CN108231808A - 红外图像传感器 - Google Patents

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金基中
刘珍亨
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Abstract

本发明的示例性实施例提供了一种红外图像传感器，包括：传感器像素、波长转换器以及光电传感器部件，传感器像素与布置在衬底表面上的数据引出线和扫描线连接；波长转换器放置在传感器像素中并且布置在红外线的内部移动路径中，包括吸收红外线并将所吸收的红外线转换成可见光线以发射该可见光线的反斯托克斯材料；光电传感器部件放置在传感器像素中以感测通过波长转换器所转换的可见光线。

Description

红外图像传感器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年12月14日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2016-0170559的优先权及益处，其全部内容通过引用合并到本文中。
技术领域
本申请涉及红外图像传感器。
背景技术
图像传感器是通过使用半导体同光起反应的特性来获取图像的设备。近年来，随着计算机工业和通信工业的发展，在诸如数码相机、扫描仪、摄像机、个人通信系统(PCS)、游戏设备、光相机和医疗微型相机之类的各个领域内使用了具有改进的性能的图像传感器。
在涉及使用红外线的图像传感器的韩国专利公开No.10-2016-0036249中，其中所公开的图像传感器包括：背光单元；可见光线转换单元，用于将紫外线转换成可见光线；以及光电传感器部件，用于感测被物体从背光单元反射的可见光线、红外线以及被可见光线转换单元转换的可见光线。
然而，用来吸收红外图像传感器中的红外波段的光线的半导体材料具有小的带隙，因而可能会由热激发的电子生成暗电流。该暗电流充当了图像传感器中的噪声，因而会导致传感器的图像可见性退化。因此，为了尽量减少暗电流的发生，传统的红外图像传感器可以在大约170K或更低的低温下被驱动。
背景技术部分中所公开的以上信息仅用于增强对本发明的背景技术的理解，因而该信息可以包含未构成已经在该国中被本领域内的普通技术人员所已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的示例性实施例可以提供一种用于通过将红外线转换成可见光线以及使用在可见光波段中工作的半导体材料来使暗电流最小化的图像传感器。
本发明的示例性实施例可以提供一种用于改进获取图像的可见性的图像传感器。
本发明的示例性实施例可以提供一种可以在不使用附加的冷却处理的情况下进行操作的图像传感器。
本发明的示例性实施例可以用来实现除上述提及的效果之外其他未详细描述的效果。
本发明的示例性实施例提供了一种红外图像传感器，包括：像素传感器，器与布置在衬底表面上的数据引出线和扫描线连接；波长转换器，其放置在传感器像素中并且布置在红外线的内部移动路径中，包括吸收红外线并将所吸收的红外线转换成可见光线然后发射该可见光线的反斯托克斯材料；以及光电传感器部件，其放置在传感器像素中以感测通过波长转换器转换的可见光线。
在此处，光电传感器部件可以包括：第一电极和第二电极，该第一电极和第二电极分开布置成面对彼此；以及半导体层，该半导体层布置在第一电极和第二电极之间以传输红外线并吸收可见光线。
红外传感器可以进一步包括：薄膜晶体管，其连接到扫描线和数据引出线，以将取决于光电传感器部件的电荷生成的电流信号转移到数据引出线。
第一电极可以通过使薄膜晶体管的源极或漏极延伸而形成。
第二电极可以包括透明材料。
红外图像传感器还可以包括第三电极，其放置在光电传感器部件的第二电极上以通过接触孔与第二电极连接，波长转换器可以放置在与第三电极相同的层上，并且波长转换器与半导体层交叠。
反斯托克斯材料可以包括多个反斯托克斯纳米颗粒，并且反斯托克斯纳米颗粒可以均匀地分散在波长转换器内。
波长转换器可以放置在半导体层中，反斯托克斯材料可以包括多个反斯托克斯纳米颗粒，并且反斯托克斯纳米颗粒可以均匀地分散在半导体层内。
