JP3665584B2 - X線平面検出器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、医用X線診断装置のX線平面検出器に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、医療分野においては、治療を迅速かつ的確に行う為に、患者の医療データをデータベース化する方向へと進んでいる。患者は複数の医療機関を利用することが一般的であり、この様な場合、他の医療機関のデータが無いと的確な治療行為が行えない可能性がある為である。
【0003】
X線撮影の画像データについてもデータベース化の要求があり、それに伴って、X線撮影画像のディジタル化が望まれている。医用X線診断装置では、従来銀塩フィルムを使用して撮影してきたが、これをディジタル化する為には、撮影したフィルムを現像した後、再度スキャナなどで走査する必要があり、手間と時間がかかっていた。
【0004】
最近は、1インチ(2.54cm)程度のCCDカメラを使用し、直接画像をディジタル化する方式が実現されているが、例えば肺の撮影をする場合、40cm×40cm程度の領域を撮影する為、光を集光する光学装置が必要であり、装置の大型化が問題になっている。
【0005】
これら2方式の問題を解決する方式としてアモルファスシリコンからなる薄膜トランジスタ(以下、TFT(Thin Film Transistor)とも云う)を用いた直接変換方式のX線平面検出器が提案されている。図6にこのX線平面検出器の1画素の回路構成を示し、以下で動作の説明をする。
【0006】
このX線平面検出器は、入射したX線を各画素のX線電荷変換膜で電荷に変えるという、直接変換方式のX線平面検出器である。
【0007】
図9に示すように、直接変換方式のX線平面検出器はアレイ状に配列された複数の画素401を有し、各画素401は、スイッチング素子として用いられるアモルファスシリコンからなるスイッチングTFT402、X線電荷変換膜403、画素容量(以下、Cstとも云う)404、及び保護用TFT411から構成されている。Cst404は、Cstバイアス線405に接続している。X線電荷変換膜403には、高圧電源406によって負のバイアス電圧が印加される。スイッチングTFT402は、ゲートが走査線407に接続され、ソースが信号線408に接続されており、走査線駆動回路409によってオン/オフが制御される。信号線408の終端は、信号検出用の増幅器410に接続している。保護用TFT411は、そのソースとゲートがスイッチングTFT402のドレインに接続され、ドレインがバイアス線412を通り電源413に接続されている。なお、保護用TFT411は、設けられない場合もある。
【0008】
X線が入射すると、X線はX線電荷変換膜403によって電荷に変換され、Cst404に電荷が蓄積される。走査線駆動回路409によって走査線407が駆動され、1つの走査線407に接続している1列のスイッチングTFT402をオンにすると、蓄積された電荷は信号線408を通って増幅器410側に転送される。図示しない切り替えスイッチで、1画素ごとに電荷を増幅器410に入力し、CRT等に表示出来る様な点順次信号に変換する。画素401に入射する光の量によって電荷量が異なり、増幅器410の出力振幅は変化する。なお、Cst404に過度に電荷が蓄積される事のないよう、バイアス電圧以上の電荷は、保護用TFT411によりバイアス線412から逃がしている。X線電荷変換膜403としては現在、Se等からなる膜が主に用いられている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
