CN113363278A - 一种基于透明薄膜晶体管的光电探测器阵列及其制备方法 - Google Patents
一种基于透明薄膜晶体管的光电探测器阵列及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113363278A CN113363278A CN202110617238.9A CN202110617238A CN113363278A CN 113363278 A CN113363278 A CN 113363278A CN 202110617238 A CN202110617238 A CN 202110617238A CN 113363278 A CN113363278 A CN 113363278A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- thin film
- film transistor
- array
- layer
- photoelectric detector
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 51
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 35
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 23
- JKQOBWVOAYFWKG-UHFFFAOYSA-N molybdenum trioxide Inorganic materials O=[Mo](=O)=O JKQOBWVOAYFWKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 claims abstract description 4
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 51
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 46
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 28
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 27
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 19
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 18
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 2-Aminoethan-1-ol Chemical compound NCCO HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 16
- YZYKBQUWMPUVEN-UHFFFAOYSA-N zafuleptine Chemical compound OC(=O)CCCCCC(C(C)C)NCC1=CC=C(F)C=C1 YZYKBQUWMPUVEN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 15
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 13
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 13
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 10
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 10
- ABFQGXBZQWZNKI-UHFFFAOYSA-N 1,1-dimethoxyethanol Chemical compound COC(C)(O)OC ABFQGXBZQWZNKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 8
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 8
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 7
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims description 6
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 6
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 6
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 claims description 5
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 4
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 claims description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 3
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 3
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 12
