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CN109407141A - Msm型x射线探测器、电子设备 - Google Patents

Msm型x射线探测器、电子设备 Download PDF

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CN109407141A CN201811213295.5A CN201811213295A CN109407141A CN 109407141 A CN109407141 A CN 109407141A CN 201811213295 A CN201811213295 A CN 201811213295A CN 109407141 A CN109407141 A CN 109407141A
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Abstract

本发明涉及一种MSM型X射线探测器、电子设备。一种MSM型X射线探测器，包括多个像素单元，每个像素单元包括依次设置的包含源漏极图案的第二层和包含第二公共电极图案的第三层；第二公共电极图案和源漏极图案之间的耦合电容小于或等于设定阈值，以降低MSM型X射线探测器中各像素单元的热噪声。本实施例中通过调整第二公共电极图案与源漏极图案之间的耦合电容，使耦合电容小于或等于设定阈值，从而可以降低源漏极图案中漏极所连接数据线上的热噪声。另外，通过将第一公共电极和/或第二公共电极所连接电源的电压调整为负电压，可以降低与第一公共电极或第二公共电极相关的耦合电容的漏电流，降低像素开关管TFT所产生的噪声，有利于提高检测效率。

Description

MSM型X射线探测器、电子设备
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种MSM型X射线探测器、电子设备。
背景技术
目前，MSM(Metal-Semiconductor-Metal)型X-ray检测器中包含像素开关管TFT，但是其漏电流较大，进而使漏极所连接的数据线之上的噪声较大，导致检测效率较低。
发明内容
本发明提供一种MSM型X射线探测器、电子设备，以解决相关技术中探测器中噪声较大的问题。
根据本发明实施例的第一方面，提供一种MSM型X射线探测器，包括多个像素单元，每个像素单元包括依次设置的包含源漏极图案的第二层和包含第二公共电极图案的第三层；
所述第二公共电极图案和所述源漏极图案之间的耦合电容小于或等于设定阈值，以降低所述MSM型X射线探测器中各像素单元的热噪声。
可选地，所述每个像素单元还包括设置在所述第三层远离所述第二层一侧的包含HV电极图案的第四层；所述HV电极图案和所述源漏极图案存在交叉区域；
所述第二公共电极图案所在区域覆盖所述交叉区域，以使所述第二公共电极图案和所述源漏极图案之间的耦合电容小于设定阈值。
可选地，每个像素单元还包括设置在所述第二层远离所述第三层一侧的包含栅极图案和第一公共电极图案的第一层；所述第二公共电极图案所在区域还覆盖所述栅极图案所在区域。
可选地，所述耦合电容上的感应电压小于或等于设定电压阈值。
可选地，所述第一公共电极图案连接至负电压源，所述第二公共电极图案接地，以使所述耦合电容上的感应电压小于或等于设定电压阈值。
可选地，所述第二公共电极图案连接至负电压源，所述第一公共电极图案接地，以使所述耦合电容上的感应电压小于或等于设定电压阈值。
可选地，所述第一公共电极图案连接至负电压源，所述第二公共电极图案连接至负电压源，以使所述耦合电容上的感应电压小于或等于设定电压阈值。
可选地，所述负电压源的电压取值范围为-15V～-8V。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种电子设备，包括第一方面所述的MSM型X射线探测器。
可见，本实施例中通过调整第二公共电极图案与源漏极图案之间的耦合电容，使耦合电容小于或等于设定阈值，从而可以降低源漏极图案中漏极所连接数据线上的热噪声，有利于提高检测效率。
另外，本实施例中，通过将第一公共电极和/或第二公共电极所连接电源的电压调整为负电压，这样可以降低源漏极图案上的感应电压以及降低源漏极图案与第一公共电极或第二公共电极之间耦合电容的漏电流，从而降低栅极图案和源漏极图案形成像素开关管TFT所产生的噪声，有利于提高检测效率。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是相关技术中的一种MSM型X射线探测器的结构示意图；
图2是本发明实施例示出的一种MSM型X射线探测器的结构示意图；
图3是本发明实施例示出的MSM型X射线探测器在A-A’方向上的截面图；
图4是本发明实施例示出的一种MSM型X射线探测器的等效电路图；
图5～图7是本发明实施例示出的另一种MSM型X射线探测器的等效电路图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
