專利名稱：數(shù)字射線攝影成像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及數(shù)字射線攝影成像，具體涉及一種使用差分讀取部 件的成像陣列。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的數(shù)字射線攝影(DR)成像板從使用由按照行x列的矩陣排列的 多個獨立傳感器組成的陣列的閃爍介質(zhì)(scintillating medium)獲取圖像數(shù) 據(jù)，其中，每個傳感器提供圖像數(shù)據(jù)的單個像素。在公知的現(xiàn)有技術(shù)中， 一般來說每個像素包括以平面或者垂直方式排列的光敏元件和開關(guān)元件。 在一個已知的成像設(shè)備中，前板具有光敏元件陣列，而背板由薄膜晶體管 (TFT)開關(guān)陣列組成。在這些成像裝置中，氫化非晶硅(hydrogenated amorphous silicon) ( a-Si:H )常用于形成每個像素所需要的光電二極管和薄 膜晶體管開關(guān)，盡管也可使用例如激光重結(jié)晶硅(laser recrystallized silicon) 和單晶珪(single-crystal silicon)這樣的多晶半導(dǎo)體(polycrystalline semiconductors) TFT開關(guān)作為替代。圖1示出了由具有多個a-Si:H n-i-p光電二極管70和TFT71的陣列組 成的傳統(tǒng)類型的平板成像器80的局部示意圖。柵極驅(qū)動器芯片82連接到 柵極線83的組，讀取芯片34連接到數(shù)據(jù)線84和偏置線85的組。電荷》文 大器86可被提供以接收來自數(shù)據(jù)線的信號。來自電荷放大器86的輸出可 以被發(fā)送至模擬復(fù)用器87或者直接發(fā)送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 88從而以 期望的速度輸出(stream out)數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。在如圖1所示的傳統(tǒng)的基于a-Si:H的非直接平板成像器中，入射X-射線光子被轉(zhuǎn)換為光學(xué)光子，光學(xué)光子在a-Si:H n-i-p光電二極管70中被 進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為電子空穴對。光電二極管的像素電荷容量是偏置電壓和光電二極管電容的產(chǎn)物。 一般來說，反向偏置電壓被施加于偏置線85以產(chǎn)生 橫跨光電二極管的電場(從而產(chǎn)生耗盡區(qū))并提高電荷收集效率。當(dāng)相關(guān)的TFT71處于非導(dǎo)通("ofT)狀態(tài)時，圖像信號由光電二極管綜合。這是 通過將柵極線83保持在負(fù)電壓來實現(xiàn)的。通過TFT柵極控制電路相繼切 換各行的TFT71到導(dǎo)通狀態(tài)以讀取該陣列。當(dāng)通過向相應(yīng)的柵極線83施 加正電壓使得一行像素被切換到導(dǎo)通("on")狀態(tài)時，來自這些像素的電 荷沿數(shù)據(jù)線84被傳送并被外部電荷敏感放大器86綜合。其后，該行被切 換回非導(dǎo)通狀態(tài)，對每一行重復(fù)執(zhí)行這一過程直到整個陣列都被讀取。從 外部電荷敏感放大器86輸出的信號被并-串復(fù)用器87傳送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)88，并進(jìn)一步產(chǎn)生數(shù)字圖像。具有如圖1所述的成像陣列的平板成像器既可以進(jìn)行單拍(射線攝影) 圖像獲取也可以進(jìn)行連續(xù)(透視)圖像獲取。但是，傳統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)中的電 荷放大器受到共模噪聲以及其他問題的影響而使得信號質(zhì)量受到限制。本領(lǐng)域中同樣已知的是使用像素陣列的數(shù)字射線攝像成像板，包括X 射線吸收光電導(dǎo)體，例如非晶硒(a-Se),以及讀取電路。由于X射線在 光電導(dǎo)體中被吸收，因而不必設(shè)立單獨的閃爍屏。這些傳統(tǒng)的成像陣列具有影響性能的局限性。舉例來說，使用MIS光 電傳感器的數(shù)字?jǐn)z影陣列的一個局限在于，由于在柵極電介質(zhì)的電容和半 導(dǎo)體的電容之間的電荷的電容劃分(c叩acitive division )，導(dǎo)致量子效率 (quantum e迅ciency )的降低。傳統(tǒng)的MIS光電傳感器結(jié)構(gòu)對于本領(lǐng)域技 術(shù)人員而言是公知的，因此這里將不再詳細(xì)說明。為了方便，在圖2A中 示出了 MIS光電傳感器的等效電路。該電路由絕緣體電容串聯(lián)半導(dǎo)體電容 組成，其中，絕緣體電容表示為Ci — Sit"其中，s,為絕緣體介電常數(shù)，t,為絕緣體厚度。半導(dǎo)體電容表示為其中，Ss為半導(dǎo)體的介電常數(shù)，ts為半導(dǎo)體厚度。在半導(dǎo)體中的熱生電荷和在半導(dǎo)體中的光生電荷作為電流源與所述半導(dǎo)體電容并聯(lián)。在MIS光電傳感器的操作過程中，反向偏置被施加在接觸半導(dǎo)體的共用偏置電極和接觸絕緣體的像素電極之間。當(dāng)MIS光電傳感器的半導(dǎo)體由在本征半導(dǎo) 體層上覆蓋N型摻雜層形成時，半導(dǎo)體接觸處將被正偏置，同時接觸到絕 緣體的電極將被負(fù)偏置。當(dāng)被能量水平超過半導(dǎo)體帶隙的光線照射時，將導(dǎo)致每個吸收光子對 應(yīng)生成一個電子空穴對，并在光電傳感器終端之間產(chǎn)生電荷差。由于施加 的偏置所導(dǎo)致的半導(dǎo)體中的電場，電子從N+半導(dǎo)體流出進(jìn)入偏置線，同 時空穴在半導(dǎo)體和絕緣體之間的界面漂移。由于絕緣體電容Ci和半導(dǎo)體電 容Cs之間的電容劃分，接觸柵極電介質(zhì)的電極上的鏡像電荷少于硅-絕緣 體界面上的空穴數(shù)目。光電流，即圖2A中所示的IraoTO，會導(dǎo)致橫穿絕 緣體電容Ci的電荷分離，其中，空穴分布于絕緣體和半導(dǎo)體間之間的界面 上，而電子分布在頂端電極。