DE69637176T2

DE69637176T2 - Flache Bildaufnahmevorrichtung mit planarer Masseelektrode

Info

Publication number: DE69637176T2
Application number: DE69637176T
Authority: DE
Inventors: George Edward Schenectady Possin
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1995-09-05
Filing date: 1996-09-05
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2016-09-06
Also published as: EP0762506B1; US5610404A; EP0762506A2; CA2184428A1; DE69637176D1; JPH09232554A; EP0762506A3; JP3936758B2

Description

Diese Erfindung betrifft im Wesentlichen Festkörper-Strahlungsbildaufnehmer und insbesondere Strukturen in derartigen Bildaufnehmern, um Phantomrauschen und Bildartefakte zu reduzieren.
Festkörper-Strahlungsbildaufnehmer weisen typischerweise eine große Flachtafel-Bildgebungsvorrichtung mit mehreren in Zeilen und Spalten angeordneten Pixeln auf. Jedes Pixel enthält einen Fotosensor, wie z.B. eine Fotodiode, welche über einen Schalttransistor mit zwei getrennten Adressleitungen, einer Scanleitung und einer Datenleitung verbunden ist. In jeder Pixelzeile ist jeder entsprechende Schalttransistor (typischerweise ein Dünnfilm-Feldeffekttransistor (FET)) mit einer gemeinsamen Scanleitung über eine Gate-Elektrode eines Transistors gekoppelt. In jeder Pixelspalte ist die Ausleseelektrode des Transistors (z.B. die Source-Elektrode des FETs) mit einer Datenleitung gekoppelt, welche wiederum selektiv mit einem Ausleseverstärker gekoppelt ist. Vorrichtungen, wie z.B. die hierin beschriebenen, werden üblicherweise als Flachtafel-Bildaufnehmer bezeichnet. Das Dokument US 5435 608 stellt einen derartigen Strahlungs-Bildaufnehmer dar.
Während eines normalen Betriebs wird Strahlung (wie z.B. ein Röntgenstrahlenfluss) impulsartig auf ein zu untersuchendes Objekt aufgebracht und die dieses durchdringenden Röntgenstrahlen treffen auf die Bildgebungsanordnung. Die Strahlung trifft auf ein Szintillatormaterial, und die Pixelfotosensoren messen (aufgrund einer Ladungsänderung über der Diode) die durch die Röntgenwechselwirkung mit dem Szintillator erzeugte Lichtmenge. Alternativ können die Röntgenstrahlen direkt Elektronen/Loch-Paare in dem Fotosensor (allgemein als "Direktdetektion" bezeichnet) erzeugen. Die Fotosensorladungsdaten werden sequentiell ausgelesen, indem Pixelzeilen (durch Anlegen eines Signals an die Scanleitung, welche ein Leitendwerden der mit dieser Scanleitung gekoppelten Schalttransistoren bewirkt) freigegeben werden und indem das Signal von den jeweils auf diese Weise freigegebenen Pixeln über entsprechende Datenleitungen gelesen werden (das Fotodiodenladungssignal, das mit der Datenleitung durch den leitenden Schalttransistor und die mit einer Datenleitung gekoppelte zugeordnete Ausleseelektrode gekoppelt ist). Auf diese Weise kann ein gegebenes Pixel über eine Kombination einer Freigabe einer mit dem Pixel gekoppelten Scanleitung und dem Auslesen bei der mit dem Pixel gekoppelten Datenleitung adressiert werden.
