一种硅基像素探测器电路及其形成方法_2

文档序号:9922944阅读:来源:国知局
7]参考图1所示,本发明提出了一种硅基像素探测器电路,包括具有双端输入的第一差分放大器电路100、第二放大器电路110、第一探测器D1、第二探测器D2、第一复位晶体管!^和第二复位晶体管T2;第一探测器D1和第二探测器D2的感测节点A2分别连接至差分放大器电路100的两个输入端,差分放大器电路100的输出端Oi连接第二放大器电路110的输入端;第一复位晶体管!^和第二复位晶体管T2分别用于对第一探测器0:和第二探测器D2的电压进行复位;其中,第一探测器D1包括PIN 二极管,第二探测器D2包括PIN 二极管以及PIN 二极管的受光面之上的阻挡层,第一探测器D1和第二探测器Dd^PIN 二极管形成在硅基衬底上的不同区域且具有相同的结构。
[0048]在本发明中,分别连接差分放大器电路的两份输入端的第一探测器和第二探测器中的PIN 二极管采用了相同的结构,第二探测器的PIN 二极管的受光面上形成了阻挡层,这样,第一探测器和第二探测器对来自环境的噪声输出一致,使得双端输入的差分放大器电路不受共模噪声的影响,从而,提高探测器整体的灵敏度。此外,在抑制噪声的同时,差分放大器电路还对差模信号具有放大作用,进一步提高探测器的增益。
[0049]在本发明实施例中,第一探测器D1和第二探测器D2都为PIN二极管器件的探测器,可以为阵列排列,对于第一探测器D1包括PIN二极管,第二探测器D2包括PIN二极管以及PIN二极管的受光面之上的阻挡层,阻挡层用于阻挡辐射光进入第二探测器的PIN 二极管,阻挡层可以为阻挡辐射的金属材料,例如可以为Mo等。同时,第一探测器D1和第二探测器出的卩爪二极管形成在硅基衬底上的不同区域且具有相同的结构。这样,由于第一探测器D1和第二探测器Dd^PIN 二极管具有相同的结构,且第二探测器02不受辐射光的影响,这两个探测器作为差分放大器电路100的输入,可以消除共模噪声的影响,从而从整体提高探测器的灵敏度。
[0050]在本发明中,PIN二极管至少包括本征半导体层以及本征半导体层两个相对表面上的第一掺杂区和第二掺杂区,第一掺杂区和第二掺杂区具有不同的掺杂类型,第一掺杂区或第二掺杂区都可以作为探测器的受光面。第一探测器D1和第二探测器Dd^PIN 二极管形成在同一硅基衬底上的不同区域,且具有相同的结构,具有相同的结构是指两个探测器的PIN二极管的结构组成相同且每个组成部件具有相同参数,例如在一个实施例中,这第一探测器和第二探测器的PIN 二极管都包括本征半导体层以及本征半导体层两个相对表面上的第一掺杂区和第二掺杂区,且掺杂区都具有相同的掺杂粒子和掺杂浓度,在优选的实施例中,第一探测器和第二探测器的PIN 二极管在相同的工艺中形成在衬底的不同区域上,例如同时形成这两个探测器的第一掺杂区和第二掺杂区。
[0051]在本发明中,第一探测器D1和第二探测器02的感测节点为可以获得探测器电压信号的测量节点,在本实施例中,第一探测器D1和第二探测器出的感测节点为二极管探测器的负极端,当然,在其他实施例中,根据不同的电路设计,感测节点还可以为其他的节点,例如二极管负极端连接晶体管或其他电路之后的输出节点。
[0052]第一差分放大器电路100为具有双端输入的差分放大电路,其输出可以为单端输出或双端输出,第一差分放大器电路100的两个输入端分别连接第一探测器D1和第二探测器02。第二放大器电路110主要用于对第一差分放大器电路100输出的电信号进一步进行放大,以便于侦测到电信号的变化,第二放大器电路110可以采用各种合适的方法电路,在本发明实施例中,第二方法七电路110为多级级联的放大器,每一级放大电路之间连接电容。
[0053]在优选的实施例中,第一差分放大电路100和第二放大器电路110为TFT晶体管电路,第一复位晶体管T1和第二复位晶体管T2为TFT晶体管,都采用TFT晶体管的电路设计,在制造工艺中,可以将该部分电路都集成在一起实现,便于集成且使得工艺较为简单。
