JP2001281343A - 2次元画像検出器およびその製造方法 - Google Patents

2次元画像検出器およびその製造方法

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JP2001281343A JP2000089070A JP2000089070A JP2001281343A JP 2001281343 A JP2001281343 A JP 2001281343A JP 2000089070 A JP2000089070 A JP 2000089070A JP 2000089070 A JP2000089070 A JP 2000089070A JP 2001281343 A JP2001281343 A JP 2001281343A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電磁波感応層である半導体膜の特性の劣化を
抑えた2次元画像検出器を提供する。 【解決手段】 アクティブマトリックス基板20に、剛
性および熱伝導性を有するベース基板50を、熱伝導性
を有する粘弾性体であるゲルシート40を介して予め貼
り合わせておく。ベース基板50と一体になったアクテ
ィブマトリックス基板20の表面にアモルファス半導体
厚膜を積層形成する。その結果、ベース基板50の剛性
により、アクティブマトリックス基板20の自重による
撓みが生じないので、半導体膜に応力が生じることがな
くなり、半導体膜の劣化を抑えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、医療分野、工業
分野、さらに原子力分野などに用いられる2次元画像検
出器に係り、特に、この種の2次元画像検出器などに備
えられ放射線、可視光線、赤外線、紫外線などの電磁波
に感応する半導体膜の特性の劣化を抑制する構造に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来の2次元画像検出器は、放射線(例
えばX線)が入射することによりキャリア(電子−正孔
対)が生成される半導体膜を備え、この半導体膜の表面
に形成され電圧印加電極にバイアス電圧が印加されると
ともに、半導体膜の裏面に縦・横2次元マトリックス配
置された多数個のキャリア収集電極ごとに電荷蓄積用の
コンデンサと通常オフ(OFF)状態の電荷読み出し用
のスイッチ素子(例えば薄膜トランジスタ)とがそれぞ
れ接続されていて、放射線照射に伴ってコンデンサに蓄
積された電荷が、オン(ON)状態に移行したスイッチ
素子を経由して放射線信号として読み出される構成とな
っている(例えば、文献「L.S.Jeromin,etal., ”Appli
cation of a-Si Active-Matrix Technology in a X-Ray
DetectorPanel”,SID 97 DIGEST,pp.91-94,1997」、
「特開平6−342098号公報」参照)。
【0003】大面積の2次元画像検出器の場合、各製造
工程などで、アクティブマトリックス基板の上にアモル
ファス・セレン(a−Se)のような半導体膜などが積
層形成された薄くて撓み易い状態で取り扱われている。
【0004】また、大面積の2次元画像検出器の場合、
アクティブマトリックス基板の表面に各種真空蒸着法に
よりアモルファス・セレン(a−Se)のような半導体
厚膜を積層形成している。すなわち、図6(a)に示す
ように、一般的な真空蒸着法による成膜では、真空下で
アクティブマトリックス基板20を吸着固定することが
できないので、蒸着用材料を配置した上側にアクティブ
マトリックス基板20の両端を器具70で挟み込むよう
に固定して配置し、アクティブマトリックス基板20が
蒸着物と対向する面(図6(a)ではアクティブマトリ
ックス基板20の下側の面)にアモルファス半導体厚膜
11を積層形成している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成を有する従来例の場合には、次のような問題が
ある。すなわち、大面積で厚みの薄い2次元画像検出器
の場合、各製造工程で取り扱う際に負荷が加わり2次元
