CN108461513A - 光探测器 - Google Patents

Abstract

一种光探测器，其包括感应元件阵列、多个闪烁体单元和反射层。感应元件阵列位于基板上，且感应元件阵列包括多个感应单元。闪烁体单元位于感应元件阵列上，其中闪烁体单元彼此之间相互分离且对应感应单元。反射层覆盖闪烁体单元，且反射层电性连接至感应单元。至少一闪烁体单元包括多个闪烁体粒子，其中各闪烁体粒子包含闪烁体粒子核以及覆盖于闪烁体粒子核表面的透明导电层，且该些闪烁体粒子彼此之间电性连接。

Description

光探测器

技术领域

本发明是有关于一种探测器，且特别是有关于一种光探测器。

背景技术

X射线图像是医疗诊断的重要工具之一。目前，X射线图像成像技术需要利用可吸收光能并将其转换成电子信号的X光探测器，其中X光探测器通常包括可将X光转换为可见光的闪烁体。一般而言，X光探测器是通过黏着层将一层闪烁体膜层与感测阵列进行对位贴合所组立而成的，然而，黏着层的材料和厚度会造成所转出的可见光容易产生散射，进而导致严重的光学串扰现象(optical crosstalk)，使得图像的解析度下降。因此，如何使光探测器具有良好图像解析度，实为目前研发人员亟欲解决的问题之一。

发明内容

本发明提供一种光探测器，其具有良好图像解析度。

本发明提供一种光探测器，其包括感应元件阵列、多个闪烁体单元和反射层。感应元件阵列位于基板上，且感应元件阵列包括多个感应单元。闪烁体单元位于感应元件阵列上，其中闪烁体单元彼此之间相互分离且对应感应单元。反射层覆盖闪烁体单元，且反射层电性连接至感应单元。闪烁体单元包括多个闪烁体粒子，其中各闪烁体粒子包含闪烁体粒子核以及覆盖于闪烁体粒子核表面的透明导电层，且该些闪烁体粒子彼此之间电性连接。

基于上述，在本发明的光探测器中，反射层覆盖于闪烁体单元之上且各闪烁体单元包括多个闪烁体粒子，使得闪烁体粒子受特定波长的光激发后所产生的可见光集中于相对应的感应单元中，进而提升图像解析度。除此之外，各闪烁体粒子核的表面覆盖透明导电层；闪烁体粒子彼此之间电性连接，使得反射层能够电性连接至感应单元，如此可减少光的散射，进而提升图像解析度。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为依据本发明一实施例的光探测器的上视示意图。

图2为图1中沿A-A’线的剖面示意图。

图3为依据本发明另一实施例的光探测器的剖面示意图。

其中，附图标记：

100：光探测器

102：基板

110：感应元件阵列

112：图案化电极

114：钝化层

115：感应单元

116：平坦层

118：开口

120、120’：闪烁体单元

122：闪烁体粒子

122a：闪烁体粒子核

122b：透明导电层

124：填充层

130：反射层

130a：共用电极图案

130b：导线

140：导体层

150：覆盖层

via：通孔

TFT：有源元件

G：栅极

GI：栅绝缘层

CH：沟道层

S：源极

D：漏极

SL：扫描线

DL：数据线

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

以下将参照本实施例之图式以更全面地阐述本发明。然而，本发明亦可以各种不同的形式体现，而不应限于本文中所述之实施例。图式中的层与区域的厚度会为了清楚起见而放大。相同或相似之参考号码表示相同或相似之元件，以下段落将不再一一赘述。另外，实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

图1为依据本发明一实施例的光探测器的上视示意图。图2为图1中沿A-A’线的剖面示意图。图3为依据本发明另一实施例的光探测器的剖面示意图。

请参照图1和图2，光探测器100包括感应元件阵列110、多个闪烁体单元120以及反射层130。在本实施例中，光探测器100例如是X光探测器。

感应元件阵列110位于基板102上。感应元件阵列110包括多个感应单元115。感应单元115用以接收特定波长范围的光(例如波长范围介于400nm至800nm的光)。在本实施方式中，感应单元115例如是PIN二极管(P-intrinsic-N diode)，但本发明不以此为限，感应单元115也可以是其他适合的光二极管(photodiode)。基板102可为玻璃、石英、有机聚合物、或是不透光/反射材料(例如：导电材料、金属、晶片、陶瓷、或其它可适用的材料)或是其它可适用的材料。若使用导电材料或金属时，则在基板102上覆盖一层绝缘层(未示出)，以避免短路问题。在一些实施例中，感应元件阵列110还包括多个有源元件TFT、多个图案化电极112、钝化层114与平坦层116。

