DE102013216171A1 - Abbildungsvorrichtung und Verfahren zu deren Betrieb - Google Patents

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Yoshiyuki Kurokawa
Takayuki Ikeda
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Abstract

Eine Abbildungsvorrichtung, die Bilddaten mit einer kleinen Menge von Röntgenbestrahlung erhalten kann, wird bereitgestellt. Die Abbildungsvorrichtung erhält ein Bild mit Röntgenstrahlen und weist einen Szintillator und eine Vielzahl von Pixelschaltungen auf, die in einer Matrix angeordnet sind und sich mit dem Szintillator überlappen. Die Verwendung eines Transistors mit einem sehr kleinen Auszustandsstrom in den Pixelschaltungen ermöglicht, dass der Leck von elektrischen Ladungen aus einem Ladungsansammlungsabschnitt möglichst verringert wird und ein Ansammlungsvorgang in allen Pixelschaltungen im Wesentlichen gleichzeitig durchgeführt wird. Der Ansammlungsvorgang wird mit einer Röntgenbestrahlung synchronisiert, so dass die Menge von Röntgenbestrahlung reduziert werden kann.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft eine Abbildungsvorrichtung, die einen Szintillator aufweist, und ein Verfahren zu Antrieb der Abbildungsvorrichtung.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • In der medizinischen Praxis ist eine medizinische diagnostische Abbildungsvorrichtung, die eine fotografische Technik benutzt, weithin verwendet. Mit der medizinischen diagnostischen Abbildungsvorrichtung wird ein bestimmtes Gebiet (z. B. Knochen oder Lunge) eines Patienten mit Röntgenstrahlen bestrahlt, ein Röntgenfilm wird den Röntgenstrahlen ausgesetzt, die das bestimmte Gebiet durchdringen, und der Röntgenfilm wird entwickelt, so dass das Innere des bestimmten Gebiets visualisiert wird.
  • Da das Verfahren mit Röntgenfilmen ein Speicherraum für die Röntgenfilme braucht und deren Erhaltung mühsam ist, ist Digitalisierung von Bildern im Gange. Als Verfahren zur Digitalisierung von Bildern ist ein Verfahren mit einer Abbildungsplatte bekannt, die ein Material enthält, das Licht dadurch emittiert, dass das Material mit Röntgenstrahlen bestrahlt wird (fotostimulierbares Material). Durch Detektieren des Lichts, das aus der Abbildungsplatte emittiert wird, mit einem Abtaster (scanner) können digitalisierte Bilder erhalten werden.
  • Die Abbildungsplatte ist eine Platte, auf der fotostimulierbarer Phosphor aufgetragen ist, und die höhere Empfindlichkeit gegen Unterschiede in der Röntgenstrahlenabsorption als Röntgenfilme aufweist. Daten der Röntgenbestrahlung können gelöscht werden, so dass die Abbildungsplatte wieder verwendet werden kann. Jedoch sind mit der Abbildungsplatte erhaltene Daten analog, welches einen Schritt zur Digitalisierung erfordert.
  • Aus diesem Grund haben Flachbilddetektoren, die digitale Daten direkt erhalten können, in den letzten Jahren Aufmerksamkeit erregt (z. B., Patentdokument 1). Flachbilddetektoren haben zwei Systeme: ein direktes und ein indirektes Umwandlungssystem. Bei dem direkten Umwandlungssystem werden Röntgenstrahlen unter Verwendung eines Röntgendetektorelements direkt in elektrische Ladungen umgewandelt. Bei dem indirekten Umwandlungssystem werden Röntgenstrahlen mit einem Szintillator in sichtbares Licht umgewandelt und das Licht wird durch eine Fotodiode in elektrische Ladungen umgewandelt. Bei jedem der Systeme weist ein Flachbilddetektor eine Vielzahl von in einer Matrix angeordneten Pixelschaltungen auf.
  • [Referenz]
    • Patentdokument 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. H11-311673
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Bei diagnostischer Abbildung mit Röntgenstrahlen ist für Patienten die Bestrahlungszeit der Röntgenstrahlen angesichts des Einflusses der Röntgenstrahlen auf den menschlichen Körper vorzugsweise so kurz wie möglich. Das heißt: man wünscht eine Abbildungsvorrichtung, die durch relativ kurzzeitige Bestrahlung mit Röntgenstrahlen Bilddaten erhalten kann.
  • Somit ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, eine Abbildungsvorrichtung bereitzustellen, die Bilddaten mit einer relativ kleinen Menge von Röntgenstrahlen erhalten kann. Ein anderer Zweck ist, ein Verfahren zum Betreiben der Abbildungsvorrichtung bereitzustellen.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Abbildungsvorrichtung, die ein Bild unter Verwendung von Röntgenstrahlen erhält und Pixelschaltungen aufweist, die in einer Matrix mit mehreren Zeilen und mehreren Spalten angeordnet sind und sich mit einem Szintillator überlappen. Durch Verwendung eines Transistors mit einem sehr kleinen Auszustandsstrom in den Pixelschaltungen kann Leck von elektrischen Ladungen aus einem Ladungsansammlungsabschnitt vom Ende einer Ansammlungsperiode bis zum Abschluss des Lesens der letzten Zeile in einer Leseperiode möglichst reduziert werden. Folglich kann ein Ansammlungsvorgang in allen Pixelschaltungen im Wesentlichen gleichzeitig durchgeführt werden, und die Menge von Röntgenbestrahlung kann durch Synchronisieren des Ansammlungsvorgangs mit der Röntgenbestrahlung reduziert werden.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Abbildungsvorrichtung, die einen Szintillator und eine Vielzahl von Pixelschaltungen aufweist, die in einer Matrix mit mehreren Zeilen und mehreren Spalten angeordnet sind und sich mit dem Szintillator überlappen. Die Pixelschaltungen beinhalten jeweils eine Fotodiode, einen Ladungsansammlungsabschnitt, einen ersten Transistor, einen zweiten Transistor und einen dritten Transistor. Einer von Source und Drain(-Anschluss) des ersten Transistors ist mit der Fotodiode verbunden. Der andere von Source und Drain des ersten Transistors ist elektrisch mit dem Ladungsansammlungsabschnitt verbunden. Ein Gate des zweiten Transistors ist elektrisch mit dem Ladungsansammlungsabschnitt verbunden. Einer von Source und Drain des zweiten Transistors ist elektrisch mit einem von Source und Drain des dritten Transistors verbunden. Mindestens beinhaltet der erste Transistor ein Kanalbildungsgebiet, das aus einem Oxidhalbleiter ausgebildet ist. Ein Rücksetzvorgang des Ladungsansammlungsabschnitts wird in der Vielzahl von Pixelschaltungen im Wesentlichen gleichzeitig durchgeführt, ein Ansammlungsvorgang einer elektrischen Ladung von der Fotodiode wird in der Vielzahl von Pixelschaltungen im Wesentlichen gleichzeitig durchgeführt, und dann wird ein Lesevorgang eines Signals in der Vielzahl von Pixelschaltungen für jede Zeile sequenziell durchgeführt.
  • Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung und dergleichen Ordnungszahlen wie „erstes” und „zweites” verwendet werden, um eine Verwechselung von Komponenten zu vermeiden, wobei diese Begriffe die Komponenten zahlenmäßig nicht einschränken.
  • Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Abbildungsvorrichtung, die einen Szintillator und eine Vielzahl von Pixelschaltungen aufweist, die in einer Matrix mit mehreren Zeilen und mehreren Spalten angeordnet sind und sich mit dem Szintillator überlappen. Die Pixelschaltungen beinhalten jeweils ein optisches Sensorelement, einen Ladungsansammlungsabschnitt, einen ersten Transistor, einen zweiten Transistor, einen dritten Transistor und einen vierten Transistor. Einer von Source und Drain des ersten Transistors ist elektrisch mit dem optischen Sensorelement verbunden. Der andere von Source und Drain des ersten Transistors ist elektrisch mit dem Ladungsansammlungsabschnitt verbunden. Ein Gate des zweiten Transistors ist elektrisch mit dem Ladungsansammlungsabschnitt verbunden. Einer von Source und Drain des zweiten Transistors ist elektrisch mit einem von Source und Drain des dritten Transistors verbunden. Einer von Source und Drain des vierten Transistors ist elektrisch mit dem Ladungsansammlungsabschnitt verbunden. Mindestens beinhalten der erste Transistor und der vierte Transistor jeweils ein Kanalbildungsgebiet, das aus einem Oxidhalbleiter ausgebildet ist. Ein Rücksetzungsvorgang des Ladungsansammlungsabschnitts wird in der Vielzahl von Pixelschaltungen im Wesentlichen gleichzeitig durchgeführt, ein Ansammlungsvorgang einer elektrischen Ladung von dem optischen Sensorelement wird in der Vielzahl von Pixelschaltungen im Wesentlichen gleichzeitig durchgeführt, und dann wird ein Lesevorgang eines Signals in der Vielzahl von Pixelschaltungen für jede Zeile sequenziell durchgeführt.
  • Für das optische Sensorelement kann eine Fotodiode verwendet werden. Alternativ kann das optische Sensorelement eine Struktur haben, die ein Paar von Elektroden und eine amorphe i-Typ-Siliziumschicht aufweist.
  • Der zweite Transistor und/oder der dritte Transistor können/kann ein Transistor sein, der ein Kanalbildungsgebiet, das aus einem Oxidhalbleiter ausgebildet ist, aufweist.
  • Außerdem ist eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Abbildungsvorrichtung, die einen Szintillator und eine Vielzahl von Pixelschaltungen aufweist, die in einer Matrix mit mehreren Zeilen und mehreren Spalten angeordnet sind und sich mit dem Szintillator überlappen. Das Verfahren zum Betreiben der Abbildungsvorrichtung beinhaltet einen ersten Schritt zum Durchführen im Wesentlichen gleichzeitig eines Rücksetzvorgangs eines Ladungsansammlungsabschnitts, der in jeder der Vielzahl von Pixelschaltungen enthalten ist, einen zweiten Schritt der Bestrahlung des Szintillators mit einem Röntgenstrahl, so dass ein optisches Sensorelement, das in jeder der Vielzahl von Pixelschaltungen enthalten ist, mit Licht bestrahlt wird, das aus dem Szintillator emittiert wird, einen dritten Schritt eines im Wesentlichen gleichzeitigen Durchführens eines Ansammlungsvorgangs einer elektrischen Ladung in dem Ladungsansammlungsabschnitt mittels des optischen Sensorelements und einen vierten Schritt der sequenziellen Durchführung eines Lesevorgangs eines Signals in der Vielzahl von Pixelschaltungen für jede Zeile. Der zweite Schritt wird mit dem dritten Schritt synchronisiert.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Abbildungsvorrichtung bereitstellen, die Bilddaten mit einer relativ kleinen Menge von Röntgenbestrahlung erhalten kann. Ferner kann eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Betreiben der Abbildungsvorrichtung bereitstellen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine Abbildungsvorrichtung.
  • 2A und 2B zeigen jeweils eine Konfiguration einer Pixelschaltung.
  • 3A bis 3C sind Zeitablaufdiagramme, die jeweils die Vorgänge einer Pixelschaltung zeigen.
  • 4A und 4B zeigen jeweils eine Konfiguration einer Pixelschaltung.
  • 5 zeigt eine Konfiguration einer Pixelschaltung.
  • 6A bis 6C zeigen jeweils eine Integrierschaltung.
  • 7A und 7B sind Zeitablaufdiagramme, die die Vorgänge bei einem Global-Shutter-System und einem Rolling-Shutter-System zeigen.
  • 8 ist ein Schaltplan einer Vielzahl von Pixelschaltungen, die in einer Matrix angeordnet sind.
  • 9 ist ein Schaltplan einer Vielzahl von Pixelschaltungen, die in einer Matrix angeordnet sind.
  • 10 ist ein Schaltplan einer Vielzahl von Pixelschaltungen, die in einer Matrix angeordnet sind.
  • 11 ist ein Schaltplan einer Vielzahl von Pixelschaltungen, die in einer Matrix angeordnet sind.
  • 12A und 12B sind eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsansicht einer Anordnung einer Pixelschaltung.
  • 13A und 13B sind eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsansicht einer Anordnung einer Pixelschaltung.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die nachfolgende Beschreibung beschränkt ist, und ein Fachmann leicht versteht, dass Arten und Details auf verschiedene Weisen modifiziert werden können, ohne von dem Grundgedanken und dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht so zu verstehen, dass sie auf die Beschreibung der Ausführungsformen beschränkt ist. Es sei angemerkt, dass in allen Zeichnungen, die zur Erläuterung der Ausführungsformen verwendet werden, die gleichen Teile oder Teile mit ähnlichen Funktionen durch die gleichen Bezugszeichen benannt sind, und dass wiederholte Beschreibung dieser Teile weggelassen werden kann.
  • (Ausführungsform 1)
  • Bei dieser Ausführungsform wird eine Abbildungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben.
