專利名稱：具有暗電流校正的光電探測器的制作方法
技術領域：
本發明涉及具有暗電流校正的光電探測器。
技術背景在許多設備中需要用于測量許多波長頻帶中的光的強度的廉價光電探測器。例如，利用紅色、藍色和綠色LED來生成被感知為特定顏色的光的 光源通常利用將LED的輸出維持在預定水平的伺服回路(servo loop)中 的光電探測器來補償老化。這些光電探測器被用于測量各個LED的輸出。 控制器對各個LED的平均電流進行調整，以使測得的輸出維持在由將要生 成的光的感知顏色所確定的目標值。在一種通用型光電探測器中，光電探測器利用被覆蓋以顏料濾波器 (pigment filter)的光電二極管，所述顏料濾波器限制各個光電二極管對 相應波長頻帶中的光作出的響應。來自各個光電二極管的信號被處理，以 提供表示各個LED的輸出的信號。來自各個光電二極管的信號由入射光、 顏料的帶通濾波特性和獨立于到達光電二極管的光的強度水平而存在的各 種背景信號確定。獨立于光的信號通常被稱為"暗電流"。由暗電流產生 的誤差在許多應用中是相當大的；因此，已經開發了針對暗電流進行校正 的方案。此外，去除由暗電流產生的對最終信號的影響改善了光電探測器 的動態范圍，并且因此，光電探測器可用于在更大的光強度范圍上對LED 進行控制。在一種暗電流校正方案中，通過在不存在光時測量光電二極管的輸 出，并且然后在存在光時從由光電二極管產生的信號中減去測得的信號值 來去除由暗電流產生的誤差。在這樣的配置中，光電二極管在結構上是相 同的，而僅僅在覆蓋各個光電二極管的顏料濾波器的類型上不同。在該光 電探測器中還包括另外的光電二極管，該光電二極管被阻擋所有光的不透光層覆蓋。來自此光電二極管的信號然后被從覆蓋有各種顏料濾波器的光 電二極管產生的信號中減去。然而，由于該方案需要另外的掩蔽步驟來提 供覆蓋另外的光電二極管的不透光層，因此該方案大大增加了光電探測器 的成本。發明內容本發明包括具有第一、第二和第三光電二極管的襯底以及第一和第二 顏料濾波器層。第一、第二和第三光電二極管分別產生第一、第二和第三 光電二極管輸出信號，每個光電二極管輸出信號表示入射到相應光電二極 管上的光強度以及獨立于所述光強度的暗電流。第一顏料濾波器層覆蓋第 一光電二極管但不覆蓋第二光電二極管，并且其對于第一波長頻帶中的光 是透光的，而對于第二波長頻帶中的光是不透光的。第二顏料濾波器層覆 蓋第二光電二極管但不覆蓋第一光電二極管。第二顏料濾波器層對于第二 波長頻帶中的光是透光的，而對于第一波長頻帶中的光是不透光的。包括 第一和第二顏料濾波器層的層覆蓋第三光電二極管。輸出電路將第一和第 三光電二極管輸出信號結合來提供第一校正輸出信號，并且將第二和第三 光電二極管輸出信號結合來提供第二校正輸出信號。在本發明的一個方面 中，第一、第二和第三光電二極管具有相同的暗電流。


圖1是利用了顏料濾波器的現有技術光電探測器的截面圖。 圖2是根據本發明的一個實施例的光電探測器的截面圖。圖3是根據本發明的另一實施例的光電二極管的示意圖。 圖4是根據本發明的又一實施例的光電二極管的示意圖。
具體實施方式
參考圖1可以更容易地理解本發明用來提供其優點的方式，圖1是利 用了顏料濾波器的現有技術光電探測器的截面圖。光電探測器20通常是 從在其上制備有4個光電二極管的管芯(die) 21構建的。光電二極管22-24分別用于測量由顏料濾波器25-27確定的三個波長頻帶中的光的強度。光電二極管28被不透光層29覆蓋并用于測量暗電流。通過需要許多掩蔽 和沉積步驟的光刻步驟來應用顏料濾波器。應用層29需要類似的光刻步 驟。現在參考圖2，該圖是根據本發明的一個實施例的光電探測器的截面 圖。在光電探測器30中，覆蓋暗電流探測器28的不透光層被替換為顏料 濾波器的堆疊(stack) 31，這些顏料濾波器與濾波器25-27利用相同的顏 料。來自光電二極管28的信號提供先前利用不透光層29測得的暗電流。 因此，通過從各個其它光電二極管中所產生的信號中減去來自光電二極管 28的信號，可以針對暗電流對光電二極管信號進行校正。現在參考圖3，該圖是根據本發明的另一實施例的光電二極管的示意 圖。