CN1316636C - 光传感器和光传感器*** - Google Patents

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Abstract

由于光传感器阵列被设置有一或多个半导体层，所述半导体层具有用于通过入射激发光而生成载流子的载流子生成区，这些载流子生成区的位置可被任意地设定以使均衡入射光在两维方向上行进的平衡，实现了带有较少失真的感知。

Description

光传感器和光传感器***
技术领域
本申请涉及一种用于感知光或根据感知的光感知一图象的光传感器和一种光传感器***。
背景技术
一种已知的用于读取打印的物品、相片、或手指中非常小的不规则性的指纹的两维图象读取装置具有配置成一矩阵的若干光电转换元件(光传感器)组成的一光传感器阵列。通常，由单晶硅制成的一固态成像装置，例如CCD(电耦合器件)，已被用作为一光传感器阵列。单晶硅的使用带来了制造成本严重提高的问题。
众所周知，CCD具有这样的结构：光电二极管或光传感器被配置成一矩阵，致使一水平扫描电路和一垂直扫描电路检测根据投射在各光传感器的光接收部分上的光量生成的电荷，并感知投射的光的亮度。在使用这样一CCD的光传感器***中，因为必须独立地提供用于分别将扫描的光传感器带入被选择的状态的选择晶体管，象素数的增加使得整个***被做得较大。
为解决该问题，近来进行了努力以通过在一图象读取装置中采用带有所谓的双栅结构的薄膜晶体管(以下称为双栅光传感器)而使***更小并降低制做成本。该双栅光传感器是一具有感光功能和一选择晶体管功能的光传感器。
由这样的双栅光传感器组成的一光传感器PS阵列的平面结构被这样地设计，例如如图30中所示，以使双栅光传感器PS沿x和y相交成直角的方向被配置成一网络样形式(或一矩阵)，带有一特定的间距Psp且以使来自绝缘基底(或玻璃基底)侧的光被投射通过该网络中的元件—至—元件(element-to-element)区域Rp到对象上以提高光接收灵敏度，需要使该元件—至—元件区域Rp尽可能地大。
图31是沿图30中的线XXXI-XXXI截取的一双栅光传感器PS的结构的截面视图。该双栅光传感器PS包括一半导体层1，其中通过入射光生成电子—空穴对；设置在该半导体层的两端的n+硅层7；形成在该n+硅层7上并阻断射出半导体层的光的一源极2和一漏极3；设置在该半导体层1上的一块绝缘膜4；覆盖该源极2和漏极3的一上部栅绝缘膜5；形成在该上部栅绝缘膜5上的一顶部栅电极TG；在半导体层1下方的一下部栅绝缘膜6；形成在该下部栅绝缘膜6的下方并阻断射出该半导体层的光的一底部栅电极BG；和一透明基底9。
具体地，该双栅光传感器PS是使用该半导体层作为一公共沟道区，形成在该透明绝缘基底9，例如一玻璃基底上的两MOS晶体管的一组合，两MOS晶体管包括由半导体层1、源极2、漏极3和顶部栅电极TG组成的一上部MOS晶体管和由该半导体层1、源极2、漏极3和底部栅电极BG组成的一下部MOS晶体管。
然后，自双栅光传感器PS上方发射的光hv沿箭头的方向前进，通过顶部栅电极TG和透明绝缘膜4、5，并进入半导体层1。在半导体层1中，根据入射的光量生成电子—空穴对。通过感知对应于这些电荷的电压信号，对象上的亮和暗信息被读取。
采用上述两维图象读取装置的一光传感器***具有以下的问题。
(a)一双栅光传感器PS中的半导体层1在确定沟道区域的不同尺寸的基础上被设置，也就是说，根据半导体层1中的沟道长度L0对沟道宽度W0的比例。该沟道长度L0在沟道长度的方向上符合块绝缘膜4的长度。
双栅光传感器PS的晶体管特性通常由以下的表达式(1)表示：
Id s∝ W0/L0                    (1)
其中Ids是源—漏电流值。
该双栅光传感器***通过读取在漏极的电压来识别一图象，该漏极的电压随着根据入射光量在半导体层中生成的电荷的基础上的漏电流Ids而变化。因此，为了以高对比度比例清楚地识别对象的图象，位于对象的暗部中的一双栅光传感器PS的漏电流Ids与位于对象的亮部中的双栅光传感器PS的漏电流Ids之间的差必须较大。由于确定双栅光传感器PS的晶体管灵敏度的源—漏电流值Ids是在半导体层1中的沟道长度L0对沟道宽度W0的比例的基础上被确定的，从提高双栅光传感器PS的晶体管灵敏度的观点，期望W0/L0比例的设计值尽可能地大。
另一方面，如果比例W0/L0设置得使双栅光传感器PS被设置至一高晶体管灵敏度，半导体层1的平面结构必然采取矩形的形式，带有相对大的沟道宽度W0和相对小的沟道长度L0。因为双栅光传感器PS仅感知进入半导体层1的光，仅未被阴影源极2和且漏极3覆盖的部分感知从上方进入的光。如图30所示，来自该半导体层的光被允许进入的区域采取一接近矩形Ip0，其短边的长度为K0且长边的长度约为W0。由于短边长度K0基本上取决于沟道长度L0，当进入半导体层1的光是一完全漫射光或几乎完全漫射光，沿方向x进入半导体层1的光量小于沿方向y进入半导体层1的光量，导致入射光在其行进的方向上的明显偏移。
具体地，在这样一双栅光传感器PS中，因为构成光被允许进入的沟道区的半导体层1的区域被设计采取一单个矩形Ip0的形式，一单个双栅光传感器PS基本上可感知的在一保护性绝缘膜的表面的光透射区是一在形状上基本类似于一接近矩形Ip0的纵向区域Ep0(该区域在图30中用斜线阴影表示)，其在横向上(或x方向上)狭窄，该区域确保期望的光接收灵敏度。这样，光感知区在x和y方向上扩张的偏移导致读取图象的失真，阻止了对象上的亮和暗信息被精确地读取。这导致了不能同时实现一高晶体管灵敏度和失真被抑制的图象信息的读取两者。区域Ep0不精确地表示双栅光传感器PS的光接收灵敏度的分布范围。
(b)当双栅光传感器PS被配置成一矩阵时，光接收部分之间的距离在除了对应于该矩阵的两垂直方向(即x和y方向)的一倾斜方向(0至90°)上是不均匀的，导致读取精度的劣化。具体地，在一光传感器阵列中的双栅光传感器的配置具有以下问题：因为双栅光传感器PS以这样的方式仅沿相互垂直的x和y方向被配置，使得它们以尺度为Psp的规则间隔被间隔开，双栅光传感器PS之间的间距在相对于对应该矩阵的x和y方向的一倾斜方向上(以除0°、90°、180°和270°以外的一适合的方向，例如45°或60°的方向)非均匀地增大(例如，对于45°是√2倍)，防止了倾斜放置的目标被以高精度地均匀地读取。
(c)当可见光区的光入射时，使用由受激的a-硅组成的半导体层1中生成的载流子，感知由于手指中的不规则性所导至的投射的光的反射的差。由于用于累积载流子的顶部栅电极TG***在例如手指的一对象和半导体层1之间，它具有反射来自对象的光并允许刺激半导体层1的波长区中的光通过的特性。因此，必须使用例如ITO(铟-锡-氧化物)的一透明电极。在行方向上(即x方向上)相互相邻的该双栅光传感器PS的顶部电极TG经顶部栅线TGL被相互连接。这些顶部栅线TGL自身由ITO制成，使得它们与顶部栅电极TG集成地被形成。ITO具有比用作为布线层的例如铬的金属材料高的电阻率，易于导致在信号传播中产生延迟的问题。
为解决高电阻ITO问题，通过形成由一更宽的布线层组成的顶部栅线TGL并使得布线截面面积更大而降低了布线电阻。甚至象ITO的一透明电极衰减了透射光量，导致一问题：当不小心将电极制做得厚些时，光接收灵敏度降低。
