CN111129045A - 数字x射线检测器和用于其的薄膜晶体管阵列衬底 - Google Patents

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李永镇
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张允琼
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Abstract

本发明涉及数字X射线检测器和用于其的薄膜晶体管阵列衬底。公开了用于数字X射线检测器的薄膜晶体管阵列衬底，其中，可以使由氧化物半导体制成的薄膜晶体管的电特性的劣化最小化并且可以使由外部湿气引起的PIN二极管的老化最小化。此外，公开了包括阵列衬底的数字X射线检测器。为此，阵列衬底包括具有各种图案的第二保护层，以覆盖PIN二极管的至少一部分但不覆盖薄膜晶体管。第二保护层包括SiNx。由此，可以确保从薄膜晶体管的脱氢路径并且可以实现PIN二极管的外部湿气阻挡效果。

Description

数字X射线检测器和用于其的薄膜晶体管阵列衬底
技术领域
本公开内容涉及用于数字X射线检测器的薄膜晶体管阵列衬底，该薄膜晶体管阵列衬底包括具有最小化的由湿气引起的老化的PIN二极管和具有高的电特性均匀性的薄膜晶体管，并且本公开内容还涉及包括该薄膜晶体管阵列衬底的数字X射线检测器。
背景技术
因为X射线是短波长的，所以X射线能够容易地透射物体。X射线的透射率取决于物体的内部密度。因此，可以通过检测透过物体的X射线的透射率来观察物体的内部结构。
在医学领域中使用的基于X射线的检查方法之一是胶片打印方案。然而，在胶片打印方案中，为了检查结果，拍摄图像，以及然后打印胶片。因此，检查结果需要很长时间。特别地，在胶片打印方案中，存储和保存打印的胶片存在许多困难。
近来，已经开发出使用薄膜晶体管的数字X射线检测器(DXD)并将其广泛用于医学领域中。
数字X射线检测器检测透过物体的X射线的透射率，并且基于透射率在显示器上显示物体的内部状态。
因此，数字X射线检测器可以在不使用单独的胶片和打印的纸张的情况下显示物体的内部结构。此外，DXD具有如下优点：可以在X射线拍摄之后立即实时检查结果。
发明内容
本公开内容的目的是提供一种可以使由氧化物半导体制成的薄膜晶体管的电特性的劣化最小化的用于数字X射线检测器的薄膜晶体管阵列衬底，并且提供一种包括该薄膜晶体管阵列衬底的数字X射线检测器。
此外，本公开内容的另一目的是提供一种可以使由于外部湿气引起的PIN二极管的老化最小化的用于数字X射线检测器的薄膜晶体管阵列衬底，并且提供一种包括该薄膜晶体管阵列衬底的数字X射线检测器。
此外，本公开内容的又一目的是提供一种可以使光至PIN二极管的侧表面上的入射最小化的用于数字X射线检测器的薄膜晶体管阵列衬底，并且提供一种包括该薄膜晶体管阵列衬底的数字X射线检测器。
本公开内容的目的不限于上面提到的目的。如上面未提及的本公开内容的其他目的和优点可以从以下描述中理解并且从本公开内容的实施方式中更清楚地理解。此外，将容易理解的是，本公开内容的目的和优点可以通过权利要求中公开的特征及其组合来实现。
在本公开内容的一个方面，提出了一种用于数字X射线检测器的薄膜晶体管阵列衬底，该薄膜晶体管阵列衬底包括：薄膜晶体管；薄膜晶体管上的第一保护层；第一保护层上的PIN二极管；覆盖PIN二极管的至少一部分而不覆盖薄膜晶体管的第二保护层；以及覆盖薄膜晶体管和PIN二极管两者的第三保护层。此外，在本公开内容的另一方面，提出了一种包括上面定义的薄膜晶体管阵列衬底的数字X射线检测器。
就此而论，第二保护层可以覆盖PIN二极管的边缘区域。可替选地，第二保护层可以覆盖PIN二极管的整个表面。可替选地，第二保护层可以覆盖除了薄膜晶体管以外的基底衬底的整个表面。可替选地，第二保护层可以另外覆盖薄膜晶体管的栅电极。可替选地，第二保护层可以另外覆盖薄膜晶体管的第一接触孔和第二接触孔中的一个。
此外，第二保护层可以包括SiNx。在这种情况下，第一保护层、设置在有源层与第一电极和第二电极之间的层间绝缘层和第三保护层中的每一个可以包括SiO2或SiON。
此外，第一保护层可以包括SiNx。在这种情况下，第一接触孔和第二接触孔中的至少一个可以不被SiNx覆盖。
根据本公开内容，可以确保从由氧化物半导体制成的薄膜晶体管的脱氢路径，以改善薄膜晶体管的负偏移现象，使得可以使其电特性的劣化最小化。
此外，根据本公开内容，即使当用于PIN二极管的湿气阻挡膜的厚度被最大化时，这也不会抑制脱氢路径的形成。因此，可以通过使由于外部湿气引起的PIN二极管的老化最小化来提高PIN二极管的可靠性。
此外，根据本公开内容，可以在PIN二极管上形成具有不同折射率的保护层。这可以使PIN二极管的侧表面上的光的直接入射最小化，从而进一步提高PIN二极管的可靠性。
除以上效果以外，下面结合具体细节的描述来描述本公开内容的具体效果以实现本公开内容。
附图说明
图1是用于示意性地示出数字X射线检测器的框图。
