DE102005037290A1

DE102005037290A1 - Flachbilddetektor

Info

Publication number: DE102005037290A1
Application number: DE102005037290A
Authority: DE
Inventors: Christoph Dr. Brabec; Georg Dr. Wittmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-08-08
Filing date: 2005-08-08
Publication date: 2007-02-22
Also published as: WO2007017470A1; US20090140238A1; EP1913637A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Flachbilddetektor (oFD), aufweisend ein Substrat (1) mit einer Transistormatrix (2), einen Fotodetektor und eine Passivierungsschicht (3). Der Fotodetektor umfasst eine strukturierte, mehrere Teilelektroden (6) aufweisende erste Elektrode (5), eine zweite Elektrode (9) und eine zwischen den beiden Elektroden (6, 9) angeordnete fotoaktive Schicht (8). Die Passivierungsschicht (3) ist zwischen dem die Transistormatrix (2) umfassenden Substrat (1) und der ersten Elektrode (5) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Flachbilddetektor mit einem eine Transistormatrix aufweisenden Substrat und einem Fotodetektor. Mit einem Flachbilddetektor wird auf den Flachbilddetektor auftreffendes Licht in elektrische Signale umgewandelt, die mit einer geeigneten Auswertevorrichtung in einen Bilddatensatz umgewandelt werden können. Das dem Bilddatensatz zugeordnete Bild kann mit einem Sichtgerät visualisiert werden.
Gängige Flachbilddetektoren sind eine Kombination aus einem pixilierten Fotodetektor und einer Transistormatrix.
Der pixilierte Fotodetektor umfasst im Wesentlichen zwei Elektroden und eine zwischen den beiden Elektroden angeordnete Halbleiterschicht. Eine der Elektroden ist derart strukturiert, dass sie mehrere, voneinander isolierte Teilelektroden umfasst, die jeweils einem Pixel eines mit dem Flachbilddetektor aufzunehmenden Bildes zugeordnet sind.
Soll ein Bild mit dem Flachbilddetektor aufgenommen werden, so durchdringt die dem Bild zugeordnete Lichtverteilung die der Lichtverteilung zugewandte Elektrode, die daher aus einem zumindest semitransparentem Material gefertigt ist. Des Weiteren wandelt die Halbleiterschicht in Verbindung mit den beiden Elektroden die Lichtverteilung in elektrische Signale um, die an den einzelnen Teilelektroden der strukturierten Elektrode anliegen.
Die Transistormatrix ist in einem Substrat eingebettet. Jeder der einzelnen Transistoren der Transistormatrix ist wiederum einem der Pixel des mit dem Flachbilddetektor aufzunehmenden Bildes zugeordnet und ist jeweils mit einer der Teilelektroden der strukturierten Elektrode elektrisch verbunden. Die Transistoren der Transistormatrix werden mit einer Steue rungsvorrichtung angesteuert und ausgelesen. Die ausgelesenen Signale werden an die Auswertevorrichtung weiter geleitet.

Gängige Flachbilddetektoren werden hergestellt, indem die strukturierte Elektrode direkt auf dem die Transistormatrix umfassenden Substrat aufgetragen wird. Ein Nachteil dieser Ausführung ist es, dass die Struktur des flächenhaften Fotodetektors an die durch die Transistoren der Transistormatrix bestimmte Struktur des Substrats angepasst werden muss. Als Transistoren für die Transistormatrix werden üblicherweise Dünnschichttransistoren verwendet. Wird jedoch eine Transistormatrix mit Transistoren basierend auf einer anderen Transistortechnologie eingesetzt, so muss der Prozess zum Auftragen des flächenhaften Fotodetektors auf diese Transistortechnologie angepasst werden.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Flachbilddetektor derart auszuführen, sodass dessen Herstellung auch bei einer Verwendung unterschiedlicher, die Transistormatrix umfassender Substrate vereinfacht wird.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch einen Flachbilddetektor, aufweisend ein Substrat mit einer Transistormatrix, einen Fotodetektor mit einer strukturierten, mehrere Teilelektroden umfassenden ersten Elektrode, mit einer zweiten Elektrode und mit einer zwischen den beiden Elektroden angeordneten fotoaktiven Schicht, und eine zwischen der ersten Elektrode und dem Substrat angeordneten Passivierungsschicht.

