一种非晶硅平板探测器及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种非晶硅平板探测器及其制备方法，包括：于基板上制备图像传感器阵列，在图像传感器阵列上形成平坦化的聚焦微透镜材料层；于聚焦微透镜材料层上形成光刻胶层；对光刻胶层曝光、显影，形成光刻胶阵列，光刻胶阵列中的各光刻胶单元与图像传感器阵列中的各像素单元一一对应；通过热熔使各光刻胶单元形成球冠状；通过刻蚀将球冠状转移到聚焦微透镜材料层上，形成聚焦微透镜阵列；于聚焦微透镜阵列上形成闪烁体层。通过聚光作用，使得更多的光束进入到图像传感器的光敏区，从而提高图像传感器阵列的光收集效率，提高非晶硅平板探测器的灵敏度；同时，通过会聚作用降低相邻像素之间光串扰，提高非晶硅平板探测器的空间分辨率。

Amorphous silicon flat panel detector and preparation method thereof

The invention provides an amorphous silicon flat-panel detector and a preparation method thereof, including: on the substrate preparation of image sensor array, focusing flat micro lens material layer is formed on the image sensor array; to focus microlens material layer formed on the photoresist layer; the photoresist layer is exposed and developed, forming a photoresist array. Each pixel unit array in photoresist the photoresist unit and the image sensor arrays corresponding to the photoresist; through hot melt forming unit ball ball will be transferred to the coronary coronary; focusing micro lens material layer formed by etching, focusing microlens array; the scintillator layer is formed on the focusing microlens array. By concentrating, making more beam into a photosensitive area image sensor, image sensor array to improve the light collection efficiency, improve the sensitivity of amorphous silicon flat-panel detector; at the same time, by the convergence of reducing crosstalk between adjacent pixels and improve the spatial resolution of the amorphous silicon flat-panel detector.

【技术实现步骤摘要】
一种非晶硅平板探测器及其制备方法
本专利技术涉及医疗辐射成像、工业探伤、安检等领域，特别是涉及一种非晶硅平板探测器及其制备方法。
技术介绍