Die Leistungsfähigkeit von Flachtafel-Bildgebungsvorrichtungen wird durch kapazitive Kopplung zwischen Datenleitungen und den Pixelfotoelektroden verschlechtert. Das Dokument WO 93/07529 befasst sich mit einem ähnlichen Problem in Aktivmatrix-Anzeigevorrichtungen. Insbesondere bleibt während einigen üblichen Bildaufnehmeroperationen der Röntgenfluss während des Auslesens der Pixel bestehen. Ein Beispiel derartiger Operationen ist die Röntgenuntersuchung in kleinen oder weniger komplizierten Einheiten, wie sie in chirurgischen oder tragbaren Anwendungen verwendet werden können; derartige Einheiten verwenden leichte und preiswerte Röntgengeneratoren, welche kontinuierlich eingeschaltet sein müssen, um ein entsprechendes Ausgangssignal zu erzeugen. Derartige Einheiten sind ferner typischerweise nicht dafür angepasst, den Röntgenstrahl während der Ausleseperioden ein- und auszuschalten, um eine Strahlung während der Ausleseperioden zu verhindern. Ein weiteres Bei spiel sind Bildaufnehmer, die in Verbindung mit Strahlungstherapie genutzt werden, in welchen die Strahlungsquelle kontinuierlich eingeschaltet ist (um die gelieferte Dosis zu maximieren, oder periodisch gepulst wird, wobei diese Impulse während der Ausleseperiode auftreten können). Diese gleichzeitige Erregung des Bildaufnehmers während des Auslesens von Bildern führt zu Bildartefakten oder "Phantom"-Bildern. Die Phantombilder erscheinen als Folge einer kapazitiven Kopplung zwischen den entsprechenden Fotodiodenelektroden und benachbarten Datenleitungen; während des Auslesens eines mit einer gegebenen Datenleitung verbundenen gegebenen Pixels ändert sich das Potential der anderen Pixelelektroden (z.B. der nicht gelesenen Pixel) weiter, da der Strahlungsfluss auf den Bildaufnehmer trifft. Die Änderung im Potential der nicht ausgelesenen Pixel wird kapazitiv in die Datenleitung gekoppelt, und induziert dadurch eine zusätzliche Ladung, welche durch den Verstärker ausgelesen und als Teil des Signals aus dem adressierten Pixel dargestellt wird. Dieser Effekt erzeugt Übersprechen oder eine Kontrastverringerung in dem Bild, und erscheint üblicherweise als helle Linien in dem ausgelesenen Anzeigebild.
Es ist erwünscht, dass eine Festkörper-Bildaufnehmeranordnung minimales Übersprechen zeigt und in der Lage ist, ein stabiles und genaues Bild in mehreren Betriebsarten einschließlich Arten zu erzeugen, in welchen die Pixel ausgelesen werden, während ein Röntgenfluss aufgebracht wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Flachtafel-Strahlungsbildgebungsvorrichtung gemäß Beschreibung in Anspruch 1 bereitgestellt. Die Vorrichtung zeigt eine verringerte kapazitive Kopplung zwischen Pixelfotodiodenelektroden und Auslesedatenleitungen und zeigt somit reduzierte Phantombilder und Bildartefakte im Betrieb, enthält eine Masseebenenelektrode, die zwischen dem Substrat und den mehreren in einem Bildgebungsanordnungsmuster angeordneten Pixel angeordnet ist. Die Masseebenenelektrode weist ein leitendes Material auf, das in einer zusammenhängenden Schicht unter dem Bildgebungsanordnungsmuster angeordnet ist; alternativ weist die Masseebene eine strukturierte Schicht aus leitendem Material mit Datenleitungsausschnittbereichen auf, die so angeordnet sind, dass das leitende Material der Masseebene wenigsten nicht unter einem Teil des Verlaufs der in dem Bildgebungsanordnungsmuster angeordneten Datenleitungen (oder näher als ein seitlicher Verschiebungsspaltabstand) liegt. Eine strukturierte Masseebene kann ferner Pixelelektrodenausschnittsbereiche enthalten, die so angeordnet sind, dass das leitende Material der Masseebene unter Pixelelektroden in dem Bildgebungsanordnungsmuster nur in einem ausgewählten Überlappungsabstand um die Grenzen der Pixelelektrode liegt.
