CN101753861A - 光传感器和显示装置 - Google Patents
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- H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
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Abstract
本发明涉及光传感器和显示装置。包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体的薄膜晶体管容易地在大的基板上以矩阵布置，并且具有小的特性变化。通过包括具有小的特性变化的薄膜晶体管的放大器电路和显示元件的驱动器电路，以矩阵布置的光电二极管接收的光的强度分布被高度可再现地转换为电信号并且被输出，并且可以均匀一致地驱动以矩阵布置的显示元件，其中该薄膜晶体管包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体。
Description
技术领域
本发明涉及一种光传感器。特别地，本发明涉及一种包括薄膜晶体管和光电转换元件的光传感器，该薄膜晶体管具有高的场效应迁移率和小的特性变化。而且，本发明涉及一种线传感器(line sensor)或一种区域传感器，其中布置了多个包括该光传感器的像素。而且，本发明涉及一种包括该光传感器的显示装置。
背景技术
近年来，已使用包括诸如二极管、CCD和CMOS的光电转换元件的图像传感器，该光电转换元件可以读出具有来自图像信息的光信号或者纸张上的文本或图形的图像信息的电信号。
线传感器和区域传感器是包括多个光电转换元件的图像传感器。线传感器包括线性布置的多个光电转换元件。通过传感器扫描物体，由此图像被获取为电信号。图像扫描仪可以作为包括该线传感器的设备的例子。另一方面，区域传感器包括以矩阵布置的多个光电转换元件。物体的图像被投影到该传感器，由此图像可被捕捉为电信号。视频照相机和数字静态照相机可以作为包括区域传感器的设备的例子。在视频照相机和数字静态照相机中，通过光学系统将物体的图像缩小并投影到区域传感器上并且将该物体图像捕捉为电信号。此外，存在接触区域传感器，在将诸如纸张等物体安置为与该传感器接触时，该传感器捕捉纸张等的图像作为电信号。
此外，已提出了一种半导体装置，其中区域传感器被并入显示装置，由此显示区域还用作输入区域。在专利文献1和专利文献2中公开了一种具有使用区域传感器捕捉图像的功能的显示装置。此外，专利文献3公开了一种设有用于控制发光元件的亮度的传感器的显示装置。
该合并有区域传感器的显示装置不仅可以捕捉图像，而且还可以用作所谓的触摸屏幕，该触摸屏幕检测笔或手指对其显示区域的触摸以输入信息。该触摸屏幕易于操作，允许用户感觉其好像在通过直接触摸所显示的图像来操作触摸屏幕。
[专利文献1]日本专利No.4112184
[专利文献2]日本公开专利申请No.2001-339640
[专利文献3]日本公开专利申请No.2003-167550
发明内容
为了获得准确捕捉物体图像的区域传感器，需要这样一种放大器电路，该放大器电路能够高度可再现地将以矩阵布置的光电转换元件接收的光的强度分布转换为电信号并且输出该电信号。
包括单晶硅晶体管的放大器电路具有优异的特性；然而区域传感器的尺寸受限于单晶硅基板的尺寸。换言之，利用单晶硅基板形成大的区域传感器或者还用作显示装置的大的区域传感器是高成本且不实际的。
另一方面，在采用包括无定形硅的薄膜晶体管时可以容易地增加基板的尺寸。然而，无定形硅薄膜的场效应迁移率是低的；因此，难于减小放大器电路占用的面积。占用大面积的放大器电路限制了在与放大器电路相同的基板上形成的光电转换元件的光接收面的面积和显示元件的像素的面积。
此外，包括多晶硅的薄膜晶体管的特性因准分子激光退火而变化。如果使用包括特性变化的薄膜晶体管的放大器电路，则不可能高度可再现地将以矩阵布置的光电转换元件接收的光的强度分布转换为电信号并且输出该电信号。
另外，在通过在一个基板上形成许多光传感器或线传感器并且划分该基板来制造产品的情况中，产品的放大器电路的变化引起了产品特性变化，这导致产率降低。此外，该产品不易于使用。注意，本说明书中的光传感器、线传感器和区域传感器至少包括光电转换元件和放大器电路，并且基本上未并入驱动器电路。
本发明的实施例的一个目的在于提供一种大的区域传感器，其能够高度可再现地将以矩阵布置的光电转换元件接收的光的强度分布转换为电信号并且输出该电信号。此外，另一目的在于提供一种显示装置，其具有高的写入速度和小的显示不均匀性，该显示装置还可以用作大的区域传感器，其能够高度可再现地将以矩阵布置的光电转换元件接收的光的强度分布转换为电信号并且输出该电信号。此外，另一目的在于提供一种光传感器和一种线传感器，其可以在大的基板上大量制造并且具有均匀的特性。本发明旨在实现至少一个上述目的。
本发明的发明人发现，包括包含氧化物半导体(特别是包含铟、镓和锌的氧化物半导体)的、具有高的场效应迁移率和小的特性变化的薄膜晶体管的放大器电路具有小的特性变化并且占用小的面积。结果，包括该放大器电路作为用于光电二极管的放大器电路的区域传感器能够高度可再现地将光电二极管接收的光的强度分布转换为电信号并且输出该电信号。此外，通过在大的基板上形成包括氧化物半导体(典型地，包含铟、镓和锌的氧化物半导体)的薄膜晶体管，可以提供大的区域传感器，其能够高度可再现地将光的强度分布转换为电信号。此外，通过在大的基板上大量制造具有均匀特性的光传感器，可以提供大量特性均匀的光传感器和线传感器。
在本发明的光传感器的一个实施例中，光电二极管被用作光电转换元件。此外，本发明的光传感器的一个实施例包括放大器电路，该放大器电路包括薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括包含铟(In)、镓(Ga)和锌(Zn)的氧化物半导体。
本说明书中的光电二极管的一个示例是包括阴极电极、阳极电极以及设置在阴极电极和阳极电极之间的光电转换层的光电二极管。当光到达该光电转换层时，通过光伏效应生成电流。
本说明书中的氧化物半导体的一个示例被表示为InMO3(ZnO)m(m＞0)。薄膜由氧化物半导体形成，并且用于形成薄膜晶体管。注意，M表示选自Ga、Fe、Ni、Mn和Co中的一个或多个金属元素。除了Ga是M的情况之外，还存在如下情况，其中包含Ga和除了Ga之外的任何上述金属(例如，Ga和Ni或者Ga和Fe)作为M。此外，在某些情况中，除了所包含的作为M的金属元素之外，上述氧化物半导体还包含诸如Fe或Ni的过渡金属元素或者过渡金属的氧化物作为杂质元素。在本说明书中，该薄膜也被称为包含铟、镓和锌的氧化物半导体膜或者基于In-Ga-Zn-O的非单晶膜。注意，基于In-Ga-Zn-O的非单晶膜中包含的钠(Na)的浓度为5×1018/cm3或更低，优选为1×1018/cm3或更低。此外，作为另一氧化物半导体，可以使用基于In-Sn-Zn-O、基于In-Al-Zn-O、基于Sn-Ga-Zn-O、基于Al-Ga-Zn-O、基于Sn-Al-Zn-O、基于In-Zn-O、基于Sn-Zn-O、基于Al-Zn-O、基于In-O、基于Sn-O或基于Zn-O的氧化物半导体。
此外，包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体的薄膜晶体管具有高的场效应迁移率，并且包括该薄膜晶体管的显示元件的放大器电路和驱动器电路占用小的面积并且其特性变化小。因此，可以在大的基板上形成大量的显示元件的放大器电路和驱动器电路。
换言之，本发明的实施例是一种包括光电转换元件和具有薄膜晶体管的放大器电路的光传感器，该薄膜晶体管包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体。
本发明的另一实施例是一种包括光电转换元件和放大器电路的光传感器。该光电转换元件包括光电转换层，该光电转换层包括第一半导体层、第二半导体层和第三半导体层的堆叠，其中第一半导体层包括具有一种导电类型的杂质元素，第二半导体层与第一半导体层接触，第三半导体层与第二半导体层接触并且包括导电类型与第一半导体层的导电类型相反的杂质元素。该放大器电路包括选择薄膜晶体管、放大薄膜晶体管和复位(reset)薄膜晶体管，这些薄膜晶体管每一均包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体。在该放大器电路中，复位薄膜晶体管的栅极电极可连接到复位栅极信号线，复位薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的一个可连接到传感器电源线，复位薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的另一个可连接到放大薄膜晶体管的栅极电极层以及光电转换元件的阳极和阴极之一，放大薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的一个可连接到传感器电源线，选择薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的一个可连接到传感器输出布线，选择薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的另一个可连接到放大薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的另一个，并且选择薄膜晶体管的栅极电极层可连接到传感器栅极信号线。
本发明的另一实施例是一种其中布置有多个像素的光传感器。每个像素包括光电转换元件和放大器电路。该光电转换元件包括第一半导体层、第二半导体层和第三半导体层的堆叠，其中第一半导体层包括具有一种导电类型的杂质元素，第二半导体层与第一半导体层接触，第三半导体层与第二半导体层接触并且包括导电类型与第一半导体层的导电类型相反的杂质元素。该放大器电路包括选择薄膜晶体管、放大薄膜晶体管和复位薄膜晶体管，这些薄膜晶体管每一个均包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体。在该放大器电路中，复位薄膜晶体管的栅极电极层可连接到复位栅极信号线，复位薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的一个可连接到传感器电源线，复位薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的另一个可连接到放大薄膜晶体管的栅极电极层以及光电转换元件的阳极和阴极之一，放大薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的一个可连接到传感器电源线，选择薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的一个可连接到传感器输出布线，选择薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的另一个可连接到放大薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的另一个，选择薄膜晶体管的栅极电极层可连接到传感器栅极信号线，并且复位薄膜晶体管和选择薄膜晶体管根据输入到复位栅极信号线和传感器栅极信号线的信号导通或截止。
本发明的另一实施例是一种包括多个像素的区域传感器。每个像素包括光电转换元件和具有薄膜晶体管的放大器电路，该薄膜晶体管包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体。
本发明的另一实施例是一种包括多个像素的区域传感器。每个像素包括光电转换元件和放大器电路。该光电转换元件包括光电转换层，该光电转换层包括第一半导体层、第二半导体层和第三半导体层的堆叠，其中第一半导体层包括具有一种导电类型的杂质元素，第二半导体层与第一半导体层接触，第三半导体层与第二半导体层接触并且包括导电类型与第一半导体层的导电类型相反的杂质元素。该放大器电路包括选择薄膜晶体管、放大薄膜晶体管和复位薄膜晶体管，这些薄膜晶体管每一个均包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体。在该放大器电路中，复位薄膜晶体管的栅极电极层可连接到复位栅极信号线，复位薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的一个可连接到传感器电源线，复位薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的另一个可连接到放大薄膜晶体管的栅极电极层以及光电转换元件的阳极和阴极之一，放大薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的一个可连接到传感器电源线，选择薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的一个可连接到传感器输出布线，选择薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的另一个可连接到放大薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的另一个，并且选择薄膜晶体管的栅极电极层可连接到传感器栅极信号线。
本发明的另一实施例是一种包括多个像素的区域传感器。每个像素包括光电转换元件和放大器电路。该光电转换元件包括光电转换层，该光电转换层包括第一半导体层、第二半导体层和第三半导体层的堆叠，其中第一半导体层包括具有一种导电类型的杂质元素，第二半导体层与第一半导体层接触，第三半导体层与第二半导体层接触并且包括导电类型与第一半导体层的导电类型相反的杂质元素。该放大器电路包括选择薄膜晶体管、放大薄膜晶体管和复位薄膜晶体管，这些薄膜晶体管每一个均包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体。在该放大器电路中，复位薄膜晶体管的栅极电极层可连接到复位栅极信号线，复位薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的一个可连接到传感器电源线，复位薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的另一个可连接到放大薄膜晶体管的栅极电极层以及光电转换元件的阳极和阴极之一，放大薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的一个可连接到传感器电源线，选择薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的一个可连接到传感器输出布线，选择薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的另一个可连接到放大薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的另一个，选择薄膜晶体管的栅极电极层可连接到传感器栅极信号线，并且复位薄膜晶体管和选择薄膜晶体管根据输入到复位栅极信号线和传感器栅极信号线的信号导通或截止。
本发明的另一实施例是一种包括多个像素的显示装置。每个像素包括光电转换元件、放大器电路、显示元件和该显示元件的驱动器电路。该放大器电路和驱动器电路每一均包括薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体。
