CN114973302A - 生物识别感测装置及包括其的显示装置 - Google Patents
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Abstract
本揭露的实施例提供一种生物识别感测装置及包括其的显示装置，生物识别感测装置包括第一薄膜晶体管、第二薄膜晶体管以及光电二极管。第一薄膜晶体管具有栅极。第二薄膜晶体管具有半导体层及非栅极的电极端。非栅极的电极端电性连接至第一薄膜晶体管的栅极。光电二极管接触半导体层。
Description
技术领域
本揭露的实施例涉及一种电子装置，尤其涉及一种生物识别感测装置及包括其的显示装置。
背景技术
随着电子装置的应用持续的增广，显示技术的发展也日新月异。随着电子装置的应用与使用者的习惯或需求，对于电子装置的结构与品质的要求越来越高,进而电子装置面临不同的问题。举例来说，电子装置中的感测元件的灵敏度会受到电路中的等效电容所影响。因此，电子装置的研发须持续更新与调整。
发明内容
本揭露是针对一种生物识别感测装置及包括其的显示装置，其可提升光电转换效率、具有良好的灵敏度或电性品质。
根据本揭露的实施例，生物识别感测装置包括第一薄膜晶体管、第二薄膜晶体管以及光电二极管。第一薄膜晶体管具有栅极。第二薄膜晶体管具有半导体层及非栅极的电极端。非栅极的电极端电性连接至第一薄膜晶体管的栅极。光电二极管接触半导体层。
根据本揭露的实施例，显示装置包括显示面板以及生物识别感测装置。生物识别感测装置设置于显示面板下。
综上所述，在本揭露一实施例的生物识别感测装置或包括其的显示装置中，由于感测电路可通过驱动信号来控制第二薄膜晶体管，因此可在感测值读出期间时，开启第二薄膜晶体管，使存储于光电二极管的电荷会因为电荷转移效应而选择性地被转移至浮动扩散节点上。因此浮动扩散节点上的电荷实质上为由光电二极管转移过来的电荷。浮动扩散节点上的等效电容可以减少。因此，生物识别感测装置或其感测电路的光电转换效率可被提升。生物识别感测装置可具有良好的灵敏度或电性品质。
附图说明
图1为本揭露一实施例的生物识别感测装置的感测电路的示意图；
图2为本揭露一实施例的感测电路的信号时序图；
图3为本揭露一实施例的生物识别感测装置的剖面示意图；
图4为本揭露另一实施例的生物识别感测装置的剖面示意图；
图5为本揭露又一实施例的生物识别感测装置的剖面示意图；
图6为本揭露一实施例的显示装置的剖面示意图。
具体实施方式
通过参考以下的详细描述并同时结合附图可以理解本揭露，须注意的是，为了使读者能容易了解及为了附图的简洁，本揭露中的多张附图只绘出电子装置的一部分，且附图中的特定元件并非依照实际比例绘图。此外，图中各元件的数量及尺寸仅作为示意，并非用来限制本揭露的范围。
本揭露通篇说明书与后附的权利要求中会使用某些词汇来指称特定元件。本领域技术人员应理解，电子设备制造商可能会以不同的名称来指称相同的元件。本文并不意在区分那些功能相同但名称不同的元件。在下文说明书与权利要求中，“包括”、“含有”、“具有”等词为开放式词语，因此其应被解释为“含有但不限定为…”之意。因此，当本揭露的描述中使用术语“包括”、“含有”和/或“具有”时，其指定了相应的特征、区域、步骤、操作和/或构件的存在，但不排除一个或多个相应的特征、区域、步骤、操作和/或构件的存在。
本文中所提到的方向用语，例如：“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而并非用来限制本揭露。在附图中，各附图示出的是特定实施例中所使用的方法、结构和/或材料的通常性特征。然而，这些附图不应被解释为界定或限制由这些实施例所涵盖的范围或性质。举例来说，为了清楚起见，各膜层、区域和/或结构的相对尺寸、厚度及位置可能缩小或放大。
在本揭露中，长度与宽度的测量方式可以是采用光学显微镜测量而得，厚度则可以由电子显微镜中的剖面图像测量而得，但不以此为限。
术语“大约”、“等于”、“相等”或“相同”、“实质上”或“大致上”一般解释为在所给定的值20％以内的范围，或解释为在所给定的值的10％、5％、3％、2％、1％或0.5％以内的范围。
本揭露中所叙述的一结构(或层别、组件、基材)位于另一结构(或层别、元件、基材)之上，可以指二结构相邻且直接连接，或是可以指二结构相邻而非直接连接，非直接连接是指二结构之间具有至少一中介结构(或中介层别、中介组件、中介基材、中介间隔)，一结构的下侧表面相邻或直接连接于中介结构的上侧表面，另一结构的上侧表面相邻或直接连接于中介结构的下侧表面，而中介结构可以是单层或多层的实体结构或非实体结构所组成，并无限制。在本揭露中，当某结构配置在其它结构“上”时，有可能是指某结构“直接”在其它结构上，或指某结构“间接”在其它结构上，即某结构和其它结构间还夹设有至少一结构。
