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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen digitalen Röntgenstrahlendetektor. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Dünnschichttransistoranordnungs-Substrat für einen digitalen Röntgenstrahlendetektor zum Verringern des Leckstroms und des Rauschens.
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Diskussion des verwandten Gebiets
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Allgemein sind Röntgenstrahlen kurzwellige Strahlung, die leicht durch einen Gegenstand hindurch geht, wobei der Transmissionsgrad der Röntgenstrahlen in Abhängigkeit von der Dichte des Gegenstands bestimmt ist. Das heißt, über die Menge der durch den Gegenstand hindurch gehenden Röntgenstrahlen kann ein innerer Zustand des Gegenstands indirekt beobachtet werden.
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Ein Röntgenstrahlendetektor ist eine Vorrichtung, die eine Menge der durch den Gegenstand gehenden Röntgenstrahlen detektiert. Der Röntgenstrahlendetektor detektiert den Transmissionsgrad der Röntgenstrahlen und zeigt einen inneren Zustand des Gegenstands über eine Anzeigevorrichtung an. Allgemein kann der Röntgenstrahlendetektor als eine medizinische Prüfeinrichtung, als eine zerstörungsfreie Prüfeinrichtung oder dergleichen verwendet werden.
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In den letzten Jahren wird als Röntgenstrahlendetektor allgemein ein digitaler Röntgenstrahlendetektor verwendet, der eine digitale Röntgenstrahlenaufnahme (im Folgenden als eine ”DR” bezeichnet) ohne einen Film verwendet.
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Jede Zelle einer Dünnschichttransistoranordnung für einen digitalen Röntgenstrahlendetektor enthält eine Photodiode (PIN-Diode), die Röntgenstrahlen empfängt, diese in sichtbares Licht umsetzt und das sichtbare Licht in ein elektrisches Signal umsetzt, und einen Dünnschichttransistor, der unter der Photodiode ausgebildet ist und der das elektrische Signal von der Photodiode an eine Datenleitung ausgibt.
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1 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration eines allgemeinen digitalen Röntgenstrahlendetektors darstellt.
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Wie in 1 gezeigt, enthält der allgemeine digitale Röntgenstrahlendetektor ein Dünnschichttransistoranordnungs-Substrat 110, eine Vorspannungsversorgungseinrichtung 120, einen Gate-Treiber 130, eine integrierte Ausleseschaltung 150, einen Zeitablaufcontroller 180 und eine Spannungsversorgungseinrichtung 190.
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Die integrierte Ausleseschaltung 150 enthält einen Signaldetektor 160 und einen Multiplexer 170.
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Das Dünnschichttransistoranordnungs-Substrat 110 detektiert von einer Energiequelle ausgesendete Röntgenstrahlen, setzt die detektierten Röntgenstrahlen photoelektrisch in ein elektrisches Signal um und gibt das elektrische Signal aus. Das Dünnschichttransistoranordnungs-Substrat 110 enthält mehrere Gate-Leitungen (GL), mehrere Datenleitungen (DL), die in einer vertikalen Richtung zu den Gate-Leitungen (GL) angeordnet sind, um jeweilige Zellengebiete zu definieren, und mehrere lichtempfindliche Pixel (P), die durch die Gate-Leitungen und durch die Datenleitungen in Matrixform in jeweiligen Zellengebieten angeordnet sind.
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Jedes lichtempfindliche Pixel (P) enthält eine Photodiode (PD), die Röntgenstrahlen detektiert und ein Detektierungssignal, z. B. eine Lichtdetektierungsspannung, ausgibt, und wenigstens eine Schaltvorrichtung zum Ausgeben des Detektierungssignals von der Photodiode (PD) an die Datenleitung als Antwort auf einen Gate-Impuls. Die Schaltvorrichtung ist z. B. ein Transistor. Im Folgenden wird eine Ausführungsform beschrieben, in der die Schaltvorrichtung ein Transistor ist.
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Die Photodiode (PD) erfasst von einer Energiequelle 10 ausgesendete Röntgenstrahlen und gibt das erfasste Signal als ein Detektierungssignal aus. Die Photodiode (PD) ist eine Vorrichtung, die einfallendes Licht durch den photoelektrischen Effekt in ein elektrisches Detektierungssignal umsetzt, und ist z. B. eine PIN-Diode (die eine p-Halbleiterschicht, eine intrinsische Halbleiterschicht (I-Halbleiterschicht) und eine n-Halbleiterschicht, die in dieser Reihenfolge geschichtet sind, aufweist).
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Die Vorspannungsanlegeeinrichtung 120 legt über mehrere Vorspannungsleitungen (BL) eine Ansteuerspannung an. Die Vorspannungsversorgung 120 kann eine vorgegebene Spannung an die Photodiode (PD) anlegen oder kann selektiv eine Sperrspannung oder eine Durchlassspannung daran anlegen.
