JP5185003B2 - 放射線検出器 - Google Patents
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Description
本発明は、放射線検出器に関する。
放射線検出器の分野の技術を開示するものとしては、下記特許文献１がある。特許文献１には、非晶質半導体厚膜と、電圧印加電極と、非晶質半導体厚膜及び電圧印加電極の間に非晶質半導体厚膜の表面全体を覆うように耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜とを備えた放射線検出装置が開示されている。このように、特許文献１の放射線検出装置では、高抵抗膜を備えて、高いバイアスをかける場合においても暗電流の増加を少なくすることを図っている。
特開２００２−３１１１４４号公報
しかしながら、このような放射線検出装置では、耐熱性が不十分であるため、一旦、高温環境下にさらされると、常温に戻しても、暗電流を十分抑制することができない。本発明は、このような問題を鑑みてなされたものであり、耐熱性が向上される放射線検出器を提供することを目的とする。
上述の課題を解決するため、本発明に係る放射線検出器では、非晶質セレンからなり、入射する放射線を吸収して電荷を発生する電荷発生層と、放射線が入射される側の電荷発生層上に設けられた共通電極と、電荷発生層により生成する電荷を収集する複数の画素電極が配列されている信号読出し基板と、を備える放射線検出器において、電荷発生層と信号読出し基板との間に設けられており、砒素及びフッ化リチウムを含む第１非晶質セレン層と、第１非晶質セレン層と信号読出し基板との間に設けられており、砒素を含む第２非晶質セレン層と、第１非晶質セレン層と電荷発生層との間に設けられており、砒素を含む第３非晶質セレン層と、を更に備えることを特徴とする。
本発明に係る放射線検出器は、電荷発生層と信号読出し基板との間に砒素（Ａｓ）及びフッ化リチウムを含む第１非晶質セレン層と備えている。これにより、第１非晶質セレン層で画素電極からの注入正孔を捕獲して電荷発生層へ正孔（正電荷）が注入されることを抑制することができる。また、第１非晶質セレン層と電荷発生層との間に砒素を含む第３非晶質セレン層を備えており、第１非晶質セレン層と信号読出し基板との間に砒素を含む第２非晶質セレン層を備えている。これにより、第１非晶質セレン層中に含まれたフッ化リチウム（ＬｉＦ）が電荷発生層に熱拡散することを抑制することができる。そのため、フッ化リチウムの電荷発生層への熱拡散により生じる暗電流の増加を抑制することができる。すなわち、本発明に係る放射線検出器によれば、耐熱性の向上が図られる。更に、第１非晶質セレン層と第２非晶質セレン層は信号読出し基板の凸凹を吸収して、電荷発生層の結晶化を抑制することができ、その結果、向上された耐熱性を安定的に維持することができる。また、第２非晶質セレン層及び第３非晶質セレン層に含まれる砒素の原子濃度がそれぞれ、第１非晶質セレン層に含まれる砒素の原子濃度より高いことが好適である。
また、第２非晶質セレン層及び第３非晶質セレン層は、１０原子％以上４０原子％以下の砒素を含むことが好適である。第２及び第３の非晶質セレン層がこのような濃度範囲で砒素を含むことで、第１非晶質セレン層中のフッ化リチウムの拡散を効果的に抑制することができる。また、第１非晶質セレン層は、０．５原子％以上５原子％以下の砒素を含むことが好適である。これにより、暗電流の増加が抑制される。
また、第１非晶質セレン層は、０．０２重量％以上５重量％以下のフッ化リチウムを含むことが好適である。これにより、第１非晶質セレン層の電界を低減して正孔が電荷発生層へ注入されることを効果的に抑制することができる。また、第３非晶質セレン層は、０重量％以上５重量％以下のフッ化リチウムを含むことが好適である。また、第２非晶質セレン層の膜厚が第３非晶質セレン層の膜厚より大きいことが好適である。これにより、信号読出し基板の凸凹を十分に吸収して、第１非晶質セレン層の結晶化を十分に抑制することができる。
