專利名稱：制作541納米窄帶通光電探測器的方法
技術領域：
本發(fā)明提供一種制作541納米窄帶通光電探測器的方法。
背景技術：
第五版人民幣已基本取代第四版人民幣，但假幣隨之出現，并且偽造水平越來越高，現有金融機具采用的磁性、水印、紫外線激發(fā)熒光、變色油墨等技術不能完全滿足第五版人民幣防偽需要。
第五版人民幣在紙幣特定位置隱藏設計了無色熒光防偽識別區(qū)。采用980～985納米波長、20～80毫瓦半導體近紅外激光器光源照射該位置，可以產生峰值頻率為541納米、半寬為10～15納米、強度2～4lux的激發(fā)光。在紙幣一側放置光電探測器，濾除近紅外激發(fā)光和外界雜散光，將541納米波長激發(fā)光轉換成光電流信號，由后續(xù)電路檢測其強度，鑒別紙幣真?zhèn)?。此外，光電檢測器還必須滿足①靈敏度高；②在一定溫度、濕度變化范圍內，性能穩(wěn)定可靠；③能夠消除驗鈔過程中產生的帶電灰塵引起的靜電干擾；④性能指標均勻；⑤成本低。

發(fā)明內容
為提高第五版人民幣防偽檢測的準確性，本發(fā)明提供一種制作541納米窄帶通光電探測器的方法。
本發(fā)明的制作541納米窄帶通光電探測器的方法，包括以下工藝步驟第一步、制作硅光電二極管芯片步驟(1)將N型硅片外延片襯底送入氧化爐生長氧化層；(2)光刻P區(qū)窗口，注入硼離子，退火；
(3)將硅片送入LPCVD爐中生長Si3N4層；(4)光刻P區(qū)引線孔和壓焊點窗口；(5)蒸鋁；(6)鋁反刻；(7)合金；(10)背面減薄蒸金；(11)合金；(12)劃片；第二步、制作帶ITO薄膜541納米峰值波長窄帶通濾光片步驟(1)將3～3.5mm厚的QB-21光學玻璃裁成5～8mm的圓片，進行拋光、滾圓、清洗、烘干后用夾具夾好；(2)將夾具放置在工件中，在真空鍍膜機中對圓片鍍制541納米波長窄帶通光學膜系后，緊接著鍍制導電ITO膜；第三步、帶導電ITO薄膜濾光片與金屬管帽的歐姆接觸制作步驟(1)將低溫銀漿涂在頂部開口的金屬管帽頂部邊框內側；(2)將濾光片放入金屬管帽頂部邊框中輕壓，放入時應將帶ITO薄膜面與金屬管帽頂部邊框接觸；(3)送入恒溫箱中加熱，使帶導電ITO薄膜濾光片與金屬管座實現良好固化接觸；第四步、封裝及加熱縮管包裹步驟(1)在與金屬管帽配套的金屬管座上涂低溫銀漿，安放硅光電二極管管芯，置于恒溫箱中恒溫加熱，使硅光電二極管芯燒結在金屬管座上；(2)將金絲壓焊在管芯引線金屬層和金屬管座引線柱上；(3)在金屬管帽內放置一橡膠圈；(4)用封帽機將金屬管帽與管座進行封裝。
上述的制作541納米波長窄帶通光電探測器的方法中，所述第一步(2)中用離子注入機對硅片進行硼離子注入，注入能量55～60KeV，注入劑量6E14～8E14/cm2，注入時間5～7分鐘。
上述的制作541納米波長窄帶通光電探測器的方法中，所述第二步(2)中541納米波長窄帶通膜系結構為.5L(HL)KH0.5L(HTiO2；LSiO2)，膜層數為40～60層，緊接著鍍制約3000埃的導電ITO薄膜。
上述的制作541納米波長窄帶通光電探測器的方法中，所述第一步(3)中Si3N4層的厚度為250～350埃。
上述的制作541納米波長窄帶通光電探測器的方法中，所述第三步(1)(2)中自動點漿機出漿口對準開口的金屬管帽頂部邊框內側旋轉一周，在開口的金屬管帽頂部邊框內側均勻涂布低溫銀漿，緊接著將濾光片放入金屬管帽頂部邊框中，輕壓，放入時應將帶ITO薄膜面與金屬管帽頂部邊框接觸。
上述的制作541納米波長窄帶通光電探測器的方法，所述第二步(2)中步驟為，將夾具放置在工件中，抽真空，待真空達到10-3～10-4mmHg，將TiO2和SiO2膜料源交替加溫到250～300℃，控制工件轉速，使TiO2膜層鍍制速度控制在10～12埃/秒，每層光學厚度為1/4透射波長；SiO2膜層鍍制速度控制在30～33埃/秒，每層約光學厚度為1/4透射波長，交替鍍制40～60個周期，再用電子槍蒸發(fā)SnO2膜料，控制蒸發(fā)速率為30～40埃/秒，待厚度達到約3000埃時停止鍍制，ITO膜電阻率低于0.05Ωcm。
