KR20170123517A - Transition metal molybdenum disulfide based photosensor array structure - Google Patents

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Abstract

A transition metal molybdenum disulphide optical sensor array structure includes a plurality of optical sensor pixels sequentially selected. The optical sensor pixels include a first thin film transistor, a second thin film transistor, a light blocking part, a sensor element gate voltage supply part, and a switch element gate voltage supply part. The switch element gate voltage supply part supplies a preset switch element gate voltage to a gate electrode of a transistor set as a switch element. The sensor element gate voltage supply part supplies a preset sensor element gate voltage, in which the amount of drain current changed by incident light is larger than that in the switch element gate voltage, to a gate electrode of a transistor set as a sensor element. At this point, the gate electrode of the transistor set as the sensor element is connected to a switch element gate voltage supply part of an optical sensor pixel selected at the next turn.

Description

전이금속 이황화몰리브덴 기반 광센서 소자 어레이 구조 {TRANSITION METAL MOLYBDENUM DISULFIDE BASED PHOTOSENSOR ARRAY STRUCTURE}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a transition metal disulfide-

본 발명은 전이금속 이황화몰리브덴 기반의 광센서 소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 2차원 전이금속 이황화몰리브덴 물질을 이용한 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)를 포함하는 광센서 소자 어레이 구조에 관한 것이다.The present invention relates to an optical sensor element based on a transition metal molybdenum disulfide, and more particularly to an optical sensor element array structure including a thin film transistor (TFT) using a two-dimensional transition metal molybdenum disulfide material.

최근 차세대 디스플레이에 관한 연구로서 플렉시블 디스플레이, 투명 디스플레이, 3D 디스플레이 및 고해상도 디스플레이에 관한 연구가 매우 활발히 진행 중에 있다.Recently, researches on flexible displays, transparent displays, 3D displays and high-resolution displays have been actively studied as researches on next generation displays.

이러한 차세대 디스플레이 구현을 위해, 현재 비결정질 실리콘(a-Si), LTPS(low temperature poly silicon) 등의 박막형 필름을 채널물질로 사용한 박막 트랜지스터(Thin Film Ttransistor; TFT)가 사용되고 있다.Thin film transistors (TFTs) using thin film films such as amorphous silicon (a-Si) and low temperature poly silicon (LTPS) as channel materials are currently used for realizing the next generation display.

그런데, 이와 같은 채널 물질을 이용한 TFT는 고온 증착시 플렉시블 기판의 기계적 변형, 구부러지는 동안 쉽게 깨지는 특성, 불투명성 등의 문제점을 가지고 있으며, 무엇보다도 가장 큰 단점인 물질의 이동도가 낮아 고해상도를 위해 적용되기에는 한계를 나타낸다.However, the TFT using such a channel material has problems such as mechanical deformation of the flexible substrate during high-temperature deposition, easy breaking property and opacity during bending, and most of all, since the mobility of the material, which is the biggest disadvantage, is low, It is the limit to be.

또한, 최근에는 사용자와 기기가 소통을 증대할 수 있는 양방향 대면적 디스플레이에 관한 연구도 활발히 진행 중이다. 양방향 디스플레이는 원격 터치 스크린(Remote Touch Screen) 기능을 포함하는 전자 칠판이나 TV 등의 디스플레이 장치를 의미하는 것으로, 이를 구현하기 위해서는 사용자에 의해 수행되는 광입력을 효과적으로 인식할 수 있는 광센서 어레이 구조가 요구된다.Recently, researches on bidirectional large-area display that can increase communication between users and devices are actively under way. The bidirectional display means a display device such as an electronic blackboard or a TV including a remote touch screen function. In order to realize this, an optical sensor array structure capable of effectively recognizing an optical input performed by a user Is required.

이러한 광센서 어레이 구조는 영상 디스플레이를 수행하기 위한 TFT와 다른 판에 설치될 수도 있지만 동일한 판에 설치될 수도 있으며, 광센서 소자와 광센서 소자를 선택하기 위한 스위치 소자로 구성된 픽셀 구조를 포함하고 있어 개별 소자들은 물론 어레이 구조 전체로서도 우수한 성능 및 효율적인 제작 특성이 요구된다. 도 1은 액정 디스플레이 백플레인에 디스플레이 트랜지스터와 센서 트랜지스터가 함께 형성된 예가 도시된 도면이다.Such an optical sensor array structure may be provided on a plate different from the TFT for performing image display, but may be provided on the same plate, and includes a pixel structure composed of an optical sensor element and a switch element for selecting an optical sensor element Both the individual elements as well as the array structure as a whole require excellent performance and efficient fabrication characteristics. 1 is an illustration showing an example in which a display transistor and a sensor transistor are formed together in a liquid crystal display backplane.

이러한 요구를 충족하기 위해, 최근 광센서를 전이금속 칼코겐화합물을 기반으로 하는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)를 이용하여 구현하려는 시도가 계속되고 있다. 전이금속 칼코겐화합물 기반 광센서 TFT 소자는 빛에 노출되었을 시 다크 대비 높은 광전류 특성을 보인다. 도 2는 전이금속 칼코겐화합물 기반 박막 트랜지스터의 광노출 상태와 다크 상태 광전류 특성을 도시한 그래프이다.In order to meet such a demand, an attempt has recently been made to implement a photosensor using a thin film transistor (TFT) based on a transition metal chalcogenide compound. Transition metal chalcogen compound-based photosensor TFT devices exhibit a dark-to-dark photocurrent characteristic when exposed to light. 2 is a graph showing the light exposed state and the dark state photocurrent characteristic of the transition metal chalcogenide compound thin film transistor.

이와 같이 높은 광전도도 특성을 갖는 광센서로의 활용을 위해서, 게이트에 음의 전압을 인가하는 경우 높은 다크 대비 광전류 특성비로 인해 효과적인 읽기 (Read) 동작을 수행할 수 있게 된다. 도 3은 전이금속 칼코겐화합물 기반 TFT의 광전류 특성을 이용하여 광센서의 읽기(Read) 동작을 수행하는 예가 도시된 그래프이다.When a negative voltage is applied to a gate for use in an optical sensor having such a high photoconductive characteristic, an effective read operation can be performed due to a high dark to light photocurrent characteristic ratio. FIG. 3 is a graph illustrating an example of performing a read operation of an optical sensor using photocurrent characteristics of a transition metal chalcogen compound-based TFT.

그런데, 이와 같이 전이금속 칼코겐화합물 기반 TFT는 게이트에 음의 전압을 인가하고, 소오스에 접지(ground), 드레인에 양의 전압을 인가한 상태에서 소자에 빛을 인가(light pulse)하는 경우, 우수한 다크 대비 광전류 특성과 함께 빛을 차단한 이후에도 지속적으로 광전도도가 유지되는 특성을 보인다. 도 4는 전이금속 칼코겐화합물 기반 TFT에서의 광전도도 유지 특성이 도시된 그래프이다.However, in the case where the transition metal chalcogenide compound-based TFT is applied with light by applying a negative voltage to the gate and applying a positive voltage to the ground and drain to the source, It exhibits excellent photocurrent characteristics against dark, and maintains its photoconductivity even after blocking light. 4 is a graph showing photoconduction retention characteristics in a transition metal chalcogenide compound-based TFT.

