一种光侦测薄膜、器件、显示装置、制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种光侦测薄膜、器件、显示装置、制备方法，相较于一般采用TFT漏电流作光敏薄膜晶体管之器件，本发明专利技术以倒立共平面型场效晶体管结构将光吸收半导体层配置于最上方，大幅增加了光电子的激发。配置于底层的源极与漏极，在每一个侦测像素里，所属同一像素的多个源极都相互并联，且所属同一像素的多个漏极也都相互并联，进而降低了光激发之电子与空穴再复合机率，增加了场效应作用下电极收集光电子的成功机率，最大化地改善了TFT漏电流光敏薄膜晶体管的光敏感度。本发明专利技术无需掺杂含硼气体即可实现，有效减少了光侦测薄膜生产过程中对环境的污染，降低了生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种光侦测薄膜、器件、显示装置、制备方法
本专利技术涉及光学器件领域领域，特别涉及一种光侦测薄膜、器件、显示装置、制备方法。
技术介绍
液晶显示(LCD)屏或有源阵列式有机发光二极管(AMOLED)显示屏，皆是以薄膜电晶管(TFT)结构扫描并驱动单一画素，以实现屏上画素阵列之显示功能。形成TFT开关功能的主要结构为半导体场效晶体管(FET)，其中熟知的半导体层主要材料有非晶硅、多晶硅、氧化铟镓锌(IGZO)、或是混有碳纳米材料之有机化合物等等。由于光侦测二极管(PhotoDiode)的结构亦可采用此类半导体材料制备，且生产设备也兼容于TFT阵列的生产设备，因此近年来TFT驱动与扫描的光侦测二极管开始以TFT阵列制备方式作生产，并广泛应用在X光感测平板器件，如中华人民共和国专利CN103829959B、CN102903721B所描述。实际上在光侦测的应用上，TFT结构即具备光敏功能的特性：一般藉由栅极电压控制TFT操作在关闭状态时，源极到漏极之间不会有电流通过；然而当TFT受光源照射时，由于光的能量在半导体激发出电子-空穴对，TFT结构的场效应作用会使电子-空穴对分离，进而使TFT产生漏电流。这样的漏电流特性让TFT阵列逐渐被应用在光侦测或光侦测之技术上，例如中华人民共和国专利CN100568072C、CN105044952A所描述。若将此类熟知的TFT可见光感测阵列薄膜配置在显示屏结构内，可作为将光侦测功能集成在显示屏之一种实现方案。然而传统的TFT器件结构设计在光侦测应用上，仍有必须要改善的特性：正常环境光的照明可能包含从最暗区域到最亮区域的3个数量级以上(60dB)的变化，使用操作在关闭区的TFT漏电流进行光侦测应用，需要增加TFT的光敏感度(photosensitivity)、提高器件的信号噪声比(SNR)，并避免增加了整体系统的复杂性以及功耗。除此之外，如果将TFT阵列薄膜应用作显示屏内的影像传感器件，受限于显示屏的厚度以及显示画素开口孔径等问题，TFT阵列感测之真实影像已是发生绕射等光学失真之影像，且因光学信号穿透显示屏多层结构，并且在光学显示信号、触摸感测信号并存的情况下，欲从低信噪比场景提取有用光学信号具备很高的困难度，技术困难等级达到近乎单光子成像之程度，必须需藉由算法依光波理论运算重建方能解析出原始影像。为了避开此一技术难点，熟知将可见光传感器薄膜配置在原显示屏结构内会需要额外的光学增强器件，或是仅将光传感器薄膜配置在显示屏侧边内，利用非垂直反射到达侧边之光线进行光影像重建，例如：中华人民共和国专利CN101359369B所述。然而虽然此类技术可避开了弱光成像的技术难点，额外的光学器件增加了光侦测显视屏的厚度，在显视屏侧边的配置方式也无法满足用户的全屏体验。在实际应用过程中，可以采用一层p型/i型/n型结构作为光侦测薄膜的光敏薄膜晶体管，以实现光侦测功能。对于p型/i型/n型结构，光吸收半导体层要求掺杂含硼气体，生产工艺流程较为复杂。且硼为重污染气体，加工生产过程中容易对环境造成污染，增加环境治理成本。
技术实现思路
