一种量程可调的全金属氧化物传感器像素的制作方法

本发明涉及光信号检测领域，特别涉及一种基于金属氧化物二极管的超低漏电流传感器。

背景技术：

1、光探测成像领域有着诸多应用，诸如x光成像在医学领域的应用等，通过x光照射后再通过传感器对照射人体后的x光信号进行探测，将探测的光信号转换为不同大小的电信号，并基于电信号处理形成灰度等级不同的图像信号就形成x光图像，从而为医疗领域提供辅助。在光探测成像领域，需要首先对光信号进行转换，将其转换成电信号后形成与光信号对应的电信号，然后通过电信号的采集处理得到图像。因此其最终的一步就是获取光信号并将其转换成电信号进而形成表征光信号的data数据。

2、如图1所示为现有技术常采用的技术方案：pin二极管传感器电路方案，采用pin二极管来实现光信号的传感，将光信号转换成电信号，其电路结构为：包括pin二极管、tft晶体管，其中pin二极管的阳极输入偏置电压信号，用于驱动控制电流流向，pin二极管的阴极连接至tft晶体管的漏记，tft晶体管的源极连接至data线，data线用于输出表征光信号的电信号数据；tft晶体管栅极输入驱动电压vgate，用于控制tft晶体管的导通或关断。

3、其工作原理包括：当检测到光信号后pin二极管将光信号转换成电信号，其中电流流向tft、data线方向；然后通过控制tft晶体管栅极电压vgate的导通状态来控制电信号传输到data线上从而实现了传感采集，后续成像通过data线信号进行成像处理即可。

4、采用pin二极管的方式的优点就是成本低、传感电路简单，但是其缺点也很明显，采用pin二极管感光会因为pin的极低漏电流工艺调试较困难；同时采用pin二极管会造成lag残影的无法规避，造成后续成像效果不好的缺陷；同时用于开关控制的tft关闭状态下的漏电流偏大也会干扰其他行的信号读取过程，也即asi tft的漏电流与pin相同，当n+1行读取时，其他行理论上应该处于关闭状态，但是由于asi tft的关闭效果不如igzo tft，100fa和0.1fa的差异，一旦阵列较大，读取时间较长，积分出来的信号，就是其他行tft漏电流的信号，而不是本行的有效信号，会干扰小信号的应用场景。因此现有技术采用pin二极管方案实现感光的传感器方案存在缺陷，如pin和asi tft漏电流从-13次方量级降低到-15次方量级带来的调试难度；如漏电流不稳定和偏高带来的小信号段数据异常和多行无法对应的现象；如lag较大造成无法实现高频+大信号的使用场景；同时像素结构简单无法满足更高的量程等，均限制了当前传感器像素进一步满足感光的要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于金属氧化物二极管的超低漏电流传感器，采用新的金属氧化物二极管来实现感光信号的传感，解决现有技术中pin二极管方案存在的缺陷。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于金属氧化物二极管的超低漏电流传感器，包括金属氧化物二极管、预存电容co、read tft晶体管，其中金属氧化物二极管的栅极、漏极连接至vss电源，其源极连接至read tft晶体管漏极，在金属氧化物二极管的栅极源极两端并联设置预存电容c0；read tft晶体管的源极连接至data数据；readtft晶体管的源极接入驱动控制信号gn。

3、所述传感器还包括存储电容cst，所述存储电容cst一端连接至重置电源vreset，另一端连接至金属氧化物二极管的源极。

4、所述传感器还包括rst tft晶体管，所述rst tft晶体管的源极连接至read tft的漏极，rst tft晶体管的漏极连接至重置电源vreset；rst tft晶体管的栅极输入重置驱动控制信号。

5、所述传感器还包括amp tft晶体管，amp tft晶体管串接在read tft晶体管漏极和金属氧化物二极管的源极之间，其栅极连接至金属氧化物二极管的源极，其源极连接至read tft晶体管的漏极，其漏极连接至电源vss。

6、所述read tft的栅极与扫描控制电路连接，用于输出扫描信号gn来驱动readtft的通断。

7、所述rst tft晶体管的栅极连接至扫描控制电路的输出端，扫描控制电路输出的扫描信号gn+1来控制rst tft的通断；

8、其中扫描信号gn+1为扫描信号gn的下一时刻扫描信号。

9、通过调节vss和vreset电压的压差调节感光器件的栅级源级漏极电压，动态调节以适用不同光强度的使用场景，对较弱的光电信号进行比例放大，对较强的光电信号进行缩小，并在后段读取ic内置比例系数校正，用于适应不同光强度的使用场景，自带量程调节机制。

