CN112133717B - 一种探测基板及射线探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种探测基板及射线探测器，包括衬底基板；多个探测像素电路，位于衬底基板之上；第一钝化层，位于多个探测像素电路背离衬底基板的一侧；平坦层，位于第一钝化层背离衬底基板的一侧，平坦层背离第一钝化层一侧的表面为平面；多个光敏器件，多个光敏器件通过贯穿第一钝化层和平坦层的过孔与多个探测像素电路一一对应电连接，且每个光敏器件包括第一部分和第二部分，其中，第一部分在衬底基板上的正投影与对应电连接的探测像素电路的正投影相互交叠，第二部分在衬底基板上的正投影与对应电连接的探测像素电路的正投影互不交叠。
Description
技术领域
本发明涉及光电探测技术领域，尤其涉及一种探测基板及射线探测器。
背景技术
X射线检测技术广泛应用于工业无损检测、集装箱扫描、电路板检查、医疗、安防、工业等领域，具有广阔的应用前景。传统的X-Ray成像技术属于模拟信号成像，分辨率不高，图像质量较差。20世纪90年代末出现的X射线数字化成像技术(Digital Radio Graphy，DR)采用X射线平板探测器直接将X影像转换为数字图像，以其操作便捷、成像速度快、成像分辨率高、转换的数字图像清晰、数字图像易于保存和传送等显著优点，成为数字X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认可。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种探测基板及射线探测器，用以提高探测像素的填充率。
因此，本发明实施例提供的一种探测基板，包括：
衬底基板；
多个探测像素电路，位于所述衬底基板之上；
第一钝化层，位于所述多个探测像素电路背离所述衬底基板的一侧；
平坦层，位于所述第一钝化层背离所述衬底基板的一侧，所述平坦层背离所述第一钝化层一侧的表面为平面；
多个光敏器件，所述多个光敏器件通过贯穿所述第一钝化层和所述平坦层的过孔与所述多个探测像素电路一一对应电连接，且每个所述光敏器件包括第一部分和第二部分，其中，所述第一部分在所述衬底基板上的正投影与对应电连接的所述探测像素电路的正投影相互交叠，所述第二部分在所述衬底基板上的正投影与对应电连接的所述探测像素电路的正投影互不交叠。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提的上述探测基板中，所述平坦层为不透光的树脂层。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提的上述探测基板中，所述平坦层在垂直于所述衬底基板方向上的厚度为1μm-10μm。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提的上述探测基板中，还包括：位于所述平坦层与所述多个光敏器件之间的第二钝化层。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提的上述探测基板中，所述光敏器件包括：相对而置的第一电极和第二电极，以及位于所述第一电极与所述第二电极之间的直接转换材料层；其中，
所述第一电极与所述探测像素电路电连接；
所述第二电极位于所述直接转换材料层背离所述第一电极的一侧，且所述第二电极被配置为加载偏置电压。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提的上述探测基板中，所述第一电极包括：遮光金属层，以及位于所述遮光金属层与所述直接转换材料层之间的透光金属氧化物层。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提的上述探测基板中，还包括：位于所述多个光敏器件背离所述衬底基板一侧的闪烁体层；
所述光敏器件包括：相对而置的第三电极和第四电极，以及位于所述第三电极与所述第四电极之间的间接转换材料层；其中，
所述间接转换材料层包括：N型半导体层、本征半导体层和P型半导体层；
所述第三电极与所述探测像素电路电连接；
所述第四电极为透明电极，所述第四电极位于所述间接转换材料层背离所述第三电极的一侧，且所述第四电极被配置为加载偏置电压。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提的上述探测基板中，还包括：位于所述多个光敏器件背离所述衬底基板一侧的闪烁体层；
所述光敏器件包括：半导体层，位于所述半导体层背离所述闪烁体层一侧的介电层，以及位于所述介电层与所述平坦层之间且同层设置的第五电极和第六电极；其中，
