專利名稱：光電傳感器陣列和制造該光電傳感器陣列的方法
本申請基于并且要求2000年4月12日提交的在先日本專利申請No.2000-110718和2000年5月24日提交的No.2000-152828的優(yōu)先權(quán)，二者的全部內(nèi)容與本文結(jié)合作為參考。
本發(fā)明涉及一種光電傳感器陣列和一種制造光電傳感器陣列的方法，并特別涉及一種光電傳感器陣列和一種制造光電傳感器陣列的方法，該光電傳感器陣列通過以二維形式排列由膜晶體管形成的光電轉(zhuǎn)換元件(光電傳感器)而構(gòu)成，每個膜晶體管都具有在公共半導(dǎo)體層之上和之下配備頂柵極和底柵極的雙柵結(jié)構(gòu)。
傳統(tǒng)上提供了一種具有光電傳感器陣列結(jié)構(gòu)的設(shè)備來作為讀取印刷品、照盤、沿著指紋的細小不規(guī)則形態(tài)的二維圖象讀取設(shè)備，其中光電傳感器陣列通過以矩陣狀配置排列光電轉(zhuǎn)換元件(光電傳感器)而構(gòu)成。通常使用諸如CCD(電荷耦合器件)等的固態(tài)成象設(shè)備作為光電傳感器陣列。
眾所周知，CCD具有以矩陣狀配置排列諸如光電二極管、晶體管等的光電傳感器的結(jié)構(gòu)，并且對應(yīng)于施加到每個光電傳感器的光接收部分的光量而產(chǎn)生的電子-空穴對的量(電荷量)使用水平掃描電路和垂直掃描電路檢測以檢測所施加的光亮度。
在使用這種CCD的光電傳感器系統(tǒng)中，由于需要單獨提供一種把每個掃描的光電傳感器設(shè)置為選擇狀態(tài)的選擇晶體管，所以存在的問題在于系統(tǒng)本身的尺寸隨著像素數(shù)目的增加而變大。
在應(yīng)用于上述二維圖象讀取設(shè)備的光電傳感器系統(tǒng)當(dāng)中，盤部分排列在以矩陣狀配置排列光電傳感器的陣列區(qū)的周圍。一些光電傳感器通過盤部分與諸如驅(qū)動光電傳感器陣列的驅(qū)動器等外圍設(shè)備連接。在此，舉例來說，構(gòu)成光電傳感器陣列的具有TFT結(jié)構(gòu)的每個光電傳感器具有一種結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，源極和漏極以及柵極相對于玻璃襯底上提供的半導(dǎo)體層而提供。因此存在的問題在于，由于截面結(jié)構(gòu)必須具有疊制結(jié)構(gòu)，并且在陣列區(qū)和盤部分制作的截面結(jié)構(gòu)不同，而且實施了各自的制造過程，所以導(dǎo)電層和絕緣層膜形成及構(gòu)圖步驟的明顯增加，使制造成本和時間增加。
而且，在光電傳感器陣列的層疊結(jié)構(gòu)中，存在的問題在于，在用于連接外圍電路的盤部分(the pad portion)的臺階中產(chǎn)生在下層形成的導(dǎo)電層和在上層形成的導(dǎo)電層之間的差值，造成的后果是可能損害與外圍電路的連接。而且，還存在的一個問題在于，在上層形成的導(dǎo)電層變得更易于受到由下層導(dǎo)電層產(chǎn)生的臺階的影響，并且斷開的危險增加。
本發(fā)明的一個目的是提供一種光電傳感器陣列和一種制造光電傳感器陣列的方法，該結(jié)構(gòu)往往會改善光電傳感器陣列和外圍電路之間的連接并且抑制導(dǎo)電層的斷開，同時減少制造過程。
根據(jù)本發(fā)明第一方案的光電傳感器陣列包括在預(yù)定方向上彼此分開排列的多個光電轉(zhuǎn)換元件，每個光電轉(zhuǎn)換元件包括具有入射有源(effective)區(qū)的半導(dǎo)體層，激勵光入射到該有源區(qū)上；分別在半導(dǎo)體層的兩個端面上提供的源極和漏極；通過第一柵絕緣膜在半導(dǎo)體層之下提供的第一柵極；和通過第二柵絕緣膜在半導(dǎo)體層之上提供的第二柵極；源極端子，通常與光電轉(zhuǎn)換元件的源極連接；漏極端子，通常與光電轉(zhuǎn)換元件的漏極連接；第一柵極端子，通常與光電轉(zhuǎn)換元件的第一柵極連接；和第二柵極端子，通常與光電轉(zhuǎn)換元件的第二柵極連接，第一柵極和第二柵極中的至少之一在由第一透明電極層構(gòu)成的光電轉(zhuǎn)換元件上提供，并且源極端子、漏極端子和柵極端子中的至少之一利用第一透明電極層構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明的第一方案，源極端子、漏極端子、第一柵極端子和第二柵極端子中的任意之一都具有包括構(gòu)成第一柵極或第二柵極的透明電極層的疊制結(jié)構(gòu)。因此，與外圍電路的良好電連接狀態(tài)可以得到實現(xiàn)，同時減小允許每個端子結(jié)構(gòu)的厚形成的薄層阻抗，并且消除端子配置的失效(failure)。特別是，當(dāng)透明電極層由ITO制成時，與金屬端子而非ITO的情況相比，與外圍電路的連接得到了改善。
至少是源極端子、漏極端子和第一柵極端子中的任意之一的最上層可由第一透明電極層構(gòu)成。因此，每個端子可通過使用與在相對于半導(dǎo)體層的激勵光的入射面上形成的電極層相同的材料和過程而在疊制層中形成。
這里，光電傳感器陣列包括通過光電轉(zhuǎn)換端之上的絕緣膜提供的靜電放電和接觸傳感電極。當(dāng)源極端子、漏極端子、第一柵極端子和第二柵極端子的至少任意之一利用構(gòu)成靜電放電和接觸傳感電極的第二透明電極層構(gòu)成時，可以防止與帶靜電手指接觸的諸如驅(qū)動器等電路的操作失效和靜電擊穿。因而，光電傳感器陣列的驅(qū)動可自動開始。
而且，半導(dǎo)體層可被擴大或提供以至少作為源極和漏極、源極端子和漏極端子以及源-漏布行的下層。因此，可把每個端子部分的疊制結(jié)構(gòu)做厚，并且端子的配置故障進一步得到抑制，并可進一步改善與外圍電路的連接。另外，在導(dǎo)電層上產(chǎn)生的臺階，如在高于半導(dǎo)體層的層上提供的絕緣層、第二柵極等可被降低(alleviated)，這樣可以抑制信號傳輸性能和絕緣性能的損害。
而且，具有上述結(jié)構(gòu)的多個光電轉(zhuǎn)換元件經(jīng)端子與諸如漏極驅(qū)動器、第一柵極驅(qū)動器、第二柵極驅(qū)動器等的預(yù)定外圍電路連接，這樣則能夠以簡單的制造過程來制造具有良好絕緣性能、信號傳輸性能和連接的光電傳感器系統(tǒng)。
而且，半導(dǎo)體層的源-漏極之間的激勵光入射到其上的有源區(qū)可被構(gòu)成以易于滿足預(yù)定的配置比，從而可以任意地排列入射有源區(qū)以改善光傳感區(qū)的偏差。結(jié)果，由于半導(dǎo)體層的入射有源區(qū)可被設(shè)置為能夠提供最佳配置比，所以即使是在激勵光的入射光非常小時也允許充足的源-漏極電流流過。因此可以獲得良好的光靈敏度。
利用這種光電傳感器陣列，半導(dǎo)體層的源極彼此連接，半導(dǎo)體層的漏極彼此連接，源極或漏極可在這些半導(dǎo)體層之外的兩個相鄰半導(dǎo)體層之上形成。
另外，光電轉(zhuǎn)換元件的半導(dǎo)體層可沿著半導(dǎo)體層的溝道長度的方向排列。
而且，當(dāng)光電轉(zhuǎn)換元件以三角形配置排列時，在二維中彼此相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件之間的距離可以做得更均勻。因此可以抑制在將要拍攝的相同對象以相對于光電傳感器陣列的平面不同角度放置時由于光接收靈敏度的不均勻而引起的光信息的偏差，光接收靈敏度根據(jù)方向的不同而不同。對放置對象的角度的限制變小，這樣則能夠?qū)崿F(xiàn)在圖象讀取性能方面具有優(yōu)越性的光電傳感器陣列。
根據(jù)本發(fā)明第二實施例的一種制造光電傳感器陣列的方法包括在絕緣膜上形成第一柵極并且第一柵極基底盤在第一柵極端子部分上與第一柵極連接；至少在第一柵極和第一柵極端子部分上形成第一柵極絕緣膜，接著在用于產(chǎn)生具有激勵光的載流子的第一柵極之上形成具有預(yù)定配置的半導(dǎo)體層；形成第一開口部分，用于把第一柵極基底盤暴露于第一柵極端子部分；形成分別在半導(dǎo)體層的兩端提供的源極和漏極，通過第一開口部分，漏極基盤(base pad)在漏極端子部分上與漏極連接，并且在第一柵極端子部分上與第一柵極端子下層連接；至少在第一柵極端子下層、源-漏極和漏極端子部分上形成第二絕緣膜，接著形成第二開口部分，用于至少露出第一柵極端子下層和第一漏極基底盤之一；并且在具有預(yù)定配置的第二柵極上形成與第二柵極連接的第二柵極基盤以及在半導(dǎo)體層之上的第二柵極端子部分，同時通過第二開口部分至少形成與第一柵極端子下層連接的第一柵極端子上層和與漏極基底盤連接的漏極端子上層之一。
根據(jù)這種制造方法，由于構(gòu)成第一柵極端子和漏極端子的任意之一的電極層被疊制，并且利用與構(gòu)成光電傳感器陣列的光電轉(zhuǎn)換元件的導(dǎo)電層相同的材料和相同的步驟形成，所以整個光電傳感器陣列的每個結(jié)構(gòu)都能夠以公用的系列制造過程來構(gòu)成和處理。因此可以努力減少制造過程并且降低制造成本和時間。同時，構(gòu)成第一柵極端子和漏極端子的任意之一的電極層可按希望做厚并且端子的薄層阻抗可以減小。
另外，在保護絕緣膜上，靜電放電和接觸傳感電極、第一柵極端子最上層或漏極端子最上層或第二柵極端子上層能夠以相同的處理過程形成。這樣可以在不增加制造處理過程的情況下防止因?qū)ο蠓烹娨鸬墓怆娹D(zhuǎn)換元件的操作失效和靜電擊穿。另外，通過把每個端子的疊制結(jié)構(gòu)做厚可以進一步改善與外圍電路的連接。
而且，在構(gòu)成漏極端子、第一柵極端子和第二柵極端子的疊制結(jié)構(gòu)之外，至少構(gòu)成最上層的導(dǎo)電層可由透明電極層構(gòu)成。這可以在不增加制造過程的情況下通過使用與在相對于半導(dǎo)體層的激勵光的入射面上形成的電極層相同的材料和相同的過程來形成每個端子的疊制。
而且，半導(dǎo)體層可在源-漏極、源-漏極端子和源-漏極布行的下層上擴大和提供。因此，每個端子部分的疊制結(jié)構(gòu)可被做得更厚，薄層阻抗減小，端子的配置失效得到抑制，并且還可進一步改善與外圍電路的連接。另外，在比半導(dǎo)體層高的上層上提供的絕緣層上或?qū)щ妼由袭a(chǎn)生的臺階，如第二柵極等可被降低，以便于能夠以一種簡單的制造過程來提供可抑制絕緣性能和信號傳輸性能損害的光電傳感器陣列。
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點將在隨后的描述中提出，并且通過該描述將能夠部分理解，或者可通過本發(fā)明的實踐來認識到。通過特別在隨后提出的設(shè)備和組合可以實現(xiàn)和獲得本發(fā)明的目的和優(yōu)點。
結(jié)合在說明書中并構(gòu)成說明書一部分的附圖示出了本發(fā)明的目前最佳的實施例，并且與上面給出的一般描述和下面給出的最佳實施例的詳細描述結(jié)合在一起來解釋本發(fā)明的原理。
圖1A和1B示出了應(yīng)用于本發(fā)明的雙柵型光電傳感器陣列的基本結(jié)構(gòu)的截面圖和電路圖。
圖2是表示配備有光電傳感器陣列的光電傳感器系統(tǒng)的示意結(jié)構(gòu)圖，其中光電傳感器陣列通過二維排列應(yīng)用于本發(fā)明的雙柵型光電傳感器而形成。
圖3是表示該光電傳感器系統(tǒng)的驅(qū)動控制法的一個實例的定時圖。
圖4是表示雙柵型光電傳感器的復(fù)位操作的概念圖。
圖5是表示雙柵型光電傳感器的光累積操作的概念圖。
圖6是表示雙柵型光電傳感器的預(yù)充電操作的概念圖。
圖7是表示在雙柵型光電傳感器的亮光時刻的選擇狀態(tài)的概念圖。
圖8是表示在雙柵型光電傳感器的暗光時刻的選擇狀態(tài)的概念圖。
圖9是表示在雙柵型光電傳感器的亮光時刻的未選狀態(tài)的概念圖。
圖10是表示在雙柵型光電傳感器的暗光時刻的未選狀態(tài)的概念圖。
圖11是表示在選擇模式中的光電傳感器系統(tǒng)的輸出電壓的光響應(yīng)特性圖。
圖12是表示在未選模式中的光電傳感器系統(tǒng)的輸出電壓的光響應(yīng)特性圖。
圖13是表示讀取二維圖象的讀取設(shè)備的基本部分的截面圖，其中提供了配備有雙柵光電傳感器的光電傳感器系統(tǒng)。
圖14是表示根據(jù)本發(fā)明的光電傳感器陣列中的一個結(jié)構(gòu)實例的一部分的截面圖。
圖15是表示根據(jù)本發(fā)明的光電傳感器陣列中的另一個結(jié)構(gòu)實例的一部分的截面圖。
圖16A至16C是用于解釋在制造具有圖15所示結(jié)構(gòu)的光電傳感器陣列的方法中的第一步至第三步的截面圖。
圖17A和17B是用于解釋在制造具有圖15所示結(jié)構(gòu)的光電傳感器陣列的方法中的第四步和第五步的截面圖。
圖18A和18B是用于解釋在制造具有圖15所示結(jié)構(gòu)的光電傳感器陣列的方法中的第六步和第七步的截面圖。
圖19A是表示雙柵型光電傳感器的入射有源區(qū)的圖，其中圖14所示的每個設(shè)備都提供一個構(gòu)成光電傳感器部分的半導(dǎo)體層。
圖19B是表示光電傳感器陣列中的排列結(jié)構(gòu)的圖，其中圖19A所示的光電傳感器以矩陣狀配置排列。
圖20是表示圖19A所示結(jié)構(gòu)中的光傳感區(qū)的擴展的概念圖。
