X射线探测器及其制造方法与流程

本发明涉及探测技术领域，特别涉及一种X射线探测器及其制造方法。

背景技术：

X射线探测器(英文：X-ray detector)是一种用于将肉眼看不到的X射线(英文：X-ray)转换为电信号的装置。

X射线探测器通常包括基板11以及设置在基板11上的多个探测单元以及设置在多个探测单元上的闪烁层14，每个探测单元包括薄膜晶体管(英文：Thin Film Transistor；简称：TFT)12和感光结构13，感光结构13设置在TFT12的漏极上，且与TFT12电连接，闪烁层14用于将X射线转化为可见光，感光结构13用于将该可见光转化为电信号，TFT12用于作为读取该电信号的开关。在使用X射线探测器时，可以将X射线发射装置和X射线探测器设置在被测体(例如人体)的两侧，X射线发射装置发射的X射线在通过被测体时被调制，被调制的X射线照射在X射线探测器后，X射线探测器能够将调制的X射线转换为电信号并输出。X射线探测器的信噪比(英文：signal-to-noise ratio；简称：SNR)与感光结构的感光面积(感光结构接收X射线的一侧的面积)正相关，通过增大感光结构的感光面积能够增大X射线探测器的信噪比。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：增大设置于TFT的漏极上的感光结构的感光面积时，探测单元也会增大，而探测单元的增大会使X射线探测器中探测单元的密度降低，进而会降低X射线探测器的探测精度。

技术实现要素：

为了解决现有技术中增大感光层时，X射线探测器的探测精度会降低的问题，本发明实施例提供了一种X射线探测器及其制造方法。所述技术方案如下：

根据本发明的第一方面，提供了一种X射线探测器，所述X射线探测器包括：

衬底基板；

所述衬底基板上设置有多个探测单元，所述多个探测单元中的任一探测单元包括依次设置的薄膜晶体管TFT、设置有过孔的绝缘层和感光结构，所述TFT中的第一电极通过所述绝缘层上的过孔和所述感光结构电连接，所述第一电极为所述TFT的源极或漏极；

设置有所述多个探测单元的衬底基板上设置有闪烁层。

可选的，所述感光结构包括感光层、驱动电极和感测电极，所述感测电极通过所述绝缘层上的过孔与所述第一电极电连接，

所述驱动电极用于向所述感光层中施加电压，所述感测电极用于接收所述感光层输出的电流。

可选的，所述感光层包括轻掺杂的非晶硅感光层。

可选的，所述轻掺杂的非晶硅感光层为硼轻掺杂的非晶硅感光层，所述轻掺杂的非晶硅感光层中每平方厘米的硼原子个数为5×10¹¹至1×10¹³。

可选的，所述感光结构还包括有机无机复合介质薄膜，

所述有机无机复合介质薄膜设置在所述驱动电极与所述感光层之间；

所述有机无机复合介质薄膜还设置在所述感测电极与所述感光层之间。

可选的，所述有机无机复合介质薄膜的厚度为100纳米至300纳米。

可选的，所述感光结构在所述衬底基板上的正投影和所述TFT在所述衬底基板上的正投影存在重叠区域。

可选的，所述多个探测单元中的感光层为一体结构。

可选的，所述多个探测单元中有机无机复合介质薄膜为一体结构。

根据本发明的第二方面，提供一种X射线探测器的制造方法，所述方法包括：

在衬底基板上形成多个探测单元，所述多个探测单元中的任一探测单元包括依次设置的薄膜晶体管TFT、包括过孔的绝缘层和感光结构，所述TFT中的第一电极通过所述绝缘层上的过孔和所述感光结构电连接，所述第一电极为所述TFT的源极或漏极；

