可切换感光灵敏度的有机二极管制造技术

在电极／有机物／电极结构中使用有机光敏层实现可切换感光灵敏度的有机光电检测器。通过检测器上的偏压可以导通和截止感光灵敏度。光电流可以用回路中的读出电路探测。这些光电检测器可以排列成线性阵列或两维矩阵，起高性能、线性或两维图像传感器的作用。这些图像传感器可以实现全色或选择色检测的能力。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请要求1998年2月2日申请的U.S.申请No.60/073，346的优先权，在这里整个引入作为参考。本申请涉及基于有机聚合物的光电二极管，及在一维和两维图像传感器中的应用。在较优选的实施例中，它涉及可电压切换的基于有机聚合物的光电二极管，它们可以以列-行(x-y)无源可寻址的矩阵形式或作为线性光电二极管阵列排列为图像传感器，其中x-y可寻址的有机图像传感器(图像阵列)具有全色或选择色检测能力。在固态器件工业中，图像阵列光电检测器的开发已有较长的历史。图像技术的早期的途径包括基于固态材料中热效应的器件。之后为基于由无机半导体制成的光电二极管和电荷耦合器件(“CCD”)的高灵敏度图像阵列和矩阵。这些阵列可以为扫描一个图像的简单的线性(或“一维”)阵列或者它们可以为两维，类似于图像。由例如硅的无机半导体制成的光电二极管代表了一种高量子效率光敏器件。在过去的几十年中，它们已广泛地用在可见光检测应用中。然而，它们的特性表征为平坦的电流-电压响应，很难在高像素密度、x-y矩阵可寻址无源图像检测器的制造中使用它们。“x-y”矩阵为两维阵列，第一组电极垂直于第二组电极。当如电阻器、二极管或液晶单元等的无源器件用做交叉点的像素元件时，与如使用晶体管等的有源器件控制每个像素导通的“有源”矩阵相对比，这种矩阵经常称做“无源”矩阵。要在两维无源矩阵中有效地由列和行电极寻址各像素，像素元件必需表现出强非线性电流-电压(“I-V”)特性或I-V与阈值电压的相关性。该要求为使用发光二极管或液晶单元构成无源x-y可寻址显示提供了基础。然而，由于无机二极管的光响应不受反偏电压约束，在高像素密度的应用中由无机半导体晶体制成的光电二极管并不实用，无源图像传感器在像素间有严重的串扰。要避免串扰，由无机光电二极管制成的现有两维光电二极管阵列必需每个像素单独接线制成，工序费力并且成本高。对于所述单独的连接，输入/输出引线的数量正比于像素的数量。由于制造和进行板间连接的困难，商用两维光电二极管阵列中像素的数量因此局限为≤16×16=256。代表性的商用光电二极管阵列包括Siemens KOM2108 5×5光电二极管阵列，和Hamamatsu S3805 16×16硅光电二极管阵列。电荷耦合器件(“CCD”)的开发提供了得到高像素密度两维图像传感器的其它手段。CCD阵列为集成的器件。它们与x-y可寻址矩阵阵列不同。CCD的工作原理涉及将电荷从像素到像素的连续转移。这些像素间转移重复地发生，并导致电荷最终迁移到阵列的边缘以读出。这些器件使用超大规模集成电路(“SLIC”)技术并且在它们的制造期间需要极高的完美程度。这使CCD阵列很昂贵(对于0.75“-1”尺寸的CCD为～$103-104)，并限制了商用CCD产品应用到亚英寸尺寸。最初由于液晶显示的需要开发出的在玻璃或石英基片上的薄膜晶体管(“TFT”)技术提供了用于大尺寸x-y可寻址图像传感器的有源矩阵基片。近来出现了由a-SiTFT屏板上的非晶硅(a-Si)p-i-n光电元件制成的大尺寸全色图像传感器表明[R.A.Street，J.Wu，R.Weisfield，S.E.Nelson和P.Nylen，Spring Meeting of MaterialsResearch Society，San Francisco，April 17-21(1995)；J.Yorkston等人，Mat.Res.Soc.Sym.Proc.116，258(1992)；R.A.Street，Bulletin ofMaterials Research Society 11(17)，20(1992)；L.E.Antonuk和R.A.Street，U.S.专利No.5，262，649(1993)；R.A.Stree，U.S.专利No.5，164，809(1992)]。