TWI778087B - 光檢測器陣列及其製造方法、以及包括光檢測器陣列之成像裝置 - Google Patents

光檢測器陣列及其製造方法、以及包括光檢測器陣列之成像裝置 Download PDF

Info

Publication number
TWI778087B
TWI778087B TW107121741A TW107121741A TWI778087B TW I778087 B TWI778087 B TW I778087B TW 107121741 A TW107121741 A TW 107121741A TW 107121741 A TW107121741 A TW 107121741A TW I778087 B TWI778087 B TW I778087B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
individual
layer
photodetector array
radiation sensitive
disposing
Prior art date
Application number
TW107121741A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201911561A (zh
Inventor
葛溫 H. 吉林克
奧克 J. 克隆尼梅傑
珍 勞倫斯 Ｐ Ｊ 范德史汀
Original Assignee
荷蘭商荷蘭Ｔｎｏ自然科學組織公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 荷蘭商荷蘭Ｔｎｏ自然科學組織公司 filed Critical 荷蘭商荷蘭Ｔｎｏ自然科學組織公司
Publication of TW201911561A publication Critical patent/TW201911561A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI778087B publication Critical patent/TWI778087B/zh

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic radiation-sensitive element covered by group H10K30/00
    • H10K39/30—Devices controlled by radiation
    • H10K39/36—Devices specially adapted for detecting X-ray radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic radiation-sensitive element covered by group H10K30/00
    • H10K39/30—Devices controlled by radiation
    • H10K39/32—Organic image sensors

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

本案提供一光檢測器陣列，包含在一供應線與一共用電極之間的多個像素。個別像素包含一光子輻射敏感元件，其與一切換元件成串聯連接配置，特徵在於該串聯連接更包括一電阻元件。