このようなX線平面検出器は医療用に用いるためになるべく弱いX線で撮像する必要がある。この弱いX線で撮像するためには、感光膜のX線を電子や正孔のキャリアに変換する効率が高い必要がある。また弱い信号を検出するためにはリーク電流が信号電流より小さい必要がある。このためには感光膜の抵抗率が十分に大きい必要がある。現在このようにX線に感度が有り、十分な抵抗率を持つ感光膜はアモルファスSeしか存在しない。これは1×1010Ωcm以上の大きな抵抗率が必要であるためであり、X線感光膜でこのような高抵抗が実現できるのはアモルファス材料のみである。しかし、アモルファスSeのX線電荷変換効率は余り高く無いため人体に影響の少ない微弱なX線での撮像は困難である。これに対しX線変換効率の良い材料は多結晶や単結晶のX線感光膜のみであるが、これらの材料では抵抗率が十分に大きくないと言う問題がある。
【0010】
本発明は上記事情を考慮してなされたものであって、X線を電荷に変換する変換効率が可及的に高く、ダイナミックレンジが可及的に広いX線平面検出器を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明によるX線平面検出器は、入射したX線に感光し前記X線を信号電荷に変換するX線感光膜と、前記X線感光膜に接し前記X線感光膜の信号電荷電流を制限する、前記X線感光膜と材料が異なる半導体材料膜と、画素毎に設けられ、前記半導体材料膜によって制限された信号電荷電流を一端で受信するスイッチング素子と、前記スイッチング素子を開閉する駆動信号を送る走査線と、前記スイッチング素子に接続され、前記スイッチング素子が閉じたときに前記信号電荷電流が流れ込む信号線と、を備えたことを特徴とする。
【0012】
なお、前記制限素子は、前記X線感光膜よりも高抵抗の半導体材料膜であり、X線感度がX線感光膜の感度の1/5以下であることが好ましい。
【0013】
なお、前記X線感光膜は、PbI2、HgI2、CdS、ZnS、CdTe、PbTe、ZnTeおよびこれらの混晶からなる第1群の少なくとも1種の材料を含み、前記高抵抗半導体材料膜は、非結晶Si、非結晶Se、非結晶C、多結晶Si、非晶質Se及びこれらの混晶からなる第2群の少なくとも1種類の材料を含んでいることが好ましい。
【0014】
なお、前記スイッチング素子はTFTであり、前記半導体材料膜は前記TFTの活性層と実質的に同一層であるように構成しても良い。
【0015】
このように構成された本発明によるX線平面検出器においては、暗時のリーク電流の原因となるコンタクト部の多数キャリアの走行を妨げる制限素子をX線感光膜に直列に接続して設け、効率の良い多結晶や単結晶のX線変換材料の使用を可能とする。これにより感光膜のリーク電流を小さく制限できる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明によるX線平面検出器の実施形態を詳細に説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
【0017】
(第1の実施形態)
本発明によるX線平面検出器の第1の実施形態について説明する。この実施形態のX線平面検出器にかかる画素の断面図を図1に示し、この図を参照して本実施形態のX線平面検出器の構成を説明する。
【0018】
まず、ガラス基板101上にMoTaや、Ta、TaN、Al、Al合金、Cu、MoW等を用いて1層の金属膜を、またはTaとTaNxの2層の金属膜を約300nm堆積させ、エッチングを行って、スイッチングTFT402のゲート電極102、走査線(図示せず)、Cst404、Cst線102a、および保護用TFT411のゲート電極102bのパターンを形成する。
【0019】
次にプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法により絶縁膜103として、SiOxを約300nm、SiNxを約50nmを全面に順次積層する。続いてアンドープのアモルファスシリコン膜104を約100nm堆積し、このアンドープのアモルファスシリコン膜104上にストッパ層105としてSiNxを約200nm堆積した後、このストッパ層105を裏面露光法によりゲート電極102にあわせてパターニングする。そして、n+型アモルファスシリコン層106を約50nm堆積した後に、トランジスタの形状にあわせてアモルファスシリコン層104、n+型のアモルファスシリコン層106をエッチングし、アモルファスシリコンの島を形成する。
【0020】
