CN115513238A - 光电传感器、显示设备及光电传感器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光电传感器、显示设备及光电传感器的制备方法，光电传感器包括基板、光电转换层、间隔层和顶电极；光电转换层设置于基板和顶电极之间；间隔层设置于光电转换层和顶电极之间，间隔层包括导电区和绝缘区，导电区用于实现光电转换层与顶电极的电连接。通过上述方式，本发明能够制得排布更紧密的光电传感器件。
Description
技术领域
本发明涉及光电技术领域，特别是涉及一种光电传感器、显示设备及光电传感器的制备方法。
背景技术
线路板的制作中存在诸多过孔，过孔的作用是导通上下基板的电性，但是在制备的过程中，过孔的位置、大小以及过孔的坡度角都会影响最终的产品质量；特别是过孔的大小，受到设备及工艺限制，往往不能做的很小，一般都是大于4微米的直径，再加上后续构图布线的限制，导致最终的版图设计会受到限制，从而限制了线路的布局。同时还得考虑过孔的偏移，过孔刻蚀的角度问题等，工艺上问题较多，亟待需要改进。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种光电传感器、显示设备及光电传感器的制备方法，能够制得排布更紧密的光电传感器件。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种光电传感器，光电传感器包括基板、光电转换层、间隔层和顶电极；光电转换层设置于基板和顶电极之间；间隔层设置于光电转换层和顶电极之间，间隔层包括导电区和绝缘区，导电区用于实现光电转换层与顶电极的电连接。
在一实施方式中，间隔层为非晶硅层或低温多晶硅层，导电区为以形成P型掺杂区。
在一实施方式中，导电区的方阻小于或等于3000欧姆每平方厘米。
在一实施方式中，P型掺杂区为硼掺杂区、镓掺杂区中的一种或多种。
在一实施方式中，N型掺杂区为磷掺杂区、砷掺杂区中的一种或多种。
在一实施方式中，间隔层的导电区的厚度为100～200nm。
在一实施方式中，导电区不超出所述光电转换层所在区域。
在一实施方式中，光电转换层包括光电二极管。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种显示设备，显示设备包括显示面板和光电传感器，显示面板用于实现显示功能，光电传感器为上述任一项的光电传感器。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种光电传感器的制备方法，光电传感器的制备方法包括提供基板；在基板上形成光电转换层；在光电转换层上形成间隔层；对间隔层进行导电化处理，形成导电区；在间隔层上形成顶电极，顶电极覆盖导电区。
在一实施方式中，在光电转换层上形成间隔层包括：在光电转换层上形成低温多晶硅层或非晶硅层；对低温多晶硅层或非晶硅层的部分区域进行离子掺杂，形成导电区。
在一实施方式中，对低温多晶硅层或非晶硅层的部分区域进行离子掺杂，形成导电区包括：对低温多晶硅层或非晶硅层的部分区域进行离子注入，所注入的离子为硼离子、镓离子中的一种或多种以形成P型掺杂区；或所注入的离子为磷离子、砷离子中的一种或多种以形成N型掺杂区。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明通过将间隔层的一部分区域设置为导电区，而其他区域设置为绝缘区，不再需要对间隔层进行打孔，而是直接将间隔层本身设计为导电的。通过这种方式，光电传感器的设置将不再受过孔技术的限制，能够制备排布更紧密的光电传感器件，更大面积的接收光，提高光电传感器的性能，且提高光电传感器的良品率。
附图说明
图1是本申请一实施方式中光电传感器的结构示意图；
图2是本申请又一实施方式中光电传感器的结构示意图；
图3是本申请一实施方式中光电传感器制备方法的流程示意图；
图4A是本申请另一实施方式中光电传感器制备方法的流程示意图；
图4B是本申请另一实施方式中光电传感器制备方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本申请进一步详细说明。