為了方便，稱這種電荷的減少為電荷轉(zhuǎn)移效 率，或CTE:CTE=Ci / (Ci + Cs).量子效率，定義為接觸絕緣體的電極上收集到的電子數(shù)量除以入射光子數(shù) 量，減少了CTE:QE = TIT0 exp(-aA-kyer). (1 - exp(-a入di勿er) CE CTE 其中，Trro為透明電才及(通常為銦錫氧化物(Indium Tin Oxide))的光學(xué)投射性，a入為半導(dǎo)體(通常為非晶硅)的光學(xué)吸收系數(shù)，dn勿er和di如er分別是摻雜層(通常為n型摻雜非晶硅)和本征層的厚度，CE為本征層的電荷收集效率。圖2B示出了對于非晶硅半導(dǎo)體和氮化硅絕緣體的特定例子，作為半 導(dǎo)體和絕緣體厚度的函數(shù)的電荷轉(zhuǎn)移效率。對于用于現(xiàn)有技術(shù)中的使用 MIS光電傳感器的數(shù)字射線攝影檢測器的典型值，該電荷轉(zhuǎn)移效率可能低 到50%-75%。這是現(xiàn)有技術(shù)裝置的一個問題。除了量子效率低以外，現(xiàn)有技術(shù)裝置還受制于噪聲源的影響，至少包括由柵極線開關(guān)造成的共模噪聲，電源噪聲和纟丈波，電磁干擾(EMI)噪 聲(pickup)。圖3A示出了一種用于現(xiàn)有技術(shù)中的帶有具備MIS光電傳感器的1-晶 體管無源像素結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管陣列的電路圖，圖3B示出了一種用于現(xiàn) 有技術(shù)中的帶有具備PIN光電傳感器的1-晶體管無源像素結(jié)構(gòu)的薄膜晶體 管陣列的電路圖。在這兩種結(jié)構(gòu)的操作中，通過在光電傳感器上建立反向 偏置使得像素被首先復(fù)位。這是通過關(guān)閉電荷放大器復(fù)位開關(guān)并打開行選 擇TFT來實現(xiàn)。其后，光電傳感器的陽極被設(shè)置到Vbias,而光電傳感器 的陰極被設(shè)置為Vref。為了實現(xiàn)反向偏置條件為Vref>VBIAS。 一旦像素 被復(fù)位，關(guān)閉行選擇TFT并且隔離所述器件。進(jìn)行信號檢測時，產(chǎn)生空穴 對，在光電傳感器終端間提供電荷差異，并且電場將空穴對掃到接觸處。 這些載流子除去終端處存在的電荷，有效地降低橫穿二極管上的偏置。在 讀取階段，通過使用電荷放大器測量重新建立初始反向偏置條件所要求的 正電荷量。取決于使用的信號處理技術(shù)，對應(yīng)于該電荷差異的模擬輸出信 號被直接或間接地轉(zhuǎn)換以提供數(shù)字值。圖3C說明在圖3A和圖3B的電路中的柵極線和數(shù)據(jù)線之間的電容耦 合現(xiàn)象。這些重疊電容包括柵極線和數(shù)據(jù)線的物理疊加以及薄膜行選擇晶 體管源極和這些晶體管的柵極之間的電容。柵極線時鐘上的任何噪聲和紋 波都會以柵極線到數(shù)據(jù)線重疊電容的總和與數(shù)據(jù)線的總電容的比率饋通 (feed through )到數(shù)據(jù)線上△Vnoise feedthru —AVnoise Nrows C0vedap/Cdataline， 其中，AVfeedthru是由于在柵極線上出現(xiàn)的噪聲電壓AVn。ise而導(dǎo)致的出 現(xiàn)在數(shù)據(jù)線上的電壓噪聲，N,s是成像傳感器中的行的數(shù)目，C,nap是一 條行選擇線和一條數(shù)據(jù)線之間的重疊電容，以及，Cd^,ne是總的數(shù)據(jù)線電 容。由電荷放大器所檢測的相應(yīng)的噪聲電荷AQ響sefee她ru由下式給出noise feedthru —AVnoise Nr0ws Coverlap.8對于現(xiàn)有技術(shù)中典型的成像傳感器，總重疊電容Nrows'C。verlap —般為數(shù) 據(jù)線電容的一半或以上。對于例如來自電源噪聲或者時鐘驅(qū)動器噪聲的柵極線上的典型的10mV噪聲電壓來說，數(shù)據(jù)線上的噪聲電壓將為5mV,這 剛好在例如胸部攝影、乳腺攝影或透視這樣的數(shù)字射線攝影應(yīng)用所關(guān)注的 診斷區(qū)域的信號范圍內(nèi)。在大部分現(xiàn)有技術(shù)中的用于數(shù)字射線攝影檢測的薄膜晶體管陣列中， 由于重疊電容包括了數(shù)據(jù)線電容的主要部分，重疊電容對總的數(shù)據(jù)線電容 的比率典型地為0.5到0.9。柵極線電源中的噪聲或紋波源包括由于開關(guān)電 源開關(guān)造成的噪聲，電源偏置線上的電磁噪聲，以及用于生成行選擇時鐘 脈沖的集成電路中的電路噪聲。由于所述噪聲通常與陣列讀取時序時間不 相關(guān)，因此不能通過校準(zhǔn)去除。用于數(shù)字射線攝影的現(xiàn)有技術(shù)中的薄膜晶體管陣列的又一個噪聲源 是饋通到數(shù)據(jù)線上的柵極線行選擇時鐘。在讀取中，通過連貫地對柵故線 施加時鐘脈沖(clocking)在"off，電壓和"on"電壓之間來實施行選擇，其 中，"off，電壓使得像素中的TFT開關(guān)保持在高阻抗?fàn)顟B(tài)，"on"電壓將該 行的像素中的TFT開關(guān)切換到低阻抗?fàn)顟B(tài)。對于非晶硅或多晶硅薄膜晶體 管，這一電壓一般為20V或更高。所述的饋通電壓可被近似為Vfee她ru —AVrow select C0verlaj/Cdataline 并且，饋通電荷Qfee她ru可被近似為Qfeedthru — AVrow select Coveriap 其中，AV,se,ect為行選擇線上的電壓變化，C歸,ap為行選擇線(柵極 線)和數(shù)據(jù)線之間的重疊電容，Cdata^為總的數(shù)據(jù)線電容。由于在用于數(shù) 字射線攝影應(yīng)用的薄膜TFT陣列中，重疊電容一般為總的數(shù)據(jù)線電容的一 半或以上，由其導(dǎo)致的饋通電壓相對于信號電荷是可觀的。對于一個典型的現(xiàn)有技術(shù)中的具有2,000行的射線攝影陣列來說，由加V時鐘脈沖導(dǎo)致 的饋通電壓可達(dá) 10mV，這等同于大部分?jǐn)?shù)字射線攝影應(yīng)用所關(guān)注的診 斷區(qū)域內(nèi)的信號水平。這樣的耦合不會在設(shè)備隨后被關(guān)閉時完全改變，由 此導(dǎo)致可能難于校正這樣的偏移量。在用于數(shù)字射線攝影的現(xiàn)有技術(shù)中的薄膜晶體管陣列的第三個噪聲 源是數(shù)據(jù)線上的電磁噪聲。