TWI792529B - 光感測器及其製法 - Google Patents

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冉曉雯
奧利維 梭波哈
林敬富
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Abstract

一種光感測器的製法，包含在可撓式塑料基板表面形成連續且厚度2至10nm的金屬膜；使用波長808nm且功率密度4至40W/cm 2的連續波雷射對金屬膜進行雷射退火處理1至30分鐘，使金屬膜轉變成包含多個可吸收波長400nm至800nm光的金屬奈米粒子的輔助層；在輔助層表面形成金屬氧化物膜；使用波長808 nm且功率密度4至40 W/cm 2的連續波雷射對金屬氧化物膜進行雷射退火處理1至60分鐘，使金屬氧化物膜的氧空缺降低並金屬-氧鍵結增加而轉變成為主動層；形成電極單元與主動層連接。該製法所製得的光感測器為可撓式、有良好的可見光及紫外光感測能力且使用壽命長。

Description

光感測器及其製法
本發明是有關於一種感測器，特別是指一種光感測器及其製法。
光感測器對光的感測能力與主動層材料的能隙有重要關聯性，主動層材料的能隙越寬，需要越高能量的光子將主動層材料的載子激發，使主動層材料的電子與電洞分離進而形成光電流。光感測器的光電流與暗電流的差異(光暗電流比)越明顯，代表光感測器的光感測能力越好。
金屬氧化物是一種常用在形成紫外光光感測器的主動層的材料，例如銦鋅氧化物(簡稱IZO)的能隙約為3.3 eV，屬於寬能隙的材料，因而銦鋅氧化物對高能量的紫外光具有很好的光吸收特性。透過對金屬氧化物進行高溫且長時間的熱退火處理，例如退火溫度400℃並退火時間1小時，以有效地使金屬氧化物的氧空缺降低及金屬-氧鍵結增加而形成主動層，能使紫外光光感測器對紫外光具有良好的感測能力。但金屬氧化物因幾乎不吸收可見光所以紫外光光感測器並不具有對可見光的感測能力。此外，因在紫外光光感測器的製備過程中需對金屬氧化物進行高溫且長時間的熱退火處理，所以金屬氧化物較適合形成在可耐高溫的玻璃基板上，而不適合形成在會因熱退火處理的高溫而變形甚至損壞的可撓式塑料基板上。
現有的可見光光感測器，通常是使用窄能隙並對可見光具有良好的光吸收特性的有機半導體材料作為主動層材料，以期可見光光感測器對可見光有良好的感測能力。此外，有機半導體材料一般較適合使用低溫退火(例如退火溫度80℃至100℃並退火時間3分鐘至60分鐘)的製程，因而適合形成在可撓式塑料基板上。
然而，有機半導體材料容易因為接觸空氣中的水氧而劣化及老化，進而導致可見光光感測器喪失對可見光的的感測能力。為了解決上述問題，一般是在可見光光感測器上額外設置封裝層以阻隔空氣中的水氧與有機半導體材料接觸，以期讓可見光光感測器具有較長的使用壽命，封裝層的材料為玻璃雖能達到較好的水氧阻隔效果，但不可撓的玻璃封裝層卻造成可見光光感測器無法為可撓式，而封裝層的材料為可撓的塑料雖能使可見光光感測器為可撓式，但塑料封裝層的水氧阻隔效果不佳。
由上述可知，現有技術仍無法製得兼具可撓式、對紫外光及可見光有良好的感測能力，以及長的使用壽命的光感測器。
因此，本發明之第一目的，即在提供一種可以解決現有技術的至少一個問題的光感測器的製法。
