CN1380555A - 放射线探测器 - Google Patents
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Abstract
以覆盖非晶半导体厚膜的整个表面这样一种方式在放射线灵敏型非晶半导体厚薄膜与电压施加电极之间形成抗溶解和载流子可选高阻薄膜。此外,在非晶半导体厚膜、抗溶解和载流子可选高阻薄膜、和电压施加电极的上面形成的、和以覆盖顶层表面这样一种方式通过高耐压硬化合成树脂固定在上面的顶层表面上,形成热胀系数与绝缘基底的热胀系数相当的绝缘辅助板件。
Description
技术领域
本发明涉及用在医学领域、工业领域、和核能领域中的直接转换型放射线探测器。更具体地说，本发明涉及提高放射线探测器中的放射线灵敏型半导体薄膜的抗环境性和抑制由于施加给放射线灵敏型半导体薄膜的偏置电压引起的蠕缓放电(creeping discharge)的技术。
背景技术
用于探测诸如X射线之类的放射线的探测器包括间接转换型探测器、和直接转换型探测器。间接转换型探测器适用于首先把放射线转换成光，然后对转换的光进行光电转换，转换成电信号。直接转换型探测器适用于把入射的放射线直接转换成电信号，譬如说，放射线灵敏型半导体薄膜就是这种情况。
在后一种直接转换型探测器中，把预定偏置电压施加到在放射线灵敏型半导体薄膜的前表面上形成的电压施加电极上。载流子收集极是在半导体薄膜的后表面上形成的，它收集放射线辐射生成的载流子和提取收集的载流子作为放射线探测信号，从而进行放射线探测。
并且，当由非晶半导体，譬如，非晶硒构成的厚膜用作放射线灵敏型半导体薄膜时，通过真空蒸发方法可以容易地形成又大又厚的非晶半导体薄膜。因此，非晶半导体适合于建造现有技术转换型放射线探测器当中，要求大面积厚膜的二维阵列型放射线探测器。
如图8所示，现有技术二维阵列型放射线探测器包括绝缘基底86、非晶半导体厚膜81和电压施加电极82。绝缘基底86含有数个电荷存储电容器Ca和数个电荷读取开关元件88，它们在上面以十字形或二维矩阵状排列的形式形成。电荷读取开关元件88由薄膜晶体管构成，并且，通常被置在关闭(OFF)状态上。非晶半导体厚膜81与数个电荷存储电容器Ca电连接，并且通过数个载流子收集极87在绝缘基底86上形成。在非晶半导体厚膜81中，放射线的入射生成电荷传送介质(即，载流子)。电压施加电极82是在非晶半导体厚膜81上形成的。顺便提一下，与载流子收集极87的每一个对应地配备一个电荷存储电容器Ca和一个电荷读取开关元件88。每组电荷存储电容器Ca、电荷读取开关元件88和载流子收集极87构成一个用作放射线探测元件的探测元件DU。
顺便提一下，当在偏置电压施加到加电电极82上的状态下辐射放射线时，通过施加给电压施加电极82和载流子收集极87的偏置电压分别迁移放射线入射生成的电荷传送介质(即，载流子)。根据所生成载流子的数量，把电荷存储在电荷存储电容器Ca中。通过把开关元件88置在打开(ON)状态上，读取存储的电荷作为放射线探测信号。
当如图8所示的二维阵列结构的放射线探测器用于探测，例如，通过X射线荧光成像系统获得X射线荧光图像时，根据从放射线探测器输出的放射线探测信号获得X射线荧光图像。
但是，在现有技术放射线探测器的情况中，非晶半导体厚膜81的热胀系数较大。因此，存在着由于非晶半导体厚膜81与基底86之间在热胀系数上的差异而造成热变形的危险。当造成这样的变形时，非晶半导体厚膜81可能裂开。在这样的情况中，这样的裂缝可以导致图像缺陷。并且，在裂开部分上可能发生放电击穿，从而，可能使探测器处在无法工作的状态。
此外，在现有技术放射线探测器的情况中，如图8所示，读线810、栅极线810、和地线812含有暴露在绝缘基底86外面的部分810a、811a、和812a。因此，存在着在从电压施加电极82的末端边缘82a，沿着非晶半导体厚膜81的末端边缘81a的表面，到810a、811a、和812a的部分中，由发生电介质击穿引起蠕缓放电的危险。并且，例如，在X射线荧光图像的情况中，蠕缓放电的发生引起放射线探测信号的噪声。这导致图像的画质变差。作为一种对策，通过把偏置电压设置在较低的值上，可以抑制蠕缓放电。但是，在这样的情况中，非晶半导体在载流子传输特性方面劣于单晶半导体。现有技术放射线探测器遭遇到的障碍在于，探测器不能获得有效的探测灵敏度。