画像検出器が撓み、半導体膜に応力が生じて特性の劣化
を生じるといった問題がある。
【0006】また、2次元画像検出器の製造過程では、
アクティブマトリックス基板20自体の厚みが薄いため
に、図6(a)の実線に示すように、その自重によりア
クティブマトリックス基板20は下方向に数mm程度の
撓みが生じ、そのままの状態でアモルファス半導体厚膜
11が積層形成されてゆく。通常、2次元画像検出器
は、図6(b)に示すように、アモルファス半導体厚膜
11をX線などの入射側に向けて上向きで設置される。
すなわち、撓みの凸面を上向けに設置されるので、アク
ティブマトリックス基板20はその自重により水平状態
に戻り、アモルファス半導体厚膜11に応力が生じる。
そのために、アモルファス半導体厚膜10にクラックな
どが発生して特性の劣化を生じるといった問題がある。
【0007】また、a−Seは、成膜時のアクティブマ
トリックス基板20の温度により特性が変化するという
性質がある。すなわち、上述のようにアクティブマトリ
ックス基板20に撓みの生じたまま成膜が行われると、
アクティブマトリックス基板20上の温度分布が均一に
保てないので均一な膜特性が得られないといった問題も
ある。この発明は、このような事情に鑑みてなされたも
のであって、電磁波感応用の半導体膜の特性を劣化させ
ることのない2次元画像検出器を提供することを目的と
する。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明は、このような
目的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、請求項1に係る2次元画像検出器は、電磁波情報を
電荷情報に変換する半導体膜と、前記電荷情報を読み出
すアクティブマトリックス基板とを備えた2次元画像検
出器において、前記アクティブマトリックス基板を、熱
伝導性を有する粘弾性体を介して、剛性および熱伝導性
を有するベース基板に貼り合わせたことを特徴とする。
【0009】また、請求項2に記載の発明は、請求項1
に記載の2次元画像検出器において、前記熱伝導性を有
する粘弾性体は、シリコーンを主材としたゲル状物質で
あることを特徴とする。
【0010】また、請求項3に記載の発明は、電磁波情
報を電荷情報に変換する半導体膜と、前記電荷情報を読
み出すアクティブマトリックス基板とを備えた2次元画
像検出器の製造方法において、電荷情報を読み出すアク
ティブマトリックス基板を、熱伝導性を有する粘弾性体
を介して、剛性および熱伝導性を有するベース基板に貼
り合わせた後に、前記アクティブマトリックス基板上に
電磁波情報を電荷情報に変換する半導体膜を生成するこ
とを特徴とする。
【0011】
【作用】この発明の作用は次のとおりである。すなわ
ち、請求項1に記載の2次元画像検出器の場合、2次元
画像検出器自体が熱伝導性を有する粘弾性体を介して、
剛性および熱伝導性を有するベース基板に貼り合わされ
たままの状態で各種装置類に組み込まれるため、各工程
などで取り扱われる際に半導体膜に応力が生じない。
【0012】また、請求項2に記載の2次元画像検出器
の場合、熱伝導性を有する粘弾性体であるシリコーンを
主体とするゲル状物質を用いることにより、エポキシ系
やSi系の接着剤のように硬化に時間を要する必要もな
く、加工なども容易に行なわれるので、作業効率の向上
が図られる。
【0013】また、請求項3に記載の2次元画像検出器
の場合、各種真空蒸着法によりアクティブマトリックス
基板の表面を覆うように半導体膜が生成される際に、ア
クティブマトリックス基板に剛性および熱伝導性の優れ
たベース基板を、熱伝導性を有する粘弾性体を用いて予
め貼り合わせた状態で行なわれる。
【0014】すなわち、成膜時にアクティブマトリック
ス基板の表面が下向きにされたその表面に半導体膜が積
層される。このとき、アクティブマトリックス基板の自
重による撓みと、半導体膜などの積層に伴って加わる荷
重による撓みとは、前記剛性を有するベース基板と貼り
合わさることにより解消されるとともに、アクティブマ
トリックス基板の撓みによるアクティブマトリックス基
板自体の温度分布のバラツキも解消される。さらに、ベ
