本公开涉及电子成像技术领域，尤其涉及一种电子成像装置及其制备方法、柔性电子复眼及其制备方法。
背景技术：
在传统的电子成像设备中，感光器件大多采用CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，互补型金属氧化物半导体)或者CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)来实现，但其具有平面结构，因此需要设置多层复杂的镜头以将光线汇聚于平面，方可形成平面图像。
图1示例性示出了传统光学相机棱镜的光路示意图。由此可知，若要实现光线的聚焦，便要设置多层棱镜100的结构，这样不仅构造复杂，而且还会导致相机的厚度和重量较大。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现要素：
本公开的目的在于提供一种电子成像装置及其制备方法、柔性电子复眼及其制备方法，以用于解决传统电子成像装置的结构复杂且厚重的问题。
本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。
根据本公开的一个方面，提供一种电子成像装置，包括衬底基板以及阵列排布在所述衬底基板表面的多个感光单元，所述感光单元包括串联相接的光电二极管和整流二极管；其中，所述光电二极管包括第一导电类型掺杂区和第二导电类型掺杂区，所述整流二极管包括第一导电类型掺杂区和第二导电类型掺杂区，且所述光电二极管和所述整流二极管共用同一第一导电类型掺杂区。
本公开的一种示例性实施例中，所述第一导电类型掺杂区为P掺杂区。
本公开的一种示例性实施例中，所述光电二极管包括由第一导电类型掺杂区和第二导电类型掺杂区构成的PN结，所述第一导电类型掺杂区和所述第二导电类型掺杂区的交界面的形状包括直线形、折线形、或者曲线形。
本公开的一种示例性实施例中，所述光电二极管包括由第一导电类型掺杂区、第二导电类型掺杂区、以及位于二者之间的非掺杂区构成的PIN结，所述非掺杂区的形状包括直线形、折线形、或者曲线形。
本公开的一种示例性实施例中，所述折线形包括折线波浪形或者方波形，所述曲线形包括波浪形或者正弦曲线形。
本公开的一种示例性实施例中，所述电子成像装置还包括横纵交错的第一信号引线和第二信号引线，所述第一信号引线连接至所述光电二极管背离所述整流二极管的一端，所述第二信号引线连接至所述整流二极管背离所述光电二极管的一端。
本公开的一种示例性实施例中，所述衬底基板为柔性衬底，所述第一信号引线包括弹簧状导线和/或柔性导线，所述第二信号引线包括弹簧状导线和/或柔性导线。
本公开的一种示例性实施例中，所述柔性衬底的材料包括聚二甲基硅氧烷。
根据本公开的一个方面，提供一种电子成像装置的制备方法，包括：在衬底基板的表面形成半导体膜层；在所述半导体膜层的第一预设区域形成第一导电类型掺杂区，在所述半导体膜层的第二预设区域和第三预设区域分别形成一第二导电类型掺杂区和另一第二导电类型掺杂区，所述第二预设区域和所述第三预设区域分别位于所述第一预设区域的两侧；其中，所述第一导电类型掺杂区和所述一第二导电类型掺杂区形成光电二极管，所述第一导电类型掺杂区和所述另一第二导电类型掺杂区形成整流二极管。
根据本公开的一个方面，提供一种柔性电子复眼，包括上述的电子成像装置以及与所述电子成像装置相贴合的聚合物棱镜，所述电子成像装置的衬底基板为柔性衬底，所述聚合物棱镜与所述柔性衬底分别位于所述电子成像装置中的感光单元的两面。
根据本公开的一个方面，提供一种柔性电子复眼的制备方法，包括：在预设基板上形成阵列排布的多个感光单元，所述感光单元包括串联相接的光电二极管和整流二极管，且所述光电二极管和所述整流二极管共用同一第一导电类型掺杂区；在形成有所述感光单元的所述预设基板上形成柔性衬底，并在形成所述柔性衬底之后剥离所述预设基板；在透镜模板的凹槽中形成聚合物预聚体，将具有所述柔性衬底的所述感光单元贴附在所述透镜模板的表面，并使所述感光单元与所述凹槽的位置相对应；控制所述聚合物预聚体进行聚合反应以得到聚合物棱镜，所述柔性衬底和所述聚合物棱镜分别位于所述感光单元的两面。
