DE60034623T2

DE60034623T2 - Röntgenbilddetektorsystem

Info

Publication number: DE60034623T2
Application number: DE60034623T
Authority: DE
Inventors: Mitsushi Yokohama-shi Ikeda; Masaki Yokosuka-shi Atsuta; Akira Yokohma-shi Kinno; Kouhei Yokohama-shi Suzuki
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2020-03-25
Also published as: EP1043777A3; JP2000275348A; JP3838806B2; EP1043777B1; US6403965B1; DE60034623D1; EP1043777A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Röntgenstrahlbild-Detektiersystem. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Röntgenstrahlbild-Detektiersystem zur Verwendung in einem Röntgenstrahldiagnostiziersystem für eine medizinische Verwendung.
Beschreibung des Stands der Technik
In den letzten Jahren machte in dem Gebiet der medizinischen Behandlung die Datenbank von medizinischen Daten für Patienten Fortschritte, um schnell und präzise eine medizinische Behandlung auszuführen. Patienten empfangen normalerweise die Diagnostiken von einer Vielzahl von medizinischen Behandlungseinrichtungen. In solch einem Fall gibt es, falls es keine Daten für andere medizinische Behandlungseinrichtungen gibt, eine Möglichkeit, dass eine medizinische Behandlung nicht präzise ausgeführt werden kann. Beispielsweise gibt es ein Problem bei Arzneimittel oder Medikamenten. Es wird benötigt, Arzneimittel in Betracht zu ziehen, die in anderen medizinischen Behandlungseinrichtungen verabreicht werden, um passende Arzneimittel zu verabreichen, um eine medizinische Behandlung auszuführen.
Es wird auch benötigt, Datenbanken für Bilddaten von Röntgenaufnahmen zu erstellen. Gemäß diesem Datenbanksystem wird es erwünscht, Röntgenstrahlbilder bzw. Röntgenbilder zu digitalisieren. In einem Röntgenstrahldiagnostiziersystem bzw. Röntgendiagnostiziersystem für eine medizinische Verwendung wird herkömmlich ein Silberhalogenid-Film verwendet, um ein Bild zu detektieren. Um diese diagnostischen Daten zu digitalisieren, wird es benötigt, den Film durch einen Scanner nach der Entwicklung des Films derart zu scannen, dass es viel Zeit kostet. Kürzlich wurde ein System realisiert für ein direktes Digitalisieren eines Bildes, unter Verwendung einer CCD-Kamera mit einer Größe von ungefähr einem Inch bzw. Zoll und einer Bildverstärkungsröhre. Jedoch wird es benötigt, wenn ein Bild von beispielsweise einer Lunge detektiert wird durch dieses System, ein optisches System für ein Bündeln von Licht bereitzustellen, um ein Bild eines Bereichs von ungefähr 40 cm × 40 cm zu detektieren, so dass es ein Problem einer Vergrößerung der Systemgröße gibt. Es gibt auch ein Problem darin, dass die Auflösung abnimmt, aufgrund der Verzerrung eines optischen Systems.
Um diese Probleme zu lösen, wird ein Flachbildröntgendetektor bzw. Flachfeldröntgendetektor eines indirekten Umwandlungssystems vorgeschlagen, unter Verwendung eines Dünnfilmtransistors (was im Folgenden als ein "TFT" bezeichnet wird) mit einer aktiven Schicht von amorphen Silizium als ein Umschaltelement (siehe beispielsweise U.S. Patentnummer 4,689,487).
8 zeigt eine Schaltungskonstruktion dieses Flachbildröntgendetektors und der Betrieb desselben wird unten beschrieben.
Dieser Flachbildröntgendetektor ist ein Detektor eines indirekten Umwandlungssystems zum Umwandeln eines einfallenden Röntgenstrahls in strahlendes Licht mittels eines Phosphors oder ähnlichem, um das umgewandelte Licht in eine elektrische Ladung umzuwandeln, mittels eines photoelektrisches Transferierfilms von jedem Pixel (Bildelement). Dieser Flachbildröntgendetektor weist Pixel e_l,l, ..., e_m,n auf, die angeordnet sind in der Form eines Arrays bzw. Felds, wobei hunderte bis tausende Pixel angeordnet sind an jeder Seite. Jedes Element e_i,j (i = 1, ..., m, j = 1, ..., n) hat einen TFT 701, einen photoelektrischen Transferierfilm 702 und eine Pixelkapazität 703. Der photoelektrische Transferierfilm 702 und die Pixelkapazität 703 sind parallel verbunden. An einem Ende desselben wird eine negative Vorspannung angelegt mittels einer Leistungsversorgung 704, und das andere Ende ist verbunden mit einem von der Source und Drain des TFT 701. Das andere Ende der Quelle und Drain des TFT 701 ist verbunden mit einer Signalleitung 705, und das Gate des TFT 701 ist verbunden mit einer Scan-Leitung 706. Das An/Aus des TFT 701 wird gesteuert durch eine Scan-Leitungsantriebsschaltung 707. Der Anschluss der Signalleitung 705 ist verbunden mit einem Verstärker 710 für eine Signaldetektion über einen Schalter 709, der gesteuert wird durch eine Signalleitungssteuerschaltung 708.
Falls Röntgenstrahlen einfallend sind auf den Flachbildröntgendetektor, emittiert der mit den Röntgenstrahlen bestrahlte Phosphor Licht, und das emittierte Licht wird umgewandelt in eine elektrische Ladung mittels des photoelektrischen Transferierfilms 702, so dass die elektrische Ladung sich ansammelt in der Pixelkapazität 703. Wenn eine Scan-Leitung 706 angetrieben wird durch die Scan-Leitungs-Antriebsschaltung 701, so dass alle der TFTs 701, die verbunden sind mit der Scan-Leitung 706, angeschaltet werden, wird die sich ansammelnde Ladung transferiert an den Verstärker 710 über die Signalleitung 705. Dann wird die elektrische Ladung für jedes Pixel eingegeben in dem Verstärker 710 mittels des Schalters 709, um umgewandelt zu werden zu punktsequentiellen Signalen, die in der Lage sind, angezeigt zu werden auf einem CRT oder ähnlichem. Die Quantität der elektrischen Ladung variiert gemäß der Quantität des Lichts, das einfällt auf jedem Pixel e_i,j (i = 1, ..., m, j = 1, ..., n), so dass die Amplitude der Ausgabe des Verstärkers 710 variiert.
Der Flachbildröntgendetektor von dem indirekten Umwandlungssystem, gezeigt in 8, kann direkt durch die A/D-Umwandlung des Ausgangssignals des Verstärkers 710 ein digitales Bild bilden. Über dies hinaus ist es möglich, einen Pixelbereich eines dünnen und großen Bildschirms zu erzeugen durch den Array der TFTs 701.
Es gibt andere Flachbildröntgendetektoren eines Direktumwandlungssystems für ein direktes Umwandeln von Röntgenstrahlen, die einfallen auf Pixel, in eine elektrische Ladung.
Der Flachbildröntgendetektor dieses Direktumwandlungssystems hat kein Phosphor. Zu diesem Zeitpunkt ist der Flachbildröntgendetektor des Direktumwandlungssystems unterschiedlich von dem des oben beschriebenen Indirektumwandlungssystems. Zusätzlich ist, in dem Flachbildröntgendetektor des Direktumwandlungssystems, die Größe einer Vorspannung, die angelegt wird an einen photoelektrischen Transferierfilm oder ein Röntgenstrahl-zu-Ladung-Konvertierungsfilm unterschiedlich von dem in dem indirekten Umwandlungssystem bzw. Konvertierungssystem.
