JP2001108748A - Radiographic image picking-up device - Google Patents

Radiographic image picking-up device

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JP2001108748A
JP2001108748A JP2000221410A JP2000221410A JP2001108748A JP 2001108748 A JP2001108748 A JP 2001108748A JP 2000221410 A JP2000221410 A JP 2000221410A JP 2000221410 A JP2000221410 A JP 2000221410A JP 2001108748 A JP2001108748 A JP 2001108748A
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radiation imaging
unit
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a radiographic image picking-up device having linearity in sensor sensititvity used favorably for medical care and non-destructive inspection. SOLUTION: This device is provided with plural input picture elements of which the each is provided with a charge conversion means 121 for converting an incident radiation into a charge, a charge accumulating means 122 for accumulating the converted charge, a control means 123 arranged between the means 121, 122 to control an electric field applied to the charge conversion means 121, and a reading-out means 124 for reading out the charge accumulated in the charge accumulating means 122 or a reading-out means for reading out a signal based on a potential due to the charge accumulated in the means 122, an output line connected to the plural picture elements to output the charge read out from the input picture elements, and a switching means for resetting the charge accumulating means 122.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】本発明は、放射線撮像装置に
係わり、特に、人体などの被検体を透過したX線などの
放射線像を電子画像化するために好適に用いることがで
きる放射線撮像装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a radiation imaging apparatus and, more particularly, to a radiation imaging apparatus which can be suitably used for converting a radiation image such as an X-ray transmitted through a subject such as a human body into an electronic image. .

【0002】[0002]

【従来の技術】放射線の一つであるX線を電気信号に変
換するX線撮像装置として、X線を光に変換するイメー
ジ・インテンシファイア(I.I.)、テレビジョンカ
メラ及びテレビジョン装置を組み合わせ、X線像を得る
方式がある(I.I.−TVシステム)。この方式は、
イメージ・インテンシファイアのX線入力面サイズが撮
影可能サイズとなる。入力面サイズは大体16インチ視
野程度のものまである。
2. Description of the Related Art An image intensifier (II) for converting X-rays into light, a television camera, and a television, as an X-ray imaging apparatus for converting X-rays, which is one type of radiation, into electric signals. There is a method of obtaining an X-ray image by combining devices (II-TV system). This method is
The X-ray input surface size of the image intensifier becomes the imageable size. The input surface size is about 16 inches.

【0003】光に変換されたX線像はイメージ・インテ
ンシファイア出力部で一度結像される。この出力像を、
光学系を介して、テレビジョンカメラで撮像し、電気的
映像として出力する。この方式では、X線像をリアルタ
イムに観察できる。
[0003] The X-ray image converted into light is formed once at an image intensifier output unit. This output image is
Images are taken by a television camera via an optical system and output as electrical images. In this method, an X-ray image can be observed in real time.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方式で
は、解像度が充分とは言えず改良の余地がある。又、フ
ィルムと比較して、撮影装置が大きく、設置場所が限ら
れたり、移動に制限を受けるなど取り扱い上の改善点を
持っている。
However, in this method, the resolution is not sufficient, and there is room for improvement. In addition, compared to film, the photographing device is large, and has an improvement in handling, such as a limited installation place and limited movement.

【0005】(目的)本発明の目的は、上記X線撮像装
置に好適に用いることができる放射線撮像装置を提供す
ることにある。
(Purpose) An object of the present invention is to provide a radiation imaging apparatus which can be suitably used for the X-ray imaging apparatus.

【0006】又、本発明の目的は、入射した放射線に対
する感度特性の優れた放射線撮像装置を提供することで
ある。
Another object of the present invention is to provide a radiation imaging apparatus having excellent sensitivity to incident radiation.

【0007】加えて、本発明の目的は、過大な入力がな
された場合でも、スイッチを介してのキャリア・オーバ
ーフローを防止することが可能な放射線撮像装置を提供
することである。
Another object of the present invention is to provide a radiation imaging apparatus capable of preventing carrier overflow via a switch even when an excessive input is made.

【0008】更に本発明の目的は、残像が少なく、安定
した画像情報の電気的変換を行うことができる放射線撮
像装置を提供することである。
It is a further object of the present invention to provide a radiation imaging apparatus capable of performing stable electrical conversion of image information with little afterimage.

【0009】又、本発明の目的は、より高感度化が可能
な放射線撮像装置を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a radiation imaging apparatus capable of achieving higher sensitivity.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明は、入射した放射線を電荷に変換する電荷変換
手段と、変換された前記電荷を蓄積する電荷蓄積手段
と、前記電荷変換手段と前記電荷蓄積手段との間に設け
られた、前記電荷変換手段に加えられる電界を制御する
制御手段と、前記電荷蓄積手段に蓄積された電荷に基づ
く信号を読み出す読み出し手段と、を有する入力画素の
複数、該入力画素から読み出された電荷を出力する、該
入力画素の複数に接続された出力線、前記電荷蓄積手段
をリセットするためのスイッチ手段、を有する放射線撮
像装置である。
According to the present invention, there is provided a charge converting means for converting incident radiation into electric charge, a charge accumulating means for accumulating the converted electric charge, and a charge converting means. An input pixel provided between the charge storage means and a control means for controlling an electric field applied to the charge conversion means; and a reading means for reading a signal based on the charge stored in the charge storage means. A radiation imaging apparatus comprising: a plurality of the output pixels; an output line connected to the plurality of input pixels for outputting charges read from the input pixels; and switch means for resetting the charge storage means.

【0011】又、本発明は、入射した放射線を電荷に変
換する電荷変換手段と、変換された前記電荷を蓄積する
電荷蓄積手段と、前記電荷変換手段と前記電荷蓄積手段
との間に設けられた、前記電荷変換手段に加えられる電
界を制御する制御手段と、前記電荷蓄積手段に蓄積され
た電荷による電位に基づく信号を読み出す読み出し手段
と、を有する放射線撮像装置である。
Further, the present invention is provided with a charge conversion means for converting incident radiation into charges, a charge storage means for storing the converted charges, and a charge conversion means provided between the charge conversion means and the charge storage means. In addition, the present invention is a radiation imaging apparatus comprising: a control unit that controls an electric field applied to the charge conversion unit; and a reading unit that reads out a signal based on a potential based on charges accumulated in the charge accumulation unit.

【0012】なお、本発明において、放射線とは、X線
に限られるわけではなく、α、β、γ線等の電磁波を含
んでよい。もちろん、X線がもっとも一般的である。
In the present invention, radiation is not limited to X-rays, but may include electromagnetic waves such as α, β, and γ-rays. Of course, X-rays are the most common.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を用いて詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0014】図1は、本発明によるX線センサの概略的
断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view of an X-ray sensor according to the present invention.

【0015】図1において、100は、X線のセンシン
グ部で、X線の照射によって電子−正孔を生成する。生
成されたキャリアの一方のキャリアは蓄積され、画像情
報を有する信号として読み出される。200は、電気キ
ャリアの読み出し部で、絶縁基板1の上にトランジスタ
2などが形成されている。
In FIG. 1, reference numeral 100 denotes an X-ray sensing unit which generates electrons and holes by X-ray irradiation. One of the generated carriers is stored and read out as a signal having image information. Reference numeral 200 denotes an electric carrier reading unit, on which the transistor 2 and the like are formed on the insulating substrate 1.

【0016】X線センシング部100は、GaAs、G
aP、Ge、Siなどの半導体からなる、p+層10、
n―(又はi)層20、n+層30で構成され、空乏層
がp+層10とn―層20の界面から広がるpinダイ
オードと、n+層30上に形成される金属層31、3
2、p+層10下に形成された金属層11、12により
構成されている。金属層12はバリアメタルである。な
お、図中40、50は保護膜である。X線センシング部
100は、上記した半導体の単結晶基板に形成すること
ができる。
The X-ray sensing unit 100 includes GaAs, G
ap + layer 10 made of a semiconductor such as aP, Ge, or Si;
a pin diode composed of an n − (or i) layer 20 and an n + layer 30, and a depletion layer extending from an interface between the p + layer 10 and the n − layer 20; a metal layer 31 formed on the n + layer 30; 3
2. It is composed of metal layers 11 and 12 formed below the p + layer 10. The metal layer 12 is a barrier metal. In the drawings, reference numerals 40 and 50 are protective films. The X-ray sensing unit 100 can be formed on the above-described semiconductor single crystal substrate.

【0017】読み出し部200は、絶縁基板1上に回路
を構成するトランジスタ2を有する。トランジスタ2
は、ゲート101、ソース、ドレイン102、活性層1
03、ソース、ドレインと接続される金属配線110か
らなる。トランジスタ2は、保護膜113で覆われてい
る。薄膜トランジスタを構成する半導体材料としては、
アモルファスシリコン、ポリシリコン、マイクロクリス
タルシリコン等の非単結晶材料が好適に用いられる。こ
れらは、大基板ガラス基板上に400℃以下の低温で作
製することができるため、大面積基板を用いた大型のセ
ンサ面を有した放射線撮像装置に最適である。111は
Al層、112は金属層である。図1では図示されてい
ないが、読み出し部200はキャパシタンスも有してい
る。
The reading section 200 has a transistor 2 on an insulating substrate 1 which forms a circuit. Transistor 2
Are a gate 101, a source, a drain 102, an active layer 1
03, a metal wiring 110 connected to the source and drain. The transistor 2 is covered with a protective film 113. As a semiconductor material constituting a thin film transistor,
Non-single-crystal materials such as amorphous silicon, polysilicon, and microcrystal silicon are preferably used. Since these can be manufactured on a large glass substrate at a low temperature of 400 ° C. or lower, they are most suitable for a radiation imaging apparatus having a large sensor surface using a large substrate. 111 is an Al layer, and 112 is a metal layer. Although not shown in FIG. 1, the reading unit 200 also has a capacitance.

【0018】読み出し部200の金属層112とX線セ
ンシング部100の金属層11とは、バンプ金属13に
よって接続されている。
The metal layer 112 of the read section 200 and the metal layer 11 of the X-ray sensing section 100 are connected by a bump metal 13.

【0019】トランジスタ2は、概略的等価回路図を示
す図2のトランジスタ124に対応している。
The transistor 2 corresponds to the transistor 124 in FIG. 2 showing a schematic equivalent circuit diagram.

【0020】なお、図23(A)は、読み出し部分20
0の他の一例を説明する模式的平面図、図23(B)
は、図23(A)のX−X′における模式的断面図であ
る。又、図23(A)に示される部材番号については、
以下の図2に沿って説明する。
FIG. 23A shows the read portion 20.
FIG. 23B is a schematic plan view illustrating another example of 0.
FIG. 24 is a schematic sectional view taken along line XX ′ of FIG. Further, regarding the member numbers shown in FIG.
This will be described with reference to FIG.

