适用于光电探测器的颜色均一性调节方法与流程

1.本发明涉及一种调节方法，尤其是一种适用于光电探测器的颜色均一性调节方法。


背景技术：

2.光电探测器是一种将光信号转化为电信号的探测器件，被广泛的应用于光纤通讯系统、成像系统等领域。在光电探测器的制备过程中，通过光刻、刻蚀和注入等工艺，会形成不同的功能区域，包括有光敏区、场区、金属接触区和外围环区等。不同的区域由于制备的工艺过程不同，导致衬底上薄膜材料的厚度和折射率有明显的差异，进一步导致器件表面不同区域在观察时呈现出不同的颜色，这严重影响了光电探测器的外观，特别是对于面积较大的光电器件芯片。


技术实现要素：

3.本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种适用于光电探测器的颜色均一性调节方法，其在不同角度观察下，能使得光电探测器表面颜色一致，提高光电探测器的观测时的一致性。
4.按照本发明提供的技术方案，所述适用于光电探测器的颜色均一性调节方法，提供光电探测器，所述光电探测器包括器件衬底、制备于所述器件衬底上方的器件第一材料层以及制备于所述器件第一材料层上的器件第二材料层；利用分布于光敏面区域内的器件第一材料层及器件第二材料层能形成光电探测器的光敏面；所述颜色均一性调节方法包括如下步骤：
5.步骤1、根据光电探测器的性能指标，确定光敏面区域内器件第一材料层、器件第二材料层相对应的光敏条件参数，所述光敏条件参数包括器件第一材料层的厚度以及器件第二材料层的厚度；
6.步骤2、根据上述确定光敏条件参数，计算在第一观察角度下的光敏面对应的第一观察角度下光敏面rgb值以及在第一观察角度下非光敏面内不同厚度器件第一材料层时对应的第一观察角度下非光敏面rgb值；
7.步骤3、对上述计算得到的第一观察角度下光敏面rgb值与多个第一观察角度下非光敏面rgb值，分别确定第一观察角度下非光敏面rgb值与第一观察角度下光敏面rgb值相应的第一观察角度下色差值，根据所有小于第一观察角度下色差阈值的色差值确定非光敏面区域内器件第一材料层的第一观察角度下的厚度取值范围；
8.步骤4、根据上述确定光敏条件参数，计算在第二观察角度下的光敏面对应的第二观察角度光敏面rgb值以及在第二观察角度下非光敏面内不同厚度器件第一材料层时对应的第二观察角度下非光敏面rgb值；
9.步骤5、对上述计算得到的一第二观察角度光敏面rgb值与多个第二观察角度非光敏面rgb值，分别确定第二观察角度下非光敏面rgb值与第二观察角度下光敏面rgb值相应
的第二观察角度下色差值，根据所有小于第二观察角度色差阈值的色差值确定非光敏面区域内器件第一材料层的第二观察角度下的厚度取值范围；
10.步骤6、根据上述非光敏面区域内器件第一材料层的第一观察角度下的厚度取值范围与非光敏面区域内器件第一材料层的第二观察角度下的厚度取值范围，选定非光敏面区域内器件第一材料层的厚度值。
11.所述光电探测器为硅基光电器件、ingaas光电器件、gaas光电器件、gan光电器件、inp光电器件、ingaasn光电器件或algaas光电器件。
12.所述器件第一材料层的材料包括氮化硅、氧化硅、氧化铪、氧化钛、掺氧多晶硅或聚酰亚胺。
13.所述器件第二材料层的材料包括氮化硅、氧化硅、氧化铪、氧化钛、掺氧多晶硅或聚酰亚胺。
14.所述光敏参数条件还包括器件第一材料层的折射率以及器件第二材料层的折射率。
15.步骤2至步骤5中，固定所述器件第一材料层的折射率；步骤6中，选择非光敏面区域内器件第一材料层的厚度值时，在可选厚度范围内选择厚度最大值作为非光敏面区域内器件第一材料层的厚度值。
16.所述第一观察角度为0
°
，所述第二观察角度为45
°
。
17.本发明的优点：根据上述非光敏面区域内器件第一材料层的第一观察角度下的厚度取值范围与非光敏面区域内器件第一材料层的第二观察角度下的厚度取值范围，选定非光敏面区域内器件第一材料层的厚度值，根据选定非光敏面区域内器件第一材料层的厚度值能保证在第一观察角度下以及第二观察角度下光电探测器颜色均一性的要求，提高光电探测器的观测时的一致性。
附图说明
