CN100448013C - 固态摄像设备和辐射摄像设备 - Google Patents
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Abstract
在具有形成在一个象素的光电探测器件和一个或多个与光电探测器件相连的薄膜晶体管的固态摄像设备中，光电探测器件的一部分形成在薄膜晶体管的至少一部分之上，薄膜晶体管由源电极、漏电极、第一栅电极和位于相对于源电极和漏电极与第一栅电极相对的面上的第二栅电极构成，每个象素中第一栅电极与第二栅电极相连，因此抑制了光电探测器件对TFT的负面影响、关闭的TFT的漏电、由于外界电场造成的阈值电压变化，且精确地将光生载流子传输到信号处理电路。
Description
技术领域
本发明涉及具有光电探测器件和薄膜晶体管(TFT)的固态摄像设备以及辐射摄像设备。固态摄像设备用在辐射摄像设备中，辐射摄像设备用于在医学影像诊断设备、非破坏检查设备、分析设备等中探测辐射，例如X射线、α射线、β射线、γ射线等。
背景技术
近年来，大尺寸TFT矩阵面板和高驱动速度的实现得到了快速的发展，在TFT矩阵面板中，TFT形成在绝缘衬底上。使用TFT的液晶面板制造技术被用于用作固态摄像设备的区域传感器，固态摄像设备具有用于将可见光转换成电信号的光电探测器件。通过在表面上安排用于将X射线(辐射)转换成可见光束的转换层，这样的设备也可以用作辐射摄像设备。根据这种与液晶面板那样的图像显示设备不同的读取光照射总量的面板，精确地传输聚集在每个象素中的电荷尤为重要。然而，例如，如果TFT的阈值电压由于外部作用而改变了，那么取出的图像中就会发生图像变动。因此，在辐射摄像设备中，要求光电探测器件和TFT具有下列条件：
(1)每个器件的光照射总量精确地作为电荷积累。
(2)积累在每个器件中的电荷被精确地传输。
归功于最近用于液晶显示器的TFT技术的发展，已经提出了一种辐射摄像设备，由下列部分组成：用非晶硅(以下简写为a-Si)制成的光电探测器件构成的传感器阵列和开关TFT；以及用于将辐射转换成可见光的荧光体，等等。在医学影像领域也已经实现了数字化。由于辐射影像能即刻读出，立即显示在显示器上，并由这样的辐射摄像设备作为数字数据取出，因此可进行数据的存储、调整、传输等。然而，例如，根据底栅型TFT，由于TFT的源-漏电极和沟道部分位于上半部分中，因此有这么一个特征就是它受外部作用影响，阈值电压改变。特定地，如果将光电探测器件布置成，例如，覆盖TFT以改进数值孔径，那么由于光电探测器件中产生的电子或空穴的影响就会造成TFT的背沟道效应，还会发生象素的TFT的阈值电压不同的现象。
因此，例如，在光电探测器件位于TFT上半部分的固态摄像设备中，必须用电极覆盖TFT的沟道上半部分。
作为传统例子，根据Casio Computer Co.，Ltd.的Japanese PatentApplication Laid-Open No.6-216359的建议，TFT器件具有源电极和漏电极被顶栅电极和底栅电极夹在中间的结构。在专利文献1中，由于它具有TFT器件的半导体层也用作光电转换层的结构，因此就TFT的特性——例如开关速度等——和光电转换器件的转换效率而言难以两者都获得最佳值，它们之间存在折衷关系。
发明内容
本发明考虑了上述问题，本发明的目的在于给出低成本高性能的固态摄像设备，它包含光电探测器件和薄膜晶体管，光电探测器件覆盖薄膜晶体管的部分或整个表面，以形成光电探测器件的大开口部分，同时给出高性能稳定薄膜晶体管，它精确地将所产生的电荷传输到信号处理电路，能够独立设置薄膜晶体管和光电探测器件的特性。
本发明的固态摄像设备特征在于光电探测器件和一个或多个与光电探测器件相连的薄膜晶体管形成在一个象素中，光电探测器件的一部分形成在至少一部分薄膜晶体管上，薄膜晶体管包含源电极、漏电极、第一栅电极和位于相对于源电极和漏电极与第一栅电极相对的面上的第二栅电极，每个象素第一栅电极与第二栅电极相连。
这样，有可能给出高性能稳定薄膜晶体管，其中消除了形成在TFT上半部分之上的光电探测器件的影响，当TFT关闭时，漏电很小，TFT的阈值电压不受外界电场的影响，所产生的电荷精确地传输到信号处理电路。另外，可给出低成本高性能的固态摄像设备，其中可独立设置薄膜晶体管和光电探测器件的特性。由于可以用两个栅电极控制TFT，TFT的沟道数增多了，对于电荷传输效率的提高也有帮助。