Grundgedanke des erfindungsgemäßen Flachbilddetektors ist es also, den Fotodetektor nicht direkt auf dem Substrat mit der Transistormatrix aufzubauen, sondern zunächst das Substrat mit der Passivierungsschicht zu versehen und auf dieser den Fotodetektor aufzubauen. Durch die Passivierungsschicht wird der Fotodetektor von dem Substrat räumlich getrennt. Dadurch ist es möglich, dass der Fotodetektor vertikal über den einzelnen Transistoren angeordnet ist, wodurch die Fläche des Fotodetektors vergrößert wird. Der Füllfaktor des Fotodetektors kann somit erhöht werden.

Durch den vertikalen Aufbau können auch kapazitive Kopplungen zwischen den Transistoren der Transistormatrix und der strukturierten ersten Elektrode und/oder den elektrischen Leiterbahnen verringert werden. Als Substrate mit Transistormatrizen werden bevorzugt FET Paneele aus der LCD Industrie verwendet.

Aufgrund der Passivierungsschicht ist es möglich, für den Aufbau des Fotodetektors eine zumindest weitestgehend unabhängig von dem verwendeten Substrat bzw. von der verwendeten Technologie für die Transistormatrix gleich gestaltete Oberfläche zu schaffen. Die Passivierungsschicht ermöglicht es daher, den Fotodetektor zumindest weitestgehend unabhängig von dem verwendeten Substrat bzw. der verwendeten Transistormatrix auszuführen. Insbesondere braucht die Oberfläche des Substrats nicht mit der Chemie des Fotodetektors kompatibel zu sein.

Die Passivierungsschicht wird bevorzugt mittels Drucktechniken auf dem Substrat aufgetragen. Dadurch ist der erfindungsgemäße Flachbilddetektor besonders kostengünstig herstellbar.

Der Fotodetektor kann dann besonders einfach auf der Passivierungsschicht aufgetragen werden, wenn die Passivierungsschicht gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Flachbilddetektors auf der der ersten Elektrode zugewandten Seite planarisiert und/oder strukturierbar, insbesondere fotostrukturierbar, ist. Somit kann z.B. die Passivierungsschicht besonders einfach mit Vias versehen werden, mit denen die einzelnen Teilelektroden der ersten Elektrode durch die Passivierungsschicht mit jeweils einem Transistor des die Transistormatrix aufweisenden Substrats kontaktiert werden. Ein Via ist eine vertikale, mit einem elektrisch leitenden Material gefüllte Öffnung, die unterschiedliche Schichten elektrisch miteinander verbindet.

Für die fotoaktive Schicht wird üblicherweise ein anorganisches Halbleitermaterial verwendet. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Flachbilddetektors ist jedoch vorgesehen, dass der Fotodetektor ein organischer Fotodetektor ist, dessen fotoaktive Schicht ein organisches Halbleitermaterial umfasst. Organische Fotodetektoren können relativ einfach hergestellt werden, indem die organische Halbleiterschicht mit drucktechnischen Methoden aus der Lösung aufgebracht wird. Halbleitermaterialien für organische Fotodetektoren umfassen Fotolacke, PBO, BCB, etc.. Außerdem weisen organische Fotodetektoren eine relativ hohe Kompatibilität zu verschiedenen Technologien der Transistormatrix des Substrats auf. Verschiedene Technologien der Transistormatrix umfassen a-Si, LTPolySi, Pentacene, polymer, ZnO oder Chalkopyrit FETs. Für die Herstellung einer Chalkopyrit FETs umfassenden Transistormatrix werden die entsprechenden Halbleiter aus der Lösung prozessiert.

Ein organischer Fotodetektor umfasst in der Regel zusätzlich zur fotoaktiven Schicht, die beispielsweise P3HT/PCBM, CuPc/PTCBI, ZNPC/C60, konjugierte Polymer-Komponenten oder Fulleren-Komponenten umfasst, eine Elektron/Loch blockierende Schicht. Elektron/Loch blockierende Schichten sind aus der Technologie für organische LEDs bekannt. Ein geeignetes organisches Material für die Elektron blockierende Schicht ist z.B. TFB.

