CN115332388A - 光电探测晶体管及其制造方法及相应的光电探测方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种光电探测晶体管，包括从下至上依次堆叠的衬底、底栅电极、底栅介质层、有源层、与所述有源层局部接触的源漏电极、钝化层；其中所述有源层包括本征氢化非晶硅，在与所述源漏电极接触的区域所述有源层还包括重掺杂氢化非晶硅。本申请还公开了相应的光电探测像素电路以及光电探测器及其制造。

Description

光电探测晶体管及其制造方法及相应的光电探测方法
技术领域
本申请涉及一种光电探测器，特别地涉及非晶硅探测晶体管和氧化物开关管集成的光电探测器、及其制造方法以及相应的光电探测方法。
背景技术
光电探测器和图像传感器在众多医疗电子、消费电子、军用电子设备中起到极端重要的作用。例如，X射线影像是骨科、肺病、心脑血管等各类疾病诊断的黄金判据；指纹识别已经成为智慧手机的标准安全锁；高光谱、多光谱摄像是重要的现代军事侦测手段。在这些应用中，面向微弱光信号、瞬态光电信号的高响应度、高分辨率的光电探测器和图像传感器一直是研究的重点。
现有的图像传感器技术主要分为基于电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物(CMOS)晶体管的成像技术，以及基于非晶硅(a-Si)光电二极管(PD)和a-Si晶体管(TFT)的平板探测成像技术，后者是目前主流的X射线图像传感技术。然而，光电二极管的光响应度较低，探测光子数的增加需要增大其曝光面积，但这又会导致其探测分辨率降低。
与光电二极管相比，光电TFT是另一种可选的光传感器件，且在一些方面优势明显。光电TFT本身具备光电导放大能力，利于提高光响应度；同时其光电流大小与器件沟道区形状有关，因此可以实现更高的响应度和更高的分辨率。正是由于这些优点，光电TFT一直以来都是光电传感器件的重要研究方向。
发明内容
本申请提供了一种光电探测晶体管，包括从下至上依次堆叠的衬底、底栅电极、底栅介质层、有源层、与所述有源层局部接触的源漏电极、钝化层；其中所述有源层包括本征氢化非晶硅，在与所述源漏电极接触的区域所述有源层还包括重掺杂氢化非晶硅。
特别的，所述的光电探测晶体管还包括位于所述有源层上方的顶栅介质层以及顶栅电极。
特别的，所述光电探测晶体管还包括位于钝化层上方的闪烁体。
本申请还提供了一种光电探测像素电路，包括开关晶体管，包括从下至上依次堆叠的衬底、第一底栅电极、第一底栅介质层、第一有源层、与所述第一有源层局部接触的第一源漏电极、第一钝化层；以及与所述开关晶体管耦合的光电探测晶体管，包括依次堆叠的位于所述第一钝化层上方的第二底栅电极、第二底栅介质层、第二有源层、与所述第二有源层局部接触的第二源漏电极、第二钝化层，其中所述第二有源层包括本征氢化非晶硅，在与所述第二源漏电极接触的区域所述第二有源层还包括重掺杂氢化非晶硅；所述第一有源层的迁移率高于所述第二有源层的迁移率。
特别的，所述第二底栅电极和所述第一源漏电极中的一个在所述衬底上的投影至少部分交叠。
特别的，所述开关探测晶体管还包括位于所述第一有源层上方的第一顶栅介质层以及第一顶栅电极。
特别的，所述光探测晶体管还包括位于所述第二有源层上方的第二顶栅介质层以及第二顶栅电极。
特别的，所述像素电路还包括位于所述第一钝化层和所述第二钝化层上方的闪烁体。
