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CN103839949B - 数字x射线检测器的薄膜晶体管阵列基板 - Google Patents

数字x射线检测器的薄膜晶体管阵列基板 Download PDF

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CN103839949B CN201310459949.3A CN201310459949A CN103839949B CN 103839949 B CN103839949 B CN 103839949B CN 201310459949 A CN201310459949 A CN 201310459949A CN 103839949 B CN103839949 B CN 103839949B
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Abstract

公开了一种用于减小漏电流的数字X射线检测器的薄膜晶体管阵列基板。所述薄膜晶体管阵列基板包括：多条选通线，其用于提供扫描信号；多条数据线，其沿着与所述选通线垂直的方向布置，以输出数据；光电二极管，其位于由所述选通线和所述数据线限定的各单元区域中以执行光电转换；薄膜晶体管，其位于所述选通线与所述数据线之间的各交叉处，以根据所述选通线的所述扫描信号导通并且将来自所述光电二极管的光电转换信号输出到所述数据线；以及多条偏压线，其用于将偏置电压施加到所述光电二极管，其中，在光电二极管区域的外部区域中，所述薄膜晶体管的源极连接到所述光电二极管的第一电极。

Description

数字X射线检测器的薄膜晶体管阵列基板
技术领域
本发明涉及一种数字X射线检测器。更具体地说，本发明涉及一种用于减小漏电流的数字X射线检测器的薄膜晶体管阵列基板。
背景技术
通常，X射线是易于穿过物体的短波长辐射，并且X射线的透射率根据该物体的密度来确定。即，可以通过穿过物体的X射线量来间接观察该物体的内部状态。
X射线检测器是检测穿过物体的X射线量的设备。X射线检测器检测X射线的透射率并且通过显示设备来显示物体的内部状态。X射线检测器通常可以用作医学检查器，非破坏性检查器等。
近年来，使用数字造影（下文中称作“DR”）而不使用胶片的数字X射线检测器广泛用作X射线检测器。
数字X射线检测器的薄膜晶体管阵列基板中的每一个单元均包括：光电二极管（PIN二极管），所述光电二极管接收X射线，将该X射线转换成可见光并且将该可见光转换成电信号；以及薄膜晶体管，所述薄膜晶体管形成在所述光电二极管的下方并且将来自所述光电二极管的电信号输出到数据线。
图1是例示通常的数字X射线检测器的配置的视图。
如图1所示，通常的数字X射线检测器包括薄膜晶体管阵列基板110、偏压提供器120、选通驱动器130、读取集成电路150、定时控制器180和电源电压提供器190。
读取集成电路150包括信号检测器160和复用器170。
薄膜晶体管阵列基板110检测从能量源中发射的X射线，将检测到的X射线转换成电信号并且输出所述电信号。薄膜晶体管阵列基板110包括：多条选通线(GL)；多条数据线(DL)，所述多条数据线(DL)沿着与选通线(GL)垂直的方向布置，以限定各个单元区域；以及多个感光像素(P)，所述多个感光像素(P)通过所述选通线和所述数据线在各个单元区域中以矩阵形式布置。
每个感光像素(P)包括：光电二极管(PD)，所述光电二极管(PD)检测X射线并且输出检测信号（例如，光检测电压）；以及至少一个开关器件，所述至少一个开关器件响应于选通脉冲来发送从所述光电二极管(PD)输出的检测信号。例如，所述开关器件是晶体管。在下文中，将描述所述开关器件是晶体管的实施方式。
光电二极管(PD)感测从能量源10中发射的X射线并且输出感测到的信号作为检测信号。光电二极管(PD)是通过光电效应将入射光转换成电检测信号的设备，并且例如是PIN（具有包括按照p型半导体层、本征(I)半导体层和n型半导体层的顺序层叠的结构）二极管。
