一種像素aec平板探測器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種像素AEC平板探測器，包括：像素陣列，包括多個正常像素單元及若干個AEC像素單元，所述多個正常像素單元形成陣列，所述若干個AEC像素單元以取代該陣列中的正常像素的方式分布于該陣列中，所述正常像素單元由一個薄膜晶體管開關及一個光電二極管組成，所述AEC像素單元由一個光電二極管組成；柵極驅(qū)動信號控制電路；正常像素信號讀出電路；AEC信號控制處理系統(tǒng)；圖像信息采集系統(tǒng)；以及圖像信息處理系統(tǒng)。利用本發(fā)明的像素AEC平板探測器可以精確檢測曝光開始時間、自動控制曝光結(jié)束時間、以及自動控制曝光劑量。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，適用于工業(yè)生產(chǎn)。
【專利說明】一種像素AEC平板探測器

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種DR數(shù)字平板系統(tǒng)，特別是涉及一種像素 AEC平板探測器。

【背景技術】
[0002] AEC，全稱Automatic Exposure Control,意為自動曝光控制，它是一種被用在X射 線成像系統(tǒng)中的圖像曝光劑量控制技術。其目的是為了在保障圖像質(zhì)量的前提下減少病人 所承受的X射線輻照劑量。通常一個AEC裝置被放置在被診斷病體與平板探測器之間，當然 也有AEC裝置被放置在平板探測器之下。AEC裝置檢測到穿過被診斷病體的X射線后，產(chǎn)生 一個電信號，由于該電信號正比于平板探測器所接收到的X射線總劑量，所以它被用來標 識平板探測器所接收的X射線輻照量是否達標，一旦該電信號認為曝光劑量已經(jīng)足夠，AEC 裝置將立即發(fā)出曝光結(jié)束指令，高壓發(fā)生器接收到指令后立即停止曝光。
[0003] 自動曝光攝影的出現(xiàn)使得醫(yī)生只需要根據(jù)被照體的厚度、生理及病理特征給定合 適電壓條件，DR系統(tǒng)就能準確地自動控制X射線劑量獲得適當?shù)母泄饬浚ＷC優(yōu)質(zhì)的攝影 效果。AEC技術的應用，讓醫(yī)生不需要豐富的臨床經(jīng)驗就能夠較快地熟練有效的使用DR系 統(tǒng)。它不僅有效地減少了多數(shù)基層醫(yī)院因醫(yī)生操作不當或技術不高而導致的需要重復進行 X射線檢查的難題，大大地降低了醫(yī)護人員和患者所接受的X射線輻射劑量，而且同時還能 保證獲得優(yōu)質(zhì)的影像，使臨床診斷的效果得到充分的保障。
[0004] 目前實現(xiàn)AEC的常見獨立裝置是電離室探測器，例如在U，S，Pat. No.5680430 "Method and apparatus for controlling and optimizing output of an x-ray source" 一文中，其利用電離室探測器來控制X射線發(fā)生器的輸出，以達到優(yōu)化到達 X射線接收器的射線輻照強度，并同時利用電離室探測器所產(chǎn)生的電信號來進行自動曝光 控制；U. S. Pat. No. 7359482 "X-ray detector system"所展示的移動X射線探測器系統(tǒng)中 輻照劑量的監(jiān)控就是由電離室來完成，通過將其放置在X射線探測器上面實時監(jiān)測X射線 的輻照量。在DR系統(tǒng)中，按照放置位置又分為前置電離室探測器和后置電離室探測器，前 者是電離室探測器被放置在被診斷病體與平板探測器之間，電離室被分為幾個相互獨立的 子電離室，其目的是為了提高前置電離室探測器的可靠性，因為子電離室既能夠輸出獨立 的曝光控制信號，也能夠輸出結(jié)合曝光控制信號。但是前置電離室探測器最大的缺點就是 導致穿過電離室的X射線發(fā)生丟失或者衰減，進而引起下方的平板探測器發(fā)生局部信號丟 失，所以構(gòu)建前置電離室探測器必須保證其對X射線的影響不足以在平板探測器生成的圖 像中顯現(xiàn)電離室的影像。后置電離室探測器是把電離室探測器放置于平板探測器之下，這 種電離室不會影響到平板探測器的入射X射線，但是X射線穿過平板探測器之后，射線數(shù)量 大大減少，射線被衰減，對電離室探測器而言，電離室的厚度需要被大幅增加來提高電離室 探測器的靈敏度，但是這將使整個成像系統(tǒng)變得更笨重。
[0005] 另一種行業(yè)內(nèi)常用的方法是放置一個光敏傳感器，來收集從圖象倍增管輸出處的 圖像門中泄露出來的一部分光，通過評估亮度等級來進行自動曝光控制。但是這種方法只 適用于使用圖像倍增管的X射線探測系統(tǒng)，而且其最大的缺陷是將光收集器件放置于成圖 路徑上，在一些特定的成圖條件下光收集器會引起圖像干擾。除此之外，這種AEC方法也不 適用于固態(tài)大面積X射線探測器，這是因為固態(tài)大面積X射線探測器系統(tǒng)不像圖像倍增管 X射線探測器系統(tǒng)那樣，有一個微型化的光圖像化器件，依靠此器件，光可以很容易的被收 集，例如，U.S. Pat. No. 4996413"Apparatus and Method for Reading Data from An Image Detector"就不能使用這種AEC方法，其圖像探測器正是大面積固態(tài)X射線探測器類型。
