CN108447937A - 一种感光组件、指纹识别面板及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种感光组件、指纹识别面板及装置，该感光组件包括设置于衬底基板上的薄膜晶体管以及PIN光电二极管；其中，所述PIN光电二极管包括依次设置的P型半导体层、I型本征半导体层以及N型半导体层；薄膜晶体管包括漏极，漏极包括金属层以及位于该金属层背离所述衬底基板一侧、且与该金属层接触的上保护层；N型半导体层和P型半导体层中靠近衬底基板的一个为第一半导体层，漏极与第一半导体层电连接，且漏极中的上保护层与第一半导体层同层同材料。
Description
技术领域
本发明涉及感光技术领域，尤其涉及一种感光组件、指纹识别面板及装置。
背景技术
光敏器件能够将不同强度的光线转化为不同大小的光电流，因此光敏器件在获取光强参数以及通过不同的光强获取图案等领域得到广泛的应用，例如，在指纹识别元件获取和识别指纹的领域中广泛应用。
具体的，以指纹识别装置中光敏器件为例，该光敏器件一般多采用PIN光电二极管，参考图1所示，当手指置于指纹识别装置中的PIN光电二极管10的上方时，位于PIN光电二极管10侧面的光线L能够入射至手指的谷和脊处，并经手指反射后反射光F入射至该PIN光电二极管10，由于手指的谷和脊反射至PIN光电二极管10的反射光F的光强不同，使得该PIN光电二极管产生的光电流不同，进而处理器能够根据不同的光电信号获取手指的指纹图案。
另外，如图1所示，指纹识别器件中，在设置PIN光电二极管10的同时，还设置有与PIN光电二极管10连接的薄膜晶体管20，用于对PIN光电二极管10进行控制；在实际的制作加工中，如图1所示，在薄膜晶体管20的漏极上制作PIN光电二极管10，也即薄膜晶体管和PIN光电二极管为电连接的两个独立结构，且PIN光电二极管位于薄膜晶体管20的上方，这样一来，一方面，指纹识别器件的厚度较大；另一方面，制作工艺也不够简化。
发明内容
本发明的实施例提供一种感光组件、指纹识别面板及装置，能在简化工艺的同时，降低感光组件厚度。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
本发明实施例提供一种感光组件，所述感光组件包括设置于衬底基板上的薄膜晶体管以及PIN光电二极管；其中，所述PIN光电二极管包括依次设置的P型半导体层、I型本征半导体层以及N型半导体层；所述薄膜晶体管包括漏极，所述漏极包括金属层以及位于该金属层背离所述衬底基板一侧、且与该金属层接触的上保护层；所述N型半导体层和所述P型半导体层中靠近所述衬底基板的一个为第一半导体层，所述漏极与所述第一半导体层电连接，且所述漏极中的所述上保护层与所述第一半导体层同层同材料。
进一步的，在所述第一半导体层为所述N型半导体层的情况下，所述上保护层主要采用N型半导体氧化物构成。
进一步的，所述N型半导体氧化物包括：IGZO、ITZO中的至少一种。
进一步的，所述漏极中的所述下金属层主要采用铜材料构成。
进一步的，所述感光组件中还包括：位于所述第一半导体层靠近所述衬底基板一侧、且与所述第一半导体层接触的第一电极；所述第一电极与所述漏极中的所述金属层同层同材料，且所述第一电极与所述金属层电连接。
进一步的，所述第一半导体层与所述上保护层为一体结构；所述第一电极与所述金属层为一体结构。
本发明实施例另一方面还提供一种指纹识别基板，包括多条横纵交叉的栅线和数据线，并界定出多个以矩阵形式排列的感光单元，每一所述感光单元包括前述的感光组件。
进一步的，所述感光单元还包括自发光显示器件。
进一步的，所述自发光显示器件与所述感光组件中薄膜晶体管的漏极电连接；或者，所述自发光显示器件与独立设置的显示用薄膜晶体管连接。
本发明实施例再一方面还提供一种指纹识别装置，包括前述的指纹识别基板。
本发明实施例提供一种感光组件、指纹识别面板及装置，该感光组件包括设置于衬底基板上的薄膜晶体管以及PIN光电二极管；其中，PIN光电二极管包括依次设置的P型半导体层、I型本征半导体层以及N型半导体层；薄膜晶体管包括漏极，漏极包括金属层以及位于该金属层背离所述衬底基板一侧、且与该金属层接触的上保护层；N型半导体层和P型半导体层中靠近衬底基板的一个为第一半导体层，漏极与第一半导体层电连接，且漏极中的上保护层与第一半导体层同层同材料。
