TW202349693A - 感測裝置 - Google Patents

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廖建智
許行遠
陳柏仰
姚怡安
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群創光電股份有限公司
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Abstract

本揭露提供了一種感測裝置，其包括一感測電路以及一感測元件，電性連接到感測電路。感測元件包括一第一半導體層、一第二半導體層以及一本質半導體層，設置在第一半導體層與第二半導體層之間。第一半導體層和第二半導體層的其中一者為P型半導體層，第一半導體層和第二半導體層的其中另一者為N型半導體層。第一半導體層與第二半導體層在一投影方向上的重疊面積小於本質半導體層在投影方向上的面積。

Description

感測裝置
本揭露涉及一種感測裝置，特別是涉及一種包括光電二極體元件的感測裝置。
現有的光學式指紋辨識感測器中可包括光電二極體作為感測元件。為了改善指紋成像的對比度，可將光電二極體陣列化以降低其電容，進而放大光電流宣洩光電二極體在積分期間所儲存的電壓的能力。然而，將光電二極體陣列化後可能導致漏電流上升，進而造成光學式指紋辨識感測器的指紋成像不佳或無法成像等問題。因此，如何改善光學式指紋辨識感測器的靈敏度或提高指紋成像的對比度對於本領域來說仍是一項重要的議題。
在一些實施例中，本揭露提供了一種感測裝置。感測裝置包括一感測電路以及電性連接到感測電路的一感測元件。感測元件包括一第一半導體層、一第二半導體層以及設置在第一半導體層與第二半導體層之間的一本質半導體層。第一半導體層和第二半導體層的其中一者為P型半導體層，第一半導體層和第二半導體層的其中另一者為N型半導體層。第一半導體層與第二半導體層在一投影方向上的重疊面積小於本質半導體層在投影方向上的面積。
在一些實施例中，本揭露提供了一種感測裝置。感測裝置包括一感測電路以及電性連接到感測電路的一感測元件。感測元件包括一第一半導體層、一第二半導體層以及設置在第一半導體層與第二半導體層之間的一本質半導體層。第一半導體層與第二半導體層的其中一者為P型半導體層，第一半導體層與第二半導體層的其中另一者為N型半導體層。第一半導體層與第二半導體層的至少一者包括複數個子層，複數個子層彼此分離，且本質半導體層連續性地設置在第一半導體層與第二半導體層之間。
通過參考以下的詳細描述並同時結合附圖可以理解本揭露，須注意的是，為了使讀者能容易瞭解及為了附圖的簡潔，本揭露中的多張附圖只繪出電子裝置的一部分，且附圖中的特定元件並非依照實際比例繪圖。此外，圖中各元件的數量及尺寸僅作為示意，並非用來限制本揭露的範圍。
本揭露通篇說明書與所附的申請專利範圍中會使用某些詞彙來指稱特定元件。本領域技術人員應理解，電子設備製造商可能會以不同的名稱來指稱相同的元件。本文並不意在區分那些功能相同但名稱不同的元件。
在下文說明書與申請專利範圍中，「含有」與「包括」等詞為開放式詞語，因此其應被解釋為「含有但不限定為…」之意。
應了解到，當元件或膜層被稱為「設置在」另一個元件或膜層「上」或「連接到」另一個元件或膜層時，它可以直接在此另一元件或膜層上或直接連接到此另一元件或膜層，或者兩者之間存在有插入的元件或膜層(非直接情況)。相反地，當元件被稱為「直接」在另一個元件或膜層「上」或「直接連接到」另一個元件或膜層時，兩者之間不存在有插入的元件或膜層。當元件或膜層被稱為「電連接」到另一個元件或膜層時，其可解讀為直接電連接或非直接電連接。本揭露中所敘述之電連接或耦接皆可以指直接連接或間接連接，於直接連接的情況下，兩電路上組件的端點直接連接或以一導體線段互相連接，而於間接連接的情況下，兩電路上組件的端點之間具有開關、二極體、電容、電感、電阻、其他適合的組件、或上述組件的組合，但不限於此。
雖然術語「第一」、「第二」、「第三」…可用以描述多種組成元件，但組成元件並不以此術語為限。此術語僅用於區別說明書內單一組成元件與其他組成元件。申請專利範圍中可不使用相同術語，而依照申請專利範圍中元件宣告的順序以第一、第二、第三…取代。因此，在下文說明書中，第一組成元件在申請專利範圍中可能為第二組成元件。
另外，任兩個用來比較的數值或方向，可存在著一定的誤差。術語「大約」、「等於」、「相等」或「相同」、「實質上」或「大致上」一般解釋為在所給定的值的正負20%範圍以內，或解釋為在所給定的值的正負10%、正負5%、正負3%、正負2%、正負1%或正負0.5%的範圍以內。