本発明に係る放射線検出器によれば、耐熱性の向上が図られる。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面の説明において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図１〜図３に示されるように、本実施形態に係るＸ線検出器１は、前方（図２及び図３において上方）から入射したＸ線を検出するためのものであり、信号読出し基板２と、信号読出し基板２上に順次に積層された結晶化抑制層（第２非晶質セレン層）１１、電界緩和層（第１非晶質セレン層）１３、第１熱特性強化層（第３非晶質セレン層）１５及びＸ線変換層（電荷発生層）１７と、これらの層１１，１３，１５及び１７を覆う第２熱特性強化層１９と、第２熱特性強化層１９上に順次に積層された電子注入阻止層２１（２１ａ，２１ｂ）及び共通電極２３と、これらの層１９，２１及び２３を覆う保護層２５とを備える。
信号読出し基板２は、シリコン基板３の一面３ａに画定された矩形状の有効画素領域Ｒに、多数の画素ユニット４が２次元マトリックス状に配列されて構成されている。シリコン基板３の一面３ａにおける有効画素領域Ｒの外側の領域には、一面３ａの一辺３ｂに沿って複数のボンディングパッド５が形成されており、一辺３ｂに隣接すると共に互いに対抗する２つの辺３ｃ及び３ｄのそれぞれに沿って複数のボンディングパッド６が形成されている。また、ボンディングパッド５、６及び画素電極７のコンタクトホールの形成領域を除くシリコン基板３の表面領域は、ＳｉＯ２からなる絶縁膜ＩＬに覆われている。
図４に示されるように、各画素ユニット４は、Ｘ線変換層１７により発生した電荷を収集するための画素電極７、画素電極７に収集された電荷（電子）を蓄積するための蓄積キャパシタ８、及び蓄積キャパシタ８に蓄積された電荷を読み出すためのスイッチ素子９を有している。これにより、信号読出し基板２においては、多数の画素電極７がシリコン基板３の一面３ａに２次元マトリックス上に配列されることになる。なお、スイッチ素子９は、例えはＣＭＯＳトランジスタである。
図１〜４に示されるように、各スイッチ素子９のゲートは、信号線３１及びボンディングパッド５を介してスイッチ素子９のＯＮ／ＯＦＦを行うゲートドライバ３３に電気的に接続されている。また、各蓄積キャパシタ８は、スイッチ素子９、信号線３５及びボンディングパッド６を介してチャージアンプ３７に電気的に接続されている。
シリコン基板３の一面３ａ上には結晶化抑制層１１が形成されている。結晶化抑制層１１は、１０原子％以上４０原子％以下の砒素（Ａｓ）を含む非晶質セレンからなり、耐熱性に優れている。また、電荷注入層としても機能する。さらに、結晶化抑制層１１は、電界緩和層１３と協同して信号読出し基板２の凸凹を吸収してＸ線変換層１７の結晶化を抑制するとともに、電界緩和層１３の結晶化も抑制する。結晶化抑制層１１の上には、電界緩和層１３、第１熱特性強化層１５及びＸ線変換層１７が順次に積層されている。
電界緩和層１３は、砒素及びフッ化リチウムを含む非晶質セレンからなり、その中のフッ化リチウムが正孔を捕獲することにより電界を低減して純セレン層であるＸ線変換層１７へ正孔が注入されることを阻止する。また、電界緩和層１３は、結晶化抑制層１１を覆って表面を平坦化する。なお、電界緩和層１３は、０．５原子％以上５原子％以下の砒素を含み、０．０２重量％以上５重量％以下のフッ化リチウムを含むことが好ましい。
第１熱特性強化層１５は、砒素を含む非晶質セレンからなり、電界緩和層１３からＸ線変換層１７へフッ化リチウムが熱拡散されることを抑制する。なお、第１熱特性強化層１５は、１０原子％以上４０原子％以下の砒素を含むことが好ましい。Ｘ線変換層１７は、照射されたX線を吸収して、吸収したX線量に比例する電荷を生成する。
