公开/公告号CN105810765A
专利类型发明专利
公开/公告日2016-07-27
原文格式PDF
申请/专利权人 京东方科技集团股份有限公司;成都京东方光电科技有限公司;
申请/专利号CN201610162640.1
申请日2016-03-21
分类号H01L31/0352(20060101);H01L31/115(20060101);G01T1/24(20060101);
代理机构11291 北京同达信恒知识产权代理有限公司;
代理人黄志华
地址 100015 北京市朝阳区酒仙桥路10号
入库时间 2023-06-19 00:13:49
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2017-08-11
授权
授权
2016-08-24
实质审查的生效 IPC(主分类):H01L31/0352 申请日:20160321
实质审查的生效
2016-07-27
公开
公开
技术领域
本发明涉及显示技术领域,尤其涉及一种PIN光电二极管、X射线探测像 元、装置及其探测方法。
背景技术
目前,X射线探测器被广泛用于医疗显像行业,是医师的眼睛。X射线探 测器分为直接式和间接式,其中,直接式需要更高的X射线的剂量来成像,对 人体带来附带的伤害;与直接式相比,间接式利用了PIN光电二极管,所以需 要的X射线剂量比较小。间接式X射线探测器逐渐成为市场的主流。
然而,由于PIN光电二极管的N+掺杂层的周期性被破坏,使其表面有缺 陷,从而导致缺陷暗电流的存在,这会引起噪声影响图像质量。另外,X射线 探测器包括两个开关晶体管(复位开关晶体管和行选开关晶体管),在复位时, PIN光电二极管中的N+掺杂层通过复位开关晶体管被复位成电源信号Vdd; 在读取时,行选信号的高电平也是Vdd,行选开关晶体管在读取信号时会有一 个阈值电压Vth的损失,即X射线照射时,PIN光电二极管会产生光生电子空 穴对,PIN光电二极管中N+掺杂层的电位会下降,其下降量要大于Vth之后, 才能被行选开关晶体管完全读出,因此,需要额外的X射线剂量来填补这个 Vth损失,这样会造成X射线剂量的浪费。
因此,如何改善PIN光电二极管表面存在缺陷暗电流的问题,提高X射 线探测器的图像质量,且降低X射线使用剂量,是本领域技术人员亟待解决的 技术问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种PIN光电二极管、X射线探测像元、装置及其探 测方法,用以改善PIN光电二极管表面存在缺陷暗电流的问题,提高X射线 探测器的图像质量,且降低X射线使用剂量。
本发明实施例提供了一种PIN光电二极管,包括:本征层、第一掺杂层和 第二掺杂层;还包括:第三掺杂层;
所述本征层位于所述第一掺杂层和第二掺杂层之间,所述第三掺杂层位于 所述第二掺杂层之上。
在一种可能的实施方式中,本发明实施例提供的上述PIN光电二极管中, 所述第一掺杂层和所述第三掺杂层为P型半导体层,所述第二掺杂层为N型半 导体层。
本发明实施例提供了一种X射线探测像元,包括:本发明实施例提供的上 述PIN光电二极管,复位单元和输出单元;其中,
所述复位单元的控制端用于输入复位信号,输入端用于输入电源信号,输 出端用于将信号输出到所述PIN光电二极管的第三掺杂层;所述复位单元用于 在所述复位信号的控制下,通过所述电源信号对所述PIN光电二极管进行复 位;
所述输出单元的控制端用于输入控制信号,输入端用于输入所述PIN光电 二极管的第二掺杂层的信号,输出端用于输出所述PIN光电二极管经过X射 线照射后产生的电信号;所述输出单元用于在所述控制信号的控制下,将所述 PIN光电二极管经过X射线照射后产生的电信号输出。
在一种可能的实施方式中,本发明实施例提供的上述X射线探测像元中, 所述复位单元,包括:第一开关晶体管;
