苝四甲酸二酐有機(jī)層光電耦合器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于微電子學(xué)與光電子學(xué)新型半導(dǎo)體光電子器件技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及 一種巧四甲酸二酢有機(jī)層光電禪合器。
【背景技術(shù)】
[0002] 光禪合器（optical coupler,英文縮寫為0C)，又叫光電光禪器。它是光為媒介傳 輸電信號的光一電光轉(zhuǎn)換器件。該器件由發(fā)光源和受光器兩部分組裝在同一密封的殼體 內(nèi)，彼此間用透明絕緣物隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端。常見的發(fā) 光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏Ξ極管等光電探測器。光禪合器輸入端加電 信號使發(fā)光源發(fā)出的光照射到受光器產(chǎn)生光電流由受光器輸出端引出，從而實(shí)現(xiàn)光一電轉(zhuǎn) 換。把不同的發(fā)光器件和各種光接受器組合可構(gòu)成品種繁多的各種光禪合器，光禪合器已 成為一類獨(dú)特的半導(dǎo)體器件。隨著近年來信號處理的數(shù)字化、高速化、儀器/儀表的系統(tǒng)化 及網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，光敏二極管加放大器類的光禪合器在光電控制系統(tǒng)、光電通訊領(lǐng)域及各 種電路中被廣泛應(yīng)用。市場需求量不斷增長。
[0003] 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)展，對光禪合器性能提出了更高的要 求?，F(xiàn)有的光禪合器完全是利用單晶娃制作的光敏二極管和光敏Ξ極管。事實(shí)上，光禪合 器是一種由光電流控制的電流轉(zhuǎn)移器件，線性工作范圍較窄，且隨溫度變化而變化；由單晶 娃制作的半導(dǎo)體器件其反向飽和電流Iceo (即暗電流)受溫度變化的影響十分明顯，使電路 工作的穩(wěn)定性及可靠性受到影響；并且娃光敏二極管和光敏Ξ極管的光電轉(zhuǎn)換效率不高， 僅有78% ;而且生產(chǎn)成本較高。
[0004] 有機(jī)光電子學(xué)及有機(jī)化學(xué)的迅速發(fā)展，極大地促進(jìn)了新型有機(jī)半導(dǎo)體器件的創(chuàng) 新。我們在國家自然科學(xué)基金和甘肅省自然科學(xué)基金的資助下，率先開展了有機(jī)半導(dǎo)體材 料巧四甲酸二酢（3,4, 9, 10 peiylenetetracarbo巧licdianhy化ide 簡稱 PTCDA)的合 成及其物理性質(zhì)的深入研究得出結(jié)論：巧四甲酸二酢可W在各種無機(jī)材料襯底上形成有序 層，并且具有單斜晶系結(jié)構(gòu)；它的價(jià)帶和第一緊束縛導(dǎo)帶之間的能量是2. 2ev ;每個(gè)晶胞含 有兩個(gè)分子；分子量為392,它的密度為1. 69g/cm3,升華溫度為45(TC ;當(dāng)波長λ在0. 5~ 1. 0 μπι范圍內(nèi)變化時(shí)，其光吸收系數(shù)α。變化范圍是10 2cm 1~10 4cm 1。利用運(yùn)種染色有機(jī) 材料，能夠通過真空蒸鍛的方法，在無機(jī)半導(dǎo)體P-Si的表面形成高質(zhì)量的分子層薄膜并具 有肖特基勢壘特性。
[0005] 實(shí)用新型人利用巧四甲酸二酢制得了電極忍片，該忍片獲得實(shí)用新型專利，其名 稱為《PTCDA/P-Si異質(zhì)結(jié)光電探測器低阻歐姆電極忍片》，專利號為化201120070565. 9。該 專利公開了光電探測器電極忍片直徑為150μπι歐姆電極的制作方法。在此基礎(chǔ)上，為了 使運(yùn)種寬頻帶高量子效率的光電探測器的性能得到提高并拓寬它的應(yīng)用，我們進(jìn)一步優(yōu)化 了該器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)，使6層結(jié)構(gòu)中每層薄膜的厚度通過理論分析和計(jì)算使其更合理和可 行；并且P-Si單晶背電極Α1變更為具有延展性及可浸潤性的Au，進(jìn)一步降低了背電極的 接觸電阻，提高了器件的光電性能；此外，將忍片電極的直徑由150μπι變更為50μπι，同時(shí) 每個(gè)忍片的四周邊緣光刻出寬度由原來的50 μπι變更為30 μπι，增加了 ΙΤΟ膜的受光面積， 進(jìn)一步提高了該器件的光電轉(zhuǎn)換的效率。