  • Eine Abbildungsvorrichtung 100, die in 1 gezeigt ist, beinhaltet ein Sensorsubstrat 101, das einen optischen Sensor beinhaltet, und einen Szintillator 102, der Strahlung wie z. B. Röntgenstrahlen in sichtbares Licht umwandelt. Das Sensorsubstrat 101 und der Szintillator 102 überlappen einander. Ein Röntgenstrahl 104 wird aus einer Röntgenstrahlquelle 103 an den Szintillator 102 durch ein Objekt 106 emittiert und in sichtbares Licht 105 umgewandelt. Das sichtbare Licht wird von dem optischen Sensor detektiert, der in dem Sensorsubstrat 101 enthalten ist, wodurch Bilddaten erhalten werden.
  • Der Szintillator 102 ist aus einer Substanz ausgebildet, die Energie von Strahlung wie z. B. Röntgenstrahlen oder Gammastrahlen absorbiert und sichtbares Licht emittiert, oder aus einem Material ausgebildet, das die Substanz enthält. Beispielsweise sind Materialien bekannt, wie z. B. Gd2O2S:Tb, Gd2O2S:Pr, Gd2O2S:Eu und BaFCl:Eu, und ein Harz oder Keramiken, in dem/denen eines der Materialien verteilt ist.
  • Das Sensorsubstrat 101 beinhaltet eine Vielzahl von Pixelschaltungen, die in einer Matrix angeordnet sind. Ein Beispiel für die Pixelschaltung ist in 2A gezeigt. Eine Pixelschaltung 200 weist eine Fotodiode 220, einen ersten Transistor 201, einen zweiten Transistor 202 und einen dritten Transistor 203 auf und als optischer Sensor dient.
  • Eine Anode der Fotodiode 220 ist elektrisch mit einer ersten Leitung 211 (RS) verbunden; eine Kathode der Fotodiode 220 ist elektrisch mit einem von Source und Drain des ersten Transistors 201 verbunden; der andere von Source und Drain des ersten Transistors 201 ist elektrisch mit einer Leitung 205 (FD) verbunden; ein Gate des ersten Transistors 201 ist elektrisch mit einer zweiten Leitung 212 (TX) verbunden; einer von Source und Drain des zweiten Transistor 202 ist elektrisch mit einer vierten Leitung 214 (GND) verbunden; der andere von Source und Drain des zweiten Transistors 202 ist elektrisch mit einem von Source und Drain des dritten Transistors 203 verbunden; ein Gate des zweiten Transistors 202 ist elektrisch mit der Leitung 205 (FD) verbunden; der andere von Source und Drain des dritten Transistors 203 ist elektrisch mit einer fünften Leitung 215 (OUT) verbunden; und ein Gate des dritten Transistors 203 ist elektrisch mit einer dritten Leitung 213 (SE) verbunden.
  • Die Fotodiode 220 ist ein optisches Sensorelement und erzeugt einen Strom, der der Menge von Licht entspricht, das auf die Pixelschaltung einfällt. Die von der Fotodiode 220 erzeugte elektrische Ladung wird durch den ersten Transistor 201 in der Leitung 205 (FD) angesammelt. Der zweite Transistor 202 gibt ein Signal aus, das einem Potential der Leitung 205 (FD) entspricht. Der dritte Transistor 203 steuert die Auswahl der Pixelschaltungen zum Zeitpunkt des Lesens.
  • Es sei angemerkt, dass die Leitung 205 (FD) ein Ladungsspeicherknoten ist, das heißt ein Ladungsansammlungsabschnitt, der eine elektrische Ladung hält, deren Menge sich in Abhängigkeit von der Menge von Licht ändert, das von der Fotodiode 220 empfangen wird. Zweckmäßig ist der Ladungsansammlungsabschnitt die Kapazität einer Verarmungsschicht in der Nähe eines Source-Gebiets oder eines Drain-Gebiets des ersten Transistors 201, der elektrisch mit der Leitung 205 (FD) verbunden ist, die Leitungskapazität der Leitung 205 (FD), die Gate-Kapazität des zweiten Transistors 202, der elektrisch mit der Leitung 205 (FD) verbunden ist, und dergleichen.
  • Die erste Leitung 211 (RS) ist eine Signalleitung zum Zurücksetzen der Leitung 205 (FD). Die erste Leitung 211 (RS) in der Pixelschaltung 200 ist auch eine Signalleitung zum Durchführen der Ladungsansammlung in der Leitung 205 (FD). Die zweite Leitung 212 (TX) ist eine Signalleitung zum Steuern des ersten Transistors 201. Die dritte Leitung 213 (SE) ist eine Signalleitung zum Steuern des dritten Transistors 203. Die vierte Leitung 214 (GND) ist eine Signalleitung zum Einstellen eines Bezugspotentials (z. B., GND). Die fünfte Leitung 215 (OUT) ist eine Signalleitung zum Lesen der Daten, die in der Pixelschaltung 200 erhalten werden.
  • Die Pixelschaltung kann eine Konfiguration wie in 2B aufweisen. Eine Pixelschaltung 210 weist die gleichen Bestandteile wie diejenige in der Pixelschaltung 200 in 2A auf, unterscheidet sich aber von der Pixelschaltung 200 darin, dass die Anode der Fotodiode 220 elektrisch mit einem von Source und Drain des ersten Transistors 201 verbunden ist und die Kathode der Fotodiode 220 elektrisch mit der ersten Leitung 211 (RS) verbunden ist.
  • Es sei angemerkt, dass die fünfte Leitung 215 (OUT) mit einer Integrierschaltung in 6A, 6B oder 6C verbunden sein kann. Durch die Schaltung kann ein S/N-Verhältnis eines Lesesignals erhöht werden, was Detektieren von schwächerem Licht, das heißt, Erhöhung der Empfindlichkeit der Abbildungsvorrichtung ermöglicht.
  • 6A zeigt eine Integrierschaltung, die eine Operationsverstärkerschaltung (auch als Op-Amp bezeichnet) verwendet. Ein invertierender Eingangsanschluss der Operationsverstärkerschaltung ist mit der fünften Leitung 215 (OUT) über einen Widerstand R verbunden. Ein nicht invertierender Eingangsanschluss der Operationsverstärkerschaltung ist geerdet. Ein Ausgangsanschluss der Operationsverstärkerschaltung ist mit dem invertierenden Eingangsanschluss der Operationsverstärkerschaltung über einen Kondensator C verbunden.
  • Hier wird die Operationsverstärkerschaltung als ideale Operationsverstärkerschaltung angenommen. Mit anderen Worten: es wird angenommen, dass die Eingangsimpedanz unendlich ist (die Eingangsanschlüsse nehmen keinen Strom auf). Da das Potential des nicht invertierenden Eingangsanschlusses und das Potential des invertierenden Eingangsanschlusses in einem stationären Zustand gleich sind, kann das Potential des invertierenden Eingangsanschlusses als Erdpotential betrachtet werden.
  • Gleichungen (1) bis (3) gelten, wobei Vi das Potential der fünften Leitung 215 (OUT) ist, Vo das Potential des Ausgangsanschlusses der Operationsverstärkerschaltung ist, i1 ein Strom ist, der durch den Widerstand R fließt, und i2 ein Strom ist, der durch den Kondensator C fließt. Vi = i1·R( 1) i2 = C·dVo/dt (2) i1 + i2 = 0 (3)
  • Wenn hier eine elektrische Ladung in dem Kondensator C zu dem Zeitpunkt t = 0 frei wird, wird das Potential Vo des Ausgangsanschlusses der Operationsverstärkerschaltung zu dem Zeitpunkt t = t durch Gleichung (4) dargestellt. Vo = –(1/CR)∫Vidt (4)
  • Mit anderen Worten: mit einer längeren Zeit t (Integralzeit) kann das zu lesende Potential (Vi) gesteigert werden und als das Ausgangssignal Vo ausgegeben werden. Außerdem entspricht das Verlängern der Zeit t dem Bilden des Durchschnitts von thermischen Geräuschen oder dergleichen und kann ein S/N-Verhältnis des Ausgangssignals Vo erhöhen.
  • In einer realen Operationsverstärkerschaltung fließt ein Vorspannungsstrom, auch wenn kein Signal in die Eingangsanschlüsse eingegeben wird, so dass eine Ausgangsspannung an dem Ausgangsanschluss erzeugt wird und eine elektrische Ladung in dem Kondensator C angesammelt wird. Es ist daher wirksam, einen Widerstand parallel mit dem Kondensator C zu verbinden, so dass der Kondensator C entladen werden kann.
  • 6B zeigt eine Integrierschaltung, die eine Operationsverstärkerschaltung beinhaltet, die eine andere Struktur als diejenige in 6A hat. Ein invertierender Eingangsanschluss der Operationsverstärkerschaltung ist mit der fünften Leitung 215 (OUT) über einen Widerstand R und einen Kondensator C1 verbunden. Ein nicht invertierender Eingangsanschluss der Operationsverstärkerschaltung ist geerdet. Ein Ausgangsanschluss der Operationsverstärkerschaltung ist mit dem invertierenden Eingangsanschluss der Operationsverstärkerschaltung über einen Kondensator C2 verbunden.
  • Hier wird die Operationsverstärkerschaltung als ideale Operationsverstärkerschaltung angenommen. Mit anderen Worten: es wird angenommen, dass die Eingangsimpedanz unendlich ist (die Eingangsanschlüsse nehmen keinen Strom auf). Da das Potential des nicht invertierenden Eingangsanschlusses und das Potential des invertierenden Eingangsanschlusses in einem stationären Zustand gleich sind, kann das Potential des invertierenden Eingangsanschlusses als Erdpotential betrachtet werden.
  • Gleichungen (5) bis (7) gelten, wo Vi das Potential der fünften Leitung 215 (OUT) ist, Vo das Potential des Ausgangsanschlusses der Operationsverstärkerschaltung ist, i1 ein Strom ist, der durch den Widerstand R und den Kondensator C1 fließt, und i2 ein Strom ist, der durch den Kondensator C2 fließt. Vi = (1/C1)∫i1dt + i1·R (5) i2 = C2·dVo/dt (6) i1 + i2 = 0 (7)
  • Angenommen, dass hier eine elektrische Ladung in dem Kondensator C2 zu dem Zeitpunkt t = 0 frei wird, entspricht bezüglich des Potentials Vo des Ausgangsanschlusses der Operationsverstärkerschaltung zu dem Zeitpunkt t = t Gleichung (9) einer Hochfrequenzkomponente, wenn Ungleichung (8) gilt, und Gleichung (11) entspricht einer Niedrigfrequenzkomponente, wenn Ungleichung (10) gilt. Vo << dVo/dt (8) Vo = –(1/C2R)∫Vidt (9) Vo >> dVo/dt (10) Vo = –C1/C2∫Vi (11)
  • Mit anderen Worten: durch angemessenes Einstellen des Kapazitätsverhältnisses des Kondensators C1 zu dem Kondensator C2 kann das zu lesende Potential (Vi) gesteigert und als das Ausgangssignal Vo ausgegeben werden. Ferner kann durch Zeitintegration der Durchschnitt einer Hochfrequenzgeräuschkomponente des Eingangssignals gebildet werden, und ein S/N-Verhältnis des Ausgangssignals Vo kann erhöht werden.
  • In einer realen Operationsverstärkerschaltung fließt ein Vorspannungsstrom, auch wenn ein Signal nicht in die Eingangsanschlüsse eingegeben wird, so dass eine Ausgangsspannung an dem Ausgangsanschluss erzeugt wird und eine elektrische Ladung in dem Kondensator C2 angesammelt wird. Es ist daher wirksam, einen Widerstand parallel zu dem Kondensator C2 zu verbinden, so dass der Kondensator C2 entladen werden kann.
  • 6C zeigt eine Integrierschaltung, die eine Operationsverstärkerschaltung verwendet, die eine andere Struktur als diejenigen in 6A und 6B hat. Ein nicht invertierender Eingangsanschluss der Operationsverstärkerschaltung ist mit der fünften Leitung 215 (OUT) über einen Widerstand R verbunden und über einen Kondensator C1 geerdet. Ein Ausgangsanschluss der Operationsverstärkerschaltung ist mit einem invertierenden Eingangsanschluss der Operationsverstärkerschaltung verbunden. Der Widerstand R und der Kondensator C bilden eine CR-Integrierschaltung aus. Die Operationsverstärkerschaltung ist ein Verstärkungspuffer (unity gain buffer).
  • Wenn Vi das Potential der fünften Leitung 215 (OUT) ist und Vo das Potential des Ausgangsanschlusses der Operationsverstärkerschaltung ist, kann Vo durch Gleichung (12) dargestellt werden. Obwohl Vo mit dem Wert von Vi gesättigt wird, kann durch die CR-Integrierschaltung der Durchschnitt einer Geräuschkomponente, die in dem Eingangssignal Vi enthalten ist, gebildet werden, und im Ergebnis kann ein S/N-Verhältnis des Lesesignals Vo erhöht werden. Vo = (1/CR)∫Vidt (12)
  • Als Nächstes wird eine Struktur jedes in 2A und 2B gezeigten Elements beschrieben.
