JP2022029179A - Detector - Google Patents
Detector Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022029179A JP2022029179A JP2020132398A JP2020132398A JP2022029179A JP 2022029179 A JP2022029179 A JP 2022029179A JP 2020132398 A JP2020132398 A JP 2020132398A JP 2020132398 A JP2020132398 A JP 2020132398A JP 2022029179 A JP2022029179 A JP 2022029179A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor layer
- type semiconductor
- insulating film
- detection
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 229
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 162
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 40
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 260
- 239000010408 film Substances 0.000 description 89
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 28
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 13
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 13
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 12
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 12
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 10
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 10
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 9
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 6
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 5
- 101100154785 Mus musculus Tulp2 gene Proteins 0.000 description 4
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 4
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 4
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 3
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010038 TiAl Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 229910021424 microcrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
Description
本発明は、検出装置に関する。 The present invention relates to a detection device.
特許文献1には、マイクロレンズと光センサとの間に、開口が設けられた遮光層を有する光学撮像装置について記載されている。このような光センサとして、PIN型のフォトダイオードが知られている。
PIN型のフォトダイオードを用いた検出装置では、検出感度を向上させることが要求される。例えば、PIN型のフォトダイオードは、センサ面積を大きくすることで光電流を増大させることができる。一方で、センサ面積を大きくすると寄生容量が増大し、検出感度が低下する場合がある。また、複数のフォトダイオードには、それぞれ複数のトランジスタや容量素子を含む回路が設けられる。このため、複数のフォトダイオードを複数のトランジスタと同一平面上に設けた構成の場合、フォトダイオードの有効な受光面積を確保できない場合がある。 In a detection device using a PIN type photodiode, it is required to improve the detection sensitivity. For example, a PIN-type photodiode can increase the photocurrent by increasing the sensor area. On the other hand, if the sensor area is increased, the parasitic capacitance may increase and the detection sensitivity may decrease. Further, each of the plurality of photodiodes is provided with a circuit including a plurality of transistors and capacitive elements. Therefore, in the case of a configuration in which a plurality of photodiodes are provided on the same plane as the plurality of transistors, it may not be possible to secure an effective light receiving area of the photodiode.
本発明は、検出感度を向上させることが可能な検出装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a detection device capable of improving the detection sensitivity.
本発明の一態様の検出装置は、基板と、前記基板に積層されたp型半導体層、i型半導体層及びn型半導体層を含み、前記基板に配列された複数のフォトダイオードと、複数の前記フォトダイオードのそれぞれに対応して設けられた複数のトランジスタと、を有し、前記i型半導体層及び前記n型半導体層は、前記p型半導体層の上に積層され、かつ、前記p型半導体層と非重畳の領域に延在し、少なくとも1つの前記トランジスタを覆って設けられる。 The detection device according to one aspect of the present invention includes a substrate, a p-type semiconductor layer, an i-type semiconductor layer, and an n-type semiconductor layer laminated on the substrate, and a plurality of photodiodes arranged on the substrate, and a plurality of transistors. It has a plurality of transistors provided corresponding to each of the photodiodes, and the i-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer are laminated on the p-type semiconductor layer and the p-type It extends to a region not superimposed on the semiconductor layer and is provided so as to cover at least one of the transistors.
本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本開示が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、本開示の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本開示の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本開示の解釈を限定するものではない。また、本開示と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。 An embodiment (embodiment) for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The disclosure is not limited by the content described in the following embodiments. In addition, the components described below include those that can be easily assumed by those skilled in the art and those that are substantially the same. Furthermore, the components described below can be combined as appropriate. It should be noted that the disclosure is merely an example, and those skilled in the art can easily conceive of appropriate changes while maintaining the gist of the present disclosure are naturally included in the scope of the present disclosure. In addition, in order to clarify the explanation, the drawings may schematically represent the width, thickness, shape, etc. of each part as compared with the actual embodiment, but this is just an example, and the interpretation of the present disclosure is used. It is not limited. Further, in the present disclosure and each figure, the same elements as those described above with respect to the above-mentioned figures may be designated by the same reference numerals, and detailed description thereof may be omitted as appropriate.
本明細書及び特許請求の範囲において、ある構造体の上に他の構造体を配置する態様を表現するにあたり、単に「上に」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある構造体に接するように、直上に他の構造体を配置する場合と、ある構造体の上方に、さらに別の構造体を介して他の構造体を配置する場合との両方を含むものとする。 In the present specification and the scope of patent claims, when expressing an aspect of arranging another structure on one structure, when the term "above" is simply used, the structure shall be used unless otherwise specified. It includes both the case where another structure is placed directly above the structure so as to be in contact with each other and the case where another structure is placed above one structure via another structure.
図1Aは、実施形態に係る検出装置を有する照明装置付き検出機器の概略断面構成を示す断面図である。図1Bは、変形例1に係る検出装置を有する照明装置付き検出機器の概略断面構成を示す断面図である。図1Cは、変形例2に係る検出装置を有する照明装置付き検出機器の概略断面構成を示す断面図である。図1Dは、変形例3に係る検出装置を有する照明装置付き検出機器の概略断面構成を示す断面図である。 FIG. 1A is a cross-sectional view showing a schematic cross-sectional configuration of a detection device with a lighting device having the detection device according to the embodiment. FIG. 1B is a cross-sectional view showing a schematic cross-sectional configuration of a detection device with a lighting device having the detection device according to the first modification. FIG. 1C is a cross-sectional view showing a schematic cross-sectional configuration of a detection device with a lighting device having the detection device according to the second modification. FIG. 1D is a cross-sectional view showing a schematic cross-sectional configuration of a detection device with a lighting device having the detection device according to the third modification.