第一电极可以被布置在薄膜晶体管的源极或漏极上，并且第一电极可以通过接触孔与薄膜晶体管的源极或漏极连接。
第一电极和第二电极中的每一个电极都可以包括透明材料。
红外图像传感器还可以包括通过使薄膜晶体管的源极或漏极延伸而形成的反射电极，波长转换器可以放置在反射电极和第一电极之间，并且波长转换器可以与半导体层交叠。
反斯托克斯材料可以包括多个反斯托克斯纳米颗粒，并且反斯托克斯纳米颗粒可以均匀地分散在波长转换器内。
从波长转换器发射的可见光线中的一些光线可以被反射电极反射而被引入到半导体层中。
波长转换器还可以包括下转换材料，其用于吸收紫外线、将所吸收的紫外线转换成可见光线并发射该可见光线。
下转换材料可以包括下转换纳米颗粒，并且下转换纳米颗粒可以均匀地分散在波长转换器内。
半导体层可以包括非晶硅(a-Si)、多晶硅、III-V族半导体材料、II-VI族半导体材料、III-V族三元半导体材料、II-VI族三元半导体材料、铜铟镓硒(CIGS)、有机材料或量子点。
III-V族半导体材料可以包括氮化镓(GaN)和砷化镓(GaAs)中的至少一种，II-VI族半导体材料可以包括硫化镉(CdS)、硫化锌(ZnS)、碲化镉(CdTe)和碲化汞(HgTe)中的至少一种，III-V族三元半导体材料可以包括铟砷化镓(InGaAs)，以及II-VI族三元半导体材料可以包括碲镉汞(HgCdTe)。
红外图像传感器还可以包括背光单元，其放置在衬底的第二表面上以给物体发射红外线，光电传感器部件和波长转换器可以放置在背光单元和物体之间，并且红外线可以被该物体反射以被发射到波长转换器。
薄膜晶体管可以具有共面结构、交错结构、反转共面结构及反转交错结构中的一种结构。
薄膜晶体管的沟道层可以包括低温多晶硅(LTPS)、非晶硅(a-Si)或氧化物。
红外图像传感器还可以包括：扫描线驱动器和引出控制器，扫描线驱动器配置成驱动扫描线，引出控制器配置成通过数据引出线给引出驱动器提供光电传感器部件的电流信号。
根据本发明的示例性实施例，红外图像传感器可以通过将红外线转换成可见光线以及使用在可见光线的波段中工作的半导体材料来使暗电流最小，从而改进图像可见性，并且可以在不使用附加的冷却处理的情况下进行操作。
附图说明
图1A为用于描述根据示例性实施例的红外图像传感器的通用驱动方法的绘图，而图1B示出了图1A的红外图像传感器之一的像素的驱动方法。
图2示意地示出了根据示例性实施例的红外图像传感器的横截面。
图3A示出了根据示例性实施例的红外图像传感器的波长转换器中所包括的反斯托克斯(anti-Stokes)材料的波长转换。
图3B示出了根据示例性实施例的红外图像传感器的波长转换器中包括的反斯托克斯纳米颗粒的波长转换。
图4A示出了根据示例性实施例的红外图像传感器的横截面。
图4B示出了根据示例性实施例的红外图像传感器的横截面。
图5A示出了根据示例性实施例的红外图像传感器的横截面。
图5B示出了根据示例性实施例的红外图像传感器的横截面。
图6A示出了根据示例性实施例的红外图像传感器的横截面。
图6B示出了根据示例性实施例的红外图像传感器的横截面。
具体实施方式
在下文中将参照附图更全面地描述本发明，附图中示出了本发明的示例性实施例。正如本领域的技术人员将意识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以以各种不同方式修改所描述的实施例。因此，绘图及描述在本质上应被视为是说明性的，而不是限制性的，并且在整个说明书中，相似的附图标记指代相似的元件。此外，对公知的相关技术的详细描述将被省略。
在附图中，为了清楚起见，层、膜、面板、区域等的厚度被夸大了。应该理解的是，当诸如层、膜、区域或衬底之类的元件被称为在另一元件“上”时，其可以直接在其他元件上，或者也可以存在中间元件。同时，当元件被称为“直接”在另一元件“上”时，则不存在中间元件。相反地，应该理解的是，当诸如层、膜、区域或衬底之类的元件被称为在另一元件“下”时，其可以直接在其他元件下方或者也可以存在中间元件。此外，当元件被称为“直接”在另一元件“下方”时，则不存在中间元件。
此外，除非明确进行了相反的描述，否则词语“包括”将被理解为暗示包含所陈述的元件，但是不排除任何其他元件。
