CN1881598A - 电磁辐射检测设备、辐射检测设备和系统及激光处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电磁辐射检测设备、辐射检测设备、系统和激光处理方法，其中开关元件被放置在绝缘衬底上。在该开关元件上放置将电磁辐射转换为电信号的转换元件。在该转换元件上放置用于标记开关元件的位置的部件。利用转换元件上的所述部件可以定位找到有缺陷的开关元件的位置。通过发射激光并聚焦在所述部件上，就有可能准确地进行修复。

Description

电磁辐射检测设备、辐射检测设备 和系统及激光处理方法

技术领域

本发明涉及电磁辐射检测设备、辐射检测设备、辐射检测系统以及激光处理方法，更具体地说，涉及使得容易通过去除传感器阵列中的缺陷而修复传感器阵列的电磁辐射检测设备、辐射检测设备、辐射检测系统以及激光处理方法。此外，在本发明中假定电磁辐射包括诸如可见光、红外光、紫外光等光以及诸如X射线、α射线、β射线、γ射线等辐射。

背景技术

近年来已经生产了很多液晶显示器件和光学传感器，它们都包括形成在玻璃衬底上的由薄膜晶体管(TFT)构成的开关元件阵列，这些薄膜晶体管使用非单晶半导体，例如氢化非晶硅(a-Si:H)。

由单晶半导体形成的MOS晶体管所共有的驱动原理也可以适用于由非单晶半导体形成的TFT，并且即使大面积形成由非单晶半导体形成的TFT，它们的特性也是一致的。

此外，使用非单晶半导体的开关元件阵列也可以应用于光学传感器。

氢化非晶硅(a-Si:H)是一种非单晶半导体，它对于波长范围大约在500nm到600nm内的可见光具有敏感性，并且可以利用光电效应产生电荷。

因此，可以类似于由结晶硅制成的光学传感器来生产由非单晶硅制成的光学传感器例如光电二极管。

此外，因为使用非单晶半导体的光学传感器制造工艺几乎与液晶显示器的TFT阵列制造工艺完全一样，所以可以容易地制造出结合TFT和光学传感器二者的二维传感器。

这样一来，如果采用了使用非单晶半导体的光学传感器阵列，就可以生产出非常大的光学传感器。

如果这样的大面积传感器被用作使纸介质上的文档数字化的文档扫描仪和复印机的传感器，那么就不再需要利用缩小光学系统和行传感器的扫描，可以缩短读取原稿的时间并且提高所读取图像的图像质量。

此外，通过将上述光学传感器和将辐射转换为可见光的荧光体组合起来，所述光学传感器就可以被用作辐射图像拾取设备的光学(电磁辐射)传感器。

因为诸如非晶硅等非单晶半导体与结晶硅相比具有更高的耐X射线性，并且因为非单晶半导体可被均一地大面积形成，所以利用非单晶半导体就可以容易地实现具有人体X射线照相术所需尺寸的传感器。

如今，数字X射线图像拾取设备(辐射图像拾取设备)已投入实际使用。数字X射线图像拾取设备将光电转换器件与波长转换器(例如将辐射转换为可见光的荧光体)组合在一起。光电转换器件按照行和列二维来排列像素。在诸如玻璃衬底等绝缘衬底上，每个像素都将由非单晶半导体(例如非晶硅)形成的光电转换元件与诸如TFT等开关元件组合起来。

图4中的电路图显示出数字X射线图像拾取设备中的图像拾取单元。

该图像拾取单元由以下部分组成：二维排列多个像素的光电转换元件307，每个像素都使用TFT作为开关元件并且使用MIS型光电转换元件作为光电转换元件；控制TFT的导通/截止的驱动电路301；由放大器305构成的信号放大器电路304，其中每个电路放大从每个TFT输出的电信号；采样保持电路302，用于将来自信号放大器电路304的信号保持一段时间，直到将这些信号传输到A/D转换器306为止；复用器电路303，用于按时间顺序读取保持在采样保持电路302中的电信号；A/D转换器306，用于将从复用器电路303输出的模拟信号转换为数字信号；传感器电源308，用于向光电转换元件提供光电转换所必需的电压；以及用于使TFT导通的电源(Vcom)309和用于使TFT截止的电源(Vss)310。