光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号(例如：红外、可见及紫外光辐射)转变成为电信号的器件。光电传感器一般包括基板和位于基板上的光电二极管，光电二极管是一种吸收光信号-光子(Photon)，将光信号转换层电信号-电流的元件。光电二极管在远离基板的方向上依次包括底电极、二极管结构层、介质层和顶电极。一般地，介质层具有暴露出二极管结构层的过孔，以实现二极管结构层与顶电极的电连接。因为过孔的存在，使得光电传感器的构图布线受到限制，导致最终的版图设计会受到限制，从而限制了线路的布局，进而使得排布密度较低。
请参阅图1，图1是本申请一实施方式中光电传感器的结构示意图。该实施方式中，提供一种光电传感器，该光电传感器包括基板10、光电转换层20、间隔层30和顶电极40。其中，光电转换层20设置于基板10和顶电极40之间，间隔层30设置于光电转换层20和顶电极40之间，间隔层30包括导电区31和绝缘区32，导电区31用于实现光电转换层20与顶电极40的电连接。
其中，基板10包括衬底和设置在衬底上的阵列层，阵列层包括薄膜晶体管(ThinFilm Transistor，TFT)，以起到开关作用。
光电转换层20可以是对光进行光电转换的二极管结构层，二极管结构层可以是PIN结或PN结的结构。或者说光电二极管可以是PN光电二极管、PIN光电二极管、雪崩光电二极管、MIM二极管结、MIS二极管结、MOS二极管结、SIS二极管结和MS二极管结等，再此不做限定。
顶电极40是透明电极层。在本实施例中，透明电极层可以由透明导电材料铟锡氧化物(indium tin oxide，ITO)所构成，而在其它的实施例中，透明电极层还可以替换成IZO透明电极层，IZO透明电极层由透明导电材料铟锌氧化物(indium zinc oxide，IZO)所构成。
间隔层30用于实现光电转换层20与顶电极40的隔离，同时还需实现光电转换层20与顶电极40的电连接。即间隔层30一部分区域是导电区31，一部分区域为绝缘区32。
该实施方式中，通过将间隔层的一部分区域设置为导电区，而其他区域设置为绝缘区，不再需要对间隔层进行打孔，而是直接将间隔层本身的局部区域设计为导电的。通过这种方式，光电传感器的设置将不再受过孔技术的限制，能够制备排布更紧密的光电传感器件，更大面积的接收光，提高光电传感器的性能，且提高光电传感器的良品率。
在一实施方式中，间隔层30可以是非晶硅层或低温多晶硅层。即本申请中使用a-Si(非晶硅)或LTPS(Low Temperature Poly-Silicon，低温多晶硅)代替氧化硅、氮化硅等无机膜层实现光电转换层20与顶电极40之间的隔离。同时对间隔层30的局部区域进行处理，如进行离子掺杂，以将间隔层30的部分区域转变为电导率大的区域，实现光电转换层20和顶电极40的导通。或者说导电区31为N型掺杂区或P型掺杂区，绝缘区32为非掺杂区。
在一实施方式中，间隔层30的导电区31的方阻小于或等于3000欧姆每平方厘米，以使电导率满足顶电极40与光电转换层20的电连接。例如，导电区的方阻为2000Ω/cm2、2200Ω/cm2、2500Ω/cm2、2800Ω/cm2等。
其中，本申请中对掺杂区所掺杂元素的种类和浓度没有限制要求，只要保证掺杂后导电区31的方阻满足顶电极40与光电转换层20的导通需求即可。可以对非晶硅层或低温多晶硅层的部分区域进行P型掺杂或N型掺杂形成N型掺杂区或P型掺杂区。例如N型掺杂区为磷掺杂区、砷掺杂区中的一种或多种，P型掺杂区为硼掺杂区、镓掺杂区中的一种或多种。
在一实施方式中，间隔层30的导电区31的厚度为100～200nm，例如，可以是100nm、120nm、150nm、180nm、200nm等。对间隔层30进行离子掺杂时，掺杂深度应等于或略小于导电区31的厚度，以保证掺杂后能够实现电导通。在光电传感器器件厚度允许的情况下，导电区的厚度越厚越好。同时，导电区31不超出光电转换层20所在区域，即只有光电转换区域进行导电，其他区域应该保证绝缘。