光電二極管40利用圖2中示出的芯片來產生3個經過校正的光電二極 管信號47-49。經過校正的信號是通過利用減法電路42-44從各個光電二極 管22-24的輸出中減去光電二極管28的輸出而產生的。本發明的上述實施例假定入射光被限定為處于光譜可見部分的光。特 別地，上述實施例假定入射光中沒有處于光譜紅外部分的光。多數通常使 用的光電二極管對處于光譜紅外部分的光敏感。此外，通常使用的顏料濾 波器除了透射感興趣的波長頻帶中的光以外，還透射處于光譜紅外部分的 光。如果各個顏料濾波器在光譜紅外區中基本是透光的，則圖3示出的配 置還將針對入射光中的任何紅外輻射來進行校正。在這樣的情形下，來自 各個光電二極管的信號還將包括大小等于紅外輻射的分量。由于所有光電 二極管被假定是相同的，因此，減去來自具有堆疊顏料濾波器的光電二極 管的信號也將針對入射光中的紅外分量進行校正。如果顏料濾波器部分地 減弱紅外光，則由圖3所示的實施例提供的校正將僅僅部分地針對入射光 中的紅外分量進行校正。然而，該校正將仍然優于通過利用在用來測量暗 電流的光電二極管上的不透光層提供的校正。應當注意，除了用于沉積其它帶通顏料濾波器的制備步驟之外，本發 明中所利用的暗電流校正濾波器不需要任何新的制備步驟。例如，在光刻 沉積方案中，通過掩蔽其它光電二極管并且然后在所考慮的光電二極管上沉積顏料而為每個光電二極管配置一個顏料濾波器。然后，去除掩模并引 入覆蓋除了下一個光電二極管之外的所有光電二極管的新掩模。然后在未 掩蔽的層上沉積顏料層。重復該過程，直到每個光電二極管被覆蓋有與該 光電二極管對應的顏料為止。通過在用于沉積其它顏料層的每個沉積步驟 期間讓所考慮的光電二極管上的區域未被掩蔽，可以在構建帶通濾波器的 同時構建本發明的暗電流濾波器。因此，不必使用新的掩模和沉積步驟。在本發明的一個實施例中，顏料是通常用于構建光電探測器的紅色、 藍色和綠色顏料。這樣的濾波器用在數碼相機中所使用的成像陣列中，因 此，這里不再詳細論述。本發明的上述實施例利用具有應用于其它光電二極管的所有層的顏料 堆疊來構建不透光層，該不透光層用于保護用于產生暗電流信號的光電二 極管。然而，可以利用比整組顏料濾波器少的濾波器。例如，在某些情況 下，藍色和紅色帶通濾波器的組合可足以不透光，以提供對下層光電二極 管的所需屏蔽。這種更加有限的濾波器堆疊在因維持較厚堆疊的問題而不 能利用較厚的全部顏料濾波器堆疊的情況中是有用的。例如，較厚的濾波器堆疊可能在溫度周期變化期間受到分離(detachment)。應當注意，這種有限的濾波器堆疊層仍然可以在沒有任何新的掩蔽和/ 或沉積步驟的情況下被提供。例如，考慮從濾波器堆疊中省略綠色顏料濾 波器的情況。沉積綠色顏料包括三個步驟。第一步在沒有被最終的光電探 測器中的綠色顏料覆蓋的區域上沉積圖案化的掩模。在第二步中，沉積顏 料，并且最后，在第三步中去除掩模。如果要從堆疊中去除綠色顏料，則 圖案化的掩模被設置使得該掩模延伸到暗電流光電二極管上的區域。本發明的上述實施例利用了在暗電流感測光電二極管和帶通感測光電 二極管二者的結構上相同的光電二極管。然而，也可以利用具有不同尺寸 的光電二極管的實施例。例如，這些光電二極管的面積可以是一個所述光 電二極管的面積的整數倍。在這樣的情況中，需要知道暗電流感測光電二 極管中的暗電流與帶通感測光電二極管中的暗電流的比例。來自暗電流感 測光電二極管的輸出然后可以由適當的放大器或者衰減器按比例地調整以 用于不同結構。現在參考圖4，該圖是根據本發明的又一實施例的光電二極管的示意圖。光電二極管50與上述光電二極管40的不同之處在于光電 二極管28被替換為光電二極管58，光電二極管58與其余的光電二極管具 有不同的結構。在這樣的情況中，光電二極管58的暗電流不同于其余光 電二極管的暗電流；然而，光電二極管58的暗電流具有固定的值，因 此，通過在從各個其它光電二極管的輸出中減去光電二極管58的輸出之 前，利用適當的放大器或衰減器來按比例調整光電二極管58的輸出，仍 然可以利用來自光電二極管58的暗電流來針對來自其它光電二極管的暗 電流進行校正。這樣的按比例調整操作由放大器51-53執行。