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特許7019577上部透明電極を有する光電子アレイデバイス
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-02-04
(45)【発行日】2022-02-15
(54)【発明の名称】上部透明電極を有する光電子アレイデバイス
(51)【国際特許分類】
   H01L 27/144 20060101AFI20220207BHJP
   H01L 51/42 20060101ALI20220207BHJP
   H01L 27/146 20060101ALI20220207BHJP
   H01L 27/30 20060101ALI20220207BHJP
【FI】
H01L27/144 K
H01L31/08 T
H01L27/146 C
H01L27/30
【請求項の数】 22
(21)【出願番号】P 2018533650
(86)(22)【出願日】2016-12-19
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2019-03-07
(86)【国際出願番号】 EP2016081699
(87)【国際公開番号】W WO2017108670
(87)【国際公開日】2017-06-29
【審査請求日】2019-11-21
(31)【優先権主張番号】1563284
(32)【優先日】2015-12-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR
(73)【特許権者】
【識別番号】311015001
【氏名又は名称】コミサリヤ・ア・レネルジ・アトミク・エ・オ・エネルジ・アルテルナテイブ
(73)【特許権者】
【識別番号】514308449
【氏名又は名称】イソルグ
(73)【特許権者】
【識別番号】512092519
【氏名又は名称】トリクセル
(74)【代理人】
【識別番号】110001173
【氏名又は名称】特許業務法人川口國際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ベンワディ,モハメッド
(72)【発明者】
【氏名】シャルロ,シモン
(72)【発明者】
【氏名】ベリヤック,ジャン-マリー
(72)【発明者】
【氏名】ジョイメル,ジェローム
(72)【発明者】
【氏名】ロール,ピエール
【審査官】柴山 将隆
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第2013/018280(WO,A1)
【文献】特開2011-216853(JP,A)
【文献】特開2013-118363(JP,A)
【文献】特開2011-071481(JP,A)
【文献】特開2013-219067(JP,A)
【文献】特開2012-114160(JP,A)
【文献】特開2007-335760(JP,A)
【文献】特開2012-160612(JP,A)
【文献】特開2013-143486(JP,A)
【文献】特開2002-090462(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01L 27/144
H01L 51/42
H01L 27/146
H01L 27/30
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
- 電気絶縁性基板(S)の表面の1つで、第1の電極(EI)のマトリクスアレイ(MEI)を支持する、電気絶縁性基板(S)と、
- 前記第1の電極のマトリクスアレイの上方に配置され、光を検出するアクティブ構造(STA)と、
- 前記アクティブ構造の上方に位置する少なくとも1つの第2の電極(ES)であって、前記第2の電極は前記アクティブ構造によって検出される前記光に対して透過的である、少なくとも1つの第2の電極(ES)と、
を備えるマトリクスアレイ光電子デバイスであって、
前記マトリクスアレイ光電子デバイスは、前記アクティブ構造の介在なしで前記基板によって支持され少なくとも1つの垂直相互接続(IV)によって前記第2の電極に接続される、少なくとも1つの導電素子(C2)をさらに備え、前記導電素子は前記第2の電極の電気抵抗率よりも低い電気抵抗率を有することと、
前記少なくとも1つの垂直相互接続は、前記第2の電極と少なくとも前記垂直相互接続に最も近い前記第1の電極との間に、前記アクティブ構造が前記光を検出することを可能にする電位差を印加することによって、前記アクティブ構造を通した前記第1の電極への寄生電荷の注入を防止する電位障壁が前記垂直相互接続および前記アクティブ構造の間に出現するように、選択された値の仕事関数を有する材料から形成されることと、
を特徴とする、マトリクスアレイ光電子デバイス。
【請求項2】
前記第1の電極は、0.25mm以下の面積のピクセルを画定する、請求項1に記載のマトリクスアレイ光電子デバイス。
【請求項3】
前記垂直相互接続は、前記アクティブ構造を貫通する、請求項1または2に記載のマトリクスアレイ光電子デバイス。
【請求項4】
前記少なくとも1つの前記導電素子の少なくとも1つは、前記第1の電極のマトリクスアレイの内部に位置している基板領域に配置される、請求項3に記載のマトリクスアレイ光電子デバイス。
【請求項5】
各前記第1の電極に電気的に接続されて隣接している薄膜トランジスタ(TFT)をさらに備え、前記少なくとも1つの前記導電素子の少なくとも1つは、前記薄膜トランジスタの上方に配置されるが、前記トランジスタと直接電気的に接続されていない、請求項4に記載のマトリクスアレイ光電子デバイス。
【請求項6】
前記少なくとも1つの前記導電素子の少なくとも1つは、前記第1の電極中の開口部(O)に配置され、前記開口部は、前記第1の電極の面積の10%以下の面積を有する、請求項4に記載のマトリクスアレイ光電子デバイス。
【請求項7】
前記少なくとも1つの前記導電素子の少なくとも1つは、前記マトリクスアレイの少なくとも1つの前記第1の電極に取って代わる、請求項4に記載のマトリクスアレイ光電子デバイス。
【請求項8】
前記第1の電極は、前記基板上に堆積される第1の誘電体層(CDI)によって支持されるのに対して、前記少なくとも1つの前記導電素子の少なくとも1つは、前記第1の誘電体層の下方に配置される、請求項4に記載のマトリクスアレイ光電子デバイス。
【請求項9】
前記少なくとも1つの前記導電素子の少なくとも1つは、前記基板の周辺領域に配置され、前記周辺領域は、前記第1の電極のマトリクスアレイの外部に位置している、請求項3に記載のマトリクスアレイ光電子デバイス。
【請求項10】
前記少なくとも1つの前記垂直相互接続は、前記垂直相互接続に接続する前記導電素子を前記アクティブ構造から分離するように、前記導電素子よりも大きい横方向の広がりを有する、請求項3~9のいずれか一項に記載のマトリクスアレイ光電子デバイス。
【請求項11】
前記少なくとも1つの前記導電素子の少なくとも1つは、前記アクティブ構造から分離するように、第2の誘電体層(CD1、CD2)で覆われ、当該第2の誘電体層が前記垂直相互接続(IV)により貫通されている、請求項3~9のいずれか一項に記載のマトリクスアレイ光電子デバイス。
【請求項12】
前記少なくとも1つの前記導電素子の少なくとも1つは、前記電位差が前記第2の電極と前記第1の電極との間に印加されるとき前記垂直相互接続と前記アクティブ構造との間に電位障壁を出現させるように選択された値の仕事関数を有する材料から形成される、請求項3~9のいずれか一項に記載のマトリクスアレイ光電子デバイス。
【請求項13】
前記少なくとも1つの前記導電素子の少なくとも1つは、前記基板の周辺領域に配置され、前記周辺領域は前記第1の電極のマトリクスアレイの外部に位置しており、前記少なくとも1つの前記導電素子の少なくとも1つは、前記アクティブ構造によって覆われず、前記マトリクスアレイの少なくとも1つの縁部を縁取るバスを形成する、請求項1または2に記載のマトリクスアレイ光電子デバイス。
【請求項14】