【0021】図2は、本発明によるX線撮像装置の一例
を説明するための概略的等価回路である。
FIG. 2 is a schematic equivalent circuit for explaining an example of the X-ray imaging apparatus according to the present invention.

【0022】図2において、入力画素である単位セル
は、電荷変換手段であるX線センサセル121、電荷蓄
積手段である蓄積容量122、X線センサセル121か
らの信号を蓄積容量122に転送する、電界を制御する
制御手段である第1のトランジスタ123、蓄積容量1
22から信号を読み出す、読み出し手段である第2のト
ランジスタ124を有する。この単位セルは、図2に示
されるように、縦横に所望間隔で配置され、つまり、マ
トリクス状に配置されている。第1のトランジスタ12
3は、X線センサセル121に加えられる電界を制御す
る制御手段となる。
In FIG. 2, a unit cell as an input pixel includes an X-ray sensor cell 121 as a charge conversion unit, a storage capacitor 122 as a charge storage unit, and an electric field for transferring a signal from the X-ray sensor cell 121 to the storage capacitor 122. The first transistor 123, the storage capacitor 1
And a second transistor 124 serving as a reading unit for reading a signal from the reference signal 22. As shown in FIG. 2, the unit cells are arranged vertically and horizontally at desired intervals, that is, arranged in a matrix. First transistor 12
Reference numeral 3 denotes control means for controlling the electric field applied to the X-ray sensor cell 121.

【0023】X線センサセル121は、第1のトランジ
スタと接続されていない他端に、X線センサセル121
の該他端に所望の電位を与えるための、センサ電位固定
手段が接続され、蓄積容量122の第1及び第2のトラ
ンジスタ123、124と接続されない他端には、蓄積
容量122の該他端の電位を固定するための蓄積電位固
定手段が接続される。
The X-ray sensor cell 121 is connected to the other end not connected to the first transistor.
The other end of the storage capacitor 122 is connected to sensor potential fixing means for giving a desired potential, and the other end of the storage capacitor 122 not connected to the first and second transistors 123 and 124 is connected to the other end of the storage capacitor 122. Is connected to the storage potential fixing means for fixing the potential of the storage device.

【0024】水平走査回路(シフトレジスター等の走査
手段)120により、行ごとに各単位セルの第2のトラ
ンジスタ124が選択されて、各単位セルの蓄積容量1
22から出力線125に信号が読み出され、この信号
が、出力線125に接続されるアンプ140を介して出
力回路130に入力され、出力回路130によって列ご
とに順次出力される。各出力線125は、出力線リセッ
トトランジスタ150により電位VVに設定される。出
力回路130は、例えば出力線ごとに設けられた蓄積容
量(不図示)と、この蓄積容量と共通出力線とを接続す
るトランジスタ(不図示)とからなり、不図示の走査回
路からφH1、φH2、…が出力回路130に順次入力され
てトランジスタがオンして、蓄積容量から列ごとに信号
が共通出力線に読み出されて出力される。
The second transistor 124 of each unit cell is selected for each row by a horizontal scanning circuit (scanning means such as a shift register) 120, and the storage capacity 1 of each unit cell is selected.
A signal is read from 22 to an output line 125, and the signal is input to an output circuit 130 via an amplifier 140 connected to the output line 125, and is sequentially output by the output circuit 130 for each column. Each output line 125 is set to the potential V V by the output line reset transistor 150. The output circuit 130, for example, a storage capacitor provided for each output line (not shown), becomes from a transistor for connecting the storage capacitor and the common output line (not shown), from the scanning circuit (not shown) phi H1, phi H2, ... are sequentially inputted transistor is turned on to the output circuit 130, the signal for each column from the storage capacitors is output is read to the common output line.

【0025】図23(A)及び図23(B)について説
明する。
FIG. 23A and FIG. 23B will be described.

【0026】ガラス基板のような絶縁基板1上に、下部
電極231、絶縁膜(シリコン窒化膜)232、高抵抗
アモルファスシリコン233、n+アモルファスシリコ
ン234及び上部電極235の層が順に形成されてい
る。薄膜トランジスタ123、124と蓄積容量122
は、図示されるように同一の積層膜構成で作製されてい
る。同一の積層膜構成のため、作製工程が短く出来、製
造コストが安く、かつ製造歩留まりも向上する。
On an insulating substrate 1 such as a glass substrate, layers of a lower electrode 231, an insulating film (silicon nitride film) 232, high-resistance amorphous silicon 233, n + amorphous silicon 234, and an upper electrode 235 are formed in this order. . Thin film transistors 123 and 124 and storage capacitor 122
Are manufactured with the same laminated film configuration as shown. Because of the same laminated film configuration, the manufacturing process can be shortened, the manufacturing cost is low, and the manufacturing yield is improved.

【0027】金属層112は、トランジスタ123の主
電極の一方となる。金属層112上にX線センシング部
100が電気的に接続される。ここでは、各画素毎にセ
ンシング部が分離された例が示されている。
The metal layer 112 serves as one of the main electrodes of the transistor 123. The X-ray sensing unit 100 is electrically connected to the metal layer 112. Here, an example in which the sensing unit is separated for each pixel is shown.

【0028】絶縁基板1上に形成された非単結晶材料の
薄膜トランジスタ回路部は、薄膜で形成されているため
に、大型の絶縁基板上に形成することが容易である。回
路部を薄膜トランジスタで形成するのは、薄膜トランジ
スタは活性層が薄い(通常は0.5μm以下)ために、放
射線吸収の確立が低く、放射線検出部であるX線センシ
ング部100を通過した一部の放射線による材料損傷の
問題が発生しにくいこと、放射線が読み出し回路中でほ
とんど吸収されないので、雑音が発生しづらく雑音特性
が優れているという点で好適である。
Since the thin film transistor circuit portion made of a non-single crystal material formed on the insulating substrate 1 is formed of a thin film, it can be easily formed on a large insulating substrate. The circuit portion is formed of a thin film transistor because the thin film transistor has a thin active layer (usually 0.5 μm or less) and thus has a low probability of absorbing radiation. This is preferable in that the problem of material damage due to radiation hardly occurs, and since radiation is hardly absorbed in the readout circuit, noise is hardly generated and noise characteristics are excellent.

【0029】放射線のX線センシング部100と読み出
し回路部を積層構造にすることにより、X線センシング
部は、100%の開口率を有していることになる。又、
絶縁基板上に読み出し回路のみを形成することにより、
X線の入射部領域のための面積を割く必要がないため、
薄膜トランジスタのゲート幅を十分とることが出来、薄
膜トランジスタの高速動作化を図ることができる。形成
される半導体の特性、画素数にもよるが、30FPS
(1秒に30回の画像読み出し:フレーム/秒)から6
0FPSの情報の読み出しも十分達成することができ
る。
By forming the radiation X-ray sensing unit 100 and the readout circuit unit in a laminated structure, the X-ray sensing unit has an aperture ratio of 100%. or,
By forming only the readout circuit on the insulating substrate,
Since there is no need to divide the area for the X-ray incident area,
A sufficient gate width of the thin film transistor can be obtained, and high-speed operation of the thin film transistor can be achieved. 30 FPS depending on the characteristics of the semiconductor to be formed and the number of pixels
(30 image readings per second: frames / second) to 6
Reading of 0FPS information can also be sufficiently achieved.

【0030】図3(A)は、単位セルの等価回路であ
り、図3(B)乃至図3(D)は、上記X線撮像装置の
単位セルの動作を説明する概略的なポテンシャル図であ
る。図3(B)乃至図3(D)において、横軸は単位セ
ル上の場所を示し、縦軸は各場所でのポテンシャルを示
す。
FIG. 3A is an equivalent circuit of a unit cell, and FIGS. 3B to 3D are schematic potential diagrams for explaining the operation of the unit cell of the X-ray imaging apparatus. is there. 3B to 3D, the horizontal axis indicates a location on the unit cell, and the vertical axis indicates a potential at each location.

【0031】図3(B)は、センサリセット状態を示す
ポテンシャル図である。図2に示す第2のトランジスタ
124、出力線リセットトランジスタ150がオンする
と、図3(B)に示すように、蓄積容量122の電位
は、リセット電圧VVとなる。トランジスタ123のゲ
ートに一定電圧VAを与えておくと、トランジスタ12
3は、常にVA−VT(VTはトランジスタ123のしき
い値電圧)の電位となっている。
FIG. 3B is a potential diagram showing a sensor reset state. When the second transistor 124 and the output line reset transistor 150 shown in FIG. 2 are turned on, the potential of the storage capacitor 122 becomes the reset voltage V V as shown in FIG. When a constant voltage VA is applied to the gate of the transistor 123, the transistor 12
3 is always V A -V T (V T is the threshold voltage of the transistor 123) and has a potential of.

【0032】図3(C)は、信号蓄積状態を示すポテン
シャル図である。トランジスタ124がオフの状態で、
X線がセンサセル121に照射されると、センサセル1
21中で、キャリアを生成し、そのキャリアが、トラン
ジスタ123を介して蓄積容量122に蓄積され、蓄積
容量122の電位が電位VVから変化する。
FIG. 3C is a potential diagram showing a signal accumulation state. With the transistor 124 turned off,
When X-rays are irradiated on the sensor cell 121, the sensor cell 1
In 21, carriers are generated, and the carriers are stored in the storage capacitor 122 via the transistor 123, and the potential of the storage capacitor 122 changes from the potential V V.

【0033】図3(D)は、読み出し状態を示すポテン
シャル図である。出力線リセットトランジスタ150が
オフした状態で、トランジスタ124がオンすると、蓄
積容量122に蓄積された電荷が出力線125に読み出
される。
FIG. 3D is a potential diagram showing a read state. When the transistor 124 is turned on with the output line reset transistor 150 turned off, the electric charge stored in the storage capacitor 122 is read out to the output line 125.

【0034】原理的には、上記のセンサリセット、信号
蓄積及び読み出しの動作が繰り返される。
In principle, the above-described operations of sensor reset, signal accumulation and reading are repeated.

【0035】図4は、X線撮像装置の駆動の一例を説明
するためのタイミングチャートである。
FIG. 4 is a timing chart for explaining an example of driving of the X-ray imaging apparatus.

【0036】トランジスタ123のゲートに与える電圧
を、一定電圧(電圧VA)とする。出力線125のリセ
ット(リセット電位VV)を、φVRをVRとして、出力線
リセットトランジスタ150をオンすることで行なった
後、水平走査回路120でφ V1にパルスを加え、蓄積容
量122に蓄積された信号に、各出力線125に読み出
し、各水平走査をφH2、φH2…と行なうことにより、出
力回路130から順次出力(Vout)がされる。
Voltage applied to gate of transistor 123
At a constant voltage (voltage VA). Reset of output line 125
Reset (reset potential VV), ΦVRTo VRAs the output line
Performed by turning on the reset transistor 150
Then, the horizontal scanning circuit 120 outputs φ V1Pulse to the storage volume
Read out to each output line 125 to the signal accumulated in the quantity 122
And each horizontal scan is φH2, ΦH2... by doing
Output from the power circuit 130 (Vout) Is done.

