JP2016092077A - 光検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 光電変換部に形成された凹部の斜面に薄く形成された不純物半導体層及び電極に起因して電流のリークが発生することを解消すること。【解決手段】 基板1上に形成されたTFT31と、TFT31上に絶縁層8を挟んで積層された光電変換部30と、光電変換部30とTFT31のドレイン電極4bとを導電接続する第1のコンタクトホール20と、を含む検出部40を複数有する光検出装置であって、光電変換部30は、TFT31の側から第1の電極層9、第1の不純物半導体層10、真性半導体層11、第2の不純物半導体層12及び第2の電極層13が積層されており、第1のコンタクトホール20は、絶縁層8の所定の部位を除去した構成の凹部に第1の電極層9が形成されているとともに絶縁性充填材20aを有している。【選択図】 図1
Description
本発明は、X線等の放射線をシンチレータ等によって波長変換して光に変換し、その光を光電変換することによって、人等の被写体の画像を形成し診断するための医療用画像診断装置等に用いられる光検出装置に関するものである。
従来の光検出装置の1例を図3に示す。図3は、従来の光検出装置において、光を電荷に変換する光電変換部30としてのpinフォトダイオードと、pinフォトダイオードによって光電変換された電荷を電気信号として取り出すスイッチ素子としての薄膜トランジスタ(Thine Film Transistor :TFT)31と、を有する検出部40の拡大平面図である。この光検出装置は、例えば多数の検出部40が行方向及び列方向に配列された構成、所謂マトリックス状に検出部40が配列された構成を有する。
平面視形状が矩形状の検出部40は、その1隅部に光電変換部30であるpinフォトダイオードにバイアス電圧を印加するための第2のコンタクトホール22が形成されており、また光電変換部30にバイアス電圧を供給するバイアス線16が検出部40の受光面の側にソース信号線32に沿って形成されている。また検出部40は、上記1隅部に対向する他の隅部にTFT31が形成されている。TFT31は、チャネル部としての第1の半導体膜6a、窒化シリコン(SiNx)等から成るエッチング阻止層5、第2の半導体膜6b、ソース電極4a、ドレイン電極4bを有している。第2の半導体膜6bは、第1の半導体膜6aと、ソース電極4a及びドレイン電極4bとの電気的接続を行うためのものである。さらに、検出部40の中央部付近には、光電変換部30によって変換された電荷をTFT31のドレイン電極4bに電導させるための第1のコンタクトホール20が形成されている。ソース信号線32は、光電変換部30により変換された電荷を電荷量に応じた電気信号として出力する。
図4は、図3のA1−A2線、B1−B2線及びC1−C2線における検出部40の断面図である。ガラス基板等から成る基板1の一面に、TFT31のオン/オフを制御するゲート線2が形成されており、基板1の一面及びゲート線2を覆ってゲート絶縁層3が形成され、ゲート絶縁層3上のゲート線2を覆う部位にアモルファスシリコン(aSi)等から成るチャネル部としての第1の半導体膜6aが形成され、第1の半導体膜6a上のゲート線2に重なる位置にエッチング阻止層5が形成され、エッチング阻止層5及び第1の半導体膜6aを覆ってn+aSi等から成る第2の半導体膜6bが形成されている。第2の半導体膜6b上に、タンタル(Ta),ネオジウム(Nd),タングステン(W),チタン(Ti),モリブデン(Mo),アルミニウム(Al),クロム(Cr),銀(Ag)等の金属またはそれらの合金から成るソース電極4a及びドレイン電極4bが形成されてTFT31が構成されている。なお第2の半導体膜6bは、ソース電極4aとドレイン電極4bが電気的に分離されている部位において同様に電気的に分離されている。そして、TFT31及びゲート絶縁層3を覆って酸化シリコン(SiO2),窒化シリコン(SiNx)等から成る第1のパッシベーション層7が形成されている。第1のパッシベーション層7を覆ってアクリル樹脂等から成る絶縁層8が形成されている。