此外，提供光电转换所需电压的传感器电源308配备有多个电压源，一个电压用于刷新，一个电压用于光电转换，这是因为MIS型光电转换元件需要刷新，如日本待审查公开的专利申请No.H09-288184中所描述的。

在图4的图像拾取单元中，一条信号线由列方向上的多个像素共享，而一条栅极线由行方向上的多个像素共享。此外，用于向光电转换元件提供偏压的偏压线由所有的像素共享。

此外，图像拾取单元采用了这样一种形式：实际上提供两个图像拾取单元，而两个图像拾取单元中的每一个都可以独立被驱动。

此外，驱动电路301在栅极线的两侧不全是必需的，当栅极线的布线电阻足够小时，可以只在栅极线的一侧提供驱动电路301。

图5中的截面图示出了光电转换器件307中的一个像素的横截面结构。

该像素使用TFT 416作为开关元件并且使用MIS型光电转换元件417作为光电转换元件。TFT 416至少由以下部分组成：在诸如玻璃等绝缘衬底401上由铝或铝合金形成的栅电极315；在栅电极315上由非晶氮化硅膜形成的绝缘层402，这是一个绝缘性的非单晶半导体薄膜；由氢化非晶硅(a-Si:H)形成的半导体层403，这是一种非单晶半导体；由具有负导电性的N⁺型非晶硅形成的杂质半导体层404，形成该层的目的是在半导体层403和漏电极406之间以及在半导体层403和源电极405之间实现欧姆接触；由铝或铝合金形成的源电极405；以及漏电极406。

MIS型光电转换元件417形成在绝缘衬底(例如玻璃衬底)401上，在该衬底上还形成了TFT 416。MIS型光电转换元件由以下部分组成：由铝或铝合金形成的下电极层407；在传感器下电极层407上由非晶氮化硅膜形成的绝缘层408，这是一个非单晶半导体薄膜；由a-Si:H形成的光电转换层409，该层是非单晶半导体并且吸收可见光以产生电荷；由具有负导电性的N⁺型非晶硅形成的杂质半导体层410，形成该层的目的是阻止空穴从偏压线313注入到光电转换层409中；上电极层411，该层是由诸如ITO的透明电极形成的并且用作施加光电转换元件417所需电压的电极；以及偏压线313，它是由铝或铝合金制成的，目的是向光电转换元件417提供电压，以提供偏压。

这里，因为TFT 416和MIS型光电转换元件417的层结构基本上彼此相同，所以同时形成TFT 416和MIS型光电转换元件417简化了它们的制造工艺，并且可以提高产率并且减小制造传感器的成本。

此外，TFT 416和传感器可以相互独立地形成。

在这种情况下，尽管与同时形成的情形相比制造工艺变复杂了，因为每一层的膜厚度可以进行优化，以适于各自的目的，所以与同时形成的情形相比，传感器的性能得到了改进。

近年来，在数字X射线图像拾取设备中，从图像质量和减小患者放射剂量的角度考虑，数字X射线图像拾取设备的灵敏度已被视为重要的因素。此外，为了将数字X射线图像拾取设备应用于对患者进行长时间X射线辐射的应用中(例如透视检查或CT)，有必要尽可能地增大占据一个像素的光学传感器的面积，即孔径比(aperture ratio)，以提高传感器的灵敏度。

虽然在制造器件时为了增大孔径比减小了开关元件的尺寸，使光电转换元件、开关元件和每条配线之间的间隔变窄，并且还采取了其他措施，但是在该方法中还是存在局限性。

最有效的方法是将光电转换元件形成为可以与开关元件相重叠，并且在开关元件和光电转换元件之间有层间绝缘层。

利用这种方法，孔径比可以大幅度地提高。

然而存在以下问题：当在开关元件上形成层间绝缘层、光电转换元件等时，如果在开关元件形成后发现它存在缺陷，那么不可能修复该开关元件。

这里，修复就是要完成以下处理：利用激光等烧掉有缺陷的开关元件的一部分或整个元件，并且将开关元件转变为无害状态。

例如，当在作为开关元件的TFT的源电极和漏电极之间发生短路时，修复该TFT就是要完成以下处理：利用激光切断该TFT的源电极和漏电极，以停止TFT自身的功能，诸如此类。