Diese Erfindung wird am besten durch Bezugnahme auf die nachstehende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlich, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile durchgängig durch die Zeichnungen bezeichnen, und in welchen:
1(A) eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer Bildaufnehmeranordnung gemäß dem Stand der Technik ist;
1(B) eine Teilquerschnittsansicht eines repräsentativen Pixels entlang der Linie I-I von 1(A) ist;
2 eine Teilquerschnittsansicht und eine Teilblockdarstellung eines repräsentativen Abschnittes eines keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildenden Bildgebungsanordnungsmusters ist;
3 eine Teilquerschnittsansicht und eine Teilblockdarstellung eines repräsentativen Abschnittes des Bildgebungsanordnungsmusters gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
4 eine grafische Darstellung von abgeschätzten Ergebnissen einer Einzelpixel/Einzelpixel-Datenleitungs-Kapazitätsmodellanalyse (für eine angenommene Datenleitung von 5 μm Breite und eine dielektrische trennende Masseebenenelektrode und Pixelelektrode von 1 μm) als eine Funktion eines Datenleitung/Pixel-Elektroden-Abstandes für unterschiedliche Bildanordnungsstrukturen ist.
Ein Festkörper-Strahlungsbildaufnehmer 100 weist mehrere Pixel 110 (wovon ein repräsentatives in 1(A) dargestellt ist) auf, die in einem aus Zeilen und Spalten von Pixeln 110 bestehenden matrixartigen Bildaufnehmeranordnungsmuster angeordnet sind. Für Zwecke einer Darstellung und keiner Einschränkung besitzt der Bildaufnehmer 100 eine erste Achse 101, die die Achse ist, entlang welcher die Zeilen der Pixel ausgerichtet sind, und eine zweite Achse 102, die die Achse ist, entlang welcher die Spalten der Pixel ausgerichtet sind. Jedes Pixel 110 weist einen Fotosensor 120 und einen Dünnfilmschalttransistor 130 auf. Der Fotosensor 120 weist typischerweise eine Fotodiode mit einer Pixelelektrode 122 auf, die dem aktiven (d.h., dem fotoempfindlichen) Bereich der Vorrichtung entspricht. Der Schalttransistor 130 weist typischerweise einen Dünnfilmfeldeffekttransistor (FET) mit einer Gate-Elektrode 132, einer Drain-Elektrode 134 und einer Source-Elektrode (oder Ausle seelektrode) 136 auf. Der Bildaufnehmer 100 weist ferner mehrere Datenleitungen 140 und Scanleitungen 150 (zusammen als Adressleitungen bezeichnet) auf. Wenigstens eine Scanleitung 150 ist entlang der ersten Achse 101 für jede Pixelzeile in dem Bildaufnehmeranordnungsmuster angeordnet. Jede Scanleitung ist mit den entsprechenden Gate-Elektroden 132 der Pixel in dieser Pixelzeile verbunden. Wenigstens eine Datenleitung ist entlang der zweiten Achse 102 für jede Pixelspalte in dem Bildaufnehmeranordnungsmuster angeordnet und ist mit den entsprechenden Ausleseelektroden 136 und Pixeln in dieser Pixelspalte verbunden.
Eine Teilquerschnittsansicht eines Pixels 110 ist in 1(B) dargestellt. Eine Fotodiode 120 ist über einem Substrat 105 dargestellt. Ein erstes dielektrisches Material 121 ist typischerweise zwischen der Pixelelektrode 122 und dem Substrat 105 angeordnet. Die Fotodiode 120 weist ferner einen fotoempfindlichen Materialkörper 124 (der typischerweise amorphes Silizium aufweist) auf, der elektrisch mit einer gemeinsamen Elektrode 126 verbunden ist, die über der Bildgeberanordnung angeordnet ist. Eine zweite dielektrische Materialschicht 123, welche typischerweise Siliziumnitrid oder dergleichen aufweist, erstreckt sich über einen Abschnitt der Seitenwände des fotoempfindlichen Materialkörpers 124 und eine dritte dielektrische Schicht 125, welche Polyimid oder dergleichen aufweist, ist zwischen der gemeinsamen Elektrode 126 und weiteren Komponenten in der Bildaufnehmeranordnung (mit Ausnahme des Kontaktpunktes zu dem fotoempfindlichen Materialkörper 124 über eine Durchkontaktierung in der zweiten dielektrischen Materialschicht 123 und dritten dielektrischen Schicht 125) angeordnet.
