光电探测成像阵列、成像芯片以及成像设备的制作方法

本发明涉及光电探测成像，尤其涉及一种光电探测成像阵列、成像芯片以及成像设备。

背景技术：

1、光电探测器是一种能够将接收到的光信号转化为电信号的电子器件。当光子照射到光电探测器上的半导体材料时，能够在半导体材料中激发产生电子空穴对，即光生载流子。通过收集光生载流子进而转换成可测量的电信号，即能够实现将光信号转化为电信号。

2、光电探测器所能探测的波段与其中的半导体材料的禁带宽度直接相关。例如氧化镓等宽禁带半导体材料对于紫外线以及x射线均具有较好的响应能力，在紫外探测以及x射线探测等领域具有重要的应用价值。针对紫外以及x射线等进行成像时，通常需要将多个光电探测器组成阵列。相较于传统的硅基紫外光电探测器阵列，现有氧化镓光电探测器无需滤光片、像增强器甚至高压倍增装置，有望获得更为紧凑节能的小型成像设备。但现有氧化镓光电探测器阵列中存在较为严重的串扰问题，导致成像的精度和准确度均较低。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述背景技术中的问题，提供一种光电探测成像阵列，以提高基于氧化镓的光电探测成像阵列的成像精度和准确度。

2、根据本公开的一些实施例，提供了一种光电探测成像阵列，其包括：

3、阵列基板，所述阵列基板中设置有多个控制晶体管；

4、第一电极，所述第一电极有多个，所述第一电极设置于所述阵列基板上，且各所述第一电极耦合于对应的所述控制晶体管的第一个源/漏极；以及，

5、光电探测功能层，所述光电探测功能层的材料包括氧化镓，所述光电探测功能层设置于所述阵列基板上，且所述光电探测功能层通过所述第一电极耦合于所述控制晶体管。

6、在本公开的一些实施例中，多个所述第一电极呈阵列设置，所述光电探测功能层设置于多个所述第一电极的上方且遮蔽所述第一电极。

7、在本公开的一些实施例中，所述光电探测成像阵列还包括第二电极，所述第二电极层叠设置于所述光电探测功能层远离所述第一电极的一侧。

8、在本公开的一些实施例中，所述光电探测成像阵列满足如下条件中的至少一者：

9、（1）所述控制晶体管的栅极和沟道在所述阵列基板中自下至上层叠设置，沿着自下至上的方向所述栅极遮蔽至少部分所述沟道，所述栅极的材料为金属；

10、（2）所述光电探测功能层设置于多个所述控制晶体管的上方，沿着自上至下的方向所述光电探测功能层遮蔽所述控制晶体管的至少部分沟道。

11、在本公开的一些实施例中，多个所述控制晶体管在第一方向和与所述第一方向相交的第二方向上呈阵列设置，所述光电探测成像阵列还包括第一控制信号线和数据信号线，所述第一控制信号线沿第一方向延伸且电连接于沿所述第一方向并列设置的多个所述控制晶体管的栅极，所述数据信号线沿第二方向延伸且电连接于沿所述第二方向并列设置的多个所述控制晶体管的第二个源/漏极。

12、在本公开的一些实施例中，所述光电探测成像阵列满足如下特征中的一者：

13、（1）所述第一电极直接电连接于所述控制晶体管的源/漏极；

14、（2）所述光电探测成像阵列还包括信号放大结构，所述信号放大结构包括重置晶体管和放大晶体管，所述重置晶体管的第一个源/漏极电连接于所述第一电极以及所述放大晶体管的栅极，所述重置晶体管的第二个源/漏极电连接于所述放大晶体管的第一个源/漏极，所述放大晶体管的第二个源/漏极电连接于所述控制晶体管的源/漏极。

15、在本公开的一些实施例中，所述光电探测成像阵列满足特征（2），多个所述重置晶体管在第一方向和与所述第一方向相交的第二方向上呈阵列设置，所述光电探测成像阵列还包括第二控制信号线，所述第二控制信号线沿所述第一方向延伸且电连接于沿所述第一方向并列设置的多个所述重置晶体管的栅极。

16、又一方面，本公开还提供了一种光电探测成像芯片，其包括扫描控制电路、信号处理电路以及如上述任一实施例所述的光电探测成像阵列，所述扫描控制电路用于选择开启所述控制晶体管，所述信号处理电路用于读取开启的所述控制晶体管的沟道中的电信号。

17、又一方面，本公开还提供了一种光电探测成像设备，其包括显示装置和如上述任一实施例所述的光电探测成像芯片，所述显示装置用于根据所述光电探测成像芯片获取的数据输出图像。