图1A为用于描述根据示例性实施例的红外图像传感器的通用驱动方法的绘图，而图1B示出了图1A的红外图像传感器之一的像素的驱动方法。
参照图1A和图1B，红外图像传感器100包括多个扫描线SL1至SLn以及布置在衬底102上的多个数据引出线DL1至DLm。在此处，多个扫描线SL1至SLn被平行布置，并且多个数据引出线DL1至DLm被平行布置。扫描线SL1至SLn和数据引出线DL1至DLm彼此交叉，并且传感器像素SPXL被限定在扫描线与数据引出线的每个交叉点处。可替换地，多个传感器像素SPXL可以共同地与一个扫描线SL或一个数据引出线DL连接。
传感器像素SPXL可以电连接到多个扫描线SL1至SLn和多个数据引出线DL1至DLm以包括用于切换传感器像素SPXL的薄膜晶体管(TFT)110和电连接到薄膜晶体管110的光电传感器部件130。
薄膜晶体管110的栅极与扫描线SL连接，薄膜晶体管的源极或漏极与数据引出线DL连接，并且该漏极或源极电连接到光电传感器部件130。在此处，包括在光电传感器部件130中的两个电极可以形成电容器。
根据示例性实施例，光电传感器部件130可以照原样传输红外光并且可以吸收可见光线。
红外图像传感器100可以包括用于驱动多个扫描线SL1至SLn的扫描线驱动器182、引出控制器184以及用于驱动多个数据引出线DL1至DLm的引出驱动器186。
扫描线驱动器182给扫描线SL提供门信号。扫描线驱动器182可以选择通过其来检测图像的传感器像素SPXL的扫描线SL，并且薄膜晶体管110可以被导通。尽管未示出，但是扫描线驱动器182可以包括移位寄存器和电平位移器，该移位寄存器用于生成门信号以便随后将该门信号提供给薄膜晶体管110，该电平位移器用于对提供给传感器像素SPXL作为进行切换所必需的高电压的门信号进行电平移位操作。
引出控制器184和引出驱动器186对通过门信号所选择的传感器像素SPXL中生成的电流信号进行检测。尽管未示出，但是引出控制器184可以包括多路复用器、移位寄存器和电平位移器，该多路复用器用于选择多个数据引出线DL1至DLm中的一个数据引出线以将其输出给引出驱动器186，该移位寄存器用于生成多路复用器的切换信号，该电平位移器用于提高来自移位寄存器的输出电压。
当可见光线波段的光到达光电传感器部件130以取决于电荷生成而生成电流信号时，该电荷可以被存储在电容器中。此外，当薄膜晶体管110导通时，所存储的电荷可以通过薄膜晶体管110传输到数据引出线DL并且可以通过引出控制器184传输到引出驱动器186。然而，当红外线波段的光到达光电传感器部件130时，不会生成电荷，并且红外线可以照原样通过该光电传感器部件来进行传输。
图2示意地示出了根据示例性实施例的红外图像传感器的横截面，图3A示出了根据示例性实施例的红外图像传感器的波长转换器中包括的反斯托克斯材料的波长转换，并且图3B示出了根据示例性实施例的红外图像传感器的波长转换器中包括的反斯托克斯纳米颗粒的波长转换。
参照图2至图3B，红外图像传感器100包括波长转换器150，该波长转换器布置在通过使衬底102的表面上的扫描线和数据引出线彼此交叉而限定的传感器像素SPXL中的每一个传感器像素处，并吸收从外部发射的红外线IR以将这些红外线转换成可见光线VR并释放这些可见光线。红外图像传感器100包括光电传感器部件130，该光电传感器部件布置在传感器像素SPXL中的每一个传感器像素处以感测通过波长转换器150转换的可见光线VR。
在此处，波长转换器150包括反斯托克斯材料。波长转换器150可以具有薄膜形状。反斯托克斯材料是如下材料：该材料吸收红外线IR并进行反斯托克斯位移，以便当被激发时将吸收的红外线转换成可见光线VR波段的光。当出射光子的能量大于吸收光子的能量时进行反斯托克斯位移(上转换发光)(参见图3A)。
例如，反斯托克斯材料可以将红外线IR转换成具有约440nm至约500nm波长范围的蓝光(蓝光发射)。反斯托克斯材料可以将红外线IR转换成具有约520nm至约570nm波长范围的绿光(绿光发射)。反斯托克斯材料可以将红外线IR转换成具有约630nm至约700nm波长范围的红光(红光发射)。