图2是根据本公开内容的第一实施方式的用于数字X射线检测器的薄膜晶体管阵列衬底的部分区域的顶视图。
图3是根据本公开内容的第一实施方式的用于数字X射线检测器的薄膜晶体管阵列衬底的部分区域的截面图。
图4是根据本公开内容的第一实施方式的变型的用于数字X射线检测器的薄膜晶体管阵列衬底的部分区域的截面图。
图5是根据本公开内容的第二实施方式的用于数字X射线检测器的薄膜晶体管阵列衬底的部分区域的顶视图。
图6是根据本公开内容的第三实施方式的用于数字X射线检测器的薄膜晶体管阵列衬底的部分区域的顶视图。
图7是根据本公开内容的第四实施方式的用于数字X射线检测器的薄膜晶体管阵列衬底的部分区域的顶视图。
图8是根据本公开内容的第五实施方式的用于数字X射线检测器的薄膜晶体管阵列衬底的部分区域的顶视图。
具体实施方式
为了说明的简单和清楚，附图中的元件不一定按比例绘制。不同附图中的相同附图标记表示相同或相似的元件，并且因此执行类似的功能。此外，在本公开内容的以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本公开内容的透彻理解。然而，将理解，本公开内容可以在没有这些具体细节的情况下实践。在其他情况下，没有详细描述公知的方法、过程、部件和电路，以免不必要地模糊本公开内容的各方面。
以下进一步说明和描述各种实施方式的示例。将理解，本文中的描述不旨在将权利要求限于所描述的具体实施方式。相反，旨在覆盖可以被包括在由所附权利要求限定的本公开内容的精神和范围内的替选方案、修改和等同物。
本文中使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，并不旨在限制本公开内容。如本文中使用的，单数形式“一”和“一个”也旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指示。还将理解，当在本说明书中使用时，术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包含(includes)”和“包含(including)”指定所述特征、整数、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整数、操作、元件、部件和/或其部分的存在或添加。如本文中使用的，术语“和/或”包括相关联的所列项中的一个或更多个的任何和所有组合。当在元件列表之前时，诸如“至少一个”的表达可以修改元件的整个列表，但可以不修改列表的各个元件。
将理解，尽管本文中可以使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种元件、部件，区域、层和/或部分，但这些元件、部件、区域、层和/或部分不应当受这些术语的限制。这些术语用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一元件、部件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下，下面描述的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分。
另外，还将理解，当第一元件或层被称为存在于第二元件或层“上”或“下”时，第一元件可以直接设置在第二元件上或下，或者可以间接设置在第二元件上或下，其中第三元件或层设置在第一元件或层与第二元件或层之间。将理解，当元件或层被称为“连接至”或“耦接至”另一元件或层时，其可以直接在另一元件或层上，直接连接至或耦接至另一元件或层，或者可以存在一个或更多个中间元件或层。另外，还将理解，当元件或层被称为在两个元件或层“之间”时，其可以是两个元件或层之间的唯一元件或层，或者也可以存在一个或更多个中间元件或层。
除非另外定义，否则本文中使用的包括技术和科学术语的所有术语具有与本发明概念所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。还将理解，诸如在常用词典中定义的术语的术语应当被解释为具有与其在相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且将不被理解为理想化或过于正式的含义，除非在本文中明确地如此定义。
在下文中，描述了根据本公开内容的一些实施方式的用于数字X射线检测器的薄膜晶体管阵列衬底和包括该薄膜晶体管阵列衬底的数字X射线检测器。
图1是用于示意性地描述数字X射线检测器的框图。数字X射线检测器可以包括薄膜晶体管阵列110、栅极驱动器120、偏置电源130、读出电路150和时序控制器160。
薄膜晶体管阵列110包括由在第一方向上布置的多条栅极线GL和在与第一方向正交的第二方向上布置的多条数据线DL限定的多个单元区域。单元区域以矩阵形式布置。在每个单元区域中，可以形成光敏像素P。薄膜晶体管阵列110检测从X射线源发射的X射线，并且将检测到的X射线转换为电信号并输出电信号。
