用于成像设备的像素架构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开的实施例涉及成像设备和方法。特别地，描述了用于成像设备的像素架构 的各种实施例。
【背景技术】
[0002] 在图1和图2中所示的数字成像器的常规像素架构中，光电二极管12产生与从X射 线曝光生成的光成比例的光电流。电流在寄生电容器14上被积分。所累积的电荷通过数据 线20经由开关晶体管18被传递到电荷放大器16。该放大器16根据电容器22的电容使用转换 系数将电荷转换成对应的电压。许多行的光电二极管可以通过连续选择开关晶体管由同一 组放大器读取。然而，使用用于多个像素的共同数据线会增加电荷放大器的输入处的寄生 电容并且会获得固有的放大器噪声。对于由光电二极管检测到的低信号电平，信噪比（SNR) 的所得恶化限制了成像器的可用性。
[0003] 为了改善低信号电平下的信噪比，在基本上不影响放大器噪声的情况下，需要在 每一个像素中具有信号增益。图1和图2中所示的常用像素架构没有像素增益。图3示出了在 像素中具有信号增益的现有技术的有源像素传感器的像素架构。在这种配置中，晶体管32 的跨导用来获得在电容器34上积分的信号。通过晶体管36读出像素信号没有恢复正常操作 所需的光电二极管38两端的偏置电压。因此，需要单独的复位操作以还原该电压。通过启动 晶体管40来实现，因此光电二极管40两端的电压由V REFdPVREF2之间的差来限定。光电二极管 电压的单独复位给成像周期增加了时间并且给成像器增加了复杂性。更进一步地，由于晶 体管32和36的电压-电流相依性的非线性而导致图3中所示的信号传递函数是非线性的。由 于温度或技术波动，晶体管的参数变化还极大地影响像素的信号传递函数并且引起图像伪 影。
[0004] 在图1-图3中所示的常规像素架构中，在信号积分期间，光电二极管两端的电压改 变。在信号积分期间允许光电二极管两端的电压改变会导致灵敏度调制和非线性行为。当 成像器的某些部分中的信号太强时，它引起光电二极管的饱和以及它两端的电压的衰退。 这种效果使在成像设备中正在越来越多地被采用的连续光电二极管的使用变得复杂。
【发明内容】
[0005] 用于成像设备的像素架构的实施例提供每一个像素中的信号增益，以提高低信号 电平下的信噪比。本公开的像素架构提供改进的线性度，并且不需要单独的复位周期。像素 架构可以用于实时监测用于整个成像器或它的选定部分的信号强度。
[0006] 在本文中对其它实施例进行进一步描述。
【附图说明】
[0007] 结合附图和下文所提供的所附权利要求阅读以下的【具体实施方式】，将更好地理解 这些和各种其它特征和优点，其中：
[0008] 图1图示了现有技术的数字成像设备的像素架构；
[0009] 图2图示了现有技术的数字成像设备的像素架构；
[0010] 图3图示了现有技术的数字成像设备的像素架构；
[0011] 图4图示了根据本公开的一些实施例的包括电流镜电路的像素架构；
[0012] 图5图示了根据本公开的一些实施例的包括电流镜电路和存储电容器的像素架 构；
[0013] 图6图示了根据本公开的一些实施例的图5中所示的像素架构的变型；
[0014] 图7图示了根据本公开的一些实施例的图5中所示的像素架构的另一变型；
[0015] 图8-图12图示了根据本公开的实施例的可以在像素架构中实现的电流镜电路的 各种实施例；
[0016] 图13图示了根据本公开的一些实施例的包括可由全局选择信号控制的开关的图4 中所示的像素架构的变型；
[0017] 图14图示了根据本公开的一些实施例的包括两个电流镜和可由全局选择信号控 制的开关的图5中所示的像素架构的变型；
[0018] 图15图示了根据本公开的一些实施例的包括两个电流镜和两个存储电容器的像 素架构；
[0019] 图16图示了根据本公开的一些实施例的包括两个电流镜和两个存储电容器的像 素架构；
[0020] 图17是图示了根据本公开的一些实施例的成像方法的流程图；和
