KR20160048535A - 엑스선 디텍터와 그 제조방법과 엑스선 디텍터를 포함하는 시스템과 그 동작방법 - Google Patents
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Abstract
엑스선 디텍터와 그 제조방법과 엑스선 디텍터를 포함하는 시스템과 그 동작방법에 관해 개시되어 있다. 개시된 엑스선 디텍터는 기판 상에 구비된 복수의 화소와, 상기 복수의 화소를 덮는 제1 절연층과, 상기 제1 절연층을 관통하여 상기 복수의 화소와 접촉된 전극블록과, 상기 전극블록 상에 형성된 제2 절연층과, 상기 제2 절연층을 관통하여 상기 전극블록에 접촉된 금속배선을 포함한다. 상기 복수의 화소 각각은 상기 기판 상에 구비된 제1 전극과, 상기 제1 전극 상에 형성된 광전변환소자와, 상기 광전변환소자 상에 마련된 제2 전극을 포함할 수 있다.
Description
본 개시는 의료기기에 관한 것으로써, 보다 자세하게는 엑스선 디텍터와 그 제조방법과 엑스선 디텍터를 포함하는 시스템과 그 동작방법에 관한 것이다.
무선 엑스선 디텍터(wireless X-ray detector)의 사용빈도가 늘어나고 있으나, 엑스선 디텍터를 버키(bucky) 외부에서 사용할 경우, 수동노출로 엑스선 촬영이 진행되는데, 이 경우, 방사선사에 따라 엑스선의 조사량이 달라질 수 있는 문제가 있다.
이에 따라 엑스선 디텍터의 백바이어스(backbias) 면에 흐르는 전류를 측정하여 입사광의 총량을 계산하는 방식과 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT) 백플레인(backplane) 상에 별도패턴을 활용하여 AEC(Automatic Exposure Control) 전용센서를 설치하는 방식이 소개되었다.
전자의 경우, 입사광의 총량을 계산하는데 단순하고 명확한 방법이지만, AEC의 주 목적은 관심영역 피사체의 광량을 측정하는 것인데, 입사광의 총량을 계산할 경우, 주변부의 불필요한 광량이 측정값의 대부분을 차지하여 큰 오차가 발생될 수 있다.
후자의 경우, 별도 형성된 AEC 전용센서가 차지하는 영역에는 영상 촬영을 위한 화소(pixel)을 구성할 수 없다. 이에 따라 지역적인 해상도의 문제가 나타날 뿐만 아니라 넓은 영역에 AEC 전용센서를 부착할 수 없으므로, 측정값의 대표성에 문제가 있을 수 있다. 곧, 측정값의 신뢰성이 낮아질 수 있다.
본 개시는 독립된 상태나 무선(wireless) 상태에서 AEC 기능을 가질 수 있고, 패널에서 AEC 영역을 임의로 설정할 수 있는 엑스선 디텍터와 그 제조방법을 제공한다.
본 개시는 이러한 엑스선 디텍터를 포함하는 시스템과 그 동작방법을 제공한다.
본 개시에서 일 실시예에 의한 엑스선 디텍터는 기판 상에 구비된 복수의 화소와, 상기 복수의 화소를 덮는 제1 절연층과, 상기 제1 절연층을 관통하여 상기 복수의 화소와 접촉된 전극블록과, 상기 전극블록 상에 형성된 제2 절연층과, 상기 제2 절연층을 관통하여 상기 전극블록에 접촉된 금속배선을 포함한다.
이러한 엑스선 디텍터에서,
상기 복수의 화소 각각은 상기 기판 상에 구비된 제1 전극과, 상기 제1 전극 상에 형성된 광전변환소자와, 상기 광전변환소자 상에 마련된 제2 전극을 포함할 수 있다.
상기 제1 절연층에 상기 복수의 화소와 동수의 콘택홀이 존재하고, 상기 전극블록은 상기 콘택홀을 채울 수 있다.
상기 제2 절연층에 상기 전극블록이 노출되는 복수의 콘택홀이 존재하고, 상기 금속배선은 상기 콘택홀을 채울 수 있다.
상기 제2 절연층 상에 복수의 금속배선이 존재하고, 상기 복수의 금속배선은 각각 서로 다른 전극블록에 접촉될 수 있다.
상기 제2 절연층의 두께는 500nm 이상이고, 상한 두께를 가질 수 있다.
상기 복수의 화소 중 인접한 두 화소 사이에서 상기 전극블록은 복수의 콘택홀을 포함할 수 있다.
상기 복수의 화소 중 인접한 두 화소 사이에서 상기 전극블록의 폭은 다른 부분보다 좁을 수 있다.
본 개시에서 일 실시예에 의한 엑스선 디텍터의 제조방법은 기판 상에 복수의 화소를 형성하는 과정과, 상기 기판 상에 상기 복수의 화소를 덮는 제1 절연층을 형성하는 과정과, 상기 제1 절연층에 상기 복수의 화소가 노출되는 복수의 제1 콘택홀을 형성하는 과정과, 상기 제1 절연층 상에 상기 복수의 제1 콘택홀을 채우는 전극블록을 형성하는 과정과, 상기 전극블록 상에 제2 절연층을 형성하는 과정과, 상기 제2 절연층에 상기 전극블록의 일부가 노출되는 제2 콘택홀을 형성하는 과정과, 상기 제2 절연층 상에 상기 제2 콘택홀을 채우는 금속배선을 형성하는 과정을 포함한다.
