静电感测装置的制作方法

本公开涉及静电感测装置。

背景技术：

静电感测装置(表面电位感测装置)用于测量正在制造的光电导体鼓的表面电位或电子装置的静电电荷。静电感测装置测量由作为测量目标的电气化物体所产生的电场，并将测量值转换为表面电位。典型的静电感测装置包括感测电极和可打开/可关闭的斩波器，以测量由来自测量目标的电场所产生的并在感测电极中流动的电流。

jp2012-43411a公开了一种用于感测与面板接触或不接触的带电体(例如，手指)的运动的薄膜带电体传感器。jp2012-43411a还公开了薄膜带电体传感器包括含有氧化物半导体的有源层。

技术实现要素：

如上所述，在特定领域中要求测量诸如电气化物体的表面电位的电气条件。为了精确地测量测量目标的电气条件，要求一种具有高灵敏度、高耐压性和高空间分辨能力的静电感测装置。

本公开的方面是一种静电感测装置，其被配置为测量放置在静电感测装置前面的测量目标的静电电荷，该静电感测装置包括：传感器氧化物半导体tft；和控制器，其被配置为控制传感器氧化物半导体tft。传感器氧化物半导体tft包括：氧化物半导体有源层；与氧化物半导体有源层连接的源极；与氧化物半导体有源层连接的漏极；氧化物半导体有源层后面的栅极；以及栅极和氧化物半导体有源层之间的栅极绝缘层。控制器被配置为：测量在源极和漏极之间流动的电流与参考电流的差，同时向栅极施加驱动电压；并且基于与参考电流的差的方向而确定测量目标的静电电荷的极性。

本公开的方面提供了一种具有高的灵敏度、耐压性和空间分辨能力的静电感测装置。要理解的是，前面的一般性描述和以下的详细描述两者都是示例性和说明性的，且不是对本公开的限制。

附图说明

图1a示意性地示出了本公开中的静电感测装置的配置示例；

图1b示意性地示出了本公开中的静电感测装置的配置示例；

图1c示出了将带正电的测量目标放置在传感器氧化物半导体tft的前面的示例；

图2a提供了测量数据，该测量数据指示顶栅极电压对具有双栅极结构的氧化物半导体tft中的漏电流和底栅极电压之间的关系的影响；

图2b提供了从图2a中提取的数据，该数据指示当底栅极电压为12v时，顶栅极处的电压与漏电流之间的关系；

图3示意性地示出了在测量中所使用的传感器氧化物半导体tft的配置和测量目标；

图4a提供了使用带正电的丙烯酸棒和带负电的ptfe棒的漏电流id的测量结果；

图4b提供了使用带负电的ptfe棒和中和化的ptfe棒的漏电流id的测量结果；

图5a提供了使用带正电的丙烯酸棒和带负电的ptfe棒的漏电流id的测量结果；

图5b示意性地示出了当测量目标被保持在距传感器氧化物半导体tft不同的距离处时测量漏电流id的变化的方法；

图5c提供了当测量目标被保持在距传感器氧化物半导体tft不同的距离处时的漏电流id变化的测量结果；

图6a示意性地示出了具有在测量中所使用的双栅极结构的氧化物半导体tft的配置示例；

图6b示出了底栅极电压和漏电流之间的关系对具有双栅极结构的氧化物半导体tft中的顶栅极电压的依赖性；

图7a示出了具有处于浮动状态的顶栅极的氧化物半导体tft的配置示例；

图7b提供了利用具有处于浮动状态的顶栅极的氧化物半导体tft而测量出的数据；

图8a示出了具有设置有0v的驱动电压的顶栅极的氧化物半导体tft的配置示例；

图8b提供了利用具有设置有0v的驱动电压的顶栅极的氧化物半导体tft而测量出的数据；

图9a是示出了具有双栅极结构的传感器氧化物半导体tft的配置示例的横截面图；

图9b是示出了具有顶栅极的传感器氧化物半导体tft的配置示例的平面图；

图9c是示出了具有顶栅极的传感器氧化物半导体tft的另一配置示例的平面图；

图9d是示出了具有顶栅极的传感器氧化物半导体tft的又一配置示例的平面图；

图10a是示出了具有双栅极结构的传感器氧化物半导体tft的配置示例的横截面图。

图10b是指示当传感器氧化物半导体tft与不同尺寸的天线电极连接时，与天线电极和测量目标之间的距离相关的漏电流的测量结果的曲线图。

图11示意性地示出了包括二维阵列的传感器氧化物半导体tft的静电传感器阵列装置的配置示例；以及

图12示意性地示出了包括二维阵列的传感器氧化物半导体tft的静电传感器阵列装置的另一配置示例。

具体实施方式

在下文中，参考附图来描述实施例。应当注意的是，实施例仅是用于实施此公开的示例，而不限制此公开的技术范围。附图所共有的元件由相同的附图标记表示。为了清楚地理解描述，附图中的元件的尺寸或形状可能被夸大。

