CN111129051B - 平板探测器像素结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种平板探测器像素结构及制备方法，该方法包括：提供基底，于基底上形成TFT漏极、源极及光敏二极管底电极；形成非晶铟镓锌氧化物有源层；于非晶铟镓锌氧化物有源层上依次形成TFT栅绝缘层及TFT栅电极层；以TFT栅电极层为遮罩，对非晶铟镓锌氧化物有源层进行N型重掺杂；于TFT区域形成TFT保护层，相邻两TFT保护层之间形成二极管的过孔；形成二极管的有机有源层及空穴传输层；于二极管区域的空穴传输层上形成透明顶电极层；形成像素保护层，通过像素保护层过孔形成与透明顶电极层互连的公共电极。本发明通过结合非晶铟镓锌氧化物和有机光敏二极管可实现大尺寸、柔性化平板探测器的生产和应用，同时简化了工艺，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及医疗辐射成像、工业无损探伤、安检安防等领域，特别是涉及一种平板探测器像素结构及其制备方法。
背景技术
平板探测器可应用于医疗成像(乳腺和胸部检查、放疗等)、工业无损探伤以及安检安防等领域，尺寸可达数十厘米，像素基板可由数百万乃至数千万个像素单元电路所组成，每个像素单元通常由薄膜晶体管(Thin-Film Transistors，TFT)和光敏二极管(Photodiode，PD)等器件所构成。
目前大尺寸平板探测器主要采用非晶硅(Amorphous silicon，a-Si)技术，即用非晶硅材料来制备TFT和PD的半导体层，像素单元也主要采用1T1D(1个TFT和1个Diode)的被动式像素传感(PPS)结构，如图1所示为无源相素结构的平板探测器的电路结构图，包括：Gate驱动IC1，用于逐行扫描打开TFT阵列；电信号读出芯片2，用于逐行扫描打开TFT后，并行读取各列光敏二极管电容中存储的电荷信号；平板探测器像素阵列3，其为感光元件阵列，将光信号转换成电信号。平板探测器像素阵列3具体包括：光敏二极管及其电容31，光敏二极管处于反向偏置状态，将光子信号转化成电荷信号，并存储于其电容中；TFT开关32，TFT关闭时，光敏二极管的电容进行电流积分；TFT打开时，电信号读出芯片开始读取光敏二极管电容中储存的电荷量；Gate线33，起逐行打开和关闭TFT的作用；Drain线34，起并行读取各列像素单元中存储的电荷信号的作用；VCOM线35，起给光敏二极管加反向偏置电压的作用。
如图2所示，上述无源相素结构的平板探测器的工作时序如下为：在曝光之前，先完成清空动作去除光敏二极管的漏电流所造成的暗电流信号；在清空完成之后进行曝光动作，完成曝光后，光敏二极管的电容在很短的时间内储存了曝光所产生的电荷信号；最后通过电信号读取芯片将光敏二极管电容中储存的电荷信号读出。第一帧读出完成后，若读取第二帧，需要再进行第二侦的清空，再重复之前的曝光读出动作。
非晶硅材料的优势在于其为非晶态结构，有利于制备大尺寸的平板探测器，另外，非晶硅平板探测器的辐射稳定性较好，也具有较高的辐射寿命(可达10kGy)。但是，非晶硅材料的场效应迁移率较低(约0.5cm2V-1s-1)，其开启电阻较大，不适用于需要高帧率的动态成像领域；其次，非晶硅薄膜的抗机械应变能力弱，当拉伸机械应变>0.5％或压缩机械应变>2％时，a-Si TFT就会失效，因此，其在机械应变状态下的器件稳定性不利于制备柔性平板探测器；另外，在TFT漏电流方面，与非晶氧化物TFT相比较，a-Si TFT的漏电流较大，故其具有更高的信号损失和噪声干扰。此外，a-Si TFT的接触电阻、开态电阻和寄生电容较大，在制备大尺寸平板探测器时，会导致信号的RC延迟较大，从而增大探测器的Lag。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种平板探测器像素结构及其制备方法，用于解决现有技术中平板探测器像素结构所具有的以下缺点：(1)TFT的接触电阻和寄生电容较大，影响TFT性能和开关速度，导致探测器Lag较大；(2)非晶硅薄膜的抗机械应变能力弱，不利于大尺寸柔性探测器的生产和应用。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种平板探测器像素结构的制备方法，所述制备方法至少包括如下步骤：
S1：提供基底，所述基底上定义有TFT区域及二极管区域，于所述基底上的所述TFT区域形成漏极及源极，于所述基底上的所述二极管区域形成底电极，所述漏极与所述源极之间形成沟道，所述源极与所述底电极连为一体；
