WO2016192839A1 - Optoelektronische struktur zur detektion von elektromagnetischer strahlung - Google Patents

Optoelektronische struktur zur detektion von elektromagnetischer strahlung Download PDF

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WO2016192839A1
WO2016192839A1 PCT/EP2016/000838 EP2016000838W WO2016192839A1 WO 2016192839 A1 WO2016192839 A1 WO 2016192839A1 EP 2016000838 W EP2016000838 W EP 2016000838W WO 2016192839 A1 WO2016192839 A1 WO 2016192839A1
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layer
substrate
folding
electromagnetic radiation
layers
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/000838
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English (en)
French (fr)
Inventor
André GAIL
Matthias Hecht
Siegfried KETTLITZ
Jan MESCHER
Sebastian Valouch
Ulrich Lemmer
Original Assignee
Karlsruher Institut für Technologie
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G01T1/2018—Scintillation-photodiode combinations
    • G01T1/20182—Modular detectors, e.g. tiled scintillators or tiled photodiodes

Definitions

  • the invention relates to an optoelectronic structure for detecting at least one electromagnetic radiation.
  • the optoelectronic structure can be formed such that a layer stack, for example a
  • Detector layer stack comprising at least a first and a second electrode layer, as well as at least one
  • the absorber layer is arranged between the two electrode layers, in such a way over at least a portion of a substrate
  • Layer stack for example, a detector layer stack, a sheet-like structure with a curved portion in the folded substrate can be formed such that the planar structure in such a way to the incident
  • electromagnetic radiation can be oriented that.
  • the electromagnetic radiation passes through the curved portion of the substrate and can then be detected by the absorber layer.
  • CONFIRMATION COPY for example, for the detection of infrared radiation or
  • the present invention may allow high absorption of, for example, infrared radiation or
  • X-radiation can be achieved, and at the same time can be very positive electrical or electronic
  • Optoelectronic structure for example in one
  • a sensor array or detector array can be provided, which enables a spatially resolved detection of X-radiation, whereby the scintillator fiber plate and also the required optical detector unit can be realized on a substrate.
  • the scintillator fiber plate and also the required optical detector unit can be realized on a substrate.
  • Optoelectronic structure according to the invention also for the spatially resolved detection of X-radiation
  • an adapted scintillator material or a plurality of matched scintillator materials for example in the form of small particles, could be added to the absorber of the active layer.
  • the molecules of the scintillator are excited to emit light in the visible and / or ultraviolet spectral range, which absorbs from the active layer and thus
  • the substrate or film substrate can be detected spatially resolved.
  • at least one uncoated side of the substrate or film substrate for example, at least one layer or several layers of a
  • the irradiated electromagnetic radiation can penetrate through the substrate and the at least one layer and be detected in a spatially resolved manner by the aforementioned photodetector structure.
  • preprocessed substrate takes over the function of the optical fiber plate in conventional, digital
  • a two-dimensional array can be made
  • Photodiodes or photodetectors for example, in a multi-stage printing process or in another
  • Thin-film process are applied or applied to a mechanically flexible, transparent and / or translucent substrate for a previously determined electromagnetic radiation or for a previously defined spectral range.
  • the structure or the layout will be
  • the optical path length and the thickness or layer thickness of the active layer can be decoupled from each other, i. be adjusted separately from each other.
  • the geometric parameters of the layout or the structure such a system can be adapted in terms of its optical and electrical or electronic properties to or for many different applications.
  • electrode layers is defined by the fact that at least one optoelectronic absorber layer, for example, at least partially an organic
  • Absorber layer can be between the electrodes
  • the absorber layer has a layer thickness which forms or defines the distance between the electrodes.
  • the solution to the above object can be and is provided with the optoelectronic structure according to the invention according to the first claim.
  • the path length usable for the absorption of the incident photons, and the distance between the at least two required electrodes or electrode layers can be decoupled from one another.
  • Optoelectronic active layer can be applied very thin in an embodiment according to the invention, which in turn results in very short distances, in the active layer
  • Radiation incidence i. that the radiation impinges on at least one side of the active layer system
  • Photodetector layer can be formed, a much larger usable path length for absorption within the active layer system > ie in the one or more absorbing layers, in which the incident photons, which are converted into electrical impulses,
  • adapted circuit i. adapted to the optoelectronic structure according to the invention, which is electrically conductively coupled to the optoelectronic structure according to the invention, can then evaluate the generated electrical impulses and thus convert the incident radiation intensity into a further evaluable electronic or electrical signal.
  • inventive structure of the optoelectronic layer structure according to the invention can, for example, by means of unfolding, i. for example by means of folding or .Falzens, on the substrate
  • This device or structure according to the invention and the process for the production thereof achieve over the prior art that in this case a large scale can be used in the production at the same time with little effort, thus thus mass production can be made possible, for example by means of roll-to-roll processes.
  • Sensor surfaces or detector surfaces are arranged and thus perpendicular to the direction of incidence of
  • Electromagnetic radiation that is detected, the electrical or electronic properties can be adjusted independently of the optical properties of the system.
  • A. Embodiment of the present invention relates to an optoelectronic structure, adapted to
  • Detection of at least one electromagnetic radiation i. at least one region of the electromagnetic spectrum, comprising: at least one, for the respective electromagnetic radiation to be detected, a transparent or translucent substrate having at least an upper and a lower surface, the upper surface facing the lower surface; wherein at least over one of the surfaces of the substrate at least one
  • Layer stack is applied in at least one region of the substrate such that by at least a first folding of the substrate along at least one fold line on the substrate, the layer stack is at least partially surrounded by the substrate and forms a structure, wherein the fold line formed, for example, in one area which can be formed essentially outside the area over which the
  • Substrate forms and wherein the layer stack is the following
  • Layers comprising: at least a first electrode layer; at least one first electrically active absorber layer, wherein the absorber layer is formed from at least one layer or multiple layers; and at least one second electrode layer; in each case, at least partially, the electrically active absorber layer over the first
  • Electrode layer and the second electrode layer is disposed over the electrically active absorber layer; and wherein the structure is characterized in that the detection of the electromagnetic radiation takes place such that the electromagnetic radiation passes through the surfaces of the curved region of the substrate and is then detected by means of the absorber layer.
  • the substrate can be formed, for example, by means of at least one material from the group of substrate materials, the group of substrate materials comprising: thin glass, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride,
  • the substrate may be arranged to
  • the substrate remains free of cracks and / or breaks in the substrate, wherein the material of the substrate is arranged such that by means of folding or
  • folding and folding are used interchangeably.
  • the terms of folding or folding used synonymously in this case describe this at least partially one above the other
  • the fold line may only be imaginary, i.e., imaginary, prior to folding or folding. for example, a virtual fold line, or by means of a previously formed
  • the fold line can be folded or folded, for example by means of a thinning process, in which the region of the fold line has a smaller substrate thickness in relation to the non-processed regions,
  • a stamping and / or stamping process in which a perforation is punched or embossed in the substrate, for example by means of a stamping tool, in which a permanent deformation, for example with Heat, for example with a radiation source such as a laser and / or a focused lamp and / or with a hot gas, such as air, nitrogen and / or argon, and / or mechanical pressure with, for example, a punch, such as a knife, in the substrate is impressed.
  • a radiation source such as a laser and / or a focused lamp
  • a hot gas such as air, nitrogen and / or argon
  • the fold line may at least
  • the fold line can be arranged along the region on the substrate, above which the layer stack is applied, that the
  • the fold line can be arranged along the area over which the
  • Layer stack is applied, that the area which forms the fold line, is spatially spaced from the area over which the layer stack is applied.
  • the layer stack may be applied over the substrate, for example, by means of at least one application method from the group of application methods, wherein the group of application methods comprises: a printing method, such as
  • Example a screen printing method, a gravure printing method, a flexographic printing method, an offset printing method, a
  • Thin-film process such as a
  • Sputtering method a vapor deposition method, a dip coating method, a
  • Roll coating method a plating method, a powder coating method.
  • the layer stack can also be applied, for example, by means of one of the abovementioned application methods to the substrate in layers and / or as a layer composite and / or as a layer stack comprising a plurality of layers, which in turn may each be at least partially a composite layer, wherein a layer composite by means of a plurality each of individual layers can be formed.
  • the electrode layers may comprise at least one material from the group of electrically conductive materials, wherein the group of electrically conductive materials comprises, for example: copper, silver, gold, aluminum, poly-3,4- ethylenedioxythiophene-polystyrenesulfonate (PED0T: PSS), indium, doped tin oxide (ITO), aluminum-doped zinc oxide (AZO), indium-doped zinc oxide (IZO), tungsten oxide (WO3) -
  • any alloy of the above-mentioned electrically conductive materials and / or Composite materials thereof or other combinations of materials that are electrically conductive are used for this purpose. '
  • the absorber layer can be at least one material from the group of materials that has a radiation of a
  • Absorb radiation of one electromagnetic wavelength and emit radiation of another electromagnetic wavelength for example comprising: barium iodide (Bal 2 ),
  • Barium iodide doped with cerium (BaI 2 : Ce), barium fluoride (BaF 2 ), bismuth germanate (Bi4Ge30i 2 ), cesium fluoride (CsF), cesium iodide
  • Csl cesium iodide doped with thallium (CsI: Tl), cesium iodide doped with sodium (CsI: Na), cesium iodide doped with indium (CsI: In), gandolinium oxyorthosilicate (Gd 2 SiO), gadolinium oxysulfide doped with terbium ( Gd 2 0 2 S: Tb), cadmium tungstate
  • Lithium iodide doped with europium LiI: Eu
  • LiSO lutetium oxyorthosilicate
  • cerium Lithium iodide doped with cerium
  • Zinc sulfide doped with silver ZnS: Ag
  • yttrium-aluminum Garnet doped with cerium Y 3 Al 5 O 12: Ce
  • anthracene C14H10
  • the absorber layer may comprise at least one of the group of materials that can absorb electromagnetic radiation and thereby generate an electrical current flow, wherein the group of materials that can absorb electromagnetic radiation and thereby generate an electrical current flow, for example: fullerenes: C60, C70, ([6, 6] -phenyl-co-butyric acid methyl ester) (abbreviation PCBM; PC61BM), ([6, 6] -phenyl-C7-bis-acid methyl ester)
  • PCBM (Abbreviation PCBM; PC71BM) and / or Indene-C60 Bisadduct
  • ICBA Polymers: poly (3-hexylthiophene-2, 5-diyl) (abbreviation P3HT), poly [4,8-bis (5- (2-ethylhexyl) thiophen-2-yl) benzo [1, 2-b; 4, 5-b '] dithiophene-2, 6-diyl-alt- (4- (2-ethylhexyl) -3-fluorothieno [3,4-b] thiophene-) -2-carboxylate-2-6-diyl) ]
  • PCDTBT poly [9,9-didecanofluoren-alt- (bisthienylene) benzothiadiazole]
  • PF10TBT poly [2,7- (5,5-bis- (3,7-dimethyloctyl) - 5H-dithieno [3, 2-b: 2 ', 3'-d] pyran) -alt-4, 7- (5, 6-difluoro-2, 1, 3-benzothia-diazole)]
  • PDTP-DFBT and / or poly [(5, ⁇ -difluoro-2,2,1,3-benzothiadiazol-4,7-diyl) -alt- (3,3 '' '-di (2-octyldodecyl) -2,2'; 5 ', 2 ", 5", 2 "' -quaterthiophene-5, 5 '' '-diyl)]
  • Fullerenes, polymers and the scintillator materials and / or mixtures of fullerenes, polymers and PbS nanoparticles are included in the scintillator materials.