实施例1

图1a和1b示意性地示出了此公开的静电感测装置的配置示例。静电感测装置包括在绝缘基板11上形成的传感器氧化物半导体tft1和用于控制传感器氧化物半导体tft1的控制器2。静电感测装置测量位于传感器氧化物半导体tft1前面的测量目标的静电电荷。

图1a示意性地示出了对具有正电荷31的测量目标进行测量的静电感测装置，且图1b示意性地示出了对具有负电荷32的测量目标进行测量的静电感测装置。

在以下描述中，将测量目标相对于传感器氧化物半导体tft1放置的一侧称为前面。在图1a和1b的示例中，传感器氧化物半导体tft1与绝缘基板11相对的一侧是前面。关于传感器氧化物半导体tft1的元件的位置关系，将靠近绝缘基板11的一侧称为下侧，并且将相对侧称为上侧。

传感器氧化物半导体tft1具有层压(laminated)结构。传感器氧化物半导体tft1包括：在绝缘基板11上形成的栅极12；栅极12上方的栅极绝缘层(栅极绝缘膜)13；以及栅极绝缘层13上方的氧化物半导体层14。氧化物半导体层14是由氧化物半导体制成的半导体有源层(氧化物半导体有源层)。

图1a和1b中的示例具有底栅极结构；栅极12位于氧化物半导体层14下方。换句话说，测量目标位于氧化物半导体层14的前面，并且栅极12位于氧化物半导体层14后面。

传感器氧化物半导体tft1还包括在栅极绝缘层13上形成的源极15和漏极16。源极15和漏极16与氧化物半导体层14连接。源极15和漏极16被形成为与岛状氧化物半导体层14的顶面的一部分接触。

栅极绝缘层13被形成为完全覆盖栅极12。栅极绝缘层13被设置在栅极12和氧化物半导体层14之间、栅极12和源极15之间、以及栅极12和漏极16之间。

在氧化物半导体层14上方设置钝化层(钝化膜)17。在图1a和1b的示例中，钝化层17覆盖了氧化物半导体层14的顶面以及源极15和漏极16的顶面。

绝缘基板11例如由玻璃或树脂制成。栅极12是导体，并且可以由掺杂有杂质的金属或硅制成。栅极绝缘层13可以由例如热氧化硅或氮化硅制成。用于氧化物半导体层14的氧化物半导体的示例包括非晶形的ingazno(a-ingazno)和微晶ingazno。除了这些之外，还可以使用诸如a-insnzno、a-ingaznsno和zno的氧化物半导体。

源极15和漏极16是导体，并且可以由诸如mo、ti或ta或其合金的高熔点金属制成。钝化层17是无机或有机绝缘体。尽管图1a和1b的示例中的钝化层17是单层，但是它可以由多个层组成，如后面将描述的。在示例中，钝化层17的介电常数高于栅极绝缘层13的介电常数。由高介电材料制成的钝化层17增加了传感器氧化物半导体tft1的灵敏度。

图1a和1b中的配置示例具有底栅极结构。与该示例不同，传感器氧化物半导体tft1可以具有顶栅极结构。图1c示出了具有顶栅极结构的传感器氧化物半导体tft1的配置示例。具有顶栅极结构的传感器氧化物半导体tft1在氧化物半导体层14上方具有顶栅极19，而不是底栅极12。

上部栅极绝缘层34被设置在顶栅极19和氧化物半导体层14之间、顶栅极19和源极15之间、以及顶栅极19和漏极16之间。图1c中的配置示例还包括在绝缘基板11和氧化物半导体层14之间、绝缘基板11和源极15之间、以及绝缘基板11和漏极16之间的下部绝缘层33。由高介电材料制成的绝缘基板11和下部绝缘层33增加了传感器氧化物半导体tft1的灵敏度。

具有顶栅极结构的传感器氧化物半导体tft1的前面是基板11。换句话说，测量目标被放置在跨氧化物半导体层14的顶栅极19的相对侧上。图1c示出了带正电的测量目标被放置在传感器氧化物半导体tft1前面的示例。

控制器2被配置为利用模拟电路和数字电路执行预先确定的功能。控制器2的一部分功能可以由执行被存储在存储器中的程序的处理器来执行。

控制器2包括用于驱动传感器氧化物半导体tft1的驱动器单元21和用于测量随测量目标的静电电荷而变化的传感器氧化物半导体tft1的特征值的测量单元23。驱动器单元21将驱动电压施加到栅极12并在源极15和漏极16两端施加驱动电压。测量单元23通过使用改变特征值的预先确定的方法来测量测量目标的静电电荷。

具体地，驱动器单元21向传感器氧化物半导体tft1提供预先确定的源极-漏极电压vsd和预先确定的栅极电压vg。驱动器单元21将源极-漏极电压vsd和栅极电压vg保持在指定值。栅极电压vg可以是0v。测量单元23测量在传感器氧化物半导体tft1中的源极15和漏极16之间流动的电流(源极-漏极电流)isd，传感器氧化物半导体tft1被设有预先确定的源极-漏极电压vsd和预先确定的栅极电压vg。

