CN111508986A - 一种传感器及其制作方法以及光电转换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种传感器及其制作方法以及光电转换装置，该传感器包括：第一源极和第一漏极，均设于部分第一有源层上；第二源极和第二漏极，均设于部分第二有源层上；其中所述第二源极与所述第一漏极连接；第二绝缘层，设于所述第一源极、所述第一漏极、所述第二源极以及所述第二漏极上；第一栅极，设于所述第二绝缘层上，且所述第一栅极的位置与所述第一有源层的位置对应；所述第一栅极的材料为金属材料；第二栅极，设于所述第二绝缘层上或者设于所述第二有源层和所述衬底基板之间；所述第二有源层的位置与所述第二栅极的位置对应。本发明的传感器及其制作方法以及光电转换装置，能够减小传感器的尺寸。
Description
【技术领域】
本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种传感器及其制作方法以及光电转换装置。
【背景技术】
相比于无源像素传感器，有源像素传感器因其具有更高的信噪比，受到了广泛的关注。传统的有源像素传感器一般分为直接式和间接式两种类型，其中，间接式有源像素传感器具有低工作电压、高扫描速度、低辐射剂量和低量子噪声的优势。
如图1所示，一般的间接式有源像素传感器由薄膜晶体管11(TFT)和光电二极管12以及闪烁体层13组成，闪烁体层13首先吸收X射线产生可见光，再由光电二极管12将光信号转化为电信号(光线的传播方向如图1中箭头所示)，之后通过薄膜晶体管11实现图像的逐行扫描。
这种结构通常需要p型材料与n型材料一起组成p-i-n结光电二极管，为了得到较大的光电流，光电二极管需要较大的光接收面积，也即光电二极管的面积较大，从而增大了传感器的尺寸。
因此，有必要提供一种传感器及其制作方法以及光电转换装置，以解决现有技术所存在的问题。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种传感器及其制作方法以及光电转换装置，能够减小传感器的尺寸。
为解决上述技术问题，本发明提供一种传感器，包括：
衬底基板；
第一有源层和第二有源层，均设于所述衬底基板上；
第一源极和第一漏极，均设于部分所述第一有源层上；
第二源极和第二漏极，均设于部分所述第二有源层上；其中所述第二源极与所述第一漏极连接；
第二绝缘层，设于所述第一源极、所述第一漏极、所述第二源极以及所述第二漏极上；
第一栅极，设于所述第二绝缘层上，且所述第一栅极的位置与所述第一有源层的位置对应；所述第一栅极的材料为金属材料；
第二栅极，设于所述第二绝缘层上或者设于所述第二有源层和所述衬底基板之间；所述第二有源层的位置与所述第二栅极的位置对应；当所述第二栅极设于所述第二绝缘层上时，所述第二栅极的材料为透明导电材料；
闪烁体层，设于所述第一栅极以及所述第二绝缘层上或者设于所述第一栅极、所述第二栅极以及所述第二绝缘层上。
本发明还提供一种光电转换装置，包括上述传感器。
本发明还提供一种传感器的制作方法，包括：
在衬底基板上制作第二栅极；
在所述第二栅极上制作第一绝缘层；
在所述第一绝缘层上制作第一有源层以及在与所述第二栅极对应的第一绝缘层上制作第二有源层；
在所述第一有源层上分别制作第一源极和第一漏极，并在所述第二有源层上分别制作第二源极和第二漏极，其中所述第二源极与所述第一漏极连接；
在所述第一源极、所述第一漏极、所述第二源极以及所述第二漏极上制作第二绝缘层；
在与所述第一有源层对应的第二绝缘层上制作第一栅极；
在所述第一栅极和所述第二绝缘层上制作闪烁体层。
本发明的传感器及其制作方法以及光电转换装置，包括衬底基板；第一有源层和第二有源层，均设于所述衬底基板上；第一源极和第一漏极，均设于部分所述第一有源层上；第二源极和第二漏极，均设于部分所述第二有源层上；其中所述第二源极与所述第一漏极连接；第二绝缘层，设于所述第一源极、所述第一漏极、所述第二源极以及所述第二漏极上；第一栅极，设于所述第二绝缘层上，且所述第一栅极的位置与所述第一有源层的位置对应；所述第一栅极的材料为金属材料；第二栅极，设于所述第二绝缘层上或者设于所述第二有源层和所述衬底基板之间；所述第二有源层的位置与所述第二栅极的位置对应；当所述第二栅极设于所述第二绝缘层上时，所述第二栅极的材料为透明导电材料；闪烁体层，设于所述第一栅极以及所述第二绝缘层上或者设于所述第一栅极、所述第二栅极以及所述第二绝缘层上；由于采用光电薄膜晶体管替换光电二极管，且由于光电薄膜晶体管具有较高的量子效率，因此无需较大的受光面积，从而减小了传感器的尺寸。
