CN109545810A - 一种平板探测器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种平板探测器及其制备方法，属于平板探测技术领域，其可解决现有的非晶硅平板探测器填充率低、光吸收面积小、探测灵敏度低的问题。本发明的平板探测器利用可见光传导层面积较大的入光面收集来自可见光传导层的出光部的可见光，并等比例缩小后，由面积较小的出光面射入光敏元件，这样相当于提高了光敏元件对X射线转换层的可见光的吸收率，提高了探测灵敏度。该平板探测器用于医疗领域应用中，还可降低病人吸收的X射线辐射剂量，同时保护了医务人员。

Description

一种平板探测器及其制备方法
技术领域
本发明属于平板探测技术领域，具体涉及一种平板探测器及其制备方法。
背景技术
非晶硅平板探测器在医疗成像及工业检测领域有着广泛的应用，由于其需要借助TFT和PIN光电二极管共同完成光的吸收、转换与信号读取的功能，而a-Si TFT固有尺寸导致此类探测器存在填充率低的缺点。这样会降低PIN光敏元件的光吸收面积，从而降低探测灵敏度。
发明内容
本发明针对现有的非晶硅平板探测器填充率低、光吸收面积小、探测灵敏度低的问题，提供一种平板探测器及其制备方法。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是：
一种平板探测器，包括：
X射线转换层，用于将X射线转换为可见光；
光电转化层，所述光电转化层包括多个转化单元，每个转化单元包括光敏元件和与所述光敏元件连接的读取电路，所述光敏元件用于接收来自可见光传导层的出光部的可见光，并将可见光转换为电信号，所述读取电路用于读取所述光敏元件的电信号；
设于所述X射线转换层与光电转化层之间的可见光传导层，所述可见光传导层包括入光部和出光部，所述入光部相较于所述出光部更靠近X射线转换层设置，所述入光部的入光面的面积大于所述出光部的出光面的面积，所述可见光传导层用于将由X射线转换层入射到其中的可见光等比例缩小后传导至光敏元件。
可选的是，所述可见光传导层包括与每个转化单元的光敏元件一一对应设置的纤维光锥，所述纤维光锥具有相对的大端和小端，所述大端为入光部，所述小端为出光部。
可选的是，所述纤维光锥的锥壁上设有反射层。
可选的是，所述反射层由金属材料构成。
可选的是，所述光敏元件包括光电二极管，所述纤维光锥的小端在X射线转换层上的正投影与光电二极管在X射线转换层上的正投影重合。
可选的是，所述读取电路包括非晶硅薄膜晶体管。
可选的是，所述非晶硅薄膜晶体管与光电二极管至X射线转换层上的正投影无交叠，所述非晶硅薄膜晶体管与X射线转换层之间设有遮光层。
可选的是，所述光电二极管与非晶硅薄膜晶体管的漏极通过导线连接。
可选的是，所述X射线转换层由碘化铯闪烁晶体阵列或GOS(Gd2O2S:Tb)颗粒构成。
本发明还提供一种上述的平板探测器的制备方法，包括以下制备步骤：
依次形成光电转化层、可见光传导层以及X射线转换层。
可选的是，所述金属反射层是利用磁控溅射或电镀的方法在纤维光锥的锥壁上沉积金属材料以形成金属反射层。
附图说明
图1为本发明的实施例1的平板探测器的结构示意图；
图2为本发明的实施例2的平板探测器的一种结构示意图；
图3为本发明的实施例2的平板探测器的另一种结构示意图；
图4为本发明的实施例2的纤维光锥的结构示意图；
图5为本发明的实施例2的纤维光锥的俯视示意图；
图6为本发明的实施例2的纤维光锥的仰视示意图；
图7为本发明的实施例2的转化单元的俯视示意图；
图8为本发明的实施例2的转化单元的仰视示意图；
其中，附图标记为：1、X射线转换层；10、闪烁晶体阵列；2、光电转化层；20、转化单元；21、光敏元件；22、读取电路；23、遮光层；24、钝化层；3、可见光传导层；30、纤维光锥；31、大端；32、小端；33、反射层。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
本实施例提供一种平板探测器，如图1所述，包括X射线转换层1，光电转化层2，以及可见光传导层3，其中，可见光传导层3设于所述X射线转换层1与光电转化层2之间；X射线转换层1用于将X射线转换为可见光；所述光电转化层2包括多个转化单元20，每个转化单元20包括光敏元件21和与所述光敏元件21连接的读取电路22，所述光敏元件21用于接收来自可见光传导层3的出光部的可见光，并将可见光转换为电信号，所述读取电路22用于读取所述光敏元件21的电信号；所述可见光传导层3包括入光部和出光部，所述入光部相较于所述出光部更靠近X射线转换层1设置，所述入光部的入光面的面积大于所述出光部的出光面的面积，所述可见光传导层3用于将由X射线转换层1入射到其中的可见光等比例缩小后传导至光敏元件21。
