TWI781720B - 光偵測裝置 - Google Patents

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Abstract

一種光偵測裝置，包括基板、第一光偵測器、第二光偵測器以及開關元件。第一光偵測器設置於基板上且包括第一主動層。第二光偵測器設置於基板以及第一光偵測器之間，且第二光偵測器包括第二主動層。開關元件設置於基板上。第二主動層在基板的水平投影完全落在第一主動層在基板的水平投影內，且第一光偵測器的負極以及第二光偵測器的負極通過第一金屬層電性連接開關元件。

Description

光偵測裝置
本發明是有關於一種光偵測裝置。
光偵測裝置利用電磁波（光）產生電訊號的過程來偵測光的存在。然而，在傳統的光偵測裝置中，對應不同光波段的光偵測器往往同層設置，造成整體像素面積大。並且，由於對應不同光波段的光偵測器通常是藉由不同的開關元件來控制掃頻，造成光偵測裝置的開口率小。在上述的架構下，不同光波段的掃頻有時間差，且整體的掃頻時間長。再者，由於光偵測器需要針對對應的光波段來對位色阻，也造成製程工序的複雜化。
本發明提供一種光偵測裝置，不需要對色阻對位，像素面積小、開口率大，不同光波段的偵測無時間差，且掃頻時間短。
根據本發明一實施例，提供一種光偵測裝置，包括基板、第一光偵測器、第二光偵測器以及開關元件。第一光偵測器設置於基板上且包括第一主動層。第二光偵測器設置於基板以及第一光偵測器之間，且第二光偵測器包括第二主動層。開關元件設置於基板上。第二主動層在基板的水平投影完全落在第一主動層在基板的水平投影內，且第一光偵測器的負極以及第二光偵測器的負極通過第一金屬層電性連接開關元件。
基於上述，本發明實施例提供的光偵測裝置將對應不同光波段的第一光偵測器以及第二光偵測器層疊設置，相較於傳統同層設置的方式，大幅減少像素面積，且省略了色阻對位的製程。此外，第一光偵測器以及第二光偵測器以同一個開關元件同時掃頻，減少了開關元件的數量，增加開口率，不同波段之間的掃頻沒有時間差，並縮短整體的掃頻時間。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
參照圖1，其繪示根據本發明一實施例的光偵測器的橫截面示意圖。光偵測裝置1包括基板10、保護層20、第一光偵測器100、第二光偵測器200以及開關元件300。第一光偵測器100設置於基板10上且包括第一主動層101。第二光偵測器200設置於基板10以及第一光偵測器100之間，且第二光偵測器200包括第二主動層201。開關元件300為薄膜電晶體且設置於基板10上，並與第二光偵測器200同層設置，以縮短製程工序。第二主動層201在基板10的水平投影完全落在第一主動層101在基板10的水平投影內，且第一光偵測器100的負極101N以及第二光偵測器200的負極201N通過第一金屬層M1電性連接開關元件300。
參照圖2，其繪示圖1所示實施例中的第一光偵測器及第二光偵測器對不同波段的偵測示意圖。在本實施例中，第一光偵測器100所偵測的第一波段W1與第二光偵測器200所偵測的第二波段W2不同，且第一波段W1的波長小於第二波段W2的波長。如圖1及圖2所示，偵測不同波段的第一光偵測器100與第二光偵測器200層疊設置。相對的，在傳統的光偵測裝置中，偵測不同波段的光偵測器會被同層設置，造成整體的像素面積大。本實施例提供的光偵測裝置大幅減少了像素面積。
參照圖3，其繪示圖1所示實施例中的第一主動層及第二主動層的平面示意圖。如前所述，第二主動層201在基板10的水平投影完全落在第一主動層101在基板10的水平投影內。在本實施例提供的光偵測裝置1中，第一光偵測器100被設置在第二光偵測器200上，當所要偵測的光束L1自保護層20進入光偵測裝置1，第一光偵測器100的第一主動層101吸收並偵測光束L1中頻率較高的第一波段W1。換言之，光束L1中具備第一波段W1的光束被第一主動層101吸收，並產生對應的電訊號。並且，光束L1中僅剩下第一波段W1以外的波段繼續行進至第二光偵測器200。相對的，傳統的光偵測裝置需要設置色阻層，以濾除對應的光偵測器所偵測的波段以外的波段，因此需要精密的色阻對位製程。而本實施例的第一光偵測器100除了具備偵測第一波段W1的功能，亦同時為第二光偵測器200濾除了第一波段W1，而不需要設置色阻層。由於第一主動層101的面積大於第二主動層201的面積，確保了第一光偵測器100能夠為第二光偵測器200完整濾除第一波段W1。
再參照圖1，第一光偵測器100以及第二光偵測器200連接同一個開關元件300，減少了開關元件的數量，增加了光偵測裝置1的開口率。再者，可以由開關元件300同時控制第一光偵測器100以及第二光偵測器200的掃頻，當第一光偵測器100偵測第一波段W1，第二光偵測器200可以同時偵測第二波段W2，不同波段之間的掃頻沒有時間差，並縮短整體的掃頻時間。
