KR20110066029A - 엑스레이 검출용 포토다이오드 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 엑스레이 검출용 포토다이오드 및 이의 제조방법을 개시한다. 개시된 본 발명의 엑스레이 검출용 포토다이오드는, 기판; 상기 기판 상에 화소 영역을 정의하기 위해 교차 배치된 게이트 라인과 리드아웃 라인; 상기 게이트 라인과 리드아웃 라인이 교차하는 영역에 배치된 스위칭 소자; 및 상기 화소 영역에 배치된 포토다이오드를 포함하고, 상기 포토다이오드는 제 1 전극과 광도전체층 및 제 2 전극이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 제 1 전극이 상기 광도전체층 및 제 2 전극들의 가장자리 둘레 외측으로 확장 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 엑스레이 검출용 포토다이오드는 전극 구조를 변경함으로써 가장자리 영역에서 발생되는 누설 전류를 최소화한 효과가 있다.
포토다이오드, X-ray, 검출, 광도전체
Description
본원 발명은 엑스레이 검출용 포토다이오드에 관한 것이다.
현재 의료용으로 사용되는 진단용 X-선 영상 획득 장치는 스크린/필름(Screen/Film)을 사용하여 촬용하고, 판독을 위해 그 필름을 인화해야하는 공정을 가진다. 근래에는 반도체 기술의 발전에 힘입어 박막 트랜지스터를 이용한 디지털 엑스레이 디텍터(digital X-ray detector)가 연구 및 개발되고 있다.
일반적으로 엑스레이 검출용 평판형 기판은 인체를 투과한 방사선을 검출하여 영상정보를 획득하는 방사선 검출장치에 있어서 방사선의 영상정보를 전기신호로 변환시키고 이를 검출하는 패널을 의미한다.
이러한, X-선 영상 장치는 피사체를 통과한 X-선을 검출하여 전기적인 신호로 변환하기 위한 검출소자를 구비해야 한다.
종래 기술 방식에 있어서, TFT(Thin Film Transistor)는 픽셀을 기본 단위로 하는 셀들의 집합으로 구성된 평면판으로서, 이러한 TFT 기판을 이용한 검출장치는 어레이(Array) 형태로 배열된 패널에서 행으로 배열된 각 픽셀의 게이트 전극을 컨트롤하고, 열로 배열된 각 픽셀의 데이터 라인을 통해 전기 신호를 검출하여 이를 모니터 등의 디스플레이 장치에 각 픽셀에 해당하는 전기적 영상 신호를 뿌려 줌으로써 디지털 영상을 형성하였다.
종래의 디지털 X-선 검출패널은 X-선의 조사 선량에 비례하는 전하를 발생하는 광도전체(Photoconductor)와, 광도전체에서 생성된 전하를 수집하는 수집전극과, 수집전극에서 수집된 전하가 충전되는 커패시터와, 커패시터에 충전된 전압신호를 리드아웃 라인쪽으로 선택적으로 전달하는 스위칭 소자로 이루어진다. 광도전체는 광전변환 특성을 갖는 셀레늄으로 형성되어 X-선을 전기적 신호로 변환하게 된다. 이때, 광도전체에는 X-선에 대응하는 전자 정공쌍(electron-hole pair)이 생성된다.
스위치 소자는 박막 트랜지스터(TFT)로 구현되며, 이때 TFT의 게이트 전극은 게이트 버스라인에 접속되고, TFT의 소스전극은 데이터 라인에 접속된다. X-선의 입사에 의해 생성된 정공이 커패시터에 충전되고, 커패시터에 충전된 전압신호가 데이터 라인을 경유하여 리드아웃되어 영상으로 재생된다.
