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什么是更好的X射线平板探测器?

2021-11-08 20:24     来源: 医工研习社     X射线探测器
X射线平板探测器,广泛应用于在安防、工业及医疗等方面。在医疗领域,更是囊括了除CT外的所有X线设备,包括DR、DRF(动态DR)、DM(乳腺)、CBCT(牙科CT)、DSA(介入、血管)、C型臂(外科)等等。

CMOS探测器,即互补金属氧化物半导体,是组成芯片的基本单元。CMOS技术听着很高级,其实离我们很近,几乎所有手机的摄像头都是基于CMOS图像传感器芯片,与CMOS平板异曲同工。

如果说制作TFT探测器像造电视,那么制作CMOS探测器更像造芯片。因为,与非晶硅/IGZO探测器的玻璃衬底不同,CMOS探测器的衬底是单晶硅,其电子迁移率是1400cm^2/VS,这是制作晶圆的重要材料。

Q1 怎么非晶硅、IGZO和CMOS都提及电子迁移率,这么重要吗?

无论何种技术,都希望电子迁移率越快越好。因此,电子迁移率高,单个晶体管就可以做得更小,使显示像素更小,图像空间分辨率更高。
举个形象的栗子,如果希望在规定时间内运输足够多的煤炭到另一个城市,如果火车速度慢,就得多轨道多火车同时运输,显然这样非常占地方(空间分辨率低);如果车速足够快,单节小火车也能搞定(空间分辨率高)。所以,“幸好”CMOS探测器比较贵,否则就没其他技术啥事儿了。

Q2 那为什么CMOS探测器比较贵?

非晶硅/IGZO探测器的衬底是便宜的玻璃或者塑料,而CMOS探测器的衬底是昂贵的单晶硅晶圆;基于TFT的探测器可以实现低温制备,而基于CMOS探测器的制备工艺温度更高更复杂。

举个例子,一台65寸的液晶电视才3000多元,而一片Inter i9 CPU(尺寸:37.5mm x 37.5mm)同样高达3000多元,一个20*20cm的CMOS平板的面积是一片i9 CPU的1000多倍。所以,CMOS平板探测器比较贵,不过大家都知道贵有贵的好。

所谓CMOS平板探测器,是指在一块晶圆上集成光电二极管、寻址电路,以及更重要的放大器(这是与非晶硅/IGZO探测器的最大区别),将信号放大后再传输到外面。因此,具有明显优于非晶硅探测器的低剂量DQE和更高的采集速度。


非晶硅和CMOS信噪对比
 
由于单晶硅的电子迁移速率更快,可以在光电二极管旁边增加放大器电路,将信号放大后再传输到外面,这是CMOS平板与非晶硅或IGZO平板的最大区别。因此,CMOS探测器具有明显优于非晶硅/IGZO探测器的高分辨率、高采集速度、高低剂量DQE。


三种探测器参数对比
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