絶縁層8上に、Ta,Nd,W,Ti,Mo,Al,Cr,Ag等の金属またはそれらの合金から成る第1の電極層9、n+aSi等から成る第1の不純物半導体層10、真性(intrinsic)Si(i型Si)等から成る真性半導体層11、p+aSi等から成る第2の不純物半導体層12、インジウム錫酸化物(Indium Tin Oxide :ITO)等の透明電極から成る第2の電極層13が積層されている。第1の電極層9、第1の不純物半導体層10、真性半導体層11、第2の不純物半導体層12及び第2の電極層13によって、光電変換部30としてのpinフォトダイオードが構成される。このpinフォトダイオードは、第2の不純物半導体層12及び第2の電極層13の側から真性半導体層11に入射した光33を光電変換する。
光電変換部30及び絶縁層8を覆って第2のパッシベーション層14及び第3のパッシベーション層17が形成されている。第2のパッシベーション層14と第3のパッシベーション層17との間に、Ta,Nd,W,Ti,Mo,Al,Cr,Ag等の金属またはそれらの合金から成るバイアス線16、バイアス線16と第2の電極層13を導電接続する第3の電極層15が形成されているとともに、第3の電極層15は第2のコンタクトホール22に形成されている。
そして、光電変換部30は、第1のコンタクトホール20の上方の部位に凹部21が形成される場合がある。凹部21は、CVD(Chemical Vapor Deposition)法等の薄膜形成法によって第1の不純物半導体層10、真性半導体層11を形成する際に、第1のコンタクトホール20の凹みに倣ってそれらの層が形成されることによって生じる(例えば、特許文献1を参照)。
しかしながら、上記従来の光検出装置においては、図5に示すように、凹部21の周囲における第2の不純物半導体層12及び第2の電極層13の厚みT1よりも、凹部21の斜面における第2の不純物半導体層12及び第2の電極層13の厚みT2が薄く形成される。これは、薄膜の結晶成長方向に異方性を有するCVD法等の薄膜形成法によって、第2の不純物半導体層12を形成することに起因している。その結果、凹部21の斜面において、光33を受光していないときにも、薄い第2の不純物半導体層12を通して真性半導体層11から第2の電極層13に電流が流れていた。即ち、電流の漏れ(リーク)が発生するという問題点があった。
従って、本発明は上記問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、光電変換部に形成された凹部の斜面に薄く形成された不純物半導体層に起因して電流のリークが発生することを解消することである。
本発明の光検出装置は、基板上に形成された薄膜トランジスタと、その薄膜トランジスタ上に絶縁層を挟んで積層された光電変換部と、その光電変換部と前記薄膜トランジスタの電極とを導電接続するコンタクトホールと、を含む検出部を複数有する光検出装置であって、前記光電変換部は、前記薄膜トランジスタの側から第1の電極層、第1の不純物半導体層、真性半導体層、第2の不純物半導体層及び第2の電極層が積層されており、前記コンタクトホールは、前記絶縁層の所定の部位を除去した構成の凹部に前記第1の電極層が形成されているとともに絶縁性充填材を有している構成である。
本発明の光検出装置は、好ましくは、前記絶縁性充填材は、前記コンタクトホールの前記第1の電極層における開口を含む面と面一になるように設けられている。
また本発明の光検出装置は、好ましくは、前記絶縁性充填材は、前記コンタクトホールの前記第1の電極層における開口を含む面から前記薄膜トランジスタの電極の側に凹むように設けられている。
また本発明の光検出装置は、好ましくは、前記絶縁性充填材は、前記薄膜トランジスタの電極の側に凹む凹みの深さが前記絶縁層の厚みよりも浅い。
