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CN108573983B - 光学探测器及其制备方法、指纹识别传感器、显示装置 - Google Patents

光学探测器及其制备方法、指纹识别传感器、显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种光学探测器，包括：依次层叠设置的第一电极、光电转换层、第二电极、第一绝缘层和第三电极的层叠结构；光学探测器还包括：有源层、栅绝缘层和栅极；第一电极或第二电极作为源极和漏极中的一个；第三电极作为源极和漏极中的另一个；栅绝缘层设置在有源层上；栅极设置在栅绝缘层上。本发明还提供一种上述光学探测器的制备方法、指纹识别传感器、显示装置。本发明可以提高光学探测器的感光区面积，从而可以提高光学探测器的灵敏度。

Description

光学探测器及其制备方法、指纹识别传感器、显示装置
技术领域
本发明属于显示技术领域，具体涉及一种光学探测器及其制备方法、指纹识别传感器、显示装置。
背景技术
目前，诸如X-ray探测器和用于指纹识别的传感器中的光学探测器对探测灵敏度要求较高，特别是，集成在TFT-LCD显示屏的光学探测器，更特别是，集成在高PPI的TFT-LCD显示屏的光学指纹探测器。光学探测器的探测灵敏度要求较高，也就要求具有较大的感光区面积，或者说，也就要求其所处的阵列具有较大的开口率。
光学探测器中通常包括TFT开关和光电转换单元(例如，光电二极管)，且TFT开关的源极和光电二极管的正极相连。现有的光学探测器在实际应用中发现：光电二极管和TFT开关往往所占面积较大，这就造成感光区面积减小，从而使得光学探测器的灵敏度不能达到要求。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种光学探测器及其制备方法、指纹识别传感器、显示装置，可以提高光学探测器的感光区面积，从而可以提高光学探测器的灵敏度。
为解决上述问题之一，本发明提供了一种光学探测器，包括：由上至下依次层叠设置的第一电极、光电转换层、第二电极、第一绝缘层和第三电极的层叠结构；所述光学探测器还包括：有源层、栅绝缘层和栅极；所述有源层与所述第一电极和所述第二电极的其中一个连接，所述有源层还与第三电极连接；所述栅绝缘层设置在所述有源层上；所述栅极设置在所述栅绝缘层上。
优选地，所述有源层与所述第一电极和所述第三电极电连接；所述光学探测器还包括：第二绝缘层，设置在所述有源层和所述光电转换层、所述第二电极之间。
优选地，所述第二绝缘层设置在所述光电转换层的侧壁和所述第二电极的侧壁上；所述有源层形成在所述第一电极的上表面边缘区域、所述第二绝缘层和所述第三电极上。
优选地，所述有源层与所述第二电极和所述第三电极电连接，所述有源层形成在所述第二电极的侧壁、所述第一绝缘层的侧壁和所述第三电极上。
优选地，在所述层叠结构的相对两侧均设置有所述有源层、所述栅绝缘层和所述栅极。
本发明还提供一种光学探测器的制备方法，包括以下步骤：
S1，在衬底上制备依次层叠设置的第一电极、光电转换层、第二电极、第一绝缘层和第三电极；
S2，制备有源层，有源层与所述第一电极和所述第三电极电连接且与所述光电转换层和所述第二电极绝缘设置；
S3，在所述有源层上制备栅绝缘层；
S4，在所述栅绝缘层上制备栅极。
优选地，步骤S2包括：
在所述光电转换层的侧壁和所述第二电极的侧壁上形成有第二绝缘层；
在所述第一电极的上表面边缘区域、所述第二绝缘层和所述第三电极上形成所述有源层。
优选地，在所述衬底上形成第三电极材料层、第一绝缘层材料层、第二电极材料层、光电转换材料层和第一电极材料层，采用一次构图工艺形成所述第三电极、第一绝缘层、第二电极、光电转换层和第一电极。
本发明还提供另一种光学探测器的制备方法，包括以下步骤：
S1，在衬底上制备依次层叠设置的第一电极、光电转换层、第二电极、第一绝缘层和第三电极；
S2，制备有源层，所述有源层与所述第二电极和所述第三电极电连接且与所述光电转换层和所述第一电极绝缘设置；
S3，在所述有源层上制备栅绝缘层；
S4，在所述栅绝缘层上制备栅极。
优选地，所述步骤S2包括：
在所述第二电极的侧壁、所述第一绝缘层的侧壁和所述第三电极上形成所述有源层。
优选地，在所述衬底上形成第三电极材料层、第一绝缘层材料层、第二电极材料层、光电转换材料层和第一电极材料层，采用一次构图工艺形成所述第三电极、第一绝缘层、第二电极、光电转换层和第一电极。
