Пространственный световой модулятор с оптической адресацией и способ

Пространственный световой модулятор с оптической адресацией и способ

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Это изобретение имеет отношение к пространственным модуляторам света с оптической адресацией (ОА ПМС) (OASLMs), которые иногда называют световыми затворами.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Существует несколько отличающихся технологических подходов для создания дисплея видимого света, в особенности дисплеев большого размера, такие как охарактеризованные как телевизоры с большим экраном. Жидкокристаллические дисплеи обычно проявляют высокое разрешение и имеют выгодную малую толщину (например, приблизительно 3 дюйма (7, 6 см)), Они обычно ограничены размерами 42" (106, 7 см) (по диагонали) или менее из-за ограничений по стоимости и того факта, что питающий ток не может легко поддерживаться постоянным вдоль очень длинной аморфной кремниевой питающей линии строки или столбца, требуя значительно сложной электроники питания. Жидкокристаллические дисплеи страдают от того недостатка, что один-единственный пиксель может значительно ухудшить разрешающую способность всего дисплея; большие листы стекла имеют меньше больших панелей, таким образом, потеря выхода продукции является сильно нелинейной функцией и уменьшается с уменьшением размера дисплея.

Другая технология для больших дисплеев - плазменное телевидение, обычно коммерчески доступное в диапазоне от 42 до 50 дюймов (от 106, 7 до 127 см). В то время как плазменный телевизор имеет достаточно малую толщину (например, 4 дюйма (10,2 см) и широкий угол обзора, разрешающая способность не столь же высока, как в других технологиях, дорогая электроника адресации балансирует глубину бита за счет разрешающей способности, вместо того чтобы максимизировать и то и другое, вообще они более тяжелые и страдают от «прожигания» в экране дисплея через некоторое время, а также от того же самого дефицита мощности одного пикселя, что и жидкокристаллические дисплеи. Хотя продолжается некоторое исследование, касающееся использования органических LEDs (OLEDs) в больших дисплеях, последние обычно имеют время жизни приблизительно 8000 часов или меньше для применений такой большой мощности и считаются неотъемлемо ограниченными.

Телевидение с передним и задним проецированием становится более популярным по мере того, как преодолеваются некоторые из вышеупомянутых проблем с жидкокристаллическими и плазменными технологиями. Системы проецирования допускают размеры экрана в 100 дюймов (254 см) или больше и типично страдают от недостатка разрешающей способности и/или яркости (например, борясь с рассеянным светом для очень большого экрана). Световые затворы лежат в основе проекционных систем, смешивая оттенки различного цветного света (например, красного, зеленого и синего), чтобы обеспечить полный спектр цвета в отображенном изображении. Применения высокотемпературного поликристаллического кремния (HTPS), например такие, как изготовляются Seiko, Epson и Sony, хотя обычно используют дуговую лампу для освещения, все же показывают низкую яркость на дисплее из-за ограничений апертуры (отношение света к области отражения) и паразитную дифракцию. Более того, разрешающая способность в более коммерчески популярных моделях не лучше, чем разрешающая способность плазмы.

Световые затворы с жидким кристаллом на кремнии (LCoS) используются Sony, JVC и массой других изготовителей в относительно маленьком сегменте большого рынка дисплеев. В то время как они улучшают яркость и даже разрешение по сравнению с технологией HTPS за небольшую дополнительную стоимость, они также используют дуговую лампу для освещения, чтобы преодолеть потери света между дуговой лампой и дисплеем. Не является необычным для потери света в LCoS быть 35% или больше из-за апертуры, паразитной дифракции и отражательной способности алюминия. Изобретатели считают такие потери присущими технологии LCoS, потому что много света теряется между «плитками» (обычно дискретные алюминиевые отражатели), а еще большее количество теряется в результате дифракции от границ этих плиток.

Цифровая обработка света (DLP), технология, которую активно применяет Тексас Инструменте (Texas Instruments), также использует дуговую лампу и генерирует среднюю яркость, но меньшее разрешение по сравнению с LCoS. DLP демонстрирует еще более высокие потери света, чем LICoS, из-за вращающегося «цветного колеса» в дополнение к микроотражателям, которые дают потери наподобие плиток LCoS. Цветное колесо является необходимым для DLP, чтобы работать с одним-единственным световым затвором; многочисленные световые затворы для различных цветов приводят к достаточно высоким затратам, так что DLIP не был бы коммерчески конкурентоспособен при сравнении с другими технологиями.

