CN102790069B - 一种传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种传感器及其制造方法，所述传感器包括：衬底基板、呈交叉排列的一组栅线和一组数据线、由所述一组栅线和一组数据线所界定的多个呈阵列状排布的感测单元，每个感测单元包括光电二极管传感器件和薄膜晶体管器件，其中，所述光电二极管传感器件包括：位于衬底基板之上的偏压线；位于偏压线之上、与偏压线导电接触的透明电极；位于透明电极之上的光电二极管；以及，位于光电二极管之上的接收电极；所述薄膜晶体管器件位于光电二极管之上。传感器在工作时，光线经过衬底基板直接透射在光电二极管传感器件上，对比于现有技术，大大减少了光损失，提高了光的吸收利用率。
Description
技术领域
本发明涉及影像检测技术，特别是涉及一种传感器及其制造方法。
背景技术
随着人们自我保健意识的逐渐增强，各种无损伤医疗检测方法受到人们的青睐。在诸多的无损伤检测方法中，计算机断层扫描技术已经被广泛的应用到我们的现实生活中。在计算机断层扫描设备的组成中，必不可缺的一个部分就是传感器。
传感器的基本结构如图l所示，该传感器12的每个感测单元包括一个光电二极管13和一个场效应晶体管(Field Effect Transistor，FET)14，场效应晶体管14的栅极与传感器12的扫描线(Gate Line)15连接，场效应晶体管14的源极与传感器12的数据线(Data Line)16连接，光电二极管13与场效应晶体管14的漏极连接；数据线16的一端通过连接引脚17连接数据读出电路18。
传感器的工作原理为：传感器12通过扫描线15施加驱动扫描信号来控制场效应晶体管14的开关状态。当场效应晶体管14被打开时，光电二极管13产生的光电流信号依次通过与场效应晶体管14连接的数据线16、数据读出电路18而输出，通过控制扫描线15与数据线16上的信号时序来实现光电流信号的采集功能，即通过控制场效应管14的开关状态来实现对光电二极管13产生的光电流信号采集的控制作用。
目前，传感器通常采用薄膜晶体管（Thin Film Transistor，TFT）平板结构，这种传感器在断面上分为多层，例如：在一个感测单元内包括：基板、栅极层、栅极绝缘层、有源层、源极与漏极层、钝化层、PIN光电传感器的PIN结和透明电极窗口层，以及偏压线层和挡光条层等。当然，不同传感器由于具体结构的差异，在断面上的具体图层也不尽相同。
现有传感器的结构中，光线需要经过两层钝化层达到PIN光电二极管，由于钝化层较厚，光损失较为严重，光的吸收利用率较低，能耗较高，成像品质无法进一步提升。
发明内容
本发明的目的是提供一种传感器及其制造方法，用以解决现有传感器的光损失较为严重，光的吸收利用率较低，能耗较高，成像品质无法进一步提升的技术问题。
本发明传感器，包括：衬底基板、呈交叉排列的一组栅线和一组数据线、由所述一组栅线和一组数据线所界定的多个呈阵列状排布的感测单元，每个感测单元包括光电二极管传感器件和薄膜晶体管器件，其中，
所述光电二极管传感器件包括：位于衬底基板之上的偏压线；位于偏压线之上、与偏压线导电接触的透明电极；位于透明电极之上的光电二极管；以及，位于光电二极管之上的接收电极；
所述薄膜晶体管器件包括：位于光电二极管之上并与接收电极连接的源极、位于光电二极管之上并与相邻的数据线连接的漏极，所述源极和漏极相对而置形成沟道；位于源极和漏极之上的欧姆层；位于欧姆层和沟道之上的有源层；位于有源层之上并覆盖基板的第一钝化层；以及，位于第一钝化层之上，沟道上方的栅极，所述栅极与相邻的栅线连接。
本发明传感器的制造方法，包括：
在衬底基板上通过一次构图工艺形成偏压线的图形；
通过一次构图工艺形成位于偏压线之上、与偏压线导电接触的透明电极的图形，以及位于透明电极之上的光电二极管的图形；
通过一次构图工艺在光电二极管之上形成接收电极的图形、与接收电极连接的源极的图形、与源极相对而置形成沟道的漏极的图形；以及，与漏极连接的数据线的图形和位于源极和漏极之上的欧姆层的图形；