在双栅光传感器的单独元件部分的制做过程中，在一相对上部层形成顶部栅线TGL，然后以叠放的方式形成不同的布线层，包括连接在列方向上(即y方向上)相互邻接配置的双栅光传感器PS的漏极3的漏线DL、连接在列方向上相互邻接配置的双栅光传感器PS的源极2的源线SL、和连接在行方向上相互邻接配置的双栅光传感器PS的底部栅电极BG的底部栅线BGL。因此，这些顶部栅线TGL易于受到该叠放结构中的台阶的影响，导致一问题：存在这些线将损坏的很大的可能性。
而且，由于顶部栅线TGL与在行方向上相互邻接配置的双栅光传感器PS之间的底部栅线BGL重叠，顶部栅线TGL与底部栅线BGL之间的重叠电容产生更加易于导致一延迟的问题。
因此，本发明的目的在于提供一种光传感器***，其改善了感光区的偏移并具有高晶体管灵敏度光传感器和在其中配置以实现良好平衡的光接收范围的光传感器。
发明内容
为实现上述目的，根据本发明的一光传感器包括具有其中流动漏极电流的沟道区的一或多个半导体层。提供这些沟道区使得其可能不仅设置高W/L而且将载流子生成区的位置设置在这些沟道区以使沿两维方向行进的入射光的平衡被均衡。这实现了较小失真的感知并提供了大的漏极电流，实现了良好的晶体管灵敏度。当这些载流子生成区沿漏极区的沟道长度方向被设置时，这带来了特别良好的效果。
这些光传感器的三角形(△)配置进一步均衡了两维地相邻的光传感器之间的距离。当同样的对象在一平面中以不同角度被放置在光传感器阵列上时，这抑制了由于随方向而有差别的光接收灵敏度的非均匀性所导致的光学信息的移位。结果，对象被放置的角度受到较少的限制，有助于实现带有更佳图像读取特性的一光传感器***。
根据本发明一个方面，提供一种光传感器，包括：第一栅电极；设置在所述第一栅电极上方的第一栅绝缘膜；设置在所述第一栅绝缘膜上方的至少一半导体层；用于使漏电流在所述半导体层中流动的源电极和漏电极；设置在所述半导体层上方的第二栅绝缘膜；及设置在所述第二栅绝缘膜上方的第二栅电极，其特征在于，所述半导体层包括多个其中流动漏电流的沟道区，这些沟道区彼此分开以便在该半导体层中沟道长度距离在任一部分均是恒定的。
根据本发明的另一个方面，提供一种光传感器***，其特征在于包括：(a)配置成一矩阵的光传感器，各光传感器包括第一栅电极，设置在所述第一栅电极上方的第一栅绝缘膜，设置在所述第一栅绝缘膜上方且具有用于当被激励光照射时生成载流子的载流子生成区的至少一半导体层，用于使漏电流在所述半导体层中流动的源电极和漏电极，设置在所述半导体层上方的第二栅绝缘膜，设置在所述第二栅绝缘膜上方的第二栅电极；其中所述半导体层包括多个其中流动漏电流的沟道区，这些沟道区彼此分开以便在该半导体层中沟道长度距离在任一部分均是恒定的；(b)连接至沿第一方向配置的所述光传感器的源电极的源线；(c)连接至沿所述第一方向配置的所述光传感器的漏电极的漏线；(d)连接至沿第二方向配置的所述光传感器的第一栅电极的第一栅线；(e)连接至沿所述第二方向配置的所述光传感器的第二栅电极的第二栅线；(f)用于将一预充电电压输出给所述漏线的预充电装置；(g)根据所述光传感器上的入射光而变化的一预充电电压被输入至的读取装置；(h)用于将一信号提供给所述第一栅线的第一栅驱动器；及(i)用于将一信号提供给所述第二栅线的第二栅驱动器。
附图说明
图1是应用于本发明的一双栅光传感器的结构的平面视图；
图2是沿图1中的II-II线截取的一截面视图；
图3是示出一半导体层的位置的平面视图；
图4是示出该半导体层和一块绝缘膜的相对位置的平面视图；
图5是示出该块绝缘膜和一杂质掺杂层的相对位置的平面视图；
图6是由应用于本发明的双栅光传感器的两维配置组成的一光传感器阵列的平面视图；
图7是应用于本发明的双栅光传感器***的概略性电路图；
图8是将一手指放置在该光传感器***上的一状态的截面视图；
图9是一种控制驱动该光传感器***的方法的一例子的时间图；
图10是示出该双栅光传感器的复位操作的概略性电路图；
图11是该双栅光传感器的感光操作的概略性电路图；
图12是该双栅光传感器的预充电操作的概略性电路图；
图13是在明亮状态下的一选择模式下的该双栅光传感器的操作的概略性电路图；
图14是在黑暗状态下的一选择模式下的该双栅光传感器的操作的概略性电路图；
图15是在明亮状态下的一非选择模式下的该双栅光传感器的操作的概略性电路图；
图16是在黑暗状态下的一非选择模式下的该双栅光传感器的操作的概略性电路图；
图17是在选择模式下的该双栅光传感器的漏电压特性的一曲线图；
图18是在非选择模式下的该双栅光传感器的漏电压特性的一曲线图；
图19是抑制在顶部栅线和底部栅线之间的寄生电容的结构的平面视图；
图20是设置有两半导体层的一双栅光传感器的结构的平面视图；
图21是沿图20的XXI-XXI线截取的截面视图；
图22是设置有两个半导体层且具有四个沟道区及四个载流子生成区的一双栅光传感器的结构的平面视图；
图23是设置有四个半导体层且具有四个沟道区及四个载流子生成区的一双栅光传感器的结构的平面视图；
图24是设置有单个半导体层且具有三个沟道区及三个载流子生成区的一双栅光传感器的结构的平面视图；
图25是沿图24的XXV-XXV线截取的一截面视图；
图26是若干双栅光传感器被配置成一矩阵的一光传感器阵列的平面视图，各双栅光传感器设置有一单个半导体层且具有三个沟道区及三个载流子生成区；
图27是设置有三个半导体层且具有三个沟道区及三个载流子生成区的一双栅光传感器的结构的平面视图；
图28是沿图27的XXVIII-XXVIII线截取的一截面视图；
图29是由应用于本发明的双栅光传感器的一三角形配置组成的一光传感器阵列的平面视图；
图30是配置有常规的双栅光传感器的一阵列的平面视图；及
图31是沿图30的XXXI-XXXI截取的一截面视图，示出了一双栅光传感器的结构。
具体实施方式
以下将详细说明与本发明有关的一光传感器、一光传感器阵列和一光传感器***的实施例。
参见附图，将说明根据本发明的应用于一图像读取装置的一双栅光传感器。
图1是根据本发明的应用于一光传感器阵列的一双栅光传感器10的概略性平面视图。图2是沿图1的II-II线截取的一截面视图。将使用一双栅光传感器的一概略性构成进行具体的说明，该双栅光传感器具有一用作为用于各元件的光传感器部分的一半导体层和该半导体层的两分隔的沟道区。
根据本实施例的双栅光传感器10包括形成在一允许可见光通过的绝缘基底19上的一单个不透明底部栅电极22；设置在该底部栅电极22和绝缘基底19上的一底部栅绝缘膜16；由非晶硅或类似物制成的设置在绝缘膜16上以使面对该底部栅电极22且当被照射可见光时生成电子—空穴对的—半导体层11；相互平行隔开配置在该半导体层11上的块绝缘膜14a、14b；沿沟道长度方向设置在该半导体层11的两端上的杂质掺杂层17a、17b；设置在该半导体层11的中央部分上并与杂质掺杂层17a、17b隔开的一杂质掺杂层18；分别设置在杂质掺杂层17a、17b上的源电极12a、12b；设置在杂质掺杂层18上的一漏电极13；被形成以使覆盖该底部栅绝缘膜16、块绝缘膜14a、14b、源电极12a、12b、和漏电极13的一顶部栅绝缘膜15；设置在顶部栅绝缘膜15上面对半导体层11的一单个顶部栅电极21；和设置在该顶部栅绝缘膜15和顶部栅电极21的一保护性绝缘膜20。
如图3所示，半导体层11被形成在阴影部分中并包括有在一平面中与源电极12a、12b及漏电极13重叠的一部分和在一平面中与块绝缘膜14a、14b重叠的沟道区11a、11b。这些沟道区11a、11b沿沟道长度的方向(沿y的方向)被平行地排列。
如图4所示，一块绝缘膜1 4a被定位以使在一平面中源电极12a和漏电极13与该膜14a的两端重叠。另一块绝缘膜14b定位以使在一平面中源电极12b和漏电极13与该膜14b的两端重叠。
