CN109950355A - 平板探测器及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种平板探测器及其制作方法，其中，平板探测器包括放大TFT，放大TFT工作在饱和区，放大TFT包括a‑Si有源层；开关TFT，开关TFT工作在线性区，开关TFT包括a‑IGZO有源层。本发明在实现高帧率的动态平板探测器的同时，增加了平板探测器的抗辐射性能；通过在放大TFT及开关TFT的上方形成光电二极管底电极及光电二极管，可增加探测器的填充因子；将光电二极管底电极作为放大TFT及开关TFT的遮光层，进一步增加了平板探测器的辐射寿命。

Description

平板探测器及其制作方法

技术领域

本发明属于平板探测器领域，涉及一种平板探测器及其制作方法。

背景技术

数字化X射线摄影(Digital Radio Graphy，简称DR)，是上世纪90年代发展起来的X射线摄影新技术，以其更快的成像速度、更便捷的操作、更高的成像分辨率等显著优点，成为数字化X射线摄影技术的主导方向，并得到世界各国的临床机构和影像学专家的认可。其在医疗影像诊断成像、工业探伤、安检等领域的应用越来越广泛。大尺寸平板探测器面积通常约数十厘米，在X射线辐射成像应用中，一般要求平板探测器面积达43cm×43cm，目前该领域主要采用非晶硅TFT技术。

平板探测器概括的说是一种采用半导体技术将X射线能量转换为电信号，产生X射线图像的检测器。平板探测器主要由众多像素单元集成，并通过外围电路传输电压以及信号，平板探测器中拥有数百万乃致数千万个像素单元，每个像素单元由薄膜晶体管(ThinFilm Transistor，TFT)、二极管(Photodiode)等器件组成。

在平板探测器中，像素单元可分为无源像素传感器(PPS)结构和有源像素传感器(APS)结构。相比于PPS结构，APS结构具有更高的数据传输速度和信噪比，从而克服了PPS结构的缺点。铟镓锌氧化物(amorphous Indium Gallium Zinc Oxide，a-IGZO)是一种非晶氧化物半导体材料，以其作为TFT沟道的材料，制备的a-IGZO TFT与传统的采用非晶硅(amorphous Silicon，a-Si)制备的a-Si TFT相比较，a-IGZO TFT具有较高的场效应迁移率(约为a-Si TFT迁移率的10倍)和较低的关态电流(达fA级别)，从而可以实现具有高帧率、低噪声等优势的动态平板探测器。然而，在APS结构像素单元中当采用a-IGZO TFT时，a-IGZO TFT在受到X射线辐射时，会存在TFT阈值电压漂移的现象，造成输出电流的较大变化，从而产生较大的干扰信号，并且减少平板探测器的辐射寿命。

因此，提供一种平板探测器及其制作方法，以实现平板探测器的高帧率的同时，降低干扰信号，增加平板探测器的抗辐射性能实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种平板探测器及其制作方法，用于解决现有技术中制作的平板探测器所面临的上述一系列问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种平板探测器的制作方法，包括以下步骤：

提供衬底，于所述衬底上形成间隔的第一栅极及第二栅极；

于所述第一栅极上形成第一栅极绝缘层及于所述第二栅极上形成第二栅极绝缘层；

在所述第一栅极绝缘层上形成a-Si有源层，在所述第二栅极绝缘层上形成a-IGZO有源层，其中，所述a-Si有源层为工作在饱和区的放大TFT的有源层，所述a-IGZO有源层为工作在线性区的开关TFT的有源层。

可选的，形成所述a-Si有源层的步骤在形成所述a-IGZO有源层的步骤之前进行。

可选的，还包括形成光电二极管底电极的步骤，所述光电二极管底电极位于所述放大TFT及开关TFT的上方，且所述光电二极管底电极的投影覆盖所述a-Si有源层及a-IGZO有源层；还包括于所述光电二极管底电极的上方形成光电二极管的步骤，所述光电二极管的材料包括a-Si及有机材料中的一种。

可选的，所述光电二极管底电极的材料包括钼(Mo)、铝(Al)、铜(Cu)、钛(Ti)、铬(Cr)、铌(Nb)中的一种或组合，厚度范围包括100nm～500nm。

可选的，所述第一栅极及第二栅极的材料包括钼(Mo)、铝(Al)、铜(Cu)、钛(Ti)、铬(Cr)、铌(Nb)中的一种或组合，厚度范围包括200nm～300nm；所述第一栅极绝缘层及第二栅极绝缘层的材料包括氧化硅(SiOx)及氮化硅(SiNx)中的一种或组合，厚度范围包括300nm～400nm。