反斯托克斯材料可以具有多个有纳米级尺寸的反斯托克斯纳米颗粒(未示出)的形式(参见图3B)。在此处，由于反斯托克斯纳米颗粒(未示出)的平均颗粒直径增大，所以通过波长转换器150转换并发射的可见光线的波长可以变得更长。因此，通过调整反斯托克斯纳米颗粒(未示出)的平均颗粒直径，可以将该可见光线的波长调整为最适于光电传感器部件130中包含的半导体材料的可见光线波长。
波长转换器150可以布置在红外图像传感器100中红外线的移动路径上。例如，波长转换器150可以布置在光电传感器部件130的上方或下方，并且可以布置在光电传感器部件130内。稍后将参照图4A至图6B对这一点进行详细描述。
光电传感器部件130通过对可见光线VR进行感测来获取图像。光电传感器部件130照原样传输红外线IR，并通过吸收可见光线VR来生成电流信号。
对具有可见光线VR的波段的光进行感测的光电传感器部件130中包括的半导体材料的带隙可以大于传统的红外图像传感器中包括的半导体材料的带隙，以吸收具有红外线IR波段的光。因此，根据示例性实施例，图像传感器100可以使热激发电子的产生最小化，从而使暗电流的发生最小化，进而改进所获取图像的可见性。
图4A示出了根据示例性实施例的红外图像传感器的横截面。作为示例，示出了一个传感器像素SPXL。
参照图4A，红外图像传感器100包括光电传感器部件130、波长转换器150以及布置在衬底102的第一表面上的薄膜晶体管110。
在本说明书和附图中，衬底102的第一表面指衬底102的上表面，而衬底102的第二表面指衬底102的下表面。
薄膜晶体管110可以电连接到扫描线SL1至SLn和数据引出线DL1至DLm以切换传感器像素SPXL。
薄膜晶体管110包括沟道层112、栅极114、源极116和漏极118。栅绝缘层104被布置在沟道层112和栅极114之间，第一绝缘层106被布置在栅极114上。源极116和漏极118被布置在第一绝缘层106上以通过接触孔与沟道层112接触。
在下文中，将源极116的左电极和漏极118的右电极分别描述为源极116和漏极118，但是也可以分别是漏极118和源极116。
此外，本说明书中示出的薄膜晶体管110可以仅作为示例，而本发明不限于此。薄膜晶体管110可以被设计成各种结构。例如，薄膜晶体管110可以具有共面结构、交错结构、反转共面结构及反转交错结构中的一种结构。
沟道层112可以包含低温多晶硅(LTPS)、非晶硅(a-Si)、氧化物等。
光电传感器部件130包括分开布置成面对彼此的第一电极120和第二电极136，以及布置在第一电极120和第二电极136之间的半导体层134。
在此处，半导体层134可以照原样传输红外线IR或者可以吸收可见光线VR。例如，半导体层134可以包括非晶硅(a-Si)、多晶硅、III-V族半导体材料、II-VI族半导体材料、III-V族三元半导体材料、II-VI族三元半导体材料、铜铟镓硒(CIGS)、有机材料或量子点。在这种情况下，III-V族半导体材料可以包括氮化镓(GaN)和砷化镓(GaAs)中的至少一种，II-VI族半导体材料可以包括硫化镉(CdS)、硫化锌(ZnS)、碲化镉(CdTe)和碲化汞(HgTe)中的至少一种，III-V族三元半导体材料可以包括铟砷化镓(InGaAs)，以及II-VI族三元半导体材料可以包括碲镉汞(HgCdTe)。当使用这种半导体材料时，不仅能够进一步使暗电流最小，而且能够更好地改进图像可见性。在有机材料的情况下，在材料能够吸收具有可见光线波段的光的情况下可以无限制地使用任何材料。
图4A中示出的光电传感器部件130的第一电极120可以是通过使薄膜晶体管110的漏极118延伸而形成的部分，并且第一电极120、半导体层134和第二电极136可以彼此交叠。第一电极120可以包括不透明材料。
光电传感器部件130的第二电极136可以包括透明材料。例如，第二电极136可以包括诸如氧化铟锡(ITO)之类的透明导电氧化物。
第一电极120和第二电极136构成电容器以存储在半导体层134中生成的电荷。
第二绝缘层138、包括通过使漏极118延伸而形成的第一电极的光电传感器部件130以及覆盖第二绝缘层138和光电传感器部件130的第三绝缘层142被布置在薄膜晶体管110的源极116和漏极118上。
