光電傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器領(lǐng)域，具體涉及一種光電傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光信號(例如:紅外、可見及紫外光輻射)轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。指紋識別作為一種生物識別方式最近引起了更廣泛的關(guān)注，尤其是在移動(dòng)支付上的應(yīng)用更為其帶來了廣闊的前景。將光電傳感器應(yīng)用于指紋識別成為目前的研究熱點(diǎn)之一。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)指紋識別傳感器中，通常采用CMOS或(XD圖像傳感器陣列收集光信號，以實(shí)現(xiàn)指紋檢測。
[0004]參考圖1，示出了現(xiàn)有技術(shù)一種采用CMOS圖像傳感器陣列的指紋識別傳感器。這種指紋識別傳感器大致包括CMOS圖像傳感器陣列01、光纖陣列02、光源03幾個(gè)部分。光纖陣列02是多條口徑非常細(xì)的光纖束組成的陣列，光源03在光纖陣列02的一側(cè)。指紋識別時(shí)，手指05接觸光纖陣列02的頂端，光源03的光線穿過光纖陣列02在手指05底部發(fā)生反射，反射回的光線經(jīng)過光纖陣列02傳輸?shù)紺MOS圖像傳感器陣列01中，CMOS圖像傳感器陣列01具有多個(gè)像素單元，手指05的指紋中，凸紋與光纖陣列02的頂端緊密接觸，因此反射的光線具有較高的光強(qiáng)，凹紋與光纖陣列02的頂端具有一定空隙，反射的光線在空氣中會(huì)產(chǎn)生一定損耗，具有較弱的光強(qiáng)，從而使得CMOS圖像傳感器陣列01的多個(gè)像素單元接受的光強(qiáng)不同，CMOS圖像傳感器陣列01能夠?qū)⒐庑盘栟D(zhuǎn)化為電信號，從而反映出指紋表面的信息。
[0005]光纖陣列02的作用使光線分區(qū)，將手指05底部不同位置的反射光線傳輸?shù)降肅MOS圖像傳感器陣列中不同的像素單元中，但是由于CMOS圖像傳感器陣列01的像素單元結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，對反射光線的靈敏度不高，為提高凸紋、凹紋的反射光線的對比度，光纖陣列02中的光線束與光纖陣列02的頂端平面成一定角度，以使得大部分凹紋的反射光線不能進(jìn)入光纖陣列02，所以通常光纖陣列02都制作成如圖1所示的彎曲狀，而CMOS圖像傳感器陣列01則為垂直于所述光纖陣列02的頂端平面。因此，可以看出，由于光纖陣列02這種彎曲的形狀，使得采用CMOS圖像傳感器陣列的指紋識別傳感器體積較大，無法設(shè)置在手機(jī)等的便攜設(shè)備中。另外，光源03位于光纖陣列02的一側(cè)，使得手指05底部不同位置接收到的光線的光強(qiáng)不同，距離光源03較遠(yuǎn)的位置，接收到的光線的光強(qiáng)較弱，使得CMOS圖像傳感器陣列01的分辨率較差。
[0006]此外，還有其他方式的光電傳感器，但是或者很難實(shí)現(xiàn)輕薄化，尤其是在高分辨率的要求下，傳統(tǒng)設(shè)備體積龐大無法便攜，因此很難集成到手機(jī)這樣的設(shè)備中；或者雖然解決輕薄的問題，但是無法實(shí)現(xiàn)大面積陣列，或無法結(jié)合其他功能，而且工藝復(fù)雜，成本高。
[0007]現(xiàn)有的光電傳感器大多只能實(shí)現(xiàn)如指紋識別等單一功能，人們應(yīng)用其他功能時(shí)，需要開發(fā)新產(chǎn)品，增大了研發(fā)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明解決的問題提供一種光電傳感器，在降低生產(chǎn)成本的同時(shí)提高分辨率。
[0009]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種光電傳感器，包括:
[0010]感光結(jié)構(gòu)，所述感光結(jié)構(gòu)包括襯底和位于所述襯底上的多個(gè)像素單元，所述像素單元包括薄膜晶體管和光電二極管；