図1Aに示すように、照明装置付き検出機器120は、検出装置1と、照明装置121と、を有する。検出装置1は、センサ基板5と、光学フィルタ7と、接着層125と、カバー部材122と、を有する。つまり、センサ基板5の表面に垂直な方向において、センサ基板5、光学フィルタ7、接着層125、カバー部材122の順に積層されている。なお、後述するように検出装置1のカバー部材122を照明装置121に置き換えることもできる。接着層125は、光学フィルタ7とカバー部材122とを接着させるものであればよく、検出領域AAに相当する領域に接着層125は無い構造であっても構わない。検出領域AAに接着層125が無い場合、検出領域AAの外側の周辺領域GAに相当する領域で接着層125がカバー部材122と光学フィルタ7とを接着させている構造となる。また、検出領域AAに設けられる接着層125は、単に光学フィルタ7の保護層と言い換えてもよい。
As shown in FIG. 1A, the
図1Aに示すように、照明装置121は、例えば、カバー部材122を検出装置1の検出領域AAに対応する位置に設けられた導光板として用い、カバー部材122の一方端又は両端に並ぶ複数の光源123を有する、いわゆるサイドライト型のフロントライトであってもよい。つまり、カバー部材122は、光を照射する光照射面121aを有し、照明装置121の一構成要素となっている。この照明装置121によれば、カバー部材122の光照射面121aから検出対象である指Fgに向けて光L1を照射する。光源として、例えば、所定の色の光を発する発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)が用いられる。
As shown in FIG. 1A, the
また、図1Bに示すように、照明装置121は、検出装置1の検出領域AAの直下に設けられた光源(例えば、LED)を有するものであってもよく、光源を備えた照明装置121はカバー部材122としても機能する。
Further, as shown in FIG. 1B, the
また、照明装置121は、図1Bの例に限らず、図1Cに示すように、カバー部材122の側方や上方に設けられていてもよく、指Fgの側方や上方から指Fgに光L1を照射してもよい。
Further, the
さらには、図1Dに示すように、照明装置121は、検出装置1の検出領域に設けられた光源(例えば、LED)を有する、いわゆる直下型のバックライトであってもよい。
Further, as shown in FIG. 1D, the
照明装置121から照射された光L1は、検出対象である指Fgにより光L2として反射される。検出装置1は、指Fgで反射された光L2を検出することで、指Fgの表面の凹凸(例えば、指紋)を検出する。さらに、検出装置1は、指紋の検出に加え、指Fgの内部で反射した光L2を検出することで、生体に関する情報を検出してもよい。生体に関する情報は、例えば、静脈等の血管像や脈拍、脈波等である。照明装置121からの光L1の色は、検出対象に応じて異ならせてもよい。
The light L1 emitted from the illuminating
カバー部材122は、センサ基板5及び光学フィルタ7を保護するための部材であり、センサ基板5及び光学フィルタ7を覆っている。上述のように、照明装置121がカバー部材122を兼ねる構造でもよい。図1C及び図1Dに示すカバー部材122が照明装置121と分離されている構造においては、カバー部材122は、例えばガラス基板である。なお、カバー部材122はガラス基板に限定されず、樹脂基板等であってもよい。また、カバー部材122が設けられていなくてもよい。この場合、センサ基板5及び光学フィルタ7の表面に絶縁膜等の保護層が設けられ、指Fgは検出装置1の保護層に接する。
The
照明装置付き検出機器120は、図1Bに示すように、照明装置121に換えて表示パネルが設けられていてもよい。表示パネルは、例えば、有機ELディスプレイパネル(OLED:Organic Light Emitting Diode)や無機ELディスプレイ(マイクロLED、ミニLED)であってもよい。或いは、表示パネルは、表示素子として液晶素子を用いた液晶表示パネル(LCD:Liquid Crystal Display)や、表示素子として電気泳動素子を用いた電気泳動型表示パネル(EPD:Electrophoretic Display)であってもよい。この場合であっても、表示パネルから照射された表示光(光L1)が指Fgで反射された光L2に基づいて、指Fgの指紋や生体に関する情報を検出することができる。
As shown in FIG. 1B, the
図2は、実施形態に係る検出装置を示す平面図である。なお、図2以下で示す、第1方向Dxは、基板21と平行な面内の一方向である。第2方向Dyは、基板21と平行な面内の一方向であり、第1方向Dxと直交する方向である。なお、第2方向Dyは、第1方向Dxと直交しないで交差してもよい。第3方向Dzは、第1方向Dx及び第2方向Dyと直交する方向であり、基板21の法線方向である。また、「平面視」とは、第3方向Dzから見た場合の配置関係を示す。
FIG. 2 is a plan view showing the detection device according to the embodiment. The first direction Dx shown in FIGS. 2 and 2 is one direction in a plane parallel to the
図2に示すように、検出装置1は、アレイ基板2(基板21)と、センサ部10と、走査線駆動回路15と、信号線選択回路16と、検出回路48と、制御回路102と、電源回路103と、を有する。
As shown in FIG. 2, the
基板21には、配線基板110を介して制御基板101が電気的に接続される。配線基板110は、例えば、フレキシブルプリント基板やリジット基板である。配線基板110には、検出回路48が設けられている。制御基板101には、制御回路102及び電源回路103が設けられている。制御回路102は、例えばFPGA(Field Programmable Gate Array)である。制御回路102は、センサ部10、走査線駆動回路15及び信号線選択回路16に制御信号を供給し、センサ部10の動作を制御する。電源回路103は、電源電位VDDや基準電位VCOM(図4参照)等の電圧信号をセンサ部10、走査線駆動回路15及び信号線選択回路16に供給する。なお、本実施形態においては、検出回路48が配線基板110に配置される場合を例示したがこれに限られない。検出回路48は、基板21の上に配置されてもよい。
The
基板21は、検出領域AAと、周辺領域GAとを有する。検出領域AA及び周辺領域GAは、基板21と平行な面方向に延在している。検出領域AA内には、センサ部10の各素子(検出素子3)が設けられている。周辺領域GAは、検出領域AAの外側の領域であり、各素子(検出素子3)が設けられない領域である。すなわち、周辺領域GAは、検出領域AAの外周と基板21の外縁部との間の領域である。周辺領域GA内には、走査線駆動回路15及び信号線選択回路16が設けられる。走査線駆動回路15は、周辺領域GAのうち第2方向Dyに沿って延在する領域に設けられる。信号線選択回路16は、周辺領域GAのうち第1方向Dxに沿って延在する領域に設けられ、センサ部10と検出回路48との間に設けられる。
The
センサ部10の複数の検出素子3は、それぞれ、センサ素子としてフォトダイオード30を有する光センサである。フォトダイオード30は、光電変換素子であり、それぞれに照射される光に応じた電気信号を出力する。より具体的には、フォトダイオード30は、PIN(Positive Intrinsic Negative)フォトダイオードである。また、フォトダイオード30はOPD(Organic Photo Diode)と言い換えてもよい。検出素子3は、検出領域AAにマトリクス状に配列される。複数の検出素子3が有するフォトダイオード30は、走査線駆動回路15から供給されるゲート駆動信号(例えば、リセット制御信号RST、読出制御信号RD)に従って検出を行う。複数のフォトダイオード30は、それぞれに照射される光に応じた電気信号を、検出信号Vdetとして信号線選択回路16に出力する。検出装置1は、複数のフォトダイオード30からの検出信号Vdetに基づいて生体に関する情報を検出する。
The plurality of
図3は、実施形態に係る検出装置の構成例を示すブロック図である。図3に示すように、検出装置1は、さらに検出制御回路11と検出部40と、を有する。検出制御回路11の機能の一部又は全部は、制御回路102に含まれる。また、検出部40のうち、検出回路48以外の機能の一部又は全部は、制御回路102に含まれる。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of the detection device according to the embodiment. As shown in FIG. 3, the
検出制御回路11は、走査線駆動回路15、信号線選択回路16及び検出部40にそれぞれ制御信号を供給し、これらの動作を制御する回路である。検出制御回路11は、スタート信号STV、クロック信号CK等の各種制御信号を走査線駆動回路15に供給する。また、検出制御回路11は、選択信号ASW等の各種制御信号を信号線選択回路16に供給する。
The
走査線駆動回路15は、各種制御信号に基づいて複数の走査線(読出制御走査線GLrd、リセット制御走査線GLrst(図4参照))を駆動する回路である。走査線駆動回路15は、複数の走査線を順次又は同時に選択し、選択された走査線にゲート駆動信号(例えば、リセット制御信号RST、読出制御信号RD)を供給する。これにより、走査線駆動回路15は、走査線に接続された複数のフォトダイオード30を選択する。
The scanning
信号線選択回路16は、複数の出力信号線SL(図4参照)を順次又は同時に選択するスイッチ回路である。信号線選択回路16は、例えばマルチプレクサである。信号線選択回路16は、検出制御回路11から供給される選択信号ASWに基づいて、選択された出力信号線SLと検出回路48とを接続する。これにより、信号線選択回路16は、フォトダイオード30の検出信号Vdetを検出部40に出力する。
The signal
検出部40は、検出回路48と、信号処理回路44と、座標抽出回路45と、記憶回路46と、検出タイミング制御回路47と、を備える。検出タイミング制御回路47は、検出制御回路11から供給される制御信号に基づいて、検出回路48と、信号処理回路44と、座標抽出回路45と、が同期して動作するように制御する。
The
検出回路48は、例えばアナログフロントエンド回路(AFE:Analog Front End)である。検出回路48は、少なくとも検出信号増幅回路42及びA/D変換回路43の機能を有する信号処理回路である。検出信号増幅回路42は、検出信号Vdetを増幅する回路であり、例えば、積分回路である。A/D変換回路43は、検出信号増幅回路42から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。
The
信号処理回路44は、検出回路48の出力信号に基づいて、センサ部10に入力された所定の物理量を検出する論理回路である。信号処理回路44は、指Fgが検出面に接触又は近接した場合に、検出回路48からの信号に基づいて指Fgや掌の表面の凹凸を検出できる。また、信号処理回路44は、検出回路48からの信号に基づいて生体に関する情報を検出してもよい。生体に関する情報は、例えば、指Fgや掌の血管像、脈波、脈拍、血中酸素飽和度等である。