圖21A是表示雙柵型光電傳感器的入射有源區(qū)的圖，其中圖15所示的每個設(shè)備都提供兩個構(gòu)成光電傳感器部分的半導(dǎo)體層。
圖21B是表示光電傳感器陣列中的排列結(jié)構(gòu)的圖，其中圖21A所示的光電傳感器以矩陣狀配置排列。
圖22是表示圖21A所示結(jié)構(gòu)中的光傳感區(qū)的擴展的概念圖。
圖23是表示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的光電傳感器陣列的一部分的截面圖。
圖24是表示配備有圖23所示光電傳感器系統(tǒng)的光電傳感器系統(tǒng)的一個實例的示意結(jié)構(gòu)圖。
圖25是表示反射光是否入射到光電傳感器的半導(dǎo)體層上的局部截面圖。
圖26是表示當(dāng)不允許手指接觸其中時，靜電放電和接觸傳感電極和CMOS反轉(zhuǎn)器之間的示意電路圖。
圖27是表示當(dāng)允許手指接觸其中時，靜電放電和接觸傳感電極和CMOS反轉(zhuǎn)器之間的示意電路圖。
圖28是表示接觸檢測器的電路圖。
圖29A是信號Pa的輸出波形圖，圖29B是在不允許手指與靜電放電和接觸傳感電極接觸時的信號Pb的輸出波形圖，圖29C是在允許手指與靜電放電和接觸傳感電極接觸時的信號Pb的輸出波形圖，并且圖29D是信號Pc的輸出波形圖。
圖30是表示確定信號發(fā)生器和判斷電路的電路圖。
圖31A是信號Ps的輸出波形圖，圖31B是信號Pa的輸出波形圖，圖31C是時鐘信號Pb的輸出波形圖，圖31D是在不允許手指與靜電放電和接觸傳感電極接觸時的信號Pb的輸出波形圖，并且圖31E是輸出到計數(shù)器的信號Pe的輸出波形圖。
圖32A是信號Ps的輸出波形圖，圖32B是信號Pa的輸出波形圖，圖32C是時鐘信號的輸出波形圖，圖32D是在不允許手指與靜電放電和接觸傳感電極接觸時的信號Pb的輸出波形圖，圖32E是信號Pc的輸出波形圖，并且圖32F是信號Pd的輸出波形圖。
圖33A是信號Ps的輸出波形圖，圖33B是信號Pa的輸出波形圖，圖33C是時鐘信號的輸出波形圖，圖33D是在不允許手指與靜電放電和接觸傳感電極接觸時的信號Pb的輸出波形圖，并且圖33E是信號Pc的輸出波形圖，并且圖33F是信號Pd的輸出波形圖。
圖34是表示根據(jù)本發(fā)明第三實施例的光電傳感器陣列的一部分的截面圖。
圖35A和35B是用于解釋制造圖34所示結(jié)構(gòu)的光電傳感器陣列的方法中的第一步和第二步的截面圖。
圖36A和36B是用于解釋制造圖34所示結(jié)構(gòu)的光電傳感器陣列的方法中的第三步和第四步的截面圖。
圖37A和37B是用于解釋制造圖34所示結(jié)構(gòu)的光電傳感器陣列的方法中的第五步和第六步的截面圖。
圖38是表示根據(jù)本發(fā)明第四實施例的光電傳感器陣列的一部分的截面圖。
圖39是一種雙柵型光電傳感器的示意結(jié)構(gòu)圖，其中提供了三個半導(dǎo)體層，它們?yōu)槊總€設(shè)備構(gòu)成了一個光電傳感器部分。
圖40是表示圖39的光電傳感器的一部分的截面圖。
圖41是以矩陣狀配置排列圖40所示的雙柵型光電傳感器的光電傳感器陣列的平面結(jié)構(gòu)圖。
圖42示出了根據(jù)本發(fā)明又一個實施例的光電傳感器陣列的圖。
圖43至48是表示靜電放電和接觸傳感電極的不同變化的圖。
下面詳細描述光電傳感器陣列和制造該陣列的方法。
首先，解釋所有用于光電傳感器陣列的每個雙柵(double-gate)型光電傳感器。
圖1為原理性示出雙柵型光電傳感器基本結(jié)構(gòu)的截面圖。如圖1A，雙柵型光電傳感器10包括半導(dǎo)體層(溝道層)24，當(dāng)其上入射激勵光(這里是可見光)時，其中產(chǎn)生一對電子和空穴；n+的摻雜層26a和26b，分別提供在半導(dǎo)體層24的兩側(cè)；漏極27a和源極27b由鉻、鋁、鋁合金或類似物構(gòu)成，在摻雜層26a和26b上形成，且不透過可見光；頂柵電極29，由透明的導(dǎo)電膜形成，如在半導(dǎo)體層24上形成的ITO(銦-錫氧化物)，經(jīng)由一塊絕緣膜25和上部(上)柵絕緣膜28，電極相對可見光透明；底柵電22由這類材料如鉻、鉻合金、鋁、鋁合金形成，經(jīng)由在半導(dǎo)體24下的(圖的下部)下部(底)柵絕緣膜23，電極對可見光不透明。
圖1A中，頂柵電極29、頂柵絕緣膜28、底柵絕緣膜23和頂柵電29極上的保護絕緣膜30都由對激勵半導(dǎo)體層24的可見光有高透明性的材料形成。另一方面，底柵電極22由不透光的材料形成，其結(jié)果是底柵電極22僅具有檢測圖上方的入射光的結(jié)構(gòu)。
因此，雙柵型光電傳感器10有雙MOS晶體管組合的結(jié)構(gòu)，形成在透明襯底21上，雙MOS晶體管包括上MOS晶體管，形成半導(dǎo)體層24，漏極27a，源極27b和頂柵電極29，和下MOS晶體管，形成半導(dǎo)體層24，漏極27a，源極27b和頂柵電極29，兩MOS晶體管有作為共用的半導(dǎo)體層24的半導(dǎo)體層24。
這種雙柵型光電傳感器10通常由圖1B所示的等效電路代表。這里，TG表示頂柵端子，BG表示底柵端子，S表示源端，D表示漏端。
下面，參照附圖簡單介紹二維設(shè)置的上述雙柵型光電傳感器構(gòu)成的光電傳感器陣列的光電傳感器系統(tǒng)。
圖2為雙柵型光電傳感器構(gòu)成的光電傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。
如圖2所示，光電傳感器系統(tǒng)大致包括光電傳感器陣列100，其中配置有像n行m列的矩陣結(jié)構(gòu)的許多雙柵型光電傳感器10；頂柵極行101和底柵極行102，在行方向上分別連接頂柵端子TG(頂柵極29)和底柵端子BG(底柵端子22)；漏行103在列方向上連接雙柵型光電傳感器10的漏端D(漏電極27a)；源行104在列方向上連接源端S(源電極27b)；一組頂柵極盤111布置在雙柵型光電傳感器10的外圍部分，以連接到頂柵極行101，一組底柵極盤121連接到底柵極組；一組漏盤131連接到漏極行103，一組源極盤141(盤數(shù)目大于或等于1)；頂柵極驅(qū)動器110，通過頂柵極盤組111連接到頂柵極行101。
底柵極驅(qū)動器120，通過底柵極盤組121連接到底柵極行102。
漏極驅(qū)動器(輸出電路部分)130，包括通過漏極盤組131連接到漏極行103的列開關(guān)132，預(yù)充電開關(guān)133和放大器134；和光源140，作為背光。
這里，頂柵極行101與透明導(dǎo)電膜及頂柵極29形成一體，如ITO或類似物。底柵極行102、漏極行103和源極行104與底柵極22、漏極27a和源極27b由同樣材料整體形成，該材料對激勵光不透明。源極行104，通過源盤組141連接到地電位。
圖2中，符號Φtg和Φbg表示控制信號，分別用于產(chǎn)生復(fù)位脈沖ΦT1,ΦT2,…,ΦTi,…,ΦTn，讀脈沖ΦB1,ΦB2,…,ΦBi,…,ΦBn。符號Φpg表示預(yù)充電信號，用于控制施加預(yù)充電電壓的時間。
在這種結(jié)構(gòu)中，光電傳感功能通過經(jīng)頂柵極行101從頂柵極驅(qū)動器110施加一電壓到頂柵極TG實現(xiàn)。經(jīng)底柵極行102從底柵極驅(qū)動器112施加一電壓到底柵極BG。通過向底柵極BG施加電壓，經(jīng)漏極行103進入漏驅(qū)動器130一檢測信號，導(dǎo)致實現(xiàn)選擇讀功能，通過輸出(Vout)的信號為串行數(shù)據(jù)或并行數(shù)據(jù)。
下面，參照附圖介紹驅(qū)動上述光電傳感器系統(tǒng)的方法。
圖3是驅(qū)動上述光電傳感器系統(tǒng)的方法的時序圖。圖4到圖10示出雙柵型光電傳感器的運行原理圖。圖11和12示出光電傳感器系統(tǒng)的輸出電壓的光響應(yīng)特性。解釋將大致參照雙柵型光電傳感器和光電傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)(圖1和圖2)。
首先，復(fù)位，如圖3和4所示，脈沖電壓(復(fù)位脈沖，例如，高電平Vtg=+15V)ΦTi被加到第i行頂柵極行101，因此，載流子(這里為空穴)在與雙柵型光電傳感器10的半導(dǎo)體層24的接觸面附近集聚，塊絕緣膜25的半導(dǎo)體層24(復(fù)位周期Treset)釋放。
然后，在光集聚周期，如圖3和5所示，低電平(例如，Vtg=-15V)偏置電壓ΦTi被加到頂柵極行101，以終止復(fù)位操作，并通過載流子集聚操作開始光集聚周期。在光集聚周期Ta，稱為載流子產(chǎn)生區(qū)的半導(dǎo)體層24的光入射作用區(qū)，產(chǎn)生電子空穴，因此，正空穴集聚在與塊絕緣膜25的半導(dǎo)體層24接觸面附近，稱為，溝道區(qū)效應(yīng)。
在預(yù)充電運行中，如圖3和6所示，基于預(yù)充電信號Φpg并沿光集聚周期Ta，預(yù)定電壓(預(yù)充電電壓)被加到漏行103，以允許漏極保持充電(預(yù)充電周期Tprch)。
然后，在讀操作中，如圖3和7所示，預(yù)充電周期Tprch之后，高電平(如Vbg=+10V)偏置電壓(讀選擇信號，之后稱為讀脈沖)ΦBi被加到底柵極行102，以置位雙柵型光電傳感器10為開狀態(tài)(讀周期Tread)。
這里，讀周期Tread中，載流子(空穴)運作在抵消加到有反向極性的頂柵極TG的電壓Vtg(+15V)的方向，因此與底柵極BG形成n溝道。因此，漏行103的漏行電壓VD顯示隨時間從預(yù)充電電壓Vpg逐漸下降的趨勢，如圖11所示。即，在光集聚周期Ta中，光集聚狀態(tài)為黑狀態(tài)，在載流子(正空穴)未在溝道區(qū)集聚情況下，如圖8和11所示，底柵極BG的正偏置通過施加負偏置到頂柵極TG而抵消，因此，雙柵型光電傳感器10被關(guān)閉。然后，漏電壓(漏行103的電壓VD)被保持。
另一方面，當(dāng)光集聚狀態(tài)為亮狀態(tài)時，如圖7和11所示，載流子(正空穴)根據(jù)入射光量被捕獲，導(dǎo)致載流子(空穴)運作在抵消負偏置的頂柵極TG。結(jié)果是，由于抵消量，有底柵極BG的正偏置的雙柵型光電傳感器10被開啟。然后，根據(jù)對應(yīng)于入射光量的開啟阻抗，降低漏行103的電壓VD。
結(jié)果是，如圖11所示，漏行103的電壓VD的變化趨勢與在從通過向頂柵極TG施加復(fù)位脈沖ΦTi而終止復(fù)位操作的點到向底柵極BG施加讀脈沖ΦBi的時間內(nèi)接收的光量極度相關(guān)。如果集聚的載流子很少，電壓VD趨于逐漸降低。另一方面，如果集聚許多載流子，電壓VD趨于快速降低。結(jié)果是，讀周期Tread開始，在預(yù)定時間后，通過檢測漏行103的電壓VD，和通過根據(jù)預(yù)定參考電壓檢測時間直到達到預(yù)定參考電壓，可計算出所施加的光的光量。
通過設(shè)置一系列圖象讀操作為一周期，通過允許第i+1行雙柵型光電傳感器重復(fù)同樣處理過程，雙柵型光電傳感器10能運行為二維傳感器系統(tǒng)。
在圖3所示的時序圖中，預(yù)充電周期Tprch后，如圖9和10所示，當(dāng)繼續(xù)向底柵極行102施加低電平(如Vbg=0V)狀態(tài)時，雙柵型光電傳感器10維持關(guān)閉狀態(tài)。如圖12所示，對于漏行103的電壓VD，預(yù)充電電壓Vpg被維持。在這個方法中，根據(jù)電壓對于底柵極行102的應(yīng)用狀態(tài)，實現(xiàn)選擇雙柵型光電傳感器10的讀狀態(tài)的選擇功能。
圖13為示出應(yīng)用光電傳感系統(tǒng)形成讀二維圖象的裝置的截面圖。
如圖13所示，在用于讀二維圖象如手印或類似物的圖象讀裝置中，從背光(表面光源)40所加的光R1入射在裝置上，背光40提供在低端的玻璃襯底(絕緣襯底)21上，其上形成雙柵型光電傳感器10。裝置中，除雙柵型光電傳感器10的形成區(qū)外，允許所加的光R1通過透明絕緣襯底21和絕緣膜23、28和30，以加于保護絕緣膜50上的主體(subject)上。
基于由主體50的圖象模式(或發(fā)射或退回模式)確定了反射率(亮暗信息)的反射光R2通過透明絕緣膜30、28、25頂柵電極29以便入到半導(dǎo)體層24上，導(dǎo)致對應(yīng)于主體50的圖象模式的載體集聚，且主體50的圖象模式能通過一系列驅(qū)動控制方法被讀為亮黑信息。
然后，通過具體的實施例解釋根據(jù)本發(fā)明的光電傳感器陣列。下述實施例基于下列假設(shè)解釋作為光電轉(zhuǎn)換元件(光電傳感器)，應(yīng)用上述雙柵型光電傳感器，且用頂柵極為第一柵極施加電壓。因此，實現(xiàn)光電傳感功能。用底柵極為第二柵極施加電壓。因此，實現(xiàn)讀溝道區(qū)集聚的電量的功能。
(第一實施例)圖14為截面圖，示出根據(jù)本發(fā)明的光傳感器陣列的一個結(jié)構(gòu)例的一部分。這里，解釋的情況是光傳感器陣列通過應(yīng)用有圖1A所示的結(jié)構(gòu)的同樣結(jié)構(gòu)的雙柵型光傳感器。另外，由于圖中缺少描述，僅示出形成在陣列區(qū)上的一個雙柵型光傳感器。另外，關(guān)于與上述結(jié)構(gòu)(圖1A)同樣的結(jié)構(gòu)，通過附上同樣標號簡化描述。