如图5所示，杂质掺杂层17a、17b、18由掺杂有n型杂质离子的非晶硅(n+硅)制成。杂质掺杂层17a插在半导体层11的一端和源电极12a之间。杂质掺杂层17a的部分位于块绝缘膜14a上。杂质掺杂层17b插在半导体层11的另一端和源电极12b之间。杂质掺杂层17b的部分位于块绝缘膜14b上。杂质掺杂层18插在半导体层11和漏电极13之间。杂质掺杂层18的两端分别位于块绝缘膜14a、14b上。
图6是由将多个双栅光传感器10配置成一矩阵的一光传感器阵列的构成的平面视图，各双栅光传感器10包括用作为光传感器的每元件两个半导体层区。该单个半导体层11中的两半导体层区暴露在源电极12a、12b和漏电极13之间。在该图中，在行方向上相邻配置的双栅光传感器10的顶部栅电极21被连接至两分支的顶部栅线101a、101b。在行方向上相邻配置的双栅光传感器10的底部栅电极22被连接至底部栅线102。顶部栅线101a、101b被放置在双栅光传感器10之间以使它们不与顶部栅线102重叠。在列方向上相邻配置的双栅光传感器10的漏电极13被连接至漏线103。在列方向上相邻配置的双栅光传感器10的源电极12被连接至源线104。一电压Vss被提供给源线104。
源电极12a、12b被这样形成以使它们沿x的方向以梳齿样方式自公共源线104凸出朝向漏线103。该漏电极13被这样形成以使它沿x方向从面对源线104的漏线103凸出朝向源线104。具体地，源电极12a和漏电极13被这样地定位以使它们相互面对，其间有半导体层I1的区11a。源电极12b和漏电极13被这样地定位以使它们相互面对，其间有半导体层11的区11b。
在图2中，设置在块绝缘膜14a、14b上的保护性绝缘膜20、顶部栅绝缘膜15、底部栅绝缘膜16和顶部栅电极21由对于可见光是透明的绝缘膜，例如氮化硅制成。顶部栅电极21和顶部栅线101a、101b由例如上述的ITO的光透射传导材料制成，并呈现对可见光的高透射比。另一方面，源电极12a、12b、漏电极13、底部栅电极22和底部栅线102由防止可见光通过并从铬、铬合金、铝、铝合金等中选择出来的材料制成。
具体地，该双栅光传感器10包括第一双栅光传感器和第二双栅光传感器，该第一双栅光传感器由半导体层11中的沟道区11a、源电极12a、漏电极13、顶部栅绝缘膜15和顶部栅电极21组成的第一上部MOS晶体管、和由沟道区11a、源电极12a、漏电极13、底部栅绝缘膜16、和底部栅电极22组成的第一下部MOS晶体管组成。该第二双栅光传感器由半导体层11中的沟道区11b、源电极12b、漏电极13、顶部栅绝缘膜15和顶部栅电极21组成的第二上部MOS晶体管、和由沟道区11b、源电极12b、漏电极13、底部栅绝缘膜16、和底部栅电极22组成的第二下部MOS晶体管组成。该第一和第二双栅光传感器被平行地配置在绝缘基底19上。
在该双栅光传感器10中，其中流动第一双栅光传感器的漏电流的沟道区11a被设置为矩形，其两相邻边由一沟道长度L1和一沟道宽度W1定义。其中流动第二双栅光传感器的漏电流的沟道区11b被设置为矩形，其两相邻边由一沟道长度L2和一沟道宽度W1定义。
来自双栅光传感器10上方的光照射在其上且对第一双栅光传感器的漏电流Ids有影响的载流子生成区具有接近矩形的形状，具有约K1的长度和W1的宽度，且与沟道区11a的形状非常相似。来自双栅光传感器10上方的光照射在其上且对第二双栅光传感器的漏电流Ids有影响的载流子生成区具有接近矩形的形状，具有约K2的长度和W1的宽度，且与沟道区11b的形状非常相似。
下面将参照电路图简明地描述由两维配置的双栅光传感器组成的光传感器***。
图7概略性地示出了由两维配置的双栅光传感器组成的光传感器***的构造。
该光传感器***大致地包括一配置成例如n行×m列的矩阵形式的许多双栅光传感器的一光传感器阵列、分别连接沿行方向相邻的双栅光传感器10的顶部栅端子TG(顶部栅电极21)和底部栅端子BG(底部栅电极22)的顶部栅线101(101a、101b)和底部栅线102、分别连接至顶部栅线101和底部栅线102的一顶部栅驱动器111和一底部栅驱动器112、沿列方向连接单独的双栅光传感器的漏端子D(漏电极13)的漏线103、连接至漏线103的一检测驱动器113、一开关114、一放大器电路115、沿列方向连接源端子S(源电极12a、12b)且被提供有一电压Vss的源线104、和在光传感器10下方的一平面光源30。尽管电压Vss仅必须不同于在漏线上预充电的电压，期望电压Vss应是地电位。
顶部栅线101，连同顶部栅电极21一起由ITO制成。底部栅线102、漏线103和源线104由与底部栅电极22、漏电极13和源电极12a、12b相同的材料制成以使它们与后者集成地形成，这里，tg是用于生成复位脉冲和累积脉冲T1、T2、...、Ti、...、Tn的控制信号。bg是用于生成读取脉冲和非读取脉冲B1、B2、...、Bi、...、Bn的控制信号。及pg是用于控制施加一预充电电压Vpg的定时的预充电信号。
具有该构成，顶部栅驱动器111将一电压施加给顶部栅端子TG。从而实现一感光功能。该底部栅驱动器112将一电压施加给底部栅端子BG，致使检测驱动器113经漏线103接收感知信号并输出串行数据或并行数据Vout，实现了一选择的读取功能。
接着，将参照附图描述控制该光传感器***的驱动的一种方法。
图8是将一手指放置在该光传感器***100上的状态的截面视图。图9是帮助说明控制光传感器***100的驱动的一方法的一例子的时间图。图10至16示出了双栅光传感器10的工作的概念视图。图17和18示出了该光传感器***的输出电压的光学响应特性。
首先，如图8所示，将一手指放置在该光传感器***100的保护性绝缘膜20上。此时，确定手指的指纹的凸出部分直接接触该保护性绝缘膜20，而这些凸出部分之间的槽不接触该保护性绝缘膜20，在手指和膜20之间的是空气。当手指FN被放置在绝缘膜20上时，光传感器***100将信号(复位脉冲高达例如Vtg＝+15V)Ti提供给在第i行的顶部栅线101并将0V的非读取信号Bi提供给在第i行的底部栅线102，从而执行对半导体层11和块绝缘膜14中累积的载流子(这里是空穴)进行放电(在复位周期Treset内)的复位操作。
来自设置在双栅光传感器10的玻璃基底19下方的平面光源30的在包括可见光的波长范围内的光被射向双栅光传感器10侧。
在此时，由于不透明底部栅电极22插在平面光源30和半导体层11之间，发射的光难以直接进入半导体层11，但通过透明绝缘基底19和元件—至—元件区Rp中的绝缘膜15、16、20的光被投射在该保护性绝缘膜20上的手指FN上。在投射在手指FN上的光中，以小于全反射的临界角的一角度投射的光Q1在手指FN的凸出部分和保护性绝缘膜20之间的界面上或在手指FN的表皮的内侧被不规则地反射。反射的光经绝缘膜15、14和顶部栅电极21进入最接近的双栅光传感器10的半导体层11。绝缘膜15、16、20的折射率被设置为约1.8至2.0且顶部栅电极21的折射率被设置为约2.0至2.2。相反，在手指FN的槽中，当光Q2在这些槽中被不规则地反射时，它在空气中衰减，阻止了足够量的光进入最接近的双栅光传感器10的半导体层11。
具体地，可在半导体层11中生成并累积的载流子量根据进入半导体层11的反射光量(其根据手指FN的指纹图形)而变化。
接着，如图9和图11中所示，光传感器***100将低电平(例如Vtg＝-15V)的Ti的一偏置电压施加给顶部栅线101，在复位操作后，且执行一载流子累积操作，在该载流子累积操作中开始一载流子累积周期Ta。