本申请还提供了一种制备光电探测像素电路的方法，包括在衬底上形成第一底栅电极层，并经图形化形成第一底栅电极；在所述衬底和所述第一底栅电极上形成第一底栅介质层；在所述第一底栅介质层上形成第一有源层，并经图形化形成第一有源区；在所述第一有源区上形成第一源漏电极层，并经图形化形成与所述第一有源层局部接触的第一源、漏电极；在所述第一有源区、第一源、漏电极和所述第一底栅介质层上形成开关晶体管的第一钝化层；在所述第一钝化层上远离所述第一栅电极的区域形成第二底栅电极层，经图形化形成第二底栅电极；在所述第二底栅电极上形成第二底栅介质层；在所述第二底栅介质层上正对所述第二底栅电极的区域形成第二有源层，并经图形化形成第二有源区，其中所述第二有源区包括位于所述第二底栅介质层上的本征氢化非晶硅层以及位于本征氢化非晶硅上方的重掺杂的氢化非晶硅层；在靠近所述第二底栅电极的所述第一源、漏电级上方形成贯通孔；在所述第二有源区上形成第二源漏电极层，并经图形化形成与所述重掺杂的氢化非晶硅层接触的第二源漏电极；去除在所述第二源漏电极间的所述重掺杂的氢化非晶硅层，露出本征氢化非晶硅层；在所述本征氢化非晶硅层、所述第二源漏电极上形成第二钝化层。
特别的，该方法还包括在所述第一钝化层和所述第二钝化层上形成闪烁体层。
特别的，所述第二底栅电极和所述第一源、漏电极中的一个在所述衬底上的投影至少部分交叠。
本申请还提供了一种光电探测器，包括扫描控制电路和读出电路，以及与其耦合的包括如前任一所述的光电探测像素电路的像素阵列。
采用本申请所介绍的光电探测像素方案，既能解决非晶硅光电二极管中响应度低和分辨率低的问题，又能获得比氧化物光电TFT更快的响应速度来减少曝光剂量；同时，采用高迁移率的氧化物开关管取代传统的非晶硅开关管，有助于减少读出时间来提高动态成像的帧率，从而获得综合性能更优异的光电探测器。
附图说明
下面，将结合附图对本申请的实施方式进行进一步详细的说明，其中：
图1所示为单栅探测晶体管与双栅开关晶体管的示意图；
图2所示为非晶硅探测晶体管在暗态以及不同光强下的特性曲线；
图3所示为根据本申请一个实施例的双栅开关晶体管在暗态的电流随顶栅电极电压变化的示意图；
图4a-e所示为根据本申请实施例的五种光探测像素电路示意图；
图5所示为光探测像素电路的工作时序图；
图6a所示为根据本申请一个实施例的光电探测像素电路的结构示意图，图6b-图6m所示为制备图6a中光电探测像素电路的示意性流程状态图；
图7a所示为根据本申请一个实施例的光电探测像素电路的结构示意图，图7b-图7m所示为制备图7a中光电探测像素电路的示意性流程状态图；
图8a所示为根据本申请一个实施例的光电探测像素电路的结构示意图，图8b-图8m所示为制备图8a中光电探测像素电路的示意性流程状态图；以及
图9为根据本申请一个实施例的光电探测器示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，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，都属于本申请保护的范围。
本申请中的晶体管可以为双极型晶体管或者场效应晶体管。所述晶体管包括控制极、第一极及第二极，第一或第二控制极耦合到控制金属层，第一极及第二极耦合到有源层，控制金属层及半导体层之间具有介质层。所述探测晶体管的有源层的电导特性受到输入光的调制而发生变化。当晶体管为双极型晶体管时，控制极指双极型晶体管的基极，第一极指双极型晶体管的集电极或者发射极，对应的第二极为双极型晶体管的发射极或者集电极；当晶体管为场效应晶体管时，控制极是指场效应晶体管的栅极，第一极可以为场效应晶体管的漏极或源极，对应的第二极可以为场效应晶体管的源极或漏极。通常在N型晶体管中，漏极的电压应该大于或等于源极的电压，因此源极漏极的位置会随晶体管偏置状态的不同而变化。由于在显示器中使用的晶体管通常为薄膜晶体管(TFT)，因此本申请实施例不妨以MOS薄膜晶体管为例进行说明，且本申请实施例中晶体管的漏极和源极可以根据晶体管偏置状态的不同而变化。