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Der Gate-Treiber 130 legt über die Gate-Leitungen (GL) sequentiell Gate-Impulse mit einem Gate-ein-Spannungspegel an. Außerdem kann der Gate-Treiber 130 an mehrere Rücksetzleitungen (RL) Rücksetzimpulse mit einem Gate-ein-Spannungspegel anlegen. Der Gate-ein-Spannungspegel ist ein Spannungspegel, der Transistoren der lichtempfindlichen Pixel (P) einschaltet. Die Transistoren der lichtempfindlichen Pixel (P) können als Antwort auf den Gate-Impuls oder auf den Rücksetzimpuls eingeschaltet werden.
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Das von der Photodiode (PD) ausgegebene Detektierungssignal wird als Antwort an den Gate-Impuls über die Datenleitungen (DL) in die integrierte Ausleseschaltung 150 eingegeben. Der Gate-Treiber 130 kann in einer IC-Form auf einer Seite des Dünnschichttransistoranordnungs-Substrats 110 angebracht werden oder kann, wie etwa das Dünnschichttransistoranordnungs-Substrat 110, durch einen Dünnschichtprozess auf einem Substrat ausgebildet werden.
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Die integrierte Ausleseschaltung 150 liest als Antwort auf den Gate-Impuls das von dem eingeschalteten Transistor ausgegebene Detektierungssignal aus. Die integrierte Ausleseschaltung 150 liest ein von dem lichtempfindlichen Pixel P ausgegebenes Detektierungssignal in einem Offsetauslesegebiet, um ein Offsetbild auszulesen, und in einem Röntgenstrahlenauslesegebiet aus, um ein Detektierungssignal nach der Röntgenstrahlenbelichtung auszulesen.
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Die integrierte Ausleseschaltung 150 kann einen Signaldetektor 160 und einen Multiplexer 170 enthalten.
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Der Signaldetektor 160 enthält mehrere Verstärkungseinheiten, die eineindeutig den Datenleitungen (DL) entsprechen, wobei jede Verstärkungseinheit einen Verstärker (OP), einen Kondensator (CP) und eine Rücksetzvorrichtung (SW) enthält.
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Der Zeitablaufcontroller 180 erzeugt ein Startsignal (STV), ein Taktsignal (CPV) oder dergleichen und gibt dasselbe an den Gate-Treiber 130 aus, um den Betrieb des Gate-Treibers 130 zu steuern. Außerdem erzeugt der Zeitablaufcontroller 180 ein Auslesesteuersignal (ROC), ein Auslesetaktsignal (CLK) oder dergleichen und gibt dasselbe an die integrierte Ausleseschaltung 150 aus, um den Betrieb der integrierten Ausleseschaltung 150 zu steuern. Der Gate-Treiber 130 und die integrierte Ausleseschaltung 150 können unter Verwendung getrennter Taktsignale betrieben werden.
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Die Spannungs-Versorgungseinrichtung 190 führt den lichtempfindlichen Pixeln (P) über die Spannungsversorgungs-Leitungen (VDD) eine Leistungsversorgungsspannung zu.
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Im Folgenden wird eine Einheitszellenstruktur der Dünnschichttransistoranordnung für den Röntgenstrahlendetektor beschrieben.
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2 ist eine Ansicht, die eine Schaltungskonfiguration einer Einheitszelle eines herkömmlichen Dünnschichttransistoranordnungs-Substrats für digitale Röntgenstrahlendetektoren darstellt, 3 ist eine Draufsicht, die die Einheitszelle des herkömmlichen Dünnschichttransistoranordnungs-Substrats für digitale Röntgenstrahlendetektoren darstellt und 4 ist eine Schnittansicht längs der Linie I-I' der Einheitszelle des herkömmlichen Dünnschichttransistoranordnungs-Substrats für digitale Röntgenstrahlendetektoren.
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Wie in 2 und 3 gezeigt, enthält die Einheitszelle des herkömmlichen Dünnschichttransistoranordnungs-Substrat für digitale Röntgenstrahlendetektoren mehrere Gate-Leitungen (GL), um ein Abtastsignal zuzuführen, mehrere Datenleitungen (DL), die in einer vertikalen Richtung zu den Gate-Leitungen (GL) angeordnet sind, um Daten auszugeben, eine Photodiode (PIN-Diode), die in jedem der durch die Gate-Leitungen und durch die Datenleitungen definierten Zellengebiete ausgebildet ist, um eine photoelektrische Umsetzung auszuführen, einen Dünnschichttransistor (TFT), der an jedem der Schnittpunkte zwischen den Gate-Leitungen (GL) und den Datenleitungen (DL) ausgebildet ist, um in Übereinstimmung mit dem Abtastsignal der Gate-Leitungen eingeschaltet zu werden und das Signal der photoelektrischen Umsetzung von der Photodiode an die Datenleitungen auszugeben, und mehrere Vorspannungsleitungen (BL), um an die Photodiode eine Vorspannung anzulegen.
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Die Datenleitung (DL) und die Vorspannungsleitung (BL) sind hier zwischen angrenzenden Zellen parallel zueinander ausgebildet.
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Im Folgenden ist die Querschnittsstruktur einer solchen Einheitszelle beschrieben.