所述第一开关晶体管的栅极用于输入所述复位信号,源极用于输入所述电 源信号端相连,漏极用于将信号输出到所述PIN光电二极管的第三掺杂层。
在一种可能的实施方式中,本发明实施例提供的上述X射线探测像元中, 所述输出单元,包括:第二开关晶体管;
所述第二开关晶体管的栅极用于输入所述控制信号,源极用于输入所述 PIN光电二极管的第二掺杂层的信号,漏极用于输出所述PIN光电二极管经过 X射线照射后产生的电信号。
在一种可能的实施方式中,本发明实施例提供的上述X射线探测像元中, 所述第三掺杂层为P型半导体层,所述第二掺杂层为N型半导体层,所述第三 掺杂层和所述第二掺杂层组成的PN结的开启电压与所述第二开关晶体管的阈 值电压相等。
本发明实施例提供了一种数字X射线探测装置,包括:呈矩阵排列的多个 本发明实施例提供的上述X射线探测像元、多条开启信号线、多条读取信号线、 多个读取单元,以及显像单元;其中,
每条所述开启信号线对应一行所述X射线探测像元,用于向该行X射线 探测像元的输出单元的控制端输入控制信号;
每列所述X射线探测像元分别对应一个所述读取单元和一条所述读取信 号线,所述读取单元用于通过对应的所述读取信号线读取所述X射线探测像元 输出的电信号;
所述显像单元用于根据所述读取单元读取的电信号生成图像。
本发明实施例提供了一种本发明实施例提供的上述数字X射线探测装置 的探测方法,包括:
在复位阶段,所述复位单元在所述复位信号的控制下通过所述电源信号对 所述PIN光电二极管进行复位;
在照射阶段,采用X射线对所述PIN光电二极管进行照射处理;
在输出阶段,所述输出单元通过输出端将所述PIN光电二极管经过X射 线照射后产生的电信号输出;
在读取阶段,所述读取单元读取所述输出单元输出的电信号;
在显示阶段,所述显像单元根据所述读取单元读取的电信号生成图像。
本发明实施例的有益效果包括:
本发明实施例提供了一种PIN光电二极管、X射线探测像元、装置及其探 测方法,该PIN光电二极管包括:本征层、第一掺杂层和第二掺杂层;还包括: 第三掺杂层;本征层位于第一掺杂层和第二掺杂层之间,第三掺杂层位于第二 掺杂层之上。具体地,本发明实施例提供的PIN光电二极管,通过在第二掺杂 层之上覆盖一层第三掺杂层,这样可以防止第二掺杂层被周期性破坏,从而防 止第二掺杂层表面出现缺陷,改善了PIN光电二极管由于掺杂层表面存在表面 缺陷而导致的缺陷暗电流,同时将该PIN光电二极管应用于X射线探测器, 可以提高图像质量。
附图说明
图1为本发明实施例提供的PIN光电二极管的结构示意图;
图2为本发明实施例提供的X射线探测像元的结构示意图;
图3为本发明实施例提供的X射线探测像元的具体结构示意图;
图4为本发明实施例提供的数字X射线探测装置的结构示意图;
图5为本发明实施例提供的数字X射线探测装置的探测方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明实施例提供的PIN光电二极管、X射线探测像元、 装置及其探测方法的具体实施方式进行详细的说明。
本发明实施例提供了一种PIN光电二极管,如图1所示,可以包括:本征 层I、第一掺杂层01和第二掺杂层02;还包括:第三掺杂层03;本征层I位 于第一掺杂层01和第二掺杂层02之间,第三掺杂层03位于第二掺杂层02之 上。
本发明实施例提供的上述PIN光电二极管,通过在第二掺杂层之上覆盖一 层第三掺杂层,这样可以防止第二掺杂层被周期性破坏,从而防止第二掺杂层 表面出现缺陷,有利改善了PIN光电二极管由于掺杂层表面存在表面缺陷而导 致的缺陷暗电流,同时将该PIN光电二极管应用于X射线探测器,可以提高 图像质量。
