一种一维位置传感器及其制造方法与流程

本发明涉及位置传感器技术领域，具体的涉及一种一维位置传感器及其制造方法。

背景技术：

位置传感器是一种新型的光电器件，或称为坐标光电池，可将光敏面上的光点位置转化为电信号。当一束光射到位置传感器的光敏面上时，不同位置处，电极之间将会有产生不同的电流或者电压。根据电压或者电流的不同即可以来检测入射光点的照射位置，能够直接用来测量位置、距离、厚度、角度和运动轨迹等。传统位置传感器存在结构复杂，制造成本高，难以与柔性衬底兼容等问题,迫切需要开发新型位置传感器。

技术实现要素：

为了解决背景技术中的问题，作为本发明的一个方面，提供了一种一维位置传感器，采用的技术方案如下:

一种一维位置传感器，包括透明衬底、第一电极层、第一有机层和第二电极层组成；所述的第一有机层截面形状为直角梯形，设置在透明导电衬底之上；所述的第一有机层左侧边缘厚度h1的取值范围为50-100nm，右侧边缘厚度h2的取值范围为20-50nm，且h1与h2满足关系h1-h2≥20nm；所述的第一有机层厚度从左至右匀速下降；所述的第二电极层截面形状为直角梯形，设置在第一有机层之上；所述的第一电极层左侧边缘厚度h3的取值范围为100-1000nm，右侧边缘厚度h4的取值按h4=h1+h3-h2计算获得；所述的第二电极层厚度从左至右匀速上升。

进一步的，所述的透明衬底为玻璃衬底或者柔性透明聚合物衬底。

进一步的，所述的第一电极层为透明金属导电氧化物，包括但不限于ito、fto、azo。

进一步的，所述的第一有机层为小分子材料，包括但不限于金属酞菁化合物、c60或者c70。

进一步的，所述的第二电极层设置在第一有机层之上，第二电极层金属导电材料，包括但不限于al、au、cu、ag。

作为本发明的另一个方面，提供了一种一维位置传感器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

s1、透明衬底与第一电极层刻蚀并清洗；

s2、导电衬底装入真空热蒸镀设备中；

s3、沉积第一有机层；

s4、沉积第二电极层。

进一步的，所述的步骤s3和s4包括步骤：

t1、导电衬底上均匀沉积厚度h2的第一有机层后停止沉积；

t2、导电衬底下方设置一掩膜板，将导电衬底完全阻挡；继续沉积厚度h1-h2的第一有机层，沉积的过程中匀速移动掩膜板使得导电衬底匀速露出；通过有机层沉积速率与掩膜板的移动速率设置，使沉积完厚度h1-h2有机层时，掩膜板正好移动到导电衬底的边缘，导电衬底完全露出，从而使得第一有机层两侧的厚度分别为h1和h2；

t3、ito导电衬底下方设置一掩膜板，将导电衬底完全阻挡；开始沉积第二电极层时，按与t2中相反方向匀速移动掩膜板使得导电衬底匀速露出;通过第二电极层沉积速率与掩膜板的移动速率设置，使沉积完厚度h4-h3第二电极层时，掩膜板正好移动到导电衬底的边缘，导电衬底完全露出；

t4、继续均匀沉积厚度h3的第二电极层后停止沉积，从而使得第二电极层两侧的厚度分别为h3和h4。

进一步的，所述的第一电极层刻蚀的图案为边长2-12mm的正方形。

进一步的，所述的第一有机层的沉积速率为0.05-0.1nm/s；所述的第二电极层的沉积速率为0.05-0.2nm/s。

本发明的有益效果如下：(1)本发明的位置传感器器件结构简单，仅仅使用单层的有机材料作为光敏层，降低了器件的制备成本；(2)本发明的位置传感器探测范围广，可以达到厘米量级；(3)本发明的位置传感器原材料选择种类多，易于市场化；(4)本发明的位置传感器与柔性衬底兼容，易于制备成柔性器件；(5)本发明的位置传感器使用真空热蒸镀工艺制备，膜厚控制精确，易于制成大面积器件。(6)本发明的工作波长可根据有机材料的吸收响应范围自由选择，由于有机材料吸收范围宽，吸收系数大，本发明工作波长选择范围广。