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N zinc oxide Inorganic materials [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 80
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 61
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 41
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 11
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 6
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 6
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 206010034960 Photophobia Diseases 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 3
- 208000013469 light sensitivity Diseases 0.000 description 3
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 3
- QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N gallium(III) oxide Inorganic materials O=[Ga]O[Ga]=O QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000003662 hair growth rate Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic radiation-sensitive element covered by group H10K30/00
- H10K39/30—Devices controlled by radiation
- H10K39/32—Organic image sensors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/10—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising heterojunctions between organic semiconductors and inorganic semiconductors
- H10K30/15—Sensitised wide-bandgap semiconductor devices, e.g. dye-sensitised TiO2
- H10K30/152—Sensitised wide-bandgap semiconductor devices, e.g. dye-sensitised TiO2 the wide bandgap semiconductor comprising zinc oxide, e.g. ZnO
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
- H10K71/10—Deposition of organic active material
- H10K71/12—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
Abstract
一种基于透明薄膜晶体管的光电探测器阵列及其制备方法，属于光电探测器技术领域。所述光电探测器阵列由透明薄膜晶体管阵列以及与其漏端电极相连的光电探测器组成。本发明通过首先制备透明薄膜晶体管阵列，将其作为底板，在其上分别通过溶液法旋涂ZnO电子传输层以及PTB7‑TH:FOIC有源层，将样品盖上阵列掩模版后分别蒸镀MoO3空穴传输层和Ag金属电极，由此制得光电探测器阵列。本发明制备的光电探测器阵列具有超低的暗电流，相比于在ITO玻璃上制备的单节光电探测器暗电流密度下降两个数量级，同时透明薄膜晶体管相比于传统薄膜晶体管，可以有效提升透光率，实现的探测器阵列具有低暗电流、高响应度、高探测率以及弱光敏感的特点。
Description
技术领域
本发明属于光电探测器技术领域，具体涉及一种基于透明薄膜晶体管的光电探测器阵列及其制备方法。
背景技术
光电探测器可以将探测的光信号转化为电信号，是现代电子设备中重要的组成部分，在军事、工业和生活等领域都有着广泛的应用。有机半导体材料作为新型半导体材料，具有优秀的光电性能，并且相对于传统的无机半导体(如硅)具有带隙可调节、重量轻、可溶液法制备等优点，有机光电探测器逐渐受到了人们的关注。薄膜晶体(TFT)主要在液晶显示领域使用，可以有效驱动显示像素，同时也是一种有效的半导体开关器件，可以在显示矩阵中有效控制节点开合。暗电流数值、响应度、探测率、弱光敏感是光电探测器重要的性能指标，对探测器的探测性能有重大影响。而光电探测器的阵列化则可以更广泛的满足市场的实际需求，实现更多的应用途径。因此，寻找合适简单的方法实现高性能的光电探测器阵列是我们需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于透明薄膜晶体管的光电探测器阵列及其制备方法。本发明通过在透明薄膜晶体管上使用溶液法制备光电探测器阵列，得到的光电探测器阵列制备方法简单，成本低。同时透明薄膜晶体管相比于传统薄膜晶体管，可以有效提升透光率，实现的探测器阵列具有低暗电流，高响应度，高探测率以及弱光敏感的特点。
