CN103491284B - 摄像部、摄像单元及摄像显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种摄像部、包括该摄像部的摄像单元以及一种使用此种摄像单元的摄像显示系统，所述摄像部包括多个像素，所述多个像素中的每一者包括光电转换器件及场效应晶体管。所述像素中的每一者在所述光电转换器件的外围区域中包括遮光层，且所述遮光层保持至预定的电位。本发明能够减小遮光层对每一像素的电性影响并抑制光泄漏至相邻像素中，从而减少各像素之间的串扰的发生。

Description

摄像部、摄像单元及摄像显示系统

技术领域

本发明涉及一种摄像部、包括该摄像部的摄像单元以及一种使用此种摄像单元的摄像显示系统，本发明适用于例如医用及非破坏性检查应用的X射线照相术。

背景技术

近年来，已开发出在无需任何射线照相胶片的情况下基于电信号形式的辐射射线获取图像的摄像单元（例如人体胸部X射线照相单元）。此种摄像单元具有多个像素，其中每一像素包括光电转换器件及场效应薄膜晶体管（TFT）。积聚于像素中的信号电荷通过像素电路被读出，所述像素电路包括晶体管以基于辐射射线的量来获取电信号。

此种摄像单元中所使用的光电转换器件的示例包括正-本征-负（positiveintrinsic negative；PIN）光电二极管。PIN光电二极管具有所谓的i型半导体层（本征半导体层）介于p型半导体层与n型半导体层之间的结构，所述结构可输出与入射光量相对应的量的信号电荷（例如，参见未经审查的日本专利申请公报第2008-277710号及第2011-14752号）。

发明内容

然而，在如上所述的包括光电转换器件的摄像单元中，外部光及/或杂散光可入射于每一像素上，或相邻像素之间可发生串扰，从而导致图像品质劣化。

因此，本发明期望提供一种能够改善所捕获图像的图像品质的摄像单元以及一种包括此种摄像单元的摄像显示系统。

根据本发明实施例的摄像单元包括多个像素，其中每一像素包括光电转换器件及场效应晶体管。所述像素中的每一者在所述光电转换器件的外围区域中包括遮光层，且所述遮光层保持至预定的电位。

根据本发明实施例的摄像显示系统设置有摄像单元及显示单元，所述显示单元基于由所述摄像单元所获取的摄像信号而进行图像显示。所述摄像单元包括多个像素，其中每一像素包括光电转换器件及场效应晶体管。所述像素中的每一者在所述光电转换器件的外围区域中包括遮光层，且所述遮光层保持至预定的电位。

根据本发明上述各实施例的摄像单元及摄像显示系统中的每一者均包括多个像素，其中每一像素包括光电转换器件及场效应晶体管，并在每一所述光电转换器件的外围区域中包括遮光层，且所述遮光层保持至预定的电位。此能够减小遮光层对每一像素的电性影响并抑制光泄漏至相邻像素中，从而减少各像素之间的串扰的发生。

根据本发明上述各实施例的摄像单元及摄像显示系统，在每一像素中，遮光层被设置于光电转换器件的外围区域中，且所述遮光层保持至预定的电位。此能够减小遮光层对每一像素的电性影响并抑制各像素之间的串扰。因此，可改善所捕获图像的图像品质。

应理解，上述总体说明及以下详细说明均为示例性的，且旨在对所要求保护的技术进行进一步解释。

附图说明

提供附图是为了使读者进一步理解本发明，且附图被并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图图示各实施例并与本说明书一起用于解释本发明的原理。

图1为图示根据本发明第一实施例的摄像单元的示例性总体配置的方框图；

图2为图示图1所示摄像部的示例性示意性配置的示意图；

图3为图示图1所示像素及其他部件的示例性详细配置的电路图；

图4为图示图1所示像素的相关部分的示例性平面配置的示意图；

图5为图4所示像素的对应于线A-A’的区域的剖视图；

图6为图4所示像素的对应于线B-A’的区域的剖视图；

图7A及图7B为分别图示网格金属层的示例性布局的示意图；

图8为根据变型例1的像素的剖视图；

图9为图示根据变型例2的像素的相关部分的示例性平面配置的示意图；

图10为图9所示像素的对应于线A-A’的区域的剖视图；

图11为图示根据本发明第二实施例的摄像单元中的像素的示例性平面配置的示意图；

图12为图11所示像素的对应于线A-A’的区域的剖视图；

图13为图示根据变型例3的像素的相关部分的示例性平面配置的示意图；

图14为图13所示像素的对应于线A-A’的区域的剖视图；

图15为图示包括根据变型例4-1的像素及其他部件的配置的电路图；

图16为图示包括根据变型例4-2的像素及其他部件的配置的电路图；

图17为图示包括根据变型例4-3的像素及其他部件的配置的电路图；

图18为图示包括根据变型例4-4的像素及其他部件的配置的电路图；

图19为根据变型例5-1的像素的剖视图；

图20为根据变型例5-2的像素的剖视图；

图21为根据变型例5-3的摄像部的示意图；以及

图22为图示根据应用示例的摄像显示系统的示意性配置的示意图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本发明的某些实施例。应注意，将按以下顺序进行说明。

1.第一实施例（具有网格金属层且所述网格金属层设置于低于光电转换器件的层中的摄像单元的示例）。

2.变型例1（其中网格金属层与晶体管的栅极位于同一层中的示例）。

3.变型例2（其中网格金属层被进一步设置于晶体管的形成区域中的示例）。

4.第二实施例（具有网格金属层且所述网格金属层设置于高于光电转换器件的层中的摄像单元的示例）。

5.变型例3（其中网格金属层设置于高于光电转换器件的层中及低于光电转换器件的层中的示例）。

6.变型例4-1及4-2（无源像素电路的另一示例）。

7.变型例5-1及5-2（有源像素电路的示例）。

8.变型例6-1及6-2（间接转换式摄像单元的示例）。

9.变型例7（直接转换式摄像单元的示例）。

10.应用示例（摄像显示系统的示例）。

[第一实施例]

[配置]

