CN111524916A - 光电转换器件及其制作方法、显示装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种光电转换器件及其制作方法、显示装置，所述光电转换器件包括基板以及位于基板上的薄膜晶体管单元层，光电转换器件包括一感光侧，薄膜晶体管单元层包括：有源层、位于有源层两端并与有源层电性连接的源漏极金属层、及光子晶体功能层，设置于有源层远离感光侧的一侧；通过在有源层远离感光侧的一侧设置光子晶体功能层，将入射的光线通过光子晶体功能层反射到有源层，实现有源层对光线的二次刺激响应，对光电转换器件进行增益并提高响应性能，此外，光子晶体功能层还可将有源层不能响应的其它波段的光线转换为有源层可以响应波段的光线，进一步提高了光电转换器件对光线的利用率和对不同波段光线的适应性。
Description
技术领域
本发明涉及显示领域，尤其涉及一种光电转换器件及其制作方法、显示装置。
背景技术
5G时代的来临，物联网、智能家居接踵而至。在5G时代对于新产品拥有更高的要求，如更智慧，移动性，更集成，模块化，定制化和可持续性。
在新的时代，显示装置将不仅仅作为图像画面的显示载体，更多智能化的设计开发势在必行。传感器的集成，为显示装置智能化的发展提供更多方向，例如光感传感器，实现各波段光与面板之间的互动；触控传感器，实验精准多点位触摸；非触控传感器，实现手势识别，人脸识别等。因此，如何对传感器的精密性进行增益性和具备广泛适应性研究是十分必要的。
有源材料的光电转换性能，通过产生电子-空穴对的光子吸收和载流子传输，而在多个领域具有广泛的应用，如光电探测器，光伏器件等。然而，受限于有源材料的基础带隙过窄，只能响应特定波段的光线，光响应性能较弱，光利用率较低，使得光电转换器件的响应性能较低。
发明内容
本申请的目的在于，提供一种光电转换器件及其制作方法、显示装置，用于克服光电转换器件只能响应特定波段的光线，光响应性能较弱，光利用率较低，使得光电转换器件的响应性能较低这一技术问题。
为了解决上述问题，本申请提供一种光电转换器件，包括基板以及位于所述基板上的薄膜晶体管单元层，所述光电转换器件包括一感光侧，所述薄膜晶体管单元层包括：
有源层；
源漏极金属层，位于所述有源层的两端并与所述有源层电性连接；以及
光子晶体功能层，设置于所述有源层远离所述感光侧的一侧。
在本申请的光电转换器件中，所述光子晶体功能层为反蛋白石结构。
在本申请的光电转换器件中，所述光子晶体功能层的材料与所述有源层的材料相同。
在本申请的光电转换器件中，所述光子晶体功能层材料为氧化锆、氧化硅、氧化钨、氧化锰、氧化钛、氧化锗或多晶硅中的一种。
在本申请的光电转换器件中，所述光子晶体功能层中参杂有镧系金属氧化物或稀土元素。
在本申请的光电转换器件中，所述薄膜晶体管单元层还包括：
栅极层，设于所述基板上；
栅极绝缘层，设于所述基板和所述栅极绝缘层上且覆盖所述栅极层；所述有源层设置于所述栅极绝缘层上。
在本申请的光电转换器件中，所述薄膜晶体管单元层还包括：
栅极绝缘层，设于所述有源层上；
栅极层，设于所述栅极绝缘层上；及
层间绝缘层，设于所述栅极绝缘层上并完全覆盖所述栅极层；所述源漏极金属层穿过所述层间绝缘层与所述有源层的两端电性连接。
本申请还提供一种光电转换器件的制作方法，包括以下步骤：
提供一基板；以及
在所述基板上形成薄膜晶体管单元层；其中，所述光电转换器件包括一感光侧，所述形成薄膜晶体管单元层包括：
在所述基板上的形成有源层；
在所述有源层的两端形成源漏极金属层；以及
在所述有源层远离所述感光侧的一侧形成光子晶体功能层。
在本申请光电转换器件的制作方法中，所述光子晶体功能层采用化学气相沉积法、原子层沉积法、溶胶-凝胶法和双光子激光直写中的一种方式制备而成。
本申请还提供一种显示装置，包括如前实施例中任一项所述的光电转换器件。
本申请的有益效果为，通过将光子晶体技术应用在光电转换器件中，在有源层远离感光侧的一侧设置光子晶体功能层，将由感光侧一侧入射的光线通过光子晶体功能层反射到有源层，实现有源层对光线的二次刺激响应，对光电转换器件进行增益并提高响应性能，此外，光子晶体功能层还可将有源层不能响应的其它波段的光线转换为有源层可以响应波段的光线，进一步提高了光电转换器件对光线的利用率和对不同波段光线的适应性。
附图说明
图1为本申请实施例中第一种光电转换器件的结构示意图；
图2为本申请实施例中第二种光电转换器件的结构示意图；