이러한 광전도도 유지(persistent photoconductivity; PPC) 특성은 원래 상태로 복원되는 시간이 통상 수십 초에서 수일이 소요되며, 고속 동작을 요구하는 광센서 소자에서 반드시 해결해야 하는 기술적 이슈로 부각되고 있다.The persistent photoconductivity (PPC) characteristic of the optical sensor device, which takes a few tens of seconds to several days to recover from its original state, has emerged as a technical issue that must be solved in optical sensor devices requiring high-speed operation.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 전이금속 이황화몰리브덴 기반 광센서의 광 검출시 발생하는 광전도도 유지 현상을 억제할 수 있으면서도 보다 효과적으로 제작할 수 있는 광센서 어레이 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide an optical sensor array structure capable of suppressing retention of photoelectric conductivity occurring upon optical detection of a molybdenum disulfide- .

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 전이금속 이황화몰리브덴 광센서 어레이 구조는, 순차적으로 선택되는 복수의 광센서 픽셀을 포함하며, 광센서 픽셀은, 제 1 박막 트랜지스터, 제 2 박막 트랜지스터, 차광부, 센서 소자 게이트 전압 공급부, 및 스위치 소자 게이트 전압 공급부를 포함한다. In order to achieve the above object, a transition metal disulfide molybdenum photosensor array structure according to the present invention includes a plurality of photosensor pixels sequentially selected, and the photosensor pixel includes a first thin film transistor, a second thin film transistor, , A sensor element gate voltage supply section, and a switch element gate voltage supply section.

제 1 박막 트랜지스터는 제 1 소스 전극, 제 1 드레인 전극, 및 제 1 소스 전극과 제 1 드레인 전극 사이에 형성된 전이금속 이황화몰리브덴의 제 1 채널 영역을 포함하고, 제 2 박막 트랜지스터는 제 1 소스 전극과 연결되는 제 2 드레인 전극, 제 2 소스 전극, 및 제 2 소스 전극과 제 2 드레인 전극 사이에 형성된 전이금속 이황화몰리브덴의 제 2 채널 영역을 포함하며, 차광부는 제 1 박막 트랜지스터와 제 2 박막 트랜지스터 중 스위치 소자로 설정된 트랜지스터의 채널 영역으로 입사되는 광을 차단하고 센서 소자로 설정된 트랜지스터의 채널 영역으로 입사되는 광을 통과시킨다. The first thin film transistor includes a first source electrode, a first drain electrode, and a first channel region of transition metal molybdenum disulfide formed between the first source electrode and the first drain electrode, and the second thin film transistor includes a first source electrode, And a second channel region of transition metal molybdenum disulfide formed between the second source electrode and the second drain electrode, wherein the shielding portion includes a first thin film transistor and a second thin film transistor The light incident on the channel region of the transistor set as the switch element is cut off and the light incident on the channel region of the transistor set as the sensor element is passed.

스위치 소자 게이트 전압 공급부는 스위치 소자로 설정된 트랜지스터의 게이트 전극으로 미리 설정된 스위치 소자 게이트 전압을 공급하고, 센서 소자 게이트 전압 공급부는 입사되는 광에 의해 변화되는 드레인 전류의 크기가 스위치 소자 게이트 전압에서보다 큰 미리 설정된 센서 소자 게이트 전압을 센서 소자로 설정된 트랜지스터의 게이트 전극으로 공급한다. 이때, 센서 소자로 설정된 트랜지스터의 게이트 전극은 다음 순서로 선택되는 광센서 픽셀의 스위치 소자 게이트 전압 공급부와 연결된다.The switch element gate voltage supply unit supplies a predetermined switch element gate voltage to the gate electrode of the transistor set as the switch element, and the sensor element gate voltage supply unit supplies the switch element gate voltage to the switch element gate voltage supply unit such that the magnitude of the drain current changed by the incident light is larger A predetermined sensor element gate voltage is supplied to the gate electrode of the transistor set as the sensor element. At this time, the gate electrode of the transistor set as the sensor element is connected to the switch gate voltage supplier of the photosensor pixel selected in the following order.

이와 같은 구성에 의하면, 전이금속 이황화몰리브덴 기반 광센서의 광 검출시 발생하는 광전도도 유지 현상을 효과적으로 억제하면서도 제작 효율이 뛰어난 광센서 어레이 구조를 제작할 수 있게 된다.According to such a configuration, it is possible to fabricate an optical sensor array structure with excellent manufacturing efficiency while effectively suppressing the photoconductivity retention phenomenon that occurs in the optical detection of the transition metal molybdenum disulfide-based optical sensor.

이때, 차광부는 스위치 소자로 설정된 트랜지스터 채널 영역 물질층상에 형성된 불투명 물질층을 포함할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 전이금속 이황화몰리브덴 기반 박막 트랜지스터의 채널 영역에 입사되는 광을 용이하게 선택적으로 차단할 수 있게 된다.At this time, the shielding portion may include a layer of opaque material formed on the transistor channel region material layer set as the switching element. According to this structure, the light incident on the channel region of the transition metal molybdenum disulfide-based thin film transistor can be easily and selectively blocked.

또한, 이때의 불투명 물질층은 불투명 전극 물질층 및 불투명 전극 물질층과 채널 영역 물질층 사이에 형성된 절연 물질층을 포함할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 형성된 전극 물질층에 인가된 전압을 이용하여 스위치 트랜지스터의 특성 변화를 시도할 수 있게 된다.In addition, the opaque material layer may include an opaque electrode material layer and an insulating material layer formed between the opaque electrode material layer and the channel region material layer. According to this structure, it is possible to attempt to change the characteristics of the switch transistor by using the voltage applied to the electrode material layer formed.

또한, 차광부는 센서 소자로 설정된 트랜지스터 채널 영역 물질층상에 형성된 투명 물질층을 더 포함할 수 있으며, 이때의 투명 물질층은 투명 전극 물질층 및 투명 전극 물질층과 채널 영역 물질층 사이에 형성된 절연 물질층을 포함할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 형성된 전극 물질층에 인가된 전압을 이용하여 센서 트랜지스터의 특성 변화를 시도할 수 있게 된다.Further, the light-shielding portion may further include a transparent material layer formed on the transistor channel region material layer set as the sensor element, wherein the transparent material layer includes a transparent electrode material layer, an insulating material formed between the transparent electrode material layer and the channel region material layer Layer. According to this structure, it is possible to attempt to change the characteristics of the sensor transistor by using the voltage applied to the electrode material layer formed.

또한, 차광부는 제 1 박막 트랜지스터 및 제 2 박막 트랜지스터 상측에 위치하는 투명 패널을 포함하며, 투명 패널은 스위치 소자로 설정된 트랜지스터의 채널 영역으로 입사되는 광을 차단하기 위해 미리 설정된 영역에 형성된 블랙 매트릭스층을 포함할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 센서 소자 어레이를 포함하여 제작되는 디스플레이 기기에 채용되는 유리 패널의 일정 영역에 블랙 매트릭스를 도포하는 간단한 방식으로 동일한 구조의 전이금속 이황화몰리브덴 기반 박막 트랜지스터들을 선택적으로 센서 또는 스위치 소자로 사용할 수 있게 된다.The light blocking portion includes a first thin film transistor and a transparent panel positioned above the second thin film transistor. The transparent panel includes a black matrix layer formed in a predetermined region for blocking light incident on a channel region of a transistor set as a switching element . ≪ / RTI > According to this configuration, the transition metal disulfide disulfide-based thin film transistors having the same structure can be selectively applied to the sensor or switch element by a simple method of applying a black matrix to a certain region of the glass panel employed in a display device including a sensor element array .