本発明の光検出装置は、基板上に形成された薄膜トランジスタと、その薄膜トランジスタ上に絶縁層を挟んで積層された光電変換部と、その光電変換部と薄膜トランジスタの電極とを導電接続するコンタクトホールと、を含む検出部を複数有する光検出装置であって、光電変換部は、薄膜トランジスタの側から第1の電極層、第1の不純物半導体層、真性半導体層、第2の不純物半導体層及び第2の電極層が積層されており、コンタクトホールは、絶縁層の所定の部位を除去した構成の凹部に第1の電極層が形成されているとともに絶縁性充填材を有していることから、光電変換部の第2の電極層の側にコンタクトホールに倣って凹部が形成されることを解消することができる。従って、凹部において非受光時に真性半導体層から第2の電極層にリーク電流が流れることが生じなくなり、信号のノイズが低減されてS/N比が改善される。
本発明の光検出装置は、好ましくは、絶縁性充填材は、コンタクトホールの第1の電極層における開口を含む面と面一になるように設けられていることから、光電変換部の真性半導体層、第2の不純物半導体層及び第2の電極層におけるコンタクトホールの上方の部位が平坦面となる。即ち、コンタクトホールに倣って凹部が形成されることを確実に解消することができる。従って、凹部に起因するリーク電流が流れることが確実に生じなくなる。
また本発明の光検出装置は、好ましくは、絶縁性充填材は、コンタクトホールの第1の電極層における開口を含む面から薄膜トランジスタの電極の側に凹むように設けられていることから、光電変換部の真性半導体層、第2の不純物半導体層及び第2の電極層におけるコンタクトホールの上方の部位がほぼ平坦面となる。従って、凹部に起因するリーク電流が流れることが生じなくなる。
また本発明の光検出装置は、好ましくは、絶縁性充填材は、薄膜トランジスタの電極の側に凹む凹みの深さが絶縁層の厚みよりも浅いことから、第2の不純物半導体層及び第2の電極層におけるコンタクトホールの上方の部位がほぼ平坦面となる。従って、凹部に起因するリーク電流が流れることが生じなくなる。
以下、本発明の光検出装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。但し、以下で参照する各図は、本発明の光検出装置の主要な構成部材等を示している。従って、本発明の光検出装置は、図に示されていない回路基板、配線導体、制御IC,LSI等の周知の構成部材を備えていてもよい。
本発明の光検出装置は、図1に示すように、ガラス基板等から成る基板1上に形成されたTFT31と、そのTFT31上に絶縁層8を挟んで積層された光電変換部30と、その光電変換部30とTFT31のドレイン電極4bとを導電接続する第1のコンタクトホール20と、を含む検出部40を複数有する光検出装置であって、光電変換部30は、TFT31の側から第1の電極層9、第1の不純物半導体層10、真性半導体層11、第2の不純物半導体層12及び第2の電極層13が積層されており、第1のコンタクトホール20は、絶縁層8の所定の部位を除去した構成の凹部に第1の電極層9が形成されているとともに絶縁性充填材20aを有している構成である。この構成により、光電変換部30の第2の電極層13の側に第1のコンタクトホール20に倣って凹部が形成されることを解消することができる。従って、凹部において非受光時に真性半導体層11から第2の電極層13にリーク電流が流れることが生じなくなり、信号のノイズが低減されてS/N比が改善される。
本発明の光検出装置における絶縁性充填材20aは、第1のコンタクトホール20に完全に充填されていなくてもよく、第1のコンタクトホール20の第1の電極層9における開口を含む面と略面一になるように設けられていればよい。
本発明の光検出装置は以下のような構成を有する。平面視形状が矩形状の検出部40は、その1隅部に光電変換部30であるpinフォトダイオードにバイアス電圧を印加するための第2のコンタクトホール22が形成されており、また光電変換部30にバイアス電圧を供給するバイアス線16が検出部40の受光面の側にソース信号線32に沿って形成されている。また検出部40は、上記1隅部に対向する他の隅部にTFT31が形成されている。TFT31は、チャネル部としての第1の半導体膜6a、窒化シリコン(SiNx)等から成るエッチング阻止層5、第2の半導体膜6b、ソース電極4a、ドレイン電極4bを有している。第2の半導体膜6bは、第1の半導体膜6aと、ソース電極4a及びドレイン電極4bとの電気的接続を行うためのものである。さらに、検出部40の中央部付近には、光電変換部30によって変換された電荷をTFT31のドレイン電極4bに電導させるための第1のコンタクトホール20が形成されている。ソース信号線32は、光電変換部30により変換された電荷を電荷量に応じた電気信号として出力する。また、TFT31は、エッチング阻止層5を有するチャネルストッパー型以外に、バックチャネルカット型等であってもよく、TFT31を構成する半導体は低温ポリシリコン(Low-temperature Poly Silicon :LTPS)、インジウムガリウム亜鉛酸化物(Indium Gallium Zinc Oxide :IGZO)等の酸化物半導体であってもよい。そして、ガラス基板等から成る基板1の一面に、TFT31のオン/オフを制御するTa,Nd,W,Ti,Mo,Al,Cr,Ag等の金属またはそれらの合金から成るゲート線2が形成されており、基板1の一面及びゲート線2を覆ってゲート絶縁層3が形成され、ゲート絶縁層3上のゲート線2を覆う部位にアモルファスシリコン(aSi)等から成るチャネル部としての第1の半導体膜6aが形成され、第1の半導体膜6a上のゲート線2に重なる位置にエッチング阻止層5が形成され、エッチング阻止層5及び第1の半導体膜6aを覆ってn+aSi等から成る第2の半導体膜6bが形成されている。第2の半導体膜6b上に、Ta,Nd,W,Ti,Mo,Al,Cr,Ag等の金属またはそれらの合金から成るソース電極4a及びドレイン電極4bが形成されてTFT31が構成されている。なお第2の半導体膜6bは、ソース電極4aとドレイン電極4bが電気的に分離されている部位において同様に電気的に分離されている。そして、TFT31及びゲート絶縁層3を覆って酸化シリコン(SiO2),窒化シリコン(SiNx)等から成る第1のパッシベーション層7が形成されている。第1のパッシベーション層7を覆ってアクリル樹脂等から成る絶縁層8が形成されている。
絶縁層8上に、Ta,Nd,W,Ti,Mo,Al,Cr,Ag等の金属またはそれらの合金から成る第1の電極層9、n+aSi,p+aSi等から成る第1の不純物半導体層10、真性Si(i型Si)等から成る真性半導体層11、p+aSi,n+aSi等から成る第2の不純物半導体層12、ITO等の透明電極から成る第2の電極層13が積層されている。なお、第1の不純物半導体層10がn+aSi等のn型のものである場合第2の不純物半導体層12はp+aSi等のp型のものであり、第1の不純物半導体層10がp+aSi等のp型のものである場合第2の不純物半導体層12はn+aSi等のn型のものである。そして、第1の電極層9、第1の不純物半導体層10、真性半導体層11、第2の不純物半導体層12及び第2の電極層13によって、光電変換部30としてのpinフォトダイオードが構成される。このpinフォトダイオードは、第2の不純物半導体層12及び第2の電極層13の側から真性半導体層11に入射した光33を光電変換する。
光電変換部30及び絶縁層8を覆って第2のパッシベーション層14及び第3のパッシベーション層17が形成されている。第2のパッシベーション層14と第3のパッシベーション層17との間に、Ta,Nd,W,Ti,Mo,Al,Cr,Ag等の金属またはそれらの合金から成るバイアス線16と、バイアス線16と第2の電極層13を導電接続する第3の電極層15が形成されているとともに、第3の電極層15は第2のコンタクトホール22に形成されている。
第1の電極層9、第2の電極層13、第1の不純物半導体層10、真性半導体層11、第2の不純物半導体層12及び第2の電極層13は、スパッタリング法、CVD法等の薄膜形成方法によって形成され得る。例えば、第1の電極層9及び第2の電極層13は、スパッタリング法によって形成され、第1の不純物半導体層10、真性半導体層11及び第2の不純物半導体層12は、薄膜の結晶成長方向に異方性を有するCVD法によって形成される。また、第1の電極層9の厚みは30nm〜500nm程度、第1の不純物半導体層10の厚みは30nm〜200nm程度、真性半導体層11の厚みは500nm〜2000nm程度、第2の不純物半導体層12の厚みは5nm〜50nm程度、第2の電極層13の厚みは30nm〜100nm程度である。そのため、凹部21の斜面において第2の不純物半導体層12及び第2の電極層13の厚みが30nm程度よりも薄くなり、凹部21の斜面においてリーク電流が発生しやすくなる。