信号読出し基板２上に設けられたこれらの層１１，１３，１５及び１７からなる積層体の上面及び側面を覆うように第２熱特性強化層１９が設けられている。第２熱特性強化層１９は、砒素を含む非晶質セレンからなる。また、第２熱特性強化層１９は、耐熱性に優れているため、層１１，１３，１５及び１７からなる積層体の上面及び側面を覆うことで、Ｘ線変換層１７や電界緩和層１３の結晶化を抑制することができる。第２熱特性強化層１９の上面１９ａ上には電子注入阻止層２１、及び共通電極２３が順次に積層されている。また、信号読出し基板２上に設けられたこれらの層１１，１３，１５，１７，１９，２１及び２３からなる積層体の上面及び側面を覆うように保護層２５が設けられている。
電子注入阻止層２１は、電子注入阻止層２１ａ及び２１ｂにより構成されている。電子注入阻止層２１ａは、５原子％以下の砒素を含む非晶質セレン層であり、電子注入阻止層２１ｂは３硫化アンチモンからなる層である。電子注入阻止層２１は、共通電極２３からのＸ線変換層１７への電子の注入を阻止する。共通電極２３は、金（Ａｕ）からなり、電圧電源５０によってバイアス電圧Ｖｂ（−１０Ｖ/μｍ〜−５０Ｖ/μｍ）が印加され、共通電極23と画素電極の間に電界が形成される。
保護層２５は、絶縁性を有し、耐湿性に優れた材料、例えばポリパラキシリレン樹脂（スリーボンド社製、商品名：パリレン等）からなる。これにより、絶縁性の確保による取り扱いの容易性の向上、外部雰囲気中の水蒸気やガスの遮断によるＸ線変換層１７の特性変動の防止等の効果を奏することになる。
なお、本例の各層の材料と、厚みは以下の通りである。
結晶化抑制層１１：
・材料：４０原子％の砒素を含む非晶質セレン
・厚み：０．３μｍ
電界緩和層１３：
・材料：２原子％の砒素及び０．１５重量％のフッ化リチウムを含む非晶質セレン
・厚み：５μｍ
第１熱特性強化層１５：
・材料：４０原子％の砒素を含む非晶質セレン
・厚み：０．０３μｍ
Ｘ線変換層１７：
・材料：非晶質セレン
・厚み：２００μｍ
第２熱特性強化層１９：
・材料：４０原子％の砒素を含む非晶質セレン
・厚み：０．７μｍ
電子注入阻止層２１ａ：
・材料：５原子％以下の砒素を含む非晶質セレン
・厚み：０．０３μｍ
電子注入阻止層２１ｂ：
・材料：３硫化アンチモン
・厚み：０．０３μｍ
共通電極２３：
・材料：Ａｕ
・厚み：０．０５μｍ
保護層２５：
・材料：ポリパラキシリレン樹脂
・厚さ：２０μｍ
・材料：４０原子％の砒素を含む非晶質セレン
・厚み：０．３μｍ
電界緩和層１３：
・材料：２原子％の砒素及び０．１５重量％のフッ化リチウムを含む非晶質セレン
・厚み：５μｍ
第１熱特性強化層１５：
・材料：４０原子％の砒素を含む非晶質セレン
・厚み：０．０３μｍ
Ｘ線変換層１７：
・材料：非晶質セレン
・厚み：２００μｍ
第２熱特性強化層１９：
・材料：４０原子％の砒素を含む非晶質セレン
・厚み：０．７μｍ
電子注入阻止層２１ａ：
・材料：５原子％以下の砒素を含む非晶質セレン
・厚み：０．０３μｍ
電子注入阻止層２１ｂ：
・材料：３硫化アンチモン
・厚み：０．０３μｍ
共通電極２３：
・材料：Ａｕ
・厚み：０．０５μｍ
保護層２５：
・材料：ポリパラキシリレン樹脂
・厚さ：２０μｍ
以上のように構成されたＸ線検出器１の動作について説明する。図４に示されるようにＸ線変換層１７にＸ線が入射すると、Ｘ線変換層１７では、Ｘ線が吸収されて、吸収されたＸ線量に比例する電荷が発生する。このとき、共通電極１８には、陽極が接地されている電圧電源５０の陰極が接続されてバイアス電圧Ｖｂ（−２ｋＶ〜−１０ｋＶ）が印加されているため、Ｘ線変換層１７に生成された電荷（電子）は、Ｘ線変換層１７中を電界に沿って移動し、画素電極７に収集されて蓄積キャパシタ８に蓄積される。そして、ゲートドライバ３３によって各スイッチ素子９のＯＮ／ＯＦＦが順次行われ、各蓄積キャパシタ８に蓄積されていた電子がチャージアンプ３７に順次読み出されて増幅されることになり、２次元Ｘ線画像が得られる。
