WO2020078030A1 - 射线探测器和射线探测面板 - Google Patents
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Abstract
一种射线探测器和射线探测面板。该射线探测器(100)包括衬底基板(101)、薄膜晶体管(130)、闪烁体(120)以及光电探测器(110)；闪烁体(120)位于光电探测器(110)远离衬底基板(101)的一侧；光电探测器(110)包括：第一导电结构(111)；半导体层(112)；第二导电结构(113)；第一介电层(114)；以及第二介电层(115)，第二导电结构(113)与源极(134)电性相连，薄膜晶体管(130)位于衬底基板(101)与光电探测器(110)之间，薄膜晶体管(130)在衬底基板(101)上的正投影至少部分落入光电探测器(110)在衬底基板(101)上的正投影。该射线探测器的制备工艺简单，成本较低，并且还可提高量子探测效率和调制传递函数。
Description
本申请要求于2018年10月18日递交的中国专利申请第201811213295.5号的优先权，在此全文引用上述中国专利申请公开的内容以作为本申请的一部分。
本公开的实施例涉及一种射线探测器和射线探测面板。
X射线因光子能量高、穿透力强的特点，广泛应用于医学透视检测、工业探伤以及安检等领域。射线探测器是一种将X射线能量转换为可供记录的电信号的装置。射线探测器接用于接收X射线，然后产生与X射线辐射强度成正比的电信号。
发明内容
本公开至少一个实施例提供一种射线探测器，包括：衬底基板；薄膜晶体管，包括栅极、源极和漏极；闪烁体，被配置为将射线转换为可见光；以及光电探测器，被配置为探测所述闪烁体转换后的所述可见光并将所述可见光转化为电信号，所述闪烁体位于所述光电探测器远离所述衬底基板的一侧，所述光电探测器包括：第一导电结构；半导体层；第二导电结构；第一介电层，位于所述第一导电结构和所述半导体层之间；以及第二介电层，位于所述第二导电结构和所述半导体层之间，所述第二导电结构与所述源极电性相连，所述薄膜晶体管位于所述衬底基板与所述光电探测器之间，所述薄膜晶体管在所述衬底基板上的正投影至少部分落入所述光电探测器在所述衬底基板上的正投影。
例如，在本公开一实施例提供的射线探测器中，所述第一介电层和所述第二介电层的材料包括氧化铝、氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的至少一个。
例如，在本公开一实施例提供的射线探测器中，所述第一导电结构和所述第二导电结构同层设置，所述第一导电结构与所述第二导电结构呈插指状结构。
例如，在本公开一实施例提供的射线探测器中，所述第一导电结构包括多 个第一金属条和与所述多个第一金属条相连的第一连接部，所述第二导电结构包括多个第二金属条和与所述多个第二金属条相连的第二连接部，所述多个第一金属条和所述多个第二金属条交替间隔设置，以形成所述插指状结构。
例如，在本公开一实施例提供的射线探测器中，所述第一介电层和所述第二介电层为同一介电层，且完全覆盖所述第一导电结构和所述第二导电结构，所述半导体层位于所述第一介电层和所述第二介电层远离所述第一导电结构和所述第二导电结构的一侧，所述闪烁体位于所述半导体层远离所述第一介电层和所述第二介电层的一侧。
例如，本公开一实施例提供的射线探测器包括：栅极层，位于所述衬底基板上；栅极绝缘层，位于所述栅极层远离所述衬底基板的一侧；有源层，位于所述栅极绝缘层远离所述栅极层的一侧；源漏金属层，位于所述有源层远离所述栅极绝缘层的一侧；所述栅极为所述栅极层的一部分，所述源极和所述漏极分别为所述源漏金属层的一部分。
例如，在本公开一实施例提供的射线探测器中，所述源极在所述衬底基板上的正投影与所述第二导电结构在所述衬底基板上的正投影至少部分重叠。
例如，本公开一实施例提供的射线探测器还包括：第一绝缘层，位于所述源漏金属层远离所述有源层和所述栅极绝缘层的一侧；导电层，位于所述第一绝缘层远离所述源漏金属层的一侧，所述导电层包括遮光结构，所述薄膜晶体管在所述衬底基板上的正投影落入所述遮光结构在所述衬底基板上的正投影。
例如，本公开一实施例提供的射线探测器还包括：第二绝缘层，位于所述导电层远离所述第一绝缘层的一侧，所述光电探测器位于所述第二绝缘层远离所述导电层的一侧，所述第一绝缘层包括第一过孔，所述导电层包括至少部分位于所述第一过孔中的连接电极，所述第二绝缘层包括第二过孔，所述第二导电结构通过所述第二过孔与所述连接电极电性相连。
例如，在本公开一实施例提供的射线探测器中，所述第一过孔和所述第二过孔在所述衬底基板上的正投影落入所述第二导电结构在所述衬底基板上的正投影之中。
例如，在本公开一实施例提供的射线探测器中，所述第一过孔在所述衬底基板上的正投影与所述第二过孔在所述衬底基板上的正投影互不交叠。
例如，在本公开一实施例提供的射线探测器中，所述栅极层还包括栅线，所述源漏金属层还包括数据线，与所述薄膜晶体管的所述漏极电性相连，所述 数据线在所述衬底基板上的正投影与所述第一导电结构在所述衬底基板上的正投影具有交叠区域，所述导电层还包括第一部分和第二部分，所述栅线在所述衬底基板上的正投影落入所述第一部分在所述衬底基板上的正投影，所述交叠区域落入所述第二部分在所述衬底基板上的正投影，所述数据线包括位于所述栅线与所述交叠区域之间的延伸部，所述延伸部位于所述栅线靠近所述源极的一侧，所述延伸部在所述衬底基板上的正投影与所述导电层在所述衬底基板上的正投影不交叠。