从下面结合附图的描述中，将能更清楚地看出本发明的其它特征和优点，其中相同参考号在所有附图中表示相同或类似部分。
附图说明
引入并组成说明书一部分的附图示出本发明的实施方案，并与描述一起用于解释本发明的原理。
图1为本发明实施方案1中的固态摄像设备的象素的俯视图。
图2为沿图1中的2-2线的剖视图。
图3为根据本发明实施方案1的另一实施例的固态摄像设备的象素的俯视图。
图4为沿图3中的4-4线的剖视图。
图5为本发明实施方案1中的固态摄像设备的简单等效电路图及其周边电路图。
图6为本发明实施方案2中的固态摄像设备的象素的俯视图。
图7为沿图6中的7-7线的剖视图。
图8为本发明实施方案3中的固态摄像设备的象素的剖视图。
图9为本发明实施方案4中的固态摄像设备的象素的俯视图。
图10为沿图9中的10-10线的剖视图。
图11为本发明实施方案5中的固态摄像设备的象素的剖视图。
图12为本发明实施方案6中的示意性等效电路图。
具体实施方式
下面将明确解释根据本发明实施方案的固态摄像设备和辐射摄像设备。
实施方案1
图1至5示出本发明实施方案1的某一象素的俯视图和剖视图。
图1为一布局图，示出根据本发明实施方案1的象素的平面结构，该象素包括一个光电探测器件和TFT对。
本实施方案的光电探测器件为用于将可见光转换成电荷的器件，荧光体层作为波长转换器，用于将辐射转换成可见光，位于该器件的上半部分。
TFT(薄膜晶体管)102由四个电极构成：源电极、漏电极、第一栅电极和第二栅电极。与信号处理电路相连用于读取聚集的电荷的传输布线104与TFT的源电极115a相连。与栅极驱动电路相连用于控制TFT的ON/OFF的栅极布线103与第一栅电极111相连也通过每个象素的通孔106与第二栅电极117相连。此外，光电探测器件101为MIS型光电探测器件，其结构从下往上依次为电极层、绝缘层、本征半导体层和n型半导体层。构成光电探测器件的两个电极之一与TFT的漏电极115b相连，另一电极与偏置线105相连用于向传感器施加电压。
如上所述，通过将TFT 102的源电极和漏电极之间的沟道部分夹在第一栅电极111和第二栅电极117之间，即使电子和空穴产生在位于TFT 102的上半部分中的光电探测器件101中并且构成光电探测器件的电极的电势发生波动，下半部分的TFT 102也不会受到影响，特性不会波动。栅极布线103可以由用于第一栅电极111中的第一电极层形成，或者也可由用于第二栅电极117中的第三电极层形成。然而，为了减小栅极布线103和传输布线104、偏置线105或光电探测器件101的下电极之间的部分中的电容，需要由用于第一栅电极111中的第一电极层来形成栅极布线103。
在该实施方案中，特定地，在光电探测器件中使用了用于对可见光进行光电转换的材料的情形中，需要光不进入TFT源和漏之间的间隙。因此，需要用于位于TFT上半部分中的光电探测器件的下电极的下电极层和用作TFT第二栅电极的电极层不是由透明电极层——例如ITO等——形成，而是使用不透光的金属层，例如Al或Mo。
图2为沿图1中2-2线的剖视图。
每一层都形成在绝缘衬底(未示出)上。荧光体层175置于上半部分中。TFT 102置于右半部分中。光电探测器件191置于左半部分中从而覆盖右半部分中的TFT 102。TFT 102具有底栅型结构，其结构从下往上依次为：包含第一电极层的第一栅电极111，包含第一绝缘层112、第一本征半导体层113、第一n型半导体层114和第二电极层115的源-漏电极；以及包含第二绝缘层116和第三电极层的第二栅电极117。
光电探测器件101的结构从下往上依次为：第四电极层122，第四绝缘层123，第二本征半导体层，以及第二n型半导体层125。偏置线与第二n型半导体层125相连，偏置线包含第五电极层126，具有低电阻，可向其施加偏置。这样的结构在n型半导体层的电阻较小——例如微晶n型半导体层——的情形中是可能的。如果n型半导体层的电阻较高——例如非晶硅n型半导体层，则必须在n型半导体层的整个上表面上形成电极层。优选地，例如，使用用作有效透光的透明电极层的ITO层作为这样的电极层。TFT 102的漏电极(图2中第二电极层的左半部分)与包含光电探测器件101的第四电极层122的电极相连。第三电极层121置于下半部分中。第五绝缘层127置于上半部分中。