In dem Fall des indirekten Umwandlungssystems wird eine Vorspannung von mehreren Volt bis über zehn Volt angelegt an den photoelektrischen Transferierfilm. Wenn Fluoreszenz den photoelektrischen Transferierfilm trifft, sammelt sich elektrische Ladung in der Pixelkapazität an, die bereitgestellt wird parallel zu dem photoelektrischen Transferierfilm in jedem Pixel. In diesem Fall ist die Spannung, die angelegt wird an die Pixelkapazität, eine Vorspannung von mehreren Volt bis über zehn Volt, angelegt an den photoelektrischen Transferierfilm im Maximum.
Andererseits sind in dem direkten Umwandlungssystem bzw. Direktumwandlungssystem, der Röntgen-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm, die Pixelkapazität und der TFT, der als Schalter für jedes Pixel dient, seriell verbunden, und eine hohe Vorspannung von mehreren kV wird daran angelegt. Deshalb sammelt sich, wenn Röntgenstrahlen einfallen auf das Pixel, die elektrische Ladung, die erzeugt wird durch den Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm in der Pixelkapazität an. Jedoch erhöht sich, falls die Quantität des einfallenden Röntgenstrahls übermäßig wird, die elektrische Ladung, die sich in der Pixelkapazität ansammelt, so dass es befürchtet wird, dass eine hohe Spannung von mehr als 10 kV angelegt wird an die Isolierungsfilme der Pixelkapazität und dem TFT, was einen elektrischen Zusammenbruch hervorruft. Aus diesem Grund muss das direkte Umwandlungssystem Maßnahmen ergreifen, um eine exzessive bzw. übermäßige Spannung vom Angelegt werden an die Pixelkapazität und TFTs zu verhindern.
Deshalb wird ein schützender TFT, der als schützendes nicht-lineares Element dient, bereitgestellt in jedem der Pixel. Deshalb wird, wenn übermäßig viele Röntgenstrahl ein Pixel treffen, eine höhere elektrische Ladung als die durch eine Vorspannung definierte, entladen zu der Außenseite des Pixels über den schützenden TFT, um einen dielektrischen Zusammenbruch des TFT und der Pixelkapazität zu verhindern.
9 zeigt die Konstruktion eines Pixels eines Flachbildröntgendetektors eines direkten Umwandlungssystems, unter Verwendung des schützenden TFT, und der Betrieb desselben wird unten beschrieben.
Jedes Pixel 801 eines Flachbildröntgendetektors eines direkten Umwandlungssystems, gezeigt in 9, umfasst einen TFT 701, der verwendet wird als ein Umschaltelement, einen Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm 802 und eine Pixelkapazität 703. Ähnlich zu dem Röntgendetektor, der in 8 gezeigt ist, werden die Pixel 801 angeordnet in der Form eines Arrays. Die Pixelkapazität ist verbunden mit einer Pixelkapazitätsvorspannung 803. An dem Röntgenstrahl-zu- Ladungs-Konvertierungsfilm wird eine negative Vorspannung angelegt durch eine Hochspannungsleistungsversorgung 804. Das Gate des TFT 701 ist verbunden mit einer Scan-Leitung 706 und eine von der Source und Drain des TFT 701 ist verbunden mit einer Signalleitung 705, so dass das An/Aus des TFT 701 gesteuert wird mittels einer Scan-Leitungs-Antriebsschaltung 707. Der Anschluss der Signalleitung 705 ist verbunden mit einem Verstärker 710 für eine Signaldetektion. Ein schützender TFT 805 wird vorgespannt durch eine Leistungsversorgung 807 über einer Vorspannleitung 806. Der schützende TFT 805 erlaubt, dass eine elektrische Ladung einer Vorspannung oder höher durch die Vorspannleitung 806 geht.
In beiden der Röntgenstrahlbilddetektorsysteme, die die Flachbildröntgendetektoren des direkten und indirekten Umwandlungssystems verwenden, unter Verwendung der TFTs 701, können sehr schwache Signale nicht detektiert werden, so dass es eine untere Grenze der Röntgenstrahlbestrahlungsintensität auf einen menschlichen Körper gibt. Weil eine Signalspannungsverschiebung produziert wird durch eine schwebende Kapazität, die empfangen wird von der Signalleitung 705 von der kreuzenden Scan-Leitung 706 und der Vorspannleitung 806, und weil es eine Grenze für die Reduzierung von Rauschen des Verstärkers 710 für eine Signaldetektion und Rauschen aufgrund von Leckageströmen oder ähnlichem des schützenden TFT 805 gibt, der verwendet wird für den Flachbildröntgendetektor des direkten Umwandlungssystems. Um dieses Problem zu lösen, wird betrachtet, dass eine Verstärkerschaltung zum Verstärken der elektrischen Ladung, produziert in dem photoelektrischen Transferierfilm 702 oder Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm 802, bereitgestellt wird für jedes Pixel 801. Jedoch ist es schwierig, dies zu realisieren, da die Verstärkerschaltung hergestellt wird durch die gleiche Designregel, wie die der TFTs für Pixel, so dass der Bereich von nur der Verstärkungsschaltung größer sein soll als der Pixelbereich.
US 5,198,673 offenbart einen Bestrahlungsbilddetektor mit optischen Verstärkungs-Selen-Photosensoren und einen Szintillator. Eine Hochspannung wird angelegt an den Selen-Photosensor, um bei dem Photosensor hervorzurufen, dass er eine Lawinenmultiplizierung vorweist. Das Photosensormaterial ist vorteilhaft mit Arsen dotiert, und ein relativ kleiner Teil, der an eine Grenzschicht angrenzt, ist mit Lithium-Fluorid versehen.
Ferner offenbart US 5,164,809 amorphe Silizium-Strahlungsdetektoren mit transversal orientierten Elektrodenschichten. Die Struktur des Detektors erlaubt hohe elektrische Felder, die in einer Verringerung in Rauschen und einer Erhöhung im Signal resultieren, einschließlich einer Lawinenmultiplizierung. Eine Ausführungsform eines Detektors zeigt eine PIPN-Struktur mit Schichten einer variierenden Leitfähigkeit, die zwischen Elektroden liegen.
Zusätzlich offenbart US 5,396,072 einen Röntgenstrahlbilddetektor, umfassend eine Vielzahl von Röntgenstrahl-empfindlichen Sensoren, wobei jeder eine Elektrode aufweist, und ein Umschaltelement, das verbunden ist mit einem Ausgangsanschluss. Eine Photoleiterschicht wird bereitgestellt zwischen sammelnden Elektroden und einer Vorspannelektrode. Die Photoleiterschicht besteht aus amorphem Selen mit einem Zusatz von Arsen. Auf dieser Schicht wird eine andere Halbleiterschicht bereitgestellt, die Fehlstellen bzw. Störstellen mit Akali-Metall enthält, das nicht positive Ladungsträger leitet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die zuvor erwähnten Probleme zu eliminieren, und ein Röntgenstrahldetektorsystem bereitzustellen, das in der Lage ist, ein Bild aufzunehmen, selbst wenn eine Röntgenbestrahlung schwach ist.
Diese Aufgabe wird erreicht durch ein Röntgenstrahlbilddetektorsystem mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1.