顺便提一下，为了对付抗环境性的问题，譬如说，由于温度变化引起的变形的问题，已经提出了含有图9所示的绝缘板件95的放射线探测器A。绝缘板件95是在在绝缘基底96上形成的非晶半导体厚膜91和电压施加电极92的顶层表面上形成的。绝缘板件95具有与绝缘基底96的热胀系数相当的热胀系数。绝缘板件95以覆盖顶层的整个表面这样一种方式通过高耐压硬化合成树脂94固定。
但是，在这样的放射线探测器A中，获得的实验结果表明，非晶半导体厚膜91的表面被高耐压硬化合成树脂94的溶剂成分损坏了，造成蠕缓放电和使耐压降低了(参见图7所示的、与第一比较探测器相对应的实验结果)。
此外，为了防止蠕缓放电的发生，如图10所示，已经提出了含有由诸如Sb2S3之类的材料构成的载流子可选高阻薄膜103的放射线探测器B(参见日本专利申请NO.11-240026)，这种载流子可选高阻薄膜103是在非晶半导体厚膜101与电压施加电极102之间形成的。以完全覆盖在易损坏的非晶半导体厚膜101的表面上这样一种方式形成载流子可选高阻薄膜103。
但是，这样的放射线探测器B存在的缺点在于，由诸如Sb2S3之类的材料构成的载流子可选高阻薄膜103的抗拉强度差，因此，不能抵抗由于温度变化引起的非晶半导体厚膜101的变形，从而易于出现裂缝。并且，载流子可选高阻薄膜103难以具有足以防止蠕缓放电发生的厚度。顺便提一下，图10所示的开关元件108和载流子收集极107的每一个都具有与图8所示的开关元件88和载流子收集极87的相应一个相同的结构。
此外，为了防止蠕缓放电的发生，如图11所示，还提出了含有由诸如硅树脂和环氧树脂之类的高耐压绝缘材料构成的防放电薄膜110的放射线探测器C(参见日本专利申请NO.2000-19167)。这种防放电薄膜110是在非晶半导体厚膜111和电压施加电极112的顶层表面上形成的。
但是，在这样的放射线探测器C中，由诸如硅树脂和环氧树脂之类的高耐压绝缘材料构成的防放电薄膜110在热胀系数方面不同于绝缘基底116，并且在表面强度方面相对低于绝缘基底116。因此，同样会发生由于温度变化引起的变形。这样，在树脂本身和非晶半导体厚膜111与电压施加电极112之间的中间层中出现裂缝，致使探测器具有不足以抵挡蠕缓放电的电压(参见图7所示的、与第二比较探测器相对应的实验结果)。
顺便提一下，图11所示的开关元件118和载流子收集极117的每一个都具有与图8所示的开关元件88和载流子收集极87的相应一个相同的结构。
发明内容
鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种抗环境性，譬如说，耐热性优良的，并且能够防止由于施加给放射线灵敏型半导体薄膜的偏置电压引起的蠕缓放电发生和获得足够的探测灵敏度的放射线探测器。
为了实现上述目的，根据本发明提供的一种放射线探测器(下面称之为本发明的第一放射线探测器)包含有在上面形成的电荷存储电容器和电荷读取开关元件的绝缘基底；在绝缘基底上形成的和与电荷存储电容器电连接的载流子收集极；在载流子收集极上形成的和适合于响应放射线的入射生成电荷传送介质的放射线灵敏型非晶半导体厚膜；在非晶半导体厚膜上形成的电压施加电极；以覆盖非晶半导体厚膜的整个表面这样一种方式在非晶半导体厚膜与电压施加电极之间形成抗溶解和载流子可选高阻薄膜；和具有与绝缘基底的热胀系数相当的热胀系数的、在电压施加电极上形成的和以防止由于温度变化而导致的非晶半导体厚膜变形这样一种方式，通过高耐压硬化合成树脂形成固定在上面的绝缘辅助板件。在放射线探测器中，根据非晶半导体厚膜中放射线入射生成的电荷传送介质的数量，把电荷存储在电荷存储电容器中，并且，通过开关元件读取存储在电荷存储电容器中的电荷作为放射线探测信号。
根据本发明第一放射线探测器的一个实施例(下面称之为本发明第二放射线探测器)，该放射线探测器含有数个载流子收集极以被排列成二维矩阵形式这样一种方式形成的二维阵列结构，并且，电荷存储电容器之一和电荷读取开关元件之一相应地提供给每一载流子收集极。
根据本发明第一放射线探测器的另一个实施例(下面称之为本发明第三放射线探测器)，抗溶解和载流子可选高阻薄膜是厚度从0.05μm到10μm的Sb2S3薄膜。
根据本发明第一放射线探测器的另一个实施例(下面称之为本发明第四放射线探测器)，高耐压硬化合成树脂是环氧树脂。
根据本发明第一放射线探测器的另一个实施例(下面称之为本发明第五放射线探测器)，辅助板件由包括含有如下特征的元素的材料所构成，这些元素每一种的原子序数至少是15，和这些元素的含有量至多是1原子％。
