CN202178256U

CN202178256U - 一种平板x射线探测器

Info

Publication number: CN202178256U
Application number: CN2011202497716U
Authority: CN
Inventors: 邱承彬; 刘琳
Original assignee: SHANGHAI YIRUI OPTOELECTRONICS TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Shanghai Yi Ruiguang electronic Polytron Technologies Inc
Priority date: 2011-07-15
Filing date: 2011-07-15
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2021-07-15

Abstract

本实用新型提供一种平板X射线探测器，所述平板X射线探测器包括衬底、光电转换元件、控制元件和检测元件，其中，衬底上表面包括至少一个探测像素，所述探测像素中包括光电转换元件、控制元件和透光的无元件区域；衬底下表面包括检测元件，所述检测元件覆盖区域包括上表面探测像素中无元件区域衬底的下表面。本实用新型的平板X射线探测器的检测元件制备在衬底下表面，不增加探测器的像素面积，因此不会降低像素开口率。检测元件的数据传输线与平板X射线探测器的数据传输线不在衬底的同一面，不会对探测器的数据传输线产生串扰，对平板X射线探测器所获得的影像质量没有影响。

Description

一种平板X射线探测器

技术领域

本实用新型涉及X射线探测器领域，特别是涉及平板X射线探测器曝光控制领域。

背景技术

在医学检测过程中，为了在保证X射线成像质量的同时尽量减少患者受到的辐射量，控制X射线曝光的开始和结束是非常关键的技术。通常采用的控制X射线曝光的开始和结束方法有：通过放射师手动控制或电子计时器控制X射线曝光的开始和结束；通过AEC(Automatic exposure control，自动曝光控制)设备控制X射线曝光的终止。

AEC设备是控制X射线曝光时间的设备，其功能是在保证X射线影像质量的前提下精确地控制X射线的曝光时间，使发射到患者的X射线剂量最小。AEC设备产生的信号正比于X射线探测器接收到的X射线的通量，AEC设备的控制系统根据这个信号采取停止曝光或调整X射线曝光剂量的方式来调整每张X射线影像的曝光剂量和曝光时间。

随着液晶显示制造工艺的不断发展，已经能够将实现AEC功能的检测元件集成在平板X射线探测器上。将实现AEC功能的检测元件(例如电容、光电门等元件)集成到平板X射线探测器上的方法是，将检测元件制备在包括光电转换元件的X射线探测像素中，检测元件通过控制电路与光电转换元件连接，当光线照射在探测像素上时，检测元件上会产生与光电转换元件镜像的光电荷，通过曝光剂量检测读出单元将检测元件检测到的结果读出，经过进一步处理后形成中断信号，控制X射线曝光的结束，实现平板X射线探测器的AEC功能。

X射线探测器的开口率是探测器性能的一个重要指标。开口率是指探测器像素中的光电转换元件的面积占像素面积的比例。X射线探测器的开口率越高，探测器的光线接收的效率和探测灵敏度也越高。将实现AEC功能的检测元件集成在平板X射线探测器上的现有技术中，都是将检测元件集成在探测像素中，这会使探测像素面积增大。由于光电转换元件所占的面积不变，检测元件的集成会减小探测像素中光电转换元件所占面积的比例，使X射线探测器的开口率降低。

另外，实现AEC功能的检测元件与平板X射线探测器制备在衬底的同一面上，检测元件的数据传输线会对平板X射线探测器的数据传输线产生串扰，这会影响平板X射线探测器所获得的影像质量。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种平板X射线探测器，能够不降低探测器的开口率将实现AEC功能的检测元件集成在平板X射线探测器上。