S2：于所述漏极、源极及底电极上和所述沟道中形成非晶铟镓锌氧化物有源层；
S3：于所述沟道所在区域的所述非晶铟镓锌氧化物有源层上依次形成TFT栅绝缘层及TFT栅电极层；
S4：以所述TFT栅电极层为遮罩，对所述非晶铟镓锌氧化物有源层进行N型重掺杂，以使所述漏极、源极及底电极上的所述非晶铟镓锌氧化物有源层分别形成为第一接触层、第二接触层及二极管的电子传输层，所述第二接触层与所述电子传输层连为一体；
S5：于所述TFT区域形成TFT保护层，且基于所述TFT保护层形成二极管的过孔；
S6：于步骤S5所得结构的表面上依次形成二极管的有机有源层及空穴传输层；
S7：于所述二极管区域的所述空穴传输层上形成透明顶电极层；
S8：于步骤S7所得结构的表面上形成像素保护层，并于所述像素保护层上形成与所述透明顶电极层互连的公共电极。
可选地，所述制备方法还包括：于步骤S8所得结构的表面上形成最终保护层。
可选地，步骤S1中，形成所述漏极、源极及底电极之前，还包括于所述基底上形成缓冲层的步骤。
可选地，步骤S1中形成所述漏极、源极及底电极的具体方法包括：
S11：采用物理气相沉积工艺于所述基底上沉积至少一层金属层；
S12：图形化所述金属层，形成所述漏极、源极及底电极。
可选地，所述金属层的材料包括由钼、铬、铜、铝及铝铌、铝钕合金所组成的群组中的一种，采用湿法或干法刻蚀图形化所述金属层。
可选地，步骤S2中，采用物理气相沉积工艺或溶液法形成所述非晶铟镓锌氧化物有源层。
可选地，步骤S3中形成所述TFT栅绝缘层及TFT栅电极层的具体方法包括：
S31：采用溶液法或化学气相沉积工艺于所述非晶铟镓锌氧化物有源层上制备TFT栅绝缘层；
S32：采用物理气相沉积工艺于所述TFT栅绝缘层上沉积TFT栅电极层；
S33：图形化所述TFT栅绝缘层及TFT栅电极层。
可选地，步骤S31中所述TFT栅绝缘层为无机绝缘薄膜或有机绝缘薄膜，且采用化学气相沉积工艺沉积所述无机绝缘薄膜，采用溶液法制备所述有机绝缘薄膜。
可选地，步骤S32中所述TFT栅电极层为单层结构或两层以上的叠层结构，所述TFT栅电极层的材料包括由钼、铬、铜、铝及铝铌、铝钕合金所组成的群组中的一种。
可选地，步骤S5中形成所述TFT保护层及过孔的具体方法包括：
S51：采用溶液法或化学气相沉积工艺于步骤S4所得结构的表面上制备TFT保护层；
S52：图形化所述二极管区域上方的TFT保护层，以使所述TFT保护层形成于所述TFT区域，且基于所述TFT保护层形成所述二极管的过孔。
可选地，步骤S6中，采用溶液法制备所述有机有源层。
可选地，步骤S7中形成所述透明顶电极层的具体方法包括：
S71：于步骤S6所得结构的表面上制备透明顶电极层；
S72：图形化所述透明顶电极层，以使所述透明顶电极层形成于所述二极管区域的所述空穴传输层上。
可选地，步骤S8中形成所述公共电极的具体方法包括：
S81：采用溶液法或化学气相沉积工艺于步骤S7所得结构的表面上形成所述像素保护层；
S82：采用干法刻蚀所述像素保护层，形成连通所述透明顶电极的像素过孔；
S83：采用物理气相沉积工艺于步骤S82所得结构的表面上沉积公共电极层；
S84：图形化所述公共电极层，形成所述公共电极。
可选地，所述公共电极形成于所述二极管区域的边侧，以减小对二极管的遮光影响。
本发明还提供一种平板探测器像素结构，所述平板探测器像素结构至少包括：
基底，所述基底上定义有形成TFT元件的TFT区域及二极管元件的二极管区域；
TFT元件，所述TFT元件包括漏极、源极、非晶铟镓锌氧化物有源层、TFT栅绝缘层、TFT栅电极层、第一接触层及第二接触层，所述TFT栅绝缘层及TFT栅电极层设置于所述非晶铟镓锌氧化物有源层上，所述第一接触层设置于所述漏极上，所述第二接触层设置于所述源极上；
TFT保护层，设置于所述TFT元件的周侧；
二极管元件，所述二极管元件包括依次层叠的N型重掺杂的电子传输层、有机有源层及空穴传输层，且所述电子传输层、有机有源层及空穴传输层构成PIN结；
二极管元件的底电极、透明顶电极层及公共电极；
像素保护层，设置于所述TFT元件及所述二极管元件上；
所述源极与所述底电极连为一体，所述第二接触层与所述电子传输层连为一体，所述透明顶电极层设置于所述空穴传输层上，所述公共电极设置于所述像素保护层上并通过所述像素保护层过孔与所述透明顶电极层互连。
可选地，所述像素结构还包括，形成于所述像素保护层及所述公共电极上的最终保护层。
