氧化物半导体薄膜探测器的制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供一种氧化物半导体薄膜探测器的制备方法及其应用，在基板上制备薄膜晶体管及光电二极管，其中，薄膜晶体管包括栅极、第一绝缘层、有源区、漏极、源极及第二绝缘层，光电二极管包括n极电极、n掺杂非晶硅层、本征非晶硅层、p掺杂非晶硅层及p极电极。本发明专利技术采用铟镓锌氧化物薄膜作为薄膜探测器的薄膜晶体管的有源区，其制作工艺适合大尺寸面板；铟镓锌氧化物薄膜载流子迁移率大约是非晶硅的20~50倍，可将有源像素应用于本发明专利技术中，从而降低信号噪声，使本发明专利技术在满足大尺寸薄膜探测器的同时有效提高图像质量，进一步，还可以提高薄膜探测器的开口率和成像速度；本发明专利技术为低成本的薄膜探测器，应用于X射线平板探测器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种氧化物半导体薄膜探测器、其制备方法及其电路结构，该薄膜探测器应用于X射线平板探测器。
技术介绍
有源像素(APS，active pixel sensor)是一种包含放大电路的像素，每个有源像素由一个光电二极管和一个放大器(驱动晶体管)构成，主要应用于CMOS成像电路。有源像素是与无源像素(PPS, passive pixel sensor)相对的,在无源像素中只包含一个光电二极管和一个开关晶体管，光电二极管的信号不经放大直接从开关晶体管输出。无源像素的缺点是信号噪声大，信号输出速度有限；另一方面随着图像尺寸增加，信号传输路径增加，导致噪声更大。有源像素解决了无源像素信号噪声大的问题，因此在CMOS成像中得到广泛应用。·CMOS是在单晶硅上制作的，则成像的尺寸受硅片尺寸限制，在需要更大尺寸成像的领域如X射线数字成像，由于玻璃基板的尺寸(8代线2. 2mX 2. 4m)可以做到远大于单晶硅硅片(12英寸晶圆)，因此X射线探测器中的薄膜探测器普遍采用基于玻璃基板的薄膜晶体管(Thin Film Transistor, TFT)。不过，由于玻璃不能经受高温,一般采用等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD)在低温下制作非晶硅TFT。非晶硅载流子迁移率远小于单晶硅，为了保证晶体管有同样的速度，必须增加TFT沟道的宽长比，这样就增加了 TFT的面积。而在一个像素中，只有光电二极管是有效感光区域，如果TFT所占面积过大，就会降低成像质量和动态范围。由于非晶硅过低的载流子迁移率导致不能在像素中集成放大器，目前的采用非晶硅TFT的薄膜探测器主要采用无源像素。为解决非晶娃载流子迁移率低的问题,在液晶显示器(Liquid Crystal Display,IXD)、有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode, 0LED)显示领域出现了低温多晶娃(Low Temperature Poly-silicon,LTPS)代替非晶娃制作TFT的情况。低温多晶娃薄膜的载流子迁移率大约是非晶硅的100倍，其制作方法是，在基板上沉积非晶硅薄膜，然后对非晶硅薄膜进行准分子激光煺火以形成多晶硅薄膜。由于多晶硅薄膜载流子迁移率远大于非晶硅薄膜载流子迁移率，所以TFT面积可以大幅减小。低温多晶硅也有薄膜探测器领域的应用，如上海奕瑞光电子科技有限公司专利CN102403329。但是由于准分子激光退火成本高，低温多晶硅薄膜目前主要应用于中小尺寸面板。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种氧化物半导体薄膜探测器的制备方法及其应用，用于解决现有技术中大尺寸薄膜探测器由于载流子迁移率低导致的信号噪声高的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种氧化物半导体薄膜探测器的制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤I)提供一基板，在所述基板上沉积第一金属层，刻蚀所述第一金属层以形成栅极；2)在所述基板及栅极上沉积第一绝缘层；3)在所述第一绝缘层上物理气相沉积一铟镓锌氧化物薄膜，刻蚀所述铟镓锌氧化物薄膜以形成有源区；4)在所述有源区及第一绝缘层上沉积第二金属层，刻蚀所述第二金属层以形成源极和漏极；5)在步骤4)之后获得的结构上沉积第二绝缘层，刻蚀所述第二绝缘层以形成薄膜晶体管并暴露出部分漏极； 6)在所述暴露的漏极上依次沉积η掺杂非晶硅层、本征非晶硅层、P掺杂非晶硅层及透明导电层形成四层薄膜，刻蚀所述四层薄膜以形成光电二极管；7)在所述形成有薄膜晶体管及光电二极管的基板上沉积第三绝缘层，刻蚀所述第三绝缘层以暴露出部分透明导电层，而后沉积第三金属层，刻蚀所述第三金属层以形成连接至透明导电层的电极。