源极-漏极电流isd是通过氧化物半导体层14的在源极15和漏极16之间流动的电流。氧化物半导体层14的源极15和漏极16之间的部分被称为沟道(channel)。测量单元23可以通过测量在源极15或漏极16中流动的电流来测量源极-漏极电流isd。

氧化物半导体tft中的源极-漏极电流isd指示响应于静电场(表面电位)的显著变化，所述静电场由被放置在氧化物半导体层14的前面或跨氧化物半导体层14的栅极12的相对侧的测量目标生成。控制器2可以使用具有这种特性的传感器氧化物半导体tft1充分地测量测量目标的静电电荷。

当传感器氧化物半导体tft1不受测量目标影响时，测量单元23测量源极-漏极电流isd的参考值。测量目标以特定的距离被放置在传感器氧化物半导体tft1的前面。测量目标可以与传感器氧化物半导体tft1接触或远离传感器氧化物半导体tft1。由于测量结果取决于传感器氧化物半导体tft1和测量目标之间的距离而变得不同，所以测量目标被放置在距传感器氧化物半导体tft1预先确定的距离处。

测量单元23测量位于相对于测量目标的指定位置处的传感器氧化物半导体tft1中的源极-漏极电流isd。测量单元23将源极-漏极电流isd的参考值与测量值进行比较。

取决于测量目标的静电电荷的极性，源极-漏极电流isd的测量值高于或低于参考值。在示例中，测量单元23基于源极-漏极电流isd的测量值是高于还是低于参考值来确定测量目标的静电电荷的极性。测量单元23被预先设有静电电荷的极性和测量值与参考值的差的方向之间的关系。测量单元23利用未示出的显示装置来显示测量结果。

在另一示例中，测量单元23测量由测量目标生成的静电场的强度，包括测量目标的静电电荷的极性。测量单元23基于源极-漏极电流isd的测量值与参考值的差的方向和量来确定由测量目标生成的静电场的强度。静电场强度可以取表示强度的极性和大小的正值或负值。

静电场强度可以由测量目标的表面电位表示。测量单元23预先保持信息，其中测量值相对于参考值的超额量或不足量(测量值和参考值之间的差)与静态电场强度相关联。通过在多个已知的静电场强度(校准)下测量源极-漏极电流ids来获取该信息。超额量或不足量表示测量值与参考值的差的方向和量。测量单元23利用未示出的显示装置来显示测量出的静电场强度。

如上所述，通过使用氧化物半导体tft，获得具有高灵敏度、高耐压性和高空间分辨能力的静电传感器。此公开的静电感测装置利用由电气化测量目标引起的氧化物半导体tft中的源极-漏极电流的变化来测量测量目标的静电电荷。在下文中，描述了氧化物半导体tft中的源极-漏极电流ids与外部静电场之间的关系。

图2a中的测量数据指示在具有双栅极结构的氧化物半导体tft中，顶栅极电压对源极-漏极电流(下文中，漏电流)与底栅极电压之间的关系的影响。在测量中所使用的氧化物半导体tft的氧化物半导体层是a-ingazno层。测量中的源极-漏极电压是固定的(1v处)。

除了图1a和1b中所示的氧化物半导体tft的结构之外，具有双栅极结构的氧化物半导体tft包括在氧化物半导体层上方的顶栅极和在顶栅极和氧化物半导体层之间的绝缘层。氧化物半导体层夹在顶栅极和底栅极之间，以及上部栅极绝缘层和下部栅极绝缘层被插入其间。

如图2a所指示的，随着施加到顶栅极的电压增加，漏电流在底栅极电压的负方向上移位。随着施加到顶栅极的电压减小，漏电流在底栅极电压的正方向上移位。

向顶栅极施加正电压对应于将带正电的测量目标靠近参考图1a和1b所描述的氧化物半导体tft进行放置。相反，向顶栅极施加负电压对应于将带负电的测量目标靠近氧化物半导体tft进行放置。

图2b提供了从图2a中提取的数据，指示当底栅极电压为12v时，顶栅极处的电压与漏电流之间的关系。如图2b所示，随着顶栅极电压增加/减小，漏电流增加/减小。如从具有双栅结构的氧化物半导体tft的上述特性的理解，当顶栅极电压为0v作为参考值时，通过将漏电流的值与静电场强度关联，可以知道对应于漏电流的值的顶栅电压。

在下文中，描述了使用此公开的传感器氧化物半导体tft1的示例来测量测量目标的静电电荷与漏电流之间的关系的结果。图3示意性地示出了测量中所使用的传感器氧化物半导体tft1的配置和测量目标35。传感器氧化物半导体tft1使用掺杂有杂质的硅晶圆(n+si晶圆)作为栅极12。

栅极绝缘层13是具有200nm的厚度的热氧化硅膜。氧化物半导体层14是具有50nm的厚度的a-ingazno层。源极15和漏极16是具有30nm的厚度的钼膜。在氧化物半导体层14上方设置第一钝化层18。

钝化层18覆盖了氧化物半导体层14的整个表面、源极15的一部分和漏极16的一部分。钝化层18是具有100nm的厚度的氧化钽(taox)膜。氧化钽的介电常数高于氧化硅或氮化硅的介电常数。代替氧化钽，可以采用另一种高介电材料，诸如氧化铪(hfox)或氧化铝(alox)。