本发明的另一实施例是一种包括多个像素的显示装置。每个像素包括光电转换元件、放大器电路、显示元件和该显示元件的驱动器电路。该光电转换元件包括光电转换层，该光电转换层包括第一半导体层、第二半导体层和第三半导体层的堆叠，其中第一半导体层包括具有一种导电类型的杂质元素，第二半导体层与第一半导体层接触，第三半导体层与第二半导体层接触并且包括导电类型与第一半导体层的导电类型相反的杂质元素。该放大器电路包括选择薄膜晶体管、放大薄膜晶体管和复位薄膜晶体管，这些薄膜晶体管每一个均包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体。在该放大器电路中，复位薄膜晶体管的栅极电极层可连接到复位栅极信号线，复位薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的一个可连接到传感器电源线，复位薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的另一个可连接到放大薄膜晶体管的栅极电极层以及光电转换元件的阳极和阴极之一，放大薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的一个可连接到传感器电源线，选择薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的一个可连接到传感器输出布线，选择薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的另一个可连接到放大薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的另一个，并且选择薄膜晶体管的栅极电极层可连接到传感器栅极信号线。该显示元件的驱动器电路至少包括开关薄膜晶体管，该开关薄膜晶体管包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体。在该显示元件的驱动器电路中，开关薄膜晶体管的栅极电极层可连接到栅极信号线，并且开关薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的一个可连接到源极信号线。
根据本发明的一个实施例，该显示元件包括阳极、阴极以及在阳极和阴极之间的包含发光物质的层。
根据本发明的一个实施例，该显示元件包括像素电极、对电极以及在像素电极和对电极之间的包含液晶的层。
本发明的另一实施例是一种用于以激光指示器(laser pointer)操作设有区域传感器的显示装置的方法。
根据本发明，可以提供大的区域传感器和大的线传感器，其能够高度可再现地将多个光电转换元件接收的光的强度分布转换为电信号并且输出该电信号。此外，可以提供一种显示装置，该显示装置具有高的写入速度和小的显示不均匀性，该显示装置还可以用作大的区域传感器，该区域传感器能够高度可再现地将以矩阵布置的光电转换元件接收的光的强度分布转换为电信号并且输出该电信号。
附图说明
图1是区域传感器的电路图。
图2是区域传感器的像素的电路图。
图3是区域传感器捕捉图像的时序图。
图4是区域传感器中的像素部分的截面图。
图5A至5D示出了区域传感器中的像素部分的制造步骤。
图6A至6D示出了区域传感器中的像素部分的制造步骤。
图7A至7D示出了区域传感器中的像素部分的制造步骤。
图8是设有区域传感器的显示装置的电路图。
图9是设有区域传感器的显示装置中的像素的电路图。
图10是捕捉彩色图像的区域传感器的时序图。
图11是设有区域传感器的显示装置的截面图。
图12A至12D示出了设有区域传感器的显示装置的制造步骤。
图13A至13D示出了设有区域传感器的显示装置的制造步骤。
图14A至14B示出了设有区域传感器的显示装置的制造步骤。
图15是设有区域传感器的显示装置的截面图。
图16是电子书(e-book)阅读器的示例的外部视图。
图17A是电视装置的示例的外部视图，而图17B是数字相框的示例的外部视图。
图18A和18B是娱乐机器的示例的外部视图。
图19是蜂窝电话的示例的外部视图。
具体实施方式
下面将参考附图详细描述本发明的实施例。注意，本发明不限于下面的描述，并且本领域的技术人员将容易地认识到，可以通过多种方式修改模式和细节而不偏离本发明的精神和范围。因此，本发明不应被解释为限于下文给出的实施例的描述。
(实施例1)
在本实施例中，参考附图描述包括多个光电转换元件和放大器电路的区域传感器的示例。该放大器电路包括薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括氧化物半导体，特别地，包含铟、镓和锌的氧化物半导体。
图1示出了区域传感器部分11中包括的复位栅极信号线RG1至RGy、传感器栅极信号线SG1至SGy、传感器输出布线SS1至SSx、传感器电源线VB和多个像素12的连接。
在区域传感器部分11中，多个像素12被以矩阵布置。每个像素12连接到复位栅极信号线RG1至RGy之一、传感器栅极信号线SG1至SGy之一、传感器输出布线SS1至SSx之一和传感器电源线VB。
传感器输出布线SS1至SSx分别连接到恒流电源13_1至13_x。
图2示出了像素部分中的光电转换元件和放大器电路之间的连接的示例。该放大器电路包括薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体。复位栅极信号线RG是复位栅极信号线RG1至RGy之一。传感器栅极信号线SG是传感器栅极信号线SG1至SGy之一。传感器输出布线SS是传感器输出布线SS1至SSx之一。像素12包括选择TFT 151、放大TFT 152、复位TFT 153和光电二极管250。
复位TFT 153的栅极电极连接到复位栅极信号线RG。复位TFT153的源极电极和漏极电极之一连接到保持在固定电位(参考电位)的传感器电源线VB，并且另一个连接到光电二极管250和放大TFT 152的栅极电极。
尽管未示出，但是光电二极管250包括阴极电极、阳极电极和设置在其之间的光电转换层。复位TFT 153的源极电极和漏极电极中的另一个连接到光电二极管250的阳极电极或阴极电极。
放大TFT 152的源极电极或漏极电极中的一个连接到传感器电源线VB并且保持在固定参考电位，并且另一个连接到选择TFT 151的源极电极或漏极电极。
选择TFT 151的栅极电极连接到传感器栅极信号线SG。如上文所述，选择TFT 151的源极电极或漏极电极中的一个连接到放大TFT 152的源极电极或漏极电极中的一个，并且另一个连接到传感器输出布线SS。传感器输出布线SS连接到恒流电源13(恒流电源13_1至13_x之一)并且保持提供有固定量的电流。
这里，包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体的n沟道薄膜晶体管用作选择TFT 151、放大TFT 152和复位TFT 153，并且光电二极管250的阴极电极连接到复位TFT 153的漏极电极，使得在所谓的反向偏置方向中施加电压。通过如下电路可以获得较少依赖于温度的输出，在该电路中反向偏置方向中的电压被施加到光电二极管250。
接着参考图1至3描述根据本发明的区域传感器的驱动。
首先，具有物体的图像信息的光到达像素12中的光电二极管250。光电二极管250将光强度转换为电信号。然后，具有光电二极管250生成的图像信息的电信号通过选择TFT 151、放大TFT 152和复位TFT153输出作为图像信号。
图3是示出选择TFT 151、放大TFT 152和复位TFT 153的操作的时序图。注意，在这里示出的时序图中，选择TFT 151、放大TFT 152和复位TFT 153是n沟道TFT。
首先，连接到复位栅极信号线RG1的在第一线中的像素中的复位TFT 153因输入到复位栅极信号线RG1的复位信号而处于导通(On)状态。因此，传感器电源线VB的参考电位被施加到放大TFT 152的栅极电极。
另一方面，连接到传感器栅极信号线SG1的第一线中的像素中的选择TFT 151因输入到传感器栅极信号线SG1的传感器信号而处于截止(OFF)状态。注意，在本说明书中，其中复位TFT 153处于导通状态的周期被称为复位周期。
然后，输入到复位栅极信号线RG1的复位信号的电位改变，并且第一线中的所有像素中的复位TFT 153都截止。因此，传感器电源线VB的参考电位停止向给第一线中的像素中的放大TFT 152的栅极电极提供。注意，在本说明书中，其中复位TFT 153处于截止状态的周期被称为采样周期ST。具体地，其中第一线中的像素中的复位TFT 153处于截止状态的周期被称为采样周期ST1。
在采样周期ST1中，输入到传感器栅极信号线SG1的传感器信号的电位改变，由此第一线中的像素中的选择TFT 151导通。因此，第一线中的像素中的放大TFT 152的源极电极经由选择TFT 151电气连接到传感器输出布线SS1。
在采样周期ST1中，当光到达光电二极管250时，电流流过光电二极管250。因此，在复位周期中保持在参考电位的放大器TFT 152的栅极电极的电位根据光电二极管250中生成的电流量而改变。在经由传感器输出布线SS1连接到恒流电源13_1的放大TFT 152中，源极电极和漏极电极之间的电位差VGS是固定的，而不管来自光电二极管250的输出如何；因此，放大TFT 152用作源极跟随器。
流过光电二极管250的电流量与入射在光电二极管250上的光强度成比例；因此，通过光电二极管250将光强度转换为电信号。光电二极管250生成的电信号输入到放大TFT 152的栅极电极。
这里，光电二极管250的阴极电极连接到放大TFT 152的栅极电极并且光电二极管250阳极电极连接到公共布线。因此，在其中复位TFT153处于导通状态的周期中，放大TFT 152(其是n沟道TFT)的栅极电极保持在正参考电位。然而，在采样周期ST1中，放大TFT 152的栅极电极的电位根据到达光电二极管250的光强度而下降。
另一方面，传感器输出布线SS连接到恒流电源，由此固定量的电流通过放大TFT 152和选择TFT 151流到传感器输出布线SS。因此，传感器输出布线SS的电位改变以使放大TFT 152的源极电极和漏极电极之间的电位差VGS保持固定。具体地，放大TFT 152的源极电极的电位保持在通过从放大TFT 152的栅极电极的电位中减去VGS而获得的电位。
以上述方式，接收物体的图像信息的光电二极管250引起放大TFT的栅极电极的电位改变，并且该电位改变被作为放大TFT 152的源极电极的电位改变通过处于导通状态的选择TFT 151输出到传感器输出布线SS1。
接着，通过来自复位栅极信号线RG2的复位信号输入使连接到复位栅极信号线RG2的第二线中的像素中的复位TFT 153截止，由此开始采样周期ST2。注意，在下一个采样周期开始之前，通过来自连接到复位TFT 153的复位栅极信号线RG1的复位信号输入将第一线中的像素中的复位TFT 153再次置于复位周期中。
在采样周期ST2中，与采样周期ST1相似，在光电二极管中生成具有图像信息的电信号并且将图像信号输入到传感器输出布线SS2。
重复上述操作。当采样周期STy结束时，一个图像可被捕捉为图像信号。在本说明书中，从采样周期ST1开始到采样周期STy结束的时间周期被称为传感器帧周期SF。
如上文所述的，当复位TFT 153处于截止状态并且选择TFT 151处于导通状态时，如果光电二极管250将光强度转换为电信号并且放大TFT 152的栅极电位反映该电信号，则放大TFT 152的栅极电位的改变由放大TFT 152的源极电极电位反映，由此光电二极管250接收的光强度被输出到传感器输出布线SS。因此，放大器电路中包括的晶体管的特性对放大器电路的特性有较大影响。特别地，在其中多个光电二极管和放大器电路被以矩阵布置的区域传感器中，如果放大器电路的特性变化，则光的强度分布不能被正确地转换为电信号。例如，在本实施例中被给出作为示例的放大器电路中，放大TFT 152的Id-VGS特性的一致性(uniformity)是重要的。如果Id-VGS特性变化，则难于正确地向输出布线输出以矩阵布置的光电二极管250接收的光的强度分布。
图4是区域传感器的示例的截面图。具体地，图4是包括光电二极管和薄膜晶体管的区域传感器的截面图，其中该薄膜晶体管包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体。参考图4描述该区域传感器的示例。
首先描述放大器电路中包括的选择TFT 151、放大TFT 152和复位TFT 153的结构。由于选择TFT 151、放大TFT 152和复位TFT 153的主要部件具有相同的结构，因此下文主要描述选择TFT 151。
选择TFT 151、放大TFT 152和复位TFT 153分别包括栅极电极层111_1、栅极电极层111_2和栅极电极层111_3，它们由与复位栅极信号线RG和传感器栅极信号线SG相同的层形成。栅极电极层111_1、栅极电极层111_2和栅极电极层111_3在基板100上形成。栅极绝缘膜102在栅极电极层111_1、栅极电极层111_2和栅极电极层111_3上形成。
第一氧化物半导体层113_1在栅极绝缘膜102上形成。在栅极电极层111_1上提供源极电极层和漏极电极层(115a_1和115b_1)，其由与传感器输出布线SS和传感器电源线VB相同的层形成，第一氧化物半导体层113_1置于栅极电极层111_1与该源极电极层和漏极电极层之间。源极电极层和漏极电极层(115a_1和115b_1)被以其在栅极电极层111_1上相互面对的方式设置。
复位TFT 153的源极电极层115b_3通过在栅极绝缘膜102中提供的接触孔125直接连接到布线层111_6。通过减少连接数目，不仅减少了可能使电阻增加的连接界面的数目，而且减小了接触孔占用的面积。注意，尽管未示出，但是布线层111_6连接到放大TFT 152的栅极电极层111_2。
第一氧化物半导体层113_1设置在相互面对的源极电极层和漏极电极层(115a_1和115b_1)下面，并且与栅极电极层111_1交迭，而栅极绝缘膜102置于第一氧化物半导体层113_1和栅极电极层111_1之间。换言之，第一氧化物半导体层113_1被设置为与栅极电极层111_1交迭，并且与栅极绝缘膜102的上表面部分和缓冲层114a_1和114b_1的下表面部分接触。
第一氧化物半导体层由基于In-Ga-Zn-O的非单晶膜形成。基于In-Ga-Zn-O的非单晶膜的组分依赖于其膜形成条件而改变。这里，使用具有In2O3∶Ga2O3∶ZnO为1∶1∶1的组分(金属元素In、Ga和Zn的组成比是1∶1∶0.5)的靶。在条件1中，溅射中氩气的流速(flow rate)是40sccm。在条件2中，溅射中氩气的流速是10sccm并且氧的流速是5sccm。
在条件1的情况中，通过电感耦合的等离子体质谱法(ICP-MS)测量的氧化物半导体膜的典型组成是InGa0.95Zn0.41O3.33，而在条件2的情况中是InGa0.94Zn0.40O3.31。
在条件1的情况中，通过卢瑟福背散射光谱分析(RBS)量化的氧化物半导体膜的典型组成是InGa0.93Zn0.44O3.49，而在条件2的情况中是InGa0.92Zn0.45O3.86。
由于基于In-Ga-Zn-O的非单晶膜通过溅射方法形成并且随后在200℃至500℃，典型地，在300℃至400℃的温度，经历热处理10至100分钟，因此在通过X射线衍射(XRD)分析其晶体结构时观察到无定形结构。
缓冲层(114a_1和114b_1)与第一氧化物半导体层113_1以及源极电极层和漏极电极层(115a_1和115b_1)接触并且设置在第一氧化物半导体层113_1与源极电极层和漏极电极层(115a_1和115b_1)之间。该缓冲层由第二氧化物半导体膜形成，该第二氧化物半导体膜具有高于第一氧化物半导体膜的电导率。因此，缓冲层(114a_1和114b_1)用作选择TFT 151、放大TFT 152和复位TFT 153中的源极电极和漏极电极。缓冲层(114a_1和114b_1)具有n型导电性和0.01eV至0.1eV(含)的活化能(ΔE)，并且也可被称为n+区域。在该缓冲层是包含铟、镓和锌的非单晶氧化物半导体层的情况中，在某些情况中该非单晶结构中包括纳米晶体。对于该结构，选择TFT 151、放大TFT152和复位TFT 153可以具有改进的热稳定性并且可以稳定地操作。因此，可以改进放大器电路的功能并且可以使操作稳定。此外，减少了结泄露的量，并且可以改进选择TFT 151、放大TFT 152和复位TFT 153的特性。
在选择TFT 151中，在第一氧化物半导体层113_1以及源极电极层和漏极电极层(115a_1和115b_1)上顺序提供第一层间绝缘膜109和第二层间绝缘膜121。对于放大TFT 152和复位TFT 153，也如同放大TFT 152中那样提供第一层间绝缘膜109和第二层间绝缘膜121。注意，不是必需提供多个层间绝缘膜并且光电二极管250可以直接在第一层间绝缘膜109上形成。
