电子电路装置 【技术领域】
本发明涉及到用于光输入的电子电路装置，确切地说是涉及到借助于在诸如由石英、玻璃、塑料之类制成的衬底的透明衬底上制作薄膜晶体管(以下记为TFT)而组成的用于光输入的电子电路装置。而且，本发明还涉及到诸如由这种电子电路装置组成的计算机之类的电子装置。
背景技术
当前，随着电子装置的改善，信息化已经有了进一步进展。这一趋势今后将进一步增强。通常，广泛使用的构成电子装置的电子电路装置，在印刷电路衬底(也称为印刷电路板，以下记为印刷电路衬底)上具有电路。具体地说，诸如铜(Cu)之类的金属被镀敷在由玻璃环氧树脂之类制成的衬底(也称为板)上，然后借助于对其进行腐蚀而形成电子零件的布线。然后，在已经形成了印刷电路衬底之后，利用焊接方法，插入并连接诸如大规模集成电路(以下记为LSI)、电阻、电容器之类的电子零件。这种印刷电路衬底的制造方法是容易的，且被经常采用。
而且，另一方面，从运行速度地观点看，电子装置的性能已经得到了提高，并要求进一步提高运行速度。
下面在图3中将描述常规的电子电路装置。图3所示的常规电子电路装置由电子衬底301、302、以及303构成。借助于在玻璃环氧树脂衬底上对铜箔进行图形化，安置并连接诸如LSI、电阻、电容器之类的电子零件310-320，来制造电子衬底301。用同样的方法来制造电子衬底302和303。而且，电子衬底301还被插入到插座304、305、306中，并经由布线307和308将各个插座彼此连接。布线309则被连接到外部电路。
在如上所述的常规电子电路装置中，存在着下列问题。首先，存在着从安装在电子电路衬底上的LSI等产生强电磁波的情况。而且，还在用来连接各个电子电路衬底的连接线中以及在电子电路衬底上产生强电磁波。存在着这种电磁波对位于电子电路装置外部的其它电子零件(未示出)产生不良影响，引起失效，使性能变坏等问题。当电子电路以更高的速率运行以及电子电路的规模更大时，这些问题已经变得突出。
【发明内容】
本发明的目的是解决诸如由这种电磁波引起的噪声和失效的出现的问题。此外，在常规的电子电路装置中，各个衬底用布线彼此连接；对并行输入信号有限制，信号频率必须设定得高。
为了解决上述问题，在本发明中，用透明衬底(以下记为衬底或透明衬底)来构成形成电子电路装置的电子电路衬底，信号被光输入，光快门和光传感器被提供并安置在透明衬底上，并用光来传输和接收信号，从而防止了不必要的电磁波的出现。而且，借助于提供大量接收光的光传感器和光快门，使得能够进行更多的并行处理。以这种方式，降低了信号频率，从而能够进一步减少电磁波。
本发明的电子电路装置包含多个透明衬底，光传感器和光快门被制作在透明衬底上。光信号从外部被输入到电子电路装置，且此光信号被直接辐射到排列在透明衬底上的光传感器上，或者，此光信号通过透明衬底被传输并输入到排列在其它衬底上的光传感器中。光传感器将此光信号转换成电子信号，从而驱动排列在衬底上的电路。控制信号控制着光快门，光的输入从外部到此光快门进行，以及确定光是通过此光快门透射还是中断，从而取出信号。此控制信号可以是衬底上电路的输出或从其它电路输出的信号。以这种方式，借助于用光信号进行输入或输出，防止了电磁波的不必要出现。
一种具有其上排列光快门和光传感器的电子电路衬底的电子电路装置，其特征在于，电子电路衬底包含透明衬底，电子电路被制作在透明衬底上，此电子电路包括多个层叠的薄膜晶体管(以下记为TFT)，光信号从外部被输入，输入的光信号被输入到光快门或光传感器，光快门控制着光信号的透射或不透射，并利用透明衬底上的光传感器和电子电路，光传感器将光信号转换成电子信号。