每个光敏像素包括PIN二极管和薄膜晶体管TFT，PIN二极管将从X射线通过闪烁体转换的可见光区域的光转换为电信号并输出电信号，薄膜晶体管TFT将检测到的信号输出从PIN二极管发送至读出电路150。PIN二极管的一端可以连接至薄膜晶体管，而其另一端可以连接至偏置线BL。
薄膜晶体管的栅电极可以连接至携带扫描信号的栅极线GL。薄膜晶体管的源电极/漏电极可以分别连接至PIN二极管和携带从PIN二极管输出的检测信号的数据线DL。每条偏置线BL可以以并行方式延伸到每条数据线DL。
栅极驱动器120可以通过栅极线GL依次将栅极信号施加到光敏像素的薄膜晶体管。光敏像素的薄膜晶体管可以响应于具有栅极导通电压电平的栅极信号而导通。
偏置电源130可以通过偏置线BL将驱动电压施加到光敏像素。偏置电源130可以选择性地将反向偏置或正向偏置施加到PIN二极管。
读出电路150可以读出从响应于栅极驱动器的栅极信号而导通的薄膜晶体管发送的检测信号。也就是说，从PIN二极管输出的检测信号可以通过薄膜晶体管和数据线DL输入到读出电路150。
读出电路150可以在用于读出偏移图像的偏移读出时段和在X射线曝光之后用于读出检测信号的X射线读出时段期间读出从每个光敏像素输出的检测信号。
读出电路150可以包括信号检测器和多路复用器。信号检测器包括分别对应于数据线DL的多个放大电路。每个放大电路可以包括放大器、电容器和复位元件。
时序控制器160可以产生启动信号和时钟信号，并且将启动信号和时钟信号提供给栅极驱动器120以控制栅极驱动器120的操作。此外，时序控制器160可以产生读出控制信号和读出时钟信号，并且可以将读出控制信号和读出时钟信号提供给读出电路150以控制读出电路150的操作。
图2和图3分别示出了根据本公开内容的第一实施方式的用于数字X射线检测器的TFT阵列衬底的部分区域的顶视图和截面图。在下文中，将详细描述包括对应于一个像素的PIN二极管和薄膜晶体管的像素区域PA、栅极焊盘区域GPA和数据焊盘区域DPA。
基底衬底210可以具有由在一个方向上延伸的栅极线223与在与栅极线223的延伸正交的另一方向上延伸的数据线225之间的交叉限定的多个单元区域。每个像素P可以对应于每个单元区域。可以定义多个像素P。
可以为每个像素设置每个薄膜晶体管220和每个PIN二极管230。因此，多个薄膜晶体管220和PIN二极管230可以形成在阵列衬底201上。在下文中，将基于对应于一个像素的每个薄膜晶体管220和每个PIN二极管230进行描述。除非另外说明，否则该描述可以应用于相邻像素。
包括有源层221、栅电极223a以及连接至有源层221的第一电极225a和第二电极225b的薄膜晶体管220可以形成在基底衬底210上。
在基底衬底210与薄膜晶体管220之间，可以存在由诸如硅氧化物SiOx的无机材料制成的缓冲层。
有源层221可以由可以包括基于IGZO(InGaZnO)的材料的氧化物半导体材料制成。
栅电极223a可以形成在有源层221上。栅极绝缘层222可以形成在有源层221与栅电极223a之间，以将有源层221与栅电极223a电隔离。也就是说，在栅极绝缘层222上，可以形成从栅极线223延伸以对应于有源层221的沟道区的栅电极223a。栅电极223a可以实施为导电材料的单层或多层。
栅电极223a可以从栅极线223延伸。栅极线223和栅电极223a是整体式的，使得栅极线223可以用作栅电极223a。栅极线223和栅电极223a可以限定相同的层。
栅极绝缘层222可以形成为对应于栅电极223a。然而，本公开内容不限于此。栅极绝缘层222可以形成为具有与栅电极223a的面积相同或更大的面积以用于有效绝缘。
栅电极223a和栅极绝缘层222可以形成在有源层221的中间区域上。因此，源区和漏区可以分别形成为除了有源层221的沟道区以外的有源层221的两个端部区域，其中两个端部区域未被栅电极223a覆盖并且被暴露。
有源层221的源区和漏区可以通过将有源层221的两个端部区域转换为导电区域来分别形成。有源层221的两个端部区域可以经由各种方法诸如干蚀刻方法、氢等离子体处理、氦等离子体处理等转换为导电区域。
有源层221的源区可以被设置成比其漏区更靠近PIN二极管230。然而，本公开内容不限于此。有源层221的漏区可以被设置成比其源区更靠近PIN二极管230。
可以在栅电极223a上形成由无机材料制成的层间绝缘层224。在层间绝缘层224上，可以形成第一电极225a和第二电极225b。
第一电极225a和第二电极225b可以分别形成为与有源层221的两个端部区域交叠，使得栅电极223a水平地置于第一电极225a与第二电极225b之间。第一接触孔224a和第二接触孔224b可以形成在层间绝缘层224中，使得第一接触孔224a和第二接触孔224b分别竖直地置于有源层221的一个端部区域与第一电极225a之间和有源层221的另一端部区域与第二电极225b之间。
具体地，第一接触孔224a可以形成为对应于有源层221的漏区，而第二接触孔224b可以形成为对应于有源层221的源区。因此，第一电极225a可以经由第一接触孔224a连接至有源层221的漏区，而第二电极225b可以经由第二接触孔224b连接至有源层221的源区。