如圖14所示，結(jié)構(gòu)例中的光傳感器100A大致包括由排列在類似矩陣結(jié)構(gòu)的光傳感器構(gòu)成的陣列區(qū)Aa，電連接到外圍電路如驅(qū)動器和類似電路的盤區(qū)Ap。
類似于上述圖1A描述的結(jié)構(gòu)，陣列區(qū)Aa為排列在絕緣膜21上的類似矩陣結(jié)構(gòu)的一組光傳感器(由于不便在圖14中示出，僅示出一個傳感器)。光傳感器包括半導(dǎo)體層24，由不定型硅或類似物形成；分別在半導(dǎo)體層兩側(cè)上的摻雜層26a和26b；漏電極27a和源電極27b，分別在摻雜層26a和26b上；在半導(dǎo)體層24上的塊絕緣膜25；通過上柵絕緣膜28在半導(dǎo)體層24上形成的上柵極29；通過下柵絕緣膜23在半導(dǎo)體層24下形成的下柵極22。
這里，塊絕緣膜25，頂柵絕緣膜28，底柵絕緣膜23和保護絕緣膜30由透明絕緣膜構(gòu)成，如硅氮化物(SiN)或有透光性的類似物。另外，頂柵電極29和頂柵極行101由如ITO或相對激勵光高透射率的類似物的導(dǎo)電膜構(gòu)成。另一方面，至少底柵電極22和底柵極行102由鉻或阻擋激勵光的通過的類似物構(gòu)成。
在盤區(qū)域Ap，配置預(yù)定的向下傾斜的底柵極盤區(qū)域Pb(圖2所示的底柵極盤組121)，形成在從底柵電極22伸展的底柵極行102的末端；漏極盤部分Pd(圖2所示的漏盤組131)，形成在從漏電極27a伸展的漏行103的末端；頂柵極盤區(qū)域Pt(圖2所示的頂柵極盤組111)，形成在從頂柵電極29伸展的頂柵極行101的末端。
這里，底部盤區(qū)域Pb結(jié)構(gòu)是，其中第一底部盤電極層22b由與漏電極27a和源電極27b同樣的導(dǎo)電材料(例如，鉻)構(gòu)成，且第二底部盤電極層22c由與頂柵電極29同樣的導(dǎo)電材料(例如，ITO)構(gòu)成，疊制在與底柵電極22和底柵極行102整體形成的襯底22a上。第二底部盤電極層22c從在保護絕緣膜30上形成的開端被暴露出，以通過底柵極驅(qū)動器120側(cè)上提供的如凸起(外端)Bb電連接。
漏盤區(qū)域Pd的結(jié)構(gòu)是，其中第一漏盤電極層27y由與頂柵電極29同樣的導(dǎo)電材料(例如，ITO)構(gòu)成，疊制在與漏柵極行102整體形成的襯底27x上，且構(gòu)成最上層的漏盤電極層27y從在保護絕緣膜30上形成的開端被暴露出，以通過漏驅(qū)動器130側(cè)上提供的凸起B(yǎng)d電連接(到開關(guān)132)。
頂柵極盤區(qū)域Pt這樣構(gòu)成，即與頂柵極行101整體形成的頂柵電極29a從保護絕緣膜30直接暴露，以通過頂柵極驅(qū)動器110側(cè)上提供的凸起B(yǎng)t電連接。
即，由于光電傳感器的截面結(jié)構(gòu)為上述應(yīng)用雙柵型光電傳感器的光電傳感器陣列的疊制結(jié)構(gòu)，在盤部分上形成的開端口中步長(step)可能是顯著的，且可能產(chǎn)生導(dǎo)電極(在盤部分上的電極層)的配置失效和驅(qū)動器側(cè)上提供的凸起的接點失效。
相對地，在根據(jù)結(jié)構(gòu)例的光電傳感器陣列中，形成在盤部分上的盤部分(具體地，底柵極盤部分Pb和漏盤部分Pd)以包括多個電極層的層狀結(jié)構(gòu)形成。因此，層狀的電極層以厚配置形成，以能抑制配置失效，同時可能改善驅(qū)動器側(cè)上提供的凸起的接點。
還有，光電傳感器陣列100A有第二盤電極層22C和第一漏電極層27y。僅兩電極層中的任何一個可被提供在光電傳感器陣列100A中。然后，源盤組141可有與襯底27x、第一漏電極層27y和盤區(qū)域Ap同樣的結(jié)構(gòu)。另外，源盤組141可在與襯底27x的同一層的結(jié)構(gòu)中形成。
圖15是截面圖，示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的光電傳感器陣列中的另一結(jié)構(gòu)例的一部分。將解釋由雙柵型光電傳感器構(gòu)成的光電傳感器陣列的情況，其每個有兩個半導(dǎo)體層，構(gòu)成每個元件的光電傳感器陣列部分。附帶地，為了說明的目的，僅示出在陣列區(qū)上形成的單個雙柵型光電傳感器。還有，同樣元件(圖1A和14)以同樣標號標出，省略其解釋。
如圖15所示，以與圖14所示的結(jié)構(gòu)的同樣方法，示例結(jié)構(gòu)中的光電傳感器陣列100B構(gòu)成陣列區(qū)Aa和盤區(qū)Ap。在陣列區(qū)Aa上，多個光電傳感器(為方便起見圖15僅示出一個傳感器)在絕緣襯底21上配置成類似矩陣的結(jié)構(gòu)，光電傳感器包括兩個半導(dǎo)體層24a和24b，由不定形硅或類似物形成，各層平行配置以當(dāng)可見光入射時產(chǎn)生電子空穴對。
摻雜層26a、26b、26c和26d由n+硅形成，這些層分別在每個半導(dǎo)體層24a和24b的兩端，單個源極27b在半導(dǎo)體層24a和24b的摻雜層26b和26c伸展，電極形成在半導(dǎo)體層24a和24b之間。
漏電極27a和27c位于相對源極27b處，夾住每個半導(dǎo)體層24a和24b，且在摻雜層26a和26d上形成，未示出電極27a和27c的電連接處，半導(dǎo)體層24a上設(shè)置塊絕緣膜25a，半導(dǎo)體層24b上設(shè)置塊絕緣膜25b，單個頂柵電極29經(jīng)由頂柵絕緣膜28形成在半導(dǎo)體層24a和24b上，單個底柵電極22經(jīng)由底柵絕緣膜23形成在半導(dǎo)體層24a和24b下。附帶地，盤區(qū)域Ap有與圖14所示的結(jié)構(gòu)相同的層狀結(jié)構(gòu)的盤區(qū)域。
即，結(jié)構(gòu)例中應(yīng)用于光電傳感器陣列100B的雙柵型光電傳感器有第一和第二雙柵型光電傳感器平行配置和并聯(lián)結(jié)構(gòu)。第一雙柵型光電傳感器包括第一上MOS晶體管，形成在絕緣襯底21上，具有半導(dǎo)體層24a，漏電極27a，源電極27b，頂柵絕緣膜28和頂柵電極29；和第一下MOS晶體管，由半導(dǎo)體層24a，漏電極27a，源電極27b，底柵絕緣膜23和底柵電極22形成，半導(dǎo)體層24a作為共用的溝道區(qū)。第二雙柵型光電傳感器包括第二上MOS晶體管，由半導(dǎo)體層24b，源電極27b，漏電極27c，頂柵絕緣膜28和頂柵電極29形成；和第二下MOS晶體管，由半導(dǎo)體層24b，漏電極27c，源電極27b，底柵絕緣膜23和底柵電極22，半導(dǎo)體層24b作為共用的溝道區(qū)形成。
在有這類結(jié)構(gòu)的光電傳感器陣列100B中，由于盤區(qū)域能被形成在層狀結(jié)構(gòu)中，類似上述結(jié)構(gòu)例，能抑制電極層的配置失效，能改進與驅(qū)動器的接點。
頂柵電極29和底柵電極22構(gòu)成第一和第二雙柵型光電傳感器，分別包括共用的電極，而該結(jié)構(gòu)中面對通用源電極27b的漏電極27a和27c被分開(分支)。因此，通過應(yīng)用上述驅(qū)動控制方法，每個裝置構(gòu)成光電傳感器部分的有兩個半導(dǎo)體層的雙柵型光電傳感器能以與有一個半導(dǎo)體層的雙柵型光電傳感器類似的方式運行。
參照附圖將詳細解釋制造有上述結(jié)構(gòu)的光電傳感器陣列的方法。
圖16a和16b為截面圖，用于解釋制造有圖15所示結(jié)構(gòu)的光電傳感器陣列的方法。應(yīng)知道，制造有圖14所示結(jié)構(gòu)的光電傳感器陣列能由幾乎同樣的方法實現(xiàn)。還有，下面的解釋中，第一到第七步的指定是為了便于解釋，并不與實際制造過程有關(guān)。
首先，在第一步，通過濺射方法、蒸氣淀集或類似方法在絕緣襯底21(如玻璃或類似物)上形成鉻或類似物構(gòu)成的厚度為100nm(1000A)的金屬層之后，通過光刻方法或反應(yīng)離子蝕刻(RIE)方法有選擇地刻蝕該金屬層，以形成有預(yù)定結(jié)構(gòu)的底柵電極22、襯底22a和底柵極行102。
然后，在第二步，如圖16B所示，硅氮化物或類似物形成的絕緣膜23(后文稱為底柵絕緣膜)，厚度為如250nm，無定形硅膜(后文稱為a-Si膜)24p，厚度為如50nm，和硅氮化物形成的絕緣膜(后文稱為SiN膜)，厚度為如100nm，在絕緣膜21上形成，后者包括底柵電極21，襯底22a和底柵極行102。
下一步，通過選擇地用光刻方法、干刻蝕方法或類似方法刻蝕底柵電極上的SiN形成膜塊絕緣膜25a和25b，他們具有預(yù)定結(jié)構(gòu)。
下一步，在包括塊絕緣膜25a和25b之上一部分的a-Si膜24p的全部區(qū)域，N型硅膜26p，由如包括如磷離子(P+)或類似物的N型不純離子非晶硅構(gòu)成，厚度為25nm，通過等離子體CVD方法或類似方法沉積在包括塊絕緣膜25a和25b之上一部分的a-Si膜24p的全部區(qū)域上?；蛘?，硅膜26可這樣形成，在內(nèi)在非晶硅膜形成后，N型不純離子可通過離子注入法和熱擴散法摻雜入非晶硅膜。
下一步，在第三步，如圖16C所示，通過選擇地用光刻方法、干刻蝕方法刻蝕a-Si膜24p和N型硅膜26p，在塊絕緣膜25a和25b下形成有預(yù)定結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層(溝道層)24a和24b，有預(yù)定結(jié)構(gòu)的伸展在塊絕緣膜25a的兩端的不純摻雜層26a和26b形成在塊絕緣膜24a的兩端，有預(yù)定結(jié)構(gòu)的伸展在塊絕緣膜25b的兩端的不純摻雜層26c和26d形成在塊絕緣膜24b的兩端。
然后，通過使用光刻技術(shù)、干刻蝕方法或類似方法，刻蝕襯底22a上的底柵絕緣膜23，形成暴露襯底22a的上表面的開口部分23a。
在第四步，如圖17A所示，通過濺射方法或類似方法形成鉻或類似物構(gòu)成的厚度為50nm的金屬層，在底柵絕緣膜23的全部區(qū)域上，包括半導(dǎo)體層25a和25b上的一部分，塊絕緣膜25a和25b，不純摻雜層26a,26b,26c和26d，它們在第三步形成。通過光刻方法或RIE方法有選擇地刻蝕該金屬層，形成伸展在不純摻雜層26a,26b上的漏電極27a和27c，相對于源電極27b，夾住每個半導(dǎo)體層24a和24b，它們被相互連接到未示出的引行層，安排在預(yù)定位置的襯底27x，形成連接漏電極27a到襯底27x的漏行103。這時，通過在底柵絕緣膜23上形成的開口部分23a，同時形成連接到襯底22a的第一底部盤電極層22b。
在第五步，如圖17B所示，通過等離子CVD方法或類似方法，厚如150nm的絕緣膜(其后稱為頂柵絕緣膜)28形成在底柵絕緣膜23的整個區(qū)域上，包括漏電極27a和27c，源電極27b，襯底27x和漏行103，第一底部盤電極層22b。然后，刻蝕第一下電極層22b和襯底27x上的頂柵絕緣膜28，形成暴露第一底部盤電極層22b和襯底27x的開口部分28a和28b。
在第六步，如圖1SA所示，通過濺射方法、離子注入方法或類似方法，厚如50nm的如ITO或類似物的透明傳導(dǎo)層形成在頂柵絕緣膜28的整個區(qū)域上。通過光刻方法、濕刻蝕方法或類似方法有選擇地刻蝕該透明傳導(dǎo)層，以形成通用的頂柵電極29，形成在以下層之上半導(dǎo)體層24a和24b，安排在預(yù)定位置的襯底29a，和連接頂柵電極29和襯底29a的頂柵極行101。這時，形成通過開口部分28a連接到第一下襯底電極層22b的第二下襯底電極層22c和通過開口部分28b連接到襯底27x的第一漏盤電極層27y。
在第七步，如圖18B所示，厚如200到800nm的硅氮化物構(gòu)成的絕緣膜(其后稱為保護絕緣膜)30形成在頂柵絕緣膜28的整個區(qū)域上，包括頂柵電極29，襯底29a，頂柵極行101，第二底柵電極層22c，第一漏盤電極層27y，刻蝕襯底29a，以形成開口30a,30b,30c，分別暴露出第二底柵電極層22c、第一漏盤電極層27y和襯底29a的上表面。
然后，上述步驟制造的光電傳感器陣列100B被安排在盤區(qū)域Ap上，如圖15所示，且分別通過凸起(外端)Bb,Bd和Bt電連接到圖2所示的底柵極驅(qū)動器120，漏盤驅(qū)動器130和頂柵極驅(qū)動器110，連到第二底部盤電極層22c，第一漏盤電極層27y和襯底29a(暴露在開口30a,30b和30c并形成在保護絕緣膜30中)。
結(jié)果是，根據(jù)制造這種光電傳感器陣列的方法，安排在盤區(qū)域上的每個盤區(qū)域的電極層被層疊且有同樣材料與安排在陣列區(qū)域的雙柵型光電傳感器的傳導(dǎo)層在同一步形成。因此，與陣列區(qū)和盤區(qū)域的結(jié)構(gòu)在各自的步驟中形成比較，制造過程(具體地，用光刻或刻蝕技術(shù)制模步驟)可被減少(本制造方法為八次)，因此，可嘗試減少制造成本和減少制造時間。同時，形成厚的厚度的盤區(qū)的電極層，可嘗試抑制結(jié)構(gòu)失效和改進與周邊電路的接點。