The
記憶回路46は、信号処理回路44で演算された信号を一時的に保存する。記憶回路46は、例えばRAM(Random Access Memory)、レジスタ回路等であってもよい。
The
座標抽出回路45は、信号処理回路44において指Fgの接触又は近接が検出されたときに、指Fg等の表面の凹凸の検出座標を求める論理回路である。また、座標抽出回路45は、指Fgや掌の血管の検出座標を求める論理回路である。座標抽出回路45は、センサ部10の各検出素子3から出力される検出信号Vdetを組み合わせて、指Fg等の表面の凹凸の形状を示す二次元情報を生成する。なお、座標抽出回路45は、検出座標を算出せずにセンサ出力Voとして検出信号Vdetを出力してもよい。
The coordinate
次に、検出装置1の回路構成例について説明する。図4は、検出素子を示す回路図である。図4に示すように、検出素子3は、フォトダイオード30、リセットトランジスタMrst、読出トランジスタMrd及びソースフォロワトランジスタMsfを有する。リセットトランジスタMrst、読出トランジスタMrd及びソースフォロワトランジスタMsfは、1つのフォトダイオード30に対応して設けられる。リセットトランジスタMrst、読出トランジスタMrd及びソースフォロワトランジスタMsfは、それぞれn型TFT(Thin Film Transistor)で構成される。ただし、これに限定されず、各トランジスタは、それぞれp型TFTで構成されてもよい。
Next, a circuit configuration example of the
フォトダイオード30のアノードには、基準電位VCOMが印加される。フォトダイオード30のカソードは、ノードN1に接続される。ノードN1は、容量Cs、リセットトランジスタMrstのソース又はドレインの一方及びソースフォロワトランジスタMsfのゲートに接続される。さらにノードN1には、寄生容量Cp、入力容量Crst、Csfが存在する。フォトダイオード30に光が入射した場合、フォトダイオード30から出力された信号(電荷)は、容量Csに蓄積される。
A reference potential VCOM is applied to the anode of the
ここで、容量Csは、例えば、フォトダイオード30のp型半導体層33とn型半導体層32(図7参照)との間に形成される容量である。寄生容量Cpは、容量Csに付加された容量であり、アレイ基板2に設けられた各種配線、電極間に形成される容量である。入力容量Crst、Csfは、それぞれ、リセットトランジスタMrst及びソースフォロワトランジスタMsfを入力側からみた容量であり、より具体的には、ゲート-ソース間容量とゲート-ドレイン間容量とを合わせた容量である。
Here, the capacitance Cs is, for example, a capacitance formed between the p-
リセットトランジスタMrstのゲートは、リセット制御走査線GLrstに接続される。リセットトランジスタMrstのソース又はドレインの他方には、リセット電位Vrstが供給される。リセットトランジスタMrstがリセット制御信号RSTに応答してオン(導通状態)になると、ノードN1の電位がリセット電位Vrstにリセットされる。基準電位VCOMは、リセット電位Vrstよりも低い電位を有しており、フォトダイオード30は、逆バイアス駆動される。
The gate of the reset transistor Mrst is connected to the reset control scanning line GLrst. A reset potential Vrst is supplied to the other of the source or drain of the reset transistor Mrst. When the reset transistor Mrst is turned on (conducting state) in response to the reset control signal RST, the potential of the node N1 is reset to the reset potential Vrst. The reference potential VCOM has a potential lower than the reset potential Vrst, and the
ソースフォロワトランジスタMsfは、電源電位VDDが供給される端子と読出トランジスタMrd(ノードN2)との間に接続される。ソースフォロワトランジスタMsfのゲートは、ノードN1に接続される。ソースフォロワトランジスタMsfのゲートには、フォトダイオード30で発生した信号(電荷)が供給される。これにより、ソースフォロワトランジスタMsfは、フォトダイオード30で発生した信号(電荷)に応じた電圧信号を読出トランジスタMrdに出力する。
The source follower transistor Msf is connected between the terminal to which the power supply potential VDD is supplied and the read transistor Mrd (node N2). The gate of the source follower transistor Msf is connected to the node N1. A signal (charge) generated by the
読出トランジスタMrdは、ソースフォロワトランジスタMsfのソース(ノードN2)と出力信号線SL(ノードN3)との間に接続される。読出トランジスタMrdのゲートは、読出制御走査線GLrdに接続される。読出トランジスタMrdが読出制御信号RDに応答してオンになると、ソースフォロワトランジスタMsfから出力される信号、すなわち、フォトダイオード30で発生した信号(電荷)に応じた電圧信号が、検出信号Vdetとして出力信号線SLに出力される。
The read transistor Mrd is connected between the source (node N2) of the source follower transistor Msf and the output signal line SL (node N3). The gate of the read transistor Mrd is connected to the read control scanning line GLrd. When the read transistor Mrd is turned on in response to the read control signal RD, a signal output from the source follower transistor Msf, that is, a voltage signal corresponding to the signal (charge) generated by the
なお、図4に示す例では、リセットトランジスタMrst及び読出トランジスタMrdは、それぞれ、2つのトランジスタが直列に接続されて構成されたいわゆるダブルゲート構造である。ただし、これに限定されず、リセットトランジスタMrst及び読出トランジスタMrdは、シングルゲート構造でもよく、3つ以上のトランジスタが直列に接続されたマルチゲート構造でもよい。また、1つの検出素子3の回路は、リセットトランジスタMrst、ソースフォロワトランジスタMsf及び読出トランジスタMrdの3つのトランジスタを有する構成に限定されない。検出素子3は、2つ、又は、4つ以上のトランジスタを有していてもよい。
In the example shown in FIG. 4, the reset transistor Mrst and the read transistor Mrd each have a so-called double gate structure in which two transistors are connected in series. However, the present invention is not limited to this, and the reset transistor Mrst and the read transistor Mrd may have a single gate structure or a multi-gate structure in which three or more transistors are connected in series. Further, the circuit of one
図5は、検出素子の動作例を示すタイミング波形図である。図5に示すように、検出素子3は、リセット期間Prst、露光期間Pch及び読出期間Pdetの順に検出を実行する。電源回路103は、リセット期間Prst、露光期間Pch及び読出期間Pdetに亘って、基準電位VCOMをフォトダイオード30のアノードに供給する。
FIG. 5 is a timing waveform diagram showing an operation example of the detection element. As shown in FIG. 5, the
制御回路102は、時刻t0に、リセット制御走査線GLrstに供給されるリセット制御信号RSTをハイ(高レベル電圧)とし、リセット期間Prstが開始する。リセット期間Prstにおいて、リセットトランジスタMrstがオン(導通状態)となり、ノードN1の電位がリセット電位Vrstの電位に上昇する。
At time t0, the
制御回路102は、時刻t1に、読出制御走査線GLrdに供給される読出制御信号RDをハイ(高レベル電圧)とする。これにより、読出トランジスタMrdがオン(導通状態)となる。
The
制御回路102は、時刻t2に、リセット制御信号RSTをロウ(低レベル電圧)とし、リセット期間Prstが終了する。時刻t2において、リセットトランジスタMrstがオフ(非導通状態)となる。ノードN1の電位は、フォトダイオード30に照射された光に応じた信号が蓄積されて、(Vrst-ΔVn1)に低下する。なお、ΔVn1は、フォトダイオード30に照射された光に応じた信号(電圧変動分)である。
The
時刻t3において出力信号線SLから出力される検出信号Vdetの電位は、(Vrst-Vthsf-Vrdon)となる。なお、Vthsfは、ソースフォロワトランジスタMsfのしきい値電圧Vthsfである。Vrdonは、読出トランジスタMrdのオン抵抗に起因する電圧降下である。 The potential of the detection signal Vdet output from the output signal line SL at time t3 is (Vrst-Vthsf-Vrdon). Note that Vthsf is the threshold voltage Vthsf of the source follower transistor Msf. Vrdon is a voltage drop due to the on-resistance of the read transistor Mrd.