请参阅图2，图2是本申请又一实施方式中光电传感器的结构示意图。该实施方式中，光电传感器包括基板、光电转换层、间隔层和顶电极。
其中，基板包括衬底和设置在衬底上的阵列层，阵列层包括层叠设置的缓冲层、有源层、以及设置在有源层上的多层金属层和多层绝缘层。具体地，缓冲层包括层叠设置的氮化硅层(SiNx)和氧化硅层(SiOx)；有源层为多晶硅层，有源层包括沟道区、轻掺杂区和重掺杂区，金属层包括第一金属层(M1)、第二金属层(M2)和第三金属层(M3)等。
进一步地，基板包括薄膜晶体管，薄膜晶体管包括依次位于衬底上的栅极、栅极绝缘层、有源层、源极和漏极等。通常，薄膜晶体管的栅极与扫描线电连接，薄膜晶体管的源极和漏极中的一个与数据线电连接，薄膜晶体管的源极和漏极中的另一个与光电二级管(具体而言与光电二级管的底电极)电连接。进一步优选的，薄膜晶体管的栅极与扫描线位于同一金属层；薄膜晶体管的源极和漏极、数据线和光电二极管的底电极位于同一金属层。需要说明的是，图2中所示的薄膜晶体管为底栅型薄膜晶体管，该薄膜晶体管是本领域公知的一种常用结构，但对于本领域的技术人员而言，薄膜晶体管还有许多其他设计，如顶栅型薄膜晶体管等，均适合本发明，在此不作限定。
其中，光电转换层20可以为光电二极管结构层，光电二极管结构层可以为多层结构的PIN结，其包括具有第一导电型的第一子层(未示出)、由本征半导体材料所构成的第二子层(未示出)、以及具有相反于第一导电型的第二导电型的第三子层(未示出)。在本实施例中，第一子层、第二子层、以及第三子层优选地由非晶硅所构成，且第一导电型为p型，而第二导电型为n型。在其他实施例中，第一子层、以及第三子层还可以由微晶硅、锗化硅、碲化镉、硒化镉、硫化镉、铜铟硒化物、铜铟镓硒化物或染料敏化二氧化钛所构成。第一子层邻近于透明电极层(即顶电极40)，第二子层设置于第一子层与底电极层之间，第三子层设置于第二子层与底电极层之间。通常，光电二极管结构层的第三子层与底电极层之间还设置有绝缘层(未示出)，二者可以通过贯穿该绝缘层的过孔(未示出)而电连接至下方的底电极层。在本实施例中，底电极层由金属例如金、银、铜、铝或其合金所构成，或者由其它公知的金属材料所构成。如本领域技术人员所知，底电极层也可由金属及覆盖该金属的金属阻挡材料所构成，其中金属阻挡材料包括钛或钽等。
在一实施方式中，也可以使用包含单晶硅或低温多晶硅的间隔层代替阵列层中的各绝缘层，以实现各膜层之间的隔离，且对部分区域进行离子掺杂，以实现膜层间的电连接。阵列层中的间隔层的导电区的电导率应大于光电二极管处的间隔层的导电区的电导率。
在一实施方式中，光电传感器还包括设置于顶电极远离光电转换层的光纤导板(图未示)和封装层(图未示)，穿过光纤导板的光在与光纤导板相接处的物体表面(如指纹)发生反射，反射回的光线进入光电二极管中，通过光电二极管将光信号转化为电信号，并通过薄膜晶体管输出，从而能够反映物体表面的信息。
以上实施方式所提供的光电传感器可以应用于指纹识别、静脉成像和伪钞识别等。
基于此，本申请还提供一种显示设备，显示设备包括显示面板和光电传感器，显示面板可以是有机发光二极管(OLED)显示面板，能够实现显示功能，光电传感器可以是上述任意实施方式的光电传感器。显示设备可以是手机、平板电脑等，所携带的光电传感器可用于指纹识别，以使显示设备具有指纹识别功能，如可以利用指纹识别来解锁显示设备。显示设备可以是手环、手表等可穿戴设备，所携带的光电传感器可用于静脉成像，以使可穿戴设备具有检测血液浓度变化频率与人体的脉搏频率的功能。
请结合参阅图3和图4A和图4B，图3是本申请一实施方式中光电传感器制备方法的流程示意图，图4A-图4B是本申请另一实施方式中光电传感器制备方法的流程示意图。该实施方式中，光电传感器制备方法包括：
S110：提供基板。
该基板包括衬底，位于衬底上的绝缘交叉的扫描线、数据线、设置于该扫描线和数据线交叉处的TFT；该TFT的栅极与该扫描线电连接、该TFT的源极/漏极中的一个与该数据线电连接；该衬底还包括覆盖该TFT的漏极/源极中的另一个的绝缘层，以及暴露出该TFT的漏极/源极中的另一个的过孔，该过孔用于该TFT的漏极/源极中的另一个与光电二级管的底电极层电连接。衬底可以由玻璃或者石英制成。
