CN113130525B - 一种三极管图像传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三极管图像传感器，包括：驱动背板，所述驱动背板上设有若干规则排列的过孔；每个图像传感单元内均包括VDMOS器件，所述VDMOS器件设置在驱动背板上，至少覆盖一个所述过孔；还包括第一薄膜封装层、共阴极、第二薄膜封装层、滤光层和玻璃封装层。本发明通过VDMOS器件的电导增益为载流子提供本征放大，能够显著地降低微图像传感器件中的电噪声,从而对高分辨率微显示器实现高增益驱动。
Description
技术领域
本发明涉及基于一种三极管图像传感器，属于显示器制造领域。
背景技术
随着显示技术的不断发展，显示面板的应用范围越来越广泛，人们对显示面板的要求也越来越高。例如，显示面板应用于手机、电脑、平板电脑、电子书、信息查询机和可穿戴设备等产品。而随着显示面板应用范围扩大，人们对于显示技术和显示器件提出了越来越高的要求。传统的LED/OLED显示器存在一定的局限性，已经无法满足现在人们对视觉体验的更多要求。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明提供一种三极管图像传感器，可以实时抓取外界的彩色图像，实现高分辨率、高亮度、高对比度和低响应时间的图像传感功能。
本发明中主要采用的技术方案为：
一种三极管图像传感器，包括：
驱动背板，所述驱动背板上设有若干规则排列的过孔，所述驱动背板承载多个像素, 所述像素包括三个图像传感单元，分别为图像传感单元R、图像传感单元G和图像传感单元B；
每个图像传感单元内均包括VDMOS器件，所述VDMOS器件设置在驱动背板上，至少覆盖一个所述过孔；
第一薄膜封装层，所述第一薄膜封装层填充设置在各VDMOS器件之间，且覆盖驱动背板和VDMOS器件，每个图像传感单元中对应的第一薄膜封装层上开有一电极槽；
共阴极，所述共阴极位于第一薄膜封装层上远离驱动背板的一侧，且覆盖电极槽，所述共阴极通过电极槽与VDMOS器件上表面接触。
第二薄膜封装层，所述第二薄膜封装层生长在共阴极上远离驱动背板上表面的一侧；
滤光层，所述滤光层设置在第二薄膜封装层远离驱动背板的一侧；
玻璃封装层，所述玻璃封装层通过UV胶粘接在滤光层远离驱动背板的一侧，所述UV胶位于玻璃封装层四周边框区域。
优选地，所述VDMOS器件包括传感电极、NPN型半导体层、栅极和栅极绝缘层，所述传感电极位于驱动背板上，且覆盖至少一个过孔，所述NPN型半导体层位于传感电极远离驱动背板的一侧。
优选地，所述栅极设置在NPN型半导体层内，且所述栅极的结构为V型结构，所述栅极绝缘层包覆栅极的内外侧形成门电极，且在同一个VDMOS器件内设有若干个门电极，各门电极之间通过栅极绝缘层连接。
优选地，所述栅极设置在NPN型半导体层内，且所述栅极的结构为倒梯形结构，所述栅极绝缘层包覆在栅极的外周形成独立的门电极，且在同一个VDMOS器件内设有若干个独立的门电极。
优选地，所述栅极绝缘层镀覆在NPN型半导体层和传感电极的外侧壁，所述栅极覆盖在所述栅极绝缘层的侧边。
优选地，所述滤光层包括第一金属层、绝缘层和第二金属层，所述第一金属层设置在第二薄膜封装层上远离驱动背板的一侧，每个图像传感单元内均设有绝缘层和第二金属层，所述绝缘层设置在第一金属层远离驱动背板的一侧，且每个图像传感单元均对应设置有绝缘层，且所述绝缘层与VDMOS器件在驱动背板上的投影交叠，所述第二金属层位于绝缘层远离驱动背板的一侧，所述绝缘层与VDMOS器件在驱动背板上的投影交叠。
