专利名称：一种平板x射线探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及X射线探测器领域，特别是涉及平板X射线探测器曝光控制领域。
背景技术：
在医学检测过程中，为了在保证X射线成像质量的同时尽量减少患者受到的辐射量，控制X射线曝光开始和结束非常关键。通常采用的方法有通过放射师手动控制或电子计时器控制X射线曝光的开始和结束；通过AEC(Automatic exposure control，自动曝光控制)设备控制X射线曝光的终止。AEC设备是控制X射线曝光时间的设备，其目的是在保证X射线影像质量的前提下精确地控制X射线的曝光时间，将发射到患者的X射线剂量最小化。AEC设备产生的信号正比于X射线探测器接收到的X射线的通量，AEC系统根据这个信号采取停止曝光或调整X 射线曝光剂量的方式来调整每张X射线影像的曝光剂量。早期的AEC设备由于工艺所限，无法集成在平板X射线探测器中，医学放射设备上AEC系统通常由放置在病人和X射线接收器之间的AEC探测器完成。随着液晶显示制造工艺的不断发展，目前已经出现了集成AEC功能的平板X射线探测器，按照制程工艺的不同分为CMOS (Complementary Metal Oxide kmiconductor，互补金属氧化物半导体)工艺和TFT(Thin Film Transistor，薄膜晶体管)工艺。CMOS工艺AEC系统中的曝光剂量检测是由光电门(photogate)实现的，如菲利浦电子有限公司的专利US734614682 ；TFT工艺AEC系统中的曝光剂量检测通常由额外制作的光电转换元件来实现，如佳能公司的专利 US750797082和菲利浦电子有限公司的专利US7601961B2。虽然采用不同的工艺均可以实现AEC系统与平板X射线探测器的集成，但是均会不同程度的增加平板X射线探测器的制造工艺复杂度，同时增加平板X射线探测器的制造成本。
发明内容
本发明的目的是提出一种平板X射线探测器及其制备方法，能够不增加制备工艺将AEC功能集成在X射线探测器上。为了达到上述目的，本发明提供一种平板X射线探测器，包括衬底，所述衬底上包括多个TFT和光电二极管组成的阵列区域；所述衬底上的栅层，所述栅层中包括TFT的底栅和电容下电极，所述电容下电极位于所述光电二极管区域的下方；所述栅层上方的介质层，所述介质层覆盖在所述TFT和光电二极管区域；位于光电二极管区域介质层上方的电容上电极，所述电容上电极与所述介质层和所述电容下电极形成电容；所述电容的上电极上方的光电二极管，所述光电二极管的下电极为所述电容的上电极。优选地，所述衬底上所有光电二极管区域下方都包括所述电容。
优选地，所述衬底上部分光电二极管区域下方包括所述电容。所述平板X射线探测器的电容下电极面积与所述光电二极管上电极面积相同。所述平板X射线探测器，电容上电极与TFT的漏电极连接。所述平板X射线探测器，栅层为金属Mo。所述平板X射线探测器，介质层为SiNx。所述平板X射线探测器，电容上电极为钼铝合金。所述平板X射线探测器，衬底为玻璃。相应地，本发明还提供一种平板X射线探测器的制备方法，包括在衬底上制备栅层，所述衬底包括多个由TFT和光电二极管组成的阵列区域，所述栅层中包括TFT的底栅和电容下电极，其中所述电容下电极位于衬底上的光电二极管区域；制备所述栅层上方的介质层，介质层覆盖在所述TFT和光电二极管区域；制备位于TFT底栅介质层上的TFT其余部分和位于光电二极管区的介质层上方的电容上电极；制备位于所述电容上电极上方的光电二极管和偏置电极，所述光电二极管的下电极为所述电容上电极。优选地，所述平板X射线探测器的制备方法中，在包括多个TFT和光电二极管组成的阵列区域的衬底上制备栅层，为在衬底上所有光电二极管区域制备所述的栅层。优选地，所述平板X射线探测器的制备方法中，在包括多个TFT和光电二极管组成的阵列区域的衬底上制备栅层，为在衬底上部分光电二极管区域制备所述的栅层。所述平板X射线探测器的制备方法中，制备衬底上光电二极管区域的电容下电极步骤中，制备与光电二极管区域面积相同的电容下电极。所述平板X射线探测器的制备方法，制备位于TFT底栅介质层上的TFT其余部分和位于光电二极管区的介质层上方的电容上电极步骤，具体包括在所述TFT底栅介质层上制备TFT的有源区；在所述TFT的有源区上方制备所述TFT的源、漏电极；在所述光电二极管区域的介质层上制备所述的电容上电极。