本揭露说明书内的“第一”、“第二”...等在本文中可以用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分区分开。因此，下面讨论的“第一元件”、“部件”、“区域”、“层”、或“部分”是用于与“第二元件”、“部件”、“区域”、“层”、或“部分”区隔，而非用于限定顺序或特定元件、部件、区域、层和/或部分。而且在说明书段落中所指的“第一”元件有可能在权利要求项中被改称为”第二”元件。
电子装置可具有显示功能，其中本揭露实施例的显示装置可包括显示装置、天线装置、感测装置、拼接装置或透明显示装置，但不以此为限。电子装置可为可卷曲、可拉伸、可弯折或可挠式电子装置。电子装置可例如包括液晶(liquid crystal)、发光电二极管(light emitting diode，LED)、量子点(quantum dot，QD)、荧光(fluorescence)、磷光(phosphor)或其他适合的材且其材料可任意排列组合或其他适合的显示介质，或前述的组合；发光电二极管可例如包括有机发光电二极管(organic light emitting diode，OLED)、毫米/次毫米发光电二极管(mini LED)、微发光电二极管(micro LED)或量子点发光电二极管(quantum dot，QD，可例如为QLED、QDLED)，但不以此为限。天线装置可例如是液晶天线，但不以此为限。拼接装置可例如是显示器拼接装置或天线拼接装置，但不以此为限。需注意的是，电子装置可为前述的任意排列组合，但不以此为限。此外，电子装置的外型可为矩形、圆形、多边形、具有弯曲边缘的形状或其他适合的形状。电子装置可以具有驱动系统、控制系统、光源系统、层架系统…等周边系统以支援显示装置、天线装置或拼接装置。下文将以生物识别感测装置及包括其的显示装置说明本揭露内容，但本揭露不以此为限。
在本揭露中，以下所述的各种实施例可在不背离本揭露的精神与范围内做混合搭配使用，例如一实施例的部分特征可与另一实施例的部分特征组合而成为另一实施例。
现将详细地参考本揭露的示范性实施例，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。
图1为本揭露一实施例的生物识别感测装置的感测电路的示意图。图2为本揭露一实施例的感测电路的信号时序图。图3为本揭露一实施例的生物识别感测装置的剖面示意图。为了附图清楚及方便说明，图3省略示出了若干元件。请参考图1、图2及图3，在本揭露的一实施例中，生物识别感测装置10为指纹感测装置，但不以此为限。在其他实施例中，生物识别感测装置10包括脸部感测装置、掌纹感测装置、虹膜感测装置、视网膜感测装置或其他合适的生物特征感测装置。生物识别感测装置10例如是感测电路。生物识别感测装置10包括第一薄膜晶体管T1、第二薄膜晶体管T2以及光电二极管PD。第一薄膜晶体管T1具有栅极G1。第二薄膜晶体管T2具有半导体层PS2及非栅极G2的电极端(例如图1所示的第二端D2，其可为源极或漏极)。非栅极G2的电极端电性连接至第一薄膜晶体管T1的栅极G1。第二薄膜晶体管T2与第一薄膜晶体管T1在浮动扩散节点FD(floating diffusion)相连接。半导体层PS2的至少一部分可以延伸。光电二极管PD接触半导体层PS2的所述至少一部分，但不以此为限。在一些实施例中，生物识别感测装置10还包括第三薄膜晶体管T3及第四薄膜晶体管T4。第三薄膜晶体管T3电性连接至第一薄膜晶体管T1的栅极G1。第四薄膜晶体管T4电性连接至第一薄膜晶体管T1的非栅极G1的电极端(例如图1所示的第一端S1，其可为源极或漏极)。在上述的设置下，可在第三薄膜晶体管T3进行重置(reset)后，通过第二薄膜晶体管T2将光电二极管PD的存储电荷转移至浮动扩散节点FD。如此一来，在浮动扩散节点FD的等效电容可被降低。藉此，光电转换效率可被提升，使生物识别感测装置10具有良好的灵敏度或电性品质。