本发明所述的一种基于透明薄膜晶体管的光电探测器阵列，其是由透明薄膜晶体管阵列以及位于与透明薄膜晶体管阵列漏端相连的光电探测器阵列组成，其制备步骤如下：
A、制备透明薄膜晶体管阵列
1)首先在玻璃基板上旋涂负性SU-8 1500光刻胶，通过光刻掩膜版曝光，栅电极区域被掩膜版挡住未被光照，其余区域被光照，再通过显影液显影，未被光照的光刻胶被显影液显影去除形成栅电极光刻胶图案；然后通过磁控溅射的方法在玻璃基板和光刻胶图案上沉积ITO薄膜(70～90nm)，最后放入丙酮中，在光刻胶上的ITO薄膜随着光刻胶溶解在丙酮中被剥离，留下ITO材料的图案化的栅电极，从而形成栅电极；
2)通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的方法在ITO栅电极上制备100～120nm厚的SiO2膜作为栅介质层；
3)使用陶瓷靶(In2O3：Ga2O3：ZnO＝1：1：1mol％)通过直流溅射的方法在步骤2)得到的栅介质层上沉积40～60nm厚的a-IGZO(非晶-铟镓锌氧化物)薄膜，然后旋涂负性光刻胶，经过掩膜版曝光，所需沟道区域IGZO上的光刻胶被保留，后经过湿法刻蚀，刻蚀掉其余区域的IGZO；沟道区由于被光刻胶保护，未被刻蚀，形成沟道区光刻胶图案，之后用丙酮洗去IGZO沟道区上部的光刻胶，形成有源沟道层，有源沟道层位于栅电极的正上方；
4)在步骤3)得到的有源沟道层以及玻璃基板上旋涂负性光刻胶，通过光刻掩膜版曝光，源端漏端电极区域被掩膜版挡住未被光照，其余区域被光照，再通过显影液显影，未被光照的光刻胶被显影液显影去除形成源端漏端电极光刻胶图案以及与漏端电极相连的光电探测器阴极图案，然后通过磁控溅射的方法光刻胶图案上沉积ITO薄膜(70～90nm)，最后放入丙酮中，在光刻胶上的ITO薄膜随着光刻胶溶解在丙酮中被剥离，留下ITO材料的图案化的源端漏端电极以及光电探测器的阴极，从而形成源端和漏端电极以及与漏端电极相连的光电探测器阴极；
5)通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的方法在器件上制备180～220nm厚的SiO2膜作为钝化层，包裹并保护器；
6)通过反应离子体刻蚀(RIE)工艺，对步骤5)的钝化层进行刻蚀，露出栅电极和源端漏端电极以及与漏端电极相连的光电探测器阴极；
7)将步骤6)得到的器件置于退火炉中进行热退火处理，退火温度200～400℃，退火时间60～120分钟，对晶格缺陷、氧空位缺陷进行修复以及提升稳定性，从而制备得到透明薄膜晶体管阵列。
B、制备基于透明薄膜晶体管的光电探测器阵列
1)将步骤A制备的薄膜晶体管阵列依次用丙酮、乙醇、去离子水分别超声清洗15～30分钟，烘干后作为底板待用；
2)室温下，将二水乙酸锌溶于二甲氧基乙醇溶液中，浓度为80～120mg/mL，再向二水乙酸锌溶液中滴入与二水乙酸锌相同摩尔数的乙醇胺，在室温中磁力搅拌6～12小时使其充分溶解，制得ZnO溶液；室温下，称取质量比1：1.5的PTB7-TH和FOIC，将其混合溶解于氯仿(CF)中，两种材料质量和的浓度为10～15mg/mL，磁力搅拌6～8小时使其充分溶解，制得PTB7-TH:FOIC有源层前驱体溶液；
3)将步骤1)中清洗干净的薄膜晶体管阵列底板放入紫外清洗机中紫外照射10～20分钟以降低电极功函数，提高下一步旋涂材料的成膜性和吸附性；
4)将步骤2)制备的ZnO溶液以2000～4000rpm/min的转速旋涂到步骤3)紫外照射后的与漏端电极相连的光电探测器阴极上，旋涂时间为20～40秒，之后在160～200℃条件下退火30～60min，获得ZnO电子传输层，厚度为30～50nm；将步骤2)制备的PTB7-TH:FOIC有源层前驱体溶液以1000～2500rpm/min的转速旋涂到ZnO电子传输层上，旋涂时间为40～60s，获得PTB7-TH:FOIC有源层，厚度为120～180nm；
5)利用真空(真空度1×10-4Pa～9×10-4Pa)蒸镀方法制备MoO3空穴传输层：在步骤4)得到的PTB7-TH:FOIC有源层上覆盖阵列掩模版(阵列掩模版为N×N、半径为600μm的圆形阵列)后，真空蒸镀5～15nm厚的MoO3层，真空蒸镀的温度为530～570℃；
6)最后在MoO3空穴传输层上真空(真空度1×10-4Pa～9×10-4Pa)蒸镀60～100nm厚的Ag层作为光电探测器阵列顶电极，取下掩模版，从而制备得到本发明所述的基于透明薄膜晶体管的光电探测器阵列。
本发明所述器件通过将溶液法光电探测器与透明薄膜晶体管阵列集成，制备方法简单、成本低，性能方面具有低暗电流、高响应度、高探测率、弱光敏感的特性。相比于相同工艺的单节光电探测器，暗电流降低了两个数量级，响应度和探测率分别提升一个数量级和两个数量级，另外光电探测器阵列相比与单节光电探测器具有更广阔的应用范围。
附图说明
图1为本发明所述的基于透明薄膜晶体管的光电探测器阵列单个像素的结构示意图；
如图1所示，探测器阵列单个像素点由单个透明薄膜晶体管以及制备在其漏端电极上的光电探测器组成。对于透明薄膜晶体管部分，衬底材料为(1)为玻璃，设置于衬底(1)之上的栅电极(2)材料为氧化铟锡ITO，栅介质层(3)材料为二氧化硅SiO2，源端电极(4)和漏端电极(6)材料为ITO，有源沟道层(5)材料为氧化铟镓锌IGZO，钝化层(7)材料为SiO2。对于光电探测器部分，与晶体管漏端电极相连的阴极(8)材料为ITO，电子传输层(9)为氧化锌ZnO材料，有源层(10)材料为PTB7-TH:FOIC，空穴传输层(11)材料为三氧化钼MoO3，阳极(12)材料为银Ag；
图2为本发明所述的透明薄膜晶体管阵列的实物照片；
图3为本发明所述的透明薄膜晶体管阵列单个像素放大后的实物照片(方形对应单个透明薄膜晶体管，圆形对应与晶体管漏端电极相连的光电探测器阴极)；