图1图示根据本发明第一实施例的摄像单元（摄像单元1）的总体方框配置。摄像单元1基于入射光（摄像光）读取对象的信息（拍摄对象的图像）。摄像单元1可包括例如摄像部11、行扫描部13、A/D转换部14、列扫描部15及系统控制部16。

（摄像部11）

摄像部11响应于入射光（摄像光）而产生电信号。在摄像部11中，像素（摄像像素或单位像素）20以二维方式排列成矩阵，且每一像素20具有光电转换器件（下文所述的光电转换器件21），所述光电转换器件产生与入射光量相对应的量的光电荷并在内部积聚光电荷。应注意，如图1所示，在下文中，在摄像部11中，水平方向（行方向）被表示成“H”方向，且垂直方向（列方向）被表示成“V”方向。

如图2所示，摄像部11可例如设置于基板210上且对于每一像素20具有光电转换器件21及场效应晶体管22。应注意，例如，摄像部11的顶部上或基板210的背部上可设置有下文所述的波长转换层，使得摄像单元1例如可用作所谓的间接转换式射线照相摄像单元。

图3图示像素20的电路配置（被称为无源电路配置）连同A/D转换部14内的下文所述电荷放大器电路171的电路配置。无源像素20包括一个光电转换器件21及一个晶体管22。另外，像素20连接至沿H方向延伸的读出控制线Lread（栅极线或扫描线）并连接至沿V方向延伸的信号线Lsig。

光电转换器件21可例如由正-本征-负（positive intrinsic negative；PIN）光电二极管或金属绝缘半导体（metal-insulator-semiconductor；MIS）传感器构成，并如上所述产生与入射光（摄像光Lin）量相对应的量的信号电荷。应注意，在此实施例中，光电转换器件21的阴极连接至存储节点N。稍后将描述包括光电转换器件21的像素的具体配置。

晶体管22是如下的晶体管（读出晶体管）：其响应于从读出控制线Lread提供的行扫描信号而接通，并因此将光电转换器件21所获取的信号电荷（输入电压Vin）输出至信号线Lsig。在此实施例中，晶体管22是由N沟道（N型）场效应晶体管（FET）构成。然而，晶体管22也可为P沟道（P型）FET等。在像素20中，晶体管22的栅极连接至读出控制线Lread，晶体管22的源极（或漏极）可连接至例如信号线Lsig，且晶体管22的漏极（或源极）可例如经由存储节点N而连接至光电转换器件21的阴极。在此实施例中，光电转换器件21的阳极连接至地面（接地）。

行扫描部13包括预定的电路（例如移位寄存器电路及逻辑电路）并用作像素驱动部（行扫描电路），以成行地（沿水平线）对摄像部11中的所述多个像素20进行驱动（线序扫描）。具体而言，行扫描部13例如可通过线序扫描来执行摄像操作（例如下文所述的读出操作）。应注意，可通过经由读出控制线Lread将上述行扫描信号提供至每一像素20来执行线序扫描。

A/D转换部14具有多个列选择部17并基于通过每一信号线Lsig接收的信号电压（信号电荷）而执行模拟/数字转换（A/D转换），所述多个列选择部17对于多个（在此实施例中为四个）信号线Lsig中的每一者设置有一个列选择部17。作为结果，产生数字信号形式的输出数据Dout（摄像信号）并输出至外部。

每一列选择部17可包括例如电荷放大器电路171（图3）及未示出的部件，电荷放大器电路171包括电荷放大器172、电容元件（电容器或反馈电容元件）C1及开关SW1，未示出的部件包括取样保持（S/H）电路、多路复用电路（选择电路）及A/D转换器。

电荷放大器172是用于将从信号线Lsig读出的信号电荷转换成电压（进行Q-V转换）的放大器。电荷放大器172的负（-）输入端连接至信号线Lsig的一端，且电荷放大器172的正（+）输入端接收预定的复位电压Vrst。电荷放大器172的输出端与负输入端之间经由电容元件C1与开关SW1的并联电路而建立起反馈连接。具体而言，电容元件C1的一个端子连接至电荷放大器172的负输入端，且电容元件C1的另一端子连接至电荷放大器172的输出端。类似地，开关SW1的一个端子连接至电荷放大器172的负输入端，且开关SW1的另一端子连接至电荷放大器172的输出端。应注意，开关SW1的接通/断开状态是由通过放大器复位控制线Lcarst从系统控制部16提供的控制信号（放大器复位控制信号）控制。

列扫描部15例如可包括未示出的部件（例如移位寄存器及地址译码器）并依序驱动列选择部17。已通过信号线Lsig从像素20读出的信号（上述输出数据Dout）通过列扫描部15所进行的选择性扫描而被依序输出至外部。

系统控制部16控制行扫描部13、A/D转换部14及列扫描部15中的每一者的操作。具体而言，系统控制部16具有用于产生各种时序信号（控制信号）的时序产生器并基于所述时序产生器所产生的时序信号而控制行扫描部13、A/D转换部14及列扫描部15中的每一者的驱动。行扫描部13、A/D转换部14及列扫描部15分别基于系统控制部16的控制而对像素20执行摄像驱动（行序摄像驱动），使得能够从摄像部11获取输出数据Dout。

（像素20的详细配置）

图4图示像素20的相关部分的示例性平面配置。图5图示图4中对应于线A-A’的区域的剖面配置。图6图示图4中对应于线B-A’的区域的剖面配置。尽管光电转换器件21及晶体管22如图所示设置于像素20中，然而图4仅示出作为光电转换器件21的形成区域的p型半导体层215B，且为简化起见而未示出其他部件（此同样适用于图9或之后的图所示相关部分的示例性平面配置）。