於是，本發明光感測器的製法，包含以下步驟： (1) 在一可撓式塑料基板的表面形成一層連續且厚度範圍為2 nm至10 nm的金屬膜； (2) 對該金屬膜進行第一雷射退火處理，以使該金屬膜轉變成包含多個可吸收波長範圍為400 nm至800 nm光的金屬奈米粒子的輔助層，其中，該第一雷射退火處理的雷射為連續波且波長為808 nm及功率密度範圍為4 W/cm 2至40 W/cm 2，且處理時間範圍為1分鐘至30分鐘； (3) 在該輔助層的表面形成一層金屬氧化物膜，其中，該金屬氧化物膜包括選自於氧化鋅、二氧化錫及二氧化鈦中至少一種的金屬氧化物，及摻雜在該金屬氧化物且選自於鋁、鎵及銦中至少一者的摻雜金屬； (4) 對該金屬氧化物膜進行第二雷射退火處理，以使該金屬氧化物膜的氧空缺降低並金屬-氧鍵結增加而轉變成為主動層，其中，該第二雷射退火處理的雷射為連續波且波長為808 nm及功率密度範圍為4 W/cm 2至40 W/cm 2，且處理時間範圍為1分鐘至60分鐘；及 (5) 形成一個電極單元與該主動層連接。
因此，本發明之第二目的，即在提供一種可以解決現有技術的至少一個問題的光感測器。
於是，本發明光感測器，包含： 一可撓式塑料基板； 一輔助層，包括多個分布在該可撓式塑料基板表面的金屬奈米粒子，且該等金屬奈米粒子可吸收波長範圍為400 nm至800 nm的光並是由一連續且厚度範圍為2 nm至10 nm的金屬膜經第一雷射退火處理所形成，其中，該第一雷射退火處理的雷射為連續波且波長為808 nm及功率密度範圍為4 W/cm 2至40 W/cm 2，且處理時間範圍為1分鐘至30分鐘； 一主動層，形成在該輔助層的表面，且是由一金屬氧化物膜經第二雷射退火處理所形成，其中，該金屬氧化物膜包括選自於氧化鋅、二氧化錫及二氧化鈦中至少一種的金屬氧化物，及摻雜在該金屬氧化物且選自於鋁、鎵及銦中至少一者的摻雜金屬，該第二雷射退火處理的雷射為連續波且波長為808 nm及功率範圍為4 W/cm 2至40 W/cm 2，且處理時間範圍為1分鐘至60分鐘；及 一電極單元，與該主動層連接。
本發明之功效在於：本發明光感測器的製法使用可撓式塑料基板，尤其透過進行該第一雷射退火處理形成該輔助層及進行該第二雷射退火處理形成該主動層，使所製得的光感測器為可撓式、對紫外光及可見光有良好的感測能力，且使用壽命長。
本發明提供一種可撓式、對可見光及紫外光有良好感測能力，且不需封裝即能具有長的使用壽命的光感測器及其製法。
本發明光感測器的製法，包含以下步驟：(1). 在一可撓式塑料基板的表面形成一層連續的金屬膜；(2). 對該金屬膜進行第一雷射退火處理，以使該金屬膜轉變成包含多個可吸收波長範圍為400 nm至800 nm光的金屬奈米粒子的輔助層；(3).在該輔助層的表面形成一層金屬氧化物膜；(4).對該金屬氧化物膜進行第二雷射退火處理，以使該金屬氧化物膜的氧空缺降低並金屬-氧鍵結增加而轉變成為主動層；及(5).形成一個電極單元與該主動層連接。
以下詳細介紹各步驟：
在該步驟(1)中，該可撓式塑料基板的種類沒有特別限制，所有用於可撓式裝置的塑料基板皆適合用於本發明，尤其是耐熱溫度較低的塑料基板，例如耐熱溫度不大於260℃的可撓式塑料基板特別適合在本發明光感測器的製法中使用。在本發明的一些實施態樣中，例如但不限於，該可撓式塑料基板包括選自於乙氧基化雙酚A二甲基丙烯酸酯(bisphenol A ethoxylate dimethacrylate) 、矽氧聚合物、聚苯硫醚、聚碳酸酯、聚烯烴及聚醚醚酮中至少一種的塑料。
在該步驟(1)中，是經由濺鍍或蒸鍍在該可撓式塑料基板的表面形成厚度範圍為2 nm至10 nm的該金屬膜。該金屬膜的金屬種類沒有特別限制，只要轉變成金屬奈米粒子後可以吸收波長範圍為400 nm至800 nm光的金屬種類皆適合用來形成該金屬膜。在本發明的一些實施態樣中，例如但不限於，該金屬膜包括選自於金、銀及鋁中至少一種的金屬。
