一種光伏型反射式液晶空間光調(diào)制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于液晶器件領(lǐng)域，具體設(shè)及一種光伏型反射式液晶空間光調(diào)制器。
【背景技術(shù)】
[0002] 空間光調(diào)制器是利用電或光信號(hào)在時(shí)間空間上控制另外光源的振幅、相位或行進(jìn) 方向等傳播狀態(tài)的裝置?？臻g光調(diào)制器是構(gòu)成實(shí)時(shí)光學(xué)信息處理、光計(jì)算和光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 等系統(tǒng)的基本構(gòu)造單元，在信息光學(xué)研究中發(fā)揮重要作用并有著廣泛應(yīng)用?？臻g光調(diào)制器 的研究和性能對(duì)其應(yīng)用領(lǐng)域研究的進(jìn)展具有重要影響。對(duì)空間光調(diào)制器的要求包括:高的 空間分辨率、高的響應(yīng)速度、高的對(duì)比度、低的開關(guān)功耗和豐富的灰度等級(jí)。
[0003] 按照編址方式，空間光調(diào)制器分為光尋址的空間光調(diào)制器和電尋址的空間光調(diào)制 器。尋址是指，把寫入光或?qū)懭胄盘?hào)含有控制調(diào)制器各個(gè)像素的信息分別傳送到相應(yīng)像素 位置的過程。如果采用寫入光實(shí)現(xiàn)，稱為光尋址，采用寫入電信號(hào)，稱為電尋址。相比于電尋 址，光尋址在時(shí)間上所有像素的尋址是同時(shí)完成的，所W光尋址是一種并行尋址方式，其特 點(diǎn)是尋址速度最快，而且像素大小原則上只受尋址光學(xué)成像系統(tǒng)的分辨率的限制。此外，電 尋址是通過條狀電極傳遞信息，由于電極本身不透明，所W像素的有效通光面積和像素總 面積之比一一開口率較低，光能利用率不高。
[0004] 光尋址空間光調(diào)制器(0ASLM)是一種可W根據(jù)輸入的寫入圖像調(diào)制讀出光束特性 的光電轉(zhuǎn)換器件，作為光信息處理等應(yīng)用中的關(guān)鍵器件，可W完成二維圖像的波長轉(zhuǎn)換、非 相干-相干圖像轉(zhuǎn)換和圖像增強(qiáng)等多種功能。光尋址空間光調(diào)制器(0ASLM)通常W液晶層作 為光調(diào)制材料，光敏層吸收寫入光圖像并產(chǎn)生相應(yīng)空間變化的電場(chǎng)分布，調(diào)制層則可根據(jù) 電場(chǎng)分布實(shí)現(xiàn)對(duì)讀出光的調(diào)制。
[000日]液晶空間光調(diào)制器(SLM，Spatial li曲t modulator)中液晶分子具有液體的流動(dòng) 性且具有介電各向異性和電導(dǎo)各向異性的電學(xué)特性，故而在外電場(chǎng)的作用下液晶分子排列 狀態(tài)也隨之發(fā)生變化。又因?yàn)橐壕Х肿拥墓鈱W(xué)特性也是各向異性的從而使得整個(gè)液晶盒的 光學(xué)效應(yīng)隨之改變。此外由于液晶分子的雙折射特性，使得液晶盒呈現(xiàn)出光散射、光干設(shè)和 旋光等特殊的光學(xué)特性。因?yàn)橐壕Э臻g光調(diào)制器具有高雙折射、寬帶寬及工作電壓較低的 特性，液晶空間光調(diào)制器已被廣泛用于顯示和光子學(xué)領(lǐng)域，如可用于進(jìn)行時(shí)間復(fù)用動(dòng)態(tài)掃 描3D電影顯示、自適應(yīng)光波前校正或是作為頻譜濾波的衍射光學(xué)元件等。
[0006] 基于光尋址的液晶空間光調(diào)制器的一個(gè)重要性能指標(biāo)是分辨率，而決定其分辨率 的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)取決于光敏層。現(xiàn)有技術(shù)中液晶光閥的光敏層材料為單一的半導(dǎo)體材料，例如： 0(15、(3-51、850、6曰43和曰-51:山但上述光敏層材料存在光響應(yīng)時(shí)間長、載流子遷移率低等缺 點(diǎn)，運(yùn)影響了液晶空間光調(diào)制器的分辨率，難W滿足液晶空間光調(diào)制器高分辨的要求。因此 大幅度提高液晶空間光調(diào)制器的分辨率便顯得非常重要，也需要亟待解決。
[0007] 文獻(xiàn)："朱振才秦偉芳陳杰等.鐵電液晶空間光調(diào)制器氨化非晶娃薄膜p-i-n光敏 層的研究[J].紅外與毫米波學(xué)報(bào)，1996,15(1): 18-22"中提出η型滲雜的氨化非晶娃薄膜P- i-n光電二極管作為光敏層用W提高光敏層的響應(yīng)速度。上述p-i-n光電二極管是在透明電 極上依次淀積棚滲雜的p層、本征層i和憐滲雜的η層，形成p-i-n結(jié)構(gòu)。該文獻(xiàn)中所提到的結(jié) 構(gòu)中光生載流子的方向受到的限制比較少，方向比較分散，運(yùn)會(huì)降低光生載流子的傳輸效 率，從而影響液晶空間光調(diào)制器的分辨率;再者，該結(jié)構(gòu)對(duì)于非晶娃的禁帶寬度可調(diào)范圍較 小從而使得光譜響應(yīng)變化范圍窄;此外，該結(jié)構(gòu)的制備工藝復(fù)雜、成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種采用P型滲雜的娃納米線與η 型滲雜的氨化非晶娃薄膜形成的復(fù)合納米結(jié)構(gòu)作為光敏層的光伏型反射式液晶空間光調(diào) 制器，本發(fā)明具有提高分辨率、光譜響應(yīng)范圍可調(diào)控、光響應(yīng)度及靈敏度更高等優(yōu)點(diǎn)。
[0009] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0010] -種光伏型反射式液晶空間光調(diào)制器，包括平行相對(duì)設(shè)置的第一玻璃基片和第二 玻璃基片，第一玻璃基片和第二玻璃基片相向側(cè)分別沉積有第一透明導(dǎo)電薄膜層和第二透 明導(dǎo)電薄膜層從而形成第一導(dǎo)電玻璃和第二導(dǎo)電玻璃，第一導(dǎo)電玻璃與第二導(dǎo)電玻璃之間 依次設(shè)有光敏層、阻光層、介質(zhì)反射鏡、第一取向?qū)?、液晶層及第二取向?qū)?所述光敏層結(jié)構(gòu) 為Ρ型滲雜的娃納米線和沉積于娃納米線陣列上的η型滲雜的氨化非晶娃薄膜形成的復(fù)合 納米結(jié)構(gòu)，所述娃納米線垂直于第一透明導(dǎo)電薄膜層排列。
[0011] 所述光敏層的厚度為2皿-6皿;其中，所述Ρ型滲雜的娃納米線長度為1皿~4皿，直 徑約為80nm~150nm，所述η型滲雜的氨化非晶娃薄膜厚度為1皿~2皿。
[0012] 所述阻光層材料可W為蹄化儒、非晶碳、氨化非晶錯(cuò)娃、氨化微晶娃或氨化納米晶 娃，其厚度為300nm~800nm;優(yōu)選為蹄化儒。
[0013] 所述介質(zhì)反射鏡的透射率小于1%，介質(zhì)反射鏡可W將讀出光返回，減少對(duì)寫入光 的干擾。
[0014] 所述第一取向?qū)蛹暗诙∠驅(qū)泳鶠榫劭醽啺啡∠驅(qū)?取向?qū)拥淖饔檬鞘挂壕Х肿?定向排列W獲得最優(yōu)的光電特性。聚酷亞胺是指主鏈上含有酷亞胺環(huán)的一類聚合物，聚酷 亞胺具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，可耐350~45(TC的高溫，優(yōu)良的絕緣性，優(yōu)良的介 電性質(zhì)，良好的力學(xué)性質(zhì)。
[0015] 所述第一透明導(dǎo)電薄膜層與光敏層之間設(shè)有增透膜層;增透膜的作用是減少反射 光的強(qiáng)度，從而增加透射光的強(qiáng)度，使光學(xué)系統(tǒng)成像更清晰，此外，增透膜也有限制一定波 長的光進(jìn)入系統(tǒng)的作用。
[0016] 非晶娃半導(dǎo)體材料(a-Si)最基本的特征是組成原子的排列為長程無序、短程有 序，原子之間的鍵合類似晶體娃，都是形成一種共價(jià)無規(guī)則的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，擁有一定數(shù)量的懸 掛鍵、結(jié)構(gòu)缺陷、斷鍵等，因此載流子擴(kuò)散長度小、遷移率低、壽命短，所W運(yùn)種材料是不適 合直接做成半導(dǎo)體器件的。所W在實(shí)際應(yīng)用中選擇進(jìn)行滲雜可W提高其電導(dǎo)率，大大增加 其應(yīng)用范圍。此外，非晶娃薄膜材料本身存在大量的結(jié)構(gòu)缺陷，運(yùn)些缺陷主要是懸掛鍵，氨 的引入可W大大解決運(yùn)一問題。進(jìn)行滲雜后的氨化非晶娃薄膜材料制備成本低廉，能夠大 面積推廣，并且其光電轉(zhuǎn)換效率高。