[0021] 图18是图示了根据本公开的一些其它实施例的成像方法的流程图。
【具体实施方式】
[0022] 描述了用于成像设备和方法的像素架构的各种实施例。要理解的是，本公开不局 限于所描述的特定的实施例，因为这些实施例理所当然地可以变化。结合特定实施例所描 述的方面不必限于该实施例，并且可以在任何其它实施例中实践。各种实施例使用电路中 的NMOS晶体管呈现。应当理解，在具有适当改变参考电压的极性的情况下，具有PMOS晶体管 的电路可以完全起作用。进一步地，应当理解，在本公开中所描述的像素架构可以在基于闪 烁体和基于光电导体两者的X射线成像设备和光成像设备中实现。像素架构可以在TFT平板 成像器和CMOS成像器两者中实现。
[0023] 本文中所用的所有技术和科学术语具有如由本领域普通技术人员通常所理解的 含义，除非特别定义。如在说明书中和所附的权利要求中所使用的，单数形式"一"、"一个" 和"所述"可以包括复数指代，除非上下文另有明确规定。术语"或"是指非排他性的"或"，除 非上下文另有明确规定。在以下描述中，可以不对公知的部件或步骤进行详细描述，以便避 免不必要地模糊本公开的实施例。
[0024] 如本文中所使用的，术语"检测器元件"是指将X射线光子转换成电荷的检测器像 素中的元件。检测器元件可以包括光电导体材料，在直接检测方案中，该光电导体材料可以 将X射线光子直接转换成电荷(电子-空穴对）。合适的光电导体材料包括并且不限于碘化萊 (Hg I2)、碘化铅(Pb 12)、碘化铋(B i 13)、碲化镉锌(CdZnTe)、无定形硒(a-Se)等。在一些实施 例中，检测器元件可以包括将X射线光子转换成光的闪烁体材料、以及耦合到闪烁体材料以 将光转换成电荷（间接检测方案)的光敏元件。合适的闪烁体材料包括并且不限于硫氧化钆 (Gd2O2S: Tb)、钨酸镉（CdW〇4)、锗酸铋(Bi4Ge3O12或者BGO)、碘化铯（CsI)、碘化铯铊（CsI: Tl)、或它们的任何组合。合适的光敏元件可以包括光电二极管、光栅、或光电晶体管等。如 本文中所使用的，术语"连续光电二极管"是指覆盖大量像素的连续半导体层的使用。对于 成像器的每一个像素，半导体或光电导体层的一侧可以具有共同导电电极，而另一侧将具 有单独的电极。
[0025] 如本文中所使用的，术语"TFT成像器"或"TFT探测器"是指包括多个检测器像素的 检测器，每个检测器像素包括薄膜晶体管。TFT检测器可以形成在半导体的薄膜、电介质和 金属触点沉积在其上以形成TFT和其它像素元件的衬底上。该TFT可以是无定形硅(a-Si) TFT的或结晶或多晶或氧化物TFT。TFT成像器的制造在现有技术中是公知的，因此，其详细 描述在此省略，以便避免模糊本公开的实施例的描述。
[0026] 如本文中所使用的，术语"CMOS检测器"或"CMOS传感器"是指包括多个检测像素的 检测器，每个检测像素包括互补金属氧化物半导体电路或多晶硅氧化物半导体电路。CMOS 传感器可以形成在用作CMOS电路的有源半导体的晶片或衬底上。CMOS检测器的制造在现有 技术中是公知的，并且因此其详细描述在此省略，以便避免模糊本公开的实施例的描述。
[0027] 如本文中所使用的，术语"电流镜"是指读取进入读取节点中的电流并且用合适的 增益因子将该电流镜像到输出节点或节点的电路。
[0028] 提供了 一种包括多个成像像素的成像设备。成像设备的每个成像像素可以包括被 配置成放大由光敏元件产生的信号的一个或多个电流镜。在一些实施例中，提供了一种包 括多个检测器像素的成像设备。每个检测器像素包括被配置成响应于入射在其上的X射线 光子生成第一信号的检测器元件、被配置成生成表示第一信号的第二信号的电流镜、以及 被配置成允许第二信号和/或第一信号从检测器像素中传递出去的开关晶体管。该检测器 元件可以包括被配置成将X射线光子直接转换成电子-空穴电荷的光电导体材料。可替代 地，检测器元件可以包括被配置成将X射线光子转换成光的闪烁体材料、以及被配置成将光 转换成电荷的光敏元件。开关晶体管可以是薄膜晶体