JP2002026300A

JP2002026300A - 電磁波検出器及び画像検出器

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Publication number: JP2002026300A
Application number: JP2000202789A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Izumi; 良弘和泉
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-07-04
Filing date: 2000-07-04
Publication date: 2002-01-25
Anticipated expiration: 2020-07-04
Also published as: JP3589954B2

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体膜の局所的な構造変化や電荷阻止特性
の不良の発生が少ない電磁波検出器及び画像検出器を提
供する。【解決手段】電荷収集電極１１を、ＩＴＯやインジウ
ムと亜鉛との酸化物、インジウムとゲルマニウムとの酸
化物等を基本組成とする非晶質透明導電酸化膜で構成す
る。抵抗値や透明性が劣化するといったトレードオフが
無く、また、表面のモフォロジーが滑らかな非晶質透明
導電酸化膜で電荷収集電極１１を形成し、その上にａ−
Ｓｅに代表される非晶質状態の半導体膜６を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線等の放射線、
可視光、赤外線等の電磁波による画像を検出できる電磁
波検出器及び画像検出器に係り、半導体膜の局所的な構
造変化や電荷阻止特性の不良の発生が少ない電磁波検出
器及び画像検出器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電磁波検出器の一種として、
例えば、Ｘ線等の電磁波を感知して電荷（電子−正孔
対）を発生する半導体膜、すなわち電磁波導電性を有す
る半導体膜と、画素電極等からなる半導体センサとを行
方向及び列方向の二次元状に配置するとともに、各画素
電極毎にスイッチング素子を設けて、各行毎にスイッチ
ング素子を順次オンにして各列毎に上記電荷を読み出す
二次元画像検出器が知られている。

【０００３】上記二次元画像検出器は、例えば、特開平
４−２１２４５８号公報（対応米国特許第５１３２５４
１号）、文献「 D. L. Lee, et al., " A New Digital
Detector for Projection Radiography " ,SPIE,2432,p
p.237-249,1995 」等にその構造や原理が記載されてい
る。

【０００４】上記文献" A New Digital Detector for P
rojection Radiography " に記載の従来の二次元画像検
出器の構成と原理とについて以下に簡単に説明する。図
３は、該文献に記載の二次元画像検出器の構成を示す断
面図である。

【０００５】二次元画像検出器は、例えばＳｅからな
り、電磁波導電性を示す半導体膜３１を備え、この上層
に単一のバイアス電極３２が、下層に複数の電荷収集電
極３３…が形成されている。各電荷収集電極３３は、そ
れぞれ電荷蓄積容量（Ｃ_s）３４及びスイッチング素子
３５に接続されている。また、半導体膜３１とバイアス
電極３２との間には電荷阻止層として誘電体層３６が設
けられている。また、半導体膜３１と電荷収集電極３３
との間には、電荷阻止層として電子阻止層３７が設けら
れている。

【０００６】このような二次元画像検出器にＸ線等の電
磁波が入射すると、半導体膜３１内で電荷（電子−正孔
対）が発生する。半導体膜３１で発生した電子は＋電極
側に、正孔は−電極側に移動し、その結果、電荷蓄積容
量３４に電荷が蓄積される仕組みになっている。電荷蓄
積容量３４に蓄積された電荷は、スイッチング素子３５
をオンにすることで外部に取り出される。このような電
荷収集電極３３、電荷蓄積容量３４、スイッチング素子
３５を二次元状に配置し、線順次に電荷を読み出してい
くことで、検出対象である電磁波の二次元情報を得るこ
とが可能となる。

【０００７】一般に、電磁波導電性を有する半導体膜と
しては、Ｓｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＰｂＩ₂、Ｈ
ｇＩ₂、ＳｉＧｅ、Ｓｉ等が使用されるが、上記文献に
おいては、暗抵抗が高く、Ｘ線照射に対して良好な電磁
波導電性を示し、真空蒸着法により低温で大面積成膜が
可能な非晶質（アモルファス）材料が好まれ、アモルフ
ァスＳｅ（ａ−Ｓｅ）膜が広く用いられている。

【０００８】また、電荷収集電極としては、各種の金属
膜や導電酸化膜が使用されているが、下記の理由によ
り、ＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）等の透明導電酸化膜が
用いられることが多い。