本发明还提供一种指纹识别传感器，包括本发明提供的上述光学探测器。
本发明还提供一种显示装置，包括本发明提供的上述指纹识别传感器。
本发明具有以下有益效果：
在本发明中，光学探测器包括依次层叠设置的第一电极、光电转换层、第二电极、第一绝缘层和第三电极的层叠结构，在有源层与第一电极和第三电极电连接的情况下，层叠设置的第一电极和第三电极作为TFT开关的源漏极；在有源层与第二电极和第三电极电连接的情况下，层叠设置的第二电极和第三电极作为TFT开关的源漏极。故，由于在同一竖直方向上重叠设置有光电转换单元和TFT开关的源漏极，因此，可以减小二者所占面积的大小，因而可以提高光学探测器的感光区面积，从而可以提高光学探测器的灵敏度。
附图说明
图1a为本发明实施例1提供的光学探测器的结构示意图；
图1b为图1a所示的光学探测器的原理框图；
图2为本发明实施例2提供的光学探测器的结构示意图；
图3为本发明实施例3提供的光学探测器的制备方法的流程图；
图4a～4f为本发明实施例3提供的光学探测器的制备方法的不同步骤完成之后的工艺状态示意图；
图5为本发明实施例4提供的光学探测器的制备方法的流程图；
附图标记包括：1，第一电极；2，光电转换层；3，第二电极；4，第一绝缘层；5，第三电极；6，有源层；7，栅绝缘层；8，栅极；9，第二绝缘层。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的光学探测器及其制备方法、指纹识别传感器、显示装置进行详细描述。
实施例1
图1a为本发明实施例1提供的光学探测器的结构示意图；图1b为图1a所示的光学探测器的原理框图；请参阅图1a和图1b，本发明实施例1提供的光学探测器包括：依次层叠设置的第一电极1、光电转换层2、第二电极3、第一绝缘层4和第三电极5的层叠结构；该光学探测器还包括有源层6、栅绝缘层7和栅极8。
其中，第一电极1和第二电极3作为光电转换层2的两个工作电极，且第一电极1作为入光电极，所谓入光电极是指光信号入射的电极，第一电极1通常为可以允许光信号入射的透明电极。也就是说，第一电极1、光电转换层2和第二电极3形成为光电转换单元。
其中，第一电极1和第三电极5分别作为源极和漏极中的一个和另一个；栅绝缘层7设置在有源层6上；栅极8设置在栅绝缘层7上。
具体地，有源层6与第一电极1和第三电极5电连接；光学探测器还包括：第二绝缘层9，第二绝缘层，设置在所述有源层和所述光电转换层、所述第二电极之间。
更具体地，如图1a所示，第二绝缘层9设置在光电转换层2的侧壁和第二电极3的侧壁上；有源层6形成在第一电极1的上表面边缘区域、第二绝缘层9和第三电极5上，这样，可以使源层6与第一电极1和第三电极5电连接且与光电转换层2和第二电极3绝缘设置。
另外，在层叠结构的相对两侧(如图1a中的左右两侧)均设置有有源层6、栅绝缘层7和栅极8。
在本实施例中，由于第一电极1、光电转换层2、第二电极3、第一绝缘层4和第三电极5依次层叠设置，层叠设置的第一电极1和第三电极5作为TFT开关的源漏极，即在同一竖直方向上重叠设置有光电转换单元和TFT开关的源漏极，因此，可以减小二者所占面积的大小，因而可以提高光学探测器的感光区面积，从而可以提高光学探测器的灵敏度。
实施例2
图2为本发明实施例2提供的光学探测器的结构示意图；请参阅图2，本发明实施例2提供的光学探测器和实施例1提供的光学探测器相类似，同样包括第一电极1、光电转换层2、第二电极3、第一绝缘层4、第三电极5、有源层6、栅绝缘层7和栅极8，由于各自的位置关系和作用在上述实施例1中已经有了详细地描述，在此不再赘述。
下面仅描述本实施例和上述实施例1的区别点。在本实施例中，第二电极3和第三电极5分别作为源极和漏极中的一个和另一个。具体地，如图2所示，有源层6与第二电极3和第三电极5电连接，有源层6形成在第二电极3的侧壁、第一绝缘层4的侧壁和第三电极5上，这样，可以使有源层6与光电转换层2和第一电极1绝缘设置。
在本实施例中，由于第一电极1、光电转换层2、第二电极3、第一绝缘层4和第三电极5依次层叠设置，层叠设置的第二电极3和第三电极5作为TFT开关的源漏极，即在同一竖直方向上重叠设置有光电转换单元和TFT开关的源漏极，因此，可以减小二者所占面积的大小，因而可以提高光学探测器的感光区面积，从而可以提高光学探测器的灵敏度。
实施例3
图3为本发明实施例3提供的光学探测器的制备方法的流程图。请参阅图3，本实施例提供的光学探测器的制备方法，包括以下步骤：