图3为本申请实施例中第三种光电转换器件的结构示意图；
图4为本申请实施例中光电转换器件的制作方法的流程框图；及
图5为本申请实施例中显示装置的结构示意图。
具体实施方式
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，相同或相对应的部件用相同的附图标记表示而与图号无关，在说明书全文中，当“第一”、“第二”等措辞可用于描述各种部件时，这些部件不必限于以上措辞。以上措辞仅用于将一个部件与另一部件区分开。
现结合具体实施例对本申请的技术方案进行描述。
本申请提供一种光电转换器件1，如图1-图3所示，包括基板10以及位于所述基板10上的薄膜晶体管单元层20，所述光电转换器件1包括一感光侧11，所述薄膜晶体管单元层20包括：
有源层21，过产生电子-空穴对用于光子吸收和载流子传输；
源漏极金属层22，位于所述有源层21的两端并与所述有源层21电性连接；以及
光子晶体功能层23，设置于所述有源层21远离所述感光侧11的一侧。
可以理解的是，目前光电转换受限于有源材料的基础带隙过窄，只能响应特定波段的光线，光响应性能较弱，光利用率较低，使得光电转换器件1的响应性能较低；本申请通过将光子晶体技术应用在光电转换器件1中，在有源层21远离感光侧11的一侧设置光子晶体功能层23，将由感光侧11一侧入射的光线通过光子晶体功能层23反射到有源层21，实现有源层21对光线的二次刺激响应，对光电转换器件1进行增益并提高响应性能，此外，光子晶体功能层23还可将有源层21不能响应的其它波段的光线转换为有源层21可以响应波段的光线，进一步提高了光电转换器件1对光线的利用率和对不同波段光线的适应性。
承上，本实施例中，所述光电转换器件1中的所述感光侧11可根据实际应用进行设置，在此不做限制，具体的，在所述感光侧11有入射光照射时，所述有源层21受到第一次刺激响应，然后，所述入射光通过所述光子晶体功能层23反射到所述有源层21，所述有源层21受到第二次刺激响应，以达到提高光利用率的效果，增强所述光电转换器件1入射光的响应性，提升所述光电转换器件1的的精密度以及灵敏度。
在一实施例中，所述光子晶体功能层23为反蛋白石结构，可以理解的是，所述光子晶体功能层23的反蛋白石结构是一种具有较大比表面积的结构，具体所述光子晶体采用有调节光传播的新型纳米材料，利用光子晶体的带隙散射、慢光效应，可增强光与电极之前的相互作用，同时极大程度的提高光利用率；并且，所述光子晶体功能层23为反蛋白石结构对入射光具备100％的折射，可极大程度的增强所述光电转换器件1的光响应性能，对所述光电转换器件1的光敏性显著提升；具体的，所述光子晶体功能层23中的反蛋白石结构一般采用硬模板法进行制备，先利用微球规则沉积为蛋白石结构得到模板，后利用前驱体灌入至所述蛋白石结构当中，去掉所述模板，即可得到反相蛋白石结构，显然，在此过程中，所述光子晶体功能层23的反蛋白石结构中的孔径可根据所述模板的大小进行调节，以实现对所述光子晶体功能层23带隙的调整，实用简便。
在一实施例中，所述光子晶体功能层23的材料与所述有源层21的材料相同，显然，所述有源层21的材料为半导体材料，当所述光子晶体功能层23的材料与所述有源层21的材料相同时，所述光子晶体功能层23可将所述有源层21可响应波段的光反射到所述有源层21上，对所述入射光光强进行增益，提升所述有源层21与所述入射光的相互作用性能，具体的，所述光子晶体功能层23的材料与所述有源层21的材料均为非晶硅。
此外，所述光子晶体功能层23的材料还可以是氧化锆、氧化硅、氧化钨、氧化锰、氧化钛和氧化锗等窄禁带金属氧化物，例如，当所述光子晶体功能层23的材料为诸如氧化锗等对红外波段的光敏感的锗金属氧化物时，将会增强所述光子晶体功能层23对所述入射光中红外波段部分光的吸收并反射，此外，当所述光子晶体功能层23的材料为如氧化钛等对紫外波段的光敏感的钛金属氧化物时，也会增强所述光子晶体功能层23对所述入射光中紫外波段部分光的吸收并反射，当然，当所述光子晶体功能层23的材料采用其它窄禁带金属氧化物时，则根据具体该窄禁带金属氧化物敏感的波段产生相应的效果，在此不再赘述。
在一实施例中，所述光子晶体功能层23中参杂有镧系金属氧化物或稀土元素，所述光子晶体功能层23可以为参杂如Yb,Er等镧系金属氧化物，也可以参杂稀土元素，以使得所述光子晶体功能层23具备对所述入射光中特定波段的部分进行吸收并转换为所述有源层21的敏感波段的光，以实现所述光电转换器件1对更多波段的光具备响应的性能，提高所述光电转换器件1的适应性。
