[发明专利]具有减少耦合的高填充系数传感器

说明书

技术领域

本发明主要涉及数字射线照相成像，尤其涉及具有在数据电极和传导结构之 间提高了填充系数和减小了电容耦合的成像阵列。

背景技术

数字射线照相成像面板使用独立传感器的阵列从闪烁介质(scintillating medium)中获取图像，这些传感器按照行列矩阵排列，这样每个传感器提供图像 数据的单个像素。

在这些装置中，经常会使用氢化非晶硅(hydrogenated amorphous silicon) (a-Si:H)来形成光电二极管和薄膜晶体管(TFT)开关。图1A显示了现有技术 的基于氢化非晶硅的平板成像器中单个成像像素10的横截面(非按比例)。如图 1B所示，每个成像像素10有光电二极管70和TFT开关71。

一层X射线转换材料(例如：发光荧光屏12)和光电二极管-TFT阵列相耦 合，如图1所示。光电二极管70包含下面这些层：钝化层14，铟锡氧化物层16， p掺杂硅层18，本征(intrinsic)氢化非晶硅层20，n掺杂硅层22，金属层24， 电介质层26，和玻璃衬底28。X射线光子路径30和可见光光子路径32也显示在 图1A中。当单有X射线被荧光体吸收后，大量的可见光子全向(isotropically) 射出，放射出的光只有一部分到达光电二极管并被检测到。

图1B示出了平板成像器80的框图。平板成像器80由传感器阵列81组成， 其包含氢化非晶硅n-i-p光电二极管70和TFT开关71的矩阵，以及连接到栅极 线83的组(block)的栅极驱动芯片82，以及连接到数据线84和偏置线85的组 的读出芯片(没有示出)，其具有电荷放大器86，可选的带有用于减少噪声的可 编程滤波的相关双采样电路(没有显示)，模拟多路复用器87，以及模数转换器 (ADC)88，用于以希望的速率送出数字图像数据。本领域的人都了解基于氢化 非晶硅的间接平板成像器的操作，所以这里仅仅给了一个大概的描述。

入射的X射线光子在荧光屏12被转换成光学光子(optical photon)，接着这 些光学光子在氢化非晶硅n-i-p光电二极管70中被转换成电子空穴对。一般而言， 一个反向的偏置电压会加载到偏压线85上，从而产生一个穿过光电二极管的电场 (并且因此势垒区)并且提高电荷收集效率。光电二极管的像素电荷容量是由偏 置电压和光电二极管的电容的乘积所决定的。图像信号是通过光电二极管在相关 连的TFT71处于不导通(off)的状态下综合生成的。这是通过将栅极线83维持 在负电压来完成的。通过TFT栅极控制电路装置顺序地切换成行的TFT开关71 的到导通状态来读出阵列。当通过向对应的栅极线83施加正向电压使某行像素被 切换到导通(on)的状态时，来自这些像素的电荷顺着数据线84传送并被外部的 电荷敏感放大器86所综合。随后该行又被切换回不导通的状态，这个过程对每一 行重复直到整个阵列都被读取出来。外部的电荷敏感放大器86的信号输出通过并 行-to-串行多路复用器87被传送到模数转换器(ADC)88，随后产生出数字图 像。平板成像器既能够单拍(x光照片)也能够连续(透视)图像获取。

由于传感器的大小以及数据线和其他电极还有导电部分的距离接近，电容耦 合是数字射线照相传感器特别关注的问题。除非采取一些校正的措施，否则在测 量到的信号大小和数据精度方面，电容耦合会降低感应阵列的性能。现在已经有 一些针对这个问题提出的解决方案。例如，美国专利第5,770,871号(Weisfield) 描述了在电荷收集电极和数据线之间插入绝缘的抗耦合层。类似的，美国专利第 6,858,868号(Nagata等人)描述了在数据和模拟信号电极之间的夹层绝缘薄膜层。 美国专利第6,124,606号(den Boer等人)描述了使用低介电常数的绝缘层来减 少集电极和开关器件重合部分的寄生电容。美国专利第6,734,414(Street)描述 了一种通过特殊的路径模式来读出每列像素的控制信号线的减少信号耦合的方 法。