[实用新型]一种平板图像传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种图像传感器，特别是涉及一种平板图像传感器。

背景技术

平板图像传感器，特别是大尺寸图像传感器，面积通常数十厘米，数百万至千万像素。通常应用于医疗辐射成像、工业探伤、安检等领域。

大型平板图像传感器，如图1所示，一般包括图1：基板1(可以是玻璃或塑料等材料)，所有的传感器都放置于基板上；像素2及3，像素以二维阵列排布在基板上，每个像素一般包括一个光电二极管（photodiode）2及一个薄膜晶体管（TFT）3；用于控制各像素的扫描线4及数据线5；用于提供光电二极管电压的公共电极6。其基本原理是，公共电极施加一负电压(比如-8V)将光电二极管置于反偏状态，数据线接0V左右，扫描线接-10V左右将TFT关闭；当光照后，光电二极管产生光电荷，扫描线电压变为15V左右将TFT打开，光电二极管产生的光电荷通过数据线流到外部电路，完成一行数据读取，TFT关闭，再进行下一行扫描。

其缺点是：由于像素不具备任何放大功能，而且photodiode转换效率始终小于1，而且由于光电二极管不能占据整个像素区，所以读出的电荷量始终小于入射光的量，导致信噪比低，在曝光较低的时候图像质量差。比如这在医疗x射线透视成像领域，需要在图像传感器前端设地转换层将x射线转换为可见光，其输出的可见光非常微弱。而在x射线成像时增大曝光剂量对人体是有害的，所以应尽量降低曝光剂量。

为了降低曝光剂量，提高信噪比，发展出像素放大电路，其结构与CMOS图像传感器类似，CMOS图像传感器在硅晶圆上用常规的CMOS工艺形成。而大平板图像传感器通常需要数十厘米的尺寸，在晶圆上无法形成。所以一般使用在玻璃或其他基板上用TFT/photodiode形成。

Farhad Taghibakhsh在论文《Active Pixel Sensor Architectures for High ResolutionLarge Area Digital Imaging》中描述一种典型的APS结构，如图2所示，T1为放大功能的薄膜晶体管（AMP TFT），T2为重置功能的薄膜晶体管（Reset TFT），T3为读出功能的薄膜晶体管（Read TFT），Detector为光电转换器件（如光电二极管）。其基本原理是：

等待状态：T1工作在饱和区，T2，T3工作在截止区，即栅接负电压（如-10V），Vbias接正电压（如6V)，扫描线（read address）接负电压(如-10V)，像素输出端（Pixeloutput）接电荷放大器将电荷信号转为电压信号。

曝光状态：光电转换器件产生电荷△Qpixel，在T1的栅极形成电压变化△Vg。

读出状态：扫描线（read address）施加15V左右脉冲，脉冲宽度为T，由于△Vg引起T1源漏电流变化△Id，△Id*T即为最后读到的电荷。

复位回到等待状态：T3栅极扫描线（read address）回到负压，T2栅极扫描线（readaddress）施加正脉冲将T2打开，将T1栅极复位到Vdd。

其问题是：如果TFT使用非晶硅形成，由于非晶硅阈值电压（Vth）漂移而导致性能不稳定，同时非晶硅电子迁移率低而难以提高放大倍数。如果TFT使用多晶硅或氧化物半导体，电子迁移率分别为～10和100，同时其Vth漂移也相对较小，但其截止区或关态的漏电流太大(10^-13，10^-12次方量级)，通过T2将△Qpixel(10^-13次方量级)漏掉。限制了其在该技术上的应用。

另一专利EP2027717B1提供了一种图像传感器，其结构如图3所示，通过光电二极管的Vcom(即图中RST)进行复位(Reset)，避免了图2中T2的漏电流过大而引起有效信号Qpixel漏掉问题。但缺点是，由于Vcom（RST）的寄生电容非常大，无法达到快速复位的目的。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种平板图像传感器，用于解决现有技术中平板图像传感器漏电流过大或者复位速度太慢等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种平板图像传感器，至少包括：

光电二极管，用于将光能转换成电荷信号；

复位二极管，连接于所述光电二极管，用于对所述光电二极管进行复位；

放大晶体管，其第一极连接外部电源，栅极连接于所述光电二极管的输出端，用于对所述光电二极管输出的电荷信号进行放大；