α-IGZO薄膜传感阵列的影像传感器及其制备方法技术

α-IGZO薄膜传感阵列的影像传感器及其制备方法，属于半导体器件及其制备方法技术领域，包括呈交叉排列的一组栅极线和一组数据线、以及由所述栅极线和数据线所界定的呈阵列状排布的像素单元，所述像素单元包括一个薄膜晶体管器件和一个光电二极管器件，所述薄膜晶体管器件，包括相对形成沟道的源极和漏极，所述源极和漏极之间设置有α-IGZO薄膜岛，所述漏极与数据线连接。通过用α-IGZOTFT制成α-Si:HPIN传感器，应用于实时X射线医疗影像（荧光透视）系统和/或无损测试系统，进而改进系统性能。使用α-IGZOTFT后的迁移率要比目前商用非晶硅TFT的高出10~15倍,具有较低的截止电流，其信噪比也降低了约30%。大幅提高了实时医疗X射线影像品质。

【技术实现步骤摘要】
α-IGZO薄膜传感阵列的影像传感器及其制备方法
本专利技术属于半导体器件及其制备方法
，具体涉及α-IGZO薄膜传感阵列的影像传感器及其制备方法。
技术介绍
随着人们自我保健意识的逐渐增强，各种无损伤医疗检测方法医学影像（如X光胸透）受到人们的青睐。TFT（ThinFilmTransistor，薄膜晶体管）平板X射线传感器是数字影像技术中至关重要的元件。由于用非晶硅制作PIN光电二极管传感器成本低和平板工业中读取信号的主动矩阵非晶硅TFT的技术成熟，非晶硅技术在大型医疗影像应用中很广泛。目前，传感器通常采用薄膜晶体管平板结构。非晶硅TFT迁移率很低，0.5~1cm2/Vs，为了能为实时荧光透视应用提供高品质的影像，要求系统要有很高的帧率（＞30Hz），低的截止电流和信噪比。上个世纪末，工业界尝试用低温多晶硅TFT解决以上问题。低温多晶硅TFT有较高的迁移率，大约50~150cm2/Vs，并且可以整合成α-SiPIN传感器。然而因为激光结晶的复杂工艺以及相应的均匀性问题，使得它难以应用于大平板制作。同时高的漏电流造成TFT开关比低于6，这也增大了读取时的本底噪声。表1把α-IGZOTFT技术与现有的应用于医疗影像系统的TFT技术作了对比（表1:非晶硅TFT，多晶硅TFT以及α-IGZOTFT技术的对比）。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷不足，本专利技术的目的在于提供α-IGZO薄膜传感阵列的影像传感器，通过用α-IGZOTFT制成α-Si:HPIN传感器，应用于实时X射线医疗影像（荧光透视）系统和/或无损测试系统，进而改进系统性能。使用α-IGZOTFT后的迁移率要比目前商用非晶硅TFT的高出10~15倍,具有较低的截止电流，其信噪比也降低了约30%。大幅提高了实时医疗X射线影像品质。α-IGZO薄膜传感阵列的影像传感器，包括呈交叉排列的一组栅极线和一组数据线、以及由所述栅极线和数据线所界定的呈阵列状排布的像素单元，所述像素单元包括一个薄膜晶体管器件和一个光电二极管器件，每个薄膜晶体管器件连接相应的栅极线和数据线，每个光电二极管器件连接偏压线和薄膜晶体管器件相应的漏极；所述薄膜晶体管器件，包括相对形成沟道的源极和漏极，所述源极和漏极之间设置有α-IGZO薄膜岛，所述漏极与数据线连接。所述数据线连接电荷放大器，所述电荷放大器连接多路选择器，所述多路选择器连接模数转换器。所述上半的栅极线连接第一栅极驱动器，所述下半的栅极线连接第二栅极驱动器。所述上半的栅极线两侧分别连接第一栅极驱动器和第三栅极驱动器，所述下半的栅极线两侧分别连接第二栅极驱动器和第四栅极驱动器。所述数据线上侧连接第一电荷放大器，下侧连接第二电荷放大器。α-IGZO薄膜传感阵列的影像传感器，还包括位于衬底之上的栅电极、覆盖衬底和栅电极上的栅极绝缘层、位于栅极绝缘层上方且在源极和漏极之间的α-IGZO薄膜岛和刻蚀台阶岛、位于源极上设置有PIN台阶、以及位于PIN台阶上的透明电极，所述透明电极连接偏压线。本专利技术的另一目的在于提供上述影像传感器的制备方法，包括以下步骤：（一）.在衬底上沉积栅电极并构造出栅极线和间距；（二）.