一种具有其中多个电子电路衬底被叠加的其中排列光快门和光传感器的结构的电子电路装置，其特征在于，电子电路衬底包含透明衬底，电子电路被制作在透明衬底上，此电子电路包括多个层叠的TFT，光信号从外部被输入，输入的光信号被输入到透明衬底上的光快门或光传感器，光快门控制着光信号的透射或不透射，并利用透明衬底上的光传感器和电子电路，光传感器将光信号转换成电子信号。
一种具有其上排列光快门和多个光传感器的电子电路衬底的电子电路装置，其特征在于，电子电路衬底包含透明衬底，电子电路被制作在透明衬底上，此电子电路包括多个层叠的薄膜晶体管，光信号从外部被输入，输入的光信号被输入到透明衬底上的光快门或光传感器，光快门控制着光信号的透射或不透射，并利用透明衬底上的多个光传感器和电子电路，多个光传感器将光信号转换成电子信号，且光传感器由多个不同的半导体层构成。
一种具有其上排列光快门和多个光传感器的电子电路衬底的电子电路装置，其特征在于，电子电路衬底包含透明衬底，电子电路被制作在透明衬底上，此电子电路包括多个层叠的TFT，光信号从外部被输入，输入的光信号被输入到透明衬底上的光快门或光传感器，光快门控制着光信号的透射或不透射，利用透明衬底上的多个光传感器和电子电路，多个光传感器将光信号转换成电子信号，光传感器由多个不同的半导体层构成，并分别被彼此不同的半导体组成的TFT控制。
上述电子电路装置的构造的特征在于，多个层叠的TFT的最下层的TFT被用热处理方法晶化，而多个层叠的TFT的另一层的TFT借助于辐照激光束而被晶化。
上述电子电路装置的构造的特征在于，多个层叠的TFT被用热处理方法晶化。
上述电子电路装置的构造的特征在于，此热处理是采用金属催化剂的热处理。
上述电子电路装置的构造的特征在于，透明衬底上的光传感器包括非晶硅光电二极管或非晶硅光电晶体管。
上述电子电路装置的构造的特征在于，透明衬底上的光传感器包括多晶硅(p-Si)光电二极管或多晶硅光电晶体管。
上述电子电路装置的构造的特征在于，光快门包括夹在二个透明衬底之间的液晶。
上述电子电路装置的构造的特征在于，偏振片被排列在透明衬底上，且此偏振片仅仅被排列在光快门附近。
在具有多个包含被层叠制作在透明衬底上的多个TFT和多个存储器件的算术和逻辑单元的计算机中，利用被TFT控制的光快门和光传感器来执行各个衬底之间的电子信息交换。
在具有多个包含被层叠制作的多个TFT和多个存储器件的算术和逻辑单元的计算机中，利用被TFT控制的光快门和光传感器来并行执行各个衬底之间的电子信息交换。
【附图说明】
在附图中：
图1示出了本发明的电子电路衬底的构造；
图2示出了本发明的电子电路装置；
图3示出了常规的电子电路装置；
图4是本发明的光传感器部分的电路图；
图5是示意图，示出了本发明的光传感器部分的光电二极管的电压-电流特性；
图6是本发明的光传感器部分和DFF(延迟触发器)的电路图；
图7A-图7F示出了本发明的光传感器部分和DFF(延迟触发器)的时间图；
图8是本发明的光快门部分的电路图；
图9是本发明的光快门部分的电路图；而
图10是本发明的电子电路衬底的剖面图。
【具体实施方式】
[实施方案模式]
下面参照附图来详细地描述本发明的电子电路装置。
图1示出了本发明的构造。在本发明中，电子电路被制作在诸如玻璃衬底、石英衬底、塑料衬底之类的透明衬底上。在图1中，本发明的电子电路装置由二个透明衬底101和102构成，但也可以叠加多个这种电子电路衬底。
光信号从外部光源(未示出)被输入到透明衬底102中。在图1中，光信号被示为由TFT之类构成的透明衬底101电子电路上的束115、116、以及117。在图1中，电子电路由CMOS TFT 104、105、107、108、110、111构成。