请继续参考图1及图3，生物识别感测装置10包括基板100以及感测电路BC设置于基板100上。感测电路BC包括多个薄膜晶体管(thin film transistor，TFT)、数据线DL以及光电二极管PD。多个薄膜晶体管例如包括第一薄膜晶体管T1、第二薄膜晶体管T2、第三薄膜晶体管T3及第四薄膜晶体管T4。每一个薄膜晶体管包括栅极以及非栅极的电极端(例如：第一端或第二端)。在本实施例中，第一薄膜晶体管T1的栅极G1与第二薄膜晶体管T2的非栅极的电极端电性连接于浮动扩散节点FD。具体来说，第二薄膜晶体管T2的非栅极的电极端包括第一端S2(例如：第二薄膜晶体管T2的源极)及第二端D2(例如：第二薄膜晶体管T2的漏极)。第一端S2电性连接至光电二极管PD。第二端D2于浮动扩散节点FD电性连接至第一薄膜晶体管T1的栅极G1。第一薄膜晶体管T1的第二端D1耦接第一电压源VCC0。在上述的设置下，第一薄膜晶体管T1可以为源极跟随器(source follower)，而具有信号放大(amplify)的应用。此外，第二薄膜晶体管T2的栅极G2可接收信号Tx(例如是驱动信号)以决定第二薄膜晶体管T2的开关。
光电二极管PD的一端可电性连接至第二薄膜晶体管T2的第一端S2。光电二极管PD的另一端耦接第三电压源VEE。当光电二极管PD接受到光辐射的照射时，电流或电荷可在光电二极管PD中产生并存储。上述的光辐射例如包括可见光、紫外光(UV light)、红外光(infrared light)、X光(X-ray)、微波(microwave)或其他合适的辐射类型。在上述的设置下，信号Tx可控制第二薄膜晶体管T2，以决定是否将光电二极管PD中的电荷转移至浮动扩散节点FD及第一薄膜晶体管T1的栅极G1上。
第三薄膜晶体管T3的非栅极的电极端电性连接至第一薄膜晶体管T1的栅极G1。举例来说，第三薄膜晶体管T3的第一端S3(例如：第三薄膜晶体管T3的源极或漏极)于浮动扩散节点FD电性连接至第一薄膜晶体管T1的栅极G1。第三薄膜晶体管T3的第二端D3(例如：第三薄膜晶体管T3的源极或漏极)耦接第二电压源VCC1。在一些实施例中，第三薄膜晶体管T3的栅极G3可接受信号RST以决定第三薄膜晶体管T3的开关。在一些实施例中，第三电压源VEE的电压可以小于第一电压源VCC0的电压或第二电压源VCC1的电压，但不以此为限。
在一些实施例中，第二电压源VCC1可以是重置电压。信号RST可以是重置信号。也就是说，第三薄膜晶体管T3可以是重置薄膜晶体管(reset TFT)。在上述的设置下，信号RST可控制第三薄膜晶体管T3，以用于重置浮动扩散节点FD及第一薄膜晶体管T1的栅极G1的电压。此外，位于浮动扩散节点FD的电压可用于控制第一薄膜晶体管T1的开关。
第四薄膜晶体管T4的非栅极的电极端电性连接至第一薄膜晶体管T1的非栅极的电极端。举例来说，第四薄膜晶体管T4的第二端D4(例如：第四薄膜晶体管T4的源极或漏极)于电性连接至第一薄膜晶体管T1的第一端S1。第四薄膜晶体管T4的第一端S4(例如：第四薄膜晶体管T4的源极或漏极)耦接数据线DL。在一些实施例中，第四薄膜晶体管T4的栅极G4可接受信号SEL以决定第四薄膜晶体管T4的开关。
在一些实施例中，信号SEL可以是选择信号。也就是说，第四薄膜晶体管T4可以是选择薄膜晶体管(selector TFT)。在上述的设置下，信号SEL可控制第四薄膜晶体管T4，以在读取期间时，使得通过第一薄膜晶体管T1的第一电压源VCC0的信号，通过第四薄膜晶体管T4以传递至数据线DL，而可在后续的步骤中被读取。
在一些实施例中，数据线DL可选择性地耦接信号读取元件(图未示)，以读取自第四薄膜晶体管T4的第一端S4传递至数据线DL的信号，但不以此为限。在本实施例中，感测电路BC可以是包括四个薄膜晶体管(TFT)的4T主动式传感器(active pixel sensor，APS)，但不以此为限。
本揭露实施例中的薄膜晶体管(例如上述第一薄膜晶体管T1、第二薄膜晶体管T2、第三薄膜晶体管T3及第四薄膜晶体管T4)中可具有半导体层(例如：图3中所示的半导体层PS1、半导体层PS2、半导体层PS3及半导体层PS4)。半导体层的材料例如包括非晶硅(amorphous silicon)、低温多晶硅(Low Temperature Poly-Silicon，LTPS)或金属氧化物(metal oxide)或其他合适的材料，不以此为限。薄膜晶体管可以是包含顶栅极(topgate)、底栅极(bottom gate)或双栅极(dual gate or double gate)薄膜晶体管，或上述材料的组合，不以此为限。在一些实施例中，薄膜晶体管可具有上述不同的半导体材料。本揭露的薄膜晶体管(例如上述第一薄膜晶体管T1、第二薄膜晶体管T2、第三薄膜晶体管T3及第四薄膜晶体管T4)的第一端以及第二端可分别为源极(source)及漏极(drain)，但本揭露不以此为限。此外，薄膜晶体管的栅极(gate)可视为薄膜晶体管的控制端。另外，本揭露的薄膜晶体管的栅极可包含多晶硅、金属或其他导电材料，且不限于此。上述金属包含铜(Cu)、铝(Al)、钼(Mo)、钨(W)、金(Au)、铬(Cr)、镍(Ni)、铂(Pt)或钛(Ti)，且不限于此。本揭露的薄膜晶体管的源极及漏极的材料可包含金属，例如铜(Cu)、铝(Al)、钼(Mo)、钨(W)、金(Au)、铬(Cr)、镍(Ni)、铂(Pt)或钛(Ti)，且不限于此。