도 1은 종래 엑스레이 검출용 기판 상에 형성된 화소 구조를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 기판(10) 상에 절연층(12)이 형성되어 있고, 상기 절연층(12) 상에는 TFT의 소스/드레인 전극 중 드레인 전극(13)이 배치되어 있다. 상기 드레인 전극(13) 상부에는 제 1 보호층(15)을 사이에 두고 포토다이오드의 음의 전 극(cathode electrode:20)이 배치되어있다. 상기 음의 전극(20) 상에는 광도전체층(25)이 형성되어 있고, 상기 광도전체층(25) 상에는 양(anode)의 전극(30)이 배치되어 있다. 상기 양의 전극(30) 상에는 제 2 보호층(32)이 형성되어 있고, 상기 양의 전극(30)은 전원 라인(40)과 전기적으로 연결되어 있다.
상기 음의 전극(20), 광도전체층(25) 및 양의 전극(30)으로 구성된 포토다이오드는 외부로부터 조사되는 X-선 또는 광을 전자신호로 변환하여 충전하고, 화소 영역에 배치된 TFT의 게이트 전극에 공급되는 구동 신호에 의해 충전된 전기신호는 리드아웃(미도시) 라인을 통하여 영상 신호로 디스플레이 된다.
상기와 같은 포토다이오드의 전기적 성능에 큰 영향을 미치는 것은 누설 전류이다. 상기 전원라인(40)에 의해 포토다이오드는 바이어스(Vias)되고 있는데, 이때 누설 전류 발생이 큰 경우에는 전기적 성능이 저하된다.
특히, 종래 화소 영역에 형성되는 포토다이오드는 가장자리 둘레를 따라 발생되는 누설 전류가 문제가 되었다.
본 발명은 포토다이오드의 전극 구조를 변경함으로써 가장자리 영역에서 발생되는 누설 전류를 최소화한 엑스레이 검출용 포토다이오드 및 이의 제조방법을 제공한 목적이 있다.
또한, 본 발명은 포토다이오드의 전극과 광도전체층 간의 단차를 최소화하여 누설 전류를 줄이고 전기적 특성을 개선한 엑스레이 검출용 포토다이오드 및 이의 제조방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 엑스레이 검출용 포토다이오드는, 기판; 상기 기판 상에 화소 영역을 정의하기 위해 교차 배치된 게이트 라인과 리드아웃 라인; 상기 게이트 라인과 리드아웃 라인이 교차하는 영역에 배치된 스위칭 소자; 및 상기 화소 영역에 배치된 포토다이오드를 포함하고, 상기 포토다이오드는 제 1 전극과 광도전체층 및 제 2 전극이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 제 1 전극이 상기 광도전체층 및 제 2 전극들의 가장자리 둘레 외측으로 확장 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 엑스레이 검출용 포토다이오드 제조 방법은, 기판 상에 게이트 라인, 게이트 전극과 액티브층 및 소스/드레인 전극을 포함하는 스위칭 소자를 형성하는 단계; 및 상기 스위칭 소자와 전기적으로 연결되는 포토다이오드를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 포토다이오드를 형성하는 단계는, 상기 스위칭 소자의 드레인 전극과 전기적으로 연결되는 제 1 전극을 형성하는 단계; 상기 제 1 전극 상에 상기 제 1 전극보다 좁은 면적으로 광도전층을 형성하는 단계; 및 상기 광도전층 상에 상기 광도전층보다 좁은 면적으로 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 엑스레이 검출용 포토다이오드는 전극 구조를 변경함으로써 가장 자리 영역에서 발생되는 누설 전류를 최소화한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 엑스레이 검출용 포토다이오드는 전극과 광도전체층 간의 단차를 최소화하여 누설 전류를 줄이고 전기적 특성을 개선한 효과가 있다.
이하, 본 발명의 실시예들은 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 엑스레이 검출용 포토다이오드의 화소 구조를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 엑스레이 검출용 포토다이오드는, 교차 배열되어 화소 영역을 정의하는 게이트 라인(101)과 리드아웃 라인(103)과, 상기 화소 영역에 배치되어 있는 포토다이오드(200)와, 상기 게이트 라인(101)과 리드아웃 라인(103)의 교차 영역에 배치되어 있는 스위칭 소자(TFT)와, 상기 게이트 라인(101)과 교차하면서 상기 리드아웃 라인(103)과 평행하게 배치되어 있는 전원 라인(160)을 포함한다.