面向超低剂量X射线探测中，需要通过减少曝光时间来减少人体接收的X射线剂量，从而降低X射线对人体的损伤。氧化物光电TFT尽管响应度高，但存在响应速度较慢的问题。相比较而言，非晶硅光电TFT的器件尺寸小，响应度位于氧化物光电TFT和非晶硅光电二极管之间，可以很好的解决非晶硅光电二极管中分辨率和响应度较低的问题，同时其光响应速度也明显优于氧化物光电TFT，因此具备更优的综合探测性能。
在本申请中的方案中，利用了非晶氢化硅较快的光响应速度和及其放大作用，以减少光敏单元的曝光时间和提高光电探测器的信噪比和响应度。在入射光电信号微弱或者照射时间短的应用中，例如在X射线医学影像设备中，利用非晶硅探测晶体管，可以在降低X射线曝光时间避免对人体造成伤害的同时还能减小像素尺寸，进而保证获得清晰的图像。
此外，本申请中的方案采用了高迁移率的氧化物开关管取代传统的非晶硅开关管，有助于减少读出时间，从而提高动态成像的帧率。
图1所示为单栅探测晶体管与双栅开关晶体管的示意图。对于单栅探测晶体管来说，在积分阶段始终处在晶体管的关态工作区。由于在暗态时单栅探测晶体管中没有光生电流因而关态漏电流比较小；而在有光照射的情况下，光生电流导致探测晶体管的关态电流会明显增大，从而利用光照前后的差异来对光信号进行检测。探测晶体管的有源层包括本征氢化非晶硅层(a-Si：H)和位于本征氢化非晶硅层上的重掺杂氢化非晶硅层。其中，所谓的重掺杂氢化非晶硅，其中氢化非晶硅中杂质可以是磷，所谓的重掺杂的掺杂水平可是1019-1020的量级。根据一个实施例，只有重掺杂氢化非晶硅与探测晶体管的源漏电极接触。
探测晶体管主要采用单栅结构来获取更大的光吸收率。在曝光前，栅电压Vg设置在使探测晶体管处于关态工作区的水平；在曝光积分阶段，向该光电探测晶体管施加光照，并使所述光电探测晶体管处在关态工作区且其沟道电流远大于暗态电流。在积分阶段结束后的读取阶段以及所述读取阶段开始前，使得所述光电探测晶体管处在关态工作区且其沟道电流基本等于暗态电流。在复位阶段，使所述光电探测晶体管处在开态工作区。
此外，探测晶体管也可采用双栅结构，通过两个栅电极来调节探测晶体管对光线探测的响应度以及光生电流的放大效果都与栅极对沟道层的控制能力直接相关。
开关晶体管可以采用双栅结构，如果光照来自于顶面，则开关晶体管的顶栅电极为不透光材料，可以起到遮光作用，从而减少光照条件对开关晶体管开关特性和暗电流的影响。所述开关晶体管在读取阶段时，其底栅电极和顶栅电极的电压相同，使得所述开关晶体管处在开态工作区。而在其他探测阶段，所述开关晶体管处在关态工作区且其沟道电流基本等于暗态电流。
此外，若采用对光照不敏感的有源层材料，开关晶体管也可采用单栅结构。
图2所示为根据本申请一个实施例的非晶硅双栅光探测晶体管感光特性示意图。例如，优选地，光电探测晶体管的沟道宽度W为240μm，长度L为5μm，光照波长为550nm，光照功率范围为5～200μW/cm2,源漏电压Vds始终为10V，底栅电压为横轴Vgs，纵轴为探测晶体管电流Ids。可见在该双栅光探测晶体管的关态工作区，在没有光照时漏电流与有上述光照后的漏电流之间存在明显的差异。