В каждой из технологий HTPS, LCoS и DLP электроника адресации расположена непосредственно под поверхностью модуляции. Это приводит к двум конкурирующим проблемам. Во-первых, большая область КМОП (CMOS) красок для приводной электроники очень дорога; увеличение размера микросхемы КМОП очень нелинейно со стоимостью. Во-вторых, оптика требует, чтобы поверхность модуляции была достаточно большой, чтобы собрать достаточно света для функционирования большого дисплея с достаточным разрешением и яркостью. Слияние электроники двигателя и плоскости модуляции, как описано выше, приводит к низкому выходу и высокой стоимости для производства проекторов HTPS, LCoS и DLP. Что действительно необходимо в области техники, так это технология, которая обеспечивает большие экраны дисплеев (например, больше чем приблизительно 42 дюйма (106,7 см)) с хорошим разрешением и яркостью, без компромиссов, описанных выше, между размером микросхемы КМОП и оптической поверхностью модуляции, которые приводят к зашкаливанию затрат в настоящей технологии.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с одним вариантом выполнения изобретения предлагается оптическое устройство, которое содержит следующие слои в описанном порядке. Электрически изолированный первый запирающий слой расположен над первым электродным слоем, а фотопроводящий слой расположен над первым запирающим слоем. Слой, ограничивающий носители, расположен над фотопроводящим слоем. Слой, ограничивающий носители, ограничивает объем, в котором равномерно распределены ловушки для носителей. Электрически изолированный второй запирающий слой расположен над слоем, ограничивающим носители, а светозапорный слой расположен над вторым запирающим слоем для того, чтобы заблокировать свет выбранной полосы длин волн. Отражающий слой расположен над светозапорным слоем для того, чтобы отражать свет в пределах выбранной полосы длин волн, двоякопреломляющий или дисперсионный слой расположен над отражающим слоем, а оптически пропускающий второй электродный слой расположен над двоякопреломляющим или дисперсионным слоем. Термин «расположен над» не подразумевает, что слои должны быть непосредственно присоединены друг к другу; между вышеупомянутыми описанными слоями могут быть размещены промежуточные слои, как подробно показано ниже.

В соответствии с другим вариантом выполнения изобретения предлагается способ изготовления многослойного оптического устройства. В этом способе предусмотрен первый проводящий слой, и над этим первым проводящим слоем выращивают слой арсенида галлия GaAs при температуре меньше, чем приблизительно 425 градусов Цельсия. Электрически изолированный слой располагают над слоем GaAs, фотопроводящий слой располагают над электрически изолированным слоем, а светозапорный слой располагают над фотопроводящим слоем. Светозапорный слой блокирует свет выбранной полосы длин волн. Отражающий слой располагают над запирающим свет слоем, причем отражающий слой отражает свет выбранной полосы длин волн. Двоякопреломляющий слой или дисперсионный слой располагают над отражающим слоем, а оптически пропускающий второй проводящий слой располагают над двоякопреломляющим или дисперсионным слоем. Как и с оптическим устройством, описанным выше, терминология, что слой располагают над другим слоем, не подразумевает, что расположенный слой обязательно должен находиться в контакте со слоем, над которым он расположен; возможны промежуточные слои, без отхода от этой идеи изобретения, при этом несколько таких промежуточных слоев, в дополнение к детально описанным выше, очень подробно описаны ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Предшествующие и другие аспекты этой идеи изобретения являются более очевидными в следующем подробном описании при ознакомлении вместе с приложенными чертежами.

Фиг.1А представляет собой схематический вид в разрезе, показывающий некоторые из отличительных слоев пространственного модулятора света с оптической адресацией (ОА ПМС), в соответствии с вариантом выполнения изобретения.

Фиг.1В представляет собой схематическую диаграмму, похожую на Фиг.1А, но иллюстрирующую другой вариант выполнения.

Фиг.1C представляет собой схематическую диаграмму, похожую на Фиг.1А, но иллюстрирующую еще один вариант выполнения.

Фиг.2А-С представляет собой схематические диаграммы, иллюстрирующие движение и захват в ловушку электронов и дырок в пределах слоистого светового затвора, изображенного на Фиг.1А.

Фиг.2D-2Е представляют собой схематические диаграммы, похожие на Фиг.2С, но иллюстрирующие пары электронов и дырок в соответствующих втором и первом слоях, ограничивающих носители.

Фиг.2F представляет собой эквивалентную схему, изображающую определенные уровни в световом затворе, показанном на Фиг.1А.