下面将描述本发明的信号输入。在本发明中，输入的信号以光信号的显示被输入。在本发明中，输入输出界面由输入区和输出区构成。首先描述光输入区。光信号从外部光源01和02输入。首先，从光源01发射的光信号通过透明衬底102传输，并辐照到排列在透明衬底101上的光传感器112上。光传感器112将光信号转换成电子信号，并将此被转换了的电子信号输出到排列在用来复位的TFT(以下记为复位TFT)103所在的层上的电子电路。从光源02发射的光信号通过透明衬底102传输，并辐照到光传感器113上。光传感器113将光信号转换成电子信号，并将此被转换了的电子信号输出到复位TFT 106所在的层上的电子电路。
以这种方式，从光源01和02输入的光信号被传感器112和113转换成透明衬底上的电子信号。由于消除了常规实施例那样的电子信号被过量降低，故能够消除通常引起麻烦的诸如噪声之类的问题。
下面将描述输出区的构造。输出区是用来将透明衬底上的电子电路的输出取出到外部的一个部分。至于从光源03输入的光信号，利用透明电极114上的被开关TFT 109控制的光快门118，来决定此光信号是否透过。光快门118被排列在透明电极114上的电子电路的信号控制。当光快门118不透过光信号时，光源03的光信号不被传输到外部。而且，当光快门118已经透过光信号时，光源03的光信号就透过透明衬底101，并传输到外部。因此，电子电路的输出变得能够被取出到外部。
如上所述，在本发明中，在各个衬底之间不使用电学布线，而是使用光信号，从而实现输入-输出数据交换。因此，能够解决诸如上述不必要的电磁波引起的噪声之类的问题。
图2所示的是实施方案模式，其中，采用了本发明的多个电子电路衬底；多个光路被排列在包括中心附近区域的整个衬底的大部分表面上。以这种方式，在本发明中，与其中用布线从印刷电路衬底端部取出信号的常规印刷电路衬底不同，只要透光，就有可能从透明衬底上的任何地方输入和输出信号。因此，与常规印刷电路衬底相比，对布线数目的限制变得较少，从而能够并行处理许多信号。
如上所述，当被并行处理的信号的数目增多时，信号的频率能够降低。例如，在每秒传输1亿个数据信息单位的情况下，若传输路径的数目是10，则通过一个传输路径必须传输1千万个数据信息单位，因此，必须使频率为10MHz，但若传输路径的数目为1000，由于通过一个路径仅仅传输10万个数据信息单位，故频率能够降低到100KHz的水平。
以这种方式，由于能够进行许多并行处理，故能够降低频率，并能够进一步降低在常规技术中成为问题的电磁噪声。而且，图2示出了利用本发明来制造由透明算术电路衬底201、透明存储器衬底202、203、204构成的计算机的情况下的实施方案模式。借助于用光信号来进行并行处理，能够简化算术电路与存储器电路之间进行的交换。参考号205、206、207、208是用作光界面的算术电路，它接收光信号，并将其转换成电子信号。参考号209、210、211、212是经由光界面输入的光束。
[实施方案]
下面将描述本发明的实施方案。
[实施方案1]
下面详细地描述光传感器。图4示出了根据本发明的光传感器部分的电路图。在本实施方案中，光传感器由光电二极管构成。下面参照图4来描述光传感器部分的工作。首先，复位脉冲被输入到复位晶体管405中。此处，由于P沟道(以下记为Pch)TFT被用作此复位晶体管，故信号为低。当复位晶体管405被开通时，光电二极管401的阴极电位被提高到电源的电位电平。此时，电容器402的存储电容器也同样被提高到电源的电位电平。当光电二极管401的电容大时，可以不特意安装此电容器402的存储电容器。接着，复位脉冲变高，复位晶体管405被关断。