此外，对硅晶片上基于CMOS技术的小尺寸有源像素光电传感器的共同努力重新激活了提供了亚微米分辨率的CMOS技术中的以下发展[对于近来的进展的回顾，参见Eric J.Lerner，LaserFocus World 32(12)54，1996]。所述CMOS技术能使光电元件与驱动器和定时电路结合在一起，由此可以实现单芯片图像摄象机。CCD、a-Si TFT以及有源像素CMOS图像传感器代表了固态图像传感器的现有/新兴技术。然而，由于这些精密复杂器件的制造中包含高成本的工艺，因此它们的应用受到严重的限制。此外，在制造工艺中使用SLIC技术限制了CCD和有源像素CMOS传感器应用到亚英寸器件尺寸。由有机半导体制造的光电二极管代表了有前途的工艺优点的新一类光电二极管。虽然早在八十年代就有用有机分子和共轭聚合物制造光电二极管的报道，但仅观察到较小的光响应[要考察关于有机光电二极管的早期工作，参见G.A.Chamberlain，Solar Cell 8，47(1983)]。在九十年代，现已发展到使用共轭的聚合物作为有源材料；参见例如下面有关聚(苯二乙烯基)、PPV以及它的衍生物的光响应的报道S.Karg，W.Riess，V.Dyakonov，M.Schwoerer，Synth.Metals54，427(1993)；H.Antoniadis，B.R.Hsieh，M.A.Abkowitz，S.A.Jenekhe，M.StolKa，Synth.Metals 64，265(1994)；G.Yu，C.Zhang，A.J.Heeger，Appl.Phys.Lett.64，1540(1994)；R.N.Marks，J.J.M.Halls，D.D.D.C.Bradley，R.H.Frield，A.B.Holmes，J.Phys.Condens.Matter 6，1379(1994)；R.H.Friend，A.B.Homes，D.D.C.Bradley，R.N.Marks，U.S.专利No.5，523，555(1996)]。通过受激态的电荷转移可以增强有机半导体中的光灵敏度；例如，通过激活具有如C60或它的衍生物等的受主的半导电聚合物[N.S.Sariciftci和A.J.Heeger，U.S.专利No.5，331，183(1994年7月19日)；N.S.Sariciftci和A.J.Heeger，U.S.专利No.5，454，880(1995年10月3日)；N.S.Sariciftci，L.Smilowitz，A.J.Heeger和F.Wudl.Science 258，1474(1992)；L.Smilowitz，N.S.Sariciftci，R.Wu，C.Gettinger，A.J.Heeger和F.Wudl，Phys.Rev.B 47，13835(1993)；N.S.Sariciftci和A.J.Heeger.Intern.J.Mod.Phys.B 8，237(1994)]。光致电荷转移防止了早期复合并稳定了电荷分离，由此增加了随后的采集的载流子的量子产量[B.Kraabel，C.H.Lee，D.McBranch，D.Moses，N.S.Sariciftci和A.J.Heeger，Chem.Phys.Lett.213，389(1993)；B.Kraabel，D.McBr本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可切换的有机光电传感器，能够响应于照射其上的光产生光电流，包括光电二极管和可变电压源，所述光电二极管具有内建电位，并且包括：第一电极；设置在所述第一电极上的光敏有机层；和设置在所述光敏有机层上的第二电极；以及所述电压源用 于将切换电压选择性地施加到所述第一电极和所述第二电极上，所述切换电压在预选择的工作偏压下产生１ｍＡ／Ｗ以上的感光灵敏度，和在数值基本上等于所述内建电位的截止偏压下产生接近零的感光灵敏度。

【技术特征摘要】