上述的制作541納米波長窄帶通光電探測器的方法中，所述第四步(3)中橡膠圈的直徑為6.9-7.1mm，高度為1-1.5mm。
上述的制作541納米波長窄帶通光電探測器的方法中，所述第四步還包括步驟(5)，用熱縮管套上封裝好的器件，加熱使熱縮管包裹器件。
本發(fā)明的優(yōu)點1)采用特定的硼離子注入工藝條件，可以增加541納米波長光生載流子有效收集體積，提高光電轉換效率；2)在半導體表面淀積Si3N4抗反射膜，降低表面反射損失，提高器件穩(wěn)定性和可靠性；3)本發(fā)明所制得的帶導電ITO薄膜濾光片對541納米光透過率達到75％以上，對其他波長光的濾除效果達到10-10數量級以上，顯示出很高的光譜選擇性，厚度小于0.3微米的低電阻率導電ITO膜層既可以保證541納米被激發(fā)光無損透過，又可以當帶導電ITO薄膜濾光片與金屬管帽燒結后，與金屬管座形成良好的歐姆接觸，泄放紙鈔摩擦等因素形成的靜電荷；4)在與金屬管座配套的金屬管帽頂部邊框內側上低溫銀漿燒結541納米波長窄帶通濾光片，實現了541納米波長窄帶通濾光片與硅光電二極管的整體密封，大大提高器件的使用壽命和在各種工作環(huán)境下的可靠性；5)在金屬管帽內放置一定直徑和高度的橡膠圈，可以將非垂直入射、沒有被541納米波長窄帶通濾光片濾除的極少量近紅外光和雜散光吸收80％以上；6)本發(fā)明中熱縮管覆蓋金屬管帽及金屬管帽頂部外邊緣金屬，有效吸收外加電磁干擾，避免金屬管帽頂部邊緣金屬對近紅外光及外界雜散光反射給器件造成的影響。
按照本發(fā)明的方法制得的541納米窄帶通光電探測器具有光譜選擇性優(yōu)良、光電轉換率高、暗電流極低、抗干擾能力強、環(huán)境適應性好，而且工藝簡單、材料容易獲得、可以利用現有設備和技術批量化生產、成品率高、價格低廉的優(yōu)點，完全能滿足第五版人民幣防偽檢測推廣使用的需要。
下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明。


圖1為使用本發(fā)明用于第5版人民幣檢測的原理框圖。
圖2為本發(fā)明中541納米窄帶通光電探測器剖面結構圖。
圖3為本發(fā)明中541納米窄帶通光電探測器光電二極管結構圖。
圖4為本發(fā)明中541納米窄帶通光電探測器的光譜響應圖。
具體實施例方式
參見圖1，圖1使用本發(fā)明用于第5版人民幣檢測的原理框圖。圖中21為近紅外激光器；22、24為準直孔；23為紙幣；25為光電探測器；26為后續(xù)電路。
具體實施例
第一部分、硅光電二極管芯片制作以N型、(100)晶面、單面拋光、電阻率約4Ωcm、450微米厚、4英寸無位錯硅外延片為襯底，用FSI自動清洗機進行RCA清洗后甩干，每50片一批插入石英舟上，推入氧化爐中在1050℃下?lián)铰妊趸?20分鐘，生長厚度7000±300。出爐后，用涂膠機旋涂負膠，在光刻機上進行P區(qū)窗口光刻，窗口面積3.68×3.68毫米，去膠，清洗后甩干，插入石英舟，推入氧化爐中在900℃下干氧氧化30分鐘，生長厚度250±50。在離子注入機上對硅片硼離子注入，注入能量60KeV，注入劑量6E14/cm2，時間5分鐘。插入石英舟，推入退火爐中在1100℃下，氮氣保護，退火40分鐘，測量方塊電阻為350歐姆厘米，二氧化硅層厚度550埃，結深1.2±0.2微米。從退火爐中取出，緊接著送入LPCVD爐，生長Si3N4層600±50。用涂膠機旋涂負膠，在光刻機上進行P區(qū)引線和壓焊點光刻，去膠，清洗后烘干，用等離子干法刻蝕引線和壓焊點上Si3N4層，清洗甩干，用HF∶H2O＝1∶20漂30秒，清洗甩干，送到濺射臺濺射鋁，鋁膜厚度為2.0±0.2微米。