以下将通过图1及图2来简单说明感测电路BC的控制方式。
在本实施例中，感测电路BC可依使用者的设计，于一个帧(frame)中分成多个期间，包括预重置期间、重置期间、曝光期间、参考值读出期间及感测值读出期间。在一些实施例中，每一个帧可定义为时间t0至时间t6之间的期间。在一些实施例中，每一个帧可以为50毫秒(ms)以上，但不以此为限。
详细来说，首先，在时间t0之前，重置信号RST、驱动信号Tx以及选择信号SEL为低电压电位。
接着，在时间t0至时间t1的预重置期间(pre-reset)，重置信号RST与驱动信号Tx切换为高电压电位。因此，第三薄膜晶体管T3与第二薄膜晶体管T2的栅极G3、G2分别接收重置信号RST与驱动信号Tx。第三薄膜晶体管T3与第二薄膜晶体管T2为开启(on)(亦即为导通状态)。选择信号SEL仍维持低电压电位，也就是说第四薄膜晶体管T4为关闭(off)(亦即为非导通状态)。此外，驱动信号Tx会在时间t1之前切换为低电压电位，而重置信号RST会在时间t1切换为低电压电位。也就是说，第二薄膜晶体管T2会比第三薄膜晶体管T3先关闭。
在预重置期间，第一薄膜晶体管T1的栅极G1、第二薄膜晶体管T2的第一端S2及第三薄膜晶体管T3的第一端S3所连接的浮动扩散节点FD的电压可依据第二电压源VCC1的电压而重置。
接着，在时间t2至时间t3的重置期间(reset)，将重置信号RST与驱动信号Tx切换为高电压电位。选择信号SEL仍维持低电压电位。驱动信号Tx会在时间t3之前切换为低电压电位，而重置信号RST会在时间t3切换为低电压电位。也就是说，第二薄膜晶体管T2会比第三薄膜晶体管T3先关闭。相似预重置期间，在重置期间中，浮动扩散节点FD的电压及第二薄膜晶体管T2的第一端S2电压可被重置，故不再重复赘述。
在一些实施例中，预重置期间与重置期间也可以合并成一个重置期间，但不以此为限。在另一些实施例中，也可以只进行预重置期间或重置期间中的其中一者，但不以此为限。
接着，在时间t3至时间t4的曝光期间，重置信号RST、驱动信号Tx以及选择信号SEL为低电压电位。在曝光期间中，光辐射照射于感测电路BC的光电二极管PD，以在光电二极管PD中产生电流并存储电荷。
接着，在时间t4至时间t5的参考值读出期间，于时间t4时，重置信号RST及选择信号SEL切换为高电压电位。驱动信号Tx为低电压电位。因此，第三薄膜晶体管T3与第四薄膜晶体管T4的栅极G3、G4分别接收重置信号RST与选择信号SEL。第三薄膜晶体管T3与第四薄膜晶体管T4为开启。在时间t5之前，重置信号RST切换为低电压电位，以使第三薄膜晶体管T3关闭。在参考值读出期间，浮动扩散节点FD的电压例如是曝光前的背景值，且可通过第一薄膜晶体管T1及第四薄膜晶体管T4输出到数据线DL。耦接数据线DL的信号读取元件可将所读取到的背景值设为第一信号。
接着，在时间t5至时间t6的感测值读出期间，于时间t5时，驱动信号Tx切换为高电压电位。选择信号SEL自时间t4至时间t6均为高电压电位。此外，重置信号RST为低电压电位。因此，第二薄膜晶体管T2与第四薄膜晶体管T4的栅极G2、G4分别接收驱动信号Tx与选择信号SEL。第二薄膜晶体管T2与第四薄膜晶体管T4为开启。在时间t5之前，驱动信号Tx切换为低电压电位，以使第二薄膜晶体管T2关闭。
当驱动信号Tx控制第二薄膜晶体管T2为开启时，存储于光电二极管PD的电荷会选择性地被转移至浮动扩散节点FD上，以用于控制第一薄膜晶体管T1的开关。在感测值读出期间，浮动扩散节点FD的电压例如是曝光后的光电二极管PD的感测电压，且可通过第一薄膜晶体管T1及第四薄膜晶体管T4输出到数据线DL。耦接数据线DL的信号读取元件可将所读取到的感测值设为第二信号。
然后，信号读取元件可将第一信号(背景值)比对第二信号(感测值)，以取得光学信息。
值得注意的是，感测电路BC的灵敏度(sensitivity)可由以下算式1所定义：
QE×CG＝灵敏度 (算式1)
其中，QE为光电二极管PD的量子效率(quantum efficiency)，且CG为光电转换效率(conversion gain)。光电转换效率可由以下算式2所定义：