根據本發明一實施例，如圖1所示，第一金屬層M1在基板10的水平投影完全落在第一主動層101在基板10的水平投影內。換言之，第一主動層101屏蔽了第一金屬層M1，以確保不會有未通過第一主動層101且被第一金屬層M1反射的光束或雜散光進入第二主動層201，影響第二光偵測器200的偵測結果。根據本發明一實施例，第一主動層101包括a-SiO x:H或a-Si:H，其能階結構允許了具備第一波段W1的光束在第一主動層101被吸收及偵測，並使得具備第二波段W2的光束不被第一主動層101吸收，而得以穿透第一主動層101，繼續行進至第二主動層201，第二主動層201包括poly-Si，其能階結構允許了具備第二波段W2的吸收及偵測。根據本發明一實施例，第一主動層101的厚度落在0.5 μm至1 μm的範圍內，第二主動層201的厚度大於或等於2 μm。
參照圖1及圖2，第一光偵測器100的負極101N電性連接在第一主動層101以及第一金屬層M1之間，且負極101N還可以做為第一光反射層101R。第一光反射層101R設置於第一主動層101以及第二主動層201之間，且第二主動層201在基板10的水平投影完全落在第一光反射層101R在基板10的水平投影內，以反射第二主動層201所偵測的第二波段W2以外波段的光，和/或反射未被第一主動層101完全吸收的第一波段W1的光（以圖2所示自第一光反射層101R反射向上的箭頭表示），以優化第一光偵測器100的偵測結果。
根據本發明一實施例，第一光反射層101R可以包括μc-SiOx:H(n)或N型透明導電氧化物鍍膜。根據本發明的一些實施例，當第一光反射層101R的折射率落在1.9至2.2的範圍內，和/或第一光反射層101R的厚度落在30 nm至50 nm的範圍內，加強接近第一主動層101能隙結構之波長的反射，可以優化第一光反射層101R反射上述光束的能力，同時提供第一光偵測器100足夠的操作電性需求。
參照圖1及圖2，光偵測裝置1還包括金屬反射層201R，金屬反射層201R設置於第二主動層201以及基板10之間，且第二主動層201在基板10的水平投影完全落在金屬反射層201R在基板10的水平投影內。設置金屬反射層201R的目的在於，反射未被第二主動層201完全吸收的第二波段W2的光（以圖2所示自金屬反射層201R反射向上的箭頭表示），以優化第二光偵測器200的偵測結果，並屏蔽自基板10入射光偵測裝置1的外界光，避免第二光偵測器200的量測誤差。
參照圖1，光偵測裝置1還包括第二金屬層M2、絕緣層40、第一透明電極層ITO1以及第二透明電極層ITO2，第一主動層101位於第一透明電極層ITO1以及第二主動層201之間，且位於第一透明電極層ITO1以及第一光反射層101R之間。第二金屬層M2電性連接於第二光偵測器200的正極201P以及第二透明電極層ITO2之間，且絕緣層40設置於第一光反射層101R以及第二金屬層M2之間，以絕緣第一光反射層101R與第二金屬層M2兩者。第一光偵測器100的訊號由第一透明電極層ITO1輸出（如圖1中標示A點處），第二光偵測器200的訊號則由第二透明電極層ITO2輸出（如圖1中標示B點處）。
綜上所述，本發明實施例提供的光偵測裝置將對應不同光波段的第一光偵測器以及第二光偵測器層疊設置，大幅減少光偵測裝置的像素面積。相對的，在傳統的光偵測裝置中，偵測不同波段的光偵測器會被同層設置，造成整體的像素面積太大，不利於小型化。層疊設置的第一光偵測器與第二光偵測器還省略了色阻對位的製程。此外，第一光偵測器與第二光偵測器以同一個開關元件同時掃頻，減少了開關元件的數量，增加開口率，且不同波段之間的掃頻沒有時間差，並縮短了整體的掃頻時間。
1:光偵測裝置
10:基板
20:保護層
30:緩衝層
40:絕緣層
100:第一光偵測器
101:第一主動層
101N:第一光偵測器負極
101R:第一光反射層
200:第二光偵測器
201:第二主動層
201P:第二光偵測器正極
201N:第二光偵測器負極
201R:金屬反射層
300:開關元件
GI:閘級絕緣層
ILD:層間絕緣層
ITO1:第一透明電極層
ITO2:第二透明電極層
L1:光束
M1、M2、M3:金屬層
PL1、PL2:平坦化層
W1:第一波段
W2:第二波段
G:閘極
S:源極
D:汲極
圖1是根據本發明一實施例的光偵測器的橫截面示意圖。 圖2是根據本發明一實施例的第一光偵測器及第二光偵測器對不同波段的偵測示意圖。 圖3是根據本發明一實施例的第一主動層及第二主動層的平面示意圖。
1:光偵測裝置
10:基板
20:保護層
30:緩衝層
40:絕緣層
100:第一光偵測器
101:第一主動層
101N:第一光偵測器負極
101R:第一光反射層
200:第二光偵測器
201:第二主動層
201P:第二光偵測器正極
201N:第二光偵測器負極
201R:金屬反射層
300:開關元件
GI:閘級絕緣層
ILD:層間絕緣層
ITO1:第一透明電極層
ITO2:第二透明電極層
L1:光束
M1、M2、M3:金屬層
PL1、PL2:平坦化層
G:閘極
S:源極
D:汲極