如图5及图6所示，例如，光电转换器件21可包括p型半导体层215B、i型半导体层216及n型半导体层217，p型半导体层215B、i型半导体层216及n型半导体层217隔着层间绝缘膜212的一部分（层间绝缘膜212A～212C）依次堆叠于基板210上。具体而言，p型半导体层215B设置于基板210上的选择性区域中（具体而言，设置于层间绝缘膜212A～212C上），且层间绝缘膜212D～212F分别具有穿过其中的接触孔H1并被设置成与p型半导体层215B相对。i型半导体层216被设置成在p型半导体层215B上填充接触孔H1，且n型半导体层217设置于i型半导体层216上。层间绝缘膜（侧壁保护膜）212G被设置成覆盖i型半导体层216及n型半导体层217中的每一者的侧壁。层间绝缘膜212G具有穿过其中并与n型半导体层217相对的接触孔H2，且上电极218通过接触孔H2而连接至n型半导体层217的顶部。应注意，尽管第一实施例的光电转换器件21被图示为具有i型半导体层216及n型半导体层217依次堆叠于p型半导体层215B上的配置，然而p型、i型及n型半导体层的堆叠顺序并非仅限于此，且i型半导体层及p型半导体层可依次堆叠于n型半导体层上。在此种情形中，n型半导体层连接至晶体管部，且p型半导体层及上电极218保持至地电位（或固定电位）。

层间绝缘膜212（层间绝缘膜212A～212G）可例如由氧化硅（SiO_x）、氮氧化硅（SiON）或氮化硅（SiN_x）形成。

P型半导体层215B优选地由例如多晶硅（polysilicon）形成。例如，p型半导体层215B可包括低温多晶硅以具有低电阻率，从而无需单独地设置包括金属材料的下电极（这是因为p型半导体层215B用作下电极）。应注意，光电转换器件21可在p型半导体层215B处连接至例如用于提供参考电位的电源线以进行放电。在通过p型半导体层215B提取信号电荷的情形中，p型半导体层215B连接至存储节点N（p型半导体层215B也用作存储节点N）。再者，尽管此处通过p型半导体层215B是由低温多晶硅形成的示例性情形进行说明，然而p型半导体层215B也可由微晶硅或非晶硅形成。然而，使用低温多晶硅时无需使用如上所述的金属电极，因此多晶硅是优选的。此外，包括非晶硅的p型半导体层、i型半导体层216及n型半导体层217可堆叠于p型半导体层215B（多晶硅）上。作为另一选择，n型半导体层（非晶硅）、i型半导体层及p型半导体层可依次堆叠于n型半导体层（多晶硅）上。

i型半导体层216是非掺杂型本征半导体层，并可例如由非晶硅形成。i型半导体层216可具有例如约400nm～约2000nm（包括端值）的厚度，并随着厚度的增大而具有更高的感光灵敏度。具体而言，在p型半导体层215B、i型半导体层216及n型半导体层217如在第一实施例中一般垂直堆叠的结构情形中，与所谓的平面结构（其中i型半导体层水平地介于p型半导体层与n型半导体层之间的结构）相比能够更容易地确保i型半导体层216具有更大厚度。因此，与平面结构相比，第一实施例的结构中的感光灵敏度得到改善。

n型半导体层217可例如由非晶硅形成并形成n+区域。n型半导体层217可具有例如约10nm～约50nm（包括端值）的厚度。应注意，图4中的n型半导体层217及i型半导体层216分别重叠于p型半导体层215B上而形成，从而与p型半导体层215B具有基本上相同的形状。

上电极218是用于提取电荷的电极，且例如可连接至存储节点N（即，也用作存储节点N）并可例如经由触点a1（即布线层214A及n型半导体层215A）而进一步连接至晶体管22的源极。n型半导体层215A例如可与p型半导体层215B设置于同一层中，并可例如与p型半导体层215B一样包括低温多晶硅。例如，晶体管22的漏极可经由触点a2连接至信号线220（Lsig）。上电极218可例如由透明导电膜（例如铟锡氧化物（ITO）膜）形成。

保护层219可例如由氮化硅（SiN_x）形成。

（网格金属层211）

网格金属层211（也被称为遮光层）的至少一部分位于光电转换器件21的外围处。网格金属层211设置于围绕p型半导体层215B的区域中。在每一像素20中，如图4所示，例如晶体管22可设置于基本上呈矩形（或正方形）的区域的拐角处，在所述区域中，光电转换器件21设置于除晶体管22的形成区域之外的区域中。在第一实施例中，网格金属层211被设置成沿光电转换器件21的表面图案包围位于光电转换器件21外围处的光电转换器件21（p型半导体层215B）。再者，在每一像素20中，布线层（信号线Lsig、读出控制线Lread及GND线214B）被设置成以格子图案包围其中形成有光电转换器件21及晶体管22的区域。优选地，网格金属层211的部分或全部被设置成与布线层相对。尽管图4示出网格金属层211的每条边均平行于信号线220或读出控制线213A，然而，网格金属层211与布线层实际上被设置成彼此相对（相互重叠）。然而，网格金属层211优选地被设置成不与信号线220相对（不重叠于信号线220上）。具体而言，在平板显示器（FPD）的应用中，网格金属层211与信号线220之间电容耦合的增大会导致所谓的约翰逊噪声（Johnson noise）增大；因此，网格金属层211与信号线220优选地不相互重叠。

网格金属层211是包括例如铝（Al）、钼（Mo）、锡（Ti）、钨（W）、及铬（Cr）等遮光导电材料其中之一的单层膜，或者是包括所述材料中的两种或更多种的层叠膜。在第一实施例中，网格金属层211的至少一部分位于光电转换器件21的外围处并位于p型半导体层215B与基板210之间的层中。具体而言，网格金属层211设置于基板210与读出控制线213A（Lread，或晶体管22的栅极）之间的层中。

在此种配置中，网格金属层211与p型半导体层215B保持至相同的电位。此处，例如，网格金属层211可经由触点a3（图4及图5）连接至GND线214B，且p型半导体层215B可经由触点a4（图4及图6）连接至GND线214B。换言之，在第一实施例中，网格金属层211及p型半导体层215B保持至地电位。应注意，尽管网格金属层211及p型半导体层215B通过两个触点a3及a4连接至GND线214B，然而，层211、215B及214B可经由一个触点连接。

图7A及图7B图示网格金属层211的布局示例。如图7A所示，网格金属层211可被设置成包围各个像素20（使各个像素20彼此隔开）。作为另一选择，如图7B所示，网格金属层211整体上可被设置成格子图案（被设置成在对应于每一像素20的区域中具有开口）。应注意，在图7B所示的配置中，由于网格金属层211整体上对于所有像素20而设置，因此连接至GND线214B的触点a3不是对于像素20而单独地设置，并被设置于一或多个位置处。

