KR20170123938A - 전이금속 칼코겐화합물 기반 광센서 소자 어레이 구조 - Google Patents
전이금속 칼코겐화합물 기반 광센서 소자 어레이 구조 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20170123938A KR20170123938A KR1020160053286A KR20160053286A KR20170123938A KR 20170123938 A KR20170123938 A KR 20170123938A KR 1020160053286 A KR1020160053286 A KR 1020160053286A KR 20160053286 A KR20160053286 A KR 20160053286A KR 20170123938 A KR20170123938 A KR 20170123938A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- material layer
- transition metal
- transistor
- electrode
- channel region
- Prior art date
Links
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 55
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 title 1
- -1 transition metal chalcogen compound Chemical class 0.000 claims abstract description 61
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 58
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 37
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 27
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 claims description 22
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 claims description 7
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 6
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 5
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 2
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 229910003090 WSe2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 230000004298 light response Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052961 molybdenite Inorganic materials 0.000 description 1
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
- H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
- H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
- H01L27/14614—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor having a special gate structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/1462—Coatings
- H01L27/14623—Optical shielding
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
전이금속 칼코겐화합물 광센서 어레이 구조가 개시된다. 전이금속 칼코겐화합물 광센서 어레이 구조는, 제 1 박막 트랜지스터, 제 2 박막 트랜지스터, 및 차광부를 포함한다. 제 1 박막 트랜지스터는 제 1 소스 전극, 제 1 드레인 전극, 및 제 1 소스 전극과 제 1 드레인 전극 사이에 형성된 전이금속 칼코겐화합물의 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 칼코겐화합물의 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.
Description
본 발명은 전이금속 칼코겐화합물 기반의 광센서 소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 2차원 전이금속 칼코겐화합물 물질을 이용한 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)를 포함하는 광센서 소자 어레이 구조에 관한 것이다.
최근 차세대 디스플레이에 관한 연구로서 플렉서블(flexible) 디스플레이, 투명 디스플레이, 3D 디스플레이 및 고해상도 디스플레이에 관한 연구가 매우 활발히 진행 중에 있다.
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.
그런데, 이와 같은 채널 물질을 이용한 TFT는 고온 증착시 플렉서블 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.
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.
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.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 보다 우수한 성능을 가지면서도 효과적으로 제작할 수 있는 박막 트랜지스터 광센서 어레이 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 전이금속 칼코겐화합물 광센서 어레이 구조는, 제 1 박막 트랜지스터, 제 2 박막 트랜지스터, 및 차광부를 포함한다.
제 1 박막 트랜지스터는 제 1 소스 전극, 제 1 드레인 전극, 및 제 1 소스 전극과 제 1 드레인 전극 사이에 형성된 전이금속 칼코겐화합물의 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 칼코겐화합물의 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.
이와 같은 구성에 의하면, 고감도 광반응 특성 및 전방위 가시광 반응성 등의 우수한 특성을 가지는 전이금속 칼코겐화합물 기반 박막 트랜지스터들을 광센서 소자와 스위치 소자로 각각 구현함으로써, 우수한 특성을 가지면서도 제작 효율이 뛰어난 광센서 어레이 구조를 제작할 수 있게 된다.
이때, 차광부는 스위치 소자로 설정된 트랜지스터 채널 영역 물질층상에 형성된 불투명 물질층을 포함할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 전이금속 칼코겐화합물 기반 박막 트랜지스터의 채널 영역에 입사되는 광을 용이하게 선택적으로 차단할 수 있게 된다.
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.
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.
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 칼코겐화합물 기반 박막 트랜지스터들을 선택적으로 센서 또는 스위치 소자로 사용할 수 있게 된다.
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 칼코겐화합물 기반 박막 트랜지스터에 대해서는 더욱 간단한 구조로 센서 어레이 구조를 구현할 수 있게 된다.
또한, 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 스위치 소자 게이트 전압에서보다 큰 미리 설정된 센서 소자 게이트 전압을 센서 소자로 설정된 트랜지스터의 게이트 전극으로 공급하는 센서 소자 게이트 전압 공급부를 더 포함할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 센서 트랜지스터로 소자로 구현된 전이금속 칼코겐화합물 기반 박막 트랜지스터에 대해서는 입사광에 대해 보다 민감한 특성을 가지는 영역의 별도 게이트 전압을 인가할 수 있게 됨으로써 광센서 어레이의 성능을 높일 수 있게 된다.