【附图说明】
图1为现有传感器的结构示意图；
图2为本发明一实施方式的传感器的结构示意图；
图3为本发明另一实施方式的传感器的结构示意图。
【具体实施方式】
以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。在图中，结构相似的单元是以相同标号表示。
请参照图2，图2为本发明一实施方式的传感器的结构示意图。
本实施例的传感器为X射线成像传感器或者X射线探测器，如图2所示，在一实施方式中，本发明的传感器包括衬底基板20、第二栅极212、第一绝缘层22、第一有源层231、第二有源层232、第一源极241、第一漏极242、第二源极243、第二漏极244、第一栅极26以及闪烁体层27。
衬底基板20的材料包括玻璃、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)以及聚酰亚胺(PI)中的至少一种。
第二栅极212设于所述衬底基板20上。所述第二栅极212的材料可为透明导电材料或者金属材料。
第一绝缘层22设于第二栅极212以及所述衬底基板20上。
第一有源层231和第二有源层232均设于所述第一绝缘层22上；所述第二有源层232的位置与所述第二栅极212的位置对应。在一实施例中，为了简化制程工艺，降低生产成本，所述第一有源层231和所述第二有源层232同层设置且材料相同；所述第一有源层231的材料包括金属氧化物、非晶硅以及多晶硅中的至少一种。
在一实施方式中，为了进一步提高第二薄膜晶体管的量子效率，所述第二有源层232的厚度h2大于或等于所述第一有源层231的厚度h1。所述第二有源层232的材料包括金属氧化物、非晶硅以及多晶硅中的至少一种。在其他实施方式中，所述第二有源层232的厚度也可等于所述第一有源层231的厚度。
第一源极241和第一漏极242均设于部分所述第一有源层231上；所述第一源极241的厚度与所述第一漏极242的厚度相等或者近似相等。也即第一源极241和第一漏极242分别与第一有源层231的两个端部中的其中一个端部连接。第一源极241和第一漏极242的材料相同。第一源极241的材料可为金属材料或者透明导电材料，但所述第一源极的材料不限于此。
第二源极243和第二漏极244均设于部分所述第二有源层232上；其中所述第二源极243与所述第一漏极242连接。也即第一源极241和第一漏极242分别与第一有源层231的两个端部中的其中一个端部连接。其中所述第二源极243的厚度可与所述第二漏极244的厚度相等或者近似相等。其中所述第二栅极212、所述第二有源层232以及所述第二源极243和第二漏极244构成所述第二薄膜晶体管，第二薄膜晶体管为光电薄膜晶体管，第二有源层中的电子受到光照被激发产生电信号。在另一实施方式中，为了简化制程工艺，所述第一源极241、所述第一漏极242、所述第二源极243以及所述第二漏极244同层设置且材料相同；在一实施方式中，为了进一步提高第二薄膜晶体管的量子效率，所述第二源极243的材料可为透明导电材料，从而可以增大有源层的感光面积。当然在其他实施方式中，所述第二源极243的材料也可为金属材料。所述第二源极243的材料与第二漏极244的材料相同。
第二绝缘层25设于所述第一源极241、所述第一漏极242、所述第二源极243以及所述第二漏极244上；为了进一步提高第二薄膜晶体管的量子效率，第二绝缘层25的材料为透明绝缘材料。
第一栅极26设于所述第二绝缘层25上，所述第一有源层231的位置与所述第一栅极26的位置对应；所述第一栅极26的材料为金属材料；为了提高第一薄膜晶体管的导电性能，其中所述第一栅极26的材料结构可包括Cr、Al、Cr/Cu、Cr/Al、Mo/Cu、Mo/Al、Mo/Ti/Cu以及Mo/Ti/Al中的至少一种。其中所述第一栅极26、所述第一有源层231以及所述第一源极241和第一漏极241构成所述第一薄膜晶体管。
闪烁体层27设于所述第一栅极26和第二绝缘层25上。闪烁体层27可以吸收X射线产生可见光。在具体使用过程中，闪烁体层27首先吸收X射线产生可见光，然后由第二薄膜晶体管将光信号转化为电信号，通过第一薄膜晶体管实现图像的逐行扫描。
