TWI424574B - 數位ｘ光探測面板及其製作方法 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種數位X光探測裝置，且特別是有關於一種數位X光探測面板及其製作方法。
數位X光探測器由於無損檢測之特性在許多領域得到廣泛之應用。習知數位X光探測器通常包括一數位X光探測面板以及與數位X光探測面板電性連接之一感測驅動電路。數位X光探測面板將光訊號轉換成電訊號，並將電訊號傳遞至感測驅動電路，從而獲得相應之圖像資訊。而數位X光探測面板通常包括一光波長轉換層以及一光電探測器陣列基板(photodetector array substrate)。光波長轉換層用於將X光轉換為可見光。光電探測器陣列基板設置於光波長轉換層之下方，並用於將可見光轉換成相應之電訊號。光電探測器陣列基板通常包括一基板與設置於基板且呈陣列排列之多個光電探測器。
圖1為習知數位X光探測面板之其中一個光電探測器之結構示意圖。請參閱圖1，習知數位X光探測面板的每一光電探測器100設置於基板105上，光電探測器100包括一非晶矽薄膜電晶體(amorphous silicon thin film transistor,a-Si TFT)110以及與非晶矽薄膜電晶體110電性連接之一光二極體(photo diode)120。其中，非晶矽薄膜電晶體110包括依序形成於基板上之一第一金屬層111、一絕緣層112、一非晶矽層113、一歐姆接觸層114以及一第二金屬層115。
承上述，非晶矽薄膜電晶體110透過第二金屬層115電性連接至對應之光二極體120。然而，由於非晶矽材料具有感光的特性，所以X光被光波長轉換層130轉換成波長約為550奈米之可見光後，可見光會對非晶矽薄膜電晶體110之非晶矽層113造成光電流，而使得非晶矽薄膜電晶體110漏電，進而導致數位X光探測面板之感測效果不良。為解決此問題，習知技術通常需於對應非晶矽薄膜電晶體110區域上方再製做一層金屬層140來遮擋光線，以避免可見光照射到非晶矽薄膜電晶體110。
由於習知技術需要另外製作金屬層140，所以會造成習知數位X光探測面板的製程變得更複雜，從而導致製作成本增加，且生產效率降低。
此外，習知數位X光探測面板之非晶矽薄膜電晶體110之非晶矽層113的形成方法為電漿化學氣相沈積法(plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD)。由於PECVD的製程溫度較高(約在攝氏380度左右)，所以製作非晶矽層113時之高溫可能會影響數位X光探測面板其他結構材料之性能，從而對數位X光探測面板之品質造成不良的影響。
本發明提供一種數位X光探測面板，以防止薄膜電晶體因可見光照射而產生光電流，從而有效提高探測準確度。
本發明另提供一種數位X光探測面板之製作方法，以提升生產效率。
為達上述優點，本發明提出一種數位X光探測面板，其包括一光波長轉換層以及一光電探測器陣列基板。光波長轉換層用於將X光轉換為可見光。光電探測器陣列基板設置於光波長轉換層之下方，其包括一基板與設置於基板且呈陣列排列之多個光電探測單元。每一光電探測單元包括一薄膜電晶體以及與薄膜電晶體電性連接之一光二極體，其中薄膜電晶體包括一氧化物半導體層。
在本發明之一實施例中，上述之數位X光探測面板更包括一感測驅動積體電路，其電性連接至光電探測器陣列基板。
在本發明之一實施例中，上述之每一薄膜電晶體更包括一第一金屬層、一第一絕緣層以及一第二金屬層。第一金屬層設置於基板上。第一絕緣層設置於基板上，且覆蓋第一金屬層。氧化物半導體層設置於第一絕緣層上，且位於第一金屬層上方。第二金屬層設置於第一絕緣層上，且覆蓋部分氧化物半導體層。每一薄膜電晶體透過第二金屬層電性連接至對應之光二極體。
在本發明之一實施例中，上述之每一光二極體為一NIP型光二極體。NIP型光二極體包括一n型摻雜非晶矽半導體層、一非晶矽本質層(intrinsic layer)、一p型摻雜非晶矽半導體層以及一透明電極層。n型摻雜非晶矽半導體層設置於對應之薄膜電晶體之第二金屬層上。非晶矽本質層設置於n型摻雜非晶矽半導體層上。p型摻雜非晶矽半導體層設置於非晶矽本質層上。透明電極層設置於p型摻雜非晶矽半導體層上。
在本發明之一實施例中，上述之每一光二極體為一MIS型光二極體。MIS型光二極體包括一絕緣層、一非晶矽本質層、一n型摻雜非晶矽半導體層以及一透明電極層。絕緣層設置於對應之薄膜電晶體的第二金屬層上。非晶矽本質層設置於絕緣層上。n型摻雜非晶矽半導體層設置於非晶矽本質層上。透明電極層設置於n型摻雜非晶矽半導體層上。
在本發明之一實施例中，上述之光電探測器陣列基板更包括一第二絕緣層以及一保護層。第二絕緣層覆蓋薄膜電晶體及光二極體。第二絕緣層具有對應光二極體之多個第一開口。每一第一開口暴露出對應之光二極體的一部分。保護層設置於第二絕緣層上，且具有對應該些第一開口之多個第二開口。
在本發明之一實施例中，上述之氧化物半導體層之材質為非晶態銦鎵鋅氧化物(amorphous In2
O3
-Ga2
O3
-ZnO,InGaZnO4
)。
在本發明之一實施例中，上述之氧化物半導體層之厚度介於500埃(angstrom)至1500埃。
在本發明之一實施例中，上述之氧化物半導體層之厚度介於600埃至900埃。
為達上述優點，本發明另提出一種數位X光探測面板之製作方法，其包括以下步驟：於一基板上形成多個薄膜電晶體，其中每一薄膜電晶體之一氧化物半導體層之形成方法為進行一濺鍍製程；以及於這些薄膜電晶體之第二金屬層上分別形成一光二極體。
在本發明之一實施例中，上述之氧化物半導體層之材質為非晶態銦鎵鋅氧化物(amorphous In2
O3
-Ga2
O3
-ZnO,InGaZnO4
)。
在本發明之一實施例中，進行上述之濺鍍製程時的溫度為室溫。
在本發明之一實施例中，進行上述之濺鍍製程時所用之濺鍍氣體包括氧氣與氬氣，氧氣與總濺鍍氣體之比值介於0.02至0.15。
在本發明之一實施例中，進行上述之濺鍍製程時所用之濺鍍氣體包括氧氣與氬氣，氧氣與總濺鍍氣體之比值介於0.03至0.09。
在本發明之一實施例中，上述之數位X光探測面板之製作方法更包括以下步驟：形成覆蓋薄膜電晶體與光二極體之一絕緣層，其中絕緣層具有對應光二極體之多個第一開口，且每一第一開口暴露出對應之光二極體的一部分；以及於絕緣層上形成一保護層，其中部分保護層位於薄膜電晶體上方，且保護層具有對應第一開口之多個第二開口。
本發明之數位X光探測面板，其薄膜電晶體之半導體層為氧化物半導體層。由於氧化物半導體層對X光經過光波長轉換層後形成之可見光不會產生光電流，所以薄膜電晶體不會產生漏電。如此，不需在薄膜電晶體上方再製作一層金屬層來遮擋光線即可有效提高探測準確度。此外，本發明之數位X光探測面板之製作方法由於不需在薄膜電晶體上再另外製作一層金屬層來遮擋光線及歐姆接觸層，所以能提升數位X光探測面板的生產效率，並降低數位X光探測面板之生產成本。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖2是本發明一實施例之一種數位X光探測面板的示意圖，而圖3為圖2之一個畫素之剖面示意圖。請先參閱圖2，本實施例之數位X光探測面板200包括多個畫素202，且每一個畫素202對應之結構相同，且故在下文中，將以200之一個畫素202的結構來說明本實施例之數位X光探測面板200的結構。
請參閱圖3，本實施例之數位X光探測面板200包括一光波長轉換層210以及一光電探測器陣列基板220。光電探測器陣列基板220設置於光波長轉換層210之下方。
光波長轉換層210材料通常為本領域常用之硫氧化釓(Gd2
O2
S,GOS)，但不以此為限。光波長轉換層210用於將探測之X光轉換為可見光，亦即用於探測之X光通過光波長轉換層210後會變成可見光，其波長例如約為550奈米(nanometer)，但不以此為限。
光電探測器陣列基板220用於將通過光波長轉換層210所形成之可見光訊號轉換成相應之電訊號。光電探測器陣列基板220包括一基板222與設置於基板222之一光電探測單元224。本實施例之數位X光探測面板200的多個光電探測單元224例如係呈陣列排列。基板222可為一透明玻璃基板，但不以此為限。光電探測單元224包括一薄膜電晶體225以及與薄膜電晶體225電性連接之一光二極體226。
承上述，薄膜電晶體225設置於基板222上，其包括一第一金屬層2251、一第一絕緣層2252、一氧化物半導體層2253以及一第二金屬層2254。第一金屬層2251設置於基板222上。第一絕緣層2252設置於基板222上，且覆蓋第一金屬層2251。氧化物半導體層2253設置於第一絕緣層2252上，且位於第一金屬層2251上方。第二金屬層2254設置於第一絕緣層2252上，且覆蓋部分氧化物半導體層2253。薄膜電晶體225透過第二金屬層2254電性連接至對應之光二極體226。
第一金屬層2251之材質例如選自鉬(Mo)、鉻(Cr)及其之組合所組成的族群。第一金屬層2251之厚度例如是介於1700埃至2300埃，較佳的厚度約為2000埃。第一絕緣層2252之材質可為氮化矽(Si3
N4
)、二氧化矽(SiO2
)或其他合適的材質。第一絕緣層2252之厚度例如是介於1500埃至2500埃，較佳的厚度約為2000埃。氧化物半導體層2253之材質為非晶態銦鎵鋅氧化物(amorphous In2
O3
-Ga2
O3
-ZnO,InGaZnO4
)或其他受可見光照射後不易產生光電流的材質。氧化物半導體層2253之厚度例如是介於500埃至1500埃，較佳的是厚度介於600埃至900埃。第二金屬層2254之材質例如選自鉬、鉻及其之組合所組成的族群。第二金屬層2254之厚度例如是介於1700埃至2300埃，較佳的厚度約為2000埃。
上述之光二極體226為一NIP型光二極體。NIP型光二極體包括一n型摻雜非晶矽半導體層2261、一非晶矽本質層2262、一p型摻雜非晶矽半導體層2263以及一透明電極層2264。n型摻雜非晶矽半導體層2261設置於對應之薄膜電晶體225之第二金屬層2254上。非晶矽本質層2262設置於n型摻雜非晶矽半導體層2261上。p型摻雜非晶矽半導體層2263設置於非晶矽本質層2262上。透明電極層2264設置於p型摻雜非晶矽半導體層2263上。透明電極層2264材質為銦錫氧化物(Indium Tin Oxide,ITO)。
此外，如圖4所示，在本發明之另一實施例中，數位X光探測面板200a之每一光二極體226a還可為一MIS型光二極體。MIS型光二極體包括一絕緣層2265、一非晶矽本質層2266、一n型摻雜非晶矽半導體層2267以及一透明電極層2268。絕緣層2265設置於對應之薄膜電晶體225的第二金屬層2254上。非晶矽本質層2266設置於絕緣層2265上。n型摻雜非晶矽半導體層2267設置於非晶矽本質層2266上。透明電極層2268設置於n型摻雜非晶矽半導體層2267上。
上述之光電探測器陣列基板220可更包括一第二絕緣層227以及一保護層228。第二絕緣層227覆蓋薄膜電晶體225及光二極體226。第二絕緣層227具有對應多個光二極體226之多個第一開口2271。每一光二極體226的一部分被對應之第一開口2271所暴露。保護層228設置於第二絕緣層227上，且具有對應這些第一開口2271之多個第二開口2281。每一第一開口2271與對應之每一第二開口2281形成一光通道，以使可見光可順利到達光二極體226。需注意的是，由於圖2為本發明一實施例之一種數位X光探測面板之對應一個畫素之結構剖面示意圖，因此僅顯示對應一個光電探測單元224之部分第二絕緣層227以及保護層228。
第二絕緣層227之材質為氮化矽(Si3
N4
)、二氧化矽(SiO2
)或其他合適的材質。第二絕緣層227之厚度介於2200埃至2800埃，較佳的厚度是2500埃。保護層228之材質為二氧化矽(SiO2
)。保護層228之厚度例如是介於1000埃至2000埃，較佳的厚度是1500埃。
請再參照圖2，本實施例之數位X光探測面板200可更包括至少一感測驅動積體電路230，其電性連接至光電探測器陣列基板220。在本實施例之數位X光探測面板200中，用於探測之X光若未被物體阻擋則會穿過光波長轉換層210並被轉換成可見光。光電探測器陣列基板220將用於將穿過光波長轉換層210所形成之可見光訊號轉換成相應之電訊號。具體而言，光電探測器陣列基板220之每一光二極體226感測到透過光波長轉換層210所形成之可見光訊號後，會將可見光訊號轉換成相應之電訊號。電訊號會透過相應的薄膜電晶體225之第二金屬層2254而傳遞到相應的薄膜電晶體225。由於接收到電訊號的薄膜電晶體225及未接收到電訊號的薄膜電晶體225的開關狀態不同，所以感測驅動積體電路230可根據各薄膜電晶體225的開關狀態而發送數位訊號至電腦，以使電腦獲得圖像。
因為本實施例之薄膜電晶體225的半導體層為非晶態銦鎵鋅氧化物(amorphous In2
O3
-Ga2
O3
-ZnO,InGaZnO4
)半導體層2253，而氧化物半導體層2253不會因可見光照射而產生光電流，所以能防止薄膜電晶體225產生漏電，進而提高本實施例之數位X光探測面板200的準確度。此外，由於本實施例之數位X光探測面板200不需用來遮擋光線的第三金屬層且薄膜電晶體225不需歐姆接觸層，所以可提高生產效率並降低生產成本。
下文將配合圖3來說明本發明之一種數位X光探測面板之製作方法。本實施例之數位X光探測面板200之製作方法包括以下步驟：
首先，於一基板222上形成多個呈陣列排列之薄膜電晶體225，其中每一薄膜電晶體225之一氧化物半導體層2253之形成方法為進行一濺鍍製程。
接著，於這些薄膜電晶體225之第二金屬層2254上分別形成一光二極體226。
具體而言，形成薄膜電晶體225的步驟例如是先於基板222上形成第一金屬層2251，接著於基板222上形成第一絕緣層2252，並使其覆蓋第一金屬層2251。之後，於第一絕緣層2252上形成氧化物半導體層2253，且氧化物半導體層2253是形成於第一金屬層2251之上方。其中，氧化物半導體層2253之形成方法是進行一濺鍍製程。濺鍍氧化物半導體層2253時的製程溫度約為室溫。濺鍍氧化物半導體層2253時所用之濺鍍氣體包括氧氣(O2
)與氬氣(Ar)，氧氣(O2
)與總濺鍍氣體(O2
＋Ar)之比值例如是介於0.02至0.15，較佳的比值是介於0.03至0.09。然後，於第一絕緣層2252上形成第二金屬層2254，且第二金屬層2254覆蓋部分氧化物半導體層2253。
經過上述步驟即可完成光探測單元224之薄膜電晶體225之製作。然後再於薄膜電晶體225之第二金屬層2254上形成一光二極體226，使薄膜電晶體225透過第二金屬層2254電性連接至對應之光二極體226，從而完成光探測單元224之製作。
此外，上述之數位X光探測面板200之製作方法可更包括以下步驟：
形成覆蓋薄膜電晶體225與光二極體226之一第二絕緣層227，並在第二絕緣層227上形成對應光二極體226之第一開口2271，以使光二極體226的一部分從第一開口2271暴露出來；以及於第二絕緣層227上形成一保護層228，並在保護層228形成對應第一開口2271之第二開口2281。
由於本實施例之種數位X光探測面板之製作方法不包括製作用以遮擋光線的第三金屬層的步驟，所以可提高生產效率，進而降低數位X光探測面板200的生產成本。
綜上所述，本發明至少具有下列優點：
1.本發明之數位X光探測面板因採用非晶態銦鎵鋅氧化物(amorphous In2
O3
-Ga2
O3
-ZnO,InGaZnO4
)半導體層作為薄膜電晶體的半導體層，所以能防止半導體層被可見光照射而產生光電流，如此可有效提高探測準確性。
2.本發明之數位X光探測面板不需用來遮擋光線的第三金屬層及薄膜電晶體的歐姆接觸層，所以可降低生產成本。
3.本發明之數位X光探測面板的製作方法不需在薄膜電晶體上再另外製做第三金屬層來遮擋光線且薄膜電晶體不需歐姆接觸層，所以能提升生產效率。
4.本發明之數位X光探測面板的製作方法中，形成薄膜電晶體之非晶態銦鎵鋅氧化物(amorphous In2
O3
-Ga2
O3
-ZnO,InGaZnO4
)半導體層時的溫度較低，所以可有效避免高溫對材料性能之影響，從而有效提升數位X光探測面板之品質。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100．．．習知光電探測器
105．．．基板
110．．．非晶矽薄膜電晶體
111．．．第一金屬層
112．．．絕緣層
114．．．歐姆接觸層
115．．．第二金屬層
113．．．非晶矽層
120．．．光二極體
130．．．光波長轉換層
200、200a．．．數位X光探測面板
202．．．畫素
210．．．光波長轉換層
220．．．光電探測器陣列基板
222．．．基板
224．．．光電探測單元
225．．．薄膜電晶體
226、226a．．．光二極體
2251．．．第一金屬層
2252．．．第一絕緣層
2253．．．氧化物半導體層
2254．．．第二金屬層
2261、2267．．．n型摻雜非晶矽半導體層
2262、2266．．．非晶矽本質層
2263．．．p型摻雜非晶矽半導體層
2264、2268．．．透明電極層
2265．．．絕緣層
227．．．第二絕緣層
228．．．保護層
230．．．感測驅動積體電路
圖1繪示為習知數位X光探測面板之對應一個光電探測單元之結構示意圖。
圖2是本發明一實施例之一種數位X光探測面板的示意圖。
圖3為圖2之一個畫素之剖面示意圖。
圖4是本發明另一實施例之一種X光探測面板的一個畫素之剖面示意圖。
200．．．數位X光探測面板
210．．．光波長轉換層
220．．．光電探測器陣列基板
222．．．基板
224．．．光電探測單元
225．．．薄膜電晶體
226．．．光二極體
2251．．．第一金屬層
2252．．．第一絕緣層
2253．．．氧化物半導體層
2254．．．第二金屬層
2261．．．n型摻雜非晶矽半導體層
2262．．．非晶矽本質層
2263．．．p型摻雜非晶矽半導體層
2264．．．透明電極層
227．．．第二絕緣層
2271．．．第一開口
228．．．保護層
2281．．．第二開口