次に、画素エリア内外のコンタクト部の絶縁膜103をエッチングしコンタクトホールを形成する。このコンタクトホールを埋め込むようにMoを約50nm、Alを約350nm、そして更にMoを約20nm〜50nm、スパッタ法を用いて積層し、補助電極502や、信号線408、TFTのソース、ドレインその他の配線を形成する。
【0021】
次にSiNxを約200nm、その上にベンゾシクロブテン(BCB)を約1〜約5μm、好ましくは約3μm積層して保護膜107を形成する。スイッチングTFT402および保護用TFT411並びに補助電極502へのコンタクトホールを形成した後に、このコンタクトホールを埋め込むようにITO(Indium Tin Oxide)を約100nmの膜厚で成膜し、画素電極503を形成する。
【0022】
次に、画素電極503を覆うように、コンタクト用のn型アモルファスシリコン膜208を約50nm〜5μm、好ましくは約200nm成膜し、このn型のアモルファスシリコン膜208上に抵抗率が約1×1010〜約1×1016Ωcmの高抵抗のアモルファスシリコン膜209を約1〜50μm、好ましくは約3μm成膜する。成膜方法はSiH4とドーピングガスのプラズマCVD等を用いればよい。この高抵抗のアモルファスシリコン膜209上に高感度X線感光膜となる高抵抗のPbI2膜210を約100〜1000μm、好ましくは300μm成膜する。抵抗率は1×107〜1×1013Ωcmであれば良い。この高抵抗のPbI2膜210上にp型のPbI2膜211を約1〜100μm成膜する。このp型のPbI2膜は設置しなくても基本的な動作には影響が無い。その後、共通電極212として、膜厚が約100nmのAlで形成し、最後に駆動回路に接続する。
【0023】
アモルファスシリコンの抵抗率の制御は以下のように行う。低抵抗層の形成には、n型のアモルファスシリコンも形成する場合、H2希釈ガスを添加したSiH4に微量のPH3を添加したドーピングガスを用い、p型のアモルファスシリコンの形成にはB2H6を添加する。アモルファスシリコンは通常n型なので、この場合は、B2H6等のアクセプタの添加により高抵抗化できる。
【0024】
次に、本実施形態の動作を図2を参照して説明する。
【0025】
図2(a)に、本実施形態のX線平面検出器に係る高感度X線感光膜210と高抵抗率半導体膜209のエネルギーバンド図を示し、図2(b)に高感度X線感光膜210と高抵抗率半導体膜209の接合の断面を示す。この場合には上部電極212側がp型、下部画素電極503側がn型であるp−i−n構造であり、利用する信号キャリアは電子であるが、利用する信号キャリアがホールであれば上部よりn−i−p構造とする。X線が照射されると、高感度X線感光膜210においてキャリアが発生する。そして、印加された電界により正孔は上部電極212に到達し、電子は高感度X線感光膜210の端に到達する。ここで電子は高抵抗半導体膜209に注入され、高感度X線感光膜210の中よりも高い電界で加速され画素電極503まで移動する。高感度X線感光膜210の伝導帯端のエネルギーより高抵抗半導体膜209の伝導帯端のエネルギーが低くなる様に調整した方が電子を効率的に輸送することができる。
【0026】
また、高抵抗率半導体膜209の価電子帯端は高感度X線感光膜210の価電子帯よりも高い方が画素電極503の正孔が高感度X線感光膜210に注入されることによる暗時のリーク電流を低く保つために好ましい。このためには高感度X線感光膜210のバンドギャップよりも高抵抗半導体膜209のバンドギャップが狭い方が好ましいが、これは必ずしも満足される必要はない。上記の伝導帯、価電子帯およびバンドギャップの条件はかならずしもすべてが満足されなくても本発明の効果は発揮される。バンドギャップが狭いほど真性キャリア数が多いために抵抗が下がりやすいため、移動度の低いアモルファス材料の方が高抵抗に制御することができる。
【0027】