可选的，还包括形成所述放大TFT的源极与漏极及所述开关TFT的源极与漏极的步骤，所述源极及漏极的材料包括钼(Mo)、铝(Al)、铜(Cu)、钛(Ti)、铬(Cr)、铌(Nb)中的一种或组合，厚度范围包括400nm～500nm。

可选的，还包括形成保护层的步骤，所述保护层的材料包括氧化硅(SiOx)及氮化硅(SiNx)中的一种或组合，厚度范围包括300nm～1000nm；还包括形成平坦层的步骤，所述平坦层的材料包括有机材料，厚度范围包括2000nm～3000nm。

本发明还提供一种平板探测器，所述平板探测器包括：

放大TFT，所述放大TFT工作在饱和区，所述放大TFT包括a-Si有源层；

开关TFT，所述开关TFT工作在线性区，所述开关TFT包括a-IGZO有源层。

可选的，所述平板探测器还包括光电二极管底电极，所述光电二极管底电极位于所述放大TFT及开关TFT的上方，且所述光电二极管底电极的投影覆盖所述a-Si有源层及a-IGZO有源层。

可选的，所述平板探测器还包括光电二极管，所述光电二极管包括a-Si光电二极管及有机光电二极管中的一种或组合。

如上所述，本发明的平板探测器及其制作方法，采用a-IGZO有源层作为工作在线性区的开关TFT的有源层，采用a-Si有源层作为工作在饱和区的放大TFT的有源层，因此在实现高帧率的动态平板探测器的同时，增加了平板探测器的抗辐射性能；通过在放大TFT及开关TFT的上方形成光电二极管底电极及光电二极管，可增加探测器的填充因子；将光电二极管底电极作为放大TFT及开关TFT的遮光层(light-shield)，进一步增加了平板探测器的辐射寿命。

附图说明

图1显示为现有技术中平板探测器的APS像素单元电路的结构示意图。

图2显示为实施例一中的平板探测器的制作工艺流程图。

图3～图10显示为制作平板探测器各步骤所呈现的结构示意图，其中，图10还显示为实施例二中的平板探测器的结构示意图。

元件标号说明

100 衬底

200 栅极

300 栅极绝缘层

401 a-Si有源层

402 a-IGZO有源层

500 欧姆接触层

600 源漏电极层

700 保护层

800 平坦层

900 光电二极管底电极

具体实施方式

一般地，采用a-IGZO TFT的APS像素单元电路如图1所示，其中，T11、T12、T13代表a-IGZO TFT，但工作状态不同，T11管和T13管工作在线性区，而T12管工作在饱和区。在APS像素单元电路中采用a-IGZO TFT，其在受到X射线辐射时，会存在TFT阈值电压漂移的现象。尤其地，对于APS像素单元电路中T12(放大TFT)的影响会比较大。T12放大TFT工作在饱和区，其输出电流公式如下：

I_T12＝1/2μ_NC_oxW/L(V_GS-V_TH)²

在输出电流公式中，μ_N是放大TFT的场效应迁移率；C_OX是单位面积栅绝缘层的电容值；W是放大TFT的沟道宽度；L是放大TFT的沟道长度；V_Gs是放大TFT的栅源极电压值；V_TH是放大TFT的阈值电压。

由输出电流公式可知，工作在饱和区的放大TFT若采用a-IGZO TFT，其在受到X射线辐射时，其阈值电压的漂移会造成输出电流的较大变化，从而产生较大的干扰信号，并且减少探测器的辐射寿命。

因此，本发明提供一种平板探测器及其制作方法，以解决APS像素单元电路中放大TFT在X射线辐射状态下，阈值电压漂移的影响，提升平板探测器的抗辐射性能，增加平板探测器的辐射寿命。

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图2～图10。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图2，本实施例提供一种平板探测器的制作方法，包括以下步骤：

提供衬底，于所述衬底上形成间隔的第一栅极及第二栅极；

于所述第一栅极上形成第一栅极绝缘层及于所述第二栅极上形成第二栅极绝缘层；

在所述第一栅极绝缘层上形成a-Si有源层，在所述第二栅极绝缘层上形成a-IGZO有源层，其中，所述a-Si有源层为工作在饱和区的放大TFT的有源层，所述a-IGZO有源层为工作在线性区的开关TFT的有源层。

