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DE69424805T2 - Bildwandlersystem - Google Patents

Bildwandlersystem

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DE69424805T2
DE69424805T2 DE69424805T DE69424805T DE69424805T2 DE 69424805 T2 DE69424805 T2 DE 69424805T2 DE 69424805 T DE69424805 T DE 69424805T DE 69424805 T DE69424805 T DE 69424805T DE 69424805 T2 DE69424805 T2 DE 69424805T2
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DE
Germany
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reset
pixel
control
terminal
lines
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DE69424805T
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Inventor
Zhong Huang
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iFire Technology Inc
Original Assignee
1294339 Ontario Inc
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Publication date
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Publication of DE69424805T2 publication Critical patent/DE69424805T2/de
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    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/803—Pixels having integrated switching, control, storage or amplification elements
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    • H10F39/195—X-ray, gamma-ray or corpuscular radiation imagers

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft im Allgemeinen Strahlungs-Bildgebersysteme und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, eine Röntgen-Bildgeberplatte, die einen Strahlungserfasser mit kapazitiver Kopplung und einen Rücksetzschalter enthält, der das Potential des kapazitiven Strahlungserfassers periodisch zurücksetzt.
  • Seit einiger Zeit hat man erkannt, dass amorphes Selen (a-Se) ein vielversprechendes Material für digitale Röntgen- Bildgebersysteme in medizinischen und industriellen Anwendungen ist. Ein derartiges herkömmliches System ist in einem Artikel mit dem Titel "A Large Area Solid-State Detector for Radiology Using Amorphous Selenium", Medical Imaging VI: Instrumentation SPIE 1651, pages 134-143 (1992), beschrieben. Dieser Artikel beschreibt ein digitales Röntgen-Bildgebersystem, bei dem eine hohe Spannung an eine Selenplatte (Se) angelegt wird, damit man einen hohen Umwandlungswirkungsgrad der Röntgenstrahlung erhält. Abhängig von der Dicke der Selenschicht kann die anliegende Vorspannung mehrere tausend Volt Gleichspannung betragen. Der Einsatz von Hochspannung an der Selenschicht bedeutet allerdings ein hohes Risiko für sämtliche Halbleitervorrichtungen, die mit der Röntgenstrahlen-Umwandlungsplatte verbunden sind.
  • Ein Ansatz, mit dem man derartige Risiken vermeidet, umfasst das Trennen der Hochspannungsteile von den Signalerfassungsschaltungen durch das Einfügen eines Isolators zwischen die Ausleseschaltung und die Selenschicht. Röntgen-Bildgebersysteme, die eine Selenschicht und einen Isolator enthalten (Elektrode/Se/Isolator/Ausleseschaltung oder Ausleseschaltung/Se/Isolator/Elektrode) sind in dem Artikel mit dem Titel "A Method of Electronic Readout of Electrophotographic and Electroradiographic Images", D. M. Korn et al., Journal of Applied Photographic Engineering, vol. 4, no. 4, Fall 1978, und in dem Artikel mit dem Titel "Laser Readout of Electrostatic Images", A. Zermeno et al., SPIE vol: 173, Application of Optical Instrumentation and Medicine VII, pages 81-87 (1979) beschrieben. Das US-Patent 5,017,989 (R. A. Street), übertragen auf die Xerox Corporation, offenbart eine Anordnung mit Elektrode/Se/Isolator/Ausleseschaltungen. In diesem herkömmlichen Patent besteht eine Verbesserung im Gebrauch einer Dünnfilmtransistor-Schaltung (TFT, TFT = Thin Film Transistor), die auf der Isolierschicht liegt und das Bildsignal verstärkt und ausgibt. US-A-5,017,989 entspricht dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bei den genannten herkömmlichen Einrichtungen wird eine Signalspannung kapazitiv auf die Ausleseschaltung gekoppelt. Damit ist die Ausleseschaltung nicht in der Lage, das Potential der Selenschicht automatisch zurückzusetzen (d. h. es erfolgt ein nicht zerstörendes Auslesen). Nach dem Auslesen muss die Vorspannung der Selenschicht invertiert werden, damit sich die Signalladungen umkehren. Dadurch wird das Potential der Selenschicht zurückgesetzt und die Platte für die folgende Röntgenstrahlenbelichtung vorbereitet.
  • Ein wesentlicher Nachteil aller genannten herkömmlichen Einrichtungen besteht darin, dass mit ihnen im Wesentlichen keine Echtzeiterfassung von Röntgenbildern möglich ist (d. h., man kann sie nicht so schnell betreiben, dass die Geschwindigkeit von Videosignalen erreicht wird (beispielsweise 30 Frames/Sekunde)).