本実施形態に係るＸ線検出器１は、Ｘ線変換層１７と信号読出し基板２との間に０．５原子％以上５原子％以下の砒素及び０．０２重量％以上５重量％以下のフッ化リチウムを含む電界緩和層１３と備えている。電界緩和層１３が、０．０２重量％以上２重量％以下のフッ化リチウムを含んでいるため、フッ化リチウムにより画素電極７からの正孔が捕獲されてＸ線変換層１７へ正孔が注入されることを抑制することができ、暗電流の増加を抑制することができる。また、電界緩和層１３が、０．５原子％以上５原子％以下の砒素をも含んでいるため、耐熱性が向上し、Ｘ線変換層１７への正孔注入抑制というフッ化リチウムの作用を維持させ、暗電流の増加を抑制することができる。
また、電界緩和層１３は、結晶化抑制層１１を覆って表面を平坦化し、信号読出し基板２の画素電極等による凸凹がＸ線変換層１７に及ぼす結晶化や各層の変形等の悪影響を抑制する。そのため、Ｘ線変換層１７を全域に渡って均一にし、均等な電界が印加されるようにすることができる。
また、電界緩和層１３とＸ線変換層１７との間に１０原子％以上４０原子％以下の砒素を含む第１熱特性強化層１５を備えており、電界緩和層１３と信号読出し基板２との間に１０原子％以上４０原子％以下の砒素を含む結晶化抑制層１１を備えている。これにより、電界緩和層１３中のフッ化リチウムがＸ線変換層１７に熱拡散することを効果的に抑制することができる。そのため、フッ化リチウムのＸ線変換層１７への熱拡散に伴う暗電流の増加を抑制することができる。また、暗電流の増加を抑制することにより、Ｘ線変換層１７に高電圧を印加することができ、感度特性を含むＸ線検出器１の特性が向上される。従来の非晶質セレンを用いたＸ線検出器を含む放射線検出器は、十分な耐熱性を有しておらず、動作環境、運送環境等において温度制御を行わなければならず、取り扱いに注意が必要である。しかし、Ｘ線検出器１を用いると、優れた耐熱性を確保することができ、取り扱いにおける注意が低減される。
また、結晶化抑制層１１及び第１熱特性強化層１５に含まれる砒素の原子濃度がそれぞれ、電界緩和層１３に含まれる砒素の原子濃度より高い。これにより、電界緩和効果を保持しつつ、Ｘ線検出器１の耐熱性の劣化が抑制されて効果的に暗電流を抑制することができる。
また、Ｘ線検出器１は、信号読出し基板２上に設けられたこれらの層１１，１３，１５及び１７を覆うように砒素を含む非晶質セレンからなる第２熱特性強化層１９を備えている。これにより、全体的な耐熱性が向上し、第１熱特性強化層１５と共に、電界緩和層１３の機能をより効果的に維持させ、Ｘ線変換層１７へ正孔が注入されることを効果的に阻止することができる。
更に、Ｘ線検出器１は、結晶化抑制層１１及び電界緩和層１３を備えているため、結晶化抑制層１１が電界緩和層１３と協同して信号読出し基板２の凸凹を吸収してＸ線変換層１７の結晶化を抑制するとともに、電界緩和層１３の結晶化を抑制し、向上された耐熱性を安定的に維持することができる。
また、結晶化抑制層１１は、その膜厚が第１熱特性強化層１５の膜厚より大きいため、電界緩和層１３と協同して信号読出し基板２の凸凹を十分に吸収してＸ線変換層１７の結晶化を抑制するとともに、電界緩和層１３の結晶化を十分に抑制することができる。
本発明は、前述した実施形態に限定されない。例えば、本発明に係る放射線検出器は、Ｘ線検出器に限定されず、波長領域の異なる電磁波（γ線、その他の光等）や、粒子線(α線、β線等)を検出するためのものであってもよい。また、信号読出し基板２は、複数の画素電極７がシリコン基板３上に２次元に配列されてなるもので限定されず、複数の画素電極７がシリコン基板３の前面に１次元に配列されてなるものであってもよい。例えば、本実施形態においてスイッチ素子９は、ＣＭＯＳトランジスタであるが、ＴＦＴであってもよい。
また、第１熱特性強化層はフッ化リチウムを含んでいないが、５重量％以下の濃度範囲にある限り、フッ化リチウムを含んでいればよい。これにより、更なる電界緩和効果が得られることが予想される。
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
