CN106299013A - 光电二极管以及制备方法、x射线探测基板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了光电二极管以及制备方法、X射线探测基板，用以通过光电二极管中的颗粒结构吸收光线中的光子，产生表面等离子体激元共振，从而增强了颗粒结构周围的局域电场，促进了对入射光的吸收效率，从而提升了光电转化效率；由于光电转化效率得到提升，从而减小I型硅层的厚度成为可能，进一步降低了图形化I型硅层时的刻蚀难度，同时避免了刻蚀I型硅层时的应力问题。所述光电二极管，包括：沿入射光方向依次设置的N型硅层、I型硅层、P型硅层以及位于所述N型硅层与所述P型硅层之间的用于产生表面等离子体激元共振的颗粒结构，其中，所述颗粒结构位于N型硅层与I型硅层之间，或者所述颗粒结构位于I型硅层与P型硅层之间。
Description
技术领域
本发明涉及光电技术领域，尤其涉及光电二极管以及制备方法、X射线探测基板。
背景技术
X射线检测广泛应用于医疗、安全、无损检测、科研等领域，在国计民生中日益发挥着重要作用。目前，在实际使用中，X射线检测普遍使用胶片照相法。X射线胶片照相的成像质量较高，能正确提供被测试件体貌和缺陷真实情况的可靠信息，但是，它具有操作过程复杂、运行成本高、结果不易保存且查询携带不便以及评片的人员的眼睛易受强光损伤等缺点。为了解决上述问题，20世纪90年代末出现了X射线数字照相(Digital Radiography，DR)检测技术。X射线数字照相系统中使用了平板探测器(flat panel detector)，其像元尺寸可小于0.1mm，因而其成像质量及分辨率几乎可与胶片照相媲美，同时还克服了胶片照相中表现出来的缺点，也为图像的计算机处理提供了方便。
由于电子转换模式不同，数字化X射线照相检测可分为直接转换型(Direct DR)和间接转换型(Indirect DR)。间接转换型探测器由X射线转换层与非晶硅光电二极管、薄膜晶体管、信号存储基本像素单元及信号放大与信号读取等组成。间接平板探测器的结构主要是由闪烁体(碘化铯)或荧光体(硫氧化钆)层以及具有光电二极管作用的非晶硅层，再加TFT阵列构成。此类的平板探测器闪烁体层或荧光体层在经X射线曝光后，转换为可见光，然后在光电二极管的作用下将可见光转换为电信号，通过薄膜晶体管阵列将每个像素的电荷信号读出并转化为数字信号并传送到计算机图像处理系统集成为X射线影像。因此，光电二极管是间接平板探测器的关键组成部分，其光电转换效率将会影响X射线的剂量、成像的分辨率以及成像速度。
综上所述，为保证光电二极管中的I型硅层吸收的可见光足够用于显示图像，通常将I型硅层设计的比较厚，因此，对I型硅层进行图形化的刻蚀难度也相应增大了，也容易引发应力问题。
发明内容
本发明实施例提供了光电二极管以及制备方法、X射线探测基板，用以通过光电二极管中的颗粒结构吸收光线中的光子，产生表面等离子体激元共振，从而增强了颗粒结构周围的局域电场，促进了对入射光的吸收效率，从而提升了光电转化效率；由于光电转化效率得到提升，从而减小I型硅层的厚度成为可能，进一步降低了图形化I型硅层时的刻蚀难度，同时避免了刻蚀I型硅层时的应力问题。
本发明实施例提供的一种光电二极管，包括：沿入射光方向依次设置的N型硅层、I型硅层、P型硅层以及位于所述N型硅层与所述P型硅层之间的用于产生表面等离子体激元共振的颗粒结构。
本发明实施例中，通过光电二极管中的颗粒结构吸收光线中的光子，产生表面等离子体激元共振，从而增强了颗粒结构周围的局域电场，促进了对入射光的吸收效率，从而提升了光电转化效率；由于光电转化效率得到提升，从而减小I型硅层的厚度成为可能，进一步降低了图形化I型硅层时的刻蚀难度，同时避免了刻蚀I型硅层时的应力问题。