また、高抵抗半導体膜209のX線電荷変換効率は高くない方が好ましい。これは高抵抗半導体膜209内でX線により上部電極212に向うキャリアが発生すると高感度X線感光膜210との界面の障壁部にキャリアが蓄積し、クーロン力により画素電極503で集められる反対電荷のキャリアの走行が妨げられるためである。このため高抵抗半導体膜209のX線電荷変換効率は1/5以下好ましくは1/10以下が良い。X線電荷変換効率とは1つのX線粒子の励起により発生し、信号として利用できるキャリアの割合を示す。X線照射の無い暗時のリーク電流は多結晶の高感度感光膜では上部電極からのキャリア(この場合には電子)が高感度膜内に注入されて、低抵抗である多結晶高感度膜内を走行するために大きな暗電流が流れる。PbI2、HgI2、CdTe等の高感度X線感光膜は、通常多結晶で用いられるため、このような大きな暗電流が流れる。
【0028】
また、多結晶高感度膜では価電子帯の電子が多結晶粒界の連続的なトラップ順位を経由してトンネリング等により伝導帯まで到達し、低抵抗である多結晶の粒界を経由して走行するためかなり大きなリーク電流となる。しかし、高感度X線感光膜210内の価電子帯の電子が高抵抗半導体膜209に入ると粒界等の低抵抗パスが無いために暗電流が制限される。特に高抵抗半導体膜209がアモルファスの場合にはトラップを経由してホッピングするため移動度が小さいために暗時の多結晶感光膜のキャリアが多少多くても暗時の抵抗を高く保つことができる。
【0029】
以上説明したように、多結晶のX線感光膜210の暗時のリーク電流は連続的な順位のトラップを持ち低抵抗である多結晶の粒界を経由してキャリアが走行する。しかし、高抵抗のアモルファス半導体膜209内ではキャリアがトラップ間をホッピングして移動するため移動度が小さいために暗電流を制限できる。このため、本実施形態によれば高抵抗半導体膜209により高感度X線感光膜210の暗時のリーク電流を低減でき、且つ発生した光キャリア(この場合は電子)は殆どロス無く高抵抗半導体膜209を通り画素電極503に到達できるため、高い感度はそのまま保持できる。
【0030】
また、本実施形態では共通電極212に負の電圧を印加し、画素電極503に電子を集め、この電荷をスイッチングTFT402により信号線より読み出して画素外に読み出して信号とする。X線強度が高すぎる場合には画素電位が負の大きな電圧になって絶縁耐圧を超えるとスイッチングTFT402の絶縁破壊が発生するが、このようにX線強度が高すぎる場合には保護用TFT411がオンして過電流を信号線に流し出すことにより過電圧を防止できる。
【0031】
以上説明したように、本実施形態のX線平面検出器によれば、暗時のリーク電流が低減できるため微少X線も検出可能となり高感度を保ったままでダイナミックレンジを拡大できる。
【0032】
(第2の実施形態)
本発明によるX線平面検出器の第2の実施形態を図3および図4を参照して説明する。
【0033】
図3は、第2の実施形態のX線平面検出器の断面図、図4は第2の実施形態のX線平面検出器の平面図を示す。この実施形態のX線平面検出器は、第1の実施形態のX線平面検出器において、n型半導体膜208および高抵抗半導体膜209をアモルファスシリコンからアモルファスセレンに変えるとともに、保護用TFT411を削除した構成となっている。この実施形態の構成を以下に説明する。
【0034】
まず、ガラス基板101上にMoTaや、Ta、TaN、Al、Al合金、Cu、MoW等の膜、またはTaとTaNxの2層膜を約300nm堆積させ、エッチングを行って、スイッチングTFT402のゲート電極102、走査線(図示せず)、Cst404、Cst線102a、バイアス線412のパターンを形成する(図3および図4(a)参照)。
【0035】
次にプラズマCVD法により絶縁膜103として、SiOxを約300nm、SiNxを約50nmを積層した後、アンドープのアモルファスシリコン層104を約100nm、ストッパ層105をSiNxで約200nm堆積する。続いて、ストッパ層105を裏面露光法によりゲート102にあわせてパターニングし、n+型のアモルファスシリコン層106を約50nm堆積した後に、トランジスタの形状にあわせてアモルファスシリコン層104、n+型のアモルファスシリコン層106をエッチングし、アモルファスシリコンの島を形成する(図3および図4(b)参照)。