本公开示例性实施方式所提供的电子成像装置及其制备方法、柔性电子复眼及其制备方法，采用阵列排布的感光结构，一方面无需设置多层棱镜，因此结构简单且器件轻薄，相比于传统摄像头而言，该电子成像装置可以采用多个较低像素晶圆级摄像头打造，整体厚度可减少30～50％，摄像头厚度可以从6mm降低到3mm；另一方面通过设置整流二极管，可以实现信号引线的复用，从而能够降低电路的复杂性，而且光电二极管与整流二极管共用同一第一导电类型掺杂区还能进一步简化结构；更为重要的是，各个感光单元可以同时采集一定景深范围内的图像数据，之后再进行调焦，而且在成像过程中获得的是全景深图象数据，因此还可实现一定范围内的立体成像。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示意性示出传统光学相机棱镜的光路示意图；
图2示意性示出本公开示例性实施例中电子成像装置的电路结构示意图；
图3示意性示出本公开示例性实施例中电子成像装置的像素结构示意图；
图4示意性示出本公开示例性实施例中感光单元的电路结构示意图；
图5示意性示出本公开示例性实施例中光电二极管的PN结形状示意图一；
图6示意性示出本公开示例性实施例中光电二极管的PN结形状示意图二；
图7示意性示出本公开示例性实施例中光电二极管的PN结形状示意图三；
图8示意性示出本公开示例性实施例中光电二极管的PN结形状示意图四；
图9示意性示出本公开示例性实施例中光电二极管的PIN结形状示意图一；
图10示意性示出本公开示例性实施例中光电二极管的PIN结形状示意图二；
图11示意性示出本公开示例性实施例中光电二极管的PIN结形状示意图三；
图12示意性示出本公开示例性实施例中光电二极管的PIN结形状示意图四；
图13示意性示出本公开示例性实施例中感光单元的形状示意图一；
图14示意性示出本公开示例性实施例中感光单元的形状示意图二；
图15示意性示出本公开示例性实施例中感光单元的形状示意图三；
图16示意性示出本公开示例性实施例中感光单元的形状示意图四；
图17示意性示出本公开示例性实施例中柔性电子复眼的结构示意图；
图18示意性示出本公开示例性实施例中柔性电子复眼的应用示意图；
图19示意性示出本公开示例性实施例中电子成像装置的制备流程图；
图20示意性示出本公开示例性实施例中电子成像装置的制备过程示意图；
图21示意性示出本公开示例性实施例中柔性电子复眼的制备流程图；
图22示意性示出本公开示例性实施例中柔性感光单元的制备过程示意图；
图23示意性示出本公开示例性实施例中柔性电子复眼的制备过程示意图。
附图说明：
100-多层棱镜；20-衬底基板；200-感光单元；201-光电二极管；202-整流二极管；20a-第一导电类型掺杂区；20b-第二导电类型掺杂区；20c-非掺杂区；203-第一信号引线；204-第二信号引线；205-绝缘层；206-第一过孔；207-第二过孔；208-透明绝缘层；30-聚合物棱镜；02-半导体膜层；021-第一预设区域；022-第二预设区域；023-第三预设区域；40-光刻胶；50-透镜模板；500-凹槽；600-聚合物预聚体；60-聚合物棱镜；70-电极层。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。
此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
本示例实施方式提供了一种电子成像装置，可应用于电子仿生复眼等领域。根据图2和图3所示，该电子成像装置可以包括衬底基板20以及阵列排布在衬底基板20表面的多个感光单元200，该感光单元200可以包括串联相接的光电二极管201和整流二极管202。
其中，光电二极管201可以包括第一导电类型掺杂区20a例如P掺杂区和第二导电类型掺杂区20b例如N掺杂区，整流二极管202也可以包括第一导电类型掺杂区20a例如P掺杂区和第二导电类型掺杂区20b例如N掺杂区，且光电二极管201和整流二极管202可以共用同一第一导电类型掺杂区20a例如P掺杂区。由此可知，光电二极管201和整流二极管202在电路结构中是反向相接的。