Eine Ausführungsform eines Röntgenstrahlbilddetektorsystems umfasst: eine Vielzahl von Scan-Leitungen; eine Vielzahl von Signalleitungen, die gebildet werden, so dass sie die Scan-Leitungen überschneiden; und eine Vielzahl von Pixelteilen, wobei jedes von ihnen bei einer entsprechenden einen der Überschneidungen zwischen den Scan-Leitungen und den Signalleitungen gebildet ist, so dass sie einen Array bilden, wobei jedes der Pixelteile aufweist ein Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsteil zum Konvertieren bzw. Umwandeln eines einfallenden Röntgenstrahls zu einer elektrischen Ladung, eine Pixelelektrode zum Empfangen der elektrischen Ladung von dem Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsteil und ein Umschaltelement, das betrieben wird, basierend auf einem Signal einer entsprechenden der Scan-Leitungen, wobei ein Ende des Umschaltelements verbunden ist mit der Pixelelektrode und das andere Ende des Umschaltelements verbunden ist mit einer entsprechenden der Signalleitungen, wobei das Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsteil einen ersten Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm enthält, sowie einen zweiten Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm mit einem niedrigeren Widerstand als der des ersten Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilms.
Ferner wird bevorzugt ein elektrisches Feld angelegt an den ersten Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm, das eine Strommultiplizierung hervorruft.
Zusätzlich wird jeder des ersten und zweiten Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilms bevorzugt aus Se gebildet, und das elektrische Feld zum Hervorrufen der Strommultiplizierung ist bevorzugt 9 × 10⁷ V/m.
Das Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsteil kann einen dritten Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm eines ersten leitenden Typs aufweisen, gebildet zwischen der Pixelelektrode und dem ersten Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm, und einen vierten Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm eines zweiten leitenden Typs, gebildet auf dem zweiten Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm, wobei der zweite Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm gebildet wird auf dem ersten Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm.
Das Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsteil kann einen fünften Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm mit einem geringeren Widerstand aufweisen, als der des ersten Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm zwischen dem dritten Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm und dem ersten Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm. Beispielsweise wird, falls der Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm aus Se gebildet ist, jeder der ersten, zweiten und fünften Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilme oft einen hohen Widerstand aufweisen, und wird oft aus einem i-typ-(intrinsisch)-Halbleiter gebildet, enthaltend keine dotierten Fehlstellen, die einen Widerstand vermindern oder einen i-Typ-Halbleiter, enthaltend eine kleine Anzahl von Fehlstellen. Andererseits werden der dritte und vierte Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm oft gebildet auf einem Halbleiter eines n-Typs, enthaltend eine große Anzahl von Donator-Fehlstellen, oder einem Halbleiter eines p-Typs, enthaltend eine große Anzahl von Akzeptor-Fehlstellen. Der dritte und vierte Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm kann den Widerstand zu der oberen oder unteren Metallelektrode verringern, um einen ohmschen Kontakt zu bilden, und kann den Dunkelstrom verringern, während keiner Röntgenstrahlbestrahlung, was als eine Rauschquelle dient. Deshalb weisen der dritte und vierte Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm die Funktion eines Verhinderns, dass die mehrheitlichen Träger eingeführt werden von der Elektrode, auf. Der dritte und vierte Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm kann aus irgendwelchen Materialien von diesen Effekten gebildet werden.
Ferner wird mindestens eine Grenzfläche des ersten Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilms bevorzugt abgeflacht.
Zusätzlich weist der erste Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm bevorzugt ein nicht-flaches Teil auf der Grenzfläche auf, wobei das nicht-flache Teil gefüllt wird mit einem leitenden Material.
Über dies hinaus wird die Dicke des fünften Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilms bevorzugt kleiner gemacht, als die Dicke des zweiten Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilms.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst ein Röntgenstrahlbilddetektorsystem: eine Vielzahl von Scan-Leitungen; eine Vielzahl von Signalleitungen, die gebildet werden, so dass sie sich mit den Scan-Leitungen überschneiden; eine Vielzahl von Pixelteilen, wobei jedes von diesen gebildet wird bei einer entsprechenden einen der Überschneidungen zwischen den Scan-Leitungen und den Signalleitungen, so dass sie ein Array bilden, wobei jedes der Pixelteile einen Röntgenstrahl-zu-Lumineszenzlicht-Konvertierungsteil aufweist, zum Konvertieren bzw. Umwandeln eines einfallenden Röntgenstrahls zu leuchtendem bzw. lumineszierendem Licht, sowie ein photoelektrisches Transferierteil, gebildet auf der Vielzahl der Pixelteile, zum Konvertieren des lumineszenten Lichts, das umgewandelt wird durch das Röntgenstrahl-Lumineszenzlicht-Konvertierungsteil, in eine elektrische Ladung, sowie eine Pixelelektrode zum Empfangen der elektrischen Ladung von dem photoelektrischen Transferierteil, und ein Umschaltelement, das betrieben wird, basierend auf einem Signal einer entsprechenden einen der Scan-Leitungen, wobei ein Ende des Umschaltelements verbunden ist mit der Pixelelektrode, und das andere Ende des Umschaltelements verbunden ist mit einer entsprechenden einen der Signalleitungen, wobei das photoelektrische Transferierteil mindestens einen ersten photoelektrischen Transferierfilm enthält, und wobei ein zweiter photoelektrischer Transferierfilm einen geringeren Widerstand aufweist, als der von dem ersten photoelektrischen Transferierfilm.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird vollständiger verstanden werden aus der detaillierten Beschreibung, die hier unten wiedergegeben wird, und aus den begleitenden Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung. Jedoch sind die Zeichnungen nicht dafür vorgesehen, Begrenzungen der Erfindung auf eine spezifische Ausführungsform zu implizieren, aber sind nur zur Erklärung und für das Verständnis.
Die Zeichnungen zeigen:
1 zeigt eine Draufsicht der ersten bevorzugten Ausführungsform eines Röntgenstrahlbilddetektorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt eine Schnittansicht der ersten bevorzugten Ausführungsform eines Röntgenstrahlbilddetektorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung, entlang der Linie A-A' von 1.
3 zeigt ein charakteristisches Diagramm eines Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilms zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung;
4 zeigt ein Banddiagramm zum Erklären eines Strommultiplizierungseffekts;
5 zeigt eine Schnittansicht der zweiten bevorzugten Ausführungsform eines Röntgenstrahlbilddetektorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 zeigt eine Schnittansicht der dritten bevorzugten Ausführungsform eines Röntgenstrahlbilddetektorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
7 zeigt eine Schnittansicht der vierten bevorzugten Ausführungsform eines Röntgenstrahlbilddetektorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
8 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines Röntgenstrahlbilddetektorsystems eines indirekten Umwandlungstyps;
9 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines Röntgenstrahlbilddetektorsystems eines direkten Umwandlungstyps; und
10 zeigt einen Graphen, der die simulierten Ergebnisse der Beziehung zwischen der Dicke eines Se-Films und dem Absolutwert eines Strommultiplizierungskoeffizienten zeigt, unter Verwendung eines elektrischen Felds als ein Parameter.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nun wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, wobei die bevorzugten Ausführungsformen eines Röntgenstrahlbilddetektorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung im Detail unten beschrieben werden. Die vorliegende Erfindung sollte nicht begrenzt werden auf die bevorzugten Ausführungsformen.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 wird die erste bevorzugte Ausführungsform eines Röntgenstrahlbilddetektorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung unten beschrieben.
Die erste bevorzugte Ausführungsform ist ein Röntgenstrahlbilddetektorsystem eines direkten Umwandlungssystems bzw. Konvertierungssystems. 1 zeigt eine Draufsicht des Röntgenstrahlbilddetektorsystems und 2 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A' von 1. In der ersten bevorzugten Ausführungsform umfasst das Röntgenstrahlbilddetektorsystem eine Vielzahl von Signalleitungen 705, eine Vielzahl von Scan-Leitungen 706, die gebildet sind, so dass sie die Signalleitungen 705 überschneiden, eine Vielzahl von Pixel 801, wobei jedes von diesen bereitgestellt wird bei einer entsprechenden einen der Überschneidungen zwischen den Signalleitungen 705 und den Scan-Leitungen 706, und die angeordnet sind in der Form eines Arrays, eine Vorspannleitung 806, eine Zusatzkapazitätsleitung 101, und ein Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsteil. Ferner sind jede der Signalleitungen und jede der Scan-Leitungen elektrisch isoliert.