【0036】
次に、画素エリア内外のコンタクト部の絶縁膜103をエッチングしコンタクトホールを形成する。この上にMoを約50nm、Alを約350nm、そして更にMoを約20nm〜50nmスパッタして積層し、補助電極502や、信号線408、TFTのソース、ドレインその他の配線を形成する(図3および図4(c)、(d)参照)。
【0037】
次にSiNxを約200nm、その上にベンゾシクロブテン(BCB)を約1〜約5μm、好ましくは約3μm積層して保護膜107を形成する。スイッチングTFT402および補助電極502へのコンタクトホール600を形成した後に、ITOを約100nmの膜厚で成膜し、画素電極503を形成する(図3および図4(e)、(f)参照)。
【0038】
画素電極503を覆うように、コンタクト用のn型のアモルファスSe膜208を約1〜100μm、好ましくは約10μm成膜し、このアモルファスSe膜208上に高抵抗率の約1×1010〜約1×1016ΩcmのアモルファスSe膜209を約1〜約100μm、好ましくは約30μm成膜する(図3参照)。成膜方法は蒸着等を用いればよい。このアモルファスSe膜209上に高感度X線感光膜となる高抵抗のPbI2膜210を約100〜1000μm、好ましくは300μm成膜する(図3参照)。抵抗率は1×107〜1×1013Ωcmであれば良い。成膜には蒸着等を用いれば良い。この高抵抗のPbI2膜210上にp型のPbI2膜211を約1〜100μm成膜する(図3参照)。このp型のPbI2膜は設置しなくても基本的な動作には影響が無い。その後、共通電極212として、膜厚が約100nmのAlで形成し、駆動回路に接続する。
【0039】
Seの抵抗率の制御は以下のように行う。低抵抗層の形成にはSeにTeを0−30原子%添加する。またSeにAsを添加しても良い。Seは通常p型なので、Cl、I等のハロゲン等のドナーの添加によりアクセプタを補償することにより高抵抗化できる。しかし、さらにハロゲンを添加することによりn型として低抵抗化することもできる。またNa、K等のアルカリの添加によりp型として低抵抗化しても良い。
【0040】
この第2の実施形態も第1の実施形態と同様に、暗時のリーク電流が低減できるため微少X線も検出可能となり高感度を保ったままでダイナミックレンジを拡大できる。
【0041】
(第3の実施形態)
次に、本発明によるX線平面検出器の第3の実施形態を図5および図6を参照して説明する。図5は、本実施形態の構成を示す断面図であり、図6は、本実施形態の平面図である。
【0042】
まず、ガラス基板101上にMoTaや、Ta、TaN、Al、Al合金、Cu、MoW等を用いて1層を、またはTaとTaNxの2層を約300nm堆積させ、エッチングを行って、スイッチングTFT402のゲート電極102、走査線(図示せず)、蓄積容量(Cst)404、Cst線102aのパターンを形成する。
【0043】
次に、プラズマCVD法により絶縁膜103として、SiOx膜を約300nm、SiNx膜を約50nmを積層した後、アンドープのアモルファスシリコン膜104、209を約100nm、ストッパ層105、105aとしてSiNxを約200nm堆積する。
【0044】
ストッパ層105を裏面露光法によりゲート電極102にあわせてパターニングする。またCst404のSiNx膜105aをパターニングしエッチングする。n+型アモルファスシリコン膜106、106aを約50nm堆積した後に、トランジスタの形状にあわせて高抵抗のアモルファスシリコン膜104、n+型のアモルファスシリコン膜106,106aの島および高抵抗半導体膜209としてのアモルファスシリコン膜の島を形成する。高抵抗のアモルファスシリコン膜209は無添加で使用しても良く、また通常プラズマCVDで形成したアモルファスシリコン膜は少しn型であるために高抵抗にするためにB2H6をプラズマガス中に添加しても良い。特に、高抵抗膜として膜面方向に電荷が流れるアモルファスシリコンを使用する場合には抵抗が大きくなりすぎる場合があり、この場合には抵抗率を下げるためにPH3を添加しても良い。
