[發明專利]低溫多晶硅平板探測器像素電路及平板探測方法

有效

• 申請號: 201911348859.0
• 申請日: 2019-12-24
• 公開（公告）號: CN110956923B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 解海艇;金利波;朱翀煜
• 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: G09G3/32
• 分類號: G09G3/32;G01T1/24;G01T1/161
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 施婷婷

本發明提供一種低溫多晶硅平板探測器像素電路及平板探測方法，包括：依次串聯于復位信號與光敏二極管的陰極之間的第一重置開關、傳輸門，光敏二極管的陽極連接偏置電壓；依次串聯于電源信號輸出端之間的第二重置開關、源極跟隨器及選擇開關；連接于源極跟隨器源極和柵極之間的補償開關；以及連接于第一重置開關漏極和源極跟隨器柵極之間的存儲電容；第一重置開關與第一重置開關的控制端連接第一控制信號，傳輸門與補償開關的控制端連接第二控制信號；選擇開關的控制端連接第三控制信號。本發明對電路中源極跟隨器的閾值電壓漂移進行內部補償，減少第一重置開關的關態漏電流，可實現高幀率、高靈敏度、低劑量的動態平板探測。

技術領域

本發明涉及平板探測領域，特別是涉及一種低溫多晶硅平板探測器像素電路及平板探測方法。

背景技術

平板探測器一般應用于醫療X射線輻射成像、安檢安防、工業無損探傷等多個領域。通常來說，平板探測器可分為直接型和間接型兩種。直接型平板探測器可直接將X光轉換成電信號，可實現X射線能量的直接轉換，其以非晶硒(a-Se)平板探測器為典型代表，結合了非晶硒材料和薄膜晶體管(TFT)技術，具有較高的空間分辨率，但其需要在非晶硒薄膜上加很高的電壓，可能會導致元器件容易被燒壞失效，系統穩定性差。而間接型平板探測器需要先通過閃爍體將X光轉換成可見光，再通過光敏二極管(PD)將可見過轉換為電信號，可實現X射線能量的間接轉換，其結合了閃爍體、光敏二極管和TFT技術，是目前商業產品中所采用的主流的平板探測器技術。

平板探測器通常由數百萬至上千萬個像素點所組成。而對于間接型平板探測器的每個像素點通常由1個光敏二極管(PD)和若干個薄膜晶體管(TFT)所組成。對于像素單元電路來說，其又可分為被動式像素單元傳感電路(PPS)和主動式像素單元傳感電路(APS)兩種。被動式像素單元傳感電路通常由1個PD和1個TFT(1T1D)所組成，而主動式像素單元傳感電路一般由1個PD和3個以上TFT所組成。與PPS像素電路相比較，APS像素電路具有更高的信噪比、靈敏度等優點；另外，APS像素電路一般會采用高性能高遷移率的TFT，TFT的像素尺寸更小，可實現更高的集成度。因此，APS平板探測器可滿足低劑量、低噪聲、動態探測等應用需求。

對于傳統的非晶硅平板探測器，其采用的非晶硅(a-Si)TFT的場效應遷移率較低(約0.5cm²V^-1s^-1)，因此，其集成能力較低，一般只能用于制備PPS平板探測器(1T1D)。相比于a-Si TFT，LTPS TFT具有很高的場效應遷移率(50-200cm²V^-1s^-1)，因此，其可實現APS像素電路的集成，但其存在關態漏電流較大的缺點，可能會導致曝光后所產生的電信號的損失以及較高的噪聲。

典型的APS像素電路結構中每個像素點包含3個LTPS TFT(P型)和1個光敏二極管PD；以P型LTPS TFT為例，APS電路如圖1所示。其中，T_RST為重置開關，給光敏二極管PD提供復位信號；T_SF為源極跟隨器，放大曝光所產生的電信號，一般工作在飽和區；T_SEL為選擇開關，讀取曝光后所產生的且經T_SF放大的電信號；PD為光敏二極管，其工作在反向偏置狀態；C_PD為光敏二極管的結電容；V_COM為光敏二極管陰極上的電平，在此為正電平；V_DD為供電電源，提供負電平；V_RST為復位信號，在此為負電平；V_GRST為重置開關T_RST的柵極電平信號；V_SEL為選擇開關T_SEL的柵極電平信號。APS像素電路的時序如圖2所示，當滿足2|V_RST-V_TH|＞＞ΔV_G的條件時，有無X光曝光的像素電路輸出電流的變化值滿足如下關系式：