CN104241436B - 一种x射线探测基板及其制备方法、x射线探测设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到X射线探测设备的技术领域，公开了一种X射线探测基板及其制备方法、X射线探测设备。该探测基板包括：衬底，设置在衬底上的薄膜晶体管及光电二极管、设置在光电二极管上并将X射线转换成可见光的转化层以及设置在转化层上的具有多个透光窗口的封装层，光电二极管与其中一个透光窗口的设置位置相对应，光电二极管朝向透光窗口的一侧设置有聚光透镜。在上述技术方案中，X射线在转化层上转换成可见光，之后通过聚光透镜射入到光电二极管，最终转换成电信号，在整个转换过程中通过微透镜提高了聚光的效果，从而使得更多的光线能够通过聚光透镜射入到光电二极管中，提高了量子效率，改善了成像效果。

Description

一种X射线探测基板及其制备方法、X射线探测设备

技术领域

本发明涉及到X射线探测设备的技术领域，尤其涉及到一种X射线探测基板及其制备方法、X射线探测设备。

背景技术

X射线检测广泛应用于医疗、安全、无损检测、科研等领域，在国计民生中日益发挥着重要作用。目前，在实际使用中，X射线检测普遍使用胶片照相法。X射线胶片照相的成像质量较高，能正确提供被测试件体貌和缺陷真实情况的可靠信息，但是，它具有操作过程复杂、运行成本高、结果不易保存且查询携带不便以及评片人员眼睛易受强光损伤等缺点。为了解决上述问题，20世纪90年代末出现了X射线数字照相(DigitaIRadiography，DR)检测技术。X射线数字照相系统中使用了平板探测器(flatpaneldetector)，其像元尺寸可小于0。1mm，因而其成像质量及分辨率几乎可与胶片照相媲美，同时还克服了胶片照相中表现出来的缺点，也为图像的计算机处理提供了方便。

由于电子转换模式不同，数字化X射线照相检测可分为直接转换型(DirectDR)和间接转换型(IndirectDR)。间接转换型探测器由X射线转换层与非晶硅光电二极管、薄膜晶体管、信号存储基本像素单元及信号放大与信号读取等组成。间接平板探测器的结构主要是由闪烁体(碘化铯)或荧光体(硫氧化钆)层加具有光电二极管作用的非晶硅层，再加TFT阵列构成。此类的平板探测器闪烁体或荧光体层经X射线曝光后可以将X射线转换为电信号，通过薄膜晶体管阵列将每个像素的电荷信号读出并转化为数字信号并传送到计算机图像处理系统集成为X射线影像。

半导体光电器件不论是发光器件或是探测器件都有一个光学窗口。因此光电器件的光窗设计对半导体光甩器件的光电转换效率、灵敏度及管子的可靠性影响较大。对于通常的XRD来说光学窗口包括防散射隔板(grid)及闪烁体(碘化铯)或荧光体(硫氧化钆)组成。现有技术中的光学窗口的性能较差，直接影响PIN的光电效率，造成成像效果较差。

发明内容

本发明提供了一种X射线探测基板及其制备方法、X射线探测设备，用以提高量子效率，减小X射线的剂量，并进一步的提高成像效果。

本发明提供了一种X射线探测基板，该探测基板包括：衬底，设置在所述衬底上的薄膜晶体管，与所述薄膜晶体管连接的光电二极管；还包括设置在所述光电二极管上并将X射线转换成可见光的转化层以及设置在所述转化层上的封装层，且所述封装层具有多个透光窗口；其中，所述光电二极管与其中一个透光窗口的设置位置相对应，所述光电二极管朝向所述透光窗口的一侧设置有用于聚拢所述转化层转化后的光线的聚光透镜。

在上述技术方案中，X射线在照射到探测基板上时，X射线从封装层的透光窗口内设到转换层上，并在转化层上转换成可见光，之后通过聚光透镜射入到光电二极管，最终转换成电信号，在整个转换过程中通过微透镜提高了聚光的效果，从而使得更多的光线能够通过聚光透镜射入到光电二极管中，提高了量子效率，改善了成像效果。

优选的，所述转化层为闪烁层或荧光层。采用不同的材料制作将X射线转化成可见光的转化层。

优选的，所述聚光透镜为为多个阵列排列的凸透镜或三棱镜。具有良好的聚光效果。

优选的，所述转化层与所述薄膜晶体管之间设置有用于反射照射到所述薄膜晶体管上的光线的第一反射层，所述封装层上设置有与所述第一反射层配合的第二反射层。通过第一反射层和第二反射层将更多的光线汇聚到聚光透镜。