在該步驟(2)中，該第一雷射退火處理的雷射為連續波且波長為808 nm及功率密度範圍為4 W/cm 2至40 W/cm 2，且處理時間範圍為1分鐘至30分鐘。該第一雷射退火處理能夠在不造成該可撓式塑料基板變形或毀損的前提下形成該等金屬奈米顆粒，該等金屬奈米顆粒不僅可吸收波長範圍為400nm至800nm的光，從而使所製得的光感測器對可見光具有良好的感測能力，而且該等金屬奈米顆粒還能夠在該第二雷射退火處理中吸收雷射而產生熱源對該金屬氧化物膜加熱，繼而使所製得的光感測器對可見光及紫外光具有良好的感測能力，尤其透過使用上述的該第一雷射退火處理條件還能使得所形成的該等金屬奈米顆粒是彼此分離但集中且緊鄰分佈，進而使該等金屬奈米顆粒有助於後續的第二雷射退火處理。
較佳地，該第一雷射退火處理的雷射功率密度範圍為16 W/cm 2至20 W/cm 2，且處理時間範圍為1.5分鐘至17分鐘。        更佳地，該第一雷射退火處理的雷射功率密度為16 W/cm 2，且處理時間範圍為7分鐘至12分鐘。
在該步驟(3)中，是使一前驅物凝膠在該輔助層的表面形成該金屬氧化物膜。該金屬氧化物膜包括選自於氧化鋅、二氧化錫及二氧化鈦中至少一種的金屬氧化物，及摻雜在該金屬氧化物且選自於鋁、鎵及銦中至少一者的摻雜金屬。該前驅物凝膠是由一混合物經溶膠-凝膠法所形成，且該混合物包括溶劑、該金屬氧化物的前驅物及該摻雜金屬的前驅物，其中，該金屬氧化物的前驅物選自於硝酸鋅、氯化錫及異丙醇鈦中至少一種，該摻雜金屬的前驅物選自於硝酸銦、硝酸鎵及氯化鋁中至少一種，該溶劑可為現有溶膠-凝膠法中常用的任何溶劑種類。
在該步驟(4)中 ，該第二雷射退火處理的雷射為連續波且波長為808 nm、功率密度範圍為4 W/cm 2至40 W/cm 2，且處理時間範圍為1分鐘至60分鐘。由於該等金屬奈米顆粒能夠在該第二雷射退火處理階段吸收雷射而產生熱源對該金屬氧化物膜加熱，因此使用上述的該第二雷射退火處理條件，能夠不造成該可撓式塑料基板變形或毀損，並且有效地使該金屬氧化物膜的氧空缺降低並金屬-氧鍵結增加。
較佳地，該第二雷射退火處理的雷射功率密度範圍為16 W/cm 2至20 W/cm 2，且處理時間範圍為3分鐘至10分鐘。        更佳地，該第二雷射退火處理的雷射功率密度範圍為18 W/cm 2至20 W/cm 2，且處理時間範圍為3分鐘至5分鐘。
本發明光感測器，包含一可撓式塑料基板、一包括多個分布在該可撓式塑料基板表面且可吸收波長範圍為400 nm至800 nm光的金屬奈米粒子的輔助層、一形成在該輔助層表面的主動層，及一與該主動層連接的電極單元。
該可撓式塑料基板的種類、該輔助層及該主動層的製備方式是如上所述，故於此不再贅述。該電極單元可為現有光感測器中使用的任何電極種類，在本發明的一些實施態樣中，例如但不限於，該電極單元包括金電極。
本發明將就以下實施例作進一步說明，但應瞭解的是，該實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。
[ 實施例 1](1). 利用一台蒸鍍機(廠商INFICON，型號SQC-310)進行蒸鍍，在一個可撓式塑料基板的表面沉積形成一層連續且厚度為6 nm的金膜。其中，該可撓式塑料基板的材質為乙氧基化雙酚A二甲基丙烯酸酯(購自於ACKURETTA，型號CURO Splint)，該蒸鍍使用的靶材為金靶(廠商伯軒實業有限公司，型號4N5，純度99.995%)，蒸鍍速率為1.5 Å/sec。 (2).利用一台雷射退火處理機(廠商DS3-11312-xxx-LD，型號BWT Beijing)，使用波長為808 nm及功率密度為16 W/cm 2的連續波雷射對該金膜進行第一雷射退火處理12分鐘，使得該金膜轉變成一個包含多個金奈米粒子的輔助層。並在進行該第一雷射退火處理期間，利用泛用型熱像儀(廠商testo，型號875-1i)量測被該連續波雷射照射的該金膜表面的溫度，當該金膜表面的溫度趨近於穩定不再變化時紀錄為該連續波雷射的功率密度為16 W/cm 2所對應產生的溫度。 (3).將硝酸銦(indium(III) nitrate hydrate，購自於Sigma Aldrich，純度99.9%)、硝酸鋅(zinc nitrate hexahydrate，購自於Sigma Aldrich，純度99.0%以上)及乙二醇單甲醚(2-methoxyethanol，購自於Sigma Aldrich，純度99.0%以上)混合形成一混合物，在該混合物中，硝酸銦與硝酸鋅的莫耳比為5：4，且硝酸銦及硝酸鋅的濃度總和為0.25 M。將該混合物在室溫(25℃)環境中均勻攪拌24小時製得一前驅物凝膠。利用一台旋轉塗佈機(廠商SÜSS，型號MicroTec spin-coater)，以轉速2000 rpm及旋轉時間50秒的條件將該前驅物凝膠塗佈在該輔助層的表面，而使該前驅物凝膠形成一層連續且厚度為30 nm的銦鋅氧化物膜(以下簡稱IZO膜)。 (4). 利用該雷射退火處理機，使用波長為808 nm及功率密度為20 W/cm 2的連續波雷射對該IZO膜進行第二雷射退火處理3分鐘，使該IZO膜的氧空缺降低及金屬-氧鍵結增加而轉變成為一個主動層。並在該第二雷射退火處理期間，量測該連續波雷射的功率密度為20 W/cm 2所對應產生的溫度。 (5).利用該蒸鍍機，使用金靶並以1.5 Å/sec的蒸鍍速率，在該主動層上沉積形成一個厚度為19 nm的電極單元，製得實施例1的光感測器。
[ 實施例 2 至 5]
實施例2至5是以與實施例1類似的步驟製備光感測器，差別在於如表1所示改變實施例2至5中的製備條件。
[ 比較例 1 至 3]
比較例1至3是以與實施例1類似的步驟製備光感測器，但在比較例1至3的步驟(1)中是利用一台濺鍍機(廠牌Cressington，型號108auto)並使用金靶進行濺鍍形成金膜；以及，在步驟(2)中不是使用連續波雷射進行第一雷射退火處理，而是使用脈衝波雷射進行第一雷射退火處理。比較例1至3中的製備條件是如表2中所示。
[ 比較例 4 至 7]
比較例4至7與實施例1的主要不同之處在於，比較例4至7的步驟(1)中不是使用可撓式的塑料基板，而是使用不可撓的玻璃基板；以及，在步驟(2)及(4)中不是進行雷射退火處理，而是利用一台熱處理機(廠商YSC，型號YA-4UP)進行熱退火處理。比較例4至7中的製備條件是如表2中所示。
[ 比較例 8]
比較例8與實施例1的主要不同之處在於，比較例8的步驟(1)中不是使用可撓式的塑料基板，而是使用不可撓的玻璃基板，且是利用該濺鍍機進行濺鍍形成金膜；以及，在步驟(2)及(4)中不是進行雷射退火處理，而是利用該熱處理機(廠商YSC，型號YA-4UP)進行熱退火處理。比較例8中的製備條件是如表2中所示。
表1
實施例
1 2 3 4 5
基板材質 塑料 塑料 塑料 塑料 塑料
金膜的厚度(nm) 6 6 6 6 6
第一雷射退火處理 雷射波波型 連續波 連續波 連續波 連續波 連續波
雷射波長(nm) 808 808 808 808 808
功率密度(W/cm 2) 16 16 16 16 16
處理時間(分鐘) 12 12 12 7 7
溫度(℃) 207 207 207 202 202
IZO膜的厚度(nm) 30 30 30 30 30
第二雷射退火處理 雷射波波型 連續波 連續波 連續波 連續波 連續波
雷射波長(nm) 808 808 808 808 808
功率密度(W/cm 2) 20 18 16 20 18
處理時間(分鐘) 3 5 10 3 5
溫度(℃) 250 234 205 260 231
表2
比較例
1 2 3 4 5 6 7 8