In einer Bildgeberanordnung gemäß Darstellung in 1(B) gibt es mehrere Quellen kapazitiver Kopplung zwischen leitenden Komponenten in der Anordnung. Beispielsweise gibt es eine kapazitive Kopplung zwischen jeder Datenleitung 140 und benachbarten Pixelelektroden 122. So wie hierin verwendet bezieht sich "benachbarte" leitende Komponenten auf Komponenten, welche räumlich nahe nebeneinander, jedoch nicht in direktem physischen Kontakt stehen, so dass kein direkter leitender Pfad (oder Kurzschluss) zwischen den zwei Komponenten besteht. Für Analysezwecke ist die Kopplung zwischen einer Datenleitung und einer benachbarten Fotodiodenbasiselektrode in eine erste Kapazität C₁₀ (die Strichliniendarstellung in 1(B) ist nur für Veranschaulichungszwecke und stellt keine getrennte Kondensatorkomponente in der Anordnung dar), die hauptsächlich die Kopplung zwischen dem Substrat und den Materialien unter der Pixelelektrode 122 repräsentiert (so wie hierin verwendet, werden "unter", "über", "darüber" und dergleichen verwendet, um die relative Position einer Komponente in Bezug auf das Substrat zu bezeichnen, und stellen in keiner Weise irgendeine Einschränkung bezüglich der Orientierung, der Anwendung, oder des Betriebs der Bildaufnehmeranordnung dar). Eine zweite Kapazität C₂₀ bezeichnet eine kapazitive Kopplung durch die Komponente über der Basiselektrode 122. Es wurde beobachtet, dass die Kapazität C₁₀ des "unteren" Pfades häufig mehr zu der induzierten Kapazität als die Kapazität C₂₀ des "oberen" Pfades beiträgt. Weitere Quellen einer kapazitiven Kopplung liegen zwischen der Pixelelektrode 122 und der gemeinsamen Elektrode 126 (in 1(B) als C₂₁ bezeichnet) und zwischen der Datenleitung 140 und der gemeinsamen Elektrode 126 (in 1(B) als C₂₂ bezeichnet). Die Gesamtpixelkapazität (ausschließlich einer typi scherweise kleinen parasitären. Kapazität zu den Scanleitungen) wird ausgedrückt als: CPixel = (C10 + C20) + C21
C_Pixel wird durch C₂₁ (die Basiselektrode zur gemeinsamen Elektrode) dominiert, da die Pixelelektrodenfläche wesentlich größer als die Datenleitungsfläche ist. Die Gesamtpixelkapazität ist eine Funktion der induzierten Kapazität auf Datenleitungen auf jeder Seite des Pixels, weshalb der Faktor 2 in Bezug auf die Summe von C₁₀ und C₂₀ vorliegt.
Der Effekt der kapazitiven Kopplung ist meistens in Operationen von Bedeutung, in welchen der Bildgeber während der gesamten oder eines Teils der Zeit, in welcher die Pixel ausgelesen werden, erregt wird (d.h., die interessierende Strahlung (z.B. Röntgenstrahlen) auf den Bildgeber auftrifft). Das während der Zeitdauer, während der Bildgeber erregt wird, ausgelesene Signal ist größer als dann, wenn der Bildaufnehmer nicht erregt wird. Eine auf ein Durchschnittssignal normierte Annäherung an die Erhöhung, kann ausgedrückt werden als:
Der Ausdruck (C₁₀ + C₂₀) repräsentiert die Kopplungskapazität zwischen einer Einzelpixelelektrode und einer benachbarten Datenleitung; in dem Anordnungslayout ist jede Datenleitung typischerweise zu zwei Pixelelektroden 122 benachbart. Das Verhältnis der Verstärkerintegrationszeit zur Zeilenscanzeit ist relativ klein, etwa 0,85. In einer Dau erröntgenuntersuchung oder gepulsten Röntgenuntersuchung ist, wenn die Strahleinschaltzeit ein erheblicher Anteil der Zwischenbildzeit ist, die Größe des Kopplungseffektes 2[(C₁₀ + C₂₀)/C_Pixel], wobei das Verhältnis einen nützlichen Weg zur Kennzeichnung der Größe des kapazitiven Kopplungseffektes ergibt. Für Bildgeber mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau in Bezug auf die 1(A) und 1(B) liegt der Wert von 2[(C₁₀ + C₂₀)/C_Pixel], der aus der Struktur berechnet oder aus den Bilddaten abgeleitet wird, in dem Bereich von etwa 0,5%. Dieser Wert ist signifikant, da eine typische Kontrastmodulation in Röntgenbildgebern in dem Bereich zwischen etwa 0,1% und etwa 10% liegt.
