CN111180532B - 一种光电二极管及其制作方法以及显示屏 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光电二极管及其制作方法以及显示屏，该光电二极管包括：衬底基板；第一电极，设于所述衬底基板上，所述第一电极包括间隔设置的第一子部和第二子部，所述第二子部包括第一端部和第二端部；连接部，设于所述第一子部和所述第一端部以及与所述第一子部和所述第二子部之间的间隙处对应的衬底基板上；电子传输层，设于所述第二端部上；光转换部，设于所述电子传输层上；空穴传输层，设于所述光转换部上；第二电极，设于所述空穴传输层上。本发明的光电二极管及其制作方法以及显示屏，能够减小漏电流，从而提高显示屏的指纹信息的准确性。

Description

一种光电二极管及其制作方法以及显示屏
【技术领域】
本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种光电二极管及其制作方法以及显示屏。
【背景技术】
屏内指纹识别是利用集成于显示屏内的光电传感器阵列来获取指纹图案，光电传感器目前多选用光电二极管。当有手指按压按屏幕上时，指纹中的突起与凹陷对应的反射光的强度是不同的，通过光电二极管将获取的光信号转换为电流信号，从而对指纹信号进行识别。
然而在光照下，当光电二极管施加反偏电压时，可以产生以下电流：少数载流子产生的二极管反偏饱和电流、光生载流子的光电流以及漏电流，漏电流包括耗尽区内薄膜内缺陷处所生成的额外空穴与电子，以及由于薄膜质量或者结构不匹配导致的从电极传输过来的漏电流，比如从阳极注入的电子，或者阴极注入的空穴。当反偏电压增大时，漏电流往往可能会有指数级的增长，可见现有的光电二极管漏电流较大，从而降低了显示屏的指纹信息的准确性。
因此，有必要提供一种光电二极管及其制作方法以及显示屏，以解决现有技术所存在的问题。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种光电二极管及其制作方法以及显示屏，能够减小漏电流，从而提高显示屏的指纹信息的准确性。
为解决上述技术问题，本发明提供一种光电二极管，包括：
衬底基板；
第一电极，设于所述衬底基板上，所述第一电极包括间隔设置的第一子部和第二子部，所述第二子部包括第一端部和第二端部；
连接部，设于所述第一子部和所述第一端部以及与所述第一子部和所述第二子部之间的间隙处对应的衬底基板上；
电子传输层，设于所述第二端部上；
光转换部，设于所述电子传输层上；
空穴传输层，设于所述光转换部上；
第二电极，设于所述空穴传输层上。
本发明还提供一种显示屏，其包括：多个上述光电二极管。
本发明还提供一种光电二极管的制作方法，其包括：
在衬底基板上制作第一电极，对所述第一电极进行图案化处理，形成间隔设置的第一子部和第二子部，其中所述第二子部包括第一端部和第二端部；
在所述第二端部上制作电子传输层；
在所述电子传输层、所述第一子部、所述第二子部以及与所述第一子部和所述第二子部之间的间隙处对应的衬底基板上制作有源层；
对所述有源层进行图案化处理，以在所述电子传输层上形成光转换部，以及在所述第一子部、所述第一端部以及与所述第一子部和所述第二子部之间的间隙处对应的衬底基板上形成连接部；
在所述光转换部上制作空穴传输层；
在所述空穴传输层上制作第二电极。
本发明的光电二极管及其制作方法以及显示屏，包括衬底基板；第一电极，设于所述衬底基板上，所述第一电极包括间隔设置的第一子部和第二子部，所述第二子部包括第一端部和第二端部；连接部，设于所述第一子部和所述第一端部以及与所述第一子部和所述第二子部之间的间隙处对应的衬底基板上；电子传输层，设于所述第二端部上；光转换部，设于所述电子传输层上；空穴传输层，设于所述光转换部上；第二电极，设于所述空穴传输层上；由于增加连接部，因此增大了光电二极管的串联电阻，从而减小了与反偏电压相关的漏电流，进而提高了指纹信号的准确性。
【附图说明】
图1为本发明一实施例的光电二极管的结构示意图；
