KR100401265B1 - 박막 트랜지스터형 광 감지소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광 감지소자에 관한 것으로, 광 감지소자에 있어서 광전류의 형성에 사용되는 빛의 양을 증가시키기 위해 빛이 투과하는 윈도우의 면적을 증가시키고, 광전류를 축적하는 스토리지 캐패시터의 용량을 크게 형성함으로써, 광 감지소자가 피사체에 반사된 빛이 주는 정보를 정확하게 읽고 빛 감지 시간을 빠르게 하여 동작 수행능력을 향상시키는데 그 목적이 있다.
본 발명은 피사체에 반사된 빛에 의해 피사체의 영상을 판독하는 광 감지소자로서, 빛을 발산하는 광원과, 피사체에 반사된 빛을 감지하여 광전류를 생성하는 센서 박막 트랜지스터와, 광원의 빛을 상기 피사체로 투과시키고, 상기 센서 박막 트랜지스터에 의해 생성된 광전류를 전하의 형태로 저장하는 스토리지 캐패시터와, 스토리지 캐패시터에 저장된 전하의 방출을 제어하는 스위칭 박막 트랜지스터를 포함하는 박막 트랜지스터형 광 감지소자에 있어서, 투명한 도전성 물질을 전극으로 스토리지 캐패시터를 형성하여 윈도우의 역할도 하게 함으로써 빛을 받아들이는 면적과 전하를 저장하는 용량을 최대화하는 방법과 그 구조에 관해 개시하고 있다.
Description
본 발명은 박막 트랜지스터를 이용한 광 감지소자에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 박막 트랜지스터형 광 감지소자의 후면에서 윈도우를 투과한 빛이 감지 하고자 하는 대상에 반사되어 감지하는 경우, 빛이 투과되는 윈도우와, 감지된 빛의 세기에 따라 발생된 광전류를 전하의 형태로 저장하는 스토리지 캐패시터의 면적 확보를 위한 박막 트랜지스터형 광 감지소자에 관한 것이다.
일반적으로 광 감지소자(photo sensor)는 팩시밀리(facsimile) 또는 디지털 복사기(digital copying machine)등의 영상처리 장치에서 영상 판독기(image reader)로 사용된다. 또한, 정보화 시대로 발전함에 따라 개인을 식별하는 인식장치인 지문 감식기에도 적용되고 있다. 이러한 영상 판독기로 사용되는 광 감지소자는 내부 광원으로부터 빛을 받아 피사체에 반사된 빛의 세기에 따라 발생한 광전류를 전하의 형태로 저장하고, 저장된 전하를 구동회로를 통해서 외부로 출력하는 장치이다.
상술한바와 같이 빛을 받아 동작하는 광 감지소자는 일반적으로 광전변환 소자가 이용되는데, 최근 들어 반도체 기술의 발전에 힘입어 박막 트랜지스터(thin film transistor ; TFT)를 이용할 수 있게 되었다. 특히 광 감지소자의 감지부는 반도체층이 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H)인 박막 트랜지스터가 사용되는데, 이는 비정질 실리콘이 빛에 민감한 성질을 띠고있기 때문이다.
일반적인 비정질 실리콘 박막 트랜지스터는 빛을 받으면 그의 전기적 성질이 바뀌게 되는데 빛 조사중에 일어나는 변화는 3개의 영역으로 구분하여 설명할 수 있으며 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7은 일반적으로 빛 조사중에 비정질 실리콘 박막 트랜지스터의 전류-전압특성을 나타내는 전이특성 도면이다.
도 7의 영역(Ⅰ)에서는 비정질 실리콘 박막층과 실리콘 질화막의 계면에서 생기는 축적층의 형성으로 소스 전류는 축적층 내에 있는 전자의 표동-확산(drift-diffusion)에 관계되어 있다.
도 7의 영역(Ⅱ)에서는 캐리어(carrier)의 축적층이 형성되지 않는다. 이 영역에서는 빛에 의해 발생하는 이동자와 재결합하는 이동자의 생성-소멸 비율이 거의 같기 때문에 전자와 정공의 발생에 의한 전류가 거의 흐르지 못하게 된다.