制御回路102は、時刻t3に、読出制御信号RDをロウ(低レベル電圧)とする。これにより、読出トランジスタMrdがオフ(非導通状態)となり、ノードN2の電位は一定となり、出力信号線SLから出力される検出信号Vdetの電位もロウ(低レベル電圧)となる。
The
制御回路102は、時刻t4に、読出制御信号RDをハイ(高レベル電圧)とする。これにより、読出トランジスタMrdがオン(導通状態)となり、露光期間Pchが終了し、読出期間Pdetが開始する。読出期間Pdetに出力される検出信号Vdet2の電位は、時刻t3に取得された検出信号Vdet1の電位から信号ΔVn1分低下し、(Vrst-Vthsf-Vrdon-ΔVn1)となる。
The
検出部40は、時刻t3での検出信号Vdet1と、時刻t5での検出信号Vdet2との差分の信号(ΔVn1)に基づいて、フォトダイオード30に照射された光を検出できる。例えば、図5に示す信号ΔVn1aは、照度が低い場合に生じる信号(電圧変動分)であり、信号ΔVn1bは、照度が高い場合に生じる信号(電圧変動分)である。検出装置1は、信号ΔVn1aと、信号ΔVn1bとの差分に基づいて、例えば指紋の凹凸や血管像(静脈パターン)等を検出することができる。
The
なお、図5では、1つの検出素子3の動作例を示しているが、走査線駆動回路15が、リセット制御走査線GLrst、読出制御走査線GLrdを順次、時分割的に走査することで、検出領域AA全体の検出素子3で検出することができる。
Although FIG. 5 shows an operation example of one
ここで、フォトダイオード30に付加される容量の合計を容量Cn1とすると、容量Cn1は、下記の式(1)で表される。なお、容量Cs、寄生容量Cp、入力容量Crst、Csfは、図4で上述したフォトダイオード30のカソード(ノードN1)に等価的に接続された各種容量である。
Cn1=Cs+Crst+Csf+Cp ・・・ (1)
Here, assuming that the total capacitance added to the
Cn1 = Cs + Crst + Csf + Cp ... (1)
信号ΔVn1は、下記の式(2)で表される。なお、ΔQは、露光期間Pchに蓄積された電荷を表し、Ipは、フォトダイオード30に照射された光に応じて流れる光電流を表し、Tは、露光時間(時刻t3から時刻t4までの期間)を表す。
ΔVn1=ΔQ/Cn1=(Ip×T)/Cn1 ・・・ (2)
The signal ΔVn1 is represented by the following equation (2). In addition, ΔQ represents the electric charge accumulated in the exposure period Pch, Ip represents the photocurrent flowing according to the light irradiated to the
ΔVn1 = ΔQ / Cn1 = (Ip × T) / Cn1 ... (2)
式(2)に示すように、容量Cn1を小さくすることで、信号ΔVn1を大きくすることができる。すなわち、同じ検出条件で、同じ被検出体を検出した場合であっても、容量Cn1を小さくすることで、検出装置1の検出感度を向上できることが示された。
As shown in the equation (2), the signal ΔVn1 can be increased by reducing the capacitance Cn1. That is, it was shown that the detection sensitivity of the
次に、検出素子3の平面構成及び断面構成について説明する。図6は、複数の検出素子を示す平面図である。図6では、図面を見やすくするために、フォトダイオード30のi型半導体層31及びn型半導体層32と重畳する領域に斜線を付けて示している。また、図6では、各トランジスタの構成を模式的に示している。
Next, the planar configuration and the cross-sectional configuration of the
図6に示すように、フォトダイオード30は、それぞれ、i型半導体層31、n型半導体層32及びp型半導体層33を含む。リセットトランジスタMrst、読出トランジスタMrd及びソースフォロワトランジスタMsfは、フォトダイオード30のp型半導体層33と第1方向Dxに隣り合って設けられる。
As shown in FIG. 6, the
i型半導体層31及びn型半導体層32は、平面視で略矩形状であり、マトリクス状に配置される。隣接するフォトダイオード30で、i型半導体層31及びn型半導体層32は、スリットSPa、SPbにより離隔される。i型半導体層31及びn型半導体層32は、p型半導体層33の上に積層され、かつ、p型半導体層33と非重畳の領域に延在し、少なくとも1つのトランジスタ(例えば読出トランジスタMrd及びソースフォロワトランジスタMsf)を覆って設けられる。また、i型半導体層31及びn型半導体層32には、リセットトランジスタMrstの一部と重畳する領域に切り欠き部NTが設けられる。
The i-
i型半導体層31及びn型半導体層32は、さらに、2つの走査線(読出制御走査線GLrd、リセット制御走査線GLrst)と、4つの信号線(出力信号線SL、電源信号線SLsf、リセット信号線SLrst及び基準信号線SLcom)と、を覆って設けられる。
The i-
読出制御走査線GLrd及びリセット制御走査線GLrstは、第1方向Dxに延在し、第2方向Dyに並んで配置される。出力信号線SL、電源信号線SLsf、リセット信号線SLrst及び基準信号線SLcomは、第2方向Dyに延在し、第1方向Dxに並んで配置される。 The read control scanning line GLrd and the reset control scanning line GLrst extend in the first direction Dx and are arranged side by side in the second direction Dy. The output signal line SL, the power supply signal line SLsf, the reset signal line SLrst, and the reference signal line SLcom extend in the second direction Dy and are arranged side by side in the first direction Dx.