图2为本发明一实施例的光电二极管的等效电路图。
图3为本发明一实施例的光电二极管的制作方法的第一步的结构示意图。
图4为本发明一实施例的光电二极管的制作方法的第二步的结构示意图。
图5为本发明一实施例的光电二极管的制作方法的第三步的结构示意图。
图6为本发明一实施例的光电二极管的制作方法的第四步的结构示意图。
图7为本发明一实施例的光电二极管的制作方法的第五步的结构示意图。
【具体实施方式】
以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。在图中，结构相似的单元是以相同标号表示。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
请参照图1至图3，图1为本发明一实施例的光电二极管的结构示意图。
如图1所示，本发明的光电二极管200包括衬底基板10、第一电极20、连接部31、电子传输层23、光转换部32、空穴传输层24以及第二电极25。
第一电极20设于所述衬底基板10上，所述第一电极20包括间隔设置的第一子部21和第二子部22，所述第二子部22包括第一端部211和第二端部212，其中所述第二子部22还可包括中间部213，所述中间部213设于所述第一端部211与所述第二端部212之间。
连接部31设于所述第一子部21、所述第一端部211以及与所述第一子部21和所述第二子部22之间的间隙处对应的衬底基板10上；与所述第一子部21和所述第二子部22之间的间隙处对应的衬底基板10也即为未被第一子部21和第二子部22覆盖的衬底基板10。
电子传输层23设于所述第一电极20的第二端部212上。
光转换部32设于所述电子传输层23上，所述光转换部32的材料优选为非晶硅，由于非晶硅在短波长内具有更好的光吸收率，因此可以进一步提高光吸收率。在一实施方式中，为了进一步提高光吸收率，所述光转换部32的厚度范围为40nm～1500nm。其中在一实施方式中，为了进一步增大串联电阻的连接可靠性，所述连接部21的材料与所述光转换部32的材料相同。比如所述连接部31的材料也为非晶硅。
在一实施方式中，所述连接部31与所述光转换部32是在同一制程工艺中制备得到的，从而可以简化制程工艺，降低生产成本，提高生产效率。在其他实施方式中，所述连接部31与所述光转换部32也可不在同一制程工艺中制得。
空穴传输层24设于所述光转换部32上。在一实施方式中，为了进一步提高光吸收率，所述电子传输层24的厚度范围和所述空穴传输层22的厚度范围均可为200nm～300nm。在一实施方式中，为了进一步提高光吸收率，所述空穴传输层24以及所述电子传输层23的材料包括但不限于氧化钼、氧化锌、氧化钨、氧化镍、氧化钛、有机半导体材料、C60、ICBA以及BCP(镶嵌共聚物)。
第二电极25设于所述空穴传输层24上。其中在一实施方式中，当所述光电二极管200的入射光的方向为第一方向时，其中第一方向比如为由下至上，也即底入射时，第一电极20的材料为透明导电材料，所述第二电极25的材料为金属材料；也即此时第二电极25为顶电极，第一电极20为底电极，所述第二电极25具有反射功能。比如第二电极25可以选择透明超薄金属薄膜作为电极。金属材料也可以选择其它金属材料。所述金属材料包括但不限于钼以及钛中的至少一种。透明导电材料可以为透明导电氧化物，透明导电材料可以包括ITO和IZO中的至少一种。
当所述光电二极管200的入射光的方向为第二方向时，其中第二方向比如为由上至下，也即顶入射，也即此时第一电极20为顶电极，第二电极25为底电极。所述第二电极25的材料为透明导电材料，所述第一电极20的材料为金属材料。该金属材料可以采用上述金属材料，透明导电材料也可采用上述透明导电材料。比如在一实施方式中，底入射结构的光电二极管的底电极的材料可以采用ITO，顶电极的材料采用钼。对于顶入射结构的光电二极管的顶电极的材料可以采用ITO，而底电极的材料采用钛。