有源元件TFT位于基板102上且电性连接至相对应的感应单元115。有源元件TFT可以是底部栅极型(bottom gate)薄膜晶体管或是顶部栅极型(top gate)薄膜晶体管，其包括栅极G、栅绝缘层GI、沟道层CH、源极S和漏极D。

举例来说，有源元件TFT为底部栅极型薄膜晶体管，其栅极G位于基板102上，且栅绝缘层GI覆盖于栅极G之上。栅极G的材料可以是导电材料，例如金属、金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物或其组合。栅绝缘层GI的材料可以是无机介电材料、有机介电材料或其组合。举例来说，无机材料可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其组合；有机材料可以是聚酰亚胺系树脂、环氧系树脂或有机玻璃树脂等高分子材料。

沟道层CH位于栅绝缘层GI上，且源极S和漏极D分别位于沟道层CH的相对两端上。沟道层CH的材料例如是非晶硅、微晶硅、单晶硅、有机半导体材料、氧化物半导体材料或其他适合的材料。举例来说，沟道层CH可包括氧化铟镓锌(Indium-Gallium-Zinc Oxide，IGZO)、氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO)、氧化铟锌(Indium-Zinc Oxide，IZO)、氧化镓锌(Gallium-Zinc Oxide，GZO)、氧化锌锡(Zinc-Tin Oxide，ZTO)或氧化铟锡(Indium-TinOxide，ITO)。在一些实施例中，沟道层CH的相对两端可含有掺杂物(dopant)以形成用来连接源极S的源极区(未示出)和用来连接漏极D的漏极区(未示出)。源极S或漏极D的材料可以是导电材料，例如金属、金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物或其组合。

图案化电极112位于相对应的感应单元115和基板102之间，且有源元件TFT藉由图案化电极112连接至相对应的感应单元115。举例来说，如图2所示，图案化电极112与位于其上的感应单元115接触，且有源元件TFT中的漏极D耦接至图案化电极112。在一些实施例中，图案化电极112与漏极D或源极S由同一图案化导电层所形成。在一些实施例中，图案化电极112的图案对应于感应单元115的图案。图案化电极112的材料可以是导电材料，例如金属、金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物或其组合。

钝化层114覆盖于有源元件TFT和部分图案化电极112之上，在一些实施例中，感应单元115位于钝化层114上，并且与钝化层114所暴露之图案化电极112接触。钝化层114的材料可以是有机绝缘材料、无机绝缘材料或其组合。有机绝缘材料可以是聚酰亚胺(polyimide，PI)、聚酰胺酸(polyamic acid，PAA)、聚酰胺(polyamide，PA)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)、聚乙烯醇肉桂酸酯(polyvinyl cinnamate，PVCi)、其他适合的光阻材料或其组合。无机绝缘材料可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其组合。

平坦层116覆盖于钝化层114和感应单元115之上，并且平坦层116具有暴露感应单元115的开口118。平坦层116的材料可以是机绝缘材料、无机绝缘材料或其组合。有机绝缘材料可以是PI、PAA、PA、PVA、PVCi、其他适合的光阻材料或其组合。无机绝缘材料可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其组合。举例来说，平坦层116的材料可以是SU8或是黑色矩阵用的材料。

至少一闪烁体单元120位于感应元件阵列110上，其中闪烁体单元120彼此之间相互分离，且闪烁体单元120对应感应单元115。闪烁体单元120包括多个闪烁体粒子122，其中各闪烁体粒子122包含闪烁体粒子核122a以及覆盖于闪烁体粒子核122a表面的透明导电层122b。在一些实施例中，闪烁体粒子核122a受特定波长的光激发后会发出可见光，其包括Gd2O2S：Tb、ZnS：Cu、ZnS：Ag、CaWO4、GdOS：Tb、Y3A15O12：Ce(YAG：Ce)、Gd2SiO5：Ce(GSO)、Lu2SiO5：Ce(LSO)或BaFCl：Eu。在一些实施例中，闪烁体单元120与相对应的感应单元115直接接触，如图2所示，闪烁体粒子122位于开口118中并与感应单元115直接接触。如此一来，闪烁体单元120与感应单元115之间没有其他的膜层(例如保护层、平坦层或黏着层)，使得闪烁体粒子122受特定波长的光激发所产生的可见光集中于相对应的感应单元115中(即避免闪烁体粒子122所产生的可见光散射)，进而提升图像解析度。在一些实施例中，将闪烁体粒子122形成于开口118中的方法可以是先将闪烁体粒子122、溶剂及添加剂均匀混合以形成一混合物。接着，将此混合物填入开口118中后再以高温将液体蒸发，使得闪烁体粒子122形成于开口118中。在一些实施例中，闪烁体粒子122除了位于开口118中之外，还可位于开口118周围的平坦层116上(如图2所示)。上述溶剂包括水、异丙醇或其组合。上述添加剂包括表面活性剂(surfactant)、黏合剂(binder)或其组合，其中表面活性剂(surfactant)例如是包括Surfynol系列产品；黏合剂(binder)例如是包括聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)。在一些实施例中，闪烁体粒子的含量约为4.5wt％至5.0wt％、水的含量约为45wt％至50wt％；异丙醇的含量约为40wt％至45wt％；表面活性剂的含量约为1.5wt％；黏合剂的含量约为4.5wt％至5.0wt％。