所述第五电极与所述第六电极构成叉指电极，且所述第五电极与所述探测像素电路电连接，所述第六电极被配置为加载偏置电压。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提的上述探测基板中，所述探测像素电路包括晶体管和电容；其中，所述晶体管的栅极与所述电容的第一电极板同层设置，所述晶体管的源极、漏极与所述电容的第二电极板同层设置，且所述晶体管的漏极、所述电容的第二电极板分别与所述光敏器件电连接。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提的上述探测基板中，还包括：与所述晶体管的栅极同层设置且沿第一方向延伸的栅线，以及与所述晶体管的源极、漏极同层设置且沿与所述第一方向交叉的第二方向延伸的数据线和参考信号线；其中，
所述栅线与所述晶体管的栅极电连接，所述数据线与所述晶体管的源极电连接，所述参考信号线与所述电容的第一电极板电连接。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提的上述探测基板中，所述光敏器件在所述衬底基板上的正投影还完全覆盖所述栅线的正投影，并与所述数据线的正投影、所述参考信号线的正投影部分交叠。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种射线探测器，包括上述探测基板。
本发明有益效果如下：
本发明实施例提供的探测基板及射线探测器，包括衬底基板；多个探测像素电路，位于衬底基板之上；第一钝化层，位于多个探测像素电路背离衬底基板的一侧；平坦层，位于第一钝化层背离衬底基板的一侧，平坦层背离第一钝化层一侧的表面为平面；多个光敏器件，多个光敏器件通过贯穿第一钝化层和平坦层的过孔与多个探测像素电路一一对应电连接，且每个光敏器件包括第一部分和第二部分，其中，第一部分在衬底基板上的正投影与对应电连接的探测像素电路的正投影相互交叠，第二部分在衬底基板上的正投影与对应电连接的探测像素电路的正投影互不交叠。由于本发明中平坦层背离第一钝化层一侧的表面为均匀性较好的平面，使得在平坦层上方所制作光敏器件的各膜层的均匀性较好，进而光敏器件可以包括与探测像素电路相互交叠的第一部分、以及与探测像素电路互不交叠的第二部分；相较于相关技术中光敏器件与探测像素电路互不交叠的技术方案，本发明因光敏器件可以与探测像素电路相互交叠而提高了探测像素的填充率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的探测基板的一种平面结构示意图；
图2为沿图1中I-II线的一种剖面结构示意图；
图3为沿图1中I-II线的又一种剖面结构示意图；
图4为沿图1中I-II线的又一种剖面结构示意图；
图5为本发明实施例提供的探测基板的又一种平面结构示意图；
图6为沿图5中III-IV线的一种剖面结构示意图；
图7为本发明实施例提供的探测基板的又一种平面结构示意图；
图8为沿图7中V-VI线的一种剖面结构示意图；
图9为图4所示探测基板的制作流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。需要注意的是，附图中各图形的尺寸和形状不反映真实比例，目的只是示意说明本发明内容。并且自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“内”、“外”、“上”、“下”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
当前探测基板中，由于探测像素电路投影上方的膜层均匀性差，段差约以上，造成进行探测像素设计时，光敏器件不能覆盖探测像素电路所在区域，对探测像素的填充率造成一定损失。
针对相关技术中存在的上述问题，本发明实施例提供了一种探测基板，如图1和图2所示，包括：
衬底基板01；
多个探测像素电路02，位于衬底基板01之上；
第一钝化层03，位于多个探测像素电路02背离衬底基板01的一侧；
平坦层04，位于第一钝化层03背离衬底基板01的一侧，平坦层04背离第一钝化层03一侧的表面为平面；
多个光敏器件05，多个光敏器件05通过贯穿第一钝化层03和平坦层04的过孔与多个探测像素电路02一一对应电连接，且每个光敏器件05包括第一部分P1和第二部分P2，其中，第一部分P1在衬底基板01上的正投影与对应电连接的探测像素电路02的正投影相互交叠，第二部分P2在衬底基板01上的正投影与对应电连接的探测像素电路02的正投影互不交叠。