在这种结构的固态摄像设备中，当在荧光体中从辐射转换而来的可见光进入光电探测器件101时，在本征半导体层中产生电子和空穴。例如，如果光电探测器件101的第二n型半导体层125或置于其上半部分中并使用，例如，ITO的电极层固定为预定电势，那么在光电探测器件101包含第四电极层122的下电极中就会引起电势波动。尽管通过TFT读取电势波动可以显示影像，如果这样的电势波动发生在TFT的源和漏之间的间隙部分上，那么就会导致TFT的背沟道效应，成为改变TFT阈值电压的因子。因此，图2中包含第三电极层的第二栅电极117通过绝缘层置于TFT的源和漏电极之间的间隙上的部分与光电探测器件的下电极之间，与TFT包含第一电极层的第一栅电极111相连，从而防止了光电探测器件的影响。
图3为一布局图，与图1中的象素的平面结构相比，特性得到进一步提高。
TFT 102由四个电极构成：源电极、漏电极、第一栅电极以及第二栅电极。特定地，在包含光电探测器件和TFT的光电转换器件中，已知当传输布线104的电容增大时，在将光电探测器件中产生的电荷读出时的噪音就增大。因此，如图3所示，TFT的源电极和漏电极之间的沟道部分被第一栅电极111和第二栅电极117夹在中间，由于第二栅电极117不与TFT的源电极115a交叠，因此防止了光电探测器件对TFT的影响，减小了第二栅电极117和传输布线104之间的电容，保持了固态摄像设备的性能。
图4为沿图3中的4-4线的剖视图。
每一层都形成在绝缘衬底(未示出)上。包含第三电极层的第二栅极117位于TFT的源和漏之间的间隙上，与TFT 102包含第一电极层的第一栅电极111相连，从而可防止光电探测器件的影响。通过使第二栅电极不与和传输布线相连的源电极115a交叠，可以抑制第二栅电极117和源电极115a之间的电容。因此，传输布线104的电容得以最小化。也有可能将第二栅电极117置于源电极115a之上从而第一栅电极不与源电极115a交叠。如果TFT的传输能力足够，那么有可能使第二栅电极117和第一栅电极不与源电极115a交叠。
下面将描述固态摄像设备的传感器面板及其周边电路。
图5为本发明实施方案1中的固态摄像设备的简单等效电路图及其周边电路图。
包括等效电路的传感器面板181置于中心，信号处理电路182、栅极驱动电路183以及刷新驱动电路184环绕传感器面板181外侧。由图5中上和下位置中的信号处理电路182处理面板中的传输布线104。面板中的栅极布线103由栅极驱动电路183控制。面板中的偏置线105由刷新驱动电路184控制。刷新驱动电路104垂直分成两个部分，分别与上和下信号处理电路182相连。偏置线105从垂直分开的分开位置引向所有象素。偏置线105可处于信号处理电路中。尽管栅极布线103由左半部分中的栅极驱动电路183控制，但是也可以将栅极驱动电路183置于右边和左边并从两个方向控制栅极布线103，或者也可以将栅极布线103在中间部分分开，独立控制分开的右和左栅极布线。
实施方案2
图6为一布局图，示出本发明实施方案2中的固态摄像设备的包括一对光电探测器件和TFT的象素的平面结构。
该实施方案的光电探测器件为用于将可见光转换成电荷的器件。用作用于将辐射转换成可见光的波长转换器的荧光体层置于器件的上半部分中。
TFT(薄膜晶体管)102由四个电极构成：源电极、漏电极、第一栅电极和第二栅电极。与信号处理电路相连用于读出聚集的电荷的传输布线104与TFT的源电极115a相连。与栅极驱动电路183相连用于控制TFT的ON/OFF的栅极布线103与TFT的第一栅电极111相连也通过每个象素的通孔106与第二栅电极117相连。此外，光电探测器件101为MIS型光电探测器件，其结构从下往上依次为：电极层、绝缘层、本征半导体层以及n型半导体层。构成光电探测器件的两个电极之一与TFT的漏电极115b相连，另一电极与偏置线105相连用于向传感器施加电压。