도 7의 영역(Ⅲ)은 비정질 박막층과 실리콘 질화막의 계면에서 정공의 축적층 형성이 일어난다. 실제로 이 영역에서는 두 개의 물리적인 현상이 일어나게 되는데, 게이트 전압이 음의 방향으로 증가할수록 (Ⅲa)쪽에서는 축적층내의 정공에 의한 표동-확산이 우세하게 일어나서 전류가 증가하다가, 게이트 전압이 더욱더 증가(음의 방향)를 하면 (Ⅲb)영역에서는 축적된 정공과 소스의 다수 전자들 상호간에 재결합이 일어나게 되고 결과적으로 PN접합(PN junction)이 형성되어 전류는 포화상태가 된다.
전술한바와 같이 비정질 실리콘 박막 트랜지스터는 암상태와 광 상태에서의 전기적 특성이 변화되는데, 이러한 특성을 이용한 장치가 박막 트랜지스터형 광 감지소자이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 일반적인 박막 트랜지스터형 광 감지소자의 구성과 작용을 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 박막 트랜지스터형 광 감지소자의 평면도를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 절단선 Ⅱ-Ⅱ'의 단면도를 나타낸 도면이다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 광 감지소자(100)는 하부에 위치하는 광원(102)으로 부터 빛을 통과시키는 윈도우(8, window)와, 윈도우(8)를 통해서 들어온 빛을 반사시키는 피사체(12)와, 상기 피사체(12)에 반사되는 빛을 감지하여 광전류를 생성하는 광 감지용 박막 트랜지스터(6)로 구성된다.
일반적으로 광 감지소자(100)는 빛을 통과시켜 피사체(12)에서 반사되어진 빛을 감지하는 구조를 취하고 있기 때문에, 일정한 크기이상의 면적을 차지하는 윈도우(8)는 필수 적이다. 또한, 피사체(12)에 반사된 빛에 의해 생기는 전하를 저장하는 수단인 스토리지 캐패시터(4)도 일정한 용량을 유지해야 하기 때문에, 이 또한 일정한 면적을 차지하고 있다.
도 1에서 보는바와 같이 한 픽셀은 윈도우(8)와 센서 박막 트랜지스터(6),스토리지 캐패시터(4), 스위칭 박막 트랜지스터(2)로 구성되며 한 픽셀의 면적은 A1×(B1+2B1')로 정의할 수 있다. 또한 A1은 C1, D1, E1, F1의 합으로 구성될 수 있다. 따라서 윈도우(8)의 면적은 (B1+2B1')×F1로 나타낼 수 있고, 또한 스토리지 캐패시터(2)의 면적은 대략 (B1+2B1')×D1로 계산할 수 있다.
이하, 도 1의 절단선 Ⅱ-Ⅱ'의 단면도인 도 2에서 광 감지소자(100)의 구성을 자세히 살펴보면 다음과 같다.
도 2에서 영역 2와 영역 4와 영역 6과 영역 8은 각각 스위칭 박막 트랜지스터와, 스토리지 캐패시터와 센서 박막 트랜지스터와, 윈도우부분이라 정의한다.
먼저, 기판 상에 제 1 금속층(20)(30)(40)이 위치하게 된다. 상기 제 1 금속층은 스위칭 박막 트랜지스터(2)의 게이트 전극(20), 스토리지 캐패시터(4)의 제 1 스토리지 전극(30), 센서 박막 트랜지스터(6)의 게이트 전극(40)으로 역할을 하고, 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo). 크롬(Cr), 알루미늄(Al)등의 금속이 주로 사용된다.
또한, 제 1 금속층 상에 게이트 절연층(14)이 위치하고, 상기 게이트 절연층(14) 상에는 반도체층을 증착하고 패터닝 하여 스위칭 박막 트랜지스터(2)와 센서 박막 트랜지스터(6)에 반도체층(26)(46)을 형성한다.