이러한 제조방법에서,
상기 복수의 화소를 형성하는 과정은, 상기 기판 상에 제1 전극을 형성하는 과정과, 상기 제1 전극 상에 광전변환소자를 형성하는 과정과, 상기 광전변환소자 상에 제2 전극을 형성하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 전극블록은 상기 제1 콘택홀을 채우지 않고, 상기 제1 콘택홀을 통해서 노출되는 표면을 덮도록 형성할 수 있다.
상기 전극블록을 형성하는 과정은 상기 복수의 화소 중 인접한 두 화소 사이에서 상기 전극블록에 복수의 콘택홀을 형성할 수 있다.
상기 복수의 화소 중 인접한 두 화소 사이에서 상기 전극블록의 폭을 다른 부분보다 좁게 형성할 수 있다.
상기 제1 절연층 상에 서로 이격된 복수의 전극블록을 형성하고, 상기 제2 절연층 상에 복수의 금속배선을 형성하고, 상기 복수의 금속배선은 각각 서로 다른 전극블록에 접촉시킬 수 있다.
본 개시에서 일 실시예에 의한 엑스선 디텍터 시스템은 복수의 전극블록을 포함하는 엑스선 디텍터와, 상기 복수의 전극블록에 연결된 어레이와, 상기 어레이에 연결된 제어부와, 상기 제어부에 연결된 무선 송신부를 포함한다.
이러한 엑스선 디텍터 시스템에서, 상기 어레이는 상기 복수의 전극블록과 일대 일로 대응하는 복수의 앰프를 포함하는 제1 어레이와, 상기 복수의 앰프와 일대 일로 대응하는 복수의 비교기를 포함하는 제2 어레이를 포함할 수 있다.
상기 시스템은 상기 제어부로부터 주어지는 신호를 수신하는 무선 수신부와, 상기 무선 수신부에 연결된 고전압 발생부를 더 포함할 수 있다.
본 개시에서 일 실시예에 의한 엑스선 디텍터 시스템의 동작방법은 전극 블록층에서 전극블록을 선택하는 과정과, 상기 전극 블록층에 연결된 앰프 어레이에서 상기 선택된 전극블록에 연결된 앰프만 동작시키는 과정과, 상기 동작된 앰프에 연결된 비교기에 입력신호의 하나로 설정된 문턱전압을 인가하는 과정과, 상기 선택된 전극블록에 엑스선을 조사하는 과정과, 상기 엑스선 조사가 시작된 후, 상기 동작된 앰프로부터 주어지는 신호와 상기 인가된 문턱전압을 비교하는 과정과, 상기 비교 결과에 따라 상기 엑스선 조사를 제어하는 과정을 포함한다.
이러한 동작방법에서, 상기 비교 결과에 따라 상기 엑스선 조사를 제어하는 과정은 상기 비교 결과를 제어부로 보내는 과정과, 상기 비교 결과에 따라 상기 제어부에서 제어신호를 발생시키는 과정과, 상기 제어신호를 고전압 발생부에 보내는 과정을 포함할 수 있다.
상기 앰프 어레이는 복수의 앰프를 포함하고, 상기 복수의 앰프는 상기 전극 블록층에 포함된 복수의 전극블록과 일대 일로 대응할 수 있다.
엑스선 디텍터 자체에 AEC 기능이 구비되어 있는 바, 버키 외부에서 다양하게 활용될 수 있다. 엑스선 디텍터의 패널에 M x N 매트릭스 형태로 전극블록들을 구비하여 패널 전체를 AEC 영역으로 사용할 수도 있고, 패널의 일부 영역만 선택적으로 AEC 영역으로 사용할 수도 있는 바, 다양한 프로토콜(protocol)에 대응할 수 있고, 다양한 형태의 환자에 대응할 수도 있으며, 균일한 영상품질도 확보할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 의한 엑스선 디텍터의 평면도이다.
도 2는 도 1의 전극블록에 포함된 전극블록들 중 어느 하나의 전극블록을 확대한 평면도이다.
도 3 및 도 4는 도 2의 제2 영역을 확대한 평면도이다.
도 5는 도 2의 화소들 중 어느 하나를 확대한 평면도이다.
도 6은 도 1을 6-6’방향으로 절개한 단면도이다.
도 7 내지 도 11은 일 실시예에 의한 엑스선 디텍터의 제조방법을 단계별로 나타낸 단면도들이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 엑스선 디텍터 시스템의 평면도이다.
도 13은 도 12의 전극 블록층의 1행 3열에 위치한 전극블록과 이에 대응하는 앰프의 연결을 나타낸 평면도이다.
도 14는 도 12의 시스템에서 무선 송신부를 통해 송신된 제어신호가 무선 수신부를 통해 고전압 발생기에 전달되는 경우를 나타낸 평면도이다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 일 실시예에 의한 엑스선 디텍터 시스템의 동작방법을 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 1의 전극블록에 포함된 전극블록들 중 어느 하나의 전극블록을 확대한 평면도이다.
도 3 및 도 4는 도 2의 제2 영역을 확대한 평면도이다.
도 5는 도 2의 화소들 중 어느 하나를 확대한 평면도이다.
도 6은 도 1을 6-6’방향으로 절개한 단면도이다.
도 7 내지 도 11은 일 실시예에 의한 엑스선 디텍터의 제조방법을 단계별로 나타낸 단면도들이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 엑스선 디텍터 시스템의 평면도이다.
도 13은 도 12의 전극 블록층의 1행 3열에 위치한 전극블록과 이에 대응하는 앰프의 연결을 나타낸 평면도이다.
도 14는 도 12의 시스템에서 무선 송신부를 통해 송신된 제어신호가 무선 수신부를 통해 고전압 발생기에 전달되는 경우를 나타낸 평면도이다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 일 실시예에 의한 엑스선 디텍터 시스템의 동작방법을 나타낸 평면도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 엑스선 디텍터 및 그 제조방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.