【0037】図1に示したX線センサの半導体材料によ
るX線の吸収は、光電効果、コンプトン及び電子対創生
の3つのメカニズムによって決まる。図5に、SiとG
eの例を示す。
The absorption of X-rays by the semiconductor material of the X-ray sensor shown in FIG. 1 is determined by three mechanisms: photoelectric effect, Compton, and electron pair creation. FIG. 5 shows Si and G
The example of e is shown.

【0038】医療用及び分析用などの用途では、0.1
MeV以下を使用することが多いので、主に光電効果に
よって吸収が決まる。
For applications such as medical and analytical purposes, 0.1
Since MeV or less is often used, absorption is mainly determined by the photoelectric effect.

【0039】X線吸収は、原子番号が大きい材料の方
が、吸収係数は大である。半導体で、pn接合による検
出を考えた場合、バンドギャップが1eVより小さい場
合は、室温で使う場合でも暗電流が多くなり、雑音特性
が低下するので、それに対する対策が必要になる。した
がって、バンドギャップ1eV以上で、pn接合の暗電
流が小さく、かつ、X線吸収の大きい材料が望ましい。
GaAsやGaP等は、バンドギャップがSiより大き
く、放射線検出材料として好ましい。
As for X-ray absorption, a material having a higher atomic number has a higher absorption coefficient. Considering detection by a pn junction in a semiconductor, if the band gap is smaller than 1 eV, the dark current increases even when used at room temperature, and the noise characteristics are deteriorated. Therefore, a material having a band gap of 1 eV or more and having a small dark current at the pn junction and a large X-ray absorption is desirable.
GaAs, GaP, and the like have a larger band gap than Si, and are preferable as the radiation detection material.

【0040】図5に示した様に、Siは、X線の吸収係
数が比較的小さいので、これを鑑みて、低エネルギー用
とすれば良い。
As shown in FIG. 5, Si has a relatively small X-ray absorption coefficient. In view of this, Si may be used for low energy.

【0041】図6は、半導体の材料の放射線によるキャ
リアの生成をするために必要なエネルギーを示す。横軸
は半導体エネルギーギャップ、縦軸は生成に必要なエネ
ルギーを示す。キャリア生成に必要なエネルギーについ
ては、小さい方が、たくさんキャリアを発生するので望
ましい。
FIG. 6 shows the energy required to generate carriers by radiation of a semiconductor material. The horizontal axis shows the semiconductor energy gap, and the vertical axis shows the energy required for generation. Regarding the energy required for carrier generation, a smaller energy is preferable because a larger number of carriers are generated.

【0042】GaAs、CdTeは5eV程度でる。し
たがって、例えば、50keVのX線から10000個
のキャリア対を生成することができる。GaAs、Cd
Teはバンドギャップも大きく、かつ、ε(eV)が小
さく、かつ、X線吸収が大きいために、X線検出材料と
して望ましい。
GaAs and CdTe are about 5 eV. Therefore, for example, 10,000 carrier pairs can be generated from 50 keV X-rays. GaAs, Cd
Te is desirable as an X-ray detection material because it has a large band gap, a small ε (eV), and a large X-ray absorption.

【0043】さらに、GaAsは、結晶の完全性が高
く、暗電流が小さく、使用材料として望ましい。GaA
sは、Geと非常に近いX線吸収特性を持つ。上記特性
を鑑みると、照射されるX線量が制限される、医療用途
などに好適に用いることができる。GaAsの量産性
は、現在Si同様に良好であり、経済的にも非常に好適
である。
Furthermore, GaAs is desirable as a material to be used because of its high crystal perfection and small dark current. GaAs
s has an X-ray absorption characteristic very similar to that of Ge. In view of the above characteristics, it can be suitably used for medical applications or the like in which the irradiated X-ray dose is limited. The mass productivity of GaAs is as good as that of Si at present, and is very economically favorable.

【0044】図1のX線センサにおいて、X線を検出す
る部分(X線センシング部100)のn+層30、p+
10のところは、放射線(ここではX線)の不感帯とな
る。空乏層中でX線のキャリアへの変換が有効に行われ
る。
In the X-ray sensor shown in FIG. 1, the portions where the X-rays are detected (X-ray sensing section 100), ie, the n + layer 30 and the p + layer 10, are dead zones for radiation (here, X-rays). Conversion of X-rays to carriers is effectively performed in the depletion layer.

【0045】図7には、Siにおけるn+あるいはpの
抵抗率をパラメータとし、印加電圧と空乏層の厚さを示
す。抵抗率が100Ω・cm以上で高く、かつ、印加電
圧は10V以上、望ましくは100V以上とすることが
好ましい。1mm近くの空乏層にするには、1000V
以上も印加電圧が求められる。GaAsでは、107Ω
cm以上の抵抗のウエハを作製できるので、Siに比べ
ると低い電圧で、厚い空乏層が得られ、高感度化でき
る。又、GaAsは、Geと同様なX線吸収特性を有し
ているので、直接X線材料として好適である。
FIG. 7 shows the applied voltage and the thickness of the depletion layer, using the resistivity of n + or p in Si as a parameter. It is preferable that the resistivity is high at 100 Ω · cm or more, and the applied voltage is 10 V or more, preferably 100 V or more. 1000V to make the depletion layer close to 1mm
The applied voltage is also required as described above. In GaAs, 107Ω
Since a wafer having a resistance of not less than 1 cm can be manufactured, a thick depletion layer can be obtained at a lower voltage than that of Si, and the sensitivity can be increased. GaAs has the same X-ray absorption characteristics as Ge, and is therefore suitable as a direct X-ray material.

【0046】図2で、端子1000には、Siでは10
00V以上の電圧を印加する。GaAsでは、より低い
電圧となる。
In FIG. 2, the terminal 1000 has 10
A voltage of 00 V or more is applied. In GaAs, the voltage is lower.

【0047】トランジスタ(薄膜トランジスタ:TF
T)123に、一定電圧VAを常に加えることにより、
センサセル121のもう一方の電極は、常にVA−VT
になっている。そのため、センサセル121は、常に一
定の電圧が印加され、空乏層の厚みも変化なく、安定な
動作が可能である。
Transistor (thin film transistor: TF
T) 123, by constantly applying a constant voltage VA ,
The other electrode of the sensor cell 121 is always VA-VT
It has become. Therefore, a constant voltage is always applied to the sensor cell 121, and the thickness of the depletion layer does not change and stable operation is possible.

【0048】図8は、TiBr、CsI、SeのX線吸
収特性を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing the X-ray absorption characteristics of TiBr, CsI, and Se.

【0049】図24においては、単結晶の半導体を高抵
抗X線検出部として使う例を示している。単結晶高抵抗
部20′の材料として、高抵抗を有すること(>107
Ωcm)、暗電流(バンドギャップ〜1.5eV)が小
さいこと、大口径ウエハ(6インチφ)ができることな
どから、GaAsは特によい。10′はn+層を示して
いる。
FIG. 24 shows an example in which a single crystal semiconductor is used as a high-resistance X-ray detector. The material of the single crystal high resistance portion 20 ′ has high resistance (> 10 7).
GaAs is particularly preferable because of its small dark current (band gap to 1.5 eV), large-diameter wafers (6 inch φ), and the like. 10 'indicates an n + layer.

【0050】図9は、本発明の他の実施形態によるX線
センサの断面図である。
FIG. 9 is a sectional view of an X-ray sensor according to another embodiment of the present invention.

【0051】本実施形態は、p+層10の周辺に、p+よ
り低い濃度のp領域500(ガード領域となる)を設け
ることにより、X線検出器に高電圧印加をする場合の、
周辺の急峻な電界の緩和を図り、pn接合の耐圧を改善
したものである。
In the present embodiment, by providing a p region 500 (which serves as a guard region) having a lower concentration than p + around the p + layer 10, a high voltage is applied to the X-ray detector.
The steep electric field in the periphery is alleviated to improve the breakdown voltage of the pn junction.

【0052】図10は、本発明の、さらに他の実施形態
によるX線センサの断面図である。
FIG. 10 is a sectional view of an X-ray sensor according to still another embodiment of the present invention.

【0053】本実施形態は、上部n+領域30を分離し
たものであり、解像度を改良するのに効果がある。33
はn+領域30を分離する絶縁膜である。
In this embodiment, the upper n + region 30 is separated, which is effective in improving the resolution. 33
Is an insulating film for separating the n + region 30.

【0054】図11は、本発明の、さらに他の実施形態
によるX線センサの断面図である。
FIG. 11 is a sectional view of an X-ray sensor according to still another embodiment of the present invention.

【0055】図11は、下側基板を単結晶基板にした例
である。単結晶基板114を用いることで、周辺回路も
下側基板にとり込むこともでき、高機能化、高速読み出
しにもさらに効果を発揮する。半導体基板である単結晶
基板114内に、n型領域であるソース、ドレイン10
2が形成され、p領域116上に絶縁層を介してゲート
電極が形成されて、トランジスタ115が形成されてい
る。
FIG. 11 shows an example in which the lower substrate is a single crystal substrate. By using the single crystal substrate 114, the peripheral circuit can be incorporated into the lower substrate, which further enhances the functions and the high-speed reading. In a single crystal substrate 114 as a semiconductor substrate, a source and a drain 10 as n-type regions are provided.
2 is formed, and a gate electrode is formed over the p region 116 with an insulating layer interposed therebetween, so that the transistor 115 is formed.

【0056】図12は、本発明によるX線撮像装置の他
の実施形態である等価回路である。本実施形態では、セ
ンサセル121にリセットトランジスタ126を接続し
た。リセットトランジスタ(リセット薄膜トランジス
タ)126の導入により、センサの残像を改善できる。
電圧VRSを、VA−VT より若干大きく設定することに
より、残像の改善されたX線センサとなった。なお、リ
セットトランジスタ126は、センサセル121の電位
を一定期間固定する電位固定手段となる。
FIG. 12 is an equivalent circuit showing another embodiment of the X-ray imaging apparatus according to the present invention. In the present embodiment, the reset transistor 126 is connected to the sensor cell 121. The introduction of the reset transistor (reset thin film transistor) 126 can improve the afterimage of the sensor.
By setting the voltage VRS slightly higher than VA-VT, an X-ray sensor with improved afterimage is obtained. Note that the reset transistor 126 serves as a potential fixing means for fixing the potential of the sensor cell 121 for a certain period.

【0057】図22に、上記X線撮像装置のタイミング
・チャートを示す。
FIG. 22 shows a timing chart of the X-ray imaging apparatus.

