CN113054113B - 一种遇水显色有机光电探测器的封装结构及其制备方法和光电探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种遇水显色有机光电探测器封装结构及其制备方法和光电探测器,属于薄膜封装技术领域,包括衬底和有机光电探测器,所述有机光电探测器生长在所述衬底上,在所述有机光电探测器上生长有封装保护层,所述封装保护层为无机隔绝层和有机隔绝层交替叠层设置,所述有机光电探测器上首先生长有无机隔绝层,以有机层隔绝层为最后一层,且在每层无机隔绝层和有机隔绝层之下均设置有遇水显色区域。本发明的封装薄膜无机‑有机层叠层结构具有较好的隔绝水氧功能,而吸水显色区域既可以吸收水汽保持干燥,又可以通过吸水显色来了解封装后器件水汽渗透问题,可以逐一分析每层封装薄膜的渗水情况。
Description
技术领域
本发明属于薄膜封装技术领域,具体的涉及一种遇水显色有机光电探测器封装结构及其制备方法和光电探测器。
背景技术
有机光电探测器相对于传统无机光电探测器具有材料选择广泛,光响应范围广泛(可见光-近红外),加工工艺简单、制造成本低廉等优点而被研究替代传统无机光电器件。由于其有机功能层对空气中的水汽和氧气特别敏感,易受到水氧侵蚀而使得有机光电探测器性能下降甚至失效,因此,需要对有机光电探测器进行封装以保证器件的性能以及使用寿命。
目前有机光电探测器常用的封装方式为无机-有机交替排列结构的薄膜封装,该封装结构的水汽隔绝能力最强,其薄膜水汽透过率值最低可达10-6g·m-2day-1量级。这样的封装层可以使得器件的正常工作寿命达到几千小时以上。
当前有机光电探测器封装之后,没有快速简便的检测方式来了解水汽渗透进入封装层的情况,只能通过复杂的设备检查器件的各项性能参数下降来验证水汽是否进入,这种方法可能带来误差,不能直接证明是否是水汽的进入导致器件性能的下降。并且没办法检测多层膜中的每种膜自身单独的水汽进入情况。
发明内容
本发明的目的在于:针对上述存在的问题,本发明提供一种遇水显色有机光电探测器封装结构及其制备方法和光电探测器;来快速简便的了解水汽进入封装层情况和封装保护延长有机光电探测器的寿命。
本发明采用的技术方案如下:
一种遇水显色有机光电探测器的封装结构,包括衬底和有机光电探测器,所述有机光电探测器生长在所述衬底上,在所述有机光电探测器上生长有封装保护层,所述封装保护层为无机隔绝层和有机隔绝层交替叠层设置,所述有机光电探测器上首先生长有无机隔绝层,以有机层隔绝层为最后一层,且在每层无机隔绝层和有机隔绝层之下均设置有遇水显色区域。
本发明的封装薄膜无机-有机层叠层结构具有较好的隔绝水氧功能,而吸水显色区域既可以吸收水汽保持干燥,又可以通过吸水显色来了解封装后器件水汽渗透问题,可以逐一分析每层封装薄膜的渗水情况。
优选地,所述无机隔绝层的材料包含金属氧化物或者金属氮化物,包括氧化铝(Al2O3)或氧化锆(ZrO2);厚度为100nm~1μm。
优选地,所述有机隔绝层的材料为乙二醇铝,乙二醇锆,丙烯酸酯、六甲基二甲硅醚、聚丙烯酸酯类、聚碳酸脂类、聚苯乙烯和派瑞林中的任意一种或几种;厚度为100nm~10μm。
优选地,所述遇水显色区域包含有无水硫酸铜或无水氯化钴。
优选地,所述封装保护层依次为第一遇水显色区域、第一层无机隔绝层、第二遇水显色区域、第一层有机隔绝层、第三遇水显色区域、第二层无机隔绝层、第四遇水显色区域、第二层有机隔绝层。
基于一种遇水显色有机光电探测器的封装结构的制备方法,包括如下的步骤:
步骤1:制备第一个邻近有机光电探测器的遇水显色区域;
步骤2:在步骤1的基础上制备第一层无机隔绝层;
步骤3:在第一层无机隔绝层旁制备第二个遇水显色区域;
步骤4:步骤3的基础上制备第一层有机隔绝层;
步骤5:依次重复0-3次所述步骤2、3和4,直至得到遇水显色有机光电探测器的封装结构。
