CN111640809B - 一种光电器件及其制备方法、光电探测器 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种光电器件及其制备方法、光电探测器，用以降低感光层反射，提高感光层光吸收效率。本申请实施例提供的一种光电器件，所述光电器件包括：位于衬底上的感光层，分别与所述感光层接触的第一电极和第二电极；在所述第一电极和/或所述第二电极的图案未覆盖的区域，所述感光层具有多个凹槽。
Description
技术领域
本申请涉及光电器件技术领域，尤其涉及一种光电器件及其制备方法、光电探测器。
背景技术
光电探测器技术已经被进行了广泛深入的研究。目前，光电探测器包括感光层，感光层为完整的平面结构，但是平面结构的感光层会造成30％的光反射。
综上，现有技术光电探测器中感光层的反射率高，影响感光层光吸收效率，影响光电探测器的效率以及检测准确度。
发明内容
本申请实施例提供了一种光电器件及其制备方法、光电探测器，用以降低感光层反射，提高感光层光吸收效率。
本申请实施例提供的一种光电器件，所述光电器件包括：位于衬底上的感光层，分别与所述感光层接触的第一电极和第二电极；在所述第一电极和/或所述第二电极的图案未覆盖的区域，所述感光层具有多个凹槽。
本申请实施例提供的光电器件，感光层入光侧具有多个凹槽，即感光层的感光表面具有立体结构，从而入射光可以在凹槽的侧壁和底部发生多次反射以及折射，从而可以减少光反射率，增加感光层的光吸收效率，进而可以提高光电器件的光电探测效率以及可靠性。
可选地，在所述衬底上，所述第一电极、所述感光层和所述第二电极依次层叠设置；且所述感光层具有的凹槽与所述第二电极的图案在所述衬底上的正投影互不重叠。
本申请实施例提供的光电器件，凹槽与第二电极的图案在衬底上的正投影不重叠，第二电极的图案不会对光线入射凹槽造成影响。
可选地，所述第一电极包括：在衬底上阵列排布的第一子电极，第一子电极的图案为具有第一开口区的口字形；
所述第二电极的图案为具有多个第二开口区的网格形；
所述第一开口区和所述第二开口区一一对应；
所述感光层具有的凹槽在所述衬底上的正投影，落入所述第一开口区以及所述第二开口区的正投影范围内。
本申请实施例提供的光电器件，凹槽在衬底上的正投影落入第一开口区以及第二开口区的正投影范围内，即第一子电极的开口区域以及第二电极的开口区域的正投影包围凹槽区域的正投影，从而可以增加第一子电极对感光层光电子收集的面积，进一步提高光吸收效率。
可选地，一个所述第一开口区的正投影覆盖至少一个所述凹槽。
可选地，所述感光层包括：半导体感光层，以及位于所述半导体感光层和所述第二电极之间的势垒增强层。
本申请实施例提供的光电器件，在第二电极与半导体感光层之间设置势垒增强层可以有效的降低光电器件的暗电流。
可选地，所述凹槽的深度等于所述半导体感光层的一半。
可选地，所述凹槽在所述衬底上正投影的形状为矩形或圆形。
可选地，所述第一电极和所述第二电极的材料包括石墨烯。
本申请实施例提供的一种光电器件的制备方法，所述方法包括：
在衬底之上形成感光层，以及形成分别与所述感光层接触的第一电极的图案和第二电极的图案；
在所述第一电极和/或所述第二电极的图案未覆盖的区域，采用图形化工艺在所述感光层形成多个凹槽。
本申请实施例提供的光电器件的制备方法，在感光层的入光侧形成多个凹槽，即形成的感光层的感光表面为立体结构，入射到感光层凹槽的光即便发生反射，反射光也可以再次到达凹槽，即入射光可以在凹槽的侧壁和底部发生多次反射以及折射，从而可以减少反射光去，增加光线吸收效率，进而可以提高光电器件的光电探测效率以及可靠性。
可选地，在衬底之上形成感光层，以及形成分别与所述感光层接触的第一电极的图案和第二电极的图案，具体包括：
在所述衬底之上沉积第一电极材料，采用图形化工艺形成多个具有第一开口区的口字形第一子电极的图案；
在所述第一子电极上形成所述感光层；
在所述感光层上沉积第二电极材料，采用图形化工艺形成具有多个第二开口区的网格形的所述第二电极的图案；其中，所述第一开口区和所述第二开口区一一对应；
采用图形化工艺在所述感光层形成多个凹槽，具体包括：
采用图形化工艺，在所述第一开口区正投影覆盖的所述感光层形成至少一个凹槽。
本申请实施例提供的一种光电探测器，所述光电探测器包括本申请实施例提供的上述光电器件。