또한, 차광부는 스위치 소자로 설정된 트랜지스터의 불투명 게이트 전극 및 센서 소자로 설정된 트랜지스터의 투명 게이트 전극을 포함할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 탑 게이트 형식의 전이금속 이황화몰리브덴 기반 박막 트랜지스터에 대해서는 더욱 간단한 구조로 센서 어레이 구조를 구현할 수 있게 된다.Further, the shielding portion may include an opaque gate electrode of the transistor set as the switching element and a transparent gate electrode of the transistor set as the sensor element. According to this configuration, the sensor array structure can be realized with a simpler structure for the transition metal molybdenum disulfide-based thin film transistor of the top gate type.

본 발명에 의하면, 전이금속 이황화몰리브덴 기반 광센서의 광 검출시 발생하는 광전도도 유지 현상을 효과적으로 억제하면서도 제작 효율이 뛰어난 광센서 어레이 구조를 제작할 수 있게 된다.According to the present invention, it is possible to fabricate an optical sensor array structure having excellent manufacturing efficiency while effectively suppressing the photoconductivity retention phenomenon that occurs upon optical detection of the transition metal molybdenum disulfide-based optical sensor.

또한, 전이금속 이황화몰리브덴 기반 박막 트랜지스터의 채널 영역에 입사되는 광을 용이하게 선택적으로 차단할 수 있게 된다.Further, the light incident on the channel region of the transition metal-based molybdenum disulfide-based thin film transistor can be easily and selectively blocked.

또한, 형성된 전극 물질층에 인가된 전압을 이용하여 스위치 트랜지스터의 특성 변화를 시도할 수 있게 된다.Further, it is possible to attempt to change the characteristics of the switch transistor by using the voltage applied to the electrode material layer formed.

또한, 형성된 전극 물질층에 인가된 전압을 이용하여 센서 트랜지스터의 특성 변화를 시도할 수 있게 된다.Further, it is possible to attempt to change the characteristics of the sensor transistor using the voltage applied to the electrode material layer formed.

또한, 센서 소자 어레이를 포함하여 제작되는 디스플레이 기기에 채용되는 유리 패널의 일정 영역에 블랙 매트릭스를 도포하는 간단한 방식으로 동일한 구조의 전이금속 이황화몰리브덴 기반 박막 트랜지스터들을 선택적으로 센서 또는 스위치 소자로 사용할 수 있게 된다.In addition, it is possible to selectively use the transition metal disulfide disulfide-based thin film transistors of the same structure selectively as a sensor or a switch element by a simple method of applying a black matrix to a certain region of a glass panel employed in a display device including a sensor element array do.

또한, 탑 게이트 형식의 전이금속 이황화몰리브덴 기반 박막 트랜지스터에 대해서는 더욱 간단한 구조로 센서 어레이 구조를 구현할 수 있게 된다.Further, for the transition metal molybdenum disulfide-based thin film transistor of the top gate type, the sensor array structure can be realized with a simpler structure.

도 1은 액정 디스플레이 백플레인에 디스플레이 트랜지스터와 센서 트랜지스터가 함께 형성된 예가 도시된 도면.
도 2는 전이금속 칼코겐화합물 기반 박막 트랜지스터의 광노출 상태와 다크 상태 광전류 특성을 도시한 그래프.
도 3은 전이금속 칼코겐화합물 기반 TFT의 광전류 특성을 이용하여 광센서의 읽기(Read) 동작을 수행하는 예가 도시된 그래프.
도 4는 전이금속 칼코겐화합물 기반 TFT에서의 광전도도 유지 특성이 도시된 그래프.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전이금속 이황화몰리브덴 광센서 픽셀 구조의 개략적인 단면도.
도 6은 도 5의 전이금속 이황화몰리브덴 광센서 픽셀 구조의 개략적인 회로도.
도 7은 센서 소자와 스위치 소자의 광특성을 비교한 그래프.
도 8은 전이금속 이황화몰리브덴 기반 광 트랜지스터의 광전류/다크전류의 비를 도시한 그래프.
도 9는 전이금속 이황화몰리브덴 광센서 소자의 광전도도 유지 특성이 도시된 그래프.
도 10은 이황화몰리브덴 기반 광센서에서의 광전도도 유지 특성을 설명하기 위한 도면.
도 11은 재설정된 전이금속 이황화몰리브덴 광센서 소자의 광전도도 특성이 도시된 그래프.
도 12는 재설정된 이황화몰리브덴 기반 광센서에서의 광전도도 특성을 설명하기 위한 도면.
도 13은 광센서 픽셀에 인가되는 드레인 전압과 각 게이트 전압의 파형을 도시한 파형도.
도 14는 sensor TFT와 select TFT로 이루어진 pixel을 보여주는 개략적인 회로도.
도 15는 도 14의 광픽셀을 포함하는 광센서 어레이에서 각 픽셀에 인가되는 게이트 전압의 파형도.
도 16은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전이금속 이황화몰리브덴 광센서 어레이 구조의 개략적인 단면도.
도 17은 도 16의 이황화몰리브덴 광센서 어레이 구조의 개략적인 회로도.
도 18은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전이금속 이황화몰리브덴 광센서 어레이 구조의 개략적인 단면도.
도 19는 도 18의 이황화몰리브덴 광센서 어레이 구조의 개략적인 회로도.
도 20은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전이금속 이황화몰리브덴 광센서 어레이 구조의 개략적인 단면도.
도 21은 도 20의 이황화몰리브덴 광센서 어레이 구조의 개략적인 회로도.
1 shows an example in which a display transistor and a sensor transistor are formed together in a liquid crystal display backplane;
2 is a graph showing the light exposed state and the dark state photocurrent characteristic of a transition metal chalcogenide compound thin film transistor.
3 is a graph illustrating an example of performing a read operation of an optical sensor using photocurrent characteristics of a transition metal chalcogenide compound-based TFT.
4 is a graph showing photoconduction retention characteristics in a transition metal chalcogenide compound-based TFT.
5 is a schematic cross-sectional view of a pixel structure of a transition metal molybdenum disulfide light sensor according to a first embodiment of the present invention.
Figure 6 is a schematic circuit diagram of the pixel structure of the transition metal disulfide molybdenum photosensor of Figure 5;
7 is a graph comparing optical characteristics of a sensor element and a switch element.
8 is a graph showing the ratio of photocurrent / dark current of a transition metal molybdenum disulfide-based phototransistor.
9 is a graph showing the photoconductivity retention characteristics of a transition metal disulfide molybdenum optical sensor element.
10 is a view for explaining the photoelectric conductivity-maintaining property in a molybdenum disulfide-based optical sensor;
11 is a graph depicting the photoconductive properties of a resettled molybdenum disulfide optical sensor element.
12 is a view for explaining the photoconductivity characteristics in the reset molybdenum disulfide-based optical sensor.
13 is a waveform diagram showing waveforms of drain voltages and gate voltages applied to photosensor pixels;
FIG. 14 is a schematic circuit diagram showing a pixel composed of a sensor TFT and a select TFT; FIG.
15 is a waveform diagram of the gate voltage applied to each pixel in the photosensor array including the light pixels of Fig.
16 is a schematic cross-sectional view of a molybdenum disulfide light sensor array structure according to a second embodiment of the present invention.
Fig. 17 is a schematic circuit diagram of a molybdenum disulfide light sensor array structure of Fig. 16; Fig.
18 is a schematic cross-sectional view of a molybdenum disulfide light sensor array structure according to a third embodiment of the present invention.
19 is a schematic circuit diagram of a molybdenum disulfide light sensor array structure of Fig. 18;
20 is a schematic cross-sectional view of a molybdenum disulfide light sensor array structure according to a fourth embodiment of the present invention.
Fig. 21 is a schematic circuit diagram of the molybdenum disulfide light sensor array structure of Fig. 20; Fig.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전이금속 이황화몰리브덴 광센서 픽셀 구조의 개략적인 단면도이고, 도 6은 도 5의 전이금속 이황화몰리브덴 광센서 픽셀 구조의 개략적인 회로도이다. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a pixel structure of a transition metal disulfide molybdenum photosensor according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a schematic circuit diagram of a pixel structure of a transition metal disulfide molybdenum photosensor of FIG.