除非另外定義，在此使用的全部用語(包含技術及科學用語)具有與本揭露所屬技術領域的技術人員通常理解的相同涵義。能理解的是，這些用語例如在通常使用的字典中定義用語，應被解讀成具有與相關技術及本揭露的背景或上下文一致的意思，而不應以一理想化或過度正式的方式解讀，除非在本揭露實施例有特別定義。
本揭露的電子裝置可例如包括感測裝置、顯示裝置、發光裝置、天線裝置、觸控電子裝置（touch display）、曲面電子裝置(curved display)或非矩形電子裝置(free shape display)，但不以此為限。電子裝置中的電子元件可包括被動元件與主動元件，例如包括電容、電阻、電感、二極體、電晶體等。二極體可例如包括發光二極體或光電二極體。電子裝置可例如為可彎折或可撓式電子裝置，但不限於此。感測裝置可例如為用於偵測電容變化、光線、熱能或超聲波的感測裝置，但不以此為限。顯示裝置可例如包括發光二極體、螢光材料(fluorescent material)、磷光(phosphor)材料、其它合適的顯示介質、或前述之組合，但不以此為限。發光二極體可例如包括有機發光二極體(organic light emitting diode，OLED)、次毫米發光二極體(mini LED)、微發光二極體(micro LED)或量子點發光二極體(quantum dot, QD，可例如為QLED、QDLED )或其他適合之材料或上述材料的任意排列組合，但不以此為限。顯示裝置可例如包括拼接顯示裝置，但不以此為限。天線裝置可例如是液晶天線，但不以此為限。此外，電子裝置的外型可例如為矩形、圓形、多邊形、具有彎曲邊緣的形狀、曲面(curved)或其他適合的形狀。電子裝置可以具有驅動系統、控制系統、光源系統、層架系統…等周邊系統。需注意的是，電子裝置可為前述之任意排列組合，但不以此為限。下文將以感測裝置做為電子裝置以說明本揭露內容，但本揭露不以此為限，且下文中的感測裝置仍可包括前述的至少一裝置。
本揭露的感測裝置可包括觸控感測器、天線、指紋感測器、其他適合的感測器或上述類型的感測器的組合。此外，感測裝置可應用到任何適合的電子裝置，例如顯示裝置、天線裝置或拼接裝置，但不以此為限。例如，當感測裝置被應用到顯示裝置時，感測裝置可整合到顯示裝置中的像素電路，但不以此為限。以下將以感測裝置包括指紋辨識感測器為例說明本揭露內容，但本揭露並不以此為限。
請參考圖1，圖1為本揭露第一實施例的感測裝置的等效電路圖。感測裝置100可包括光學式指紋辨識感測器，如圖1所示，感測裝置100可包括感測電路SC以及感測元件SE，其中感測元件SE可電性連接到感測電路SC。感測電路SC可包括第一電晶體T1、第二電晶體T2和第三電晶體T3，但不以此為限。第一電晶體T1、第二電晶體T2和第三電晶體T3可各自包括任何適合類型的電晶體，例如底閘極(bottom gate)電晶體、頂閘極(top gate)電晶體、雙閘極(double gate)電晶體或上述電晶體的組合，但不以此為限。根據本實施例，第一電晶體T1可作為感測電路SC中的重置元件，其閘極可被提供一重置電壓VR，源極可被提供一工作電壓VD，而汲極可電性連接到感測元件SE；第二電晶體T2可作為感測電路SC中的放大元件，其閘極可電性連接到具有一輸入電壓VI的節點ND，而汲極可電性連接到第三電晶體T3的源極；第三電晶體T3可作為感測電路SC中的開關元件，其閘極可被提供一開關電壓VS，而汲極可電性連接到一訊號輸出線(圖未示)，並可具有一輸出電壓VO，但不以此為限。重置電壓VR、工作電壓VD以及開關電壓VD可根據設計需求具有任何適合的電壓值。根據本實施例，感測元件SE可包括光電二極體，例如非晶矽光電二極體、多晶矽光電二極體、單晶矽光電二極體或其他適合的元件，但不以此為限。感測元件SE可具有一偏壓VB，其中偏壓VB相較於其他電壓源(如重置電壓VR、工作電壓VD以及開關電壓VD)可具有低準位。例如，偏壓VB可大致上接地(grounded)，但不以此為限。
根據本實施例，使用感測裝置100進行指紋辨識的過程可例如包括以下步驟。首先，可進行一重置步驟，提供重置電壓VR開啟第一電晶體T1(重置元件)，並藉由工作電壓VD將節點ND的輸入電壓VI提升至高準位(high level)。接著，可進行一積分步驟，藉由感測元件SE宣洩節點ND的電壓(即輸入電壓VI)。具體來說，可藉由感測元件SE的光電流宣洩輸入電壓VI，其中光電流可為感測元件SE接收光線所產生的電流，而在無光線下，感測元件SE則產生漏電流LC。感測元件SE所產生的光電流可因其所接收的光線量不同而改變。當感測元件SE接收的光線量不同時，輸入電壓VI可以不同程度宣洩，使得節點ND在積分步驟結束後可具有不同電壓。例如，當感測元件SE分別對應到指紋的波谷或波峰時，輸入電壓VI可具有不同的宣洩程度，使得節點ND在積分步驟結束後可餘留不同的輸入電壓VI。在積分步驟結束後，可進行一輸出步驟，提供開關電壓VS開啟第三電晶體T3(開關元件)，並藉由第二電晶體T2(放大元件)以及其他適合的電子元件將節點ND的輸入電壓VI複製到輸出電壓VO，以通過訊號輸出線將積分步驟後的輸入電壓VI的電訊號傳遞至處理單元(圖未示)。接著，可藉由處理單元分析電訊號，進而獲得指紋圖像資訊。