优选的，所述第一反射层包括多个弧形凸起以及设置在所述弧形凸起上的反射面。提高了射入到聚光透镜的光线的量。

优选的，所述第二反射层沿垂直所述第一反射层的方向在所述第一反射层所在平面的投影与所述第一反射层部分重叠。提高了射入到聚光透镜的光线的量。

本发明还提供了一种上述X射线探测基板的制备方法，该方法包括以下步骤：

在形成的光电二极管上形成聚光透镜；

在形成的聚光透镜上形成转换层；

在形成的转换层上形成封装层，形成的封装层上形成多个透光窗口，且其中一个透光窗口与所述光电二极管相对应。

在上述方法中，通过上述方法制作的X射线探测基板，通过聚光透镜使得更多的光线能够通过聚光透镜射入到光电二极管中，提高了量子效率，改善了成像效果。

优选的，在形成的光电二极管上形成聚光透镜之前还包括：在薄膜晶体管上形成用于反射照射到薄膜晶体管上的光线的第一反射层；

在形成封装层时，还包括：在封装层上形成与所述第一反射层配合的第二反射层。通过设置的两个反射层增加了射入聚光透镜内的光线，改善了成像效果。

本发明还提供了一种X射线探测设备，该探测设备包括上述任一种所述的X射线探测基板。

在上述技术方案中，X射线在照射到探测基板上时，X射线从封装层的透光窗口内设到转换层上，并在转化层上转换成可见光，之后通过聚光透镜射入到光电二极管，最终转换成电信号，在整个转换过程中通过微透镜提高了聚光的效果，从而使得更多的光线能够通过聚光透镜射入到光电二极管中，提高了量子效率，从而改善了成像效果。

附图说明

图1为本发明实施例提供的X射线探测基板的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一结构的聚光透镜；

图3为本发明实施例提供的第一反射层和第二反射层的工作原理示意图。

附图标记：

10-衬底20-光电二极管30-聚光透镜

40-薄膜晶体管50-第一反射层51-弧形凸起

52-反射面60-转化层70-封装层

71-透光窗口72-第二反射层

具体实施方式

为了提高成像效果，本发明实施例提供了一种X射线探测基板及其制备方法、X射线探测设备，在本发明实施例的技术方案中，通过采用聚光透镜增加了光线射入到光电二极管的量，提高了量子效率，进而提高了成像效果。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下以非限制性的实施例为例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，图1示出了本发明实施例提供的X射线探测基板的结构示意图。

本发明实施例提供了一种X射线探测基板，该探测基板包括：衬底10，设置在所述衬底10上的薄膜晶体管40，与所述薄膜晶体管40连接的光电二极管20；还包括设置在所述光电二极管20上并将X射线转换成可见光的转化层60以及设置在所述转化层60上的封装层70，且所述封装层70具有多个透光窗口71；其中，所述光电二极管20与其中一个透光窗口71的设置位置相对应，所述光电二极管20朝向所述透光窗口71的一侧设置有用于聚拢所述转化层60转化后的光线的聚光透镜30。

在上述实施例中，如图1所示，X射线在照射到探测基板上时，X射线从封装层70的透光窗口71内设到转换层上，并在转化层60上转换成可见光，之后通过聚光透镜30射入到光电二极管20，最终转换成电信号，在整个转换过程中通过微透镜提高了聚光的效果，从而使得更多的光线能够通过聚光透镜30射入到光电二极管20中，提高了量子效率，由成像原理可知，量子探测效率：DQE---DetectiveQuantumEfficiency，DQE反映的是平板探测器的灵敏度、噪声、X线剂量和密度分辨率。在学术和放射医学界已经得到共识，DQE是一个X线像探测器成像性能的最佳参数。DQE表述了一个成像器件在从辐射场到数字图像的变化过程中保持信号源信噪比的能力。DQE值还能代表一个数字X线成像器件利用辐射剂量的效率。其中：

$\mathrm{DQE}=\frac{{(S/N)}_{\mathrm{out}}^2}{{(S/N)}_{\mathrm{in}}^2}=\mathrm{Const}\·\frac{{[S\·\mathrm{MTF}\left(f\right)]}^2}{\mathrm{NPS}\left(f\right)\·\mathrm{\Φ}}$

S：信号；N:噪声；MTF(f)：探测器系统的空间调制传递函数；

NPS(f)：噪声功率频谱；Φ：入射X线量子数

通过上述描述可以看出，通过增加光线的入射率，可以增加入射X线的量子数，从而改善成像效果。

其中的转化层60可以为不同材料制作并能够将X射线转化成可见光的物质，具体的，该转化层60为闪烁层或荧光层。该闪烁层及荧光层能够有效的将X射线转化成可见光。

上述实施例中设置的聚光透镜30能够将更多的可见光汇拢到光电二极管20上，从而使得更多的光线转换成电信号，增加了入射X线的量子数，从而改善成像效果。在具体制作时，该聚光透镜30可以为不同的结构，一并参考图1和图2，图2为采用三棱镜时的聚光透镜，较佳的，所述聚光透镜30为为多个阵列排列的凸透镜或三棱镜。凸透镜及三棱镜均有聚光效果，从而能够将更多的光线聚拢到光电二极管20内。在具体制作时，在发光二极管上形成一层平坦层，在形成的平坦层上形成一个个的三棱锥形或弧形的凸起，从而形成三棱镜或凸透镜的结构。