Der Strahlungsbildgeber 100 gemäß vorstehender Beschreibung weist ferner eine Masseebenenelektrode 170 (2) auf, die so angeordnet ist, dass sie die kapazitive Kopplung zwischen Pixelelektroden 122 und benachbarten Datenleitungen 140 reduziert. Die Massenebenenelektrode 170 ist über dem Substrat 105 so angeordnet, dass sie zwischen dem Substrat 105 und den Pixeln und den das Bildgebungsanordnungsmuster bildenden Adressleitungen liegt. Die Massenebenenelektrode 170 ist elektrisch mit einer Massenebenenelektroden-Spannungsquelle 190 so verbunden, dass die Massenebenenelektrode während des Betriebs der Bildgebungsanordnung auf einem konstanten elektrischen Potential gehalten werden kann. Der Aufbau mit der Massenebenenelektrode liefert einen Abschirmungseffekt zwischen den entsprechenden Pixelelektroden 122 und den Datenleitungen 140, so dass die induzierte Kapazität zwischen diesen Komponenten reduziert wird, und insbesondere der induzierte Kapazitätswert C₁₀ (die Kapazität des "unteren" Pfades gemäß Darstellung in 1(B)) durch die Positionierung der Massenebenenelektrode unterhalb der Pixelelektrode reduziert wird.
Die Massenebenenelektrode 170 wird typischerweise auf der Oberfläche des Substrates 105 abgeschieden und hat eine Dicke in dem Bereich zwischen etwa 0,1 μm und 1 μm. Anschließend an die Abscheidung (und die Strukturierung gemäß nachstehender Diskussion) des leitenden Materials wird eine Masseebenen-Dielektriumsschicht 175 mit Siliziumnitrid, Siliziumoxid oder dergleichen über dem leitenden Material bis zu einer Dicke in dem Bereich zwischen etwa 0,1 μm und 4 μm abgeschieden. In dem Bildaufnehmer-Herstellungsprozess wird typischerweise das leitende Material zur Herstellung der Scanleitungen 150 und der Gate-Elektroden der Schalttransistoren anschließend abgeschieden und strukturiert; anschließend ist der Herstellungsprozess ähnlich dem für die Herstellung der Vorrichtung, wie sie in 1(A) und 1(B) aussieht.