Фиг.3А-3С похожи на Фиг.2В-2С и Фиг.2Е соответственно, но для варианта выполнения, изображенного на Фиг.1 В.

Фиг.4 изображает кривую роста в координатах температуры от времени для нескольких более низких слоев варианта выполнения, изображенного на Фиг.1А.

Фиг.5 представляет собой схематическую диаграмму одного светового затвора с пространственной модуляцией вместе с проекционным модулем для совместного формирования проекционного изображения.

Фиг.6 представляет собой схематическую диаграмму трех световых затворов с пространственной модуляцией вместе с одним типом проекционного модуля для совместного формирования проекционного изображения.

Фиг.7 представляет собой схематическую диаграмму трех световых затворов с пространственной модуляцией вместе с другим типом проекционного модуля для совместного формирования проекционного изображения, а также показывает источник света в виде дуговой лампы предшествующего слоя техники, показанной на чертеже в целях сравнения.

Фиг.8 представляет собой другой вариант выполнения проекционного модуля, выполненного для использования ОА ПМС, в соответствии с этими идеями изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ

Световые затворы с оптической адресацией имеют несколько преимуществ перед другими коммерческими технологиями построения изображений на больших экранах, такими как MEMS, жидкие кристаллы на кремнии или высокотемпературный поликристаллический кремний. Например, определенные варианты выполнения этого изобретения предлагают существенные выигрыш в стоимости по сравнению с этими технологиями. Варианты выполнения светового затвора, описанные здесь, в состоянии поддерживать этендю до значительно более существенного уровня, чем проекционные технологии, использующие цветную последовательную модуляцию или системы с многочисленными световыми затворами с ограниченной площадью поверхности, как и в случае с жидкокристаллическими дисплеями на кремнии. Этендю может пониматься как оптическая эффективность пропускной способности через сильно отличающиеся оптические устройства. Когда источник света связан с проекционным модулем, этендю является мерой оптической эффективности этой связи. Если источник представляет собой лазер, то этендю может быть полностью сохранена. Когда источник является неточечным, как обычно используется в технике получения изображения с большим экраном, этендю становится значимым фактором, поскольку оптическая связь от неточечного источника света с модулятором обычно очень слаба в значительной степени из-за того, что модулятор имеет обычно маленький размер (например, кристалл имеет размер меньше, чем 0,9 дюйма (2,25 см) по диагонали), так что свет, который непосредственно не падает на модулятор, теряется, если только он не управляется эффективно для этендю. Простое увеличение размера кремниевого кристалла не является экономически выгодным, поскольку такое выполнение сократило бы количество кристаллов, изготовляемых из одной полупроводниковой пластины, эффективно полностью изменяя некоторые из рентабельностей, которые управляют законом Мура непрерывного уменьшения стоимости за один кристалл. Отношение между размером кристалла и стоимостью не линейное; удвоение размера кристалла более чем вдвое увеличивает стоимость этого кристалла большего размера, обычно значительно более, чем вдвое. Вообще, в уровне техники используется источник белого света большой мощности, такой как дуговая лампа, свет от которой модулируется и пикселируется, чтобы преодолеть плохую этендю посредством полной оптической выходной мощности этого источника. Но дуговая лампа работает при высоких температурах и требует периодической замены лампочки. Варианты выполнения этого изобретения обеспечивают более изящное решение, чем простое увеличение мощности в источнике света. Кроме того, световые затворы с оптической адресацией не подвержены ограничениям других технологий, заключающимся в том, что управляющая электроника лежит непосредственно под плоскостью оптической модуляции. Это подробно описано в разделе «Уровень техники» и приводит к более высокой стоимости и худшим рабочим характеристикам из-за компромисса между размерами микросхемы КМОП и плоскостью оптической модуляции.

На Фиг.1А в разрезе изображено оптическое устройство ОА ПМС 20 в соответствии с вариантом выполнения изобретения. Относительные толщины слоя, изображенные на Фиг.1А или 1В, не показаны в масштабе и не являются пропорциональными относительно друг друга; Фиг.1А-1С показаны лишь для иллюстрации различных слоев как отличительных объектов. Поскольку варианты выполнения Фиг.1А-1С являются вариантами выполнения с передней адресацией (сверху), различные слои показаны ниже в деталях в порядке сверху вниз. Фиг.1А описан в соответствии со спецификацией, Фиг.1 В описан в соответствии с его отличительными особенностями от Фиг.1А, а Фиг.1С описан в соответствии с его отличительными особенностями от Фиг.1В.