i型半導体層31及びn型半導体層32の外縁は、2つの走査線(読出制御走査線GLrdとリセット制御走査線GLrst)と、2つの信号線(例えば、電源信号線SLsfと基準信号線SLcom)とに沿って設けられる。1つの検出素子3は、i型半導体層31及びn型半導体層32と重畳する領域で規定される。
The outer edges of the i-
図7は、1つの検出素子を模式的に拡大して示す平面図である。図7では、図面を見やすくするために、フォトダイオード30のi型半導体層31及びn型半導体層32を二点鎖線で示し、p型半導体層33を点線で示している。
FIG. 7 is a plan view schematically showing one detection element in an enlarged manner. In FIG. 7, in order to make the drawings easier to see, the i-
図7に示すように、フォトダイオード30のp型半導体層33は、読出制御走査線GLrd、リセット制御走査線GLrst、リセット信号線SLrst及び基準信号線SLcomで囲まれた領域に設けられる。i型半導体層31及びn型半導体層32は、p型半導体層33よりも大きい面積を有しており、p型半導体層33、読出トランジスタMrd及びソースフォロワトランジスタMsfを覆って設けられる。
As shown in FIG. 7, the p-
i型半導体層31及びn型半導体層32は、例えば、アモルファスシリコン(a-Si)である。p型半導体層33は、例えば、ポリシリコン(p-Si)である。なお、半導体層の材料は、これに限定されず、ポリシリコン、微結晶シリコン等であってもよい。
The i-
n型半導体層32は、a-Siに不純物がドープされてn+領域を形成する。p型半導体層33は、p-Siに不純物がドープされてp+領域を形成する。i型半導体層31は、例えば、ノンドープの真性半導体であり、n型半導体層32及びp型半導体層33よりも低い導電性を有する。
In the n-
p型半導体層33は、コンタクトホールH11を介して基準信号線SLcomに接続される。これにより、フォトダイオード30のp型半導体層33には、基準信号線SLcomを介して基準電位VCOMが供給される。
The p-
検出素子3は、さらに上部導電層34及び下部導電層35を有する。下部導電層35は、フォトダイオード30のp型半導体層33と重なる領域に設けられる。下部導電層35は、コンタクトホールH12を介して基準信号線SLcomに接続される。これにより、下部導電層35は、p型半導体層33と同じ基準電位VCOMが供給され、下部導電層35とp型半導体層33との間の寄生容量を抑制することができる。
The
上部導電層34は、フォトダイオード30の上に設けられ、コンタクトホールH1を介してn型半導体層32と電気的に接続される。上部導電層34は、接続配線34aに接続される。接続配線34aは、p型半導体層33と非重畳の領域に引き出されて、コンタクトホールH2を介して、接続配線SLcn1に接続される。i型半導体層31及びn型半導体層32に設けられた切り欠き部NTは、少なくともコンタクトホールH2と重畳する領域に形成される。言い換えると、i型半導体層31及びn型半導体層32は、リセットトランジスタMrstの一部と非重畳に設けられる。上部導電層34は、接続配線34a及び切り欠き部NTを介してリセットトランジスタMrstと電気的に接続される。これにより、フォトダイオード30のカソード(n型半導体層32)は、接続配線SLcn1を介して、リセットトランジスタMrst及びソースフォロワトランジスタMsfと電気的に接続される。
The upper
リセットトランジスタMrst、ソースフォロワトランジスタMsf及び読出トランジスタMrdは、電源信号線SLsfと出力信号線SLとの間に設けられ、第2方向Dyに配列される。また、第1方向Dxで、3つのトランジスタと、p型半導体層33との間に、2本の信号線(出力信号線SL及びリセット信号線SLrst)が設けられる。
The reset transistor Mrst, the source follower transistor Msf, and the read transistor Mrd are provided between the power supply signal line SLsf and the output signal line SL, and are arranged in the second direction Dy. Further, in the first direction Dx, two signal lines (output signal line SL and reset signal line SLrst) are provided between the three transistors and the p-
リセットトランジスタMrstは、半導体層61と、ソース電極62と、ドレイン電極63と、ゲート電極64とを有する。半導体層61の一端は、リセット信号線SLrstに接続される。半導体層61の他端は、コンタクトホールH3を介して接続配線SLcn1に接続される。リセット信号線SLrstの、半導体層61と接続される部分がソース電極62として機能し、接続配線SLcn1の、半導体層61と接続される部分がドレイン電極63として機能する。半導体層61は、リセット制御走査線GLrstと交差する。半導体層61の、リセット制御走査線GLrstと重なる部分にチャネル領域が形成され、リセット制御走査線GLrstの半導体層61と重なる部分が、ゲート電極64として機能する。
The reset transistor Mrst has a
ソースフォロワトランジスタMsfは、半導体層65と、ソース電極66と、ドレイン電極67と、ゲート電極68とを有する。半導体層65の一端は、コンタクトホールH4を介して電源信号線SLsfに接続される。半導体層65の他端は、接続配線SLcn2に接続される。接続配線SLcn2は、図4の等価回路図におけるノードN2に対応する。電源信号線SLsfの、半導体層65と接続される部分がドレイン電極67として機能し、接続配線SLcn2の、半導体層65と接続される部分がソース電極66として機能する。
The source follower transistor Msf has a
ゲート接続配線GLsfの一端は、コンタクトホールを介して接続配線SLcn1に接続される。ゲート接続配線GLsfの他端側は、2つに分岐して第2方向Dyに並んで設けられる。半導体層65は、2つに分岐されたゲート接続配線GLsfと交差する。ゲート接続配線GLsfの半導体層65と重なる部分が、ゲート電極68として機能する。これにより、リセットトランジスタMrstは、接続配線SLcn1及びゲート接続配線GLsfを介して、ソースフォロワトランジスタMsfのゲートに電気的に接続される。
One end of the gate connection wiring GLsf is connected to the connection wiring SLcn1 via the contact hole. The other end side of the gate connection wiring GLsf is branched into two and provided side by side in the second direction Dy. The
読出トランジスタMrdは、半導体層81と、ソース電極82と、ドレイン電極83と、ゲート電極84とを有する。半導体層81の一端は、接続配線SLcn2に接続される。半導体層81の他端は、出力信号線SLに接続される。言い換えると、接続配線SLcn2の、半導体層81と接続される部分がドレイン電極83として機能し、出力信号線SLの、半導体層81と接続される部分がソース電極82として機能する。2つのゲート電極84は第2方向Dyに並んで設けられ、半導体層81と重なる。2つのゲート電極84は、第2方向Dyに延在し電源信号線SLsfと重畳する分岐部を介して、読出制御走査線GLrdと電気的に接続される。このような構成で、ソースフォロワトランジスタMsf及び読出トランジスタMrdは、出力信号線SLに接続される。
The read transistor Mrd has a
なお、図7に示すフォトダイオード30及び各トランジスタの平面構成は、あくまで一例であり、適宜変更することができる。例えば、複数のトランジスタが第2方向Dyに並んで配置される構成に限定されず、一部のトランジスタが他のトランジスタと第1方向Dxに隣り合って配置される等、異なる位置に設けられていてもよい。また、i型半導体層31及びn型半導体層32は、切り欠き部NTが設けられず、リセットトランジスタMrstの一部と重畳して設けられていてもよい。この場合、i型半導体層31及びn型半導体層32には、少なくともコンタクトホールH2と重畳する領域にコンタクトホールが形成されていてもよい。
The planar configuration of the
次に、検出素子3の断面構成について説明する。図8は、図7のVIII-VIII’断面図である。なお、図8では、検出素子3が有する3つのトランジスタのうち、リセットトランジスタMrstの断面構成を示しているが、ソースフォロワトランジスタMsf及び読出トランジスタMrdの断面構成もリセットトランジスタMrstと同様である。
Next, the cross-sectional configuration of the
図8に示すように、基板21は絶縁基板であり、例えば、石英、無アルカリガラス等のガラス基板、又はポリイミド等の樹脂基板が用いられる。ゲート電極64は、基板21の上に設けられる。絶縁膜22、23は、ゲート電極64を覆って基板21の上に設けられる。絶縁膜22、23及び絶縁膜24、25、26は、無機絶縁膜であり、例えば、酸化シリコン(SiO2)や窒化シリコン(SiN)等である。
As shown in FIG. 8, the
半導体層61は、絶縁膜23の上に設けられる。半導体層61は、例えば、ポリシリコンが用いられる。ただし、半導体層61は、これに限定されず、微結晶酸化物半導体、アモルファス酸化物半導体、低温ポリシリコン(LTPS:Low Temperature Polycrystalline Silicone)等であってもよい。リセットトランジスタMrstは、ゲート電極64が半導体層61の下側に設けられたボトムゲート構造であるが、ゲート電極64が半導体層61の上側に設けられたトップゲート構造でもよく、ゲート電極64が半導体層61の上側及び下側に設けられたデュアルゲート構造でもよい。