【０００９】（１）二次元画像検出器において入射Ｘ線
量が多い場合、不要な電荷が半導体膜中（あるいは半導
体膜と隣接する層との界面付近）に捕獲されることがあ
る。このような残留電荷は、長時間メモリーされたり、
時間をかけつつ移動したりするので、以降の画像検出時
にＸ線検出特性が劣化したり、残像（虚像）が現れたり
して問題になる。そこで、特開平９−９１５３号公報
（対応米国特許第５５６３４２１号）には、半導体膜に
残留電荷が発生した場合に、半導体膜の外側から光を照
射することで、残留電荷を励起させて取り除く方法が開
示されている。この場合、半導体膜の下側（電荷収集電
極側）から効率よく光を照射するためには、電荷収集電
極が照射光に対して透明である必要がある。

【００１０】（２）電荷収集電極の面積充填率（フィル
ファクター）を大きくするためや、また、スイッチング
素子をシールドする目的で、スイッチング素子を覆うよ
うに電荷収集電極を形成することが望まれるが、電荷収
集電極が不透明であると、電荷収集電極の形成後にスイ
ッチング素子を観察することができない。例えば、電荷
収集電極を形成後、スイッチング素子の特性検査を行う
場合、スイッチング素子が不透明な電荷収集電極で覆わ
れていると、スイッチング素子の特性不良が見つかった
際、その原因を解明するために光学顕微鏡等で観察する
ことができない。従って、電荷収集電極の形成後もスイ
ッチング素子を容易に観察することができるように、電
荷収集電極は透明であることが望ましい。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電荷収
集電極としてＩＴＯ等の透明導電酸化膜を用い、その上
に直接、または電荷阻止層を介して、ａ−Ｓｅ膜を成膜
すると以下のような問題が発生しやすい。

【００１２】ＩＴＯ膜は、比較的低温で成膜できる点
や、大面積成膜にも向いている点で、上記用途の場合、
スパッタリング法で成膜される。しかし、スパッタリン
グ法で得られたＩＴＯ膜は通常、多結晶膜となるため、
得られる膜の表面はランダムに並んだ結晶の影響によ
り、微細な凹凸や局所的な突起が存在する。

【００１３】このような凹凸や突起が存在するＩＴＯ膜
表面に半導体膜としてａ−Ｓｅ膜を直接、あるいは電荷
阻止層を介して成膜すると、凹凸の激しい領域や突起の
部分で、ａ−Ｓｅ膜の構造が局所的に変化（例えば、結
晶化）したり、その部分の電荷阻止特性が悪くなり、暗
電流が局所的に増加したりする現象が起きることがあ
る。特に、ａ−Ｓｅ膜を半導体膜として使用する検出器
の場合、１０Ｖ／μｍ程度の強い電界で動作させる必要
があるため上記不良が発生しやすい。

【００１４】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、半導体膜の局所的な構造変化や電
荷阻止特性の不良の発生が少ない電磁波検出器及び画像
検出器を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の電磁波検出器
は、上記の課題を解決するために、検出対象の電磁波に
感応して電荷を生成する半導体膜と、半導体膜で生成さ
れた電荷を取り出す電荷収集電極とを備えた電磁波検出
器において、電荷収集電極が非晶質透明導電酸化膜から
なることを特徴としている。

【００１６】上記の構成によれば、電荷収集電極が非晶
質透明導電酸化膜からなるので、非晶質透明導電酸化膜
の表面のモフォロジーの滑らかさにより、電荷収集電極
表面の凹凸や局所的な突起を少なくすることができる。
従って、電荷収集電極上に成膜される半導体膜の局所的
な変化や電荷阻止特性の不良の発生の少ない電磁波検出
器を提供することができる。

【００１７】上記の発明における電磁波検出器は、電荷
収集電極が、非晶質のインジウムと錫との酸化物からな
ることが好ましい。

【００１８】上記の構成によれば、例えば、電荷収集電
極の抵抗値や透明性が劣化するといったトレードオフを
防止することができる。

【００１９】上記の発明における電磁波検出器は、電荷
収集電極が、インジウムと、亜鉛またはゲルマニウムと
を含有することにより、より一層容易に非晶質の透明導
電膜を成膜することができる。