可选地，所述第一、第二和第三绝缘层的材料为氮化硅、氧化硅或氮氧化硅。可选地，所述第一、第二和第三金属层的材料为钥/铝/钥的合金。可选地，所述物理气相沉积为溅射工艺。本专利技术还提供一种氧化物半导体薄膜探测器，该薄膜探测器由有源像素以矩阵形式排列，其中，所述有源像素包括形成于基板上的薄膜晶体管和光电二极管、覆盖于所述薄膜晶体管和光电二极管的第三绝缘层、以及穿过所述第三绝缘层连接于所述光电二极管的电极，其特征在于，所述薄膜晶体管包括位于所述基板上的栅极，形成于所述栅极及基板上的第一绝缘层，形成于所述第一绝缘层上并与所述栅极相对应的、由铟镓锌氧化物薄膜构成的有源区，以及结合于所述有源区之上的第二绝缘层、漏极和源极；所述光电二极管包括形成于所述第一绝缘层上的、作为η极电极的漏极，依次位于所述η极电极上的η掺杂非晶硅层、本征非晶硅层、P掺杂非晶硅层及P极电极。可选地，所述第一、第二和第三绝缘层的材料为氮化硅、氧化硅或氮氧化硅。可选地，所述第一、第二和第三金属层的材料为钥/铝/钥的合金。本专利技术还提供一种将有源像素应用于氧化物半导体薄膜探测器的电路结构，其特征在于，所述电路结构由有源像素以矩阵形式排列，其中，各该有源像素至少包括光电二极管以及铟镓锌氧化物薄膜晶体管；各该有源像素中，所述光电二极管的η极连接于所述薄膜晶体管的源极，所述光电二极管的P极连接于偏置电压；各行有源像素的薄膜晶体管的栅极相连，并连接于控制单元；各列有源像素的薄膜晶体管的源极相连，并连接于数据采集单元。可选地，所述薄膜晶体管包括复位薄膜晶体管、源跟随薄膜晶体管、行选择薄膜晶体管，其中，所述光电二极管的η极连接于所述复位薄膜晶体管的源极及所述源跟随薄膜晶体管的栅极；所述复位薄膜晶体管的漏极连接于正极电源，复位薄膜晶体管的栅极连接复位信号；所述源跟随薄膜晶体管的漏极连接于正极电源，所述源跟随薄膜晶体管的源极连接于所述行选择薄膜晶体管的漏极；所述行选择薄膜晶体管的源极连接于数据采集单元，所述行选择薄膜晶体管的栅极连接于控制单元。如上所述，本专利技术的一种氧化物半导体薄膜探测器的制备方法及其应用，具有以下有益效果I)本专利技术采用铟镓锌氧化物(Indium Gallium Zinc Oxide, IGZ0)薄膜作为薄膜探测器的薄膜晶体管的有源区；2) IGZO薄膜的制作工艺(溅射工艺)适合大尺寸面板；3) IGZO薄膜比非晶硅薄膜有更高的载流子迁移率(IGZ0载流子迁移率大约是非晶硅的2(Γ50倍)，从而提高薄膜探测器开口率和成像速度；4)在不降低开口率的前提下，由于IGZO具有较高的载流子迁移率，所以薄膜晶体管面积可以相应减小，在像素单元中能够增加驱动晶体管(复位薄膜晶体管、源跟随薄膜晶体管、行选择薄膜晶体管)，形成有源像素，从而降低信号噪声，在满足薄膜探测器往大尺寸 发展的同时有效提高图像质量；5)本专利技术为大尺寸、低成本的薄膜探测器，应用于X射线平板探测器。附图说明图I至图7显示为本专利技术的一种氧化物半导体薄膜探测器的制备方法的各步骤的结构示意图，其中，图7也为本专利技术一种氧化物半导体薄膜探测器的结构示意图。图8显示为本专利技术一种氧化物半导体薄膜探测器的电路图。图9显示为本专利技术一种将有源像素应用于氧化物半导体薄膜探测器的电路图。图10显示为本专利技术一种将有源像素应用于氧化物半导体薄膜探测器的像素版图。图11显示为本专利技术一种将有源像素应用于氧化物半导体薄膜探测器的时序图。元件标本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化物半导体薄膜探测器的制备方法，其特征在于，所述制备方法至少包括以下步骤：1）提供一基板，在所述基板上沉积第一金属层，刻蚀所述第一金属层以形成栅极；2）在所述基板及栅极上沉积第一绝缘层；？3）在所述第一绝缘层上物理气相沉积一铟镓锌氧化物薄膜，刻蚀所述铟镓锌氧化物薄膜以形成有源区；？4）在所述有源区及第一绝缘层上沉积第二金属层，刻蚀所述第二金属层以形成源极和漏极；？5）在步骤4）之后获得的结构上沉积第二绝缘层，刻蚀所述第二绝缘层以形成薄膜晶体管并暴露出部分漏极；？6）在所述暴露的漏极上依次沉积n掺杂非晶硅层、本征非晶硅层、p掺杂非晶硅层及透明导电层形成四层薄膜，刻蚀所述四层薄膜以形成光电二极管；？7）在所述形成有薄膜晶体管及光电二极管的基板上沉积第三绝缘层，刻蚀所述第三绝缘层以暴露出部分透明导电层，而后沉积第三金属层，刻蚀所述第三金属层以形成连接至透明导电层的电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邱承彬，王晓煜，刘琳，
申请(专利权)人：上海奕瑞光电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：