为此，需要提供一种光侦测的技术方案，用于解决现有的光侦测薄膜存在的光电转化率低、易污染、工艺复杂、成本高等问题。为实现上述目的，专利技术人提供了一种光侦测薄膜，所述光侦测薄膜包括光敏薄膜晶体管，所述光敏薄膜晶体管包括栅极、源极、漏极、绝缘层、光吸收半导体层；所述光敏薄膜晶体管为倒立共平面式结构，所述倒立共平面式结构包括：所述栅极、绝缘层、源极纵向自下而上设置，所述漏极与所述源极横向共面设置；绝缘层包裹所述栅极，以使得栅极与源极、栅极与漏极之间均不接触；源极和漏极之间间隙配合，源极和漏极横向之间形成光敏漏电流通道，所述光吸收半导体层设置于光敏漏电流通道内。进一步地，所述源极和漏极的数量均为多个，源极和源极之间相互并联，漏极和漏极之间相互并联；所述“源极和漏极之间间隙配合，源极和漏极横向之间形成光敏漏电流通道”包括：相邻的源极之间形成第一间隙，一个漏极置于所述第一间隙内，相邻的漏极之间形成第二间隙，一个源极置于所述第二间隙内，源极和漏极之间交错设置且间隙配合。进一步地，所述光吸收半导体层为未作掺杂的本质非晶硅结构，所述非晶硅结构乃是由硅烷与氢气通过化学气相沉积成膜的半导体层，非晶硅结构的结晶度小于40％，且其禁带宽度1.7eV～1.8eV。进一步地，所述光吸收半导体层为未作掺杂的本质微晶硅结构，所述微晶硅结构乃是由硅烷与氢气通过化学气相沉积成膜的半导体层，微晶硅的结构的结晶度大于40％，且其禁带宽度小于1.7eV。进一步地，所述光吸收半导体层为非结晶硅化锗结构，所述非结晶硅化锗结构为硅烷、氢气与锗烷通过化学气相沉积成膜的非结晶半导体层，且其禁带宽度小于1.7eV。进一步地，所述源极与漏极皆是由自上而下为n型掺杂半导体层与金属层所形成的结构，所述n型掺杂半导体层是指其结构为硅烷、氢气与磷化氢通过化学气相沉积成膜的半导体层。进一步地，所述光吸收半导体层的上端面设置有绝缘保护层。进一步地，在所述绝缘保护层上端面设置有一光学器件，所述光学器件用于降低光线在光吸收半导体层的上端面的反射率、或是减小光线在光吸收半导体层的折射角度以增加光入射量。进一步地，所述光学器件包括折射率呈周期性变化的光子晶体结构或微透镜阵列结构、或是折射率呈非周期性变化的漫散射结构，且所述光学器件的折射率小于光吸收半导体层的折射率。进一步地，所述光学器件是采用化学汽相沉积或溅射镀膜方式将氧化物及其衍生化合物或氮化物及其衍生化合物制备成膜。进一步地，所述氧化物及其衍生化合物包括：氧化硅(SiOX)、五氧化二铌(Nb2O5)、氧化锌(ZnO)、氧化铟锡(ITO)、氧化钛(TiO2)；所述氮化物及其衍生化合物包括：氮化硅(SiNX)。专利技术人还提供了一种光侦测器件，所述光侦测器件包括MxN个像素侦测区，每一像素侦测区对应设置有由一个以上薄膜电晶管所组成一组扫描驱动与传输数据的像素薄膜电路、以及一光侦测薄膜，所述光侦测薄膜为上述方案任一项所述的光侦测薄膜。专利技术人还一种光侦测显示装置，所述显示装置包括显示单元，所述显示单元上设置有光侦测感应区，所述光侦测感应区下方设置有光侦测器件，所述光侦测器件为上述方案所述的光侦测器件。进一步地，所述显示单元乃是以有源阵列薄膜晶体管作为扫描驱动与传输数据的显示屏，包括AMOLED显示屏、LCD液晶显示屏、微发光二极管显示屏、量子点显示屏、或是电子墨水显示屏。进一步地，当所述显示单元为LCD液晶显示屏或电子墨水显示屏时，所述光侦测器件的下方还设置有背光单元，所述光侦测器件设置于背光单元和LCD液晶显示屏之间。进一步地，所述光侦测感应区包括至少两个光侦测感应子区域，每一光侦测感应子区域的下方对应设置一光侦测器件。进一步地，所述显示装置还包括光侦测器件电路，所述光侦测器件控制电路用于在接收启动信号时，控制光侦测器件开启，或用于在接收到关闭信号时，控制光侦测器件关闭。专利技术人还提供了一种光侦测薄膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：在像素薄膜晶体管的基材上通过化磁控溅射镀膜出栅极；在所述栅极的上方通过化学气相沉积或是磁控溅射镀膜出绝缘层；在所述绝缘层的上方通过化学气相沉积镀膜出源极和漏极的n型掺杂半本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光侦测薄膜，其特征在于，所述光侦测薄膜包括光敏薄膜晶体管，所述光敏薄膜晶体管包括栅极、源极、漏极、绝缘层、光吸收半导体层；所述光敏薄膜晶体管为倒立共平面式结构，所述倒立共平面式结构包括：所述栅极、绝缘层、源极纵向自下而上设置，所述漏极与所述源极横向共面设置；绝缘层包裹所述栅极，以使得栅极与源极、栅极与漏极之间均不接触；源极和漏极之间间隙配合，源极和漏极横向之间形成光敏漏电流通道，所述光吸收半导体层设置于光敏漏电流通道内。