该示例中的传感器氧化物半导体tft1包括具有双层结构的钝化层，该双层结构包括第一钝化层18和设置在第一钝化层18上方的第二钝化层17。钝化层17完全覆盖了氧化物半导体层14、源极15、漏极16和钝化层18。钝化层17是具有1mm的厚度的二甲基聚硅氧烷(pdms)层。可以采用与pdms不同的绝缘材料。测量中所使用的传感器氧化物半导体tft1具有200μm的沟道宽度w和100μm的沟道长度l。其芯片尺寸为10mm。

制造传感器氧化物半导体tft1的方法的示例在掺杂有杂质的硅晶圆12(n+si晶圆)上形成200nm的热氧化膜13。代替热氧化膜13，可以通过等离子体化学气相沉积(cvd)或溅射形成氧化硅膜或氮化硅膜。

该方法在具有借由通过金属掩模进行溅射而在其上形成的热氧化膜13的硅晶圆12上形成了由a-ingazno制成的50nm氧化物半导体层。例如，该方法通过在氩气和氧气的混合物的大气中直流(dc)溅射由ingazno制成的烧结靶来形成氧化物半导体层。在膜形成之后，该方法在空气中对晶圆进行退火并对氧化物半导体层进行图案化以形成岛状氧化物半导体层14。

在形成氧化物半导体层14之后，该方法借由通过钼金属掩模进行dc溅射而形成源极15和漏极16。此外，该方法通过借由金属掩模进行溅射而形成由氧化钽制成的第一钝化层(taox层)18。例如，通过在氩气和氧气的混合物的大气中射频(rf)溅射由tao制成的烧结靶，并然后在空气中对晶圆进行退火而进行膜形成。

最后，该方法形成了pdms的第二钝化层17。该方法通过旋涂将pdms施加到硅晶圆12上以覆盖源极15、漏极16和第一钝化层18的所有表面并将其加热以固化(cure)。

在测量传感器氧化物半导体tft1中的漏电流时，重复移动测量目标35以与传感器氧化物半导体tft1接触和分离。准备两个测量目标：一个是带正电的丙烯酸棒，且另一个是带负电的聚四氟乙烯(ptfe)棒。这两个测量目标具有大约+/-3kv的充电电压(表面电位)。

图4a提供了在使用带正电的丙烯酸棒和带负电的ptfe棒的情况下的漏电流id(源极-漏极电流id)的测量结果。在测量中，可替换地使带正电的丙烯酸棒和带负电的ptfe棒多次与传感器氧化物半导体tft1接触。丙烯酸棒接触的时期与ptfe棒接触的时期之间的间隔是测量目标远离传感器氧化物半导体tft1的时期。

在图4a的曲线图中，横轴表示时间，并且纵轴表示漏电流id。在测量期间，栅极电压vg固定在5v。栅极电压vg的参考点是源极电位。在测量期间，源极-漏极电压vsd固定在0.5v。

如图4a所示，无论测量目标是接触还是未接触，漏电流id的参考值都逐渐减小。当测量目标远离传感器氧化物半导体tft1并且传感器氧化物半导体tft1不受外部电场影响时，漏电流id的参考值是漏电流id。图4a中所示的漏电流id的参考值的时间变化是在测量中所使用的传感器氧化物半导体tft1的特有特性。

当带正电的丙烯酸棒与传感器氧化物半导体tft1接触时，漏电流id高于参考电流值。在丙烯酸棒的多次接触中，超额量是基本相同的。相反，当带负电的ptfe棒与传感器氧化物半导体tft1接触时，漏电流id低于参考电流值。在ptfe棒的多次接触中，不足量是基本相同的。传感器氧化物半导体tft1的灵敏度约为10na/3kv。

接下来，使用带负电的ptfe棒和中和化的ptfe棒来测量传感器氧化物半导体tft1中的漏电流id的变化。图4b提供了测量结果。在测量中，可替换地使带负电的ptfe棒和中和化的ptfe棒多次接触传感器氧化物半导体tft1。带负电的ptfe棒接触的时期与中和化的ptfe棒接触的时期之间的间隔是测量目标远离传感器氧化物半导体tft1的时期。

带负电的ptfe棒具有约-3kv的充电电压(表面电位)。在测量期间，栅电极压vg固定在5v。在测量期间，源极-漏极电压vsd固定在0.5v。

如图4b所示，无论测量目标是接触还是未接触，漏电流id的参考值都逐渐减小。这与图4a中所示的结果相同。当带负电的ptfe棒与传感器氧化物半导体tft1接触时，漏电流id低于参考电流值。相反，当中和化的ptfe棒与传感器氧化物半导体tft1接触时，漏电流id基本上不指示与参考电流值的差。

