本发明专利技术提供了一种可以用于间接探测型数字X-射线探测仪器的双栅极光电薄膜晶体管。在用于间接X射线探测的像素单元中，光电探测元件与信号读取的薄膜晶体管集成在一个双栅极光电薄膜晶体管中。双栅极光电薄膜晶体管既可实现了薄膜晶体管的开关和信号放大性能，也可以实现光电晶体管的感应功能和信号电荷的储存功能。这种方案具有高信噪比、高分辨率、制作工艺简单、集成度高的优点，可以充分利用像素面积，从而可以实现高灵敏度的探测。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种可以用于间接探测型数字X-射线探测仪器的双栅极光电薄膜晶体管。在用于间接X射线探测的像素单元中，光电探测元件与信号读取的薄膜晶体管集成在一个双栅极光电薄膜晶体管中。双栅极光电薄膜晶体管既可实现了薄膜晶体管的开关和信号放大性能，也可以实现光电晶体管的感应功能和信号电荷的储存功能。这种方案具有高信噪比、高分辨率、制作工艺简单、集成度高的优点，可以充分利用像素面积，从而可以实现高灵敏度的探测。【专利说明】—种双栅极光电薄膜晶体管、像素电路及像素阵列
本专利技术涉及一种双栅极光电薄膜晶体管的结构、制备工艺及像素电路。
技术介绍
X射线成像是医院最普遍应用的诊断技术之一。像胸透，乳腺透，血管仪和胃肠仪等都已经被广泛应用于医疗实践中，成为帮助医生诊断病患的重要工具。近几年来，平板显示技术的发展带动了用于生物医学成像的平板X射线成像技术的蓬勃发展，它已经构成生物医学成像领域的一个重要的分支。目前，数字平板X射线成像仪已经投入市场，成为传统X射线成像技术的强有力竞争者。其突出的优点在于数字化、高灵敏度和高分辨率等。这些优点对于帮助医生进行疾病特别是癌症的早期准确诊断起到了重要作用。一个数字平板X射线成像仪主要包括X射线管，数字平板探测器，以及数字图像处理计算机。其中数字平板探测器是核心部分。它不仅决定了系统的成像能力，也占了 50%以上的成本。数字平板探测器由像素阵列和外围电路组成，其中像素是其基本单元，它又可细分为探测感应和信号开关两大部分。其中探测感应部分很大程度上决定了像素乃至整个阵列的性能，是数字平板探测器中最核心的部分。根据探测的原理，用于X-射线成像的数字平板探测器可以分为直接探测型和间接探测型两种。直接探测型是将X-射线直接转换为电信号输出；间接探测是先将X-射线转换为可见光信号，然后在将光信号转化成电信号。其中，间接探测型是目前X-射线成像的数字平板探测器采用的主要工作模式。本专利技术主要针对间接探测型X-射线数字平板探测器中的像素技术。目前已有的间接探测型X-射线数字平板探测器的探测像素单元可分为三种类型:I)如图1，由光敏二极管作感应单元配合开关薄膜晶体管(ThinFilmTransistor-TFT)；2)如图2，由金属一半导体一金属(MSM)光电导感应单元配合开关TFT ；3)如图3，由光电薄膜晶体管配合开关TFT。在上述的探测像素单元中，负责可见光探测的元件(如光敏二极管，MSM光电导或光电薄膜晶体管)与负责信号读取的开关薄膜晶体管是分开的，导致像素的性能较差，灵敏度较低，制作工艺复杂，集成度低。针对现有技术的这种像素单元，需要作出改进。
技术实现思路
本专利技术在于克服现有技术的缺点于不足，提供了一种开关性能强、集成度高、灵敏度高的双栅极光电薄膜晶体管像素技术。本专利技术是通过以下的技术方案实现的:一种双栅极光电薄膜晶体管，包括:基板、暗栅极、第一介电层、沟道层、源极、漏极、第二介电层以及光栅极。该暗栅极设置于该基板上。该第一介电层设置于该基板上并覆盖住该暗栅极。该源极与该漏极设置在该第一介电层上并对应地与该第一介电层的两端相接触。该沟道层设置于该第一介电层上并覆盖该源极与该漏极。该第二介电层设置于该沟道层上。该光栅极设置于该第二介电层上。其中，该光栅极由导电的透明电极材料制作，该暗栅极由金属或金属合金制作。相比于现有技术，本专利技术提出了一种用于光电探测电路的双栅极光电薄膜晶体管，其最大的创新是将探测感应单元跟信号读取晶体管集成到一个双栅极光电薄膜晶体管中。