這里，將解釋圖14和15所示的每個結(jié)構(gòu)的構(gòu)成上述光電傳感器陣列的雙柵型光電傳感器中的半導(dǎo)體層的激勵光實際注入有源區(qū)(載體產(chǎn)生區(qū))的結(jié)構(gòu)與用于雙柵型光電傳感器的光接收靈敏度之間的關(guān)系。然后，進行比較和檢測。
圖19A示出雙柵型光電傳感器的一個雙柵型光電傳感器的入射有源區(qū)，其中每個器件構(gòu)成圖14所示的光電傳感器部分的一半導(dǎo)體層。圖19B示出光電傳感器陣列中的排列結(jié)構(gòu)。圖20是原理圖，示出圖19A所示的結(jié)構(gòu)的光接收靈敏度的變化(分布特性，以后稱為光檢測區(qū)分布)。還有，圖21A示出雙柵型光電傳感器的入射有源區(qū)，其中每個器件構(gòu)成圖14所示的光電傳感器部分的兩半導(dǎo)體層。圖21B示出光電傳感器陣列中的排列結(jié)構(gòu)。圖22是原理圖，示出圖21A所示的結(jié)構(gòu)的光電傳感區(qū)分布。這里，圖20和22原理性所示的光電傳感區(qū)分布示出能在半導(dǎo)體層中心獲得預(yù)定光接收靈敏度，但分布未嚴格示出光接收靈敏度的分布范圍。
如圖19A所示，應(yīng)用于光電傳感器陣列100B的雙柵型光電傳感器10A的平面結(jié)構(gòu)包括下和頂柵極行101,102，相對于在半導(dǎo)體層24下形成的底柵電極22，和在半導(dǎo)體層24上形成的頂柵電極，整體在x方向(圖中的水平方向)伸展。
進一步，漏行103和源行104，相對于在半導(dǎo)體層24兩端上形成的相互相對的漏電極27a和源電極27b，整體在y方向(圖中的垂直方向)伸展。
在有這種平面結(jié)構(gòu)的雙柵型光電傳感器10A中，根據(jù)光量的漏電流Ids有由下列數(shù)學(xué)表達式表示的關(guān)系Ids∝W/L…(1)這里，如圖14和19A所示，符號W和L分別表示半導(dǎo)體層24的溝道寬度和溝道長度。該數(shù)學(xué)表達式(1)表示的關(guān)系中，漏電流可較大，以增加亮光和暗光間的電壓比，因此，雙柵型光電傳感器10A的靈敏度可為期望那么大，期望W/L大于等于3，更期望W/L大于等于7，以足夠判斷預(yù)充電的漏電壓中的漂移帶來的光亮度和暗度。
另一方面，如果雙柵型光電傳感器10A用于作為根據(jù)外部入射的激勵光而集聚的電荷的光電傳感器，清楚知道，光接收靈敏度主要取決于激勵光入射在暴露在漏電極27a和源電極27b之間的半導(dǎo)體層24的部分上的入射有源區(qū)的面積，即為實際取決于半導(dǎo)體層的溝道長度L的方向和半導(dǎo)體層的溝道寬度W的方向。
這里，由于漏電極27a和源電極27b不透可見光，產(chǎn)生對漏電流有效的載體的半導(dǎo)體層24的入射有源區(qū)是夾于漏電極27a和源電極27b之間的區(qū)域。該區(qū)域用漏電極27a和源電極27b在x方向的距離K和在y方向的溝道寬度W校準(定義)。
以這個方法，由于光電傳感器的靈敏度取決于溝道，和W和溝道長度方向的長度K，晶體管源漏電流值Ids取決于溝道寬度W和溝道長度L之間的比，該方法中需要W/L的設(shè)計值盡可能大。然而，W/L被設(shè)置為大值時，圖14和19A所示的雙柵型光電傳感器10A的平面結(jié)構(gòu)成為矩形結(jié)構(gòu)，其中，溝道寬度方向(或半導(dǎo)體層24在經(jīng)度方向)的長度W不可避免地大，溝道長度方向(或半導(dǎo)體層24在寬度方向的尺寸)的長度K小。因此，有高光接收靈敏度的光電傳感區(qū)中的分布被偏離到相對于x方向的y方向。
特別地，由于半導(dǎo)體層24的入射有源區(qū)假設(shè)為矩形結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體層24上的光電傳感分布不可避免地成為垂直長區(qū)Ea(有大致類似于半導(dǎo)體層24的入射有源區(qū)的結(jié)構(gòu))，伸展在半導(dǎo)體層24在經(jīng)度方向(圖中的垂直方向，y方向)。能獲得相對圖中的水平方向(x方向)的希望的光靈敏度的區(qū)域的特性是，該區(qū)域在y方向較窄。
結(jié)果，作為在x和y方向的光電傳感區(qū)的偏離的結(jié)果，來自主體的亮暗信息(讀圖象)在失真狀態(tài)被讀出。因此，不能同時實現(xiàn)高光接收靈敏度和抑制失真的良好的圖象信息讀操作。
進一步，構(gòu)成這種雙柵型光電傳感器10A的光電傳感器陣列100A的平面結(jié)構(gòu)為這樣，例如，如圖19B所示，考慮在相互垂直的x和y二方向(行和列方向)排列雙柵型光電傳感器10A為有預(yù)定斜度(Pitch)Psp的等間隔格子(矩陣)樣結(jié)構(gòu)，進一步，來自絕緣襯底(玻璃襯底)21的表面?zhèn)鹊墓饽芡ㄟ^膠乳中的器件間的區(qū)域Rp被加到主體。為向主體加足夠量的光，需要保證器件間的區(qū)域Rp盡可能大。
另一方面，如圖21A所示，圖15所示的應(yīng)用于光電傳感器陣列100A的雙柵型光電傳感器10B的平面結(jié)構(gòu)為其中，相對底柵電極22和頂柵電極29，伸展在x方向(圖中的水平方向)的底柵極行102和頂柵極行101整體形成。然后，相對平行排列形成和伸展在半導(dǎo)體層24a和24b之間的源電極27b，整體形成伸展在y方向(圖中的垂直方向)的源行104。進一步，光電傳感器的結(jié)構(gòu)為面對源電極27b，相對各自形成在兩個半導(dǎo)體層24a和24b另一端上的漏電極27a和27c，整體形成伸展在y方向(圖中的垂直方向)的漏行103。
在有這種平面結(jié)構(gòu)的雙柵型光電傳感器10B中，通過允許寬度方向(經(jīng)度方向)位于相對的位置，兩個半導(dǎo)體層24a和24b連續(xù)沿溝道長度方向平行排列。因此，半導(dǎo)體層用漏電極27a和27b和源電極27b校準。用漏電極27a和27b和源電極27b校準的半導(dǎo)體層24a和24b中的入射有源區(qū)的溝道寬度方向的長度由W表示，溝道長度方向的長度分別由K1和K2表示。半導(dǎo)體層24a和24b的入射有源區(qū)的經(jīng)度長度(溝道寬度方向的長度)被設(shè)置為W，入射有源區(qū)的寬度尺寸被設(shè)置為長度K1和K2。另一方面，半導(dǎo)體層24a的光接收靈敏度假設(shè)為大致寬W長K1的矩形結(jié)構(gòu)，而半導(dǎo)體層24a的光接收靈敏度假設(shè)為大致寬W長K2的矩形結(jié)構(gòu)。作為雙柵型光電傳感器10B，用兩矩形結(jié)構(gòu)表示的區(qū)成為入射有源區(qū)。
在這種情況中，作為在半導(dǎo)體區(qū)24a和24b的每一個中的入射有源區(qū)的結(jié)構(gòu)(有垂直長度W和水平長度K1的矩形區(qū)和有垂直長度W和水平長度K2的矩形區(qū)的合成結(jié)構(gòu))成為類似于正方形結(jié)構(gòu)，可修正到半導(dǎo)體層24a和24b的激勵光的入射角引起的光接收靈敏度的變化。
即，器件作用于這樣的方式，即溝道寬度方向的長度W和溝道長度方向的長度和(K1+K2)的比(W/(K1+K2))越來越趨于1，如圖22所示，來自x方向角度(箭頭A；詳細地，分別集中在x方向的±45°區(qū)域)的分別在半導(dǎo)體層24a和24b上的光入射靈敏度，與來自y方向(箭頭B；詳細地，分別集中在y方向的±45°區(qū)域)的分別在半導(dǎo)體層24a和24b上的光入射靈敏度成為相等。因此，可修正光接收靈敏度的變化(方向性)，且由于光電傳感區(qū)的分布在x和y方向有大致相等的分布(接近正方形的矩形)，可獲得區(qū)域E。
這里，在溝道寬度方向的長度W和溝道長度方向的長度和(K1+K2)的比(W/(K1+K2))中，影響雙柵型光電傳感器10B的光接收靈敏度的長度和(K1+K2)可由一個器件中形成的半導(dǎo)體層數(shù)中的半導(dǎo)體層的入射有源區(qū)的長度Ki的總和∑Ki取代。
圖19A和19B中所示的結(jié)構(gòu)也有同樣結(jié)果。圖21A所示的結(jié)構(gòu)中，不用說入射光的方向性可進一步對準。進一步，除圖21A和22中的條件外，當(dāng)由在一組半導(dǎo)體層24a和24b在y方向的入射有源區(qū)的兩端部定義的兩邊和由在一組半導(dǎo)體層24a和24b在y方向的入射有源區(qū)的兩端部定義的兩邊圍繞的區(qū)域(漏電極27a和半導(dǎo)體層24a的入射有源區(qū)之間的邊界，漏電極27c和半導(dǎo)體層24b的入射有源區(qū)之間的邊界之間的邊界)趨于正方形結(jié)構(gòu)，從光接收靈敏度的平衡角度看，結(jié)構(gòu)較理想。
圖15和21A所示的雙柵型光電傳感器10B中，基于光量的漏電流Ids通常有下列關(guān)系。
Ids∝W/L1+W/L2…(2)這里，符號W表示半導(dǎo)體層24a和24b的溝道寬度，符號L1和L2分別表示半導(dǎo)體層24a和24b的溝道長度。設(shè)置兩半導(dǎo)體層24a和24b中的溝道長度為L1=L2=L?；谏鲜鰯?shù)學(xué)表達式(2)，與圖19A所示的雙柵型光電傳感器10A相比，由于源漏電流Ids理論上可加倍，改善晶體管特性。
結(jié)果，這種雙柵型光電傳感器10B被排列為圖21B所示的類似矩陣的結(jié)構(gòu)，以構(gòu)成光電傳感器陣列100B，導(dǎo)致光電傳感區(qū)的分布一致，可實現(xiàn)有好的晶體管特性的光接收區(qū)的光電傳感器陣列，和用于二維圖象的讀裝置，且在讀二維圖象時抑制變形。
進一步，在上述雙柵型光電傳感器10B中，大大提高了晶體管特性，甚至在很少入射光時，能很好進行讀亮暗信息的讀操作。因此，能減少(抑制)讀裝置上的表面光源上的照度，減少二維圖象讀裝置的耗電量。在表面光源上的照度設(shè)置為固定電平時，提供能大大減少光集聚時間的讀裝置，也改善晶體管特性，該裝置在讀二維圖象時是杰出的。
進一步，產(chǎn)生相對等于在雙柵型光電傳感器10A情況下的電流上的剩余光，大大改進了晶體管特性。因此，光電傳感器的運行能通過最小化加到頂柵電極和底柵電極以抑制這種開啟電流的驅(qū)動電壓的最大值和最小值之間的差來控制，因此，雙柵型光電傳感器中的變化能通過減少驅(qū)動電壓而抑制，因此，維持(延長)光電傳感器陣列的可靠性和壽命。
在圖19A和21A所示的雙柵型光電傳感器10A和10B中，每個用于相互連接頂柵電極29的頂柵極行101被分為多個行(實施例中為兩行)，相互以相鄰雙柵型光電傳感器之間的平面方式布置，且平行排列地伸展于行寬和行厚度在y方向以相等(均衡)關(guān)系伸展。即，雙柵型光電傳感器的結(jié)構(gòu)為相對于伸展到大致連接雙柵型光電傳感器的中心部分的底柵極行102，排列和形成頂柵極行101為大致以對稱關(guān)系垂直于行方向。
在這個方法中，與底柵極行102分開沿實際作為軸的x方向形成的頂柵極行101為行性結(jié)構(gòu)。因此，當(dāng)通過頂柵極行101衰減的光入射在半導(dǎo)體層24:24a,24b上時，y方向的入射對稱能被統(tǒng)一。進一步，由于漏行104側(cè)實質(zhì)具有行性對稱結(jié)構(gòu)，當(dāng)通過頂柵極行101衰減的光入射在半導(dǎo)體層24:24a,24b上時，x方向的入射平衡能被統(tǒng)一。
結(jié)果，由于頂柵極行被分開，因此光入射平衡(balance)在垂直方向(y方向)和水平方向(x方向)都成為相等，傳感光的校準平衡能是有利的。進一步，在垂直方向(y方向)在相互排列在相鄰光電傳感器之間的頂柵極行101與底柵極行102之間實質(zhì)上不出現(xiàn)重疊，因此，在頂柵極行101與底柵極行102之間，無寄生電容產(chǎn)生。因而能抑制信號時延和電壓下降。(第二實施例)下面將參照


根據(jù)本發(fā)明的光電傳感器陣列的第二實施例。
圖23是顯示根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的光電傳感器陣列的一部分的剖面圖。圖24是顯示提供有圖23所示的光電傳感器陣列的光電傳感器系統(tǒng)的一個范例的示意性結(jié)構(gòu)。這里，將說明這樣一種情況，即其中使用了與圖15中顯示的結(jié)構(gòu)相同的雙柵型光電傳感器。為了說明的目的，顯示出在該陣列區(qū)域上只形成單個的雙柵型光電傳感器的情況。與上述實施例(圖15)相同的結(jié)構(gòu)由相同的參考標號表示并且省略對其的說明。
根據(jù)第二實施例的光電傳感器陣列100C具有這樣的結(jié)構(gòu)，即在保護絕緣膜30上形成靜電放電和接觸傳感電極，作為圖15所示的光電傳感器陣列100B中的最上面一層30，構(gòu)成最上層的各電極層在與靜電放電和接觸傳感電極的同一步驟中且采用與之相同的材料在盤部分被疊制形成。
具體地，如圖23所示，根據(jù)第二實施例的光電傳感器陣列100C包括一靜電放電和接觸傳感電極31，它由諸如ITO等透光材料形成在保護絕緣膜30的陣列區(qū)域As上，形成為圖15所示的光電傳感器陣列100B的最上一層，并且該光電傳感器陣列具有這樣的結(jié)構(gòu)，即由相同的導(dǎo)電材料(例如ITC)構(gòu)成的電極層22d、27z和29b分別被形成在保護絕緣膜30的盤區(qū)域Ap的斷開部分30a、30b和30c中，作為靜電放電和接觸傳感電極31。