【0045】
次に、画素エリア内外のコンタクト部の絶縁膜103をエッチングしコンタクトホールを形成する。このコンタクトホールを埋め込むようにMoを約50nm、Alを約350nm、そして更にMoを約20nm〜50nm、スパッタ法を用いて積層し、補助電極502や、信号線408、TFTのソース、ドレインその他の配線を形成する。
【0046】
次に、SiNxを約200nm、その上にベンゾシクロブテン(BCB)を約1〜約5μm、好ましくは約3μm積層して保護膜107を形成する。スイッチングTFT402および高抵抗半導体膜209へのコンタクトホール601を形成する(図6参照)。次に高感度X線感光膜となるPbI2膜210の成膜前に、アモルファスシリコン膜209の界面に形成される酸化層又は汚染層を除去するために、稀フッ酸や硝酸との混液等によるウエット処理やH2プラズマやCF4プラズマ等によるドライ処理を追加しても良いが、界面特性が良ければこれらの処理は省略しても良い。
【0047】
その上層に、高感度X線感光膜となる高抵抗のPbI2膜を約100〜1000μm、好ましくは300μm成膜する。抵抗率は1×107〜1×1013Ωcmであれば良い。成膜には蒸着等を用いれば良い。この高感度X線感光膜210上にp型のPbI2膜211を約1〜100μm成膜する。このp型のPbI2は設置しなくても基本的な動作には影響が無い。その後、共通電極212として、約100nmのAlで形成し、最後に駆動回路に接続する。
【0048】
この実施形態においては、高抵抗半導体膜209が画素電極を兼用している構成となっている。このため、高感度X線感光膜210によってX線から変換された電荷は、高抵抗半導体膜209、n+型のアモルファスシリコン膜106a、および補助電極502を介してスイッチングTFT402に流れる。すなわち、第1及び第2の実施形態と異なり、高抵抗半導体膜209の膜厚方向ではなく、膜面方向に電荷を流すことにより高抵抗を形成できる。このため、第1及び第2の実施形態に比べて、薄い高抵抗膜で大きな抵抗を実現できる。これに対し、第1および第2の実施形態のように、膜厚方向に電流を流す場合には厚い膜厚が必要であるためコストが増加しやすい。また高抵抗半導体膜209に電圧を印加することにより抵抗を制御することができる。この発明では共通電極に負の電圧を印加して動作させ、第1の実施形態と同様に過電圧を防止できる。
【0049】
以上説明したように、本発明によれば、第1の実施形態と同様に、暗時のリーク電流が低減できるため微少X線も検出可能となり高感度を保ったままでダイナミックレンジを拡大できる。また、TFT形成用のアモルファスシリコン膜を、高抵抗半導体膜209として利用できるために工程を削減でき低コストが実現できる。
【0050】
(第4の実施形態)
次に、本発明によるX線平面検出器の第4の実施形態を図7を参照して説明する。図7は本実施形態の構成を示す断面図である。本実施形態では高抵抗半導体膜としてポリシリコンを用いる。またTFTのn−i接合部にLDD構造を設けてオフ時の電流を制限した構成となっている。
【0051】
まず、ガラス基板101上にアンダーコート膜となるSiNx膜1を50nm形成した後、SiO2膜を100nm及びアモルファスシリコン膜を50nmの膜厚で形成する。次にELA(Excimer Laser Anneal)でアモルファスシリコン膜を多結晶化してポリシリコン膜2を形成する。続いてポリシリコン膜2をパターニングしてポリシリコン膜2の島を形成した後にレジストパターン(図示せず)をマスクとして閾値Vth制御用のB又はPを注入またはプラズマドープする。
【0052】
次に、例えばSiO2からなるゲート絶縁膜5を成膜する。その後、例えばMoWからなるゲート電極6を形成する。そして、ゲート電極6またはレジストパターン(図示せず)をマスクとしてLDD(Lightly Doped Drain)構造のn−領域3と、Pを高濃度ドープしたソース・ドレインとなるn+領域4を形成する。
【0053】