[功能及有益效果]

在第一实施例的摄像单元1中，当摄像光Lin入射于摄像部11上时，每一像素20中的光电转换器件21会将摄像光Lin转换成信号电荷（进行光电转换）。此处，在存储节点N中，由于通过光电转换而产生的信号电荷的存储，会使电压随着存储节点的电容而变化。具体而言，当存储节点的电容被表示成Cs时，且当所产生的信号电荷被表示成q时，存储节点N的电压会变化q/Cs（在此情形中为降低）。晶体管22的漏极响应于此种电压变化而接收对应于信号电荷的电压。另外，当晶体管22响应于通过读出控制线Lread所提供的行扫描信号而接通时，存储于存储节点N中的信号电荷（对应于信号电荷施加至晶体管22的漏极的电压）被从像素20读出至信号线Lsig。

所读取的信号电荷通过信号线Lsig而被输入至A/D转换部14中用于多个（在此实施例中为四个）像素阵列中的每一像素阵列的列选择部17。在列选择部17中，从每一信号线Lsig发送的每一信号电荷均在电荷放大器电路171中经Q-V转换（从信号电荷至信号电压的转换）处理，且随后信号电压经A/D转换处理而产生数字信号形式的输出数据Dout。这样，输出数据Dout从列选择部17依序输出并随后被传输至外侧（或被输入至图未示出的内部存储器）。

理想地，在摄像单元1中，入射于每一像素20上的摄像光Lin由设置于该像素20中的光电转换器件21接收。然而，实际上，入射于像素20上的摄像光Lin的一部分可能不会被该像素20的光电转换器件21检测到（不会经光电转换），但可被单元内的部件（例如布线及/或其他部件）反射以形成杂散光。杂散光可泄漏至另一像素20（例如相邻像素）中，从而导致所谓的串扰的发生。此种串扰可导致调制传递函数（modulation transfer function；MTF）减小并使所捕获图像的分辨率降低。

在第一实施例中，每一像素20均具有位于光电转换器件21的外围处的遮光网格金属层211，遮光网格金属层211阻挡来自相邻像素的泄漏光，从而抑制如上所述的串扰的发生。作为结果，每一像素20以更高的精度对光进行检测，从而提高所捕获图像的分辨率。再者，此种网格金属层211保持至预定的电位，使得网格金属层211与光电转换器件21、电极、及/或布线层之间发生电容耦合的可能性减小，从而减小网格金属层211对每一像素20的电性影响。

再者，网格金属层211被设置成与布线层（例如信号线220（Lsig））相对，从而在不减小光电转换器件21的光接收面积（像素的孔径比）的情况下阻挡泄漏光。

此外，如上所述，网格金属层211的至少一部分位于光电转换器件21的外围处以及低于光电转换器件21的p型半导体层215B的层中（位于p型半导体层215B与基板210之间的层中）。此使得在形成容易在高温（例如，200摄氏度或更高）下劣化的光电转换器件21之前在基板210上形成网格金属层211。因此，网格金属层211可在任何温度下形成而不受限制，从而可使用在相对高的温度下形成膜的材料。另一方面，由于需执行激光退火（在约几千摄氏度下）来形成（多结晶化）p型半导体层215B，因此对于网格金属层211优选地使用具有高熔点的材料。

再者，尽管在第一实施例中网格金属层211设置于p型半导体层215B与基板210之间，然而在此种配置中，网格金属层211与p型半导体层215B保持至相同的电位（例如，地电位）。因此，在网格金属层211与p型半导体层215B之间发生电容耦合的可能性更小，从而能够更容易地减小对每一像素20的电性影响。

如上文所述，在第一实施例中，每一像素20均具有网格金属层211，网格金属层的至少一部分位于光电转换器件21的外围处，且网格金属层211保持至预定的电位。此能够减小网格金属层211对每一像素的电性影响并减少对相邻像素的光泄漏，从而抑制像素之间的串扰。因此，所捕获图像的图像品质得以改善。

再者，在第一实施例中，光电转换器件21的p型半导体层215B可包括低温多晶硅，因而p型半导体层215B具有低电阻率。此使得无需在低于p型半导体层215B的层中单独地设置用于提取电荷（或用于放电）的金属电极，但可降低遮光性能。因此，第一实施例的网格金属层211在对于光电转换器件21使用低温多晶硅的情形中尤其有效。

现在将描述第一实施例的变型例（变型例1及2）。应注意，与第一实施例中相同的部件由相同的附图标记标识且不再予以赘述。

[变型例1]

图8图示根据变型例1的像素的剖面结构。尽管在第一实施例中，网格金属层211被设置在低于p型半导体层215B的层中以及读出控制线213A与基板210之间的层中的位置处，然而网格金属层（网格金属层211a）也可如在变型例1中一般与读出控制线213A设置于同一层中。应注意，与根据上述第一实施例的网格金属层211一样，网格金属层211a在光电转换器件21的外围处被设置成与布线层（包括信号线220（Lsig））相对并经由触点a3而连接至GND线214B，且因此与p型半导体层215B保持至相同的电位（地电位）。网格金属层211a的平面布局配置也类似于网格金属层211的平面布局配置。

这样，网格金属层211a可与读出控制线Lread设置于同一层中。在此种情形中，也会提供与第一实施例中相同的有利效果。再者，在变型例1中，网格金属层211a可由与读出控制线213A相同的材料（例如，钼）形成，并可与读出控制线213A共同形成于同一图案化步骤中。另外，在变型例1中无需层间绝缘膜212A。因此，例如在辐射射线穿过基板210而入射的情形中，层的数目及从光入射表面（基板210的背部）至光电转换器件21的距离（厚度）减小，因此使光损失减小。

[变型例2]

图9图示根据变型例2的像素的相关部分的平面配置。图10图示沿图9中的线A-A’截取的剖面配置。尽管在第一实施例中，网格金属层211是沿光电转换器件21（p型半导体层215B）的表面形状设置但并未设置于与晶体管22相对的区域中，然而网格金属层211b也可如在变型例2中一般被设置于与晶体管22相对的区域上方。