前記少なくとも1つの前記導電素子の少なくとも1つは、前記基板の周辺領域に配置され、前記周辺領域は前記第1の電極のマトリクスアレイの外部に位置しており、前記少なくとも1つの前記導電素子の少なくとも1つは、前記アクティブ構造によって覆われず、前記マトリクスアレイの2つの連続的な縁部を縁取るバスを形成する、請求項1または2に記載のマトリクスアレイ光電子デバイス。
【請求項15】
前記導電素子(C2、C2、C2)は、前記第1の電極のマトリクスアレイを少なくとも部分的に取り囲む、請求項13または14に記載のマトリクスアレイ光電子デバイス。
【請求項16】
前記1つまたは複数の垂直相互接続および前記バスは、前記バスと前記第2の電極との間の電気抵抗が20Ω以下であるように寸法を決定される、請求項13~15のいずれか一項に記載のマトリクスアレイ光電子デバイス。
【請求項17】
他のバス(BI)によって互いに接続された複数の前記導電素子(C2)を備える、請求項1~16のいずれか一項に記載のマトリクスアレイ光電子デバイス。
【請求項18】
前記アクティブ構造は、前記第1の電極のマトリクスアレイの上方に連続的に延在し、少なくとも1つの有機材料を含有する少なくとも1つの層を備える、請求項1~17のいずれか一項に記載のマトリクスアレイ光電子デバイス。
【請求項19】
前記第2の電極は、PEDOTに基づいている、請求項18に記載のマトリクスアレイ光電子デバイス。
【請求項20】
前記少なくとも1つの前記垂直相互接続は、前記第2の電極と同じ材料でできている、請求項1~19のいずれか一項に記載のマトリクスアレイ光電子デバイス。
【請求項21】
前記アクティブ構造は、前記第2および第1の電極と相互に作用してフォトダイオードデバイスを形成し、したがって光検出器のマトリクスアレイを作成する、光変換構造である、請求項1~20のいずれか一項に記載のマトリクスアレイ光電子デバイス。
【請求項22】
X線撮像素子を形成するように、シンチレータ材料でできた層(SC)を同様に備え、前記層は前記第2の電極の上方に固定される、請求項21に記載のマトリクスアレイ光電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光検出器マトリクスアレイ(ピクセル化撮像素子)タイプのマトリクスアレイ光電子デバイスに関する。本発明は、より詳細には、間接的検出原理に基づき好ましくは有機半導体を使用した、放射線医学、非破壊試験または保安検査のための大面積マトリクスアレイX線撮像素子の製造に適用されるが、それだけに限らない。
【背景技術】
【0002】
一般に、間接X線検出の場合、シンチレータ(CsI:Tl、または酸硫化ガドリニウムもしくは「Gadox」)は、シンチレータがX線光子によって照射されるときシンチレータによって放出される可視光子を検出するパネルに、接着結合膜を介して結合される。
【0003】
このパネルは、最大数百万ピクセルを含むアクティブ・マトリクス・アレイから構成される。各ピクセルは、少なくとも1つのフォトダイオードおよび1つの薄膜トランジスタ(TFT)を備える。フォトダイオードは、それにバイアス電圧を印加することを可能にする2つの電極、すなわち、パネルの誘電体基板上に堆積される下部電極、および基板と反対側の上部電極を備える。各フォトダイオードの電極(通常、下部電極)は、行導体によってそのゲートが駆動される、薄膜トランジスタを通して列導体に接続される。列および行導体のネットワークは、それから、マトリクスアレイの外部に位置している接触再配線パッドに接続される。このように、適切な読取シーケンスで構成された回路基板に外部パッドを接続することによって、各ピクセルを個別に読み取り、したがって2次元(2D)画像を再構成することが可能である。もう1つの電極(通常、上部電極)は、すべてのピクセルに対して同じであるバイアス電圧に接続される。
【0004】
アクティブ・マトリクス・アレイは、無機または有機のフォトダイオードに基づき得るが、フォトダイオードは通常、ケイ素でできている。
【0005】
有機フォトダイオードは、一方で、湿式堆積技術のおかげで広いエリアにわたって作り出すことが可能であるという利点を有し、他方で、低いサーマルバジェットのみを要するという利点を有し、それにより、それらを多くの既存のマトリクスアレイ技術、すなわち、a-Si:H(アモルファスシリコン)、IGZO(インジウム-ガリウム-亜鉛酸化物)、OTFT(有機TFT)、CMOSなどで、および固い(ガラス)基板または可撓性(プラスチック)基板でハイブリッド形成する(に統合する)ことを可能にする。図1Aは、有機フォトダイオードのアクティブ・マトリクス・アレイの一部の断面図を示す。図で、参照符号Sは、誘電体である(または誘電体層で覆われた)基板を指定し、参照符号EIおよびESは、それぞれ、上部および下部のフォトダイオード電極を指定し、参照符号STAは、アクティブフォトダイオード構造(この場合、有機の、または、より一般に、少なくとも1つの有機材料を含有する少なくとも1つの層を備える、多層または層)を指定し、参照符号TFTは、薄膜トランジスタを指定する。アクティブ構造STAが連続的であってもよいように、フォトダイオードは必ずしも互いに物理的に分離される必要がないことに留意されたい。同様に、単一の上部電極ESを使用することが可能である。
【0006】
図1Bは、例えばケイ素でできている、無機フォトダイオードのアクティブ・マトリクス・アレイの一部の断面図を示す。今回は、フォトダイオードは互いに物理的に分離されなければならず、したがって、アクティブ構造STAおよび上部電極ESは両方とも不連続である。上部電極のさまざまな部分を確実に同じ電位とするために、それらは、一般に列導体に平行している金属バスBSによって、相互接続される。これらのバスは、少なくとも一端で互いに接続され、それから、1つまたは複数の接触再配線パッド(図4A図4E、参照符号PRCを参照のこと)を介して外部回路に接続される。
【0007】
以下に有機フォトダイオードのマトリクスアレイの場合を主に検討するが、本発明は、無機フォトダイオードの場合に同様に適用される。
【0008】
空間分解能を最大化するために、入射光は、一般に上部電極の側から到達し、したがって上部電極は、この光の波長において透明または半透明でなければならない。無機フォトダイオードの場合、バスBSは不透明であるが、入射光のごく一部だけを吸収するのに十分なほど狭い。
【0009】
有機フォトダイオードのレベルに結合されるアクティブ・マトリクス・アレイとの関連において、さまざまな半透明で導電性の上部電極構成が既に使用されている。
・半透明とするのに十分なほど薄い金属層(例えば、2nmのCa~10nmのAg)、しかしながら、得られる透過率はあまり満足がいくものではなく、通常60%未満である
・湿式処理によって堆積されたITO(インジウム-スズ酸化物)、しかしながら、得られる抵抗率はあまりにも高すぎる(約1MΩ/□)
・有機導体PEDOT:PSS(ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン):ポリ(スチレンスルホナート))、それが高い透過率(80%以上)を維持することが望ましい場合、抵抗率は高いままである(少なくとも50Ω/□)。
【0010】
無機フォトダイオードの場合、ITOでできた上部電極が最もよく使用される。再び、有機フォトダイオードの場合よりも低いとはいえ、抵抗率が高すぎる。
【0011】
PEDOT:PSSを使う構成は、特に有機フォトダイオードの場合、有利である。具体的には、上部電極のためにPEDOT:PSSを使用することにより、上部電極がアノードの役割を果たす、いわゆる逆構造を持つ有機フォトダイオードスタックを作り出すことが可能になる。このタイプの構造により、デバイスの安定性/信頼性を向上させることが可能になる。さらに、マトリクスアレイの上方にアノードを有することは、今日のX線検出器の読取電子装置が下部電極(カソード)からの電子および上部電極(アノード)からの正孔を収集するように構成される限りにおいて、X線検出器との関連で有利である。
【0012】