通过对数字X射线图像拾取设备中的缺陷进行修复，可以抑制TFT的缺陷对位于该TFT的像素四周的正常像素的影响，并且可以获得图像质量的稳定化。使TFT的缺陷为零实际在物理上很难实现，实际情况是对多个TFT进行修复以不引起任何质量问题。因此，如果对有缺陷的开关元件不进行任何修复，那么产率会下降，从而在相当大的程度上影响成本。

然而，在将层间绝缘层、光电转换元件等形成在诸如TFT等开关元件上的状态下，在数字X射线图像拾取设备的光电转换器件中，除了光电转换元件的光电转换层的厚度较大以外，还存在着由金属材料制成的上电极。结果，从光电转换器件的顶层表面很难确定开关元件的精确位置。

因此，在修复有缺陷的开关元件时，可以考虑这样一种方法：即利用相对较弱的激光束的辐射预先除去放置在开关元件上的组成元件，例如光电转换元件、层间绝缘层等，以使光电转换器件处于能够被探明的状态，然后利用激光烧掉TFT。

因为该方法在开关元件的准确位置未知的状态下对上面的组成元件进行激光辐射，所以制造工艺中的生产节拍(tact)和产率不会一直保持良好，这归咎于周围像素的损坏、处理工艺的复杂等因素。

因此，如果不解决制造方面的问题，那么在开关元件上包括光电转换元件的光电转换器件以及使用光电转换器件的辐射图像拾取设备的商业生存能力就有问题。

如图6所示，现在使用的激光修复设备利用特殊的显微镜会聚波长范围大约在1000nm到200nm的激光，以蒸发或升华位于激光的会聚平面上的材料。

在图6中，激光修复设备配备有激光源501、反射光学系统502、缩小光学系统/显微镜503、缝隙(slit)504、CCD照相机505、样本506、激光507和图像508。

在处理操作中，当显微镜的焦点被调整到样本的处理平面以辐射激光时，利用显微镜观察到激光辐射到的样本的图像。当如上所述，作为处理对象的开关元件位于光电转换元件或层间绝缘层以下时，就不可能将激光聚焦在适当的位置上。

此外，日本待审查公开的专利申请No.2004-179645公开了一种在对应于开关元件的区域中形成一开口作为修复开关元件的位置检测部分的技术。

然而，还存在以下问题：当在光电转换元件中形成开口时，像素的孔径比下降并且光电转换器件的灵敏度下降。

发明内容

由此，本发明的目的是提供一种在修复诸如TFT一类的开关元件时，在不形成开口的情况下使光电转换器件的灵敏度不下降的技术。

本发明是一种电磁辐射检测设备，包括绝缘衬底、放置在该绝缘衬底之上的开关元件、放置在该开关元件之上的光电转换元件、以及用于标记开关元件的位置的部件，该部件放置在所述光电转换元件之上，是用于解决所述问题的装置。

此外，本发明是一种辐射检测设备，包括绝缘衬底、放置在该绝缘衬底之上的开关元件、放置在该开关元件之上的光电转换元件、放置在该光电转换元件之上的波长转换体以及用于标记开关元件的位置的部件，其中所述波长转换体将辐射转换成光，所述用于标记开关元件的位置的部件被放置在光电转换元件和波长转换体之间。

此外，本发明是一种电磁辐射检测设备的激光处理方法，所述电磁辐射检测设备包括绝缘衬底、放置在该绝缘衬底之上的TFT、以及放置在所述TFT之上用于将电磁辐射转换成电信号的转换元件，所述方法包括在所述转换元件上形成用于标记开关元件的位置的部件的第一步骤；定位用于标记有缺陷的开关元件的位置的部件的第二步骤；以及利用发射激光来照射所述部件的第三步骤。

根据本发明，在光电电磁辐射检测设备和诸如X射线图像拾取设备等辐射检测设备中的二维传感器中，即使在TFT上形成光电转换元件以便感光时，也可以在不降低传感器的灵敏度的情况下修复TFT。