依次沉积栅极绝缘层、α-IGZO薄膜层和刻蚀台阶层；（三）.构造出刻蚀台阶岛；（四）.构造出α-IGZO薄膜岛；（五）.沉积源-漏电极层；（六）.沉淀并刻蚀出PIN台阶和透明电极；（七）.构造出源极和漏极；（八）.沉积第一保护层；（九）.构造出连接TFT的漏极和数据线间的孔、连接PIN传感器和偏压线间的孔和预开边缘接触片的孔；（十）.沉积并构造出数据线、偏压线和接触片；α-IGZO薄膜传感阵列的影像传感器的制备方法，其特征在于，还包括：（十一）.沉积第二保护层，打开接触片；（十二）.平面化涂覆SOG或BCB形成平面层，沉积CsI形成闪烁层；（十三）.带式自动键合出栅极驱动器和电荷放大器。所述栅电极为由1500~2500Å的Al和500~1500Å的Mo构成的双层结构或者由500~1000Å的Mo、1500~2500Å的Al和500~1000Å的Mo构成的三层结构；所述α-IGZO薄膜层厚度为500~1000Å；所述PIN台阶为由500~1000Å的N-α-Si:H、1~2.0um的Iα-Si:H和300~1000Å的P+α-Si:H构成的三层结构；所述数据线，栅极线和接触片均为由500~1000Å的Mo、1.0~2.0um的Al和500~1000Å的Mo构成的三层结构。本专利技术与现有技术相比，通过集成α-IGZOTFT到α-Si基PIN传感器，应用于实时X光荧光透视，具有如下优点：1.帧频从30Hz增大到40Hz，增大了31.6%；2.可以驱动更多的像素，面板也从45cmx45cm增大到60cmx60cm，增加了77.8%；3.降低本底噪声：降低34.5%Johnson噪音、34.8%KTC切换噪音以及31.6%TFT陷扰噪音，小于一个数量级的截止电流Ioff；4.改进了系统的动态范围，CT动态范围将改善25%；5.应用于大规模玻璃沉底上，制作成本低；6.像素尺寸可100um以下，但仍有50%以上的DQE。因此，它可以用来制作X光乳线机。附图说明图1为本专利技术的阵列基板的结构示意图；图2为本专利技术双侧读取方案的采用双栅极驱动的结构示意图；图3为本专利技术双侧读取方案的采用四栅极驱动的结构示意图；图4为本专利技术像素单元连接到电荷放大器的通道结构示意图；图5A—5M为本专利技术制备流程中的剖面结构示意图；图中：1-栅极线、2-数据线、3-像素单元、4-薄膜晶体管器件、5-光电二极管器件、6-电荷放大器、6a-第一电荷放大器、6b-第二电荷放大器、7-多路选择器、8-模数转换器、9-偏压线、10-栅极驱动器、10a-第一栅极驱动器、10b-第二栅极驱动器、10c-第三栅极驱动器、10d-第四栅极驱动器、11-衬底、12-栅电极、13-栅极绝缘层、14-α-IGZO薄膜层、15-刻蚀台阶层、16-刻蚀台阶岛、17-α-IGZO薄膜岛、18-源-漏电极层、19-PIN台阶、20-透明电极、21-源极、22-漏极、23-第一保护层、24-接触片、25-第二保护层、26-平面层、27-闪烁层。具体实施方式以下结合说明书附图对本专利技术做进一步详细说明。如图1所示，α-IGZO薄膜传感阵列的影像传感器，包括呈交叉排列的一组栅极线1和一组数据线2、以及由所述栅极线1和数据线2所界定的呈阵列状排布的像素单元3，所述像素单元3包括一个薄膜晶体管器件4和一个光电二极管器件5。每行薄膜晶体管器件4连接相应的栅极线1，由受栅极线1控制。所述栅极线1连接栅极驱动器10。每列薄膜晶体管器件4连接相应的数据线2。所述数据线2连接电荷放大器6。薄膜晶体管器件4由栅极线1控制，每个光电二极管器件5连接偏压线9和薄膜晶体管器件4相应的漏极。影像传感器，包括m条栅极线1和n条数据线2。n和m由平板的有效面积和像素单元3的间距(像素大小+两个像素单元间的间距)决定的。对于一个有效面积为45cmx45cm的影像传感器平板，像素尺寸为148um，两个相邻像素间的间距为8um，像素间距为156um。所述栅极驱动器10按顺序给阵列中每行指定地址。当一行被指定后，这行中的薄膜晶体管器件本文档来自技高网...