  • Dieser Nachteil hat zwei Ursachen, die im Weiteren ausführlicher unter der Überschrift "Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform und weitere Beschreibung des Stands der Technik" ausführlicher besprochen werden.
  • Erfindungsgemäß wird ein Strahlungs-Bildgebersystem nach Anspruch 1 bereitgestellt.
  • In der bevorzugten Ausführungsform sind die Pixel der Anordnung in Zeilen und Spalten angeordnet. Die Pixel einer jeden Zeile sind über die Steuerleitungen verbunden, und die Pixel einer jeden Spalte sind durch die Datenleitungen verbunden. Die Steuerleitungen sind so angeordnet, dass sie die Ausleseschaltervorrichtungen der Pixel der Zeilen betätigen. Die Datenleitungen sind so angeordnet, dass sie die Ladungen aufnehmen, die die Ausleseschaltervorrichtungen der Pixel in den Spalten abgeben.
  • Der Betrieb eines derartigen Strahlungs-Bildgebersystems umfasst bevorzugt die Schrittfolge gemäß Anspruch 25.
  • Zudem werden in der bevorzugten Ausführungsform Steuersignale an aufeinander folgende Steuerleitungen angelegt, um die Ladungen aus aufeinander folgenden Pixelzeilen auf die Datenleitungen zu übertragen. Die Steuersignale dienen auch dazu, die Rücksetzschaltervorrichtung von Pixelzeilen zu betätigen, die bereits ausgelesen worden sind, und an die die betroffene Steuerleitung angeschlossen ist. Nach dem Auslesen aller Pixelzeilen werden gleichzeitig Steuersignale an alle Steuerleitungen angelegt, um alle Ausleseschaltervorrichtungen und Rücksetzschaltervorrichtungen gleichzeitig zu betätigen.
  • Folglich ist es möglich, ein Strahlungs-Bildgebersystem zu entwerfen (z. B. eine Platte), bei der man - im Gegensatz zu beschriebenen Stand der Technik - die Signale mit hoher Empfindlichkeit und großer Geschwindigkeit auslesen kann. Damit ist Echtzeitbetrieb möglich. Durch die Aufnahme einer Rücksetzschaltung mit hoher Spannung und großer Stromtoleranz kann man die Zuverlässigkeit des Schaltungsbetriebs verbessern.
  • Die Erfindung wird nunmehr zur besseren Darstellung und um zu zeigen, wie sie ausgeführt werden kann, beispielhaft mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben.
  • Es zeigt:
  • Fig. 1 eine Kurve des Photostroms und des Dunkelstroms abhängig von der an eine Selenschicht angelegten Vorspannung gemäß dem Stand der Technik;
  • Fig. 2 eine Skizze einer Ersatzschaltung für ein einzelnes Pixel einer Bildgeberanordnung gemäß einiger Ausführungsformen der Erfindung;
  • Fig. 3 eine Skizze eines Bildgeber-Sensorfelds, in dem zahlreiche Pixel gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufgenommen sind;
  • Fig. 4 eine schematische Zeichnung eines Einzelpixels gemäß der bevorzugten Ausführungsform;
  • Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie A-B in Fig. 4;
  • Fig. 6 eine Querschnittsansicht eines Einzelpixels gemäß einer ersten alternativen Ausführungsform der Erfindung;
  • Fig. 7 eine Querschnittsansicht eines Einzelpixels gemäß einer zweiten alternativen Ausführungsform der Erfindung;
  • Fig. 8 eine Querschnittsansicht eines Einzelpixels gemäß einer dritten alternativen Ausführungsform der Erfindung;
  • Fig. 9 eine Querschnittsansicht eines Einzelpixels gemäß einer vierten alternativen Ausführungsform der Erfindung;
  • Fig. 10 eine Skizze einer Sensoranordnung gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform; und
  • Fig. 11 eine Darstellung zeitlicher Abläufe in der Sensoranordnung in Fig. 3.