本实施例，采用a-IGZO有源层作为工作在线性区的开关TFT的有源层，采用a-Si有源层作为工作在饱和区的放大TFT的有源层，因此在实现高帧率的动态平板探测器的同时，增加了平板探测器的抗辐射性能。

需要说明的是，本实施例中，仅展示1个开关TFT及1个放大TFT的结构，但所述开关TFT及放大TFT的个数并不局限于此。

如图3，首先提供一衬底100，在所述衬底100上形成栅极200，所述栅极200包括间隔的所述第一栅极及第二栅极。

具体的，所述衬底100包括玻璃衬底，所述第一栅极及第二栅极的材料包括钼(Mo)、铝(Al)、铜(Cu)、钛(Ti)、铬(Cr)、铌(Nb)中的一种或组合，厚度范围包括200nm～300nm。在所述衬底100上形成所述第一栅极及第二栅极的步骤可包括：在所述衬底100上沉积栅极金属层，采用湿刻法图形化工艺形成所述第一栅极及第二栅极，但并不局限于此。所述第一栅极及第二栅极可采用相同或不同的材料、厚度及工艺形成，此处不作限制。

如图4，形成栅极绝缘层300，所述栅极绝缘层300包括位于所述第一栅极上形成的第一栅极绝缘层及位于所述第二栅极上形成的第二栅极绝缘层。

具体的，所述第一栅极绝缘层及第二栅极绝缘层包括氧化硅(SiOx)层及氮化硅(SiNx)层中的一种或组合，厚度范围包括300nm～400nm。所述第一栅极绝缘层及第二栅极绝缘层可采用化学气相沉积方法(CVD)得到，但并不局限于此。本实施例中，在所述衬底100及所述栅极200上形成覆盖所述衬底100及所述栅极200的所述栅极绝缘层300，以对所述第一栅极及第二栅极进行保护。

作为该实施例的进一步实施例，形成所述a-Si有源层的步骤在形成所述a-IGZO有源层的步骤之前进行。

具体的，由于a-Si有源层的制程温度大于a-IGZO有源层的制程温度，因此将所述a-Si有源层形成在所述a-IGZO有源层之前进行，可便于工艺制程的控制，且还可避免在形成所述a-Si有源层时，所述a-Si有源层中的氢离子(非晶硅基本上是正四面体的形式，但却会发生变形产生如悬挂链和空洞等缺陷，纯的非晶硅因缺陷密度高而无法使用，氢在其中补偿悬挂链)，对所述a-IGZO有源层进行掺杂，影响其性能。形成所述a-Si有源层及形成所述a-IGZO有源层的顺序并不局限于此，此处不作过分限制，本实施例中，优选为形成所述a-Si有源层的步骤在形成所述a-IGZO有源层的步骤之前进行。

如图5，首先形成a-Si有源层401，所述a-Si有源层401位于所述栅极绝缘层300上，其作为工作在饱和区的所述放大TFT的有源层(沟道)，形成于所述第一栅极上方。

具体的，采用所述a-Si有源层401作为工作在饱和区的所述放大TFT的有源层，使得所述放大TFT在受到X射线辐射时，阈值电压的漂移更小，从而可提高稳定性。

作为该实施例的进一步实施例，还包括在所述a-Si有源层401的上方形成欧姆接触层500的步骤，所述欧姆接触层500包括N型重掺杂a-Si(N⁺a-Si)层。

具体的，所述欧姆接触层500可降低后续制备的源漏极电极层与所述a-Si有源层401之间的接触电阻，从而提高所述平板探测器的性能。形成所述欧姆接触层500的方法可包括离子注入法及外延法，本实施例中，所述欧姆接触层500的材料采用N型重掺杂的a-Si层，其可通过先沉积所述a-Si有源层401，直接在所述a-Si有源层401上进行N型重掺杂，以形成所述N⁺a-Si层，而后对所述a-Si有源层401及N⁺a-Si层进行图形化，形成厚度范围包括30nm～50nm的复合材料层，以减少工艺步骤，其制备工艺并不局限于此。

如图6，形成a-IGZO有源层402，所述a-IGZO有源层402位于所述栅极绝缘层300上，其作为工作在线性区的所述开关TFT的有源层(沟道)，形成于所述第二栅极上方。

