TWI759980B - 光電感測器 - Google Patents
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Abstract
一種光電感測器，包括一基板及多個像素結構，這些像素結構配置於基板上，且排成陣列。每一像素結構包括一電晶體及一光電二極體，光電二極體包括一第一電極、一感光層及一第二電極。第一電極與電晶體呈側向並排，感光層的一第一部分配置於第一電極上，且感光層的一第二部分從第一部分延伸至電晶體上方。第二電極配置於感光層上，且位於第一電極與電晶體上方。
Description
本發明是有關於一種光電元件，且特別是有關於一種光電感測器（photoelectric sensor）。
光電感測器一般是以光電二極體（photodiode）來感測光線，且一般的結構包括基板及配置於基板上的光電二極體與電晶體。在薄膜電晶體（thin film transistor, TFT）光電感測器的像素結構中，薄膜電晶體與光電二極體是以並排的方式設置於基板上。
為使光電感測器的光電二極體（即感光單元）能獲得更多的入射光線能量，光電二極體的面積需盡量放大。然而，雖然光電二極體面積放大可以增加進光量，但卻會影響與其並排的薄膜電晶體。薄膜電晶體依製造工藝有其最小的面積需求。在加大光電二極體的尺寸時，因薄膜電晶體無法縮小，將造成光電感測器的填充因數（fill factor）無法提昇，其中填充因數為光電二極體的面積除以光電感測器的像素結構的面積後所得到的比值。
此外，當光電感測器應用在屏下式指紋感測器中時，由於屏幕會阻擋大部分的光線，因此對光電感測器的感光要求會比應用在其他場合時高出許多。此時，提升光電感測器的填充因數就變得相當重要。
本發明提供一種光電感測器，其具有高填充因數，且可以利用較簡易的製程來製作。
本發明的一實施例提出一種光電感測器，包括一基板及多個像素結構，這些像素結構配置於基板上，且排成陣列。每一像素結構包括一電晶體及一光電二極體，光電二極體包括一第一電極、一感光層及一第二電極。第一電極與電晶體呈側向並排，感光層的一第一部分配置於第一電極上，且感光層的一第二部分從第一部分延伸至電晶體上方。第二電極配置於感光層上，且位於第一電極與電晶體上方。
在本發明的實施例的光電感測器中，由於用以感光的感光層延伸至電晶體上方，感光面積增加，因此可以有效地提高光電感測器的填充因數。此外，上述光電感測器的結構適用於原有的較簡易的製程，而可以不必為了此結構上的創新而需要較先進的製程來製造。
圖1為本發明的一實施例的光電感測器的上視示意圖，而圖2為圖1中的像素結構的剖面示意圖。請參照圖1與圖2，本實施例的光電感測器100包括一基板110及多個像素結構200，這些像素結構200配置於基板110上，且排成陣列。在本實施例中，光電感測器100例如是影像感測器，這些像素結構200分別形成影像感測器的多個像素。在本實施例中，基板110為玻璃基板、藍寶石基板（sapphire substrate）或半導體基板，其中半導體基板例如為矽基板、氮化鎵基板、砷化鎵基板或其他半導體材質的基板。
每一像素結構200包括一電晶體210及一光電二極體220，光電二極體220包括一第一電極222、一感光層224及一第二電極226。第一電極222與電晶體210呈側向並排，感光層224的一第一部分P1配置於第一電極222上，且感光層224的一第二部分P2從第一部分P1延伸至電晶體210上方。第二電極226配置於感光層224上，且位於第一電極222與電晶體210上方。在本實施例中，第一電極222與感光層224的第一部分P1接觸，且第二電極226與感光層224的第一部分P1及第二部分P2都有接觸，以形成光電二極體結構。
在本實施例中，感光層224為本徵半導體層（intrinsic semiconductor layer），第一電極222為P型摻雜半導體層，且第二電極226為N型摻雜半導體層。舉例而言，第一電極222為重摻雜P型多晶矽層（heavily doped p-type polysilicon layer），感光層224為本徵非晶矽層（intrinsic amorphous silicon layer），且第二電極為重摻雜N型非晶矽層（heavily doped n-type amorphous silicon layer）。然而，在另一實施例中，也可以是第一電極222為N型摻雜半導體層，且第二電極226為P型摻雜半導體層。此外，在本實施例中，電晶體210為薄膜電晶體。
在本實施例的光電感測器100中，由於用以感光的感光層224的第二部分P2延伸至電晶體210上方，感光面積增加，因此可以有效地提高光電感測器100的填充因數。此外，上述光電感測器100的結構適用於原有的較簡易的製程（例如半導體製程），而可以不必為了此結構上的創新而需要較先進的製程（例如較先進的半導體製程）來製造，因此可以有效控制光電感測器100的製造成本。