他方、PEDOT:PSSは、金属よりも高い抵抗率を有し、これは、場合によってはマトリクスアレイの読出しの間に画像中の偽信号の生成につながる。さらに、金属と比較してより高いこの抵抗率は、PEDOT:PSSの使用をもっぱら小面積のデバイスに限定する傾向があるが、大面積(100cm以上)のX線検出器が大いに必要性とされている。
【0013】
PEDOT:PSSをより大面積のデバイスで使用することを可能にするために、無機太陽電池から派生し、(大きなデバイス面積が必要である)有機太陽電池デバイスとの関連において同様に発展した、1つの解決策は、PEDOT:PSSよりも抵抗性の低い導電線のメッシュGRを使用することであり、上記メッシュはPEDOT:PSS層の表面の上、または下に置かれる(図2)。この場合、PEDOT:PSSを通して流れる電荷は、最も近いメッシュポイントに転送され、その電気抵抗がより低い限りにおいて、このメッシュポイントを通して流れることになる。上部電極の抵抗率を減少させるその能力に加えて、定義上空間的に局在化されるメッシュにより、接触再配線パッドとまったく同じように、上部電極を外部回路に接続することが可能になる。したがってメッシュは、二重の機能、上部電極の抵抗率を減少させる機能および上部電極を外部回路に接続する機能を有し得る。これらのメッシュは一般に、本質的に金属である。それらは、蒸着、スパッタリングもしくは電着によって、またはマイクロ流体で、またはスクリーン印刷による、例えばAgインクなどの、導電性インクの印刷によって、堆積させることができる。一般に、このメッシュは光に不透明な材料で作り出されるが、(材料を欠いた)多くの空いたゾーンを持つそのメッシュ構造は、上部電極が、それにより覆われるエリア上で平均して良好な透過率を維持することを可能にする。メッシュの導電線は、通常、幅においておよそ数ミクロン(μm)から数百ミクロンである。
【0014】
X線検出器の場合の上部電極にこのようなメッシュを使用することは不利である。具体的には、メッシュの導電線の寸法は、ピクセルの寸法と同じ規模である(約80~150μm)。したがって、メッシュによって占められたゾーンは、ある一定のピクセルを(完全にまたは部分的に)マスクすることになり、マトリクスアレイのエリアのある一定のゾーンを非アクティブにするという容認し難い結果をもたらす。これは図2の右手側に見ることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0015】
本発明は、従来技術の前述の欠点を克服することを目指す。より具体的には、それは、最大の透過率を維持しつつ、アクティブ・マトリクス・アレイの上部電極を作り出すために使用される透明導電材料(とりわけ、PEDOT:PSS、ITO)の抵抗率に起因する欠点を緩和することを目指す。今まで、X線撮像素子の場合だけを検討してきたが、問題は、(シンチレータを備えていない)光学撮像素子に同様に影響を与える。本発明によれば、この目的は、アクティブ構造の介在なしで基板によって支持された高導電性の(および場合によっては不透明な)「メッシュ」の使用によって達成される。このメッシュは、基板によって直接支持されてもよく、または(光の検出に直接関与せず、したがって「不感」帯を形成する)薄膜トランジスタの上方に完全にまたは部分的に位置してもよい。それは、アクティブ構造の下に、またはアクティブ構造が存在しないデバイスの周辺領域に位置してもよい。いずれにしても、それは、垂直相互接続によって透明上部電極に接続される。
【課題を解決するための手段】
【0016】
本発明の主題は、したがって、
- その表面の1つで、いわゆる下部電極のマトリクスアレイを支持する、電気絶縁性基板と、
- 下部電極の上記マトリクスアレイの上方に配置されたアクティブ構造であって、上記構造は光を検出するのに適している、アクティブ構造と、
- 上記アクティブ構造の上方に位置する少なくとも1つのいわゆる上部電極であって、上記上部電極はアクティブ構造によって放出されるまたは検出される光に対して透過的である、少なくとも1つのいわゆる上部電極と、
を備えるマトリクスアレイ光電子デバイスであって、
上記アクティブ構造の介在なしで基板によって支持され少なくとも1つの垂直相互接続によって上記上部電極に接続される、少なくとも1つの導電素子を同様に備え、上記導電素子は上記上部電極の電気抵抗率よりも低い電気抵抗率を有し、
上記または各上記垂直相互接続は、上部電極と少なくとも上記垂直相互接続に最も近い下部電極との間に、上記アクティブ構造が上記光を検出することを可能にする電位差を印加することによって、アクティブ構造を通した上記下部電極への寄生電荷の注入を防止する電位障壁が出現するように、選択された値の仕事関数を有する材料から形成される、
マトリクスアレイ光電子デバイスである。
【0017】
本発明の他の特徴、詳細および利点は、例として与えられる添付図面を参照してなされる説明を読めば明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0018】
図1A図1Aは、有機フォトダイオードのアクティブ・マトリクス・アレイの一部の断面図を示す。
図1B図1Bは、無機フォトダイオードのアクティブ・マトリクス・アレイの一部の断面図を示す。
図2図2は、PEDOT:PSS層の表面の上、または下に置かれる導電線のメッシュを示す。
図3-4E】図3および図4A図4Eは、本発明の第1の実施形態によるマトリクスアレイ光電子デバイスのさまざまな変形形態を示す。
図5A-5C】図5A図5Cは、本発明の第2の実施形態によるマトリクスアレイ光電子デバイスのさまざまな変形形態を示す。
図6A-6B】図6Aおよび図6Bは、本発明の第3の実施形態の1つの変形形態によるデバイスを示す。
図6C図6Cは、本発明の上記第3の実施形態の別の変形形態によるデバイスを示す。
図7A-7B】図7Aおよび図7Bは、本発明の上記第3の実施形態の別の変形形態によるデバイスを示す。
図7C図7Cは、本発明の上記第3の実施形態の別の変形形態によるデバイスを示す。
図8図8は、本発明の上記第3の実施形態の別の変形形態によるデバイスを示す。
図9A-9B】図9Aおよび図9Bは、本発明の上記第3の実施形態の別の変形形態によるデバイスを示す。
図10図10は、本発明の上記第3の実施形態のさらに別の変形形態によるデバイスを示す。
図11図11は、図6Aおよび図6Bのデバイスに基づくX線撮像素子を示す。
【発明を実施するための形態】
【0019】
図3は、本発明の第1の実施形態によるマトリクスアレイ光電子デバイスの断面図を示す。デバイスは、上述した、図1Aに例示されたものと類似の構造を有し、それは、マトリクスアレイを形成しているいわゆる下部電極EIが表面に堆積された、電気絶縁性(または誘電体層によって絶縁性にされた)基板Sと、電極に接続される薄膜トランジスタTFTと、下部電極のマトリクスアレイを覆っている有機フォトダイオードタイプのアクティブ構造STA(光変換層または構造)と、例えばPEDOT:PSSでできている、透明上部電極ESとを備える。それは、導電材料でできている垂直相互接続IVによって上部電極ESに電気的に接続される、基板Sの表面によって支持される導電素子C2の存在下で図1Aのデバイスと異なる。
【0020】
導電素子C2は、下部電極のマトリクスアレイMEIによって占められた外周を越えて位置しており、このマトリクスアレイの外周のすべてまたは一部を縁取る金属バスの形をとる。好ましくは、それは、マトリクスアレイMEIと接触再配線パッドPRCとの間に位置していてもよい(図4A図4E)。一般に、マトリクスアレイは長方形であるが、必ずしも長方形とは限らない。したがって、マトリクスアレイが長方形である場合、素子C2は、マトリクスアレイの少なくとも1つの側部のすべてまたは一部を縁取る(図4A)。好ましくは、それは、マトリクスアレイの2つの側部を縁取る(図4B)。ある一定の場合には、それは、マトリクスアレイの3つの側部を縁取ってもよく(図4C)、さらにはマトリクスアレイを完全に取り囲んでもよい(図4D)。好ましくは、バスC2は連続的であるが、バスC2は、それがそうである特定の必要性があるならば、局所的に不連続であってもよく、この場合、不連続なゾーンC2、C2、C2図4E)で電気的連続性を確実にするのは上部電極である。いずれにしても、バス/導電素子C2は、少なくとも1つの接触再配線パッドと電気的に接触し、それにより、上部電極に伝達される電圧を接触再配線パッドに印加することを可能にする。有利には、上部電極とバス/導電素子C2との間の電気抵抗(以下、単に「抵抗」ともいう)は、20Ω以下になる。
