CN109860328A - 光传感器及其制作方法和显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种光传感器及其制作方法和显示装置，其中光传感器包括：衬底；栅电极，设置在衬底上；第一绝缘层，覆盖在栅电极上；半导体层，设置在第一绝缘层上；入光域扩张层，设置在第一绝缘层和所半导体层上，部分半导体层从入光域扩张层中露出；相互间隔的源电极和漏电极，相对设置在半导体层的两侧并层叠在入光域扩张层上，部分入光域扩张层从源电极和漏电极之间露出；第二绝缘层，覆盖在源电极和漏电极上，第二绝缘层还覆盖位于源电极与漏电极之间露出的半导体层和入光域扩张层上。

Description

光传感器及其制作方法和显示装置
技术领域
本发明涉及光传感器，特别是涉及一种光传感器及其制作方法，以及具有该光传感器的显示装置。
背景技术
光传感器被广泛应用在手机及其他电子设备上，主要用来调节屏幕的亮度。比如在黑暗的环境下，会自动变暗，这样既保护使用者的眼睛又能省电。
目前手机上所使用的光线传感器由两个组件即投光器及受光器所组成，利用投光器将光线由透镜将之聚焦，经传输至受光器的透镜，再至接受感应器，感应器将收到的光线讯号转变成电信号，此电信号更可进一步作各种不同的开关及控制动作，其基本原理即对投光器与受光器之间光线做遮蔽的动作所获得的信号加以运用，以完成各种自动化控制。
如图1和图2所示，还有一种利用氢化非晶硅(a-Si:H)的光照敏感特性作为光传感器的TFT架构，a-Si:H的光学带隙约1.6eV，如果光照能量大于a-Si:H的光学带隙，将在a-Si:H的扩展态上产生电子空穴对，在外加电压的作用下形成电流；当光照射时，在a-Si:H半导体中形成光生载流子，即电子空穴对(e-h)，电子往漏极方向移动，空穴往源级方向移动，从而形成空穴漏电流。但是，现有的光传感器TFT，仍然存在感光电流较小，对于光照射的感应不够灵敏等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光传感器及其制作方法和显示装置，以解决现有的光传感器TFT感光电流较小，对于光照射的感应不够灵敏的问题。
本发明实施例提供一种光传感器，包括：
衬底；
栅电极，设置在所述衬底上；
第一绝缘层，覆盖在所述栅电极上；
半导体层，设置在所述第一绝缘层上；
入光域扩张层，设置在所述第一绝缘层和所述半导体层上，部分所述半导体层从所述入光域扩张层中露出；
相互间隔的源电极和漏电极，相对设置在所述半导体层的两侧并层叠在所述入光域扩张层上，部分所述入光域扩张层从所述源电极和所述漏电极之间露出；
第二绝缘层，覆盖在所述源电极和所述漏电极上，所述第二绝缘层还覆盖位于所述源电极与所述漏电极之间露出的所述半导体层和所述入光域扩张层上。
进一步地，所述入光域扩张层包括相互间隔的第一入光域扩张部和第二入光域扩张部且相对设置在所述半导体层的两侧，其中所述第一入光域扩张部的一部分设置在所述第一绝缘层上，所述第一入光域扩张部的另一部分层叠在所述半导体层的一端上，所述第二入光域扩张部的一部分设置在所述第一绝缘层上，所述第二入光域扩张部的另一部分层叠在所述半导体层的另一端上；所述源电极层叠在所述第一入光域扩张部上，所述漏电极层叠在所述第二入光域扩张部上。
进一步地，所述第一入光域扩张部于靠近所述半导体层中心一侧的端部未被所述源电极覆盖而露出，所述第二入光域扩张部于靠近所述半导体层中心一侧的端部未被所述漏电极覆盖而露出。
进一步地，所述半导体层采用氢化非晶硅，所述入光域扩张层采用氧化铟锡或氧化铟锌。
本发明实施例还提供一种光传感器的制作方法，用于制作上述光传感器，包括如下步骤：
提供所述衬底；
在所述衬底上沉积第一金属层，并利用蚀刻工艺对所述第一金属层进行蚀刻图形化以制作形成所述栅电极；
在所述衬底上沉积形成所述第一绝缘层；
在所述第一绝缘层上沉积半导体薄膜，并利用蚀刻工艺对所述半导体薄膜进行蚀刻图形化以制作形成所述半导体层；
在所述半导体层上沉积透明导电层，并利用蚀刻工艺对所述透明导电层进行蚀刻图形化以制作形成所述入光域扩张层；
在所述入光域扩张层上沉积第二金属层，并利用蚀刻工艺对所述第二金属层进行蚀刻图形化以制作形成所述源电极和所述漏电极；
在所述源电极和所述漏电极上沉积形成所述第二绝缘层。
进一步地，所述半导体层采用氢化非晶硅，所述入光域扩张层采用氧化铟锡或氧化铟锌。