Claims (12)
- 一種數位X光探測面板，包括：一光波長轉換層，用於將X光轉換為可見光；以及一光電探測器陣列基板，設置於該光波長轉換層之下方，該光電探測器陣列基板包括：一基板；多個光電探測單元，設置於該基板且呈陣列排列，每一光電探測單元包括一薄膜電晶體以及與該薄膜電晶體電性連接之一光二極體，該薄膜電晶體包括：一氧化物半導體層；一第一金屬層，設置於該基板上；一第一絕緣層，設置於該基板上，且覆蓋該第一金屬層，該氧化物半導體層設置於該第一絕緣層上，且位於該第一金屬層上方；以及一第二金屬層，設置於該第一絕緣層上，且覆蓋部分該氧化物半導體層，其中該薄膜電晶體透過該第二金屬層電性連接至對應的該光二極體；一第二絕緣層，覆蓋該些薄膜電晶體及該些光二極體，該第二絕緣層具有對應該些光二極體的多個第一開口，而每一第一開口暴露出對應之該光二極體的一部分；以及一保護層，設置於該第二絕緣層上，且該保護層具有對應該些第一開口的多個第二開口。
- 如申請專利範圍第1項所述之數位X光探測面板，更包括一感測驅動積體電路，電性連接至該光電探測器陣列基板。
- 如申請專利範圍第1項所述之數位X光探測面板，其中每一光二極體為一NIP型光二極體，且該NIP型光二極體包 括：一n型摻雜非晶矽半導體層，設置於對應之該薄膜電晶體的該第二金屬層上；一非晶矽本質層，設置於該n型摻雜非晶矽半導體層上；一p型摻雜非晶矽半導體層，設置於該非晶矽本質層上；以及一透明電極層，設置於該p型摻雜非晶矽半導體層上。
- 如申請專利範圍第1項所述之數位X光探測面板，其中每一光二極體為一MIS型光二極體，且該MIS型光二極體包括：一絕緣層，設置於對應之該薄膜電晶體的該第二金屬層上；一非晶矽本質層，設置於該絕緣層上；一n型摻雜非晶矽半導體層，設置於該非晶矽本質層上；以及一透明電極層，設置於該n型摻雜非晶矽半導體層上。
- 如申請專利範圍第1項所述之數位X光探測面板，其中該氧化物半導體層之材質為非晶態銦鎵鋅氧化物(amorphous In2 O3 -Ga2 O3 -ZnO,InGaZnO4 )。
- 如申請專利範圍第1項所述之數位X光探測面板，其中該氧化物半導體層之厚度介於500埃至1500埃。
- 如申請專利範圍第1項所述之數位X光探測面板，其中該氧化物半導體層之厚度介於600埃至900埃。
- 一種數位X光探測面板之製作方法，包括：於一基板上形成多個薄膜電晶體，其中每一薄膜電晶體的一氧化物半導體層的形成方法為進行一濺鍍製程； 於該些薄膜電晶體的第二金屬層上分別形成一光二極體；形成覆蓋該些薄膜電晶體與該些光二極體的一絕緣層，其中該絕緣層具有對應該些光二極體的多個第一開口，且每一該第一開口暴露出對應之該光二極體的一部分；以及於該絕緣層上形成一保護層，其中部分該保護層位於該些薄膜電晶體上方，且該保護層具有對應該些第一開口的多個第二開口。
- 如申請專利範圍第8項所述之數位X光探測面板之製作方法，其中該氧化物半導體層之材質為非晶態銦鎵鋅氧化物(amorphous In2 O3 -Ga2 O3 -ZnO,InGaZnO4 )。
- 如申請專利範圍第8項所述之數位X光探測面板之製作方法，其中進行該濺鍍製程時的溫度為室溫。
- 如申請專利範圍第8項所述之數位X光探測面板之製作方法，其中進行該濺鍍製程時所用的濺鍍氣體包括氧氣與氬氣，氧氣與總濺鍍氣體之比值介於0.02至0.15。
- 如申請專利範圍第8項所述之數位X光探測面板之製作方法，其中進行該濺鍍製程時所用的濺鍍氣體包括氧氣與氬氣，氧氣與總濺鍍氣體之比值介於0.03至0.09。
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