优选地,步骤1中若所述遇水显色区域为含有氯化钴成分的变色硅胶,其具体的制备方法为:制备第一个邻近有机光电探测器的遇水显色区域,需要先用掩膜盖板或者锡纸等覆盖物将有机光电探测器封盖住,避免制备遇水显色区域时污染了器件,再将由碱金属氧化物和二氧化硅结合而成的可溶性碱金属硅酸盐材料的水玻璃和配置好PH值的盐酸调节液混合后得到混合液,将混合液通过旋涂仪旋涂到已经覆盖有掩膜盖板或锡纸的有机光电探测器旁的衬底上,半分钟后混合液开始凝结成硅胶,等到硅胶凝结到一定硬度的时用少量氯化钴溶液对硅胶涂抹,等氯化钴溶液浸润到硅胶层内,在低水氧环境(如真空手套箱)内用100℃温度的加热平台对其烘干,得到一层含氯化钴的变色硅胶的遇水显色区域。
其中,水玻璃是硅酸钠Na2SiO3,水玻璃和盐酸反应的摩尔质量比例为1:(1.5-2.5);化学反应式为2HCl+Na2SiO3==H2SiO3↓+2NaCl。盐酸的PH值在2.5附近;氯化钴溶液是CoCl2·6H2O水溶液,配置时需要加入少量盐酸防止水解。
优选地,步骤2中所述无机隔绝层采用物理气相沉积,化学气相沉积和原子层沉积中的任意一种制备。
优选地,步骤4中所述有机隔绝层采用沉积,旋涂,喷墨和3D打印中的任意一种制备。
包含权利要求1-9任一项所述的一种遇水显色有机光电探测器的封装结构的有机光电探测器。
与现有的技术相比本发明的有益效果是:
本发明的封装结构中包含遇水显色区域和封装,遇水显色区域可以简单便捷的检测出水汽透过封装层进入器件的情况;封装结构单层的无机隔绝层和单层的有机隔绝层依次交替层叠生长(例如:包括两层无机隔绝层,两层有机隔绝层,和四个遇水显色区域),这种封装结构则可以大大提升器件的寿命,有机光电探测器件的薄膜封装的水汽透过率可达到10-5g·m-2day-1量级;遇水显色区域可以用来检测水汽渗透进入封装薄膜层的状况,可以分别观察封装层的渗水情况;并且遇水显色的物质一般本身就有吸收水汽的能力,即在一定程度上充当干燥剂的作用来延缓水汽腐蚀有机光电探测器件过程。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种薄膜封装的结构示意图一;
图2为本发明实施例提供的一种薄膜封装的结构示意图二;
图3为本发明实施例提供的一种薄膜封装的结构示意图三;
图4为本发明实施例提供的一种薄膜封装的结构示意图四。
图中标记为:101-衬底,102-有机光电探测器,103-遇水显色区域,104-无机隔绝层,105-有机隔绝层。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明,即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
针对当前有机光电探测器封装之后,没有快速简便的检测方式来了解水汽渗透进入封装层的情况,只能通过复杂的设备检查器件的各项性能参数来验证水汽是否进入,但是这种方法可能带来误差,原因是不能直接证明是否是水汽的进入导致器件性能的下降的问题,因此本发明提供一种封装薄膜的制作方法,如图1所示,包括:玻璃硬质衬底101,有机光电探测器102,四处遇水显色区域103,二层无机隔绝层104,二层有机隔绝层105。
对于无机隔绝层104,有机层隔绝层105的材料的类型,制备工艺,粘度没有做出具体限定,技术人员可以根据自身需求和实际情况来进行选择调整。
所述遇水显色区域103主要采用无水硫酸铜或无水氯化钴等吸收水汽能变色的物质。如图2所示,该显色物质主要是放置在玻璃衬底101上,有机光电探测器102的侧面,每层封装薄膜之下,这样显色物质既可以吸收通过封装薄膜渗透进来的水汽来保护器件免受水汽侵蚀,也可以吸水变色来表达每层薄膜内水汽进入情况。
四处所述遇水显色区域103的分布应该相互错开,俯视器件时四个遇水变色区域,应该可以清楚单独分辨出每个区域的变色情况。
所述遇水显色区域103的范围大小并没有做具体限制,但是应该保持所述显色区域103高度不会对下面镀膜工艺造成麻烦,影响所述无机层成膜质量。而显色区域103横向长宽大小则需要技术人员根据自己使用情况选定。
