CN109768062B - 一种x射线探测器及具有其的显示设备 - Google Patents

一种x射线探测器及具有其的显示设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种X射线探测器及具有该X射线探测器的显示设备，其中X射线探测器包括：闪烁体，位于X射线探测器的入光侧并将X射线转换成可见光；薄膜晶体管；感光层，设于闪烁体与薄膜晶体管之间，感光层包括一透明导电薄膜及一介孔硅层，介孔硅层与薄膜晶体管的漏极电连接，透明导电薄膜设置于介孔硅层的入光侧；其中介孔硅层为均匀的多孔结构，且孔内填充有硅颗粒；遮光件，位于闪烁体与薄膜晶体管之间且与薄膜晶体管的有源层的位置对应，以遮挡有源层的入射光。本发明利用介孔硅作为光电转换层的X射线探测器对X射线的转换更加灵敏，且光电转换效率更高。

Description

一种X射线探测器及具有其的显示设备
技术领域
本发明涉及探测器领域，特别涉及一种X射线探测器及具有其的显示设备。
背景技术
X射线探测器是将X射线转换成可见光使X射线医疗设备实现CT成像的核心部件；在现有技术中，X射线探测器的光电转换功能由非晶硅(a-硅)完成，由于非晶硅的结构不够稳定、光转换效率低，导致其吸收的光波范围较宽，对光的转换不够灵敏，直接影响了X射线探测器的光电转换效率。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种X射线探测器，旨在解决由非晶硅完成光电转换的X射线探测器光电转换效率低的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种X射线探测器，包括：闪烁体，位于所述X射线探测器的入光侧并将X射线转换成可见光；薄膜晶体管；感光层，设于所述闪烁体与所述薄膜晶体管之间，所述感光层包括一透明导电薄膜及一介孔硅层，所述介孔硅层与所述薄膜晶体管的漏极电连接，所述透明导电薄膜设置于所述介孔硅层的入光侧；其中介孔硅层为均匀的多孔结构，且孔内填充有硅颗粒；遮光件，位于所述闪烁体与薄膜晶体管之间且与所述薄膜晶体管的有源层的位置对应，以遮挡所述有源层的入射光。
可选的，所述硅颗粒为纳米硅。
可选的，所述感光层还包括P掺杂层与N掺杂层；所述P掺杂层位于所述介孔硅层的入光侧且处于所述透明导电薄膜与所述介孔硅层之间；所述N掺杂层位于所述介孔硅层的出光侧且处于所述介孔硅层与所述薄膜晶体管之间。
可选的，所述感光层还包括包绕所述P掺杂层与N掺杂层的绝缘介质，以使所述P掺杂层与N掺杂层绝缘。
可选的，所述感光层位于所述闪烁体与所述遮光件之间。
可选的，所述感光层及遮光件并排设置于闪烁体与所述薄膜晶体管之间。
可选的，所述介孔硅层穿透所述薄膜晶体管的绝缘保护层与所述薄膜晶体管的漏极电连接；或，所述介孔硅层不穿透所述薄膜晶体管的绝缘保护层，通过导线与所述薄膜晶体管的漏极电连接。
可选的，所述X射线探测器还包括：保护层，所述保护层填充于所述薄膜晶体管与所述闪烁体之间的空隙，以将所述遮光件、感光层及薄膜晶体管与外界环境隔离。
本发明还提出一种显示设备，其包括上述任一项所述的X射线探测器，所述显示设备还包括成像装置，所述成像装置与所述薄膜晶体管电连接。
本发明技术方案通过将X射线探测器感光层的非晶硅层替换为具有均匀多孔结构且填充有硅颗粒的介孔硅层，由介孔硅层将来自闪烁体的可见光进行光电转换，并通过与介孔硅电连接的薄膜晶体管将电信号输出，使X射线探测器实现将X射线转换为电信号，介孔硅对光波的吸收比非晶硅更加稳定，使得利用介孔硅作为光电转换层的X射线探测器对X射线的转换更加灵敏，且光电转换效率更高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明X射线探测器的一实施例的结构示意图；
