JPS6329971A

JPS6329971A - 放射線撮像装置

Info

Publication number: JPS6329971A
Application number: JP61173479A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Hatanaka; 義式畑中; Toshiaki Kawai; 河合　敏昭
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1986-07-23
Filing date: 1986-07-23
Publication date: 1988-02-08
Anticipated expiration: 2013-01-14
Also published as: JP2697767B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、Ｘ線、γ線等の放射線を、１次元あるいは２
次元的に検出する放射線撮像装置に関する。

（従来の技術）Ｘ線、γ線等の放射線を検出する装置として、放射線の
イオン化現象を利用したガス検出器（０Ｍ管、比例計数
管、イオンチェンバ−５霧箱等）や螢光発光現象を利用
した検出器（シンチレーンヨン検出器）が知られている
。

半導体素子を放射線検出にポイントセンサとして使用す
るには螢光作用によって生じた光をホトセルで検出する
法あるいは、Ｌｌを活性剤としたＳｉ。

ＧｅのＰＮダイオード構造に逆バイアス電圧を加えた空
乏層内の放射線による励起キャリヤを検出する方法があ
る。

２次元的に検出する技術にはＣｓｌを放射線の吸収体お
よび発光体として利用し、この発光を光電陰極により光
電子に変換し加速、収束させて螢光体を発光させるＸ線
イメージインテンシファイヤや酸化鉛の放射線に対する
光導電性を利用した撮像管がある。

また上述の螢光板によって放射線像を光に変換し、これ
を位置検出能力のあるＣＣＤやＭＯ３光検出素子あるい
は可視光像を読み取る撮像管で検出する方法もとられて
いる。

第７図を参照して放射線（Ｔ線、Ｘ線）を螢光板によっ
て光に変換して、放射線の線量率や位置を検出する従来
の放射線撮像装置を説明する。

放射線は試料７０に吸収されて試料７０の放射線透過率
に応じた量が螢光体７１を輝かす。

このとき直接この像を写真乾板７２で撮像することもで
きる。

ここでは螢光体７１の像をレンズ７３によって縮小した
像をフォーカス面である位置に固体撮像素子７４あるい
は撮像管７５をおいて２次元光像を２次元電気信号に変
換し時系列信号として映像信号を得ている。

高解像度を必要とするときには撮像管７５を、必要とし
ないときには固体撮像素子７４を用いている。

第８図（Ａ）にＭＯＳの画素構造の固体撮像素子の例、
同図（Ｂ）にその等価回路を示す。

入射光（放射線）がホトダイオード部８１で電気信号と
して変換され貯えられる。

これをゲート部８２に信号を加えることによってこの電
気信号はゲート下のダイオード部８２に移動し、これを
信号線に電荷を移動し、φ１．φ２゜・・・・・・によ
って順次にゲートを駆動し次々に信号を読み出す。

（発明が解決しようとする問題点）前述した装置のように、放射線を螢光体によって光に変
換して後に検出することには、種々の問題がある。

螢光体には各種のものが考案され実用化されている。し
かし、発光効率が低いことで感度の問題がある。

また、発光には時間的立ち上がり光減衰が伴うので、こ
れらの特性で時間的応答が遅くなる。

位置情報として発光現象をとらえても発光には光拡散に
よる拡がりが生じる。

さらに光に変換された像を光学レンズによって縮小して
固体撮像素子に結像する。

このため固体撮像素子の分解能と共に、より解像度の上
で不満がある。

そのために固体撮像素子に直接放射線を入射させる例も
ある。

放射線像は、光学的レンズにより倍率を替えるなどの変
換ができないために、またあるていどの分解を得るため
に、放射線像の検出には、試料に対応する充分な大きさ
をもつ固体撮像素子が必要になる。

これらの要請を充たすために、Ｓｉ材料を用いて種々の
実用化実験が行われているが、Ｓｔでは放射線に対する
信号変換効率が低いという問題がある。

そのため現時点では、大面積で高解像度で高感度の素子
は得られていない。

本発明の目的は、放射線像の検出に通した大面積で高い
感度をもち、かつ製造が容易である放射線検出装置を提
供することにある。

（問題点を解決するための手段）前記目的を達成するために、本発明による放射線描像装
置は、放射線の吸収体である信号の創成層と信号電荷の
蓄積層とが半導体異種接合で形成されている光電変換部
と、前記異種接合で得られた信号電荷を読み出す薄膜ト
ランジスタ部との対を一体化して１次元または２次元に
配列して構成されている。