所述遇水显色区域103的显色物质的物理性质应该满足能稳定保持自己的形状形态的条件。因为需要在所述区域之上镀上封装无机隔绝层104,不能保持自身形态的话,轻微受力塌陷会影响封装薄膜的封装效果。
接下来对本发明的一种遇水显色有机光电探测器的封装结构的其制备方法,进行详细的说明。
本实例中所述遇水显色区域103使用含有氯化钴成分的变色硅胶来制备。制备第一个邻近有机光电探测器102的遇水显色区域103,需要先用掩膜盖板或者锡纸等覆盖物将有机光电探测器102封盖住,避免制备遇水显色区域(103)时污染了器件,再将由碱金属氧化物和二氧化硅结合而成的可溶性碱金属硅酸盐材料的水玻璃和配置好PH值的盐酸调节液混合,这时将混合液通过旋涂仪旋涂到已经保护好的有机光电探测器旁边空余的衬底上,半分钟后混合液开始凝结成硅胶。等到凝结到一定硬度的时候用少量氯化钴溶液对硅胶涂抹,等氯化钴溶液浸润到硅胶层内,在低水氧环境(如真空手套箱)内用100℃温度的加热平台对其烘干,得到一层含氯化钴的变色硅胶的遇水显色区域103。然后取下有机光电探测器覆盖保护层,进行下一步镀膜工艺。
本发明实例中,采用制备薄层变色硅胶充当遇水显色区域103,也可以采用其他多孔物质吸收固定氯化钴溶液,因为直接旋涂氯化钴烘干得到无水氯化钴固体粘着性太差。
本实例选择无水氯化钴制备遇水显色区域103,因为蓝色的无水氯化钴遇水会变成红色的六水和氯化钴,也可以选择白色无水硫酸铜遇水变成蓝色五水硫酸铜和其他遇水变色物质。
本发明实例中,如图3所示,在有机光电探测器102上采用原子层沉积工艺生长所述第一无机隔绝层104,以生长氧化铝薄膜为例,反应生成氧化铝(Al2O3)为第一无机隔绝层104,其生长厚度为100nm,反应温度为100℃。
本发明实例中还可以采用PECVD的方式在有机光电探测器102上生长一层500nm氮化硅无机隔绝层104。还可以采用其他物理气相沉积和化学气相沉积的方法来制备无机隔绝层104,但是工艺温度和步骤不能破坏有机光电探测器102和遇水显色区域103。
按照第一个遇水显色区域103的所述制作方法,在第一层无机隔绝层104旁制备第二个遇水显色区域103。
如图4所示,采用分子层沉积工艺在有机光电探测器上生长所述第一有机隔绝层105,以生长乙二醇铝为例,反应生成乙二醇铝为第一有机隔绝层105,其生长厚度为20nm,反应温度为100℃。
本实例中,第一层无机隔绝层104采用原子层沉积工艺,第一层有机隔绝层105采用分子层沉积工艺,因为这两种工艺可以采用同一套设备,不需要在制备无机隔绝层104和有机隔绝层105之间进行器件转移,减少了器件可能受损的因素。
第一层有机隔绝层105还可以采用旋涂一层厚度为1μm的聚二甲基硅氧烷(PDMS),或者采用喷雾,3D打印等工艺来制备。
按照第一个遇水显色区域103的所述制作方法,在第一层有机隔绝层105旁制备第三个遇水显色区域103。
第二层无机隔绝层104可以采用原子层沉积,物理气象沉积,化学气相沉积等工艺制备一层致密的无机隔绝层104。
按照第一个遇水显色区域103的所述制作方法,在第二层无机隔绝层104旁制备第四个遇水显色区域103。
本发明实例中,四处遇水显色区域103位于有机光电探测器102的一侧,在实际运用中,可以在另一侧也设置遇水显色区域103,因为该区域采用的材料本身也有着吸收水汽的作用,两侧同时设置可以充当侧面阻挡吸收水汽作用,提高封装结构的保护性能。
生长第二层有机隔绝层105可以采用以上工艺材料,也可以采用C型派瑞林作为材料,一些实施例中,采用真空气相沉积制备5μm厚的派瑞林薄膜,或者采用旋涂的方法来制备派瑞林薄膜,在第二层无机隔绝层104之上旋涂,薄膜厚度在1-100μm之间。该材料本身就有着优异的隔绝水氧能力,在可见红外波长的光学透过率优秀,对于盐酸,氢氧化钠,丙酮等物质都有一定抗腐蚀能力。包裹在最外层可以防止刮碰,轻微撞击对于封装薄膜的损坏。
