一种光伏型反射式液晶空间光调制器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于液晶器件领域，具体设及一种光伏型反射式液晶空间光调制器。
【背景技术】
[0002] 空间光调制器是利用电或光信号在时间空间上控制另外光源的振幅、相位或行进 方向等传播状态的装置。空间光调制器是构成实时光学信息处理、光计算和光学神经网络 等系统的基本构造单元，在信息光学研究中发挥重要作用并有着广泛应用。空间光调制器 的研究和性能对其应用领域研究的进展具有重要影响。对空间光调制器的要求包括:高的 空间分辨率、高的响应速度、高的对比度、低的开关功耗和丰富的灰度等级。
[0003] 按照编址方式，空间光调制器分为光寻址的空间光调制器和电寻址的空间光调制 器。寻址是指，把写入光或写入信号含有控制调制器各个像素的信息分别传送到相应像素 位置的过程。如果采用写入光实现，称为光寻址，采用写入电信号，称为电寻址。相比于电寻 址，光寻址在时间上所有像素的寻址是同时完成的，所W光寻址是一种并行寻址方式，其特 点是寻址速度最快，而且像素大小原则上只受寻址光学成像系统的分辨率的限制。此外，电 寻址是通过条状电极传递信息，由于电极本身不透明，所W像素的有效通光面积和像素总 面积之比一一开口率较低，光能利用率不高。
[0004] 光寻址空间光调制器(0ASLM)是一种可W根据输入的写入图像调制读出光束特性 的光电转换器件，作为光信息处理等应用中的关键器件，可W完成二维图像的波长转换、非 相干-相干图像转换和图像增强等多种功能。光寻址空间光调制器(0ASLM)通常W液晶层作 为光调制材料，光敏层吸收写入光图像并产生相应空间变化的电场分布，调制层则可根据 电场分布实现对读出光的调制。
[000日]液晶空间光调制器(SLM，Spatial li曲t modulator)中液晶分子具有液体的流动 性且具有介电各向异性和电导各向异性的电学特性，故而在外电场的作用下液晶分子排列 状态也随之发生变化。又因为液晶分子的光学特性也是各向异性的从而使得整个液晶盒的 光学效应随之改变。此外由于液晶分子的双折射特性，使得液晶盒呈现出光散射、光干设和 旋光等特殊的光学特性。因为液晶空间光调制器具有高双折射、宽带宽及工作电压较低的 特性，液晶空间光调制器已被广泛用于显示和光子学领域，如可用于进行时间复用动态扫 描3D电影显示、自适应光波前校正或是作为频谱滤波的衍射光学元件等。
[0006] 基于光寻址的液晶空间光调制器的一个重要性能指标是分辨率，而决定其分辨率 的关键结构取决于光敏层。现有技术中液晶光阀的光敏层材料为单一的半导体材料，例如： 0(15、(3-51、850、6曰43和曰-51:山但上述光敏层材料存在光响应时间长、载流子迁移率低等缺 点，运影响了液晶空间光调制器的分辨率，难W满足液晶空间光调制器高分辨的要求。因此 大幅度提高液晶空间光调制器的分辨率便显得非常重要，也需要亟待解决。
[0007] 文献："朱振才秦伟芳陈杰等.铁电液晶空间光调制器氨化非晶娃薄膜p-i-n光敏 层的研究[J].红外与毫米波学报，1996,15(1): 18-22"中提出η型渗杂的氨化非晶娃薄膜P- i-n光电二极管作为光敏层用W提高光敏层的响应速度。上述p-i-n光电二极管是在透明电 极上依次淀积棚渗杂的p层、本征层i和憐渗杂的η层，形成p-i-n结构。该文献中所提到的结 构中光生载流子的方向受到的限制比较少，方向比较分散，运会降低光生载流子的传输效 率，从而影响液晶空间光调制器的分辨率;再者，该结构对于非晶娃的禁带宽度可调范围较 小从而使得光谱响应变化范围窄;此外，该结构的制备工艺复杂、成本高。
【发明内容】
[0008] 鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于，提供一种采用P型渗杂的娃纳米线与η 型渗杂的氨化非晶娃薄膜形成的复合纳米结构作为光敏层的光伏型反射式液晶空间光调 制器，本发明具有提高分辨率、光谱响应范围可调控、光响应度及灵敏度更高等优点。
[0009] 本发明的技术方案如下：
[0010] -种光伏型反射式液晶空间光调制器，包括平行相对设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侧分别沉积有第一透明导电薄膜层和第二透 明导电薄膜层从而形成第一导电玻璃和第二导电玻璃，第一导电玻璃与第二导电玻璃之间 依次设有光敏层、阻光层、介质反射镜、第一取向层、液晶层及第二取向层;所述光敏层结构 为Ρ型渗杂的娃纳米线和沉积于娃纳米线阵列上的η型渗杂的氨化非晶娃薄膜形成的复合 纳米结构，所述娃纳米线垂直于第一透明导电薄膜层排列。