  • Wie bereits erwähnt weisen einige herkömmliche digitale Röntgenbildgeber den Nachteil auf, dass sie für die Echtzeiterfassung von Röntgenbildern zu langsam sind. Dieser Nachteil des Stands der Technik hat zwei Ursachen. Zunächst zeigt Fig. 1 die Kurven des Dunkelstroms und des Photostroms in Abhängigkeit von der Vorspannung, die an einer Selenschicht an liegt. Der Abbildung kann man entnehmen, dass der Dunkelstrom und der Photostrom bei abnehmender Vorspannung an der Selenschicht beide stark abnehmen. Damit ist eine lange Zeit zum vollständigen Entladen der Selenschicht erforderlich, oder es entsteht eine lange Abbau-Verzögerung. Diese Eigenschaft hat bei niedrig dosierten Röntgenstrahlen ernsthaftere Auswirkungen, die beispielsweise bei der Röntgen-Fluoroskopie oder Röntgen-Fernsehübertragung auftreten. Zum zweiten ist es schwierig, mit der Selen-Vorspannschaltung die hohe Vorspannung bei der Videofrequenz von 30 Hertz zu schalten, beispielsweise von 2000 Volt auf -2000 Volt, ohne zusätzliches elektronisches Rauschen zu erzeugen oder Entladeprobleme in der Luft zu verursachen. Zudem streuen die hohen Spannungsimpulse über die Isolation in die Signalausleseschaltungen ein. Dies liegt daran, dass der bei herkömmlichen Systemen zwischen die Selenschicht und die Ausleseschaltungen eingefügte Isolator die Ausleseschaltungen nur gegen elektrostatische Felder bzw. Gleichanteile des elektrischen Felds isolieren kann. Er kann die Ausleseschaltungen nicht gegen zeitveränderliche elektrische Felder schützen (d. h. den Wechselanteil des elektrischen Felds). Um die Spannungsänderung klein zu halten, muss daher die Vorspannung an der Selenschicht bei herkömmlichen Vorrichtungen langsam verändert werden. Das Betreiben herkömmlicher Vorrichtungen in dieser Weise erhöht die Antwortzeit.
  • Fig. 2 zeigt eine Ersatzschaltung eines einzelnen Pixels in einer Röntgen-Bildgeberanordnung gemäß den Ausführungsformen der Erfindung, die im weiteren beschrieben werden. Die Schaltung umfasst einen Ausleseschalter 1, dessen Steueranschluss an eine Steuerleitung aus einer Anzahl paralleler Steuerleitungen 7 angeschlossen ist. Ein Ausgangsanschluss der Schaltung ist mit einer Datenleitung aus einer Anzahl paralleler Datenleitungen 6 angeschlossen. Ein Eingangsanschluss ist an einen Speicherkondensator 2 mit der Kapazität Cs angeschlossen. Der Speicherkondensator 2 wird abwechselnd an einen Strahlungserfasser 4 und einen Rücksetzschalter 3 angeschlossen. Dort, wo der Strahlungserfasser 4 eine dicke Selenschicht enthält, z. B. in der bevorzugten Ausführungsform, die später ausführlicher besprochen wird, kann man die Kapazität durch Cse darstellen.
  • Bei Betrieb wird eine Vorspannung an den Strahlungserfasser 4 angelegt, so dass bei auftreffender Strahlung (z. B. Röntgenstrahlen) elektrische Ladungen (z. B. Elektronen und Löcher) im Strahlungserfasser erzeugt auf dem Kondensator 2 gespeichert werden. Ein senkrechter Abtaster (Fig. 3) erzeugt nacheinander Steuersignale auf den Steuerleitungen 7 und betätigt damit nacheinander Zeilen der Ausleseschalter in einer Pixelanordnung (z. B. Fig. 3), damit aufeinander folgende Zeilen der Speicherkondensatoren 2 entladen werden. Die Signalladung aus jedem Kondensator 2 wird für das nachfolgende Auslesen an eine Datenleitung 6 angelegt. Dies wird im Weiteren anhand von Fig. 3 ausführlicher erklärt.
  • Der Sammelwirkungsgrad der Signalladung ist proportional dem Verhältnis aus der Speicherkapazität des Kondensators 2 und der Kapazität des Strahlungserfassers 4 (ist der Strahlungserfasser 4 aus Selen hergestellt, so ist der Sammelwirkungsgrad durch Cs/(Cs + Cse) gegeben).
  • Da die Signalspannung wie ausgeführt kapazitiv mit dem Ausleseschalter 1 gekoppelt ist, kann der Ausleseschalter das Potential des Strahlungserfassers 4 nicht automatisch zurücksetzen. Daher wird in den angesprochenen herkömmlichen Systemen die am Strahlungserfasser 4 anliegende Vorspannung umgekehrt, damit sich die Signalladungen umkehren und dadurch das Potential des Strahlungserfassers 4 (z. B. eine Selenschicht) zurücksetzen.
  • Dagegen ist in der Bildgeberanordnung nach Fig. 2 ein Schalter 3 an den Strahlungserfasser 4 und den Speicherkon densator 2 angeschlossen, damit das Potential (d. h. die Vorspannung) am Strahlungserfasser 4 sehr rasch auf eine vorbestimmte Spannung zurückgesetzt wird (z. B. Masse oder eine andere geeignete Rücksetzspannung). Dadurch wird der Echtzeitbetrieb des Sensors erleichtert. Wie im Weiteren detaillierter ausgeführt ist, kann der Schalter 3 als TFT, als Diode, als MIM-Schalter (Metall-Isolator-Metall), als MIS- Schalter (Metall-Isolator-Halbleiter) oder mit einer anderen geeigneten Schalttechnologie aufgebaut sein.