为了达到上述目的，本实用新型提供一种平板X射线探测器，包括衬底、光电转换元件、控制元件和检测元件，其中：

衬底上表面包括至少一个探测像素，所述探测像素中包括光电转换元件、控制元件和透光的无元件区域；

衬底下表面包括检测元件，所述检测元件覆盖区域包括上表面探测像素中无元件区域衬底的下表面。

优选地，所述平板X射线探测器的检测元件覆盖区域还包括上表面探测像素中光电转换元件和/或控制元件覆盖衬底的下表面。

优选地，所述平板X射线探测器的检测元件覆盖区域仅包括上表面探测像素中无元件区域衬底的下表面。

优选地，所述平板X射线探测器的衬底上表面包括多个探测像素，检测元件覆盖区域包括多个探测像素中无元件区域衬底的下表面。

优选地，所述平板X射线探测器的检测元件覆盖区域还包括所述多个像素中光电转换元件和/或控制元件覆盖衬底的下表面。

优选地，所述的平板X射线探测器放的检测元件为覆盖区域仅包括多个像素中无元件区域衬底的下表面的狭长形元件。

其中，所述平板X射线探测器的衬底下方至少包括一个检测元件。

其中，所述平板X射线探测器的检测元件为叉指型TFT。

其中，所述平板X射线探测器的检测元件为PIN光电二极管。

其中，所述平板X射线探测器的检测元件为MIS结构元件。

其中，所述平板X射线探测器的光电转换元件为光电二极管。

其中，所述平板X射线探测器的控制元件为TFT。

本实用新型所述的平板X射线探测器，包括衬底、光电转换元件、控制元件和检测元件，其中，衬底上表面包括至少一个探测像素，所述探测像素中包括光电转换元件、控制元件和透光的无元件区域；衬底下表面包括检测元件，所述检测元件覆盖区域包括上表面探测像素中无元件区域衬底的下表面。由于平板X射线探测像素中的光电转换元件和传输线不会占据整个像素空间，探测像素中还有未被占据的空隙，约有10％的光线会通过这些空隙透射到平板X射线探测器衬底的下方。本实用新型的平板X射线探测器的检测元件利用了从衬底透射到探测器衬底下方的光线，再通过曝光剂量检测读出单元将检测结果读出，经过进一步处理后形成中断信号，用以控制X射线曝光的结束，实现了平板X射线探测器的AEC功能。与现有技术相比，本实用新型的平板X射线探测器及其制备方法具有的优点是，实现AEC功能的检测元件位于探测器衬底的下表面，不会影响探测像素中光电转换元件所占的面积比例，因此不会降低平板X射线探测器的探测像素的开口率。

另外，实现AEC功能的检测元件位于平板X射线探测器的衬底下方，检测元件的数据传输线与平板X射线探测器的数据传输线不在衬底的同一面，不会对探测器的数据传输线产生串扰，对平板X射线探测器所获得的影像质量没有影响。

附图说明

通过附图所示，本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。

图1和图2为第一实施例的平板X射线探测器结构示意图；

图3和图4为第二实施例的平板X射线探测器结构示意图；

图5第三实施例的平板X射线探测器结构示意图；

图6为本实用新型中检测元件在平板X射线探测器中的位置示意图；

图7为第四实施例的平板X射线探测器结构示意图；

图8为本实用新型平板X射线探测器的制备流程图；

图9-图11为本实用新型第四实施例中平板X射线探测器像素结构示意图；

图12-图14为本实用新型第五实施例中平板X射线探测器像素结构示意图；

图15-图17为本实用新型第六实施例中平板X射线探测器像素结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的平板X射线探测器，包括衬底、光电转换元件、控制元件和检测元件，其中，衬底上表面包括至少一个探测像素，所述探测像素中包括光电转换元件、控制元件和透光的无元件区域；衬底下表面包括检测元件，所述检测元件覆盖区域包括上表面探测像素中无元件区域衬底的下表面。本实用新型的技术方案是通过制备在平板X射线探测器衬底下表面的检测元件对从衬底上表面无元件的透光区域透过探测器衬底的光线进行检测，再通过曝光剂量检测读出单元将检测结果读出，经过进一步处理后形成中断信号，用以控制X射线曝光的结束，来实现平板X射线探测器的AEC功能。实现AEC功能的检测元件位于探测器衬底的下表面，不会增加探测器的像素面积，因此不会降低像素的开口率。为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

在描述本实用新型的实施例时，为了便于说明，表示探测器结构的俯视图和剖面图进行了局部放大，不应以此作为对本实用新型的限定，此外，在设计探测器制备中，应包含长度、宽度和深度的三维空间尺寸。

本实用新型的实施例中，控制元件采用TFT，光电转换元件采用PIN(在P区和N区之间夹一层本征半导体或低浓度杂质的半导体构造的光电二极管)光电二极管，也可以采用其它能够实现相同功能的元件来替代。衬底采用透光材料，这里选用玻璃作为本实用新型的衬底。

实施例一：

本实施例中的检测元件采用PIN光电二极管，参见图1，是本实施例平板X射线探测器的俯视示意图，玻璃衬底100上表面包括一个探测像素，所述探测像素包括PIN光电二极管101、TFT102和透光的无元件区域。玻璃衬底下表面包括检测元件103，检测元件103覆盖区域包括上表面光电转换元件PIN光电二极管覆盖衬底的部分下表面和无元件区域衬底的下表面。为了使示意图更加清楚地表示本实施例，参见图2，是图1中沿AB线的剖面图，光电转换元件PIN光电二极管101和控制元件TFT102位于衬底100的上表面，探测器上表面被介质层104覆盖，介质层上方是将X射线转变为可见光的闪烁体105。检测元件PIN光电二极管103位于衬底下表面，PIN光电二极管103覆盖区域包括上表面探测像素中PIN光电二极管覆盖衬底的部分下表面和无元件区域衬底的下表面，探测器下表面被介质层106覆盖。