【0058】φR1、φR2…、φV1、φV2、…をφVRにそ
れぞれ同期して、センサ部をリセットする。φR1、φR2
のオフ時は、完全にオフ状態にしないで、リセットトラ
ンジスタ126のゲートにVB の電圧を与えておくと、
センサ部に強力な入力X線が入り、蓄積容量122(容
量値C1)に大きな電荷QLange が蓄積されたとき、V
Lange =QLange /C1 は、VB−VTHより大きくなら
ない。これにより、スイッチ・トランジスタ124に過
大な電圧がかからないようにできる。過大な電圧とは、
例えば、図3(C)で示したトランジスタ124のVma
xより大きな電圧であり、Vmax以上の電圧が蓄積容量C
(122)に蓄積されると、トランジスタ124の出力
側にキャリアが流れ出し、画像に大きな影響がでる。C
CDなどで、ブルーミングとよばれているような画像へ
の影響をなくすことができる。
.., ΦV2,..., ΦV1, φV2,. φR1, φR2
When the voltage VB is applied to the gate of the reset transistor 126 without completely turning it off when
When a strong input X-ray enters the sensor unit and a large charge Q Lange is stored in the storage capacitor 122 (capacitance value C 1 ), V
Lange = Q Lange / C 1 is not greater than V B -V TH. This prevents an excessive voltage from being applied to the switch transistor 124. Excessive voltage is
For example, Vma of the transistor 124 shown in FIG.
x and a voltage equal to or higher than Vmax
When the charges are accumulated in (122), carriers flow out to the output side of the transistor 124, which greatly affects an image. C
In a CD or the like, it is possible to eliminate an effect on an image which is called blooming.

【0059】図13は、蓄積容量をリセットするリセッ
トスイッチ127を、各蓄積容量に設けた例を示す図で
ある。
FIG. 13 is a diagram showing an example in which a reset switch 127 for resetting a storage capacitor is provided for each storage capacitor.

【0060】スイッチトランジスタ127の動作を、図
12のセンサのトランジスタ126と同様の動作とする
と、同様にオフ時にVBの電圧を与えておくと、蓄積容
量122(容量値C1 )は、VB−VTH以上の電圧にな
らない様にできる。読み出しトランジスタ124からの
蓄積容量122のキャリアのオーバーフローを防止する
ことにより、縦方向画像の特性を改善することができ
た。
Assuming that the operation of the switch transistor 127 is the same as that of the transistor 126 of the sensor shown in FIG. 12, if the voltage of VB is given in the off state, the storage capacitor 122 (capacity value C1) becomes VB-VTH It is possible to prevent the voltage from becoming higher than the above. By preventing overflow of carriers in the storage capacitor 122 from the read transistor 124, the characteristics of the vertical image could be improved.

【0061】X線光量が十分に小さいときは、オフ時の
電圧は完全なオフ電位でよい。
When the amount of X-rays is sufficiently small, the off-state voltage may be a complete off-potential.

【0062】この機能により、過大X線入力が入った場
合の保護機能をもたすことができる。スイッチトランジ
スタ127は、リセット・スイッチとキャリアオーバー
フロー防止の保護回路との二つの機能をもたせることが
できる。
With this function, it is possible to provide a protection function when an excessive X-ray input is made. The switch transistor 127 can have two functions of a reset switch and a protection circuit for preventing carrier overflow.

【0063】図14は、トランジスタ126、127を
同時に設けた実施形態を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing an embodiment in which transistors 126 and 127 are provided at the same time.

【0064】VB は、VA より若干大きいか、同じ程度
にすると((VA−VTH126 )≒(VB−VTH128 ))、
センサの最大蓄積電荷は、 Qmax =(VA−VTH126−Vv)C1 である。
[0064] V B is, or slightly higher than V A large, and to the same extent ((V A -V TH126) ≒ (V B -V TH128)),
Maximum charge storage of the sensor, Q max = (V A -V TH126 -Vv) is C 1.

【0065】VA 、VB 、VRを変えることにより、Q
max を容易に変えることができる。かつ、スイッチトラ
ンジスタ124のソース・ゲート耐電圧(VS-Gmax)か
ソース−ドレイン間の耐電圧(VS-Dmax)の小さい方よ
り、VB を設定すれば、スイッチ・トランジスタの電圧
破壊の保護もできる。
By changing V A , V B , and V R , Q
max can be easily changed. And source-gate breakdown voltage (V S -G max) or the source of the switching transistor 124 - than smaller withstand voltage between the drain (V S -D max), by setting the V B, the voltage of the switching transistor Destruction protection is also possible.

【0066】図15は、各セルに、ソースフォロアを有
し、すなわち、各セルにアンプを有しているため、信号
増幅ができ、感度向上を図ることができる。各セルに
は、選択用のトランジスタ128、アンプとなるトラン
ジスタ129を有し、ソースフォロアを構成している。
FIG. 15 shows that each cell has a source follower, that is, each cell has an amplifier, so that signal amplification can be performed and sensitivity can be improved. Each cell has a transistor 128 for selection and a transistor 129 serving as an amplifier, and constitutes a source follower.

【0067】図16、図17及び図18は、図12、図
13及び図14の構成の単位セルに、それぞれ、図15
のソースフォロアを設けたものである。図16、図18
では、リセットトランジスタ126をそれぞれ設けるこ
とで、残像改善を行なっている。
FIGS. 16, 17 and 18 show the unit cells of the configurations of FIGS. 12, 13 and 14, respectively, as shown in FIG.
The source follower is provided. 16 and 18
Thus, afterimages are improved by providing the reset transistors 126 respectively.

【0068】図19は、固定パターンノイズを除去する
ために、出力系を2系統設けた実施形態である。図19
において、φVRをオンすることにより、セルおよび容
量Cをリセットした後、セルから、センサリセット後の
雑音(N)を、トランジスタ131を介して、蓄積容量
Nに蓄積する。その後、セルに信号(S)が蓄積され
た後、同セルから、雑音成分を含む信号(S+N)を、
トランジスタ132を介して読み出して蓄積容量CS
蓄積する。その後、蓄積容量CN、CSの両方から、トラ
ンジスタ135、136をオンし、雑音と雑音成分を含
む信号を読み出し、減算アンプ137により、雑音成分
を含む信号(S+N)から雑音成分(N)をさし引いて
信号(S)を出力する(Vout)。133、134
は、蓄積容量CN、CSをリセットするトランジスタであ
る。セルをリセットする前に容量C NとCsは、φHRに
よりトランジスタ135、136をオンし、リセットし
ておく。
FIG. 19 shows the removal of fixed pattern noise.
Therefore, in this embodiment, two output systems are provided. FIG.
At φVR, the cell and capacitor are turned on.
After resetting the quantity C, the cell
The noise (N) is transferred to the storage capacitor via the transistor 131.
CNTo accumulate. After that, the signal (S) is stored in the cell.
After that, a signal (S + N) containing a noise component is
Read through the transistor 132 and read the storage capacitance CSTo
accumulate. Then, the storage capacity CN, CSTigers from both
Turn on the transistors 135 and 136 to include noise and noise components.
And the noise component is read out by the subtraction amplifier 137.
Subtract the noise component (N) from the signal (S + N) containing
The signal (S) is output (Vout). 133, 134
Is the storage capacity CN, CSReset transistor
You. Before resetting the cell, NAnd CsIs to φHR
To turn on and reset transistors 135 and 136
Keep it.

【0069】次に、本発明の別のX線撮像装置の一例に
ついて説明する。
Next, an example of another X-ray imaging apparatus according to the present invention will be described.

【0070】図25は、本発明によるX線センサの概略
的断面図である。
FIG. 25 is a schematic sectional view of an X-ray sensor according to the present invention.

【0071】図25において、図1と同じ参照番号の部
材は、図1で説明したものと同じであるので、その詳細
についての説明は省略する。図25に示されるX線セン
サは、図1で説明したように、センシング部100に照
射されたX線から、電子−正孔対を生成し、一方のキャ
リアを蓄積し、画像情報を担う電気信号として読み出
す。
In FIG. 25, members having the same reference numerals as those in FIG. 1 are the same as those described in FIG. 1, and therefore, detailed description thereof will be omitted. The X-ray sensor shown in FIG. 25 generates an electron-hole pair from the X-ray radiated to the sensing unit 100, accumulates one of the carriers, and carries the image information, as described in FIG. Read as a signal.

【0072】X線センシング部100は、上述したよう
に、GaAs、GaP、Siなどの半導体を用いて構成
され、n+ 層310、p-層(i層)320、p+ 層3
30を有する。これら層は、空乏層がn+ 層310とp
-層320の界面から広がるpinダイオードを形成す
る。p+ 層330上、つまり、X線入射側には、金属層
31、32が形成され、n+ 層310下、つまり、X線
入射側と反対側、ここでは読み出し部200側に形成さ
れた金属層11、12を有する。金属層12は、前述し
たようにバリアメタルである。X線センシング部100
は、上述のように、単結晶半導体基板を利用して形成す
ることができる。
As described above, the X-ray sensing unit 100 is formed using a semiconductor such as GaAs, GaP, or Si, and includes an n + layer 310, a p layer (i layer) 320, and a p + layer 3.
30. In these layers, the depletion layer is composed of n + layer 310 and p +
- forming a pin diode extending from the interface of the layer 320. The metal layers 31 and 32 are formed on the p + layer 330, that is, on the X-ray incident side, and formed below the n + layer 310, that is, on the side opposite to the X-ray incident side, here, on the readout unit 200 side. It has metal layers 11 and 12. The metal layer 12 is a barrier metal as described above. X-ray sensing unit 100
Can be formed using a single crystal semiconductor substrate as described above.

【0073】図示されるように、本例は、X線センシン
グ部100のダイオードの接続方向が異なっている点
が、図1及び図2に示される例と異なっている。
As shown, the present embodiment differs from the embodiments shown in FIGS. 1 and 2 in that the connection direction of the diode of the X-ray sensing unit 100 is different.

【0074】読み出し部200は、絶縁基板1上に回路
を構成するn型薄膜トランジスタ220を有し、n型薄
膜トランジスタ2は、ゲート221、n+ソース、n+ド
レイン222、低不純物濃度の半導体活性層223、ソ
ース、ドレインと接続される金属配線230を有する。
薄膜トランジスタ220は、保護膜113で覆われてい
る。前述したように、薄膜トランジスタの半導体材料と
しては、アモルファスシリコン、ポリシリコン、マイク
ロクリスタルシリコン等の非単結晶材料が好適に使用さ
れる。図1と同様、図25では図示されていないが、読
み出し部200には、蓄積容量となるキャパシタンスが
形成されている。
The reading section 200 has an n-type thin film transistor 220 constituting a circuit on the insulating substrate 1. The n-type thin film transistor 2 has a gate 221, an n + source, an n + drain 222, and a semiconductor active layer having a low impurity concentration. 223, a metal wiring 230 connected to the source and the drain.
The thin film transistor 220 is covered with the protective film 113. As described above, as the semiconductor material of the thin film transistor, a non-single-crystal material such as amorphous silicon, polysilicon, or microcrystal silicon is preferably used. Similar to FIG. 1, although not shown in FIG. 25, the reading unit 200 has a capacitance serving as a storage capacitor.