본 발명에 의하면, 고감도 광반응 특성 및 전방위 가시광 반응성 등의 우수한 특성을 가지는 전이금속 칼코겐화합물 기반 박막 트랜지스터들을 광센서 소자와 스위치 소자로 각각 구현함으로써, 우수한 특성을 가지면서도 제작 효율이 뛰어난 광센서 어레이 구조를 제작할 수 있게 된다.
또한, 전이금속 칼코겐화합물 기반 박막 트랜지스터의 채널 영역에 입사되는 광을 용이하게 선택적으로 차단할 수 있게 된다.
또한, 형성된 전극 물질층에 인가된 전압을 이용하여 스위치 트랜지스터의 특성 변화를 시도할 수 있게 된다.
또한, 형성된 전극 물질층에 인가된 전압을 이용하여 센서 트랜지스터의 특성 변화를 시도할 수 있게 된다.
또한, 센서 소자 어레이를 포함하여 제작되는 디스플레이 기기에 채용되는 유리 패널의 일정 영역에 블랙 매트릭스를 도포하는 간단한 방식으로 동일한 구조의 전이금속 칼코겐화합물 기반 박막 트랜지스터들을 선택적으로 센서 또는 스위치 소자로 사용할 수 있게 된다.
또한, 탑 게이트 형식의 전이금속 칼코겐화합물 기반 박막 트랜지스터에 대해서는 더욱 간단한 구조로 센서 어레이 구조를 구현할 수 있게 된다.
또한, 센서 트랜지스터로 소자로 구현된 전이금속 칼코겐화합물 기반 박막 트랜지스터에 대해서는 입사광에 대해 보다 민감한 특성을 가지는 영역의 별도 게이트 전압을 인가할 수 있게 됨으로써 광센서 어레이의 성능을 높일 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전이금속 칼코겐화합물 광센서 어레이 구조의 개략적인 단면도.
도 2는 도 1의 칼코겐 화합물 광센서 어레이 구조의 개략적인 회로도.
도 3은 센서 소자와 스위치 소자의 광특성을 비교한 그래프.
도 4는 3단자 소자와 2 단자 소자의 광전류 특성을 비교한 그래프.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전이금속 칼코겐화합물 광센서 어레이 구조의 개략적인 단면도.
도 6은 도 5의 칼코겐 화합물 광센서 어레이 구조의 개략적인 회로도.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전이금속 칼코겐화합물 광센서 어레이 구조의 개략적인 단면도.
도 8은 도 7의 칼코겐 화합물 광센서 어레이 구조의 개략적인 회로도.
도 9는 액정 디스플레이 백플레인에 디스플레이 트랜지스터와 센서 트랜지스터가 함께 형성된 예가 도시된 도면.
도 10은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전이금속 칼코겐화합물 광센서 어레이 구조의 개략적인 단면도.
도 11은 도 10의 칼코겐 화합물 광센서 어레이 구조의 개략적인 회로도.
도 12는 전이금속 칼코겐화합물 기반 광 트랜지스터의 광전류/다크전류의 비를 도시한 그래프.
도 13은 여러 가지 2차원 전이금속 칼코겐화합물 기반 TFT에 대해 다크 상태와 빛에 노출되었을 전류-전압 특성을 도시한 그래프.
도 2는 도 1의 칼코겐 화합물 광센서 어레이 구조의 개략적인 회로도.
도 3은 센서 소자와 스위치 소자의 광특성을 비교한 그래프.
도 4는 3단자 소자와 2 단자 소자의 광전류 특성을 비교한 그래프.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전이금속 칼코겐화합물 광센서 어레이 구조의 개략적인 단면도.
도 6은 도 5의 칼코겐 화합물 광센서 어레이 구조의 개략적인 회로도.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전이금속 칼코겐화합물 광센서 어레이 구조의 개략적인 단면도.
도 8은 도 7의 칼코겐 화합물 광센서 어레이 구조의 개략적인 회로도.
도 9는 액정 디스플레이 백플레인에 디스플레이 트랜지스터와 센서 트랜지스터가 함께 형성된 예가 도시된 도면.
도 10은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전이금속 칼코겐화합물 광센서 어레이 구조의 개략적인 단면도.