基板材質 塑料 塑料 塑料 玻璃 玻璃 玻璃 玻璃 玻璃
金膜厚度(nm) 8 8 4 6 6 6 6 8
第一雷射退火處理 雷射波波型 脈衝波 脈衝波 脈衝波 --- --- --- --- ---
雷射波長(nm) 1064 1064 1064 --- --- --- --- ---
功率密度(W/cm 2) 2.5 0.64 1.91 --- --- --- --- ---
處理時間(分鐘) 10 10 10 --- --- --- --- ---
溫度(℃) --- --- --- --- --- --- --- ---
第一熱退火處理 溫度(℃) --- --- --- 300 300 300 300 300
處理時間(分鐘) --- --- --- 60 60 60 60 60
IZO膜 厚度(nm) --- --- 30 30 30 30 30 30
第二雷射退火處理 雷射波波型 --- --- 連續波 --- --- --- --- ---
雷射波長(nm) --- --- 808 --- --- --- --- ---
功率密度(W/cm 2) --- --- 12.8 --- --- --- --- ---
處理時間(分鐘) --- --- 10 --- --- --- --- ---
溫度(℃) --- --- --- --- --- --- --- ---
第二熱退火處理 溫度(℃) --- --- --- 400 210 230 250 400
處理時間(分鐘) --- --- --- 60 10 5 3 60
《輔助層的製備條件的討論》
利用原子力顯微鏡(廠商PicoPlus，型號5500)對比較例1、2及8光感測器的輔助層進行掃描以分析表面形貌，以及，利用原子力顯微鏡(廠商Force，型號Genie AFM)對實施例1及4光感測器的輔助層進行掃描以分析表面形貌，所得的照片如圖1所示。
參照表1、表2及圖1，實施例1透過使用連續波雷射以相當於在金膜表面產生207℃的溫度對金膜進行第一雷射退火處理12分鐘，實施例4透過使用連續波雷射以相當於在金膜表面產生202℃的溫度對金膜進行第一雷射退火處理7分鐘，皆能使得連續的金膜轉變成多個分離但彼此緊鄰的金奈米顆粒，而且不會造成可撓式塑料基板變形或毀損。反觀比較例8透過對金膜以300℃進行熱退火處理60分鐘，雖然也能使得連續的金膜轉變成多個分離但彼此緊鄰的金奈米顆粒，然而比較例8中所進行的高溫且長時間的熱處理僅適用耐高溫的玻璃基板，但會造成不耐高溫的塑料基板變形，所以不適合用於可撓式光感測器的製作。比較例1及2透過使用脈衝波雷射對金膜進行雷射退火處理，雖然使得金膜轉變成多個分離的金奈米顆粒，但所形成要用來在第二雷射退火處理中吸收雷射以產生熱源的金奈米顆粒彼此分離的間距過大，導致金奈米顆粒在第二雷射退火處理中吸收雷射後所產生的熱源過於分散，而無法有效地使金屬氧化物膜的氧空缺降低並金屬-氧鍵結增加。
《光感測器的光感測能力》
利用一台電性量測儀(廠商Keysight，型號E5270B)，以範圍為-15 V至+15 V的偏壓施加於一光感測器上，紀錄該光感測器未經照光時所產生的暗電流，以及當被光源照射時所產生的光電流，並以偏壓為+15 V的光電流及暗電流計算光暗電流比值(光暗電流比值＝光電流÷暗電流)，光暗電流比值越大，代表光感測器的光感測能力越好。其中，是使用LED燈做為該光源，該LED燈的波長範圍涵蓋UV光(中心波長410 nm，光源強度26 mW/cm 2)、藍光(中心波長465 nm，光源強度521 mW/cm 2)、綠光(中心波長515 nm，光源強度226 mW/cm 2)及紅光(中心波長630 nm，光源強度226 mW/cm 2)。結果如表3所示。