进一步地，图形化形成的所述入光域扩张层包括相互间隔的第一入光域扩张部和第二入光域扩张部且相对设置在所述半导体层的两侧，其中所述第一入光域扩张部的一部分设置在所述第一绝缘层上，所述第一入光域扩张部的另一部分层叠在所述半导体层的一端上，所述第二入光域扩张部的一部分设置在所述第一绝缘层上，所述第二入光域扩张部的另一部分层叠在所述半导体层的另一端上；所述源电极层叠在所述第一入光域扩张部上，所述漏电极层叠在所述第二入光域扩张部上。
本发明实施例还提供一种显示装置，包括上述光传感器。
进一步地，所述显示装置包括薄膜晶体管阵列基板、彩色滤光片基板以及夹置在所述薄膜晶体管阵列基板与所述彩色滤光片基板之间的液晶层，所述光传感器形成在所述薄膜晶体管阵列基板上，所述彩色滤光片基板上形成有遮光层，所述遮光层在与所述光传感器相对应的位置形成缺口。
进一步地，所述光传感器位于所述显示装置的周边非显示区。
本发明实施例的光传感器TFT是将入光域扩张层分别置于源电极和漏电极下面，使入光域扩张层直接与源电极和漏电极接触相连(相当于通过增设入光域扩张层，可以在维持光传感器TFT的工作性能前提下，将源电极与漏电极之间的距离拉得更远)，由于入光域扩张层可以透光，这样可以将更多的a-Si:H区域暴露，增加a-Si:H区域接收光照的面积，增加感光范围，增大感光电流，使光传感器对于光照射的感应更加灵敏，且实现成本比较低。本发明实施例的光传感器TFT可集成于显示装置，用来感应外界光照强度的变化。
附图说明
图1为光生载流子的导电原理。
图2为感光TFT的等效图。
图3为传统光传感器的断面图。
图4为本发明实施例中光传感器的断面图。
图5为传统光传感器的正视图。
图6为本发明实施例中光传感器的正视图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术方式及功效，以下结合附图及实施例，对本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
图4为本发明实施例中光传感器的断面图，图6为本发明实施例中光传感器的正视图。请参图4与图6，本发明实施例提供一种光传感器，包括：
衬底11；
栅电极12，设置在衬底11上；
第一绝缘层13，覆盖在栅电极12上；
半导体层14，设置在第一绝缘层13上；
入光域扩张层15，设置在第一绝缘层13和半导体层14上，部分半导体层14从入光域扩张层15中露出。具体地，入光域扩张层15包括相互间隔的第一入光域扩张部151和第二入光域扩张部152，第一入光域扩张部151和第二入光域扩张部152相对设置在半导体层14的两侧，其中第一入光域扩张部151的一部分设置在第一绝缘层13上，第一入光域扩张部151的另一部分层叠在半导体层14的一端上，第二入光域扩张部152的一部分设置在第一绝缘层13上，第二入光域扩张部152的另一部分层叠在半导体层14的另一端上；部分半导体层14从第一入光域扩张部151和第二入光域扩张部152之间露出；
相互间隔的源电极16和漏电极17，相对设置在半导体层14的两侧并层叠在入光域扩张层15上，部分入光域扩张层15从源电极16和漏电极17之间露出。具体地，源电极16层叠在第一入光域扩张部151上，漏电极17层叠在第二入光域扩张部152上；
第二绝缘层18，覆盖在源电极16和漏电极17上，第二绝缘层18还覆盖位于源电极16与漏电极17之间露出的半导体层14上。
其中，衬底11为玻璃、石英或塑料等。
其中，半导体层14采用氢化非晶硅(a-Si:H)。由于非晶硅的禁带宽度约1.6eV，对应光波长为775nm，因此，非晶硅可探测波长的范围为小于775nm。而低温多晶硅(LTPS)和金属氧化物半导体如IGZO的禁带宽带大约在3eV左右，对紫外光比较敏感。因此半导体层14优选采用氢化非晶硅层。
其中，栅电极12、源电极16和漏电极17采用Cr、W、Ti、Ta、Mo、Al、Cu等金属或合金。
其中，入光域扩张层15采用氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)等透明导电材质。
其中，第一绝缘层13和第二绝缘层18可以为氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)或氮氧化硅(SiONx)。