The
半導体層61は、チャネル領域61aと、高濃度不純物領域61b、61cと、低濃度不純物領域61d、61eと、を含む。チャネル領域61aは、例えば、ノンドープの真性半導体又は低不純物領域であり、高濃度不純物領域61b、61c及び低濃度不純物領域61d、61eよりも低い導電性を有する。チャネル領域61aは、ゲート電極64と重なる領域に設けられる。
The
絶縁膜24、25は、半導体層61を覆って絶縁膜23の上に設けられる。ソース電極62及びドレイン電極63は、絶縁膜25の上に設けられる。ソース電極62は、コンタクトホールH5を介して半導体層61の高濃度不純物領域61bと接続される。また、ドレイン電極63は、コンタクトホールH3を介して、半導体層61の高濃度不純物領域61cに接続される。ソース電極62及びドレイン電極63は、例えば、チタンとアルミニウムとの積層構造であるTiAlTi又はTiAlの積層膜で構成されている。
The insulating
ソースフォロワトランジスタMsfのゲートに接続されるゲート接続配線GLsfは、ゲート電極64と同層に設けられる。ドレイン電極63(接続配線SLcn1)は、絶縁膜22から絶縁膜25を貫通するコンタクトホールを介してゲート接続配線GLsfに接続される
The gate connection wiring GLsf connected to the gate of the source follower transistor Msf is provided in the same layer as the
次に、フォトダイオード30の断面構成について説明する。下部導電層35は、ゲート電極64及びゲート接続配線GLsfと同層に基板21の上に設けられる。絶縁膜22及び絶縁膜23は、下部導電層35の上に設けられる。フォトダイオード30は、絶縁膜23の上に設けられる。言い換えると、下部導電層35は、基板21と、p型半導体層33との間に設けられる。下部導電層35が、ゲート電極64と同じ材料で形成されることで遮光層として機能し、下部導電層35は、フォトダイオード30への基板21側からの光の侵入を抑制できる。
Next, the cross-sectional configuration of the
基板21の表面に垂直な方向(第3方向Dz)において、i型半導体層31は、p型半導体層33とn型半導体層32との間に設けられる。本実施形態では、絶縁膜23の上に、p型半導体層33、i型半導体層31及びn型半導体層32の順に積層されている。
The i-
具体的には、p型半導体層33は、半導体層61と同層に、絶縁膜23の上に設けられる。絶縁膜24、25、26は、p型半導体層33を覆って設けられる。絶縁膜24、及び絶縁膜25は、p型半導体層33と重なる位置にコンタクトホールH13が設けられる。絶縁膜26は、リセットトランジスタMrstを含む複数のトランジスタを覆って絶縁膜25の上に設けられる。絶縁膜26は、コンタクトホールH13の内壁を構成する絶縁膜24及び絶縁膜25の側面を覆う。また、絶縁膜26には、p型半導体層33と重なる位置にコンタクトホールH14が設けられる。
Specifically, the p-
i型半導体層31は、絶縁膜26の上に設けられ、絶縁膜24から絶縁膜26を貫通するコンタクトホールH14を介してp型半導体層33と接続される。n型半導体層32は、i型半導体層31の上に設けられる。
The i-
i型半導体層31及びn型半導体層32は、絶縁膜26の上で、p型半導体層33と非重畳の領域まで延在する。また、基準信号線SLcomは、絶縁膜25の上に設けられ、コンタクトホールH11を介してp型半導体層33と接続される。i型半導体層31及びn型半導体層32は、基準信号線SLcomを覆って設けられる。言い換えると、基準信号線SLcomが設けられた部分で、p型半導体層33、絶縁膜24、25、基準信号線SLcom、絶縁膜26、i型半導体層31及びn型半導体層32の順に積層される。
The i-
i型半導体層31及びn型半導体層32のリセットトランジスタMrstと重畳する領域には切り欠き部NTが設けられている。なお、リセットトランジスタMrstの一部(ソース電極62)と重畳するi型半導体層31及びn型半導体層32は、図7に示す第2方向Dyに隣接するフォトダイオード30の一部である。なお、絶縁膜26は、図12では図示されないソースフォロワトランジスタMsf及び読出トランジスタMrdを覆って設けられ、i型半導体層31及びn型半導体層32は、ソースフォロワトランジスタMsf及び読出トランジスタMrdを覆って絶縁膜26の上に設けられる。
A notch NT is provided in a region of the i-
絶縁膜27は、フォトダイオード30を覆って絶縁膜26の上に設けられる。絶縁膜27は、フォトダイオード30及び絶縁膜26に直接、接して設けられる。絶縁膜27は、感光性アクリル等の有機材料からなる。絶縁膜27は、絶縁膜26よりも厚い。絶縁膜27は、無機絶縁材料に比べ、段差のカバレッジ性が良好であり、i型半導体層31及びn型半導体層32の側面を覆って設けられる。
The insulating
上部導電層34は、絶縁膜27の上に設けられる。上部導電層34は、例えばITO(Indium Tin Oxide)等の透光性を有する導電材料である。上部導電層34は、絶縁膜27の表面に倣って設けられ、絶縁膜27に設けられたコンタクトホールH1を介してn型半導体層32と接続される。また、上部導電層34は、絶縁膜27に設けられたコンタクトホールH2を介してリセットトランジスタMrstのドレイン電極63及びゲート接続配線GLsfと電気的に接続される。
The upper
絶縁膜28は、上部導電層34を覆って絶縁膜27の上に設けられる。絶縁膜28は、無機絶縁膜である。絶縁膜28は、フォトダイオード30への水分の侵入を抑制する保護層として設けられる。
The insulating
保護膜29は、絶縁膜28の上に設けられる。保護膜29は、有機保護膜である。保護膜29は、検出装置1の表面を平坦化するように形成される。
The
本実施形態では、フォトダイオード30のp型半導体層33及び下部導電層35が、各トランジスタと同層に設けられるので、フォトダイオード30を各トランジスタと異なる層に形成した場合に比べて製造工程を簡略化できる。
In the present embodiment, the p-
なお、図8に示すフォトダイオード30の断面構成は、あくまで一例である。これに限定されず、例えば、フォトダイオード30は、各トランジスタと異なる層に設けられていてもよい。また、p型半導体層33、i型半導体層31及びn型半導体層32の積層順も、図8に限定されず、n型半導体層32、i型半導体層31及びp型半導体層33の順に積層されていてもよい。この場合、i型半導体層31及びp型半導体層33は、絶縁膜26の上でn型半導体層32と非重畳の領域まで延在して、少なくとも1つ以上のトランジスタを覆って設けられる。
The cross-sectional configuration of the
次に、光学フィルタ7の構成例について説明する。図9は、光学フィルタの構成例を示す断面図である。なお、図9では、フォトダイオード30と、フォトダイオード30を覆う保護膜29と、を模式的に示している。
Next, a configuration example of the
光学フィルタ7は、指Fg等の被検出体で反射された光L2のうち、第3方向Dzに進行する成分をフォトダイオード30に向けて透過させ、斜め方向に進行する成分を遮蔽する光学素子である。光学フィルタ7は、コリメートアパーチャ、あるいは、コリメータとも呼ばれる。
The
図9に示すように、光学フィルタ7は、第1遮光層71と、第2遮光層72と、第1透光性樹脂層74と、第2透光性樹脂層75と、レンズ78と、を有する。光学フィルタ7は、外付けの部材であり、保護膜29の上に接着層76を介して接着されている。本実施形態では、保護膜29の上に、接着層76、第1遮光層71、第1透光性樹脂層74、第2遮光層72、第2透光性樹脂層75、レンズ78の順に積層されている。
As shown in FIG. 9, the
レンズ78は、フォトダイオード30に重畳する領域に設けられる。レンズ78は、凸レンズである。レンズ78の光軸CLは、第3方向Dzと平行方向に設けられ、フォトダイオード30と交差する。レンズ78は、第2透光性樹脂層75の上に直接接して設けられる。また、本実施形態では、隣接するレンズ78の間では、第2透光性樹脂層75の上に遮光層等が設けられていない。
The
第1遮光層71及び第2遮光層72は、第3方向Dzでフォトダイオード30とレンズ78との間に設けられる。また、第1遮光層71には、フォトダイオード30に重畳する領域に第1開口OP1が設けられる。第2遮光層72には、フォトダイオード30に重畳する領域に第2開口OP2が設けられる。第1開口OP1及び第2開口OP2は、光軸CLと重なる領域に形成される。
The first light-
第1遮光層71は、例えば、モリブデン(Mo)等の金属材料で形成されている。これにより、第1遮光層71は、第1開口OP1を透過する光L2以外の、斜め方向に進行する光L2の成分を反射することができる。
The first light-
第2遮光層72は、例えば黒色に着色された樹脂材料で形成される。これにより、第2遮光層72は、第2開口OP2を透過する光L2以外の、斜め方向に進行する光L2の成分を吸収する光吸収層として機能する。例えば、第2遮光層72は、第1遮光層71で反射された光や、隣接するレンズ78の間から入射した外光を吸収することができる。
The second light-
本実施形態では、レンズ78の第1方向Dxでの幅W3、第2開口OP2の第1方向Dxでの幅W2、第1開口OP1の第1方向Dxでの幅W1の順に小さくなっている。また、第1開口OP1の第1方向Dxでの幅W1は、フォトダイオード30の第1方向Dxでの幅よりも小さい。
In the present embodiment, the width W3 in the first direction Dx of the
また、図9に示す第2透光性樹脂層75の厚さTH2は、第1透光性樹脂層74の厚さTH1よりも厚く形成される。また、第1透光性樹脂層74の厚さTH1及び第2透光性樹脂層75の厚さTH2は、センサ基板5の保護膜29の厚さTH3よりも厚い。
Further, the thickness TH2 of the second
