KR20040082484A - 센싱 및 스위칭 겸용 단일 박막트랜지스터를 이용한광감지소자 및 그의 제어방법 - Google Patents
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Abstract
박막트랜지스터를 이용한 광감지소자가 개시된다. 광감지소자는, 전하를 저장하는 스토리지 커패시터, 및 입력되는 광량에 대응되는 전류를 발생시켜 전하를 스토리지 커패시터에 저장시키며 게이트전극에 인가되는 제어신호에 따라 스위칭을 하여 스토리지 커패시터에 축적된 전하를 외부로 방출시키는 박막트랜지스터를 포함한다. 스토리지 커패시터의 커패시터전극 중 어느 하나는 게이트전극과 일체로 형성되고, 다른 하나는 박막트랜지스터의 드레인전극 및 소스전극 중 어느 하나와 일체로 형성된다. 센서 박막 트랜지스터와 스위칭 박막 트랜지스터가 하나의 박막트랜지스터로 구성되므로, 간단한 구조의 고집적 광감지소자의 제작이 가능하게 된다.
Description
본 발명은 박막트랜지스터(TFT : Thin Film Transistor)를 이용한 광감지소자 및 그의 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 입력된 광량에 비례하는 양의 전하를 축적하고 축적된 전하를 제어신호에 의해 외부로 출력하는 광감지소자 및 그의 제어방법에 관한 것이다.
광감지소자는 빛의 세기에 따른 전하량을 정보로 저장하고, 저장된 정보를 외부의 제어신호에 따라 출력하는 소자로서, 엑스레이 검출기(X-ray Detector), 스캐너, 디지털복사기, 지문인식 시스템 및 팩시밀리 등에서 문자나 그림을 판독하는 이미지 인식용 소자로 사용되고 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 박막트랜지스터(이하, 'TFT'라 함)를 이용한 광감지소자의 일 예를 도시한 도면이고, 도 3은 도 1의 등가회로를 도시한 도면이다. 기판(10)상에는 스위칭 TFT(20), 스토리지 커패시터(30), 및 센서 TFT(40)가 형성되어 있다.
센서 TFT(40)는 센서 드레인전극(41), 센서 소스전극(42), 센서 게이트전극(45), 및 센서 반도체층(47)으로 구성되어 있다. 센서 게이트전극(45)은 기판(10)상에 형성되며, 센서 반도체층(47)은 제1절연층(51)에 의해 센서 게이트전극(45)에 대해 절연되어 있다. 센서 드레인전극(41)과 센서 소스전극(42)은 각각 센서 반도체층(47)에 접촉되어 있다. 또한, 센서 드레인전극(41)은 드레인배선(48)에 연결되어 있고, 센서 게이트전극(45)은 센서 게이트라인(46)에 연결되어 있다.
스위칭 TFT(20)는 스위치 드레인전극(21), 스위치 소스전극(22), 스위치 게이트전극(25), 및 스위치 반도체층(27)으로 구성되어 있다. 스위치 게이트전극(25)은 기판(10)상에 형성되며, 스위치 반도체층(27)은 제1절연층(51)에 의해 스위치 게이트전극(25)에 대해 절연되어 있다. 스위치 드레인전극(21)과 스위치 소스전극(22)은 각각 스위치 반도체층(25)에 접촉되어 있다. 또한, 스위치 소스전극(22)은 소스배선(28)에 연결되어 있고, 스위치 게이트전극(25)은 스위치 게이트라인(26)에 연결되어 있다. 소스배선(28)은 스토리지 커패시터(30)에 저장되었던 전하가 출력되는 데이터라인의 기능을 한다.
스토리지 커패시터(30)는 제1절연층(51)에 의해 상호 절연되어 있는 제1커패시터전극(31)과 제2커패시터전극(32)으로 구성되어 있다. 제1커패시터전극(31)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 센서 게이트전극(45)과 함께 형성되며, 스위치 게이트전극(25)과는 분리되어 있다. 제2커패시터전극(32)은 센서 소스전극(42) 및 스위치 드레인전극(21)과 연결되어 있다.
센서 TFT(40), 스토리지 커패시터(30), 및 스위칭 TFT(20)의 상부에는 제2절연층(52)이 형성되어 있다. 스위칭 TFT(20)가 형성되어 있는 영역의 제2절연층(52)의 상부에는 광차단막(29)이 형성되어 있다. 또한, 광차단막(29)과 제2절연층(52)의 상부에는 보호막(53)이 형성되어 있다.