第一电极225a和第二电极225b可以从数据线225延伸。第一电极225a和第二电极225b以及数据线225可以限定相同的层。在一个实施方式中，第一电极225a可以充当漏电极，而第二电极225b可以充当源电极。
可以在薄膜晶体管220上形成由无机材料制成的第一保护层226。第一保护层226可以用于保护下面的薄膜晶体管220，特别地有源层221。
PIN二极管230可以形成在第一保护层226上。PIN二极管230可以设置在单元区域中。PIN二极管230可以包括连接至薄膜晶体管220的下电极231、下电极231上的PIN层232以及PIN层232上的上电极233。
下电极231可以用作PIN二极管230中的像素电极。下电极231可以根据PIN二极管的特性由诸如钼(Mo)的不透明金属或诸如ITO(铟锡氧化物)、IZO(铟锌氧化物)或ZnO(锌氧化物)的透明氧化物制成。
下电极231可以经由第一保护层226中的第三接触孔226a连接至薄膜晶体管220的第二电极225b。
PIN层232可以形成在下电极231上，以将从X射线经由闪烁体转换的可见光转换为电信号。PIN层232可以通过依次堆叠包括N型杂质的N(负)型半导体层、不包括杂质的I(本征型)半导体层和包括P型杂质的P(正)型半导体层来形成。
I型半导体层可以比N型半导体层和P型半导体层相对厚。PIN层232包含能够将来自闪烁体的可见光转换为电信号的材料。例如，能够将来自闪烁体的可见光转换为电信号的材料可以包括a-Se、HgI2、CdTe、PbO、PbI2、BiI3、GaAs和Ge。
上电极233可以形成在PIN层232上。上电极233可以由诸如ITO(铟锡氧化物)、IZO(铟锌氧化物)和ZnO(锌氧化物)的透明氧化物中的至少一种制成，以改善PIN二极管230的填充因子。
可以在PIN二极管230上形成第二保护层234。
根据本公开内容，第二保护层234可以由在105℃下在1秒内氢扩散距离为9.9×10-3nm或更小的无机材料制成。在本文中，将通过示例的方式描述在105℃下在1秒内氢扩散距离为9.9×10-3nm或更小的无机材料是诸如SiN的硅氮化物(SiNx)的示例。然而，本公开内容不限于此。
如本文中描述的氢扩散距离可以如下测量。
当使用SiNx作为扩散介质并使用氢(H)作为在SiNx中扩散的扩散物种时，在105℃下在1秒内测量氢(H)在SiNx中的移动距离。
由于PIN二极管易受外部湿气的影响，因此需要一种可以保护PIN二极管免受外部湿气影响的湿气阻挡膜。在这种情况下，诸如SiNx的无机材料可以具有良好的湿气阻挡效果并且因此可以构成湿气阻挡膜。
也就是说，具有小的氢扩散距离的诸如SiNx的无机材料可以具有优异的湿气阻挡性能并且因此可以用于湿气阻挡膜。然而，由于诸如SiNx的无机材料具有小的氢扩散距离，因此当在第二保护层下面存在诸如薄膜晶体管的元件时，氢可能不会被排出。在下文中，这将进一步解决。
通常使用沉积技术在基底衬底上形成诸如薄膜晶体管、PIN二极管的各种元件和各种保护层。在这种情况下，可以从每个沉积过程产生大量的氢(H)。
当产生的氢保留在薄膜晶体管，特别地由氧化物半导体材料制成的有源层中时，可能引起薄膜晶体管中的负偏移现象，导致其电特性的劣化。
因此，为了使薄膜晶体管的电特性的劣化最小化，可以经由脱氢工艺将有源层中的过量氢排出，在脱氢工艺中，通常对薄膜晶体管进行热处理。
如上所述，由于SiNx具有优异的湿气阻挡效果并且因此用于湿气阻挡膜，因此当SiNx覆盖包括PIN二极管区域的基底衬底的整个表面时，SiNx下面的元件可能受外部湿气的影响最小。
然而，为了使湿气阻挡膜的效果最大化，当SiNx覆盖基底衬底的整个表面时，外部湿气阻挡效果可以是优异的，但有源层中的氢可以逃逸的路径可能被阻挡。
这是因为SiNx是具有小的氢扩散距离的无机物质，并且因此从第二保护层的底部排出的氢非常难以通过由SiNx制成的第二保护层并且然后被排出。
特别地，SiNx的湿气阻挡效果与SiNx的厚度成比例。因此，当SiNx的厚度增加时，PIN二极管的外部湿气阻挡效果增加，但氢从下面的有源层排出变得更加困难。
在一个示例中，当第二保护层由具有大的氢扩散距离的例如SiON或诸如SiO2的硅氧化物SiOx的无机材料组成时，在大的氢扩散距离中，实现在105℃下在1秒内氢扩散距离为9.9×10-3nm或更大，可以促进氢从下面的有源层排出。
然而，当第二保护层由诸如SiO2或SiON的无机材料制成时，难以有效地防止外部湿气穿透PIN二极管，从而导致PIN二极管元件易于由于外部湿气而老化。
因此，第二保护层可以优选地被配置成在有效地从薄膜晶体管的有源层排出氢的同时有效地保护PIN二极管免受外部湿气的影响。
因此，根据本公开内容的第二保护层可以由在105℃下在1秒内氢扩散距离为9.9×10-3nm或更小的诸如SiNx的无机材料制成，并且同时可以具有被配置成保护PIN二极管免受外部湿气的影响的各种图案。
具体地，根据本公开内容的第二保护层234可以具有被配置成覆盖PIN二极管230的至少一部分但不覆盖薄膜晶体管220的图案。