偏压提供器120通过多条偏压线(BL)施加驱动电压。偏压提供器120可以将预定电压施加到光电二极管(PD)，或者选择性地将反向偏压或正向偏压施加到光电二极管(PD)。
选通驱动器130通过选通线(GL)顺序地施加具有栅极导通电压电平的选通脉冲。另外，选通驱动器130可以将具有栅极导通电压电平的复位脉冲施加到多条复位线(RL)。栅极导通电压电平是使感光像素(P)的晶体管导通的电压电平。可以响应于选通脉冲或复位脉冲使感光像素(P)的晶体管导通。
通过数据线(DL)将响应于选通脉冲从光电二极管(PD)输出的检测信号输入到读取集成电路150。选通驱动器130可以在薄膜晶体管阵列基板110的一侧以IC形式安装，或者通过薄膜工艺形成在诸如薄膜晶体管阵列基板110的基板上。
读取集成电路150响应于所述选通脉冲，读取从导通的晶体管输出的检测信号。读取集成电路150在偏移读取区域中读取从感光像素P中输出的检测信号以读取偏移图像，并且在X射线读取区域中读取从感光像素P中输出的检测信号以在X射线曝光之后读取检测信号。
读取集成电路150可以包括信号检测器160和复用器170。
信号检测器160包括与数据线(DL)一一对应的多个放大单元，并且每个放大单元均包括放大器(OP)、电容器(CP)和复位器件(SW)。
定时控制器180生成开始信号(STV)、时钟信号(CPV)等，并且将所述开始信号(STV)、时钟信号(CPV)等输出到选通驱动器130以便于控制选通驱动器130的操作。另外，定时控制器180生成读取控制信号(ROC)、读取时钟信号(CLK)等，并且将所述读取控制信号(ROC)、读取时钟信号(CLK)等输出到读取集成电路150以便于控制读取集成电路150的操作。可以使用单独的时钟信号对选通驱动器130和读取集成电路150进行操作。
电源电压提供器190通过电源电压线(VDD)向感光像素(P)提供电源电压。
下面将描述用于X射线检测器的薄膜晶体管阵列的单位单元结构。
图2是例示数字X射线检测器的常规薄膜晶体管阵列基板的单位单元的电路配置的视图，图3是例示数字X射线检测器的常规薄膜晶体管阵列基板的单位单元的平面图，并且图4是数字X射线检测器的常规薄膜晶体管阵列基板的单位单元沿着线I-I'的截面图。
数字X射线检测器的常规薄膜晶体管阵列基板的单位单元包括：多条选通线（GL），所述多条选通线（GL）用于提供扫描信号；多条数据线(DL)，所述多条数据线(DL)沿着与所述选通线(GL)垂直的方向布置以输出数据；光电二极管(PIN-二极管)，所述光电二极管形成在由所述选通线和所述数据线限定的各个单元区域中以执行光电转换；薄膜晶体管(TFT)，所述薄膜晶体管形成在所述选通线(GL)与所述数据线(DL)之间的各交叉处，以根据所述选通线的所述扫描信号导通并且将在所述光电二极管中进行光电转换的信号输出到所述数据线；以及多条偏压线(BL)，所述多条偏压线(BL)用于将偏置电压施加到所述光电二极管。
这里，在光电二极管的下部将薄膜晶体管的源极连接到所述光电二极管的第一电极。
将描述这种单位单元的截面结构。
如图4所示，在基板1上形成选通线（在图2和图3中由“GL”表示）和从所述选通线突出的栅极2，并且在所述栅极2的整个表面上方形成栅绝缘膜3。
另外，在栅极2的上部中在栅绝缘膜3上形成有源层5，并且在所述有源层5的两侧形成漏极4a和源极4b，以构成薄膜晶体管。
在包括漏极4a和源极4b的基板的整个表面上方形成第一层间绝缘膜7，并且选择性地去除被布置在薄膜晶体管的源极4b上的第一层间绝缘膜7，以形成第一接触孔6。
在第一层间绝缘膜7上形成光电二极管的第一电极8，使得通过第一接触孔6将该第一电极8连接到薄膜晶体管的源极4b，在第一电极8上形成具有p型半导体层、本征半导体层和n型半导体层的半导体层9，并且在半导体层9上形成光电二极管的第二电极10。