既利用了薄膜晶体管的开关性能，也利用了光电晶体管的感应功能和放大功能，合三者为一。采用双栅极薄膜光电晶体管的最大优势在于节省了开关薄膜晶体管的空间，实现了较大的像素填充比，进而提高了灵敏度。另外，器件的制备工艺比较简单，集成比较容易，有效降低了制备成本。像素电路简单，一个器件就可以完成从感应，信号存储，到信号读取输出的全过程。而且，利用双栅极薄膜晶体管本身的放大功能，可以实现低剂量、高灵敏度的主动像素(Active Pixel) X-射线探测。进一步，该基板为玻璃基板或柔性基板如塑料或不锈钢薄板。进一步，该光栅极包含铟锡氧化物、铟锌氧化物、铝掺杂氧化锌或半透明薄膜金属，该暗栅极包含钥、铬或者铝等或其合金。通过对材料的优化设计，可以达到该透明导电材料和介电材料之间的光学耦合，提高光电转换效率。进一步，该沟道层由非晶硅制作形成或采用其它半导体薄膜材料如氧化物等。进一步，该第一介电层与该第二介电层由氧化硅薄膜或氮化硅薄膜材料制作形成。也可以采用其它薄膜介电材料如氧化铝、氧化钛和氧化铪等。进一步，该第一介电层与该第二介电层的厚度范围为10纳米到I微米。这种材料和厚度的介电层，在光学上，它具有较高的透光率以及与透明电极材料之间很好的光学耦合，在电学上，它要满足像素存储电容的要求，满足底部开关薄膜晶体管对开关速度的要求，且满足对光的充分吸收以及保证开关薄膜晶体管的正常操作。进一步，该沟道层的厚度范围为50纳米到一个微米。需要既满足对光的吸收，也满足电学的要求。进一步，还包括设置在光栅极上的增透膜，该增透膜为单层或多层结构。目的是减少光在传输过程中的光损失。本专利技术的另一个目的是提供一种应用上述双栅极光电薄膜晶体管的像素电路与像素阵列。一种像素电路包括上述的一个双栅极光电薄膜晶体管、重置端、读取端、偏置端以及数据输出端；该重置端与晶体管的光栅极电连接，该读取端与晶体管的暗栅极电连接，该偏置端与晶体管的漏极电连接，该数据输出端与晶体管的源极电连接。进一步，该晶体管的漏极与暗栅极短接。可以省去一个端口，简化电路布线。一种像素阵列，包括多个上述的一种像素电路，每个像素电路的晶体管对应一个像素点；其中，同一行像素电路的重置端相互电连接；同一行像素电路的读取端相互电连接；同一列像素电路的数据输出端相互电连接；扫描时，读取端选择需扫描像素点的行，数据输出端输出每一列中被选择的像素的信号。本专利技术的核心是双栅极薄膜光电晶体管，与传统的双栅极薄膜晶体管最大的不同是:1)引入一个光栅极；2)优化沟道层的厚度同时满足了光电感应和开关功能；3)器件操作简单，主要适应光电感应的要求。【专利附图】【附图说明】图1是光敏二极管配合TFT的探测像素单元电路图2是光电导配合TFT的探测像素单元电路图3是光电薄膜晶体管配合TFT的探测像素单元电路图4是双栅极薄膜光电晶体管的剖面结构图之一图5是双栅极薄膜光电晶体管的剖面结构图之二图6是双栅极晶体管中通过延长沟道宽度和源极以提高薄沟道层吸收图7是双栅极光电薄膜晶体管的典型制备制程。图8是双栅极晶体管像素电路图9是像素电路的时序图10是简化为三端口的双栅极像素电路图11是代表性的基于双栅极光电薄膜晶体管的3X3像素阵列图12是非晶硅双栅极薄膜光电晶体管的光学图片图13是非晶硅双栅极薄膜光电晶体管的转移特性曲线和输出特性曲线图14是非晶硅双栅极薄膜光电晶体管在不同光照强度下的输出特性曲线图15是非晶硅双栅极薄膜光电晶体管在明暗交替变化时的信号响应曲线图16是非晶硅双栅极薄膜光电晶体管对光照强度的信号响应曲线图17是基于双栅极光电薄膜晶体管的间接X-射线探测器下面参见附图及具体实施例，对本专利技术作进一步说明。【具体实本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王凯，陈军，欧海，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：
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