Wie in 2 dargestellt, weist die Masseebenenelektrode 170 eine zusammenhängende Schicht aus leitendem Material (z.B. Molybdän, Chrom, Titan, Indiumzinnoxid und dergleichen) auf, die unter dem Pixel und Adressleitungen in dem Bildgebungsanordnungsmuster liegend angeordnet ist. Die Schicht aus leitendem Material ist zusammenhängend, d.h., sie erstreckt sich unter dem Bildgebungsanordnungsmuster sowohl entlang der ersten Achse 101 und der zweiten Achse 102 (1(A)) ohne Ausschnitte (wo das leitende Material aus der Schicht entfernt wurde) als auch einer Strukturierung innerhalb der Grenzen der Bildgebungsanordnung.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß Darstellung in 3 ist die Masseebene 170 so strukturiert, dass die Masseebene Ausschnittbereiche 172 aufweist, in welchen das leitende Material aus ausgewählten Bereichen der Masseebenenmaterialschicht entfernt wurde. Eine strukturierte Masseebenenelektrode 170 weist typischerweise mehrere Datenleitungsausschnittsbereiche 174 auf, welche jeweils unter wenigstens einem Abschnitt der Länge (d.h., dem Maß, der Datenleitung entlang der zweiten Achse 102 von 1(A)) der entsprechenden Datenleitungen 140 angeordnet sind. Die Masseebenenelektrode 170 (3) wird während des Herstellungsprozesses beispielsweise mittels fotolithografischer Techniken strukturiert, um das gewünschte Muster des auf dem Substrat angeordneten leitenden Materials entsprechend der Platzierung der Adressleitungen und der Pixel in anschließenden Herstellungsprozessen zu erzeugen. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist jeder Datenleitungsausschnittbereich so bemessen, dass er sich entlang der gesamten Länge der Datenleitung in dem Bildgebungsanordnungsmuster erstreckt; mit dieser Anordnung bleiben die restlichen Abschnitte der Schicht der Masseebenenelektrode elektrisch voneinander durch die entsprechenden Datenleitungsausschnitte isoliert, und müssen somit elektrisch miteinander und mit der Masseelektrodenspannungsquelle mittels einer anderen Kontakteinrichtung, wie z.B. Elektrodennebenschlüssen außerhalb der (nicht dargestellten) Grenzen des Bildgebungsanordnungsmusters gekoppelt werden. Alternativ werden entsprechende Datenleitungsausschnittsbereiche so angeordnet, dass sie sich nicht über die gesamte Länge der Datenleitungen 140 erstrecken, so dass ein Segment einer Massenebeneelektrode 170 unter einem Abschnitt von Datenleitungen 140 verbleibt, um einen elektrischen Kontakt zwischen den Massenebenenabschnitten zu erzeugen, die durch die Datenleitungsausschnittsbereiche 174 getrennt sind.
Die Entfernung des leitenden Materials der Masseebenenelektrode 170 aus dem unter den Datenleitungen 140 liegenden Bereich reduziert die Gesamtdatenleitungskapazität, welche eine Funktion der Kapazität zwischen der Datenleitung und den Pixelelektroden 122, der Datenleitung und der gemeinsamen Elektrode 126, der Datenleitung und der Scanleitungen 150 und der Datenleitung und der Massenebenenelektrode 170 ist. Die Entfernung des leitenden Materials der Massenebenenelektrode 170 aus dem unter den Datenleitungen liegenden Bereich reduziert die Gesmtdatenleitungskapazität, während gleichzeitig die nützlichen Abschirmungseffekte der Reduzierung der induzierten Kapazität zwischen den Pixelelektroden und Datenleitungen erhalten bleiben.
Die Datenleitungsausschnittsbereiche 174 sind typischerweise ferner so bemessen, dass die Massenebenenelektrode 170 seitlich von den Grenzen jeder Datenleitung 140 um einen Verschiebungsspaltabstand "G" verschoben angeordnet ist. Der Verschiebungsspaltabstand G liegt typischerweise in dem Bereich zwischen etwa 2 μm und etwa 10 μm, und ist so gewählt, dass er einen effektiven Abschirmungseffekt für die Datenleitung zur Pixelelektroden-induzierten Kapazität bereitstellt, während die Datenleitungsgesamtkapazität minimiert wird, einschließlich der Kapazität der Datenleitung zur Masseebenenelektrode.
