CN103151417A - 光感测元件及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光感测元件，包含金属导电层、界面介电层、富硅介电层以及透明导电层。界面介电层形成于金属导电层上，富硅介电层形成于界面介电层上，而透明导电层则是形成于富硅介电层上。本发明可以改善其中光电流与光线照度无法呈现线性关系的问题，以增进光感测元件的品质。

Description

光感测元件及其制作方法
本申请是申请号为200810170472.6、申请日为2008年11月06日、发明名称为“光感測元件及其製作方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明是涉及一种光感测元件，且特别涉及一种环境光感测器(AmbientLight Sensor，ALS)。
背景技术
在公知技术中，在TFT-LCD显示面板上制作环境光感测器(AmbientLight Sensor，ALS)时，由于非晶硅(α-Si)或多晶硅(poly-Si)薄膜对可见光(400纳米～700纳米)和近红外光(700纳米～1.1微米)的间波段的光线，具有较强烈的敏感度，因此通常以非晶硅或多晶硅薄膜来作为制作环境光感测器的基本材料，但由于非晶硅或多晶硅薄膜的光灵敏度仍无法满足需求，因此逐渐被新的材料所取代。
新一代光感测器具有更高的光灵敏度，其中以富硅氧化层(Si-richoxide，SiOX，x<2)作为感光材料层为例，当光源对其照射之后，富硅氧化层会受激发而产生电子空穴对，电子空穴对随即受到偏压所产生的电场作用而分离，并因此形成光电流输出。
然而，以低温沉积的薄膜制造工艺技术来沉积富硅氧化层，并借此制作具富硅氧化层的光感测器时，如果以一定照度的光线照射光感测器，接着再测量光感测器所呈现的相对应的光电流，其输出的光电流通常无法与光线的照度呈现线性关系，因此会造成使用上会有很大的误差，而无法精确地加以利用。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明的目的是在提供一种光感测元件，借以改善其中光电流与光线照度无法呈现线性关系的问题。
本发明的另一目的是在提供一种光感测元件的制作方法，以增进光感测元件的品质。
本发明的一目的在于提供一种光感测元件，包含一金属导电层、一界面介电层、一富硅介电层以及一透明导电层。界面介电层形成于金属导电层上，该界面介电层的厚度为10至300埃，富硅介电层形成于界面介电层上，而透明导电层则是形成于富硅介电层上。
本发明的另一目的在于提供一种光感测元件，包含一钛-铝-钛金属层、一界面氧化层、一富硅介电层以及一透明导电层。界面氧化层形成于钛-铝-钛金属层上且该界面氧化层的厚度为10至300埃，富硅介电层形成于界面氧化层上，而透明导电层则是形成于富硅介电层上。
本发明的又一目的在于提供一种光感测元件，包含一导电层、一界面介电层、一富硅介电层以及一透明导电层。界面介电层形成于导电层上且该界面介电层的厚度为10至300埃，富硅介电层形成于界面介电层上，而透明导电层则是形成于富硅介电层上。
本发明的再一目的在于提供一种光感测元件的制作方法，包含：形成一金属导电层；形成一界面介电层于金属导电层上，其中该界面介电层的厚度为10至300埃；形成一富硅介电层于界面介电层上；以及形成一透明导电层于富硅介电层上。
本发明的再一目的在于提供一种光感测元件的制作方法，包含：形成一钛-铝-钛金属层；形成一界面氧化层于钛-铝-钛金属层上，其中该界面氧化层的厚度为10至300埃；形成一富硅介电层于界面氧化层上；以及形成一透明导电层于富硅介电层上。
根据本发明的技术内容，应用上述光感测元件以及光感测元件的制作方法，可使得光感测元件在操作时，其中的光电流与光线照度呈现良好的线性关系，并且使光感测元件可更精准地根据光线的照度产生相对应的光电流。
附图说明
图1依照本发明的实施例示出一种光感测元件的剖面示意图。
图2A至图2E依照本发明的实施例示出一种制作如图1所示的光感测元件的流程图。
图3依照示出一种具上述界面介电层的环境光感测器，其经测量而得的光电流与光强度的相应对照图。
图4依照本发明的实施例示出一种像素结构与光感测元件整合的结构的剖面示意图；
并且，上述附图中的附图标记说明如下：
100、420：光感测元件
102：基板
104、404：金属导电层
106、406：界面介电层
108、408：富硅介电层
110、410：透明导电层
430：像素结构
具体实施方式
图1依照本发明的实施例示出一种光感测元件的剖面示意图。如图1所示，光感测元件100(如:环境光感测器，ALS)其局部放大的部分包括一基板102、一金属导电层(或导电层)104、一界面介电层106、一富硅介电层108以及一透明导电层110。其中，金属导电层104形成于基板102上，界面介电层106形成于金属导电层104上，富硅介电层108形成于界面介电层106上，而透明导电层110则是形成于富硅介电层108上。光感测元件100中的金属导电层104、界面介电层106、富硅介电层108以及透明导电层110，可依照需求设计成所需的形状。其中，金属导电层104、透明导电层110电性连接至外部电路，当光照射穿过透明导电层110至富硅介电层108时，即产生光电流输出至外部电路。在另一实施例中，金属导电层104也可由另一透明导电层替代。