本实施例的平板探测器利用可见光传导层3面积较大的入光面收集来自可见光传导层3的出光部的可见光，并等比例缩小后，由面积较小的出光面射入光敏元件21，这样相当于提高了光敏元件21对X射线转换层1的可见光的吸收率，提高了探测灵敏度。该平板探测器用于医疗领域应用中，还可降低病人吸收的X射线辐射剂量，同时保护了医务人员。
实施例2：
本实施例提供一种平板探测器，如图2-图8所示，包括X射线转换层1，光电转化层2，以及可见光传导层3，其中，可见光传导层3设于所述X射线转换层1与光电转化层2之间；所述光电转化层2包括多个转化单元20，每个转化单元20包括光敏元件21和与所述光敏元件21连接的读取电路22，所述可见光传导层3包括与每个转化单元20的光敏元件21一一对应设置的纤维光锥30，如图4所示，所述纤维光锥30具有相对的大端31和小端32，大端31为入光部，所述小端32为出光部，所述大端31相较于小端32更靠近X射线转换层1设置，所述大端31的入光面的面积大于小端32的出光面的面积，所述纤维光锥30可将由X射线转换层1入射到其中的可见光等比例缩小后传导至光敏元件21。
本实施例中X射线转换层1将入射的X射线转换为550nm左右波长的可见光，纤维光锥30将上述可见光等比例缩小后经由小端32传导至光敏元件21，光敏元件21接收来自可见光传导层3的出光部的可见光，并将可见光转换为电信号，所述读取电路22用于读取所述光敏元件21的电信号。
本实施例中的纤维光锥30是由直径为5μm-6μm的光导纤维规则排列，并且一端的每根纤维均匀拉伸成锥型的图像传输器件，具有将图像放大和缩小的作用。具体的，纤维光锥30是一种可以提供放大或缩小的、无畸变图像传输的传像器件，其放大和缩小倍数等于光锥两端面直径之比。与其他纤维光学元件相类，光锥中的每根光学纤维都具有光绝缘性，能够独立传光，不受临近光学纤维的影响。图像紧贴于光锥的一端，则被组成光锥的数千万根光纤分解为与其相对应的像元；规则排列的光纤将所携带的像元信息一一对应地传递到光锥的另一端；像元在传递过程中随光纤直径的变化被放大或缩小，在出射端面按原排列方式组合成像。在此不限定纤维光锥30的具体形状，其可以是圆形光锥、方形光锥。
作为本实施例中的一种可选实施方案，如图3、图4所示，所述纤维光锥30的锥壁上设有反射层33。
其中，反射层33的作用是：阻止可见光在相邻的纤维光锥30之间的横向扩散，防止相邻的光锥之间的光产生串扰。
在一个实施例中，所述反射层33由金属材料构成。
也就是说，反射层33的金属材料可选用Al材料，金属Al的反射率较高，且涂层工艺简单。
在一个实施例中，如图5、图6所示，所述X射线转换层1由碘化铯闪烁晶体阵列10或GOS(Gd2O2S:Tb)颗粒构成。
具体的，碘化铯闪烁晶体阵列10括多个独立的针状碘化铯闪烁晶体，所述的针状具体可以是圆柱体形状或接近于圆柱体的形状，在此不限定X射线转换层1的具体厚度，通常碘化铯闪烁晶体阵列10形成的X射线转换层1的厚度为100-1000微米。
在一个实施例中，所述光敏元件21包括光电二极管，如图7、图8所示，所述纤维光锥30的小端32在X射线转换层1上的正投影与光电二极管在X射线转换层1上的正投影重合。
其中，光电二极管在可见光照射的作用下，将可见光转换为正负电荷电信号。
在一个实施例中，所述读取电路22包括非晶硅薄膜晶体管。
也就是说，读取电路22中利用非晶硅薄膜晶体管进行控制，将光电二极管的转化的电信号结果读出至信号储存单元(图中未显示)中，并经过进一步放大、模/数转换等处理后，最终获得图像信息。
在一个实施例中，所述非晶硅薄膜晶体管与光电二极管至X射线转换层1上的正投影无交叠。
其中，在平板探测器制备过程中，先形成非晶硅薄膜晶体管，然后再在形成光电二极管，若非晶硅薄膜晶体管与光电二极管至X射线转换层1上的正投影交叠，相当于在非晶硅薄膜晶体管上制备光电二极，则后续形成光电二极管的过程中可能会对非晶硅薄膜晶体管造成不良影响，将二者错开，可以保护非晶硅薄膜晶体管不被损坏。
在一个实施例中，所述光电二极管与非晶硅薄膜晶体管的漏极通过金属层导线连接。
也就是说，相当于将非晶硅薄膜晶体管的漏极延伸，从而方便与光电二极管连接，并且延伸的金属层表面光滑有较少的刻蚀损伤，有利于形成高质量的光电二极管，且能避免光电二极管膜层的剥离脱落现象。