Description

光檢測器陣列及其製造方法、以及包括光檢測器陣列之成像裝置
本發明係有關一光檢測器陣列。
本發明進一步有關一製造光檢測器陣列之方法。
本發明更有關包括此一光檢測器陣列的一成像裝置。
以薄膜光檢測器為基礎的成像器具有變得非常薄、輕及可撓的潛能。此外，在生產成本上可達成一大幅降低，特別是針對有機光檢測器技術，因為此允許用相對簡單的沉積及處理方法。額外的成本節省可被達成，因為可避免一大面積影像感測器中之有機光檢測器薄膜及其頂電極的一細微間距圖案化。此相較於a-Si二極體可引致一顯著成本節省。
此程序簡易化的缺點在於易有嚴重故障及缺陷。隨著光二極體現在為一大型二極體且由陽極與陰極之間一非常薄(通常小於500 nm)的作用層組成，操作期間突然的故障為主要可靠性及產量問題之一。即使在受控制的無塵室中，微小的缺陷點仍難以避免。某些此等缺陷可能造成突然的電氣短路及/或檢測器之一大部分的故障。形成在此等缺陷區位周圍的洩漏通道可能產生熱，而此增強該區位周圍的電流密度。由於該區位的電阻下降，整個檢測器的電流被集中到該區位，因而降低整個面板的敏感度。或者，缺陷造成缺陷區位與讀出電子器件之間的直接電氣短路，損壞(超敏感的)周邊矽充電感測放大器。
本發明之一目的在於提供一光檢測器陣列，其中上述缺點至少被減輕。本發明之另一目的在於提供製造此一光檢測器陣列的方法。
根據本發明之第一態樣，提供包含在一供應線與一共用電極之間的多個像素之一光檢測器陣列。個別像素包含一光子輻射敏感元件，其與一切換元件成串聯連接配置。此串聯連接更包括一電阻元件。
在此光檢測器陣列中之一光二極體含有一缺陷且此湊巧造成該光二極體之短路的意外情況下，含有此光二極體之像素的電流被限制在薄膜電阻器設計的位準，而因此至少減輕可能對周圍像素造成的損壞。
在一實施例中，電阻元件具有範圍在切換元件於其傳導狀態下之0.05至0.2倍正常電阻值的一電阻值。因此，不僅損壞的風險減輕，還額外地可能造成一像素之光二極體的潛在缺陷影響鄰近像素的特性。特性上的微小改變仍可藉由對所擷取之影像信號施用的影像處理方法來補償。影像處理方法可進一步施用來針對自具有一缺陷光二極體之像素獲得的一影像信號估算一正確值。
切換元件於其傳導狀態下的正常電阻值係定義成電阻值本身設計在傳導狀態下所具有。考量到實際上至少大多數的切換元件將依設計執行，正常電阻值大致等於切換元件於其傳導狀態下之電阻值的平均值或中間值。
在根據第一態樣之光檢測器陣列的一實施例中，電阻元件為一薄膜電阻器。此對於若想要光檢測器陣列具有一小厚度特別有利。針對此目的可有多種選擇來提供一薄膜電阻器。
例如，在一實施例中，各薄膜電阻器係設置在各光子輻射敏感元件之垂直互連區。特別是，此可藉用於電氣連接光子輻射敏感元件與切換元件之一連接器的表面在該垂直互連區被氧化來達成。
在另一實施例中，切換元件之一可控制通道及薄膜電阻器係分別形成在一半導體材料層之一連續部分的一第一及第二區域中，且其中這些區域相互不同摻雜，以提供第一區域之電阻值具有較第二區域在切換元件之一傳導狀態下之電阻值為高、且較第二區域在切換元件之一非傳導狀態下之電阻值為低的一電阻值。
於更一實施例中，電阻元件係形成為具有在該串聯連接的一導電元件中之一限制橫截面的一部分。此限制橫截面可例如為一穿孔穿過一絕緣層的一限制橫截面。一較高的電阻值可透過絕緣層厚度的較大值或橫截面面積的較小值來獲得。一較低的電阻值可透過絕緣層厚度的較小值或橫截面面積的較大值來獲得。替代地，限制橫截面可當作串聯連接中一導線之一寬度的限制部來獲得。一較高的電阻值可透過限制部之長度的一較大值或限制部之寬度的一較小值來獲得。一較低的電阻值可透過該長度的一較小值或該寬度的一較大值來獲得。取代修改寬度，替代地可修改導線之厚度，或此等修改的組合亦為可能。然而，實際上修改寬度較修改厚度來得容易。
在一實施例中，光子輻射敏感元件包括一有機材料構成之一光子輻射敏感層。
於一實施例中，光子輻射敏感元件對X射線輻射敏感。
根據本發明之一第二態樣，提供一成像裝置。此成像裝置包含依據上文呈現之數個實施例之一中例如第一態樣之一光檢測器陣列。其中，光檢測器陣列之供應線係多條供應線中之一者，且個別多個像素係耦合於各供應線與共同電極之間。更特定言之，該等多條供應線為由一個行驅動器驅動的行線。該成像裝置更包含由一個列驅動器驅動的多條列線，且各多個像素之個別像素具有耦合於該等列線中之個別列線之其所屬切換元件的一控制電極。
根據本發明之一第三態樣，提供製造根據第一態樣之光檢測器陣列的方法。
此製造有機光檢測器陣列的方法包含以下步驟：如以下將界定地，設置基體、設置第一疊層體、及設置第二疊層體。
所設置的基體可選擇性包括一絕緣層，取決於基體所用的材料及使用者需求而定。
在設置第一疊層體時，形成至少一供應線及多個切換元件，該等切換元件在該至少一供應線與個別電氣接點之間形成個別可控制導電通道。並且，該第一疊層體形成用以控制該等多個切換元件中之個別切換元件的多條控制線，以控制該至少一供應線與該等個別電氣接點之間的一電氣連接。
在設置包含至少一光子輻射敏感層的第二疊層體時，界定個別光子輻射敏感區位，其在該至少一光子輻射敏感層之一第一側處電氣連接於該等電氣接點中之個別電氣接點。設置該第二疊層體更包括設置一透明導電層，其在該至少一光子輻射敏感層之與該第一側相對立的一第二側上形成一共用電極。
在根據第三態樣之製造方法中，一個別可控制導電路徑係形成在該至少一供應線與該共用電極之間經過個別切換元件及個別光子輻射敏感區位。於根據第三態樣之製造方法中，這些可控制導電路徑係具有個別串聯電阻。