作为光电转换元件的示例，光电二极管250在第二层间绝缘膜121上形成。第二层间绝缘膜121上的光电二极管250包括由第三导电层形成的下电极层129和由第四导电层形成的上电极层227。在下电极层129和上电极层227之间，在第二层间绝缘膜121上顺序堆叠第一半导体层250a、第二半导体层250b和第三半导体层250c。保护层128覆盖下电极层129的末端部分。
光电二极管250的下电极层129经由布线层228连接到公共布线。光电二极管250的上电极层227通过接触孔231和126连接到复位TFT153的源极电极层115b_3并且进一步通过接触孔125连接到布线层111_6。尽管未示出，但是布线层111_6连接到放大TFT 152的栅极电极层111_2。
第三层间绝缘膜221在第二层间绝缘膜121和光电二极管250上形成。接触孔231和接触孔232在第三层间绝缘膜221中形成。通过接触孔232连接第三半导体层250c和上电极层227。通过接触孔233连接下电极层129和布线层228。
这里，pin光电二极管被给出作为示例，其中堆叠p型无定形硅层、具有高电阻的无定形硅层和n型无定形硅层，分别作为第一半导体层250a、第二半导体层250b和第三半导体层250c。注意，具有高电阻的无定形硅层在室温下在黑暗中具有10-13S/cm至10-7S/cm(含端值)，优选地，10-12S/cm至10-8S/cm(含端值)的电导率。这里，具有高电阻的无定形硅层具有10-11S/cm至10-10S/cm(含端值)的电导率。此外，由于光电效应生成的空穴的迁移率低于电子的迁移率，因此当p型半导体层侧上的表面用作光接收面时，pin光电二极管具有较好的特性。这里，接近(approaching)与放大器电路和pin光电二极管相反的基板平面的光被光电二极管250接收并且被转换为电信号。此外，接近导电类型与光接收面上的半导体层导电类型相反的半导体层的光是干扰光；因此，具有相反导电类型的半导体层上的电极层优选由光阻挡导电膜形成。注意，n型半导体层侧上的表面可替代地用作光接收面。在该情况中，光透射导电膜优选用作上电极层227，并且光阻挡导电膜优选用作下电极层129。
因此，可以形成包括作为光电转换元件的pin光电二极管和具有薄膜晶体管的放大器电路的区域传感器，其中该薄膜晶体管包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体。通过该区域传感器，图像信息可被转换为电信号并且被输出。
该放大器电路包括具有高的场效应迁移率和小的特性变化的薄膜晶体管，并且因此具有小的特性变化并且占用小的面积，其中该薄膜晶体管包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体。包括该放大器电路的区域传感器能够高度可再现地将光电二极管接收的光的强度分布转换为电信号并且输出该电信号。此外，由于该放大器电路占用的面积是小的，因此可以增加光电转换元件的光接收部分的面积的比例，由此可以输出具有较少噪声的电信号。此外，由于包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体的薄膜晶体管可以容易地在大的基板上以矩阵布置，因此可以提供大的区域传感器。
(实施例2)
在本实施例中，参考图5A至5D和图6A至6D描述实施例1中描述的图4中的区域传感器的制造工艺的示例。注意，由于参考图5A至5D和图6A至6D描述其制造工艺的选择TFT 151、放大TFT 152和复位TFT 153的主要部件具有相同的结构，因此下文主要描述用于形成选择TFT 151的工艺。
在图5A中，光透射基板用作基板100。可以采用市场上可获得的硼硅酸钡玻璃、硼硅酸铝玻璃、硅酸铝玻璃等的玻璃基板。例如，包括在组成比上比硼酸(B2O3)更多的氧化钡(BaO)并且应变点为730℃或更高的玻璃基板是优选的。这是因为，即使在氧化物半导体层在约700℃的高温进行热处理时，该玻璃基板仍未产生应变。
除了玻璃基板之外，还可以使用能够承受该制造工艺中的工艺温度的具有耐热性的石英基板或塑料基板等作为光透射基板。特别地，包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体的薄膜晶体管可以在相对低的温度形成；因此，基板应承受的工艺温度是低的。可以提供绝缘膜作为基板100上的基膜。该基膜可以通过CVD方法或溅射方法等由单层或多层氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜和/或硅氮化物氧化物膜形成。注意，在本实施例中，主要描述如下结构，其中在光透射基板的一个表面上形成的区域传感器检测自相反表面进入光透射基板并且通过该基板的光。注意，如果使用其中光无需通过基板而直接到达在基板上形成的区域传感器的结构，则该基板不必透射光。
接着，在基板100上整个形成导电膜，该导电膜将作为栅极电极层111、未示出的传感器输出布线SS、包括传感器电源线VB的栅极布线、电容器布线和端子部分的端子。该导电膜可以利用钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、铂(Pt)、铜(Cu)、金(Au)或银(Ag)等形成。特别地，该导电膜优选由低电阻导电材料形成，诸如铝(Al)或铜(Cu)。然而，由于仅用铝具有诸如低耐热性和趋于被腐蚀的问题，因此其与具有高耐热性的导电材料组合使用以形成导电膜。
对于包括铝作为第一成分的导电膜，优选使用向其添加诸如钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钕(Nd)、钪(Sc)、镍(Ni)、铂(Pt)、铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)、锰(Mn)、碳(C)或硅(Si)的元素或者其合金材料或化合物的铝合金。
此外，可以通过在低电阻导电膜上堆叠由耐热导电材料形成的导电膜，形成该导电膜。该耐热导电材料由选自钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钕(Nd)或钪(Sc)的元素、其合金、其组合合金或者其氮化物形成。
此外，栅极电极层111可以利用光透射导电膜形成。作为光透射导电膜材料，可以使用氧化铟锡合金(In2O3-SnO2，简写为ITO)、包含硅或氧化硅的氧化铟锡、氧化铟锌或氧化锌等。
注意，如果与具有高的可见光透射率的包含铟、镓和锌的氧化物半导体一起，对于用于诸如栅极电极层、源极电极层和漏极电极层的其他布线层使用光透射导电膜，则可以形成光透射薄膜晶体管。如果放大器电路包括光透射薄膜晶体管，则放大器电路与光电转换元件的光接收部分的交迭并不减小光接收部分的面积；因此，可以形成输出具有较少噪声的电信号的区域传感器。此外，可以在不减小光接收部分的面积的情况下使装置微型化。
通过溅射方法或者真空蒸发方法以50nm至300nm(含端值)的厚度形成将成为栅极电极层111的导电膜。如果栅极电极层111具有300nm或更小的厚度，则可以防止后面形成的半导体膜和布线的破裂。如果栅极电极层111具有50nm或更大的厚度，则可以减小栅极电极层111的电阻并且因此可以增加尺寸。
这里，作为导电膜，通过溅射方法在基板100的整个表面上堆叠包含铝作为其第一组分的膜和钛膜。
接着，在本实施例中通过使用利用第一光掩模形成的抗蚀剂掩模，通过刻蚀移除在基板100上形成的导电膜的不需要的部分；因此，形成布线和电极(包括栅极电极层111的栅极布线、电容器布线和端子)。在该点，执行刻蚀以使得至少可以使栅极电极层111的末端部分是锥形的。
注意，在大的基板上形成抗蚀剂掩模时，如果抗蚀剂材料被施加到基板的整个表面，则消耗大量的抗蚀剂材料和大量的显影剂。因此，优选的是，按照诸如喷墨方法或印刷方法(用于形成图案的方法，诸如丝网印刷或胶版印刷)的液滴排放方法按选择形成抗蚀剂材料膜，并且使其暴露于光以形成抗蚀剂掩模。通过选择性地形成抗蚀剂材料膜，可以减少抗蚀剂材料的消耗；因此可以极大地降低成本。此外，可以使用尺寸为1000mm×1200mm、1100mm×1250mm或者1150mm×1300mm的大的基板。
然后形成栅极绝缘膜102。作为可以用作栅极绝缘膜102的绝缘膜，可以给出氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、硅氮化物氧化物膜、氧化铝膜、氮化铝膜、氧化镁膜、氧化钇膜、氧化铪膜或氧化钽膜作为示例。注意，在其中在光透射基板的一个表面上形成的区域传感器检测自相反表面进入光透射基板并且通过该基板的光的结构的情况中，栅极绝缘膜102应具有光透射属性。
这里，氧氮化硅膜意指包含的氧多于氮并且包含浓度范围分别为55at.％至65at.％、1at.％至20at.％、25at.％至35at.％和0.1at.％至10at.％的氧、氮、硅和氢的膜。此外，硅氮化物氧化物膜意指包含的氮多于氧并且包含浓度范围分别为15at.％至30at.％、20at.％至35at.％、25at.％至35at.％和15at.％至25at.％的氧、氮、硅和氢的膜。
栅极绝缘膜102可以具有单层结构或者其中堆叠两个或三个绝缘膜的分层结构。例如，当利用氮化硅膜或硅氮化物氧化物膜形成与基板接触的栅极绝缘膜102时，基板100和栅极绝缘膜102之间的粘附增加，并且在使用玻璃基板作为基板100的情况中，可以防止来自基板100的杂质扩散到第一氧化物半导体层113，并且可以进一步防止栅极电极层111的氧化。即，可以防止膜剥落，并且可以改进所得到的薄膜晶体管的电气特性。
栅极绝缘膜102的厚度是50nm至250nm。厚度为50nm或更大的栅极绝缘膜102可以减轻由栅极电极层111导致的不均匀，这是优选的。
这里，通过等离子体CVD方法或溅射方法形成100nm厚的氧化硅膜作为栅极绝缘膜102。图5A示出了在该步骤的截面图。
接着，通过使用抗蚀剂掩模刻蚀栅极绝缘膜102，由此形成到达布线层111_6的接触孔125，在本实施例中该抗蚀剂掩模是使用第二光掩模形成的。尽管未示出，但是布线层111_6连接到放大TFT 152的栅极电极层111_2。
然后，在形成氧化物半导体膜之前可以在栅极绝缘膜102上执行等离子体处理。这里，在对栅极绝缘膜102的表面执行其中在引入氧气和氩气之后生成等离子体的反溅射(reverse sputtering)，由此使暴露的栅极绝缘膜102经受利用氧自由基或氧的处理。因此，移除附于表面的灰尘或杂质。
可以在不暴露于空气的情况下连续地执行对栅极绝缘膜102的等离子体处理以及通过溅射方法的第一氧化物半导体膜和缓冲层的形成。可以通过适当地改变引入到腔的气体或所使用的靶，执行连续的膜形成。不暴露于空气的情况下的连续的膜形成可以防止杂质进入。在不暴露于空气的情况下执行连续的膜形成的情况中，优选使用多腔类型的制造设备。
特别地，优选连续执行对与第一氧化物半导体膜接触的栅极绝缘膜102的等离子体处理以及不暴露于空气的情况下的第一氧化物半导体膜的形成。通过连续的膜形成，可以在不被诸如湿气的大气成分或者大气中存在的污染元素或灰尘污染的情况下，形成堆叠层之间的界面。因此可以减小薄膜晶体管的特性变化。
注意，本说明书中的术语“连续的膜形成”意指在从通过溅射的第一处理步骤到通过溅射的第二处理步骤的一系列步骤期间，其中安置待加工基板的气氛未受诸如空气的污染气氛的污染，并且保持被控制为真空或惰性气体气氛(氮气氛或稀有气体气氛)。通过连续的膜形成，可以在没有湿气等附于待加工的清洁基板的情况下进行膜形成。注意，连续的膜形成包括诸如反溅射的等离子体处理。
在等离子体处理之后，在不使栅极绝缘膜暴露于空气的情况下形成第一氧化物半导体膜。连续的膜形成有效地防止灰尘或湿气附于栅极绝缘膜102和第一氧化物半导体膜之间的界面。注意，第一氧化物半导体膜可以在其中先前执行反溅射的腔中形成，或者在不同的腔中形成，只要可以在不暴露于空气的情况下执行膜形成。
这里，在如下条件下在氩或氧气氛中形成第一氧化物半导体膜：使用直径为8英寸的包括In、Ga和Zn(组分比为In2O3∶Ga2O3∶ZnO＝1∶1∶1)的氧化物半导体靶，基板和靶之间的距离被设定为170mm，压力被设定为0.4Pa，并且直流(DC)电源被设定为0.5kW。注意，脉冲直流(DC)电源是优选的，这是因为可以减少灰尘并且膜厚度可以是均匀的。第一氧化物半导体膜的厚度被设定为5nm至200nm。本实施例中的第一氧化物半导体膜的厚度为100nm。
在形成第一氧化物半导体膜之后，在不使第一氧化物半导体膜暴露于空气的情况下在第一氧化物半导体膜上形成缓冲层。至于缓冲层，形成具有高于第一氧化物半导体膜的电导率的第二氧化物半导体膜。第二氧化物半导体膜是在不同于第一氧化物半导体膜的条件下形成的。例如，第一氧化物半导体膜的淀积条件中的氧气流速与氩气流速之比被设定为高于第二氧化物半导体膜的。具体地，第二氧化物半导体膜是在稀有气体(诸如氩或氦)气氛(或者包括10％或更少的氧和90％或更多的氩的气体)中形成的，而第一氧化物半导体膜是在氧气氛(或者氧和氩的混合气体，其中氧的流速大于氩的流速，其中氩气流速∶氧气流速＝1∶1或更大)中形成的。当第一氧化物半导体膜在包含大量的氧的气氛中形成时，第一氧化物半导体膜可以具有比第二氧化物半导体层低的电导率。此外，当第一氧化物半导体膜在包含大量的氧的气氛中形成时，可以降低关断电流(off current)的量；因而，可以提供具有高的通/断比(on/off ratio)的薄膜晶体管。
这里，在如下条件下执行溅射淀积：其中使用8英寸直径的包括In、Ga和Zn(In2O3∶Ga2O3∶ZnO的比为1∶1∶1)的氧化物半导体靶，靶和基板之间的距离为170mm，压力被设定为0.4Pa，并且直流(DC)电源被设定为0.5kW，淀积温度被设定为室温，并且氩气流速被设定为40sccm。因此，形成包含In、Ga、Zn和氧作为成分的半导体膜作为第二氧化物半导体膜。尽管有意地使用In2O3∶Ga2O3∶ZnO的组成比为1∶1∶1的靶，但是常常形成包括在紧随膜形成之后具有1nm至10nm尺寸的晶粒的氧化物半导体膜。
注意，通过适当地调节反应性溅射的淀积条件、靶的组成比、淀积压力(0.1Pa至2.0Pa)、电功率(250W至3000W：8英寸φ)、温度(室温至100℃)等，可以控制晶粒的存在或不存在以及晶粒的密度，并且可以将晶粒的直径调节在1nm至10nm内。第二氧化物半导体膜的厚度被设定为5nm至20nm。不言而喻，在该膜包括晶粒的情况中，晶粒的尺寸不会超过膜厚度。在本实施例中，第二氧化物半导体膜具有5nm的厚度。
然后，执行第三光刻工艺。形成抗蚀剂掩模，并且刻蚀第一氧化物半导体膜和第二氧化物半导体膜。这里，利用ITO07N(KantoChemical Co.，Inc.的产品)执行湿法刻蚀以移除不需要的部分；因此，形成第一氧化物半导体层113和缓冲层114。注意，这里的刻蚀可以是干法刻蚀，而不限于湿法刻蚀。
作为用于干法刻蚀的刻蚀设备，可以使用利用反应性离子刻蚀方法(RIE方法)的刻蚀设备或者利用诸如电子回旋共振(ECR)或电感耦合等离子体(ICP)的高密度等离子体源的干法刻蚀设备。作为与ICP刻蚀设备相比可以在宽广的区域上获得均匀的放电的干法刻蚀设备，存在增强型电容耦合等离子体(ECCP)模式设备，其中上电极接地，并且下电极连接到13.56MHz的高频电源，并且进一步连接到3.2MHz的低频电源。即使在例如使用长度超过3m的第十代基板的基板时仍可以采用该ECCP模式刻蚀设备。图5B示出了在该步骤的截面图。
然后，通过溅射方法或真空蒸发方法在缓冲层114和栅极绝缘膜102上形成第二导电膜105。作为第二导电膜105的材料，可以使用作为栅极电极层111的材料的示例而给出的材料。此外，在执行处于200℃至600℃的热处理的情况中，该导电膜优选具有针对该热处理的耐热性。
这里，第二导电膜105具有三层结构，其中形成Ti膜、包含Nd的铝膜(Al-Nd膜)堆叠在该Ti膜上，并且在其上堆叠另一Ti膜。替代地，第二导电膜105可以具有两层结构，其中钛膜堆叠在包含铝作为其第一组分的膜上。进一步替代地，第二导电膜105可以具有钛膜或者包含铝作为其第一组分的膜(其还包含硅)的单层结构。注意，在形成第二导电膜105时，第二导电膜105通过接触孔125与布线层111_6连接。图5C示出了在该步骤的截面图。