在本发明实施例提供的上述探测基板中，由于平坦层04背离第一钝化层03一侧的表面为均匀性较好的平面，使得在平坦层04上方所制作光敏器件05的各膜层的均匀性良好，进而光敏器件05可以包括与探测像素电路02相互交叠的第一部分P1、以及与探测像素电路02互不交叠的第二部分P2；相较于相关技术中光敏器件05与探测像素电路02互不交叠的技术方案，本发明因光敏器件05可以与探测像素电路02相互交叠而提高了探测像素的填充率。
可选地，为最大化提高填充率，可以设置光敏器件05所含第一部分P1完全覆盖探测像素电路02。当然，在具体实施时，光敏器件05也可以部分覆盖探测像素电路02，在此不做限定。此外，第一钝化层03的材料可以为氧化硅、氮化硅等，厚度可以在范围内。
可选地，在本发明实施例提供的上述探测基板中，平坦层04为不透光的树脂层，例如不透光的聚酰亚胺(PI)层。采用不透光的树脂层制作平坦层04，可以有效遮挡可见光，避免可见光照射至平坦层04下方探测像素电路所含的晶体管，从而提高了晶体管的稳定性。另外，为保证对可见光的遮挡效果，平坦层02对可见光的透过率可在0％-50％的范围内。
可选地，在本发明实施例提供的上述探测基板中，为实现较好的平坦化效果，平坦层04在垂直于衬底基板01方向上的厚度可以为1μm-10μm。
可选地，在本发明实施例提供的上述探测基板中，如图3所示，还可以包括：位于平坦层04与多个光敏器件05之间的第二钝化层06。一般地，树脂层的粘附力稍差，因此在平坦层04由不透光的树脂制作时，可通过在平坦层04上制作第二钝化层06来有效增加对光敏器件04的粘附力。可选地，第二钝化层06的材料可以为氧化硅、氮化硅等。
可选地，在本发明实施例提供的上述探测基板中，光敏器件05可以为直接转换型光敏器件，也可以为间接转换型光敏器件。
具体地，在光敏器件05为直接转换型光敏器件时，如图2和图3所示，光敏器件05可以包括：相对而置的第一电极501和第二电极502，以及位于第一电极501与第二电极502之间的直接转换材料层503；其中，
第一电极501与探测像素电路02电连接；
第二电极502位于直接转换材料层503背离第一电极501的一侧，且第二电极501被配置为加载偏置电压；
在X射线探测过程中，直接转换材料层503可以吸收X射线产生载流子，该载流子所含的电子-空穴对在电场作用下分别向第一电极501和第二电极502漂移，并被第一电极501和第二电极502直接收集从而产生电流信号。可选地，直接转换材料层503的材料可以为碘化汞(HgI2)、碘化铅(PbI2)、碘化铋(BiI2)等。
一般地，第一电极501为氧化铟锡(ITO)材质的透明电极，本发明中为进一步避免可见光照射至探测像素电路所含的晶体管，如图4所示，可以设置第一电极501包括：遮光金属层5011，以及位于遮光金属层5011与直接转换材料层503之间的透光金属氧化物层5012。在具体实施时，遮光金属层5011的材料可以为铜(Cu)、银(Ag)、铝(Al)、钼(Mo)、铬(Cr)、钛(Ti)等金属或合金，透光金属氧化物层5012的材料可以为氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)等透光金属氧化物。
具体地，在光敏器件05为间接转换型光敏器件时，其可以为PIN型的光敏器件或为MSM型的光敏器件。
可选地，在光敏器件05为PIN型光敏器件时，如图5和图6所示，该探测基板还可以包括：位于多个光敏器件05背离衬底基板一侧的闪烁体层07；
光敏器件05可以包括：相对而置的第三电极504和第四电极505，以及位于第三电极504与第四电极505之间的间接转换材料层506；其中，
间接转换材料层506包括：N型半导体层、本征半导体层和P型半导体层；
第三电极504与探测像素电路02电连接；
第四电极505为透明电极，第四电极505位于间接转换材料层506背离第三电极504的一侧，且第四电极505被配置为加载偏置电压。
在X射线探测过程中，闪烁体层07将X射线转换为可见光，该可见光会被间接转换材料层506进一步转换为载流子，该载流子所含的电子-空穴对在电场作用下分别向第三电极504和第四电极505漂移，并被第三电极504和第四电极505收集从而产生电流信号。
可选地，在光敏器件05为MSM型光敏器件时，如图7和图8所示，该探测基板还可以包括：位于多个光敏器件05背离衬底基板01一侧的闪烁体层07；
光敏器件05可以包括：半导体层507，位于半导体层507背离闪烁体层07一侧的介电层508，以及位于介电层508与平坦层04之间且同层设置的第五电极509和第六电极510；其中，
第五电极509与第六电极510构成叉指电极，且第五电极509与探测像素电路02电连接，第六电极510被配置为加载偏置电压。