所述平板X射线探测器的制备方法，制备位于TFT底栅介质层上的TFT其余部分和位于光电二极管区域的介质层上方的电容上电极步骤，具体包括在所述TFT底栅介质层上制备TFT的有源区；在所述TFT有源区上方制备所述TFT的源、漏电极，其特征在于，所述漏电极向所述光电二极管区域延伸并覆盖光电二极管区域的介质层，光电二极管区域介质层上的漏极形成电容的上电极。本发明所述的X射线探测器，利用与底层栅极金属同步制作的另一金属电极与光电二极管中底层金属形成电容，工作时通过电容的耦合在TFT底层栅极金属上产生与光电二极管中存储的影像数据电荷等量的镜像电荷。再通过曝光剂量检测读出单元将底层栅极金属上的镜像电荷读出，经过进一步处理后形成中断信号，用以控制X射线曝光的结束，实现了 AEC功能，使用时不需要额外的AEC设备。与现有技术相比，本发明的平板X射线探测器及其制备方法具有的优点是，制作平板X射线探测器的同时制作了能够实现AEC功能的电容，不需要额外的制作工艺。这样既实现了探测器的AEC功能，又可以节约制造成本。另外，实现AEC功能的电容位于平板X射线探测器的光电二极管下方，不会对X射线探测器的影像质量造成影响。
通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。图1为本发明平板X射线探测器像素结构图；图2为本发明平板X射线探测器的影像数据采集的基本单元结构图；图3为本发明平板X射线探测器的系统图；图4为本发明中曝光剂量检测单元在平板X射线探测器中的位置示意图；图5为本发明平板X射线探测器结构示意图；图6为本发明平板X射线探测器的制备方法的流程图；图7-图11为本发明实施例中制备平板X射线探测器的流程示意图。
具体实施例方式本发明的技术方案是利用与底层栅极金属同时制作的金属电极与光电二极管的下电极形成电容，通过电容的耦合在电容的电极上产生与光电二极管中存储的影像数据电荷等量的镜像电荷，再通过曝光剂量检测读出单元将底层栅极金属上的镜像电荷读出，经过进一步处理后形成中断信号，用以控制X射线曝光的结束。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。为了更好地理解本发明的技术方案，首先结合附图具体描述本发明的X射线探测器工作原理。图1为本发明平板X射线探测器像素结构图，其中的像素为光敏元器件。图中以 16个像素为例，其中的像素有两种结构，103为影像数据采集的基本单元，由TFTlOl和PIN 光电二极管(在P区和N区之间夹一层本征半导体或低浓度杂质的半导体构造的光电二极管)102构成，参见图2。PIN光电二极管顶层金属由第一偏置单元108提供偏置；105为曝光剂量检测单元的基本单元，除了包含TFT 101和PIN光电二极管102之外，还包含一个电容104，该电容104为MIM(Metal Insulator Metal，金属绝缘体金属)电容，本发明中其上层金属为PIN光电二极管的底层金属，其下层金属为玻璃基板之上的薄层金属。通常情况下，一个平板X射线探测器中由数千个这样的像素构成。本发明中的平板X射线探测器包含一个地址控制单元106，用于控制像素阵列中的地址线115。同一行中的所有像素由一根地址线控制，通过地址控制单元106可以将像素阵列中的影像数据逐行读出，读出的影像数据通过数据线114传送到影像数据处理单元 107进行进一步的数据处理，如信号的放大、模/数转换等。在影像数据采集阶段，采集得到的影像数据将以电荷的形式储存在PIN光电二极管102中，这些电荷将在电容104的底层金属上产生等量的镜像电荷，再通过曝光剂量读出单元113对这些镜像电荷进行进一步的处理后用以控制X射线曝光的结束。本发明的曝光剂量读出单元113由第二偏置单元109、运算放大器110、反馈电容111与开关112构成。通过将第二偏置单元109连接到运算放大器110的正向输入端，电容 104的底层金属也具有了与第二偏置单元109相同的电位。当X射线照射到平板X射线探测器上，将在电容104上产生电荷，这些电荷将在数据线116上产生光电流，正电荷或空穴将被传输到反馈电容111，这时在运算放大器110的输出端将检测到所有的正电荷。此时的开关112是打开状态的。当所有的正电荷均被读出后，开关112闭合将反馈电容111中的电荷清零。图3所示为本发明平板X射线探测器的系统框图，主要包含X射线发生器301、影像数据采集及处理单元302和309、曝光剂量采集及处理单元303到308、存储器单元310 和系统控制器311。由X射线发生器301产生的X射线通过闪烁体单元(未显示在图中) 转变为可见光后，被影像数据采集单元302和曝光剂量采集单元303收集。