ース基板自体は熱伝導性のよい材料を用いているので成
膜時にアクティブマトリックス基板の温度分布のバラツ
キが生じない。
【0015】また、前記貼り合わせ材料は熱伝導性を有
しているので、アクティブマトリックス基板の温度分布
のバラツキを生じることはなく、アクティブマトリック
ス基板とベース基板とをしっかりと接着している。ま
た、粘弾性体は弾力性を有しているので、アクティブマ
トリックス基板とベース基板との熱膨張係数の差異によ
る接合面での反りによる負荷が解消される。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
一実施例を説明する。図1は、この発明の2次元画像検
出器の正面図である。この実施例に係る2次元画像検出
器は大きく分けて、検出対象のX線などの入射側から順
にX線などをキャリア(電子−正孔対)に変換・蓄積す
る膜構造の検出部10と、前記検出部10で変換・蓄積
された電荷を検出信号として読み出すアクティブマトリ
ックス基板20と、前記アクティブマトリックス基板2
0がゲルシート40を介して貼り合わされるベース基板
50とから構成されている。また、アクティブマトリッ
クス基板20には、FPC30(Flexible Printed Cir
cuit)が接続されいる。なお、ゲルシート40はこの発
明の粘弾性体に相当する。
【0017】以下各部の構成および機能についての説明
する。検出部10は、図3に示すように、放射線(例え
ばX線)が入射することによりキャリアが生成される放
射線感応型のアモルファス半導体厚膜11と、このアモ
ルファス半導体厚膜11の放射線入射側に設けられて注
入キャリアを選択する選択性高抵抗膜12と、アモルフ
ァス半導体厚膜11の放射線入射側の選択性高抵抗膜1
2の表面に設けられた電圧印加電極13と、アモルファ
ス半導体厚膜11の放射線入射側とは反対側に設けられ
たキャリア収集電極14とを備えている。以下、アモル
ファス半導体厚膜11の構成を具体的に説明する。
【0018】アモルファス半導体厚膜11は膜厚が0.
3〜1.0mm前後の高純度アモルファス・セレン(a
−Se)厚膜である。このa−Se厚膜は特に検出エリ
アの大面積化に対する適正に優れている。アモルファス
半導体厚膜11は、仮に薄いと検出対象の放射線の素通
りする量が多くなり、放射線を十分に捕捉できなくなる
ことから、0.3〜1.0mm前後の厚めの膜が用いら
れる。
【0019】選択性高抵抗膜12は、アモルファス半導
体厚膜11と電圧印加電極13との間にアモルファス半
導体厚膜11を全面的に覆うようにして、この実施例で
はp型キャリア選択性高抵抗膜12として形成されてい
る。すなわち、放射線検出に寄与しない多数キャリアの
注入を阻止し、少数キャリアの注入を許容する構成とな
っている。なお、選択性高抵抗膜12は、Sb2 3
SbTe、ZeTe、CdTe、AsSe、CdZnT
eなどの膜や、有機膜が適当である。なお、半導体の極
性および選択性高抵抗膜12は上の例示のものに限られ
ない。
【0020】電圧印加電極13およびキャリア収集電極
14においては、図3に示すように、電圧印加電極13
の方は全検出素子Duの共通電極として全面的に形成さ
れているが、キャリア収集電極14の方は個別電極とし
て2次元マトリックス状に各検出素子Duごとに分離形
成されている。その結果、放射線強度の2次元分布の検
出が可能となる。
【0021】なお、電圧印加電極13およびキャリア収
集電極14は、Au、Pt、Ni、Inなどの金属やI
TO(インジウム錫酸化物)などの導電性材料などで形
成される。なお、電極の材料は上の例示のものに限られ
ない。
【0022】アクティブマトリックス基板20は、図3
および図4に示すように、誘電体基板21と、前記キャ
リア収集電極14からの収集キャリアを溜めるコンデン
サCsと、コンデンサCsに蓄積された電荷を取り出す
ための通常時オフ(遮断)の電荷取り出し用のスイッチ
素子22である薄膜トランジスタ(TFT)を備えてい
る。また、実施例の検出部10は、電圧印加電極13に
A のバイアス電圧が印加された状態で放射線照射に伴
う生成キャリアがキャリア収集電極14からコンデンサ
Csに送り込まれて蓄積されるとともに、読み出しタイ
