CN1574375A - 用于固态辐射成像器的存储电容器阵列 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于固态辐射成像器(200)的存储电容器阵列。该成像器阵列包括以成像阵列图案设置在基板上的多个像素(110)。每个像素包括与薄膜开关晶体管(130)连接的光电探测器(120)。多条扫描线(150)沿第一轴方向相对于基板设置在第一高度，多条数据线(140)沿成像阵列的第二轴设置在第二高度。电容器(241)设置在基板上，其中每个电容器具有与相应光电探测器和相应薄膜晶体管连接的第一电极(291)，和与电容器线性电极(251)连接的第二电极(296)。
Description
技术领域
本发明概括而言涉及成像装置，并具体涉及用于固态辐射成像器(radiation imager)的存储电容器阵列。
背景技术
固态辐射成像器通常包括大平板成像装置，该大平板成像装置包括设置成行和列的多个象素。每个像素通常具有一通过开关晶体管(例如薄膜场效应晶体管)与两条分离地址线，扫描线和数据线相连的光电探测器如光电二极管。在每行象素中，各开关晶体管通过晶体管的栅极与公共扫描线相连。在每列像素中，晶体管的读出电极(例如晶体管的源极)与数据线相连。在正常操作期间，脉冲地施加辐射(如x-射线通量)，并且穿过待检查物体的x-射线入射在成像阵列上。辐射入射在闪烁器材料上，并且像素光电探测器(通过改变二级管上的电荷)测量与闪烁器相互作用的x-射线的量。或者，x-射线可以在光电探测器中直接产生电子空穴对(通常称作“直接检测”)。通过顺序激活象素行(通过将信号施加给扫描行，使与该扫描行连接的开关晶体管导通)，读出光电探测器电荷数据，并且通过各条数据线从所激活的各像素读出信号(光电二极管电荷信号通过导通的开关晶体管耦合到数据线，并通过相关读出电极耦合到数据线)。通过这种方法，通过启动与像素连接的扫描线，并在与该像素连接的数据线上进行读出，可对给定像素进行寻址。
这种固态辐射成像器的一个问题在于动态范围有限。可被处理的最大信号电平与光电二极管上的偏压(一般为1-10V)和光电二极管的电容(对于100微米间距一般为0.4-0.8pF，与间距的平方成比例)成正比。通过增大偏压或电容来增大动态范围具有多个缺点，包括泄漏电流高或者点缺陷多。通常，在x-射线应用中，可通过减小每个x-射线入射在光电二极管上的光量而增大最大x-射线信号电平。这种解决方案产生的效果相应增大了对电子噪声的敏感性，从而对最小信号电平造成负面影响。
从而希望提供一种固态辐射成像器，其具有更大动态范围并增强图像的画面质量。
发明内容
简言之，根据本发明一个实施例，提供一种用于成像器的存储电容器阵列。该成像器包括以包含行和列的成像阵列图案设置在基板上的多个像素。每个像素包括各自的与相应薄膜开关晶体管相连的光电探测器。多个扫描沿成象阵列图案的第一轴方向相对基板设置在第一高度(level)。成象阵列图案中的每行象素具有一条相应的扫描线。每一条相应的扫描线与沿成象阵列图案中各象素行设置的每个象素的薄膜开关晶体管中的相应栅极相连。多条数据线沿成象阵列图案的第二轴方向相对于基板设置在第二高度(level)。成象阵列图案中的每列象素具有一条相应的数据线。每条相应的数据线与成象阵列中沿各列象素设置的每个象素的薄膜开关晶体管中的相应读出电极相连接。在基板上设置包括多个电容器的存储电容器阵列。多个电容器中的每一个包括第一电极、第二电极和设置在第一电极与第二电极之间的电介质。第一电极与相应光电探测器和相应薄膜晶体管相连，第二电极与电容器线状电极相连。
附图说明
参照附图阅读下面的详细描述，可更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点，在附图中相同附图标记表示相同元件，其中：
图1A为现有技术成像器的一部分的平面图；
图1B为沿图1A中线I-I作出的代表像素的部分剖面图；
图2为图1A-1B中所示成像器的成象阵列图案的电路图；以及
图3为根据本发明一个实施例具有存储电容器阵列的成像器的电路图。