須注意的是，圖1所示的感測電路SC的電路設計僅為示例性的，本揭露並不以此為限。在一些實施例中，感測電路SC可依據產品設計需求而包括任何適合的電路設計。下文將詳述本揭露各實施例的感測元件SE的結構，而本實施例的感測電路SC的結構可應用到下述各實施例中，故之後不再贅述。
請參考圖2到圖4，圖2為本揭露第一實施例的感測裝置的局部剖視示意圖，其主要繪示了感測元件的剖視結構，圖3為本揭露第一實施例的感測元件的立體示意圖，圖4為本揭露第一實施例的感測元件的底視示意圖。如圖2到圖4所示，感測元件SE可包括第一半導體層S1、第二半導體層S2以及設置在第一半導體層與第二半導體層之間的本質半導體層IN，其中第二半導體層S2可設置在第一半導體層S1上。第一半導體層S1和第二半導體層S2的其中一者可為P型半導體層，而第一半導體層S1和第二半導體層S2的其中另外一者可為N型半導體層。感測元件SE的製程順序(即，由下至上的疊構)可依序為第一半導體層S1、本質半導體層IN、第二半導體層S2。在本實施例中，如圖2所示，第一半導體層S1可為N型半導體層，第二半導體層S2可為P型半導體層，而漏電流LC可從第一半導體層S1流向第二半導體層S2，但不以此為限。在一些實施例中，第一半導體層S1可為P型半導體層，第二半導體層S2可為N型半導體層，而漏電流LC可從第二半導體層S2流向第一半導體層S1。
如圖2所示，感測電路SC還可包括電連接到感測元件SE的第一電極E1和第二電極E2。具體來說，第二電極E2可電性連接到感測元件SE的第一半導體層S1，而第一電極E1可電性連接到感測元件SE的第二半導體層S2。換言之，第一電極E1可為上電極，而第二電極E2可為下電極，但不以此為限。此外，第一電極E1可電連接到偏壓VB，而第二電極E2可電連接到輸入電壓VI，藉此使感測元件SE電連接於感測電路SC，但不以此為限。根據感測裝置100的應用需求，感測電路SC可電性連接到任何適合的外部電子元件。據此，感測元件SE可通過感測電路SC電性連接到外部電子元件，進而提供感測功能。例如，感測裝置100可應用到顯示裝置作為指紋辨識感測器，而感測裝置100的感測電路SC可整合進顯示裝置的電路層中。使用感測元件SE進行光感測時，光線可例如(但不限於)從感測元件SE靠近上電極(例如第一電極E1)的一側進入感測元件SE。在此情形下，第一電極E1可例如包括透明導電材料，例如氧化銦錫(indium tin oxide，ITO)、氧化銦鋅(indium zinc oxide，IZO)或其他適合的透明導電材料。此外，第二電極E2可包括任何適合的導電材料，其中第二電極E2所包括的導電材料可例如具有遮光效果，藉此降低光線從第二電極E2處射入以影響感測元件SE的可能性。例如，第二電極E2可包括金屬材料，但不以此為限。下述各實施例中第一電極E1和第二電極E2的材料特徵可參考上述內容，故之後不再贅述。在一些實施例中，當光線從感測元件SE靠近第二電極E2的一側進入感測元件SE時，第二電極E2可包括透明導電材料。須注意的是，因應製程的公差，圖2中第一電極E1接觸於第二半導體層S2的部分與第二半導體層S2的側邊之間可具有間距，其中該間距可例如為小於0.5微米(μm)，但不以此為限。在一些實施例中，第一電極E1接觸於第二半導體層S2的部分在感測裝置100的俯視方向(即方向-Z，以下不再贅述)上可大致上對齊於第二半導體層S2的側邊。
此外，雖然圖2示出了第一半導體層S1和第二半導體層S2的側邊對齊於本質半導體層IN的側邊的結構，但本實施例並不以此為限。在一些實施例中，第一半導體層S1和/或第二半導體層S2的側邊相較於本質半導體層IN的側邊可內縮，即第一半導體層S1和/或第二半導體層S2的側邊與本質半導體層IN的側邊之間可具有間距。藉由使第一半導體層S1和/或第二半導體層S2的側邊內縮於本質半導體層IN的側邊，可減少第一半導體層S1和第二半導體層S2在方向Z上的重疊面積，進而降低塊材漏電流BLC的大小。