次に、例えばSiO2からなる層間絶縁膜7を形成した後、TFT部402のソース・ドレイン領域および蓄積容量部404とのコンタクトをとるために層間絶縁膜7にコンタクト孔を開ける。続いて、このコンタクト孔を埋め込むようにMo/Al/Moを堆積し、パターニングすることにより信号線、データ線8、容量線102等を形成する。
【0054】
次に、SiNxを約200nm、その上にベンゾシクロブテン(BCB)を約1〜約5μm、好ましくは約3μm積層して保護膜107を形成する。スイッチングTFT402と高感度X線感光膜とのコンタクトをとるためにポリシリコン膜2へのコンタクトホール602を保護膜107に形成する。
【0055】
なお、スイッチングTFT402のソースと感光膜コンタクト部のn+型ポリシリコン膜4との接続は、図7に示すように金属配線膜8を用いても良いし、図8に示すように低抵抗ポリシリコン膜4を用いても良い。
【0056】
この保護膜107上に、高感度X線感光膜となる高抵抗のPbI2膜210を約100〜1000μm、好ましくは300μm成膜する。抵抗率は1×107〜1×1013Ωcmであれば良い。成膜には蒸着等を用いれば良い。この高感度X線感光膜210上にp型のPbI2膜211を約1〜100μm成膜する。このp型のPbI2膜211は設置しなくても基本的な動作には影響が無い。その後、共通電極212として、約100nmのAlで形成し、最後に駆動回路に接続する。
【0057】
この実施形態においては、第3の実施形態と同様に、高抵抗半導体膜2の膜厚方向ではなく、膜面方向に電荷を流すことにより高抵抗を形成できる。このため薄い高抵抗膜で大きな抵抗抵抗を実現できる。これに対し、第1および第2の実施形態のように、膜厚方向に電流を流す場合には厚い膜厚が必要であるためコストが増加しやすい。また高抵抗半導体膜2の電極に電圧を印加することにより抵抗を制御することができる。この実施形態では共通電極212に負の電圧を印加して動作させ、第1の実施形態と同様に過電圧を防止できる。
【0058】
以上説明したように、本実施形態によれば、暗時のリーク電流が低減できるため微少X線も検出可能となり高感度を保ったままでダイナミックレンジを拡大できる。また、TFT形成用のアモルファスシリコン膜を高抵抗半導体膜2として利用できるために工程を削減でき低コストが実現できる。
【0059】
また、高感度X線感光膜210としては、PbI2に限らず、HgI2、PbTe、HgTe、CdS、ZnS、CdTe、またはZnTe等の多結晶又は単結晶の高効率のX線感光材料及びこれらの混晶であれば何でも良い。
【0060】
また、高抵抗半導体膜としてはアモルファスシリコン(非晶質シリコン)、アモルファスC、アモルファスSe、非結晶C、非結晶GaN、及びこれらの混合物に限らず高抵抗の半導体であれば何でも良く、ポリシリコン、多結晶及び単結晶のダイアモンド、AlN、GaN及びこれらの混晶等、高抵抗の半導体であれば良い。
【0061】
なお、PbI2膜210の成膜前の下部のアモルファスシリコン、アモルファスSe、ポリシリコン等の膜への処理として、下部膜の表面酸化層又や汚染層の除去のための前処理は、酸化膜や酸化物を除去するために、溶液及びプラズマガスは適宜選択すれば良い。界面特性が良ければこれらの処理は省略しても良い。
【0062】
高感度X線感光膜210の膜厚はX線を十分に吸収できる膜厚とすれば良く、高抵抗半導体膜の膜厚は光キャリア(電子又は正孔)がアドレス時間の1/10程度の時間に高抵抗膜を走行できるように選べば良い。
【0063】
また、SeとPbI2は共に六方稠密構造であり格子不整合が4%と小さいために、Se膜上にPbI2膜を積層した場合、良好なPbI2の多結晶又は単結晶が成膜でき良好な特性が実現できた。
【0064】
本実施形態において、基板はTFTが形成されるものなら何でも良く、本実施形態においては、X線感光膜は低温で塗布形成可能である為、耐熱性の低いプラスチック等を用いても良い。従って、X線平面検出器全体に可塑性を持たせることも可能となる。
【0065】