於一範例實施例中，該方法包含在設置第一疊層體之後及在設置第二疊層體之前的兩個額外步驟，即：設置一絕緣材料構成之一第一中間圖案化層，其界定朝向個別接點的個別開口，以及藉由在該等開口內對個別接點施加一表面處理來為可控制導電路徑形成個別串聯電阻。當設置第二疊層體時，第二疊中之一第一層體突伸入個別開口中，以形成一電氣接點，而讓個別接點暴露於其中。
表面處理可包括一氧化步驟，例如包括將所暴露出的接點暴露於電漿。替代地，表面處理可包括在所暴露出的個別接點之頂部上形成自組裝式單層。
於另一範例實施例中，該方法包含在設置第一疊層體之後及設置第二疊層體之前，設置一絕緣材料構成之一第一及第三中間圖案化層，及設置一導電材料構成之一第二中間圖案化層。
此絕緣材料構成之第一中間圖案化層界定朝向該等個別接點的個別開口。
當設置該導電材料構成之第二中間圖案化層時，該導電材料係允許穿過開口且於該等開口內接觸個別接點。因此，該等開口中的第二中間圖案化層之導電材料針對可控制導電路徑形成個別串聯電阻，該串聯電阻由第一中間圖案化層之厚度及開口之橫截面面積所決定。
絕緣材料構成之第三中間圖案化層係設置有朝向第二中間圖案化層延伸的第二開口。當設置該第二疊層體時，包含有第二疊中之一第一層體突伸入該等第二開口中，以與第二中間圖案化層形成個別電氣接點。
在另一實施例中，該方法包含在設置第二疊層體之前，選擇性修改出自該第一疊層體之形成個別可控制導電通道之一標的層的步驟。因此，可達到連接一個別可控制導電通道與該至少一供應線之層的個別部分、及/或該層之連接一個別可控制導電通道與一個別電氣接點的個別部分，相較於個別可控制導電通道，具有一較高的電阻係數。此種修改可被達成，其中標的層係例如藉由氧化、降低大氣壓、電漿處理中之至少一者而進行選擇性摻雜。
於另一實施例中，其中共用電極係為銦鎵鋅氧化物的陽極，該共用電極係藉由在尋求降低電阻的一些區域之外進行H2 摻雜、深UV照射、以Ca為基礎之處理中的一或多者來接受摻雜，以達到共用電極在由光子輻射敏感元件所界定之區域中的一局部電阻值高於共用電極在這些區域之外的電阻值。
以上陳述的任何量測組合可被應用。例如，自供應線經由切換元件及經由光子輻射敏感元件至共用電極之一路徑中的一保護電阻構件，可透過該路徑中各種位置上的二或更多電阻元件之組合來提供，例如在供應線與切換元件間之位置、切換元件與光子輻射敏感元件間之位置、及光子輻射敏感元件與共用電極間之位置的二或更多電阻元件。
圖1概要顯示根據本發明之一實施例之包含一光檢測器陣列1的一成像裝置。此成像裝置更包括一行驅動器6、一列驅動器7、及主要處理單元8。此光檢測器陣列1包含多個像素10ij 。各行像素j連接至由行驅動器6控制的個別行電極4j ，且各列像素i連接至連至列驅動器7的個別列電極5i 。為簡明起見，此範例呈現一成像裝置僅有五列、五行及25個像素配置在光檢測器陣列1中。實際上，可存在實質上更多數目的列、行、及像素，例如在上千個列及行與上百萬個像素之等級。並且，其他配置可被使用取代矩形格柵配置。例如替代地，該等像素可被配置成六角形格柵、或成一極性格柵，此極性格柵具有徑向配置電極而非列電極、與圓形配置電極而非行電極。
圖1A更詳細的示意顯示圖1之實施例的光檢測器陣列1的一像素10ij 的電氣組件。如在此所示，像素10ij 包含一光子輻射敏感元件11ij ，有經由一切換元件20ij 耦合至一供應線、行電極4j 的一第一端子15ij 、及有耦合至一共用電極2的一第二端子25ij 。典型地，光檢測器陣列中的所有像素係連接至此共用電極2，但替代地可想到有數個共用電極，光檢測器陣列1中的各像素子集各一個共用電極。圖1A更顯示切換元件20ij 利用其控制電極23ij 耦合至列電極5i 。
運作時，列驅動器7選擇性地致動其中一列電極，例如列電極5i ，藉此將與其連接的切換元件設定在一傳導狀態，此範例中包括切換元件20ij 。此讓行驅動器6檢測通過其行電極，例如行電極j的電流量。此範例中通過共用電極j的電流表示撞擊到光子輻射敏感元件11ij 上之例如X射線輻射的一輻射強度。主要處理單元8可自行驅動器6接收輸出信號表示所檢測量值。就各像素針對所檢測量值的多個信號表示影像資料。如圖1A中進一步所示，光子輻射敏感元件11ij 的第一端子15ij 係經由一電阻元件30ij 耦合至切換元件20ij 的一第二主要電極22ij 。此電阻元件30ij 可例如具有在切換元件20ij 於其傳導狀態下之正常電阻值之0.05至0.2倍範圍的一電阻值。若在一意外情況下，光子輻射敏感元件11ij 具有缺陷且形成一捷徑，則電阻元件30ij 提供當前光子輻射敏感元件11ij 之一限制，其至少減輕對鄰近像素元件的破壞。電阻元件之一實質較高電阻值，例如高於切換元件20ij 於其傳導狀態下之一正常電阻值之0.4倍，可能無法提供額外保護且可能負面地影響性能。儘管在此實施例中，電阻元件30ij 係配置在光子輻射敏感元件11ij 之第一端子15ij 與切換元件20ij 之間，但一電阻元件可替代地設置在與光子輻射敏感元件11ij 成串聯連接的另一位置上，例如在行線與切換元件之一第一主要電極21ij 之間、或在光子輻射敏感元件11ij 之第二端子25ij 與共用電極2之間。
圖2概要顯示在根據本發明之第一態樣之一實施例中之一光檢測器陣列1的一部分。圖2A顯示根據圖2之IIA-IIA的一橫截面。對應於圖1中那些者的元件，圖1A具有相同參考編號。