도 5, 및 도 6에서, 전이금속 이황화몰리브덴 광센서 픽셀 구조는 제 1 박막 트랜지스터(110), 제 2 박막 트랜지스터(120), 차광부(130), 스위치 소자 게이트 전압 공급부(140), 및 센서 소자 게이트 전압 공급부(150)를 포함하고 있다.5 and 6, the pixel structure of the transition metal disulfide molybdenum photosensor includes a first thin film transistor 110, a second thin film transistor 120, a light shield section 130, a switch element gate voltage supply section 140, And a device gate voltage supply unit 150.

제 1 박막 트랜지스터(110)는 제 1 소스 전극(112), 제 1 드레인 전극(114), 및 제 1 소스 전극(112)과 제 1 드레인 전극(114) 사이에 형성된 전이금속 이황화몰리브덴의 제 1 채널 영역(116), 및 에치스토퍼(etch stopper; 118)를 포함하고 있다.The first thin film transistor 110 includes a first source electrode 112, a first drain electrode 114 and a first source electrode 112 and a first drain electrode 114 formed between the first source electrode 112 and the first source electrode 112, A channel region 116, and an etch stopper 118.

제 2 박막 트랜지스터(120)는 제 1 소스 전극(112)과 연결되는 제 2 드레인 전극(124), 제 2 소스 전극(122), 및 제 2 소스 전극(122)과 제 2 드레인 전극 사이(124)에 형성된 전이금속 이황화몰리브덴의 제 2 채널 영역(126), 및 에치스토퍼(128)를 포함한다.The second thin film transistor 120 includes a second drain electrode 124 and a second source electrode 122 connected to the first source electrode 112 and a second drain electrode 122 between the second source electrode 122 and the second drain electrode 124 A second channel region 126 of the transition metal molybdenum disulfide formed in the second channel region 126, and an etch stopper 128.

도 5에서 박막 트랜지스터(110, 120)의 채널 영역(116, 126) 상에 에치스토퍼(118, 128)가 형성되어 있지만, 다른 실시예에서는 에치스토퍼(118, 228)는 포함되지 않을 수도 있다.Although the etch stoppers 118 and 128 are formed on the channel regions 116 and 126 of the thin film transistors 110 and 120 in FIG. 5, the etch stoppers 118 and 228 may not be included in the other embodiments.

차광부(130)는 제 1 박막 트랜지스터(110)와 제 2 박막 트랜지스터(120) 중 스위치 소자로 설정된 트랜지스터(120)의 채널 영역으로 입사되는 광을 차단하고 센서 소자(110)로 설정된 트랜지스터의 채널 영역으로 입사되는 광을 통과시킨다.The light shielding part 130 blocks the light incident on the channel region of the transistor 120 set as the switch element of the first thin film transistor 110 and the second thin film transistor 120, To pass the light incident on the region.

도 5 및 도 6에서 스위치 소자로 제 1 박막 트랜지스터(110), 센서 소자로 제 2 트랜지스터(120)가 각각 설정되었지만, 다른 실시예에서는 스위치 소자로 제 2 박막 트랜지스터(120), 센서 소자로 제 1 박막 트랜지스터(110)가 각각 설정될 수도 있다.5 and 6, the first thin film transistor 110 is set as the switch element and the second transistor 120 is set as the sensor element. In another embodiment, the second thin film transistor 120 is used as the switch element, 1 thin film transistor 110 may be respectively set.

이와 같은 구성에 의하면, 고감도 광반응 특성 및 전방위 가시광 반응성 등의 우수한 특성을 가지는 전이금속 이황화몰리브덴 기반 박막 트랜지스터들을 광센서 소자와 스위치 소자로 각각 구현함으로써, 우수한 특성을 가지면서도 제작 효율이 뛰어난 광센서 픽셀 구조를 제작할 수 있게 된다.According to such a configuration, the transition metal disilicide-based molybdenum disulfide thin film transistors having excellent characteristics such as high sensitivity light response characteristic and omnidirectional visible light reactivity are realized by the optical sensor element and the switch element, respectively, So that a pixel structure can be produced.

스위치 소자 게이트 전압 공급부(140)는 스위치 소자로 설정된 트랜지스터의 게이트 전극으로 미리 설정된 스위치 소자 게이트 전압을 공급하고, 센서 소자 게이트 전압 공급부(150)는 입사되는 광에 의해 변화되는 드레인 전류의 크기가 스위치 트랜지스터 소자 게이트 전압에서보다 큰 미리 설정된 센서 소자 게이트 전압을 센서 소자로 설정된 트랜지스터의 게이트 전극으로 공급한다. 도 6에서 센서 소자와 스위치 소자는 게이트 소자는 서로 다른 전압 공급 라인에 연결되어 있는 것을 확인할 수 있다.The switch element gate voltage supplier 140 supplies a preset switch element gate voltage to the gate electrode of the transistor set as the switch element, and the sensor element gate voltage supplier 150 controls the amount of the drain current, And supplies a predetermined sensor element gate voltage higher than the transistor element gate voltage to the gate electrode of the transistor set as the sensor element. In FIG. 6, it can be seen that the gate elements of the sensor element and the switch element are connected to different voltage supply lines.

이러한 구성에 의하면, 센서 트랜지스터로 소자로 구현된 전이금속 이황화몰리브덴 기반 박막 트랜지스터에 대해서는 입사광에 대해 더욱 민감한 특성을 가지는 영역의 게이트 전압을 인가할 수 있게 됨으로써 광센서 어레이의 성능을 높일 수 있게 된다.According to this configuration, the transition metal disulfide molybdenum-based thin film transistor implemented with a sensor transistor can apply a gate voltage in a region having a more sensitive characteristic to incident light, thereby enhancing the performance of the optical sensor array.

도 5에는 동일한 반도체 물질을 사용하면서 광에 대한 민감도를 다르게 구현하기 위해, 바텀게이트(Bottom Gate) TFT 구조의 전이금속 이황화몰리브덴 기반 박막 트랜지스터 어레이 구조에서 센서 영역은 광에 직접 노출시키고 스위치 영역상에는 불투명 전극을 형성한 예가 도시되어 있다.5, in order to realize different sensitivities to light while using the same semiconductor material, in a transition metal disulfide molybdenum-based thin film transistor array structure of a bottom gate TFT structure, the sensor region is directly exposed to light and opaque An electrode is formed.