根據本實施例，感測元件SE的第一半導體層S1可包括陣列結構或不連續結構。具體來說，第一半導體層S1可包括複數個子層SL，其中該些子層SL在感測裝置100的俯視方向上可彼此分離，但不以此為限。例如，如圖3所示(並可同時參考圖4)，在單一感測元件SE中，第一半導體層S1的複數個子層SL在Z方向觀之可各自獨立設置且彼此分離。須注意的是，圖3所示的感測元件SE的結構僅為示例性的，而感測元件SE的實際結構並不以圖3所示為限。第一半導體層S1的子層SL可例如藉由將第一半導體層S1圖案化所形成。此外，在本實施例中，本質半導體層IN可為一連續膜層，即本質半導體層IN可整面設置在第一半導體層S1上，並可填入子層S1之間的空隙GP。第二半導體層S2可例如為一連續膜層，設置在本質半導體層IN上，但不以此為限。換言之，本質半導體層IN可連續性地設置在第一半導體層S1和第二半導體層S2之間。上述的“本質半導體層IN連續性地設置在第一半導體層S1和第二半導體層S2之間”可表示本質半導體層IN覆蓋第一半導體層S1的複數個子層SL，或是本質半導體層IN跨過複數個子層SL設置，亦即在單一感測元件SE中的本質半導體層IN為一完整連續的膜層而不會互相分離，但不以此為限。
根據本實施例，由於第一半導體層S1可被圖案化並形成複數個子層SL，第一半導體層S1與第二半導體層S2在投影方向上的重疊面積可小於本質半導體層IN在投影方向上的面積。上述的“投影方向”可為感測裝置100的俯視方向，即方向-Z(下述的投影方向可指方向-Z，故不再贅述)。換言之，第一半導體層S1與第二半導體層S2的重疊部分的投影面積可小於本質半導體層IN的投影面積。具體來說，如圖2和圖4所示，由於第一半導體層S1的至少一部分被移除以形成互相分離或彼此之間有間隔的子層SL，因此，第一半導體層S1與第二半導體層S2在投影方向上的重疊面積AR可由第一半導層S1的子層SL所定義，或是說，重疊面積AR可為子層SL在投影方向上的面積A1的總和，使得重疊面積AR可小於本質半導體層IN在投影方向上的面積A2。此外，由於本實施例的第一電極E1與第二半導體層S2的側邊之間可具有間距，第一電極E1與第二半導體層S2的接觸面積A3可小於本質半導體層IN在投影方向上的面積A2。需注意的是，雖然圖2和圖4示出了第一半導體層S1的子層SL具有相同尺寸的結構，但本實施例並不以此為限。在一些實施例中，子層SL可各自具有不同的形狀或尺寸，而子層SL在投影方向上的面積A1可彼此不同。
除了上述的元件和/或膜層外，感測裝置100還可包括絕緣層INL，其中絕緣層INL可圍繞感測元件SE，但不以此為限。絕緣層INL可包括任何適合的絕緣材料，本揭露並不以此為限。
如上文所述，感測元件SE可包括光電二極體，並可具有漏電流LC。在本實施例中，如圖2所示，感測元件SE(光電二極體)的漏電流LC可包括塊材漏電流BLC以及邊緣漏電流ELC。塊材漏電流BLC可產生於第一半導體層S1與第二半導體層S2之間，而塊材漏電流BLC的值可與第一半導體層S1與第二半導體層S2在投影方向上的重疊面積呈正向相關，或更進一步可例如為正比關係。邊緣漏電流ELC可產生於感測元件SE與絕緣層INL的異質介面處，例如異質介面HIF。更具體地來說，異質介面HIF可定義為第一半導體層S1、本質半導體層IN以及第二半導體層S2在投影方向上重疊的一部分與絕緣層INL的交界面，但不以此為限。邊緣漏電流ELC的值可與異質介面HIF的面積呈正向相關。換言之，邊緣漏電流ELC的值可受到異質介面HIF的長度與感測元件SE的高度的影響。異質介面HIF的長度可例如為單一異質介面HIF的長度或多個異質介面HIF的長度的總和，但不以此為限。現有的光學式指紋辨識感測器有設計將一個光電二極體圖案化並形成複數個彼此分離的光電二極體，藉此降低該光電二極體的電容，進而改善指紋成像的對比度。然而，將光電二極體圖案化後會導致光電二極體與絕緣層的介面面積增加，進而增加邊緣漏電流ELC，提高了光電二極體的電壓被邊緣漏電流ELC宣洩的程度，進而導致指紋成像不佳或無法成像等問題。
另一方面，在本實施例中，藉由將感測元件SE的第一半導體層S1圖案化以形成複數個子層SL，可減小第一半導體層S1與第二半導體層S2在投影方向上的重疊面積。據此，可降低感測元件SE的電容以改善指紋成像的對比度，或可降低塊材漏電流BLC的值。此外，在本實施例中，藉由使本質半導體層IN具有連續膜層的設計，可減小感測元件SE與絕緣層INL的異質介面HIF的長度(或面積)，進而減少邊緣漏電流ELC。具體來說，如圖4所示，由於本質半導體層IN可連續性地設置在第一半導體層S1上並填入第一半導體層S1的子層SL的空隙GP中，於-Z方向上，絕緣層INL可僅接觸於子層SL的側邊的一部分(例如側邊L1)，而非子層SL所有的側邊。換言之，在本實施例中，異質介面HIF的長度可為子層SL的側邊L1的長度總和，其可小於子層SL的周長的總和。藉由減少邊緣漏電流ELC，可降低邊緣漏電流ELC對於感測元件SE的感測功能的影響，進而改善指紋成像的對比度。
