专利名称：具有温度感应功能的平板x射线探测器及其制备方法
技术领域：
本 发明涉及X射线数字成像领域，尤其是指具有温度感应功能的平板X射线探测器及其制备方法。
背景技术：
目前，数字化X射线照相检测(Digital Radiography，简称DR)技术被广泛应用在医疗仪器上，例如拍摄X射线胸片的X射线机。数字化X射线照相检测通常指采用电子成像板技术-平板检测器技术(FPD Technique)。其中电子成像板由大量微小的带有薄膜晶体管(TFT)的探测器成队列排列而成。平板X射线探测器由于可以将X射线的影像转变为数字影像而成为现代X射线成像系统的主流配件。平板X射线探测器可以分为两类直接式和间接式。间接式平板X射线探测器为多层结构，主要由闪烁体层(目前主要有碘化铯CsI) 或荧光体(GdSO)层、薄膜晶体管(TFT)开关元件和PIN光电二极管构成，一般采用非晶硅工艺(amorphous silicon)实现。X射线先通过闪烁体层转变为可见光，再通过光电二极管由可见光转变为电信号，然后由薄膜晶体管(TFT)开关元件将每个像素的数字化信号读出并传送到计算机的图像处理系统集成为X射线影像，最后获得数字图像显示。直接式平板X射线探测器，顾名思义，可以将X射线直接转变为电信号。它由对X 射线敏感的光电转换元器件构成，一般采用非晶硒工艺(amorphous selenium)实现。具体的，直接式平板X射线探测器通过使用TFT电路直接将闪烁体转换的光电电荷偏置到薄膜晶体管，并且在TFT电路中产生光电电荷，从而感生光电电流。然后，光电电流通过ADC被处理为数字图像。直接型DR使用结构简单，其中具有直接附着于TFT电路上的基于无定型硒的材料的闪烁体以及TFT电路被直接偏置。不管是直接式平板X射线探测器还是间接式平板X射线探测器，温度的变化都会对X射线影像的质量造成影响，主要体现在暗电流变化、电荷噪声以及图像中的幻象等。所以为了得到更为精确的X射线影像、更好的通过X射线影像判断病因，现有的平板X射线探测器均会集成温度感应模块，由于平板X射线探测器的热源主要来自电源管理和信号读出电路板上的个别芯片，所以集成温度感应模块的方法主要有两种1、在电源管理和信号读出电路板上贴装温度传感器；2、将温度感应单元集成在TFT玻璃面板的像素单元中(如 Mathias Hoernig的专利US2009/0127470A1公开的技术内容)。对于第一种方法，实现方法较为简单，成本较低，但是由于电路板和TFT玻璃面板之间存在温度差异，所得的温度信号无法准确消除温度对X射线影像的影响。对于第二种方法，得到的温度较之第一种更为准确，但是由于温度感应单元与TFT像素单元位于玻璃衬底的同一面，占用了 PIN光电二极管的空间，降低了像素的开口率。鉴于此，是有必要设计一种新的具有温度感应功能的平板X射线探测器以解决上述技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是在不增加像素面积、保证开口率和X射线影像质量的前提下，实现温度感应与平板X射线探测器的整合。为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案提供一种具有温度感应功能的平板X射线探测器，所述平板X射线探测器包括平板探测器以及位于平板探测器下方的电路板；所述平板探测器包括玻璃衬底、位于玻璃衬底一侧的像素阵列以及位于像素阵列之上的闪烁体层；所述电路板包括电源管理电路板、系统控制电路板和信号读出电路板以及温度感应元件的外围电路；该平板探测器还包括位于玻璃衬底另一侧由若干个具有自偏置结构的温度感应元件构成的温度感应单元阵列。优选地，所 述温度感应元件包括位于玻璃衬底上的栅电极；沉积栅电极上的栅电极介质层；位于栅电极介质层上阻值会随着温度的变化而改变的有源区、位于有源区两端的源电极和漏电极以及包围所述温度感应元件的钝化层。 优选地，所述温度感应元件的外围电路包括为温度感应元件提供恒定的电流供应的偏置电流源以及和温度感应元件连接的读出电路。