值得注意的是，所述光子晶体功能层23带隙中心位置，也即所述光子晶体功能层23转换出来的光的波段，可通过调整所述光子晶体功能中反蛋白石结构内的孔径，实现对所述光子晶体功能层23带隙的调整；所述反蛋白石结构内的孔径越大，所述光子晶体功能层23带隙将发生红移，具体的，例如当所述光子晶体功能层23的材料为TiO2时，将所述光子晶体功能中反蛋白石结构内的孔径由193nm调整至260nm后，所述光子晶体功能带隙波段由420nm调节为680nm。
可以理解的是，所述有源层21的材质包括低温多晶硅(LTPS，Low TemperaturePoly-silicon)、非晶硅(a-Si)、铟镓锌氧化物(IGZO)中的任一种；具体所述薄膜晶体管单元层20可以是顶栅结构，也可以是底栅结构，亦或者是其它结构，在此并不做限制。具有对所述入射光进行光强增益和/或对所述入射光进行波段转换的光子晶体功能层23，实现增强所述光电转换器件1光电性能的提升。
在一实施例中，如图1-图2所示，所述薄膜晶体管单元层20为底栅结构，所述薄膜晶体管单元层20还包括：
栅极层24，设于所述基板10上；
栅极绝缘层25，设于所述基板10和所述栅极绝缘层25上且覆盖所述栅极层24；所述有源层21设置于所述栅极绝缘层25上。
显然，如图1-图2所示，所述光电转换器件1包括一感光侧11，所述感光侧11设置于所述光电转换器件1远离所述栅极层24的一侧，即为所述光电转换器件1的顶侧；所述光子晶体功能层23设置于所述有源层21远离所述感光侧11的一侧；当然，所述感光侧11也可以设置于所述光电转换器件1远离所述栅极层24的一侧，此外，所述栅极层24也可以采用诸如ITO等透明电极材料，降低所述栅极层24对入射光的阻挡率，在此不再赘述。
在一实施例中，如图3所示，所述薄膜晶体管单元层20为顶栅结构，所述薄膜晶体管单元层20还包括：
栅极绝缘层25，设于所述有源层21上；
栅极层24，设于所述栅极绝缘层25上；及
层间绝缘层26，设于所述栅极绝缘层25上并完全覆盖所述栅极层24；所述源漏极金属层22穿过所述层间绝缘层26与所述有源层21的两端电性连接；
显然，如图3所示，所述光电转换器件1包括一感光侧11，所述感光侧11设置于所述光电转换器件1远离所述栅极层24的一侧，即为所述光电转换器件1的底侧，所述光子晶体功能层23设置于所述有源层21远离所述感光侧11的一侧；当然，所述感光侧11也可以设置于所述光电转换器件1远离所述栅极层24的一侧，此外，所述栅极层24也可以采用诸如ITO等透明电极材料，降低所述栅极层24对入射光的阻挡率，在此不再赘述。
本申请还提供一种光电转换器件1的制作方法，如图4所示，包括以下步骤：
步骤S10：提供一基板10；以及
步骤S20：在所述基板10上形成薄膜晶体管单元层20；其中，所述光电转换器件1包括一感光侧11，所述形成薄膜晶体管单元层20包括：
在所述基板10上的形成有源层21；
在所述有源层21的两端形成源漏极金属层22；以及
在所述有源层21远离所述感光侧11的一侧形成光子晶体功能层23。
在一实施例中，所述光子晶体功能层23采用化学气相沉积法、原子层沉积法、溶胶-凝胶法和双光子激光直写中的一种方式制备而成；可以理解的是，所述光子晶体功能层23为反蛋白石结构，所述光子晶体功能层23中的反蛋白石结构一般采用硬模板法进行制备，先利用微球规则沉积为蛋白石结构得到模板，后利用前驱体灌入至所述蛋白石结构当中，去掉所述模板，即可得到反相蛋白石结构，显然，在此过程中，所述光子晶体功能层23的反蛋白石结构中的孔径可根据所述模板的大小进行调节，以实现对所述光子晶体功能层23带隙的调整，实用简便。
采用所述化学气相沉积法制备所述光子晶体功能层23包括：将气态的前驱反应物通过气相反应-沉积的原理沉积在基底上，通过借助气体进入模板中得到需要的反相结构。具体的，可选择生成硅反蛋白石结构，并选择乙烷硅气体作为前驱体，均匀沉积硅纳米团簇于蛋白石界面上，随后在适宜的温度下热处理，从而得到反向的硅蛋白石结构。其中，蛋白石结构可选用二氧化硅(SiO2)、聚苯乙烯(PS)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),通过重力沉降或自组装法、蒸发法、浸渍-提拉法或光刻法形成所述光子晶体功能层23。