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Wie in 4 gezeigt, sind auf einem Substrat 1 die (in 2 und 3 durch ”GL” dargestellte) Gate-Leitung und eine von der Gate-Leitung vorstehende Gate-Elektrode 2 ausgebildet und über der gesamten Oberfläche des Substrats mit der Gate-Elektrode 2 ist ein Gate-Isolierfilm 3 ausgebildet.
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Außerdem ist auf dem Gate-Isolierfilm 3 über der Gate-Elektrode 2 eine aktive Schicht 5 ausgebildet und auf beiden Seiten der aktiven Schicht 5 sind eine Drain-Elektrode 4a und eine Source-Elektrode 4b ausgebildet, um den Dünnschichttransistor zu bilden.
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Auf der gesamten Oberfläche des Substrats einschließlich der Drain-Elektrode 4a und der Source-Elektrode 4b ist ein erster Zwischenschichtisolierfilm 7 ausgebildet, wobei der auf der Source-Elektrode 4b des Dünnschichttransistors angeordnete erste Zwischenschichtisolierfilm 7 selektiv entfernt ist, um ein erstes Kontaktloch 6 auszubilden.
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Auf dem ersten Zwischenschichtisolierfilm 7 ist eine erste Elektrode 8 der Photodiode in der Weise ausgebildet, dass sie durch das erste Kontaktloch 6 mit der Source-Elektrode 4b des Dünnschichttransistors verbunden ist, auf der ersten Elektrode 8 sind eine Halbleiterschicht 9 mit einer p-Halbleiterschicht, einer intrinsischen Halbleiterschicht und einer n-Halbleiterschicht ausgebildet und auf der Halbleiterschicht 9 ist eine zweite Elektrode 10 der Photodiode ausgebildet.
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Auf der gesamten Oberfläche des ersten Zwischenschichtisolierfilms 7 einschließlich der zweiten Elektrode 10 der Photodiode ist ein zweiter Zwischenschichtisolierfilm 11 ausgebildet, der erste und der zweite Zwischenschichtisolierfilm 7 und 11, die auf der Drain-Elektrode 4a des Dünnschichttransistors angeordnet sind, sind selektiv entfernt, um ein zweites Kontaktloch 16 auszubilden, und der über der zweiten Elektrode 10 der Photodiode angeordnete zweite Zwischenschichtisolierfilm 11 ist selektiv entfernt, um ein drittes Kontaktloch 17 auszubilden.
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Auf dem zweiten Zwischenschichtisolierfilm 11 sind mehrere Datenleitungen 12 (DL) ausgebildet, die über das zweite Kontaktloch 16 mit der Drain-Elektrode 4a des Dünnschichttransistors verbunden sind, über einem Kanalgebiet des Dünnschichttransistors ist eine Lichtabschirmschicht 13 ausgebildet und es sind mehrere Vorspannungsleitungen 14 (BL) ausgebildet, die durch das dritte Kontaktloch 17 mit der zweiten Elektrode 10 der Photodiode verbunden sind. Außerdem ist über der gesamten Oberfläche des Substrats ein Schutzfilm 15 ausgebildet.
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Da ein Kanalgebiet des Dünnschichttransistors (ein aktives Gebiet 5 zwischen der Source-Elektrode 4b und der Drain-Elektrode 4a) aus einer Richtung gesehen, in der Röntgenstrahlen durchgelassen werden, freiliegt, erzeugt der Dünnschichttransistor hier einen Lichtleckstrom, wenn die Röntgenstrahlen durchgelassen werden. Um dieses Problem zu lösen, ist dementsprechend über dem Kanalgebiet des Dünnschichttransistors eine Lichtabschirmschicht 13 ausgebildet. Wie in 3 und 4 gezeigt ist, ist an die Lichtabschirmschicht 13 durch die elektrisch damit verbundene Vorspannungsleitung (BL) eine Vorspannung angelegt.
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Das herkömmliche Dünnschichttransistoranordnungs-Substrat für einen digitalen Röntgenstrahlendetektor mit dieser Konfiguration arbeitet wie folgt.
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Das heißt, wenn mit Röntgenstrahlen bestrahlt wird, fließt in der Photodiode in Übereinstimmung mit einer Intensität der Röntgenstrahlen entsprechenden Lichtdosis ein Strom, und wenn an die Gate-Leitung ein Abtastsignal (eine Gate-hoch-Spannung) angelegt wird, wird der Dünnschichttransistor eingeschaltet und gibt über die Datenleitung ein Lichtsignal aus.
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Allerdings besitzt das herkömmliche Dünnschichttransistoranordnungs-Substrat für einen digitalen Röntgenstrahlendetektor mit dieser Konfiguration die folgenden Probleme.
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An die zweite Elektrode der Photodiode soll eine Vorspannung (–4 V) angelegt werden, damit der digitale Röntgenstrahlendetektor einen einer Intensität der Röntgenstrahlen entsprechenden Photostrom detektieren kann. Dementsprechend wird über die Vorspannungsleitung die Vorspannung an die zweite Elektrode der Photodiode angelegt. Außerdem wird die Vorspannung an die Lichtabschirmschicht angelegt.