【００２０】上記の発明における電磁波検出器は、上記
電荷収集電極が、スパッタリング法により水素および／
または水が混入されたスパッタガス中にて成膜されたも
のであることがより好ましい。

【００２１】上記の構成によれば、電荷収集電極が、ス
パッタリング法により水素および／または水が混入され
たスパッタガス中にて成膜されたものであるので、非晶
質の透明導電膜である電荷収集電極を安定して成膜する
事ができる。

【００２２】上記の発明における電磁波検出器は、半導
体膜と電荷収集電極との間に、半導体膜への電荷の注入
を阻止する電荷注入阻止層が形成されていることが好ま
しい。

【００２３】上記の構成によれば、半導体膜と電荷収集
電極との間に、半導体膜への電荷の注入を阻止する電荷
注入阻止層が形成されていることにより、電荷が電荷収
集電極から半導体膜に注入されるのを防止し、暗電流の
増加を防止することができる。

【００２４】上記の発明における電磁波検出器は、半導
体膜を介して電荷収集電極と対向するようにバイアス電
極が設けられ、該バイアス電極と、半導体膜との間に、
半導体膜への電荷の注入を阻止する電荷注入阻止層が形
成されていることが好ましい。

【００２５】上記の構成によれば、半導体膜を介して電
荷収集電極と対向するようにバイアス電極が設けられ、
該バイアス電極と、半導体膜との間に、半導体膜への電
荷の注入を阻止する電荷注入阻止層が形成されているこ
とにより、暗電流の増加を防止することができる。

【００２６】上記の発明における電磁波検出器は、半導
体膜がセレンを主成分とする非晶質の膜からなることが
好ましい。

【００２７】上記の構成によれば、半導体膜がセレンを
主成分とする非晶質の膜からなるので、暗抵抗が高く、
Ｘ線照射に対して良好な電磁波導電特性を示し、真空蒸
着法により低温で大面積成膜が可能な半導体膜を形成す
ることができる。

【００２８】本発明の画像検出器は、上記の課題を解決
するために、電磁波検出器を複数備えた画像検出器であ
って、上記電荷収集電極が１次元または２次元に複数配
列されると共に、上記電荷収集電極に個別に接続された
電荷蓄積容量と、該電荷蓄積容量に個別に接続されたス
イッチング素子とを複数備えていることを特徴としてい
る。

【００２９】上記の構成によれば、電荷収集電極が、１
次元または２次元に複数配列されると共に、上記電荷収
集電極に個別に接続された電荷蓄積容量と、該電荷蓄積
容量に個別に接続されたスイッチング素子とを複数備え
ているので、１次元または２次元の電磁波情報を一旦電
荷蓄積容量に蓄積し、スイッチング素子を順次走査して
いくことで、１次元または２次元の電荷情報を簡単に読
み出すことができる。また、電荷収集電極を分割パター
ニングすることができる。従って、電荷収集電極上に成
膜される半導体膜の局所的な変化や電荷阻止特性の不良
の発生の少ない画像検出器を提供することができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について図
１および図２に基づいて説明すれば、以下の通りであ
る。

【００３１】以下の説明においては、電磁波検出器を複
数備えており、それを２次元に配列されたものを二次元
画像検出器とする。

【００３２】図１は、本発明の実施の一形態における電
磁波検出器としての二次元画像検出器の１画素単位の構
造を示す断面図、図２はその平面図である。図１、図２
に示す１画素のサイズは、０．１ｍｍ×０．１ｍｍ〜
０．３ｍｍ×０．３ｍｍ程度であり、二次元画像検出器
全体としてはこの画素（電磁波検出器）がＸＹマトリク
ス状に５００×５００〜３０００×３０００画素程度配
列されたものが一般的である。

【００３３】図１に示すように、二次元画像検出器は、
アクティブマトリックス基板１０上に、電磁波導電性を
有する半導体膜６、及び、図示しない高圧電源に接続さ
れたバイアス電極（共通電極）７が順次形成されてい
る。半導体膜６は、Ｘ線などの電磁波が照射されること
により、内部に電荷（電子−正孔）を発生するものであ
る。つまり、半導体膜６は電磁波導電性を有し、Ｘ線に
よる画像情報を電荷情報に変換するためのものである。
また、半導体膜６は、例えば、セレンを主成分とする非
晶質のａ−Ｓｅ（アモルファスセレン）からなる。ここ
で、主成分とは、５０％以上の含有率を有するというこ
とである。

