TWI382554B - 光感測元件及其製作方法 - Google Patents

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Description

光感測元件及其製作方法
本發明是有關於一種光感測元件，且特別是有關於一種環境光感測器(Ambient Light Sensor，ALS)。
習知在TFT－LCD顯示面板上製作環境光感測器(Ambient Light Sensor，ALS)時，由於非晶矽(α－Si)或多晶矽(poly－Si)薄膜對可見光(400奈米~700奈米)和近紅外光(700奈米~1.1微米)之間波段的光線，具有較強烈的敏感度，因此通常係以非晶矽或多晶矽薄膜來作為製作環境光感測器的基本材料，但由於非晶矽或多晶矽薄膜的光靈敏度仍無法滿足需求，因此逐漸被新的材料所取代。
新一代光感測器具有更高的光靈敏度，其中以富矽氧化層(Si－rich oxide，SiOX ，x<2)作為感光材料層為例，當光源對其照射之後，富矽氧化層會受激發而產生電子電洞對，電子電洞對隨即受到偏壓所產生的電場作用而分離，並因此形成光電流輸出。
然而，以低溫沉積之薄膜製程技術來沉積富矽氧化層，並藉此製作具富矽氧化層之光感測器時，若以一定照度的光線照射光感測器，接著再量測光感測器所呈現之相對應的光電流，其輸出的光電流通常無法與光線的照度呈現線性關係，因此會造成使用上會有很大的誤差，而無法精確地加以利用。
本發明的目的是在提供一種光感測元件，藉以改善其中光電流與光線照度無法呈現線性關係的問題。
本發明的另一目的是在提供一種光感測元件之製作方法，以增進光感測元件的品質。
本發明之一目的在於提供一種光感測元件，包含一金屬導電層、一介面介電層、一富矽介電層以及一透明導電層。介面介電層係形成於金屬導電層上，富矽介電層係形成於介面介電層上，而透明導電層則是形成於富矽介電層上。
本發明之另一目的在於提供一種光感測元件，包含一鈦/鋁/鈦金屬層、一介面氧化層、一富矽介電層以及一透明導電層。介面氧化層係形成於鈦/鋁/鈦金屬層上，富矽介電層係形成於介面氧化層上，而透明導電層則是形成於富矽介電層上。
本發明之又一目的在於提供一種光感測元件，包含一導電層、一介面介電層、一富矽介電層以及一透明導電層。介面介電層形成於導電層上，富矽介電層形成於介面介電層上，而透明導電層則是形成於富矽介電層上。
本發明之再一目的在於提供一種光感測元件之製作方法，包含：形成一金屬導電層；形成一介面介電層於金屬導電層上；形成一富矽介電層於介面介電層上；以及形成一透明導電層於富矽介電層上。
本發明之再一目的在於提供一種光感測元件之製作方法，包含：形成一鈦/鋁/鈦金屬層；形成一介面氧化層於鈦/鋁/鈦金屬層上；形成一富矽介電層於介面氧化層上；以及形成一透明導電層於富矽介電層上。
根據本發明之技術內容，應用前述光感測元件以及光感測元件之製作方法，可使得光感測元件在操作時，其中的光電流與光線照度呈現良好的線性關係，並且使光感測元件可更精準地根據光線的照度產生相對應的光電流。
第1圖係依照本發明之實施例繪示一種光感測元件的剖面示意圖。如第1圖所示，光感測元件100(如：環境光感測器，ALS)其局部放大的部分包括一基板102、一金屬導電層(或導電層)104、一介面介電層106、一富矽介電層108以及一透明導電層110。其中，金屬導電層104形成於基板102上，介面介電層106形成於金屬導電層104上，富矽介電層108形成於介面介電層106上，而透明導電層110則是形成於富矽介電層108上。光感測元件100中的金屬導電層104、介面介電層106、富矽介電層108以及透明導電層110，可依照需求設計成所需的形狀。其中，金屬導電層104、透明導電層110電性連接至外部電路，當光照射穿過透明導電層110至富矽介電層108時，即產生光電流輸出至外部電路。在另一實施例中，金屬導電層104亦可由另一透明導電層替代。
第2A至2E圖係依照本發明之實施例繪示一種製作如第1圖所示之光感測元件的流程圖。首先，在基板102上形成金屬導電層104(如第2A圖所示)，其中金屬導電層104可包括鈦/鋁/鈦(Ti)金屬層。接著，在金屬導電層104上形成一層介面介電層106，此介面介電層106的材料可選自氧化物、氮化物、氮氧化物及其組合所組成之群組。介面介電層106的厚度大約介於10至300埃之間。在另一實施例中，所形成之介面介電層106的厚度較佳是介於20至200埃之間。在又一實施例中，所形成之介面介電層106的厚度更佳是介於約30至150埃之間。介面介電層106可由各種不同製程形成，例如可藉由一電漿氣體對金屬導電層104進行一電漿表面改質處理製程(如第2B圖所示)，使得電漿中的離子或電子對金屬導電層104的表面轟擊，並藉由能量上的轉移致使金屬導電層104的表面分子結構鍵結斷裂，而與電漿中產生的自由基重新鍵結，形成一層介面介電層106(如第2C圖所示)。以金屬導電層104的表面為鈦金屬薄膜為例，當使用氧電漿氣體對鈦金屬薄膜進行電漿表面改質處理製程時，氧電漿中的氧離子會對鈦金屬薄膜的表面轟擊，並藉由能量上的轉移致使鈦金屬薄膜的表面分子結構鍵結斷裂，而與電漿中產生的氧離子重新鍵結，進而形成一層含有鈦金屬的氧化鈦層，作為介面介電層。
