本發(fā)明屬于液晶器件領(lǐng)域，具體涉及一種液晶空間光調(diào)制器。

背景技術(shù)：

空間光調(diào)制器(spatiallightmodulator-slm)是一種對(duì)光波的光場(chǎng)分布進(jìn)行調(diào)制的元件，這類元件可在隨著時(shí)間變化的電驅(qū)動(dòng)信號(hào)或者其他信號(hào)的控制下，改變空間上光分布的振幅或強(qiáng)度、相位、偏振態(tài)以及波長(zhǎng)，或者把非相干光轉(zhuǎn)化為相干光?；谏鲜鲂再|(zhì)，空間光調(diào)制器可作為實(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)中構(gòu)造單元或者關(guān)鍵的器件。

光尋址空間光調(diào)制器(oaslm)是一種可以根據(jù)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，可以完成二維圖像的波長(zhǎng)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(oaslm)通常以液晶層作為光調(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。

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)就在于光敏層?，F(xiàn)有技術(shù)中液晶光閥的光敏層材料為化學(xué)組成固定的半導(dǎo)體材料，如非晶硅，多晶硅等。然而，上述傳統(tǒng)光敏層材料存在光響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、載流子遷移率低等缺點(diǎn)，影響了液晶空間光調(diào)制器的分辨率，使其在實(shí)際應(yīng)用中受到了嚴(yán)重限制。因此，如何大幅度提高液晶空間光調(diào)制器的分辨率成為了本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種液晶空間光調(diào)制器，通過采用非晶硅薄膜和沉積于非晶硅薄膜上的錫硅合金薄膜形成復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)作為光敏層，并在上述光敏層兩端接入直流電壓，通過調(diào)節(jié)直流電壓值即可實(shí)現(xiàn)響應(yīng)光譜范圍可調(diào)；并且，基于本發(fā)明提供的新型光敏層的結(jié)構(gòu)及光敏層材料性能，能夠提高工作載流子的遷移率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提高液晶空間光調(diào)制器的分辨率、靈敏度和光響應(yīng)度的目的。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

一種液晶空間光調(diào)制器，包括：平行相對(duì)設(shè)置的第一透明基片和第二透明基片，第一透明基片和第二透明基片相向側(cè)分別沉積有第一透明導(dǎo)電薄膜層和第二透明導(dǎo)電薄膜層進(jìn)而形成第一透明電極和第二透明電極，第一透明電極和第二透明電極之間依次設(shè)有光敏層、電極層，阻光層、介質(zhì)反射鏡、第一取向?qū)?、液晶層以及第二取向?qū)樱凰龉饷魧拥慕Y(jié)構(gòu)是由非晶硅薄膜及沉積于非晶硅薄膜上的錫硅合金薄膜形成的復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明中阻光層可以為紅外光波段響應(yīng)或者可見光波段響應(yīng)，由于光敏層中錫硅合金薄膜是一種紅外波段響應(yīng)材料，在實(shí)現(xiàn)液晶空間光調(diào)制器紅外寫入時(shí)，選用紅外吸收膜層作為阻光層，通常采用碲化鎘，或者是納米金屬層，如納米銀膜。

進(jìn)一步地，本發(fā)明中錫硅合金薄膜材料的化學(xué)組成為si1-xsnx，其中x的取值范圍為0.1～0.5。

進(jìn)一步地，本發(fā)明中光敏層的厚度為2μm～6μm，其中：非晶硅薄膜的厚度為1μm～4μm，錫硅合金薄膜的厚度為1μm～2μm。

非晶硅是一種直接能帶半導(dǎo)體，與單晶硅和多晶硅不同，非晶硅在結(jié)構(gòu)上雖然與同質(zhì)晶體的配位數(shù)相同，但與其相比鍵角有一定的差異，且鍵長(zhǎng)也有所改變。非晶硅的長(zhǎng)程有序性由于鍵的無規(guī)則排列而消失，短程有序范圍一般為1nm～2nm，即在幾個(gè)晶格常數(shù)內(nèi)，原子間的鍵合形成共價(jià)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，與硅的原子間鍵合類型十分類似晶體。本發(fā)明光敏層采用非晶硅半導(dǎo)體材料(簡(jiǎn)寫為a-si)是基于a-si內(nèi)擁有一定數(shù)量的懸掛鍵、結(jié)構(gòu)缺陷、斷鍵等，正是由于非晶硅材料的這種特性使得錫硅合金薄膜中錫易于進(jìn)入非晶硅中或者從非晶硅中逃逸。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，第一透明基片和第二透明基片相背離側(cè)分別設(shè)有第一增透膜層和第二增透膜層。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，第一取向?qū)雍偷诙∠驅(qū)泳鶠榫埘啺啡∠驅(qū)印?/p>