通过一次构图工艺形成位于欧姆层和沟道之上的有源层的图形；
形成覆盖基板的第一钝化层，并通过一次构图工艺形成栅线的图形和与栅线连接的栅极的图形。
在本发明传感器中，偏压线制备于衬底基板的第一层，传感器在工作时，光线从衬底基板一侧入射，这样光线经过衬底基板直接透射在光电二极管传感器件上，对比于现有技术，大大减少了光损失，提高了光的吸收利用率，成像品质得到提升，能耗也有所降低。
附图说明
图1为现有传感器的立体结构示意图；
图2a为本发明传感器一实施例的一个感测单元的俯视结构示意图（经六次构图工艺）；
图2b为本发明传感器一实施例的一个感测单元的截面结构示意图（经六次构图工艺）；
图3为本发明传感器的制造方法一实施例的流程示意图；
图4a为本发明制造方法实施例在第一次构图工艺后的俯视图；
图4b为本发明制造方法实施例在第一次构图工艺后的截面视图；
图5a为本发明制造方法实施例在第二次构图工艺后的俯视图；
图5b为本发明制造方法实施例在第二次构图工艺后的截面视图；
图6a为本发明制造方法实施例在第三次构图工艺后的俯视图；
图6b为本发明制造方法实施例在第三次构图工艺后的截面视图；
图7a为本发明制造方法实施例在第四次构图工艺后的俯视图；
图7b为本发明制造方法实施例在第四次构图工艺后的截面视图。
附图标记：
12-传感器 13-光电二极管（现有技术） 14-场效应晶体管
15-扫描线 16-数据线（现有技术） 17-连接引脚
18-数据读出电路 30-栅线 31-数据线
32-衬底基板 33-源极 34-漏极
35-欧姆层 36-有源层 42-偏压线
38-栅极 39-接收电极 40-光电二极管
41-透明电极 57-第二钝化层 43-第一钝化层
34a-第一部分 34b-第二部分
具体实施方式
为了解决现有传感器的光线损失较为严重，光的吸收利用率较低，能耗较高，成像品质无法进一步提升的技术问题，本发明提供了一种传感器及其制造方法。
在本发明以下实施例中，所述传感器包含多种类型，例如X射线传感器等。如图2a和图2b所示，本发明传感器，包括：衬底基板32、呈交叉排列的一组栅线30和一组数据线31、由所述一组栅线30和一组数据线31所界定的多个呈阵列状排布的感测单元，每个感测单元包括薄膜晶体管器件和光电二极管传感器件，其中，
所述光电二极管传感器件包括：位于衬底基板32之上的偏压线42；位于偏压线42之上、与偏压线42导电接触的透明电极41；位于透明电极41之上的光电二极管40；以及，位于光电二极管40之上的接收电极39；
所述薄膜晶体管器件包括：位于光电二极管40之上并与接收电极39连接的源极33、位于光电二极管40之上并与相邻的数据线31连接的漏极34，所述源极33和漏极34相对而置形成沟道；位于源极33和漏极34之上的欧姆层35；位于欧姆层35和沟道之上的有源层36；位于有源层36之上并覆盖基板的第一钝化层43；以及，位于第一钝化层43之上，沟道上方的栅极38，所述栅极38与相邻的栅线30连接。
本发明中，所述衬底基板32可以为玻璃基板、塑料基板或其他材料的基板；所述栅线30、栅极38、数据线31、源极33、漏极34、接收电极39和偏压线42的材质可以为铝钕合金（AlNd）、铝（Al）、铜（Cu）、钼（Mo）、钼钨合金（MoW）或铬（Cr）的单层膜，也可以为这些金属材料任意组合所构成的复合膜，厚度通常在150纳米至450纳米之间；欧姆层35的材质可以为掺杂质半导体（n+a-Si）；有源层36的材质可以为非晶硅（a-Si），厚度在30纳米至250纳米之间；第一钝化层43（以及下文的第二钝化层57）可以采用无机绝缘膜，例如氮化硅等，或有机绝缘膜，例如感光树脂材料或者非感光树脂材料等，厚度通常在1000纳米至2000纳米之间；透明电极41的材质可以为氧化铟锡等。
所述光电二极管40优选为PIN（positive，intrinsic，negative，简称PIN）型光电二极管。PIN型光电二极管具有结电容小、渡越时间短、灵敏度高等优点。在本发明的其它实施例中，光电二极管40还可以采用MIS（metal，insulative，semiconductor，金属-绝缘体-半导体，简称MIS）型光电二极管等。