На Фиг.1А защитный верхний слой 22 образует переднюю поверхность 22а ОА ПМС 20 для защиты лежащих под ним слоев и является по существу пропускающим для света как в видимой, так и в инфракрасной (ИК) полосе. Стекло, сапфир, кварц, SiC, ZnO, и GaP являются иллюстративными, но не исключительными материалами, из которых может быть выполнен защитный верхний слой 22. Ниже защитного слоя 22 выполнен пропускающий свет проводник 24, который является электрически проводящим, и пропускающий свет в видимой и ИК-полосе. Пропускающие свет проводящие уровни известны в уровне техники (см., например, патент США №5084777 «Прогресс в световых затворах на жидких кристаллах», автор W.P.Bleha в журнале Laser Focus/Electro-Optics, октябрь 1983; и "Развитие пространственных световых модуляторов, основанных на арсениде галлия", авторы Michael С.Hebbron и Surinder S.Makh в журнале PSLIE том 825 Spatial Light Modulators and Applications LILI, 1987). Иллюстративный материал для проводящего слоя - индий - оксид олова (обычно LITO), который по существу прозрачен к видимому свету и только слегка ослабляет ИК-свет. Проводящий слой 24 по существу перекрывает все поперечное сечение ОА ПМС 20, чтобы обеспечить относительно равномерный заряд по всему поперечному сечению.

Ниже прозрачного проводящего слоя 24 расположен двоякопреломляющий или дисперсионный слой 26, такой как жидкие кристаллы, оксид висмута или другие материалы, либо кристаллические по своей структуре, либо нет, но те, которые могут модулировать свет. Расстояние между слоями 24 и 26 называется пространством между слоями, тогда как слой 26 по существу однороден и важен, поскольку этот слой определяет модуляцию света, когда ОА ПМС 20 находится в рабочем состоянии. Примыкающим сбоку каждой главной поверхности двоякопреломляющего/дисперсионного слоя 26 (то есть и выше, и ниже двоякопреломляющего/дисперсионного слоя 26, как проиллюстрировано на Фиг.1А) является выравнивающий слой 27а, 27b для закрепления слоя 26. Иллюстративным материалом для выравнивающих слоев является оксид кремния SiOx. Как будет показано, поскольку свет, который должен быть модулирован, проходит дважды через двоякопреломляющий/ дисперсионный слой 26, этот слой должен только модулировать считываемый свет, наполовину того, сколько это нужно для устройства с одним проходом света, и поэтому может быть тонким, повышая скорость переключения и разрешающую способностью.

Ниже двоякопреломляющего/дисперсионного слоя 26 расположен распределенный брэгговский отражатель (РБО) (DBR) 28 или слой холодного зеркала, в более общем случае - отражающий слой, состоящий из диэлектрических материалов, который являются отражающими в пределах выбранной полосы длин волн. В одном варианте выполнения свет адресации является инфракрасным, а модулированный считываемый свет является видимым, так что слой РБО 28 отражает или блокирует свет в видимой полосе, позволяя все же выбранным спектральным длинам волн ИК-света проходить относительно свободно. Слой РБО 28 может быть легко настроен, чтобы пропускать только конкретную ИК-полосу, представляющую интерес, так что из всего света, входящего в ОА ПМС 20 через переднюю поверхность 22а (например, модулированного считывающего света и свету адресации), только ИК-свету в пределах полос, представляющих интерес, дозволено проходить через слой РБО 28. Слой РБО 28 может быть непосредственно откорректирован посредством конструкции слоя РБО 28, чтобы сформировать узкополосный режекторный фильтр или полосовой пропускающий фильтр для определенных ИК-длин волны, или же в комбинации с светозапорным слоем (СЗС) (LBI). В качестве альтернативы, вариант выполнения, изображенный на Фиг.1В, показывает первый слой РБО 28а, подобный слою РБО 28, описанному выше в отношении Фиг.1А, осажденный на слой СЗС 30 с потенциально меньшей толщины, чем обычно использовалось в варианте выполнения, изображенном на Фиг.1А, который, в свою очередь, осажден на второй слой РБО 28b. По сравнению с вариантом выполнения, изображенным на Фиг.1А, в этом варианте выполнения добавлен второй слой РБО 28b между СЗС 30 и первым запирающим слоем 36а.