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，所述介質(zhì)反射鏡的透射率不高于1％。

本發(fā)明原理如下：

一方面，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)響應(yīng)光譜可調(diào)；將光敏層一側(cè)的第一透明電極和相對(duì)另一側(cè)的鉑電極分別與直流電壓連接，通過調(diào)整直流電壓輸出值，能夠控制流經(jīng)光敏層的電荷量；

在第一透明電極作為負(fù)極，鉑電極作為正極的情況下：

光敏層中錫硅合金薄膜內(nèi)納米錫離子向非晶硅薄膜內(nèi)移動(dòng)進(jìn)入非晶硅內(nèi)部；

在第一透明電極作為正極，鉑電極作為負(fù)極的情況下：

光敏層中非晶硅薄膜內(nèi)的納米錫離子會(huì)返回至錫硅合金薄膜內(nèi)。

因此，通過電壓調(diào)節(jié)能夠使得錫硅合金薄膜中錫含量發(fā)生變化，而錫硅合金薄膜中錫含量的變化使得其禁帶寬度相應(yīng)變化，故而，本發(fā)明通過外部電壓調(diào)節(jié)錫在光敏層結(jié)構(gòu)中的分布，能夠調(diào)控光敏層的禁帶寬度，達(dá)到調(diào)節(jié)液晶空間光調(diào)制器的響應(yīng)光譜范圍的目的。

另一方面，由于上述現(xiàn)象，通過調(diào)節(jié)外加電壓，能夠達(dá)到調(diào)節(jié)錫硅合金薄膜化學(xué)組成的目的；由于錫硅合金薄膜具有錫含量達(dá)到一定值時(shí)，材料具有從間接帶隙半導(dǎo)體轉(zhuǎn)化成直接帶隙半導(dǎo)體的性質(zhì)，因此轉(zhuǎn)換成直接帶隙半導(dǎo)體時(shí)導(dǎo)電類型為p型，能夠提供了更多的電子空穴對(duì)，因此載流子遷移率有所提升。

因此，本發(fā)明通過合理調(diào)控錫硅合金薄膜中錫含量，可以提高光敏層中載流子遷移率，同時(shí)也提高了電導(dǎo)率，有效提高液晶空間光調(diào)制器的成像質(zhì)量及圖像分辨率；

另外，光敏層中載流子遷移率直接影響靈敏度和光響應(yīng)度，因此，有利于提高器件的靈敏度和響應(yīng)速度。

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明提供了一種采用新型光敏層的液晶空間光調(diào)制器，通過光敏層兩端電壓調(diào)節(jié)光敏層中電荷量，進(jìn)而對(duì)光敏層中錫分布進(jìn)行調(diào)節(jié)，基于錫硅合金薄膜具有錫含量達(dá)一定值時(shí)能夠使得材料從間接帶隙半導(dǎo)體轉(zhuǎn)化成直接帶隙半導(dǎo)體的性質(zhì)，本發(fā)明技術(shù)手段能夠提高光敏層內(nèi)載流子的遷移率，使得器件的圖像分辨率以及光響應(yīng)度和靈敏度均得到提升；另一方面，光敏層中錫分布變化，使得光敏層的禁帶寬度也隨之變化，能夠使不同波長(zhǎng)的光寫入，拓寬了器件的光譜響應(yīng)范圍；此外，本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，容易操作，工藝參數(shù)可控，有利于工業(yè)化生產(chǎn)制造。

附圖說明

圖1為本發(fā)明液晶空間光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明液晶空間光調(diào)制器中光敏層的結(jié)構(gòu)原理圖；

圖中1為第一增透膜，2為第一透明基片，3為第一透明導(dǎo)電薄膜層，4為光敏層，其中41為非晶硅薄膜，42為錫硅合金薄膜，5為電極層，6為阻光層，7為介質(zhì)反射鏡，8為第一取向?qū)樱?為液晶層，10為第二取向?qū)樱?1為第二透明導(dǎo)電薄膜層，12第二透明基片，13為第二增透膜。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了闡述：

