一种新型的一维光点位置传感器的研究

摘要

光点位置传感器是光学测量系统中最为核心的部件之一。它在工业检测、军事、科研等领域都有着广泛的应用，并且也是数码相机、扫描仪等电子产品重要的部件。目前，国内对光点位置传感器的研究不足，更没有形成产业化，其核心技术被国外少数大公司垄断。为此，本文提出了一种新型的一维光点位置传感器的设计原理，具有工艺简单、成本低、适合大规模生产等优点。主要内容有：
　　设计部分：利用CdS薄膜优越的光电导特性，本文首次提出一种新型一维光点位置传感器的结构设计。理论计算出入射光点的位置与测试端输出电压的关系。分析发现，光点的位置与测试端输出电压值成正比关系。误差分析还发现，测量误差与器件的长度成反比，与入射光点的直径成正比，与光点位置到器件几何中心的距离成正比，且在器件两端位置达到最大值，最大值为光点的半径大小。
　　CdS薄膜研究部分：本文研究了做为新器件最重要的CdS薄膜的性质。采用磁控溅射的方法制备CdS薄膜，并在200℃、300℃、400℃、500℃下分别进行50min的退火处理。SEM扫描发现退火处理后的CdS薄膜成膜质量更好。通过SEM测得CdS薄膜厚度为10μm，计算出CdS薄膜的溅射速率为7.5μm/h。通过探针I-V测试表明，400℃退火处理下，CdS薄膜的光电导特性最为优异，光电流与暗电流之比可达2134.8。
　　新型一维光点位置传感器样品制备与测试过程：选择一系列合适的工艺制备了新型一维光点位置传感器样品，其中CdS薄膜和A1膜分别进行了400℃下50min和30min的退火处理。A1腐蚀效果不佳，但通过探针测试CdS薄膜多点位置在无光背景下和激光照射下的I-V曲线间接证明了新型-维光点位置传感器设计原理的可行性。在器件设计上，可以增加一层光折射率为1.581、厚度为84nm的抗反射膜可以最大程度减少入射信号光点的能量损失；在工艺上，首先可采用控制性好的干法刻蚀取代不易控制的湿法腐蚀，可以获得预期的A1电极图形；测试方法上，通过在新型一维光点位置传感器的两端各接入一个r1、r2的大电阻，可以使得误差减小r1_+r2+1倍。