CN113537060B - 感光装置 - Google Patents
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Abstract
一种感光装置包括感测电路、第一电极、多个第一感光图案、介电层、第二电极、间隔层、遮光层及至少一微透镜。第一电极电性连接至感测电路的第一端。多个第一感光图案彼此分离且设置于第一电极上。多个第一感光图案的多个第一面电性连接至第一电极。介电层设置于多个第一感光图案上。第二电极设置于介电层上且通过介电层的多个第一接触窗电性连接至多个第一感光图案的多个第二面。间隔层设置于第二电极上。遮光层设置于间隔层上。至少一微透镜设置于遮光层的上方。
Description
技术领域
本发明涉及一种感光装置。
背景技术
指纹是最佳的生物识别密码，具有独特性。随着设备与识别技术的成熟及普遍，除了居家防护的进出管制、个人证件、付款时的身分认证，或是需要高度管制进出的场所外，近年来，指纹感测装置更常见于各种移动装置中。
传统的指纹感测装置是利用背光源做为感测光源。背光源发出的光束穿透指纹感测器而达到手指。由于手指指纹的波峰及波谷具有不同的反射率，被手指指纹的波峰及波谷反射的光束会在位于指纹感测器多处的多个感测元件上会造成大小不同的多个光电流，进而使感测电路读出大小不同的多个感测电压。通过分别对应指纹感测器多处的多个感测电压便能取得指纹影像信息，以进行指纹识别。
发明内容
本发明提供一种感光装置，性能佳。
本发明的感光装置，包括基板、感测电路、第一电极、多个第一感光图案、介电层、第二电极、间隔层、遮光层以及至少一微透镜。感测电路设置于基板上，且具有第一端及第二端。第一电极设置于基板上，且电性连接至感测电路的第一端。多个第一感光图案彼此分离且设置于第一电极上，其中每一第一感光图案具有第一面及第二面，且多个第一感光图案的多个第一面电性连接至第一电极。介电层设置于多个第一感光图案上，且具有多个第一接触窗。第二电极设置于介电层上，且通过介电层的多个第一接触窗电性连接至多个第一感光图案的多个第二面。间隔层设置于第二电极上。遮光层设置于间隔层上，且具有分别对应多个第一感光图案的多个透光开口。至少一微透镜设置于遮光层的上方，且与遮光层的多个透光开口重叠。
附图说明
图1为本发明一实施例的感光装置10的等效电路示意图。
图2为本发明一实施例的感光装置10的感光元件PD的俯视图。
图3为本发明一实施例的感光装置10的剖面示意图。
图4示出图2的感光元件PD的多个第一感测结构PD1的多个电容C1。
图5为本发明一实施例的感光装置10A的感光元件PD的俯视图。
图6为本发明一实施例的感光装置10A的剖面示意图。
图7示出图5的感光元件PD的多个第一感测结构PD1的多个电容C1及多个第二感测结构PD2的多个电容C2。
图8为本发明一实施例的感光装置10B的感光元件PD的俯视图。
图9示出图8的感光元件PD的多个第一感测结构PD1的多个电容C1及多个第二感测结构PD2的多个电容C2。
图10为本发明一实施例的感光装置10C的感光元件PD的俯视图。
图11示出图10的感光元件PD的多个第一感测结构PD1的多个电容C1及多个第二感测结构PD2的多个电容C2。
附图标记说明：
10、10A、10B、10C：感光装置
110：基板
120：元件层
130：层间介电层
140：导电层
142：第一电极
142a、144a、172：第一部
144：第三电极
150：感光层
152：第一感光图案
152a、154a：第一面
152b、154b：第二面
154：第二感光图案
160：介电层
162：第一接触窗
164：第二接触窗
170：第二电极
174：第二部
180、200、220：间隔层
190、210、230：遮光层
190a、210a、230a：透光开口
240：微透镜
C1、C2：电容
FPS：工作电路
FPSPX：像素电路
FPSRST：重置电路
FPSLD：主动负载电路
FPSZSW：画面分区电路
L：光束
P1：第一端
P2：第二端
PD：感光元件
PD1：第一感测结构
PD2：第二感测结构
RST：重置信号