另外，为了提升闪烁体单元120与感应单元115之间的导电性，在一些实施例中，更可于闪烁体单元120和感应单元115之间设置导体层140(如图3所示)。导体层140的材料可以是导电材料，例如金属、金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物或其组合。

反射层130覆盖于闪烁体单元120之上，如此闪烁体粒子核122a受特定波长的光激发后所产生的可见光会被反射层130局限在相对应的感应单元115中。换句话说，每一闪烁体单元120所转换出的可见光会被对应的感应单元115接收，藉此可大幅提升光探测器100的图像解析度。反射层130的材料可以是铝(A1)、银(Ag)、铬(Cr)、铜(Cu)、镍(Ni)、钛(Ti)、钼(Mo)、镁(Mg)、铂(Pt)、金(Au)或其组合，且反射层130可以是单层、双层或多层结构。举例来说，反射层130可以是由Ti/Al/Ti所构成的三层结构或是由Mo/Al/Mo所构成的三层结构。

另外，反射层130电性连接至感应单元115。在一些实施例中，由于各闪烁体粒子122包含闪烁体粒子核122a以及覆盖于闪烁体粒子核122a表面的透明导电层122b，且闪烁体粒子122彼此之间相互接触，故可使得闪烁体粒子122之间彼此电性连接，进而让反射层130可藉由闪烁体单元120电性连接至感应单元115(亦即反射层130以垂直导通的方式，电连接至位于其下的感应单元115)。如此一来可藉由调整反射层130和图案化电极112之间的电压来对感应单元115施加顺向偏压或是逆向偏压。也就是说，在一些实施例中，反射层130可当作共用电极。透明导电层122b的材料可以是透明的导电材料，例如铟锡氧化物、铟锌氧化物、铝锡氧化物、铝锌氧化物或铟锗锌氧化物等金属氧化物。在一些实施例中，可以藉由溶胶-凝胶(Sol-Gel)法于闪烁体粒子核122a的表面形成透明导电层122b。举例来说，可先藉由分散剂将含有铟锡氧化物(例如含有90wt％的氧化铟和10wt％的氧化锡)的粉末均匀悬浮于液体中，之后再将闪烁体粒子核122a加入上述液体中，以浸镀的方式于闪烁体粒子核122a表面形成液态薄膜(其厚度约为1μm)，最后再以烧结的方式将液体蒸发，以于闪烁体粒子核122a表面形成致密的透明导电层122b。

在上述反射层130当作共用电极的实施例中，反射层130可包括多个共用电极图案130a(如图1所示)，共用电极图案130a彼此之间相互分离。更详而言之，共用电极图案130a在结构上彼此分离。在本实施例中，各共用电极图案130a对应于闪烁体单元120。如此一来，由于闪烁体粒子122彼此之间相互接触，且其表面覆盖透明导电层122b，因此，感应单元115可藉由闪烁体单元120电性连接至共用电极图案130a。在一些实施例中，相邻的两个共用电极图案130a彼此之间电性连接。举例来说，可藉由导线130b电性连接相邻的两个共用电极图案130a。在本实施例中，导线130b可为位于相邻的两个共用电极图案130a之间的条状电极，但本发明不以为限。在其他实施例中，导线130b也可以是其他适合的图案。在一些实施例中，共用电极图案130a和导线130b可以是由同一图案化导电层所形成。此外，在一些实施例中，共用电极图案130a还可覆盖于有源元件TFT之上。