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Wenn der erste Zwischenschichtisolierfilm und der zweite Zwischenschichtisolierfilm vollständig isolierende Eigenschaften aufweisen, wird in dem Dünnschichttransistor wegen der an die Lichtabschirmschicht angelegten Vorspannung kein Rückkanal ausgebildet.
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Wenn dagegen die Prozesse geändert werden oder wenn die Vorspannung erhöht wird, wird in dem Dünnschichttransistor wegen der Lichtabschirmschicht ein Rückkanal ausgebildet, wird in dem Rückkanal des Dünnschichttransistors ein Stromdurchgang ausgebildet und wird ein Rückkanalleckstrom des Dünnschichttransistors erzeugt, obwohl der Gate-Leitung (in einem Fall ausschließlich eines Gate-Auswahlgebiets) kein Abtastimpuls zugeführt wird.
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Wenn der Gate-Leitung (dem Gate-Auswahlgebiet) ein Abtastimpuls zugeführt wird, wird an die Datenleitung über einen normalen Kanal (einen Kanal, der durch das aktive Gebiet geht) des Dünnschichttransistors ein Photostrom der Photodiode ausgegeben, wobei aber in dem Rückkanal des Dünnschichttransistors durch die Lichtabschirmschicht ein Stromdurchgang ausgebildet wird und somit ein Rauschsignal an die Datenleitung ausgegeben wird.
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Die Probleme werden durch Experimente demonstriert.
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5 ist ein Graph, der einen Betrieb eines herkömmlichen Dünnschichttransistors gemäß der Vorspannung zeigt.
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Das heißt, eine Anfangsbedingung ist ein Stromwert des Dünnschichttransistors in einem Zustand, in dem an die Vorspannungsleitung dieselbe Vorspannung (–4 V) wie im Betrieb des digitalen Röntgenstrahlendetektors angelegt wird, und Strichlinien repräsentieren Stromwerte, die gemessen werden, nachdem an die Vorspannungsleitung Vorspannungen von 0 bis 20 V und von 0 bis –20 V angelegt werden und auf den Rückkanal eine Belastung ausgeübt wird.
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Es ist ideal, dass der Fall der Anfangsbedingung und der Fall, dass an die Vorspannungselektrode positive und negative Belastungen angelegt werden, dieselben Stromwerte zeigen. Wie aus 5 zu sehen ist, weisen der Anfangszustand und der Zustand mit ausgeübter Belastung allerdings unterschiedliche Stromeigenschaften auf. Der Grund für diese Erscheinung ist, dass Ladungen verbleiben, nachdem die Belastung auf den Rückkanal ausgeübt worden ist.
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US 2005/0146648 A1 offenbart ein TFT-Array mit Gateleitungen und Datenleitungen und einem Dünnschichttransistor an deren Schnittpunkt, wobei eine Schutzschicht über dem Kanal des Dünnschichttransistors angeordnet und über ein Kontaktloch mit der Gateleitung verbunden ist.
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JP S61-3118 A offenbart einen Dünnschichttransistor mit einer Gateelektrode, wobei eine Lichtabschirmschicht über dem Kanal des Dünnschichttransistors angeordnet und über ein Kontaktloch mit der Gateelektrode verbunden ist.
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US 2012/0175618 A1 offenbart einen Transistor mit einer ersten Gateelektrode, einer ersten Gateisolierschicht, einer Halbleiterschicht, einer zweiten Gateisolierschicht, und einer zweiten Gateelektrode auf einem Substrat.
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US 6 806 472 B2 offenbart einen Dünnschichttransistor mit einer den Dünnschichttransistor überdeckenden und mit Erde verbundenen Elektrode, wobei die Elektrode und eine Pixelelektrode aus ITO bestehen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung auf ein Dünnschichttransistoranordnungs-Substrat für einen digitalen Röntgenstrahlendetektor gerichtet, das eines oder mehrere Probleme wegen Beschränkungen und Nachteilen des verwandten Gebiets im Wesentlichen beseitigt.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Dünnschichttransistoranordnungs-Substrats für einen digitalen Röntgenstrahlendetektor, das den Leckstrom eines Dünnschichttransistors und das Rauschen des Ausgangssignals durch Anlegen einer Gate-Spannung anstelle einer Vorspannung an eine Lichtabschirmschicht, um ein Kanalgebiet des Dünnschichttransistors abzuschirmen, verringern kann.