光电探测器件101的下电极不是位于TFT 102上，TFT 102的结构从下往上依次为：绝缘层、本征半导体层、n型半导体层以及电极层。然而，如果第二栅电极117不存在，那么当辐射进入时，在该实施方案中，空穴聚集在绝缘层和本征半导体层的界面中，尤其是源和漏电极上的界面中，从而对TFT产生影响，成为改变阈值电压的因子。因此，如图所示，通过将TFT源电极和漏电极之间的沟道部分夹在第一栅电极111和第二栅电极117之间，即使电子和空穴产生在TFT的上半部分的光电探测器件之中且电子和空穴聚集在，特定地，构成光电探测器件的源和漏电极上的绝缘膜和本征半导体层的界面中，存在于下半部分中的TFT也不会受到影响，特性不会波动。
在该实施方案中，特定地，在用于将可见光进行光电转换的材料用于光电探测器件的情形中，需要光不进入TFT的源和漏之间的间隙部分。因此，需要使用金属层——例如Al或Mo——作为用于TFT上半部分中的光电探测器件的下电极的下电极层和作为用作TFT的第二栅电极的电极层，金属层不形成在像ITO等这样的透明电极层中且不透光。
图7为沿图6的7-7线的剖视图。
每一层都形成在绝缘衬底(未示出)上。尽管没有示出，但是荧光体层位于上半部分中。TFT 102置于右半部分中而光电探测器件101置于左半部分中以覆盖右半部分中的TFT 102。TFT 102具有底栅型结构，其结构从下往上依次为：包含第一电极层的第一栅电极111，包含第一绝缘层112、第一本征半导体层113、第一n型半导体层114和第二电极层115的源-漏电极，以及包含第二绝缘层116和第三电极层的第二栅电极117。
光电探测器件101的结构从下往上依次为：第三电极层131、第三绝缘层132、第二本征半导体层133、第二n型半导体层134以及第四电极层135。偏置线与第四电极层135相连，偏置线包含第五电极层136，具有低电阻，可向其施加偏置。优选地，例如，用作透明电极层以有效地透过可见光的ITO层用作第四电极层135。作为第三电极层置于TFT 102的上半部分中的第二栅电极117与作为相同层作为光电探测器件的下电极层的第三电极层131同时形成。TFT的漏电极115b与光电探测器件的包含第三电极层131的电极相连。第四绝缘层137位于上半部分中。
在具有这种结构的固态摄像设备中，当由荧光体从辐射转换而来的可见光进入光电探测器件时，在本征半导体层中产生电子和空穴。如果第二栅电极在这里不存在，例如，如果光电探测器件的第四电极层135固定为预定电势，那么光电探测器件包含第三电极层131的下电极就会引起电势波动，同时，空穴聚集在TFT的源和漏电极上的第三绝缘层132和第二本征半导体层133的界面中。这一影响会导致TFT的背沟道效应，改变了TFT的阈值电压。因此，通过绝缘膜将包含图7中第三电极层的第二栅电极117置于TFT的源和漏之间的间隙上的部分与光电探测器件之间，与TFT的包含第一电极层的第一栅电极111相连，从而可防止光电探测器件的影响。
实施方案3
图8为本发明实施方案3中的固态摄像设备的包括一对光电探测器件和TFT的象素的剖视图。
示出平面结构的布局图与实施方案1中的类似。该实施方案中的光电探测器件为用于将可见光转换成电荷的器件，每一层都形成在绝缘衬底(未示出)上。用于将辐射转换成可见光的荧光体层(未示出)位于上半部分中。
TFT 102位于右半部分中而光电探测器件101位于左半部分中以覆盖右半部分中的TFT 102。TFT 102具有底栅型结构，其结构从下往上依次为：包含第一电极层的第一栅电极111，包含第一绝缘层112、第一本征半导体层113、第一n型半导体层114和第二电极层115的源-漏电极，以及包含第二绝缘层116和第三电极层的第二栅电极117。
光电探测器件101为PIN型光电探测器件，其结构从下往上依次为：第四电极层142、第二n型半导体层143、第二本征半导体层144、p型半导体层145，以及第五电极层146。偏置线与第五电极层146相连，偏置线包含第六电极层147，具有低电阻，可向其施加偏置。优选地，例如，用作有效透光的透明电极层的ITO层作为第五电极层146。TFT的漏电极与光电探测器件的包含第五电极层142的电极相连。第三绝缘电极132位于下半部分中而第四绝缘层148位于上半部分中。