센서 TFT(40)는 입력된 빛을 감지하여 전류를 생성하며, 센서 TFT(40)에 의해 생성된 전류에 의해 스토리지 커패시터(30)에는 전하가 축적된다. 축적된 전하는 스위칭 TFT(20)의 스위칭 동작에 의해 소스배선(28)으로 출력된다.
상기와 같은 구성을 갖는 종래의 광감지소자는 다음과 같은 과정을 거쳐 제작된다.
먼저, 기판(10)상에 제1금속층인 스위치 게이트전극(25), 제1커패시터전극(31), 및 센서 게이트전극(45)을 형성한다. 이때, 스위치 게이트라인(26)과 센서 게이트라인(46)도 함께 형성된다.
다음으로, 제1금속층 및 기판(10)상에 제1절연막(51)을 증착하고, 비정질실리콘을 증착한 후 패터닝하여 스위치 반도체층(47) 및 센서 반도체층(27)을 형성한다.
그리고 나서, 제2금속층인 센서 드레인전극(41), 센스 소스전극(42), 제2커패시터전극(32), 스위치 드레인전극(21), 및 스위치 소스전극(22)을 형성한다. 이때, 드레인배선(48)과 소스배선(28)도 함께 형성된다.
다음으로, 제2금속층 위에 제2절연층(52)을 형성하고, 제2절연층(52) 위에 광차단막(29)을 형성한 후, 광차단막(29)과 제2절연층(52)의 상부에 보호막(53)을 형성한다.
그런데, 상기와 같은 종래의 광감지소자는 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.
즉, 종래의 박막트랜지스터를 이용한 광감지소자는, 각 셀 내에 센서 TFT(40)와 스위칭 TFT(20)를 구비하고, 또한 광의 입출력과 광감지소자의 동작 제어를 위한 다수의 라인(26, 28, 46, 48)을 구비하여야 하므로, 각 셀의 구조가 복잡하고 많은 공간을 차지하여 집적도가 떨어지며, 이에 따라 고해상도를 갖는 광감지소자의 구현이 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 이러한 복잡한 구조에 기인하여, 광감지소자의 제작공정 중에 단락 등의 문제점이 발생하여 수율이 낮아질 수 있다는 단점을 가지고 있다.
또한, 종래의 광감지소자에서는 광이 조사되어도 스위칭 TFT(20)의 동작은 이에 영향을 받지 않아야 하므로, 스위칭 TFT(20)의 상부에 광을 차단하기 위한 광차단막(29)이 형성되어야 한다. 이는 제작공정의 수를 증가시켜 생산성을 떨어뜨리는 요인이 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 셀 내의 구성부분의 구조가 단순하고, 고해상도를 제공할 수 있으며, 수율이 증가될 수 있는 박막트랜지스터를 이용한 광감지소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 광차단층을 형성할 필요가 없고 이에 따라 제작공정이 단순한 박막트랜지스터를 이용한 광감지소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기와 같은 본 발명에 따른 광감지소자를 이용한 광감지 동작 및 감지된 광에 대한 데이터의 출력 동작을 제어하는 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 TFT형 광감지소자의 평면도,
도 2는 도 1의 I-I' 선에 따른 단면도,
도 1의 광감지소자의 등가회로도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광감지소자의 회로도,
도 5는 도 4의 광감지소자가 반도체소자로서 구현된 상태를 도시한 평면도,
도 6은 도 5의 A-A' 선에 따른 단면도,
도 7은 도 4의 광감지 동작시의 상태를 도시한 도면,
도 8은 도 4의 전하 축적시의 상태를 도시한 도면,
도 9는 도 4의 축적된 전하 방출동작시의 상태를 도시한 도면,
도 10은 도 4의 변형예를 도시한 회로도,
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광감지소자의 평면도, 그리고
도 12는 도 11의 B-B' 선에 따른 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 기판 120 : 박막트랜지스터
121 : 제1전극 122 : 제2전극
125 : 게이트전극 126 : 게이트라인
127 : 반도체층 128 : 바이어스/데이터 라인
130 : 스토리지 커패시터 131 : 제1커패시터전극
132 : 제2커패시터전극 141 : 제1통합전극
142 : 제2통합전극 151 : 절연층
152 : 보호층
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광감지소자는, 전하를 저장하는 스토리지 커패시터; 및 입력되는 광량에 대응되는 전류를 발생시켜 상기 전류의 전하를 상기 스토리지 커패시터에 저장시키며, 게이트전극에 인가되는 제어신호에 따라 스위칭을 하여 상기 스토리지 커패시터에 축적된 전하를 외부로 방출시키는 박막트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 스토리지 커패시터의 커패시터전극 중 어느 하나는 상기 게이트전극과 일체로 형성되고, 상기 스토리지 커패시터의 상기 커패시터전극 중 다른 하나는 상기 박막트랜지스터의 드레인전극 및 소스전극 중 어느 하나와 일체로 형성된다.
