DE60217606T2

DE60217606T2 - Flachbildröntgenstrahlendetektor

Info

Publication number: DE60217606T2
Application number: DE60217606T
Authority: DE
Inventors: Int. Prop. Div. Mitsushi Ikeda; Int. Prop. Div. Kouhei Suzuki; Int. Prop. Div. Akira Kinno
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-10-03
Filing date: 2002-10-03
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2022-10-04
Also published as: US6849853B2; KR100490512B1; EP1300885A3; EP1300885B1; CA2406293A1; CN1438713A; US20030063706A1; EP1300885A2; CN1316634C; DE60217606D1; KR20030029463A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Röntgenstrahlen-Flachpanelendetektor, der in einem medizinischen Röntgenstrahlendiagnosegerät oder dergleichen verwendet wird, und insbesondere auf einen Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektor, der einen Dünnschichttransistor als Schaltelement in jedem von zwei-dimensional in einem Feld angeordneten Röntgenstrahlendetektionspixeln verwendet.
In den vergangenen Jahren wurden Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektoren zum elektrischen Erfassen eines Röntgenstrahlbildes als Röntgenstrahlendiagnosegeräte entwickelt. In solch einem Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektor sind Röntgenstrahl-photosensitive Pixel, die Signalladungen erzeugen, wenn sie durch Röntgenstrahlen bestrahlt werden, zwei-dimensional in einem Feld angeordnet. Die Signalladungen, die durch diese photosensitiven Pixel erzeugt werden, werden in Signalladungs-Speicherabschnitten gespeichert und durch Dünnschichttransistoren ausgelesen, die als Schaltelemente dienen.
1 zeigt die Schaltungsanordnung eines Pixels von diesem Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektor. Wie in 1 gezeigt ist, hat der Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektor eine Vielzahl von Pixeln 101, die in einem Feld angeordnet sind. Jedes Pixel 101 ist durch einen Dünnschichttransistor (im folgenden als TFT zu bezeichnen) 102, der aus amorphem Silizium (im folgenden als a-Si zu bezeichnen) hergestellt ist und als Schaltelement verwendet wird, eine Röntgenstrahl-Ladungs-Umwandlungsschicht 103, die aus Se hergestellt ist, einen Pixelkondensator (im folgenden als Cst zu bezeichnen) 104 und einen Schutz-TFT 111 gebildet. Der Cst 104 ist mit einer Cst-Vorspannungsleitung 105 verbunden.
Der schaltende TFT 102 hat ein Gateanschluss, das mit einer Abtastleitung 107 verbunden ist, und einen Sourceanschluss, der mit einer Signalleitung 108 verbunden ist. Der TFT 102 wird durch eine Abtastleitungs-Treiberschaltung 109 EIN/AUS-gesteuert. Ein Anschluss der Signalleitung 108 ist mit einem Signaldetektionsverstärker 110 verbunden. Der Sourceanschluss und der Gateanschluss des Schutz-TFT 111 sind mit dem Drainanschluss des schaltenden TFT 102 verbunden. Der Drainanschluss des Schutz-TFT 111 ist durch eine Vorspannungsleitung 112 mit einer Stromzufuhrleitung 113 verbunden. Es ist zu beachten, dass der Schutz-TFT 111 gelegentlich weggelassen wird.
Wenn Röntgenstrahlen einfallen, werden sie durch die Röntgenstrahl-Ladungs-Umwandlungsschicht 103 in Ladungen umgesetzt. Die Ladungen werden in dem Cst 104 gespei chert. Wenn die Abtastleitung 107 durch die Abtastleitungs-Treiberschaltung 109 angesteuert wird, um die schaltenden TFTs 102 einer Zeile, die mit einer Abtastleitung 107 verbunden ist, einzuschalten, werden die gespeicherten Signalladungen durch die Signalleitung 108 an den Verstärker 110 übertragen. Mit Umschaltern (nicht gezeigt) werden die Ladungen in den Verstärker 110 für jedes Pixel eingegeben und in ein Punkt-sequentielles Signal umgesetzt, das auf einer CRT oder dergleichen angezeigt wird. Die Ladungsmenge und die Ausgangsamplitude des Verstärkers 110 ändern sich je nach der Menge des Röntgenlichts, das auf die Pixel 101 einfällt. Um zu verhindern, dass zusätzliche Ladungen in dem Cst 104 gespeichert werden, werden Ladungen, die größer als die Vorspannung sind, durch den Schutz-TFT 111 von der Vorspannungsleitung 112 entfernt.
Das Vorhandensein einer Schutzschaltung, beispielsweise des Schutz-TFTs 111, führt jedoch zu den folgenden Problemen. Als erstes nimmt, da die Pixelschaltung kompliziert ist, die Ausbeute von fehlerfreien TFT-Array-Platinen ab. Zweitens, wenn die Anzahl der Pixel erhöht wird, und wenn die Pixelgröße vermindert wird, um eine höhere Auflösung zu erhalten, wird es schwierig, die Zwischenverbindungen von den Schutz-TFTs 111, den Schalt-TFTs 102 und dergleichen in einem ausreichend kleinen Wiederholungsabstand auszubilden. Drittens, da die Belegungsfläche des Schutz-TFTs 111 in jedem in Bezug auf seine Größe reduzierten Pixel groß ist, kann keine ausreichende Fläche für den Cst 104 sichergestellt werden.
Zusätzlich, wenn die Anzahl der Pixel erhöht wird, und wenn die Pixelgröße herabgesetzt wird, um eine höhere Auflösung zu erzielen, sind die folgenden Probleme aufgetreten. Um eine TAB, die eine Treiberschaltung zum Ansteuern von schaltenden TFTs und eine LSI zum Auslesen eines Signals außerhalb des Detektionspixelbereichs hat, von außen anzuschließen, müssen diese Zwischenverbindungen mit der TFT-Array-Platine verbunden werden, auf der der schaltende TFT 102, die Röntgenstrahl-Ladungs-Umwandlungsschicht 103, der Cst 104 und der Schutz-TFT 111 angeordnet sind. Zu diesem Zeitpunkt, wenn die Pixelgröße vermindert wird, wird es schwierig, die Zwischenverbindungen mit einem ausreichend kleinen Wiederholungsabstand anzuschließen. Zusätzlich, da das Verhältnis der TFT-Fläche in dem kleinen Pixel zu hoch ist, kann der Signalspeicherkondensator keine ausreichende Fläche haben. Ferner, wenn die Anzahl der Pixel größer wird, wird die Signalauslesezeit pro Zeile kürzer. In dem TFT, der aus a-Si ausgebildet ist, kann ein Signal jedoch in der kurzen Adressierungszeit nicht ausreichend ausgelesen werden. Aus diesem Grund kann in dem herkömmlichen Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektor, und insbesondere in einem Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektor, der a-Si-TFTs verwendet, wenn die Pixelgröße reduziert wird, und wenn die Anzahl der Pixel erhöht wird, um eine höhere Auflösung zu erzielen, wegen einem Mangel an TFT-Ansteuerungsfähigkeit kein befriedigendes Detektionsbild erhalten werden.