在具有这种结构的固态摄像设备中，当由荧光体从辐射转换而来的可见光进入光电探测器件101时，在本征半导体层中产生电子和空穴。如果第二栅电极117在这里不存在，例如，如果光电探测器件101的第五电极层146固定为预定电势，那么光电探测器件包含第四电极层142的下电极就会引起电势波动。这一影响会导致TFT的背沟道效应，改变了TFT的阈值电压。因此，通过绝缘膜将包含图8中第三电极层的第二栅电极117置于TFT的源和漏之间的间隙上的部分与光电探测器件101的下电极之间，与TFT的包含第一电极层的第一栅电极111相连，从而可防止光电探测器件101的影响。
在该实施方案中，也可以用直接对辐射进行光电转换的直接转换材料代替光电探测器件。在这一情形中，无需布置上面所公开的置于上半部分中的荧光体层(未示出)。
实施方案4
图9为一布局图，示出本发明实施方案4中的固态摄像设备的包括一个光电探测器件和构成一对的两个TFT的象素的平面结构。
该实施方案中的光电探测器件为用于将可见光转换成电荷的器件，用于将辐射转换成可见光的荧光体层位于器件的上半部分中。
每个TFT 107和108都由四个电极构成：源电极、漏电极、第一栅电极以及第二栅电极。
在右上位置的TFT 107用于将聚集在光电探测器件101中的电荷传输到信号处理电路。坐下位置的TFT 108用于传输聚集在光电探测器件101中的电荷并随后重置光电探测器件101。与源电极115a相连的传输布线104引到信号处理电路用于读出聚集的电荷。与用于控制TFT的ON/OFF的栅极驱动电路相连的栅极布线103与TFT的第一栅电极111相连，也通过每个象素的通孔106与第二栅电极117相连。
此外，光电探测器件101为MIS型光电探测器件，其结构从下往上依次为：电极层、绝缘层、本征半导体层和n型半导体层。构成光电探测器件的两个电极之一与两个TFT的漏电极相连而另一个电极与偏置线105相连用于向传感器施加电压。如果第二栅电极117在这里不存在，那么当辐射进入时，光电探测器件的下电极引起电势波动，从而对TFT产生影响，成为改变阈值电压的因子。因此，如图所示，在右上部和左下部中的TFT中，通过将源电极和漏电极之间的沟道部分夹在第一栅电极111和第二栅电极117之间，即使从辐射转换过来的可见光照射到TFT上半部分中的光电探测器件上，存在于下半部分中的TFT也不会受到影响，特性不会波动。
在该实施方案中，特定地，在光电探测器件中使用了用于对可见光进行光电转换的材料的情形中，需要光不进入TFT源和漏之间的间隙部分。因此，需要用于位于TFT上半部分中的光电探测器件的下电极的下电极层或用作TFT第二栅电极的电极层不是由透明电极层——例如ITO等——形成，而是使用不透光的金属层，例如Al或Mo。
图10为沿图9中的10-10线的剖视图。
每一层都形成在绝缘衬底(未示出)上。光电探测器件101位于上半部分以覆盖右和左TFT。用于传输的TFT 107位于右半部分而用于重置的TFT 108位于左半部分。两个TFT都具有底栅型结构，每个TFT的结构从下往上都依次为：包含第一电极层的第一栅电极111，包含第一绝缘层112、第一本征半导体层113、第一n型半导体层114和第二电极层115的源-漏电极；以及包含第二绝缘层116和第三电极层的第二栅电极117。
光电探测器件的结构从下往上依次为：第四电极层122、第四绝缘层123、第二本征半导体层124、第二n型半导体层125以及第五电极层126。偏置线与第五电极层126相连，偏置线包含第六电极层128，具有低电阻，可向其施加偏置。优选地，例如，用作透明电极层以有效地透过可见光的ITO层用作第五电极层126。TFT的漏电极与光电探测器件的包含第四电极层122的电极相连。第三绝缘层121位于下半部分而第五绝缘层127位于上半部分。
在具有这种结构的固态摄像设备中，当由荧光体从辐射转换而来的可见光进入光电探测器件时，在本征半导体层中产生电子和空穴。如果第二栅电极117在这里不存在，例如，如果光电探测器件的第二n型半导体层固定为预定电势，那么光电探测器件包含第四电极层的下电极就会引起电势波动，从而这一影响会导致TFT的背沟道效应，改变TFT的阈值电压。因此，通过绝缘膜将包含图10中第三电极层的第二栅电极117置于TFT的源和漏之间的间隙上的部分与光电探测器件的下电极之间，与TFT的包含第一电极层的第一栅电极111相连，从而可防止光电探测器件的影响。