상기 포토다이오드(200)는 음의 전극(120)과 광도전층(125) 및 양의 전극(130)을 포함하고, 본 발명의 포토다이오드(200)에서는 음의 전극(120)이 화소 영역에서 가장 넓게 형성되고, 이후 광도전층(125)과 양의 전극(130)이 순차적으로 작은 면적으로 적층되어 있다.
상기 전원 라인(160)은 화소 영역에서 리드아웃 라인(103)과 평행하면서 상기 TFT 상부와 오버랩되도록 배치되어 있다.
상기 게이트 라인(101)의 가장자리 영역에는 게이트 패드(111)가 형성되어 있고, 상기 게이트 패드(111) 상에는 게이트 콘택패드(121)가 형성되어 있어, 외부로부터 공급되는 게이트 구동 신호를 각 화소 영역에 공급하여 TFT를 턴온시킨다.
상기 리드아웃 라인(103)의 가장자리 영역에는 리드아웃 패드(103a)가 형성되어 있고, 상기 리드아웃 패드(103a) 상에는 리드아웃 콘택패드(123)가 형성되어 있어, 상기 포토다이오드(200)에서 빛을 전기적 신호로 변환한 후 충전된 신호를 외부 영상 디스플레이로 공급한다.
도 3은 상기 도 2의 X 영역을 확대한 도면으로서, 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 엑스레이 검출용 포토다이오드(200)는 화소 영역에서 음의 전극(120)의 면적이 가장 넓게 형성되어 있고, 순차적으로 광도전체층(125)과 양의 전극(130)이 적층되어 있다. 구조적으로 상기 양의 전극(130)의 면적이 가장 작아 상기 광도전체층(125)의 가장자리가 상기 양의 전극(130)의 외측으로 노출(Exposed)되어 있고, 상기 음의 전극(120)은 상기 광도전체층(125)의 가장자리로 노출되어 있다.
따라서, 본 발명의 엑스레이 검출용 포토다이오드(200)는 음의 전극(120), 광도전체층(125) 및 양의 전극(130)이 피라미드 형태로 적층되어 있어 측면 영역의 단차가 종래 보다 완만하다. 즉, 상기 음의 전극(120)과 광도전체층(125) 사이의 단차가 줄어들어 누설되는 전류양이 줄어든다.
도면에 도시된 Y 영역은 화소 영역의 상부에서 절연막층이 제거된 오픈 영역이며, 빛을 수광하는 영역이다.
도 4는 상기 도 2의 A-A' 선, B-B' 선 및 C-C' 선을 절단한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 엑스레이 검출용 포토다이오드는 기판(100) 상에 금속막을 증착하고, 마스크 공정에 따라 게이트 배선(101)과 게이트 전극(101a) 및 게이트 패드(111)를 형성한다.
상기와 같이 게이트 전극(101a) 등이 기판(100) 상에 형성되면, 기판(100)의 전영역 상에 게이트 절연막(112)을 형성하고, 비정질 실리콘막과 도핑된 비정질 실리콘막을 순차적으로 형성한 다음, 마스크 공정을 진행하여 상기 게이트 전극(101a) 상부의 게이트 절연막(112) 상에 액티브층(104)을 형성한다.
상기와 같이, 액티브층(104)이 형성되면 기판(100) 상에 소스/드레인 금속막을 형성하고, 마스크 공정을 진행하여 소스/드레인 전극(117a, 117b), 게이트 패드 연결부(122) 및 리드아웃 패드(103a)를 형성한다.
그런 다음, 제 1 층간절연막(115)을 기판(100) 상에 형성하고, 콘택홀 공정을 진행하여 상기 드레인 전극(117b) 영역을 오픈한다. 이후, 금속막을 기판(100) 상에 형성한 다음 마스크 공정에 따라 상기 화소 영역 상에 음의 전극(120)을 형성 한다. 상기 음의 전극(120)은 콘택홀을 통하여 상기 드레인 전극(117b)과 전기적으로 콘택된다.