經(jīng)過上述結(jié)構(gòu)改進(jìn)及工藝實(shí)踐使運(yùn)種寬頻帶高量 子效率的光電探測器的性能得到了大幅度提高提高。2014年8月經(jīng)中國測試技術(shù)研究院提 供的測試報(bào)告表明，它對波長在450nm~llOOnm的光都有響應(yīng)（即它可將在該波段范圍的 光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，是一種響應(yīng)度很好的寬帶光電子元器件。從入射光的波長與響應(yīng)度的測 試曲線直接得出，它對930nm的光有最大的峰值，特別指出的是，它對波長為930nm的光，其 光吸收系數(shù)為1，即表示它對入射的光可W全部吸收，其光電轉(zhuǎn)換的量子效率可達(dá)100%。運(yùn) 一波長恰好與GaAs紅外發(fā)光二極管發(fā)出光的波長完全相同。利用兩者組合可制作出光電 轉(zhuǎn)換效率近于100%的巧四甲酸二酢光禪合器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本實(shí)用新型的目的是提供一種體積小、成本低、光電轉(zhuǎn)換效率高的巧四甲酸二酢 有機(jī)層光電禪合器。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案如下：一種巧四甲酸二酢有機(jī)層 光電禪合器，包括組裝在同一密封的金屬殼體內(nèi)的發(fā)光器和受光器，其特征在于：發(fā)光器為 GaAs紅外發(fā)光二極管忍片，受光器為巧四甲酸二酢光電探測器電極忍片。
[0008] 巧四甲酸二酢光電探測器電極忍片，包括依次疊層的金電極層、P-Si襯底層、巧四 甲酸二酢單晶膜層和IT0膜層，IT0膜層表面設(shè)有儀膜層，儀膜層表面設(shè)有侶膜層；儀膜層 與侶膜層組成忍片電極，忍片電極的直徑為50 μ m。
[0009] 疊層的金電極層、P-Si襯底層與巧四甲酸二酢單晶膜層的邊長為3000 μ m，口0 膜層的邊長為2940 μπι。
[0010] 本實(shí)用新型提供的光禪合器W巧四甲酸二酢有機(jī)光電探測器忍片為受光器、W GaAs紅外發(fā)光二極管為發(fā)光器制作而成。其體積小、性能優(yōu)良，寬頻帶響應(yīng)、光電轉(zhuǎn)換效率 達(dá)98% W上，比娃光敏二極管及Ξ極管組合的光禪器的光電轉(zhuǎn)換量子效率合器提高了 28%， 制造成本是單晶娃器件的50%。本實(shí)用新型提供的光禪合器具有良好的穩(wěn)定性及可靠性，應(yīng) 用于計(jì)算機(jī)及各種電子電路中。
[0011] 制作本實(shí)用新型光電禪合器所應(yīng)用的巧四甲酸二酢光電探測器，其體積小，僅為 9mm2,制作成本低，寬頻帶響應(yīng)并且峰值波長處飽和光電流與暗電流的比值大于10 3,能夠在 各種電路中穩(wěn)定可靠使用。
[0012]
[0013] 本實(shí)用新型專利是采用微電子器件平面工藝，使結(jié)構(gòu)為Al/Ni/口0/PTCDA/P-Si/ Au每層薄膜的厚度更合理和可行；并且P-Si單晶背電極A1變更為具有延展性及可潤性 的Au，進(jìn)一步降低背電極的接觸電阻。其中Ni薄膜的厚度50皿，它的作用是防止A1與IT0 (銅錫氧化物透明導(dǎo)電膜)發(fā)生反應(yīng)，阻止了 A1與0反應(yīng)形成Al2〇3,提高了該光電探測器的 穩(wěn)定性及可靠性。另外，底面與P-Si背面接觸的是Au薄膜，通過微合金化處理，使該器件 形成良好的低阻歐姆接觸層，有利于器件光電性能的提高。
[0014] 本實(shí)用新型表面內(nèi)引線孔的制作中，采用微電學(xué)中的平面光刻工藝，經(jīng)刻蝕后使 Al-Ni電極引線孔的直徑縮小到50 μπι。在刻蝕中選用含有高儘酸鐘的腐蝕液，保持了引線 孔周圍不產(chǎn)生毛刺，提高了器件的耐電壓性能并降低了暗電流。同時(shí)也擴(kuò)展了透明導(dǎo)電膜 ΙΤ0的受光面積，使光電轉(zhuǎn)換效率得到了提高。
[0015] 由巧四甲酸二酢作為有機(jī)層制作的光電探測器，即制作本實(shí)用新型產(chǎn)品巧四甲酸 二酢有機(jī)層光電禪合器所使用的巧四甲酸二酢有機(jī)光電探測器忍片，2014年8月經(jīng)中國測 試技術(shù)研究院做了光敏參數(shù)測試，中國測試技術(shù)研究院提供的測試證書主要內(nèi)容見表1與 圖5。
[0016]
[0017] 從表1與圖5明確得知，PTCDA作為有機(jī)層制作的光電探測器，對450皿~1100皿 的光都有響應(yīng)，在波長為930nm的位置其響應(yīng)度最大，其光吸收系數(shù)為1，表示它對入射的 光可W全部吸收，其光電轉(zhuǎn)換的量子效率可達(dá)100%。運(yùn)一波長恰好與GaAs紅外發(fā)光二極管 發(fā)出光的波長完全相同。提示利