具体的，由于a-IGZO材料具有较高的场效应迁移率(大于10cm²V^-1s^-1，其值约为a-Si材料的10倍)，从而采用所述a-IGZO有源层402作为工作在线性区的所述开关TFT的有源层，可实现高帧率的动态探测器，同时也可以减小所述开关TFT的尺寸，可以达到减小电路的RC延迟。制备方法包括湿法刻蚀图形化，以形成厚度包括30nm～50nm的所述开关TFT的有源层。

如图7，还包括形成源漏电极层600，以形成所述放大TFT的源极与漏极及开关TFT的源极与漏极的步骤，所述源极及漏极的材料包括钼(Mo)、铝(Al)、铜(Cu)、钛(Ti)、铬(Cr)、铌(Nb)中的一种或组合，厚度范围包括400nm～500nm。

具体的，在所述栅极绝缘层300、a-IGZO有源层402及欧姆接触层500上可利用PVD、CVD沉积一层包括钼(Mo)、铝(Al)、铜(Cu)、钛(Ti)、铬(Cr)、铌(Nb)中的一种或组合的金属层，厚度范围包括400nm～500nm，通过湿法刻蚀，采取适当的刻蚀剂进行过刻蚀，使位于所述放大TFT中的所述N+a-Si层被完全刻蚀，以显露所述a-Si有源层401的上表面，以避免短路。形成所述放大TFT的源极与漏极及开关TFT的源极与漏极的方法及步骤此处不作过分限制，所述放大TFT的源极及漏极与所述开关TFT的源极及漏极的材料、厚度、制备工艺可相同也可不同，此处不作过分限制。

如图8，还包括形成保护层700的步骤，所述保护层700的材料包括氧化硅(SiOx)及氮化硅(SiNx)中的一种或组合，厚度范围包括300nm～1000nm。

具体的，所述保护层700覆盖所述源漏电极层600、a-Si有源层401及a-IGZO有源层402，以起到保护作用。所述保护层700的材料可采用与所述栅极绝缘层300相同的材质，包括氧化硅(SiOx)层、氮化硅(SiNx)层中的一种或组合，此处不作限制。

如图9，还包括形成平坦层800的步骤，所述平坦层800的材料包括有机材料，厚度范围包括2000nm～3000nm。

如图10，还包括形成光电二极管底电极900的步骤，所述光电二极管底电极900位于所述放大TFT及开关TFT的上方，且所述光电二极管底电极900的投影覆盖所述a-Si有源层401及a-IGZO有源层402；还包括于所述光电二极管底电极900的上方形成光电二极管(未图示)的步骤，所述光电二极管的材料包括a-Si及有机材料中的一种。

具体的，在所述放大TFT及开关TFT的上方制备所述光电二极管底电极900及位于所述光电二极管底电极900上方的光电二极管，可提升所述平板探测器的填充因子，以缩小所述平板探测器的厚度。所述光电二极管底电极900的制备方法可包括：采用图形化工艺，形成穿过所述平坦层800及保护层700的通孔，直至显露所述开关TFT的漏极，之后采用PVD、CVD等方法，沉积包括钼(Mo)、铝(Al)、铜(Cu)、钛(Ti)、铬(Cr)、铌(Nb)中的一种或组合的金属，厚度范围包括100nm～500nm，以形成所述光电二极管底电极900，同时，所述光电二极管底电极900还可作为所述放大TFT及开关TFT的遮光层，起到抗X射线辐射的作用，以进一增加平板探测器的辐射寿命。而后还可在所述光电二极管底电极900上制备包括a-Si或有机材料的所述光电二极管，所述光电二极管的制备方法此处不作限制。

实施例二

如图10，本实施例提供一种平板探测器，所述平板探测器包括采用实施例一中的制作方法所获得的平板探测器，但所述平板探测器的制备方法并不局限于此。

所述平板探测器包括：

放大TFT，所述放大TFT工作在饱和区，所述放大TFT包括a-Si有源层401；

开关TFT，所述开关TFT工作在线性区，所述开关TFT包括a-IGZO有源层402。

本实施例采用所述a-IGZO有源层402作为工作在线性区的所述开关TFT的有源层，采用所述a-Si有源层401作为工作在饱和区的所述放大TFT的有源层，因此在实现高帧率的动态平板探测器的同时，增加了平板探测器的抗辐射性能，增加平板探测器的辐射寿命。

作为该实施例的进一步实施例，所述放大TFT还包括间隔分布的欧姆接触层500，所述欧姆接触层500位于所述a-Si有源层401与所述放大TFT的源极之间及位于所述a-Si有源层401与所述放大TFT的漏极之间，所述欧姆接触层500包括N型重掺杂a-Si层。