用涂膠機旋涂膠，甩干后在光刻機上進行壓焊點窗口光刻，等離子去膠，用鋁腐蝕液腐蝕去掉除引線和壓焊點窗口以外的鋁膜，送入合金爐合金，合金溫度450℃，通氮氣+10％氫氣，45分鐘。用涂膠機在正面旋涂黑膠，用減薄機磨削硅片厚度70±10微米，拋光，去掉黑膠，清洗甩干，放置到真空鍍膜機中，待真空度達到要求，蒸發(fā)金絲，背面蒸金1～1.2微米。送入合金爐合金，合金溫度420℃，通氮氣+10％氫氣，20分鐘。在暗室內，用自動測試臺測試管芯暗電流，進行打點后用劃片機劃片。光電二極管芯片示意圖見圖3，圖中13為有源區(qū)，14為叉指狀電極，15壓焊點。
第二部分、制作帶ITO薄膜541納米峰值波長窄帶通濾光片將3毫米厚QB21光學玻璃大圓片裁成直徑7mm的圓形基片，用滾圓機進行滾圓后，用拋光機和人工進行初拋光和精拋光，基片平整度應達到3毫米±0.1微米以下。將基片按去油、去蠟、去離子和顆粒的順序分別用相應的清洗液進行清洗后烘干，放置到鍍膜工件上，每個工件放置60個基片，將工件固定在真空鍍膜機真空室靠近中央部位，抽真空，待真空達到10-4mmHg，將TiO2膜料加熱功率電流設置為150毫安，SiO2源膜料加熱電流設置為50毫安，工件轉速150轉，控制TiO2膜層鍍制速度約10埃/秒，每層光學厚度1600埃；控制SiO2膜層鍍制速度約30埃/秒，每層光學厚度1600埃，完成TiO2膜層和SiO2膜層交替鍍制40個周期后，工件保溫30分鐘。再將電子槍蒸發(fā)SnO2膜料，控制蒸發(fā)速率約30埃/秒，待厚度達到3000埃時停止。測量得到ITO電阻率低于0.05Ωcm。使工件逐漸冷卻并取消真空，取出鍍制好的濾光片，測量其透射率與波長的關系曲線確定合格品。
第三部分、濾光片與金屬管帽歐姆接觸設置自動點漿機點漿程序，自動點漿機出漿口將低溫銀漿涂在直徑為7.2mm、頂部開直徑6mm圓口的金屬管帽頂部邊框內側上，用真空吸筆將濾光片放入并輕壓(帶ITO薄膜的一面應與金屬管帽頂部邊框接觸)，送入恒溫箱中，在150℃下恒溫60分鐘，使濾光片與金屬管帽頂部邊框形成緊密接觸，用萬用表的一只探針接金屬管座，另一探針接濾光片中心點測量兩探針間的電阻為零；第四部分、封裝及熱縮管包裹人工在金屬管座上涂低溫銀漿，安放管芯后，置于恒溫箱中，在160℃下恒溫30分鐘，硅光電二極管芯燒結在TO金屬管座上。之后，用壓焊機將金絲壓焊在管芯引線孔金屬層和TO金屬管座引線柱上。在金屬管帽內人工放置6.9毫米、高1毫米的橡膠圈一只。用晶體管真空封帽機將金屬管帽與管座進行封裝。將直徑7毫米薄壁熱縮管剪切為約1.5cm長度，套入已封裝好的器件，放在固定模具中，用60W熱風機吹風2分鐘，薄壁熱縮管緊緊包裹器件。
取樣測試，按本發(fā)明的方法生產的光電探測器達到如下技術指標1、25℃下，加反向偏壓VR＝10V，暗電流ID≤0.5×10-9A；2、25℃下，用相隔30毫米的541納米、2Lux的光源照射，光響應電流
IL≥1.3×10-8A；3、25℃下，加反向偏壓VR＝10V，置于恒溫箱中，逐步升溫至45℃，保溫200分鐘，暗電流值，|ID(45℃)-ID(25℃)|≤0.5×10-8A；4、25℃下，加反向偏壓VR＝10V，置于濕度箱內，改變濕度箱相對濕度達到40％、98％，分別測量暗電流值，|ID(98％)-ID(40％)|≈0；5、響應光譜見附圖4；6、批與批參數不均勻性≤3％。
圖2為用本發(fā)明方法制作的541納米窄帶通光電探測器剖視圖，圖中1為金屬管帽；2為帶導電ITO膜541納米濾光片；3為銀漿；4為金絲；5為金屬管座；6為P區(qū)金屬引出腳；7為底座金屬引出腳；8為管座填充絕緣材料；9為光電二極管；10為橡膠圈。
權利要求