10、所述金属氧化物二极管用于将光信号转换为电信号，其中光信号为可见光或高能射线、高能粒子经闪烁体转换后的光信号。

11、所述闪烁体包括gos材料、csl材料。

12、本发明的优点在于：利用了金属氧化物本身自带的ioff偏低，有效降低了工艺调试的难度；由于pin为非晶硅掺杂结构，材料本身的载流子输运机制即不能避免较高的漏电流100fa即以上，目标为10fa即以下，工艺cover能力有限；金属氧化物本身输运机制与pin完全不同，只要完成基本材料调试，即可呈现超低漏电流效果0.1fa及以下。

13、利用了cst电容和预存电容c0实现电荷外置预存电路方案，去除了半导体材料本身的lag残电风险；通过调节vss电压变更预存量和光电信号倍增比例，对应不同的剂量应用场景，实现了传感器电路量程的调整，放大了应用领域；电路设计中增加了rst tft晶体管，可以将读取信号完成后将电信号置零，为了适应本案高频应用场景，进一步推进残电消除；电路设计增加amp tft晶体管，对输出电信号进行进一步的放大，避免信号被干扰，增加抗干扰能力、放大后的信号更容易被data信号线上的控制设备而读取。

技术特征：

1.一种量程可调的全金属氧化物传感器像素，其特征在于：包括金属氧化物二极管、预存电容co、read tft晶体管，其中金属氧化物二极管的栅极、漏极连接至vss电源，其源极连接至read tft晶体管漏极，在金属氧化物二极管的栅极源极两端并联设置预存电容c0；read tft晶体管的源极连接至data数据；read tft晶体管的源极接入驱动控制信号gn。

2.如权利要求1所述的一种量程可调的全金属氧化物传感器像素，其特征在于：所述传感器还包括存储电容cst，所述存储电容cst一端连接至重置电源vreset，另一端连接至金属氧化物二极管的源极。

3.如权利要求1或2所述的一种量程可调的全金属氧化物传感器像素，其特征在于：所述传感器还包括rst tft晶体管，所述rst tft晶体管的源极连接至read tft的漏极，rsttft晶体管的漏极连接至重置电源vreset；rst tft晶体管的栅极输入重置驱动控制信号。

4.如权利要求1或2所述的一种基于金属氧化物二极管的超低漏电流传感器，其特征在于：所述传感器还包括amp tft晶体管，amp tft晶体管串接在read tft晶体管漏极和金属氧化物二极管的源极之间，其栅极连接至金属氧化物二极管的源极，其源极连接至readtft晶体管的漏极，其漏极连接至电源vss。

5.如权利要求1或2所述的一种量程可调的全金属氧化物传感器像素，其特征在于：所述read tft的栅极与扫描控制电路连接，用于输出扫描信号gn来驱动readtft的通断。

6.如权利要求3所述的一种量程可调的全金属氧化物传感器像素，其特征在于：所述rst tft晶体管的栅极连接至扫描控制电路的输出端，扫描控制电路输出的扫描信号gn+1来控制rst tft的通断；

7.如权利要求1-6任一所述的一种量程可调的全金属氧化物传感器像素，其特征在于：通过调节vss/vreset电压来动态调节，适用于不同光强度下的探测场景，像素本身即可实现量程调节的功能。

8.如权利要求1所述一种量程可调的全金属氧化物传感器像素，其特征在于：所述金属氧化物二极管用于将光信号转换为电信号，其中光信号为可见光或高能射线、高能粒子经闪烁体转换后的光信号。

9.如权利要求8所述一种量程可调的全金属氧化物传感器像素，其特征在于：所述闪烁体包括gos材料、csl材料。

技术总结
本发明公开了一种量程可调的全金属氧化物传感器像素，包括金属氧化物二极管、预存电容CO、read TFT晶体管，其中金属氧化物二极管的栅极、漏极连接至VSS电源，其源极连接至read TFT晶体管漏极，在金属氧化物二极管的栅极源极两端并联设置预存电容C0；read TFT晶体管的源极连接至data数据；read TFT晶体管的源极接入驱动控制信号Gn。本发明的优点在于采用新的金属氧化物二极管来实现感光信号的传感，解决现有技术中PIN二极管方案存在的缺陷。

技术研发人员：李俊杰,陈钢,路遥
受保护的技术使用者：芜湖迪钛飞光电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15