如本文中使用的，第二保护层234覆盖PIN二极管230的至少一部分的特征可以被限定成包括第二保护层234覆盖PIN二极管230的整个表面的特征和第二保护层234覆盖PIN二极管230的部分区域诸如边缘区域的特征中的两者。
此外，第二保护层234覆盖PIN二极管230的整个表面的特征可以不限于在第二保护层234中不存在开口区域的配置。然而，第二保护层234覆盖PIN二极管230的整个表面的特征可以包括如下配置：开口区域可以形成在用于其间置有第二保护层234的电极之间的连接的接触孔区域中。
此外，第二保护层234未覆盖薄膜晶体管220的特征可以包括：第二保护层234和薄膜晶体管220彼此完全不交叠的配置、第二保护层234与诸如栅电极223a区域的部分区域交叠的配置或第二保护层234与对应于第一接触孔224a或第二接触孔224b的有源层221的部分区域交叠的配置。
根据本公开内容的第二保护层234的图案的各种实施方式如下。在描述图案的每个实施方式时，可以省略与上述实施方式中的内容重复的内容。省略的内容可以同样地应用于如下所述的实施方式。
在第一实施方式中，如图2中所示，第二保护层234可以形成为覆盖PIN二极管230的整个表面。第二保护层234可以形成为覆盖PIN二极管230的侧表面和顶表面，以充当使外部湿气到PIN二极管230中的渗透最小化的湿气阻挡膜。
根据本公开内容的用于数字X射线检测器的薄膜晶体管阵列衬底201包括多个像素区域。薄膜晶体管阵列衬底201包括多个PIN二极管230，每个PIN二极管对应于每个像素区域。
根据第一实施方式的第二保护层234可以被图案化成覆盖多个PIN二极管230中的每一个，使得覆盖相应的PIN二极管230的第二保护层234不连接至覆盖与相应的PIN二极管230相邻的PIN二极管230的第二保护层234。
也就是说，第二保护层234可以被图案化成以共形方式覆盖PIN二极管230的整个表面，但是不覆盖薄膜晶体管220并且不覆盖栅极线223和数据线225。
第二保护层234被图案化成以共形方式覆盖PIN二极管230的整个表面的配置可以不限于在PIN二极管230上的第二保护层234中不存在开口区域的配置。
具体地，第二保护层234可以不存在于用于其间置有第二保护层234的上电极233与偏置电极243之间的连接的第三接触孔226a区域中。
因此，当第二保护层234以与PIN二极管230共形的方式形成在PIN二极管230的整个表面上时，第二保护层234可以有效地保护PIN二极管230免受外部湿气的影响。
另外，由于第二保护层234形成为不覆盖薄膜晶体管220，具体地有源层221，因此可以确保氢从有源层221排出的路径。因此，可以使薄膜晶体管元件的电特性的劣化最小化。
特别地，尽管第二保护层234的厚度被最大化，但这可能不会抑制从有源层221形成脱氢路径。因此，第二保护层234可以形成得尽可能厚，从而使PIN二极管230由于外部湿气引起的老化最小化，从而进一步提高PIN二极管的可靠性。
因此，第二保护层234可以形成为具有
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或更大的厚度，从而在确保脱氢路径的同时使PIN二极管的湿气阻挡效果最大化。
在第二实施方式中，如图5中所示，第二保护层234可以被图案化成覆盖PIN二极管230的边缘区域。具体地，第二保护层234可以沿PIN二极管230的边缘区域形成，以覆盖PIN二极管230的侧表面——即PIN层232的最易受外部湿气影响的侧表面。
当第二保护层234可以沿PIN二极管230的边缘区域形成时，第二保护层234可以具有其中具有中空部分的闭合曲线的形式。第二保护层234可以沿PIN二极管230的侧表面形成。在这种情况下，存在于PIN二极管230的没有形成第二保护层234的顶表面上的PIN二极管230的上电极233可以用作湿气阻挡膜。
在PIN二极管230中，期望PIN二极管230的顶表面尽可能不被除了上电极233以外的层覆盖，使得其填充因子尽可能地增加。因此，当PIN二极管230的整个顶表面未被第二保护层234覆盖，并且仅PIN二极管的边缘区域被第二保护层234覆盖时，可以实现PIN二极管230的湿气阻挡效果和填充因子改善效果两者。
然而，该配置可以不限于第二保护层234根本不形成在PIN二极管230的顶表面上的配置。然而，第二保护层234可以部分地形成在顶表面的属于PIN二极管230的边缘区域的部分上。具体地，第二保护层234可以形成为覆盖PIN二极管230的顶表面的未被上电极233覆盖的部分。
根据第二实施方式的第二保护层234可以被图案化成覆盖多个PIN二极管230中的每一个，使得覆盖相应的PIN二极管230的第二保护层234可以不连接至覆盖与相应的PIN二极管230相邻的PIN二极管230的第二保护层234。
也就是说，第二保护层234可以形成为与PIN二极管230共形，以不覆盖薄膜晶体管220并且不覆盖栅极线223和数据线225。
因此，第二保护层234可以沿PIN二极管230的边缘区域形成，以有效地保护PIN二极管230免受外部湿气的影响。