1.一種制作541納米窄帶通光電探測器的方法，包括第一步、制作硅光電二極管芯片步驟(1)將N型硅片外延片襯底送入氧化爐生長氧化層；(2)光刻P區(qū)窗口，注入硼離子，退火；(3)將硅片送入LPCVD爐中生長Si3N4層；(4)光刻P區(qū)引線孔和壓焊點窗口；(5)蒸鋁；(6)鋁反刻；(7)合金；(10)背面減薄蒸金；(11)合金；(12)劃片；第二步、制作帶ITO薄膜541納米峰值波長窄帶通濾光片步驟(1)將光學玻璃裁成圓片，進行拋光、滾圓、清洗、烘干后用夾具夾好；(2)將夾具放置在工件中，在真空鍍膜機中對圓片鍍制541納米波長窄帶通光學膜系后，緊接著鍍制導電ITO膜；第三步、帶導電ITO薄膜濾光片與金屬管帽歐姆接觸制作步驟(1)將低溫銀漿涂在頂部開口的金屬管帽頂部邊框內側；(2)將濾光片放入金屬管帽頂部邊框中輕壓，放入時應將帶ITO薄膜面與金屬管帽頂部邊框接觸；(3)送入恒溫箱中加熱，使帶導電ITO薄膜濾光片與金屬管座實現良好固化接觸；第四步、封裝步驟(1)在與金屬管帽配套的金屬管座上涂低溫銀漿，安放硅光電二極管管芯，置于恒溫箱中恒溫加熱，使硅光電二極管芯燒結在金屬管座上；(2)將金絲壓焊在管芯引線窗口的金屬層和金屬管座引線柱上；(3)在金屬管帽內放置一橡膠圈；(4)用封帽機將金屬管帽與管座進行封裝。
2.根據權利要求1所述的制作541納米波長窄帶通光電探測器的方法，其特征在于所述第一步(2)中用離子注入機對硅片進行硼離子注入，注入能量55～60KeV，注入劑量6E14～8E14/cm2，注入時間5～7分鐘。
3.根據權利要求1所述的制作541納米波長窄帶通光電探測器的方法，其特征在于所述第二步(2)中541納米波長窄帶通膜系結構為.5L(HL)KH0.5L(H:TiO2；L:SiO2)，膜層數為40～60層，緊接著鍍制2500～3000埃的導電ITO薄膜。
4.根據權利要求1所述的制作541納米波長窄帶通光電探測器的方法，其特征在于所述第一步(3)中Si3N4層的厚度為250～350埃。
5.根據權利要求1所述的制作541納米波長窄帶通光電探測器的方法，其特征在于所述第二步(2)中步驟為，將夾具放置在工件中，抽真空，待真空達到10-3～10-4mmHg，將TiO2和SiO2膜料源交替加溫到250～300℃，控制工件轉速，使TiO2膜層鍍制速度控制在10～12埃/秒，每層光學厚度為1/4透射波長；SiO2膜層鍍制速度控制在30～33埃/秒，每層約光學厚度為1/4透射波長，交替鍍制40～60個周期，再用電子槍蒸發(fā)SnO2膜料，控制蒸發(fā)速率為30～40埃/秒，待厚度達到約3000埃時停止鍍制，ITO膜電阻率低于0.05Ωcm。
6.根據權利要求1所述的制作541納米波長窄帶通光電探測器的方法，其特征在于所述第三步(1)(2)中步驟為自動點漿機出漿口對準開口的金屬管帽頂部邊框內側旋轉一周，在開口的金屬管帽頂部邊框內側均勻涂布低溫銀漿，緊接著將濾光片放入金屬管帽頂部邊框中，輕壓，放入時應將帶ITO薄膜面與金屬管帽頂部邊框接觸。
7.根據權利要求1所述的制作541納米波長窄帶通光電探測器的方法，其特征在于所述第四步(3)中橡膠圈的直徑為6.9～7.1mm，高度為1～1.5mm。
8.根據權利要求1所述的制作541納米波長窄帶通光電探測器的方法，其特征在于所述第四步中還包括步驟(5)，用熱縮管套上封裝好的器件，加熱使熱縮管包裹器件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制作541納米窄帶通光電探測器的方法，包括以下步驟將N型硅片外延片襯底送入氧化爐生長氧化層；注入硼離子；將硅片送入LPCVD爐中生長Si
文檔編號H01L31/18GK1933193SQ20061003237
公開日2007年3月21日 申請日期2006年10月9日 優(yōu)先權日2006年10月9日
發(fā)明者郭輝, 江建國 申請人:郭輝, 江建國