KR101612719B1 - Light-receiving element and display device - Google Patents
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Abstract
수광 소자는, 소자 형성면(element foramtion surface) 위에 형성되도록 구성된 제1 도전형 반도체 영역; 상기 소자 형성면 위에 형성되도록 구성된 제2 도전형 반도체 영역; 상기 제1 도전형 반도체 영역과 상기 제2 도전형 반도체 영역 사이의 상기 소자 형성면 위에 형성되고, 상기 제1 도전형 반도체 영역 및 상기 제2 도전형 반도체 영역보다 불순물 농도가 낮도록 구성된 중간 반도체 영역을 포함한다. 상기 수광 소자는 또한, 상기 제1 도전형 반도체 영역과 전기적으로 접속되도록 구성된 제1 전극; 상기 제2 도전형 반도체 영역과 전기적으로 접속되도록 구성된 제2 전극; 및 상기 소자 형성면 상의 상기 중간 반도체 영역에 대향하는 대향 영역에 형성되도록 구성된 제어 전극을 포함한다. The light receiving element includes: a first conductive semiconductor region configured to be formed on an element formation surface; A second conductive semiconductor region configured to be formed on the element formation surface; An intermediate semiconductor region formed on the element formation surface between the first conductivity type semiconductor region and the second conductivity type semiconductor region and configured to have an impurity concentration lower than that of the first conductivity type semiconductor region and the second conductivity type semiconductor region, . The light receiving element may further include: a first electrode configured to be electrically connected to the first conductivity type semiconductor region; A second electrode configured to be electrically connected to the second conductive semiconductor region; And a control electrode configured to be formed in an opposite region opposite to the intermediate semiconductor region on the element formation surface.
Description
본 발명은 제어 전극을 포함하는 수광 소자 및 그러한 수광 소자를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a light receiving element including a control electrode and a display device including such a light receiving element.
관련 출원의 상호참조Cross reference of related application
본 발명은 2008년 9월 5일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허출원 제2008-228255호와, 2007년 12월 25일에 일본 특허청에 출원된, 제2007-332100호에 관련된 내용을 포함하며, 이들 출원에 개시된 내용 전부는 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.The present invention includes Japanese Patent Application No. 2008-228255 filed on September 5, 2008 and Japanese Patent Application No. 2007-332100 filed on December 25, 2007, All of the contents disclosed in these applications are incorporated herein by reference.
최근, 액정 표시 장치와 유기 EL 표시 장치와 같은 표시 장치에서, 표시 화상의 밝기나 콘트라스트를 검출하여 제어하기 위해 사용되는 포토 다이오드와 같은 수광 소자가 널리 사용되고 있다. 포토 다이오드는 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT) 등으로 이루어진 구동 회로를 가지는 표시 소자와 함께 표시 장치에 탑재되어 있다.2. Description of the Related Art In recent years, a light receiving element such as a photodiode, which is used for detecting and controlling the brightness or contrast of a display image in a display device such as a liquid crystal display device and an organic EL display device, is widely used. The photodiode is mounted on a display device together with a display device having a driving circuit composed of a thin film transistor (TFT) or the like.
이와 같은 포토 다이오드의 일종으로서, 평면 형상의 PIN 포토 다이오드가 알려져 있다. 이 PIN 포토 다이오드는, 투명 기판면 위에 형성되고 다결정 실리콘 으로 이루어지는 p형 반도체 영역 및 n형 반도체 영역, 그리고 그 사이의 투명 기판면 위에 형성되고 다결정 실리콘으로 이루어지는 i형 반도체(중간 반도체, intermediate semiconductor) 영역을 포함한다.As one type of such a photodiode, a planar PIN photodiode is known. The PIN photodiode includes an i-type semiconductor (intermediate semiconductor) formed on the surface of the transparent substrate and formed on the p-type semiconductor region and the n-type semiconductor region made of polycrystalline silicon, Region.
예를 들면, 일본 공개특허번호 제2004-119719호에는, PIN 포토 다이오드의 제3 전극(게이트 전극)을 사용하여 임계 전압을 제어하는 기술이 제안되어 있다.For example, Japanese Laid-Open Patent Application No. 2004-119719 proposes a technique of controlling a threshold voltage by using a third electrode (gate electrode) of a PIN photodiode.
상기한 바와 같이 표시 장치에 있어, TFT와 함께 동일 기판 위에 형성된 포토 다이오드에서는, TFT가 오프 상태인 경우에 발생하는 누설 전류를 억제할 수 있도록, 반도체 막두께를 얇게 하여야 한다. 그러므로, 수광부로서의 중간 반도체 영역의 두께(체적)도 작아져, 수광 감도가 충분히 확보할 수 없다는 문제가 발생한다.As described above, in the display device, in the photodiode formed on the same substrate together with the TFT, the thickness of the semiconductor film must be thinned so as to suppress the leakage current generated when the TFT is in the off state. Therefore, the thickness (volume) of the intermediate semiconductor region as the light receiving section also becomes small, and there arises a problem that the light receiving sensitivity can not be sufficiently secured.
이 문제를 처리하기 위해, 수광부로서의 중간 반도체 영역의 체적을 증가시켜 수광 감도를 향상시키는 방법으로서, 게이트 전극의 W 길이 및 L 길이를 증가시키는 시도가 실행되었다. 그러나, W 길이를 증가시키는 경우, 그에 따라 게이트 전극과 p형 반도체 영역 또는 n형 반도체 영역과의 오버랩 영역(overlap area)에서 기생 용량(parasitic capacitance)도 증가한다. 그러므로, 생성된 광전류가 이 기생 용량에 의해 흡수되어, 실효적으로 광감도를 향상시키는 효과는 한정적이다. 또한, L 길이를 증가시키는 경우, L 길이를 예를 들면 약 8∼10μm 범위 내의 값으로 증가시키면, 광전류는 포화되므로, 이 값 이상으로 L 길이를 더 증가시켜도 광전류를 증가시킬 수 없다.In order to deal with this problem, an attempt has been made to increase the W and L lengths of the gate electrode as a method for increasing the light receiving sensitivity by increasing the volume of the intermediate semiconductor region as the light receiving portion. However, when the W length is increased, the parasitic capacitance also increases in an overlap area between the gate electrode and the p-type semiconductor region or the n-type semiconductor region. Therefore, the effect that the generated photocurrent is absorbed by this parasitic capacitance and effectively improves the photosensitivity is limited. When the length L is increased, if the length L is increased to a value within a range of, for example, about 8 to 10 mu m, the photocurrent is saturated. Therefore, even if the length L is further increased beyond this value, the photocurrent can not be increased.
위와 같이, 종래기술은 수광 소자에서 생성되는 광전류를 증가시키는 데 한계가 있으므로, 수광 감도를 충분히 향상시키는 것이 곤란하다.As described above, since the prior art has a limitation in increasing the photocurrent generated in the light receiving element, it is difficult to sufficiently improve the light receiving sensitivity.
그러므로, 본 발명은 수광 감도를 충분히 향상시키는 것이 가능한 수광 소자 및 그러한 수광 소자를 포함하는 표시 장치를 제공하기 위한 것이다.Therefore, the present invention is intended to provide a light receiving element capable of sufficiently improving light receiving sensitivity and a display apparatus including such a light receiving element.