前記信号電荷の創成層は高比抵抗体となる重元素の化合
物半導体であり、Ｃｄ”　Ｔｅ５２またはＣｄ４８Ｓｅ
３４またはＺｎ”　Ｔｅ５２が通している。

前記信号電荷の蓄積層は、水素化アモルファスシリコン
が適している。

前記薄膜トランジスタはアモルファスシリコンと絶縁物
とゲート電極によって信号電荷移動を制御するものであ
る。

（実施例）以下図面等を参照して本発明をさらに詳しく説明する。

第１図は本発明による放射線撮像装置の第１の実施例の
断面図、第２図は同底面図、第３図は等価回路である。

この装置は主として、放射線を検出して信号電荷として
１ｍするホトダイオード部■と、蓄積された信号電荷を
読み出す薄膜トランジスタ部■から構成されている。

このホトダイオード部■は水素化アモルファスシリコン
（ａ−３ｉ　：　Ｈ）　Ｊｉｌとカドミュームテルル（
Ｃｄ４８７ｅ５２　）層２から形成されている。

この異種接合ではカドミュームテルル層２が高純度高抵
抗率の多結晶の層である。

さらにこの接合に電界を加えるための電極としてＮ形の
水素化アモルファスシリコン層１側には、Ｎ＋の水素化
アモルファスシリコン層３を介してモリブデン金属（Ｍ
Ｏ）の電極４が設けられており、カドミュームテルル層
２は窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）膜６を介して、ガラス
基板７上のモリブデン金１ｍ（Ｍｏ）の電極５に接続さ
れている。

電極４に正、電極５に負を印加すると、この異種接合に
おいて空乏層は主としてカドミュームテルル層２測に拡
がる。

この状態で放射線（Ｔ線、Ｘ線）が入射すると電子、正
孔対が生成し異種接合によって形成されているコンデン
サを放電する。

負電極すなわちガラス板７上に配置された電極５は放射
線量に応じて電位が高くなっていく。

これが信号電荷によるものである。

この蓄積電荷は薄膜トランジスタ部Ｈのゲート電極９に
正電圧を加えるとアモルファス窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ
４）膜１０の下のチャネルを通して信号電極１２に伝達
される。

第３図は、前記第１の実施例装置の等価回路である。

Ｎ形の水素化アモルファスシリコン層１とカドミューム
テルル層２で形成されるホトダイオードはそれぞれ画素
を形成するように分離されて形成される。

正電橿４は共通電極として配置されている。

負電極５は画素毎に■、■、■、・・・・・・と配置さ
れ薄膜トランジスタ部■のゲート電極９の対応するゲー
ト電極■、■、■・・・・・・と対向して配置されてい
る。

薄膜トランジスタ部Ｈの信号電極１２は共通に設けられ
ている。

ゲート電極９へのパルス電圧によって電極５と電極１２
間のスイッチが、オン−オフさせられる。

第４図は、前記第１の実施例装置の製造過程を示す略図
である。

（１）硼珪酸ガラスのガラス板７上にモリブデン金属を
スパッタ蒸着して電極５■、５■・・・と信号電極１２
を形成する。

（ＩＩ）高周波スパッタまたは蒸着法によりまずＰ形の
カドミュームテルル層２を形成する。このとき薄膜トラ
ンジスタ■が形成される部分を金属マスクで覆っておく
。そしてＮ膨水素化アモルファスシリコン層２およびＮ
＋水水素化７ルルフアスシ９フフ３をモノシラン（Ｓ　
ｉ　Ｈ４）ガスのグロー放電法により形成する。

そして最後に正の電極４を形成する金属を蒸着する。

（Ｉ［［）次に前記工程により形成されたにホトダイオ
ード部■を覆っておき前記グロー放電法により水素化ア
モルファスシリコン層１１と、アモルファス窒化シリコ
ン層１０を堆積させる。

最後にゲート電極９■、９■、９■・・を形成するモリ
ブデン金属を蒸着する。

この後ホトエンチング技術により各画素を分離する。

第５図は、前記第１の実施例装置の特性を示すグラフで
ある。

横軸を毎分当りの入射放射線量、縦軸を電極１２から取
り出される信号電流値としである。

第１図に示した実施例のホトダイオードの電極４゜５間
にダイオードに逆方向に１０．２０，３０Ｖの各電圧を
印加したときの出力電極１２からの出力電流を示したも
のである。

この感度は現在実用化されているシリコンを利用したも
のと比較して感度が５〜１０倍向上している。第６図は
、本発明による放射線撮像装置の第２の実施例を示す断
面図である。

先に第１図〜第３図に関連して説明した実施例の部分と
共通する機能を持つ部分には共通の数字を付しである。

ガラス板７の上にホトダイオード部■の電極５■・５■
・・を形成し、その上に窒化シリコンＦ１６１を形成す
る。さらにＰ形のカドミュームテルル層６２を形成し、
その上にＮ形の水素化アモルファスシリコン層６３を形
成する。

そしてホトダイオード部Ｉの電極４と薄膜トランジスタ
部■の出力電極１２を同時に形成する。

その上に窒化シリコン層６４を形成して、最後に薄膜ト
ランジスタ部■のゲート電極９■、９■。

９■・・・を形成する。

（発明の効果）以上詳しく説明したように、本発明による放射線撮像装
置は、信号電荷の蓄積層と放射線の吸収体である信号の
創成層が半導体異種接合で形成されている信号変換部と
、前記異種接合で得られた信号電荷を読み出す薄膜トラ
ンジスタ部との対を１次元または２次元に配列して構成
されている。

