[發明專利]一種紅外光偵測薄膜、器件、顯示裝置、制備方法

有效

• 申請號: 201710733229.X
• 申請日: 2017-08-24
• 公開（公告）號: CN109427916B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 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: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/113;H01L31/20;H01L27/144
• 代理公司: 福州市景弘專利代理事務所(普通合伙) 35219
• 代理人: 呂元輝;林祥翔

本發明提供了一種紅外光偵測薄膜、器件、顯示裝置、制備方法，相較于采用TFT漏電流作紅外光敏薄膜晶體管之器件，本發明以底部柵極式場效晶體管結構將光伏柵極設置于源極和漏極間隙內，大幅增加了光電子的激發。在每一個偵測像素里，源極與源極相互并聯，漏極與漏極也都相互并聯，相鄰的源極和漏極之間間隙配合，降低了光激發之電子與空穴再復合機率，增加了場效應作用下電極收集光電子的成功機率，最大化地改善了TFT漏電流紅外光敏薄膜晶體管的光敏感度。本發明無需摻雜含硼氣體即可實現，有效減少了紅外光偵測薄膜生產過程中對環境的污染，降低了生產成本。

技術領域

本發明涉及光學器件領域領域，特別涉及一種紅外光偵測薄膜、器件、顯示裝置、制備方法。

背景技術

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。由于紅外光偵測二極管(Photo Diode)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驅動與掃描的紅外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。

實際上在紅外光偵測的應用上，TFT結構即具備光敏功能的特性：一般藉由柵極電壓控制TFT操作在關閉狀態時，源極到漏極之間不會有電流通過；然而當TFT受光源照射時，由于光的能量在半導體激發出電子-空穴對，TFT結構的場效應作用會使電子-空穴對分離，進而使TFT產生漏電流。這樣的漏電流特性讓TFT陣列逐漸被應用在紅外光偵測或紅外光偵測之技術上，例如中華人民共和國專利CN100568072C、CN105044952A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，可作為將紅外光偵測功能集成在顯示屏之一種實現方案。

然而傳統的TFT器件結構設計在紅外光偵測應用上，仍有必須要改善的特性：正常環境光的照明可能包含從最暗區域到最亮區域的3個數量級以上(60dB)的變化，使用操作在關閉區的TFT漏電流進行紅外光偵測應用，需要增加TFT的光敏感度(photosensitivity)、提高器件的信號噪聲比(SNR)，并避免增加了整體系統的復雜性以及功耗。

除此之外，如果將TFT陣列薄膜應用作顯示屏內的影像傳感器件，受限于顯示屏的厚度以及顯示畫素開口孔徑等問題，TFT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紅外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。

在實際應用過程中，可以采用一層p型/i型/n型結構作為紅外光偵測薄膜的紅外光敏二極管，以實現紅外光偵測功能。對于p型/i型/n型結構，p層要求摻雜含硼氣體，生產工藝流程較為復雜。硼為重污染氣體，加工生產過程中容易對環境造成污染，增加環境治理成本。

發明內容

為此，需要提供一種紅外光偵測的技術方案，用于解決現有的紅外光偵測薄膜存在的光電轉化率低、易污染、工藝復雜、成本高等問題。