須注意的是，本揭露的感測裝置並不以上述的感測裝置100為限。在本揭露的感測裝置中，第一半導體層S1與第二半導體層S2的至少一個可包括複數個彼此分離的子層SL，而本質半導體層IN可連續性地設置在第一半導體層S1與第二半導體層S2之間，使得第一半導體層S1與第二半導體層S2在投影方向上的重疊面積小於本質半導體層IN在投影方向上的面積，藉此在降低感測元件SE的電容的情形下減少邊緣漏電流ELC對於感測元件SE的感測功能的影響，進而改善指紋成像的對比度。下文將詳述本揭露其他實施例的內容，為了簡化說明，下述實施例中相同的膜層或元件會使用相同的標註，且其特徵不再贅述，而各實施例之間的差異將會於下文中詳細描述。
請參考圖5和圖6，圖5為本揭露第二實施例的感測裝置的局部剖視示意圖，圖6為本揭露第二實施例的感測元件的立體示意圖。如圖5所示，感測裝置200的感測元件SE可包括第一半導體層S1、第二半導體層S2以及設置在第一半導體層S1與第二半導體層S2之間的本質半導體層IN。根據本實施例，感測元件SE的第二半導體層S2可包括複數個子層SL，其中該些子層SL在感測裝置200的俯視方向上可彼此分離，但不以此為限。例如，如圖6所示，第二半導體層S2的複數個子層SL在方向Z上觀之可各自獨立設置且彼此分離。第一半導體層S1可例如為一連續膜層，但不以此為限。此外，在本實施例中，設置在第一半導體層S1上的本質半導體層IN可為一連續膜層。換言之，本質半導體層IN可連續性地設置在第一半導體層S1和第二半導體層S2之間。由於第二半導體層S2可被圖案化並形成複數個子層SL，第一半導體層S1與第二半導體層S2在投影方向上的重疊面積AR小於本質半導體層IN在投影方向上的面積A2，其中重疊面積AR可為第二半導體層S2的子層SL在投影方向上的面積A1的總和。藉由將感測元件SE的第二半導體層S2圖案化以形成複數個子層SL，可降低感測元件SE的電容以改善指紋成像的對比度，或可降低塊材漏電流的值。此外，藉由使本質半導體層IN包括連續膜層，可降低邊緣漏電流ELC對於感測元件SE的感測功能的影響，進而改善指紋成像的對比度。感測裝置200的絕緣層INL、第一電極E1和第二電極E2的特徵可參考上述第一實施例的內容，故不再贅述。
須注意的是，雖然圖5和圖6示出了第一電極E1切齊於第二半導體層S2的結構，但本實施例並不以此為限。因應製程的公差 ，第一電極E1接觸於第二半導體層S2的部分與第二半導體層S2的側邊之間可具有間距，其中該間距可例如為小於0.5微米(μm)，但不以此為限。此外，在本實施例中，第一半導體層S1和/或第二半導體層S2的側邊相較於本質半導體層IN的側邊可內縮，使二者之間具有間距，並不以圖5和圖6所示的結構為限。如此一來，可減少第一半導體層S1和第二半導體層S2在方向Z上的重疊面積，進而降低塊材漏電流BLC的大小。
請參考圖7和圖8，圖7為本揭露第三實施例的感測裝置的局部剖視示意圖，圖8為本揭露第三實施例的感測元件的立體示意圖。如圖7所示，感測裝置300的感測元件SE可包括第一半導體層S1、第二半導體層S2以及設置在第一半導體層S1與第二半導體層S2之間的本質半導體層IN。根據本實施例，感測元件SE的第一半導體層S1和第二半導體層S2可各自包括複數個子層SL，其中該些子層SL在感測裝置300的俯視方向上可彼此分離，但不以此為限。例如，如圖8所示，第一半導體層S1的子層SL與第二半導體層S2的子層SL在方向Z上可各自獨立設置且彼此分離。此外，在本實施例中，設置在第一半導體層S1上的本質半導體層IN可為一連續膜層。換言之，本質半導體層IN可連續性地設置在第一半導體層S1和第二半導體層S2之間。如圖7所示，由於第一半導體層S1和第二半導體層S2可被圖案化並形成複數個子層SL，第一半導體層S1與第二半導體層S2在投影方向上的重疊面積AR小於本質半導體層IN在投影方向上的面積A2。須注意的是，圖7中重疊面積AR為第一半導體層S1的子層SL的面積A1的總和僅為示例性的，本實施例並不以此為限。在一些實施例中，重疊面積AR可為第二半導體層S1的子層SL的面積的總和。在一些實施例中，第一半導體層S1的子層SL與第二半導體層S2的子層SL可各自具有任何適合的形狀或尺寸，而重疊面積AR可為第一半導體層S1的子層SL與第二半導體層S2的子層SL在投影方向上的重疊部分的總面積。藉由將感測元件SE的第一半導體層S1與第二半導體層S2圖案化以形成複數個子層SL，可降低感測元件SE的電容以改善指紋成像的對比度，或可降低塊材漏電流的值。此外，藉由使本質半導體層IN包括連續膜層，可降低邊緣漏電流ELC對於感測元件SE的感測功能的影響，進而改善指紋成像的對比度。感測裝置300的絕緣層INL、第一電極E1和第二電極E2的特徵可參考上述第一實施例的內容，故不再贅述。