根据本发明第一放射线探测器的另一个实施例(下面称之为本发明第六放射线探测器)，辅助板件具有它位于放射线灵敏区中的部分的厚度小于它位于非灵敏区中的部分的厚度的结构。
根据本发明第一放射线探测器的另一个实施例(下面称之为本发明第七放射线探测器)，辅助板件具有只有它位于放射线灵敏区中的部分是开放的结构。
本发明第一或第二放射线探测器的另一个实施例(下面称之为本发明第八放射线探测器)还包括调整辅助板件与绝缘基底之间的间隙的垫片。
根据本发明第八放射线探测器的另一个实施例(下面称之为本发明第九放射线探测器)，绝缘基底与辅助板件之间的间隙从2mm到4mm。
下面描述本发明的每一种放射线探测器的操作。
在通过本发明放射线探测器进行放射线探测的情况中，在把偏置电压施加到在放射线灵敏型非晶半导体厚膜前表面上形成的电压施加电极上的同时，将要探测的放射线入射到探测器上。在非晶半导体厚膜中放射线入射生成电荷传送介质(即，载流子)通过偏置电压迁移到电压施加电极和载流子收集极。然后，根据生成的载流子数量，把电荷存储在与载流子收集极电连接的电荷存储电容器中。并且，随着电荷读取开关元件的状态过渡到打开状态，通过开关元件读取存储的电荷作为放射线探测信号。
此外，在本发明放射线探测器的情况中，抗溶解和载流子可选高阻薄膜是以覆盖非晶半导体厚膜的整个表面这样一种方式在非晶半导体厚膜与电压施加电极之间形成的。因此，不会发生非晶半导体厚膜的表面被高耐压硬化合成树脂的溶剂成分损坏，造成蠕缓放电和耐压降低的现象。并且，抑制了暗电流的增大。
此外，绝缘辅助板件是在非晶半导体厚膜、抗溶解和载流子可选高阻薄膜、和电压施加电极的上面形成的、并且以覆盖顶层表面这样一种方式通过高耐压硬化合成树脂固定在上面的顶层表面上形成的，并且固定在上面的。因此，抗拉强度相对差的非晶半导体厚膜、抗溶解和载流子可选高阻薄膜、和电压施加电极被夹在热胀系数彼此几乎相等的绝缘板件之间。这样，由于温度变化而发生非晶半导体厚膜变形的可能性显著降低了。
并且，认为会发生除了非晶半导体厚膜本身击穿之外的电介质击穿的路径是穿过高耐压硬化合成树脂，沿着高耐压硬化合成树脂与辅助板件之间的界面，延伸到读线、栅极线和地线暴露在绝缘基底外面的部分的路径，和延伸到把电压施加电极引起的电荷载流子与在辅助板件上产生的电荷复合在一起的部分的路径。因此，通过以使厚度厚到足以使偏置电压不会引起电介质击穿的程度这样一种方式形成高耐压硬化合成树脂，防止了电介质击穿的发生。
此外，绝缘辅助板件是在非晶半导体厚膜、抗溶解和载流子可选高阻薄膜、和电压施加电极的上面形成的、和以覆盖顶层表面这样一种方式通过高耐压硬化合成树脂固定在上面的顶层表面上形成的，并且固定在上面的。这种结构用作抗环境性相对差的非晶半导体厚膜的保护膜。
并且，在本发明第二放射线探测器的情况中，放射线探测元件以矩阵形式排列的二维阵列结构是通过与排列成二维矩阵形式的数个载流子收集极的每一个对应地配备一个电荷存储电容器和一个电荷读取开关元件形成的。因此，在放射线探测元件的每一个中进行局部放射线探测。
在本发明第三放射线探测器的情况中，抗溶解和载流子可选高阻薄膜是厚度从0.05μm到10μm的Sb2S3薄膜。本发明第三放射线探测器既能防止非晶半导体厚膜被高耐压硬化合成树脂的溶剂成分损坏，又能防止蠕缓放电的发生和耐压的降低，并且还能防止暗电流的增大。
在本发明第四放射线探测器的情况中，高耐压硬化合成树脂是环氧树脂。因此，本发明第四放射线探测器具有如下的特征，这种树脂在硬化之后，其强度更高，而树脂的溶剂成分对非晶薄膜的反作用却降低了。
在本发明第五放射线探测器的情况中，辅助板件由含有如下特征的元素的材料构成，这些元素每一种的原子序数至少是15，和这些元素的含有量至多是1原子％。因此，可以抑制入射放射线的衰减。
在本发明第六放射线探测器的情况中，辅助板件具有它位于放射线灵敏区中的部分的厚度小于它位于非灵敏区中的部分的厚度的结构。因此，通过同时保持抵抗由于温度变化引起的非晶半导体厚膜的变形的强度和抵抗在其中出现的裂缝的强度，可以进一步抑制入射放射线的衰减。
在本发明第七放射线探测器的情况中，只有它位于放射线灵敏区中的部分是开放的。因此，通过同时保持抵抗由于温度变化引起的非晶半导体厚膜的变形的强度和抵抗在其中出现的裂缝的强度，可以使入射放射线的衰减达到最小。
在本发明第八放射线探测器的情况中，在辅助板件的外围部分上配备了调整辅助板件与绝缘基底之间的接合间隙的垫片。这有助于控制该接合间隙。此外，可以抑制由于入射放射线衰减这种变化引起的灵敏度变化。