本実施形態では、TFTを形成するSiとしてアモルファスシリコンを用いたが、ポリシリコンにより形成しても良い。ポリシリコンで形成すると、ポリシリコンの移動度が高いことからTFTを小さくすることが出来る為、画素の有効エリアが拡大し、また、周辺回路も同じガラス基板上に作成できる為、周辺回路を含めた製造コストが安くなる、という効果もある。
【0066】
TFTの構造としては、ゲート上置きでもゲート下置きでも良い。
【0067】
保護膜107としては、無機のSiNxや、SiO2、また有機のポリイミド類(ε=約3.3、耐圧約300V/mm)や、ベンゾシクロブテン(ε=約2.7、耐圧約400V/mm)、JSR(株)製アクリル系感光樹脂HRC(ε=約3.2)、黒レジスト等を用いれば良く、これらを必要に応じて積層しても良い。保護膜107としては、フッ素系樹脂も比誘電率が小さい(ε=約2.1)為、有効である。保護膜107は感光性でなくても良いが、感光性の材料の方がパターニングが容易である為に有効である。
【0068】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、X線を電荷に変換する効率を可及的に高くすることができるとともに、可及的に広いダイナミックレンジを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるX線平面検出器の第1の実施形態の構成を示す断面図。
【図2】第1の実施形態のX線平面検出器に係る高抵抗半導体膜と高感度X線感光膜との接合のエネルギ−バンド図。
【図3】本発明によるX線平面検出器の第2の実施形態の構成を示す断面図。
【図4】本発明によるX線平面検出器の第2の実施形態の製造工程を示す平面図。
【図5】本発明によるX線平面検出器の第3の実施形態の構成を示す断面図。
【図6】本発明によるX線平面検出器の第3の実施形態の構成を示す平面図。
【図7】本発明によるX線平面検出器の第4の実施形態の構成を示す断面図。
【図8】本発明によるX線平面検出器の第4の実施形態の変形例の構成を示す断面図。
【図9】従来のX線平面検出器の画素の構成を示す回路。
【符号の説明】
101 ガラス基板
102 ゲート電極
103 絶縁膜
104 アモルファスシリコン膜
105 ストッパ層
106 n+型アモルファスシリコン膜
107 保護膜
208 コンタクト用高抵抗半導体膜
209 高抵抗半導体膜
210 高感度X線感光膜
211 コンタクト用高感度X線感光膜
212 共通電極
401 画素回路
402 スイッチTFT
403 X線感光膜
404 蓄積容量
405 蓄積量稜線
406 高圧電源
407 走査線
408 信号線
409 走査線駆動回路
410 増幅器
411 保護用TFT
412 バイアス線
413 電源
503 画素電極
Claims (3)
- 入射したX線に感光し前記X線を信号電荷に変換するX線感光膜と、前記X線感光膜に接し前記X線感光膜の信号電荷電流を制限する、前記X線感光膜と材料が異なり、前記X線感光膜よりも高抵抗の半導体材料膜と、画素毎に設けられ、前記半導体材料膜によって制限された信号電荷電流を一端で受信するスイッチング素子と、前記スイッチング素子を開閉する駆動信号を送る走査線と、前記スイッチング素子に接続され、前記スイッチング素子が閉じたときに前記信号電荷電流が流れ込む信号線と、を備え、
前記X線感光膜は、PbI 2 、HgI 2 、CdS、ZnS、CdTe、PbTe、ZnTeおよびこれらの混晶からなる第1群の少なくとも1種の材料を含み、前記半導体材料膜は、非結晶Si、非結晶Se、非結晶C、多結晶Si、非晶質Se及びこれらの混晶からなる第2群の少なくとも1種類の材料を含んでいることを特徴とするX線平面検出器。 - 前記半導体材料膜は、X線感度がX線感光膜の感度の1/5以下であることを特徴とする請求項1記載のX線平面検出器。
- 前記スイッチング素子はTFTであり、前記半導体材料膜は前記TFTの活性層と実質的に同一層であることを特徴とする請求項1または2に記載のX線平面検出器。
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