如从图4a和4b中的测量结果所理解的，传感器氧化物半导体tft1中的源极-漏极电流根据测量目标35的电荷的极性来指示与参考值的超额或不足。具体地，带正电的测量目标35增加了源极-漏极电流并且带负电的测量目标35减小了源极-漏极电流。此外，传感器氧化物半导体tft1中的源极-漏极电流指示与充电电压的大小相对应的量的超额或不足。

在测量中所使用的传感器氧化物半导体tft1包括由a-ingazno制成的氧化物半导体层(半导体有源层)14。a-ingazno层13的载流子是电子，并且产生n沟道。根据测量目标的电荷极性，源极-漏极电流与参考电流的差的方向取决于载流子的种类。具有用于空穴载流子的p沟道的传感器氧化物半导体tft1根据电荷极性而指示源极-漏极电流与参考电流的差与由a-ingazno传感器氧化物半导体tft1获得的方向相反的方向。

接下来，参考图5a、5b和5c，解释了利用传感器氧化物半导体tft1的其他测量结果。图5a提供了使用带正电的丙烯酸棒和带负电的ptfe棒的漏电流id的测量结果。在测量中，可替换地使带正电的丙烯酸棒和带负电的ptfe棒多次接触传感器氧化物半导体tft1。丙烯酸棒接触的时期与ptfe棒接触的时期之间的间隔是测量目标远离传感器氧化物半导体tft1的时期。

在图5a的曲线图中，横轴表示时间，纵轴表示漏电流id。在测量期间，所施加的栅极电压vg固定在0v。在测量期间，源极-漏极电压vsd固定在0.5v。如图5a所示，漏电流id的参考值基本不变。

当带正电的丙烯酸棒与传感器氧化物半导体tft1接触时，漏电流id高于参考电流值。在丙烯酸棒的多次接触中，超额量基本上是一致的。相反，当带负电的ptfe棒与传感器氧化物半导体tft1接触时，漏电流id低于参考电流值。在ptfe棒的多次接触中，不足量基本上是一致的。

如图4a和5a所示，可以选择用于驱动传感器氧化物半导体tft1的栅极电压vg的所需电压，从而可以调节漏电流id以满足在稍后阶段的驱动器电路的配置。选择低栅极电压vg产生了节省功耗的效果。

当测量目标保持在距传感器氧化物半导体tft1不同的距离时，进一步测量漏电流id的变化，如图5b所示。图5c提供了测量结果。在图5c的曲线图中，横轴表示时间并且纵轴表示漏电流id。在测量期间，所施加的栅极电压vg固定在0v。在测量期间，源极-漏极电压vsd固定在0.5v。

在测量漏电流id时，带正电的丙烯酸棒和带负电的ptfe棒可替换地放置在距传感器氧化物半导体tft1不同的距离处。距传感器氧化物半导体tft1的距离逐步增加。将带正电荷的丙烯酸棒放置在距传感器氧化物半导体tft13mm、8mm和12mm的距离处，以测量漏电流id。带负电的ptfe棒也放置在距传感器氧化物半导体tft13mm、8mm和12mm的距离处，以测量漏电流id。丙烯酸棒和ptfe棒的带电电压不变，且约为+/-3kv。

如图5c所示，漏电流id的参考值随时间增加。这种增加是由传感器氧化物半导体tft1的特性引起的。当带正电的丙烯酸棒保持在3mm、8mm或12mm的距离处时，漏电流id高于参考电流值。当丙烯酸棒和传感器氧化物半导体tft1之间的距离较长时，漏电流id的超额量较小。

相反，当带负电的ptfe棒保持在3mm、8mm或12mm的距离时，漏电流id低于参考电流值。当ptfe棒和传感器氧化物半导体tft1之间的距离较长时，漏电流id的不足量较小。

如上所述，即使测量目标远离传感器氧化物半导体tft1，传感器氧化物半导体tft1也示出了根据电荷的极性的漏电流的增加或减小。距离长的情况意味着从测量目标到氧化物半导体层14(传感器氧化物半导体tft1)的静电场强度很弱。传感器氧化物半导体tft1示出了根据静电场强度的增加/减少而增大/减小的漏电流的变化。

实施例2

在下文中，描述了传感器氧化物半导体tft1，其在氧化物半导体层14上方不仅具有底栅极12，而且还具有上电极(顶栅极)。首先，描述了具有双栅极结构的氧化物半导体tft的特性。

图6a示意性地示出了具有在测量中所使用的双栅极结构的氧化物半导体tft的配置示例。除了图1a和1b中所示的传感器氧化物半导体tft1的配置之外，氧化物半导体tft在钝化层18上方具有顶栅极19。顶栅极19被夹在两个钝化层17和18之间。顶栅极19的材料可以与底栅极12或源极/漏极15/16的材料相同。

图6b提供了利用具有双栅极结构的氧化物半导体tft来测量的数据。图6b指示底栅极电压和漏电流(vbg-id特性)之间的关系对具有双栅极结构的氧化物半导体tft中的顶栅极电压(vtg)的依赖性。

除了参考图3至5c所描述的在测量中所使用的传感器氧化物半导体tft1之外，在测量中所使用的氧化物半导体tft还具有由钼制成的顶栅极19。

在图6b的曲线图中，横轴表示底栅极电压，并且纵轴表示漏电流。源极-漏极电压为0.5v。图6b提供了当顶栅极电压(vtg)为0v、-2.5v和-5.0v时底栅极电压和漏电流之间的关系。