【0021】
284.16mm×230.88mmの面積のアクティブ・マトリクス・アレイを持つX線検出パネルに関して、バスC2は、有利にはL字型であり、すなわち、それはマトリクスアレイの2つの側部を縁取り、バスC2とPEDOT:PSS上部電極との間の接触の面積は、140mmから600mmの間に含まれる。好ましくは、この面積は520mmである。
【0022】
図3の実施形態で、垂直相互接続IVは、アクティブ構造STAの端面にわたって延在し、予防措置が講じられなければ、垂直相互接続から近傍の隣接する下部電極への電荷の寄生注入がアクティブ層を通して起こるおそれがある。これを回避するために、垂直相互接続が作られる材料に関して、すなわち、デバイスがその正常動作を確実にするようにバイアスされるとき(それがフォトダイオードの問題である場合逆バイアス、すなわちカソードが接地されてアノード電極に負バイアス)、電位障壁が垂直相互接続と構造STAとの間に生じ、垂直相互接続から上記構造STAへのキャリアの注入を防止するように、選択された仕事関数を有する材料を選択することが可能である。この障壁の高さは、少なくとも0.3eVでなければならず、好ましくは少なくとも0.5eVでなければならない。より具体的には、
- アクティブ構造STAがフォトダイオードを形成し、上部電極ESがこのフォトダイオードのアノードである場合、垂直相互接続とアクティブ構造との間の電位障壁は、上部電極が負にバイアスされて暗所にあるとき相互接続から多層構造への電子の注入を防止するのに十分大きくなければならない。
- アクティブ構造STAがフォトダイオードを形成し、上部電極ESがこのフォトダイオードのカソードである場合、垂直相互接続とアクティブ構造との間の電位障壁は、上部電極が正にバイアスされて暗所にあるとき相互接続から多層構造への正孔の注入を防止するのに十分大きくなければならない。
【0023】
これらの条件は、垂直相互接続が上部電極ESと同じ材料(例えば、PEDOT:PSS)から作られる場合自動的に満たされ、その解決策は、同様に、技術的観点から実施することが最も簡単である。
【0024】
変形形態として、または加えて、垂直相互接続は、例えばトレンチによって、または絶縁材料によって、アクティブ構造から物理的に分離してもよい。
【0025】
もちろん、次の条件は、短絡を回避するために同様に満たされなければならない。
- 素子C2は、下部電極EIと、または列および行導体と、直接電気的に接触してはならない、および
- 上部電極ESは、下部電極EIと、または列および行導体と、直接電気的に接触してはならない。
【0026】
これは、本発明のすべての実施形態に当てはまる。
【0027】
本発明のこの実施形態によるマトリクスアレイ検出器は、284.16mm×230.88mmサイズのアクティブ・マトリクス・アレイを含む(0.7×311.4×251.4mm)ガラスパネル上に作り出された。このマトリクスアレイは、ITOでできた表面を持つ下部電極EIにそれぞれが接続された、a-Si:H TFTから構成された。マトリクスアレイのピッチは148μmであった。その表面で、マトリクスアレイは、100nmのCrおよび20nmのITOの多層から構成されるL字型導電バスC2(図4Bを参照のこと)で2つの側部(行接触再配線パッドの側および列接触再配線パッドの側)に縁取りされた。Crは、バスの機械的接着およびバスの導電率を確実にしたのに対して、ITOは、上部電極との電気的接触を確実にした。バスの幅は1mmであり、列パッド側のLのアームは231mmの長さを有し、行パッド側のLのアームは290mmの長さを有した。バスは、マトリクスアレイの外部の接触再配線パッドに接続された。バスとマトリクスアレイの縁部との間の距離は3mmであった。ITOの仕事関数をカソードに適したレベルに減少させるために、30nmのZnOの層がマトリクスアレイの下部電極の表面にカソードスパッタリングによって堆積された。ZnOは、マトリクスアレイから0.5mm突出した。次に、アクティブ構造STAを形成する、光変換層が、スピンコーティングによって、1,2-ジクロロベンゼン溶媒中で堆積され、熱アニーリング後のその乾燥した厚さは、400nmであった。この層は、1:1の質量比を有する、電子供与体材料(PCPDTBTとして知られる、ポリ[2,1,3-ベンゾチアジアゾール-4,7-ジイル[4,4-ビス(2-エチルヘキシル)-4H-シクロペンタ[2,1-b:3,4-b’]ジチオフェン-2,6-ジイル]])と電子受容体材料([60]PCBMとして知られる、[6,6]-フェニル-C61-酪酸メチルエステル)とのナノ構造混合物であった。光変換層は、すべてのマトリクスアレイを覆い、ZnO層を1mm越えて止まった。上部電極ESを形成するように、PEDOT:PSS層がそれから光変換層の上にスピンコーティングによって堆積された。このPEDOT:PSS層は、300nmの厚さ、240Ω/□の抵抗率、および、CsI:TlまたはGadoxでできたシンチレータの放射に対応する、520nmの波長において92%の透過率を有した。PEDOT:PSSでできた上部電極ESは、Cr-ITOバスのそのために設けられた表面のすべてと接触した。バリア感圧接着剤(PSA)およびバリア膜から構成され75μmの総厚を有する封入が、それから、有機層(光変換層STA、および上部電極ESを形成するPEDOT:PSSの層)によって覆われたエリアのすべてを覆うように、PEDOT:PSSの表面に積層された。(厚さ30μmの)両面接着剤がバリア膜の表面に積層された。アルミニウム基板上にそのファイバが成長したCsI:Tlシンチレータが、それから、この接着剤の上に積層された。基板の縁部は、ケイ素含有接着剤のビーズを堆積させることによって不動態化された。パネルの2つの側部の接触再配線パッドは、デジタル画像を取得することを可能にするように、異方性導電膜(ACF)接着剤と組み合わせた可撓性コネクタを通して、マトリクスアレイを読み取るための電子装置を含むプリント回路基板(PCB)に接続された。
【0028】
図5A図5Cは、本発明の第2の実施形態の3つの変形形態によるマトリクスアレイ光電子デバイスの断面図を示す。図3の場合のように、垂直相互接続IVは、基板上に堆積され下部電極のマトリクスアレイの外部に位置している導電素子C2に、透明上部電極ESを接続する。しかしながら、図3の場合と対照的に、アクティブ構造STAは、導電素子C2を覆い、したがって垂直相互接続IVによって貫通される。
【0029】
この実施形態で、アクティブ構造STAの(基板に近い)下部と-上部電極ESの電位にある-導電素子C2との間の直接接触が、アクティブ層を通して、近傍の隣接する下部電極への寄生電流のフローを起こさないことを確実にすることが重要である。これは、具体的には、図5A図5Cで例示される、3つの方法で行うことができる。
【0030】
第1に、導電素子C2をアクティブ層STAから物理的に分離するように、(図3を参照して前述したように、寄生電荷の任意の注入を防止するように選択された仕事関数を有する)垂直相互接続IVを導電素子C2の絶縁されていない上面よりも広くすることができる。この可能性は、図5Aに例示される。
【0031】
第2に、導電素子C2をアクティブ構造STAから絶縁するように、誘電体層CD2が導電素子C2の上面を覆うことができる。この誘電体層は、垂直相互接続IVによって貫通される。この可能性は、図5Bに例示される。
【0032】
第3に、導電素子C2は、垂直相互接続の材料とまったく同じように、アクティブ構造STAとの電位障壁の出現を可能にするように選択される仕事関数を有する材料(例:上部電極ESがアノードの役割を果たす場合Au)で作ることができる。この可能性は、図5Cに例示される。