應當明白， 放大器51-53可具有小于1的增益，即放大器51-53可以是衰減器。上面的論述稱顏料濾波器對各個波長頻帶中的光為"透光"和"不透 光"。理想地，透光層對于相關波長頻帶中的光具有100%的透射率，而 不透光層對于相關波長頻帶中的光具有0%的透射率。然而，應當理解， 在特定應用中，可利用僅僅部分透光或者部分不透光的顏料濾波器，并且 這樣的顏料濾波器仍然提供優于現有技術光電探測器的光電探測器。因 此，術語"透光層"被定義為包括這樣的層，所述層具有足夠的透射率來 允許該層之下的光電二極管在存在一個頻帶中的光的情況下測量相關波長 頻帶中的光，其中，即使所述層在被認為是不透光的所述一個頻帶中具有 一定的透射率，所述層在所述一個頻帶中也被認為是不透光的。特別地， 術語"透光層"包括透射率大于60%的層。同樣，術語"不透光層"被定 義為包括透射率小于30。％的層。根據前面的描述和附圖，對于本領域技術人員來說，本發明的各種修 改將變得很明顯。因此，本發明完全由下面的權利要求來限定。
權利要求
1.一種光電探測器，該光探測器包括襯底，其具有第一、第二和第三光電二極管，所述第一、第二和第三光電二極管分別產生第一、第二和第三光電二極管輸出信號，每個光電二極管輸出信號表示入射到相應光電二極管上的光強度；第一顏料濾波器層，其覆蓋所述第一光電二極管但不覆蓋所述第二光電二極管，所述第一顏料濾波器層對于第一波長頻帶中的光是透光的，而對于第二波長頻帶中的光是不透光的；第二顏料濾波器層，其覆蓋所述第二光電二極管但不覆蓋所述第一光電二極管，所述第二顏料濾波器層對于所述第二波長頻帶中光是透光的，而對于所述第一波長頻帶中的光是不透光的；包括所述第一和第二顏料濾波器層的層，其覆蓋所述第三光電二極管；以及輸出電路，其將所述第一和第三光電二極管輸出信號結合來提供第一校正輸出信號，并且將所述第二和第三光電二極管輸出信號結合來提供第二校正輸出信號。
2. 如權利要求1所述的光電探測器，其中，所述輸出電路從所述第一 和第二光電二極管輸出信號中減去是所述第三光電二極管輸出信號的倍數 的信號。
3. 如權利要求1所述的光電探測器，其中，所述第一、第二和第三光 電二極管的面積是所述光電二極管中的一個的面積的整數倍。
4. 如權利要求1所述的光電探測器，還包括第四光電二極管和第三顏 料濾波器層，所述第三顏料濾波器層覆蓋所述第四光電二極管但不覆蓋所 述第一和第二光電二極管，所述第四光電二極管產生第四光電二極管輸出 信號，所述第四光電二極管輸出信號表示入射到所述第四光電二極管上的 光強度和獨立于所述光強度的暗電流，其中，所述輸出電路還將所述第三 和第四光電二極管輸出信號結合來提供第三校正輸出信號。
5. 如權利要求4所述的光電探測器，其中，所述第三校正輸出信號被針對所述暗電流而校正。
6. 如權利要求4所述的光電探測器，其中，所述第三顏料濾波器層還覆蓋所述第三光電二極管。
7. 如權利要求1所述的光電探測器，其中，所述光電二極管中的每一 個在所述光電二極管沒有接收到光的情況下產生暗電流，并且其中，所述 第一和第二輸出信號比所述第一和第二光電二極管輸出信號更少地依賴于所述暗電流。
8. —種用于確定多個光譜頻帶的每一個中的光信號的光強度的方法，所述方法包括以下步驟提供第一、第二和第三光電二極管，所述第一、第二和第三光電二極 管分別產生第一、第二和第三光電二極管輸出信號，每個光電二極管輸出信號表示入射到相應光電二極管上的光強度；提供第一顏料濾波器層，所述第一顏料濾波器層覆蓋所述第一光電二 極管但不覆蓋所述第二光電二極管，所述第一顏料濾波器層對于第一波長 頻帶中的光是透光的，而對于第二波長頻帶中的光是不透光的；提供第二顏料濾波器層，所述第二顏料濾波器層覆蓋所述第二光電二 極管但不覆蓋所述第一光電二極管，所述第二顏料濾波器層對于所述第二 波長頻帶中的光是透光的，而對于所述第一波長頻帶中的光是不透光的；提供包括所述第一和第二顏料濾波器層的層，該層覆蓋所述第三光電 二極管；并且將所述第一和第三光電二極管輸出信號結合來提供對所述第一波長頻 帶中的所述光強度的估計，并且將所述第二和第三光電二極管輸出信號結 合來提供對所述第二波長頻帶中的所述光強度的估計。