［暗電流抑制効果の確認試験］
（実施例１の実験条件）
実施例１においては、信号読出し基板２のシリコン基板３の一面３ａ上に、マスクを用いた真空蒸着法等を用いて結晶化抑制層１１、電界緩和層１３及び第１熱特性強化層１５を形成した（図１〜３参照）。なお、各層の具体的な条件は、以下の通りであった。
（実施例１の実験条件）
実施例１においては、信号読出し基板２のシリコン基板３の一面３ａ上に、マスクを用いた真空蒸着法等を用いて結晶化抑制層１１、電界緩和層１３及び第１熱特性強化層１５を形成した（図１〜３参照）。なお、各層の具体的な条件は、以下の通りであった。
結晶化抑制層１１：
・材料：：４０原子％の砒素を含む非晶質セレン
・厚み：０．３μｍ
電界緩和層１３：
・材料：２原子％の砒素及び０．１５重量％のフッ化リチウムを含む非晶質セレン
・厚み：５μｍ
第１熱特性強化層１５：
・材料：４０原子％の砒素を含む非晶質セレン
・厚み：０．０３μｍ
・材料：：４０原子％の砒素を含む非晶質セレン
・厚み：０．３μｍ
電界緩和層１３：
・材料：２原子％の砒素及び０．１５重量％のフッ化リチウムを含む非晶質セレン
・厚み：５μｍ
第１熱特性強化層１５：
・材料：４０原子％の砒素を含む非晶質セレン
・厚み：０．０３μｍ
（比較例１〜２の実験条件）
図５は、比較例１に係るＸ線検出器１における本実施形態の図３に対応する図である。
比較例１に係るＸ線検出器１は、電界緩和層１３が平坦化の機能をも兼ねている実施例１に比較して結晶化抑制層１１と電界緩和層１３との間にフッ化リチウムを含まない平坦化層４１を別に設けた点、及び電界緩和層１３とＸ線変換層１７との間に第１熱特性強化層１５を設けなかった点で実施例１と大きく相違した。また、各層の具体的な条件も実施例１と異なった。比較例１においては、まず、信号読出し基板２のシリコン基板３の一面３ａ上に、マスクを用いた真空蒸着法等を用いて結晶化抑制層１１、平坦化層４１、及び電界緩和層１３を形成した。なお、各層の具体的な条件は、以下の通りであった。
図５は、比較例１に係るＸ線検出器１における本実施形態の図３に対応する図である。
比較例１に係るＸ線検出器１は、電界緩和層１３が平坦化の機能をも兼ねている実施例１に比較して結晶化抑制層１１と電界緩和層１３との間にフッ化リチウムを含まない平坦化層４１を別に設けた点、及び電界緩和層１３とＸ線変換層１７との間に第１熱特性強化層１５を設けなかった点で実施例１と大きく相違した。また、各層の具体的な条件も実施例１と異なった。比較例１においては、まず、信号読出し基板２のシリコン基板３の一面３ａ上に、マスクを用いた真空蒸着法等を用いて結晶化抑制層１１、平坦化層４１、及び電界緩和層１３を形成した。なお、各層の具体的な条件は、以下の通りであった。
結晶化抑制層１１：
・材料：４０原子％の砒素を含む非晶質セレン
・厚み：０．３μｍ
平坦化層４１：
・材料：２原子％の砒素を含む非晶質セレン
・厚み：５μｍ
電界緩和層１３：
・材料：１．２重量％のフッ化リチウムを含む非晶質セレン
・厚み：０．０６μｍ
・材料：４０原子％の砒素を含む非晶質セレン
・厚み：０．３μｍ
平坦化層４１：
・材料：２原子％の砒素を含む非晶質セレン
・厚み：５μｍ
電界緩和層１３：
・材料：１．２重量％のフッ化リチウムを含む非晶質セレン
・厚み：０．０６μｍ
図６は、比較例２に係るＸ線検出器１における本実施形態の図３に対応する図である。比較例２に係るＸ線検出器１は、比較例１と同様に結晶化抑制層１１と電界緩和層１３との間にフッ化リチウムを含まない平坦化層４１を別に設けた点、電界緩和層１３中のフッ化リチウムの濃度が実施例１に比べて低かった点、及び電界緩和層１３と平坦化層４１との間に第３熱特性強化層４３を更に設けた点で実施例１と大きく異なった。また、各層の具体的な条件も実施例１と異なった。比較例２においては、まず、信号読出し基板２のシリコン基板３の一面３ａ上に、マスクを用いた真空蒸着法等を用いて結晶化抑制層１１、平坦化層４１、第３熱特性強化層４３及び電界緩和層１３を形成した。なお、各層の具体的な条件は、以下の通りであった。