在圖2、2A之範例實施例中，光檢測器陣列1係設置在例如玻璃、聚合物或金屬層構成之一基體40上。此基體係設置有一連續絕緣層42，例如一無機絕緣層，諸如由譬如SiO2 或SiN2 的陶瓷材料、或一有機層構成。在具有選擇性連續絕緣層42的基體40上，形成由例如MoCr的金屬或如Al、Cu的另外金屬形成之多條行線，例如4j 、4j+1 。半導體係圖案化以形成自具有例如4j 的行線之一第一接觸位置朝向具有一光學檢測層47之一第二接觸位置延伸的元件。事實上，一光學檢測層47可為單一層或子層堆疊。半導體圖案元件之一區域44A形成切換元件20ij 之一可控制通道。此通道具有第一電極，例如源極電極21ij ，及第二電極，例如源極電極22ij 。由切換元件20ij之閘極絕緣體24ij 所絕緣的一閘極電極23ij分別形成為在一進一步圖案化之金屬層中及在一進一步圖案化之絕緣層中的元件。於所示的實施例中，一進一步圖案化絕緣層45係形成以界定朝向圖案化半導體層44之個別元件的開口。因此，光學檢測層47在這些開口中電氣接觸該等元件。一透明導電層48由銦錫氧化物(ITO)形成而形成共用電極2。此層的透明度可例如為關注波長範圍中的至少50%、至少75%、或至少90%。在一實施例中，一導電格柵係可配置在該透明導電層上。此格柵可例如形成為一金屬線網目，其配置在列傳導體5及行傳導體4上方，以致它們不會封阻像素10ij 。一區域44B係形成在圖案化半導體層44之半導體圖案化元件中，其中區域44A、44B形成一連續部分。區域44B與區域44A摻雜不同。因而，可達到第二區域44B具有較第一區域44A於切換元件20ij 之傳導狀態下之電阻值為高、且較第一區域44A於切換元件20ij 之非傳導狀態下之電阻值為低的一電阻值。
數種方法可用來局部摻雜第一區域以降低其片電阻。該等方法之範例為H2 摻雜、深UV照射、及以Ca為基礎的處理。替代地，可以局部降低一摻雜程度。除控制摻雜量以外或作為替代，可施用標準微影術技術以例如在半導體材料中製造限制部。使用此等方法中之一或多者，薄膜電阻器之實際電阻可被調諧。於數個實施例中，第二區域44B之電阻值係在切換元件20ij 在其傳導狀態下之一正常電阻值之0.05至0.2倍(例如0.1倍)的範圍中。
另一實施例係繪示在圖2B中。對應於圖1、圖1A或圖2中那些者的部件，圖2A具有相同參考編號。於此範例中，薄膜電阻器30ij 係設置在一光子輻射敏感元件之一垂直互連區35ij 中。於所示的實施例中，薄膜電阻器30ij 係設置在垂直互連區35ij 中，其中用以電氣連接光子輻射敏感元件與切換元件之一連接器的一表面43A在該區被氧化。在一實施例中，此為一後處理步驟的部分。例如，在打開一層間介電質之穿孔後，穿孔中所暴露出的金屬係暴露於一氧氣電漿，以使金屬表面氧化。因此，金屬表面的線性電阻可自例如約100 Ohm的數值增加到約30k Ohm至約1M Ohm之範圍的一非線性電阻。
在顯示於圖2C的另一實施例中，一切換元件20ij 及與光子輻射敏感層47之一接點15ij 間的一電氣連接係使用一導電材料構成之一額外圖案化層49來形成。如圖2C中所示，額外圖案化層49係配置在一絕緣材料構成之第一中間圖案化層46的頂部上，該第一中間圖案化層界定朝向層42之個別接點的個別開口46o。此額外圖案化層49為連至接點15ij 之可控制導電路徑形成個別串聯電阻，其由第一中間圖案化層46之厚度及開口46o 之橫截面面積所決定。光子輻射敏感層47於此實施例中經由形成一第二中間圖案化層之圖案化絕緣層50中的開口50o，在該光子輻射敏感層之轉彎處連接至額外圖案化層49。在另一實施例中，光子輻射敏感層47可例如延伸超過圖案化絕緣層50之一邊緣，以接觸第一中間圖案化層46。利用厚度的一較大值或橫截面面積的一較小值，可獲得一較高電阻值。利用厚度的一較小值或橫截面面積的一較大值，可獲得一較低電阻值。
應注意的是，前述實施例並非互不相容。例如，在自供應線經由切換元件及經由光子輻射敏感元件至共用電極的一路徑中之一保護電阻構件，可透過在該路徑之數個位置中的二或更多電阻元件之一組合來提供，例如在供應線與切換元件間之一位置、在切換元件與光子輻射敏感元件間之一位置、及在光子輻射敏感元件與共用電極間之一位置的電阻元件中之二或更多者。
圖3A~圖3I顯示製造根據本發明之一有機光檢測器陣列之方法的一實施例之步驟。此方法包含以下接續步驟。
關聯於此，應注意到的是，「設置一(圖案化)層」一語係欲意指造成特定層的任何步驟或步驟序列。
無機層可透過所有種類的物理氣相沉積方法來提供，諸如熱蒸鍍、電子束蒸鍍、濺鍍、磁濺鍍、反應式濺鍍、反應式蒸鍍等等，且可透過所有種類的化學氣相沉積方法來提供，諸如熱化學氣相沉積(CVD)、光輔助化學氣相沉積(PACVD)、電漿增強化學氣相沉積(PECVD)等等。
有機層可透過所有種類的塗佈技術來施敷，諸如旋轉塗佈、狹縫式模具(slot-die)塗佈、貼合(kiss)塗佈、熱熔塗佈、噴塗等等，且可透過所有種類的印刷技術來施敷，諸如噴射印刷、凹版印刷、柔版印刷、網版印刷、旋轉網版印刷等等。
例如，一層體可藉由印刷、塗佈、濺鍍、化學氣相沉積、物理氣相沉積及類似者設置。設置一層體更可包括如固化及乾燥的接續步驟。一圖案化層可透過一初始均一化沉積層之一接續圖案化階段來設置，但替代地，一沉積方法可用來直接設置一圖案化層，例如藉由使用一陰影遮罩的印刷或沉積方法。亦可思及的是，對一已圖案化層施加一進一步圖案化步驟。