第二层间绝缘膜11形成在第一层间绝缘膜7上，布置在设置有光电二极管的第二电极10的基板的整个表面上方，选择性地去除被布置在薄膜晶体管的漏极4a上的所述第一层间绝缘膜7和第二层间绝缘膜11以形成第二接触孔16，并且选择性地去除被布置在第二电极10上方的第二层间绝缘膜11以形成第三接触孔17。
在第二层间绝缘膜11上形成通过第二接触孔16连接到薄膜晶体管的漏极4a的数据线12(DL)，在薄膜晶体管的沟道区域的上部中形成遮光层13，并且形成通过第三接触孔17连接到光电二极管的第二电极10的偏压线14(BL)。另外，在所述基板的整个表面上方形成保护膜15。
如图3和图4所示，在光电二极管下方形成第一接触孔6，该第一接触孔6用于将光电二极管的第一电极8连接到薄膜晶体管的源极4b。
具有这种配置的数字X射线检测器的常规薄膜晶体管阵列基板操作如下。
即，当照射X射线时，电流根据与X射线的强度相对应的光量在光电二极管中流动，并且当将扫描信号（选通高电压）施加到选通线时，薄膜晶体管导通并且通过数据线输出光学信号。
然而，具有这种配置的数字X射线检测器的常规薄膜晶体管阵列基板具有如下问题。
如果通常的数字X射线检测器具有理想结构，则这种通常的数字X射线检测器不能防止电流在黑暗状态中在光电二极管中流动。然而，在黑暗状态中，暗电流流动。
因此，本发明人找出了暗电流在黑暗状态中流动的原因。
通过因果分析结果，可以看出：当用于将薄膜晶体管的源极4b连接到光电二极管的第一电极8的接触孔6具有很大的倾斜角度时，漏电流增加并且所述漏电流与接触孔数量成比例地增加。
通常，通过干蚀刻形成用于将薄膜晶体管的源极4b连接到光电二极管的第一电极8的接触孔，并且根据层间绝缘膜的厚度和接触孔的直径来改变所述接触孔的倾斜角度。另外，可以看到：漏电流根据接触孔的倾斜角度改变，并且作为以接触孔的预定角度的漏电流的测量结果，可以得出结论：漏电流不受接触孔数量的影响。
图5是示出当接触孔的数量是1、4、16和36并且接触孔的倾斜角度是预定的时漏电流测量结果的曲线图。
然而，用于数字X射线检测器的薄膜晶体管阵列基板具有低集成等级，其不足以将接触孔的倾斜角度减小到预定等级。
另外，当在部分不同的条件下而不是在相同的条件下，在薄膜晶体管阵列基板的整个表面上方执行用于形成接触孔的曝光和蚀刻工艺时，漏电流特性根据各个单位单元而改变。因此，X射线检测器的可靠性劣化。
另外，由于在光电二极管的下部中形成用于将薄膜晶体管的源极4b连接到光电二极管的第一电极8的接触孔，因此光电二极管的特性由于薄膜晶体管的源极/漏极步骤而改变。
发明内容
因此，本发明针对一种数字X射线检测器的薄膜晶体管阵列基板，其基本上消除了由于现有技术的限制和缺点而引起的一个或更多个问题。
本发明的目的在于提供一种数字X射线检测器的薄膜晶体管阵列基板，其能够通过在光电二极管的外部中而不是光电二极管的下部中形成用于将薄膜晶体管的源极连接到光电二极管的第一电极的接触孔来减小数字X射线检测器的光电二极管的漏电流（暗电流）。
本发明的额外优点、目的和特征一部分将在以下说明书中进行阐述，并且一部分在研读以下内容的情况下对于本领域技术人员而言将变得显而易见，或者可以从本发明的实践中获知。本发明的目的和其它优点可以通过在书面说明书及其权利要求书及附图中具体指出的结构来实现和获得。
为了实现这些目的和其它优点并且根据本发明的目的，如在这里具体实施并且广泛描述的，一种数字X射线检测器的薄膜晶体管阵列基板，所述薄膜晶体管阵列基板包括：多条选通线，所述多条选通线用于提供扫描信号；多条数据线，所述多条数据线沿着与所述选通线垂直的方向布置以输出数据；光电二极管，所述光电二极管位于由所述选通线和所述数据线限定的各单元区域中以执行光电转换；薄膜晶体管，所述薄膜晶体管位于所述选通线与所述数据线之间的各交叉处，以根据所述选通线的所述扫描信号导通并且将来自所述光电二极管的光电转换信号输出到所述数据线；以及多条偏压线，所述多条偏压线用于将偏置电压施加到所述光电二极管，其中，在光电二极管区域的外部区域中，所述薄膜晶体管的源极连接到所述光电二极管的第一电极。