在本发明第九放射线探测器的情况中，把绝缘基底与辅助板件之间的接合间隙设置成大于或等于2mm。因此，在认为会发生除了非晶半导体厚膜本身击穿之外的电介质击穿的路径当中，可以延长穿过高耐压硬化合成树脂，沿着高耐压硬化合成树脂与辅助板件之间的界面，延伸到读线、栅极线和地线暴露在绝缘基底外面的部分的路径，和延长电压施加电极与辅助板件之间距离，以便降低绝缘板件表面荷载的电荷量，从而可以获得等于或高于30kV的高耐压。并且，把接合间隙设置成等于或小于4mm。这样，可以使由于硬化合成树脂引起的入射放射线衰减达到最小。
附图说明
图1示出了作为本发明实施例的放射线传感器部分的结构的示意性剖视图；
图2示出了作为本发明实施例的第一种变型的放射线传感器部分的结构的示意性剖视图；
图3示出了作为本发明实施例的第二种变型的放射线传感器部分的结构的示意性剖视图；
图4示出了作为本发明实施例的放射线传感器部分的结构的俯视图；
图5示出了作为本发明实施例的放射线探测器的整个结构的方块图；
图6示出了作为本发明实施例的放射线探测元件探测操作状况的说明图；
图7示出了三种放射线探测器，即，测试探测器、第一比较探测器和第二比较探测器的耐压测量结果的图形；
图8示出了现有技术放射线探测器的结构的主要部分的示意性剖视图；
图9示出了现有技术改进型放射线探测器A的结构的主要部分的示意性剖视图；
图10示出了另一种现有技术改进型放射线探测器B的结构的主要部分的示意性剖视图；和
图11示出了另一种现有技术改进型放射线探测器C的结构的主要部分的示意性剖视图。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的实施例。图1示出了作为本发明实施例的放射线传感器部分的结构的示意性剖视图。图2示出了作为本发明实施例的第一种变型的放射线传感器部分的结构的示意性剖视图。图3示出了作为本发明实施例的第二种变型的放射线传感器部分的结构的示意性剖视图。图4示出了作为本发明实施例的放射线传感器部分的结构的俯视图。图5示出了作为本发明实施例的放射线探测器的整个结构的方块图。图6示出了作为本发明实施例的放射线探测元件探测操作状况的说明图。
如图1所示，这个实施例的放射线探测器含有放射线传感器部分，该放射线传感器部分包括像玻璃基底那样的绝缘基底6、非晶半导体厚膜1、和电压施加电极2。绝缘基底6含有在上面形成的电容器Ca和电荷提取开关元件8。电容器Ca由SiO2层构成。电荷提取开关元件8是，譬如，晶体管(TFT)，每个晶体管用于提取存储在电容器Ca中的电荷，并且，通常被置在关闭状态(即，断开状态)上。非晶半导体厚膜1与电荷存储电容器Ca电连接，并且，通过载流子收集极7在绝缘基底6上形成。电压施加电极2配备在非晶半导体厚膜1的放射线入射这一侧(前表面)。通过放射线入射，非晶半导体厚膜1在其中生成电荷传送介质(即，载流子)。
并且，根据这个实施例的放射线探测器含有偏置电压供应部分(即，电源部分)Ve，用于把偏置电压提供给电压施加电极2。当处在偏置电压被加到电压施加电极2上的状态下辐射放射线时，放射线辐射生成的载流子从载流子收集极7传输到电容器Ca，然后存储在其中。此外，在读取时，把打开信号从栅极线11发送到开关元件8，以便打开(即，连接)开关元件8。因此，从读线10中读取存储的电荷，作为放射线探测信号。接着，具体描述每个组成部分的结构。
在根据这个实施例的放射线探测器的情况中，非晶半导体厚膜1具有等于或者大于109Ωcm(最好等于或大于1011Ωcm)的特定阻值，并且是厚度从大约0.5mm到大约1.5mm的高纯度非晶硒(a-Se)厚膜。这个a-Se厚膜是优良的，尤其适合于增大探测区的面积。从大约0.5mm到大约1.5mm厚度的薄膜用作非晶半导体厚膜1，这个薄膜既不能太厚，也不能太薄，因为，如果太厚的话，放射线就不能穿过这个薄膜，而被完全吸收掉，如果太薄的话，这个薄膜就不能吸收足够的放射线。
电压施加电极2和载流子收集极7由从一组金属Au(金)、Pt(铂)、Ni(镍)和In(铟)中选择出来的适当金属组成，或由ITO(铟锡氧化物)组成。不用说，非晶半导体厚膜和电极的材料不限于上述所举的那些材料。
并且，在根据这个实施例的放射线探测器中，如图1所示，以覆盖非晶半导体厚膜1的整个表面这样一种方式在非晶半导体厚膜1与电压施加电极2之间形成抗溶解和载流子可选高阻薄膜3。高阻薄膜3是，例如，Sb2S3，并且具有大约1μm的厚度。此外，电压施加电极2是在Sb2S3薄膜上形成的。以覆盖这些部件的顶层表面这样一种方式，通过环氧树脂4在这些部件的顶层表面上形成绝缘辅助板件5，并且把绝缘辅助板件5固定在上面，环氧树脂4是高耐压硬化合成树脂。绝缘辅助板件5具有与绝缘基底6的热胀系数相当的热胀系数。