本发明实例中,通过第一、二无机隔绝层104,有机隔绝层105的交替生长两个周期,形成器件的封装薄膜的完整结构,实际上我们可以增加无机-有机叠层数量,最后一层应当为有机隔绝层105。这样可以有限的提高薄膜的封装保护能力,但是过多数量叠层厚度过大,薄膜自身的应力作用会导致薄膜容易裂开,而且过厚的薄膜会影响有机光电探测器对于入射光的吸收。
本发明实例中,封装薄膜无机隔绝层104和有机隔绝层105可以选择其他材料,但是该材料应该满足以下要求,在可见光和近红外光波长范围内有着足够的光学透过性,无机层材料本身有着较好的隔绝水氧的能力,有机层材料可以保护无机层,并且可以采用原子层/分子层沉积工艺来制备薄膜。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请技术方案构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种遇水显色有机光电探测器的封装结构,包括衬底和有机光电探测器,所述有机光电探测器生长在所述衬底上,其特征在于,在所述有机光电探测器上生长有封装保护层,所述封装保护层为无机隔绝层和有机隔绝层交替叠层设置,所述有机光电探测器上首先生长有无机隔绝层,以有机层隔绝层为最后一层,且在每层无机隔绝层和有机隔绝层之下均设置有遇水显色区域。
2.根据权利要求1所述的一种遇水显色有机光电探测器的封装结构,其特征在于,所述无机隔绝层的材料包含金属氧化物或者金属氮化物,包括氧化铝或氧化锆;厚度为100nm~1μm。
3.根据权利要求1所述的一种遇水显色有机光电探测器的封装结构,其特征在于,所述有机隔绝层的材料为乙二醇铝,乙二醇锆,丙烯酸酯、六甲基二甲硅醚、聚丙烯酸酯类、聚碳酸脂类、聚苯乙烯和派瑞林中的任意一种或几种;厚度为100nm~10μm。
4.根据权利要求1所述的一种遇水显色有机光电探测器的封装结构,其特征在于,所述遇水显色区域包含有无水硫酸铜或无水氯化钴。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种遇水显色有机光电探测器的封装结构,其特征在于,所述封装保护层依次为第一遇水显色区域、第一层无机隔绝层、第二遇水显色区域、第一层有机隔绝层、第三遇水显色区域、第二层无机隔绝层、第四遇水显色区域、第二层有机隔绝层。
6.基于一种遇水显色有机光电探测器的封装结构的制备方法,其特征在于,包括如下的步骤:
步骤1:制备第一个邻近有机光电探测器的遇水显色区域;
步骤2:在步骤1的基础上制备第一层无机隔绝层;
步骤3:在第一层无机隔绝层旁制备第二个遇水显色区域;
步骤4:步骤3的基础上制备第一层有机隔绝层;
步骤5:重复0-3次所述步骤2、3和4,直至得到遇水显色有机光电探测器的封装结构。
7.根据权利要求6所述一种遇水显色有机光电探测器的封装结构的制备方法,其特征在于,步骤1中若所述遇水显色区域为含有氯化钴成分的变色硅胶,其具体的制备方法为:先用掩膜盖板或者锡纸等覆盖物将有机光电探测器封盖住,再将由碱金属氧化物和二氧化硅结合而成的可溶性碱金属硅酸盐材料的水玻璃和配置好PH值的盐酸调节液混合后得到混合液,将混合液通过旋涂仪旋涂到已经覆盖有掩膜盖板或锡纸的有机光电探测器旁的衬底上,半分钟后混合液开始凝结成硅胶时用少量氯化钴溶液对硅胶涂抹,等氯化钴溶液浸润到硅胶层内,在低水氧环境内用100℃温度的加热平台对其烘干,得到一层含氯化钴的变色硅胶的遇水显色区域。
8.根据权利要求6所述一种遇水显色有机光电探测器的封装结构的制备方法,其特征在于,步骤2中所述无机隔绝层采用物理气相沉积,化学气相沉积和原子层沉积中的任意一种制备。
9.根据权利要求6所述一种遇水显色有机光电探测器的封装结构的制备方法,其特征在于,步骤4中所述有机隔绝层采用沉积,旋涂,喷墨和3D打印中的任意一种制备。
10.包含权利要求1-5任一项所述的一种遇水显色有机光电探测器的封装结构的有机光电探测器。
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