【0033】
図5A図5Cに例示される、本発明の第2の実施形態のこれらの3つの変形形態で、導電素子C2の縁部は、薄い誘電体層CD1で覆われており、それは必須ではないが、レベルC2がマトリクスアレイの最後の製造段階で作り出されないとき、一般に存在している。
【0034】
本発明のこの実施形態による、より正確には図5Bの構成における、マトリクスアレイ検出器は、284.16mm×230.88mmサイズのアクティブ・マトリクス・アレイを含む(0.7×311.4×251.4mm)ガラスパネル上に作り出された。このマトリクスアレイは、Crでできた表面を持つ下部電極EIにそれぞれが接続された、IGZO TFTから構成された。マトリクスアレイのピッチは80μmであった。その表面で、マトリクスアレイは、100nmのTiWおよび100nmのITOの多層から構成されるL字型導電バスC2で2つの側部(行接触再配線パッドの側および列接触再配線パッドの側)に縁取りされた。TiWは、バスの機械的接着およびその導電率を確実にし、ITOは、上部電極との電気的接触を確実にした。バスの幅は1mmであり、行パッド側のLのアームは231mmの長さを有し、行パッド側のLのアームは290mmの長さを有した。バスは、10か所で、マトリクスアレイの外部の接触再配線パッドに接続された。バスとマトリクスアレイの縁部との間の距離は2mmであった。上部電極との接触のために設けられたゾーンで、バスは、厚さ1μmの有機誘電体層CD2(ネガ型フォトレジストSU8)で覆われた。光変換層が、コーテイング工程で、メシチレン溶媒中で堆積され、熱アニーリング後のその乾燥した厚さは、200nmであった。この層は、1:2の質量比を有する電子供与体材料(RR-P3HTとして知られる、レジオレギュラーポリ(3-ヘキシルチオフェン))と電子受容体材料(ICBAとして知られる、ジ[1,4]メタノナフタレノ[1,2:2’,3’;56,60:2’’,3’’][5,6]フラーレン-C60-Ih)とのナノ構造混合物であった。光変換層は、すべてのマトリクスアレイと周辺バスの表面とを覆った。300μmの直径および同様に300μmの間隔を有しバスC2のITO層に通じる円形のビアが、上部電極と接触するように意図されたバス表面から光変換層およびSU8レジストのレーザアブレーション(248nmエキシマレーザ、450mJパルス)によって形成された。次に、上記上部電極ESを形成するように、PEDOT:PSS層が光変換層の上にスピンコーティングによって堆積された。PEDOT:PSS層は、300nmの厚さ、240Ω/□の抵抗率、および、CsI:TlまたはGadoxでできたシンチレータの放射に対応する、520nmの波長において92%の透過率を有した。PEDOT:PSSは、この目的で設けられたビアを通してTiW-ITOと接触した。バリア接着剤およびバリア膜から構成され75μmの総厚を有する封入が、有機層(光変換層、およびPEDOT:PSSの層)によって覆われたエリアのすべてを覆うように、PEDOT:PSSの表面に積層された。(厚さ30μmの)両面接着剤がバリア膜の表面に積層された。Gadoxシンチレータが、それから、この接着剤の上に積層された。基板の縁部は、シリコーンのビーズを堆積させることによって不動態化された。パネルの2つの側部の接触再配線パッドは、デジタル画像を取得することを可能にするように、ACF接着剤と組み合わせた可撓性コネクタを通して、マトリクスアレイを読み取るための電子装置を含むプリント回路基板(PCB)に接続された。
【0035】
図6A図10は、垂直相互接続IVがアクティブ構造STAを貫通し、下部電極EIおよびトランジスタTFTのアクティブ・マトリクス・アレイの内部に位置している1つまたは複数の導電素子C2と接触する、本発明の第3の実施形態のさまざまな変形形態を例示する。上で検討した実施形態のように、そのまたはそれぞれのバス/導電素子C2は、少なくとも1つの接触再配線パッドに電気的に接続され、それにより、バス/導電素子C2に電圧を印加することを可能にし、その電圧は上部電極に伝達される。上述した、垂直相互接続および導電素子C2からアクティブ構造へのキャリアの寄生注入を防止するように意図した予防措置は、同様に適用される。
【0036】
有利には、この実施形態は、マトリクスアレイのメッシュ、すなわち行および/または列のメッシュに従うメッシュを形成する複数の接続素子C2の使用に備える。好ましくは、垂直相互接続IVと接触している導電素子C2は、列に平行なバスBIによって互いに接続される。列に平行なこれらのバスは、それから、列の終端で互いに電気的に接続され、マトリクスアレイの周辺部で1つまたは複数の接触再配線パッドに接続される。バスは、マトリクスアレイの行および列から電気的に切り離される。それらは、ピクセルのパケットまたは行もしくは列のパケットを囲む。パケットが意味するものは、およそ1、10、100、1000、10000、100000、1000000、10000000またはより多くのピクセルまたは行もしくは列の群である。
【0037】
図6A(平面図)および図6B(A-Aに沿って切断された断面)は、素子C2がトランジスタTFTの上方に配置され、絶縁層CD2を作り出すために使用される同じものであってもよく、または異なる材料であってもよい、誘電体材料CD4によって、トランジスタTFTから、およびアクティブ構造STAから分離される場合を例示する。この実施形態は、アクティブ・マトリクス・アレイの有効面積、したがって光を発生させまたは検出する有効性を減少させないという利点を有する。この場合、各ピクセルと連携して最大1つの素子C2が存在し得るが、好ましくは、むしろ、100、1000、さらには10,000ピクセルまたはより多くのピクセルのパケット毎に1つの素子C2が存在することになる。
【0038】
図6Cは、図6Aおよび図6Bのデバイスに類似しているが、素子C2とアクティブ構造STAとの間の任意の直接接触を防止するために誘電体層CD3が使用されるデバイスを示す。このデバイスは、284.16mm×230.88mmサイズのアクティブ・マトリクス・アレイを含む(0.7×311.4×251.4mm)ガラスパネル上に作り出された。このマトリクスアレイは、表面がAlでできた下部電極EIにそれぞれが接続された、a-Si:H TFTから構成された。マトリクスアレイのピッチは150μmであった。導電素子C2の二次ネットワークがマトリクスアレイの内部に組み込まれた。このネットワークは、行および列に電気的に接続されなかったが、マトリクスアレイの外部の10個の接触再配線パッドに接続された。それは、列に平行なバスBIの形をとった。10列毎に1つのバスBIが存在し、各バスBIは、上部電極に100個の垂直相互接続IVによって接続された。ネットワークC2は、厚さ100nm/20nmのCr/ITO二層であった。導電素子C2を作り出すために、ピクセル中のTFTによって占められたエリアが使用された。接触再配線ゾーン専用の各Cr/ITOピクセル部分は、その後堆積される光変換層(アクティブ構造STA)との任意の直接接触を防止するために、厚さ500nmの誘電体レジストSU8(図で参照符号CD3)で不動態化された。次に、光変換層STAが、スピンコーティングによって、クロロベンゼン溶媒中で堆積され、熱アニーリング後にその乾燥した厚さは600nmであった。この層は、1:1の質量比を有する、電子供与体材料(PCDTBT)と電子受容体材料([60]PCBM)とのナノ構造混合物であった。各素子C2のITOと上部電極との間の電気的接触を形成することを可能にするために、光変換層およびSU8誘電体レジストを貫通するビアがレーザアブレーション(248nmエキシマレーザ、450mJパルス)によって形成された。次に、上部電極ESを形成するPEDOT:PSS層が光変換層の上にスロットダイコーティングによって堆積された。PEDOT:PSS層は、1.1μmの厚さ、50Ω/□の抵抗率、および、CsI:TlまたはGadoxでできたシンチレータの放射に対応する、520nmの波長において73%の透過率を有した。