Für einen Röntgenstrahlendetektor für einen medizinischen Zweck ist es wichtig, die Diagnose unter Verwendung einer möglichst niedrigen Röntgenstrahldosis durchzuführen, um den Einfluss auf den Körper zu unterdrücken. Um dies zu tun, ist es wichtig, den AUS-Strom eines schaltenden TFTs zu reduzieren, um zu ermöglichen, eine kleine Menge an Ladungen zu erfassen, die durch eine niedrige Röntgenstrahldosis erzeugt werden. Andererseits ist ein befriedigendes Bild für eine genaue Diagnose erforderlich. In diesem Fall ist es notwendig, ein Bild mit einem hohen S/R-Verhältnis bei einer hohen Röntgenstrahldosis abzutasten. Folglich ist es bevorzugt, ein Bild bei einer Röntgenstrahldosis abzutasten, die in einem Bereich von einem niedrigen Niveau bis zu einem hohen Niveau liegt. Zu diesem Zweck muss ein schaltender TFT normalerweise selbst bei hohen Pixelspannungen arbeiten, die einer großen Menge von Ladungen entspricht. Zusätzlich muss der AUS-Strom des schaltenden TFTs reduziert werden. Viele schaltende TFTs, die in solch einem Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektor verwendet werden, bilden Fehler durch die Röntgenstrahlbestrahlung und ihre Charakteristik wird schlechter. Der schaltende TFT muss eine TFT-Charakteristik haben, die es ermöglicht, dass der TFT selbst nach einer Qualitätsverschlechterung arbeitet.
Patent Abstracts of Japan, Band 2000, Nr. 12, 03. Januar 2001 ( JP 2000241557 ) offenbart einen Röntgenstrahlensensor mit einer Röntgenstrahl-photosensitiven Schicht, die aus einem Material gebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus Se, Te, PbI₂, Si und HgI₂; eine Vielzahl von Pixelelektroden, die zwei-dimensional in einem Feld in Kontakt mit der Röntgenstrahl-photosensitiven Schicht angeordnet sind; eine Vorspannungsanlegeeinheit, die eine Vorspannung an die Röntgenstrahl-photosensitive Schicht anlegt; eine Vielzahl von Kondensatoren; eine Vielzahl von schaltenden Dünnschicht-Polisiliziumtransistoren; und eine Vielzahl von Abtastleitungen und eine Vielzahl von Signalleitungen.
Auf ähnliche Weise offenbart der Stand der Technik das Dokument JP 11307756 einen Röntgenstrahlensensor, der eine auf Se basierende Röntgenstrahl-photosensitive Schicht aufweist, die eine Vielzahl von Polisilizium-N-Kanal-TFTs als schaltende Elemente verwendet.
Die vorliegende Erfindung wurde in Betrachtung der vorstehenden Situation gemacht und hat als Aufgabe, einen Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektor bereitzustellen, der verhindern kann, dass er für die Schutzfunktion gegen eine Hochspannung komplex wird, und der in der Lage ist, ein befriedigendes Bild aufzunehmen, selbst wenn die Pixelgröße reduziert wird, und wenn die Pixelanzahl und die Busleitungszahl erhöht werden.
Die vorliegende Erfindung liefert einen Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektor, wie er in Anspruch 1 definiert ist.
Die Erfindung kann vollständiger aus der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen derselben verstanden werden, wenn sie im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen aufgenommen wird, in denen:
1 ein Schaltungsdiagramm ist, das eine Schaltungsanordnung von einem Pixel eines Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektors zeigt;
2 ein Schaltungsdiagramm ist, das die grundlegende Anordnung eines Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
3A eine Draufsicht ist, die die Struktur eines Pixels 1 zeigt;
3B eine Schnittdarstellung ist, die die Struktur des Pixels 1 zeigt;
3C eine Darstellung ist, die eine Änderung in der Vorderflanke der Schaltcharakteristik eines n-Kanal-p-Si-TFTs, der in einem herkömmlichen Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektor verwendet wird, und nach der Röntgenstrahlbestrahlung zeigt;
4 eine Darstellung ist, um die Arbeitsweise des Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zu erläutern;
5A eine graphische Darstellung ist, die die Diodenkennlinie eines P-Kanal-p-Si-TFTs, wenn eine Spannung von 10 V in einem Zustand bei ausgeschaltetem Gate angelegt wird, zusammen mit der TFT-Kennlinie des P-Kanal-TFTs zeigt;
5B eine graphische Darstellung ist, die den AUS-Leckstrom eines p-Kanal-TFTs 1d zeigt, der durch das Verfahren des ersten Ausführungsbeispiels unter Verwendung von p-Si ausgebildet ist;
5C eine graphische Darstellung ist, die die Kennlinie des p-Kanal-TFTs des ersten Ausführungsbeispiels vor und nach der Röntgenstrahlbestrahlung zeigt;
6A eine Draufsicht ist, die die Struktur von einem Pixel eines Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
6B eine Schnittdarstellung ist, die die Struktur von einem Pixel des Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektors zeigt;
7 ein Schaltungsdiagramm ist, das eine Treiberschaltung in einem Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektor gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; und
8 eine Schnittdarstellung der Treiberschaltung ist, die in 7 gezeigt ist.
Die ersten bis dritten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden unter der Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
2 ist ein Schaltungsdiagramm, das die grundlegende Anordnung eines Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Röntgenstrahlendetektionspixel 1 zum Umwandeln einfallender Röntgenstrahlen in ein elektrisches Signal sind zwei-dimensional in einem Feld angeordnet, um einen Bilderfassungsbereich 2 zu bilden. Jedes Pixel 1 umfasst eine Röntgenstrahl-Ladungs-Umwandlungsschicht 1a zum Umwandeln einfallender Röntgenstrahlen in ein elektrisches Signal, eine Pixelelektrode 1b, die mit der Röntgenstrahl-Ladungs-Umwandlungsschicht 1a verbunden ist, einen Speicherkondensator 1c, der mit der Pixelelektrode 1b verbunden ist, und einen schaltenden Dünnschichttransistor (TFT) 1d, der einen Sourceanschluss aufweist, der mit der Pixelelektrode 1b verbunden ist. 2 zeigt eine einfache 2×2 Pixelanordnung. Tatsächlich wird eine m×n-Pixelanordnung mit einer Anzahl von Zeilen und einer Anzahl von Spalten ausgebildet.
Ein wichtiger Punkt der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die Richtung der Vorspannung, die an die Röntgenstrahl-Ladungs-Umwandlungsschicht 1a angelegt werden soll, gemäß dem Typ der Röntgenstrahl-Ladungs-Umwandlungsschicht 1a ausgewählt wird. Insbesondere wird, wenn eine Röntgenstrahl-Ladungs-Umwandlungsschicht 1a, die eine Lochbeweglichkeit höher als die Elektronenbeweglichkeit hat, verwendet wird, eine Vorspannung an die Röntgenstrahlenladungs-Umwandlungsschicht 1a in einer Richtung angelegt, in der Löcher durch die Pixelelektrode aufgesammelt werden. Andererseits wird, wenn eine Röntgenstrahl-photosensitive Schicht, die eine Elektronenbeweglichkeit höher als die Lochbeweglichkeit hat, verwendet wird, eine Vorspannung an die Röntgenstrahl-Ladungs-Umwandlungsschicht 1a in einer Richtung angelegt, in der die Elektronen durch die Pixelelektroden aufgesammelt werden. Zum Zwecke einer detaillierteren Beschreibung wird ein Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektor, der eine Röntgenstrahl-Ladungs-Umwandlungsschicht 1a verwendet, die eine Lochbeweglichkeit größer als die Elektronenbeweglichkeit hat, als Beispiel in den folgenden Ausführungsformen dargestellt.