9. 如權利要求8所述的方法，其中，所述第一、第二和第三光電二極管的面積是所述光電二極管中的一個的面積的整數倍。
10. 如權利要求8所述的方法，還包括提供第四光電二極管和第三顏 料濾波器層，所述第三顏料濾波器層覆蓋所述第四光電二極管但不覆蓋所 述第一和第二光電二極管，所述第四光電二極管產生第四光電二極管輸出 信號，所述第四光電二極管輸出信號表示入射到所述第四光電二極管上的光強度和獨立于所述光強度的暗電流，所述第三顏料濾波器層在第三波長 頻帶中是透光的，其中，所述方法還所述第三和第四光電二極管輸出信號 結合來提供對所述第三波長頻帶中的光強度的估計。
11. 如權利要求io所述的方法，其中，所述對所述第三波長頻帶中的 所述光強度的估計被針對所述暗電流而校正。
12. 如權利要求IO所述的方法，其中，所述第三顏料濾波器層還覆蓋 所述第三光電二極管。
13. 如權利要求8所述的方法，其中，所述光電二極管中的每一個在所述光電二極管沒有接收到的光的情況下產生暗電流，并且其中，所述對 所述第一和第二波長頻帶中的所述光強度的估計比所述第一和第二光電二 極管輸出信號更少地依賴于所述暗電流。
14. 一種用于制備光電探測器的方法，該方法包括以下步驟 提供襯底，所述襯底具有第一、第二和第三光電二極管，所述第一、第二和第三光電二極管分別產生第一、第二和第三光電二極管輸出信號，每個光電二極管輸出信號表示入射到相應光電二極管的光強度；沉積第一顏料濾波器層，所述第一顏料濾波器層覆蓋所述第一光電二 極管和所述第三光電二極管但不覆蓋所述第二光電二極管，所述第一顏料 濾波器層對于第一波長頻帶中的光是透光的，而對于第二波長頻帶中的光是不透光的；沉積第二顏料濾波器層，所述第二顏料濾波器層覆蓋所述第二光電二 極管和所述第三光電二極管但不覆蓋所述第一光電二極管，所述第二顏料 濾波器層對于所述第二波長頻帶中的光是透光的，而對于所述第一波長頻 帶中的光是不透光的。
15. 如權利要求14所述的方法，其中，所述襯底還包括輸出電路，所 述輸出電路將所述第一和第三光電二極管輸出信號結合來提供第一校正輸 出信號，并且將所述第二和第三光電二極管輸出信號結合來提供第二校正 輸出信號。
16. 如權利要求14所述的方法，其中，所述第一、第二和第三光電二 極管的面積是所述光電二極管中的一個的面積的整數倍。
17. 如權利要求15所述的方法，其中，所述襯底還包括第四光電二極管和第三顏料濾波器層，所述第三顏料濾波器層覆蓋所述第四光電二極管 但不覆蓋所述第一和第二光電二極管，所述第四光電二極管產生第四光電 二極管輸出信號，所述第四光電二極管輸出信號表示入射到所述第四光電 二極管上的光強度和獨立于所述光強度的暗電流，其中，所述輸出電路還 將所述第三和第四光電二極管輸出信號結合來提供第三校正輸出信號。
18. 如權利要求17所述的方法，其中，所述第三校正輸出信號被針對 所述暗電流而校正。
19. 如權利要求17所述的方法，其中，所述第三顏料濾波器層還覆蓋 所述第三光電二極管。
20. 如權利要求14所述的方法，其中，所述光電二極管中的每一個在 所述光電二極管沒有接收到光的情況下產生暗電流，并且其中，所述第一 和第二輸出信號比所述第一和第二光電二極管輸出信號更少地依賴于所述 暗電流。
全文摘要
本發明公開了光電探測器以及用于制造該光電探測器的方法。該光電探測器包括具有第一、第二和第三光電二極管的襯底以及第一和第二顏料濾波器層。第一、第二和第三光電二極管分別產生第一、第二和第三光電二極管輸出信號，每個光電二極管輸出信號表示入射到相應光電二極管上的光強度以及獨立于所述光強度的暗電流。第一和第二顏料濾波器層覆蓋第一和第二光電二極管，而包括第一和第二顏料濾波器層的層覆蓋第三光電二極管。輸出電路將第一和第三光電二極管輸出信號結合來提供第一校正輸出信號，并且將第二和第三光電二極管輸出信號結合來提供第二校正輸出信號。
文檔編號H01L27/144GK101276827SQ20081008807
公開日2008年10月1日 申請日期2008年3月31日 優先權日2007年3月29日
發明者陳吉恩, 陳文杰, 陳范顯 申請人:安華高科技Ecbu Ip(新加坡)私人有限公司