  • Fig. 3 zeigt eine Anzahl Sensorpixel (in der repräsentativen Anordnung von Fig. 3 sind vier derartige Pixel dargestellt; in der Praxis umfasst eine übliche Anordnung eine Vielzahl von Pixeln, die rechteckig angeordnet sind).
  • In der Ausführungsform nach Fig. 3 ist der Rücksetzschalter 3 als TFT ausgeführt, der mit einem Anschluss des Strahlungserfassers 4 verbunden ist. (Der andere Anschluss ist nicht dargestellt; er überdeckt die gesamte Sensoranordnung und ist mit einer Gleichspannungsquelle mit einem hohem Wert als Vorspannung verbunden. Dies wird im Folgenden anhand von Fig. 5-9 ausführlich dargestellt.) Der andere Anschluss eines jeden Rücksetzschalters 3 ist an eine Rücksetzquellenleitung 5 angeschlossen, die mit dem Rücksetzpotential VR verbunden ist.
  • Wie beschrieben werden nacheinander Steuerleitungen 7 mit dem senkrechten Abtaster 8 verbunden, der an aufeinander folgende Steuerleitungen 7 Steuerimpulse anlegt. Dies wird im Weiteren anhand von Fig. 11 ausführlicher erklärt.
  • Die Ausleseschaltung ist in Form eines Multiplexers 9 bereitgestellt, bei dem zahlreiche Ladungsintegrationsverstärker 14 mit einer Anzahl Eingängen des Multiplexers verbunden sind. Jeder Verstärker 14 ist mit einer der Datenleitungen 6 der Sensoranordnung verbunden, integriert in bekann ter Weise die Ladung, die die Datenleitungen führen, und legt ein Ausgangssignal, das den entsprechenden Wert darstellt, an den Multiplexer 9. Der Multiplexer 9 multiplext die aufeinander folgenden Zeilen der abgetasteten Sensoren zu einem seriellen Ausgabestrom, der der nachfolgenden Verarbeitung dient (z. B. A/D-Umsetzung, digitale Signalverarbeitung, Bilddarstellung usw.). Die Arbeitsweise der Ladungsintegrationsverstärker 14, des senkrechten Abtasters 8 und des Multiplexers 9 ist Fachleuten bekannt.
  • Die Wirkungsweise der Sensoranordnung wird nun anhand von Fig. 11 und Fig. 3 kurz erklärt. Fig. 11 zeigt die Steuersignale, die der senkrechte Abtaster 8 erzeugt, und die Auslese- und Refreshsignale, die eine zusätzliche Steuerschaltung (nicht dargestellt, jedoch eine Standardschaltung) erzeugt. Die auf den Kondensatoren 2 gespeicherten Ladungen werden abhängig vom Abtaster 8, der aufeinander folgende Zeilen der TFT-Ausleseschalter 1 zeilenweise freigibt, auf die Datenleitung 6 übertragen. Der senkrechte Abtaster 8 erzeugt einen Steuerimpuls (øyi), siehe Fig. 11, und gibt damit die erste Zeile der Ausleseschalter 1 frei.
  • Die von jedem Speicherkondensator 2 auf die Datenleitung 6 übertragene Ladung wird nun in den Ladungsintegrationsverstärkern 14 integriert und an den Multiplexer 9 angelegt.
  • Die von den jeweiligen Verstärkern 14 an den Multiplexer 9 angelegten Ladungen werden gemultiplext und in einem seriellen Format aus dem Multiplexer 9 ausgelesen, und zwar abhängig von einem externen Controller, der eine Anzahl aufeinander folgender Zusatzsteuersignale øxj, øxj+1, øxj+2 usw. erzeugt, so dass die an jedem Pixelsensor auftretenden Bilddaten nacheinander ausgelesen werden (d. h., es erfolgt eine serielle Ausgabe). Die Integrationskondensatoren der Ladungsintegrationsverstärker 14 werden dann durch die externe Con trollerschaltung zurückgesetzt, die ein positives Refreshimpulssignal (øtr) erzeugt.