此外，作为一种有选方案，为了进一步的增加入射X线的量子数，从而改善成像效果，除上述增设的聚光透镜30外，本实施例提供的X射线探测基板还包括设置在所述转化层60与所述薄膜晶体管40之间，并用于反射照射到所述薄膜晶体管40上的光线的第一反射层50，所述封装层70上设置有与所述第一反射层50配合的第二反射层72。上述结构中的第一反射层50将转化层60转化后的可见光进行反射，反射后的光线照射到第二反射层72上，并在第二反射层72上再次反射，从而使得一部分光线能够照射到聚光透镜30上，并穿过聚光透镜30射入到光电二极管20中，从而增加了入射X线的量子数，有效的改善了成像效果。

上述实施例中的第一反射层50与第二反射层72的设置位置有不同的设置方式，如：第二反射层72沿垂直第一反射层50的方向在第一反射层50所在平面的投影与第一反射层50可以存在完全不重叠、部分重叠、完全重叠等不同的状态，即第而反射层与第一反射层50在竖直方向上完全不重叠、部分重叠、完全重叠三种状态。在第一反射层50和第二反射层72完全重叠时，封装层70为X射线能够穿过的材料制作而成的，从而使得X射线能够经转化层60转化后射入到第一反射层50，通过简单的结构原理可知，在第一反射层50和第二反射层72部分重叠时，第一反射层50反射的更多的光线能够照射到第二反射层72，并经过第一反射层50和第二反射层72的多次反射能够射入到聚光透镜30上。因此，在上述结构中，较佳的选择，所述第二反射层72沿垂直所述第一反射层50的方向在所述第一反射层50所在平面的投影与所述第一反射层50部分重叠。

如图3所示，除上述第一反射层50和第二反射层72的设置位置能够使得更多的光线射入到聚光透镜30外，较佳的，还可以通过设置不同的第一反射层50的结构来增多光线射入到聚光透镜30内的量，较佳的，所述第一反射层50包括多个弧形凸起51以及设置在所述弧形凸起51上的反射面52。上树结构中，通过形成多个弧形凸起51，从而使得贴附到弧形凸起51上的反射面52形成弧形的反射结构，射入到该反射面52上的光线会在反射面52上形成漫反射，从而使得更多的光线能够在反射后照射到第二反射面52时，其效果如图3所示，图3示出了光线照射到第一反射面52后反射的情况。其中，O为该可见光以平面作为反射面52时的发现，虚线光线为反射后的光线的传播方向，通过图2可以看出，在采用平面反射时无法照射到第二反射层72的光线在第一反射层50采用漫反射后，能够照射到第二反射层72，从而经过多次反射后可以射入到聚光透镜30内。

本发明实施例还提供了一种上述X射线探测基板的制备方法，该方法包括以下步骤：

在形成的光电二极管20上形成聚光透镜30；

在形成的聚光透镜30上形成转换层；

在形成的转换层上形成封装层70，形成的封装层70上形成多个透光窗口71，且其中一个透光窗口71与所述光电二极管20相对应。

通过上述描述可以看出，采用上述方法制备的X射线探测基板具备了聚光功能，通过设置的聚光透镜30可以将更多的光线聚拢到光电二极管20内，增加了光线的入射率，可以增加入射X线的量子数，从而改善成像效果。

优选的，在形成的光电二极管20上形成聚光透镜30之前还包括：在薄膜晶体管40上形成用于反射照射到薄膜晶体管40上的光线的第一反射层50；

在形成封装层70时，还包括：在封装层70上形成与所述第一反射层50配合的第二反射层72。

通过上述方法，在X射线探测基板内设置了第一反射层50和第二反射层72，并通过第一反射层50和第二反射层72的多次反射可以将更多的光线射入到聚光透镜30内，从而增加光线的入射率，可以增加入射X线的量子数，从而改善成像效果。

下面以具体的实施例对上述方法进行说明。

步骤一、电极金属沉积(铝钕/钼)-栅电极图案曝光、显影、后烘-栅电极图案刻蚀-剥离。

步骤二、栅极绝缘层沉积(氮化硅)-有源层及欧姆接触层沉积(非晶硅及N+非晶硅)-图案曝光显影、后烘-干法刻蚀-剥离。

其中，栅极绝缘层采用氮化硅/氧化硅/氮氧化硅(SiNx/SiOx/SiONx)，有源层采用非晶硅(a-Si)或IGZO/ITZO/ZnONx等Oxide材料，欧姆接触层采用N+非晶硅(N+a-Si)。