【００３４】以下に、アクティブマトリックス基板１０
について詳しく説明する。

【００３５】アクティブマトリックス基板１０は、ガラ
ス基板１、ゲート電極２、電荷蓄積容量電極（以下、Ｃ
_s電極と称する）１４、ゲート絶縁膜１５、接続電極１
３、チャネル層８、コンタクト層９、データ電極３、絶
縁保護膜１７、層間絶縁膜１２、電荷収集電極１１とを
有している。

【００３６】また、ゲート電極２やゲート絶縁膜１５、
データ電極３、接続電極１３、チャネル層８、コンタク
ト層９等で以て薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film
Transistor）４が構成されており、Ｃ_s電極１４やゲー
ト絶縁膜１５、接続電極１３等で以て電荷蓄積容量（Ｃ
_s）５が構成されている。

【００３７】ガラス基板１は支持基板であり、ガラス基
板１としては、例えば、無アルカリガラス基板（例え
ば、コーニング社製＃１７３７等）を用いることができ
る。ゲート電極（走査線）２及びデータ電極３は、格子
状に配列された電極配線であり、その交点には薄膜トラ
ンジスタ（以下、ＴＦＴと称する）４が形成されてい
る。ＴＦＴ４はスイッチング素子であり、そのソース・
ドレインは、各々データ電極３と接続電極１３とに接続
されている。データ電極３はそのソース電極、接続電極
１３はそのドレイン電極である。つまり、データ電極３
は、信号線としての直線部分と、ＴＦＴ４を構成するた
めの延長部分とを備えており、接続電極１３は、ＴＦＴ
４と電荷蓄積容量５とをつなぐように設けられている。

【００３８】ゲート絶縁膜１５は、ＳｉＮ_Xや、ＳｉＯ
_X等からなっている。ゲート絶縁膜１５は、ゲート電極
２及びＣ_s電極１４を覆うように設けられており、ゲー
ト電極２上に位置する部位がＴＦＴ４におけるゲート絶
縁膜として作用し、Ｃ_s電極１４上に位置する部位は電
荷蓄積容量５における誘電体層として作用する。つま
り、電荷蓄積容量５は、ゲート電極２と同一層に形成さ
れたＣ_s電極１４と接続電極１３との重畳領域によって
形成されている。なお、ゲート絶縁膜１５としては、Ｓ
ｉＮ_XやＳｉＯ_Xに限らず、ゲート電極２及びＣ_s電極
１４を陽極酸化した陽極酸化膜を併用することもでき
る。

【００３９】また、チャネル層（ｉ層）８はＴＦＴ４の
チャネル部であり、データ電極３と接続電極１３とを結
ぶ電流の通路である。コンタクト層（ｎ⁺層）９はデー
タ電極３と接続電極１３とのコンタクトを図る。

【００４０】絶縁保護膜１７は、データ電極３及び接続
電極１３上、つまり、ガラス基板１上に、ほぼ全面（ほ
ぼ全領域）にわたって形成されている。これにより、接
続電極１３とデータ電極３とを保護すると共に、電気的
な絶縁分離を図っている。また、絶縁保護膜１７は、そ
の所定位置、つまり、接続電極１３において電荷蓄積容
量５を介してＣ_s電極１４と対向している部分上に位置
する部位に、コンタクトホール１６を有している。

【００４１】電荷収集電極１１は、非晶質透明導電酸化
膜からなっている。電荷収集電極１１は、コンタクトホ
ール１６を埋めるようにして形成されており、データ電
極３上及び接続電極１３上に積層されている。電荷収集
電極１１と半導体膜６とは電気的に導通しており、半導
体膜６で発生した電荷を電荷収集電極１１で収集できる
ようになっている。

【００４２】層間絶縁膜１２は、感光性を有するアクリ
ル樹脂からなり、ＴＦＴ４の電気的な絶縁分離を図って
いる。層間絶縁膜１２には、コンタクトホール１６が貫
通しており、電荷収集電極１１は接続電極１３に接続さ
れている。