可选地，所述漏极、源极及底电极的厚度介于300nm～500nm之间，且所述漏极、源极及底电极的材料包括由钼、铬、铜、铝及铝铌、铝钕合金所组成的群组中的一种。
可选地，所述TFT栅绝缘层的材料包括氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)中的至少一种，所述TFT栅绝缘层的厚度介于300nm～600nm之间，所述TFT栅电极层的厚度介于200nm～500nm之间，所述第一接触层、第二接触层及电子传输层的厚度介于20nm～150nm之间，所述TFT栅电极层的材料包括由钼、铬、铜、铝及铝铌、铝钕合金所组成的群组中的一种，所述TFT保护层的厚度介于300nm～500nm之间。
可选地，所述公共电极形成于所述二极管区域的边侧，以减小对二极管的遮光影响。
如上所述，本发明的平板探测器像素结构及其制备方法，通过将TFT的源极与二极管的底电极连为一体，以及将TFT的第二接触层与二极管的电子传输层连为一体，实现了非晶铟镓锌氧化物TFT和有机光敏二极管的集成，从而提出一种新型结构的平板探测器像素结构。一方面，非晶铟镓锌氧化物材料具有非晶态结构和较高的场效应迁移率，有利于实现大尺寸平板探测器像素结构基板的制备；另一方面，非晶铟镓锌氧化物TFT和有机光敏二极管的抗机械应变能力强，在弯曲应力下，器件的电学性能具有较好的稳定性，有利于制备高可靠性的柔性平板探测器；最后，本发明源极上的第二接触层与二极管的电子传输层同时形成且连为一体，即通过对非晶铟镓锌氧化物有源层进行N型重掺杂一次形成，有利于实现像素结构的集成，降低平板探测器的成本。本发明的制备方法中，二极管的有机有源层及空穴传输层不需要进行图形化处理工艺，有效降低了工艺难度，降低了制造成本；另外，于TFT的源极及漏极上分别形成N型重掺杂的第一接触层及第二接触层，有效降低了接触电阻；再者，先形成TFT栅电极层，再以TFT栅电极层为遮罩，以自对准的方式对非晶铟镓锌氧化物有源层进行N型重掺杂，有效减少了源极和漏极与栅极叠加的面积，减小电极之间的寄生电容Cgs及Cgd。
附图说明
图1显示为现有技术中的平板探测器结构示意图。
图2显示为现有技术中的平板探测器的工作时序示意图。
图3显示为本发明实施例一的平板探测器像素结构的制备工艺流程图。
图4～图20显示为本发明实施例一的平板探测器像素结构制备工艺各步骤所呈现的结构示意图，其中，图20还显示为本发明实施例二中的平板探测器像素结构的结构示意图。
元件标号说明
1 Gate驱动IC
2 电信号读出芯片
3 平板探测器像素阵列
31 光敏二极管及其电容
32 TFT开关
33 Gate线
34 Drain线
35 VCOM线
10 基底
11 TFT元件
110 漏极
111 源极
112 非晶铟镓锌氧化物有源层
113 TFT栅绝缘层
114 TFT栅电极层
115 第一接触层
116 第二接触层
117 沟道
118 金属层
12 缓冲层
13 TFT保护层
130 过孔
14 二极管元件
140 电子传输层
141 有机有源层
142 空穴传输层
15 底电极
16 透明顶电极层
17 公共电极
170 公共电极层
18 像素保护层
180 像素过孔
19 最终保护层
A TFT区域
B 二极管区域
S1～S8 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图3～图20。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
现有的平板探测器像素结构中，通常采用非晶硅材料来制备TFT及二极管的半导体层，或者采用非晶铟镓锌氧化物作为TFT的有源层。在现有的平板探测器像素结构中，TFT的接触电阻和寄生电容较大，影响TFT性能和开关速度，导致探测器Lag较大，不利于大尺寸、低剂量探测器的生产和应用；另外，非晶硅薄膜的抗机械应变能力较弱，不利于制备大尺寸的柔性平板探测器。
基于此，如图3所示，本发明提供一种平板探测器像素结构的制备方法，所述制备方法至少包括如下步骤：
S1：提供基底，所述基底上定义有TFT区域及二极管区域，于所述基底上的所述TFT区域形成漏极及源极，于所述基底上的所述二极管区域形成底电极，所述漏极与所述源极之间形成沟道，所述源极与所述底电极连为一体；
S2：于所述漏极、源极及底电极上和所述沟道中形成非晶铟镓锌氧化物有源层；
S3：于所述沟道所在区域的所述有源层上依次形成TFT栅绝缘层及TFT栅电极层；