Jedes der Pixel 801 umfasst ein Umschaltelement 701, das einen Dünnfilmtransistor verwendet (was hier im Folgenden auch als "TFT" bezeichnet wird) mit einer aktiven Schicht von beispielsweise amorphen Silizium, sowie einen schützenden TFT 805, eine Pixelkapazität 703, eine Zusatzelektrode 102, die gebildet ist, so dass sie der Pixelkapazität 703 entgegenliegt, und eine Pixelelektrode 103. Jedoch wird in 1 nur ein Pixelteil gezeigt, und obere Schichten als die Pixelelektrode 103 (beispielsweise das Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsteil) werden weggelassen.
Das Umschaltelement 701, der schützende TFT 805, die Pixelkapazität 703, die Signalleitung 705, die Scan-Leitungen 706, die Vorspannleitung 806 und das Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsteil (Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm 802) werden verbunden, wie in 9 gezeigt. Dies bedeutet, dass das Gate des Umschaltelements 701 verbunden ist mit einer entsprechenden einen der Scan-Leitungen 706. Zusätzlich wird ein Anschluss der Source und des Drains des Umschaltelements 701 verbunden mit einer entsprechenden einen der Signalleitungen 705, und der andere Anschluss wird verbunden mit einem Ende des Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsteil und einem Ende der Pixelkapazität 703. Der andere Anschluss des Umschaltelements 701 ist auch verbunden mit dem Gate des schützenden TFT 805 und ein Anschluss der Quelle und des Drains. Der andere Anschluss des schützenden TFT 805 ist verbunden mit der Vorspannleitung 806.
Jeder von der Gruppe des TFT 701, des schützenden TFT 805 und der Zusatzelektrode 102 wird bereitgestellt mit einem Kontaktteil 104. Ferner wird es nicht immer benötigt, die Pixelkapazität 703 bereitzustellen.
Unter Bezugnahme auf die Schnittansicht der 2 wird die detaillierte Konstruktion unten beschrieben.
Eine Metallschicht eines metallischen Materials, wie zum Beispiel MoTa, Ta, TaN, Al, Al-Legierung, Cu oder MoW, oder eine lamelierte Metallschicht von zwei Schichten von metallischen Materialien von Ta und TaN_x, wird aufgebracht auf einem Glassubstrat 201, so dass eine Dicke von ungefähr 300 nm angenommen wird, und wird geätzt, um ein Muster der Gate-Elektroden 202 des Umschaltelements 701 und des schützenden TFT 805, die Scan-Leitung 706, die Pixelkapazität 703, die Pixelkapazitätsleitung 101 und die Vorspannleitung 806 zu bilden. Dann werden, unter Verwendung der Plasma-Chemische-Dampf-Deposition (Plasma CVD), nachdem ein Isolierungsfilm 203 aufgebracht wird durch Lamelieren bzw. Beschichten, beispielsweise ein SiO_x-Film mit einer Dicke von ungefähr 300 nm und ein SiN_x-Film mit einer Dicke von ungefähr 50 nm, ein amorpher Silizium-Film 204, der keine Fehlstellen enthält und eine Dicke von ungefähr 100 nm aufweist und ein SiN_x-Film mit einer Dicke von ungefähr 200 nm, der als Stopper 205 dient, aufgebracht. Der Stopper 205 wird angeordnet mit dem Gate, um gemustert zu werden, unter Verwendung der Umkehrbeleuchtung.
Dann werden, nachdem ein N⁺-Typ amorpher Silizium-Film 206 mit einer Dicke von ungefähr 50 nm aufgebracht wird, der amorphe Silizium-Film 204 und der N⁺-Typ amorphe Silizium-Film 206 ausgerichtet mit dem zu ätzenden TFT, um Inseln von amorphen Silizium zu bilden (aktive Schicht). Die Isolierungsfilme 203 des Kontaktteils 104 des schützenden TFT 805 und das Kontaktteil außerhalb des Pixelbereichs werden geätzt, um entsprechend Kontaktlöcher zu bilden. Nachfolgend werden ein Mo-Film mit einer Dicke von ungefähr 50 nm, ein Al-Film mit einer Dicke von ungefähr 350 nm und ein Mo-Film mit einer Dicke von ungefähr 50 nm oder ungefähr 20 nm gesputtert bzw. aufgestäubt und aufgebracht auf der ganzen Oberfläche, die zu mustern ist, um die Zusatzelektrode 102, Signalleitung 705 und andere Verdrahtung zu bilden.
Dann wird ein Film 207a von SiN_x mit einer Dicke von ungefähr 200 nm aufgebracht, und ein Film 207b von Benzozyklobuten (BCB, Benzocyclobutene) mit einer Dicke von ungefähr 1 μm bis ungefähr 5 μm, bevorzugt ungefähr 3 μm, wird auf dem Film 207a aufgebracht, um einen schützenden Film 207 zu bilden.
Nachdem Kontaktlöcher gebildet werden in dem TFT 701, dem schützenden TFT 805 und der Zusatzelektrode 102, wird eine Pixelelektrode 103 gebildet durch ein ITO (Indium Tin Oxide bzw. Indium-Zinn-Oxyd) mit einer Dicke von ungefähr 100 nm.
Ein Se-Film eines p-Typs 208 für einen Kontakt wird aufgebracht auf der Pixelelektrode 103, so dass er eine Dicke von ungefähr 1 bis ungefähr 100 μm aufweist, bevorzugt ungefähr 10 μm, und ein Se-Film 209 mit einem Widerstand von ungefähr 1 × 10¹² bis ungefähr 1 × 10¹⁶ Ωm wird darauf so aufgebracht, dass er eine Dicke von ungefähr 1 bis 300 μm aufweist, bevorzugt ungefähr 10 bis 100 μm. Dann wird ein Se-Film 210 mit einem Widerstand von ungefähr einem Zehntel der Größe des Se-Films 209 derart darauf aufgebracht, dass er eine Dicke von ungefähr 400 μm bis ungefähr 1000 μm aufweist, bevorzugt ungefähr 900 μm, und ein Se-Film 211 eines n-Typs wird darauf derart aufgebracht, dass er eine Dicke von ungefähr 1 μm bis ungefähr 100 μm aufweist, bevorzugt ungefähr 10 μm. Danach wird ein Al-Film mit ungefähr 100 nm als eine gemeinsame Elektrode 212 gebildet. Letztendlich wird die gemeinsame Elektrode 212 verbunden mit einer Antriebsschaltung (nicht gezeigt).
Der Widerstand der Se-Filme 209 und 210 wird gesteuert wie folgt. In der Bildung des Se-Films mit einem geringen Widerstand wird Te von 0 bis 30 % nach Atom hinzugefügt zu Se. Alternativ kann As hinzugefügt werden zu Se. Da Se gewöhnlich ein p-Typ ist, kann der Widerstand des Se-Films erhöht werden durch Kompensieren eines Akzeptors durch Hinzufügen eines Elements, das als ein Donator dient, zum Beispiel ein Halogen, wie zum Beispiel Cl oder I. Jedoch kann der Widerstand des Se-Films verringert werden als n-Typ durch weiteres Hinzufügen des Halogens. Alternativ kann der Widerstand des Se-Films verringert werden als p-Typ durch hinzufügen eines Alkali-Metalls, wie zum Beispiel Na oder K. Ferner wird der Se-Film eines n-Typs 211 derart gebildet, dass er einen niedrigen Widerstand aufweist durch Hinzufügen einer großen Menge eines Halogens, wie zum Beispiel Cl oder I, zu Se, um eine große Anzahl freier Elektroden zu produzieren. Zusätzlich wird der Se-Film 208 derart gebildet, dass er einen geringen Widerstand aufweist, durch Hinzufügen einer großen Menge eines Akzeptors, wie zum Beispiel Na, K oder P, zu Se, um eine große Anzahl von Löchern zu produzieren.
