一种光电晶体管及其感光方法技术

本发明专利技术涉及一种具有光电响应的光电晶体管，包括逐层堆叠的衬底、底栅电极、底栅介质层、有源层、顶栅介质层、和顶栅电极；其中所述有源层包括具有光记忆功能的半导体材料，在所述有源层中包括沟道和源漏区域；其中在光照阶段和积分阶段，所述光电晶体管的底栅电极和顶栅电极电压不同，且使所述光电晶体管处在关态工作区；所述积分阶段至少包括曝光结束后的第一预设时间段；其中所述具有光记忆功能的半导体材料包括金属氧化物半导体。本发明专利技术还涉及一种利用双栅光电晶体管感光的方法，其中所述双栅光电晶体管的有源层材料包括具有光记忆功能的材料。本发明专利技术还涉及一种图像传感器阵列。本发明专利技术还涉及一种图像传感器阵列。本发明专利技术还涉及一种图像传感器阵列。

【技术实现步骤摘要】
一种光电晶体管及其感光方法


[0001]本专利技术涉及显示技术光电成像领域，具体涉及一种具有光电响应的光电晶体管。

技术介绍

[0002]近年来，薄膜晶体管(Thin Film Transistor,TFT)技术取得了巨大进步。由于适合大面积量产、阵列化处理等特点，TFT十分适合制作高性能、低功耗、低成本的有源矩阵平板成像仪。目前，主流的X射线数字成像(X
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ray Digital Radiography，X
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ray DR)系统主要分为直接型X射线数字成像和间接型X射线数字成像这两种。典型的直接型X射线数字成像方案中，以非晶硒(Amorphous Selemium，a
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Se)作为光敏单元，采用非晶硅 (Amorphous Silicon，a
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Si)TFT制作开关阵列读出光电信号(以下简称该探测器为直接型a
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Se平板探测器)。其工作原理为入射X
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ray使硒层产生电子空穴对，在外加偏压电场作用下，电子和空穴对向相反的方向移动形成电流，并在像素电路内部节点电容上形成储存电荷。对应于入射X光的剂量，每一个探测像素具有相应的储存电荷量，通过读出电路可以知道每个像素点的电荷量，进而探知每个像素点对应的X射线剂量。对于间接型 X光探测系统，PIN光电二极管(PIN diode)作为光敏单元，同时采用a
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SiTFT制作开关阵列读出光电信号。间接型X射线成像仪的结构包括了闪烁晶体层，以及PIN二极管和a
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Si TFT组成的阵列层。其工作过程分为两步，首先X
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ray要先经过闪烁晶体层转化为可见光，可见光再经过PINdiode转换为电信号经过a
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Si TFT阵列进行读出(以下简称该探测器为间接型a
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Si平板探测器)。以上两种方案中，由于直接型a
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Se平板探测器是直接探测X
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ray剂量的，a
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Se层与a
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Si TFT层是立体堆叠结构，a
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Se层正常工作时需要施加上千伏的高压，条件比较苛刻，所以直接型a
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Se平板探测器对工作环境要求高、寿命短、故障率高，维护成本远大于间接型a
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Si 平板探测器。相比之下，间接型a
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Si平板探测器应用范围更广泛。
[0003]不管是直接型还是间接型方案，高品质平板成像仪始终离不开TFT技术。随着大面积平板成像面板不断发展，要求不断提高，a
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Si TFT越来越不适用于高分辨率、高刷新帧率等平板成像技术。对于直接型a
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Se平板探测器而言，超高压工作环境下不利于a
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Si TFT阵列正常工作，原理结构上对TFT技术应用本身有限制；此外a
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Si TFT存在电学性能不稳定性和迁移率较低等缺点，对于间接型a
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Si平板探测器也会限制很多性能的提高。首先，从工艺上来说，a