图3所示为根据本申请一个实施例的双栅开关晶体管在暗态的电流随顶栅电极电压变化的示意图。对顶栅施加电压Vtg，对底栅施加电压Vbg，并使其工作于底栅模式(BGmode)，即顶栅为辅助电极且电压固定，对底栅电压进行扫描，可以看到改变顶栅固定电压的大小Vtg＝-10V，0V，10V，开关晶体管的阈值电压随顶栅电压的增高而降低，并出现负值；但无论顶栅和底栅的电压如何改变，在晶体管处于关态时，暗态的漏电流的水平是基本相同的。因此顶栅电极不仅可以起到遮光作用，还可通过对顶栅电压的调节来实现对开关管阈值电压的补偿与调节。
图4a-图4e所示为根据本申请实施例的五种光探测器像素电路示意图。图4a所示的像素电路可以包括探测晶体管T1,存储单元，以及开关晶体管T2，其中T1和T2都是单栅晶体管，在制造过程中T1的有源区可采用氢化非晶硅；T2的有源区可以采用高迁移率(T2有源区迁移率高于T1有源区的迁移率)且对光照不敏感的半导体材料，例如IGZO。
如图所示，光探测晶体管T1的第一极可以配置为接收高电平例如Vdd,其第二极可以耦合到存储单元例如电容Cpx的上极板，电容Cpx的下极板可以配置为接收参考电位Vref或低电平Vss。T1的第一控制极/栅极配置为接收n+1行的栅扫描信号Vg[n+1]作为控制电压。开关晶体管T2的第一极可以耦合到T1的第二极或电容Cpx的上极板，开关晶体管T2第二极作为探测器像素的输出端用于读取探测信号，开关晶体管T2的第一控制极配置为接收n+1行的栅扫描信号Vg[n]作为控制电压。以本行(第n行)像素为参照，T2应该是第n行的扫描信号来时，再读出电荷；考虑到复位过程，T1的栅极可以用n+1行的栅扫描信号控制。
相比于图4a的像素电路，图4b所示的像素电路的电容Cpx为T1管的源漏电极的交叠寄生电容，这一像素电路方案有助于进一步减小器件尺寸，从而提高光探测器的分辨率。
相比于图4a的像素电路，图4c所示的像素电路的开关晶体管T2采用双栅晶体管，其顶栅电极采用不透光的导电材料来起到遮光效果。开关晶体管T2的第一控制极和第二控制极配置为接收Vbg[n]或Vtg[n]控制电压。T2的有源区采用高迁移率的半导体材料。以本行(第n行)像素为参照，T2应该是第n行的扫描信号来时，再读出电荷；考虑到复位过程，T1的栅极可以用n+1行的栅扫描信号控制。
相比于图4c的像素电路，图4d所示的像素电路的电容Cpx为T1管的源漏电极的交叠寄生电容，这一像素电路方案有助于进一步减小器件尺寸，从而提高光探测器的分辨率。
特别的，光探测晶体管T1也可采用双栅晶体管进行探测。
图4e所示的像素电路中，进一步地包括放大晶体管T3，其栅极耦合到电容Cpx的上端子，漏极耦合到高电平电压Vdd，源极耦合到开关管T2的漏端。探测晶体管的光生电流将调制Cpx上的电压变化，进而通过放大管转化为更大的输出电流，从而在图像传感像素内实现信号电荷量的增加、提升像素电路的信噪比。以本行(第n行)像素为参照，T2应该是第n行的扫描信号来时，再读出电荷；考虑到复位过程，T1的栅极可以用n+1行的栅扫描信号控制。
图5所示为图4a-图4e的光探测器像素电路的工作时序图。如图5所示，在暗态时，探测晶体管中会有暗电流，暗电流的数量级非常低。在暗态，探测晶体管T1和开关晶体管T2都是关闭的，各个栅极电压(例如Vg[n+1],Vg[n]/Vbg[n],Vtg[n])都是负的，例如可以是-20V。
在曝光积分阶段，在光线照射下，Vdd为高电平，探测晶体管T1产生光生电流，并同时给Cpx充电，光生电流的数值大于T1中的暗电流。
在读出阶段，若开关晶体管为单栅器件，则将T2的栅极电压Vg[n]设置为正电压使得T2导通，例如10V；若开关晶体管为双栅器件，则将T2的底栅和顶栅电压Vbg[n]和Vtg[n]都设置为正电压使得T2导通，例如均为10V，从而将探测到的信号读出像素电路。