较佳地，所述颗粒结构位于所述N型硅层与所述I型硅层之间，或者所述颗粒结构位于所述I型硅层与所述P型硅层之间。
较佳地，所述颗粒结构包括：利用退火工艺形成的纳米颗粒。
较佳地，所述颗粒结构包括金属纳米颗粒，也就是说，形成所述颗粒结构的材料为金属。
较佳地，形成所述纳米颗粒的材料包括：银，或者金，或者铝。
本发明实施例中，通过银、或金、或铝材料形成的颗粒结构，可通过磁控溅射工艺、退火工艺形成包括纳米颗粒的颗粒结构，进而通过光电二极管中的纳米颗粒吸收光线中的光子，产生表面等离子体激元共振，从而增强了纳米颗粒周围的局域电场，促进了对入射光的吸收效率，从而提升了光电转化效率。
较佳地，所述金属纳米颗粒的直径大于或等于50纳米，且小于或等于300纳米。
较佳地，所述金属纳米颗粒的直径大于或等于100纳米，且小于或等于150纳米。
较佳地，所述I型硅层的厚度范围为大于或等于600纳米，且小于或等于900纳米。
较佳地，所述I型硅层的厚度为800纳米。
本发明实施例中，由于光电转化效率升高了，通过降低I型硅层的厚度，进一步可降低了图形化I型硅层时的刻蚀难度，同时避免了刻蚀I型硅层时的应力问题。
本发明实施例提供的一种X射线探测基板，包括：上述的光电二极管。
本发明实施例中，通过X射线探测基板中的光电二极管中的颗粒结构吸收光线中的光子，产生表面等离子体激元共振，从而增强了颗粒结构周围的局域电场，促进了对入射光的吸收效率，从而提升了光电转化效率。
本发明实施例提供的一种X射线探测装置，包括：上述的X射线探测基板。
本发明实施例中，通过X射线探测装置中的光电二极管中的颗粒结构吸收光线中的光子，产生表面等离子体激元共振，从而增强了颗粒结构周围的局域电场，促进了对入射光的吸收效率，从而提升了光电转化效率。
本发明实施例提供的一种光电二极管的制备方法，包括：
在形成的N型硅层上，形成用于产生表面等离子体激元共振的颗粒结构和I型硅层；
在所述颗粒结构、所述I型硅层上形成P型硅层。
本发明实施例中，通过磁控溅射工艺、退火工艺形成颗粒结构，进而通过光电二极管中的颗粒结构吸收光线中的光子，产生表面等离子体激元共振，从而增强了颗粒结构周围的局域电场，促进了对入射光的吸收效率，从而提升了光电转化效率。
较佳地，在形成的N型硅层上，形成用于产生表面等离子体激元共振的颗粒结构和I型硅层，包括：
在形成的N型硅层上，形成用于产生表面等离子体激元共振的颗粒结构，并在形成的颗粒结构上，通过构图工艺形成I型硅层，或者，
在形成的N型硅层上，通过构图工艺形成I型硅层，并在形成的I型硅层上，形成用于产生表面等离子体激元共振的颗粒结构。
较佳地，形成用于产生表面等离子体激元共振的颗粒结构，包括：
通过磁控溅射工艺形成薄膜层，并对所述薄膜层进行退火工艺，形成用于产生表面等离子体激元共振的颗粒结构。
较佳地，形成的薄膜层为金属薄膜层。
较佳地，形成的颗粒结构包括，金属纳米颗粒。
较佳地，形成所述金属薄膜层的材料包括：银，或者金，或者铝。
较佳地，所述退火工艺的温度范围为大于或等于200摄氏度，且小于或等于500摄氏度。
较佳地，所述退火工艺的温度范围为大于或等于200摄氏度，且小于或等于300摄氏度。
较佳地，执行所述退火工艺的时间为大于或等于45分钟，且小于或等于90分钟。
较佳地，执行所述退火工艺的时间为60分钟。
较佳地，形成的薄膜层的厚度范围为大于或等于5纳米，且小于或等于40纳米。
较佳地，形成的薄膜层的厚度范围为大于或等于10纳米，且小于或等于20纳米。
较佳地，所述金属纳米颗粒的直径为大于或等于50纳米，且小于或等于300纳米。
较佳地，所述金属纳米颗粒的直径为大于或等于100纳米，且小于或等于150纳米。
较佳地，所述I型硅层的厚度范围为大于或等于600纳米，且小于或等于900纳米。
较佳地，所述I型硅层的厚度为800纳米。
