包含受光PN结和输出三极管的光敏器件及其构成的光电镊的制作方法

本发明涉及光电镊器件领域，更具体的说是包含受光pn结和输出三极管的光敏器件及其构成的光电镊。

背景技术：

1、光电镊器件通常要求光敏层的光照区域的电阻率低于中间介质的电阻率。对于某些低阻抗的中间介质，需要有光照时阻抗更低的光敏材料，这对于单一的光敏材料来说是一种挑战，针对上述挑战，通常的解决办法是用光电晶体管整列充当光敏材料。类似于专利号为cn10722074b 的专利公开了一种光电晶体管及其构成的光电镊器件，所述专利的npn型光电晶体管由n型集电区，p型基区以及n型发射区构成，该光电晶体管的基极是悬空的，在集电极和发射极之间施加电压，得益于光电晶体管的电流增益，光照时的晶体管有很低的电阻率，所述电阻率可以低于一些低电阻率的中间介质，从而电压降主要在所述低阻抗中间介质上，从而导致介电泳力以从总中间介质中的物体；不同于单一的光敏材料，没有光照的晶体管在发射极和基极施加电极时会有电流通过，这种无光照的暗态电流表现为光电晶体管整体的电阻率降低；光电晶体管的暗态电流与电流增益相关，当光电晶体管的电流增益很大时，光电晶体管的光照电流和暗态电流同时变得很大，表现为晶体管的光照阻抗和暗态阻抗都变得很低；光电镊的操纵通常要求光照时的光敏层电阻率低于中间介质的电阻率，同时未受光照的区域电阻率很大，这样才能由不均匀电场激发介电泳力实现操纵；基于上述原因光电晶体管通常无法在保证大的光态电流的同时保证小的暗电流。

2、如上述的npn型光电晶体管特性，因此需要有一种可以解决上述问题的技术。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中，光电晶体管无法在保证大的光态电流的同时保证小的暗电流的问题。

2、为此，采用的技术方案是，本发明包含受光pn结和输出三极管的光敏器件及其构成的光电镊，包括器件，器件包括上电极、下电极、中间介质和光敏层，上电极和下电极之间设置有中间介质和光敏层。

3、优选的，所述的上电极和下电极之间施加交流电压；

4、受光pn 结包括n区、耦合区域的p区和光吸收层；

5、输出三极管包括耦合区域的集电区、基区、发射区和金属层；

6、耦合区域同时是受光pn结和输出三极管的耦合区；受光pn结和输出三极管构成一个独立的光敏器，所述光敏层中光敏器阵列位于支撑层之上，每个光敏器之间被绝缘阻挡件阻隔，受光pn结通过光吸收层与中间介质接触，输出三极管通过金属层与中间介质接触。

7、优选的，所述金属层使输出三极管的发射区和中间介质导电接触。

8、优选的，所述的绝缘阻挡件之间的距离是5um—20um，光敏器被绝缘阻挡件隔离，绝缘阻挡件的材质是绝缘材质。

9、优选的，所述的金属层的厚度是500nm—2um,所述金属层覆盖输出三极管的全部区域。

10、优选的，所述的支撑层是n型掺杂的半导体，耦合区域是n型掺杂的半导体，受光pn结的耦合区域的p区是p型掺杂的半导体，输出三极管的基区是p型掺杂的半导体，输出三极管的发射区是n型掺杂的半导体。

11、优选的，所述的支撑层的厚度是3um—20um。

12、优选的，所述的耦合区域包含横向部分和纵向部分，耦合区域的纵向部分与光吸收层接触；所述的光吸收层的纵向部分宽度是200nm—1um。

13、优选的，所述的n型或者p型的掺杂均是与之相反的极性。

14、优选的，所述的光电镊包括第一电极，介质，内光敏层和第二电极，在第一电极和第二电极之间施加电压；内光敏层由包含受光pn结和输出三极管的光敏器件阵列组成；

15、内光敏层的电阻率大于介质的电阻率，图案化的光源透过第一电极和介质施加在内光敏层的区域时，区域的电阻率降低，施加光照的区域的电阻率小于介质的电阻率，在光照范围内的电压施加在介质上，同时内光敏层未受光照的区域保持高的电阻率，光照在介质引起了不均匀的电场，该不均匀电场导致的介电泳力使介质中的微纳物体发生移动。