  • Die Fotodiode 220 kann beispielsweise unter Verwendung eines Siliziumhalbleiters mit einem pn-Übergang oder einem pin-Übergang ausgebildet sein. Hierbei wird eine pin-Fotodiode, die eine i-Typ-Halbleiterschicht aufweist, die unter Verwendung von amorphem Silizium ausgebildet ist, vorzugsweise verwendet. Da amorphes Silizium optische Absorptionseigenschaften im Bereich der sichtbaren Lichtwellenlängen besitzt, kann sichtbares Licht aus dem Szintillator 102 detektiert werden.
  • Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung „ein i-Typ-Halbleiter” nicht nur einen so genannten intrinsischen Halbleiter mit dem Ferminiveau, das in der Mitte der Bandlücke liegt, sondern auch einen Halbleiter bezeichnet, in dem die Konzentration einer Verunreinigung zum Verleihen der p-Typ-Leitfähigkeit und die Konzentration einer Verunreinigung zum Verleihen der n-Typ-Leitfähigkeit niedriger als oder gleich 1 × 1020 Atome/cm3 sind und in dem die Photoleitfähigkeit höher als die Dunkelleitfähigkeit ist.
  • Obwohl ein Siliziumhalbleiter wie z. B. amorphes Silizium, mikrokristallines Silizium, polykristallines Silizium oder einkristallines Silizium zum Ausbilden des ersten Transistors 201, des zweiten Transistors 202 und des dritten Transistors 203 verwendet werden kann, wird vorzugsweise ein Oxidhalbleiter verwendet, um den ersten Transistor 201, den zweiten Transistor 202 und den dritten Transistor 203 auszubilden. Ein Transistor, in dem ein Kanalbildungsgebiet aus einem Oxidhalbleiter ausgebildet ist, weist einen sehr kleinen Auszustandsstrom auf.
  • Insbesondere können dann, wenn der erste Transistor 201, der mit der Leitung 205 (FD) verbunden ist, einen großen Leckstrom aufweist, die in der Leitung 205 (FD) angesammelten Ladungen nicht ausreichend lang beibehalten werden; daher ist mindestens der erste Transistor 201 vorzugsweise unter Verwendung eines Oxidhalbleiters ausgebildet. Die Verwendung des Transistors, der einen Oxidhalbleiter verwendet, kann unerwünschte Ausgabe der elektrischen Ladungen durch die Fotodiode verhindern.
  • Unerwünschte Ausgabe der elektrischen Ladungen passiert auch in der vierten Leitung 214 oder der fünften Leitung 215, wenn der zweite Transistor 202 und der dritte Transistor 203 einen großen Leckstrom haben; deshalb wird für diese Transistoren vorzugsweise ein Transistor, in dem ein Kanalbildungsgebiet aus einem Oxidhalbleiter ausgebildet ist, verwendet.
  • Wenn der Transistor, der einen Oxidhalbleiter verwendet und einen sehr kleinen Auszustandsstrom hat, als der zweite Transistor 202 verwendet wird, kann Abbilden mit höherem Dynamikumfang durchgeführt werden. In der Pixelschaltung in 2A wird ein Gate-Potential des zweiten Transistors 202 vermindert, wenn die Intensität von Licht, das auf die Fotodiode einfällt, erhöht wird. In der Pixelschaltung in 2B wird das Gate-Potential des zweiten Transistors 202 vermindert, wenn die Intensität von Licht, das auf die Fotodiode einfällt, vermindert wird. Da der Transistor, der einen Oxidhalbleiter benutzt, einen sehr kleinen Auszustandsstrom hat, kann ein Strom, der dem Gate-Potential entspricht, genau ausgegeben wird, auch wenn das Gate-Potential sehr niedrig ist. Dadurch ist es möglich, den Detektionsbereich der Beleuchtungsstärke, das heißt, den Dynamikumfang zu erweitern.
  • Ferner kann in der Pixelschaltung in 2B ausreichend hoher Dynamikumfang erhalten werden, auch wenn das Gate-Potential des zweiten Transistors 202 relativ niedrig ist, das heißt, wenn die Intensität des Lichts aus dem Szintillator an die Fotodiode niedrig ist. Mit anderen Worten: der Szintillator muss nicht Licht mit hoher Intensität emittieren, was ermöglicht, die Intensität der an ein Objekt emittierten Röntgenstrahlen zu reduzieren.
  • Als Nächstes wird ein Beispiel für den Vorgang der Pixelschaltung 200 in 2A anhand eines Zeitablaufdiagramms in 3A beschrieben.
  • Der Klarheit halber wird in 3A ein Potential jeder Leitung als Signal bezeichnet, das zwischen zwei Pegeln wechselt. Es sei angemerkt, dass in der Praxis das Potential verschiedene Pegel in Abhängigkeit von den jeweiligen Umständen aufweisen kann, ohne dass eine Beschränkung auf zwei Pegel vorliegt, weil jedes Potential ein analoges Signal ist. In der Zeichnung entsprechen ein Signal 301 einem Potential der ersten Leitung 211 (RS); ein Signal 302, einem Potential der zweiten Leitung 212 (TX); ein Signal 303, einem Potential der dritten Leitung 213 (SE); ein Signal 304, einem Potential der Leitung 205 (FD) und ein Signal 305, einem Potential der fünften Leitung 215 (OUT).
  • Zu einem Zeitpunkt A wird das Potential der ersten Leitung 211 (das Signal 301) hoch eingestellt, und das Potential der zweiten Leitung 212 (das Signal 302) wird hoch eingestellt, wodurch ein Vorwärtsvorspannung an die Fotodiode 220 angelegt wird und das Potential der Leitung 205 (das Signal 304) hoch eingestellt wird. Mit anderen Worten: das Potential des Ladungsansammlungsabschnitts wird auf das Potential der ersten Leitung 211 initialisiert und in einen Rücksetz-Zustand versetzt. Das Obige ist der Beginn eines Rücksetzvorgangs. Es sei angemerkt, dass das Potential der fünften Leitung 215 (das Signal 305) auf einen hohen Pegel vorgeladen wird.
  • Zu einem Zeitpunkt B wird das Potential der ersten Leitung 211 (das Signal 301) niedrig eingestellt, und das Potential der zweien Leitung 212 (das Signal 302) wird hoch eingestellt, so dass der Rücksetzvorgang abgeschlossen wird und ein Ansammlungsvorgang beginnt. Hier wird eine Rückwärtsvorspannung an die Fotodiode 220 angelegt, wodurch wegen eines Rückwärtsstroms das Potential der Leitung 205 (das Signal 304) beginnt sich zu verringern. Da der Rückwärtsstrom vergrößert wird, wenn die Fotodiode 220 mit Licht bestrahlt wird, ändert sich die Rate der Verringerung des Potentials der Leitung 205 (des Signals 304) in Abhängigkeit von der Menge der Lichtbestrahlung. Mit anderen Worten: der Kanalwiderstand zwischen der Source und dem Drain des zweiten Transistors 202 ändert sich in Abhängigkeit von der Menge von Licht, das an die Fotodiode 220 emittiert wird.
  • Es sei angemerkt, dass das an die Fotodiode 220 emittierte Licht das sichtbare Licht 105 betrifft, in das der Röntgenstrahl 104 durch den Szintillator 102 umgewandelt wird.
  • Zu einem Zeitpunkt C wird das Potential der zweiten Leitung 212 (das Signal 302) niedrig eingestellt, um den Ansammlungsvorgang abzuschießen, so dass das Potential der Leitung 205 (das Signal 304) konstant wird. Hier wird das Potential durch die Menge elektrischer Ladung bestimmt, die von der Fotodiode 220 während des Ansammlungsvorgangs erzeugt wird. Das heißt: das Potential ändert sich in Abhängigkeit von der Menge von Licht, das an die Fotodiode 220 emittiert wird. Ferner kann das Potential der Leitung 205 konstant gehalten werden, bis ein nachfolgender Auswahlvorgang (Lesevorgang) abgeschlossen wird, da der erste Transistor 201 ein Transistor ist, der ein Kanalbildungsgebiet, das aus einer Oxidhalbleiterschicht ausgebildet ist, aufweist und einen sehr kleinen Auszustandsstrom hat.
  • Es sei angemerkt, dass dann, wenn das Potential der zweiten Leitung 212 (das Signal 302) niedrig eingestellt wird, sich das Potential der Leitung 205 manchmal wegen der parasitären Kapazität zwischen der zweiten Leitung 212 und der Leitung 205 ändert. In dem Fall, in dem sich das Potential erheblich ändert, kann die Menge elektrischer Ladung, die von der Fotodiode 220 während des Ansammlungsvorgangs erzeugt wird, nicht genau ermittelt werden. Beispiele für effektive Maßnahmen zur Verringerung des Betrags der Änderung des Potentials umfassen: Verringern der Kapazität zwischen dem Gate und der Source (oder zwischen dem Gate und dem Drain) des ersten Transistors 201, Erhöhen der Gate-Kapazität des zweiten Transistors 202 und Bereitstellen eines Speicherkondensators, um die Leitung 205 zu verbinden. Es sei angemerkt, dass bei dieser Ausführungsform die Änderung des Potentials durch das Anwenden dieser Maßnahmen ignoriert werden kann.
  • Zu einem Zeitpunkt D wird das Potential der dritten Leitung 213 (das Signal 303) hoch eingestellt, um den dritten Transistor 203 einzuschalten, wodurch der Auswahlvorgang beginnt und die vierte Leitung 214 und die fünfte Leitung 215 über den zweiten Transistor 202 und den dritten Transistor 203 elektrisch miteinander verbunden werden. Das Potential der fünften Leitung 215 (das Signal 305) beginnt sich auch zu verringern. Es sei angemerkt, dass das Vorladen der fünften Leitung 215 nur vor dem Zeitpunkt D abgeschlossen werden muss. Hier hängt die Rate der einen Verringerung des Potentials der fünften Leitung 215 (des Signals 305) von dem Strom zwischen der Source und dem Drain des zweiten Transistors 202 ab. Das heißt: das Potential ändert sich in Abhängigkeit von der Menge von Licht, das während des Ansammlungsvorgangs an die Fotodiode 220 emittiert wird.
  • Zu einem Zeitpunkt E wird das Potential der dritten Leitung 213 (das Signal 303) niedrig eingestellt, um den dritten Transistor 203 auszuschalten, so dass der Auswahlvorgang abgeschlossen wird und das Potential der fünften Leitung 215 (das Signal 305) zu einem konstanten Wert wird. Hier ändert sich der konstante Wert in Abhängigkeit von der Menge von Licht, das an die Fotodiode 220 emittiert wird. Folglich kann man die Menge von Licht feststellen, das während des Ansammlungsvorgangs an die Fotodiode 220 emittiert wird, indem das Potential der fünften Leitung 215 ermittelt wird.
  • Insbesondere wird mit zunehmender Menge von Licht, das an die Fotodiode 220 emittiert wird, das Potential der Leitung 205 niedriger und die Gate-Spannung des zweiten Transistors 202 wird niedriger, und im Ergebnis nimmt das Potential der fünften Leitung 215 (das Signal 305) langsam ab. Folglich kann ein relativ hohes Potential aus der fünften Leitung 215 ausgelesen werden.
  • Im Gegenteil dazu wird mit abnehmender Menge von Licht, das an die Fotodiode 220 emittiert wird, das Potential der Leitung 205 höher und die Gate-Spannung des zweiten Transistors 202 wird höher, und im Ergebnis nimmt das Potential der fünften Leitung 215 (das Signal 305) schnell ab. Folglich kann ein relativ niedriges Potential aus der fünften Leitung 215 ausgelesen werden.
  • Als Nächstes wird ein Beispiel für den Vorgang der Pixelschaltung 210 in 2B anhand eines Zeitablaufdiagramms in 3B beschrieben.
  • Zu einem Zeitpunkt A wird das Potential der ersten Leitung 211 (das Signal 301) niedrig eingestellt, und das Potential der zweiten Leitung 212 (das Signal 302) wird hoch eingestellt, wodurch eine Vorwärtsvorspannung an die Fotodiode 220 angelegt wird und das Potential der Leitung 205 (das Signal 304) niedrig eingestellt wird. Mit anderen Worten: das Potential des Ladungsansammlungsabschnitts wird in einen Rücksetz-Zustand gebracht. Das Obige ist der Beginn eines Rücksetzvorgangs. Es sei angemerkt, dass das Potential der fünften Leitung 215 (das Signal 305) auf einen hohen Pegel vorgeladen wird.
  • Zu einem Zeitpunkt B wird das Potential der ersten Leitung 211 (das Signal 301) hoch eingestellt, und das Potential der zweiten Leitung 212 (das Signal 302) wird hoch eingestellt, so dass der Rücksetzvorgang abgeschlossen wird und ein Ansammlungsvorgang beginnt. Hier wird eine Rückwärtsvorspannung an die Fotodiode 220 angelegt, wodurch das Potential der Leitung 205 (das Signal 304) wegen eines Rückwärtsstroms beginnt zuzunehmen. Da der Rückwärtsstrom vergrößert wird, wenn die Fotodiode 220 mit Licht bestrahlt wird, ändert sich die Rate der Zunahme des Potentials der Leitung 205 (des Signals 304) in Abhängigkeit von der Menge der Lichtbestrahlung. Mit anderen Worten: der Kanalwiderstand zwischen der Source und dem Drain des zweiten Transistors 202 ändert sich in Abhängigkeit von der Menge von Licht, das an die Fotodiode 220 emittiert wird.