ミングになった時にスイッチ素子22がオン(接続)と
なって蓄積電荷が放射線検出信号として読み出される構
成となっている。
【0023】なお、図4では、説明の便宜上、縦3×横
3マトリックス構成で合計9個分のマトリックス構成が
示されているだけであるが、実際の場合、必要に応じ
て、例えば縦1024×横1024程度のマトリックス
構成をとなる。
【0024】以下、アクティブマトリックス基板20の
構成を具体的に説明する。アクティブマトリックス基板
20は、図3および図4に示すように、検出素子Duの
スイッチ素子22用薄膜トランジスタのソースがX軸方
向に配列した縦の読み出し配線23に接続され、ゲート
がY軸方向に配列した横の読み出し配線26に接続され
ている。読み出し配線23は電荷−電圧変換器群(プリ
アンプ群)24を介してマルチプレクサ25に接続され
ているとともに、読み出し配線26はゲートドライバ2
7に接続されている。なお、電荷−電圧変換器群24で
は、1本の読み出し配線23に対して、図示しないが、
電荷−電圧変換器24が1個それぞれ接続されている。
【0025】そして、2次元画像検出器の場合、マルチ
プレクサ25およびゲートドライバ27へ信号取り出し
用の走査信号が送り込まれることになる。検出部10の
各検出素子Duの特定は、X方向・Y方向の配列に沿っ
て各検出素子Duへ順番に割り付けられているアドレス
(例えば、0〜1023)に基づいて行なわれるので、
取り出し用の走査信号は、それぞれX方向アドレスまた
はY方向アドレスを指定する信号となる。Y方向の走査
信号に従ってゲートドライバ27からY方向の読み出し
配線26に対し取り出し用の電圧が印加されるのに伴
い、各検出素子Duが列単位で選択される。そして、X
方向の走査信号に従ってマルチプレクサ25が切り替え
られることにより、選択された列の検出素子Duのコン
デンサCsに蓄積された電荷が、電荷−電圧変化器群2
4およびマルチプレクサ25の順に経て外部に送りださ
れることになる。
【0026】なお、上述の誘電体基板21はガラス基板
などからなり、前記コンデンサCsはSiO2 層などか
らなる。
【0027】次ぎに、FPC30には半導体集積回路の
チップなどがマウントされた回路基板であり、前記アク
ティブマトリックス基板20と異方導電性フィルム(A
CF)などにより接合されている。また、FPC30は
アクティブマトリックス基板20の端から折り曲げらた
状態でベース基板50の側面に接着固定されることが好
ましい。すなわち、FPC30上のマウント部品や回路
に直に照射されるX線などの影響による劣化を回避する
ことができる。また、FPC30が固定されていること
により、FPC30自体の柔軟性が原因で発生する振動
による振動ノイズを低減することもできる。
【0028】ゲルシート40は、シリコーンを主体にセ
ラミック(Al2 3 )などと混ぜ合された混合物であ
る。すなわち、シリコーンの特性である接着性と弾力性
とを備えるとともに、セラミック(Al2 3 )など熱
伝導性の両方の特性を兼ね備えている。この実施例に使
用されるゲルシート40の特性は、弾力性を示す硬度
(針入度)は60以上で、熱伝導率は1.0(W/m
k)以上で、体積抵抗率は1.0×1013(Ω・cm)
以上である。また、このゲルシート40は、常温で接着
するといった特性も備えている。
【0029】なお、前記ゲルシート40の代わりに液体
のゲルを塗布して熱処理を施し、適度に溶剤を蒸発させ
たものなどを使用してもよい。
【0030】ベース基板50は、図1に示すように、ア
クティブマトリックス基板20の各4辺よりも短い4辺
を備えており、アクティブマトリックス基板20の周縁
よりも内側に収まる形状をしている。このベース基板5
0の材料は、剛性および熱伝導性を兼ね備えたものであ
り、ガラス基板またはAl(アルミニウム)やSUS
(ステンレス鋼)などの金属が用いられる。また、X線
などの遮蔽を行ないたい場合には、数十mm程度の厚み
のPb(鉛)やW(タングステン)などの焼結合金が用
いられる。さらに、加工の容易性と軽量化を図るために
数mm程度のAlにPbを貼り合わせたものを用いてよ
い。
【0031】なお、この発明の2次元画像検出器は、前