본 발명의 다른 실시예에서는, 상기 스토리지 커패시터의 커패시터전극 중 어느 하나는 상기 스토리지 커패시터가 존재하는 셀에 이웃하는 셀 내의 상기 박막트랜지스터 내의 상기 게이트전극과 일체로 형성되며, 상기 스토리지 커패시터의 상기 커패시터전극 중 다른 하나는 상기 박막트랜지스터의 드레인전극 및 소스전극 중 어느 하나와 일체로 형성된다.
한편, 본 발명에 따르면, 박막트랜지스터, 및 상기 박막트랜지스터에 연결되어 있는 스토리지 커패시터를 구비한 광감지소자의 제어방법에 있어서, 상기 박막트랜지스터를 턴오프시키고 상기 박막트랜지스터에 바이어스전압을 인가하여, 상기 박막트랜지스터에 조사된 광량에 비례하는 전류를 생성하여 상기 전류에 대응되는 전하를 상기 스토리지 커패시터에 축적하는 단계; 및 상기 박막트랜지스터를 턴온시키고 상기 바이어스전압을 제거하여, 상기 스토리지 커패시터에 축적된 상기 전하를 상기 박막트랜지스터를 통해 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광감지소자의 제어방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 센서 박막 트랜지스터와 스위칭 박막 트랜지스터가 하나의 박막트랜지스터로 구성되므로, 간단한 구조의 고집적 광감지소자의 제작이 가능하게 된다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광감지소자의 회로도이다.
본 발명에 따른 광감지소자의 하나의 셀 내에는, 절연 게이트형 전계효과 트랜지스터로 구성된 박막트랜지스터(120), 전하를 축적하기 위한 스토리지 커패시터(130), 박막트랜지스터(120)를 제어하기 위한 게이트라인(126), 및 박막트랜지스터(120)의 광감지 동작의 제어 및 데이터의 출력을 위한 바이어스/데이터 라인(128)이 형성되어 있다.
도 5는 도 4의 회로가 반도체소자로서 기판상에 구현한 상태를 도시한 도면이다. 기판(110)상에는 박막트랜지스터(120)와 스토리지 커패시터(130)가 형성되어 있다. 박막트랜지스터(120)는 후술되는 바와 같이 입력된 빛을 감지하여 전류를 생성하는 동작, 및 스토리지 커패시터(130)에 축적된 전하를 출력하도록 스위칭을 하는 동작을 수행한다. 스토리지 커패시터(130)는 박막트랜지스터(120)에 의해 생성되는 전류에 의한 전하를 축적한다.
박막트랜지스터(120)는 제1전극(121), 제2전극(122), 게이트전극(125), 및 반도체층(127)으로 구성되어 있다. 게이트전극(125)은 기판(110)상에 형성되며, 반도체층(127)은 제1절연층(151)에 의해 게이트전극(125)에 대해 절연되어 있다. 제1전극(121)과 제2전극(122)은 각각 반도체층(125)에 접촉되어 있다. 자세하게 후술되는 바와 같이, 광감지소자가 광을 감지하여 전류를 생성하는 동작을 수행하는 동안에는 제1전극(121)은 드레인전극의 기능을 수행하고 제2전극(122)은 소스전극의 기능을 수행하며, 광감지소자가 축적된 전하를 출력하는 동작을 수행하는 동안에는 제1전극(121)은 소스전극의 기능을 수행하고 제2전극(122)은 드레인전극의 기능을 수행한다.