优选地，所述读出电路包括第一电容、与第一电容连接的运算放大器以及跨接于运算放大器输入端和输出端的第二电容，用于对温度感应元件输出的温度信号进行放大。优选地，所述像素阵列包括位于玻璃衬底上的薄膜晶体管以及PIN光电二极管。本发明还提供一种具有温度感应功能的平板X射线探测器的制备方法，其包括以下步骤1)在玻璃衬底一侧制备像素阵列；2)在玻璃衬底另一侧制备温度感应元件。优选地，所述步骤2)包括以下步骤a)首先在玻璃衬底上制造栅极金属；b)然后在栅极金属上生成栅电极介质层；c)然后在栅电极介质层上生成有源区，所述有源区依次包括比较厚的非晶硅膜和一层比较薄的η+非晶硅膜；d)然后制造温度感应元件的源电极和漏电极；e)最后，在温度感应元件上整体生成一层钝化层。优选地，所述栅电极材料为金属钼Mo或铬Cr。优选地，所述栅电极介质层材料为SiNx。优选地，所述源电极和漏电极由钼/铝/钼合金构成。本发明一种具有温度感应功能的平板X射线探测器的优点如下1、平板X射线探测器集成有温度感应功能，可以通过温度信号对X射线影像进行校正，降低温度对X射线影像的影响。2、平板X射线探测器中的温度感应单元位于玻璃衬底的另外一面，不会增加像素面积、降低像素的开口率。3、平板X射线探测器中的温度感应单元位于玻璃衬底的另外一面，更加靠近平板 X射线探测器的热源，通过温度校正之后的X射线影像更为精确。本发明通过在更加靠近热源的玻璃衬底的另外一面制造温度感应单元，得到玻璃面板的实时温度信号，用以得到更为精确的X射线影像。
现结合附图具体描述本发明的技术方案。
图1为平板X射线探测器的示意图。图2为本发明间接式平板X射线探测器结构剖面图。图3为本发明平板X射线探测器像素结构和温度感应元件的剖面图。图4为本发明平板X射线探测器温度感应电路的结构。元件符号说明平板探测器101 电路板102热源103 闪烁体层201像素阵列202 玻璃衬底203温度感应单元阵列204 X射线205薄膜晶体管(TFT)301 PIN光电二极管 302温度感应远见303 栅电极304栅电极介质层305 有源区306源电极307 漏电极308偏置电流源401 读出电路402第一电容403 第二电容404运算放大器40具体实施例方式下面通过具体实施例进一步阐述本发明提供的具有温度感应功能的平板X射线探测器。但本发明决非仅限于实施例。一种具有温度感应功能的平板X射线探测器，所述平板X射线探测器包括平板探测器101以及位于平板探测器下方的电路板102 ；所述平板探测器101包括玻璃衬底203、 位于玻璃衬底203 —侧的像素阵列202以及位于像素阵列202之上的闪烁体层201 ；所述电路板102包括电源管理电路板、系统控制电路板和信号读出电路板以及温度感应元件303 的外围电路；该平板探测器101还包括位于玻璃衬底203另一侧由若干个具有自偏置结构的温度感应元件303构成的温度感应单元阵列204。所述温度感应元件303包括位于玻璃衬底203上的栅电极304 ；沉积栅电极304 上的栅电极介质层305 ；位于栅电极介质层305上阻值会随着温度的变化而改变的有源区 306、位于有源区两端的源电极307和漏电极308以及包围所述温度感应元件303的钝化层。所述外围电路包括为温度感应元件303提供恒定的电流供应的偏置电流源401以及和温度感应元件303连接的读出电路402。所述读出电路402包括第一电容403、与第一电容403连接的运算放大器405以及跨接于运算放大器405输入端和输出端的第二电容404，用于对温度感应元件303输出的温度信号进行放大。
所述像素阵列202包括位于玻璃衬底203上的薄膜晶体管301以及PIN光电二极管 302。 具体的，请参阅图1，为传统平板X射线探测器的示意图，其中平板探测器101为平板X射线探测器中的像素阵列，平板探测器101的下方为电路板102，电路板102包括电源管理电路板、信号读出电路板和系统控制电路板以及温度感应元件303的外围电路，其中， 所述外围电路包括为温度感应元件303提供恒定的电流供应的偏置电流源401以及和温度感应元件303连接的读出电路402。电源管理电路板、信号读出电路板和系统控制电路板均为本领域公知常识，在此不再赘述其结构和工作原理。