[0011]位于所述感光結(jié)構(gòu)上方的光纖導(dǎo)板，所述光纖導(dǎo)板由多個(gè)垂直于襯底方向排列的光纖束組成，所述光纖束的孔徑小于或等于像素單元的寬度；
[0012]位于所述感光結(jié)構(gòu)下方的背光源，所述背光源發(fā)出的光透過所述感光結(jié)構(gòu)和光纖導(dǎo)板。
[0013]可選的，所述襯底包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述薄膜晶體管位于第一區(qū)域，所述光電二極管位于第二區(qū)域。
[0014]可選的，所述薄膜晶體管包括:
[0015]位于襯底第一區(qū)域上的柵極，
[0016]覆蓋于柵極上的第一絕緣層，
[0017]位于第一絕緣層上的溝道層，
[0018]位于溝道層上的第一電極、第二電極，所述第一電極、第二電極中間具有露出溝道層的空隙，
[0019]覆蓋于第一電極、第二電極以及溝道層上的第二絕緣層。
[0020]可選的，所述光電二極管包括:依次位于襯底的第二區(qū)域上方的N型摻雜半導(dǎo)體層、本征半導(dǎo)體層、P型摻雜半導(dǎo)體層，其中N型摻雜半導(dǎo)體層作為光電二極管的陰極，本征半導(dǎo)體層作為光電二極管的光吸收層，P型摻雜半導(dǎo)體層作為光電二極管的陽極。
[0021]可選的，所述光電二極管包括:位于襯底的第二區(qū)域上的N型摻雜半導(dǎo)體層；
[0022]位于所述N型摻雜半導(dǎo)體層上與所述N型摻雜半導(dǎo)體層相接觸的P型摻雜半導(dǎo)體層。
[0023]可選的，所述薄膜晶體管的第一絕緣層、第二電極、第二絕緣層延伸到襯底的第二區(qū)域，位于襯底第二區(qū)域的所述第二絕緣層具有露出所述第二電極的開口，所述光電二極管的N型摻雜半導(dǎo)體層覆蓋于所述開口中的第二電極表面。
[0024]可選的，所述延伸到襯底的第二區(qū)域的第一絕緣層與襯底之間還設(shè)有第一遮光層，用于阻擋襯底背光源發(fā)出的光從襯底下方進(jìn)入光電二極管；
[0025]所述第一遮光層位于N型摻雜半導(dǎo)體層下方并且所述第一遮光層的尺寸大于所述N型摻雜半導(dǎo)體層的尺寸；在兩個(gè)像素單元的第一遮光層之間設(shè)有通光孔，用于使背光源發(fā)出的光能從所述通光孔進(jìn)入感光結(jié)構(gòu)并射入光纖導(dǎo)板。
[0026]可選的，所述光電二極管的P型摻雜半導(dǎo)體層上方還設(shè)置有接觸電極，所述接觸電極的材料為透光導(dǎo)電材料。
[0027]可選的，所述第一遮光層的材料為金屬，所述第一遮光層與光電二極管的N型摻雜半導(dǎo)體層、接觸電極形成存儲(chǔ)電容。
[0028]可選的，所述薄膜晶體管的第二絕緣層上方還設(shè)有第三絕緣層，所述第三絕緣層用于包覆光電二極管且露出所述接觸電極的表面。
[0029]可選的，所述襯底、第一絕緣層、第二絕緣層和第三絕緣層的材料為透光材料。
[0030]可選的，所述第三絕緣層上覆蓋有第二遮光層，所述第二遮光層露出所述接觸電極表面，所述第二遮光層還露出所述通光孔，以使得背光源發(fā)出的光從通光孔進(jìn)入感光結(jié)構(gòu)并射入光纖導(dǎo)板。
[0031]可選的，所述接觸電極表面設(shè)有連接電極，用于將每個(gè)像素單元的接觸電極電連接，所述連接電極的材料為透光導(dǎo)電材料，用于使從光纖導(dǎo)板入射的光能夠進(jìn)入光電二極管。
[0032]可選的，所述多個(gè)像素單元呈陣列排布，所述光電傳感器還包括:
[0033]驅(qū)動(dòng)芯片，所述驅(qū)動(dòng)芯片位于感光結(jié)構(gòu)上且與外接電源相連；
[0034]讀出芯片，所述讀出芯片位于感光結(jié)構(gòu)上且與外接電源相連；
[0035]多條柵極引線，每條所述柵極引線的一端與一行所述薄膜晶體管柵極相連，另一端與驅(qū)動(dòng)芯片相連，為薄膜晶體管柵極提供掃描電壓所述掃描電壓用于開啟或關(guān)閉薄膜晶體管；
[0036]多條第一引線，每條所述第一引線的一端與一列所述第一電極相連，另一端與讀出芯片相連，為所述第一電極提供基礎(chǔ)電壓；
[0037]多條第二引線，每條所述第二引線的一端與一列所述接觸電極相連，另一端與外接電源相連，為所述接觸電極提供信號電壓，所述信號電壓和基礎(chǔ)電壓用于在光電二極管中形成負(fù)向偏壓；