如图6b所示，漏电流随着底栅极电压的增加而增加。在相同的底栅极电压的条件下，当顶栅极电压减小时，漏电流也减小。漏电流随着顶栅极电压的减小而在底栅极电压的正方向上移位。

图7a示意性地示出了具有处于浮动状态的顶栅极19的氧化物半导体tft的配置示例。处于浮动状态的顶栅极19是由绝缘体包围的岛状导体。图7b提供了利用具有处于浮动状态的栅极19的氧化物半导体tft测量出的数据。在测量中所使用的氧化物半导体tft的配置与图6b中提供测量数据的氧化物半导体tft相同。

图7b提供了使用带正电的丙烯酸棒和带负电的ptfe棒的漏电流id的测量结果。在测量中，可替换地使带正电的丙烯酸棒和带负电的ptfe棒多次接触浮动的顶栅极传感器氧化物半导体tft1。丙烯酸棒接触的时期与ptfe棒接触的时期之间的间隔是测量目标远离传感器氧化物半导体tft1的时期。

在图7b的曲线图中，横轴表示时间，并且纵轴表示漏电流id。在测量期间，所施加的栅极电压vg固定在5v。在测量期间，源极-漏极电压vsd固定在0.5v。如图7b所示，漏电流id的参考值基本不变。

当带正电荷的丙烯酸棒与氧化物半导体tft接触时，漏电流id高于参考电流值。在丙烯酸棒的多次接触中，超额量基本相同。相反，当带负电的ptfe棒与氧化物半导体tft接触时，漏电流id低于参考电流值。在ptfe棒的多次接触中，不足量没有指示显著差异。

如图7b中的测量结果所示，具有处于浮动状态的顶栅极19的氧化物半导体tft指示响应于外部静电场的漏电流的变化。具有处于浮动状态的顶栅极19的氧化物半导体tft可以用作传感器氧化物半导体tft1，以用于测量测量目标的静电电荷。处于浮动状态的顶栅极19用作静电场的天线，以改变传感器氧化物半导体tft1的灵敏度。

图8a示意性地示出了具有顶栅极19的氧化物半导体tft的配置示例，该顶栅极19设有0v(接地)的驱动电压。图8b提供了利用具有顶栅极19的氧化物半导体tft所测量的数据，该顶栅极19设置有0v驱动电压。在测量中所使用的氧化物半导体tft的配置与图7b中提供测量数据的氧化物半导体tft的配置相同。

图8b提供了使用带正电的丙烯酸棒和带负电的ptfe棒的漏电流id的测量结果。在测量中，可替换地使带正电的丙烯酸棒和带负电的ptfe棒多次接触具有接地的顶栅极19的传感器氧化物半导体tft1。丙烯酸棒接触的时期与ptfe棒接触的时期之间的间隔是测量目标远离传感器氧化物半导体tft1的时期。

在图8b的曲线图中，横轴表示时间，并且纵轴表示漏电流id。在测量期间，所施加的栅极电压vg固定在5v。在测量期间，源极-漏极电压vsd固定在0.5v。如图8b所示，漏电流id的参考值不变且一致的。

像该示例一样将顶栅极电压保持在固定值使得顶栅极阻挡至氧化物半导体层的静电场，以减小由来自测量目标的静电场所引起的氧化物半导体tft中的源极-漏极电流的变化。

对参考图6a至8b所提供的具有双栅极结构的氧化物半导体tft的描述，适用于在其上互换顶栅极的控制和底栅极的控制的氧化物半导体tft。具体地，具有处于浮动状态的底栅极12的双栅极氧化物半导体tft可以用作静电场传感器氧化物半导体tft。

在施加固定的顶栅极电压vtg和固定的源极-漏极电压vsd的同时，控制器2测量源极-漏极电流的变化，以测量由测量目标生成的静电场。测量目标被放置在底栅极侧，并且处于浮动状态的底栅极12用作天线。控制器2可以向底栅极12施加固定电压，以使底栅极12用作抵抗外部静电场的屏蔽。

图9a是示出了具有双栅极结构的传感器氧化物半导体tft1的配置示例的横截面图。图9a中的配置示例包括在源极15、漏极16和氧化物半导体层14上的蚀刻停止层41。蚀刻停止层41可以由氧化硅或氮化硅制成。蚀刻停止层41覆盖了源极15和漏极16之间的氧化物半导体层14，以防止由氧化物半导体层14上的源极15和漏极16的形成过程所引起的影响。

在图9a中的配置示例中，形成第一钝化层18以覆盖氧化物半导体层14、源极15、漏极16和蚀刻停止层41的整体。

如上所述，传感器氧化物半导体tft1中的处于浮动状态的顶栅极19用作由测量目标产生的静电场的天线。升高顶栅极19增加了传感器氧化物半导体tft1的灵敏度。设计传感器氧化物半导体tft1可以通过改变顶栅极19的尺寸来调节传感器氧化物半导体tft1的灵敏度。