  • Anschließend wird durch einen weiteren Steuerimpuls (øyi+1), den der senkrechte Abtaster 8 auf der zweiten Pixelsensorzeile erzeugt, die zweite Zeile der Speicherkondensatoren 2 entladen. Die Ladungen werden auf die Datenleitung 6 übertragen, in den Verstärkern 14 integriert und für das nachfolgende Auslesen an den Multiplexer 9 angelegt. Fig. 3 kann man entnehmen, dass beim Erzeugen des Steuerimpulses øyi+1 auch die TFT-Rücksetzschalter 3 in der vorhergehenden Zeile betätigt werden und das Potential der Strahlungserfasser 4 der gesamten vorhergehenden Zeile zurücksetzen.
  • Man beachte, dass der Rücksetzvorgang zu diesem Zeitpunkt den Speicherkondensator 2 nicht vollständig zurücksetzen kann, da der TFT-Schalter 1 der vorhergehenden Zeile abgeschaltet hat. Daher schwebt der Anschluss des Kondensators 2 auf der Seite des Schalters 1 elektrisch, und sein Potential ändert sich mit dem Potential am gegenüberliegenden Anschluss. Ein vollständiger Rücksetzvorgang für den Kondensator 2 erfolgt, nachdem alle Pixel auf der Bildgeberplatte ausgelesen sind.
  • Der senkrechte Abtaster legt nacheinander zusätzliche Steuerimpulse (z. B. øyi+2 usw.) an aufeinander folgende Steuerleitungen 7 der Anordnung an und setzt damit den Auslese- und Rücksetzvorgang für alle nachfolgenden Zeilen der Sensoranordnung fort.
  • Nachdem der senkrechte Abtaster 8 das Auslesen der Ladungen auf jeder Zeile des Sensors veranlasst hat (d. h. nach einem Framebild), erzeugt der senkrechte Abtaster 8 einen weiteren Hochspannungspegel-Steuerimpuls auf allen Steuerleitungen 7 und setzt damit alle Pixel auf einmal zurück.
  • Anhand von Fig. 4 und 5 wird nun das Layout eines Pixels bzw. ein Querschnitt durch das Pixel gemäß der bevorzugten Ausführungsform dargestellt.
  • Wie bereits anhand von Fig. 2 und 3 besprochen wird die Sensoranordnung durch eine Anzahl Zeilen aus Steuerleitungen 7 (in Fig. 4 durch die Gatebusleitungen 70 dargestellt) und eine Anzahl Spalten aus Datenleitungen 6 bestimmt. Die Leitungen 70 und 6 werden in der üblichen Weise bevorzugt aus Cr hergestellt. Die Gateleitungen 70 werden auf einem Glassubstrat 10 abgeschieden, wobei sich die einzelnen Gates 73 in die aktive Pixelfläche erstrecken. Eine Isolatorschicht 11 (z. B. SiO&sub2; oder a-SiN) wird über dem Gate 73 und dem Substrat 10 abgeschieden. Einzelne Cr-Gates 72 des Rücksetzschalters 3 werden auf der Isolatorschicht 11 abgeschieden und berühren die Steuerleitungen 70 über Kontaktdurchverbindungen 71.
  • Auf der Isolatorschicht 11 wird eine Lage CdSe-Halbleiter 12 abgeschieden, die über dem Gate 73 des Ausleseschalters 1 liegt. Auf der Isolatorschicht 11 werden Datenleitungen 6 (ebenfalls aus Cr hergestellt) und untere Pixelelektroden 21 (auch aus Cr hergestellt) abgeschieden, die den Halbleiterbereich 12 berühren. Über dem Gate 72 des Rücksetzschalters 3, der Datenleitung 6, dem Halbleiterbereich 12, der unteren Pixelelektrode 21 und der darunter liegenden Isolatorschicht 11 wird eine weitere Isolatorschicht 20 aus a-SiN abgeschieden.
  • Auf der Isolatorschicht 20 werden nun die Sourceleitung 5 für den Rücksetzschalter 3 und die obere Pixelelektrode 22 abgeschieden. Ein weiterer Halbleiterbereich 30 (bevorzugt CdSe) wird so abgeschieden, dass er die Sourceleitung 5 und die obere Pixelelektrode 22 berührt. Der Halbleiterbereich 30 ist im Wesentlichen mit dem Gate 72 des Rücksetzschalters 3 ausgerichtet.
  • Anschließend wird eine Schicht 40 aus a-Se über der gesamten Anordnung abgeschieden. Es folgt eine Sperrschicht 41 aus CeO&sub2; und eine obere Elektrode bzw. ein Kontakt 42 aus Al, der zusammen mit der oberen Pixelelektrode 22 dazu verwendet wird, eine hohe Gleichspannung als Vorspannung an die a-Se- Schicht 40 anzulegen.