这样，网格金属层211b不仅可被设置于与布线层（包括信号线220等）相对的区域上方，也可被设置于与晶体管22相对的区域上方。在此种情形中，也提供与第一实施例中相同的有利效果。

[第二实施例]

图11图示根据本发明第二实施例的摄像单元的每一像素的相关部分的平面配置。图12图示沿图11中的线A-A’截取的剖面配置。在第二实施例中，摄像部11中设置有多个像素，且与第一实施例中的像素20一样，其中每一像素均包括一个光电转换器件21及一个晶体管22。另外，网格金属层211c的至少一部分在光电转换器件21的外围处被设置成与布线层相对。

然而，在第二实施例中，网格金属层211c的至少一部分在光电转换器件21的外围处被设置于高于光电转换器件21的层中（高于n型半导体层217的层中）。例如，网格金属层211c可在保护层219上被设置成与信号线220（Lsig）、读出控制线213A（Lread）及GND线214B相对。尽管网格金属层211c的构成材料可包括与第一实施例中的网格金属层211相似的材料，然而优选地使用能够在尽可能低的温度（例如，约200摄氏度或以下）下连续形成的材料，这是因为网格金属层211c是在光电转换器件21形成之后形成的。

网格金属层211c具有遮光性能并保持至预定的电位。在第二实施例中，网格金属层211c保持至能够减小网格金属层211c与布线层（包括信号线220（Lsig）及读出控制线213A（Lread））之间所发生的电容耦合的电位。具体而言，网格金属层211c在触点a5处连接至GND线214B，以保持至地电位。作为另一选择，网格金属层211c可保持至响应于施加至信号线220（Lsig）及读出控制线213A（Lread）中的每一者的电压脉冲而设定的电位（电位可以以预定的时序切换）。

在第二实施例中，当摄像光Lin入射于摄像部11上时，信号电荷积聚于每一像素中，且所积聚的信号电荷通过晶体管22而从像素20被读出至信号线Lsig。每一像素均具有网格金属层211c，网格金属层211c具有遮光性能且其至少一部分位于光电转换器件21的外围处以抑制与相邻像素的串扰。另外，此种网格金属层211c如上所述保持至预定的电位，使得尤其在网格金属层211c与布线层（包括信号线220（Lsig）及读出控制线213A（Lread））之间发生电容耦合的可能性减小，从而减小网格金属层211c对每一像素20的电性影响。因此，将提供与第一实施例中相同的有利效果。

此外，如上所述，网格金属层211c的至少一部分位于光电转换器件21的外围处以及高于光电转换器件21的n型半导体层217的层中（在保护层219上）。因此，例如，此使得当摄像光Lin穿过保护层219而入射时能够更容易地减小串扰。

[变型例3]

图13图示根据本发明上述实施例的变型例3的像素的相关部分的平面配置。图14图示沿图13中的线A-A’截取的剖面配置。应注意，尽管图14示出网格金属层211的每条边均平行于信号线220或读出控制线213A，然而实际上网格金属层211与布线层被设置成彼此相对（相互重叠）。如在变型例3中一般，可结合使用第一实施例中的网格金属层211与第二实施例中的网格金属层211c。网格金属层211连接至GND线214B并与p型半导体层215B保持至相同的地电位。另一方面，网格金属层211c可经由未示出的触点连接至GND线，或可如上所述保持至与施加至信号线220及读出控制线213A中的每一者的电压脉冲相对应的预定电位。

在此种情形中，网格金属层211及211c中的每一者也如上所述保持至预定电位，从而抑制像素之间的串扰同时减小网格金属层对每一像素的电性影响。再者，网格金属层211及211c分别设置于高于光电转换器件21的层中及低于光电转换器件21的层中，此能够改善遮光性能并因此有利于抑制串扰。

应注意，在第二实施例的像素结构中，网格金属层211c也可如在变型例2中一般被设置于与晶体管22相对的区域上方。再者，在变型例3的像素结构中，网格金属层211及211c中的一者或两者也可如在变型例2中一般被设置于与晶体管22相对的区域上方。再者，在变型例3的像素结构中，网格金属层211可如在变型例1中一般与读出控制线213A设置于同一层中。

[变型例4-1]

图15图示根据变型例4-1的像素（像素20A）的电路配置连同电荷放大器电路171的示例性电路配置。与上述各实施例的像素20一样，像素20A具有无源电路配置并包括一个光电转换器件21及一个晶体管22。另外，像素20A连接至读出控制线Lread及信号线Lsig。

然而，变型例4-1的像素20A与上述每一实施例的像素20的不同之处在于，光电转换器件21的阳极连接至存储节点N，且光电转换器件21的阴极连接至电源。这样，光电转换器件21的阳极可连接至像素20A中的存储节点N。在此种情形中，也提供与上述每一实施例的摄像单元1相同的有利效果。

[变型例4-2]

图16图示根据变型例4-2的像素（像素20B）的电路配置连同电荷放大器电路171的示例性电路配置。与上述各实施例的像素20一样，像素20B具有无源电路配置并连接至读出控制线Lread及信号线Lsig。

然而，变型例4-2的像素20B包括一个光电转换器件21及两个晶体管22A及22B。所述两个晶体管22A及22B彼此串联连接（一个晶体管的源极或漏极电性连接至另一晶体管的漏极或源极）。晶体管22A及22B中每一者的栅极均连接至读出控制线Lread。

这样，串联连接的所述两个晶体管22A及22B可设置于像素20B中。在此种情形中，也提供与上述实施例中相同的有利效果。

[变型例4-3及4-4]

图17图示根据变型例4-3的像素（像素20C）的电路配置连同放大器电路171A的示例性电路配置。图18图示根据变型例4-4的像素（像素20D）的电路配置连同放大器电路171A的示例性电路配置。与上文所述的像素20、20A及20B不同，像素20C及20D均具有所谓的有源电路配置。

像素20C及20D分别包括一个光电转换器件21及三个晶体管22、23及24。另外，像素20C及20D中的每一者均连接至读出控制线Lread、信号Lsig及复位控制线Lrst。

