[發明專利]一種光偵測薄膜、器件、顯示裝置、光敏二極管的制備方法

有效

• 申請號: 201710348713.0
• 申請日: 2017-05-17
• 公開（公告）號: CN108963015B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 黃建東
• 申請（專利權）人: 上海耕巖智能科技有限公司
• 主分類號: H01L31/028
• 分類號: H01L31/028;H01L31/036;H01L31/0376;H01L33/00
• 代理公司: 福州市景弘專利代理事務所(普通合伙) 35219
• 代理人: 林祥翔;呂元輝

本發明提供了一種光偵測薄膜、器件、顯示裝置、光敏二極管的制備方法，光偵測薄膜包括光偵測二極管區域，所述光偵測二極管區域包括光敏二極管，每一光敏二極管電性連接至其對應的該薄膜晶體管，所述光偵測二極管區域的每一光敏二極管是由雙結或雙結以上p型/i型/n型結構串接堆疊形成。光電二極管第一層p型/i型/n型材料為非晶硅結構，第二p型/i型/n型材料或第二層以上的p型/i型/n型材料可以為微晶硅結構、或是摻有可擴展光敏波長范圍之非結晶化合物材料。相較于采用只包含一層p型/i型/n型結構的光偵測薄膜的器件，本發明可以有效提高器件的光電轉換量子效率以及拓展光偵測的波長范圍。

技術領域

本發明涉及光學器件領域領域，特別涉及一種光偵測薄膜、器件、顯示裝置、光敏二極管的制備方法。

背景技術

目前，液晶顯示(LCD)屏或有源陣列式有機發光二極管(AMOLED)顯示屏，皆是以薄膜電晶管(TFT)結構掃描并驅動單一畫素，以實現屏上畫素陣列之顯示功能。形成TFT開關功能的主要結構為半導體場效晶體管(FET)，其中熟知的半導體層主要材料有非晶硅、多晶硅、氧化銦鎵鋅(IGZO)、或是混有碳納米材料之有機化合物等等。由于光偵測二極管(PhotoDiode)的結構亦可采用此類半導體材料制備，且生產設備也兼容于TFT陣列的生產設備，因此近年來TFT光偵測二極管開始以TFT陣列制備方式作生產，并廣泛應用在X光感測平板器件，如中華人民共和國專利CN103829959B、CN102903721B所描述。

相較于傳統結晶材料制備之影像傳感器件，上述TFT光感測陣列薄膜材料之光禁帶寬度(Band gap)皆以可見光為主要吸收范圍，因此較易受環境可見光之干擾形成噪聲，導致信號噪聲比(SNR)較低。受限于此，TFT光感測陣列初期的應用乃是以X光感測平板器件應用為主，主因即為X光屬短波長光且準直性高，X光影像先入射到感測平板上配置之光波長轉換材料，將X光影像轉換較長波長之可見光再直接于感測平板內部傳輸至TFT光感測陣列薄膜上，避免了周圍環境之可見光形成噪聲干擾，如上述中華人民共和國專利CN103829959B、CN102903721B所描述。

若將此類熟知的TFT可見光感測陣列薄膜配置在顯示屏結構內，可作為將光偵測功能集成在顯示屏之一種實現方案。然而受限于顯示屏的厚度以及顯示畫素開口孔徑等問題，光偵測二極管陣列感測之真實影像已是發生繞射等光學失真之影像，且因光學信號穿透顯示屏多層結構，并且在光學顯示信號、觸摸感測信號并存的情況下，欲從低信噪比場景提取有用光學信號具備很高的困難度，技術困難等級達到近乎單光子成像之程度，必須需藉由算法依光波理論運算重建方能解析出原始影像。為了避開此一技術難點，熟知將可見光傳感器薄膜配置在原顯示屏結構內會需要額外的光學增強器件，或是僅將光傳感器薄膜配置在顯示屏側邊內，利用非垂直反射到達側邊之光線進行光影像重建，例如：中華人民共和國專利CN101359369B所述。然而雖然此類技術可避開了弱光成像的技術難點，額外的光學器件增加了光偵測顯視屏的厚度，在顯視屏側邊的配置方式也無法滿足用戶的全屏體驗。

如圖1所示，現有的光傳感器薄膜的光敏二極管通常只包含有一層p型/i型/n型結構，其光電轉換率低，無法滿足高光敏度的薄膜陣列器件需求，不易擴大具有集成光偵測功能的顯示器之應用范圍。由上述熟知光傳感器薄膜的現有技術可以看出，欲配置光偵測陣列薄膜在顯示屏結構內，需要對光偵測結構進行改善，以拓展偵測的光敏波長范圍以及提高其對應的光電轉換量子效率。

發明內容

為此，需要提供一種光偵測的技術方案，用于解決現有的光偵測薄膜存在的光電轉化率低的問題。

為實現上述目的，發明人提供了一種光偵測薄膜，所述光偵測薄膜包括光偵測二極管區域，所述光偵測二極管區域包括光敏二極管，所述光敏二極管包括上下堆疊設置的多個光敏薄膜層，每個光敏薄膜層包括自上而下依次堆疊設置的p型半導體層、i型半導體層和n型半導體層。

可選地，所述多個光敏薄膜層的i型半導體層分別適于接收不同波長范圍內的光信號。