附图说明

图1A和1B是示出本发明的第一实施方案的图；

图2A和2B是示出本发明的第二实施方案的图；

图3是示出X射线检测设备应用于X射线诊断系统的示例图，该X射线检测设备是根据本发明的辐射检测设备的一个例子；

图4是示出在一个数字X射线图像拾取设备中的图像拾取单元的电路图；

图5是示出二维传感器中的一个像素的横截面结构的截面图；以及

图6是示出激光修复设备的框图。

具体实施方式

下面将参考附图来描述用于实施本发明的最佳实施方案。此外，在本说明书中，光电转换元件不仅仅局限于将诸如可见光、红外光、紫外光等转换为电荷的元件，还包括将从外部而来的电磁辐射转换为电荷的元件。也就是说，进入所述元件的不仅仅局限于光，还可以是包括X射线、α射线、β射线和γ射线等的电磁辐射。此外，光电转换被认为是这样一种现象：它不仅仅局限于将诸如可见光、红外光、紫外光等转换为电荷，还转换包括例如从外部而来的X射线、α射线、β射线和γ射线等辐射在内的电磁辐射。

(第一实施方案)

图1A和1B是示出本发明的第一实施方案的图。

图1A和1B示出了本发明的第一实施方案的X射线图像拾取设备中的一像素的前视图(图1A)和截面图(图1B)。在图1A和1B中，为描述本发明方便起见，省略了用作将X射线转换为诸如可见光等光的波长转换体的荧光物质、光电转换元件上的保护层和结合层。此外，与现有技术中类似的组成元件用与现有技术中相同的标号来指示，并且省略对它们的详细描述。

如图1A和1B所示，本实施方案在用作绝缘衬底的玻璃衬底401上提供了TFT 416用作开关元件，并且在TFT 416上放置光电转换元件417。

TFT 416由栅电极315、栅绝缘层402、沟道层403、N⁺型非晶硅层404、第一主电极(源电极)405和第二主电极(漏电极)406等组成，其中第一主电极和第二主电极分别构成了源电极或漏电极。

此外，光电转换元件417由传感器下电极层407、绝缘层408、光电转换层409、N⁺型非晶硅层410、透明电极411等组成。

在本实施方案中，如图1B的截面图所示，由有机材料制成的层间绝缘层701被用于确保TFT 416和光电转换元件417之间的绝缘性以及在TFT 416上形成光电转换元件417时的表面平坦化处理，以便改进像素的孔径比。

层间绝缘层701的使用是为了在利用无机薄绝缘层(例如氮化硅膜)在TFT 416上形成光电转换元件417时，避免因施加于光电转换元件417的电压而引起的TFT 416的故障。此外，层间绝缘层701的使用也是为了避免光电转换元件417和信号线314之间的电容增大，以避免噪声的增大。

有机绝缘膜的厚度必须有约几个m，以便确保足够的绝缘性，但该厚度取决于介电常数。因此，在使用介电常数非常低的绝缘材料的情况下，如果有机绝缘膜存在的话，它的厚度可以是1m或更小。

本实施方案中的光电转换元件417是MIS型光电转换元件。

MIS型光电转换元件是利用光电转换层409接收从荧光体发出的可见光，以将接收到的光转换成电荷的元件。

在MIS型光电转换元件中，产生的电荷被存储在光电转换层409和绝缘层408之间。

通过在使TFT 416导通时从信号线314流入与在光电转换层409和绝缘层408之间存储的电荷具有相同电量的电荷，从而完成对所存储电荷的读取。

在本实施方案中，在光电转换元件417最上面的部分形成在进行激光修复时用作引导部件的、用于检测修复位置的标记物901、902和903。

标记物901、902和903分别形成在TFT 416的第一主电极(源电极)405、第二主电极(漏电极)406和栅电极315的上方，其中每个电极在修复时都变成被处理的部分，如图1A所示。

通过在标记物901、902和903的引导下断开这三个电极405、406和315的工艺(例如，激光修剪)，可以将TFT 416与其他配线之间电切断，从而可以解决因TFT 416的缺陷引起的问题。

通过在标记物901、902和903上调焦来发射激光，就可以准确地处理TFT 416的每个电极。

标记物的图案不仅可以是诸如图1A所示的标记物901、902和903这样的直线，还可以是点、虚线或其他形状变体。此外，可以采用基于标记物901、902和903的长度、宽度和方向将标记物901、902和903中的两个或更多个组合起来的图案。

