感光模组及其制备方法、指纹识别模块和X射线探测器与流程

感光模组及其制备方法、指纹识别模块和x射线探测器
技术领域
1.本技术涉及显示技术领域，尤其涉及一种感光模组及其制备方法、指纹识别模块和x射线探测器。


背景技术：

2.光电二极管是是指纹识别模块或者x射线探测器中较为关键的器件之一，增加该光电二极管的光电转换效率能够有效提高产品的外量子效率(external quantum efficiency，简称eqe)，提升产品的信噪比。然而相关技术中光电二极管吸收的可见光损耗较大，减少了光致电子空穴对的数量，影响光电二极管的光电转换效率，导致指纹识别的准确率较低或者x射线图像的成像效果较差。


技术实现要素：

3.鉴于上述问题，本技术实施例提供一种感光模组及其制备方法、指纹识别模块和x射线探测器，该感光模组可以提高光电二极管的光电转换效率，提升信噪比。
4.为了实现上述目的，本技术实施例提供如下技术方案：
5.本技术实施例的第一方面提供一种感光模组，包括：衬底；器件层，设置于衬底上，器件层包括薄膜晶体管，薄膜晶体管包括源极和漏极；光电二极管，位于器件层背离衬底的一侧，光电二极管包括沿远离衬底的方向依次层叠设置的导电层、p型半导体层、本征半导体层和n型半导体层；电极层，位于光电二极管背离衬底的一侧，电极层包括间隔分布的正电极和负电极；其中，n型半导体层为透明层，n型半导体层通过正电极与漏极或者源极电连接，p型半导体层通过导电层与负电极电连接。
6.在一种可能的实现方式中，感光模组还包括位于器件层与电极层之间的平坦化层，平坦化层覆盖源极、漏极和光电二极管，n型半导体层暴露在平坦化层外，并与正电极电连接；平坦化层设置有间隔分布的第一过孔和第二过孔，正电极通过第一过孔与漏极或者源极电连接，导电层通过第二过孔与负电极电连接。
7.在一种可能的实现方式中，源极或者漏极与导电层同层设置。
8.在一种可能的实现方式中，n型半导体层的材质包括igzo或者itzo。
9.在一种可能的实现方式中，平坦化层和/或电极层的负电极为透明层。
10.本技术实施例的第二方面提供一种感光模组的制备方法，包括：在衬底上形成器件层，器件层包括薄膜晶体管，薄膜晶体管包括源极和漏极；在器件层背离衬底的一侧形成光电二极管，光电二极管包括沿远离衬底的方向依次设置的导电层、p型半导体层、本征半导体层和n型半导体层，其中，n型半导体层为透明层；在器件层背离衬底的一侧形成平坦化层，平坦化层覆盖源极、漏极和光电二极管，n型半导体层暴露在平坦化层外，平坦化层设置有间隔分布的第一过孔和第二过孔；在平坦化层上形成电极层，电极层包括间隔分布的正电极和负电极，正电极与n型半导体层接触，且正电极通过第一过孔与漏极或者源极电连接，负电极通过第二过孔与导电层电连接。
11.在一种可能的实现方式中，在器件层背离衬底的一侧形成光电二极管的步骤包括：在器件层背离衬底的一侧形成导电层；在导电层上沉积形成p型半导体层；在p型半导体层上沉积形成本征半导体层；在本征半导体层上溅射igzo或者itzo，以形成n型半导体层；图案化n型半导体层、本征半导体层、p型半导体层和导电层，形成光电二极管。
12.本技术实施例的第三方面提供一种指纹识别模块，包括如前所述的感光模组。
13.本技术实施例的第四方面提供一种x射线探测器，包括如前所述的感光模组；绝缘层，位于感光模组的电极层背离衬底的一侧；转换层，位于绝缘层背离衬底的一侧，用于将入射的x射线转换为可见光。
14.在一种可能的实现方式中，转换层包括闪烁体或者荧光体。
15.根据本技术实施例提供的感光模组及其制备方法、指纹识别模块和x射线探测器，该感光模组包括沿背离衬底的方向依次设置的薄膜晶体管、光电二极管和包括正电极和负电极的电极层，其中，光电二极管的n型半导体层为透明层，与相关技术中n型半导体层为半透明的非晶硅相比，增加了光致电子空穴对的数量，提高了光电二极管的光电转换效率，进而提高感光模组的外量子效率，提升感光模组的信噪比。因此，将该感光模组应用于指纹识别模块，可以提高指纹识别的准确率。将该感光模组应用于x射线探测器，可以降低x射线剂量、提高x射线影像的图像质量。