본 발명의 하기 실시예는 본 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하지 않는다. 또한, 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 의한 엑스선 디텍터를 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 엑스선 디텍터의 평면도이다.
도 1을 참조하면, 엑스선 디텍터의 패널(40)은 전극블록층(B1)을 포함한다. 전극블록층(B1)은 백바이어스(backbias) 전극블록일 수 있다. 전극블록층(B1)은 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 복수의 전극블록들을 포함한다. 도 1에는 편의 상 25개의 전극블록이 전극블록층(B1)에 포함된 것으로 배열하였으나, 전극블록의 수는 25개보다 많거나 적을 수 있다. 전극블록층(B1)에 포함된 전극블록들은 서로 이격되어 있다. 전극블록층(B1)에 포함된 전극블록들은 복수의 금속배선(44)에 연결된다. 복수의 금속배선(44)은 전극블록층(B1)을 가로지르며, y축 방향으로 배열되어 있다. 전극블록층(B1)은 5행 5열의 전극블록을 포함하고, 각 열(column)당 5개의 금속배선(44)이 배치되어 있다. 전극블록층(B1)의 각 열에서 전극블록과 금속배선(44)은 일대 일로 접촉될 수 있다. 예를 들면, 전극블록층(B1)의 2열을 가로지르는 5개의 금속배선(44)의 첫째 배선(제일 왼쪽 배선)은 전극블록층(B1)의 1행 2열에 위치한 전극블록(42A)과 접촉되고, 금속배선(44)의 둘째 배선(왼쪽에서 둘째 배선)은 전극블록층(B1)의 2행 2열에 위치한 전극블록(42B)과 접촉된다. 그리고 금속배선(44)의 셋째, 넷째 및 다섯째 배선(왼쪽에서 셋째, 넷째 및 다섯째 배선)은 각각 전극블록층(B1)의 3행 2열, 4행 2열 및 5행 2열에 위치한 전극블록(42C, 42D, 42E)과 접촉된다. 금속배선(44)과 전극블록(42A-42E)의 접촉은 콘택홀(46)을 통해서 이루어질 수 있다. 각 금속배선(44)과 이에 접촉되는 해당 전극블록 사이에 콘택홀(46)이 복수개 존재할 수 있다. 금속배선(44)과 전극블록층(B1)에 포함된 전극블록들은 일대 일로 접촉되므로, 각 열을 가로지르는 금속배선(44)의 수는 각 열을 이루는 전극블록의 수와 동일할 수 있다. 예컨대, 전극블록층(B1)의 각 열에 10개의 전극블록이 존재한다면, 전극블록층(B1)의 각 열을 가로지르는 금속배선(44)의 수는 10개가 될 수 있다. 금속배선(44)은 상대적으로 저항이 낮은 금속일 수 있는데, 예를 들면 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금일 수 있다. 금속배선(44)은 누적 전류값을 측정하기 위한 누적 전류계 회로(C1)에 연결될 수 있다. 누적 전류계 회로(C1)는 정전압원을 포함할 수 있다. 누적 전류계 회로(C1)는 전극블록층(B1)의 각 전극블록의 누적 전류를 측정할 수 있다. 이러한 측정을 통해서 AEC를 수행할 수 있다. 그리고 전극블록층(B1)에 포함된 전극블록들 중 임의 영역을 선택할 수 있는 바, AEC 영역을 임의로 설정할 수도 있다. 예를 들면, 제1 영역(A1) 상에 피검체의 가장 두꺼운 부분(혹은 엑스선 조사량이 가장 많이 필요할 것으로 판단되는 부분)이 위치하는 경우, 제1 영역(A1)을 AEC 영역으로 설정하고, 3행의 2열과 3열 및 4행의 2열과 3열에 위치한 전극블록의 누적 전류를 측정하여 AEC를 수행할 수 있다. 이와 같이 전극블록층(B1)의 임의 영역 혹은 전체 영역을 AEC 영역으로 설정하여 AEC를 수행할 수 있다.
도 2는 도 1의 전극블록층(B1)에 포함된 전극블록들 중 어느 하나, 예컨대 1행 2열에 위치한 전극블록(42A)을 확대한 평면도이다. 전극블록(42A)은 투명 전극층이어서 그 아래에 배치된 요소들도 함께 도시하였다. 전극블록(42A)을 가로지르는 금속배선(44)은 편의 상, 도시를 생략하였다.
도 2를 참조하면, 하나의 전극블록(42A)에 복수의 화소(42A(1,1)…42A(1,n)…42A(m,1)…42A(m,n))가 대응될 수 있다. 곧, 하나의 전극블록(42A) 아래에 복수의 화소(42A(1,1)…42A(1,n)…42A(m,1)…42A(m,n))가 배치되어 있다. 복수의 화소(42A(1,1)…42A(1,n)…42A(m,1)…42A(m,n))는 m행 n열의 매트릭스 이룬다. 여기서, m과 n은 1, 2, 3,…일 수 있다. 전극블록(42A)과 복수의 화소(42A(1,1)…42A(1,n)…42A(m,1)…42A(m,n))는 전극블록(42A)과 각 화소(42A(1,1)…42A(1,n)…42A(m,1)…42A(m,n)) 사이에 형성된 콘택홀(50)을 통해 연결된다.
도 3은 도 2의 제2 영역(A2)을 확대한 평면도이다.