此外，可以采用通过将标记物901、902和903连接在一起而形成的字母U的形状、通过将标记物901、902和903连接在一起以便包围TFT 416部分而形成的字母O形状。

在这种情形下，当从光电转换元件417之上的某个位置检测标记物901、902和903时，只要标记物901、902和903的图案不同于至少没有在光电转换元件417上形成标记物901、902和903的那些部分的图案，就可以检测出标记物901、902和903。

此外，可以对标记物901、902和903的颜色进行检测。此时，只要标记物901、902和903的颜色的色调、饱和度和亮度中的至少一种或多种在特性上不同于光电转换元件417上未形成标记物901、902和903的那些部分，就有可能在可检测的范围内从光电转换元件417之上检测标记物901、902和903。

并且，如图1B所示，可以基于标记物901、902和903的顶部和光电转换元件417的顶部之间的高度差来检测标记物901、902和903的位置。

于是，更优选的是基于标记物901、902和903的图案、颜色的色调、饱和度和亮度中的两种或更多种的组合来检测标记物901、902和903，以便对标记物901、902和903进行更加准确地检测。

此外，只要激光修复设备包括照相机和用于进行图像处理的装置，例如电路或软件，并且自动识别图案(即，颜色的色调、饱和度和亮度或者顶部高度与其四周不同的部分)的形状以完成定位，就可以通过让激光修复设备识别标记物901、902和903来实现定位过程的自动化。

在本实施方案中适于形成标记物901、902和903的材料可以是不透明的或半透明的材料，成形在导电性薄膜或绝缘薄膜中，例如，除金属(例如铝)之外，还有由光致抗蚀剂或非晶硅制成的薄膜。

此外，优选的是在可检测的范围内将标记物901、902和903形成得尽可能精细并且薄，以尽可能地不阻挡到达光电转换元件417的光。此外，优选的是半透明材料。

此外，优选的是，用作波长转换体的荧光体的材料是包括Gd₂O₂S、Gd₂O₃和CsI之一作为主要成份的材料。

另外，虽然在本实施方案中，标记物全部形成在与TFT的每个电极相对应的三个位置处，但是本发明的标记物的数量不限于该数量。可以接受的是，对应于一个电极至少形成一个标记物。特别希望提供与和信号线314相连的第二主电极(漏电极)406相对应的标记物。

(第二实施方案)

图2A和2B是示出本发明的第二实施方案的图。

图2A和2B示出了本发明的第二实施方案的X射线图像拾取设备中的一个像素的正视图(图2A)和截面图(图2B)。在图2A和2B中，为描述本发明方便起见，省略在光电转换元件上的将X射线转换为可见光的荧光物质、保护层和结合层。

在本实施方案中，用与第一实施方案相同的标号来表示与第一实施方案中完成相同功能的组成元件。

该实施方案利用相似的配置实现了孔径比的改进。

本实施方案中的光电转换元件是PIN型光电转换元件。

在PIN型光电转换元件中，从荧光体辐射出的可见光被光电转换层接收并被转换成电荷。接着，所产生的电荷穿过仅能传导负载流子的N⁺型非晶硅层，以存储在形成于TFT的源电极上的寄生电容中。

通过在TFT导通时存储在源电极中的电荷的流入，完成对所述电荷的读取。

在本实施方案中，同样地，类似于第一实施方案，在进行激光修复时用作引导部件的标记物901、902和903被形成在光电转换元件的最上层部分。

如图2A所示，标记物901、902和903分别形成在与作为修复时进行处理的地方的第一主电极、第二主电极和栅电极之上的位置相对应的位置。

通过对这三个电极的修复，TFT可以与其他配线之间电切断，并且可以修正因TFT的损坏造成的缺陷。

通过将激光聚焦在标记物901、902和903上而进行激光辐射，可以准确地处理TFT的每个电极。

此外，只要激光修复设备是一种自动识别用于定位的图案的设备，就可以通过让激光修复设备识别标记物901、902和903而实现定位的自动化。

在本实施方案中适于形成标记物901、902和903的材料可以是不透明的或半透明的材料，成形在导电性薄膜或绝缘薄膜中，例如，除金属(例如铝)之外，还有由光致抗蚀剂或非晶硅制成的薄膜。