根据本示例性实施例，红外图像传感器100可以被布置在每个光电传感器部件130的第二电极136上，并且还可以包括通过第一接触孔144与第二电极136连接的第三电极146。例如，第三绝缘层142被布置在光电传感器部件130的第二电极136和第三电极146之间，并且第二电极136和第三电极146通过第一接触孔144电连接到彼此。在此处，第三电极146可以用作给光电传感器部件130提供偏压的偏压电极。
波长转换器150可以被布置在从外部发射的红外线的内部移动路径上，例如可以布置在与第三电极146相同的层处，并且可以与半导体层134交叠。
当可以从第三电极146的上部(绘图中的上侧)发射红外线时，该红外线可以被吸收到波长转换器150中，然后可以被转换成待按光电传感器部件130的方向发射的可见光线。此外，发射的可见光线可以穿过透明的第二电极136，然后可以到达半导体层134。
半导体层134可以传输红外线IR，并且可以通过仅吸收可见光线VR来生成电流信号。因此，可见光线可以被半导体层134吸收而产生电荷。因此，可以使热激发电子的生成最小化，从而可以使暗电流最小化以改进图像可见性。
在此处，波长转换器150可以具有包括反斯托克斯材料的薄膜形式。在这种情况下，可以通过借助诸如旋转涂覆法之类的方法在第三绝缘层142上进行涂覆来形成波长转换器150。
此外，波长转换器150可以包括多个反斯托克斯纳米颗粒(未示出)，并且反斯托克斯纳米颗粒可以均匀地分散在波长转换器150内。例如，反斯托克斯纳米颗粒可以与聚合树脂均匀混合，然后可以通过诸如旋转涂覆法之类的方法进行涂覆。
当反斯托克斯材料由反斯托克斯纳米颗粒形成时，由于反斯托克斯纳米颗粒的平均颗粒直径增大，所以从波长转换器150转换并发射的可见光线的波长可以变得更长。因此，可以通过调整纳米颗粒的平均颗粒直径来控制可见光线的波长。
波长转换器150和覆盖第三电极146的平坦化层148可以被布置在波长转换器150上。
例如，红外图像传感器100可以是红外相机(未示出)的构成元件。在这种情况下，红外线可以从平坦化层148的上部发射以通过波长转换器150被转换成可见光线。
尽管未示出，但是波长转换器150还可以包括下转换材料，该下转换材料吸收紫外线并且将所吸收的紫外线转换成可见光线以发射该可见光线。在此处，在下转换材料的情况下，出射光子的能量小于吸收光子的能量(下转换发光)。在这种情况下，尽管紫外线被引入到红外图像传感器100中，但是可以识别出这些紫外线。反斯托克斯材料和下转换材料可以在不影响彼此的情况下独立地进行波长转换。
下转换材料可以包括多个下转换纳米颗粒，并且下转换米颗粒可以均匀地分散在波长转换器内。
在下文中，可以省略对与图4A中所描述的配置相同的配置的描述。
图4B示出了根据示例性实施例的红外图像传感器的横截面。作为示例，示出了一个传感器像素SPXL。
参照图4B，红外图像传感器100包括光电传感器部件130、波长转换器150以及布置在衬底102的第一表面上的薄膜晶体管110。例如，红外图像传感器100可以是扫描设备(未示出)的构成元件。
此外，红外图像传感器100可以布置在衬底102的第二平面上，并且还可以包括用于将红外线IR发射到物体172中的背光单元170。
在这种情况下，光电传感器部件130和波长转换器150可以被布置在背光单元170和物体172之间，并且从背光单元170发射的红外线可以被物体172反射从而发射到波长转换器150中。
布置在平坦化层148上的物体172可以例如是作为要发射的目标物体来反射红外线的护照。
波长转换器150可以被布置在与第三电极146相同的层上，可以通过波长转换器150将由物体172所反射的红外线转换成可见光线，并且所转换的可见光线可以被光电传感器部件130的半导体层134吸收。
图4B的包括薄膜晶体管110、波长转换器150、光电传感器部件130等的红外图像传感器100的配置与图4A的红外图像传感器100的配置相同。
尽管为了便于描述，在图4B、图5B和图6B中示出了从背光单元170发射的光穿过薄膜晶体管110的路径，但是从背光单元170发射的光可以穿过其中没有布置薄膜晶体管110的电极112、114、116和118的区域，以被物体172反射。
图5A示出了根据示例性实施例的红外图像传感器的横截面。在此处，红外图像传感器100可以是红外相机(未示出)的构成元件。