取決於特殊需求而定，所用的材料可具有機或無機本質。通常，使用有機材料可為較佳，因為這允許相對簡單的沉積及處理方法。
基體可例如由一有機材料構成，諸如聚合物，但替代地可由一無機材料構成，諸如玻璃或金屬。
金屬，例如Al、Au、Cu、Mo或其合金，可用作為一導電材料，但替代地針對此目的可使用傳導聚合物，亦可使用有機及無機組分之傳導組分。透明導電結構可由諸如聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯或經摻雜聚合物的材料提供。除了有機材料以外，可用各種無機透明導電材料，例如銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、銻錫氧化物(ATO)或錫氧化物可被使用。其他金屬氧化物亦可作用，包括但不限於鎳鎢氧化物、摻銦氧化鋅、鎂銦氧化物。絕緣層可由諸如陶瓷材料之一無機材料構成，或由一聚合物構成。
作為用於切換元件20ij 之一半導體材料，可使用例如銦鎵鋅氧化物(IGZO)或氫化非晶矽(a-Si:H)的無機材料。替代地，例如P3HT、IDTBT?、N2200的半導體聚合物材料亦為合適。
光子輻射敏感層可例如設置作為由p型及n型有機材料構成之一塊體異質接面或雙層，例如塊體異質接面P3HT:PC61 BM。
鈣鈦礦，譬如有機鉛三鹵化物鈣鈦礦(CH3 NH3 PbI3 )，亦可應用作為光輻射敏感層中的一光檢測器。Ding在於J Mater Sci (2017) 52:276-284發表之「光檢測器應用之高品質無機-有機鈣鈦礦CH3 NH3 PbI3 單晶」中描述此材料。亦可參見Wei等人於2016年3月21日線上發表的「三碘化甲基銨鉛鈣鈦礦單晶製成之敏感X射線檢測器」(DOI: 10.1038/NPHOTON.2016.41)。
在另一實施例中，光子輻射敏感層包含來自如PbS、InS之硫化物、硒化物、及例如ZnO的氧化物群組之光敏感材料中的一或多者。這些材料可提供作為一薄膜或作為粒子/量子點組態，如同例如描述於Konstantatos等人於Infrared Physics & Technology 54 (2011) 278-282發表的「膠體量子點光檢測器」。亦可參見Buda等人所發表的「高效能PbS光檢測器之特性化」。
替代地，光輻射檢測層可以硒化物為基礎，例如參見Pace等人於Semicond. Sci. Technol. 30 (2015) 104006發表的「印刷光檢測器」。
可選擇地，光輻射敏感層可提供作為上文中二或更多者之組合。
在圖3A中顯示第一步驟，其中設置一基體40。可選擇地，該基體可由一絕緣層41所覆蓋。舉例來說，若基體40由一金屬構成，則絕緣層41可設置在其上用以使配置在基體40上之元件與金屬絕緣。替代地，若基體40本身由一絕緣材料構成，諸如玻璃或聚合物，則一額外絕緣層41可能為多餘。
圖3B顯示一第二步驟S2，其中一導電材料構成之一第一圖案化層42係設置來形成一供應線(參見圖1、圖1A中之4j )、及自該供應線至一切換元件的一電氣連接(由一部分5A形成)。此外，此第一圖案化層係用以形成朝向待形成之一相關聯光子輻射敏感元件的一電氣連接(由部分42B形成)。
圖3C形成一第三步驟S3，其中一半導體構成之一第二圖案化層43係設置來接觸由第一圖案化層42所形成之電氣連接。與第一圖案化層之部分42A及42B的此等接點界定第一及第二電極21ij 、22ij 。
針對此目的所用之半導體較佳為IGZO，因為其電氣特性易於透過各種程序來修改。例如，此半導體可以數種方式摻雜(諸如H2 摻雜、深UV照射、以Ca為基礎之處理)來產生具有低片電阻的一材料層。
在所謂的自我對準IGZO TFT技術中，積設的IGZO材料之局部區域係選擇性(高度)摻雜，而同一材料的其他區域則保持「本質」。選擇性摻雜可用來在TFT底板中示現一高電阻IGZO區域，以實現TFT像素中之薄膜電阻器。藉由控制摻雜量與例如用以在IGZO材料中製造限制部的標準微影術技術組合，薄膜電阻器之實際電阻可被調諧。
圖3D顯示一第四步驟S4，其中設置一第三圖案化層44。此第三圖案化層，由諸如SiO2 或SiN2 之絕緣材料構成，形成一閘極絕緣體。
如圖3E中所示，於第五步驟S5中，一第四圖案化層45係由一導電材料形成以形成一控制線(見圖1、圖1A之5i )，且該第四圖案化層與由第三圖案化閘極絕緣層44界定之一區域重疊以形成一閘極電極23ij ，且進一步設置自控制線5i 至閘極電極23ij 的一電氣連接。元件20ij 界定包含此閘極電極23ij 及步驟S3之第一及第二電極21ij 、22ij 的薄膜電晶體。
在此實施例的進一步改良中，步驟3D及3E可在所謂的自我對準IGZO TFT技術中組合成單一處理步驟。
於圖3F中所示之步驟S6，由絕緣材料構成之一第五圖案化層46係形成，且界定朝向第一圖案化層42延伸的一開口35ij。藉此，第一圖案化層之一表面部分42BX在開口35ij中暴露出。
於圖3G中所示之步驟S7，暴露出的表面部分42BX被修改以增加其表面電阻。在一實施例中，暴露出的表面部分透過一氧氣電漿而氧化。
於圖3H中所示之步驟S8，設置突伸入開口35ij的一光學作用層47，以與第一圖案化層42之暴露出的表面部分42BX形成一電氣接觸。此光學作用層47可形成為單一層或二或更多子層的堆疊。