Die strukturierte Massenelektrodenebene 170 weist ferner mehrere Pixelelektrodenausschnittsbereiche 176 auf, die unter Abschnitten der entsprechenden Pixelelektroden in dem Bildgebungsanordnungsmuster angeordnet sind. Wie vorstehend erwähnt, wird die Massenebenenelektrode während des Herstellungsprozesses strukturiert, um ein Teil der leitenden Materialschicht aus dem Bereich des Substrates 105 zu entfernen, über welchen Pixelelektroden 122 in der fertigen Anordnung angeordnet sind. Die Pixelelektrodenausschnittsabschnitte werden typischerweise so bemessen, dass leitendes Material der Masseebenenelektrode 170 so angeordnet ist, dass es unter entsprechenden Pixelelektroden 120 mit einem Überlappungsabstand "D" liegt, welcher typischerweise in dem Bereich zwischen etwa 1 μm und etwa 20 μm liegt. Die Entfernung von leitendem Material der Massenebenenelektrode 170 aus dem unter den Pixelelektroden 122 liegenden Bereich reduziert die Kapazität zwischen diesen zwei Elektroden und reduziert somit die von der Pixelelektrode gesehene Gesamtkapazität. Die Entfernung des leitenden Materials verbessert ferner die Ausbeute des Herstellungsprozesses durch Verringerung der Fläche für mögliche Kurzschlüsse zwischen der Massenebene und der Pixelelektrode.
Beispielsweise ist eine typische Dicke der Massenelektroden-Dielektrikumsschicht 175 und der Dielektrikumsschicht 121 der ersten Ebene, die zwischen der Massenebenenelektrode 170 und den Pixelelektroden 122 angeordnet ist, etwa 2 μm. Unter der Annahme, dass das dielektrische Material Siliziumoxid ist, welches eine Dielektrizitätskonstante von etwa 3,9 aufweist, und dass die Pixelelektrode 122 Abmessungen von etwa 200 μm × 200 μm hat, fügt ein Massenelektrodenüberlappungsabstand D von etwa 5 μm zwischen etwa 0,3 pF bis etwa 3 pF zusätzlicher Kapazität für jede Pixelelektrode, abhängig von der Dicke des dielektrischen Materials hinzu. Eine typische Gesamtpixelkapazität für ein Pixel von 200 μm ist etwa 2 pF; für die meisten Bildgeberanwendungen ist die Erhöhung der Pixelkapazität hinnehmbar, insbesondere angesichts der induzierten Datenleitungs/Pixel-Kapazität. Für einige Anwendungen ist die Erhö hung der Kapazität erwünscht, um höhere Sättigungsladungsbelastungen bereitzustellen. In diesem Falle kann die Massenebene vorteilhaft genutzt werden, um die Pixelkapazität zu erhöhen.
4 ist eine grafische Darstellung modellierter Ergebnisse für eine Datenleitungs/Pixel-Kapazität als eine Funktion des Datenleitungs/Pixel-Abstandes, wobei getrennte Kurven eine Vorrichtung gemäß dieser Erfindung mit einer Massenelektrode mit zusammenhängender Schicht und ohne eine Massenelektrode (alle Kurven nehmen das Vorhandensein der gemeinsamen Elektrode 126 an) ist. Wie es aus 4 ersichtlich ist, verringert das Vorhandensein der Massenebenenelektrode gemäß dieser Erfindung erheblich (d.h., um Größenordnungen) die Kapazität gegenüber einer Struktur ohne die Massenebenenelektrode.
Gemäß dieser Erfindung zeigt eine Flachtafel-Strahlungsbildgebungsvorrichtung mit einer Massenebenenelektrode ein verbessertes Leistungsvermögen, da die Struktur eine reduzierte induzierte Kapazität zwischen Datenleitungen und Pixelleitungen mit einer sich daraus ergebenden Reduzierung von Phantombildern und Bildartefakten während des Bildaufnehmerbetriebs bereitstellt.