图中103代表电路板102上主要的热源，其所在位置仅作说明之用。当热源103温度变化之后，平板探测器101上相应位置的温度也随之变化，图像质量也随之下降。图2所示为本发明间接式平板X射线探测器结构剖面图，包括闪烁体层201、像素阵列202、玻璃衬底203和温度感应单元阵列204。其中闪烁体层201用于将X射线205 转变为可见光，像素阵列202用于将可见光转变为电信号，并按时序由数据线传出，温度感应单元阵列204用于实时的感应平板探测器101不同位置的温度，用于对X射线影像的校正。图3所示为本发明平板X射线探测器像素结构和温度感应元件的剖面图。从图中可以看出，平板X射线探测器的像素阵列(包括TFT301和PIN光电二极管302)和温度感应元件303分布在玻璃衬底203的两侧。温度感应元件303具有与TFT301相同的结构，包括由金属钼(Mo)或铬(Cr)构成的栅电极304 ；由SiNx构成的栅电极介质层305 ；由非晶硅和η+非晶硅构成的有源区306，其阻值会随着温度的变化而改变，是温度感应元件303的重要组成部分；由钼/铝/钼合金(Mo/Al/Mo)构成的源电极307和漏电极308。图4所示为本发明平板X射线探测器温度感应电路的结构，主要包括温度感应元件303以及温度感应元件303的外围电路。所述外围电路分别为偏置电流源401和读出电路402。其中偏置电流源401给温度感应元件303提供恒定的电流供应；温度感应元件 303的栅电极和漏电极连在一起，构成自偏置结构，其功能相当于一个阻值随温度改变的可变电阻，具体的电阻变化曲线由有源区306的构成决定；读出电路402包括电容403、404和运算放大器405，可以对温度感应元件303得到的温度信号进行初步的放大和处理。本发明平板X射线探测器温度感应电路中的温度感应元件303制造在玻璃衬底的另外一面，偏置电流源401和读出电路402都由外围电路实现，不集成在玻璃面板之上。本发明涉及的平板X射线探测器中，温度感应元件303可以均勻的分布在整个玻璃面板之上，用于获取玻璃面板完整的温度分布情况；也可以通过预先的量测，将温度感应元件303设计在相应需要的位置，该位置由外围电路板的热源位置决定。本发明所涉及的具有温度感应功能的平板X射线探测器结构如图3所示。本发明所涉及的具有温度感应功能的平板X射线探测器由控制元件TFT301、PIN 光电二极管302和温度感应元件303构成。由于温度感应元件303与TFT301具有相同的结构，所以两者可以同时制造，不会增加过多的工艺流程，后面仅说明温度感应元件的制造流程，TFT及PIN光电二极管的制造流程不再赘述。首先制造温度感应元件303的栅极金属304，本发明中该层金属使用的是钼(Mo)；然后在金属膜上方生成一层SiNx薄膜305，作为栅极金属的介质层；然后在SiNx上生成温度感应元件303的有源区306，有源区306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；然后制造温度感应元件303的源电极307和漏电极308，本发明中该电极使用的是钼/铝/钼合金(Mo/Al/Mo)。至此，本发明中的温度感应元件303已经形成，最后在玻璃衬底的背面整体生成一层钝化层SiNx，用于对温度感应元件303进行保护。 本发明在不增加像素面积、保证开口率和X射线影像质量的前提下，通过将温度感应元件制造在玻璃衬底的另一面，实现温度感应功能与平板X射线探测器的整合，提高了平板X射线探测器的性能，节省了制造成本。同时更加靠近平板X射线探测器的热源，通过温度校正之后的X射线影像更为精确。上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。 熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.具有温度感应功能的平板X射线探测器，所述平板X射线探测器包括平板探测器 (101)以及位于平板探测器(101)下方的电路板(102)；所述平板探测器(101)包括玻璃衬底(203)、位于玻璃衬底(203) —侧的像素阵列(202)以及位于像素阵列(202)之上的闪烁体层(201)；所述电路板(102)包括电源管理电路板、系统控制电路板和信号读出电路板以及温度感应元件(303)的外围电路；其特征在于该平板探测器(101)还包括位于玻璃衬底(203)另一侧由若干个具有自偏置结构的温度感应元件(303)构成的温度感应单元阵列 (204)。