本发明实施例中，由于光电转化效率升高了，通过降低I型硅层的厚度，进一步可降低了图形化I型硅层时的刻蚀难度，同时避免了刻蚀I型硅层时的应力问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种光电二极管的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的光电二极管的工作原理示意图；
图3为本发明实施例提供的一种X射线探测基板的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种光电二极管的制备方法的流程示意图；
图5为本发明实施例提供的一种X射线探测基板的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了光电二极管以及制备方法、X射线探测基板，用以通过光电二极管中的颗粒结构吸收光线中的光子，产生表面等离子体激元共振，从而增强了颗粒结构周围的局域电场，促进了对入射光的吸收效率，从而提升了光电转化效率；由于光电转化效率得到提升，从而减小I型硅层的厚度成为可能，进一步降低了图形化I型硅层时的刻蚀难度，同时避免了刻蚀I型硅层时的应力问题。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种光电二极管，包括：沿入射光方向依次设置的N型硅层、I型硅层、P型硅层以及位于所述N型硅层与所述P型硅层之间的用于产生表面等离子体激元共振的颗粒结构。其中，所述颗粒结构包括纳米颗粒。
其中，所述颗粒结构位于所述N型硅层与所述I型硅层之间(参见图1)，或者所述颗粒结构位于所述I型硅层与所述P型硅层之间(参见图2)。
参见图1，本发明实施例一提供的光电二极管，包括：沿入射光方向依次设置的N型硅层110、I型硅层120、用于产生表面等离子体激元共振效应的颗粒结构130、P型硅层140以及第一透明电极层150。其中，所述颗粒结构130包括纳米颗粒160。优选地，所述颗粒结构130包括多个纳米颗粒160。
参见图2，本发明实施例二提供的光电二极管，包括：沿入射光方向依次设置的N型硅层110、I型硅层120、用于产生表面等离子体激元共振效应的颗粒结构230、P型硅层140、第一透明电极层150。其中，所述颗粒结构230包括纳米颗粒260。优选地，所述颗粒结构230包括多个纳米颗粒260。
本发明实施例中，通过光电二极管中的纳米颗粒吸收光线中的光子，产生表面等离子体激元共振，从而增强了纳米颗粒周围的局域电场，促进了对入射光的吸收效率，从而提升了光电转化效率；由于光电转化效率升高了，通过降低I型硅层的厚度，进一步可降低了图形化I型硅层时的刻蚀难度，同时避免了刻蚀I型硅层时的应力问题。
其中，所述纳米颗粒为利用退火工艺形成的金属纳米颗粒。具体地，形成所述金属纳米颗粒的材料包括：银，或者金，或者铝。但不仅限于上述列举的材料，任何能够形成颗粒结构并通过形成的颗粒结构吸收光线中的光子，产生表面等离子体激元共振，从而增强了颗粒结构周围的局域电场，促进了对入射光的吸收效率的材料均在本发明实施例的保护范围内。
具体地，所述金属纳米颗粒的直径为大于或等于50纳米，且小于或等于300纳米。优选地，所述金属纳米颗粒的直径为大于或等于100纳米，且小于或等于150纳米。
具体地，所述I型硅层的厚度范围为大于或等于600纳米，且小于或等于900纳米。优选地，所述I型硅层的厚度为800纳米。