在读出阶段结束以后，探测晶体管T1的栅极电压Vg[n+1]设置为正电压使得T1导通，并且Vdd为低电平，实现对T1和电容Cpx的复位操做。这个阶段虽然T1晶体管会流过比较大的电流，但是由于读取操做已经结束，因此不会对探测的准确性产生不良的影响。
图6a所示为根据本申请一个实施例的光电探测像素电路的结构示意图，图6b-图6m所示为制备图6a中像素电路的示意性流程状态图。其中该光电探测像素电路中包括了用于探测或捕捉光信号的光电晶体管或者说探测晶体管，也包括了用于形成该探测器阵列其他电路的开关晶体管或者说非探测晶体管。
其中，开关晶体管和探测晶体管各自都可以是单栅或者双栅晶体管。并且，在该像素电路顶端都可以设有闪烁体。
如图6b所示，首先可以在衬底上601形成开关晶体管的底栅电极层602。根据一个实施例，光线照射可以来自于底栅方向，那么开关晶体管的底栅电极材料就要采用不透明材料。
如图6c所示，可以对底栅电极层602进行图形化，形成开关晶体管的底栅电极6021。
如图6d所示，在所述衬底601和所述开关晶体管的底栅电极6021上形成开关晶体管的底栅介质层603。
如图6e所示，在所述开关晶体管的底栅介质层上形成有源层604，并对其图形化从而形成开关晶体管有源区604。根据一个实施例，有源层604的材料可以是具有高迁移率的，并且对光照不敏感的材料，例如IGZO。
如图6f所示，在所述开关晶体管有源区604和开关晶体管的底栅介质层603上形成开关晶体管的源电极6051和漏电极6052。
如图6g所示，在所述开关晶体管源漏电极6051和6052、有源区604和底栅介质层603上形成开关晶体管的顶栅介质层606。
如图6h所示，在开关晶体管的顶栅介质层606远离源漏电极6052的区域上形成探测晶体管的底栅电极层并对其进行图形化形成探测晶体管的底栅电极607。根据一个实施例，光线照射可以来自于底栅方向，那么探测晶体管的底栅电极材料就要采用透明材料。
如图6i所示，在探测晶体管底栅电极607和开关晶体管的顶栅介质层606上形成探测晶体管的底栅介质层608。
如图6j所示，在探测晶体管的底栅介质层608正对探测晶体管底栅电极607的区域上形成探测晶体管的有源层，包括位于探测晶体管底栅介质层608上的本征氢化非晶硅层(a-Si：H)609和位于本征氢化非晶硅层609上的重掺杂氢化非晶硅层(n+a-Si：H)610。
如图6k所示，在开关晶体管的源或漏电极6052上方形成贯通孔。
如图6l所示，首先在所述探测晶体管的重掺杂氢化非晶硅层610，探测晶体管底栅介质层608以及开关晶体管源或漏电极6052上的通孔中形成一层导电材料，并经图形化形成探测晶体管的源电极6111和漏电极6112，并露出6111和6112之间的重掺杂氢化非晶硅层610。然后在所述探测晶体管源漏电极6111和6112之间的重掺杂的氢化非晶硅(n+a-Si：H)刻蚀掉，露出本征氢化非晶硅层609(a-Si：H)。例如，可以采用干法刻蚀如RIE刻蚀掉重掺杂的氢化非晶硅层；具体的刻蚀气体可以是CF4+O2或SF6+O2等。
如图6m所示，在所述探测晶体管源漏电极6111和6112之间露出的本征氢化非晶硅层609、源漏电极611以及底栅介质层608上形成钝化层612。在钝化层上还可以形成闪烁体。
