红外光敏晶体管、红外光侦测器件、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红外光敏晶体管、红外光侦测器件、显示装置、制备方法，所述红外光敏晶体管包括：栅极；第一绝缘层，位于所述栅极上；多数载流子通道层，位于所述第一绝缘层上；至少一个漏极，位于所述多数载流子通道层上，且与所述栅极之间不接触；至少一个源极，位于所述多数载流子通道层上，且与所述栅极和所述漏极均不接触；光伏栅极，设置于所述多数载流子通道层暴露于所述源极和所述漏极之间的部分，并且与所述源极和所述漏极隔离。并且与所述源极和所述漏极隔离。

【技术实现步骤摘要】
红外光敏晶体管、红外光侦测器件、显示装置、制备方法
[0001]本申请是针对申请号为“201710733229.X”，申请日为2017年8月24日，名称为“一种红外光侦测薄膜、器件、显示装置、制备方法”的专利技术专利所提出的分案申请。


[0002]本专利技术涉及光学器件领域，特别涉及一种红外光敏晶体管、红外光侦测器件、红外光侦测显示装置、和红外光敏晶体管的制备方法。

技术介绍

[0003]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，以实现屏上像素阵列之显示功能。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。由于红外光侦测二极管(Photo Diode)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驱动与扫描的红外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。
[0004]实际上在红外光侦测的应用上，TFT结构即具备光敏功能的特性：一般借由栅极电压控制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阵列逐渐被应用在红外光侦测或红外光侦测之技术上，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，可作为将红外光侦测功能集成在显示屏之一种实现方案。
[0005]然而传统的TFT器件结构设计在红外光侦测应用上，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漏电流进行红外光侦测应用，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。
[0006]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像素开口孔径等问题，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，必须需借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红外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。
[0007]在实际应用过程中，可以采用一层p型/i型/n型结构作为红外光侦测薄膜的红外光敏二极管，以实现红外光侦测功能。对于p型/i型/n型结构，p层要求掺杂含硼气体，生产工艺流程较为复杂。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