도 11은 도 10의 칼코겐 화합물 광센서 어레이 구조의 개략적인 회로도.
도 12는 전이금속 칼코겐화합물 기반 광 트랜지스터의 광전류/다크전류의 비를 도시한 그래프.
도 13은 여러 가지 2차원 전이금속 칼코겐화합물 기반 TFT에 대해 다크 상태와 빛에 노출되었을 전류-전압 특성을 도시한 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전이금속 칼코겐화합물 광센서 어레이 구조의 개략적인 단면도이고, 도 2는 도 1의 칼코겐 화합물 광센서 어레이 구조의 개략적인 회로도이다.
도 1에는 동일한 반도체 물질을 사용하면서 광에 대한 민감도를 다르게 구현하기 위해, 바텀게이트(Bottom Gate) TFT 구조의 전이금속 칼코겐화합물 기반 박막 트랜지스터 어레이 구조에서 센서 영역은 광에 직접 노출시키고 스위치 영역상에는 불투명 전극을 형성한 예가 도시되어 있다.
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 3은 센서 소자와 스위치 소자의 광특성을 비교한 그래프이다.
광센서로서, 다이오드와 같은 2단자 소자를 고려할 수도 있겠지만, 트랜지스터와 같은 3단자 소자가 광특성이 훨씬 우수하며, 이는 2단자 소자와의 광특성 비교시 더욱 명확하게 확인할 수 있다. 도 4는 3단자 소자와 2 단자 소자의 광전류 특성을 비교한 그래프이다. 도 4에서 좌측은 TFT 구조의 센서의 광에 대한 특성이고, 우측은 2단자 소자의 광전류 특성이다.
도 1 및 도 2에서, 전이금속 칼코겐화합물 광센서 어레이 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.
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 칼코겐화합물의 제 1 채널 영역(116), 및 에치 스토퍼(etch stopper; 118)를 포함하고 있다.
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 칼코겐화합물의 제 2 채널 영역(126), 및 에치스토퍼(128)를 포함한다.
도 1에서 박막 트랜지스터(110, 120)의 채널 영역(116, 126) 상에 에치 스토퍼(118, 128)가 형성되어 있지만, 다른 실시예에서는 에치 스토퍼(118, 228)는 포함되지 않을 수도 있다.
차광부(130)는 제 1 박막 트랜지스터(110)와 제 2 박막 트랜지스터(120) 중 스위치 소자로 설정된 트랜지스터(110)의 채널 영역으로 입사되는 광을 차단하고 센서 소자(120)로 설정된 트랜지스터의 채널 영역으로 입사되는 광을 통과시킨다.
도 1 및 도 2에서 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.
이와 같은 구성에 의하면, 고감도 광반응 특성 및 전방위 가시광 반응성 등의 우수한 특성을 가지는 전이금속 칼코겐화합물 기반 박막 트랜지스터들을 광센서 소자와 스위치 소자로 각각 구현함으로써, 우수한 특성을 가지면서도 제작 효율이 뛰어난 광센서 어레이 구조를 제작할 수 있게 된다.
차광부(130)는 스위치 소자로 설정된 트랜지스터 채널 영역(116) 물질층상에 형성된 불투명 물질층(132)을 포함한다. 이러한 구성에 의하면, 전이금속 칼코겐화합물 기반 박막 트랜지스터의 채널 영역에 입사되는 광을 용이하게 선택적으로 차단할 수 있게 된다.
도 1에 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.
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, 보다 안정적인 특성을 위해 도 2에 도시된 바와 같이 접지(GND) 상태로 구현하는 것이 일반적일 것이다.
또한, 차광부(130)는 센서 소자로 설정된 트랜지스터 채널 영역(126) 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(126) 물질층 사이에 형성된 절연 물질층(138)을 포함할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 형성된 전극 물질층에 인가된 전압을 이용하여 센서 트랜지스터의 특성 변화를 시도할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전이금속 칼코겐화합물 광센서 어레이 구조의 개략적인 단면도이고, 도 6은 도 5의 전이금속 칼코겐화합물 광센서 어레이 구조의 개략적인 회로도이다. 도 5에는 바텀게이트(Bottom Gate) TFT 구조의 전이금속 칼코겐화합물 기반 박막 트랜지스터 어레이 구조에서 센서 영역 상에는 투명 전극이, 스위치 영역상에는 불투명 전극이 각각 형성된 예가 도시되어 있다.
