EP1913637A1 - Flachbilddetektor - Google Patents

Flachbilddetektor

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EP1913637A1
EP1913637A1 EP06792696A EP06792696A EP1913637A1 EP 1913637 A1 EP1913637 A1 EP 1913637A1 EP 06792696 A EP06792696 A EP 06792696A EP 06792696 A EP06792696 A EP 06792696A EP 1913637 A1 EP1913637 A1 EP 1913637A1
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EP
European Patent Office
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substrate
photodetector
electrode
panel detector
flat
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06792696A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Brabec
Georg Wittmann
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14665—Imagers using a photoconductor layer
    • 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
    • H10K77/00—Constructional details of devices covered by this subclass and not covered by groups H10K10/80, H10K30/80, H10K50/80 or H10K59/80
    • H10K77/10—Substrates, e.g. flexible substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/10—Organic polymers or oligomers
    • H10K85/111—Organic polymers or oligomers comprising aromatic, heteroaromatic, or aryl chains, e.g. polyaniline, polyphenylene or polyphenylene vinylene
    • H10K85/113—Heteroaromatic compounds comprising sulfur or selene, e.g. polythiophene
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/20—Carbon compounds, e.g. carbon nanotubes or fullerenes
    • H10K85/211—Fullerenes, e.g. C60

Definitions

  • the invention relates to a flat-panel detector with a substrate having a transistor matrix and a photodetector.
  • a flat-panel detector With a flat-panel detector, light incident on the flat-panel detector is converted into electrical signals, which can be converted into an image data record with a suitable evaluation device. The image associated with the image data set can be visualized with a viewing device.
  • Common flat panel detectors are a combination of a pixilated photodetector and a transistor matrix.
  • the pixilated photodetector essentially comprises two electrodes and a semiconductor layer arranged between the two electrodes.
  • One of the electrodes is structured such that it comprises a plurality of mutually isolated part electrodes, each associated with a pixel of an image to be recorded with the flat-panel detector.
  • the light distribution associated with the image penetrates the electrode which faces the light distribution and is therefore made of an at least semitransparent material. Furthermore, the semiconductor layer in conjunction with the two electrodes converts the light distribution into electrical signals which are applied to the individual sub-electrodes of the structured electrode.
  • the transistor matrix is embedded in a substrate.
  • Each of the individual transistors of the transistor matrix is in turn associated with one of the pixels of the image to be recorded with the flat-panel detector and is in each case electrically connected to one of the partial electrodes of the structured electrode.
  • the transistors of the transistor matrix are connected to a control driven device and read out. The read signals are forwarded to the evaluation device.
  • Thin-film transistors used. However, if a transistor matrix with transistors based on another transistor technology is used, the process for applying the planar photodetector must be adapted to this transistor technology.
  • the object of the invention is therefore to carry out a flat-panel detector in such a way that its manufacture is simplified even when using different substrates comprising the transistor matrix.
  • a flat-panel detector comprising a substrate with a transistor matrix, a photodetector with a structured first electrode comprising a plurality of partial electrodes, with a second electrode
  • Electrode and having a photoactive layer disposed between the two electrodes, and a passivation layer disposed between the first electrode and the substrate.
  • the basic idea of the flat-panel detector according to the invention is thus not to construct the photodetector directly on the substrate with the transistor matrix, but first of all to provide the substrate with the passivation layer and to build up the photodetector thereon.
  • the passivation layer spatially separates the photodetector from the substrate. Thereby, it is possible that the photodetector is arranged vertically above the individual transistors, whereby the surface of the Photodetector is enlarged. The fill factor of the photodetector can thus be increased.
  • the vertical structure also capacitive couplings between the transistors of the transistor matrix and the structured first electrode and / or the electrical conductor tracks can be reduced.
  • substrates with transistor matrices FET panels from the LCD industry are preferably used.
  • the passivation layer Due to the passivation layer, it is possible to create a surface that is at least largely independent of the substrate used or of the technology used for the transistor matrix for the construction of the photodetector.
  • the passivation layer therefore makes it possible to carry out the photodetector at least largely independently of the substrate or the transistor matrix used.
  • the surface of the substrate need not be compatible with the chemistry of the photodetector.
  • the passivation layer is preferably applied to the substrate by means of printing techniques.
  • the flat-panel detector according to the invention can be produced particularly inexpensively.
  • the photodetector can then be applied particularly easily to the passivation layer if, according to a variant of the flat-panel detector according to the invention, the passivation layer is planarized on the side facing the first electrode and / or structurable, in particular photostructurable.
  • the passivation layer can be provided particularly easily with vias, with which the individual subelectrodes of the first electrode are contacted by the passivation layer, each with a transistor of the substrate having the transistor matrix.
  • a via is a vertical opening filled with an electrically conductive material that electrically interconnects different layers.
  • an inorganic semiconductor material is usually used for the photoactive layer.
  • the photodetector is an organic photodetector whose photoactive layer comprises an organic semiconductor material.
  • Organic photodetectors can be produced relatively simply by applying the organic semiconductor layer from the solution using printing techniques.
  • Semiconductor materials for organic photodetectors include photoresists, PBO, BCB, etc.
  • organic photodetectors have relatively high compatibility with various transistor matrix transistor technologies.
  • Various technologies of the transistor matrix include a-Si, LTPoIySi, pentacene, polymer, ZnO or chalcopyrite FETs.
  • the corresponding semiconductors are processed from the solution.
  • An organic photodetector generally comprises an electron / hole blocking layer in addition to the photoactive layer comprising, for example, P3HT / PCBM, CuPc / PTCBI, ZNPC / C60, conjugated polymer components or fullerene components. Electron / hole blocking layers are known from organic LED technology. A suitable organic material for the electron blocking layer is e.g. TFB.
  • a critical parameter for the image recognition is the so-called dark current of a photodetector.
  • FIG. 1 to 4 illustrate the manufacture of a flat panel detector oFD according to the invention with an organic photodetector.
  • FIG. 1 shows a detail of a substrate 1 with a transistor matrix comprising a plurality of transistors 2.
  • the individual transistors 2 in the case of the present exemplary embodiment are a-Si FETs which have been produced by means of thin-film technology.
  • Each of the transistors 2 is associated with a pixel of one of the images to be taken with the flat panel detector.
  • a passivation layer 3 shown in FIG. 2 is subsequently applied.
  • the passivation layer 3 which comprises a substantially electrically insulating material, was applied to the substrate 1 by means of known printing techniques, then structured as shown in FIG. 2 by means of photo techniques and finally planarized. The structuring gives the passivation layer 3
  • a planar electrode 5 shown in FIG. 3 is applied to the passivation layer 3 and is structured in such a way that it comprises a plurality of subelectrodes 6 arranged in the form of a matrix.
  • Each of the sub-electrodes 6 is electrically connected via the vias 4 by the passivation layer 3, each with a transistor 2 of the transistor matrix of the substrate 1.
  • an electron-blocking layer 7 made of an organic material is applied to the structured electrode 5 in a planar manner, for example by spin-coating, doctoring or printing techniques.
  • organic material in the case of the present the embodiment TFB used.
  • the electron blocking layer 7 is then provided with a photoactive layer 8 of an organic semiconductor material, in the case of the present embodiment P3HT / PCBM.
  • a further planar electrode 9 is then applied, which in turn is provided with a transparent protective layer 10.
  • the electrode 9 is made of an at least semi-transparent material.
  • the present invention has been described in terms of a preferred embodiment, the invention is not limited to these, but modifiable in many ways.
  • substrates with other transistors than the a-Si FETs shown in FIGS. 1 to 5 can also be used.
  • the flat panel detector of the present invention also need not be an organic flat panel detector, i. the electron blocking layer 7 and the photoactive layer 8 may also be made of inorganic materials, e.g. Silicon, be prepared.