第二保护层234形成为不覆盖薄膜晶体管220，具体地有源层221。因此，可以确保氢从有源层221排出的路径。因此，可以使薄膜晶体管元件的电特性的劣化最小化。
在第三实施方式中，如图6中所示，第二保护层234可以被图案化成覆盖除了薄膜晶体管220以外的基底衬底210的整个表面。
在第三实施方式中，第二保护层234可以形成为覆盖PIN二极管230的侧表面和顶表面，使得第二保护层234充当使外部湿气到PIN二极管230中的渗透最小化的湿气阻挡膜。
此外，根据第三实施方式，第二保护层234可以形成为将多个PIN二极管230中的所有彼此连接以覆盖基底衬底210的整个表面，但可以形成为不覆盖薄膜晶体管220。
因此，由于第二保护层234形成为不仅覆盖多个PIN二极管230而且覆盖包括栅极线223和数据线225的基底衬底210的整个表面，因此第二保护层234的覆盖区域进一步扩大。因此，可以更有效地使外部湿气到第二保护层234下方的元件中的渗透最小化。
由于第二保护层234被图案化成不覆盖薄膜晶体管220，具体地有源层221，因此可以确保氢从有源层221排出的路径。因此，可以使薄膜晶体管元件的电特性的劣化最小化。
在第四实施方式中，如图7中所示，第二保护层234可以被图案化成还覆盖薄膜晶体管220的栅电极223a。也就是说，根据第四实施方式的第二保护层234可以形成为使得仅薄膜晶体管220的部分区域与第二保护层234交叠。
第四实施方式的该图案可以包括第二保护层234覆盖PIN二极管230的整个表面的构造和/或第二保护层234覆盖PIN二极管230的边缘区域的构造。将基于如下示例来描述第四实施方式：如在第三实施方式中那样，第二保护层234将多个PIN二极管230彼此连接并且覆盖多个PIN二极管230。
也就是说，第四实施方式与第三实施方式的不同之处在于，另外形成第二保护层234以覆盖薄膜晶体管220的部分区域——即其栅电极223a。
当第二保护层234如在第四实施方式中那样覆盖薄膜晶体管220的栅电极223a时，第二保护层234的覆盖区域扩展。这可以更有效地使外部湿气到第二保护层234下方的元件中的渗透最小化。
尽管还形成第二保护层234以覆盖薄膜晶体管220的栅电极223a，但层间绝缘层224的第一接触孔224a和第二接触孔224b未被第二保护层234覆盖。
因此，氢可以通过第一接触孔224a和第二接触孔224b从薄膜晶体管220的有源层221排出到外部。因此，可以使薄膜晶体管元件的电特性的劣化最小化。
在第五实施方式中，如图8中所示，第二保护层234可以被图案化成还覆盖薄膜晶体管220的第一接触孔224a和第二接触孔224b中的一个。
根据第五实施方式的第二保护层234可以被图案化成使得第二保护层234如在第四实施方式中那样仅与薄膜晶体管220的部分区域交叠。
第五实施方式的该图案可以包括第二保护层234覆盖PIN二极管230的整个表面的构造和/或第二保护层234覆盖PIN二极管230的边缘区域的构造。将基于如下示例来描述第五实施方式：如在第四实施方式中那样，第二保护层234将多个PIN二极管230彼此连接并且覆盖多个PIN二极管230。
也就是说，第五实施方式与第四实施方式的不同之处在于，第二保护层234形成为另外覆盖薄膜晶体管220的第一接触孔224a和第二接触孔224b中的一个。在图8中，示出了第二保护层234覆盖第二接触孔224b的示例。
如在第五实施方式中那样，当第二保护层234覆盖薄膜晶体管220的栅电极223a和第二接触孔224b时，第二保护层234的覆盖区域进一步扩大。因此，可以更有效地使外部湿气到第二保护层234下方的元件中的渗透最小化。
尽管第二保护层234形成为覆盖薄膜晶体管220的栅电极223a，但层间绝缘层224的第一接触孔224a未被第二保护层234覆盖。
因此，氢可以通过第一接触孔224a从薄膜晶体管220的有源层221排出到外部。因此，可以使薄膜晶体管元件的电特性的劣化最小化。
根据本公开内容，由在105℃下在1秒内氢扩散距离为9.9×10-3nm或更小的诸如硅氮化物SiNx的无机材料制成的第二保护层234可以具有如上所述的各种实施方式的各种图案，以使由于外部湿气引起的PIN二极管的老化最小化。
此外，根据本公开内容，可以确保从由氧化物半导体制成的薄膜晶体管220的脱氢路径。因此，可以改善薄膜晶体管220的负偏移现象，以使薄膜晶体管220的电特性的劣化最小化并且增加电特性的均匀性。
特别地，根据本公开内容，即使当用于PIN二极管230的湿气阻挡膜的厚度被最大化时，这也不会妨碍脱氢路径的形成。因此，PIN二极管230可以被保护层保护得尽可能厚，进一步使由于外部湿气引起的PIN二极管230的老化最小化，从而进一步提高了PIN二极管的可靠性。
与第二保护层234相比，第一保护层226和层间绝缘层224中的每一个可以由在105℃下在1秒内氢扩散距离为9.9×10-3nm或更大的诸如SiO2或SiON的无机材料制成。