图2A至2E依照本发明的实施例示出一种制作如图1所示的光感测元件的流程图。首先，在基板102上形成金属导电层104(如图2A所示)，其中金属导电层104可包括钛-铝-钛(Ti)金属层。接着，在金属导电层104上形成一层界面介电层106，此界面介电层106的材料可选自氧化物、氮化物、氮氧化物及其组合所组成的群组。界面介电层106的厚度大约介于10至300埃之间。在另一实施例中，所形成的界面介电层106的厚度优选是介于20至200埃之间。在又一实施例中，所形成的界面介电层106的厚度最好是介于约30至150埃之间。界面介电层106可由各种不同制造工艺形成，例如可借由一等离子体气体对金属导电层104进行一等离子体表面改质处理工艺(如图2B所示)，使得等离子体中的离子或电子对金属导电层104的表面轰击，并借由能量上的转移致使金属导电层104的表面分子结构键断裂，而与等离子体中产生的自由基重新键结，形成一层界面介电层106(如图2C所示)。以金属导电层104的表面为钛金属薄膜为例，当使用氧等离子体气体对钛金属薄膜进行等离子体表面改质处理工艺时，氧等离子体中的氧离子会对钛金属薄膜的表面轰击，并借由能量上的转移致使钛金属薄膜的表面分子结构键断裂，而与等离子体中产生的氧离子重新键结，进而形成一层含有钛金属的氧化钛层，作为界面介电层。
此外，上述等离子体气体也可选自氧气、氮气、一氧化二氮及其组合所组成的群组，而相对应形成的界面介电层106的材料可选自氧化物、氮化物、氮氧化物及其组合所组成的群组。在一实施例中，金属导电层104的表面为钛金属薄膜，而所形成的界面介电层106则是选自氧化钛、氮化钛、氮氧化钛及其组合所组成的群组。
在形成界面介电层106之后，再于界面介电层106上形成富硅介电层(Silicon rich dielectric layer)108(如图2D所示)，作为感光材料。其中，富硅表示硅的化学当量(stoichiometry)大于1，富硅介电层108的材料可选自富硅氧化硅(SiOx)、富硅氮化硅(SiNy)、富硅氮氧化硅(SiOxNy)及其组合所组成的群组。其中，0<x<2，0<y<1.67。在另一实施例中，富硅介电层108还可由氢化富硅介电层代替；也即，在形成富硅介电层108时可通入氢气，借以形成氢化富硅介电层，其中氢化富硅介电层的材料可选自氢化富硅氧化硅(SiOxHz)、氢化富硅氮化硅(SiNyHz)、氢化富硅氮氧化硅(SiOxNyHz)及其组合所组成的群组。其中，0<x<2，0<y<1.67，0<z<1。然后，于富硅介电层108上形成透明导电层110(如图2E所示)，其中透明导电层的材料，例如是铟锡氧化物、铟锌氧化物或铝锌氧化物。
图3示出一种具上述界面介电层的环境光感测器，其经测量而得的光电流与光强度的相应对照图。由图可知，未经等离子体表面改质处理制造工艺而制作的环境光感测器，由于其金属导电层与富硅介电层之间并未形成界面介电层，因此其光电流与光强度的关系并未呈线性相关，而是拋物线的关系。相反地，经一氧化二氮或是氧气进行等离子体表面改质处理而制作的环境光感测器，由于其金属导电层与富硅介电层之间具有如上所述的界面介电层，因此其光电流与光强度的关系是呈良好的线性相关。
图4依照本发明的实施例示出一种像素结构与光感测元件整合的结构的剖面示意图。其中，光感测元件420包含如上所述的金属导电层404、界面介电层406、富硅介电层408以及透明导电层410，且在显示面板上，光感测元件420与像素结构430(包含薄膜晶体管与像素电极)的非晶硅(α-Si)薄膜晶体管整合在一起同时制作，以完成环境光感测器的制作，并达到节省制作成本的目的。本发明的光感测元件420除了可以应用在环境光感测器之外，也可应用在其他的光感测设计。
由上述本发明的实施例可知，应用上述光感测元件及其制作方法，可使得光感测元件在操作时，其中的光电流与光强度呈现良好的线性关系，并且使光感测元件可更精准地根据光线的照度产生相对应的光电流。此外，还可增强光感测元件的光电稳定性，使其在长时间的光线照射之下，仍然具有稳定的光电性能。
虽然本发明以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定的范围为准。

Claims (20)

1.一种光感测元件，包含：
一金属导电层，该金属导电层包含钛-铝-钛金属；
一界面介电层，形成于该金属导电层上，该界面介电层的材料选自金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物及其组合所组成的群组，该界面介电层的厚度为10至300埃，其中该界面介电层包含对该金属导电层进行一等离子体表面改质处理工艺而形成；