具体实施方式
固态辐射成像器100包括多个象素110(图1A中表示出代表性的一个象素)，多个象素设置成包括行和列象素110的矩阵状成像阵列图案。为了说明的目的，并不作为对本发明的限制，成像器100具有第一轴101，行象素沿该第一轴101排列；和第二轴102，列象素沿该第二轴102排列。每个象素110包括光电探测器120和薄膜开关晶体管130。光电探测器120一般包括由大体上与该装置有效(即光敏)区相应的下象素电极122的一部分构成的光电二极管。开关晶体管130通常包括具有栅极132，漏极134和源极(或读出电极)136的薄膜场效应晶体管(FET)。成像器100还包括多条数据线140和扫描线150(统称作地址线)。沿第一轴101方向为成像阵列图案的每行像素设置至少一条扫描线150。每条扫描线与该行像素中象素的各栅极132相连。沿第二轴102为成像阵列图案中每列象素设置至少一条数据线140，并且该数据线与该列象素中象素的各读出电极136连接。
图1B中表示出一个象素110的部分剖面图。光电二极管120设置在基板105上。第一介电材料层121通常设置在象素电极122与基板105之间。光电二极管120还包括光敏材料体124(通常包括非晶硅)，该光敏材料体124与设置在成像阵列上的公共电极126电连接。公共电极126包括透光且导电的材料，如氧化铟锡等。通常包括氮化硅等的第二介电材料层123，在光敏材料体124侧壁的一部分上延伸，并且包括聚酰亚胺等的第三介电层125设置在公共电极126与成像阵列中的其他部件(除了通过第二介电材料层123和第三介电层125中的通孔与光敏材料体124的接触点以外)之间。
图2为图1A-1B中所示成像器100的电路图。图2表示多个象素110，其中每个象素包括诸如光电二极管的光电探测器120，和薄膜开关晶体管130，薄膜开关晶体管130如具有栅极132，漏极134和源极(或读出电极)136的FET。图2中所示的成像阵列图案还表示出多条数据线140和扫描线150。
图3为根据本发明一个实施例的成像器200的电路图。成像器200除了包括存储电容器阵列以外，与图1A-1B及图2中所示的成像器100相似。成像器200包括以包含行和列的成象阵列图案设置在基板上的多个象素110。在一个实施例中，该基板为热膨胀系数与硅类似的玻璃。每个象素包括与各薄膜开关晶体管130连接的相应的光电二极管120。
成像器200还包括多条扫描线150和多条数据线140。通过沉积一层或多层薄膜介电层，数据线和扫描线电绝缘。
成像器200还包括存储电容器阵列。该存储电容器阵列包括设置在基板上的多个电容器241。各电容器241分别包括第一电极291，第二电极296和设置在第一电极与第二电极之间的电介质。
在一个实施例中，电介质包括与用于薄膜晶体管栅介电层的薄膜相同的氮化硅薄膜。每个第一电极291分别与相应的光电探测器120和相应的薄膜开关晶体管130相连。第二电极296与电容器线性电极(linearelectrode)251连接。在一个实施例中，第二电极包括电容器线性电极。
电容器线性电极与电容器阵列的一端部(edge)相连。该端部指阵列的端部。在阵列端部处，所有的线性电极通过相同金属，或者通过用于其他层的金属连接在一起。此外，在该端部，电容器线性电极与用于光电二极管120的偏压电极相连，从而在电容器与二极管之间实现并联电结构。通过有效地连接存储电容器，在阵列端部施加偏压，从而无需在每个象素处施加偏压。这种结构使象素填充因数最大。
电容器阵列还包括多个电桥或桥接线(bridge)271，其连接在相邻电容器线性电极251之间用于获得冗余度。例如，如果在维修过程中在多个位置处切断线性电极，产生电绝缘的多个段，则电桥保证线性电极保持彼此连接。通过增加冗余度，具有电绝缘或浮动段的可能性大大降低。
电容器阵列在与多条数据线和多条扫描线之间的交点和多条数据线与多条电桥之间的交点相应的多个交点下面还包括多个窄电极。在图3中，点264和275为交点。
