CN102096089A - 检测x射线的光电二极管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种X射线的光电二极管及其制造方法。公开的x射线检测光电二极管包括基板、在基板上形成的第一电极、在第一基板上以比第一电极窄的面积形成的光电导体层以及在光电导体层上形成的第二电极。如此，x射线检测光电二极管使电极结构改变。这样，能够最小化在x射线检测光电二极管的边缘产生的漏电流。

Description

检测X射线的光电二极管及其制造方法

本申请要求2009年12月10日提交的韩国专利申请10-2009-0122766的优先权，因此援引该专利申请的全部内容作为参考。

技术领域

本申请涉及一种检测x射线的光电二极管。

背景技术

当前用在医学领域的x射线诊断摄影机利用有屏片(screen film)拍照。为了显示x射线摄影图像，必须使X射线摄影有屏片显影。近来，已经对数字x射线检测器进行了开发和研究，这种数字x射线检测器设计为使用基于半导体技术的薄膜晶体管。

此外，射线检测器通常设计为检测穿透人体的射线，以获得图像信息。为此，x射线检测器包括与检测面板对应的x射线检测平坦基板，该基板把具有图像信息的射线转换成电信号。类似地，x射线图像装置必须包括检测元件，该检测元件设计为检测贯穿目标的x射线并把检测的x射线转换成电信号。

检测元件形成在平板中，在该平板上，每个都具有薄膜晶体管的多个单元盒作为检测像素使用和布置。这样，使用TFT基板的检测装置顺序地选择每一栏中的薄膜晶体管的栅极电极，并读取在每一栏中布置的像素所检测的电信号，以对于这些像素获得包括电信号的图像数据。此外，检测装置把图像数据中所包含的电像素信号施加到诸如监视器的显示器或其他显示器，从而提供数字图像。

更具体地，布置在x射线检测面板上的每个检测像素包括光电导体和集电极(collection electrode)，光电导体设计为产生与辐射的x射线的量成比例的电荷，集电极设计为收集光电导体中产生的电荷。检测像素还包括电容器和开关元件，电容器设计为对收集电极所收集的电荷充电，开关元件设计为有选择地将充入电容器中的电荷转移到读出线。光电导体用于将x射线转换成电信号。具体地，光电导体产生与x射线对应的多对电子和空穴。这样的光电导体由具有光-电转换性能的硒构成。

开关元件被实施为包括薄膜晶体管。薄膜晶体管包括与栅极线连接的栅极电极和与读出线连接的源极电极。当入射的x射线所产生的电荷被充电到电容器中时，薄膜晶体管将充入到电容器中的电压信号输出给读出线，以便再现拍摄的图像。

图1是示出现有技术的x射线检测面板上的像素结构的截面图。参照图1，像素包括形成在基板10上的绝缘层12以及设置在绝缘层12上的薄膜晶体管的漏极电极13。像素还包括在第一保护层15的中心处相对漏极电极13设置的阴极电极20、在阴极电极20上形成的光电导体层25以及相对阴极电极20设置在光电导体层25上的阳极电极30。像素还包括形成为覆盖阳极电极30的第二保护层32以及设置在第二保护层32上并与阳极电极30连接的电源线40。

阴极电极20、光电导体层25和阳极电极30形成光电二极管，该光电二极管把从外部射入的x射线或自然光转换成电信号，并充电转换的电信号。当驱动信号被施加到设置在像素区中的薄膜晶体管的栅极电极时，被充电的电信号就输出到读出线(未示出)。因此，被充电的电信号可以用来显示图像。

这样的光电二极管其电性能受漏电流很大的影响。这源于电源线40对光电二极管偏压的事实。如果漏电流显著增加，那么光电二极管的电性能就严重劣化。特别是，造成了沿着完全占据像素区的光电二极管的边缘产生漏电流的问题。

发明内容

因此，本发明涉及一种基本上消除了因为现有技术的限制和缺点而导致的一个或多个问题的x射线检测光电二极管及具有该光电二极管的x射线检测面板。

本发明的目的在于提供一种适于通过改变电极结构来使光电二极管中产生的漏电流最小的x射线检测光电二极管及其制造方法。

本发明的再一目的在于提供一种适于减小漏电流并提高电性能的x射线检测面板。

在下面的描述中将列出本发明的其它的特征和优点，这些特征和优点的一部分从所述描述将显而易见，或者可从本发明的实施中领会到。通过书面的说明书、权利要求和附图中特别指出的结构可实现和获得本发明的这些优点。

