CN105810765B - Pin光电二极管、x射线探测像元、装置及其探测方法 - Google Patents

Pin光电二极管、x射线探测像元、装置及其探测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种PIN光电二极管、X射线探测像元、装置及其探测方法，该PIN光电二极管包括：本征层、第一掺杂层和第二掺杂层；还包括：第三掺杂层；本征层位于第一掺杂层和第二掺杂层之间，第三掺杂层位于第二掺杂层之上。具体地，本发明实施例提供的PIN光电二极管，通过在第二掺杂层之上覆盖一层第三掺杂层，这样可以防止第二掺杂层被周期性破坏，从而防止第二掺杂层表面出现缺陷，有利改善了PIN光电二极管由于掺杂层表面存在表面缺陷而导致的缺陷暗电流，同时将该PIN光电二极管应用于X射线探测器，可以提高图像质量。

Description

PIN光电二极管、X射线探测像元、装置及其探测方法
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种PIN光电二极管、X射线探测像元、装置及其探测方法。
背景技术
目前，X射线探测器被广泛用于医疗显像行业，是医师的眼睛。X射线探测器分为直接式和间接式，其中，直接式需要更高的X射线的剂量来成像，对人体带来附带的伤害；与直接式相比，间接式利用了PIN光电二极管，所以需要的X射线剂量比较小。间接式X射线探测器逐渐成为市场的主流。
然而，由于PIN光电二极管的N+掺杂层的周期性被破坏，使其表面有缺陷，从而导致缺陷暗电流的存在，这会引起噪声影响图像质量。另外，X射线探测器包括两个开关晶体管(复位开关晶体管和行选开关晶体管)，在复位时，PIN光电二极管中的N+掺杂层通过复位开关晶体管被复位成电源信号Vdd；在读取时，行选信号的高电平也是Vdd，行选开关晶体管在读取信号时会有一个阈值电压Vth的损失，即X射线照射时，PIN光电二极管会产生光生电子空穴对，PIN光电二极管中N+掺杂层的电位会下降，其下降量要大于Vth之后，才能被行选开关晶体管完全读出，因此，需要额外的X射线剂量来填补这个Vth损失，这样会造成X射线剂量的浪费。
因此，如何改善PIN光电二极管表面存在缺陷暗电流的问题，提高X射线探测器的图像质量，且降低X射线使用剂量，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种PIN光电二极管、X射线探测像元、装置及其探测方法，用以改善PIN光电二极管表面存在缺陷暗电流的问题，提高X射线探测器的图像质量，且降低X射线使用剂量。
本发明实施例提供了一种PIN光电二极管，包括：本征层、第一掺杂层和第二掺杂层；还包括：第三掺杂层；
所述本征层位于所述第一掺杂层和第二掺杂层之间，所述第三掺杂层位于所述第二掺杂层之上。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述PIN光电二极管中，所述第一掺杂层和所述第三掺杂层为P型半导体层，所述第二掺杂层为N型半导体层。
本发明实施例提供了一种X射线探测像元，包括：本发明实施例提供的上述PIN光电二极管，复位单元和输出单元；其中，
所述复位单元的控制端用于输入复位信号，输入端用于输入电源信号，输出端用于将信号输出到所述PIN光电二极管的第三掺杂层；所述复位单元用于在所述复位信号的控制下，通过所述电源信号对所述PIN光电二极管进行复位；
所述输出单元的控制端用于输入控制信号，输入端用于输入所述PIN光电二极管的第二掺杂层的信号，输出端用于输出所述PIN光电二极管经过X射线照射后产生的电信号；所述输出单元用于在所述控制信号的控制下，将所述PIN光电二极管经过X射线照射后产生的电信号输出。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述X射线探测像元中，所述复位单元，包括：第一开关晶体管；
所述第一开关晶体管的栅极用于输入所述复位信号，源极用于输入所述电源信号端相连，漏极用于将信号输出到所述PIN光电二极管的第三掺杂层。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述X射线探测像元中，所述输出单元，包括：第二开关晶体管；