2.如权利要求1所述的具有温度感应功能的平板X射线探测器，其特征在于所述温度感应元件(303)包括位于玻璃衬底(203)上的栅电极(304)；栅电极(304)上的栅电极介质层(305)；位于栅电极介质层(305)上阻值会随着温度的变化而改变的有源区(306)、 位于有源区两端的源电极(307)和漏电极(308)以及包围所述温度感应元件(303)的钝化层。
3.如权利要求1所述的具有温度感应功能的平板X射线探测器，其特征在于所述温度感应元件(303)的外围电路包括为温度感应元件(303)提供恒定的电流供应的偏置电流源(401)以及和温度感应元件(303)连接的读出电路(402)。
4.如权利要求1所述的具有温度感应功能的平板X射线探测器，其特征在于所述读出电路(402)包括第一电容(403)、与第一电容(403)连接的运算放大器(405)以及跨接于运算放大器(405)输入端和输出端的第二电容(404)，用于对温度感应元件(303)输出的温度信号进行放大。
5.如权利要求1所述的具有温度感应功能的平板X射线探测器，其特征在于所述像素阵列(202)包括位于玻璃衬底(203)上的薄膜晶体管(301)以及PIN光电二极管(302)。
6.一种具有温度感应功能的平板X射线探测器的制备方法，其特征在于其包括以下步骤1)在玻璃衬底(203)—侧制备像素阵列(202)；2)在玻璃衬底(203)另一侧制备温度感应元件(303)。
7.如权利要6所述的一种具有温度感应功能的平板X射线探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤2)包括以下步骤a)首先在玻璃衬底(203)上制造栅极金属(304)；b)然后在栅极金属(304)上生成栅电极介质层(305)；c)然后在栅电极介质层(305)上生成有源区(306)，所述有源区(306)依次包括比较厚的非晶硅膜和一层比较薄的η+非晶硅膜；d)然后制造温度感应元件(303)的源电极(307)和漏电极(308)；e)最后，在温度感应元件(303)上整体生成一层钝化层。
8.如权利要求7所述的一种具有温度感应功能的平板X射线探测器的制备方法，其特征在于，所述栅电极(304)材料为金属钼Mo或铬Cr。
9.如权利要求7所述的一种具有温度感应功能的平板X射线探测器的制备方法，其特征在于，所述栅电极介质层(305)材料为SiNx0
10.如权利要求7所述的一种具有温度感应功能的平板X射线探测器的制备方法，其特征在于，所述源电极(307)和漏电极(308)由钼/铝/钼合金构成。
全文摘要
本发明提供一种具有温度感应功能的平板X射线探测器，其包括平板探测器(101)以及位于平板探测器(101)下方的电路板(102)；所述平板探测器(101)包括玻璃衬底(203)、位于玻璃衬底(203)一侧的像素阵列(202)以及位于像素阵列(202)之上的闪烁体层(201)；所述电路板(102)包括电源管理电路板、系统控制电路板和信号读出电路板以及温度感应元件(303)的外围电路；该平板探测器(101)还包括位于玻璃衬底(203)另一侧由若干个具有自偏置结构的温度感应元件(303)构成的温度感应单元阵列(204)。本发明温度感应单元位于玻璃衬底的另一面，不增加像素面积、降低像素的开口率；同时更靠近平板X射线探测器的热源，通过温度校正之后的X射线影像更为精确。
文档编号H01L27/146GK102346260SQ201110151790
公开日2012年2月8日 申请日期2011年6月8日 优先权日2011年6月8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