[0054]具体的实施例中,参考图1所示,第一差分放大电路包括第三TFT晶体管T3、第四TFT晶体管Τ4、第五TFT晶体管T5、第六TFT晶体管T6和TFT晶体管电流源1001;其中,第五TFT晶体管T5和第六TFT晶体管T6,为输入晶体管,其栅极分别连接第一探测器0:和第二探测器D2的感测节点,其电流输出端连接至TFT晶体管电流源1001;第三TFT晶体管T3和第四TFT晶体管T4,分别为第五TFT晶体管T5和第六TFT晶体管T6的负载晶体管,其栅极连接至第一偏置电压Vbiasi。在该实施例中,上述的TFT晶体管可以为N型或P型的TFT晶体管器件。以下将以N型TFT晶体管为例描述本实施例中的第一差分放大器电路。
[0055]具体的,该第一差分放大电路包括第三TFT晶体管Τ3、第四TFT晶体管Τ4、第五TFT晶体管T5、第六TFT晶体管T6和TFT晶体管电流源1001;第三TFT晶体管T3和第四TFT晶体管Τ4的基极分别连接第一偏置电压Vbiasi,第三TFT晶体管T3的漏极连接电源电压Vdd、源极连接第五TFT晶体管1~5的漏极,第四TFT晶体管T4的漏极连接电源电压VDD、源极连接第六TFT晶体管T6的漏极;第五TFT晶体管T5和第六TFT晶体管T6的栅极分别连接第一探测器和第二探测器的感测节AA^A2、源极连接至TFT晶体管电流源1001JFT晶体管电流源1001为由TFT晶体管组成的电流源,如图1所示,本实施例中,TFT晶体管电流源1001包括第七TFT晶体管T7和第八TFT晶体管T8,第七TFT晶体管T7和第八TFT晶体管T8的栅极连接在一起并连接至第二偏置电压Vbias2、源极接地VSS,第七TFT晶体管Τ7的漏极接第二偏置电压Vbias2,第八TFT晶体管T8的漏极连接第五TFT晶体管T5和第六TFT晶体管T6的源极,该TFT晶体管电流源1001为镜像电流源,在其他实施例中,根据需要还可以采用其他结构的电流源,采用电流源的差分放大器电路其共模抑制比可以大大得到提高。
[0056]第二放大器电路110采用多级级联的放大电路,级间采用电容耦合,用于阻隔直流信号,仅传送交流信号,每一级放大电路包括四个TFT晶体管,栅极连接输入信号的TFT晶体管为放大晶体管,在该放大晶体管漏极连接的TFT晶体管为调节电阻用的晶体管,在放大晶体管栅极连接的TFT晶体管为调节电阻用的晶体管,参考图1所示,在第一级放大电路中,包括第九TFT晶体管Τ9、第十TFT晶体管T1Q、第^^一TFT晶体管T11和第十二 TFT晶体管T12,第一差分放大器电路100的输出端通过第一电容(^连接到第十二 TFT晶体管T12的栅极,第十二TFT晶体管T12的漏极连接第^^一TFT晶体管T11的源极、源极接地,第^^一TFT晶体管T11的栅极接漏极并连接至电源电压Vdd,第九TFT晶体管T9的栅极连接漏极后接第三偏置电压VBIAS3,第九TFT晶体管T9的源极分别连接至第十二 TFT晶体管T12的栅极和第十TFT晶体管Tiq的漏极,第十TFT晶体管Tiq的栅极连接源极后接地,在该实施例中,包括两级级联的放大器电路,可以理解的是,根据需要,可以选择单级或更多级级联的放大电路。
[0057]第二放大器电路110输出的放大后的电信号,通过开关晶体管T17传出,以供读出电路进行电信号的侦测。在该优选的实施例中,开关晶体管为第十七TFT晶体管T17,可与上述的放大器电路在共同的工艺中集成。
[0058]第一复位晶体管!^和第二复位晶体管T2也为TFT晶体管,分别用于对第一探测器和第二探测器的电压进行复位,第一复位晶体管T1和第二复位晶体管T2的漏极都连接至电源电压VDD,源极分别连接在第一探测器和第二探测器的二极管器件的输出端A1J2
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