CN104218045A - 碘化铅光电导层基数字x射线平板探测器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种碘化铅光电导层基数字X射线平板探测器，包括矩阵式薄膜晶体管玻璃基板；光电导层，设置在所述矩阵式薄膜晶体管玻璃基板上；顶电极层，设置在所述光电导层表面。本发明提供的这种碘化铅光电导层基数字X射线平板探测器采用碘化铅材料层作为光电导层，将X射线光子直接转换成电荷信号，实现数字X射线成像，该材料结构和性能优良，制备工艺简单，易于实现低成本、大面积和大厚度要求的连续和稳定制备。因此，本发明提供的数字X射线平板探测器能降低放射医疗成像和无损探测成像成本，而能在放射成像领域内推广和普及。

Description

碘化铅光电导层基数字X射线平板探测器

技术领域

本发明涉及一种数字X射线平板成像器件，尤其涉及一种用于放射医疗成像和无损探测成像的碘化铅光电导层基数字X射线平板探测器，属于放射探测与成像领域。

背景技术

目前，数字X射线成像设备主要有两种类型的平板探测器。一种为间接转换型的非晶硅(a-Si)数字X射线平板探测器，采用闪烁体（碘化铯CsI）或荧光体层（氧硫化钆GdSO）加非晶硅光电二极管再加电子开关薄膜晶体管（Thin film Transtors, TFT）的结构。另一种为直接转换型非晶硒(a-Se)数字X射线平板探测器，将非晶硒光电导层制备在阵列式薄膜晶体管玻璃基板上，形成非晶硒加TFT探测器结构。X射线照射非晶硒光电导层，发生光电效应，产生电子空穴对，在偏压下光生载流子向电极两端定向移动，通过TFT基板上的像素电容收集电荷并进行前置信号放大和A/D转换获得数字图像。

非晶硒材料对X光子吸收率较低，低剂量条件下的图像质量不能得到较好的保证，而增加X射线剂量，不但会加大病患的射线吸收，且对X光系统要求更高，也易造成材料的老化失效。更重要的是，基于非晶硒的数字X射线平板探测器对使用环境要求苛刻，在高出室温一定范围内会出现非晶硒材料的局部结晶，从而失去光电转换功能造成器件失效。鉴于以上类型的数字X射线平板探测器存在的诸多问题，迫切需要开发新型材料和结构的器件，既能满足成像领域所要求的指标，又能在较低的成本下实现产品的制造和生产。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种新型的数字X射线平板探测器，以实现低成本的平板探测器获得高性能的图像质量。

为了实现本发明的目的，本发明提供了一种碘化铅光电导层基数字X射线平板探测器，包括：

矩阵式薄膜晶体管玻璃基板，用于读出电荷信号；

光电导层，设置在所述矩阵式薄膜晶体管玻璃基板上，用于吸收X射线转化为电荷信号；以及

顶电极层，设置在所述光电导层表面，用于施加偏置电压。

所述矩阵式薄膜晶体管玻璃基板包含阵列式的薄膜晶体管和像素电容。

所述阵列式薄膜晶体管用做电子开关，像素电容用作电荷信号存储。

所述光电导层为碘化铅材料层。

所述碘化铅材料层厚度为50至500微米。

所述矩阵式薄膜晶体管玻璃基板尺寸和碘化铅材料层的尺寸均为5×5英寸至17×17英寸。

所述顶电极层为金或钯薄膜。

本发明提供的数字X射线平板探测器采用了新型碘化铅光电导层化合物半导体材料，组成材料的元素铅和碘的原子序数分别为82和53，相比于原子序数为34的非晶硒材料，该材料对X射线的具有很高的阻挡和吸收效率。碘化铅材料同样可实现非晶硒材料的X射线光电转换功能，直接将X光子转换成电荷信号，实现数字X射线成像，保证了空间分辨率，由于材料对X光子的吸收率较高，所需的放射剂量较低，环境适应性较好，其各项性能优于非晶硒，降低了材料制备难度，同时也降低了制造和生产成本。因此，本发明提供的碘化铅光电导层基数字X射线平板探测器能够以比现有技术更低的制造成本，实现更好的性能，使得装备有该数字X射线平板探测器的医疗仪器和无损探测设备能够被广泛应用，这将惠及广大患者和设备使用者。