所述第二开关晶体管的栅极用于输入所述控制信号，源极用于输入所述PIN光电二极管的第二掺杂层的信号，漏极用于输出所述PIN光电二极管经过X射线照射后产生的电信号。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述X射线探测像元中，所述第三掺杂层为P型半导体层，所述第二掺杂层为N型半导体层，所述第三掺杂层和所述第二掺杂层组成的PN结的开启电压与所述第二开关晶体管的阈值电压相等。
本发明实施例提供了一种数字X射线探测装置，包括：呈矩阵排列的多个本发明实施例提供的上述X射线探测像元、多条开启信号线、多条读取信号线、多个读取单元，以及显像单元；其中，
每条所述开启信号线对应一行所述X射线探测像元，用于向该行X射线探测像元的输出单元的控制端输入控制信号；
每列所述X射线探测像元分别对应一个所述读取单元和一条所述读取信号线，所述读取单元用于通过对应的所述读取信号线读取所述X射线探测像元输出的电信号；
所述显像单元用于根据所述读取单元读取的电信号生成图像。
本发明实施例提供了一种本发明实施例提供的上述数字X射线探测装置的探测方法，包括：
在复位阶段，所述复位单元在所述复位信号的控制下通过所述电源信号对所述PIN光电二极管进行复位；
在照射阶段，采用X射线对所述PIN光电二极管进行照射处理；
在输出阶段，所述输出单元通过输出端将所述PIN光电二极管经过X射线照射后产生的电信号输出；
在读取阶段，所述读取单元读取所述输出单元输出的电信号；
在显示阶段，所述显像单元根据所述读取单元读取的电信号生成图像。
本发明实施例的有益效果包括：
本发明实施例提供了一种PIN光电二极管、X射线探测像元、装置及其探测方法，该PIN光电二极管包括：本征层、第一掺杂层和第二掺杂层；还包括：第三掺杂层；本征层位于第一掺杂层和第二掺杂层之间，第三掺杂层位于第二掺杂层之上。具体地，本发明实施例提供的PIN光电二极管，通过在第二掺杂层之上覆盖一层第三掺杂层，这样可以防止第二掺杂层被周期性破坏，从而防止第二掺杂层表面出现缺陷，改善了PIN光电二极管由于掺杂层表面存在表面缺陷而导致的缺陷暗电流，同时将该PIN光电二极管应用于X射线探测器，可以提高图像质量。
附图说明
图1为本发明实施例提供的PIN光电二极管的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的X射线探测像元的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的X射线探测像元的具体结构示意图；
图4为本发明实施例提供的数字X射线探测装置的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的数字X射线探测装置的探测方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明实施例提供的PIN光电二极管、X射线探测像元、装置及其探测方法的具体实施方式进行详细的说明。
本发明实施例提供了一种PIN光电二极管，如图1所示，可以包括：本征层I、第一掺杂层01和第二掺杂层02；还包括：第三掺杂层03；本征层I位于第一掺杂层01和第二掺杂层02之间，第三掺杂层03位于第二掺杂层02之上。
本发明实施例提供的上述PIN光电二极管，通过在第二掺杂层之上覆盖一层第三掺杂层，这样可以防止第二掺杂层被周期性破坏，从而防止第二掺杂层表面出现缺陷，有利改善了PIN光电二极管由于掺杂层表面存在表面缺陷而导致的缺陷暗电流，同时将该PIN光电二极管应用于X射线探测器，可以提高图像质量。
在具体实施时，本发明实施例提供的上述PIN光电二极管中，第一掺杂层和第三掺杂层为P型半导体层，第二掺杂层为N型半导体层。具体地，本发明实施例提供的上述PIN光电二极管中，第二掺杂层和第三掺杂层形成PN结，在复位时，PIN光电二极管的第三掺杂层被复位成电源信号电压Vdd，因此第二掺杂层的电压值为Vdd-Vdth，其中，Vdth为PN结的开启电压。这样将该PIN光电二极管应用于X射线探测器时，可以调节Vdth和行选开关晶体管的阈值电压Vth的大小，使两者相等，从而就可以减小或消除Vth的损耗，进而就可以减小或无需额外X射线的剂量来填补Vth的损耗，有效降低X射线的使用剂量。
基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种X射线探测像元，如图2所示，可以包括：本发明实施例提供的上述PIN光电二极管，复位单元04和输出单元05；其中，复位单元04的控制端用于输入复位信号Reset，输入端用于输入电源信号VDD，输出端用于将信号输出到PIN光电二极管的第三掺杂层03；复位单元04用于在复位信号Reset的控制下，通过电源信号VDD对PIN光电二极管进行复位；输出单元05的控制端用于输入控制信号sel，输入端用于输入PIN光电二极管的第二掺杂层02的信号，输出端用于输出PIN光电二极管经过X射线照射后产生的电信号Vout；输出单元05用于在控制信号sel的控制下，将PIN光电二极管经过X射线照射后产生的电信号输出Vout。
