[发明专利]低温多晶硅平板探测器像素电路及平板探测方法

说明书

本发明提供一种低温多晶硅平板探测器像素电路及平板探测方法，包括：依次串联于复位信号与光敏二极管的阴极之间的第一重置开关、传输门，光敏二极管的阳极连接偏置电压；依次串联于电源信号输出端之间的第二重置开关、源极跟随器及选择开关；连接于源极跟随器源极和栅极之间的补偿开关；以及连接于第一重置开关漏极和源极跟随器栅极之间的存储电容；第一重置开关与第一重置开关的控制端连接第一控制信号，传输门与补偿开关的控制端连接第二控制信号；选择开关的控制端连接第三控制信号。本发明对电路中源极跟随器的阈值电压漂移进行内部补偿，减少第一重置开关的关态漏电流，可实现高帧率、高灵敏度、低剂量的动态平板探测。

技术领域

本发明涉及平板探测领域，特别是涉及一种低温多晶硅平板探测器像素电路及平板探测方法。

背景技术

平板探测器一般应用于医疗X射线辐射成像、安检安防、工业无损探伤等多个领域。通常来说，平板探测器可分为直接型和间接型两种。直接型平板探测器可直接将X光转换成电信号，可实现X射线能量的直接转换，其以非晶硒(a-Se)平板探测器为典型代表，结合了非晶硒材料和薄膜晶体管(TFT)技术，具有较高的空间分辨率，但其需要在非晶硒薄膜上加很高的电压，可能会导致元器件容易被烧坏失效，系统稳定性差。而间接型平板探测器需要先通过闪烁体将X光转换成可见光，再通过光敏二极管(PD)将可见过转换为电信号，可实现X射线能量的间接转换，其结合了闪烁体、光敏二极管和TFT技术，是目前商业产品中所采用的主流的平板探测器技术。

平板探测器通常由数百万至上千万个像素点所组成。而对于间接型平板探测器的每个像素点通常由1个光敏二极管(PD)和若干个薄膜晶体管(TFT)所组成。对于像素单元电路来说，其又可分为被动式像素单元传感电路(PPS)和主动式像素单元传感电路(APS)两种。被动式像素单元传感电路通常由1个PD和1个TFT(1T1D)所组成，而主动式像素单元传感电路一般由1个PD和3个以上TFT所组成。与PPS像素电路相比较，APS像素电路具有更高的信噪比、灵敏度等优点；另外，APS像素电路一般会采用高性能高迁移率的TFT，TFT的像素尺寸更小，可实现更高的集成度。因此，APS平板探测器可满足低剂量、低噪声、动态探测等应用需求。

对于传统的非晶硅平板探测器，其采用的非晶硅(a-Si)TFT的场效应迁移率较低(约0.5cm²V^-1s^-1)，因此，其集成能力较低，一般只能用于制备PPS平板探测器(1T1D)。相比于a-Si TFT，LTPS TFT具有很高的场效应迁移率(50-200cm²V^-1s^-1)，因此，其可实现APS像素电路的集成，但其存在关态漏电流较大的缺点，可能会导致曝光后所产生的电信号的损失以及较高的噪声。

典型的APS像素电路结构中每个像素点包含3个LTPS TFT(P型)和1个光敏二极管PD；以P型LTPS TFT为例，APS电路如图1所示。其中，T_RST为重置开关，给光敏二极管PD提供复位信号；T_SF为源极跟随器，放大曝光所产生的电信号，一般工作在饱和区；T_SEL为选择开关，读取曝光后所产生的且经T_SF放大的电信号；PD为光敏二极管，其工作在反向偏置状态；C_PD为光敏二极管的结电容；V_COM为光敏二极管阴极上的电平，在此为正电平；V_DD为供电电源，提供负电平；V_RST为复位信号，在此为负电平；V_GRST为重置开关T_RST的栅极电平信号；V_SEL为选择开关T_SEL的栅极电平信号。APS像素电路的时序如图2所示，当满足2|V_RST-V_TH|＞＞ΔV_G的条件时，有无X光曝光的像素电路输出电流的变化值满足如下关系式：