  • Da die zweite dielektrische Gateschicht 20 (hergestellt bevorzugt aus a-SiN) dick (z. B. 500 bis 1000 Nanometer) und mit einer hohen Dielektrizitätskonstante (z. B. ungefähr 9) ausgelegt wird, ist die Durchbruchsspannung zwischen der Pixelelektrode 22 und dem TFT-Ausleseschalter 1 außerordentlich hoch.
  • Wie besprochen ist der Sammelwirkungsgrad der Signalladung gegeben durch Cs/(Cs + Cse). Da die Dicke der Selenschicht 40, die die Strahlung erfasst, im Bereich von 300 Mikrometer liegen kann, sind 98 Prozent der Signalladung auslesbar.
  • Die in Fig. 4 und 5 dargestellte TFT-Anordnung ist nur eine aus zahlreichen möglichen TFT-Anordnungen, die sich zum Ausführen der Erfindung eignen. Fig. 6, 7 und 8 zeigen Querschnittsdarstellungen unterschiedlicher Anordnungen des Rücksetz-Dünnfilmtransistors 3. Gleiche Bezugszeichen in Fig. 5 bis 8 bezeichnen gemeinsame Merkmale. In der alternativen Ausführungsform nach Fig. 6 wird ein TFT-Rücksetzschalter 3 mit Hilfe einer Halbleiterschicht 32 aus a-Se + As&sub2;Se&sub3; hergestellt. In der Ausführungsform nach Fig. 7 wird der Rücksetzschalter 3 mit Hilfe einer P-Kanal-Dünnfilmtransistorvorrichtung hergestellt, wobei der Halbleiterbereich 31 aus p&spplus;-a-Si besteht und das Halbleitermaterial 13 für den Ausleseschalter 1 aus a-Si besteht. In der Ausführungsform nach Fig. 8 ist der Rücksetzschalter 3 als TFT-Vorrichtung hergestellt, und die Halbleiterschicht 44 zur Strahlungsumsetzung wird ebenfalls für den TFT-Schalter 3 verwendet. Der Halblei terbereich 13 des Ausleseschalters 1 ist ebenso wie die Strahlungserfassungsschicht 44 aus a-Si hergestellt.
  • Fig. 9 zeigt eine weitere Anordnung, in der ein PIN-Diodenschalter aus a-Si als Rücksetzschalter 3 verwendet wird. Die Diode umfasst eine Schicht 34 aus a-Si, die zwischen eine Anodenschicht 35 aus p&spplus;-a-Si und eine Kathodenschicht 36 aus n&spplus;-a-Si eingeschoben ist. Die Diode ist auf einer Rücksetzsteuerleitung 50 aus Cr abgeschieden.
  • Fig. 10 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform der Erfindung, bei der die Sourceleitungen 5 für die Rücksetzschalter 3 parallel zu den Gateleitungen 7 angeordnet sind.
  • Dieser Entwurf erlaubt eine Ansteuerimpulskurve, die synchron zu den Gatesteuerimpulsen ist; es werden jedoch unterschiedliche Spannungspegel an die Sourceleitung 5 angelegt, um den Durchlassstrom des Rücksetzschalters 3 zu vergrößern und den Sperrstrom zu verringern.
  • Weitere Ausführungsformen und Abwandlungen sind möglich. Die beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich auf ein bekanntes Multiplexer-Ausleseverfahren. Man kann jedoch andere Ausleseschaltungen und Vorrichtungen verwenden, beispielsweise TFT-Ausleseanordnungen mit eingebautem TFT-Verstärker in jedem Pixel, Laserstrahl-Abtastauslesen, Auslesen mit räumlichem Lichtmodulator (d. h. einem Lichtventil), wobei Flüssigkristalle oder Festkörper-Bildverstärker mit elektrischer Luminanzschicht usw. verwendet werden.
  • Eine bevorzugte Kombination ist ein Rücksetzschalter 3, der einen MIM-Transistor enthält, und ein TFT-Ausleseschalter 1, der mit einem a-Si-Halbleiterbereich hergestellt ist.