具体地，本发明实施例提供的上述X射线探测像元中，复位单元可以对PIN光电二极管进行复位，输出单元可以将PIN光电二极管产生的电信号输出用于成像；其中，PIN光电二极管的第二掺杂层之上覆盖有第三掺杂层，可以防止第二掺杂层表面出现缺陷，有利改善了PIN光电二极管由于掺杂层表面存在表面缺陷而导致的缺陷暗电流，提高图像质量；同时在复位时，复位单元在复位信号的控制下导通，将电源信号VDD输出到PIN光电二极管的第三掺杂层，使得第三掺杂层的电压为VDD，进而使得第二掺杂层的电压为VDD-Vdth，Vdth为第三掺杂层与第二掺杂层之间的开启电压，通过调节Vdth和输出单元的阈值电压Vth的大小，使两者相等，就可以减小或消除Vth的损耗，进而就可以减小或无需额外X射线的剂量来填补Vth的损耗，有效降低X射线的使用剂量。
在具体实施时，本发明实施例提供的上述X射线探测像元中，如图3所示，复位单元04可以包括：第一开关晶体管T1；第一开关晶体管T1的栅极用于输入复位信号Reset，源极用于输入电源信号VDD，漏极用于将信号输出到PIN光电二极管的第三掺杂层03。具体地，在复位时，第一开关晶体管T1在复位信号Reset的控制下导通，从而将电源信号VDD输出到PIN光电二极管的第三掺杂层03，将PIN光电二极管的第三掺杂层03的电压复位成VDD，由于第二掺杂层02与第三掺杂层03之间存在开启电压Vdth，因此PIN光电二极管的第二掺杂层02的电压为VDD-Vdth。
在具体实施时，本发明实施例提供的上述X射线探测像元中，如图3所示，输出单元可以包括：第二开关晶体管T2；第二开关晶体管T2的栅极用于输入控制信号sel，源极用于输入PIN光电二极管的第二掺杂层02的信号，漏极用于输出PIN光电二极管经过X射线照射后产生的电信号Vout。具体地，第二开关晶体管T2的源极可以通过过孔与PIN光电二极管的第二掺杂层02相连，PIN光电二极管在X射线照射时会产生光生电子空穴对，进而使其第二掺杂层(N型半导体层)的电压发生变化，第二开关晶体管T2在控制信号sel的控制下可以导通，进而将变化后的第二掺杂层的电压信号输出。
在具体实施时，本发明实施例提供的上述X射线探测像元中，第三掺杂层为P型半导体层，第二掺杂层为N型半导体层，为了减小或无需额外X射线的剂量填补Vth的损耗，有效降低X射线的使用剂量，可以调节第三掺杂层和第二掺杂层组成的PN结的开启电压Vdth与第二开关晶体管的阈值电压Vth相等。具体地，可以通过调节第二掺杂层与第三掺杂层的掺杂浓度，来调节两者之间的开启电压Vdth的大小，当然也可以通过调节其他参数来调整PN结的开启电压以及开关晶体管的阈值电压的大小，在此不作限定。
基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种数字X射线探测装置，如图4所示，可以包括：呈矩阵排列的多个本发明实施例提供的上述X射线探测像元、多条开启信号线G、多条读取信号线D、多个读取单元06，以及显像单元07；其中，每条开启信号线G对应一行X射线探测像元，用于向该行X射线探测像元的输出单元的控制端输入控制信号；每列X射线探测像元分别对应一个读取单元06和一条读取信号线D，读取单元06用于通过对应的读取信号线D读取X射线探测像元输出的电信号；显像单元07用于根据读取单元06读取的电信号生成图像。
本发明实施例提供的上述数字X射线探测装置，读取单元读取X射线探测像元输出的电信号，显像单元根据读取单元读取的电信号生成图像。由于X射线探测像元中的PIN光电二极管的第二掺杂层之上覆盖一层第三掺杂层，这样可以防止第二掺杂层被周期性破坏，有利改善了PIN光电二极管存在的缺陷暗电流的问题，可以提高图像质量，且可以通过调节第二掺杂层和第三掺杂层之间的开启电压与输出单元的的阈值电压相等，达到减小或无需额外X射线的剂量填补阈值电压的损耗，有效降低X射线的使用剂量
基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种本发明实施例提供的上述数字X射线探测装置的探测方法，如图5所示，可以包括：