Как будет в деталях показано ниже, каждая ИК-полоса, представляющая интерес для света адресации, может считаться как адресуемой к определенной спектральной ширине света в изображении на выходе, называемом считываемым светом, для которого адресуется та конкретная ИК-полоса. В иллюстративном варианте выполнения РБО 28 (или РБО 28а, 28b) выполнены из чередующихся слоев материалов, имеющих различный коэффициент преломления для заданных длин волн, представляющих интерес, таких как диоксид титана ТlIO₂ и диоксид кремния SiO₂, или арсенид алюминия AlAs, и арсенид галлия GaAs. В любом выполнении РБО может быть выполнен из множества материалов, включая, но не ограничиваясь NbO₅, SiO₂, TiO₂, Та₂О₅, ZnSe, AlAs, GaAs и т.д. В то время как эти описания применительны к ИК-свету адресации и видимому считываемому свету, эти полосы длин волн являются иллюстративными; считываемый свет может быть, например, УФ- или ИК-светом, приводя к тому, что для формирования различных слоев в световом затворе используются различные материалы, чтобы блокировать/отражать полосы длины волны для невидимого считываемого света.

Возвращаясь к Фиг.1А, отметим, что светозапорный слой 30, отдельный от слоя РБО 28 и отличающийся от него, лежит ниже слоя РБО 28, чтобы еще больше блокировать любой видимый свет, который может пройти, поскольку слой РБО 28 может быть меньше чем 100% эффективным в отражении видимого света (или другого света вне предназначенной полосы пропускания). Светозапорный слой 30 также может быть настроен, чтобы пропускать или частично поглощать представляющие интерес выбранные ИК-полосы путем подбора материала с подходящей непрямой или прямой запрещенной зоной. Светозапорный слой 30 в целом имеет толщину приблизительно 1 микрон и работает как оптически инвариантный электрический элемент. Таким образом, в зависимости от вида электрического поля, приложенного поперек устройства, емкость, сопротивление и/или импеданс светозапорного слоя 30 не меняются в зависимости от интенсивности падающего на него света. Если бы это было иначе, светозапорный слой 30 имел бы переменные электрические свойства, которые вызвали бы непреднамеренную модуляцию света в слое 26 в вариантах выполнения, показанных на Фиг.1А-1В, приводя к неэффективности всех рабочих характеристик устройства. Благоприятная особенность светозапорного слоя 30 заключается в том, что любые созданные там носители заряда обладают коротким временем жизни. Материал светозапорного слоя 30 выбран так, чтобы быть сильно поглощающим для спектров с энергией, больше чем запрещенная зона того материала (если у материала есть запрещенная зона). Светозапорный слой 30 может быть выполнен из низкотемпературного материала (см. ниже описание для слоев 34а, 34b, ограничивающих носители), или даже из AlGaAs, InGaAs, GaAs, a-SiGe:H, CdTe низкого качества, или же, например, из мелкого зернистого поликристаллического или осажденного GaAs, так что любые носители заряда (например, дырки или электроны), созданные благодаря поглощению спектров в пределах диапазона энергии выше запрещенной зоны, имеют короткое время жизни (например, они не разделяются под приложенным электрическим полем поперек электродов 24, 38), и поэтому не модулируют в значительной степени емкость, сопротивление или импеданс светозапорного слоя 30.

Фотопроводящий слой 32, показанный на Фиг.1А, как имеющий первый ограничивающий носители слой 34а и дополнительный второй ограничивающий носители слой 34b, ближайший к его соответствующим противоположным основным поверхностям, расположен ниже светозапорного слоя 30 в том месте, где ИК-свет адресации преобразуется в электрические носители заряда (дырки и электроны). Из-за отражения видимого света на слое РБО 28 и из-за поглощения или отражения в светозапорном слое 30 света за пределами полосы пропускания, который проходит через слой РБО 28, ИК-свет в пределах представляющей интерес выбранной полосы проходит для возбуждения фотопроводящей части 32 фотопроводящего слоя. Любой считываемый свет, который действительно достигает фотопроводящего слоя 32, с большой долей вероятности создает носители и, следовательно, изменение в емкости, сопротивлении и/или импедансе этого слоя под влиянием остаточного считываемого света, достигающего его, должно создать напряжение поперек двоякопреломляющего слоя 26 ниже его порогового напряжения так, чтобы не вызвать модуляцию считываемого света в этом слое.

