半導(dǎo)體裝置及其驅(qū)動方法
【專利說明】半導(dǎo)體裝置及其驅(qū)動方法
[0001]本申請是申請日為2011年1月12日、申請?zhí)枮椤?01180009189.5”、發(fā)明名稱為
“半導(dǎo)體裝置及其驅(qū)動方法”的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及包括光電傳感器的半導(dǎo)體裝置及其驅(qū)動方法。本發(fā)明還涉及其中以矩陣設(shè)置光電傳感器的半導(dǎo)體裝置及其驅(qū)動方法。進一步，本發(fā)明涉及包括光電傳感器的顯示裝置及其驅(qū)動方法。本發(fā)明還涉及其中分別包括光電傳感器的像素以矩陣設(shè)置的顯示裝置及其驅(qū)動方法。此外，本發(fā)明涉及包括該顯示裝置或該半導(dǎo)體裝置的電子設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0003]近年來，其上安裝了檢測光的傳感器(也被稱為“光電傳感器”)的顯示裝置已經(jīng)吸引了注意。通過提供具有光電傳感器的顯示裝置，可在顯示屏幕上進行信息的輸入。例如，可給出具有圖像捕捉功能的顯示裝置(例如，見專利文獻1)。
[0004]除了上述顯示裝置外，可給出被用于諸如掃描儀或數(shù)字靜態(tài)照相機之類的電子設(shè)備中所使用的成像設(shè)備作為包括光電傳感器的半導(dǎo)體裝置。
[0005]在諸如上述顯示裝置或成像設(shè)備之類的包括光電傳感器的半導(dǎo)體裝置中，光電傳感器檢測由物體反射的光或從物體發(fā)出的光；因此，半導(dǎo)體裝置可檢測在提供有光電傳感器的區(qū)域附近的物體的存在。
[0006][參考文獻]
[0007][專利文獻]
[0008][專利文獻1]日本公開專利申請N0.2001-292276

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了將所檢測到的物體成像并獲得圖像，在光電傳感器中，光需要被轉(zhuǎn)換為電信號。由于電信號一般是模擬信號，電信號需要由A/D轉(zhuǎn)換器電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。進一步，需要進行根據(jù)光的強度的A/D轉(zhuǎn)換。
[0010]因此，本發(fā)明的實施例的目的在于在光電傳感器中準確地將光轉(zhuǎn)換成電信號。另一個目的是提供用于實現(xiàn)上述目的的具有新穎電路結(jié)構(gòu)的光電傳感器。另一個目的是提供包括該光電傳感器的半導(dǎo)體裝置。
[0011]進一步，另一個目的是提供能以高分辨率成像的光電傳感器。另一個目的是提供包括該光電傳感器的半導(dǎo)體裝置。
[0012]另一個目的是提供包括能對于快速移動的待檢測物體成像的光電傳感器的半導(dǎo)體裝置，且在圖像中沒有模糊點或扭曲。
[0013]進一步，另一個目的是提供包括能以高分辨率低功耗成像的光電傳感器的半導(dǎo)體
目.ο
[0014]本發(fā)明的實施例涉及包括光電傳感器的半導(dǎo)體裝置，該光電傳感器具有光電二極管、第一晶體管、和第二晶體管。光電二極管具有根據(jù)光的強度產(chǎn)生電信號的功能。第一晶體管具有在第一晶體管的柵極中存儲電荷的功能。第二晶體管具有將光電二極管產(chǎn)生的電信號傳遞至第一晶體管的柵極的功能。第二晶體管具有保持存儲于第一晶體管的柵極中的電荷的功能。
[0015]在上述結(jié)構(gòu)中，第一晶體管具有背柵極。在第一晶體管中，通過改變該背柵極的電位可改變閾值電壓。
[0016]在上述結(jié)構(gòu)中，第一晶體管具有將存儲于柵極中的電荷轉(zhuǎn)換為輸出信號的功能。存儲于第一晶體管的柵極中的電荷被轉(zhuǎn)換為輸出信號且該輸出信號被讀取，藉此可輸出與光的強度一致的電信號。在存儲于該柵極中的電荷被保持的情況下改變第一晶體管的背柵極的電位時，對于存儲于第一晶體管的柵極中的電荷的讀取被執(zhí)行多次。特定地，第一晶體管的背柵極的電位被設(shè)置在第一電位且存儲于第一晶體管的柵極中的電荷被轉(zhuǎn)換為第一輸出信號，且該第一輸出信號被讀取。然后，第一晶體管的背柵極的電位被設(shè)置在第二電位且存儲于第一晶體管的柵極中的電荷被轉(zhuǎn)換為第二輸出信號，且該第二輸出信號被讀取。在其中三次或更多次進行讀取的情況下，可重復(fù)進行上述操作。以此方式，當?shù)谝痪w管的背柵極的電位被改變時，可多次執(zhí)行對存儲于第一晶體管的柵極中的電荷的讀取。
[0017]因此，即使當光強度較高時，可輸出與光強度一致的電信號。進一步，即使當光強度較低時，可輸出與光強度一致的電信號。