S101、在复位阶段，复位单元在复位信号的控制下通过电源信号对PIN光电二极管进行复位；
S102、在照射阶段，采用X射线对PIN光电二极管进行照射处理；
S103、在输出阶段，输出单元通过输出端将PIN光电二极管经过X射线照射后产生的电信号输出；
S104、在读取阶段，读取单元读取输出单元输出的电信号；
S105、在显示阶段，显像单元根据读取单元读取的电信号生成图像。
本发明实施例提供的上述探测方法中，在复位时，PIN光电二极管中的第三掺杂层被复位单元复位VDD，由于第二掺杂层与第三掺杂层之间存在开启电压Vdth，因此第二掺杂层被复位成VDD-Vdth，通过调节Vdth和输出单元的阈值电压Vth的大小，使他们尽量相等，在读取PIN光电二极管生成的电信号时，就可以减小或消除Vth的损耗。即X射线开始照射之前，PIN光电二极管第二掺杂层的电压为VDD-Vth，就可以被读取单元完全读出，这样就减小或无需额外X射线的剂量来填补Vth。
本发明实施例提供了一种PIN光电二极管、X射线探测像元、装置及其探测方法，该PIN光电二极管包括：本征层、第一掺杂层和第二掺杂层；还包括：第三掺杂层；本征层位于第一掺杂层和第二掺杂层之间，第三掺杂层位于第二掺杂层之上。具体地，本发明实施例提供的PIN光电二极管，通过在第二掺杂层之上覆盖一层第三掺杂层，这样可以防止第二掺杂层被周期性破坏，从而防止第二掺杂层表面出现缺陷，有利改善了PIN光电二极管由于掺杂层表面存在表面缺陷而导致的缺陷暗电流，同时将该PIN光电二极管应用于X射线探测器，可以提高图像质量。
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 (6)

1.一种X射线探测像元，其特征在于，包括：PIN光电二极管，复位单元和输出单元；其中，所述PIN光电二极管包括：本征层、第一掺杂层、第二掺杂层和第三掺杂层；所述本征层位于所述第一掺杂层和第二掺杂层之间，所述第三掺杂层位于所述第二掺杂层之上；
所述复位单元的控制端用于输入复位信号，输入端用于输入电源信号，输出端用于将信号输出到所述PIN光电二极管的第三掺杂层；所述复位单元用于在所述复位信号的控制下，通过所述电源信号对所述PIN光电二极管进行复位；
所述输出单元的控制端用于输入控制信号，输入端用于输入所述PIN光电二极管的第二掺杂层的信号，输出端用于输出所述PIN光电二极管经过X射线照射后产生的电信号；所述输出单元用于在所述控制信号的控制下，将所述PIN光电二极管经过X射线照射后产生的电信号输出。
2.如权利要求1所述的X射线探测像元，其特征在于，所述复位单元，包括：第一开关晶体管；
所述第一开关晶体管的栅极用于输入所述复位信号，源极用于输入所述电源信号端相连，漏极用于将信号输出到所述PIN光电二极管的第三掺杂层。
3.如权利要求1所述的X射线探测像元，其特征在于，所述输出单元，包括：第二开关晶体管；
所述第二开关晶体管的栅极用于输入所述控制信号，源极用于输入所述PIN光电二极管的第二掺杂层的信号，漏极用于输出所述PIN光电二极管经过X射线照射后产生的电信号。
4.如权利要求3所述的X射线探测像元，其特征在于，所述第三掺杂层为P型半导体层，所述第二掺杂层为N型半导体层，所述第三掺杂层和所述第二掺杂层组成的PN结的开启电压与所述第二开关晶体管的阈值电压相等。
5.一种数字X射线探测装置，其特征在于，包括：呈矩阵排列的多个如权利要求1-4任一项所述的X射线探测像元、多条开启信号线、多条读取信号线、多个读取单元，以及显像单元；其中，
每条所述开启信号线对应一行所述X射线探测像元，用于向该行X射线探测像元的输出单元的控制端输入控制信号；
每列所述X射线探测像元分别对应一个所述读取单元和一条所述读取信号线，所述读取单元用于通过对应的所述读取信号线读取所述X射线探测像元输出的电信号；
所述显像单元用于根据所述读取单元读取的电信号生成图像。
6.一种如权利要求5所述的数字X射线探测装置的探测方法，其特征在于，包括：
在复位阶段，所述复位单元在所述复位信号的控制下通过所述电源信号对所述PIN光电二极管进行复位；
在照射阶段，采用X射线对所述PIN光电二极管进行照射处理；
在输出阶段，所述输出单元通过输出端将所述PIN光电二极管经过X射线照射后产生的电信号输出；
在读取阶段，所述读取单元读取所述输出单元输出的电信号；
在显示阶段，所述显像单元根据所述读取单元读取的电信号生成图像。
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