例如，在本公开一实施例提供的射线探测器中，所述栅极层还包括第三导电结构，所述第三导电结构在所述衬底基板上的正投影与所述第二导电结构在所述衬底基板上的正投影至少部分重叠。
例如，在本公开一实施例提供的射线探测器中，所述第三导电结构在所述衬底基板上的正投影与所述源极在所述衬底基板上的正投影大致重叠。
例如，在本公开一实施例提供的射线探测器中，还包括一偏压信号端，与所述第三导电结构和所述第一部分中的至少之一电连接。
本公开至少一个实施例还提供一种射线探测面板，包括上述的射线探测器，多个所述射线探测器阵列设置。
例如，在本公开一实施例提供的射线探测面板中，所述射线探测面板包括探测区域和围绕所述探测区域的周边区域，所述射线探测器包栅极层和导电层，所述栅极层还包括第三导电结构，所述导电层包括第一部分，所述射线探测面板还包括：第一连接线，将一行所述射线探测器的所述第三导电结构电性连接，所述第一连接线从所述探测区域延伸至所述周边区域，一行所述射线探测器的所述第一部分相互串联以形成第二连接线，所述第二连接线从所述探测区域延伸至所述周边区域。
例如，在本公开一实施例提供的射线探测面板中，所述射线探测器包括源漏金属层，所述周边区域还包括：金属块，与所述薄膜晶体管的所述源极和所述漏极同层设置且通过同一图案化工艺形成，所述金属块与所述源极和所述漏极相互绝缘，所述第二连接线与所述金属块电性相连。
例如，本公开一实施例提供的射线探测面板还包括：第一引线，位于所述周边区域并将多列所述射线探测器的多个所述第一连接线相连；以及第二引线，位于所述周边区域并将多列所述射线探测器的多个所述第二连接线相连，在所述第一连接线和所述第二引线重叠的区域，所述第二引线包括至少一个开 孔。
例如，在本公开一实施例提供的射线探测面板中，所述第一引线与所述薄膜晶体管的所述源极和所述漏极同层设置且通过同一图案化工艺形成。
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
图1为一种通常的射线探测器的结构示意图；
图2为根据本公开一实施例提供一种射线探测器的结构示意图；
图3为根据本公开一实施例提供的一种射线探测器沿图2中AA方向的剖面示意图；
图4为根据本公开一实施例提供的一种射线探测器沿图2中BB方向的剖面示意图；
图5为根据本公开一实施例提供的一种射线探测器的等效电路图；
图6为根据本公开一实施例提供的一种射线探测面板的示意图；
图7为根据本公开一实施例提供的一种射线探测面板在图6中虚线框300的放大示意图；
图8为根据本公开一实施例提供的一种射线探测面板在图7中CC方向的结构示意图；以及
图9为根据本公开一实施例提供的射线探测面板在图7中DD方向的结构示意图。
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二” 以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
图1为一种通常的射线探测器的结构示意图。如图1所示，该射线探测器10包括薄膜晶体管20、闪烁体30和p-i-n光电二极管探测器40。薄膜晶体管20可作为开关，闪烁体30用于将X射线转换为可见光，可见光的波长峰值可以在530-580nm，光谱范围可以达到350-700nm。闪烁体的材料可以是碘化铯晶体(CsI)或硫氧化钆(GOS)等。p-i-n光电二极管探测器40用于将光转换为电信号。由于p-i-n光电二极管探测器40的制备工艺需要进行对p-i-n光电二极管探测器40的半导体层进行掺杂，因此p-i-n光电二极管探测器40的制备工艺较为复杂，成本较高。并且，p-i-n光电二极管探测器40的制备工艺难以与薄膜晶体管20的制备工艺兼容，从而造成整个射线探测器的制备工艺较为繁杂，成本较高。
本申请的发明人注意到，金属-半导体-金属(MSM)结构的光电探测器不需要掺杂工艺，具有制备工艺简单、成本低等优点。并且，金属-半导体-金属(MSM)结构的光电探测器与薄膜晶体管的制备工艺兼容、容易集成，从而使得采用金属-半导体-金属(MSM)结构的光电探测器的射线探测器具有制备工艺简单，成本较低的优点。然而，金属-半导体-金属(MSM)结构的光电探测器的暗电流较大、量子探测效率较低(DQE)、调制传递函数(MTF)较低。
对此，本公开实施例提供一种射线探测器和射线探测面板。该射线探测器包括闪烁体和光电探测器；闪烁体用于将射线转换为可见光，光电探测器位于闪烁体的出光侧，并用于探测闪烁体转换后的可见光并将可见光转化为电信号。该光电探测器包括：第一导电结构、半导体层、第二导电结构、第一介电层和第二介电层；第一介电层位于第一导电结构和半导体层之间，第二介电层位于第二导电结构和半导体层之间。由于该光电探测器的制备工艺不需要进行掺杂工艺，并且该光电探测器的制备工艺和薄膜晶体管的制备工艺兼容，从而可简化该射线探测器的制备工艺，并降低成本。另外，该射线探测器可显著减小暗电流，并提高量子探测效率和调制传递函数。