【0075】図26に、図25に示されたX線センサを
有するX線撮像装置の概略的等価回路を示す。図2に示
される参照番号と同じ部材は、図2に示されたものと同
じであるので、その詳細な説明は省略する。
FIG. 26 shows a schematic equivalent circuit of an X-ray imaging apparatus having the X-ray sensor shown in FIG. The same members as those shown in FIG. 2 are the same as those shown in FIG.

【0076】図26においては、単位セルは、X線セン
サセル121、蓄積容量122、X線センサセル121
からの信号を蓄積容量122に転送する第1のn型の薄
膜トランジスタ(TFT)123、蓄積容量122から
信号を読み出す第2のn型の薄膜トランジスタ(TF
T)124を有する。
In FIG. 26, the unit cells are an X-ray sensor cell 121, a storage capacitor 122, and an X-ray sensor cell 121.
A first n-type thin film transistor (TFT) 123 for transferring a signal from the storage capacitor 122 to a storage capacitor 122, and a second n-type thin film transistor (TF) for reading a signal from the storage capacitor 122
T) 124.

【0077】図26では、ダイオードとして図示されて
いるX線センサセル121の極性が図2に示される等価
回路図と異なっている。
In FIG. 26, the polarity of the X-ray sensor cell 121 shown as a diode differs from the equivalent circuit diagram shown in FIG.

【0078】水平走査回路(シフトレジスター等)12
0により、行ごとに各単位セルの第2の薄膜トランジス
タ124が選択されて、各単位セルの蓄積容量122か
ら出力線125に信号が読み出され、この信号が、出力
線125に接続されるアンプ140を介して出力回路1
30に入力され、出力回路130によって、列ごとに順
次出力される。各信号線に増幅器(140:アンプ)を接
続することは、ガラス基板上に形成された大型の回路基
板(たとえば、20cm×20cmや43cm×43cmの大きさ)の放
射線撮像装置では、放射線撮像装置の電荷蓄積容量の容
量値(通常0.5〜3pF程度)に比べて、出力線の配線
クロス部及び薄膜トランジスタのゲートと出力線とつな
がっているソース間の容量等からなる寄生容量値が、数
十pFから100pF程度になって大きいので、信号対雑
音比を十分とるために効果的である。各蓄積容量122
と各出力線125は、出力線リセットトランジスタ15
0により、トランジスタ124を介して電位Vvに設定
される。出力回路130は、例えば出力線ごとに設けら
れたサンプリング蓄積容量160と、このサンプリング
蓄積容量と共通出力線とを接続するトランジスタ170
を有する。(図35の概略的回路図参照)この出力回路
30では、転送パルスφTにより、出力線からの電気信
号をサンプリング蓄積容量160に順次蓄積し、シフト
レジスタのような走査回路195からφH1、φH2、…の
タイミングパルスが回路中のトランジスタ180に順次
入力されてトランジスタ180が順次オンして、サンプ
リング蓄積容量160から列ごとに信号が共通出力線に
接続されたバッファアンプ190に読み出されて出力
(VOUT)される。
Horizontal scanning circuit (shift register, etc.) 12
0, the second thin film transistor 124 of each unit cell is selected for each row, a signal is read from the storage capacitor 122 of each unit cell to the output line 125, and this signal is output to the amplifier connected to the output line 125. Output circuit 1 via 140
30 and output by the output circuit 130 sequentially for each column. Connecting an amplifier (140: amplifier) to each signal line requires a radiation imaging device on a large circuit board (for example, a size of 20 cm × 20 cm or 43 cm × 43 cm) formed on a glass substrate. Is smaller than the capacitance value of the charge storage capacitor (generally about 0.5 to 3 pF), the parasitic capacitance value including the capacitance between the wiring cross portion of the output line and the source connected to the gate of the thin film transistor and the output line is several times smaller. Since it is large from about 10 pF to about 100 pF, it is effective to obtain a sufficient signal-to-noise ratio. Each storage capacity 122
And each output line 125 is connected to the output line reset transistor 15.
By 0, the potential is set to the potential Vv via the transistor 124. The output circuit 130 includes, for example, a sampling storage capacitor 160 provided for each output line, and a transistor 170 connecting the sampling storage capacitor to a common output line.
Having. (Refer to the schematic circuit diagram of FIG. 35.) In this output circuit 30, electric signals from the output lines are sequentially accumulated in a sampling accumulation capacitor 160 by a transfer pulse φT, and φH1, φH2,. .. Are sequentially input to the transistor 180 in the circuit, and the transistor 180 is sequentially turned on, and the signal is read out from the sampling storage capacitor 160 to the buffer amplifier 190 connected to the common output line for each column and output ( V OUT ).

【0079】図27は、図26に示されるX線撮像装置
を駆動するためのタイミングチャートの一例である。
FIG. 27 is an example of a timing chart for driving the X-ray imaging apparatus shown in FIG.

【0080】トランジスタ123のゲートに与える電圧
を一定電圧(電圧VA)とする。蓄積容量122と出力
線125のリセットのために、φVRをVRとして、リセ
ット電位Vvに接続された出力線リセットトランジスタ
150をオンとし、同時に、φV1をオンとする(リセッ
トモード)。その後、φVR、φV1をオフにして、X線セ
ンサセル121は、蓄積モードにはいる。次に、水平走
査回路120でφV1にパルスを加え、蓄積容量122に
蓄積された信号を、各出力線125に読み出す(読み出
しモード)。その後、転送パルスにより、サンプリング
蓄積容量(不図示)に一括で電荷を転送した後、各水平
走査をφH1、φH2…と行なうことにより、サンプリング
蓄積容量から順次出力(Vout)がされる。蓄積電荷が
出力線125に転送された後は、又再びリセットモード
に戻る。
The voltage applied to the gate of the transistor 123 is a constant voltage (voltage VA). For resetting of the storage capacitor 122 and the output line 125, the .phi.V R as V R, and on the output line reset transistor 150 connected to the reset potential Vv, simultaneously turns on the .phi.V 1 (reset mode). Thereafter, .phi.V R, turn off the .phi.V 1, X-ray sensor cell 121 enters a storage mode. Next, a pulse is applied to φV 1 by the horizontal scanning circuit 120, and the signal stored in the storage capacitor 122 is read out to each output line 125 (readout mode). Thereafter, charges are collectively transferred to a sampling storage capacitor (not shown) by a transfer pulse, and then each horizontal scan is performed as φH1, φH2,..., So that an output (Vout) is sequentially output from the sampling storage capacitor. After the stored charge is transferred to the output line 125, the operation returns to the reset mode again.

【0081】上記したサイクルは、各水平ラインに対し
て同様に行い、順次情報を読み出してゆく。
The above-described cycle is similarly performed for each horizontal line, and information is sequentially read.

【0082】なお、読み出しモードのφVi(i=1、
2、3…)がオンされる直前に読み出し手段であるトラ
ンジスタ124をオフした状態(φViをオフ状態)で、
リセット手段であるトランジスタ150をオンした状態
(ΦVRをオン状態)にすることより、出力線のみのリセ
ットをさらに行っても良い。この場合、他の動作は、図
27に示したものと同様に行えば良い。この動作によ
り、一部の撮像装置の撮影領域に強い放射線が入射した
とき、蓄積容量からスイッチ124を介して出力線に電
荷がもれて、他のセル読み出し時に影響する現象(CC
D等でブルーミングと呼ばれている現象)を防止するこ
とが出来る。
In the reading mode, φVi (i = 1,
In a state in which the transistor 124 serving as the reading means is turned off (φVi is in an off state) immediately before (2, 3...) Is turned on,
Than to the state of turning on the transistor 150 is a reset means (? V R the ON state), it may be further subjected to reset only the output line. In this case, the other operations may be performed in the same manner as shown in FIG. By this operation, when strong radiation enters the imaging region of some imaging devices, charge leaks from the storage capacitor to the output line via the switch 124 and affects the other cell reading (CC).
A phenomenon called blooming in D etc.) can be prevented.

【0083】図25のX線センサにおいて、X線を検出
する部分のp+層330、n+層310のところは、放射
線の不感帯となる。空乏層中でX線のキャリアへの変換
が有効に行われる。
In the X-ray sensor shown in FIG. 25, portions of the p + layer 330 and the n + layer 310 where X-rays are detected are dead zones of radiation. Conversion of X-rays to carriers is effectively performed in the depletion layer.

【0084】薄膜トランジスタ123に一定電圧VA を
常に加えることにより、センサセル121のもう一方の
電極は、常にVA−VT になっている。そのため、セン
サセル121は、常に一定の電圧印加され、空乏層の厚
みも変化なく、安定な動作が可能である。
By constantly applying a constant voltage VA to the thin film transistor 123, the other electrode of the sensor cell 121 is always at VA-VT. Therefore, a constant voltage is always applied to the sensor cell 121, and the thickness of the depletion layer does not change and stable operation is possible.

【0085】図28は、本発明の別のX線センサの一例
を示す概略的断面図である。図示されるように、本例
は、図24に示されるX線センサのX線センシング部1
00の極性が異なっている例であり、p−型あるいはi
型の単結晶の半導体を高抵抗X線検出部として使う例を
示している。単結晶高抵抗部(ここではp-領域)320
の材料として、高抵抗を有すること(>107Ωc
m)、暗電流(バンドギャップ〜1.5eV)が小さい
こと、大口径ウエハ(6インチφ)ができることなどか
ら、GaAsを利用することが望ましい。310はn+
層、330はp+領域である。
FIG. 28 is a schematic sectional view showing an example of another X-ray sensor of the present invention. As shown in the figure, the present example is an X-ray sensing unit 1 of the X-ray sensor shown in FIG.
00 are different polarities, p-type or i-type.
An example is shown in which a single crystal semiconductor of a type is used as a high-resistance X-ray detection unit. Single crystal high resistance portion (here, p - region) 320
Material having high resistance (> 10 7 Ωc)
m), a small dark current (a band gap of 1.5 eV), a large-diameter wafer (6 inch φ), and the like are preferably used. 310 is n +
Layer 330 is the p + region.

【0086】図29は、本発明の、他のX線センサの一
例を示す概略的断面図である。
FIG. 29 is a schematic sectional view showing an example of another X-ray sensor according to the present invention.