顺便提一下，在把载流子可选高阻薄膜用在正偏压上的情况中，使用n-型(即，阻止空穴注入型)选择薄膜。反之，在把载流子可选高阻薄膜用在负偏压上的情况中，使用p-型(即，阻止电子注入型)选择薄膜。
热胀系数与绝缘基底6的热胀系数相当的的绝缘辅助板件5由包含如下特征的元素的材料构成，这些元素每一种的原子序数至少是15，和这些元素的含有量至多是1原子％。可以应用任何材料，只要放射线衰减较小即可。可以引用硼硅酸玻璃或石英玻璃作为例子。辅助板件的厚度最好是从大约0.5mm到大约1.5mm。
并且，如图2所示，作为该实施例的第一种变型的辅助板件5具有这样的结构，在这种结构中，位于放射线灵敏区中的部分的厚度小于位于非灵敏区中的部分的厚度。因此，借助于图2所示的结构，即使在当使用辅助板件5那样的材料时，放射线的衰减相对较大的情况中，也可以在保持强度的同时，抑制放射线衰减。此外，如图3所示，作为该实施例的第二种变型的辅助板件5具有这样的结构，在这种结构中，只有位于放射线灵敏区中的部分是开放的。因此，通过应用图3所示的结构，可以使放射线的衰减达到最小。
顺便提一下，热胀系数与绝缘材料6的热胀系数相当的绝缘辅助板件5不限于以上述方式实现的构件5。可以应用任何辅助构件，只要把这种辅助构件构造成在非晶半导体厚膜1中不会发生变形即可。
引用Sb2S3薄膜作为根据这个实施例的第一种变型和第二种变型的放射线探测器的抗溶解和载流子可选高阻薄膜3的例子。但是，除了Sb2S3薄膜之外，也可以使用由诸如CdS(硫化镉)、SbTe(碲化锑)、ZnTe(碲化锌)、和CdTe(碲化镉)之类的无机半导体构成的薄膜，和由把载流子可迁移材料加入其中的、诸如聚碳酸脂之类的有机薄膜材料构成的薄膜。这些薄膜的厚度取决于载流子灵敏度、抗溶解性、和对非晶半导体厚膜1的吸附性，并且，最好是从0.01μm到10μm。或者，可以在从0.01μm到10μm的范围内选择这些薄膜的厚度。
尽管已经引用环氧树脂作为高耐压硬化合成树脂4的例子，但是，也可以使用诸如丙烯酸树脂和氟树脂之类的其它材料，只要树脂的溶剂成分与非晶半导体厚膜1之间的反作用较小即可。顺便提一下，当a-Se薄膜用作非晶半导体厚膜时，由于a-Se薄膜易于受热变形，因此，有必要选择在室温下能硬化的那种类型的树脂。当形成这些树脂的形成厚度太小时，耐压就降低了。反之，当形成厚度太大时，入射放射线就衰减掉了。因此，最好，绝缘基底6与绝缘辅助板件5之间的间隙的范围从1mm到5mm。或许，它们之间的间隙的范围从2mm到4mm是合乎需要的。
为了可靠地形成这样的间隙，在图1所示的这个实施例、图2所示的这个实施例的第一种变型、和图3所示的这个实施例的第二种变型的放射线探测器中，在绝缘基底6的外围部分中配备由ABS树脂构成的垫片9，以便可以容易地调整这个间隙的值。
并且，在根据这个实施例的探测器的放射线传感器部分中，如图1、4、和5所示，以二维矩阵形式形成和排列着许多载流子收集极7。此外，与载流子收集极7的每一个对应地配备电荷存储电容器Ca之一和电荷读取开关元件8之一。这个放射线传感器部分被配置成二维阵列结构的平板型放射线传感器(即，表面传感器)，其中，沿着X方向和Y方向排列着每一个用作一个放射线探测元件的许多(例如，1024×1024)个探测元件DU。顺便提一下，图4示出了图1所示的放射线传感器部分的俯视图。图5示出了其中的内部结构的示意图。
也就是说，如图5所示，在整个表面上形成用作所有探测元件DU的公用电极的电压施加电极2。以与对应于其它探测元件DU的载流子收集极分开这样一种方式，与探测元件DU的每一个对应地，以二维矩阵形式排列用于各个探测元件的载流子收集极7。此外，电荷存储电容器Ca之一和电荷读取开关元件8之一与载流子收集极7的一个相连接，以便在放射线探测元件的每一个中进行局部放射线探测。这样就能够测量出放射线强度的二维分布。
并且，如图5所示，在这个实施例的放射线传感器部分中，用作探测元件DU的开关元件8的薄膜晶体管的栅极与沿着横向(即，X方向)延伸出来的栅极线11相连接。它的源极与沿着纵向(即，Y方向)延伸出来的读线10相连接。读线10通过电荷-电压转换器组(即，前置放大器组)13与多路复用器15相连接。栅极线11与栅极驱动器14相连接。顺便提一下，在这个实施例中，电荷-电压转换器13以一一对应的关系分别与读线10相连接。