Unter Bezugnahme auf 10 wird die bevorzugte Dicke des Se-Films 209 mit einem großen Widerstand beschrieben. 10 zeigt einen Graphen, der die simulierten Ergebnisse der Beziehung zwischen der Dicke des Se-Films 209 und dem Absolutwert des Strommultiplizierungskoeffizienten zeigt, unter Verwendung des elektrischen Felds als Parameter, und unter Verwendung von Daten für die Ionisierungsrate der Elektronen und positiven Löcher. Um einen stabilen Betrieb des Detektors und ein gutes Bild zu erhalten, ist die Variation in dem Strommultiplizierungskoeffizienten bevorzugt klein bezüglich der Variation in der Dicke des Se-Films 209 und der Variation im elektrischen Feld. Wie aus 10 gesehen werden kann, verringert sich, sobald die Dicke des Se-Films 209 sich erhöht, die Se-Dickenabhängigkeit des Strommultiplizierungskoeffizienten, um stabil zu sein. Falls das elektrische Feld 1,5 × 10⁸ V/m ist, nimmt die Dickenabhängigkeit ab, wenn die Dicke des Se-Films 209 ungefähr 1 bis 2 μm oder mehr ist. Falls das elektrische Feld 9,0 × 10⁷ V/m ist, ist die Dickenabhängigkeit des Strommultiplizierungskoeffizienten im Wesentlichen 0, wenn die Dicke des Se-Films 209 300 μm oder mehr ist. Sobald die Dicke des Se-Films zunimmt, ist der Strommultiplizierungskoeffizient saturiert, um stabil zu sein. Jedoch ist es schwierig, falls die Dicke des Se-Films zu groß ist, eine Leistungsversorgung zum Anlegen einer hohen Spannung vorzubereiten.
Um die elektrische Ladungssammlungseffizienz zu verbessern, wird ein elektrisches Feld von ungefähr 1 × 10⁷ V/m oder höher bevorzugt angelegt an den Niedrigwiderstands-Se-Film. Das elektrische Feld muss 8 × 10⁷ V/m oder höher sein und die elektrische Feldabhängigkeit des Strommultiplizierungskoeffizienten nimmt ab, um stabil zu sein, während das elektrische Feld zunimmt, so dass das elektrische Feld bevorzugt 9,0 × 10⁷ V/m oder höher ist. Die an den Se-Film angelegte Spannung ist bevorzugt 10 kV für den Fall einer Se-Dicke von ungefähr 1000 μm, um die elektrische Ladungssammlungseffizienzen von allen der Se-Filme zu verbessern, die ein elektrisches Feld von ungefähr 1 × 10⁷ V/m brauchen. Aus diesem Grund ist, unter Inbetrachtziehen der Sicherheit mit Bezug auf die Variation in Dicke und elektrischen Feld, falls das Widerstandsverhältnis des Hochwiderstands-Se-Films zu dem Niedrigwiderstands-Se-Film in dem Bereich von ungefähr 10 bis ungefähr 100 ist, die Dicke des Hochwiderstands-Se-Films bevorzugt im Bereich von ungefähr 10 bis ungefähr 300 μm. Dieser Wert kann variiert werden gemäß dem Wert des Widerstandsverhältnisses des Hochwiderstandsfilms zu dem Niedrigwiderstandsfilm. Der Strommultiplizierungsfaktor kann angepasst werden durch das elektrische Feld und die Dicke.
3 zeigt die Beziehung zwischen einem durchschnittlichen elektrischen Feld, angelegt an den ganzen Film und einem Signalstrom zu dieser Zeit, wenn das Röntgenstrahlbilddetektorsystem in dieser bevorzugten Ausführungsform und das herkömmliche Röntgenstrahlbilddetektorsystem verwendet werden. In dem Röntgenstrahlbilddetektorsystem in dieser bevorzugten Ausführungsform wurde der Se-Film 209 derart angepasst, dass er eine Dicke von 100 μm aufweist und einen Widerstand von 1 × 10¹⁴ Ωcm, und der Se-Film 210 wurde derart angepasst, dass er eine Dicke von 900 μm und einen Widerstand von 1 × 10¹³ Ωm aufweist. In dem herkömmlichen Röntgenstrahlbilddetektorsystem wurde der Widerstand gleichförmig in dem Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm 802. Dann wurden die Filme bestrahlt mit einem Röntgenstrahl von 500 mL, und eine Spannung von 1kV bis 13 kV wurde angelegt an die gemeinsame Elektrode 121, um einen Signalstrom zu messen.
Als Ergebnis gab es, wenn ein durchschnittliches elektrisches Feld ungefähr 1 × 10⁷ V/m war, einen Unterschied zwischen dem Signalstrom 301 und dem Signalstrom 302, wenn das Röntgenstrahlbilddetektorsystem in dieser bevorzugten Ausführungsform bzw. das herkömmliche Röntgenstrahlbilddetektorsystem verwendet wurden. Wenn ein durchschnittliches elektrisches Feld von ungefähr 1 × 10⁷ V/m angelegt wurde in dem Röntgenstrahlbilddetektorsystem dieser bevorzugten Ausführungsform, wird ein elektrisches Feld von ungefähr 1 × 10⁸ V/m angelegt an den Se-Film 209, und ein elektrisches Feld von ungefähr 1 × 10⁷ V/M wird angelegt an den Se-Film 210.
4 zeigt ein Diagramm zum Erklären des Strommultiplizierungseffekts in dieser bevorzugten Ausführungsform. Wenn ein durchschnittliches elektrisches Feld von ungefähr 9 × 10⁷ V/m oder höher angelegt wird, ruft Se eine Strommultiplizierung hervor. In dieser bevorzugten Ausführungsform, wie in 4 gezeigt, überschreitet das elektrische Feld in dem Se-Film 209 ein elektrisches Feld, was eine Signalmultiplizierung hervorruft, so dass ein Träger multipliziert wird in dem Se-Film 209, um den Signalstrom zu erhöhen. Andererseits tritt, in dem herkömmlichen Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm mit einer gleichförmigen Dicke, keine Strommultiplizierung auf, außer, wenn das elektrische Feld ungefähr zehn Mal so groß ist, wie das in dieser bevorzugten Ausführungsform, so dass es schwierig ist, eine verwendbare Hochspannungsleistungsversorgung zu produzieren. Zusätzlich ist es möglich, falls die Dicke verringert wird, eine Strommultiplizierung hervorzurufen, selbst wenn eine Hochspannungsleistungsversorgung herkömmlicher Art ist. Jedoch ist es nicht möglich, falls die Dicke sich verringert, eine ausreichende Quantität von Röntgenstrahlen zu absorbieren, so dass es nicht möglich ist, das Röntgenstrahlbilddetektorsystem mit einer guten Effizienz zu verwenden.
Deshalb werden in dieser bevorzugten Ausführungsform die zwei Schichten der Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilme 209 und 210 mit verschiedenen Eigenschaften für die Strommultiplizierungsfunktion derart verwendet, dass es möglich ist, einen großen Signalstrom zu erhalten, das heißt, ein Bild zu detektieren, selbst wenn eine Röntgenbestrahlung schwach ist. Deshalb ist es möglich, die Qualität des Bildes zu verbessern, und es ist möglich, den Einfluss der Röntgenstrahlen auf menschliche Körper zu verringern.