S4：以所述TFT栅电极层为遮罩，对所述有源层进行N型重掺杂，以使所述漏极、源极及底电极上的所述非晶铟镓锌氧化物有源层分别形成为第一接触层、第二接触层及二极管的电子传输层，所述第二接触层与所述电子传输层连为一体；
S5：于所述TFT区域形成TFT保护层，且基于所述TFT保护层形成二极管的过孔；
S6：于步骤S5所得结构的表面上依次形成二极管的有机有源层及空穴传输层；
S7：于所述二极管区域的所述空穴传输层上形成透明顶电极层；
S8：于步骤S7所得结构的表面上形成像素保护层，并于所述像素保护层形成与所述透明顶电极层互连的公共电极。
本发明通过将TFT的源极与二极管的底电极连为一体，以及将TFT的第二接触层与二极管的电子传输层连为一体，实现了非晶铟镓锌氧化物TFT和有机光敏二极管的集成，从而提出一种新型结构的平板探测器像素结构。一方面，非晶铟镓锌氧化物材料具有非晶态结构和较高的场效应迁移率，有利于实现大尺寸平板探测器像素结构基板的制备；另一方面，非晶铟镓锌氧化物TFT和有机光敏二极管抗机械应变能力强，在弯曲应力下，器件的电学性能具有较好的稳定性，有利于制备高可靠性的柔性平板探测器；最后，本发明源极上的第二接触层与二极管的电子传输层同时形成且连为一体，即通过对非晶铟镓锌氧化物有源层进行N型重掺杂一次形成，有利于实现像素结构的集成，降低平板探测器的成本。本发明的制备方法中，二极管的有机有源层及空穴传输层不需要进行图形化处理工艺，有效降低了工艺难度，降低了制造成本；另外，于TFT的源极及漏极上分别形成N型重掺杂的第一接触层及第二接触层，有效降低了接触电阻；再者，先形成TFT栅电极层，再以TFT栅电极层为遮罩，以自对准的方式对非晶铟镓锌氧化物有源层进行N型重掺杂，有效减少了源极和漏极与栅极叠加的面积，减小电极之间的寄生电容Cgs及Cgd。
下面将结合具体的附图，对本发明的平板探测器像素结构及其制备方法进行详细描述，显然，所描述的实施例仅仅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，本领域一般技术人员在没有做出创造性劳动的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。
实施例一
本实施例提供一种平板探测器像素结构的制备方法，包括如下步骤：
如图3至图5所示，进行步骤S1，提供基底10，所述基底10上定义有TFT区域A及二极管区域B，于所述基底10上的所述TFT区域A形成漏极110及源极111，于所述基底10上的所述二极管区域B形成底电极15，所述漏极110与所述源极111之间形成沟道117，所述源极111与所述底电极15连为一体。
如图4及图5所示，作为示例，形成所述漏极110、源极111及底电极15之前，还可以在所述基底10上形成缓冲层12。所述缓冲层可有效防止基底中的金属离子(例如铝、钡、钠等)在后续的热制程中扩散进入像素结构中的器件沟道，对器件性能产生影响。
这里需要说明的是，图4至图20中是以所述基底10上设置所述缓冲层12为例进行图示的。
作为示例，所述基底10的材料可以是玻璃或PI，也可以是其他适于制备平板探测器像素结构基底的材料，在此不作限制。
如图4及图5所示，作为示例，形成所述漏极110、源极111及底电极15的具体方法包括：
如图4所示，S11：采用物理气相沉积工艺于所述基底10上沉积至少一层金属层118。当然也可以采用其他方法沉积所述金属层118，例如E-beam或蒸镀等，在此不做限制，而采用物理气相沉积工艺易于制备较大且均匀的金属层。作为示例，所述金属层118的材料包括由钼、铬、铜、铝及铝铌、铝钕合金所组成的群组中的一种，由于沉积至少一层金属层118，即可以是一层，也可以是两层以上的叠层，所以每层金属层118的材料可以相同，也可以不相同。作为示例，所述金属层118的厚度介于300nm～500nm之间。
如图5所示，S12：图形化所述金属层118，形成所述漏极110、源极111及底电极15。可以采用湿法或干法刻蚀对所述金属层118进行图形化。
如图3及图6所示，进行步骤S2，于所述漏极110、源极111及底电极15上和所述沟道117中形成非晶铟镓锌氧化物有源层112。
作为示例，先采用物理气相沉积工艺或溶液法于步骤S1获得的结构的表面制备一层非晶铟镓锌氧化物有源层112，然后通过湿法或干法刻蚀对所述非晶铟镓锌氧化物有源层112进行图形化，以使所述非晶铟镓锌氧化物有源层112形成于所述漏极110、源极111及底电极15上和所述沟道117中。