  • At least one of the electrode layers in the layer stack may be so
  • the electrode layer at least
  • Layer stack can protrude.
  • the electrically active absorber layer may be applied over the electrode layer arranged above the substrate in such a way that the electrically active absorber layer at least partially covers an area above the electrode layer and at least partially a region of an additional area of the electrode
  • Absorber layer can additionally take over the task of an electrically insulating layer.
  • At least one first layer for example a filter layer
  • the layer can be arranged such that the layer at least partially only for a predetermined electromagnetic radiation
  • the additional filter functionality over at least one previously determined spectral range of the
  • the layer may comprise at least one material from the group of materials that may be arranged such that the materials are at least partially intended only for a predetermined one
  • permeable to electromagnetic radiation i. in this regard, are transparent or translucent, being the group of
  • At least one or more additionally applied Layers at least partially of at least one of the materials from the group of materials that have a
  • Absorb radiation of one electromagnetic wavelength and emit radiation of another electromagnetic wavelength the group of materials comprising: Bal 2 , BaI 2 : Ce, BaF 2 , Bi 4 Ge 3 0i 2 , CsF, CsI, CsI: Tl, CsI: Na, CsI: In, Gd 2 Si0 5 , Gd 2 0 2 S: Tb, CdW0 4 , CdS: In, CdF, KI: T1, CaF 2 : Eu, CaWO 4 , LaCl 3 : Ce, LaBr 3 : Ce, LiI: Eu, LSO, LuI 3 : Ce, NaI: Tl ,. SrI, ZnSe: O, ZnSe: Te, ZnS: Ag, Y 3 Al 5 O 2 : Ce, Ci 4 Hio, CioH 8
  • the electrically active absorber layer may at least partially comprise at least one of the group of absorber materials, the group of absorber materials comprising: C60, C70, PCBM, PC61BM, PCBM, PC71BM and / or ICBA, P3HT, PTB7-Th , PBDTTT-EFT, PTB7, PCDTBT, PF10TBT, PDTP-DFB,
  • PCBM PCBM and / or organic materials that can absorb electromagnetic radiation and thereby generate an electrical current flow.
  • the substrate may have a thickness formed between the lower and the upper
  • the folded substrate may form wrinkles and wherein a formed pleat may have a pleat height between two consecutive fold lines ranging from 0.1 mm to 2 cm.
  • the advantage of such an embodiment is an increased or increased usable path length that can be provided for detection in the absorber layer.
  • the folded portion is an increased or increased usable path length that can be provided for detection in the absorber layer.
  • Substrate at least two pixels, formed by means of at least two folds form, and wherein the formed pixel pitch formed perpendicular to the folding direction and between two pixels, which is in a ' range from 1 pm to 1 mm.
  • the advantage of such an embodiment is an adaptable dimensioning of the structure made therewith, which structures provided in this way can both have a very small dimensioning and, accordingly, can provide increased spatial resolution in detectors.
  • the electrically active absorber layer may have a thickness ranging from 30 nm to 10 ⁇ m.
  • Layer stacks are formed by structuring additional pixels, the additional pixels one
  • the advantage of such an embodiment is an increased resolution in unstructured optoelectronic structures in such detectors.
  • the pixels may be formed by, for example, a thin film deposition process
  • ⁇ be pre-structured, for example by means of a
  • lithographic processing of the layer stacks such as by means of a lift-off process.
  • FIG. 1 is a sectional view of a photodetector arrangement
  • FIG. 2 shows a sectional view according to an embodiment of an optoelectronic structure according to the invention
  • FIG. 3 shows a sectional view according to an embodiment of an optoelectronic structure according to the invention
  • Fig. 4 is a plan view according to an embodiment of a
  • FIG. 5 shows a sectional view according to an embodiment of an optoelectronic structure according to the invention.
  • a photodetector arrangement 100 according to the prior art, is shown, the. essentially two electrode layers, 105 and 107, of an absorption layer
  • FIG. 1 shows the usable path length 104 for the absorption of irradiated photons 106, and the distance 102 between the two electrode layers 105, 107.
  • Measuring circuit 101 are detected and the other
  • Evaluation can be further processed.
  • FIG. 2 shows an embodiment of an optoelectronic structure 200 according to the invention, which is shown in FIG Essentially from a substrate 204, two
  • Electrode layers, 201 and 203, and an electrically active absorber layer 202, is constructed.
  • Radiation for example, be provided by at least over a portion of the substrate 204, which at least partially opposite to the respective
  • At least one layer stack 201, 202 and 203 is applied, for example by means of at least one of the abovementioned application methods, such as, for example, one
  • the at least one. Layer stacks 201, 202, and 203 may be at least substantially at least three, respectively
  • the layer stack 201, 202 and 203 may have at least the following layers: at least one first electrode layer 201, at least one electrically active absorber layer 202 and at least one second one
  • Electrode layer 203 The at least one layer stack, 201, 202 and 203, may be formed such that over at least one
  • Electrode layer 201 which is disposed over the substrate 204, the at least one electrically active
  • Absorber layer 202 is arranged and that over the
  • At least one electrical absorber layer 202 the
  • At least one second electrode layer 203 is arranged.
  • the two electrode layers, 201 and 203, can be
  • the electrically active absorber layer 202 may be formed by means of at least one of the group of the aforementioned materials, which may be either a radiation of a
  • the layers 201, 202 and 203 may, for example, be stacked such that, for example, all
  • Layers, 201, 202 and 203 are arranged substantially congruently one above the other.
  • the first layer, 201, 202 and 203 are arranged substantially congruently one above the other.
  • Layers, 201, 202 and 203 at least partially arranged one above the other so that only subregions of the layers, 201, 202 and 203, are arranged one above the other.
  • the layers 201, 202, and 203 may be at least partially stacked such that at least one of the layers at least partially, 201, 202, and 203, at least partially projects beyond the other layers.
  • layers 201, 202, and 203 may be at least partially stacked such that, for example, at least two of layers 201, 202, and 203 are at least partially over the other layer
  • Electrode layers, 201 and 203 at least partially protrude over the electrical absorber layer 202 such that the two electrode layers, 201 and 203, can be electrically conductively coupled to the outside.
  • Absorber layer 202 at least partially so over one or both electrode layers, 201 and 203, protrude that the supernatant thereby formed, for example, a
  • the optoelectronic structure 200 may be connected by means of at least one
  • At least one fold line can be produced or formed, wherein the fold line can be, for example, a virtual or a preprocessed physical fold line as described above, and wherein the area of the fold line
  • Substrate formed by the fold line can be arranged to the region with the layer stack as described above.
  • the fold line can be arranged to the region with the layer stack as described above.
  • a curved shape is formed in the region around the fold line by means of folding or folding
  • the folded or folded substrate 204 surrounds the at least one layer stack, 201, 202 and 203, on at least three sides of the layer stack by means of folding or folding
  • the layer stack 201, 202 and 203, adjacent to an end face, which is defined with the end face of the layer stack, the side in which at least a portion of the individual layers of the
  • Component i. a stack of layers or elements are visible, each depending on whether one or more layers over each other layers
  • Layer stack 201, 202 and 203 wherein the top of the bottom opposite, characterized in that at these sides, top and bottom, at least in
  • electromagnetic radiation 205 for example, an X-ray or infrared radiation or a spectral range thereof, to arrange that the incident electromagnetic radiation 205 through a surface of the curved region of the substrate 204 passes and emerges on the opposite side and on the end face of the layer stack, 201, 202 and 203, such that it is substantially on the front side of the
  • Absorber layer 202 hits. Accordingly, the largest spatial extent of the absorber layer 202 can be provided and thus the largest or longest usable path length for absorption of the absorber layer 202.
  • Fig. 3 is another embodiment of a
  • Optoelectronic structure 300 which consists essentially of a substrate 301, the
  • Layer stacks, 302, 303, 304, 305, 306, 307 and 308, are applied, wherein the areas with the
  • Layer stacks, 302, 303, 304, 305, 306, 307 and 308 are arranged in such a way that by means of folding or folding the
  • the layer stacks, 302, 303, 304, 305, 306, 307 and 308, are each, as described above, arranged such that each one
  • Layer stacks 302, 303, 304, 305, 306, 307 and 308, of ' at least one first electrode, 302 and 307, a first electrically active absorber layer, 303 and 306, and
  • At least one second electrode, 304 and 305 is formed.
  • Each of the aforementioned layers can each be formed by means of identical or similar materials or have, as previously
  • Each of the aforementioned layers may each be the same as or similar to the other layers, as already described above.
  • Each of the aforementioned layers can each have the same or a similar structure or
  • Each fold line can be formed according to the fold lines described above.
  • the optoelectronic structure 300 according to the invention shown in FIG. 3 may be provided, for example, such that the regions with the
  • Layer stacks 302, 303, 304, 305, 306, 307, and 308 are substantially symmetrical to each other on the substrate
  • Layer stacks, 302, 303, 304, 305, 306, 307 and 308, are arranged adjacent to each other, wherein the folding or folding is carried out such that in each case the curved portions around the fold lines, in which two areas with the
  • Layer stacks 302, 303, 304, 305, 306, 307, and 308 are disposed adjacent to each other, again adjacent to one another. Accordingly, between the fold lines, which by means of folding or folding a curved area
  • Layer stacks 302, 303, 304, 305, 306, 307, and 308 are disposed between the substrate 301 after which they do not abut each other after folding or folding. The folding
  • the layers may be on at least one end face of the layers
  • Layer stack, 302, 303, 304, 305, 305, 307 and 308, be configured such that at least one of
  • Electrode layers 305 at least partially over the other layers, 302, 303, 304,. 306, 307 and 308, and thereby forms an area which protrudes beyond the structure 300. As a result, this electrode layer, 305 and .308, or the adjacent
  • Structure 300 a simple and fast electrical
  • Electrode layers, 302, 304, 306 and 308, can for example, over the curved area around the
  • Layer stacks, 302, 303, 304, 305, 306, 307 and 308, are arranged between the substrate 301.
  • Electrode layers are applied, that at least partially an end face of at least one
  • Optoelectronic structure 400 which consists essentially of a substrate 401, the
  • At least one electrically conductive connection 404, the electrode contacts 405 and the substantially exposed regions 407 is constructed between the layer stack.
  • the layer stacks 406 are constructed according to the layer stacks already described above and have the same or similar materials and are arranged the same or similar to one another.
  • the substrate 406 is formed according to the previously described substrates, ie, the substrate 406 comprises or is formed from the same or similar materials.
  • the fold lines 401 and 402 are formed in accordance with the above-described fold lines.