优选地，所述图像传感单元R中的绝缘层厚度为28nm，所述图像传感单元G中的绝缘层厚度为15nm，所述图像传感单元B中的绝缘层厚度为9nm。
优选地，所述滤光层为光栅层，每个图像传感单元内均对应设置有光栅层，所述光栅层为Al/ZnSe/Al光栅层，从下至上依次包括第一Al薄膜层、ZnSe薄膜层和第二Al薄膜层。
优选地，所述图像传感单元R中光栅层的光栅间距为360nm、图像传感单元G中光栅层的光栅间距为270nm，所述图像传感单元B中光栅层的光栅间距为230nm。
优选地，所述滤光层为RGB滤光片层，所述RGB滤光片层包括红色滤光单元R、绿色滤光单元G、蓝色滤光单元B和黑矩阵，所述红色滤光单元R、绿色滤光单元G和蓝色滤光单元B依次间隔排列设置在第二薄膜封装层上，所述黑矩阵围绕所述红色滤光单元R、绿色滤光单元G以及蓝色滤光单元B的周边设置；所述红色滤光单元R、绿色滤光单元G和蓝色滤光单元B分别对应设置在图像传感单元R、图像传感单元G和图像传感单元B内，且与各图像传感单元中的VDMOS器件在驱动背板上的投影交叠。
有益效果：本发明提供一种三极管图像传感器，拟通过半导体工艺在驱动背板表面制备VDMOS器件, 其拥有载流子高迁移率、低响应时间和简化的外部电路等诸多优点，本发明通过VDMOS器件的电导增益为载流子提供本征放大，能够显著地降低微图像传感器件中的电噪声, 从而对高分辨率微显示器实现高增益驱动。
附图说明
图1为实施例1中S1的示意图；
图2为实施例1中S2的示意图；
图3为实施例1中S3的示意图；
图4为实施例1中S4的示意图；
图5为实施例1中S5的示意图，即实施例1的整体结构示意图；
图6为实施例2的整体结构示意图；
图7为实施例3的整体结构示意图；
图8为实施例4的整体结构示意图；
图9为本发明的优化像素排列方案；
图中：图像传感单元R1-1、图像传感单元G1-2、图像传感单元B1-3、驱动背板2、过孔3、VDMOS器件4、传感电极4-1、NPN型半导体层4-2、门电极4-3、栅极绝缘层4-31、栅极4-32、绝缘层5、第二金属层6、第一金属层7、第一薄膜封装层8、电极槽8-1、共阴极9、第二薄膜封装层10、玻璃封装层11、UV胶12、光栅层13、第一Al薄膜层13-1、ZnSe薄膜层13-2、第二Al薄膜层13-3、RGB滤光片层14、红色滤光单元R14-1、绿色滤光单元G14-2、蓝色滤光单元B14-3、黑矩阵14-4。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
实施例1：如图5所示的一种三极管图像传感器，包括：驱动背板2，所述驱动背板2上设有若干规则排列的过孔3，所述驱动背板2承载多个像素；所述像素包括三个图像传感单元，分别为图像传感单元R1-1、图像传感单元G1-2和图像传感单元B1-3；
每个所述图像传感单元包括VDMOS器件4，所述VDMOS器件4包括传感电极4-1、NPN型半导体层4-2、栅极绝缘层4-31和栅极4-32，所述传感电极4-1位于驱动背板2上，且覆盖至少一个过孔3，所述NPN型半导体层4-2位于传感电极远离驱动背板2的一侧，所述栅极4-32设置在NPN型半导体层内，所述栅极4-32的结构为V型结构，所述栅极绝缘层4-31包覆栅极4-32的内外侧，形成门电极，同一个VDMOS器件中的门电极4-3之间通过栅极绝缘层4-31连接；
第一薄膜封装层8填充设置在各VDMOS器件4之间，且覆盖驱动背板2和VDMOS器件4，每个图像传感单元中对应的第一薄膜封装层8上开有一电极槽8-1；