또한, 제 2 금속층을 증착하고 패터닝 하여 스위칭 박막 트랜지스터(2)의 드레인 및 소스 전극(24)(22)과 스토리지 캐패시터부분(4)의 제 2 스토리지 전극(34) 그리고 센서 박막 트랜지스터부분(6)의 드레인 및 소스 전극(44)(42)을 형성한다. 그리고 각각의 광 감지소자(100)의 구성 요소인 스위칭 박막 트랜지스터(2)와 스토리지 캐패시터(4) 센서 박막 트랜지스터(6)를 보호하기 위해 절연막(16)을 형성하고, 상기 스위칭 박막 트랜지스터(2) 상에 피사체(12)에서 난반사된 빛을 차단하기 위한 차광막(18)을 형성하고, 그 상부 전면에 걸쳐 외부의 충격이나 습기에 대비한 보호층(10)을 형성한다.
일반적으로, 센서 박막 트랜지스터(6)의 활성층(46)은 암 전기 전도도(dark conductivity)가 작고 광 전기 전도도(photo conductivity)가 큰 반도체층이 사용되는데, 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H)이 주로 사용된다.
상기 센서 박막 트랜지스터(6)는 오프 상태(off state)에서 빛의 세기에 따른 광전류로 동작하기 때문에, 게이트 전극(40)에는 오프 상태를 유지하기 위하여 항상 음의 전압(negative voltage)이 인가된다.
그리고, 빛의 세기에 의해 센서 박막 트랜지스터(6)에서 생성된 광전류는 소스 전극(42)을 통해 스토리지 캐패시터(4)의 제 2 스토리지 전극(34)으로 흐르게 되고, 전하의 형태로 스토리지 캐패시터(4)에 저장되게 된다.
게다가, 외부에서 제어하는 바이어스 전압(bias voltage)이 스위칭 박막 트랜지스터(2)의 게이트 전극(20)에 인가되면 스토리지 캐패시터(4)에 저장된 전하는 스위칭 박막 트랜지스터(2)의 드레인 전극(24)을 통해 소스 전극(22)으로 흐르게 된다.
상술한바와 같이 광 감지소자의 동작을 위해서는 빛을 받아들이는 윈도우와 전하를 저장하는 스토리지 캐패시터(4)가 필수적이다. 따라서, 상기 윈도우(8)와상기 스토리지 캐패시터(4)는 소정의 면적을 확보해야 한다. 또한, 더욱더 정확한 광 감지소자의 동작을 위해서는 빛을 받아들이는 윈도우(8)의 면적이 커야하고, 전하를 저장하는 스토리지 캐패시터(4)의 용량도 커야만 한다.
다시 말해서, 도 1에 도시된바와 같이 기존의 광 감지소자에서 A1은 50μm, B1은 30μm, C1은 5μm, D1은 20μm, B1', E1은 10μm, F1은 15μm 이라 가정하면 윈도우(8)와 스토리지 캐패시터(4)의 면적은 약 600μm2가 된다.
전술한바와 같이 광 감지소자가 더욱더 많은 양의 빛을 받아들이기 위해서는 센서 박막 트랜지스터(6)와 스위칭 박막 트랜지스터(2)의 정해진 크기의 변동 없이 스토리지 캐패시터(4)와 윈도우(8)의 면적을 동시에 최대화 되도록 설계해야 한다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 빛을 발산하는 광원과, 피사체에 반사된 빛을 감지해서 광전류를 생성하는 센서 박막 트랜지스터와, 상기 광원의 빛을 투과시키는 윈도우와, 상기 센서 박막 트랜지스터에 의해 생성된 광전류를 저장하는 스토리지 캐패시터와, 상기 스토리지 캐패시터에 저장된 전하를 스위칭 하는 스위칭 박막 트랜지스터를 포함하는 박막 트랜지스터형 광 감지소자에 있어서, 빛을 받아들이는 윈도우의 면적과 전하를 저장하는 스토리지 캐패시터의 용량을 최대화하는데 그 목적이 있다.
또한, 광 감지소자에서 전하를 축적하는 스토리지 캐패시터의 용량을 크게 하여 신호 대 잡음비(signal vs noise ratio ; S/N)를 개선하는데 그 목적이 있다.