第一保护层226和层间绝缘层224可以形成在PIN二极管230下方。第二保护层234允许PIN二极管230屏蔽湿气。因此，第一保护层226和层间绝缘层224中的每一个可以由诸如SiO2或SiON而不是SiNx的无机材料制成。
此外，第一保护层226和层间绝缘层224中的每一个可以由在105℃下在1秒内氢扩散距离为9.9×10-3nm或更小的诸如SiNx的无机材料制成。
在这种情况下，尽管层间绝缘层224形成在有源层221的顶面上，但氢可以通过层间绝缘层224的第一接触孔224a和第二接触孔224b从有源层221排出到外部。因此，即使当层间绝缘层224由SiNx制成时，仍然可以获得脱氢效果。
此外，尽管第一保护层226形成在薄膜晶体管220的有源层221的顶部上，但可以确保通过层间绝缘层224的第二接触孔224b和第一保护层226的第三接触孔226a从有源层到外部的脱氢路径。因此，即使当第一保护层226由SiNx制成时，仍然可以获得脱氢效果。
也就是说，当可以确保通过第一接触孔224a和第二接触孔224b中的至少一个从有源层到外部的脱氢路径时，即使在第一保护层226和层间绝缘层224中的每一个由在105℃下在1秒内氢扩散距离为9.9×10-3nm或更小的诸如SiNx的无机材料制成时，仍然可以获得脱氢效果。
可以在PIN二极管230上的第二保护层234上形成偏置电极243。偏置电极243可以经由限定在第二保护层234中的第四接触孔234a连接至PIN二极管230的上电极233，以将偏置电压施加到PIN二极管230。
可以在偏置电极243上形成第三保护层245以覆盖基底衬底210的整个表面。在这种情况下，第三保护层245可以与第一保护层226和第二保护层234两者直接接触。
具体地，第三保护层245可以形成为覆盖PIN二极管230和薄膜晶体管220。第三保护层245可以由在105℃下在1秒内氢扩散距离为9.9×10-3nm或更大的诸如SiO2或SiON的无机物质制成。
由于第三保护层245形成为覆盖PIN二极管230和薄膜晶体管220两者，因此可能难以确保单独的氢逃逸或排出路径。因此，第三保护层245可以不是由诸如SiNx的无机材料制成，而是可以由在105℃下在1秒内氢扩散距离为9.9×10-3nm或更大的诸如SiO2或SiON的无机物质制成。
形成为围绕PIN二极管230的侧表面的第二保护层234和形成在第二保护层234上的第三保护层245可以分别由具有不同的氢扩散距离的无机材料制成。
在一个实施方式中，形成为围绕PIN二极管230的侧表面的第二保护层234和形成在第二保护层234上的第三保护层245可以分别由具有不同的折射率的无机材料制成。
例如，当第二保护层234由SiNx形成，并且第三保护层245由SiO2或SiON形成时，第二保护层234的折射率低于第三保护层245的折射率，而第三保护层245的折射率高于第二保护层234的折射率。
也就是说，第二保护层234充当低折射率层，而第二保护层234上的第三保护层245充当高折射率层。因此，由于它们之间的折射率的差异，发射到PIN二极管230的侧表面的光在其侧表面向外散射，使得光到PIN二极管230的侧表面的直接照射可以被最小化。
当PIN二极管230被光照射时，通常光通过PIN二极管230的顶表面输入并且穿过PIN层232，使得光被转换成电信号。然而，光的一部分可以入射到PIN二极管230的侧表面方向上。
因此，根据本公开内容，当在PIN二极管230的侧表面上形成具有不同折射率的保护层时，这可以使照射到PIN二极管230的侧表面而不是其顶表面的光的影响最小化。因此，可以提高PIN二极管230的稳定性并且可以使PIN二极管230的故障最小化，从而提高PIN二极管的可靠性。
此外，如图4中所示，可以在第二保护层234与第三保护层245之间形成平坦化层244。无论下面的电极或元件的形状如何，平坦化层244可以具有平坦化的顶面，从而使弯曲部分最小化。平坦化层244可以由有机材料例如诸如光压克力(PAC)的丙烯酸树脂制成。然而，本公开内容不限于此。诸如PR(光致抗蚀剂)的材料可以用于平坦化层244。
在这种情况下，平坦化层244可以直接接触第一保护层226和第二保护层234以及直接接触第三保护层245。
将参照图2和图3描述栅极焊盘区域GPA和数据焊盘区域DPA。
栅极焊盘区域GPA可以形成为使得栅极焊盘223'、第一栅极连接焊盘225'、第二栅极连接焊盘231'和栅极接触焊盘243'被堆叠。
栅极焊盘223'可以在与栅电极223a相同的工艺中形成。第一栅极连接焊盘225'可以在与第一电极225a和第二电极225b相同的工艺中形成。第二栅极连接焊盘231'可以在与下电极231相同的工艺中形成。栅极接触焊盘243'可以在与上电极233相同的工艺中形成。
可以在栅极焊盘区域中形成第二保护层234。第二保护层234可以形成在第一栅极连接焊盘225'与第二栅极连接焊盘231'之间。
在这种情况下，第二保护层234可以形成为在栅极连接焊盘225'和231'彼此连接的接触孔区域中具有开口区域。
此外，可以在栅极接触焊盘243'上形成第三保护层245。第三保护层245可以形成为在栅极接触焊盘243'连接至第二栅极连接焊盘231'的接触孔区域中具有开口区域。