图9b、9c和9d是示出了包括不同尺寸的顶栅极19的传感器氧化物半导体tft1的配置示例的平面图。图9d示出了包括最大顶栅极19的配置示例，且图9b示出了包括最小顶栅极19的配置示例。在图9b、9c和9d中的配置示例当中，顶栅极19的长度gl相同，并且宽度gw不同。顶栅极19当中的尺寸差异可以是长度gl和宽度gw中的任一个或两者的差异。

在图9b、9c和9d的配置示例中，顶栅极19的长度gl比源极15和漏极16之间的氧化物半导体层14的长度(沟道长度)更长。在图9b和9c的配置示例中，顶栅极19的宽度gw比氧化物半导体层14的沟道宽度更小。在图9d的配置示例中，顶栅极19的宽度gw比氧化物半导体层14的沟道宽度更大。

图10a是示出了具有双栅极结构的传感器氧化物半导体tft1的配置示例的横截面图。除了图1a和1b中所示的传感器氧化物半导体tft1的配置之外，氧化物半导体tft在钝化层18上方具有顶栅极19。顶栅极19被夹在两个钝化层17和18之间。顶栅极19的材料可以与底栅极12或源极/漏极15/16相同。顶栅极19与传感器氧化物半导体tft1的外侧上的天线电极20连接。

天线电极20可以是20mm或60mm方形的铜-锌合金板。代替铜-锌合金板，可以使用具有任何形状的金属构件。金属的种类不限于特定的金属。

如上所述，处于浮动状态的顶栅极19在传感器氧化物半导体tft1中用作由测量目标生成的静电场的天线。将外部天线电极20连接到顶栅极19增加了传感器氧化物半导体tft1的灵敏度。设计传感器氧化物半导体tft1可以通过改变天线电极20的尺寸来调节传感器氧化物半导体tft1的灵敏度。

图10b提供了利用传感器氧化物半导体tft1的漏电流id的测量结果。传感器氧化物半导体tft1与不同尺寸的天线电极20连接，并且测量目标保持在距天线电极20不同的距离处。在图10b的曲线图中，横轴表示从天线电极20到测量目标的距离，并且纵轴表示漏电流id。在测量期间，所施加的栅极电压vg固定在5v，并且在测量期间，源极-漏极电压vsd固定在0.5v。

在测量漏电流id时，带正电的丙烯酸棒保持在距天线电极20不同的距离处。丙烯酸棒与天线电极20的距离逐步增加为1mm、3mm、5mm、7mm、10mm、15mm、20mm、40mm和55mm，以测量漏电流id。丙烯酸棒的带电电压不变且约为+3kv。

如图10b所示，当丙烯酸棒和天线电极20之间的距离较长时，漏电流id较小；当天线电极20较大时，漏电流id的变化较大。

如上所述，传感器氧化物半导体tft1可以利用天线电极20感测远处的测量目标的电气状况。增加天线电极20和测量目标之间的距离意味着来自测量目标的静电场强度在氧化物半导体层14处减小。传感器氧化物半导体tft1的灵敏度可以通过改变天线电极20的尺寸来调整，而不改变传感器氧化物半导体tft1的配置。

实施例3

接下来，将描述包括多个平面阵列的传感器氧化物半导体tft的静电传感器阵列装置。如上所述，双栅氧化物半导体tft取决于一个栅极的电位状况而响应或不响应来自测量目标的静电场。利用双栅氧化物半导体tft的这些特性，静电传感器阵列可以在同一平面上与传感器氧化物半导体tft和开关氧化物半导体tft一起配置。

图11示意性地示出了包括二维阵列的传感器氧化物半导体tft的静电传感器阵列装置50的配置示例。静电传感器阵列装置50可以在宽范围内快速测量不同点处的静电场强度。在图11中，用附图标记指示相同类型的多个元件的一部分，并且省略剩余部分的附图标记。

多个传感器氧化物半导体tft51以矩阵被排列在基板上。在图11中，每行传感器氧化物半导体tft51对应于水平方向(行方向)上设置的一行传感器氧化物半导体tft51。在图11中，每列传感器氧化物半导体tft51对应于垂直方向(列方向)上设置的一列传感器氧化物半导体tft51。

每个传感器氧化物半导体tft51具有底栅极结构并且不具有顶栅极。传感器氧化物半导体tft51可以具有双栅极结构(具有处于浮动状态的顶栅极)。

在行方向上延伸的多个电力线57在列方向上被布置为一个在另一个之上。多条电力线57与电力电路61连接。每个传感器氧化物半导体tft51的源极或漏极通过电力线57与电力电路63连接；在源极和漏极之间施加固定的驱动电压。传感器氧化物半导体tft51的栅极设有来自电路(未示出)的固定驱动电压。

每个传感器氧化物半导体tft51与开关氧化物半导体tft53(与传感器氧化物半导体tft51相关联)连接。具体地，开关氧化物半导体tft53的源极或漏极与传感器氧化物半导体tft51的源极或漏极进行连接。开关氧化物半导体tft53的剩余源极或漏极与信号线59连接。