在形成有所述多个探测单元的衬底基板上形成闪烁层。

可选的，所述在衬底基板上形成多个探测单元，包括：

在所述衬底基板上形成所述TFT；

在形成有所述TFT的衬底基板上形成所述包括过孔的绝缘层；

在形成有所述包括过孔的绝缘层的衬底基板上形成所述感光结构。

可选的，所述在形成有所述包括过孔的绝缘层的衬底基板上形成所述感光结构，包括：

在形成有所述包括过孔的绝缘层的衬底基板上形成驱动电极和感测电极，所述感测电极通过所述绝缘层上的过孔与所述第一电极电连接；

在形成有所述驱动电极和所述感测电极的衬底基板上形成感光层。

可选的，所述在形成有所述驱动电极和所述感测电极的衬底基板上形成感光层之前，所述方法还包括：

在形成有所述驱动电极和所述感测电极的衬底基板上形成有机无机复合介质薄膜；

所述在形成有所述驱动电极和所述感测电极的衬底基板上形成感光层，包括：

在形成有所述有机无机复合介质薄膜的衬底基板上形成所述感光层。

可选的，所述在形成有所述驱动电极和所述感测电极的衬底基板上形成感光层，包括：

在形成有所述驱动电极和所述感测电极的衬底基板上形成非晶硅薄膜；

对所述非晶硅薄膜进行硼离子注入；

对进行硼离子注入后的所述非晶硅薄膜进行低温退火处理，使所述非晶硅薄膜转变为所述感光层。

可选的，所述低温退火处理的温度为150摄氏度至230摄氏度，时间为1小时至2小时。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过分层设置感光结构和TFT，使得增大感光结构的感光面积时，不会受到TFT的影响。解决现有技术中增大感光层时，X射线探测器的探测精度会降低的问题。达到了能够在不降低X射线探测器的探测精度的情况下，增大感光结构的感光面积的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是相关技术中的一种X射线探测器的结构示意图；

图2本发明实施例示出的一种X射线探测器的结构示意图；

图3-1本发明实施例示出的另一种X射线探测器的结构示意图；

图3-2是图3-1所示实施例中硼轻掺杂的非晶硅感光层对于光线的波长和光吸收系数的关系曲线图；

图4是本发明实施例提供的一种X射线探测器的制造方法的流程图；

图5-1是本发明实施例提供的另一种X射线探测器的制造方法的流程图；

图5-2是图5-1所示实施例中一种形成感光层的流程图。

通过上述附图，已示出本发明明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本发明构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图2是本发明实施例示出的一种X射线探测器的结构示意图。该X射线探测器可以包括：

衬底基板21。

衬底基板21上设置有多个探测单元22，多个探测单元22中的任一探测单元包括依次设置的TFT221、设置有过孔(图2中未标出)的绝缘层222和感光结构223，TFT221中的第一电极E1通过绝缘层222上的过孔和感光结构223电连接，第一电极E1为TFT221的源极或漏极。

设置有多个探测单元22的衬底基板21上设置有闪烁层23。

综上所述，本发明实施例提供的X射线探测器，通过分层设置感光结构和TFT，使得增大感光结构的感光面积时，不会受到TFT的影响。解决现有技术中增大感光层时，X射线探测器的探测精度会降低的问题。达到了能够在不降低X射线探测器的探测精度的情况下，增大感光结构的感光面积的效果。

进一步的，请参考图3-1，其示出了本发明实施例提供的另一种X射线探测器的结构示意图，该X射线探测器在图2所示的X射线探测器的基础上增加了更优选的部件，从而使得本发明实施例提供的X射线探测器具有更好的性能。

可选的，感光结构包括感光层223a、驱动电极223b和感测电极223c，感测电极223c通过绝缘层222上的过孔(图3-1中未标出)与第一电极E1电连接，驱动电极223b用于向感光层223a中施加电压，感光层223a中的光生载流子(该光生载流子在闪烁层发出的光线的作用下产生的)会被电离，电子移动形成电流并被感测电极223c接收，感测电极223c用于接收感光层223a输出的电流。

驱动电极223b和感测电极223c的材料可以包括钼(英文：Molybdenum；简称：Mo)，铝，银纳米线和石墨烯等。驱动电极223b和感测电极223c可以通过磁控溅射法或者溶液法制造，驱动电极223b和感测电极223c的厚度可以为30nm(纳米)至200nm。

可选的，感光层223a包括轻掺杂的非晶硅感光层。

可选的，轻掺杂的非晶硅感光层223a为硼轻掺杂的非晶硅感光层，轻掺杂的非晶硅感光层223a中每平方厘米的硼原子个数为5×10¹¹至1×10¹³。硼轻掺杂的非晶硅感光层的光吸收系数较高，而光吸收系数越高，感光层的性能就越高。如图3-2所示，其为不同硼掺杂度的非晶硅感光层的光线的波长和光吸收系数的关系曲线图。其中横轴表示光的波长，单位为纳米，纵轴表示光吸收系数，单位为10⁵每厘米(10⁵/cm)，曲线q1代表硼掺杂率为0.8％时的曲线，曲线q2代表硼掺杂率为0.6％时的曲线，曲线q1代表硼掺杂率为0.4％时的曲线，可以看出，硼的掺杂率升高时，光吸收系数也随之升高。这是因为硼原子填补了非晶硅感光层中的悬挂键，使得非晶硅感光层中形成稳定的硅-硼键，这减少了非晶硅薄膜内的缺陷态和悬挂键，增强了非晶硅薄膜对光子的吸收并产生光电子的能力，保证了在使用较薄非晶硅薄膜作为感光层的同时提升了感光结构的光电流，这能够有效提升探测器的探测量子效率和成像质量。