도 3을 참조하면, 2개의 화소(42A(1,1), 42A(1,2)) 사이에서 전극블록(42A)은 복수의 관통홀(H1-H3)을 포함할 수 있다. 복수의 관통홀(H1-H3)을 통해 제1 절연층(68)이 노출된다. 복수의 관통홀(H1-H3)의 존재로 인해 2개의 화소(42A(1,1), 42A(1,2)) 사이에서 전극블록(42A)의 영역은 다른 영역보다 상대적으로 작을 수 있다. 2개의 화소(42A(1,1), 42A(1,2)) 사이에서 전극블록(42A)의 영역을 다른 영역보다 상대적으로 작게 하는 것은 2개의 화소(42A(1,1), 42A(1,2)) 사이로 지나는 데이터 라인(미도시), 각 화소의 열과 열 사이를 지나는 데이터 라인과 전극블록(42A) 사이의 기생 용량을 줄이기 위한 것이다. 관통홀(H1-H3)의 수는 적절히 조절할 수 있다. 관통홀(H1-H3)의 사이즈는, 예를 들면 5㎛×5㎛ 정도일 수 있다.
도 4는 도 2의 제2 영역(A2)을 확대한 평면도이다.
도 4는 제2 영역(A2)에 대해서 도 3과 다른 예를 보여준다.
도 4를 참조하면, 인접한 두 화소(42A(1,1), 42A(1,2)) 사이에서 전극블록(42A)의 폭은 다른 영역보다 상대적으로 좁다. 이와 같이 두 화소(42A(1,1), 42A(1,2)) 사이에서 전극블록(42A)의 폭을 상대적으로 좁게 한 것도 두 화소(42A(1,1), 42A(1,2)) 사이를 지나는 데이터 라인과 전극블록(42A) 사이의 기생 용량을 줄이기 위한 것이다.
도 5는 도 2의 화소들 중 어느 하나의 화소(예컨대, 1행 1열에 위치한 화소(42(1,1))를 확대한 평면도이다.
도 5를 참조하면, 화소(42A(1,1))는 1개의 광전변환소자(64)와 이에 연결된 1개의 스위칭 소자(TR1)를 포함한다. 광전변환소자(64)는, 예를 들면 포토 다이오드일 수 있다. 상기 포토 다이오드는, 예를 들면 비정질 실리콘 (a-Si) 기반 포토 다이오드일 수 있다. 스위칭 소자(TR1)은, 예를 들면 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)일 수 있다. 스위칭 소자(TR1)는 교차하는 데이터선 및 워드선과 연결된다. 도 5에서 점선의 원(C2)은 전극블록(42A)과 접촉되는 접촉영역을 나타낸다. 접촉영역(C2)은 광전변환소자(64)의 중심에 위치할 수 있으나, 우측 하단이나 스위칭 소자(TR1) 근처에 위치할 수도 있다.
도 6은 도 1을 6-6’방향으로 절개한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 기판(60) 상에 이격된 복수의 제1 전극(62)이 구비되어 있다. 기판(60)은, 예를 들면 유리 기판일 수 있다. 각 제1 전극(62) 상에 광전변환소자(64)와 제2 전극(66)이 순차적으로 적층되어 있다. 제1 전극(62)은 화소전극일 수 있다. 제2 전극(66)은 제1 백바이어스 전극일 수 있다. 제2 전극(66)은 투명전극일 수 있다. 편의 상, 제1 전극(62), 광전변환소자(64) 및 제2 전극(66)을 통칭해서 광전변환소자라 할 수도 있다. 기판(60) 상에 제1 전극(62), 광전변환소자(64) 및 제2 전극(66)을 덮는 제1 절연층(68)이 존재한다. 제1 절연층(68)은 투명한 절연물질일 수 있다. 제1 절연층(68)은, 예를 들면 실리콘 질화물(silicon nitride)층, 실리콘 산화물(silicon oxide)층, 또는 유기물(organic)층 일 수 있다. 제1 절연층(68)은 복수의 콘택홀(70)을 포함한다. 콘택홀(70)의 수는 광전변환소자(64)와 동수일 수 있다. 복수의 콘택홀(70)은 제2 전극(66)과 일대 일로 대응하도록 형성되어 있다. 각 콘택홀(70)을 통해서 제2 전극(66)이 노출된다. 제1 절연층(68) 상에 콘택홀(70)을 채우는 전극블록(42B)이 구비되어 있다. 전극블록(42B)은 제2 백바이어스 전극일 수 있다. 전극블록(42B)은 콘택홀(70)을 통해서 제2 전극(66)과 접촉된다. 전극블록(42B)은 콘택홀(70)을 채우는 전극층일 수 있다. 전극블록(42B)은 콘택홀(70)을 채우지 않고, 콘택홀(70)을 통해 노출된 부분의 표면을 덮는 형태로 구비될 수 있다. 투명한 전극블록(42B)의 물질은, 예를 들면 ITO 또는 IZO 등일 수 있다. 전극블록(42B) 상에 제2 절연층(74)이 존재한다. 제2 절연층(74)은 투명물질일 수 있다. 제2 절연층(74)은, 예를 들면 실리콘 질화물층, 실리콘 산화물층 또는 유기물)층 일 수 있다. 제2 절연층(74)은 콘택홀(46)을 포함한다. 콘택홀(46)을 통해서 전극블록(42B)의 일부 영역이 노출된다. 도 1을 고려하면, 제2 절연층(74)에 콘택홀(46)이 복수개 존재할 수 있다. 콘택홀(46)의 위치는 콘택홀(70) 바로 위가 될 수도 있고, 콘택홀(70)과 콘택홀(70) 사이가 될 수도 있다. 제2 절연층(46)의 두께(t1)는 전극블록(42B)과 데이터 배선(84) 사이의 기생 용량을 가능한 작게 할 수 있는 두께일 수 있다. 예를 들면, 제2 절연층(74)의 두께(t1)는 500nm 이상일 수 있고, 적절한 상한 두께를 가질 수 있다. 데이터 배선(84)은 전극블록(42B)의 위 또는 아래에 구비될 수 있다. 제2 절연층(74) 상에 제1 내지 제5 금속배선(80a-80e)이 배치되어 있다. 제1 내지 제5 금속배선(80a-80e)은 서로 이격되어 있다. 제2 금속배선(80b)은 콘택홀(46)을 채운다. 제2 금속배선(80b)은 콘택홀(46)을 통해서 전극블록(42B)에 접촉된다. 제1 내지 제5 금속배선(80a-80e)은 도 1의 전극블록층(B1)의 제2 열을 가로지르는 다섯 개의 금속배선(44)에 해당된다.