在不输入光的情况下，当复位晶体管405和用于缓冲的倒相器403的泄漏量足够小时，光电二极管401的阴极电位保持原样不变。
接着，当光被输入时，电流流过光电二极管401，存储电容器的电荷被拉到地(以下记为GND)。以这种方式，当光被输入时，光电二极管401的输出电位将被降低，并经由倒相器403和404被输出，导致光电二极管401输出。在图5中，示出了光电二极管特性的示意图。当反电压被施加到光电二极管401时，大致恒定的电流流动而不管电压如何，且此电流被辐照的光量控制。此电流随辐照的光量增大而增大。应该指出的是，本发明此实施方案的光电二极管不局限于光电二极管；也可以采用其它方法的光电探测器。具体地说，光传感器可以由非晶硅、多晶硅(p-Si)、单晶硅、或其它半导体材料组成。而且，不仅可以采用光电二极管的元件结构，还可以采用光电晶体管的元件结构。
而且，在图6中，示出了其中采用多个光电二极管的电路的例子，其数据用锁存脉冲取出并被储存。图6示出了其中排列多个图4所示电路的例子，在复位晶体管601、602、603、光电二极管604、605、606、以及缓冲电路607、608、609被连接之后，延迟触发器(以下记为DFF)610、611、612被连接。图7A、7B、7C、7D、7E、7F示出了图6所示电路的时间图。以下参照图7A、7B、7C、7D、7E、7F来描述其工作。
图7A示出了用来驱动复位晶体管601的复位脉冲，且如上所述，在P沟道薄膜晶体管(以下记为Pch TFT)被用作复位晶体管601的情况下，此复位脉冲为低。当复位晶体管601被开通时，光电二极管604的阴极电位被提高到电源的电位电平。当复位脉冲变高，且复位晶体管601被关断时，之后的行为根据是否进行光辐照而被改变。图7C示出了光辐照的存在或不存在，在复位脉冲高的情况下，表示进行光辐照，而在复位脉冲低的情况下，表示已经不进行光辐照。图7D示出了光电二极管604的阴极电位，且在已经进行光辐照的情况下，电压将被降低，而且复位晶体管601被关断。
在图7E中，光电二极管604的输出经由缓冲电路607被传输，光电二极管604的阴极电位按电源与GND(地＝0)之间的中点被反转，缓冲电路607的输出从而从高电位被改变为低电位。另一方面，在不进行光辐照的情况下，由于光电二极管604不放电，故当复位晶体管601被关断时，光电二极管604的阴极电位保持原样，缓冲电路607的输出因而保持原样。图7B示出了锁存脉冲，当锁存脉冲高时，缓冲电路607的输出被输入到DFF 610中，且DFF的输出(图7F所示)被保持，直至随后输入锁存脉冲。以这种方式，辐照的光信号被转换成电子信号。
[实施方案2]
在本实施方案中，利用液晶来形成光快门。如通常所知，借助于将液晶材料注入到宽度为几微米的液晶盒间隙中来制造液晶屏，用外加电压来控制光的透射，液晶从而用作光快门。衬底的整个表面不必都具有液晶功能，但由于在本实施方案中当液晶被注入到整个衬底表面上时衬底的制造变得更容易，故已经注入了液晶。虽然制造变得复杂，但也能够采用从光输入区清除液晶的结构。在这种情况下，仅仅存在光快门的部分被密封材料环绕，液晶可以仅仅被注入到这一部分中。
图8示出了要成为光快门的部分的电路图。由于不必如扭曲向列相液晶(以下记为TN液晶)的有源驱动那样使用以透射率对外加电压特性中的中间区域代表半色调的中间电压，故施加到液晶的电压可以是二进制的。因此，能够采用可承受比TN液晶更高速运行的诸如铁电液晶(以下记为FLC)之类的可承受高速运行的液晶材料。不言自明，在不需要更高响应速率的情况下，可以采用TN液晶之类。