[0006] 大面積固態(tài)X射線探測器現(xiàn)在已經(jīng)成為X射線探測領域的主體，與其搭配的全新 AEC方法也已經(jīng)被開發(fā)或者在專利中被闡述。下面將展示幾種美國專利局所收錄的最新 AEC方法。
[0007] U. S. Pat. No. 5751783"Detector for Automatic Exposure Control On An X-ray Imaging System"展示了一種陣列光傳感器AEC。陣列光傳感器被置于圖像探測器背面，檢 測透過圖像探測器的X射線或者可見光，然后產(chǎn)生AEC電信號。在此專利設計里面，共有 16個相同大小的陣列傳感器，每一個陣列傳感器監(jiān)控的圖像探測器區(qū)域大小形狀是相同 的，并單獨輸出一個區(qū)域電信號，通過選擇性的自由組合獨立的區(qū)域電信號，圖像探測器的 被監(jiān)控區(qū)域大小和形狀也就可以自由選擇，這種自由調(diào)節(jié)性能夠很好地適應病人檢查時的 特殊需求，當幾個陣列傳感器被選中后，其各自產(chǎn)生的獨立區(qū)域電信號被集成后就可以直 接用來控制X射線曝光系統(tǒng)，但是，該集成信號是模擬信號，所以更好的選擇是將其數(shù)字化 通過一個A/D轉(zhuǎn)換器，而后數(shù)字化的電信號被傳輸?shù)狡毓饪諝庀到y(tǒng)來控制X射線曝光劑量。 這中陣列傳感器AEC設計方案，AEC裝置與圖像探測器是相互獨立地，相較于電離室AEC，其 體積小，重量輕，可以完成重點區(qū)域重點監(jiān)測的任務，但從實際的效果來看，這種后置陣列 傳感器式AEC會帶來背散射和圖像反射偽影問題，尤其是當圖像探測器是非晶硅平板探測 器時，其對圖像質(zhì)量的影響比較突出。
[0008] US. Pat. No. 8536534專利中展示了一種新的AEC方法，這種AEC是針對平板探測 系統(tǒng)特殊設計的，和其他所有的AEC最大的不同之處是它不需要一個額外獨立的輻射探測 元器件來產(chǎn)生AEC信號，它將傳統(tǒng)的AEC元器件集成到圖像探測器中，即用一些被特殊設計 的圖像探測器像素單元作為AEC信號源，這種AEC方法可以探測輻照開始時間、輻照結(jié)束時 間、和輻照總劑量。在此專利中，共有6種實現(xiàn)AEC功能的像素單元結(jié)構(gòu)，不過所有的結(jié)構(gòu) 設計目的是一致的。AEC像素單元均是在正常像素單元的基礎之上進行特殊改造設計得到 的，而正常像素單元是由一個TFT開關和一個Photodiode像素電容構(gòu)成，所以此專利設想， 將TFT設為關合狀態(tài)，用photodiode作為福照探測器，當Photodiode感應到入射光時，光 電效應產(chǎn)生的電荷立即被讀出，造成電信號，標識輻照開始，等到電荷讀出控制系統(tǒng)認為光 電效應產(chǎn)生的電荷已經(jīng)達到閾值，即輻照量足以保證完美的圖像質(zhì)量，AEC控制系統(tǒng)向X射 線高壓發(fā)生器發(fā)出曝光結(jié)束信號結(jié)束曝光。其第一種AEC像素單元結(jié)構(gòu)設計是將TFT的 source和drain極短路連接，使TFT短路，其他不做任何改變，使像素電容處于永久讀出狀 態(tài)，但是這種電路結(jié)構(gòu)必然導致壞線；第二種結(jié)構(gòu)是將TFT開關與photodiode像素電容斷 路，像素電容有一套獨立的讀出電路，不和正常像素單元共用一套讀出電路，此種設計不引 入壞線，但是無用TFT依舊被保存，降低像素單元開口率；第三種設計是在AA區(qū)之外獨立設 計AEC感光探測器，其方向平行于正常像素單元的dataline，這種設計不需要犧牲正常像 素單元，但是復雜化圖像探測器的電路結(jié)構(gòu)設計以及制造工藝；第四種AEC像素單元只有 photodiode像素電容，其和正常像素單元共用一套讀出電路，結(jié)果是必然引入壞線，降低圖 像質(zhì)量；第五種方法是短路連接TFT開關的source和drain極，AEC像素單元和正常像素單 元共用一套讀出電路，結(jié)果必然導致壞線，但是其AEC電信號由壞線行（列）與相鄰正常行 (列）電信號的差值充當。第六種結(jié)構(gòu)采用AEC像素單元獨立gateline設計，AEC像素單 元保持正常像素單元的構(gòu)造，但是有獨立的gateline讀出掃描驅(qū)動系統(tǒng)，這種結(jié)構(gòu)設計可 以避免壞線，但是不可避免的增加圖像探測器layout和制程的復雜度，同時降低該行（列） 像素單元的開口率。對于所有不同結(jié)構(gòu)的AEC像素單元，其另外一個通病是系統(tǒng)噪聲的升 商。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種像素AEC平板探測 器，以實現(xiàn)一種可以精確檢測曝光開始時間、自動控制曝光結(jié)束時間、以及自動控制曝光劑 量的像素AEC平板探測器。
[0010] 為實現(xiàn)上述目的及其他相關目的，本發(fā)明提供一種像素AEC平板探測器，至少包 括：