图2为本发明X射线探测器的另一实施例结构示意图；
图3为图2中介孔硅层的一实施例的结构示意图。
附图标号说明：
Figure BDA0001943290000000021
Figure BDA0001943290000000031
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
请一并参照图1-3，本发明提出了一种X射线探测器，包括：闪烁体10，位于所述X射线探测器的入光侧并将X射线转换成可见光；薄膜晶体管(Thin film transistor,简称TFT)(图中未标示)；感光层，设于所述闪烁体10与所述薄膜晶体管之间，所述感光层包括一透明导电薄膜40及一介孔硅层60，所述介孔硅层60与所述薄膜晶体管的漏极50电连接，所述透明导电薄膜40设置于所述介孔硅层60的入光侧；其中介孔硅层60为均匀的多孔结构，且孔内填充有硅颗粒64(如图3所示)；遮光件30，位于所述闪烁体10与薄膜晶体管之间且与所述薄膜晶体管的有源层70的位置对应，以遮挡所述有源层70的入射光。
在本实施例中，闪烁体10的主要成份为CsI，X射线从闪烁体10的入光侧进入闪烁体10，由闪烁体10转换为可见光，感光层经所述可见光爆光后，介孔硅层60产生光电效应，将光信号转换为电信号，由于介孔硅层60与薄膜晶体管的漏极50电连接，所述电信号经薄膜晶体管输出，实现了X射线探测器的光电转换功能。由于薄膜晶体管内具有能够对可见光进行光电转换的有源层，若有可见光进入薄膜晶体管，会导致薄膜晶体管内传输的电信号发生变化，因此，为了防止可见光进入薄膜晶体管，在薄膜晶体管的入光侧设置有遮光件30，遮光件30挡住射向薄膜晶体管有源层70的光线，使得薄膜晶体管只传输来自于介孔硅层60的电信号，完成对感光层的信号读取功能。
在介孔硅层60与闪烁体10之间具有一层透明导电薄膜40，透明导电薄膜40用于施加电压，使得介孔硅层60产生光电效应。
在本实施例中，介孔硅层60为均匀的多孔结构，且孔内填充有硅颗粒64；所述均匀的多孔结构由SiNx、SiOxCy、SiCx或SiOxNy的一种或多种形成，在介孔硅成膜时，通过不同的界面活性剂来控制孔的大小，从而控制填充于孔中的硅颗粒64的大小。不同的界面活性剂得到的孔结构尺寸不同，如，P123使孔结构的尺寸处于5nm～7nm范围内，CTAB使孔结构的尺寸处于2.5nm～4.5nm范围内，F127使的孔结构的尺寸处于2.5nm～4.5nm范围内；此时，填充于孔内的硅颗粒64亦限制在对应的尺寸范围内，达到控制硅颗粒64大小的目的。由于固定尺寸的硅颗粒64只能吸收特定波长的光，使得介孔硅结构能够稳定地吸收波长在特定范围内的光，因此介孔硅相较于非晶硅对光具有更灵敏的反应和更高效率的光电转换效率。可以理解的，表面活性剂的种类并不仅限于上述三种。
在本实施例中，所述的制造方法包括如下步骤：在将SiNx、SiOxCy、SiCx或SiOxNy的一种或多种通过化学气象沉积时，控制酒精溶液中表面活性剂的浓度处于35％～70％之间，使SiNx、SiOxCy、SiCx或SiOxNy的一种或多种形成均匀的多孔结构；将硅烷气体充入具有多孔结构的SiNx、SiOxCy、SiCx或SiOxNy酒精溶液中，同时充入氢气，使所述硅烷SiNx、SiOxCy、SiCx或SiOxNy的孔洞内形成单质硅颗粒64。