在像素20C及20D中的每一者中，晶体管22的栅极连接至读出控制线Lread，晶体管22的源极可连接至例如信号线Lsig，且晶体管22的漏极可连接至例如晶体管23的漏极，从而构成源跟随电路。晶体管23的源极可连接至例如电源VDD，且晶体管23的栅极可例如经由存储节点N而连接至光电转换器件21的阴极（图17）或阳极（图18）以及用作复位晶体管的晶体管24的漏极。晶体管24的栅极连接至复位控制线Lrst，且晶体管24的源极例如可接收复位电压Vrst。在图17所示的变型例4-3中，光电转换器件21的阳极连接至地面（接地）。在图18所示的变型例4-4中，光电转换器件21的阴极连接至电源。

放大器电路171A设置于上述列选择部17中并具有恒流源171及放大器176以取代电荷放大器172、电容元件C1及开关SW1。在放大器176中，正输入端连接至信号线Lsig，且负输入端与输出端相互连接，从而形成电压跟随器电路。应注意，恒流源171的一个端子连接至信号线Lsig的一端，且恒流源171的另一端子连接至电源VSS。

上述各实施例及变型例中所述的网格金属层211也可应用于具有此种有源像素20C或20D的摄像单元，从而能够抑制散粒噪声（shot noise）或暗电平变化的发生。因此，提供与上述各实施例中相似的有利效果。

[变型例5-1]

图19图示根据变型例5-1的像素的剖面配置。在变型例5-1中，摄像部11上（保护层219上）还设置有波长转换层112。波长转换层112将辐射射线Rrad（例如，α射线、β射线、γ射线及X射线）的波长转换成处于光电转换器件21的灵敏度范围内的波长，使得光电转换器件21能够基于辐射射线Rrad读取信息。波长转换层112例如可由能够将辐射射线（例如X射线）转换成可见光的荧光剂（例如闪烁物）形成。例如，此种波长转换层112可通过以下方式制成：在保护层219上形成有机平坦化膜或例如包括旋布玻璃材料的平坦化膜，并随后在上面形成荧光膜（例如，CsI、NaI、或CaF₂膜）。此种像素结构例如可应用于所谓的间接转换式射线照相摄像单元。在此种情形中，可优选地提供第二实施例中所述的网格金属层211c。

[变型例5-2]

图20图示根据变型例5-2的像素的剖面配置。在变型例5-2中，基板210的背部上设置有波长转换层112，且穿过基板21的背部而进入的辐射射线Rrad在波长转换层112中经波长转换并随后由光电转换器件21检测。此种像素结构也可应用于间接转换式射线照相摄像单元。在此种情形中，可优选地提供第一实施例中所述的网格金属层211。变型例5-2的像素结构可在对于p型半导体层215B使用低温多晶硅的情形中实现。如果使用低温多晶硅，则如上所述，由于能够提供足够的导电性而可不独立地设置金属电极，从而使光能够穿过基板210的背部而进入。应注意，在光穿过基板210的背部而进入的情形中，对于基板210可使用透明基板（例如玻璃）。

[变型例5-3]

图21示意性地图示根据变型例5-3的摄像部（摄像部11A）的大体配置。与上文所述各实施例及变型例中的摄像部不同，摄像部11A包括能够将所接收的辐射射线Rrad转换成电信号的光电转换器件。此种光电转换器件可由例如非晶硒（a-Se）半导体、碲化镉（CdTe）半导体等形成。此种结构例如可应用于所谓的直接转换式射线照相摄像单元。在直接转换式射线照相摄像单元中，例如，对于光电转换器件，可将紫外（UV）射线或类似射线用作刷新光（所述光用于移除可能产生于形成直接转换膜的半导体中的残余电荷）。在此种直接转换式射线照相摄像单元中使用网格金属层211会使刷新光能够从辐射射线Rrad入射侧的相对侧高效地进入。

包括根据上述变型例5-1～5-3中任一者的像素结构或摄像部的摄像单元被用作各种能够分别基于所接收的辐射射线Rrad获取电信号的射线照相摄像单元中的任一种。此种射线照相摄像单元的可能应用包括但不限于：医用X射线摄像单元（例如，数字射线照相术）、在机场及其他场所使用的便携物体检查X射线摄像单元、以及工业用X射线摄像单元（例如用于检查集装箱中的危险物品的单元以及用于检查袋中物体的单元）。

[应用示例]

根据上述各实施例及变型例中每一者的摄像单元可应用于如下所述的摄像显示系统。

图22示意性地图示根据应用示例的摄像显示系统（摄像显示系统5）的大体配置。摄像显示系统5包括：包括上述摄像部11（或摄像部11A）的摄像单元1；图像处理部52；以及显示单元4。在此示例中，摄像显示系统5是使用辐射射线的摄像显示系统（射线照相摄像显示系统）。

图像处理部52对从摄像单元1输出的输出数据Dout（摄像信号）执行预定的图像处理以产生图像数据D1。显示单元4基于图像处理部52所产生的图像数据D1而在预定的显示器屏幕40上进行图像显示。

在摄像显示系统5中，摄像单元1（在此示例中为射线照相摄像单元）基于从光源（在此示例中为辐射源，例如X射线源）51施加至对象50的照射光（在此示例中为辐射射线）而获取对象50的图像数据Dout，并将图像数据Dout输出至图像处理部52。图像处理部52对所接收的图像数据Dout执行预定的图像处理并将经图像处理的图像数据（显示数据）D1输出至显示单元4。显示单元4基于所接收的图像数据D1而在显示器屏幕40上显示图像信息（所捕获的图像）。

这样，在所述应用示例的摄像显示系统5中，摄像单元1可以电信号形式获取对象50的图像，从而使得能够通过将所获取的电信号传输至显示单元4而进行图像显示。换言之，与过去不同，摄像显示系统5容许在没有任何射线照相胶片的情况下观察对象50的图像，并随时准备进行移动图像摄影及移动图像显示。

应注意，尽管已通过其中摄像单元1被配置成射线照相摄像单元以提供利用放射射线的摄像显示系统的示例性情形对应用示例进行了描述，然而根据本发明一个实施例的摄像显示系统可应用于包括任何其他类型摄像单元的摄像显示系统。