当光线照射到本实用新型的平板X射线探测器上的闪烁体105时，将X射线转变为可见光，光电转换元件和控制元件对X射线进行探测，同时有部分光线会通过衬底上表面的无元件区域照射到衬底下方，位于衬底下表面的检测元件的覆盖区域包括衬底下表面的透光区域，检测元件会接受到透射过衬底的光线，对X射线进行检测，再通过曝光剂量检测读出单元将检测结果读出，经过进一步处理后形成中断信号，用以控制X射线曝光的结束，来实现平板X射线探测器的AEC功能。

本实施例中的检测元件覆盖区域包括上表面探测像素中PIN光电二极管覆盖衬底的部分下表面，也可以包括全部探测像素覆盖衬底的下表面。

实施例二：

本实施例中的检测元件采用PIN光电二极管，参见图3，是本实施例平板X射线探测器的俯视示意图，玻璃衬底200上表面包括一个探测像素，所述探测像素包括PIN光电二极管201、TFT202和透光的无元件区域，玻璃衬底下表面包括检测元件203，检测元件203覆盖区域仅包括探测像素中无元件区域衬底的下表面。为了使示意图更加清楚地表示本实施例，参见图4，是图3中沿CD线的剖面图，光电转换元件PIN光电二极管201和控制元件TFT202位于衬底200的上表面，探测器上表面被介质层204覆盖，介质层上方是将X射线转变为可见光的闪烁体205。检测元件PIN光电二极管203位于衬底下表面，PIN光电二极管203覆盖区域仅包括上表面无元件区域的衬底下表面，探测器下表面被介质层206覆盖。

实施例三：

参见图5，是本实施例平板X射线探测器的俯视示意图，衬底300上表面包括多个用来检测X射线的探测像素301(虚线框中所示)，所述探测像素包括光电转换元件PIN光电二极管302、控制元件TFT303和无元件区域，检测元件304位于衬底下表面，检测元件覆盖区域包括像素301中的无元件区域衬底的下表面。本实施例中以衬底上表面包括9个像素，衬底下表面包括1个检测元件为例，实际的平板X射线探测器中，可以包括数千个这样的像素和多个检测元件，检测元件通常分布在平板X射线探测器像素阵列中的特定区域中，如图6中平板X射线探测器400的L、R和C区域。

当光线照射到本实用新型的平板X射线探测器上表面时，像素中的光电转换元件和控制元件对X射线进行探测，同时有部分光线会通过像素中透光的无元件区域照射到衬底下方，检测元件会接受到透射过衬底的光线，对X射线进行检测，再通过曝光剂量检测读出单元将检测结果读出，经过进一步处理后形成中断信号，用以控制X射线曝光的结束，来实现平板X射线探测器的AEC功能。

本实施例中的检测元件覆盖区域包括一个探测像素中部分区域的衬底下表面，也可以覆盖全部探测像素的衬底下表面。

实施例四：

参见图7，是本实施例平板X射线探测器的俯视示意图，衬底500上表面包括多个用来检测X射线的探测像素501(虚线框中所示)，所述探测像素包括光电转换元件PIN光电二极管502、控制元件TFT 503和透光的无元件区域，检测元件504位于衬底下表面，检测元件覆盖区域仅包括像素501中的无元件区域衬底的下表面，并且该检测元件是狭长型，包括三个像素的透光区域衬底的下表面。

本实施例中以一个像素为例具体描述本实用新型的平板X射线探测器的制备过程。本实用新型的平板X射线探测器的制备流程参见图8，包括：

S1，在衬底上表面制备至少一个包括光电转换元件、控制元件和无元件区域的探测像素，其中，所述探测像素中无元件区域衬底为透光区域；

S2，在衬底下表面制备检测元件，所述检测元件覆盖区域包括上表面探测像素中无元件区域衬底的下表面。

以下通过具体实施例对本实用新型所涉及的平板X射线探测器的制备过程进行详细说明。

下面以检测元件采用叉指型TFT为例来说明本实用新型的制备过程：

本实施例所涉及的平板X射线探测器一个探测像素的结构俯视图参见图9所示，虚线框中的元件是本实施例的检测元件叉指型TFT630，本图中是叉指型TFT的示意图，实际制备过程中作为检测元件的叉指型TFT可以制备为狭长形结构，占据多个探测像素。图10是沿图9中EF线的剖面图，平板X射线探测器包括衬底600、衬底上表面的控制元件TFT610和PIN光电二极管620，以及衬底下表面透光区域的叉指型TFT630。介质层601覆盖在制备有TFT和PIN光电二极管的衬底上表面，闪烁体602将X射线转变为可见光，透过介质层601到达光电转换元件和检测元件。介质层603覆盖在制备有叉指型TFT的衬底下表面上。本实施例的具体制备过程详细描述如下：