下面，结合附图对本公开实施例提供的射线探测器和射线探测面板进行详 细的说明。
本公开一实施例提供一种射线探测器。图2为根据本公开一实施例提供一种射线探测器的结构示意图；图3为根据本公开一实施例提供的一种射线探测器沿图2中AA方向的剖面示意图。如图2和3所示，该射线探测器100包括光电探测器110和闪烁体120；闪烁体120用于将射线，例如X射线或伽马射线，转换为可见光，光电探测器110用于探测闪烁体120转换后的可见光并将探测到的可见光转换为电信号。光电探测器110包括第一导电结构111、半导体层112、第二导电结构113、第一介电层114和第二介电层115。第一介电层114位于第一导电结构111和半导体层112之间，第二介电层115位于第二导电结构113和半导体层112之间。
在本公开实施例提供的射线探测器中，可通过闪烁体等射线转化结构将射线转化为可见光，例如将X射线转化为可见光；当可见光照射到该光电探测器时，半导体层接收可见光，内部产生电荷，电阻大幅度下降，从而通过光伏效应将该可见光转化为电信号。此时，外置偏压大部分施加在电阻较高的第一介电层和第二介电层(可为同一介电层)上，当外置偏压足够高时，第一介电层和第二介电层可以通过电子的F-N隧穿效应导通，半导体层中产生的电信号可以通过薄膜晶体管的导通和关闭实现读取和存储，进而达到射线探测的目的。由于该光电探测器采用金属-介电层-半导体层-介电层-金属的结构，该光电探测器的制备工艺不需要进行掺杂工艺，并且该光电探测器的制备工艺和薄膜晶体管的制备工艺兼容，从而可简化该射线探测器的制备工艺，并降低成本。另外，该射线探测器可显著减小暗电流，并提高量子探测效率和调制传递函数。需要说明的是，上述的可见光的波长峰值可以在530-580nm，光谱范围可以达到350-700nm。
在一些示例中，上述的射线包括X射线和伽马射线中的至少一种。
例如，闪烁体的材料可以是碘化铯晶体(CsI)或硫氧化钆(GOS)。
在一些示例中，如图2所示，第一导电结构111和第二导电结构113同层设置，第一导电结构111与第二导电结构113呈插指状结构，此时，半导体层120可设置在第一导电结构111和第二导电结构113上，避免第一导电结构111或第二导电结构113对光遮挡，从而便于半导体层接收光并将光转化为电信号，并可提高该光电探测器110的有效探测面积。
在一些示例中，如图2所示，第一导电结构111包括多个第一金属条1110 和与多个第一金属条1110相连的第一连接部1112，第二导电结构113包括多个第二金属条1130和与多个第二金属条1130相连的第二连接部1132，多个第一金属条1110和多个第二金属条1130交替间隔设置，以形成上述的插指状结构。
在一些示例中，如图2和3所示，该射线探测器还包括闪烁体120，用于将X射线转化为光，光电探测器110设置在闪烁体120的出光侧并用于探测闪烁体120转化后的光并将该光转化为电信号。
在一些示例中，第一介电层114和第二介电层115的材料包括氧化铝、氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的至少一个。由于氧化铝、氧化硅、氮化硅和氮氧化硅的致密性好，缺陷态少，绝缘性好，因此一方面可实现低电压驱动，另一方面还可进一步降低暗电流。
在一些示例中，第一介电层114和第二介电层115可采用原子层沉积或等离子增强气相沉积形成，从而可避免成膜不均的问题。
在一些示例中，第一导电结构111和第二导电结构113的材料可为金属材料，例如钼、铝、铜等。当然，本公开实施例包括但不限于此，第一导电结构111和第二导电结构113的材料还可为透明金属氧化物，例如氧化铟锡(Indium tin oxide，ITO)。
在一些示例中，半导体层112的材料可为非晶硅等半导体材料。
图4为根据本公开一实施例提供的一种射线探测器沿图2中BB方向的剖面示意图。如图3和4所示，该射线探测器还包括衬底基板101和薄膜晶体管130；薄膜晶体管130包括栅极131、源极134和漏极135；第二导电结构113与源极134电性相连，闪烁体120位于光电探测器110远离衬底基板101的一侧，薄膜晶体管130位于衬底基板101与光电探测器110之间，薄膜晶体管130在衬底基板101上的正投影至少部分落入光电探测器110在衬底基板101上的正投影。由于薄膜晶体管130在衬底基板101上的正投影至少部分落入光电探测器110在衬底基板101上的正投影，并且薄膜晶体管130位于衬底基板101与光电探测器110之间，可提高光电探测器110的面积占该射线探测器100的总面积的比例，从而可提高该射线探测器100的有效响应面积，进而可提高该射线探测器的量子探测效率和调制传递函数。需要说明的是，上述的光电探测器的面积可为光电探测器与闪烁体相对设置的表面的面积，也即用于响应或接收被闪烁体转换之后的光的表面的面积。
在一些示例中，薄膜晶体管130在衬底基板101上的正投影的80％落入光电探测器110在衬底基板101上的正投影。由此，本公开一实施例提供的射线探测器可达到90％以上的有效响应面积，而采用p-i-n型光电探测器的射线探测器仅为60％-70％。