参照图5A，红外图像传感器100包括光电传感器部件130以及布置在衬底102的第一表面上的波长转换器150。
薄膜晶体管110包括沟道层112、栅极114、源极116和漏极118。栅绝缘层104被布置在沟道层112和栅极114之间，第一绝缘层106被布置在栅极114上。源极116和漏极118被布置在第一绝缘层106上以通过接触孔与沟道层112接触。
光电传感器部件130包括被分开布置成面对彼此的第一电极120和第二电极136，以及布置在第一电极120和第二电极136之间的半导体层134。
在此处，半导体层134可以照原样传输红外线IR或者可以吸收可见光线VR。在图5A的红外图像传感器100中，半导体层134可以包括III-V族半导体材料、II-VI族半导体材料、铜铟镓硒(CIGS)、有机材料或量子点。
第一电极120可以是通过使薄膜晶体管110的漏极118延伸而形成的部分，并且第一电极120、半导体层134和第二电极136可以彼此交叠。第一电极120可以包括不透明材料。
光电传感器部件130的第二电极136可以包括诸如ITO之类的的透明材料。
第二绝缘层138、包括通过使漏极118延伸而形成的第一电极的光电传感器部件130以及覆盖第二绝缘层138和光电传感器部件130的第三绝缘层142被布置在薄膜晶体管110的源极116和漏极118上。
在本示例性实施例的红外图像传感器100中，波长转换器150可以被布置在从外部发射的红外线的内部移动路径上，即可以例如布置在半导体层134内。因此，半导体层134也可以用作图5A中示出的红外图像传感器100中的波长转换器150。反斯托克斯材料可以包括多个反斯托克斯纳米颗粒152，并且可以具有其中反斯托克斯纳米颗粒152均匀地分散在半导体层134中的形状。
当反斯托克斯材料被布置在半导体层134内时，半导体层134中所包括的半导体材料可以是有机材料或量子点。
尽管未示出，但是半导体层134还可以包括多个下转换纳米颗粒，并且下转换纳米颗粒可以均匀地分散在半导体层134内。在这种情况下，下转换纳米颗粒和反斯托克斯纳米颗粒可以互不影响。
当红外线可以从第三电极146的上部(绘图中的上侧)发射时，红外线可以穿过透明的第二电极136并且可以到达半导体层134。
根据示例性实施例，半导体层134可以同时用作波长转换器150。可以通过半导体层134内的反斯托克斯纳米颗粒152将到达半导体层134的红外线转换成可见光线，并且可见光线可以被有机材料或量子点材料吸收，从而生成电荷。
平坦化层148可以被布置在第三电极146上。
例如，红外图像传感器100可以是红外相机的构成元件。在这种情况下，红外线可以从平坦化层148的上部发射，并且可以通过波长转换器150被转换成可见光线.
图5B示出了根据示例性实施例的红外图像传感器的横截面。例如，示出了一个传感器像素SPXL。在此处，红外图像传感器100可以例如是扫描设备的构成元件。
参照图5B，红外图像传感器100包括光电传感器部件130、波长转换器150以及布置在衬底102的第一表面上的薄膜晶体管110。
此外，红外图像传感器100可以布置在衬底102的第二平面上，并且还可以包括用于给物体172发射红外线IR的背光单元170。
在这种情况下，光电传感器部件130可以被布置在背光单元170和物体172之间，并且从背光单元170发射的红外线可以被物体172反射以通过半导体层134的反斯托克斯纳米颗粒152而转换成可见光线。
布置在平坦化层148上的物体172可以例如是作为要发射的目标物体来反射红外线的护照。
通过半导体层134内的反斯托克斯纳米颗粒152转换的可见光线可以被构成光电传感器部件130的半导体层134的有机材料或量子点吸收。
图5B的包括薄膜晶体管110、光电传感器部件130等的红外图像传感器100的配置与图5A的红外图像传感器100的配置相同。
图6A示出了根据示例性实施例的红外图像传感器的横截面。在此处，红外图像传感器100可以是红外相机(未示出)的构成元件。
参照图6A，红外图像传感器100包括光电传感器部件130、波长转换器150以及布置在衬底102的第一表面上的薄膜晶体管110。
光电传感器部件130包括分开布置成面对彼此的第一电极133和第二电极136，以及布置在第一电极133和第二电极136之间的半导体层134。