作为示例，所述非晶铟镓锌氧化物有源层112的厚度介于20nm～150nm之间。
如图3及图7至图9所示，进行步骤S3，于所述沟道117所在区域的所述非晶铟镓锌氧化物有源层112上依次形成TFT栅绝缘层113及TFT栅电极层114。
将所述TFT栅电极层114设置于所述TFT栅绝缘层113的上方，当光从上方入射时，可以起到较佳的遮光效果。
作为示例，所述TFT栅绝缘层113的厚度介于300nm～600nm之间，所述TFT栅电极层114的厚度介于200nm～500nm之间。
作为示例，所述TFT栅绝缘层113可以为无机绝缘薄膜或有机绝缘薄膜。较佳地，当所述TFT栅绝缘层113为无机绝缘薄膜时，优选为氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)中的至少一种。
作为示例，所述TFT栅电极层114为单层结构或两层以上的叠层结构，所述TFT栅电极层114的材料包括由钼、铬、铜、铝及铝铌、铝钕合金所组成的群组中的一种。
如图7至图9所示，作为示例，形成所述TFT栅绝缘层113及TFT栅电极层114的具体方法包括：
如图7所示，S31：采用溶液法或化学气相沉积工艺于所述非晶铟镓锌氧化物有源层112上制备TFT栅绝缘层113。较佳地，当所述TFT栅绝缘层113为无机绝缘薄膜时，采用化学气相沉积工艺沉积所述TFT栅绝缘层113；当所述TFT栅绝缘层113为有机绝缘薄膜时，采用溶液法制备所述TFT栅绝缘层113。
如图8所示，S32：采用物理气相沉积工艺于所述TFT栅绝缘层113上沉积TFT栅电极层114。
如图9所示，S33：图形化所述TFT栅绝缘层113及TFT栅电极层114。作为示例，采用湿法或干法刻蚀工艺，先对所述TFT栅电极层114进行图形化，再对所述TFT栅绝缘层113进行图形化。
如图3及图10所示，进行步骤S4，以所述TFT栅电极层114为遮罩，对所述非晶铟镓锌氧化物有源层112进行N型重掺杂，以使所述漏极110、源极111及底电极15上的所述非晶铟镓锌氧化物有源层112分别形成为第一接触层115、第二接触层116及二极管的电子传输层140，所述第二接触层116与所述电子传输层140连为一体。
结合步骤S3中，先形成TFT栅电极层114，再以TFT栅电极层114为遮罩，可以实现以自对准的方式对非晶铟镓锌氧化物有源层进行N型重掺杂，该掺杂方式可有效减少源极111和漏极110与TFT栅极重叠的面积，从而减小电极之间的寄生电容Cgs及Cgd，同时，进行N型重掺杂后，漏极110及源极111上的所述非晶铟镓锌氧化物有源层112形成为N型重掺杂的第一接触层115及第二接触层116，可有效降低接触电阻，从而减小平板探测器的Lag，有利于大尺寸平板探测器的制备，再者，进行N型重掺杂后，第二接触层116与二极管的电子传输层140同时形成且连为一体，实现平板探测器像素结构的有效集成，降低平板探测器的生产成本。
如图3及图11至图12所示，进行步骤S5，于所述TFT区域A形成TFT保护层13，且基于所述TFT保护层13形成二极管的过孔130。所述TFT保护层13用于对所述TFT区域内的TFT进行绝缘保护。作为示例，所述TFT保护层13可以是有机绝缘薄膜，也可以是无机绝缘薄膜。
作为示例，所述TFT保护层13的厚度介于300nm～500nm之间。
如图11至图12所示，形成所述TFT保护层13及过孔130的具体方法包括：
如图11所示，S51：采用溶液法或化学气相沉积工艺于步骤S4所得结构的表面上制备TFT保护层13。当然也可以采用磁控溅射等方法形成所述TFT保护层13，在此不做限制。
如图12所示，S52：图形化所述TFT保护层13，以使所述TFT保护层13形成于所述TFT区域A，且基于所述TFT保护层13形成所述二极管的过孔130。作为示例，可以采用湿法或者干法刻蚀对所述TFT保护层13进行图形化。图12示出了形成二极管的过孔130的截面图，在其俯视图中，图形化后的所述TFT保护层13之外的区域即为二极管的过孔130区域。
如图3及图13所示，进行步骤S6，于步骤S5所得结构的表面上依次形成二极管的有机有源层141及空穴传输层142。
作为示例，采用溶液法(例如刮涂或悬涂)形成所述有机有源层141,。由于所述有机有源层141是正面涂覆，所以采用溶液法工艺容易控制。
由于所述有机有源层141及空穴传输层142均采用整面涂覆的方法，不需要图形化，工艺容易控制，有效降低工艺难度及工艺复杂度，降低制造成本；另外，通过TFT的源极111与二极管的底电极15连为一体，以及将TFT的第二接触层116与二极管的电子传输层140连为一体，实现了非晶铟镓锌氧化物TFT和有机光敏二极管的集成，有利于实现大尺寸且柔性化的平板探测器的制备。