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Zusätzliche Vorteile, Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden teilweise in der folgenden Beschreibung dargelegt und gehen für den Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet teilweise bei Prüfung des Folgenden hervor oder können aus der Praxis der Erfindung gelernt werden.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
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Ein Dünnschichttransistoranordnungs-Substrat für einen digitalen Röntgenstrahlendetektor enthält: mehrere Gate-Leitungen zum Zuführen eines Abtastsignals; mehrere Datenleitungen, die in einer vertikalen Richtung zu den Gate-Leitungen angeordnet sind, um Daten auszugeben; eine Photodiode, die in jedem der durch die Gate-Leitungen und durch die Datenleitungen definierten Zellengebiete ausgebildet ist, um eine photoelektrische Umsetzung auszuführen, wobei die Photodiode eine erste Elektrode, eine Halbleiterschicht und eine zweite Elektrode enthält, die in dieser Reihenfolge geschichtet sind; einen Dünnschichttransistor, der bei jedem der Schnittpunkte zwischen den Gate-Leitungen und den Datenleitungen zum Ausgeben des Signals der photoelektrischen Umsetzung von der Photodiode an die Datenleitungen als Antwort auf das Abtastsignal der Gate-Leitungen ausgebildet ist; mehrere Vorspannungsleitungen zum Anlegen einer Vorspannung an die Photodiode; und eine Lichtabschirmschicht über einem Kanalgebiet des Dünnschichttransistors, wobei die Lichtabschirmschicht mit den Gate-Leitungen elektrisch verbunden ist.
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Die Datenleitungen und die Vorspannungsleitungen können auf beiden Seiten der Photodiode parallel ausgebildet sein.
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Die Lichtabschirmschicht kann aus demselben Material wie die Datenleitungen und die Vorspannungsleitungen ausgebildet sein.
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Die Lichtabschirmschicht ist aus demselben Material wie die erste Elektrode der Photodiode ausgebildet.
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In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Dünnschichttransistoranordnungs-Substrat für einen digitalen Röntgenstrahlendetektor: einen Dünnschichttransistor, der auf einem Substrat ausgebildet ist, wobei der Dünnschichttransistor mit einer Gate-Elektrode, die von einer Gate-Leitung vorsteht, mit einer Source-Elektrode und mit einer Drain-Elektrode versehen ist; einen ersten Zwischenschichtisolierfilm auf der gesamten Oberfläche des Substrats mit einem ersten Kontaktloch auf der Source-Elektrode; eine erste Elektrode einer Photodiode, die auf dem Zwischenschichtisolierfilm in der Weise ausgebildet ist, dass die erste Elektrode durch das erste Kontaktloch mit der Source-Elektrode des Dünnschichttransistors verbunden ist; eine Halbleiterschicht, die auf der ersten Elektrode ausgebildet ist; eine zweite Elektrode der Photodiode, die auf der Halbleiterschicht ausgebildet ist; einen zweiten Zwischenschichtisolierfilm über der gesamten Oberfläche des Substrats einschließlich der zweiten Elektrode der Photodiode; ein viertes Kontaktloch, das in dem ersten und in dem zweiten Zwischenschichtisolierfilm über der Gate-Leitung ausgebildet ist; und eine Lichtabschirmschicht, die auf dem zweiten Zwischenschichtisolierfilm über dem Kanalgebiet des Dünnschichttransistors in der Weise ausgebildet ist, dass die Lichtabschirmschicht durch das vierte Kontaktloch mit der Gate-Leitung verbunden ist.
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In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Dünnschichttransistoranordnungs-Substrat für einen digitalen Röntgenstrahlendetektor: einen Dünnschichttransistor, der auf einem Substrat ausgebildet ist, wobei der Dünnschichttransistor mit einer Gate-Elektrode, die von einer Gate-Leitung vorsteht, mit einer Source-Elektrode und mit einer Drain-Elektrode versehen ist; einen ersten Zwischenschichtisolierfilm, der auf einer gesamten Oberfläche des Substrats mit dem Dünnschichttransistor ausgebildet ist, wobei der erste Zwischenschichtisolierfilm ein erstes Kontaktloch auf der Source-Elektrode und ein viertes Kontaktloch auf der Gate-Leitung aufweist; eine erste Elektrode einer Photodiode, die auf dem Zwischenschichtisolierfilm in der Weise ausgebildet ist, dass die erste Elektrode durch das erste Kontaktloch mit der Source-Elektrode des Dünnschichttransistors verbunden ist; eine Lichtabschirmschicht, die auf dem zweiten Zwischenschichtisolierfilm über einem Kanalgebiet des Dünnschichttransistors in der Weise ausgebildet ist, dass die Lichtabschirmschicht durch das vierte Kontaktloch mit der Gate-Leitung verbunden ist; eine Halbleiterschicht, die auf der ersten Elektrode ausgebildet ist; eine zweite Elektrode der Photodiode, die auf der Halbleiterschicht ausgebildet ist; und einen zweiten Zwischenschichtisolierfilm, der über der gesamten Oberfläche des Substrats einschließlich der zweiten Elektrode der Photodiode ausgebildet ist.
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Ferner kann das Dünnschichttransistoranordnungs-Substrat enthalten: ein zweites Kontaktloch, das in dem ersten und in dem zweiten Zwischenschichtisolierfilm über der Drain-Elektrode des Dünnschichttransistors ausgebildet ist; ein drittes Kontaktloch, das in dem zweiten Zwischenschichtisolierfilm auf der zweiten Elektrode der Photodiode ausgebildet ist; eine Datenleitung, die auf dem zweiten Zwischenschichtisolierfilm in der Weise ausgebildet ist, dass die Datenleitung durch das zweite Kontaktloch mit der Drain-Elektrode verbunden ist; und eine Vorspannungsleitung, die auf dem zweiten Zwischenschichtisolierfilm in der Weise ausgebildet ist, dass die Vorspannungsleitung durch das dritte Kontaktloch mit der zweiten Elektrode der Photodiode verbunden ist.