16.此外，将n型半导体层通过正电极与薄膜晶体管的漏极或者源极电连接，将p型半导体层与负电极电连接，并在负电极上施加负电压作为反偏电压，可以匹配常规的驱动芯片，因此不需要开发特定驱动芯片，大大降低了外围驱动芯片的成本。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为根据本技术一实施例的感光模组的剖面结构示意图；
19.图2为图1中光电二极管的局部放大结构示意图；
20.图3为根据本技术一实施例的感光模组的制备方法的流程框图；
21.图4为根据本技术一实施例的x射线探测器的剖面结构示意图。
22.附图标记说明：
23.1、衬底；
24.2、器件层；21、薄膜晶体管；211、源极；212、漏极；213、栅极；
25.3、光电二极管；31、p型半导体层；32、本征半导体层；33、n型半导体层；34、导电层；
26.4、电极层；41、正电极；42、负电极；
27.5、平坦化层；51、第一过孔；52、第二过孔；6、绝缘层；7、转换层；8、缓冲层。
具体实施方式
28.正如背景技术所述，增加光电二极管的光电转换效率能够有效提高指纹识别模块或者x射线探测器的eqe，提升产品的信噪比。然而相关技术中光电二极管沿光线入射方向
包括p型半导体层、本征半导体层和n型半导体层，其中，p型半导体层为非晶硅a
‑
si，将会吸收30％左右的可见光，导致到达本征半导体层吸收的可见光损耗较大，减少了光致电子空穴对的数量，影响光电二极管的光电转换效率。
29.本文中，外量子效率eqe指的是，当光子入射到光敏器材的表面时，部分光子会激发光敏材料产生电子空穴对，形成电流，把收集到的电子(经过内部电子空穴复合等过程)与所有入射的光子数之比称为外量子效率eqe。
30.针对上述技术问题，本技术实施例提供了一种感光模组，通过改进感光模组的结构，将光电二极管的n型半导体层的材质由半透明的非晶硅替换为带隙较宽的透明层，同时在与p型半导体层电连接的电极上施加负电压作为反偏电压，增加了光致电子空穴对的数量，提高了光电二极管的光电转换效率，进而提升感光模组的信噪比。
31.为了使本技术实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本技术保护的范围。
32.图1为根据本技术一实施例的感光模组的剖面结构示意图，图2为图1中光电二极管的局部放大结构示意图。
33.如图1和图2所示，本技术实施例提供了一种感光模组，包括：衬底1、器件层2、光电二极管3和电极层4。
34.衬底1可以采用玻璃、聚酰亚胺(polyimide，简称pi)、非晶硅材料、多晶硅材料和单晶硅材料中的任一者制作。
35.器件层2设置于衬底1上，器件层2包括薄膜晶体管21，薄膜晶体管21包括源极211、漏极212和栅极213。源极211与漏极212同层设置，栅极213与源极211和漏极212异层设置，并通过绝缘层隔离。
36.光电二极管3位于器件层2背离衬底1的一侧，如图1所示，光电二极管3位于器件层2的上表面。光电二极管3包括沿远离衬底1的方向依次设置的导电层34、p型半导体层31、本征半导体层32和n型半导体层33。
37.电极层4位于光电二极管3背离衬底1的一侧，电极层4包括间隔分布的正电极41和负电极42。其中，n型半导体层33为透明层，n型半导体层33通过正电极41与漏极212或者源极211电连接，p型半导体层31通过导电层34与负电极42电连接。