所述传感器，还包括：位于栅极38之上并覆盖基板的第二钝化层57，所述第二钝化层57具有信号引导区过孔。图2b为一个感测单元的截面结构，因此位于基板周边的信号引导区过孔未在图中示出。
该实施例中，偏压线42平行于数据线31设置。此外，偏压线也可以采取其它的设置方式，例如平行于栅线等。
如图2b所示，所述漏极34包括第一部分34a和第二部分34b，所述光电二极管40包括未破坏区域和破坏区域，所述未破坏区域的厚度大于破坏区域的厚度，所述未破坏区域与第一部分34a、源极33和接收电极39位置对应，所述破坏区域与第二部分34b位置对应。该结构不但减少了源极和漏极在制造工艺过程中由于厚度差距而产生的端差，降低了相关缺陷的产生比率，而且，由于光电二极管破坏区域的存在，源极和漏极的信号导通受干扰较小，可有效减少薄膜晶体管器件受到的串扰。
该优选实施例中，所述源极33、漏极34、数据线31和接收电极39的材质相同，源极33、漏极34、数据线31和接收电极39可在同一次构图工艺中形成，提高了生产效率并减少了制造成本。
在本发明传感器中，偏压线制备于衬底基板的第一层，传感器在工作时，光线从衬底基板一侧入射，这样光线经过衬底基板直接透射在光电二极管传感器件上，对比于现有技术，大大减少了光损失，提高了光的吸收利用率，成像品质得到提升，能耗也有所降低。
如图3所示，本发明传感器的制造方法，包括：
步骤101、在衬底基板32上通过一次构图工艺形成偏压线42的图形；第一次构图工艺后的基板结构请参照图4a和图4b所示。
一次构图工艺通常包括基板清洗、成膜、光刻胶涂覆、曝光、显影、刻蚀、光刻胶剥离等工序；对于金属层通常采用物理气相沉积方式（例如磁控溅射法）成膜，通过湿法刻蚀形成图形，而对于非金属层通常采用化学气相沉积方式成膜，通过干法刻蚀形成图形，以下步骤道理相同，不再赘述。
步骤102、通过一次构图工艺形成位于偏压线42之上、与偏压线42导电接触的透明电极41的图形，以及位于透明电极41之上的光电二极管40的图形。该步骤可具体包括：
依次沉积透明电极金属和光电二极管层，并在光电二极管层之上涂覆光刻胶；
采用具有全透光区、半透光区和不透光区的掩模板对基板进行曝光，其中，不透光区对应形成接收电极39、源极33和漏极34的第一部分34a的区域，半透光区对应形成漏极34的第二部分34b的区域；该步骤所采用的掩模板可以具体为灰色调掩模板或者半色调掩模板等；
对基板的完全曝光区进行显影、刻蚀；
对基板的半曝光区进行灰化、刻蚀和光刻胶剥离，形成透明电极41的图形和光电二极管40的图形。
该具体实施例可减少步骤103中源极和漏极由于厚度差距而产生的端差，降低了相关缺陷的产生比率。第二次构图工艺后的基板结构请参照图5a和图5b所示。
步骤103、通过一次构图工艺在光电二极管40之上形成接收电极39的图形、与接收电极39连接的源极33的图形、与源极33相对而置形成沟道的漏极34的图形；以及，与漏极34连接的数据线31的图形和位于源极33和漏极34之上的欧姆层35的图形；所述源极33、漏极34、数据线31和接收电极39可以采用相同的材质，这样可经一次沉积、刻蚀形成，生产工艺简单、生产效率较高。第三次构图工艺后的基板结构请参照图6a和图6b所示。
步骤104、通过一次构图工艺形成位于欧姆层35和沟道之上的有源层36的图形；第四次构图工艺后的基板结构请参照图7a和图7b所示。
步骤105、形成覆盖基板的第一钝化层43，并通过一次构图工艺形成栅线30的图形和与栅线30连接的栅极38的图形。
此外，在步骤105之后，还进一步包括：
步骤106、通过一次构图工艺形成覆盖基板的第二钝化层57的图形，所述第二钝化层57具有信号引导区过孔（位于基板周边，因此图中未示出）；基板经六次构图工艺后形成图2a和图2b所示的结构。