  • Die Vorgänge nach dem Zeitpunkt C sind denjenigen in dem Zeitablaufdiagramm in 3A gleich. Indem das Potential der fünften Leitung 215 zu dem Zeitpunkt E ermittelt wird, kann man die Menge von Licht feststellen, das während des Ansammlungsvorgangs an die Fotodiode 220 emittiert wird.
  • Ferner kann die Pixelschaltung, die in dem Sensorsubstrat 101 enthalten ist, einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Konfiguration wie in 4A oder 4B haben.
  • Eine Pixelschaltung 250 in 4A weist eine Konfiguration auf, bei der ein vierter Transistor 204 der Pixelschaltung 200 in 2A hinzugefügt ist. Ein Gate des Transistors ist elektrisch mit der ersten Leitung 211 (RS) verbunden; einer von Source und Drain des Transistors mit der Leitung 205 (FD); der andere von Source und Drain des Transistors mit einer siebten Leitung 217; und die Anode der Fotodiode 220 mit einer sechsten Leitung 216. Hier ist die sechste Leitung 216 eine Signalleitung (Leitung mit niedrigem Potential) zum ständigen Anlegen einer Rückwärtsvorspannung an die Fotodiode 220. Die siebte Leitung 217 ist eine Signalleitung (Leitung mit hohem Potential) zum Zurücksetzen der Leitung 205, so dass die Leitung 205 ein hohes Potential hat.
  • Der vierte Transistor 204 dient als Rücksetztransistor zum Zurücksetzen der Leitung 205 (FD). Folglich wird im Gegensatz zu der Pixelschaltung 200 in 2A der Rücksetzvorgang, bei dem die Fotodiode 220 verwendet wird, nicht durchgeführt, und es wird ständig eine Rückwärtsvorspannung an die Fotodiode angelegt. Die Leitung 205 (FD) kann durch Einstellen des Potentials der ersten Leitung 211 (RS) auf einem hohen Wert zurückgesetzt werden. Vorgänge der Pixelschaltung 250 sind gleich denjenigen der Pixelschaltung 200 in 2A, die in dem Zeitablaufdiagramm in 3A gezeigt sind.
  • Eine Pixelschaltung 260 in 4B weist eine Konfiguration auf, in der der vierte Transistor 204 der Pixelschaltung 210 in 2B hinzugefügt ist. Das Gate des Transistors ist elektrisch mit der ersten Leitung 211 (RS) verbunden; einer von Source und Drain des Transistors mit der Leitung 205 (FD); der andere von Source und Drain des Transistors mit der siebten Leitung 217; die Kathode der Fotodiode 220 mit der sechsten Leitung 216. Hier ist die sechste Leitung 216 eine Signalleitung (Leitung mit hohem Potential) zum ständigen Anlegen einer Rückwärtsvorspannung an die Fotodiode 220. Die siebte Leitung 217 ist eine Signalleitung (Leitung mit niedrigem Potential) zum Zurücksetzen der Leitung 205, so dass die Leitung 205 ein niedriges Potential hat.
  • Der vierte Transistor 204 dient als Rücksetztransistor zum Zurücksetzen der Leitung 205 (FD). Folglich wird im Gegensatz zu der Pixelschaltung 210 in 2B der Rücksetzvorgang, bei dem die Fotodiode 220 verwendet wird, nicht durchgeführt, und es wird ständig eine Rückwärtsvorspannung an die Fotodiode angelegt. Die Leitung 205 (FD) kann durch Einstellen des Potentials der ersten Leitung 211 (RS) auf einem hohen Wert zurückgesetzt werden. Die Pixelschaltung 260 kann gemäß einem Zeitablaufdiagramm in 3C arbeiten.
  • Der vierte Transistor 204 kann unter Verwendung von einem Siliziumhalbleiter wie z. B. amorphem Silizium, mikrokristallinem Silizium, polykristallinem Silizium oder einkristallinem Silizium ausgebildet werden; jedoch können dann, wenn der vierte Transistor 204 einen großen Leckstrom hat, elektrische Ladungen in dem Ladungsansammlungsabschnitt nicht ausreichend lange Zeit gehalten werden. Aus diesem Grund wird vorzugsweise, wie bei dem ersten Transistor 201, ein Transistor als der vierte Transistor 204 verwendet, der unter Verwendung eines Oxidhalbleiters ausgebildet wird und einen sehr kleinen Auszustandsstrom hat.
  • Ferner kann die Pixelschaltung, die in dem Sensorsubstrat 101 enthalten ist, einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Konfiguration wie in 5 haben. Eine Pixelschaltung 280 in 5 hat die gleiche Konfiguration wie diejenige in 4A oder 4B, abgesehen davon, dass als optisches Sensorelement ein veränderlicher Widerstand 230 statt der Fotodiode verwendet wird. Der veränderliche Widerstand kann eine Struktur haben, die ein Paar von Elektroden und eine amorphe i-Typ-Siliziumschicht zwischen dem Paar von Elektroden beinhaltet. Da sich der Widerstand der amorphen i-Typ-Siliziumschicht in Folge einer Lichtbestrahlung ändert, kann das Potential der Leitung 205 wie im Fall der Verwendung der Fotodiode geändert werden. Daher kann man die Menge von Licht feststellen, das während des Ansammlungsvorgangs an den veränderlichen Widerstand 230 emittiert wird.
  • Die Pixelschaltung 280 in 5 kann gemäß dem Zeitablaufdiagramm in 3A betrieben werden, wenn das Potential der sechsten Leitung 216 niedrig eingestellt wird und das Potential der siebten Leitung 217 hoch eingestellt wird. Die Pixelschaltung 280 kann ferner gemäß dem Zeitablaufdiagramm in 3C betrieben werden, wenn das Potential der sechsten Leitung 216 hoch eingestellt wird und das Potential der siebten Leitung 217 niedrig eingestellt wird.
  • Wie oben beschrieben worden ist, ist der Vorgang jeder Pixelschaltung in der Abbildungsvorrichtung ein Wiederholen des Rücksetzvorgangs, des Ansammlungsvorgangs und des Auswahlvorgangs. Um eine Abbildung durch die Abbildungsvorrichtung in kurzer Zeit durchzuführen, müssen bei allen Pixelschaltungen der Rücksetzvorgang, der Ansammlungsvorgang und der Auswahlvorgang mit einer hohen Geschwindigkeit durchgeführt werden.
  • Folglich wird bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Betreiben mit einem Global-Shutter-System zum Abbilden benutzt, wie in einem Zeitablaufdiagramm in 7A gezeigt. Es sei angemerkt, dass 7A Vorgänge der Pixelschaltungen 200 in 2A von der ersten Zeile bis der dritten Zeile in dem Sensorsubstrat 101 zeigt.
  • In 7A sind ein Signal 501, ein Signal 502 und ein Signal 503 Signale, die in die erste Leitung 211 (RS) eingegeben werden, die mit den Pixelschaltungen in der ersten Zeile, zweiten Zeile und dritten Zeile verbunden ist. Ein Signal 504, ein Signal 505 und ein Signal 506 sind Signale, die in die zweite Leitung 212 (TX) eingegeben werden, die mit den Pixelschaltungen in der ersten, zweiten und dritten Zeile verbunden ist. Ein Signal 507, ein Signal 508 und ein Signal 509 sind Signale, die in die dritte Leitung 213 (SE) eingegeben werden, die mit den Pixelschaltungen in der ersten, zweiten und dritten Zeile verbunden ist.
  • Ein Zeitraum 510 ist ein Zeitraum, der zu einem Abbilden erforderlich ist. In einem Zeitraum 511 wird der Rücksetzvorgang in den Pixelschaltungen in jeder Zeile durchgeführt. In einem Zeitraum 520 wird der Ansammlungsvorgang in den Pixelschaltungen in jeder Zeile durchgeführt. Es sei angemerkt, dass der Auswahlvorgang in den Pixelschaltungen für jede Zeile sequenziell durchgeführt wird. Beispielsweise wird in einem Zeitraum 531 der Auswahlvorgang in den Pixelschaltungen in der ersten Zeile durchgeführt. Wie oben beschrieben worden ist, wird bei dem Global-Shutter-System der Rücksetzvorgang in allen Pixelschaltungen im Wesentlichen gleichzeitig durchgeführt, der Ansammlungsvorgang wird in allen Pixelschaltungen im Wesentlichen gleichzeitig durchgeführt, und dann wird der Lesevorgang für jede Zeile sequenziell durchgeführt.
  • Das heißt: bei dem Global-Shutter-System wird die Abbildung gleichzeitig in den Pixelschaltungen in allen Zeilen durchgeführt, da der Ansammlungsvorgang in allen Pixelschaltungen im Wesentlichen gleichzeitig durchgeführt wird. Folglich kann die Röntgenbestrahlung im Gleichlauf mit dem Ansammlungsvorgang die Zeitdauer der Röntgenbestrahlung an ein Objekt verkürzen. Das heißt: die Röntgenbestrahlung wird nur in dem Zeitraum 520 durchgeführt.
  • Andererseits ist 76 ein Zeitablaufdiagramm für den Fall, in dem ein Rolling-Shutter-System benutzt wird. Ein Zeitraum 610 ist ein Zeitraum, der zu einem Abbilden erforderlich ist. Ein Zeitraum 611, ein Zeitraum 612 und ein Zeitraum 613 sind Rücksetz-Zeiträume in der ersten, zweiten und dritten Zeile. Ein Zeitraum 621, ein Zeitraum 622 und ein Zeitraum 623 sind Ansammlungsvorgang-Zeitraume in der ersten, zweiten und dritten Zeile. In einem Zeitraum 631 wird der Auswahlvorgang in den Pixelschaltungen in der ersten Zeile durchgeführt. Wie oben beschrieben worden ist, wird bei dem Rolling-Shutter-System der Ansammlungsvorgang nicht gleichzeitig in allen Pixelschaltungen durchgeführt, sondern wird sequenziell für jede Zeile durchgeführt; somit wird die Abbildung nicht gleichzeitig in den Pixelschaltungen in allen Zeilen durchgeführt. Aus diesem Grund ist dann, auch wenn die Röntgenbestrahlung mit dem Ansammlungsvorgang synchronisiert wird, ein Röntgenbestrahlungszeitraum 620 länger als derjenige bei dem Global-Shutter-System.
  • Um das Global-Shutter-System zu verwirklichen, muss auch nach dem Ansammlungsvorgang das Potential der Leitung 205 (FD) in jeder Pixelschaltung für lange Zeit bis zum Abschluss des Lesevorgangs gehalten werden. Wie oben beschrieben worden ist, kann dann, wenn ein Transistor, der ein Kanalbildungsgebiet aus einem Oxidhalbleiter aufweist und einen sehr kleinen Auszustandsstrom hat, als der erster Transistor 201 benutzt wird, das Potential der Leitung 205 (FD) für lange Zeit gehalten werden. Dahingegen kann in dem Fall, in dem ein Transistor, der ein Kanalbildungsgebiet aus einem Siliziumhalbleiter oder dergleichen aufweist, als der erster Transistor 201 benutzt wird, das Potential der Leitung 205 (FD) wegen eines großen Auszustandsstroms nicht für lange Zeit gehalten werden, welches es schwierig macht, das Global-Shutter-System zu verwenden; somit muss das Rolling-Shutter-System verwendet werden.
  • Wie oben beschrieben worden ist, vereinfacht die Verwendung des Transistors, der ein Kanalbildungsgebiet aus einem Oxidhalbleiter aufweist, in den Pixelschaltungen, das Global-Shutter-System zu verwirklichen, und somit kann die Abbildungsvorrichtung mit einer kleinen Menge von Röntgenstrahlen bereitgestellt werden, die zu einem Objekt hin emittiert werden.
  • Diese Ausführungsform kann mit einer beliebigen der anderen Ausführungsformen in dieser Beschreibung frei kombiniert werden.
  • (Ausführungsform 2)
  • Bei dieser Ausführungsform wird eine Konfiguration des Sensorsubstrats 101 ausführlich beschrieben, das bei der Ausführungsform 1 beschrieben worden ist. Beispiele für die Konfiguration des Sensorsubstrats 101, das Pixelschaltungen aufweist, die in einer Matrix mit m Zeilen und n Spalten angeordnet sind, werden anhand von 8 bis 11 beschrieben.
  • 8 ist ein Beispiel, in dem eine Vielzahl von in 2A gezeigten Pixelschaltungen 200 in einer Matrix mit m Zeilen (m ist eine natürliche Zahl von zwei oder mehr) und n Spalten (n ist eine natürliche Zahl von zwei oder mehr) angeordnet ist. Jede der Pixelschaltungen 200 ist elektrisch mit einer von einer Vielzahl von ersten Leitungen 211 (RS) (211 (RS)_1 bis 211 (RS)_m), einer von einer Vielzahl von zweiten Leitungen 212 (TX) (212 (TX)_1 bis 212 (TX)_m), einer von einer Vielzahl von dritten Leitungen 213 (SE) (213 (SE)_1 bis 213 (SE)_m), einer von einer Vielzahl von vierten Leitungen 214 (GND) (214 (GND)_1 bis 214 (GND)_n) und einer von einer Vielzahl von fünften Leitungen 215 (OUT) (215 (OUT)_1 bis 215 (OUT)_n) verbunden.