그런 다음, 상기 음의 전극(120) 상에 광도전체층(125)과 양의 전극(130)을 순차적으로 형성한다. 상기 양의 전극(130)은 투명성 도전물질(ITO, IZO, ITZO)을 사용할 수 있다.
상기 광도전체층(125)은 상기 음의 전극(120) 보다 좁은 면적으로 형성하기 때문에 상기 음의 전극(120)의 가장자리 영역이 상기 광도전체층(125)의 외측 가장자리 둘레를 따라 노출되어 있다. 상기 음의 전극(120)은 몰리브덴(Mo)과 같은 금속 재질을 사용할 수 있다.
상기와 같이 화소 영역에 포토다이오드가 형성되면, 기판(100)의 전 영역에 제 2 층간절연막(116)을 형성한 다음, 마스크 공정에 따라 소스 전극(117a) 영역과, 포토다이오드의 양의 전극(130) 및 게이트 패드 영역과 데이터 패드 영역을 오픈한다.
그런 다음, 금속막을 기판(100) 상에 형성한 다음, 마스크 공정에 따라 리드아웃 라인(103)과 전원라인(160) 및 게이트 콘택패드(121) 및 리드아웃 콘택패드(123)를 형성한다. 그런 다음, 기판(100)의 전영역 상에 보호막(180)을 형성하고, 마스크 공정을 진행하여 상기 게이트 콘택패드(121) 및 리드아웃 콘택패드(123)를 오픈하고, 상기 게이트 콘택패드(121)와 리드아웃 콘택패드(123) 상에 각각 제 1 콘택부(190)와 제 2 콘택부(191)을 형성한다. 상기 제 1 콘택부(190)와 제 2 콘택부(191)는 투명성 도전물질(ITO, IZO)로 형성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 엑스레이 검출용 포토다이오드의 단면도이다.
도 5를 참조하면, 기판(100) 상에 게이트 절연막(112)이 형성되어 있고, 상기 게이트 절연막(112) 상에 드레인 전극(170b)이 형성되어 있고, 상기 드레인 전극(170b) 상에는 제 1 층간절연막(115)이 형성되어 있다. 상기 제 1 층간절연막(115)의 일부에는 콘택홀이 형성되어 있어, 포토다이오드(200)의 음의 전극(120)이 상기 드레인 전극(170b)과 전기적으로 콘택되어 있다.
상기 음의 전극(120) 상에는 광도전체층(125)과 양의 전극(130)이 형성되어 있는데, 상기 광도전체층(125)과 양의 전극(130)의 넓이는 상기 음의 전극(120)보다 좁게 형성되어 있다. 즉, 상기 포토다이오드(200)는 음의 전극(120), 광도전체층(125) 및 양의 전극(130)이 순차적으로 좁은 넓이로 형성되어 있어, 상기 음의 전극(120)의 가장자리 둘레가 포토다이오드(200) 외측 둘레를 따라 노출되어 있는 구조로 되어 있다.
상기 양의 전극(130) 상에는 제 2 층간절연막(116)이 형성되어 있고, 상기 제 2 층간절연막(116)에 형성된 콘택홀을 통하여 전원라인이 상기 양의 전극(130)과 전기적으로 연결되어 있다.
이와 같이, 본 발명의 엑스레이 검출용 포토다이오드는 최하단에 형성되는 음의 전극부터 광도전체층 및 양의 전극 방향으로 갈 수 록 순차적으로 좁은 넓이로 형성되기 때문에 포토다이오드의 측면 단차를 최소화할 수 있다.
상기 포토다이오드의 측면 단차가 줄어들면 누설 전류량이 줄어드는데, 이것은 도 6의 실험 데이터를 토대로 설명한다.
도 6은 종래 포토다이오드의 구조와 본 발명에 따른 포토다이오드의 누설 전류량을 측정한 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 종래 포토다이오드와 같이 하단 전극(음의 전극)이 광도전체층 보다 좁은 면적으로 형성되면 하단 전극이 광도전체층 내에 위치하게 된다(buried Cathode).
상기와 같이 하단 전극이 광도전체층 내측에 묻혀 있는 구조에서는 전원 전압이 증가함에 따라 누설 전류량이 급격하게 증가하는 것을 볼 수 있다(Exposed Cathode).