由于顶电极为金属材料，底电极为透明导电材料，因此通过底电极将光线透射至光转换层，通过顶部电极可以将光线全部反射至光转换层而不透射出去，因此增加了光转换层接收到的光线，从而提高了光吸收率以及光电转换效率。当然，可以理解的，第一电极20和第二电极25的材料也可为其他材料。
在一实施方式中，为了进一步提高光吸收率，所述第一电极20的厚度范围和所述第二电极25的厚度范围均为40nm～300nm。
本实施例的光电二极管200相当于包括串联电阻部201和本体部202，本体部202用于实现光电二极管200的功能，串联电阻部201用于减小与反偏电压相关的漏电流，也即在俯视图下串联电阻部201等效于串联电阻。
如图2所示，通过电流源Ia来模拟光电流，理想的二极管D1来模拟光电二极管的整流效应，另外还有一个串联电阻Rs来模拟光电二极管中的串联电阻，以及一个并联电阻Rsh来模拟光电二极管中的漏电流，两个连接端分别接入反偏电压Vf以及GND，两个连接端分别代表光电二极管的阳极与阴极。反偏电压Vf为负值。
反偏时，光电流Ia与二极管的反偏饱和电流Ib同向且保持不变。然后由于Rs以及Rsh的存在，使得接入端出现漏电流Ic，具体如下式：
Ic＝Vf/(Rsh+Rs)
可见漏电流与反偏电压直接相关，通过增大串联电阻Rs的阻值，以减小与反偏电压相关的漏电流。
为了进一步增大串联电阻，所述第一子部21和所述第二子部22之间的间隙L位于第一预设范围内，且所述连接部31的厚度位于第二预设范围内。第一预设范围和第二预设范围均可根据经验值设定。在一实施方式中，所述第一子部21和所述第二子部22之间的间隙以及所述连接部31的厚度是根据预设阻值设定的，该预设阻值可以使得上述漏电流满足预设要求，从而提高指纹信号的准确性。
以光转换部的材料为非晶硅为例，上述光电二极管采用非晶硅来作为感光材料，当光从外界入射非晶硅层的时候，光子会被转换成电子空穴对，而后电子空穴对分离，电子与空穴分别被第一电极与第二电极收集，从而产生光电流。在一实施方式中，第一电极为阳极，第二电极为阴极。
本发明还提供一种显示屏，所述显示屏包括多个上述任意一种光电二极管，多个光电二极管形成光电传感器阵列，此外显示屏还可包括设于光电二极管下方的显示面板，该显示面板可以包括开关阵列层，开关阵列层包括多个薄膜晶体管。
当手指按压屏幕上时，指纹中的突起与凹陷对应的反射光强度是不同的，因此可以获取整个传感器阵列中的光电流大小的分布，就可以得到指纹图案。在传感器的阵列中，每一个像素点都有一个电容用来存储光电流中的电荷，而存储的电荷会被外部电路读取。通过获取整个阵列中的存储电容中的电荷大小的分布，便可以得到面板上的光强分布信息，从而根据光强分布信息得到指纹信息。由于本发明的光电二极管的光吸收率较高，因此进一步提高了指纹信号的准确度。
本发明还提供一种光电二极管的制作方法，其包括：
S101、在衬底基板上制作第一电极，对所述第一电极进行图案化处理，形成间隔设置的第一子部和第二子部，其中所述第二子部包括第一端部和第二端部；
在一实施方式中，如图3所示，在衬底基板10上制作第一电极20，对所述第一电极20进行图案化处理，形成间隔设置的第一子部21和第二子部22，其中所述第二子部22包括第一端部211和第二端部212。图案化处理可以包括曝光、显影、蚀刻等步骤。
S102、在所述第二端部上制作电子传输层；
如图4所示，在所述第二端部212上制作电子传输层23。
S103、在所述电子传输层、所述第一子部、所述第二子部以及与所述第一子部和所述第二子部之间的间隙处对应的衬底基板上制作有源层；
例如，如图5所示，在所述电子传输层23、所述第一子部21、所述第二子部22以及与所述第一子部21和所述第二子部22之间的间隙处对应的衬底基板10上制作有源层30。
S104、对所述有源层进行图案化处理，以在所述电子传输层上形成光转换部，以及在所述第一子部、所述第一端部以及与所述第一子部和所述第二子部之间的间隙处对应的衬底基板上形成连接部；
如图6所示，对所述有源层30进行图案化处理，以在所述电子传输层23上形成光转换部32，以及在所述第一子部21、所述第一端部211以及与所述第一子部21和所述第二子部22之间的间隙处对应的衬底基板10上形成连接部31。