  • In 8 teilen die Pixelschaltungen 200 in jeder Zeile (horizontaler Richtung in der Zeichnung) die erste Leitung 211 (RS), die zweite Leitung 212 (TX) (TX) und die dritte Leitung 213 (SE). Die Pixelschaltungen 200 in jeder Spalte (vertikaler Richtung in der Zeichnung) teilen die vierte Leitung 214 (GND) und die fünfte Leitung 215 (OUT). Jedoch ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Eine Vielzahl von ersten Leitungen 211 (RS), eine Vielzahl von zweiten Leitungen 212 (TX) und eine Vielzahl von dritten Leitungen 213 (SE) können in jeder Zeile bereitgestellt werden und elektrisch mit den jeweiligen Pixelschaltungen 200 verbunden werden. Eine Vielzahl von vierten Leitungen 214 (GND) und eine Vielzahl von fünften Leitungen 215 (OUT) können in jeder Spalte bereitgestellt werden und elektrisch mit den jeweiligen Pixelschaltungen 200 verbunden werden.
  • Obwohl die vierte Leitung 214 (GND) von den Pixelschaltungen 200 in jeder Spalte in 8 geteilt wird, kann die vierte Leitung 214 (GND) von den Pixelschaltungen 200 in jeder Zeile geteilt werden.
  • Wie oben beschrieben worden ist, werden Leitungen geteilt, um die Anzahl der Leitungen zu reduzieren, so dass eine Treiberschaltung zum Betreiben der Pixelschaltungen 200, die in einer Matrix mit m Zeilen und n Spalten angeordnet sind, vereinfacht werden kann.
  • In 9 ist die Vielzahl von Pixelschaltungen 200 in einer Matrix mit m Zeilen und n Spalten angeordnet. Jede der Pixelschaltungen 200 ist elektrisch mit einer von der Vielzahl von ersten Leitungen 211 (RS) (211 (RS)_1 bis 211 (RS)_n), einer von der Vielzahl von zweiten Leitungen 212 (TX) (212 (TX)_1 bis 212 (TX)_n), einer von der Vielzahl von dritten Leitungen 213 (SE) (213 (SE)_1 bis 213 (SE)_m), einer von der Vielzahl von vierten Leitungen 214 (GND) (214 (GND)_1 bis 214 (GND)_n) und einer von der Vielzahl von fünften Leitungen 215 (OUT) (215 (OUT)_1 bis 215 (OUT)_n) verbunden.
  • In 9 teilen die Pixelschaltungen 200 in jeder Zeile die dritte Leitung 213 (SE). Die Pixelschaltungen 200 in jeder Spalte teilen die erste Leitung 211 (RS), die zweite Leitung 212 (TX), die vierte Leitung 214 (GND) und die fünfte Leitung 215 (OUT). Jedoch ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Eine Vielzahl von dritten Leitungen 213 (SE) kann in jeder Zeile bereitgestellt werden und elektrisch mit den jeweiligen Pixelschaltungen 200 verbunden werden. Eine Vielzahl von ersten Leitungen 211 (RS), eine Vielzahl von zweiten Leitungen 212 (TX), eine Vielzahl von vierten Leitungen 214 (GND) und eine Vielzahl von fünften Leitungen 215 (OUT) können in jeder Spalte bereitgestellt werden und elektrisch mit den jeweiligen Pixelschaltungen 200 verbunden werden.
  • Obwohl die vierte Leitung 214 (GND) von den Pixelschaltungen 200 in jeder Spalte in 9 geteilt wird, kann die vierte Leitung 214 (GND) von den Pixelschaltungen 200 in jeder Zeile geteilt werden.
  • Wie oben beschrieben worden ist, werden Leitungen geteilt, um die Anzahl von Leitungen zu reduzieren, so dass eine Treiberschaltung zum Betreiben der Pixelschaltungen 200, die in einer Matrix mit m Zeilen und n Spalten angeordnet sind, vereinfacht werden kann.
  • Es sei angemerkt, dass in den Konfigurationen in 8 und 9 die Pixelschaltung 200 durch die Pixelschaltung 210, die in 2B gezeigt ist, ersetzt werden kann.
  • 10 ist ein Beispiel, in dem eine Vielzahl von in 4A gezeigten Pixelschaltungen 250 in einer Matrix mit m Zeilen und n Spalten angeordnet ist. Jede der Pixelschaltungen 250 ist elektrisch mit einer von der Vielzahl von ersten Leitungen 211 (RS) (211 (RS)_1 bis 211 (RS)_n), einer von der Vielzahl von zweiten Leitungen 212 (TX) (212 (TX)_1 bis 212 (TX)_m), einer von der Vielzahl von dritten Leitungen 213 (SE) (213 (SE)_1 bis 213 (SE)_m), einer von der Vielzahl von vierten Leitungen 214 (GND) (214 (GND)_1 bis 214 (GND)_n), einer von der Vielzahl von fünften Leitungen 215 (OUT) (215 (OUT)_1 bis 215 (OUT)_n), einer von einer Vielzahl von sechsten Leitungen 216 (216_1 bis 216_m) und einer von einer Vielzahl von siebten Leitungen 217 (217_1 bis 217_m) verbunden.
  • In 10 teilen die Pixelschaltungen 250 in jeder Zeile (horizontaler Richtung in der Zeichnung) die zweite Leitung 212 (TX), die dritte Leitung 213 (SE) und die sechste Leitung 216. Die Pixelschaltungen 250 in jeder Spalte (vertikaler Richtung in der Zeichnung) teilen die erste Leitung 211 (RS), die vierte Leitung 214 (GND) und die fünfte Leitung 215 (OUT). Jedoch ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Eine Vielzahl von zweiten Leitungen 212 (TX), eine Vielzahl von dritten Leitungen 213 (SE) und eine Vielzahl von sechsten Leitungen 216 können in jeder Zeile bereitgestellt werden und elektrisch mit den jeweiligen Pixelschaltungen 250 verbunden werden. Eine Vielzahl von ersten Leitungen 211 (RS), eine Vielzahl von vierten Leitungen 214 (GND) und eine Vielzahl von fünften Leitungen 215 (OUT) können in jeder Spalte bereitgestellt werden, und elektrisch mit den jeweiligen Pixelschaltungen 250 verbunden werden.
  • Obwohl die erste Leitung 211 (RS) von den Pixelschaltungen 250 in jeder Spalte in 10 geteilt wird, kann die erste Leitung 211 (RS) von den Pixelschaltungen 250 in jeder Zeile geteilt werden.
  • Obwohl die vierte Leitung 214 (GND) von den Pixelschaltungen 250 in jeder Spalte in 10 geteilt wird, kann die vierte Leitung 214 (GND) von den Pixelschaltungen 250 in jeder Zeile geteilt werden.
  • Obwohl die siebte Leitung 217 von den Pixelschaltungen 250 in jeder Zeile in 10 geteilt wird, kann die siebte Leitung 217 von den Pixelschaltungen 250 in jeder Spalte geteilt werden.
  • Wie oben beschrieben worden ist, werden Leitungen geteilt, um die Anzahl von Leitungen zu reduzieren, so dass eine Treiberschaltung zum Betreiben der Pixelschaltungen 250, die in einer Matrix mit m Zeilen und n Spalten angeordnet sind, vereinfacht werden kann.
  • 11 ist ein Beispiel für Anordnung einer Vielzahl von Pixelschaltungen 250 in einer Matrix mit m Zeilen und n Spalten. Jede der Pixelschaltungen 250 ist mit einer von der Vielzahl von ersten Leitungen 211 (RS) (211 (RS)_1 bis 211 (RS)_m), einer von der Vielzahl von zweiten Leitungen 212 (TX) (212 (TX)_1 bis 212 (TX)_n), einer von der Vielzahl von dritten Leitungen 213 (SE) (213 (SE)_1 bis 213 (SE)_m), einer von der Vielzahl von vierten Leitungen 214 (GND) (214 (GND)_1 bis 214 (GND)_n), einer von der Vielzahl von fünften Leitungen 215 (OUT) (215 (OUT)_1 bis 215 (OUT)_n), einer von einer Vielzahl von sechsten Leitungen 216 (216_1 bis 216_n) und einer von einer Vielzahl von siebten Leitungen 217 (217_1 bis 217_m) verbunden.
  • In 11 teilen die Pixelschaltungen 250 in jeder Zeile (horizontaler Richtung in der Zeichnung) die erste Leitung 211 (RS), die dritte Leitung 213 (SE) und die siebte Leitung 217. Die Pixelschaltungen 250 in jeder Spalte (vertikaler Richtung in der Zeichnung) teilen die zweite Leitung 212 (TX), die vierte Leitung 214 (GND), die fünfte Leitung 215 (OUT) und die sechste Leitung 216. Jedoch wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Eine Vielzahl von ersten Leitungen 211 (RS), eine Vielzahl von dritten Leitungen 213 (SE) und eine Vielzahl von siebten Leitungen 217 können in jeder Zeile bereitgestellt werden und elektrisch mit den jeweiligen Pixelschaltungen 250 verbunden werden. Eine Vielzahl von zweiten Leitungen 212 (TX), eine Vielzahl von vierten Leitungen 214 (GND), eine Vielzahl von fünften Leitungen 215 (OUT) und eine Vielzahl von sechsten Leitungen 216 können in jeder Spalte bereitgestellt werden und elektrisch mit den jeweiligen Pixelschaltungen 250 verbunden werden.
  • Obwohl die erste Leitung 211 (RS) von den Pixelschaltungen 250 in jeder Zeile in 11 geteilt wird, kann die erste Leitung 211 (RS) von den Pixelschaltungen 250 in jeder Spalte geteilt werden.
  • Obwohl die vierte Leitung 214 (GND) von den Pixelschaltungen 250 in jeder Spalte in 11 geteilt wird, kann die vierte Leitung 214 (GND) von den Pixelschaltungen 250 in jeder Zeile geteilt werden.
  • Obwohl die siebte Leitung 217 von den Pixelschaltungen 250 in jeder Zeile in 11 geteilt wird, kann die siebte Leitung 217 von den Pixelschaltungen 250 in jeder Spalte geteilt werden.
  • Wie oben beschrieben worden ist, wird Leitungen geteilt, um die Anzahl von Leitungen zu reduzieren, so dass eine Treiberschaltung zum Betreiben der Pixelschaltungen 250, die in einer Matrix mit m Zeilen und n Spalten angeordnet sind, vereinfacht werden kann.
  • Es sei angemerkt, dass in den Konfigurationen in 10 und 11 die Pixelschaltung 250 durch die Pixelschaltung 260, die in 4B gezeigt ist, oder durch die Pixelschaltung 280, die in 5 gezeigt ist, ersetzt werden kann.
  • Als Nächstes wird ein Beispiel für eine Anordnung der Pixelschaltung 200, die in 2A gezeigt ist, anhand von 12A und 12B beschrieben.
  • 12A ist eine Draufsicht der Pixelschaltung 200 und 12B ist eine Querschnittsansicht entlang der gestrichelten Linie A1-A2 in 12A.
  • Die Pixelschaltung 200 beinhaltet einen leitenden Film 1211, der als die erste Leitung 211 (RS) dient, einen leitenden Film 1212, der als die zweite Leitung 212 (TX) dient, einen leitenden Film 1213, der als die dritte Leitung 213 (SE) dient, einen leitenden Film 1214, der als die vierte Leitung 214 (GND) dient, und einen leitenden Film 1215, der als die fünfte Leitung 215 (OUT) dient.
  • Die Fotodiode 220, die in der Pixelschaltung 200 enthalten ist, beinhaltet einen p-Typ-Halbleiterfilm 315, einen i-Typ-Halbleiterfilm 316 und einen n-Typ-Halbleiterfilm 317, die in dieser Reihenfolge gestapelt sind. Der leitende Film 1211 ist elektrisch mit dem p-Typ-Halbleiterfilm 315 verbunden, der als Anode der Fotodiode 220 dient.
  • Ein leitender Film 1218, der in der Pixelschaltung 200 enthalten ist, dient als Gate-Elektrode des ersten Transistors 201 und ist elektrisch mit dem leitenden Film 1212 verbunden. Ein leitender Film 1219, der in der Pixelschaltung 200 enthalten ist, dient als eine von Source-Elektrode und Drain-Elektrode des ersten Transistors 201. Ein leitender Film 1220, der in der Pixelschaltung 200 enthalten ist, dient als die andere von Source-Elektrode und Drain-Elektrode des ersten Transistors 201. Ein leitender Film 1221, der in der Pixelschaltung 200 enthalten ist, ist elektrisch mit dem n-Typ-Halbleiterfilm 317 und dem leitenden Film 1219 verbunden. Ein leitender Film 1222, der in der Pixelschaltung 200 enthalten ist, dient als Gate-Elektrode des zweiten Transistors 202 und ist elektrisch mit dem leitenden Film 1220 verbunden.