본 발명의 실시예에 따르면, 기판의 한 측면에서 소자 형성면(element foramtion surface) 위에 형성되도록 구성된 제1 도전형 반도체 영역; 상기 소자 형성면 위에 형성되도록 구성된 제2 도전형 반도체 영역; 상기 제1 도전형 반도체 영역과 상기 제2 도전형 반도체 영역 사이의 상기 소자 형성면 위에 형성되고, 상기 제1 도전형 반도체 영역 및 상기 제2 도전형 반도체 영역보다 불순물 농도가 낮도록 구성된 중간 반도체 영역을 포함하는 제1 수광 소자가 제공된다. 상기 제1 수광 소자는 또한, 상기 제1 도전형 반도체 영역과 전기적으로 접속되도록 구성된 제1 전극; 상기 제2 도전형 반도체 영역과 전기적으로 접속되도록 구성된 제2 전극; 및 상기 중간 반도체 영역에 대향하는 대향 영역에서 상기 중간 반도체 영역보다 상기 기판 측으로 절연막을 매개로 하여 형성되도록 구성된 제어 전극을 포함한다. 상기 제1 수광 소자에서, 상기 중간 반도체 영역에 주입되어 있는 불순물의 도전형은 p형이고, 상기 제1 전극은 애노드 전극(anode electrode)이고, 상기 제2 전극이 캐소드 전극(cathode electrode)이며, 상기 애노드 전극 또는 상기 애노드 전극과 전기적으로 접속된 전극의 일부가 상기 제어 전극에 대향하는 영역과 부분적으로 중첩되어 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 배열된 복수의 표시 소자 및 본 발명의 제1 수광 소자를 포함하는 제1 표시 장치가 제공된다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a first conductive semiconductor region configured to be formed on an element foramtion surface on one side of a substrate; A second conductive semiconductor region configured to be formed on the element formation surface; An intermediate semiconductor region formed on the element formation surface between the first conductivity type semiconductor region and the second conductivity type semiconductor region and configured to have an impurity concentration lower than that of the first conductivity type semiconductor region and the second conductivity type semiconductor region, And a second light receiving element. The first light receiving element may further include: a first electrode configured to be electrically connected to the first conductive type semiconductor region; A second electrode configured to be electrically connected to the second conductive semiconductor region; And a control electrode configured to be formed in an opposite region facing the intermediate semiconductor region via an insulating film to the substrate side of the intermediate semiconductor region. In the first light receiving element, the conductivity type of the impurity injected into the intermediate semiconductor region is p-type, the first electrode is an anode electrode, the second electrode is a cathode electrode, A part of the electrode electrically connected to the anode electrode or the anode electrode is partially overlapped with the region facing the control electrode.
According to another embodiment of the present invention, there is provided a first display device including a plurality of arrayed display elements and a first light receiving element of the present invention.
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본 발명의 제1 수광 소자 및 제1 표시 장치에서는, 제어 전극에 전압을 인가하는 것에 의해, 수광부로서의 중간 반도체 영역에 광이 조사된 때 발생하는 광전류를 제어할 수 있다. 또한, 중간 반도체 영역의 불순물의 도전형이 p형이고, 제어 전극에 인가되는 전압이 정전위인 것에 의해, 중간 반도체 영역은 수광 소자의 두께 방향을 따라 n-i-p 구조를 가진다. 그러므로, 공핍층 내에서 생성된 전자-정공 쌍이 신속히 전자와 정공으로 분리된다. 따라서, 재결합 중심에 의해 전자-정공 쌍의 포획 확률이 낮아져, 중간 반도체 영역의 L 길이의 증가는 그에 상응하는 광전류의 증가에 기여한다.In the first light receiving element and the first display apparatus of the present invention, by applying a voltage to the control electrode, it is possible to control the photocurrent generated when light is irradiated to the intermediate semiconductor region as the light receiving portion. Further, since the impurity of the impurity in the intermediate semiconductor region is p-type and the voltage applied to the control electrode is a constant potential, the intermediate semiconductor region has an n-i-p structure along the thickness direction of the light receiving element. Therefore, the electron-hole pairs generated in the depletion layer are rapidly separated into electrons and holes. Therefore, the trap probability of the electron-hole pairs is lowered by the recombination center, and the increase of the L length of the intermediate semiconductor region contributes to the increase of the photocurrent corresponding thereto.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 기판의 한 측면에서 소자 형성면 위에 형성되도록 구성된 제1 도전형 반도체 영역; 상기 소자 형성면 위에 형성되도록 구성된 제2 도전형 반도체 영역; 및 상기 제1 도전형 반도체 영역과 상기 제2 도전형 반도체 영역 사이의 상기 소자 형성면 위에 형성되고, 상기 제1 도전형 반도체 영역 및 상기 제2 도전형 반도체 영역보다 불순물 농도가 낮도록 구성된 중간 반도체 영역을 포함하는 제2 수광 소자가 제공된다. 상기 제2 수광 소자는 또한 상기 제1 도전형 반도체 영역과 전기적으로 접속되도록 구성된 제1 전극; 상기 제2 도전형 반도체 영역과 전기적으로 접속되도록 구성된 제2 전극; 및 상기 중간 반도체 영역에 대향하는 대향 영역에서 상기 중간 반도체 영역보다 상기 기판 측으로 절연막을 매개로 하여 형성되도록 구성된 제어 전극을 포함한다. 상기 제2 수광 소자에서, 상기 중간 반도체 영역의 불순물의 도전형은 n형이며, 상기 제1 전극은 애노드 전극(anode electrode)이고, 상기 제2 전극이 캐소드 전극(cathode electrode)이며, 상기 애노드 전극 또는 상기 애노드 전극과 전기적으로 접속된 전극의 일부가 상기 제어 전극에 대향하는 영역과 부분적으로 중첩되어 있다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a first conductive semiconductor region configured to be formed on an element formation surface on one side of a substrate; A second conductive semiconductor region configured to be formed on the element formation surface; And an intermediate semiconductor layer formed on the element formation surface between the first conductivity type semiconductor region and the second conductivity type semiconductor region and configured to have an impurity concentration lower than that of the first conductivity type semiconductor region and the second conductivity type semiconductor region, A second light receiving element is provided. The second light receiving element further comprises: a first electrode configured to be electrically connected to the first conductive type semiconductor region; A second electrode configured to be electrically connected to the second conductive semiconductor region; And a control electrode configured to be formed in an opposite region facing the intermediate semiconductor region via an insulating film to the substrate side of the intermediate semiconductor region. In the second light receiving element, the conductivity type of the impurity in the intermediate semiconductor region is n-type, the first electrode is an anode electrode, the second electrode is a cathode electrode, Or a part of the electrode electrically connected to the anode electrode partially overlaps with the region facing the control electrode.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 배열된 복수의 표시 소자 및 본 발명의 제2 수광 소자를 포함하는 제2 표시 장치가 제공된다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a second display device including a plurality of arrayed display elements and a second light receiving element of the present invention.
본 발명의 제2 수광 소자 및 제2 표시 장치에서는, 제어 전극에 전압을 인가하는 것에 의해, 수광부로서의 중간 반도체 영역에 광이 조사된 때 발생하는 광전류를 제어할 수 있다. 또한, 중간 반도체 영역의 불순물의 도전형이 n형이고, 제어 전극에 인가되는 전압이 부전위인 것에 의해, 중간 반도체 영역은 수광 소자의 두께 방향을 따라 p-i-n 구조를 가진다. 그러므로, 공핍층에서 생성된 전자-정공 쌍이 신속히 전자와 정공으로 분리된다. 따라서, 재결합 중심에 의한 전자-정공 쌍의 포획 확률이 낮아져, 중간 반도체 영역의 L 길이의 증가가 그에 상응하는 광전류의 증가에 기여한다.In the second light receiving element and the second display apparatus of the present invention, by applying a voltage to the control electrode, it is possible to control the photocurrent generated when light is irradiated to the intermediate semiconductor region as the light receiving portion. Further, the impurity in the intermediate semiconductor region is n-type, and the voltage applied to the control electrode is the negative potential, so that the intermediate semiconductor region has a p-i-n structure along the thickness direction of the light receiving element. Therefore, the electron-hole pairs generated in the depletion layer are rapidly separated into electrons and holes. Therefore, the trap probability of the electron-hole pairs due to the recombination center is lowered, and the increase of the L length of the intermediate semiconductor region contributes to the increase of the photocurrent corresponding thereto.