在该载流子累积周期Ta中，根据从顶部栅电极21侧进入的光量，在半导体层11中生成电子—空穴对。这些空穴在半导体层11及该半导体层11和块绝缘膜14之间的界面附近中被累积，也就是，在该沟道区和该沟道区的附近。
在预充电操作中，如图9和12所述，根据与载流子累积周期Ta平行地预充电信号pg，开关114被接通，且一特定电压(预充电电压)Vpg被施加给漏线103，从而使得漏电极13保持充电(预充电周期Tprch)。
然后，在一读取操作中，如图9和1 3所示，在预充电周期Tprch过去后，一高电平(例如Vbg＝+10V)的Bi的一偏置电压(读取选择信号，以下称为读取脉冲)施加给在选择模式下的该行中的底部栅线或底部栅线102，从而将在选择模式下的该行中的双栅光传感器带入ON)(通)状态(读取周期Tread)。
在读取周期Tread中，由于在沟道区中累积的载流子(空穴)用于减轻施加给顶部栅端子TG的相反极性的Vtg(-15V)，在底部栅端子BG的Vbg形成一n-沟道且漏线103上的漏线电压VD倾向于随着时间的流逝，根据漏电流逐渐地自预充电电压Vpg降低，如图17所示。
具体地，当在载流子累积周期Ta中的载流子累积状态是处于黑暗状态且无载流子(空穴)已被累积在该沟道区中时，将一负偏置施加给顶部栅TG删除了用于形成该n-沟道的正偏置，如图14和17所示，将该双栅光传感器10带入OFF(断)状态，使得漏线103上的漏电压或电压VD保持未被改变。
另一方面，当载流子累积状态处于明亮状态时，由于载流子(空穴)根据入射光量在沟道区中已被捕获，如图13和17所示，这些载流子用于删除在顶部栅TG的负偏置。对应于被删除的负偏置量的在底部栅的正偏置形成一n-沟道，将该双栅光传感器10带入ON状态，使得漏电流流动。然后，在根据入射光量的流动漏电流的基础上，漏线103上的电压VD下降。
因此，如图17所示，在漏线103上电压VD变化的趋势与在时间(载流子累积周期Ta)期间接收的光量紧密相关，该时间是自复位操作结束作为复位脉冲Ti施加给顶部栅TG的结果直至读取脉冲Bi被施加给底部栅BG。当累积的载流子量较小时，电压VD倾向于缓和地下降。当累积的载流子量较大，电压VD倾向于快速下降。因此，当读取周期Tread开始时，投射的光量通过在一特定时间过去后感知漏线103上的电压VD，或通过感知使用一特定阈值作为一基准达到该电压所要求的时间而被计算。
假设上述系列的图像读取操作是一循环时，重复地将等同的处理程序施加给在第i+1行中的双栅光传感器10，使得双栅光传感器10作为一两维传感器***工作。
在图9所示的时间图中，当预充电周期Tprch过去后，低电平(例如Vbg＝0V)被保持施加给在非选择模式下的底部栅线102时，如图15和16所示，双栅光传感器10保持处于OFF状态且漏线103上的电压VD保持预充电电压Vpg。如图18所示，即使光传感器11处于明亮状态。这样，电压被施加给底部栅线102的状态实现了选择双栅光传感器10的读取状态的功能。根据光量衰减的漏线103上的预充电电压VD再被读入检测驱动器113。通过放大器电路115、并被作为一串行或平行输出的形式的电压Vout的信号被提供给一图形鉴定电路。
这里，将详细说明由包括上述两沟道区的一双栅光传感器10组成的本发明的一光传感器的沟道区11a、11b上的激励光的实际入射区(有效入射区)的形状如何与该双栅光传感器的晶体管灵敏度相关。
在该双栅光传感器10中，根据光量流动的漏电流Ids与(沟道宽度W)/(沟道长度L)成正比。
由于在该双栅光传感器10中，第一双栅光传感器的沟道长度被设置为L1且其沟道宽度被设置为W1而第二双栅光传感器的沟道长度被设置为L2且其沟道宽度被设置为W1，流过一单个双栅光传感器10的漏电流Ids由公式(2)表示
Ids∝(W1/L1+W1/L2)                (2)
这里，如果L2＝L1，则公式(2)变为公式(3)
Ids∝2W1/L1                         (3)
然后，如果比例(W1/L1)被使得等于带有图30中所示的常规结构的双栅光传感器的比例(W0/L0)，本发明的双栅光传感器10的漏电流Ids是双栅光传感器PS的漏电流Ids两倍大，足够地降低明亮状态中的预充电电压，实现了即使在明亮状态和黑暗状态之间的一低对比度的对象被足够地感知。
如上所述，由于在双栅光传感器10中的源一漏电流值Ids取决于沟道区11a的(沟道宽度W1)/(沟道长度L1)的比例和沟道区11b的(沟道宽度W1)/(沟道长度L2)的比例的总和，双栅光传感器10的漏电流中重要的一点是要求(W1/L1+W1/L2)尽可能地大。对于双栅光传感器10读取在明亮状态和黑暗状态下的入射光之间的足够的差(或在预充电的漏电压中的差)，期望比例W1/L1和W1/L2为1.5或更大。更加期望它们为3.5或更大。
在双栅光传感器10中，由于源电极12a、12b和漏电极13对于可见光是不透明的，其中生成这些空穴，对双栅光传感器10的第一双栅光传感器的沟道区11a中的漏电流Ids有影响的载流子生成区Ip1在形状上接近于一矩形，带有约K1的纵向长度和等于沟道宽度W1的横向长度，且其中生成这些空穴、对双栅光传感器10的第二双栅光传感器的沟道区11b中的漏电流Ids有影响的载流子生成区Ip2在形状上接近于一矩形，带有约K2的纵向长度和等于沟道宽度W1的横向长度。
由于载流子生成区Ip1和载流子生成区Ip2被沿沟道长度平行地配置，如图6所示，在保护性绝缘膜20上，至少光敏感区Ep1(在图中被用石瓦线作阴影的区域)或光敏感区Ep2(在图中被用石瓦线作阴影的区域)，也就是一单个双栅光传感器可感知的区域EPT1被成形为更象一规则的正方形，其中作为从在保护性绝缘膜20的表面的手指反射的结果的、被使进入载流子生成区Ip1的光通过光敏感区Ep1而作为从在保护性绝缘膜20的表面的手指反射的结果的、被使进入载流子生成区Ip2的光通过光敏感区Ep2。这些敏感区概略地说明了位于沟道区11a、11b的中央，保证一特定的光接收灵敏度的区域，但不精确地代表光接收灵敏度的分布范围。
结果，本发明的双栅光传感器10的光敏感区Ep1和光敏感区Ep2使得相比于常规的双栅光传感器PS的敏感区Ep0，在用于沿x方向行进的光的敏感区和用于沿y方向行进的光的敏感区之间的平衡得到更多的均衡，抑制了在读取两维图像中的失真。
如上所述，因为比例(W1/L1+W1/L2)可被设置得更高且双栅光传感器10具有良好的灵敏度，即使在明亮状态和黑暗状态之间的对比度较低，可输出能清楚区分的数据Vout。同时，因为沿光灵敏度的距离较短的方向(y方向)平行地配置载流子生成区Ip1和载流子生成区Ip2，这改善了被使得以从右至左(y方向在中间)的45°的角度进入半导体层11的光的感知范围的平面平衡，实现了以高精度鉴定手指FN的指纹。
由这样的双栅光传感器组成的光传感器阵列的平面结构被设计使得双栅光传感器10被形成一网络(或矩阵)，带有在相互垂直的x和y方向上(行和列方向上)的一特定间距Psp，且使得来自平面光源30的光通过在该网络中的单元—至—单元区域Rp被投射在该对象上。因此，为投射一足够量的光到该对象上，期望该单元—至—单元区域Rp应尽可能地大。