共阴极9位于第一薄膜封装层8上远离驱动背板2的一侧，且覆盖电极槽8-1，所述共阴极9通过电极槽8-1与NPN型半导体层4-2上表面接触。
第二薄膜封装层10生长在共阴极9上远离驱动背板2上表面的一侧；
第一金属层7位于第二薄膜封装层10远离驱动背板2的一侧，绝缘层5位于第一金属层7远离驱动背板的一侧，第二金属层6位于绝缘层5远离驱动背板的一侧，每个图像传感单元均对应设置有绝缘层，且所述绝缘层与VDMOS器件在驱动背板上的投影交叠，所述图像传感单元R1-1中的绝缘层5厚度为28nm，所述图像传感单元G1-2中的绝缘层5厚度为15nm，所述图像传感单元B1-3中的绝缘层5厚度为9nm。
玻璃封装层11通过UV胶12粘接在滤光层远离驱动背板2的一侧，所述UV胶12位于玻璃封装层11四周边框区域。
实施例1中第一金属层7和第二金属层6的材料为Ag或者Al，且第一金属层7和第二金属层6的厚度为20nm。
实施例1中，三极管图像传感器的具体制备步骤如下：
S1：如图1所示，在驱动背板2上形成若干规则排列的过孔3，并在过孔3中填充导电材料，随后在驱动背板2上表面形成若干传感电极4-1，且与过孔3上表面接触，然后在传感电极4-1和驱动背板2上表面形成NPN型半导体层4-2，同时对NPN型半导体层4-2进行图形化处理，使得NPN型半导体层4-2位于传感电极4-1远离驱动背板2一侧，且在NPN型半导体层4-2上形成若干个V型槽，随后在V型槽内以及NPN型半导体层4-2上表面依次镀覆栅极绝缘层4-31和栅极4-32，并对其进行图形化处理，使得栅极绝缘层4-31露出部分高于NPN型半导体层4-2上表面，所述栅极4-32露出部分覆盖于栅极绝缘层4-31上表面；
S2: 如图2所示，在栅极4-32内侧以及NPN型半导体层4-2上表面继续沉积形成栅极绝缘层4-31，并对其进行图形化，使得栅极绝缘层4-31完全包覆栅极4-32，形成门电极4-3，且各门电极4-3之间通过栅极绝缘层4-31连接；
S3: 如图3所示，在NPN型半导体层4-2上表面继续沉积N型半导体层，并对其进行图形化处理形成新的NPN型半导体层4-2，所述NPN型半导体层4-2完全包覆门电极4-3；
S4: 如图4所示，在驱动背板2上生长第一薄膜封装层8并对其进行图形化处理形成电极槽8-1，然后在第一薄膜封装层8上制备共阴极9，且所述共阴极覆盖电极槽8-1，通过电极槽8-1与NPN型半导体层4-2接触，随后在共阴极9表面生长第二薄膜封装层10；
S5: 如图5所示，在第二薄膜封装层10上依次生长第一金属层7和绝缘层5，然后对绝缘层5进行图形化处理，使得各图像传感单元中的绝缘层5厚度不同，其中，所述图像传感单元R1-1中的绝缘层5厚度为28nm，所述图像传感单元G1-2中的绝缘层厚度为15nm，所述图像传感单元B1-3中的绝缘层5厚度为9nm，随后在绝缘层5表面生长第二金属层6，最后采用UV胶12将玻璃封装层11粘接在第二金属层6上表面。
实施例2
如图6所示的一种三极管图像传感器，包括：驱动背板2，所述驱动背板2上设有若干规则排列的过孔3，所述驱动背板2承载多个像素；所述像素包括三个图像传感单元，分别为图像传感单元R1-1、图像传感单元G1-2和图像传感单元B1-3；
每个所述图像传感单元包括VDMOS器件4，所述VDMOS器件4包括传感电极4-1、NPN型半导体层4-2、栅极绝缘层4-31和栅极4-32，所述传感电极4-1位于驱动背板2上，且覆盖至少一个过孔3，所述NPN型半导体层4-2位于传感电极远离驱动背板2的一侧，所述栅极4-32设置在NPN型半导体层4-2内，所述栅极4-32的结构为倒梯形结构，所述栅极绝缘层4-31包覆栅极4-32的外周形成独立的门电极，且在同一个VDMOS器件内设有若干个独立的门电极；