图4为本发明所述的光电探测器阵列的实物照片；
图5为本发明实施例3的单节光电探测器有源层PTB7-TH:FOIC薄膜的吸收谱图；
图6为本发明实施例1制备得到的透明薄膜晶体管阵列的单个晶体管器件的特征曲线；
图7为本发明实施例3制备得到的单节光电探测器的电流密度-电压(J-V)特性曲线(实施例2，实施例3，实施例4各个性能参数差别不大)；
图8为本发明实施例3制备得到的单节光电探测器的外量子效率(EQE)谱；
图9为本发明实施例3制备得到的单节光电探测器的响应度(R)曲线，其计算可由下列公式求得
其中EQE为图8数据，e为元电荷(1.6x10-19C),λ为波长，h为普朗克系数(6.626x10-34J·s)，c为光速(3x108m/s)；
图10为本发明实施例3制备得到的单节光电探测器的特定探测率曲线(D*)，其计算可由下列公式求得
其中R为图9数据，e为元电荷(1.6x10-19C),Idark为暗电流，A为面积(0.044cm2)；
图11为本发明实施例6制备得到的光电探测器阵列(实施例5、实施例6、实施例7各项性能参数相差不大)在800nm波长光照射下不同光强时所产生的响应曲线。可以看出，光电探测器在栅极电压为+3V，即晶体管开启时，漏端电压为-0.1V，探测器阵列像素点的暗电流为1.62×10-10A，单个像素是半径为600μm的圆，面积为0.0113cm2，暗电流密度1.43×10- 8A/cm2，相比于单节近红外光电探测器在-0.1V下的暗电流密度1.68×10-6A/cm2，降低了两个数量级，展现出超低的暗电流。同时，对于光强为201nw/cm2的800nm近红外光，在栅端电压为+3V时，光电探测器阵列单个像素点的响应度为3.187A/W(此响应度计算公式如下所示)，展先出了对弱光的高灵敏度。而根据光强为5.14μw/cm2的响应数据，在栅端电压为+3V时，光电探测器阵列单个像素点的响应度为0.691A/W，仍然高于单节光电探测器在800nm处的响应度
其中Iph为光电流，Idark为暗电流，A为面积(0.0113cm2)，Plight为光强；
图12为本发明实施例6制备得到的光电探测器阵列在800～950nm波长光照射下的响应曲线(栅端电压为+3V，漏端电压为-0.3V)，计算(响应度根据公式3计算，特定探测率根据公式2计算，其中A面积为0.0113cm2)得出的相应波长响应度和特定探测率如表1和表2所示：(栅端电压为+3V)。
表1：实施例6制备得到的光电探测器阵列的相应波长响应度数据(光强对应图12中标注)
| 波长(nm) | 800 | 850 | 900 | 950 |
| 响应度(A/W) | 7.449 | 7.456 | 2.626 | 0.539 |
表2：实施例6制备得到的光电探测器阵列的相应波长特定探测率数据(光强对应图12中标注)
| 波长(nm) | 800 | 850 | 900 | 950 |
| 特定探测率(Jones) | 7.377x10<sup>13</sup> | 7.173x10<sup>13</sup> | 2.876x10<sup>13</sup> | 5.109x10<sup>12</sup> |
以上数据展现出探测器像素点对于近红外光的高响应度；
图13为本发明实施例6制备得到的光电探测器阵列在600nm和800nm波长光照射下，所产生的响应曲线(顶电极电压为-0.1V)，栅端电压为+3V时，器件对于600nm波长光的响应度达到0.576A/W，表明在可见光区域器件仍然具有良好的响应度；
图14为本发明实施例6制备得到的光电探测器阵列在800nm波长光照射下(光强为5.14μw/cm2)，不同顶电极电压下的响应曲线，由图可得知，随着漏端电压向负偏压的不断增大，器件对于近红外光照的响应性能也不断增大，与图12和图13相对比呈现出的趋势相符合；
图15为本发明实施例6制备得到的光电探测器阵列的响应速度曲线，上升时间800μs，下降时间为600μs，展现出了良好的响应速度。
具体实施方式
实施例1
一种透明薄膜晶体管阵列的制备方法，具体方法包括以下步骤：
1)首先在玻璃基板上旋涂负性SU-8 1500光刻胶，通过光刻掩膜版曝光，栅电极区域被掩膜版挡住未被光照，其余区域被光照，再通过显影液显影，未被光照的光刻胶被显影液显影去除形成栅电极光刻胶图案；然后通过磁控溅射的方法在玻璃基板和光刻胶图案上沉积ITO薄膜(80nm)，最后放入丙酮中，在光刻胶上的ITO薄膜随着光刻胶溶解在丙酮中被剥离，留下ITO材料的图案化的栅电极，从而形成栅电极；
2)通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的方法在ITO栅电极上制备100nm厚的SiO2膜作为栅介质层；
3)使用陶瓷靶(In2O3：Ga2O3：ZnO＝1：1：1mol％)通过直流溅射的方法在步骤2)得到的栅介质层上沉积40nm厚的a-IGZO(非晶-铟镓锌氧化物)薄膜，然后旋涂负性光刻胶，经过掩膜版曝光，所需沟道区域IGZO上的光刻胶被保留，后经过湿法刻蚀，刻蚀掉其余区域的IGZO；沟道区由于被光刻胶保护，未被刻蚀，形成沟道区光刻胶图案，之后用丙酮洗去IGZO沟道区上部的光刻胶，形成有源沟道层，有源沟道层位于栅电极的正上方；
4)在步骤3)得到的有源沟道层以及玻璃基板上旋涂负性光刻胶，通过光刻掩膜版曝光，源漏区域被掩膜版挡住未被光照，其余区域被光照，再通过显影液显影，未被光照的光刻胶被显影液显影去除形成源端漏端电极光刻胶图案以及与漏端电极相连的光电探测器阴极图案，然后通过磁控溅射的方法光刻胶图案上沉积ITO薄膜(80nm)，最后放入丙酮中，在光刻胶上的ITO薄膜随着光刻胶溶解在丙酮中被剥离，留下ITO材料的图案化的源端漏端电极以及光电探测器的阴极，从而形成源端和漏端电极以及与漏端电极相连的光电探测器阴极；
5)通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的方法在器件上制备200nm厚的SiO2膜作为钝化层，包裹并保护器件；