SR_R：读取电压
SR_W：工作电压
Sout：感测输出信号
T1：第一晶体管
T1a、T2a、T3a、T4a、T5a：第一端
T1b、T2b、T3b、T4b、T5b：第二端
T1c、T2c、T3c、T4c、T5c：控制端
T2：第二晶体管
T3：重置晶体管
T4：负载晶体管
T5：选择晶体管
VSS、Res_VSS、Vb_VSS：参考电压
Vb：偏压
VDD：电源电压
ZSW：多工信号
I-I’、II-II’：剖线
具体实施方式
现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
应当理解，当诸如层、膜、区域或基板的元件被称为在另一元件“上”或“连接到”另一元件时，其可以直接在另一元件上或与另一元件连接，或者中间元件可以也存在。相反，当元件被称为“直接在另一元件上”或“直接连接到”另一元件时，不存在中间元件。如本文所使用的，“连接”可以指物理及/或电性连接。再者，“电性连接”或“耦合”可以是二元件间存在其它元件。
本文使用的“约”、“近似”、或“实质上”包括所述值和在本领域普通技术人员确定的特定值的可接受的偏差范围内的平均值，考虑到所讨论的测量和与测量相关的误差的特定数量(即，测量系统的限制)。例如，“约”可以表示在所述值的一个或多个标准偏差内，或±30％、±20％、±10％、±5％内。再者，本文使用的“约”、“近似”或“实质上”可依光学性质、蚀刻性质或其它性质，来选择较可接受的偏差范围或标准偏差，而可不用一个标准偏差适用全部性质。
除非另有定义，本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。将进一步理解的是，诸如在通常使用的字典中定义的那些术语应当被解释为具有与它们在相关技术和本发明的上下文中的含义一致的含义，并且将不被解释为理想化的或过度正式的意义，除非本文中明确地这样定义。
图1为本发明一实施例的感光装置10的等效电路示意图。
图2为本发明一实施例的感光装置10的感光元件PD的俯视图。
图3为本发明一实施例的感光装置10的剖面示意图。图3对应图2的剖线I-I’。
图4示出图2的感光元件PD的多个第一感测结构PD1的多个电容C1。
请参照图3，感光装置10包括基板110，用以承载感光装置10的其它构件。在本实施例中，基板110的材质可以是玻璃。然而，本发明不限于此，在其它实施例中，基板110的材质也可以是石英、有机聚合物、不透光/反射材料(例如：晶圆、陶瓷等)、或是其它可适用的材料。
请参照图1及图2，感光装置10还包括工作电路FPS，设置于基板110上，且具有第一端P1及第二端P2。在本实施例中，感光装置10用以感测被手指指纹反射的光束L(示出于图3)，而工作电路FPS也可称指纹识别电路。
请参照图1，举例而言，在本实施例中，工作电路FPS可包括像素电路FPSPX、重置电路FPSRST、主动负载电路FPSLD及画面分区电路(Zone-switch circuit)FPSZSW。
在本实施例中，像素电路FPSPX可包括第一晶体管T1、第二晶体管T2、用以提供参考电压VSS的一第一参考电压线(未示出)、用以提供读取电压SR_R的一感测扫描线(未示出)、用以提供电源电压VDD的一电源供应线(未示出)、用以提供工作电压SR_W的一信号线和用以传递感测输出信号Sout的一读出线(未示出)，其中第一晶体管T1的第一端T1a电性连接至用以提供参考电压VSS的第一参考电压线，第一晶体管T1的控制端T1c电性连接至用以提供读取电压SR_R的感测扫描线，第一晶体管T1的第二端T1b电性连接至第二晶体管T2的控制端T2c及感光元件PD，第二晶体管T2的第一端T2a电性连接至用以提供电源电压VDD的电源供应线，且第二晶体管T2的第二端T2b电性连接至用以传递读出信号Sout的读出线(未示出)。
在本实施例中，重置电路FPSRST可包括一重置晶体管T3、用以提供重置信号RST的一重置信号线(未示出)和用以提供参考电压Res_VSS的一第二参考电压线(未示出)，其中重置晶体管T3的第一端T3a电性连接至用以提供参考电压Res_VSS的第二参考电压线，重置晶体管T3的控制端T3c电性连接至用以提供重置信号RST的重置信号线，且重置晶体管T3的第二端T3b电性连接至用以传递读出信号Sout的读出线(未示出)。