X射线数字摄影技术在当今医疗影像诊断领域得到了越来越广泛的应用，在各种X射线数字摄影设备中，X射线探测器是该类设备中最核心、技术含量最高的关键零部件，在整个图像的成像采集过程中，起到了不可或缺的关键作用。如图1所示，非晶硅X射线平板探测器1主要包括闪烁体11，粘结剂层12，图像传感器阵列13及基板14。非晶硅X射线平板探测器的成像过程需要经历“X射线”到“可见光”到“电子”的转化过程。在图像拍摄过程中，X射线首先会入射到所述闪烁体11，所述闪烁体11将入射的X射线转化为可见光，可见光激发所述图像传感器阵列13上的PD光电二极管产生光生电子，随后通过外围积分放大电路将光生电子积分读出。如图2所示为所述图像传感器阵列13的电路结构示意图，包括：像素单元131，所述像素单元131以二维阵列排布在基板上，每个像素单元131包括一个光电二极管PD(PhotoDiode)和一个薄膜晶体管TFT(ThinFilmTransistor)；用于控制各像素131的扫描线132、数据线133；以及用于提供所述光电二极管PD电压的公共电极134。目前，非晶硅TFT技术发展非常成熟，并且非晶硅材料对可见光的光电转化效率高，因此，薄膜晶体管TFT及光电二极管PD的有源半导体层都采用非晶硅材料。如图3所示为所述图像传感器阵列13的俯视图，其中，光电二极管PD形成光敏区，用于接收光信号；而薄膜晶体管TFT、扫描线132、数据线133形成非光敏区，对光不敏感。由于所述非光敏区的存在，所述图像传感器阵列13的填充因子(FillFactor)就是光电二极管的面积，约为70％。如图1所示，由于非光敏区的存在，入射到所述非光敏区的可见光无法被吸收和检测到，降低了整个像素对可见光的吸收，进而降低了平板探测器的灵敏度。此外，非晶硅X射线平板探测器1的闪烁体11一般选材掺铊的碘化铯(CSI：Tl)或掺铽的硫氧化钆(GOS：Tb)。如图4所示，闪烁体GOS为粉体状结构，粉体状结构增加了对入射可见光的散射作用，如图1所示，相邻像素单元之间的光会发生串扰，降低了平板探测器的图像分辨率。闪烁体CSI为柱状结构，其对入射可见光的散射作用相对小于闪烁体GOS，分辨率也高于闪烁体GOS，但是其存在的可见光散射问题仍会限制平板探测器的图像分辨率。由于闪烁体GOS相比于闪烁体CSI成本更加低廉，因此，闪烁体GOS被广泛的应用。所以，闪烁体的散射问题是影响平板探测器图像分辨率的不可忽视的问题之一。因此，如何解决非晶硅像素填充因子局限引起的光收集效率限制，以及闪烁体散射引起的图像分辨率降低等问题已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种非晶硅平板探测器及其制备方法，用于解决现有技术中非晶硅像素填充因子局限引起的光收集效率限制、闪烁体散射引起的图像分辨率降低等问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种非晶硅平板探测器，所述非晶硅平板探测器至少包括：闪烁体，用于将接收到的X射线转化为可见光；聚焦微透镜阵列，位于所述闪烁体的下层，用于会聚从所述闪烁体出射的杂散可见光；图像传感器阵列，位于所述聚焦微透镜阵列的下方，用于检测入射的可见光，并产生相应的电信号；所述聚焦微透镜阵列中的各聚焦微透镜与所述图像传感器阵列中的各像素单元一一对应。优选地，所述闪烁体的材料包括掺铊碘化铯或掺铽硫氧化钆。优选地，所述闪烁体通过粘结剂粘贴于所述聚焦微透镜阵列上。更优选地，所述粘结剂包括环氧树脂胶或光学透明胶带。优选地，所述闪烁体的厚度为400μm～600μm。优选地，所述聚焦微透镜阵列的填充因子为90％～100％。优选地，所述聚焦微透镜阵列的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯，聚酰亚胺，苯并环丁烯，二氧化硅或氮化硅中的一种。优选地，所述聚焦微透镜的厚度为20μm～100μm，所述聚焦微透镜的球冠高度为1μm～10μm。优选地，所述图像传感器阵列的像素尺寸为80μm～200μm，所述图像传感器阵列的填充因子为60％～80％。本专利技术还提供一种非晶硅平板探测器的制备方法，所述非晶硅平板探测器的制备方法至少包括：提供一基板，于所述基板上制备图像传感器阵列，在所述图像传感器阵列上形成平坦化的聚焦微透镜材料层；于所述聚焦微透镜材料层上形成光刻胶层；对所述光刻胶层曝光、显影，形成光刻胶阵列，所述光刻胶阵列中的各光刻胶单元与所述图像传感器阵列中的各像素单元一一对应；对所述光刻胶阵列进行热熔以使所述光刻胶阵列中的各光刻胶单元形成球冠状；通过刻蚀将所述光刻胶阵列的形状转移到所述聚焦微透镜材料层上，以形成聚焦微透镜阵列；于所述聚焦微透镜阵列上形成闪烁体层。优选地，所述聚焦微透镜的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯，聚酰亚胺，苯并环丁烯，二氧化硅或氮化硅中的一种。