目前，MSM(Metal-Semiconductor-Metal)型X-ray检测器中包含像素开关管TFT，但是其漏电流较大，进而使漏极所连接的数据线之上的噪声较大，导致检测效率较低。图1是相关技术中的一种MSM型X射线探测器的结构示意图，参见图1，X射线探测器中的一个像素单元包括依次设置的第一层1、第二层2、第三层3和第四层4。其中，各层是以采用相应构图工艺的先后顺序来确定的，构图工艺可以参考相关技术中的方案，在此不再赘述。
其中，第一层1包含栅极图案11和第一公共电极图案12。第二层包含源漏极图案，源漏极图案包括与像素开关管TFT的漏极相连接的数据线(Dataline)21以及与像素开关管TFT的源极相连接的sense电极22。第三层3包含屏蔽金属层(Shielding Metal)，即第二公共电极图案。第四层4包含高压(High Voltage)电极图案。
本申请的发明人经过研究发现：由于像素开关管TFT不能受到光线照射，因此图1所示现有的MSM型X-ray检测器中采用第二公共电极图案3完全覆盖栅极图案11、数据线21以及像素开关管TFT所在区域，这样会使数据线21和第二公共电极图案之间耦合电容的容抗值较大。由于数据线21的热噪声公式为kTC，其中容抗值C越大，则噪声越大。
基于上述问题，本发明实施例提供了一种MSM型X射线探测器，其构思在于，通过调整数据线和第二公共电极图案之间耦合电容的大小，达到降低数据线的热噪声的效果。
图2是本发明实施例示出的一种MSM型X射线探测器的结构示意图。参见图2，在一些实施例中，MSM型X射线探测器包括多个像素单元，每个像素单元包括依次设置的包含源漏极图案的第二层2和包含第二公共电极图案31和32的第三层3。其中，本实施例中第二公共电极图案3和源漏极图案之间的耦合电容小于或等于设定阈值，以降低MSM型X射线探测器中各像素单元的热噪声。其中，设定阈值可以根据具体场景进行设置，本实施例不作限定。
在一些实施例中，继续参见图2，每个像素单元还包括设置在第三层3远离第二层2一侧的包含HV电极图案的第四层4。其中，HV电极图案4和源漏极图案存在交叉区域；第二公共电极图案所在区域覆盖交叉区域，以使第二公共电极图案和源漏极图案之间的耦合电容小于设定阈值。
在一些实施例中，继续参见图2，每个像素单元还包括设置在第二层2远离第三层3一侧的包含栅极图案11和第一公共电极图案12的第一层1，第二公共电极图案所在区域覆盖栅极图案所在区域。
可见，本实施例中通过调整第二公共电极图案，使第二公共电极图案覆盖HV电极图案4和源漏极图案的交叉区域，即第二公共电极图案仅覆盖源漏极图案中的数据线的部分面积而不是整条数据线，这样可以降低第二公共电极图案与源漏极图案之间的耦合电容，从而使耦合电容小于设定阈值。换言之，本实施例中通过降低耦合电容的容抗值，从而可以降低数据线上的热噪声，有利于提高检测效率。另外，本实施例还可以减少金属材料的使用，降低成本。
图3是本发明实施例示出的MSM型X射线探测器在A-A’方向上的截面图，参见图3，MSM型X射线探测器包括位于第一层1的第一公共电极GND1/位于第二层的数据线Data和sense电极、位于第三层的第二公共电极GND2。其中，第一公共电极GND1与sense电极形成第一耦合电容，即第一存储电容Cst1。第二公共电极GND2与sense电极形成第二耦合电容，即第二存储电容Cst2，最终得到如图4所示的等效电路图。
本申请的发明人经过分析图4的电路图得到：由于第一公共电极GND1接地和第二公共电极GND2接地，因此，sense电极连接像素开关管TFT的源极，且sense电极上的感应电压可以达到0.875V～15V。当感应电压为15V时，导致像素开关管TFT的源漏极电压VDS较高，从而引起像素开关管TFT的漏电流较大，使像素开关管TFT产生的噪声较大。
为此，本实施例还对MSM型X射线探测器继续改进，构思如下：由于数据线上电压持续为0.875V，则通过调整耦合电容(即存储电容)上的感应电压，使感应电压小于或等于设定电压阈值，从而可以降低像素开关管TFT的源漏极电压VDS，进而减小像素开关管TFT产生的噪声。
在一些实施例中，调整耦合电容的感应电压可以采用以下方式：
方式一，参见图5，将第一公共电极图案连接至负电压源Vss1而不再接地，以及第一公共电极图案接地。其中负电压源Vss1电压取值范围为-15V～-8V。例如负电压源Vss1的电压为-8V时，在数据线上电压持续为0.875V的情况下，sense电极上的感应电压会从0.875V～15V降至0.875V～7V，即感应电压的最大值从15V降至7V，这样源漏极电压VDS会极大降低，从而可以减小像素开关管TFT产生的噪声。
方式二，参见图6，将第二公共电极图案连接至负电压源Vss2而不再接地，以及第一公共电极图案接地。其中负电压源Vss1电压取值范围为-15V～-8V。例如负电压源Vss1的电压为-8V时，在数据线上电压持续为0.875V的情况下，sense电极上的感应电压会从0.875V～15V降至0.875V～7V，即感应电压的最大值从15V降至7V，这样源漏极电压VDS会极大降低，从而可以减小像素开关管TFT产生的噪声。