并且，在根据这个实施例的放射线探测器的放射线传感器部分的情况中，把用于提取到多路复用器15和栅极驱动器14的信号的扫描信号发送到多路复用器15和栅极驱动器14。根据按顺序分配给沿着X方向和Y方向的每一个排列的探测元件DU的地址(例如，0到1023)，确定放射线传感器部分的探测元件DU的每一个。因此，提取扫描信号用于指定X方向地址和Y方向地址。
根据与Y方向对应的扫描信号，一行一行地把提取电压从栅极驱动器14施加到X方向栅极线11上，以便同时选择与每条线相对应的探测元件DU。并且，根据X方向扫描信号，把多路复用器15切换到另一个上。因此，通过一组电荷-电压转换器组13、...、13和多路复用器15，把存储在与所选线路相对应的探测元件DU的电容器Ca中的电荷依次输出到外部电路。
当这个实施例的放射线探测器用作，例如，X射线荧光成像系统的X射线探测器时，从多路复用器15中逐次提取出探测元件DU的探测信号，作为像素信号。然后，在图像处理部分DT中进行诸如噪声处理之类的必要信号处理。接着，在图像显示部分MT中把经处理的信号显示成二维图像(即，X射线荧光图像)。
从上面的描述中可以明白，从这个实施例的放射线传感器部分中提取探测信号的系统具有几乎与诸如普通电视摄像机之类的视频设备相同的结构。在这个实施例的情况中，在放射线传感器部分中配备了电荷-电压转换器组13、多路复用器15、和栅极驱动器14，在必要的时候，还可以配备AD(数字模拟)转换器(未示出)。放射线传感器部分的集成化又前进了一步。但是，也可以独立配备电荷-电压转换器组13、多路复用器15、栅极驱动器14、和AD转换器的全部或一部分。
并且，在制造这个实施例的放射线传感器部分的情况中，利用基于各种类型真空薄膜形成方法的薄膜形成技术，并且还利用基于照相平板印刷方法的图案形成技术，按顺序叠加在绝缘基底6的表面上，形成用在开关元件8、电容器Ca、载流子收集极7、非晶半导体厚膜1、抗溶解和载流子可选高阻薄膜3、和电压施加电极2中的薄膜晶体管。
其次，下面参照图6描述根据这个实施例的放射线探测器的放射线探测操作。在通过这个实施例的探测器进行放射线探测的情况中，如图6所示，在把偏置电压施加到非晶半导体厚膜1的前表面一侧的电压施加电极2上的状态下，使要探测的放射线入射到放射线探测器上。放射线的入射产生作为电荷传送介质(即，载流子)的电子和空穴，并且，通过偏置电压让它们分别迁移到电压施加电极2和载流子收集极7。然后，根据生成的载流子的数量，把电荷存储在载流子收集极7侧的电荷存储电容器Ca中。此外，随着电荷读取开关元件8的状态过渡到打开状态，通过开关元件8读取存储的电荷，作为放射线探测信号。此后，电荷-电压转换器13把读取的电荷转换成电压信号。
并且，在这个实施例的放射线探测器的情况中，以覆盖非晶半导体厚膜1的整个表面这样一种方式，在非晶半导体厚膜1与电压施加电极2之间形成抗溶解和载流子可选高阻薄膜1。因此，不会发生非晶半导体厚膜1的表面被高耐压硬化合成树脂4的溶剂成分损坏，造成蠕缓放电和耐压降低的现象。
此外，在非晶半导体厚膜1、抗溶解和载流子可选高阻薄膜3、和电压施加电极2的上面形成的、和以覆盖顶层表面这样一种方式，通过高耐压硬化合成树脂4定在上面的顶层表面上，形成热胀系数与绝缘基底6的热胀系数相当的绝缘辅助板件5，并且固定在上面。因此，抗拉强度相对差的非晶半导体厚膜1、抗溶解和载流子可选高阻薄膜3、和电压施加电极2被夹在热胀系数彼此几乎相等的绝缘板件5之间。这样，由于温度变化而发生非晶半导体厚膜1变形的可能性和在其中出现裂缝的可能性显著降低了。
并且，认为会发生除了非晶半导体厚膜1本身击穿之外的电介质击穿的路径仅仅是穿过高耐压硬化合成树脂4，沿着高耐压硬化合成树脂4与辅助板件5之间的界面，延伸到读线10、栅极线11和地线12暴露在绝缘基底6外面的部分的路径，和延伸到把电压施加电极2引起的电荷载流子与在辅助板件5上产生的电荷复合在一起的部分的路径。因此，通过以使厚度厚到足以使偏置电压不会引起电介质击穿的程度这样一种方式形成高耐压硬化合成树脂，防止了电介质击穿的发生。
此外，绝缘辅助板件是在非晶半导体厚膜、抗溶解和载流子可选高阻薄膜、和电压施加电极的上面形成的、和以覆盖顶层表面这样一种方式通过高耐压硬化合成树脂固定在上面的顶层表面上形成的，并且固定在上面的。这种结构用作抗环境性相对差的非晶半导体厚膜的保护膜。
[例子]