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 칼코겐화합물 기반 박막 트랜지스터들을 선택적으로 센서 또는 스위치 소자로 사용할 수 있게 된다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전이금속 칼코겐화합물 광센서 어레이 구조의 개략적인 단면도이고, 도 8은 도 7의 칼코겐 화합물 광센서 어레이 구조의 개략적인 회로도이다. 도 7에는 바텀게이트(Bottom Gate) TFT 구조의 전이금속 칼코겐화합물 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.
도 9는 액정 디스플레이 백플레인에 디스플레이 트랜지스터와 센서 트랜지스터가 함께 형성된 예가 도시된 도면이다. 전이금속 칼코겐화합물 반도체 기반의 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT) 형태의 소자는 광의 노출 유무에 따라 스위치와 센서의 기능을 수행할 수 있고, 도 9에서 확인할 수 있는 바와 같이 디스플레이 백플레인(back plane)의 TFT와 함께 형성할 수도 있다. 이 소자들을 양방향 디스플레이에 구현하고자 할 시에 도 9에 도시된 위치에 구현할 수 있다.
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 칼코겐화합물 기반 박막 트랜지스터에 대해서는 더욱 간단한 구조로 센서 어레이 구조를 구현할 수 있게 된다.
도 10은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전이금속 칼코겐화합물 광센서 어레이 구조의 개략적인 단면도이고, 도 11은 도 10의 칼코겐 화합물 광센서 어레이 구조의 개략적인 회로도이다. 도 10에는 탑 게이트(TOP Gate) TFT 구조의 전이금속 칼코겐화합물 기반 박막 트랜지스터 어레이 구조의 게이트 전극이 센서 영역에는 상측에 투명 전극으로 형성되고, 스위치 영역 상측에는 불투명 전극으로 형성된 예가 도시되어 있다.
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 2, 도 6, 도 8, 도 11에서 센서 소자와 스위치 소자는 게이트 소자는 서로 다른 전압 공급 라인에 연결되어 있는 것을 확인할 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 센서 트랜지스터로 소자로 구현된 전이금속 칼코겐화합물 기반 박막 트랜지스터에 대해서는 입사광에 대해 보다 민감한 특성을 가지는 영역의 게이트 전압을 인가할 수 있게 됨으로써 광센서 어레이의 성능을 높일 수 있게 된다.
박막 트랜지스터 기반의 센서 어레이를 구현함에 있어서, 센서 픽셀을 이루는 센서와 스위치소자는 빛에 노출되었을 시에 빛에 대한 민감도가 달라야 한다. 그런데, 전이금속 칼코겐화합물 기반 광 트랜지스터는 다크상태의 오프 전류 상태영역(음의전압인가)에서 빛에 노출되었을 때, 높은 광전류/다크전류 비를 나타낸다. 도 12는 전이금속 칼코겐화합물 기반 광 트랜지스터의 광전류/다크전류의 비를 도시한 그래프이다.
이에 따라, 센서 소자는 광전류/다크전류 비가 높은 음의 전압 영역에서, 스위치 소자는 광전류/다크전류 비가 낮은 양의 전압 영역에서 게이트 전압을 인가한다.
이와 같은 게이트 전압 인가 영역은 채널 영역을 형성하는 전이금속 칼코겐화합물의 종류에 따라 차이가 있는데, 어레이 구현시 트랜지스터 채널 영역 물질에 따라 다른 게이트 전압을 인가할 수 있다. 도 13은 여러 가지 2차원 전이금속 칼코겐화합물 기반 TFT에 대해 다크 상태와 빛에 노출되었을 전류-전압 특성을 도시한 그래프이다.
본 발명은 2차원 전이금속 칼코겐화합물 물질(예, MoS2, WS2, MoSe2, WSe2, 등등) 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.
2차원 전이금속 칼코겐화합물 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.
낮은 에너지 밴드 갭 (1.3-1.8eV)을 갖는 전이금속 칼코겐화합물은 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.
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.
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.
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
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
Claims (8)
- 제 1 소스 전극, 제 1 드레인 전극, 및 상기 제 1 소스 전극과 상기 제 1 드레인 전극 사이에 형성된 전이금속 칼코겐화합물의 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 칼코겐화합물의 제 2 채널 영역을 포함하는 제 2 박막 트랜지스터; 및
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 차광부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전이금속 칼코겐화합물 기반 광센서 어레이 구조.