  • Optoelectronic structure 400 an electrode layer for all or part of the later used pixels of the photodiode or the photodetector of the array by means of the at least one electrically conductive connection 404 via, for example, one side of the structure 400 are electrically conductively coupled to the outside.
  • the individual pixels in the array are determined by means of the
  • Layer stack 506 defined or fixed. Here, by means of the electrode contacts 405, which protrude between the pixels, wherein the
  • the pixels in the array can be arranged above the substrate 403 in such a way that adjacent pixels are at least partially spatially separated from one another uniformly
  • fold lines 401 and 402 can be arranged at least partially between the pixels.
  • the fold lines 402 represent fold lines in which after folding or folding two pixels according to FIG. 3
  • the fold lines 401 represent fold lines in which, after folding or folding, two
  • Substrate regions 403 adjoin one another.
  • the substantially exposed areas 407 are provided to prevent shorting between the individual pixels.
  • the essentially uncovered Regions 407 are for this purpose substantially free or exposed by additional or other elements.
  • Structures can already have very small dimensions by means of already mentioned structuring methods or, for example, after a separation, which in turn is advantageous for a high position resolution of the detectors.
  • Fig. 5 is a further embodiment of a
  • Optoelectronic structure 500 which is constructed substantially according to the embodiment of FIG. 3, with an additional layer 501.
  • the additional layer 501 may be applied over the side of the substrate of the opto-electronic structure 500 that is substantially exposed or free from other or other elements or structures.
  • the additional layer 501 may include at least one additional over at least one of the surfaces of the substrate
  • Layer 501 for example, a filter layer, to be applied, which is opposite to the surface on which the layer stacks are arranged, and wherein the additional layer 501 may be arranged such that the
  • additional layer 501 at least partially only for one previously certain electromagnetic radiation permeable, ie transparent or translucent for at least one electromagnetic spectral range, may be.
  • the additional layer 501 may, for example, on an uncoated side of the substrate or film substrate, in one layer or even more layers of a matched scintillator material or more adapted
  • the irradiated electromagnetic radiation can penetrate through the substrate and the at least one additional layer 501 and can be detected in a spatially resolved manner by the aforementioned photodetector structure.
  • the preprocessed film or substrate assumes the function of the optical fiber plate in conventional digital X-ray detector systems.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine optoelektronische Struktur (200) zur Detektion von mindestens einer elektromagnetischen Strahlung (205) bereit, aufweisend: mindestens ein, für die jeweilige elektromagnetische Strahlung, transparentes und/oder transluzentes Substrat (204) mit mindestens einer oberen und einer unteren Oberfläche, wobei die obere Oberfläche der unteren Oberfläche gegenüberliegt; wobei mindestens über einer der Oberflächen des Substrats mindestens ein Schichtenstapel (201, 202, 203) in mindestens einem Bereich des Substrats derart aufgetragen ist, dass mittels zumindest eines ersten Faltens oder Falzens des Substrats entlang mindestens einer Faltlinie der Schichtenstapel zumindest teilweise von dem Substrat umschlossen ist und eine Struktur bildet; wobei sich entlang der Faltlinie ein gekrümmter Bereich im Substrat bildet; und wobei der Schichtenstapel folgende Schichten aufweist: mindestens eine erste Elektrodenschicht (201); mindestens eine erste elektrisch aktive Absorberschicht (202), wobei die Absorberschicht aus mindestens einer Schicht oder mehreren Schichten gebildet ist; und mindestens eine zweite Elektrodenschicht (203); wobei jeweils, zumindest teilweise, die elektrisch aktive Absorberschicht über der ersten Elektrodenschicht und die zweite Elektrodenschicht über der elektrisch aktiven Absorberschicht angeordnet ist; und wobei die Struktur dadurch gekennzeichnet ist, dass die Detektion der elektromagnetischen Strahlung derart erfolgt, dass die elektromagnetische Strahlung durch den gekrümmten Bereich des Substrats hindurch tritt und dann mittels der Absorberschicht detektiert wird.

Description

Optoelektronische Struktur zur Detektion von
elektromagnetischer Strahlung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Struktur zur Detektion von mindestens einer elektromagnetischen Strahlung.
Die optoelektronische Struktur kann derart gebildet werden, dass ein Schichtenstapel, zum Beispiel ein
Detektorschichtenstapel, aufweisend mindestens eine erste und eine zweite Elektrodenschicht, sowie ^mindestens eine
elektrisch aktive Absorberschicht, wobei die Absorberschicht zwischen den beiden Elektrodenschichten angeordnet ist, derart über mindestens einem Bereich eines Substrat
aufgebracht beziehungsweise aufgetragen werden kann, dass mittels mindestens eines Faltens oder Falzens entlang
mindestens einer Faltlinie des Substrats und des
Schichtenstapel, zum Beispiel ein Detektorschichtenstapel, eine flächige Struktur mit einem gekrümmten Bereich in dem gefalteten Substrat derart gebildet werden kann, dass die flächige Struktur derart zu der einfallenden
elektromagnetischen Strahlung hin orientiert werden kann, dass .die elektromagnetische Strahlung durch den gekrümmten Bereich des Substrats hindurch tritt und anschließend von der Absorberschicht detektiert werden kann.
Die Erfindung ist auf dem Gebiet der Photodetektoren
angesiedelt, beispielsweise auf dem Gebiet von organischen Photodetektoren. Organische Materialien weisen jedoch meist nur sehr schlechte Absorptionseigenschaften auf,
BESTÄTIGUNGSKOPIE beispielsweise zur Detektion von Infrarotstrahlung oder
Röntgenstrahlung. Deswegen sind solche Materialien nur bedingt für die Detektion solcher Spektralbereiche geeignet. Die vorliegende Erfindung kann es ermöglichen, dass eine hohe Absorption von zum Beispiel Infrarotstrahlung oder
Röntgenstrahlung erzielt werden kann, und kann gleichzeitig sehr positive elektrische beziehungsweise elektronische
Eigenschaften eines damit gebildeten Detektors zur Verfügung stellen. Darüber hinaus kann mittels der erfindungsgemäßen optoelektronischen Struktur eine hohe laterale Ortsauflösung erreicht werden. Außerdem kann eine derartige
optoelektronische Struktur beispielsweise in einem
kostengünstigen Rolle-zu-Rolle-Verfahren hergestellt werden. Weiterhin kann zum Beispiel mittels der erfindungsgemäßen optoelektronischen Struktur ein Sensorarray beziehungsweise Detektorarray bereitgestellt werden,' das eine ortsaufgelöste Detektion von Röntgenstrahlung ermöglicht, wobei dabei die Szintillatorfaserplatte und auch die erforderliche optische Detektoreinheit auf einem Substrat realisiert werden kann. Neben der Detektion von Infrarotlicht kann die
erfindungsgemäße optoelektronische Struktur ebenso zur ortsaufgelösten Detektion von Röntgenstrahlung,
beispielsweise in der Radiologie, eingesetzt werden. Hierzu könnte/n ein angepasstes Szintillatormaterial oder mehrere angepasste Szintillatormaterialien beispielsweise in Form kleiner Partikel dem Absorber der aktiven Schicht beigemischt werden. Mittels der auftreffenden Röntgenstrahlung werden die Moleküle des Szintillators zum Emittieren von Licht im sichtbaren und/oder ultravioletten Spektralbereich angeregt, welches von der aktiven Schicht absorbiert und somit
ortsaufgelöst detektiert werden kann. Alternativ kann beispielsweise auf zumindest einer- unbeschichteten Seite des Substrats oder Foliensubstrats zumindest eine Schicht oder mehrere Schichten eines
angepassten Szintillatormaterials oder mehrere angepasster Szintillatormaterialien aufgebracht werden. Die eingestrahlte elektromagnetische Strahlung kann durch das Substrat und die mindestens eine Schicht hindurch dringen und von der zuvor genannten Photodetektorstruktur ortsaufgelöst detektiert werden. Die so vorprozessierte Folie oder das so
vorprozessierte Substrat übernimmt hierbei die Funktion der optischen Faserplatte bei konventionellen, digitalen
Röntgendetektorsystemen .
Erfindungsgemäß kann ein zweidimensionales Array aus
Photodioden beziehungsweise Photodetektoren beispielsweise in einem mehrstufigen Druckprozess oder in einem anderen
Dünnschichtverfahren auf einem mechanisch flexiblen, für eine zuvor bestimmte elektromagnetische Strahlung beziehungsweise für einen zuvor definierten Spektralbereich transparenten und/oder transluzenten Substrat aufgetragen beziehungsweise aufgebracht werden. Die Struktur oder das Layout wird
anschließend alternierend auf und ab gefaltet beziehungsweise gefalzt. Hierdurch kann die optische Weglänge und die Dicke beziehungsweise Schichtdicke der aktiven Schicht voneinander entkoppelt werden, d.h. getrennt voneinander angepasst werden. Mittels Variation der geometrischen Parameter des Layouts oder der Struktur kann ein solches System in seinen optischen und elektrischen beziehungsweise elektronischen Eigenschaften auf beziehungsweise für viele unterschiedliche Anwendungen angepasst werden. Somit besteht die zu lösende Aufgabe darin, eine
optoelektronische Struktur oder Detektorvorrichtung
bereitzustellen, welche es■ ermöglicht , einerseits die Weglänge für die Absorption zu vergrößern beziehungsweise verlängern und andererseits, davon entkoppelt beziehungsweise unabhängig hiervon, die Distanz zwischen den Elektroden beziehungsweise Elektrodenschichten so gering wie möglich zu bilden, wobei die Distanz zwischen den Elektroden
beziehungsweise Elektrodenschichten dadurch definiert ist, dass mindestens eine optoelektronischen Absorberschicht, die beispielsweise zumindest teilweise eine organische
Absorberschicht sein kann, zwischen den Elektroden
beziehungsweise Elektrodenschichten angeordnet ist und wobei die Absorberschicht eine Schichtdicke aufweist, welche die Distanz zwischen den Elektroden bildet beziehungsweise definiert.
Der sich hieraus ergebende Vorteil gegenüber dem Stand der Technik besteht somit darin, dass hierdurch die Ausbeute der detektierbaren Photonen signifikant gesteigert werden kann.