在本实施例中，主动负载电路FPSLD可包括用以形成电阻的一负载晶体管T4、用以提供偏压Vb的一偏压信号线(未示出)及用以提供参考电压Vb_VSS的一第三参考电压线(未示出)，其中负载晶体管T4的第一端T4a电性连接至用以提供参考电压Vb_VSS的第三参考电压线，负载晶体管T4的控制端T4c电性连接至用以提供偏压Vb的偏压信号线，且负载晶体管T4的第二端T4b电性连接至用以传递读出信号Sout的读出线(未示出)。
在本实施例中，画面分区电路FPSZSW可包括选择晶体管T5、一选择线(未示出)及一汇流线(未示出)，其中选择晶体管T5的控制端T5c电性连接至用以提供多工信号ZSW的选择线，选择晶体管T5的第二端T5b电性连接至用以传递读出信号Sout的读出线(未示出)，且选择晶体管T5的第一端T5a性连接汇流线。
须说明的是，上述的感光装置10的工作电路FPS的形式仅是用以说明本发明而非用以限制本发明，在其它实施例中，工作电路FPS也可以是其它形式。
请参照图1及图2，工作电路FPS的第一端P1电性连接至用以提供参考电压VSS的第一参考电压线(未示出)，且工作电路FPS的第二端P2电性连接至用以提供工作电压SR_W的信号线(未示出)。请参照图1，举例而言，在本实施例中，工作电路FPS的第一端P1可指直接电性连接至第一晶体管T1的第二端T1b及第二晶体管T2的控制端T2c的一处，工作电路FPS的第二端P2可指直接电性连接至用以提供工作电压SR_W的信号线的一处，但本发明不以此为限。
请参照图1、图2及图3，感光装置10还包括一感光元件PD，电性连接至工作电路FPS。请参照图2及图3，感光元件PD包括第一电极142、多个第一感光图案152、介电层160及第二电极170，其中第一电极142设置于基板110上且电性连接至工作电路FPS(绘于图1)的第一端P1，多个第一感光图案152彼此分离且设置于第一电极142上，每一第一感光图案152具有一第一面152a及一第二面152b，多个第一感光图案152的多个第一面152a电性连接至第一电极142，介电层160设置于多个第一感光图案152上且具有多个第一接触窗162，第二电极170设置于介电层160上且通过介电层160的多个第一接触窗162电性连接至多个第一感光图案152的多个第二面152b。
请参照图3，在本实施例中，感光元件PD的第一电极142设置于第一感光图案152的背面(即第一面152a)下，而第一电极142可为反射电极。举例来说，在本实施例中，第一电极142的材质可包括金属，例如：铬、金、银、铜、锡、铅、铪、钨、钼、钕、钛、钽、铝、锌等，但本发明不以此为限。
在本实施例中，第一感光图案152的材料可包括富硅氧化物(silicon-richoxide；SRO)，但本发明不以此为限。
介电层160又可称为平坦层。在本实施例中，介电层160的材料可为无机材料(例如：氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、或上述至少二种材料的堆叠层)、有机材料或上述的组合。
在本实施例中，感光元件PD的第二电极170设置于第一感光图案152的受光面(即第二面152b)上，而第二电极170为透光电极。举例来说，在本实施例中，第二电极170的材质可包括金属氧化物，例如：铟锡氧化物、铟锌氧化物、铝锡氧化物、铝锌氧化物、铟锗锌氧化物、其它合适的氧化物、或者是上述至少二者的堆叠层，但本发明不以此为限。
请参照图3，在本实施例中，感测装置10包括元件层120及层间介电层130，其中元件层120、层间介电层130及第一电极142所属的导电层140按序堆叠于基板110上。请参照图1及图3，在本实施例中，工作电路FPS可选择性地形成在元件层120、层间介电层130及第一电极142所属的导电层140之中。然而，本发明不以此为限，根据其它实施例，工作电路FPS也可形成在其它膜层中。本发明并不限制用以形成工作电路FPS的膜层及其位置。