接着，通过使用利用第四光掩模形成的抗蚀剂掩模131，刻蚀掉第二导电膜105的不需要的部分，由此形成布线和电极(信号线、电容器布线、包括源极电极层和漏极电极层(115a_1和115b_1)的电极、和端子)(参看图5D)。此时，可以使用湿法刻蚀或干法刻蚀。这里，使用SiCl4、Cl2和BCl3的混合气体作为反应气体的干法刻蚀来刻蚀其中堆叠了Ti膜、Al-Nd膜和Ti膜的导电膜，由此形成源极电极层和漏极电极层(115a_1和115b_1)。
接着，使用相同的抗蚀剂掩模131刻蚀缓冲层114。这里，如同导电膜的刻蚀中那样，执行干法刻蚀以移除不需要的部分；因此，形成缓冲层114a和114b。注意，此时的刻蚀不限于干法刻蚀，并且可以是湿法刻蚀。例如，可以使用ITO07N(Kanto Chemical Co.，Inc.的产品)进行湿法刻蚀。此外，尽管依赖于刻蚀条件，但是在缓冲层114的该刻蚀步骤中还部分地刻蚀第一氧化物半导体层113的暴露区域。因此，缓冲层114a和114b之间的第一氧化物半导体层113的沟道区域是如图5D所示的具有小的厚度的区域。
然后，移除抗蚀剂掩模131。注意，第一氧化物半导体层113_1的暴露区域可以经受等离子体处理。通过该等离子体处理，可以修复因刻蚀引起的第一氧化物半导体层113的损伤。该等离子体处理优选在O2或N2O的气氛中执行，或者优选在还包含氧的N2、He或Ar气氛中执行。替代地，Cl2或CF4可被添加到上述气氛。注意，该等离子体处理优选无偏置地执行。
接着，优选执行200℃至600℃，典型地300℃至500℃的热处理。这里，在氮气氛或空气气氛中在350℃在炉中执行热处理一小时。该热处理引起原子层级的形成氧化物半导体膜的基于In-Ga-Zn-O的非单晶膜的重新布置。由于通过该热处理抑制了中断载流子移动的畸变，因此此时的热处理(包括光退火)是重要的。注意，对于何时执行该热处理没有特别限制，只要该热处理是在形成第一氧化物半导体膜之后执行；例如，可以在后面形成的保护层128形成之后执行该热处理。
通过上述步骤，形成了选择TFT 151，其中第一氧化物半导体层113_1是沟道形成区域。注意，尽管形成了选择TFT 151，但是薄膜晶体管(152和153)也通过相似的方式形成。
然后，形成第一层间绝缘膜109和第二层间绝缘膜121以覆盖薄膜晶体管(151、152和153)。可以使用通过溅射方法等形成的氮化硅膜、氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化铝膜、氮化铝膜、氧氮化铝膜或氧化钽膜形成第一层间绝缘膜109和第二层间绝缘膜121。此外，可以使用具有耐热性的有机材料，诸如丙烯酸、聚酰亚胺、苯并环丁烯、聚酰胺或环氧树脂。除了该有机材料之外，还可以使用低介电常数材料(低k材料)、基于硅氧烷的树脂、PSG(磷硅酸盐玻璃)、BPSG(硼磷硅酸盐玻璃)等。该基于硅氧烷的树脂可以包括有机基团(例如，烷基基团和丙稀醛基(acryl)基团)或氟基团(fluoro group)作为取代基。该有机基团可以包括氟代基团。注意，该基于硅氧烷的树脂是由硅氧烷材料作为起始材料形成的并具有Si-O-Si键的树脂。注意，在其中在光透射基板的一个表面上形成的区域传感器检测从相反的表面进入光透射基板并且通过该基板的光的结构的情况中，第一层间绝缘膜109和第二层间绝缘膜121应具有光透射属性。
用于形成第一层间绝缘膜109和第二层间绝缘膜121的方法并不限于特定方法，并且依赖于材料可以使用如下方法：溅射方法、SOG方法、旋涂、浸涂、喷涂、液滴排放方法(例如，喷射方法、丝网印刷或胶版印刷)、刮刀(doctor knife)、辊涂机、帘涂机、刀式涂机(knifecoater)等。
第一层间绝缘膜109和第二层间绝缘膜121每一均可以是这些材料的堆叠。注意，第二层间绝缘膜121并不总是必需的，并且光电二极管250可以直接形成在第一层间绝缘膜109上。
然后，通过第五光掩模在第一层间绝缘膜109和第二层间绝缘膜121中形成接触孔126。此外，在烘焙第一层间绝缘膜109或第二层间绝缘膜121的步骤中，还使氧化物半导体层退火(在300℃至400℃)；因此，可以高效地制造区域传感器。图6A示出了在该步骤的截面图。
然后，使用与用于栅极电极层111的材料类似的材料形成第三导电膜。使用第六光掩模形成抗蚀剂掩模，并刻蚀掉第三导电膜的不需要的部分；因此，形成了光电二极管的下电极层129和布线层127。这里，形成单个钛层作为第三导电膜，并且随后使用BCl3和Cl2的混合气体进行干法刻蚀。这里形成了具有约30°的锥角的锥形形状。注意，通过抗蚀剂的硬烘焙可以减小该锥角。
然后，形成保护层128。保护层128覆盖下电极层129的末端部分，以防止用作光电转换层的半导体层与下电极层129的末端部分接触。因此，防止了电场集中。这里，使用第七光掩模和光敏聚酰亚胺形成保护层128，该保护层128具有高的光透射和小的锥角。图6B示出了在该步骤的截面图。
然后，顺序堆叠第一半导体膜、第二半导体膜和第三半导体膜。这里，第一半导体膜是p型半导体层，并且由包含赋予p型导电性的杂质元素的无定形硅膜形成。通过等离子体CVD方法使用包含属于族13的杂质元素(诸如硼(B))的半导体源气体形成第一半导体膜。作为半导体源气体，可以使用硅烷(SiH4)。替代地，可以使用Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiF4等。进一步替代地，可以形成不包含杂质元素的无定形硅膜，并且然后，可以通过扩散方法或离子注入方法将杂质元素添加到该无定形硅膜。在通过离子注入方法等添加杂质元素之后可以进行加热等以便于使杂质元素扩散。在该情况中，作为形成该无定形硅膜的方法，可以使用LPCVD方法、气相淀积方法或溅射方法等。第一半导体膜优选被形成为具有10nm至50nm(含端值)的厚度。
第二半导体膜是i型半导体层(本征半导体层)，并且由无定形硅膜形成。对于第二半导体膜的形成，通过等离子体CVD方法使用半导体源气体形成该无定形硅膜。作为半导体源气体，可以使用硅烷(SiH4)。替代地，可以使用Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiF4等。作为形成第二半导体膜的方法，可以替代地使用LPCVD方法、气相淀积方法或溅射方法等。第二半导体膜优选被形成为具有200nm至1000nm(含端值)的厚度。
第三半导体膜是n型半导体层，并且由包含赋予n型导电性的杂质元素的无定形硅膜形成。通过等离子体CVD方法使用包含属于族15的杂质元素(诸如磷(P))的半导体源气体形成第三半导体膜。作为半导体源气体，可以使用硅烷(SiH4)。替代地，可以使用Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiF4等。此外，替代地，可以形成不包含杂质元素的无定形硅膜，并且然后，可以通过扩散方法或离子注入方法将杂质元素添加到该无定形硅膜。在通过离子注入方法等添加杂质元素之后，可以进行加热等以便于使杂质元素扩散。在该情况中，作为形成该无定形硅膜的方法，可以使用LPCVD方法、气相淀积方法或溅射方法等。第三半导体膜优选被形成为具有20nm至200nm(含端值)的厚度。
此外，第一半导体膜、第二半导体膜和第三半导体膜并不必需由无定形半导体形成，并且它们可以由多晶半导体或半无定形半导体(在下文中被称为SAS)形成。
注意，SAS意指具有处在无定形结构和结晶结构(包括单晶结构和多晶结构)之间的中间结构的半导体。SAS是具有第三状态的半导体，该第三状态在自由能方面是稳定的，并且SAS是具有短程有序和晶格畸变的晶体，并且可以以其0.5nm至20nm的晶粒直径扩散在非单晶半导体膜中。SAS具有移位到低于520cm-1的波数侧的拉曼(Raman)谱，并且通过X射线衍射观察到被认为是由Si晶格引起的(111)和(220)的衍射峰。此外，SAS包含至少1原子％的氢或卤素以终止悬挂键。在本说明书中，为简便起见将该半导体称为SAS。此外，可以包含诸如氦、氩、氪或氙的稀有气体元素以进一步促进晶格畸变，由此增强稳定性并且可以获得具有有利的特性的半无定形半导体。注意，SAS中还包括微晶半导体。可以通过含硅气体的辉光放电分解来获得SAS。作为典型的含硅气体，还可以使用硅烷(SiH4)和Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4等。当该含硅气体用氢或者用其中将选自氦、氩、氪或氙的稀有气体元素的至少之一添加到氢的气体稀释时，可以容易地形成SAS。优选将该含硅气体稀释2倍至1000倍。此外，在将诸如CH4或C2H6的碳化物气体、诸如GeH4或GeF4的锗气体、或F2等混合到该含硅气体中时，能带宽度可被调节为1.5eV至2.4eV或者0.9eV至1.1eV。
然后，进行第八光刻工艺以形成抗蚀剂掩模。刻蚀掉第一半导体膜、第二半导体膜和第三半导体膜的不需要的部分，由此形成第一半导体层250a、第二半导体层250b和第三半导体层250c。这里，使用CF4和Cl2的混合气体、CF4和O2的混合气体、或者CHF3和He的混合气体进行干法刻蚀，以使得在锥形部分上不留下刻蚀残留物。
然后，形成第三层间绝缘膜221。第三层间绝缘膜221由绝缘材料形成但是材料或形成方法没有特别限制。例如，第三层间绝缘膜221可以由用于第一层间绝缘膜109和第二层间绝缘膜121的材料形成。作为用于形成第三层间绝缘膜221的材料，可以给出基于氧化硅的材料、基于氮化硅的材料、或硅氧烷树脂等。这里，使用第九光掩模和光敏聚酰亚胺树脂形成第三层间绝缘膜221。第三绝缘膜221具有到达下电极层129的接触孔233、到达第三半导体层250c的接触孔232和到达布线层127的接触孔231。图6C示出了在该步骤的截面图。
然后，使用与用于栅极电极层111的材料类似的材料形成第四导电膜。使用第十光掩模形成抗蚀剂掩模，并且刻蚀掉第四导电膜的不需要的部分；因此，形成了光电二极管的上电极层227和布线层228。上电极层227通过接触孔232连接到第三半导体层250c，并且通过接触孔232连接到布线层127。此外，布线层228通过接触孔233连接到下电极层129，并且连接到未示出的公共布线。这里，通过溅射方法堆叠包含铝作为其主要成分的膜和钛膜形成第四导电膜。图6D示出了在该步骤的截面图。
注意，在大的基板上形成许多区域传感器的情况中，通过划分设备切割基板以使区域传感器分离。在大的基板上形成许多线传感器或光传感器的情况中，也切割基板，由此可以分开地使用线传感器或光传感器。
通过上述方式，可以形成包括作为光电转换元件的pin光电二极管和具有薄膜晶体管的放大器电路的区域传感器，其中该薄膜晶体管包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体。
注意，除了上述的其中在光透射基板的一个表面上形成的区域传感器检测从相反表面进入光透射基板并且通过该基板的光的结构之外，其中光直接到达在基板上形成的区域传感器的结构也在本发明的一个实施例的范围内。具体地，如果通过使用光透射导电膜作为第四导电膜形成具有光透射属性的上电极层227，则可以形成如下区域传感器，其光接收面在第三半导体层250c侧上。在该情况中，注意，通过基板并且接近第一半导体层250a的光是干扰光；因此，优选的是，使用光阻挡导电膜形成下电极层129并且使其延伸以设置在第二层间绝缘膜121和第一半导体层之间。
本实施例中描述的放大器电路包括具有高的场效应迁移率和小的特性变化的薄膜晶体管，并且因此具有小的特性变化且占用小的面积，其中该薄膜晶体管包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体。包括用于光电二极管的该放大器电路的区域传感器能够高度可再现地将光电二极管接收的光的强度分布转换为电信号并且输出该电信号。此外，由于包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体的薄膜晶体管可以容易地在大的基板上以矩阵布置，因此可以提供大的区域传感器。
(实施例3)
在本实施例中，参考图7A至7D描述不同于实施例2的区域传感器的实施例的制造工艺。在本实施例中，光直接到达在基板上形成的区域传感器。
通过实施例2中描述的方法，利用四个光掩模在基板上形成包括薄膜晶体管的放大器电路、第一层间绝缘膜109和第二层间绝缘膜121，其中该薄膜晶体管包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体。图7A示出了在该步骤的截面图。注意，如果采用光直接到达在基板上形成的区域传感器的结构，则基板100、栅极绝缘膜102、第一层间绝缘膜109和第二层间绝缘膜121并不总是需要具有光透射属性。此外，第二层间绝缘膜121并不总是必需的，并且光电二极管251可以直接形成在第一层间绝缘膜109上。
然后，使用抗蚀剂掩模在第一层间绝缘膜和第二层间绝缘膜中形成到达复位TFT 153的源极电极层115b_3的接触孔126，在本实施例中使用第五光掩模形成该抗蚀剂掩模。
然后，使用与实施例2中描述的用于栅极电极层111的材料类似的材料形成第三导电膜。在本实施例中使用第六光掩模形成抗蚀剂掩模，并且刻蚀掉第三导电膜的不需要的部分；因此，形成了光电二极管的下电极层129。此外，下电极层129通过接触孔126连接到放大器电路。这里，单个钛层被形成作为第三导电膜，并且随后使用BCl3和Cl2的混合气体进行干法刻蚀。图7B示出了在该步骤的截面图。
然后，顺序堆叠第一半导体膜、第二半导体膜和第三半导体膜。在本实施例中，第一半导体膜是n型半导体层，并且由包含赋予n型导电性的杂质元素的无定形硅膜形成。通过等离子体CVD方法使用包含属于族15的杂质元素(诸如磷(P))的半导体源气体形成第一半导体膜。作为半导体源气体，可以使用硅烷(SiH4)。替代地，可以使用Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiF4等。进一步替代地，可以形成不包含杂质元素的无定形硅膜，并且然后，可以通过扩散方法或离子注入方法将杂质元素添加到该无定形硅膜。在通过离子注入方法等添加杂质元素之后可以进行加热等以便于使杂质元素扩散。在该情况中，作为形成该无定形硅膜的方法，可以使用LPCVD方法、气相淀积方法或溅射方法等。第一半导体膜优选被形成为具有20nm至200nm(含端值)的厚度。
第二半导体膜是i型半导体层(本征半导体层)，并且由无定形硅膜形成。对于第二半导体膜的形成，通过等离子体CVD方法使用半导体源气体形成该无定形硅膜。作为半导体源气体，可以使用硅烷(SiH4)。替代地，可以使用Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiF4等。作为形成第二半导体膜的方法，替代地可以使用LPCVD方法、气相淀积方法或溅射方法等。第二半导体膜优选被形成为具有200nm至1000nm(含端值)的厚度。
第三半导体膜是p型半导体层，并且由包含赋予p型导电性的杂质元素的无定形硅膜形成。通过等离子体CVD方法使用包含属于族13的杂质元素(诸如硼(B))的半导体源气体形成第三半导体膜。作为半导体源气体，可以使用硅烷(SiH4)。替代地，可以使用Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiF4等。进一步替代地，可以形成不包含杂质元素的无定形硅膜，并且然后，可以通过扩散方法或离子注入方法将杂质元素添加到该无定形硅膜。在通过离子注入方法等添加杂质元素之后可以进行加热等以便于使杂质元素扩散。在该情况中，作为形成该无定形硅膜的方法，可以使用LPCVD方法、气相淀积方法或溅射方法等。第三半导体膜优选被形成为具有10nm至50nm(含端值)的厚度。
此外，如实施例2中描述的那样，作为对无定形半导体的替换，可以利用多晶半导体或半无定形半导体(在下文中被称为SAS)形成第一半导体膜、第二半导体膜和第三半导体膜。
然后，进行第七光刻工艺以形成抗蚀剂掩模。刻蚀掉第一半导体膜、第二半导体膜和第三半导体膜的不需要的部分，由此形成第一半导体层251a、第二半导体层251b和第三半导体层251c。这里，使用CF4和Cl2的混合气体、CF4和O2的混合气体或者CHF3和He的混合气体进行干法刻蚀，以使得在锥形部分上不留下刻蚀残留物。