如图3及图14及图15所示，进行步骤S7，于所述二极管区域B的所述空穴传输层142上形成透明顶电极层16。
如图14及图15所示，作为示例，形成所述透明顶电极层16的具体方法包括：
如图14所示，S71：于步骤S6所得结构的表面上沉积透明顶电极层16。
如图15所示，S72：图形化所述透明顶电极层16，以使所述透明顶电极层16形成于所述二极管区域B的所述空穴传输层142上。可以采用干法或湿法刻蚀对所述透明顶电极层16进行图形化，在此不做限制。
如图3及图16至图19所示，进行步骤S8，于步骤S7所得结构的表面上形成像素保护层18，并于所述像素保护层18上形成与所述透明顶电极层16互连的公共电极17。
形成所述像素保护层18以对所述TFT区域极二极管区域的TFT及二极管进行绝缘保护。作为示例，所述像素保护层18的材料可以是绝缘材料，例如：氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化锆等等，较便宜及可大面积制备的材料选择为氮化硅或氧化硅。
如图16至图19所示，作为示例，形成所述公共电极17的具体方法包括：
如图16所示，S81：采用溶液法或化学气相沉积工艺于步骤S7所得结构的表面上形成所述像素保护层18。
如图17所示，S82：采用干法刻蚀所述像素保护层18，形成连通所述透明顶电极16的像素过孔180。较佳地，可设计所述像素过孔180设置在所述二极管区域的边侧，以减小后续形成的公共电极17对二极管的遮光影响，提高像素的填充因子。
如图18所示，S83：采用物理气相沉积工艺于步骤S82所得结构的表面上沉积公共电极层170。
如图19所示，S84：图形化所述公共电极层170，形成所述公共电极17。例如，可以采用干法或者湿法刻蚀方法对所述公共电极层170进行图形化。
如图20所示，作为示例，还可对上述结构的表面上形成最终保护层19。以实现对整个结构(包括TFT、二极管及公共电极)的绝缘保护。较佳地，可以采用溶液法或化学气相沉积工艺形成所述最终保护层19。所述最终保护层19的材料可以选择绝缘材料，例如：氮化硅、氧化硅或氧化铝等等。
实施例二
本实施例提供一种平板探测器像素结构，该像素结构可以通过上述实施例一的方法制备，但也可以不限于上述方法。
如图4及图20所示，所述平板探测器像素结构至少包括：
基底10，所述基底上定义有形成TFT元件11的TFT区域A及二极管元件14的二极管区域B；
TFT元件11，所述TFT元件11包括漏极110、源极111、非晶铟镓锌氧化物有源层112、TFT栅绝缘层113、TFT栅电极层114、第一接触层115及第二接触层116，所述TFT栅绝缘层113及TFT栅电极层114设置于所述非晶铟镓锌氧化物有源层112上，所述第一接触层115设置于所述漏极110上，所述第二接触层116设置于所述源极111上；
TFT保护层13，设置于所述TFT元件11的周侧；
二极管元件14，所述二极管元件14包括依次层叠的N型重掺杂的电子传输层140、有机有源层141及空穴传输层142，且所述电子传输层140、有机有源层141及空穴传输层142构成PIN结；
二极管元件14的底电极15、透明顶电极层16及公共电极17；
像素保护层18，设置于所述TFT元件11及所述二极管元件14上；
所述源极111与所述底电极15连为一体，所述第二接触层116与所述电子传输层140连为一体，所述透明顶电极层16设置于所述空穴传输层142上，所述公共电极17设置于所述像素保护层18上并通过所述像素保护层18与所述透明顶电极层16互连。
作为示例，所述像素结构还包括形成于所述像素保护层18及所述公共电极17上的最终保护层19。
作为示例，所述漏极110、源极111及底电极15的厚度介于300nm～500nm之间，且所述漏极110、源极111及底电极15的材料包括由钼、铬、铜、铝及铝铌合金组成的群组中的一种。
作为示例，所述TFT栅绝缘层113的材料包括氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)中的至少一种，所述TFT栅绝缘层113的厚度介于300nm～600nm之间，所述TFT栅电极层114的厚度介于200nm～500nm之间，所述第一接触层115、第二接触层116及电子传输层140的厚度介于20nm～150nm之间，所述TFT栅电极层114的材料包括由钼、铬、铜、铝及铝铌、铝钕合金所组成的群组中的一种，所述TFT保护层13的厚度介于300nm～500nm之间。