在X射线探测过程中，闪烁体层07将X射线转换为可见光，该可见光照射在半导体层507的表面上时，半导体层507具有下降的电阻，并且大部分高电压因此分配在介电层508上。此时第六电极510、介电层508和半导体层507形成金属-绝缘体-半导体(MIS)结构，该金属-绝缘体-半导体结构在高电压下发生电子隧穿，产生隧穿电流，该隧穿电流可被第三电极504和第四电极505收集从而产生电流信号。
可选地，在本发明实施例提供的上述探测基板中，如图1至图8所示，探测像素电路02可以包括晶体管201和电容202；其中，晶体管201的栅极与电容202的第一电极板同层设置，晶体管201的源极、漏极与电容202的第二电极板同层设置，且晶体管201的漏极、电容202的第二电极板分别与光敏器件05电连接。
应该理解的是，在本发明中，“同层”指的是采用同一成膜工艺形成用于形成特定图形的膜层，然后利用同一掩模板通过一次构图工艺形成的层结构。即一次构图工艺对应一道掩模板(mask，也称光罩)。根据特定图形的不同，一次构图工艺可能包括多次曝光、显或刻蚀工艺，而形成的层结构中的特定图形可以是连续的也可以是不连续的，这些特定图形还可能处于不同的高度或者具有不同的厚度。从而简化制作工艺，节省制作成本，提高生产效率。
需要说明的是，在光敏器件05为PIN型光敏器件时，其本身具有较大的电容，所以不需要进行额外电容设计。另外，晶体管201不仅可以为如图2、图3、图6和图8所示的底栅型晶体管，还可以为如图4所示的顶栅型晶体管，在此不做限定。
可选地，在本发明实施例提供的上述探测基板中，如图1、图5和图7所示，一般还可以包括：与晶体管201的栅极同层设置且沿第一方向延伸的栅线08，以及与晶体管201的源极、漏极同层设置且沿与第一方向交叉的第二方向延伸的数据线09和参考信号线10；其中，栅线08与晶体管201的栅极电连接，数据线09与晶体201管的源极电连接，参考信号线10与电容202的第一电极板电连接。可选地，为提高探测像素的填充率，光敏器件05在衬底基板01上的正投影还完全覆盖栅线08的正投影，并与数据线09的正投影、参考信号线10的正投影部分交叠。
可选地，在本发明实施例提供的上述探测基板中，如图2、图3、图4、图6和图8所示，一般还可以包括：封装层11、栅绝缘层12和层间绝缘层13。其中，封装层11、栅绝缘层12和层间绝缘层13的材料可以为氧化硅、氮化硅等。
为更好地理解本发明的技术方案，以下对图4所示探测基板的制作过程进行介绍，具体如图9所示，包括以下步骤：
第一步，在衬底基板01上依次形成晶体管201的有源层，栅绝缘层12，同层设置的栅线08、晶体管201的栅极和电容202的第一电极板，层间绝缘层13，同层设置的数据线09、参考信号线10、晶体管201的源极/漏极和电容202的第二电极板；其中，栅线08与晶体管201的栅极电连接，数据线09与晶体管201的源极电连接，参考信号线10与电容的第一电极板电连接。
第二步，在数据线09、参考信号线10、晶体管201的源极/漏极和电容202的第二电极板所在层上沉积第一钝化层13，然后涂布不透光的树脂层来制作平坦层04，并根据设计需求对平坦层04打孔后，再对第一钝化层13对应的位置打孔。
第三步，在平坦层04上沉积220nm厚的钼金属膜、以及135nm厚的氧化铟锡膜，并对钼金属膜和氧化铟锡膜进行图形化，获得在各探测像素区域内完全覆盖探测像素电路02的第一电极501，具体地，第一电极501包括钼金属材质的遮光金属层5011、以及氧化铟锡材质的透光金属氧化物层5012；然后采用蒸镀方法在第一电极501上沉积碘化汞(HgI2)、碘化铅(PbI2)、碘化铋(BiI2)等形成直接转换材料层503；之后沉积厚的钼金属膜，并对钼金属膜进行图形化，获得在各探测像素区域内完全覆盖探测像素电路02的第二电极502；其中第一电极501、直接转换材料层503和第二电极502构成了光敏器件05。
第四步，在第二电极502所在层上采用化学气相沉积法(PECVD)沉积厚的氧化硅或氮化硅，完成封装层11的制作，实现对整体器件的封装。
至此完成了图4所示探测基板的制作。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种射线探测器，包括本发明实施例提供的上述探测基板。对于射线探测器的其它必不可少的组成部分均为本领域的普通技术人员应该理解具有的，在此不做赘述，也不应作为对本发明的限制。另外，由于该射线探测器解决问题的原理与上述探测基板解决问题的原理相似，因此，该射线探测器的实施可以参见上述探测基板的实施例，重复之处不再赘述。