PEDOT-PSSは、ビアを通して素子C2と接触した。バリアPSAおよびバリア膜から構成され75μmの総厚を有する封入が、有機層(光変換層、およびPEDOT:PSSの層)によって覆われたエリアのすべてを覆うように、PEDOT:PSSの表面に積層された。(厚さ30μmの)両面接着剤がバリア膜の表面に積層された。アルミニウム基板上にそのファイバが成長したCsI:Tlシンチレータが、それから、この接着剤の上に積層された。基板の縁部は、シリコーンのビーズを堆積させることによって不動態化された。パネルの2つの側部の接触再配線パッドは、デジタル画像を取得することを可能にするように、ACF接着剤と組み合わせた可撓性コネクタを通して、マトリクスアレイを読み取るための電子装置を含むプリント回路基板(PCB)に接続された。図7A(平面図)および図7B(A-Aに沿って切断された断面)は、素子C2が下部電極EI中の開口部Oに配置される場合を例示する。この開口部は、好ましくは、下部電極の面積の10%以下の面積を占める。図7Bは、上部電極ESを素子C2に接続する垂直相互接続IVが、この素子とアクティブ構造STAとの間の任意の接触を防止するのに十分広いことを示す。素子C2を互いに接続している相互接続バスBIは埋め込まれ、それらが基板S上に直接堆積されるのに対して、下部電極EI、素子C2およびアクティブ構造STAは、基板S上に堆積された誘電体層CDIの上方に作り出される。垂直相互接続IV2は、素子C2をバスBIに接続するために誘電体層を貫通する。図6A図6Cの場合のように、各ピクセルと連携して最大1つの素子C2が存在し得るが、好ましくは、むしろ、1000、さらには10,000ピクセルまたはより多くのピクセルのパケット毎に1つの素子C2が存在することになる。上部電極と接触再配線パッドとの間の抵抗は、素子C2の数が増加するにつれて減少するが、各素子C2は、下部電極のエリアを侵害し、したがってマトリクスアレイデバイスが光を発生させまたは検出する有効性を減少させる。
【0039】
図7Cは、図7Aおよび図7Bのデバイスに類似し、素子C2とアクティブ構造STAとの間の任意の直接接触を防止するために誘電体層CD3が使用されるデバイスを示す。
【0040】
図8は、導電素子C2の余地を残すためにアクティブ・マトリクス・アレイの1つまたは複数の下部電極EIが「犠牲にされる」場合に関する。図に例示された実施例では、1つの隔離された導電素子C2が1つの電極EIに取って代わっており、他の場合では、複数の導電素子が複数の連続的な電極EIに取って代わることができる。通常、1000、さらには10,000ピクセルまたはより多くのピクセルのパケット毎に、1つまたは複数の連続的な素子C2によって形成される、1つの接触ゾーンが存在することになる。上部電極と接触再配線パッドとの間の抵抗は、素子C2の数が増加するにつれて減少するが、各素子C2は、1つの下部電極に取って代わり、したがってマトリクスアレイデバイスが光を発生させまたは検出する有効性を減少させる。マトリクスアレイのこれらの「デッド」ピクセルが画像に現れるのを防止するために、ソフトウェア補正が場合によっては有利に画像の後続の処理で適用されることになる。これらのタイプの補正は、当業者に知られている。例えば、犠牲にされたピクセルは、その最近傍で読み取られた電流レベルの平均に対応する電流レベルを有する人工ピクセルで置き換えることができる。
【0041】
このタイプのマトリクスアレイデバイスは、284.16mm×230.88mmサイズのアクティブ・マトリクス・アレイを含む(0.7×311.4×251.4mm)ガラスパネル上に作り出された。このマトリクスアレイは、表面がFTO(フッ素ドープ酸化スズ)でできた下部電極EIにそれぞれが接続された、a-Si:H TFTから構成された。マトリクスアレイのピッチは150μmであった。素子C2および相互接続バスBIから形成される二次ネットワークがマトリクスアレイの内部に組み込まれた。上記バスは列に平行であり、各バスは、上部電極に垂直相互接続によって接続された。各素子C2は、アクティブ・マトリクス・アレイの1つの電極に取って代わり、したがって1つのピクセルを犠牲にすることを必要とした。素子C2およびバスBIは、厚さ100nm/20nmのCr/ITO二層から形成された。次に、光変換層STAが、スピンコーティングによって、クロロベンゼン溶媒中で堆積され、熱アニーリング後のその乾燥した厚さは、600nmであった。この層は、1:1の質量比を有する、電子供与体材料(PCDTBT)と電子受容体材料([60]PCBM)とのナノ構造混合物であった。素子C2のITOと上部電極との間の接触のゾーンを形成することを可能にするために、各犠牲ピクセルにビアが開けられた。アクティブ構造へのキャリアの寄生注入を回避するために、ビアのエリアは素子C2の非不動態化エリアよりも大きかった。ビアは光変換層を貫通した。ビアは、参照番号OSCoR4000の下でOrthogonalによって販売されるフッ素含有レジストを使用して、フォトリソグラフィによって作り出された。ビアは、プラズマ中で光変換層をエッチングすることによって開けられた(80mT、100sccmO、400W、1000s)。レジストは、それから、特定の溶媒(剥離液)中で除去された。次に、上部電極を形成するように、PEDOT:PSS層が光変換層の上にスロットダイコーティングによって堆積された。PEDOT:PSS層は、1.1μmの厚さ、50Ω/□の抵抗率、および、CsI:TlまたはGadoxでできたシンチレータの放射に対応する、520nmの波長において73%の透過率を有した。PEDOT-PSSは、ビアを通して導電素子C2と接触した。バリア接着剤および薄いガラスから構成され65μmの総厚を有する封入が、有機層(光変換層、およびPEDOT:PSSの層)によって覆われたすべてのエリアを覆うように、PEDOT:PSSの表面に積層された。(厚さ30μmの)両面接着剤がバリア膜の表面に積層された。アルミニウム基板上にそのファイバが成長したCsI:Tlシンチレータが、それから、これの上に積層された。基板の縁部は、シリコーンのビーズを堆積させることによって不動態化された。パネルの2つの側部の接触再配線パッドは、デジタル画像を取得することを可能にするように、ACF接着剤と組み合わせた可撓性コネクタを通して、マトリクスアレイを読み取るための電子装置を含むプリント回路基板(PCB)に接続された。図9A(平面図)および図9B(A-Aに沿って切断された断面)は、素子C2が下部電極の面積の-好ましくは、20%さらには10%以下の-部分を侵害する場合を例示する。より具体的には、素子C2は、下部電極の縁部に位置している開口部Oを占める。
【0042】
図6A図6Cおよび図7A図7Cの場合のように、各ピクセルと連携して最大1つの素子C2が存在し得るが、好ましくは、むしろ、1000、さらには10,000ピクセルまたはより多くのピクセルのパケット毎に1つの素子C2が存在することになる。上部電極と接触再配線パッドとの間の抵抗は、素子C2の数が増加するにつれて減少するが、各素子C2は、下部電極のエリアを侵害し、したがってマトリクスアレイデバイスが光を発生させまたは検出する有効性を減少させる。
【0043】
図9Bは、導電素子C2(および、示されていない、相互接続バスBI)が埋め込まれることを示し、それらが基板S上に直接堆積されるのに対して、下部電極EIおよびアクティブ構造STAは、基板S上に堆積される誘電体層CDIの上方に作り出される。トランジスタTFTは、それぞれの電極EIのエリアを侵害しないように、それぞれの電極EIの下で、基板上に直接作り出される。
【0044】