本発明によれば、放射線の吸収体である信号の創成層を
カドミュームテルルの高周波スパッタ法または蒸着法に
より高抵抗状態で成膜できる。

前述した製造方法によれば、スパッタ装置の真空槽の大
きさまで均一な成膜ができ、通常の手法でも６インチは
いうにおよばず９インチ径のものまで容易に製作できる
。

もちろんこの上に形成される信号電荷の蓄積層水素化ア
モルファスシリコンはユバフタ法またはグロー放電法に
より高抵抗膜に形成できる。

放射線検出器では放射線を検出するためには吸収係数の
大きなものが最も望ましい。

実施例として示した前記カドミュームテルル層は原子量
が大きいもの同志の化合物半導体層であるから吸収係数
も大きい。

また力ドミュームテルルはＩｎ添加によりＮ形。

ｓｂ添加によりＰ形にすることができる。

現在実用になっているｐｂｏ半導体もＣｄＴｅに匹敵す
るＸＩＪＩＴ線の吸収体ではあるが、Ｐｂ。

は空気によって著るしい変化を受は炭酸塩、水素化物に
変わり半導体としての性質をｍなう点で問題になる。

前述したようにＣｄ４９Ｓｅ３４またはｚｎ３０Ｔｅ５
２層も前記カドミュームテルル層と同様に原子量が大き
いもの同志の化合物半導体層であり信号生成層に適して
いる。

また本発明による放射線撮像装置は、カドミュームテル
ルと水素化アモルファスシリコンのベテロ接合にＸ線に
よって生じた信号電荷を水素化アモルファスシリコンの
薄膜トランジスタによりゲート信号制御で読み出せる。

したがって、信号処理が水素化アモルファスシリコンの
ゲート（スイッチ）を用いて駆動されるので非常に簡便
で増幅器への導入が容易である。

構造が簡単であるので、微細加工技術も回数が少なくで
きるので精度良くできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による放射線↑Ｉｉ像装置の第１の実
施例を示す断面図である。第２図は、前記実施例装置の図である。第３図は、前記実施例装置の等価回路を示す回路図であ
る。第４図は、前記第１の実施例装置の製造過程を示す略図
である。第５図は、前記第１の実施例装置の特性を示すグラフで
ある。第６図は、本発明による放射線撮像装置の第２の実施例
を示す断面図である。第７図は、従来の放射線撮像装置を示す略図である。第８図は、前記従来の放射線撮像装置に利用されるＭＯ
Ｓの画素構造の固体撮像素子の断面図（Ａ）とその等価
回路図（Ｂ）である。ホトダイオード部１１・・・Ｎ形の水素化アモルファスシリコン層２・・・
カドミュームテルル層３・・・Ｎ＋の水素化アモルファスシリコン層４・・・
正電極５■、５■、５■・・・・・・電極６・・・窒化シリコン膜７・・・ガラス板薄膜トランジスタ部■ ９■、９■、９■・・・ゲート電極１０・・・窒化シリコン層１１・・・水素化アモルファスシリコン層１２・・・信
号電極２４図才５図くり　　　　　ＱＪ　　　　　〜′＃（−ン一、ｎ）−
ｍ−）ｒ−一一２６図オフ図才８図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）放射線の吸収体である信号の創成層と信号電荷の
蓄積層とが半導体異種接合で形成されている光電変換部
と、前記異種接合で得られた信号電荷を読み出す薄膜ト
ランジスタ部との対を一体化して１次元または２次元に
配列して構成した放射線撮像装置。
（２）前記信号電荷の創成層は高比抵抗体となる重元素
の化合物半導体である特許請求の範囲第１項記載の放射
線撮像装置。
（３）前記信号電荷の創成層の半導体は高比抵抗体の化
合物半導体、カドミュームテルル（Ｃｄ＾４＾８Ｔｅ＾
５＾２）またはカドミュームセレン（Ｃｄ＾４＾８Ｓｅ
＾３＾４）または亜鉛テルル（Ｚｎ＾３＾０Ｔｅ＾５＾
２）である特許請求の範囲第２項記載の放射線撮像装置
。
（４）前記信号電荷の創成層の異種接合を形成する他の
半導体は、水素化アモルファスシリコンである特許請求
の範囲第１項記載の放射線撮像装置。
（５）前記薄膜トランジスタはアモルファスシリコンと
絶縁物とゲート電極によって信号電荷移動を制御するも
のである特許請求の範囲第１項記載の放射線撮像装置。
（６）前記薄膜トランジスタの絶縁物は窒化シリコン（
ＳｉＮ）である特許請求の範囲第１項記載の放射線撮像
装置。