光电二极管阵列的制作方法

本发明关于光电二极管阵列。

背景技术：

包括光电二极管阵列的电子装置可应用于例如指纹检测器、静脉图案检测器、图像传感器、x射线检测器等。

本发明的发明人已经对开发包括用于光电二极管的有源元件的有机半导体材料的光电二极管阵列进行了研究。

技术实现要素：

本发明提供了一种方法，所述方法包括在支撑膜上形成界定光电二极管阵列的第一层堆叠体；在原位形成于所述支撑膜上的所述第一层堆叠体之上形成第二层堆叠体，所述第二层堆叠体界定了电路，通过所述电路，能够经由所述光电二极管阵列外部的导体阵列独立地检测每个光电二极管的光响应；其中形成所述第一层堆叠体包括在第一电极上沉积有机半导体材料，并且在所述有机半导体材料上沉积第二电极，其中所述电路包括具有光敏半导体通道的晶体管，并且所述第二电极还起到实质上阻挡光从所述支撑膜的方向入射到所述光敏半导体通道上的作用。

根据一个实施例，沉积所述第二电极包括在所述有机半导体材料上沉积有机导体材料，以及在所述有机导体材料上沉积反射导体材料。

根据一个实施例，所述方法还包含：在所述有机半导体材料上沉积所述有机导体材料的连续层，在所述有机导体材料的连续层上沉积所述反射导体材料的连续层，以及图案化所述有机导体材料的连续层和所述反射导体材料的连续层以界定一个或多个像素电极。

根据一个实施例，在每个像素电极的区域，有机导体材料图案的边缘与所述反射导体图案的边缘实质对齐。

根据一个实施例，所述方法还包括首先图案化所述反射导体材料的连续层，随后利用所述反射导体材料的图案化层作为掩模来图案化所述有机导体材料的连续层。

本发明还提供一种电子装置，所述电子装置包括支撑膜；第一层堆叠体，界定包含有机半导体材料的光电二极管阵列；以及第二层堆叠体，界定电路，通过所述电路，能够经由所述光电二极管阵列外部的导体阵列独立地检测每个光电二极管的光响应；其中所述电路包括具有光敏半导体通道的晶体管；并且其中所述第一层堆叠体包括位于所述有机半导体材料与所述第二层堆叠体之间的电极，所述电极还起到实质上阻挡光从所述支撑膜的方向入射到所述光敏半导体通道上的作用。

根据一个实施例，所述第二电极包括在所述有机半导体材料上的有机导体材料，以及在所述有机导体材料上的反射导体材料层。

根据一个实施例，所述有机导体材料层和所述反射导体材料层是图案化层，共同界定出一个或多个像素电极。

根据一个实施例，在每个像素电极的区域中，所述有机导体材料图案的边缘与所述反射导体图案的边缘实质对齐。

本发明还提供另一种方法，所述方法包括在支撑膜上形成界定光电二极管阵列的第一层堆叠体；在所述支撑膜上原位形成的所述第一层堆叠体之上形成第二层堆叠体，所述第二层堆叠体界定了电路，通过所述电路，能够经由所述光电二极管阵列外部的导体阵列独立地检测每个光电二极管的光响应；其中形成所述第一层堆叠体包括在不对所述有机半导体材料进行任何等离子体预处理的情况下，用包含至少一种离聚物的阴极材料涂覆有机半导体材料。

根据一个实施例，所述电路包括具有光敏半导体通道的晶体管，并且其中所述方法包括用反射导体材料涂覆所述阴极材料，其中所述阴极材料和所述反射导体材料一起实质上阻挡光从所述支撑膜的方向入射到所述光敏半导体通道上。

根据一个实施例，所述阴极材料包括pedot:pss。

根据一个实施例，所述反射半导体材料包括无机金属。

附图说明

下面仅通过举例的方式，参考附图详细描述本发明的实施例，其中：

图1a至1h示出了根据本发明示例实施例的技术；

图2示出了图1a至1h的技术的变型。

具体实施方式

在一个示例实施例中，与光电二极管阵列相关联的电路包括有机晶体管装置(诸如有机薄膜晶体管(otft)装置)。otft包括用于半导体通道的有机半导体(例如，有机聚合物或小分子半导体)。