数据焊盘区域DPA可以形成为使得数据焊盘225”、数据连接焊盘231”和数据接触焊盘243”被堆叠。
数据焊盘225”可以在与第一电极225a和第二电极225b相同的工艺中形成。数据连接焊盘231”可以在与下电极231相同的工艺中形成。数据接触焊盘243”可以在与上电极233相同的工艺中形成。
此外，在数据焊盘区域中，可以形成第二保护层234。第二保护层234可以形成在数据连接焊盘231”与数据接触焊盘243”之间。
在这种情况下，第二保护层234可以形成为在数据连接焊盘231”和数据接触焊盘243”彼此连接的接触孔区域中具有开口区域。
此外，可以在数据接触焊盘243”上形成第三保护层245。第三保护层245可以形成为在数据连接焊盘231”和数据接触焊盘243”彼此连接的接触孔区域中具有开口区域。
在根据本公开内容的阵列衬底201上，可以形成闪烁体层250以覆盖PIN二极管230。由于闪烁体层250可以直接沉积在阵列衬底201上，因此阵列衬底201的顶表面的平坦化是必需的。因此，平坦化层244可以形成为使阵列衬底201的顶表面平坦化。这可以经由闪烁体材料的沉积来促进闪烁体层250的形成。
根据本公开内容的数字X射线检测器200如下操作。
照射到数字X射线检测器200的X射线通过闪烁体层250被转换成可见光区域的光。可见光区域的光通过PIN二极管230的PIN层232被转换成电信号。
具体地，当可见光区域的光照射到PIN层232时，I型半导体层被P型半导体层和N型半导体层耗尽，使得在其中产生电场。然后，由光产生的空穴和电子被电场漂移并且分别被收集到P型半导体层和N型半导体层中。
PIN二极管230将可见光区域的光转换为电信号，并且将信号发送到薄膜晶体管220。发送的电信号沿连接至薄膜晶体管220的数据线225传递并且然后显示为视频信号。
参照附图并参考实施方式描述本公开内容。然而，本公开内容不限于本文中公开的实施方式和附图。将明显的是，本领域技术人员可以在本公开内容的范围内对其进行各种修改。此外，尽管由本公开内容的配置产生的效果未明确地描述由本公开内容的配置产生的效果，但应当认识到从本公开内容的配置预期的效果。

Claims (13)

1.一种用于数字X射线检测器的薄膜晶体管阵列衬底，包括：
基底衬底；
设置在所述基底衬底上的薄膜晶体管，其中，所述薄膜晶体管包括有源层、栅电极、以及连接至所述有源层的第一电极和第二电极；
设置在所述薄膜晶体管上的第一保护层；
设置在所述第一保护层上的PIN二极管，其中，所述PIN二极管包括连接至所述薄膜晶体管的下电极、所述下电极上的PIN层以及所述PIN层上的上电极；
覆盖所述PIN二极管的至少一部分的第二保护层，其中，所述薄膜晶体管未被所述第二保护层覆盖；
设置在所述PIN二极管上并且连接至所述上电极的偏置电极；以及
设置在所述偏置电极上的第三保护层，其中，所述第三保护层覆盖所述薄膜晶体管和所述PIN二极管。
2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管阵列衬底，其中，所述第三保护层与所述第一保护层和所述第二保护层两者直接接触。
3.根据权利要求1所述的薄膜晶体管阵列衬底，其中，所述薄膜晶体管阵列衬底还包括设置在所述第二保护层与所述第三保护层之间的平坦化层，
其中，所述平坦化层与所述第一保护层和所述第二保护层两者直接接触。
4.根据权利要求1所述的薄膜晶体管阵列衬底，其中，所述第二保护层覆盖所述PIN二极管的整个表面。
5.根据权利要求1所述的薄膜晶体管阵列衬底，其中，所述第二保护层覆盖所述PIN二极管的边缘区域。
6.根据权利要求1所述的薄膜晶体管阵列衬底，其中，所述第二保护层覆盖除了所述薄膜晶体管以外的所述基底衬底的整个表面。
7.根据权利要求1所述的薄膜晶体管阵列衬底，其中，所述第二保护层还覆盖所述薄膜晶体管的所述栅电极。
8.根据权利要求1所述的薄膜晶体管阵列衬底，其中，所述第二保护层还覆盖所述薄膜晶体管的第一接触孔和第二接触孔中的一个。
9.根据权利要求1所述的薄膜晶体管阵列衬底，其中，所述第二保护层包括SiNx。
10.根据权利要求1所述的薄膜晶体管阵列衬底，其中，所述薄膜晶体管阵列衬底还包括设置在所述有源层与所述第一电极和所述第二电极之间的层间绝缘层，
其中，所述有源层分别经由形成在所述层间绝缘层中的第一接触孔和第二接触孔而连接至所述第一电极和所述第二电极。
11.根据权利要求10所述的薄膜晶体管阵列衬底，其中，所述第一保护层、所述层间绝缘层和所述第三保护层中的每一个包括SiO2和SiON中的一个。
12.根据权利要求10所述的薄膜晶体管阵列衬底，其中，所述第一保护层包括SiNx，其中，所述第一接触孔和所述第二接触孔中的至少一个未被SiNx覆盖。
13.一种数字X射线检测器，包括：
根据权利要求1至12中的任一项所述的薄膜晶体管阵列衬底；以及
设置在所述薄膜晶体管阵列衬底上的闪烁体层。
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