Иллюстративным материалом для фотопроводящего слоя 32 является высококачественный арсенид галлия GaAs, возможно меняющийся в зависимости от мольной доли In и Al от InGaAs до AlGaAs. Этот слой 32 может меняться по толщине до десятков микронов, а некоторые иллюстративные варианты выполнения дают намного меньшую толщину порядка от сотен нанометров до микронов (например, от 100 или 200 нм до 2 или 5 микронов), которая увеличивает разрешение по сравнению с более толстыми гидрогенизированными аморфными кремниевыми фотопроводящими слоями. Эти более тонкие слои тоньше, чем фотопроводящие слои предшествующего уровня техники, которые используют режим адресации сзади. Однако отметим, что возможно осуществить адресацию устройства описанного здесь типа сзади также при использовании соответственно подобранных спектральных длин волн адресации и/или удаляя нижнюю полупроводниковую пластину и прикрепляя остаток структуры к материалу, который по существу прозрачен к подобранным спектрам адресации. Большая часть фотовозбуждения осуществляется в первых двух микронах материала фотопроводника In/GaAs/GaAs/AlGaAs с его высокими свойствами поглощения, в которые ударяет падающий свет. AlGaAs и GaAs предпочтительны для фотопроводящего слоя 32 с точки зрения производственной эффективности, как подробно описано ниже в отношении первого ограничивающего носители слоя 34а (и второго ограничивающего носители слоя 34b) и подложки 40.

Первый ограничивающий носители слой 34а лежит ближе к светозапирающему слою 30 для видимого света (по сравнению со вторым ограничивающим носители слоем 34b) и легирован включениями мышьяка (или распределением некоторых других узлов, создающих энергетический барьер), которые существенно препятствуют движению носителей заряда около границы между ограничивающим носители слоем и изолирующим слоем 36а. Второй ограничивающий носители слой 34b лежит ближе к подложке 40 и также легирован включениями мышьяка или другими узлами, создающими энергетический барьер, которые существенно препятствуют движению носителей заряда около границы между ограничивающим носители слоем и изолирующим слоем 36b. Полная толщина каждого ограничивающего носители слоя 34а, 34b предпочтительно приблизительно между пятью и двадцатью нанометрами в одном варианте выполнения. Большая толщина для ограничивающего носители слоя 34а, 34b привела бы к тому, что эти слои поглощали бы значительную энергию, предназначенную для фотопроводника, что нежелательно. Более тонкие размеры для ограничивающих носители слоев 34а, 34b гарантируют, что они не являются оптически активными и что носители заряда хорошо улавливаются включениями As.

Иллюстративным материалом для слоев, ограничивающих носители, обычно называют низкотемпературно выращенный арсенид галлия, обозначенный как LT-GaAs, низкотемпературно выращенный индий галлий арсенид, обозначенный как LT-InGaAs, и/или низкотемпературно выращенный алюминий галлий арсенид, обозначенный как LT-AIGaAs. LT-GaAs, так же как и другие материалы LT-, выращивают при более низкой температуре, чем 'обычный' GaAs (или другие материалы), обычно в пределах диапазона приблизительно от 200 до 300 градусов С, тогда как 'обычный' GaAs обычно выращивают при температуре в диапазоне приблизительно от 500 до 600 градусов С. В некоторых контекстах выращенный при средних температурах GaAs, называемый ITG-GaAs, выращивают в диапазоне температур приблизительно от 375 до 425 градусов С. Заметим, что приведенные выше диапазоны не являются точными; термины LT-GaAs и ITG-GaAs известны в уровне техники, но не определены точно по температуре. Второй ограничивающий носители слой 34b является необязательным, при этом каждый из ограничивающих носители слоев 34а, 34b или оба эти слоя могут изменяться по толщине приблизительно от пяти до двадцати нанометров в иллюстративных вариантах выполнения, чтобы гарантировать, что ограничивающий носители слой не является оптически активным. На Фиг.1 показан вариант выполнения, в котором отсутствует нижний, или второй, ограничивающий носители слой 34b, и работа этого варианта выполнения показана подробно со ссылкой на Фиг.3А-3В ниже.

