光感测器的制作方法

本发明涉及一种感测器，且尤其涉及一种光感测器。

背景技术：

随着电子产业与光电科技的发展，光感测器的应用以及类型日益增加。举例来说，电子装置中的指纹辨识功能即可采用光感测器来实现。光感测器多半是利用具备光电转换特性的材料来实现光的感测，而这样的材料在强烈的环境光中容易劣化或是感测不灵敏。例如，高强度光线有可能使这类材料的光电转换效率达到饱和，而无法正确反应出光线的强弱对比。或是，高强度的光线有可能使这类材料的特性发生无法回复的损坏。因此，光感测器的灵敏度及使用寿命仍需改善。

技术实现要素：

本发明提供一种光感测器，可适用于各种环境下而维持理想的感测灵敏性及使用寿命。

本发明实施例的光感测器包括基板、感测元件以及遮光层。感测元件配置于基板上并包括第一电极、感光层以及第二电极。第一电极配置于基板上。感光层配置于第一电极上。第二电极配置于感光层上，且感光层夹于第一电极与第二电极之间。遮光层配置于第二电极上，其中感光层具有被遮光层遮挡的遮挡部以及未被遮光层遮挡的受光部，且遮挡部的面积为感光层的整体面积的55％至99％。

基于上述，本发明实施例的光感测器包括了遮光层以遮挡感测元件的感光层的部分面积。如此一来，在强烈环境光下使用光感测器时，感光层较不容易劣化或是灵敏性降低。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明一实施例的光感测器的俯视示意图。

图2为图1的光感测器沿剖线i-i’的剖面示意图。

图3为本发明一实施例的光感测器的俯视示意图。

图4为图3的光感测器沿剖线ii-ii’的剖面示意图。

图5为本发明一实施例的光感测器的俯视示意图。

图6为图5的光感测器沿剖线iii-iii’的剖面示意图。

附图标记说明如下：

100、200、300：光感测器

110：基板

120：感测元件

122：第一电极

124：感光层

124a：遮挡部

124b：受光部

126：第二电极

130、230、330：遮光层

132：第一遮光部

134：第二遮光部

140：主动元件

150、160：绝缘层

152：侧壁

154：开口

170：共用电极

b124：交界

c：半导体层

d：漏极

d124：距离

e124：边缘

g：栅极

i-i’、ii-ii’、iii-iii’：剖线

s：源极

具体实施方式

图1为本发明一实施例的光感测器的俯视示意图，而图2为图1的光感测器沿剖线i-i’的剖面示意图。由图1可知，光感测器100包括基板110、感测元件120、遮光层130以及主动元件140。在本实施例中，感测元件120、遮光层130以及主动元件140都配置于基板110上，遮光层130遮挡住感测元件120与主动元件140且感测元件120感测到的信号可以通过主动元件140与对应的电路读取出来。不过，本发明不以此为限。在部分的实施例中，主动元件140可以省略，而感测元件120所感测到的信号可以通过设置于基板110上其他的电路(未示出)或是设置于外部的电路读取出来。另外，在部分的实施例中，感测元件120可对应搭配一或多个主动元件140，以实现需要的感测信号传递。图1的俯视图中可看到的各个构件的面积可理解为这些构件垂直投影于基板110上的投影面积，也可视为以下说明内容所述的各构件的面积。

请同时参照图1与图2，在本实施例中，感测元件120可包括第一电极122、感光层124以及第二电极126。第一电极122、感光层124以及第二电极126可以依序堆叠于基板110上，且第一电极122的面积与第二电极126的面积都可重叠感光层124的面积。也就是说，在本实施例中，第一电极122配置于基板110上，感光层124配置于第一电极122上，第二电极126配置于感光层124上，且感光层124夹于第一电极122与第二电极126之间。在本实施例中，第二电极126的面积大于感光层124的面积，而第一电极122与感光层124的轮廓可局部重叠，但不以此为限。

第一电极122与第二电极126可以由透光或是不透光的导电材料制作，例如固态的金属材料或是金属氧化物材料，其中金属氧化物材料包括氧化铟锡、氧化铟、氧化锌等。具体而言，第一电极122与第二电极126至少一者须由透光的导电材料制作，以允许光线穿透而入射到感光层124。感光层124可具有将光能转换为电能的特性，而实现光学感测作用。感光层124的材质包括富硅材料，例如富硅氧化物、富硅氮化物、富硅氮氧化物、富硅碳化物、富硅碳氧化物、氢化富硅氧化物、氢化富硅氮化物、氢化富硅碳化物或其他合适的材料或上述材料的组合。在本实施例中，第二电极126具有透光性质，因此来自外界的光线可穿过第二电极126而入射感光层124。