한편, 제1 내지 제5 금속배선(80a-80e) 위쪽에 엑스선-가시광 변환기(100)가 구비될 수 있다. 이 변환기(100)는 입사되는 엑스선(102)을 변환시켜 광(104)으로 방출한다. 이 광(104)이 광전변환소자(64)에 의해 전류로 변환된다. 광(104)은, 예를 들면 가시광 혹은 적외선 등일 수 있다.
다음에는 본 발명의 일 실시예에 의한 엑스선 디텍터의 제조방법을 도 7 내지 도 11을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 엑스선 디텍터의 설명에서 언급한 부재와 동일한 부재에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하고, 그에 대한 설명은 생략한다. 도 7 내지 도 11의 제조과정은 도 1의 6-6’방향의 단면으로 보여지는 결과물에 대한 것이다. 따라서 TFT의 제조과정은 도 7 내지 도 11에서 보이지 않으나, TFT와 그 제조는 통상적으로 널리 알려진 것으로 자명할 수 있다.
도 7을 참조하면, 기판(60) 상에 복수의 제1 전극(62)을 형성한다. 제1 전극(62)은 기판(60) 상에 제1 전극층을 형성한 다음, 통상의 사진 및 식각공정을 이용하여 상기 제1 전극층을 제1 전극(62)의 배열 형태로 패터닝하여 형성할 수 있다. 제1 전극(62) 상에 광전변환소자(64)와 제2 전극(66)을 순차적으로 형성한다. 제1 전극(62), 광전변환소자(64) 및 제2 전극(66)은 한번에 형성할 수도 있다. 예를 들면, 제1 전극(62)을 형성하는 상기 제1 전극층과 광전변환소자층과 제2 전극(66)을 형성하는 제2 전극층을 순차적으로 적층한 다음, 상기 제2 전극층, 상기 광전변환소자층 및 상기 제1 전극층을 순차적으로 패터닝하여 도 7의 결과를 얻을 수도 있다.
다음, 도 8을 참조하면, 기판(60) 상에 제1 및 제2 전극(62, 66)과 광전변환소자(64)를 덮는 제1 절연층(68)을 형성한다. 제1 절연층(68)에 제2 전극(66)이 노출되는 콘택홀(70)을 형성한다. 이러한 콘택홀(70)은 광전변환소자(64)와 동수로 형성할 수 있다.
다음, 도 9에 도시한 바와 같이, 제1 절연층(68) 상에 콘택홀(70)을 채우는 전극층(72)을 형성한다. 전극층(72)은 전극블록(42B)에 해당한다. 전극층(72)은 엑스선 디텍터의 패널(40) 전체에 도전층을 형성한 다음, 도 1에 도시한 바와 같은 복수의 전극블록으로 상기 도전층을 패터닝하여 형성할 수 있다. 상기 도전층을 패터닝하는 과정에서 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같은 결과를 얻을 수 있도록 상기 도전층을 패터닝할 수 있다. 전극층(72) 상에 제2 절연층(74)을 형성한다. 제2 절연층(74)에 콘택홀(46)을 형성한다. 콘택홀(46)은 제1 절연층(68)에 형성된 콘택홀(70) 바로 위쪽에 형성할 수도 있으나, 콘택홀(70)과 콘택홀(70) 사이에 형성할 수도 있다. 콘택홀(46)은 복수개 형성될 수도 있다.
다음, 도 10을 참조하면, 제2 절연층(74) 상에 콘택홀(46)을 채우는 도전층(80)을 형성한다. 도전층(80)은, 예를 들면 금속 또는 합금으로 형성할 수 있다. 상기 금속은, 예를 들면 알루미늄(A1) 또는 유사한 저항이나 보다 낮은 저항을 갖는 금속일 수도 있다. 상기 합금은, 예를 들면 알루미늄 합금 또는 유사한 저항을 갖거나 보다 낮은 합금일 수 있다. 도전층(80) 상에 마스크(92)를 형성한다. 마스크(92)는 도전층(80)에서 도 1의 금속배선(44) 혹은 도 6의 제1 내지 제5 금속배선(80a-80e)의 영역을 한정하기 위한 것이다. 마스크(92)를 형성한 다음, 그 주변의 도전층(80)을 식각한다. 이때, 식각은 제2 절연층(74)이 노출될 때까지 실시할 수 있다.
도 11은 상기 식각 후의 결과를 보여준다.
도 11을 참조하면, 상기 식각 후, 제2 절연층(74) 상에 제1 내지 제5 금속배선(80a-80e)이 형성된 것을 볼 수 있다. 제1 내지 제5 금속배선(80a-80e)이 형성된 후, 마스크(92)를 제거한다.