S105、在所述光转换部上制作空穴传输层；
例如如图7所示，在所述光转换部32上制作空穴传输层24。
S106、在所述空穴传输层上制作第二电极。
例如，返回图1，在所述空穴传输层24上制作第二电极25。
在一实施方式中，为了进一步减小与反偏电压相关的漏电流，可根据预设阻值设置所述第一子部21和所述第二子部22之间的间隙L以及所述连接部31的厚度，从而使得串接电阻的阻值满足制程要求。
可以理解的，本发明的光电二极管的制作方法不限于此。
本发明的光电二极管及其制作方法以及显示屏，包括衬底基板；第一电极，设于所述衬底基板上，所述第一电极包括间隔设置的第一子部和第二子部，所述第二子部包括第一端部和第二端部；连接部，设于所述第一子部和所述第一端部以及与所述第一子部和所述第二子部之间的间隙处对应的衬底基板上；电子传输层，设于所述第二端部上；光转换部，设于所述电子传输层上；空穴传输层，设于所述光转换部上；第二电极，设于所述空穴传输层上；由于增加连接部，因此增大了光电二极管的串联电阻，从而减小了与反偏电压相关的漏电流，进而提高了指纹信号的准确性。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种光电二极管，其特征在于，包括：
衬底基板；
第一电极，设于所述衬底基板上，所述第一电极包括间隔设置的第一子部和第二子部，所述第二子部包括第一端部和第二端部，所述第一子部和所述第二子部同层设置；
连接部，直接设于所述第一子部、所述第一端部以及与所述第一子部和所述第二子部之间的间隙对应的衬底基板上；
电子传输层，设于所述第二端部上；
光转换部，设于所述电子传输层上；
空穴传输层，设于所述光转换部上；
第二电极，设于所述空穴传输层上，
其中，所述连接部从所述第一子部一体地延伸到所述第一端部且覆盖所述第一子部和所述第一端部，以形成串联电阻。
2.根据权利要求1所述的光电二极管，其特征在于，
所述连接部与所述光转换部是在同一制程工艺中制备得到的。
3.根据权利要求1所述的光电二极管，其特征在于，
所述连接部的材料与所述光转换部的材料相同。
4.根据权利要求3所述的光电二极管，其特征在于，
所述连接部的材料为非晶硅。
5.根据权利要求1所述的光电二极管，其特征在于，
所述第一子部和所述第二子部之间的间隙以及所述连接部的厚度是根据所述串联电阻的预设阻值设定的。
6.根据权利要求1所述的光电二极管，其特征在于，所述第二子部还包括中间部，所述中间部设于所述第一端部与所述第二端部之间。
7.根据权利要求1所述的光电二极管，其特征在于，
当所述光电二极管的入射光的方向为第一方向时，所述第一电极的材料为透明导电材料，所述第二电极的材料为金属材料；
当所述光电二极管的入射光的方向为第二方向时，所述第二电极的材料为透明导电材料，所述第一电极的材料为金属材料。
8.一种显示屏，其特征在于，包括多个如权利要求1至7任意一项所述的光电二极管。
9.一种光电二极管的制作方法，其特征在于，包括：
在衬底基板上制作第一电极，对所述第一电极进行图案化处理，形成间隔设置的第一子部和第二子部，其中所述第二子部包括第一端部和第二端部；
在所述第二端部上制作电子传输层；
在所述电子传输层、所述第一子部、所述第二子部以及与所述第一子部和所述第二子部之间的间隙处对应的衬底基板上制作有源层；
对所述有源层进行图案化处理，以在所述电子传输层上形成光转换部以及在所述第一子部、所述第一端部以及与所述第一子部和所述第二子部之间的间隙处对应的衬底基板上形成连接部，所述连接部形成串联电阻；
在所述光转换部上制作空穴传输层；
在所述空穴传输层上制作第二电极。
10.根据权利要求9所述的光电二极管的制作方法，其特征在于，根据所述串联电阻的预设阻值设置所述第一子部和所述第二子部之间的间隙以及所述连接部的厚度。
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