6)通过反应离子体刻蚀(RIE)工艺，对步骤5)的钝化层进行刻蚀，露出栅电极和源端漏端电极以及与漏端电极相连的光电探测器阴极；
7)将步骤6)得到的器件置于退火炉中进行热退火处理，退火温度200℃，退火时间120分钟，对晶格缺陷、氧空位缺陷进行修复以及提升稳定性，从而制备得到透明薄膜晶体管阵列。
实施例2
一种单节光电探测器的制备方法，具体方法包括以下步骤：
(1)将30mg二水乙酸锌溶于290μL二甲氧基乙醇溶液中，再向混合溶液中滴入9μL乙醇胺，磁力搅拌8小时，制得ZnO溶液；将2mg的PTB7-TH(可购买获得)和3mg的FOIC(可购买获得)混合溶于400μL氯仿中，磁力搅拌8小时，制得有源层前驱体溶液；
(2)先后以丙酮、无水乙醇、去离子水对ITO玻璃进行20分钟超声清洗，烘干后紫外臭氧处理10分钟；
(3)取适量配置好的ZnO溶液，以3000rpm/min旋涂于ITO玻璃上，置于加热台以200℃退火60分钟，得到ZnO电子传输层，厚度为40nm；
(4)取适量配置好的有源层前驱体溶液，以1000rpm/min旋涂于ZnO电子传输层上，得到PTB7-TH:FOIC有源层，厚度为180nm；
(5)将步骤(4)得到的样品转移到多源有机气相分子沉积系统当中，控制气压在5×10-4Pa下，通过热蒸发的方法在PTB7-TH:FOIC有源层上生长一层MoO3层，厚度为10nm，蒸发速率为0.05nm/s；再在MoO3层上蒸发一层金属电极Ag，厚度80nm，蒸发速率为0.20nm/s；至此制备成单节光电探测器。
实施例3
一种单节光电探测器的制备方法，具体方法包括以下步骤：
(1)将30mg二水乙酸锌溶于290μL二甲氧基乙醇溶液，再向混合溶液中滴入9μL乙醇胺，磁力搅拌8小时，制得ZnO溶液；将2mg的PTB7-TH和3mg的FOIC混合溶于400μL氯仿中，磁力搅拌8小时，制得有源层前驱体溶液；
(2)先后以丙酮、无水乙醇、去离子水对ITO玻璃进行20分钟超声清洗，烘干后紫外臭氧处理10分钟；
(3)取适量配置好的ZnO溶液，以3000rpm/min旋涂于ITO玻璃上，置于加热台以200℃退火60分钟，得到ZnO电子传输层，厚度为40nm；
(4)取适量配置好的PTB7-TH:FOIC溶液，以1500rpm/min旋涂于ZnO电子传输层上，得到PTB7-TH:FOIC有源层，厚度为160nm；
(5)将步骤(4)得到的样品转移到多源有机气相分子沉积系统当中，控制气压在5×10-4Pa下，通过热蒸发的方法在PTB7-TH:FOIC有源层上生长一层MoO3层，厚度为10nm，蒸发速率为0.05nm/s；在MoO3层上再蒸发一层金属电极Ag，厚度80nm，蒸发速率为0.20nm/s；至此制备成单节光电探测器。
实施例4
一种单节光电探测器的制备方法，具体方法包括以下步骤：
(1)将30mg二水乙酸锌溶于290μL二甲氧基乙醇溶液，再向混合溶液中滴入9μL乙醇胺，磁力搅拌8小时，制得ZnO溶液；将2mg的PTB7-TH和3mg的FOIC混合溶于400μL氯仿中，磁力搅拌8小时，制得有源层前驱体溶液；
(2)先后以丙酮、无水乙醇、去离子水对ITO玻璃进行20分钟超声清洗，烘干后紫外臭氧处理10分钟；
(3)取适量配置好的ZnO溶液，以3000rpm/min旋涂于ITO玻璃上，置于加热台以200℃退火60分钟，得到ZnO电子传输层，厚度为40nm；
(4)取适量配置好的PTB7-TH:FOIC溶液，以2000rpm/min旋涂于ZnO层上，得到PTB7-TH:FOIC有源层，厚度为140nm；
(5)将步骤(4)得到的样品转移到多源有机气相分子沉积系统当中，控制气压在5×10-4Pa下，通过热蒸发的方法在PTB7-TH:FOIC有源层上生长一层MoO3层，厚度为10nm，蒸发速率为0.05nm/s；在MoO3层上再蒸发一层金属电极Ag，厚度80nm，蒸发速率为0.20nm/s；至此制备成单节光电探测器。
实施例5
一种基于透明薄膜晶体管的光电探测器阵列的的制备方法，具体方法包括以下步骤：
(1)将实施例1制备的透明薄膜晶体管阵列依次用丙酮、乙醇、去离子水分别超声清洗20分钟，烘干后作为底板待用；
(2)配制实验所需溶液：将30mg二水乙酸锌溶于290μL二甲氧基乙醇溶液，再向混合溶液中滴入9μL乙醇胺，磁力搅拌8小时，制得ZnO溶液；将2mg的PTB7-TH和3mg的FOIC混合溶于400μL氯仿中，磁力搅拌8小时，制得有源层前驱体溶液；
(3)将透明薄膜晶体管阵列底板置于紫外清洗机中紫外照射10min；
(4)取适量配置好的ZnO溶液，以3000rpm/min旋涂于与漏端电极相连的光电探测器阴极上，置于加热台以200℃退火60分钟，得到ZnO电子传输层，厚度为40nm；
(5)取适量配置好的PTB7-TH:FOIC溶液，以1000rpm/min旋涂于ZnO层上，得到PTB7-TH:FOIC有源层，厚度为180nm；
(6)将样品转移到多源有机气相分子沉积系统当中，控制气压在5×10-4Pa下，盖上晶体管阵列掩模版(阵列掩模版为3×3、半径为600μm圆形阵列)，通过热蒸发的方法在PTB7-TH:FOIC有源层上生长一层MoO3材料层，厚度为10nm，蒸发速率为0.05nm/s；在MoO3层上再蒸发一层金属电极Ag，厚度80nm，蒸发速率为0.20nm/s；至此制备得到基于透明薄膜晶体管的光电探测器阵列。
实施例6
(1)将实施例1制备的透明薄膜晶体管阵列依次用丙酮、乙醇、去离子水分别超声清洗20分钟，烘干后作为底板待用；
(2)配制实验所需溶液：将30mg二水乙酸锌溶于290μL二甲氧基乙醇溶液，再向混合溶液中滴入9μL乙醇胺，磁力搅拌8小时，制得ZnO溶液；将2mg的PTB7-TH和3mg的FOIC混合溶于400μL氯仿中，磁力搅拌8小时，制得有源层前驱体溶液；