このタイプのマトリクスアレイデバイスは、284.16mm×230.88mmサイズのアクティブ・マトリクス・アレイを含むPETでできた(0.125×311.4×251.4mm)プラスチック基板を持つパネル上に作り出された。このマトリクスアレイは、表面がAZO(アルミニウムドープ酸化亜鉛)でできた下部電極EIにそれぞれが接続された、有機TFT(OTFT)から構成された。マトリクスアレイのピッチは150μmであった。素子C2およびバスBIから形成される二次ネットワークがマトリクスアレイの内部に組み込まれた。このネットワークは、行および列に電気的に接続されなかったが、マトリクスアレイの外部の4つの接触再配線パッドに接続された。バスBIは、列に平行であり、100列毎に1つが存在し、それぞれが上部電極に3つの垂直相互接続IVによって接続された。素子C2およびバスBIは、厚さ100nmのAu層から形成された。前述のように、それらは、フォトダイオードのAZO下部電極のレベルより下のレベルに位置し、2つのレベルは、厚さ4μmのSU8レジストでできた緩衝層CDIによって分離された。有利には、TFTのソース-ドレイン電極(またはゲート電極)は、同じレベルで作り出される。素子C2とPEDOT:PSSでできた上部電極ESとの間の垂直相互接続IVを作り出すために、フォトダイオードのAZO下部電極によって占められたパネルのエリアの一部を侵害することが必要であった。次に、光変換層STAが、ススプレーコーティングによって、クロロベンゼン溶媒中で堆積され、熱アニーリング後にその乾燥した厚さは800nmであった。この層は、1:2の質量比を有する、電子供与体材料(PBDTTT-Cとして知られる、ポリ[(4,8-ビス-(2-エチルヘキシロキシ)-ベンゾ(1,2-b:4,5-b’)ジチオフェン)-2,6-ジイル-アルト-(4-(2-チルヘキサノイル)-チエノ[3,4-b]チオフェン)-2-6-ジイル)])と電子受容体材料([70]PCBMとして知られる、[6,6]-フェニル-C71-酪酸メチルエステル)とのナノ構造混合物であった。素子C2のAuと上部電極との間の電気的接触を形成することを可能にするために、ビアが開けられた。ビアは、光変換層およびSU8誘電体レジストを貫通した。ビアは、24nmの波長およびパルス毎に450mJのエネルギーを持つエキシマレーザを使用したレーザアブレーションによって製造された。次に、上部電極を形成するために、Agナノワイヤと混合されたPEDOT:PSS層が光変換層の上にドクターブレードを使用して堆積された。Agナノワイヤと混合されたPEDOT:PSS層は、4μmの厚さ、230Ω/□の抵抗率、および、CsI:TlまたはGadoxでできたシンチレータの放射に対応する、520nmの波長において88%の透過率を有した。PEDOT:PSSは、ビアを通して素子C2と接触した。バリアPSAおよびバリア膜から構成され50μmの総厚を有する封入が、それから、有機層(光変換層、およびPEDOT:PSSの層)によって覆われたエリアのすべてを覆うように、PEDOT:PSSの表面に積層された。(厚さ30μmの)両面接着剤がバリア膜の表面に積層された。Gadoxシンチレータが、それから、この接着剤の上に積層された。基板の縁部は、シリコーンビーズを堆積させることによって不動態化された。パネルの2つの側部の接触再配線パッドは、デジタル画像を取得することを可能にするように、ACF接着剤と組み合わせた可撓性コネクタを通して、マトリクスアレイを読み取るための電子装置を含むプリント回路基板(PCB)に接続された。上部電極は、多層構造の形で同様に作り出すことができる。図10は、2つの層、ES1およびES2で構成された上部電極を有する(導電素子C2が下部ピクセル電極に取って代わる)図8におけるタイプのデバイスの断面図を示す。
【0045】
このタイプのマトリクスアレイデバイスは、284.16mm×230.88mmサイズのアクティブ・マトリクス・アレイを含む(0.7×311.4×251.4mm)ガラスパネル上に作り出された。このマトリクスアレイは、表面がFTO(フッ素ドープ酸化スズ)でできた下部電極EIにそれぞれが接続された、a-Si:H TFTから構成された。マトリクスアレイのピッチは150μmであった。素子C2およびバスBIから形成される二次ネットワークがマトリクスアレイの内部に組み込まれた。このネットワークは、行および列に電気的に接続されなかったが、マトリクスアレイの外部の4つの接触再配線パッドに接続された。バスBIは、列に平行であり、100列毎に1つが存在し、それぞれが上部電極に3つの垂直相互接続IVによって接続された。垂直相互接続を作り出すために、単一下部ピクセル電極を犠牲にすることが必要であった。素子C2および相互接続バスは、厚さ100nm/20nmのCr/ITO二層から形成された。次に、光変換層が、スピンコーティングによって、クロロベンゼン溶媒中で堆積され、熱アニーリング後のその乾燥した厚さは、600nmであった。この層は、1:1の質量比を有する、電子供与体材料(PCDTBT)と電子受容体材料([60]PCBM)とのナノ構造混合物であった。厚さ100nmのPEDOTの第1の層ES1が、スピンコーティングによって、光変換層の上に堆積された。この層は、二重の機能を有した。一方では、それは上部電極の一部を形成し、他方では、それはビアの製造の間に光変換層を保護するための緩衝層として役立った。これらのビアは、素子C2のITOと上部電極の第2の層との間の接触のゾーンを形成することを可能にするために、各犠牲ピクセルに開けられた。アクティブ構造へのキャリアの寄生注入を回避するために、ビアのエリアは(Cr/ITO)素子C2の非不動態化エリアよりも大きかった。ビアは、光変換層および第1のPEDOT層を貫通した。ビアは、参照番号OSCoR4000の下でOrthogonalによって販売されるフッ素含有レジストを使用して、フォトリソグラフィによって製造された。ビアは、プラズマ中で光変換層をエッチングすることによって開けられた(80mT、100sccmO、400W、1000s)。レジストは、それから、特定の溶媒(剥離液)中で除去された。次に、第2の導電レベルES2が、200nmの厚さ、20Ω/□の抵抗率、および、CsI:TlまたはGadoxでできたシンチレータの放射に対応する、520nmの波長において90%よりも高い透過率を有するITO層をスパッタリングすることによって堆積された。第2のPEDOT:PSS層は、ビアを通して素子C2と接触した。バリア接着剤および薄いガラスから構成され65μmの総厚を有する封入が、有機層(光変換層、およびPEDOT:PSSの層)によって覆われたすべてのエリアを覆うように、PEDOT:PSSの表面に積層された。(厚さ30μmの)両面接着剤がバリア膜の表面に積層された。アルミニウム基板上にそのファイバが成長したCsI:Tlシンチレータが、それから、この接着剤の上に積層された。基板の縁部は、シリコーンのビーズを堆積させることによって不動態化された。パネルの2つの側部の接触再配線パッドは、デジタル画像を取得することを可能にするように、ACF接着剤と組み合わせた可撓性コネクタを通して、マトリクスアレイを読み取るための電子装置を含むプリント回路基板(PCB)に接続された。
【0046】
図11は、ただ実例として、放射線医学用のX線撮像素子を作り出すために、X線放射RXによって照射されるとき光を放出するシンチレータSCがその上部電極に付加された、図6Aおよび図6Bにおけるタイプのマトリクスアレイデバイスの断面図を示す。
【0047】
本発明の複数の変形形態が可能である。
【0048】
導電素子C2の数および寸法は、変更することができる。これらの素子がアクティブ・マトリクス・アレイの内部にあるとき、それらの単一面積は、通常20μmから0.25mmの間に含まれる。これらの素子が下部ピクセル電極に取って代わる場合、好ましくはマトリクスアレイの周辺ピクセルを犠牲にすることになる。
【0049】
(例えばPEDOT:PSSでできた)上部電極と素子C2との間の接触抵抗は、この接触と関連付けられた抵抗降下を最小化するために可能な限り小さくなければならない。接触抵抗は、好ましくは100Ω・cmよりも低く、より好ましくは5Ω・cmよりも低い。素子C2は、任意のタイプの導体、すなわち金属(Al、Cu、Ni、Ag、Au、Pt、Cr、Ti、TiWなど)、透明導電性酸化物(ITO、IZO、GZO、AZO、FTOなど)、金属ナノワイヤ(Ag、Auなど)、カーボンナノチューブ、グラフェンなどで作り出すことができる。それらは、これらの材料の混合物または積重ねで作ることができる。