須注意的是，雖然圖7和圖8示出了第一電極E1切齊於第二半導體層S2的結構，但本實施例並不以此為限。因應製程的公差 ，第一電極E1接觸於第二半導體層S2的部分與第二半導體層S2的側邊之間可具有間距，其中該間距可例如為小於0.5微米(μm)，但不以此為限。此外，在本實施例中，第一半導體層S1和/或第二半導體層S2的側邊相較於本質半導體層IN的側邊可內縮，使二者之間具有間距，並不以圖7和圖8所示的結構為限。如此一來，可減少第一半導體層S1和第二半導體層S2在方向Z上的重疊面積，進而降低塊材漏電流BLC的大小。
請參考圖9，圖9為本揭露第四實施例的感測裝置的局部剖視示意圖。圖9所示的感測裝置400與圖5所示的感測裝置200主要的差異之一在於第一電極E1的設計。相較於圖5所示的第一電極E1，本實施例的第一電極E1可設計為向內縮以遠離第二半導體層S2的側邊ED1，而第二半導體層S2的側邊ED1切齊於本質半導體層IN的側邊ED4，因此第一電極E1和第二半導體層S2接觸的部分的外側邊與本質半導體層IN的側邊ED4之間可具有一間距D1，其中間距D1可至少大於或等於1微米(D1≧1μm)，但不以此為限。換言之，第一電極E1與第二半導體層S2接觸的部分可不對齊於本質半導體層IN的側邊ED4。間距D1的數值可根據產品設計需求而具有任何適合的設計。本實施例中第一電極E1相較於第二半導體層S2的側邊ED1內縮的設計可應用到上述各實施例中。例如，圖2所示的第一電極E1可設計為向內縮以遠離第二半導體層S2的側邊ED1，使得第一電極E1與第二半導體層S2的接觸面積A3可小於本質半導體層IN在投影方向上的面積A2。藉由使第一電極E1遠離本質半導體層IN的側邊ED4或是與側邊ED4具有一特定的距離(即間距D1)，可降低邊緣漏電流ELC對於感測元件SE的感測功能的影響，進而改善指紋成像的對比度。此外，在投影方向上，本實施例中的絕緣層INL可局部覆蓋部分子層SL的外側，以達到減少第一電極E1與第二半導體層S2的接觸面積的目的。須注意的是，雖然圖9示出了感測裝置400包括圖5所示的感測元件SE的結構，但其僅為示例性的，本實施例並不以此為限。在其他實施例中，感測裝置400可包括上述各實施例的感測元件SE。
須注意的是，雖然圖9示出了第一半導體層S1和第二半導體層S2的側邊對齊於本質半導體層IN的側邊ED4的結構，但本實施例並不以此為限。在本實施例中，第一半導體層S1和/或第二半導體層S2的側邊相較於本質半導體層IN的側邊ED4可內縮，使二者之間具有間距，舉例來說，本質半導體層IN的側邊ED4與第二半導體層S2的側邊ED1具有間距，並不以圖9所示的結構為限。如此一來，可減少第一半導體層S1和第二半導體層S2在方向Z上的重疊面積，進而降低塊材漏電流BLC的大小。
請參考圖10，圖10為本揭露第五實施例的感測裝置的局部剖視示意圖。圖10所示的感測裝置500與圖9所示的感測裝置400主要的差異之一在於第二電極E2的設計。相較於圖9所示的第二電極E2，本實施例的第二電極E2可向內縮或是具有較小的投影面積，使得第一半導體層S1可突出於第二電極E2或是包圍第二電極E2的側壁ED2，而第一半導體層S1的側邊ED3切齊於本質半導體層IN的側邊ED4，因此第二電極E2的側邊ED2可與本質半導體層IN的側邊ED4之間可具有一間距D2，但不以此為限。間距D2的數值可根據產品設計需求而具有任何適合的設計，舉例來說，間距D2可以大於或等於1微米(D2≧1μm)，但不以此為限。由於本實施例的第二電極E2向內縮，第二電極E2在投影方向上的面積A4可小於本質半導體層IN在投影方向上的面積A2。藉由使第二電極E2遠離本質半導體層IN的側邊ED4，因此可降低邊緣漏電流ELC對於感測元件SE的感測功能的影響，進一步改善指紋成像的對比度。須注意的是，雖然圖10示出了第一電極E1和第二電極E2皆向內縮的結構，但本實施例並不以為限。在一些實施例中，第一電極E1接觸於第二半導體層S2的一部分可大致上對齊於第二半導體層S2的側邊ED1(如圖5所示)，而第二電極E2可向內縮(如圖10所示)。此外，雖然圖10示出了感測裝置500包括圖5所示的感測元件SE的結構，但其僅為示例性的，本實施例並不以此為限。在一些實施例中，第一半導體層S1的側邊ED3可內縮於第二電極E2的側邊ED2，也就是說，第一半導體層S1的面積在投影方向上的面積小於第二電極E2在投影方向上的面積A4。此外，本質半導體層IN可以包圍第一半導體層S1的側邊ED3及第二電極E2的側邊ED2，但不以此為限。在本實施例中，第二電極E2所包括的導電材料可例如不具有遮光效果，但不以此為限。在其他實施例中，感測裝置500可包括上述各實施例的感測元件SE。