[0018]在上述結(jié)構(gòu)中，可使用氧化物半導(dǎo)體層形成至少第二晶體管的溝道形成區(qū)。當與使用硅等的晶體管相比較時，使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管具有極低截止電流的電特性。
[0019]因此，通過在第二晶體管的溝道形成區(qū)中使用氧化物半導(dǎo)體層，存儲于第一晶體管的柵極中的電荷可保持較長時間。相應(yīng)地，在其中多次進行對存儲于第一晶體管的柵極中的電荷的讀取的時間段內(nèi)，存儲于第一晶體管的柵極中的電荷可保持基本不變。
[0020]在上述結(jié)構(gòu)中，半導(dǎo)體裝置包括第三晶體管。該第三晶體管具有控制輸出信號的讀取的功能。
[0021]在上述結(jié)構(gòu)中，半導(dǎo)體裝置包括第四晶體管。該第四晶體管具有控制被用于讀取輸出信號的信號線的電位的功能。特定地，該第四晶體管具有將該信號線的電位設(shè)定在基準電位的功能。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的實施例，可提供包括能輸出與較廣范圍內(nèi)的光強度一致的電信號的光電傳感器的半導(dǎo)體裝置。即，可能在不論強度的情況下，準確地將光轉(zhuǎn)換為電信號。因此，可提供一半導(dǎo)體裝置，該半導(dǎo)體裝置包括能以高分辨率和對于較廣范圍光強度的適用性實現(xiàn)成像功能光電傳感器。
[0023]附圖簡述
[0024]在附圖中:
[0025]圖1是示出半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的示例的圖；
[0026]圖2是示出顯示裝置的結(jié)構(gòu)的示例的圖；
[0027]圖3是示出被包括在顯示裝置中的像素的電路結(jié)構(gòu)的示例的圖；
[0028]圖4是光電傳感器的時序圖的示例；
[0029]圖5是光電傳感器的時序圖的示例；
[0030]圖6是光電傳感器的時序圖的示例；[0031 ] 圖7A到7D是示出光電傳感器的電路結(jié)構(gòu)的示例的圖；
[0032]圖8A到8D是示出被包括于半導(dǎo)體裝置中的晶體管的制造工藝的示例的圖；
[0033]圖9是示出被包括在半導(dǎo)體裝置中的晶體管的結(jié)構(gòu)的示例的圖；和
[0034]圖10是示出晶體管的^^-。特性的示例的圖。
[0035]參考標記說明
[0036]100:顯示裝置，101:像素電路，102:顯示元件控制電路，103:光電傳感器控制電路，104:像素，105:顯示元件，106:光電傳感器，107:顯示元件驅(qū)動電路，108:顯示元件驅(qū)動電路，109:光電傳感器讀取電路，110:光電傳感器驅(qū)動電路，200:預(yù)充電電路，201:晶體管，202:存儲電容器，203:液晶元件，204:光電二極管，205:晶體管，206:晶體管，207:晶體管，208:柵極信號線，209:柵極信號線，210:光電二極管重置信號線，211:柵極信號線，212:視頻數(shù)據(jù)信號線，213:光電傳感器基準信號線，214:光電傳感器輸出信號線，215:柵極信號線，216:晶體管，217:預(yù)充電信號線，218:背柵極信號線，301:信號，302:信號，303:信號，304:信號，305:信號，306:信號，307:信號，400:襯底，402:柵絕緣層，403:保護絕緣層，410:晶體管，411:柵電極層，413:溝道形成區(qū)，416:氧化物絕緣層，420:晶體管，430:氧化物半導(dǎo)體膜，431:氧化物半導(dǎo)體層，441:背柵極，415a:源/漏電極層，415b:源/漏電極層，501:信號，502:信號，503:信號，504:信號，505:信號，506:信號，507:信號，508:信號，509:信號，510:時間段，511:時間段，512:時間段，513:時間段，601:晶體管，801:信號，802:信號，803:信號，804:信號，805:信號，806:信號，807:信號，808:信號，809:信號，810:時間段，811:時間段，812:時間段，813:時間段
【具體實施方式】
[0037]在下文中，將參考附圖詳細描述各個實施例。然而，由于下述實施例可以不同方式實現(xiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員易于理解的是可在不背離本發(fā)明范圍的情況下以各種方式改變實現(xiàn)方式和細節(jié)。因此，本發(fā)明不應(yīng)被解釋為限于以下諸實施例的描述。在用于解釋各實施例的附圖中，相同的附圖標記指示相同的部分或具有類似功能的部分，并且不再重復(fù)其詳細描述。
[0038](實施例1)
[0039]在這個實施例中，參考圖1而描述作為所公開的發(fā)明的實施例的半導(dǎo)體裝置的示例。
[0040]被包括在半導(dǎo)體裝置中的光電二極管106的電路結(jié)構(gòu)的示例被圖示于圖1中。還示出了電連接至光電傳感器106的預(yù)充電電路200的結(jié)構(gòu)的示例。