Ferner ist in der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der Se-Film 208 ein Halbleiter eines p-Typs, und der Se-Film 211 ist ein Halbleiter eines n-Typs. Diese Halbleiterfilme haben die Funktion eines Verbesserns des ohmschen Kontakts der Metallelektrode zu dem Röntgenstrahl-Photoelektrischen-Transferierfilm und Einführens von Mehrheitsträgern von der Metallelektrode, wenn die Röntgenbestrahlung, die als Rauschen dient, nicht ausgeführt wird, das heißt, ein Niedrig-Aus-Zustands-Strom gehalten wird. Der Trägermultiplizierungseffekt, der der Hauptpunkt der vorliegenden Erfindung ist, wird produziert durch die Zwischen-Hochwiderstandshalbleiterfilme 209 und 210. Um einen niedrigen Strom während keiner Röntgenstrahlung zu halten, kann ein Hoch-Widerstands-Film bereitgestellt werden, der anders ist als die Halbleiterfilme 208 und 211, falls notwendig.
Unter Bezugnahme auf 5 wird die zweite bevorzugte Ausführungsform eines Röntgenstrahlbilddetektiersystems gemäß der vorliegenden Erfindung unten beschrieben. Der Aufbau der Pixel ist der gleiche, wie der in der ersten bevorzugten Ausführungsform, und in den 1 und 9 gezeigt. 5 zeigt eine Schnittansicht dieser bevorzugten Ausführungsform. Die gleichen Bezugszeichen werden verwendet für die gleichen Teile, wie die in der ersten bevorzugten Ausführungsform, und die Beschreibung derselben wird weggelassen.
In dieser bevorzugten Ausführungsform wird, nachdem ein Se-Film 208 eines p-Typs für einen Kontakt ähnlich aufgebracht wird, wie bei der ersten bevorzugten Ausführungsform, ein Se-Film 501 mit einem Widerstand von ungefähr 1 × 10¹³ Ωm aufgebracht, so dass eine Dicke von ungefähr 100 μm entsteht. Dann wird, nachdem ein Se-Film 502 mit einem Widerstand von ungefähr 1 × 10¹⁴ Ωm aufgebracht wird, so dass eine Dicke von ungefähr 10 μm entsteht, ein Se-Film 503 mit einem Widerstand von ungefähr 1 × 10¹³ Ωm aufgebracht, so dass eine Dicke von ungefähr 900 μm entsteht. Über dies hinaus werden, ähnlich zu der ersten bevorzugten Ausführungsform, ein Se-Film 211 eines n-Typs und eine gemeinsame Elektrode 212 gebildet. Im Allgemeinen weist ein Sensibilisierfilm eines Strommultiplizierungstyps ein hohes elektrisches Feld auf, und das elektrische Feld konzentriert sich auf den nicht-gleichförmigen Teil des Films des Kontaktteils 104 oder ähnlichem, so dass es eine Möglichkeit gibt, für ein Hervorrufen eines dielektrischen Zusammenbrechens. In dieser bevorzugten Ausführungsform wird, um diesen Zusammenbruch zu vermeiden, der Strommultiplizierungsbereich getrennt von dem Kontaktteil 104, das bereitzustellen ist, zwischen den Filmen, so dass die Irregularität abnimmt, um die Konzentration des elektrischen Felds zu hemmen.
Die Strommultiplizierung wird hauptsächlich ausgeführt durch ein Loch 401. Je größer sich der Multiplizierungsfaktor des Se-Films 502 erhöht, verringert sich die Distanz zwischen dem Se-Film 502 und der Pixelelektrode 103, da mehrere Löcher 401 produziert werden durch die absorbierten Röntgenstrahlen. Deshalb wird der Se-Film 502 bevorzugt näher an der Pixelelektrode 103 angeordnet als das Zentrum der Dicke des Se-Films. Jedoch ist es möglich, da der Multiplizierungsfaktor ausreichend groß ist, eine passende Position auszuwählen, durch Anpassen der Spannungseigenschaften der und des Multiplizierungsfaktors.
Auch ist es in dieser bevorzugten Ausführungsform möglich, den gleichen Multiplizierungseffekt zu erhalten, wie der in der ersten bevorzugten Ausführungsform, und es ist möglich, einer Hochspannung stabiler zu widerstehen, so dass es möglich ist, einen stabileren Betrieb zu realisieren.
Unter Bezugnahme auf 6 wird die dritte bevorzugte Ausführungsform eines Röntgenstrahldetektiersystems gemäß der vorliegenden Erfindung unten beschrieben.
Der Aufbau der Pixel ist der gleiche, wie der in der ersten bevorzugten Ausführungsform, wie in den 1 und 9 gezeigt. Der Querschnitt dieser bevorzugten Ausführungsform ist in 6 gezeigt. Die gleichen Bezugszeichen werden für die gleichen Teile verwendet, wie die in der zweiten bevorzugten Ausführungsform, und die Beschreibungen derselben werden weggelassen.
Diese bevorzugte Ausführungsform ist die gleiche, wie die zweite bevorzugte Ausführungsform, außer, dass die Vertiefung in dem Kontaktteil 104 der Pixelelektrode 103 galvanisch überzogen wird mit Sn, Ni, Cu oder ähnlichem, um abgeflacht zu werden, und ein flüssigleitendes Material wird eingeführt. Dies wird ausgeführt, um das Kontaktteil 104 abzuflachen, um die Konzentration des elektrischen Felds zu verhindern, ähnlich zu der zweiten bevorzugten Ausführungsform. Auch ist es in dieser bevorzugten Ausführungsform möglich, Signale zu multiplizieren, und es ist möglich, einer Hochspannung ähnlich zu der zweiten bevorzugten Ausführungsform zu widerstehen.
Ferner sollte das Material des Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilms nicht auf Se begrenzt sein, solange der Film den Multiplizierungseffekt aufweist. Beispielsweise kann das Material des Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilms ausgewählt werden aus der Gruppe, bestehend aus As-Te-Se-Legierung, Se enthaltend eine Fehlstelle, wie zum Beispiel ein Halogen, As-Te-Se-Legierung, HgI₂ und Te. Die Dicke des Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilms kann derart ausgewählt werden, dass sie ausreichend ist zum Absorbieren von verwendeten Röntgenstrahlen. Der Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm kann zwei oder mehr Schichten mit passend ausgewähltem Widerstand und Dicke aufweisen. Während die elektrische Feldstärke für eine Lawinenmultiplizierung 9 × 10⁷ V/cm oder höher war, wenn das Material des Film Se ist, kann das elektrische Feld passend angepasst werden gemäß der Art des Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilms und der hinzugefügten Fehlstelle bzw. Störstelle. Zusätzlich sollte der leitende Typ des Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilms nicht begrenzt werden auf einen n-i-p-Typ in dieser bevorzugten Ausführungsform, er kann auch ein p-i-n-Typ oder ein anderer Typ sein. Der i-Typ bedeutet ein intrinsischer Halbleiter. Die i-Schicht, an die ein hohes elektrisches Feld angelegt wird, muss nur zwei oder mehr Lagen einer Hochwiderstands- und Geringwiderstands-Schicht aufweisen.
Der Strommultiplizierungseffekt, wie im Detail beschrieben, wirkt in jeder Array-Struktur, da er nicht abhängt von der Array-Struktur der unteren Schicht. Während der direkte Umwandlungstyp beschrieben wurde, ist der oben beschriebene Strommultiplizierungseffekt auch anwendbar in dem indirekten Umwandlungstyp.