結晶化抑制層１１：
・材料：４０原子％の砒素を含む非晶質セレン
・厚み：０．３μｍ
平坦化層４１：
・材料：２原子％の砒素を含む非晶質セレン
・厚み：５μｍ
第３熱特性強化層４３：
・材料：４０原子％の砒素を含む非晶質セレン
・厚み：３０ｎｍ
電界緩和層１３：
・材料：０．５重量％のフッ化リチウムを含む非晶質セレン
・厚み：０．０６μｍ
第１熱特性強化層１５：
・材料：４０原子％の砒素を含む非晶質セレン
・厚み：０．０３μｍ
・材料：４０原子％の砒素を含む非晶質セレン
・厚み：０．３μｍ
平坦化層４１：
・材料：２原子％の砒素を含む非晶質セレン
・厚み：５μｍ
第３熱特性強化層４３：
・材料：４０原子％の砒素を含む非晶質セレン
・厚み：３０ｎｍ
電界緩和層１３：
・材料：０．５重量％のフッ化リチウムを含む非晶質セレン
・厚み：０．０６μｍ
第１熱特性強化層１５：
・材料：４０原子％の砒素を含む非晶質セレン
・厚み：０．０３μｍ
（共通条件）
実施例１、比較例１及び比較例２において、上記の層をそれぞれ形成した後、マスクを用いた真空蒸着法等を用いてＸ線変換層１７を形成した。その後マスクを除去して、信号読出し基板２上に形成されたＸ線変換層１７までの層を覆うように第２熱特性強化層１９を形成した。その後、真空蒸着法等を用いて第２熱特性強化層１９の上面１９ａ上にマスクを用いて電子注入阻止層２１を、電子注入阻止層２１上に有効画素領域Ｒを含むように共通電極２３を形成した。その後、マスクを除去して、そこまで形成された層を覆うように保護層２５を形成した。なお、各層の具体的な条件は、以下の通りであった。
実施例１、比較例１及び比較例２において、上記の層をそれぞれ形成した後、マスクを用いた真空蒸着法等を用いてＸ線変換層１７を形成した。その後マスクを除去して、信号読出し基板２上に形成されたＸ線変換層１７までの層を覆うように第２熱特性強化層１９を形成した。その後、真空蒸着法等を用いて第２熱特性強化層１９の上面１９ａ上にマスクを用いて電子注入阻止層２１を、電子注入阻止層２１上に有効画素領域Ｒを含むように共通電極２３を形成した。その後、マスクを除去して、そこまで形成された層を覆うように保護層２５を形成した。なお、各層の具体的な条件は、以下の通りであった。
Ｘ線変換層１７：
・材料：非晶質セレン
・厚み：２００μｍ
第３熱特性強化層１９：
・材料：砒素を含む非晶質セレン
・厚み：０．７μｍ
電子注入阻止層２１ａ：
・材料：５原子％以下の砒素を含む非晶質セレン
・厚み：０．０３μｍ
電子注入阻止層２１ｂ：
・材料：３硫化アンチモン
・厚み：０．０３μｍ
共通電極２３：
・材料：金（Ａｕ）
・厚み：０．０５μｍ
保護層２５：
・材料：ポリパラキシリレン樹脂
・厚み：２０μｍ
・材料：非晶質セレン
・厚み：２００μｍ
第３熱特性強化層１９：
・材料：砒素を含む非晶質セレン
・厚み：０．７μｍ
電子注入阻止層２１ａ：
・材料：５原子％以下の砒素を含む非晶質セレン
・厚み：０．０３μｍ
電子注入阻止層２１ｂ：
・材料：３硫化アンチモン
・厚み：０．０３μｍ
共通電極２３：
・材料：金（Ａｕ）
・厚み：０．０５μｍ
保護層２５：
・材料：ポリパラキシリレン樹脂
・厚み：２０μｍ
（比較例３の実験条件）
比較例３においては、実施例１と同様の構造のＸ線検出器１を実施例１と同様の方法で形成した。しかし、第１熱特性強化層１５がなく、電界緩和層１３は砒素を含んでいなかった点で実施例１と大きく異なった。各層の具体的な条件は、以下の通りであった。
比較例３においては、実施例１と同様の構造のＸ線検出器１を実施例１と同様の方法で形成した。しかし、第１熱特性強化層１５がなく、電界緩和層１３は砒素を含んでいなかった点で実施例１と大きく異なった。各層の具体的な条件は、以下の通りであった。
結晶化抑制層１１：
・材料：４０原子％の砒素を含む非晶質セレン
・厚み：０．３μｍ
電界緩和層１３：