도 7 내지 도 11의 제조과정에서 도 1의 누적 전류계 회로(C1)도 함께 형성될 수 있으나, 별도로 형성될 수도 있다.
다음에는 본 발명의 일 실시예에 의한 엑스선 디텍터를 포함하는 시스템을 설명한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 엑스선 디텍터를 포함하는 시스템의 평면도이다. 도 12에서 참조번호 B2는 전극 블록층을 나타낸다. 전극 블록층(B2)은 9개의 전극블록(B(1,1)-B(3,3))을 포함하는 것으로 도시하였지만, 이는 도시의 편의 상 그렇게 한 것이다. 그러므로 전극 블록층(B2)에 포함된 전극 블록의 수는 9개와 다를 수 있다. 예컨대, 전극 블록층(B2)에 포함된 전극 블록의 수는 9개 이상일 수 있고, 도 1에 도시한 전극 블록층(B1)에 포함된 전극 블록의 수와 동일할 수 있다.
도 12의 설명에서는 편의 상, 전극 블록층(B2)을 엑스선 디텍터로 갈음한다.
도 12를 참조하면, 엑스선 디텍터 시스템(200)은 전극 블록층(B2)에 연결된 제1 어레이(AL)를 포함한다. 제1 어레이(AL)는 복수의 앰프(amplifier)(230)를 포함한다. 복수의 앰프(230)는 아날로그 앰프일 수 있다. 복수의 앰프(230)의 수는 전극 블록층(B2)에 포함된 전극 블록(B2(1,1)-B(3,3))과 동수일 수 있다. 복수의 앰프(230)는 전극 블록(B2(1,1)-B(3,3))과 일대 일로 연결된다. 따라서 하나의 앰프(230)는 대응하는 전극 블록(B2(1,3))의 누적 전류량을 증폭시킬 수 있다. 복수의 앰프(230) 각각에 바이어스 전압(Vbias)이 인가된다. 따라서 복수의 앰프(230)에 연결된 각 전극 블록(B2(1,1)-B2(3,3))은 등전위로 유지될 수 있다. 곧, 전극 블록(B2(1,1)-B2(3,3))의 상부 공통전극은 등전위로 유지될 수 있다.
도 12에는 복수의 앰프(230)와 전극 블록(B2(1,1)-B2(3,3))의 연결을 간단히 도시하였지만, 복수의 앰프(230) 각각은 전극블록(B2(1,1)-B2(3,3))을 가로지르는 복수의 금속배선(도 1의 금속배선(44) 참조)에 연결된다. 이에 대한 일 예로 도 13은 도 12에서 전극 블록층(B2)의 1행 3열에 위치한 전극블록(B2(1,3))과 대응하는 앰프(230)의 연결을 보여준다.
도 13을 참조하면, 전극블록(B2(1,3))를 가로지르는 제1 내지 제3 금속배선(234A, 234B, 234C) 중 제1 금속배선(234A)은 앰프(230)에 연결된다. 제2 금속배선(234B)은 3행 2열에 위치한 전극블록(B2(3,2))에 접촉되고, 전극블록(B2(3,2)에 대응하는 앰프에 연결된다. 제3 금속배선(234C)은 3행 3열에 위치한 전극블록(B2(3,3))에 접촉되고, 전극블록(B2(3,3))에 대응하는 앰프에 연결된다. 도 13에서 참조번호 236은 제1 금속배선(234A)과 전극블록(B2(1,3)) 사이에 존재하는 콘택홀들을 나타낸다.
다시 도 12를 참조하면, 엑스선 디텍터 시스템(200)은 전극 블록층(B2)의 전극 블록(B2(1,1)-B2(3,3))을 제어하는 제어부(270)를 포함하고, 제어부(270)에 연결된 무선 송신부(280)를 포함한다. 또한, 시스템(200)은 제1 어레이(AL)와 제어부(270) 사이에 제2 어레이(CL)를 포함한다. 제2 어레이(CL)는 제1 어레이(AL) 및 제어부(270)와 연결될 수 있다. 제1 및 제2 어레이(AL, CL)를 통칭해서 AFE(Analog Front End)라 할 수 있다. 제어부(270)는 설정된 문턱전압(Vth)을 제2 어레이(CL)에 인가한다. 또한, 제어부(270)는 전극 블록층(B2)의 선택된 전극 블록(예컨대, B2(1,3))이 포함된 AEC 센서 블록의 동작을 제어한다. 또한, 제어부(270)는 엑스선 조사과정에서 선택된 전극 블록으로부터 측정된 누적 전류량에 근거한 전압이 설정된 문턱전압(Vth)이거나 그 이상일 때, 무선 송신부(280)를 통해 제어신호를 고전압 발생기(엑스선 발생기)로 보내 그 동작을 중지시킨다. 이렇게 해서 적정량의 엑스선이 조사될 수 있다. 제2 어레이(CL)는 복수의 비교기(250)를 포함할 수 있다. 복수의 비교기(250)의 수는 제1 어레이(AL)를 이루는 복수의 앰프(230)의 수와 동일할 수 있다. 복수의 비교기(250)는 복수의 앰프(230)와 일대 일로 연결될 수 있다. 복수의 비교기(250) 각각에 2개의 신호가 입력되는데, 하나는 대응하는 앰프(230)로부터 주어지는 신호(출력신호)이고, 나머지는 제어부(270)로부터 주어지는 기 설정된 문턱전압(Vth)이다. 따라서 복수의 비교기(250)는 각각 복수의 앰프(230)의 출력신호와 제어부(270)로부터 주어지는 문턱전압(Vth)을 비교하여 엑스선 조사가 적정한지(상기 출력신호가 문턱전압(Vth)에 도달되었는지, 아니면 정해진 범위내에서 문턱전압(Vth)보다 큰지), 부족한지(상기 출력신호가 문턱전압(Vth)보다 작은지), 과도한지(상기 출력신호가 문턱전압(Vth)보다 정해진 범위 이상으로 큰지)를 제어부(270)에 알려준다. 이러한 비교기(250)의 출력신호에 따라 제어부(270)는 엑스선 조사를 중지하거나 유지한다. 이 과정에서 제어부(270)는 선택된 1개 이상의 비교기의 결과들을 입력신호로 받아들일 수 있다. 제어부(270)는 받아들인 상기 선택된 1개 이상의 비교기의 결과들에 대한 연산과정(AND, OR, NOT 등)을 통하여 최종 제어를 수행할 수 있다. 곧, 최종 제어 신호를 발생시킬 수 있다.