在射線攝影成像應(yīng)用中，陣列的大小在長度上為12英寸到17英寸，這12英寸至n英寸長的數(shù)據(jù)線作為天線捕獲來自 雜電干擾(stray)電磁場的信號。這些雜電干擾電磁場由例如來自支持射 線攝影成像陣列的電路板的電磁輻射，這些電路板通常非常接近該陣列， 用于與射線攝影成像板協(xié)同工作的X射線發(fā)生器所產(chǎn)生的電磁場，建筑屋 電源線、射頻通信、靠近射線攝影成像系統(tǒng)工作的設(shè)備以及板外部的其他 電磁場源所產(chǎn)生的電磁場作為源頭引起。在存在這些困難的前提下，特別對于使用較低輻射水平的系統(tǒng)，最小 化或者消除噪聲相關(guān)問題對于讀取電路方案顯然是具有優(yōu)勢的。第二類現(xiàn)有技術(shù)中的薄膜晶體管成像傳感陣列，術(shù)語稱為有源像素成 像陣列，對每個像素中使用放大器。無論是使用MIS光電傳感器、PIN光 電二極管還是其他光電傳感器，這些有源像素成像陣列也受到如上述對于 無源像素陣列所述的相同的困難的影響。因此，現(xiàn)有的裝置表現(xiàn)出相對低的總體量子效率并且受制于包括來自 于柵極線開關(guān)的共模噪聲、電源噪聲和紋波、電磁干擾(EMI)噪聲的噪 聲源的影響。即使輻射水平高達(dá)1.0mR，現(xiàn)有的板也不能獲得有限的量子 性能。當(dāng)?shù)刂愤x擇TFT切換到關(guān)閉時，在由于通道電容耦合造成的信號噪 聲中會存在很大的偏移量(例如，200mV或更高的偏移量)。在該設(shè)備隨 后被打開時該耦合也不可逆，導(dǎo)致難于校準(zhǔn)這樣的偏移量。長數(shù)據(jù)線，其 中一些超過17英寸，其特性是形成接收EMI的天線結(jié)構(gòu)。這難以通過接 地技術(shù)來補償。增加EMI屏蔽雖然可以具有某些有益效果但是代價高昂并 會增力口重量。柵極線電壓噪聲由于重疊電容的路徑(trace overlap capacitance) 而饋通到數(shù)據(jù)線，以至于TFT柵極至漏極電容有效地出現(xiàn)在數(shù)據(jù)線上。因此，在存在這些困難的前提下，特別對于使用較低輻射水平的系統(tǒng)，最小化或者消除噪聲相關(guān)問題的讀取電路解決方案顯然是具有優(yōu)勢的。 發(fā)明內(nèi)容一方面，本發(fā)明通過提供一種具備多個電絕緣光電傳感器和一個差分 電路的光傳感矩陣滿足了本領(lǐng)域中如前所述的需求。每個光電傳感器包括 第一終端和第二終端，使得每個光電傳感器的每個終端與其它光電傳感器 的終端絕緣。每個光電傳感器響應(yīng)于入射光水平在第一和第二終端之間產(chǎn) 生電荷差異。所述差分電路選擇性地耦合到一個所述光電傳感器上的第一 和第二終端，并且產(chǎn)生相關(guān)于該第 一和第二終端之間的電荷差的輸出信號。本發(fā)明還提供了一種光檢測陣列，包括多個電隔離的光電傳感器， 每個光電傳感器包括第一終端和第二終端，每個光電傳感器的每個終端都 與其它光電傳感器的終端隔離，其中，每個光電傳感器響應(yīng)于入射光水平 而在所述第一和第二終端之間產(chǎn)生電荷差異；和選4奪性地耦合到一個光電 傳感器的第一和第二終端以產(chǎn)生與所述第一和第二終端之間電荷差異相 關(guān)的輸出信號的差分電路。上述光檢測陣列，其還包括與每個光電傳感器對應(yīng)的電荷讀取電路， 其中，所述電荷讀取電路包括通過將所述第一終端連接到第一數(shù)據(jù)線的 響應(yīng)于掃描信號的第一開關(guān)元件；以及通過將所述第二終端連接到第二數(shù) 據(jù)線的響應(yīng)于所述掃描信號的第二開關(guān)元件。上述光^r測陣列，其中施加到所述第一和第二開關(guān)元件的開關(guān)信號與 來自所述光電傳感器的信號在讀取時合并，并且所述差分電荷檢測電路辨 別這些信號和電荷電平。上述光檢測陣列，還包括差分電荷放大器，其響應(yīng)于所述第一和第二 數(shù)據(jù)線之間的電荷差異生成輸出信號。上述光檢測陣列，其中所述差分電荷放大器還包括用于在所述第一數(shù)據(jù)線和所述第二數(shù)據(jù)線之間施加電壓差的電路。上述光;^測陣列，還包括電容性耦合到所述第一數(shù)據(jù)線和第二數(shù)據(jù)線中的至少一個的掃描終端。上述光檢測陣列，還包括電容性耦合到所述第一數(shù)據(jù)線和第二數(shù)據(jù)線 的第一和第二掃描終端，其中，在所述第一和第二掃描終端上的信號以基本相同的方式耦合到所述數(shù)據(jù)線，以使得差分讀取基本上從所述第一數(shù)據(jù) 線和第二數(shù)據(jù)線的輸出中消除開關(guān)信號。上述光檢測陣列，其中所述第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件中的至少一 個包括薄膜晶體管。上述光檢測陣列，其中所述多個光電傳感器中的每一個從由p-n結(jié)光 電二極管，p-i-n光電二極管，MOS光電電容，MIS光電傳感器以及光電 導(dǎo)體組成的組中選取。上述光檢測陣列，其中所述光電傳感器中的至少一個包括非晶硅、非 晶碳化娃,多晶 硅，鍺化硅，有機(jī)物半導(dǎo)體材料或者晶體硅中的一個或多 個。上述光檢測陣列，其中第一光電傳感器的第一和第二終端和第二光電 傳感器的第 一和第二終端選擇性地耦合到單獨的 一對數(shù)據(jù)線。上述光檢測陣列，還包括用于所述第 一和第二光電傳感器的電荷讀取 電路，所述電荷讀取電路選擇性地每次將所述第一和第二光電傳感器中被 選中的 一個連接到所述數(shù)據(jù)線。上述光檢測陣列，其中所述電荷讀取電路包括第一和第二開關(guān)元件， 響應(yīng)于第一掃描信號以分別把所述第一光電傳感器的第一和第二終端連接到所述第一和第二數(shù)據(jù)線；以及第三和第四開關(guān)元件，響應(yīng)于第二掃描信號以分別把所述第二光電傳感器的第一和第二終端連接到第一和第二 數(shù)據(jù)線。本發(fā)明還提供了一種光檢測陣列，包括多個光電傳感器，每個光電 傳感器包括第一終端和第二終端，與每個光電傳感器對應(yīng)的信號檢測電 路，其中所述信號檢測電路包括(i)連接到所述第一終端的第一放大器；(ii) 響應(yīng)于掃描信號將所述第一放大器連接到第一數(shù)據(jù)線的第一開關(guān)；(iii) 連接到所述第二終端的第二放大器；以及(iv)響應(yīng)于掃描信號以 將所述第二放大器信號連接到第二數(shù)據(jù)線的第二開關(guān)元件；以及差分電 路，用于^^測在所述第一數(shù)據(jù)線和所述第二數(shù)據(jù)線上的信號電平之間的差 異。