In dem Bilderfassungsbereich 2 sind eine Vielzahl von Abtastleitungen 3 und eine Vielzahl von Signalleitungen 4 so angeordnet, dass sie senkrecht zueinander sind. Die Abtastleitungen 3 sind mit den Gates der schaltenden TFTs 1d in dem Bilderfassungsbereich 2 und mit einem Gate-Treiber 5 verbunden, um die Pixel außerhalb des Bilderfassungsbereichs 2 wahlweise anzusteuern. Die Signalleitungen 4 sind mit den Drains der schaltenden TFTs 1d in dem Bilderfassungsbereich 2 und mit einer Rausch-Signalkorrekturschaltung 6 verbunden. Ein Signal auf den Signalleitungen 4 wird ausgelesen und durch eine Leseschaltung 7 außerhalb des Bilderfassungsbereichs 2 ausgegeben.
3A ist eine Draufsicht, die die Struktur des Pixels zeigt. 3B ist eine Schnittdarstellung, die die Struktur des Pixels 1 zeigt. Eine SiN_x (50 nm)/SiO₂ (100 nm)-Schicht, die als unterlegte Isolierschicht 11 dient, ist auf einem Glassubstrat 10 ausgebildet. Eine 50-nm-dicke, amorphe Si (a-Si)-Schicht ist auf der unterliegenden Isolierschicht 11 ausgebildet.
Die a-Si-Schicht wird durch ELA (Excimer Laser Anneal = Excimer Laser Temperung) in Polisilizium umgesetzt, um eine 50-nm-dicken, Polisilizium-(p-Si)-Schicht 12 zu bilden. Die p-Si-Schicht 12 wird geätzt, um eine Transistorbereichsinsel 12-1 und eine Kondensatorbereichsinsel 12-2 zu bilden. Eine 150-nm-dicke Gate-SiO₂-Schicht 13 wird durch PCVD oder thermische CVD ausgebildet. Eine 300-nm-dicke Gate-Elektrode 4-1 und eine 300-nm-dicke Gate-Elektrode 14-2 werden auf der Transistorbereichsinsel 12-1 beziehungsweise der Kondensatorbereichsinsel 12-2 als MoW-Gates ausgebildet.
Als nächstes wird unter Verwendung der Gate-Elektroden oder eines Resists als Maske B durch Ionenimplantation mit einer hohen Konzentration von 1 × 10¹⁴ cm^–2 bis 5 × 10¹⁶ cm^–2, vorzugsweise 1 × 10¹⁵ cm^–2 bis 1 × 10¹⁶ cm^–2, und in diesem Ausführungsbeispiel 3 × 10¹⁵ cm^–2 dotiert, um p⁺-Bereiche 15 zu bilden. Das heißt, dass ein Drain 15-1 und eine Source 15-2, die aus den p⁺-Bereichen gebildet werden, in dem Transistorbereich ausgebildet werden, und dass ein p⁺-Bereich 15-3 in dem Kondensatorbereich ausgebildet wird. Eine Gate-Breite W und Gate-Länge L werden beispielsweise als W/L = 10/5 μm definiert.
Als nächstes wird eine 500-nm dicke SiO₂-Schicht 16, die als dielektrische Zwischenschicht dient, durch PCVD ausgebildet. Löcher werden in den Source/Drain-Kontaktabschnitten des SiO₂-Films 16 ausgebildet, um eine Signalleitung 17-1, die mit dem Drain 15-1 des TFT 1d verbunden ist, eine Cs-Leitung 17-2, die mit der Source 15-2 des TFT 1 und dem p⁺-Bereich 15-3 des Speicherkondensators 1c verbunden ist, und eine Kondensatorleitung 17-3 auszubilden, die mit dem Speicherkondensator durch eine Mo/Al/Mo-Schicht 17 verbunden ist. Als nächstes wird eine 400-nm dicke SiN_x-Schicht (nicht gezeigt) zur Passivierung durch PCVD ausgebildet. Danach wird eine Schutzschicht 18 durch Auftragen einer Schicht eines Acrylharzes bis auf 2 bis 5 μm, vorzugsweise 3 μm, ausgebildet. Ein Kontaktabschnitt wird unter Verwendung eines photosensitiven Acrylharzes ausgebildet, indem es belichtet und entwickelt wird. Eine 100-nm dicke ITO-Schicht wird ausgebildet und in einer erwünschten Form mit einem Muster versehen, wodurch eine ITO-Pixelelektrode 19 gebildet wird.
Dann werden eine p-Se-Schicht 21, eine i-Typ-Se-Schicht 22 und eine n-Se-Schicht 23 in dieser Reihenfolge als eine Röntgenstrahl-photosensitive Schicht 20 ausgebildet. Insbesondere wird eine p-Se- oder p-As₂Se₃-Schicht 21 bis auf 5–100 μm, vorzugsweise 10 μm, durch Dampfabscheidung ausgebildet. Eine undotierte Se-Schicht 22 mit hohem Widerstand, die eine Dicke von 900 μm hat, wird auf dieser Schicht ausgebildet. Eine n-Se-Schicht 23 wird ferner bis zu 5 bis 100 μm, vorzugsweise zu 10 μm, ausgebildet. Cr wird bis zu 100 μm abgeschieden, und Al wird bis zu 300 μm auf dem obersten Abschnitt ausgebildet, wodurch eine obere Elektrode 25 gebildet wird.
Da die vorstehenden Strukturelemente auf einem Glassubstrat ausgebildet werden, werden alle Herstellungsschritte bei einer Temperatur nicht höher als 500°C ausgeführt, um ein optimales TFT-Array zu erhalten. Aus diesem Zweck hat das p-Si, das in der Röntgenstrahlen-Umsetzungs-Schicht 1a verwendet wird, Charakteristiken, die sich von denen des p-Si unterscheidet, das in einer LSI verwendet wird, was gewöhnlich bei höheren Temperaturen unmöglich ist.
Die Röntgenstrahl-photosensitive Schicht 1a kann aus einem beliebigen photosensitiven Material hergestellt werden, solange es eine hohe Lochbeweglichkeit hat. Insbesondere kann ein photosensitives Material, beispielsweise Gap, AlSb und Se verwendet werden. Andererseits können für eine Röntgenstrahl-photosensitive Schicht, deren Elektronenbeweglichkeit höher als die Lochbeweglichkeit ist, CdZnTe, CdSe, HgI₂, PbI₂, ZnTe, CdTe, CdS oder dergleichen verwendet werden.