表3
實施例 比較例
1 2 3 4 5 3 4 5 6 7
基板材質 塑料 塑料 塑料 塑料 塑料 塑料 玻璃 玻璃 玻璃 玻璃
第一雷射退火處理 雷射波 波型 連續波 連續波 連續波 連續波 連續波 脈衝波 --- --- --- ---
雷射波長(nm) 808 808 808 808 808 1064 --- --- --- ---
功率密度(W/cm 2) 16 16 16 16 16 1.91 --- --- --- ---
處理時間(分鐘) 12 12 12 7 7 10 --- --- --- ---
溫度(℃) 207 207 207 202 202 --- --- --- --- ---
第一熱退火處理 溫度(℃) --- --- --- --- --- --- 300 300 300 300
處理時間 (分鐘) --- --- --- --- --- --- 60 60 60 60
第二雷射退火處理 雷射波 波型 連續波 連續波 連續波 連續波 連續波 連續波 --- --- --- ---
雷射波長(nm) 808 808 808 808 808 808 --- --- --- ---
功率密度(W/cm 2) 20 18 16 20 18 12.8 --- --- --- ---
處理時間 (分鐘) 3 5 10 3 5 10 --- --- --- ---
溫度(℃) 250 234 205 260 231 --- --- --- --- ---
第二熱退火處理 溫度(℃) --- --- --- --- --- --- 400 210 230 250
處理時間 (分鐘) --- --- --- --- --- --- 60 10 5 3
光暗電流比值 (於偏壓15V) 波長410nm 1.9×10 5 1.1×10 4 2.2×10 3 1.0×10 4 8.5×10 3 --- 4.6×10 4 3.8×10 -1 2.2×10 -1 9.0×10 -1
波長465nm 5.7×10 3 4.8×10 2 1.0×10 2 2.6×10 2 4.9×10 2 --- 9.9×10 2 1.2×10 -3 2.3×10 -1 8.5×10 -1
波長515nm 4.3×10 2 3.5×10 1 8.3×10 0 5.2×10 1 4.2×10 1 1.9×10 0 3.8×10 1 5.8×10 -1 3.0×10 -1 5.0×10 -1
波長630nm 2.3×10 1 3.5×10 0 1.9×10 0 7.9×10 0 3.3×10 0 --- 4.3×10 0 5.8×10 -1 6.6×10 -1 6.4×10 -1
參閱表3，相較於比較例3在第一雷射退火處理中使用的是脈衝波雷射造成所製得的光感測器沒有明顯的光感測能力，實施例1至5在第一雷射退火處理中使用的是連續波雷射使得所製得的光感測器具有較佳的光感測能力。
實施例1的第二雷射退火處理與比較例7的第二熱退火處理皆是在250℃進行退火處理3分鐘，但是實施例1透過第一雷射退火處理搭配第二雷射退火處理所製得的光感測器對紫外光及可見光的光感測能力顯著地優於比較例7光感測器的光感測能力。
實施例2及5的第二雷射退火處理與比較例6的第二熱退火處理的退火溫度相近及處理時間相同，但是實施例2及5透過第一雷射退火處理搭配第二雷射退火處理所製得的光感測器對紫外光及可見光的光感測能力顯著地優於比較例6光感測器的光感測能力。
實施例3的第二雷射退火處理與比較例5的第二熱退火處理的退火溫度相近及處理時間相同，但是實施例3透過第一雷射退火處理搭配第二雷射退火處理所製得的光感測器對紫外光及可見光的光感測能力顯著地優於比較例5光感測器的光感測能力。