需要说明的是：在该电子成像装置处于工作状态时，光电二极管201即可感应不同的光照强度而产生相应大小的光电流，以此实现光信号到电信号的转换。
本公开示例性实施方式所提供的电子成像装置，采用阵列排布的感光结构，一方面无需设置多层棱镜，因此结构简单且器件轻薄，相比于传统摄像头而言，该电子成像装置可以采用多个较低像素晶圆级摄像头打造，整体厚度可减少30～50％，摄像头厚度可以从6mm降低到3mm；另一方面通过设置整流二极管202，可以实现信号引线的复用，从而能够降低电路的复杂性，而且光电二极管201与整流二极管202共用同一第一导电类型掺杂区20a还能进一步简化结构；更为重要的是，各个感光单元200可以同时采集一定景深范围内的图像数据，之后再进行调焦，而且在成像过程中获得的是全景深图象数据，因此还可实现一定范围内的立体成像。
由于本示例实施方式中的电子成像装置采用阵列排布的感光结构，因此针对各个感光单元200可以设计独立的信号引线，但当该电子成像装置的像素进一步提高时，独立信号引线的布线难度就会明显升高，从而影响电子成像装置的整体电路结构。
基于此，参考图2所示，所述电子成像装置还可以包括横纵交错的第一信号引线203和第二信号引线204，第一信号引线203可以连接至光电二极管201背离整流二极管202的一端例如光电二极管201的N掺杂区，第二信号引线204可以连接至整流二极管202背离光电二极管201的一端例如整流二极管202的N掺杂区。
这样一来，该电子成像装置便可以通过同一条第二信号引线204控制同一行的多个感光单元200，并通过多条第一信号引线203控制同行不同列的多个感光单元200，以此来实现感光单元200的单独控制以及信号引线的多路复用，并且还能显著的减少连接信号引线的引出电极的数量，从而达到简化电路结构的效果。
考虑到所述电子成像装置可能应用到曲面形状的场合例如柔性电子仿生复眼结构，因此衬底基板20可以设置为柔性衬底，且该柔性衬底的材料例如可以采用PDMS(Polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)。由于耐拉伸材料未必具有良好的耐高温性能，其在高温工艺制程中表现出的性能可能较差，因此本示例实施方式可以采用这类耐拉伸材料例如PDMS作为衬底基材，并结合转印工艺来解决其耐高温性能差的缺陷，关于转印工艺的细节将在后续的制备方法中进行详细的描述。在此基础上，第一信号引线203和第二信号引线204可以设置为弹簧状的导线布线方式或者纳米银浆等柔性导线布线方式，从而有利于实现信号引线的拉伸和弯曲。
图4示意性示出了以柔性衬底为基材的感光单元200的电路结构示意图。其中，第一信号引线203例如纵向导线和第二信号引线204例如横向导线之间需要设置绝缘层205，半导体图案层(即光电二极管201和整流二极管202所在的图案层)与临近的信号引线例如第一信号引线203之间也可以设置透明绝缘层208。针对于不需要弯折的结构而言，该绝缘层205可以采用二氧化硅、氮化硅等钝化材料；而对于需要弯折的结构而言，该绝缘层205可以采用聚酰亚胺等材料。此外，由于第一信号引线203和第二信号引线204均与光电二极管201和整流二级管202位于不同层，因此需要设计第一过孔206和第二过孔207来分别实现第一信号引线203和第二信号引线204与PN结的导通。
在本示例的一种实施方式中，如图5至图8所示，所述光电二极管201可以包括由第一导电类型掺杂区20a例如P掺杂区和第二导电类型掺杂区20b例如N掺杂区所构成的PN结。其中，第一导电类型掺杂区20a和第二导电类型掺杂区20b的交界面的形状例如可以设置为图5所示的直线形、图6和图7所示的折线形、或者图8所示的曲线形。