参见图3，本发明实施例三提供的一种X射线探测基板，包括：衬底基板301、栅极金属层302、栅极绝缘层303、非晶硅层304、掺杂非晶硅层305、源漏极金属层306、钝化层307、第一树脂层308、第二透明电极层309、导电金属层310、第二树脂层311，以及光电二极管312，其中，所述光电二极管312，包括：沿入射光方向依次设置的N型硅层、I型硅层、P型硅层以及位于所述N型硅层与所述P型硅层之间的用于产生表面等离子体激元共振的颗粒结构，位于所述P型硅层上的第一透明电极层。其中，所述颗粒结构位于所述N型硅层与所述I型硅层之间，或者位于所述I型硅层与所述P型硅层之间。其中，图3所示的X射线探测基板中的光电二极管的结构为图1所示的光电二极管的结构。
其中，所述颗粒结构为金属颗粒结构，优选地，所述颗粒结构为金属纳米颗粒结构。
本发明实施例中，通过X射线探测基板中的光电二极管中的颗粒结构吸收光线中的光子，产生表面等离子体激元共振，从而增强了颗粒结构周围的局域电场，促进了对入射光的吸收效率，从而提升了光电转化效率。
本发明实施例提供的一种X射线探测装置，包括：上述的X射线探测基板。
参见图4，本发明提供的一种光电二极管的制备方法，包括：
S401、在形成的N型硅层上，形成用于产生表面等离子体激元共振的颗粒结构和I型硅层；
S402、在所述颗粒结构、所述I型硅层上形成P型硅层；
S403、在所述P型硅层上形成第一透明电极层。
具体地，步骤S401中在形成的N型硅层上，形成用于产生表面等离子体激元共振的颗粒结构和I型硅层，包括：
在形成的N型硅层上，形成用于产生表面等离子体激元共振的颗粒结构，并在形成的颗粒结构上，通过构图工艺形成I型硅层，或者，
在形成的N型硅层上，通过构图工艺形成I型硅层，并在形成的I型硅层上，形成用于产生表面等离子体激元共振的颗粒结构。
具体地，步骤S401中形成用于产生表面等离子体激元共振的颗粒结构，包括：
通过磁控溅射工艺形成薄膜层，并对所述薄膜层进行退火工艺，形成用于产生表面等离子体激元共振的颗粒结构。
其中，步骤S401中的薄膜层为金属薄膜层，所述颗粒结构包括金属纳米颗粒。具体地，本发明实施例可通过银，或者金，或者铝来形成所述金属薄膜层，但不仅限于上述列举的金属材料，任何能够形成颗粒结构并通过形成的颗粒结构吸收光线中的光子，产生表面等离子体激元共振，从而增强了颗粒结构周围的局域电场，促进了对入射光的吸收效率的材料均在本发明实施例的保护范围内。
本发明实施例中，通过磁控溅射工艺、退火工艺形成包括金属纳米颗粒的纳米颗粒吸收光线中的光子，产生表面等离子体激元共振，从而增强了颗粒结构周围的局域电场，促进了对入射光的吸收效率，从而提升了光电转化效率。
具体地，所述退火工艺的温度范围为大于或等于200摄氏度，且小于或等于500摄氏度。优选地，所述退火工艺的温度范围为大于或等于200摄氏度，且小于或等于300摄氏度。
具体地，执行所述退火工艺的时间为大于或等于45分钟，且小于或等于90分钟。优选地，执行所述退火工艺的时间为60分钟。
具体地，步骤S401中形成的薄膜层的厚度范围为大于或等于5纳米，且小于或等于40纳米。优选地，步骤S401中的薄膜层的厚度范围为大于或等于10纳米，且小于或等于20纳米。
具体地，所述颗粒结构包括纳米颗粒，优选地，所述颗粒结构包括多个金属纳米颗粒。其中，所述金属纳米颗粒的直径大于或等于50纳米，且小于或等于300纳米。优选地，所述金属纳米颗粒的直径大于或等于100纳米，且小于或等于150纳米。
具体地，所述I型硅层的厚度范围为大于或等于600纳米，且小于或等于900纳米。优选地，所述I型硅层的厚度为800纳米。
本发明实施例中，由于光电转化效率升高了，通过降低I型硅层的厚度，进一步可降低了图形化I型硅层时的刻蚀难度，同时避免了刻蚀I型硅层时的应力问题。
参见图5，本发明提供的一种X射线探测基板的制作方法，包括：
S501、在衬底基板上形成栅极金属层；
S502、通过构图工艺在所述栅极金属层上形成栅极绝缘层、有源层；其中，所述有源层包括：非晶硅层和掺杂非晶硅层；
S503、在所述栅极绝缘层、有源层上形成源漏极金属层；