38.可选地，薄膜晶体管21和光电二极管3的数量为多个，多个薄膜晶体管21和光电二极管3分别呈阵列排布。可选地，电极层4的正电极41在衬底1上的正投影与漏极212或者源极211在衬底1上的正投影交叠，以缩短正电极41与漏极212或者源极211电连接的路径。可选地，负电极42在衬底1上的正投影与导电层34在衬底1上的正投影交叠，以缩短负电极42与导电层34电连接的路径。由此，电极层4的正电极41和负电极42分别呈阵列排布。
39.本实施例中，n型半导体层33为透明层，材质可以包括氧化铟镓锌(indium gallium zinc oxide，简称igzo)或者氧化铟钛锌(indium titanium zinc oxide，简称itzo)，由于igzo或者itzo带隙较宽，对可见光完全透明，可以允许更多的可见光到达本征半导体层32，提高了光电二极管3的光响应特性。可选地，本征半导体层32和/或p型半导体
层31的材质为非晶硅a
‑
si。当n型半导体层33为透明层时，可以降低本征半导体层32和p型半导体层31的刻蚀难度，不易产生刻蚀残留的问题。
40.外界光线在透过n型半导体层33、本征半导体层32和p型半导体层31后，入射至导电层34。该导电层34一般由金属材质构成，具有较高的反射率，使得入射至导电层34的光线经过导电层34反射后，再次进入光电二极管3的本征半导体层32，从而增加了光致电子空穴对的数量，提高了光电二极管3的光电转换效率。
41.另外，将n型半导体层33通过正电极41与薄膜晶体管21的漏极212或者源极211电连接，将p型半导体层31与负电极42电连接。通过在负电极42上施加负电压作为反偏电压，可以与常规的驱动芯片匹配使用，而不需要开发特定驱动芯片，大大降低了外围驱动芯片的成本。
42.根据本技术实施例提供的一种感光模组，包括沿背离衬底1的方向依次设置的薄膜晶体管21、光电二极管3和包括正电极41和负电极42的电极层4，通过将光电二极管3的n型半导体层33的材质由半透明的非晶硅替换为带隙较宽的透明层，可以增加光致电子空穴对的数量，提高光电二极管3的光电转换效率，进而提高感光模组的eqe，提升感光模组的信噪比。此外，将n型半导体层33通过正电极41与薄膜晶体管21的漏极212/源极211电连接，将p型半导体层31与负电极42电连接，并在负电极42上施加负电压作为反偏电压，可以匹配常规的驱动芯片，而不需要开发特定驱动芯片，大大降低了外围驱动芯片的成本。
43.在一些实施例中，光电二极管为pin型光电二极管。pin型光电二极管具有非掺杂的本征半导体层32，在反偏电压作用下，本征半导体层32被耗尽成为光吸收区，使得光电二极管具有较高的量子效率和较短的响应时间。
44.为了满足感光模组的透光率要求，可选地，pin型光电二极管的n型半导体层33的厚度为300a～500a，厚度较薄，可以减少透过n型半导体层33的光线损失，提高感光模组的透光率。
45.在一些实施例中，薄膜晶体管21的源极211或者漏极212与光电二极管3的导电层34同层设置。如此设置，可以将薄膜晶体管21的源极211、漏极212与光电二极管3中的导电层34通过同一图案化工艺形成，由此可以简化感光模组的制作工序、减薄感光模组的整体厚度。
46.在此基础上，在源极211或者漏极212与光电二极管3的导电层34同层布置的情况下，优选地，该源极211、漏极212和导电层34采用具有反射性较好的铜材质制作，与源极211、漏极212常规采用mo、nd等相比具有更高的反射性能，以尽可能的提高导电层34的反射性能，以便进一步的增加pin光电二极管的光吸收率。
47.在一些实施例中，感光模组还包括缓冲层8，缓冲层8位于衬底1与器件层2之间。缓冲层可以包括sinx和siox，以形成致密度和平整度较好的绝缘膜层，以及降低感光模组的应力。
