CN116960198A - 探测基板、其制作方法及平板探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种探测基板、其制作方法及平板探测器，通过将光电转换器件的顶电极设置成表面具有至少一个微结构以及围绕微结构设置的凹陷，这样增加了顶电极表面的粗糙度，当光线入射至该微结构的侧壁时，微结构可对光线进行反射、折射和散射，增加了入射光在光电转换器件内的光程，保证入射光的充分吸收，提高光利用率，从而提高光电转换器件的外量子效率，进而提高平板探测器的灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及光电检测技术领域，特别涉及一种探测基板、其制作方法及平板探测器。
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。X射线数字化成像技术采用X射线平板探测器直接将X影像转换为数字图像，因其转换的数字图像清晰，分辨率高，且易于保存和传送，已得到了广泛的开发与应用。
X射线平板探测器通常包括薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)与光电二极管。在X射线照射下，间接转换型X射线平板探测器的闪烁体层或荧光体层将X射线光子转换为可见光，然后在光电二极管的作用下将可见光转换为电信号，最终通过TFT读取电信号并将电信号输出，该电信号经过A/D转换后形成数字信号，计算机再将数字信号进行图像处理从而形成X射线数字影像。
发明内容
本发明实施例提供的一种探测基板、其制作方法及平板探测器，用以提高平板探测器的外量子效率，进而提高平板探测器的灵敏度。
本发明实施例提供了一种探测基板，包括：衬底基板，以及位于所述衬底基板上的光电转换器件；所述光电转换器件包括位于所述衬底基板上依次层叠设置的底电极、光电转换层和顶电极，所述顶电极背离所述衬底基板的表面具有至少一个微结构以及围绕所述微结构设置的凹陷。
可选地，在本发明实施例提供的上述探测基板中，所述顶电极背离所述衬底基板的表面具有间隔设置的多个所述微结构，多个所述微结构均匀分布。
可选地，在本发明实施例提供的上述探测基板中，多个所述微结构呈阵列分布。
可选地，在本发明实施例提供的上述探测基板中，多个所述微结构呈多行多列分布，且相邻两行所述微结构错位排列。
可选地，在本发明实施例提供的上述探测基板中，偶数行的所述微结构分别位于奇数行相邻两个所述微结构之间。
可选地，在本发明实施例提供的上述探测基板中，所述微结构远离所述衬底基板的表面为平整表面。
可选地，在本发明实施例提供的上述探测基板中，所述微结构的形状包括棱台。
可选地，在本发明实施例提供的上述探测基板中，所述凹陷形状包括半球形或部分椭圆球形。
可选地，在本发明实施例提供的上述探测基板中，所述凹陷的最大深度小于所述顶电极的厚度。
可选地，在本发明实施例提供的上述探测基板中，还包括位于顶电极背离所述衬底基板一侧的偏置电压层，所述偏置电压层与所述顶电极背离所述衬底基板的表面中的平坦表面电连接。
可选地，在本发明实施例提供的上述探测基板中，还包括：位于所述偏置电压层背离所述衬底基板一侧的闪烁体层，位于所述顶电极和所述偏置电压层之间的缓冲层，位于所述缓冲层和所述偏置电压层之间的第一平坦层，以及位于所述第一平坦层和所述偏置电压层之间的第一钝化层，以及位于所述偏置电压层和所述闪烁体层之间的第二平坦层。
可选地，在本发明实施例提供的上述探测基板中，还包括：位于所述衬底基板和所述光电转换器件之间的晶体管，所述光电转换器件的底电极与所述晶体管的源极电连接。
相应地，本发明实施例还提供了一种平板探测器，包括本发明实施例提供的上述任一项所述的探测基板。
相应地，本发明实施例还提供了一种探测基板的制作方法，包括：
在衬底基板上形成依次层叠设置的底电极、光电转换层和顶电极；其中，所述顶电极背离所述衬底基板的表面具有至少一个微结构以及围绕所述微结构设置的凹陷，所述底电极、所述光电转换层和所述顶电极构成光电转换器件。
可选地，在本发明实施例提供的上述制作方法中，形成所述顶电极，具体包括：
在所述光电转换层背离所述衬底基板的一侧沉积一层导电层；
通过光刻工艺在所述导电层背离所述衬底基板的表面形成间隔设置的多个所述微结构，以形成所述顶电极。
本发明实施例的有益效果如下：
本发明实施例提供的一种探测基板、其制作方法及平板探测器，通过将光电转换器件的顶电极设置成表面具有至少一个微结构以及围绕微结构设置的凹陷，这样增加了顶电极表面的粗糙度，当光线入射至该微结构的侧壁时，微结构可对光线进行反射、折射和散射，增加了入射光在光电转换器件内的光程，保证入射光的充分吸收，提高光利用率，从而提高光电转换器件的外量子效率，进而提高平板探测器的灵敏度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种探测基板的结构示意图；
图2为图1中顶电极的一种平面示意图；