【技术特征摘要】
1.一种光侦测薄膜，其特征在于，所述光侦测薄膜包括光敏薄膜晶体管，所述光敏薄膜晶体管包括栅极、源极、漏极、绝缘层、光吸收半导体层；所述光敏薄膜晶体管为倒立共平面式结构，所述倒立共平面式结构包括：所述栅极、绝缘层、源极纵向自下而上设置，所述漏极与所述源极横向共面设置；绝缘层包裹所述栅极，以使得栅极与源极、栅极与漏极之间均不接触；源极和漏极之间间隙配合，源极和漏极横向之间形成光敏漏电流通道，所述光吸收半导体层设置于光敏漏电流通道内。2.如权利要求1所述的光侦测薄膜，其特征在于，所述源极和漏极的数量均为多个，源极和源极之间相互并联，漏极和漏极之间相互并联；所述“源极和漏极之间间隙配合，源极和漏极横向之间形成光敏漏电流通道”包括：相邻的源极之间形成第一间隙，一个漏极置于所述第一间隙内，相邻的漏极之间形成第二间隙，一个源极置于所述第二间隙内，源极和漏极之间交错设置且间隙配合。3.如权利要求1所述的光侦测薄膜，其特征在于，所述光吸收半导体层为未作掺杂的本质非晶硅结构，所述非晶硅结构乃是由硅烷与氢气通过化学气相沉积成膜的半导体层，非晶硅结构的结晶度小于40％，且其禁带宽度1.7eV～1.8eV。4.如权利要求1所述的光侦测薄膜，其特征在于，所述光吸收半导体层为未作掺杂的本质微晶硅结构，所述微晶硅结构乃是由硅烷与氢气通过化学气相沉积成膜的半导体层，微晶硅的结构的结晶度大于40％，且其禁带宽度小于1.7eV。5.如权利要求1所述的光侦测薄膜，其特征在于，所述光吸收半导体层为非结晶硅化锗结构，所述非结晶硅化锗结构为硅烷、氢气与锗烷通过化学气相沉积成膜的非结晶半导体层，且其禁带宽度小于1.7eV。6.如权利要求1所述的光侦测薄膜，其特征在于，所述源极与漏极皆是由自上而下为n型掺杂半导体层与金属层所形成的结构，所述n型掺杂半导体层是指其结构为硅烷、氢气与磷化氢通过化学气相沉积成膜的半导体层。7.如权利要求1所述的光侦测薄膜，其特征在于，所述光吸收半导体层的上端面设置有绝缘保护层。8.如权利要求1或7所述的光侦测薄膜，其特征在于，在所述绝缘保护层上端面设置有一光学器件，所述光学器件用于降低光线在光吸收半导体层的上端面的反射率、或是减小光线在光吸收半导体层的折射角度以增加光入射量。9.如权利要求8所述的光侦测薄膜，其特征在于，所述光学器件包括折射率呈周期性变化的光子晶体结构或微透镜阵列结构、或是折射率呈非周期性变化的漫散射结构，且所述光学器件的折射率小于光吸收半导体层的折射率。10.如权利要求8所述的光侦测薄膜，其特征在于，所述光学器件是采用化学汽相沉积或溅射镀膜方式将氧化物及其衍生化合物或氮化物及其衍生化合物制备成膜。11.如权利要求10所述的光侦测薄膜，其特征在于，所述氧化物及其衍生化合物包括：氧化硅(SiOX)、五氧化二铌(Nb2O5)、氧化锌(ZnO)、氧化铟锡(ITO)、氧化钛(TiO2)；所述氮化物及其衍生化合物包括：氮化硅(SiNX)。12.一种光侦测器件，其特征在于，所述光侦测器件包括MxN个像素侦测区，每一像素侦测区对应设置有由一个以上薄膜电晶管所组成一组扫描驱动与传输数据的像素薄膜电路、以及一光侦测薄膜，所述光侦测薄膜为如权利要求1至11项中任一项所述的光侦测薄膜。13.一种光侦测显示装置，其特征在于，所述显示装置包括显示单元，所述显示单元上设置有光侦测感应区，所述光侦测感应区下方设置有光侦测器件，所述光侦测器件为如权利要求12所述的光侦测器件。14.如权利要求13所述的光侦测显示装置，其特征在于，所述显示单元乃是以有源阵列薄膜晶体管作为扫描驱动与传输数据的显示屏，包括AMOLED显示屏、LCD液晶显示屏、微发光二极管显示屏、量子点显示屏、或是电子墨水显示屏。15.如权利要求14所述的光侦测显示装置，其特征在于，当所述显示单元为LCD液晶显示屏或电子墨水显示屏时，所述光侦测器件的下方还设置有背光单元，所述光侦测器件设置于背光单元和...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄建东，
申请(专利权)人：上海耕岩智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31