如圖1所示為本發(fā)明提供的液晶空間光調(diào)制器，包括：平行相對(duì)設(shè)置的第一透明基片2和第二透明基片12，第一透明基片2和第二透明基片12相向側(cè)分別沉積有第一透明導(dǎo)電薄膜層3和第二透明導(dǎo)電薄膜層11，進(jìn)而形成第一透明電極和第二透明電極，第一透明電極和第二透明電極之間依次設(shè)有光敏層4、電極層5，阻光層6、介質(zhì)反射鏡7、第一取向?qū)?、液晶層9以及第二取向?qū)?0，結(jié)合圖2可以看出，本發(fā)明中光敏層4的結(jié)構(gòu)是由非晶硅薄膜41及沉積于非晶硅薄膜41上的錫硅合金薄膜42形成的復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)。

圖1中左側(cè)為寫入光，即為控制液晶空間光調(diào)制器上像素的光電信號(hào)，液晶空間光調(diào)制器的工作過程是將待轉(zhuǎn)換的非相干圖像作為寫入光從器件左側(cè)成像至光敏層4，實(shí)現(xiàn)圖像的非相干到相干的轉(zhuǎn)換后，一束線偏振相干光作為讀出光從器件右側(cè)射向液晶層9，其偏振方向與液晶層9右端的分子長(zhǎng)軸方向一致，由于介質(zhì)反射鏡7起到了高反射膜的作用，這束光將兩次通過液晶層9最后從右側(cè)射出。

本發(fā)明還提供一種光敏層禁帶寬度可調(diào)液晶空間光調(diào)制器的制備包括，具體包括以下步驟：

步驟a：

本實(shí)施例中透明基片采用的是玻璃基片，分別在兩個(gè)玻璃基片一表面沉積透明導(dǎo)電薄膜，制得兩個(gè)透明電極，本實(shí)施例中選擇ito作為透明導(dǎo)電薄膜的材料；

在進(jìn)行下一步驟之前還應(yīng)該對(duì)制得的透明電極進(jìn)行清潔處理，具體操作不做限制，本實(shí)施例是將透明電極依次置于丙酮、酒精和去離子水中，進(jìn)行超聲清洗，清洗時(shí)間為10分鐘，清洗完畢后采用氮?dú)獯蹈蓚溆茫?/p>

步驟b：在完成步驟1的透明電極中任取一個(gè)，然后采用化學(xué)氣相沉積法(以下簡(jiǎn)稱為pecvd方法)在沉積有透明導(dǎo)電薄膜的一面上制備非晶硅薄膜，然后再沉積一層錫硅合金薄膜，得到非晶硅薄膜和錫硅合金薄膜形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的光敏層，具體步驟詳述如下：

b1：將一個(gè)透明電極放置于反應(yīng)腔室中，并采用真空系統(tǒng)將反應(yīng)腔室抽至5×10^-4pa，然后調(diào)節(jié)溫控系統(tǒng)將第一透明電極加熱至300℃；

b2：在反應(yīng)腔室中通入氣體流量為2sccm的硅烷(sih4)，調(diào)節(jié)射頻功率為3w，沉積1小時(shí)后，制得非晶硅薄膜；

b2：完成步驟b2后，將透明電極加熱250℃，通過調(diào)節(jié)氣體流量計(jì)通入sih4和sn(ch3)4形成的混合氣體，sih4的流量仍為2sccm，sn(ch3)4的流量為0.001g/min，調(diào)節(jié)射頻功率為2w，維持反應(yīng)腔室的工作壓強(qiáng)保持在60pa，沉積30分鐘后，在非晶硅薄膜上又沉積了一層錫硅合金薄膜；

步驟c：在完成步驟b后制得的光敏層上依次蒸鍍形成鉑電極，紅外吸收膜和介質(zhì)反射鏡7；

步驟d：分別在完成步驟c后制得的介質(zhì)反射鏡以及完成步驟a制得的另一透明電極的透明導(dǎo)電薄膜上旋涂聚酰亞胺溶液，經(jīng)過烘烤后采用滾筒摩擦聚酰亞胺涂層面，使得表面形成微細(xì)溝槽，進(jìn)而形成取向?qū)樱?/p>