例如，在图4所示的射线探测器中，第二导电结构113可为感测电极，第一导电结构111可为高压电极(HV电极)。
在一些示例中，如图3和4所示，当第一导电结构111和第二导电结构113同层设置时，第一介电层114和第二介电层115为同一介电层，且完全覆盖第一导电结构111和第二导电结构113，半导体层112位于第一介电层114和第二介电层115远离第一导电结构111和第二导电结构113的一侧，闪烁体120位于半导体层112远离第一介电层114和第二介电层115的一侧。此时，X射线经过闪烁体120转化成光之后，闪烁体120转换的光可直接照射在半导体层112上，而不被第一导电结构111或第二导电结构113遮挡，从而进一步提高射线探测器100的有效响应面积，进而可提高该射线探测器的量子探测效率和调制传递函数。
在一些示例中，如图3和4所示，该射线探测器100包括栅极层102、栅极绝缘层103、有源层132和源漏金属层104；有源层132可为薄膜晶体管130的有源层132；栅极层102位于衬底基板101上；栅极绝缘层103位于栅极层102远离衬底基板101的一侧；有源层132位于栅极绝缘层103远离栅极层102的一侧；源漏金属层104位于有源层132远离栅极绝缘层103的一侧。薄膜晶体管130的栅极131位于栅极层102，即栅极131为栅极层102的一部分，薄膜晶体管130的源极134和漏极135位于源漏金属层104，即源极134和漏极135分别为源漏金属层104的一部分。例如，如图3和4所示，栅极131在衬底基板101上的正投影与有源层132在衬底基板101上的正投影至少部分交叠。
在一些示例中，如图3和4所示，源极134在衬底基板101上的正投影与第二导电结构113在衬底基板101上的正投影至少部分重叠。
例如，当第二导电结构113与第一导电结构111呈插指状结构时，即第二导电结构113包括多个第二金属条1130和与多个第二金属条1130相连的第二连接部1132时，源极134在衬底基板101上的正投影同样也具有与部分第二金属条1130和第二连接部1132对应的部分，从而可在薄膜晶体管130所在的区域之外的位置实现源极134和第二导电结构113的电连接，从而可提高该射 线探测器的平坦度。例如，当第二导电结构113包括三个第二金属条1130，且两个第二金属条1130位于栅极131远离栅线151的一侧时，源极134也可具有与这两个第二金属条1130对应的两个条状部和与这两个条状部相连的连接部，从而构成一个大致为U形的结构，即源极134在衬底基板101上的正投影的形状大致为U形。
在一些示例中，如图3和4所示，该射线探测器100还包括第一绝缘层105和导电层160；第一绝缘层105位于源漏金属层104远离有源层132和栅极绝缘层103的一侧，导电层160位于第一绝缘层105远离源漏金属层104的一侧；导电层160包括遮光结构161，薄膜晶体管130在衬底基板101上的正投影落入遮光结构161在衬底基板101的正投影。由此，遮光结构161可避免薄膜晶体管受到光照影响，从而可增加该射线探测器的探测精度。另外，由于遮光结构161的设置，薄膜晶体管130可设置在光电探测器110远离闪烁体120的一侧，从而可增加该射线探测器的有效响应面积。
在一些示例中，如图3和4所示，遮光结构161在衬底基板101上的正投影与第二导电结构113在衬底基板101上的正投影至少部分重叠。
例如，当第二导电结构113与第一导电结构111呈插指状结构时，即第二导电结构113包括多个第二金属条1130和与多个第二金属条1130相连的第二连接部1132时，遮光结构161在衬底基板101上的正投影与第二连接部1132在衬底基板101上的正投影至少部分重叠，从而可在遮光结构161和第二导电结构113之间形成存储电容。
例如，如图3和4所示，第一绝缘层105包括钝化层1051、第一平坦层1052和第一缓冲层1053。钝化层1051设置在源漏金属层104远离有源层132和栅极绝缘层103的一侧，第一平坦层1052设置在钝化层1051远离源漏金属层104的一侧，第一缓冲层1053设置在第一平坦层1052远离钝化层1051的一侧。由此，第一平坦层1052可用于平坦化第一平坦层1052下方(靠近衬底基板101的一侧)的膜层，第一缓冲层1053可用于增加导电层160与第一平坦层1052的附着力，避免导电层160中的结构从第一平坦层1052脱落或发生位置偏移。
例如，钝化层1051的材料可为氧化硅、氮化硅、和氮氧化硅中的一种或多种。第一平坦层1052的材料可为有机材料，例如有机树脂。第一缓冲层1053的材料可为氧化硅、氮化硅、和氮氧化硅中的一种或多种。
在一些示例中，如图3和4所示，该射线探测器100还包括第二绝缘层107。第二绝缘层107位于导电层160远离第一绝缘层105的一侧。光电探测器110位于第二绝缘层107远离导电层160的一侧。第一绝缘层105中设置有第一过孔171，导电层160包括至少部分位于第一过孔171中的连接电极165，第二绝缘层107包括第二过孔172，第二导电结构113通过第二过孔172与连接电极165电性相连。由此，由于第二导电结构113和薄膜晶体管130的源极134之间膜层较多且厚度较厚，相对于通过一个过孔来实现第二导电结构113和薄膜晶体管130的源极134的连接的情况，该射线探测器100可通过第一过孔171和第二过孔172实现第二导电结构113和薄膜晶体管130的源极134的连接，从而可增加连接的稳定性。