请参照图3，感光装置10还包括间隔层180、遮光层190及至少一微透镜240。间隔层180设置于第二电极170上。遮光层190设置于间隔层180上，且具有分别对应多个第一感光图案152的多个透光开口190a。至少一微透镜240设置于遮光层190的上方，且与遮光层190的多个透光开口190a重叠。
举例而言，在本实施例中，感光装置10可包括多个微透镜240，且每一微透镜240可与对应的一个透光开口190a重叠。然而，本发明不限于此，根据其它实施例，一微透镜240也可重叠于多个透光开口190a。
此外，在本实施例中，感光装置10还可选择性地包括其它间隔层200、220及其它遮光层210、230，其中多个间隔层180、200、220与多个遮光层190、210、230交替地堆叠于感光元件PD上，遮光层210、230也具有多个透光开口210a、230a，且遮光层190、210、230的多个透光开口190a、210a、230a相重叠，以形成多个光通道。多个间隔层180、200、220及多个遮光层190、210、230可视为感光装置10的一光准直器，用以降低具有大入射角度的光束L进入感光元件PD的几率，进而提升取像品质。
请参照图1、图2及图3，在本实施例中，感光元件PD的第二电极170可电性连接至工作电路FPS的第二端P2。
请参照图2及图3，在本实施例中，第一电极142具有多个第一部142a，第二电极170具有多个第一部172，第一电极142的多个第一部142a、第二电极170的多个第一部172及多个第一感光图案152形成多个第一感测结构PD1，每一第一感测结构PD1包括按序堆叠的第一电极142的一第一部142a、一第一感光图案152及第二电极170的一第一部172。第一电极142的多个第一部142a是直接连接且具有相同的电位。第二电极170的多个第一部172是直接连接且具有相同的电位。换言之，感光元件PD的多个第一感测结构PD1并联。
请参照图2、图3及图4，在本实施例中，感光元件PD可由数量为n的多个第一感测结构PD1并联而成，其中n为大于或等于2的正整数。每一第一感测结构PD1的电容为C1，而感光元件PD的等效电容实质上等于nC1。
举例而言，在本实施例中，感光元件PD的多个第一感测结构PD1的数量为8(即n＝8)，而感光元件PD的等效电容实质上等于8C1。须说明的是，本发明并不限制感光元件PD所包括的多个第一感测结构PD1的数量必为8；在其它实施例中，感光元件PD也可包括其它数量的多个第一感测结构PD1。
值得注意的是，在本实施例中，用以接收光束L的多个第一感光图案152是彼此分离；也就是说，感光元件PD的感光层150保留接收光束L的受光区及其附近的工艺变异区而移除其它区域。因此，感光元件PD的受光面积与感光元件PD的等效电容的比值可增加，进而能提升感光装置10的光灵敏度。
在此必须说明的是，下述实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，下述实施例不再重述。
图5为本发明一实施例的感光装置10A的感光元件PD的俯视图。
图6为本发明一实施例的感光装置10A的剖面示意图。图6对应图5的剖线II-II’。
图7示出图5的感光元件PD的多个第一感测结构PD1的多个电容C1及多个第二感测结构PD2的多个电容C2。
本实施例的感光装置10A与上述的感光装置10类似，两者的差异在于：感光装置10A的感光元件PD与感光装置10的感光元件PD不同。
请参照图5及图6，类似地，在本实施例中，第一电极142电性连接至工作电路FPS(可参考图1)的第一端P1，第一电极142具有多个第一部142a，第二电极170具有多个第一部172；第一电极142的多个第一部142a、第二电极170的多个第一部172及多个第一感光图案152形成多个第一感测结构PD1；每一第一感测结构PD1包括按序堆叠的第一电极142的一第一部142a、一第一感光图案152及第二电极170的一第一部172。第一电极142的多个第一部142a是直接连接且具有相同的电位。第二电极170的多个第一部172是直接连接且具有相同的电位。换言之，感光元件PD的多个第一感测结构PD1并联。