附图说明

图1为本发明的位置传感器结构示意图；

图2为本发明的位置传感器制造过程示意图；

图3为本发明的位置传感器制造过程中掩膜板相对于导电衬底的位置变化示意图。

图中101、为透明衬底，102、第一电极层，103、第一有机层，104、第二电极层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参阅图1，一种一维位置传感器，包括pet透明衬底、生长在pet衬底之上的ito第一电极层、subpc第一有机层和ag第二电极层组成；所述的subpc第一有机层截面形状为直角梯形，设置在ito第一电极层之上；设置subpc第一有机层左侧边缘厚度h1=50nm，右侧边缘厚度h2=20nm，h1与h2满足关系h1-h2=30nm≥20nm；所述的第一有机层厚度从左至右匀速下降；所述的ag第二电极层截面形状为直角梯形，设置在subpc第一有机层之上；设置ag第二电极层左侧边缘厚度h3=100nm，右侧边缘厚度h4的取值为h4=h1+h3-h2=50+100-20=130nm；所述的ag第二电极层厚度从左至右匀速上升。

请参阅图2-3，一种一维位置传感器的制造方法：提供一生长有ito的pet衬底，将fto图案刻蚀成12mm×12mm，ito导电衬底采用玻璃清洗剂和丙酮清洗后，采用丙酮、超纯水、异丙醇各超声清洗20分钟，氮气吹干后紫外光照射20分钟待用。将ito导电衬底装入真空镀膜机中，待达到设备要求真空度后采用真空热蒸镀的方法按下述步骤制备器件。设置subpc第一有机层的沉积速率为0.05nm/s，设置ag第二电极层的沉积速率为0.05nm/s。

t1、ito导电衬底上均匀沉积厚度h2=20nm的subpc第一有机层后停止沉积。

t2、ito导电衬底下方设置一掩膜板，将导电衬底完全阻挡；沉积的过程中匀速移动掩膜板使得导电衬底匀速露出。计算掩膜板的移动速度：掩膜板移动时间为沉积h1-h2=30nm厚的subpc第一有机层所需花费的时间：30nm÷0.05nm/s=600s；掩膜板移动时间为将ito衬底正好完全挡住到将ito衬底正好完全露出，也就是ito在x方向的图案长度12mm。从而计算得到掩膜板的匀速移动速率为12mm/600s=0.02mm/s。当设置第一有机层沉积速率0.05nm/s与掩膜板的移动速率0.02mm/s时，沉积完厚度30nmsubpc有机层时，掩膜板正好移动到ito导电衬底的边缘，导电衬底完全露出，从而使得第一有机层两侧的厚度分别为50nm和20nm。

t3、ito导电衬底下方设置一掩膜板，将导电衬底完全阻挡；开始沉积第二电极层时，按与t2中相反方向匀速移动掩膜板使得导电衬底匀速露出。计算掩膜板的移动速度：掩膜板移动时间为沉积h4-h3=30nm厚的ag第一电极层所需花费的时间：30nm÷0.05nm/s=600s；掩膜板移动时间为将ito衬底正好完全挡住到将ito衬底正好完全露出，也就是ito在x方向的图案长度12mm。从而计算得到掩膜板的匀速移动速率为12mm/600s=0.02mm/s。当设置第二电极层沉积速率0.05nm/s与掩膜板的移动速率0.02mm/s时，沉积完厚度30nm第二电极层时，掩膜板正好移动到ito导电衬底的边缘，导电衬底完全露出，从而使得第二电极层厚度在两侧分别为0nm和30nm。