Die Lösung der oben genannten Aufgabe kann und wird mit der erfindungsgemäßen optoelektronischen Struktur gemäß dem ersten Patentanspruch bereitgestellt. Mit anderen Worten, kann mittels der vorliegenden Erfindung die, für die Absorption der einfallenden Photonen, nutzbare Weglänge und die Distanz zwischen den mindestens beiden erforderlichen Elektroden beziehungsweise Elektrodenschichten voneinander entkoppelt werden. Da einerseits die
optoelektronische aktive Schicht in einer erfindungsgemäßen Ausführung sehr dünn appliziert werden kann, was wiederum zu sehr kurzen Distanzen der, in der aktiven Schicht
photogenerierten Ladungsträger zu den Elektroden, führt, kann andererseits der erfindungsgemäße seitliche
Strahlungseinfall, d.h. dass die Strahlung auf mindestens einer Seite des aktiven SchichtSystem auftrifft,
beispielsweise von Infarotstrahlung oder Röntgenstrahlung, auf das aktive Schichtsystem, aus welchem die aktive
Photodetektorschicht gebildet sein kann, eine wesentlich größerer nutzbare Weglänge zur Absorption innerhalb des aktiven Schichtsystems> d.h. in der einen oder den mehreren absorbierenden Schichten, in denen die einfallenden Photonen, welche in elektrische Impulse gewandelt werden,
bereitgestellt werden. Insbesondere kann durch die
signifikant längere nutzbare Wegstrecke für die Absorption bei der vorliegenden erfindungsgemäßen optoelektronischen Struktur die Signalausbeute gesteigert werden. Eine
dementsprechend angepasste Schaltung, d.h. angepasst an die erfindungsgemäße optoelektronische Struktur, die elektrisch leitfähig an die erfindungsgemäße optoelektronische Struktur gekoppelt ist, kann dann die generierten elektrischen Impulse auswerten und somit die einfallende Strahlungsintensität in ein weiter auswertbares elektronisches beziehungsweise elektrisches Signal wandeln. Der erfindungsgemäße Aufbau der erfindungsgemäßen optoelektronischen Schichtstruktur kann dabei beispielsweise mittels Auffaltens, d.h. zum Beispiel mittels Faltens oder .Falzens, des auf dem Substrat
aufgebrachten Photodetektorschichtsystems, welches
beispielsweise mittels eines Druckverfahrens aufgebracht sein kann, bereitgestellt werden.
Mittels der erfindungsgemäßen Lösung der Aufgabe können zum Beispiel großflächige, hochsensitive, kostengünstige und mechanisch flexible Sensorarrays beziehungsweise
Detektorarrays zur ortsaufgelösten Detektion von
Infrarotstrahlung beziehungsweise Röntgenstrahlung
bereitgestellt werden. Diese erfindungsgemäße Vorrichtung beziehungsweise Struktur und der Prozess zur Herstellung hiervon erzielen gegenüber dem Stand der Technik, dass hierbei ein großer Maßstab bei der Herstellung eingesetzt werden kann bei gleichzeitig geringem Aufwand, wodurch somit eine- Massenfertigung ermöglicht werden kann, beispielsweise mittels Rolle-zu-Rolle-Prozessen . Außerdem können zum
Beispiel mittels etablierter Druckprozesse die
Produktionskosten gering gehalten werden. Mittels des Faltens oder Falzens der erfindungsgemäßen Strukturen können hohe Aspektverhältnisse und somit hohe Sensorsensitivitäten beziehungsweise Detektorsensitivitäten erreicht werden. Da erfindungsgemäß die Elektroden an den Seiten der
Sensorflächen beziehungsweise Detektorflächen angeordnet sind und somit senkrecht zur Einfallsrichtung der
elektromagnetischen Strahlung, die detektiert wird, können die elektrischen beziehungsweise elektronischen Eigenschaften unabhängig von den optischen Eigenschaften des Systems angepasst werden. Eine. Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine optoelektronische Struktur, eingerichtet zur
Detektion von mindestens einer elektromagnetischen Strahlung, d.h. mindestens einen Bereich aus dem elektromagnetischen Spektrum, aufweisend: mindestens ein, für die jeweilige zu detektierende elektromagnetische Strahlung, transparentes oder transluzentes Substrat mit mindestens einer oberen und einer unteren Oberfläche, wobei die obere Oberfläche der unteren Oberfläche gegenüberliegt; wobei mindestens über einer der Oberflächen des Substrats mindestens ein
Schichtenstapel in mindestens einem Bereich des Substrats derart aufgetragen ist, dass mittels zumindest eines ersten Faltens des Substrats entlang mindestens einer Faltlinie auf dem Substrat der Schichtenstapel zumindest teilweise von dem Substrat umschlossen beziehungsweise umgeben ist und eine Struktur bildet, wobei die Faltlinie beispielsweise in einem Bereich gebildet werden kann, der im Wesentlichen außerhalb des Bereichs gebildet werden kann, über dem der
Schichtenstapel aufgetragen ist; wobei sich mittels des Faltens entlang der Faltlinie ein gekrümmter Bereich im
Substrat bildet; und wobei der Schichtenstapel folgende
Schichten aufweist: mindestens eine erste Elektrodenschicht; mindestens eine erste elektrisch aktive Absorberschicht, wobei die Absorberschicht aus mindestens einer Schicht oder mehreren Schichten gebildet ist; und mindestens eine zweite Elektrodenschicht; wobei jeweils, zumindest teilweise, die elektrisch aktive Absorberschicht über der ersten
Elektrodenschicht und die zweite Elektrodenschicht über der elektrisch aktiven Absorberschicht angeordnet ist; und wobei die Struktur dadurch gekennzeichnet ist, dass die Detektion der elektromagnetischen Strahlung derart erfolgt, dass die elektromagnetische Strahlung durch die Oberflächen des gekrümmten Bereichs des Substrats hindurch tritt und dann mittels der Äbsorberschicht detektiert wird.
Das Substrat kann beispielsweise mittels mindestens eines Materials aus der Gruppe von Substratmaterialien gebildet werden, wobei die Gruppe von Substratmaterialien aufweist: Dünnglas, Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid,
Polystyrol, Polycarbonat , Cellophan, Polylactid,
Celluloseacetat, Polyimid, Polyamid, Polyethylenterephthalat, Polyethylennaphthalat , Polymethymetharcrylat ,
Polyetheretherketon, Keramikfolie .
Das Substrat kann derart eingerichtet werden, dass es
ermöglicht wird, das Substrat mindestens einmal
beziehungsweise mehrfach zu Falten oder Falzen, zum Beispiel' alternierend bezüglich der Faltrichtung beziehungsweise
Falzrichtung, wobei mittels des Faltens oder Falzens im
Wesentlichen das Substrat hierbei frei von Rissen und/oder Brüchen im Substrat bleibt, wobei das Material des Substrats derart eingerichtet ist, dass sich mittels Faltens oder
Falzens ein gekrümmter Bereich um die mittels Faltens und/oder Falzens gebildete Faltlinie herum ausbildet. Mit anderen Worten, das Material des Substrats verhält sich gegenüber dem Falten öder Falzens des Substrats mechanisch flexibel, d.h. im Wesentlichen ohne ein Ausbilden von
Materialrissen und Materialbrüchen im Substrat aufgrund von Falten oder Falzen.
In der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen werden die beiden Begriffe Falten und Falzen synonym verwendet. Die hierin synonym verwendeten Begriffe des Faltens oder Falzens beschreiben dabei das zumindest teilweise übereinander
Bringen beziehungsweise Legen von mindestens zwei Bereichen des verwendeten mindestens einen Substrats und
Schichtenstapel derart, dass anschließend an das Falten oder Falzen mindestens ein Bereich der beiden übereinander
gebrachten oder gelegten Bereiche über dem jeweils anderen Bereich angeordnet ist und dem Bilden mindestens einer
Faltlinie. Dabei definiert jeweils die Faltlinie jenen
Bereich, der sich beim übereinander Bringen oder Legen der beiden anschließend übereinander angeordneten Bereiche, ausbildet und dabei einen gekrümmten Bereich um die Faltlinie im Substrat herum ausbildet. Beschrieben wird hierin mittels der beiden synonym verwendeten Begriffe Falten und Falzen, das Herstellen mindestens einer Faltlinie im Substrat, wobei die Faltlinie ohne ein Werkzeug gebildet werden kann oder mittels eines Werkzeugs gebildet werden kann, wie zum
Beispiel mittels einer Messerfaltmaschine,
Rotationsfaltmaschine und/oder Zahnradfaltmaschine.
Die Faltlinie kann demgemäß vor dem Falten oder Falzen lediglich eine gedachte, d.h. zum Beispiel eine virtuelle Faltlinie, sein oder mittels eines zuvor gebildeten
beziehungsweise vorprozessierten Bereichs auf dem Substrat. Die Faltlinie kann vor dem Falten oder Falzen beispielsweise mittels einem Dünnungsverfahren, in welchem der Bereich der Faltlinie gegenüber den nicht prozessierten Bereichen eine geringere Substratdicke aufweist, gebildet werden,
beispielsweise mittels Pressen, Prägen und/oder" Ätzen, und/oder einem Perforierungsverfahrens , beispielsweise einem Präge- und/oder Stanzverfahren, in dem eine Perforierung in das Substrat eingestanzt beziehungsweise eingeprägt wird. Beispielsweise mittels einem Prägewerkzeug, bei dem eine bleibende Verformung beispielsweise mit Hitze, beispielsweise mit einer Strahlungsquelle wie beispielsweise einem Laser und/oder einer fokussierten Lampe und/oder mit einem heißen Gas, wie beispielsweise Luft, Stickstoff und/oder Argon, und/oder mechanischem Druck mit beispielsweise einem Stempel, wie beispielsweise einem Messer, in das Substrat eingeprägt wird.
In einer Ausführungsform kann die Faltlinie zumindest
teilweise benachbart zu einem Bereich auf dem Substrat angeordnet werden, der im Wesentlichen an den Bereich auf dem Substrat angrenzt, über dem der Schichtenstapel aufgebracht ist.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Faltlinie
zumindest teilweise in einem Bereich auf dem Substrat
angeordnet werden, der räumlich getrennt von dem Bereich auf dem Substrat ist, über dem der Schichtenstapel aufgebracht ist.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Faltlinie derart entlang des Bereiches auf dem Substrat angeordnet werden, über dem der Schichtenstapel aufgebracht ist, dass der
Bereich, den die Faltlinie bildet, zumindest teilweise an den Bereich angrenzt, über dem der Schichtenstapel aufgebracht ist . In einer weiteren Ausführungsform kann die Faltlinie derart entlang des Bereiches angeordnet werden, über dem der
Schichtenstapel aufgebracht ist, dass der Bereich, den die Faltlinie bildet, von dem Bereich räumlich beabstandet ist, über dem der Schichtenstapel aufgebracht ist.
Der Schichtenstapel kann beispielsweise mittels mindestens einem Auftrageverfahrens aus der Gruppe von Auftrageverfahren über dem Substrat aufgebracht werden, wobei die Gruppe von Auftrageverfahren aufweist: ein Druckverfahren, wie zum
Beispiel ein Siebdru-ckverfahren, ein Tiefdruckverfahren, ein Flexodruckverfahren, ein Offsetdruckverfahren, ein
Inkjetdruckverfahren oder Aerosolj etdruckverfahren, ein
Dünnschichtverfahren, wie zum Beispiel ein
Siebdruckverfahren, ein Schlitzgießverfahren, ein
Vorhangbeschichtungsverfahren, ein Rakelverfahren, ein
Sprühverfahren, ein Bedampfungsverfahren, ein
Sputterverfahren, ein Gasphasenabscheidungsverfahren, ein Tauchbeschichtungsverfahren, ein
Walzenbeschichtungsverfahren, ein Galvanisierungsverfahren, ein PulverbeSchichtungsverfahren .