[0011] 像素陣列，包括多個正常像素單元及若干個AEC像素單元，所述多個正常像素單 元形成陣列，所述若干個AEC像素單元以取代該陣列中的正常像素的方式分布于該陣列 中，所述正常像素單元由一個薄膜晶體管開關及一個光電二極管組成，所述AEC像素單元 由一個光電二極管組成；
[0012] 柵極驅(qū)動信號控制電路，連接于各正常像素單元，用于控制各薄膜晶體管開關的 關閉與開啟；
[0013] 正常像素信號讀出電路，連接于各正常像素單元，用于讀出正常像素單元產(chǎn)生的 電荷信號；
[0014] AEC信號控制處理系統(tǒng)，連接于各AEC像素單元，用于在接收到從AEC像素單元讀 出的電荷時向圖像信息采集系統(tǒng)發(fā)送曝光開始信號，并在AEC像素單元讀出的電荷數(shù)達到 預設閾值時向圖像信息采集系統(tǒng)發(fā)出曝光終止信號；
[0015] 圖像信息采集系統(tǒng)，連接于所述正常像素信號讀出電路及所述柵極驅(qū)動信號控制 電路，用于在接收到所述曝光開始信號通過所述柵極驅(qū)動信號控制電路控制各薄膜晶體管 開關關閉以開始積累電荷，并在接收到所述曝光終止信號后向像素AEC平板探測器發(fā)出讀 出信號進行電荷的讀出；
[0016] 圖像信息處理系統(tǒng)，連接于所述圖像信息采集系統(tǒng)，用于圖像信息處理。
[0017] 作為本發(fā)明的像素AEC平板探測器的一種優(yōu)選方案，同一列AEC像素單元與正常 像素單元共用一條反向電壓電源線，同一列的正常像素單元共用一條第一讀出數(shù)據(jù)線，同 一列的AEC像素單元共用一條第二讀出數(shù)據(jù)線。
[0018] 作為本發(fā)明的像素AEC平板探測器的一種優(yōu)選方案，所述AEC像素單元中的光電 二極管的面積大于所述正常像素單元中的光電二極管的面積。
[0019] 作為本發(fā)明的像素AEC平板探測器的一種優(yōu)選方案，所述AEC像素單元為PIN光 電二極管。
[0020] 作為本發(fā)明的像素AEC平板探測器的一種優(yōu)選方案，所述AEC像素單元包括：
[0021] 襯底；
[0022] 第一保護膜層，結(jié)合于所述襯底表面；
[0023] 金屬膜層，形成于所述第一保護膜層表面；
[0024] 第二保護膜層，形成于所述金屬膜層表面，并具有露出所述金屬膜層的第一窗口 及第二窗口；
[0025] 光電二極管膜層，形成于所述第二保護膜的第一窗口中；
[0026] 上電極膜層，形成于所述光電二極管膜層表面；
[0027] 第三保護膜層，形成于所述上電極膜層表面，并具有第一通孔及第二通孔；
[0028] 反向電源金屬膜，通過第一通孔連接于所述上電極膜層；
[0029] 電荷讀出線路金屬膜，通過第二通孔及第二窗口連接于所述金屬膜層。
[0030] 優(yōu)選地，所述第一保護膜層、第二保護膜層及第三保護膜層為SiNx保護膜層。
[0031] 優(yōu)選地，所述光電二極管膜層的材料為非晶硅。
[0032] 優(yōu)選地，所述反向電源金屬膜及電荷讀出線路金屬膜為ΙΤ0透明導電層。
[0033] 如上所述，本發(fā)明提供一種像素 AEC平板探測器，至少包括：像素陣列，包括多個 正常像素單元及若干個AEC像素單元，所述多個正常像素單元形成陣列，所述若干個AEC像 素單元以取代該陣列中的正常像素的方式分布于該陣列中，所述正常像素單元由一個薄膜 晶體管開關及一個光電二極管組成，所述AEC像素單元由一個光電二極管組成；柵極驅(qū)動 信號控制電路，連接于各正常像素單元，用于控制各薄膜晶體管開關的關閉與開啟；正常像 素信號讀出電路，連接于各正常像素單元，用于讀出正常像素單元產(chǎn)生的電荷信號；AEC信 號控制處理系統(tǒng)，連接于各AEC像素單元，用于在接收到從AEC像素單元讀出的電荷時向圖 像信息采集系統(tǒng)發(fā)送曝光開始信號，并在AEC像素單元讀出的電荷數(shù)達到預設閾值時向圖 像信息采集系統(tǒng)發(fā)出曝光終止信號；圖像信息采集系統(tǒng)，連接于所述正常像素信號讀出電 路及所述柵極驅(qū)動信號控制電路，用于在接收到所述曝光開始信號通過所述柵極驅(qū)動信號 控制電路控制各薄膜晶體管開關關閉以開始積累電荷，并在接收到所述曝光終止信號后向 像素 AEC平板探測器發(fā)出讀出信號進行電荷的讀出；圖像信息處理系統(tǒng)，連接于所述圖像 信息采集系統(tǒng)，用于圖像信息處理。本發(fā)明的像素 AEC圖像探測器具有如下優(yōu)點：
[0034] 1、高度集成化，本發(fā)明的AEC不再是一個獨立的、附加的探測器系統(tǒng)模塊，通過面 板半導體技術，AEC被集成到圖像探測器像素矩陣中，為平板探測器系統(tǒng)的進一步簡潔化、 微型化打下基礎；
[0035] 2、易實現(xiàn)、高可操作性，本發(fā)明的AEC是在現(xiàn)有圖像探測器的像素單元基礎之上， 進行簡單的結(jié)構(gòu)變更，即將原像素單元的TFT/Η)結(jié)構(gòu)變成單獨ro(光電二極管）結(jié)構(gòu)，而 ro的n極有一條獨立的數(shù)據(jù)線相連來讀出電荷，此種設計變更簡單易行，不會引起圖像探 測器面板的整體半導體制程工藝的任何改變；