須注意的是，雖然圖10示出了第一半導體層S1和第二半導體層S2的側邊對齊於本質半導體層IN的側邊ED4的結構，但本實施例並不以此為限。在本實施例中，第一半導體層S1和/或第二半導體層S2的側邊相較於本質半導體層IN的側邊ED4可內縮，使二者之間具有間距，舉例來說，本質半導體層IN的側邊ED4與第二半導體層S2的側邊ED1和/或第一半導體層S1的側邊ED3具有間距，並不以圖10所示的結構為限。如此一來，可減少第一半導體層S1和第二半導體層S2在方向Z上的重疊面積，進而降低塊材漏電流BLC的大小。
請參考圖11，圖11為本揭露第六實施例的感測裝置的局部剖視示意圖。如圖11所示，在本實施例中，感測裝置600中的第一半導體層S1的側邊ED3相較於本質半導體層IN的側邊ED4可向內縮，而第一半導體層S1的側邊ED3與本質半導體層IN的側邊ED4之間可具有一間距D3。此外，第二半導體層S2的側邊ED1相較於本質半導體層IN的側邊ED4可向內縮，而第二半導體層S2的側邊ED1與本質半導體層IN的側邊ED4之間可具有一間距D4。根據本實施例，因為製程的公差，間距D3和間距D4可例如小於0.5微米(μm)，但不以此為限。在一些實施例中，間距D3可與間距D4相同。在一些實施例中，間距D3與間距D4可不同。由於第一半導體層S1的側邊ED3和/或第二半導體層S2的側邊ED1可內縮於本質半導體層IN的側邊ED4，可減少第一半導體層S1和第二半導體層S2在方向Z上的重疊面積，進而降低塊材漏電流BLC的大小。本實施例中第一半導體層S1與第二半導體層S2的設計可應用到上述各實施例中。
此外，如圖11所示，本實施例的第二半導體層S2可被圖案化以形成多個子層SL，而電連接到第二半導體層S2的第一電極E1可包括多個突出部PP，分別電連接到子層SL的其中一個，但不以此為限。具體來說，可在第二電極E2上依序形成第一半導體層S1、本質半導體層IN、第二半導體層S2和覆蓋第二電極E2、本質半導體層IN、第二半導體層S2的絕緣層INL後，在絕緣層INL對應到子層SL的部分中形成孔洞VA。之後，可在絕緣層INL上設置第一電極E1，其中第一電極E1可填入孔洞VA並接觸於子層SL，藉此電連接到第二半導體層S2。在本實施例中，第一電極E1和第二半導體層S2接觸的部分的外側邊與本質半導體層IN的側邊ED4之間可具有一間距D1，其中間距D1可至少大於或等於1微米(D1≧1μm)，但不以此為限。根據本實施例，由於第一電極E1可僅部分接觸於第二半導體層S2，可降低第一電極E1對於漏電流(例如邊緣漏電流ELC)的驅動力，進而降低邊緣漏電流ELC對於感測元件SE的感測功能的影響，進而改善指紋成像的對比度。本實施例中第一電極E1的設置方式可應用到上述具有包括多個子層SL的第二半導體層S2的感測裝置中。
請參考圖12，圖12為本揭露第七實施例的感測裝置的局部剖視示意圖。本實施例的感測裝置700的第一電極E1的結構可參考圖11以及上述實施例的內容，故不在贅述。如圖12所示，第一電極E1接觸於第二半導體層S2的一部分與本質半導體層IN的側邊ED4之間可具有間距D1，而第二電極E2的側邊ED2與本質半導體層IN的側邊ED4之間可具有間距D2。根據本實施例，間距D1和間距D2可大於或等於1微米，但不以此為限，在一些實施例中，間距D1可與間距D2相同。在一些實施例中，間距D1可與間距D2不同。由於第一電極E1接觸於第二半導體層S2的一部分與本質半導體層IN的側邊ED4之間的間距D1和/或第二電極E2的側邊ED2與本質半導體層IN的側邊ED4之間的間距D2可大於或等於1微米，可降低邊緣漏電流ELC對於感測元件SE的感測功能的影響，進而改善指紋成像的對比度。此外，在本實施例中，第一半導體層S1和第二半導體層S2相較於本質半導體層IN的側邊ED4可內縮，但不以此為限。
綜上所述，本揭露提供了一種感測裝置，其包括感測電路以及感測元件。感測元件可包括第一半導體層、第二半導體層和設置在第一半導體層與第二半導體層之間的本質半導體層，其中第一半導體層與第二半導體層的至少一個可包括複數個彼此分離的子層，而本質半導體層可連續性地設置在第一半導體層與第一半導體層之間。據此，第一半導體層與第二半導體層在投影方向上的重疊面積可小於本質半導體層在投影方向上的面積，藉此在降低感測元件的電容的情形下減少邊緣漏電流對於感測元件的感測功能的影響，進而改善指紋成像的對比度。此外，電性連接到感測元件的電極可具有尺寸或圖案化的設計，藉此降低電極的電場對於邊緣漏電流的驅動力，進而降低邊緣漏電流的大小。 以上所述僅為本揭露之實施例，凡依本揭露申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本揭露之涵蓋範圍。