In einem Röntgenstrahlbilddetektiersystem eines indirekten Umwandlungstyps emittiert, wenn Röntgenstrahlen darauf auftreffen, ein Phosphor, bestrahlt mit Röntgenstrahlen, eine Fluoreszenz, die umgewandelt wird in eine elektrische Ladung mittels eines photoelektrischen Transferierteils. Diese elektrische Ladung produziert einen Signalstrom, der herauszunehmen ist, ähnlich zu dem Röntgenstrahlbilddetektiersystem des direkten Umwandlungstyps. Daher kann, um eine Signalmultiplizierung in dem Röntgenstrahlbilddetektiersystem des indirekten Umwandlungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung auszuführen, das photoelektrische Transferierteil einen ersten photoelektrischen Transferierfilm mit einer angepassten Dicke und Widerstand umfassen, sowie einen zweiten photoelektrischen Transferierfilm mit einer angepassten Dicke und Widerstand. In diesem Fall existiert ein hohes elektrisches Feld in dem ersten photoelektrischen Transferierfilm, so dass der Signalstrom sich erhöht. Unter Bezugnahme auf 7 wird solch ein Aufbau beschrieben als ein Beispiel eines photoelektrischen Transferierfilms von amorphem Silizium.
7 zeigt eine Schnittansicht der vierten bevorzugten Ausführungsform eines Röntgenstrahlbilddetektiersystems eines indirekten Umwandlungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie in 7 gezeigt, wird eine Metallschicht aus einem metallischen Material, wie zum Beispiel MoTa, Ta, TaN, Al, Al-Legierung, Cu oder MoW oder eine lamelierte bzw. beschichteten Metallschicht von zwei Schichten eines metallischen Materials von Ta und TaN_x, aufgebracht auf einem Glassubstrat 201, so dass eine Dicke von ungefähr 300 nm erreicht wird, und geätzt, um ein Muster der Gate-Elektrode 202 eines Umschaltelements 701, einer Scan-Leitung 706, einer Pixelkapazität 703, und einer Pixelkapazitätsleitung (nicht gezeigt) zu bilden. Dann werden, unter Verwendung des Plasma-CVD-Verfahrens, nachdem ein Isolierungsfilm 203 aufgebracht wird durch Beschichten eines SiO_x-Films mit einer Dicke von ungefähr 300 nm und einem SiN_x-Film mit einer Dicke von ungefähr 50 nm, ein amorpher Silizium-Film 204, der keine Störstellen bzw. Fremdstellen enthält und mit einer Dicke von ungefähr 100 nm, und ein SiN_x-Film mit einer Dicke von ungefähr 200 nm, der als ein Stopper 205 dient, aufgebracht. Der Stopper 205 wird angeordnet mit dem Gate, das zu mustern ist, unter Verwendung der umgekehrten Bestrahlung bzw. Beleuchtung. Dann werden, nachdem ein N⁺-Typ amorpher Silizium-Film 206 mit einer Dicke von ungefähr 50 nm aufgebracht wird, der amorphe Silizium-Film 204 und der N⁺-Typ amorphe Silizium-Film 206 mit dem TFT, der zu ätzen ist, angeordnet, um Inseln eines amorphen Siliziums (aktive Schicht) zu bilden. Der Isolierungsfilm 203 des Kontaktteils 104 außerhalb des Pixelbereichs wird geätzt, um Kontaktlöcher zu bilden. Nachfolgend werden ein Mo-Film mit einer Dicke von ungefähr 50 nm, ein Al-Film mit einer Dicke von ungefähr 350 nm und ein Mo-Film mit einer Dicke von ungefähr 50 nm oder ungefähr 20 nm gesputtert bzw. aufgestäubt, und aufgebracht auf der ganzen zu musternden Oberfläche, um eine Zusatzelektrode 102, eine Signalleitung 705 und andere eine Verdrahtung zu bilden.
Dann werden ein Film von SiN_x mit einer Dicke von ungefähr 200 nm und ein Film von einer schwarzen Abdeckung mit einer Dicke von ungefähr 1 μm bis 5 μm, bevorzugt ungefähr 3 μm, beschichtet, um einen schützenden Film 207 zu bilden. Nachdem die Kontaktlöcher gebildet werden in dem TFT 701 und der Zusatzelektrode 102, wird ein ITO mit einer Dicke von ungefähr 100 nm aufgebracht, das zu mustern ist, um eine Pixelelektrode 103 zu bilden. Da eine Hochspannung nicht angelegt wird an einen photoelektrischen Transferierfilm eines indirekten Umwandlungstyps, wird eine schützende Diode zum Schützen des Pixelpotentials vor einem hohen Potential, nicht bereitgestellt.
Dann wird ein amorpher Silizium-Film eines p-Typs 220 für einen Kontakt auf der Pixelelektrode 103 derart aufgebracht, dass er eine Dicke von ungefähr 10 nm bis ungefähr 300 μm, bevorzugt ungefähr 200 nm aufweist, und ein amorpher Silizium-Film 221 mit einem Widerstand von ungefähr 1 × 10¹⁰ bis ungefähr 1 × 10¹³ Ωm wird darauf aufgebracht, so dass eine Dicke von ungefähr 100 nm bis 500 nm, bevorzugt ungefähr 200 nm aufgebracht wird. Dann wird ein amorpher Silizium-Film 222 mit einem Widerstand von ungefähr einem Zehntel der Größe des amorphen Silizium-Films 221 aufgebracht auf dem amorphen Silizium-Film 221, so dass eine Dicke von ungefähr 900 nm bis ungefähr 4500 nm, bevorzugt ungefähr 2 μm, erreicht wird.
Dann wird, nachdem ein amorpher Silizium-Film eines n-Typs 223 aufgebracht wird auf dem amorphen Silizium-Film 222, so dass er eine Dicke von ungefähr 10 nm bis ungefähr 300 nm, bevorzugt ungefähr 200 nm, erreicht wird, eine gemeinsame Elektrode 224 von ITO mit einer Dicke von ungefähr 100 nm gebildet. Auf der gemeinsamen Elektrode 224 wird ein Phosphor 225 für Röntgenstrahlen von CsI oder Gd₂O₂S (Gadolinium-Oxysulfid) derart aufgebracht, dass er eine Dicke von ungefähr 100 μm bis 1000 μm aufweist. Dann wird eine reflektierende Schicht 230 von Al zur Reflektion von Fluoreszenz darauf aufgebracht, so dass er eine Dicke von ungefähr 100 nm aufweist. Letztendlich werden die gemeinsame Elektrode 224 und so weiter mit einer Antriebsschaltung (nicht gezeigt) verbunden.
Der Widerstand der amorphen Silizium-Filme wird wie folgt kontrolliert. In der Bildung der Niedrigwiderstandsschicht wird P oder B von ungefähr 1000 ppm bis ungefähr 5 % bei Atom hinzugefügt zu dem amorphen Silizium für einen n-Typ bzw. p-Typ. Da ein amorphes Silizium, enthaltend keine Störstellen bzw. Fehlstellen, gewöhnlich einen schwachen n-Typ aufweist, kann der Widerstand des amorphen Silizium-Films erhöht werden hinzufügen von ungefähr 10 bis 500 ppm eines Akzeptors. Da der Widerstand des amorphen Silizium-Films erhöht werden kann durch Hinzufügen von B des Akzeptors, da der amorphe Silizium-Film gewöhnlich ein n-Typ ist.