综上所述，本发明中通过设置感光组件中，薄膜晶体管的漏极中的上保护层与PIN光电二极管中的第一半导体层同层同材料，也即薄膜晶体管的漏极与PIN光电二极管中的第一半导体层通过同一构图工艺形成，这样一来，避免了现有技术中，通过单独的制作工艺分别来制作薄膜晶体管(漏极)和PIN光电二极管(第一半导体层)时，造成的感光组件的厚度大、且制作工艺不简化的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中提供的一种指纹识别装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种感光组件的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种感光组件的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种感光组件的光路示意图；
图5a为现有技术中提供的一种光电流的曲线图；
图5b为本发明实施例提供的一种光电流的曲线图；
图6为本发明实施例提供的一种包括感光组件的指纹识别基板的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的另一种包括感光组件的指纹识别基板的结构示意图。
附图标记：
001-感光组件；01-衬底基板；10-PIN光电二极管；100-第一半导体层；101-第一电极；20-薄膜晶体管；21-漏极；211-金属层；212-上保护层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种感光组件，如图2所示，该感光组件001包括设置于衬底基板01上的PIN光电二极管10和薄膜晶体管20。
其中，薄膜晶体管20包括漏极21，当然，也包括栅极、源极、有源层等；应当理解到，对于薄膜晶体管而言，源极和漏极一般采用同一次构图工艺形成，两者具有相同的层间结构，以及相同的制作材料。
具体的，如图2所示，本发明中，薄膜晶体管20的漏极21包括金属层211和位于该金属层211背离衬底基板01一侧、且与该金属层211接触的上保护层212，其中，金属层211可以采用铝、铜、镁等材料制成，上保护层212可以采用钼、镍、钛等材料制成，当然，本发明并不限制于此。
此处应当理解到，上保护层212的设置是为了避免或者减缓金属层211中金属的氧化，以保证漏极21的有效传输性。在实际中，该漏极21还可以包括位于金属层211靠近衬底基板01一侧、且与该金属层211接触的下保护层，也即漏极为上保护层、下保护层以及位于两者之间的金属层构成的三层结构，例如钼-铝-钼(Mo-Al-Mo)、钛-铝-钛(Ti-Al-Ti)的三层结构，以便从上下两侧对金属层211进行保护，本发明对此不作具体限定，以下实施例均是以漏极包括金属层211和上保护层212为例，对本发明做进一步的说明。
另外，对于PIN光电二极管而言，其包括依次设置的P型半导体层、I型本征半导体层以及N型半导体层(附图中分别用P、I、N示意标注)；此处的“依次设置”可以是如图2所示的，P型半导体层、I型本征半导体层以及N型半导体层沿靠近衬底基板01的方向上依次设置。也可以是如图3所示的，P型半导体层、I型本征半导体层以及N型半导体层沿远离衬底基板01的方向上依次设置；本发明对此不作限定。
在此基础上，为了便于描述，本发明中，将N型半导体层和P型半导体层中靠近衬底基板01的一个，定义为第一半导体层100，也即对于图2中示出的PIN光电二极管(P型半导体层、I型本征半导体层以及N型半导体层沿靠近衬底基板01的方向上依次设置)的结构中，N型半导体层为第一半导体层100；对于图3中示出的PIN光电二极管(P型半导体层、I型本征半导体层以及N型半导体层沿远离衬底基板01的方向上依次设置)的结构中，P型半导体层为第一半导体层100。
另外，本领域的技术人员还应当理解到，感光组件100中的薄膜晶体管20的设置，是为了通过该薄膜晶体管20对PIN光电二极管10进行控制，例如，对PIN光电二极管10施加电信号、读取PIN光电二极管产生的光电流等等，因此，如图2、图3所示，一般设置薄膜晶体管20的漏极21与PIN光电二极管10中的第一半导体层100进行电连接。
在此基础上，本发明优选的，如图2、图3所示，该感光组件001中，薄膜晶体管20的漏极21中上保护层211与第一半导体层100同层同材料；也即薄膜晶体管20的漏极21中上保护层211与第一半导体层100可以通过同一次构图工艺加工制作而成。
当然，还应当理解到，当第一半导体层100为N型半导体层的情况下，此时第一半导体层100和N型半导体层均采用N型半导体材料制成，可选的，可以采用N型半导体氧化物材料；在此情况下，示意的，I型本征半导体层可以采用a-Si，P型半导体层可以采用p+a-Si。