記ベース基板50と貼り合わせて一体成型したものを装
置類に組み込むことを前提としているため、ベース基板
50に前記剛性の優れた金属を用いることにより、装置
類に組み込むための締結部品用のタップなどの加工も容
易に行なうことができる。さらに、装置類に2次元画像
検出器を組み込む工程でベース基板50を剥がすといっ
た余計な加工を必要としない。その結果、組み込み工程
でアモルファス半導体厚膜11に余計に負荷が加わるこ
とも回避できる。また、ベース基板50にアクティブマ
トリックス基板20と同じ材料を用いることが好まし
い。すなわち、熱膨張係数が同一であり、熱膨張係数の
差異による負荷がアモルファス半導体厚膜11に加えら
れない。
【0032】なお、ベース基板50のサイズは、前記サ
イズに限定されるものではなく、アクティブマトリック
ス基板20と同じサイズやそれ以上であってもよい。
【0033】次いで、上記実施例の2次元画像検出器の
概略製造方法について説明する。ベース基板50に予め
ゲルシート40を貼り付けておき、アクティブマトリッ
クス基板20と貼り合わせる。なお、ゲルシート40は
ベース基板50もしくはアクティブマトリックス基板2
0のいずれか一方に貼り合わせておけばよく、そのサイ
ズはベース基板50を全て覆う1枚ものであってもよい
し、数ミリ角の形状に裁断されたものを等間隔に複数枚
貼り付けたものであってもよい。
【0034】前記ベース基板50と貼り合わされて一体
成型されているアクティブマトリックス基板20は、各
種真空蒸着用の成膜装置内に設置される。このとき、ア
クティブマトリックス基板20に直接にアモルファス半
導体厚膜11を生成するために、積層されるべく配置さ
れた成膜材料の上方向に前記アクティブマトリックス基
板20の表面が対面するように設置される。
【0035】次ぎに、前記アクティブマトリックス基板
20の表面に薄膜形成技術やフォトリソグラフィ法によ
るパターン化技術を利用して、キャリア収集電極14、
アモルファス半導体厚膜11、キャリア選択性高抵抗膜
12、電圧印加電極13の順で積層形成されてゆく。
【0036】すなわち、アクティブマトリックス基板2
0と剛性および熱伝導性の優れたベース基板50とを、
熱伝導性を有する粘弾性体であるゲルシート40を介し
て貼り合わせることにより、アモルファス半導体厚膜1
1の成膜時のアクティブマトリックス基板20自体の自
重による撓みと、この撓みより起因するアクティブマト
リックス基板20の温度分布の不均一によるアモルファ
ス半導体厚膜11の特性の劣化を抑制することができ
る。さらに、アクティブマトリックス基板20とベース
基板50との熱膨張係数の差異による前記両基板20、
50との接合面での反りによる負荷もゲルシート40の
弾力性により解消することができるできるので、アモル
ファス半導体厚膜11に余計な応力のかかっていない2
次元画像検出器が実現される。
【0037】この発明は、上記実施例に限らず、次のよ
うに変形実施することもできる。すなわち、図5に示す
ように、ベース基板50の両端に別途Pb(鉛)などの
金属のダミーベース60を設けてもよい。ダミーベース
60はネジなどによりベース基板50に連結されてお
り、そのサイズはアクティブマトリックス基板から数ミ
リ程度はみ出す程度の直方体の形状をしている。このダ
ミーベース60を設けることにより2次元画像検出器と
してX線などを検出する際に、アモルファス半導体厚膜
11に斜め方向から入射して抜け出た余計なX線などを
遮蔽することができる。
【0038】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明の2次元画像検出器によれば、2次元画像検出器自体
が、熱伝導性を有する粘弾性体を介して、剛性および熱
伝導性を有するベース基板に貼り合わされたままの状態
で各種装置類に組み込まれるため、各工程などの取り扱
いの際に加わる負荷外力による反りにのために発生する
半導体膜の応力を回避することができる。その結果、半
導体膜の特性の劣化を生じない。また、アクティブマト
リックス基板とベース基板とを貼り合わせている粘弾性
体が熱伝導性を有しているので、アクティブマトリック
ス基板に不均一な温度分布を生じることがない。また、