【００４３】ガラス基板１上には、ゲート電極２及びＣ
_s電極１４が設けられている。ゲート電極２の上方に
は、ゲート絶縁膜１５を介して、チャネル層（ｉ層）
８、及び、コンタクト層（ｎ⁺層）９がこの順に形成さ
れている。コンタクト層９上には、データ電極３と接続
電極１３とが形成されている。接続電極１３は、電荷蓄
積容量５を構成する層の上方に積層されている。また、
接続電極１３とデータ電極３の上方には絶縁保護膜１７
が配されている。

【００４４】絶縁保護膜１７の上方には、ＴＦＴ４の層
間絶縁膜１２が設けられている。層間絶縁膜１２の上
層、すなわちアクティブマトリックス基板１０の最上層
には電荷収集電極１１が設けられている。電荷収集電極
１１とＴＦＴ４とは接続電極１３を介して接続されてい
る。

【００４５】また、Ｃ_s電極１４の上方にはゲート絶縁
膜１５が配されており、その上方には接続電極１３が配
されている。電荷収集電極１１と接続電極１３とは、層
間絶縁膜１２を貫通するコンタクトホール１６によって
接続されている。

【００４６】バイアス電極７とＣ_s電極１４との間に
は、図示しない高圧電源が接続されている。この高圧電
源により、バイアス電極７とＣ_s電極１４との間に電圧
が印加される。これにより、電荷蓄積容量５を介してバ
イアス電極７と電荷収集電極１１との間に電界を発生さ
せることができる。このとき、半導体膜６と電荷蓄積容
量５とは、電気的に直列に接続された構造になっている
ので、バイアス電極７にバイアス電圧を印加しておく
と、半導体膜６内で電荷（電子−正孔対）が発生する。
半導体膜６で発生した電子は＋電極側に、正孔は−電極
側に移動し、その結果、電荷蓄積容量５に電荷が蓄積さ
れる。

【００４７】二次元画像検出器全体としては、電荷収集
電極１１は１次元または２次元に複数配列されると共
に、電荷収集電極１１に個別に接続された電荷蓄積容量
５と、電荷蓄積容量５に個別に接続されたＴＦＴ４とを
複数備えている。これにより、１次元または２次元の電
磁波情報を一旦電荷蓄積容量５に蓄積し、ＴＦＴ４を順
次走査していくことで、１次元または２次元の電荷情報
を簡単に読み出すことができる。

【００４８】以下に、二次元画像検出器の製造工程の一
例について説明する。

【００４９】まず、ガラス基板１上に、ＴａやＡｌ等の
金属膜をスパッタ蒸着により厚さ約３００ｎｍに成膜し
た後、所望の形状にパターニングすることにより、ゲー
ト電極２及びＣ_s電極１４を形成する。

【００５０】そして、このゲート電極２及びＣ_s電極１
４を覆うようにして、ガラス基板１の略全面にＳｉＮ_X
や、ＳｉＯ_X等からなるゲート絶縁膜１５をＣＶＤ（Ch
emical Vapor Deposition ）法により厚さ約３５０ｎｍ
に成膜する。なお、ゲート絶縁膜１５としては、ＳｉＮ
_XやＳｉＯ_Xに限らず、ゲート電極２及びＣ_s電極１４
を陽極酸化した陽極酸化膜を併用することもできる。

【００５１】また、ゲート絶縁膜１５を介して、ゲート
電極２の上方にチャネル層８が配されるように、ＣＶＤ
法により、アモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉと称
する）を、厚さ約１００ｎｍに成膜した後、所望の形状
にパターニングすることにより、チャネル層８を形成す
る。

【００５２】チャネル層８の上層にコンタクト層９が配
されるように、ＣＶＤ法によりａ−Ｓｉを厚さ約４０ｎ
ｍに成膜した後、所望の形状にパターニングすることに
より、コンタクト層９を形成する。

【００５３】さらに、コンタクト層９上に、ＴａやＡｌ
等の金属膜をスパッタ蒸着により厚さ約３００ｎｍに成
膜した後、所望の形状にパターニングすることにより、
データ電極３及び接続電極１３を形成する。