例如，如图3和4所示，第二绝缘层107包括第二平坦层1072和第二缓冲层1073。第二平坦层1072设置在金属层106远离第一绝缘层105的一侧，第二缓冲层1073设置在第二平坦层1072远离金属层106的一侧。第二平坦层1072用于平坦第二平坦层1072下方(靠近衬底基板101的一侧)的膜层，第二缓冲层1073用于增加第一导电结构111和第二导电结构113与第二平坦层1072之间的附着力，避免第一导电结构111或第二导电结构113从第二平坦层1072脱落或发生位置偏移。
例如，第二平坦层1072的材料可为有机材料，例如有机树脂。第二缓冲层1073的材料可为氧化硅、氮化硅、和氮氧化硅中的一种或多种。
在一些示例中，如图2-4所示，第一过孔171和第二过孔172在衬底基板101上的正投影落入第二导电结构113在衬底基板101上的正投影之中，从而便于实现第二导电结构113与源极134的电连接。
在一些示例中，如图2-4所示，第一过孔171在衬底基板101上的正投影与第二过孔172在衬底基板101上的正投影互不交叠。
在一些示例中，如图3和4所示，第一过孔171和第二过孔172在衬底基板101上的正投影与薄膜晶体管130在衬底基板101上的正投影不交叠。相对于该射线探测器的其他位置，第一过孔171和第二过孔172所在的位置的高度较大，薄膜晶体管130所在位置的高度较大，因此第一过孔171和第二过孔172在衬底基板101上的正投影与薄膜晶体管130在衬底基板101上的正投影不交叠可使得整个射线探测器更加平坦。
在一些示例中，如图2-4所示，栅极层102还包括栅线151，源漏金属层 104还包括数据线152；数据线152与薄膜晶体管130的漏极135电性相连，数据线152与第一导电结构111具有一交叠区域1525，导电层160还包括第一部分162和第二部分163，栅线151在衬底基板101上的正投影落入第一部分162在衬底基板101上的正投影，交叠区域1525在衬底基板101上的正投影落入第二部分163在衬底基板101上的正投影，数据线152包括位于栅线151与交叠区域1525之间的延伸部1527，延伸部1527位于栅线151靠近源极134的一侧，延伸部1527在衬底基板101上的正投影与导电层160在衬底基板101上的正投影不交叠。由于交叠部1525在衬底基板101上的正投影落入第二部分163在衬底基板101上的正投影，可降低第一导电结构111和数据线152的耦合电容，从而可进一步降低数据线152的热噪声。
需要说明的是，若数据线152位于栅线151与交叠区域1525之间的延伸部1527在衬底基板101上的正投影与导电层160在衬底基板101上的正投影相交叠，则导电层160完全覆盖上述的薄膜晶体管130和数据线152，这样会使数据线152和导电层160之间耦合电容的容抗值较大。由于数据线152的热噪声公式为kTC，其中容抗值C越大，则噪声越大。然而，在本示例提供的射线探测器中，数据线152位于栅线151与交叠区域1525之间的延伸部1527在衬底基板101上的正投影与导电层160在衬底基板101上的正投影不交叠，可降低数据线152和导电层160之间耦合电容的大小，达到降低数据线的热噪声的效果。
在一些示例中，如图3和4所示，导电层160的遮光结构161和第一部分162相连，而第三遮光层163与遮光结构161和第一部分162分隔设置。另外，连接层165也与遮光结构161、第一部分162和第二部分163均分隔设置，互相绝缘。
在一些示例中，如图3和4所示，栅极层102还包括第三导电结构180，第三导电结构180在衬底基板101上的正投影与第二导电结构113在衬底基板101上的正投影至少部分重叠。此时，第三导电结构180可与第二导电结构113形成第一耦合电容，也即第一存储电容Cst1；遮光结构161和/或第一部分162可与第二导电结构113形成第二耦合电容，也即第二存储电容Cst2，从而可得到图5所示的等效电路图。
例如，如图5所示，若将第三导电结构180接地，第一部分162接地。此时，第二导电结构113连接薄膜晶体管130的源极134，且第二导电结构113 上的感应电压较大，容易导致薄膜晶体管130的漏电流较大。例如第二导电结构113上的感应电压可以达到0.875V-15V；当感应电压为15V时，导致薄膜晶体管130的源漏极电压V
DS较高，从而引起薄膜晶体管130的漏电流较大，使薄膜晶体管130产生的噪声较大。
在一些示例中，该射线探测器还包括一偏压信号端Vss，与第三导电结构180和第一部分162中的至少之一电连接。
例如，本示例提供的射线探测器可通过将第三导电结构180和第一部分162中至少一个连接偏压信号端Vss，例如，偏压信号端Vss可加载-15V到-8V的负电压，从而可降低第二导电结构113上的感应电压，进而降低薄膜晶体管130的源漏极电压V
DS，从而减小薄膜晶体管130产生的噪声。例如，上述的偏压信号端Vss的电压为-8V时，在数据线上电压持续为0.875V的情况下，第二导电结构113上的感应电压会从0.875V-15V降至0.875V-7V，即感应电压的最大值从15V降至7V，从而可明显地减小薄膜晶体管130产生的噪声。
