缺陷控制近红外敏感非晶硅光敏层的液晶光阀制造技术

一种缺陷控制近红外敏感非晶硅光敏层的液晶光阀，在光学玻璃基板上镀有厚度为３００～２０００Ａ，电阻为２０００～２０Ω／囗，对可见光及近红外光透过率分别达到９０％和８０～８５％的ＩＴＯ导电膜；在ＩＴＯ导电膜上镀有光波长敏感范围在０. ４～２. ０μｍ，可见光及近红外光波段范围光／暗电导比分别达到１０↑［２］～１０↑［３］及１０的ａ－Ｓｉ∶Ｈ光敏层。由于采用ａ－Ｓｉ∶Ｈ作为近红外光光敏材料，使光敏层制备大为简化，光阀的分辨率、对比度提高，拓宽了ａ－Ｓｉ∶Ｈ液晶光阀对光波波长的敏感范围，可同时用于可见光和近红外光写入。（*该技术在2004年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本技术涉及光选址空间光调制器，特别是一种对可见光和近红外光同时敏感的液晶光阀。液晶光阀是七十年代发展起来的一种光－光图象传感器，从光阀的工作原理来看，它可以用于进行不同波长光之间的转换，相干光与非相干光之间的转换，随光阀的结构变化及所使用材料性能的不同，其工作特性及其使用范围将有很大的变化。譬如，以不同光电材料做光敏层的光阀，虽然都可以进行光－光转换，但其对光敏感的波长范围是不相同的。一般与材料的能带结构有关，其带隙越宽，对光敏感时，光频率必须越高。在当前的液晶光阀中，光敏层一般由CdS、CdSe、a－SiH、C－Si或GaAs，BSO等材料制成，相对而言C－Si由于带隙较窄，对频率较低的近红外光选址液晶光阀，可用于热成象系统和红外图象的检测和处理。美国休斯(Hughs)公司曾用单晶硅作光敏层制备液晶光阀，实现了从近红外光到可见光图象的转换，这类光阀虽然具有较高的响应灵敏度，在室温下就可进行红外图象处理，操作时也无特殊条件。但是，由于光选址液晶光阀是通过光导材料产生空间电场图象工作的，为了获得较高的空间分辨率，必须防止载流子的横向扩散，也即应尽量选择较高电阻率和较低迁移率的光导材料，而对所使用的单晶硅而言，要想达到很高的电阻率，制备难度很大，且大约也只有ρ＝104Ωcm左右；再则单晶硅的迁移率相对又较大，使这种光阀的横向弥散比较严重；从对比度看，光阀的最佳对比度应该满足光导层电阻与液晶层电阻相当，而液晶一般ρ＞1010Ωcm，两者相差很大，这些问题都将使光阀的性能受到影响。为了满足最佳对比度，我们首次提出一种集总单元电模式等效分析电路，如附图说明图1(a)、(b)所示，图中CP、RP、CR、RR和CL、RL分别表示光敏层3，反射阻光层4、5和液晶层7的电容和电阻。考虑光阀上某一微区B注入信号后，对四周未注入光的区域会产生影响，以及从输入信号到输出信号必须满足最大线性传递的要求，可以确定各层材料间应该满足的基本匹配关系。设在偏压下有一束光照射在光阀的一个微区B上，这个微区中各层原来稳定分配的各点电位将由于光敏层电阻变化而发生变化，最后达到新的平衡，根据电路节点电流分析法并考虑除边缘区域外，中间某一微区的周围电位近似相同，则当偏压为直流或较低频率的交变电压时，可得到简化的液晶层电位VLVL= V (16RRRPRP RRR L+4RRRR L+4RPRR L+4RRRPRP RRL+RRRL+RPRL+4RPRP R+ 1)-1(1)]]>式中RPR——光导层与反射阻光层结合后的平衡横向电阻；RRL——液晶层与反射阻光层结合后的平衡横向电阻；该式表示了各层材料电阻及工作电压V对液晶层电位的影响。若保证RPR或RRL远大于RL则上式可改写为VL= V (RP+ RRRL1 + A)-1(2)]]>其中A可近似作为常数处理，也即可近似认为横向扩散对某一确定材料的光阀而言是个确定值。从(2)式可知，光阀中液晶层的电压主要受光敏层3、反射阻光层4、5和液晶层7的电阻影响。改变这三个电阻的相对大小，可使各层上的电压分配发生变化。一般当反射阻光层电阻确定后，随光敏层电阻下降和液晶层电阻上升，液晶层电位就升高，其关系如图2所示，说明VL随RP变化的最佳线性范围为满足0.1RL＜RP＜RL(10RL)，这时VL随VP的变化量△VL还随A值和RR／RL值的不同而变化。但不管如何，要保证光阀能线性且最大程度的传递信号，可见必须满足光敏层电阻与液晶层相当这一基本条件。另外，从液晶光阀的制备着手分析，非晶硅(以下简称a－SiH)光敏材料具有很大优越性，a－SiH制备方便，沉积温度低，可沉积成大面积的均匀薄膜，有优越的空间分辨率，较高的光／暗电导比和很快的响应时间，而且材料的电阻率与液晶层基本处于同一数量级，对提高器件对比度极有利。