[發明專利]光電探測器及其制造方法及相應的光電探測方法

在審

• 申請號: 202110520740.8
• 申請日: 2021-05-13
• 公開（公告）號: CN113437099A
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 張盛東;周曉梁;廖聰維;范昌輝;林清平;嚴建花;李建樺
• 申請（專利權）人: 北京大學深圳研究生院
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H01L31/032;H01L31/113;H01L31/119;H04N5/369;H04N5/374;H04N5/3745;H04N5/378
• 代理公司: 北京威禾知識產權代理有限公司 11838
• 代理人: 沈超

本申請提供了一種光電探測器像素電路，包括探測晶體管，配置為對入射光進行探測并產生相應的光生電信號；開關晶體管，配置為接收所述光生電信號或相關信號并對其進行電學處理；所述探測晶體管和所述開關晶體管均為雙柵晶體管，并且二者的襯底、底柵電極層、底柵介質層、頂柵介質層以及源極或漏極所在的導電層彼此都相應的位于同一層，并且二者的有源層都包括具有光記憶功能的相同或不同的半導體材料；其中所述探測晶體管的頂柵電極采用透明導電材料，所述開關晶體管的頂柵電極至少包括非透明導電材料。本申請還公開了相應的光電探測器及其制造和應用方法。

技術領域

本申請涉及一種光電探測器，特別地涉及一種具有光記憶功能的光電探測器、及其制造方法以及相應的光電探測方法。

背景技術

光電探測器和圖像傳感器在眾多醫療電子、消費電子、軍用電子設備中起到極端重要的作用。例如，X射線影像是骨科、肺病、心腦血管等各類疾病診斷的黃金判據；指紋識別已經成為智慧手機的標準安全鎖；高光譜、多光譜攝像是重要的現代軍事偵測手段。在這些應用中，面向微弱光信號、瞬態光電信號的高靈敏度、高分辨率的光電探測器和圖像傳感器一直是研究的重點。

現有的圖像傳感器技術主要分為基于電荷耦合器件(CCD)和互補金屬氧化物(CMOS)晶體管的成像技術，以及基于非晶硅(a-Si)光電二極管(PD)和a-Si晶體管(TFT)的平板探測成像技術，后者是目前主流的X射線圖像傳感技術。然而，光電二極管探測光子數與其面積正相關，從而造成其在高分辨率與高靈敏度之間存存在矛盾，限制了探測分辨率的提升。光電二極管靈敏度不佳的不足同樣限制了其對微弱、瞬態光信號的探測能力。

與光電二極管相比，光電TFT是另一種可選的光傳感器件，且在一些方面優勢明顯。光電TFT本身具備光電導放大能力，利于提高靈敏度；同時其光電流大小與器件溝道區形狀有關，因此利于靈敏度與分辨率的兼顧。正是由于這些優點，光電TFT一直以來都是光電傳感器件的重要研究方向。

面向超低劑量X射線探測、軍事設備中極微弱光探測等應用時，設備的探測能力取決于光傳感器件的靈敏度及其暗態電流的水平。利用光記憶效應，光傳感器件可以在光信號消失后持續保持光響應特性，從而等效的增加了光脈沖寬度、或光強，實現對超短脈沖光、或極微弱光的探測。然而，光記憶效應會存在累計疊加效果，造成靈敏度的疊加。因此，若無法在探測結束后對光記憶信息進行有效擦除或復位，將會導致光傳感器件無法完成連續、穩定的探測。

發明內容

針對現有技術的問題，本申請提出了一種光電探測器像素電路，包括探測晶體管，配置為對入射光進行探測并產生相應的光生電信號；開關晶體管，配置為接收所述光生電信號或相關信號并對其進行電學處理；所述探測晶體管和所述開關晶體管均為雙柵晶體管，并且二者的襯底、底柵電極層、底柵介質層、頂柵介質層以及源極或漏極所在的導電層彼此都相應的位于同一層，并且二者的有源層都包括具有光記憶功能的相同或不同的半導體材料；其中所述探測晶體管的頂柵電極采用透明導電材料，所述開關晶體管的頂柵電極至少包括非透明導電材料。

特別的，所述具有光記憶功能的半導體材料包括金屬氧化物半導體。

特別的，所述探測晶體管和所述開關晶體管還包括至少位于所述頂柵電極上的鈍化層，以及位于所述鈍化層和所述源漏電極層上方的閃爍體。

特別的，所述開關晶體管的頂柵電極還包括與所述探測晶體管的頂柵電極位于同一層的透明導電材料；其中所述開關晶體管的頂柵電極中的非透明導電材料位于其透明導電材料上方。

特別的，所述光電探測器像素電路還包括耦合在所述探測晶體管和地電位之間的電容，配置為存儲所述光生信號。

特別的，所述電容的下極板包括與所述雙柵晶體管底柵電極同層的金屬，所述電容的上極板包括所述雙柵晶體管的有源層，所述電容的介質層包括所述雙柵晶體管的底柵介質層。