[0011] 所述光敏层的厚度为2皿-6皿;其中，所述Ρ型渗杂的娃纳米线长度为1皿~4皿，直 径约为80nm~150nm，所述η型渗杂的氨化非晶娃薄膜厚度为1皿~2皿。
[0012] 所述阻光层材料可W为蹄化儒、非晶碳、氨化非晶错娃、氨化微晶娃或氨化纳米晶 娃，其厚度为300nm~800nm;优选为蹄化儒。
[0013] 所述介质反射镜的透射率小于1%，介质反射镜可W将读出光返回，减少对写入光 的干扰。
[0014] 所述第一取向层及第二取向层均为聚酷亚胺取向层;取向层的作用是使液晶分子 定向排列W获得最优的光电特性。聚酷亚胺是指主链上含有酷亚胺环的一类聚合物，聚酷 亚胺具有优良的热稳定性和化学稳定性，可耐350~45(TC的高溫，优良的绝缘性，优良的介 电性质，良好的力学性质。
[0015] 所述第一透明导电薄膜层与光敏层之间设有增透膜层;增透膜的作用是减少反射 光的强度，从而增加透射光的强度，使光学系统成像更清晰，此外，增透膜也有限制一定波 长的光进入系统的作用。
[0016] 非晶娃半导体材料(a-Si)最基本的特征是组成原子的排列为长程无序、短程有 序，原子之间的键合类似晶体娃，都是形成一种共价无规则的网络结构，拥有一定数量的悬 挂键、结构缺陷、断键等，因此载流子扩散长度小、迁移率低、寿命短，所W运种材料是不适 合直接做成半导体器件的。所W在实际应用中选择进行渗杂可W提高其电导率，大大增加 其应用范围。此外，非晶娃薄膜材料本身存在大量的结构缺陷，运些缺陷主要是悬挂键，氨 的引入可W大大解决运一问题。进行渗杂后的氨化非晶娃薄膜材料制备成本低廉，能够大 面积推广，并且其光电转换效率高。
[0017] 本发明中P型渗杂的娃纳米线不仅是一种直接带隙半导体材料，而且是一种宽禁 带半导体。娃纳米线不同于体娃材料，因娃纳米线有量子限制效应使得价带能量减小，导带 能量增大，从而带隙增加变为直接带隙半导体。此外娃纳米线的禁带宽度与其直径和长度 相关，通过合理地控制娃纳米线的直径和长度，可w使娃纳米线成为一种宽禁带直接带隙 半导体。
[0018] 本发明的创新点在于：
[0019] 本发明中P型渗杂的娃纳米线垂直于第一透明导电薄膜层排列，因此当光照射液 晶空间光调制的光敏层且外加反向偏压时，单根娃纳米线内部产生的光生载流子基本上在 其径向进行迁移，大大减少了载流子在其它方向上的扩散，尤其是其横向的载流子扩散大 大受到限制，而且其横向载流子扩散的速度随着娃纳米线的直径的减小而减少，从而有效 地提高了娃纳米线的电导率，使得成像的质量大大提高，图像的分辨率也进一步提高。
[0020] 再者，娃纳米线是一种直接带隙宽禁带半导体材料。娃纳米线拥有与体娃材料不 一样的特性，比如更好的陷光效应、量子限域效应等。根据公式：
[0021]
[0022] 其中，Eg为禁带宽度，λ为响应波长;本发明中娃纳米线的禁带宽度与其直径和长 度相关，通过合理地控制娃纳米线的直径和长度可W调节禁带宽度，从而使得光谱响应宽 度范围从紫外扩大到红外波段。
[0023] 本发明的原理是:将进行Ρ型渗杂的娃纳米线与渗杂η型的氨化非晶娃薄膜材料形 成复合纳米结构作为反射式液晶空间光调制器的光敏层，该光敏层作用类似于光电二极 管。Ρ型半导体和η型半导体接触界面形成ρη结，ρη结是内建电场，具有单向导电性。当加正 向偏压时，光电二极管导通，压降主要落在液晶层上；当加反偏电压无光照时，光敏层内部 的内建电场的被进一步拉大，结区面积增加，此时只有微弱的电流通过内建电场，光电二极 管不导通，液晶层上没有压降；当外加反偏电压且有光照时，外光照射ρη结区，携带能量的 光子进入ρη结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电 子-空穴对，产生光生载流子，使得反向电流迅速增加，有助于将光信号进一步放大。此时光 电二极管的电阻发生变化并使得光电二极管导通，此时反向偏压分别落在了光电二极管和 液晶层上，分压的大小取决于二者的电阻大小。并且通过控制写入光束的强度和电压的极 性来起到调制的作用。
[0024] 相比于现有技术，本发明的有益效果如下：
[0025] (1)本发明的光伏型反射式液晶空间光调制器提高了液晶空间光调制器的图像分 辨率。
[0026] (2)本发明的光伏型反射式液晶空间光调制器拓宽了液晶空间光调制器的光谱响 应范围，提高了光响应度及灵敏度。
[0027] (3)本发明的光伏型反射式液晶空间光调制器中光敏层的ΡΝ结的结区面积可制备 的范围大，可W用于大规模商用。