S1，在衬底上制备依次层叠设置的第一电极、光电转换层、第二电极、第一绝缘层和第三电极。
S2，制备有源层，有源层与第一电极和第三电极电连接与光电转换层和第二电极绝缘设置；
S3，在有源层上制备栅绝缘层。
S4，在栅绝缘层上制备栅极。
上述步骤S1具体包括但不限于：
在衬底上形成第三电极材料层、第一绝缘层材料层、第二电极材料层、光电转换材料层和第一电极材料层，采用一次构图工艺形成所述第三电极、第一绝缘层、第二电极、光电转换层和第一电极。
上述步骤S1在实际应用中还可以采用以下方式：在衬底上形成一层第三电极材料层(采用包括但不限于溅射Sputter技术)，再采用构图工艺(包括但不限于曝光湿法刻蚀photo wet etch技术)将该第三电极材料层形成为第三电极5，如图4a所示，其中，所谓曝光湿法刻蚀是指先在预形成图形的材料层上形成光刻胶，利用掩膜版(掩膜版具有需形成图形对应的图案)对光刻胶进行曝光和显影，再通过湿法刻蚀得到所需的图形。其中，第三电极材料层包括但不限于Mo材料层。
接着，在具有第三电极5的衬底上形成一层第一绝缘层材料层(采用包括但不限于等离子体增强化学气相沉积Pecvd技术)，再采用构图工艺(包括但不限于曝光干法刻蚀photo dry etch技术)将该第一绝缘层材料层形成第一绝缘层4，如图4b所示，其中，所谓曝光干法刻蚀是指在预形成图形的材料层上形成光刻胶，利用掩膜版(掩膜版具有需形成图形对应的图案)对光刻胶进行曝光和显影，再通过干法刻蚀得到所需的图形。
接着，在具有第一绝缘层4的衬底上形成一层第二电极材料层，采用构图工艺将该第二电极材料层形成所述第二电极3，如图4c所示。具体过程与形成第三电极5的过程相似，在此不再详述。
接着，在具有第二电极3的衬底上形成一层光电转化材料层(采用包括但不限于采用等离子体增强化学气相沉积Pecvd技术)，再采用构图工艺(包括但不限于采用显影湿法刻蚀photo wet etch技术)将该光电转化材料层形成为光电转换层2。
接着，在具有光电转换层2的衬底上形成一层第一电极材料层(采用包括但不限于溅射Sputter技术)，再采用构图工艺(采用包括但不限于显影干法刻蚀photo dry etch技术)将该第一电极材料层形成为第一电极1，如图4d所示。
另外，步骤S2包括：在光电转换层2的侧壁和第二电极3的侧壁上形成有第二绝缘层9，如图4e所示；在第一电极1的上表面边缘区域、第二绝缘层和第三电极5上形成有源层6。该步骤可以实现有源层6与第一电极1和第三电极5电连接与光电转换层2和第二电极3绝缘设置。
步骤S2具体地包括但不限于以下步骤：
在具有第一电极1的衬底上形成一层第二绝缘材料层(采用包括但不限于采用等离子体增强化学气相沉Pecvd技术)，再经过构图工艺(包括但不限于显影干法刻蚀photodry etch技术)将该第二绝缘材料层形成为第二绝缘层9。
在具有第二绝缘层9的衬底上形成一层有源材料层(采用包括但不限于溅射Sputter技术)，再经过构图工艺(采用包括但不限于显影干法刻蚀photo dry etch技术)将该有源材料层形成为有源层6。
步骤S3具体包括但不限于以下步骤：
在具体有源层6的衬底上形成一层有栅绝缘材料层(采用包括但不限于等离子体增强化学气相沉Pecvd技术)，再经过构图工艺(采用包括但不限于显影湿法刻蚀photo wetetch技术)将该有栅绝缘材料层形成为栅绝缘层7，如图4f所示。其中，栅绝缘材料层包括但不限于二氧化硅(SiO2)材料层。
步骤S4具体包括但不限于以下步骤：
在具有栅绝缘层7的衬底上形成一层有栅极材料层(采用包括但不限于Sputter技术)，再经过构图工艺(采用包括但不限于显影湿法刻蚀photo wet etch技术)将该有栅极材料层形成为栅极8，最终如图2所示。其中，栅极材料层包括但不限于Mo材料层。
实施例4
图5为本发明实施例4提供的光学探测器的制备方法的流程图。请参阅图5，本实施例提供的光学探测器的制备方法与上述实施例3提供的光学探测器的制备方法相类似，同样包括步骤S1～步骤S4，由于步骤S1～步骤S4在上述实施例3中已经有了详细的描述，在此不再赘述。
下面仅描述本实施例和上述实施例3的区别。具体地，在本实施例中，步骤S2，制备有源层，有源层与第二电极和第三电极电连接，且与光电转换层和第一电极绝缘设置。
更具体地，步骤S2包括：在第二电极3的侧壁、第一绝缘层4的侧壁和第三电极5上形成有源层6，如图3所示。
实施例5