같은 반도체 물질을 사용한 센서와 스위치이지만, 스위치 소자의 경우에는 불투명 전극(Sheild Metal)을 사용함으로써 빛에 노출 여부에 무관하게 다크 상태의 전류 상태를 나타내도록 구현하는 것이다. 도 7은 센서 소자와 스위치 소자의 광특성을 비교한 그래프이다. Sensor and a switch using the same semiconductor material. However, in the case of a switch device, a non-transparent electrode (sheild metal) is used to realize a dark current state irrespective of exposure to light. 7 is a graph comparing optical characteristics of a sensor element and a switch element.

박막 트랜지스터 기반의 센서 어레이를 구현함에 있어서, 센서 픽셀을 이루는 센서와 스위치소자는 빛에 노출되었을 시에 빛에 대한 민감도가 달라야 한다. 그런데, 전이금속 이황화몰리브덴 기반 광 트랜지스터는 다크상태의 오프 전류 상태영역(음의전압인가)에서 빛에 노출되었을 때, 높은 광전류/다크전류 비를 나타낸다. 도 8은 전이금속 이황화몰리브덴 기반 광 트랜지스터의 광전류/다크전류의 비를 도시한 그래프이다. In implementing a sensor array based on a thin film transistor, a sensor and a switch element constituting a sensor pixel must have different sensitivities to light when exposed to light. However, a transition metal molybdenum disulfide-based phototransistor exhibits a high photocurrent / dark current ratio when exposed to light in the dark state of the off current state (negative voltage application). 8 is a graph showing the photocurrent / dark current ratio of a transition metal molybdenum disulfide-based phototransistor.

이에 따라, 센서 소자는 광전류/다크전류 비가 높은 음의 전압 영역에서, 스위치 소자는 광전류/다크전류 비가 낮은 양의 전압 영역에서 게이트 전압을 인가한다. Accordingly, the sensor element applies the gate voltage in the positive voltage region where the photocurrent / dark current ratio is high, and the switching element in the positive voltage region where the photocurrent / dark current ratio is low.

그런데, 앞서 언급한 바와 같이 전이금속 이황화몰리브덴 기반 광센서 소자에는 PPC 현상이 존재한다. 도 9는 전이금속 이황화몰리브덴 광센서 소자의 광전도도 유지 특성이 도시된 그래프이다. 도 9에서, 실제 데이터에서 빛을 제거한 이후에도 지속적으로 유지되는 PPC 특성을 관찰할 수 있다.However, as mentioned above, there is a PPC phenomenon in the transition metal molybdenum disulfide-based optical sensor device. 9 is a graph showing photoconductivity retention characteristics of a transition metal disulfide molybdenum optical sensor element. In FIG. 9, it is possible to observe the PPC characteristic that is maintained even after the light is removed from the actual data.

따라서 read 시에 게이트에 음의 전압을 인가한 상태에서는 빛을 쪼인 이후에도 지속적으로 유지되는 광전도도 특성으로 인하여, 도 10에 도시된 바와 같이 원래의 다크레벨로 돌아오지 않는다. 도 10은 이황화몰리브덴 기반 광센서에서의 광전도도 유지 특성을 설명하기 위한 도면이다.Therefore, in a state where a negative voltage is applied to the gate at the time of reading, the light does not return to the original dark level, as shown in FIG. 10, due to the photoconductive property which is maintained even after the light is shrouded. 10 is a view for explaining the photoconductivity maintenance characteristics in a molybdenum disulfide-based optical sensor.

이를 해결할 목적으로, 읽기 동작이 완료된 이후에, 게이트에 양의 전압을 인가하여 광센서 소자를 재설정(reset)할 수 있다. 도 11은 재설정된 전이금속 이황화몰리브덴 광센서 소자의 광전도도 특성이 도시된 그래프이고, 도 12는 재설정된 이황화몰리브덴 기반 광센서에서의 광전도도 특성을 설명하기 위한 도면이다.To solve this problem, after the read operation is completed, a positive voltage may be applied to the gate to reset the photosensor element. FIG. 11 is a graph showing the photoconductive characteristic of the resettable molybdenum disulfide optical sensor element, and FIG. 12 is a diagram for explaining the photoconductive characteristic in the resetted molybdenum disulfide-based photosensor.

즉, 이황화몰리브덴 기반 광 TFT의 PPC 현상을 제거하기 위해, 광센서의 읽기 동작 이후에 광 TFT의 게이트에 양의 재설정 펄스(reset pulse)를 인가하는 방식으로 PPC 이슈를 해결한다. That is, in order to remove the PPC phenomenon of the molybdenum disulfide-based photo-TFT, a reset pulse is applied to the gate of the photo-TFT after the read operation of the photosensor to solve the PPC problem.

도 13은 광센서 픽셀에 인가되는 드레인 전압과 각 게이트 전압의 파형을 도시한 파형도이다. 도 13에서, 스위치 트랜지스터(110)가 온(on)되는 경우 센서 트랜지스터(120)에 제 1 게이트 전압(Low)이 인가되는 것을 확인할 수 있으며, 스위치 트랜지스터(110)가 오프(off)되는 경우 PPC 현상의 억제를 위해 센서 트랜지스터(120)에 제 2 게이트 전압(Hi)이 인가되는 것을 확인할 수 있다.13 is a waveform diagram showing waveforms of drain voltages and gate voltages applied to photosensor pixels. 13, when the switch transistor 110 is turned on, it can be confirmed that the first gate voltage Low is applied to the sensor transistor 120. When the switch transistor 110 is turned off, It can be confirmed that the second gate voltage Hi is applied to the sensor transistor 120 for suppressing the development.

또한, 도 13에서 입사광의 검출은 스위치 트랜지스터(110)가 온상태이고 센서 트랜지스터에 제 1 게이트 전압이 인가된 상태에서 광이 입사되는 경우 수행되며, 드레인 전류의 재설정(Reset)은 입사광 검출 이후 센서 트랜지스터(120)에 인가되는 제 2 게이트 전압에 의해 수행되는 것을 확인할 수 있다.13, the detection of the incident light is performed when light is incident on the switch transistor 110 in the ON state and the first gate voltage is applied to the sensor transistor, and the reset of the drain current is performed after the detection of the incident light Lt; RTI ID = 0.0 > 120 < / RTI >

그런데, 순차적으로 선택되는 다수의 광센서 픽셀을 포함하는 광센서 어레이에서는 모든 광센서 픽셀마다 별도의 스위치 소자 게이트 전압 공급부(140), 및 센서 소자 게이트 전압 공급부(150)를 구비하지 않고 구현할 수 있다.However, in the optical sensor array including a plurality of optical sensor pixels sequentially selected, it is possible to implement without providing a switch element gate voltage supplier 140 and a sensor element gate voltage supplier 150 for every optical sensor pixel .

도 14는 sensor TFT와 select TFT로 이루어진 pixel을 보여주는 개략적인 회로도이고, 도 15는 도 13의 광픽셀을 포함하는 광센서 어레이에서 각 픽셀에 인가되는 게이트 전압의 파형도이다. FIG. 14 is a schematic circuit diagram showing a pixel made up of a sensor TFT and a select TFT, and FIG. 15 is a waveform diagram of a gate voltage applied to each pixel in the photosensor array including the light pixel in FIG.