采用所述原子层沉积法制备所述光子晶体功能层23包括：根据不同波长的选择，选定不同的所述光子晶体功能层23的材料，如TiO2、CeO2等；例如选用TiO2，并以SiO2蛋白石光子晶体为模板，在90～120℃条件下，将TiCl4和H2O以脉冲方式交替通入，期间通入适量氮气，最后利用HF去除模板，煅烧高温晶化，可得到结构均匀的TiO2光子晶体功能层23。
采用所述溶胶-凝胶法制备所述光子晶体功能层23包括：即以含高化学活性组分的化合物作为前驱体，在液相下将这些原料均匀混合填充之后，进行水解、缩合、形成稳定透明的溶胶体系，溶胶进一步陈华，形成三维空间网络结构的凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化，除去模板后，可得到具有反蛋白石结构的所述光子晶体功能层23。
采用所述双光子激光直写技术制备所述光子晶体功能层23包括：通过双光子激光直写的方式进行构建，即利用双光子激光直写，对膜层进行特殊光子晶体结构的构建，材料选择多样，可根据实际需要增益的光波长，进行调整。
本申请还提供一种显示装置，如图5所示，包括如前实施例中任一项所述的光电转换器件1；可以理解的是，所述显示装置包括显示面板2，所述光电转换器件1可以设置于所述显示面板2上，用于接收感应外部光束信号，所述显示装置根据所感测的外部光束信号对所述显示面板2进行对应的显示控制操作，实现所述显示装置对光控信号的高响应性和较好的波段宽度适应性，具体在此不再赘述。
本申请提供一种光电转换器件1及其制作方法、显示装置，通过将光子晶体技术应用在光电转换器件1中，在有源层21远离感光侧11的一侧设置光子晶体功能层23，将由感光侧11一侧入射的光线通过光子晶体功能层23反射到有源层21，实现有源层21对光线的二次刺激响应，对光电转换器件1进行增益并提高响应性能，此外，光子晶体功能层23还可将有源层21不能响应的其它波段的光线转换为有源层21可以响应波段的光线，进一步提高了光电转换器件1对光线的利用率和对不同波段光线的适应性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种光电转换器件，其特征在于，包括基板以及位于所述基板上的薄膜晶体管单元层，所述光电转换器件包括一感光侧，所述薄膜晶体管单元层包括：
有源层；
源漏极金属层，位于所述有源层的两端并与所述有源层电性连接；以及
光子晶体功能层，设置于所述有源层远离所述感光侧的一侧。
2.根据权利要求1所述的光电转换器件，其特征在于，所述光子晶体功能层为反蛋白石结构。
3.根据权利要求2所述的光电转换器件，其特征在于，所述光子晶体功能层的材料与所述有源层的材料相同。
4.根据权利要求2所述的光电转换器件，其特征在于，所述光子晶体功能层材料为氧化锆、氧化硅、氧化钨、氧化锰、氧化钛、氧化锗或多晶硅中的一种。
5.根据权利要求2所述的光电转换器件，其特征在于，所述光子晶体功能层中参杂有镧系金属氧化物或稀土元素。
6.根据权利要求1所述的光电转换器件，其特征在于，所述薄膜晶体管单元层还包括：
栅极层，设于所述基板上；
栅极绝缘层，设于所述基板和所述栅极绝缘层上且覆盖所述栅极层；所述有源层设置于所述栅极绝缘层上。
7.根据权利要求1所述的光电转换器件，其特征在于，所述薄膜晶体管单元层还包括：
栅极绝缘层，设于所述有源层上；
栅极层，设于所述栅极绝缘层上；及
层间绝缘层，设于所述栅极绝缘层上并完全覆盖所述栅极层；所述源漏极金属层穿过所述层间绝缘层与所述有源层的两端电性连接。
8.一种光电转换器件的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一基板；以及
在所述基板上形成薄膜晶体管单元层；其中，所述光电转换器件包括一感光侧，所述形成薄膜晶体管单元层包括：
在所述基板上的形成有源层；
在所述有源层的两端形成源漏极金属层；以及
在所述有源层远离所述感光侧的一侧形成光子晶体功能层。
9.根据权利要求8所述光电转换器件的制作方法，其特征在于，所述光子晶体功能层采用化学气相沉积法、原子层沉积法、溶胶-凝胶法和双光子激光直写中的一种方式制备而成。
10.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的光电转换器件。
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