[0038]多條第三引線，每條所述第三引線的一端與一行所述第一遮光層相連，另一端與第二引線相連，為第一遮光層提供外接電壓用于使第一遮光層和光電二極管的N型摻雜半導(dǎo)體層、接觸電極形成存儲(chǔ)電容。
[0039]可選的，所述多個(gè)像素單元呈陣列排布，所述光電傳感器還包括:
[0040]非晶硅柵驅(qū)動(dòng)器，位于感光結(jié)構(gòu)中且與外接電源相連；
[0041]讀出芯片，位于感光結(jié)構(gòu)上且與外接電源相連；
[0042]多條柵極引線，每條所述柵極引線的一端與一行所述薄膜晶體管柵極相連，另一端與非晶硅柵驅(qū)動(dòng)器相連，為薄膜晶體管柵極提供掃描電壓所述掃描電壓用于開啟或關(guān)閉薄膜晶體管；
[0043]多條第一引線，每條所述第一引線的一端與一列所述第一電極相連，另一端與讀出芯片相連，為所述第一電極提供基礎(chǔ)電壓；
[0044]多條第二引線，每條所述第二引線的一端與一列所述接觸電極相連，另一端與外接電源相連，為所述接觸電極提供信號電壓所述信號電壓和基礎(chǔ)電壓用于在光電二極管中形成負(fù)向偏壓；
[0045]多條第三引線，每條所述第三引線的一端與一行所述第一遮光層相連，另一端與第二引線相連，為第一遮光層提供外接電壓用于使第一遮光層和光電二極管的N型摻雜半導(dǎo)體層、接觸電極形成存儲(chǔ)電容。
[0046]可選的，所述掃描電壓在-10到15伏特的范圍內(nèi)，所述基礎(chǔ)電壓在0到3伏特的范圍內(nèi)，所述信號電壓在0到-10伏特的范圍內(nèi)，所述外接電壓在0到-10伏特的范圍內(nèi)。
[0047]可選的，所述光纖導(dǎo)板的厚度在0.2毫米到10毫米的范圍內(nèi)。
[0048]可選的，所述背光源為平板結(jié)構(gòu)，所述背光源的厚度在0.2毫米到10毫米的范圍內(nèi)。
[0049]可選的，所述背光源包括導(dǎo)光板以及位于導(dǎo)光板一側(cè)的LED燈芯,所述導(dǎo)光板將LED燈芯從導(dǎo)光板側(cè)向發(fā)出的光轉(zhuǎn)化為朝向感光結(jié)構(gòu)傳播的光。
[0050]可選的，所述背光源包括多個(gè)LED燈芯，所述LED燈芯包括紅光LED燈芯、藍(lán)光LED燈芯、綠光LED燈芯、白光LED燈芯、紅外LED燈芯、紫外LED燈芯。
[0051]可選的，多條柵極引線為柵極提供掃描電壓；所述LED燈芯以脈沖方式發(fā)出光，所述脈沖的頻率與掃描電壓的幀頻同步。
[0052]可選的，所述LED燈芯以連續(xù)方式發(fā)出光線。
[0053]可選的，所述感光結(jié)構(gòu)與光纖導(dǎo)板通過膠粘合或機(jī)械壓合的方式貼合。
[0054]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0055]本發(fā)明光電傳感器中，穿過光纖導(dǎo)板的光在與光纖導(dǎo)板相接處的物體表面(如指紋)發(fā)生反射，反射回的光進(jìn)入光電二極管中，通過光電二極管將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，并通過薄膜晶體管輸出，從而能夠反映物體表面的信息。由于光纖導(dǎo)板由多個(gè)垂直于襯底方向排列的光纖束組成，所述光纖束的口徑小于像素單元的寬度，本像素單元上方反射回的光被光纖導(dǎo)板約束在本像素單元的范圍內(nèi)，不容易進(jìn)入相鄰像素單元的區(qū)域，所以每個(gè)像素單元基本上只將像素單元上方的、與像素單元面積相當(dāng)?shù)奈矬w表面的光信號轉(zhuǎn)化為電信號，減小了相鄰像素單元之間的干擾，有效提高了光電傳感器的分辨率。采用光電二極管與薄膜晶體管的組合像素單元結(jié)構(gòu)較為簡單，光電二極管較CMOS圖像傳感器陣列相比靈敏度更高，無需采用彎曲的光纖陣列，本發(fā)明中的光纖導(dǎo)板由多個(gè)垂直于襯底方向排列的光纖束組成，與現(xiàn)有技術(shù)中彎曲的光纖陣列相比，生產(chǎn)成本低、制作簡單且更加輕薄、體積較小。此外，采用襯底下方的背光源發(fā)出入射光穿過感光結(jié)構(gòu)并在物體表面發(fā)生發(fā)射的方式，使得感光結(jié)構(gòu)中每個(gè)像素單元收到的反射光較為均勻，