【0050】
より具体的に透明導電性酸化物に関しては、これらの材料に適した堆積プロセスが有機アクティブ構造を劣化させることになるという本質的なリスクのために、上部電極を作り出すための透明導電性酸化物の使用は一般に回避するべきであることに留意するべきであり、これがPEDOT:PSSなどのより少数の導電材料が使用される理由である。それと対照的に、素子C2を作り出すための透明導電性酸化物の使用には欠点がない、そのうえ、アクティブ半導体構造上に堆積された導電性酸化物が非常に抵抗性であるのに対して、それらが絶縁性基板上に堆積されるとき、それらの導電率は、より良好である。
【0051】
層の積重ねの場合、ある一定の層が接着特性(Ti、Crなど)、伝導特性(Al、Cu、Au、Agなど)または上部電極との界面(Au、ITOなど)などを提供し得る。相互接続バスBIは、同じ材料から作り出される。それらの厚さは1nmから数十ミクロンに及ぶ場合がある。好ましくは、バスは6nmから20μmの厚さを有する。一般に、バスが真空蒸着金属であるとき、それは20nmから300nmの間に含まれる厚さを有する。
【0052】
各素子C2と上部電極との界面は、好ましくは、上部電極と良好な電気的接触をなす材料によって確実にされることになる。良好な接触が意味するものは、可能な限り低い抵抗を有する接触である。この目的で界面材料、ITO、Au、Ag、PtおよびPdなどの金属が、PEDOT:PSSでできた上部電極の場合に選択される可能性が高い。好ましくは、界面層はAuで作られることになる。この界面層は、場合によっては1nmから数μmに及ぶ厚さを有することになる。それは、場合によっては、印刷、電着、真空蒸着、真空スパッタリングなどによって堆積されることになる。
【0053】
素子C2の抵抗率は、最大で上部電極に使用されるPEDOT:PSS層の抵抗率に等しく、好ましくは少なくとも10倍、さらには少なくとも100倍、上部電極に使用されるPEDOT:PSS層の抵抗率よりも低い。
【0054】
ある一定の実施形態(図5B図6C図7C)で、アクティブ構造へのキャリアの寄生注入を防止するために誘電体層CD3が使用される。この層は、無機、有機もしくはハイブリッドの(有機-無機)誘電体、またはこれらのタイプの材料の積重ねもしくは混合物から形成することができる。一般に、誘電体は、原子層堆積(ALD)(Al、ナノラミネート、ZrOなど)によって、スパッタリングもしくは蒸着(SiN、SiON、SiNx、SiOx、パリレンなど)によって、または湿式処理(S1818、SU8またはBCBフォトレジストリソグラフィ、CYTOP(登録商標)、ポリスチレン、環状オレフィンポリマー、PMMAなどの絶縁ポリマーなど)によって、堆積される層とすることができる。それは、同様に、素子C2の表面の自己組織化層(SAM)(例えば、オクタデシルトリクロロシラン)とすることができる。誘電体層の厚さは、通常0.5nmから20μmの間に含まれる。
【0055】
他の実施形態(図5C)で、アクティブ構造へのキャリアの寄生注入は、素子C2における、アクティブ層への寄生電荷の注入を防止するように選択された仕事関数を有する材料の使用によって回避される。デバイスがその正常動作を確実にするようにバイアスされるとき(アノード電極を介してバイアスされるフォトダイオードの場合負バイアス)、素子C2とアクティブ構造STAとの間に、素子C2から上記構造STAへのキャリアの注入を防止する電位障壁が生じる。この障壁の高さは、少なくとも0.3eVでなければならず、好ましくは少なくとも0.5eVでなければならない。より具体的には、
- アクティブ構造STAがフォトダイオードを形成し、上部電極ESがこのフォトダイオードのアノードである場合、素子C2とアクティブ構造との間の電位障壁は、上部電極が負にバイアスされて暗所にあるとき相互接続から多層構造への電子の注入を防止するのに十分大きくなければならない。
- アクティブ構造STAがフォトダイオードを形成し、上部電極ESがこのフォトダイオードのカソードである場合、素子C2とアクティブ構造との間の電位障壁は、上部電極が正にバイアスされて暗所にあるとき相互接続から多層構造への正孔の注入を防止するのに十分大きくなければならない。
【0056】
接触ゾーンを作成することを可能にするために、上部電極と素子C2との間のレベルにビアが作成される。これらのビアは、ドライエッチング(プラズマエッチング)もしくはウェットエッチング(溶解)技術と組み合わせたフォトリソグラフィ、レーザアブレーション(248nmにおけるエキシマレーザ、308nmにおけるエキシマレーザ、532nmにおけるYAGレーザ、1064nmにおけるYAGレーザ)、機械的打抜き、またはこれらのさまざまな技術の組合せなどの、マイクロエレクトロニクス分野で使用される技術を使用して製造される。それらは、文献仏国特許第2925222号明細書に説明された方法または当業者に既知の任意の他の技術を使用して同様に製造することができる。ビアのサイズは、1μmから数mmに及ぶ。一般に、ビアの面積は、およそ100μmから25000μmである。
【0057】
アクティブ構造STAは、有機もしくは無機材料で、またはハイブリッド有機-無機混合物でできた層、または有機および/もしくは無機および/もしくはハイブリッド層の積重ねとすることができる。それは、20nmから3mmの間の厚さを有する。X線の間接的検出の場合、それは、およそ50nmから2μmの厚さを有する。好ましくは、この構造は、例えば、2つの有機半導体、電子供与体(RR P3HT、PCDTBT、PCPDTBT、PTAAなど)および電子受容体(C60、C70、60PCBM、70PCBM、80PCBM、ICBA、アセンジイミドの誘導体、P(NDI2HD-T)など)のナノ構造混合物である。それは、湿式処理によって、または印刷技術(インクジェット印刷、スクリーン印刷、スピンコーティング、ドクターブレードコーティング、スロットダイコーティング、グラビア印刷、フレキソ印刷、吹付けなど)を使用して、堆積することができる。それは、同様に、有機-無機メチルアンモニウム鉛ハライドペロブスカイトの層の問題とすることができる。それは、湿式処理によって、または印刷技術(スクリーン印刷、スピンコーティング、ドクターブレードコーティング、スロットダイコーティング、吹付けなど)を使用して、堆積することができる。電極の仕事関数を固定するための層または正孔阻止層および電子阻止層などの界面層は、光変換層と2つの(上部および下部)電極との間に挿入することができる。
【0058】
上部電極ESは、有利にはPEDOT:PSSに基づいているが、同様に、ドーパントのタイプ、ドーパントの比率、それらのモル質量、それらの高分子構造、それらが含有する添加物、溶媒または充填剤、などの特性において異なる、PEDOTに基づく他の材料の層または多層から構成することができる。この層は、厚さおよそ1nmから10μmであり、湿式処理によって、または印刷技術(インクジェット印刷、スクリーン印刷、スピンコーティング、ドクターブレードコーティング、スロットダイコーティング、グラビア印刷、フレキソ印刷、吹付けなど)を使用して、堆積することができる。層は、有利には、70Ω/□の導電率および520nmの波長における83%の透過率に対して、300nmの厚さを有する。
【0059】
上部電極がPEDOTに基づいていない1つまたは複数の他の材料でできているとき、本発明は同様に適用可能である。これらの材料は、ポリアニリン(PANI)、透明導電性酸化物(ITO、AZO、GZOなど)、金属酸化物に基づく三層(MoOx/Ag/MoOxなど)、導電性ナノワイヤ(Ag、Cu、Auなど)のネットワーク、カーボンナノチューブのネットワーク、グラフェン、Ag、Au、Alなどの薄い金属(1nmから20nm)とすることができる。
【0060】
下部電極は、好ましくは、0.25mm以下の面積を持つ、さまざまな寸法および形状を有し得るピクセルを画定する。
図1A
図1B
図2
図3-4E】
図5A-5C】
図6A-6B】
図6C
図7A-7B】
図7C
図8
図9A-9B】
図10
図11