敏感区EPT1越象一规则的正方形，由进入沟道区11a、11b的激励光的入射角引起的光接收灵敏度的变化就得到越多的修正。具体地，从在沿x方向延伸的中心线的上方45°和下方45°的角度的区域进入沟道区11a、11b的光的灵敏度被使得等于或大于从在沿x方向延伸的中心线的右方45°至左方45°的角度的区域进入沟道区11a、11b的光的灵敏度。这修正了光接收灵敏度中的变化(方向性)，提供了其光感知区几乎沿x和y方向均匀地扩展(采取接近于规则的正方形的矩形的形式)的一敏感区EPT1。
因此，这些双栅光传感器10被配置成一矩阵以构建一光传感器阵列100，如图6所示。从而均衡了在敏感区EPT1的方向上的扩展，实现了带有一高光接收灵敏度部分的一光传感器阵列和一光传感器***，同时抑制了在读取两维图像中的失真。在此时因为连接双栅光传感器10的顶部栅电极21的顶部栅线101a、101b被以这样的方式配置且形成以使它们在一平面中被分支且沿y方向被均匀地(对称地)定位，由该对象反射，通过顶部栅线101a、101b，并进入沟道区11a、11b的激励光均匀地衰减，防止了入射光对光接收灵敏度的变化的影响，相比于更宽的顶部栅线在偏移的位置中被配置和形成的情况。这保证了光敏感区的精确地均匀扩展并防止了读取两维图象中的失真。
而且，带有该双栅光传感器10，因为光接收灵敏度被显著地提高，即使入射光量较小，该亮和暗信息可被正确读取，相比于常规的双栅光传感器PS。这有助于降低被设置用于读取装置的平面光源的亮度，减低两维图象读取装置的能耗。当平面光源的亮度被使恒定时，光接收灵敏度的提高显著地缩短了载流子累积时间，提供了优良的两维图象读取性能的读取装置。
而且，显著地改善的光接收灵敏度允许对于同双栅光传感器10中相同的入射光量，生成过量的光接通(light-on)电流。为抑制这样的接通电流，该操作通过降低施加给顶部栅电极和底部栅电极的驱动电压而被控制。这样，驱动电压的降低抑制了双栅光传感器的特性随时间而发生劣化，实现了光传感器阵列的可靠性持续较长时间。
在图6的光传感器阵列100中，两顶部栅线101a、101b连接在各行中配置的双栅光传感器10的顶部栅电极21。底部栅线1被连接在各行中配置的双栅光传感器10的底部栅电极22。同一行中的顶部栅线101a、101b被这样形成以使它们在相邻的双栅光传感器10之间的一平面中被分支且平行地延伸，同时保持一致的位置关系和相等的线宽和厚度。具体地，顶部栅线101a、101b被配置且在列方向上在底部栅线102的上方和下方几乎对称地形成，底部栅线102以这样的方式延伸以使其几乎连接双栅光传感器10的中部。也就是说，顶部栅线101a和101b基本上形成了相对于沿x方向作为一轴的底部栅线102的轴对称结构。这均衡了由通过顶部栅线101a和101b所衰减且被使在顶部栅线101a侧(顶侧)进入的光量和被使在顶部栅线101b侧(下侧)进入的光量之间的平衡。相反，源线104侧和漏线103侧基本上形成了相对于自半导体层11的中心沿作为一轴的y方向延伸的线的一轴对称结构。当由通过顶部栅线101a和101b所衰减的光被使进入半导体层11，在光传感器10的右侧和左侧上的入射率之间的平衡可被均衡。由于顶部栅线被这样形成以使光的入射率平衡在垂直方向上和水平方向上变得相等，被感知的光的方向性的平衡可被改善。另外，因为配置在相邻光传感器10之间的顶部栅线101a、101b很难与底部栅线102垂直地重叠，在顶部栅线101a、101b和底部栅线102之间几乎没有寄生电容，抑制了信号的延迟或电压的降低。
具有这样一构成，由于顶部栅电极21基本上通过两布线层被连接，当每布线层的截面积是相等的，相比于使用一单个布线层，布线的截面积几乎被加倍。这减半了由高电阻率的ITO制成的顶部栅线101a、101b的布线电阻，抑制了在读取操作信号中的延迟，实现了读取更佳图象的操作。
在如图2所示的一双栅光传感器的叠放的结构中，由于在相对上部层的顶部栅线由两布线层(101a、101b)组成，即使由于在该叠放结构中的较高层的凸出的台阶，例如在照相平板印刷处理中起到障碍的作用的灰尘，而使一顶部栅线(例如101a)发生损坏，另一顶部栅线(例如101b)使顶部栅电极21可相互被电连接，对读取操作信号的传播进行补偿，提供了高度可靠的光传感器阵列。
尽管在本实施例中，顶部栅线被分支成两条线，本发明并不限于此。顶部栅线可被分支成多于两条线。待被分支的布线层并不限于顶部栅线。简言之，显然本发明可应用于比应用于该光传感器阵列和光传感器***的另一布线层(例如，金属线)更高布线电阻的一布线层。
即使在常规的双栅光传感器的情况下，当一光传感器阵列200是使得双栅光传感器PS之间的顶部栅线101a、101b被配置得不与底部栅线102重叠时，如图19所示，它产生例如抑制寄生电容及防止布线损坏的效果。设置有光传感器200的一光传感器***是使得光传感器阵列100被光传感器阵列200所替换。
在双栅光传感器10中，一元件由一半导体层组成。下面将说明由带有多个半导体层的一单个双栅光传感器50组成的一光传感器阵列和一光传感器***。在以下说明的实施例中的双栅光传感器50通过同样的驱动实现了一光传感功能并产生了同样的效果。
图20概略地示出了根据本发明的应用于一光传感器阵列的一双栅光传感器50的结构。将使用一设置有每元件两个半导体层(用作为光传感器部分)的双栅光传感器的概略性结构给出一具体的描述。
图21是沿图20的XXI-XXI线截取的一截面视图。根据该实施例的双栅光传感器50包括形成在一允许可见光通过的绝缘基底19上的一不透明底部栅电极22；设置在该底部栅电极22和绝缘基底19上的一底部栅绝缘膜16；由非晶硅或类似物制成的设置在绝缘膜16上以使面对该底部栅电极22且当被照射可见光时生成电子—空穴对的、被相互分隔开的两半导体层51a、51b；相互平行隔开配置在该半导体层51a、51b上的块绝缘膜14a、14b；设置在一半导体层51a的两端上的杂质掺杂层57a、58a；设置在另一半导体层51b的两端上的杂质掺杂层57b、58b；分别设置在杂质掺杂层57a、57b上的源电极52a、52b；被形成以使在半导体层51a、51b之间的杂质掺杂层58a、58b上延伸的一单个漏电极53；被形成以使覆盖该底部栅绝缘膜16、块绝缘膜14a、14b、源电极52a、52b、和漏电极53的一顶部栅绝缘膜15；设置在顶部栅绝缘膜15上面对半导体层51a、51b的一单个顶部栅电极21；和设置在该顶部栅绝缘膜15和顶部栅电极21的一保护性绝缘膜20。
源电极52a、52b和漏电极53在一平面中与半导体层51a、51b的两端、块绝缘膜14a、14b的两端、和杂质掺杂层57a、57b、58a、58b重叠。杂质掺杂层57a、57b、58a、58b在一平面中与块绝缘膜14a、14b的两端重叠。杂质掺杂层57a、57b、58a、58b由掺杂有n型杂质离子的非晶硅(n+硅)制成。
如图20所示，源电极52a、52b被这样形成以使它们沿纵向(在图中为从右到左)以梳齿样方式自公共源线104凸出朝向半导体层51a、51b。该漏电极53被这样形成以使它沿沟道宽度的方向从面对源线104的漏线103凸出朝向半导体层51a、51b。具体地，源电极52a、52b和漏电极53被以结合方式形成以使它们相互面对，其间有半导体层51a、51b。
设置在块绝缘膜14a、14b上的保护性绝缘膜20、顶部栅绝缘膜15、底部栅绝缘膜16和顶部栅电极21由对于可见光是透明的绝缘膜，例如氮化硅制成。顶部栅电极21和顶部栅线101a、101b由例如上述的ITO的光透射传导材料制成，并呈现对可见光的高透射比。另一方面，至少底部栅电极22和底部栅线102由防止可见光通过的例如铬(Cr)等的材料制成。