제1 수광 소자 또는 제1 표시 장치에서는, 중간 반도체 영역의 불순물의 도전형이 p형이고, 제어 전극에 인가되는 전압이 정전위이다. 따라서, 중간 반도체 영역의 공핍층에서 생성된 전자-정공 쌍이 신속하게 분리되어, 광전류를 생성을 촉진한다. 그러므로, 중간 반도체 영역의 L 길이를 증가시키더라도 광전류는 포화되지 않아, 수광 감도를 충분히 향상시킬 수 있다.In the first light receiving element or the first display, the conductivity type of the impurity in the intermediate semiconductor region is p-type, and the voltage applied to the control electrode is the positive potential. Therefore, the electron-hole pairs generated in the depletion layer of the intermediate semiconductor region are quickly separated to promote the generation of the photocurrent. Therefore, even if the L length of the intermediate semiconductor region is increased, the photocurrent does not saturate, and the light receiving sensitivity can be sufficiently improved.
또한, 제2 수광 소자 또는 제2 표시 장치에서는, 중간 반도체 영역의 불순물의 도전형이 n형이고, 제어 전극에 인가되는 전압이 부전위이다. 중간 반도체 영역의 공핍층에서 생성된 전자-정공 쌍이 신속히 분리되어, 광전류를 생성을 촉진한다. 그러므로, 중간 반도체 영역의 L 길이를 증가시키더라도 광전류는 포화되지 않아, 수광 감도를 충분히 향상시킬 수 있다.Further, in the second light receiving element or the second display, the impurity of the impurity in the intermediate semiconductor region is n-type, and the voltage applied to the control electrode is the negative potential. The electron-hole pairs generated in the depletion layer of the intermediate semiconductor region are quickly separated to promote the generation of the photocurrent. Therefore, even if the L length of the intermediate semiconductor region is increased, the photocurrent does not saturate, and the light receiving sensitivity can be sufficiently improved.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
(수광 소자의 구성예)(Configuration example of light receiving element)
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수광 소자(수광 소자(1))의 평면 구성을 나타낸다. 도 2는, 도 1의 II-II 선을 따른 수광 소자(1)의 단면 구성을 나타낸다.1 shows a planar configuration of a light receiving element (light receiving element 1) according to an embodiment of the present invention. Fig. 2 shows a sectional configuration of the light-receiving
수광 소자(1)는 이른바 PIN 포토 다이오드를 가지는 광센서이다. 수광 소자(1)는 유리 기판(10), 유리 기판(10)의 일면 측에 제공된 제1 도전형 반도체 영 역으로서의 p+층(11), 유리 기판(10)의 p+층(11)과 동일면 측에 제공된 제2 도전형 반도체 영역으로서의 n+층(12), 및 p+층(11)과 n+층(12) 사이에 제공된 중간 반도체 영역으로서의 수광부(13)를 가진다. p+층(11)은 콘택트부(241)를 통하여 애노드 전극(21)과 전기적으로 접속되고, n+층(12)은 콘택트부(242)를 통하여 캐소드 전극(22)과 전기적으로 접속되어 있다. 유리 기판(10)의 p+층(11), n+층(12) 및 수광부(13)와 동일면 측의, 수광부(13)에 대향하는 영역에는, L 길이 및 W 길이가 각각 L1 및 W1인 게이트 전극(23)이 형성되어 있다. 유리 기판(10)과 게이트 전극(23)으로 구성된 구성요소 그룹과, p+층(11), n+층(12) 및 수광부(13)로 구성된 구성요소 사이에는, 게이트 절연막(14)이 형성되어 있다. p+층(11), n+층(12) 및 수광부(13)로 구성된 구성요소 그룹과, 애노드 전극(21) 및 캐소드 전극(22)으로 구성되는 구성요소 그룹 사이에는, 층간 절연막(15)이 형성되어 있다. 애노드 전극(21)은 배선층(251)과 전기적으로 접속되고, 캐소드 전극(22)은 배선층(252)과 전기적으로 접속되어 있다.The light receiving
유리 기판(10)은, 광투과성을 가지는 투명 기판이다. 유리 기판(10)을 사용하는 대신에, 플라스틱, 석영, 또는 산화 알루미늄과 같은 투명(광투과성) 재료를 사용하여 기판을 구성할 수도 있다.The
게이트 절연막(14) 및 층간 절연막(15)은 질화 실리콘(SiN)이나 산화 실리콘(SiO)과 같은 절연성 재료로 구성되어 있다. 이들 막은 단일층을 증착(depositing)하여 형성될 수도, 또는 복수의 재료를 사용하여 혼합층로서 형성될 수도 있다.The
p+층(11)은 게이트 절연막(14) 상에 수광부(13)와 접하여 형성되어 있고, p형 불순물이 고농도로 도핑된 p형 반도체로 구성되어 있다. p형 불순물은, 예를 들면, 붕소(boron)이다. p형 반도체는, 예를 들면, 결정질 반도체(crystalline semiconductor)인 것이 바람직하다. 그 이유는, 결정질 반도체가 높은 캐리어 이동도를 제공할 수 있기 때문이다. 결정질 반도체의 예에는, 다결정 실리콘(폴리실리콘)이 포함된다. 다결정 실리콘으로 구성된 p+층(11)은, 예를 들면, 비결정질 실리콘(비정질 실리콘, amorphous silicon)을 CVD(Chemical Vapor Deposition)법 에 의해 증착하고, 엑시머 레이저와 같은 레이저광을 조사하여, 용융 고체화하여 형성할 수 있다. 그러므로, 수광 소자(1)는 TFT 등으로 구성된 구동 회로와 함께 동일 기판 위에 제조될 수 있으므로, 후술하는 표시 장치는 수광 소자(1)를 포함하는 것이 바람직하다.The p +
n+층(12)은 게이트 절연막(14) 상에 수광부(13)와 접하여 형성되어 있고, n형 불순물이 고농도로 도핑된 n형 반도체로 구성되어 있다. n형 불순물은, 예를 들면, 인(phosphorus)이다. n형 반도체는, 예를 들면, 결정질 반도체인 것이 바람직하다. 그 이유는, p형 반도체와 마찬가지로, 높은 캐리어 이동도를 얻을 수 있기 때문이다. 결정질 반도체의 예에는, 결정 실리콘이 포함된다. 다결정 실리콘으로 구성된 n+층(12)은, 예를 들면, p+층(11)과 마찬가지의 제조 방법에 의해 형성할 수 있으므로 바람직하다.The n +
수광부(13)는 수광 소자(1)의 수광 영역이고, p+층(11) 및 n+층(12) 사이의 게이트 절연막(14)의 상에, 이들 층과 접하여 형성되어 있다. 수광부(13)는 n+ 층(12)의 불순물 농도보다 낮은 불순물(n형 불순물) 농도(예컨대, 약 1×1017∼5×1018(atm/cm3) 범위)가 되도록 형성된 중간 반도체 영역(n-층)이다. 수광부(13)는 비단결정 반도체층을 포함할 수 있다. 비단결정 반도체층의 재료의 예에는, 비정질 실리콘, 미결정 실리콘(microcrystalline silicon) 또는 다결정 실리콘이 포함된다.The