需要说明的是，第三导电结构180和第一部分162中至少一个连接偏压信号端Vss的情况可包括第三导电结构180连接偏压信号端Vss，第一部分162接地的情况，第三导电结构180接地，第一部分162连接偏压信号端Vss的情况，以及第三导电结构180和第一部分162均连接偏压信号端Vss的情况。
在一些示例中，如图2-4所示，第三导电结构180在衬底基板101上的正投影与源极134在衬底基板101上的正投影大致重叠，从而便于第三导电结构180可与第二导电结构113形成上述的第一耦合电容。需要说明的是，上述的大致重叠包括第三导电结构在衬底基板上的正投影与源极在衬底基板上的正投影完全重叠的情况，也包括第三导电结构在衬底基板上的正投影与源极在衬底基板上的正投影的面积大小之差小于10％的情况。
表1示出了本公开一实施例提供的一种射线探测器中薄膜晶体管的源漏极电压V
DS和漏电流I
off的关系。如表1所示，当源漏极电压V
DS在0.1-7V时，薄膜晶体管的漏电流I
off在20fA以下，属于较低水平。当源漏极电压V
DS值为15V时，薄膜晶体管的漏电流I
off上升了一个数量级。由于薄膜晶体管的闪烁噪声(Shot Noise)公式为：
所以当源漏极电压V
DS值在0.1-7V时，薄膜晶体管的闪烁噪声要低于源漏极电压V
DS值为15V时的闪烁噪声。需要说明的是，表1所示的射线探测器为X射线探测器。
表1-射线探测器中薄膜晶体管的源漏极电压V
DS和漏电流I
off的关系
| V DS(V) | 0.1 | 0.3 | 0.5 | 0.7 | 1 | 3 | 5 | 7 | 9 | 11 | 13 | 15 |
| I off(fA) | 2 | 4 | 3 | 4 | 4 | 7 | 11 | 20 | 37 | 67 | 154 | 251 |
另一方面，由于上述的第一耦合电容之间的电压差减少，上述的第二耦合电容之间的电压差减少，可导致第一耦合电容之间存储的电荷量也相应减少，第二耦合电容之间存储的电荷量也相应减少，从而该射线探测器中第一耦合电容的转换速度加快，从而有利于提升检测速度和效率。
表2示出本公开一实施例提供一种射线探测器的各项噪声对比结果。如表2所示，本公开一实施例提供的射线探测器的数据线的噪声大幅度降低，甚至略好于p-i-n型射线探测器。需要说明的是，表2所示的射线探测器为X射线探测器。
表2 各项噪声对比结果
表3示出了本公开一实施例提供的一种射线探测器的信噪比模拟结果。如表3所示，本公开一实施例提供的射线探测器的信噪比高，甚至略高于p-i-n型射线探测器。需要说明的是，表3所示的射线探测器为X射线探测器。
表3-信噪比模拟对比结果
本公开至少一个实施例还提供一种射线探测面板。图6为根据本公开一实施例提供的一种射线探测面板的示意图。如图6所示，该射线探测面板200包括上述实施例提供的射线探测器100。多个射线探测器100可阵列设置。由于该射线探测面板包括上述的射线探测器，因此该射线探测面板具有相同的有益技术效果，具体可参见上述实施例的相关描述，在此不再赘述。
在一些示例中，如图6所示，该射线探测面板200包括探测区域201和围绕探测区域201的周边区域202。该射线探测面板200还包括将一行射线探测器100的第三导电结构180电性相连的第一连接线191，第一连接线191从探测区域201延伸至周边区域202。一行射线探测器100的第一部分162相互串联以形成第二连接线192，第二连接线192也从探测区域201延伸至周边区域202。第一连接线191和第二连接线192用于与周边区域202的驱动电路相连，以向第三导电结构180和第一部分162施加电信号。
在一些示例中，如图6所示，该射线探测面板200还包括位于周边区域202中的第一引线193和第二引线194；第一引线193将多列射线探测器100的第一连接线191相连，并连接到相应的驱动电路；第二引线194将多列射线探测器100的第二连接线192相连，并连接到相应的驱动电路。
在一些示例中，如图6所示，该射线探测面板200的周边区域202还设置有第三引线195，与网格状的第一导电结构111电性相连，从而为第一导电结构111提供电压，例如高压。
在一些示例中，如图6所示，该射线探测面板200的周边区域202包括第一子周边区域2021、第二子周边区域2022、第三子周边区域2023和第四子周边区域2024。第一子周边区域2021和第三子周边区域2023相对设置，第二子周边区域2022和第三子周边区域2023分别与第一子周边区域2021相邻。此时，数据线152可从探测区域201延伸至第一子周边区域2021，从而可在第一 子周边区域2021设置电信号处理电路，例如放大电路等；栅线151可从探测区域延伸至第四子周边区域2024，从而可在第四子周边区域2024设置用于驱动栅线151的驱动电路；第一引线193可沿从第一子周边区域2021到第三子周边区域2023的方向延伸，从而可在第一子周边区域2021和第三子周边区域2023中的至少一个设置用于施加偏压的驱动电路或接地；第二引线194可设置在第一子周边区域2021、第二子周边区域2022和第四子周边区域2024，并且其两端延伸到第三子周边区域2023，从而可在第三子周边区域2023设置施加偏压的驱动电路或接地。由此，该射线探测面板可充分利用周边区域的面积。