송신부(280)를 통해 무선으로 송신된 제어부(270)의 제어신호는 도 14에 도시한 바와 같이 무선 수신부(290)를 통해 고전압 발생기(300)에 전달된다. 무선 수신부(290)를 통해 수신된 신호를 동작중지 신호일 경우, 이러한 신호에 따라 고전압 발생기(300)는 동작이 중지된다. 무선 수신부(290)를 통해 수신된 신호가 동작중지 신호가 아닌 경우, 고전압 발생기(300)의 동작은 유지되어 엑스선이 계속 조사될 수 있다. 송신부(280)와 고전압 발생기(300)도 시스템(200)에 포함될 수 있다.
도 1의 누적 전류계 회로(C1)는 제1 및 제2 어레이(AL, CL)을 포함할 수 있다.
다음은 상술한 시스템(200)의 동작을 도 15 및 도 16을 참조하여 간략히 살펴본다.
먼저, 도 15에 도시한 바와 같이 전극 블록층(B2)에서 엑스선의 적정노출을 측정할 전극 블록(예컨대, B2(2,2))이 선택된다. 전극 블록(B2(2,2))의 선택은 시스템(200) 사용자에 의해 결정될 수 있다.
다음, 도 16에 도시한 바와 같이, 제1 어레이(AL)에서 선택된 전극 블록(B2(2,2))에 연결된 앰프를 제외한 나머지 앰프는 모두 오프 상태(접지 상태)를 유지한다. 이 상태에서 엑스선 조사가 진행되고, 선택된 전극 블록(B2(2,2)에 누적된 전류량에 근거한 전압이 선택된 전극 블록(B2(2,2))에 대응하는 비교기에 입력신호로 입력된다. 선택된 전극 블록(B2(2,2))에 대응하는 비교기는 이러한 입력신호와 제어부(270)로부터 주어지는 문턱전압(Vth)을 비교한다. 비교결과 상기 입력신호가 문턱전압(Vth)이거나 그 이상일 때, 비교기는 소정의 출력신호, 예를 들면 “1”에 해당하는 신호를 제어부(270)에 보낸다. 제어부(270)는 이러한 신호에 따라 무선 송신부(280)를 통해 제어신호(예컨대, 동작중지신호)를 고전압 발생부(300)로 보낸다. 상기 제어신호에 따라 고전압 발생부(300)의 동작이 제어된다. 곧 엑스선 조사동작이 제어된다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고, 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
40:패널
42A(1,1)…42A(1,n)…42A(m,1)…42A(m,n):복수의 화소
42A-42E:전극블록 44:금속배선
46:콘택홀 60:기판
62:제1 전극 64:광전변환소자
66:제2 전극 68:제1 절연층
70:콘택홀 74:제2 절연층
80a-80e:제1 내지 제5 금속배선
84:데이터 배선 92:마스크
100:엑스선-광 변환기 102:엑스선
104:광 200:엑스선 디텍터 시스템
230:앰프 234A-234C:제1 내지 제3 금속배선
236:콘택홀 250:비교기
270:제어부 280:송신부
290:수신부 300:고전압 발생부
AL, CL:제1 및 제2 어레이 A1, A2:제1 및 제2 영역
B1, B2:전극블록층 B2(1,1)-B2(3,3):전극블록
C1:누적 전류계 회로 C2:접촉영역
H1-H3:관통홀 t1:제2 절연층의 두께
TR1:스위칭 소자
42A(1,1)…42A(1,n)…42A(m,1)…42A(m,n):복수의 화소
42A-42E:전극블록 44:금속배선
46:콘택홀 60:기판
62:제1 전극 64:광전변환소자
66:제2 전극 68:제1 절연층
70:콘택홀 74:제2 절연층
80a-80e:제1 내지 제5 금속배선
84:데이터 배선 92:마스크
100:엑스선-광 변환기 102:엑스선
104:광 200:엑스선 디텍터 시스템
230:앰프 234A-234C:제1 내지 제3 금속배선
236:콘택홀 250:비교기
270:제어부 280:송신부
290:수신부 300:고전압 발생부
AL, CL:제1 및 제2 어레이 A1, A2:제1 및 제2 영역
B1, B2:전극블록층 B2(1,1)-B2(3,3):전극블록
C1:누적 전류계 회로 C2:접촉영역
H1-H3:관통홀 t1:제2 절연층의 두께
TR1:스위칭 소자
Claims (21)
- 기판; 상기 기판 상에 구비된 복수의 화소; 상기 복수의 화소를 덮는 제1 절연층;
상기 제1 절연층을 관통하여 상기 복수의 화소와 접촉된 전극블록;
상기 전극블록 상에 형성된 제2 절연층; 및
상기 제2 절연층을 관통하여 상기 전극블록에 접촉된 금속배선;을 포함하는 엑스선 디텍터. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 화소 각각은,
상기 기판 상에 구비된 제1 전극;
상기 제1 전극 상에 형성된 광전변환소자; 및
상기 광전변환소자 상에 마련된 제2 전극;을 포함하는 엑스선 디텍터. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 절연층에 상기 복수의 화소와 동수의 콘택홀이 존재하고, 상기 전극블록은 상기 콘택홀을 채우는 엑스선 디텍터. - 제 1 항에 있어서,
상기 제2 절연층에 상기 전극블록이 노출되는 복수의 콘택홀이 존재하고, 상기 금속배선은 상기 콘택홀을 채우는 엑스선 디텍터. - 제 1 항에 있어서,