根据本发明的一个概括方面，x射线检测光电二极管包括：基板、在基板上形成的第一电极、在第一基板上以比第一电极窄的面积形成的光电导体层以及在光电导体层上形成的第二电极。

本发明的另一概括方面的x射线检测面板包括：基板、布置成彼此交叉并限定像素区的栅极线和读出线、设置在栅极线和读出线处的开关元件、以及设置在像素区中并包括顺序层叠的第一电极、光电导体层和第二电极的光电二极管。第一电极沿着光电导体层和第二电极的周边向外延伸。

本发明的又一方面的制造x射线检测光电二极管的方法包括：制备基板、在基板上形成第一电极、在所述第一电极上以比所述第一电极窄的面积形成光电导体层以及在所述光电导体层上形成第二电极。

本发明的再一方面的制造x射线检测面板的方法包括：在基板上形成包括栅极线、栅极电极、有源层以及源极电极和漏极电极的开关元件；以及形成与开关元件电连接的光电二极管。形成光电二极管的步骤包括：形成与开关元件的漏极电极电连接的第一电极；在第一电极上并以比第一电极窄的面积形成光电导体层；以及在光电导体层上并以比光电导体层窄的面积形成第二电极。

一旦对下面的附图和详细描述进行分析，对于所属领域技术人员而言，其他系统、方法、特征和优点将是或将变得显而易见。包括在该描述中的这些其他的系统、方法、特征和优点落在本发明的范围内，并受到所附权利要求的保护。这些部分中没有什么内容应该作为这些权利要求的限制。以下，将结合实施例对进一步的方面和优点进行讨论。应该理解，本发明前面的概括描述和下面的详细描述都是示例性和说明性的，旨在提供所要求保护的本发明的进一步说明。

附图说明

所包含的附图用于提供对本实施例的进一步理解，其并入本申请中组成本申请的一部分，附图图示了本发明的实施方式，并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1是示出现有技术的x射线检测面板上的像素的结构的截面图；

图2是示出本发明的实施例的x射线检测面板上的x射线检测像素的结构的平面图；

图3是放大示出图2中的“X”区域的平面图；

图4是示出沿着图2中的A-A’、B-B’和C-C’线截取的x射线检测像素的截面图；

图5是示出本发明的实施例的x射线检测光电二极管的截面图；以及

图6是示出本发明和现有技术的光电二极管的定量漏电流特性的曲线图。

具体实施方式

现在，将对本发明的实施例进行详细说明，其实例在所附附图中示出。为了向所属领域的技术人员传达它们的精神，下文中介绍的这些实施例将作为实例提供。因此，这些实施例可以按照不同的形式具体体现，所以并不限于这里所描述的这些实施例。此外，为了方便，可以在附图中放大器件的大小和厚度。只要可能，就在包括附图的整个说明书中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分。

图2是示出本发明的实施例的x射线检测面板上的x射线检测像素的结构的平面图。参照图2，x射线检测像素包括布置成彼此交叉并限定像素区的栅极线101和读出线103以及设置在像素区上的光电二极管200。x射线检测像素还包括位于栅极线101和读出线103处的开关元件TFT以及设置成与栅极线101交叉并与读出线103平行的电源线160。

光电二极管200包括阴极电极120、光电导体层125和阳极电极130。本发明的光电二极管200使阴极电极120以最大尺寸形成在像素区中。光电导体层125和阳极电极130以较小的尺寸顺序地层叠在阴极电极120上。

与栅极线101平行的电源线160设置在像素区中。此外，电源线160被设置成与开关元件TFT的顶部重叠。

栅极焊盘111形成在栅极线101的一个端部。此外，栅极接触焊盘121形成在栅极焊盘111上。这样，栅极驱动信号可以通过栅极焊盘111和栅极线101从外部传输到像素区，并且用来导通开关元件TFT。

此外，读出线焊盘103a形成在读出线103的一个端部。读出接触焊盘123形成在读出焊盘103a上。据此，由光电二极管200从光转换的电信号在被施加到外部图像显示器之前，被加载至光电二极管200。

图3是放大示出图2中的“X”区域的平面图。如图3中所示，x射线检测光电二极管200使阴极电极120以最大面积形成。此外，x射线检测光电二极管200使各自的面积顺序减小的光电导体层125和阳极电极130层叠在阴极电极120上。换句话说，因为阳极电极130在结构上以最小面积形成，光电导体层125的边缘暴露在阳极电极130的外面，且阴极电极120的边缘暴露在光电导体层125的外面。