作为示例，所述公共电极17设置于所述像素保护层18上并通过所述像素保护层18中的像素过孔180与所述透明顶电极层16互连。
作为示例，所述公共电极17形成于所述二极管区域的边侧，以减小对二极管的遮光影响,。
本平板探测器像素结构的工作原理、所能达到的技术效果以及平板探测器像素结构的变形等请参见上述平板探测器像素结构的制备方法，在此不做赘述。
综上所述，本发明提出一种平板探测器像素结构及其制备方法，通过将TFT的源极与二极管的底电极连为一体，以及将TFT的第二接触层与二极管的电子传输层连为一体，实现了非晶铟镓锌氧化物TFT和有机光敏二极管的集成，从而提出一种新型结构的平板探测器像素结构。一方面，非晶铟镓锌氧化物材料具有非晶态结构和较高的场效应迁移率，有利于实现大尺寸平板探测器像素结构基板的制备；另一方面，非晶铟镓锌氧化物TFT和有机光敏二极管抗机械应变能力强，在弯曲应力下，器件的电学性能具有较好的稳定性，有利于制备高可靠性的柔性平板探测器；最后，本发明源极上的第二接触层与二极管的电子传输层同时形成且连为一体，即通过对非晶铟镓锌氧化物有源层进行N型重掺杂一次形成，有利于实现像素结构的集成，降低平板探测器的成本。本发明的制备方法中，二极管的有机有源层及空穴传输层不需要进行图形化处理工艺，有效降低了工艺难度，降低了制造成本；另外，于TFT的源极及漏极上分别形成N型重掺杂的第一接触层及第二接触层，有效降低了接触电阻；再者，先形成TFT栅电极层，再以TFT栅电极层为遮罩，以自对准的方式对非晶铟镓锌氧化物有源层进行N型重掺杂，有效减少了源极和漏极与栅极叠加的面积，减小电极之间的寄生电容Cgs及Cgd。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (19)
1.一种平板探测器像素结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法至少包括如下步骤：
S1：提供基底，所述基底上定义有TFT区域及二极管区域，于所述基底上的所述TFT区域形成漏极及源极，于所述基底上的所述二极管区域形成底电极，所述漏极与所述源极之间形成沟道，所述源极与所述底电极连为一体；
S2：于所述漏极、源极及底电极上和所述沟道中形成非晶铟镓锌氧化物有源层；
S3：于所述沟道所在区域的所述非晶铟镓锌氧化物有源层上依次形成TFT栅绝缘层及TFT栅电极层；
S4：以所述TFT栅电极层为遮罩，对所述非晶铟镓锌氧化物有源层进行N型重掺杂，以使所述漏极、源极及底电极上的所述非晶铟镓锌氧化物有源层分别形成为第一接触层、第二接触层及二极管的电子传输层，所述第二接触层与所述电子传输层连为一体；
S5：于所述TFT区域形成TFT保护层，且基于所述TFT保护层形成二极管的过孔；
S6：于步骤S5所得结构的表面上依次形成二极管的有机有源层及空穴传输层；
S7：于所述二极管区域的所述空穴传输层上形成透明顶电极层；
S8：于步骤S7所得结构的表面上形成像素保护层，并于所述像素保护层上形成与所述透明顶电极层互连的公共电极。
2.根据权利要求1所述的平板探测器像素结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：于步骤S8所得结构的表面上形成最终保护层。
3.根据权利要求1所述的平板探测器像素结构的制备方法，其特征在于：步骤S1中，形成所述漏极、源极及底电极之前，还包括于所述基底上形成缓冲层的步骤。
4.根据权利要求1所述的平板探测器像素结构的制备方法，其特征在于，步骤S1中形成所述漏极、源极及底电极的具体方法包括：
S11：采用物理气相沉积工艺于所述基底上沉积至少一层金属层；
S12：图形化所述金属层，形成所述漏极、源极及底电极。
5.根据权利要求4所述的平板探测器像素结构的制备方法，其特征在于：所述金属层的材料包括由钼、铬、铜、铝及铝铌、铝钕合金所组成的群组中的一种，采用湿法或干法刻蚀图形化所述金属层。
6.根据权利要求1所述的平板探测器像素结构的制备方法，其特征在于：步骤S2中，采用物理气相沉积工艺或溶液法形成所述非晶铟镓锌氧化物有源层。
7.根据权利要求1所述的平板探测器像素结构的制备方法，其特征在于，步骤S3中形成所述TFT栅绝缘层及TFT栅电极层的具体方法包括：