【００５４】このようにしてＴＦＴ４及び電荷蓄積容量
５等を形成したガラス基板１の略全面を覆うようにＳｉ
Ｎ_XをＣＶＤ法で厚さ約３００ｎｍに成膜することによ
り、絶縁保護膜１７を形成する。その後、コンタクトホ
ール１６となる接続電極１３上の所定の部分に形成され
た、ＳｉＮ_X膜を除去しておく。

【００５５】上記絶縁保護膜１７上の略全面を覆うよう
に、感光性を有するアクリル樹脂等を厚さ約３μｍに成
膜し、層間絶縁膜１２を形成する。そして、フォトリソ
グラフィ技術によるパターニングを行い、絶縁保護膜１
７におけるコンタクトホール１６となる部分と位置合わ
せをしてコンタクトホール１６を形成する。

【００５６】層間絶縁膜１２上に、ＩＴＯ（Indium-Tin
-Oxide）等の非晶質透明導電酸化膜をスパッタ蒸着法に
て厚さ約２００ｎｍに成膜し、所望の形状にパターニン
グして電荷収集電極１１を形成する。この時、絶縁保護
膜１７及び層間絶縁膜１２に設けたコンタクトホール１
６を介して、電荷収集電極１１と接続電極１３とを電気
的に導通させる（短絡させる）。

【００５７】なお、本実施の形態では上述したように、
アクティブマトリックス基板１０として電荷収集電極１
１がＴＦＴ４の上方にオーバーラップする、いわゆる屋
根型構造（マッシュルーム電極構造）を採用している
が、非屋根型構造を採用してもかまわない。また、スイ
ッチング素子としてａ−Ｓｉを用いたＴＦＴ４を用いた
が、これに限らず、ｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）を用いて
もよい。また、データ電極３及び接続電極１３がゲート
絶縁膜１５を介してゲート電極２より上方にある逆スタ
ガ構造を採用したが、スタガ構造にしてもよい。

【００５８】上記のように形成されたアクティブマトリ
ックス基板１０の画素配列領域をすべて覆うように、ａ
−Ｓｅ（アモルファスセレン）からなり電磁波導電性を
有する半導体膜６を真空蒸着法により膜厚が約０．５ｍ
ｍ〜１．５ｍｍになるように成膜する。

【００５９】最後に、半導体膜６の略全面にＡｕ、Ａｌ
などからなるバイアス電極７を真空蒸着法により約２０
０ｎｍの厚さで形成する。

【００６０】なお、半導体膜６と電荷収集電極１１との
界面に、電子又は正孔の半導体膜６への注入を阻止する
電荷注入阻止層や、半導体膜６と電荷収集電極１１との
密着性を向上させるバッファー層を形成してもよい。ま
た同様に、半導体膜６とバイアス電極７の界面にも電荷
注入阻止層やバッファー層を形成してもよい。電荷注入
阻止層やバッファー層としてはａ−Ａｓ₂Ｓｅ₃や、ア
ルカリ元素イオンやハロゲン元素イオンが添加されたａ
−Ｓｅ等を用いることが可能である。

【００６１】次に、上記構造の二次元画像検出器の動作
原理について説明する。バイアス電極７とＣ_s電極１４
との間に電圧を印加した状態で、半導体膜６にＸ線が照
射されると、半導体膜６内に電荷（電子−正孔対）が発
生する。そして、半導体膜６と電荷蓄積容量５とは電気
的に直列に接続された構造となっているので、半導体膜
６内に発生した電子は＋電極側に、正孔は−電極側に移
動し、その結果、電荷蓄積容量５に電荷が蓄積される。

【００６２】電荷蓄積容量５に蓄積された電荷は、ゲー
ト電極２への入力信号によってＴＦＴ４をオン状態にす
ることによりデータ電極３を介して外部に取り出すこと
が可能となる。

【００６３】そして、ゲート電極２とデータ電極３とか
らなる電極配線、ＴＦＴ４及び電荷蓄積容量５は、すべ
てＸＹマトリクス状に設けられているため、ゲート電極
に入力する信号を順次走査し、データ電極３からの信号
をデータ電極３毎に検知することにより、二次元的にＸ
線の画像情報を得ることが可能となる。