本申请实施例提供的光电探测器，由于包括本申请实施例提供的上述光电器件，感光层入光侧具有多个凹槽，即感光层的感光表面具有立体结构，从而入射光可以在凹槽的侧壁和底部发生多次反射以及折射，从而可以减少光反射率，增加感光层的光吸收效率，进而可以提高光电探测器探测效率以及可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种光电器件的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的另一种光电器件的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的又一种光电器件的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种光电器件中第一电极的投影图；
图5为本申请实施例提供的一种光电器件中第二电极的投影图；
图6为本申请实施例提供的一种光电器件中第一电极、第二电极、凹槽的投影图；
图7为本申请实施例提供的又一种光电器件的结构示意图；
图8为本申请实施例提供的又一种光电器件的结构示意图；
图9为本申请实施例提供的一种光电器件中第二电极、半导体感光层的投影图；
图10为本申请实施例提供的一种光电器件的制备方法的示意图；
图11为本申请实施例提供的另一种光电器件的制备方法的示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种光电器件，如图1所示，所述光电器件包括：位于衬底6上的感光层1，分别与所述感光层1接触的第一电极2和第二电极3；在所述第一电极2和/或所述第二电极3未覆盖的区域，所述感光层1具有多个凹槽4。
需要说明的是，如图1所示，凹槽4的开口朝向光电器件的入光侧，入射光8即便在凹槽4侧壁发生反射也可以再次到达凹槽4的底部，发生二次反射以及折射，二次反射的光可以到达凹槽4的侧壁发生三次反射以及折射。即初次反射的光仍会到达凹槽其他区域部分被凹槽吸收，入射光可以在凹槽的侧壁和底部发生多次反射以及折射，从而可以减少感光层的反光率。图1中，除入射光8之外的实线光代表折射光，虚线光代表反射光。
本申请实施例提供的光电器件，感光层入光侧具有多个凹槽，即感光层的感光表面具有立体结构，从而入射光可以在凹槽的侧壁和底部发生多次反射以及折射，从而可以减少光反射率，增加感光层的光吸收效率，进而可以提高光电器件的光电探测效率以及可靠性。
可选地，如图1所示，在所述衬底6上，所述第一电极2、所述感光层1和所述第二电极3依次层叠设置；且所述感光层1具有的凹槽4与所述第二电极3的图案在所述衬底6上的正投影互不重叠。
即本申请实施例提供的如图1所示的光电器件为垂直结构的光电器件。感光层面向第二电极一侧为光电器件的入光侧，因此凹槽与第二电极的图案在衬底上的正投影不重叠，第二电极的图案不会对光线入射凹槽造成影响。
当然，光电器件也可以是如图2所示的水平型光电器件，第一电极2和第二电极3位于感光层1背离衬底6的同一侧。
可选地，如图3～6所示，所述第一电极2包括：在衬底6上阵列排布的第一子电极7，第一子电极7的图案为具有第一开口区9的口字形；
所述第二电极3的图案为具有多个第二开口区10的网格形；
所述第一开口区9和所述第二开口区10一一对应；
所述感光层1具有的凹槽4在所述衬底6上的正投影，落入所述第一开口区9以及所述第二开口区10的正投影范围内。
本申请实施例提供的光电器件，凹槽在衬底上的正投影落入第一开口区以及第二开口区的正投影范围内，即第一子电极的开口区域以及第二电极的开口区域的正投影包围凹槽区域的正投影，从而可以增加第一子电极对感光层光电子收集的面积，进一步提高光吸收效率。
需要说明的是，图4为阵列排布的第一子电极的投影图。图5为第二电极的投影图。图6为第一子电极、第二电极、以及凹槽区域的投影图，为了便于示出第一子电极和第二电极之间的关系，图6中以第一子电极7的投影位于第二电极3投影上层为例进行说明，图6中仅示出第一开口区9而未示出第二开口区。图3为沿图6中AA’的截面图。
在具体实施时，第一开口区和第二开口区在衬底上的正投影可以完全重合，当然，也可以是第一开口区的正投影落入第二开口区的正投影内，也可以是第二开口区的正投影落入第一开口区的正投影内。
在具体实施时第一子电极的具体数量以及第二电极网格开口的具体数量可以根据实际需要进行选择，本申请不进行限制。
可选地，一个所述第一开口区的正投影覆盖至少一个所述凹槽。
图3中以一个第一开口区9的正投影覆盖一个凹槽4为例进行说明。当然，也可以是如图7所示，一个第一开口区9的正投影覆盖两个凹槽4。当然，一个第一开口区的正投影也可以覆盖更多凹槽。
需要说明的是，图3中以第一子电极的开口区域对应的感光层区域包括一个凹槽为例进行举例说明，当然在具体实施时，第一子电极的开口区域对应的感光层区域也可以设置多个凹槽。