Zusätzlich wird eine Vorspannung an die Röntgenstrahl-Ladungs-Umwandlungsschicht 1a durch die oberen Elektroden 25 angelegt, so dass Löcher oder Elektronen, die eine höhere Beweglichkeit haben, durch die Pixelelektrode 1b eingesammelt werden. In diesem Fall wird, da die Röntgenstrahl-Ladungs-Umwandlungsschicht 1a unter Verwendung eines photosensitiven Materials, das eine Lochbeweglichkeit höher als die Elektronenbeweglichkeit hat, ausgebildet wird, eine Vorspannung so angelegt, dass die Löcher durch die Pixelelektrode 1b aufgesammelt werden, während die obere Elektrode 25 als positiver Pol verwendet wird.
Der schaltende Dünnschichttransistor (TFT) 1d hat eine Polarität entsprechend dem Typ der Röntgenstrahl-Ladungs-Umwandlungsschicht 1a. Insbesondere wird, wenn die Lochbeweglichkeit in der Röntgenstrahl-Ladungs-Umwandlungsschicht 1a höher als die Elektronenbeweglichkeit ist, ein p-Kanal-TFT als schaltender Dünnschichttransistor 1d verwendet. Andererseits, wenn die Elektronenbeweglichkeit in dem Röntgenstrahlladungs-Umsetzungsfilm 1a höher ist als die Lochbeweglichkeit, ein n-Kanal TFT als schaltender Dünnschichttransistor 1d verwendet. In diesem Ausführungsbeispiel ist, da die Röntgenstrahl-Ladungs-Umwandlungsschicht 1a eine Lochbeweglichkeit größer als die Elektronenbeweglichkeit hat, verwendet wird, der schaltende Dünnschichttransistor (TFT) 1d ein p-Kanal-TFT.
Der schaltende Dünnschichttransistor 1d ist ein TFT mit polykristallinem Si (im folgenden als „p-Si-TFT" zu bezeichnen). Der p-Si-TFT wird aufgrund beispielsweise des folgenden Grundes verwendet.
Um einen hoch präzisen Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektor, der eine Anzahl von Pixeln aufweist, anzusteuern, ist ein TFT mit einer hohen Schaltgeschwindigkeit erforderlich. Ein herkömmlicher TFT mit amorphem Si (m folgenden als „a-Si-TFT" zu bezeichnen) hat eine niedrige Elektronenbeweglichkeit und kann daher einen Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektor nicht ausreichend ansteuern. Daher wird ein p-Si-TFT mit einer hohen Beweglichkeit als TFT, der eine hohe Schaltgeschwindigkeit hat, verwendet. Die Beweglichkeiten der Elektronen und Löcher sind um etwa zwei Größenordnungen höher als die von a-Si. Die Beweglichkeiten der Elektronen und Löcher von p-Si sind 100–400 cm²/V·s beziehungsweise 50–200 cm²/V·s.
Obwohl es möglich ist, einkristallines Silizium zu verwenden, ist ein aus diesem Material gebildetes Substrat klein und ein eine große Fläche einnehmendes TFT-Array, das für einen Röntgenstrahlendetektor erforderlich ist, kann unter Verwendung solch eines Substrats kleiner Größe nicht leicht ausgebildet werden. Im Gegensatz dazu kann p-Si auf einem Glassubstrat ausgebildet werden, und es ist daher geeignet, um ein TFT-Feld mit einer großen Fläche zu realisieren.
Die gegenwärtigen Erfinder haben jedoch gefunden, dass durch Röntgenstrahlbestrahlung die vordere Flanke der Schaltkennlinie eines n-Kanal-p-Si-TFT weitgehend verschlechtert wird, wie in 3c gezeigt ist. Die Verschlechterung in der vorderen Flanke der Schaltkennlinie wird in einem a-Si-TFT nicht beobachtet, ist jedoch besonders deutlich in einem p-Si-TFT. Aufgrund dieser Verschlechterung haben die vorliegenden Erfinder gefunden, dass der n-Kanal-p-Si-TFT nicht immer für den Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektor geeignet ist. Zusätzlich, damit der TFT als Schutzdiode wirkt, muss er bei einer hohen Drain-Spannung Vd betrieben werden.
Die gegenwärtigen Erfinder haben als Ergebnis eingehender Studien gefunden, dass ein n-Kanal-p-Si-TFT eine hohe Drain-Durchbruchsspannung Vd und einen hohen Röntgenstrahlenwiderstand hat und daher als schaltender Dünnschichttransistor 1d geeignet ist. Der deutliche Effekt bei der Verwendung eines p-Kanal-p-Si-TFT wird später im Detail beschrieben.
Herkömmlicherweise wurden p-Si-TFTs in einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung (TFT-LCD) verwendet. Da das LCD einen Widerstand gegenüber Röntgenstrahlen erfordert, wurden n-Kanal-p-Si-TFTs mit verbesserter Beweglichkeit verwendet. Die Erfinder haben zum ersten Mal entdeckt, dass die Verwendung von p-Kanal-TFTs erwünscht war, wo Röntgenstrahlbestrahlung ausgeführt wurde. Gemäß dieser Anordnung, wenn eine positive Spannung an die obere Elektrode 25 angelegt wird, kann beispielsweise eine Vorspannung an die Röntgenstrahl-Ladungs-Umwandlungsschicht so angelegt werden, dass die Löcher durch die Pixelelektrode 1b eingesammelt werden. Mit dieser Vorspannung können die Löcher, die in der Röntgenstrahl-Ladungs-Umwandlungsschicht 1a entsprechend der einfallenden Menge an Röntgenstrahlen erzeugt werden, in dem Speicherkondensator 1c als Signalladungen gespeichert werden. Wenn der schaltende TFT 1d, der aus einem p-Kanal-p-Si-TFT hergestellt ist, durch die Abtastleitung 3 eingeschaltet wird, können die gespeicherten Signalladungen zu der Signalleitung 4 mit einer hohen Geschwindigkeit und einem hohen S/R-Verhältnis ausgelesen werden. Insbesondere arbeitet der Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektor in der folgenden Weise.
4 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise des Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektors gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Bezug nehmend auf 4 wird eine positive Spannung von 10V von der oberen Elektrode 25 angelegt, so dass eine Vorspannung auf die Röntgenstrahl-photosensitive Schicht angelegt wird. Der schaltende TFT 1d wird betrieben, wie in 4 gezeigt ist. Das heißt, dass in dem Zustand mit abgeschaltetem Gate eine Spannung von beispielsweise 10V angelegt wird. Der schaltende TFT wird durch Anlegen einer Spannung von beispielsweise –25V als Gatepuls eingeschaltet. Zum Zeitpunkt der Anwendung des Gatepulses wird die Röntgenstrahlbestrahlung gestoppt. Bei der Bilderzeugung wird die Röntgenstrahlbestrahlung an dem Zeitpunkt der Anwendung des Gatepulses gestoppt. Für eine sequentielle Fluoroskopie wird ein Gatepuls in geeigneter Weise während der Röntgenbestrahlung angelegt, und Signalladungen werden ausgelesen.