作为该实施例的进一步实施例，所述平板探测器还包括光电二极管底电极900，所述光电二极管底电极900位于所述放大TFT及开关TFT的上方，且所述光电二极管底电极900的投影覆盖所述a-Si有源层401及a-IGZO有源层402。

作为该实施例的进一步实施例，所述平板探测器还包括光电二极管(未图示)，所述光电二极管包括a-Si光电二极管及有机光电二极管中的一种或组合。

具体的，所述平板探测器的材质及结构同实施例一，此处不再赘述。

综上所述，本发明的平板探测器及其制作方法，采用a-IGZO有源层作为工作在线性区的开关TFT的有源层，采用a-Si有源层作为工作在饱和区的放大TFT的有源层，因此在实现高帧率的动态平板探测器的同时，增加了平板探测器的抗辐射性能；通过在放大TFT及开关TFT的上方形成光电二极管底电极及光电二极管，可增加探测器的填充因子；将光电二极管底电极作为放大TFT及开关TFT的遮光层，进一步增加了平板探测器的辐射寿命。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种平板探测器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供衬底，于所述衬底上形成间隔的第一栅极及第二栅极；

于所述第一栅极上形成第一栅极绝缘层及于所述第二栅极上形成第二栅极绝缘层；

在所述第一栅极绝缘层上形成a-Si有源层，在所述第二栅极绝缘层上形成a-IGZO有源层，其中，所述a-Si有源层为工作在饱和区的放大TFT的有源层，所述a-IGZO有源层为工作在线性区的开关TFT的有源层。

2.根据权利要求1所述的平板探测器的制作方法，其特征在于：形成所述a-Si有源层的步骤在形成所述a-IGZO有源层的步骤之前进行。

3.根据权利要求1所述的平板探测器的制作方法，其特征在于：还包括形成光电二极管底电极的步骤，所述光电二极管底电极位于所述放大TFT及开关TFT的上方，且所述光电二极管底电极的投影覆盖所述a-Si有源层及a-IGZO有源层；还包括于所述光电二极管底电极的上方形成光电二极管的步骤，所述光电二极管的材料包括a-Si及有机材料中的一种。

4.根据权利要求3所述的平板探测器的制作方法，其特征在于：所述光电二极管底电极的材料包括钼(Mo)、铝(Al)、铜(Cu)、钛(Ti)、铬(Cr)、铌(Nb)中的一种或组合，厚度范围包括100nm～500nm。

5.根据权利要求1所述的平板探测器的制作方法，其特征在于：所述第一栅极及第二栅极的材料包括钼(Mo)、铝(Al)、铜(Cu)、钛(Ti)、铬(Cr)、铌(Nb)中的一种或组合，厚度范围包括200nm～300nm；所述第一栅极绝缘层及第二栅极绝缘层的材料包括氧化硅(SiOx)及氮化硅(SiNx)中的一种或组合，厚度范围包括300nm～400nm。

6.根据权利要求1所述的平板探测器的制作方法，其特征在于：还包括形成所述放大TFT的源极与漏极及所述开关TFT的源极与漏极的步骤，所述源极及漏极的材料包括钼(Mo)、铝(Al)、铜(Cu)、钛(Ti)、铬(Cr)、铌(Nb)中的一种或组合，厚度范围包括400nm～500nm。

7.根据权利要求1所述的平板探测器的制作方法，其特征在于：还包括形成保护层的步骤，所述保护层的材料包括氧化硅(SiOx)及氮化硅(SiNx)中的一种或组合，厚度范围包括300nm～1000nm；还包括形成平坦层的步骤，所述平坦层的材料包括有机材料，厚度范围包括2000nm～3000nm。

8.一种平板探测器，其特征在于，所述平板探测器包括：

放大TFT，所述放大TFT工作在饱和区，所述放大TFT包括a-Si有源层；

开关TFT，所述开关TFT工作在线性区，所述开关TFT包括a-IGZO有源层。

9.根据权利要求8所述的平板探测器，其特征在于：所述平板探测器还包括光电二极管底电极，所述光电二极管底电极位于所述放大TFT及开关TFT的上方，且所述光电二极管底电极的投影覆盖所述a-Si有源层及a-IGZO有源层。

10.根据权利要求8所述的平板探测器，其特征在于：所述平板探测器还包括光电二极管，所述光电二极管包括a-Si光电二极管及有机光电二极管中的一种或组合。