18.图1为本发明光电探测器的一种示意图。
19.图2为本发明在第一观察角度下器件第二材料层与不同厚度器件第一材料层时的rgb值的示意图。
20.图3为本发明第一观察角度下非光敏面rgb值与第一观察角度下光敏面rgb值相应的第一观察角度下色差值与不同厚度器件第一材料层的关系图。
21.图4为本发明第一观察角度下与第二观察角度下的色差与厚度分布示意图。
22.附图标记说明：1
‑
器件衬底、2
‑
器件第一材料层、3
‑
器件第二材料层以及4
‑
器件电极。
具体实施方式
23.下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
24.本技术领域人员可知，光电探测器的颜色由光源、器件的结构和观察者所共同决定的。光源经过物理反射或透射进入人眼的颜色三刺激值xyz的计算公式为：
[0025][0026]
其中，s(λ)为光源相对功率，一般采用标准太阳光谱或者光电探测器所在环境的光谱。p(λ，θ)为光电探测器的反射谱或透射谱，可以采用麦克斯韦方程组求解获得，或者通过实验拉偏测试获得。x(λ)、y(λ)和z(λ)分别为标准观察者视觉特性的光源色三刺激值，一般常用cie1931或者1964标准色度学系统。k为调整因数，目的是将s(λ)的亮度y调整为100，因此，k的计算公式为：
[0027][0028]
根据光电探测器的颜色三刺激值xyz，可以计算出光电探测器的色度坐标为：
[0029][0030]
由上述可以明显得到，x y z＝1，因此，(x，y)被定义为光电探测器色的色度坐标，结合亮度y，可以表示光电探测器的颜色和亮度情况。为了更加直观的显示出光电探测器的颜色特性，可将光电探测器的颜色先从xyz空间上转换到rgb空间，然后使用gamma(x)公式转化到rgb空间，最后将rgb通过取整函数floor(x)转化到0～255之间的整数。具体计算公式如下：
[0031][0031][0032]
其中
[0033][0034][0035]
通过以上公式可以计算得出不同条件下光电探测器在不同区域最终所呈现的颜色会随着各层材料条件的变化，颜色呈现逐渐的变化过程，不同条件的颜色很难完全相同，因此，想实现颜色完全的一致是不可能实现的。结合实际使用过程，由于边缘区域所占面积较小，两个区域颜色相近情况下，观察时就较难发现颜色的差异情况。因此，本发明实施例
中，所述的中颜色均一性指在观察者角度而言较难区分颜色的差异。
[0036]
上述确定光电探测器的rgb值的具体过程与现有相一致，具体计算方式以及过程均为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0037]
在不同角度观察下，为了能使得光电探测器表面颜色一致，提高光电探测器的观测时的一致性，本发明的颜色均一性调节方法，具体地，提供光电探测器，所述光电探测器包括器件衬底1、制备于所述器件衬底1上方的器件第一材料层2以及制备于所述器件第一材料层2上的器件第二材料层3；利用分布于光敏面区域内的器件第一材料层2及器件第二材料层3能形成光电探测器的光敏面；
[0038]
本发明实施例中，所述光电探测器为硅基光电器件、ingaas光电器件、gaas光电器件、gan光电器件、inp光电器件、ingaasn光电器件或algaas光电器件，根据光电探测器类型的不同，器件衬底1选用不同的材料，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。所述器件第一材料层2的材料包括氮化硅、氧化硅、氧化铪、氧化钛、掺氧多晶硅或聚酰亚胺。所述器件第二材料层3的材料包括氮化硅、氧化硅、氧化铪、氧化钛、掺氧多晶硅或聚酰亚胺。
[0039]
光电探测器的具体实施结构可以根据需要选择，光电探测器的具体结构确定后，在器件衬底1上制备得到器件第一材料层2、器件第二材料层3以及器件电极4与器件衬底1的关系，以及具体制备工艺过程均为可根据实际需要选择，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。一般地，光敏面位于光电探测器的中心区域，非光敏面为位于光敏面外圈的边缘区域，具体与现有相一致，此处不再赘述。