然后，形成第三层间绝缘膜221。第三层间绝缘膜221由绝缘材料形成。这里，如实施例2中那样，使用第八光掩模和光敏聚酰亚胺树脂形成第三层间绝缘膜221。第三绝缘膜221具有到达第三半导体层251c的接触孔225。图7C示出了在该步骤的截面图。
然后，在第三半导体层251c和第三层间绝缘膜221上形成具有光透射属性的第四导电膜。作为具有光透射属性的第四导电膜，例如，可以给出包含氧化钨的氧化铟、包含氧化钨的氧化铟锌、包含氧化钛的氧化铟、包含氧化钛的氧化铟锡、氧化铟锡(在下文中被称为ITO)、氧化铟锌或者被添加氧化硅的氧化铟锡的膜。
使用第九光掩模形成抗蚀剂掩模，并且刻蚀掉第四导电膜的不需要的部分；因此，形成了光电二极管的上电极层227。注意，上电极层227连接到公共布线。图7D示出了在该步骤的截面图。
这里，nip光电二极管被给出作为示例，其中堆叠n型无定形硅层、具有高电阻的无定形硅层和p型无定形硅层，分别作为第一半导体层251a、第二半导体层251b和第三半导体层251c。此外，由于光电效应生成的空穴的迁移率低于电子的迁移率，因此当p型半导体层侧上的表面用作光接收面时，nip光电二极管具有较好的特性。这里，接近其上形成有放大器电路和nip光电二极管的基板平面的光由光电二极管251接收并且被转换为电信号。此外，接近导电类型与光接收面上的半导体层的导电类型相反的半导体层的光是干扰光；因此，具有相反导电类型的半导体层上的电极层优选由光阻挡导电膜形成。注意，替代地，可以使用n型半导体层侧的表面作为光接收面。
通过上述方式，可以形成包括作为光电转换元件的nip光电二极管和具有薄膜晶体管的放大器电路的区域传感器，其中该薄膜晶体管包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体。
在本实施例中的区域传感器中，上电极层227侧上的表面是光电二极管251的光接收面。由于未在上电极层227上堆叠层间绝缘膜等，因此在层之间的界面处入射光的散射量小；因此，光强度未被改变。因此，光电二极管251是高度灵敏的。
尽管在本实施例中描述了其中光在不通过基板的情况下直接到达在基板上形成的区域传感器的结构，但是其中自一个表面进入光透射基板并且通过基板的光到达在该光透射基板的相反表面上形成的区域传感器的结构也在本发明的一个实施例的范围内。例如，如果通过使用光透射导电膜作为第三导电膜形成具有光透射属性的下电极层129，则可以形成其光接收面在第一半导体层251a侧上的区域传感器。在该情况中，注意，在不通过基板的情况下直接接近第三半导体层251c的光是干扰光；因此，使用光阻挡导电膜形成上电极层227以阻挡接近第三半导体层251c的干扰光。
该放大器电路包括具有高的场效应迁移率和小的特性变化的薄膜晶体管，并且因此具有小的特性变化并且占用小的面积，其中该薄膜晶体管包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体。包括用于光电二极管的该放大器电路的区域传感器能够高度可再现地将光电二极管接收的光的强度分布转换为电信号并且输出该电信号。此外，由于包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体的薄膜晶体管可以容易地在大的基板上以矩阵布置，因此可以提供大的区域传感器。
(实施例4)
在本实施例中，参考图8至图10描述设有区域传感器的有源矩阵显示装置的示例。在设有区域传感器的有源矩阵显示装置中，像素被以矩阵布置。每个像素具有光电转换元件、显示元件、放大器电路、和该显示元件的驱动器电路。该放大器电路和该显示元件的驱动器电路包括薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括以包含铟、镓和锌的氧化物半导体为代表的氧化物半导体。注意，在本实施例中，能够显示和捕捉全彩图像的显示装置被给出作为示例。
本实施例中的设有区域传感器的显示装置可以用作其中显示元件被以矩阵布置的显示装置。此外，以矩阵布置的显示元件还可以用作照明装置。例如，当设有区域传感器的显示装置保持与物体接触并且显示元件用作用于照亮(light up)物体的照明装置时，区域传感器将物体反射的光转换为电信号；由此，设有区域传感器的显示装置可以用作接触区域传感器。注意，在这里给出了这样的示例，其中采用电致发光的有机发光元件被用作显示元件，但是显示元件不限于诸如有机发光元件的自发光类型。例如，液晶元件的背光可以用作物体的照明装置。
注意，在有机发光元件中，通过将电压施加到发光元件，电子和空穴分开地自电极对注入到包含发光有机化合物的层中，并且因此电流流动。然后，这些载流子(电子和空穴)被复合；因此，使具有发光属性的有机化合物进入激态。当发光有机化合物从激态返回基态时，其发光。由于该机制，该发光元件被称为电流激发发光元件。
图8示出了设有区域传感器的显示器部分21中包括的源极信号线S1至Sx、电源线V1至Vx、栅极信号线G1至Gy、复位栅极信号线RG1至RGy、传感器栅极信号线SG1至SGy、传感器输出布线SS1至SSx、传感器电源线VB、和多个像素22的连接。
在设有区域传感器的显示器部分21中，多个像素22被以矩阵布置。每个像素22连接到源极信号线S1至Sx之一、电源线V1至Vx之一、栅极信号线G1至Gy之一、复位栅极信号线RG1至RGy之一、传感器栅极信号线SG1至SGy之一、传感器输出布线SS1至SSx之一、以及传感器电源线VB。
传感器输出布线SS1至SSx分别连接到恒流电源13_1至13_x。
此外，在被给出作为本实施例的示例的能够捕捉全彩图像的区域传感器中，设有区域传感器的显示器部分21具有R(红色)、G(绿色)和B(蓝色)这些颜色中每种颜色的像素。RGB像素每一个均包括各自颜色的显示元件和光电转换元件。作为RGB颜色的显示元件，例如，可以提供发射RGB光的三种有机发光元件，或者可以提供光白发的有机发光元件和三种滤色器(color filter)的组合或者蓝或蓝-绿色光的有机发光元件和荧光体(荧光(phosphorous)颜色转换层：CCM)的组合。此外，可以使用液晶元件和滤色器。
作为RGB颜色的光电转换元件，可以采用RGB三种滤色器和光电二极管的组合。这里，设有以矩阵布置的光电二极管的基板和设有以矩阵布置的滤色器的对基板被安置和附连；因此，形成了具有滤色器的光电二极管。该滤色器被布置为使得光通过滤色器并且到达光电二极管。
在本实施例中被给出作为示例的像素部分包括以矩阵布置的发射R、G或B光的发光元件。发射红光的发光元件、发射绿光的发光元件和发射蓝光的发光元件相继照亮物体，并且也被包括在像素中的光电二极管检测物体反射的光。
图9示出了像素部分中的光电转换元件、有机发光元件、放大器电路和显示元件的驱动器电路的连接的示例，其中放大器电路和显示元件的驱动器电路包括薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体。源极信号线S是源极信号线S1至Sx之一。电源线V是电源线V1至Vx之一。栅极信号线G是栅极信号线G1至Gy之一。复位栅极信号线RG是复位栅极信号线RG1至RGy之一。传感器栅极信号线SG是传感器栅极信号线SG1至SGy之一。传感器输出布线SS是传感器输出布线SS1至SSx之一。此外，像素22包括EL驱动TFT154、开关TFT 155和有机发光元件156。此外，像素22包括用于光电二极管的选择TFT 151、放大TFT 152、复位TFT 153，以及光电二极管252。注意，图9中的像素22中提供的电容器157是可选的并且可被省略。
有机发光元件156包括阳极、阴极以及设置在阳极和阴极之间的包含发光材料的层146。这里，有机发光元件156的阳极(像素电极)连接到EL驱动TFT 154的源极区域，并且有机发光元件156的阴极连接到公共电极。
开关TFT 155的栅极电极连接到栅极信号线G。开关TFT 155的源极电极和漏极电极中的一个连接到源极信号线S，并且另一个连接到EL驱动TFT 154的栅极电极。
EL驱动TFT 154的源极电极和漏极电极中的一个连接到电源线V，并且另一个连接到有机发光元件156。电容器157连接到EL驱动TFT 154的栅极电极和电源线V。
用于光电二极管和放大器电路的选择TFT 151、放大TFT 152、复位TFT 153、光电二极管252、栅极信号线RG、传感器栅极信号线SG、传感器电源线VB、以及传感器输出布线SS如实施例1中那样连接。传感器输出布线SS连接到恒流电源13(恒流电源13_1至13_x之一)并且保持提供有固定量的电流。
首先，描述其中将视频信号输入到本实施例的设有区域传感器的显示装置，以通过该视频信号控制有机发光元件，由此设有区域传感器的显示装置被驱动为显示装置的方法。
这里，有机发光元件156的阴极所连接到的公共布线被设定在低电源电位。该低电源电位是当电源线V的高电位作为参考时，低于该高电源电位的电位。作为低电源电位，例如，可以采用GND或0V等。高电源电位和低电源电位之间的电位差被施加到有机发光元件156，使得电流流过有机发光元件156，由此有机发光元件156发射光。因此，电位被设定为使得高电源电位和低电源电位之间的电位差大于或等于有机发光元件156的正向阈值电压。
在电压输入的电压驱动方法的情况中，视频信号被输入到EL驱动TFT 154的栅极，使得EL驱动TFT 154完全导通或者完全截止。即，EL驱动TFT 154操作于线性区。由于EL驱动TFT 154操作于线性区，因此比电源线V的电压高的电压被施加到EL驱动TFT 154的栅极。注意，高于或等于电源线电压和EL驱动TFT 154的Vth之和的电压被施加到源极信号线S。
在执行模拟灰度级驱动而非数字时间灰度级驱动的情况中，通过改变信号输入可以使用与图8相同的像素结构。
在执行模拟灰度级驱动的情况中，高于或等于有机发光元件156的正向电压和EL驱动TFT 154的Vth之和的电压被施加到EL驱动TFT154的栅极。有机发光元件156的正向电压指示获得期望的亮度的电压，并且至少包括正向阈值电压。注意，通过输入视频信号以允许EL驱动TFT 154操作于饱和区，电流可以在有机发光元件156中流动。为了在饱和区中驱动EL驱动TFT 154，电源线V的电位被设定为高于EL驱动TFT 154的栅极电位。在使用模拟视频信号时，根据该视频信号的电流在有机发光元件156中流动，并且可以执行模拟灰度级驱动。
注意，像素结构不限于图9中示出的结构。例如，可以将开关、电阻器、电容器、晶体管、逻辑电路等添加到图9中示出的像素。
接着，描述其中将显示元件用作用于照亮物体的区域传感器的照明装置的方法。这里注意，描述了其中连接到像素22的有机发光元件156在光电二极管252的采样周期中发光的情况。具体地，描述了其中第一线中的像素中的有机发光元件在采样周期ST1期间发光的情况。注意，所有像素可以在传感器帧周期SF期间保持发光。
优选的是，在显示元件被驱动作为显示装置的情况中或者在显示元件被驱动作为用于照亮物体的照明装置的情况中，以矩阵布置的显示元件发射具有均匀强度的光。光强度的不均匀性可能引起不均匀的显示或不均匀的图像捕捉，这使得高质量的图像显示和捕捉是困难的。在本实施例中所给出作为示例的发光元件中，EL驱动TFT 154的Id-VGS特性的均匀性是重要的。如果该特性变化，则不能由以矩阵布置的有机发光元件156获得均匀的光发射。
接着，参考图10中的时序图描述包括n沟道薄膜晶体管作为选择TFT 151、放大TFT 152和复位TFT 153的区域传感器捕捉彩色图像的操作，其中该n沟道薄膜晶体管包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体。
首先，在R像素中的有机发光元件发光的同时，采样周期ST1至采样周期STy结束。在R像素中的有机发光元件发光的周期中，从采样周期ST1的开始到采样周期STy的结束的时间周期被称为R传感器帧周期SFr。在R传感器帧周期SFr中，对应于R的图像信号被获取到区域传感器中。注意，在R传感器帧周期SFr中，G和B像素不发光。换言之，在R传感器帧周期SFr中，物体反射被递送到物体的红光的一部分，并且光传感器捕捉所反射的光。
然后，在G像素中的有机发光元件发光的同时，采样周期ST1至采样周期STy结束。在G像素中的有机发光元件发光的周期中，从采样周期ST1的开始到采样周期STy的结束的时间周期被称为G传感器帧周期SFg。在G传感器帧周期SFg中，对应于G的图像信号被获取到区域传感器中。注意，在G传感器帧周期SFg中，R和B像素不发光。换言之，在G传感器帧周期SFg中，物体反射被递送到物体的绿光的一部分，并且光传感器捕捉所反射的光。
然后，在B像素中的有机发光元件发光的同时，采样周期ST1至采样周期STy结束。在B像素中的有机发光元件发光的周期中，从采样周期ST1的开始到采样周期STy的结束的时间周期被称为B传感器帧周期SFb。在B传感器帧周期SFb中，对应于B的图像信号被获取到区域传感器中。注意，在B传感器帧周期SFb中，R和G像素不发光。换言之，在B传感器帧周期SFb中，物体反射被递送到物体的蓝光的一部分，并且光传感器捕捉所反射的光。
包括所有R传感器帧周期SFr、G传感器帧周期SFg和B传感器帧周期SFb的时间周期被称为传感器帧周期SF。区域传感器在传感器帧周期SF中捕捉一个彩色图像作为图像信号。
此外，在每个采样周期中，各颜色的像素的有机发光元件保持发光。重要的是，例如，在B传感器帧周期SFb的采样周期ST1中，第一线中的像素当中的B像素的有机发光元件保持发光。类似地，在R、G和B传感器帧周期(SFr、SFg和SFb)每一个中，R、G和B像素分别保持发光。
如实施例1那样，当复位TFT 153处于截止状态并且选择TFT 151处于导通状态时，由光电二极管252转换为电信号的物体反射光的强度反映在放大TFT 152的栅极电位上。在放大TFT 152中，该栅极电位反映在源极区域的电位上。因此，光电二极管252接收的光的强度被输出到传感器输出布线SS1。因此，用于光电二极管的放大的晶体管应具有均匀的特性。在本实施例中被给出作为示例的放大器电路中，放大TFT 152的Id-VGS特性的均匀性是重要的。如果Id-VGS特性变化，则难于正确地向输出布线输出以矩阵布置的光电二极管252接收的光的强度分布。
根据上述方法，在相应的传感器帧周期中，光电二极管252可以检测物体反射的红光、绿光和蓝光的强度分布。即，使用发光元件的发射颜色可以在颜色上分离物体的图像。因此，如果发射红光的发光元件、发射绿光的发光元件和发射蓝光的发光元件相继照亮物体；则不需要制备三种R、G和B光电二极管。因此，在光电二极管的光接收面上形成滤色器的步骤可被省略。
图11是示出设有区域传感器的显示装置的示例的截面图。具体地，图11是光电二极管、有机发光元件、放大器电路和显示元件的驱动器电路的截面图。放大器电路和显示元件的驱动器电路包括薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体。参考图11描述该区域传感器的结构示例。注意，这里给出的包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体的薄膜晶体管的示例具有不同于实施例1的结构。
首先描述选择TFT 151、放大TFT 152、复位TFT 153、EL驱动TFT 154和开关TFT 155的结构。由于选择TFT 151、放大TFT 152、复位TFT 153、EL驱动TFT 154和开关TFT 155的主要部件具有相同的结构，因此下文主要描述选择TFT 151。
选择TFT 151、放大TFT 152、复位TFT 153、EL驱动TFT 154和开关TFT 155分别包括栅极电极层111_1、栅极电极层111_2、栅极电极层111_3、栅极电极层111_4和栅极电极层111_5，这些栅极电极层由与复位栅极信号线RG、传感器栅极信号线SG和栅极信号线G相同的层形成。栅极电极层111_1、栅极电极层111_2和栅极电极层111_3在基板100上形成。栅极绝缘膜102在栅极电极层111_1、栅极电极层111_2、栅极电极层111_3、栅极电极层111_4和栅极电极层111_5上形成。
在栅极绝缘膜102上形成由与传感器输出布线SS、传感器电源线VB、源极信号线S和电源线V相同的层形成的源极电极层和漏极电极层(115a_1和115b_1)。源极电极层和漏极电极层(115a_1和115b_1)的末端部分与栅极电极层111_1交迭。