在该实施方案中，可以用PIN型光电探测器件代替光电探测器件，也可以用直接对辐射进行光电转换的直接转换材料代替光电探测器件。在这一情形中，无需布置上面所公开的置于上半部分中的荧光体层(未示出)。
实施方案5
图11为本发明实施方案5中的固态摄像设备的包括一对光电探测器件和TFT的象素的剖视图。
示出平面结构的布局图与实施方案1中的类似。该实施方案中的光电探测器件为将可见光转换成电荷的器件，每一层都形成在绝缘衬底(未示出)上。用于将辐射转换成可见光的荧光体层(未示出)位于上半部分中。
TFT 102位于右半部分中。光电探测器件101位于左半部分中以覆盖右半部分中的TFT 102。TFT 102具有顶栅型结构，其结构从下往上依次为：包含第一电极层的第一栅电极151，包含第二电极层153的源-漏电极，包含第一n型半导体层154、第一本征半导体层155、第二绝缘层156和第三电极层的第二栅电极157，以及第三绝缘层161。第一绝缘层152形成在源和漏电极的下半部分中从而绝缘衬底和沟道部分不会直接互相接触。作为第一电极层的第一栅电极151位于第一绝缘层152和绝缘衬底之间。器件不会受包括在绝缘衬底中的微离子影响。
光电探测器件101的结构从下往上依次为：第四电极层162、第四绝缘层163、第二本征半导体层164、第二n型半导体层165以及第五电极层166。偏置线与第五电极层166相连，偏置线包含第六电极层，具有低电阻，可向其施加偏置。优选地，例如，用作有效透过可见光的透明电极层的ITO层作为第五电极层166。TFT 102的漏电极与光电探测器件101的包含第四电极层162的电极相连。第三绝缘电极161位于下半部分中。第五绝缘层167位于上半部分中。
在这种结构的固态摄像设备中，当在荧光体中从辐射转换而来的可见光进入光电探测器件101时，在本征半导体层中产生电子和空穴。如果第二栅电极157不存在，例如，如果光电探测器件的第五电极层166固定为预定电势，那么光电探测器件包含第四电极层162的下电极中就会引起电势波动。这一影响会导致TFT的背沟道效应，改变TFT的阈值电压。因此，通过绝缘层将包含图11中第三电极层的第二栅电极157置于TFT的源和漏之间的间隙上的部分与光电探测器件的下电极之间，与TFT的包含第一电极层的第一栅电极151相连，从而使得可防止光电探测器件的影响。
在该实施方案中，也可以用直接对辐射进行光电转换的直接转换材料代替光电探测器件。在这一情形中，无需布置上面所公开的置于上半部分中的荧光体层(未示出)。
实施方案6
图12为本发明实施方案6中的示意性等效电路图。
现在将就一个实施例进行解释，其中，通过使用五层平面膜和金属膜形成用于开关的TFT、MIS型光电探测器件以及用于读取的TFT，用于读取的TFT包含接收产生于MIS型光电探测器件中的电荷的栅极以及用于根据电荷总量读出信号的源和漏电极。
在图12中，开关TFT 001的公共驱动线201与用于控制开关TFT001的ON/OFF的栅极驱动器002相连。此外TFT 001的源或漏电极通过读取TFT 014与公共信号线202相连。信号线202与放大器IC 003相连。光电探测器件004的电极之一与公共电极驱动器(未示出)相连而另一电极与读取TFT 014的控制电极(栅电极)相连。重置TFT015的控制电极与驱动线203相连，源电极或漏电极与读取TFT 014的控制电极相连，另一电极与重置线205相连。
进入样本的辐射被样本衰减、传导并被荧光体层转换为可见光。可见光进入光电探测器件004并转换成电荷。电荷根据读取TFT 014的控制电极中的光照总量引起电势波动。由于电势波动TFT 014中的流动的电流总量改变，可通过信号线202读出。开关TFT 001用作向读取TFT 014的源和漏施加电压的开关晶体管。信号被传输到信号线202并由放大器IC 003读出到外界。在信号被读出之后，通过重置线205驱动重置TFT 015并向光电探测器件004与重置TFT 015相连的电极施加电压，聚集在光电探测器件中的电荷能够被除去。