[0008]为此，需要提供一种红外光侦测的技术方案，用于解决现有的红外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。
[0009]为实现上述目的，专利技术人提供了一种红外光敏晶体管，所述红外光敏晶体管包括栅极；第一绝缘层，位于所述栅极上；多数载流子通道层，位于所述第一绝缘层上；至少一个漏极，位于所述多数载流子通道层上，且与所述栅极之间不接触；至少一个源极，位于所述多数载流子通道层上，且与所述栅极和所述漏极均不接触；光伏栅极，设置于所述多数载流子通道层暴露于所述源极和所述漏极之间的部分，并且与所述源极和所述漏极隔离。
[0010]可选地，所述红外光敏晶体管还包括：第二绝缘层，所述第二绝缘层位于所述漏极和所述光伏栅极之间、以及所述第二绝缘层位于所述源极和所述光伏栅极之间。
[0011]可选地，所述红外光敏晶体管包括：多个漏极，所述多个漏极彼此间隔且相互并联；多个源极，所述多个源极彼此间隔且相互并联；所述多个源极和所述多个漏极彼此间隔且交错设置于所述多数载流子通道层上；所述光伏栅极位于所述多数载流子通道层暴露于所述多个源极和所述多个漏极之间的部分。
[0012]可选地，所述第二绝缘层和所述多数载流子通道层的所述暴露于所述源极和所述漏极之间的部分共同限定间隙，所述光伏栅极位于所述间隙内。
[0013]可选地，所述光伏栅极由具有红外光诱发光伏特性的半导体材料制成，其禁带宽度小于0.95eV。
[0014]可选地，所述半导体材料选自含量子点的半导体材料和纳米碳有机半导体材料。
[0015]可选地，所述多数载流子通道层具有结晶度小于40％，且其禁带宽度为1.7eV～1.8eV的非晶硅结构。
[0016]可选地，所述多数载流子通道层具有结晶度大于40％，且其禁带宽度小于1.7eV的微晶硅结构。
[0017]可选地，所述源极与所述漏极皆是由N型掺杂半导体层与金属层所形成的结构，所述N型掺杂半导体层位于所述多数载流子通道层上，所述金属层位于所述N型掺杂半导体层上。
[0018]可选地，还包括一光学器件，设置在所述光伏栅极上，所述光学器件用于降低光线在光伏栅极的上表面的反射率、或是减小光线在光伏栅极的折射角度以增加光入射量。
[0019]可选地，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，所述光学器件的折射率小于所述光伏栅极的折射率。
[0020]可选地，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。
[0021]可选地，所述氧化物及其衍生化合物包括：氧化硅(SiO
X
)、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(SiN
X
)。
[0022]本专利技术实施例还提供一种红外光侦测薄膜，所述红外光侦测薄膜包括前述红外光敏薄膜晶体管。
[0023]可选地，所述红外光敏薄膜晶体管为底部栅极式结构，所述底部栅极式结构包括：所述栅极、第一绝缘层、多数载流子通道层、源极沿纵向自下而上设置，所述第一绝缘层包裹栅极，以使得栅极与源极、栅极与漏极之间均不接触；所述漏极与所述源极横向共面设置，多数载流子通道层连接源极和漏极；源极和漏极之间间隙配合，光伏栅极设置于源极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种红外光敏晶体管，其特征在于，包括：栅极；第一绝缘层，位于所述栅极上；多数载流子通道层，位于所述第一绝缘层上；至少一个漏极，位于所述多数载流子通道层上，且与所述栅极之间不接触；至少一个源极，位于所述多数载流子通道层上，且与所述栅极和所述漏极均不接触；光伏栅极，设置于所述多数载流子通道层暴露于所述源极和所述漏极之间的部分，并且与所述源极和所述漏极隔离。2.如权利要求1所述的红外光敏晶体管，其特征在于，包括：第二绝缘层，所述第二绝缘层位于所述漏极和所述光伏栅极之间、以及所述第二绝缘层位于所述源极和所述光伏栅极之间。3.如权利要求1所述的红外光敏晶体管，其特征在于，所述红外光敏晶体管包括：多个漏极，所述多个漏极彼此间隔且相互并联；多个源极，所述多个源极彼此间隔且相互并联；所述多个源极和所述多个漏极彼此间隔且交错设置于所述多数载流子通道层上；所述光伏栅极位于所述多数载流子通道层暴露于所述多个源极和所述多个漏极之间的部分。4.如权利要求2所述的红外光敏晶体管，其特征在于，所述第二绝缘层和所述多数载流子通道层的所述暴露于所述源极和所述漏极之间的部分共同限定间隙，所述光伏栅极位于所述间隙内。5.如权利要求1所述的红外光敏晶体管，其特征在于，所述光伏栅极由具有红外光诱发光伏特性的半导体材料制成。6.如权利要求5所述的红外光敏晶体管，其特征在于，所述半导体材料选自含量子点的半导体材料和纳米碳有机半导体材料。7.如权利要求1所述的红外光敏晶体管，其特征在于，所述多数载流子通道层具有结晶度小于40％，且其禁带宽度为1.7eV～1.8eV的非晶硅结构。8.如权利要求1所述的红外光敏晶体管，其特征在于，所述多数载流子通道层具有结晶度大于40％，且其禁带宽度小于1.7eV的微晶硅结构。9.如权利要求1所述的红外光敏晶体管，其特征在于，所述源极与所述漏极皆是由N型掺杂半导体层与金属层所形成的结构，所述N型掺杂半导体层位于所述多数载流子通道层上，所述金属层位于所述N型掺杂半导体层上。10.如权利要求1所述的红外光敏晶体管，其特征在于，还包括一光学器件，设置在所述光伏栅极上，所述光学器件用于降低光线在光伏栅极的上表面的反射率、或是减小光线在光伏栅极的折射角度以增加光入射量。11.如权利要求10所述的红外光敏晶体管，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，所述光学器件的折射率小于所述光伏栅极的折射率。12.一种红外光侦测器件，其特征在于，包括多个像素侦测区，每一像素侦测区对应设置有如权利要求1至11项中任一项所述的红外光敏晶体管。
13.如权利要求12所述的红外光侦测器件，其特征在于，还包括由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。14.一种红外光侦测显示装置，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红外光侦测感应区，所述红外光侦测感应区下方设置有如权利要求12或13所述的红外光侦测器件。15.如权利要求14所述的红外光侦测显示装置，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。16.如权利要求15所述的红外光侦测显示装置，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，所述红外光侦测器件的下方还设置有背光单元，所述红外光侦测器件设置于背光单元和LCD液晶显示屏之间。17.如权利要求14所述的红外光侦测显示装置，其特征在于，所述红外光侦测感应区包括至...

【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：