需要说明的是：本实施例可以采用直线形结构的PN结交界面形状，其工艺控制相对简单，但受光面积有限，因此本实施例还可以采用非直线形结构的PN结交界面形状，例如折线形的PN结交界面形状或者曲线形的PN结交界面形状。具体而言，所述折线形例如可以包括图6中的折线波浪形或者图7中的方波形等，所述曲线形例如可以包括图8中的波浪形或者正弦曲线形等，只要是能够增大受光面积即可，其它不作具体限定。
在本示例的另一种实施方式中，如图9至图12所示，所述光电二极管201还可以包括由第一导电类型掺杂区20a例如P掺杂区、第二导电类型掺杂区20b例如N掺杂区、以及位于二者之间的非掺杂区20c例如I区构成的PIN结。由于PIN结相比于PN结可在一定感光波长下获得较大的响应，因此PIN结的响应频率要比PN结大。其中，所述非掺杂区20c的形状例如可以设置为图9所示的直线形、图10和图11所示的折线形、或者图12所示的曲线形。
需要说明的是：本实施例可以采用直线形结构的非掺杂区20c形状，其工艺控制相对简单，但受光面积有限，因此本实施例还可以采用非直线形结构的非掺杂区20c形状，例如折线形的非掺杂区20c形状或者曲线形的非掺杂区20c形状。具体而言，所述折线形例如可以包括图10中的折线波浪形或者图11中的方波形等，所述曲线形例如可以包括图12中的波浪形或者正弦曲线形等，只要是能够增大受光面积即可，其它不作具体限定。
基于上述光电二极管201的形状，如图13至图16所示，在设置整流二极管202时，仅需在光电二极管201的第一导电类型掺杂区20a例如P掺杂区的另一侧即背离第二导电类型掺杂区20b例如N掺杂区的一侧形成第二导电类型掺杂区20b例如N掺杂区即可，此时得到的整流二极管202与光电二极管201共用第一导电类型掺杂区20a。
基于上述的电子成像装置，为了更好的模仿生物复眼结构，如图17所示，本示例实施方式还提供了一种柔性电子复眼，包括上述的电子成像装置以及与该电子成像装置相贴合的聚合物棱镜30，所述电子成像装置的衬底基板20为柔性衬底，所述聚合物棱镜30与所述柔性衬底分别位于该电子成像装置中的感光单元200的两面。由此可知，在每个感光单元200的表面均覆盖有聚合物棱镜30，该棱镜结构的设计有助于扩大复眼视角，并在形成弯曲界面时能够增大感光范围。
图18示出了该柔性电子复眼的应用示意图。由于该柔性电子复眼采用的是柔性衬底和可拉伸导线，因此具有良好的耐拉伸性能和变形能力，从而能够根据不同曲率的表面实现自适应贴合。
本公开示例性实施方式所提供的柔性电子复眼结构，通过在柔性衬底的表面形成感光阵列，并在感光阵列上方贴覆聚合物棱镜30，即可得到具有自适应功能的仿生复眼结构。该柔性电子复眼可对一定景深范围内的图像数据进行全部采集，从而保证图像采集之后再进行调焦的功能。由于该柔性电子复眼在成像过程中采集的是全景深图像数据，因此可在一定范围内实现立体成像，而且由此获得的照片能够直接还原成3D效果，还能直接进行测距，从而为用户提供极大的方便。此外，所述柔性电子复眼中集成的感光阵列结构，各个感光单元200可以分别记录成像信息并直接进行信息输出。
本示例实施方式还提供了一种电子成像装置的制备方法，可用于制备上述的电子成像装置。如图19所示，该电子成像装置的制备方法可以包括：
S1、在衬底基板20的表面形成半导体膜层02；
S2、在半导体膜层02的第一预设区域021形成第一导电类型掺杂区20a例如P掺杂区；
S3、在半导体膜层02的第二预设区域022和第三预设区域023分别形成一第二导电类型掺杂区20b例如一N掺杂区和另一第二导电类型掺杂区20b例如另一N掺杂区。
其中，第二预设区域022和第三预设区域023分别位于第一预设区域021的两侧。第一预设区域021的第一导电类型掺杂区20a和第二预设区域022的一第二导电类型掺杂区20b可构成光电二极管201，第一预设区域021的第一导电类型掺杂区20a和第三预设区域023的另一第二导电类型掺杂区20b可构成整流二极管202。
本公开示例性实施方式所提供的电子成像装置的制备方法，一方面可以借助目前已经十分成熟的TFT(Thin Film Transistor，薄膜晶体管)阵列基板工艺制程来进行制备，因此设备的复用性较强；另一方面通过设置整流二极管202即可实现信号引线的复用，从而能够降低电路的复杂性，而且光电二极管201与整流二极管202共用同一第一导电类型掺杂区20a还能进一步简化结构；再一方面还无需设置多层棱镜，因此结构简单且器件轻薄。