在这样的源跟随型固态摄像设备中，除了包括第一本征半导体层的TFT和包括第二本征半导体层的光电探测器件之外，还必须布置许多TFT(例如，在该实施方案中，有读取TFT和重置TFT)。电路中可布置一个电容。在这样的情形中，通过用上面提到的五层平面膜以及金属膜来形成，可以增多设计的变化。例如，可以使用自由布局，从而开关TFT、重置TFT和电容形成在下层中而光电探测器件和读取TFT形成在上层中，等等。
然而，当可见光进入位于上半部分中的光电探测器件中时，或当也位于上半部分的TFT工作时，则在位于下半部分中的TFT中会产生背沟道效应。这样的现象通常发生在，特别地，底栅型TFT中。如果光电探测器件或TFT位于源和漏之间的沟道部分上的部分中，则TFT的阈值电压就不稳定，但是引起源和漏之间的漏电。因此，通过布置第一栅电极和第二栅电极以将源和漏夹在中间并在每个象素中与它们相连和驱动它们，可以保护TFT不受周围外部作用的影响。
根据这些实施方案，可以在固态摄像设备中给出稳定TFT，固态摄像设备至少包含：包括第一本征半导体层的TFT(例如，开关TFT和重置TFT)，以及包括位于它们的上表面和电极上的第二本征半导体层的光电探测器件。
尽管在上述实施方案的每一个中都示出了第一栅电极和第二栅电极相连、与同一栅极驱动器相连并被驱动的结构，但是还可以见过低一栅电极和第二栅电极与不同的驱动器相连，并，例如，改变所施加的电压值。
实施方案7
将在实施方案7中描述本发明的固态摄像设备的制造方法。
固态摄像设备的制造方法特征在于该设备包含衬底、位于衬底上的光电探测器件以及许多与光电探测器件相连的薄膜晶体管，光电探测器件的一部分与薄膜晶体管的至少一部分交叠，并且薄膜晶体管包含源电极、漏电极、第一栅电极以及位于与第一栅电极相对的面上作为相对于源电极和漏电极的底电极的第二栅电极，该方法包含步骤(1)至(7)。
(1)在衬底上形成光电探测器件的传感器电极和用于薄膜晶体管的栅电极的导电膜的步骤。
(2)通过构图导电膜形成光电探测器件的传感器电极和薄膜晶体管的第一栅电极的步骤。
(3)在衬底的上半部分中形成光电探测器件的公共电极和用于薄膜晶体管的源电极和漏电极的导电膜的步骤。
(4)通过构图导电膜形成公共电极的步骤。
(5)通过进一步构图导电膜形成薄膜晶体管的源电极和漏电极的步骤。
(6)在导电膜上的绝缘膜的上半部分中形成用于第二栅电极的导电膜的步骤。
(7)通过构图导电膜形成第二栅电极的步骤。
上面已经描述了本发明的实施方案。本发明的优选实施方案将如下提到。
实施方案1
固态摄像设备，特征在于光电探测器件和一个或多个与光电探测器件相连的薄膜晶体管形成在一个象素中，光电探测器件的一部分形成在薄膜晶体管的至少一部分之上，薄膜晶体管包含源电极、漏电极、第一栅电极和位于相对于源电极和漏电极与第一栅电极相对的面上的第二栅电极。
实施方案2
根据实施方案1的固态摄像设备，特征在于薄膜晶体管为双栅极型薄膜晶体管，至少包含依次形成在绝缘衬底上的第一栅电极、绝缘层、半导体层、具有掺杂杂质的半导体层、源和漏电极、绝缘层以及第二栅电极。
实施方案3
根据实施方案1或2的固态摄像设备，特征在于第二栅电极覆盖源电极和漏电极之间的间隙部分的至少一部分。
实施方案4
根据实施方案1至3中任何一个的固态摄像设备，特征在于源电极或漏电极与传输布线相连，传输布线与信号处理电路相连，第二栅电极二维上不和与传输布线相连的源电极或漏电极交叠。
实施方案5
根据实施方案1至4中任何一个的固态摄像设备，特征在于第二栅电极和第一栅电极通过栅极布线与一个栅极驱动电路相连并受栅极驱动电路控制。
实施方案6
根据实施方案1至5中任何一个的固态摄像设备，特征在于第二栅电极作为一层膜与构成光电探测器件的电极材料同时形成。
实施方案7
根据实施方案1至6中任何一个的固态摄像设备，特征在于光电探测器件至少由绝缘层、半导体层和具有掺杂杂质的半导体层构成。
实施方案8
根据实施方案1至6中任何一个的固态摄像设备，特征在于光电探测器件至少由具有掺杂杂质的第一半导体层、半导体层和具有与具有掺杂杂质的第一半导体层的杂质导电类型相反的掺杂杂质的半导体层构成。
实施方案9