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Selbstverständlich sind sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende ausführliche Beschreibung der vorliegenden Erfindung beispielhaft und erläuternd und dafür bestimmt, eine weitere Erläuterung der beanspruchten Erfindung zu geben.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die beigefügten Zeichnungen, die hier enthalten sind, um ein weiteres Verständnis der Erfindung zu schaffen, veranschaulichen Ausführungsform(en) der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung. In den Zeichnungen ist:
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1 eine Ansicht, die eine Konfiguration eines allgemeinen digitalen Röntgenstrahlendetektors veranschaulicht;
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2 eine Ansicht, die eine Schaltungskonfiguration einer Einheitszelle eines herkömmlichen Dünnschichttransistoranordnungs-Substrats für digitale Röntgenstrahlendetektoren darstellt;
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3 eine Draufsicht, die die Einheitszelle des herkömmlichen Dünnschichttransistoranordnungs-Substrats für digitale Röntgenstrahlendetektoren darstellt;
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4 eine Schnittansicht längs der Linie I-I' der Einheitszelle des herkömmlichen Dünnschichttransistoranordnungs-Substrats für in 3 gezeigte digitale Röntgenstrahlendetektoren;
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5 ein Graph, der Betriebsgrößen eines herkömmlichen Dünnschichttransistors entsprechend der Vorspannung zeigt;
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6 eine Draufsicht, die eine Einheitszelle eines Dünnschichttransistoranordnungs-Substrats für digitale Röntgenstrahlendetektoren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung darstellt;
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7 eine Schnittansicht längs der Linie II-II' der Einheitszelle des in 6 gezeigten Dünnschichttransistoranordnungs-Substrats für digitale Röntgenstrahlendetektoren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
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8 eine Schnittansicht längs der Linie III-III' der Einheitszelle des Dünnschichttransistoranordnungs-Substrats für in 6 gezeigte digitale Röntgenstrahlendetektoren in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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9 eine Schnittansicht längs der Linie III-III' der Einheitszelle des Dünnschichttransistoranordnungs-Substrats für in 6 gezeigte digitale Röntgenstrahlendetektoren in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es wird nun ausführlich Bezug genommen auf die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, für die Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Wo es möglich ist, sind zur Bezugnahme auf dieselben oder ähnliche Teile überall in den Zeichnungen dieselben Bezugszeichen verwendet.
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Im Folgenden wird das Dünnschichttransistoranordnungs-Substrat für digitale Röntgenstrahlendetektoren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben.
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6 ist eine Draufsicht, die eine Einheitszelle eines Dünnschichttransistoranordnungs-Substrats für digitale Röntgenstrahlendetektoren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung darstellt. 7 ist eine Schnittansicht längs der Linie II-II' der Einheitszelle des in 6 gezeigten Dünnschichttransistoranordnungs-Substrats für digitale Röntgenstrahlendetektoren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. 8 ist eine Schnittansicht längs der Linie III-III' der Einheitszelle des Dünnschichttransistoranordnungs-Substrats für in 6 gezeigte digitale Röntgenstrahlendetektoren in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 9 ist eine Schnittansicht längs der Linie III-III' der Einheitszelle des Dünnschichttransistoranordnungs-Substrats für in 6 gezeigte digitale Röntgenstrahlendetektoren in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Wie in 6 gezeigt ist, enthält die Einheitszelle des Dünnschichttransistoranordnungs-Substrats für digitale Röntgenstrahlendetektoren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung mehrere Gate-Leitungen (GL) zum Zuführen eines Abtastsignals, mehrere Datenleitungen (DL), die in einer vertikalen Richtung zu den Gate-Leitungen (GL) angeordnet sind, um Daten auszugeben, eine Photodiode (PIN-Diode), die in jedem der durch die Gate-Leitungen und durch die Datenleitungen definierten Zellengebiete ausgebildet ist, um eine photoelektrische Umsetzung auszuführen, einen Dünnschichttransistor (TFT), der bei jedem der Schnittpunkte zwischen den Gate-Leitungen (GL) und den Datenleitungen (DL) ausgebildet ist, um in Übereinstimmung mit dem Abtastsignal der Gate-Leitungen eingeschaltet zu werden und das Signal der photoelektrischen Umsetzung von der Photodiode an die Datenleitungen auszugeben, mehrere Vorspannungsleitungen (BL) zum Anlegen einer Vorspannung an die Photodiode und eine Lichtabschirmschicht 13, die mit den Gate-Leitungen (GL) verbunden ist, um ein Kanalgebiet des Dünnschichttransistors abzuschirmen.
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Die Datenleitung (DL) und die Vorspannungsleitung (BL) sind parallel zueinander in der Weise ausgebildet, dass sie jeweils auf beiden Seiten der Photodiode angeordnet sind.
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Im Folgenden wird die Querschnittsstruktur einer solchen Einheitszelle beschrieben.