一富硅介电层，形成于该界面介电层上，用于感测光线而产生光电流，该富硅介电层的材料选自富硅氧化硅、富硅氮化硅、富硅氮氧化硅及其组合所组成的群组，或者选自氢化富硅氧化硅、氢化富硅氮化硅、氢化富硅氮氧化硅及其组合所组成的群组；以及
一透明导电层，形成于该富硅介电层上。
2.如权利要求1所述的光感测元件，其中该透明导电层的材料包含铟锡氧化物、铟锌氧化物或铝锌氧化物。
3.如权利要求1所述的光感测元件，其中该界面介电层选自氧化钛、氮化钛、氮氧化钛及其组合所组成的群组。
4.一种光感测元件，包含：
一钛-铝-钛金属层，至少具有一钛金属；
一界面氧化层，形成于该钛-铝-钛金属层上，该界面氧化层的材料选自该钛金属与所形成的金属氧化物、金属氮氧化物及其组合所组成的群组，该界面氧化层的厚度为10至300埃；
一富硅介电层，形成于该界面氧化层上，用于感测光线而产生光电流，该富硅介电层的材料选自富硅氧化硅、富硅氮化硅、富硅氮氧化硅及其组合所组成的群组，或者选自氢化富硅氧化硅、氢化富硅氮化硅、氢化富硅氮氧化硅及其组合所组成的群组；以及
一透明导电层，形成于该富硅介电层上。
5.如权利要求4所述的光感测元件，其中该界面氧化层包括氧化钛层。
6.如权利要求5所述的光感测元件，其中该氧化钛包括该钛-铝-钛金属层进行一等离子体表面改质处理工艺而形成。
7.一种光感测元件，包含：
一金属导电层，至少具有一金属；
一界面介电层，形成于该导电层上，该界面介电层的材料选自该金属所形成的金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物及其组合所组成的群组，该界面介电层的厚度为10至300埃；
一富硅介电层，形成于该界面介电层上，用于感测光线而产生光电流，该富硅介电层的材料选自富硅氧化硅、富硅氮化硅、富硅氮氧化硅及其组合所组成的群组，或者选自氢化富硅氧化硅、氢化富硅氮化硅、氢化富硅氮氧化硅及其组合所组成的群组；以及
一透明导电层，形成于该富硅介电层上。
8.如权利要求7所述的光感测元件，其中该透明导电层的材料包含铟锡氧化物、铟锌氧化物或铝锌氧化物。
9.如权利要求7所述的光感测元件，其中该金属导电层包含钛-铝-钛金属层。
10.如权利要求7所述的光感测元件，其中该界面介电层包含对该金属导电层进行一等离子体表面改质处理工艺而形成。
11.如权利要求7所述的光感测元件，其中该界面介电层选自氧化钛、氮化钛、氮氧化钛及其组合所组成的群组。
12.一种光感测元件的制作方法，包含：
形成一金属导电层，至少具有一金属；
形成一界面介电层于该金属导电层上，该界面介电层的材料选自该金属所形成的金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物及其组合所组成的群组，该界面介电层的厚度为10至300埃；
形成一富硅介电层于该界面介电层上，用于感测光线而产生光电流，该富硅介电层的材料选自富硅氧化硅、富硅氮化硅、富硅氮氧化硅及其组合所组成的群组，或者选自氢化富硅氧化硅、氢化富硅氮化硅、氢化富硅氮氧化硅及其组合所组成的群组；以及
形成一透明导电层于该富硅介电层上。
13.如权利要求12所述的制作方法，其中形成的该透明导电层的材料包含铟锡氧化物、铟锌氧化物或铝锌氧化物。
14.如权利要求12所述的制作方法，其中形成的该金属导电层包含钛-铝-钛金属层。
15.如权利要求12所述的制作方法，其中形成该界面介电层的步骤所包括的进行一等离子体表面改质处理工艺，使用一等离子体气体与该金属导电层的表面反应而形成该界面介电层。
16.如权利要求15所述的制作方法，其中该等离子体气体选自氧气、氮气、一氧化二氮及其组合所组成的群组。
17.如权利要求16所述的制作方法，其中该界面介电层的材料包括该金属导电层与该等离子体气体反应所形成的金属氧化物、金属氮化物或金属氮氧化物。
18.一种光感测元件的制作方法，包含：
形成一钛-铝-钛金属层，至少具有一钛金属；
形成一界面氧化层于该钛-铝-钛金属层上，该界面氧化层的材料选自该钛金属与所形成的金属氧化物、金属氮氧化物及其组合所组成的群组，该界面氧化层的厚度为10至300埃；
形成一富硅介电层于该界面氧化层上，用于感测光线而产生光电流，该富硅介电层的材料选自富硅氧化硅、富硅氮化硅、富硅氮氧化硅及其组合所组成的群组，或者选自氢化富硅氧化硅、氢化富硅氮化硅、氢化富硅氮氧化硅及其组合所组成的群组；以及
形成一透明导电层于该富硅介电层上。
19.如权利要求18所述的制作方法，其中形成的该界面氧化层的材料包含氧化钛。
20.如权利要求18所述的制作方法，其中形成该界面介电层的步骤所包括的进行一等离子体表面改质处理步骤，使该钛-铝-钛金属层的表面反应而形成该界面氧化层。
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