本发明实施例提供一种指纹识别传感器，包括本发明上述实施例1和2提供的光学探测器。
本发明实施例提供的指纹识别传感器，由于其包括本发明上述实施例1和2提供的光学探测器，因此，可以提高指纹识别的精确度。
实施例6
本发明实施例提供一种显示装置，集成有本发明上述实施例5提供的指纹识别传感器。
本发明实施例提供的显示装置，由于其包括本发明上述实施例5提供的指纹识别传感器，因此，可以提高指纹识别的精确度
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光学探测器，其特征在于，包括：依次层叠设置的第一电极、光电转换层、第二电极、第一绝缘层和第三电极的层叠结构；所述光学探测器还包括：有源层、栅绝缘层和栅极；
所述有源层与所述第一电极和所述第二电极的其中一个连接，所述有源层还与第三电极连接；所述第一电极、所述光电转换层和所述第二电极形成光电转换单元；与所述有源层连接的所述第一电极或所述第二电极、所述第三电极分别作为开关管的源极和漏极；
所述栅绝缘层设置在所述有源层上；
所述栅极设置在所述栅绝缘层上；
所述有源层与所述第一电极和所述第三电极电连接；
所述光学探测器还包括：
第二绝缘层，设置在所述有源层和所述光电转换层、所述第二电极之间；所述第二绝缘层设置在所述光电转换层的侧壁和所述第二电极的侧壁上；所述有源层形成在所述第一电极的上表面边缘区域、所述第二绝缘层和所述第三电极上；
或者，所述有源层与所述第二电极和所述第三电极电连接，所述有源层形成在所述第二电极的侧壁、所述第一绝缘层的侧壁和所述第三电极上。
2.根据权利要求1所述的光学探测器，其特征在于，在所述层叠结构的相对两侧均设置有所述有源层、所述栅绝缘层和所述栅极。
3.一种光学探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，在衬底上制备依次层叠设置的第一电极、光电转换层、第二电极、第一绝缘层和第三电极；
S2，制备有源层，所述有源层与所述第一电极和所述第三电极电连接且与所述光电转换层和所述第二电极绝缘设置；所述第一电极、所述光电转换层和所述第二电极形成光电转换单元；所述第一电极和所述第三电极分别形成开关管的源极和漏极；
S3，在所述有源层上制备栅绝缘层；
S4，在所述栅绝缘层上制备栅极。
4.根据权利要求3所述的光学探测器的制备方法，其特征在于，步骤S2包括：
在所述光电转换层的侧壁和所述第二电极的侧壁上形成第二绝缘层；
在所述第一电极的上表面边缘区域、所述第二绝缘层和所述第三电极上形成所述有源层。
5.根据权利要求3所述的光学探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
在所述衬底上形成第三电极材料层、第一绝缘层材料层、第二电极材料层、光电转换材料层和第一电极材料层，采用一次构图工艺形成所述第三电极、第一绝缘层、第二电极、光电转换层和第一电极。
6.一种光学探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，在衬底上制备依次层叠设置的第一电极、光电转换层、第二电极、第一绝缘层和第三电极；
S2，制备有源层，所述有源层与所述第二电极和所述第三电极电连接且与所述光电转换层和所述第一电极绝缘设置；所述第一电极、所述光电转换层和所述第二电极形成光电转换单元；所述第二电极和所述第三电极分别形成开关管的源极和漏极；
S3，在所述有源层上制备栅绝缘层；
S4，在所述栅绝缘层上制备栅极。
7.根据权利要求6所述的光学探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
在所述第二电极的侧壁、所述第一绝缘层的侧壁和所述第三电极上形成所述有源层。
8.根据权利要求6所述的光学探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
在所述衬底上形成第三电极材料层、第一绝缘层材料层、第二电极材料层、光电转换材料层和第一电极材料层，采用一次构图工艺形成所述第三电极、第一绝缘层、第二电极、光电转换层和第一电极。
9.一种指纹识别传感器，其特征在于，包括权利要求1-2任意一项所述的光学探测器。
10.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求9所述的指纹识别传感器。
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