在此处，第一电极133被布置在薄膜晶体管110的漏极118上，并且第一电极133通过第二接触孔131与薄膜晶体管110的漏极118连接。
第一电极133和第二电极136中的每一个电极都可以包括透明材料，例如诸如ITO之类的TCO材料。
可以通过使薄膜晶体管110的漏极118延伸来形成红外图像传感器100，并且该红外图像传感器还可以包括包含不透明材料的反射电极121。在图4A至图5B的示例性实施例中，通过使薄膜晶体管110的漏极118延伸而形成的部分用作光电传感器部件130的电极。然而，在图6A的示例性实施例中，该部分可以用作反射电极121。
波长转换器150可以被布置在从外部发射的红外线的内部移动路径上，例如可以布置在反射电极121和第一电极133之间。在此处，波长转换器150可以与半导体层134交叠，并且第四绝缘层122可以被布置在波长转换器150和第一电极133之间。
在这种情况下，波长转换器150可以具有包括反斯托克斯材料的薄膜形式。可以通过使用诸如旋转涂覆法之类的方法将波长转换器150布置在反射电极121上。
此外，反斯托克斯材料可以包括多个反斯托克斯纳米颗粒(未示出)，并且反斯托克斯纳米颗粒可以均匀地分散在波长转换器150内。例如，可以通过将反斯托克斯纳米颗粒均匀地混合在聚合树脂中，然后通过使用诸如旋转涂覆法之类的方法将其涂覆在反射电极121上来形成波长转换器150。
尽管未示出，但是波长转换器150还可以包括下转换材料，并且下转换材料和反斯托克斯材料可以互不影响。
当红外线可以从第三电极146的上部(绘图中的上侧)发射时，红外线可以照原样穿过透明的第二电极136、半导体层134以及透明的第一电极133，并且可以到达波长转换器150。红外线可以通过波长转换器150被转换成可见光线，并且所转换的可见光线中的一些光线可以穿过第一电极133以被引入到半导体层134中。此外，所转换的可见光线中的一些光线可以被反射电极121反射以穿过第一电极133并且被引入到半导体层134中。可以通过反射电极121的动作来改进使用红外线的效率。
半导体层134使红外线IR穿过，并且包括用于仅吸收可见光线VR的材料，因此可见光线可以被半导体层134吸收，从而生成电荷。因此，可以使热激发电子的生成最小化，从而可以使暗电流最小化以改进图像可见性。
图6B示出了根据示例性实施例的红外图像传感器的横截面。例如，示出了一个传感器像素SPXL。在此处，红外图像传感器100可以例如是扫描设备的构成元件。
参照图6B，红外图像传感器100包括光电传感器部件130、波长转换器150以及布置在衬底102的第一表面上的薄膜晶体管110。
此外，红外图像传感器100可以被布置在衬底102的第二表面上，并且还可以包括用于给物体172发射红外线IR的背光单元170。
在这种情况下，光电传感器部件130可以被布置在背光单元170和物体172之间，并且从背光单元170发射的红外线可以被物体172反射以穿过光电传感器部件130并且到达波长转换器150。在波长转换器150中转换的可见光线可以被引入到光电传感器部件130的半导体层134并且被该半导体层134吸收。
布置在平坦化层148上的物体172可以例如是作为要被发射的目标物体来反射红外线的护照。
图6B的包括薄膜晶体管110、光电传感器部件130、波长转换器150等的红外图像传感器100的配置与图6A的红外图像传感器100的配置相同。
简言之，根据示例性实施例，红外图像传感器100可以通过将红外线转换成可见光线并且使用在可见光波段中操作的半导体材料使热激发电子的生成最小化，因此可以使暗电流最小化，从而改进获取图像的可见性，并且图像传感器100可以在不使用附加的冷却处理的情况下进行操作。
虽然已经结合目前认为是实际的示例性实施例对本发明进行了描述，但是可以理解的是，本发明不限于所公开的实施例，而相反地，本发明意图覆盖所附权利要求的精神和范围内包括的各种修改及等效布置。

Claims (20)

1.一种红外图像传感器，包括：
传感器像素，其与布置在衬底表面上的数据引出线和扫描线连接；
波长转换器，其放置在所述传感器像素中并且布置在红外线的内部移动路径中，该波长转换器包括吸收红外线并将所吸收的红外线转换成可见光线以发射所述可见光线的反斯托克斯材料；以及