在具体实施时,本发明实施例提供的上述PIN光电二极管中,第一掺杂层 和第三掺杂层为P型半导体层,第二掺杂层为N型半导体层。具体地,本发明 实施例提供的上述PIN光电二极管中,第二掺杂层和第三掺杂层形成PN结, 在复位时,PIN光电二极管的第三掺杂层被复位成电源信号电压Vdd,因此第 二掺杂层的电压值为Vdd-Vdth,其中,Vdth为PN结的开启电压。这样将该 PIN光电二极管应用于X射线探测器时,可以调节Vdth和行选开关晶体管的 阈值电压Vth的大小,使两者相等,从而就可以减小或消除Vth的损耗,进而 就可以减小或无需额外X射线的剂量来填补Vth的损耗,有效降低X射线的 使用剂量。
基于同一发明构思,本发明实施例提供了一种X射线探测像元,如图2 所示,可以包括:本发明实施例提供的上述PIN光电二极管,复位单元04和 输出单元05;其中,复位单元04的控制端用于输入复位信号Reset,输入端用 于输入电源信号VDD,输出端用于将信号输出到PIN光电二极管的第三掺杂 层03;复位单元04用于在复位信号Reset的控制下,通过电源信号VDD对 PIN光电二极管进行复位;输出单元05的控制端用于输入控制信号sel,输入 端用于输入PIN光电二极管的第二掺杂层02的信号,输出端用于输出PIN光 电二极管经过X射线照射后产生的电信号Vout;输出单元05用于在控制信号 sel的控制下,将PIN光电二极管经过X射线照射后产生的电信号输出Vout。
具体地,本发明实施例提供的上述X射线探测像元中,复位单元可以对 PIN光电二极管进行复位,输出单元可以将PIN光电二极管产生的电信号输出 用于成像;其中,PIN光电二极管的第二掺杂层之上覆盖有第三掺杂层,可以 防止第二掺杂层表面出现缺陷,有利改善了PIN光电二极管由于掺杂层表面存 在表面缺陷而导致的缺陷暗电流,提高图像质量;同时在复位时,复位单元在 复位信号的控制下导通,将电源信号VDD输出到PIN光电二极管的第三掺杂 层,使得第三掺杂层的电压为VDD,进而使得第二掺杂层的电压为VDD-Vdth, Vdth为第三掺杂层与第二掺杂层之间的开启电压,通过调节Vdth和输出单元 的阈值电压Vth的大小,使两者相等,就可以减小或消除Vth的损耗,进而就 可以减小或无需额外X射线的剂量来填补Vth的损耗,有效降低X射线的使 用剂量。
在具体实施时,本发明实施例提供的上述X射线探测像元中,如图3所示, 复位单元04可以包括:第一开关晶体管T1;第一开关晶体管T1的栅极用于 输入复位信号Reset,源极用于输入电源信号VDD,漏极用于将信号输出到PIN 光电二极管的第三掺杂层03。具体地,在复位时,第一开关晶体管T1在复位 信号Reset的控制下导通,从而将电源信号VDD输出到PIN光电二极管的第 三掺杂层03,将PIN光电二极管的第三掺杂层03的电压复位成VDD,由于第 二掺杂层02与第三掺杂层03之间存在开启电压Vdth,因此PIN光电二极管 的第二掺杂层02的电压为VDD-Vdth。
在具体实施时,本发明实施例提供的上述X射线探测像元中,如图3所示, 输出单元可以包括:第二开关晶体管T2;第二开关晶体管T2的栅极用于输入 控制信号sel,源极用于输入PIN光电二极管的第二掺杂层02的信号,漏极用 于输出PIN光电二极管经过X射线照射后产生的电信号Vout。具体地,第二 开关晶体管T2的源极可以通过过孔与PIN光电二极管的第二掺杂层02相连, PIN光电二极管在X射线照射时会产生光生电子空穴对,进而使其第二掺杂层 (N型半导体层)的电压发生变化,第二开关晶体管T2在控制信号sel的控制 下可以导通,进而将变化后的第二掺杂层的电压信号输出。