・材料：０．１５重量％のフッ化リチウムを含む非晶質セレン
・厚み：５μｍ
Ｘ線変換層１７：
・材料：非晶質セレン
・厚み：５０μｍ
第２熱特性強化層１９：
・材料：４０原子％の砒素を含む非晶質セレン
・厚み：０．７μｍ
電子注入阻止層２１ａ：
・材料：５原子％以下の砒素を含む非晶質セレン
・厚み：０．０３μｍ
電子注入阻止層２１ｂ：
・材料：３硫化アンチモン
・厚み：０．０３μｍ
共通電極２３：
・材料：Ａｕ
・厚み：０．０５μｍ
保護層２５：
・材料：ポリパラキシリレン樹脂
・厚さ：２０μｍ
・材料：４０原子％の砒素を含む非晶質セレン
・厚み：０．３μｍ
電界緩和層１３：
・材料：０．１５重量％のフッ化リチウムを含む非晶質セレン
・厚み：５μｍ
Ｘ線変換層１７：
・材料：非晶質セレン
・厚み：５０μｍ
第２熱特性強化層１９：
・材料：４０原子％の砒素を含む非晶質セレン
・厚み：０．７μｍ
電子注入阻止層２１ａ：
・材料：５原子％以下の砒素を含む非晶質セレン
・厚み：０．０３μｍ
電子注入阻止層２１ｂ：
・材料：３硫化アンチモン
・厚み：０．０３μｍ
共通電極２３：
・材料：Ａｕ
・厚み：０．０５μｍ
保護層２５：
・材料：ポリパラキシリレン樹脂
・厚さ：２０μｍ
（熱処理前及び後の電界−暗電流密度特性）
実施例１、比較例１〜３に対して電界−暗電流密度特性を測定した。すなわち、実施例１、比較例１〜３に対して印加する電界の大きさを増加させながら、暗電流密度を測定した。その後、比較例１〜３に対しては大気中に６０℃の環境で３０時間放置した後に同様の測定を行った。また、実施例１に対しては比較例１〜３の放置温度より高い７０℃の環境で大気中に３０時間放置した後に同様の測定を行った。その結果を図７〜図１０に示している。図７〜図１０のいずれにおいても、横軸が印加した電界（Ｖ／μｍ）、縦軸が測定された暗電流密度（ｐＡ／ｍｍ２）を示している。
実施例１、比較例１〜３に対して電界−暗電流密度特性を測定した。すなわち、実施例１、比較例１〜３に対して印加する電界の大きさを増加させながら、暗電流密度を測定した。その後、比較例１〜３に対しては大気中に６０℃の環境で３０時間放置した後に同様の測定を行った。また、実施例１に対しては比較例１〜３の放置温度より高い７０℃の環境で大気中に３０時間放置した後に同様の測定を行った。その結果を図７〜図１０に示している。図７〜図１０のいずれにおいても、横軸が印加した電界（Ｖ／μｍ）、縦軸が測定された暗電流密度（ｐＡ／ｍｍ２）を示している。
（評価及び結果）
図７に示すように、比較例１の場合には、電界が１０Ｖ／μｍから２０Ｖ／μｍまでは放置前及び後において測定された暗電流密度に差が少ない。しかし、電界が２０Ｖ／μｍ以上になると放置前の場合に比べて放置後の場合が流れる暗電流密度が大幅に増加することが確認された。これは、第１熱特性強化層１５を備えていないため電界緩和層１３中のフッ化リチウムのＸ線変換層１７への拡散が抑制されなかったこと、及び実施例１と比べて電界緩和層１３の厚みが薄く平坦化層４１がフッ化リチウムを含んでいないため、フッ化リチウムによる電界低減効果が十分に得られなかったことによるものと考えられる。
図７に示すように、比較例１の場合には、電界が１０Ｖ／μｍから２０Ｖ／μｍまでは放置前及び後において測定された暗電流密度に差が少ない。しかし、電界が２０Ｖ／μｍ以上になると放置前の場合に比べて放置後の場合が流れる暗電流密度が大幅に増加することが確認された。これは、第１熱特性強化層１５を備えていないため電界緩和層１３中のフッ化リチウムのＸ線変換層１７への拡散が抑制されなかったこと、及び実施例１と比べて電界緩和層１３の厚みが薄く平坦化層４１がフッ化リチウムを含んでいないため、フッ化リチウムによる電界低減効果が十分に得られなかったことによるものと考えられる。