在图1与图2中，尖角状的“v”图案所填充的部分表示为遮光层130。由于遮光层130遮挡部分的感光层124，感光层124可划分为被遮光层130遮挡的遮挡部124a以及未被遮光层130遮挡的受光部124b。换言之，遮光层130垂直投影至基板110的投影面积重叠于感光层124的遮挡部124a垂直投影至基板110的投影面积，而遮光层130垂直投影至基板110的投影面积不重叠于感光层124的受光部124b垂直投影至基板110的投影面积。此外，由图2可知，遮光层130除了一部分遮挡感光层124外，遮光层130的外轮廓可以超出感光层124，但本发明不以此为限。在部分替代实施例中，遮光层130的外轮廓可对齐感光层124的轮廓。一般来说，感光层124容易因为强烈的环境光照射而劣化，且强烈的环境光可能导致感光层124的光电传换率达到甚至超过饱和限度。不过，本实施例的遮光层130遮挡感光层124的部分面积的设计有助于改善上述情形。

光感测器100应用于指纹辨识器时，光感测器100可以包括多个感测元件120，其中这些感测元件120中的感光层124的劣化会反映于光感测器100所测得信号的动态范围(dynamicrange)的衰减(decay)。在此，光感测器100的信号的动态范围的量测可包括以下步骤，但不以此为限。将整个指纹辨识器中的感测元件分区后，依据各区中的个别感测元件的信号强度分析出各区的区域动态范围(例如由同一区的感测元件的信号分布中找出选定条件下的最大信号值与选定条件下的最小信号值的差值即为此区的区域动态范围)。将多个区所得到的区域动态范围求平均，即可获得光感测器100的信号的动态范围。

在本实施例中，光感测器100所测得信号的动态范围的衰减是指使用可见光光源以100k勒克斯(lux)的照度照射240小时前后，所量得的信号动态范围的变异程度。举例而言，使用可见光光源以100k勒克斯(lux)的照度照射240小时前量得的信号的动态范围为dr1，而使用可见光光源以100k勒克斯(lux)的照度照射240小时后量得的信号的动态范围为dr2，则信号的动态范围的衰减例如为(dr1-dr2)/dr1。为了符合实际应用的规范，作为指纹感测器时，光感测器100的动态范围的衰减要求控制在40％以内。一旦动态范围的衰减大于40％，光感测器100将不符使用上的规范，甚至无法正常执行原定的功能。

根据实验量测结果，在没有遮光层遮蔽感光层的实验例中，光感测器的动态范围的衰减超过上述40％，例如达到约44.2％。不过，在相同结构但有遮光层遮蔽感光层的实验例中，光感测器的动态范围的衰减可被降低。遮光层遮挡感光层的面积达到感光层的面积的55％或更大时，光感测器的动态范围的衰减可确实被控制在40％以内。因此，在本实施例中，遮光层130的布局面积设计为使得被遮光层130遮挡的遮挡部124a的面积为感光层124的整体面积的55％至99％。如此一来，光感测器100即使在强烈的环境光下使用，也可以正常运作且可延长使用寿命。

被遮光层130遮挡的遮挡部124a的面积越大，光感测器100接收到的光线越少，这可能导致光感测器100的信号减弱。不过，通过增加光源亮度可使光感测器100维持需要的感测灵敏性。举例而言，光感测器100应用于指纹辨识器时，多会搭配背光源而设置。当使用者的手指按压于光感测器100，背光源提供的光线可朝向手指照射并被手指反射而被光感测器100接收感测。背光源亮度增加可提升光感测器100接收到的由手指反射的光线。因此，光感测器100中的遮挡部124a的面积增大后，通过背光源的亮度调整仍可使得光感测器100维持所需的感测灵敏性，而维持光感测器100的正常运作。在部分的实施例中，光感测器100可依据其所搭配的背光源而设计遮光层130遮挡感光层124的面积比例。举例而言，背光源的功率较高或发光亮度可达较强亮度的情形下，遮光层130遮挡感光层124的面积比例可以较高，但不以此为限。

举例而言，在一实验例中，被遮光层130遮挡的遮挡部124a的面积为感光层124的整体面积的75％时，光感测器100的动态范围可落在约77.3灰阶(gl)且光感测器100的动态范围的衰减约为26.5％。同时，在30k勒克斯光的照度照射下，光感测器100的饱和比约为0.5。由这些结果可知，光感测器100在感光层124的整体面积的75％被遮蔽时，可具有理想的感测灵敏性，且动态范围的衰减可符合使用规范，而有助于实际产品的应用。