可选的，感光结构还包括有机无机复合介质薄膜223d，有机无机复合介质薄膜223d设置在驱动电极223b与感光层223a之间；有机无机复合介质薄膜223d还设置在感测电极223c与感光层223a之间。有机无机复合介质薄膜223d可以包括无机介质薄膜223d1和有机介质薄膜223d2，无机介质薄膜223d1的材料可以包括SiO2(二氧化硅)或SiNx(氮化硅)，有机介质薄膜223d2的材料可以包括聚酰亚胺(英文：Polyimide；简称：PI)。

光电流和暗电流是感光器件(如感光层)的一种参数，有光照时感光器件中通过的电流称为光电流，无光照时感光器件在外加电压的作用下通过的电流称为暗电流，光暗电流比为光电流与暗电流的比值，该比值越高，感光器件的光电转换效率就越高，由该感光器件制成的X射线探测器的信噪比也就越高。而在感光结构中设置有机无机复合介质薄膜能够降低暗电流，以提高光暗电流比。

可选的，有机无机复合介质薄膜223d的厚度为100纳米至300纳米。

可选的，感光结构在衬底基板21上的正投影(该正投影的大小可以由感光结构中的感光层223a来决定)和TFT221在衬底基板21上的正投影存在重叠区域，既感光结构和TFT为重叠设置，这样感光结构就可以布满整个探测单元的上表面(上表面可以为接受X射线照射的一面)，极大的提高了感光结构的感光面积。

可选的，多个探测单元22中的感光层223a为一体结构，即X射线探测器中多个探测单元22中的感光层223a可以是一整张膜层，这样能够简化感光层的形成过程。

可选的，多个探测单元22中有机无机复合介质薄膜223d为一体结构，即X射线探测器中多个探测单元22中的有机无机复合介质薄膜223d可以是连在一起的整张膜层，这样能够简化感光层的形成过程。

可选的，感光结构还可以包括金属线223e，金属线223e可以是驱动电极223b以及其他一些电极的走线，用于与外部的电源连接，该外部电源能够通过金属线223e向驱动电极223b施加电压。金属线223e上还可以设置有金属线保护层，该金属线保护层用于防止金属线223e氧化，金属线保护层可以由氧化铟锡(英文：Indium tin oxide；简称：ITO)构成。

可选的，闪烁层23的材料可以包括碘化铯(英文：Cesium iodide)，碘化铯是一种对光敏感的材料。闪烁层23可以包括柱状排列的晶体阵列，厚度可以为400微米至1000微米。

可选的，闪烁层23和感光层223a之间还可以设置有钝化层(英文：Passivation；简称：PVX)24，该钝化层24可以用于保护感光层223a。

可选的，TFT221还包括栅极G和第二电极E2，通过栅极G可以控制TFT221接通或关断，第二电极E2可以与数据线D连接，而数据线D可以与外部的接收组件连接，该接收组件用于接收X射线探测器转化的电荷。不同位置的TFT向外输出的电荷量和不同位置的X射线的剂量是成正比的，这样就能够获知不同位置的X射线的剂量，进而可以得到X射线的数字图像，获得X射线的数字图像的过程可以参考相关技术，在此不再赘述。

可选的，TFT221可以为非晶硅TFT或低温多晶硅TFT等。

可选的，衬底基板21可以为玻璃基板，硅片或聚酰亚胺塑料基板等。

综上所述，本发明实施例提供的X射线探测器，通过分层设置感光结构和TFT，使得增大感光结构的感光面积时，不会受到TFT的影响。解决现有技术中增大感光层时，X射线探测器的探测精度会降低的问题。达到了能够在不降低X射线探测器的探测精度的情况下，增大感光结构的感光面积的效果。

图4是本发明实施例提供的一种X射线探测器的制造方法的流程图，该方法可以用于制造如图2所示的X射线探测器，该方法包括：

步骤401、在衬底基板上形成多个探测单元，多个探测单元中的任一探测单元包括依次设置的薄膜晶体管TFT、包括过孔的绝缘层和感光结构，TFT中的第一电极通过绝缘层上的过孔和感光结构电连接，第一电极为TFT的源极或漏极。

步骤402、在形成有多个探测单元的衬底基板上形成闪烁层。

综上所述，本发明实施例提供的X射线探测器的制造方法，通过分层设置感光结构和TFT，使得增大感光结构的感光面积时，不会受到TFT的影响。解决现有技术中增大感光层时，X射线探测器的探测精度会降低的问题。达到了能够在不降低X射线探测器的探测精度的情况下，增大感光结构的感光面积的效果。