S31：采用溶液法或化学气相沉积工艺于所述非晶铟镓锌氧化物有源层上制备TFT栅绝缘层；
S32：采用物理气相沉积工艺于所述TFT栅绝缘层上沉积TFT栅电极层；
S33：图形化所述TFT栅绝缘层及TFT栅电极层。
8.根据权利要求7所述的平板探测器像素结构的制备方法，其特征在于：步骤S31中所述TFT栅绝缘层为无机绝缘薄膜或有机绝缘薄膜，且采用化学气相沉积工艺沉积所述无机绝缘薄膜，采用溶液法制备所述有机绝缘薄膜。
9.根据权利要求7所述的平板探测器像素结构的制备方法，其特征在于：步骤S32中所述TFT栅电极层为单层结构或两层以上的叠层结构，所述TFT栅电极层的材料包括由钼、铬、铜、铝及铝铌、铝钕合金所组成的群组中的一种。
10.根据权利要求1所述的平板探测器像素结构的制备方法，其特征在于，步骤S5中形成所述TFT保护层及过孔的具体方法包括：
S51：采用溶液法或化学气相沉积工艺于步骤S4所得结构的表面上制备TFT保护层；
S52：图形化所述TFT保护层，以使所述TFT保护层形成于所述TFT区域，且基于所述TFT保护层形成所述二极管的过孔。
11.根据权利要求1所述的平板探测器像素结构的制备方法，其特征在于：步骤S6中，采用溶液法制备所述有机有源层。
12.根据权利要求1所述的平板探测器像素结构的制备方法，其特征在于，步骤S7中形成所述透明顶电极层的具体方法包括：
S71：于步骤S6所得结构的表面上制备透明顶电极层；
S72：图形化所述透明顶电极层，以使所述透明顶电极层形成于所述二极管区域的所述空穴传输层上。
13.根据权利要求1所述的平板探测器像素结构的制备方法，其特征在于：步骤S8中形成所述公共电极的具体方法包括：
S81：采用溶液法或化学气相沉积工艺于步骤S7所得结构的表面上形成所述像素保护层；
S82：采用干法刻蚀所述像素保护层，形成连通所述透明顶电极的像素过孔；
S83：采用物理气相沉积工艺于步骤S82所得结构的表面上沉积公共电极层；
S84：图形化所述公共电极层，形成所述公共电极。
14.根据权利要求13所述的平板探测器像素结构的制备方法，其特征在于：所述公共电极形成于所述二极管区域的边侧，以减小对二极管的遮光影响。
15.一种平板探测器像素结构，其特征在于，所述平板探测器像素结构至少包括：
基底，所述基底上定义有形成TFT元件的TFT区域及二极管元件的二极管区域；
TFT元件，所述TFT元件包括漏极、源极、非晶铟镓锌氧化物有源层、TFT栅绝缘层、TFT栅电极层、第一接触层及第二接触层，所述TFT栅绝缘层及TFT栅电极层设置于所述非晶铟镓锌氧化物有源层上，所述第一接触层设置于所述漏极上，所述第二接触层设置于所述源极上；
TFT保护层，设置于所述TFT元件的周侧；
二极管元件，所述二极管元件包括依次层叠的N型重掺杂的电子传输层、有机有源层及空穴传输层，且所述电子传输层、有机有源层及空穴传输层构成PIN结；
二极管元件的底电极、透明顶电极层及公共电极；
像素保护层，设置于所述TFT元件及所述二极管元件上；
所述源极与所述底电极连为一体，所述第二接触层与所述电子传输层连为一体，所述透明顶电极层设置于所述空穴传输层上，所述公共电极设置于所述像素保护层上并通过所述像素保护层中的像素过孔与所述透明顶电极层互连。
16.根据权利要求15所述的平板探测器像素结构，其特征在于，所述像素结构还包括：形成于所述像素保护层及所述公共电极上的最终保护层。
17.根据权利要求15所述的平板探测器像素结构，其特征在于：所述漏极、源极及底电极的厚度介于300nm～500nm之间，且所述漏极、源极及底电极的材料包括由钼、铬、铜、铝及铝铌、铝钕合金所组成的群组中的一种。
18.根据权利要求15所述的平板探测器像素结构，其特征在于：所述TFT栅绝缘层的材料包括氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)中的至少一种，所述TFT栅绝缘层的厚度介于300nm～600nm之间，所述TFT栅电极层的厚度介于200nm～500nm之间，所述第一接触层、第二接触层及电子传输层的厚度介于20nm～150nm之间，所述TFT栅电极层的材料包括由钼、铬、铜、铝及铝铌、铝钕合金所组成的群组中的一种，所述TFT保护层的厚度介于300nm～500nm之间。
19.根据权利要求15所述的平板探测器像素结构，其特征在于：所述公共电极形成于所述二极管区域的边侧，以减小对二极管的遮光影响。
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