  • Ein leitender Film 1223, der in der Pixelschaltung 200 enthalten ist, dient als eine von Source-Elektrode und Drain-Elektrode des zweiten Transistors 202. Ein leitender Film 1224, der in der Pixelschaltung 200 enthalten ist, dient als die andere von Source-Elektrode und Drain-Elektrode des zweiten Transistors 202 und als eine von Source-Elektrode und Drain-Elektrode des dritten Transistors 203. Der leitende Film 1214 dient als die andere von Source-Elektrode und Drain-Elektrode des dritten Transistors 203. Der leitende Film 1213 dient auch als Gate-Elektrode des dritten Transistors 203. Ein leitender Film 1225, der in der Pixelschaltung 200 enthalten ist, ist elektrisch mit dem leitenden Film 1223 und dem leitenden Film 1214 verbunden.
  • In 12A und 12B ist ein leitender Film 1226, der in der Pixelschaltung 200 enthalten ist, elektrisch mit dem leitenden Film 1211 verbunden, der als die erste Leitung 211 (RS) dient. Ein leitender Film 1227, der in der Pixelschaltung 200 enthalten ist, ist elektrisch mit dem leitenden Film 1212 verbunden, der als die zweite Leitung 212 (TX) dient.
  • Die leitenden Filme 1213, 1218, 1222, 1225, 1226 und 1227 können durch Bearbeiten eines leitenden Films über einer isolierenden Oberfläche in erwünschte Formen ausgebildet werden. Ein Gate-Isolierfilm 1228 ist über den leitenden Filmen 1213, 1218, 1222, 1225, 1226 und 1227 ausgebildet. Die leitenden Filme 1211, 1212, 1214, 1215, 1219, 1220, 1223 und 1224 können durch Bearbeiten eines leitenden Films, der über dem Gate-Isolierfilm 1228 ausgebildet ist, in erwünschte Formen ausgebildet werden.
  • Ein Isolierfilm 1281 und ein Isolierfilm 1282 sind über den leitenden Filmen 1211, 1212, 1214, 1215, 1219, 1220, 1223 und 1224 ausgebildet. Der leitende Film 1221 ist über dem Isolierfilm 1281 und dem Isolierfilm 1282 ausgebildet.
  • Ein Oxidhalbleiter wird vorzugsweise für eine Halbleiterschicht 1250 des ersten Transistors 201 verwendet. Damit elektrische Ladungen, die durch Bestrahlung der Fotodiode 220 mit Licht erzeugt werden, für lange Zeit gehalten werden, muss der erste Transistor 201, der elektrisch mit dem Ladungsansammlungsabschnitt verbunden ist, ein Transistor mit einem sehr kleinen Auszustandsstrom sein. Somit verbessert die Verwendung eines Oxidhalbleitermaterials für die Halbleiterschicht 1250 die Leistungsfähigkeit der Pixelschaltung 200. Es sei angemerkt, dass der Ladungsansammlungsabschnitt die Leitung 205 in der Pixelschaltung 200 ist und dem leitenden Film 1220 in 12A und 12B entspricht.
  • Ferner kann die Pixelschaltung 200 eine Konfiguration haben, wobei sich ein Element wie z. B. ein Transistor mit der Fotodiode 220 überlappt, wie in 13A und 13B gezeigt ist. Eine derartige Konfiguration steigert die Dichte der Pixel und die Auflösung der Abbildungsvorrichtung. Außerdem kann die Fläche der Fotodiode 220 gesteigert werden, und dann nimmt im Ergebnis die Empfindlichkeit der Abbildungsvorrichtung zu. 13A ist eine Draufsicht der Pixelschaltung 200 und 13B ist eine Querschnittsansicht entlang der gestrichelten Linie B1-B2 in 13A.
  • In der Pixelschaltung 200, die in 13A und 13B gezeigt ist, ist der leitende Film 1219, der als eine von Source-Elektrode und Drain-Elektrode des ersten Transistors 201 dient, elektrisch mit dem n-Typ-Halbleiterfilm 317, der als Kathode der Fotodiode 220 dient, über einen leitenden Film 1229 verbunden. Der p-Typ-Halbleiterfilm 315, der als Anode der Fotodiode 220 dient, ist elektrisch mit dem leitenden Film 1226, der in Kontakt mit der ersten Leitung 211 steht, über den leitenden Film 1221 verbunden. Ein Isolierfilm 1283 ist ausgebildet, um die Fotodiode 220 zu schützen. Ausschließlich des Obigen und des Elements wie z. B. des Transistors, der sich mit der Fotodiode 220 überlappt, ist die Konfiguration der Pixelschaltung in 13A und 13B derjenigen der Pixelschaltung 200 in 12A und 12B ähnlich.
  • Es sei angemerkt, dass ein anderer leitender Film, der elektrisch mit dem leitenden Film 1226 durch eine Öffnung verbunden ist, die in den Isolierfilmen 1281, 1282 und 1283 ausgebildet ist, derart bereitgestellt werden kann, dass der andere leitende Film elektrisch mit dem leitenden Film 1221 verbunden wird, obwohl eine Konfiguration, in der der p-Typ-Halbleiterfilm 315 elektrisch direkt mit dem leitenden Film 1226 durch den leitenden Film 1221 verbunden ist, als Beispiel gezeigt ist.
  • Die Konfiguration, in der sich ein Element wie z. B. ein Transistor mit einem optischen Sensorelement wie in 13A und 13B überlappt, kann auch auf die Pixelschaltung 210 in 2B, die Pixelschaltungen 250 und 260 in 4A und 4B und die Pixelschaltung 280 in 5 angewendet werden.
  • Die Ausführungsform kann mit einer der anderen Ausführungsformen in dieser Beschreibung frei kombiniert werden.
  • (Ausführungsform 3)
  • Bei dieser Ausführungsform werden ein Transistor mit einem sehr kleinen Auszustandsstrom, der für jede der Pixelschaltungen, die bei den Ausführungsformen 1 und 2 beschrieben worden sind, verwendet werden kann, und ein Material für den Transistor beschrieben.
  • Als Struktur des Transistors zeigen 12A und 12B und 13A und 13B die Draufsichten und die Querschnittsansichten des ersten Transistors 201, der die Halbleiterschicht 1250 beinhaltet. Obwohl der Transistor mit einer Struktur mit geätztem Kanal und unterem Gate (channel-etched bottom-gate structure) als Beispiel gezeigt ist, kann der Transistor eine Kanal schützende Struktur mit unterem Gate (channel-protective bottom-gate structure), eine nicht selbst ausgerichtete Struktur mit oberem Gate (non-self-aligned top-gate structure) oder eine selbst ausgerichtete Struktur mit oberem Gate (self-aligned top-gate structure) aufweisen.
  • Um den Transistor mit einem sehr kleinen Auszustandsstrom auszubilden, wird vorzugsweise ein Halbleitermaterial, dessen Bandlücke größer und dessen intrinsische Ladungsträgerdichte niedriger als diejenige eines Silizium-Halbleiters sind, wie z. B. ein Oxidhalbleiter, für die Halbleiterschicht 1250 verwendet.
  • Als Beispiel für das Halbleitermaterial kann ein Verbindungshalbleiter wie z. B. Siliziumcarbid (SiC) oder Galliumnitrid (GaN) zusätzlich zu einem Oxidhalbleiter angegeben werden. Der Oxidhalbleiter weist einen Vorteil, eine hohe Massenproduktivität, auf, weil der Oxidhalbleiter im Gegensatz zu Siliziumcarbid oder Galliumnitrid durch ein Sputterverfahren oder einen Nassprozess ausgebildet werden kann. Ferner kann der Oxidhalbleiter auch bei Raumtemperatur ausgebildet werden; somit kann der Oxidhalbleiter über einem Glassubstrat oder über einer Integrierschaltung mit Silizium ausgebildet werden. Weiterhin kann ein größeres Substrat verwendet werden. Folglich hat der Oxidhalbleiter unter den Halbleitern mit großen Bandlücken einen Vorteil, eine höhere Massenproduktivität. In dem Fall, in dem ein Oxidhalbleiter mit hoher Kristallinität erhalten werden soll, um die Eigenschaft (z. B. die Feldeffekt-Mobilität) eines Transistors zu verbessern, kann ferner der Oxidhalbleiter mit Kristallinität durch eine Wärmebehandlung bei 250°C bis 800°C leicht erhalten werden.
  • Ferner ist der Leitfähigkeitstyp eines hochreinen Oxidhalbleiters (gereinigten OS), der durch ein Vermindern von Verunreinigungen, wie z. B. Feuchtigkeit oder Wasserstoff, die als Elektronendonator (Donator) dienen, und durch ein Vermindern von Sauerstoffleerstellen, erhalten wird, i-Typ oder im Wesentlichen i-Typ. Folglich hat ein Transistor, der den Oxidhalbleiter enthält, eine Eigenschaft eines sehr kleinen Auszustandsstroms. Außerdem beträgt die Bandlücke des Oxidhalbleiters 2 eV oder mehr, vorzugsweise 2,5 eV oder mehr, stärker vorzugsweise 3 eV oder mehr. Unter Verwendung eines Oxidhalbleiterfilms, der durch eine ausreichende Verminderung der Konzentration der Verunreinigungen wie z. B. Feuchtigkeit oder Wasserstoff und durch ein Vermindern von Sauerstoffleerstellen hoch gereinigt worden ist, kann der Auszustandsstrom eines Transistors vermindert werden.
  • Insbesondere können verschiedene Experimente einen kleinen
  • Auszustandsstrom eines Transistors beweisen, der ein Kanalbildungsgebiet aus einem hochreinen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet. Auch wenn zum Beispiel ein Element eine Kanalbreite von 1 × 106 um und eine Kanallänge von 10 μm aufweist, kann der Auszustandsstrom kleiner als oder gleich dem Messgrenzwert eines Halbleiterparameteranalysators sein, das heißt kleiner als oder gleich 1 × 10–13 A bei einer Spannung (Drain-Spannung) zwischen einer Source-Elektrode und einer Drain-Elektrode von 1 V bis 10 V. In diesem Fall wird beobachtet, dass der Auszustandsstrom, der hinsichtlich der Kanalbreite des Transistors standardisiert ist, kleiner als oder gleich 100 zA/μm ist. Außerdem werden ein Kondensator und ein Transistor miteinander verbunden und der Auszustandsstrom wird unter Verwendung einer Schaltung gemessen, in der in den oder von dem Kondensator fließende elektrische Ladungen durch den Transistor gesteuert werden. Bei der Messung wird ein gereinigter Oxidhalbleiterfilm für ein Kanalbildungsgebiet des Transistors verwendet und der Auszustandsstrom des Transistors ist aus einer Änderung der Menge elektrischer Ladung des Kondensators pro Einheitszeit gemessen worden. Dadurch wird in dem Fall, in dem die Spannung zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode des Transistors 3 V beträgt, herausgefunden, dass ein kleinerer Auszustandsstrom von mehreren zehn Yoktoampere pro Mikrometer (yA/μm) erhalten werden kann. Folglich ist der Auszustandsstrom des Transistors, der ein Kanalbildungsgebiet aufweist, das aus dem hochreinen Oxidhalbleiterfilm ausgebildet ist, beträchtlich kleiner als derjenige eines Transistors, der Silizium mit Kristallinität enthält.
  • Es sei angemerkt, dass der Oxidhalbleiter vorzugsweise mindestens Indium (In) oder Zink (Zn) enthält. Insbesondere sind vorzugsweise In und Zn enthalten. Zusätzlich zu In und Zn enthält außerdem der Oxidhalbleiter vorzugsweise Gallium (Ga) als Stabilisator, der Schwankungen der elektrischen Eigenschaften eines Transistors abmildert, der den Oxidhalbleiter verwendet. Vorzugsweise ist Zinn (Sn) als Stabilisator enthalten. Vorzugsweise ist Hafnium (Hf) als Stabilisator enthalten. Vorzugsweise ist Aluminium (Al) als Stabilisator enthalten.
  • Als weiterer Stabilisator kann/können ein Lanthanoid/mehrere Lanthanoide, wie z. B. Lanthan (La), Cer (Ce), Praseodym (Pr), Neodym (Nd), Samarium (Sm), Europium (Eu), Gadolinium (Gd), Terbium (Tb), Dysprosium (Dy), Holmium (Ho), Erbium (Er), Thulium (Tm), Ytterbium (Yb) oder Lutetium (Lu), enthalten sein.
  • Als Oxidhalbleiter kann beispielsweise das Folgende verwendet werden: Indiumoxid, Zinnoxid, Zinkoxid, ein Oxid auf In-Zn-Basis, ein Oxid auf Sn-Zn-Basis, ein Oxid auf Al-Zn-Basis, ein Oxid auf Zn-Mg-Basis, ein Oxid auf Sn-Mg-Basis, ein Oxid auf In-Mg-Basis, ein Oxid auf In-Ga-Basis, ein Oxid auf In-Ga-Zn-Basis (auch als IGZO bezeichnet), ein Oxid auf In-Al-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Sn-Zn-Basis, ein Oxid auf Sn-Ga-Zn-Basis, an Oxid auf Al-Ga-Zn-Basis, ein Oxid auf Sn-Al-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Hf-Zn-Basis, ein Oxid auf In-La-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Ce-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Pr-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Nd-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Sm-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Eu-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Gd-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Tb-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Dy-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Ho-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Er-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Tm-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Yb-Zn-Basis oder ein Oxid auf In-Lu-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Sn-Ga-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Hf-Ga-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Al-Ga-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Sn-Al-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Sn-Hf-Zn-Basis oder ein Oxid auf In-Hf-Al-Zn-Basis. Der vorstehende Oxidhalbleiter kann Silizium enthalten.
