非晶硒层可以通过人工合成半导体合金膜，采用涂料技术黏合在TFT阵列上。非晶硒是一种性能优良的光电导材料，具有较高的X线灵敏度和空间分辨率能在一定的能量范围内大量吸收X线，并将捕获到的线光子直接转换成电荷。

非晶硒材料的物理性能稳定，介电常数低，电阻率高，暗电流小，光电吸收系数高，可制成大面积均匀的薄膜或厚膜。非晶硒导电特性是在处于暗环境或者普通日光照射下是绝缘体，在X线或在此波长范围附近的射线照射下会有导电现象，并且导电率随X线强度的增加而增加。

非晶硒X线平板探测器由非晶硒X线转换层、a-Si TFT阵列层、电解质连接层，顶部电极、玻璃底板、数模转换电路，数据通讯电路等组成，其中薄膜晶体管（TFT）阵列生长在玻璃底板上，非晶硒半导体材料在薄膜晶体管（TFT）阵列上方通过真空蒸镀生成约0.5mm厚、35cm×43cm见方的薄膜，这样形成非晶硒平板内部的一块密不可分的核心部件。

按照从上到下的结构顺序，顶部为整板的偏置电极板结构，下一层为非晶硒光导半导体体层，接下来是a-Si TFT阵列层（每个像上面为电荷采集层，即集电极，底层为TFT电荷读出电路，包括一个薄膜晶体管、一个信号存储电容）。

非晶硒X线探测器信号读出电路采用TFT阵列信号读出电路，信号读出由门控电路控制，信号线以阵列方式排列在TFT阵列各像素之间，横行是门控线（栅极控制线），纵列线是电荷输出线，每个像素在电学上等效于三个电容串联电路。整个非晶硒探测器采用板层结构，由多层薄膜叠加制成大面积平板像素阵列。整套多层电路结构连同信号传输电缆采用坚固的保护性材料进行封装。

非晶硒平板内部结构分为非晶硒半导体材料涂层和薄膜晶体管（TFT）阵列两层，后者由光电导材料a-Se 和a-Si TFT阵列构成。阵列板每一单元含一个存储电容和a-Si TFT。

工作时，a-Se光电导层两面的电极板间加有数千伏或更高电压，光电导层吸收照射的X线光量子，在外加电场的作用下，激发出电子和空穴对（electron-hole pairs， EHP），并在所加电场下运动至相应的电极，到达像素电极的电荷给存储电容充电，产生相应的电荷变化。信号电荷通过TFT输出，经放大、处理、变换，形成对应像素的数字化图像信号。在平板探测器（flat pane detector，FPD）三极管阵列排列中，每一TFT相应一个像素，TFT多少决定了像素的多少。高集成度保证了相邻像素中心间距（简称像素间距）小，数据读出时，一行的所有列被同时读出，并逐行扫描，读出所有行。全部单元的信息被读出后，所有信息被处理为一幅完整的数字化图像。

非晶硒探测器的X线图像形成是在X线照射后的极短时间内（3～7秒）完成。大致可分为以下4步过程：①每次曝光前，先对非晶硒层两面的偏置电极板间预先施加0～5000V正向电压，使非晶硒层内形成偏置电场，像素矩阵处于预置初始状态。②X线曝光时，非晶硒光电导层吸收X线光子并在层内激发出电子和空穴对（离子对）。在外加偏置电场作用下，电子和空穴做反向运动而产生电流，电流的大小与入射X线光子的数量成正比，电流信号以垂直方向运动至电荷采集电极，给a-Si、存储电容（极间电容，集电极）充电，这些电荷将被存储在电容上，直至被读出。③TFT存储电容内电荷量的读出，由门控信号控制，每次同时读取一行。电荷读出的过程是：门控电压设高电位时，相应行内所有像素的TFT导通，各像素收集的电荷信号通过数据线同时被读出，经电荷放大器和乘法器放大输出再经A/D转换后形成对应像素的二进制数字信号，传送到计算机。当像素阵列中所有行的信号被逐行全部读出后，由计算机进行处理，重建出数字化图像在显示器上显示出来。④在像素矩阵中的存储电荷信号全部读出后，控制电路将自动消除各像素的残留信号电荷恢复到曝光前的初始状态。