또한, 센서 박막 트랜지스터의 광전류를 증가시켜 광 감지소자의 동작속도를개선하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 광 감지소자의 한 픽셀을 나타내는 평면도.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'를 자른 단면을 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 제작된 광 감지소자의 한 픽셀에 해당하는 평면도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 제작된 도 3의 Ⅳ-Ⅳ'부분을 자른 단면을 나타내는 단면도.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따라 제작된 광 감지소자의 한 픽셀에 해당하는 평면도.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따라 제작된 도 5의 Ⅵ-Ⅵ'부분을 자른 단면을 나타내는 단면도.
도 7은 비정질 실리콘 박막 트랜지스터에서 빛 인가시 전류-전압 특성을 나타내는 전이특성 곡선.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 기판 (Glass) 2 : 스위칭 박막 트랜지스터
4 : 스토리지 캐패시터 6 : 센서 박막 트랜지스터
8 : 윈도우 10 : 보호층
12 : 피사체 14 : 게이트 절연막
16 : 절연막 20, 40 : 게이트 전극
26, 46 : 반도체층 22, 42 : 소스 전극
44, 24 : 드레인 전극 34 : 제 2 스토리지 전극
30 : 제 1 스토리지 전극 102 : 광원
상기와 같은 목적을 위해 본 발명에서는 피사체에 반사된 빛에 의해 피사체의 영상을 판독하는 광 감지소자로서, 빛을 발산하는 광원과, 상기 피사체에 반사된 빛을 감지하여 광전류를 생성하는 센서 박막 트랜지스터와, 상기 광원의 빛을 상기 피사체로 투과시키고, 상기 센서 박막 트랜지스터에 의해 생성된 광전류를 전하의 형태로 저장하는 스토리지 캐패시터와, 상기 스토리지 캐패시터에 저장된 전하의 방출을 제어하는 스위칭 박막 트랜지스터를 포함하는 박막 트랜지스터형 광 감지소자를 개시하고 있다.
또한, 기판과, 상기 기판 상에 형성된 센서 게이트 전극과, 센서 반도체층과, 센서 드레인 전극 및 센서 소스 전극을 포함하는 센서 박막 트랜지스터와; 상기 기판 상에 형성되고 투명의 제 1 스토리지 전극과, 상기 제 1 스토리지 전극과 대응하는 위치에 형성된 투명인 제 2 스토리지 전극과, 상기 제 1, 2 스토리지 전극 사이에 위치한 유전층을 포함하는 스토리지 캐패시터와; 상기 기판 상에 형성된 스위치 게이트 전극과, 스위치 반도체층과 상기 제 2 스토리지 전극과 연결된 스위치 드레인 전극과, 스위치 소스 전극을 포함하는 스위치 박막 트랜지스터를 포함하는 박막 트랜지스터형 광 감지소자에 관해 개시하고 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 구성과 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
제 1 실시예
도 3은 본 발명에 따른 박막 트랜지스터형 광 감지소자의 한 픽셀에 대한 평면도를 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이 스위칭 박막 트랜지스터(2)가 픽셀의 한쪽 변에 위치하고, 픽셀의 다른 쪽 변에는 센서배선(7)과 센서배선(7)의 소정의 위치에 게이트 전극부(7')와 게이트 전극부(7') 상에 센서 박막 트랜지스터(6)가 위치하고 있다.
또한, 상기 스위칭 박막 트랜지스터(2)와 상기 센서배선(7)과 상기 게이트 전극부(7')와 상기 센서 박막 트랜지스터(6)를 제외한 부분에는 윈도우(8)와 스토리지 캐패시터(4)가 구성되어 있다. 다시 말해, 스토리지 캐패시터(4)는 윈도우(8)의 역할을 하고 있다.
도 4는 도 3의 절단선 Ⅳ-Ⅳ'의 단면을 나타낸 도면으로 본 발명의 구성을 설명한다.
도 4에서 보는 바와 같이 스위칭 박막 트랜지스터(2)와 센서 박막 트랜지스터(6) 및 윈도우(8) 역할을 하는 스토리지 캐패시터(4)가 구성되어 있다.