方式三，参见图7，将第一公共电极图案连接至负电压源Vss1而不再接地，以及将第二公共电极图案连接至负电压源Vss2而不再接地。其中负电压源Vss1电压取值范围为-15V～-8V。例如负电压源Vss1的电压为-8V时，在数据线上电压持续为0.875V的情况下，sense电极上的感应电压会从0.875V～15V降至0.875V～7V，即感应电压的最大值从15V降至7V，这样源漏极电压VDS会极大降低，从而可以减小像素开关管TFT产生的噪声。
基于方式一～方式三，MSM型X射线探测器中像素开关管TFT的性能如表1所示。当源漏极电压VDS在0.1～7V时，像素开关管TFT的漏电流在20fA以下，属于较低水平。当源漏极电压VDS值为15V时，像素开关管TFT漏电流上升了一个数量级。
由于源漏极电压TFT的闪烁噪声(Shot Noise)公式为：所以，当源漏极电压VDS值在0.1～7V时，像素开关管TFT的闪烁噪声要低于源漏极电压VDS值为15V时的闪烁噪声。
表1像素开关管TFT的性能
V<sub>DS</sub>(V) 0.1 0.3 0.5 0.7 1 3 5 7 9 11 13 15
I<sub>off</sub>(fA) 2 4 3 4 4 7 11 20 37 67 154 251
另外，需要说明的是，方式一～方式三中，由于耦合电容之间的电压差减少，导致耦合电容之间存储的电荷量也相应减少，这样探测器中耦合电容的转换速度加快，从而有利于提升检测速度和效率。
可见，本实施例中，通过将第一公共电极和/或第二公共电极所连接电源的电压调整为负电压，这样可以降低源漏极图案上的感应电压以及降低源漏极图案与第一公共电极或第二公共电极之间耦合电容的漏电流，从而降低栅极图案和源漏极图案形成像素开关管TFT所产生的噪声，有利于提高检测效率。
在一些实施例中，发明人测试调整第二公共电极图案后的MSM型X射线探测器，对比结果如表2所示。
表2各项噪声对比结果
从结果可以看出，本发明提供的MSM型X射线探测器中第二公共电极图案与源漏极图案之间的包覆面积变小，因此数据线的噪声大幅度降低，甚至本实施例中数据线噪声略好于PIN型X射线探测器。另外，由于本发明提供的MSM型X射线探测器中第二公共电极图案与源漏极图案之间的包覆面积变小，使得耦合电容变小，从而使得像素电容噪声进一步降低。
参见表3，信噪比模拟结果也显示图2所示MSM型X射线探测器较图1所示MSM型X射线探测器的信噪比高，甚至比PIN略高。
表3对比结果
样式 开口率 信号(e-) 信噪比 分贝信噪比
现有方案 86％ 1.94E+06 694.32 56.8
本方案 93％ 2.1E+06 965.05 59.7
PIN 60％ 1.25E+06 621.44 55.9
根据本发明实施例的第二方面，还提供了一种电子设备，包括图2～图7实施例示出的MSM型X射线探测器。
在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种MSM型X射线探测器，包括多个像素单元，其特征在于，每个像素单元包括依次设置的包含源漏极图案的第二层和包含第二公共电极图案的第三层；
所述第二公共电极图案和所述源漏极图案之间的耦合电容小于或等于设定阈值，以降低所述MSM型X射线探测器中各像素单元的热噪声。
2.根据权利要求1所述的MSM型X射线探测器，其特征在于，所述每个像素单元还包括设置在所述第三层远离所述第二层一侧的包含HV电极图案的第四层；所述HV电极图案和所述源漏极图案存在交叉区域；
所述第二公共电极图案所在区域覆盖所述交叉区域，以使所述第二公共电极图案和所述源漏极图案之间的耦合电容小于设定阈值。
3.根据权利要求2所述的MSM型X射线探测器，其特征在于，每个像素单元还包括设置在所述第二层远离所述第三层一侧的包含栅极图案和第一公共电极图案的第一层；所述第二公共电极图案所在区域还覆盖所述栅极图案所在区域。
4.根据权利要求1所述的MSM型X射线探测器，其特征在于，所述耦合电容上的感应电压小于或等于设定电压阈值。
5.根据权利要求4所述的MSM型X射线探测器，其特征在于，所述第一公共电极图案连接至负电压源，所述第二公共电极图案接地，以使所述耦合电容上的感应电压小于或等于设定电压阈值。
6.根据权利要求4所述的MSM型X射线探测器，其特征在于，所述第二公共电极图案连接至负电压源，所述第一公共电极图案接地，以使所述耦合电容上的感应电压小于或等于设定电压阈值。
7.根据权利要求4所述的MSM型X射线探测器，其特征在于，所述第一公共电极图案连接至负电压源，所述第二公共电极图案连接至负电压源，以使所述耦合电容上的感应电压小于或等于设定电压阈值。
8.根据权利要求4～7任一项所述的MSM型X射线探测器，其特征在于，所述负电压源的电压取值范围为-15V～-8V。
9.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1～8任一项所述的MSM型X射线探测器。
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