Der Schichtenstapel kann ferner beispielsweise mittels einer der zuvor genannten Auftrageverfahren auf das Substrat schichtweise und/oder als ein Schichtverbund und/oder als Schichtenstapel, aufweisend mehrere Schichten, die wiederum zumindest teilweise jeweils ein Schichtverbund sein können, aufgetragen werden, wobei ein Schichtverbund mittels einer Vielzahl von jeweils einzelnen Schichten gebildet sein können.
Die Elektrodenschichten können mindestens ein Material aus der Gruppe von elektrisch leitfähigen Materialien aufweisen, wobei die Gruppe von elektrisch leitfähigen Materialien zum Beispiel aufweist: Kupfer, Silber, Gold, Aluminium, Poly-3,4- ethylendioxythiophen-Polystyrolsulfonat (PED0T:PSS), Indium, dotiertes Zinnoxid (ITO), Aluminiumdotiertes Zinkoxid (AZO) , Indium dotiertes Zinkoxid (IZO) , Wolframoxid (WO3) - Darüber hinaus kann auch jede Legierung der oben genannten elektrisch leitfähigen Materialien und/oder Verbundwerkstoffe davon beziehungsweise auch weitere Werkstoffkombinationen die elektrisch leitfähig sind, hierfür eingesetzt werden.'
Die Absorberschicht kann mindestens ein Material aus der Gruppe von Materialien, die eine Strahlung einer
elektromagnetischen Wellenlänge absorbieren und Strahlung einer anderen elektromagnetischen Wellenlänge emittieren, aufweisen, wobei die Gruppe von Materialien, die eine
Strahlung einer elektromagnetischen Wellenlänge absorbieren und Strahlung einer anderen elektromagnetischen Wellenlänge emittieren, zum Beispiel aufweist: Bariumiodid (Bal2) ,
Bariumiodid mit Cer dotiert (BaI2:Ce) , Bariumfluorid (BaF2) , Bismuthgermanat (Bi4Ge30i2) , Cäsiumfuorid (CsF) , Cäsiumiodid
(Csl) , Cäsiumiodid mit Thallium dotiert (CsI:Tl) , Cäsiumiodid mit Natrium dotiert (CsI:Na) , Cäsiumiodid mit Indium dotiert (Csl: In) , Gandolinium-Oxyorthosilikat (Gd2SiOs) , Gadolinium- Oxysulfid mit Terbium dotiert (Gd202S:Tb), Kadmium-Wolframat
(CdW04) , Kadmiumsulfid mit Indium dotiert (CdS:In) ,
Kadmiumfluorid (CdF) , Kaliumiodid mit Thallium dotiert
(KI:T1), Kalziumfluorid mit Europium dotiert (CaF2:Eu) ,
Kalzium-Wolframat (CaW04) , Lanthanchlorid mit Cer dotiert
(LaCl3:Ce) , Lanthanbromid mit Cer dotiert (LaBr3:Ce),
Lithiumiodid mit Europium dotiert (LiI:Eu), Lutetium- Oxyorthosilikat (LSO) , Lutetiumiodid mit Cer dotiert
(Lul3:Ce), Natriumiodid mit Thallium dotiert (NaI:Tl)',
Strontiumiodid (Sri) , Zinkselenid mit . Sauerstoff dotiert
(ZnSe:0), Zinkselenid mit Tellur dotiert (ZnSe:Te) ,
Zinksulfid mit Silber dotiert (ZnS:Ag), Yttrium-Aluminium- Granat mit Cer dotiert (Y3AI5O12 : Ce ) , Anthracen (C14H10) ,
Naphtalen (CioHs) und/oder Stilben (C14H12) ·
In einer weiteren Ausführungsform kann die Absorberschicht mindestens ein Material aus der Gruppe von Materialien, die elektromagnetische Strahlung absorbieren können und dabei einen elektrischen Stromfluss erzeugen können, aufweisen, wobei die Gruppe von Materialien, die elektromagnetische Strahlung absorbieren können und dabei einen elektrischen Stromfluss erzeugen können, zum Beispiel aufweist: Fullerene: C60, C70, ( [6, 6] -Phenyl-CölButtersäuremethylester) (Abkürzung PCBM; PC61BM) , ( [ 6, 6] -Phenyl-C7 IButtersäuremethylester )
(Abkürzung PCBM; PC71BM) und/oder Indene-C60 Bisadduct
(ICBA); Polymere: Poly ( 3-hexylthiophen-2 , 5-diyl) (Abkürzung P3HT) , Poly [4, 8-bis (5- (2-ethylhexyl) thiophen-2-yl ) benzo [1, 2- b; 4, 5-b' ] dithiophene-2, 6-diyl-alt- (4- (2-ethylhexyl) -3- fluorothieno [3, 4-b] thiophene-) -2-carboxylate-2-6-diyl ) ]
(Abkürzungen PTB7-Th, PBDTTT-EFT), Poly ( { 4 , 8-bis [ (2- ethylhexyl ) oxy] benzo [ 1 , 2-b : 4 , 5-b ' ] dithiophene-2 , 6-diyl } { 3- fluoro-2- [ (2-ethylhexyl) carbonyl] thieno [3, 4-b] thiophenediyl } ) (Abkürzung: PTB7), Poly [N-9 ' -heptadecanyl-2 , 7-carbazole-alt- 5, 5- (4 ' , 7 r-di-2-thienyl-2 ' , 1 ' , 3 ' -benzothiadiazole ) ]
(Abkürzung: PCDTBT) , Poly [ 9, 9-didecanefluorene-alt- (bis- thienylene) benzothiadiazole] (Abkürzung: PF10TBT) , Poly[2,7- (5, 5-bis- (3, 7-dimethyloctyl) -5H-dithieno [ 3 , 2-b : 2 ' ,3'- d]pyran) -alt-4, 7- (5, 6-difluoro-2 , 1, 3-benzothia diazole)] (Abkürzung: PDTP-DFBT) und/oder Poly [( 5 , β-difluoro-2 , 1 , 3- benzothiadiazol-4 , 7-diyl) -alt- (3, 3' ' ' -di ( 2-octyldodecyl ) - 2, 2' ; 5' , 2" ; 5" , 2" ' -quaterthiophen-5 , 5 ' ' ' -diyl) ] (Abkürzung: PFFBT7T-20D) ; Quantenpartikel: Bleisulfid (PbS),
Cadmiumsulfid (CdS) und/oder Silizium (Si) ; Kombinationen: Gemische aus Fullerenen und Polymeren; Gemische aus
Fullerenen, Polymeren und den Szintillatormaterialien und/oder Gemische aus Fullerenen, Polymeren und PbS- Nanopartikeln .
Weitere bevorzugte Ausführungsformen und/oder Weiterbildungen der optoelektronischen Struktur werden beispielweise in den Nebenansprüchen ausgeführt.
In einer zusätzlichen Ausführungsform kann mindestens eine der Elektrodenschichten in dem Schichtenstapel derart
gebildet werden, dass die Elektrodenschicht zumindest
teilweise seitlich über alle anderen Schichten des
Schichtenstapels herausragen kann.
Der sich daraus ergebende Vorteil besteht darin, dass es eine solche Ausführungsform ermöglicht, die Elektrodenschichten derart aus der Struktur herausragen zu lassen, dass damit sich eine einfache und schnelle elektrisch leitfähige
Kopplung zu den Elektrodenschichten herstellen lässt,
beispielsweise zu weiteren elektronischen Schaltungen.
In einer zusätzlichen Ausführungsform kann die elektrisch aktive Absorberschicht derart über der Elektrodenschicht, die über dem Substrat angeordnet ist, aufgetragen werden, dass die elektrisch aktive Absorberschicht zumindest teilweise einen Bereich über der Elektrodenschicht und zumindest teilweise einen Bereich einer zusätzlichen Fläche der
Elektrodenschicht umschließen kann.
Der sich daraus ergebende Vorteil besteht darin, dass eine solche Ausführungsform es ermöglicht, dass die
Absorberschicht zusätzlich die Aufgabe einer elektrisch isolierenden Schicht übernehmen kann.
In einer weiteren Ausführungsform kann über mindestens einer der Oberflächen des Substrats mindestens eine erste Schicht, beispielsweise eine Filterschicht, aufgetragen werden, die der Oberfläche gegenüberliegt auf der die Schichtenstapel angeordnet sind und wobei die Schicht derart eingerichtet werden kann, dass die Schicht zumindest teilweise nur für eine zuvor bestimmte elektromagnetische Strahlung
beziehungsweise für ein zuvor bestimmten elektromagnetischen Spektralbereich durchlässig, d.h. diesbezüglich transparent oder transluzent, sein kann.
Der sich daraus ergebende Vorteil einer solchen Schicht besteht darin, dass eine solche Ausführungsform es
ermöglicht, dass ein einfach herzustellender und
kostengünstiger Photodetektor bereitgestellt werden kann, der eine zusätzliche Filterfunktionalität gegenüber zumindest einem zuvor bestimmten Spektralbereich aus dem
elektromagnetischen Spektrum bereitstellt. In einer weiteren Ausführungsform kann die Schicht mindestens ein Material aus der Gruppe von Materialien aufweisen, die derart eingerichtet werden können, dass die Materialien zumindest teilweise nur für eine zuvor bestimmte
elektromagnetische Strahlung durchlässig, d.h. diesbezüglich transparent oder transluzent, sind, wobei die Gruppe von
Materialien, die derart eingerichtet werden können, dass die Materialien zumindest teilweise für eine zuvor bestimmte elektromagnetische Strahlung durchlässig beziehungsweise für ein zuvor bestimmten elektromagnetischen Spektralbereich, d.h. diesbezüglich transparent oder transluzent, sind, zum Beispiel aufweist: Lithiumfluorid (LiF) , Magnesiumfluorid (MgF) , Molybdänoxid (M0O3) , Nioboxid (Nb205) , Siliziumdioxid (Si02), Tantaloxid (Ta205) , Titandioxid (Ti02) , Wolframoxid ■ (W0O3) und/oder Zinkoxid (ZnO) . In einer zusätzlichen Ausführungsform kann die elektrisch aktive Absorberschicht und/oder das Substrat und/oder
mindestens eine oder mehrere zusätzlich aufgebrachte Schichten mindestens teilweise zumindest eines der Materialien aus der Gruppe von Materialien, die eine
Strahlung einer elektromagnetischen Wellenlänge absorbieren und Strahlung einer anderen elektromagnetischen Wellenlänge emittieren, aufweisen, wobei die Gruppe von Materialien aufweist: Bal2, BaI2:Ce, BaF2, Bi4Ge30i2, CsF, Csl, CsI:Tl, CsI:Na, CsI:In, Gd2Si05, Gd202S:Tb, CdW04, CdS:In, CdF, KI:T1, CaF2:Eu, CaW04, LaCl3:Ce, LaBr3:Ce, LiI:Eu, LSO, LuI3:Ce, NaI:Tl,. SrI, ZnSe:0, ZnSe:Te, ZnS:Ag, Y3Al50i2:Ce, Ci4Hio, CioH8
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In einer zusätzlichen Ausführungsform kann die elektrisch aktive Absorberschicht zumindest teilweise mindestens eines der Materialien aus der Gruppe von Absorbermaterialien aufweisen, wobei die Gruppe von Absorbermaterialien aufweist: C60, C70, PCBM, PC61BM, PCBM, PC71BM und/oder ICBA, P3HT, PTB7-Th, PBDTTT-EFT, PTB7, PCDTBT, PF10TBT, PDTP-DFB ,
PFFBT7T-20D, PbS, CdS, Si, Gemische aus Fullerenen und
Polymeren, Gemische aus Fullerenen, Polymeren und
Szintillatormaterialien und/oder Gemische aus Fullerenen, Polymeren und PbS-Nanopartikeln, ein Gemisch aus P3HT und
PCBM und/oder organische Materialien, die elektromagnetische Strahlung absorbieren können und dabei einen elektrischen Stromfluss erzeugen können.