상기 스위칭 박막 트랜지스터(2)는 게이트 전극(20)과 게이트 절연막(14), 반도체층(26), 드레인 전극(24) 및 소스 전극(22)으로 구성되어있으며, 상기 센서 박막 트랜지스터 또한 게이트 전극(40)과 게이트 절연막(14), 반도체층(46), 드레인 전극(44) 및 소스 전극(42)으로 구성되어 있다.
또한, 상기 스위칭 박막 트랜지스터(2)는 빛을 차단하기 위해 별도의 차광막(18)이 반도체층(26) 상부에 위치한다.
상기 스위칭 박막 트랜지스터(6)의 반도체층(26)을 다결정 실리콘 박막으로형성할 경우, 다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터에 비해 전계효과 이동도가 크기 때문에, 스위칭 박막 트랜지스터(2)의 크기(size)를 줄일 수 있어 윈도우(8)와 스토리지 캐패시터(4)의 용량을 개선할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 빛을 받아들이는 윈도우(8)의 역할을 하는 스토리지 캐패시터(4)가 구성되어 있으며, 상기 스토리지 캐패시터(4)는 투명한 도전성 물질(transparent conducting oxide ; TCO)인 제 1 스토리지 전극(30)과 투명한 도전성 물질인 제 2 스토리지 전극(34) 및 상기 제 1 스토리지 전극(30)과 상기 제 2 스토리지 전극(34)의 사이에 유전 물질(14)로 구성되어 전하를 저장하는 역할을 한다. 다시 말해 상기 스토리지 캐패시터(4)에 저장되는 전하는 피사체의 영상 정보를 담고 있다.
상기 투명한 도전성의 물질은 ITO(Indium Tin Oxide)와 산화 티타늄(TiO), 산화 주석(SnO2)등이 쓰인다.
도 3에서 윈도우(8) 및 스토리지 캐패시터(4)의 면적을 계산하면, A2와 D2, C2', F2는 10μm, G2는 15μm, B2와 E2는 15μm, C2는 15μm일 때, 윈도우(8) 및 스토리지 캐패시터(4)의 면적은 약 825μm2로, 종래 기술인 도 1의 윈도우(8) 및 스토리지 캐패시터(4)와 비교하여 약 40%정도 큰 결과를 볼 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 도 3 및 도 4의 구조에서, 더욱더 많은 빛이 윈도우(8)를 통해 들어옴으로써, 센서 박막 트랜지스터(6)는 큰 광전류를 발생할수 있다. 또한, 스토리지 캐패시터(4)는 많은 양의 전하를 저장하여 광 감지소자의 신호 대 잡음비(S/N)를 증가시키는 효과도 있다.
또한, 상기 게이트 전극부(7')를 길게 하여 상기 센서 박막 트랜지스터(6)를 픽셀의 중앙에 형성하면, 인접 픽셀(미도시)의 윈도우에 의한 빛에 의해 상기 스위칭 박막 트랜지스터(2)가 차단하는 효과가 있기 때문에 인접 픽셀에 의한 영상 왜곡(distortion)을 줄일 수 있는 효과도 있다.
제 2 실시예
본 실시예는 제 1 실시예와 같은 발명의 목적에 의해 안출된 것으로, 제 1 실시예에서는 센서 박막 트랜지스터가 한 픽셀의 중앙에 형성되어 인접 픽셀의 윈도우 빛의 영향을 줄일 수 있어 영상 왜곡을 감소할 수 있었다.
그러나, 상술한 제 1 실시예는 센서 박막 트랜지스터가 픽셀 중앙에 형성되어 인접 픽셀의 빛에 의한 영향은 줄일 수 있으나, 센서 박막 트랜지스터가 자칫 스토리지 캐패시터의 면적을 잠식할 우려가 있다. 더욱이 고 해상도 광 감지소자의 경우 픽셀의 크기는 작아지고, 이에 따라 스토리지 캐패시터의 면적도 작아지므로 써 충분한 정전용량 확보가 어렵게 될 수 있다.
따라서, 제한된 픽셀의 공정 공간에 효율적인 광 감지소자의 배열(array)을 위해서는 설계가 중요시되고 있다.