采用这一方案可以很好地将两种不同工艺制程的器件耦合在同一个像素结构中，例如用于光电探测的非晶硅探测晶体管(a-Si:H TFT)和信号读出的金属氧化物薄膜晶体管(MO TFT)。相比于目前高性能的非晶硅光电二极管(a-Si PD)和非晶铟镓锌氧薄膜晶体管(a-IGZO TFT)的探测方案，本申请提出的探测方案具有更高的光响应度，可以实现更低剂量的探测；同时采用探测晶体管取代光电二极管，有助于进一步减小像素尺寸，从而提高探测面板的图像分辨率。同时，开关晶体管用例如IGZO作为有源层，迁移率更高，读出时间更短，可实现的帧率更高。此外，由于开关晶体管和探测晶体管均采用底栅结构，在探测时需要配置的电压信号数量较少，像素结构和探测时序较为简单。
图7a所示为根据本申请一个实施例的光电探测像素电路的结构示意图，图7b-图7m所示为制备图7a中像素电路的示意性流程状态图。
其中，开关晶体管和探测晶体管各自都可以是单栅或者双栅晶体管。并且，在该像素电路顶端都可以设有闪烁体。
如图7b所示，首先可以在衬底上701形成开关晶体管的底栅电极层702。根据一个实施例，光线照射可以来自于底栅方向，那么开关晶体管的底栅电极材料就要采用不透明材料。
如图7c所示，可以对底栅电极层702进行图形化，形成开关晶体管的底栅电极7021。
如图7d所示，在所述衬底701和所述开关晶体管的底栅电极70211上形成开关晶体管的底栅介质层703。
如图7e所示，在所述开关晶体管的底栅介质层上形成有源层704，并对其图形化从而形成开关晶体管有源区704。根据一个实施例，有源层704的材料可以是具有高迁移率的，并且对光照不敏感的材料，例如IGZO。
如图7f所示，在所述开关晶体管有源区704和开关晶体管的底栅介质层703上形成开关晶体管的源电极7051和漏电极7052。
如图7g所示，在所述开关晶体管源漏电极7051和7052、有源区704和底栅介质层703上形成开关晶体管的顶栅介质层706。
如图7h所示，在开关晶体管的顶栅介质层706远离源漏电极7052的区域上形成探测晶体管的底栅电极7072，并且在开关晶体管底栅电极7072的正上方形成开关晶体管顶栅电极7071。根据一个实施例，光线照射可以来自于底栅方向，那么探测晶体管的底栅电极材料就要采用透明材料。
如图7i所示，在探测晶体管底栅电极7072和开关晶体管的顶栅电极7071及其顶栅介质层706上形成探测晶体管的底栅介质层708。
如图7j所示，在探测晶体管的底栅介质层708正对探测晶体管底栅电极7072的区域上形成探测晶体管的有源层，包括位于探测晶体管底栅介质层708上的本征氢化非晶硅层(a-Si：H)709和位于本征氢化非晶硅层709上的重掺杂氢化非晶硅层(n+a-Si：H)710。
如图7k所示，在开关晶体管的漏电极7052上方形成贯通孔。
如图7l所示，首先在所述探测晶体管的重掺杂氢化非晶硅层710，底栅介质层708以及开关晶体管漏电极7052上的通孔中形成一层导电材料，并经图形化形成探测晶体管的源电极7111和漏电极7112，并露出7111和7112之间的重掺杂氢化非晶硅层710。然后在所述探测晶体管源漏电极间的有源区将重掺杂的氢化非晶硅(n+a-Si：H)710刻蚀掉，露出本征氢化非晶硅层709(a-Si：H)。例如，可以采用干法刻蚀如RIE刻蚀掉重掺杂的氢化非晶硅层；具体的刻蚀气体可以是CF4+O2或SF6+O2等。
如图7m所示，在探测晶体管的源电极7111和漏电极7112之间露出的所述探测晶体管的本征氢化非晶硅层709、源漏电极711以及底栅介质层708上形成钝化层。还可以在钝化层上形成闪烁体。
相比于前一种方案，采用这种工艺，在形成探测晶体管的底栅电极的同时也形成了开关晶体管的顶栅电极。在这种情况下，无论光线从顶栅电极方向或底栅电极方向照射，不透光的顶栅电极或底栅电极均可实现遮光效果，此时无需考虑开关晶体管的高迁移率材料是否受光照影响，对高迁移率有源层材料的选择限制减少，在减少开关晶体管在曝光积分阶段的关态漏电流的同时也确保了像素电路可以正常工作。
