薄膜光電晶體管,應(yīng)用該光電晶體管的有源矩陣襯底以及應(yīng)用該襯底的圖象掃描裝置的制作方法

專利名稱：薄膜光電晶體管,應(yīng)用該光電晶體管的有源矩陣襯底以及應(yīng)用該襯底的圖象掃描裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能進行諸如文件和照片的圖象掃描的圖象掃描裝置，更具體地說，涉及應(yīng)用包括薄膜光電晶體管的有源矩陣襯底的平板圖象掃描裝置。
背景技術(shù)：
近年來，作為用于掃描文件和/或照片的接近接觸型的圖象掃描裝置的平板掃描儀得到廣泛應(yīng)用。平板掃描儀能通過實行線掃描(Y方向)的同時使線傳感器(諸如CCD線傳感器)具有線性圖形(X方向)對準的像素進行二維的圖象掃描。
但是，帶有這樣的線傳感器的掃描儀因為用于掃描二維圖象的掃描機構(gòu)而在減小其厚度和重量方面受到局限，因此在提高掃描速度方面發(fā)生不少困難。
因此，為了減小厚度和重量以及提高掃描速度而發(fā)明了有源矩陣型的二維圖象傳感器(一種圖象掃描裝置)。該有源矩陣二維圖象傳感器被配置成使光電傳感器元件(光電二極管，光電晶體管)和開關(guān)元件(諸如薄膜晶體管)以二維的形式對準。
該二維圖象傳感器用于二維圖象掃描，不必使用掃描機構(gòu)，因此，和使用常規(guī)的CCD線傳感器的“平板掃描儀”相比，厚度，重量可減少到小于1/10，而掃描速度可提高到大于10倍，這樣就實現(xiàn)了易于使用的圖象掃描裝置。
在日本未審專利申請Jitsukaihei 02-8055/1990(1990年1月18日發(fā)表)和日本未審專利申請Tokukaihei 05-243547/1993(1993年9月13日發(fā)表)中揭示的有源矩陣圖象掃描裝置可以作為有這樣的配置的實例。
如圖12所示，用于常規(guī)的有源矩陣圖象掃描裝置的有源矩陣陣列(一種有源矩陣襯底)被設(shè)置成像素以XY矩陣形式對準，每個像素包括一個用于光電探測的薄膜晶體管(下文被稱為光電傳感器TFT)，一個開關(guān)薄膜晶體管(下文被稱為開光TFT)和一個像素電容器(電荷堆積電容器)。
像素的各個光電傳感器TFT互相之間在堆積在每個像素的堆積電容器中的電荷量上因為根據(jù)諸如文件表面的目標的黑白(明亮的和黑暗的)比發(fā)生變化的光電流Ip的大小的不同而不同。開關(guān)TFT依次讀取每個堆積電容器的電荷量分布(平面內(nèi)分布)以便獲得目標的二維信息。
在這樣的有源矩陣圖象掃描裝置中，光電傳感器TFT性能的提高使目標的掃描只要微弱的參照光束。更具體地說，只要低亮度的背光就能保證充分光電流值，實現(xiàn)功率消耗的減小。
另外，通過這種配置也可能減小光照射部分(未顯示)中堆積電容器的充放電時間常數(shù)，這允許高速的掃描。這樣常規(guī)地作出一些改進以提高光電流對暗電流的比，即提高光電傳感器TFT的光靈敏度(Ip/Id)。
例如，日本未審專利申請Tokukaihei 05-243547(先有技術(shù)1)揭示了一種通過提供光電傳感器TFT的柵絕緣薄膜和開關(guān)TFT的柵絕緣薄膜之間的厚度差增加在照射時的光電流以便提高光靈敏度(Ip/Id)的方法。作為該配置的一個實例，圖13顯示了一種配置，在該配置中，光電傳感器TFT的柵絕緣薄膜的厚度H1和開關(guān)TFT的柵絕緣薄膜的厚度H2通過將厚度H1設(shè)定成等于第一柵絕緣薄膜和第二柵絕緣薄膜的總厚度，將厚度H2設(shè)定成等于第二柵絕緣薄膜的厚度而存在H1＞H2的關(guān)系。在這樣的方式下，這樣的配置提供了光電傳感器TFT的柵絕緣薄膜和開關(guān)TFT柵絕緣薄膜之間的不同的厚度。
另外，日本未審專利申請Tokukaihei 02-215168(1990年8月28日發(fā)表)和日本未審專利申請Tokukaihei 06-132510(先有技術(shù)21994年5月13日發(fā)表)揭示了一種配置，該配置中，為了提高高光電流Ip和低暗電流Id之比，即提高光靈敏度(Ip/Id)，光電傳感器TFT中設(shè)置多個柵電極，以便在少受到柵電壓影響的區(qū)域中進行光吸收。例如，圖14顯示了為了提高高光電流Ip和低暗電流Id之比，即提高光電傳感器的光靈敏度(Ip/Id)的另一種配置。在該配置中，每個光電傳感器有兩個柵電極，以便在無定形硅層上設(shè)置一個相應(yīng)于形成在漏電極和源電極之間的接觸孔的高吸收區(qū)域A。
但是，通過上述先有技術(shù)1和先有技術(shù)2，兩者都能提高光靈敏度(Ip/Id)，但兩者還是都有下述問題。
先有技術(shù)1使TFT的制造工藝復(fù)雜化，因為光電傳感器TFT的柵絕緣薄膜和開關(guān)TFT的柵絕緣薄膜必須做成有不同的厚度。
另外，先有技術(shù)2造成了掃描高清晰圖象的困難，因為設(shè)置多個柵電極使每個像素的引線布局復(fù)雜化。
因此，本發(fā)明提供了一種有源矩陣襯底，該有源矩陣襯底包括一個能以簡單的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)光靈敏度的提高的光電傳感器TFT。另外，本發(fā)明旨在實現(xiàn)一種能以低功率消耗(用低亮度的背光)進行高速掃描的高性能圖象掃描裝置。
因此，由于上述的問題而提出了本發(fā)明，本發(fā)明的一個目的是提供一種能被用作光電傳感器TFT的薄膜光電晶體管，該光電傳感器TFT能提高光靈敏度(Ip/Id)又不會造成制造工藝或引線布局的復(fù)雜化，并且用該薄膜晶體管提供一種有源矩陣襯底和用該有源矩陣襯底提供一種圖象掃描裝置。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的薄膜光電晶體管包括一個柵電極，一個設(shè)置在柵電極上的柵絕緣薄膜，一個層疊在柵絕緣薄膜上的感光半導(dǎo)體薄膜，一個設(shè)置在感光半導(dǎo)體薄膜上的源電極和一個設(shè)置在感光半導(dǎo)體薄膜上的漏電極，源電極的端部和漏電極的端部分開一個預(yù)先確定的距離，源電極和漏電極包括一個在柵電極上水平重疊的重疊區(qū)域，該重疊區(qū)域包括至少一個有半透明性的部分。
通過上述配置，因為源電極和/或漏電極的在柵電極上水平重疊的重疊區(qū)域包括至少一個有半透明度的部分，提高了柵電極上的光照射量。更具體地說，感光半導(dǎo)體薄膜用來自源電極和漏電極的有半透明性的區(qū)域的光以及來自源電極和漏電極的各個端部之間的間隙的光照射。
在這種情況下，能增加光電流(Ip)，由光電流和暗電流之比體現(xiàn)的光靈敏度(Ip/Id)得到提高。
另外，上述配置不需要復(fù)雜的引線，因為其僅通過向源電極和漏電極的一部分提供半透明性就能實現(xiàn)。還有，現(xiàn)存的薄膜晶體管的制造工藝仍然能夠應(yīng)用而不需改變。
因此，薄膜晶體管的上述配置實現(xiàn)了光靈敏度(Ip/Id)的提高，不會造成引線布局和制造工藝的復(fù)雜化。
例如，當具有相同尺寸的薄膜光電晶體管時，光靈敏度能如上所述地提高，因此在光照射時堆積電容器的充放電時間常數(shù)能減小。結(jié)果，掃描速度能夠提高。
另外，當光電晶體管需要如常規(guī)配置相同的靈敏度水平時，薄膜光電晶體管本身的尺寸能減小，因此具有薄膜晶體管的有源矩陣襯底的像素密度能夠提高，因此而實現(xiàn)高清晰度的有源矩陣襯底。
通過下文的敘述本發(fā)明的其他目標，特征和優(yōu)勢將更清楚。另外，通過下文參考附圖進行的解釋，本發(fā)明的優(yōu)點將更明顯。


圖1是示意性地顯示作為本發(fā)明的實例的薄膜光電晶體管的配置的剖面圖。
圖2是示意性地顯示包括圖1顯示的薄膜光電晶體管的圖象掃描裝置的透視圖。
圖3是示意性地顯示具有圖1顯示的薄膜光電晶體管的有源矩陣襯底的框圖。
圖4是示意性地顯示包括在圖2顯示的圖象掃描裝置中的面板的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖5是顯示本發(fā)明的薄膜光電晶體管的靈敏度比較的曲線圖。
圖6是示意性地顯示作為本發(fā)明的另一個實例的薄膜光電晶體管的配置的剖面圖。
圖7(a)是示意性地顯示作為本發(fā)明的還有一個實例的薄膜光電晶體管的配置的剖面圖，圖7(b)是示意性地顯示圖7(a)的薄膜光電晶體管的配置的平面圖。
圖8(a)是示意性地顯示作為本發(fā)明的另一個實例的薄膜光電晶體管的配置的剖面圖，圖8(b)是示意性地顯示圖8(a)的薄膜光電晶體管的配置的平面圖。
圖9是示意性地顯示作為本發(fā)明的另一個實例的有源矩陣襯底的框圖。
圖10是顯示圖9顯示的有源矩陣襯底的像素配置的示意圖。
圖11是包括圖9顯示的有源矩陣襯底的圖象掃描裝置的圖象掃描操作的流程的流程圖。
圖12是示意性地顯示包括常規(guī)的光電傳感器TFT和開關(guān)TFT的有源矩陣襯底的框圖。
圖13是示意性地顯示圖12顯示的有源矩陣襯底的像素配置的剖面圖。
圖14是示意性地顯示常規(guī)光電傳感器TFT的配置的剖面圖。
具體實施例方式下文將解釋本發(fā)明的一個實施例。注意，本實施例用一個二維圖象傳感器作為圖象掃描裝置。
下文將參考圖2敘述根據(jù)本發(fā)明的二維圖象傳感器。圖2是示意性地顯示二維圖象傳感器的剖面圖。
如圖2所示，二維圖象傳感器由作為傳感器襯底的有源矩陣襯底1，用于驅(qū)動有源矩陣襯底1的包括多個驅(qū)動IC2的驅(qū)動電路4和包括多個讀IC3的讀電路5，以及作為用于照射有源矩陣襯底1并且光來自于襯底背側(cè)的光照射裝置的背光單元6構(gòu)成。
有源矩陣襯底1有一個用于保護其表面的透明保護薄膜7。該保護薄膜形成在放置文件的表面上。
下文將參考圖3解釋有源矩陣襯底1的細節(jié)。圖3是示意性地顯示有源矩陣襯底1的框圖。
有源矩陣襯底1有和圖12顯示的常規(guī)的有源矩陣圖象掃描裝置相同的電路結(jié)構(gòu)。
更具體地說，如圖12所示，有源矩陣襯底1包括作為從驅(qū)動電路4延伸的的電引線的柵引線G1到Gn，和作為從讀電路5延伸的電引線的源引線D1到Dm。柵引線G1到Gn以及源引線D1到Dm以XY矩陣的方式(點陣圖形中)對準，該方式中像素由各自的方塊分隔。每個像素都包括一個開關(guān)晶體管(下文稱為開關(guān)TFT)8，一個作為薄膜光電晶體管(下文稱為光電傳感器TFT)9的光電傳感器薄膜晶體管，和一個作為電荷堆積電容器的像素電容器10。
下文將解釋有源矩陣襯底1的基本操作原理。
首先，每個像素的光電傳感器TFT9通過施加一個預(yù)先確定的偏置電壓(Vss)而被設(shè)定在OFF狀態(tài)中，因此暗電流被保持在低水平中。當外部的光照射處在該環(huán)境下的光電傳感器TFT9時，在其通道部分產(chǎn)生光激發(fā)載流子，光電傳感器TFT9的電阻值下降。光電傳感器9電阻值的這種變化引起流過光電傳感器TFT9源漏之間的電流(光電流Ip)的差別，即在每個光電傳感器TFT9中的電荷量的差別。這導(dǎo)致了連接到每個光電TFT9的像素電容器10的充電量(或放電量)的差別。
因此，堆積在各個像素電容器10上的電荷量可以經(jīng)由源引線D1到Dm通過依次導(dǎo)通設(shè)置在各個像素上的開關(guān)TFT8讀出。該操作提供了在各個像素電容器10中的電荷量的平面分布信息，從而獲得由向有源矩陣襯底1的光照射形成的圖象的平面分布信息。
包括這樣的像素的有源矩陣襯底1被進一步設(shè)置在帶有保護薄膜7(或保護襯底)的前表面上，如圖2所示，也設(shè)置在帶有由平面發(fā)光體(由LED或冷陰極管制成的背光)制成的背光單元6后表面上。通過這樣的配置，通過將諸如照片的目標文件放在有源矩陣襯底1的表面(具有保護薄膜7的一側(cè))，就可實現(xiàn)作為二維圖象掃描裝置的二維圖象傳感器。
下文將參考圖4解釋二維圖象傳感器的操作。圖4是顯示當文件D被置于二維圖象傳感器上時文件的掃描狀態(tài)的示意圖。注意，為解釋的方便，圖中省略了開關(guān)TFT。
在二維圖象傳感器中，從背光單元6發(fā)出的光通過有源矩陣襯底1的開口部分入射到文件D，即掃描目標的表面，如圖4所示。到達文件表面的光根據(jù)文件表面的圖象信息被反射，然后該反射光到達有源矩陣襯底1的光電傳感器TFT9。
該應(yīng)用有源矩陣襯底1的二維圖象傳感器不包括用于掃描二維圖象的掃描機構(gòu)，因此和常規(guī)的用線性傳感器的掃描器相比，該圖象掃描器能減小厚度和重量，提高掃描的速度。
接著，下文參考圖1解釋設(shè)置在上述有源矩陣襯底1中的光電傳感器TFT9的結(jié)構(gòu)。注意，此處設(shè)置在有源矩陣1中的開關(guān)TFT8可以有和常規(guī)的開關(guān)TFT相同的結(jié)構(gòu)，因此省略對其的解釋。
圖1示意性地顯示了作為本發(fā)明的薄膜光電晶體管的可適用的結(jié)構(gòu)的實例的光電傳感器TFT11的排列的剖面圖。
如圖1所示，光電傳感器TFT11包括一個在用玻璃等材料制造的襯底12上的柵電極13。柵電極13用從柵引線G1到Gn的一部分分隔，或從圖3所示的柵引線G1到Gn分隔的電極構(gòu)成。
柵電極13需要由金屬薄膜(由諸如Al，Ta，Mo或Ti制成的厚度約0.1到0.4m的薄膜)構(gòu)成，使其具有作為光阻擋薄膜的功能。通過該光阻擋功能，直接從有源矩陣襯底1的后表面入射的光不入射到光電傳感器TFT11的通道部分。
另外，在柵電極13上形成柵絕緣薄膜(諸如SiNx，SiO2的厚度約0.3到0.5m的絕緣體)。進一步，在柵絕緣薄膜14上形成一個作為感光半導(dǎo)體薄膜的半導(dǎo)體層15(諸如a-Si，poly-Si的厚度約0.05到0.2m的半導(dǎo)體)。該感光半導(dǎo)體薄膜作為上述通道部分而工作。
另外，雜半導(dǎo)體層15上形成接觸層16(諸如n+的a-Si的厚度約0.01到0.05m的半導(dǎo)體)以及源電極17和漏電極18。這里，本發(fā)明用具有優(yōu)良的半透明性的ITO(厚度約0.1到0.3m的氧化銦錫)作為源電極17和漏電極18的材料。注意，現(xiàn)存的其他半透明的導(dǎo)電氧化物薄膜諸如IZO(氧化銦鋅)或IGO(氧化鍺銦)可以用來替代ITO。另外也可用SnO2，ZnO，或有機導(dǎo)電薄膜。因為允許使用這些現(xiàn)存的半透明導(dǎo)電氧化物薄膜，可以容易地形成源電極和漏電極的半透明區(qū)域，不必復(fù)雜的制造工藝。
在這樣的方式中完成光電傳感器TFT11的基本構(gòu)型。
然后，最后通過覆蓋整個光電傳感器TFT11形成保護薄膜19(諸如SiNx)。
本發(fā)明的特征是使用了具有優(yōu)良的半透明性的透明的導(dǎo)電薄膜用于光電傳感器TFT11的源電極17和漏電極18。在常規(guī)的技術(shù)中，當源電極17和漏電極18用金屬薄膜制作時，照射到有源矩陣襯底1的頂部的光僅到達形成在通道部分即半導(dǎo)體層15中源/漏電極之間的一個小間隙(間隙部分20)，因為源電極17和漏電極18還作為光阻擋薄膜而工作。因此，半導(dǎo)體層15中光電激發(fā)載流子的產(chǎn)生受到限制，妨礙了靈敏度的提高。
另一方面，在本發(fā)明的光電傳感器TFT11中，照射光到達也在源電極17水平地重疊在柵電極13上的重疊區(qū)域17a，和/或漏電極18水平地重疊在柵電極13上的重疊區(qū)域18a中的作為通道部分的半導(dǎo)體層15。這樣，用于產(chǎn)生光激發(fā)載流子的區(qū)域可展寬。
結(jié)果，本發(fā)明的光電傳感器TFT11可將光電流Ip提高到大于常規(guī)的光電傳感器TFT。同時，當沒有光照時，暗電流可保持在和常規(guī)的光電傳感器相同的水平。因此，本發(fā)明的光電傳感器TFT11能提高對于光的靈敏度(Ip/Id)。
這里，下文將參考圖5解釋本發(fā)明的薄膜光電晶體管的靈敏度特性。圖5是顯示常規(guī)的光電傳感器TFT的靈敏度特性和作為本發(fā)明的薄膜光電晶體管的光電傳感器TFT的靈敏度特性之間的比較的曲線圖。
注意，在曲線圖中，在每個TFT的通道部分的尺寸比(L/W)為5/15，漏電極接+10V源電極接地的條件下進行各個光電流Ip和各個暗電流Id之間的比較。另外，光電流的測量在7000lux的照度下進行。
圖5顯示的曲線顯示在各個暗電流Id之間沒有差別；但是，本發(fā)明的光電傳感器TFT的光電流Ip增加到常規(guī)的光電傳感器的兩倍左右(在柵電壓為-10V的工作點)通過這個曲線，本發(fā)明的有效性得到充分證明。
順便提及，在采用光電傳感器TFT11時，為了簡化TFT元件的制造工藝，光電傳感器TFT11的源引線D1到Dm(點陣圖形中的引線之一；諸如圖3中顯示的一種)，以及源/漏電極最好制作在同一個層次上(通過同一種材料)；更具體地說，最好由透明的導(dǎo)電薄膜(ITO)形成源引線D1到Dm。但是，在形成大面積高清晰度的有源矩陣襯底時，源引線D1到Dm必須有低電阻，因此，在一些情況下，源引線D1到Dm需要用金屬薄膜制造。
在這樣的情況下可以以這樣的方式制造，首先，源引線和源/漏電極通過用透明的導(dǎo)電薄膜(諸如ITO)和金屬薄膜(諸如Ta，Ti，Mo)制成的層疊薄膜形成，然后，上層的金屬薄膜僅從光電傳感器TFT區(qū)域的源/漏電極全部或部分去除。通過該過程產(chǎn)生的光電傳感器TFT在圖6，圖7(a)和7(b)中顯示。
圖6顯示了光電傳感器TFT21的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，金屬薄膜22被去除，因此在TFT元件的全部區(qū)域中源電極23，漏電極24都用透明的導(dǎo)電薄膜形成。
另外，圖7(a)和7(b)顯示了光電傳感器TFT31的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中設(shè)置作為上層的金屬層32，作為透明的導(dǎo)電氧化物薄膜的ITO被設(shè)置在下層，開口部分32a被設(shè)置在TFT元件區(qū)域中的金屬薄膜32上，以便向用ITO制成的源電極33和漏電極34的一部分提供半透明性。
另外，作為另一種可能的實例，圖8(a)和8(b)顯示了一個光電傳感器TFT41，在該傳感器中源引線以及源/漏電極42和43僅用金屬薄膜而不用透明的導(dǎo)電薄膜(ITO)形成，開口部分42a和43a設(shè)置在TFT元件區(qū)域中的金屬薄膜上，以便為源電極42和漏電極43部分提供半透明的特性。
注意，在圖7(a)，7(b)，8(a)和8(b)中顯示的光電傳感器TFT中，設(shè)置在金屬薄膜上的開口部分的形狀不受特別限制，根據(jù)所需要的光靈敏度可以是圓形，狹縫形等。
如上所述，本發(fā)明的光電傳感器TFT可以以不同的方式設(shè)置，但是下面的因素對于獲得上述效果是必須的。
1)設(shè)置柵電極，柵絕緣薄膜，半導(dǎo)體薄膜，源電極和漏電極。
2)源電極和漏電極分別具有重疊的區(qū)域以在柵電極上水平重疊。
3)源電極和/或漏電極至少在重疊區(qū)域的一部分上具有半透明性。
因此，光電傳感器TFT的結(jié)構(gòu)不局限于圖1，6，7(a)，7(b)，8(a)和8(b)中顯示的結(jié)構(gòu)，在滿足上述因素的任何結(jié)構(gòu)中都能保證同樣的效果。
注意，本實施例敘述了這樣的一種設(shè)置，具有像素選擇功能的開關(guān)TFT 8和具有光電傳感器功能的光電傳感器TFT 9由有源矩陣襯底1中的不同的TFT元件構(gòu)成；但是，對于像素選擇功能和光電傳感器功能由單TFT元件提供的情況本發(fā)明仍然有效。下面的實施例詳述了該設(shè)置。
下文將敘述本發(fā)明的另一個實施例。注意，和實施例1一樣，本實施例用二維圖形傳感器作為圖象掃描裝置。
下文將參考圖9敘述根據(jù)本實施例的二維圖象傳感器。圖9是顯示構(gòu)成二維圖象傳感器的有源矩陣襯底51的電路設(shè)置的示意圖。
如圖9所示，有源矩陣襯底51不同于實施例1中敘述的有源矩陣襯底1，并被設(shè)置成使一個TFT元件(薄膜晶體管)56被設(shè)置成開關(guān)TFT和光電傳感器TFT，取代為每個像素設(shè)置開關(guān)TFT和光電傳感器TFT。
因此，除了薄膜晶體管56同時作為具有像素選擇功能的開關(guān)TFT和具有光電傳感器功能的光電傳感器TFT而工作以外，有源矩陣襯底51和有源矩陣襯底1有相同的配置。這樣，對和實施例1相當?shù)慕Y(jié)構(gòu)的解釋將省略。
更具體地說，在有源矩陣51中，驅(qū)動電路52和圖3中的驅(qū)動電路4相同，讀電路53和圖3中的讀電路5相同，柵引線54和圖3中的柵引線G1到Gn相同，源引線55和圖3中的源引線D1到Dm相同。注意，圖9顯示的有源矩陣襯底51包括連接到設(shè)置為電荷堆積電容的像素電容57的電容引線58。
如圖9所示，有源矩陣襯底51包括為每個像素的一個作為多功能TFT的薄膜晶體管56和一個像素電容57。
圖10顯示了有源矩陣襯底51的像素的具體的平面布局。在該情況中，薄膜晶體管56的源電極55a和漏電極59用透明的電極制成。這樣，在源電極55a和漏電極59中，在柵54a上水平重疊的區(qū)域具有半透明性。
這里，下文將參考圖10和圖11解釋具有上述構(gòu)型的有源矩陣襯底51的工作。圖11是顯示讀出順序的流程圖。
首先，像素電容(Cs)57被預(yù)充電(步驟S1)。這里，像素電容(堆積電容)57通過使用源引線55或電容引線58預(yù)充電。注意，當使用源引線55預(yù)充電時，薄膜晶體管56必須導(dǎo)通。
其次，進行背光照射(步驟S2)。這里，有源矩陣襯底51由背光單元用光(例如文件的反射光)照射一個預(yù)定的時間，其時薄膜晶體管56截止。結(jié)果，通過預(yù)充電堆積在像素電容57上的電荷由于圖5顯示的TFT的特性即在受到光照的區(qū)域中在源/漏電極之間流過的電流(光電流Ip)增加而放電。另一方面，為受到光照的區(qū)域中堆積在像素電容57中的電荷仍然保持。這里，薄膜晶體管56被用作為光電傳感器TFT。
然后，關(guān)閉背光(步驟S3)。
接著進行電荷的讀出(步驟S4)。更具體地說，相關(guān)于有源矩陣襯底51的光照停止，通過依次導(dǎo)通每個薄膜晶體管56進行保持在像素電容57中的電荷的讀出，從而讀出圖象信息的平面分布。這里，薄膜晶體管56被用作開關(guān)TFT。
順便提及，和實施例1相同，在本實施例中最好圖9中顯示的源引線55(點陣圖形中的一種引線)和薄膜晶體管56的源/漏電極被制作在同一層上(用同一種材料)，為的是簡化薄膜晶體管(TFT元件)的制造工藝。因此，最好是使用本發(fā)明的光電傳感器TFT，諸如上述實施例1中敘述的光電傳感器TFT(即圖1，6，7(a)，7(b)，8(a)或8(b)中顯示的光電傳感器TFT)。
另外，和上述實施例1一樣，可通過在具有上述光電傳感器TFT的有源矩陣襯底的前表面上設(shè)置保護薄膜(或保護襯底)，在有源矩陣襯底的后表面上放置平面光源(由LED或冷陰極管構(gòu)成的背光)，然后將諸如照片的目標文件置于有源矩陣襯底的前表面(具有保護薄膜的一側(cè))上而實現(xiàn)一個二維的圖象掃描裝置。
如上所述，實施例1和實施例2的圖象掃描裝置可以在有源矩陣襯底中提供高光靈敏度，即在構(gòu)成有源矩陣襯底的薄膜晶體管中提供高光靈敏度，其結(jié)果是實現(xiàn)減小相關(guān)于有源矩陣襯底的亮度。由于該原因，背光單元，即用于進行相關(guān)于有源矩陣襯底的光照的光照裝置的功率消耗可大大減小。
另外，因為高光靈敏度，就可以高速進行堆積在電荷堆積電容中的電荷的讀出。
因此，本發(fā)明可實現(xiàn)能達到低功耗(背光的低亮度)和高速讀出的圖象掃描裝置。
另外，本發(fā)明保證薄膜晶體管的高光靈敏度，因此，當光靈敏度的提高被抑制時，薄膜光電晶體管的尺寸就可以減小。由于該原因，通過使用同一尺寸的像素電容，在有源矩陣襯底中能實現(xiàn)高清晰度。
相反，通過抑制光靈敏度的提高以及在有源矩陣襯底中同樣的像素密度下使用小尺寸的薄膜光電晶體管，像素電容的尺寸能被提高。
由于該原因，因為更多的電荷被堆積在像素電容中，在從像素電容中讀出電荷時也即放大器進行放大時不需要高精確度，允許使用性能和成本較低的放大器。
另外，隨著像素電容尺寸的增加，從像素電容中讀出的信號的量(電荷的量)增加，改善了來自放大器的信號的S/N比。因此，甚至是低性能的放大器也能充分地工作，也就能提供低成本的二維圖象掃描器。
注意，上述實施例1和實施例2解釋了作為光電傳感器TFT結(jié)構(gòu)的底柵型的元件；但是，本發(fā)明也可以應(yīng)用頂柵型的元件。另外，已經(jīng)有將本發(fā)明的光電傳感器TFT應(yīng)用到二維有源矩陣陣列上的實例；但是，該光電傳感器TFT可以應(yīng)用于如一維傳感器陣列或獨立光電傳感器元件的更廣大的范圍。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的薄膜光電晶體管包括柵極；設(shè)置在柵極上的柵絕緣薄膜；層疊在柵絕緣薄膜上的感光半導(dǎo)體薄膜；設(shè)置在感光半導(dǎo)體薄膜上的源極；和設(shè)置在感光半導(dǎo)體薄膜上的漏極，源極和漏極的端部分開一個預(yù)先確定的距離，源極和漏極包括一個水平重疊在柵極上的重疊區(qū)域，該重疊區(qū)域包括至少一個具有半透明性的部分。
因此，因為源極和漏極的水平重疊在柵極上的重疊區(qū)域包括至少一個具有半透明性的部分，在柵極上的光照量增加。更具體地說，感光半導(dǎo)體薄膜由來自源極和漏極的具有半透明性的區(qū)域的光以及來自源極和漏極的各自的端部之間的間隙的光照射。
由于該原因，光電流(Ip)能增加，由光電流和暗電流(Id)之比表示的光靈敏度也能增加。
另外，上述構(gòu)型不需要復(fù)雜的引線，因為其只要通過向源極和漏極的一部分提供半透明性就能實現(xiàn)。還有，可以利用現(xiàn)存的薄膜晶體管的制造工藝不需改變。
因此，薄膜晶體管的上述構(gòu)型實現(xiàn)了光靈敏度(Ip/Id)的提高，同時不使引線布局和制造工藝復(fù)雜化。
另外，當光電晶體管需要和常規(guī)的構(gòu)型相同的光靈敏度時，薄膜光電晶體管本身的尺寸能減小，因此具有薄膜晶體管的有源矩陣襯底的像素密度可以提高，因此而實現(xiàn)高清晰度的有源矩陣襯底。
另外，根據(jù)本發(fā)明的薄膜光電晶體管可以設(shè)置成使具有半透明性的部分用源極和/或漏極中的透明的導(dǎo)電薄膜形成。另外，最好透明的導(dǎo)電薄膜是一種透明的導(dǎo)電氧化物薄膜。該透明的導(dǎo)電氧化物薄膜可以是現(xiàn)存的透明的導(dǎo)電氧化物薄膜，諸如ITO(氧化銦錫)，IZO(氧化銦鋅)或IGO(氧化銦鍺)。因此，源極和漏極的半透明區(qū)域可以容易地用現(xiàn)存的導(dǎo)電氧化物薄膜形成，不使制造工藝復(fù)雜化。
另外，通過用透明的導(dǎo)電氧化物薄膜形成連接到源極的源引線和連接到漏極的漏引線，就可以用薄膜光電晶體管的制造工藝中的透明的導(dǎo)電材料形成源引線和漏引線，從而更容易地形成半透明區(qū)域。
另外，根據(jù)本發(fā)明的薄膜光電晶體管可以設(shè)置成使源極和/或漏極用金屬薄膜形成，具有半透明性的區(qū)域通過提供一個開口部分而形成。
在這種情況下，因為源極和/或漏極用金屬薄膜形成，就可以用金屬薄膜形成連接到源極的源引線和連接到漏極的漏引線，因此，可以采用現(xiàn)存的薄膜光電晶體管的制造工藝不需改變。
另外，設(shè)置在金屬薄膜上的開口部分的尺寸可以根據(jù)所需要的光靈敏度，即所需要的薄膜光電晶體管的光電流的大小決定。
下面的兩個有源矩陣襯底是應(yīng)用上述薄膜晶體管的有源矩陣襯底的實例。
即，如上所述，根據(jù)本發(fā)明的有源矩陣襯底包括以點陣圖形形式的電引線；為每個點陣圖形方塊設(shè)置并連接到電引線上的開關(guān)薄膜晶體管；以及連接到開關(guān)薄膜晶體管上的光電傳感器薄膜晶體管，該光電傳感器薄膜晶體管用上述薄膜光電晶體管制造。
另外，如上所述，根據(jù)本發(fā)明的有源矩陣襯底包括以點陣圖形形式的電引線；為每個點陣圖形方塊設(shè)置并連接到電引線上的薄膜晶體管，該薄膜晶體管具有開關(guān)功能和光電傳感功能，該薄膜晶體管用上述薄膜光電晶體管制造。
由于該原因，薄膜晶體管中的光電流(Ip)能增加，因此由光電流和暗電流(Id)之比表示的光靈敏度(Ip/Id)也能增加。
另外，上述構(gòu)型僅通過向源極和/或漏極的至少一部分提供半透明性從而增加光電流而實現(xiàn)，因此不需復(fù)雜的引線以及光電薄膜晶體管的復(fù)雜的制造工藝。
因此，上述光電傳感器薄膜晶體管的應(yīng)用實現(xiàn)了能以簡單的構(gòu)型提高光靈敏度的有源矩陣襯底。
另外，根據(jù)本發(fā)明的有源矩陣襯底可以被設(shè)置成使薄膜光電晶體管的漏極連接到電荷堆積電容。
在這種情況下，因為薄膜光電晶體管的光靈敏度提高，堆積電容在光照時的充電(或放電)時間常數(shù)可被減小，從而提高了掃描速度。
另外，在上述薄膜光電晶體管中，即使在薄膜光電晶體管的尺寸減小時也能保證和常規(guī)的構(gòu)型相同的光靈敏度水平。由于該原因，通過使用相同的有源矩陣襯底的尺寸，可以放大連接到薄膜晶體管的漏極的電荷堆積電容的尺寸。
由于該原因，因為更多的電荷被堆積在電荷堆積電容中，不必使用高精確度的放大器去放大從電荷堆積電容讀出的電荷。
更具體地說，隨著電荷堆積電容尺寸的增加，從電荷堆積電容讀出的信號量(電荷量)增加，因此提高了來自放大器的信號的S/N比。因此，甚至低性能的放大器也能在該構(gòu)型中充分地工作。
因此，為圖象掃描裝置采用有上述構(gòu)型的有源矩陣襯底時，甚至低成本的低精確度放大器也能用于放大從電荷堆積電容讀出的電荷而工作，從而減小了圖象掃描裝置的制造成本。
另外，根據(jù)本發(fā)明的有源矩陣襯底可以設(shè)置成使點陣圖形形式的電引線包括連接到薄膜光電晶體管的源極的電引線，并且該引線用透明的導(dǎo)電薄膜制作，并且形成在和形成源極的同一層次上。
通過這樣的設(shè)置，具有半透明性的源極和連接到源極的源引線可以同時形成，從而簡化了制造工藝。
另外，根據(jù)本發(fā)明的有源矩陣襯底可以設(shè)置成使點陣圖形的電引線包括連接到薄膜光電晶體管的源極的電引線，并且該引線用透明的導(dǎo)電薄膜和金屬薄膜制作，并且透明的導(dǎo)電薄膜形成在和形成源極的同一層次上。
通過這樣的設(shè)置，因為源引線由金屬薄膜形成，引線電阻比用透明的導(dǎo)電薄膜形成的源引線低。因此就可以實現(xiàn)有源矩陣襯底的最優(yōu)選的尺寸以及更高的清晰度。
另外，上述有源矩陣襯底被用于二維圖象掃描裝置。
在該情況下，因為圖象掃描裝置包括本發(fā)明的有源矩陣襯底，圖象掃描的靈敏度可以提高。
另外，上述圖象掃描裝置可以進一步包括用于向有源矩陣襯底進行光照的光照裝置，該光照裝置設(shè)置在和有源矩陣襯底的圖象掃描一側(cè)相對的一側(cè)上。
通過這樣的構(gòu)型，因為有源矩陣襯底包括具有高光靈敏度的薄膜光電晶體管，用于圖象掃描的光照裝置的光亮度可以減小，從而減小圖象掃描裝置的全部功率消耗。
為了更全面地理解本發(fā)明的性質(zhì)和優(yōu)點，應(yīng)該參看結(jié)合附圖的詳盡敘述。