本発明の光検出装置において、第1のコンタクトホール20は、絶縁層8の所定の部位を除去した構成の凹部に第1の電極層9が形成されている。即ち、第1のコンタクトホール20は、絶縁層8の所定の部位を、マスクを用いたフォトリソグラフィ法及びエッチング法等によってパターニング、除去して形成し得る。そして、第1のコンタクトホール20となる凹部に第1の電極層9をスパッタリング法等によって形成することによって、第1の電極層9とTFT31のドレイン電極4bまたはソース電極4aとを導電接続する。また、上記所定の部位は、TFT31のドレイン電極4bまたはソース電極4aと第1の電極層9とを導電接続することが可能な部位である。
本発明の光検出装置における絶縁性充填材20aは、その材料として有機材料を用いることができる。有機材料としては、アクリル樹脂,シリコーン樹脂,ポリイミド,ポリアミド,ポリイミドアミド,ベンゾシクロブテン,ポリシロキサン,ポリシラザン等を用いることができる。ポリシロキサンは、シリコン(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造が構成されている。その置換基として、少なくとも水素を含む有機基、例えば、アルキル基,芳香族炭化水素基等が用いられる。また置換基として、フルオロ基、少なくとも水素を含む有機基及びフルオロ基を用いてもよい。ポリシラザンは、珪素(Si)と窒素(N)の結合を有するポリマー材料を出発原料として形成される材料である。
絶縁性充填材20aの材料として、紫外線等の光によって硬化する感光性有機樹脂、熱硬化性樹脂を用いてもよい。感光性有機樹脂を用いる場合、その未硬化のペースト状有機樹脂を第1のコンタクトホール20に塗布、充填し、次にペースト状有機樹脂に紫外線等の光を照射することによって形成できる。さらに加熱して硬化させることもできる。
絶縁性充填材20aは、第1のコンタクトホール20の第1の電極層9における開口を含む面と面一になるように設けられていることが好ましい。この場合、光電変換部30の真性半導体層11、第2の不純物半導体層12及び第2の電極層13における第1のコンタクトホール20の上方の部位(図1のE部)が平坦面となる。即ち、第1のコンタクトホール20に倣って凹部が形成されることを確実に解消することができる。従って、凹部に起因するリーク電流が流れることが確実に生じなくなる。
図2は、図1の検出部40の光電変換部30における第1のコンタクトホール20及びその周辺の拡大断面図である。図2に示すように、絶縁性充填材20aは、第1のコンタクトホール20の第1の電極層9における開口を含む面からTFT31のドレイン電極4bの側に凹むように設けられている。この場合、光電変換部30の真性半導体層11、第2の不純物半導体層12及び第2の電極層13における第1のコンタクトホール20の上方の部位がほぼ平坦面となる。従って、凹部に起因するリーク電流が流れることが生じなくなる。
また絶縁性充填材20aは、TFT31のドレイン電極4bの側に凹む凹みの深さが絶縁層8の厚みよりも浅いことがよい。この場合、第2の不純物半導体層12及び第2の電極層13における第1のコンタクトホール20の上方の部位がほぼ平坦面となる。従って、凹部に起因するリーク電流が流れることが生じなくなる。同様の目的から、より好ましくは、凹みの深さは第1の電極層9の厚み以下であることがよい。