具体地，该双栅光传感器50包括第一双栅光传感器和第二双栅光传感器，该第一双栅光传感器由半导体层51a、源电极52a、漏电极53、顶部栅绝缘膜15和顶部栅电极21组成的第一上部MOS晶体管、和由半导体层51a、源电极52a、漏电极53、底部栅绝缘膜16、和底部栅电极22组成的第一下部MOS晶体管组成。该第二双栅光传感器由半导体层51b、源电极52b、漏电极53、顶部栅绝缘膜15和顶部栅电极21组成的第二上部MOS晶体管、和由半导体层51b、源电极52b、漏电极53、底部栅绝缘膜16、和底部栅电极22组成的第二下部MOS晶体管组成。该第一和第二双栅光传感器被平行地配置在绝缘基底19上。
因为双栅光传感器50被这样构成以使组成第一和第二双栅光传感器的顶部栅电极21和底部栅电极22被各由公共电极制成且源电极52a、52b由自公共源线104的凸起形成，带有每个元件两半导体层(用作为光传感器部分)的双栅光传感器50可通过上述驱动控制方法***作。
在半导体层51a中，其中流动双栅光传感器50中的第一双栅光传感器的漏电流的沟道区被设置为矩形，其两相邻边由一沟道长度L1和一沟道宽度W1定义。在半导体层51b中，其中流动第二双栅光传感器的漏电流的沟道区被设置为矩形，其两相邻边由一沟道长度L2和一沟道宽度W1定义。
双栅光传感器50中流动的漏电流Ids由公式(4)表示
Ids ∝(W1/L1+W1/L2)                  (4)
尽管在双栅光传感器50中，在一半导体层51a(51b)中设置有一载流子生成区和一漏电流流动的沟道区，包括半导体层81a、81b的一双栅光传感器80可被使用，如图22所示。该双栅光传感器80具有与双栅光传感器10基本上相同的结构(除了半导体层81a、81b外)并产生类似的效果。
在双栅光传感器80中，半导体层81a的沟道区被设置为矩形，其两相邻边由一沟道长度L1和一沟道宽度W2定义且被设置为矩形，其两相邻边由一沟道长度L2和一沟道宽度W2定义。半导体层81b的沟道区被设置为矩形，其两相邻边由一沟道长度L1和一沟道宽度W3定义且被设置为矩形，其两相邻边由一沟道长度L2和一沟道宽度W3定义。
致使例如空穴对双栅光传感器80的沟道区中的漏电流Ids有影响的载流子生成区被设置为一矩形区，其相邻两边由源电极和漏电极之间的距离K1和沟道宽度W2定义，被设置为一矩形区，其相邻两边由源电极和漏电极之间的距离K2和沟道宽度W2定义，被设置为一矩形区，其相邻两边由源电极和漏电极之间的距离K1和沟道宽度W3定义，被设置为一矩形区，其相邻两边由源电极和漏电极之间的距离K2和沟道宽度W3定义。
双栅光传感器80中流动的漏电流Ids由公式(5)表示
Ids∝(W2/L1+W3/L1+W2/L2+W3/L2)       (5)
如图23所示，包括半导体层91a、91b、92a、92b的双栅光传感器90可被使用。该双栅光传感器90具有与双栅光传感器10基本上相同的结构(除了半导体层91 a、91b、92a、92b外)并产生类似的效果。
在双栅光传感器90中，半导体层91a的沟道区被设置为矩形，其两相邻边由一沟道长度L1和一沟道宽度W2定义。半导体层91b的沟道区被设置为矩形，其两相邻边由一沟道长度L1和一沟道宽度W3定义。半导体层92a的沟道区被设置为矩形，其两相邻边由一沟道长度L2和一沟道宽度W2定义。半导体层92b的沟道区被设置为矩形，其两相邻边由一沟道长度L2和一沟道宽度W3定义
致使例如空穴对双栅光传感器90的半导体层91a、91b、92a、92b的沟道区中的漏电流Ids有影响的载流子生成区被设置为一矩形区，其相邻两边由源电极和漏电极之间的距离K1和沟道宽度W2定义，被设置为一矩形区，其相邻两边由源电极和漏电极之间的距离K1和沟道宽度W3定义，被设置为一矩形区，其相邻两边由源电极和漏电极之间的距离K2和沟道宽度W2定义，被设置为一矩形区，其相邻两边由源电极和漏电极之间的距离K2和沟道宽度W3定义。
双栅光传感器90中流动的漏电流Ids由公式(6)表示
Ids∝(W2/L1+W3/L1+W2/L2+W3/L2)        (6)
图24概略性地示出了根据本发明的应用于光传感器阵列的另一双栅光传感器60的结构。图25是沿图24的XXV-XXV线截取的一截面视图。图26是若干双栅光传感器60被配置成一矩阵的一光传感器阵列的平面视图。与上述实施例相同的部件用相同的参考符号表示且省略对它们的描述。
双栅光传感器60包括形成在一允许可见光通过的绝缘基底19上的一单个不透明底部栅电极22；设置在该底部栅电极22和绝缘基底19上的一底部栅绝缘膜16；由非晶硅或类似物制成的被设置以使面对该底部栅电极22且当被照射可见光时生成电子—空穴对的一单个半导体层61；相互平行隔开配置在该半导体层61上的块绝缘膜64a、64b、64c；沿沟道长度方向在块绝缘膜64a的一端上延伸并被设置在该半导体层61上的杂质掺杂层69a；沿沟道长度方向在块绝缘膜64a的另一端上及沿沟道长度方向在块绝缘膜64b的一端上延伸并被设置在该半导体层61上的杂质掺杂层69b；沿沟道长度方向在块绝缘膜64b的另一端上及沿沟道长度方向在块绝缘膜64c的一端上延伸并被设置在该半导体层61上的杂质掺杂层69c；沿沟道长度方向在块绝缘膜64c的另一端上延伸并被设置在该半导体层61上的杂质掺杂层69d；分别设置在杂质掺杂层69a、69b、69c、69d上的一源电极65、一漏电极66、一源电极67、和一漏电极68；被形成以使覆盖该底部栅绝缘膜16、块绝缘膜64a、64b、64c、源电极65、67、和漏电极66、68的一顶部栅绝缘膜15；设置在顶部栅绝缘膜15上面对半导体层61的一单个顶部栅电极21；和设置在该顶部栅绝缘膜15和顶部栅电极21的一保护性绝缘膜20。
因为这些单独的绝缘膜和电极的材料以及其余的结构与图2和6的实施例中的对应的部件的材料和结构相同，因此省去对它们的描述。杂质掺杂层69a、69b、69c、69d由掺杂有n型杂质离子的非晶硅(n+硅)制成。
该双栅光传感器60是这样的：第一双栅光传感器、第二双栅光传感器和第三双栅光传感器被平行地连接，该第一双栅光传感器由半导体层61、源电极65、漏电极66、顶部栅绝缘膜15、底部栅绝缘膜16、顶部栅电极21和底部栅电极22组成，该第二双栅光传感器由半导体层61、源电极67、漏电极66、顶部栅绝缘膜15、底部栅绝缘膜16、顶部栅电极21和底部栅电极22组成，该第三双栅光传感器由半导体层61、源电极67、漏电极68、顶部栅绝缘膜15、底部栅绝缘膜16、顶部栅电极21和底部栅电极22组成。
在半导体层61中，其中流动双栅光传感器60中的第一双栅光传感器的漏电流的沟道区被设置为矩形，其两相邻边由一沟道长度L3和一沟道宽度W1定义。其中流动第二双栅光传感器的漏电流的沟道区被设置为矩形，其两相邻边由一沟道长度L4和一沟道宽度W1定义。其中流动第三双栅光传感器的漏电流的沟道区被设置为矩形，其两相邻边由一沟道长度L5和一沟道宽度W1定义。
因为双栅光传感器60被这样构成以使组成第一和第三双栅光传感器的顶部栅电极21和底部栅电极22被各由公共电极制成，源电极65、67由自公共源线104的凸起形成，漏电极66、68由自公共漏线103的凸起形成，该三个双栅光传感器可作为一单个双栅光传感器通过上述驱动控制方法***作。
双栅光传感器60中流动的漏电流Ids由公式(7)表示
Ids∝(W1/L3+W1/L4+W1/L5)             (7)
具有如上构成的双栅光传感器60，构成沟道区的半导体层61的值(W1/L3+W1/L4+W1/L5)可被提高，实现了漏电流的增大，显著地改善了各双栅光传感器60的晶体管灵敏度。