[0036] 3、高靈敏度、高真實度AEC，本發(fā)明的輻照探測由PIN結(jié)構(gòu)的光電二極管探測完 成，并且由于AEC像素單元的光電二極管和正常像素單元的光電二極管幾乎完全一致，故 其量子效率可以真實地反映正常像素的量子效率；
[0037] 4、未引入大量的人為壞線，只是單純的已知單體人為壞點，對相鄰正常像素點不 造成影響，對圖像質(zhì)量影響極小。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0038] 圖1顯示為本發(fā)明的DR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖示意圖。
[0039] 圖2顯示為沒有像素 AEC的標準二維像素矩陣非晶硅圖像探測器電路結(jié)構(gòu)示意 圖。
[0040] 圖3顯示為正常像素單元（包括薄膜晶體管開關及光電二極管）的截面結(jié)構(gòu)圖示 意圖。
[0041] 圖4顯示為本發(fā)明的像素 AEC平板探測器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042] 圖5顯示為本發(fā)明的AEC像素單元的截面結(jié)構(gòu)圖示意圖。
[0043] 圖6顯示為本發(fā)明的像素 AEC平板探測器的多像素單元的布局示意圖。
[0044] 圖7顯示為本發(fā)明的像素 AEC平板探測器的工作時序圖。

【具體實施方式】
[0045] 以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書 所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實 施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離 本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。
[0046] 請參閱圖1?圖7。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明 本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數(shù) 目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其 組件布局型態(tài)也可能更為復雜。
[0047] 如4?圖5所示，本實施例提供一種像素 AEC平板探測器，至少包括：
[0048] 像素陣列，包括多個正常像素單元及若干個AEC像素單元，所述多個正常像素單 元形成陣列，所述若干個AEC像素單元以取代該陣列中的正常像素的方式分布于該陣列 中，所述正常像素單元由一個薄膜晶體管開關及一個光電二極管組成，所述AEC像素單元 由一個光電二極管組成；
[0049] 柵極驅(qū)動信號控制電路，連接于各正常像素單元，用于控制各薄膜晶體管開關的 關閉與開啟；
[0050] 正常像素信號讀出電路，連接于各正常像素單元，用于讀出正常像素單元產(chǎn)生的 電荷信號；
[0051] AEC信號控制處理系統(tǒng)，連接于各AEC像素單元，用于在接收到從AEC像素單元讀 出的電荷時向圖像信息采集系統(tǒng)發(fā)送曝光開始信號，并在AEC像素單元讀出的電荷數(shù)達到 預設閾值時向圖像信息采集系統(tǒng)發(fā)出曝光終止信號；
[0052] 圖像信息采集系統(tǒng)，連接于所述正常像素信號讀出電路及所述柵極驅(qū)動信號控制 電路，用于在接收到所述曝光開始信號通過所述柵極驅(qū)動信號控制電路控制各薄膜晶體管 開關關閉以開始積累電荷，并在接收到所述曝光終止信號后向像素 AEC平板探測器發(fā)出讀 出信號進行電荷的讀出；
[0053] 圖像信息處理系統(tǒng)，連接于所述圖像信息采集系統(tǒng)，用于圖像信息處理。
[0054] 作為示例，同一列AEC像素單元與正常像素單元共用一條反向電壓電源線，同一 列的正常像素單元共用一條第一讀出數(shù)據(jù)線，同一列的AEC像素單元共用一條第二讀出數(shù) 據(jù)線。
[0055] 作為示例，所述AEC像素單元中的光電二極管的面積大于所述正常像素單元中的 光電二極管的面積。
[0056] 作為示例，所述AEC像素單元為PIN光電二極管。
[0057] 作為示例，所述AEC像素單元包括：
[0058] 襯底；
[0059] 第一保護膜層，結(jié)合于所述襯底表面；
[0060] 金屬膜層，形成于所述第一保護膜層表面；
[0061] 第二保護膜層，形成于所述金屬膜層表面，并具有露出所述金屬膜層的第一窗口 及第二窗口；
[0062] 光電二極管膜層，形成于所述第二保護膜的第一窗口中；
[0063] 上電極膜層，形成于所述光電二極管膜層表面；
[0064] 第三保護膜層，形成于所述上電極膜層表面，并具有第一通孔及第二通孔；
[0065] 反向電源金屬膜，通過第一通孔連接于所述上電極膜層；
[0066] 電荷讀出線路金屬膜，通過第二通孔及第二窗口連接于所述金屬膜層。
[0067] 優(yōu)選地，所述第一保護膜層、第二保護膜層及第三保護膜層為SiNx保護膜層。
[0068] 優(yōu)選地，所述光電二極管膜層的材料為非晶硅。