【0087】本例は、図29に示されるX線センサの、
X線センシング部100の極性が異なっている例であ
り、p-型あるいはi型の単結晶の半導体(図ではp-
域)を高抵抗X線検出部として使う例を示している。こ
こでは、n+ 層310の周辺に、n+ より低い濃度のn
領域3500(ガード領域となる)を設けることによ
り、X線検出器に高電圧印加をする場合の、周辺の急峻
な電界の緩和を図り、pn接合の耐圧を改善している。
This example is based on the X-ray sensor shown in FIG.
This is an example in which the polarity of the X-ray sensing unit 100 is different, and shows an example in which a p - type or i-type single crystal semiconductor (p - region in the figure) is used as a high-resistance X-ray detection unit. Here, the periphery of the n + layer 310, the n + lower concentrations n
By providing the region 3500 (which becomes a guard region), when a high voltage is applied to the X-ray detector, a steep peripheral electric field is relaxed, and the withstand voltage of the pn junction is improved.

【0088】図30は、本発明の、さらに他のX線セン
サの一例を示す概略的断面図である。
FIG. 30 is a schematic sectional view showing another example of the X-ray sensor according to the present invention.

【0089】本例は、図29に示されるX線センサの、
X線センシング部100の極性が異なっている例であ
り、p-型あるいはi型の単結晶の半導体(図ではp-
域320)を高抵抗X線検出部として使う例を示してい
る。ここでは、上部p+ 領域330を分離したものであ
り、解像度を改良するのに効果がある。33は、p+
域30を分離する絶縁膜である。
This example is based on the X-ray sensor shown in FIG.
This is an example in which the polarity of the X-ray sensing unit 100 is different, and shows an example in which a p -type or i-type single crystal semiconductor (p region 320 in the figure) is used as the high-resistance X-ray detection unit. Here, the upper p + region 330 is separated, which is effective in improving the resolution. 33 is an insulating film separating the p + region 30.

【0090】図30で、p-領域320を反対導電型n-
にすると、空乏層は表面側から広がり、確実にX線入射
の多い所で、空乏層があるため、感度、解像度が安定す
る。ただし、空乏層はp+とn+の間、n-領域全厚みに
広がっていることが求められる。
In FIG. 30, p region 320 is changed to n − of the opposite conductivity type.
Then, the depletion layer spreads from the surface side, and the sensitivity and the resolution are stabilized because the depletion layer surely exists in the place where the X-rays are largely incident. However, the depletion layer is required to extend between p + and n + and the entire thickness of the n region.

【0091】図31は、本発明の、さらに他の実施形態
によるX線センサの概略的断面図である。
FIG. 31 is a schematic sectional view of an X-ray sensor according to still another embodiment of the present invention.

【0092】図31は、図28に示されるX線センサの
下側基板を、単結晶基板にした例であり、図11のX線
センサとは、X線センシング部100の極性を異ならし
た場合の例である。ここでは、単結晶基板114を用い
ることで、周辺回路も下側基板にとり込むこともでき、
高機能化、高速読み出しにも、さらに効果を発揮する。
p領域116上にゲート電極を形成することで、トラン
ジスタ115が形成されている。
FIG. 31 shows an example in which the lower substrate of the X-ray sensor shown in FIG. 28 is a single-crystal substrate. The X-ray sensor shown in FIG. This is an example. Here, by using the single crystal substrate 114, the peripheral circuit can be incorporated into the lower substrate,
It is even more effective for advanced functions and high-speed reading.
The transistor 115 is formed by forming a gate electrode over the p region 116.

【0093】図32は、他のX線センサの一例を説明す
るための概略的断面図である。図32には、図31に示
されるX線センサにおいて、n+領域310の周り全体
に、n+領域310より不純物密度の低いn型領域31
1を設けている。このような構成とすることにより、p
n接合でのn+領域310の周辺電界の低減により、p
n接合の耐圧改善と空乏層領域中での暗電流の低減を図
ることができる。
FIG. 32 is a schematic sectional view for explaining an example of another X-ray sensor. Figure 32 provides an X-ray sensor shown in FIG. 31, n + all around the region 310, n + lower n-type region 31 having an impurity density than region 310
1 is provided. With such a configuration, p
By reducing the electric field around the n + region 310 at the n junction, p
It is possible to improve the breakdown voltage of the n-junction and reduce the dark current in the depletion layer region.

【0094】図33は、本発明によるX線撮像装置の、
他の例を説明するための概略的等価回路図である。本例
では、図12に示される概略的等価回路図におけるセン
サセル121の極性を逆にした例が示されている。
FIG. 33 shows an X-ray imaging apparatus according to the present invention.
FIG. 9 is a schematic equivalent circuit diagram for explaining another example. In this example, an example is shown in which the polarity of the sensor cell 121 in the schematic equivalent circuit diagram shown in FIG. 12 is reversed.

【0095】図34は、上記X線撮像装置を駆動の一例
を説明するためのタイミング・チャートである。
FIG. 34 is a timing chart for explaining an example of driving the X-ray imaging apparatus.

【0096】φR1、φR2…、φV1、φV2、・・をφ
Rにそれぞれ同期して、トランジスタ124、12
6、130を駆動し、センサセル(センサ部)121を
リセットする。φR1、φR2のオフ時は、リセットトラ
ンジスタ126を完全にオフ状態にしないで、リセット
トランジスタ126のゲートにVB の電圧を与えておく
と、センサ部に強力な入力X線が入り、蓄積容量122
(容量値C1)に大きな電荷QLange が蓄積されたと
き、VLange =QLange /C1 は、VB−VTHより大き
くならない。これにより、トランジスタ124に過大な
電圧がかからない様にできる。過大な電圧とは、例えば
図3(C)で示した薄膜トランジスタ124のVmaxよ
り大きな電圧であり、Vmax以上の電圧が蓄積容量
(C)122に蓄積されると、トランジスタ124の出
力側にキャリアが流れ出し、画像に大きな影響がでる。
このように、トランジスタ126の駆動を制御すること
で、CCDなどでブルーミングとよばれているような画
像への影響をなくすことができる。
ΦR 1 , φR 2 ..., ΦV 1 , φV 2 ,.
Each in synchronization with the V R, transistor 124,12
6, 130 are driven to reset the sensor cell (sensor unit) 121. .phi.R 1, when the off-.phi.R 2 is not completely turned off reset transistor 126, the previously applied voltage of V B to the gate of the reset transistor 126 enters a strong input X-ray to the sensor unit, the storage Capacity 122
When a large charge Q Lange is accumulated in (capacitance value C 1 ), V Lange = Q Lange / C 1 does not become larger than V B −V TH . Thus, an excessive voltage is not applied to the transistor 124. Excessive voltage and is a voltage greater than Vmax of the thin film transistor 124 illustrated in example FIG. 3 (C), the the V max or voltage is stored in the storage capacitors (C) 122, a carrier on the output side of the transistor 124 Flows out, and the image is greatly affected.
As described above, by controlling the driving of the transistor 126, it is possible to eliminate an influence on an image which is called blooming in a CCD or the like.

【0097】もちろん、X線センシング部100の極性
を変えた場合であっても、図13乃至図19に示される
ような概略的等価回路図において、X線センシング部の
極性を逆にすることによって、同様にそれら回路が適用
できることは言うまでもない。
Of course, even when the polarity of the X-ray sensing unit 100 is changed, the polarity of the X-ray sensing unit can be reversed in the schematic equivalent circuit diagrams as shown in FIGS. Needless to say, these circuits can be similarly applied.

【0098】図35は、出力回路の1実施形態である。
トランジスタ170により、各ラインからの出力をアン
プ140を介して容量160に転送パルスφTにより同
時に転送後、シフトレジスタ195から順次パルスがト
ランジスタ180に出力されてアンプ190を介してV
outの出力がなされる。図27、図34の転送パルス
は、φTを示している。
FIG. 35 shows an embodiment of the output circuit.
After the output from each line is simultaneously transferred to the capacitor 160 via the amplifier 140 by the transfer pulse φT by the transistor 170, a pulse is sequentially output from the shift register 195 to the transistor 180, and V is output through the amplifier 190.
out is output. The transfer pulses in FIGS. 27 and 34 indicate φT.

【0099】図20は、絶縁性基板上に形成された読み
出し回路等を形成した基板200の上に、複数枚のX線
センシング部100を組み合わせることにより、大画面
の放射線撮像装置を作製した一例を示す模式的斜視図で
ある。図中1500、1600はそれぞれ駆動回路、出
力回路を示し、回路基板部である読み出し部200上に
設置される。読み出し部200の基板1としてガラス基
板を用いることで、撮像装置を大型化できる。
FIG. 20 shows an example in which a large-screen radiation imaging apparatus is manufactured by combining a plurality of X-ray sensing units 100 on a substrate 200 on which a readout circuit and the like are formed on an insulating substrate. It is a typical perspective view which shows. In the figure, reference numerals 1500 and 1600 denote a driving circuit and an output circuit, respectively, which are installed on the reading section 200 which is a circuit board section. By using a glass substrate as the substrate 1 of the reading unit 200, the size of the imaging device can be increased.

【0100】図21は、本発明の撮像装置を用いた医療
用診断機器の一例を示す模式図である。
FIG. 21 is a schematic diagram showing an example of a medical diagnostic device using the imaging apparatus of the present invention.

【0101】図21において、1001はX線発生源と
なるX線管、1002はX線通過の開閉制御を行うX線
シャッター、1003は照射筒又は可動絞り、1004
は被写体、1005は本発明を用いた放射線検出器、1
006は放射線検出器1005からの信号をデータ処理
するデータ処理装置である。1007はコンピュータで
あり、データ処理装置1006からの信号に基づいて、
X線画像等をCRT等のディスプレイ1009に表示し
たり、カメラ制御器1010、X線制御器1011及び
コンデンサ式高電圧発生器1012を介して、X線管1
001を制御してX線発生量の制御を行う。
In FIG. 21, reference numeral 1001 denotes an X-ray tube serving as an X-ray generation source; 1002, an X-ray shutter for controlling opening and closing of X-ray passage; 1003, an irradiation tube or a movable diaphragm;
Denotes a subject, 1005 denotes a radiation detector using the present invention, 1
Reference numeral 006 denotes a data processing device that performs data processing on a signal from the radiation detector 1005. 1007 is a computer, based on a signal from the data processing device 1006,
An X-ray image or the like is displayed on a display 1009 such as a CRT or the like, and an X-ray tube 1 is transmitted through a camera controller 1010, an X-ray controller 1011, and a capacitor type high voltage generator 1012.
001 is controlled to control the amount of X-ray generation.