Отдельная граница раздела между ограничивающими носители слоями 34а, 34b и фотопроводящим слоем 32 может являться градиентным переходом. Например, слои индий галлий арсенида InGaAs и/или AlGaAs могут быть расположены между GaAs фотопроводящим слоем 32 и каждым или обоими ограничивающими носители слоями 34а, 34b, плавно меняясь по составу от чистого GaAs в фотопроводящем слое 32 на мольную долю AlGaAs или InGaAs вдоль перехода (различающиеся слои перехода не показаны) и превращаясь в LT-GaAs, LT-lInGaAs и/или LT-AlGaAs в ограничивающих носители слоях 34а, 34b. В одном варианте выполнения может быть предпочтительно иметь ограничивающий носители слой, выполненный из LIT-AlGaAs с плавным изменением по составу к настроенному фотопроводящему слою 32, который может быть выполнен из AlGaAs, GaAs или InGaAs, поскольку включения As в LT-AlGaAs являются более глубокими и в связи с этим формируют еще лучшие ловушки носителей. В другом варианте выполнения ряд слоев AlGaAs, GaAs и/или InGaAs и их LT-эквиваленты могут иметь плавное изменение по составу для настройки сопротивления и/или емкости фотопроводящего слоя.

Дополнительный первый запирающий слой 36а лежит между первым ограничивающим носители слоем 34а и светозапорным слоем 30. Это предотвращает перемещение носителей заряда, пойманных в ловушку в пределах первого ограничивающего носители слоя 34а, к светозапорному слою 30 и двоякопреломляющему слою 26. Второй дополнительный запирающий слой 36b расположен между вторым ограничивающим носители слоем 34b и нижним электродным слоем 38. Второй запирающий слой 36b препятствует миграции носителей заряда между нижним электродом 38 и фотопроводящим слоем 32 или вторым ограничивающим носители слоем 34b в зависимости от того, присутствует ли дополнительный ограничивающий носители слой 34b или нет. Запирающие слои 36а, 36b могут или могут и не быть выполнены из одного и того же материала. Иллюстративным материалом для запирающих слоев 36а, 36b является любой изоляционный материал, совместимый со смежными слоями, такой как алюминий-галий-арсенид AlGaAs, арсенид алюминия AlAs или любой диэлектрический материал.

Нижний электродный слой 38 может быть любым проводником, и для варианта выполнения с передней адресацией, как показано на Фиг.1А, нижний проводник 38 может и не быть оптически пропускающим. Иллюстративные материалы для нижнего слоя проводника 38 включают легированный GaAs, легированный AlGaAs (любой из различных мольных долей Al), легированный InGaAs (любой из различных мольных долей In), легированную решетку GalnP, соответствующую GaAs, или проводящий оксид, такой как оксид индия-олова (обычно ITO), осажденный после удаления подложки GaAs, используемой для эпитаксии устройства, или фактически это может быть сама подложка, которая может быть проводящей; в этом случае слои 38 и 40 являются одним и тем же слоем.

Слой 40 подложки является предпочтительно полупроводниковой пластиной, выполненной из GaAs, и может выполнять три функции. Во-первых, он является механической подложкой для поддержания всего ОА ПМС 20. Во-вторых, он может выполнять роль нижнего электрода 38, расположенного напротив пропускающего свет проводника 24. Как изображено на Фиг.1А, электрическое поле (предпочтительно, переменное) приложено поперек нижнего электрода 38 и пропускающего свет слоя 24, как будет в деталях показано ниже. Если отдельный нижний электродный слой 38 расположен, как показано на Фиг.1А, то любые электрически проводящие свойства подложки 40 еще больше распределяют заряд по всему поперечному сечению ОА ПМС 20. В качестве альтернативы подложка 40 может выполнять роль единственного нижнего проводника и отдельного нижнего проводника, в этом случае слой 38 не является необходимым. В качестве альтернативы подложка 40 может быть полуизолирующей с электродом, содержащим легированный InGaAs, GaAs, AlGaAs, InAs, ITO, Au/Ti или другой обычный электродный материал, осажденный под подложкой с дополнительным отделяющим их изолирующим слоем, содержащим As, AlGaAs, SiO₂ или другой подходящий материал, или же без этого слоя. В-третьих, подложка 40 выполняет роль затравочного слоя, из которого выращивается эпитаксиальный слой GaAs (в определенных вариантах выполнения). В некоторых вариантах выполнения полупроводниковая пластина GaAs может быть удалена и выращенные эпитаксиальные слои могут быть прикреплены к отдельной подложке, или могут быть и не прикреплены к ней. Чтобы достигнуть этого, существует несколько способов, включая полировку, отслаивание и химическое отделение, используя для этого временный слой, но не ограничиваясь этими способами. Эпитаксия GaAs может быть использована в некоторых вариантах выполнения для формирования второго запирающего слоя 36b (например, AlGaAs), второго ограничивающего носители слоя 34b (например, IT-GaAs), фотопроводящего слоя 32 (например, GaAs), первого ограничивающего носители слоя 34а и первого запирающего слоя 36а, и даже светозапорного слоя 30. Конечно, в других вариантах выполнения функции по меньшей мере механической подложки и нижнего электрода могут быть разделены по различным слоям и/или для некоторых слоев, отмеченных непосредственно выше, могут быть использованы различные материалы, возможно, теряя некоторую рентабельность в производстве, которая является результатом роста этих различных слоев в одном изменяющемся процессе из полупроводниковой пластины 40 GaAs. Другие иллюстративные материалы для подложки 40 включают полупроводниковые пластины германия, кремний-германий на кремниевых полупроводниковых пластинах, полупроводниковые пластины ZnSe и InGaP, но этим не ограничиваются.