S504、在所述源漏极金属层上形成光电二极管；
S505、在所述源漏极金属层、光电二极管上形成钝化层；
S506、在所述钝化层上形成第一树脂层，并在光电二极管处形成用于连接光电二极管的过孔；
S507、在所述过孔处依次形成第二透明电极层、导电金属层；
S508、在所述导电金属层上形成第二树脂层。
其中，步骤S504，具体包括：
在所述源漏极金属层上形成N型硅层；
在形成的N型硅层上，形成用于产生表面等离子体激元共振的颗粒结构，并在形成的颗粒结构上，通过构图工艺形成I型硅层，在所述I型硅层上依次形成P型硅层、第一透明电极层；或者，
在形成的N型硅层上，通过构图工艺形成I型硅层，并在形成的I型硅层上，形成用于产生表面等离子体激元共振的颗粒结构；在所述颗粒结构上依次形成P型硅层、第一透明电极层。
具体地，形成用于产生表面等离子体激元共振的颗粒结构，包括：
通过磁控溅射工艺形成薄膜层，并对所述薄膜层进行退火工艺，形成用于产生表面等离子体激元共振的颗粒结构。
综上所述，本发明实施例提供了光电二极管以及制备方法、X射线探测基板，用以通过光电二极管中的颗粒结构吸收光线中的光子，产生表面等离子体激元共振，从而增强了颗粒结构周围的局域电场，促进了对入射光的吸收效率，从而提升了光电转化效率；由于光电转化效率得到提升，从而减小I型硅层的厚度成为可能，进一步降低了图形化I型硅层时的刻蚀难度，同时避免了刻蚀I型硅层时的应力问题。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种光电二极管，其特征在于，包括：沿入射光方向依次设置的N型硅层、I型硅层、P型硅层以及位于所述N型硅层与所述P型硅层之间的用于产生表面等离子体激元共振的颗粒结构。
2.根据权利要求1所述的光电二极管，其特征在于，所述颗粒结构位于所述N型硅层与所述I型硅层之间，或者所述颗粒结构位于所述I型硅层与所述P型硅层之间。
3.根据权利要求2所述的光电二极管，其特征在于，所述颗粒结构包括金属纳米颗粒。
4.根据权利要求3所述的光电二极管，其特征在于，所述金属纳米颗粒的直径大于或等于50纳米，且小于或等于300纳米。
5.一种X射线探测基板，其特征在于，包括：权利要求1～4任一项所述的光电二极管。
6.一种光电二极管的制备方法，其特征在于，包括：
在形成的N型硅层上，形成用于产生表面等离子体激元共振的颗粒结构和I型硅层；
在所述颗粒结构、所述I型硅层上形成P型硅层。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在形成的N型硅层上，形成用于产生表面等离子体激元共振的颗粒结构和I型硅层，包括：
在形成的N型硅层上，形成用于产生表面等离子体激元共振的颗粒结构，并在形成的颗粒结构上，通过构图工艺形成I型硅层，或者，
在形成的N型硅层上，通过构图工艺形成I型硅层，并在形成的I型硅层上，形成用于产生表面等离子体激元共振的颗粒结构。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，形成用于产生表面等离子体激元共振的颗粒结构，包括：
通过磁控溅射工艺形成薄膜层，并对所述薄膜层进行退火工艺，形成用于产生表面等离子体激元共振的颗粒结构。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，形成的薄膜层的厚度范围为大于或等于5纳米，且小于或等于40纳米。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述退火工艺的温度范围为大于或等于200摄氏度，且小于或等于500摄氏度。
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