【0102】[0102]

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、次の効果
を得ることができる。 (1)高電圧の印加される放射線検出部の印加電界を一
定に保つことにより、センサの読み取り感度の直線性を
保つことができる。pn接合構造X線検出部において、
印加電圧一定で空乏層の厚みを一定にできることによ
り、量子効率を高いまま一定にできる。中性領域は検出
不感帯となる。導電度変調型も電界を一定にすることに
より、電荷発生率を一定にすることができ直接性を一定
にできる。 (2)放射線の過大入力時に、センサのスイッチを介し
てのキャリア・オーバーフローを防止することができ
る。 (3)残像を少なくすることができる。 (4)高感度とすることができる。 (5)絶縁基板上の読み出し回路と放射線検出部を積層
することで、開口率高く、且つ薄膜トランジスタによ
り、雑音低く高S/Nで動画対応できる特性が得られ、
信頼性の高い放射線撮像装置が得られる。 (6)絶縁性基板上の非単結晶半導体の薄膜トランジス
タを使うことで、絶縁性基板をベースにして大型面積放
射線撮像装置が得られる。
According to the present invention described above, the following effects can be obtained. (1) By keeping the applied electric field of the radiation detector to which a high voltage is applied, the linearity of the reading sensitivity of the sensor can be maintained. In the pn junction structure X-ray detector,
Since the thickness of the depletion layer can be kept constant at a constant applied voltage, the quantum efficiency can be kept constant at a high level. The neutral region becomes a detection dead zone. In the conductivity modulation type as well, by keeping the electric field constant, the charge generation rate can be kept constant and the directness can be kept constant. (2) When the radiation is excessively input, it is possible to prevent a carrier overflow through a switch of the sensor. (3) Afterimages can be reduced. (4) High sensitivity can be achieved. (5) By laminating the readout circuit and the radiation detector on the insulating substrate, it is possible to obtain a high aperture ratio, and a thin film transistor capable of supporting a moving image with low noise and high S / N.
A highly reliable radiation imaging apparatus can be obtained. (6) By using a non-single-crystal semiconductor thin film transistor on an insulating substrate, a large-area radiation imaging apparatus based on the insulating substrate can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の放射線撮像装置の一例を示すX線セン
サの概略的断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view of an X-ray sensor showing an example of a radiation imaging apparatus according to the present invention.

【図2】本発明の放射線撮像装置の一例を示す概略的等
価回路図である。
FIG. 2 is a schematic equivalent circuit diagram illustrating an example of a radiation imaging apparatus according to the present invention.

【図3】図3(A)、図3(B)、図3(C)及び図3
(D)は、放射線撮像装置の単位セルの一例を示す概略
的等価回路図(図3(A))及びその動作の一例を示す
ポテンシャル図(図3(B)、図3(C)及び図3
(D))である。
FIGS. 3 (A), 3 (B), 3 (C) and 3
FIG. 3D is a schematic equivalent circuit diagram showing an example of a unit cell of the radiation imaging apparatus (FIG. 3A) and a potential diagram showing an example of its operation (FIGS. 3B, 3C and 3C). 3
(D)).

【図4】放射線撮像装置の動作の一例を示すタイミング
チャートである。
FIG. 4 is a timing chart illustrating an example of an operation of the radiation imaging apparatus.

【図5】SiとGeのX線エネルギーと吸収割合との一
例を示す特性図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing an example of X-ray energies and absorption ratios of Si and Ge.

【図6】半導体の材料の放射線によるキャリアの生成を
するために必要なエネルギーの一例を示す特性図であ
る。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing an example of energy required for generating carriers by radiation of a semiconductor material.

【図7】Siにおけるn+ 型領域あるいはp型領域の抵
抗率をパラメータとした、印加電圧と空乏層の厚さとの
関係の一例を示す特性図である。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing an example of a relationship between an applied voltage and a thickness of a depletion layer, using a resistivity of an n + type region or a p type region in Si as a parameter.

【図8】TiBr、CsI及びSeのX線吸収特性の一
例を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an example of the X-ray absorption characteristics of TiBr, CsI, and Se.

【図9】本発明の放射線撮像装置の一例を示すX線セン
サの概略的断面図である。
FIG. 9 is a schematic sectional view of an X-ray sensor showing one example of the radiation imaging apparatus of the present invention.

【図10】本発明の放射線撮像装置の一例を示すX線セ
ンサの概略的断面図である。
FIG. 10 is a schematic sectional view of an X-ray sensor showing one example of the radiation imaging apparatus of the present invention.

【図11】本発明の放射線撮像装置の一例を示すX線セ
ンサの概略的断面図である。
FIG. 11 is a schematic sectional view of an X-ray sensor showing one example of the radiation imaging apparatus of the present invention.

【図12】本発明の放射線撮像装置の一例を示す概略的
等価断面図である。
FIG. 12 is a schematic equivalent sectional view showing an example of the radiation imaging apparatus of the present invention.

【図13】本発明の単位セルの一例を示す等価回路図で
ある。
FIG. 13 is an equivalent circuit diagram showing an example of a unit cell according to the present invention.

【図14】本発明の単位セルの一例を示す等価回路図で
ある。
FIG. 14 is an equivalent circuit diagram illustrating an example of a unit cell according to the present invention.

【図15】本発明の放射線撮像装置の一例を示す概略的
等価回路図である。
FIG. 15 is a schematic equivalent circuit diagram illustrating an example of a radiation imaging apparatus according to the present invention.

【図16】本発明の単位セルの一例を示す等価回路図で
ある。
FIG. 16 is an equivalent circuit diagram illustrating an example of a unit cell according to the present invention.

【図17】本発明の単位セルの一例を示す等価回路図で
ある。
FIG. 17 is an equivalent circuit diagram illustrating an example of a unit cell according to the present invention.

【図18】本発明の単位セルの一例を示す等価回路図で
ある。
FIG. 18 is an equivalent circuit diagram showing an example of a unit cell according to the present invention.

【図19】本発明の放射線撮像装置の一例を示す概略的
等価回路図である。
FIG. 19 is a schematic equivalent circuit diagram showing an example of the radiation imaging apparatus of the present invention.

【図20】X線撮像装置の一構成例を示す模式的斜視図
である。
FIG. 20 is a schematic perspective view showing one configuration example of an X-ray imaging apparatus.

【図21】本発明の放射線撮像装置を用いた医療用診断
機器に代表される非破壊検査装置の一例を示す模式的構
成図である。
FIG. 21 is a schematic configuration diagram showing an example of a non-destructive inspection device represented by a medical diagnostic device using the radiation imaging apparatus of the present invention.

【図22】放射線撮像装置の動作の一例を示すタイミン
グチャートである。
FIG. 22 is a timing chart illustrating an example of the operation of the radiation imaging apparatus.

【図23】図23(A)は、放射線撮像装置の一構成例
を示す模式的平面図であり、図23(B)は、図23
(A)のX−X’における模式的断面図である。
FIG. 23A is a schematic plan view illustrating a configuration example of a radiation imaging apparatus, and FIG.
It is a typical sectional view in XX 'of (A).

【図24】単結晶の半導体を高抵抗X線検出部として使
う場合を示す概略的断面図である。
FIG. 24 is a schematic cross-sectional view showing a case where a single-crystal semiconductor is used as a high-resistance X-ray detector.

【図25】本発明の放射線撮像装置の一例を示すX線セ
ンサの概略的断面図である。
FIG. 25 is a schematic sectional view of an X-ray sensor showing one example of the radiation imaging apparatus of the present invention.

【図26】本発明の放射線撮像装置の一例を示す概略的
等価回路図である。
FIG. 26 is a schematic equivalent circuit diagram illustrating an example of a radiation imaging apparatus according to the present invention.

【図27】放射線撮像装置の動作の一例を示すタイミン
グチャートである。
FIG. 27 is a timing chart showing an example of the operation of the radiation imaging apparatus.

【図28】本発明の放射線撮像装置の一例を示すX線セ
ンサの概略的断面図である。
FIG. 28 is a schematic sectional view of an X-ray sensor showing one example of the radiation imaging apparatus of the present invention.

【図29】本発明の放射線撮像装置の一例を示すX線セ
ンサの概略的断面図である。
FIG. 29 is a schematic sectional view of an X-ray sensor showing one example of the radiation imaging apparatus of the present invention.

【図30】本発明の放射線撮像装置の一例を示すX線セ
ンサの概略的断面図である。
FIG. 30 is a schematic sectional view of an X-ray sensor showing one example of the radiation imaging apparatus of the present invention.

【図31】本発明の放射線撮像装置の一例を示すX線セ
ンサの概略的断面図である。
FIG. 31 is a schematic sectional view of an X-ray sensor showing an example of the radiation imaging apparatus of the present invention.

【図32】本発明の放射線撮像装置の一例を示すX線セ
ンサの概略的断面図である。
FIG. 32 is a schematic sectional view of an X-ray sensor showing one example of the radiation imaging apparatus of the present invention.

【図33】本発明の放射線撮像装置の一例を示す概略的
等価回路図である。
FIG. 33 is a schematic equivalent circuit diagram showing an example of the radiation imaging apparatus of the present invention.

【図34】放射線撮像装置の動作の一例を示すタイミン
グチャートである。
FIG. 34 is a timing chart showing an example of the operation of the radiation imaging apparatus.

【図35】出力回路の一例を示す概略的回路図である。FIG. 35 is a schematic circuit diagram illustrating an example of an output circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 絶縁基板 2 トランジスタ 10 p+ 層 20 i層 30 n+ 層 31、32 金属層 11、12 金属層 13 バンプ金属 40、50 保護膜 101 ゲート 102 ソース、ドレイン 103 活性層 110 金属配線 111 Al層 112 金層層 113 保護膜 120 水平走査回路 121 X線センサセル 122 蓄積容量 123 第1のトランジスタ 124 第2のトランジスタ 125 出力線 130 出力回路 140 アンプ 150 出力線リセットトランジスタ 100 X線センシング部 200 読み出し部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Insulating substrate 2 Transistor 10 P + layer 20 i layer 30 n + layer 31, 32 Metal layer 11, 12 Metal layer 13 Bump metal 40, 50 Protective film 101 Gate 102 Source and drain 103 Active layer 110 Metal wiring 111 Al layer 112 Gold layer 113 Protective film 120 Horizontal scanning circuit 121 X-ray sensor cell 122 Storage capacitor 123 First transistor 124 Second transistor 125 Output line 130 Output circuit 140 Amplifier 150 Output line reset transistor 100 X-ray sensing unit 200 Reading unit