Claims

Flachtafel-Strahlungsbildgebungsvorrichtung zum Erzeugen von Bildern mit reduzierten Bildartefakten während des Auslesens des Bildaufnehmers, wobei die Bildgebungsvorrichtung aufweist: mehrere auf einem Substrat (105) in einem Zeilen und Spalten aufweisenden Bildgebungsanordnungsmuster angeordnete Pixel (110), wobei jedes von den Pixeln (110) einen mit einem entsprechenden Pixel-Dünnfilmschalttransistor (130) gekoppelten Fotosensor (120) aufweist; mehrere in dem Bildgebungsanordnungsmuster angeordnete Adressleitungen (140, 150), um so eine individuelle Adressierung entsprechender Pixel (110) zu ermöglichen; und eine über den mehreren Pixeln 110 angeordnete gemeinsame Elektrode (126); gekennzeichnet durch: eine über dem Substrat (105) und unter den mehreren Pixeln (110) und den Adressleitungen (140, 150) angeordnete Masseebenenelektrode (170), wobei die Masseebenenelektrode (170) elektrisch von den Pixeln (110) und den Adressleitungen (140, 150) durch eine dazwischen angeordnete dielektrische Masseebenenschicht (175) getrennt ist, wobei die Masseebenenelektrode (170) ferner mehrere Datenleitungsausschnittbereiche aufweist, die so angeordnet sind, dass das leitende Material der Masseebenenelektrode wenigstens nicht unter einem Teil der Länge der in dem Bildgebungsanordnungsmuster angeordneten Datenleitungen (140) liegt.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mehreren Adressleitungen (140, 150) ferner aufweisen: mehrere Scan-Leitungen (150), die in einer ersten Ebene in Bezug auf das Substrat (105) entlang einer ersten Achse des Bildgebungsanordnungsmusters angeordnet sind, wobei jede Pixelzeile (110) in dem Bildgebungsanordnungsmuster eine entsprechende Scan-Leitung besitzt, jede von den entsprechenden Scan-Leitungen (15) mit einer entsprechenden Gate-Elektrode in den Pixel-Dünnfilmschalttransistoren (130) für jedes entlang der entsprechenden Pixelzeile (110) in dem Bildgebungsanordnungsmuster angeordnete Pixel gekoppelt ist; und mehrere Datenleitungen (140), die in einer zweiten Ebene in Bezug auf das Substrat (105) entlang einer zweiten Achse des Bildgebungsanordnungsmusters angeordnet sind, wobei jede Pixelspalte (110) in dem Bildgebungsanordnungsmuster eine entsprechende Datenzeile besitzt, jede von den entsprechenden Datenzeilen (140) mit einer entsprechenden Ausleseelektrode in den Pixel-Dünnfilmschalttransistoren (130) für jedes entlang der entsprechenden Pixelspalte (110) in dem Bildgebungsanordnungsmuster angeordnete Pixel gekoppelt ist.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Masseebenenelektrode (170) ein leitendes Material aufweist, das in einer strukturierten Schicht mit Ausschnittbereichen unter Abschnitten des Bildgebungsanordnungsmusters angeordnet ist.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Datenleitungsausschnittbereiche so bemessen sind, dass das leitende Material der Masseebenenelektrode so angeordnet ist, dass es seitlich von einer darüber liegenden Datenleitung wenigstens entlang einen Teil der Länge der Datenleitung über einen Verschiebungsspaltabstand in dem Bereich von etwa 2 μm bis etwa 10 μm verschoben ist.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Masseebenenelektrode (170) ferner mehrere Pixelelektrodenausschnittabschnitte aufweist, die unter Teilen entsprechender Pixelelektroden in dem Abbildungsanordnungsmuster angeordnet sind.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei jeder von den Pixelelektrodenausschnittabschnitten so bemessen ist, dass sich das leitende Material der Masseebenenelektrode unter entsprechenden Pixelelektroden über einen Überlappungsabstand in dem Bereich zwischen etwa 1 μm und etwa 20 μm erstreckt.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Masseebenenelektrode (170) mit einer Abschirmungsspannungsquelle so verbunden ist, dass die Masseebenenelektrode (170) auf einem ausgewählten Abschirmungspotential gehalten wird.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Masseebenenelektrode (170) ein leitendes Material aufweist, das aus der aus Molybdän, Titan, Indiumzinnoxid und Chrom bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und eine Dicke in dem Bereich von etwa 0,1 μm und etwa 1 μm aufweist.