以SiNx63为例，硅烷气体以脉冲的方式充入所述SiNx63酒精溶液中，多孔结构在酒精溶液中形成，酒精溶液中含有表面活性剂诱导SiNx63形成均匀的孔结构，酒精的挥发使表面活性剂的浓度升高，当表面活性剂的浓度接近10％时，SiNx63开始形成孔状结构，当浓度达到35％以后，SiNx63的孔结构相对均匀，且相互间紧密排列成蜂窝状，这种状态一直持续到表面活性剂的浓度超过70％，当浓度超过70％后，SiNx63形成层状液晶，不便于填充硅颗粒64。
在本实施例中，硅烷气体以脉冲的方式充入SiNx63酒精溶液中，同时充入氢气，但氢气持续充入，以使硅烷能够进入SiNx63的孔结构内，与其中的氧离子及氢氧离子相互作用形成硅颗粒64，填充于SiNx63的孔结构中。可以理解的，氢气与硅烷的充入方式并不受上述两种的限制，只要能够实现硅烷在SiNx63的孔结构中生成硅颗粒64即可。
均匀的孔结构使得填充于其内的硅颗粒64大小均匀，因此对光波长的吸收稳定，光电转换也更加灵敏。
其中，所述透明导电薄膜40为氧化铟锡，通过溅射工艺制成。
在一实施例中，所述硅颗粒64为纳米硅。硅颗粒64的尺寸由孔的大小决定，孔越大，填充于孔中的硅颗粒64越大，吸收的光波越长。
进一步地，所述感光层还包括P掺杂层61与N掺杂层62；所述P掺杂层61位于所述介孔硅层60的入光侧且处于所述透明导电薄膜40与所述介孔硅层60之间；所述N掺杂层62位于所述介孔硅层60的出光侧且处于所述介孔硅层60与所述薄膜晶体管之间。
感光层的位置具有两种设置形式，第一种为：感光层位于所述闪烁体10与所述遮光件30之间，第二种为：感光层及遮光件30并排设置于闪烁体10与所述薄膜晶体管之间。
如图1所示，当感光层位于闪烁体10与遮光件30之间时，介孔硅层60与薄膜晶体管漏极50之间通过导线电连接，此时，P掺杂层61、介孔硅层60及N掺杂层62形成的结构其作用类似于电容，防止介孔硅层60光电效应产生的电信号流失，使得所述电信号能够最大程度地流向薄膜晶体管。这种设置形式使得感光层能够大面积地接受可见光照射，不受薄膜晶体管的限制，具有很高的光电转换效率。当X射线探测器应用于显示设备时，感光层位于闪烁体10与遮光件30之间的设置形式可以减少病人在X射线下的照射时间或降低X射线的照射强度，由于X射线探测器具有很高的光电转换效率，可以达到同样的成像效果，因此降低了X射线对病人的影响。为了防止在制造的过程中P掺杂层61与N掺杂层62通电，造成制作失败，所述感光层还包括包绕所述P掺杂层61与N掺杂层62的绝缘介质，以使所述P掺杂层61与N掺杂层62绝缘。
如图2所示，感光层的第二种设置形式：即，感光层及遮光件30并排设置于闪烁体10与所述薄膜晶体管之间；此时，介孔硅层60穿透薄膜晶体管的绝缘保护层20与所述薄膜晶体管的漏极50电连接，由于介孔硅层60与薄膜晶体管的漏极50直接接触，介孔硅层光电效应产生的电信号可以直接从漏极50进入薄膜晶体管。
在一实施例中，介孔硅层60可以单独设置，不需要P掺杂层61与N掺杂层62，也即，介孔硅层60均可不需要P掺杂层61与N掺杂层62，独立与透明导电薄膜40形成X射线探测器的光电转换层；也可均包含有P掺杂层61与N掺杂层62共同形成X射线探测器的光电转换层，对来自闪烁体10的可见光进行光电转换。在实际生产中，P掺杂层61与N掺杂层62的制作流程复杂，价格昂贵，直接省去P掺杂层61与N掺杂层62的形式大大降低了X射线探测器的生产成本，简化了工艺流程。
利用填充有硅颗粒64的均匀多孔结构作为X射线探测器的光电转换层具有更加灵敏的光电转换性能，且光电转换效率更高，因此，将本实施例应用于X射线探测器时，X射线探测器具有更加灵敏的光电转换性能，且光电转换效率也优于利用非晶硅二极管进行光电转换的X射线探测器。