优选地，所述光刻胶的厚度为1μm～10μm。优选地，所述光刻胶为正性光刻胶，将所述正性光刻胶加热至170℃～200℃进行热熔。优选地，采用反应离子刻蚀工艺形成所述聚焦微透镜阵列。优选地，通过粘结剂将所述闪烁体层粘贴于所述聚焦微透镜阵列上。如上所述，本专利技术的非晶硅平板探测器及其制备方法，具有以下有益效果：本专利技术的非晶硅平板探测器及其制备方法在图像传感器阵列上引入聚焦微透镜阵列，通过聚光作用，使得更多的光束进入到图像传感器的光敏区，从而提高图像传感器阵列的光收集效率，提高非晶硅平板探测器的灵敏度；同时，通过会聚作用降低相邻像素之间光串扰，提高非晶硅平板探测器的空间分辨率。附图说明图1显示为现有技术中的非晶硅X射线平板探测器示意图。图2显示为现有技术中的图像传感器阵列的电路结构示意图。图3显示为现有技术中的图像传感器阵列的俯视示意图。图4显示为现有技术中的闪烁体GOS存在可见光散射的原理示意图。图5显示为本专利技术的非晶硅平板探测器示意图。图6显示为本专利技术的非晶硅平板探测器剖视示意图。图7显示为本专利技术的聚焦微透镜阵列与图像传感器阵列的尺寸示意图。图8显示为本专利技术的非晶硅平板探测器的器件结构示意图。图9～图13显示为本专利技术的非晶硅平板探测器的制备流程示意图。元件标号说明1非晶硅X射线平板探测器11闪烁体12粘结剂层13图像传感器阵列131像素单元132扫描线133数据线134公共电极14基板2非晶硅平板探测器21闪烁体22粘结剂层23聚焦微透镜阵列231聚焦微透镜材料层24图像传感器阵列240薄膜晶体管的栅极241栅极绝缘层242有源层243源极和漏极244光电二极管245保护层246光电二极管绝缘保护层247挡光层248绝缘覆盖层249公共电极25基板26光刻胶层261光刻胶单元W1像素单元的宽度W2像素单元等效感光区域的宽度W3聚焦微透镜的宽度H1聚焦微透镜的球冠高度H2聚焦微透镜的厚度S1～S6步骤具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非晶硅平板探测器，其特征在于，所述非晶硅平板探测器至少包括：闪烁体，用于将接收到的X射线转化为可见光；聚焦微透镜阵列，位于所述闪烁体的下层，用于会聚从所述闪烁体出射的杂散可见光；图像传感器阵列，位于所述聚焦微透镜阵列的下方，用于检测入射的可见光，并产生相应的电信号；所述聚焦微透镜阵列中的各聚焦微透镜与所述图像传感器阵列中的各像素单元一一对应。

【技术特征摘要】
1.一种非晶硅平板探测器，其特征在于，所述非晶硅平板探测器至少包括：闪烁体，用于将接收到的X射线转化为可见光；聚焦微透镜阵列，位于所述闪烁体的下层，用于会聚从所述闪烁体出射的杂散可见光；图像传感器阵列，位于所述聚焦微透镜阵列的下方，用于检测入射的可见光，并产生相应的电信号；所述聚焦微透镜阵列中的各聚焦微透镜与所述图像传感器阵列中的各像素单元一一对应。2.根据权利要求1所述的非晶硅平板探测器，其特征在于：所述闪烁体的材料包括掺铊碘化铯或掺铽硫氧化钆。3.根据权利要求1所述的非晶硅平板探测器，其特征在于：所述闪烁体通过粘结剂粘贴于所述聚焦微透镜阵列上。4.根据权利要求3所述的非晶硅平板探测器，其特征在于：所述粘结剂包括环氧树脂胶或光学透明胶带。5.根据权利要求1所述的非晶硅平板探测器，其特征在于：所述闪烁体的厚度为400μm～600μm。6.根据权利要求1所述的非晶硅平板探测器，其特征在于：所述聚焦微透镜阵列的填充因子为90％～100％。7.根据权利要求1所述的非晶硅平板探测器，其特征在于：所述聚焦微透镜阵列的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯，聚酰亚胺，苯并环丁烯，二氧化硅或氮化硅中的一种。8.根据权利要求1所述的非晶硅平板探测器，其特征在于：所述聚焦微透镜的厚度为20μm～100μm，所述聚焦微透镜的球冠高度为1μm～10μm。9.根据权利要求1所述的非晶硅平板探测器，其特征在于：所述图像传感器阵列的像素尺寸为80μ...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨华，金利波，方志强，
申请(专利权)人：上海奕瑞光电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31