进一步来说，本实施例的遮光层130可包括第一遮光部132以及第二遮光部134，其中第一遮光部132遮蔽感光层124的至少部分的面积，而第二遮光部134遮蔽主动元件140的面积。第一遮光部132，如上所述，可保持感光层124的特性而第二遮光部134则可避免主动元件140受光照射而损坏。因此，第一遮光部132与第二遮光部134的设置可帮助确保光感测器100的品质甚至有助于延长光感测器100的使用寿命。

此外，第一遮光部132与第二遮光部134可以采用相同的膜层制作而成，无须额外增加制作流程。在部分实施例中，遮光层130的材质包括金属、金属氮化物、光阻材料、油墨或上述材料的任意组合。在部分的实施例中，遮光层130的材质包括mon或mo。在部分实施例中，遮光层130例如为mo/al/mo的堆叠层或mo/al/mon的堆叠层。当遮光层130由金属制作时，由于遮光层130接触第二电极126，而有助于降低第二电极126的传输阻抗。在一些实施例中，用于图案化遮光层130的蚀刻剂可能造成感光层124也受到蚀刻或是与感光层124反应。不过，本实施例的遮光层130制作于第二电极126上，因此制作遮光层130的过程中，感光层124都被第二电极126覆盖着，不容易在遮光层130的制作过程中受到损坏，而可确保感光层124的特性。

在本实施例中，主动元件140例如是薄膜晶体管，且可以包括栅极g、半导体层c、源极s与漏极d。栅极g与半导体层c重叠。源极s与漏极d彼此分隔开来且都接触半导体层c。感测元件120的第一电极122可电性连接漏极d。当感测元件120接收到外界的光线而产生电信号时，可以通过主动元件140将所产生的电信号传递出去而感测控制电路(未示出)读取。另外，主动元件140也可用于提供需要的操作或驱动信号给感测元件120。不过这些信号的传递可以透过其他的电路或是外部的电路来实现。因此，在部分实施例中，感测器100可选择地不包含主动元件140。在本实施例中，第一电极122与漏极d可以为一体的，且由同一膜层制作而成，因此两者在图2中仅以虚线划分，但不以此为限。在其他实施例中，第一电极122与漏极d可分别使用不同膜层制作而成。此外，第二遮光部134例如至少遮蔽住半导体层c的面积。

在图2中，感测器100除了基板110、感测元件120、遮光层130与主动元件140外还包括有用以将导电构件彼此隔离的绝缘层150与绝缘层160。绝缘层150配置于第一电极122上，且第二电极126配置于绝缘层150上。也就是说，绝缘层150位于第一电极122与第二电极126之间。在本实施例中，第二电极126可延伸至覆盖主动元件140，而绝缘层150位于第二电极126与主动元件140之间。绝缘层160则配置于栅极g上，且位于栅极g与半导体层c之间以作为栅绝缘层。另外，光感测器100还可包括共用电极170，共用电极170配置于第一电极122与基板110之间且绝缘层160夹于共用电极170与第一电极122之间。

由图2可知，绝缘层150具有侧壁152，且侧壁152环设出开口154。开口154露出第一电极122，感光层124在开口154中接触第一电极122，且感光层124夹在第一电极122与第二电极126之间。在本实施例中，绝缘层150与感光层124两者都夹于第一电极122与第二电极126之间，使得第一电极122与第二电极126彼此不直接接触。感光层124局部覆盖绝缘层150的顶面、覆盖绝缘层150的侧壁152且覆盖第一电极122被开口154露出的部分。因此，感光层124有一部分接触第一电极122，其他部分不接触第一电极122而是接触绝缘层150。

在本实施例中，感光层124的接触绝缘层150的部分由于位在周边且相对于接触第一电极122的部分被垫的更高，感光层124的接触绝缘层150的部分相较于接触第一电极122的部分更容易接收到斜向角度入射的光线，尤其是大角度斜向入射的光线。光感测器100作为指纹辨识器时，这种斜向入射的光线有可能是来自外界的光线而非来自使用者的手指所反射的光线，因而容易构成感测信号的偏差。遮光层130至少遮蔽感光层124的接触绝缘层150的部分有助于降低上述的感测信号的偏差。因此，在本实施例中，感光层124的遮挡部124a可以沿着侧壁152配置，其中感光层124的遮挡部124a有一部分覆盖绝缘层150的侧壁152、一部分覆盖第一电极122，且甚至有一部分覆盖绝缘层150的顶面。不过，本发明不以此为限。

请继续参照图1与图2，遮光层130的第一遮光部132可为环形，使得感光层124的遮挡部124a包围受光部124b。感光层124的遮挡部124a与感光层124的受光部124b的交界b124至感光层124的边缘e124的距离d124可以大致为固定距离。在此，距离d124可以为交界b124上任一点到边缘e124的最短距离。也就是说，感光层124的周边被遮光层130遮蔽的部分由边缘向内延伸的宽度是固定的。如此一来，感光层124的遮挡部124a与感光层124的受光部124b的交界b124所定义的轮廓可与感光层124本身的轮廓为相同几何形状，但不同尺寸大小。不过，在其他的实施例中，遮光层130遮蔽住的遮挡部124a的面积形状可为不规则的，不限定要与感光层124的轮廓相应。