48.在一些实施例中，如图1所示，感光模组还包括位于器件层2与电极层4之间的平坦化层5，平坦化层5覆盖源极211、漏极212和光电二极管3，n型半导体层33暴露在平坦化层5外，并与正电极41电连接。平坦化层5设置有间隔分布的第一过孔51和第二过孔52，正电极41通过第一过孔51与漏极212或者源极211电连接，导电层34通过第二过孔52与负电极42电连接。
49.可选地，平坦化层5为透明层，材质为聚酰亚胺pi或者其它透明树脂，以提高感光模组的透光率，允许更多的可见光进入光电二极管3，增加光致电子空穴对的数量，提高光电二极管的光电转换效率。
50.在一些实施例中，电极层4的负电极42为透明层，以进一步提高感光模组的透光率，允许更多的可见光进入光电二极管3，增加光致电子空穴对的数量，提高光电二极管的光电转换效率。该透明材料包括氧化铟锡(ito)、氧化铟锌(izo)、氧化铝锌(azo)、掺镓氧化锌(gzo)、氧化锌锡(zto)、氧化镓锡(gto)、掺氟氧化锡(fto)、锌氧化物(znox)、铟氧化物(inox)、聚乙撑二氧噻吩
‑
聚苯乙烯磺酸pedot:pss、石墨烯和碳纳米管中的任一者。
51.另外，电极层4的正电极41的材质可以为tialti、mond、cu、mond、moalndmo等。优选地，正电极41采用cu材质，与tialti、mond、mond、moalndmo等材质相比，cu具有更高的反射率，可以尽可能的提高正电极41的反射性能，以便进一步增加pin光电二极管的光吸收率，提高pin光电二极管的光电流。
52.图3为根据本技术一实施例的感光模组的制备方法的流程框图。
53.如图3所示，本技术实施例提供的一种感光模组的制备方法，包括如下步骤s1～s4。
54.步骤s1：在衬底1上形成器件层2，器件层2包括薄膜晶体管21，薄膜晶体管21包括源极211、漏极212和栅极213，源极211与漏极212同层设置，栅极213与源极211和漏极212异层设置，并通过绝缘层隔离。可选地，衬底1可以采用玻璃、聚酰亚胺、非晶硅材料、多晶硅材料和单晶硅材料中的任一者制作。
55.步骤s2：在器件层2背离衬底1的一侧上形成光电二极管3，光电二极管3包括沿远离衬底1的方向依次设置的导电层34、p型半导体层31、本征半导体层32和n型半导体层33，其中，n型半导体层33为透明层。
56.可选地，n型半导体层33的材质可以包括igzo或者itzo，由于igzo或者itzo带隙较宽，对可见光完全透明，可以允许更多的可见光到达本征半导体层32，提高了光电二极管3的光响应特性。
57.步骤s3：在器件层2背离衬底1的一侧形成平坦化层5，平坦化层5覆盖源极211、漏极212和光电二极管3，n型半导体层33暴露在平坦化层5外，平坦化层5设置有第一过孔51和第二过孔52。
58.可选地，平坦化层5为透明层，材质为聚酰亚胺pi或者其它透明树脂，以进一步提高感光模组的透光率，允许更多的可见光进入光电二极管3，增加光致电子空穴对的数量，提高光电二极管的光电转换效率。第一过孔51和第二过孔52在制备平坦化层5时通过图案化工艺形成。
59.步骤s4：在平坦化层5上形成电极层4，电极层4包括正电极41和负电极42，正电极41与n型半导体层33接触，且正电极41通过第一过孔51与漏极212或者源极211电连接，负电极42通过第二过孔52与导电层34电连接。
60.可选地，电极层4的负电极42为透明层，以进一步提高感光模组的透光率，允许更多的可见光进入光电二极管3，增加光致电子空穴对的数量，提高光电二极管的光电转换效率。该透明层的材料包括氧化铟锡(ito)、氧化铟锌(izo)、氧化铝锌(azo)、掺镓氧化锌(gzo)、氧化锌锡(zto)、氧化镓锡(gto)、掺氟氧化锡(fto)、锌氧化物(znox)、铟氧化物
(inox)、聚乙撑二氧噻吩
‑
聚苯乙烯磺酸pedot:pss、石墨烯和碳纳米管中的任一者。