进一步地，第一入光域扩张部151于靠近半导体层14中心一侧的端部未被源电极16覆盖而露出(对应于图中H1部分)，第二入光域扩张部152于靠近半导体层14中心一侧的端部未被漏电极17覆盖而露出(对应于图中H2部分)，第二绝缘层18还覆盖第一入光域扩张部151露出的端部和第二入光域扩张部152露出的端部。
本发明实施例还提供一种光传感器的制作方法，用于制作上述光传感器，并包括如下步骤：
提供衬底11；
在衬底11上沉积第一金属层，并利用蚀刻工艺对第一金属层进行蚀刻图形化以制作形成栅电极12；
在衬底11上沉积形成第一绝缘层13；
在第一绝缘层13上沉积半导体薄膜，并利用蚀刻工艺对半导体薄膜进行蚀刻图形化以制作形成半导体层14；
在半导体层14上沉积透明导电层，并利用蚀刻工艺对透明导电层进行蚀刻图形化以制作形成入光域扩张层15。其中，图形化的入光域扩张层15包括相互间隔第一入光域扩张部151和第二入光域扩张部152；第一入光域扩张部151和第二入光域扩张部152相对设置在半导体层14的两侧，其中第一入光域扩张部151的一部分设置在第一绝缘13层上，第一入光域扩张部151的另一部分层叠在半导体层14的一端上，第二入光域扩张部152的一部分设置在第一绝缘层13上，第二入光域扩张部152的另一部分层叠在半导体层14的另一端上；
在入光域扩张层15上沉积第二金属层，并利用蚀刻工艺对第二金属层进行蚀刻图形化以制作形成源电极16和漏电极17；源电极16层叠在第一入光域扩张部151上，漏电极17层叠在第二入光域扩张部152上；
在源电极16和漏电极17上沉积形成第二绝缘层18。
具体地，上述的蚀刻工艺可以包括上光阻、曝光、显影、蚀刻、去光阻等多个工序。
其中，衬底11为玻璃、石英或塑料等。
其中，半导体层14采用氢化非晶硅(a-Si:H)。由于非晶硅的禁带宽度约1.6eV，对应光波长为775nm，因此，非晶硅可探测波长的范围为小于775nm。而低温多晶硅(LTPS)和金属氧化物半导体如IGZO的禁带宽带大约在3eV左右，对紫外光比较敏感。因此半导体层14优选采用氢化非晶硅层。
其中，第一金属层和第二金属层采用Cr、W、Ti、Ta、Mo、Al、Cu等金属或合金。
其中，入光域扩张层15采用氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)等透明导电材质。
其中，第一绝缘层13和第二绝缘层18可以为氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)或氮氧化硅(SiONx)。
本发明实施例还提供一种显示装置，包括上述光传感器。
其中，显示装置可以为液晶显示装置，包括薄膜晶体管阵列基板10、彩色滤光片基板20以及夹置在薄膜晶体管阵列基板10与彩色滤光片基板20之间的液晶层(图未示)。光传感器形成在薄膜晶体管阵列基板10上。彩色滤光片基板20上形成有遮光层(BM)21，遮光层21未覆盖与每个光传感器相对应的位置，即遮光层21在与光传感器相对应的位置形成缺口22，使外界环境光可以透过该缺口22照射到光传感器的半导体沟道区。
其中，光传感器可以位于显示装置的周边非显示区。而且，光传感器的数量可以为多个，可以分布设置在显示装置的周边非显示区，以提高光检测的准确性。
结合图1和图2中的光探测原理，当源电极16与漏电极17这两个电极之间存在电压差，而且外界光变化时，半导体层14所在的沟道区的导通状态就会发生变化，沟道区通过的电流也相应发生变化，例如当外界光很微弱时，沟道相当于断开，此时沟道区几乎没有电流通过，当外界光逐渐增强时，沟道逐渐打开，此时沟道区通过的电流逐渐增大，因此通过检测光传感器所在回路中的电流大小，即可以获知外界光的强度大小，实现对外界光的检测。当获知了外界光的强度，即可对该信号加以运用，以完成各种自动化控制，例如可以用于调节背光源的亮度。
图3为传统光传感器的断面图，图5为传统光传感器的正视图。请参图3与图5，在传统光传感器TFT中，光可照射的沟道区范围为源电极16与漏电极17之间的间隔距离H＝H0，a-Si:H区域接收光照的面积较小，因此存在感光电流较小，对于光照射的感应不够灵敏等问题。