其中，q为光电二极管PD的电荷，且CFD为浮动扩散节点FD上的等效电容。量子效率QE取决于材料而为定值。因此，浮动扩散节点FD上的等效电容CFD越低，光电转换效率CG越高。光电转换效率CG越高，感测电路BC的灵敏度越高。
当驱动信号Tx控制第二薄膜晶体管T2为开启时，存储于光电二极管PD的电荷会因为电荷转移效应(charge transfer)而选择性地被转移至浮动扩散节点FD上。相较于不存有第二薄膜晶体管T2的感测电路，其在浮动扩散节点FD上的等效电容CFD包括光电二极管PD的等效电容及第三薄膜晶体管T3的等效电容，本实施例的浮动扩散节点FD上的等效电容CFD由于不包括光电二极管PD的等效电容而可以减少。在上述的设置下，本实施例的感测电路BC的光电转换效率CG可被提升。生物识别感测装置10或其感测电路BC可具有良好的灵敏度或电性品质。
以下将通过图1及图3来继续说明生物识别感测装置10的结构。
本揭露一实施例的基板100可以为硬质基板或可挠性基板。基板100的材料包括玻璃、石英、陶瓷、蓝宝石或塑料或其他合适的材料，但不以此为限。在另一实施例中，基板110的材料可包含合适的不透明材料。在一些实施例中，当基板110为可挠基板时可包含合适的可挠材料，例如聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、聚酰亚胺(polyimide，PI)、聚丙烯(polypropylene，PP)或聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)、其他合适的材料或前述材料的组合，但并不以此为限。此外，基板110的透光率不加以限制，也就是说，基板110可为透光基板、半透光基板或不透光基板。
在一些实施例中，生物识别感测装置10可选择性地包括缓冲层111及缓冲层112。缓冲层111及缓冲层112依序地在基板100的法线方向上(即Z轴)设置于基板100上。缓冲层111及缓冲层112的材料包括氮化硅、氧化硅或氮氧化硅，但不以此为限。
生物识别感测装置10包括多层绝缘材料层在Z轴上依序地设置于基板100上。举例来说，生物识别感测装置10包括绝缘层120、栅绝缘层GI、绝缘层130、绝缘层140、绝缘层150、绝缘层160、绝缘层170、绝缘层181、绝缘层182、绝缘层183、绝缘层190依序地在Z轴上堆叠。绝缘层120、栅绝缘层GI、绝缘层130、绝缘层140、绝缘层150、绝缘层160、绝缘层170、绝缘层181、绝缘层182、绝缘层183、绝缘层190可以为单层或多层结构，其材料例如为绝缘材料。可例如包含有机材料、无机材料或前述的组合，所述有机材料可包含聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚乙烯(polyethylene，PE)、聚醚砜(polyethersulfone，PES)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)、聚酰亚胺(polyimide，PI)、感光型聚酰亚胺(photosensitive polyimide，PSPI)或前述的组合，而所述无机材料可包含氮化硅、氧化硅、氮氧化硅或前述的组合，但不以此为限。
感测电路BC设置于于上述的多层绝缘层中。举例来说，第一薄膜晶体管T1、第二薄膜晶体管T2、第三薄膜晶体管T3及第四薄膜晶体管T4设置于缓冲层112上，且被绝缘层120、栅绝缘层GI、绝缘层130、绝缘层140、绝缘层150、绝缘层160覆盖，但不以此为限。上述的薄膜晶体管分别包括半导体层、栅极(即控制端)、源极(即第一端)与漏极(即第二端)。在一些实施例中，多个薄膜晶体管的半导体层可以由一层半导体材料经由图案化后形成。在另一些实施例中，可以分别地形成每一个薄膜晶体管的半导体层，本揭露的实施例并不以此为限。半导体层可通过掺杂V族元素，例如砷(As)、磷(P)、其他V族元素或其组合以形成N型掺杂区。
第一薄膜晶体管T1的半导体层PS1、第二薄膜晶体管T2的半导体层PS2、第三薄膜晶体管T3的半导体层PS3与第四薄膜晶体管T4的半导体层PS4设置于缓冲层112上。绝缘层120覆盖于半导体层PS1、半导体层PS2、半导体层PS3、半导体层PS4上。第一薄膜晶体管T1的栅极G1重叠半导体层PS1。第二薄膜晶体管T2的栅极G2重叠半导体层PS2。第三薄膜晶体管T3的栅极G3重叠半导体层PS3。第四薄膜晶体管T4的栅极G4重叠半导体层PS4。栅绝缘层GI分别位于栅极G1、栅极G2、栅极G3、栅极G4与半导体层PS1、半导体层PS2、半导体层PS3、半导体层PS4之间。