【００６４】続いて、電荷収集電極１１について詳細に
説明する。本発明で用いる電荷収集電極１１は、非晶質
透明導電酸化膜によって構成されている。非晶質透明導
電酸化膜材料としては、インジウムと錫との酸化物（Ｉ
ＴＯ）や、インジウムと亜鉛との酸化物（ＩＺＯ：Indi
um-Zinc-Oxid）、インジウムとゲルマニウムとの酸化物
（ＩＧＯ：Indium-Germanium-Oxide）等を基本組成とす
るものを使用することができる。

【００６５】非晶質透明導電酸化膜は、スパッタリング
法で成膜する際に、低温で成膜したり、スパッタリング
中のガス圧をある一定以上に設定するなどの方法でも簡
単に成膜することができるが、この場合、非晶質透明導
電酸化膜の抵抗値や透明性が劣化するといったトレード
オフが見られる。これに対し、上記のトレードオフが無
く（又は小さく）、かつ安定して非晶質透明導電酸化膜
を得るためには、以下の方法が有効である。

【００６６】（１）アルゴン等の不活性ガス中に、必要
に応じて酸素を混入し、さらに、水素または水を混入さ
せたスパッタガスを用いてＩＴＯをスパッタ成膜するこ
とで、非晶質のＩＴＯ膜を形成する。なお、スパッタガ
スには、水素及び水を混入してもかまわない。

【００６７】（２）酸化インジウムと酸化亜鉛との組成
物からなる焼結体ターゲットを用いてスパッタリング法
で成膜することで、非晶質のＩＺＯ膜を形成する。

【００６８】（３）酸化インジウムと酸化ゲルマニウム
との組成物からなる焼結体ターゲットを用いて、スパッ
タリング法で成膜することで、非晶質のＩＧＯ膜を形成
する。

【００６９】上記のような非晶質状態の透明導電酸化膜
は、通常の多結晶性透明導電酸化膜に比べて表面のモフ
ォロジーが滑らかである。例えば、多結晶ＩＴＯ膜の場
合、表面に最大１０ｎｍ程度の凹凸が存在するが、非晶
質ＩＴＯ膜の場合、表面の凹凸は５ｎｍ以下に抑えるこ
とが可能である。

【００７０】微小な凹凸や突起が存在する多結晶のＩＴ
Ｏ膜表面にａ−Ｓｅ膜を直接、又は電荷阻止層を介して
成膜した場合、ＩＴＯ膜の凹凸の激しい領域や突起が突
発的に存在する部分において、ａ−Ｓｅ膜の構造が局所
的に変化（例えば、結晶化）したり、その部分の電荷阻
止特性が悪くなり、暗電流が局所的に増加する現象が現
れることがある。この不良の発生率として、ａ−Ｓｅか
らなる半導体膜６に１０Ｖ／μｍ程度の強い電界を印加
して動作させた場合、不良画素発生率（上述の不良が発
生した画素数／全画素数）は０．００１％〜０．００８
％であった。これに対し上述の（２）の方法で電荷収集
電極１１表面を非晶質透明導電酸化膜で形成することに
より、不良発生率を０．０００２％〜０．０００５％に
減少させることが可能となる。また、上述の（１）、
（３）の方法で形成された非晶質透明導電酸化膜を電荷
収集電極１１として用いても、効果に大小の差は見られ
るものの、不良画素発生率の低減効果が確認される。

【００７１】このように、非晶質の透明導電酸化膜を電
荷収集電極１１として使用すれば、その上にａ−Ｓｅに
代表される非晶質状態の半導体膜６を形成しても、電荷
収集電極１１表面の凹凸や局所的な突起に起因する特性
不良の発生を抑制することができる。

【００７２】また、上記の二次元画像検出器は、電荷収
集電極１１を画素単位に複数に分離することで、１次元
又は２次元の電磁波情報を検出できるようになる。電荷
収集電極１１をエッチングにより複数の電荷収集電極１
１にパターニングする際、結晶性が高い膜では結晶粒の
影響によりパターンエッジのシャープネスが悪くなる
が、非晶質膜では結晶粒の影響を受けないため、シャー
プネスの優れたパターンエッジが得られる。このよう
に、電荷収集電極１１が非晶質膜からなることによっ
て、微細でかつパターン精度が優れた電荷収集電極１１
を形成することができる。従って、画素ピッチが小さく
高精細な二次元画像検出器や、電荷収集電極１１のフィ
ルファクターが大きな二次元画像検出器を容易に実現す
ることができる。