图7为根据本公开一实施例提供的一种射线探测面板在图6中虚线框300的放大示意图。图8为根据本公开一实施例提供的一种射线探测面板沿图8中CC方向的结构示意图。如图7和8所示，由于第二连接线192和第二引线194可与探测区域201中的导电层160同层设置，即第二连接线192和第二引线194位于第一绝缘层105远离衬底基板101的一侧。该射线探测面板200的周边区域202还包括金属块1045，金属块1045可与探测区域201中的源漏金属层104同层设置且通过同一图案化工艺形成，即金属块1045可与探测区域201中的薄膜晶体管130的源极134和漏极135同层设置且通过同一图案化工艺形成。并且，金属块1045与探测区域201中的源漏金属层104相互绝缘。第二连接线192与金属块1042通过第一绝缘层105中的第三过孔173电性相连，从而可在不增加工艺步骤的前提下降低第二连接线192的电阻。
例如，如图7和8所示，上述的第三过孔173可设置为多个，从而可提高第二连接线192和金属块1042之间的电连接的稳定性，并进一步降低电阻。
例如，如图7和8所示，上述的金属块1042为设置在相邻的栅线151和第一连接线191之间的岛状金属块1042，即相邻的金属块1042并不直接相连，而是通过第三过孔173与第二引线194相连。并且与栅线151和第一连接线191也不相连。
例如，如图7和8所示，第二引线194的宽度大于探测区域201中第一连接线191的10倍，从而可显著降低第二引线194的电阻，便于为多列射线探测器100的第二连接线192施加电信号。
图9为根据本公开一实施例提供的一种射线探测面板沿图7中DD方向的剖面示意图。如图7和9所示，由于第一连接线191可与薄膜晶体管130的栅极131同层设置，且通过同一图案化工艺形成。此时，第一连接线191位于栅 极绝缘层103靠近衬底基板101的一侧，第一引线193可与源漏金属层104同层设置且通过同一图案化工艺形成，即第一引线193可与薄膜晶体管130的源极134和漏极135同层设置且通过同一图案化工艺形成。第一引线193可通过第四过孔174与第一连接线191电性相连，从而可避免增加掩膜工艺，降低制作难度和制作成本。
例如，在一些示例中，如图7所示，在第一连接线191和第二引线194重叠的区域以及栅线151和第二引线194的重叠区域，为了降低第一连接线191和第二引线194之间的寄生电容以及栅线151和第二引线194之间的寄生电容，可在第二引线194上设置至少一个第一开孔1940，第一开孔1940在衬底基板101上的正投影覆盖第一连接线191和栅线151，从而可降低栅线151、第一连接线191和第二引线194的信号延迟。
例如，如图7所示，第二引线194上设置有多个第一开孔1940，例如，九个第一开孔1940，从而显著地减低第一连接线191和第二引线194之间的寄生电容以及栅线151和第二引线194之间的寄生电容，从而降低栅线151、第一连接线191和第二引线194的信号延迟。
例如，在一些示例中，如图7所示，在栅线151和第一引线193的重叠区域，为了降低栅线151和第一引线193之间的寄生电容，可在第一引线193上设置至少一个第二开孔1930，第二开孔1930在衬底基板101上的正投影覆盖栅线151，从而可降低栅线151和第一引线193的信号延迟。
例如，如图7所示，第一引线193上设置有多个第二开孔1930，例如，九个第二开孔1930，从而显著地减低栅线151和第一引线193之间的寄生电容，从而降低栅线151和第一引线193的信号延迟。
例如，在一些示例中，如图7所示，该射线探测面板200的周边区域202还包括静电释放电路158，与栅线151电性相连，从而为栅线151提供静电防护。例如，如图7所示，静电释放电路158设置在第一引线193远离第二引线194的一侧。
有以下几点需要说明：
(1)本公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
(2)在不冲突的情况下，本公开同一实施例及不同实施例中的特征可以相互组合。
以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (20)
- 一种射线探测器，包括：衬底基板；薄膜晶体管，包括栅极、源极和漏极；闪烁体，被配置为将射线转换为可见光；以及光电探测器，被配置为探测所述闪烁体转换后的所述可见光并将所述可见光转化为电信号，其中，所述闪烁体位于所述光电探测器远离所述衬底基板的一侧，所述光电探测器包括：第一导电结构；半导体层；第二导电结构；第一介电层，位于所述第一导电结构和所述半导体层之间；以及第二介电层，位于所述第二导电结构和所述半导体层之间，所述第二导电结构与所述源极电性相连，所述薄膜晶体管位于所述衬底基板与所述光电探测器之间，所述薄膜晶体管在所述衬底基板上的正投影至少部分落入所述光电探测器在所述衬底基板上的正投影。