Полупроводниковая пластина GaAs предпочтительна в качестве подложки 40 по нескольким причинам. В то время как кремний значительно больше распространен, полупроводниковые пластины GaAs занимают второе место в коммерческом объеме производства полупроводниковых пластин, таким образом, они вполне доступны. Например, кристаллы GaAs в настоящее время используются в сотовых телефонах (HBTs и pHEMTs), DVD и CD плейерах, и для красного СИД. С коммерческой точки зрения окончательная стоимость за GaAs от размера, используемого в ОА ПМС, не настолько нелинейна, как стоимость от размера кремниевых кристаллов, которые включают транзисторы (таких технологий, как LCoS или DLP). В то время как скейлинг стоимости дает не совсем линейную зависимость от площади поверхности, отношение стоимости от размера кристалла для ОА ПМС, выполненного из GaAs, является весьма небольшим по сравнению с устройствами аналогичных размеров, использующих КМОП, таких как LCoS и MEMS устройства, в которых отношение очень нелинейно. Увеличение размера кристалла является простым способом увеличить этендю во всей оптической системе, и вышеупомянутое рассмотрение стоимости делают кристалл GaAs большего размера намного более коммерчески привлекательным, чем кристалл Si (с электроникой КМОП) пропорционально увеличенного размера. С технической точки зрения, на монолитной полупроводниковой пластине GaAs может быть без труда выращен слой с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) (МВЕ) или химического осаждения металлорганических соединений из газовой фазы (MOCVD). Существующая технология не позволяет, как отмечено здесь, выращивать слои LT-GaAs или другие слои LT-типа с включениями, используя процесс MOCVD, поэтому их выращивают, используя МЛЭ, хотя были сообщения, что это возможно. Все другие эпитаксиальные слои могут быть выращены процессами MOCVD или МЛЭ. Предшествующая коммерциализация эпитаксии GaAs продвинула технологию до возможности выращивать совпадающие по постоянной решетке эпитаксиальные слои GaAs с хорошим выходом, разумной стоимостью и высокой однородностью. Цифровые световые затворы с оптической адресацией предшествующего уровня техники, те, что были первоначально созданы много лет назад фирмами Хью Электроникс (Hughes Electronics (R)) и ГрэйХоук Системз (Greyhawk Systems (R)), были в основном основаны на аморфном кремнии, используя процесс распыления для осаждения гидрогенизированного аморфного кремния a-Si:H на оксиде индия-олова на стекле. Поскольку слои были толстыми, а коэффициенты теплового расширения подложек и электродов, на которых они были осаждены, были различны, часто после осаждения во время охлаждения развивались трещины.

На Фиг.1C изображен в схематической форме еще один вариант выполнения ОА ПМС 20, причем далее подробно описаны только различия по сравнению с вариантом выполнения, изображенным на Фиг.1 В. Заметим, что на Фиг.1С нижний электрод 38 расположен под подложкой 40, на противоположной стороне, по сравнению с верхним электродом / пропускающим свет проводящим слоем 24. Диэлектрические наборные слои 39а, 39b лежат с обеих сторон нижнего электрода 38, а третий запирающий / изолирующий слой 36 с расположен между нижним электродом 38 и подложкой 40. Как и на Фиг.1А, на Фиг.1С показан только один-единственный слой РБО 28, непосредственно над светозапорным слоем 30. Так же как и на Фиг.1А, на Фиг.1С показан второй ограничивающий носители слой 34b, расположенный на противоположной стороне фотопроводящего слоя 32, по сравнению с первым ограничивающим носители слоем 34а, тогда как на Фиг.1В показан только один-единственный ограничивающий носители слой. На Фиг.1С диэлектрические наборные слои 39a, 39b являются дополнительными, как и любой из запирающих/ изолирующих слоев 36а, 36b, 36 с, или даже все три эти слоя. И вт