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[Erste Ausführungsform]
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Wie in 6 bis 8 gezeigt ist, sind auf einem Substrat 1 eine Gate-Leitung (GL) und eine Gate-Elektrode 2, die von der Gate-Leitung vorsteht, ausgebildet und über einer gesamten Oberfläche des Substrats mit der Gate-Leitung (GL) und mit der Gate-Elektrode 2 ist ein Gate-Isolierfilm 3 ausgebildet.
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Außerdem ist auf dem Gate-Isolierfilm 3 über der Gate-Elektrode 2 eine aktive Schicht 5 ausgebildet und auf beiden Seiten der aktiven Schicht 5 sind eine Drain-Elektrode 4a und eine Source-Elektrode 4b ausgebildet, um den Dünnschichttransistor zu bilden.
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Auf der gesamten Oberfläche des Substrats einschließlich der Drain-Elektrode 4a und der Source-Elektrode 4b ist ein erster Zwischenschichtisolierfilm 7 ausgebildet, wobei der erste Zwischenschichtisolierfilm 7 auf der Source-Elektrode 4b des Dünnschichttransistors selektiv entfernt ist, um ein erstes Kontaktloch 6 auszubilden.
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Auf dem ersten Zwischenschichtisolierfilm 7 ist eine erste Elektrode 8 der Photodiode in der Weise ausgebildet, dass sie durch das erste Kontaktloch 6 mit der Source-Elektrode 4b des Dünnschichttransistors verbunden ist, auf der ersten Elektrode 8 ist eine Halbleiterschicht 9 ausgebildet, die eine p-Halbleiterschicht, eine intrinsische Halbleiterschicht und eine n-Halbleiterschicht enthält, und auf der Halbleiterschicht 9 ist eine zweite Elektrode 10 der Photodiode ausgebildet.
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Die erste Elektrode 8 ist hier aus einem lichtundurchlässigen oder reflektierenden Metall ausgebildet und die zweite Elektrode 10 ist aus einem lichtdurchlässigen leitenden Material ausgebildet.
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Auf der gesamten Oberfläche des ersten Zwischenschichtisolierfilms 7 einschließlich der zweiten Elektrode 10 der Photodiode ist ein zweiter Zwischenschichtisolierfilm 11 ausgebildet, der erste und der zweite Zwischenschichtisolierfilm 7 und 11 auf der Drain-Elektrode 4a des Dünnschichttransistors sind selektiv entfernt, um ein zweites Kontaktloch 16 auszubilden, der zweite Zwischenschichtisolierfilm 11 auf der zweiten Elektrode 10 der Photodiode ist selektiv entfernt, um ein drittes Kontaktloch 17 auszubilden, und der Gate-Isolierfilm 3, der erste Zwischenschichtisolierfilm 7 und der zweite Zwischenschichtisolierfilm 11 über der Gate-Leitung (GL) sind selektiv entfernt, um ein viertes Kontaktloch 18 auszubilden.
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Auf dem zweiten Zwischenschichtisolierfilm 11 ist eine Datenleitung 12 (DL) ausgebildet, die durch das zweite Kontaktloch 16 mit der Drain-Elektrode 4a des Dünnschichttransistors verbunden ist, über einem Kanalgebiet des Dünnschichttransistors ist eine Lichtabschirmschicht 13 ausgebildet und durch das dritte Kontaktloch 17 ist eine Vorspannungsleitung 14 (BL) ausgebildet, die mit der zweiten Elektrode 10 der Photodiode verbunden ist. In diesem Fall ist die Lichtabschirmschicht 13 durch das vierte Kontaktloch 18 mit der Gate-Leitung (GL) elektrisch verbunden.
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Außerdem ist über der gesamten Oberfläche des Substrats einschließlich der Datenleitung 12, der Lichtabschirmschicht 13 und der Vorspannungsleitung 14 ein Schutzfilm 15 ausgebildet.
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8 veranschaulicht die aus demselben Material wie die Datenleitung 12 und die Vorspannungsleitung 14 ausgebildete Lichtabschirmschicht 13, wobei die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darauf aber nicht beschränkt ist.
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[Zweite Ausführungsform]
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Wie in 9 gezeigt, kann die Lichtabschirmschicht 13 aus demselben Material wie die erste Elektrode 8 der Photodiode ausgebildet sein.
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Wie in 6, 7 und 9 gezeigt ist, sind die Gate-Leitung (GL) und eine von der Gate-Leitung vorstehende Gate-Elektrode 2 auf einem Substrat 1 ausgebildet und auf der gesamten Oberfläche des Substrats 1 einschließlich der Gate-Leitung (GL) und der Gate-Elektrode 2 ist ein Gate-Isolierfilm 3 ausgebildet.
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Außerdem ist auf dem Gate-Isolierfilm 3 über der Gate-Elektrode 2 eine aktive Schicht 5 ausgebildet und auf beiden Seiten der aktiven Schicht 5 sind eine Drain-Elektrode 4a und eine Source-Elektrode 4b ausgebildet, um den Dünnschichttransistor auszubilden.