为了简单起见，附图仅示出了两个光电二极管，但是光电二极管阵列可以包括大量的光电二极管和用于经由光电二极管阵列外部的导体独立地检测所述大量光电二极管中的每一个的光响应的电路。光电二极管阵列外部的这些导体可以例如被路由到位于光电二极管阵列外部或位于光电二极管阵列背面的处理电路/芯片。

参考图1a至1h，通过气相沉积技术(诸如溅射)，将诸如金属氧化物导体(例如，铟锡氧化物ito)的透明导体材料沉积在包括例如透明塑料支撑膜的透明支撑组件2上。透明塑料支撑膜可形成所得装置的主要结构元件，并且在沉积透明导体材料之前可在一个或两个表面上具有涂层。然后，图案化透明导体材料层，例如借由通过光致抗蚀剂掩模进行蚀刻以界定下像素电极阵列4。

通过液体处理技术(例如旋涂、喷墨印刷、棒涂)，将在感兴趣的电磁频率区域(例如，可见光区域和/或红外光区域)中具有带隙的有机半导体材料(例如，有机半导体聚合物)溶液的膜沉积在透明导体图案4上，然后干燥以去除溶剂。考虑到该有机半导体响应暴露于感兴趣的频率区域中的电磁辐射而产生电荷载流子对的关键功能，在下文中将该有机半导体称为光敏半导体。还图案化所得的光敏有机半导体层以界定光敏有机半导体岛阵列6(例如，通过使用光致抗蚀剂掩模的光刻技术)，每个半导体岛与相应的下像素阳极4接触，但保留所述相应的下像素阳极4的一部分是暴露的，用于之后形成的导电夹层向下连接至下像素阳极4。

例如，在沉积光敏有机半导体之前可以先沉积另一有机半导体，该另一有机半导体不一定在感兴趣的电磁频率区域具有带隙，但是起到促进在光敏有机半导体中产生的电荷载流子向阳极4移动的作用；和/或可以在光敏有机半导体的沉积之后，沉积另一有机半导体，该另一有机半导体在感兴趣的电磁频率区域中不一定具有带隙，但具有促进在光敏有机半导体中生成的电荷载流子运动到阴极8、9的作用。这样的两层、三层或更多层的有机半导体层的堆叠体可以在单个步骤中被图案化以界定有机半导体岛阵列。再者，每个半导体岛与相应的下像素阳极4接触，但保留所述相应的下像素阳极4的一部分是暴露的，用于之后形成的导电夹层向下连接到下像素阳极4。

在有机半导体图案(包括有机半导体层或有机半导体层的堆叠体)6的上表面不进行任何等离子体预处理的情况下，然后通过液体处理技术(例如旋涂)，将一种或多种离聚物溶液(诸如聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)(pedot)和聚对苯乙烯磺酸盐(pss)的混合物)的连续膜8沉积在半导体图案6上，并干燥以去除溶剂。接下来，通过气相沉积技术(诸如溅射)，在离聚物层8上沉积例如是反射无机金属层的反射导体材料的连续层9，反射无机金属诸如银、金、钼、铝或钽。然后通过光刻技术将连续反射导体层9图案化以产生图案化的反射导体层9。例如，光刻技术可以包括：在连续反射导体层9上沉积光致抗蚀剂材料(未示出)，照射光致抗蚀剂的选定部分以在所述光致抗蚀剂层中产生潜在的溶解度图案，将所述潜在的溶解度图案显影以产生图案化的光致抗蚀剂层，然后使用所述图案化的光致抗蚀剂层作为掩模通过以下方式对下面的连续反射导体层9进行图案化，所述方式例如将工件浸入酸溶液中反应性地去除通过图案化的光致抗蚀剂暴露的反射导体层9的一部分。然后将所得的反射导体材料的图案化层本身用作掩模以图案化下面的连续离聚物层8(通过例如反应性离子蚀刻(rie))，并形成像素电极阵列，每个像素电极包括在有机半导体6上方的离聚物8和在离聚物8上的反射导体材料9。该技术使得反射导体层和离聚物层中的图案实质上对准。