上述光檢測陣列，還包括第一復(fù)位開關(guān)元件，用于切換所述第一終端 到第一復(fù)位電壓電平，以及第二復(fù)位開關(guān)元件，用于切換所述第二終端到 第二復(fù)位電壓電平。上述光檢測陣列，其中所述第一復(fù)位開關(guān)元件和第二復(fù)位開關(guān)元件連 接到所述第一數(shù)據(jù)線和第二數(shù)據(jù)線。上述光檢測陣列，其中所述信號檢測電路響應(yīng)于在所述第一和第二終 端上的第一和第二電壓，并且所述第一和第二放大器將所述第一和第二電 壓分別轉(zhuǎn)換為第 一和第二電流。上述光檢測陣列，其中，用于檢測在所述第一數(shù)據(jù)線和第二數(shù)據(jù)線上 的信號電平之間的差異的差分電路包括連接到所述第一數(shù)據(jù)線和第二數(shù) 據(jù)線的第 一 電流敏感放大器和第二電流敏感放大器。上述光檢測陣列，其中用于檢測在所述第 一數(shù)據(jù)線和第二數(shù)據(jù)線上的 信號電平之間的差異的所述差分電路包括電荷放大器。上述光^r測陣列，其中所述第一放大器和第二放大器中的至少一個包括薄膜晶體管。上述光檢測陣列，其中用于檢測所述第一數(shù)據(jù)線和第二數(shù)據(jù)線上的信 號電平之間的差異的所述差分電路包括薄膜晶體管。上述光檢測陣列，其中所述第一和第二光電傳感器的第一和第二放大 器被選擇性地耦合到單獨的 一對數(shù)據(jù)線。上述光檢測陣列，還包括用于每一個所述第一和第二光電傳感器的電 荷讀取電路，所述電荷讀取電路每次選擇性地將所述第一和第二光電傳感 器的第 一 和第二放大器中被選中的 一 個耦合到所述第 一數(shù)據(jù)線和第二數(shù)據(jù)線。本發(fā)明還提供了一種光檢測陣列，包括前板，包括多個光電傳感器 對，所述光電傳感器對中的每個光電傳感器包括第一終端和一第二終端， 其中每個光電傳感器對應(yīng)于圖像像素并且其中每一光電傳感器響應(yīng)于入 射光水平，根據(jù)所述入射光水平在所述第一和第二終端上形成電荷；與每 個光電傳感器對對應(yīng)的差分放大器，其中所述差分放大器具有第一和第二 數(shù)據(jù)線；以及與每一個差分放大器對應(yīng)的第一和第二電荷檢測電路，其中， 每個電荷檢測電路包括(i)第一放大器，提供隨在所述第一終端上的電 荷水平變化的第一輸出信號；(ii)第一開關(guān)，響應(yīng)于掃描信號而將所述第 一輸出信號耦合到所述第一數(shù)據(jù)線；(iii)第一復(fù)位開關(guān)，用于切換所述第 一終端到第一復(fù)位電壓電平；(iv)第二放大器，提供隨在所述第二終端上 的電荷水平變化的第二輸出信號；(v)第二開關(guān)，響應(yīng)于掃描信號而將所 述第二輸出信號耦合到所述第二數(shù)據(jù)線；以及(vi)第二復(fù)位開關(guān)，用于 切換所述第二終端到復(fù)位電壓電平。上述光檢測陣列的運行方法，包括，對于每根掃描線在掃描信號將所述光電傳感器的第一和第二終端連接到第一和第二數(shù)據(jù)線開始前，獲取所述差分電荷放大器的輸出信號的第一采樣；在掃描信號將所述光電傳感 器的第一和第二終端連接到第一和第二數(shù)據(jù)線后，獲取所述差分電荷放大 器輸出信號的第二采樣；以及將所述第 一和第二采樣相減。本發(fā)明的設(shè)備可以幫助降低獲得的圖像中的共模噪聲影響。在結(jié)合示出并說明了本發(fā)明的說明性實施例的附圖后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員通過閱讀下面的具體說明將會清楚地了解本發(fā)明的上述以及其它目的、 特征以及優(yōu)點。


雖然本說明書以權(quán)利要求的形式特別指出并清楚地要求保護(hù)本發(fā)明 的主題，但是，相信結(jié)合附圖以及如下的說明可以更好地理解本發(fā)明。圖1是顯示傳統(tǒng)的平板成像器的部件的原理圖。 圖2A示出了 MIS光電傳感器的等效電路。圖2B示出了對于非晶硅半導(dǎo)體和氮化硅絕緣體的特定情況下,作為半 導(dǎo)體和絕緣體厚度的函數(shù)的電荷轉(zhuǎn)移效率。圖3A示出了一種現(xiàn)有技術(shù)中的帶有具備MIS光電傳感器的1-晶體管無源像素結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管陣列的電路圖。圖3B示出了一種現(xiàn)有技術(shù)中的帶有具備PIN光電傳感器的1-晶體管無源像素結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管陣列的電路圖。圖3C示出了在圖3A和圖3B電路中柵極線和數(shù)據(jù)線之間的電容性耦合。圖4A示出了具有MIS光電傳感器的差分像素陣列設(shè)計和差分電荷放 大器的2x2部分。圖4B示出了具有光電二極管的差分像素陣列設(shè)計和差分電荷放大器 的2 x 2部分。圖4C為圖4A和4B的陣列的時序圖。圖4D為圖4A和4B在替代讀取模式下的另 一時序圖。 圖4E為圖4A和4B在替代讀取模式下的再一時序圖。 圖4F為圖4A和4B在替代讀取模式下的再一時序圖。 圖4G也為圖4A和4B在替代讀取模式下的再一時序圖。 圖4H也為圖4A和4B在替代讀取模式下的再一時序圖。 圖41為示出了圖4A和4B陣列的每個像素中柵極線和兩個差分?jǐn)?shù)據(jù) 線之間的電容的原理圖。
圖5為本發(fā)明實施例的橫截面圖。
圖6為處于圖像傳感器同一行中的兩個相鄰光電傳感器共享同一對數(shù) 據(jù)線的實施例的原理圖。
圖7為示出了有源像素結(jié)構(gòu)的實施例的原理圖。
圖8為顯示將相同的線用作為數(shù)據(jù)線和復(fù)位偏置線的有源像素結(jié)構(gòu)的 實施例的原理圖。
具體實施例方式
需要理解的是沒有專門展示或描述的元件可采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟 知的各種形式來實現(xiàn)。