图3为图1中顶电极的又一种平面示意图；
图4为图1中顶电极的局部放大示意图；
图5为本发明实施例提供的又一种顶电极的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种探测基板的具体结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种探测基板中顶电极的制作方法流程图；
图8A-图8E为本发明实施例提供的一种探测基板的制作方法在执行每一步骤之后的结构示意图。
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。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。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于所描述的本发明的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外定义，本发明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。本发明中使用的“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。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“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。
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。
本发明实施例提供了一种探测基板，如图1-图3所示，图1为探测基板的截面示意图，图2为图1中顶电极的一种平面示意图，图3为图1中顶电极的又一种平面示意图，该探测基板包括：衬底基板1，以及位于衬底基板1上的光电转换器件2；光电转换器件2包括位于衬底基板1上依次层叠设置的底电极21、光电转换层22和顶电极23，顶电极23背离衬底基板1的表面具有至少一个微结构231以及围绕微结构231设置的凹陷232。
本发明实施例提供的上述探测基板，通过将光电转换器件2的顶电极23设置成表面具有至少一个微结构231以及围绕微结构231设置的凹陷232，这样增加了顶电极23表面的粗糙度，如图4所示，图4为图1中顶电极23的局部放大示意图，当光线(箭头L1)入射至该微结构231的侧壁时，微结构231可对光线(箭头L1)进行反射、折射和散射，增加了入射光在光电转换器件2内的光程，保证入射光的充分吸收，提高光利用率，从而提高光电转换器件2的外量子效率，进而提高平板探测器的灵敏度。
具体地，如图1和图2所示，本发明通过在顶电极23表面制作微结构231，在增加入射光光程，提高外量子效率的同时，不破坏光电转换层22的结构与形貌，工艺技术简单易实现，且不影响光电转换层22和顶电极23的接触，进而达到提高平板探测器的灵敏度同时，不影响其他器件性能参数。
在具体实施时，为了进一步保证入射光被充分吸收，进一步提高光利用率，从而进一步提高光电转换器件的外量子效率，在本发明实施例提供的上述探测基板中，如图2和图3所示，顶电极23背离衬底基板1的表面具有多个间隔设置的微结构231，多个微结构231均匀分布。这样可以统一微结构231的制作工艺，降低工艺复杂度。
在一种可能的实施方式中，如图2所示，多个微结构231可以呈阵列分布。
在一种可能的实施方式中，如图3所示，多个微结构231呈多行多列分布，且相邻两行微结构231可以错位排列。具体地，偶数行的微结构231可以分别位于奇数行相邻两个微结构231之间。
需要说明的是，本发明实施例的图2和图3所示的微结构的排列方式只是列举的其中两种，当然还可以有其它的均匀排列方式，均属于本发明的保护范围，在此不做一一列举。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述探测基板中，如图1-图3所示，微结构231远离衬底基板1的表面为平整表面。这样后续在顶电极23表面制作其它膜层时，可以保证顶电极23与后续膜层的接触性能，避免后续膜层脱落。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述探测基板中，如图1-图4所示，微结构231的形状可以包括棱台。具体地，微结构231的形状可以为三棱台、四棱台、五棱台，等等，本发明实施例是以四棱台为例进行示意。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述探测基板中，如图5所示，图5为另一种光电转换器件2的顶电极23结构示意图，凹陷232的形状可以包括半球形，当然凹陷232的形状也可以包括部分椭圆球形。