Claims (26)

1. Strahlungs-Bildgebersystem, umfassend eine Anzahl Steuerleitungen (7), eine Anzahl Datenleitungen (6) und eine Pixelanordnung, wobei jedes Pixel umfasst:
eine Strahlungserfassungsvorrichtung (4), die einfallende Strahlung direkt in elektrische Ladungen umwandelt, und die kapazitiv mit einer Ausleseschaltervorrichtung (1) gekoppelt ist;
eine Speicherkondensatorvorrichtung (2), die mit der Strahlungserfassungsvorrichtung (4) verbunden ist und Ladungen speichert, die die Strahlungserfassungsvorrichtung (4) erzeugt,
wobei ein erster Anschluss der Ausleseschaltervorrichtung (1) mit der Speicherkondensatorvorrichtung (2) verbunden ist, ein Steueranschluss der Vorrichtung (1) mit einer ersten entsprechenden Steuerleitung (7) verbunden ist, und ein zweiter Anschluss der Vorrichtung (1) mit einer der Datenleitungen (6) verbunden und so betreibbar ist, dass auf der Speicherkondensatorvorrichtung (2) gespeicherte Ladungen abhängig von einem Steuersignal auf der Steuerleitung auf die Datenleitung übertragen werden,
dadurch gekennzeichnet, dass jedes Pixel zudem eine Rücksetzschaltervorrichtung (3) umfasst, wobei ein erster Anschluss der Vorrichtung (3) mit der Strahlungserfassungsvorrichtung (4) verbunden ist, ein Steueranschluss der Vorrichtung (3) mit einer weiteren entsprechenden Steuerleitung (7) benachbart der ersten entsprechenden Steuerleitung verbunden ist, und ein zweiter Anschluss der Vorrichtung (3) mit einer Rücksetzpotentialquelle (5) verbunden und die Vorrichtung (3) so betreibbar ist, dass der Ladungszustand der Strahlungserfassungsvorrichtung (4) und der Speicherkondensatorvorrichtung (2) zurückgesetzt wird.
2. System nach Anspruch 1, wobei die Pixel der Anordnung in Zeilen und Spalten angeordnet sind, und die Pixel einer jeden Zeile über die Steuerleitungen (7) verbunden sind, und die Pixel einer jeden Spalte durch die Datenleitungen (6) verbunden sind, und die Steuerleitungen (7) so angeordnet sind, dass sie die Ausleseschaltervorrichtungen (1) der Pixel der Zeilen betätigen, und die Datenleitungen (6) so angeordnet sind, dass sie die Ladungen aufnehmen, die die Ausleseschaltervorrichtungen (1) der Pixel in den Spalten abgeben.
3. System nach Anspruch 2, wobei jede Pixelzeile so angeordnet ist, dass die Rücksetzschaltervorrichtung (3) und die Ausleseschaltervorrichtung (1) der betreffenden Zeile über verschiedene Steuerleitungen (7) ansprechbar sind.
4. System nach Anspruch 2 oder 3, so angeordnet, dass einzelne Steuerleitungen (7) betreibbar sind zum Betätigen der Ausleseschaltervorrichtungen (1) einer Pixelzeile und auch der Rücksetzschaltervorrichtungen (3) einer benachbarten Pixelzeile, so dass gleichzeitig eine Pixelzeile ausgelesen und eine benachbarte Pixelzeile zurückgesetzt werden kann.
5. System nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei die Rücksetzschaltervorrichtungen (3) mit den Rücksetzquellenleitungen (5) verbunden sind.
6. System nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, wobei die Rücksetzquellenleitungen (5) so angeordnet sind, dass sie Pixelspalten verbinden.
7. System nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, wobei die Rücksetzquellenleitungen (5) so angeordnet sind, dass sie Pixelzeilen verbinden.
8. System nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 7, zudem umfassend Abtastvorrichtungen (8), die eine Abfolge von Steuersignalen auf aufeinander folgenden Steuerleitungen (7) erzeugen.
9. System nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 7, zudem umfassend Multiplexervorrichtungen (9), die Ladungen aus den Datenleitungen (6) aufnehmen und sie nacheinander ausgeben.
10. System nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strahlungserfassungsvorrichtung (4) eine Halbleiterschicht (40; 44) umfasst, die sich über die Pixelanordnung erstreckt, und Vorrichtungen (42, 22), die die Schicht (40; 44) an jedem Pixel mit einer hohen Gleichspannung vorspannen.
11. System nach Anspruch 10, wobei die Vorspannungsanlegevorrichtung eine erste Vorspannelektrode (42) umfasst, die sich auf der Oberseite der Schicht (40; 44) über die Pixelanordnung erstreckt, und jeweils auf der Unterseite der Schicht (40; 44) angeordnete zweite Vorspannelektroden (22) für jedes Pixel.
12. System nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Halbleiterschicht eine a-Se-Schicht (40) ist.
13. System nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Halbleiterschicht eine a-Si-Schicht (44) ist.
14. System nach Anspruch 10, 11, 12 oder 13, wobei jede Speicherkondensatorvorrichtung (2) umfasst:
eine erste Elektrode (22) benachbart zur Schicht (40; 44);
eine zweite Elektrode (21), die der ersten Elektrode (22) gegenüberliegt; und
eine dielektrische Schicht (20) zwischen der ersten Elektrode (22) und der zweiten Elektrode (21).