[0069] 優(yōu)選地，所述反向電源金屬膜及電荷讀出線路金屬膜為ΙΤ0透明導電層。
[0070] 如圖1?圖7所示，下面具體闡述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和原理：
[0071] 本發(fā)明的主題是針對醫(yī)用非晶硅X射線平板探測器設計一種全新的、先進的 AEC (自動曝光控制）技術，這里將其命名為pixel AEC，像素 AEC。其核心思想是立足于現(xiàn) 有的非晶硅TFT/Η)陣列面板技術，拋棄傳統(tǒng)的AEC元器件獨立設計思想，將AEC元器件集 成到非晶硅TFT/Η)陣列面板中，將AEC功能通過非晶硅TFT/Η)(薄膜晶體管開關/光電二 極管）陣列面板來實現(xiàn)，達到實時、精確地控制曝光劑量的目的。具體設計內(nèi)容是改變陣列 中一些特定位置像素單元的TFT/ro結(jié)構(gòu)，刪除TFT，只保留ro，將ro光敏元件作為AEC傳 感器，給其設計獨立的電荷讀出電路。
[0072] 本發(fā)明的一個完整的、具有pixel AEC功能的非晶硅平板探測器系統(tǒng)如圖1所示， X射線高壓發(fā)生器27被X射線發(fā)生器電源控制系統(tǒng)28加載高壓，X射線管陽極發(fā)射X射 線，X射線穿過被檢測物體30后，到達閃爍體26,在光電效應作用下，X射線被閃爍體26轉(zhuǎn) 化為可見光并照射到非晶硅2-D像素矩陣平板探測器25,同樣在光電效應作用下，平板探 測器25內(nèi)的PIN結(jié)構(gòu)光電二極管（PD)將可見光轉(zhuǎn)化為光生電子-空穴對，由于光電二極 管兩端反向電壓（P極約-6V)的作用，TFT/Η)結(jié)構(gòu)像素（如圖3所示）中的光生電子聚集 到N極，空穴聚集到P極，而單ro結(jié)構(gòu)AEC像素（如圖5所示）中的光生電子經(jīng)過其獨立 的電荷讀出電路被實時地轉(zhuǎn)移到AEC信號控制處理系統(tǒng)25,通過分析計量電荷數(shù)，AEC信號 控制系統(tǒng)生成曝光開始信號，并將其傳遞給圖像采集系統(tǒng)23,圖像采集系統(tǒng)23收到曝光開 始信號后向TFT gate電極發(fā)出電信號（-10V)，斷開TFT，使每個像素電容開始積累光生 電荷，當AEC信號控制處理系統(tǒng)22從曝光開始累計的電荷到達預設的閾值時，AEC信號控 制處理系統(tǒng)22及時發(fā)出曝光結(jié)束電信號到X射線發(fā)生器電源控制系統(tǒng)28,令其斷開X射線 高壓發(fā)生器27的電源，結(jié)束曝光，與此同時AEC信號控制處理系統(tǒng)22也向圖像信息采集系 統(tǒng)23發(fā)出曝光結(jié)束信號，圖像信息采集系統(tǒng)23收到曝光結(jié)束信號50ms后立即向平板探測 器26發(fā)出開始讀取像素數(shù)據(jù)指令，像素數(shù)據(jù)經(jīng)過像素數(shù)據(jù)讀出電路19被轉(zhuǎn)移到圖像信息 采集系統(tǒng)23,而后又被轉(zhuǎn)移到圖像信息處理系統(tǒng)24,然后圖像顯示系統(tǒng)29將顯示出被檢測 物體30的X射線圖。
[0073] 本發(fā)明的核心是像素 AEC平板探測器。
[0074] 正常的無 AEC功能探測器電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，像素面板是由多個正常像素單元 15A構(gòu)成，每個典型的像素單元15A包含兩個部分：TFT薄膜晶體管開關和光電二極管 感光器。光電二極管接收可見光，并將其轉(zhuǎn)化為電子-空穴對，而后又存儲這些光生電荷。 TFT開關是用來讀出ro中的光生電荷。對于同一行像素，它們共用一條柵極驅(qū)動信號線2， 柵極驅(qū)動信號線2和TFT開關的柵極相連，而對于同一列像素，他們共用一條源極數(shù)據(jù)線5 和一條ro反向電壓電源線11，read源極數(shù)據(jù)線5與TFT開關的漏極相連，反向電壓電源線 與PD光電二極管的P極相連，反向電壓由電源Vcom21提供，約-6V。當圖像信號采集系統(tǒng) 23發(fā)出采集指令時，高電平柵極驅(qū)動信號使每一行像素的TFT開關被逐次閉合，每行每個 像素 ro中存儲的電荷經(jīng)由各自的數(shù)據(jù)線5被讀出到圖像信號采集系統(tǒng)23。
[0075] 正常像素單元15A由一個TFT開關和一個光電二極管構(gòu)成，其截面結(jié)構(gòu)如圖3 所示，最下層是TFT開關的金屬柵電極2,金屬柵電極是在絕緣襯底1上使用物理氣相沉積 法PVD生長一層金屬薄膜，然后濕刻，獲得如圖3所示外形的金屬柵電極2,通常柵電極金 屬薄膜所用材料為鑰（Mo)，絕緣襯底為無堿性玻璃。金屬柵電極2形成后，一層絕緣薄膜 3生長覆蓋整個像素單元，位于柵極2頂部的絕緣薄膜是TFT開關的柵極絕緣介質(zhì)，絕緣薄 膜3通常是通過等離子體增強化學氣相沉積法PECVD形成，其材質(zhì)通常是SiNx。TFT薄膜 晶體管的溝道層4同樣是利用等離子體增強化學氣相沉積法PECVD在絕緣體薄膜3之上形 成一層非晶硅薄膜，而后利用干刻工藝技術獲得如圖3所示的非晶硅活性島，即溝道層4。 