上述的圖3A的原理圖示出了傳統(tǒng)的用于使用MIS光電傳感器的陣列 的2列x4行部分的電荷放大器設(shè)置，同時3B顯示了傳統(tǒng)的使用PIN光 電二極管的陣列的2列x4行部分的架構(gòu)。在這些設(shè)置中，電荷放大器通 常離板設(shè)置并通過可彎曲連接器或其他方式連接。它們具備和偏置電壓連 接以及和來自連接到光電二極管40或其它光電傳感器的終端連接的開關(guān) 元件的切換信號的連接。光電二極管40的第二終端可連接偏置電壓，使 得第一和第二偏置電壓之間的差在柵極線被打開(turn on)時成為橫穿光
電二極管的反向偏置。
通過比較圖A和3B，圖4A示出了使用MIS光電傳感器的本發(fā)明的 實施例中差分像素陣列設(shè)計的2x2部分，同時圖4B示出了根據(jù)使用PIN 光電傳感器技術(shù)的本發(fā)明的陣列設(shè)計的2x2部分。對于圖4A和4B中描述的每一個像素，均具有對應(yīng)的光電傳感器PD和分別連接兩個光電傳感
器終端到兩條數(shù)據(jù)線DL-, DL+的開關(guān)Ml， M2。線GL1和GL2分別為 第 一和第二行的柵極線，并且每條柵極線控制設(shè)在該行中的每一個像素關(guān) 聯(lián)的開關(guān)M1， M2。在圖4A所示的實施例中，差分?jǐn)?shù)據(jù)線DL+,DL-終端 連接到分離的電荷放大器0八+， CA-,每一個具有其自身的反饋電容和 其自身的復(fù)位開關(guān)S+， S-。偏置電壓VB仏s施加于兩個電荷放大器的第 二終端之間。
對于圖4A和圖4B的陣列的操作方法可以參考圖4C說明的時序圖來 理解。在接收輻射之前，每一個行選擇線都被順序?qū)ぶ?addressed)。被選 擇的行的柵極線打開該行中所有像素的薄膜晶體管開關(guān)Ml, M2。之后， 復(fù)位開關(guān)S + , S -被打開使得電荷放大器輸入端之間的偏置電壓反映為數(shù) 據(jù)線DL+, DL-之間電壓差，并由此成為在選中行中的光電傳感器的兩 個終端之間的電壓差。在經(jīng)過充足的時間使得橫穿光電二極管終端的電壓 差被設(shè)置到Vb仏s后，復(fù)位開關(guān)S + , S-被關(guān)上(turn off),并且行選擇 線也被關(guān)上。 一旦所有的行選擇線均被順序使能，傳感器被復(fù)位并做好了 曝光準(zhǔn)備。然后，成像器被曝光，如通過來自脈沖X射線生成器的X射線 啄光或由快門控制的光線曝光。
在曝光過程中，行選擇柵極被保持關(guān)閉使得光電傳感器的兩個終端被 隔離。使用M1S光電傳感器，在光電二極管中的電場影響下，由于光或輻 射曝光產(chǎn)生的電子向光電二極管的n側(cè)漂移，同時空穴向p側(cè)漂移。橫穿 每個像素中的絕緣的光電二極管上的電壓自原來的偏置電壓降低等于光 產(chǎn)生電荷除以光電二極管電容值的量。曝光后，信號電荷通過順序在行選 擇線上施加時鐘脈沖讀取。通過電荷放大器數(shù)據(jù)路徑讀取在光電傳感器的 n +側(cè)的信號，并且通過另 一電荷放大器數(shù)據(jù)路徑讀取在半導(dǎo)體-絕緣體 界面的信號。這兩個信號^皮合并以形成輸出信號。使用這樣的設(shè)置，總的 光產(chǎn)生信號正纟皮測量，以至于電荷轉(zhuǎn)移效率趨于一。這相比于現(xiàn)有技術(shù)中 電荷轉(zhuǎn)移效率顯著地小于一具備明顯的優(yōu)勢。在信號電荷一t測完畢后，電 荷放大器中的復(fù)位開關(guān)S+, S-可被打開，同時根據(jù)復(fù)位光電傳感器可以調(diào)整V脆s。
當(dāng)結(jié)合PIN光電傳感器時(圖4B)，操作時序是類似的。但是，在曝 光過程中，光生(photo-generated)電荷與存在的終端電荷再合并，從而 有效地降低了橫穿二極管的偏置。在讀取過程中，在光電傳感器上重建偏
置的正電荷量，IcATHODE的積分，由CA1讀取，而負(fù)電荷量，也即Unode,
由CA2讀取。這些電荷敏感放大器的輸出然后被輸入到差分放大器以產(chǎn)生
以兩倍于現(xiàn)有技術(shù)模擬信號電平的模擬信號?，F(xiàn)有技術(shù)僅僅讀取這些信號 中的一個而不是所有。上述雙采樣在增加信號電平的同時用于提高電路的
信號-噪聲性能。電荷檢測結(jié)束后，電荷放大器中的復(fù)位開關(guān)S+， S-和 柵極線一起被打開，從而將光電傳感器保持在復(fù)位狀態(tài)。
圖4D的時序圖中說明了圖4A和4B的陣列的第二種操作方法。在該 "視頻讀取，，操作方法中，不考慮曝光的時序而連續(xù)操作陣列。幀開始時 鐘脈沖發(fā)動陣列的讀取。柵極線被順序地加以時間脈沖，并且以上述單曝 光模式中使用處于行末端的差分電荷放大器檢測所述信號。幀讀取結(jié)束 后，幀開始時鐘脈沖發(fā)動新的陣列讀取。曝光可為連續(xù)進(jìn)行或者受控以在 讀取結(jié)束和下 一 巾貞開始之間進(jìn)行。
圖4E的時序圖中說明了圖4A和4B的陣列的第三種操作方法。在該 "全局復(fù)位，，操作方法中，在曝光前，陣列中的所有行被同時復(fù)位。在圖 4E的時序圖中，所有柵極線被保持開通狀態(tài)(hold on )以使得一列中所有 的光電傳感器的兩個終端連接到每一列中的兩條數(shù)據(jù)線。在曝光前，用于 數(shù)據(jù)線DL + ， DL -的電荷放大器中的開關(guān)S + , S -也被保持在開通狀態(tài)， 使得數(shù)據(jù)線DL + ， DL -之間的電壓差保持等于VBIAS。上述全局復(fù)位保證 所有像素在曝光前被充分復(fù)位，并且防止熱產(chǎn)生電荷在曝光前積累在光電 傳感器中。曝光開始前，所有柵極線被關(guān)閉，以允許光生電荷可以在曝光 過程中集聚在光電傳感器上。如第一種操作方法所描述的那樣執(zhí)行讀取。
圖4F的時序圖中說明了第四種操作方法。該"曝光檢測"操作方法允許纟企測曝光開始，然后陣列由曝光;f企測模式切換到聚集模式。在該操作
方法中，通過同時開通所有的行選擇線執(zhí)行全局復(fù)位，并且同時開通所有
電荷放大器的開關(guān)S+， S-。這將所有光電傳感器的終端間的電壓差復(fù)位 到VBIAS。在設(shè)定光電傳感器上的偏置電壓后,所有的電荷放大器上的開關(guān) S+,S-被關(guān)閉，使得信號聚集。由于所有的行選擇柵極開通， 一列中的所有 的光電二極管被連接到該列的數(shù)據(jù)線。該列上的任何光電傳感器曝光都會 導(dǎo)致電荷放大器上的信號輸出的增大。在曝光開始時對該信號的檢測可以 被通過將所有的行選擇線切換至斷開而將陣列切換到信號聚集模式，從而 允許每個光電傳感器聚集光生電荷。曝光結(jié)束后，如第一種操作方法的描 述的那樣讀取陣列。這種操作方法對于那些X射線源未連接到X射線^r測 器從而導(dǎo)致在檢測器內(nèi)部不具備曝光開始感知功能時無法獲知曝光開始 的射線攝影應(yīng)用特別重要。
