[发明专利]采用过渡改性结构非晶硅光敏层的液晶光阀

说明书

本发明属于光选址空间光调制器，尤其涉及一种非晶硅液晶光阀。

与本发明有关的液晶光阀，主要包括用光导层作光敏材料并在反射模式下工作的光阀。Boswell等于1977年4月16日申请专利（U.S.pat.4019807），该光阀以CdS作光导层，CdTe作阻光层以及MgF₂/ZnS作介质反射层。随着非晶硅（a-Si∶H）材料的发展，逐步以a-Si∶H取代CdS制备液晶光阀的光敏层，使光阀响应时间得到大为改善，且有良好的可见光吸收特性。这种光阀初期报导中都不考虑阻光层或介质反射层，由于a-Si∶H对可见光十分敏感，从反射模式光阀角度看，很强的读出光只要有极小一部分到达a-Si∶H光敏层就会掩盖掉入射的较弱的信号光，因而这种光阀的对比度等性能较差。1989年1月24日Sterling申请专利（U.S.pat.4799773）描述了以a-Si∶H作光敏层，CdTe作阻光层，SiO₂/TiO₂多层膜作介质反射层，这种光阀必须考虑在光敏层和阻光层间制备一中间结构层，否则将产生脱开，这种光阀的缺点是制备复杂、周期长，光敏层和阻光层的制备还要两套沉积系统，为保持较高电阻率，CdTe在沉积时还需特别精确地控制其化学计量。1988年2月9日Aoki等曾申请专利（U.S.Pat.4723838）描述了非晶硅锗合金阻光层，用于TFT器件，由于TFT器件为分离点阵，不会因为阻光层物理参数不匹配而影响器件分辨率等特性，因而此阻光层未能在光阀器件中推广应用。1992年1月22日Slobdin申请专利（U.S.pat.5084777）提出 了可用于液晶光阀的a-SiGe∶H阻光层，可以满足光阀的分辨率、对比度等要求，与a-Si∶H光敏层结合也较好，且可以在同一薄膜沉积系统中完成制备，此阻光层既解决了吸收剩余光的问题，又使制备光阀变得较为方便。

我们对非晶硅液晶光阀进行过详细的研究，根据所探讨光阀的特点，考虑非晶硅光敏层属于弱光照模式，光照下光敏层的电阻R_p随光强I和工作频率f的关系如下：

R P(I, f) =K of sAIKof s+ 1(1) ]]>

式中s为0～-1之间的系数，K₀和A分别为与光敏层材料暗电阻和光照特性有关的系数。光敏层的阻抗X_p则可以表示如下：

X_p＝R_p/〔1+（2πf）²C²_pR²_p〕（2）

其中C_p为光敏层的电容。从方程（1）和（2）可以看出，液晶光阀的工作频率受光敏层光、暗阻抗的限制，频率太高，光、暗阻抗的变化就太小，而光、暗阻抗的变化又受光敏材料的电阻及电容的控制。另一方面，与光敏层内载流子横向扩散有关的分辨率限Δm可以用下式近似表示：

Δm＝4C（kT/e）｛（12d²/V₀）〔1-（μ_s/μ）〕

+〔μ_sπ/（2ω）〕｝ （3）

式中C为系数，一般小于1，该系数与材料本身性质密切相关，d为光敏层厚度，μ和μ_s为光敏层本体及表面迁移率，V₀和ω分别为液晶光阀的工作电压和工作角频率。在理想情况下应满足：

V₀＝2V_t（4）