【技术保护点】
α‑IGZO薄膜传感阵列的影像传感器，其特征在于，包括呈交叉排列的一组栅极线（1）和一组数据线（2）、以及由所述栅极线（1）和数据线（2）所界定的呈阵列状排布的像素单元（3），所述像素单元（3）包括一个薄膜晶体管器件（4）和一个光电二极管器件（5），每个薄膜晶体管器件（4）连接相应的栅极线（1）和数据线（2），每个光电二极管器件（5）连接偏压线（9）和薄膜晶体管器件（4）相应的漏极（22）；所述薄膜晶体管器件（4），包括相对形成沟道的源极（21）和漏极（22），所述源极（21）和漏极（22）之间设置有α‑IGZO薄膜岛（17），所述漏极（22）与数据线（2）连接。

【技术特征摘要】
1.α-IGZO薄膜传感阵列的影像传感器，其特征在于，包括呈交叉排列的一组栅极线（1）和一组数据线（2）、以及由所述栅极线（1）和数据线（2）所界定的呈阵列状排布的像素单元（3），所述像素单元（3）包括一个薄膜晶体管器件（4）和一个光电二极管器件（5），每个薄膜晶体管器件（4）连接相应的栅极线（1）和数据线（2），每个光电二极管器件（5）连接偏压线（9）和薄膜晶体管器件（4）相应的漏极（22）；所述薄膜晶体管器件（4），包括相对形成沟道的源极（21）和漏极（22），所述源极（21）和漏极（22）之间设置有α-IGZO薄膜岛（17）和刻蚀台阶岛（16），且α-IGZO薄膜岛（17）和刻蚀台阶岛（16）均位于栅极绝缘层（13）上方，刻蚀台阶岛（16）沉积于α-IGZO薄膜岛（17）上方；所述漏极（22）与数据线（2）连接；上半的所述栅极线（1）连接第一栅极驱动器（10a），下半的所述栅极线（1）连接第二栅极驱动器（10b）；所述数据线（2）上侧连接第一电荷放大器（6a），下侧连接第二电荷放大器（6b）。2.如权利要求1所述的α-IGZO薄膜传感阵列的影像传感器，其特征在于，所述数据线（2）连接电荷放大器（6），所述电荷放大器（6）连接多路选择器（7），所述多路选择器（7）连接模数转换器（8）。3.如权利要求1所述的α-IGZO薄膜传感阵列的影像传感器，其特征在于，上半的栅极线（1）两侧分别连接第一栅极驱动器（10a）和第三栅极驱动器（10c），下半的栅极线（1）两侧分别连接第二栅极驱动器（10b）和第四栅极驱动器（10d）。4.如权利要求1所述的α-IGZO薄膜传感阵列的影像传感器，其特征在于，还包括位于衬底（11）之上的栅电极（12）、覆盖衬底（11）和栅电极（12）上的栅极绝缘层（13）、位于栅极绝缘层（13）上方且在源极（21）和漏极（22）之间的α-IGZO薄膜岛（17）和刻蚀台阶岛（16）、位于源极（21）上设置有PIN台阶（19）、以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐开文，钟凡，
申请(专利权)人：徐廷贵，
类型：发明
国别省市：浙江;33