[0041]光電傳感器106包括光電二極管204、晶體管205、晶體管206、以及晶體管207。
[0042]在光電傳感器106中，光電二極管204的一個電極電連接到光電二極管重置信號線210，且光電二極管204的另一電極電連接到晶體管207的源極和漏極之一。晶體管205的源極和漏極之一電連接到光電傳感器基準信號線213，而晶體管205的源極和漏極中的另一個電連接到晶體管206的源極和漏極之一。晶體管206的柵極電連接到柵極信號線211，而晶體管206的源極和柵極中的另一個電連接到光電傳感器輸出信號線214。晶體管207的柵極電連接至柵極信號線209。晶體管207的源極和漏極中的另一個通過柵極信號線215電連接至晶體管205的柵極。
[0043]晶體管205具有背柵極。背柵極電連接至背柵極信號線218。通過改變施加至背柵極信號線218的電位，可改變晶體管205的背柵極的電位。通過改變背柵極的電位，可改變晶體管205的閾值電壓。晶體管205具有其中層疊了柵極、柵絕緣層、包括溝道形成區(qū)的半導(dǎo)體層、絕緣膜、和背柵極的結(jié)構(gòu)。絕緣膜用作背柵極側(cè)上的柵絕緣層。放置柵極和背柵極以使溝道形成區(qū)被設(shè)置在兩者之間。類似于柵極，可使用導(dǎo)電膜形成背柵極。
[0044]柵極信號線209、光電二極管重置信號線210、和柵極信號線211電連接至光電傳感器驅(qū)動電路。光電傳感器驅(qū)動電路具有如下所述的、在設(shè)置于特定行的光電傳感器106上執(zhí)行重置操作、累積操作、和讀取操作的功能。
[0045]光電傳感器輸出信號線214、光電傳感器基準信號線213、和背柵極信號線218電連接至光電傳感器讀取電路。光電傳感器讀取電路具有從位于選中行的光電傳感器106讀取輸出信號的功能。
[0046]注意，該光電傳感器讀取電路可具有其中作為模擬信號的來自光電傳感器的輸出被0P放大器提取作為至外側(cè)的模擬信號的結(jié)構(gòu)；或者其中通過A/D轉(zhuǎn)換器電路將輸出轉(zhuǎn)換至數(shù)字信號然后被提取至外側(cè)的結(jié)構(gòu)。
[0047]可使用PN二極管、PIN二極管、肖特基二極管、或雪崩二極管作為光電二極管204。在其中使用PN 二極管或PIN 二極管的情況下，可使用其中層疊了具有相應(yīng)的導(dǎo)電類型(P-型導(dǎo)電性和η-型導(dǎo)電性、或p-型導(dǎo)電性、1-型導(dǎo)電性、和η-型導(dǎo)電性)的半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)。可選地，可使用各自具有一導(dǎo)電類型的數(shù)個半導(dǎo)體被放置在共面表面上的結(jié)構(gòu)。包括在光電二極管204中的半導(dǎo)體可以是非晶半導(dǎo)體、微晶半導(dǎo)體、多晶半導(dǎo)體、單晶半導(dǎo)體等。光電二極管具有根據(jù)光的強度產(chǎn)生電信號的功能。由光電二極管所接收的光是由物體所反射的光或從物體發(fā)射出來的光。可使用包括于半導(dǎo)體裝置中的發(fā)光設(shè)備或外部光作為被物體反射的光的光源。
[0048]晶體管207具有控制在光電傳感器上進行的累積操作的功能。S卩，處于導(dǎo)通狀態(tài)的晶體管207具有將由光電二極管204產(chǎn)生的電信號傳遞至晶體管205的柵極的功能。因此，期望的是具有高迀移率的晶體管被用作晶體管207。此外，處于非導(dǎo)通狀態(tài)的晶體管207具有保持存儲于(累積在)晶體管205的柵極中的電荷的功能。因此，期望的是具有極低截止電流的晶體管被用作晶體管207。
[0049]因此，期望的是使用具有極低截止電流和相對較高迀移率的氧化物半導(dǎo)體作為包含在晶體管207的溝道形成區(qū)中的半導(dǎo)體。當與使用硅等的晶體管相比較時，使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管具有極低截止電流的電特性。使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管相比使用非晶硅的晶體管具有更高迀移率的電特性。
[0050]晶體管205具有在柵極中存儲(累積)電荷的功能。通過將存儲在柵極中的電荷轉(zhuǎn)換為輸出信號并從光電傳感器輸出信號線214讀取該輸出信號，由光電傳感器204產(chǎn)生的電信號可被讀取作為輸出信號。在存儲于晶體管205的柵極中的電荷被保持的情況下改變晶體管205的背柵極的電位時，對于存儲于晶體管205的柵極中的電荷的讀取被執(zhí)行多次。
[0051]相應(yīng)地，可提供能輸出與較廣范圍光強度一致的電信號的光電傳感器106。即，可能在不論強度的情況下，準確地將光轉(zhuǎn)換為電