Der sich aus den beiden zuvor genannten Ausführungsformen ergebende Vorteil besteht darin, dass sich einerseits ein mittels der beanspruchten optoelektronischen Struktur
Photodetektor und andererseits ein Photovoltaikelement einfach und kostengünstig herstellen lässt.
In einer zusätzlichen Ausführungsform kann das Substrat eine Dicke, gebildet zwischen der unteren und der oberen
Oberfläche, aufweisen, die in einem Bereich von 0,5 μηι bis zu 100 μτα liegt. Der Vorteil einer solchen Ausführungsform besteht in einer anpassbaren Dimensionierung der damit hergestellten Struktur, wobei diese derart bereitgestellten Strukturen sowohl eine sehr kleine Dimensionierung aufweisen können, als auch demgemäß eine gesteigerte Ortsauflösung bei Detektoren bereitstellen können.
In einer zusätzlichen Ausführungsform kann das gefaltete Substrat Falten bilden und wobei eine gebildete Falte eine Faltenhöhe zwischen zwei aufeinanderfolgende Faltlinie aufweisen kann, die in einem Bereich von 0.1 mm bis zu 2 cm liegt.
Der Vorteil einer solchen Ausführungsform besteht in einer vergrößerten oder verlängerten nutzbaren Weglänge, die zur Detektion in der Absorberschicht bereitgestellt werden kann. In einer zusätzlichen Ausführungsform kann das gefaltete
Substrat mindestens zwei Pixel, gebildet mittels mindestens zweier Falten, bilden und wobei der gebildete Pixelabstand, gebildet senkrecht zur Faltrichtung und zwischen zwei Pixeln, aufweisen kann, der in einem ' Bereich von 1 pm bis zu 1 mm liegt.
Der Vorteil einer solchen Ausführungsform besteht in einer anpassbaren Dimensionierung der damit hergestellten Struktur, wobei diese derart bereitgestellten Strukturen sowohl eine sehr kleine Dimensionierung aufweisen können, als auch demgemäß eine gesteigerte Ortsauflösung bei Detektoren bereitstellen können.
In einer zusätzlichen- Ausführungsform kann die elektrisch aktive Absorberschicht eine Dicke aufweisen, die in einem Bereich von 30 nm bis zu 10 pm liegt. Der Vorteil einer solchen Ausführungsform besteht in einer' anpassbaren Dimensionierung der damit hergestellten Struktur, wobei in den derart bereitgestellten Strukturen sowohl eine die Distanz zwischen den Elektroden verringert wird, was demgemäß wiederum eine gesteigerte Ortsauflösung bei
Detektoren bereitstellt.
In einer zusätzlichen Ausführungsform können senkrecht zu den, mittels des Faltens gebildeten Pixeln in dem
Schichtenstapel mittels Strukturierens zusätzliche Pixel gebildet werden, wobei die zusätzlichen Pixel einen
räumlichen Abstand zueinander aufweisen können, der in einem Bereich von 20 pm bis zu 1 cm liegt.
Der Vorteil einer solchen Ausführungsform besteht in einer gegenüber unstrukturierten optoelektronischen Strukturen gesteigerten Ort sauflösung bei solchen Detektoren.
In weiteren Ausführungsformen können die Pixel beispielsweise mittels eines Dünnschichtauftragungsverfahrens
■ vorstrukturiert werden, zum Beispiel mittels eines
lithografischen Pro.zessierens der Schichtenstapel, wie beispielsweise mittels eines Lift-Off-Prozesses .
Vorteilhaft können alle Ausführungsformen der
erfindungsgemäßen optoelektronischen Struktur in Kombination, mit einer oder mehreren der hierin genannten und
beschriebenen Ausführüngsformen realisiert werden. Weitere Ausführungsformen, sowie einige der Vorteile', die mit diesen und weiteren Ausführungsformen verbunden sind, werden durch die nachfolgende ausführliche Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren detaillierter und besser
verständlich. Die Figuren sind lediglich schematische
Darstellungen einer Ausführungsform der Erfindung. Figurenbeschreibung
Dabei zeigen
Fig. 1 eine Schnittansicht einer Photodetektoranordnung,
Fig. 2 eine Schnittansicht gemäß einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optoelektronischen Struktur,
Fig. 3 eine Schnittansicht gemäß einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optoelektronischen Struktur,
Fig. 4 eine Draufsicht gemäß einer Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen optoelektronischen Struktur, und Fig. 5 eine Schnittansicht gemäß einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optoelektronischen Struktur.
Detaillierte Beschreibung
In Fig. 1 ist eine Photodetektoranordnung 100, gemäß dem Stand der Technik, dargestellt, die. im Wesentlichen aus zwei Elektrodenschichten, 105 und 107, einer Absorptionsschicht
103 und einer elektronischen Messschaltung 101 aufgebaut ist. Des Weiteren ist in Fig. 1 die nutzbare Weglänge 104 für die Absorption von eingestrahlten Photonen 106 dargestellt, sowie die Distanz 102 zwischen den beiden Elektrodenschichten, 105 und 107. Mittels der Wechselwirkung von elektromagnetischer Strahlung 106 und dem jeweiligen Material in der
Absorberschicht 103 wird die Strahlung in elektrische Impulse gewandelt, wobei diese Impulse anschließend mittels der
Elektroden, 105 und 107, von der elektronischen
Messschaltung 101 detektiert werden und zur weiteren
Auswertung weiterverarbeitet werden können.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optoelektronischen Struktur 200 dargestellt, die im Wesentlichen aus einem Substrat 204, zwei
Elektrodenschichten, 201 und 203, sowie einer elektrisch aktiven Absorberschicht 202, aufgebaut ist.
Die erfindungsgemäße optoelektronische Struktur zur Detektion von mindestens einer elektromagnetischen Strahlung 200, d.h. mindestens einem Spektralbereich elektromagnetischer
Strahlung, kann beispielsweise dadurch bereitgestellt werden, dass zumindest über einem Bereich des Substrats 204, welches zumindest teilweise gegenüber der jeweiligen zu
detektierenden elektromagnetischen Strahlung, d.h.
beispielsweis einem zuvor definierten Spektralbereich, transparent beziehungsweise transluzent ist, d.h. für solch eine Strahlung transparent beziehungsweise transluzent, mindestens ein Schichtenstapel, 201, 202 und 203, aufgetragen wird, beispielsweise mittels mindestens einem der zuvor genannten Auftrageverfahren, wie zum Beispiel einem
Druckverfahren beziehungsweise Siebdruckverfahren.
Der mindestens eine. Schichtenstapel, 201, 202 und 203, kann zumindest im Wesentlichen aus mindestens drei jeweils
einzelnen Schichten beziehungsweise einem Schichtverbund aufgebaut beziehungsweise stellt mindestens jeweils drei einzelne Schichten beziehungsweise jeweils einen
Schichtverbund bereit, wobei auch mehr als drei Schichten oder Schichtverbünde bereitgestellt werden können,
beziehungsweise die jeweiligen Schichten können wiederum auch jeweils mittels mindestens einem Schichtverbunds gebildet werden. Der Schichtenstapel, 201, 202 und 203, kann zumindest die folgenden Schichten aufweisen: mindestens eine erste Elektrodenschicht 201, mindestens eine elektrisch aktive Absorberschicht 202 und mindestens eine zweite
Elektrodenschicht 203. Der mindestens eine Schichtenstapel, 201, 202 und 203, kann derart gebildet sein, dass über der mindestens einen
Elektrodenschicht 201, die über dem Substrat 204 angeordnet ist, die mindestens eine elektrisch aktive
Absorberschicht 202 angeordnet ist und dass über der
mindestens einen elektrischen Absorberschicht 202 die
mindestens eine zweite Elektrodenschicht 203 angeordnet ist.
Die beiden Elektrodenschichten, 201 und 203, können
beispielsweise mittels mindestens einem der zuvor genannten elektrisch leitfähigen Materialien gebildet sein oder solche aufweisen. Die elektrisch aktive Absorberschicht 202 kann mittels mindestens einem aus der Gruppe der zuvor genannten Materialien, die entweder eine Strahlung einer
elektromagnetischen Wellenlänge absorbieren und Strahlung einer anderen elektromagnetischen Wellenlänge emittieren oder die elektromagnetische Strahlung absorbieren können und dabei einen elektrischen Stromfluss erzeugen können, gebildet werden oder solche aufweisen.
Die Schichten, 201, 202 und 203, können beispielsweise derart übereinander angeordnet werden, dass beispielsweise alle
Schichten, 201, 202 und 203, im Wesentlichen deckungsgleich übereinander angeordnet sind. Beispielsweise können die
Schichten, 201, 202 und 203, zumindest teilweise derart übereinander angeordnet werden, dass nur jeweils Teilbereiche der Schichten, 201, 202 und 203, übereinander angeordnet sind.
Die Schichten, 201, 202 und 203, können beispielsweise derart zumindest teilweise übereinander angeordnet werden, dass beispielsweise mindestens eine der Schichten zumindest teilweise, 201, 202 und 203, über die anderen Schichten zumindest teilweise hinausragt. Die Schichten, 201, 202 und 203, können beispielsweise derart zumindest teilweise übereinander angeordnet werden, dass beispielsweise mindestens zwei der Schichten, 201, 202 und 203, zumindest teilweise über die andere Schicht
hinausragt. Beispielsweise können die beiden
Elektrodenschichten, 201 und 203, derart über die elektrische Absorberschicht 202 zumindest teilweise hinausragen, dass die beiden Elektrodenschichten, 201 und 203, nach außen hin elektrisch leitfähig gekoppelt werden können. In einer anderen Ausführungsform kann die elektrisch aktive
Absorberschicht 202 zumindest teilweise derart über eine oder beide Elektrodenschichten, 201 und 203, hinausragen, dass der dadurch gebildete Überstand beispielsweise eine
Isolierung zumindest für Teilbereiche der Elektroden
bereitstellen kann.