图8a所示为根据本申请一个实施例的光电探测像素电路的结构示意图，图8b-图8m所示为制备图8a中像素电路的示意性流程状态图。
其中，开关晶体管和探测晶体管各自都可以是单栅或者双栅晶体管。并且，在该像素电路顶端都可以设有闪烁体。
如图8b所示，首先可以在衬底上801形成开关晶体管的底栅电极层802。根据一个实施例，光线照射可以来自于底栅方向，那么开关晶体管的底栅电极材料就要采用不透明材料。
如图8c所示，可以对底栅电极层802进行图形化，形成开关晶体管的底栅电极8021。
如图8d所示，在所述衬底801和所述开关晶体管的底栅电极802上形成开关晶体管的底栅介质层803。
如图8e所示，在所述开关晶体管的底栅介质层上形成有源层804，并对其图形化从而形成开关晶体管有源区804。根据一个实施例，有源层804的材料可以是具有高迁移率的，并且对光照不敏感的材料，例如IGZO。
如图8f所示，在所述开关晶体管有源区804和开关晶体管的底栅介质层803上形成开关晶体管的源电极8051和漏电极8052。开关晶体管的源或漏电极8052向远离开关晶体管的方向延伸，并与后续探测晶体管的底栅电极具有较大的交叠面积以产生交叠寄生电容作为像素电路的存储单元。
如图8g所示，在所述开关晶体管源漏电极8051和8052、有源区804和底栅介质层803上形成开关晶体管的顶栅介质层806。
如图8h所示，在开关晶体管的顶栅介质层806远离源漏电极8052的区域上形成探测晶体管的底栅电极8072，并且在开关晶体管底栅电极8072的正上方形成开关晶体管顶栅电极8071。
如图8i所示，在探测晶体管底栅电极8072和开关晶体管的顶栅电极8071及其顶栅介质层806上形成探测晶体管的底栅介质层808。
如图8j所示，在探测晶体管的底栅介质层808正对探测晶体管底栅电极8072的区域上形成探测晶体管的有源层，包括位于探测晶体管底栅介质层808上的本征氢化非晶硅层(a-Si：H)809和位于本征氢化非晶硅层809上的重掺杂氢化非晶硅层(n+a-Si：H)810。
如图8k所示，在开关晶体管的漏电极8052上方形成贯通孔。
如图8l所示，首先在所述探测晶体管的重掺杂氢化非晶硅层810，底栅介质层808以及开关晶体管漏电极8052上的通孔中形成一层导电材料，并经图形化形成探测晶体管的源电极8111和漏电极8112，并露出8111和8112之间的重掺杂氢化非晶硅层810。然后在所述探测晶体管源漏电极间的有源区将重掺杂的氢化非晶硅(n+a-Si：H)810刻蚀掉，露出本征氢化非晶硅层809(a-Si：H)。例如，可以采用干法刻蚀如RIE刻蚀掉重掺杂的氢化非晶硅层；具体的刻蚀气体可以是CF4+O2或SF6+O2等。
如图8m所示，在探测晶体管的源电极8111和漏电极8112之间露出的所述探测晶体管的本征氢化非晶硅层809、源漏电极811以及底栅介质层808上形成钝化层。在钝化层上还可以形成闪烁体。
相比于前一种方案，采用这种工艺，很好的利用了探测晶体管的漏电极和底栅电极之间的交叠寄生电容作为信号存储电容，有助于进一步减小单个像素的尺寸，从而提高探测面板的图像分辨率。
图9为根据本申请一个实施例的光电探测器示意图。如图所示，该探测器可以至少包括探测器像素阵列，扫描控制电路和读出电路。其中可以采用本申请所介绍的方法来同时形成探测器像素阵列以及其他电路部分。并且，探测器像素阵列可以包括一个或多个如本申请前面所介绍的光探测晶体管。
在本申请中所提到的光可以是可见光、不可见光、或者可以是其他射线等。