비단결정 반도체층의 두께는 가능한 한 두꺼운 것이 바람직하고, 예를 들면, 약 30∼ 60nm 범위의 두께가 바람직하다. 그 이유는, 두께가 이 범위보다 얇은 경우에는 수광부(13)에 발생하는 광전류의 감소를 초래하고, 두께가 이 범위보다 두꺼운 경우에는 누설 전류의 증가를 초래하기 때문이다. 다결정 실리콘의 결정 입자 크기는 약 50nm∼1μm 범위 내인 것이 바람직하다. 전술한 레이저 조사를 이용하는 대신에 CVD법에 의해 형성된 미결정 실리콘을 사용하는 경우에는, 결정 입자 크기는 약 10∼100nm 범위 내인 것이 바람직하다.The thickness of the non-single crystal semiconductor layer is preferably as large as possible, and for example, a thickness in the range of about 30 to 60 nm is preferable. The reason is that if the thickness is thinner than this range, the photocurrent generated in the
애노드 전극(21)은 p+층(11)과 전기적으로 접속되어 있고, 도전성의 재료로 구성되어 있다.The
캐소드 전극(22)은 n+층(12)과 전기적으로 접속되어 있고, 애노드 전극(21)과 마찬가지로 도전성의 재료에 의해 구성되어 있다.The
게이트 전극(23)은 게이트 절연막(14)을 매개로 하여 수광부(13)에 대향하는 영역에 형성되어 있다. 게이트 전극(23)은, 전압을 인가함으로써, 수광부(13)에 광이 조사된 때 발생하는 광전류를 제어할 수 있는 제어 전극으로서 기능한다. 본 실시예에서는, 수광부(13)에서의 불순물(n형 불순물)의 도전형이 n형이고, 게이트 전극(23)에 인가되는 전압이 부전위이다.The
(수광 소자의 작용 및 효과)(Function and effect of light receiving element)
도 1 및 도 2에 더하여 도 3∼도 8을 참조하여, 본 실시예의 수광 소자(1)의 작용 및 효과를, 비교예와 비교하여 이하에 상세하게 설명한다.With reference to Figs. 3 to 8 in addition to Figs. 1 and 2, the operation and effect of the
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여, 수광 소자(1)의 기본적인 작용을 이하에 설명한다. 수광 소자(1)에서는, 수광부(13)에 광이 조사되면(수광부(13)에 광이 입사하면), 입사 광량에 따라 수광부(13)에서 광전류가 생성되어 p+층(11)과 n+층(12) 사이에 흘러서, 수광 소자(10)가 수광 소자로서 기능하게 한다.First, referring to Fig. 1 and Fig. 2, the basic operation of the
다음에, 도 3∼도 8을 참조하여, 수광 소자(1)의 특징적인 작용 및 효과에 대하여, 비교예와 비교하여 이하에 설명한다. 도 3은 비교예에 따른 수광 소자(수광 소자(100))의 평면 구성을 나타낸다. 도 4는, 도 3의 III-III선을 따른 수광 소자(1)의 단면 구성을 나타낸다.Next, the characteristic actions and effects of the light-receiving
비교예의 수광 소자(100)에서는, 본 실시예의 수광 소자(1)와는 달리, 게이트 전극(23)에 인가되는 전압이 부전위이다. 또한, 수광부(103)에서의 불순물(p형 불순물)의 도전형이 p형이거나, 또는 수광부(103)이 진성층(intrinsic layer)(I층)이다.In the
이 구성에 의해, 수광부(103)에서의 불순물(p형 불순물)의 도전형이 p형인 경우, 수광 소자(100)에 광이 조사된 때, 수광 소자(100)의 중간 반도체 영역으로서의 수광부(103)에는 공핍층이 생성되지 않으므로, 광전류도 생성되지 않는다. 수광부(103)가 진성층(I층)인 경우에는, 중간 반도체 영역으로서의 수광부(103) 내의 재결합 중심의 수가 많아진다. 그러므로, 수광부(103)에서 생성된 전자-정공 쌍이 긴 L 길이를 이동하는 상황에서는, 이 전자-정공 쌍이 재결합 중심에 용이하게 포획되므로, 광전류의 생성에 기여하지 않는다. 따라서, 게이트 전극(23)의 L 길이(L1)을 증가시켜 수광부(103)의 L 길이를 증가시키는 경우, 예를 들면, 도 5에서 도면부호 G100의 점선 곡선으로 나타낸 바와 같이, L 길이가 어느 정도의 길이(L1 = 약 10μm)까지 증가하면, 광전류가 포화된다.With this configuration, when the conductive type of the impurity (p-type impurity) in the
이에 대하여, 본 실시예의 수광 소자(1)에서는, 수광부(13)에서의 불순물(n형 불순물)의 도전형이 n형이고, 게이트 전극(23)에 인가되는 전압이 부전위이다. 이것에 의해, 수광부(13)에 광이 조사된 때, 중간 반도체 영역으로서의 수광부(13)는, 수광 소자(1)의 두께 방향을 따라 p-i-n 구조를 가진다. 그러므로, 공핍층 내에서 생성된 전자-정공 쌍이 신속히 전자와 정공으로 분리된다. 따라서, 재결합 중심에 의해 전자-정공 쌍의 포획 확률이 낮아져, 수광부(13)의 L 길이의 증가는 그에 상응하는 광전류의 증가에 기여한다(광전류의 생성을 촉진).In contrast, in the
그 결과, 예를 들면, 도 5에 도면부호 G1의 실선으로 나타낸 바와 같이, L 길이의 증가는 넓은 범위(L1의 범위로서 20∼ 40μm의 범위)로 광전류를 선형적으로 증가시킬 수 있고, 따라서 수광 감도를 충분히 향상시킬 수있다. As a result, for example, as shown by the solid line of G1 in Fig. 5, the increase in L length can linearly increase the photocurrent to a wide range (range of 20 to 40 mu m as a range of L1) The light receiving sensitivity can be sufficiently improved.
또한, 예를 들면 도 6에 나타낸 바와 같이, 가변 전압 전원(V1)을 사용하고, 수광 소자(1)의 애노드 전극(21)과 캐소드 전극(22) 사이에 역바이어스 전압을 인가함으로써, 다음의 특성을 알 수 있다. 구체적으로, 예를 들면, 도 7에 나타낸 바와 같이, 생성되는 광전류의 크기(수광 감도)는, n+층(12)과 게이트 전극(23) 사이의 전압(Vng)(게이트 전압(Vg))과 관련하여 최적인 범위(도 7에서, 최적의 범위는 -6∼-9V이다)가 있다는 것을 알 수 있다.6, by applying a reverse bias voltage between the
또한, L 길이(L1)를 증가시키더라도, 게이트 전극(23)과 p+층(11) 또는 n+층(12) 사이의 오버랩 영역인 기생 용량 발생 영역은 증가하지 않으므로, 수광 소자(1)의 형상의 융통성(flexibility)도 향상된다.The parasitic capacitance generating region which is the overlap region between the
이 경우, 예를 들면, 도 8에 나타낸 바와 같이, 수광부(13)에서의 불순물 농도는, 약 2×1018(atm/cm3) 이하인 것이 바람직하다. 그 이유는, 이 값보다 높은 불순 농도는 게이트 전압(Vg)의 인가 시에 내압(항복 전압)의 급격한 저라를 초래하기 때문이다.In this case, as shown in Fig. 8, for example, the impurity concentration in the
이상과 같이, 본 실시예는 수광부(13)에서의 불순물의 도전형이 n형이고, 게이트 전극(23)에 인가되는 전압이 부전위이다. 따라서, 수광부(13) 내의 공핍층 에서 생성된 전자-정공 쌍이 신속하게 분리되어, 광전류의 발생을 촉진시킬 수 있다. 그러므로, L 길이를 증가시키더라도 광전류가 포화하지 않아(L 길이의 증가는 넓은 범위에서 광전류를 선형적으로 증가시킬 수 있어), 수광 감도를 충분히 향상시킬 수 있다.As described above, in this embodiment, the conductivity type of the impurity in the
(변형예)(Modified example)
이하, 본 발명의 실시예에 대한 변형예를 설명한다. 상기한 실시예에서의 구성요소와 동일한 구성요소에는 동일한 도면부호를 부여하고, 그 설명을 생략한 다.Modifications to the embodiment of the present invention will be described below. The same reference numerals are given to the same constituent elements as those in the above-described embodiment, and a description thereof will be omitted.