61.另外，电极层4的正电极41的材质可以为tialti、mond、cu、mond、moalndmo等。优选地，正电极41采用cu材质，与tialti、mond、mond、moalndmo等材质相比，cu具有更高的反射率，可以尽可能的提高正电极41的反射性能，以便进一步增加pin光电二极管的光吸收率，提高pin光电二极管的光电流。在一种可能的实现方式中，步骤s2中，在器件层2背离衬底1的一侧上形成光电二极管3包括：
62.步骤s21：在器件层2背离衬底1的一侧形成导电层34；
63.步骤s22：在导电层34上沉积形成p型半导体层31；可选地，p型半导体层31的材质为非晶硅a
‑
si。
64.步骤s23：在p型半导体层31上沉积形成本征半导体层32；可选地，本征半导体层32的材质为非晶硅a
‑
si。
65.步骤s24：在本征半导体层32上溅射igzo或者itzo，以形成n型半导体层；
66.步骤s25：图案化n型半导体层33、本征半导体层32、p型半导体层31和导电层34，形成光电二极管3。
67.当n型半导体层33采用透明的igzo或者itzo时，可以降低本征半导体层32和p型半导体层31的刻蚀难度，不易产生刻蚀残留的问题。
68.在一些实施例中，薄膜晶体管21的源极211或者漏极212与光电二极管3的导电层34同层设置。如此设置，可以将薄膜晶体管21的源极211、漏极212与光电二极管3中的导电层34通过同一图案化工艺形成，由此可以简化感光模组的制作工序、减薄感光模组的整体厚度。
69.在此基础上，在源极211或者漏极212与光电二极管3的导电层34同层布置的情况下，优选地，该源极211、漏极212和导电层34采用具有反射性较好的铜材质制作，与源极211、漏极212常规采用mo、nd等相比具有更高的反射性能，以尽可能的提高导电层34的反射性能，以便进一步的增加pin光电二极管的光吸收率。
70.本技术中，图案化工艺可以包括光刻工艺，或者包括光刻工艺以及刻蚀步骤，同时还可以包括打印、喷墨等其他用于形成预定图形的工艺；光刻工艺，是指包括成膜、曝光、显影等工艺过程的利用光刻胶、掩模板、曝光机等工艺，可以根据本技术中所形成的结构选择相应的图案化工艺。
71.本技术实施例提供的感光模组的制备方法，通过将光电二极管3的n型半导体层33设置为透明层，与相关技术中n型半导体层的材质为半透明的非晶硅a
‑
si相比，增加了光致电子空穴对的数量，提高了光电二极管的光电转换效率，进而提高感光模组的eqe，提升感光模组的信噪比。此外，将n型半导体层33通过正电极41与薄膜晶体管21的漏极212或者源极211电连接，将p型半导体层31与负电极42电连接，并在负电极42上施加负电压作为反偏电压，可以匹配常规的驱动芯片，而不需要开发特定的驱动芯片，大大降低了外围驱动芯片的成本。
72.另外，本技术实施例还提供一种指纹识别模块，包括如前所述的感光模组。外界进入感光模组的光电二极管3内的光线可以为可见光，也可以为红外光，用于识别指纹。
73.在一种可能的实现方式中，指纹识别模块的工作原理为：手指接触指纹识别模块的屏幕，当光源照射到手指指纹的谷线和脊线上时发生反射，由于谷线和脊线的反射角度
及反射回去的光照强度不同，将光投射至光电二极管3上，引起光电二极管3的阻值发生变化，从而电流发生变化。该电流通过处于导通状态的薄膜晶体管21传出至指纹读取装置，根据电流识别出指纹的谷线和脊线。而此时所用的光源一般为背光源，因此需使得位于光电二极管3在衬底1上的正投影落入导电层34或薄膜晶体管21的漏极212在衬底1上的正投影内，而导电层34或薄膜晶体管21的漏极212均为不透光的导电材料，例如铜，因此可以挡住背光源直接照射至光电二极管3的光线，避免其对光电二极管3的电流变化产生影响。