也就是說，在底柵盤部分Pb，第三底部盤電極層22d被疊制以便與暴露在斷開部分的內(nèi)部的第二底部盤電極層22c連接，該斷開部分形成于保護絕緣膜30中。在漏柵盤部分Pd，第二漏柵盤電極層27z被疊制以便與形成在保護絕緣膜30中的斷開部分內(nèi)部暴露的第一漏柵盤電極層27y連接。在頂柵盤部分Pt，頂柵盤電極層29b形成在基盤29上與其電連接，后者暴露在形成在保護絕緣膜30中的斷開部分的內(nèi)部。
光電傳感器陣列100B包括第二底部盤電極層22c和第一漏柵盤電極層27y。但是，光電傳感器陣列100B可以包括以上兩層中的任意一層。雖然未示出，源盤組141可以形成為與位于漏盤部分Pd的基盤27x、第一漏盤電極27y和第二漏盤電極層27z相似的疊制三層結(jié)構(gòu)?；蛘咴幢P組141可以具有一層或兩層結(jié)構(gòu)，包括與基盤27x第一漏盤電極27y和第二漏盤電極層27z相似的任意一層或兩層。
制造具有上述結(jié)構(gòu)的光電傳感器陣列100c的方法是在圖16a到18b所示的制造過程中在形成圖15所示的傳感器陣列100b之后位于保護絕緣膜30的整個區(qū)域之上的具有厚度為50nm透明的導(dǎo)電膜(諸如ITO等)在第8步驟通過濺射和濕蝕刻方法形成。這樣通過以影印石版術(shù)和離子移植法選擇性的蝕刻透明導(dǎo)電層在陣列區(qū)域Aa上形成靜電放電和接觸傳感電極31。在此步驟中還經(jīng)盤區(qū)域Ap的斷開部分30a形成與第二底盤電極層22c連接的第三底盤電極層22d，經(jīng)斷開部分30b形成與第一漏盤電極層27y連接的第二漏盤電極層27x，經(jīng)斷開部分30c形成與基盤29a連接的上盤電極層29b。
光電傳感器陣列100c具有三層結(jié)構(gòu)，包括第三底盤層22d，第二漏盤電極27z和頂盤電極層29z。但是該光電傳感器陣列100c可以只有其中一層或兩層。
雖然未示出，源盤組141可以與漏盤部分Pd的基盤27x，第一漏盤電極層27y和第二漏盤部分27z相同的方式形成為三層結(jié)構(gòu)，或者該源盤組141可以包括基盤27x這樣的一層結(jié)構(gòu)，包括基盤27x和第一漏盤電極層27y或基盤27x和第二漏盤電極層27z這樣的兩層結(jié)構(gòu)，或包括第一漏盤電極層27y和第二漏盤電極層27z這樣的兩層結(jié)構(gòu)。
以上述步驟制造的光電傳感器陣列100C如圖23所示設(shè)置在盤區(qū)域Ap中，并且連接到底柵驅(qū)動器120、漏極驅(qū)動器130和頂柵驅(qū)動器110，這通過經(jīng)第三底盤電極層22d、第二漏盤電極27z和頂盤電極層29b連接外部端子Bb、Bd和Bt完成。
根據(jù)這樣的光電傳感器陣列100c以及其制造方法，可以獲得與第一實施例相似的性能和效果。此外由于利用靜電放電和接觸傳感電極使放置在光電傳感器陣列上的電荷放電，可以避免構(gòu)成該傳感器陣列的雙柵型光電傳感器的掉電和操作故障。
如圖24所示，靜電放電和接觸傳感電極31形成在例如陣列區(qū)域Aa的整個表面上，在陣列區(qū)域上放置有手指。當(dāng)由于手指所具有的寄生電容而延遲的信號被讀取以與接觸檢測器150連接時，用于輸出光電傳感器陣列的驅(qū)動啟動信號時，該靜電被迫接地以防止驅(qū)動器110、120、130等與充有靜電的手指的觸點斷接。
這里如圖25所示，當(dāng)充有靜電的手指FN與靜電放電和接觸傳感電極31連接時，為防止由于靜電頂柵驅(qū)動器110、頂柵驅(qū)動器120和漏柵驅(qū)動器130的斷接，接觸檢測器150從其到地傳送靜電并輸出連接確認信號Pd。控制器160輸出信號φh到光源140使光源140開始發(fā)光。于是當(dāng)光源140向陣列區(qū)域Aa發(fā)光時，控制器160輸出控制信號φtg、φbg和Vpg用來控制頂柵驅(qū)動器110、底柵驅(qū)動器120和漏柵驅(qū)動器130的操作，接收電壓Vout，該電壓根據(jù)入射到雙柵型光電傳感器上的光hv的量偏置一個差值，該差值是手指FN的手印的發(fā)射(projection)和退出(recession)之間的差值，生成該手指的手印圖像數(shù)據(jù)并確認該生成的圖像數(shù)據(jù)是否與寄存的圖象數(shù)據(jù)一致。
下面將說明本發(fā)明的操作范例。靜電放電和接觸傳感電極31處于手指FN不與靜電放電和接觸傳感電極31接觸的狀態(tài)時表示為圖26所示的相應(yīng)電路。這里，LN顯示一電阻Rx和一浮動電容Cx，其中在該電容中綜合有靜電放電和接觸傳感電極31與P通道MOS晶體管(下面簡單地稱為P晶體管)216之間的電容、P晶體管216的電容和電阻Rh1的電容。另一方面，靜電放電和接觸傳感電極31處于手指FN與靜電放電和接觸傳感電極31接觸的狀態(tài)時的相關(guān)部分用圖27所示的相應(yīng)電路表示。一個人的手指FN具有預(yù)定范圍內(nèi)的電容Cy和電阻Ry，并且在手指FN與靜電放電和接觸傳感電極31之間生成電阻r。電阻器Rh1以這樣的方式構(gòu)成，即電阻器Rh1在數(shù)千伏電壓下是可導(dǎo)的但在Vdd充分低于該靜電的情況下是不可導(dǎo)的。
圖28是本方面用于的光電傳感器系統(tǒng)的基本結(jié)果圖。在陣列區(qū)域Aa的上表面上，形成靜電放電和接觸傳感電極31，并且靜電放電和接觸傳感電極31連接到高壓Vdd一側(cè)。
接觸檢測器150包括用于生成各種信號的信號生成器213；反用換流器217，它包括N通道MOS晶體管(下面稱為N晶體管)215、P晶體管216和位于晶體管間的引行電阻器214；CMOS反用換流器218；確定信號生成器219；判斷電路220；電阻器Rh1和電阻器Rh2。
信號生成器213輸出具有預(yù)定周期(例如21Hz)的方波信號Pa、具有預(yù)定周期(例如1024Hz)的時鐘脈沖Pφ。方波信號Pa在N晶體管215和P晶體管216每一個的門極輸入以控制每個晶體管的開關(guān)。P晶體管216的源極和靜電放電和接觸傳感電極31連接到高壓Vdd一側(cè)。然后CMOS反轉(zhuǎn)器217的輸出端經(jīng)電阻器Rh2連接到靜電放電和接觸傳感電極31。N晶體管21的源極一側(cè)接地。電阻器Rh2具有這樣的結(jié)構(gòu)，即電阻器Rh2在數(shù)千伏電壓下可導(dǎo)電(且與電阻器Rh1的情況類似)但在Vdd充分低于該靜電的情況下是不可導(dǎo)的。因此手指FN的靜電荷經(jīng)晶體管215和216任一個傳到地。但是電源電壓Vdd不經(jīng)過靜電放電和接觸傳感電極31提供到CMOS反轉(zhuǎn)器218。
CMOS反轉(zhuǎn)器217的輸出信號被反轉(zhuǎn)作為到其它CMOS反轉(zhuǎn)器218的輸入信號。反轉(zhuǎn)器21的輸出信號Pb被送到確定信號生成器219，其中方波信號8a和時鐘信號Pd從信號生成器輸入。確定信號生成器219的詳細結(jié)構(gòu)將在后面說明。確定信號生成器219這樣構(gòu)成，即在預(yù)定時間輸出用于判斷手指是否接觸傳感電極31的確定信號。確定信號Pc送到確定電路220，其中反轉(zhuǎn)器218的輸出信號作為確定信號Pb輸入到確定電路220。當(dāng)確定信號Pc輸入時確定電路220檢測該確定信號Pb在哪一個二元邏輯電平上以判斷是否存在手指接觸，由此當(dāng)判斷出有手指接觸時輸出一個接觸確認信號Pd。該接觸確認信號Pd送到控制器160(圖24)。然后，當(dāng)接觸確認信號Pd處于高電平時控制器160輸出控制信號φh,φtg,φbg和Vpg用于驅(qū)動光電傳感器陣列。
這里將說明由信號FN接觸的光電傳感器系統(tǒng)的一個傳感操作。開始，當(dāng)方波信號Pa以高電平從信號生成器213輸出時，如圖29a所示，此時手指不與靜電放電和接觸傳感電極31接觸，CMOS反轉(zhuǎn)器217的輸出是方波信號Pa的反轉(zhuǎn)信號。由于該反轉(zhuǎn)信號受靜電放電和接觸傳感電極31和P晶體管216之間的浮動電容Cx的影響不可能得到與方波信號Pa完全相反的反轉(zhuǎn)信號。于是反轉(zhuǎn)器218的門限的時限被延遲，反轉(zhuǎn)器218的輸出信號Pb在浮動電容成分Cx的影響下相對于浮動電容成分Cx延遲時間Tx輸出到方波信號Pa，如圖29B所示。
相反在手指FN與靜電放電和接觸傳感電極31接觸時，人體的接觸電容成分Cy形成。由于這個接觸電容成分Cy并行地連接到浮動電容成分Cx，反轉(zhuǎn)器218的輸出信號相對于該浮動電容成分Cx和接觸電容Cy的合成電容延遲時間(Tx+Ty)而輸出到方波信號Pa，如圖29C所示。
因此事先存儲對應(yīng)于浮動電容成分Cx的延遲時間Tx。于是如圖29D所示，當(dāng)確定信號生成器219以這樣的方式構(gòu)成時，即確定信號Pc在Tx之后的一小段時間以后被輸出時，若確定信號Pc已經(jīng)在確定電路220中升高，有可能根據(jù)確定信號Pb是處于高電平還是低電平來判斷是否存在人體接觸。
由于以上原因，確定信號生成器219和確定電路如圖30所示來構(gòu)成。也就是說，在確定信號生成器219中，輸出端子S是用于存儲浮動電容Cx的測試端子。當(dāng)按鍵型開關(guān)構(gòu)成的清除鍵被操作時，信號“1”被輸入，該鍵例如被設(shè)置在光電傳感器系統(tǒng)上。來自輸入端子S的信號Ps送到NAND門221。確定信號Pd也輸入到NAND門221。當(dāng)來自輸入端子的信號為低電平時從NAND門221得到高電平的輸出信號以輸入到AND門222。AND門222在NAND門221的輸出信號和方波信號Pa都處于高電平時釋放規(guī)則，并輸出時鐘信號P以輸入到計數(shù)器223。
計數(shù)器223在方波信號Pa的高電平復(fù)位以執(zhí)行AND門222的輸出信號Pe(時鐘信號Pφ)的計數(shù)操作。此外，NAND門221的輸出信號作為寫指令信號經(jīng)反轉(zhuǎn)器224輸入到存儲器225的時鐘輸入端子。由此得到來自NAND門221的輸出信號，計數(shù)器223的內(nèi)容寫到存儲器225中。然后，在正常使用時，計數(shù)器223的內(nèi)容n和內(nèi)容m被送到比較器226以便比較二者的大小，其中內(nèi)容n是隨著時鐘信號Pφ順序地計數(shù)的，內(nèi)容m是已經(jīng)預(yù)設(shè)在存儲器225中的。每當(dāng)計數(shù)器223的內(nèi)容被計數(shù)時，比較器226檢測計數(shù)器223和存儲器225中的內(nèi)容是否變成n＞m。然后比較器226這樣地構(gòu)造，即當(dāng)比較器檢測建立了關(guān)系n＞m時，確定信號Pc被輸出。
確定電路220含有觸發(fā)器227。確定信號Pb輸入到觸發(fā)器227的設(shè)定輸入端子。此外，確定信號Pc輸入到時鐘輸入端子。然后從觸發(fā)器227的Q側(cè)的輸出端子取出接觸鍵31的操作信號Pd。
下面，將說明一具體的操作。開始，在使用時，清除鍵被操作以便確定由于浮動電容Cx產(chǎn)生的延遲時間Tx，如圖29B所示。也就是說，如圖31A所示的，當(dāng)清除鍵被操作時，高電平信號Ps經(jīng)輸入端子S被送到確定信號生成器219的NAND門221。由于此高電平，NAND門221的輸出信號變?yōu)楦唠娖街钡酱_定信號Pb升高。當(dāng)方波信號Pa變?yōu)楦唠娖綍r，如圖31B所示，計數(shù)器223同時被復(fù)位，然后當(dāng)圖31C所示的時鐘信號的高電平數(shù)目開始被計數(shù)時，計數(shù)器223復(fù)位。方波信號Pa變成高電平后，當(dāng)確定信號Ps已經(jīng)升高，并具有圖31D所示的時間延遲Tx時，NAND門221的輸出信號變?yōu)榈碗娖?。于是，計?shù)器223的計數(shù)操作暫停，反轉(zhuǎn)器224的輸出信號變?yōu)楦唠娖?。由此在確定信號Pb的上升時間計數(shù)器223的內(nèi)容寫入到存儲器225中。也就是說，如圖31E所示，計數(shù)器223計數(shù)AND門222的輸出信號Pe的高電平數(shù)目。因此，直到確定信號的上升時間計數(shù)器223的內(nèi)容變?yōu)椤癒”。然后，此值“K”被寫入到存儲器225中。偶然地，寫入到存儲器225中的內(nèi)容“K”是對應(yīng)于延遲時間Tx的一個值，Tx是由于浮動電容成分Cx的影響產(chǎn)生的確定信號Pb相對于方波信號Pa的延遲。但是，由于延遲時間Tx是與光電傳感器系統(tǒng)有關(guān)的一個值，當(dāng)該數(shù)據(jù)事先輸入時不需要這些測量。
下面說明手指接觸的檢測操作。圖32A到32F是人體不與靜電放電和接觸傳感電極31接觸時每種信號的輸出波形圖。這里，如圖32A所示，信號Ps被設(shè)定為低電平，并示出未操作清除鍵。于是，在人體不與靜電放電和接觸傳感電極31接觸的狀態(tài)下，確定信號Pb相對于方波信號Pa的延遲時間Tx對應(yīng)于浮動電容成分Cx。在此狀態(tài)下，在比較器226中，當(dāng)計數(shù)器223的內(nèi)容超過存儲器225的內(nèi)容時，即第(K+1)個時鐘信號Pφ計數(shù)到計數(shù)器223使得計數(shù)器223的內(nèi)容相對于存儲器225的內(nèi)容“K”變?yōu)椤癒+1”時，確定信號Pc如圖32E所示輸出。