このような構成により、指Fg等の被検出体で反射された光L2のうち、第3方向Dzに進行する光L2-1は、レンズ78で集光され、第2開口OP2及び第1開口OP1を透過して、フォトダイオード30に入射する。また、第3方向Dzに対して角度θ1だけ傾斜した光L2-2についても、第2開口OP2及び第1開口OP1を透過して、フォトダイオード30に入射する。
With such a configuration, among the light L2 reflected by the object to be detected such as the finger Fg, the light L2-1 traveling in the third direction Dz is focused by the
なお、図9に示す光学フィルタ7の構成はあくまで一例であり、適宜変更することができる。例えば、幅W1、W2、W3及び厚さTH1、TH2、TH3の関係は、要求される光学特性に応じて適宜変更してもよい。また、光学フィルタ7は、第1遮光層71及び第2遮光層72が設けられる構成に限定されず、1層の第1遮光層71が設けられていてもよい。
The configuration of the
なお、光学フィルタ7は、接着層76が設けられず、保護膜29の上に直接、接して設けられていてもよい。
The
以上で説明したように、本実施形態の検出装置1は、基板21と、基板21に積層されたp型半導体層33、i型半導体層31及びn型半導体層32を含み、基板21に配列された複数のフォトダイオード30と、複数のフォトダイオード30のそれぞれに対応して設けられた複数のトランジスタ(例えば、リセットトランジスタMrst、読出トランジスタMrd及びソースフォロワトランジスタMsf)と、を有する。i型半導体層31及びn型半導体層32は、p型半導体層33の上に積層され、かつ、p型半導体層33と非重畳の領域に延在し、少なくとも1つのトランジスタ(例えば、読出トランジスタMrd及びソースフォロワトランジスタMsf)を覆って設けられる。
As described above, the
これによれば、p型半導体層33が、各トランジスタと同層に形成されている場合であっても、i型半導体層31及びn型半導体層32は、各トランジスタによる制約が小さくなり、配置の自由度を高めることができる。したがって、i型半導体層31及びn型半導体層32の平面視での面積を、p型半導体層33よりも大きくできる。このため、フォトダイオード30の受光面積が大きくなり、検出感度を向上させることができる。また、フォトダイオード30の上に、外付けの光学フィルタ7が設けられる場合であっても、第1開口OP1、第2開口OP2及びレンズ78と、フォトダイオード30との位置ずれの許容範囲を大きくすることができる。
According to this, even when the p-
また、i型半導体層31及びn型半導体層32の、p型半導体層33と非重畳の領域では、n型半導体層32とp型半導体層33との間に形成される容量Csを抑制できる。このため、i型半導体層31及びn型半導体層32とともに、p型半導体層33も大きい面積で形成された場合に比べて、容量Csの増大を抑制することができる。この結果、上述した式(1)、(2)に示す容量Cn1を抑制して、信号ΔVn1を大きくすることができるので、検出装置1は、検出感度を向上させることができる。
Further, in the region of the i-
図10は、変形例4に係る検出素子を示す断面図である。なお、以下の説明では、上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。 FIG. 10 is a cross-sectional view showing the detection element according to the modified example 4. In the following description, the same components as those described in the above-described embodiment are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
図10に示すように、変形例4に係る検出素子3Aは、上述した実施形態に比べて、絶縁膜26が第1無機絶縁膜26aと第2無機絶縁膜26bとを有する構成が異なる。第1無機絶縁膜26aは、リセットトランジスタMrstを含む複数のトランジスタ、p型半導体層33及び基準信号線SLcomの上に設けられる。第2無機絶縁膜26bは、第1無機絶縁膜26aの上に設けられる。i型半導体層31及びn型半導体層32は、第2無機絶縁膜26bの上に設けられる。
As shown in FIG. 10, the
このような構成により、i型半導体層31及びn型半導体層32と基準信号線SLcomとの間に複数層の絶縁膜(第1無機絶縁膜26aと第2無機絶縁膜26b)が設けられる。このため、本変形例では、i型半導体層31及びn型半導体層32と基準信号線SLcomとの間の絶縁を確保することができる。同様に、i型半導体層31及びn型半導体層32と複数のトランジスタとの間に複数層の絶縁膜(第1無機絶縁膜26aと第2無機絶縁膜26b)が設けられる。このため、本変形例では、i型半導体層31及びn型半導体層32と複数のトランジスタとの間の絶縁を確保することができる。
With such a configuration, a plurality of insulating films (first inorganic insulating
図11は、変形例5に係る検出素子を示す断面図である。図11に示すように、変形例5に係る検出素子3Bは、上述した実施形態及び変形例4に比べて、絶縁膜26が第1無機絶縁膜26aと有機絶縁膜26cとを有する構成が異なる。第1無機絶縁膜26aは、リセットトランジスタMrstを含む複数のトランジスタ、p型半導体層33及び基準信号線SLcomの上に設けられる。有機絶縁膜26cは第1無機絶縁膜26aの上に設けられる。i型半導体層31及びn型半導体層32は、有機絶縁膜26cの上に設けられる。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the detection element according to the modified example 5. As shown in FIG. 11, the
このような構成により、i型半導体層31及びn型半導体層32と基準信号線SLcomとの間、及び、i型半導体層31及びn型半導体層32と複数のトランジスタとの間に有機絶縁膜26cが設けられる。有機絶縁膜26cにより、基準信号線SLcomや複数のトランジスタで形成される凹凸が平坦化され、有機絶縁膜26cの上に形成されるi型半導体層31及びn型半導体層32の平坦性を向上させることができる。
With such a configuration, an organic insulating film is formed between the i-
図12は、変形例6に係る検出素子を示す断面図である。図12に示すように、変形例6に係る検出素子3Cは、上述した実施形態及び変形例4、5に比べて、重畳導電層36を有する構成が異なる。重畳導電層36は、絶縁膜28の上に設けられ、フォトダイオード30のi型半導体層31及びn型半導体層32を覆って設けられる。保護膜29は、重畳導電層36を覆って絶縁膜28の上に設けられる。重畳導電層36は、例えばITO等の透光性を有する導電材料である。重畳導電層36は、任意の箇所で基準信号線SLcomと電気的に接続され、p型半導体層33と同じ基準電位VCOMが供給される。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing the detection element according to the modified example 6. As shown in FIG. 12, the
本変形例では、n型半導体層32とp型半導体層33との間に形成される容量Csに、重畳導電層36とn型半導体層32との間に形成される容量が付加される。フォトダイオード30が受光する照度との関係で、容量Csを調整する必要がある場合が考えられ、重畳導電層36を設けることで、調整用の容量を形成することができる。また、重畳導電層36は、上述した実施形態及び変形例4に示す検出素子3、3Aに適用してもよい。
In this modification, the capacitance formed between the superposed
以上、本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明はこのような実施の形態に限定されるものではない。実施の形態で開示された内容はあくまで一例にすぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で行われた適宜の変更についても、当然に本発明の技術的範囲に属する。上述した各実施形態及び各変形例の要旨を逸脱しない範囲で、構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも1つを行うことができる。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to such embodiments. The contents disclosed in the embodiments are merely examples, and various changes can be made without departing from the spirit of the present invention. Appropriate changes made without departing from the spirit of the present invention naturally belong to the technical scope of the present invention. At least one of the various omissions, substitutions and modifications of the components may be made without departing from the gist of each of the embodiments and modifications described above.