在成像器200中，每个存储电容器设计成与同其连接的光电二极管相比能存储更多电荷，从而增大各象素的电荷存储量，同时避免使用更薄光电二极管(点缺陷)或高偏压(高泄漏电流)带来的问题。此外，由于电容器上存储有大量电荷，给定信号电平在光电二极管上将产生更小的偏压改变，导致迟滞更小。更高电荷存储容量使光电二极管的增益增大，而不会使象素饱和，从而能降低对电子噪声的敏感性。并且，由于易于控制电介质的沉积均匀性，可提高大成像面积装置上的象素电容均匀度。
此外，这种独特的设计具有其他优点。特别是，多个电容器线性电极与多条数据线平行，以使成像器数据读出操作期间线性电极中的瞬变电流最小。因此，当为扫描线施加偏压时，相应象素和电容器电荷通过数据线和相应的线形电容器电极放电，从而减小各线形电容器电极中的瞬变电流。瞬变电流减小将提高与多层相连的电极和导体的可靠性，并改善成像器性能，因为由于线路电阻有限，大电流将产生大瞬变电压偏移。另外，存储电容器阵列保证成像器中的任何偏压线路都不会发生开路和短路。
在另一实施例中，每一个线性电极都设置在多条扫描线中相应一条的下面，并分成两个平行电极以增大成功修正短路的概率。如果任一交点处发生短路，则可以用激光器或其他方法切除该短路交点。不会影响线251的电气连接。
本发明的上述实施例具有许多优点，包括设计低缺陷电容器阵列使电容器电极上的短路和瞬时电流最小，从而增强成像器的图像质量。
此处仅说明和描述了本发明的某些特征，本领域技术人员显然可以想到许多变型和改变。从而，应当理解所附权利要求意在覆盖处于本发明真实精神之内的所有这些变型和改变。
部件列表
100固态辐射成像器
110象素
101第一轴
102第二轴
105基板
120光电探测器
121象素电极
123第二介电材料
124光敏材料
125第三介电材料
130开关晶体管
132栅极
134漏极
136源极
140数据线
150扫描线
200成像器
241电容器
251电容器线性电极
264交点
271电桥
291第一电极
296第二电极
Claims (9)
1、一种成像器(200)，包括：
以包含行和列的成像阵列图案设置在基板(105)上的多个像素(110)，，每个所述像素各自包括与相应的薄膜开关晶体管(130)连接的光电探测器(120)；
多条扫描线(150)，其沿所述成像阵列图案的第一轴相对于所述基板设置在第一高度，所述成像阵列图案中的每行象素具有一条相应的扫描线，每条所述的相应扫描线与用于所述成像阵列图案中沿相应像素行设置的每个像素的所述薄膜开关晶体管中的相应栅极(132)连接；
多条数据线(140)，其沿所述成像阵列图案的第二轴相对于所述基板设置在第二高度，所述成像阵列图案中的每列像素具有一条相应的数据线，每条所述的相应数据线与用于所述成像阵列图案中沿相应像素列设置的每个像素的所述薄膜开关晶体管中的相应读出电极(136)连接，以及
存储电容器阵列，其包括设置在基板上的多个电容器(241)，多个电容器中的每一个包括第一电极(291)，第二电极(296)和设置在第一电极与第二电极之间的电介质；第一电极与相应光电探测器和相应薄膜开关晶体管相连，第二电极与电容器线性电极(251)相连。
2、如权利要求1所述的成像器，其中该电容器线性电极与电容器阵列的一端相连，其中将偏压施加给电容器阵列的该端部。
3、如权利要求1所述的成像器，还包括连接在相邻线形电容器电极之间以获得冗余度的多个电桥(271)。
4、如权利要求1所述的成像器，还包括设置在多个交点(264)下面的多个窄电极，多个交点与多条数据线和多条扫描线之间的交点以及多条数据线与多个电桥之间的交点相对应。
5、如权利要求1所述的成像器，其中多个线性电极与多条数据线平行，使由成像装置在数据读出操作期间的瞬时电流最小。
6、如权利要求1所述的成像器，其中设置在多条扫描线中相应一条下面的每一线性电极分成两条平行电极来获得冗余度。
7、如权利要求1所述的成像器，其中多条数据线与多条扫描线电绝缘。
8、如权利要求1所述的成像器，其中第二电极包括电容器线性电极。
9、如权利要求1所述的成像器，其中该成像器为x-射线成像器。
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