實施例4第二雷射退火處理的退火溫度及處理時間遠低於比較例4第二熱退火處理的退火溫度及處理時間，但是實施例4透過第一雷射退火處理搭配第二雷射退火處理所製得的光感測器對紫外光及可見光的光感測能力與比較例4光感測器的光感測能力相近。
此外，現有技術已知要令光感測器具有光感測能力，必須要使金屬氧化物膜中的氧空缺降低及金屬-氧鍵結增加。因此從實施例1至5的光感測器對紫外光及可見光具有良好的光感測能力也可證明，實施例1至5透過對該IZO膜進行第二雷射退火處理確實有效地使得IZO膜的氧空缺降低及金屬-氧鍵結增加。
《光感測器的使用壽命》
利用該電性量測儀(廠商Keysight，型號E5270B)，以偏壓+15 V施加於實施例5的光感測器上，量測該光感測器未經照光時所產生的暗電流，以及當被LED燈照射時所產生的光電流，紀錄為第0天的光電流及暗電流，之後每間隔幾天量測實施例5的光感測器所產生的光電流及暗電流。其中，該LED燈的波長範圍涵蓋藍光(中心波長465 nm，光源強度750 mW/cm 2)、綠光(中心波長515 nm，光源強度325 mW/cm 2)及紅光(中心波長630 nm，光源強度325 mW/cm 2)。實施例5的光感測器在第0天、第11天、第20天、第29天、第40天、第51天、第57天及第70天所產生的光電流及暗電流如表5所示。
表5
實施例5 基板材質：塑料 第一雷射退火處理：功率密度16 W/cm 2的808 nm 連續波雷射處理7分鐘 第二雷射退火處理：功率密度18 W/cm 2的808 nm 連續波雷射處理5分鐘
  波長465nm 光電流 (A) 波長515nm 光電流(A) 波長630nm 光電流(A) 暗電流(A)
第0天 1.5125×10 -6 1.06862×10 -7 7.9126×10 -9 3.8642×10 -10
第11天 3.4005×10 -7 3.4242×10 -8 2.749×10 -9 2.583×10 -10
第20天 1.9528×10 -7 1.7527×10 -8 1.003×10 -9 5.68×10 -11
第29天 8.4188×10 -8 7.2509×10 -9 1.4243×10 -9 9.34×10 -11
第40天 6.2522×10 -8 5.2571×10 -9 9.078×10 -10 6.834×10 -11
第51天 2.6073×10 -8 1.4487×10 -9 2.5053×10 -10 4.973×10 -11
第57天 1.5566×10 -8 8.598×10 -10 2.9078×10 -10 1.4494×10 -10
第70天 1.1456×10 -8 4.1653×10 -10 2.9369×10 -10 1.3505×10 -10
參見表5，實施例5的光感測器在第0天至第70天皆能對波長465 nm藍光、波長515 nm綠光及波長630 nm紅光產生明顯的光暗電流比，表示實施例5的光感測器對可見光具有良好的感測能力且可偵測可見光的時間超過2個月，證明本發明光感測器的製法所製得的光感測器具有很長的使用壽命。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是實施例1及4、比較例1、2及8的光感測器的輔助層的AFM掃描影像。

Claims (10)