本発明の光検出装置は、例えば放射線画像形成装置に適用される。放射線画像形成装置は、放射線を光に波長変換するシンチレータと、上記本発明の光検出装置と、を有する構成である。例えば光検出装置は、多数の検出部40が行方向及び列方向に配列されている。所謂マトリックス状に検出部40が配列されている。上記の構成により、人等の被写体の正確な放射線画像を得ることができる。本発明の放射線画像形成装置におけるシンチレータは、CsI:Tl,GOS(Gd2O2S:Tb)等から成り、例えば被写体に照射されたX線、γ線、α線等の放射線を光に波長変換する。そして、シンチレータから放出された光33を、本発明の光検出装置によって電荷へ光電変換して画像情報を得る間接変換方式の放射線画像形成装置に適用される。CsI:Tl等から成るシンチレータは、Al(アルミニウム)等から成る金属基板に放射線感応層(シンチレーション層)を蒸着することによって形成される。そして、例えば本発明の光検出装置の光33の光源側にシンチレータを配置し、それらを接着材等の接合手段によって貼り合わせることにより、放射線画像形成装置が構成される。
さらに、放射線画像形成装置によって得られた電気的な画像情報は、A−D(Analog to Digital)変換によりデジタルデータに変換され、イメージプロセッサによりデジタル画像に変換され、それが液晶表示装置(Liquid Crystal Display :LCD)等の表示手段に表示されて、画像診断、画像分析等に用いられる。
なお、本発明の光検出装置は、上記実施の形態に限定されるものではなく、適宜の設計的な変更、改良を含んでいてもよい。例えば、第1のコンタクトホール20の開口の平面視形状は四角形状に限らず、五角形以上の多角形、円形、楕円形、長円形等の種々の形状とし得る。
1 基板
2 ゲート線
4a ソース電極
4b ドレイン電極
6a 第1の半導体膜
6b 第2の半導体膜
9 第1の電極層
10 第1の不純物半導体層
11 真性半導体層
12 第2の不純物半導体層
13 第2の電極層
16 バイアス線
20 第1のコンタクトホール
20a 絶縁性充填材
22 第2のコンタクトホール
30 光電変換部
31 TFT
33 光
40 検出部
2 ゲート線
4a ソース電極
4b ドレイン電極
6a 第1の半導体膜
6b 第2の半導体膜
9 第1の電極層
10 第1の不純物半導体層
11 真性半導体層
12 第2の不純物半導体層
13 第2の電極層
16 バイアス線
20 第1のコンタクトホール
20a 絶縁性充填材
22 第2のコンタクトホール
30 光電変換部
31 TFT
33 光
40 検出部
Claims (4)
- 基板上に形成された薄膜トランジスタと、その薄膜トランジスタ上に絶縁層を挟んで積層された光電変換部と、その光電変換部と前記薄膜トランジスタの電極とを導電接続するコンタクトホールと、を含む検出部を複数有する光検出装置であって、前記光電変換部は、前記薄膜トランジスタの側から第1の電極層、第1の不純物半導体層、真性半導体層、第2の不純物半導体層及び第2の電極層が積層されており、前記コンタクトホールは、前記絶縁層の所定の部位を除去した構成の凹部に前記第1の電極層が形成されているとともに絶縁性充填材を有している光検出装置。
- 前記絶縁性充填材は、前記コンタクトホールの前記第1の電極層における開口を含む面と面一になるように設けられている請求項1に記載の光検出装置。
- 前記絶縁性充填材は、前記コンタクトホールの前記第1の電極層における開口を含む面から前記薄膜トランジスタの電極の側に凹むように設けられている請求項1に記載の光検出装置。
- 前記絶縁性充填材は、前記薄膜トランジスタの電極の側に凹む凹みの深さが前記絶縁層の厚みよりも浅い請求項3に記載の光検出装置。
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WO2018153095A1 (zh) * | 2017-02-23 | 2018-08-30 | 京东方科技集团股份有限公司 | X射线平板探测器及其制备方法 |
WO2021171914A1 (ja) | 2020-02-28 | 2021-09-02 | 京セラ株式会社 | 光検出装置 |
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2014
- 2014-10-30 JP JP2014221827A patent/JP2016092077A/ja active Pending
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