为了防止电信号流失，X射线探测器的各元件需要严格地与外界环境隔绝，因此，所述X射线探测器还包括保护层20，所述保护层20填充于所述薄膜晶体管与所述闪烁体10之间的空隙，以将所述遮光件30、感光层及薄膜晶体管与外界环境隔离。
在一实施例中，所述保护层20与所述绝缘层可为同一种物质，如SiNx63，也可为不同物质，如绝缘层为SiNx63，而保护层20为SiOx，此时绝缘层与保护层20分开设置。
本发明还提出一种显示设备，该显示设备包括前述X射线探测器及成像装置，所述X射线探测器与成像装置电连接，X射线探测器因光电效应产生的电信号经成像装置形成影像。
以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种X射线探测器，其特征在于，包括：
闪烁体，位于所述X射线探测器的入光侧并将X射线转换成可见光；
薄膜晶体管；
感光层，设于所述闪烁体与所述薄膜晶体管之间，所述感光层包括一透明导电薄膜及一介孔硅层，所述介孔硅层与所述薄膜晶体管的漏极电连接，所述透明导电薄膜设置于所述介孔硅层的入光侧；其中介孔硅层为均匀的多孔结构，且孔内填充有硅颗粒；
遮光件，位于所述闪烁体与薄膜晶体管之间且与所述薄膜晶体管的有源层的位置对应，以遮挡所述有源层的入射光；
其中，所述介孔硅层穿透所述薄膜晶体管的绝缘保护层与所述薄膜晶体管的漏极电连接；或，所述介孔硅层不穿透所述薄膜晶体管的绝缘保护层，通过导线与所述薄膜晶体管的漏极电连接。
2.根据权利要求1所述的X射线探测器，其特征在于，所述硅颗粒为纳米硅。
3.根据权利要求1所述的X射线探测器，其特征在于，所述感光层还包括P掺杂层与N掺杂层；所述P掺杂层位于所述介孔硅层的入光侧且处于所述透明导电薄膜与所述介孔硅层之间；所述N掺杂层位于所述介孔硅层的出光侧且处于所述介孔硅层与所述薄膜晶体管之间。
4.根据权利要求3所述的X射线探测器，其特征在于，所述感光层还包括包绕所述P掺杂层与N掺杂层的绝缘介质，以使所述P掺杂层与N掺杂层绝缘。
5.根据权利要求1所述的X射线探测器，其特征在于，所述感光层位于所述闪烁体与所述遮光件之间。
6.根据权利要求1所述的X射线探测器，其特征在于，所述感光层及遮光件并排设置于闪烁体与所述薄膜晶体管之间。
7.根据权利要求1所述的X射线探测器，其特征在于，所述X射线探测器还包括：保护层，所述保护层填充于所述薄膜晶体管与所述闪烁体之间的空隙，以将所述遮光件、感光层及薄膜晶体管与外界环境隔离。
8.一种X射线探测器，其特征在于，所述X射线探测器包括：闪烁体，位于所述X射线探测器的入光侧并将X射线转换成可见光；
薄膜晶体管；
感光层，设于所述闪烁体与所述薄膜晶体管之间，所述感光层包括一透明导电薄膜及一介孔硅层，所述介孔硅层与所述薄膜晶体管的漏极电连接，所述透明导电薄膜设置于所述介孔硅层的入光侧；其中介孔硅层为均匀的多孔结构，且孔内填充有硅颗粒，所述硅颗粒为纳米硅；
遮光件，位于所述闪烁体与薄膜晶体管之间且与所述薄膜晶体管的有源层的位置对应，以遮挡所述有源层的入射光；
保护层，所述保护层填充于所述薄膜晶体管与所述闪烁体之间的空隙，以将所述遮光件、感光层及薄膜晶体管与外界环境隔离。
9.一种显示设备，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的X射线探测器，所述显示设备还包括成像装置，所述成像装置与所述薄膜晶体管电连接。
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