可见，本发明传感器的制造方法在一实施例中，可共采用六次构图工艺，对比于现有技术，不但减少了掩模板的使用数量，降低了制造成本，简化了生产工艺，大大提升了设备产能及产品的良品率，并且，由于所制造的传感器在工作时，光线经过衬底基板直接透射在光电二极管传感器件上，对比于现有技术，大大减少了光损失，提高了光的吸收利用率，成像品质得到提升，能耗也有所降低。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种传感器，其特征在于，包括：衬底基板、呈交叉排列的一组栅线和一组数据线、由所述一组栅线和一组数据线所界定的多个呈阵列状排布的感测单元，每个感测单元包括光电二极管传感器件和薄膜晶体管器件，其中，
所述光电二极管传感器件包括：位于衬底基板之上的偏压线；位于偏压线之上、与偏压线导电接触的透明电极；位于透明电极之上的光电二极管；以及，位于光电二极管之上的接收电极；
所述薄膜晶体管器件包括：位于光电二极管之上并与接收电极连接的源极、位于光电二极管之上并与相邻的数据线连接的漏极，所述源极和漏极相对而置形成沟道；位于源极和漏极之上的欧姆层；位于欧姆层和沟道之上的有源层；位于有源层之上并覆盖基板的第一钝化层；以及，位于第一钝化层之上，沟道上方的栅极，所述栅极与相邻的栅线连接。
2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，还包括：位于栅极之上并覆盖基板的第二钝化层，所述第二钝化层具有信号引导区过孔。
3.如权利要求1或2所述的传感器，其特征在于，所述漏极包括第一部分和第二部分，所述光电二极管包括未破坏区域和破坏区域，所述未破坏区域的厚度大于破坏区域的厚度，所述未破坏区域与所述漏极的第一部分、源极和接收电极位置对应，所述破坏区域与所述漏极的第二部分位置对应。
4.如权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述偏压线平行于数据线设置。
5.如权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述光电二极管为PIN型光电二极管。
6.如权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述源极、漏极、数据线和接收电极的材质相同。
7.一种传感器的制造方法，其特征在于，包括：
在衬底基板上通过一次构图工艺形成偏压线的图形；
通过一次构图工艺形成位于偏压线之上、与偏压线导电接触的透明电极的图形，以及位于透明电极之上的光电二极管的图形；
通过一次构图工艺在光电二极管之上形成接收电极的图形、与接收电极连接的源极的图形、与源极相对而置形成沟道的漏极的图形；以及，与漏极连接的数据线的图形和位于源极和漏极之上的欧姆层的图形；
通过一次构图工艺形成位于欧姆层和沟道之上的有源层的图形；
形成覆盖基板的第一钝化层，并通过一次构图工艺形成栅线的图形和与栅线连接的栅极的图形。
8.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，在形成栅线的图形和栅极的图形之后，进一步包括：
通过一次构图工艺形成覆盖基板的第二钝化层的图形，所述第二钝化层具有信号引导区过孔。
9.如权利要求7或8所述的制造方法，其特征在于，所述通过一次构图工艺形成透明电极的图形和光电二极管的图形，具体包括：
依次沉积透明电极金属和光电二极管层，并在光电二极管层之上涂覆光刻胶；
采用具有全透光区、半透光区和不透光区的掩模板对基板进行曝光，其中，不透光区对应形成接收电极、源极和漏极的第一部分的区域，半透光区对应形成漏极的第二部分的区域；
对基板的完全曝光区进行显影、刻蚀；
对基板的半曝光区进行灰化、刻蚀和光刻胶剥离，形成透明电极的图形和光电二极管的图形。
10.如权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述源极、漏极、数据线和接收电极的材质相同。
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