Das Material des photoelektrischen Transferierfilms sollte nicht begrenzt sein auf amorphes Silizium, solange der Film den Multiplizierungseffekt aufweist. Beispielsweise kann das Material des photoelektrischen Transferierfilms ausgewählt werden von der Gruppe, bestehend aus CdSe, CdTe, einer Legierung von amorphen Silizium, C und Ge, GaAs, und amorphen GaN. Und die Störstelle kann passend hinzugefügt werden in dem obigen Material. Die Dicke des photoelektrischen Transferierfilms kann ausgewählt werden, so dass ein lumineszentes Licht ausreichend absorbiert wird. Zusätzlich kann der photoelektrische Transferierfilm zwei oder mehr Schichten mit einem passend ausgewählten Widerstand und Dicke umfassen, so dass ein elektrisches Feld geformt wird, wobei ein Strom multipliziert wird. Das multiplizierte elektrische Feld kann passend angepasst werden gemäß der Art des photoelektrischen Transferierfilms und der hinzugefügten Störstelle. Über dies hinaus sollte der leitende Typ des photoelektrischen Transferierfilms begrenzt sein auf n-i-p-Typ in dieser bevorzugten Ausführungsform, er kann von einem p-i-n-Typ oder einem anderen Typ sein. Die i-Schicht, an die ein hohes elektrisches Feld angelegt wird, sollte zusammengesetzt sein aus zwei oder mehreren Schichten von Hochwiderstands- und Niedrigwiderstands-Schichten.
Während Si, das den TFT bildet, amorphes Silizium in der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform war, kann der TFT aus Polysilizium gebildet werden. Falls der TFT aus einem Polysilizium gebildet wird, kann die Größe des TFTs verringert werden, so dass der effektive Bereich von jedem Pixel erhöht werden kann. Zusätzlich ist es möglich, da periphere Schaltungen hergestellt werden können auf dem gleichen Glassubstrat, die Produktionskosten inklusive der Kosten für die peripheren Schaltungen zu verringern. Ferner kann die Struktur des TFT entweder ein Oberer-Gate-Typ oder ein Unterer-Gate-Typ sein.
Der Passivierungsfilm 207 kann gebildet werden aus einem anorganischen SiN_x oder SiO₂, einem organischen Polyimid (ε = 3,3, Spannung 300 V/mm), Benzozyklobuten (ε = 2,7, Spannung 400 V/mm), einem akrylischen Kunstharz, beispielsweise akrylischem photosensitiven Kunstharz HRC (ε = 3,2), kommerziell verfügbar von JSR, oder einer schwarzen Abdeckung bzw. Photolack. Diese können lameliert bzw. beschichtet werden, falls notwendig. Fluor enthaltendes Kunstharz bzw. Harze können effektiv verwendet werden als Passivierungsfilm 207, da das Fluor, enthaltend Harze, eine kleine relative dielektrische Konstante aufweist. Obwohl von dem Passivierungsfilm nicht immer benötigt wird, dass er photosensitiv ist, ist ein photosensitives bzw. photoempfindliches Material effektiver, da es leichter gemustert werden kann.
Es ist wirkungsvoll, einen Film eines p-Typs auf einer Pixelelektrode zu bilden, da die ohmsche Eigenschaft verbessert wird.
Der Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm kann aus amorphen Se gebildet werden, einer Legierung von Se und Te oder As, amorphen Si, amorphen Te, PbI₂, oder HgI₂.
Wie oben beschrieben, hat gemäß dem Signalmultiplizierungsröntgenstrahlbilddetektiersystem der vorliegenden Erfindung der Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm oder der photoelektrische Transferierfilm eine Strommultiplizierungscharakteristik, um die Signalintensität zu erhöhen, um resistent gegen Rauschen zu sein. Deshalb ist es möglich, schwache Signale derart zu detektieren, dass es möglich ist, ein Bild selbst in dem Fall von einer schwachen Röntgenbestrahlung zu detektieren. Deshalb ist es möglich, das Röntgenstrahlbilddetektiersystem in einem sicheren Zustand für menschliche Körper zu verwenden.

Claims

Ein Röntgenstrahlbild-Detektiersystem, umfassend: eine Vielzahl von Scan-Leitungen (706); eine Vielzahl von Signalleitungen (705), gebildet, so dass sie sich überschneiden mit den Scan-Leitungen; und eine Vielzahl von Pixelteilen (801), jedes von diesen ist gebildet bei einer entsprechenden einen der Überschneidungen zwischen den Scan-Leitungen und den Signalleitungen, so dass sie einen Array bilden, wobei jedes der Pixelteile aufweist ein Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsteil (802) zum Konvertieren eines einfallenden Röntgenstrahls zu einer Ladung, eine Pixelelektrode (103) zum Empfangen der Ladung von dem Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsteil, und ein Umschaltelement (701), das betrieben wird, basierend auf einem Signal einer entsprechenden der Scan-Leitungen, wobei ein Ende des Umschaltelements verbunden ist mit der Pixelelektrode und das andere Ende des Umschaltelements verbunden ist mit einer entsprechenden der Signalleitungen, dadurch gekennzeichnet, dass das Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsteil enthält einen ersten Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm (209, 502), und einen zweiten Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm (210, 503) mit einem niedrigeren Widerstand als der des ersten Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm, wobei das Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsteil einen dritten Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm (208) eines ersten leitenden Typs aufweist, der gebildet ist zwischen der Pixelelektrode und dem ersten Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm (209, 502), und ein vierter Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm (211) eines zweiten leitenden Typs, der gebildet ist auf dem zweiten Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm (210, 503), wobei der zweite Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm gebildet ist auf dem ersten Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm, und wobei das Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsteil einen fünften Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm (501) mit einem niedrigeren Widerstand aufweist als der von dem ersten Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm zwischen dem dritten Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm und dem ersten Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm.
Ein Röntgenstrahlbild-Detektiersystem, wie in Anspruch 1 dargelegt, wobei ein elektrisches Feld zum Hervorrufen einer Strommultiplizierung angelegt wird an den ersten Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm.
Ein Röntgenstrahlbild-Detektiersystem, wie in Anspruch 2 dargelegt, wobei jeder von dem ersten und zweiten Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm gebildet wird aus Se, und das elektrische Feld zum Hervorrufen der Strommultiplizierung 9 × 10⁷ V/m ist.
Ein Röntgenstrahlbild-Detektiersystem, wie in Anspruch 1 dargelegt, wobei mindestens eine Grenzfläche des ersten Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilms abgeflacht ist.
Ein Röntgenstrahlbild-Detektiersystem, wie in Anspruch 1 dargelegt, wobei die Pixelelektrode ein nicht-abgeflachtes Teil an der Grenzfläche mit dem Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsteil aufweist, und das nicht-abgeflachte Teil der Pixelelektrode mit einem leitenden Material gefüllt ist.
Ein Röntgenstrahlbild-Detektiersystem, wie in Anspruch 1 dargelegt, wobei die Dicke des fünften Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilms kleiner ist als die Dicke des zweiten Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilms.
Ein Röntgenstrahlbild-Detektiersystem, wie in Anspruch 1 dargelegt, wobei mindestens eine Grenzfläche des ersten Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilms abgeflacht ist.
Ein Röntgenstrahlbild-Detektiersystem, wie in Anspruch 1 dargelegt, wobei das Umschaltelement einen Dünnfilmtransistor enthält.
Ein Röntgenstrahlbild-Detektiersystem, wie in Anspruch 1 dargelegt, wobei der erste und zweite Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm gebildet werden aus amorphem Se.
Ein Röntgenstrahlbild-Detektiersystem, wie in Anspruch 1 dargelegt, wobei der erste Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm eine Filmdicke von 10 μm bis 300 μm aufweist.
Ein Röntgenstrahlbild-Detektiersystem, wie in Anspruch 1 dargelegt, wobei die Dicke des ersten Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilms kleiner ist als die von dem zweiten Röntgenstrahl-zu-Ladungs-Konvertierungsfilm.