도 14에서, 게이트 n번의 pixel에는 select TFT의 게이트에 연결되어 있고, 게이트 n+1은 n번의 photo TFT의 게이트에 연결되어 있는 것을 확인할 수 있고, 도 15에서, 게이트 n번에서 n+1로 순차적으로 디지털 동작을 하는 addressing 방식을 채택할 시에, 게이트 n번에 양의 전압 인가시에는 다른 게이트에는 상대적으로 음의 전압이 인가되어 있는 상태가 되는 것을 확인할 수 있다. In Fig. 14, it can be seen that the gate n is connected to the gate of the select TFT and the gate n + 1 is connected to the gate of the n photo TFTs. In Fig. 15, When adopting the addressing method which sequentially performs the digital operation, it can be confirmed that the negative voltage is applied to the other gate when the positive voltage is applied to the gate n.

게이트 n번이 선택되어. n번째 select TFT가 선택되었을 시에, n번째 photo sensor TFT의 게이트에는 음의 전압이 인가되어 있는 상태이므로, read 동작이 수행되고, n+1번째 게이트가 선택되면, n+1번째 pixel에는 select TFT의 게이트가 선택되고, n번째 photo sensor TFT의 게이트에 양의 전압이 인가되면서, 자동적으로 reset이 된다. Gate n is selected. When the nth select TFT is selected, a read operation is performed because a negative voltage is applied to the gate of the nth photo sensor TFT. If the (n + 1) th gate is selected, The gate of the TFT is selected, and a positive voltage is applied to the gate of the n-th photo sensor TFT, whereby the reset is automatically performed.

차광부(130)는 스위치 소자로 설정된 트랜지스터 채널 영역(126) 물질층상에 형성된 불투명 물질층(132)을 포함한다. 이러한 구성에 의하면, 전이금속 이황화몰리브덴 기반 박막 트랜지스터의 채널 영역에 입사되는 광을 용이하게 선택적으로 차단할 수 있게 된다.The light-shielding portion 130 includes a layer of opaque material 132 formed on a material layer of the transistor channel region 126, which is set as a switching element. According to this structure, the light incident on the channel region of the transition metal molybdenum disulfide-based thin film transistor can be easily and selectively blocked.

도 5에 도시된 바와 같이, 이때의 불투명 물질층(132)은 불투명 전극 물질층(133) 및 불투명 전극 물질층(133)과 채널 영역(116) 물질층 사이에 형성된 절연 물질층(134)을 포함할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 형성된 전극 물질층에 인가된 전압을 이용하여 스위치 트랜지스터의 특성 변화를 시도할 수 있게 된다.5, the opaque material layer 132 at this time includes an opaque electrode material layer 133 and an insulating material layer 134 formed between the opaque electrode material layer 133 and the channel region 116 material layer . According to this structure, it is possible to attempt to change the characteristics of the switch transistor by using the voltage applied to the electrode material layer formed.

불투명 전극 물질층(133)을 통해 박막 트랜지스터에 추가적인 특성 변화를 의도하지 않는 경우, 불투명 전극 물질층(133)은 플로팅(floating) 상태로 구현할 수도 있으나, 더욱 안정적인 특성을 위해 도 6에 도시된 바와 같이 접지 상태로 구현하는 것이 일반적일 것이다.The opaque electrode material layer 133 may be implemented in a floating state when no additional characteristic changes are desired in the thin film transistor through the opaque electrode material layer 133, but for the more stable characteristics, It will be common practice to put them in a grounded state.

또한, 차광부(130)는 센서 소자로 설정된 트랜지스터 채널 영역(116) 물질층상에 형성된 투명 물질층(136)을 더 포함할 수 있으며, 이때의 투명 물질층(136)은 투명 전극 물질층(137) 및 투명 전극 물질층(137)과 채널 영역(116) 물질층 사이에 형성된 절연 물질층(138)을 포함할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 형성된 전극 물질층(137)에 인가된 전압을 이용하여 센서 트랜지스터의 특성 변화를 시도할 수 있게 된다.The shielding part 130 may further include a transparent material layer 136 formed on a material layer of a transistor channel region 116 that is set as a sensor element. The transparent material layer 136 may include a transparent electrode material layer 137 And an insulating material layer 138 formed between the transparent electrode material layer 137 and the channel region 116 material layer. According to this structure, it is possible to attempt to change the characteristics of the sensor transistor by using the voltage applied to the electrode material layer 137 formed.

도 16은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전이금속 이황화몰리브덴 광센서 어레이 구조의 개략적인 단면도이고, 도 17은 도 16의 이황화몰리브덴 광센서 어레이 구조의 개략적인 회로도이다. 도 16에는 바텀게이트(Bottom Gate) TFT 구조의 전이금속 이황화몰리브덴 기반 박막 트랜지스터 어레이 구조에서 센서 영역 상에는 투명 전극이, 스위치 영역상에는 불투명 전극이 각각 형성된 예가 도시되어 있다.FIG. 16 is a schematic cross-sectional view of a molybdenum disulfide optical sensor array structure according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 17 is a schematic circuit diagram of the molybdenum disulfide optical sensor array structure of FIG. 16 shows an example in which transparent electrodes are formed on the sensor region and opaque electrodes are formed on the switch region in the transition metal disulfide molybdenum-based thin film transistor array structure of the bottom gate TFT structure.

또한, 차광부(130)는 제 1 박막 트랜지스터 및 제 2 박막 트랜지스터 상측에 위치하는 투명 패널(200)을 포함하며, 투명 패널(200)은 스위치 소자로 설정된 트랜지스터의 채널 영역으로 입사되는 광을 차단하기 위해 미리 설정된 영역에 형성된 블랙매트릭스층(210)을 포함할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 센서 소자 어레이를 포함하여 제작되는 디스플레이 기기에 채용되는 유리 패널의 일정 영역에 블랙 매트릭스를 도포하는 간단한 방식으로 동일한 구조의 전이금속 이황화몰리브덴 기반 박막 트랜지스터들을 선택적으로 센서 또는 스위치 소자로 사용할 수 있게 된다.The light shielding part 130 includes a first thin film transistor and a transparent panel 200 located on the second thin film transistor. The transparent panel 200 shields light incident on a channel region of a transistor The black matrix layer 210 may be formed in a predetermined area. According to this configuration, the transition metal disulfide disulfide-based thin film transistors having the same structure can be selectively applied to the sensor or switch element by a simple method of applying a black matrix to a certain region of the glass panel employed in a display device including a sensor element array .

도 18은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전이금속 이황화몰리브덴 광센서 어레이 구조의 개략적인 단면도이고, 도 19는 도 18의 이황화몰리브덴 광센서 어레이 구조의 개략적인 회로도이다. 도 18에는 바텀게이트(Bottom Gate) TFT 구조의 전이금속 이황화몰리브덴 기반 박막 트랜지스터 어레이 구조의 상측에 위치하는 투명 패널(200)의 센서 영역 상측에는 블랙매트릭스가 도포되지 않고, 스위치 영역 상측에는 블랙매트릭스가 도포된 예가 도시되어 있다. FIG. 18 is a schematic cross-sectional view of a molybdenum disulfide optical sensor array structure according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 19 is a schematic circuit diagram of the molybdenum disulfide optical sensor array structure of FIG. 18, a black matrix is not applied on the upper side of the sensor region of the transparent panel 200 located on the upper side of the transition metal disulfide molybdenum-based thin film transistor array structure of the bottom gate TFT structure, and a black matrix is formed on the upper side of the switch region A coated example is shown.