而且，可以将偏振片置于衬底的整个表面上，但最好进行图形化，且偏振片最好仅仅置于光快门部分处，以便光传感器的光效率变好。
在图8中，用开通和关断光快门的控制信号，经由倒相器801和802构成的缓冲电路，来驱动液晶元件803。当开关804被开通且开关805被关断时，控制信号处于高位，且当显示白色模式的材料被用作液晶时，液晶光快门遮断光。当控制信号处于低位时，由于施加到液晶的电压为0，故光快门透射光。
由于当特定的电压长时间施加时液晶元件会退化，故利用开关804和805来反转施加到液晶的电压。在此情况下，由于人类看不到通常液晶显示器所看到的显示，故作为对抗闪烁的措施，不必以等于或高于60Hz的频率来反转。可以用较低的频率。而且，当液晶材料即使被施加特定电压时也倾向于退化较小时，也可以停止反转。而且，在执行液晶反转驱动的情况下，还必须与反转信号一起反转控制信号。
在图9中，示出了用开关晶体管和电容器执行DRAM型驱动，以便可以被用于有源矩阵型液晶显示器的情况的例子。用来开通和关断光快门的控制信号，从控制信号输入端子1被输入。而且，用来将控制信号写入到液晶元件906和电容器907的存储电容器中的信号(以下记为写入信号)，从控制信号输入端子2被输入。当高位被输入到控制信号输入端子2时，由倒相器903和904构成的缓冲电路的输出电位，被写入到用来写入的晶体管(以下记为写入晶体管)905中，写入晶体管905被开通，且液晶906的电位被连接到控制信号1的缓冲电路，由倒相器901和902构成的缓冲电路的输出电位，被写入到液晶906和电容器907的存储电容器中。在此例子中，需要如DRAM那样周期性地借助于开通写入晶体管905而进行刷新。开关908和909具有如图8那样防止液晶材料退化的功能。
[实施方案3]
下面参照图10的剖面图来描述根据本发明的各个步骤。在图10中，光传感器由TFT和非晶硅光电二极管构成，而光快门由液晶构成。在本实施方案中，用下列方法来制作TFT和光电二极管。首先，在玻璃衬底1001上形成涂层膜1002。用化学气相淀积方法(以下记为CVD方法)来形成氧化物膜或氮化物膜作为此膜。接着，用CVD方法将非晶硅相似地形成为膜。用激光退火方法或热退火方法对此非晶硅膜进行晶化。以这种方式，能够形成多晶硅(p-Si)膜。接着，借助于对多晶硅膜进行图形化而形成TFT小岛1003、1004、1005。然后用CVD方法形成栅绝缘体1006。
然后，作为用来形成栅电极的方法，用使用Al(铝)、Ta(钽)、W(钨)之类的溅射方法，将待要成为栅电极的金属制作成膜。在图形化和形成栅电极1007、1008、1009之后，利用光抗蚀剂，用掩模来掺入源和漏的杂质。在将N沟道(以下记为Nch)的杂质掺入到小岛1005以及将P沟道(以下记为Pch)的杂质掺入到小岛1003和1004之后，用激光退火方法或热退火方法对杂质进行激活。随后，形成第一层间膜1010，并开出接触孔。
而且，借助于形成源和漏的金属膜并对其进行图形化，来制作源和漏电极1011。此金属膜由势垒金属和铝组成。利用上述手续来制作电路的复位TFT和CMOS TFT。接着，在金属膜上形成待要成为光电二极管的非晶硅膜1012，并形成氧化铟锡(以下记为ITO)膜作为透明电极1013，对非晶硅膜和ITO膜进行系列的图形化和腐蚀，从而形成光电二极管。接着，形成第二层间膜1014，并开出接触孔。进一步形成金属膜1015，并形成布线。此布线被用来连接各个光电二极管电极。