본 발명의 제 2 실시예에서는 상술한 제 1 실시예와 동일한 발명의 목적으로 빛을 받아들이는 윈도우 역할을 하는 스토리지 캐패시터의 광 감지소자에 관해 개시한다. 즉, 스토리지 캐패시터의 모든 전극을 투명전극을 사용하여 형성함으로써충분한 윈도를 확보할 수 있다.
이해를 돕기 위해 본 발명의 제 2 실시예인 박막 트랜지스터형 광 감지소자의 한 픽셀부분인 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막 트랜지스터형 광 감지소자의 한 픽셀에 대한 평면도를 나타낸 도면이고, 도 6은 도 5의 절단선 Ⅵ-Ⅵ'으로 자른 단면의 단면도이다. 도면의 부호는 제 1 실시예와 같은 기능을 하는 구성요소는 동일한 부호를 부여한다.
먼저 도 5에 관해 설명하면 기판 상에 스위칭 박막 트랜지스터의 게이트 배선(20)과 스위칭 박막 트랜지스터의 반도체층(26), 스위칭 박막 트랜지스터의 드레인 전극(24), 스위칭 박막 트랜지스터의 소스 전극(22)을 포함하는 스위칭 박막 트랜지스터(2)가 픽셀의 한쪽 변의 소정의 위치에 형성되고, 상기 스위칭 박막 트랜지스터(2)와 마주보는 변의 소정의 위치에 센서 박막 트랜지스터의 게이트 전극(40)과 센서 박막 트랜지스터의 반도체층(46), 센서 박막 트랜지스터의 드레인 전극(42), 센서 박막 트랜지스터의 소스 전극(44)을 포함하는 센서 박막 트랜지스터(6)가 형성된다. 또한, 제 1 스토리지 전극(30)과 제 2 스토리지 전극(34)을 포함해서 스토리지 캐패시터(4)가 스위칭 박막 트랜지스터(2)가 형성된 변과, 센서 박막 트랜지스터(6)가 형성된 변의 사이에 형성된다. 일반적인 광 감지소자는 빛이 투과되는 구조이기 때문에 투명한 유리 기판을 사용한다.
게다가, 상기 스토리지 캐패시터(4)는 윈도우의 역할을 하게끔 모든 전극(30)(34)은 투명한 도전성 물질(transparent conducting oxide ; TCO)로 형성된다.
다시 말해, 본 발명의 실시예인 도 5와 같이 광 감지소자를 형성할 경우에 종래의 도 1 및 제 1 실시예와 같이 광 감지소자를 구성한 경우보다 윈도우가 차지하는 면적 또는 센서 박막 트랜지스터가 차지하는 면적을 줄일 수 있고, 따라서 윈도우가 차지하는 면적 또는 센서 박막 트랜지스터가 차지하는 면적을 스토리지 캐패시터(4)로 전용(轉用)할 수 있다.
이에 따라, 고 정세화(high resolution) 광 감지소자에서 종래의 도 1과 같이 구성할 경우에는 윈도우의 확보가 어려울 수 있으나, 도 5와 같은 구조로 할 경우에는 스토리지 캐패시터(4)의 전체 면적이 윈도우가 됨에 따라 피사체의 영상 감지능력을 향상할 수 있다.
보다 상세하게 설명하기 위하여, 도 5의 절단선 Ⅵ-Ⅵ'으로 자른 단면인 도 6에 대하여 그 공정 순서별로 설명한다.
먼저, 기판(1) 상에 투명한 도전성 물질(transparent conducting oxide ; TCO)을 증착하고 패터닝에 의해 제 1 스토리지 전극(30)을 형성한다. 상기 투명한 도전성 물질은 ITO(Indium Tin Oxide)와 산화 티타늄(TiO), 산화 주석(SnO2)등이 쓰인다.
다음에 제 1 금속층의 스위칭 및 센서 박막 트랜지스터의 게이트 전극(20, 40)을 형성하는 단계로 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al)합금, 티타늄(Ti), 주석(Sn), 텅스텐(W), 구리(Cu)등이 주로 쓰인다.
이때, 전극부를 제외한 센서 박막 트랜지스터의 게이트 배선(7)을 투명전극을 사용하여 형성하면 상기 게이트 배선(7)에는 DC전압이 걸리므로, 저항에 큰 관계가 없으므로 소자동작에 무리 없이 윈도우확보에 기여할 수 있다.