當(dāng)確定信號Pc上升時，如圖32D所示，由于確定信號Pb已經(jīng)變?yōu)楦唠娖?，具有高電平的確定信號被輸入到觸發(fā)器227的設(shè)定輸入端子S以便設(shè)定該觸發(fā)器227。由此來自觸發(fā)器227的Q側(cè)輸出端子的接觸確認信號Pd確定地變?yōu)榈碗娖剑仁巩?dāng)觸發(fā)器227的電平是高電平或低電平。然后，當(dāng)控制器160接收到該接觸確認信號Pd時，當(dāng)高電平確定信號Pc被輸入時以一個固定的時間段輸出。于是，當(dāng)接觸確認信號Pd被檢測是低電平時，驅(qū)動信號不提供到驅(qū)動器110、120和130和光源140。
圖33A到33F是人體接觸靜電放電和接觸傳感電極31的情況下的輸出波形圖。當(dāng)手指等接觸靜電放電和接觸傳感電極31時，就會有人體接觸電容成分Cy。這樣，驅(qū)動信號Pb相對于方波信號Pa的延遲時間就對應(yīng)于浮動電容成分Cx和接觸電容成分Cy，于是該延遲時間變?yōu)?Tx+Ty)。如前所述，當(dāng)計數(shù)器223的內(nèi)容相對于存儲器225的內(nèi)容“K”變?yōu)椤癒+1”時，從比較器226輸出確定信號Pc，如圖33E所示。當(dāng)確定信號Pc升高時，如圖33D所示，確定信號Pb不是處于高電平而是低電平。因此，觸發(fā)器227處于復(fù)位狀態(tài)以便高電平的接觸確認信號Pd從觸發(fā)器227的輸出端子的Q側(cè)被取出，如圖33F所示。然后，當(dāng)高電平的確認信號Pc被輸入時，控制器160接收經(jīng)過一段固定的時間周期的輸出的接觸確認信號Pd。當(dāng)檢測到接觸確認信號Pd處于高電平時，驅(qū)動信號被提供到驅(qū)動器110、120、130和光源140，以便啟動光電傳感器陣列的驅(qū)動來確認手印。
以此方式，由于浮動電容成分引起的確定信號Pb相對于方波信號的延遲時間，即相對于靜電放電和接觸電極，非接觸時間的延遲時間由清除鍵的開關(guān)操作事先存儲。然后確定該確定信號是否比延遲量延遲來檢測手指的接觸。由此，既使在改變了浮動電容充分的情況下，此時的浮動電容充分在接觸輸入之前立即通過清除鍵的操作被存儲。由于在后續(xù)的接觸輸入中人體的電容充分Cy被加到存儲的浮動電容成分上，該開關(guān)檢測操作可以被確實地執(zhí)行而不受浮動電容成分Cx的影響。(第三實施例)下面將參照附圖來說明依據(jù)本發(fā)明第三實施例的光電傳感器陣列。
圖34是示出了依據(jù)本發(fā)明第三實施例的部分光電傳感器陣列的剖面圖。這里，需要說明的是，具有兩個半導(dǎo)體層的雙柵型光電傳感器以與圖15所示的結(jié)構(gòu)相同的方式工作，其中由半導(dǎo)體層構(gòu)成每個器件的光電傳感器部分。另外，為了便于說明起見，圖中只示出了一個形成于陣列區(qū)之上的雙柵型光電傳感器。而且，用相同的附圖標記表示與上述實施例(圖15)相同的結(jié)構(gòu)，并省略對該結(jié)構(gòu)的說明。
如圖34所示，該結(jié)構(gòu)示例中的光電傳感器陣列100D包括一個陣列區(qū)Aa和一個盤區(qū)Ap。在陣列區(qū)Aa中，多個光電傳感器(為便于說明起見，圖34中只標出了一個)按照矩陣形結(jié)構(gòu)排列在絕緣襯底21上，這些傳感器包括一個半導(dǎo)體層24d，由一個非晶硅或類似物構(gòu)成，用于在可見光入射到其上時生成電子空穴對；塊絕緣膜25a和25b位于兩個區(qū)域上，其構(gòu)成了半導(dǎo)體層24a的一個溝道區(qū)；一個摻雜層26f位于塊絕緣膜25a和25b之上；通過將每個塊絕緣膜25a和25b(溝道區(qū))夾在中間而與摻雜層26f相對的摻雜層26e和26g分別位于每個塊絕緣膜25a和25b的端部并在一個未示出的部分連接；一個在摻雜層26f上延伸的源極27b，位于塊絕緣膜25a和25b之間并形成于塊絕緣膜25a和25b之上；通過將每個塊絕緣膜25a和25b(溝道區(qū))夾在中間而與源極27b相對的漏極27a和27c，形成于摻雜層26e和26g之上，并與一個未示出的部分電連接；一個頂柵極29經(jīng)過一個共用頂柵絕緣膜28而形成于塊絕緣膜25a和25b(溝道區(qū))之上；以及一個底柵極22經(jīng)過一個共用底柵絕緣膜23而形成于塊絕緣膜25a和25b(溝道區(qū))之下。
在盤區(qū)Ap中，一個在從底柵極22延伸出的底柵行102端部上形成的底柵盤部分Pb，一個在從漏極27a延伸出的漏極行103端部上形成的漏極盤部分Pd和一個在從頂柵極29a延伸出的頂柵行101端部上形成的頂柵盤部分Pt分別按照預(yù)定的間距排列。其中，在漏極行103和漏極盤部分Pd的下面，是為進行延伸而形成的半導(dǎo)體層24e和具有相同結(jié)構(gòu)的摻雜層26h，而半導(dǎo)體層24f和摻雜層26i甚至可以位于底柵盤部分Pb的附近。
因而，用于依據(jù)第三實施例的光電傳感器陣列100D的雙柵型光電傳感器具有這樣的結(jié)構(gòu)在絕緣襯底21上并行連接和排列著第一和第二雙柵型光電傳感器。第一雙柵型光電傳感器包括一個第一上MOS晶體管和一個第一下MOS晶體管，所述第一上MOS晶體管由半導(dǎo)體層24d、漏極27a、源極27b、頂柵絕緣膜28和頂柵極29構(gòu)成，而第一下MOS晶體管由半導(dǎo)體層24d、漏極27a、源極27b、底柵絕緣膜23和底柵極22構(gòu)成，位于漏極27a和源極27b之間的半導(dǎo)體層24d被用作一個共用溝道區(qū)。第二雙柵型光電傳感器包括一個第二上MOS晶體管和一個第二下MOS晶體管，所述第二上MOS晶體管由半導(dǎo)體層24d、源極27b、漏極27c、頂柵絕緣膜28和頂柵極29構(gòu)成，而第二下MOS晶體管由半導(dǎo)體層24d、源極27b、漏極27c、底柵絕緣膜23和底柵極22構(gòu)成，位于源極27b和漏極27c之間的半導(dǎo)體層24d被用作一個共用溝道區(qū)。
在具有如此結(jié)構(gòu)的光電傳感器陣列100D中，由于能夠以比上述實施例(圖15所示)更厚的結(jié)構(gòu)來形成盤部分(特別是漏極盤部分)的疊制結(jié)構(gòu)，從而能夠進一步抑制結(jié)構(gòu)故障，并且能夠進一步改進與驅(qū)動器側(cè)凸塊的接點。另外，半導(dǎo)體層24d和24f以及摻雜層26e和26i被延伸，以形成位于漏極行103、漏極盤部分Pd、半導(dǎo)體層24d和摻雜層26e下面的層。這樣，能夠減少上一層上頂柵絕緣膜28和頂柵極29的生成步，并抑制絕緣性能和信號傳輸性能的惡化。
盡管光電傳感器陣列100D同時具有第二底盤電極層22c和第一漏極盤電極層27y，但是光電傳感器陣列100D也可以具有這兩層中的任何一層。雖然沒有示出，一組源片141也可以具有與第一漏極層27y和漏極盤部分Pd的基盤27x相同的兩層結(jié)構(gòu)?？商鎿Q的，源片組141也可以具有由同于基盤27x的層構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)。
下面，將詳細說明制造具有上述結(jié)構(gòu)的光電傳感器陣列的方法。
圖35到37是示出了用于制造一個具有上述結(jié)構(gòu)的光電傳感器陣列的方法中的每個步的斷面圖。在前面的說明中，指定的“第一步”到“第六步”只是為了便于說明，而該指定與實際的制造工藝無關(guān)。而且，關(guān)于與上述實施例相同的結(jié)構(gòu)和制造工藝的解釋將被簡化。
在第一步，如圖35A所示，在諸如玻璃襯底之類的絕緣襯底21上形成厚度例如為100nm(1000A)的鉻金屬層或類似物之后，這個金屬層被選擇性地蝕刻而形成一個具有預(yù)定結(jié)構(gòu)的底柵極22，一個基盤22a，和一條底柵極行102。
接著，在絕緣襯底21的整個區(qū)域上，形成一個由氮化硅等構(gòu)成的厚度為250nm的底柵絕緣膜23，一個厚度為50nm的a-Si膜24p，和一個厚度為100nm的SiN膜。
接著，通過選擇性地蝕刻位于由a-Si膜24p構(gòu)成的一個區(qū)域之上的SiN膜而形成具有預(yù)定結(jié)構(gòu)的塊絕緣膜25a和25b。而且，在包括塊絕緣膜25a和25b的a-Si膜24p上的這個區(qū)域上，沉積出例如厚度為25nm的n型硅膜26p，它們形成了包含諸如磷離子等n形雜質(zhì)離子的非晶硅。也可以通過在形成一個純非晶硅膜之后，利用離子注入方法或熱擴散方法將n型雜質(zhì)離子引入非晶硅膜而得到n型硅膜26p。
接著，通過蝕刻基盤22a上的底柵絕緣膜23、a-Si膜24p和n型硅膜26p，形成一個開口部分23a，其中基盤22a被暴露在外。
接著，在第二步，如圖35B所示，在摻雜層26p的整個區(qū)域上形成一個厚度為50nm的鉻金屬層或類似物27p。此處，該金屬層27p的形成是為了通過在底柵絕緣膜23、a-Si膜24p和n型硅膜26p上形成的開口部分23a與基盤22a相連接。
接著，在第三步，如圖36A所示，選擇性地蝕刻在第二步形成的金屬層27p、a-Si膜24p和n型硅膜26p，以便形成一個在塊絕緣膜25a和25b(溝道區(qū))上伸出的源極27b、將塊絕緣膜25a和25b(溝道區(qū))夾在中間而與源極27b相對伸出的通過未示出的電行層彼此相接的漏極27a和27b、排列在預(yù)定位置上的基盤27x以及用于連接漏極27a和基盤27x的漏極行103。還在開口部分23a上或其附近形成具有預(yù)定結(jié)構(gòu)的第一底盤電極層22b。
此時，在形成諸如漏極27a和27c以及源極27b等導(dǎo)電層的同時，在導(dǎo)電層的下層中，摻雜層26e,26f和26g以及半導(dǎo)體層24d被構(gòu)圖為具有相同的結(jié)構(gòu)。在底柵極22上形成半導(dǎo)體層24d，包括一個形成有漏極27a和27c以及源極27b的區(qū)域，和一個構(gòu)成了溝道區(qū)的區(qū)域。在漏極行103的下層上，形成了與漏極行103具有相同結(jié)構(gòu)的摻雜層26h和半導(dǎo)體層24e。在基盤27x的下面，形成了結(jié)構(gòu)與基盤27x相同的摻雜層26i和半導(dǎo)體層24f。
接著，在第四步，如圖36B所示，在覆蓋了漏極27a和27c、源極27b、基盤27x、漏極行103以及包括第一底盤電極22b的底柵絕緣膜23的整個區(qū)域上形成了厚度例如為150nm的由氮化硅等制成的頂柵絕緣膜28之后，通過蝕刻在第一底盤電極層22b和基盤27x上的頂柵絕緣膜28而形成開口部分28a和28b，其中第一底盤電極層22b和基盤27x被暴露在外。
接著，在第五步，如圖37A所示，在覆蓋了頂柵絕緣膜28、一個伸出的頂柵極29和上述形成的半導(dǎo)體層24的整個區(qū)域上形成一個厚度例如為50nm的諸如ITO等的透明電極層之后，形成一個排列在預(yù)定位置上的基盤29a和一條用于連接頂柵極29和基盤29a的頂柵行101。此時，同時形成了通過開口部分28a與第一底盤電極層22b連接的第二底盤電極層22c和通過開口部分28b與基盤27x連接的第一漏極盤電極層27y。
接著，在第六步，如圖37B所示，例如，在覆蓋了頂柵極29、基盤29a、頂柵極行101、第二底盤電極層22c和包括了第一漏極盤電極層27y的頂柵絕緣膜28的整個區(qū)域上形成一個厚度例如為200到400nm的由氮化硅或其類似物構(gòu)成的保護絕緣膜30。然后，通過蝕刻第二底盤電極層22c、第一漏極盤電極層27y和基盤29a上的保護絕緣膜30，形成開口部分30a,30b和30c，其中第二底盤電極層22c、第一漏極盤電極層27y和基盤29a分別暴露在外。
然后，按照上述工藝制造的光電傳感器陣列100D，如圖34所示，第二底盤電極層22c、第一漏極盤電極層27y和基盤29a通過保護絕緣膜30上所形成的開口部分30a、30b和30c而與底柵驅(qū)動器、漏極驅(qū)動器的凸塊(外部端子)Bb、Bd和Bt接合。
從而依據(jù)這種制造光電傳感器的方法，采用相同的材料和相同的步驟就能夠制造出陣列區(qū)和盤區(qū)。此外，還簡化(在本制造工藝中簡化了七倍)了制造工藝過程(特別是利用光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)的構(gòu)圖步驟)，從而降低了制造成本并縮短了制造時間。而且，以較厚的厚度形成了盤部分中的電極層(特別是漏極盤部分)，從而能夠抑制結(jié)構(gòu)損壞并改進與具有凸塊的外圍電路的連接。此外，由于半導(dǎo)體層和摻雜層延伸了漏極行和漏極盤部分的下層，所以能夠減少位于上層和導(dǎo)電層上的絕緣層中的生成步驟，從而抑制絕緣性能和傳輸性能的惡化。
<第四實施例>
下面將參照附圖來說明依據(jù)本發(fā)明第四實施例的光電傳感器陣列。