尽管上文已通过各实施例、变型例及应用示例对本发明进行了描述，然而本发明的内容并非仅限于此，而是可对本发明作出各种修改及改变。例如，尽管已通过其中网格金属层的至少一部分被设置成在光电转换器件21的外围处包围（以格子图案或框架图案）光电转换器件21的示例性配置对各实施例、变型例及应用示例进行了描述，然而网格金属层可不必不断开地设置于光电转换器件21的外围处。换言之，网格金属层可部分地断开，或可沿信号线Lsig及读出控制线Lread其中之一被设置成条纹图案。然而，考虑到对泄漏光的抑制，网格金属层优选地被设置成如上所述沿光电转换器件21的表面形状包围光电转换器件21。

再者，摄像部中的像素的电路配置并非仅限于各实施例、变型例及应用示例中所述的那样（像素20及像素20A～20D的电路配置），而是像素可具有另一种电路配置。类似地，行扫描部、列扫描部及其他部中每一者的电路配置并非仅限于各实施例、变型例及应用示例中所述的那样，而是每一部均可具有另一种电路配置。

此外，各实施例、变型例及应用示例中所述的摄像部、行扫描部、A/D转换部（列选择部）、列扫描部及其他部例如可设置于同一基板上。具体而言，例如，多晶半导体（例如低温多晶硅）的使用能够将这些电路部分中的开关等形成于同一基板上。例如，此容许基于来自外部系统控制部的控制信号对位于同一基板上的各部进行驱动操作，从而实现小的边框尺寸（具有三个自由边的边框结构），并提高布线连接期间的可靠性。

此外，本发明技术涵盖本文所述及并入本文中的各种实施例及变型例中的某些或全部的任何可能的组合。

可根据本发明的上述示例性实施例、变型例、及应用示例实现至少以下配置。

（1）一种摄像部，所述摄像部具有至少一个像素，所述至少一个像素包括：（a）光电转换器件，其用于接收入射光并产生对应于所述入射光的电荷；以及（b）遮光层，所述遮光层的至少一部分位于所述光电转换器件的外围之外。

（2）如（1）所述的摄像部，其中，所述像素连接至读出控制线及信号线。

（3）如（2）所述的摄像部，其中，所述遮光层与所述读出控制线相对。

（4）如（1）所述的摄像部，其中，所述遮光层与所述读出控制线设置于同一层中。

（5）如（4）所述的摄像部，其中，所述遮光层与所述读出控制线是相同的材料。

（6）如（1）所述的摄像部，其中，所述光电转换器件用于接收入射光并产生对应于所述入射光的电荷。

（7）如（1）所述的摄像部，其中，所述遮光层的一部分与所述光电转换器件的一部分重叠。

（8）如（1）所述的摄像部，其中，所述遮光层具有预定的电位。

（9）如（1）所述的摄像部，其中，所述光电转换器件包括第一类型的半导体层、本征半导体层、以及第二类型的半导体层。

（10）如（9）所述的摄像部，其中，所述遮光层及所述第一类型的半导体层连接至预定的电位。

（11）如（1）所述的摄像部，其中，所述遮光层位于栅极与基板之间。

（12）如（1）所述的摄像部，其中，所述遮光层与栅极设置于同一层上。

（13）如（9）所述的摄像部，其中，所述第一类型的半导体层包括低温多晶硅。

（14）如（1）所述的摄像部，其中，所述光电转换器件将X射线入射光转换成电荷。

（15）一种摄像单元，所述摄像单元包括：

摄像部；

行扫描部；

列扫描部；以及

系统控制部，其用于控制所述行扫描部及所述列扫描部，其中，

所述摄像部包括：（a）排列成矩阵的多个像素；（b）每一像素的光电转换器件，所述光电转换器件用于接收入射光并产生对应于所述入射光的电荷；以及（c）每一像素的遮光层，所述遮光层的至少一部分位于所述光电转换器件的外围之外，所述遮光层位于所述光电转换器件的上方。

（16）如（15）所述的摄像单元，其中，所述光电转换器件用于接收入射光并产生对应于所述入射光的电荷。

（17）如（15）所述的摄像单元，其中，所述摄像部还包括波长转换层，所述波长转换层用于将辐射射线的波长转换成处于所述光电转换器件的灵敏度范围内的波长。

（18）如（17）所述的摄像单元，其中，所述波长转换层用于将X射线波长转换至所述光电转换器件的灵敏度范围。

（19）一种摄像显示系统，所述摄像显示系统包括：

摄像单元；

图像处理部；以及

显示单元，其中，

所述摄像单元包括：（a）摄像部；（b）行扫描部；（c）列扫描部；以及（d）系统控制部，其用于控制所述行扫描部及所述列扫描部，以及

所述摄像部包括：（a）排列成矩阵的多个像素；（b）每一像素的光电转换器件，所述光电转换器件用于接收入射光并产生对应于所述入射光的电荷；以及（c）每一像素的遮光层，所述遮光层位于所述光电转换器件的外围之外。