绝缘层130、绝缘层140设置于栅极G1、栅极G2、栅极G3、栅极G4与半导体层PS1、半导体层PS2、半导体层PS3、半导体层PS4上。绝缘层150设置于绝缘层140上。
导电层M2设置于绝缘层140上。导电层M2可以在图案化后作为薄膜晶体管的非栅极的电极端，例如是源极(即第一端)或漏极(即第二端)，并与半导体层电性连接。薄膜晶体管的第一端或第二端可分别接触N型掺杂区以电性连接半导体层。举例来说，第二薄膜晶体管T2的第二端D2(标示于图1)可接触第一掺杂区NP2。此外，第三薄膜晶体管T3可以接触第一掺杂区NP2，但不以此为限。
在一些实施例中，第二薄膜晶体管T2的半导体层PS2还包括由半导体层PS2重叠栅极G2的部分往图3左边延伸的第二掺杂区NM2，但不以此为限。半导体层PS2延伸出来的第二参杂区NM2的至少部分可与光电二极管PD重叠，将于后续段落说明。第二掺杂区NM2可以进行掺杂而作为N型掺杂区。举例来说，第二薄膜晶体管T2的第一端S2(标示于图1)可以是第二掺杂区NM2。在一些实施例中，第一掺杂区NP2中的掺杂浓度大于第二掺杂区NM2的掺杂浓度。
在本实施例中，第二掺杂区NM2可在Z轴上重叠光电二级管PD。光电二极管PD与第二掺杂区NM2的结构关系会于后续段落说明。
绝缘层150、绝缘层160及绝缘层170设置于绝缘层上，且覆盖感测电路BC(包括第一薄膜晶体管T1、第二薄膜晶体管T2、第三薄膜晶体管T3及第四薄膜晶体管T4)上。绝缘层120、绝缘层130、绝缘层140、绝缘层150、绝缘层160及绝缘层170可包括开口O1。开口O1贯穿绝缘层120、绝缘层130、绝缘层140、绝缘层150、绝缘层160及绝缘层170，且开口O1重叠第二掺杂区NM2。
导电层M3设置于绝缘层170上，可用以降低光电二级管PD的阻抗。举例来说，导电层M3可以在Z轴上部分地重叠第一薄膜晶体管T1、第二薄膜晶体管T2、第三薄膜晶体管T3及第四薄膜晶体管T4，但不以此为限。导电层M3的材料可与导电层M2的材料相似，故于此不再赘述。
光电二极管PD设置于绝缘层170上。光电二极管PD例如是光传感器(photodetector)，包括第一经掺杂的半导体材料层PN、第二经掺杂的半导体材料层PP以及位于第一经掺杂的半导体材料层PN与第二经掺杂的半导体材料层PP之间的本征半导体材料层PI。第一经掺杂的半导体材料层PN与第二经掺杂的半导体材料层PP分别为相反的掺杂型。举例来说，第一经掺杂的半导体材料层PN可以是N型掺杂型，第二经掺杂的半导体材料层PP可以是P型掺杂型，但不以此为限。在一些实施例中，本征半导体材料层PI的材料例如包括非晶硅(amorphous silicon)。第一经掺杂的半导体材料层PN可包括以磷、砷、锑或铋等V族元素掺杂的非晶硅。第二经掺杂的半导体材料层PP可包括以硼，铝，镓或铟等III族元素掺杂的非晶硅。
在一些实施例中，第一经掺杂的半导体材料层PN自绝缘层170上延伸进开口O1，再延伸至绝缘层170上并接触导电层M3。第一经掺杂的半导体材料层PN在开口O1中接触第二薄膜晶体管T2的半导体层PS2的第二掺杂区NM2。在上述的设置下，第二掺杂区NM2用以作为光电二极管PD的下电极。在本实施例中，光电二极管PD可用于接收可见光，且将可见光转换为电信号。即，本实施例的光电二极管PD例如为可见光传感器。然而，本揭露不以此为限，在其他实施例中，光电二极管PD也可用以检测具有其他波长范围的光线。
透明电极ITO1设置于第二经掺杂的半导体材料层PP上。透明电极ITO1则用以作为光电二极管PD的上电极。透明电极ITO1的材料可为氧化铟锡、氧化铟锌、氧化铝锌、氧化铝铟、氧化铟、氧化镓、纳米碳管、纳米银颗粒、厚度小于60纳米的金属或合金、有机透明导电材料或其它适合的透明导电材料，但不以此为限。
绝缘层181、绝缘层182及绝缘层183部分地设置于透明电极ITO1上。透明电极ITO2设置于绝缘层181、绝缘层182及绝缘层183上，并接触未被绝缘层181、绝缘层182及绝缘层183所覆盖的透明电极ITO1。透明电极ITO2的材料与透明电极ITO1的材料相似，故于此不再赘述。
绝缘层190设置于透明电极ITO2上，以用于保护透明电极ITO1与透明电极ITO2不受外界的水氧影响，但不以此为限。