从上方进入的光被允许进入的、自源和漏电极65、66、67、68暴露的载流子生成区Ip3、Ip4、Ip5分别采取具有宽度W1和长度K3的的一矩形、具有宽度W1和长度K4的的一矩形、和具有宽度W1和长度K5的的一矩形。这使得光敏感区Ep3、Ep4、Ep5的合成形状更接近一规则的正方形。由来自在保护性绝缘膜20的表面的手指FN的反射导致的进入各载流子生成区的光通过光敏感区Ep3、Ep4、Ep5。
在这样一双栅光传感器60中，顶部栅线101a和101b基本上形成了相对于沿x方向作为一轴的底部栅线102的轴对称结构。源线104侧和漏线103侧基本上形成了相对于作为一轴的沿y方向的自半导体层61的中心延伸的线的一轴对称结构。而且，半导体层61基本上形成相对于光传感器60的中心的垂直地且水平地对称结构，并构成一矩阵样光传感器阵列300，其中沿x方向从该中心(半导体层61的中心)到端部的距离近似于沿y方向从该中心到端部的距离。这更加均衡了感光区的扩展，抑制了读取两维图像中的失真，实现了带有更高光接收灵敏度的光接收部分的一光传感器阵列和一光传感器***。另外，因为配置在相邻光传感器60之间的顶部栅线101a、101b很难与底部栅线102垂直地重叠，在顶部栅线101a、101b和底部栅线102之间几乎没有寄生电容，抑制了信号的延迟或电压的降低。设置有光传感器300的光传感器***是使得图7的光传感器阵列100被光传感器300替换。
图27概略性地示出了根据本发明的应用于光传感器阵列的另一双栅光传感器70的结构。与双栅光传感器60相同的部件用相同的参考符号表示且省略对它们的描述。
如图28所示，根据该实施例的双栅光传感器70包括形成在一允许可见光通过的绝缘基底19上的一单个不透明底部栅电极22；设置在该底部栅电极22和绝缘基底19上的一底部栅绝缘膜16；由非晶硅或类似物制成的被设置以使面对该底部栅电极22且当被照射可见光时生成电子—空穴对的半导体层71a、71b、71c；分别相互平行隔开配置在该半导体层71a、71b、71c上的块绝缘膜64a、64b、64c；沿沟道长度方向分别设置在该半导体层71a的两端的杂质掺杂层77a、77b；沿沟道长度方向分别设置在该半导体层71b的两端的杂质掺杂层77c、77d；沿沟道长度方向分别设置在该半导体层71c的两端的杂质掺杂层77e、77f；设置在杂质掺杂层77a上的一源电极65；被设置以使在杂质掺杂层77b和杂质掺杂层77c上延伸的一漏电极66；被设置以使在杂质掺杂层77d和杂质掺杂层77e上延伸的一源电极67；设置在杂质掺杂层77f上的一漏电极68；被形成以使覆盖该底部栅绝缘膜16、块绝缘膜64a、64b、64c、源电极65、67、和漏电极66、68的一顶部栅绝缘膜15；设置在顶部栅绝缘膜15上面对半导体层11的一单个顶部栅电极21；和设置在该顶部栅绝缘膜15和顶部栅电极21的一保护性绝缘膜20。杂质掺杂层77a、77b、77c、77d、77e、77f由掺杂有n型杂质的非晶硅(n+硅)制成。
该双栅光传感器70是这样的：第一双栅光传感器、第二双栅光传感器和第三双栅光传感器被平行地连接，该第一双栅光传感器由半导体层71a、源电极65、漏电极66、顶部栅绝缘膜15、底部栅绝缘膜16、顶部栅电极21和底部栅电极22组成，该第二双栅光传感器由半导体层71b、源电极67、漏电极66、顶部栅绝缘膜15、底部栅绝缘膜16、顶部栅电极21和底部栅电极22组成，该第三双栅光传感器由半导体层71c、源电极67、漏电极68、顶部栅绝缘膜15、底部栅绝缘膜16、顶部栅电极21和底部栅电极22组成。
在半导体层71a中，其中流动双栅光传感器70中的第一双栅光传感器的漏电流的沟道区被设置为矩形，其两相邻边由一沟道长度L3和一沟道宽度W1定义。在半导体层71b中，其中流动第二双栅光传感器的漏电流的沟道区被设置为矩形，其两相邻边由一沟道长度L4和一沟道宽度W1定义。在半导体层71c中，其中流动第三双栅光传感器的漏电流的沟道区被设置为矩形，其两相邻边由一沟道长度L5和一沟道宽度W1定义。
双栅光传感器70中流动的漏电流Ids由公式(8)表示
Ids∝(W1/L3+W1/L4+W1/L5)             (8)
双栅光传感器70被这样构成以使组成第一至第三双栅光传感器的顶部栅电极21和底部栅电极22被各由公共电极制成，源电极65、67由自公共源线104的凸起形成，漏电极66、68由自公共漏线103的凸起形成。因为双栅光传感器70被配置成一矩阵，从而形成一光传感器阵列300，该三个双栅光传感器70可作为一单个双栅光传感器通过上述驱动控制方法***作，产生与双栅光传感器60类似的效果。
尽管在各实施例中，各双栅光传感器10、50、60、70是配置一至三个半导体层(或双栅光传感器)，设置有两或三个其中流动漏电流的沟道区，及设置有两或三个载流子生成区，这些元件沿沟道长度方向被平行地设置。本发明并不限于此。光接收灵敏度可根据连续配置的半导体层的数目而被任意地设定。
当双栅光传感器10、50、60、70被配置成一矩阵以构成光传感器阵列100、200、300且这些阵列被应用于一二维读取装置时，因为来自绝缘基底(或玻璃基底)19侧的光被投射通过该矩阵的成一网络的元件—至—元件区域Rp到对象上，需要设置该元件—至—元件区域Rp以使保证足够量的光投射到该对象上且然后在将形成一光接收区的区域中任意地设置这些连续排列的半导体层(双栅光传感器)。
图29概略性地示出了根据本发明的光传感器阵列的另一实施例。
根据该实施例的光传感器阵列400包括双栅光传感器10且具有一所谓的三角形配置结构，其中这些双栅光传感器10被放置在一两维平面(其一侧为Psa)中连续设置的一等边三角形的各自顶点。设置有一光传感器阵列400的一光传感器***是图6的光传感器阵列100被光传感器阵列400替换。
图6的光传感器阵列100在配置双栅光传感器10中遇到一问题：由于双栅光传感器10被配置成使它们仅沿相互垂直的x和y两方向以尺度Psp的相同间隔被隔开，双栅光传感器10之间的间距在对x和y方向成一角度θ(除0°、90°、180°、270°之外的一适当角度)的倾斜方向上不均匀地沿x和y方向增大(例如以对x和y方向成45°倾斜配置的双栅光传感器10的距离是间距Psp的√2倍)，且因此，用其读取一倾斜放置的对象的精度不能达到用其读取未移位的对象的均匀且高的精度。
相反，在根据该实施例的光传感器阵列400中，由于用作为光接收部分的双栅光传感器10被放置在二维平面中连续设置的各等边三角形的各自顶点，这些双栅光传感器10C在x方向上被均匀地配置。同时，即使该角度是60°、120°、240°或300°，这些双栅光传感器10C被均匀地配置，均衡了这些光接收部分之间的间距。这保证了具有相同精度的操作，即使该对象被移位过了60°、120°、240°或300°。
因为对于在几乎所有方向上的相邻双栅光传感器，在二维表面上配置的所有双栅光传感器被以一相等的间距Psp定位，即使待被读取的一二维图像被相对于x和y方向倾斜地放置，可以该读取精度读取该图像，而读取该图像中的失真被抑制。
由于这些双栅光传感器被配置成三角形，当x方向上的间距Psa被设置得等于图6的光传感器的间距Psp时，y方向上的间距Psb由公式(9)表示：
Psb＝Psa×sin60°                   (9)