本发明实施例提供的上述探测基板及射线探测器，包括衬底基板；多个探测像素电路，位于衬底基板之上；第一钝化层，位于多个探测像素电路背离衬底基板的一侧；平坦层，位于第一钝化层背离衬底基板的一侧，平坦层背离第一钝化层一侧的表面为平面；多个光敏器件，多个光敏器件通过贯穿第一钝化层和平坦层的过孔与多个探测像素电路一一对应电连接，且每个光敏器件包括第一部分和第二部分，其中，第一部分在衬底基板上的正投影与对应电连接的探测像素电路的正投影相互交叠，第二部分在衬底基板上的正投影与对应电连接的探测像素电路的正投影互不交叠。由于本发明中平坦层背离第一钝化层一侧的表面为均匀性较好的平面，使得在平坦层上方所制作光敏器件的各膜层的均匀性较好，进而光敏器件可以包括与探测像素电路相互交叠的第一部分、以及与探测像素电路互不交叠的第二部分；相较于相关技术中光敏器件与探测像素电路互不交叠的技术方案，本发明因光敏器件可以与探测像素电路相互交叠而提高了探测像素的填充率。
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 (10)
1.一种探测基板，其特征在于，包括：
衬底基板；
多个探测像素电路，位于所述衬底基板之上；
第一钝化层，位于所述多个探测像素电路背离所述衬底基板的一侧；
平坦层，位于所述第一钝化层背离所述衬底基板的一侧，所述平坦层背离所述第一钝化层一侧的表面为平面，所述平坦层为不透光的树脂层，且所述平坦层在垂直于所述衬底基板方向上的厚度为1μm-10μm；
多个光敏器件，所述多个光敏器件通过贯穿所述第一钝化层和所述平坦层的过孔与所述多个探测像素电路一一对应电连接，且每个所述光敏器件包括第一部分和第二部分，其中，所述第一部分在所述衬底基板上的正投影与对应电连接的所述探测像素电路的正投影相互交叠，所述第二部分在所述衬底基板上的正投影与对应电连接的所述探测像素电路的正投影互不交叠。
2.如权利要求1所述的探测基板，其特征在于，还包括：位于所述平坦层与所述多个光敏器件之间的第二钝化层。
3.如权利要求1或2所述的探测基板，其特征在于，所述光敏器件包括：相对而置的第一电极和第二电极，以及位于所述第一电极与所述第二电极之间的直接转换材料层；其中，
所述第一电极与所述探测像素电路电连接；
所述第二电极位于所述直接转换材料层背离所述第一电极的一侧，且所述第二电极被配置为加载偏置电压。
4.如权利要求3所述的探测基板，其特征在于，所述第一电极包括：遮光金属层，以及位于所述遮光金属层与所述直接转换材料层之间的透光金属氧化物层。
5.如权利要求1或2所述的探测基板，其特征在于，还包括：位于所述多个光敏器件背离所述衬底基板一侧的闪烁体层；
所述光敏器件包括：相对而置的第三电极和第四电极，以及位于所述第三电极与所述第四电极之间的间接转换材料层；其中，
所述间接转换材料层包括：N型半导体层、本征半导体层和P型半导体层；
所述第三电极与所述探测像素电路电连接；
所述第四电极为透明电极，所述第四电极位于所述间接转换材料层背离所述第三电极的一侧，且所述第四电极被配置为加载偏置电压。
6.如权利要求1或2所述的探测基板，其特征在于，还包括：位于所述多个光敏器件背离所述衬底基板一侧的闪烁体层；
所述光敏器件包括：半导体层，位于所述半导体层背离所述闪烁体层一侧的介电层，以及位于所述介电层与所述平坦层之间且同层设置的第五电极和第六电极；其中，
所述第五电极与所述第六电极构成叉指电极，且所述第五电极与所述探测像素电路电连接，所述第六电极被配置为加载偏置电压。
7.如权利要求1或2所述的探测基板，其特征在于，所述探测像素电路包括晶体管和电容；其中，所述晶体管的栅极与所述电容的第一电极板同层设置，所述晶体管的源极、漏极与所述电容的第二电极板同层设置，且所述晶体管的漏极、所述电容的第二电极板分别与所述光敏器件电连接。
8.如权利要求7所述的探测基板，其特征在于，还包括：与所述晶体管的栅极同层设置且沿第一方向延伸的栅线，以及与所述晶体管的源极、漏极同层设置且沿与所述第一方向交叉的第二方向延伸的数据线和参考信号线；其中，
所述栅线与所述晶体管的栅极电连接，所述数据线与所述晶体管的源极电连接，所述参考信号线与所述电容的第一电极板电连接。
9.如权利要求8所述的探测基板，其特征在于，所述光敏器件在所述衬底基板上的正投影还完全覆盖所述栅线的正投影，并与所述数据线的正投影、所述参考信号线的正投影部分交叠。
10.一种射线探测器，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的探测基板。
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