图5-1是本发明实施例提供的另一种X射线探测器的制造方法的流程图，该方法可以用于制造如图3-1所示的X射线探测器，该方法包括：

步骤501、在衬底基板上形成TFT。

首先可以在衬底基板上形成TFT，该TFT可以为TFT的阵列，可以为每个探测单元形成一个TFT。衬底基板上的TFT可以包括非晶硅TFT和低温多晶硅TFT中的至少一种。TFT中可以包括第一电极、第二电极和栅极。

步骤502、在形成有TFT的衬底基板上形成包括过孔的绝缘层。

可以在形成有TFT的衬底基板上通过构图工艺形成包括过孔的绝缘层，该过孔用于使绝缘层下方的电极能够与绝缘层上方的感光结构接触。

步骤503、在形成有包括过孔的绝缘层的衬底基板上形成驱动电极和感测电极，感测电极通过绝缘层上的过孔与第一电极电连接。

可以通过磁控溅射法或者溶液法在形成有包括过孔的绝缘层的衬底基板上形成驱动电极和感测电极，感测电极通过绝缘层上的过孔与第一电极电连接。

步骤504、在形成有驱动电极和感测电极的衬底基板上形成有机无机复合介质薄膜。

在形成驱动电极和感测电极后，可以在形成有驱动电极和感测电极的衬底基板上形成有机无机复合介质薄膜。该有机无机复合介质薄膜的厚度可以为100纳米至300纳米，用于降低感光结构的暗电流。

该有机无机复合介质薄膜可以包括无机介质薄膜和有机介质薄膜，无机介质薄膜的材料可以包括SiO2或SiNx，有机介质薄膜的材料可以包括聚酰亚胺。

多个探测单元中的有机无机复合介质薄膜可以为一体结构，该一体结构可以通过步骤504一次形成。

步骤505、在形成有有机无机复合介质薄膜的衬底基板上形成感光层。

如图5-2所示，本步骤可以包括下面3个子步骤：

子步骤5051、在形成有驱动电极和感测电极的衬底基板上形成非晶硅薄膜。

在形成感光层时，首先可以在形成有驱动电极和感测电极的衬底基板上形成非晶硅薄膜。

子步骤5052、对非晶硅薄膜进行硼离子注入。

形成非晶硅薄膜后，可以对非晶硅薄膜进行硼离子注入，注入时的加速电压可以为20kv(千伏)至50kv。注入完成后，非晶硅薄膜中每平方厘米的硼原子个数可以为5×10¹¹至1×10¹³。

子步骤5053、对进行硼离子注入后的非晶硅薄膜进行低温退火处理，使非晶硅薄膜转变为感光层。

之后可以对进行硼离子注入后的非晶硅薄膜进行低温退火处理，使非晶硅薄膜转变为感光层。低温退火处理的温度为150摄氏度至230摄氏度，时间为1小时至2小时。

多个探测单元中的感光层可以为一整张膜层，该一整张膜层可以通过子步骤5051至子步骤5052一次形成。

可以通过步骤503至步骤505在衬底基板上形成阵列排布的多个探测单元。

步骤506、在形成有多个探测单元的衬底基板上形成闪烁层。

通过步骤503至步骤505在衬底基板上形成了多个探测单元后，可以在形成有多个探测单元的衬底基板上形成闪烁层。闪烁层可以为柱状排列的晶体阵列，材料可以包括碘化铯，厚度可以为400微米至1000微米。

可选的，在形成层前可以形成用于保护感光层的钝化层和用于保护X射线探测器中电极走线的金属线保护层。

综上所述，本发明实施例提供的X射线探测器的制造方法，通过分层设置感光结构和TFT，使得增大感光结构的感光面积时，不会受到TFT的影响。解决现有技术中增大感光层时，X射线探测器的探测精度会降低的问题。达到了能够在不降低X射线探测器的探测精度的情况下，增大感光结构的感光面积的效果。

本发明中术语“A和B的至少一种”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和B的至少一种，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。同理，“A、B和C的至少一种”表示可以存在七种关系，可以表示：单独存在A，单独存在B，单独存在C，同时存在A和B，同时存在A和C，同时存在C和B，同时存在A、B和C这七种情况。同理，“A、B、C和D的至少一种”表示可以存在十五种关系，可以表示：单独存在A，单独存在B，单独存在C，单独存在D，同时存在A和B，同时存在A和C，同时存在A和D，同时存在C和B，同时存在D和B，同时存在C和D，同时存在A、B和C，同时存在A、B和D，同时存在A、C和D，同时存在B、C和D，同时存在A、B、C和D，这十五种情况。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。