接着，为了实际查明通过利用高耐压硬化合成树脂4的溶剂成分，不仅不会损坏非晶半导体厚膜1的表面，而且使耐压提高了，我们制造了一个与这个实施例的放射线探测器具有相同结构的测试放射线探测器。
也就是说，非晶半导体厚膜1是厚度为1mm的a-Se薄膜。抗溶解和载流子可选高阻薄膜3是厚度为大约0.3μm的薄膜。高耐压硬化合成树脂4是环氧树脂。热胀系数与绝缘基底6的热胀系数相当的绝缘辅助板件5是厚度为0.7mm的硼硅酸玻璃。配备ABS树脂垫片，以便绝缘基底6与硼硅酸玻璃(即，辅助板件5)之间的间隙宽度是3mm。
另一方面，还制造了两个比较放射线探测器。即，一个是除了没有配备Sb2S3薄膜(即，非高阻薄膜3)之外，其它结构与测试放射线探测器相同的第一比较放射线探测器。另一个是除了在顶层表面上只形成环氧树脂层，而没有使用硼硅酸玻璃(即，辅助板件5)之外，其它结构与测试放射线探测器相同的第二比较放射线探测器。
然后，把4kV的偏置电压施加到三个放射线探测器，即，测试放射线探测器、第一比较放射线探测器和第二比较放射线探测器的电压施加电极2上。让偏置电压施加在上面持续1分钟。在放射线(X射线)辐射持续10秒钟期间，测量来自这些探测器的读线10的探测输出(即，输出的电流值)。此时，为了提高测量精度，把常开信号提供给它们的所有栅极线11，从而让开关元件8开始转入常开状态，以便把正常探测输出发送到读线10。随后，以1kV的步长逐步升高偏置电压，重复相似的测量操作。在测试放射线探测器的情况中，进行这样的测量，直到偏置电压达到30kV为止。在比较放射线探测器的情况中，进行这样的测量，直到发生电介质击穿为止。图7显示了测量结果。
在测试放射线探测器和不使用硼硅酸玻璃(即，辅助板件5)的第二比较放射线探测器的情况中，即使把30kV的偏置电压施加在上面，也不会发生电介质击穿。反之，在不使用Sb2S3薄膜(即，高阻薄膜3)的第一比较放射线探测器的情况中，在5kV就发生电介质击穿。实际上，第一比较探测器的a-Se薄膜表面与环氧树脂4的溶剂成分发生了反应。因此，a-Se薄膜的表面变成红色的。
从这一点可以明白，与这个实施例的放射线探测器相似，当以覆盖非晶半导体厚膜1的整个表面和让厚度厚到足以使非晶半导体厚膜1的表面不会被高耐压硬化合成树脂4的溶剂成分损坏的程度这样一种方式，在非晶半导体厚膜1与电压施加电极2之间形成抗溶解和载流子可选高阻薄膜3时，可以获得30kV或更高的高耐压。
接着，把测试放射线探测器和不使用硼硅酸玻璃5的第二比较放射线探测器放置在40℃的恒温炉上长达100个小时之后，把温度降回到室温，然后，对测试放射线探测器和第二比较放射线探测器进行相同的测试。
即使把30kV的偏置电压施加到上面，在测试放射线探测器中也不会发生电介质击穿。信号的电流值几乎等于被放置在40℃下以前的值。相反，在第二比较放射线探测器的情况中，信号的电流值突然增大，致使在8kV的偏置电压上就发生电介质击穿。实际上，在第二比较放射线探测器的情况中，在被放置在40℃的恒温炉上期间就发生变形。在把温度降回到室温之后，在a-Se薄膜上的Sb2S3薄膜中出现裂缝。
从这一点可以看出，与这个实施例的放射线探测器相似，通过以覆盖顶层表面这样一种方式利用高耐压硬化合成树脂，在非晶半导体厚膜1、抗溶解和载流子可选高阻薄膜3、和电压施加电极2在上面形成的顶层表面上形成和固定热胀系数与绝缘基底6的热胀系数相当的绝缘辅助板件5，可以防止非晶半导体厚膜1、抗溶解和载流子可选高阻薄膜3、和电压施加电极2中由于环境温度变化而发生的变形，和由于变形而在其中出现的裂缝。
本发明不限于上述实施例。可以对本发明作如下修改。
(1)尽管在上述实施例中，非晶半导体厚膜1是高纯度a-Se厚膜，但是，根据本发明的非晶半导体厚膜1也可以具有防晶化功能的、掺入了As(砷)或Te(碲)的a-Se厚膜，或者是硒化合物的非晶半导体厚膜。
(2)并且，尽管在上述实施例中，在载流子收集极7与非晶半导体厚膜1之间没有配备中间层，但是，也可以通过Sb2S3薄膜或硒化合物薄膜构成载流子可选中间层。
(3)此外，上述实施例具有以矩阵形式排列着许多个探测元件DU的二维阵列结构。可以引用具有只沿着一行或一列排列着数个探测元件DU的线传感器结构的探测器、或其中只配备一个探测元件的结构的探测器作为本发明实施例的变型。
(4)顺便提一下，本发明放射线探测器要探测的放射线不限于X射线，而是包括所有种类的放射线。