其中由曝光剂量采集单元303收集的数据经过放大器304和加法器305处理之后，在比较器306中与参考阈值电压307相比较。如果加法器的输出大于参考阈值电压，X射线中断单元308将产生中断信号关闭X射线发生器301。当X射线发生器301停止时，影像数据采集单元302也随即停止收集影像数据。此时收集到的数据在经过影像数据处理单元309处理后由系统控制器311存储到存储器单元310中。本发明所涉及的平板X射线探测器包括多个控制元件TFT和PIN光电二极管组成的阵列，其中在光电二极管下方包括电容的阵列元素作为AEC系统的重要组成部分，通常分布在平板X射线探测器像素阵列中的特定区域中，如图4中L、R和C区域，也可在每个光电二极管下面都包括电容，来实现X射线探测器的AEC功能。本发明所涉及的平板X射线探测器结构参见图5所示，由衬底501、控制元件 TFT502、光电二极管503和电容504构成，具体包括衬底501，所述衬底上包括多个TFT区域505和光电二极管区域506组成的阵列区域；所述衬底上的栅层，所述栅层中包括TFT的底栅507和电容下电极508，所述电容下电极位于所述光电二极管区域506 ；所述栅层上方的介质层509，所述介质层覆盖在所述TFT和光电二极管区域；位于光电二极管区的介质层上方的电容上电极511，所述电容上电极与介质层 509和电容上电极511形成电容504 ；所述电容的上电极上方的光电二极管503，所述电容上电极511为光电二极管的下电极。以下通过一个具体实施例对本发明所涉及的平板X射线探测器的制备过程进行详细说明参照图6所示，本实施例中所述平板X射线探测器相应的制备方法包括以下步骤步骤Si，在衬底上制备栅层，所述衬底包括多个TFT和光电二极管组成的阵列区域，所述栅层中包括TFT的底栅和电容下电极，其中所述电容下电极位于衬底上的光电二极管区域。本实施例中衬底是玻璃，参见图7，在玻璃基板701上溅射生成一层金属Mo膜，使用湿刻工艺按照探测器设计要求刻蚀成TFT的栅极金属702及MIM电容的下层金属电极703，本实施例中采用溅射方法制备Mo金属层，也可以采用其它金属作为栅层，如金属Cr。本步骤制备的电容下电极位于玻璃基板上的光电二极管区域，其面积可以与光电二极管的顶层电极的面积相同，也可以小于PIN光电二极管顶层电极的面积，这取决于X射线探测器的具体设计需要。本步骤还可以先在玻璃衬底上光刻制备电极图案，然后溅射制备金属Mo膜，最后去除多余部分Mo膜。另外，本发明的X射线探测器的衬底还可以采用其它不导电的材料。步骤S2，制备所述栅层上方的介质层。参见图8，在包括栅层金属的玻璃衬底801上溅射生成一层SiNx薄膜804，SiNx薄膜层覆盖在所述TFT电极802和光电二极管区域的电容电极803上。该步骤制备的SiNx薄膜804有两个作用，一是将作为TFT中的介质层，把栅极与源极、漏极隔离开来，二是将作为MIM电容中间的绝缘介质层。步骤S3，制备位于TFT底栅介质层上的TFT其余部分和位于光电二极管区域的介质层上方的电容上电极。结合附图，该步骤具体包括首先，参见图9，在TFT介质层904上制备有源区905。该有源区由一层比较厚的非晶硅膜和一层比较薄的η+非晶硅膜构成。其次，参见图10�。赥FT的有源区1005上沉积金属层，制备TFT的源电极1006和漏电极1007层；该步骤中，制备电极采用常用的半导体器件电极制备方法，电极材料为钼铝合金。在位于光电二极管区域的介质层1004上沉积与光电二极管区域相同面积的金属层1008。该金属层1008和其下面的介质层1004，以及介质层下面的栅层金属层1003组成电容，电容的上电极材料也为钼铝合金。至此，在玻璃衬底上制备出了符合设计要求的TFT和电容。为了简化制备工艺，可以在制备TFT的源电极层1006和漏电极层1007的同时制备电容的上电极层，见图10Β，此时漏电极1007覆盖在光电二极管区域的SiNx介质层1004上方，将成为电容的上电极。步骤S4，制备位于所述电容上电极上方的光电二极管和偏置电极，所述光电二极管的下电极为所述电容上电极。参见图11，以电容的上电极1108为光电二极管的下电极，在其上制备PIN光电二极管1109。上述光电二极管1109为三层结构，从下至上分别为η+非晶硅、非晶硅、ρ+非晶硅，上层金属为ITOdndium-Tin Oxide，氧化铟锡)膜1110。在PIN光电二极管的ITO上制备偏置电极，所述偏置电极用于给PIN光电二极管提供工作时所需的偏置电压。本发明的X射线探测器还可以采用其它类型的光电二极管。至此，本发明所涉及的平板X射线探测器制备完成。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