在圖4G中說明了第五種操作方法。該"分箱(binning)"操作方法允 許以犧牲空間分辨率為代價增加信號電平。在該信號讀取方法中，兩個或 多個連續(xù)的行被同時尋址，連接兩個或更多相鄰光電二極管的終端到每一 列的各個的數(shù)據(jù)線。參考圖4G中2折分箱的情況，行選擇線GLl, GL2 被同時選中，之后選擇尋址成對的行選擇線。來自每一對光電二極管的總 電荷被每條數(shù)據(jù)線末端的電荷放大器^r測。這種操作方法在例如透^f見這樣 的低曝光模式下有特別的好處。
在圖4H中說明了第六種操作方法。該"關(guān)注區(qū)域"操作方法允許讀 取陣列中像素的一個選定的子集。參考圖4H，以如前所述的方式進(jìn)行全 局復(fù)位。這將陣列中所有光電傳感器的終端間的電壓復(fù)位到VBIAS。全局 復(fù)位后，對傳感器進(jìn)行曝光。通過僅對關(guān)注區(qū)域中的那些行選擇線順序地 施加時鐘脈沖來啟動讀取。參考圖4H,該關(guān)注區(qū)域在行m和行p之間。 這種操作方法可以減少讀取時間?？梢哉J(rèn)識到其他形式的復(fù)位(例如參考 圖4C討論的滾動復(fù)位)或其他的幀操作模式(例如參考圖4D討論的操作 的視頻模式)都能和該關(guān)注區(qū)域讀取方法結(jié)合。差分像素結(jié)構(gòu)的一個優(yōu)點在于抑制數(shù)據(jù)線上的共模饋通和噪聲。這一 優(yōu)點通過參考圖4I可以看出，其中說明每個像素中的柵極線和兩條差分?jǐn)?shù) 據(jù)線之間的電容。在前已經(jīng)指出了多種噪聲饋通和時鐘脈沖饋通的源。其 中第一個就是行選^^線電壓到數(shù)據(jù)線的波紋或噪聲的饋通。在現(xiàn)有技術(shù)中 的傳感器中，由于行選擇線上的噪聲，例如電源紋波，而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)線上
的電4苜為
noise feedthru —AVnoise Nrows C0verlap
參考圖4B，在差分讀取傳感器中，相同的噪聲饋通在兩根數(shù)據(jù)線DL + , DL-上都出現(xiàn)，達(dá)到在數(shù)據(jù)線DL+, DL-上的重疊電容的和相同的 程度。由于來自對應(yīng)于數(shù)據(jù)線DL+， DL-的兩個電荷放大器的輸出信號 在模擬域或是數(shù)字域被相減，剩余信號僅僅是因為在行選擇線和兩條數(shù)據(jù) 線之間的總重疊電容的差
noise fee她ru —AV加ise Nrows (C。verlap十墨C0Verlap-).
由于兩條數(shù)據(jù)線以光刻技術(shù)(lithographically)形成，其使用相同的金 屬間電介質(zhì)并且兩者直接相鄰。電容之間的匹配度期望為好于1%,從而 減少100倍的饋通噪聲電荷。
從柵極線到數(shù)據(jù)線的第二個饋通源為柵極線時鐘電壓到數(shù)據(jù)線的饋 通。如前所述，在現(xiàn)有技術(shù)中的傳感器中，其可被近似為
Vfee她ru —AVrow select C0vedap/Cdata line
并且饋通電荷Qfeedthra可被近似為
Qfeedthru -厶Vrow select COVerlap 其中，AV訓(xùn)se!ect為行選擇線上的電壓變化，C。TOrlap為行選擇線(柵極 線)和數(shù)據(jù)線之間的重疊電容，Q^^為總的數(shù)據(jù)線電容。對于圖4B中
的具有單獨的光電二極管的差分像素傳感器而言，在數(shù)據(jù)線DL+， DL-上的重疊電容相同的范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)線DL+， DL-接收相同的電荷饋通。 由于來自對應(yīng)于數(shù)據(jù)線01^+ ， DL-的兩個電荷放大器的輸出信號在模擬 域或數(shù)字域被相減，因此剩余信號僅僅是因為行選擇線和兩條數(shù)據(jù)線之間 的總重疊電容的差
noise fee她ru —厶Vr。w select (C0verlap+"" Coverlap-)'由于行選擇線和兩條數(shù)據(jù)線均通過光刻形成，并且以相同的金屬間電 介質(zhì)相互直接相鄰。它們的電容典型地以好于5%地匹配，差異是由于數(shù) 據(jù)線或行選擇線局部線寬變化引起。因此，具有單獨的光電二極管的差分
像素傳感器可望減少20倍的行選擇時鐘饋通。
在現(xiàn)有技術(shù)中用于數(shù)字射線攝影的薄膜晶體管陣列中討論的第三種 噪聲源是數(shù)據(jù)線上的電磁噪聲。參考圖4A,兩條數(shù)據(jù)線相互非常貼近從 而處于近似相同的來自射線攝像板外殼內(nèi)部或外部的源的電磁場中。這些 源包括處于外殼內(nèi)的印制線板、排線和射頻通信接口，以及處于外殼外部 的電源線、設(shè)備和射頻干擾。在兩根數(shù)據(jù)線接收相同的由于電磁干擾而造 成的電場并具備相同的電容的程度下，由于在兩個電荷放大器輸出中的差 異造成的網(wǎng)絡(luò)噪聲將為零。
圖5的橫截面圖示出了使用對應(yīng)于圖4A的具有MIS電容器的差分讀 取像素的電路圖的帶有MIS光電傳感器的說明性實施例。通過在基板42 上形成電極180的圖案來形成每個晶體管Ml， M2。連著晶體管M1， M2 的層包括絕緣體181，非摻雜區(qū)184,例如由非晶硅形成的非摻雜區(qū)，絕 緣體層186以及數(shù)據(jù)線188。構(gòu)成晶體管Ml, M2的部分之上有絕緣體190 層。MIS光電二極管40以現(xiàn)有技術(shù)的方式形成。MIS光電傳感器的底部 端通過互連線182a連接到第一讀取TFT Ml的源極，而MIS光電傳感器 的頂部端通過互連線182c連接到第二讀取TFT M2的源極182b。光電二 極管除了通過第一和第二讀取TFT外，與其他電路元件，包括其它光電二 極管，完全電隔離。其他光電傳感器，例如包括PIN光電二極管，也要求 用類似的設(shè)置」 易見的設(shè)置。