Bei dieser Betriebsweise wird das Pixel mit sehr starken Röntgenstrahlen bestrahlt, und das Pixelpotential steigt stark an. Wenn das Potential gleich oder größer als die Summe der Abschaltspannung des Gatepulses und der Schwellenwert des schaltenden TFT wird, wird der schaltende TFT eingeschaltet, und Ladungen in dem Pixel (überschüssige Ladungen in dem Speicherkondensator) fließen zu der Signalleitung.
Da das Pixelpotential niemals gleich oder größer als die Summe der Abschaltspannung des Gatepulses und der Schwellenwert des schaltenden TFT wird, tritt ein Durchbruch des Gate-Isolationsfilms des schaltenden TFT nicht auf. Aus diesem Grund kann der schaltende TFT gegen eine hohe Spannung geschützt werden.
5a zeigt die Diodenkennlinie des p-Kanal-TFTs, wenn eine Spannung von 10V in dem Zustand bei ausgeschaltetem Gate angelegt wird, und auch die TFT-Kennlinie des p-Kanal-TFTs.
Das heißt, dass entsprechend dem Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektor dieses Ausführungsbeispiels, da der schaltende TFT die Funktion einer Schutzschaltung haben kann, eine Schutzschaltung separat vorgesehen werden muss, um zu verhindern, dass überschüssige Ladungen in dem Speicherkondensator 1c gespeichert werden. Abweichend von dem herkömmlichen Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektor, der in 1 gezeigt ist, müssen in einer TFT-Array-Platine, in der eine Vorspannungsleitung für einen Schutz-TFT angeordnet ist, keine Zwischenverbindungen angeschlossen werden, um eine Treiberschaltung extern anzuschließen, um den schaltenden TFT oder eine TAB mit einer LSI zum Auslesen eines Signals anzusteuern. Als Ergebnis können, selbst wenn die Pixelgröße reduziert wird, die Zwischenverbindungen bei einem ausreichend kleinen Wiederholungsabstand angeschlossen werden. Zusätzlich, da keine Schutzschaltung erforderlich ist, kann eine ausreichende Fläche für den Speicherkondensator selbst in einem kleinen Pixel sichergestellt werden.
In dem Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektor gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird ein p-Kanal-TFT, der aus p-Si gebildet ist, als TFT 1d verwendet. Mit dieser Anordnung können die folgenden Effekte erhalten werden.
Als erster Effekt, da Löcher mit einer hohen Beweglichkeit als Ladungen in der Se-Schicht, die eine Lochbeweglichkeit größer als die Elektronenbeweglichkeit hat, erfasst werden, kann das S/R-Verhältnis erhöht werden. Insbesondere werden in der Se-Schicht, die als Röntgenstrahlphotosensitive Schicht dient, wenn Elektronen mit einer niedrigen Beweglichkeit als Ladungen die in dem Speicherkondensator gespeichert werden sollen, verwendet werden, werden durch langsame bewegliche Elektronen, die an Fehlstellen gefangen sind, Raumladungen leicht erzeugt. Aus diesem Grund werden die Elektronen durch die Coulomb-Kraft angezogen und erreichen benachbarte Pixel. Dies verschlechtert die Auflösung. Zusätzlich tritt die Möglichkeit auf, dass ein Geisterbild aufgrund der gespeicherten Raumladungen auftritt. In diesem Ausführungsbeispiel wird jedoch, da Löcher, die eine hohe Beweglichkeit haben und selten Raumladungen erzeugen, in dem Speicherkondensator gespeichert werden, die Auflösung selten verschlechtert, und ein Geisterbild tritt selten auf.
Als zweiter Effekt kann die Durchbruchsspannung des schaltenden TFTs 1d für die Drain-Spannung genügend hoch gemacht werden. Gemäß den Experimenten durch die gegenwärtigen Erfinder kann ein p-Kanal-TFT, der durch die in diesem Ausführungsbeispiel beschriebene Technik hergestellt wird, bei einer Spannung Vd von etwa 25V selbst dann arbeiten, wenn die Gate-Länge L 2 μm ist. Im Gegensatz dazu ist in einem n-Kanal-TFT eines herkömmlichen Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektors die Drain-Durchbruchsspannung etwa die Hälfte, das heißt 15 V. Die Verschlechterung in der TFT-Kennlinie aufgrund der Drain-Spannung tritt auf, weil die Ladungsträger hoher Energie, die durch das Drain-Feld beschleunigt werden, in die Gate-Isolierschicht eintreten, eine Fehlstelle erzeugen und diese verschlechtern.
In dem Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektor dieses Ausführungsbeispiels wird ein p-Kanal-p-Si-TFT als schaltender TFT 1d verwendet. Folglich, da die Lochbeweglichkeit niedriger als die Elektronenbeweglichkeit ist, und da die Energie in dem Drain gering ist, kann die Verschlechterung in der TFT-Kennlinie durch die Drain-Spannung reduziert werden. Zusätzlich haben die Defekte erzeugenden Ladungen, die die TFT-Kennlinie verschlechtern, positive Ladungen. Folglich bewegen sich die Löcher, die als Träger in dem schaltenden TFT 1d dienen, getrennt von der Oberfläche der Gate-Isolierschicht, die die Defekte hat, und sie können daher den Einfluss von defekten Ladungen reduzieren.
Als dritter Effekt benutzt der Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektor gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen p-Kanal-TFT als schaltenden TFT 1d und hat daher einen hohen Röntgenstrahlenwiderstand. Insbesondere bildet ein schaltender TFT, der in einem Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektor verwendet wird, im allgemeinen einen Defekt durch die Röntgenbestrahlung und seine Kennlinie verschlechtert sich. Der herkömmliche Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektor kann in einigen Fällen aufgrund der Verschlechterung in der Kennlinie nicht normal arbeiten. Wie unten beschrieben wird, haben jedoch die Erfinder der vorliegenden Erfindung erkannt, dass in dem Fall eines n-Kanal-p-Si-TFTs die Verschlechterung so markant war, dass der Flachbilddetektor nicht normal gearbeitet hat. Die Erfinder haben auch erkannt, dass in dem Fall eine p-Kanal-p-Si-TFTs die Röntgenbestrahlung die Vth und den S-Faktor des TFT nicht viel verschlechtert hat als bei n-Kanal-p-Si-TFTs, und der Flachbilddetektor hat befriedigend gearbeitet. Wie beispielsweise aus den Daten, die in der Tabelle 1 von L. K. Wang „X-ray Lithography induced Radiation Damage in CMOS and Bipolar Devices", Journal of Electronic Materials, Band 21, Nr. 7, 1992 gezeigt sind, zu verstehen ist, hat das oben beschriebene Phänomen einen ähnlichen Effekt zu dem Phänomen, bei dem die entgegengesetzten Effekte der Röntgenbestrahlung, nämlich Schwankungen in „Vth" und Schwankungen in dem Steigungs-S-Faktor in den Schaltbereich, weniger markant in einem p-Kanal-SiMOS-Transistor als in einem n-Kanal-SiMOS-Transistor sind. In jedem Fall ist das oben beschriebene Phänomen deutlicher in dem Fall von polykristallinem Si.