도 4에 도시된 바와 같이 게이트전극(125)은 게이트라인(126)에 연결되어 있고, 제1전극(121)은 바이어스/데이터 라인(128)에 연결되어 있다. 자세하게 후술되는 바와 같이, 게이트전극(125)에는 게이트라인(126)을 통해 게이트 제어전압이 입력되고, 제1전극(121)에는 바이어스/데이터 라인(128)을 통해 바이어스 전압이 입력된다. 또한, 제1전극(121)에서 출력되는 데이터는 후술되는 바와 같이 바이어스/데이터 라인(128)을 통해 출력된다.
스토리지 커패시터(130)는 제1커패시터전극(131)과 제2커패시터전극(132)으로 구성되어 있다. 제1커패시터전극(131)과 제2커패시터전극(132)은 절연층(151)에 의해 절연되어 있다.
제1커패시터전극(131)은 게이트전극(125)과 일체로 형성될 수 있다. 즉, 제1커패시터전극(131)과 게이트전극(125)은 단일의 금속층에 의해 일체로 형성된 제1통합전극(141)에 의해 구현되며, 이에 따라 제1커패시터전극(131)과 게이트전극(125)은 제1통합전극(141)을 형성하는 하나의 공정에 의해 한번에 형성된다.
또한, 제2커패시터전극(132)은 제2전극(142)과 일체로 형성될 수 있다. 즉, 제2커패시터전극(132)과 제2전극(125) 또한 단일의 금속층에 의해 일체로 형성된 제2통합전극(142)에 의해 구현되며, 이에 따라 제2커패시터전극(131)과 게이트전극(125)은 제2통합전극(142)을 형성하는 하나의 공정에 의해 한번에 형성된다.
박막트랜지스터(120)와 스토리지 커패시터(130)의 상부에는 보호층(152)이 형성되어 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 광감지소자는 다음과 같은 공정에 의해 제작된다.
먼저, 기판(110)상에 알루미늄 합금 등과 같은 도전성 금속을 증착하고 소정의 패턴에 따라 박막트랜지스터(120)의 게이트전극(125) 및 스토리지 커패시터(130)의 제1커패시터전극(131)을 일체로 형성한다. 이때, 게이트전극(125)에 연결된 게이트라인(126)도 함께 형성된다.
그리고 나서, 기판(110) 상에 실리콘 질화막(SiNx)과 같은 재질의 절연층(151)을 형성한 후, 절연층(151)의 상부에 수소화 비정질 실리콘층(a-Si:H) 및 오믹 콘택층(n+ a-Si:H)(도시되지 않음)을 증착한다. 증착된 비정질 실리콘층과 오믹 콘택층을 패터닝하여 박막트랜지스터(120)의 반도체층(127)을 형성한다.
그리고 나서, 반도체층(127)이 형성된 절연층(151) 상에 크롬 등과 같은 도전성 금속을 증착한 후 패터닝하여, 반도체층(127) 및 절연층(151)에 걸치는 박막트랜지스터(120)의 제1전극(121)과 제2전극(122)을 형성한다. 이때, 제2전극(122)과 일체로 스토리지 커패시터(130)의 제2커패시터전극(132)도 함께 형성될 수 있으며, 제1전극(121)에 연결된 바이어스/데이터 라인(128)도 함께 형성된다.
이어서, 소정의 식각 공정을 통해 박막트랜지스터(120)의 반도체층(127)상에 노출된 오믹 콘택층을 제거하고, 보호층(152)을 전면에 걸쳐 형성함으로써, 본발명의 광감지소자의 제작이 완료된다.
이하에서는, 상기와 같은 본 발명에 따른 광감지소자의 동작에 대해 기술한다.
도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 광감지소자의 동작을 설명하기 위한 회로도로서, 도 7은 광감지 동작시의 상태를, 도 8은 전하 축적시의 상태를, 그리고 도 9는 축적된 전하 방출동작시의 상태를 도시한 것이다.