(3)将透明薄膜晶体管阵列底板置于紫外清洗机中紫外照射10min；
(4)取适量配置好的ZnO溶液，以3000rpm/min旋涂于与漏端电极相连的光电探测器阴极上，置于加热台以200℃退火60分钟，得到ZnO电子传输层，厚度为40nm；
(5)取适量配置好的PTB7-TH:FOIC溶液，以1500rpm/min旋涂于ZnO层上，得到PTB7-TH:FOIC有源层，厚度为160nm；
(6)将样品转移到多源有机气相分子沉积系统当中，控制气压在5×10-4Pa下，盖上晶体管阵列掩模版(阵列掩模版为3×3、半径为600μm圆形阵列)，通过热蒸发的方法在PTB7-TH:FOIC有源层上生长一层MoO3材料层，厚度为10nm，蒸发速率为0.05nm/s；在MoO3层上再蒸发一层金属电极Ag，厚度80nm，蒸发速率为0.20nm/s；至此制备成光电探测器阵列。
实施例7
(1)将实施例1制备的透明薄膜晶体管阵列依次用丙酮、乙醇、去离子水分别超声清洗20分钟，烘干后作为底板待用；
(2)配制实验所需溶液：将30mg二水乙酸锌溶于290μL二甲氧基乙醇溶液，再向混合溶液中滴入9μL乙醇胺，磁力搅拌8小时，制得ZnO溶液；将2mg PTB7-TH和3mg FOIC混合溶于400μL氯仿中，磁力搅拌8小时，制得有源层前驱体溶液；
(3)将透明薄膜晶体管阵列底板置于紫外清洗机中紫外照射10min；
(4)取适量配置好的ZnO溶液，以3000rpm/min旋涂于与漏端电极相连的光电探测器阴极上，置于加热台以200℃退火60分钟，得到ZnO电子传输层，厚度为40nm；
(5)取适量配置好的PTB7-TH:FOIC溶液，以2000rpm/min0旋涂于ZnO层上，得到PTB7-TH:FOIC有源层，厚度为140nm；
(6)将样品转移到多源有机气相分子沉积系统当中，控制气压在5×10-4Pa下，盖上晶体管阵列掩模版(阵列掩模版为3×3、半径为600μm圆形阵列)，通过热蒸发的方法在PTB7-TH:FOIC有源层上生长一层MoO3材料层，厚度为10nm，蒸发速率为0.05nm/s；在MoO3层上再蒸发一层金属电极Ag，厚度80nm，蒸发速率为0.20nm/s；至此制备成光电探测器阵列。
Claims (6)
1.一种基于透明薄膜晶体管的光电探测器阵列的制备方法，其步骤如下：
A、制备透明薄膜晶体管阵列
1)首先在玻璃基板上旋涂负性光刻胶，通过光刻掩膜版曝光，栅电极区域被掩膜版挡住未被光照，其余区域被光照，再通过显影液显影，未被光照的光刻胶被显影液显影去除形成栅电极光刻胶图案；然后通过磁控溅射的方法在玻璃基板和光刻胶图案上沉积ITO薄膜，最后放入丙酮中，在光刻胶上的ITO薄膜随着光刻胶溶解在丙酮中被剥离，留下ITO材料的图案化的栅电极，从而形成栅电极；
2)通过等离子体增强化学气相沉积的方法在ITO栅电极上制备100～120nm厚的SiO2膜作为栅介质层；
3)使用陶瓷靶通过直流溅射的方法在步骤2)得到的栅介质层上沉积a-IGZO薄膜，然后旋涂负性光刻胶，经过掩膜版曝光，所需沟道区域IGZO上的光刻胶被保留，后经过湿法刻蚀，刻蚀掉其余区域的IGZO；沟道区由于被光刻胶保护，未被刻蚀，形成沟道区光刻胶图案，之后用丙酮洗去IGZO沟道区上部的光刻胶，形成有源沟道层，有源沟道层位于栅电极的正上方；
4)在步骤3)得到的有源沟道层以及玻璃基板上旋涂负性光刻胶，通过光刻掩膜版曝光，源端漏端电极区域被掩膜版挡住未被光照，其余区域被光照，再通过显影液显影，未被光照的光刻胶被显影液显影去除形成源端漏端电极光刻胶图案以及与漏端电极相连的光电探测器阴极图案，然后通过磁控溅射的方法光刻胶图案上沉积ITO薄膜，最后放入丙酮中，在光刻胶上的ITO薄膜随着光刻胶溶解在丙酮中被剥离，留下ITO材料的图案化的源端漏端电极以及光电探测器的阴极，从而形成源端和漏端电极以及与漏端电极相连的光电探测器阴极；
5)通过等离子体增强化学气相沉积的方法在器件上制备180～220nm厚的SiO2膜作为钝化层，包裹并保护器；
6)通过反应离子体刻蚀工艺，对步骤5)的钝化层进行刻蚀，露出栅电极和源端漏端电极以及与漏端电极相连的光电探测器阴极；
7)将步骤6)得到的器件置于退火炉中进行热退火处理，对晶格缺陷、氧空位缺陷进行修复以及提升稳定性，从而制备得到透明薄膜晶体管阵列；
B、制备基于透明薄膜晶体管的光电探测器阵列
1)将步骤A制备的薄膜晶体管阵列依次用丙酮、乙醇、去离子水分别超声清洗15～30分钟，烘干后作为底板待用；
2)室温下，将二水乙酸锌溶于二甲氧基乙醇溶液中，浓度为80～120mg/mL，再向二水乙酸锌溶液中滴入与二水乙酸锌相同摩尔数的乙醇胺，在室温中磁力搅拌6～12小时使其充分溶解，制得ZnO溶液；室温下，称取质量比1：1.5的PTB7-TH和FOIC，将其混合溶解于氯仿中，两种材料质量和的浓度为10～15mg/mL，磁力搅拌6～8小时使其充分溶解，制得PTB7-TH:FOIC有源层前驱体溶液；
3)将步骤1)中清洗干净的薄膜晶体管阵列底板放入紫外清洗机中紫外照射10～20分钟以降低电极功函数，提高下一步旋涂材料的成膜性和吸附性；
4)将步骤2)制备的ZnO溶液旋涂到步骤3)紫外照射后的与漏端电极相连的光电探测器阴极上，之后在160～200℃条件下退火30～60min，获得ZnO电子传输层；将步骤2)制备的PTB7-TH:FOIC有源层前驱体溶液旋涂到ZnO电子传输层上，获得PTB7-TH:FOIC有源层；
5)在步骤4)得到的PTB7-TH:FOIC有源层上覆盖阵列掩模版，真空蒸镀MoO3层，真空蒸镀的温度为530～570℃；
6)最后在MoO3空穴传输层上真空蒸镀Ag层作为光电探测器阵列顶电极，取下掩模版，从而制备得到基于透明薄膜晶体管的光电探测器阵列。
2.如权利要求1所述的一种基于透明薄膜晶体管的光电探测器阵列的制备方法，其特征在于：步骤A中，ITO薄膜的厚度为70～90nm，栅介质层的厚度为100～120nm，钝化层的厚度为180～220nm。