如图4A所示，提供衬底，依次在衬底上沉积氮化硅(SiNx)和氧化硅(SiNx)形成缓冲层；然后在缓冲层上沉积非晶硅层(a-Si)，并进行去氢化和高温晶化处理得到多晶硅层，曝光显影蚀刻得到有源层。设置掩膜，对多晶硅层进行离子注入，得到重掺杂区，形成源极和漏极有源区。掺杂后形成第一绝缘层，第一绝缘层可以是氮化硅、氧化硅层。在第一绝缘层上形成薄膜晶体管的栅极层(gate)；以栅极为掩膜，对有源层进行轻掺杂(LDD)，得到轻掺杂区。掺杂后形成第二绝缘层(保护层)，第二绝缘层可以是氮化硅、氧化硅层。在第一绝缘层上形成薄膜晶体管的源极和漏极。随后形成第三绝缘层，第三绝缘层可以是氮化硅、氧化硅层。
S120：在基板上形成光电转换层。
在基板上形成底电极层和光电二极管结构层。所形成的底电极层可以由金属材料制成，所形成的光电二极管结构层为多层结构。形成光电二极管结构层具体包括形成第二导电型的第三子层，接着在第三子层之上采用例如气相外延生长方法形成由本征半导体材料所构成的第二子层，之后形成具有相反于第二导电型的第一导电型的第一子层。第一子层、第二子层、以及第三子层优选地由非晶硅所构成，且第一导电型为p型，而第二导电型为n型。在其他实施例中，第一子层、以及第三子层还可以由微晶硅、锗化硅、碲化镉、硒化镉、硫化镉、铜铟硒化物、铜铟镓硒化物、或染料敏化二氧化钛所构成。
如图4B所示，在第三绝缘层上形成第三金属层(M3)，底电极可以与第三金属层同层。然后在第三金属层上形成光电二极管结构层(PIN)。
S130：在光电转换层上形成间隔层。
其中，在光电二极管结构层形成非晶硅层或低温多晶硅层，以作为间隔层。可以通过利用准分子激光退火技术(ELA)或微阵列透镜激光退火技术(MLA)对非晶硅进行激光照射，进而形成多晶硅层。
如图4B所示，在光电二极管结构层上形成非晶硅(a-Si)。
S140：对间隔层进行导电化处理，形成导电区。
可以用离子注入(Doping)工艺对间隔层的部分区域进行离子掺杂。
具体地，可以先在间隔层上形成一层中间层，可以通过沉积的方法形成中间层，比如采用磁控溅射或真空蒸镀等物理气相沉积的方法，或者等离子体增强化学的气相沉积等化学气相沉积的方法。由于离子注入时中间层的设置会影响离子束的能量，减缓离子束的速率，所以为了便于后续步骤中离子注入到多晶硅层中，以及中间层的剥离，中间层包括有机多孔层或无机多孔层，即中间层可为有机多孔膜或无机多孔膜。形成中间层的材料选自聚烯烃树脂、聚酯(PE)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氨基甲酸酯(PU)和聚乳酸酯等中的至少一种。中间层材料稀疏，不致密，离子可以较为顺利的注入到多晶硅层中，得到所需掺杂浓度的掺杂多晶硅，而且离子注入结束后，也便于去除中间层，去除过程中不会对多晶硅层产生不良影响。
在中间层的上表面上形成图案化光刻胶，形成光刻胶的具体种类没有限制要求，可以为正性光刻胶，也可以为负性光刻胶，本领域技术人员根据实际需求灵活选择即可。形成光刻胶的方法也没有限制要求，在本发明中，形成光刻胶的方法包括但不限涂覆。依次对光刻胶层进行曝光和显影，进而得到图案化光刻胶。本领域技术人员可以根据光刻胶的具体种类进行灵活选择曝光区域和曝光时间，以及显影液的具体种类和显影时间，在此不作限制要求。
从图案化光刻胶的上方对多晶硅层进行离子注入，完成离子注入后，多晶硅层分为掺杂区(导电区)和非掺杂区(绝缘区)。
所注入的离子为硼(B)离子、镓(Ga)离子中的一种或多种以形成P型掺杂区；或所注入的离子为磷(P)离子、砷(As)离子中的一种或多种以形成N型掺杂区。