因此，本发明的x射线检测光电二极管200由以金字塔形状层叠的阴极电极120、光电导体层125和阳极电极130形成。这样，本发明的x射线检测光电二极管200具有比现有技术更平缓的侧面。因此，因为阴极电极120保护光电导体层125不与阴极电极下方的其他电极相对，所以x射线检测光电二极管200能够降低漏电流。

附图中所示的“Y”部分对应于像素区的被去除最上层绝缘膜的开口区域。该开口区域用来接收光。

图4是示出沿着图2中的A-A’、B-B’和C-C’线截取的x射线检测像素的截面图。参照图4，x射线检测像素包括栅极线101、栅极电极101a和栅极焊盘111。通过在基板100上沉积第一金属膜，接着根据第一掩模工艺对金属膜构图来形成栅极线101、栅极电极101a和栅极焊盘111。

在具有栅极电极101a等的基板100的整个表面上顺序地形成栅极绝缘膜112、非晶硅膜和掺杂非晶硅膜。对于上述硅膜执行第二掩模工艺，从而在与栅极电极101a相对的栅极绝缘膜112上与栅极电极101a相对形成有源层104。

在形成有源层104之后，在设置有有源层104的基板100上形成第二金属膜。对第二金属膜执行第三掩模工艺，以形成源极电极117a和漏极电极117b、栅极焊盘连接器122以及读出焊盘103a。

接着，在具有源极电极117a和漏极电极117b等的基板100上形成第一中间绝缘膜115。对第一中间绝缘膜115执行第四掩模工艺，以使漏极电极117b暴露。此外，在覆盖有第一中间绝缘膜115的基板100上形成第三金属膜，接着对第三金属膜执行第四掩模工艺，以使阴极电极120形成在像素区上。阴极电极120通过接触孔与漏极电极117b连接。

此后，在阴极电极120上顺序地形成光电导体层125和阳极电极130。阳极电极130可以由从透明材料组中选择的一种材料形成，所述透明材料组包括ITO(氧化铟锡、IZO(氧化铟锌)和ITZO(氧化铟锡锌)。光电导体层125以比阴极电极120小的尺寸形成。这样，阴极电极120的边缘沿着光电导体层125的外周边暴露。阴极电极120可以由诸如钼Mo的金属材料形成。

在像素区中形成光电二极管200之后，在设置有光电二极管200的基板100的整个表面上形成第二中间绝缘膜116。接着，对第二中间绝缘膜116执行第五掩模工艺，以使源极电极区域、栅极焊盘区域、数据焊盘区域和光电二极管200的阳极电极130暴露。

然后，在覆盖有第二中间绝缘膜116的基板100上形成第四金属膜。通过对第四金属膜执行第六掩模工艺来形成读出线103、电源线160、栅极接触焊盘121和读出接触焊盘123。随后，在具有读出线103等的基板100的整个表面上形成保护膜180，接着对保护膜180执行第七掩模工艺，以露出栅极接触焊盘121和读出接触焊盘123。此外，在露出的接触焊盘121和露出的读出接触焊盘123上分别形成第一接触部分190和第二接触部分191。第一接触部分190和第二接触部分191可以由从ITO和IZO组成的组中选择的一种透明导电材料形成。

图5是示出本发明的x射线检测光电二极管的截面图。参照图5，x射线检测二极管200包括在基板100上形成的栅极绝缘膜112、在栅极绝缘膜112上形成的漏极电极117b和形成为覆盖漏极电极117b的第一中间绝缘膜115。第一中间绝缘膜115具有接触孔。

x射线检测光电二极管200还包括在第一中间绝缘膜115上形成的阴极电极120。阴极电极120形成为通过接触孔与漏极电极117b电接触。

此外，x射线检测光电二极管200包括在阴极电极120上顺序形成的光电导体层125和阳极电极130。光电导体层125和阳极电极130以比阴极电极120窄的尺寸形成。更具体地，x射线检测二极管200使阴极电极120、光电导体层125和阳极电极130的面积顺序地缩小。这样，阴极电极120的边缘沿着x射线检测光电二极管的外周边露出。

此外，x射线光电二极管200包括形成为覆盖阳极130的第二中间绝缘膜116和在第二中间绝缘膜116上形成的电源线160。电源线160通过在第二中间绝缘膜116中形成的接触孔与阳极电极130电连接。