[제1 변형예][First Modification]
도 9는 제1 변형예에 따른 수광 소자(수광 소자(1A))의 평면 구성을 나타낸다. 도 10은, 도 9의 IV-IV선을 따른 수광 소자(1A)의 단면 구성을 나타낸다. 수광 소자(1A)에서는, 수광부(13A)에서의 불순물(p형 불순물)의 도전형이 p형이고, 게이트 전극(23)에 인가되는 전압이 정전위이다. 즉, 수광부(13A)가 p-층이다.Fig. 9 shows a planar configuration of the light-receiving element (light-receiving
또한, 이러한 구성의 본 변형예의 수광 소자(1A)에서는, 전술한 실시예와 마찬가지의 작용에 의해, 광전류의 발생을 촉진시킬 수 있고, 수광 감도를 충분히 향상시킬 수 있다.Further, in the
[제2 변형예][Second Modification]
도 11은 제2 변형예에 따른 수광 소자(수광 소자(1B))의 단면 구성을 나타낸 다. 전술한 실시예 및 제1 변형예는, 게이트 전극(23)이 p+층(11), n+층(12) 및 수광부(13) 아래에 형성되어 있는 바텀 게이트형(bottom-gate)의 수광 소자에 관한 것이다. 이에 대하여, 수광 소자(1B)는, 게이트 전극(23B)이 p+층(11), n+층(12) 및 수광부(13) 위에 형성되어 있는 탑 게이트형(top-gate)의 수광 소자이다. 수광 소자(1B)에는, 층간 절연막(161, 162) 및 게이트 절연막(14B)이 형성되어 있다.11 shows a sectional configuration of a light receiving element (light receiving element 1B) according to the second modification. In the above-described embodiment and the first modification, the
수광 소자(1B)에서도, 수광부(13)에서의 불순물(p형 불순물)의 도전형이 p형인 경우에는, 게이트 전극(23B)에 인가되는 전압은 정전위이다. 한편, 수광부(13)에서의 불순물(n형 불순물)의 도전형이 n형인 경우에는, 게이트 전극(23B)에 인가되는 전압은 부전위이다.In the light receiving element 1B, when the conductivity type of the impurity (p-type impurity) in the
이러한 구성의 본 변형예의 수광 소자(1B)에서도, 전술한 실시예 및 제1 변형예와 마찬가지의 작용에 의해, 광전류의 생성을 촉진시킬 수 있고, 수광 감도를 충분히 향상시킬 수 있다.Also in the light receiving element 1B of this modification of this configuration, the generation of the photocurrent can be promoted and the light receiving sensitivity can be sufficiently improved by the action similar to the above-described embodiment and the first modification.
[제3 변형예 및 제4 변형예][Third Modified Example and Fourth Modified Example]
도 12a 및 도 12b는 각각, 제3 변형예 및 제4 변형에 따른 수광 소자(수광 소자(1C, 1D)의 단면 구성을 나타낸다.12A and 12B show sectional configurations of light receiving elements (
수광 소자(1C)에서, 캐소드 전극(22C)은 수광부(13) 중 적어도 일부의 영역을 매개로 통하여 게이트 전극(23)에 대향하는 대향 영역(d12)을 가진다. 또한, 수광부(13)는 n+층(12)의 불순물 농도보다도 불순물(n형 불순물) 농도가 낮아지도록 형성된다(즉, n-층으로서 형성된다). 또한, 광조사 시에, 게이트 전극(23)에는 부전위의 게이트 전압(Vg)가 인가된다.In the
수광 소자(1D)에서, 애노드 전극(21D)은 수광부(13A) 중 적어도 일부의 영역을 매개로 하여 게이트 전극(23)에 대향하는 대향 영역(d11)을 가진다. 또한, 수광부(13A)는 p+층(11)의 불순물 농도보다도 불순물(p형 불순물) 농도가 낮아지도록 형성된다(즉, p-층으로서 형성된다). 광조사 시에, 게이트 전극(23)에는 정전위의 게이트 전압(Vg)가 인가된다.In the
이러한 구성에 이해, 제3 변형예 및 제4 변형에 따른 수광 소자(1C, 1D)에는 다음과 같은 이점을 얻을 수 있다. 구체적으로, 도 13에 나타낸 수광 소자(1C)에서는, 게이트 전극(23)에 음의 전압을 인가한 경우, 캐소드 전극(22C)의 대향 영역(d12)에 인가된 전압에 의해, 후방 채널(back-channel) 측이 음전극(negarive electrode) 측으로 한없이 들여 올려지는 것이 방지된다. 그러므로, n-층인 수광부(13)에서 p형 영역으로 바뀌는 영역(13P)의 생성이 억제된다. 이로써, 수광부(13)에서 p형 영역으로 바뀐 영역(13P)과 n+층(12) 사이에 생성되는 전계가 완화되어, 항복 현상(breakdown phenomenon)이 거의 발생하지 않는다. 그러므로, 제조 수율도 향상킬 수 있다. 또한, 수광 소자(1D)에서도 마찬가지의 작용에 의해 마찬가지의 유리한 효과를 얻을 수 있다.The following advantages can be obtained in the
[제5 변형예 및 제6 실시예][Fifth Modified Example and Sixth Embodiment]
도 14a 및 도 14b는 각각, 제5 변형예 및 제6 실시예에 따른 수광 소자(수광 소자(1E, 1F))의 단면 구성을 나타낸다. 이들 수광 소자(1E, 1F)는, 제3 변형예 및 제4 변형예에서 설명한 대향 영역과 마찬가지의 대향 영역이 제공되는, 탑 게이트형의 수광 소자이다.Figs. 14A and 14B show sectional configurations of the light receiving elements (
수광 소자(1E)에서, 콘택트부(244)를 통하여 캐소드 전극(22E)에 전기적으로 접속된 전극(262)은, 수광부(13)의 적어도 일부의 영역을 매개로 하여 게이트 전극(23B)에 대향하는 대향 영역(d22)을 가진다. 또한, 수광 소자(1F)에서, 콘택트부(243)을 통하여 애노드 전극(21F)에 전기적으로 접속된 전극(261)은, 수광부(13A)의 적어도 일부의 영역을 매개하여 게이트 전극(23B)에 대향하는 대향 영역(d21)을 가진다.The
이러한 구성의 제5 변형예 및 제6 실시예에 따른 수광 소자(1E, 1F)에서도, 제3 변형예 및 제4 변형예와 마찬가지의 작용에 의해, 항복 현상이 거의 발생하기 않아, 제조 수율을 향상시킬 수 있다.In the
[제7 변형예][Seventh Modification]
도 15는 제7 변형예에 따른 수광 소자(수광 소자(1G))의 평면 구성을 나타낸다. 도 16은, 도 15의 V-V선을 따른 수광 소자(1G)의 단면 구성을 나타낸다.Fig. 15 shows a planar configuration of a light-receiving element (light-receiving
본 변형예의 수광 소자(1G)에서, 수광부(13)는 n+층(12)의 불순물 농도보다도 불순물(n형 불순물) 농도가 낮아지도록 형성된다(즉, n-층으로서 형성된다). 광조사 시에, 게이트 전극(23)에는 부전위의 게이트 전압(Vg)이 인가된다.In the
또한, 수광 소자(1G)에서, 수광부(13)(n-층)와 n+층(12)의 경계부(Bn)는, 게이트 전극(23)의 n+층(12)에 가까운 단부(En)보다 n+층(12)의 반대측 단부에 더 가까이(즉, 외측에 더 가까이) 위치되어 있다. 이 경계부(Bn)는 단부(En) 위에 위치될 수도 있다.In addition, in the
이 구조는, 나중에 설명할, 내압에 관련된 문제를 회피하기 위한 것이다. 구체적으로, 수광부(13)(n-층)에서의 불순물의 도전형이 n형이고, 게이트 전극(23)에 인가되는 전압(Vg)이 부전위인 경우에, 게이트 전압(Vg)이 일정 전압을 넘으면, n+층(12)과 수광부(13)(n-층) 사이의 내압에 문제가 생긴다.This structure is intended to avoid problems related to the pressure resistance, which will be described later. Specifically, when the impurity type of the impurity in the light receiving portion 13 (n-layer) is n-type and the voltage Vg applied to the
더욱 구체적으로는, 이 경우, 게이트 전극(23) 위의 수광부(13)(n-층)에는 정공이 유도되어, n+층(12)과 수광부(13)(n-층)의 계면(경계부(Bn)) 부근에 p-n 접합(junction)이 형성된다.More specifically, in this case, holes are induced in the light receiving portion 13 (n-layer) on the
여기서, 이 유도된 정공에 의해 형성된 p-n 접합 전역의 p- 영역과 n+ 영역 사이에는 내부 전계가 강하기 때문에, 내압에 관련된 문제가 생긴다.Here, since the internal electric field is strong between the p- region and the n + region in the entire p-n junction formed by the induced holes, there arises a problem related to the breakdown voltage.