接着，形成第三层间膜1016，并用化学机械抛光方法(以下记为CMP方法)来进行整平。然后形成非晶硅膜，并借助于辐照激光束而进行晶化。此时，希望激光不辐照到光电二极管的非晶硅上。借助于对晶化了的硅进行图形化而形成小岛1017、1018、1019。接着，形成栅绝缘膜1020。而且，形成栅电极的金属膜并进行图形化，从而形成栅电极1021、1022、1023。随后，将p型杂质掺入到小岛1017和1018，并将n型杂质掺入到小岛1019，然后用辐照激光束的方法对其进行激活。而且，形成第四层间膜1024，开出接触孔，形成用于源和漏的金属膜，并进行图形化，从而形成电极1025。接着，形成非晶硅膜1026和作为透明电极1027的ITO膜。然后，用图形化和腐蚀方法形成光电二极管。而且，形成第五层间膜1028，开出接触孔，形成金属膜并进行图形化，从而形成布线1029。接着，在形成第六层间膜1030之后，用CMP方法进行整平。
而且，形成非晶硅膜，并借助于辐照激光束而进行晶化。此时，希望激光束不辐照到非晶硅膜1012和1016上。接着，对硅进行图形化和腐蚀，从而形成小岛1031、1032、1033。随后，形成栅绝缘膜1034；形成栅电极的金属膜；进行图形化和腐蚀，从而形成栅电极1035、1036、1037。接着形成第七层间膜1038；开出接触孔；形成用于源和漏的金属膜并进行图形化，从而形成电极。接着，形成ITO膜并进行图形化，从而形成光快门的透明电极1040。用上述手续就完成了TFT侧上的衬底(以下记为TFT衬底)。接着制造相对侧上的衬底。作为反衬底，在玻璃衬底1043上将反电极1042形成为膜。在图10中，虽然在其整个表面上将反电极形成为膜，但也可以仅仅在光快门部分上形成。
虽然未示出，但可以借助于经由接触孔连接电极1015的金属层、电极1021的金属层、栅电极1029的金属层、以及栅电极1035的电极层，而将各个TFT彼此电连接。而且，还能够借助于在其中形成发光元件而用光来执行信号连接。
最后，将TFT衬底和反衬底粘贴到一起，并在其间注入液晶1041和密封。因此，借助于控制透明电极1040的电位，透明电极1040上的液晶就能够控制光的透射和不透射。
[实施方案4]
在实施方案3中，薄膜晶体管被制作在玻璃衬底上，但在石英衬底被用作透明衬底以及光传感器由多晶硅(p-Si)组成的情况下，不仅可以用激光束，而且可以用固相晶化(以下记为SPC)来实现第二层和随后各层TFT的晶化。这是由于在石英衬底中，SPC温度下的衬底收缩不成问题。而且，可以采用熟知的利用金属催化剂的晶化方法来进行SPC。
[实施方案5]
如上所述，在本发明中，由于能够用光信号在衬底上任何位置处执行各个衬底之间的连接，故能够进行信号的交换而不受衬底布局的限制。至于算术电路和存储器电路之间的连接，能够进行信号交换而无须使用外部总线布线。而且，与采用常规印刷电路衬底的常规交换相比，还能够明显地提高衬底之间的交换数目。以这种方式，利用本发明，就能够构成大规模并行处理的计算机。
由于利用本发明在并行处理计算机中能够沿正交于透明衬底的方向输出存储器电路等的所有的输出，故能够解决诸如频率升高和呼叫电路变得复杂之类的在串行取出存储器内容时的常规失效。
如上所述，在本发明中，电子电路由玻璃或塑料制成的透明衬底上的TFT而不是由印刷电路衬底上的TFT组成，故利用光信号而不使用输入和输出信号的电子信号，能够降低来自电子电路信号线的电磁噪声。而且，常规情况下已经往返对印刷电路衬底外围执行了信号输入和输出，但在本发明中，由于借助于传输光信号而能够在衬底的任何位置上往返执行信号的输入和输出，故能够进行信号的并行处理。以这种方式，本发明具有利用光信号能够执行更多的并行处理的效果。
可以理解的是，虽然为了说明的目的已经详细地描述了本发明的数目有限的实施方案，但可以作出各种修正而不偏离本发明的构思与范围。因此，本发明除了受所附权利要求的限制之外，不受其它的限制。