图3为本发明一实施例的光感测器的俯视示意图，而图4为图3的光感测器沿剖线ii-ii’的剖面示意图。请同时参照图3与图4，光感测器200包括基板110、感测元件120、遮光层230、主动元件140、绝缘层150、绝缘层160以及共用电极170。具体而言，感测元件120、遮光层230以及主动元件140都配置于基板110上。感测元件120包括第一电极122、感光层124以及第二电极126。第一电极122配置于基板110上，感光层124配置于第一电极122上，而第二电极126配置于感光层124上。感光层124夹于第一电极122与第二电极126之间。此外，遮光层230配置于第二电极126上，其中感光层124具有被遮光层230遮挡的遮挡部124a以及未被遮光层230遮挡的受光部124b，且遮挡部124a的面积为感光层124的整体面积的55％至99％。绝缘层150的侧壁152环设出开口154，其中开口154露出第一电极122，且感光层124在开口154中夹在第一电极122与第二电极126之间。共用电极170配置于第一电极122与基板110之间且绝缘层160夹于共用电极170与第一电极122之间。

光感测器200大致相似于图1与图2的光感测器100，而两实施例的主要差异在于遮光层230的布局配置。具体而言，在本实施例中，遮光层230的设置使得感光层124的受光部124b包围遮挡部124a。遮光层230实质上为实心的几何形状且遮盖住感光层124的中央部分。另外，感光层124的遮挡部124a与感光层124的受光部124b的交界b124所定义的轮廓与感光层124本身的轮廓可以为相同几何形状。在部分实施例中，感光层124的遮挡部124a与感光层124的受光部124b的交界b124至感光层124的边缘e124的距离d124可大致为固定距离。在其他实施例中，遮光层230的遮盖面积可以向外扩张而进一步遮盖感光层124的覆盖于绝缘层150的侧壁152的部分，但不以此为限。

图5为本发明一实施例的光感测器的俯视示意图，而图6为图5的光感测器沿剖线iii-iii’的剖面示意图。请同时参照图5与图6，光感测器300包括基板110、感测元件120、遮光层330、主动元件140、绝缘层150、绝缘层160以及共用电极170。具体而言，感测元件120、遮光层330以及主动元件140都配置于基板110上。感测元件120包括第一电极122、感光层124以及第二电极126。第一电极122配置于基板110上，感光层124配置于第一电极122上，而第二电极126配置于感光层124上。感光层124夹于第一电极122与第二电极126之间。此外，遮光层330配置于第二电极126上，其中感光层124具有被遮光层330遮挡的遮挡部124a以及未被遮光层330遮挡的受光部124b，且遮挡部124a的面积为感光层124的整体面积的55％至99％。绝缘层150的侧壁152环设出开口154，其中开口154露出第一电极122，且感光层124在开口154中夹在第一电极122与第二电极126之间。共用电极170配置于第一电极122与基板110之间且绝缘层160夹于共用电极170与第一电极122之间。

光感测器300大致相似于图1与图2的光感测器100，而两实施例的主要差异在于遮光层330的布局配置。具体而言，遮光层330所遮挡的面积构成实心图案，且遮光层330的设置使得感光层124的受光部124b与遮挡部124a的交界b124延伸至感光层124的边缘e124。此外，感光层124的遮挡部124a的至少一部分覆盖绝缘层150的侧壁152的一部分，而感光层124的受光部124b的至少一部分覆盖绝缘层150的侧壁152的剩余部分。在本实施例中，遮光层330的设置使得感光层124被遮蔽的遮挡部124a的轮廓不同于感光层124本身的轮廓。在其他的实施例中，遮光层130、230或330可以被切割成多个图案，或是遮光层可以其他形式分布于基板上以遮挡感光层124整体面积的55％以上。因此，上述实施例搭配附图所示的遮光层130分布及遮挡部124a的分布都仅是举例说明之用，各构件的形状轮廓无须以附图的内容为限。

综上所述，本发明实施例的光感测器包括遮蔽感光层的部分面积的遮光层，且遮光层与感光层之间存在有电极层。如此一来，即使在强烈的环境光照射下，光感测器的感光层可保有需要的感测灵敏性且不易受到损坏。此外，制作遮光层的过程中，感光层不会接触蚀刻剂，而可确保感光层不受破坏。因此，根据本发明实施例的光感测器具有理想的感测灵敏性与使用寿命，并且适用于不同光强度的环境中。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。