在本實施例中，感光層224的第二部分P2覆蓋電晶體210，且第二電極226覆蓋電晶體210。此外，第二電極226也覆蓋第一電極222。每一像素結構200更包括一絕緣層230，配置於感光層224的第二部分P2與電晶體210之間。
在本實施例中，電晶體210具有一控制端212、一第一端214及一第二端216，控制端212例如為閘極，第一端214與第二端216例如分別為源極與汲極，或分別為汲極與源極。在本實施例中，第二端216與第一電極222為同一半導體層所形成，或者第一端214、第二端216與第一電極222為同一半導體層所形成，也就是說，第一端214、第二端216與第一電極222可藉由同一道光罩製程定義而成。如此一來，電晶體210與光電二極體220的製程仍能夠有效地整合在一起，以減少所需的光罩數量，進而有效降低光電感測器100的製造成本。
另外，在本實施例中，電晶體210可更包括遮光層218，配置於控制端212上方，以遮擋來自遮光層218上方的光，抑制光照射於電性連接第一端214與第二端216的通道層219上的量，進而使電晶體210的運作不受外界傳來的光所干擾。
圖3A為薄膜電晶體與光電二極體並排的像素結構中感光面積相對於像素整體面積的分佈示意圖，而圖3B為圖2的像素結構中感光面積相對於像素整體面積的分佈示意圖。請先參照圖3A，在薄膜電晶體與光電二極體並排的像素結構中，由光電二極體的感光層所形成的感光面積A1相對於像素結構的整體面積A2的比例（即填充因數）一般約為33%，此時感光面積A1例如約為1600平方微米，像素結構的整體面積A2例如約為4900平方微米。請再參照圖2與圖3B，在本實施例的像素結構200中，由於感光層224延伸至電晶體210上方，因此光電二極體220的感光層224所形成的感光面積A1’相對於像素結構200的整體面積A2’的比例（即填充因數）提升至69%，此時感光面積A1’例如為4410平方微米，而像素結構200的整體面積A2’例如為6400微米。也就是說，相較於採用薄膜電晶體與光電二極體並排的像素結構的光電感測器，本實施例的光電感測器100的填充因數被大幅地提升。
綜上所述，在本發明的實施例的光電感測器中，由於用以感光的感光層延伸至電晶體上方，感光面積增加，因此可以有效地提高光電感測器的填充因數。此外，上述光電感測器的結構適用於原有的較簡易的製程，而可以不必為了此結構上的創新而需要較先進的製程來製造。
100:光電感測器
110:基板
200:像素結構
210:電晶體
212:控制端
214:第一端
216:第二端
218:遮光層
219:通道層
220:光電二極體
222:第一電極
224:感光層
226:第二電極
230:絕緣層
A1、A1’:感光面積
A2、A2’:整體面積
P1:第一部分
P2:第二部分
圖1為本發明的一實施例的光電感測器的上視示意圖。
圖2為圖1中的像素結構的剖面示意圖。
圖3A為薄膜電晶體與光電二極體並排的像素結構中感光面積相對於像素整體面積的分佈示意圖。
圖3B為圖2的像素結構中感光面積相對於像素整體面積的分佈示意圖。
110:基板
200:像素結構
210:電晶體
212:控制端
214:第一端
216:第二端
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220:光電二極體
222:第一電極
224:感光層
226:第二電極
230:絕緣層
P1:第一部分
P2:第二部分
Claims (10)
- 一種光電感測器，包括：一基板；以及多個像素結構，配置於該基板上，且排成陣列，每一像素結構包括：一電晶體；以及一光電二極體，包括：一第一電極，與該電晶體呈側向並排；一感光層，其中該感光層的一第一部分配置於該第一電極上，且該感光層的一第二部分從該第一部分延伸至該電晶體上方；以及一第二電極，配置於該感光層上，且位於該第一電極與該電晶體上方，其中該感光層的該第二部分在該基板的垂直投影重疊該電晶體的垂直投影，且不重疊該第一電極的垂直投影。
- 如請求項1所述的光電感測器，其中該感光層及該第二電極覆蓋該電晶體。
- 如請求項2所述的光電感測器，其中該第二電極也覆蓋該第一電極。
- 如請求項1所述的光電感測器，其中每一像素結構更包括一絕緣層，配置於該感光層的該第二部分與該電晶體之間。
- 如請求項1所述的光電感測器，其中該感光層為本徵半導體層，該第一電極為P型摻雜半導體層，且該第二電極為N型摻雜半導體層。
- 如請求項1所述的光電感測器，其中該感光層為本徵半導體層，該第一電極為N型摻雜半導體層，且該第二電極為P型摻雜半導體層。
- 如請求項1所述的光電感測器，其中該電晶體為薄膜電晶體。
- 如請求項7所述的光電感測器，其中該電晶體具有一控制端、一第一端及一第二端，且該第二端與該第一電極為同一半導體層所形成。
- 如請求項1所述的光電感測器，其中該第一電極為重摻雜P型多晶矽層，該感光層為本徵非晶矽層，且該第二電極為重摻雜N型非晶矽層。
- 如請求項1所述的光電感測器，其中該基板為玻璃基板、藍寶石基板或半導體基板。
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