圖6示出了本發(fā)明的另一個實施例，其中在圖像傳感器的同一行中的 兩個相鄰的光電傳感器40共享相同的一對數(shù)據(jù)線。使用所示的固態(tài)開關(guān) 單獨選擇該光電傳感器對中的每一個光電傳感器40。在這一實施例中，打 開行選擇線GL1將第一行的第一組光電二極管連接到數(shù)據(jù)線，并打開行選擇線GL2將第一行的第二組光電二極管連接到相同的數(shù)據(jù)線。這一實施例 將數(shù)據(jù)線和電荷放大器的數(shù)目減半。
圖7還說明了本發(fā)明的另一個替代實施例，其用于有源像素結(jié)構(gòu)。在 這一實施例中，光電傳感器的兩個終端均連接到像素;^文大器。參考圖7， 對應(yīng)于光電傳感器的一個終端的放大器包括放大器晶體管Ml，行選擇晶 體管M2以及復(fù)位晶體管M3。類似地，對應(yīng)于光電傳感器的第二個終端 的放大器包括放大器晶體管M4,行選"^奪晶體管M5以及復(fù)位晶體管M6。 行選擇晶體管M2的一個終端連接到第一數(shù)據(jù)線，并且行選擇晶體管M5 的一個終端連接到第二數(shù)據(jù)線。類似地，復(fù)位晶體管M3的一個終端連接 到第一復(fù)位偏置線，并且復(fù)位晶體管M6的一個終端連接到第二復(fù)位偏置 線。放大器晶體管M1， M4的漏極可如圖7所示的那樣連接到一共用偏置 電源。為了以額外的布線為代價提高放大器的匹配，放大器晶體管Ml, M4的漏極可選地可連接到分立的偏置電源。
通過以下說明來幫助理解圖7所示的結(jié)構(gòu)的工作。在信號聚集前，打 開復(fù)位晶體管M3, M6以通過將光電傳感器的兩個終端分別連接到它們各 自的復(fù)位偏置線來將光電傳感器上的兩個終端的電壓復(fù)位。曝光過程中， 光電流使得光電二極管放電，引起兩個終端之間的電壓差異減小。為了讀 取圖像，通過連續(xù)地順序打開每一個行選擇柵極來掃描行選擇線。當(dāng)行選 擇線，也稱作柵極線，對特定行打開時，行選擇晶體管M2， M4被同時打 開，將放大器晶體管M1， M3的每一個的一個終端耦合到它們各自的數(shù)據(jù) 線。在圖7所示的電路配置中，每根數(shù)據(jù)線上的電流與放大器晶體管Ml, M3上的柵極電壓成比例。每根數(shù)據(jù)線所對應(yīng)的電荷放大器在行選^^晶體 管導(dǎo)通的時間周期內(nèi)聚集電流。由此兩個電荷放大器的輸出電壓中的差正 比于兩根數(shù)據(jù)線上的電流的差，并進(jìn)而正比于放大器晶體管Ml, M3柵極 上的電壓的差。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識到可以使用其他的列放大器設(shè) 計，例如電流鏡像，來將數(shù)據(jù)線上的電流信號轉(zhuǎn)換為輸出電壓。
圖8中示出了圖7所示結(jié)構(gòu)的變形。在圖8的有源像素結(jié)構(gòu)中，相同的線被用于作為數(shù)據(jù)線和復(fù)位偏置線。由于復(fù)位操作在不同于檢測操作的 時刻執(zhí)行，因此這兩種操作之間不存在聯(lián)系。通過以下說明來幫助理解圖
8所示的結(jié)構(gòu)的運行。在信號聚集前，打開復(fù)位晶體管M3， M6以通過將 光電傳感器的兩端連接到各數(shù)據(jù)線來將光電傳感器上的兩端的電壓復(fù)位。 在這期間，列放大器上的開關(guān)Sl， S2被關(guān)閉，并且在光電傳感器的兩端 上將偏置VDL+， VDL-設(shè)置到期望的偏置電平。當(dāng)光電傳感器上的偏置 電平被設(shè)定后，復(fù)位晶體管被關(guān)閉。在曝光過程中，光電流對光電二極管 進(jìn)行放電，引起兩端之間的電壓差下降。為了讀取圖像，偏置VDL+, VDL-被設(shè)置為數(shù)據(jù)線上像素放大器操作所需的偏置電平。通過連續(xù)地順序打開 每一個行選擇柵極來掃描行選擇線。當(dāng)特定行中的行選擇線，也稱作柵極 線，被打開時，兩個行選擇晶體管M2， M5同時被打開，從而將每一個放 大器晶體管Ml, M4的一個終端耦合到它們各自的數(shù)據(jù)線。在本實施例中， 電流將與放大器晶體管Ml, M4的柵極電壓成比例地在每一條數(shù)據(jù)線中流 動。在行選擇晶體管導(dǎo)通的時間周期內(nèi)，每條數(shù)據(jù)線的電荷放大器在它們 各自的反饋電容上聚集電流。由此，兩個電荷放大器的輸出電壓的差與兩 條數(shù)據(jù)線上的電流差成比例，并由此進(jìn)一步與放大器晶體管Ml, M4柵極 上的電壓差成比例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識到可以使用其他的列放大器 設(shè)計，例如電流鏡像，來將數(shù)據(jù)線上的電流信號轉(zhuǎn)換為輸出電壓。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識到其它的像素放大器電路設(shè)計方案也可替 換上述的基本的三晶體管像素放大器。例如，某些現(xiàn)有技術(shù)中的像素放大 器使用四個晶體管而不是三個晶體管。所述第四個晶體管用作為光電二極 管的一端和放大器晶體管之間的傳送門。本設(shè)計的一個變形被稱為共用晶 體管結(jié)構(gòu)，其中，四個光電傳感器共用相同的放大器晶體管和行選擇晶體 管。在這一設(shè)計中，用于四個光電傳感器的傳送門晶體管連續(xù)地打開以順 序地將各個光電傳感器耦合到單獨的放大器晶體管。這一更加先進(jìn)的結(jié)構(gòu) 也有在前討論的單端(single-ended)設(shè)計的缺陷。連接光電傳感器的兩端的 每一個到獨立的像素放大器，像素放大器被通過并聯(lián)的行選擇晶體管耦合 到獨立的數(shù)據(jù)線，可以減輕在前討論的缺陷。本發(fā)明已通過特別參考其特定的優(yōu)選實施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但是本 領(lǐng)域技術(shù)人員將會知道，在不脫離本發(fā)明的精神的前提下，如上所述的以 及如附加的權(quán)利要求中指出的變形和修改都包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例 如，所述電隔離光電二極管，顯示為PIN二極管，也可以為某些其他類型