15. System nach Anspruch 14 wenn abhängig von Anspruch 11, wobei für jedes Pixel die zweite Elektrode und die zweite Vorspannelektrode die gleiche Elektrode (22) sind.
16. System nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede Ausleseschaltervorrichtung (1) einen Dünnfilmtransistor enthält.
17. System nach Anspruch 16 wenn abhängig von Anspruch 14, worin in jeder Ausleseschaltervorrichtung (1) der Drainanschluss des Dünnfilmtransistors der Vorrichtung mit der zweiten Elektrode (21) verbunden ist, der Sourceanschluss mit einer der Datenleitungen (6) verbunden ist und der Gateanschluss (73) mit einer der Steuerleitungen (7) verbunden ist.
18. System nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede Rücksetzschaltervorrichtung (3) einen Dünnfilmtransistor umfasst.
19. System nach Anspruch 18 wenn abhängig von Anspruch 14, wobei in jeder Rücksetzschaltervorrichtung (3) der Drainanschluss des Dünnfilmtransistors der Vorrichtung mit der ersten Elektrode (22) verbunden ist, der Sourceanschluss mit einer der Rücksetzschalter-Quellenleitungen (5) verbunden ist und der Gateanschluss (72) mit einer der Steuerleitungen (7) verbunden ist.
20. System nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 17, wobei jede Rücksetzschaltervorrichtung (3) eine Diode enthält, und ein Anschluss der Diode sowohl den Steueranschluss als auch den zweiten Anschluss der Rücksetzschaltervorrichtung bildet.
21. System nach Anspruch zu wenn abhängig von Anspruch 14, wobei in jeder Rücksetzschaltervorrichtung (3) die Diode der Vorrichtung eine Anode (35) besitzt, die mit der ersten Elektrode (22) verbunden ist, und eine Kathode (36), die an eine der Steuerleitungen (50) angeschlossen ist.
22. System nach Anspruch 20 oder 21, wobei die Diode eine P-I-N- Diode aus amorphem Silizium ist.
23. System nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 17, wobei jede Rücksetzvorrichtung (3) einen Metall-Isolierschicht-Metall- Transistor enthält.
24. System nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 17, wobei jede Rücksetzvorrichtung (3) einen Metall-Isolierschicht-Halbleiter-Transistor enthält.
25. Verfahren zum Betreiben eines Strahlungs-Bildgebersystems nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren die nachstehende Folge von Schritten umfasst, die auf jedes Pixel angewendet werden:
a) Anlegen einer Vorspannung an die Strahlungserfassungsvorrichtung (4), damit sich die in der Strahlungserfassungsvorrichtung (4) erzeugten Ladungen auf der Speicherkondensatorvorrichtung (2) Z sammeln;
b) Anlegen eines ersten Steuersignals (øyi) zum Betätigen der Ausleseschaltervorrichtung (1), damit die auf der Speicherkondensatorvorrichtung (2) gespeicherten Ladungen ausgelesen werden;
c) Anlegen eines zweiten Steuersignals (øyi+1) zum Betätigen der Rücksetzschaltervorrichtung (3), damit die Ladungen zurückgesetzt werden, die nach dem Ladungsausgeben über die Ausleseschaltervorrichtung (1) im Schritt b) auf der Strahlungserfassungsvorrichtung (4) und auf der Speicherkondensatorvorrichtung (2) verbleiben; und
d) gemeinsames Anlegen der ersten und zweiten Steuersignale (øyi und øyi+1) zum gleichzeitigen Betätigen der Ausleseschaltervorrichtung (1) und der Rücksetzschaltervorrichtung (3), damit Ladungen zurückgesetzt werden, die nach dem Schritt c) noch auf der Strahlungserfassungsvorrichtung (4) und der Speicherkondensatorvorrichtung (2) verbleiben.
26. Verfahren nach Anspruch 25 wenn abhängig von Anspruch 2, wobei Steuersignale an aufeinander folgende Steuerleitungen (7) angelegt werden, um die Ladungen aus aufeinander folgenden Pixelzeilen auf die Datenleitungen (6) zu übertragen, und die Steuersignale auch dazu dienen, die Rücksetzschaltervorrichtung (3) von Pixelzeilen zu betätigen, die bereits ausgelesen worden sind, und an die die betroffene Steuerleitung angeschlossen ist, und wobei nach dem Auslesen aller Pixelzeilen gleichzeitig Steuersignale an alle Steuerleitungen (7) angelegt werden, um alle Ausleseschaltervorrichtungen (1) und Rücksetzschaltervorrichtungen (3) gleichzeitig zu betätigen.
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