그리고 제 1 금속층(20)(40) 상에 반도체층을 증착 하는 단계로, 먼저 절연막(14)을 증착하고 연속으로 비정질 실리콘(a-Si:H)과 불순물이 함유된 비정질 실리콘(doped a-Si:H)을 증착 한다. 상기의 반도체층을 증착한 후에 패터닝에 의해 비정질 실리콘(a-Si:H)과 불순물이 함유된 비정질 실리콘(doped a-Si:H)의 반도체층(26)(46)을 형성한다.
상기 반도체층(26)(46)은 광 감지소자에서 스위칭 박막 트랜지스터(2) 및 센서 박막 트랜지스터(6)의 실질적인 전류의 흐름 통로로서의 기능을 하게 된다. 또한, 절연막(14)은 스위칭 박막 트랜지스터(2) 및 센서 박막 트랜지스터(6)의 게이트 절연막의 역할과 함께 스토리지 캐패시터(4)의 유전체 역할을 하게된다.
상기 절연막(14)은 유기질의 절연 물질인 BCB(benzocyclobutene), 아크릴 등과 무기질의 절연물질인 실리콘 질화막(SiNx), 실리콘 산화막(SiO2)등이 사용된다.
다음에 투명한 도전성 물질을 증착하고 패터닝 하는 단계로 이 과정에서 스토리지 캐패시터(4)가 형성된다. 다시 말해, 패터닝된 투명한 도전성 물질(TCO)은 스토리지 캐패시터(4)의 제 2 스토리지 전극(34)으로서의 역할을 하게되고, 따라서 스토리지 캐패시터(4)는 전하를 저장하는 기능을 하게된다. 상기 제 2 스토리지 전극(34)의 투명한 도전성 물질(TCO)은 상기 제 1 스토리지 전극(30)과 같은 물질인ITO(Indium Tin Oxide)와 산화 티타늄(TiO), 산화 주석(SnO2)등이 쓰인다.
다음으로 광 감지소자의 각각의 구성 요소인 스위칭 박막 트랜지스터(2), 센서 박막 트랜지스터(6), 스토리지 캐패시터(4)에 전극을 형성하는 단계로, 센서 박막 트랜지스터의 반도체층(46)과 스위칭 박막 트랜지스터의 반도체층(26) 상에 센서 박막 트랜지스터의 소스 및 드레인 전극(44, 42)과 스위칭 박막 트랜지스터의 소스 및 드레인 전극(22, 24)을 형성한다. 이 때, 상기 제 2 금속층으로 사용되는 금속은 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al)합금, 티타늄(Ti), 주석(Sn), 텅스텐(W), 구리(Cu)등을 사용한다. 그러나, 빛을 투과시키는 효율을 증가시키기 위해 상기 제 2 금속층은 투명전극을 사용하여 형성할 수 있다.
그리고, 상기 구성된 소자 상에 절연막(16) 및 차광막(18)을 형성하는 단계로 상기 절연막(16)은 습기나 외부의 충격 등으로부터 광 감지소자의 구성요소를 보호하기 위한 목적으로 형성되며, 상기 차광막(18)은 피사체에 난 반사된 빛으로부터 상기 스위칭 박막 트랜지스터(2)의 반도체층(26)을 보호하기 위한 것으로, 상기 차광막(18)이 없으면 빛에 의해 상기 스위칭 박막 트랜지스터(2)는 열화(degradation)되어 원활한 동작을 수행하지 못하며, 이에 따라 원하는 피사체의 영상 정보(image information)를 확보할 수 없게된다.
최종적으로, 도시하지는 않았지만 보호층을 형성하여 광 감지소자는 구성되게 된다.
상기와 같이 본 발명에 따른 제 2 실시예에서, 더욱더 많은 빛이 투명한 전극을 사용하는 스토리지 캐패시터(4)를 통해 들어옴으로써, 센서 박막 트랜지스터(6)는 많은 양의 광전류를 생성할 수 있으며, 또한, 스토리지 캐패시터(4)는 많은 양의 전하를 저장하는 효과도 있다.