在一个实施例中，所述非晶硅薄膜晶体管与X射线转换层1之间设有遮光层23。
为了进一步保护非晶硅薄膜晶体管，在其上方设置了遮光层，防止其受光线照射。光电转化层2还包括与光电二极管连接的信号线，该信号线设于光电二极管与可见光传导层3之间，通常该信号线由金属制成，更进一步的，遮光层23也由金属制成，并且遮光层可与信号线同层，即信号线可与遮光层23采用一次构图工艺形成。
在一个实施例中，在遮光层背离非晶硅薄膜晶体管的一侧设有钝化层。
也就是说，在非晶硅薄膜晶体管以及光电二极管与可见光传导层3之间设置钝化层以使光电转化层2平坦化并起到保护作用。
在本实施例对应的附图中，显示了附图所示各结构层的大小、厚度等仅为示意。在工艺实现中，各结构层在衬底上的投影面积可以相同，也可以不同。
实施例3：
本实施例提供一种上述的平板探测器的制备方法，如图3所示，包括以下制备步骤：
S01、形成非晶硅薄膜晶体管；具体的，可以在衬底上形成顶栅型或底栅型非晶硅薄膜晶体管已完成读取电路22的制作。
S02、完成上述步骤的衬底上沉积形成第一金属层并通过过孔与上述薄膜晶体管的漏极进行搭接，作为漏极的延长，并能保证其上方膜层的沉积质量以及避免膜层剥离脱落的现象；
S03、完成上述步骤的衬底上形成光电二极管作为光敏元件21，一次沉积钝化层或涂布树脂，并制备与光电二极管通过过孔进行连接的信号线；需要说明的是，在此可以在光线二极管上方形成第二金属层，并通过一次构图工艺同时形成信号线和非晶硅薄膜晶体管的遮光层23。
S04、涂布树脂材料或沉积其他透明钝化层膜层，形成钝化层24。
S05、将纤维光锥30的小端32耦合在光线二极管的正上方，其中，维光锥的小端32与光线二极管的尺寸相匹配，即二者相对的面的面积相同。
作为本实施例的一种优选方案，该步骤还包括在纤维光锥30的锥壁形成金属的反射层33的步骤，具体的，可以利用磁控溅射或电镀的方法在纤维光锥30的锥壁上沉积金属材料以形成金属反射层33。
S06、在纤维光锥30的大端31上，蒸镀或贴合CsI或GOS等闪烁体材料，依次排列形成阵列作为X射线转换层1。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种平板探测器，其特征在于，包括：
X射线转换层，用于将X射线转换为可见光；
光电转化层，所述光电转化层包括多个转化单元，每个转化单元包括光敏元件和与所述光敏元件连接的读取电路，所述光敏元件用于接收来自可见光传导层的出光部的可见光，并将可见光转换为电信号，所述读取电路用于读取所述光敏元件的电信号；
设于所述X射线转换层与光电转化层之间的可见光传导层，所述可见光传导层包括入光部和出光部，所述入光部相较于所述出光部更靠近X射线转换层设置，所述入光部的入光面的面积大于所述出光部的出光面的面积，所述可见光传导层用于将由X射线转换层入射到其中的可见光等比例缩小后传导至光敏元件。
2.根据权利要求1所述的平板探测器，其特征在于，所述可见光传导层包括与每个转化单元的光敏元件一一对应设置的纤维光锥，所述纤维光锥具有相对的大端和小端，所述大端为入光部，所述小端为出光部。
3.根据权利要求2所述的平板探测器，其特征在于，所述纤维光锥的锥壁上设有金属反射层。
4.根据权利要求2所述的平板探测器，其特征在于，所述光敏元件包括光电二极管，所述纤维光锥的小端在X射线转换层上的正投影与光电二极管在X射线转换层上的正投影重合。
5.根据权利要求4所述的平板探测器，其特征在于，所述读取电路包括非晶硅薄膜晶体管。
6.根据权利要求5所述的平板探测器，其特征在于，所述非晶硅薄膜晶体管与光电二极管至X射线转换层上的正投影无交叠，所述非晶硅薄膜晶体管与X射线转换层之间设有遮光层。
7.根据权利要求6所述的平板探测器，其特征在于，所述光电二极管与非晶硅薄膜晶体管的漏极通过导线连接。
8.根据权利要求1所述的平板探测器，其特征在于，所述X射线转换层由碘化铯闪烁晶体阵列或Gd2O2S:Tb颗粒构成。
9.一种权利要求1-8任一项所述的平板探测器的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
依次形成光电转化层、可见光传导层以及X射线转换层。
10.根据权利要求9所述的平板探测器的制备方法，其特征在于，所述平板探测器为权利要求3所述的平板探测器，所述金属反射层是利用磁控溅射或电镀的方法在纤维光锥的锥壁上沉积金属材料以形成金属反射层。
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