US 1998-2-2 60/073,3461．一种可切换的有机光电传感器，能够响应于照射其上的光产生光电流，包括光电二极管和可变电压源，所述光电二极管具有内建电位，并且包括第一电极；设置在所述第一电极上的光敏有机层；和设置在所述光敏有机层上的第二电极；以及所述电压源用于将切换电压选择性地施加到所述第一电极和所述第二电极上，所述切换电压在预选择的工作偏压下产生1mA/W以上的感光灵敏度，和在数值基本上等于所述内建电位的截止偏压下产生接近零的感光灵敏度。2．根据权利要求1的光电二极管检测器，其中工作偏压为工作的反偏压。3．根据权利要求1的光电二极管检测器，其中工作偏压为工作的正偏压。4．一种读出电路，包括权利要求1的有机光电二极管检测器和检测光电流的装置，其中工作偏压在1-15V的范围内，并表示光电二极管的ON状态，所述检测器在所述ON状态具有1mA/Watt以上的感光灵敏度，其中截止偏压表示在读出电路的输出等于零光响应的光电二极管的OFF态。5．根据权利要求4的读出电路，其中ON和OFF态提供了数字读出。6．一种光电二极管阵列，包括多个权利要求1的光电二极管检测器，所述检测器具有以阵列排列的光电二极管，所述光电二极管的每一个作为所述阵列的一个像素可选择性地寻址。7．根据权利要求6的光电二极管阵列，包括至少一行光电二极管和至少一列光电二极管，每行与一个公用阳极相关联，每列与一个公用阴极相关联，一行的每个光电二极管的第一电极连接到所述公用阳极，一列的每个光电二极管的第二电极连接到所述公用阴极，所述电压源用于将所述切换电压施加到至少一个公用阳极和至少一个公用阴极上，由此选择性地激活所述阵列的至少一个像素。8．根据权利要求7的光电二极管阵列，包括将所述切换电压施加到多个公用阳极和至少一个公用阴极上由此选择性地激活所述阵列的至少一列像素的装置。9．根据权利要求7的光电二极管阵列，包括将所述切换电压施加到多个公用阴极和至少一个公用阳极上由此选择性地激活所述阵列的至少一行像素的装置。10．一种可电压切换的有机光电二极管的可扫描阵列，每个光电二极管具有内建电位和预定的感光灵敏度范围，所述阵列包括支撑基板；第一电极层，包括沿第一方向设置在所述支撑基板上的至少一个线性电极；设置在所述线性电极上的光敏有机层；第二电极层，包括沿垂直于所述第一方向的第二方向设置在所述光敏层上的多个线性电极；以及电压源，用于将切换电压施加到所述第一电极层的至少一个电极和所述第二电极层的至少一个电极，所述切换电压由此在工作反偏压下产生1mA/W以上的感光灵敏度，和在数值基本上等于所述内建电位的截止偏压下产生接近零感光灵敏度。11．一种选择性地检测入射到可电压切换的有机光电二极管检测器的阵列上的光的方法，所述阵列包括排列成行和列矩阵的多个光电二极管，每个光电二极管具有内建电位并响应于入射辐射产生输出，每个光电二极管包括第一电极、设置在所述第一电极上的光敏有机层、以及设置在所述光敏层上的第二电极，一行中每个光电二极管的第一电极电连接到公用阳极，一列中每个光电二极管的第二电极电连接到公用阴极，所述方法包括通过以下步骤依次地激活光电二极管的选中列将工作偏压施加到与所述选中列关联的公用阴极和所有的公用阳极，所述工作偏压使选中列的每个光电二极管具有1mA/W以上的感光灵敏度；将截止电压施加到其余的阴极和所有的阳极，所述截止电压数值上等于所述内建电位并赋予除选择列之外的所有列的光电二极管接近零的感光灵敏度；以及依次读出光电二极管的选中列产生的输出。12．一种选择性地检测入射到可电压切换的有机光电二极管检测器的阵列上的光的方法，所述阵列包括排列成行和列矩阵的多个光电二极管，每个光电二极管具有内建电位并响应于入射辐射产生输出，每个光电二极管包括第一电极、设置在所述第一电极上的光敏有机层、以及设置在所述光敏层上的第二电极，一行中每个光电二极管的第一电极电连接到公用阳极，一列中每个光电二极管的第二电极电连接到公用阴极，所述方法包括通过以下步骤依次地激活光电二极管的选中行将工作偏压施加到与所述选中行关联的公用阴极和所有的公用阴极，所述工作偏压使选中行的每个光电二极管具有1mA/W以上的感光灵敏度；将截止电压施加到其余的阳极和所有的阴极，所述截止电压数值上等于所述内建电位并赋予除选择行之外的所有行的光电二极管接近零的感光灵敏度；以及依次读出光电二极管的选中行产生的输出。13．一种有机光电二极管检测器，包括光电二极管和电压源，所述光电二极管具有内建电位和响应于入射辐射的规定感光灵敏度范围，所述光电二极管包括第一电极；设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞钢，曹镛，
申请(专利权)人：杜邦显示器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]