TFT開關的源漏金屬層是在溝道層4之上形成的，通過物理氣相沉積法PVD，一層金屬薄膜 覆蓋生長整個像素區(qū)域，而后依照MASK濕刻，獲得源極5和漏極6,通常源極5和漏極6的 材料為鋁A1或者銅Cu，本發(fā)明中使用的是鑰/鋁/鑰三疊層合金。在源漏金屬層之上是 一層TFT保護膜7,通過PECVD工藝技術在整個像素區(qū)域覆蓋生長SiNx，然后再使用干刻 法獲得TFT保護膜7及光電二極管via。光電二極管半導體層8是在TFT保護膜7之上通 過PECVD技術沉淀生長獲得，該光電二極管是PIN結(jié)構(gòu)，依照從下到上，逐層生長n+非晶硅 半導體層，本征非晶硅半導體層和P+非晶硅半導體層。通常PIN光電二極管層的厚度在 10 μ m左右。本征非晶硅半導體層作為PIN光電二極管中光電效應的生發(fā)層，其上下端電 極由n+和P+非晶硅半導體層負責，n+非晶硅半導體層通過光電二極管via與下電極，即 TFT開關的漏極6相連，p+非晶硅半導體層作為PIN光電二極管的P極與上電極相連，通常 上電極為一層ΙΤ0金屬膜9,這層金屬膜是通過PVD沉淀生長，而后濕刻獲得如圖3所示外 形的ΙΤ0金屬膜9,然后再使用干刻刻蝕獲得如圖3所示外形的光電二極管半導體層8,該 PIN島的面積所占整體像素面積的比例即為該像素的開口率，PIN島的面積越大，光電效應 的區(qū)域越大，光生電荷的數(shù)量越多，整體像素的靈敏度也就越高。ΙΤ0金屬膜9形成之后， 一層SiNx保護膜在其上部通過PECVD沉淀生長覆蓋整個像素區(qū)域，生長完成后，利用干刻 刻蝕得到上電極via，最終的SiNx保護層10如圖3所示。在此后PVD再沉淀生長一層ΙΤ0 金屬膜11，覆蓋上電極的ΙΤ0金屬膜即為上電極9與PIN光電二級管反向電壓電源的連接 孔，PVD后，濕刻刻蝕獲得如圖3所示外形的ΙΤ0金屬膜11。多層的SiNx覆蓋在TFT開關 的源漏金屬層5,6、非晶硅溝道層4之上取得了良好的物理強度保護，但是SiNx是透光的， 如果有光透射到非晶娃溝道層4,光電效應將產(chǎn)生大量的光生電荷，嚴重破壞TFT的開關作 用，故必須保證沒有光能夠照射到非晶硅溝道層4,所以在ITO金屬膜11刻蝕獲得后，PVD 沉淀生長一層遮光金屬膜12,覆蓋整個像素區(qū)域，而后濕刻刻蝕獲得如圖3所示外形的遮 光金屬膜12。到此一個完整的多膜層像素單元基本結(jié)束，但是裸露的金屬薄膜易被腐蝕破 壞，所以最后要再PECVD沉淀生長一層SiNx保護膜13,覆蓋整個像素區(qū)域。這就是一個完 整的正常像素制造過程。
[0076] 正如上文所述，本發(fā)明的關鍵是AEC像素單元，所用方法是改造正常像素單元，具 體是在面板布局中刪除TFT開關，只留下ro光電二極管。
[0077] 圖4展示了改造后的示例面板電路結(jié)構(gòu)圖，AEC像素單元15B取代了原有的正常像 素單元15A，AEC像素單元15B依舊和同一列的正常像素單元15A共用一條反向電壓電源線 11，電源線11與電源Vcom21相連，而read數(shù)據(jù)線14獨立于正常像素單元的read數(shù)據(jù)線 5, 此設計的最大亮點就是避免了其他專利中共用數(shù)據(jù)線設計所帶來的整條圖像壞線，只是 獨立的幾個人造壞點，對圖像質(zhì)量的影響非常小。AEC信號控制處理系統(tǒng)22實時地接收從 AEC像素單元15B讀出的點荷，暗場環(huán)境時，AEC像素單元15B中的PIN光電二極管無光電 效應，理想狀態(tài)下，從AEC像素單元15B中讀出的電荷數(shù)為零，AEC信號控制處理系統(tǒng)22實 時接收到的電信號為零，而當有入射光照射進來時，PIN光電二極管發(fā)生光電效應，AEC信 號控制處理系統(tǒng)22立即接收到大量的電荷并立刻發(fā)出曝光開始信號到圖像信息采集系統(tǒng) 23,圖像采集系統(tǒng)23發(fā)出斷開TFT開關指令給柵極驅(qū)動信號控制電路20, TFT斷開后，正常 像素單元15A開始累積電荷，曝光持續(xù)一段時間后，當AEC信號控制處理系統(tǒng)22識別到AEC 像素單元15B讀出的電荷數(shù)達到系統(tǒng)中設置的閾值，AEC信號控制處理系統(tǒng)22立刻發(fā)出曝 光終止信號到圖像采集系統(tǒng)23和X射線高壓發(fā)生器電源控制系統(tǒng)28,圖像采集系統(tǒng)23據(jù) 此向柵極驅(qū)動信號控制電路發(fā)出開始讀取圖像信息的指令，gate線2逐行關閉正常像素單 元TFT開關，像素存儲的信息，即光生電荷從正常像素信號讀出電路19被讀出到圖像信息 采集系統(tǒng)23,而后經(jīng)過初步處理的電荷信號被轉(zhuǎn)移到圖像信息處理系統(tǒng)24。