於圖3I中所示之步驟S9，一至少實質上透明導電層48係設置在光學作用層47上方。注意到的是，除了前述的步驟以外，可施加其他處理步驟。舉例來說，中間層可被設置在上述層體之間、或可設置額外層，諸如抗濕氣或其他環境層之障蔽保護層及一機械保護層。
圖3J至圖3L顯示取代圖3F之步驟S6及圖3G之步驟S7的替代步驟。如同圖3F之步驟S6，在圖3J之步驟S6A中，由一絕緣材料構成之一第一中間圖案化層46係形成且界定朝向第一圖案化層42延伸之一開口35ij。
接著，在圖3K所示之步驟S7A中，設置由一導電材料構成之一第二圖案化中間層49。於步驟S7A中，導電材料係允許穿過開口35ij及接觸第一圖案化層42。開口中之導電材料構成的第二中間圖案化層藉此形成由第一中間圖案化層46之厚度D及在步驟S6A中形成之開口35ij的橫截面面積A所決定之一電阻元件。
於圖3L所示之步驟S7B中，設置由一絕緣材料構成之一第三中間圖案化層50，其具有朝向第一中間圖案化層49延伸的一開口37ij。
步驟S7B可由步驟S8及S9完成，以施敷光學作用層47及至少實質上透明導電層48。
總言之，本發明提供一光檢測器陣列1，包含在一供應線4j 與一共用電極2之間的多個像素10ij 。此等像素10ij 包含與一切換元件20ij 串聯連接配置的個別光子輻射敏感元件11ij 。此串聯連接更包括一電阻元件30ij 。因而，即便是在光子輻射敏感元件中存有缺陷的意外情況下，仍可達到通過此串聯連接的電流被侷限的效果。藉此，同樣在此意外情況下，光檢測器陣列仍適於通常用途。
光檢測器陣列可為一成像裝置之部分，其中供應線4j 係為多條供應線之一，4j-2 、4j-1 、4j 、4j+1 、4j+2 …，且個別多個像素係耦合於各供應線與共用電極2之間。多條供應線為由一個行驅動器6驅動的行線。該成像裝置更包含由一個列驅動器7驅動的多條列線，5i-2 、5i-1 、5i 、5i+1 、5i+2 …，其中各多個像素中之個別像素10ij 具有耦合於該等列線之個別列線5i 之其所屬切換元件20ij 之一控制電極23ij 。
成像裝置可額外包含一影像處理單元8，其組配來接收及處理指出照射在光檢測器陣列中之個別像素上之光子輻射強度的檢測信號。
此影像處理單元更可組配來檢測光檢測器陣列中的缺陷像素。
該影像處理單元更可組配來在若意外存有缺陷像素的情況下評估針對該等缺陷像素的個別檢測信號。
數個實施例可配合所有類型的半導體積體電路(IC)晶片使用。此等IC晶片的範例包括但不限於處理器、控制器、晶片組構件、可規劃邏輯陣列(PLA)、記憶體晶片、網路晶片、及類似者。此外，於部分圖式中，信號導線係以線表示。有一些可能不同，以表示更多條構成的信號路徑；具有數字標示以指出信號路徑數目；及/或在一或多個端部具有箭頭以指出主要的資訊流向。然而，此不應以限制方式解釋。反而，此等添加的細節可配合一或多個範例實施例來使用，以利於更易了解電路。任何呈現的信號線，無論是否具有額外資訊，實際上可包含可在多個方向上運行及可以任何合適類型之信號架構實現的一或多個信號，例如以差動對實現的數位或類比線、光纖線及/或單端線。
雖然本發明已參照有限數量的實施例來描述，但熟於此技藝者將體認出在如同後附申請專利範圍所界定的本發明之範疇內可對其作出的數個修改及變化。
1‧‧‧光檢測器陣列2‧‧‧共用電極4‧‧‧行傳導體4j‧‧‧行電極；供應線5‧‧‧列傳導體5i‧‧‧列電極；控制線5A、42A、42B‧‧‧部分6‧‧‧行驅動器7‧‧‧列驅動器8‧‧‧主要處理單元；影像處理單元10ij‧‧‧像素11ij‧‧‧光子輻射敏感元件15ij‧‧‧第一端子；接點20ij‧‧‧(切換)元件21ij‧‧‧第一(主要)電極；源極電極22ij‧‧‧第二(主要)電極；源極電極23ij‧‧‧控制電極；閘極電極24ij‧‧‧閘極絕緣體25ij‧‧‧第二端子30ij‧‧‧電阻元件；薄膜電阻器35ij‧‧‧垂直互連區；開口37ij、46o、50o‧‧‧開口40‧‧‧基體41‧‧‧絕緣層42‧‧‧(絕緣)層；第一圖案化層42BX‧‧‧表面部分43‧‧‧第二圖案化層43A‧‧‧表面44‧‧‧第三圖案化(閘極絕緣)層44A、44B‧‧‧區域45‧‧‧進一步圖案化絕緣層；第四圖案化層46‧‧‧第一中間圖案化層；第五圖案化層47‧‧‧光學檢測層；光子輻射敏感層；光學作用層48‧‧‧透明導電層49‧‧‧(第二中間)圖案化層50‧‧‧圖案化絕緣層；第三中間圖案化層A‧‧‧橫截面面積D‧‧‧厚度S1~S9‧‧‧步驟
此等及其他態樣係參照圖式更詳細的描述。其中： 圖1和1A概要顯示根據第二態樣之一成像裝置的一實施例； 圖2概要顯示根據第一態樣之一光檢測器陣列的一部分，其可為圖1中所示之成像裝置的部分； 圖2A顯示根據圖2之IIA-IIA的一橫截面； 圖2B顯示根據相同橫截面之光檢測器陣列之一替代實施例的一部分； 圖2C顯示根據相同橫截面之光檢測器陣列之另一替代實施例的一部分； 圖3A~3I顯示根據第三態樣之製造方法之實施例的接續步驟； 圖3J~3L顯示一些呈現在圖3A~3I中之步驟的接續替代步驟。
2‧‧‧共用電極
4j‧‧‧行電極；供應線
5i‧‧‧列電極；控制線
10ij‧‧‧像素
11ij‧‧‧光子輻射敏感元件
15ij‧‧‧第一端子；接點
20ij‧‧‧(切換)元件
21ij‧‧‧第一(主要)電極；源極電極
22ij‧‧‧第二(主要)電極；源極電極
23ij‧‧‧控制電極；閘極電極
25ij‧‧‧第二端子
30ij‧‧‧電阻元件；薄膜電阻器