此外，上述電漿氣體亦可選自氧氣、氮氣、一氧化二氮及其組合所組成之群組，而相對應形成之介面介電層106的材料可選自氧化物、氮化物、氮氧化物及其組合所組成 之群組。在一實施例中，金屬導電層104的表面係為鈦金屬薄膜，而所形成之介面介電層106則是選自氧化鈦、氮化鈦、氮氧化鈦及其組合所組成之群組。
在形成介面介電層106之後，再於介面介電層106上形成富矽介電層(Silicon rich dielectric layer)108(如第2D圖所示)，作為感光材料。其中，富矽表示矽的化學當量(stoichiometry)大於1，富矽介電層108之材料可選自富矽氧化矽(SiOx)、富矽氮化矽(SiNy)、富矽氮氧化矽(SiOxNy)及其組合所組成之群組。其中，0<x<2，0<y<1.67。在另一實施例中，富矽介電層108更可由氫化富矽介電層代替；亦即，在形成富矽介電層108時可通入氫氣，藉以形成氫化富矽介電層，其中氫化富矽介電層之材料可選自氫化富矽氧化矽(SiOxHz)、氫化富矽氮化矽(SiNyHz)、氫化富矽氮氧化矽(SiOxNyHz)及其組合所組成之群組。其中，0<x<2，0<y<1.67，0<z<1。然後，於富矽介電層108上形成透明導電層110(如第2E圖所示)，其中透明導電層之材料，例如是銦錫氧化物、銦鋅氧化物或鋁鋅氧化物。
第3圖係依照繪示一種具上述介面介電層之環境光感測器，其經量測而得之光電流與光強度的相應對照圖。由圖可知，未經電漿表面改質處理製程而製作的環境光感測器，由於其金屬導電層與富矽介電層之間並未形成介面介電層，因此其光電流與光強度的關係並未呈線性相關，而是拋物線的關係。相反地，經一氧化二氮或是氧氣進行電漿表面改質處理而製作的環境光感測器，由於其金屬導電 層與富矽介電層之間具有如上所述之介面介電層，因此其光電流與光強度的關係是呈良好的線性相關。
第4圖係依照本發明之實施例繪示一種畫素結構與光感測元件整合之結構的剖面示意圖。其中，光感測元件420包含如上所述之金屬導電層404、介面介電層406、富矽介電層408以及透明導電層410，且在顯示面板上，光感測元件420係與畫素結構430(包含薄膜電晶體與畫素電極)的非晶矽(α－Si)薄膜電晶體整合在一起同時製作，以完成環境光感測器的製作，並達到節省製作成本的目的。本發明之光感測元件420除了可以應用在環境光感測器之外，亦可應用在其他的光感測設計。
由上述本發明之實施例可知，應用前述光感測元件及其製作方法，可使得光感測元件在操作時，其中的光電流與光強度呈現良好的線性關係，並且使光感測元件可更精準地根據光線的照度產生相對應的光電流。此外，更可增強光感測元件的光電穩定性，使其在長時間的光線照射之下，仍然具有穩定的光電效能。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何具有本發明所屬技術領域之通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、420‧‧‧光感測元件
102‧‧‧基板
104、404‧‧‧金屬導電層
106、406介面介電層
108、408‧‧‧富矽介電層
110、410‧‧‧透明導電層
430‧‧‧畫素結構
第1圖係依照本發明之實施例繪示一種光感測元件之剖面示意圖。
第2A至2E圖係依照本發明之實施例繪示一種製作如第1圖所示之光感測元件的流程圖。
第3圖係依照繪示一種具上述介面介電層之環境光感測器，其經量測而得之光電流與光強度的相應對照圖。
第4圖係依照本發明之實施例繪示一種畫素結構與光感測元件整合之結構的剖面示意圖。
100‧‧‧光感測元件
102‧‧‧基板
104‧‧‧金屬導電層
106‧‧‧介面介電層
108‧‧‧富矽介電層
110‧‧‧透明導電層

Claims (30)

  1. 一種光感測元件，包含：一金屬導電層；一介面介電層，形成於該金屬導電層上；一富矽介電層，形成於該介面介電層上；以及一透明導電層，形成於該富矽介電層上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光感測元件，其中該介面介電層之厚度大約為10至300埃。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光感測元件，其中該介面介電層之材料係選自氧化物、氮化物、氮氧化物及其組合所組成之群組。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光感測元件，其中該富矽介電層之材料係選自富矽氧化矽、富矽氮化矽、富矽氮氧化矽及其組合所組成之群組。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之光感測元件，其中該富矽介電層包括氫化富矽介電層。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之光感測元件，其中該氫化富矽介電層之材料係選自氫化富矽氧化矽、氫化富矽氮化矽、氫化富矽氮氧化矽及其組合所組成之群組。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之光感測元件，其中該透明導電層之材料包含銦錫氧化物、銦鋅氧化物或鋁鋅氧化物。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之光感測元件，其中該金屬導電層包含鈦/鋁/鈦金屬層。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之光感測元件，其中該介面介電層係包含對該金屬導電層進行一電漿表面改質處理製程而形成。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之光感測元件，其中該介面介電層係選自氧化鈦、氮化鈦、氮氧化鈦及其組合所組成之群組。
  11. 一種光感測元件，包含：一鈦/鋁/鈦金屬層；一介面氧化層，形成於該鈦/鋁/鈦金屬層上；一富矽介電層，形成於該介面氧化層上；以及一透明導電層，形成於該富矽介電層上。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之光感測元件，其中該介面氧化層之厚度大約為10至300埃。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之光感測元件，其中該介面氧化層包括氧化鈦層。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之光感測元件，其中該氧化鈦包括該鈦/鋁/鈦金屬層進行一電漿表面改質處理製程而形成。
  15. 一種光感測元件，包含：一導電層；一介面介電層，形成於該導電層上；一富矽介電層，形成於該介面介電層上；以及一透明導電層，形成於該富矽介電層上。
  16. 一種光感測元件之製作方法，包含：形成一金屬導電層；形成一介面介電層於該金屬導電層上；形成一富矽介電層於該介面介電層上；以及形成一透明導電層於該富矽介電層上。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之製作方法，其中形成之該介面介電層之厚度大約為10至300埃。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之製作方法，其中該 介面介電層之材料係選自氧化物、氮化物、氮氧化物及其組合所組成之群組。
  19. 如申請專利範圍第16項所述之製作方法，其中形成之該富矽介電層之材料係選自富矽氧化矽、富矽氮化矽、富矽氮氧化矽及其組合所組成之群組。
  20. 如申請專利範圍第16項所述之製作方法，其中該富矽介電層包括氫化富矽介電層。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之製作方法，其中該氫化富矽介電層之材料係選自氫化富矽氧化矽、氫化富矽氮化矽、氫化富矽氮氧化矽及其組合所組成之群組。
  22. 如申請專利範圍第16項所述之製作方法，其中形成之該透明導電層之材料包含銦錫氧化物、銦鋅氧化物或鋁鋅氧化物。
  23. 如申請專利範圍第16項所述之製作方法，其中形成之該金屬導電層包含鈦/鋁/鈦金屬層。
  24. 如申請專利範圍第16項所述之製作方法，其中形成該介面介電層之步驟包括進行一電漿表面改質處理製程，使用一電漿氣體與該金屬導電層之表面反應而形成該 介面介電層。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之製作方法，其中該電漿氣體係選自氧氣、氮氣、一氧化二氮及其組合所組成之群組。
  26. 如申請專利範圍第25項所述之製作方法，其中該介面介電層之材料包括該金屬導電層與該電漿氣體反應所形成之金屬氧化物、金屬氮化物或金屬氮氧化物。
  27. 一種光感測元件之製作方法，包含：形成一鈦/鋁/鈦金屬層；形成一介面氧化層於該鈦/鋁/鈦金屬層上；形成一富矽介電層於該介面氧化層上；以及形成一透明導電層於該富矽介電層上。
  28. 如申請專利範圍第27項所述之製作方法，其中形成之該介面氧化層之厚度大約為10至200埃。
  29. 如申請專利範圍第27項所述之製作方法，其中形成之該介面氧化層之材料包含氧化鈦。
  30. 如申請專利範圍第27項所述之製作方法，其中形成該介面介電層之步驟包括進行一電漿表面改質處理步 驟，使該鈦/鋁/鈦金屬層之表面反應而形成該介面氧化層。
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