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Über der gesamten Oberfläche des Substrats einschließlich der Drain-Elektrode 4a und der Source-Elektrode 4b ist ein erster Zwischenschichtisolierfilm 7 ausgebildet, wobei der erste Zwischenschichtisolierfilm 7 auf der Source-Elektrode 4b des Dünnschichttransistors selektiv entfernt ist, um ein erstes Kontaktloch 6 auszubilden, und wobei der Gate-Isolierfilm 3 und der erste Zwischenschichtisolierfilm 7 über der Gate-Leitung (GL) selektiv entfernt sind, um ein viertes Kontaktloch 18 auszubilden.
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Auf dem ersten Zwischenschichtisolierfilm 7 ist eine erste Elektrode 8 der Photodiode in der Weise ausgebildet, dass sie durch das erste Kontaktloch 6 mit der Source-Elektrode 4b des Dünnschichttransistors verbunden ist, und über dem Kanalgebiet des Dünnschichttransistors ist eine Lichtabschirmschicht 13 in der Weise ausgebildet, dass sie durch das vierte Kontaktloch 18 mit der Gate-Leitung (GL) verbunden ist.
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Auf der ersten Elektrode 8 ist eine Halbleiterschicht 9 ausgebildet, die eine p-Halbleiterschicht, eine intrinsische Halbleiterschicht und eine n-Halbleiterschichtstruktur enthält, und auf der Halbleiterschicht 9 ist eine zweite Elektrode 10 der Photodiode ausgebildet.
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Die erste Elektrode 8 und die Lichtabschirmschicht 13 sind hier aus einem lichtundurchlässigen oder reflektierenden Metall ausgebildet und die zweite Elektrode 10 ist aus einem lichtdurchlässigen leitenden Material ausgebildet.
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Auf einer gesamten Oberfläche des ersten Zwischenschichtisolierfilms 7 einschließlich der zweiten Elektrode 10 der Photodiode ist ein zweiter Zwischenschichtisolierfilm 11 ausgebildet, wobei der erste und der zweite Zwischenschichtisolierfilm 7 und 11 auf der Drain-Elektrode 4a des Dünnschichttransistors selektiv entfernt sind, um ein zweites Kontaktloch 16 auszubilden und wobei der zweite Zwischenschichtisolierfilm 11 auf der zweiten Elektrode 10 der Photodiode selektiv entfernt ist, um ein drittes Kontaktloch 17 auszubilden.
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Auf dem zweiten Zwischenschichtisolierfilm 11 ist eine Datenleitung 12 (DL) in der Weise ausgebildet, dass die Datenleitung 12 (DL) durch das zweite Kontaktloch 16 mit der Drain-Elektrode 4a des Dünnschichttransistors verbunden ist, auf dem zweiten Zwischenschichtisolierfilm 11 ist über einem Kanalgebiet des Dünnschichttransistors eine Lichtabschirmschicht 13 ausgebildet und auf dem zweiten Zwischenschichtisolierfilm 11 ist eine Vorspannungsleitung 14 (BL) in der Weise ausgebildet, dass die Vorspannungsleitung 14 (BL) durch das dritte Kontaktloch 17 mit der zweiten Elektrode 10 der Photodiode verbunden ist.
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Außerdem ist auf der gesamten Oberfläche des Substrats einschließlich der Datenleitung 12, der Lichtabschirmschicht 13 und der Vorspannungsleitung 14 ein Schutzfilm 15 ausgebildet.
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Wie in 6 bis 9 gezeigt ist, ist die Lichtabschirmschicht 13 anstatt mit der Vorspannungsleitung 14 (BL) mit der Gate-Leitung (GL) elektrisch verbunden. Die Datenleitung (DL) und die Vorspannungsleitung (BL) sind parallel zueinander ausgebildet, sind aber auf beiden Seiten der Photodiode (PIN-Diode) mit Ausnahme der zwischen angrenzenden Zellen vorgesehenen Gebiete ausgebildet.
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Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, weist das Dünnschichttransistoranordnungs-Substrat für digitale Röntgenstrahlendetektoren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die folgenden Vorteile auf.
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Da eine Lichtabschirmschicht zum Abschirmen eines Kanalgebiets eines Dünnschichttransistors mit einer Gate-Leitung elektrisch verbunden ist und an die Lichtabschirmschicht somit dieselbe Spannung wie die Gate-Spannung des Dünnschichttransistors angelegt ist, kann das Dünnschichttransistoranordnungs-Substrat für digitale Röntgenstrahlendetektoren stabile Kenndaten des Dünnschichttransistors sicherstellen und die Detektierungseigenschaft verbessern.
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Da an die Lichtabschirmschicht dasselbe Signal wie das Gate-Signal angelegt wird, kann das Dünnschichttransistoranordnungs-Substrat für digitale Röntgenstrahlendetektoren darüber hinaus die Produktzuverlässigkeit in Übereinstimmung mit einer Prozessänderung verbessern, obwohl die Isolationseigenschaften des ersten und des zweiten Zwischenschichtisolierfilms wegen einer Prozessänderung geändert sind und in dem Dünnschichttransistor somit ein Rückkanal ausgebildet ist.