  • Es sei angemerkt, dass beispielsweise ein Oxid auf In-Ga-Zn-Basis ein In, Ga und Zn enthaltendes Oxid bedeutet, wobei es keine Beschränkung bezüglich des Verhältnisses von In, Ga und Zn gibt. Das Oxid auf In-Ga-Zn-Basis kann zusätzlich ein Metallelement enthalten, das von In, Ga und Zn verschieden ist. Das Oxid auf In-Ga-Zn-Basis hat ausreichend hohen Widerstand, wenn es kein elektrisches Feld gibt, und somit kann der Auszustandsstrom ausreichend reduziert werden. Außerdem eignet sich das Oxid auf In-Ga-Zn-Basis als Halbleitermaterial für eine Halbleitervorrichtung, da seine Feld-Effekt-Mobilität hoch ist.
  • Beispielsweise kann ein Oxid auf In-Ga-Zn-Basis mit einem Atomverhältnis von In: Ga: Zn = 1:1:1 (= 1/3:1/3:1/3) oder In: Ga: Zn = 2:2:1 (= 2/5:2/5:1/5) oder ein Oxid mit einem Atomverhältnis, das nahe der vorerwähnten Atomverhältnisse ist, verwendet werden. Alternativ kann ein Oxid auf In-Sn-Zn-Basis mit einem Atomverhältnis von In: Sn: Zn = 1:1:1 (= 1/3:1/3:1/3), In: Sn: Zn = 2:1:3 (= 1/3:1/6:1/2) oder In: Sn: Zn = 2:1:5 (= 1/4:1/8:5/8) oder ein Oxid mit einem Atomverhältnis, das nahe der vorerwähnten Atomverhältnisse ist, verwendet werden.
  • Jedoch ist die Zusammensetzung nicht auf die obige beschränkt, und ein Material mit einer geeigneten Zusammensetzung kann in Abhängigkeit von erforderlichen elektrischen Eigenschaften (wie z. B. Mobilität und Schwellenspannung) verwendet werden. Um die erforderlichen Halbleitereigenschaften zu erhalten, ist es ferner bevorzugt, dass die Ladungsträgerdichte, die Verunreinigungskonzentration, die Defektdichte, das Atomverhältnis von einem Metallelement und Sauerstoff, der Abstand zwischen Atomen, die Dichte oder dergleichen auf einen geeigneten Wert eingestellt wird.
  • Beispielsweise kann der Oxidhalbleiterfilm durch ein Sputterverfahren unter Verwendung eines Indium (In), Gallium (Ga) und Zink (Zn) enthaltenden Targets ausgebildet werden. In dem Fall, in dem ein Oxidhalbleitefilm auf In-Ga-Zn-Basis durch ein Sputterverfahren ausgebildet wird, wird vorzugsweise ein Target aus einem Oxid auf In-Ga-Zn-Basis mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:1:1, 4:2:3, 3:1:2, 1:1:2, 2:1:3 oder 3:1:4 verwendet. Wenn der Oxidhalbleiterfilm unter Verwendung eines Targets aus einem Oxid auf In-Ga-Zn-Basis mit dem vorerwähnten Atomverhältnis ausgebildet wird, wird ein Kristall leicht ausgebildet. Die Füllrate des In, Ga und Zn enthaltenden Targets ist 90% oder höher und vorzugsweise 95% oder höher. Wenn das Target mit hoher Füllrate verwendet wird, wird ein dichter Oxidhalbleiterfilm ausgebildet.
  • In dem Fall, in dem ein Oxidmaterial auf In-Zn-Basis als Oxidhalbleiter verwendet wird, weist ein Target des Oxids auf In-Zn-Basis ein Zusammensetzungsverhältnis von In: Zn = 50:1 bis 1:2 in einem Atomverhältnis (In2O3:ZnO = 25:1 bis 1:4 in einem Molverhältnis), vorzugsweise In:Zn = 20:1 bis 1:1 in einem Atomverhältnis (In2O3: ZnO = 10:1 bis 1:2 in einem Molverhältnis) und stärker bevorzugt In: Zn = 1,5:1 bis 15:1 in einem Atomverhältnis (In2O3: ZnO = 3:4 bis 15:2 in einem Molverhältnis) auf. Wenn zum Beispiel ein Target, das zum Ausbilden eines ein Oxid auf In-Zn-Basis enthaltenden Oxidhalbleiterfilms verwendet wird, der ein Atomverhältnis von In: Zn: O = X:Y:Z aufweist, gilt die Beziehung Z > 1,5X + Y. Die Mobilität kann verbessert werden, indem das Verhältnis von Zn in dem oben genannten Bereich gehalten wird.
  • In dem Fall, in dem ein Oxidhalbleiterfilm auf In-Sn-Zn-Basis als Oxidhalbleiterfilm durch ein Sputterverfahren ausgebildet wird, wird vorzugsweise ein Target, das In, Sn und Zn mit einem Atomverhältnis von 1:1:1, 2:1:3, 1:2:2 oder 20:45:35 enthält, verwendet.
  • Eine Struktur des Oxidhalbleiterfilms wird nachstehend beschrieben.
  • Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung ein Begriff „parallel” bedeutet, dass der Winkel, der zwischen zwei geraden Linien gebildet wird, größer als oder gleich –10° und kleiner als oder gleich 10° ist, und daher auch den Fall umfasst, in dem der Winkel größer als oder gleich –5° und kleiner als oder gleich 5° ist. Zusätzlich bedeutet ein Begriff „senkrecht”, dass der Winkel, der zwischen zwei geraden Linien gebildet ist, größer als oder gleich 80° und kleiner als oder gleich 100° ist, und umfasst daher auch den Fall, in dem der Winkel größer als oder gleich 85° und kleiner als oder gleich 95° ist.
  • In dieser Beschreibung sind die trigonalen und rhomboedrischen Kristallsysteme in dem hexagonalen Kristallsystem enthalten.
  • Ein Oxidhalbleiterfilm wird grob in einen Einkristall-Oxidhalbleiterfilm und einen Nicht-Einkristall-Oxidhalbleiterfilm unterteilt. Der Nicht-Einkristall-Oxidhalbleiterfilm umfasst einen von einem amorphen Oxidhalbleiterfilm, einem mikrokristallinen Oxidhalbleiterfilm, einem polykristallinen Oxidhalbleiterfilm, einem Film aus einem kristallinen Oxidhalbleiter mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse (c-axis aligned crystalline Oxide semiconductor film: CAAC-OS-Film) und dergleichen.
  • Der amorphe Oxidhalbleiterfilm weist eine ungeordnete Atomanordnung und keine kristalline Komponente auf. Ein typisches Beispiel dafür ist ein Oxidhalbleiterfilm, in dem auch in einem mikroskopischen Gebiet kein Kristallbereich besteht, wobei der ganze Film amorph ist.
  • Der mikrokristalline Oxidhalbleiterfilm enthält beispielsweise einen Mikrokristall (auch als Nanokristall bezeichnet) mit einer Größe von größer als oder gleich 1 nm und kleiner als 10 nm. Daher weist der mikrokristalline Oxidhalbleiterfilm einen höheren Grad von Atomordnung als der amorphe Oxidhalbleiterfilm auf. Dementsprechend ist die Dichte der Defektzustände des mikrokristallinen Oxidhalbleiterfilms niedriger als diejenige des amorphen Oxidhalbleiterfilms.
  • Der CAAC-OS-Film ist einer von Oxidhalbleiterfilmen, die eine Vielzahl von Kristallbereichen aufweisen, und ein Großteil der Kristallbereiche passt jeweils in einen Würfel, dessen Kantenlänge weniger als 100 nm beträgt. Deswegen gibt es einen Fall, in dem ein Kristallbereich in dem CAAC-OS-Film in einen Würfel passt, dessen Kantenlänge weniger als 10 nm, weniger als 5 nm oder weniger als 3 nm beträgt. Die Dichte der Defektzustände des CAAC-OS-Films ist niedriger als diejenige des mikrokristallinen Oxidhalbleiterfilms. Der CAAC-OS-Film wird ausführlich nachstehend beschrieben.
  • In einem Transmissionselektronenmikroskop-(TEM-)Bild des CAAC-OS-Films wird eine Grenze zwischen Kristallbereichen, das heißt, eine Korngrenze nicht deutlich beobachtet. Folglich ist es weniger wahrscheinlich, dass in dem CAAC-OS-Film eine Verringerung der Elektronenmobilität wegen der Korngrenze entsteht.
  • Nach dem TEM-Bild des CAAC-OS-Films, der in einer Richtung beobachtet wird, die im Wesentlichen parallel zu einer Probenoberfläche ist (Querschnitt-TEM-Bild (cross-sectional TEM image)), sind Metallatome in einer geschichteten Weise in den Kristallbereichen angeordnet. Jede Metallatomlage weist eine Gestalt auf, die von einer Oberfläche, über der der CAAC-OS-Film ausgebildet ist (eine Oberfläche, über der der CAAC-OS-Film ausgebildet ist, wird nachstehend als Ausbildungsoberfläche bezeichnet), oder von einer nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS-Films widergespiegelt wird, und jede Metallatomlage ist parallel zu der Ausbildungsoberfläche oder der nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS-Films angeordnet.
  • Dahingegen sind nach dem TEM-Bild des CAAC-OS-Films, der in einer Richtung beobachtet wird, die im Wesentlichen senkrecht zu der Probenoberfläche ist (Flächen-TEM-Bild (plan TEM image)), Metallatome in einer trigonalen oder hexagonalen Konfiguration in den Kristallbereichen angeordnet. Zwischen unterschiedlichen Kristallbereichen gibt es jedoch keine Regelmäßigkeit der Anordnung von Metallatomen.
  • Aus den Ergebnissen des Querschnitt-TEM-Bildes und des Flächen-TEM-Bildes wird eine Ausrichtung in den Kristallbereichen in dem CAAC-OS-Film gefunden.
  • Ein CAAC-OS-Film wird einer Strukturanalyse mittels eines Röntgenbeugungs-(X-ray diffraction; XRD-)Geräts unterzogen. Wenn beispielsweise der CAAC-OS-Film, der einen InGaZnO4-Kristall enthält, durch ein Out-of-Plane-Verfahren (out-of-plane method) analysiert wird, erscheint ein Peak oft bei einem Beugungswinkel (2θ) von zirka 31°. Dieser Peak stammt aus der (009)-Fläche des InGaZnO4-Kristalls, welches darauf hindeutet, dass Kristalle in dem CAAC-OS-Film eine Ausrichtung bezüglich der c-Achse aufweisen, und dass die c-Achsen in einer Richtung ausgerichtet sind, die im Wesentlichen senkrecht zu der Ausbildungsoberfläche oder der nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS-Films ist.
  • Dahingegen erscheint dann, wenn der CAAC-OS-Film durch ein In-Plane-Verfahren (in-plane method) analysiert wird, in dem ein Röntgenstrahl in eine Probe in einer Richtung eintritt, die im Wesentlichen senkrecht zu der c-Achse ist, ein Peak oft bei 2θ von zirka 56°. Dieser Peak stammt aus der (110)-Fläche des InGaZnO4-Kristalls. Hier wird die Analyse (ϕ-Scan) unter Bedingungen durchgeführt, wobei die Probe um einen Normalenvektor einer Probenoberfläche als Achse (Achse) gedreht wird, wobei 2θ auf zirka 56° festgelegt ist. In dem Fall, in dem die Probe ein Einkristall-Oxidhalbleiterfilm aus InGaZnO4 ist, erscheinen sechs Peaks. Die sechs Peaks stammen aus Kristallflächen, die der (110)-Fläche äquivalent sind. Dahingegen wird im Fall eines CAAC-OS-Films ein Peak nicht deutlich beobachtet, auch wenn ein ϕ-Scan durchgeführt wird, wobei 2θ auf zirka 56° festgelegt ist.
  • Nach den obigen Ergebnissen sind in dem CAAC-OS-Film mit c-Achsen-Ausrichtung die c-Achsen in einer Richtung, die parallel zu einem Normalenvektor einer Ausbildungsoberfläche oder einem Normalenvektor einer nach oben weisenden Oberfläche ist, ausgerichtet, während die Richtungen von a-Achsen und b-Achsen zwischen Kristallbereichen verschieden sind. Jede Metallatomlage, die in einer geschichteten Weise angeordnet und in dem Querschnitt-TEM-Bild beobachtet wird, entspricht daher einer Fläche, die parallel zu der a-b-Fläche des Kristalls ist.