复位TFT 153的源极电极层115b_3通过在栅极绝缘膜102中设置的接触孔125直接连接到布线层111_6。通过减少连接的数目，不仅减少了可能使电阻增加的连接界面的数目，而且减小了接触孔占用的面积。注意，尽管未示出，但是布线层111_6连接到放大TFT 152的栅极电极层111_2。
第一氧化物半导体层113_1设置在相互面对的源极电极层和漏极电极层(115a_1和115b_1)上，并且与栅极电极层111_1交迭。换言之，第一氧化物半导体层113_1被设置为与栅极电极层111_1交迭，并且与栅极绝缘膜102的上表面部分、缓冲层114a_1和114b_1的上表面部分、以及源极电极层和漏极电极层(115a_1和115b_1)的侧表面部分接触。
第一氧化物半导体层由实施例1中描述的基于In-Ga-Zn-O的非单晶膜形成。缓冲层(114a_1和114b_1)也与实施例1中描述的第二氧化物半导体层类似。该缓冲层与源极电极层和漏极电极层(115a_1和115b_1)以及第一氧化物半导体层113_1接触并且设置在源极电极层和漏极电极层(115a_1和115b_1)与第一氧化物半导体层113_1之间。该缓冲层具有高于第一氧化物半导体层113_1的电导率。因此，该缓冲层用作选择TFT 151、放大TFT 152、复位TFT 153、EL驱动TFT 154和开关TFT 155中的源极区域和漏极区域。通过该结构，选择TFT151、放大TFT 152、复位TFT 153、EL驱动TFT 154和开关TFT 155可以具有改进的热稳定性并且可以稳定地操作。因此，可以改进放大器电路的功能并且可以使操作稳定。此外，减少了结泄露的量并且可以改进选择TFT 151、放大TFT 152、复位TFT 153、EL驱动TFT 154和开关TFT 155的特性。
在选择TFT 151中，在第一氧化物半导体层113_1以及源极电极层和漏极电极层(115a_1和115b_1)上顺序设置第一层间绝缘膜109和第二层间绝缘膜121。对于放大TFT 152和复位TFT 153，也如同选择TFT 151中那样设置第一层间绝缘膜109和第二层间绝缘膜121。
在第一层间绝缘膜109和第二层间绝缘膜121中形成接触孔126和接触孔136。通过接触孔126，光电二极管的下电极层129将放大器电路连接到光电二极管252。通过接触孔136，有机发光元件的像素电极层139将EL驱动TFT 154连接到有机发光元件156。
如实施例3中那样，在第二层间绝缘膜121上形成光电二极管252，作为光电转换元件。第二层间绝缘膜121上的光电二极管252包括由第三导电层形成的下电极层129和由第四导电层形成的上电极层237。在下电极层129和上电极层237之间，在第二层间绝缘膜121上顺序堆叠第一半导体层252a、第二半导体层252b和第三半导体层252c。
光电二极管252的下电极层129通过接触孔126连接到复位TFT153的源极电极层115b_3，并且进一步通过接触孔125连接到布线层111_6。尽管未示出，但是布线层111_6连接到放大TFT 152的栅极电极层111_2。
第三层间绝缘膜221在第二层间绝缘膜121和光电二极管252上形成。在第三层间绝缘膜221中形成接触孔225。通过接触孔225连接第三半导体层252c和上电极层237。上电极层237还连接到公共布线。
这里，nip光电二极管被给出作为示例，其中堆叠n型无定形硅层、具有高电阻的无定形硅层和p型无定形硅层，分别作为第一半导体层252a、第二半导体层252b和第三半导体层252c。此外，由于光电效应生成的空穴的迁移率低于电子的迁移率，因此当p型半导体层侧上的表面用作光接收面时nip光电二极管具有较好的特性。这里，接近其上形成放大器电路和nip光电二极管的基板平面的光被光电二极管252接收并且被转换为电信号。此外，接近导电类型与光接收面上的半导体层的导电类型相反的半导体层的光是干扰光；因此，下电极层129优选由光阻挡导电膜形成。
在其中堆叠p型无定形硅层、具有高电阻的无定形硅层和n型无定形硅层来分别作为第一半导体层252a、第二半导体层252b和第三半导体层252c的pin光电二极管的情况中，如实施例1中那样，光电二极管252的下电极层129连接到公共布线，并且光电二极管252的上电极层237连接到复位TFT 153的源极电极层115b_3并且进一步通过接触孔125连接到布线层111_6。
此外，在第二层间绝缘膜121上形成显示元件的像素电极层139。在本实施例中，描述有机发光元件156被给出作为显示元件的情况。
在像素电极层139的末端部分、第二层间绝缘膜121和光电二极管252上形成第三层间绝缘膜221。覆盖有机发光元件的像素电极层139的末端部分的第三层间绝缘膜222被称为堤(bank)，并且隔离相邻的有机发光元件中的包含发光材料的层416。注意，在本实施例中，描述了堤由与覆盖光电二极管252的第三层间绝缘膜221相同的材料形成的示例。然而，该堤可由不同于第三层间绝缘膜221的材料形成。替代地，像素电极层139可以在第三层间绝缘膜221上形成，并且显示元件可以在其上形成。
在第二层间绝缘膜121上的有机发光元件156中，在由第三导电层形成的像素电极层139和由第四导电层形成的上电极层237之间设置包含发光材料的层416。
有机发光元件156的像素电极层139通过接触孔136连接到EL驱动TFT 154的源极电极层115a_4。此外，在本实施例中，光电二极管的上电极层237还用作有机发光元件156的上电极，并且连接到公共布线。对基板270(其作为其上以矩阵设置滤色器271的光透射基板)被附连使得滤色器271与对应的光电二极管252交迭。
因此，形成了设有区域传感器的显示装置，其包括作为光电转换元件的nip光电二极管、作为显示元件的有机发光元件、放大器电路和显示元件的驱动器电路。该放大器电路和该显示元件的驱动器电路包括薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括以包含铟、镓和锌的氧化物半导体为代表的氧化物半导体。在本实施例中被给出作为示例的设有区域传感器的显示装置不仅能够显示图像，而且能够将图像信息转换为电信号并且输出该电信号。
在上述实施例中，描述了如下结构，其中基板100上设有区域传感器的显示装置的发光元件照亮对基板270侧的物体，并且该物体反射的光通过对基板270以由区域传感器检测。注意，本发明的一个实施例还包括如下结构，其中基板100的一个表面上设有区域传感器的显示装置的发光元件照亮与该设有区域传感器的显示装置相反的基板100侧上的物体，并且该物体反射的光通过基板100以由区域传感器检测。
例如，如果通过使用光透射导电膜作为第三导电膜形成具有光透射属性的下电极层129，则可以形成光接收面在第一半导体层251a侧上的区域传感器。此外，如果选择TFT 151、放大TFT 152、复位TFT153、EL驱动TFT 154和开关TFT 155的栅极电极、源极电极和漏极电极由光透射导电膜形成，则可以在这些TFT上形成区域传感器和发光元件而不减小孔径率(aperture rate)。
注意，在不通过基板的情况下直接接近第三半导体层251c的光是干扰光；因此，利用光阻挡导电膜形成上电极层237以阻挡接近第三半导体层251c的干扰光。
该放大器电路和该显示元件的驱动器电路包括具有高的场效应迁移率和小的特性变化的薄膜晶体管，并因此具有小的特性变化且占用小的面积，其中该薄膜晶体管包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体。
在被给出作为本实施例的示例的设有区域传感器的显示装置中，在每个像素中与光电二极管和显示元件一起提供放大器电路和显示元件的驱动器电路。因此，设有区域传感器的显示装置可以通过所安装的显示元件均匀地照亮物体，并且可以高度可再现地将以矩阵布置的光电二极管接收的光的强度分布输出为电信号。此外，通过以矩阵布置的显示元件可以显示均匀的图像。此外，由于包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体的薄膜晶体管可以容易地在大的基板上以矩阵布置，因此可以提供大的区域传感器。
此外，本实施例中的设有区域传感器的显示装置包括在显示表面中以矩阵布置的光电转换元件；因此，通过由诸如激光指示器293的光学指示装置指向显示表面，可以输入坐标信息。例如，如果设有区域传感器的显示装置用作显示装置并且还用作诸如计算机或有线电视的能够双向通信的设备的输入装置；则可以使输入到光电转换元件的坐标信息和输出到显示元件的坐标信息关联。此外，由于激光指示器293是无线装置并且不必放在桌面或平坦的地方上，因此其可以允许其用户的较高的姿态或位置的自由度。此外，通过使用光学指示装置，有效的演讲是可行的，这是因为演讲者可以直接指示显示器，并且指示器可以立刻跟随演讲者的移动。此外，如果使用发射不同波长的光的多个激光指示器293，则通过一个设有区域传感器的显示装置进行多个操作是可行的。
(实施例5)
在本实施例中，参考图12A至12D、图13A至13D和图14A和14B描述用于图11中示出并在实施例4中描述的设有区域传感器的显示装置的制造工艺的示例。注意，由于参考图12A至12D、图13A至13D和图14A和14B描述了其制造工艺的选择TFT 151、放大TFT152、复位TFT 153、EL驱动TFT 154和开关TFT 155的主要部件具有相同的结构，因此下文主要描述用于形成选择TFT 151的工艺。
可以使用与实施例2中的基板类似的基板作为本实施例中的基板100。可以形成绝缘膜作为基膜。注意，在本实施例中，主要描述了如下结构，其中基板上设有区域传感器的显示装置的发光元件照亮对基板270侧上的物体，并且该物体反射的光通过对基板270以由区域传感器检测。
通过与实施例2中类似的方法在基板100上整个形成导电膜，该导电膜将作为栅极电极层111、传感器输出布线SS(未示出)、包括传感器电源线VB的栅极布线、电容器布线和端子部分的端子。这里，将作为栅极电极层111的导电膜包括通过溅射方法堆叠的包含铝作为其第一成分的膜和钛膜。接着，在本实施例中通过使用利用第一光掩模形成的抗蚀剂掩模，通过刻蚀移除在基板100上形成的导电膜的不需要的部分；因此，形成布线和电极(包括栅极电极层111的栅极布线、电容器布线和端子)。此时，执行刻蚀，以使得至少使栅极电极层111的末端部分是锥形的。
如实施例2中那样，形成本实施例中的栅极绝缘膜102。这里通过等离子体CVD方法或溅射方法形成100nm厚的氧化硅膜作为栅极绝缘膜102。
接着，通过使用抗蚀剂掩模刻蚀栅极绝缘膜102，由此形成到达布线层111_6的接触孔125，在本实施例中该抗蚀剂掩模是使用第二光掩模形成的。注意，布线层111_6连接到栅极电极层111_2。图12A示出了在该步骤的截面图。
然后，通过溅射方法或真空蒸发方法在栅极绝缘膜102上形成导电膜105。将用做布线和电极的导电膜105由与实施例2中的材料类似的导电材料形成。将作为源极电极层和漏极电极层的导电膜105的厚度优选是50nm至500nm(含端值)。导电膜的厚度为500nm或更小对于防止后面形成的半导体膜和布线的破裂是有效的。这里，导电膜105具有三层结构，其中形成Ti膜，包括Nd的铝膜(即Al-Nd膜)堆叠在该Ti膜上，并且在该Al-Nd膜上堆叠另一Ti膜。注意，在第二导电膜105的形成中，第二导电膜105通过接触孔125与布线层111_6接触。
然后形成缓冲层。使用具有比第一氧化物半导体膜高的电导率的第二氧化物半导体膜104形成该缓冲层。优选在导电膜105形成之后，在不使导电膜105暴露于空气的情况下连续形成将作为缓冲层的第二氧化物半导体膜104。通过连续的膜形成，可以防止在导电膜和第二氧化物半导体膜104之间的界面被空气污染。注意，第二氧化物半导体膜104可以通过与实施例2中采用的方法类似的方法形成。图12B示出了在该步骤的截面图。
然后，在本实施例中使用第三光掩模在第二氧化物半导体膜104上形成抗蚀剂掩模131。利用抗蚀剂掩模131刻蚀掉第二氧化物半导体膜104的不需要的部分，以形成缓冲层(114a_1和114b_1)(见图12C)。此时，可以采用干法刻蚀或湿法刻蚀。这里，利用ITO07N(KantoChemical Co.，Inc.的产品)进行湿法刻蚀以形成缓冲层(114a_1和114b_1)。
然后，利用用于形成缓冲层(114a_1和114b_1)的抗蚀剂掩模131，刻蚀掉导电膜105的不需要的部分，以形成第一电极层以及源极电极层和漏极电极层(115a_1和115b_1)。这里，采用利用SiCl4、Cl2和BCl3的混合气体作为反应气体的干法刻蚀，来刻蚀其中顺序堆叠Al膜和Ti膜的导电膜；因此，形成源极电极层和漏极电极层(115a_1和115b_1)。注意，这里的刻蚀可以是湿法刻蚀，而不限于干法刻蚀。图12C示出了在该步骤的截面图。
在移除抗蚀剂掩模131之后，在形成氧化物半导体膜103之前可以对缓冲层(114a_1和114b_1)和栅极绝缘膜102执行等离子体处理。这里执行其中在引入氧气和氩气之后生成等离子体的反溅射，由此使暴露的栅极绝缘膜经受使用氧自由基或氧的处理。因此，移除了附于表面的灰尘或杂质。
在该等离子体处理之后，在不暴露于空气的情况下形成包含铟、镓和锌的氧化物半导体膜103。在不暴露于空气的情况下形成氧化物半导体膜103是有效的，因为这可以防止灰尘或杂质附于在缓冲层(114a_1和114b_1)和氧化物半导体膜103之间的界面或者在栅极绝缘膜102和氧化物半导体膜103之间的界面。注意，氧化物半导体膜103可以在其中先前执行反溅射的腔中形成或者在不同的腔中形成，只要可以在不暴露于空气的情况下执行膜形成。
这里，通过与实施例2中的方式类似的方式，利用直径为8英寸的且包括In、Ga和Zn(组分比为In2O3∶Ga2O3∶ZnO＝1∶1∶1)的氧化物半导体靶形成第一氧化物半导体膜103。图12D示出了在该步骤的截面图。
接着，通过使用抗蚀剂掩模132，刻蚀掉第一氧化物半导体膜103和缓冲层(114a_1和114b_1)的不需要的部分，该抗蚀剂掩模132是使用第四光掩模形成的。这里使用ITO07N(Kanto Chemical Co.，Inc.的产品)执行湿法刻蚀以移除不需要的部分。第一氧化物半导体膜103和缓冲层(114a_1和114b_1)的刻蚀可以是干法刻蚀，而不限于湿法刻蚀。图13A示出了在该步骤的截面图。
然后，如实施例2中那样，在移除抗蚀剂掩模132之后，对第一氧化物半导体层113执行等离子体处理。通过该等离子体处理，可以修复第一氧化物半导体层113的损伤。
接着，如实施例1中那样，优选执行在200℃至600℃，典型地在300℃至500℃的热处理。注意，对于何时执行该热处理没有特别限制，只要该热处理是在形成氧化物半导体膜之后执行；例如，可以在后面形成的像素电极层139的形成之后执行该热处理。
通过上述步骤，形成了选择TFT 151，其中第一氧化物半导体层113_1是沟道形成区域。注意，尽管形成选择TFT 151，但是薄膜晶体管(152、153、154和155)也通过类似的方式形成。
然后，如实施例2中那样，形成覆盖薄膜晶体管(152、153、154和155)的第一层间绝缘膜109和在第一层间绝缘膜109上的第二层间绝缘膜121。此外，如果在烘焙第二层间绝缘膜121的步骤中氧化物半导体层还经受热处理(在300℃至400℃)，则可以高效地制造区域传感器。
然后，通过使用抗蚀剂掩模在第一层间绝缘膜和第二层间绝缘膜中形成接触孔126和136，在本实施例中该抗蚀剂掩模是使用第五光掩模形成的。接触孔126到达复位TFT 153的源极电极层115b_3并且接触孔136到达EL驱动TFT 154的源极电极层115b_4。图13B示出了在该步骤的截面图。
然后，形成将作为光电二极管的下电极层129和显示元件的像素电极层139的第三导电膜。该第三导电膜可由与实施例2中描述的栅极电极层111的材料类似的材料形成。在显示元件的像素电极层139用作有机发光元件的阳极的情况中，具有高的功函数的导电膜优选作为第三导电膜。在像素电极层139用作有机发光元件的阴极的情况中，具有低的功函数的导电膜优选作为第三导电膜。光电二极管的下电极层129通过接触孔126连接到放大器电路。显示元件的像素电极层139通过接触孔136连接到EL驱动TFT 154的源极电极层115b_4。