Claims (15)

  1. 一種光檢測器陣列，其包含在一供應線與一共用電極間的多個像素，個別像素包含與一切換元件成串聯連接配置的一光子輻射敏感元件；其中特徵在於該串聯連接更包括一電阻器，其具有在一參考電阻值之0.05至0.4倍的範圍內之一電阻值，該參考電阻值由該陣列中之該等個別像素的切換元件於其傳導狀態下之電阻值的中間值所定義。
  2. 如請求項1之光檢測器陣列，其中該電阻值在該參考電阻值之0.05至0.2倍的範圍內。
  3. 如請求項1或2之光檢測器陣列，其中該電阻器為一薄膜電阻器。
  4. 如請求項1或2之光檢測器陣列，其中各薄膜電阻器係設置在各光子輻射敏感元件之一垂直互連區中。
  5. 如請求項1或2之光檢測器陣列，其中該切換元件之一可控制通道及該薄膜電阻器係分別形成在一半導體材料層之一連續部分的一第一區域及一第二區域中，且其中該等區域相互不同摻雜，以提供該第一區域之一電阻值具有較該第二區域在該切換元件之一傳導狀態下之電阻值為高、且較該第二區域在該切換元件之一非傳導狀態下之電阻值為低的一電阻值。
  6. 如請求項1或2之光檢測器陣列，其中該電阻器係形成為具有在該串聯連接之一導電元件中的一 限制橫截面之一部分。
  7. 如請求項1或2之光檢測器陣列，其中該等光子輻射敏感元件包括一有機材料構成之一光子輻射敏感層。
  8. 如請求項1或2之光檢測器陣列，其中該等光子輻射敏感元件對於X射線輻射敏感。
  9. 一種成像裝置，其包含如請求項1至8中任一或多項的光檢測器陣列，其中該供應線為多條供應線之一，個別另外多個像素耦合於各供應線與該共用電極之間，該等多條供應線為由一個行驅動器驅動的行線，且更包含由一個列驅動器驅動的多條列線，其中各多個像素中之個別像素具有耦合於該等列線中之一個別列線的其所屬切換元件之一控制電極。
  10. 一種製造有機光檢測器陣列的方法，其包含以下步驟：設置一基體，其可選擇地具有一絕緣層；設置第一疊層體，以形成至少一供應線、多個切換元件、及多條控制線，其中該等多個切換元件在該至少一供應線與個別電氣接點之間形成個別可控制導電通道，而該等多條控制線用以控制該等多個切換元件中之個別切換元件，來控制該至少一供應線與該等個別電氣接點之間的一電氣連接；設置第二疊層體，其包含至少一光子輻射敏感層，界定在該至少一光子輻射敏感層之一第一側處電氣連接於該等電氣接點中之個別電氣接點的個別光子輻射敏感區 位；更包含在該至少一光子輻射敏感層之與該第一側相對之一第二側上形成一共用電極的一透明導電層；其中一個別可控制導電路徑係形成在該至少一供應線與該共用電極之間經過個別切換元件及個別光子輻射敏感區位，其中有特徵在於提供該可控制導電路徑具有個別串聯電阻，其具有在一參考電阻值之0.05至0.4倍的範圍內之一電阻值，該參考電阻值由該陣列中之該等個別像素的切換元件於其傳導狀態下之電阻值的中間值所定義。
  11. 如請求項10之方法，其包含在設置該第一疊層體之後及設置該第二疊層體之前的以下步驟：設置一絕緣材料構成之一第一中間圖案化層，其界定朝向該等個別接點的個別開口，及藉由在該等開口內對該等個別接點施加一表面處理來為該等可控制導電路徑形成個別串聯電阻；其中在設置該第二疊層體之步驟中，該第二疊層體中之一第一層體突伸入該等個別開口，以與其中所暴露出的該等個別接點形成一電氣接觸。
  12. 如請求項11之方法，其中該表面處理包括在所暴露出的個別接點之頂部上形成一自我組裝式單層。
  13. 如請求項10之方法，其包含在設置該第一疊層體之後及設置該第二疊層體之前的以下步驟：設置一絕緣材料構成之一第一中間圖案化層，其界定朝向該等個別接點的個別開口； 設置一導電材料構成之一第二中間圖案化層，其中該導電材料係允許穿過該等開口及于該等開口內接觸該等個別接點，其中該等開口中之該第二中間圖案化層之該導電材料針對該等可控制導電路徑形成個別串聯電阻，該串聯電阻由該第一中間圖案化層之厚度及該等開口之橫截面面積所決定；設置一絕緣材料構成之一第三中間圖案化層，其具有朝向該第二中間圖案化層延伸的第二開口，其中于設置該第二疊層體之步驟中，該第二疊層體中之一第一層體突伸入該等第二開口，以與該第二中間圖案化層形成個別電氣接點。
  14. 如請求項10之方法，其包含在設置該第二疊層體之前的以下步驟：選擇性地修改出自該第一疊層體之形成該等個別可控制導電通道之一標的層，其中該標的層之連接一個別可控制導電通道與該至少一供應線的個別部分、及/或該標的層之連接一個別可控制導電通道與一個別電氣接點的個別部分，相較於該等個別可控制導電通道，具有較高的一電阻係數。
  15. 如請求項10之方法，其中該共用電極係為一銦鎵鋅氧化物(IGZO)陽極，其中該共用電極係透過以下項目中之一或多個在尋求降低電阻的一些區域之外選擇性地接受摻雜：H2摻雜、深UV照射、以Ca為基礎的處理，以達到該共用電極在由該等光子輻射敏感元件所界定之區域中之一局部電阻值高於該共用電極在該等區域之 外的電阻值。
TW107121741A 2017-06-26 2018-06-25 光檢測器陣列及其製造方法、以及包括光檢測器陣列之成像裝置 TWI778087B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17177873.1 2017-06-26
??17177873.1 2017-06-26
EP17177873.1A EP3422413A1 (en) 2017-06-26 2017-06-26 Photodetector array and method of manufacturing the same, as well as an imaging device including the photodetector array