- 根据权利要求1所述的射线探测器，其中，所述第一介电层和所述第二介电层的材料包括氧化铝、氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的至少一个。
- 根据权利要求1或2所述的射线探测器，其中，所述第一导电结构和所述第二导电结构同层设置，所述第一导电结构与所述第二导电结构呈插指状结构。
- 根据权利要求3所述的射线探测器，其中，所述第一导电结构包括多个第一金属条和与所述多个第一金属条相连的第一连接部，所述第二导电结构包括多个第二金属条和与所述多个第二金属条相连的第二连接部，所述多个第一金属条和所述多个第二金属条交替间隔设置，以形成所述插指状结构。
- 根据权利要求3所述的射线探测器，其中，所述第一介电层和所述第二介电层为同一介电层，且完全覆盖所述第一导电结构和所述第二导电结构，所述半导体层位于所述第一介电层和所述第二介电层远离所述第一导电结构和所述第二导电结构的一侧，所述闪烁体位于所述半导体层远离所述第一介电层和所述第二介电层的一侧。
- 根据权利要求1-5中任一项所述的射线探测器，包括：栅极层，位于所述衬底基板上；栅极绝缘层，位于所述栅极层远离所述衬底基板的一侧；有源层，位于所述栅极绝缘层远离所述栅极层的一侧；源漏金属层，位于所述有源层远离所述栅极绝缘层的一侧；其中，所述栅极为所述栅极层的一部分，所述源极和所述漏极分别为所述源漏金属层的一部分。
- 根据权利要求6所述的射线探测器，其中，所述源极在所述衬底基板上的正投影与所述第二导电结构在所述衬底基板上的正投影至少部分重叠。
- 根据权利要求6所述的射线探测器，还包括：第一绝缘层，位于所述源漏金属层远离所述有源层和所述栅极绝缘层的一侧；以及导电层，位于所述第一绝缘层远离所述源漏金属层的一侧，其中，所述导电层包括遮光结构，所述薄膜晶体管在所述衬底基板上的正投影落入所述遮光结构在所述衬底基板上的正投影。
- 根据权利要求8所述的射线探测器，还包括：第二绝缘层，位于所述导电层远离所述第一绝缘层的一侧，其中，所述光电探测器位于所述第二绝缘层远离所述导电层的一侧，所述第一绝缘层包括第一过孔，所述导电层包括至少部分位于所述第一过孔中的连接电极，所述第二绝缘层包括第二过孔，所述第二导电结构通过所述第二过孔与所述连接电极电性相连。
- 根据权利要求9所述的射线探测器，其中，所述第一过孔和所述第二过孔在所述衬底基板上的正投影落入所述第二导电结构在所述衬底基板上的正投影之中。
- 根据权利要求10所述的射线探测器，其中，所述第一过孔在所述衬底基板上的正投影与所述第二过孔在所述衬底基板上的正投影互不交叠。
- 根据权利要求8所述的射线探测器，其中，所述栅极层还包括栅线，所述源漏金属层还包括数据线，与所述薄膜晶体管的所述漏极电性相连，所述数据线在所述衬底基板上的正投影与所述第一导电结构在所述衬底基板上的正投影具有交叠区域，所述导电层还包括第一部分和第二部分，所述栅线在所述衬底基板上的正投影落入所述第一部分在所述衬底基板上的正投影，所述交叠区域落入所述第二部分在所述衬底基板上的正投影，所述数据线包括位于所述栅线与所述交叠区域之间的延伸部，所述延伸部 位于所述栅线靠近所述源极的一侧，所述延伸部在所述衬底基板上的正投影与所述导电层在所述衬底基板上的正投影不交叠。
- 根据权利要求12所述的射线探测器，其中，所述栅极层还包括第三导电结构，所述第三导电结构在所述衬底基板上的正投影与所述第二导电结构在所述衬底基板上的正投影至少部分重叠。
- 根据权利要求13所述的射线探测器，其中，所述第三导电结构在所述衬底基板上的正投影与所述源极在所述衬底基板上的正投影大致重叠。
- 根据权利要求13所述的射线探测器，其中，还包括一偏压信号端，与所述第三导电结构和所述第一部分中的至少之一电连接。
- 一种射线探测面板，包括多个根据权利要求1-15中任一项所述的射线探测器，其中，多个所述射线探测器阵列设置。
- 根据权利要求16所述的射线探测面板，其中，所述射线探测面板包括探测区域和围绕所述探测区域的周边区域，所述射线探测器包栅极层和导电层，所述栅极层还包括第三导电结构，所述导电层包括第一部分，所述射线探测面板还包括：第一连接线，将一行所述射线探测器的所述第三导电结构电性连接，其中，所述第一连接线从所述探测区域延伸至所述周边区域，一行所述射线探测器的所述第一部分相互串联以形成第二连接线，所述第二连接线从所述探测区域延伸至所述周边区域。
- 根据权利要求17所述的射线探测面板，其中，所述射线探测器包括源漏金属层，所述周边区域还包括：金属块，与所述薄膜晶体管的所述源极和所述漏极同层设置且通过同一图案化工艺形成，其中，所述金属块与所述源极和所述漏极相互绝缘，所述第二连接线与所述金属块电性相连。
- 根据权利要求17所述的射线探测面板，还包括：第一引线，位于所述周边区域并将多列所述射线探测器的多个所述第一连接线相连；以及第二引线，位于所述周边区域并将多列所述射线探测器的多个所述第二连接线相连，其中，在所述第一连接线和所述第二引线重叠的区域，所述第二引线包括至少一个开孔。
- 根据权利要求19所述的射线探测面板，其中，所述第一引线与所述薄膜晶体管的所述源极和所述漏极同层设置且通过同一图案化工艺形成。
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