多个开关氧化物半导体tft53以矩阵被排列在基板上。每个开关氧化物半导体tft53具有双栅极结构。开关氧化物半导体tft53的顶栅极设有来自电路(未示出)的固定电压。底栅极通过栅极线55与移位寄存器电路61连接。

除了顶栅极之外的开关氧化物半导体tft53的元件可以由与传感器氧化物半导体tft51的对应元件的材料相同的材料制成。例如，开关氧化物半导体tft53的氧化物半导体层的材料可以与传感器氧化物半导体tft51的氧化物半导体层的材料相同。开关氧化物半导体tft53中的某些特定元件的材料可以与传感器氧化物半导体tft51中的对应元件的材料不同。

在行方向上延伸的多条栅极线55在列方向上被布置为一个在另一个之上。每条栅极线55与移位寄存器电路61连接。行中的开关氧化物半导体tft53与相同的栅极线55连接。

在列方向上延伸的多条信号线59在行方向上并排布置。列中的开关氧化物半导体tft53与相同的信号线59连接。每个信号线59通过开关65与积分器67连接。除了运算放大器和电容器之外，积分器67还包括用于清除输出的开关和输出端子671。

移位寄存器电路61、电力电路63、积分器67和开关65被包括在控制器2中。控制器2控制移位寄存器电路61以逐个选择栅极线55。移位寄存器电路61将选择信号(预先确定的栅极电压)输出到所选择的栅极线55。与所选择的栅极线55连接的开关氧化物半导体tft53变为on。

控制器2逐个接通/关断开关65以改变信号线59连接到积分器67。当选择一条栅极线55并且一个开关65为on时，选择与栅极线55和开关65(与开关65连接的信号线59)两者连接的开关氧化物半导体tft53以及与开关氧化物半导体tft53相关联的传感器氧化物半导体tft51。

该传感器氧化物半导体tft51的源极-漏极电流经由相关联的开关氧化物半导体tft53的源极和漏极流入积分器67内。积分器67将输入电流转换为电压并在输出端子671处输出其。在接通开关65之后经过预先确定的时间时，控制器2关断开关65。控制器2使用将积分器67的输出与电场强度值相关联的信息，从积分器的输出确定电场强度。

在选择一条栅极线55的同时，控制器2选择开关65以逐个接通它们。在选择下一个开关65之前，控制器2清除积分器67的输出。在选择所有开关之后，控制器2选择下一条栅极线55。

如上所述，控制器2控制移位寄存器电路61和开关65以逐个选择多个传感器氧化物半导体tft51来测量源极-漏极电流。通过该操作，控制器2测量二维阵列的传感器氧化物半导体tft51的各个点处的静电场强度。

静电传感器阵列装置50可以具有不同的配置。例如，图12提供了静电传感器阵列装置50的另一配置示例。图12中的配置示例包括在开关氧化物半导体tft53前面覆盖了所有开关氧化物半导体tft53的屏蔽层(公共导体层)70。屏蔽层70是未分离的导体层；控制器2向屏蔽层70提供固定电压，例如0v。

屏蔽层70被设置在设置在氧化物半导体层14、源极15和漏极16前面的绝缘层上。例如，屏蔽层70可以设置在覆盖了每个开关氧化物半导体tft53的氧化物半导体层14、源极15和漏极16的两个钝化层之间。

屏蔽层70阻挡了从测量目标到开关氧化物半导体tft53的静电场。每个开关氧化物半导体tft53不需要处于浮动状态的栅极并且可以具有单个栅极结构。可替换地，开关氧化物半导体tft53可以具有双栅极结构，并且顶栅极和底栅极两者都可以被设有来自控制器2的驱动电压。

如图12所示，屏蔽层70具有多个开口71，每个开口71位于传感器氧化物半导体tft51的前面。当从正面看时，每个传感器氧化物半导体tft51从开口71露出。来自测量目标的静电场通过开口71到达传感器氧化物半导体tft51。

设有固定电压并具有对应于传感器氧化物半导体tft的开口71的屏蔽层70增加了设计开关氧化物半导体tft53的灵活性。

在静电传感器阵列装置50的又一配置示例中，开关氧化物半导体tft53可以具有顶栅极结构。控制器2将固定驱动电压提供给处于off状态和on状态的每个开关氧化物半导体tft53。设置有固定驱动电压的顶栅极阻挡了来自测量目标的静电场。

图11和12中的配置示例利用多个开关65从多条信号线59中选择一条信号线59。另一种配置示例可以包括多个积分器，每个积分器与多条信号线59中的一条信号线连接。在这种情况下，多个开关65被省略。控制器2可以同时测量多个所选传感器氧化物半导体tft的漏电流。

如上所述，已经描述了此公开的实施例；然而，此公开不限于前述实施例。本领域技术人员可以在此公开的范围内容易地修改、添加或转换前述实施例中的每个元件。一个实施例的配置的一部分可以用另一个实施例的配置代替，或者实施例的配置可以并入到另一个实施例的配置中。