环境光传感器的制作方法

测量装置的制造及其应用技术环境光传感器1.本技术要求德国专利申请第102020201453.1号的优先权。上述德国专利申请的公开内容在此以引用的方式并入本技术中。2.本公开涉及被称为环境光传感器的特定半导体光电部件。这些部件通常具有毫米范围内的尺寸。它们可以内置于智能手机、笔记本电脑、显示器等电子设备中。它们的目的是感测它们所集成到的电子设备的环境中存在的光量。环境光传感器的输出信号可用于使设备的操作适应当前的环境光条件。3.传统的环境光传感器通常设计用于可靠地检测照度从几勒克斯到105勒克斯的环境光。在几勒克斯以下，随着照度的降低，特别是在0.1勒克斯以下，传统环境光传感器的测量精度会大大降低。传统环境光传感器的光谱响应模拟人眼在日光下的光谱响应，如明视光度函数所定义的。4.因此，传统的环境光传感器不太适合测量黑暗环境(例如，在夜间)中的环境光水平。5.在本公开中，黑暗环境，或者换言之，弱光条件，应理解为环境光的照度低于0.1勒克斯的环境。0.1勒克斯是在满月的晴朗夜晚可以预期的最大环境光水平。6.因此，本公开的一个目的是提供一种用于感测环境光水平的半导体光电部件，其可以在弱光条件下(优选地低至单个光子的水平)准确地测量环境光的强度。7.根据本公开，该目的通过一种用于感测环境光水平的集成半导体光电部件实现，该部件包括硅光电倍增器，该硅光电倍增器被配置为传递指示照射该部件的光的强度的输出信号并且具有用于光检测的有效表面区域；覆盖硅光电倍增器的有效表面区域的光学滤波器，该光学滤波器适于根据波长选择性地使光透射到有效表面区域上，其中该光学滤波器是暗视(scotopic)滤波器并因此具有模拟人眼在弱光条件下的光谱响应的光谱透射曲线；以及用于处理硅光电倍增器的输出信号的读出电子器件。8.这种带有硅光电倍增器和暗视滤波器的创新型环境光传感器设计特别适用于黑暗环境中的检测。硅光电倍增器确保大增益和单光子灵敏度，这是准确捕获低光子通量所必需的。暗视滤波器的环境光传感器的光谱响应具有类似于人眼的效果。9.根据优选实施例，本公开的光电部件以所有技术上可能的组合具有以下特征中的一个、几个或全部：[0010]-光学滤波器是金属和介电层的堆叠；[0011]-堆叠的金属层和介电层以交替方式堆叠；[0012]-光学滤波器具有靠近硅光电倍增器的有效表面区域的底侧和与底侧相对的顶侧，其中底侧由金属层形成，并且其中顶侧由介电层形成；[0013]-光学滤波器由总共四个堆叠层组成；[0014]-每个金属层的材料是银；[0015]-每个介电层的材料是二氧化硅；[0016]-金属层的厚度为介电层厚度的大约15％；[0017]-在光学滤波器和硅光电倍增器的有效表面区域之间设置有介电堆叠；[0018]-读出电子器件包括数字电路，例如鉴别器和/或计数器；[0019]-该部件是环境光传感器；[0020]-另外的硅光电倍增器，其被配置为传递指示照射部件的光的强度的输出信号并且具有用于光检测的有效表面区域，以及覆盖另外的硅光电倍增器的有效表面区域的另外的光学滤波器，其适于根据波长选择性地使光透射到有效表面区域上，其中所述另外的光学滤波器是明视(photopic)滤波器并因此具有模拟人眼在日光下的光谱响应的光谱透射曲线。[0021]现在将参照附图详细描述本公开的示例性实施例，其中：[0022]图1是根据本公开的光电部件的分解示意图，其为环境光传感器的形式；和[0023]图2是表示图1的光电部件的暗视光学滤波器的层状结构的说明图。[0024]参考图1，示出了集成的半导体光电部件100。光电部件100是环境光传感器，其专门设计用于在弱光条件下准确测量环境光水平。[0025]环境光传感器100可以内置到各种电子设备中，从而可以根据设备环境的背景光强度来控制这些设备的操作。例如，环境光传感器100可以集成到智能手机中。然后可以根据环境光传感器100传递的测量信号来调整智能手机显示器的亮度。[0026]环境光传感器100包括硅光电倍增器(sipm)102、光学滤波器104和读出电子器件106。[0027]硅光电倍增器102被配置为传递输出信号s，该输出信号指示照射部件100的光l的强度。硅光电倍增器102具有用于光检测的有效表面区域108。硅光电倍增器102可以是本领域技术人员已知的标准类型。优选地，sipm102为无源淬灭型，即其每个单光子雪崩二极管(spad)单元与无源淬灭电阻器串联连接。无源淬灭sipm的优点是其输出信号s具有近似对数的特性。对于环境光传感器，通常优选对数输出。