  • Es sei angemerkt, dass der Kristallbereich gleichzeitig mit einer Abscheidung des CAAC-OS-Films ausgebildet wird oder durch eine Kristallisierungsbehandlung wie z. B. eine Wärmebehandlung gebildet wird. Wie oben beschrieben worden ist, ist die c-Achse des Kristalls in einer Richtung ausgerichtet, die parallel zu einem Normalenvektor einer Ausbildungsoberfläche oder einem Normalenvektor der nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS-Films ist. Deshalb könnte beispielsweise in dem Fall, in dem eine Form des CAAC-OS-Films durch Ätzen oder dergleichen verändert wird, die c-Achse nicht notwendigerweise parallel zu einem Normalenvektor einer Ausbildungsoberfläche oder einem Normalenvektor der nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS-Films sein.
  • Ferner ist der Grad der Kristallinität in dem CAAC-OS-Film nicht notwendigerweise gleichmäßig. Beispielsweise ist in dem Fall, in dem das Kristallwachstum zum Ausbilden des CAAC-OS-Films von der Nähe der nach oben weisenden Oberfläche des Films ausgeht, der Grad der Kristallinität in der Nähe der nach oben weisenden Oberfläche in manchen Fällen höher als derjenige in der Nähe der Ausbildungsoberfläche. Ferner wird dann, wenn eine Verunreinigung zu dem CAAC-OS-Film hinzugefügt wird, die Kristallinität in einem Gebiet geändert, dem die Verunreinigung hinzugefügt wird, und der Grad der Kristallinität in dem CAAC-OS-Film variiert abhängig von den Gebieten.
  • Es sei angemerkt, dass dann, wenn der einen InGaZnO4-Kristall enthaltende CAAC-OS-Film durch ein Out-of-Plane-Verfahren analysiert wird, auch ein Peak bei 2θ von zirka 36° zusätzlich zu dem Peak bei 2θ von zirka 31° beobachtet werden kann. Der Peak bei 2θ von zirka 36° deutet darauf hin, dass ein Kristall ohne Ausrichtung bezüglich der c-Achse in einem Teil des CAAC-OS-Films enthalten ist. Es ist bevorzugt, dass in dem CAAC-OS-Film ein Peak bei 2θ von zirka 31° erscheint und kein Peak bei 2θ von zirka 36° erscheint.
  • In einem Transistor, der den CAAC-OS-Film verwendet, ist die Veränderung der elektrischen Eigenschaften durch Bestrahlung mit sichtbarem Licht oder UV-Licht klein. Folglich weist der Transistor eine hohe Zuverlässigkeit auf.
  • Es sei angemerkt, dass der Oxidhalbleiterfilm ein gestapelter Film sein kann, der beispielsweise zwei oder mehr Filme von einem amorphen Oxidhalbleiterfilm, einem mikrokristallinen Oxidhalbleiterfilm und einem CAAC-OS-Film aufweist.
  • Beispielsweise wird der CAAC-OS-Film durch ein Sputterverfahren mit einem polykristallinen Oxidhalbleiter-Sputtertarget ausgebildet. Wenn Ionen mit dem Sputtertarget kollidieren, könnte ein in dem Sputtertarget enthaltener Kristallbereich entlang einer a-b-Fläche von dem Target abgetrennt werden; mit anderen Worten kann ein gesputtertes Teilchen mit einer Fläche, die parallel zu einer a-b-Fläche ist (flachplattenähnliches gesputtertes Teilchen oder pelletähnliches gesputtertes Teilchen), von dem Sputtertarget abgetrennt werden. In diesem Fall erreicht das flachplattenähnliche gesputterte Teilchen unter Bewahrung ihres Kristallzustandes ein Substrat, wodurch der CAAC-OS-Film ausgebildet werden kann.
  • Bei der Abscheidung des CAAC-OS-Films werden vorzugsweise die folgenden Bedingungen verwendet.
  • Durch Verringern der Menge von Verunreinigungen, die in den CAAC-OS-Film während der Abscheidung eintreten, kann verhindert werden, dass der Kristallzustand von den Verunreinigungen verschlechtert wird. Beispielsweise können Verunreinigungen (z. B. Wasserstoff, Wasser, Kohlendioxid oder Stickstoff), die in der Abscheidungskammer existieren, verringert werden. Außerdem können Verunreinigungen in einem Abscheidungsgas reduziert werden. Insbesondere wird ein Abscheidungsgas verwendet, dessen Taupunkt bei –80°C oder niedriger, vorzugsweise bei –100°C oder niedriger liegt.
  • Durch Erhöhen der Erwärmungstemperatur des Substrats während der Abscheidung ist es wahrscheinlich, dass eine Migration eines gesputterten Teilchens auftritt, nachdem das gesputterte Teilchen eine Oberfläche des Substrats erreicht hat. Insbesondere ist die Erwärmungstemperatur des Substrats während der Abscheidung höher als oder gleich 100°C und niedriger als oder gleich 740°C, vorzugsweise höher als oder gleich 200°C und niedriger als oder gleich 500°C. Wenn die Erwärmungstemperatur des Substrats während der Abscheidung erhört wird und das flachplattenähnliche gesputterte Teilchen das Substrat erreicht, tritt eine Migration über dem Substrat auf, so dass eine ebene Fläche des gesputterten Teilchens an das Substrat befestigt wird.
  • Außerdem ist es zu bevorzugen, dass der Sauerstoffanteil in dem Abscheidungsgas zunimmt und der Energiestrom optimiert wird, um Plasmaschäden bei der Abscheidung zu reduzieren. Der Sauerstoffanteil in dem Abscheidungsgas beträgt 30 Vol.-% oder höher, vorzugsweise 100 Vol.-%.
  • Als Beispiel für das Sputtertargets wird ein Target aus einer In-Ga-Zn-O-Verbindung nachstehend beschrieben.
  • Das Target aus der In-Ga-Zn-O-Verbindung, das polykristallin ist, wird durch ein Mischen von InOx-Pulver, GaOy-Pulver und ZnOz-Pulver in einem vorbestimmten Molverhältnis, ein Ausüben von Druck und ein Durchführen einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von höher als oder gleich 1000°C und niedriger als oder gleich 1500°C ausgebildet. Es sei angemerkt, dass X, Y und Z jeweils eine vorgegebene positive Zahlen sind. Hier beträgt das vorbestimmte Molverhältnis von InOx-Pulver zu GaOy-Pulver und ZnOz-Pulver beispielsweise 2:2:1, 8:4:3, 3:1:1, 1:1:1, 4:2:3 oder 3:1:2. Die Pulverarten und das Molverhältnis zum Mischen von Pulver können angemessen entsprechend dem gewünschten Sputtertarget bestimmt werden.
  • Wenn ein Transistor verwendet wird, der ein Kanalbildungsgebiet aufweist, das aus dem Oxidhalbleiter bei dieser Ausführungsform ausgebildet ist, kann eine Pixelschaltung leicht verwirklicht werden, die in dem Global-Shutter-System arbeitet, was ermöglicht, eine Abbildungsvorrichtung bereitzustellen, bei der die Menge von an ein Objekt emittierten Röntgenstrahlen klein ist.
  • Diese Ausführungsform kann in angemessener Kombination mit den Strukturen bei den anderen Ausführungsformen ausgeführt werden.
  • Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung mit der Seriennr. 2012-184295 , eingereicht beim japanischen Patentamt am 23. August 2012, deren gesamter Inhalt hiermit zum Gegenstand der vorliegenden Offenlegung gemacht ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2012-184295 [0176]

Claims (11)

  1. Abbildungsvorrichtung, die umfasst: einen Szintillator; und eine Vielzahl von Pixelschaltungen, die in einer Matrix mit mehreren Zeilen und mehreren Spalten angeordnet sind und sich mit dem Szintillator überlappen, wobei die Vielzahl von Pixelschaltungen jeweils umfasst: eine Fotodiode; einen Ladungsansammlungsabschnitt; einen ersten Transistor; einen zweiten Transistor; und einen dritten Transistor, wobei einer von Source und Drain des ersten Transistors elektrisch mit der Fotodiode verbunden ist, wobei der andere von Source und Drain des ersten Transistors elektrisch mit dem Ladungsansammlungsabschnitt verbunden ist, wobei ein Gate des zweiten Transistors elektrisch mit dem Ladungsansammlungsabschnitt verbunden ist, wobei einer von Source und Drain des zweiten Transistors elektrisch mit einem von Source und Drain des dritten Transistors verbunden ist, wobei mindestens der erste Transistor ein Kanalbildungsgebiet beinhaltet, das einen Oxidhalbleiter beinhaltet, wobei ein Rücksetzvorgang des Ladungsansammlungsabschnitts in der Vielzahl von Pixelschaltungen im Wesentlichen gleichzeitig durchgeführt wird, wobei ein Ansammlungsvorgang einer elektrischen Ladung von der Fotodiode in der Vielzahl von Pixelschaltungen im Wesentlichen gleichzeitig durchgeführt wird, wobei ein Lesevorgang eines Signals für jede Zeile in der Vielzahl von Pixelschaltungen sequenziell durchgeführt wird, und wobei Gates der dritten Transistoren der Pixelschaltungen in einer Zeile elektrisch mit einer Leitung verbunden sind.
  2. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zweite Transistor ein Kanalbildungsgebiet beinhaltet, das einen Oxidhalbleiter beinhaltet.
  3. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der dritte Transistor ein Kanalbildungsgebiet beinhaltet, das einen Oxidhalbleiter beinhaltet.
  4. Abbildungsvorrichtung, die umfasst: einen Szintillator; und eine Vielzahl von Pixelschaltungen, die in einer Matrix mit mehreren Zeilen und mehreren Spalten angeordnet sind und sich mit dem Szintillator überlappen, wobei die Vielzahl von Pixelschaltungen jeweils umfasst: ein optisches Sensorelement; einen Ladungsansammlungsabschnitt; einen ersten Transistor; einen zweiten Transistor; einen dritten Transistor; und einen vierten Transistor, wobei einer von Source und Drain des ersten Transistors elektrisch mit dem optischen Sensorelement verbunden ist, wobei der andere von Source und Drain des ersten Transistors elektrisch mit dem Ladungsansammlungsabschnitt verbunden ist, wobei ein Gate des zweiten Transistors elektrisch mit dem Ladungsansammlungsabschnitt verbunden ist, wobei einer von Source und Drain des zweiten Transistors elektrisch mit einem von Source und Drain des dritten Transistors verbunden ist, wobei einer von Source und Drain des vierten Transistors elektrisch mit dem Ladungsansammlungsabschnitt verbunden ist, wobei der erste Transistor und der vierte Transistor jeweils ein Kanalbildungsgebiet beinhalten, das Oxidhalbleiter beinhaltet, wobei ein Rücksetzvorgang des Ladungsansammlungsabschnitts in der Vielzahl von Pixelschaltungen im Wesentlichen gleichzeitig durchgeführt wird, wobei ein Ansammlungsvorgang einer elektrischen Ladung von dem optischen Sensorelement in der Vielzahl von Pixelschaltungen im Wesentlichen gleichzeitig durchgeführt wird, wobei ein Lesevorgang eines Signals für jede Zeile in der Vielzahl von Pixelschaltungen sequenziell durchgeführt wird, und wobei Gates der dritten Transistoren der Pixelschaltungen in einer Zeile elektrisch mit einer Leitung verbunden sind.
  5. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der zweite Transistor ein Kanalbildungsgebiet beinhaltet, das einen Oxidhalbleiter beinhaltet.
  6. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der dritte Transistor ein Kanalbildungsgebiet beinhaltet, das einen Oxidhalbleiter beinhaltet.
  7. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das optische Sensorelement eine Fotodiode ist.
  8. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das optische Sensorelement ein Paar von Elektroden und eine amorphe Siliziumschicht beinhaltet.
  9. Verfahren zum Betreiben einer Abbildungsvorrichtung, die einen Szintillator und eine Vielzahl von Pixelschaltungen umfasst, die in einer Matrix mit mehreren Zeilen und mehreren Spalten angeordnet sind und sich mit dem Szintillator überlappen, wobei das Verfahren umfasst: einen ersten Schritt zum Durchführen eines Rücksetzungsvorgangs eines Ladungsansammlungsabschnitts, der in jeder von der Vielzahl von Pixelschaltungen enthalten ist, im Wesentlichen gleichzeitig; einen zweiten Schritt zum Bestrahlen des Szintillators mit einem Röntgenstrahl, so dass ein optisches Sensorelement, das in jeder der Vielzahl von Pixelschaltungen enthalten ist, mit aus dem Szintillator emittiertem Licht bestrahlt wird; einen dritten Schritt zum Durchführen eines Ansammlungsvorgangs einer elektrischen Ladung in dem Ladungsansammlungsabschnitt von dem optischen Sensorelement im Wesentlichen gleichzeitig; und einen vierten Schritt zum sequenziellen Durchführen eines Lesevorgangs eines Signals für jede Zeile in der Vielzahl von Pixelschaltungen, wobei der zweite Schritt mit dem dritten Schritt synchlonisiert wird.
  10. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei das optische Sensorelement eine Fotodiode ist.
  11. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei das optische Sensorelement ein Paar von Elektroden und eine amorphe Siliziumschicht beinhaltet.
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