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薄膜在光感測器的應用

薄膜在光感測器的應用. 課程：薄膜工程與應用 班級：碩延電子 姓名 : 林芃 寬 ( MA230103 ) 林 映 汶 ( MA130116 ) 任課老師： 吳文端. Outline. 光檢測器之介紹 光檢測器之製作 光檢測器重要參數之說明 光檢測器之應用. 光檢測器介紹. 光檢測器元件的作用 ： 為將所接收之光訊號轉換為電訊號，一般而言，結構上分為 MSM 與 p- i -n 光檢測器兩種。

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薄膜在光感測器的應用

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  1. 薄膜在光感測器的應用 課程：薄膜工程與應用 班級：碩延電子姓名: 林芃寬(MA230103)林映汶(MA130116) 任課老師： 吳文端

  2. Outline • 光檢測器之介紹 • 光檢測器之製作 • 光檢測器重要參數之說明 • 光檢測器之應用

  3. 光檢測器介紹 • 光檢測器元件的作用：為將所接收之光訊號轉換為電訊號，一般而言，結構上分為MSM與p-i-n光檢測器兩種。 • MSM光檢測器：利用指狀交叉式金屬電極，藉由縮短電極間距可降低載子暫態時間，提昇操作頻寬，此外由於MSM光檢測器內部電容值僅為p-i-n的1/4倍，因此更適於應用在光纖通訊、高速Chip-to-Chip連結及高速取樣。 • p-i-n光檢測器：藉由本質層(I層)厚度之調整，來達到最佳之量子效率及頻率響應，而p-i-n光檢測器之反應速度決定於載子穿越空乏區所需之時間，以及空乏區之電容值(吸光區厚度) 。

  4. 光檢測器之製作 • 以氫氟酸浸洗25 min並浸泡於50℃氫氧化銨 • 30 min以去除原氧化物質，再以丙酮、甲醇與 • 去離子水各別清洗5 min。 • 旋塗正光阻於氮化鎵樣品上兩次分別是5000 • rpm：12秒，8000rpm：25秒。 • 在溫度為90oC烤箱內，軟烤25分鐘。 • 使用微影技術，定義出主動區為指狀交叉形 • (finger)電極。 • 透明電極分別經由DC sputtering、 • RF sputtering和E-gun系統，沉積薄膜透明 • 電極氮化鈦(TiN)和氧化銦錫(ITO)在氮化鎵上。 • 使用掀除(lift-off)技術，以丙酮清洗掉 • 正光阻，完成平面指狀交叉形(planar-finger) • MSM光檢測器元件。 • MSM光檢測器：

  5. p-i-n光檢測器： • 4.使用微影技術，定義出欲作為 • 接觸電極區域。 • 5.以反應離子蝕刻機(RIE)在氯氣 • (Cl2)下蝕刻至n-GaN區域並鍍上 • Ti-Al-Ni-Au作為接觸金屬。 • 6.使用微影技術，定義出主動區 • 為交叉指狀形(finger)電極， • 透明電極由DC sputtering系統完成。

  6. MIS光檢測器： • 二氧化矽氧化層應用在MIS光檢測器 • 上，藉由一層薄薄的氧化層去阻擋暗電 • 流，並以ITO作為電極去提高對光的響應。

  7. 重要參數之說明 • 損害電壓(breakdown voltage)：高電場穿透介電層使光二極體失效成為導體行為之電壓。 • 暗電流(dark current)：光二極體操作於暗室及施以逆向偏壓時之漏電流，暗電流會隨溫度、逆向偏壓及主動區增加而增加。 • 截止波長λc(wt-of wavelength)：入射光產生光電流的最小波長。

  8. 響應度(responsivity)：光檢測器的輸出電流對輸入光功率的比值，單位安培／瓦 特（A/W）。 • 量子效率：入射光子所產生之電子電洞對與入射光子數的比值。 • 響應時間：光二極體接收到入射光而產生電流響應所需的時間。 Ne----電子電洞數 Np----入射光子數