在具体实施时，可以根据感光层吸收的光的波长范围对凹槽的尺寸进行选择，进而再结合第一子电极开口区域的面积对凹槽的数量进行选择。可选地，凹槽的边长不小于感光层吸收的光的波长。对于可见光，可见光波长范围为400纳米(nm)-700nm，若凹槽的边长小于可见光波长范围会出现光的散射，当光电器件应用于显示产品时，会导致光线通过凹槽进入周围像素产生串扰，影响显示产品成像质量。
当一个第一开口区的正投影覆盖一个凹槽时，即一个第二开口区的正投影也覆盖一个凹槽，此种情况，可以设置为第一开口区的正投影、第二开口区的正投影以及凹槽正投影的中心重合。
可选地，如图8所示，所述感光层1包括：半导体感光层11，以及位于所述半导体感光层11和所述第二电极3之间的势垒增强层5。
势垒增强层的材料例如可以是绝缘材料。绝缘材料例如可以是氧化硅(SiO2)或氮化硅(Si3N4)。
本申请实施例提供的光电器件，在第二电极与半导体感光层之间设置势垒增强层可以有效的降低光电器件的暗电流。
可选地，如图8所示，势垒增强层5具有多个第三开口区12，在衬底6上，第三开口区12的正投影与凹槽4的正投影重合。
可选地，所述凹槽的深度等于所述半导体感光层的一半。
可选地，如图6所示，所述凹槽4在所述衬底上正投影的形状为矩形。
当然，可选地，如图9所示，所述凹槽4在所述衬底上正投影的形状也可以为圆形。
需要说明的是，图9中，仅示出第二电极3和半导体感光层11的正投影。图9中，第二电极的第二开口区的形状仍为矩形，第一开口区的形状也可以是矩形。在具体实施时，当凹槽在衬底上正投影形状为圆形时，第二开口区的形状也可以设置为圆形，即网格形电极的开口区形状可以为圆形，第一开口区的形状也可以设置为圆形。第一开口区和第二开口区的形状可以根据具体工艺条件进行选择。
可选地，所述第一电极和所述第二电极的材料包括石墨烯。
本申请实施例提供的光电器件，由于第一电极和/或第二电极的材料包括石墨烯，石墨烯为透明材料，有利于光线透过，并且石墨烯具有高迁移率，选择石墨烯作为电极材料可以实现光的高效吸收以及光生电子的快速收集传递。
可选地，所述半导体感光层的材料包括硅。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种光电器件的制备方法，如图10所示，所述方法包括：
S101、在衬底之上形成感光层，以及形成分别与所述感光层接触的第一电极的图案和第二电极的图案；
S102、在所述第一电极和/或所述第二电极的图案未覆盖的区域，采用图形化工艺在所述感光层形成多个凹槽。
本申请实施例提供的光电器件的制备方法，在感光层的入光侧形成多个凹槽，即形成的感光层的感光表面为立体结构，入射到感光层凹槽的光即便发生反射，反射光也可以再次到达凹槽，即入射光可以在凹槽的侧壁和底部发生多次反射以及折射，从而可以减少反射光去，增加光线吸收效率，进而可以提高光电器件的光电探测效率以及可靠性。
可选地，步骤S101在衬底之上形成感光层，以及形成分别与所述感光层接触的第一电极的图案和第二电极的图案，具体包括：
S1011、在所述衬底之上沉积第一电极材料，采用图形化工艺形成多个具有第一开口区的口字形第一子电极的图案；
S1012、在所述第一子电极上形成所述感光层；
S1013、在所述感光层上沉积第二电极材料，采用图形化工艺形成具有多个第二开口区的网格形的所述第二电极的图案；其中，所述第一开口区和所述第二开口区一一对应；
步骤S102中采用图形化工艺在所述感光层形成多个凹槽，具体包括：
采用图形化工艺，在所述第一开口区正投影覆盖的所述感光层形成至少一个凹槽。
可选地，在形成第二电极之前，所述方法还包括：
在感光层上形成势垒增强层；
采用图形化工艺在所述感光层形成多个凹槽的同时，所述方法还包括：
采用图形化工艺在势垒增强层上形成多个第三开口区，其中，第三开口区与凹槽在衬底上的正投影重合。
接下来，以第一电极和第二电极的材料为石墨烯且感光器件包括势垒增强层为例，对本申请实施例提供的感光器件的制备方法进行举例说明，如图11所示，制备感光器件包括如下步骤：
S201、在衬底6上沉积一层石墨烯，并对石墨烯采用图形化工艺形成第一子电极7的图案；
S202、在第一子电极7上沉积硅形成半导体感光层11；
S203、在半导体感光层11上沉积绝缘材料形成势垒增强层5；
S204、在势垒增强层5上沉积一层石墨烯，并对石墨烯采用图形化工艺形成第二电极3的图案；
S205、采用图形化工艺，在势垒增强层5上形成第三开口区以及在半导体感光层11上形成凹槽。
具体实施时，步骤S201以及步骤S204中，可以采用化学气相沉积(ChemicalVapour Deposition，CVD)工艺沉积石墨烯，例如对石墨烯采用干刻工艺形成第一电极的图案、第二电极的图案。