在本发明的另一个方面中，一种数字X射线检测器的薄膜晶体管阵列基板，所述薄膜晶体管阵列基板包括：设置有栅极、源极和漏极的薄膜晶体管，所述薄膜晶体管形成在所述基板上；位于所述基板的整个表面上方的层间绝缘膜，所述层间绝缘膜在所述源极上具有接触孔；光电二极管的第一电极，所述光电二极管的第一电极位于层间绝缘膜上使得所述第一电极通过所述接触孔连接到所述薄膜晶体管的所述源极；形成在所述第一电极上的半导体层；以及位于所述半导体层上的所述光电二极管的第二电极，其中，所述半导体层和所述第二电极不与所述接触孔交叠。
所述半导体层和所述第二电极不与所述薄膜晶体管的所述源极交叠。
应当理解的是，本发明的前述总体描述和下述详细描述二者都是示例性和说明性的，并且旨在提供对所要求保护的本发明的进一步说明。
附图说明
附图被包括以提供对实施方式的进一步理解，并且被并入本文中且构成本申请的一部分，附图例示了本发明的(多个)实施方式，并且与说明书一起用于说明本发明的原理。在附图中：
图1是例示通常的数字X射线检测器的配置的视图；
图2是例示数字X射线检测器的常规薄膜晶体管阵列基板的单位单元的电路配置的视图；
图3是例示数字X射线检测器的常规薄膜晶体管阵列基板的单位单元的平面图；
图4是图3所示的数字X射线检测器的常规薄膜晶体管阵列基板的单位单元沿着线I-I'的截面图；
图5是示出当接触孔的数量是1、4、16和36并且接触孔的倾斜角度是预定的时漏电流测量结果的曲线图；
图6是根据本发明的数字X射线检测器的薄膜晶体管阵列基板的单位单元的平面图；以及
图7是图6所示数字X射线检测器的薄膜晶体管阵列基板的单位单元沿着线II-II’的截面图。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的优选实施方式，在附图中例示了这些优选实施方式的示例。在可能的情况下，将贯穿全文使用相同的附图标记来指代相同或相似的部分。
在下文中，将参照附图详细描述根据本发明的数字X射线检测器的薄膜晶体管阵列基板。
将参照附图更加详细地描述根据本发明的数字X射线检测器的薄膜晶体管阵列基板。
图6是根据本发明的数字X射线检测器的薄膜晶体管阵列基板的单位单元的平面图。图7是图6所示的数字X射线检测器的薄膜晶体管阵列基板的单位单元沿着线II-II’的截面图。
根据本发明的用于数字X射线检测器的薄膜晶体管的单位单元包括：多条选通线(GL)，所述多条选通线(GL)用于提供扫描信号；多条数据线(DL)，所述多条数据线(DL)沿着与所述选通线(GL)垂直的方向布置，以输出数据；光电二极管（(PIN-二极管），所述光电二极管形成在由所述选通线和所述数据线限定的各单元区域中以执行光电转换；薄膜晶体管(TFT)，所述薄膜晶体管(TFT)形成在所述选通线(GL)与所述数据线(DL)之间的各交叉处，以根据所述选通线的所述扫描信号导通并且将来自所述光电二极管的光电转换信号输出到所述数据线；以及多条偏压线(BL)，所述多条偏压线(BL)用于将偏置电压施加到所述光电二极管。
在光电二极管的外部将所述薄膜晶体管的源极连接到所述光电二极管的第一电极。
将描述这种单位单元的截面结构。
如图7所示，在基板1上形成选通线（在图6中由“GL”表示）和从所述选通线突出的栅极2，并且在包括所述栅极2的基板1的整个表面上方形成栅绝缘膜3。
另外，在位于栅极2上方的栅绝缘膜3上形成有源层5，并且在所述有源层5的两侧形成漏极4a和源极4b，以构成薄膜晶体管。
在包括有漏极4a和源极4b的基板的整个表面上方形成第一层间绝缘膜7，并且选择性地去除被布置在薄膜晶体管的源极4b上的第一层间绝缘膜7以形成第一接触孔6。
在第一层间绝缘膜7上形成光电二极管的第一电极8使得该第一电极8通过第一接触孔6连接到薄膜晶体管的源极4b，在所述第一电极8上形成具有p型半导体层、本征半导体层和n型半导体层的半导体层9，并且在所述半导体层9上形成光电二极管的第二电极10。
这里，没有在第一接触孔6上方形成半导体层9和第二电极。即，如图6所示，在像素区域中形成半导体层9和第二电极，使得所述半导体层9和第二电极不与薄膜晶体管的源极4b交叠。
第二层间绝缘膜11形成在第一层间绝缘膜7上，布置在设置有光电二极管的第二电极10的基板的整个表面上方，选择性地去除被布置在薄膜晶体管的漏极4a上的所述第一层间绝缘膜7和第二层间绝缘膜11以形成第二接触孔16，并且选择性地去除被布置在光电二极管的第二电极10上方的第二层间绝缘膜11以形成第三接触孔17。
在第二层间绝缘膜11上形成通过第二接触孔16连接到薄膜晶体管的漏极4a的数据线12(DL)，在薄膜晶体管的沟道区域的上方形成遮光层13，并且形成通过第三接触孔17连接到光电二极管的第二电极10的偏压线14(BL)。另外，在所述基板的整个表面上方形成保护膜15。
如图6和图7所示，在光电二极管的外部中而不是光电二极管的下部中形成用于将光电二极管的第一电极8连接到薄膜晶体管的源极4b的第一接触孔6。
具有这种配置的数字X射线检测器的薄膜晶体管阵列基板具有以下优点。
由于在光电二极管的外部中而不是光电二极管的下部中形成用于将所述薄膜晶体管的源级连接到所述光电二极管的第一电极的接触孔，因此尽管接触孔的倾斜角度没有减小到预定等级或更低，但是根据本发明的数字X射线检测器的薄膜晶体管阵列基板可以减小数字X射线检测器的光电二极管的漏电流（暗电流）。
另外，尽管改变了形成接触孔的曝光和蚀刻工艺，但是由于在光电二极管的外部中形成接触孔，因此漏电流特性是均匀的并且因此提高了X射线检测器的可靠性。另外，由于在光电二极管的外部中形成接触孔，因此尽管改变了薄膜晶体管的源极的位置，但是源极的尺寸减小并且因此防止了由源极的步骤而导致的光电二极管的特性的变化。
对于本领域技术人员而言将显而易见的是，可以在不脱离本发明的精神或者范围的情况下在本发明中进行各种修改和变化。因此，本发明旨在涵盖落在本发明所附权利要求及其等同物的范围内的本发明的修改和变化。
本申请要求在2012年11月27日提交的韩国专利申请No.10-2012-0134961的优先权，通过引用将该韩国专利申请并入本文，如同在本文中进行全面阐述一样。

Claims (10)

1.一种数字X射线检测器的薄膜晶体管阵列基板，所述薄膜晶体管阵列基板包括：
基板；
形成在所述基板上的薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括栅极、源极和漏极；
位于所述基板的整个表面上方的层间绝缘膜，所述层间绝缘膜在所述源极上具有接触孔；
光电二极管的第一电极，所述光电二极管的第一电极位于层间绝缘膜上使得所述第一电极通过所述接触孔连接到所述薄膜晶体管的所述源极；
形成在所述第一电极上的半导体层；以及
位于所述半导体层上的所述光电二极管的第二电极，
其中，所述接触孔被设置在由所述半导体层覆盖的区域以外的部分。
2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管阵列基板，其中，所述半导体层和所述第二电极不与所述接触孔交叠。
3.根据权利要求1所述的薄膜晶体管阵列基板，其中，所述半导体层不与所述接触孔交叠。
4.根据权利要求1所述的薄膜晶体管阵列基板，其中，所述半导体层不与所述源极交叠。
5.根据权利要求1所述的薄膜晶体管阵列基板，其中，所述半导体层和所述第二电极不与所述源极交叠。
6.根据权利要求1所述的薄膜晶体管阵列基板，其中，所述源极连接至所述第一电极的、由光电二极管区域覆盖的区域以外的部分。
7.根据权利要求1所述的薄膜晶体管阵列基板，其中，所述第一电极延伸超出所述半导体层的边缘。
8.根据权利要求1所述的薄膜晶体管阵列基板，其中，所述半导体层相对于所述接触孔横向位移。
9.根据权利要求1所述的薄膜晶体管阵列基板，该薄膜晶体管阵列基板还包括偏压线，所述偏压线用于向各光电二极管施加偏置电压。
10.根据权利要求1所述的薄膜晶体管阵列基板，其中，所述光电二极管包括PIN二极管，用于检测X射线。
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