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201911561A TW201911561A (zh) 2019-03-16
TWI778087B true TWI778087B (zh) 2022-09-21

Family

ID=59215660

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW107121741A TWI778087B (zh) 2017-06-26 2018-06-25 光檢測器陣列及其製造方法、以及包括光檢測器陣列之成像裝置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11380733B2 (zh)
EP (2) EP3422413A1 (zh)
JP (1) JP7171630B2 (zh)
TW (1) TWI778087B (zh)
WO (1) WO2019004823A1 (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6403965B1 (en) * 1999-03-26 2002-06-11 Kabushiki Kaisha Toshiba X-ray image detector system
US20150035103A1 (en) * 2013-08-01 2015-02-05 Kabushiki Kaisha Toshiba Solid state imaging device
US20150340401A1 (en) * 2014-05-23 2015-11-26 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Imaging device
US20160126284A1 (en) * 2014-11-04 2016-05-05 Kabushiki Kaisha Toshiba Solid-state imaging device and method of manufacturing solid-state imaging device
TW201631588A (zh) * 2010-09-13 2016-09-01 半導體能源研究所股份有限公司 半導體裝置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3462041B2 (ja) * 1997-06-19 2003-11-05 株式会社東芝 Ｘ線診断装置
WO2007134062A2 (en) * 2006-05-08 2007-11-22 Slicex, Inc. Sensing light and sensing the state of a memory cell
EP1942663B1 (en) * 2007-01-02 2013-07-24 STMicroelectronics (Research & Development) Limited Column current source
JP5400507B2 (ja) 2009-07-13 2014-01-29 キヤノン株式会社 撮像装置及び放射線撮像システム
GB201109013D0 (en) * 2011-05-27 2011-07-13 Cambridge Entpr Ltd Electronic devices
CN104823442B (zh) * 2012-12-05 2018-03-30 松下知识产权经营株式会社 固体摄像装置
JP6443667B2 (ja) 2014-05-23 2018-12-26 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 撮像装置
US9812603B2 (en) * 2014-05-30 2017-11-07 Klaus Y. J. Hsu Photosensing device with graphene
WO2016046685A1 (en) 2014-09-26 2016-03-31 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Imaging device
US20160233163A1 (en) 2015-02-10 2016-08-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
US10605730B2 (en) * 2015-05-20 2020-03-31 Quantum-Si Incorporated Optical sources for fluorescent lifetime analysis
US9985071B2 (en) * 2016-04-15 2018-05-29 Qualcomm Incorporated Active area selection for LIDAR receivers

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6403965B1 (en) * 1999-03-26 2002-06-11 Kabushiki Kaisha Toshiba X-ray image detector system
TW201631588A (zh) * 2010-09-13 2016-09-01 半導體能源研究所股份有限公司 半導體裝置
US20150035103A1 (en) * 2013-08-01 2015-02-05 Kabushiki Kaisha Toshiba Solid state imaging device
US20150340401A1 (en) * 2014-05-23 2015-11-26 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Imaging device
US20160126284A1 (en) * 2014-11-04 2016-05-05 Kabushiki Kaisha Toshiba Solid-state imaging device and method of manufacturing solid-state imaging device

Also Published As

Publication number Publication date
EP3646385A1 (en) 2020-05-06
WO2019004823A1 (en) 2019-01-03
EP3646385B1 (en) 2021-06-16
US11380733B2 (en) 2022-07-05
JP2020526020A (ja) 2020-08-27
US20210408125A1 (en) 2021-12-30
JP7171630B2 (ja) 2022-11-15
WO2019004823A8 (en) 2020-02-27
TW201911561A (zh) 2019-03-16
EP3422413A1 (en) 2019-01-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5399884A (en) Radiation imager with single passivation dielectric for transistor and diode
KR101146991B1 (ko) 유기 발광 디스플레이 장치 및 그 제조방법
JP4652951B2 (ja) 有機発光素子及び前記有機発光素子の製造方法
US6242746B1 (en) Two-dimensional image detecting device and manufacturing method thereof
US7944010B2 (en) Electromagnetic wave detecting element
US6777685B2 (en) Imaging array and methods for fabricating same
US11955493B2 (en) Image sensor including control electrode, transparent electrode, and connection layer electrically connecting control electrode to side surface of transparent electrode
US8575835B2 (en) Organic luminescent device and method for manufacturing the same
US10957743B2 (en) Optoelectronic array device having an upper transparent electrode
KR20110119573A (ko) 전자 장치 및 그 제조 방법
JP5084184B2 (ja) 有機薄膜トランジスタ、その製造方法、及びそれを備えた有機発光ディスプレイ装置
JP4205134B2 (ja) 二次元画像検出器
TWI778087B (zh) 光檢測器陣列及其製造方法、以及包括光檢測器陣列之成像裝置
US6784434B2 (en) Imaging array and method for manufacturing same
CN111785745A (zh) 光传感器、光传感装置及其制备方法
US20120142132A1 (en) Method of manufacturing optical matrix device
JP2010003849A (ja) 電磁波検出素子
US20230114451A1 (en) Imaging device
TW202038464A (zh) 光電二極體陣列

Legal Events

Date Code Title Description
GD4A Issue of patent certificate for granted invention patent
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees