[發(fā)明專利]一種雙柵極光電薄膜晶體管、像素電路及像素陣列

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410030072.0
• 申請日: 2014-01-22
• 公開（公告）號: CN103762251A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王凱;陳軍;歐海
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L27/146
• 代理公司: 廣州新諾專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44100
• 代理人: 華輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種雙柵極光電薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)、制備工藝及像素電路。

背景技術(shù)

X射線成像是醫(yī)院最普遍應(yīng)用的診斷技術(shù)之一。像胸透，乳腺透，血管儀和胃腸儀等都已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療實(shí)踐中，成為幫助醫(yī)生診斷病患的重要工具。近幾年來，平板顯示技術(shù)的發(fā)展帶動了用于生物醫(yī)學(xué)成像的平板X射線成像技術(shù)的蓬勃發(fā)展，它已經(jīng)構(gòu)成生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域的一個(gè)重要的分支。目前，數(shù)字平板X射線成像儀已經(jīng)投入市場，成為傳統(tǒng)X射線成像技術(shù)的強(qiáng)有力競爭者。其突出的優(yōu)點(diǎn)在于數(shù)字化、高靈敏度和高分辨率等。這些優(yōu)點(diǎn)對于幫助醫(yī)生進(jìn)行疾病特別是癌癥的早期準(zhǔn)確診斷起到了重要作用。

一個(gè)數(shù)字平板X射線成像儀主要包括X射線管，數(shù)字平板探測器，以及數(shù)字圖像處理計(jì)算機(jī)。其中數(shù)字平板探測器是核心部分。它不僅決定了系統(tǒng)的成像能力，也占了50%以上的成本。

數(shù)字平板探測器由像素陣列和外圍電路組成，其中像素是其基本單元，它又可細(xì)分為探測感應(yīng)和信號開關(guān)兩大部分。其中探測感應(yīng)部分很大程度上決定了像素乃至整個(gè)陣列的性能，是數(shù)字平板探測器中最核心的部分。

根據(jù)探測的原理，用于X-射線成像的數(shù)字平板探測器可以分為直接探測型和間接探測型兩種。直接探測型是將X-射線直接轉(zhuǎn)換為電信號輸出；間接探測是先將X-射線轉(zhuǎn)換為可見光信號，然后在將光信號轉(zhuǎn)化成電信號。其中，間接探測型是目前X-射線成像的數(shù)字平板探測器采用的主要工作模式。本發(fā)明主要針對間接探測型X-射線數(shù)字平板探測器中的像素技術(shù)。

目前已有的間接探測型X-射線數(shù)字平板探測器的探測像素單元可分為三種類型：

1）如圖1，由光敏二極管作感應(yīng)單元配合開關(guān)薄膜晶體管（ThinFilm?Transistor-TFT）；

2）如圖2，由金屬－半導(dǎo)體－金屬（MSM）光電導(dǎo)感應(yīng)單元配合開關(guān)TFT；

3）如圖3，由光電薄膜晶體管配合開關(guān)TFT。

在上述的探測像素單元中,負(fù)責(zé)可見光探測的元件(如光敏二極管,MSM光電導(dǎo)或光電薄膜晶體管)與負(fù)責(zé)信號讀取的開關(guān)薄膜晶體管是分開的，導(dǎo)致像素的性能較差，靈敏度較低，制作工藝復(fù)雜，集成度低。針對現(xiàn)有技術(shù)的這種像素單元，需要作出改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)于不足，提供了一種開關(guān)性能強(qiáng)、集成度高、靈敏度高的雙柵極光電薄膜晶體管像素技術(shù)。

本發(fā)明是通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種雙柵極光電薄膜晶體管，包括：基板、暗柵極、第一介電層、溝道層、源極、漏極、第二介電層以及光柵極。該暗柵極設(shè)置于該基板上。該第一介電層設(shè)置于該基板上并覆蓋住該暗柵極。該源極與該漏極設(shè)置在該第一介電層上并對應(yīng)地與該第一介電層的兩端相接觸。該溝道層設(shè)置于該第一介電層上并覆蓋該源極與該漏極。該第二介電層設(shè)置于該溝道層上。該光柵極設(shè)置于該第二介電層上。其中，該光柵極由導(dǎo)電的透明電極材料制作，該暗柵極由金屬或金屬合金制作。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提出了一種用于光電探測電路的雙柵極光電薄膜晶體管，其最大的創(chuàng)新是將探測感應(yīng)單元跟信號讀取晶體管集成到一個(gè)雙柵極光電薄膜晶體管中。既利用了薄膜晶體管的開關(guān)性能，也利用了光電晶體管的感應(yīng)功能和放大功能，合三者為一。采用雙柵極薄膜光電晶體管的最大優(yōu)勢在于節(jié)省了開關(guān)薄膜晶體管的空間，實(shí)現(xiàn)了較大的像素填充比，進(jìn)而提高了靈敏度。另外，器件的制備工藝比較簡單，集成比較容易，有效降低了制備成本。像素電路簡單，一個(gè)器件就可以完成從感應(yīng)，信號存儲，到信號讀取輸出的全過程。而且，利用雙柵極薄膜晶體管本身的放大功能，可以實(shí)現(xiàn)低劑量、高靈敏度的主動像素（Active?Pixel）X-射線探測。

進(jìn)一步，該基板為玻璃基板或柔性基板如塑料或不銹鋼薄板。

進(jìn)一步，該光柵極包含銦錫氧化物、銦鋅氧化物、鋁摻雜氧化鋅或半透明薄膜金屬，該暗柵極包含鉬、鉻或者鋁等或其合金。通過對材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以達(dá)到該透明導(dǎo)電材料和介電材料之間的光學(xué)耦合，提高光電轉(zhuǎn)換效率。

進(jìn)一步，該溝道層由非晶硅制作形成或采用其它半導(dǎo)體薄膜材料如氧化物等。

進(jìn)一步，該第一介電層與該第二介電層由氧化硅薄膜或氮化硅薄膜材料制作形成。也可以采用其它薄膜介電材料如氧化鋁、氧化鈦和氧化鉿等。

進(jìn)一步，該第一介電層與該第二介電層的厚度范圍為10納米到1微米。這種材料和厚度的介電層，在光學(xué)上，它具有較高的透光率以及與透明電極材料之間很好的光學(xué)耦合，在電學(xué)上，它要滿足像素存儲電容的要求，滿足底部開關(guān)薄膜晶體管對開關(guān)速度的要求，且滿足對光的充分吸收以及保證開關(guān)薄膜晶體管的正常操作。