由于a－SiH薄膜的光学能隙约在1.7eV左右，也即在可见光谱范围内敏感，还没有直接将a－SiH用于近红外选址液晶光阀。本技术的目的是制备经控制缺陷改性的非晶硅光敏层的液晶光阀，解决a－SiH对近红外光不敏感的问题，以及透明导电膜(以下简称为ITO膜)同时透可见光及近红外光的问题，拓展a－SiH液晶光阀的用途。制备近红外敏感的a－SiH液晶光阀，最关键的问题是要解决a－SiH光电材料对近红外光的敏感问题，也即如何提高a－SiH薄膜的近红外光／暗电导比。一般情况下，a－SiH薄膜的光电响应对可见光及其较高频率的光谱比较灵敏，具有较好光电响应的波长范围大致在小于700nm的区域。从a－SiH对光吸收的机理分析，可将光的吸收分成三种情况，第一类是价带和导带之间的跃迁，这部分吸收最大，主要是大量能量高于材料带隙宽度的光子贡献；第二类是价带(导带)扩展态与导带(价带)带尾定域态之间电子的跃迁，随着光子能量下降，这部分吸收将迅速以指数规律下降；第三类是带尾态之间的电子跃迁或缺陷态中的电子向导带边的跃迁，能量在1.4eV～0.7eV之间的光子，一般属于这类吸收，通常吸收很弱。第三类吸收的光谱正好属于近红外波段，因而改善a－SiH近红外区域的光电导性能，可以通过对a－SiH材料中缺陷态进行调节来实现。另一方面，随着薄膜制备条件的不同，光电导的大小将会发生很大的变化。譬如受薄膜沉积温度的影响由室温至300℃变化时，光电导可以变化五个数量级，这主要受到材料中光生载流子复合寿命的影响，因为载流子的寿命与沉积温度之间有强烈的依赖关系，光电导的大小基本上与载流子的复合寿命成正比。实际上该区的吸收系数随沉积温度下降和缺陷态密度上升而升高，但载流子寿命却随沉积温度下降而急剧下降，因而对光电导的影响是一种综合因素。可以看出，通过控制材料的制备温度及氢含量，即通过控制材料中的缺陷状态，可以得到具有足够高近红外光／暗电导比的a－SiH光电材料，从而突破a－SiH液晶光阀只在可见光领域应用的局限。光阀是靠透明导电膜来施加偏压的，因而必须要有良好的透红外性能，我们仍采用对可见光透过率极高的ITO膜，透过率大致可达80～90％，在短波侧和长波侧则分别有一个吸收边，引起短波侧吸收的主要原因是禁带宽度为4eV的In2O3中电子的跃迁吸收，以及在其中掺入少量SnO2后，在原禁带中形成的杂质带电子跃迁吸收的共同结果。而长波侧的吸收与薄膜的形成结构不同时对光的散射，以及分子本身的振动吸收大致有关，制备条件不同时，它们在大约0.9～1.1μm时开始随波长的提高而线性增大。因而，控制ITO的结构状态，可使其至少对能量为1.1eV以上的光子具有大于80％的透过率。本技术提出一种经控制缺陷改性的a－SiH光敏层的液晶光阀，特别是要制备能对可见光至近红外光均敏感的光敏层，它是一种缺陷态密度得到控制的a－SiH光电材料。其薄膜的含氢量控制在30～8％范围，缺陷态密度控制在1016～1018cm－3eV－1，薄膜的光生载流子寿命为10－8～10－6秒，这种光电材料，光波长敏感范围约在0.4～2.0μm，在可见光波段范围，其光／暗电导比在102～103范围；在近红外光波段范围，其光／暗电导比约达10。同时要制备对可见光及近红外光同时透明的ITO导电膜，膜厚在300～2000A范围内，面电阻为2000～20Ω／□。薄膜可见光本文档来自技高网...

【技术保护点】
缺陷控制近红外敏感非晶硅光敏层的液晶光阀，它包括：光学玻璃基板［１］、［１０］，ＩＴＯ导电膜［２］、［９］，光敏层［３］，阻光层［４］，介质反射层［５］，液晶定向层［６］、［８］，液晶层［７］，本实用新型的特征是：１）在光学玻璃基板［１ ］、［１０］上，镀有厚度为３００～２０００Ａ，电阻为２０００～２０Ω／囗，可见光透过率达到９０％、近红外光透过率达到８０％的ＩＴＯ导电膜［２］、［９］；２）在ＩＴＯ导电膜［２］、［９］上，镀有光波长敏感范围在０. ４～２. ０μｍ，在可见光 波段范围其光／暗电导比为１０↑［２］～１０↑［３］，光吸收系数为１０↑［５］ｃｍ↑［－１］，在近红外光波段范围其光／暗电导比为１０，光吸收系数为１０↑［４］～１０↑［８］ｃｍ↑［－１］的对可见光和近红外光同时敏感的ａ－Ｓｉ∶Ｈ光敏层［３］。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：杜丕一，韩高荣，丁子上，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：实用新型
国别省市：33[中国|浙江]