（20）一种摄像单元，其包括：

多个像素，所述多个像素中的每一者包括光电转换器件及场效应晶体管，其中

所述像素中的每一者在所述光电转换器件的外围区域中包括遮光层，所述遮光层保持至预定的电位。

（21）如（20）所述的摄像单元，其中，

所述外围区域包括布线层，所述布线层包括信号线及读出控制线，以及

所述遮光层被设置成与所述布线层相对。

（22）如（21）所述的摄像单元，其中，

所述光电转换器件设置于基板上并从所述基板依次包括第一导电型的半导体层、本征半导体层、以及第二导电型的半导体层，以及

所述遮光层在所述光电转换器件的所述外围区域中设置于所述第一导电型的半导体层与所述基板之间，并保持至与所述第一导电型的半导体层的电位基本上相同的电位。

（23）如（22）所述的摄像单元，其中，所述遮光层及所述第一导电型的半导体层保持至预定的DC电位。

（24）如（22）或（23）所述的摄像单元，其中，所述遮光层设置于所述晶体管的栅极与所述基板之间。

（25）如（22）或（23）所述的摄像单元，其中，所述遮光层与所述晶体管的栅极设置于同一层中。

（26）如（22）至（25）中的任一项所述的摄像单元，其中，所述第一导电型的半导体层包括低温多晶硅。

（27）如（21）所述的摄像单元，其中，所述遮光层设置于与所述布线层及所述晶体管中的每一者相对的区域上方。

（28）如（21）所述的摄像单元，其中，

所述光电转换器件设置于基板上并从所述基板依次包括第一导电型的半导体层、本征半导体层、及第二导电型的半导体层，以及

所述遮光层在所述光电转换器件的所述外围区域中设置于高于所述第二导电型的半导体层的层中并保持至地电位。

（29）如（21）所述的摄像单元，其中，

所述光电转换器件设置于基板上并从所述基板依次包括第一导电型的半导体层、本征半导体层、及第二导电型的半导体层，以及

所述遮光层在所述光电转换器件的所述外围区域中设置于高于所述第二导电型的半导体层的层中，并响应于施加至扫描线及所述信号线中每一者的电压脉冲而保持至电位集合。

（30）如（21）所述的摄像单元，其中，

所述光电转换器件设置于基板上并从所述基板依次包括第一导电型的半导体层、本征半导体层、及第二导电型的半导体层，以及

所述遮光层在所述光电转换器件的所述外围区域中设置于位于所述第一导电型的半导体层与所述基板之间的层中以及所述光电转换器件的所述外围区域中高于所述第二导电型的半导体层的层中。

（31）如（21）至（30）中的任一项所述的摄像单元，还包括波长转换层，其中，

所述光电转换器件设置于基板上，且所述波长转换层设置于所述基板的背部上，并将辐射射线的波长转换成处于所述光电转换器件的灵敏度范围内的波长。

（32）如（21）至（30）中的任一项所述的摄像单元，还包括波长转换层，其中

所述光电转换器件设置于基板上，且所述波长转换层设置于所述光电转换器件上，并将辐射射线的波长转换成处于所述光电转换器件的灵敏度范围内的波长。

（33）如（21）至（30）中的任一项所述的摄像单元，其中，所述光电转换器件基于入射辐射射线产生电信号。

（34）如（31）至（33）中的任一项所述的摄像单元，其中，所述辐射射线是X射线。

（35）一种摄像显示系统，所述摄像显示系统具有摄像单元及显示单元，所述显示单元基于所述摄像单元所获得的摄像信号而进行图像显示，所述摄像单元包括：

多个像素，所述多个像素中的每一者包括光电转换器件及场效应晶体管，其中，所述像素中的每一者在所述光电转换器件的外围区域中包括遮光层，所述遮光层保持至预定的电位。

Claims (18)

1.一种摄像部，其具有至少一个像素，所述像素包括：

(a)光电转换器件，其用于接收入射光并产生对应于所述入射光的电荷；以及

(b)遮光层，所述遮光层的至少一部分位于所述光电转换器件的外围之外，

其中，所述光电转换器件包括依次堆叠于基板上的第一类型的半导体层、本征半导体层以及第二类型的半导体层，并且所述遮光层的至少一部分位于所述第一类型的半导体层与所述基板之间的层中。

2.如权利要求1所述的摄像部，其中，所述像素连接至读出控制线及信号线。

3.如权利要求2所述的摄像部，其中，所述遮光层与所述读出控制线相对。

4.如权利要求2所述的摄像部，其中，所述遮光层与所述读出控制线设置于同一层中。

5.如权利要求4所述的摄像部，其中，所述遮光层与所述读出控制线是相同的材料。

6.如权利要求1所述的摄像部，其中，所述光电转换器件用以接收入射光并产生对应于所述入射光的电荷。

7.如权利要求1所述的摄像部，其中，所述遮光层的一部分与所述光电转换器件的一部分重叠。

8.如权利要求1所述的摄像部，其中，所述遮光层具有预定的电位。

9.如权利要求1所述的摄像部，其中，所述遮光层及所述第一类型的半导体层连接至预定的电位。

10.如权利要求1所述的摄像部，其中，所述遮光层位于栅极与基板之间。

11.如权利要求1所述的摄像部，其中，所述遮光层与栅极设置于同一层上。

12.如权利要求1所述的摄像部，其中，所述第一类型的半导体层包括低温多晶硅。

13.如权利要求1所述的摄像部，其中，所述光电转换器件将X射线入射光转换成电荷。

14.一种摄像单元，其包括：

摄像部；

行扫描部；

列扫描部；以及

系统控制部，其用于控制所述行扫描部及所述列扫描部，其中，

所述摄像部包括：(a)排列成矩阵的多个像素；(b)每一像素的光电转换器件，所述光电转换器件用以接收入射光并产生对应于所述入射光的电荷；以及(c)每一像素的遮光层，所述遮光层的至少一部分位于所述光电转换器件的外围之外，所述遮光层位于所述光电转换器件的上方，

其中，所述光电转换器件包括依次堆叠于基板上的第一类型的半导体层、本征半导体层以及第二类型的半导体层，并且所述遮光层的至少一部分位于所述第一类型的半导体层与所述基板之间的层中。

15.如权利要求14所述的摄像单元，其中，所述光电转换器件用以接收入射光并产生对应于所述入射光的电荷。

16.如权利要求14所述的摄像单元，其中，所述摄像部还包括波长转换层，所述波长转换层用以将辐射射线的波长转换成处于所述光电转换器件的灵敏度范围内的波长。

17.如权利要求16所述的摄像单元，其中，所述波长转换层用以将X射线波长转换至所述光电转换器件的灵敏度范围内的波长。

18.一种摄像显示系统，其包括：

摄像单元；

图像处理部，以及

显示单元，其中，

所述摄像单元包括：(a)摄像部；(b)行扫描部；(c)列扫描部；以及(d)系统控制部，其用以控制所述行扫描部及所述列扫描部，以及

所述摄像部包括：(a)排列成矩阵的多个像素；(b)每一像素的光电转换器件，所述光电转换器件用以接收入射光并产生对应于所述入射光的电荷；以及(c)每一像素的遮光层，所述遮光层位于所述光电转换器件的外围之外，

其中，所述光电转换器件包括依次堆叠于基板上的第一类型的半导体层、本征半导体层以及第二类型的半导体层，并且所述遮光层的至少一部分位于所述第一类型的半导体层与所述基板之间的层中。