광감지 동작시에는, 도 7에 도시된 바와 같이, 게이트라인(126)에는 음의 제어전압이 인가되어 박막트랜지스터(120)가 턴오프 상태로 유지되며, 제1전극(121)에는 바이어스전압(Vbias)이 인가된다. 이러한 상태에서 박막트랜지스터(120)에외부로부터 광이 조사되면, 비정질 실리콘으로 제조된 반도체층(127)에 전자-정공 쌍(electron-hole pair)이 형성되어 비저항이 감소된다. 이때, 제1전극(121)은 드레인전극으로 기능하고, 제2전극(122)은 소스전극으로 기능한다. 따라서, 바이어스전압(Vias)에 의해 제1전극(121)으로부터 제2전극(122) 방향으로 반도체층(127)을 흐르는 전류가 생성된다. 이때, 생성되는 전류의 양은 수광된 광량에 비례하며, 이러한 전류에 의해 생성된 전하는 스토리지 커패시터(130)에 축적된다.
일정 시간이 경과하여 광의 입력이 중단되면, 광감지소자는 도 8에 도시된 바와 같은 상태로 유지된다. 도 8에서는 도 7에서와 마찬가지로 게이트라인(126)은 오프 상태를 유지하고 있고 바이어스 전압(Vias)은 바이어스/데이터 라인(128)에 인가된 상태를 유지하고 있다. 게이트라인(126)이 오프 상태를 유지하고 있으므로 박막트랜지스터(120)는 오프 상태의 스위치로 기능하며, 이에 따라 스토리지 커패시터(130)는 전하가 축적되어 있는 상태를 유지하게 된다.
스토리지 커패시터(130)에 축적되어 있던 전하를 출력하고자 할 경우에는 도 9에 도시된 바와 같이 바이어스/데이터 라인(128)에 걸려있던 바이어스전압(Vias)은 제거되고, 게이트라인(126)에는 박막트랜지스터(120)를 턴온시키는 제어전압이 인가된다. 이때에는, 제2전극(122)이 드레인전극으로 기능하고 제1전극(121)이 소스전극으로 기능하며, 이에 따라 스토리지 커패시터(130)에 축적되어 있던 전하는 박막트랜지스터(120)를 통해 출력되어 바이어스/데이터 라인(128)로 출력된다. 이때 바이어스/데이터 라인(128)으로 출력되는 전압(Vdata) 또는 전하는 스토리지 커패시터(130)에 축적되어 있던 전하량에 비례하며, 이 전압(Vdata) 또는 전하를 읽어들임으로써 광감지 동작시에 감지한 광량의 값을 알 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에서는 박막트랜지스터(120)가 종래의 광감지소자에서의 센서 TFT의 기능과 스위칭 TFT의 기능을 동작모드의 전환에 따라 모두 수행하므로, 하나의 박막트랜지스터(120)만으로도 광감지소자 또는 이를 이용한 이미지 입력소자의 제작이 가능하게 된다. 따라서, 광감지소자의 구조가 단순해진다.
또한, 종래의 광감지소자에서의 센서 TFT의 게이트라인, 스위칭 TFT의 게이트라인, 센서 TFT의 드레인배선 및 스위칭 TFT의 소스배선 등이 상기와 같은 하나의 박막트랜지스터(120)에 대응되는 게이트라인(126)과 바이어스/데이터 라인(128)에 의해 대체되므로, 그 구조가 더욱 간단해진다.
또한, 박막트랜지스터(120)가 센서 TFT와 스위칭 TFT의 기능을 모두 수행함에 따라 종래의 스위칭 TFT에 형성되어 있던 광차단막이 형성되지 않게 되며, 이에 따라, 구조가 간단하여지고 제작 공정이 줄어들게 된다.
또한, 게이트전극(127)과 제1커패시터전극(131)이 일체로 형성되고 제2전극(122)과 제2커패시터전극(132)이 일체로 형성되므로, 이들을 각각 분리하여 형성하는 것에 비해 낮은 수준의 정밀도가 요하게 되며 수율이 증가하게 된다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 구조가 단순하고 공정이 줄어들게 되므로, 수율이 증가하고 고해상도의 광감지소자의 제작이 가능하게 된다.
도 10은 도 4의 변형예를 도시한 회로도이다.
본 변형예에서는, 광감지소자의 하나의 셀 내에 하나의 박막트랜지스터(220)와 하나의 스토리지 커패시터(230)가 형성되어 있다는 점, 및 박막트랜지스터(220)에 대응되는 게이트라인(226)과 바이어스/데이터 라인(228)을 구비하고 있다는 점에서 도 4 내지 도 6의 실시예와 동일하다.