非晶硒平板探测器保持较好的MTF值。这是与非晶硒平板探测器将入射的不可见X线光子直接转化为电信号，不需要能量转换成像的中间过程有关。

量子探测效率（DQE）是测量探测器对入射到探测器表面的X线光子的吸收能力（%）。在空间频率较低时，非晶硅平板探测器的DQE最高；在空间频率较高时，非晶硒平板探测器的DQE最高。

非晶硒平板探测器成像时，由于在非晶硒表面加有电场，使在转换层中产生的电荷只能沿电场方向垂直运动，没有横向偏离，电子-空穴对在漂移过程中严格沿电场线运动，从而避免了信号的扩散，保证了DR图像的清晰度。a-Se晶体是稳定的优良绝缘体，它的带隙能量均大于2eV，有利于遏制热载流子及其噪声的产生。a-Se层加有电压，进一步改善照射X线激发出的电子-空穴对（EHP）在其中的输运特性，保证电子-空穴到达各自极板前不致损失，并可提高X射线光子-EHP的转换效率。

X射线光子每kV能量可以激发出20多个EHP，流向像素电极的电荷可以100%地收集到信号电容中。这样，在a-Se较高X射线吸收率和高填充系数（像素电极面积/像素面积）基础上，a-Se FPD有着相当高的X射线敏感度。a-Se的10 ¹⁵Ω·cm高电阻率保证了即使在高场强下暗电流也很小，小暗电流保证了暗电流散粒噪声很小。

由于非晶硒薄膜通过真空蒸镀的方式生长在玻璃基板上的薄膜晶体管（TFT）阵列上，非晶硒薄膜与玻璃基板的粘接度不高。非晶硒DR探测器平板在正常温度内，非晶硒层与玻璃基板的稳定地粘接在一起；而在低于其正常温度下限（10℃），非晶硒层可能从边缘开始从玻璃基板上分离（俗称探测器脱膜），温度越低，脱膜的可能性越大。

在X线摄影时，图像上出现从图像边缘开始，向图像中央突出的半圆形指甲形伪影，这种伪影在使用中逐渐扩大。脱膜情况不严重时，伪影位于图像边缘，通过坏点校正、图像裁减，可以使图像诊断受到的影响较小；脱膜严重时，半圆形伪影面积较大，会影响到正常部位的摄影。脱膜是非晶硒探测器的不可逆的损害且维修代价高昂。在环境温度变化剧烈（大于每小时5℃）时，也有可能出现脱膜现象。

探测器在断电状态，更容易出现环境温度过低或变化过快而导致脱膜现象发生；探测器在通电状态下由于内部电子电路工作时产生热量，探测器板内的温度变化比环境温度高，温度变化比环境温差小，脱膜现象较难出现。环境温度较高时（大于35℃），如果通风不好，探测器温度会上升过高，将会给非晶硒探测器带来另一种伤害——结晶。硒在常温下有晶体态和非晶态（玻璃态），温度高会导致非晶态向晶体态转变，晶体态的硒薄膜会导致图像不均匀，影响图像诊断。

非晶硒平板探测器在环境湿度过大时会出现探测器的伤害；探测器电路部分温度较低时，探测器内部结露，导致电子电路短路，由于探测器内存在较高的电场，这一损害有可能伤及非晶硒薄膜和TFT电路，严重时将导致探测器报废。保持探测器温度高于环境温度可以避免结露的产生。

对于非晶硒探测器而言，采取以下措施有助于保持其工作的稳定。①保证空调每天24 小时正常开机②及时关闭机房门，尽量减少在机房内的出入次数，在停机时要关闭机房门窗，使室内环境稳定；摄影室门处安装厚的门帘；减少摄影室门窗数量，避免摄影室形成通风道；③避免在环境温度较低的情况下长时间停机尽可能保持DR经常处于通电状态；④室外环境温度较高、无人值守时应停机；⑤空调停机时间较长时，不能马上开空调，先给高压部分加电，保持探测器通风再给探测器通电，稳定后，再开空调；⑥尽量不用湿拖把拖地，特别是在傍晚拖地，使夜间室内湿度过大。DR停机状态下出现室内湿度大时，禁止通电，待室内除湿一段时间后再行开机；⑦做好日常维护保养工作，及时清理探测器周围灰尘，保持良好的散热通道；⑧在可能出现停电、灾害、不能有效保持摄影机点环境条件时应及时通知专业工程师，将探测器运到安全的地方。