圖38是示出了依據(jù)本發(fā)明第四實施例的部分光電傳感器陣列的斷面圖。這里，需要說明的是，雙柵型光電傳感器采用與圖34所示的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)。為了便于說明起見，圖中只示出了一個形成于陣列區(qū)之上的雙柵型光電傳感器。而且，用相同的附圖標記表示與上述實施例(圖23，圖34)相同的結(jié)構(gòu)，并簡化對該結(jié)構(gòu)的說明。
在圖34所示的光電傳感器陣列100D的結(jié)構(gòu)中，依據(jù)第四實施例的光電傳感器陣列100E也具有這樣的結(jié)構(gòu)，使得在最上層形成的保護絕緣膜30的陣列區(qū)Aa上，一個由具有光傳輸特性和加在其上的電勢的諸如ITO之類的導(dǎo)電膜構(gòu)成的靜電放電和接觸傳感電極31與由與靜電放電和感應(yīng)電極31相同的導(dǎo)電材料(例如ITO)制成的電極層(第三底盤電極層22d，第二漏極盤電極層27z和頂盤電極層29b)被迭放在一起，以便通過在保護絕緣膜30的盤區(qū)Ap上形成的開口部分30a,30b和30c(參看圖34)與第二底盤電極層22c,第一漏極盤電極層27y和基盤29a連接。
制造具有這樣結(jié)構(gòu)的光電傳感器陣列的方法是這樣的在通過圖35到37所示的制造工藝形成了圖34所示的光電傳感器陣列結(jié)構(gòu)之后，在第七步中在保護絕緣膜30的整個區(qū)域上形成一個厚度例如為50nm的透明導(dǎo)電膜，如ITO等；然后通過選擇性地蝕刻該透明導(dǎo)電層而在陣列區(qū)Aa上形成靜電放電和感應(yīng)電極31；形成通過盤區(qū)Ap的開口部分30a而與第二底盤電極層22c連接的第三底盤電極層22d，通過開口部分30b與第一漏極盤電極層27y連接的第二漏極盤電極層27z以及通過開口部分30c與基盤29a連接的底盤電極層29b。
該光電傳感器陣列100E具有第三底盤電極層22d，第二漏極盤電極層27z和頂盤電極層29b。但是，該光電傳感器陣列可以只具有其中的一種或兩種電極層。雖然圖中沒有示出，源極盤組141可以是包含了漏極盤部分Pd的基盤27x、第一漏極盤電極層27y和第二漏極盤電極層27z的三層結(jié)構(gòu)。可替換地，源極盤組141也可以是由基盤27x構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)，或由基盤27x和第一漏極盤電極層27y構(gòu)成的雙層結(jié)構(gòu)，或由基盤27x和第二漏極盤電極層27z構(gòu)成的雙層結(jié)構(gòu)，或由第一漏極盤電極層27y和第二漏極盤電極層27z構(gòu)成的雙層結(jié)構(gòu)。
如圖38所示，通過將凸塊Bb、Bd和Bt接合到排列在盤區(qū)Ap上的第三底盤電極層22d、第二漏極盤電極層27z和頂盤電極層29b中的每一個上，而使按照上述步制造出的光電傳感器陣列100E被連接到底柵極驅(qū)動器120、漏極驅(qū)動器130和頂柵極驅(qū)動器110上。
依據(jù)這種光電傳感器陣列100E的結(jié)構(gòu)和制造該陣列的方法，能夠得到與上述實施例相同的效果和作用。此外，由于靜電放電和接觸傳感電極放掉了位于光電傳感器陣列中的物體上所充的電荷，從而有利防止了靜電擊穿和形成光電傳感器陣列的雙柵型光電傳感器的工作故障。
在第四實施例中，已經(jīng)對在陣列區(qū)的保護絕緣膜上形成了一個靜電放電和接觸傳感電極的結(jié)構(gòu)進行了說明。如上述實施例(圖24)所示，光電傳感器陣列也可以以這種方式構(gòu)成形成被分成多個的靜電放電和接觸傳感電極以對物體放電和充電，同時根據(jù)由靜電放電和接觸傳感電極之間的短路而引起的電壓變化來控制每個驅(qū)動器的工作。
下面，參照附圖對依據(jù)本發(fā)明的光電傳感器陣列的另一種結(jié)構(gòu)進行說明。
圖39是示出了采用該結(jié)構(gòu)示例的其它雙柵型光電傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，其中每個器件具有三個半導(dǎo)體層，這些半導(dǎo)體層構(gòu)成了一個光電傳感器部分。圖41是示出了一個光電傳感器陣列的平面結(jié)構(gòu)圖，其中雙柵型光電傳感器被排列成矩陣形。此處，用相同的附圖標記表示與上述實施例相同的結(jié)構(gòu)并簡化其說明。
如圖39和40所示，采用此結(jié)構(gòu)示例的雙柵型光電傳感器包括并行排列的半導(dǎo)體層24a,24b和24c；一個在半導(dǎo)體層24a和24c之上形成的源極27b；一個在半導(dǎo)體層24a和24c之上形成的漏極27c；一個將半導(dǎo)體層24a夾在中間而與源極27b相對形成的漏極27a；一個將半導(dǎo)體層24c夾在中間而與漏極27c相對形成的源極27d；一個插在半導(dǎo)體層24a和漏極27a之間的摻雜層26j；一個插在半導(dǎo)體層24a和源極27b之間的摻雜層26k；一個插在半導(dǎo)體層24b和源極27b之間的摻雜層26m；一個插在半導(dǎo)體層24b和漏極27c之間的摻雜層26n；一個插在半導(dǎo)體層24c和漏極27c之間的摻雜層26p；一個插在半導(dǎo)體層24c和源極27d之間的摻雜層26q；在半導(dǎo)體層24a,24b和24c的上層上形成的塊絕緣膜25a,25b和25c；一個通過半導(dǎo)體層24a,24b和24c上的底柵極28而形成的相對于半導(dǎo)體層24a,24b和24c的頂柵極29；一個通過位于半導(dǎo)體層24a,24b和24c之下的頂柵絕緣膜23而形成的相對于半導(dǎo)體層24a,24b和24c的頂柵極22；其中在諸如玻璃襯底之類的絕緣襯底21上形成該結(jié)構(gòu)。在此實施例中，由于這些絕緣膜和導(dǎo)電層的材料性質(zhì)或其制造方法與上述實施例(圖15)相同，因而省略第四實施例中的相關(guān)說明。
以這種方式，這種雙柵型光電傳感器10F具有第一，第二和第三雙柵型光電傳感器相互連接且并行排列的結(jié)構(gòu)。第一雙柵型光電傳感器包括半導(dǎo)體層24a，漏極27a，源極27b，頂柵絕緣膜28，底柵絕緣膜23，頂柵極29和底柵極22，溝道長度為L3和溝道寬度為W的半導(dǎo)體層24a作為一個共用溝道區(qū)。第二雙柵型光電傳感器包括半導(dǎo)體層24b，源極27b，漏極27c，頂柵絕緣膜28，底柵絕緣膜23，頂柵極29，底柵極22，溝道長度為L4和溝道寬度為W的半導(dǎo)體層24b作為一個共用溝道區(qū)。第三雙柵型光電傳感器包括半導(dǎo)體層24c，漏極27c，源極27d，頂柵絕緣膜28，底柵絕緣膜23，頂柵極29和底柵極22，溝道長度為L5和溝道寬度為W的半導(dǎo)體層24c作為一個共用溝道區(qū)。
特別是，構(gòu)成第一到第三雙柵型光電傳感器的頂柵極29和底柵極22構(gòu)成了一個共用電極，并具有漏極27a和27c凸出于共用漏極行103而源極27b和27d凸出于共用源極行104的結(jié)構(gòu)。因此，利用上述驅(qū)動控制方法，能夠?qū)⑾嗷ミB接和排列的三個雙柵型光電傳感器用作一個雙柵型光電傳感器。
在雙柵型光電傳感器10F中，隨通過的光量而變的漏電流Ids一般用下面的數(shù)學(xué)表達式來表示。
Ids∝W/L3+W/L4+W/L5 ……(3)此處，與圖19A所示的雙柵型光電傳感器10A相比，根據(jù)上述公式(3)，通過將溝道長度設(shè)為L3=L4=L5=L，可以在理論上使源-漏極電流增大3倍。因此，能夠顯著地改善晶體管特性。
在具有如此結(jié)構(gòu)的雙柵型光電傳感器10F中，由于通過允許每個寬度方向(經(jīng)度方向)彼此相對而使構(gòu)成溝道區(qū)的半導(dǎo)體層24a,24b和24c連續(xù)地并行排列在溝道長度L3,L4和L5的延伸方向上，因此用W表示在每個半導(dǎo)體層24a,24b和24c中的入射有源區(qū)的溝道寬度方向上的長度，用K3,K4和K5表示在每個入射有源區(qū)的溝道長度方向上的長度。例如，當(dāng)設(shè)定K3=K4=K5時，該光電傳感器可被看作一個雙柵型光電傳感器，其中在溝道長度方向上的長度被設(shè)置成3倍(3×K)。
因此，每個半導(dǎo)體層24a,24b和24c在溝道長度方向(圖41中的垂直方向；方向y)上的光傳感區(qū)的分布最多是雙柵型光電傳感器的3倍。從而，光傳感區(qū)的分布范圍可被設(shè)置成正方形。
因此，通過按照矩陣形狀排列雙柵型光電傳感器10F以構(gòu)成圖41所示的光電傳感器陣列100F，實現(xiàn)了具有一個具有較好的晶體管特性的光接收部分和一個用于讀取一個二維圖象的讀取設(shè)備的光電傳感器陣列，該光電傳感器陣列進一步統(tǒng)一了光傳感區(qū)的分布并抑制了在讀取一個二維圖形時所發(fā)生的失真。
在每個實施例中，示出了其中的雙柵型光電傳感器10A到10F具有這樣的結(jié)構(gòu)，即一到三個半導(dǎo)體層被連續(xù)地并行排列在一起。但是，本發(fā)明并不僅限于此。因而，根據(jù)連續(xù)排列的半導(dǎo)體層數(shù)，能夠任意設(shè)置光接收靈敏度和光傳感區(qū)的分布。
在這種情況下，如圖21B或圖41所示，當(dāng)雙柵型光電傳感器10B和10F按照矩陣形狀排列以構(gòu)成光電傳感器陣列100B和100F，且被應(yīng)用于讀取二維圖象的讀取設(shè)備時，由于光是通過矩陣柵格內(nèi)部的器件之間的區(qū)域Ra和Rb，從絕緣襯底(玻璃襯底)21的側(cè)面照射到物體上的，所以在設(shè)置了器件之間的區(qū)域Ra和Rb之后，需要任意設(shè)置半導(dǎo)體層(雙柵型光電傳感器)的層數(shù)以便充分保證照射到物體上的光量，所述半導(dǎo)體層被連續(xù)排列在光接收部分的結(jié)構(gòu)區(qū)上。
圖42是示出了依據(jù)本發(fā)明另一實施例的光電傳感器陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖42所示，依據(jù)第四實施例的光電傳感器陣列100G具有一個雙柵型光電傳感器10G，其結(jié)構(gòu)同于圖21A所示的雙柵型光電傳感器10B，并且每個雙柵型光電傳感器10G具有所謂的三角形排列結(jié)構(gòu)，即每個雙柵型光電傳感器10G都被排列在連續(xù)設(shè)置在二維平面上的假想等邊三角形的頂點位置上，所述等邊三角形的邊長為Psa(=Psa圖19中所示的雙柵型光電傳感器10A之間的間距)。
這樣，與圖19B中所示的光電傳感器陣列100A中的雙柵型光電傳感器10A的排列方式相比，雙柵型光電傳感器10A只在兩個相互垂直的方向x和y上間隔一個相等的距離Psp。這樣，在矩陣中相對于x和y方向的對角行方向上(除0°,90°,180°和270°以外的適當(dāng)角度，例如在45°和60°的方向上)，雙柵型光電傳感器10A在x和y方向上的間距增大并且不相一致(例如，在45°時為Psp的2倍)。因此，就存在著對位于對角行方向上的物體來說，得不到一致而高精度的讀取操作。
反之，在依據(jù)本發(fā)明一個實施例的光電傳感器陣列100G中，由于構(gòu)成光接收部分的雙柵型光電傳感器10G被排列在連續(xù)設(shè)置在二維平面上的等邊三角形的頂點位置上，所以雙柵型光電傳感器10G在x方向上等間距排列，并在對角行方向(60°,120°,240°和300°)上也等間距排列，從而光接收部分之間的間距與Psa相等。
因此，對于在整個圓周方向上彼此相鄰的雙柵型光電傳感器來說，所有的雙柵型光電傳感器以等間距排列在二維平面上。這樣，當(dāng)二維圖象被置于相對于x和y方向的對角行方向上時，能夠以高精度讀取要被讀取的二維圖象，同時抑制在讀取圖象時的失真。
此外，由于每個雙柵型光電傳感器都以三角形方式排列，所以在x方向上的間距被設(shè)置成與圖19B中的光電傳感器相同的Psa(=Psp)時，y方向上的間距Psb用下式表示。
Psb=Psa×sin60° …(4)以這種方式，由于y方向上的間距Psb短于x方向上的間距Psa(=Psb)，所以相同數(shù)量的雙柵型光電傳感器10G可以排列在在y方向上小于圖19B所示的光電傳感器陣列100A的平面區(qū)Mp的平面區(qū)Mc上，從而使在尺寸上減少用于讀取二維圖象的讀取設(shè)備成為可能。即，在與圖19B所示的的光電傳感器陣列100A相同的平面區(qū)Mp上，可以排列1/sin60°倍(1.15倍)的雙柵型光電傳感器10G，從而可能增加密度。
雖然使用圖21A所示的的實施例結(jié)構(gòu)作為構(gòu)成按照三角形方式排列的每個光接收部分的雙柵型光電傳感器，不用說，也可以使用圖19A和圖39所示的實施例結(jié)構(gòu)以及其它結(jié)構(gòu)的雙柵型光電傳感器。
在上述光電傳感器陣列中，從位于光電傳感器陣列100M的玻璃襯底側(cè)面上的光源140照射到諸如手指等物體50a上的光R的發(fā)射光通過器件之間區(qū)域上的一個透明絕緣膜的傳導(dǎo)而入射到每個雙柵型光電傳感器10M上。這樣就能夠以高精度并在短時間內(nèi)讀取物體50a的亮暗信息，同時如上所述減少進行讀取時所發(fā)生的失真。
此外，由于能夠大大改進光電傳感器陣列100M中的晶體管特性，所以能相對降低光源的亮度，并大大降低讀取設(shè)備的功耗。