  1. 一種光感測器的製法，包含以下步驟： (1) 在一可撓式塑料基板的表面形成一層連續且厚度範圍為2 nm至10 nm的金屬膜； (2) 對該金屬膜進行第一雷射退火處理，以使該金屬膜轉變成包含多個可吸收波長範圍為400 nm至800 nm光的金屬奈米粒子的輔助層，其中，該第一雷射退火處理的雷射為連續波且波長為808 nm及功率密度範圍為4 W/cm 2至40 W/cm 2，且處理時間範圍為1分鐘至30分鐘； (3) 在該輔助層的表面形成一層金屬氧化物膜，其中，該金屬氧化物膜包括選自於氧化鋅、二氧化錫及二氧化鈦中至少一種的金屬氧化物，及摻雜在該金屬氧化物且選自於鋁、鎵及銦中至少一者的摻雜金屬； (4) 對該金屬氧化物膜進行第二雷射退火處理，以使該金屬氧化物膜的氧空缺降低並金屬-氧鍵結增加而轉變成為主動層，其中，該第二雷射退火處理的雷射為連續波且波長為808 nm及功率密度範圍為4 W/cm 2至40 W/cm 2，且處理時間範圍為1分鐘至60分鐘；及 (5) 形成一個電極單元與該主動層連接。
  2. 如請求項1所述的光感測器的製法，其中，該可撓式塑料基板的耐熱溫度不大於260℃。
  3. 如請求項1所述的光感測器的製法，其中，該可撓式塑料基板包括選自於乙氧基化雙酚A二甲基丙烯酸酯、矽氧聚合物、聚苯硫醚、聚碳酸酯、聚烯烴及聚醚醚酮中至少一種的塑料。
  4. 如請求項1所述的光感測器的製法，其中，在該步驟(1)中，該金屬膜包括選自於金、銀及鋁中至少一種的金屬。
  5. 如請求項1所述的光感測器的製法，其中，在該步驟(3)中，是使一前驅物凝膠在該輔助層的表面形成該金屬氧化物膜，其中，該前驅物凝膠是由一混合物經溶膠-凝膠法所形成，且該混合物包括該金屬氧化物的前驅物及該摻雜金屬的前驅物。
  6. 一種光感測器，包含： 一可撓式塑料基板； 一輔助層，包括多個分布在該可撓式塑料基板表面的金屬奈米粒子，且該等金屬奈米粒子可吸收波長範圍為400 nm至800 nm的光並是由一連續且厚度範圍為2 nm至10 nm的金屬膜經第一雷射退火處理所形成，其中，該第一雷射退火處理的雷射為連續波且波長為808 nm及功率密度範圍為4 W/cm 2至40 W/cm 2，且處理時間範圍為1分鐘至30分鐘； 一主動層，形成在該輔助層的表面，且是由一金屬氧化物膜經第二雷射退火處理所形成，其中，該金屬氧化物膜包括選自於氧化鋅、二氧化錫及二氧化鈦中至少一種的金屬氧化物，及摻雜在該金屬氧化物且選自於鋁、鎵及銦中至少一者的摻雜金屬，該第二雷射退火處理的雷射為連續波且波長為808 nm及功率密度範圍為4 W/cm 2至40 W/cm 2，且處理時間範圍為1分鐘至60分鐘；及 一電極單元，與該主動層連接。
  7. 如請求項6所述的光感測器，其中，該可撓式塑料基板的耐熱溫度不大於260℃。
  8. 如請求項6所述的光感測器，其中，該可撓式塑料基板包括選自於乙氧基化雙酚A二甲基丙烯酸酯、矽氧聚合物、聚苯硫醚、聚碳酸酯、聚烯烴及聚醚醚酮中至少一種的塑料。
  9. 如請求項6所述的光感測器，其中，該金屬膜包括選自於金、銀及鋁中至少一種的金屬。
  10. 如請求項6所述的光感測器，其中，該金屬氧化物膜是由一前驅物凝膠所形成，該前驅物凝膠是由一混合物經由溶膠-凝膠法所形成，且該混合物包括該金屬氧化物的前驅物及該摻雜金屬的前驅物。
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J. Kim et al., "Interfacial defect-mediated near-infrared silicon photodetection with metal oxides," ACS Applied Materials & Interfaces, vol. 11, no. 50, pp. 47516-47524, Dec. 2019.

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