为了使得离子穿过中间层，顺利注入到多晶硅层中，掺杂多晶硅的离子注入的离子束能量为5～50KeV，比如5KeV、10KeV、15KeV、20KeV、25KeV、30KeV、35KeV、40KeV、45KeV或50KeV，离子注入的离子束剂量为1011～1017/cm2，比如1011/cm2、1012/cm2、1013/cm2、1014/cm2、1015/cm2、1016/cm2或1017/cm2。本领域技术人员可以根据前面所述中间层的具体材料和具体厚度等实际情况，在上述范围内灵活调整离子注入的离子束注入能量和剂量，使得离子顺利注入到多晶硅层中，得到所述掺杂浓度的掺杂多晶硅。
剥离中间层，中间层剥离后，硬化的光刻胶也就随之去除。为了顺利的将中间层完全从多晶硅层的表面上剥离，可以采用剥离液除去中间层，即剥离中间层是通过使得剥离液与中间层接触进行的，也就是说，采用一种可以与中间层发生化学反应的剥离液，且该剥离液不会与多晶硅层发生任何反应，也不会对多晶硅层中掺杂的离子产生任何不良影响。所以说，剥离液的具体种类与中间层的具体材料相关，本领域技术人员根据中间层的具体种类进行灵活选择剥离液即可。
如图4B所示，对非晶硅(a-Si)进行离子注入，形成重掺杂区。
S150：在间隔层上形成顶电极，顶电极覆盖导电区。
而所形成的顶电极层是透明电极层。透明电极层可以由透明导电材料铟锡氧化物所构成；而在其它的实施例中，透明电极层还可以替换成IZO透明电极层，IZO透明电极层由透明导电材料铟锌氧化物所构成。
如图4所示，在非晶硅(a-Si)层上形成顶电极，顶电极覆盖重掺杂区。
该实施方式中，通过将间隔层的一部分区域设置为导电区，而其他区域设置为绝缘区，不再需要对间隔层进行打孔，而是直接将间隔层本身设计为导电的。通过这种方式，光电传感器的设置将不再受过孔技术的限制，能够制备排布更紧密的光电传感器件，更大面积的接收光，提高光电传感器的性能，且提高光电传感器的良品率。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种光电传感器，其特征在于，包括：
基板；
顶电极；
光电转换层，设置于所述基板和所述顶电极之间；
间隔层，设置于所述光电转换层和所述顶电极之间，所述间隔层包括导电区和绝缘区，所述导电区用于实现所述光电转换层与所述顶电极的电连接。
2.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，
所述间隔层为非晶硅层或低温多晶硅层，所述导电区为N型掺杂区或P型掺杂区，所述绝缘区为非掺杂区。
3.根据权利要求1或2所述的光电传感器，其特征在于，
所述导电区的方阻小于或等于3000欧姆每平方厘米。
4.根据权利要求2所述的光电传感器，其特征在于，
所述P型掺杂区为硼掺杂区、镓掺杂区中的一种或多种；或，
所述N型掺杂区为磷掺杂区、砷掺杂区中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，
所述间隔层的厚度为100～200nm。
6.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，
所述导电区不超出所述光电转换层所在区域，所述光电转换层包括光电二极管。
7.一种显示设备，其特征在于，包括显示面板和光电传感器，所述显示面板用于实现显示功能，所述光电传感器为权利要求1-6任一项所述的光电传感器。
8.一种光电传感器的制备方法，其特征在于，包括：
提供基板；
在所述基板上形成光电转换层；
在所述光电转换层上形成间隔层；
对所述间隔层进行导电化处理，形成导电区；
在所述间隔层上形成顶电极，所述顶电极覆盖所述导电区。
9.根据权利要求8所述的光电传感器的制备方法，其特征在于，所述在光电转换层上形成间隔层包括：
在所述光电转换层上形成低温多晶硅层或非晶硅层；
对所述低温多晶硅层或非晶硅层的部分区域进行离子掺杂，形成所述导电区。
10.根据权利要求9所述的光电传感器的制备方法，其特征在于，所述对低温多晶硅层或非晶硅层的部分区域进行离子掺杂，形成所述导电区包括：
对所述低温多晶硅层或非晶硅层的部分区域进行离子注入，所注入的离子为硼离子、镓离子中的一种或多种以形成P型掺杂区；或所注入的离子为磷离子、砷离子中的一种或多种以形成N型掺杂区。
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