그러나, p-n 접합부에, 게이트 전극(23)에 의한 전계의 영향을 쉽게 받지 않 는 n-층을 p- 영역과 n+ 영역 사이에 제공할 수 있으면, p- 영역과 n+ 영역 사이의 내부 전계가 완화되어, 내압이 개선될 수 있다.However, if an n-layer, which is not easily affected by the electric field by the
그러므로, 본 변형예의 수광 소자(1G)에서, 경계부(Bn)는 게이트 전극(23)의 n+층(12)에 가까운 단부(En)보다 n+층(12)의 반대측 단부에 더 가까이(즉, 외측에 더 가까이) 위치되어 있다. 이 구조는 게이트 전극(23)으로부터의 전계의 영향을 감소시킨다. 따라서, n+ 영역과 n- 영역 사이의 전계를 완화함으로써 내압에 관련된 문제를 회피할 수 있고, 수광 소자의 감도를 향상시켜 안정적인 동작을 가능하게 한다.Therefore, in the
도 17은 수광 소자(1G)에서의 게이트 전압(Vgn)과 광전류(Inp)의 관계를 나타낸다. 도 17의 데이터의 조건으로는, Vnp가 6.0V이며, 수광부(13)에서의 불순물 농도가 1×1018(atm/cm3)이다. 도 17의 데이터는 각각의 위치에 대해 경계부(Bn)의 위치를 +1.5μm로부터 -0.25μm까지 변화시킨 것에 기초한다. 도 15에 나타낸 바와 같이, 경계부(Bn)의 위치의 "+" 부호는, 경계부(Bn)가 단부(En)보다 n+층(12)의 반대측 단부에 더 가까이(즉, 외측에 더 가까이) 위치되어 있다는 것을 의미한다. 한편, "-" 부호는, 경계부(Bn)가 단부(En)보다 수광부(13)의 중심에 더 가까이(즉, 내측에 더 가까이) 위치되어 있다는 것을 의미한다. 17 shows the relationship between the gate voltage Vgn and the photocurrent Inp in the light receiving element 1G. 17, Vnp is 6.0 V, and the impurity concentration in the
도 17를 참조하여 -8V의 Vgn이 인가된 때에 얻은 광전류(Inp)에 주목하면, 경계부(Bn)가 단부(En)보다 수광부(13)의 중심에 더 가까이(즉, 내측에 더 가까이) 위치되어 있는 경우, 1.0×10-9.A 이상의 광전류(Inp)가 흘러, 내압에 문제가 있다 는 것을 알 수 있다. 이에 대해, 경계부(Bn)가 단부(En)보다 n+층(12)의 반대측 단부에 더 가까이(즉, 외측에 더 가까이) 위치되어 있는 경우, 내압의 문제는 생기지 않는다.17, attention is focused on the photocurrent Inp obtained when Vgn of -8 V is applied. When the boundary Bn is closer to the center of the
도 18은 수광 소자(1G)에서의 수광부(13)의 불순물 농도와 광전류(Inp)의 관계를 나타낸다. 도 18의 데이터의 조건으로는, 게이트 전압(Vgn)이 -8V이고, 경계부(Bn)의 위치가 0.0μm이다(즉, 단부(En) 위에 위치되어 있다).18 shows the relationship between the impurity concentration of the light-receiving
도 18은, 불순물의 도전형이 n형의 경우에, 불순물 농도가 2×1018(atm/cm3)이하여야 한다는 것을 알 수 있다.Fig. 18 shows that, when the conductivity type of the impurity is n-type, the impurity concentration should be 2 x 10 18 (atm / cm 3 ) or less.
[제8 변형예][Modification 8]
도 19는 제8 변형예에 따른 수광 소자(수광 소자(1H))의 평면 구성을 나타낸다. 도 20은, 도 19의 VI-VI선을 따른 수광 소자(1H)의 단면 구성을 나타낸다.Fig. 19 shows a planar configuration of a light-receiving element (light-receiving
본 변형예의 수광 소자(1H)에서, 수광부(13A)는 p+층(11)의 불순물 농도보다 불순물(p형 불순물) 농도가 낮아지도록 형성된다(즉, p-층으로서 형성된다). 또한, 광조사 시에, 게이트 전극(23)에는 정전위의 게이트 전압(Vg)이 인가된다.In the
또한, 이 수광 소자(1H)에서, 수광부(13A)(p-층)와 p+층(11)의 경계부(Bp)는, 게이트 전극(23)의 p+층(11)에 가까운 단부(Ep)보다, 경계부(Bp)에 대해 반대측의 p+층(11)의 단부에 더 가까이(즉, 외측에 더 가까이) 위치되어 있다. 이 경계부(Bp)는 단부(Ep) 위에 위치될 수도 있다.In this
이 구조는, 제7 변형예의 수광 소자(1G)와 마찬가지로, 제7 변형예에서 설명 한 내압의 문제를 회피하기 위한 것이다.This structure is for avoiding the problem of the withstand voltage described in the seventh modification, similarly to the
그러므로, 본 변형예의 수광 소자(1H)에서, 경계부(Bp)가 게이트 전극(23)의 p+층(11)에 가까운 단부(Ep)보다도 p+층(11)의 반대측 단부에 더 가까이 위치되어 있다. 이 구조는 게이트 전극(23)으로부터의 전계의 영향을 감소시킨다. 따라서, p+ 영역과 p- 영역 사이의 전계를 완화함으로써 내압에 관련된 문제를 회피할 수 있고, 수광 소자의 감도를 향상시켜 안정적인 동작을 가능하게 한다.Therefore, in the
도 21은 수광 소자(1H)에서의 게이트 전압(Vgn)와 광전류(Inp)의 관계를 나타낸다. 도 21의 데이터의 조건으로는, Vnp는 6.0V이고, 수광부(13A)에서의 불순물 농도는 1×1018(atm/cm3)이다. 도 21의 데이터는 각각의 위치에 대해 경계부(Bp)의 위치를 +1.5μm로부터 -0.25μm까지 변화시킨 것에 기초한다. 도 19에 나타낸 바와 같이, 경계부(Bp)의 위치의 "+" 부호는, 경계부(Bp)가 단부(Ep)보다 p+층(11)의 반대측 단부에 더 가까이(즉, 외측에 더 가까이) 위치되어 있다는 것을 의미한다. 한편, "-" 부호는, 경계부(Bp)가 단부(Ep)보다 수광부(13A)(p-층)의 중심에 더 가까이(즉, 내측에 더 가까이) 위치되어 있다 것을 의미한다.21 shows the relationship between the gate voltage Vgn and the photocurrent Inp in the light receiving element 1H. 21, Vnp is 6.0 V, and the impurity concentration in the
도 21을 참조하여 2V의 Vgn이 인가된 때에 얻은 광전류(Inp)에 주목하면, 경계부(Bp)가 단부(Ep)보다 수광부(13A)(p-층)의 중심에 더 가까이(즉, 내측에 더 가까이) 위치되어 있는 경우에는, 1.0×10-9.A 이상의 광전류(Inp)가 흘러, 내압에 문제가 있다는 것을 알 수 있다. 이에 대해, 경계부(Bp)가 단부(Ep)보다, p+층(11)의 반대측 단부에 더 가까이 위치되어 있는 경우에는, 내압의 문제는 생기지 않는 다.Referring to FIG. 21, attention is focused on the photocurrent Inp obtained when 2 V of Vgn is applied. The boundary Bp is closer to the center of the
또한, 도 22는 수광 소자(1H)에서의 수광부(13A)의 불순물 농도와 광전류(Inp)의 관계를 나타낸다. 도 22의 데이터의 조건으로는, 게이트 전압(Vgn)이 8V이고, 경계부(Bp)의 위치는 0.0μm이다(즉, 경계부(Bp)는 단부(Ep) 위에 위치되어 있다).22 shows the relationship between the impurity concentration of the light-receiving
도 22는 불순물의 도전형이 p형의 경우에, 불순물 농도가 2×1018(atm/cm3)이하여야 한다는 것을 알 수 있다.22 shows that when the conductivity type of the impurity is p-type, the impurity concentration should be 2 x 10 18 (atm / cm 3 ) or less.