在具体实施时，步骤S202中沉积硅形成半导体感光层，以及步骤S203中沉积绝缘材料形成势垒增强层，均可以采用CVD工艺，可以采用干刻工艺对势垒增强层进行图形化形成第三开口区，以及采用干刻工艺对半导体感光层进行图形化形成凹槽。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种光电探测器，所述光电探测器包括本申请实施例提供的上述光电器件。
本申请实施例提供的光电探测器，由于包括本申请实施例提供的上述光电器件，感光层入光侧具有多个凹槽，即感光层的感光表面具有立体结构，从而入射光可以在凹槽的侧壁和底部发生多次反射以及折射，从而可以减少光反射率，增加感光层的光吸收效率，进而可以提高光电探测器探测效率以及可靠性。
本申请实施例提供的一种光电探测器，还包括与光电器件电连接的薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)。
在具体实施时，所述薄膜晶体管例如可以是底栅结构，包括：栅极、位于所述栅极之上的栅绝缘层，位于所述栅绝缘层之上的有源层，位于所述有源层之上的源极和漏极。源极和漏极之上还包括保护层，保护层即可作为光电器件的衬底。当光电器件的第一电极包括多个第一子电极时，薄膜晶体管与第一子电极一一对应电连接。在具体实施时，向TFT的栅极提供扫描信号，向第二电极提供恒压电压信号，光照射感光层，感光层将光线收集后产生载流子，被第一电极吸收后产生光生电流信号，并通过第一子电极传到漏极，当栅极相对于源极的电压Vgs大于TFT阈值电压时，沿漏极到源极的方向形成电流信号，电流信号从源极输出，便可以识别出感光层传递的信息。
综上所述，本申请实施例提供的光电器件及其制备方法、光电探测器，感光层入光侧具有多个凹槽，即感光层的感光表面具有立体结构，从而入射光可以在凹槽的侧壁和底部发生多次反射以及折射，从而可以减少光反射率，增加感光层的光吸收效率，进而可以提高光电器件的光电探测效率以及可靠性。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种光电器件，其特征在于，所述光电器件包括：位于衬底上的感光层，分别与所述感光层接触的第一电极和第二电极；在所述第一电极和/或所述第二电极的图案未覆盖的区域，所述感光层具有多个凹槽；
在所述衬底上，所述第一电极、所述感光层和所述第二电极依次层叠设置；且所述感光层具有的凹槽与所述第二电极的图案在所述衬底上的正投影互不重叠；
所述第一电极包括：在衬底上阵列排布的第一子电极，第一子电极的图案为具有第一开口区的口字形；
所述第二电极的图案为具有多个第二开口区的网格形；
所述第一开口区和所述第二开口区一一对应；
所述感光层具有的凹槽在所述衬底上的正投影，落入所述第一开口区以及所述第二开口区的正投影范围内。
2.根据权利要求1所述的光电器件，其特征在于，一个所述第一开口区的正投影覆盖至少一个所述凹槽。
3.根据权利要求1所述的光电器件，其特征在于，所述感光层包括：半导体感光层，以及位于所述半导体感光层和所述第二电极之间的势垒增强层。
4.根据权利要求3所述的光电器件，其特征在于，所述凹槽的深度等于所述半导体感光层的一半。
5.根据权利要求1所述的光电器件，其特征在于，所述凹槽在所述衬底上正投影的形状为矩形或圆形。
6.根据权利要求1所述的光电器件，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极的材料包括石墨烯。
7.一种光电器件的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
在衬底之上形成感光层，以及形成分别与所述感光层接触的第一电极的图案和第二电极的图案；
在所述第一电极和/或所述第二电极的图案未覆盖的区域，采用图形化工艺在所述感光层形成多个凹槽；
在衬底之上形成感光层，以及形成分别与所述感光层接触的第一电极的图案和第二电极的图案，具体包括：
在所述衬底之上沉积第一电极材料，采用图形化工艺形成多个具有第一开口区的口字形第一子电极的图案；
在所述第一子电极上形成所述感光层；
在所述感光层上沉积第二电极材料，采用图形化工艺形成具有多个第二开口区的网格形的所述第二电极的图案；其中，所述第一开口区和所述第二开口区一一对应；
采用图形化工艺在所述感光层形成多个凹槽，具体包括：
采用图形化工艺，在所述第一开口区正投影覆盖的所述感光层形成至少一个凹槽。
8.一种光电探测器，其特征在于，所述光电探测器包括根据权利要求1～6任一项所述的光电器件。
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