值得注意的是，光电二极管PD的第一经掺杂的半导体材料层PN的掺杂浓度小于第二薄膜晶体管T2的半导体层PS2的第二掺杂区NM2的掺杂浓度，且第二掺杂区NM2的掺杂浓度小于第一掺杂区NP2的掺杂浓度。换句话说，半导体层PS2的第一掺杂区NP2的掺杂浓度大于第二掺杂区NM2的掺杂浓度，且第二掺杂区NM2的掺杂浓度大于第一经掺杂的半导体材料层PN的掺杂浓度。如此一来，接触光电二极管PD的第二掺杂区NM2的电位能可以高于第一掺杂区NP2的电位能。第二薄膜晶体管T2的半导体层PS2重叠栅极G2的电位可以高于第二掺杂区NM2的电位。在感测值读出期间，当栅极G2接受到驱动信号Tx后，第二薄膜晶体管T2可被开启而降低重叠栅极G2的半导体层PS2的电位。如此一来，光电二极管PD所产生的电流可由高电位能的区域流向低电位能的区域，亦即，电流由第一经掺杂的半导体材料层PN流向第二掺杂区NM2，再由第二掺杂区NM2流向第一掺杂区NP2，而将光电二极管PD的电荷转移至第二薄膜晶体管T2与第三薄膜晶体管T3所连接的浮动扩散节点FD(示出于图1)。因此，在浮动扩散节点FD的等效电容可被降低。在上述的设置下，生物识别感测装置10及其感测电路BC的光电转换效率CE可被提升。生物识别感测装置10可具有良好的灵敏度或电性品质。
以下将列举其他实施例以作为说明。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，下述实施例不再重复赘述。
图4为本揭露另一实施例的生物识别感测装置的剖面示意图。为了附图清楚及方便说明，图4省略示出了若干元件。本实施例的生物识别感测装置10A大致相似于图3的生物识别感测装置10，因此两实施例中相同与相似的构件于此不再重述。本实施例不同于生物识别感测装置10之处主要在于，第二薄膜晶体管T2的栅极G2设置于基板100上，且被缓冲层111所覆盖。举例来说，第二薄膜晶体管T2可以是底栅极型的晶体管。举例来说，栅极G2的一端重叠半导体层PS2的第一掺杂区NP2，且栅极G2的另一端可完全重叠半导体层PS2中与第一经掺杂的半导体材料层PN接触的部分，但不以此为限。在一些实施例中，栅极G2的部分可重叠开口O1与光电二极管PD。
半导体层PS2的通道区CH可部分地重叠开口O1。通道区CH可接触位于开口O1中的光电二极管PD。具体来说，光电二极管PD的第一经掺杂的半导体材料层PN于开口O1中接触半导体层PS2的通道区CH。在一些实施例中，通道区CH包括未经掺杂的半导体材料。在上述的设置下，接触光电二极管PD的通道区CH的电位能可以高于第一掺杂区NP2的电位能。在感测值读出期间，当栅极G2接受到驱动信号Tx后，第二薄膜晶体管T2可被开启而降低重叠栅极G2的半导体层PS2的电位。如此一来，光电二极管PD所产生的电流可由高电位能的区域流向低电位能的区域，亦即，电流由第一经掺杂的半导体材料层PN流向半导体层PS2的通道区CH，再由半导体层PS2的通道区CH流向第一掺杂区NP2，而将光电二极管PD的电荷转移至第二薄膜晶体管T2与第三薄膜晶体管T3所连接的浮动扩散节点FD(示出于图1)。在上述的设置下，生物识别感测装置10A可获致与上述实施例相似的优良技术效果。
图5为本揭露又一实施例的生物识别感测装置的剖面示意图。为了附图清楚及方便说明，图5省略示出了若干元件。本实施例的生物识别感测装置10B大致相似于图4的生物识别感测装置10A，因此两实施例中相同与相似的构件于此不再重述。本实施例不同于生物识别感测装置10A之处主要在于，第二薄膜晶体管T2的栅极G2部分重叠半导体层PS2中与第一经掺杂的半导体材料层PN接触的部分。半导体层PS2截止的端点至前述的接触的部分中大约在开口O1中心处可经掺杂后形成第二掺杂区NM2’。换句话说，第二掺杂区NM2’位于部分的开口O1中，且在开口O1中接触部分的第一经掺杂的半导体材料层PN。
栅极G2的部分重叠通道区CH，且栅极G2的部分重叠第二掺杂区NM2’。在上述的设置下，第一经掺杂的半导体材料层PN可以接触部分的第二掺杂区NM2’。由于第二掺杂区NM2’的阻抗值可较未经掺杂的半导体层PS2来得低，因此电子移动的速度可以提升，以进一步提升第二薄膜晶体管T2或生物识别感测装置10B的电性品质。此外，接触光电二极管PD的半导体层PS2的通道区CH的电位能可以高于第一掺杂区NP2的电位能。在感测值读出期间，当栅极G2接受到驱动信号Tx后，第二薄膜晶体管T2可被开启而降低重叠栅极G2的半导体层PS2的电位。如此一来，光电二极管PD所产生的电流可由高电位能的区域流向低电位能的区域，亦即，电流由第一经掺杂的半导体材料层PN流向半导体层PS2的通道区CH与第二掺杂区NM2’，再由半导体层PS2的通道区CH流向第一掺杂区NP2，而将光电二极管PD的电荷转移至第二薄膜晶体管T2与第三薄膜晶体管T3所连接的浮动扩散节点FD(示出于图1)。在上述的设置下，生物识别感测装置10B可获致与上述实施例相似的优良技术效果。