下面结合图20对感光单元200的工艺过程进行示例性的说明。首先在衬底基板20表面沉积一层半导体膜层02例如厚度为200～600nm的硅膜；然后在半导体膜层02表面涂覆光刻胶40，并通过曝光和显影使得半导体膜层02中对应第一预设区域021的位置露出；接着对该第一预设区域021进行P型掺杂，以得到第一导电类型掺杂区20a即P掺杂区，之后剥离剩余的光刻胶40；然后再在半导体膜层02表面涂覆光刻胶40，并通过曝光和显影使得半导体膜层02中对应第二预设区域022和第三预设区域023的位置露出；接着对该第二预设区域022和该第三预设区域023进行N型掺杂，以形成一第二导电类型掺杂区20b例如一N掺杂区和另一第二导电类型掺杂区20b例如另一N掺杂区，之后剥离剩余的光刻胶40；随后继续在半导体膜层02表面涂覆光刻胶40，并通过曝光和显影使得半导体膜层02中无需形成PN结或PIN结的部分露出，即按照双二极管所需的矩阵形状进行曝光和显影；最后采用刻蚀工艺将露出部分的半导体膜层02去除，以得到由光电二极管201和整流二极管202构成的感光单元200。
本示例实施方式还提供了一种柔性电子复眼的制备方法，可用于制备上述的柔性电子复眼。如图21所示，该柔性电子复眼的制备方法可以包括：
S10、如图22所示，在预设基板上形成阵列排布的多个感光单元200，所述感光单元200可以包括串联相接的光电二极管201和整流二极管202，且光电二极管201和整流二极管202共用同一第一导电类型掺杂区20a例如P掺杂区；
S20、如图22所示，在形成有感光单元200的预设基板上形成柔性衬底即柔性材料的衬底基板20，并在形成柔性衬底之后剥离预设基板；
S30、如图23所示，在透镜模板50的凹槽500中形成聚合物预聚体600，将具有柔性衬底的感光单元200贴附在透镜模板50的表面，并使感光单元200与凹槽500的位置相对应；
S40、如图23所示，控制聚合物预聚体600进行聚合反应以得到聚合物棱镜60，并在形成聚合物棱镜60之后进行脱模工艺，其中柔性衬底和聚合物棱镜60分别位于感光单元200的两面。
需要说明的是：所述预设基板是指在制备柔性器件时采用的承载基板，其在柔性器件制备完成之后需要通过剥离工艺去除；所述透镜模板50是指在制备聚合物棱镜60时采用的形状模板，其在聚合物棱镜60制备完成之后通常需要通过脱模工艺去除。
本公开示例性实施方式所提供的柔性电子复眼的制备方法，可借助于目前已经十分成熟的TFT阵列基板工艺制程来进行制备，通过在柔性衬底的表面形成感光阵列，并在感光阵列上方贴覆聚合物棱镜30，即可得到具有自适应功能的仿生复眼结构。其中，该棱镜结构的设计有助于扩大复眼视角，并在形成弯曲界面时能够增大感光范围。
下面结合图22对柔性电子复眼中感光单元200部分的工艺过程进行示例性的说明。首先在感光单元200表面涂覆PI(聚酰亚胺)作为透明绝缘层208，再在透明绝缘层208上方涂覆光刻胶40，并通过曝光和显影得到第一过孔206和第二过孔207的位置，通过对第一过孔206和第二过孔207所对应的透明绝缘层208的部分区域进行刻蚀，即可形成所需的过孔结构；然后剥离剩余的光刻胶40并沉积电极层70，通过对电极层70进行结构化设计，例如依次经过光刻胶40的涂覆、曝光和显影、以及刻蚀工艺，即可得到分别连接不同掺杂区域的信号引线；最后在信号引线上方涂覆二甲基硅氧烷并进行聚合，即可形成柔性基板，从而得到位于柔性基板上的感光单元200的阵列结构。
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。
此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其他实施例。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限。