[0040]
图1中，器件第二材料层3覆盖在器件第一材料层2上，器件第二材料层3的厚度可以为0，即仅有器件第一材料层2。光电探测器表面的颜色是由器件衬底1、器件第一材料层2以及器件第二材料层3所共同决定的。对边缘区域和中间光敏区域，对于器件第一材料层2和器件第二材料层3的厚度有明显的差异，因此，在不经过特殊设计的情况下，边缘区域(非光敏面区域)与中间光敏区域的颜色会出现明显的差异，即光敏面与非光敏面相对应的颜色会出现明显差异。
[0041]
具体实施时，所述颜色均一性调节方法包括如下步骤：
[0042]
步骤1、根据光电探测器的性能指标，确定光敏面区域内器件第一材料层2、器件第二材料层3相对应的光敏条件参数，所述光敏条件参数包括器件第一材料层2的厚度以及器件第二材料层3的厚度；
[0043]
本发明实施例中，光电探测器的性能指标包括对光谱响应度以及对颜色的要求，所述光敏参数条件还包括器件第一材料层2的折射率以及器件第二材料层3的折射率。对于一光电探测器，当性能指标确定后，光敏面区域内器件第一材料层2以及器件第二材料层3的厚度保持固定，而非光敏面区域内器件第一材料层2的厚度可以调节，器件第二材料层3的厚度也保持固定，从而根据调节器件第一材料层2的厚度能满足颜色均一性的需求。
[0044]
步骤2、根据上述确定光敏条件参数，计算在第一观察角度下的光敏面对应的第一观察角度下光敏面rgb值以及在第一观察角度下非光敏面内不同厚度器件第一材料层2时对应的第一观察角度下非光敏面rgb值；
[0045]
具体地，上述确定的光敏参数，即为器件第一材料层2的折射率、器件第二材料层3的折射率以及器件第二材料层3的厚度。由上述说明可知，在确定观察角度后，能计算得到在第一观察角度下的光敏面对应的第一观察角度下光敏面rgb值以及在第一观察角度下非
光敏面内不同厚度器件第一材料层2时对应的第一观察角度下非光敏面rgb值，其中，计算得到第一观察角度下光敏面rgb值，以及不同器件第一材料层2厚度时的第一观察角度下非光敏面rgb值，具体计算过程参考上述说明，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0046]
步骤3、对上述计算得到的第一观察角度下光敏面rgb值与多个第一观察角度下非光敏面rgb值，分别确定第一观察角度下非光敏面rgb值与第一观察角度下光敏面rgb值相应的第一观察角度下色差值，根据所有小于第一观察角度下色差阈值的第一观察角度下色差值确定非光敏面区域内器件第一材料层2的第一观察角度下的厚度取值范围；
[0047]
具体地，在得到第一观察角度下的光敏面rgb值与多个第一观察角度下非光敏面rgb值后，分别计算每个第一观察角度下非光敏面rgb值与第一观察角度下光敏面rgb值相对应的色差值，即得到多个第一观察角度下色差值，具体得到色差值的具体过程可以参考下述具体实施例中的说明。将得到的第一观察角度下色差值与预先设定的第一观察角度下色差阈值比较，第一观察角度下色差阈值具体可以根据光电探测器的性能指标以及实际要求确定，具体以能满足颜色均一性为准。
[0048]
利用第一观察角度下色差阈值对得到的多个第一观察角度下色差值筛选后，将所有小于第一观察角度下色差阈值的第一观察角度下色差值确定非光敏面区域内器件第一材料层2的第一观察角度下的厚度取值范围。具体地，在任一第一观察角度下色差值小于第一观察角度下色差阈值时，能得到根据所述第一观察角度下色差值相对应器件第一材料层2的厚度，从而根据多个小于第一观察角度下色差阈值的第一观察角度下色差值，能确定非光敏面区域内器件第一材料层2的第一观察角度下的厚度取值范围。
[0049]
步骤4、根据上述确定光敏条件参数，计算在第二观察角度下的光敏面对应的第二观察角度光敏面rgb值以及在第二观察角度下非光敏面内不同厚度器件第一材料层2时对应的第二观察角度下非光敏面rgb值；
[0050]
具体地，重复上述步骤，能得到在第二观察角度下的光敏面对应的第二观察角度光敏面rgb值以及在第二观察角度下非光敏面内不同厚度器件第一材料层2时对应的第二观察角度下非光敏面rgb值。