如上所述，因为y方向上的间距Psb短于x方向上的间距Psa，光传感器阵列400实现了在平面区域Mp中的方向y上减小的平面区域Mc中配置相同数量的双栅光传感器10C等效于光传感器阵列100，使得二维图像读取装置更小。换言之，光传感器阵列400实现了在平面区域Mp中放置1/sin60°倍(1.15倍)的双栅光传感器10C等效于光传感器阵列100，实现了待被获得的传感器元件的高包装密度。
尽管在该三角形配置中，图1的实施例的双栅光传感器10被用作为组成光接收部分的双栅光传感器，其他实施例中的任意双栅光传感器PS、50、60、70可被使用。显然另一结构的双栅光传感器可被使用。
在上述的光传感器阵列100、200、300、400中，同一行中的顶部栅线101a、101b被这样形成以使它们在相邻的双栅光传感器10(或PS、50、60和70中任一)之间的一平面中被分支成两个且平行地延伸，同时保持一致的位置关系和相等的线宽。具体地，顶部栅线101a、101b被配置及形成以使具有在连接双栅光传感器10(或PS、50、60和70中任一)的接近中心且在列的方向上延伸的底部栅线102的上方和下方的几乎对称的位置关系。
具有这样一结构，顶部栅电极21基本上通过两(或多)个布线层被连接，布线的截面积被增大到初始的整数倍。这减小了由高电阻率的ITO制成的顶部栅线101a、101b的布线电阻，抑制了在读取操作信号中的延迟，实现了读取更佳图象的操作。而且，由于在该叠放结构的双栅光传感器中的相对上部层的顶部栅线由多个布线层(101a、101b)组成，即使由于在该叠放结构导致的台阶而使组成该顶部栅线的一特别布线层发生损坏，该顶部栅电极21可通过其余的没有损坏的布线层被相互电连接，对读取操作信号的传播进行补偿，提供了高度可靠的光传感器阵列。
而且，由于该光传感器阵列的光接收灵敏度被显著地提高，平面光源的亮度被相对地降低，降低了图像读取装置的功耗。

Claims (33)

1、一种光传感器，包括：
第一栅电极；
设置在所述第一栅电极上方的第一栅绝缘膜；
设置在所述第一栅绝缘膜上方的至少一半导体层；
用于使漏电流在所述半导体层中流动的源电极和漏电极；
设置在所述半导体层上方的第二栅绝缘膜；及
设置在所述第二栅绝缘膜上方的第二栅电极，其特征在于，
所述半导体层包括多个其中流动漏电流的沟道区，这些沟道区彼此分开以便在该半导体层中沟道长度距离在任一部分均是恒定的。
2、根据权利要求1的光传感器，其特征在于所述沟道区在所述半导体层的沟道长度方向上被并排地配置。
3、根据权利要求1的光传感器，其特征在于所述源电极和漏电极之一被形成以使在所述沟道区上延伸。
4、根据权利要求1的光传感器，其特征在于所述半导体层被划分成多个半导体层部分且各所述半导体层部分具有所述沟道区之一。
5、根据权利要求1的光传感器，其特征在于所述半导体层具有多个载流子生成区。
6、根据权利要求1的光传感器，其特征在于所述半导体层被划分成多个半导体层部分且各所述半导体层部分具有所述载流子生成区之一。
7、根据权利要求7的光传感器，其特征在于所述载流子生成区在所述半导体层的沟道长度方向上被并排地配置。
8、根据权利要求1的光传感器，其特征在于所述半导体层被划分成多个半导体层部分且各所述半导体层部分具有两个或更多个所述载流子生成区。
9、根据权利要求9的光传感器，其特征在于所述载流子生成区在所述半导体层的沟道长度方向上被并排地配置。
10、根据权利要求1的光传感器，其特征在于至少所述源电极或漏电极是多个的。
11、根据权利要求1的光传感器，其特征在于所述半导体层被划分成多个半导体层部分且所述源电极和漏电极之一被形成以在所述多个半导体层部分上延伸。
12、根据权利要求1的光传感器，其特征在于所述源电极和漏电极由阻断激励光的材料制成。
13、根据权利要求1的光传感器，其特征在于还包括各插在所述半导体层和所述源电极和漏电极之间的杂质掺杂层。
14、根据权利要求1的光传感器，其特征在于还包括插在所述半导体层和所述第二栅绝缘膜之间的一块绝缘层。
15、根据权利要求1的光传感器，其特征在于所述第二栅电极由允许所述激励光通过的材料制成。
16、一种光传感器***，其特征在于包括：
(a)配置成一矩阵的光传感器，各光传感器包括第一栅电极，
设置在所述第一栅电极上方的第一栅绝缘膜，设置在所述第一栅绝缘膜上方且具有用于当被激励光照射时生成载流子的载流子生成区的至少一半导体层，用于使漏电流在所述半导体层中流动的源电极和漏电极，
设置在所述半导体层上方的第二栅绝缘膜，设置在所述第二栅绝缘膜上方的第二栅电极；
其中所述半导体层包括多个其中流动漏电流的沟道区，这些沟道区彼此分开以便在该半导体层中沟道长度距离在任一部分均是恒定的；
(b)连接至沿第一方向配置的所述光传感器的源电极的源线；
(c)连接至沿所述第一方向配置的所述光传感器的漏电极的漏线；
(d)连接至沿第二方向配置的所述光传感器的第一栅电极的第一栅线；
(e)连接至沿所述第二方向配置的所述光传感器的第二栅电极的第二栅线；
(f)用于将一预充电电压输出给所述漏线的预充电装置；
(g)根据所述光传感器上的入射光而变化的一预充电电压被输入至的读取装置；
(h)用于将一信号提供给所述第一栅线的第一栅驱动器；及
(i)用于将一信号提供给所述第二栅线的第二栅驱动器。
17、根据权利要求16的光传感器***，其特征在于所述第一栅驱动器输出一信号用于选择地将所述光传感器带入一选择状态和一非选择状态之一。
18、根据权利要求16的光传感器***，其特征在于所述第二栅驱动器输出一信号用于选择地将所述光传感器带入一复位状态和一载流子累积状态之一。
19、根据权利要求16的光传感器***，其特征在于还包括一光源，用于发射包括所述激励光的光。
20、根据权利要求16的光传感器***，其特征在于所述沟道区在所述半导体层的沟道长度方向上被并排地配置。
21、根据权利要求16的光传感器***，其特征在于所述源电极和漏电极之一被形成以使在所述沟道区上延伸。
22、根据权利要求16的光传感器***，其特征在于所述半导体层被划分成多个半导体层部分且各所述半导体层部分具有所述沟道区之一。
23、根据权利要求16的光传感器，其特征在于所述半导体层具有多个载流子生成区。
24、根据权利要求16的光传感器***，其特征在于所述半导体层被划分成多个半导体层部分且各所述半导体层部分具有所述载流子生成区之一。
25、根据权利要求23的光传感器，其特征在于所述载流子生成区在所述半导体层的沟道长度方向上被并排地配置。
26、根据权利要求16的光传感器***，其特征在于所述半导体层被划分成多个半导体层部分且各所述半导体层部分具有两个或更多个所述载流子生成区。
27、根据权利要求25的光传感器，其特征在于所述载流子生成区在所述半导体层的沟道长度方向上被并排地配置。
28、根据权利要求16的光传感器***，其特征在于至少所述源电极或漏电极是多个的。
29、根据权利要求16的光传感器***，其特征在于所述半导体层被划分成多个半导体层部分且所述源电极和漏电极之一被形成以在所述多个半导体层部分上延伸。
30、根据权利要求16的光传感器***，其特征在于所述源电极和漏电极由阻断激励光的材料制成。
31、根据权利要求16的光传感器***，其特征在于还包括各插在所述半导体层和所述源电极和漏电极之间的杂质掺杂层。
32、根据权利要求16的光传感器***，其特征在于还包括插在所述半导体层和所述第二栅绝缘膜之间的一块绝缘层。
33、根据权利要求16的光传感器***，其特征在于所述第二栅电极由允许所述激励光通过的材料制成。
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