第一薄膜封装层8填充设置在各VDMOS器件4之间，且覆盖驱动背板2和VDMOS器件4，每个图像传感单元中对应的第一薄膜封装层8上开有一电极槽8-1；
共阴极9位于第一薄膜封装层8上远离驱动背板2的一侧，且覆盖电极槽8-1，所述共阴极9通过电极槽8-1与NPN型半导体层4-2上表面接触。
第二薄膜封装层10生长在共阴极9上远离驱动背板2上表面的一侧；
第一金属层7位于第二薄膜封装层10远离驱动背板2的一侧，绝缘层5位于第一金属层7远离驱动背板的一侧，第二金属层6位于绝缘层5远离驱动背板的一侧，每个图像传感单元均对应设置有绝缘层，且所述绝缘层与VDMOS器件在驱动背板上的投影交叠，所述图像传感单元R1-1中的绝缘层5厚度为28nm，所述图像传感单元G1-2中的绝缘层5厚度为15nm，所述图像传感单元B1-3中的绝缘层5厚度为9nm。
玻璃封装层11通过UV胶12粘接在滤光层远离驱动背板2的一侧，所述UV胶12位于玻璃封装层11四周边框区域。
实施例2中第一金属层7和第二金属层6的材料为Ag或者Al，且第一金属层7和第二金属层6的厚度为20nm。实施例2的具体制备步骤可参考实施例1得到。
实施例3
如图7所示的一种三极管图像传感器，其滤光层结构与实施例1中滤光层结构不同，其他结构均与实施例1相同，制备方法也相同。
实施例3中的滤光层为光栅层13，每个图像传感单元内均对应设置有光栅层13，所述光栅层为Al/ZnSe/Al光栅层，从下至上依次包括第一Al薄膜层13-1、ZnSe薄膜层13-2和第二Al薄膜层13-3。实施例3中，所述图像传感单元R中光栅层13的光栅间距为360nm、图像传感单元G中光栅层13的光栅间距为270nm，所述图像传感单元B中光栅层13的光栅间距为230nm。
实施例3中光栅层13的制备方法如下：在第二薄膜封装层10上依次生长第一Al薄膜层13-1、ZnSe薄膜层13-2和第二Al薄膜层13-3，并对其进行图形化处理，形成不同间距的Al/ZnSe/Al光栅层；
实施例4
如图8所示的一种三极管图像传感器，包括：驱动背板2，所述驱动背板2上设有若干规则排列的过孔3，所述驱动背板2承载多个像素；所述像素包括三个图像传感单元，分别为图像传感单元R1-1、图像传感单元G1-2和图像传感单元B1-3；
每个所述图像传感单元包括VDMOS器件4，所述VDMOS器件4包括传感电极4-1、NPN型半导体层4-2、栅极绝缘层4-31和栅极4-32，所述传感电极4-1位于驱动背板2上，且覆盖至少一个过孔3，所述NPN型半导体层4-2位于传感电极远离驱动背板2的一侧，所述栅极绝缘层4-31镀覆在NPN型半导体层4-2和传感电极4-1的外侧壁，所述栅极4-32覆盖在所述栅极绝缘层4-31的侧边；
第一薄膜封装层8填充设置在各VDMOS器件4之间，且覆盖驱动背板2和VDMOS器件4，每个图像传感单元中对应的第一薄膜封装层8上开有一电极槽8-1；
共阴极9位于第一薄膜封装层8上远离驱动背板2的一侧，且覆盖电极槽8-1，所述共阴极9通过电极槽8-1与NPN型半导体层4-2上表面接触。
第二薄膜封装层10生长在共阴极9上远离驱动背板2上表面的一侧；