그러나, 본 변형예는, 박막트랜지스터(220)의 게이트전극이, 당해 셀 내의 스토리지 커패시터(230)의 제1커패시터전극과 일체로 형성되지 않고, 이웃하는 셀 내의 스토리지 커패시터(230')의 제1커패시터전극과 일체로 형성되어 있다. 또한, 당해 셀 내의 스토리지 커패시터(230)의 제1커패시터전극은 다른 이웃하는 셀 내의 박막트랜지스터(220')의 게이트전극과 일체로 형성되어 있다. 이와 같은 구조의 광감지소자는 도 5에서 제1통합전극(141)의 형상과 배치를 변경함으로써 용이하게 구현될 수 있다.
이와 같은 구조의 광감지소자의 제어과정은 전술한 실시예에서의 제어과정과 동일하다. 즉, 모든 셀의 동작 모드 전환은 동시에 이루어지므로, 하나의 셀 내의 게이트라인(226)과 다른 셀 내의 게이트라인(226')의 온/오프 상태의 전환은 동시에 이루어지며, 또한 각각의 바이어스/데이터 라인(228)의 바이어스전압 인가 상태의 제어도 동시에 이루어진다. 따라서, 게이트전극과 제1커패시터전극이 하나의 셀 내에서 일체로 형성되지 않고 도 10과 같이 이웃하는 셀간에서 동시에 형성되는 경우에도 그 동작의 제어는 전술한 바와 동일하게 이루어진다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광감지소자를 도시한 도면이다. 도 11 및 도 12에서, 도 5 및 도 6에 도시된 부분과 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하였으며, 도 5 및 도 6과 동일 또는 유사한 부분에 대해서는 그 상세한 설명은 생략된다.
본 실시예에서는, 스토리지 커패시터(130')의 제1커패시터전극(131')과 제2커패시터전극(132')이 투광성 도전물질로 형성되어 있다. 여기서, 투광성 도전물질로는 ITO(Indium Tin Oxide), 산화티타늄(TiO), 및 산화주석(SnO) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.
박막트랜지스터(120)의 게이트전극(125')과 제2전극(122')은 투광성 도전물질로 형성될 필요가 없으므로, 전술한 실시예와 동일하게 형성된다. 이에 따라, 본 실시예에서는 게이트전극(125')과 제1커패시터전극(131')이 일체로 형성되지 않고 개별적으로 형성되며, 또한 제2전극(122')과 제2커패시터전극(132')도 개별적으로 형성된다.
상기와 같은 광감지소자는 다음과 같은 공정에 의해 제작된다.
먼저, 기판(110)상에 알루미늄 합금 등과 같은 도전성 금속을 증착하고 소정의 패턴에 따라 박막트랜지스터(120')의 게이트전극(125')을 형성한다. 이때, 게이트전극(125')에 연결된 게이트라인도 함께 형성된다.
게이트전극(125')이 형성된 기판(110) 상의 전면에 투광성 도전물질을 도포한 후 패터닝하여 제1커패시터전극(131')을 형성한다. 이때, 게이트전극(125')의 상부의 투광성 도전물질은 게이트전극(125')과 동일한 형상으로 패터닝된다.
그리고 나서, 기판(110) 상에 실리콘 질화막(SiNx)과 같은 재질의 절연층(151)을 형성한 후, 절연층(151)의 상부에 수소화 비정질 실리콘층(a-Si:H) 및 오믹 콘택층(n+ a-Si:H)(도시되지 않음)을 증착한다. 증착된 비정질 실리콘층과 오믹 콘택층을 패터닝하여 박막트랜지스터(120')의 반도체층(127)을 형성한다.
그리고 나서, 반도체층(127)이 형성된 절연층(151) 상에 알루미늄 합금, 크롬 등과 같은 도전성 금속을 증착한 후 패터닝하여, 반도체층(127) 및 이에 인접한 절연층(151)에 걸치는 박막트랜지스터(120')의 제1전극(121)과 제2전극(122')을 형성한다. 이때, 제1전극(121)에 연결된 바이어스/데이터 라인도 함께 형성된다.
이와 같이 형성된 기판(110)상에 투광성 도전물질을 증착한 후 패터닝하여 제2커패시터전극(132')을 형성한다.