1 検出装置
3、3A、3B、3C 検出素子
2 アレイ基板
5 センサ基板
7 光学フィルタ
10 センサ部
21 基板
30 フォトダイオード
31 i型半導体層
32 n型半導体層
33 p型半導体層
34 上部導電層
35 下部導電層
Mrst リセットトランジスタ
Mrd 読出トランジスタ
Msf ソースフォロワトランジスタ
GLrd 読出制御走査線
GLrst リセット制御走査線
SL 出力信号線
SLsf 電源信号線
SLrst リセット信号線
SLcom 基準信号線
NT 切り欠き部
1
Claims (7)
前記基板に積層されたp型半導体層、i型半導体層及びn型半導体層を含み、前記基板に配列された複数のフォトダイオードと、
複数の前記フォトダイオードのそれぞれに対応して設けられた複数のトランジスタと、
を有し、
前記i型半導体層及び前記n型半導体層は、前記p型半導体層の上に積層され、かつ、前記p型半導体層と非重畳の領域に延在し、少なくとも1つの前記トランジスタを覆って設けられる
検出装置。 With the board
A plurality of photodiodes including a p-type semiconductor layer, an i-type semiconductor layer, and an n-type semiconductor layer laminated on the substrate, and a plurality of photodiodes arranged on the substrate.
A plurality of transistors provided corresponding to each of the plurality of photodiodes, and
Have,
The i-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer are laminated on the p-type semiconductor layer, extend to a region not overlapped with the p-type semiconductor layer, and are provided so as to cover at least one of the transistors. Detection device to be.
前記i型半導体層及び前記n型半導体層は、前記信号線を覆って設けられる
請求項1に記載の検出装置。 It has a signal line electrically connected to the photodiode and has
The detection device according to claim 1, wherein the i-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer are provided so as to cover the signal line.
前記基板に垂直な方向で、前記p型半導体層、前記信号線、前記i型半導体層及び前記n型半導体層の順に積層される
請求項2に記載の検出装置。 The p-type semiconductor layer is provided in the same layer as the semiconductor layer of the transistor.
The detection device according to claim 2, wherein the p-type semiconductor layer, the signal line, the i-type semiconductor layer, and the n-type semiconductor layer are laminated in this order in the direction perpendicular to the substrate.
前記i型半導体層及び前記n型半導体層は、前記絶縁膜の上に設けられ、前記絶縁膜に設けられたコンタクトホールを介して前記p型半導体層と接続される
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の検出装置。 It has an insulating film that covers the plurality of transistors and the p-type semiconductor layer, and has an insulating film.
Claims 1 to 3 are the i-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer provided on the insulating film and connected to the p-type semiconductor layer via a contact hole provided in the insulating film. The detection device according to any one of the above items.
前記i型半導体層及び前記n型半導体層は、前記第2無機絶縁膜の上に設けられる
請求項4に記載の検出装置。 The insulating film includes a first inorganic insulating film provided on the plurality of transistors and the p-type semiconductor layer, and a second inorganic insulating film provided on the first inorganic insulating film.
The detection device according to claim 4, wherein the i-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer are provided on the second inorganic insulating film.
前記i型半導体層及び前記n型半導体層は、前記有機絶縁膜の上に設けられる
請求項4に記載の検出装置。 The insulating film includes the plurality of transistors, an inorganic insulating film provided on the p-type semiconductor layer, and an organic insulating film provided on the inorganic insulating film.
The detection device according to claim 4, wherein the i-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer are provided on the organic insulating film.
前記i型半導体層及び前記n型半導体層は、前記トランジスタの少なくとも一部と重畳する領域に切り欠き部が形成されており、
前記上部導電層は、前記切り欠き部を介して前記トランジスタと電気的に接続される
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の検出装置。 It has an upper conductive layer that is electrically connected to the n-type semiconductor layer.
The i-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer have a notch portion formed in a region overlapping with at least a part of the transistor.
The detection device according to any one of claims 1 to 6, wherein the upper conductive layer is electrically connected to the transistor via the notch.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020132398A JP2022029179A (en) | 2020-08-04 | 2020-08-04 | Detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020132398A JP2022029179A (en) | 2020-08-04 | 2020-08-04 | Detector |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022029179A true JP2022029179A (en) | 2022-02-17 |
Family
ID=80271381
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020132398A Pending JP2022029179A (en) | 2020-08-04 | 2020-08-04 | Detector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2022029179A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023171431A1 (en) * | 2022-03-08 | 2023-09-14 | 株式会社ジャパンディスプレイ | Detection device |
-
2020
- 2020-08-04 JP JP2020132398A patent/JP2022029179A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023171431A1 (en) * | 2022-03-08 | 2023-09-14 | 株式会社ジャパンディスプレイ | Detection device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20220115424A1 (en) | Detection device | |
WO2021261219A1 (en) | Detection device | |
US20230178674A1 (en) | Detection device, display device, and illumination device with detection function | |
US20230343132A1 (en) | Detection device | |
JP2022029179A (en) | Detector | |
CN216435906U (en) | Detection device | |
US11408766B2 (en) | Detection device and optical filter | |
WO2021039161A1 (en) | Detection device | |
JP2020102555A (en) | Detection device | |
WO2022024586A1 (en) | Detection device | |
WO2021070918A1 (en) | Detection device | |
JP2021125754A (en) | Detection device | |
WO2022176503A1 (en) | Detection device | |
JP7446826B2 (en) | detection device | |
WO2021131483A1 (en) | Detection device | |
WO2021241051A1 (en) | Detection device | |
JP7496208B2 (en) | Detection device | |
US20230057376A1 (en) | Detection device | |
JP2022054105A (en) | Detection device and manufacturing method for detection device | |
JP2024074887A (en) | Detection device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230425 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20231228 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240130 |