[發明專利]行－列可尋址電微開關陣列及使用其的傳感器矩陣

無效

• 申請號: 99804732.5
• 申請日: 1999-02-02
• 公開（公告）號: CN1295722A
• 公開（公告）日: 2001-05-16
• 發明（設計）人: 俞鋼;曹鏞
• 申請（專利權）人: 優尼愛克斯公司
• 主分類號: H01L51/20
• 分類號: H01L51/20;H01L27/146
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 梁永,王忠忠

本發明一般涉及制造具有薄半導體膜的電微開關及用這種微開關構成的列-行(x-y)可尋址電開關矩陣。這些微開關是兩端器件，電流、電位或它們的導數或積分可以通過該器件根據外部偏置的大小或極性而開和關。它們按金屬/半導體/金屬薄膜結構的半導電薄膜構成。列-行可尋址電微開關矩陣可以制造成為覆蓋大面積，具有高像素密度。這種矩陣可以與電特性響應于外部物理條件(例如，光子輻射，溫度，壓力，X射線，磁場等)變化的一個(或數個)附加層成一體，從而形成各種探測器矩陣。

傳統的電開關是例如大電流、高功率應用的繼電器等電機械裝置。另一方面，人們普遍對用于各種傳感器應用的高像素密度、列-行可尋址電微開關感興趣。由分立機械繼電器構成的開關體積太大，應用時其開關速度經常太慢。在自動控制領域中，單個控制板一般少于10²個信道。

互補金屬氧化物半導體(CMOS)技術和場效應晶體管已用來在半導體晶片上制造大規模集成電路(LSIC)的開關電路。一般開關電路由一系列場效應晶體管構成，已知為有源矩陣陣列。這種微開關已用于制造高像素密度2D圖像傳感器和存儲器件。然而，材料和工藝成本限制了在大尺寸傳感器應用中使用這種有源矩陣陣列。

由于液晶顯示器(LCD)的需要而開發的玻璃或石英基片上的薄膜晶體管(TFT)技術提供了有源模式(AM)微開關基片的另一例子。除在AM-LCD使用外，近來已證明可用于由a-Si?TFT屏板上的非晶硅(a-Si)p-i-n光電池構成的大尺寸全色圖像傳感器(J.Yorkstin等人，Mat.Res.，Soc.Sym.Proc.116，258(1992)；R.A.Street，Bulletin?ofMaterials?Research?Society?11(17)，20(1992)；L.E.Antonuk和R.A.Street美國專利5262649(1993)；R.A.Street，美國專利5164809(1992))。

FET是一種三端有源器件。由這種開關單元構成的微開關屏板一般稱作有源矩陣。每個FET的漏電流由其柵電壓開關。開/關比一般是10⁴-10⁸。

如該發明中所證明的，固態微開關也可由例如金屬/半導體肖特基二極管、金屬/半導體/金屬(MSM)器件、p型半導體/n型半導體(p-n)結器件、或p型半導體/絕緣體或未摻雜半導體/n型半導體(p-i-n)結器件等兩端無源器件構成。可以根據外部偏置的大小或極性開關電流。

該發明公開了包括MSM結構或其變形結構的無源器件的大尺寸高像素密度微開關矩陣。該發明還公開了一種制造這種大尺寸高像素密度微開關矩陣的方法。可以是有機或無機的半導體為薄膜結構。幾十年來，已開發出了利用無機材料(例如硒、鍺、硅、Ge-Si合金、ZuS、CdS或CdSe)構成的薄膜器件，它們已應用于許多應用，例如包括光伏能量開關。還已研制出了金屬-有機物-金屬MSM薄膜結構的有機二極管(對由有機分子和共軛聚合物構成的MSM器件的回顧，見：James?C.W.Chien，Polyacetylene：Chemistry，Physics?andMaterial?Science，第12章(Academic，Orlando，1978)；G.A.Chamberlain，Solar?Cells?8，47(1983)；J.Kanicki，in?Handbook?ofConducting?Polymers，T.A.Skotheim，Ed.(Dekker，New?York，1986))。然而，這些早期器件的性能(如它們的I-V特性所確定的)不能夠使它們用作電開關。

由于材料性質和器件制造工藝的改進，近來已表明有機MSM器件的整流比已達到10⁵-10⁶(D.Braun?and?A.J.Heeger，Appl.Phys.Letters?58，1982(1991)；G.Yu，C.Zhang?and?A.J.Heerger，Appl.Phys.Lett.64，1540(1994))。