16、本发明的有益效果为：一种包含受光pn结和输出三极管的光敏器件及其构成的光电镊，这种光敏器件可以在有较大光电流的同时有保持较低的暗态电流；这种光敏器件阵列可以作为光电镊器件的光敏层，这种光敏器件阵列可以保证在光照时有低电阻率的同时保证大的暗态电阻率，这种特性给光电镊器件提供了更好的操纵效果。

17、本发明通过将光电三极管的电流放大作用和光吸收功能解耦合，光吸收通过光电二极管实现，放大作用利用晶体管实现；相较于传统光电三极管可以实现电流放大和光暗电流比这两个参数相对独立的调控。

18、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

19、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.包含受光pn结和输出三极管的光敏器件，其特征在于：包括器件（200），器件（200）包括上电极（210）、下电极（220）、中间介质（240）和光敏层（200a），上电极（210）和下电极（220）之间设置有中间介质（240）和光敏层（200a）。

2.根据权利要求1所述的包含受光pn结和输出三极管的光敏器件，其特征在于：所述的上电极（210）和下电极（220）之间施加交流电压（230）；

3.根据权利要求2所述的包含受光pn结和输出三极管的光敏器件，其特征在于：所述光吸收层（207）将受光pn结耦合区域（202）的p区和中间介质（240）电绝缘隔离；所述金属层（208）使输出三极管的发射区（205）和中间介质（240）导电接触。

4.根据权利要求2所述的包含受光pn结和输出三极管的光敏器件，其特征在于：所述的绝缘阻挡件（206）之间的距离是5um—20um，光敏器被绝缘阻挡件（206）隔离，绝缘阻挡件（206）的材质是绝缘材质。

5.根据权利要求2所述的包含受光pn结和输出三极管的光敏器件，其特征在于：所述的金属层（208）的厚度是500nm—2um,所述金属层（208）覆盖输出三极管的全部区域。

6.根据权利要求2所述的包含受光pn结和输出三极管的光敏器件，其特征在于：所述的支撑层（201）是n型掺杂的半导体，耦合区域（202）是n型掺杂的半导体，受光pn结的耦合区域（202）的p区是p型掺杂的半导体，输出三极管的基区（204）是p型掺杂的半导体，输出三极管的发射区（205）是n型掺杂的半导体。

7.根据权利要求6所述的包含受光pn结和输出三极管的光敏器件，其特征在于：所述的支撑层（201）的厚度是3um—20um。

8.根据权利要求6所述的包含受光pn结和输出三极管的光敏器件，其特征在于：所述的耦合区域（202）包含横向部分和纵向部分，耦合区域（202）的纵向部分与光吸收层（207）接触；所述的光吸收层（207）的纵向部分宽度是200nm—1um。

9.根据权利要求6所述的包含受光pn结和输出三极管的光敏器件，其特征在于：所述的n型或者p型的掺杂均是与之相反的极性。

10.包含受光pn结和输出三极管的光敏器件的光电镊，适用于权利要求1-9任一项所述的包含受光pn结和输出三极管的光敏器件，其特征在于：所述的光电镊包括第一电极（101），介质（102），内光敏层（103）和第二电极（104），在第一电极（101）和第二电极（104）之间施加电压（107）；内光敏层（103）由包含受光pn结和输出三极管的光敏器件阵列组成；

技术总结
本发明涉及光电镊器件领域，更具体的说是包含受光PN结和输出三极管的光敏器件及其构成的光电镊，包括器件，器件包括上电极、下电极、中间介质和光敏层，上电极和下电极之间设置有中间介质和光敏层；优选的，所述的上电极和下电极之间施加交流电压；受光PN结包括N区、耦合区域的P区和光吸收层；输出三极管包括耦合区域的集电区、基区、发射区和金属层；本发明的有益效果为这种光敏器件可以在有较大光电流的同时有保持较低的暗态电流；这种光敏器件阵列可以作为光电镊器件的光敏层，这种光敏器件阵列可以保证在光照时有低电阻率的同时保证大的暗态电阻率，这种特性给光电镊器件提供了更好的操纵效果。

技术研发人员：冯林,王涛,赵嘉伟,张鹏
受保护的技术使用者：微纳动力（北京）科技有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15