本發(fā)明被這樣敘述，很明顯，同一種方法又可以以許多方式進行變化。這樣的變化不應(yīng)被看為背離本發(fā)明的精神和范圍，所有對于在本技術(shù)領(lǐng)域熟練的人員顯而易見的這樣的修改都應(yīng)包括在附后的權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
工業(yè)應(yīng)用如上所述，根據(jù)本發(fā)明的薄膜光電晶體管適合于實現(xiàn)制造工藝和引線布局的簡化，也適合于提高光靈敏度(Ip/Id)。
另外，當光電晶體管需要和常規(guī)的構(gòu)型相同水平的光靈敏度時，薄膜光電晶體管本身的尺寸可以減小，因此，例如具有薄膜晶體管的有源矩陣襯底的像素密度可以提高。即該薄膜光電晶體管適合于實現(xiàn)高清晰度的有源矩陣襯底。
權(quán)利要求
1.一種薄膜光電晶體管，包括一個柵極；一個設(shè)置在柵極上的柵絕緣薄膜；一個層疊在柵絕緣薄膜上的感光半導(dǎo)體薄膜；一個設(shè)置在感光半導(dǎo)體薄膜上的源極；和一個設(shè)置在感光半導(dǎo)體薄膜上的漏極，源極的端部和漏極的端部分開一個預(yù)先確定的距離，源極和/或漏極包括一個水平重疊在柵極上的重疊區(qū)域，該重疊區(qū)域包括至少一個具有半透明性的部分。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜光電晶體管，其特征在于，其中具有半透明性的部分由源極和/或漏極中的透明導(dǎo)電薄膜形成。
3.如權(quán)利要求2所述的薄膜光電晶體管，其特征在于，其中透明導(dǎo)電薄膜為一種透明的導(dǎo)電氧化物薄膜。
4.如權(quán)利要求1所述的薄膜光電晶體管，其特征在于，其中源極和/或漏極由金屬薄膜形成，具有半透明性的部分通過設(shè)置一個開口部分形成。
5.一種有源矩陣襯底，包括以點陣圖形形式的電引線；為點陣圖形的每個方塊設(shè)置并連接到電引線的開關(guān)薄膜晶體管；和連接到開關(guān)薄膜晶體管的光電傳感器薄膜晶體管，該光電傳感器薄膜晶體管用如權(quán)利要求1到4中的任何一項所述的薄膜光電晶體管制成。
6.一種有源矩陣襯底，包括以點陣圖形形式的電引線；和為點陣圖形的每個方塊設(shè)置并連接到電引線的薄膜晶體管，該薄膜晶體管具有開關(guān)功能和光電傳感功能，該薄膜晶體管用如權(quán)利要求1到4中的任何一項所述的薄膜光電晶體管制成。
7.如權(quán)利要求5或6所述的有源矩陣襯底，其特征在于，其中薄膜光電晶體管的漏極連接到電荷堆積電容。
8.如權(quán)利要求5或6所述的有源矩陣襯底，其特征在于，其中點陣圖形形式的電引線包括連接到薄膜光電晶體管的源極的電引線，并且該引線用透明的導(dǎo)電薄膜制作，并且形成在和形成源極的同一層次上。
9.如權(quán)利要求8所述的有源矩陣襯底，其特征在于，其中透明導(dǎo)電薄膜為一種透明的導(dǎo)電氧化物薄膜。
10.如權(quán)利要求5或6所述的有源矩陣襯底，其特征在于，其中點陣圖形形式的電引線包括連接到薄膜光電晶體管的源極的電引線，并且該引線用透明的導(dǎo)電薄膜和金屬薄膜制作，并且透明的導(dǎo)電薄膜形成在和形成源極的同一層次上。
11.如權(quán)利要求10所述的薄膜光電晶體管，其特征在于，其中透明導(dǎo)電薄膜為一種透明的導(dǎo)電氧化物薄膜。
12.一種圖象掃描裝置，包括作為二維圖象掃描裝置的如權(quán)利要求5到11所述的有源矩陣襯底。
13.如權(quán)利要求12所述的圖象掃描裝置，進一步包括用于向有源矩陣襯底進行光照的光照裝置，該光照裝置設(shè)置在和有源矩陣襯底的圖象掃描一側(cè)相對的一側(cè)上。
全文摘要
柵絕緣薄膜(14)和半導(dǎo)體層(15)層疊在柵極(13)上；源極(17)和漏極(18)形成在半導(dǎo)體層(15)上，源極(17)和漏極(18)的端部之間有預(yù)先確定的間隙。每個源極(17)和漏極(18)都包括一個重疊區(qū)域(17a和18a)，該重疊區(qū)域(17a和18a)的至少一部分具有半透明性。該設(shè)置實現(xiàn)了光靈敏度(Ip/Id)的提高，同時不使引線布局或制造工藝復(fù)雜化。
文檔編號H01L29/786GK1663047SQ03814348
公開日2005年8月31日 申請日期2003年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月11日
發(fā)明者和泉良弘 申請人:夏普株式會社