18、在上述至少一个实施例中的光电探测成像阵列中，设置了阵列基板、第一电极以及光电探测功能层。其中，第一电极设置于阵列基板上，且各第一电极耦合于对应的控制晶体管的源/漏极，光电探测功能层通过第一电极耦合于控制晶体管。控制晶体管为开关器件，能够用于控制相应的第一电极与外电路之间的通断。通过控制晶体管能够选择针对特定的第一电极进行读取，从而避免传统技术中存在的串扰问题，实现对单个光电探测单元的信息的准确读取，进而提高基于氧化镓的光电探测成像阵列的成像精度和准确度。在此基础上，将控制晶体管设置于阵列基板中，以及将光电探测功能层设置于阵列基板的上方，使得控制晶体管和光电探测功能层在阵列基板的厚度方向上实现堆叠，还能够有效提高该光电探测成像阵列的阵列密度，这使得该成像阵列的成像空间分辨率能够得到进一步提升。

19、在其中一些实施例中，将光电探测功能层设置于控制晶体管的上方并遮蔽控制晶体管的至少部分沟道，和/或，采用控制晶体管的栅极遮蔽其至少部分沟道。其中光电探测功能层能够吸收辐照，从上方减少辐照对于控制晶体管的沟道性能的影响，栅极的金属材料能够阻挡所需探测的辐照，从下方减少辐照对于控制晶体管的沟道性能的影响。这还能够在提高阵列密度的同时，提高该光电探测成像阵列的探测稳定性以及使用寿命。

20、在其中一些实施例中，光电探测成像阵列还包括信号放大结构。信号放大结构在第一电极与控制晶体管的基础上进一步设置了重置晶体管和放大晶体管，该信号放大结构巧妙地利用了光电探测单元在探测时产生的电荷以及自身的电容，通过重置晶体管和放大晶体管的设置，能够实现对电信号的原位放大。这能够提高该光电探测成像阵列对于微弱辐照的探测能力，同时提高其信号强度，从而进一步提高该光电探测成像阵列的成像精度。

21、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

技术特征：

1.一种光电探测成像阵列，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的光电探测成像阵列，其特征在于，多个所述第一电极呈阵列设置，所述光电探测功能层设置于多个所述第一电极的上方且遮蔽所述第一电极。

3.根据权利要求2所述的光电探测成像阵列，其特征在于，所述光电探测成像阵列还包括第二电极，所述第二电极层叠设置于所述光电探测功能层远离所述第一电极的一侧。

4.根据权利要求1~3任意一项所述的光电探测成像阵列，其特征在于，所述光电探测成像阵列满足如下条件中的至少一者：

5.根据权利要求1~3任意一项所述的光电探测成像阵列，其特征在于，多个所述控制晶体管在第一方向和与所述第一方向相交的第二方向上呈阵列设置，所述光电探测成像阵列还包括第一控制信号线和数据信号线，所述第一控制信号线沿第一方向延伸且电连接于沿所述第一方向并列设置的多个所述控制晶体管的栅极，所述数据信号线沿第二方向延伸且电连接于沿所述第二方向并列设置的多个所述控制晶体管的第二个源/漏极。

6.根据权利要求1~3任意一项所述的光电探测成像阵列，其特征在于，所述光电探测成像阵列满足如下特征中的一者：

7.根据权利要求6所述的光电探测成像阵列，其特征在于，所述光电探测成像阵列满足特征（2），多个所述重置晶体管在第一方向和与所述第一方向相交的第二方向上呈阵列设置，所述光电探测成像阵列还包括第二控制信号线，所述第二控制信号线沿所述第一方向延伸且电连接于沿所述第一方向并列设置的多个所述重置晶体管的栅极。

8.根据权利要求1~3及7任意一项所述的光电探测成像阵列，其特征在于，所述光电探测功能层满足如下特征中的至少一者：

9.一种光电探测成像芯片，其特征在于，包括扫描控制电路、信号处理电路以及如权利要求1~8任意一项所述的光电探测成像阵列，所述扫描控制电路用于选择开启所述控制晶体管，所述信号处理电路用于读取开启的所述控制晶体管的沟道中的电信号。

10.一种光电探测成像设备，其特征在于，包括显示装置和如权利要求9所述的光电探测成像芯片，所述显示装置用于根据所述光电探测成像芯片获取的数据输出图像。

技术总结本公开提供了光电探测成像阵列、成像芯片以及成像设备。该光电探测成像阵列包括：阵列基板、第一电极以及光电探测功能层。其中，所述阵列基板中设置有多个控制晶体管；所述第一电极有多个，所述第一电极设置于所述阵列基板上，且各所述第一电极耦合于对应的所述控制晶体管的第一个源/漏极；以及，所述光电探测功能层的材料包括氧化镓，所述光电探测功能层设置于所述阵列基板上，且所述光电探测功能层通过所述第一电极耦合于所述控制晶体管。该光电探测成像阵列能够实现对单个光电探测单元的信息的准确读取，进而提高基于氧化镓的光电探测成像阵列的成像精度和准确度。技术研发人员：梁会力,梅增霞,朱锐受保护的技术使用者：松山湖材料实验室技术研发日：技术公布日：2024/7/29