[0017] 本發(fā)明中P型滲雜的娃納米線不僅是一種直接帶隙半導(dǎo)體材料，而且是一種寬禁 帶半導(dǎo)體。娃納米線不同于體娃材料，因娃納米線有量子限制效應(yīng)使得價(jià)帶能量減小，導(dǎo)帶 能量增大，從而帶隙增加變?yōu)橹苯訋栋雽?dǎo)體。此外娃納米線的禁帶寬度與其直徑和長度 相關(guān)，通過合理地控制娃納米線的直徑和長度，可w使娃納米線成為一種寬禁帶直接帶隙 半導(dǎo)體。
[0018] 本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于：
[0019] 本發(fā)明中P型滲雜的娃納米線垂直于第一透明導(dǎo)電薄膜層排列，因此當(dāng)光照射液 晶空間光調(diào)制的光敏層且外加反向偏壓時(shí)，單根娃納米線內(nèi)部產(chǎn)生的光生載流子基本上在 其徑向進(jìn)行遷移，大大減少了載流子在其它方向上的擴(kuò)散，尤其是其橫向的載流子擴(kuò)散大 大受到限制，而且其橫向載流子擴(kuò)散的速度隨著娃納米線的直徑的減小而減少，從而有效 地提高了娃納米線的電導(dǎo)率，使得成像的質(zhì)量大大提高，圖像的分辨率也進(jìn)一步提高。
[0020] 再者，娃納米線是一種直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體材料。娃納米線擁有與體娃材料不 一樣的特性，比如更好的陷光效應(yīng)、量子限域效應(yīng)等。根據(jù)公式：
[0021]
[0022] 其中，Eg為禁帶寬度，λ為響應(yīng)波長;本發(fā)明中娃納米線的禁帶寬度與其直徑和長 度相關(guān)，通過合理地控制娃納米線的直徑和長度可W調(diào)節(jié)禁帶寬度，從而使得光譜響應(yīng)寬 度范圍從紫外擴(kuò)大到紅外波段。
[0023] 本發(fā)明的原理是:將進(jìn)行Ρ型滲雜的娃納米線與滲雜η型的氨化非晶娃薄膜材料形 成復(fù)合納米結(jié)構(gòu)作為反射式液晶空間光調(diào)制器的光敏層，該光敏層作用類似于光電二極 管。Ρ型半導(dǎo)體和η型半導(dǎo)體接觸界面形成ρη結(jié)，ρη結(jié)是內(nèi)建電場(chǎng)，具有單向?qū)щ娦?。?dāng)加正 向偏壓時(shí)，光電二極管導(dǎo)通，壓降主要落在液晶層上；當(dāng)加反偏電壓無光照時(shí)，光敏層內(nèi)部 的內(nèi)建電場(chǎng)的被進(jìn)一步拉大，結(jié)區(qū)面積增加，此時(shí)只有微弱的電流通過內(nèi)建電場(chǎng)，光電二極 管不導(dǎo)通，液晶層上沒有壓降；當(dāng)外加反偏電壓且有光照時(shí)，外光照射ρη結(jié)區(qū)，攜帶能量的 光子進(jìn)入ρη結(jié)后，把能量傳給共價(jià)鍵上的束縛電子，使部分電子掙脫共價(jià)鍵，從而產(chǎn)生電 子-空穴對(duì)，產(chǎn)生光生載流子，使得反向電流迅速增加，有助于將光信號(hào)進(jìn)一步放大。此時(shí)光 電二極管的電阻發(fā)生變化并使得光電二極管導(dǎo)通，此時(shí)反向偏壓分別落在了光電二極管和 液晶層上，分壓的大小取決于二者的電阻大小。并且通過控制寫入光束的強(qiáng)度和電壓的極 性來起到調(diào)制的作用。
[0024] 相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果如下：
[0025] (1)本發(fā)明的光伏型反射式液晶空間光調(diào)制器提高了液晶空間光調(diào)制器的圖像分 辨率。
[0026] (2)本發(fā)明的光伏型反射式液晶空間光調(diào)制器拓寬了液晶空間光調(diào)制器的光譜響 應(yīng)范圍，提高了光響應(yīng)度及靈敏度。
[0027] (3)本發(fā)明的光伏型反射式液晶空間光調(diào)制器中光敏層的ΡΝ結(jié)的結(jié)區(qū)面積可制備 的范圍大，可W用于大規(guī)模商用。