在一些实施例中，闪烁体单元120’还可包括填充层124，其位于各感应单元115和反射层130之间(如图3所示)。也就是说，填充层124可填入开口118中未被闪烁体粒子122所填满的空间，以提升闪烁体单元120’的稳定性。另外，填充层124的材料例如是有机材料，并且为了提升反射层130与感应单元115之间的导电性，在一些实施例中，填充层124的材料也可以是导电高分子，例如聚吡咯(polypyrrole)、聚苯胺(polyaniline)或其组合。

感应元件阵列110还可包括多条扫描线SL和多条数据线DL。在本实施例中，多条数据线DL与多条扫描线SL相交。换句话说，数据线DL的延伸方向与扫描线SL的延伸方向不平行。另外，扫描线SL和数据线DL电性连接于有源元件TFT。举例来说，扫描线SL电性连接于有源元件TFT的栅极G；而数据线DL电性连接于有源元件TFT的源极S。另外，为了提升数据线DL与源极S之间的导电性，在一些实施例中，数据线DL和共用电极图案130a由同一图案化导电层所形成。也就是说，数据线DL藉由穿过平坦层116和钝化层114的通孔via电性连接至有源元件TFT的源极S。在另一些实施例中，数据线DL和源极S也可由同一图案化导电层所形成。

覆盖层150覆盖于反射层130和平坦层116之上。也就是说，覆盖层150覆盖了闪烁体单元120和感应单元115，故可保护闪烁体单元120及感应单元115，以避免环境中的水气和氧气与其反应，进而有效地延长光探测器100的寿命。在本实施方式中，覆盖层150为柔性覆盖层，其材料包括聚对二甲苯(parylene)、聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)、聚酰亚胺(polyimide，PT)、聚乙烯对苯二甲酸酯(polyethylene terephthalate，PET)、丙烯酸类树脂(acrylic-based resin)等的聚合物，或是与钝化层114相同材料。

综上所述，在上述实施例的光探测器中，反射层覆盖于闪烁体单元之上且各闪烁体单元包括多个闪烁体粒子，使得闪烁体粒子受特定波长的光激发后所产生的可见光集中于相对应的感应单元中，进而提升图像解析度。除此之外，闪烁体粒子的表面覆盖透明导电层，且闪烁体粒子彼此之间相互接触，使得反射层能够电性连接至感应单元，如此可减少光的散射，进而提升图像解析度。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种光探测器，其特征在于，包括：

一感应元件阵列，位于一基板上，且该感应元件阵列包括多个感应单元；

多个闪烁体单元，位于该感应元件阵列上，其中该些闪烁体单元彼此之间相互分离，且对应该些感应单元；以及

一反射层，覆盖该些闪烁体单元，且该反射层电性连接至该些感应单元，

其中至少一闪烁体单元包括多个闪烁体粒子，各该闪烁体粒子包含一闪烁体粒子核以及覆盖于该闪烁体粒子核表面的一透明导电层，且该些闪烁体粒子彼此之间电性连接。

2.如权利要求1所述的光探测器，其特征在于，其中该反射层藉由该些闪烁体单元电性连接至该些感应单元。

3.如权利要求1所述的光探测器，其特征在于，其中该些闪烁体粒子核包括Gd2O2S：Tb、ZnS：Cu、ZnS：Ag、CaWO4、GdOS：Tb、Y3Al5O12：Ce、Gd2SiO5：Ce、Lu2SiO5：Ce或BaFCl：Eu。

4.如权利要求1所述的光探测器，其特征在于，其中各该闪烁体单元更包括：

一填充层，位于对应的该感应单元和该反射层之间。

5.如权利要求1所述的光探测器，其特征在于，其中各该闪烁体单元与该相对应的感应单元直接接触。

6.如权利要求1所述的光探测器，其特征在于，其中该反射层包括多个共用电极图案，该些共用电极图案在结构上彼此相互分离，且该些共用电极图案对应该些闪烁体单元。

7.如权利要求6所述的光探测器，其特征在于，其中该两相邻的共用电极图案彼此之间电性连接。

8.如权利要求6所述的光探测器，其特征在于，其中该感应元件阵列更包括：

多个有源元件，分别电性连接至该相对应的所述感应单元，且该些共用电极图案覆盖于该些有源元件之上。

9.如权利要求8所述的光探测器，其特征在于，其中该感应元件阵列更包括：

多条扫描线；以及

多条数据线，与该些扫描线相交，其中该些扫描线和该些数据线电性连接于该些有源元件，且该些数据线和该些共用电极图案由同一图案化导电层所形成。