步骤三、源漏极金属沉积-源漏极图案曝光显影、后烘-源漏极刻蚀-欧姆接触层刻蚀-剥离形成源漏极；其中，源漏极金属种类：Mo、AlNd、Cu、MoNb、Ti、Al等。

步骤四、PVX1层沉积-电极接触过孔图案曝光、显影、后烘-电极接触过孔刻蚀-剥离；其中PVX1层采用SixOyNz/SiNx/SiOx。

步骤五、光电二极管20PIN层沉积。

步骤六、在光电二极管20层上沉积透明电极，该透明电极采用氧化铟锡(ITO)沉积。

步骤七、氧化铟锡层图案曝光、显影、后烘-刻蚀-剥离。

步骤八、光电二极管20PIN层图形曝光、显影、后烘-PIN层刻蚀-剥离。

步骤九、PVX2沉积-第二层氮氧化硅图案曝光、显影、后烘-第二层氮氧化硅刻蚀-剥离；其中，PVX2层采用SixOyNz/SiNx/SiOx。

步骤十、在PVX2沉积上形成第一树脂层，并在形成第一树脂层时制作反射层凸起；

具体的，树脂层涂胶-树脂层图案曝光、显影、后烘。

步骤十一、在第一树脂层上形成电极接触过孔图像曝光、显影、后烘-电极接触过孔刻蚀-剥离。

步骤十二、在反射层凸起上制作金属反射层。

步骤十三、在第一树脂层上制作第二树脂层，并在第二树脂层上制作聚光透镜30。

步骤十四、在第二树脂层上制作转化层60，该转化层60可以为闪烁层或荧光体层。

步骤十五、在转化层60上制作封装层70，形成封装层70上设置有第二反射层72以及多个透光窗口71。

应当理解的时，本实施例提供的X射线探测基板不仅限于上述具体实施例列举的具体方法，还可以其他方式来形成X射线探测基板，并且由于采用的薄膜晶体管40的具体结构的不同而造成的制备方法与上述具体实施例的方法不同的方案也包含在本方法中。

本发明实施例还提供了一种X射线探测设备，该探测设备包括上述任一种所述的X射线探测基板。

在上述实施例中，如图1所示，X射线在照射到探测基板上时，X射线从封装层70的透光窗口71内设到转换层上，并在转化层60上转换成可见光，之后通过聚光透镜30射入到光电二极管20，最终转换成电信号，在整个转换过程中通过微透镜提高了聚光的效果，从而使得更多的光线能够通过聚光透镜30射入到光电二极管20中，提高了量子效率，从而改善了成像效果。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种X射线探测基板，其特征在于，包括：衬底，设置在所述衬底上的薄膜晶体管，与所述薄膜晶体管连接的光电二极管；还包括设置在所述光电二极管上并将X射线转换成可见光的转化层以及设置在所述转化层上的封装层，且所述封装层具有多个透光窗口；其中，所述光电二极管与其中一个透光窗口的设置位置相对应，所述光电二极管朝向所述透光窗口的一侧设置有用于聚拢所述转化层转化后的光线的聚光透镜；

所述转化层与所述薄膜晶体管之间设置有用于反射照射到所述薄膜晶体管上的光线的第一反射层，所述封装层上设置有用于将所述第一反射层反射后的光线反射到所述聚光透镜上的第二反射层。

2.如权利要求1所述的X射线探测基板，其特征在于，所述转化层为闪烁层或荧光层。

3.如权利要求1所述的X射线探测基板，其特征在于，所述聚光透镜为多个阵列排列的凸透镜或三棱镜。

4.如权利要求1所述的X射线探测基板，其特征在于，所述第一反射层包括多个弧形凸起以及设置在所述弧形凸起上的反射面。

5.如权利要求1所述的X射线探测基板，其特征在于，所述第二反射层沿垂直所述第一反射层的方向在所述第一反射层所在平面的投影与所述第一反射层部分重叠。

6.一种权利要求1所述的X射线探测基板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

在形成的光电二极管上形成聚光透镜；

在形成的聚光透镜上形成转化层；

在形成的转化层上形成封装层，形成的封装层上形成多个透光窗口，且其中一个透光窗口与所述光电二极管相对应；

在形成的光电二极管上形成聚光透镜之前还包括：在薄膜晶体管上形成用于反射照射到薄膜晶体管上的光线的第一反射层；

在形成封装层时，还包括：在封装层上形成将所述第一反射层反射后的光线反射到所述聚光透镜上的第二反射层。

7.一种X射线探测设备，其特征在于，包括如权利要求1～5任一项所述的X射线探测基板。