与上述感光装置10不同的是，在本实施例中，感光装置10A的感光元件PD还包括第三电极144及多个第二感光图案154。第三电极144设置于基板110上且与第一电极142分离。第三电极144电性连接至工作电路FPS(可参考图1)的第二端P2。多个第二感光图案154彼此分离且设置于第三电极144上。每一第二感光图案154具有一第一面154a及一第二面154b。多个第二感光图案154的多个第一面154a电性连接至第三电极144。介电层160更设置于多个第二感光图案154上，且更具有多个第二接触窗164。第二电极170更通过介电层160的多个第二接触窗164电性连接至多个第二感光图案154的多个第二面154b。
在本实施例中，第三电极144具有多个第一部144a，第二电极170更具有多个第二部174；第三电极144的多个第一部144a、第二电极170的多个第二部174及多个第二感光图案154形成多个第二感测结构PD2。每一第二感测结构PD2包括按序堆叠的第三电极144的一第一部144a、一第二感光图案154及第二电极170的一第二部174。第三电极144的多个第一部144a是直接连接且具有相同的电位。第二电极170的多个第二部174是直接连接且具有相同的电位。换言之，感光元件PD的多个第二感测结构PD2并联。
请参照图5、图6及图7，多个第一感测结构PD1的第一电极142的多个第一部142a电性连接至工作电路FPS(可参考图1)的第一端P1，多个第一感测结构PD1的第二电极170的多个第一部172及多个第二部174是直接连接且具有相同的电位，多个第二感测结构PD2的第三电极144的多个第一部144a电性连接至工作电路FPS(可参考图1)的第二端P2。换言之，彼此并联的多个第一感测结构PD1与彼此并联的多个第二感测结构PD2串联。
在本实施例中，感光元件PD由数量为p的多个第一感测结构PD1及数量为q的多个第二感测结构PD2所组成，其中p个第一感测结构PD1彼此并联，且p个第一感测结构PD1与q个第二感测结构PD2串联，p为大于或等于2的正整数，且q为大于或等于1的正整数。若q为大于或等于2的正整数，q个第二感测结构PD2彼此并联，且彼此并联的p个第一感测结构PD1与彼此并联的q个第二感测结构PD2串联。
在本实施例中，感光元件PD的等效电容实质上等于1/[(1/pC1)+(1/qC2)]，其中每一第一感测结构PD1的电容为C1，且每一第二感测结构PD2的电容为C2。
举例而言，在本实施例中，感光元件PD的多个第一感测结构PD1的数量为4(即p＝4)，感光元件PD的多个第二感测结构PD2的数量为4(即q＝4)，C1＝C2，而感光元件PD的等效电容实质上等于2C1。
值得一提的是，在本实施例中，通过将彼此并联的多个第一感测结构PD1及至少一第二感测结构PD2串联在一起，感光元件PD的等效电容可更进一步降低，而显著地提升感测装置10A的光灵敏度。
此外，在本实施例中，感光元件PD的第二感测结构PD2的数量q为大于或等于2的正整数(例如：4)。但本发明不限于此，在未示出的另一实施例中，感光元件PD的第二感测结构PD2的数量q也可为1。
另外，在本实施例中，感光元件PD的多个第一感测结构PD1的数量与多个第二感测结构PD2的数量可相同。然而，本发明不限于此，在其它实施例中，感光元件PD的多个第一感测结构PD1的数量与多个第二感测结构PD2的数量也不同，以下配合图8、图9、图10及图11举例说明。
图8为本发明一实施例的感光装置10B的感光元件PD的俯视图。
图9示出图8的感光元件PD的多个第一感测结构PD1的多个电容C1及多个第二感测结构PD2的多个电容C2。
本实施例的感光装置10B与上述的感光装置10A类似，两者的差异在于：感光装置10B的感光元件PD的多个第一感测结构PD1的数量与多个第二感测结构PD2的数量不同。
请参照图8及图9，具体而言，在本实施例中，感光元件PD的多个第一感测结构PD1的数量可大于多个第二感测结构PD2的数量。举例而言，在本实施例中，感光元件PD的多个第一感测结构PD1的数量为5，感光元件PD的多个第二感测结构PD2的数量为2，每一第一感测结构PD1的电容为C1，每一第二感测结构PD2的电容为C2，C1＝C2，而感光元件PD的等效电容实质上等于1.875C1。