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

Beschreibung
Flachbilddetektor
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 Bildda- tensatz 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 Teilelek- troden 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 Transistortech- nologie angepasst werden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Flachbilddetektor derart auszuführen, sodass dessen Herstellung auch bei einer Verwendung unterschiedlicher, die Transistormatrix um- fassender Substrate vereinfacht wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch einen Flachbilddetektor, aufweisend ein Substrat mit einer Transistormatrix, einen Fotodetektor mit einer strukturierten, mehrere Teil- elektroden 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 Ober- fläche 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 fotostruk- turierbar, 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 Transis- tormatrix 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 Flachbildde- tektors 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 Tran- sistormatrix umfassen a-Si, LTPoIySi, 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 ge- nannte Dunkelstrom eines Fotodetektors.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten schematischen Figuren der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
Fig.l bis Fig. 4 Verschiedene Herstellungsstadien eines
Flachbilddetektors mit einem organischen Fotodetektor . Die Figuren 1 bis 4 veranschaulichen die Herstellung eines erfindungsgemäßen Flachbilddetektors oFD mit einem organischen Fotodetektor.
Die Figur 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 Figur 2 gezeigte Passivierungsschicht 3 aufgetragen. Im Falle des vor- liegenden 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 Figur 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 Figur 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 Figur 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 Figuren 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

Patentansprüche
1. 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) .
2. Flachbilddetektor nach Anspruch 1, bei dem die Passivierungsschicht (3) mittels Drucktechniken auf dem Substrat (1) aufgetragen, planarisiert und/oder strukturierbar ist.
3. 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) kontak- tiert sind.
4. Flachbilddetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Fotodetektor ein organischer Fotodetektor (oFD) ist, dessen fotoaktive Schicht (8) ein organisches Halbleitermate- rial umfasst.
5. Flachbilddetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Transistoren (2) der Transistormatrix des Substrats (1) a-Si, LTPoIySi, Pentacene, Polymer, ZnO und/oder Chalko- pyrit FETs umfassen.
EP06792696A 2005-08-08 2006-08-04 Flachbilddetektor Withdrawn EP1913637A1 (de)

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