附图说明

图1为本发明碘化铅光电导层基数字X射线平板探测器的剖面图。

图2为使用本发明碘化铅光电导层基数字X射线平板探测器用于放射医疗成像和无损探测成像的工作原理。

具体实施方式

为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整进行实施，但这仍属于本发明的保护范围。

参见图1，为本发明碘化铅光电导层基数字X射线平板探测器的剖面图。该数字X射线平板探测器的结构如图1所示，包括：矩阵式薄膜晶体管玻璃基板1，用于读出电荷信号，依据应用领域，所述矩阵式薄膜晶体管玻璃基板1面积尺寸为5×5英寸至17×17英寸，其表面上由众多矩阵排列的非晶硅材料制成的薄膜晶体管101和按照相应方式排列的像素电容102构成，薄膜晶体管101用作电子开关，像素电容102用作电荷信号存储，通过在薄膜晶体管101上施加驱动信号，控制薄膜晶体管101电子开关状态，读取像素电容102内的电荷信号；光电导层2，设置在所述矩阵式薄膜晶体管玻璃基板1上，用于吸收X射线转化为电荷信号，光电导层2为碘化铅材料层，依据应用领域，所述碘化铅材料层厚度为50至500微米范围，面积为尺寸为5×5英寸至17×17英寸，该光电导层用作阻挡和吸收入射X射线，产生光电导效应，将入射X射线光子转化为一定强度的电荷信号；顶电极层3，设置在所述光电导层2表面，用于施加偏置电压，在所述碘化铅材料光电导层2形成均匀偏置电场，所述顶电极层2为金或钯薄膜，依据应用领域，所述顶电极层厚度为20至200纳米，面积尺寸为5×5英寸至17×17英寸，所述金或钯薄膜采用磁控溅射或真空热蒸发或类似镀膜手段制备，最后将整个器件封装在密闭金属盒或带电磁屏蔽遮光的封装盒内（图1中为示出），形成完整的碘化铅光电导层基数字X射线平板探测器。

本发明提供的碘化铅光电导层基数字X射线平板探测器采用新型碘化铅光电导层化合物半导体材料，该材料结构和性能优良，制备工艺简单，易于实现大面积大厚度要求的连续稳定制备，可以与现有平板液晶显示器件控制元件薄膜晶体管阵列面板的制造和应用实现制造工艺流程无缝衔接，从而能在薄膜晶体管阵列面板生产线上大量生产，这将大大降低碘化铅光电导层基数字X射线平板探测器的制造成本，而能在放射成像领域内推广和普及。

参见图2，示例了碘化铅光电导层基数字X射线平板探测器用于放射医疗成像和无损探测成像的工作原理，采用偏置电压源4，在顶电极层3上施加正偏置电压，依据应用领域，设置合适的偏置电压值，在光电导层2内形成均匀强度偏置电场，电场方向如图2所示。工作时，X射线入射并穿透顶电极层3，进入碘化铅材料光电导层2，将X射线阻挡和吸收发生光电导效应，产生电子空穴对，在正偏置电场作用下，电子向光电导层和顶电极层界面移动并被捕获，空穴向像素电容102的像素电极移动，在像素电容102内产生感生等量电荷，从而记录了X射线入射形成的电荷信息，在薄膜晶体管101上施加电压驱动信号，控制薄膜晶体管101电子开关为“开”状态，读取像素电容102内的电荷信号，逐次控制薄膜晶体管101从而将整个基板上的电信号读出并进行信号处理而获得数字图像。

Claims (7)

1.碘化铅光电导层基数字X射线平板探测器，其特征在于，包括：

矩阵式薄膜晶体管玻璃基板，用于读出电荷信号；

光电导层，设置在所述矩阵式薄膜晶体管玻璃基板上，用于吸收X射线转化为电荷信号；以及

顶电极层，设置在所述光电导层表面，用于施加偏置电压。

2.根据权利要求1所述的碘化铅光电导层基数字X射线平板探测器，其特征在于所述矩阵式薄膜晶体管玻璃基板包含阵列式的薄膜晶体管和像素电容。

3.根据权利要求1和2所述的碘化铅光电导层基数字X射线平板探测器，其特征在于所述阵列式薄膜晶体管用作电子开关，像素电容用作电荷信号存储。

4.根据权利要求1所述的碘化铅光电导层基数字X射线平板探测器，其特征在于所述光电导层为碘化铅材料层。

5.根据权利要求4所述的碘化铅光电导层基数字X射线平板探测器，其特征在于所述碘化铅材料层厚度为50至500微米。

6.根据权利要求1和4所述的碘化铅光电导层基数字X射线平板探测器，其特征在于所述矩阵式薄膜晶体管玻璃基板尺寸和碘化铅材料层的尺寸均为5×5英寸至17×17英寸。

7.根据权利要求1所述的碘化铅光电导层基数字X射线平板探测器，其特征在于所述顶电极层为金或钯薄膜。