在具体实施时,本发明实施例提供的上述X射线探测像元中,第三掺杂层 为P型半导体层,第二掺杂层为N型半导体层,为了减小或无需额外X射线 的剂量填补Vth的损耗,有效降低X射线的使用剂量,可以调节第三掺杂层和 第二掺杂层组成的PN结的开启电压Vdth与第二开关晶体管的阈值电压Vth 相等。具体地,可以通过调节第二掺杂层与第三掺杂层的掺杂浓度,来调节两 者之间的开启电压Vdth的大小,当然也可以通过调节其他参数来调整PN结的 开启电压以及开关晶体管的阈值电压的大小,在此不作限定。
基于同一发明构思,本发明实施例提供了一种数字X射线探测装置,如图 4所示,可以包括:呈矩阵排列的多个本发明实施例提供的上述X射线探测像 元、多条开启信号线G、多条读取信号线D、多个读取单元06,以及显像单元 07;其中,每条开启信号线G对应一行X射线探测像元,用于向该行X射线 探测像元的输出单元的控制端输入控制信号;每列X射线探测像元分别对应一 个读取单元06和一条读取信号线D,读取单元06用于通过对应的读取信号线 D读取X射线探测像元输出的电信号;显像单元07用于根据读取单元06读取 的电信号生成图像。
本发明实施例提供的上述数字X射线探测装置,读取单元读取X射线探 测像元输出的电信号,显像单元根据读取单元读取的电信号生成图像。由于X 射线探测像元中的PIN光电二极管的第二掺杂层之上覆盖一层第三掺杂层,这 样可以防止第二掺杂层被周期性破坏,有利改善了PIN光电二极管存在的缺陷 暗电流的问题,可以提高图像质量,且可以通过调节第二掺杂层和第三掺杂层 之间的开启电压与输出单元的的阈值电压相等,达到减小或无需额外X射线的 剂量填补阈值电压的损耗,有效降低X射线的使用剂量
基于同一发明构思,本发明实施例提供了一种本发明实施例提供的上述数 字X射线探测装置的探测方法,如图5所示,可以包括:
S101、在复位阶段,复位单元在复位信号的控制下通过电源信号对PIN光 电二极管进行复位;
S102、在照射阶段,采用X射线对PIN光电二极管进行照射处理;
S103、在输出阶段,输出单元通过输出端将PIN光电二极管经过X射线 照射后产生的电信号输出;
S104、在读取阶段,读取单元读取输出单元输出的电信号;
S105、在显示阶段,显像单元根据读取单元读取的电信号生成图像。
本发明实施例提供的上述探测方法中,在复位时,PIN光电二极管中的第 三掺杂层被复位单元复位VDD,由于第二掺杂层与第三掺杂层之间存在开启 电压Vdth,因此第二掺杂层被复位成VDD-Vdth,通过调节Vdth和输出单元 的阈值电压Vth的大小,使他们尽量相等,在读取PIN光电二极管生成的电信 号时,就可以减小或消除Vth的损耗。即X射线开始照射之前,PIN光电二极 管第二掺杂层的电压为VDD-Vth,就可以被读取单元完全读出,这样就减小或 无需额外X射线的剂量来填补Vth。
本发明实施例提供了一种PIN光电二极管、X射线探测像元、装置及其探 测方法,该PIN光电二极管包括:本征层、第一掺杂层和第二掺杂层;还包括: 第三掺杂层;本征层位于第一掺杂层和第二掺杂层之间,第三掺杂层位于第二 掺杂层之上。具体地,本发明实施例提供的PIN光电二极管,通过在第二掺杂 层之上覆盖一层第三掺杂层,这样可以防止第二掺杂层被周期性破坏,从而防 止第二掺杂层表面出现缺陷,有利改善了PIN光电二极管由于掺杂层表面存在 表面缺陷而导致的缺陷暗电流,同时将该PIN光电二极管应用于X射线探测 器,可以提高图像质量。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发 明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及 其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
机译: 使用雪崩光电二极管的单光子探测器,光子数分辨探测器和光子探测方法
机译: 具有直接转换的探测器的x射线探测方法和探测器系统
机译: PIN光电二极管,x射线检测像素,x射线检测装置及其检测方法