[0051]
对于光电探测器，在观察角度不同时会呈现出不同的颜色，因此，为了器件最终呈现出一致的颜色，不仅仅需要考虑垂直观察(0
°
)时颜色的一致性，还需要考虑观察角度较大时颜色的一致情况。结合实际的使用情况，认为常见最大的观察角度为45
°
。因此在分析计算器件的颜色时，需要考虑入射角为45
°
时的器件表面颜色一致的情况。
[0052]
本发明实施例中，所述第一观察角度为0
°
，所述第二观察角度为45
°
；当第一观察角度为0
°
时，即垂直观察光敏面的角度，第二观察角度为45
°
，即偏离第一观察角度为45
°
的观察。
[0053]
步骤5、对上述计算得到的第二观察角度光敏面rgb值与多个第二观察角度非光敏面rgb值，分别确定第二观察角度下非光敏面rgb值与第二观察角度下光敏面rgb值相应的第二观察角度下色差值，根据所有小于第二观察角度色差阈值的色差值确定非光敏面区域内器件第一材料层2的第二观察角度下的厚度取值范围；
[0054]
具体地，具体根据所有小于第二观察角度色差阈值的色差值确定非光敏面区域内器件第一材料层2的第二观察角度下的厚度取值范围的过程可以参考上述说明，此处不再赘述。第二观察角度色差阈值的具体取值可以参考第一观察角度色差阈值的说明，此处不
再赘述。
[0055]
步骤6、根据上述非光敏面区域内器件第一材料层2的第一观察角度下的厚度取值范围与非光敏面区域内器件第一材料层2的第二观察角度下的厚度取值范围，选定非光敏面区域内器件第一材料层2的厚度值。
[0056]
具体实施时，步骤2至步骤5中，固定所述器件第一材料层2的折射率，即器件第一材料层2的折射率保持不变，仅调节器件第一材料层2的厚度；步骤6中，选择非光敏面区域内器件第一材料层2的厚度值时，在可选厚度范围内选择厚度最大值作为非光敏面区域内器件第一材料层2的厚度值。
[0057]
一般地，当第一观察角度下的厚度取值范围与第二观察角度下的厚度取值范围有重叠取值区间时，即所述重叠取值区间即为可选取值范围。而第一观察角度下的厚度取值范围与第二观察角度下的厚度取值范围不存在重叠取值区间时，则可选范围为第一观察角度下的厚度取值范围的最大值或第二观察角度下的厚度取值范围的最小值，或者，第一观察角度下的厚度取值范围的最小值或第二观察角度下的厚度取值范围的最大值；具体地，当第一观察角度小于第二观察角度时，所述可选取值范围选择第一观察角度下的厚度取值范围的最大值或第二观察角度下的厚度取值范围的最小值，其中，优选第一观察角度下的厚度取值范围的最大值，具体与第一观察角度下的厚度取值范围与第二观察角度下的厚度取值范围实际取值范围相关，具体取值以尽可能同时满足第一观察角度下的厚度、第二观察角度下的厚度为准，此时，能最大程度地满足光电探测器的颜色均一性。
[0058]
此外，本技术领域人员周知，在获取rgb值时，可直接绘制出相应的颜色。从而在得到第一观察角度下的光敏面对应的第一观察角度下光敏面rgb值以及在第一观察角度下非光敏面内不同厚度器件第一材料层2时对应的第一观察角度下非光敏面rgb值后，根据rgb的数值绘制出不同条件时的颜色，感觉主观的颜色对比进行范围的选择；对于第二观察角度下的情况，可以采用类似的方式，能根据颜色比对的情况最终确定相应的厚度取值范围，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0059]
下面对具体颜色均一性调节的过程进行实例说明。
[0060]
器件衬底1选用硅衬底，器件第一材料层2选用氧化硅材料，器件第二材料层3采用的是氮化硅材料。根据光电探测器的使用需求，光敏面上的器件第一材料层2的厚度为40nm，器件第二材料层3的厚度为80nm，此时的厚度取值确保器件的光电性能达到使用需求，光敏面上的颜色为浅蓝色，在0
°
的观察角度下，光敏面对应的rgb的值为(123，154，170)，即上述第一观察角度下光敏面rgb值为(123，154，170)。
[0061]