  9. 光檢測器之應用 • 紅外線檢測器 熱電型 量子型

  10. 夜間拍攝 • 紅外線測距感測器 • 利用紅外線具有在氣體中傳播時容易衰減的特性，所以當接收端接收到特定波長的紅外線的時候，會根據所接收到紅外線的功率來算出離目標物還有多少距離。 • 利用紅外線發射器發射紅外線， • 再利用紅外線感測器接收反射回 • 來的紅外線，因此,可在黑夜中拍 • 攝影像。

  11. 工業上的應用—計件器 • 警報系統 • 利用焦電型紅外線感測器，可偵測人體幅射出的紅外線，也有些是利用紅外線發射器與接收器之間的接收狀況，來偵測是否有物體的存在。 • 以電子電路偵測紅外線發射與 • 接收之間的阻隔或反射情形來 • 判斷是否有物體通過。 感應照明 物體反射紅外線 物體阻隔紅外線

  12. 紫外線檢測器 以用於引擎控制、太陽紫外線監測、光源校正、紫外光天文學、 火焰感測器、導彈羽流檢測以及空對空安全通信等應用。 這些應用由於其具有高精密性、低功耗及高穩定性等特點，故半導體元件是紫外線感測器的最佳選擇。

  13. 光纖檢測器 光纖感測器是利用光纖，將光源所產生的光波導引至待測區，待測區中物理量，如應力／應變、溫度、折射率…的變化將造成光波特性的變化，分析光波特性的改變，即可推得待測區中物理量之變化。 光纖目前已有廣泛應用於航太、醫學、化學、核電廠管路、石油開採機具、帆船船桅、軌道工程及腐蝕感測等…等各領域。至於工程量測，也有在航太結構的研究，嘗試將光纖埋入機身各部，形成可即時監控的智慧型結構，以增加航空器飛行的安全，或是將光纖鑲埋在橋樑及建築結構體中，作為即時的安全監控系統。

  14. 圖像檢測器 圖像感測器也是採用光電轉換原理﹐它用來攝取平面光學圖像並將其轉換為電子圖像訊號的器件。 第一是將光訊號轉換為電訊號﹔第二是將平面圖象的像素進行點陣取樣。因為圖像檢測器主要用於攝像﹐因此又稱為攝像管。圖像檢測器發展非常迅速﹐從光電攝像管﹑超光電攝像管﹑光導攝像管﹑最新發展的電荷耦合（CCD）圖像檢測器。

  15. 色彩檢測器 色彩感測器主要有三種不同類型，分別為光轉換成光電流、光轉換成類比電壓以及光轉換成數位輸出等，前者僅代表實際光感測器的輸入部分，由於未經處理過的光電流信號相當微弱，因此必須加以放大，以便將它轉換到可使用的位準大小。 在色彩檢測方面，主要有兩種模式- 反射式與穿透式。

  16. 反射式檢測 在進行反射式感測時，色彩感測器會偵測由物體表面所反射的光，這時光源與色彩感測器被安排接近受測目標的表面，由光源，如白熾燈、螢光燈、白光LED或經調整的RGB LED模組等發出的光經表面反射，並透過色彩感測器加以測量。 反射的光進入色彩感測器後會產生R、G、B輸出電壓，透過對這三個 電壓值進行解析，就能決定偵測到的色彩顏色，由於三個輸出電壓會隨著 反射光的強度線性增加，因此色彩感測器也同時測量了物體表面的反射能力。

  17. 穿透式檢測 以穿透式模式運作時，感測器被安排在面對光源處，色彩感測器搭配濾光片的光二極體陣列會將進入光信號轉換成R、G、B光電流，接著放大並轉換為類比電壓。 穿透式感測可以用來決定透明介質，例如玻璃或透明塑膠、液體或氣體的顏色，在這類應用中，光會在進入色彩感測器前經過透明介質，因此透明介質的色彩就可以由色彩感測器的電壓來決定。

  18. Thank you for your attention.

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