在形成第三导电膜之后，在本实施例中使用第六光掩模形成抗蚀剂掩模，并且刻蚀掉第三导电膜的不需要的部分；因此，形成光电二极管的下电极层129和显示元件的像素电极层139。这里，单个钛层被形成作为第三导电膜，并且随后使用BCl3和Cl2的混合气体进行干法刻蚀。
然后，在光电二极管的下电极层129上顺序堆叠第一半导体膜、第二半导体膜和第三半导体膜。如实施例3中那样，第一半导体膜是n型半导体层，并且由包含赋予n型导电性的杂质元素的无定形硅膜形成；第二半导体膜是i型半导体层(本征半导体层)，并且由无定形硅膜形成；而第三半导体膜是p型半导体层，并且由包含赋予p型导电性的杂质元素的无定形硅膜形成。
此外，如实施例2中那样，作为对无定形半导体的替换，可以使用多晶半导体或半无定形半导体(在下文中被称为SAS)形成第一半导体膜、第二半导体膜和第三半导体膜。
然后，进行第七光刻工艺以形成抗蚀剂掩模。刻蚀掉第一半导体膜、第二半导体膜和第三半导体膜的不需要的部分，由此形成第一半导体层252a、第二半导体层252b和第三半导体层252c。这里，利用CF4和Cl2的混合气体、CF4和O2的混合气体或者CHF3和He的混合气体进行干法刻蚀，以使得在锥形部分上不留下刻蚀残留物。图13C示出了在该步骤的截面图。
然后，形成第三层间绝缘膜221。第三层间绝缘膜221由绝缘材料形成。如果第三层间绝缘膜221还用作隔离相邻的有机发光元件中包含发光材料的层416的堤，则形成开口，由此第三层间绝缘膜221在该开口处具有锥形末端部分。这里，使用第八光掩模和光敏聚酰亚胺树脂或正性光敏丙烯酸树脂形成第三层间绝缘膜221。注意，诸如第三层间绝缘膜221的元件或部件中的空间中剩余的湿气、氧和其他杂质显著地影响有机发光元件的可靠性。例如，在第三层间绝缘膜221由高分子化合物形成的情况中，需在高温下执行热处理以使第三层间绝缘膜221完全硬化，由此使得在使用发光元件时杂质不会沉淀。此外，在形成包含发光材料的层416之前还需对基板执行热处理，以移除尽可能多的杂质。图13D示出了在该步骤的截面图。
然后，形成有机发光元件156。在像素电极层139上形成包含发光材料的层416，并且在包含发光材料的层416上形成将作为上电极层237的导电膜。
包含发光材料的层416可以是单层或多层的堆叠。当包含发光材料的层416是多层的堆叠时，顺序堆叠阳极层、空穴注入层、空穴输运层、发光层、电子输运层、电子注入层和阴极层，以使得彼此接触。注意，不必形成所有这些层。这里，像素电极层139用作阳极，并且顺序堆叠空穴注入层、空穴输运层、发光层、电子输运层、电子注入层和阴极层。
空穴注入层是具有协助将空穴从用作阳极的电极注入到空穴输运层的功能的层。注意，空穴注入层并不总是必需的。对形成空穴注入层的物质没有特别限制，并且可以使用诸如氧化钒、氧化铌、氧化钽、氧化铬、氧化钼、氧化钨、氧化锰、氧化铼或氧化钌的金属氧化物。替代地，可以使用酞菁(H2Pc)或者诸如铜酞菁(CuPc)等的酞菁化合物。替代地，也可以使用如上文提及的用于形成空穴输运层的任何物质。进一步替代地，可以使用诸如聚乙撑二氧噻吩(poly(ethylenedioxythiophene))和聚苯乙烯磺酸酯(PEDOT/PSS)的混合物的高分子复合物。
仍然替代地，对于空穴注入层，可以使用通过组合有机化合物和电子受主(acceptor)而形成的复合材料。由于通过电子受主在有机化合物中生成空穴，因此该复合材料的空穴注入属性和空穴输运属性是优越的。在该情况中，有机化合物优选是输运所生成的空穴方面优异的材料。具体地，例如，可以使用用于形成空穴输运层的前述物质(例如，基于芳香胺的化合物)。作为电子受主，可以使用对有机化合物具有电子接受属性的物质。具体地，过渡金属氧化物是优选的，并且其示例包括氧化钒、氧化铌、氧化钽、氧化铬、氧化钼、氧化钨、氧化锰、氧化铼和氧化钌。还可以使用诸如氯化铁(III)或氯化铝(III)的路易斯酸(Lewis acid)。替代地，也可以使用诸如7，7，8，8-四氰-2，3，5，6-四氟二甲基苯醌(F4-TCNQ)的有机化合物。注意，空穴注入层可以具有其中堆叠两个或更多的层的多层结构。此外，空穴注入层也可以通过混合两种或更多种物质形成。
空穴输运层是具有将自阳极注入的空穴输运到发光层的功能的层。设置该空穴输运层以保持阳极远离发光层；因此，可以防止因金属导致的光猝熄。注意，空穴输运层并不总是必需的。
尽管对形成空穴输运层的物质没有特别限制，但是典型地可以使用任何如下物质：芳香胺化合物，诸如4，4′-双[N-(1-萘基)-N-苯胺基]联苯(NPB)、4，4′-双[N-(3-甲基苯基)-N-苯胺基]联苯(TPD)、4，4′-双[N-(9，9-二甲基芴-2-基)-N-苯胺基]联苯(DFLDPBi)、4，4′，4″-三(N，N-二苯胺基)三苯胺(TDATA)、4，4′，4″-三[(N-(3-甲基苯基)-N-苯胺基]三苯胺(m-MTDATA)，和高分子化合物，诸如聚(4-乙烯基三苯胺)(PVTPA)。
注意，空穴输运层可以具有堆叠两个或更多的层的多层结构。此外，空穴输运层也可以通过混合两种或更多种物质形成。
发光层包含发光物质。该发光层优选是混合层，其中具有高于发光物质的激发能的物质用作分散介质(即，主体(host))，并且发光物质用作被分散质(即，客体(guest))。这里，发射荧光或磷光的有机化合物用作发光物质，并且空穴输运有机化合物和电子输运有机化合物的混合材料用作主体。
电子输运层是具有将自阴极注入的电子输运到发光层的功能的层。设置该电子输运层以保持阴极远离发光层；因此，可以防止因金属导致的光猝熄。注意，电子输运层并不总是必需的。
尽管对形成电子输运层的物质没有特别限制，但是典型地可以使用任何如下物质：诸如三(8-羟基喹啉)铝(Alq3)、三(4-甲基-8-羟基喹啉)铝(Almq3)、双(10-羟基苯并[h]喹啉)铍(BeBq2)、双(2-甲基-8-羟基喹啉)(4-羧基联苯)铝(bis(2-methyl-8-quinolinolato)(4-phenylphenolato)aluminum，BAlq)、双[2-(2-羧基苯基)苯并噁唑]锌(bis[2-(hydroxyphenyl)benzoxazolato]zinc，ZnBOX)和双[2-(2-羧基苯基)苯并噻唑]锌(bis[2-(2-hydroxyphenyl)benzothiazolato]zinc，Zn(BTZ)2)的金属络合物。此外，还可以使用诸如2-(4-联苯基)-5-(4-叔-丁基苯基)-1，3，4-噁二唑(2-(4-biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1，3，4-oxadiazole，PBD)、1，3-双[5-(p-叔丁基苯基)-1，3，4-噁二唑-2-基]苯(1，3-bis[5-(p-tert-butylphenyl)-1，3，4-oxadiazol-2-yl]benzene，OXD-7)、3-(4-叔丁基苯基)-4-苯基-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑(3-(4-tert-butylphenyl)-4-phenyl-5-(4-biphenylyl)-1，2，4-triazole，TAZ)、3-(4-叔丁基苯基)-4-(4-乙基苯基)-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑(3-(4-tert-butylphenyl)-4-(ethylphenyl)-5-(4-biphenylyl)-1，2，4-triazole，p-EtTAZ)、红菲咯啉(bathophenanthroline，BPhen)、浴铜灵(BCP)或者4，4′-双(5-甲基苯并噁唑-2-基)芪(4，4’-bis(5-methylbenzoxazol-2-yl)stilbene，BzOs)的芳香杂环化合物。此外，还可以使用诸如聚(2，5-吡啶-二基)(poly(2，5-pyridine-diyl)，PPy)的高分子化合物。注意，电子输运层可以具有其中堆叠两个或更多的层的多层结构。此外，电子输运层也可以通过混合两种或更多种物质形成。
电子注入层是具有协助将电子从用作阴极的电极注入到空穴输运层的功能的层。注意，电子注入层并不总是必需的。
对形成电子注入层的物质没有特别限制，并且可以使用诸如氟化锂(LiF)、氟化铯(CsF)、氟化钙(CaF2)或氧化锂的碱金属化合物或碱土金属化合物。替代地，可以使用诸如氟化铒(ErF3)的稀土金属化合物。此外，可以使用可以形成电子输运层的任何上述物质。
替代地，对于电子注入层，可以使用通过组合有机化合物和电子施主而形成的复合材料。由于通过电子施主在有机化合物中生成电子，因此该复合材料在电子注入属性和电子输运属性方面是优越的。在该情况中，有机化合物优选是在输运所生成的电子方面优异的材料。具体地，例如，可以使用前述的用于形成电子输运层的材料(例如，金属络合物或芳香杂环化合物)。作为电子施主，可以使用呈现对有机化合物的电子供给属性的物质。具体地，碱金属、碱土金属和稀土金属是优选的。给出了锂、铯、镁、钙、铒和镱作为示例。此外，碱金属氧化物或碱土金属氧化物是优选的，并且给出了氧化锂、氧化钙、氧化钡等。替代地，也可以使用诸如氧化镁的路易斯酸。进一步替代地，可以使用诸如四硫富瓦烯(TTF)的有机化合物。
有机发光元件的包含发光材料的层416包括一个或多个上述层，并且通过诸如气相淀积方法、喷墨方法或涂敷方法(application method)形成。这里，采用阴影掩模(shadow mask)方法以使得形成三种包含发光材料的层416。发射RGB光的三种有机发光元件被以矩阵布置。
然后，形成将作为光电二极管和有机发光元件的上电极层237的第四导电膜。这里，光电二极管252接收来自上电极侧的光，并且有机发光元件156向下电极层侧发射光；因此，形成光透射导电膜作为第四导电膜。作为光透射导电膜，作为示例，可以给出包含氧化钨的氧化铟、包含氧化钨的氧化铟锌、包含氧化钛的氧化铟、包含氧化钛的氧化铟锡、氧化铟锡(在下文中被称为ITO)、氧化铟锌、或者被添加氧化硅的氧化铟锡的膜。
使用第九光掩模形成抗蚀剂掩模，并且刻蚀掉第四导电膜的不需要的部分；因此，形成了光电二极管251和有机发光元件156的上电极层237。这里，通过溅射方法形成氧化铟锡膜，作为第四导电膜。注意，上电极层237连接到公共布线。图14A示出了在该步骤的截面图。
然后制备对基板270，对基板270是光透射基板，滤色器271以矩阵设置在该对基板270上为。对基板270和设有TFT、光电二极管252和有机发光元件156的基板被安置为使得滤色器271与对应的光电二极管252交迭，然后，通过密封剂使基板相互附连。图14B示出了在该步骤的截面图。
因此，可以获得设有区域传感器的显示装置，其包括作为光电转换元件的nip光电二极管、作为显示元件的有机发光元件、放大器电路和该显示元件的驱动器电路。该放大器电路和该显示元件的驱动器电路包括薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体。
在本实施例中的区域传感器中，有机发光元件156向上电极层237侧发射光。由于层间绝缘膜等未堆叠在上电极层237上，因此层之间的界面处的显示光的散射量是小的；因此，光强度未被改变。因此，可以有效地取出来自有机发光元件156的显示光。
该放大器电路和该显示元件的驱动器电路包括具有高的场效应迁移率和小的特性变化的薄膜晶体管，并且因此具有小的特性变化并且占用小的面积，其中该薄膜晶体管包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体。包括用于光电二极管的该放大器电路的区域传感器能够高度可再现地将光电二极管接收的光的强度分布转换为电信号并且输出该电信号。此外，其中驱动器电路用于发光元件的显示装置能够高质量地显示图像而没有显示不均匀，并且可以均匀地照亮物体。
(实施例6)
在本实施例中，参考图15描述设有区域传感器的有源矩阵显示装置的示例，该示例不同于实施例4中的示例。在设有区域传感器的有源矩阵显示装置中，像素被以矩阵布置。每个像素具有光电转换元件、显示元件、放大器电路和该显示元件的驱动器电路。该放大器电路和该显示元件的驱动器电路包括薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括以包含铟、镓和锌的氧化物半导体为代表的氧化物半导体。注意，在本实施例中，能够显示和捕捉全彩图像的显示装置被给出作为示例。
本实施例中的设有区域传感器的显示装置可以用作其中显示元件被以矩阵布置的显示装置。此外，设有区域传感器的显示装置还可以用作接触区域传感器，该接触区域传感器能够使用散射光检测触摸该设有区域传感器的显示装置的物体(诸如手指)的表面粗糙度。注意，不限于这里给出的采用透射液晶元件作为显示元件的示例。
图15是示出设有区域传感器的显示装置的示例的截面图。具体地，图15是光电二极管250、透射液晶元件158、放大器电路281和液晶元件的驱动器电路285的截面图。放大器电路281和液晶元件的驱动器电路285包括薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体。注意，放大器电路281和液晶元件的驱动器电路285包括结构与实施例4中描述的结构相同的薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体。此外，光电二极管250是结构与实施例1中描述的结构相同的pin光电二极管。
在本实施例中给出作为示例的薄膜晶体管具有与实施例4中的薄膜晶体管相同的结构。直到第一层间绝缘膜109的形成的步骤与实施例5中描述的步骤类似。这里，第二层间绝缘膜121还用作滤色器。
液晶元件158的像素电极层139和pin光电二极管250的下电极层129在第二层间绝缘膜121上由光透射导电膜形成。作为光透射导电膜材料，可以使用氧化铟锡合金(In2O3-SnO2，简写为ITO)、包含硅或氧化硅的氧化铟锡、氧化铟锌、氧化锌等。液晶元件158包括像素电极层139、对准膜261、包含液晶的层、对准膜276和对电极层275。
此外，如实施例1那样，在下电极层129上形成pin光电二极管250。这里，pin光电二极管被给出作为示例，其中堆叠p型无定形硅层、具有高电阻的无定形硅层和n型无定形硅层，分别作为第一半导体层250a、第二半导体层250b和第三半导体层250c。此外，由于光电效应生成的空穴的迁移率低于电子的迁移率，因此当p型半导体层侧上的平面用作光接收面时pin光电二极管具有较好的特性。这里，主要描述如下结构，其中在光透射基板的一个表面上形成的区域传感器检测自相反表面进入光透射基板并且通过该基板的光。此外，接近导电类型与光接收面上的半导体层的导电类型相反的半导体层的光是干扰光；因此，具有相反导电类型的半导体层上的电极层优选由光阻挡导电膜形成。注意，n型半导体层侧上的表面可替代地用作光接收面。
在本实施例中，在设有区域传感器的显示装置的显示表面上，设置光导板290和诸如LED的光源291。自末端部分进入光导板的光通过空气和光导板之间的界面处的重复的全反射在光导板中传播。当诸如手指的物体292触摸光导板的表面时，光在该部分处不规则地反射并且泄漏到区域传感器侧。区域传感器接收散射光，并且接触部分的位置信息和物体的表面特征可被输出作为电信号。
因此，可以获得设有区域传感器的显示装置，其包括作为光电转换元件的pin光电二极管、作为显示元件的透射液晶元件、放大器电路和该显示元件的开关电路。该放大器电路和该显示元件的开关电路包括薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体。该设有区域传感器的显示装置能够将图像信息转换为电信号并且输出该电信号。