[제9 변형예][Ninth Modified Example]
도 23은 제9 변형예에 따른 수광 소자의 회로 구성을 나타낸다. 본 변형예의 수광 소자의 회로는, 2개의 수광 소자(1a, 1b)(각각, 전술한 수광 소자(1) 또는 다른 수광 소자로 구성됨)로 구성되어 있다. 구체적으로는, 전원(VDD)와 접지(GND ) 사이에, 서로 직렬 접속된 2개의 수광 소자(1a, 1b)가 배치되어 있다.23 shows a circuit configuration of the light receiving element according to the ninth modification. The circuit of the light-receiving element of this modification is composed of two light-receiving
수광 소자(1a)의 경우, 캐소드 전극(22)이 전원(VDD)에 접속되고, 애노드 전극(21)이 단자(B) 및 출력 단자(OUTPUT)에 접속되며, 게이트 전극(23)이 단자(A)에 접속되어 있다. 수광 소자(1b)의 경우, 캐소드 전극(22)이 단자(B) 및 출력 단자(OUTPUT)에 접속되고, 애노드 전극(21)이 접지(GND)에 접속되며, 게이트 전극(23)이 단자(C)에 접속되어 있다.In the case of the
수광 소자(1b)는 환경 외란(environmental disturbance)을 보상하기 위하여, 블랙 매트릭스(BM) 아래(블랙 매트릭스(BM)의 형성 영역 내)에 배치되어 있다. 한 편, 수광 소자(1a)는 조도를 측정할 수 있도록 블랙 매트릭스(BM)의 형성 영역 이외의 부분에 배치되어 있다.The
수광 소자(1a, 1b)의 수광부(13)에는, p형 영역이 될 수 있도록 붕소가 이온 주입되어 있다. 이 붕소의 농도는, 내압의 제한으로, 2×1018(atm/cm3) 이하이어야 하며, 1. 5×1016∼ 3.5×1017(atm/cm3) 범위의 농도인 것이 바람직하다.Boron is ion-implanted into the p-type region of the
도 23에 나타낸, 단자(A, B, C)의 전위(VA, VB, VC), 전원(VDD) 및 접지(GND)는 이하의 식 (1)을 충족시키도록 설계되는 것이 바람직하다. 그 이유는, It is desirable that the potentials VA, VB, and VC of the terminals A, B, and C, the power supply VDD, and the ground GND shown in FIG. 23 are designed to satisfy the following formula (1). The reason is that,
식 (1)을 충족시키면 안정적인 광전류의 출력을 가능하게 하기 때문이다.This is because satisfying equation (1) enables stable output of photocurrent.
GND<VC<VB<VA<VDD ...(1)GND <VC <VB <VA <VDD (1)
이상으로 본 발명의 실시예 및 그 변형예에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이 실시예 등에 한정되지 않으며, 각종의 변형이 가능하다.The embodiments of the present invention and modifications thereof have been described above. However, the present invention is not limited to this embodiment and the like, and various modifications are possible.
예를 들면, 실시예에서 설명한, 캐소드 전극 또는 이 캐소드 전극과 전기적으로 접속된 전극, 및 애노드 전극 또는 이 애노드 전극과 전기적으로 접속된 전극의 적어도 대향 영역(대향 영역(d11, d12, d21, d22))은, 산화 인듐 주석(indium tin oxide, ITO)와 같은 투명 재료로 구성된 투명 전극인 것이 바람직하다. 이 구성은 수광부에 대한 광의 입사 효율을 향상시키므로, 수광 감도를 더욱 향상시킬 수 있다.For example, the cathode electrode or the electrode electrically connected to the cathode electrode and the anode electrode or the electrode electrically connected to the anode electrode described in the embodiment (at least the opposed regions d11, d12, d21, d22 ) Is preferably a transparent electrode made of a transparent material such as indium tin oxide (ITO). This configuration improves the incident efficiency of light with respect to the light receiving portion, so that the light receiving sensitivity can be further improved.
본 발명의 효과는 가시광에 대한 효과로 한정되는 것이 아니고, 비가시광(예컨대, X선, 전자선, 자외광, 적외광)에 대해서도 효과를 얻을 수 있다. 특히, 반 도체층의 밴드갭 근방의 광에 대하여 본 발명을 사용하면, 효과적인 수광 소자를 얻을 수 있다.The effect of the present invention is not limited to the effect on visible light, but effects can be obtained on non-visible light (e.g., X-rays, electron beams, ultraviolet light, infrared light). Particularly, when the present invention is used for light in the vicinity of the band gap of the semi-conductor layer, an effective light receiving element can be obtained.
또한, 본 발명의 실시예에서는, 주로 실리콘 박막을 반도체층으로서 사용하지만, 전계에 의해 제어 가능한 반도체 재료이면 어떠한 재료도 반도체층에 사용될 수있다. 다른 재료의 예에는, SiGe, Ge, Se, 유기 반도체막, 산화물 반도체막 등이 포함된다.Further, in the embodiment of the present invention, a silicon thin film is mainly used as a semiconductor layer, but any material can be used for the semiconductor layer as long as it is a semiconductor material which can be controlled by an electric field. Examples of other materials include SiGe, Ge, Se, an organic semiconductor film, an oxide semiconductor film, and the like.
본 발명의 실시예에 따른 수광 소자는, 예를 들면, 도 24∼도 27에 나타낸 액정 표시 장치(4) 및 유기 EL 표시 장치(5)와 같이, 표시 소자 및 수광 소자를 포함하는 표시 장치에 적용될 수 있다. 이로써, 외부로부터의 환경광 및 표시 유닛(48) 등으로부터의 표시광을 수광할 수 있고, 표시 데이터, 백라이트의 광량 등을 제어할 수 있으며, 터치 패널 기능, 지문 입력 기능, 스캐너 기능 등을 가지는 다기능 디스플레이로서 기능하게 된다. 구체적으로는, 도 24에 나타낸 액정 표시 장치(4)는, 전술한 실시예 등에서 설명한 수광 소자(1) 등, N형 TFT(3N), 및 P형 TFT(3P)을 포함한다. N형 TFT(3N)는 소스 전극(3N21), 드레인 전극(3N22), 게이트 전극(3N231, 3N232), 채널층(3N131, 3N132), n+층(3N12), 및 LDD(Lightly Doped Drain)층(3N14)를 가진다. P형 TFT(3P)는 소스 전극(3P22), 드레인 전극(3P21), 게이트 전극(3P23), 채널층(3P13) 및 p+층(3P11)을 가진다. 액정 표시 장치(4)는 또한 평탄화막(41), 화소 전극(421), 공통 전극(422), 액정층(43), 스페이서(44), 오버코트층(45), 블랙 매트릭스층(46), 컬러 필터층(47), 및 유리 기판(40)을 포함한다. 또한, 표시 유닛(48) 내의 각 화소(49)에는, 예를 들면, 도 25에 나타낸 바 와 같이, 데이터선(DL), 게이트선(G11∼GL3), 전원선(VDD), 접지선(GND), 공통선(COM), 판독선(RL), 액정 소자(LC), 수광 소자(1), 화소 선택용 TFT 소자(SW1, SW3), 용량 소자(C1), 및 소스 폴로어 소자(SF)를 가지는 화소 회로가 형성되어 있다. 또한, 도 26에 나타낸 유기 EL 표시 장치(5)는, 전술한 실시예에 등에 따른 수광 소자(1) 등, N형 TFT(3N), P형 TFT(3P), 평탄화막(51), 애노드 전극(521), 캐소드 전극(522), 발광층(53), 수지층(54), 오버코트층(55), 블랙 매트릭스층(56), 컬러 필터층(57), 및 유리 기판(50)을 포함한다. 수광 소자(1) 등의 위치는, 화소(49) 내에 한정되지 않으며, 수광 소자(1) 등은 예를 들면, 도 27에 나타낸 액정 표시 장치(4A)와 같이, 표시 유닛(48)의 주변 영역에 제공될 수도 있다.The light-receiving element according to the embodiment of the present invention can be applied to a display device including a display element and a light-receiving element, such as the liquid
또한, 전술한 실시예 등에 따른 구성 등을 상호 조합할 수도 있다.The configurations and the like according to the above-described embodiments and the like may be combined with each other.