[0078] 圖5顯示為本發(fā)明的AEC像素單元15B的縱截面圖。其多層膜的制程和正常像 素單元15A的相同，不同點是膜層的變化，這是由于AEC像素單元15B只有一個PIN光電 二極管，沒TFT開關，故如圖5所示，AEC像素單元15B的底層是一層SiNx保護膜3,無 TFT 金屬柵電極2, SiNx保護膜3通過PECVD沉淀生長獲得，覆蓋整個像素區(qū)域。在SiNx保護 膜3之上生長的是源漏金屬膜層6,由于無 TFT，不需要半導體溝道層，所以源漏金屬膜層無 源極和漏極之分，PVD沉淀生長結(jié)束后，濕刻刻蝕最后獲得如圖5所示外形的源漏金屬膜層 6。 之后是一層PECVD沉淀生長的SiNx保護膜層7,覆蓋整個像素區(qū)域，干刻刻蝕后獲得一 個PIN光電二極管via。此后的AEC像素單元15B的PIN光電二極管膜層8、上電極膜層9 和SiNx保護膜層10等的制程和正常像素單元15A的一致，如前所述。不同之處是AEC像 素單元的PIN光電二極管，又叫PIN島，所占的像素單元的面積大于正常像素單元的，即開 口率比較大，靈敏度更高。由于PIN光電二極管的材料相同，它們單位面積的量子效率是一 樣的，所以本發(fā)明使用單位面積的電荷數(shù)作為AEC控制處理系統(tǒng)的參考信號，與預設的閾 值比較。SiNx保護膜10沉積生長結(jié)束后，干刻刻蝕得到兩個via，一個為PIN光電二極管 上極板與反向電源Vcom連接的via,另一個為PIN光電二極管的下極板與讀出電路連接的 via?？涛g清洗完畢后，PVD沉淀生長ITO金屬膜層，而后濕刻工藝刻蝕獲得如圖5所示形 狀的反向電源ΙΤ0金屬膜11和光電二極管電荷讀出線路的ΙΤ0金屬膜14。最后，同樣為了 保護裸露的金屬層，PECVD沉淀生長一層SiNx保護膜層，覆蓋整個像素區(qū)域。
[0079] 圖6顯示為多像素單元的布局平面圖，圖中包含3個正常的像素單元15A，開口率 為76. 5 %，和1個AEC像素單元15B，由于疊層構(gòu)造以及盡可能小的數(shù)據(jù)線電阻，正常像素 單元read數(shù)據(jù)線采用柵極金屬膜-SiNx保護膜-源漏金屬膜的三疊層結(jié)構(gòu)，而AEC像素單 元的read數(shù)據(jù)線為單層ΙΤ0金屬膜結(jié)構(gòu)。
[0080] 圖7展示了整個像素 AEC平板探測器的工作時序圖，等待曝光階段，柵極驅(qū)動信號 是高電位Vgh所有像素的TFT處于閉合狀態(tài)，即數(shù)據(jù)讀出狀態(tài)或者叫恒定清空狀態(tài)，如前所 述，理論上ro光電二極管中無任何電荷，但是由于非晶硅半導體材料的固有特性，大量的 缺陷態(tài)，并且光電二極管兩端存在電勢差，就導致了暗電流，所以數(shù)據(jù)線上有電流，AEC信號 控制處理系統(tǒng)22和圖像信息采集系統(tǒng)23會有電荷被采集到，但相同時間段內(nèi)采集到的電 荷數(shù)基本恒定。當X射線高壓發(fā)生器27被加載高電壓后，發(fā)射X射線，X射線穿過被檢測物 體30到達閃爍體26,被轉(zhuǎn)化為可見光，如前所述，當AEC像素單元的光生電荷數(shù)高于AEC信 號控制處理系統(tǒng)22的曝光開始閾值時，AEC信號控制處理系統(tǒng)22發(fā)出曝光開始信號到圖像 信號采集系統(tǒng)23,圖像采集系統(tǒng)23控制gate驅(qū)動信號電路關斷TFT，此時柵極電壓為Vgl， 電荷開始在正常像素光電二極管中積累，經(jīng)過一定時間的累積，當AEC信號控制處理系統(tǒng) 22認為曝光劑量已經(jīng)足夠，即AEC像素單元在這段時間內(nèi)的單位面積光生電荷數(shù)達到曝光 結(jié)束的閾值，AEC信號控制處理系統(tǒng)22發(fā)出結(jié)束曝光信號，X射線高壓發(fā)生器被切斷電源， 圖像信號采集系統(tǒng)接收到信號后一段時間，向gate驅(qū)動信號電路發(fā)出采集信號，gate控制 線被逐行打開，此時柵極電壓為Vgh，正常像素單元累積的光生電荷被讀出到圖像信息采集 系統(tǒng)23。
[0081] 如上所述，本發(fā)明提供一種像素 AEC平板探測器，至少包括：像素陣列，包括多個 正常像素單元及若干個AEC像素單元，所述多個正常像素單元形成陣列，所述若干個AEC像 素單元以取代該陣列中的正常像素的方式分布于該陣列中，所述正常像素單元由一個薄膜 晶體管開關及一個光電二極管組成，所述AEC像素單元由一個光電二極管組成；柵極驅(qū)動 信號控制電路，連接于各正常像素單元，用于控制各薄膜晶體管開關的關閉與開啟；正常像 素信號讀出電路，連接于各正常像素單元，用于讀出正常像素單元產(chǎn)生的電荷信號；AEC信 號控制處理系統(tǒng)，連接于各AEC像素單元，用于在接收到從AEC像素單元讀出的電荷時向圖 像信息采集系統(tǒng)發(fā)送曝光開始信號，并在AEC像素單元讀出的電荷數(shù)達到預設閾值時向圖 像信息采集系統(tǒng)發(fā)出曝光終止信號；圖像信息采集系統(tǒng)，連接于所述正常像素信號讀出電 路及所述柵極驅(qū)動信號控制電路，用于在接收到所述曝光開始信號通過所述柵極驅(qū)動信號 控制電路控制各薄膜晶體管開關關閉以開始積累電荷，并在接收到所述曝光終止信號后向 像素 AEC平板探測器發(fā)出讀出信號進行電荷的讀出；圖像信息處理系統(tǒng)，連接于所述圖像 信息采集系統(tǒng)，用于圖像信息處理。本發(fā)明的像素 AEC圖像探測器具有如下優(yōu)點：
[0082] 1、高度集成化，本發(fā)明的AEC不再是一個獨立的、附加的探測器系統(tǒng)模塊，通過面 板半導體技術，AEC被集成到圖像探測器像素矩陣中，為平板探測器系統(tǒng)的進一步簡潔化、 微型化打下基礎；