滤光层为RGB滤光片层14，所述RGB滤光片层包括红色滤光单元R14-1、绿色滤光单元G14-2、蓝色滤光单元B14-3和黑矩阵14-4，所述红色滤光单元R14-1、绿色滤光单元G14-2和蓝色滤光单元B14-3依次间隔排列设置在第二薄膜封装层10上，所述黑矩阵14-4围绕所述红色滤光单元R14-1、绿色滤光单元G14-2以及蓝色滤光单元B14-3的周边设置；所述红色滤光单元R14-1、绿色滤光单元G14-2和蓝色滤光单元B14-3分别对应设置在图像传感单元R1-1、图像传感单元G1-2和图像传感单元B1-3内，且与各图像传感单元中的VDMOS器件在驱动背板2上的投影交叠。
玻璃封装层11通过UV胶12粘接在滤光层远离驱动背板2的一侧，所述UV胶12位于玻璃封装层11四周边框区域。
实施例4中，VDMOS器件的具体制备方法如下：在驱动背板2上表面形成若干传感电极4-1，且每个传感电极4-1至少覆盖一个过孔3，然后在阳极4-1上生长并图形化NPN型半导体层4-2，同时对NPN型半导体层4-2进行图形化处理，使得NPN型半导体层4-2位于传感电极4-1远离驱动背板2一侧，随后在NPN型半导体层4-2和传感电极4-1的外表面依次镀覆栅极绝缘层4-31和栅极4-32，并采用Spacer etch工艺依次对栅极4-32和栅极绝缘层4-31进行加工得到VDMOS器件4，使得所述栅极绝缘层4-31镀覆在NPN型半导体层4-2和传感电极4-1的外侧壁，所述栅极4-32覆盖在所述栅极绝缘层4-31的侧边。
实施例4中，RGB滤光片层的具体制备方法如下：在第二薄膜封装层9上表面依次制备滤光层，使得黑矩阵10-4围绕设置在红色滤光单元R10-1、绿色滤光单元G10-2以及蓝色滤光单元B10-3的周边。
本发明中，栅极绝缘层采用SiO2、SiN或者Al2O3 制备得到；栅极采用p-Si半导体制备得到；传感电极采用金属氧化物制得，包括铟锡氧化物、铟锌氧化物或者铝锌氧化物。本发明中，栅极绝缘层可采用化学气相沉积法或者原子层沉积法制备得到，栅极可采用分子束外延技术制备得到。
本发明中，所述第一薄膜封装层和第二薄膜封装层的材料可为有机薄膜、无机薄膜或者是有机薄膜上堆叠无机薄膜。
本发明中，第一金属层和第二金属层可采用的金属材料为Ag或者Al，且第一金属层和第二金属层厚度为20nm。本发明中，绝缘层的材料可以为非晶硅。
本发明的优化像素排列方案如图9所示。一个像素包括长条形的图像传感单元G、方形的图像传感单元R和图像传感单元B。从空间分布上，一个方形像素单元的四个顶点分别包括长条形的图像传感单元G及位于其余两个顶点的图像传感单元R和图像传感单元B，方形像素单元的边长等于像素宽度。四个集中的图像传感单元R为一组，四个集中的图像传感单元B为一组，两个集中的图像传感单元G为一组，每组共用一个掩模开口。
具体地，图像传感单元G、图像传感单元R和图像传感单元B位于同一平面。其中，图像传感单元R和图像传感单元B呈田字形排列，并且颜色相同的四个子像素单元集中排布。两个图像传感单元G并排集中排布。上述田字形结构呈阵列排布有利于像素的紧凑性，提升像素的显示效果。
采用图9所示的像素优化排布方案结合高分辨率驱动背板，可实现1000ppi及以上的高分辨率真实RGB显示屏体 ，从而实现高分辨率的图形化，不再受限于高分辨率金属掩膜FMM的物理极限。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种三极管图像传感器，其特征在于，包括：
驱动背板，所述驱动背板上设有若干规则排列的过孔，所述驱动背板承载多个像素,所述像素包括三个图像传感单元，分别为图像传感单元R、图像传感单元G和图像传感单元B；