步驟e：在取向?qū)又g均勻放置少量直徑為3μm的間隔子，然后灌入液晶，灌完液晶后采用環(huán)氧樹脂膠封住液晶形成液晶層，最終制得光敏層禁帶寬度可調(diào)液晶空間光調(diào)制器。

在液晶空間光調(diào)制器中，光敏層4擔(dān)負(fù)著記錄信號(hào)源圖像來控制液晶層電壓的作用，參考圖1示圖，將第一透明電極和第二透明電極分別與交流電源連接，沒有光照射時(shí)光敏層4的材料仍保持高阻狀態(tài)，液晶層9上的分壓小于或等于液晶層9的閾值電壓，而寫入光從底部入射至第一透明電極后，入射的光照射至光敏層4會(huì)使得光敏層4的材料內(nèi)部產(chǎn)生光生載流子，使得光敏層4有光照射時(shí)材料的阻抗變小(即為光寫入信號(hào)以轉(zhuǎn)換阻抗的方式保留在光敏層4中)，液晶層9的分壓升高并超過其閾值電壓，啟動(dòng)液晶工作；同時(shí)，由于光信號(hào)各部分的強(qiáng)弱差異，液晶層上局部各處的壓降變化也不同，所以液晶分子受電場(chǎng)調(diào)制的情況也不同，因此造成讀出信號(hào)的強(qiáng)弱也不同，使得讀出圖像依然按照原先的圖像亮暗情況反映；阻光層6可以將穿過光敏層4的寫入光及透過介質(zhì)反射鏡7的讀出光吸收掉，由于介質(zhì)反射鏡7起到了高反射膜的作用，能夠?qū)⒆x出光返回，故讀出光入射液晶層9并攜帶液晶層9上的調(diào)制信息返回，減少了寫入光的干擾。

結(jié)合圖2所示液晶空間光調(diào)制器光敏層的結(jié)構(gòu)原理圖，光敏層4一側(cè)為第一透明電極，相對(duì)另一側(cè)設(shè)置有電極層5，本實(shí)施例電極層5采用鉑電極，將第一透明電極和鉑電極分別與直流電壓連接，通過調(diào)整直流電壓輸出值可以控制流經(jīng)光敏層4的電荷量，當(dāng)?shù)谝煌该麟姌O作為負(fù)極，鉑電極作為正極時(shí)，光敏層4中錫硅合金薄膜42內(nèi)納米錫離子向非晶硅薄膜41內(nèi)移動(dòng)對(duì)非晶體硅中缺陷進(jìn)行補(bǔ)償；當(dāng)?shù)谝煌该麟姌O作為正極，鉑電極作為負(fù)極時(shí)，光敏層4中非晶硅薄膜41內(nèi)的納米錫離子會(huì)返回至錫硅合金薄膜42內(nèi)；

因此，本發(fā)明中光敏層4在接直流電壓時(shí)錫會(huì)在非晶硅薄膜41和錫硅合金薄膜42中分布，通過電壓調(diào)節(jié)能夠使得錫硅合金薄膜42中錫的含量發(fā)生變化，而錫硅合金薄膜42是一種半導(dǎo)體材料，

其中，eg為禁帶寬度，λ為響應(yīng)波長(zhǎng)；

本發(fā)明所提供的新型光敏層結(jié)構(gòu)能夠通過外部直流脈沖電壓使得錫離子向非晶硅層移動(dòng)，進(jìn)而使得光敏層的電阻改變，并且在外加電壓相反的情況下可逆，即通過直流脈沖電壓大小和時(shí)間能夠控制光敏層中錫的分布情況；而錫硅合金薄膜42的材料的禁帶寬度和錫的含量呈線性關(guān)系是已有結(jié)論，因此本發(fā)明能夠通過控制光敏層兩邊的外部直流脈沖電壓進(jìn)而控制光敏層的禁帶寬度大小，使得光敏層能夠?qū)Σ煌t外波段和不同可見光波段的光譜響應(yīng)，達(dá)到響應(yīng)光譜范圍可調(diào)的目的，另外，通過上述技術(shù)手段調(diào)節(jié)錫硅合金薄膜中錫含量達(dá)到一定值時(shí)可以使得材料轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訋栋雽?dǎo)體材料，有利于調(diào)節(jié)提高空間光調(diào)制器的分辨率，因此，上述技術(shù)效果在實(shí)際使用過程中具有重要意義的。

以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了闡述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。