所得的像素阴极阵列的每个像素阴极8、9与相应的半导体岛6接触，并且不与相应的像素阳极4有任何直接接触。有机半导体表面的等离子体预处理可用于促进使用一种或多种离聚物(例如pedot：pss混合物)对有机半导体表面进行紧密涂覆，但是本申请的发明人发现等离子处理会损害有机半导体并降低其性能，并且为了补偿没有等离子体预处理，该实施例取而代之的是用增加的离聚物8的厚度涂覆未处理的有机半导体表面。在该实施例中，通过将离聚物8放置在光敏半导体6和电路之间来有利地利用离聚物厚度的增加，其如下所述的包括具有光敏半导体通道的otft。在该位置，由离聚物8的厚度增加引起的离聚物层8的光吸收增加不会减少光在光敏半导体6上的入射。此外，厚离聚物层8的增加的光吸收也有利地起到以下作用：减少了光从塑料支撑膜2的方向入射到光敏半导体通道上的情况。通过厚的离聚物层8的这种遮蔽被用于补充对离聚物层8进行图案化的反射导体层9。厚的离聚物层8和上面的反射导体层9一起起到实质上阻止光从塑料支撑膜2的方向入射在光敏半导体通道上的作用。

在形成图案化的阴极层9之后，沉积一个或多个有机电绝缘层14。然后，对这些一个或多个绝缘层14进行图案化，以界定向下延伸到每个像素阳极4和每个像素阴极8、9的贯穿孔(通孔)16。接下来沉积导体材料，通过例如气相沉积贵金属，以形成在绝缘层图案14上延伸的导体层。图案化所述导体层以形成用于otft阵列的源极-漏极导体图案20、22和公共导体线(com线)阵列18。源极-漏极导体图案20、22界定至少(i)源极导体阵列20，每个源极导体延伸到光电二极管阵列的外部区域以及向与相应光电二极管相关联的otft的相应行提供源极电极；和(ii)漏极导体阵列22，每个漏极导体向相应otft提供漏极电极并经由相应贯穿孔16与相应的光电二极管的阴极8、9接触。每个com线18经由贯穿孔16连接到光电二极管相应行的像素阳极4，并且还延伸到光电二极管阵列的外部区域。

有机半导体材料24沉积在导体图案18,20,22上，并被图案化以形成半导体岛阵列24，每个半导体岛为相应otft提供半导体通道。栅极介电层或栅极介电层的堆叠体26形成在半导体图案上以形成每个otft的栅极电介质。

通过例如气相沉积贵金属，在栅极电介质层26上沉积导体材料，并图案化形成栅极导体阵列28。每个栅极导体28为otft的相应列提供栅极电极，由此每个otft与栅极和源极导体的相应独特组合关联，使得独立检测阵列中的每个光电二极管的光响应成为可能。

可以在栅极导体图案28上方添加其他层，诸如顶部封装层30.以保护otft阵列和光电二极管阵列，防止潜在的降解物质诸如氧气和水气的进入。

如上所述，在该实施例中，利用了厚的离聚物层8和用于对离聚物层8进行图案化的反射导体层9，以遮蔽otft阵列的光敏半导体通道，防止光从支撑组件2的方向入射(这光会影响otft的电流-电压(iv)特性，从而使检测器输出的可靠性降低)，并且图1的实施例的特征在于像素电极8、9和otft的半导体通道之间没有任何遮光层(例如金属层)。图2示出了图1a至1h所示的技术的一种变型，其中将附加的遮光层12结合到器件架构中。图1的绝缘层14在图2中设置为绝缘层10、14的堆叠体，并且在沉积第二绝缘层14之前先沉积导体材料(例如，通过气相沉积贵金属)形成导体层，然后对该导体层进行图案化以界定导体线阵列，每个导体线位于otft的相应行的半导体通道区域中。

另一变型(未示出)涉及通过附加的绝缘层，用栅极导体图案28上方的导体平面代替com线18，该导体平面经由贯穿孔16和在所述附加的绝缘层中的其他贯穿孔与所有像素阳极4接触。

除了上面明确提到的任何修改之外，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在本发明的范围内对所描述的实施例进行各种其他修改。

申请人在此单独公开了本文所述的每个单独的特征以及两个或更多个这样的特征的任意组合，达到根据本领域技术人员的知识，总体上基于本申请说明书能够执行这样的特征或组合的程度，而不论这些特征或特征的组合是否解决了本文公开的任何问题，并且不限于权利要求的范围。申请人指出，本发明的各个方面可以由任何这样的单个特征或特征的组合组成。