的傳感器元件，這些元件包括p-n結(jié)光電二極管，p-i-n光電二極管，MOS 光電電容，MIS光電傳感器以及光電導(dǎo)體。光電傳感器本身可由非晶硅、 非晶碳化珪 (amorphous silicon-carbide ), 多晶珪，鍺化硅 (silicon-germanium),例如氧化鋅(ZnO)這樣的金屬氧化物半導(dǎo)體，有機(jī) 物半導(dǎo)體材料或者晶體硅(crystalline silicon)中的一個或多個形成。開關(guān)元 件，晶體管Ml, M2，M3,M4，M5或M6中的一個或多個可以為薄膜晶體 管(TFTs)或類似的元件。
由此，本發(fā)明提供了一種使用差分讀取元件以利用共模噪聲檢測來提 高圖像信號質(zhì)量的成像陣列。
部件列表
10.像素
34.讀取芯片
40.PIN光電二極管
42.絕緣體
44, 45.摻雜區(qū)
70. 光電二極管
71. TFT開關(guān)
80. 平板成像器
81. 傳感器陣列
82. 驅(qū)動芯片
83. 柵極線
84. 數(shù)據(jù)線
85. 偏置線
86. 放大器87. 復(fù)用器
88. 模數(shù)轉(zhuǎn)換器
180. 電極
181, 186, 190.絕纟彖體 182a， 182b, 182c.互連 188.數(shù)據(jù)線
AMP2,AMP3,AMP4,AMP5.放大器 DL+,DL-.數(shù)據(jù)線 GU, GL2，線
Ml, M2, M3, M4, M5, M6.開關(guān)元件
PD.光電傳感器
SCAN1, SCAN2, Reset.信號
權(quán)利要求
1.一種光檢測陣列，包括多個電隔離的光電傳感器，每個光電傳感器包括第一終端和第二終端，每個光電傳感器的每個終端都與其它光電傳感器的終端隔離，其中，每個光電傳感器響應(yīng)于入射光水平而在所述第一和第二終端之間產(chǎn)生電荷差異；和選擇性地耦合到一個光電傳感器的第一和第二終端以產(chǎn)生與所述第一和第二終端之間電荷差異相關(guān)的輸出信號的差分電路。
2. 如權(quán)利要求1所述的光檢測陣列，其還包括與每個光電傳感器對應(yīng)的電荷讀取電路，其中，所述電荷讀取電路包括通過將所述第一終端連接到第一數(shù)據(jù)線的響應(yīng)于掃描信號的第一開關(guān)元件；以及通過將所述第二終端連接到第二數(shù)據(jù)線的響應(yīng)于所述掃描信號的第二開關(guān)元件。
3. 如權(quán)利要求1所述的光^r測陣列，其中所述多個光電傳感器中的每一個從由p-n結(jié)光電二極管，p-i-n光電二極管，MOS光電電容，MIS光電傳感器以及光電導(dǎo)體組成的組中選取。
4. 如權(quán)利要求1所述的光^r測陣列，其中第一光電傳感器的第一和第二終端和第二光電傳感器的第一和第二終端選擇性地耦合到單獨的一對數(shù)據(jù)線。
5. —種光檢測陣列，包括多個光電傳感器，每個光電傳感器包括第一終端和第二終端，與每個光電傳感器對應(yīng)的信號檢測電路，其中所述信號檢測電路包括(i)連接到所述第一終端的第一放大器；(ii) 響應(yīng)于掃描信號將所述第一放大器連接到第一數(shù)據(jù)線的第一開關(guān)；(iii) 連接到所述第二終端的第二放大器；以及(iv) 響應(yīng)于掃描信號以將所述第二放大器信號連接到第二數(shù)據(jù)線的第二開關(guān)元件；以及差分電路，用于4企測在所述第一數(shù)據(jù)線和所述第二數(shù)據(jù)線上的信號電平之間的差異。
6. 如權(quán)利要求5所述的光檢測陣列，還包括第一復(fù)位開關(guān)元件，用于切換所述第一終端到第一復(fù)位電壓電平，以及第二復(fù)位開關(guān)元件，用于切換所述第二終端到第二復(fù)位電壓電平。
7. 如權(quán)利要求5所述的光檢測陣列，其中所述信號檢測電路響應(yīng)于在所述第一和第二終端上的第一和第二電壓，并且所述第一和第二放大器將所述第一和第二電壓分別轉(zhuǎn)換為第一和第二電流。
8. 如權(quán)利要求5所述的光檢測陣列，其中，用于檢測在所述第一數(shù)據(jù)線和第二數(shù)據(jù)線上的信號電平之間的差異的差分電路包括連接到所述第一數(shù)據(jù)線和第二數(shù)據(jù)線的第一電流敏感放大器和第二電流敏感放大器。
9. 如權(quán)利要求5所述的光^r測陣列，其中用于檢測在所述第一數(shù)據(jù)線和第二數(shù)據(jù)線上的信號電平之間的差異的所述差分電路包括電荷放大器。
10. —種光^r測陣列，包括前板，包括多個光電傳感器對，所述光電傳感器對中的每個光電傳感器包括第一終端和一第二終端，其中每個光電傳感器對應(yīng)于圖像像素并且其中每一光電傳感器響應(yīng)于入射光水平，根據(jù)所述入射光水平在所述第一和第二終端上形成電荷；與每個光電傳感器對對應(yīng)的差分放大器，其中所述差分放大器具有第一和第二數(shù)據(jù)線；以及與每一個差分放大器對應(yīng)的第一和第二電荷檢測電路，其中，每個電荷檢測電路包括(i) 第一放大器，提供隨在所述第一終端上的電荷水平變化的第一輸出信號；(ii) 第一開關(guān)，響應(yīng)于掃描信號而將所述第一輸出信號耦合到所述第一數(shù)據(jù)線；(iii) 第一復(fù)位開關(guān)，用于切換所述第一終端到第一復(fù)位電壓電平；(iv) 第二放大器，提供隨在所述第二終端上的電荷水平變化的第二輸出信號；(v) 第二開關(guān)，響應(yīng)于掃描信號而將所述第二輸出信號耦合到所述第二數(shù)據(jù)線；以及(vi) 第二復(fù)位開關(guān)，用于切換所述第二終端到復(fù)位電壓電平。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種數(shù)字射線攝影成像設(shè)備。一種光檢測陣列，具有多個電隔離光電傳感器，每個光電傳感器具有第一終端和第二終端，每個光電傳感器的每個終端與其它光電傳感器的終端隔離，其中，每個光電傳感器響應(yīng)于入射光水平在第一和第二終端之間產(chǎn)生電荷差異。選擇性地耦合到光電傳感器中的一個的第一和第二終端的差分電路，用于產(chǎn)生與第一和第二終端之間的電荷差異相關(guān)的輸出信號。
文檔編號H01L27/144GK101556960SQ200910006310
公開日2009年10月14日 申請日期2009年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月4日
發(fā)明者G·N·海勒, T·J·特雷威爾 申請人:卡爾斯特里姆保健公司