当第一半导体层100为P型半导体层的情况下，此时第一半导体层100和P型半导体层均采用P型半导体材料制成，可选的，可以采用P型半导体氧化物材料；在此情况下，示意的，I型本征半导体层可以采用a-Si，N型半导体层可以采用n+a-Si。
此处需要说明的是，在本发明中，构图工艺，可指包括光刻工艺，或，包括光刻工艺以及刻蚀步骤，同时还可以包括打印、喷墨等其他用于形成预定图形的工艺；光刻工艺，是指包括成膜、曝光、显影等工艺过程的利用光刻胶、掩模板、曝光机等形成图形的工艺。可根据本发明中所形成的结构选择相应的构图工艺。
综上所述，本发明中通过设置感光组件中，薄膜晶体管的漏极中的上保护层与PIN光电二极管中的第一半导体层同层同材料，也即薄膜晶体管的漏极与PIN光电二极管中的第一半导体层通过同一构图工艺形成，这样一来，避免了现有技术中，通过单独的制作工艺分别来制作薄膜晶体管(漏极)和PIN光电二极管(第一半导体层)时，造成的感光组件的厚度大、且制作工艺不简化的问题。
另外，本领域的技术人员应当理解到，为了保证PIN光电二极管的正常工作，在实际的制作加工时，一般需要设置两个电极(分别与P型半导体层和N型半导体层接触)，通过两个电极分别向PIN光电二极管施加电信号，基于此，为了简化工艺，降低制作成本，本发明优选的，如图2和图3所示，感光组件中位于第一半导体层100靠近衬底基板01一侧、且与第一半导体层100接触的第一电极101，与漏极21中的金属层211同层同材料，且第一电极101与金属层211电连接；当然，实际中为了保证两者的有效电连接，以及最大程度的简化制作工艺(通过一次构图工艺直接加工制作处漏极21、第一电极101以及第一半导体层100)，一般优选设置，第一电极101与金属层211为一体结构，第一半导体层100与上保护层212为一体结构。
以下以图2中示出的，第一半导体层100和N型半导体层同层同材料的情况为例，对本发明做进一步的说明。
本发明优选的，该第一半导体层100和N型半导体层均采用透明的N型半导体材料，例如，可以包括：IGZO(铟镓锌氧化物)、ITZO(铟锡锌氧化物)中的至少一种；在此情况下，第一半导体层100和N型半导体层均为透明状，光线均能透过，当然对于薄膜晶体管而言，一般需要在沟道的上方设置遮光层LS(可参考图6)，以避免因光线入射至沟道区域而对薄膜晶体管的性能造成不良影响。
进一步的，参考图4，第一半导体层100采用透明的N型半导体材料(例如IGZO、ITZO等)时，经手指反射的光线F在透过第一半导体层100(也即透过整个PIN光电二极管)后，能够入射至第一电极101，该第一电极101一般由金属材质构成(如前述，第一电极与漏极的金属层同层同材料)，其具有较高的反射率，使得入射至第一电极101的光线F经过第一电极101在此反射(光线F’)后，再次进入PIN光电二极管(I型本征半导体层)，从而增加了PIN光电二极管的光吸收率，提高了光生电子空穴对的数量，进而提高了PIN光电二极管的光电流，这样一来，一方面，有利于指纹识别检测的准确率，更容易实现了更高性能的PIN光电二极管的光学指纹识别检测；另一方面，可以大大降低外围驱动芯片的成本。
具体的，以本发明中的感光组件在指纹识别中的应用为例，对比图5a(现有技术中指纹识别装置中PIN光电二极管的光电流曲线)和图5b(采用本发明中感光组件的指纹识别装置中PIN光电二极管的光电流曲线)，可以看出在指纹的实际获取阶段，现有技术中的暗态的光电流为1.E-13(图5a中的虚线)，亮态的光电流为1.E-10(图5a中的实线)，而本发明中，暗态的光电流为1.E-13.5(图5b中的虚线)，亮态的光电流为1.E-09(图5b中的实线)，也即相比于现有技术，本发明中光电流增加接近一个数量级，信噪比提高接近一个半数量级。
另外，还应当理解到，当第一半导体层100采用透明的N型半导体材料IGZO和/或ITZO时，第一半导体层100(也即N型半导体层)与I型本征半导体层(a-Si)具有的刻蚀选择比较高，从而使得刻蚀难度较小，不易产生刻蚀残留的问题。
在此基础上，在前述第一电极101与漏极21的金属层211为同层同材料的设置情况下，相比于常规漏极的多种金属材质选择而言，本发明优选的，该第一电极101和金属层211采用具有反射性较好的铜(Cu)材质(Cu相比Mo、Nd等具有更高的反射性能)，以尽可能的提高第一电极的反射性能，以便进一步的增加PIN光电二极管的光吸收率，提高PIN光电二极管的光电流。