図８に示すように、比較例２の場合にも、電界が１０Ｖ／μｍから２０Ｖ／μｍまでは放置前及び後において測定された暗電流密度に差が少ないが、電界が２０Ｖ／μｍ以上になると放置前の場合に比べて放置後の場合が流れる暗電流密度が大幅に増加することが確認された。これは、第１熱特性強化層１５及び第３熱特性強化層４３により電界緩和層１３中のフッ化リチウムの拡散は抑制されるものの、実施例１と比べて電界緩和層１３の厚みが薄く且つフッ化リチウムの濃度が低いため、フッ化リチウムによる電界低減効果が十分に得られなかったことによるものと考えられる。
図９に示すように、比較例３の場合には、すべての電界の範囲において、放置前の場合に比べて放置後の場合が流れる暗電流密度が大幅に増加することが確認された。これは、第１熱特性強化層１５を備えていないため電界緩和層１３中のフッ化リチウムのＸ線変換層１７への拡散が抑制されなかったこと、及び電界緩和層１３が砒素を含んでいないため、フッ化リチウムの電界低減機能が維持されなかったことによるものと考えられる。
一方、図１０に示すように、実施例１の場合には、すべての電界の範囲において、放置前及び放置後における電界−暗電流密度特性がほとんど変わらないことが確認された。
実施例１、比較例１〜３から、実施例１の場合には、Ｘ線変換層１７と信号読出し基板２との間に設けられており、０．５原子％以上５原子％以下の砒素と０．０２重量％以上５重量％以下のフッ化リチウムとを含む電界緩和層１３と、電界緩和層１３とＸ線変換層１７との間に設けられており、１０原子％以上４０原子％以下の砒素を含む第１熱特性強化層１５とを備えるため、優れた耐熱性を有し、その結果、初期、加熱放置前並びに加熱放置後ともに暗電流が抑制されることが確認された。
１…放射線検出器、２…信号読出し基板、３…シリコン基板、７…画素電極、１３…電界緩和層、１５…第１熱特性強化層、１７…Ｘ線変換層、２３…共通電極。
Claims (7)
- 非晶質セレンからなり、入射する放射線を吸収して電荷を発生する電荷発生層と、
前記放射線が入射される側の前記電荷発生層上に設けられた共通電極と、
前記電荷発生層により生成する電荷を収集する複数の画素電極が配列されている信号読出し基板と、
を備える放射線検出器において、
前記電荷発生層と前記信号読出し基板との間に設けられており、砒素及びフッ化リチウムを含む第１非晶質セレン層と、
前記第１非晶質セレン層と前記信号読出し基板との間に設けられており、砒素を含む第２非晶質セレン層と、
前記第１非晶質セレン層と前記電荷発生層との間に設けられており、砒素を含む第３非晶質セレン層と、
を更に備えることを特徴とする放射線検出器。 - 前記第２非晶質セレン層及び前記第３非晶質セレン層に含まれる砒素の原子濃度がそれぞれ前記第１非晶質セレン層に含まれる砒素の原子濃度より高いことを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
- 前記第２非晶質セレン層及び前記第３非晶質セレン層は、１０原子％以上４０原子％以下の砒素を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線検出器。
- 前記第１非晶質セレン層は、０．５原子％以上５原子％以下の砒素を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の放射線検出器。
- 前記第１非晶質セレン層は、０．０２重量％以上５重量％以下のフッ化リチウムを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の放射線検出器。
- 前記第３非晶質セレン層は、０重量％以上５重量％以下のフッ化リチウムを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の放射線検出器。
- 前記第２非晶質セレン層の膜厚が前記第３非晶質セレン層の膜厚より大きいことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の放射線検出器。
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