3.如权利要求1所述的一种基于透明薄膜晶体管的光电探测器阵列的制备方法，其特征在于：步骤A中，退火温度为200～400℃，退火时间为60～120分钟。
4.如权利要求1所述的一种基于透明薄膜晶体管的光电探测器阵列的制备方法，其特征在于：步骤B中，ZnO电子传输层的厚度为30～50nm，PTB7-TH:FOIC有源层的厚度为120～180nm，MoO3层的厚度为5～15nm，Ag层的厚度为60～100nm。
5.如权利要求1所述的一种基于透明薄膜晶体管的光电探测器阵列的制备方法，其特征在于：步骤B中，ZnO溶液的旋涂速度为2000～4000rpm/min，旋涂时间为20～40秒；PTB7-TH:FOIC有源层前驱体溶液的旋涂速度为1000～2500rpm/min旋涂时间为40～60s。
6.一种基于透明薄膜晶体管的光电探测器阵列，其特征在于：是由权利要求1～5任何一项所述的方法制备得到。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110617238.9A CN113363278A (zh) | 2021-06-03 | 2021-06-03 | 一种基于透明薄膜晶体管的光电探测器阵列及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110617238.9A CN113363278A (zh) | 2021-06-03 | 2021-06-03 | 一种基于透明薄膜晶体管的光电探测器阵列及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113363278A true CN113363278A (zh) | 2021-09-07 |
Family
ID=77531511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110617238.9A Pending CN113363278A (zh) | 2021-06-03 | 2021-06-03 | 一种基于透明薄膜晶体管的光电探测器阵列及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113363278A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114965631A (zh) * | 2022-07-07 | 2022-08-30 | 重庆科技学院 | 一种用于检测铅离子的光电化学传感器的构建方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100320459A1 (en) * | 2009-06-22 | 2010-12-23 | Fujifilm Corporation | Thin film transistor and method of producing thin film transistor |
| CN102709189A (zh) * | 2012-05-21 | 2012-10-03 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种薄膜晶体管及其制作方法及一种阵列基板 |
| CN103700710A (zh) * | 2013-12-30 | 2014-04-02 | Tcl集团股份有限公司 | Igzo薄膜晶体管及其制备方法 |
| US20200006412A1 (en) * | 2018-06-28 | 2020-01-02 | Applied Materials, Inc. | Methods and apparatus for image sensor semiconductors |
| CN111740018A (zh) * | 2020-07-07 | 2020-10-02 | 吉林大学 | 一种宽带、低噪声、超快响应的级联结构有机光电探测器及其制备方法 |
| CN112802863A (zh) * | 2021-01-21 | 2021-05-14 | 上海大学 | 一种图像传感器及其制备方法 |
-
2021
- 2021-06-03 CN CN202110617238.9A patent/CN113363278A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100320459A1 (en) * | 2009-06-22 | 2010-12-23 | Fujifilm Corporation | Thin film transistor and method of producing thin film transistor |
| CN102709189A (zh) * | 2012-05-21 | 2012-10-03 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种薄膜晶体管及其制作方法及一种阵列基板 |
| CN103700710A (zh) * | 2013-12-30 | 2014-04-02 | Tcl集团股份有限公司 | Igzo薄膜晶体管及其制备方法 |
| US20200006412A1 (en) * | 2018-06-28 | 2020-01-02 | Applied Materials, Inc. | Methods and apparatus for image sensor semiconductors |
| CN111740018A (zh) * | 2020-07-07 | 2020-10-02 | 吉林大学 | 一种宽带、低噪声、超快响应的级联结构有机光电探测器及其制备方法 |