[0083] 2、易實現(xiàn)、高可操作性，本發(fā)明的AEC是在現(xiàn)有圖像探測器的像素單元基礎之上， 進行簡單的結(jié)構(gòu)變更，即將原像素單元的TFT/ro結(jié)構(gòu)變成單獨ro(光電二極管）結(jié)構(gòu)，而 ro的n極有一條獨立的數(shù)據(jù)線相連來讀出電荷，此種設計變更簡單易行，不會引起圖像探 測器面板的整體半導體制程工藝的任何改變；
[0084] 3、高靈敏度、高真實度AEC，本發(fā)明的輻照探測由PIN結(jié)構(gòu)的光電二極管探測完 成，并且由于AEC像素單元的光電二極管和正常像素單元的光電二極管幾乎完全一致，故 其量子效率可以真實地反映正常像素的量子效率；
[0085] 4、未引入大量的人為壞線，只是單純的已知單體人為壞點，對相鄰正常像素點不 造成影響，對圖像質(zhì)量影響極小。
[0086] 所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。
[0087] 上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟 悉此技術的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因 此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術思想下所完 成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1. 一種像素 AEC平板探測器，其特征在于，至少包括： 像素陣列，包括多個正常像素單元及若干個AEC像素單元，所述多個正常像素單元形 成陣列，所述若干個AEC像素單元以取代該陣列中的正常像素的方式分布于該陣列中，所 述正常像素單元由一個薄膜晶體管開關及一個光電二極管組成，所述AEC像素單元由一個 光電二極管組成； 柵極驅(qū)動信號控制電路，連接于各正常像素單元，用于控制各薄膜晶體管開關的關閉 與開啟； 正常像素信號讀出電路，連接于各正常像素單元，用于讀出正常像素單元產(chǎn)生的電荷 信號； AEC信號控制處理系統(tǒng)，連接于各AEC像素單元，用于在接收到從AEC像素單元讀出的 電荷時向圖像信息采集系統(tǒng)發(fā)送曝光開始信號，并在AEC像素單元讀出的電荷數(shù)達到預設 閾值時向圖像信息采集系統(tǒng)發(fā)出曝光終止信號； 圖像信息采集系統(tǒng)，連接于所述正常像素信號讀出電路及所述柵極驅(qū)動信號控制電 路，用于在接收到所述曝光開始信號通過所述柵極驅(qū)動信號控制電路控制各薄膜晶體管開 關關閉以開始積累電荷，并在接收到所述曝光終止信號后向像素 AEC平板探測器發(fā)出讀出 信號進行電荷的讀出； 圖像信息處理系統(tǒng)，連接于所述圖像信息采集系統(tǒng)，用于圖像信息處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素 AEC平板探測器，其特征在于：同一列AEC像素單元與正 常像素單元共用一條反向電壓電源線，同一列的正常像素單元共用一條第一讀出數(shù)據(jù)線， 同一列的AEC像素單元共用一條第二讀出數(shù)據(jù)線。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素 AEC平板探測器，其特征在于：所述AEC像素單元中的 光電二極管的面積大于所述正常像素單元中的光電二極管的面積。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素 AEC平板探測器，其特征在于：所述AEC像素單元為PIN 光電二極管。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的像素 AEC平板探測器，其特征在于：所述AEC像素單元包括： 襯底； 第一保護膜層，結(jié)合于所述襯底表面； 金屬膜層，形成于所述第一保護膜層表面； 第二保護膜層，形成于所述金屬膜層表面，并具有露出所述金屬膜層的第一窗口及第 二窗口； 光電二極管膜層，形成于所述第二保護膜的第一窗口中； 上電極膜層，形成于所述光電二極管膜層表面； 第三保護膜層，形成于所述上電極膜層表面，并具有第一通孔及第二通孔； 反向電源金屬膜，通過第一通孔連接于所述上電極膜層； 電荷讀出線路金屬膜，通過第二通孔及第二窗口連接于所述金屬膜層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的像素 AEC平板探測器，其特征在于：所述第一保護膜層、第二 保護膜層及第三保護膜層為SiNx保護膜層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的像素 AEC平板探測器，其特征在于：所述光電二極管膜層的 材料為非晶娃。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的像素 AEC平板探測器，其特征在于：所述反向電源金屬膜及 電荷讀出線路金屬膜為ITO透明導電層。
【文檔編號】A61B6/00GK104124256SQ201410310104
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】鄭金磊, 金利波 申請人:上海奕瑞光電子科技有限公司