权利要求
1.一种平板X射线探测器，其特征在于，包括衬底，所述衬底上包括多个TFT和光电二极管组成的阵列区域； 所述衬底上的栅层，所述栅层中包括TFT的底栅和电容下电极，所述电容下电极位于所述光电二极管区域的下方；所述栅层上方的介质层，所述介质层覆盖在所述TFT和光电二极管区域； 位于光电二极管区域介质层上方的电容上电极，所述电容上电极与所述介质层和所述电容下电极形成电容；所述电容的上电极上方的光电二极管，所述光电二极管的下电极为所述电容的上电极。
2.根据权利要求1所述的平板X射线探测器，其特征在于，所述衬底上所有光电二极管区域下方都包括所述电容。
3.根据权利要求1所述的平板X射线探测器，其特征在于，所述衬底上部分光电二极管区域下方包括所述电容。
4.根据权利要求1、2或3所述的平板X射线探测器，其特征在于，所述电容下电极面积与所述光电二极管上电极面积相同。
5.根据权利要求1、2或3所述的平板X射线探测器，其特征在于，所述电容上电极与 TFT的漏电极连接。
6.根据权利要求1、2或3所述的平板X射线探测器，其特征在于，所述栅层为金属Mo。
7.根据权利要求1、2或3所述的平板X射线探测器，其特征在于，所述介质层为SiNx。
8.根据权利要求1、2或3所述的平板X射线探测器，其特征在于，所述电容上电极为钼招合金ο
9.根据权利要求1、2或3所述的平板X射线探测器，其特征在于，所述衬底为玻璃。
10.一种平板X射线探测器的制备方法，其特征在于，包括在衬底上制备栅层，所述衬底包括多个由TFT和光电二极管组成的阵列区域，所述栅层中包括TFT的底栅和电容下电极，其中所述电容下电极位于衬底上的光电二极管区域； 制备所述栅层上方的介质层，介质层覆盖在所述TFT和光电二极管区域； 制备位于TFT底栅介质层上的TFT其余部分和位于光电二极管区域的介质层上方的电容上电极；制备位于所述电容上电极上方的光电二极管和偏置电极，所述光电二极管的下电极为所述电容上电极。
11.根据权利要求10所述的平板X射线探测器的制备方法，其特征在于，在包括多个 TFT和光电二极管组成的阵列区域的衬底上制备栅层，为在衬底上所有光电二极管区域制备所述的栅层。
12.根据权利要求10所述的平板X射线探测器的制备方法，其特征在于，在包括多个 TFT和光电二极管组成的阵列区域的衬底上制备栅层，为在衬底上部分光电二极管区域制备所述的栅层。
13.根据权利要求10、11或12所述的平板X射线探测器的制备方法，其特征在于，制备衬底上光电二极管区域的电容下电极步骤中，制备与光电二极管区域面积相同的电容下电极。
14.根据权利要求10、11或12所述的平板X射线探测器的制备方法，其特征在于，所述制备位于TFT底栅介质层上的TFT其余部分和位于光电二极管区的介质层上方的电容上电极步骤，具体包括在所述TFT底栅介质层上制备TFT的有源区；在所述TFT的有源区上方制备所述TFT的源、漏电极；在所述光电二极管区域的介质层上制备所述的电容上电极。
15.根据权利要求10、11或12所述的平板X射线探测器的制备方法，其特征在于，所述制备位于TFT底栅介质层上的TFT其余部分和位于光电二极管区域的介质层上方的电容上电极步骤，具体包括在所述TFT底栅介质层上制备TFT的有源区；在所述TFT有源区上方制备所述TFT的源、漏电极，其特征在于，所述漏电极向所述光电二极管区域延伸并覆盖光电二极管区域的介质层，光电二极管区域介质层上的漏极形成电容的上电极。
全文摘要
本发明提供一种平板X射线探测器及其制备方法，所述平板X射线探测器包括衬底、TFT、光电二极管和电容。其中，所述衬底包括由多个TFT和光电二极管组成的阵列区域；TFT的底栅和电容的下电极制作在衬底上方；光电二极管位于电容的上方，电容的上电极为光电二极管的下电极。相应的，本发明还提供一种平板X射线探测器的制备方法。在制作TFT的栅极时同步制作了位于光电二极管下方的电容下电极，不需要额外工艺制作电容来实现X射线的自动曝光控制功能，可以节约制造成本，并且电容制作在光电二极管的下方，不会影响X射线的影像质量。
文档编号G01T1/08GK102306653SQ201110153349
公开日2012年1月4日 申请日期2011年6月9日 优先权日2011年6月9日
发明者刘琳, 邱承彬 申请人:上海奕瑞光电子科技有限公司
专业数控铣床产品供应商
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