光电传感器部件，其放置在所述传感器像素中以对通过所述波长转换器转换的所述可见光线进行感测，
其中，所述光电传感器部件包括：
第一电极和第二电极，该第一电极和第二电极分开布置成面对彼此；以及
半导体层，其布置在所述第一电极和所述第二电极之间以传输红外光线并吸收可见光线。
2.根据权利要求1所述的红外图像传感器，还包括：
薄膜晶体管，其连接到所述扫描线和所述数据引出线，以将取决于所述光电传感器部件的电荷生成的电流信号转移到所述数据引出线。
3.根据权利要求2所述的红外图像传感器，其中，所述第一电极是通过使所述薄膜晶体管的源极或漏极延伸而形成的。
4.根据权利要求3所述的红外图像传感器，其中，所述第二电极包括透明材料。
5.根据权利要求3所述的红外图像传感器，还包括：
第三电极，其放置在所述光电传感器部件的所述第二电极上以通过接触孔与所述第二电极连接，
其中，所述波长转换器放置在与所述第三电极相同的层上，并且所述波长转换器与所述半导体层交叠。
6.根据权利要求5所述的红外图像传感器，其中，所述反斯托克斯材料包括多个反斯托克斯纳米颗粒，并且所述反斯托克斯纳米颗粒均匀地分散在所述波长转换器内。
7.根据权利要求3所述的红外图像传感器，其中，所述波长转换器放置在所述半导体层中，
所述反斯托克斯材料包括多个反斯托克斯纳米颗粒，并且所述反斯托克斯纳米颗粒均匀地分散在所述半导体层内。
8.根据权利要求2所述的红外图像传感器，其中，所述第一电极被布置在所述薄膜晶体管的源极或漏极上，并且
所述第一电极通过接触孔与所述薄膜晶体管的所述源极或所述漏极连接。
9.根据权利要求8所述的红外图像传感器，其中，所述第一电极和所述第二电极中的每一个电极都包括透明材料。
10.根据权利要求8所述的红外图像传感器，还包括：
反射电极，该反射电极是通过使所述薄膜晶体管的所述源极或所述漏极延伸而形成的，
其中，所述波长转换器被放置在所述反射电极和所述第一电极之间，并且所述波长转换器与所述半导体层交叠。
11.根据权利要求10所述的红外图像传感器，其中，所述反斯托克斯材料包括多个反斯托克斯纳米颗粒，并且所述反斯托克斯纳米颗粒均匀地分散在所述波长转换器内。
12.根据权利要求11所述的红外图像传感器，其中，从所述波长转换器发射的可见光线中的一些光线被所述反射电极反射而被引入到所述半导体层中。
13.根据权利要求1所述的红外图像传感器，其中，所述波长转换器还包括下转换材料，其用于吸收紫外线、将所吸收的紫外线转换成可见光线并发射所述可见光线。
14.根据权利要求13所述的红外图像传感器，其中，所述下转换材料包括多个下转换纳米颗粒，并且所述下转换纳米颗粒均匀地分散在所述波长转换器内。
15.根据权利要求1所述的红外图像传感器，其中，所述半导体层包括：非晶硅(a-Si)、多晶硅、III-V族半导体材料、II-VI族半导体材料、III-V族三元半导体材料、II-VI族三元半导体材料、铜铟镓硒(CIGS)、有机材料或量子点。
16.根据权利要求15所述的红外图像传感器，其中，所述III-V族半导体材料包括GaN和GaAs中的至少一种，所述II-VI族半导体材料包括CdS、ZnS、CdTe和HgTe中的至少一种，所述III-V族三元半导体材料包括InGaAs，以及所述II-VI族三元半导体材料包括HgCdTe。
17.根据权利要求2所述的红外图像传感器，还包括：
背光单元，其放置在所述衬底的第二表面上以向物体发射红外线，
其中，所述光电传感器部件和所述波长转换器放置在所述背光单元和所述物体之间，以及
所述红外线被所述物体反射以被发射到所述波长转换器。
18.根据权利要求2所述的红外图像传感器，其中，所述薄膜晶体管具有共面结构、交错结构、反转共面结构及反转交错结构中的一种结构。
19.根据权利要求18所述的红外图像传感器，其中，所述薄膜晶体管的沟道层包括低温多晶硅(LTPS)、非晶硅(a-Si)或氧化物。
20.根据权利要求2所述的红外图像传感器，还包括：
扫描线驱动器，其配置成驱动所述扫描线；以及
引出控制器，其配置成通过所述数据引出线给引出驱动器提供所述光电传感器部件的电流信号。
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