由于采用光电薄膜晶体管取代了传统的光电二极管，由于光电薄膜晶体管具有较高的量子效率，无需较大的受光面积，从而减小了传感器的尺寸；通过第一栅极作为遮光层，因此简化制程工艺，降低了生产成本；此外第一薄膜晶体管和光电薄膜晶体管共用多道黄光工艺，既降低成本，又可提高产能。
本发明还提供一种传感器的制作方法，在一实施方式中，该方法包括：
S101、在衬底基板上制作第二栅极212；
为了简化制程工艺，在一实施方式中，在衬底基板20上制作第一金属层21，对所述第一金属层21进行图案化处理形成第二栅极212；第一金属层21的材料包括透明导电材料、Mo、Cu、Al、Ti中的至少一种。比如为铟锡氧化物(ITO)、Mo/Cu、Mo/Al、Al、Mo/Ti/Cu、Mo/Ti/Al等多种导电氧化物、或者金属叠层。第二栅极212可以通过溅射或者蒸镀工艺制得。图案化处理的步骤包括曝光、显影、蚀刻等步骤。
S102、在第二栅极212上制作第一绝缘层22；
第一绝缘层22的材料可包括但不限于氧化铝、氮化硅、二氧化硅以及氮化铝。
S103、在第一绝缘层22上制作第一有源层231以及在与所述第二栅极212对应的第一绝缘层22上制作第二有源层232；
所述第二有源层232的材料为金属氧化物。
为了简化制程工艺，在一实施方式中，在第一绝缘层22上制作半导体层23，对所述半导体层23进行图案化处理形成第一有源层231和第二有源层232；
第一有源层231和第二有源层232可以通过溅镀或者化学气相沉积工艺制得。
S104、在所述第一有源层上分别制作第一源极和第一漏极；并在所述第二有源层上分别制作第二源极和第二漏极。
其中所述第二源极243与所述第一漏极242连接。
在一实施方式中，为了简化制程工艺，可在所述第一有源层231和所述第二有源层232上制作第二金属层24，对所述第二金属层24进行图案化处理形成第一源极241、第一漏极242、第二源极243以及第二漏极244。第二金属层24的材料包括透明导电材料、Mo、Cu、Al、Ti中的至少一种。第一源极241、第一漏极242、第二源极243以及第二漏极244可以通过溅射或者蒸镀工艺制得。当然，在其他实施方式中，第一源极241、第一漏极242、第二源极243以及第二漏极244也可不同层制作。
此外上述方法还可包括：
S105、在所述第一源极241、第一漏极242、第二源极243以及第二漏极244上制作第二绝缘层24；
第二绝缘层25的材料优选为透明导电材料，第二绝缘层25的材料包括氧化铝、氮化硅、二氧化硅以及氮化铝中的至少一种。第二绝缘层25可以通过溅射、化学气相沉积、原子层沉积以及等离子体增强原子层中的一种工艺制得。
S106、在与所述第一有源层对应的第二绝缘层上制作第一栅极；
例如，在与所述第一有源层231对应的第二绝缘层25上制作第一栅极26，其中所述第一栅极26覆盖所述第一有源层231。第一栅极26的制作工艺与第二栅极212的制作工艺相同。
此外上述方法还可包括：
S107、在所述第一栅极26和第二绝缘层25上制作闪烁体层27。
比如可以在所述第一栅极26和第二绝缘层25上生长一层闪烁体层27。或者也可以将预先制备好的闪烁体层27贴合在第一栅极26和第二绝缘层25上。
请参照图3，图3为本发明另一实施方式的传感器的结构示意图。
本实施例的传感器与上一实施例的区别在于：本实施例的第二栅极212也设于第二绝缘层25上，相较于图1所示的结构可以省第一绝缘层。
本实施列的所述第二栅极212的材料为透明导电材料。
此外，本实施例的闪烁体层27设于所述第一栅极26、所述第二栅极212以及所述第二绝缘层25上。
本发实施例提供一种传感器的制作方法，在一实施方式中，该方法包括：
S201、在衬底基板上分别制作第一有源层231以及第二有源层232；
S202、在所述第一有源层231上分别制作第一源极241和第一漏极242，并在所述第二有源层232上制作第二源极243和第二漏极244。
其中所述第二源极243与所述第一漏极242连接。
S203、在所述第一源极241、第一漏极242、第二源极243以及第二漏极244上制作第二绝缘层25；
S204、在与所述第一有源层231对应的第二绝缘层25上制作第一栅极26；在与所述第二有源层232对应的第二绝缘层25上制作第二栅极212；
所述第二栅极26的材料为透明导电材料。第一栅极26的材料与第二栅极212的材料不同。
S205、在所述第一栅极26、第二栅极212以及第二绝缘层25上制作闪烁体层27。上述具体的制作工艺与上一实施例相同。