| CN112802863A (zh) * | 2021-01-21 | 2021-05-14 | 上海大学 | 一种图像传感器及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| JUNSHI LIU,HAN WEN,LIANG SHEN: "Highly sensitive, broadband, fast response organic photodetectors based on semi-tandem structure", 《NANOTECHNOLOGY》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114965631A (zh) * | 2022-07-07 | 2022-08-30 | 重庆科技学院 | 一种用于检测铅离子的光电化学传感器的构建方法 |
| CN114965631B (zh) * | 2022-07-07 | 2023-05-16 | 重庆科技学院 | 一种用于检测铅离子的光电化学传感器的构建方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI569451B (zh) | 薄膜電晶體及其製造方法、以及具備該薄膜電晶體之裝置 | |
| US10707236B2 (en) | Array substrate, manufacturing method therefor and display device | |
| CN110277418B (zh) | 一种钙钛矿图像传感器的像素单元及其制备方法 | |
| US20160359054A1 (en) | Array substrate and method of fabricating the same, display panel and display device | |
| CN106876515B (zh) | 薄膜晶体管结构可见盲光电探测器及其制备方法 | |
| CN106025070B (zh) | 具有光谱选择性的光电倍增型有机光探测器及其制备方法 | |
| US11894398B2 (en) | Photodetector, display substrate, and method of manufacturing photodetector | |
| CN110364625A (zh) | 一种用于弱光探测的钙钛矿量子点光电晶体管及制备方法 | |
| CN109841703B (zh) | 一种全无机钙钛矿光电探测器及其制备方法 | |
| Wang et al. | Spin‐On‐Patterning of Sn–Pb Perovskite Photodiodes on IGZO Transistor Arrays for Fast Active‐Matrix Near‐Infrared Imaging | |
| CN108023019A (zh) | 一种钙钛矿光电晶体管及其制备方法 | |
| CN113363278A (zh) | 一种基于透明薄膜晶体管的光电探测器阵列及其制备方法 | |
| CN111373563A (zh) | 具有改善的可见光吸收率的氧化物半导体光电晶体管及其制造方法 | |
| WO2018223476A1 (zh) | 铟镓锌氧化物薄膜晶体管的制作方法 | |
| Chen et al. | Monolithic Integration of Perovskite Photoabsorbers with IGZO Thin‐Film Transistor Backplane for Phototransistor‐Based Image Sensor | |
| Lin et al. | Improving hysteresis of room-temperature air-quenching MAPbI3-xClx solar cells by using mixed-lead halide precursor | |
| Hasan et al. | Solution processed high performance perovskite quantum dots/ZnO phototransistors | |
| US9070779B2 (en) | Metal oxide TFT with improved temperature stability | |
| CN207818623U (zh) | 一种钙钛矿光电晶体管 | |
| Cheng et al. | High-efficiency Sb2Se3 thin-film solar cells based on Cd (S, O) buffer layers prepared via spin-coating | |
| WO2022094752A1 (zh) | 基于异质结分层结构的有机晶体管射线探测器及其制备方法 | |
| JP2017168806A (ja) | 撮像素子、固体撮像装置及び電子デバイス | |
| González-Flores et al. | Ultraviolet, visible and near infrared photoresponse of SiO2/Si/SiO2 multilayer system into a MOS capacitor | |
| KR102420428B1 (ko) | 산화물 반도체 기반의 p-n 접합을 이용한 반도체 소자, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 광 검출기 | |
| CN113314642B (zh) | 一种双绝缘层日盲紫外光敏薄膜晶体管的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210907 |