此外，优选的是将标记物901、902和903形成得精细并且薄，以尽可能地不阻挡到达光电转换元件417的光。此外，优选的是半透明材料。

这样，本发明的应用就与光电转换元件的形式无关。

(第三实施方案)

图3示出了X射线检测设备应用于X射线诊断系统的例子，所述X射线检测设备是根据本发明的辐射检测设备的例子。

X射线管6050产生的X射线6060透射通过患者的胸部6062或者物体6061，并且进入在上部安装有闪烁器(scintillator)的X射线检测设备6040。

有关患者6061的内部的信息被包括在进入的X射线中。

闪烁器响应于X射线的入射而发光，所发射的光被光电转换。于是可获得电信息。

该信息被转换为数字信号，并受到用作信号处理装置的图像处理器6070的图像处理。这样，就可以利用在控制室内用作显示装置的显示器6080来观看图像。

此外，所述信息还可以通过传输处理装置，例如电话线6090等被发送到远处，可以显示在位于另一处的医疗室中用作显示装置的显示器6081上，或者被存储在记录装置例如光盘等中。这样，远处的医生就有可能对患者6061进行诊断。

此外，可以利用用作记录装置的胶片处理器6100将图像记录在用作记录介质的胶片6110上。

另外，虽然在本实施方案中辐射检测设备的检测对象被限定为X射线，但是检测对象并不限于X射线。α射线、β射线和γ射线同样可以用作检测对象。

另外，本发明也可以应用于将辐射直接转换为电信号的直接转换型辐射检测设备。在这种情况下，非晶硒(a-Se)、PbI₂、HgI₂和CdTe都可以用作实现转换的半导体材料。

Claims (14)

1.一种电磁辐射检测设备，包括：

绝缘衬底；

放置在所述绝缘衬底上的开关元件；

放置在所述开关元件上的光电转换元件；和

放置在所述光电转换元件上的部件，该部件对应于所述开关元件的位置进行标记。

2.根据权利要求1的电磁辐射检测设备，其中

所述开关元件具有源电极、漏电极和栅电极，并且

所述部件的位置是与源电极、漏电极和栅电极相对应的上部位置之一。

3.根据权利要求1的电磁辐射检测设备，其中所述部件是绝缘部件。

4.根据权利要求1的电磁辐射检测设备，其中所述部件是透光部件。

5.根据权利要求1的电磁辐射检测设备，其中所述部件是金属材料。

6.根据权利要求1的电磁辐射检测设备，其中所述部件是绝缘有机膜。

7.根据权利要求4的电磁辐射检测设备，其中所述透光部件是导电部件。

8.根据权利要求1的电磁辐射检测设备，其中所述开关元件是TFT。

9.一种辐射检测设备，包括：

绝缘衬底；

形成在所述绝缘衬底上的开关元件；

放置在所述开关元件上的光电转换元件；

放置在所述光电转换元件上的波长转换体，所述波长转换体将辐射转换为光；和

放置在所述光电转换元件和所述波长转换体之间的部件，该部件对应于所述开关元件的位置进行标记。

10.根据权利要求9的辐射检测设备，其中所述光电转换元件是MIS型光电转换元件。

11.根据权利要求9的辐射检测设备，其中所述光电转换元件是PIN型光电转换元件。

12.根据权利要求9的辐射检测设备，其中所述波长转换体是由包括Gd₂O₂S、Gd₂O₃和CsI之一作为主要成份的材料制成的。

13.一种辐射图像拾取系统，包括：

根据权利要求9的辐射检测设备；

用于处理来自所述辐射检测设备的信号的信号处理装置；

用于记录来自所述信号处理装置的信号的记录装置；

用于显示来自所述信号处理装置的信号的显示装置；

用于发送来自所述信号处理装置的信号的发送处理装置；和

用于产生辐射的辐射源。

14.一种电磁辐射检测设备的激光处理方法，所述电磁辐射检测设备包括绝缘衬底、放置在所述绝缘衬底上的开关元件以及放置在所述开关元件之上、用于将电磁辐射转换为电信号的转换元件；所述方法包括以下步骤：

在所述转换元件上形成用于标记所述开关元件的位置的部件的第一步骤；

定位用于标记有缺陷的所述开关元件的位置的所述部件的第二步骤；以及

利用激光照射所述部件的第三步骤。

Images