상기 제2 절연층 상에 복수의 금속배선이 존재하고, 상기 복수의 금속배선은 각각 서로 다른 전극블록에 접촉되는 엑스선 디텍터. - 제 1 항에 있어서,
상기 제2 절연층의 두께는 500nm 이상이고, 상한 두께를 갖는 엑스선 디텍터. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 화소 중 인접한 두 화소 사이에서 상기 전극블록은 복수의 콘택홀을 포함하는 엑스선 디텍터. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 화소 중 인접한 두 화소 사이에서 상기 전극블록의 폭은 다른 부분보다 좁은 엑스선 디텍터. - 기판 상에 복수의 화소를 형성하는 단계;
상기 기판 상에 상기 복수의 화소를 덮는 제1 절연층을 형성하는 단계;
상기 제1 절연층에 상기 복수의 화소가 노출되는 복수의 제1 콘택홀을 형성하는 단계;
상기 제1 절연층 상에 상기 복수의 제1 콘택홀을 채우는 전극블록을 형성하는 단계;
상기 전극블록 상에 제2 절연층을 형성하는 단계;
상기 제2 절연층에 상기 전극블록의 일부가 노출되는 제2 콘택홀을 형성하는 단계; 및
상기 제2 절연층 상에 상기 제2 콘택홀을 채우는 금속배선을 형성하는 단계;를 포함하는 엑스선 디텍터의 제조방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 복수의 화소를 형성하는 단계는,
상기 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계;
상기 제1 전극 상에 광전변환소자를 형성하는 단계; 및
상기 광전변환소자 상에 제2 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 엑스선 디텍터의 제조방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 전극블록은 상기 제1 콘택홀을 채우지 않고, 상기 제1 콘택홀을 통해서 노출되는 표면을 덮도록 형성하는 엑스선 디텍터의 제조방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 전극블록을 형성하는 단계는,
상기 복수의 화소 중 인접한 두 화소 사이에서 상기 전극블록에 복수의 콘택홀을 형성하는 엑스선 디텍터의 제조방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 복수의 화소 중 인접한 두 화소 사이에서 상기 전극블록의 폭을 다른 부분보다 좁게 형성하는 엑스선 디텍터의 제조방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 제1 절연층 상에 서로 이격된 복수의 전극블록을 형성하고, 상기 제2 절연층 상에 복수의 금속배선을 형성하고, 상기 복수의 금속배선은 각각 서로 다른 전극블록에 접촉시키는 엑스선 디텍터의 제조방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 제2 절연층의 두께는 500nm 이상으로 형성하되, 상한 두께를 갖는 엑스선 디텍터의 제조방법. - 복수의 전극블록을 포함하는 엑스선 디텍터;
상기 복수의 전극블록에 연결된 어레이;
상기 어레이에 연결된 제어부; 및
상기 제어부에 연결된 무선 송신부;를 포함하는 엑스선 디텍터 시스템. - 제 16 항에 있어서,
상기 어레이는,
상기 복수의 전극블록과 일대 일로 대응하는 복수의 앰프를 포함하는 제1 어레이; 및
상기 복수의 앰프와 일대 일로 대응하는 복수의 비교기를 포함하는 제2 어레이;를 포함하는 엑스선 디텍터 시스템. - 제 16 항에 있어서,
상기 제어부로부터 주어지는 신호를 수신하는 무선 수신부; 및
상기 무선 수신부에 연결된 고전압 발생부;를 더 포함하는 엑스선 디텍터 시스템. - 전극 블록층에서 전극블록을 선택하는 단계;
상기 전극 블록층에 연결된 앰프 어레이에서 상기 선택된 전극블록에 연결된 앰프만 동작시키는 단계;
상기 동작된 앰프에 연결된 비교기에 입력신호의 하나로 설정된 문턱전압을 인가하는 단계;
상기 선택된 전극블록에 엑스선을 조사하는 단계;
상기 엑스선 조사가 시작된 후, 상기 동작된 앰프로부터 주어지는 신호와 상기 인가된 문턱전압을 비교하는 단계; 및
상기 비교 결과에 따라 상기 엑스선 조사를 제어하는 단계;를 포함하는 엑스선 디텍터 시스템의 동작방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 비교 결과에 따라 상기 엑스선 조사를 제어하는 단계는,
상기 비교 결과를 제어부로 보내는 단계;
상기 비교 결과에 따라 상기 제어부에서 제어신호를 발생시키는 단계; 및
상기 제어신호를 고전압 발생부에 보내는 단계;를 포함하는 엑스선 디텍터 시스템의 동작방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 앰프 어레이는 복수의 앰프를 포함하고, 상기 복수의 앰프는 상기 전극 블록층에 포함된 복수의 전극블록과 일대 일로 대응하는 엑스선 디텍터 시스템의 동작방법.
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