Als vierter Effekt kann der AUS-Leckstrom reduziert werden, und selbst eine kleine Menge an Ladungen, die mit einer kleinen Dosis von Röntgenstrahlen erzeugt wurden, kann mit einem hohen S/R-Verhältnis erfasst werden. 5B zeigt einen AUS-Leckstrom in einem p-Kanal-TFT 1d, der aus p-Si gebildet und in einem solchen Verfahren hergestellt ist, wie es in der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird. Wie in 5B gezeigt ist, kann der AUS-Leckstrom reduziert werden, wenn der schaltende TFT 1d eine LDD-Struktur hat. Dieses Phänomen wird in Bezug auf das zweite Ausführungsbeispiel später im einzelnen beschrieben.
5C ist eine graphische Darstellung, die die Kennlinie des p-Kanal-TFT dieses Ausführungsbeispiels vor und nach der Röntgenbestrahlung zeigt. Bezug nehmend auf 5C bezeichnet ♢ die Kennlinie vor der Bestrahlung und ☐ zeigt die Kennlinie nach der Bestrahlung. Im Vergleich zu vor der Röntgenbestrahlung und nach der Röntgenbestrahlung ändert sich der Schwellenwert Vth des TFT, und der Gradient des unterhalb des Schwellenwertes liegenden Wertes wird moderat. Die Verschlechterung aufgrund der Röntgenbestrahlung ist kleiner in einem p-Kanal-p-Si-TFT als in einem n-Kanal-p-Si-TFT. Folglich ist, um die Stromansteuerungsfähigkeit zu erhalten, eine hohe Spannung Vd erforderlich. Mit ansteigender Spannung Vd wird die TFT-Kennlinie schlechter. Da jedoch die Durchbruchsspannung Vd und der Röntgenstrahlenwiderstand in dem p-Kanal-TFT höher sind als in einem n-Kanal-TFT, kann der TFT selbst bei einer hohen Spannung Vd betrieben werden. Folglich, da die Menge der Signalladungen, die in dem Speicherkondensator gespeichert werden können, erhöht werden kann, kann ein Signal mit einem hohen S/R-Verhältnis ohne jegliche Sättigung selbst bei starken Röntgenstrahlen erfasst werden.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
6A ist eine Draufsicht, die die Struktur eines Pixels eines Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. 6B ist eine Schnittdarstellung, die die Struktur eines Pixels des Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektors zeigt. Die selben Bezugszahlen wie in 3A bezeichnen die gleichen Teile in den 6A und 6B, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel dadurch, dass der schaltende TFT eine LDD-(Lightly Doped Drain = Leicht dotierter Drain)-Struktur hat. Das Verfahren, bis eine unterliegende Isolierschicht 11, eine p-Si-Schicht 12, eine Gate-SiO₂-Schicht 13 und Gate-Elektroden 14 auf einem Glassubstrat 10 gebildet sind, ist das gleiche wie in dem ersten Ausführungsbeispiel.
Als nächstes wird unter Verwendung der Gate-Elektroden oder eines Resists als Maske B durch Ionenimplantation bei 1 × 10¹¹ cm^–2 bis 5 × 10¹⁴ cm^–2, vorzugsweise 3 × 10¹² cm^–2 bis 5 × 10¹³ cm^–2, und in diesem Ausführungsbeispiel 2 × 10¹³ cm^–2 dotiert, um die p^–-Bereiche 35-1 und 35-2 von LDD's zu bilden. Dies entspricht nahezu einer Verunreinigungskonzentration von 1 × 10¹⁷ cm^–3 bis 1 × 10²⁰ cm^–3. Die LDD-Länge ist vorzugsweise 0,5 bis 5 μm, und vorzugsweise 1 bis 4 μm. In diesem Ausführungsbeispiel ist die LDD-Länge 2 μm. Zusätzlich ist W/L = 10/5 μm.
Als nächstes wird unter Verwendung eines Resists als Maske B durch Ionenimplantation mit einer hohen Konzentration von 1 × 10¹⁴ cm^–2 bis 5 × 10¹⁶ cm^–2, vorzugsweise 1 × 10¹⁵ cm^–2 bis 1 × 10¹⁶ cm^–2, und in diesem Ausführungsbeispiel 3 × 10¹⁵ cm^–2, dotiert, um p+-Bereiche 15-1 und 15-2 als Source- und Drain-Elektroden auszubilden.
Danach werden wie in dem ersten Ausführungsbeispiel Löcher in dem Source/Drain-Kontaktbereich ausgebildet, um eine Signalleitung 17-1 und eine Cs-Leitung 17-2 durch eine Mo/Al/Mo-Schicht auszubilden. Zusätzlich werden eine SiN_x-Schicht zur Passivierung und eine Schutzschicht 18 aus Acrylharz ausgebildet. Danach wird ein Kontaktbereich ausgebildet, und eine Pixelelektrode 19, die aus einer ITO-Schicht hergestellt ist, wird ausgebildet. Sodann wird eine Röntgenstrahl-photosensitive Schicht 20 ausgebildet, und eine Elektrode 25 wird auf dem obersten Abschnitt ausgebildet.
5B zeigt den Vergleich zwischen dem AUS-Leckstrom des p-Kanal-TFT, der aus p-Si in der obigen Weise hergestellt wurde, und der eines TFTs ohne jegliche LDD. Wenn die LDD ausgebildet wird, kann der Sperrstrom im Vergleich zu dem TFT ohne jegliche LDD herabgesetzt werden. Der Sperrstrom des TFTs zum Betreiben eines Pixels in einem Röntgenstrahlendetektor muss 1 × 10^–12 A oder weniger sein. Wenn das LDD ausgebildet wird, kann der Sperrstrom ausreichend so klein wie 3 × 10^–14 A oder weniger gemacht werden.
Signale in Flüssigkristall-TFTs sind höher im Pegel als diejenigen in Röntgenstrahlendetektoren, und der Sperrstrom des TFTs ist in der Größenordnung von 1 × 10^–10 A. Aus diesem Grund sind Flüssigkristall-TFTs keine p-Kanal p-Si-TFTs mit LDD-Struktur, und sie sind daher für die Verwendung in Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektoren geeignet.
Wenn Se als Röntgenstrahl-photosensitive Schicht verwendet wird, wirkt Se als Fotodiode, die einen besonders hohen Widerstand und einen sehr kleinen Leckstrom hat. Aus diesem Grund wird der Leckstrom, wenn der Schalt-TFT AUS ist, reduziert, und ein kleines Signal durch schwache Röntgenstrahlen kann ebenfalls verarbeitet werden. Folglich kann ein hochempfindlicher Röntgenstrahlendetektor verwirklicht werden. Die gegenwärtigen Erfinder haben durch Studien gefunden, dass in p-Si-TFTs ein p-Kanal p-Si-TFT mit einem LDD der Sperrstrom am kleinsten machen kann. Wenn Se, das sehr kleine Dunkelstromcharakteristiken hat, als Röntgenstrahl-photosensitive Schicht verwendet wird, und wenn ein p-Kanal-p-Si-TFT als schaltendes Element verwendet wird, kann folglich ein Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektor, dessen Empfindlichkeit viel höher als der Stand der Technik ist, verwirklicht werden.