Claims (27)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入射した放射線を電荷に変換する電荷変
換手段と、変換された前記電荷を蓄積する電荷蓄積手段
と、前記電荷変換手段と前記電荷蓄積手段との間に設け
られた、前記電荷変換手段に加えられる電界を制御する
制御手段と、前記電荷蓄積手段に蓄積された電荷に基づ
く信号を読み出す読み出し手段と、を有する入力画素の
複数、 該入力画素から読み出された電荷を出力する、該入力画
素の複数に接続された出力線、 前記電荷蓄積手段をリセットするためのスイッチ手段、 を有することを特徴とする放射線撮像装置。
A charge conversion unit configured to convert incident radiation into a charge; a charge storage unit configured to store the converted charge; and the charge unit provided between the charge conversion unit and the charge storage unit. A plurality of input pixels having control means for controlling an electric field applied to the conversion means and reading means for reading out a signal based on the electric charge accumulated in the electric charge accumulating means, outputting the electric charge read from the input pixel; , An output line connected to a plurality of the input pixels, and switch means for resetting the charge storage means.
【請求項2】 前記電荷に基づく信号は、前記電荷によ
る電位に基づく信号である請求項1に記載の放射線撮像
装置。
2. The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein the signal based on the charge is a signal based on a potential due to the charge.
【請求項3】 前記電荷変換手段の一方の端子の電位を
所望の電位にするためのセンサ電位固定手段を有する請
求項1に記載の放射線撮像装置。
3. The radiation imaging apparatus according to claim 1, further comprising a sensor potential fixing unit for setting a potential of one terminal of the charge conversion unit to a desired potential.
【請求項4】 前記スイッチ手段は、前記電荷蓄積手段
の一方の端子の電位を所望の電位にするための蓄積電位
固定手段に接続されている請求項1に記載の放射線撮像
装置。
4. The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein said switch means is connected to a storage potential fixing means for setting a potential of one terminal of said charge storage means to a desired potential.
【請求項5】 前記スイッチ手段は、前記電荷蓄積手段
の一方の端子の電位を所望の電位にするための蓄積電位
固定手段に接続されている請求項3に記載の放射線撮像
装置。
5. The radiation imaging apparatus according to claim 3, wherein said switch means is connected to a storage potential fixing means for setting a potential of one terminal of said charge storage means to a desired potential.
【請求項6】 前記スイッチ手段は、一端が該出力線側
に接続され、他端が前記電荷蓄積手段の一方の端子の電
位を所望の電位にするための蓄積電位固定手段に接続さ
れている請求項1に記載の放射線撮像装置。
6. The switch means has one end connected to the output line side and the other end connected to an accumulation potential fixing means for setting a potential of one terminal of the charge accumulation means to a desired potential. The radiation imaging apparatus according to claim 1.
【請求項7】 前記スイッチ手段は、一端が該出力線側
に接続され、他端が前記電荷蓄積手段の一方の端子の電
位を所望の電位にするための蓄積電位固定手段に接続さ
れている請求項3に記載の放射線撮像装置。
7. The switch means has one end connected to the output line side and the other end connected to an accumulation potential fixing means for setting a potential of one terminal of the charge accumulation means to a desired potential. The radiation imaging apparatus according to claim 3.
【請求項8】 前記電荷変換手段が、pn構造を有して
いる請求項1に記載の放射線撮像装置。
8. The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein the charge conversion unit has a pn structure.
【請求項9】 pn構造を構成する一方の導電型半導体
領域の周辺に、電界緩和のためのガード領域を有する請
求項8に記載の放射線撮像装置。
9. The radiation imaging apparatus according to claim 8, wherein a guard region for alleviating an electric field is provided around one of the conductive semiconductor regions constituting the pn structure.
【請求項10】 前記電荷変換手段が、導電変調型素子
である請求項1に記載の放射線撮像装置。
10. The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein said charge conversion means is a conduction modulation type element.
【請求項11】 前記入力画素は、二次元マトリクス状
に配置されている請求項1に記載の放射線撮像装置。
11. The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein the input pixels are arranged in a two-dimensional matrix.
【請求項12】 少なくとも前記制御手段、前記電荷蓄
積手段及び前記読み出し手段が、同一の絶縁基板上に形
成されている請求項1に記載の放射線撮像装置。
12. The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein at least the control unit, the charge storage unit, and the readout unit are formed on a same insulating substrate.
【請求項13】 前記電荷変換手段が、前記絶縁基板上
に積層されている請求項12に記載の放射線撮像装置。
13. The radiation imaging apparatus according to claim 12, wherein the charge conversion unit is stacked on the insulating substrate.
【請求項14】 画像情報成分と雑音成分を含む信号を
記憶する手段と、 雑音成分を記憶する手段と、 前記画像情報成分と雑音成分を含む信号から前記雑音成
分をさし引く手段と、 を有する請求項1に記載の放射線撮像装置。
14. A means for storing a signal containing an image information component and a noise component, a means for storing a noise component, and a means for subtracting the noise component from the signal containing the image information component and the noise component. The radiation imaging apparatus according to claim 1 having.
【請求項15】 前記電荷変換手段のpn構造は、半導
体単結晶基板に作製されている請求項8に記載の放射線
撮像装置。
15. The radiation imaging apparatus according to claim 8, wherein the pn structure of the charge conversion means is formed on a semiconductor single crystal substrate.
【請求項16】 前記半導体基板は、バンドギャップ1
eV以上エネルギーバンドギャップを有する請求項15
に記載の放射線撮像装置。
16. The semiconductor device according to claim 1, wherein said semiconductor substrate has a band gap of 1.
16. An energy band gap of eV or more.
A radiation imaging apparatus according to claim 1.
【請求項17】 前記電荷変換手段の一方の端子の電位
を所望の電位にするためのセンサ電位固定手段を有し、
該センサ電位固定手段は、そのオフ時に一定電位を与
え、前記電荷蓄積手段の電位が過大電位時に、前記電位
固定手段が、過大電荷を掃き出す掃き出し手段として動
作する請求項1に記載の放射線撮像装置。
17. A sensor potential fixing means for setting a potential of one terminal of the charge conversion means to a desired potential,
2. The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein the sensor potential fixing unit applies a constant potential when the sensor is off, and when the potential of the charge storage unit is an excessive potential, the potential fixing unit operates as a sweeping unit that sweeps out an excessive charge. .
【請求項18】 前記電荷蓄積手段の一方の端子の電位
を所望の電位にするための蓄積電位固定手段を有し、該
蓄積電位固定手段は、そのオフ時に一定電位を与え、前
記蓄積手段の電位が過大電位時に、前記電位固定手段
が、過大電荷を掃き出す掃き出し手段として動作する請
求項1に記載の放射線撮像装置。
18. A storage potential fixing means for setting a potential of one terminal of the charge storage means to a desired potential, wherein the storage potential fixing means applies a constant potential when the charge storage means is turned off. 2. The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein when the potential is excessive, the potential fixing unit operates as a sweeping unit that sweeps out excessive charges. 3.
【請求項19】 前記電荷変換手段の一方の端子の電位
を所望の電位にするためのセンサ電位固定手段と、前記
電荷蓄積手段の一方の端子の電位を所望の電位にするた
めの蓄積電位固定手段とを有し、どちらか一方の電位固
定手段が掃き出し手段として動作する請求項1に記載の
放射線撮像装置。
19. A sensor potential fixing means for setting a potential of one terminal of the charge conversion means to a desired potential, and a storage potential fixing for setting a potential of one terminal of the charge storage means to a desired potential. 2. The radiation imaging apparatus according to claim 1, further comprising: means for operating, wherein one of the potential fixing means operates as a sweeping means.
【請求項20】 前記電荷変換手段が、単結晶GaAs
を有する放射線撮像装置。
20. The method according to claim 20, wherein the charge conversion means is a single crystal GaAs
A radiation imaging apparatus having:
【請求項21】 pn接合を構成する一方の導電型半導
体領域の領域全体に、電界緩和のための前記一方の導電
型半導体領域の不純物濃度より低い同一導電型半導体領
域を有する請求項8に記載の放射線撮像装置
21. The semiconductor device according to claim 8, wherein the entirety of the one conductive semiconductor region forming the pn junction has the same conductive semiconductor region lower than the impurity concentration of the one conductive semiconductor region for electric field relaxation. Radiation imaging device
【請求項22】 少なくとも前記制御手段、前記読み出
し手段がn型薄膜トランジスタであり、前記pn接合の
n領域の端子が前記制御手段のn型薄膜トランジスタの
ソースあるいはドレインに電気回路的に接続され、前記
pn接合のp領域の端子は、バイアス手段に接続され、
pn接合は逆バイアスされ前記半導体基板中に放射線検
出に十分な空乏層を形成されている請求項8に記載の放
射線撮像装置。
22. At least the control means and the readout means are n-type thin film transistors, and a terminal of an n region of the pn junction is electrically connected to a source or a drain of the n-type thin film transistor of the control means. The terminal of the p region of the junction is connected to the bias means,
9. The radiation imaging apparatus according to claim 8, wherein the pn junction is reverse-biased and a depletion layer sufficient for radiation detection is formed in the semiconductor substrate.
【請求項23】 少なくとも前記スイッチ手段と前記読
み出し手段を同時にオンすることにより電荷蓄積手段を
リセットするリセットモード、前記スイッチ手段と前記
読み出し手段をオフし、前記電荷変換手段で入射放射線
により発生した電荷を電荷蓄積手段に蓄積する蓄積モー
ド、 前記読み出し手段をオン、スイッチ手段をオフし、前記
電荷蓄積手段から出力線に信号電荷を出力する読み出し
モードの動作を有する請求項1に記載の放射線撮像装
置。
23. A reset mode in which at least the switch means and the readout means are turned on at the same time to reset the charge storage means, the switch means and the readout means are turned off, and the charge generated by the charge conversion means by incident radiation. 2. The radiation imaging apparatus according to claim 1, further comprising: an accumulation mode in which the charge accumulation unit accumulates the signal; and a read mode in which the read unit is turned on, the switch unit is turned off, and the signal charge is output from the charge accumulation unit to an output line. .
【請求項24】 前記蓄積モードと前記読み出しモード
の間に、 スイッチ手段をオン、読み出し手段をオフにし、出力線
だけをリセットする出力線リセットモードを有する請求
項23に記載の放射線撮像装置。
24. The radiation imaging apparatus according to claim 23, further comprising an output line reset mode in which a switch unit is turned on, a read unit is turned off, and only an output line is reset between the accumulation mode and the read mode.
【請求項25】 少なくとも、前記読み出し手段、前記
制御手段が薄膜トランジスタであり、前記薄膜トランジ
スタが非単結晶半導体を有する請求項1に記載の放射線
撮像装置。
25. The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein at least the reading unit and the control unit are thin film transistors, and the thin film transistors include a non-single-crystal semiconductor.
【請求項26】 少なくとも、前記制御手段、前記電荷
蓄積手段及び前記読み出し手段が前記絶縁基板上の1面
に下部電極、絶縁膜、高抵抗半導体膜、低抵抗半導体膜
及び上部電極の同じ層構成である請求項1に記載の放射
線撮像装置。
26. At least one of the control unit, the charge storage unit, and the readout unit having the same layer configuration of a lower electrode, an insulating film, a high-resistance semiconductor film, a low-resistance semiconductor film, and an upper electrode on one surface of the insulating substrate. The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein
【請求項27】 少なくとも、前記制御手段、前記電荷
蓄積手段及び前記読み出し手段が作製された前記絶縁基
板上に、前記電荷変換手段を形成する複数の半導体基板
が配置されている請求項1に記載の放射線撮像装置。
27. The semiconductor device according to claim 1, wherein a plurality of semiconductor substrates forming the charge conversion means are arranged on at least the insulating substrate on which the control means, the charge storage means, and the read means are formed. Radiation imaging device.
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