해당 기술분야의 당업자는, 첨부된 청구항의 범위 또는 그와 동등한 범위 내에 있는 한 설계 요건 및 기타 인자에 따라 본 발명에 대한 다양한 변형, 조합, 부조합 및 변경 가능하다는 것을 알아야 한다.Those skilled in the art will appreciate that various modifications, combinations, subcombinations, and alterations of the present invention are possible in accordance with design requirements and other factors as long as they are within the scope of the appended claims or their equivalents.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수광 소자의 구성을 나타낸 평면도이다.1 is a plan view showing a configuration of a light receiving element according to an embodiment of the present invention.
도 2는, 도 1에 나타낸 수광 소자의 구성을 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing the configuration of the light-receiving element shown in Fig.
도 3은 비교예에 따른 수광 소자의 구성을 나타낸 평면도이다.3 is a plan view showing a configuration of a light receiving element according to a comparative example.
도 4는, 도 3에 나타낸 비교예에 따른 수광 소자의 구성을 나타낸 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing a configuration of a light receiving element according to a comparative example shown in Fig.
도 5는, 도 1 및 도 3에 나타낸 수광 소자에서의 게이트 전극의 L 길이와 광전류의 관계를 나타낸 특성도이다.Fig. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the length L of the gate electrode and the photocurrent in the light-receiving element shown in Figs. 1 and 3. Fig.
도 6은, 도 1에 나타낸 수광 소자의 수광 특성을 측정하는 데 사용된 회로를 설명하기 위한 회로도이다.Fig. 6 is a circuit diagram for explaining a circuit used for measuring light-receiving characteristics of the light-receiving element shown in Fig.
도 7은, 도 1에 나타낸 수광 소자에서의 게이트 전압과 광전류의 관계를 나타낸 특성도이다.7 is a characteristic diagram showing the relationship between the gate voltage and the photocurrent in the light receiving element shown in Fig.
도 8은, 도 1에 나타낸 수광 소자에서의 수광부의 불순물 농도와 항복 전압의 관계를 나타내는 특성도이다.Fig. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the impurity concentration and the breakdown voltage of the light-receiving unit in the light-receiving element shown in Fig.
도 9는 본 발명의 실시예의 제1 변형예에 따른 수광 소자의 구성을 나타낸 평면도이다.9 is a plan view showing a configuration of a light receiving element according to a first modification of the embodiment of the present invention.
도 10은, 도 9에 나타낸 제1 변형예에 따른 수광 소자의 구성을 나타낸 단면도이다.10 is a cross-sectional view showing a configuration of a light receiving element according to the first modification shown in Fig.
도 11은 본 발명의 실시예의 제2 변형예에 따른 수광 소자의 구성을 나타낸 단면도이다.11 is a cross-sectional view showing a configuration of a light receiving element according to a second modification of the embodiment of the present invention.
도 12a 및 도 12b는 각각 본 발명의 실시예의 제3 변형예 및 제4 변형예에 따른 수광 소자의 구성을 나타낸 단면도이다.12A and 12B are cross-sectional views showing the configuration of the light receiving element according to the third and fourth modifications of the embodiment of the present invention, respectively.
도 13은, 도 12a에 나타낸 제3 변형예에 따른 수광 소자의 특징적인 작용을 설명하기 위한 단면도이다.13 is a cross-sectional view for explaining a characteristic operation of the light receiving element according to the third modification shown in Fig. 12A.
도 14a 및 도 14b는 각각 본 발명의 실시예의 제5 변형예 및 제6 변형예에 따른 수광 소자의 구성을 나타낸 단면도이다.Figs. 14A and 14B are cross-sectional views showing the configuration of the light receiving element according to the fifth and sixth modifications of the embodiment of the present invention, respectively.
도 15는 본 발명의 실시예의 제7 변형예에 따른 수광 소자의 구성을 나타낸 평면도이다.15 is a plan view showing a configuration of a light receiving element according to a seventh modification of the embodiment of the present invention.
도 16은, 도 15에 나타낸 제7 변형예에 따른 수광 소자의 구성을 나타낸 단면도이다.16 is a cross-sectional view showing a configuration of a light receiving element according to a seventh modification shown in Fig.
도 17은, 도 15에 나타낸 제7 변형예에 따른 수광 소자에서의 게이트 전압과 광전류의 관계를 나타내는 특성도이다.17 is a characteristic diagram showing the relationship between the gate voltage and the photocurrent in the light receiving element according to the seventh modification shown in Fig.
도 18은, 도 15에 나타낸 제7 변형예에 따른 수광 소자에서의 수광부의 불순물 농도와 광전류의 관계를 나타내는 특성도이다.Fig. 18 is a characteristic diagram showing the relationship between the impurity concentration and the photocurrent of the light-receiving unit in the light-receiving element according to the seventh modification shown in Fig. 15. Fig.
도 19는 본 발명의 실시예의 제8 변형예에 따른 수광 소자의 구성을 나타낸 평면도이다.19 is a plan view showing a configuration of a light receiving element according to an eighth modification of the embodiment of the present invention.
도 20은, 도 19에 나타낸 제8 변형예에 따른 수광 소자의 구성을 나타낸 단면도이다.20 is a cross-sectional view showing a configuration of a light receiving element according to an eighth modification shown in Fig.
도 21은, 도 19에 나타낸 제8 변형예에 따른 수광 소자에서의 게이트 전압과 광전류의 관계를 나타내는 특성도이다.21 is a characteristic diagram showing the relationship between the gate voltage and the photocurrent in the light receiving element according to the eighth modification shown in Fig.
도 22는, 도 19에 나타낸 제8 변형예에 따른 수광 소자에서의 수광부의 불순물 농도와 광전류의 관계를 나타내는 특성도이다.22 is a characteristic diagram showing the relationship between the impurity concentration and the photoelectric current of the light receiving section in the light receiving element according to the eighth modification shown in Fig.
도 23은 본 발명의 실시예의 제9 변형예에 따른 수광 소자의 구성을 나타낸 회로도이다.23 is a circuit diagram showing a configuration of a light receiving element according to a ninth modification of the embodiment of the present invention.
도 24는, 도 1에 나타낸 수광 소자를 포함하는 액정 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.24 is a cross-sectional view showing an example of a liquid crystal display device including the light receiving element shown in Fig.
도 25는, 도 24에 나타낸 액정 표시 장치에서의 화소 회로의 일례를 나타낸 평면도 및 회로도이다.25 is a plan view and a circuit diagram showing an example of a pixel circuit in the liquid crystal display device shown in Fig.
도 26은, 도 1에 나타낸 수광 소자를 포함하는 유기 EL 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.26 is a cross-sectional view showing an example of an organic EL display device including the light receiving element shown in Fig.
도 27은, 도 1에 나타낸 수광 소자를 포함하는 액정 표시 장치의 다른 예를 나타낸 평면도이다.27 is a plan view showing another example of the liquid crystal display device including the light receiving element shown in Fig.
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Legal Events
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