本发明还提供一种光电转换装置，其包括上述任意一种传感器。此外还可包括驱动电路，所述驱动电路用于驱动所述传感器，由于光电转换装置采用尺寸较小的传感器，因此可以提高光电转换装置的分辨率。
本发明的传感器及其制作方法以及光电转换装置，包括衬底基板；第一有源层和第二有源层，均设于所述衬底基板上；第一源极和第一漏极，均设于部分所述第一有源层上；第二源极和第二漏极，均设于部分所述第二有源层上；其中所述第二源极与所述第一漏极连接；第二绝缘层，设于所述第一源极、所述第一漏极、所述第二源极以及所述第二漏极上；第一栅极，设于所述第二绝缘层上，且所述第一栅极的位置与所述第一有源层的位置对应；所述第一栅极的材料为金属材料；第二栅极，设于所述第二绝缘层上或者设于所述第二有源层和所述衬底基板之间；所述第二有源层的位置与所述第二栅极的位置对应；当所述第二栅极设于所述第二绝缘层上时，所述第二栅极的材料为透明导电材料；闪烁体层，设于所述第一栅极以及所述第二绝缘层上或者设于所述第一栅极、所述第二栅极以及所述第二绝缘层上；由于采用光电薄膜晶体管替换光电二极管，且由于光电薄膜晶体管具有较高的量子效率，因此无需较大的受光面积，从而减小了传感器的尺寸。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种传感器，其特征在于，包括：
衬底基板；
第一有源层和第二有源层，均设于所述衬底基板上；
第一源极和第一漏极，均设于部分所述第一有源层上；
第二源极和第二漏极，均设于部分所述第二有源层上；其中所述第二源极与所述第一漏极连接；
第二绝缘层，设于所述第一源极、所述第一漏极、所述第二源极以及所述第二漏极上；
第一栅极，设于所述第二绝缘层上，且所述第一栅极的位置与所述第一有源层的位置对应；所述第一栅极的材料为金属材料；
第二栅极，设于所述第二绝缘层上或者设于所述第二有源层和所述衬底基板之间；所述第二有源层的位置与所述第二栅极的位置对应；当所述第二栅极设于所述第二绝缘层上时，所述第二栅极的材料为透明导电材料；
闪烁体层，设于所述第一栅极以及所述第二绝缘层上或者设于所述第一栅极、所述第二栅极以及所述第二绝缘层上。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，
当所述第二栅极位于所述第二有源层和所述衬底基板之间时，所述传感器还包括第一绝缘层，所述第一绝缘层设于所述第二栅极和所述衬底基板上。
3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述第一栅极的材料结构包括Cr、Al、Cr/Cu、Cr/Al、Mo/Cu、Mo/Al、Mo/Ti/Cu以及Mo/Ti/Al中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述第二绝缘层的材料为透明绝缘材料。
5.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述第一源极、所述第一漏极、所述第二源极以及所述第二漏极同层设置且材料相同。
6.根据权利要求5所述的传感器，其特征在于，所述第二源极的材料以及所述第二漏极的材料均为透明导电材料。
7.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述第一有源层和所述第二有源层同层设置且材料相同。
8.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述第一有源层的材料包括多晶硅、非晶硅以及金属氧化物中的至少一种。
9.一种光电转换装置，其特征在于，包括如权利要求1至8中任一项所述的传感器。
10.一种传感器的制作方法，其特征在于，包括：
在衬底基板上制作第二栅极；
在所述第二栅极上制作第一绝缘层；
在所述第一绝缘层上制作第一有源层以及在与所述第二栅极对应的第一绝缘层上制作第二有源层；
在所述第一有源层上分别制作第一源极和第一漏极，并在所述第二有源层上分别制作第二源极和第二漏极，其中所述第二源极与所述第一漏极连接；
在所述第一源极、所述第一漏极、所述第二源极以及所述第二漏极上制作第二绝缘层；
在与所述第一有源层对应的第二绝缘层上制作第一栅极；
在所述第一栅极和所述第二绝缘层上制作闪烁体层。
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