在具体实施时，为了保证顶电极的驱动性能，在本发明实施例提供的上述探测基板中，如图4和图5所示，凹陷232的最大深度H小于顶电极23的厚度D。这样可以保证整个顶电极23均能输入电信号。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述探测基板中，如图1所示，顶电极23可由铟锡氧化物(ITO)或铟锌氧化物(IZO)或其它合适的材料形成，以提高光线透射效率。底电极21可由钼、铝、银、铜、钛、铂、钨、钽、氮化钽、其合金及其组合或其它合适的材料形成。
在具体实施时，衬底基板1可以是柔性衬底基板，例如由聚乙烯醚邻苯二甲酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、多芳基化合物、聚醚酰亚胺、聚醚砜或聚酰亚胺等具有优良的耐热性和耐久性的塑料基板；还可以是刚性衬底基板，例如玻璃基板，在此不做限定。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述探测基板中，如图1所示，还包括位于顶电极23背离衬底基板1一侧的偏置电压层3，偏置电压层3与顶电极23背离衬底基板1的表面中的平坦表面电连接。这样可以增大偏置电压层3与顶电极23的接触面积，提高接触性能。
在具体实施时，偏置电压层3可以是透明材料，比如铟锡氧化物(ITO)或铟锌氧化物(IZO)等，也可以是金属材料，比如铜、银等。当偏置电压层3使用透明材料时，与顶电极23电连接的偏置电压层3不会对光线造成阻挡，可有效的提高填充率。同时，也可以和绑定(bonding)区的ITO通过一次构图工艺制作完成，节省工艺流程。当偏置电压层3使用金属材料时，可有效降低偏置电压层3的电阻，保证探测基板的整个探测区域AA内的偏压基本一致。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述探测基板中，如图1所示，还包括：位于偏置电压层3背离衬底基板1一侧的闪烁体层4，位于顶电极23和偏置电压层3之间的缓冲层5，位于缓冲层5和偏置电压层3之间的第一平坦层6，位于第一平坦层6和偏置电压层3之间的第一钝化层7，以及位于偏置电压层3和闪烁体层4之间的第二平坦层8。由于本发明实施例提供的顶电极23表面的微结构231的表面为平整表面，这样不影响顶电极23与缓冲层5的接触，避免膜层脱落。因此本发明通过将顶电极23表面制备具有平整表面的微结构231，在陷光的同时可以有效的改善膜层界面处的膜层质量。
具体地，闪烁体层的材料为能够将X光转换为可见光的材料，例如碘化铯(CsI)等。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述探测基板中，如图6所示，还包括：位于衬底基板1和光电转换器件2之间的晶体管10，该晶体管10包括栅极101、栅绝缘层102、有源层103、源极104和漏极105，光电转换器件2的底电极21与晶体管10的源极104电连接。
具体地，晶体管可以采用非晶硅薄膜晶体管、氧化物薄膜晶体管、LTPS薄膜晶体管等。在晶体管为氧化物薄膜晶体管时，可以包括由金属氧化物，例如铟镓锌氧化物(IGZO)形成的有源层，有源层包括沟道区以及源漏极接触区。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述探测基板中，如图6所示，还包括：位于源极104、漏极105与底电极21之间的第二钝化层9，光电转换器件2的底电极21通过贯穿第二钝化层9的过孔与晶体管10的源极104电连接。
在具体实施时，本发明实施例提供的上述探测基板还可以包括本领域技术人员熟知的其它膜层，在此不做一一列举。
需要说明的是，探测基板的探测区域AA一般包括多个探测像素单元，本发明实施例仅示意其中一个探测像素单元的膜层结构。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种探测基板的制作方法，包括：
在衬底基板上形成依次层叠设置的底电极、光电转换层和顶电极；其中，顶电极背离衬底基板的表面具有至少一个微结构以及围绕微结构设置的凹陷，底电极、光电转换层和顶电极构成光电转换器件。
本发明实施例提供的上述探测基板的制作方法，通过将光电转换器件的顶电极设置成表面具有至少一个微结构以及围绕微结构设置的凹陷，这样增加了顶电极表面的粗糙度，当光线入射至该微结构的侧壁时，微结构可对光线进行反射、折射和散射，增加了入射光在光电转换器件内的光程，保证入射光的充分吸收，提高光利用率，从而提高光电转换器件的外量子效率，进而提高平板探测器的灵敏度。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述探测基板中，形成顶电极，如图7所示，具体可以包括：
S701、在光电转换层背离衬底基板的一侧沉积一层导电层；
S702、通过光刻工艺在导电层背离衬底基板的表面形成间隔设置的多个微结构，以形成顶电极。
下面以图6所示的探测基板为例对本发明实施例提供的探测基板中顶电极的制作方法进行说明。