为了避免制备工艺的繁琐，光电探测器仅通过一次工艺步骤，在不同区域制备出相同条件的氮化硅，即器件第二材料层3的厚度保持相同。因此，仅能通过改变下层的器件第一材料层2的条件对颜色进行调节。在器件第二材料层3的厚度为80nm时，不同厚度器件第一材料层2在0
°
观察角度下相应的rgb值如图2所示。图2中，横坐标为器件第一材料层2的厚度值，纵坐标为在0
°
观察角度下的整个光电探测器的rgb值。
[0062]
当非光敏面区域器件第一材料层2厚度不同时，得到多个第一观察角度下非光敏面rgb值，分别确定第一观察角度下非光敏面rgb值与第一观察角度下光敏面rgb值相应的第一观察角度下色差值，根据所有小于第一观察角度下色差阈值的第一观察角度下色差值确定非光敏面区域内器件第一材料层2的第一观察角度下的厚度取值范围，其中，器件第一
材料层2的厚度为780～860nm，即边缘区的器件第一材料层2厚度选择780～860nm时，边缘区域的颜色与光敏面的颜色基本相同，因此，仅考虑垂直入射(0
°
)时，边缘区内器件第一材料层2的厚度在780～860nm区间内都可适用。
[0063]
为了能够从数值上分析两者颜色的色差情况，可通过以下公式计算出两个颜色(r1、g1、b1)与(r2、g2、b2)的色差值c，计算公式如下所示：
[0064][0065]
其中，(r1、g1、b1)为在0
°
观察角度下光敏面对应的rgb值，(r2、g2、b2)为在0
°
观察角度下器件第一材料层2不同厚度下对应非光敏面(边缘区)的rgb值。当然，具体实施时，还可以采用其他常用的计算方式计算得到色差值，具体可以根据实际需要选择。
[0066]
当光敏面rgb为(123，154，170)时，不同厚度下计算得到的色差如图3所示，图3中，横坐标为器件第一材料层2的厚度，横坐标为色差值。根据颜色对比观察的结果，认为色差c小于50时即可认为颜色与对比颜色相一致，即此时第一观察角度下色差阈值为50。器件第一材料层2厚度在780～860nm之间时，计算得到的色差值c在20～40之间，表明该区间内的光敏参数条件都能够实现垂直观察(0
°
)时，光电探测器件边缘的颜色与器光敏面上的颜色是一致的。
[0067]
为了实现宽观察角度颜色均一的要求，对观察角度为45
°
进行了颜色与色差值计算，45
°
即为第二观察角度。观察角度从0
°
到45
°
变化时，由于光敏面上材料的厚度较薄，光敏面的颜色基本上不会发生变化，当观察角度为45
°
时，光敏面对应的rgb值从(123，154，170)变化为(112，152，176)。观察角度为0
°
和45
°
，不同器件第一材料层2厚度下，边缘颜色(非光敏面颜色)与光敏面颜色的色差值c的计算结果如图4所示。
[0068]
根据图4可以得到，观察角度0
°
时，器件第一材料层2的厚度取值范围780～860nm；在观察角度为45
°
时，出现了非常大的色差，反而是器件第一材料层2的厚度范围在880～1000nm时有较小色差值，即此时第二观察角度下的厚度取值范围为880～1000nm，此时，第一观察角度下的厚度取值范围与第二观察角度下的厚度取值范围不存在重叠取值区间。
[0069]
因此，为了实现宽角度颜色均一性的要求，需要在观察角度0
°
时选出待选条件，如780～860nm，然后选取待选条件中最大的一组作为器件边缘处器件第一材料层2的厚度条件，即器件第一材料层2的厚度选择为860nm，当器件第一材料层2的厚度选择860nm时，也接近在观察角度为45
°
时的厚度取值范围880～1000nm。为了能够满足光电器件量产的需求，器件第一材料层2厚度的厚度可以为850
±
20nm，此时，在观察角度为0
°
时以及观察角度为45
°
时，均能尽可能地满足光电探测器的颜色均一性。
[0070]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存
在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0071]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。