本发明实施例还提供一种指纹识别基板，该包括指纹识别基板多条横纵交叉的栅线和数据线，并界定出多个以矩阵形式排列的感光单元，每一感光单元包括前述的感光组件。
当然，本发明实施例同样也提供一种包括该实施例中的指纹识别基板的指纹识别装置，该指纹识别基板在用时指纹识别装置时，在栅线和数据线等信号线的控制下，能够通过感光组件读取或识别指纹信息(图案)。
无论对于上述指纹识别基板还是指纹识别装置，均包括如上所述的感光组件，具有与前述实施例提供的感光组件001相同的结构和有益效果。由于前述实施例已经对感光组件001的结构和有益效果进行了详细的描述，此处不再赘述。
另外，对于在需要获取指纹信息的同时，还需要进行画面显示的装置而言，例如，显示屏下指纹锁等；优选的，可以在上述栅线和数据线并界的感光单元内，设置前述的感光组件的同时，还可以设置自发光显示器件；该自发光显示器件可以是量子点发光器件，也可以是有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode，OLED)器件(参考图6)。
当然，对于上述在感光单元内同时感光组件和自发光显示器件时，可以如图6所示，设置自发光显示器件(例如，OLED器件)与感光组件001中的薄膜晶体管20的漏极21电连接；也可以如图7所示，设置自发光显示器件与独立设置的显示用薄膜晶体管20’连接，也即自发光显示器件与PIN光电二极管分别连接不同的薄膜晶体管；当然实际中，为了尽可能的避免自发光显示器件与PIN光电二极管之间的影响，一般优选的，通过不同的薄膜晶体管分别对自发光显示器件与PIN光电二极管进行控制。
此处需要说明的是，本发明中，在指纹识别基板的感光单元内同时设置感光组件和自发光显示器件，不仅可以降低指纹识别基板的厚度，简化制作工艺，在实际的应用中，例如手机，同时还可以提高显示装置的集成化程度，例如，可以实现显示屏下指纹解锁等功能，从而避免了现有技术中在显示区以外专门设置指纹触控区而导致的屏占比低等弊端。
另外，对于指纹识别基板而言，除了前述实施例中提高的结构以外，根据实际的类型还会具有像素定义层(PDL)、遮光层(LS)、绝缘层(参考图6)等等，此处不再一一赘述，实际中可以根据需要选择相应的工艺形成需要的结构即可。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种感光组件，其特征在于，所述感光组件包括设置于衬底基板上的薄膜晶体管以及PIN光电二极管；
其中，所述PIN光电二极管包括依次设置的P型半导体层、I型本征半导体层以及N型半导体层；
所述薄膜晶体管包括漏极，所述漏极包括金属层以及位于该金属层背离所述衬底基板一侧、且与该金属层接触的上保护层；
所述N型半导体层和所述P型半导体层中靠近所述衬底基板的一个为第一半导体层，所述漏极与所述第一半导体层电连接，且所述漏极中的所述上保护层与所述第一半导体层同层同材料。
2.根据权利要求1所述的感光组件，其特征在于，在所述第一半导体层为所述N型半导体层的情况下，所述上保护层主要采用N型半导体氧化物构成。
3.根据权利要求2所述的感光组件，其特征在于，
所述N型半导体氧化物包括：IGZO、ITZO中的至少一种。
4.根据权利要求1-3任一项所述的感光组件，其特征在于，所述漏极中的所述金属层主要采用铜材料构成。
5.根据权利要求1所述的感光组件，其特征在于，所述感光组件中还包括：位于所述第一半导体层靠近所述衬底基板一侧、且与所述第一半导体层接触的第一电极；
所述第一电极与所述漏极中的所述金属层同层同材料，且所述第一电极与所述金属层电连接。
6.根据权利要求5所述的感光组件，其特征在于，
所述第一半导体层与所述上保护层为一体结构；
所述第一电极与所述金属层为一体结构。
7.一种指纹识别基板，其特征在于，包括多条横纵交叉的栅线和数据线，并界定出多个以矩阵形式排列的感光单元，每一所述感光单元包括权利要求1-6任一项所述的感光组件。
8.根据权利要求7所述的指纹识别基板，其特征在于，所述感光单元还包括自发光显示器件。
9.根据权利要求8所述的指纹识别基板，其特征在于，
所述自发光显示器件与所述感光组件中薄膜晶体管的漏极电连接；
或者，所述自发光显示器件与独立设置的显示用薄膜晶体管连接。
10.一种指纹识别装置，其特征在于，包括权利要求7-9任一项所述的指纹识别基板。
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