- 제 1항에 있어서,
상기 차광부는 상기 스위치 소자로 설정된 트랜지스터 채널 영역 물질층상에 형성된 불투명 물질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전이금속 칼코겐화합물 광센서 어레이 구조.
- 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 칼코겐화합물 광센서 어레이 구조.
- 제 2항에 있어서,
상기 차광부는 상기 센서 소자로 설정된 트랜지스터 채널 영역 물질층상에 형성된 투명 물질층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전이금속 칼코겐화합물 광센서 어레이 구조.
- 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 칼코겐화합물 광센서 어레이 구조.
- 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 칼코겐화합물 광센서 어레이 구조.
- 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 칼코겐화합물 광센서 어레이 구조.
- 제 1항에 있어서,
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 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전이금속 칼코겐화합물 광센서 어레이 구조.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160053286A KR20170123938A (ko) | 2016-04-29 | 2016-04-29 | 전이금속 칼코겐화합물 기반 광센서 소자 어레이 구조 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160053286A KR20170123938A (ko) | 2016-04-29 | 2016-04-29 | 전이금속 칼코겐화합물 기반 광센서 소자 어레이 구조 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20170123938A true KR20170123938A (ko) | 2017-11-09 |
Family
ID=60385489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160053286A KR20170123938A (ko) | 2016-04-29 | 2016-04-29 | 전이금속 칼코겐화합물 기반 광센서 소자 어레이 구조 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20170123938A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113933266A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-01-14 | 北京大学 | 传感元件及传感器 |
-
2016
- 2016-04-29 KR KR1020160053286A patent/KR20170123938A/ko unknown
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113933266A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-01-14 | 北京大学 | 传感元件及传感器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106684103B (zh) | 阵列基板、显示面板及显示装置 | |
| US8619208B2 (en) | Display and method for manufacturing display | |
| US9576992B2 (en) | Light-sensing apparatuses, methods of driving the light-sensing apparatuses, and optical touch screen apparatuses including the light-sensing apparatuses | |
| US8368068B2 (en) | Display with photo sensor and manufacturing method thereof | |
| US7462863B2 (en) | Thin film phototransistor, active matrix substrate using the phototransistor, and image scanning device using the substrate | |
| JP5143514B2 (ja) | 表示装置及び表示装置の製造方法 | |
| US9471182B2 (en) | Semiconductor device having sensor circuits with amplifier circuits and light-receiving elements | |
| US20150200213A1 (en) | Semiconductor device and touch panel | |
| US10490593B2 (en) | Active matrix image sensing device | |
| JP2020512678A (ja) | 半導体デバイス、アレイ基板及び半導体デバイスの製造方法 | |
| WO2014153864A1 (zh) | 阵列基板及其制造方法和显示装置 | |
| US11239270B2 (en) | TFT photodetector integrated on display panel | |
| US11349044B2 (en) | Photodetection film, photodetection sensor and photodetection display apparatus including the photodetection film, and method of making the photodetection film | |
| EP2639838B1 (en) | Photosensing transistor for optical touch screen device and method of manufacturing the photosensing transistor | |
| US11637215B2 (en) | Pin/pin stacked photodetection film and photodetection display apparatus | |
| US7915648B2 (en) | Light-receiving element and display device | |
| KR20230029675A (ko) | 표시 장치 및 전자 기기 | |
| CN109860328B (zh) | 光传感器及其制作方法和显示装置 | |
| KR20170123938A (ko) | 전이금속 칼코겐화합물 기반 광센서 소자 어레이 구조 | |
| KR20170123517A (ko) | 전이금속 이황화몰리브덴 기반 광센서 소자 어레이 구조 | |
| CN112673240A (zh) | 光电检测电路、光电检测装置以及电子装置 | |
| KR20170123929A (ko) | 전이금속 이셀레니드몰리브덴 기반 광센서 구동 방법 | |
| KR101036498B1 (ko) | 터치스크린 내장형 전자영동 표시장치 | |
| US20200201095A1 (en) | Liquid crystal display device | |
| KR20170123936A (ko) | 전이금속 이황화텅스텐 기반 광센서 구동 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| N231 | Notification of change of applicant |