根据本发明的第一放射线探测器，抗溶解和载流子可选高阻薄膜是以覆盖非晶半导体厚膜的整个表面这样一种方式，在适合于做成大面积薄膜的放射线灵敏型非晶半导体厚膜与电压施加电极之间形成的。此外，热胀系数与绝缘基底的热胀系数相当的绝缘辅助板件是在非晶半导体厚膜、抗溶解和载流子可选高阻薄膜、和电压施加电极的上面形成的、和以覆盖顶层表面这样一种方式通过高耐压硬化合成树脂固定在上面的顶层表面上形成的。因此，防止了非晶半导体厚膜表面受到损坏、由于其中的温度变化造成的变形、和由于其中出现了裂缝而引起电介质击穿的发生。并且，通过把高偏置电压施加在上面，可以获得足够的探测灵敏度。此外，就热胀系数与绝缘基底的热胀系数相当的绝缘辅助板件在非晶半导体厚膜、抗溶解和载流子可选高阻薄膜、和电压施加电极的上面形成的、和以覆盖顶层表面这样一种方式通过高耐压硬化合成树脂固定在上面的顶层表面上形成，并且固定在上面的结构来说，这种结构还可以用作抗环境性相对差的非晶半导体厚膜的保护膜。因此，可以保证长期可靠性。
根据本发明的第二放射线探测器，与以二维矩阵形式形成和排列的许多载流子收集极的每一个对应地配备一个电荷存储电容器和一个电荷读取开关元件。第二放射线探测器是以具有以矩阵形式排列放射线探测元件的二维矩阵结构这样一种方式构成的。在放射线探测元件的每一个中，可以进行局部放射线探测。因此，通过把高偏置电压施加到电极上，可以进行放射线强度二维分布的高精度测量。
根据本发明的第三放射线探测器，抗溶解和载流子可选高阻薄膜是厚度从0.05μm到10μm的Sb2S3薄膜。本发明第三放射线探测器的有益效果不仅在于，防止非晶半导体厚膜的表面被高耐压硬化合成树脂的溶剂成分损坏，而且在于，防止暗电流的增大。因此，即使把高偏置电压施加到电极上，暗电流的增加也是很小的，从而可以获得高灵敏探测特性。
根据本发明的第四放射线探测器，高耐压硬化合成树脂是环氧树脂。因此，这种树脂在硬化之后，其强度更高，而树脂的溶剂成分对非晶薄膜的反作用却降低了。这样，提高了抗环境性。可以获得长期可靠性。
根据本发明的第五到第七放射线探测器，可以使入射放射线的衰减达到最小。因此，可以获得更高的探测灵敏度。
根据本发明的第八和第九放射线探测器，可以非常精确地调整绝缘基底与绝缘辅助板件之间的接合间隙。因此，通过同时防止入射放射线的衰减和灵敏度变化的发生，可以获得等于或大于30kV的高耐压。
Claims (9)
1.一种放射线探测器，包括：
含有在上面形成的电荷存储电容器和电荷读取开关元件的绝缘基底；
在所述绝缘基底上形成的和与所述电荷存储电容器电连接的载流子收集极；
在所述载流子收集极上形成的和适合于响应放射线的入射生成电荷传送介质的放射线灵敏型非晶半导体厚膜；
在所述非晶半导体厚膜上形成的电压施加电极；
以覆盖所述非晶半导体厚膜的整个表面这样一种方式，在所述非晶半导体厚膜与所述电压施加电极之间形成的抗溶解和载流子可选高阻薄膜；和
具有与所述绝缘基底的热胀系数相当的热胀系数的、在所述电压施加电极上形成和以防止由于温度变化而导致的所述非晶半导体厚膜变形这样一种方式，通过高耐压硬化合成树脂固定在上面的绝缘辅助板件，
其中，根据所述非晶半导体厚膜中放射线入射生成的电荷传送介质的数量，把电荷存储在所述电荷存储电容器中，并且，通过所述开关元件读取存储在所述电荷存储电容器中的电荷，作为放射线探测信号。
2.根据权利要求1所述的放射线探测器，其中，所述放射线探测器具有数个载流子收集极以被排列成二维矩阵形式这样一种方式形成的二维阵列结构，并且，电荷存储电容器之一和电荷读取开关元件之一相应地提供给每一个所述载流子收集极。
3.根据权利要求1所述的放射线探测器，其中，所述抗溶解和载流子可选高阻薄膜是厚度从0.05μm到10μm的Sb2S3薄膜。
4.根据权利要求1所述的放射线探测器，其中，所述高耐压硬化合成树脂是环氧树脂。
5.根据权利要求1所述的放射线探测器，其中，所述辅助板件包括含有如下特征的元素的材料，这些元素每一种的原子序数至少是15，和这些元素的含有量至多是1原子％。
6.根据权利要求1所述的放射线探测器，其中，所述辅助板件具有它位于放射线灵敏区中的部分的厚度小于它位于非灵敏区中的部分的厚度的结构。
7.根据权利要求1所述的放射线探测器，其中，所述辅助板件具有只有它位于放射线灵敏区中的部分是开放的结构。
8.根据权利要求1所述的放射线探测器，还包括：
调整所述辅助板件与所述绝缘基底之间的间隙的垫片。
9.根据权利要求1所述的放射线探测器，其中，所述绝缘基底与所述辅助板件之间的间隙的范围是从2mm到4mm。
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