采用常规半导体器件制备工艺制备光电转换元件PIN光电二极管和控制元件TFT。下面结合附图详细描述PIN光电二极管和TFT的制备过程：

参见图10，在玻璃衬底600上表面溅射生成一层金属Mo膜，使用湿刻工艺按照探测器设计要求刻蚀成TFT610的栅极金属611。本实施例中采用溅射方法制备Mo金属层，也可以采用其它金属作为栅层，如金属Cr。

在制备有上述栅层金属的玻璃衬底上溅射生成一层SiN_x薄膜612。在TFT610区域的SiN_x薄膜上制备有源区613。该有源区由一层比较厚的非晶硅膜和一层比较薄的n+非晶硅膜构成。

在TFT的有源区613上沉积金属层614，制备TFT的源电极和漏电极。TFT的源电极金属层621覆盖PIN光电二极管620区域的SiN_x薄膜上，将作为PIN光电二极管的下电极。所述电极材料为钼铝合金。

以金属层621为PIN光电二极管的下电极，在金属层621上制备PIN光电二极管622。上述光电二极管为三层结构，从下至上分别为n+非晶硅、非晶硅、p+非晶硅，上层金属为ITO(Indium-Tin Oxide，氧化铟锡)膜。

制备TFT和PIN光电二极管的介质层和偏置电极。至此，制备了玻璃衬底上表面上的TFT和PIN光电二极管。

本实施例中采用叉指型TFT作为平板X射线探测器的X射线剂量检测元件。

参见图11，是图10中叉指型TFT630的放大图，由于该检测元件位于衬底下表面，所以其制备过程与标准制备过程相反，具体制备过程如下：

在玻璃衬底600的下表面溅射生成一层金属膜631，该层金属采用钼铝合金材料。在该金属膜上通过化学气相沉积方法生成一层比较薄的n+非晶硅膜632，将非晶硅膜和金属膜光刻形成本实施例的叉指型结构，如图10中所示。金属膜631是曝光剂量检测元件的电极，非晶硅膜632是电极金属膜631的欧姆接触层。

在上述电极之间生成SiN_x绝缘层，然后在填充有绝缘层的电极上通过化学气相沉积方法沉积一层较厚的非晶硅膜633，该层非晶硅膜是曝光剂量检测元件的半导体层。

最后在制备有非晶硅膜633的玻璃衬底下表面制备介质层SiN_x634，该介质层是叉指型TFT的钝化层。

至此，本实施例的平板X射线探测器制备完成。

实施例五：

本实用新型的平板X射线探测器也可以采用PIN光电二极管作为检测元件。

本实施例所涉及的平板X射线探测器一个探测像素的结构俯视图参见图12所示，虚线框中的元件是本实施例的检测元件PIN光电二极管730，本图中是PIN光电二极管的示意图，实际制备过程中作为检测元件的PIN光电二极管可以制备为狭长形结构，占据多个像素。图13是沿图13中GH线的剖面图，平板X射线探测器包括衬底700、控制元件TFT710、PIN光电二极管720和PIN光电二极管730。介质层701覆盖在制备有TFT和PIN光电二极管的衬底上表面，闪烁体702将X射线转变为可见光，透过介质层701到达光电转换元件和检测元件。介质层703覆盖在制备有PIN光电二极管的衬底下表面上。

本实施例的平板X射线探测器中，衬底采用玻璃，玻璃衬底上表面的TFT和PIN光电二极管制备方法与实施例四中相同，这里不再重复。下面详细描述在玻璃衬底下表面制备用于检测元件的PIN光电二极管制备过程。

参见图14，是图13中玻璃衬底下表面的检测元件PIN光电二极管730的放大图，由于该检测元件位于衬底下表面，所以其制备过程与标准制备过程相反，具体制备过程如下：

在玻璃衬底700的下表面溅射生成一层金属膜731，该金属膜作为PIN光电二极管的顶层金属电极，本实施例中该层金属使用的是ITO。

然后依次在该层金属膜上通过化学气相沉积方法制备p+非晶硅膜层732、非晶硅膜层733和n+非晶硅膜层734，分别作为PIN光电二极管顶层金属的欧姆接触层、半导体层和底层金属欧姆接触层。然后生成一层金属膜735，作为PIN光电二极管的底层金属电极，本实施例中该层金属使用的是钼铝合金。