每个图像传感单元内均包括VDMOS器件，所述VDMOS器件设置在驱动背板上，至少覆盖一个所述过孔，所述VDMOS器件包括传感电极、NPN型半导体层、栅极和栅极绝缘层，所述传感电极位于驱动背板上，且覆盖至少一个过孔，所述NPN型半导体层位于传感电极远离驱动背板的一侧，所述栅极设置在NPN型半导体层内，且所述栅极的结构为V型结构，所述栅极绝缘层包覆栅极的内外侧形成门电极，且在同一个VDMOS器件内设有若干个门电极，各门电极之间通过栅极绝缘层连接；
第一薄膜封装层，所述第一薄膜封装层填充设置在各VDMOS器件之间，且覆盖驱动背板和VDMOS器件，每个图像传感单元中对应的第一薄膜封装层上开有一电极槽；
共阴极，所述共阴极位于第一薄膜封装层上远离驱动背板的一侧，且覆盖电极槽，所述共阴极通过电极槽与VDMOS器件上表面接触；
第二薄膜封装层，所述第二薄膜封装层生长在共阴极上远离驱动背板上表面的一侧；
滤光层，所述滤光层设置在第二薄膜封装层远离驱动背板的一侧；
玻璃封装层，所述玻璃封装层通过UV胶粘接在滤光层远离驱动背板的一侧，所述UV胶位于玻璃封装层四周边框区域。
2.根据权利要求1所述的一种三极管图像传感器，其特征在于，所述栅极设置在NPN型半导体层内，且所述栅极的结构还可以为倒梯形结构，所述栅极绝缘层包覆在栅极的外周形成独立的门电极，且在同一个VDMOS器件内设有若干个独立的门电极。
3.根据权利要求1所述的一种三极管图像传感器，其特征在于，所述栅极绝缘层镀覆在NPN型半导体层和传感电极的外侧壁，所述栅极覆盖在所述栅极绝缘层的侧边。
4.根据权利要求1所述的一种三极管图像传感器，其特征在于，所述滤光层包括第一金属层、绝缘层和第二金属层，所述第一金属层设置在第二薄膜封装层上远离驱动背板的一侧，每个图像传感单元内均设有绝缘层和第二金属层，所述绝缘层设置在第一金属层远离驱动背板的一侧，且每个图像传感单元均对应设置有绝缘层，且所述绝缘层与VDMOS器件在驱动背板上的投影交叠，所述第二金属层位于绝缘层远离驱动背板的一侧，所述绝缘层与VDMOS器件在驱动背板上的投影交叠。
5.根据权利要求4所述的一种三极管图像传感器，其特征在于，所述图像传感单元R中的绝缘层厚度为28nm，所述图像传感单元G中的绝缘层厚度为15nm，所述图像传感单元B中的绝缘层厚度为9nm。
6.根据权利要求5所述的一种三极管图像传感器，其特征在于，所述滤光层为光栅层，每个图像传感单元内均对应设置有光栅层，所述光栅层为Al/ZnSe/Al光栅层，从下至上依次包括第一Al薄膜层、ZnSe薄膜层和第二Al薄膜层。
7.根据权利要求6所述的一种三极管图像传感器，其特征在于，所述图像传感单元R中光栅层的光栅间距为360nm、图像传感单元G中光栅层的光栅间距为270nm，所述图像传感单元B中光栅层的光栅间距为230nm。
8.根据权利要求1所述的一种三极管图像传感器，其特征在于，所述滤光层为RGB滤光片层，所述RGB滤光片层包括红色滤光单元R、绿色滤光单元G、蓝色滤光单元B和黑矩阵，所述红色滤光单元R、绿色滤光单元G和蓝色滤光单元B依次间隔排列设置在第二薄膜封装层上，所述黑矩阵围绕所述红色滤光单元R、绿色滤光单元G以及蓝色滤光单元B的周边设置；所述红色滤光单元R、绿色滤光单元G和蓝色滤光单元B分别对应设置在图像传感单元R、图像传感单元G和图像传感单元B内，且与各图像传感单元中的VDMOS器件在驱动背板上的投影交叠。
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