值得一提的是，第一感测结构PD1与第二感测结构PD2具有不同的电性(例如：两者的电压对暗电流的特性曲线不同)，通过调整感光元件PD的多个第一感测结构PD1的数量及多个第二感测结构PD2的数量，能改变感光元件PD的光电特性，而更符合实际需求。
图10为本发明一实施例的感光装置10C的感光元件PD的俯视图。
图11示出图10的感光元件PD的多个第一感测结构PD1的多个电容C1及多个第二感测结构PD2的多个电容C2。
本实施例的感光装置10C与上述的感光装置10A类似，两者的差异在于：感光装置10C的感光元件PD的多个第一感测结构PD1的数量与多个第二感测结构PD2的数量不同。
请参照图10及图11，具体而言，在本实施例中，感光元件PD的多个第一感测结构PD1的数量可小于多个第二感测结构PD2的数量。举例而言，在本实施例中，感光元件PD的多个第一感测结构PD1的数量为2，感光元件PD的多个第二感测结构PD2的数量为6，每一第一感测结构PD1的电容为C1，每一第二感测结构PD2的电容为C2，C1＝C2，而感光元件PD的等效电容实质上等于1.5C1。
Claims (6)
1.一种感光装置，包括：
一基板；
一工作电路，设置于该基板上，且具有一第一端及一第二端；
一第一电极，设置于该基板上，且电性连接至该工作电路的该第一端；
多个第一感光图案，彼此分离，且设置于该第一电极上，其中每一第一感光图案具有一第一面及一第二面，且该些第一感光图案的多个第一面电性连接至该第一电极；
一介电层，设置于该些第一感光图案上，且具有多个第一接触窗；
一第二电极，设置于该介电层上，且通过该介电层的该些第一接触窗电性连接至该些第一感光图案的多个第二面；
一间隔层，设置于该第二电极上；
一遮光层，设置于该间隔层上，且具有分别对应该些第一感光图案的多个透光开口；以及
至少一微透镜，设置于该遮光层的上方，且与该遮光层的该些透光开口重叠，
其中该第一电极具有直接连接的多个第一部，该第二电极具有直接连接的多个第一部；该第一电极的该些第一部、该第二电极的该些第一部及该些第一感光图案形成多个第一感测结构；每一第一感测结构包括按序堆叠的该第一电极的一第一部、一第一感光图案及该第二电极的一第一部；该些第一感测结构并联，
该感光装置还包括：
一第三电极，设置于该基板上，与该第一电极分离，且电性连接至该工作电路的该第二端；以及
至少一第二感光图案，设置于该第三电极上，其中该至少一第二感光图案具有一第一面及一第二面，且该至少一第二感光图案的该第一面电性连接至该第三电极；
该介电层更设置于该至少一第二感光图案上且更具有至少一第二接触窗；
该第二电极更通过该介电层的该至少一第二接触窗电性连接至该至少一第二感光图案的该第二面。
2.如权利要求1所述的感光装置，其中该第二电极电性连接至该工作电路的该第二端。
3.如权利要求1所述的感光装置，其中该第三电极具有至少一第一部，该第二电极更具有至少一第二部；该第三电极的该至少一第一部、该第二电极的该至少一第二部及该至少一第二感光图案形成至少一第二感测结构；并联的该些第一感测结构及该至少一第二感测结构串联。
4.如权利要求3所述的感光装置，其中至少一第二感测结构为多个第二感光结构；该至少一第二感光图案为彼此分离的多个第二感光图案；该第三电极的该至少一第一部为直接连接的多个第一部；该第二电极的该至少一第二部为直接连接的多个第二部；该第三电极的该些第一部、该第二电极的该些及该些第二感光图案形成该些第二感测结构；每一第二感测结构包括按序堆叠的该第三电极的一该第一部、一该第二感光图案及该第二电极的一该第二部；该些第二感测结构并联。
5.如权利要求3所述的感光装置，其中该些第一感测结构的数量与该些第二感测结构的数量相同。
6.如权利要求3所述的感光装置，其中该些第一感测结构的数量与该些第二感测结构的数量不同。
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