[0028]读出电子器件106可以包括数字电路，例如鉴别器和/或计数器，用于处理硅光电倍增器102的输出信号s。[0029]光学滤波器104覆盖硅光电倍增器102的有效表面区域108。光学滤波器104适于根据波长选择性地使光透射到有效表面区域108上。光学滤波器104是暗视滤波器并且因此具有模拟人眼在弱光条件下的光谱响应的光谱透射曲线。在图1中，暗视滤波器104的过滤作用由虚线波浪箭头l'表示。[0030]暗视滤波器104具有靠近硅光电倍增器102的有效表面区域108的底侧b和与底侧b相对的顶侧t。[0031]图2中示出了暗视滤波器104的优选结构。在这种情况下，暗视滤波器104是金属层104a、104c和介电层104b、104d的堆叠。堆叠104的金属层和介电层以交替方式堆叠：底部金属层104a被中间介电层104b覆盖，中间介电层104b被中间金属层104c覆盖，中间金属层104c被顶部介电层104d覆盖。将会注意到暗视滤波器104的底侧b由底部金属层104a形成。暗视滤波器104的顶侧t由顶部介电层104d形成。在本示例中，暗视滤波器104由总共四个堆叠层组成。[0032]优选地，金属层104a和104c的材料均为银。介电层104b和104d的材料可以是二氧化硅。[0033]下表给出了每层的厚度d的示例值：[0034]层材料厚度底部金属层104aagd1＝18nm中间介电层104bsio2d2＝115nm中间金属层104cagd3＝18nm顶部介电层104dsio2d4＝125nm[0035]更一般地，金属层104a、104c的厚度可以是介电层104b、104d的厚度的大约15％。[0036]可选地，如图2所示，环境光传感器100还可以包括布置在光学滤波器104和硅光电倍增器102的有效表面区域108之间的介电堆叠110。堆叠110可以是氧化物堆叠，并且可能有几微米的厚度。[0037]本公开提供了一种环境光传感器，其以低至非常低的光子通量(0.01勒克斯或甚至更低)的单光子灵敏度进行工作。[0038]与传统解决方案相比，环境光传感器还具有增强的动态工作范围(可能覆盖超过五个数量级的照度)。[0039]由于其sipm，它具有近似对数的响应曲线，对非常低的光子通量具有高灵敏度，而对较高的光子通量具有降低的灵敏度。[0040]此外，本环境光传感器受益于非常快的时序响应及其sipm的固有增益。这简化了读出电子器件，其不需要任何信号放大器。[0041]在本公开的另一实施例中，用于感测环境光水平的光电部件可以包括另外的硅光电倍增器，其有效表面区域被另外的明视光学滤波器覆盖。该实施例被优化用于在中等亮度(mesopic)条件下检测环境光水平。两个sipm的输出信号可以组合起来，以更准确地测量中等亮度环境中的环境光水平，例如光线昏暗的隧道或光线不足的街道。在这样的应用中，例如可以使用两个输出信号的比率。[0042]两个sipm都可以通过衰减滤波器进行屏蔽以避免饱和。每个衰减滤波器可以实现为图案化金属层。与被暗视滤波器覆盖的用于sipm的衰减滤波器相比，被明视滤波器覆盖的用于sipm的衰减滤波器可以具有更低的部分透射率。









图片声明：本站部分配图来自人工智能系统AI生成,觅知网授权图片,PxHere摄影无版权图库。本站只作为美观性配图使用,无任何非法侵犯第三方意图,一切解释权归图片著作权方,本站不承担任何责任。如有恶意碰瓷者,必当奉陪到底严惩不贷!




内容声明：本文中引用的各种信息及资料（包括但不限于文字、数据、图表及超链接等）均来源于该信息及资料的相关主体（包括但不限于公司、媒体、协会等机构）的官方网站或公开发表的信息。部分内容参考包括:(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供参考使用,不准确地方联系删除处理！本站为非盈利性质站点,发布内容不收取任何费用也不接任何广告!




免责声明：我们致力于保护作者版权，注重分享，被刊用文章因无法核实真实出处，未能及时与作者取得联系，或有版权异议的，请联系管理员，我们会立即处理，本文部分文字与图片资源来自于网络，部分文章是来自自研大数据AI进行生成,内容摘自(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供学习参考,不准确地方联系删除处理!的,若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请立即通知我们，情况属实，我们会第一时间予以删除，并同时向您表示歉意,谢谢!