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Si TFT采用的是薄膜晶体管工艺技术，与PIN diode 的制作工艺技术是两套独立的、串行的工艺。这种异型集成图像传感面板存在工艺复杂度高、制作成本较高、量产难度大良率低等缺陷。其次，研究表明尽管间接型a
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Si平板探测器，中间层闪烁晶体的存在会损失一定的检测量子效率(Detection of Quantum Efficiency，DQE)，但由于直接型 a
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Se平板探测器DQE的高低取决于a
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Se层产生电荷的能力，总的来说直接型a
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Se平板探测器的极限DQE仍然低于间接型a
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Si平板探测器的极限 DQE，所以光电传感器a
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Se或者PIN diode的DQE还有提高区间，可能尝试从新的光电传感器进行突破。再者，a
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Si TFT的迁移率比较低，在1 cm2/(V.s)量级，为保持一定的驱动能力，a
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Si TFT需要具有较大的尺寸(即器件的宽长比W/L值较大)。从而a
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Si TFT较大的尺寸限制了X射线成像面板空间分辨率的进一步
提高。例如，传统间接型a
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Si平板探测器的单个像素面积要小于100μm*100μm的难度较高。随着空间分辨率的提高，面板的行数会越来越多，在一定的刷新帧率情况下，每一行的读出时间需要跟着缩短。然而a
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Si TFT迁移率低也会使每行读出时间缩短变得越来越难，因此刷新帧率(>30Hz)难以提高。
[0004]随着金属氧化物薄膜晶体管(Metallic Oxide Thin Film Transistor， MOTFT)的研究深入以及低温多晶硅氧化物(Low TemperaturePolycrystalline Oxide，LTPO)工艺水平大大提高，相关研究发现和实验测试表明具有更高迁移率的MOTFT同样更好的光电响应特性。这里，较典型的金属氧化物薄膜晶体管包括非晶铟镓锌氧化物(Amorphous InGaZnO， a
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IGZO)、氧化锌锡(Zinc Tin Oxide，ZTO)等。而且MOTFT本身与读出阵列TFT一样是基于同一种平面薄膜工艺，综上研究和考虑，MOTFT技术具有制作光电传感器的可能，其和读出阵列TFT结合一起构成一套阵列全有 TFT组成的平板探测器，具有可行性和发展潜力。相较于上述的间接型a
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Si 平板探测技术，采用MOTFT作光电传感器会降低工艺复杂性、难度和成本，提高良率。不过需要注意的是，如果采用薄膜晶体管来制作光电转换器，会引入几个问题。
[0005]第一个问题是相较于上述的a
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Se或者PIN diode，薄膜晶体管有三个引脚，比较前面两者而言，单个像素需要多引入一根信号线。考虑到版图布局，像素信号线的增加会进一步减少像素面积有效利用空间，不利于探测器空间分辨率的提高。
[0006]第二个问题是光敏单元TFT与读出阵列TFT的制备由同一套薄膜工艺完成，即光敏单元与读出阵列的制备工艺是并行的。感光的光敏单元TFT 和读出阵列的TFT是在同一个平面的二维结构，相较于上述传统方案，无论是间接型还是直接型，光敏单元a
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Se或者PIN diode和读出阵列TFT 都是一种上下堆叠的三维结构。从这个角度来说，作为光电转换器的光敏单元TFT无法完全填满整个像素面积，填充因子不如传统结构方案那么高。
[0007]第三个问题是MOTFT具有较高的光电响应同时，往往还具有持续光电导效应(Persistent Photoconductivity，PPC)，即在施加光照结束后的阶段，光电传感器的响应本应该随着光照撤除迅速恢复为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有光电响应的光电晶体管，包括：逐层堆叠的衬底、底栅电极、底栅介质层、有源层、顶栅介质层、和顶栅电极；其中所述有源层包括具有光记忆功能的半导体材料，在所述有源层中包括沟道和源漏区域；其中在光照阶段和积分阶段，所述光电晶体管的底栅电极和顶栅电极电压不同，且使所述光电晶体管处在关态工作区；所述积分阶段至少包括曝光结束后的第一预设时间段；其中所述具有光记忆功能的半导体材料包括金属氧化物半导体。2.如权利要求1所述的光电晶体管，其中在复位阶段，所述光电晶体管的底栅电极和顶栅电极的电压使得所述光电晶体管处于开态工作区。3.如权利要求1所述的光电晶体管，其中所述光电晶体管还包括至少位于所述顶栅电极上的钝化层，以及位于所述钝化层和所述源漏区域上方的闪烁体。4.一种利用双栅光电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张盛东，彭志超，廖聪维，梁键，邱赫梓，安军军，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：