最后在制备有金属膜735的玻璃衬底下表面制备介质层SiN_x703，该介质层是检测元件PIN光电二极管的钝化层。至此，本实施例所涉及的平板X射线探测器的检测元件制备完成。

实施例六：

本实施例的平板X射线探测器采用MIS(Metal insulatorsemiconductor，金属绝缘体半导体)结构元件作为检测元件。

本实用新型所涉及的平板X射线探测器的一个探测像素结构俯视图参见图15所示，虚线框中的元件是本实施例的检测元件MIS结构元件830，本图中是MIS结构元件的示意图，实际制备过程中，作为检测元件的MIS结构元件可以制备为狭长形结构，占据多个像素。图16是图15中沿IJ线的剖面图，平板X射线探测器包括衬底800、控制元件TFT810、PIN光电二极管820和MIS结构元件830。其中，TFT和PIN光电二极管位于玻璃衬底上表面，MIS结构元件位于玻璃衬底下表面。介质层801覆盖在制备有TFT和PIN光电二极管的衬底上表面，闪烁体802将X射线转变为可见光，透过介质层801照射到光电转换元件和检测元件。介质层803覆盖在制备有PIN光电二极管的衬底下表面上。

本实施例的平板X射线探测器中，衬底采用玻璃，衬底上表面的TFT和PIN光电二极管制备方法与实施例四中相同，这里不再重复。下面详细描述在玻璃衬底下表面制备MIS结构检测元件的过程。

参见图17，是图16中玻璃衬底下表面的检测元件MIS结构元件的放大图，由于该检测元件位于衬底下表面，所以其制备过程与标准制备过程相反，具体制备过程如下：

在玻璃衬底800的下表面溅射生成一层金属膜，并光刻成本实施例所需的图形金属膜831，该金属膜作为MIS结构元件的顶层金属电极，本实用新型中该层金属使用钼铝合金材料。

在金属膜831以外的玻璃衬底下表面沉积一层SiN_x绝缘层，然后依次在该层金属膜上通过化学气相沉积方法制备n+非晶硅膜层832、非晶硅膜层833、SiN_x绝缘层834和底层金属层835，分别作为MIS结构元件的顶层金属的欧姆接触层、半导体层、绝缘层和底层金属电极层。其中，底层金属电极层采用金属钼。

最后在制备有金属膜835的玻璃衬底下表面制备介质层SiN_x803，该介质层是检测元件MIS结构元件的钝化层。至此，本实施例的平板X射线探测器的检测元件制备完成。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围。

Claims

1.一种平板X射线探测器，包括衬底、光电转换元件、控制元件和检测元件，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的平板X射线探测器，其特征在于，所述的检测元件覆盖区域还包括上表面探测像素中光电转换元件和/或控制元件覆盖衬底的下表面。

3.根据权利要求1所述的平板X射线探测器，其特征在于，所述的检测元件覆盖区域仅包括上表面探测像素中无元件区域衬底的下表面。

4.根据权利要求1所述的平板X射线探测器，其特征在于，衬底上表面包括多个探测像素，所述检测元件覆盖区域包括多个探测像素中无元件区域衬底的下表面。

5.根据权利要求4所述的平板X射线探测器，其特征在于，检测元件覆盖区域还包括所述多个像素中光电转换元件和/或控制元件覆盖衬底的下表面。

6.根据权利要求4所述的平板X射线探测器，其特征在于，所述检测元件为覆盖区域仅包括多个像素中无元件区域衬底的下表面的狭长形元件。

7.根据权利要求1至6任一项所述的平板X射线探测器，其特征在于，所述衬底下方至少包括一个检测元件。

8.根据权利要求1至6任一项所述的平板X射线探测器，其特征在于，所述检测元件为叉指型TFT。

9.根据权利要求1至6任一项所述的平板X射线探测器，其特征在于，所述检测元件为PIN光电二极管。

10.根据权利要求1至6任一项所述的平板X射线探测器，其特征在于，所述检测元件为MIS结构元件。

11.根据权利要求1至6任一项所述的平板X射线探测器，其特征在于，所述光电转换元件为光电二极管。

12.根据权利要求1至6任一项所述的平板X射线探测器，其特征在于，所述控制元件为TFT。