상술한바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 따라 박막 트랜지스터형 광 감지소자를 제작할 경우 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 스토리지 캐패시터의 제 1 스토리지 전극과 제 2 스토리지 전극을 투명한 도전 전극으로 사용하여 윈도우역할을 하도록 스토리지 캐패시터를 구성함으로써, 빛을 받아들이는 면적과 전하를 저장하는 면적을 동시에 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
둘째, 본 발명의 제 1 및 제 2실시예에 따라 광 감지소자를 구성할 경우 투명전극을 사용하여 스토리지 캐패시터와 윈도우를 같이 이용함으로써, 충분한 정전용량을 확보할 수 있고 신호 대 잡음비(signal vs noise ratio, S/N)를 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
셋째, 빛을 받아들이는 윈도우의 면적이 증가하여 센서 박막 트랜지스터에서 생성되는 광전류 양이 증가하는 장점이 있다.
Claims (8)
- 피사체에 반사된 빛에 의해 피사체의 영상을 판독하는 광 감지소자로서,빛을 발산하는 광원과,상기 피사체에 반사된 빛을 감지하여 광전류를 생성하는 센서 박막 트랜지스터와,상기 광원의 빛을 상기 피사체로 투과시키고, 상기 센서 박막 트랜지스터에 의해 생성된 광전류를 전하의 형태로 저장하는 스토리지 캐패시터와,상기 스토리지 캐패시터에 저장된 전하의 방출을 제어하는 스위칭 박막 트랜지스터를 포함하는 박막 트랜지스터형 광 감지소자.
- 청구항 1에 있어서,상기 스토리지 캐패시터의 모든 전극이 투명한 도전성 물질인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터형 광 감지소자.
- 청구항 2에 있어서,상기 투명한 도전물질은 ITO와 TiO, SnO2로 구성된 집단에서 선택된 물질인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터형 광 감지소자.
- 청구항 1에 있어서,상기 센서 박막 트랜지스터는 상기 스토리지 캐패시터의 중앙에 위치하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터형 광 감지소자.
- 청구항 1에 있어서,상기 센서 박막 트랜지스터의 배선은 투명한 도전성 전극인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터형 광 감지소자.
- 4변을 가진 실질적으로 사각형 형상의 픽셀단위의 광 감지소자로서,제 1 변에서 내측 방향으로 돌출된 위치에 형성되고, 피사체에 반사된 빛의 세기에 따라 광전류를 발생시키는 센서 박막 트랜지스터와,상기 제 1 변에 인접한 한 변을 따라 형성된 스위칭 박막 트랜지스터와,상기 센서 박막 트랜지스터 및 상기 스위칭 박막 트랜지스터를 제외한 부분의 상기 픽셀 상에 형성되고, 상기 센서 박막 트랜지스터에 의해 발생된 광전류를 전하의 형태로 저장하고, 빛을 피사체로 투과시키는 스토리지 캐패시터를 포함하는 박막 트랜지스터형 광 감지소자.
- 기판과,상기 기판 상에 형성된 센서 게이트 전극과, 센서 반도체층과, 센서 드레인전극 및 센서 소스 전극을 포함하는 센서 박막 트랜지스터와;상기 기판 상에 형성되고 투명의 제 1 스토리지 전극과, 상기 제 1 스토리지 전극과 대응하는 위치에 형성된 투명인 제 2 스토리지 전극과, 상기 제 1, 2 스토리지 전극 사이에 위치한 유전층을 포함하는 스토리지 캐패시터와;상기 기판 상에 형성된 스위치 게이트 전극과, 스위치 반도체층과 상기 제 2 스토리지 전극과 연결된 스위치 드레인 전극과, 스위치 소스 전극을 포함하는 스위치 박막 트랜지스터를 포함하는 박막 트랜지스터형 광 감지소자.
- 청구항 7에 있어서,상기 스토리지 캐패시터의 제 1 스토리지 전극 및 제 2 스토리지 전극은 ITO와 TiO, SnO2로 구성된 집단에서 선택된 물질인 것을특징으로 하는 박막 트랜지스터형 광 감지소자.
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