上述实施例仅供说明本申请之用，而并非是对本申请的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本申请范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也应属于本申请公开的范畴。

Claims (12)

1.一种光电探测晶体管，包括
从下至上依次堆叠的衬底、底栅电极、底栅介质层、有源层、与所述有源层局部接触的源漏电极、钝化层；其中所述有源层包括本征氢化非晶硅，在与所述源漏电极接触的区域所述有源层还包括重掺杂氢化非晶硅。
2.如权利要求1所述的光电探测晶体管，还包括位于所述有源层上方的顶栅介质层以及顶栅电极。
3.如权利要求1所述的光电探测晶体管，其中所述光电探测晶体管还包括位于钝化层上方的闪烁体。
4.一种光电探测像素电路，包括
开关晶体管，包括从下至上依次堆叠的衬底、第一底栅电极、第一底栅介质层、第一有源层、与所述第一有源层局部接触的第一源漏电极、第一钝化层；以及
光电探测晶体管，耦合到所述开关晶体管，包括依次堆叠的位于所述第一钝化层上方的第二底栅电极、第二底栅介质层、第二有源层、与所述第二有源层局部接触的第二源漏电极、第二钝化层，其中所述第二有源层包括本征氢化非晶硅，在与所述第二源漏电极接触的区域所述第二有源层还包括重掺杂氢化非晶硅；所述第一有源层的迁移率高于所述第二有源层的迁移率。
5.如权利要求4所述的像素电路，其中，所述第二底栅电极和所述第一源漏电极中的一个在所述衬底上的投影至少部分交叠。
6.如权利要求4所述的像素电路，其中所述开关晶体管还包括位于所述第一有源层上方的第一顶栅介质层以及第一顶栅电极。
7.如权利要求4所述的像素电路，其中所述光电探测晶体管还包括位于所述第二有源层上方的第二顶栅介质层以及第二顶栅电极。
8.如权利要求4所述的像素电路，还包括位于所述第一钝化层和所述第二钝化层上方的闪烁体。
9.一种制备光电探测像素电路的方法，包括
在衬底上形成第一底栅电极层，并经图形化形成第一底栅电极；
在所述衬底和所述第一底栅电极上形成第一底栅介质层；
在所述第一底栅介质层上形成第一有源层，并经图形化形成第一有源区；
在所述第一有源区上形成第一源漏电极层，并经图形化形成与所述第一有源层局部接触的第一源、漏电极；
在所述第一有源区、第一源、漏电极和所述第一底栅介质层上形成开关晶体管的第一钝化层；
在所述第一钝化层上远离所述第一栅电极的区域形成第二底栅电极层，经图形化形成第二底栅电极；
在所述第二底栅电极上形成第二底栅介质层；
在所述第二底栅介质层上正对所述第二底栅电极的区域形成第二有源层，并经图形化形成第二有源区，其中所述第二有源区包括位于所述第二底栅介质层上的本征氢化非晶硅层以及位于本征氢化非晶硅上方的重掺杂的氢化非晶硅层；
在靠近所述第二底栅电极的所述第一源、漏电级上方形成贯通孔；
在所述第二有源区上形成第二源漏电极层，并经图形化形成与所述重掺杂的氢化非晶硅层接触的第二源漏电极；
去除在所述第二源漏电极间的所述重掺杂的氢化非晶硅层，露出本征氢化非晶硅层；
在所述本征氢化非晶硅层、所述第二源漏电极上形成第二钝化层。
10.如权利要求9所述的方法，还包括在所述第一钝化层和所述第二钝化层上形成闪烁体层。
11.如权利要求9所述的方法，其中所述第二底栅电极和所述第一源、漏电极中的一个在所述衬底上的投影至少部分交叠。
12.一种光电探测器，包括扫描控制电路和读出电路，以及与其耦合的包括如权利要求4-8中任一所述的光电探测像素电路的像素阵列。
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