또한, 차광부(130)는 스위치 소자로 설정된 트랜지스터의 불투명 게이트 전극(160) 및 센서 소자로 설정된 트랜지스터의 투명 게이트 전극(170)을 포함할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 탑 게이트(Top Gate) 형식의 전이금속 이황화몰리브덴 기반 박막 트랜지스터에 대해서는 더욱 간단한 구조로 센서 어레이 구조를 구현할 수 있게 된다.In addition, the light-shielding portion 130 may include the opaque gate electrode 160 of the transistor set as the switch element and the transparent gate electrode 170 of the transistor set as the sensor element. According to this configuration, the sensor array structure can be realized with a simpler structure for the transition metal molybdenum disulfide-based thin film transistor of top gate type.

도 20은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전이금속 이황화몰리브덴 광센서 어레이 구조의 개략적인 단면도이고, 도 21은 도 20의 이황화몰리브덴 광센서 어레이 구조의 개략적인 회로도이다. 도 20에는 탑 게이트(TOP Gate) TFT 구조의 전이금속 이황화몰리브덴 기반 박막 트랜지스터 어레이 구조의 게이트 전극이 센서 영역 상측에는 블랙매트릭스가 도포되지 않고, 스위치 영역 상측에는 블랙매트릭스가 도포된 예가 도시되어 있다. FIG. 20 is a schematic cross-sectional view of a molybdenum disulfide optical sensor array structure according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 21 is a schematic circuit diagram of the molybdenum disulfide optical sensor array structure of FIG. FIG. 20 shows an example in which the gate electrode of the transition metal disulfide-based thin film transistor array structure of the top gate TFT structure is not coated with the black matrix on the upper side of the sensor region but the black matrix is coated on the upper side of the switch region.

본 발명은 2차원 전이금속 이황화몰리브덴(MoS2) 기반의 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT) 구조를 이용한 광센서 기반 전자기기를 적용 대상으로 한다. 전자 칠판향 원거리 원격(Remote) 터치스크린에 응용 가능하며, 중대형 TV 향은 케이블 TV에 적합한 원격 터치 스크린(Remote Touch Screen)에 응용 가능성이 있다. The present invention is applied to an optical sensor-based electronic device using a two-dimensional transition metal molybdenum disulfide (MoS 2 ) -based thin film transistor (TFT) structure. It can be applied to the remote touch screen of the electronic whiteboard, and it is applicable to the remote touch screen suitable for the cable TV.

2차원 전이금속 이황화몰리브덴 기반의 TFT 타입의 소자를 적용한 광센서는 궁극적으로 고감도 광반응 특성 및 전방위 가시광에 반응하는 디스플레이 목적으로 설계된 소자로서, 기기와 사용자 간의 의사소통뿐 아니라 사용자와 사용자 간의 의사소통을 가능하게 하는 인터페이스를 제공할 수 있다.2-Dimensional Transition Metals Optical sensors based on molybdenum disulfide-based TFT-type devices are ultimately designed for display response in response to high-sensitivity photoreaction characteristics and omnidirectional visible light. They are used not only for communication between devices and users, Lt; RTI ID = 0.0 > and / or < / RTI >

낮은 에너지 밴드갭(1.3-1.8eV)을 갖는 전이금속 이황화몰리브덴은 전방위 가시광(1.8-3.2eV)에 반응하여, 이 소재를 이용한 TFT는 기존 비정질 실리콘 또는 산화물 반도체 기반의 광센서 기술을 대체할 수 있을 것으로 기대되고 있다.Transition metal molybdenum disulfide with a low energy band gap (1.3-1.8 eV) reacts with omni-directional visible light (1.8-3.2 eV), and the TFT using this material can replace the existing amorphous silicon or oxide semiconductor based optical sensor technology It is expected to be.

본 발명에 의하면, 고감도 광반응 특성 및 전 방위 가시광에 반응하는 광센싱 특성을 갖는 양방향 대면적 디스플레이를 구현함으로써, 사용자와 기기가 소통을 증대할 수 있는 양방향 대면적 디스플레이의 핵심 센서 기술 확보에 기여할 수 있게 된다. According to the present invention, by implementing a bidirectional large-area display having high sensitivity light response characteristics and optical sensing characteristics responsive to full-direction visible light, it is possible to contribute to securing the core sensor technology of a bidirectional large- .

본 발명이 비록 일부 바람직한 실시예에 의해 설명되었지만, 본 발명의 범위는 이에 의해 제한되어서는 아니 되고, 특허청구범위에 의해 뒷받침되는 상기 실시예의 변형이나 개량에도 미쳐야 할 것이다.Although the present invention has been described in terms of some preferred embodiments, the scope of the present invention should not be limited thereby but should be modified and improved in accordance with the above-described embodiments.

110: 제 1 박막 트랜지스터
112: 제 1 소스 전극
114: 제 1 드레인 전극
116: 제 1 채널 영역
118, 128: 에치스토퍼(etch stopper)
120: 제 2 박막 트랜지스터
122: 제 2 소스 전극
124: 제 2 드레인 전극
126: 제 2 채널 영역
130: 차광부
132: 불투명 물질층
133: 불투명 전극 물질층
134, 138: 절연 물질층
136: 투명 물질층
137: 투명 전극 물질층
140: 스위치 소자 게이트 전압 공급부
150: 센서 소자 게이트 전압 공급부
160: 불투명 게이트 전극
170: 투명 게이트 전극
200: 투명 패널
210: 블랙매트릭스층
110: first thin film transistor
112: first source electrode
114: first drain electrode
116: first channel region
118, 128: etch stopper
120: second thin film transistor
122: second source electrode
124: second drain electrode
126: second channel region
130:
132: Opaque material layer
133: Opaque electrode material layer
134, 138: Insulation material layer
136: transparent material layer
137: transparent electrode material layer
140: Switch element gate voltage supplier
150: Sensor element gate voltage supply
160: opaque gate electrode
170: transparent gate electrode
200: Transparent panel
210: black matrix layer

Claims (9)