图6为本揭露一实施例的显示装置的剖面示意图。为了附图清楚及方便说明，图6省略示出了若干元件。图6所示的显示装置1包括显示面板20以及如图3所示的生物识别感测装置10，但不以此为限。在其他实施例中，图6所示的生物识别感测装置也可以是图4所示的生物识别感测装置10A或图5所示生物识别感测装置10B，端视设计者的需求而定。生物识别感测装置10设置于显示面板20下。在一些实施例中，显示面板20可以是任何种类的显示面板，例如为平面显示面板、曲面显示面板、可挠式显示面板、拼接式示面板或透明显示面板，但不以此为限。显示面板可包括液晶显示面板、发光电二极管显示面板、量子点显示面板、荧光荧光显示面板或磷光显示面板，但不以此为限。发光电二极管显示面板可包括有机发光电二极管、毫米/次毫米发光电二极管、微发光电二极管或量子点发光电二极管，但不以此为限。在上述的设置下，应用了生物识别感测装置10的显示装置1可以是屏下光学指纹辨识显示装置，但不以此为限。此外，显示装置1可获致与上述实施例相似的优良技术效果。
综上所述，在本揭露一实施例的生物识别感测装置或包括其的显示装置中，由于感测电路可通过驱动信号来控制第二薄膜晶体管，因此可在感测值读出期间时，开启第二薄膜晶体管，使存储于光电二极管的电荷会因为电荷转移效应而选择性地被转移至浮动扩散节点上。如此一来，第三薄膜晶体管已清除存储在浮动扩散节点上的电荷，因此浮动扩散节点上的电荷实质上为由光电二极管转移过来的电荷。浮动扩散节点上的等效电容可以减少。因此，生物识别感测装置或其感测电路的光电转换效率可被提升。生物识别感测装置可具有良好的灵敏度或电性品质。
此外，由于半导体层的第一掺杂区的掺杂浓度大于第二掺杂区的掺杂浓度，且第二掺杂区的掺杂浓度大于第一经掺杂的半导体材料层的掺杂浓度，因此接触光电二极管的第二掺杂区的电位能可以高于第一掺杂区的电位能。在感测值读出期间，光电二极管所产生的电流可被第二薄膜晶体管控制而由高电位的第二掺杂区流向低电位的第一掺杂区，以将光电二极管的电荷转移至浮动扩散节点。因此，在浮动扩散节点的等效电容可被降低。生物识别感测装置及包括其的显示装置的光电转换效率可被提升。生物识别感测装置或显示装置可具有良好的灵敏度或电性品质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本揭露的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本揭露进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本揭露各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种生物识别感测装置，其特征在于，包括：
第一薄膜晶体管具有栅极；
第二薄膜晶体管具有半导体层及非栅极的电极端，所述非栅极的电极端电性连接至所述第一薄膜晶体管的所述栅极；以及
光电二极管接触所述半导体层。
2.根据权利要求1所述的生物识别感测装置，其特征在于，所述光电二极管包括经掺杂的半导体材料层接触所述半导体层。
3.根据权利要求2所述的生物识别感测装置，其特征在于，所述半导体层中与所述经掺杂的半导体材料层接触的部分的掺杂浓度大于所述经掺杂的半导体材料层的掺杂浓度。
4.根据权利要求2所述的生物识别感测装置，其特征在于，所述第二薄膜晶体管的栅极重叠所述半导体层中与所述经掺杂的半导体材料层接触的部分。
5.根据权利要求2所述的生物识别感测装置，其特征在于，所述第二薄膜晶体管的栅极部分重叠所述半导体层中与所述经掺杂的半导体材料层接触的部分。
6.根据权利要求1所述的生物识别感测装置，其特征在于，还包括第三薄膜晶体管，所述第三薄膜晶体管具有非栅极的电极端电性连接至所述第一薄膜晶体管的所述栅极。
7.根据权利要求1所述的生物识别感测装置，其特征在于，还包括第四薄膜晶体管，所述第四薄膜晶体管具有非栅极的电极端电性连接至所述第一薄膜晶体管的非栅极的电极端。
8.根据权利要求1所述的生物识别感测装置，其特征在于，所述生物识别感测装置为指纹感测装置。
9.一种显示装置，其特征在于，包括：
显示面板；以及
如权利要求1至8中任一项所述的生物识别感测装置，所述生物识别感测装置设置于所述显示面板下。
10.根据权利要求9所述的显示装置，其特征在于，所述第二薄膜晶体管的所述非栅极的电极端包括第一端或第二端，所述第一端电性连接至所述光电二极管，且所述第二端电性连接至所述第一薄膜晶体管的所述栅极。
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