Da der p-Kanal-TFT eine hohe Drain-Durchbruchsspannung im Vergleich zu einem n-Kanal-TFT hat, kann ein größeres Röntgenstrahlsignal verarbeitet werden. Folglich vergrößert sich der dynamische Bereich.
Was die TFT-Kennlinien vor und nach der Röntgenbestrahlung betrifft, so ändert sich nach der Röntgenbestrahlung ein Schwellenwert Vth, und der Gradient des unter dem Schwellenwert liegenden Wertes wird moderat wie in 5C, die in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. Da jedoch der Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektor bei einer höheren Spannung Vd betrieben werden kann, und da die Menge der Signalladungen, die in dem Speicherkondensator gespeichert werden können, wegen der Verwendung des p-Kanal-TFTs erhöht werden kann, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, kann ein Signal ohne jegliche Sättigung selbst bei starken Röntgenstrahlen erfasst werden. Folglich kann der dynamische Bereich vergrößert werden.
Zusätzlich kann, da der unter dem Schwellenwert liegende Teil durch die Röntgenbestrahlung wenig beeinflusst wird, die Menge an Signalladungen, die einer Signalverarbeitung unterworfen werden kann, erhöht werden.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
7 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Treiberschaltung in einem Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektor gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. 8 ist eine Schnittdarstellung der Treiberschaltung. Die selben Bezugszahlen wie in 3B bezeichnen die gleichen Teile in 8, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
In diesem Ausführungsbeispiel wird eine Treiberschaltung, die in einer peripheren Schaltung zum Betreiben eines schaltenden TFTs angeordnet ist, durch einen p-Kanal-TFT und einen n-Kanal-TFT gebildet. Jeder TFT wird gleichzeitig mit TFTs in dem Bilderfassungsbereich hergestellt.
Wie in dem Bilderfassungsbereich wird ein SiN_x (50 nm)/SiO₂ (100 nm)-Schicht, die als unterliegende Isolierschicht 11 dient, auf einem Glassubstrat 10 ausgebildet. Eine 50-nm-dicke a-Si-Schicht wird auf der unterliegenden Isolierschicht 11 ausgebildet. Eine Si-Schicht wird in Polysilizium durch ELA umgesetzt, um eine 50-nm-dicke p-Si-Schicht 12 zu bilden. Die p-Si-Schicht 12 wird geätzt, um periphere Schaltungsinseln 12-3 und 12-4 zusammen mit einer Transistorbereichsinsel 12-1 und einer Kondensatorbereichsinsel 12-2 zu bilden. Eine 150-nm-dicke Gate-SiO₂-Schicht 13 wird durch PCVD oder thermische CVD ausgebildet.
Als nächstes werden 300-nm-dicke MoW-Gates 14 ausgebildet. In diesem Fall werden die Gate-Elektroden 14-3 und 14-4 von CMOS-Transistoren in den peripheren Schaltungen zusammen mit einer Gate-Elektrode 14-1 in dem Transistorbereich und einer Gate-Elektrode 14-2 in dem Kondensatorbereich in dem Bilderfassungsbereich ausgebildet.
Als nächstes wird wie in dem Bilderfassungsbereich unter Verwendung der Gate-Elektroden oder eines Resists als Maske B bei 2 × 10¹³ cm^–2 dotiert, um p-Bereiche 35-4 und 35-5 eines LDD's auszubilden. Dies entspricht nahezu einer Verunreinigungskonzentration von 1 × 10¹⁷ cm^–3 bis 1 × 10²⁰ cm^–3. Die LDD-Länge ist beispielsweise 2 μm. Zusätzlich ist W/L = 10/5 μm. Als nächstes wird unter Verwendung eines Resists als Maske B mit einer hohen Konzentration von 3 × 10^–5 cm^–2 dotiert, um p+-Bereiche 15-4 und 15-5 von Source- und Drain-Elektroden zu bilden.
Als nächstes wird unabhängig von dem Bilderfassungsbereich unter Verwendung der Gate-Elektroden oder eines Resists als Maske, P durch Ionenimplantation bei 1 × 10¹¹ cm^–2 bis 5 × 10¹⁴ cm^–2, vorzugsweise 3 × 10¹² cm^–2 bis 5 × 10¹⁴ cm^–2, und in diesem Ausführungsbeispiel 2 × 10¹³ cm^–2, dotiert, um n^–-Bereiche 55-4 und 55-5 von LDDs zu bilden. Dies entspricht nahezu einer Verunreinigungskonzentration von 3 × 10¹⁶ cm^–3 bis 2 × 10²¹ cm^–3. Die LDD-Länge ist vorzugsweise 0,5 bis 5 μm, vorzugsweise 1–4 μm. In diesem Ausführungsbeispiel ist die LDD-Länge beispielsweise 2 μm. Zusätzlich ist W/L = 10/5 μm. Als nächstes wird unter Verwendung eines Resists als Maske, P bei einer hohen Konzentration von 1 × 10¹⁴ cm^–2 bis 5 × 10¹⁶ cm^–2, vorzugsweise 3 × 10¹⁴ cm^–2 bis 5 × 10¹⁵ cm^–2, und in diesem Ausführungsbeispiel 2 × 10¹⁵ cm^–2, dotiert, um n^–-Bereiche 45-4 und 45-5 von Source- und Drain-Elektroden zu bilden.
Als nächstes wird wie in dem Bilderfassungsbereich eine 500 nm dicke SiO₂-Schicht 16, die als dielektrische Zwischenschicht dient, durch PCVD ausgebildet. Löcher werden in dem Source/Drain-Kontaktbereich durch einen Mo/Al/Mo-Film ausgebildet, um eine Signalleitung 17-1 und Cs-Leitung 17-2 zu bilden. Gleichzeitig werden Zwischenverbindungen 54-1 und 54-2, die mit den Gate-Elektroden 14-4 und 14-5 verbunden sind, ausgebildet. Danach wird eine SiN_x-Schicht zur Passivierung durch PCVD ausgebildet. Zusätzlich wird eine Schutzschicht 18 durch Aufschichtung eines Acrylharzes zu 2–5 μm, vorzugsweise 3 μm, ausgebildet. Da die Schutzschicht 18 aus einem photosensitiven Harz hergestellt ist, können Kontaktlöcher nur durch Belichtung und Entwicklung ausgebildet werden.
In dem vorstehenden Verfahren wird die Pixelschaltung unter Verwendung eines p-Kanal-TFT ausgebildet, während die periphere Treiberschaltung unter Verwendung eines CMOS ausgebildet wird, der aus einem p-Kanal-TFT und einem n-Kanal-TFT hergestellt ist.