该放大器电路和该显示元件的驱动器电路包括具有高的场效应迁移率和小的特性变化的薄膜晶体管，并且因此具有小的特性变化并且占用小的面积，其中该薄膜晶体管包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体。其中该放大器电路、光电二极管、显示元件的驱动器电路和显示元件被以矩阵布置的设有区域传感器的显示装置不仅能够高度可再现地将光电二极管接收的光的强度分布转换为电信号并且输出该电信号，还能够用作具有较少故障的光学触摸屏幕。此外，该设有区域传感器的显示装置可以用作能够显示图像而没有不均匀的显示装置。此外，由于包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体的薄膜晶体管可以容易地布置在大的基板上，因此可以提供大的设有区域传感器的显示装置。
(实施例7)
根据本发明的设有区域传感器的显示装置可以应用于电子纸(electronic paper)。电子纸可用于显示信息的多种领域的任何电子器具。例如，电子纸可用于电子书阅读器(e-book reader)、数字记事本等。图16中示出了该电子器具的示例。
图16示出了电子书阅读器2700的示例。例如，电子书阅读器2700包括两个壳体2701和2703。壳体2701和2703与铰链2711组合，由此电子书阅读器2700可以沿铰链2711打开和闭合。通过该结构，可以如同纸质书那般操纵电子书阅读器2700。
显示部分2705并入壳体2701中，而显示部分2707并入壳体2703。显示部分2705和显示部分2707可以显示一个图像，或者可以显示不同图像。在显示部分2705和显示部分2707上显示不同图像的结构中，例如，右显示部分(图16中的显示部分2705)可以显示文本并且左显示部分(图16中的显示部分2707)可以显示图像。
图16示出了壳体2701设有操作部分等的示例。例如，壳体2701设有电源开关2721、操作键2723、扬声器2725等。通过操作键2723可以翻页。注意，在与壳体的显示部分相同的平面上可以设置键盘、指示装置等。此外，壳体的后表面或侧表面可以设有外部连接端子(耳机端子、USB端子、可以与诸如AC适配器或USB线缆的多种线缆连接的端子等)或存储介质插入部分等。此外，电子书阅读器2700可以具有电子词典的功能。
此外，电子书阅读器2700可以无线发送和接收信息。可以无线地购买或者从电子书服务器下载期望的书数据。
具有设有区域传感器的显示装置的电子书阅读器不仅能够高质量地显示图像而没有不均匀，而且能够使用区域传感器作注释。可以通过用手指或者在其尖端上具有光源的诸如笔或针的指示器触摸设有区域传感器的显示装置，来通过手写输入数据。
(实施例8)
根据本发明的半导体装置可以应用于多种电子器具(包括游戏机)。电子器具的示例是电视机(也被称为电视或电视接收机)、计算机等的监视器、诸如数字照相机或数字视频照相机的照相机、数字相框、蜂窝电话(也被称为移动电话或移动电话机)、便携式游戏控制台、便携式信息终端、音频回放装置、诸如弹球盘机的大尺寸游戏机等。
图17A示出了电视装置9600的示例。显示部分9603并入电视装置9600的壳体9601中。显示部分9603可以显示图像。这里，壳体9601由支架9605支撑。
通过壳体9601或分立的遥控器9610的操作开关可以操作电视装置9600。通过遥控器9610的操作键9609可以控制频道和音量，并且可以控制显示部分9603上显示的图像。此外，遥控器9610可以具有显示部分9607，自遥控器9610发出的信息显示在该显示部分9607上。
注意，电视装置9600设有接收机、调制解调器等。通过接收机可以接收通常的电视广播。此外，当显示装置经由调制解调器有线或无线地连接到通信网络时，可以执行单向(从发送器到接收机)或双向(例如，发送器和接收机之间或者接收机之间)信息通信。
具有设有区域传感器的显示装置的电视装置不仅能够高质量地显示图像而没有不均匀，而且能够使用区域传感器用于双向通信。通过安装在遥控器上的激光指示器等指向设有区域传感器的显示装置并且选择所显示的图像，可以从远处输入数据。
图17B示出了数字相框9700的示例。例如，显示部分9703并入数字相框9700的壳体9701中。显示部分9703可以显示多种图像。例如，显示部分9703显示通过数字照相机等获取的图像数据，由此数字相框可以通过与通常的画框相同的方式发挥作用。
注意，数字相框9700设有操作部分、外部连接端子(诸如USB端子或者可以连接到包括USB线缆的多种线缆的端子)、存储介质插入部分等。它们可以并入在与显示部分相同的平面上；然而，它们优选设置在显示部分的侧表面或后表面上以改进设计。例如，包括通过数字照相机获取的图像数据的存储器被插入到数字相框的存储介质插入部分中，并且图像数据被导入。然后，导入的图像数据可以显示在显示部分9703上。
数字相框9700可以无线地发送和接收信息。经由无线通信，可以无线地将期望的图像数据导入到数字相框9700中并且显示该图像。
具有设有区域传感器的显示装置的数字相框能够高质量地显示图像而没有不均匀。此外，可以使用区域传感器选择所显示图像的一部分。例如，可以通过激光指示器等圈住设有区域传感器的显示装置上显示的图像的一部分，来选择该图像部分，由此所选择的图像部分可被放大或剪掉。通过该方式，可以多样地控制和处理图像。
图18A示出了包括壳体9881和壳体9891的便携式游戏控制台，壳体9881和壳体9891通过连接器9893连结以便于打开和闭合。显示部分9882和显示部分9883分别并入在壳体9881和壳体9891中。图18A中示出的便携式游戏控制台另外包括扬声器部分9884、存储介质插入部分9886、LED灯9890、输入装置(操作键9885、连接端子9887、传感器9888(具有测量力、位移、位置、速度、加速度、角速度、旋转频率、距离、光、流体、磁、温度、化学物质、声音、时间、硬度、电场、电流、电压、电功率、辐射、流速、湿度、倾度(gradient)、振动、气味或红外线的功能)和麦克风9889)等。不言而喻，该便携式游戏控制台的结构不限于上文所述的，并且可以是其中至少设有根据本发明实施例的半导体装置的任何结构。此外，可以适当地设置另一附件。图18A中示出的便携式游戏控制台具有读取存储介质中存储的程序或数据以将其显示在显示部分上的功能，以及经由无线通信与另一便携式游戏控制台共享信息的功能。图18A的便携式游戏控制台可以具有不同于上文功能的多种功能。
图18B示出了老虎机(slot machine)9900的示例，老虎机9900是大型游戏机。显示部分9903并入老虎机9900的壳体9901中。老虎机9900另外包括操作装置，诸如启动杆或停止开关、投币槽、扬声器等。不言而喻，老虎机9900的结构不限于上文所述的，并且可以是其中至少设有根据本发明实施例的半导体装置的任何结构。此外，可以适当地设置另一附件。
图19示出了蜂窝电话1000的示例。蜂窝电话1000包括其中并入了显示部分1002的壳体1001，此外包括操作按钮1003、外部连接端口1004、扬声器1005、麦克风1006等。
可以通过用手指等触摸显示部分1002来将信息输入到图19中示出的蜂窝电话1000。此外，可以通过用手指等触摸显示部分1002执行呼叫或文本消息传递。
主要存在显示部分1002的三种屏幕模式。第一模式是主要用于显示图像的显示模式。第二模式是主要用于输入诸如文本的信息的输入模式。第三模式是混合显示模式和输入模式这两种模式的显示和输入模式。
例如，在呼叫或文本消息传递的情况中，显示部分1002被设定为主要用于输入文本的文本输入模式，并且可以在屏幕上执行文本输入操作。在该情况中，优选在显示部分1002的几乎整个屏幕上显示键盘或数字按钮。
当在蜂窝电话1000内部设置了包括用于检测倾斜的传感器(诸如陀螺仪或加速度传感器)的检测装置时，可以通过判断蜂窝电话1000的方向(蜂窝电话1000被水平安置还是被垂直安置以用于横向模式(landscape mode)还是用于纵向模式(portrait mode))，来自动地切换显示部分1002的屏幕上的显示。
此外，通过触摸显示部分1002或者操作壳体1001的操作按钮1003切换屏幕模式。替代地，可以依赖显示部分1002上显示的图像种类切换屏幕模式。例如，当显示在显示部分上的图像的信号是运动图像的数据时，屏幕模式被切换到显示模式。当该信号是文本数据时，屏幕模式被切换到输入模式。
此外，在输入模式中，由显示部分1002中的光学传感器检测信号，并且如果在特定周期中未执行通过触摸显示部分1002的输入，则可以控制屏幕模式以便于从输入模式切换到显示模式。
显示部分1002还可以用作图像传感器。例如，通过手掌或手指触摸显示部分1002获取掌纹或指纹等等的图像，由此可以执行个人认证。此外，当显示部分中设置发射近红外光的背光或传感光源时，可以获取手指血脉、手掌血脉等等的图像。此外，通过使用显示部分1002中的至少一个光传感器，可以依赖使用蜂窝电话的场所的亮度调节蜂窝电话的显示屏幕的亮度。
本申请基于在2008年11月28日向日本专利局提交的日本专利申请Serial No.2008-303487，其整体内容在此处并入作为参考。
Claims (14)
1.一种光传感器包括：
光电转换元件，其包括光电转换层，所述光电转换层包括硅；和
放大器电路，其包括薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体。
2.一种光传感器包括：
光电转换元件，其包括光电转换层，所述光电转换层包括：
第一半导体层，其包括具有一种导电类型的杂质元素；
第二半导体层，其与所述第一半导体层接触；和
第三半导体层，其与所述第二半导体层接触，其中所述第三半导体层包括导电类型与所述第一半导体层的导电类型相反的杂质元素；和
放大器电路，其至少包括选择薄膜晶体管、放大薄膜晶体管和复位薄膜晶体管，
其中所述选择薄膜晶体管、所述放大薄膜晶体管和所述复位薄膜晶体管每一均包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体，
其中所述复位薄膜晶体管的栅极电极可电气连接到复位栅极信号线，
其中所述复位薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的一个可电气连接到传感器电源线，
其中所述复位薄膜晶体管的所述源极电极和所述漏极电极中的另一个可电气连接到所述放大薄膜晶体管的栅极电极以及所述光电转换元件的阳极和阴极之一，
其中所述放大薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的一个可电气连接到所述传感器电源线，
其中所述选择薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的一个可电气连接到传感器输出布线，
其中所述选择薄膜晶体管的所述源极电极和所述漏极电极中的另一个可电气连接到所述放大薄膜晶体管的所述源极电极和所述漏极电极中的另一个，并且
其中所述选择薄膜晶体管的栅极电极可电气连接到传感器栅极信号线。
3.如权利要求2所述的光传感器，
其中所述复位薄膜晶体管和所述选择薄膜晶体管根据输入到所述复位栅极信号线和所述传感器栅极信号线的信号导通或截止。
4.一种区域传感器包括：
多个像素，所述多个像素中的每个像素包括：
光电转换元件，其包括光电转换层，所述光电转换层包括硅；和
放大器电路，其包括薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体。
5.一种区域传感器包括：
多个像素，所述多个像素中的每个像素包括：
光电转换元件，其包括光电转换层，所述光电转换层包括：
第一半导体层，其包括具有一种导电类型的杂质元素；
第二半导体层，其与所述第一半导体层接触；和
第三半导体层，其与所述第二半导体层接触，其中所述第三半导体层包括导电类型与所述第一半导体层的导电类型相反的杂质元素；和
放大器电路，其至少包括选择薄膜晶体管、放大薄膜晶体管和复位薄膜晶体管，
其中所述选择薄膜晶体管、放大薄膜晶体管和复位薄膜晶体管每一均包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体，
其中所述复位薄膜晶体管的栅极电极可电气连接到复位栅极信号线，
其中所述复位薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的一个可电气连接到传感器电源线，
其中所述复位薄膜晶体管的所述源极电极和所述漏极电极中的另一个可电气连接到所述放大薄膜晶体管的栅极电极以及所述光电转换元件的阳极和阴极之一，
其中所述放大薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的一个可电气连接到所述传感器电源线，
其中所述选择薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的一个可电气连接到传感器输出布线，
其中所述选择薄膜晶体管的所述源极电极和所述漏极电极中的另一个可电气连接到所述放大薄膜晶体管的所述源极电极和所述漏极电极中的另一个，并且
其中所述选择薄膜晶体管的栅极电极可电气连接到传感器栅极信号线。
6.如权利要求5所述的区域传感器，
其中所述复位薄膜晶体管和所述选择薄膜晶体管根据输入到所述复位栅极信号线和所述传感器栅极信号线的信号导通或截止。
7.一种显示装置包括：
多个像素，所述多个像素中的每个像素包括：
光电转换元件，其包括光电转换层，所述光电转换层包括硅；
放大器电路；
显示元件；和
所述显示元件的驱动器电路，
其中所述放大器电路和所述驱动器电路每一均包括薄膜晶体管，并且
所述薄膜晶体管包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体。
8.如权利要求7所述的显示装置，
其中所述显示元件包括阳极、阴极以及在所述阳极和所述阴极之间的包含发光物质的层。
9.如权利要求7所述的显示装置，
进一步包括像素电极、对电极、以及在所述像素电极和所述对电极之间的包含液晶的层。
10.一种用于通过激光指示器操作如权利要求7所述的显示装置的方法。
11.一种显示装置包括：
多个像素，所述多个像素中的每个像素包括：
光电转换元件，其包括光电转换层，所述光电转换层包括：
第一半导体层，其包括具有一种导电类型的杂质元素；
第二半导体层，其与所述第一半导体层接触；和
第三半导体层，其与所述第二半导体层接触，其中所述第三半导体层包括导电类型与所述第一半导体层的导电类型相反的杂质元素；
放大器电路，其至少包括选择薄膜晶体管、放大薄膜晶体管和复位薄膜晶体管，
其中所述选择薄膜晶体管、放大薄膜晶体管和复位薄膜晶体管每一均包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体，
其中所述复位薄膜晶体管的栅极电极可电气连接到复位栅极信号线，
其中所述复位薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的一个可电气连接到传感器电源线，
其中所述复位薄膜晶体管的所述源极电极和所述漏极电极中的另一个可电气连接到所述放大薄膜晶体管的栅极电极以及所述光电转换元件的阳极和阴极之一，
其中所述放大薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的一个可电气连接到所述传感器电源线，
其中所述选择薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的一个可电气连接到传感器输出布线，
其中所述选择薄膜晶体管的所述源极电极和所述漏极电极中的另一个可电气连接到所述放大薄膜晶体管的所述源极电极和所述漏极电极中的另一个，并且
其中所述选择薄膜晶体管的栅极电极可电气连接到传感器栅极信号线，
显示元件；和
所述显示元件的驱动器电路，其至少包括开关薄膜晶体管，所述开关薄膜晶体管包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体，
其中所述开关薄膜晶体管的栅极电极可电气连接到栅极信号线，并且
其中所述开关薄膜晶体管的源极电极和漏极电极中的一个可电气连接到源极信号线。
12.如权利要求11所述的显示装置，
其中所述显示元件包括阳极、阴极以及在所述阳极和所述阴极之间的包含发光物质的层。
13.如权利要求11所述的显示装置，
进一步包括像素电极、对电极以及在所述像素电极和所述对电极之间的包含液晶的层。
14.一种用于通过激光指示器操作如权利要求11所述的显示装置的方法。
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