Claims (18)

  1. 一種光偵測裝置，包括：一基板；一第一光偵測器，設置於該基板上且包括一第一主動層；一第二光偵測器，設置於該基板以及該第一光偵測器之間，且該第二光偵測器包括一第二主動層；以及一開關元件，設置於該基板上，其中該第二主動層在該基板的水平投影完全落在該第一主動層在該基板的水平投影內，該第一光偵測器的一負極以及該第二光偵測器的一負極通過一第一金屬層電性連接該開關元件，且該第一金屬層在該基板的水平投影完全落在該第一主動層在該基板的水平投影內。
  2. 如請求項1所述的光偵測裝置，其中該第一主動層包括a-SiOx：H或a-Si：H。
  3. 如請求項1所述的光偵測裝置，其中該第一主動層被設置以偵測較該第二主動層所偵測波長較小的波段。
  4. 如請求項1所述的光偵測裝置，其中該開關元件以及第二光偵測器同層設置。
  5. 如請求項1所述的光偵測裝置，還包括一第一光反射層，設置於該第一主動層以及該第二主動層之間，以反射該第二主動層所偵測波段以外波段的光。
  6. 如請求項5所述的光偵測裝置，其中該第一光反射層的折射率落在1.9至2.2的範圍內。
  7. 如請求項5所述的光偵測裝置，其中該第一光反射層的厚度落在30nm至50nm的範圍內。
  8. 如請求項5所述的光偵測裝置，其中該第一光反射層包括μc-SiOx：H(n)或N型透明導電氧化物鍍膜。
  9. 如請求項5所述的光偵測裝置，其中該第一光反射層電性連接在該第一主動層以及該第一金屬層之間。
  10. 如請求項5所述的光偵測裝置，其中該第二主動層在該基板的水平投影完全落在該第一光反射層在該基板的水平投影內。
  11. 如請求項5所述的光偵測裝置，還包括一第二金屬層以及一絕緣層，該第二金屬層電性連接該第二光偵測器的一正極，且該絕緣層設置於該第一光反射層以及該第二金屬層之間。
  12. 如請求項1所述的光偵測裝置，其中該第一主動層的厚度落在0.5μm至1μm的範圍內。
  13. 如請求項1所述的光偵測裝置，其中該第二主動層的厚度大於或等於2μm。
  14. 如請求項1所述的光偵測裝置，還包括一金屬反射層，設置於該第二主動層以及該基板之間，且該第二主動層在 該基板的水平投影完全落在該金屬反射層在該基板的水平投影內。
  15. 如請求項1所述的光偵測裝置，還包括一第一透明電極層，該第一主動層位於該第一透明電極層以及該第二主動層之間。
  16. 如請求項15所述的光偵測裝置，還包括一第二金屬層以及一第二透明電極層，該第二金屬層電性連接於該第二光偵測器的一正極以及該第二透明電極層之間。
  17. 如請求項16所述的光偵測裝置，其中該第一透明電極層以及該第二透明電極層分別設置以輸出該第一光偵測器以及該第二光偵測器的訊號。
  18. 如請求項1所述的光偵測裝置，其中該第二主動層包括Poly-Si。
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