[發明專利]一種像素結構及X射影像傳感器

有效

• 申請號: 201710411776.6
• 申請日: 2017-06-05
• 公開（公告）號: CN107507843B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 金利波
• 申請（專利權）人: 上海奕瑞光電子科技股份有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 余明偉

本發明提供一種像素結構及X射影像傳感器，包括：多個像素單元，以蜂窩狀排布，所述像素單元為沿X軸和Y軸對稱的多邊形；數據線，分別位于各列像素單元的一側，同一列像素單元共用一根數據線；掃描線，分別沿X軸方向穿過各行像素單元，同時從下一行像素單元的邊緣穿過，同一行像素單元共用一根掃描線；公共電位線，分別沿Y軸方向穿過各列像素單元，同一列像素單元共用一根公共電位線，各公共電位線連接同一公共電位。本發明采用多邊形結構，將數據線設置于一列像素單元的同一側，同時各像素單元周邊走線對稱設計，可實現高空間分辨率，高光利用率，避免產生干涉現象，提高圖像質量。

技術領域

本發明涉及醫療輻射成像、工業探傷、安檢等領域，特別是涉及一種像素結構及X射影像傳感器。

背景技術

平板圖像傳感器，特別是大尺寸圖像傳感器，面積通常數十厘米，數百萬至千萬像素。通常應用于醫療輻射成像、工業探傷、安檢等領域。在X射線圖像探測器的應用中，一般要求面積達到43cm*43cm，所以目前都是非晶硅技術為主流。

如圖1所示，常見的非晶硅技術的大平板圖像傳感器一般包括：基板1(可以是玻璃或塑料等材料)，所有的傳感器都放置于所述基板1上；像素單元2，各像素單元2以二維陣列排布在所述基板1上，每個像素單元2一般包括一個光電二極管PD(photodiode)及一個開關元件TFT，所述光電二極管PD通過像素電極與所述開關元件TFT連接；用于控制各像素單元2的掃描線3及數據線4；以及用于提供各光電二極管PD電壓的公共電極5。其基本原理是，所述公共電極5施加一負電壓(比如-8V)，將所述光電二極管PD置于反偏狀態，所述數據線4接0V或其他電位，所述掃描線3接低電壓或高電壓以便將所述開關元件TFT關閉或打開。為了形成大面積的二維的圖像傳器，通常所述開關元件TFT及所述光電二極管PD的有源半導體層都采用非晶硅材料；這是由于非晶硅材料可以大面積成膜，可以達到數十厘米或更大，這是目前古惑仔材料所不具備的；非晶硅材料對可見光非常靈感，所以光電二極管PD也用非晶硅材料。

如圖2所示，上述大平板圖像傳感器的工作時序如下：

第一步：復位。所述掃描線3施加正向脈沖(通常15V左右)，將所述開關元件TFT打開，同一時間使同一行的像素電極與所述數據線4的電位相等，然后所述開關元件TFT恢復到關閉狀態。

第二步：曝光。當光照后，所述光電二極管PD將入射光轉換為光電荷，在所述光電二極管PD兩端電壓的電場作用下，電荷向像素電極移動，并存儲到自身的電容當中，像素電極由于負電荷的累積而降低，直到降至與公共電位同等電位。

第三步：讀出。所述掃描線3施加正向脈沖(通常15V左右)，將所述開關元件TFT打開，所述光電二極管PD產生的光電荷通過所述數據線4流到外部電路，完成一行數據讀取，所述開關元件TFT關閉。

注意，這里采用的是逐行計出。即處于同一行的所有像素單元2的開關元件TFT的柵極全部電性相連，處于同一列的所有像素單元2的開關元件TFT的漏極電性相連，讀出時采用逐行讀出。即同一行的所有像素單元2同時打開，經各自的數據線4讀出，關閉本行，再進行下一行的讀出。

如圖3所示，在當前主流技術中像素結構(包括像素單元及周邊走線)設計為正方形，多個像素結構在二維空間上以陣列方式排布。像素結構尺寸越小，理論上空間分辨率更高，但降低像素結構尺寸(主要是光電二極管PD的尺寸減小)后，開關元件TFT及周邊走線(掃描線3，數據線4)在整個像素結構的面積占比變大，填充因子(fillfactor)越低，光電二極管PD的面積越小，對光的利用率越低。為了解決這個矛盾，現有技術中提出六邊形像素結構，按六邊形像素排列，在像素物理尺寸比較大的前提下，可通過一定的算法得到等效的空間像素，提高了空間分辨率，但像素物理尺寸沒有縮小。