Nach dem Auftragen des Schichtenstapels, 201, 202 und 203, über mindestens einem Bereich des Substrat 204 kann die optoelektronische Struktur 200 mittels mindestens einem
Faltens oder Faltens gemäß einer der zuvor beschriebenen Falttechniken beziehungsweise Falztechniken entlang
mindestens einer Faltlinie hergestellt beziehungsweise gebildet werden, wobei die Faltlinie wie zuvor beschrieben beispielsweise eine virtuelle oder eine vorprozessierte physische Faltlinie sein kann und wobei der Bereich des
' Substrats, den die Faltlinie einnimmt beziehungsweise bildet, zum Bereich mit dem Schichtenstapel, wie zuvor beschrieben, angeordnet sein kann. In einer Ausführungsform kann der
Bereich des Substrats, über dem der Schichtenstapel
aufgetragen wird, an den Bereich, den die Faltlinie einnimmt beziehungsweise bildet, angrenzen.
Wie in Fig. 2 dargestellt bildet sich mittels des Faltens oder Falzens im Bereich um die Faltlinie herum ein gekrümmter Bereich in dem Substrat 204. Für den Fall, dass mittels des Faltens oder Falzens das gefaltete oder gefalzte Substrat 204 den mindestens einen Schichtenstapel, 201, 202 und 203, auf mindestens drei Seiten des Schichtenstapels umgibt
beziehungsweise umschließt, so grenzt zumindest teilweise der Schichtenstapel, 201, 202 und 203, an einer Stirnseite, wobei mit Stirnseite des Schichtenstapels die Seite definiert ist, bei der zumindest ein Teil der einzelnen Schichten des
Schichtenstapels, 201, 202 und 203, als ein gestapeltes
Bauelement, d.h. ein Stapel von Schichten beziehungsweise Elementen, sichtbar sind, jeweils abhängig davon, ob eine oder mehrere Schichten über jeweils andere Schichten
hinausragen und diese verdecken können. Demgemäß ist die Oberseite beziehungsweise die Unterseite des
Schichtenstapels, 201, 202 und 203, wobei die Oberseite der Unterseite gegenüberliegt, dadurch gekennzeichnet, dass bei diesen Seiten, Oberseite und Unterseite, zumindest im
Wesentlichen nur eine der Schichten des
Schichtenstapels, 201, 202 und 203, sichtbar sind, in
Abhängigkeit, ob Schichten derart angeordnet sind, dass sie jeweils nur über einem Teil der darunter angeordneten
Schichten aufgetragen sind. Dementsprechend umgibt
beziehungsweise umschließt das Substrat 204 nach dem Falten beziehungsweise Falzen zumindest teilweise den
Schichtenstapel, 201, 202 und 203, angrenzend an mindestens einer Stirnseite, Oberseite und Unterseite des
Schichtenstapels, 201, 202 und 203. Mittels dieser derart gebildeten optoelektronischen Struktur 200 kann es ermöglicht werden, die optoelektronischen Struktur 200 derart gegenüber einer, der zuvor genannten, einstrahlenden
elektromagnetischen Strahlungen 205, beispielsweise eine Röntgenstrahlung oder Infrarotstrahlung beziehungsweise einen Spektralbereich hieraus, anzuordnen, dass die einfallende elektromagnetische Strahlung 205 durch eine Oberfläche des gekrümmten Bereichs des Substrats 204 hindurch tritt und auf dessen gegenüberliegenden Seite heraus tritt und auf die Stirnseite des Schichtenstapels, 201, 202 und 203, derart trifft, dass es im Wesentlichen auf die Stirnseite der
Absorberschicht 202 trifft. Demgemäß wird kann die größte räumliche Ausdehnung der Absorberschicht 202 bereitgestellt werden und somit die größte beziehungsweise längste nutzbare Weglänge zur Absorption der Absorberschicht 202.
In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen optoelektronische Struktur 300 dargestellt, die im Wesentlichen aus einem Substrat 301, den
Elektrodenschichten, 302, 304, 305 und 307, sowie den
elektrisch aktiven Absorberschichten 303 und 306,
aufgebaut ist. Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform kann
beispielsweise dadurch hergestellt beziehungsweise
bereitgestellt werden, dass auf dem Substrat 301 eine
Vielzahl von Bereichen mit jeweils mindestens einem
Schichtenstapel, 302, 303, 304, 305, 306, 307 und 308, aufgebracht werden, wobei die Bereiche mit den
Schichtenstapel, 302, 303, 304, 305, 306, 307 und 308, derart angeordnet sind, das mittels Faltens oder Falzens die
Bereiche zumindest teilweise aneinander angrenzend angeordnet sind. Die Schichtenstapel, 302, 303, 304, 305, 306, 307 und 308, sind jeweils, wie zuvor beschrieben, derart eingerichtet, dass jeweils ein
Schichtenstapel, 302, 303, 304, 305, 306, 307 und 308, aus ' mindestens einer ersten Elektrode, 302 und 307, einer ersten elektrisch aktiven Absorberschicht, 303 und 306, und
mindestens einer zweiten Elektrode, 304 und 305, gebildet wird. Jede der zuvor genannten Schichten kann jeweils mittels gleicher beziehungsweise ähnlicher Materialien gebildet werden beziehungsweise aufweisen, wie bereits zuvor
beschrieben . Jede der zuvor genannten Schichten kann jeweils gleich beziehungsweise .ähnlich gegenüber den anderen Schichten angeordnet sein, wie bereits zuvor beschrieben.
Jede der zuvor genannten Schichten kann jeweils den gleichen beziehungsweise einen ähnlichen Aufbau beziehungsweise
Zusammensetzung aufweisen, wie bereits zuvor beschrieben.
Jede Faltlinie, kann jeweils gemäß der, zuvor beschriebenen, Faltlinien gebildet sein.
Die in Fig. 3 dargestellte erfindungsgemäße optoelektronische Struktur 300 kann beispielsweise derart bereitgestellt sein, dass die Bereiche mit den
Schichtenstapel, 302, 303, 304, 305, 306, 307 und 308 im Wesentlichen symmetrisch zueinander auf dem Substrat
aufgetragen sind, wobei die Faltlinien zwischen den Bereichen mit den Schichtenstapel, 302, 303, 304, 305, 306, 307
und 308, angeordnet sind, dass mittels Faltens oder Falzens die Bereiche mit den
Schichtenstapel, 302, 303, 304, 305, 306, 307 und 308, angrenzend aneinander angeordnet sind, wobei das Falten beziehungsweise das Falzen derart durchgeführt wird, dass jeweils die gekrümmten Bereiche um die Faltlinien herum, bei denen jeweils zwei Bereiche mit den
Schichtenstapel, 302, 303, 304,, 305, 306, 307 und 308, aneinander angrenzend angeordnet sind, wiederum aneinander angrenzen. Dementsprechend sind zwischen den Faltlinien, die mittels Faltens oder Falzens einen gekrümmten Bereich
aufgrund der dazwischen angeordneten Schichtenstapel, 302, 303, 304, 305, 306, 307 und 308, bilden, zusätzliche Faltlinien angeordnet, wobei beim Falten oder Falzen, nur das Substrat 301 aneinander angrenzend angeordnet ist. Somit unterscheiden sich diese mindestens zuvor genannten zwei gekrümmten Bereiche im jeweiligen Radius voneinander. Darüber hinaus unterscheiden sich die zuvor genannten zwei gekrümmten Bereich dadurch, dass die
gekrümmten Bereich, bei denen keine
Schichtenstapel, 302, 303, 304, 305, 306, 307 und 308, zwischen dem Substrat 301 angeordnet sind, nach dem Falten oder Falzen nicht aneinander angrenzen. Das Falten
beziehungsweise das Falzen entlang der Faltlinien erfolgt hierbei zum Beispiel in einer Zick-Zack-Struktur, d.h. bei jedem Falz oder jeder Falte wird alternierend die
Faltrichtung beziehungsweise Falzrichtung gewechselt.
Wie in Fig. 3 dargestellt können die Schichten auf mindestens einer Stirnseite des
Schichtenstapels, 302, 303, 304, 305, 305, 307 und 308, derart eingerichtet sein, dass mindestens eine der
Elektrodenschichten 305 zumindest teilweise über die anderen Schichten, 302, 303, 304,. 306, 307 und 308, hinausragt und dabei einen Bereich bildet der aus über die Struktur 300 hinausragt. Hierdurch kann diese Elektrodenschicht, 305 und .308, beziehungsweise die angrenzenden
Elektrodenschicht 304 aus der Struktur 300 nach außen
elektrisch leitfähig gekoppelt werden.
Dadurch kann zum Beispiel eine solche optoelektronische
Struktur 300 eine einfache und schnelle elektrische
Verbindung zu weiteren elektrischen oder elektronischen
Bauelementen oder Schaltungen bereitstellen.
Der überstehende oder darüber hinausragende Teil der
Elektrodenschichten, 302, 304, 306 und 308, kann beispielsweise bis über den gekrümmten Bereich um die
Faltlinien geführt werden, bei denen keine
Schichtenstapel, 302, 303, 304, 305, 306, 307 und 308, zwischen dem Substrat 301 angeordnet sind, Darüber hinaus können die elektrisch aktiven
Absorberschichten, 303 und 306, derart zwischen die
Elektrodenschichten aufgetragen werden, dass zumindest teilweise eine Stirnseite mindestens einer
Elektrodenschicht, 302, 304, 306, 307 und 308, mittels der Absorberschichten, 303 und 306, umgeben beziehungsweise umschlossen wird.
Dadurch kann mittels der Absorberschichten, 303 und.306, eine schnelle und einfache Isolation zwischen den Elektroden bereitgestellt werden. In Fig.. 4 ist eine weitere Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen optoelektronische Struktur 400 dargestellt, die im Wesentlichen aus einem Substrat 401, den
Schichtenstapel 406, den Faltlinien 401 und 402, der
mindestens einen elektrisch leitfähigen Verbindung 404, den Elektrodenkontakten 405 und den im Wesentlichen freigelegten Bereichen 407 zwischen den Schichtenstapel aufgebaut ist.
Die Schichtenstapel 406 sind, gemäß den, zuvor bereits beschriebenen, Schichtenstapel aufgebaut und weisen die gleichen oder ähnliche Materialien auf beziehungsweise sind daraus gebildet und sind gleich oder ähnlich zueinander angeordnet .
Das Substrat 406 ist gemäß den zuvor beschriebenen Substraten gebildet, d.h. das Substrat 406 weist gleiche oder ähnliche Materialien auf beziehungsweise ist daraus gebildet. Die Faltlinien, 401 und 402, sind gemäß den zuvor beschriebenen Faltlinien gebildet.
In der Ausführungsform der erfindungsgemäßen
optoelektronischen Struktur 400 kann eine Elektrodenschicht für alle beziehungsweise einen Teil der später eingesetzten Pixel der Photodiode beziehungsweise des Photodetektors des Arrays mittels der mindestens einen elektrisch leitfähigen Verbindung 404 über zum Beispiel eine Seite der Struktur 400 nach außen hin elektrisch leitfähig gekoppelt werden. Die einzelnen Pixel im Array werden mittels der
Schichtenstapel 506 definiert beziehungsweise festgelegt. Hierbei wird mittels der Elektrodenkontakte 405, die zwischen die Pixeln herausragen, wobei sich die den
Elektrodenkontakten 405, der sich gegenüber angeordneten Pixel, zueinander versetzt angeordnet sind, eine Adressierung ■der einzelnen Pixel realisieren lässt.