이어서, 소정의 식각 공정을 통해 박막트랜지스터(120')의 반도체층(127)상에 노출된 오믹 콘택층을 제거하고, 보호층(152)을 전면에 걸쳐 형성함으로써, 본발명의 광감지소자의 제작이 완료된다.
전술한 도 4 내지 도 6의 실시예는 박막트랜지스터(120)에 광이 직접 조사되는 경우(예컨데, 접촉 발광식 지문 인식의 경우)에 사용되며, 본 실시예는 광원의 빛이 각 픽셀의 윈도우를 통과하여 피사체에 반사된 후 반사된 광을 수광하는 경우에 사용된다. 따라서, 상기와 같이 스토리지 커패시터(130')를 투광성 도전물질로 형성함으로써, 이와 같이 광감지소자를 투과하여 반사된 광의 인식이 가능하게 된다. 또한, 이를 위하여 기판(110)도 투광형 재질로 제조되어야 할 것이다. 이때, 투광성 기판의 재질은 발광부재로부터 빛을 투과시키는 것이라면 어느 것이나 한정되지 않으며, 예컨데, 유리판이나 수지제 필름 등으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 종래의 센서 박막 트랜지스터와 스위칭 박막 트랜지스터가 하나의 박막트랜지스터로 구성되므로, 간단한 구조의 고집적 광감지소자의 제작이 가능하게 된다. 또한, 하나의 공통 라인이 바이어스라인과 데이터 라인의 기능을 수행하므로, 라인 수가 줄어들어 보다 간단한 구조가 되며, 게이트 신호 라인과 교차되는 면적을 줄임으로써 게이트의 신호 지연을 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 종래의 스위칭 TFT에 형성되어 있던 광차단막이 형성되지 않으며, 게이트전극과 제1커패시터전극이 일체로 형성되고 제2전극과 제2커패시터전극이 일체로 형성되므로, 구조가 간단해지고 수율이 증가하게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서의 다양한 변형 실시가 가능함은 물론, 그와 같은 변형실시는 본 발명의 특허청구범위에 속하는 것이다.
Claims (8)
- 전하를 저장하는 스토리지 커패시터; 및입력되는 광량에 대응되는 전류를 발생시켜 상기 전류의 전하를 상기 스토리지 커패시터에 저장시키며, 게이트전극에 인가되는 제어신호에 따라 스위칭을 하여 상기 스토리지 커패시터에 축적된 전하를 외부로 방출시키는 박막트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 광감지소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 스토리지 커패시터의 커패시터전극 중 어느 하나는, 상기 게이트전극과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 광감지소자.
- 제 2 항에 있어서,상기 스토리지 커패시터의 상기 커패시터전극 중 다른 하나는, 상기 박막트랜지스터의 드레인전극 및 소스전극 중 어느 하나와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 광감지소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 스토리지 커패시터의 커패시터전극 중 어느 하나는, 상기 스토리지 커패시터가 존재하는 셀에 이웃하는 셀 내의 상기 박막트랜지스터 내의 상기 게이트전극과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 광감지소자.
- 제 4 항에 있어서,상기 스토리지 커패시터의 상기 커패시터전극 중 다른 하나는, 상기 박막트랜지스터의 드레인전극 및 소스전극 중 어느 하나와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 광감지소자.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 스토리지 커패시터는, 투광성 도전물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 광감지소자.
- 제 6 항에 있어서,상기 투광성 도전물질은 ITO(Indium Tin Oxide), 산화티타늄(TiO), 및 산화주석(SnO) 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광감지소자.
- 박막트랜지스터, 및 상기 박막트랜지스터에 연결되어 있는 스토리지 커패시터를 구비한 광감지소자의 제어방법에 있어서,상기 박막트랜지스터를 턴오프시키고 상기 박막트랜지스터에 바이어스전압을 인가하여, 상기 박막트랜지스터에 조사된 광량에 비례하는 전류를 생성하여 상기 전류에 대응되는 전하를 상기 스토리지 커패시터에 축적하는 단계; 및상기 박막트랜지스터를 턴온시키고 상기 바이어스전압을 제거하여, 상기 스토리지 커패시터에 축적된 상기 전하를 상기 박막트랜지스터를 통해 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광감지소자의 제어방법.
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