辐射摄像设备，特征在于根据实施方案1至6中任何一个固态摄像设备的光电探测器件为辐射探测器件，用于直接对辐射进行光电转换。
实施方案10
辐射摄像设备，特征在于波长转换器位于根据实施方案1至8中任何一个的固态摄像设备的光电探测器件上。
实施方案11
固态摄像设备的制造方法，
固态摄像设备具有衬底、位于衬底上的光电探测器件以及许多与光电探测器件相连的薄膜晶体管，以及
其中光电探测器件的一部分形成在薄膜晶体管的至少一部分薄膜晶体管上，以及
薄膜晶体管包含源电极、漏电极、第一栅电极以及位于与第一栅电极相对的面上作为相对于源电极和漏电极的底电极的第二栅电极，
该方法特征在于包含下列步骤：
在衬底上形成光电探测器件的传感器电极和用于薄膜晶体管的栅电极的导电膜；
通过构图导电膜形成光电探测器件的传感器电极和薄膜晶体管的第一栅电极；
在衬底的上半部分中形成光电探测器件的公共电极和用于薄膜晶体管的源电极和漏电极的导电膜；
通过构图导电膜形成公共电极；
通过进一步构图导电膜形成薄膜晶体管的源电极和漏电极；
在导电膜上的绝缘膜的上半部分中形成用于第二栅电极的导电膜；以及
通过构图导电膜形成第二栅电极。
如上所述，根据本发明，在包含光电探测器件和TFT且光电探测器件与TFT的部分或整个表面交叠的固态摄像设备中，通过用垂直布置的第一和第二栅电极将TFT的源和漏电极之间的间隙部分夹在中间，TFT的阈值电压不会因为位于上半部分中的光电探测器件的外部作用而发生改变，可以保证稳定的TFT特性。
由于只要不超出其精神和领域，本发明可以有许多显然大为不同的实施方案，因此应当理解，本发明并不局限于其特定实施方案，除非在权利要求中明确确定了的。
Claims (12)
1.一种固态摄像设备，包含多个象素，每个象素具有：
光电探测器件(101)；以及
一个或多个与所述光电探测器件相连的薄膜晶体管(102；107，108)，其中，
所述光电探测器件具有电极(122)，其特征在于
所述薄膜晶体管包含源电极(115a)、漏电极(115b)、半导体层、第一栅电极(111)以及在相对于半导体层的沟道部分与所述第一栅电极相对侧上布置的第二栅电极，所述薄膜晶体管的源电极和漏电极之一连接到所述光电探测器件的所述电极，并且所述第一栅电极和第二栅电极连接到同一栅极布线(103)。
2.根据权利要求1的固态摄像设备，其中
所述薄膜晶体管为双栅极型薄膜晶体管，其至少包含依次形成在绝缘衬底上的第一栅电极、绝缘层、本征半导体层、具有掺杂杂质的半导体层、所述源电极和漏电极、绝缘层以及第二栅电极。
3.根据权利要求1或2的固态摄像设备，其中
所述第二栅电极置于所述薄膜晶体管的源电极和漏电极之间的间隙上的部分与所述光电探测器件之间。
4.根据权利要求1或2的固态摄像设备，其中
所述源电极或所述漏电极与传输布线相连，所述传输布线与信号处理电路相连，所述第二栅电极在二维上不和与所述传输布线相连的源电极或漏电极交叠。
5.根据权利要求1或2的固态摄像设备，其中
所述第二栅电极和所述第一栅电极通过栅极布线与一个栅极驱动电路相连并受所述栅极驱动电路控制。
6.根据权利要求1或2的固态摄像设备，其中
所述第二栅电极作为一层膜与构成所述光电探测器件的电极材料同时形成。
7.根据权利要求1或2的固态摄像设备，其中
所述光电探测器件至少由绝缘层、本征半导体层和具有掺杂杂质的半导体层构成。
8.根据权利要求1或2的固态摄像设备，其中
所述光电探测器件至少由具有掺杂杂质的第一半导体层、本征半导体层和具有与具有掺杂杂质的所述第一半导体层的杂质导电类型相反的掺杂杂质的第二半导体层构成。
9.如权利要求1所述的固态摄像设备，其中
所述光电探测器件的一部分形成在所述薄膜晶体管的沟道的至少一部分上方。
10.如权利要求1所述的固态摄像设备，其中
所述光电探测器件形成在所述薄膜晶体管的上方。
11.一种辐射摄像设备，其中
根据权利要求1或2的固态摄像设备的所述光电探测器件为辐射探测器件，用于直接对辐射进行光电转换。
12.一种辐射摄像设备，其中
波长转换器位于根据权利要求1或2的固态摄像设备的所述光电探测器件上。
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