Ein kritischer Parameter für die Bilderkennung ist der so genannte Dunkelstrom eines Fotodetektors.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten schematischen Figuren der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
1 bis 4 Verschiedene Herstellungsstadien eines Flachbilddetektors mit einem organischen Fotodetektor.
Die 1 bis 4 veranschaulichen die Herstellung eines erfindungsgemäßen Flachbilddetektors oFD mit einem organischen Fotodetektor.
Die 1 zeigt ausschnittsweise ein Substrat 1 mit einer mehrere Transistoren 2 umfassenden Transistormatrix. Die einzelnen Transistoren 2 sind im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels a-Si FETs, die mittels Dünnschichttechnologie hergestellt wurden. Jeder der Transistoren 2 ist einem Pixel eines des mit dem Flachbilddetektor aufzunehmenden Bildes zugeordnet.
Auf dem Substrat 1 wird anschließend eine in der 2 gezeigte Passivierungsschicht 3 aufgetragen. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels wurde die Passivierungsschicht 3, die ein im Wesentlichen elektrisch isolierendes Material umfasst, mittels bekannter Drucktechniken auf das Substrat 1 aufgetragen, anschließend wie in der 2 dargestellt mittels Fototechniken strukturiert und schließlich planarisiert. Durch die Strukturierung erhält die Passivierungsschicht 3 Vias 4, also vertikale Löcher, die mit einem elektrisch leitenden Material gefüllt werden. Über die Vias 4 können die einzelnen Transistoren 2 durch die Passivierungsschicht 3 kontaktiert werden.
Auf die Passivierungsschicht 3 wird daraufhin eine in der 3 gezeigte flächenhafte Elektrode 5 aufgetragen, die derart strukturiert ist, dass sie mehrere matrixförmig angeordnete Teilelektroden 6 umfasst. Jede der Teilelektroden 6 ist jeweils über die Vias 4 durch die Passivierungsschicht 3 mit jeweils einem Transistor 2 der Transistormatrix des Substrats 1 elektrisch verbunden.
Wie mit der 4 verdeutlicht, wird auf die strukturierte Elektrode 5 flächenhaft, z.B. durch Rotationsbeschichtung (Spin-Coating), Rakel- oder Drucktechniken, eine Elektron blockierende Schicht 7 aus einem organischen Material aufgetragen. Als organisches Material wird im Falle des vorliegen den Ausführungsbeispiels TFB verwendet. Die Elektron blockierende Schicht 7 wird anschließend mit einer fotoaktiven Schicht 8 aus einem organischen Halbleitermaterial, im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels P3HT/PCBM, versehen. Auf die fotoaktive Schicht 8 wird daraufhin eine weitere flächenhafte Elektrode 9 aufgetragen, die wiederum mit einer transparenten Schutzschicht 10 versehen ist. Die Elektrode 9 ist aus einem zumindest semitransparenten Material gefertigt.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf diese beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Insbesondere können auch Substrate mit anderen Transistoren als die in den 1 bis 5 gezeigten a-Si FETs verwendet werden. Der erfindungsgemäße Flachbilddetektor braucht auch kein organischer Flachbilddetektor sein, d.h. die Elektron blockierende Schicht 7 und die fotoaktive Schicht 8 können auch aus anorganischen Materialien, z.B. Silizium, hergestellt sein.

Claims

Flachbilddetektor, aufweisend – ein Substrat (1) mit einer Transistormatrix (2), – einen Fotodetektor mit einer strukturierten, mehrere Teilelektroden (6) umfassenden ersten Elektrode (5), mit einer zweiten Elektrode (9) und mit einer zwischen den beiden Elektroden (6, 9) angeordneten fotoaktive Schicht (8), und – eine zwischen der ersten Elektrode (5) und dem Substrat (1) angeordneten Passivierungsschicht (3).
Flachbilddetektor nach Anspruch 1, bei dem die Passivierungsschicht (3) mittels Drucktechniken auf dem Substrat (1) aufgetragen, planarisiert und/oder strukturierbar ist.
Flachbilddetektor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die einzelnen Teilelektroden (6) der ersten Elektrode (5) durch die Passivierungsschicht (3) mit jeweils einem Transistor (2) des die Transistormatrix aufweisenden Substrats (1) kontaktiert sind.
Flachbilddetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Fotodetektor ein organischer Fotodetektor (oFD) ist, dessen fotoaktive Schicht (8) ein organisches Halbleitermaterial umfasst.
Flachbilddetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Transistoren (2) der Transistormatrix des Substrats (1) a-Si, LTPolySi, Pentacene, Polymer, ZnO und/oder Chalkopyrit FETs umfassen.