74.由于指纹识别模块中光电二极管3的n型半导体层33设置为透明层，可以增加光致电子空穴对的数量，提高了光电二极管3的光电转换效率，进而提高指纹识别模块的eqe，提升指纹识别模块的信噪比，从而可以有效提高指纹识别的准确率。
75.图4为根据本技术一实施例的x射线探测器的剖面结构示意图。
76.如图4所示，本技术实施例还提供一种x射线探测器，x射线探测器广泛应用于医疗、安全、无损检测、科研等领域，在国计民生中日益发挥着重要作用。
77.该x射线探测器包括：如前所述的感光模组、绝缘层6和转换层7。
78.感光模组包括阵列分布的薄膜晶体管21和阵列分布的光电二极管3，薄膜晶体管21用于控制光电二极管3。
79.绝缘层6位于感光模组的电极层4背离衬底1的一侧。绝缘层6的材质可以为siox。
80.转换层7位于绝缘层6背离衬底1的一侧，用于将入射的x射线转换为可见光。可见光的波长为550nm左右。可选地，转换层7包括闪烁体，闪烁体可以为碘化铯。可选地，转换层7包括荧光体，荧光体可以为硫氧化钆。
81.另外，x射线探测器通常还包括信号存储基本像素单元及信号放大与信号读取结构等。
82.在一种可能的实现方式中，x射线探测器的工作原理为：x射线经转换层7曝光后转换为可见光，可见光入射至光电二极管3，将x射线转换为电信号，然后通过薄膜晶体管阵列将每个像素的电荷信号读出并转化为数字信号，传送到计算机图像处理系统集成为x射线影像。
83.由于x射线探测器中光电二极管3的n型半导体层33的材质设置为透明层，可以增加光致电子空穴对的数量，提高了光电二极管3的光电转换效率，进而提高x射线探测器的eqe，提升x射线探测器的信噪比，从而可以降低x射线剂量，提高x射线影像的图像质量。
84.应当指出，在说明书中提到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等表示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。此外，这样的短语未必是指同一实施例。此外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合明确或未明确描述的其他实施例实现这样的特征、结构或特性处于本领域技术人员的知识范围之内。
85.应当容易地理解，应当按照最宽的方式解释本技术中的“在
……
上”、“在
……
以上”和“在
……
之上”，以使得“在
……
上”不仅意味着“直接处于某物上”，还包括“在某物上”且其间具有中间特征或层的含义，并且“在
……
以上”或者“在
……
之上”不仅包括“在某物以上”或“之上”的含义，还可以包括“在某物以上”或“之上”且其间没有中间特征或层(即，直接处于某物上)的含义。
86.文中使用的术语“衬底”是指在其上添加后续材料层的材料。衬底本身可以被图案
化。添加到衬底顶上的材料可以被图案化，或者可以保持不被图案化。此外，衬底可以包括宽范围内的一系列材料，例如，硅、锗、砷化镓、磷化铟等。替代地，衬底可以由非导电材料(例如，玻璃、塑料或者蓝宝石晶圆等)制成。
87.文中使用的术语“层”可以指包括具有一定厚度的区域的材料部分。层可以在整个的下层结构或上覆结构之上延伸，或者可以具有比下层或上覆结构的范围小的范围。此外，层可以是匀质或者非匀质的连续结构的一个区域，其厚度小于该连续结构的厚度。例如，层可以位于所述连续结构的顶表面和底表面之间或者所述顶表面和底表面处的任何成对的横向平面之间。层可以横向延伸、垂直延伸和/或沿锥形表面延伸。衬底可以是层，可以在其中包括一个或多个层，和/或可以具有位于其上、其以上和/或其以下的一个或多个层。层可以包括多个层。例如，互连层可以包括一个或多个导体和接触层(在其内形成触点、互连线和/或过孔)以及一个或多个电介质层。
88.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。