如此，x射线检测光电二极管200形成为从阴极电极120经由光电导体层125至阳极电极130在面积上逐渐缩小。这样，x射线检测光电二极管200的侧面可以平缓地倾斜。因此，由于阴极电极120使光电导体层125不与阴极电极120下方的其他电极相对，所以x射线检测光电二极管可以减小漏电流的量。这通过图6的实验数据明显得到验证。

图6是示出在本发明和现有技术的光电二极管中测量的漏电流的量的曲线图。

现有技术光电二极管使下电极(即，阴极电极20)以比光电导体层25窄的尺寸形成。换句话说，如图1中所示，阴极电极20掩埋在光电导体层25中。因此，如图6中所示，现有技术光电二极管的漏电流的量随着电源线40上的电压的增加而快速增加。

但是，本发明的x射线检测光电二极管200不仅使下电极(即，阴极电极120)以最宽尺寸形成，还使光电导体层125和上电极(即，阳极电极130)按照顺序减小的面积形成。换句话说，如图4和5所示，本发明的光电二极管200包括暴露的阴极电极。这样，如图6中所示，本发明的光电二极管200中的漏电流的量随着电源线160上的电压增加而轻微增加。

如上所示，与现有技术的光电二极管相比，本发明的具有这样的电极结构的x射线检测光电二极管能够显著地降低漏电流的量。此外，与现有技术的像素相比，在基板上形成为包含x射线检测光电二极管200的每个像素中的漏电流的量显著降低。因此，能够提高x射线检测像素和具有该x射线检测像素的面板的电性能。

虽然参照本发明的多个说明性实施例对实施例进行了描述，但是应该理解，所属领域技术人员可以设计落在本发明的原理的精神和范围内的许多其他的修改和实施例。更具体地，在本说明书、附图和所附权利要求的范围内，各种变型和修改是可能的。除了组成部分和/或布置的变型和修改之外，对于所属领域技术人员而言，替换应用也是显而易见的。

Claims (16)

1.一种x射线检测面板，包括：

基板；

布置成彼此交叉并限定像素区的栅极线和读出线；

设置在所述栅极线和所述读出线处的开关元件；以及

设置在所述像素区中并包括顺序层叠的第一电极、光电导体层和第二电极的光电二极管，

其中，所述第一电极沿着所述光电导体层和所述第二电极的周边向外延伸。

2.根据权利要求1所述的x射线检测面板，其中所述光电二极管按照从所述第一电极到所述光电导体层和所述第二电极逐渐减小面积的方式来形成。

3.根据权利要求1所述的x射线检测面板，其中所述第一电极和所述第二电极分别用作阴极电极和阳极电极。

4.根据权利要求1所述的x射线检测面板，还包括与所述读出线平行设置并用来把偏压传输给所述光电二极管的电源线。

5.根据权利要求1所述的x射线检测面板，其中所述第二电极由透明导电材料形成。

6.一种制造x射线检测面板的方法，包括：

在基板上形成包括栅极线、栅极电极、有源层以及源极电极和漏极电极的开关元件；

形成与所述开关元件电连接的光电二极管，形成所述光电二极管的步骤包括：

形成与所述开关元件的漏极电极电连接的第一电极；

在所述第一电极上并以比所述第一电极窄的面积形成光电导体层；以及

在所述光电导体层上并以比所述光电导体层窄的面积形成第二电极。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括在具有所述光电二极管的基板上形成电源线，所述电源线与所述光电二极管的第二电极电连接。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述光电二极管的第一电极形成为从所述光电导体层和所述第二电极的边缘向外暴露。

9.一种x射线检测光电二极管，包括：

基板；

在所述基板上形成的第一电极；

在所述第一基板上以比所述第一电极窄的面积形成的光电导体层；以及

在所述光电导体层上形成的第二电极。

10.根据权利要求9所述的x射线检测光电二极管，其中所述第二电极以比所述光电导体层窄的面积形成。

11.根据权利要求9所述的x射线检测光电二极管，其中所述第一电极和所述第二电极分别用作阴极电极和阳极电极。

12.根据权利要求9所述的x射线检测光电二极管，还包括与所述读出线平行设置并用来传输偏压的电源线。

13.根据权利要求9所述的x射线检测光电二极管，其中所述第二电极由透明导电材料形成。

14.一种制造x射线检测光电二极管的方法，包括：

制备基板；

在基板上形成第一电极；

在所述第一电极上以比所述第一电极窄的面积形成光电导体层；以及

在所述光电导体层上形成第二电极。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括形成与所述第二电极连接的电源线。

16.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一电极形成为从所述光电导体层和所述第二电极的边缘向外露出。

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