靜電放電和接觸傳感電極31在陣列區(qū)As上具有一片透明膜，但也可以具有如圖43所示的兩個電極。這里，如圖24所示，光電傳感器系統(tǒng)包括一個光源140，光電傳感器陣列100，靜電放電和接觸傳感電極31，底柵驅(qū)動器120，頂柵驅(qū)動器110，漏極驅(qū)動器130以及控制器160。光電傳感器系統(tǒng)以一個接觸檢測器170代替接觸檢測器150。
光電傳感器系統(tǒng)包括一組按照矩陣方式排列在區(qū)域Aa上的光電傳感器器件10，用于給印在襯底21上的手指照相，并且光電傳感器系統(tǒng)位于光源140之上。
靜電放電和接觸傳感電極31是一個由ITO(氧化銦錫)或類似物制成的光學(xué)透明電極并形成在一個光電傳感器器件上，用于消除手指(人體)上所帶的靜電。具體地，靜電放電和接觸傳感電極31由兩片矩形電極(電極31a和31b)構(gòu)成，這兩個電極之間間隔一條狹長的縫隙231，該縫隙經(jīng)過傳感器面積的中心附近。這條縫隙被排列為在光電傳感器器件10之間穿過。其寬度的設(shè)置應(yīng)使在電極31a和31b之間沒有由雜質(zhì)等引起的漏電流通過。其結(jié)果是，所有的光電傳感器器件10被電極31a和31b覆蓋以便得到一個沒有波紋圖形的均勻圖象。而且，在兩個電極31a和31b表面之中垂直于縫隙231縱向的方向上，只有一個將兩個電極31a和31b分隔開的特定區(qū)域。這樣，與梳狀結(jié)構(gòu)相比，靜電放電和接觸傳感電極31具有非常簡單的幾何結(jié)構(gòu)。因此，靜電放電和接觸傳感電極31的電阻可以被設(shè)置得非常低。這樣，就能夠有效地消除靜電和防止帶有靜電的光電傳感器器件的擊穿。
接觸檢測器170與靜電放電和接觸傳感電極31連接以放除靜電并檢測手指與靜電放電和接觸傳感電極31的接觸，即檢測手指放到了預(yù)定的照相位置上。具體地，接觸檢測器170通過電行L1與電極31a連接，并通過電行L2與電極31b連接。接觸檢測器170通過電行L2接地而使電極31b接地，使得上述靜電通過電極31b和電行L2而放入地中。而且，接觸檢測器170通過電行L1向電極31a提供一個用以檢測手指得以與靜電放電和接觸傳感電極31取得接觸的檢測信號。當(dāng)手指如圖43所示放置時，電極31a和31b通過手指進行電連接，使得電極31a和31b之間的電阻值、電容值等發(fā)生變化。接觸檢測器170通過電行L1和L2檢測由電極31a和31b之間增加的人體電阻值或電容值所引起的阻抗變化，以檢測出該手指已經(jīng)與靜電放電和接觸傳感電極31相接觸。在接觸檢測器170檢測到手指放在一個預(yù)定的照相位置上之后，一個用于指定啟動指紋照相的照相啟動信號被輸出到光源14和光電傳感器器件12。
在利用以上述方式構(gòu)成的光電傳感器系統(tǒng)對指紋進行照相的情況下，接觸檢測器170向電行L1提供用于檢測的交流信號。
然后，手指放在靜電放電和接觸傳感電極31上以跨越縫隙231，如圖43所示。
當(dāng)手指放在用作靜電放電的電極31上和接觸傳感電極31時，電極31a和31b通過手指進行電連接。此時，靜電被堆積到該手指上時，通過電極31b和電行L2將靜電放到地中。然后，由接觸檢測器170提供的檢測信號通過手指離開人體，流向電極31b，進而流向電行L2。
接觸檢測器170檢測由電極31a和31b之間包括手指在內(nèi)的人體電阻值或電容值，例如由從電行L1流向電行L2的檢測信號的電平變化所引起的阻抗變化，以檢測出該手指已經(jīng)與靜電放電和接觸傳感電極31相接觸。然后，接觸檢測器170向控制器160輸出照相啟動信號。
如上所述，靜電放電和接觸傳感電極由具有簡單幾何結(jié)構(gòu)并延伸覆蓋了整個傳感器區(qū)域的電極31a和31b構(gòu)成。這樣，就使將靜電放電和接觸傳感電極31的電阻設(shè)置成一個很小的值成為可能。其結(jié)果是，由于能夠充分保護光電傳感器器件12不受手指(人體)上靜電的影響，所以光電傳感器系統(tǒng)具有足夠高的可靠性。而且，使用由間隔一條縫隙231的兩個電極31a和31b構(gòu)成的靜電放電和接觸傳感電極31，能夠檢測到手指放到了一個預(yù)定的照相位置上。
另外，如圖44所示，也可以在電行L1和/或電行L2上帶有二極管電路151。該二極管電路151由一對反向并聯(lián)的二極管構(gòu)成，并且其一端與電行L1或電行L2連接，而另一端接地。
以上述方式構(gòu)成的二極管電路151具有非行性的整流特性，以致在所加電壓超過閾值時出現(xiàn)電流突變。具體地，在加在二極管電路兩端的電壓值Va小于閾值電壓Vc(大約為0.6V)的情況下，二極管電路151實際上不允許電流通過。即，在Va小于閾值電壓Vc的情況下，二極管電路151的電阻值很大。反之，在電壓Va大于閾值電壓Vc的情況下，二極管電路151允許電流通過。即，在電壓Va大于閾值電壓Vc的情況下，二極管電路151的電阻值很小。
例如，在帶靜電的手指與靜電放電和接觸傳感電極31相接觸的情況下，一個高電壓(大約10(kV))被加到二極管電路151的兩端。此時，由于二極管電路151的特性，靜電不能流到接觸檢測器170而是通過二極管電路151放到地中。其結(jié)果是，靜電流到接觸檢測器，從而防止接觸檢測器170受靜電影響。另一方面，當(dāng)手指上沒有靜電堆積時，或當(dāng)靜電被放掉時，加在二極管電路151上的電壓非常小，實際上沒有電流通過二極管電路151。其結(jié)果是，接觸檢測器170能夠以同于第一實施例的方式讀出阻抗變化，并能檢測出手指已經(jīng)與靜電放電和接觸傳感電極31相接觸。
另外，如圖45所示，也可以是圖24所示的接觸檢測器150與一個靜電放電和接觸傳感電極31連接的結(jié)構(gòu)。而且，如圖46所示，縫隙231可以是彎曲的。替換性地，如圖47所示，電極31a覆蓋傳感器區(qū)域Aa的整個表面，使得在電極31a位于光電傳感器設(shè)備12上時，手指能夠準確無誤地與電極31a接觸。
另外，如圖48所示，二極管電路151也可以通過反向并聯(lián)兩排二極管而構(gòu)成，每排二極管由多個二極管串聯(lián)而成。而且，提供一個用于改變串聯(lián)的二極管數(shù)量的切換電路，使得位于靜電放電和接觸傳感電極31(電行L1,L2和L3)與接地點之間的二極管數(shù)量可以變化。但是，位于靜電放電和接觸傳感電極31和接地點之間的二極管數(shù)量在兩排二極管上的變化應(yīng)當(dāng)是同步的。當(dāng)合并成一個二極管的閾值電壓Vc大約為0.6(V)時，n個二極管串聯(lián)在一起的閾值電壓就變成了大約為0.6×n(V)。此時，通過改變串聯(lián)的二極管數(shù)量，將能夠改變作為判斷是否將電流提供給接觸檢測器170的參考值之用的閾值電壓值。
對所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，進行其它的改進和修改是非常容易的。從而，本發(fā)明的保護范圍不限于這里所示出和描述的具體說明和代表性實施例。因此，在不偏離由后述權(quán)利要求確定的本發(fā)明構(gòu)思和保護范圍的前提下，各種不同的修改是允許的。
權(quán)利要求
1．一種光電傳感器陣列包括在預(yù)定方向上彼此分開排列的多個光電轉(zhuǎn)換元件，每個光電轉(zhuǎn)換元件包括具有入射有源區(qū)的半導(dǎo)體層，激勵光入射到該有源區(qū)上；分別在半導(dǎo)體層的兩個端提供的源極-漏極；通過第一柵絕緣膜在半導(dǎo)體層之下提供的第一柵極；和通過第二柵絕緣膜在半導(dǎo)體層之上提供的第二柵極；源極端子，通常與光電轉(zhuǎn)換元件的源極連接；漏極端子，通常與光電轉(zhuǎn)換元件的漏極連接；第一柵極端子，通常與光電轉(zhuǎn)換元件的第一柵極連接；和第二柵極端子，通常與光電轉(zhuǎn)換元件的第二柵極連接，第一柵極和第二柵極中的至少之一在由第一透明電極層構(gòu)成的光電轉(zhuǎn)換元件上提供，并且源極端子、漏極端子和第一柵極端子中的至少之一具有第一透明電極層。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的光電傳感器陣列，其中至少是源極端子、漏極端子和第一柵極端子中的任意之一的最上層可由第一透明電極層構(gòu)成。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的光電傳感器陣列，其中光電傳感器陣列包括通過光電轉(zhuǎn)換端之上的絕緣膜提供的靜電放電和接觸傳感電極，并且源極端子、漏極端子、第一柵極端子和第二柵極端子的至少之一利用構(gòu)成靜電放電和接觸傳感電極的第二透明電極層構(gòu)成。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的光電傳感器陣列，其中半導(dǎo)體層在源極和漏極、源極和漏極端子、連接源極和源極端子的連行及連接漏極和漏極端子的連行之下擴展。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的光電傳感器陣列，還包括漏極驅(qū)動器、第一柵極驅(qū)動器和第二柵極驅(qū)動器，并且其中光電轉(zhuǎn)換元件通過源極和漏極端子、第一柵極端子和第二柵極端子與漏極驅(qū)動器、第一柵極驅(qū)動器和第二柵極驅(qū)動器連接。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的光電傳感器陣列，其中半導(dǎo)體層具有多個入射有源區(qū)，并且這些區(qū)域在平行于半導(dǎo)體層的溝道方向上排列。
7．根據(jù)權(quán)利要求1的光電傳感器陣列，其中源極和漏極相對于激勵光來說是不透明的。
8．根據(jù)權(quán)利要求1的光電傳感器陣列，其中光電轉(zhuǎn)換元件以三角狀配置排列。
9．根據(jù)權(quán)利要求1的光電傳感器陣列，其中每個光電轉(zhuǎn)換元件的半導(dǎo)體層被分成了多個層位置，這樣源極和漏極在這些層位置上分別提供，并且源極彼此連接且漏極彼此連接。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的光電傳感器陣列，其中光電轉(zhuǎn)換元件的半導(dǎo)體層在平行于半導(dǎo)體層的溝道方向上排列。
11．一種制造光電傳感器陣列的方法，包括在絕緣膜上形成第一柵極并且第一柵極基底盤在柵極端子部分上與第一柵極連接；至少在第一柵極和第一柵極端子部分上形成第一柵極絕緣膜，接著在用于產(chǎn)生具有激勵光的載流子的第一柵極之上形成具有預(yù)定配置的半導(dǎo)體層；形成第一開口部分，用于把第一柵極基底盤暴露于第一柵極端子部分；形成分別在半導(dǎo)體層的兩端提供的源極-漏極，通過第一開口部分，漏極基盤(base pad)在漏極端子部分上與漏極連接，并且在第一柵極端子部分上與第一柵極端子下層連接；至少在第一柵極端子下層、源-漏極和漏極端子部分上形成第二絕緣膜，接著形成第二開口部分，用于至少露出第一柵極端子下層和漏極基底盤之一；并且形成具有預(yù)定配置的第二柵極和連接第二柵極的第二柵極基盤，第二柵極端子部分在半導(dǎo)體層之上，同時通過第二開口部分至少形成與第一柵極端子下層連接的第一柵極端子上層和與漏極基底盤連接的漏極端子上層之一。
12．根據(jù)權(quán)利要求11的制造光電傳感器陣列的方法，其中至少第一柵極端子上層或漏極端子上層由與第二柵極相同的透明電極層構(gòu)成。
13．根據(jù)權(quán)利要求11的制造光電傳感器陣列的方法，包括至少在第一柵極端子部分、漏極端子部分、第二柵極和第二柵極端子部分上形成保護絕緣膜，接著形成用于至少露出第一柵極端子部分、第一漏極端子部分和第二柵極端子部分之一的第三開口部分；并且在絕緣膜上形成具有預(yù)定配置的靜電放電和接觸傳感電極，并且通過第三開口部分至少在第一柵極端子部分上形成第一柵極端子最上層、漏極端子部分上形成漏極端子最上層、第二柵極端子部分上形成第二柵極端子上層之一。
14．根據(jù)權(quán)利要求13的制造光電傳感器陣列的方法，其中第一柵極端子最上層或漏極端子最上層或第二柵極端子上層由與靜電放電和接觸傳感電極相同的透明電極層構(gòu)成。
15．根據(jù)權(quán)利要求11的制造光電傳感器陣列的方法，其中半導(dǎo)體層在至少連接源極和漏極以及源極漏極端子部分的布行層之下提供和擴展。
全文摘要
光電傳感器陣列包括在預(yù)定方向上彼此分開的多個光電轉(zhuǎn)換元件，后者包括具有入射有源區(qū)的半導(dǎo)體層，激勵光入射到其上；分別在半導(dǎo)體層兩端面上提供的源極和漏極；通過第一柵絕緣膜在半導(dǎo)體層之下提供的第一柵極。第二柵極經(jīng)第二柵絕緣膜在半導(dǎo)體層之上提供。源極端子與光電轉(zhuǎn)換元件的源極連接，漏極端子與光電轉(zhuǎn)換元件的漏極連接，第一柵極端子通常與光電轉(zhuǎn)換元件的第一柵極連接，第二柵極端子與光電轉(zhuǎn)換元件的第二柵極連接。
文檔編號H01L27/146GK1317761SQ01116840
公開日2001年10月17日 申請日期2001年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月12日
發(fā)明者森川茂, 佐佐木誠 申請人:卡西歐計算機株式會社