t4、继续均匀沉积厚度h3=100nm的第二电极层后停止沉积，从而使得第二电极层两侧的厚度分别为h3=100nm和h4=130nm。

实施例二

请参阅图1，一种一维位置传感器，包括透明玻璃衬底、生长在玻璃衬底之上的fto第一电极层、c70第一有机层和au第二电极层组成；所述的c70第一有机层截面形状为直角梯形，设置在fto第一电极层之上；设置c70第一有机层左侧边缘厚度h1=100nm，右侧边缘厚度h2=50nm，h1与h2满足关系h1-h2=50nm≥20nm;所述的c70第一有机层厚度从左至右匀速下降；所述的al第二电极层截面形状为直角梯形，设置在c70第一有机层之上；设置al第二电极层左侧边缘厚度h3=1000nm，右侧边缘厚度h4的取值为h4=h1+h3-h2=100+1000-50=1050nm；所述的au第二电极层厚度从左至右匀速上升。

请参阅图2-3，一种一维位置传感器的制造方法：提供一生长有fto的透明玻璃衬底，fto导电衬底图案刻蚀成2mm×2mm。fto导电衬底清洗同实施例一。设置c70第一有机层的沉积速率为0.1nm/s，设置au第二电极层的沉积速率为0.2nm/s。

t1、fto导电衬底上均匀沉积厚度h2=50nm的c70第一有机层后停止沉积。

t2、fto导电衬底下方设置一掩膜板，将导电衬底完全阻挡；沉积的过程中匀速移动掩膜板使得导电衬底匀速露出。计算掩膜板的移动速度：掩膜板移动时间为沉积h1-h2=50nm厚的c70第一有机层所需花费的时间：50nm÷0.1nm/s=500s；掩膜板移动时间为将ito衬底正好完全挡住到将fto衬底正好完全露出，也就是fto在x方向的长度2mm。从而计算得到掩膜板的匀速移动速率为2mm/500s=0.004mm/s。当设置第一有机层沉积速率0.1nm/s与掩膜板的移动速率0.004mm/s时，沉积完厚度50nmc70有机层时，掩膜板正好移动到fto导电衬底的边缘，导电衬底完全露出，从而使得第一有机层两侧的厚度分别为100nm和50nm。

t3、ito导电衬底下方设置一掩膜板，将导电衬底完全阻挡；开始沉积第二电极层时，按与t2中相反方向匀速移动掩膜板使得导电衬底匀速露出。计算掩膜板的移动速度：掩膜板移动时间为沉积h4-h3=50nm厚的au第一电极层所需花费的时间：50nm÷0.2nm/s=250s；掩膜板移动时间为将fto衬底正好完全挡住到将fto衬底正好完全露出，也就是fto在x方向的图案长度2mm。从而计算得到掩膜板的匀速移动速率为2mm/250s=0.008mm/s。当设置第二电极层沉积速率0.2nm/s与掩膜板的移动速率0.008mm/s时，沉积完厚度50nmau第二电极层时，掩膜板正好移动到ito导电衬底的边缘，导电衬底完全露出，从而使得au第二电极层两侧的厚度分别为0nm和50nm。

t4、继续均匀沉积厚度h3=1000nm的al第二电极层后停止沉积，从而使得al第二电极层两侧的厚度分别为h3=1000nm和h4=1050nm。

下面介绍一下本发明的工作原理：请参考图1，取第一有机层有吸收响应的波长作为位置传感器的工作波长，例如实施例一中可以选取580nm的波长，实施例二中可以选择450nm的波长，同时设置入射光斑大小为直径5μm。入射光沿着y轴从透明衬底，经过第一电极层进入传感器内部。由于透明衬底和第一电极层对入射光几乎没有吸收，绝大部分光线可以到达第一有机层处，没有被第一有机层完全吸收的光线到达第二电极层处，被第二电极层反射，再次进入第一有机层内。由于不同的x坐标处的第一有机层的厚度不同，光场在有机层内的分布不同，产生的光生电流也就不同，从而对应的x坐标处存对应的光生电流。通过对光生电流的检测，即可以确定入射光线在x方向坐标，从而完成位置的检测。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。