하지만, 본 발명의 포토다이오드와 같이 하단 전극(음의 전극)이 가장 넓게 형성되어 있고, 상기 하단 전극 상에 형성되는 광도전체층과 상단 전극(양의 전극)이 순차적으로 좁게 형성된 경우에는 전원 전압이 증가함에 따라 누설 전류량이 크지 않음을 볼 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 엑스레이 검출용 포토다이오드의 전극 구조는 종래 포토다이오드에 비해 누설 전류량을 줄일 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 엑스레이 검출용 포토다이오드가 형성된 기판 상의 각각 화소 영역에서의 누설 전류량을 줄일 수 있어, 전기적 특성을 개선할 수 있다.
도 1은 종래 엑스레이 검출용 기판 상에 형성된 화소 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 엑스레이 검출용 포토다이오드의 화소 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 상기 도 2의 X 영역을 확대한 도면이다.
도 4는 상기 도 2의 A-A' 선, B-B' 선 및 C-C' 선을 절단한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 엑스레이 검출용 포토다이오드의 단면도이다.
도 6은 종래 포토다이오드의 구조와 본 발명에 따른 포토다이오드의 누설 전류량을 측정한 도면이다.
(도면의 주요 부분에 대한 참조 부호의 설명)
101: 게이트 라인 103: 리드아웃 라인
200: 포토다이오드 160: 전원 라인
120: 음의 전극 125: 광도전층
130: 양의 전극 111: 게이트 패드
121: 게이트 콘택패드
Claims (8)
- 기판;상기 기판 상에 화소 영역을 정의하기 위해 교차 배치된 게이트 라인과 리드아웃 라인;상기 게이트 라인과 리드아웃 라인이 교차하는 영역에 배치된 스위칭 소자; 및상기 화소 영역에 배치된 포토다이오드를 포함하고,상기 포토다이오드는 제 1 전극과 광도전체층 및 제 2 전극이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 제 1 전극이 상기 광도전체층 및 제 2 전극들의 가장자리 둘레 외측으로 확장 형성된 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출용 포토다이오드.
- 제1항에 있어서, 상기 포토다이오드는 제 1 전극, 광도전체층 및 제 2 전극들이 적층된 방향으로 갈 수 록 면적이 순차적으로 작아지는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출용 포토다이오드.
- 제1항에 있어서, 상기 제 1 전극은 음의 전극이고, 제 2 전극은 양의 전극인 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출용 포토다이오드.
- 제1항에 있어서, 상기 리드아웃 라인과 평행하게 배치되고, 상기 포토다이오드에 바이어스 전압을 인가할 수 있도록 전원 라인을 더 포함하는 엑스레이 검출용 포토다이오드.
- 제1항에 있어서, 상기 제 2 전극은 투명성 도전물질로 형성된 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출용 포토다이오드.
- 기판 상에 게이트 라인, 게이트 전극과 액티브층 및 소스/드레인 전극을 포함하는 스위칭 소자를 형성하는 단계; 및상기 스위칭 소자와 전기적으로 연결되는 포토다이오드를 형성하는 단계를 포함하고,상기 포토다이오드를 형성하는 단계는,상기 스위칭 소자의 드레인 전극과 전기적으로 연결되는 제 1 전극을 형성하는 단계;상기 제 1 전극 상에 상기 제 1 전극보다 좁은 면적으로 광도전층을 형성하는 단계; 및상기 광도전층 상에 상기 광도전층보다 좁은 면적으로 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 엑스레이 검출용 포토다이오드 제조방법.
- 제6항에 있어서, 상기 포토다이오드가 형성된 기판 상에 상기 포토다이오드의 제 2 전극과 전기적으로 연결되는 전원라인을 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출용 포토다이오드 제조방법.
- 제6항에 있어서, 상기 포토다이오드의 제 1 전극은 상기 광도전체층 및 제 2 전극 가장자리를 외측으로 노출된 구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출용 포토다이오드 제조방법.
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