(1)在衬底基板1上通过一次构图工艺制作栅极101和栅线G，在栅极101上制作栅绝缘层102，在栅绝缘层102上制作有源层103，在有源层103上通过一次构图工艺制作源极104、漏极105和数据线D，在源极104、漏极105上制作第二钝化层9，如图8A所示。
(2)在第二钝化层9上制作底电极21，底电极21通过贯穿第二钝化层9的过孔与源极104电连接，如图8B所示。
(3)在底电极21上制作光转换层22，如图8C所示。
(4)在光转换层22上沉积一层导电层23’，如图8D所示。
(5)通过光刻工艺在导电层23’背离衬底基板1的表面形成间隔设置的多个微结构231，以形成顶电极23，如图8E所示，图8E以微结构231成呈阵列分布为例，当然微结构231也可是如图3所示的排列方式。
后续，在顶电极23上制作图6中的其它膜层，这些膜层的制作方法与现有技术相同，在此不做赘述。
需要说明的是，在本发明实施例提供的上述平板探测器的制作方法中，构图工艺可只包括光刻工艺，或，可以包括光刻工艺以及刻蚀步骤，同时还可以包括打印、喷墨等其他用于形成预定图形的工艺；光刻工艺是指包括成膜、曝光、显影等工艺过程的利用光刻胶、掩模板、曝光机等形成图形的工艺。在具体实施时，可根据本发明中所形成的结构选择相应的构图工艺。
基于同一发明构思，本公开实施例还提供了一种平板探测器，包括本公开实施例提供的上述探测基板。由于该平板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，本公开实施例提供的该平板探测器的实施可以参见本公开实施例提供的上述探测基板的实施，重复之处不再赘述。
本发明实施例提供的一种探测基板、其制作方法及平板探测器，通过将光电转换器件的顶电极设置成表面具有至少一个微结构以及围绕微结构设置的凹陷，这样增加了顶电极表面的粗糙度，当光线入射至该微结构的侧壁时，微结构可对光线进行反射、折射和散射，增加了入射光在光电转换器件内的光程，保证入射光的充分吸收，提高光利用率，从而提高光电转换器件的外量子效率，进而提高平板探测器的灵敏度。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例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 (15)
1.一种探测基板，其特征在于，包括：衬底基板，以及位于所述衬底基板上的光电转换器件；所述光电转换器件包括位于所述衬底基板上依次层叠设置的底电极、光电转换层和顶电极，所述顶电极背离所述衬底基板的表面具有至少一个微结构以及围绕所述微结构设置的凹陷。
2.如权利要求1所述的探测基板，其特征在于，所述顶电极背离所述衬底基板的表面具有间隔设置的多个所述微结构，多个所述微结构均匀分布。
3.如权利要求2所述的探测基板，其特征在于，多个所述微结构呈阵列分布。
4.如权利要求2所述的探测基板，其特征在于，多个所述微结构呈多行多列分布，且相邻两行所述微结构错位排列。
5.如权利要求4所述的探测基板，其特征在于，偶数行的所述微结构分别位于奇数行相邻两个所述微结构之间。
6.如权利要求1所述的探测基板，其特征在于，所述微结构远离所述衬底基板的表面为平整表面。
7.如权利要求6所述的探测基板，其特征在于，所述微结构的形状包括棱台。
8.如权利要求6所述的探测基板，其特征在于，所述凹陷形状包括半球形或部分椭圆球形。
9.如权利要求1-8任一项所述的探测基板，其特征在于，所述凹陷的最大深度小于所述顶电极的厚度。
10.如权利要求1-8任一项所述的探测基板，其特征在于，还包括位于顶电极背离所述衬底基板一侧的偏置电压层，所述偏置电压层与所述顶电极背离所述衬底基板的表面中的平坦表面电连接。
11.如权利要求10所述的探测基板，其特征在于，还包括：位于所述偏置电压层背离所述衬底基板一侧的闪烁体层，位于所述顶电极和所述偏置电压层之间的缓冲层，位于所述缓冲层和所述偏置电压层之间的第一平坦层，以及位于所述第一平坦层和所述偏置电压层之间的第一钝化层，以及位于所述偏置电压层和所述闪烁体层之间的第二平坦层。
12.如权利要求11所述的探测基板，其特征在于，还包括：位于所述衬底基板和所述光电转换器件之间的晶体管，所述光电转换器件的底电极与所述晶体管的源极电连接。
13.一种平板探测器，其特征在于，包括如权利要求1-12任一项所述的探测基板。
14.一种探测基板的制作方法，其特征在于，包括：
在衬底基板上形成依次层叠设置的底电极、光电转换层和顶电极；其中，所述顶电极背离所述衬底基板的表面具有至少一个微结构以及围绕所述微结构设置的凹陷，所述底电极、所述光电转换层和所述顶电极构成光电转换器件。
15.如权利要求14所述的制作方法，其特征在于，形成所述顶电极，具体包括：
在所述光电转换层背离所述衬底基板的一侧沉积一层导电层；
通过光刻工艺在所述导电层背离所述衬底基板的表面形成间隔设置的多个所述微结构，以形成所述顶电极。
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