Die Pixel in dem Array können derart über dem Substrat 403 angeordnet werden, dass jeweils benachbarte Pixel zumindest teilweise gleichmäßig voneinander räumlich getrennt
angeordnet sind, d.h. dass beispielsweise die Pixel jeweils einen zuvor definierten Abstand zueinander beziehungsweise untereinander aufweisen. Dadurch können zumindest teilweise Faltlinien, 401 und 402, zwischen den Pixeln angeordnet werden. Die Faltlinien 402 stellen Faltlinien dar, bei denen nach dem Falten oder Falzen zwei Pixel gemäß Fig. 3
aneinander angrenzen. Die Faltlinien 401 stellen Faltlinien dar, bei denen nach dem Falten oder Falzen, zwei
Substratbereiche 403 aneinander angrenzen.
Die im Wesentlichen freigelegten Bereichen 407 sind dazu bereitgestellt, um ein Kurzschließen zwischen den einzelnen Pixeln zu verhindern. Die im Wesentlichen freigelegten Bereichen 407 sind dazu im Wesentlichen frei beziehungsweise freigelegt von zusätzlichen oder anderen Elementen.
Der Vorteil der zuvor genannten Ausführungsform besteht, darin, dass sich damit großflächige erfindungsgemäße
optoelektronische Strukturen verwirklichen lassen, die für eine Massenproduktion geeignet sind und somit auch
kostengünstig hergestellt werden können, zum Beispiel in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren, wobei die einzelnen
Strukturen mittels bereits genannte Strukturierungsverfahren oder beispielsweise nach einem Vereinzeln wiederum sehr kleine Dimensionen aufweisen können, was wiederum für eine hohe Ort sauflösung der Detektoren vorteilhaft ist.
In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen optoelektronische Struktur 500 dargestellt, die im Wesentlichen gemäß der Ausführungsform gemäß Fig. 3 mit, einer zusätzlichen Schicht 501 aufgebaut ist.
Alle Elemente außer die zusätzliche Schicht 501 der
erfindungsgemäßen optoelektronische Struktur 500 sind gemäß Fig. 3 und den dort zuvor beschriebenen Ausführungen
aufgebaut beziehungsweise darauf basierend gebildet.
Die zusätzliche Schicht 501 kann über der Seite des Substrats der optoelektronischen Struktur 500 aufgetragen werden, die im Wesentlichen freigelegt beziehungsweise frei von weiteren oder anderen Elementen beziehungsweise Strukturen ist. Die zusätzliche Schicht 501 kann über mindestens einer der Oberflächen des Substrats mindestens eine zusätzliche
Schicht 501, beispielsweise eine Filterschicht, aufgetragen werden, welche der Oberfläche gegenüberliegt, auf der die Schichtenstapel angeordnet sind, und wobei die zusätzliche Schicht 501 derart eingerichtet sein kann, dass die
zusätzliche Schicht 501 zumindest teilweise nur für eine zuvor bestimmte elektromagnetische Strahlung durchlässig, d.h. transparent oder transluzent für mindestens einen elektromagnetischen Spektralbereich, sein kann.
Die zusätzliche Schicht 501 kann beispielsweise auf einer unbeschichteten Seite des Substrats oder Foliensubstrats, in einer Schicht oder auch mehrere Schichten eines angepassten Szintillatormaterials oder mehrerer angepasster
Szintillatormaterialien aufgebracht werden. Die eingestrahlte elektromagnetische Strahlung kann durch das Substrat und die mindestens eine zusätzliche Schicht 501 hindurch dringen und von der zuvor genannten Photodetektorstruktur ortsaufgelöst detektiert werden. Die so vorprozessierte Folie oder Substrat übernimmt hierbei die Funktion der optischen Faserplatte bei konventionellen digitalen Röntgendetektorsystemen.
Bezugszeichenliste :
Elektrodenschicht 105, 107, 201, 203, 302,
304, 305, 307, 406 Absorberschicht 106, 202, 303, 306, 406
Optische Weglänge 104
Distanz zwischen den Elektroden 102
Mess Schaltung 101
Elektromagnetische Strahlung 106, 205 Substrat 204, 301, 403
Elektrodenkontakt 308, 405
Faltlinien 401, 402 '
Elektrisch leitfähige Verbindung
Freigelegte Bereiche 407 Szintillatorschicht 501

Claims

Patentansprüche :
1. Optoelektronische Struktur (200) zur Detektion von
mindestens einer elektromagnetischen Strahlung (205) , aufweisend :
• mindestens ein, für die jeweilige elektromagnetische Strahlung (205), transparentes und/oder transluzentes Substrat (204) mit mindestens einer oberen und einer unteren Oberfläche, wobei die obere Oberfläche der unteren Oberfläche gegenüberliegt;
• wobei mindestens über einer der Oberflächen des
Substrats (204) mindestens ein Schichtenstapel in mindestens einem Bereich des Substrats (204) derart aufgetragen ist, dass mittels zumindest eines ersten Faltens oder Falzens des Substrats (204) entlang mindestens einer Faltlinie der Schichtenstapel
zumindest teilweise von dem Substrat umschlossen ist und eine Struktur bildet;
• wobei sich entlang der Faltlinie ein gekrümmter Bereich im Substrat bildet; und
• wobei der Schichtenstapel folgende Schichten aufweist:
• mindestens eine erste Elektrodenschicht (201);
• mindestens eine erste elektrisch aktive
Absorberschicht (202), wobei die
Absorberschicht (202) aus mindestens einer
Schicht oder mehreren Schichten gebildet ist; und
• mindestens eine zweite Elektrodenschicht (203);
• wobei jeweils, zumindest teilweise, die elektrisch aktive Absorberschicht (202) über der ersten Elektrodenschicht (201) und die zweite
Elektrodenschicht (203) über der elektrisch aktiven Absorberschicht (202) angeordnet ist; und
• wobei die Struktur dadurch gekennzeichnet ist, dass • die Detektion der elektromagnetischen
Strahlung (205) erfolgt derart, dass die elektromagnetische Strahlung (20.5) durch den gekrümmten Bereich des Substrats (204) hindurch tritt und dann mittels der Absorberschicht (202) detektiert wird.
2. Optoelektronische Struktur (200) gemäß Anspruch 1,
wobei mindestens eine der Elektrodenschichten (201, 203) in dem Schichtenstapel derart gebildet ist, dass die Elektrodenschicht (201, 203) zumindest teilweise seitlich über alle anderen Schichten des Schichtenstapels
herausragt.
3. Optoelektronische Struktur (200) gemäß mindestens einem der vorgenannten Ansprüche,
wobei die elektrisch aktive Absorberschicht (202) derart über der Elektrodenschicht (201, 203) , die über dem
Substrat (204) angeordnet ist, aufgetragen ist, dass die elektrisch aktive Absorberschicht (202) zumindest
teilweise einen Bereich über der Elektrodenschicht
(201, 203) und zumindest teilweise einen Bereich einer zusätzlichen Fläche der Elektrodenschicht (201, 203) umschließt.
4. Optoelektronische Struktur (200) gemäß mindestens einem der vorgenannten Ansprüche,
• wobei über mindestens einer der Oberflächen des
Substrats (204) mindestens eine erste Schicht
aufgetragen ist, die der Oberfläche gegenüberliegt auf der die Schichtenstapel angeordnet sind;
• und wobei die Schicht derart eingerichtet ist, dass die Schicht zumindest teilweise für eine zuvor bestimmte elektromagnetische Strahlung (205) transparent oder transluzent ist.
5. Optoelektronische Struktur (200) gemäß mindestens einem der vorgenannten Ansprüche,
wobei die elektrisch aktive Absorberschicht (202)
und/oder das Substrat (204) und/oder mindestens eine oder mehrere . zusätzlich aufgebrachte Schichten mindestens teilweise zumindest eines der Materialien aus der Gruppe von Materialien, die eine Strahlung einer
elektromagnetischen Wellenlänge absorbieren und Strahlung einer anderen elektromagnetischen Wellenlänge emittieren, aufweist, wobei die Gruppe von Materialien aufweist: Bal2, BaI2:Ce, BaF2, Bi4Ge30i2, CsF, Csl, CsI:Tl, CsI:Na, CsI:In, Gd2Si05, Gd202S:Tb, CdW04, CdS:In, CdF, KI:T1, CaF2:Eu, CaW04, LaCl3:Ce, LaBr3:Ce, LiI:Eu, LSÖ, LuI3:Ce, NaI:Tl, . Sri, ZnSe:0, ZnSe:Te, ZnS:Ag, Y3Al50i2:Ce, C14H10, Ci0H8 und/oder C14H12.
6. Optoelektronische Struktur (200) gemäß mindestens einem der vorgenannten Ansprüche,
wobei die elektrisch aktive Absorberschicht (202)
zumindest teilweise mindestens eines der Materialien aus der Gruppe von Absorbermaterialien aufweist, wobei die Gruppe von Absorbermaterialien aufweist: C60, C70, PCBM, PC61BM, PCBM, PC71BM und/oder ICBA, P3HT, PTB7-Th,
PBDTTT-EFT, PTB7 , PCDTBT, PF10TBT, PDTP-DFBT, PFFBT7T- 20D, PbS, CdS, Si, Gemische aus Fullerenen und Polymeren, Gemische aus Fullerenen, Polymeren und
Szintillatormaterialien und/oder Gemische aus Fullerenen, Polymeren und PbS-Nanopartikeln .
7. Optoelektronische Struktur (200) gemäß mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, wobei das Substrat (204) eine Dicke, gebildet zwischen der unteren und der oberen Oberfläche, aufweist, die in einem Bereich von 0,5 ym bis zu 100 μιη liegt.
Optoelektronische Struktur (200) gemäß mindestens einem der vorgenannten Ansprüche,
wobei das gefaltete Substrat (204) Falten bildet. und wobei eine gebildete Falte eine Faltenhöhe zwischen zwei aufeinanderfolgenden Faltlinien aufweist, die in einem Bereich von 0.1 mm bis zu 2 cm liegt.
Optoelektronische Struktur (200) gemäß mindestens einem der vorgenannten Ansprüche,
wobei das gefaltete Substrat (204) mindestens zwei Pixel, gebildet mittels mindestens zweier Falten, bildet und wobei der gebildete Pixelabstand, gebildet senkrecht zur Faltrichtung und zwischen zwei Pixeln, aufweist, der in einem Bereich von 1 pm bis zu 1 mm liegt .
Optoelektronische Struktur (200) gemäß mindestens einem der vorgenannten Ansprüche,
wobei die elektrisch aktive Absorberschicht (202) eine Dicke aufweist, die in einem Bereich von 30 nm bis zu 10 μιτι liegt.
Optoelektronische. Struktur (200) gemäß mindestens einem der vorgenannten Ansprüche,
• wobei senkrecht zu den, mittels des Faltens gebildeten Pixeln in dem Schichtenstapel mittels Strukturierens zusätzliche Pixel gebildet sind;
• wobei die zusätzlichen Pixel einen räumlichen Abstand zueinander aufweisen, der in einem Bereich von 20 μπι bis zu 1 cm liegt.
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