Wenn die Treiberschaltung, die die CMOS-Struktur von TFTs, die aus p-Si hergestellt sind, das in diesem Ausführungsbeispiel hergestellt wird, hat, können die Signalladungen selbst in kurzen Adressierungszeiten ausreichend ausgelesen werden. Folglich können Pixel mit einem kleinen Wiederholungsabstand betrieben werden. Entsprechend kann ein Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektor für die Mammographie-Untersuchung mit einem Pixel-Wiederholungsabstand von 60 μm hergestellt werden. Im Stand der Technik kann, da eine Montage mit einem 60 μm Wiederholungsabstand unmöglich ist, ein Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektor mit solch kleinen Pixeln kaum hergestellt werden. Zusätzlich kann gemäß dem Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektor dieses Ausführungsbeispiel die Schaltungscharakteristik der peripheren Schaltung verbessert werden, und der Stromverbrauch kann reduziert werden.
(Modifikationen)
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Als hochempfindliche Röntgenstrahl-photosensitive Schicht kann nicht nur die oben beschriebene Se-Schicht, sondern es kann auch ein polykristallines oder ein -kristallines Röntgenstrahl-photosensitives Material, beispielsweise PbTe, HgTe oder ZnS oder ein Mischkristall davon verwendet werden. Die hochempfindliche Röntgenstrahl-photosensitive Schicht muss nur eine Dicke haben, die in der Lage ist, Röntgenstrahlen ausreichend zu absorbieren. Zusätzlich wird die Dicke einer hochwiderstandsfähigen Halbleiterschicht so ausgewählt, dass optische Träger (Elektronen oder Löcher) durch die Hochwiderstandsschicht in einer Zeit von etwa 1/10 der Adressierungszeit hindurch laufen können.
Das Substrat ist nicht auf das Glassubstrat beschränkt, und ein beliebiges anderes Substrat kann verwendet werden, solange ein TFT darauf ausgebildet werden kann. Da die Röntgenstrahlphotosensitive Schicht, die in den Ausführungsbeispielen verwendet wird, bei einer niedrigen Temperatur aufgeschichtet werden kann, kann ein Kunststoffsubstrat mit einer geringen Wärmewiderstandsfähigkeit als Substrat verwendet werden. In diesem Fall kann der gesamte Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektor Verformbarkeit aufweisen. Für die TFT-Struktur können die Gate-Bereiche entweder auf der Oberseite oder auf der Unterseite ausgebildet werden.
Als Schutzschicht werden anorganisches SiN_x oder SiO₂, organische Polyimide (ε = etwa 3,3; Durchbruchsspannung = 300 V/mm), Benzozyclobuten (ε = etwa 2,7; Durchbruchsspannung = 400 V/mm), ein photosensitives Acrylharz HRC, das von JSR KK ähnlich ist (ε = etwa 3,2), ein schwarzes Resistmaterial oder dergleichen verwendet werden. Diese Materialien können nach Bedarf aufgestapelt werden. Als Schutzschicht ist auch ein auf Fluor basierendes Harz wegen seiner niedrigen, relativen Dielektrizitätskonstanten (ε = etwa 2,1) wirkungsvoll. Die Schutzschicht muss nicht immer photosensitiv sein. Ein photosensitives Material ist jedoch wirkungsvoll, weil es leicht mit einem Muster versehen werden kann.
In den vorstehenden Ausführungsbeispielen wurde ein Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektor beispielhaft angegeben, der das direkte Umsetzungsschema zum Umsetzen auftreffender Röntgenstrahlen in Elektronen-Loch-Paare unter Verwendung einer photoelektrischen Umwandlungsschicht umzusetzen. Die technische Idee der vorliegenden Erfindung kann jedoch auch auf einen Röntgenstrahlen-Flachpaneldetektor angewendet werden, der ein indirektes Umsetzungsschema zum zeitweisen Umsetzen auftreffender Röntgenstrahlen in Licht unter Verwendung von Phosphor verwendet, und bei dem sodann das Licht unter Verwendung einer photoelektrischen Umwandlungsschicht in Elektronen-Loch-Paare umgesetzt wird.

Claims

Röntgenstrahl-Flachdetektor, mit einem Röntgenstrahl-photosensitiven Film (1a), der aus einem photosensitiven Material ausgebildet ist, das eine Lochbeweglichkeit aufweist, die höher als seine Elektronenbeweglichkeit ist, und das Signalladungen als Reaktion auf die Belichtung mit einfallenden Röntgenstrahlen erzeugt, einer Mehrzahl von Pixelelektroden (1b), die zwei-dimensional in einem Feld in Kontakt mit dem Röntgenstrahl-photosensitiven Film (1a) angeordnet sind, einer Vorspannungsanlegeeinheit, die eine Vorspannung an den Röntgenstrahl-photosensitiven Film (1a) anlegt, einer Mehrzahl von Kondensatoren (1c), die entsprechend der Pixelelektroden (1b) angeordnet sind und die Ladungen, die durch den Röntgenstrahl-photosensitiven Film (1a) erzeugt werden, speichern, einer Mehrzahl von schaltenden Dünnschichttransistoren (1d), die entsprechend der Pixelelektroden (1b) zum Auslesen der Ladungen, die in den Kondensatoren (1c) gespeichert sind, angeordnet sind, einer Mehrzahl von Abtastleitungen (3), die ein Steuersignal zur ÖFFNEN/SCHLIESSEN-Steuerung der Mehrzahl von schaltenden Dünnschichttransistoren (1d) liefern, und einer Mehrzahl von Signalleitungen (4), die mit der Mehrzahl von schaltenden Dünnschichttransistoren (1d) zum Lesen der Ladungen, wenn die schaltenden Dünnschichttransistoren (1d) geöffnet sind, verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltenden Dünnschichttransistoren p-Kanal-Dünnschichttransistoren sind, die aus Polysilizium ausgebildet sind.
Detektor nach Anspruch 1, bei dem jeder aus der Mehrzahl der schaltenden Dünnschichttransistoren (1d) eine LDD-Struktur aufweist.
Detektor nach Anspruch 1, bei dem der Röntgenstrahl-photosensitive Film (1a) aus einem amorphen Halbleiter, einem polykristallinen Halbleiter, einem einkristallinen Halbleiter oder einem gemischt-kristallinen Halbleiter ausgebildet ist.
Detektor nach Anspruch 1, bei dem die Mehrzahl der schaltenden Dünnschichttransistoren (1d) als Ladungsträger die Löcher verwenden, die als die Signalladungen dienen, die durch den Röntgenstrahl-photosensitiven Film (1a) erzeugt werden und eine hohe Beweglichkeit aufweisen.
Detektor nach Anspruch 1, bei dem der Röntgenstrahl-photosensitive Film (1a) ein Material, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus Se, AlSb und GaP, aufweist.
Detektor nach Anspruch 1, bei dem die Mehrzahl der schaltenden Dünnschichttransistoren als Ladungsträger die Löcher verwenden, die als die Signalladungen dienen, die durch den Röntgenstrahl-photosensitiven Film erzeugt werden.
Detektor nach Anspruch 1, bei dem die schaltenden Dünnschichttransistoren (1d) Löcher als Ladungsträger verwenden, die eine hohe Mobilität aufweisen.