粘弾性体の弾力性により、アクティブマトリックス基板
とベース基板との熱膨張係数の差異により接合面で生じ
る基板同士の反りよる負荷も解消することができる。
【0039】また、請求項2に記載の2次元画像検出器
によれば、貼り合わせ材料に熱伝導性を有する粘弾性体
であるシリコーンを主体とするゲル状物質を用いること
により、硬化時間を必要せずに常温での貼り付けが可能
なので、加工が容易に行なえることから作業効率の向上
を図ることができる。
【0040】また、請求項3に記載の2次元画像検出器
によれば、アクティブマトリックス基板に剛性を有する
ベース基板を貼り合わせた状態で、半導体膜が積層形成
されるので、基板の撓みが解消されるとともに、基板の
撓みに起因するアクティブマトリックス基板自体の温度
分布のバラツキも解消される。その結果、半導体膜に与
える温度分布のバラツキによる特性の劣化も回避するこ
とができる。また、ベース基板は熱伝導性にも優れてい
おり、温度分布のバラツキといった影響をアクティブマ
トリックス基板に与えることがない。また、この発明の
2次元画像検出器を用いて電磁波情報を検出する際に、
電磁波の入射面側である半導体膜の面を上向きに設置し
ても、基板が変形しないので、半導体膜にクラックなど
も生じない。すなわち、半導体膜の特性の劣化の生じな
い2次元画像検出器が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例の2次元画像検出器の断面
図である。
【図2】この発明の一実施例の2次元画像検出器の平面
図である。
【図3】アモルファス半導体厚膜の構成を示す断面図で
ある。
【図4】アクティブマトリックス基板の等価回路を示す
電気回路図である。
【図5】変形例の2次元画像検出器の断面図である。
【図6】従来例の2次元画像検出器の概略図であり、
(a)は真空蒸着法による成膜時の様子を示す図、
(b)は2次元画像検出器の製品装着時の様子を示す図
である。
【符号の説明】
10 … 検出部 20 … アクティブマトリックス基板 30 … FPC 40 … ゲルシート 50 … ベース基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平澤 伸也 京都市中京区西ノ京桑原町1番地 株式会 社島津製作所内 Fターム(参考) 2G088 EE01 EE27 FF02 FF14 GG21 JJ05 JJ09 JJ23 JJ37 4M118 AA08 AA10 AB01 BA05 CA15 CB05 CB20 FB09 FB13 FB16 FB23 FB25 HA24 HA25 5C024 AX01 AX06 AX11 CY48 EX21

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電磁波情報を電荷情報に変換する半導体
    膜と、前記電荷情報を読み出すアクティブマトリックス
    基板とを備えた2次元画像検出器において、前記アクテ
    ィブマトリックス基板を、熱伝導性を有する粘弾性体を
    介して、剛性および熱伝導性を有するベース基板に貼り
    合わせたことを特徴とする2次元画像検出器。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の2次元画像検出器にお
    いて、前記熱伝導性を有する粘弾性体は、シリコーンを
    主材としたゲル状物質であることを特徴とする2次元画
    像検出器。
  3. 【請求項3】 電磁波情報を電荷情報に変換する半導体
    膜と、前記電荷情報を読み出すアクティブマトリックス
    基板とを備えた2次元画像検出器の製造方法において、
    電荷情報を読み出すアクティブマトリックス基板を、熱
    伝導性を有する粘弾性体を介して、剛性および熱伝導性
    を有するベース基板に貼り合わせた後に、前記アクティ
    ブマトリックス基板上に電磁波情報を電荷情報に変換す
    る半導体膜を生成することを特徴とする2次元画像検出
    器の製造方法。
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