同几何形状排列，如六角阵列光栅;在光纤内部刻划，如Bragg(布拉格)光纤光栅。传统加工方法工序繁杂、制作的光栅稳定性差、寿命短。而飞秒激光微加工克服了这些缺点，永久性改变折射率，改变量高达0.05，实现直接刻划，顺应了现代光栅微型化和多样化的发展趋势。Mihailovs等人采用钛宝石飞秒激光在掺锗通信光纤纤芯上获得的反射Bragg光栅，具有折射率调制范围广，温度稳定性高的特点。光电器件(主要是激光器和光电探测器)作为光电技术的核心，光电器件的性能和制作工艺也成为制约光电技术发展的关键因素。光电器件受其制造材料和制造工艺的影响，具有一定的缺陷密度、光电能转换效率不高、成本较一般器件高，并且光电器件性能受当今生产水平的限制，因此光电器件发展迫不容缓。光电器件的这些瑕疵，衍生了一系列的专利，这些专利对光电器件性能的提升，产业规模及生产效率的提升也有着重要的的作用。比如早稻田大学利用有机材料提高光电能的转换效率，奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司的短路保护防止光电器件短路烧毁，中山大学为了得到光电器件的低缺陷密度，而改进生产工艺。通过这次创新教育实践结合一周以来的专利查询及分析，对于光电器件以及其加工工艺有了初步了解。并且，通过对专利的查询与分析，认识到专利之所以成为专利，是因为他们做了一般人想不到或者想到了认为不可能的事。进一步认识到，实践与理论知识的不同和紧密联系。专利的主要价值是应用，理论知识的最终目的是运用于实践。搜索和查阅专利开阔了思路，并了解了国内外光电器件领域的前沿。专利附录光电子器件申请号：200880108847.4申请日：2008-08-06申请(专利权)人欧司朗光电半导体有限公司光电器件申请号：200980108123.4申请日：2009-03-05申请(专利权)人奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司光电器件申请号：200980133884.5申请日：2009-07-31申请(专利权)人松下电工株式会社学校法人早稻田大学有机光敏光电器件申请号：201080047697.8申请日：2010-09-03申请(专利权)人华威大学三族氮化物基光电晶体管探测器件及其制作方法申请号：201210314486.7申请日：2012-08-30申请(专利权)人中山大学Material for organic photoelectric device, and organic photoelectric device therebyNo. 12662765 filed on 05/03/2010Method of mounting a light emitting chip and an optical fiber on a photoelectric deviceNo. 490456 filed on 03/08/1990Photo