[发明专利]光电探测晶体管及其制造方法及相应的光电探测方法

说明书

本申请提供了一种光电探测晶体管，包括逐层堆叠的衬底、底栅电极、底栅介质层、有源层、顶栅介质层、和顶栅电极；其中所述有源层包括具有光记忆功能的半导体材料，在所述有源层中包括沟道和源漏区域，并且所述光电探测晶体管的顶栅电极采用透明导电材料；其中所述源漏区域是通过对相应区域的所述有源层材料进行等离子体处理获得。本申请还公开了相应的制备光电探测晶体管和利用其感光的方法。

技术领域

本申请涉及一种光电探测器，特别地涉及一种具有光记忆功能的光电探测器、及其制造方法以及相应的光电探测方法。

背景技术

光电探测器和图像传感器在众多医疗电子、消费电子、军用电子设备中起到极端重要的作用。例如，X射线影像是骨科、肺病、心脑血管等各类疾病诊断的黄金判据；指纹识别已经成为智慧手机的标准安全锁；高光谱、多光谱摄像是重要的现代军事侦测手段。在这些应用中，面向微弱光信号、瞬态光电信号的高灵敏度、高分辨率的光电探测器和图像传感器一直是研究的重点。

现有的图像传感器技术主要分为基于电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物(CMOS)晶体管的成像技术，以及基于非晶硅(a-Si)光电二极管(PD)和a-Si晶体管(TFT)的平板探测成像技术，后者是目前主流的X射线图像传感技术。然而，光电二极管探测光子数与其面积正相关，从而造成其在高分辨率与高灵敏度之间存在矛盾，限制了探测分辨率的提升。光电二极管灵敏度不佳的不足同样限制了其对微弱、瞬态光信号的探测能力。

与光电二极管相比，光电TFT是另一种可选的光传感器件，且在一些方面优势明显。光电TFT本身具备光电导放大能力，利于提高灵敏度；同时其光电流大小与器件沟道区形状有关，因此利于灵敏度与分辨率的兼顾。正是由于这些优点，光电TFT一直以来都是光电传感器件的重要研究方向。

面向超低剂量X射线探测、军事设备中极微弱光探测等应用时，设备的探测能力取决于光传感器件的灵敏度及其暗态电流的水平。利用光记忆效应，光传感器件可以在光信号消失后持续保持光响应特性，从而等效的增加了光脉冲宽度、或光强，实现对超短脉冲光、或极微弱光的探测。然而，光记忆效应会存在累计叠加效果，造成灵敏度的叠加。因此，若无法在探测结束后对光记忆信息进行有效擦除或复位，将会导致光传感器件无法完成连续、稳定的探测。

发明内容

针对现有技术的问题，本申请提出了一种光电探测晶体管，包括逐层堆叠的衬底、底栅电极、底栅介质层、有源层、顶栅介质层、和顶栅电极；其中所述有源层包括具有光记忆功能的半导体材料，在所述有源层中包括沟道和源漏电极，并且所述光电探测晶体管的顶栅电极采用透明导电材料；其中所述源漏电极是通过对相应区域的所述有源层材料进行等离子体处理获得。

特别的，在积分阶段，所述光电探测晶体管的底栅电极和顶栅电极电压不同，且使所述探测晶体管处在关态工作区且其沟道电流远大于暗态电流；所述积分阶段包括曝光子阶段和其后的光记忆维持子阶段；所述暗态电流为在曝光子阶段前所述光电探测晶体管工作在关态工作区时沟道中的电流。

特别的，在积分阶段结束后的读取阶段以及所述读取阶段开始前，所述光电探测晶体管的底栅电极和顶栅电极的电压相同，使得所述光电探测晶体管处在关态工作区且其沟道电流基本等于暗态电流。

特别的，在复位阶段，所述光电探测晶体管的底栅电极和顶栅电极的电压使得所述探测晶体管处于开态工作区。

特别的，所述具有光记忆功能的半导体材料包括金属氧化物半导体。

特别的，所述光电探测晶体管还包括至少位于所述顶栅电极上的钝化层，以及位于所述钝化层和所述源漏电极层上方的闪烁体。