100,200,300,400,500,600,700:感測裝置 A1,A2,A3,A4:面積 AR:重疊面積 BLC:塊材漏電流 D1,D2,D3,D4:間距 E1:第一電極 E2:第二電極 ELC:邊緣漏電流 GP:空隙 HIF:異質介面 IN:本質半導體層 INL:絕緣層 L1,ED1,ED2,ED3,ED4:側邊 LC:漏電流 ND:節點 PP:突出部 S1:第一半導體層 S2:第二半導體層 SC:感測電路 SE:感測元件 SL:子層 T1:第一電晶體 T2:第二電晶體 T3:第三電晶體 VA:孔洞 VB:偏壓 VD:工作電壓 VI:輸入電壓 VO:輸出電壓 VR:重置電壓 VS:開關電壓 Z:方向
圖1為本揭露第一實施例的感測裝置的等效電路圖。 圖2為本揭露第一實施例的感測裝置的局部剖視示意圖。 圖3為本揭露第一實施例的感測元件的立體示意圖。 圖4為本揭露第一實施例的感測元件的底視示意圖。 圖5為本揭露第二實施例的感測裝置的局部剖視示意圖。 圖6為本揭露第二實施例的感測元件的立體示意圖。 圖7為本揭露第三實施例的感測裝置的局部剖視示意圖。 圖8為本揭露第三實施例的感測元件的立體示意圖。 圖9為本揭露第四實施例的感測裝置的局部剖視示意圖。 圖10為本揭露第五實施例的感測裝置的局部剖視示意圖。 圖11為本揭露第六實施例的感測裝置的局部剖視示意圖。 圖12為本揭露第七實施例的感測裝置的局部剖視示意圖。
100:感測裝置
A1,A2,A3:面積
AR:重疊面積
BLC:塊材漏電流
E1:第一電極
E2:第二電極
ELC:邊緣漏電流
GP:空隙
HIF:異質介面
IN:本質半導體層
INL:絕緣層
LC:漏電流
S1:第一半導體層
S2:第二半導體層
SC:感測電路
SE:感測元件
SL:子層
Z:方向

Claims (12)

  1. 一種感測裝置，包括： 一感測電路；以及 一感測元件，電性連接到所述感測電路，所述感測元件包括： 一第一半導體層； 一第二半導體層；以及 一本質半導體層，設置在所述第一半導體層與所述第二半導體層之間； 其中，所述第一半導體層與所述第二半導體層的其中一者為P型半導體層，所述第一半導體層與所述第二半導體層的其中另一者為N型半導體層，且所述第一半導體層與所述第二半導體層在一投影方向上的重疊面積小於所述本質半導體層在所述投影方向上的面積。
  2. 根據請求項1所述的感測裝置，其中所述本質半導體層連續性地設置在所述第一半導體層與所述第二半導體層之間。
  3. 根據請求項1所述的感測裝置，其中所述第一半導體層與所述第二半導體層的至少一者包括複數個子層，且所述複數個子層彼此分離。
  4. 根據請求項3所述的感測裝置，其中所述第二半導體層設置在所述第一半導體層上，且所述第一半導體層包括所述複數個子層。
  5. 根據請求項3所述的感測裝置，其中所述第二半導體層設置在所述第一半導體層上，且所述第二半導體層包括所述複數個子層。
  6. 根據請求項1所述的感測裝置，其中所述感測電路還包括一第一電極，電性連接到所述感測元件，其中所述第一電極與所述第二半導體層的接觸面積小於所述本質半導體層在所述投影方向上的面積。
  7. 根據請求項6所述的感測裝置，其中所述第二半導體層設置在所述第一半導體層上，且所述第一電極電性連接到所述第二半導體層。
  8. 一種感測裝置，包括： 一感測電路；以及 一感測元件，電性連接到所述感測電路，所述感測元件包括： 一第一半導體層； 一第二半導體層；以及 一本質半導體層，設置在所述第一半導體層與所述第二半導體層之間； 其中，所述第一半導體層與所述第二半導體層的其中一者為P型半導體層，所述第一半導體層與所述第二半導體層的其中另一者為N型半導體層，所述第一半導體層與所述第二半導體層的至少一者包括複數個子層，所述複數個子層彼此分離，且所述本質半導體層連續性地設置在所述第一半導體層與所述第二半導體層之間。
  9. 根據請求項8所述的感測裝置，其中所述第二半導體層設置在所述第一半導體層上，且所述第一半導體層包括所述複數個子層。
  10. 根據請求項8所述的感測裝置，其中所述第二半導體層設置在所述第一半導體層上，且所述第二半導體層包括所述複數個子層。
  11. 根據請求項8所述的感測裝置，其中所述感測電路還包括一第一電極，電性連接到所述感測元件，其中所述第一電極與所述第二半導體層的接觸面積小於所述本質半導體層在一投影方向上的面積。
  12. 根據請求項11所述的感測裝置，其中所述第二半導體層設置在所述第一半導體層上，且所述第一電極電性連接到所述第二半導體層。
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