请参图4与图6，与传统光传感器TFT相比，本发明实施例的光传感器TFT是将入光域扩张层15(第一入光域扩张部151和第二入光域扩张部152)分别置于源电极16和漏电极17下面，使入光域扩张层15(第一入光域扩张部151和第二入光域扩张部152)直接与源电极16和漏电极17接触相连，光可照射的沟道区范围为源电极16与漏电极17之间的间隔距离H＝H0+H1+H2(相当于通过增设入光域扩张层15，可以在维持光传感器TFT的工作性能前提下，将源电极16与漏电极17之间的距离拉得更远)，由于入光域扩张层15可以透光，这样可以将更多的a-Si:H区域暴露，增加a-Si:H区域接收光照的面积，增加感光范围，增大感光电流，使光传感器对于光照射的感应更加灵敏，且实现成本比较低。本发明实施例的光传感器TFT可集成于显示装置，用来感应外界光照强度的变化。
以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种光传感器，其特征在于，包括：
衬底；
栅电极，设置在所述衬底上；
第一绝缘层，覆盖在所述栅电极上；
半导体层，设置在所述第一绝缘层上；
入光域扩张层，设置在所述第一绝缘层和所述半导体层上，部分所述半导体层从所述入光域扩张层中露出；
相互间隔的源电极和漏电极，相对设置在所述半导体层的两侧并层叠在所述入光域扩张层上，部分所述入光域扩张层从所述源电极和所述漏电极之间露出；
第二绝缘层，覆盖在所述源电极和所述漏电极上，所述第二绝缘层还覆盖位于所述源电极与所述漏电极之间露出的所述半导体层和所述入光域扩张层上。
2.如权利要求1所述的光传感器，其特征在于，所述入光域扩张层包括相互间隔的第一入光域扩张部和第二入光域扩张部且相对设置在所述半导体层的两侧，其中所述第一入光域扩张部的一部分设置在所述第一绝缘层上，所述第一入光域扩张部的另一部分层叠在所述半导体层的一端上，所述第二入光域扩张部的一部分设置在所述第一绝缘层上，所述第二入光域扩张部的另一部分层叠在所述半导体层的另一端上；所述源电极层叠在所述第一入光域扩张部上，所述漏电极层叠在所述第二入光域扩张部上。
3.如权利要求2所述的光传感器，其特征在于，所述第一入光域扩张部于靠近所述半导体层中心一侧的端部未被所述源电极覆盖而露出，所述第二入光域扩张部于靠近所述半导体层中心一侧的端部未被所述漏电极覆盖而露出。
4.如权利要求1所述的光传感器，其特征在于，所述半导体层采用氢化非晶硅，所述入光域扩张层采用氧化铟锡或氧化铟锌。
5.一种光传感器的制作方法，其特征在于，该制作方法用于制作如权利要求1至4任一项所述的光传感器，并包括如下步骤：
提供所述衬底；
在所述衬底上沉积第一金属层，并利用蚀刻工艺对所述第一金属层进行蚀刻图形化以制作形成所述栅电极；
在所述衬底上沉积形成所述第一绝缘层；
在所述第一绝缘层上沉积半导体薄膜，并利用蚀刻工艺对所述半导体薄膜进行蚀刻图形化以制作形成所述半导体层；
在所述半导体层上沉积透明导电层，并利用蚀刻工艺对所述透明导电层进行蚀刻图形化以制作形成所述入光域扩张层；
在所述入光域扩张层上沉积第二金属层，并利用蚀刻工艺对所述第二金属层进行蚀刻图形化以制作形成所述源电极和所述漏电极；
在所述源电极和所述漏电极上沉积形成所述第二绝缘层。
6.如权利要求5所述的光传感器的制作方法，其特征在于，所述半导体层采用氢化非晶硅，所述入光域扩张层采用氧化铟锡或氧化铟锌。
7.如权利要求5所述的光传感器的制作方法，其特征在于，图形化形成的所述入光域扩张层包括相互间隔的第一入光域扩张部和第二入光域扩张部且相对设置在所述半导体层的两侧，其中所述第一入光域扩张部的一部分设置在所述第一绝缘层上，所述第一入光域扩张部的另一部分层叠在所述半导体层的一端上，所述第二入光域扩张部的一部分设置在所述第一绝缘层上，所述第二入光域扩张部的另一部分层叠在所述半导体层的另一端上；所述源电极层叠在所述第一入光域扩张部上，所述漏电极层叠在所述第二入光域扩张部上。
8.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1至4任一项所述的光传感器。
9.如权利要求8所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置包括薄膜晶体管阵列基板、彩色滤光片基板以及夹置在所述薄膜晶体管阵列基板与所述彩色滤光片基板之间的液晶层，所述光传感器形成在所述薄膜晶体管阵列基板上，所述彩色滤光片基板上形成有遮光层，所述遮光层在与所述光传感器相对应的位置形成缺口。
10.如权利要求8所述的显示装置，其特征在于，所述光传感器位于所述显示装置的周边非显示区。
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