제 1 소스 전극, 제 1 드레인 전극, 및 상기 제 1 소스 전극과 상기 제 1 드레인 전극 사이에 형성된 전이금속 이황화몰리브덴의 제 1 채널 영역을 포함하는 제 1 박막 트랜지스터;
상기 제 1 소스 전극과 연결되는 제 2 드레인 전극, 제 2 소스 전극, 및 상기 제 2 소스 전극과 상기 제 2 드레인 전극 사이에 형성된 전이금속 이황화몰리브덴의 제 2 채널 영역을 포함하는 제 2 박막 트랜지스터;
상기 제 1 박막 트랜지스터와 상기 제 2 박막 트랜지스터 중 스위치 소자로 설정된 트랜지스터의 채널 영역으로 입사되는 광을 차단하고 센서 소자로 설정된 트랜지스터의 채널 영역으로 입사되는 광을 통과시키기 위한 차광부;
상기 스위치 소자로 설정된 트랜지스터의 게이트 전극으로 미리 설정된 스위치 소자 게이트 전압을 공급하는 스위치 소자 게이트 전압 공급부; 및
입사되는 광에 의해 변화되는 드레인 전류의 크기가 상기 스위치 소자 게이트 전압에서보다 큰 미리 설정된 센서 소자 게이트 전압을 상기 센서 소자로 설정된 트랜지스터의 게이트 전극으로 공급하는 센서 소자 게이트 전압 공급부를 포함하는 순차적으로 선택되는 복수의 광센서 픽셀을 포함하며,
상기 센서 소자로 설정된 트랜지스터의 게이트 전극은 다음 순서로 선택되는 광센서 픽셀의 스위치 소자 게이트 전압 공급부와 연결되는 것을 특징으로 하는 전이금속 이황화몰리브덴 기반 광센서 어레이 구조.
A first thin film transistor including a first source electrode, a first drain electrode, and a first channel region of transition metal molybdenum disulfide formed between the first source electrode and the first drain electrode;
A second thin film transistor including a second drain electrode connected to the first source electrode, a second source electrode, and a second channel region of molybdenum disulfide formed between the second source electrode and the second drain electrode;
A light shielding part for shielding light incident on a channel region of a transistor set as a switching element among the first thin film transistor and the second thin film transistor and for passing light incident on a channel region of a transistor set as a sensor element;
A switching element gate voltage supplier for supplying a predetermined switching element gate voltage to the gate electrode of the transistor set as the switching element; And
And a sensor element gate voltage supply section for supplying a predetermined sensor element gate voltage whose magnitude of a drain current changed by the incident light is larger than the switch element gate voltage to the gate electrode of the transistor set to the sensor element, A plurality of light sensor pixels,
Wherein the gate electrode of the transistor set to the sensor element is connected to the switch gate voltage supplier of the photosensor pixel selected in the following order.
제 1항에 있어서,
상기 차광부는 상기 스위치 소자로 설정된 트랜지스터 채널 영역 물질층상에 형성된 불투명 물질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전이금속 이황화몰리브덴 광센서 어레이 구조.
The method according to claim 1,
Wherein the shielding portion comprises an opaque material layer formed on the transistor channel region material layer set as the switching element.
제 2항에 있어서,
상기 불투명 물질층은 불투명 전극 물질층 및 상기 불투명 전극 물질층과 상기 채널 영역 물질층 사이에 형성된 절연 물질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전이금속 이황화몰리브덴 광센서 어레이 구조.
3. The method of claim 2,
Wherein the opaque material layer comprises an opaque electrode material layer and an insulating material layer formed between the opaque electrode material layer and the channel region material layer.
제 2항에 있어서,
상기 차광부는 상기 센서 소자로 설정된 트랜지스터 채널 영역 물질층상에 형성된 투명 물질층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전이금속 이황화몰리브덴 광센서 어레이 구조.
3. The method of claim 2,
Wherein the shielding portion further comprises a transparent material layer formed on the transistor channel region material layer set as the sensor element.
제 4항에 있어서,
상기 투명 물질층은 투명 전극 물질층 및 상기 투명 전극 물질층과 상기 채널 영역 물질층 사이에 형성된 절연 물질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전이금속 이황화몰리브덴 광센서 어레이 구조.
5. The method of claim 4,
Wherein the transparent material layer comprises a transparent electrode material layer and an insulating material layer formed between the transparent electrode material layer and the channel region material layer. ≪ RTI ID = 0.0 > 18. < / RTI >
제 1항에 있어서,
상기 차광부는 상기 제 1 박막 트랜지스터 및 상기 제 2 박막 트랜지스터 상측에 위치하는 투명 패널을 포함하며, 상기 투명 패널은 상기 스위치 소자로 설정된 트랜지스터의 채널 영역으로 입사되는 광을 차단하기 위해 미리 설정된 영역에 형성된 블랙 매트릭스층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전이금속 이황화몰리브덴 광센서 어레이 구조.
The method according to claim 1,
The light-shielding portion includes a first thin-film transistor and a transparent panel positioned above the second thin-film transistor, and the transparent panel is formed in a predetermined region for blocking light incident on a channel region of the transistor set as the switching element And a black matrix layer. ≪ Desc / Clms Page number 18 >
제 1항에 있어서,
상기 차광부는 상기 스위치 소자로 설정된 트랜지스터의 불투명 게이트 전극 및 상기 센서 소자로 설정된 트랜지스터의 투명 게이트 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 전이금속 이황화몰리브덴 광센서 어레이 구조.
The method according to claim 1,
Wherein the shielding part comprises an opaque gate electrode of the transistor set as the switching element and a transparent gate electrode of the transistor set as the sensor element.
소스 전극, 드레인 전극, 게이트 전극, 및 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 사이에 형성된 전이금속 이황화몰리브덴의 채널 영역을 포함하는 센서 박막 트랜지스터;
상기 센서 박막 트랜지스터와 다른 게이트 전압 공급부에 게이트 전극이 연결되고, 상기 센서 박막 트랜지스터와 직렬 연결되는 스위치 박막 트랜지스터;
상기 스위치 박막 트랜지스터의 게이트 전극으로 미리 설정된 스위치 소자 게이트 전압을 공급하는 스위치 소자 게이트 전압 공급부; 및
상기 센서 박막 트랜지스터의 게이트 전극으로 미리 설정된 센서 소자 게이트 전압을 공급하는 센서 소자 게이트 전압 공급부를 포함하는 순차적으로 선택되는 복수의 광센서 픽셀을 포함하며,
상기 센서 소자로 설정된 트랜지스터의 게이트 전극은 다음 순서로 선택되는 광센서 픽셀의 스위치 소자 게이트 전압 공급부와 연결되는 것을 특징으로 하는 전이금속 이황화몰리브덴 기반 광센서 어레이 구조.
A sensor thin film transistor including a source electrode, a drain electrode, a gate electrode, and a channel region of transition metal molybdenum disulfide formed between the source electrode and the drain electrode;
A switch thin film transistor having a gate electrode connected to a gate voltage supply unit different from the sensor thin film transistor and connected in series with the sensor thin film transistor;
A switching element gate voltage supplier for supplying a predetermined switching element gate voltage to the gate electrode of the switch thin film transistor; And
And a sensor element gate voltage supplier for supplying a predetermined sensor element gate voltage to the gate electrode of the sensor thin film transistor,
Wherein the gate electrode of the transistor set to the sensor element is connected to the switch gate voltage supplier of the photosensor pixel selected in the following order.
제 8항에 있어서,
상기 스위치 박막 트랜지스터는 상기 센서 트랜지스터와 동일 구조의 이황화몰리브덴 기반 트랜지스터이고, 상기 광센서 픽셀은 상기 스위치 박막 트랜지스터의 채널 영역으로 입사되는 광을 차단하고 센서 박막 트랜지스터의 채널 영역으로 입사되는 광을 통과시키기 위한 차광부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전이금속 이황화몰리브덴 기반 광센서 어레이 구조.
9. The method of claim 8,
The switch thin film transistor is a molybdenum disulfide-based transistor having the same structure as that of the sensor transistor. The light sensor pixel blocks light incident on the channel region of the switch thin film transistor and transmits light incident on the channel region of the sensor thin film transistor Wherein the light-shielding portion comprises a light-shielding portion for the molybdenum disulfide-based optical sensor array.
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CN112929016A (en) * 2021-01-28 2021-06-08 北京科技大学 Photoelectric logic switch with vertical structure

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108914061A (en) * 2018-07-11 2018-11-30 上海大学 The preparation method and system of molybdenum disulfide nano lattice array based on flexible base board
CN112929016A (en) * 2021-01-28 2021-06-08 北京科技大学 Photoelectric logic switch with vertical structure
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