【００７３】なお、本発明における二次元画像検出器
は、半導体膜がａ−Ｓｅからなるので、高電界印加時の
アバランシェ効果を利用した二次元画像検出器などにも
有効である。

【００７４】

【発明の効果】以上のように、本発明の電磁波検出器
は、電荷収集電極が非晶質透明導電酸化膜からなる構成
である。

【００７５】これにより、電荷収集電極が表面のモフォ
ロジーの滑らかな非晶質透明導電酸化膜からなるので、
電荷収集電極表面の凹凸や局所的な突起を少なくするこ
とができる。従って、電荷収集電極上に半導体膜を形成
しても、電荷収集電極表面の凹凸や局所的な突起に起因
する、半導体膜の局所的な変化や電荷阻止特性の不良の
発生の少ない電磁波検出器を提供することができるとい
った効果を奏する。

【００７６】上記の電磁波検出器は、電荷収集電極が、
非晶質のインジウムと錫との酸化物からなる透明導電膜
である構成である。

【００７７】これにより、例えば、電荷収集電極の抵抗
値や透明性が劣化するといったトレードオフを防止する
ことができる。これにより、例えば、高感度な電磁波検
出器を提供できるといった効果を奏する。

【００７８】上記の電磁波検出器は、電荷収集電極が、
インジウムと、亜鉛またはゲルマニウムとを含有する構
成であるので、容易に非晶質の透明導電膜を成膜するこ
とができる。これにより、例えば、高感度な電磁波検出
器を提供できるといった効果を奏する。

【００７９】上記の電磁波検出器は、電荷収集電極が、
スパッタリング法により水素および／または水が混入さ
れたスパッタガス中にて成膜される構成である。

【００８０】これにより、非晶質の透明導電膜である電
荷収集電極を安定して、かつ、容易に成膜することがで
きるといった効果を奏する。

【００８１】上記の電磁波検出器は、半導体膜と電荷収
集電極との間に、半導体膜への電荷の注入を阻止する電
荷注入阻止層が形成されている構成である。

【００８２】これにより、電荷が電荷収集電極から半導
体膜に注入されるのを防止し、暗電流の増加を防止する
ことができる。従って、例えば、高感度な電磁波検出器
を提供できるといった効果を奏する。

【００８３】上記の電磁波検出器は、半導体膜を介して
電荷収集電極と対向するようにバイアス電極が設けら
れ、該バイアス電極と、半導体膜との間に、半導体膜へ
の電荷の注入を阻止する電荷注入阻止層が形成されてい
る構成である。

【００８４】これにより、半導体膜に電荷が注入される
のを防止し、暗電流の増加を防止することができる。従
って、例えば、高感度な電磁波検出器を提供できるとい
った効果を奏する。

【００８５】上記の電磁波検出器は、半導体膜がセレン
を主成分とする非晶質の膜からなる構成である。

【００８６】これにより、暗抵抗が高く、Ｘ線照射に対
して良好な電磁波導電特性を示し、真空蒸着法により低
温で大面積成膜が可能な半導体膜を形成することがで
き、例えば、上記半導体膜を用いて、高感度な電磁波検
出器を提供できるといった効果を奏する。

【００８７】本発明の画像検出器は、上記電磁波検出器
を複数備えた画像検出器であって、上記電荷収集電極
が、１次元または２次元に複数配列されると共に、上記
電荷収集電極に個別に接続された電荷蓄積容量と、該電
荷蓄積容量に個別に接続されたスイッチング素子とを複
数備えている構成である。

【００８８】これにより、１次元または２次元の電磁波
情報を一旦電荷蓄積容量に蓄積し、それらを順次走査し
ていくことで、１次元または２次元の電荷情報を簡単に
読み出すことができ、また、電荷収集電極を分割パター
ニングすることができる。従って、例えば、電荷収集電
極が上記非晶質の導電膜からなっていると、エッチング
時のパターン精度が向上するため、電荷収集電極を高精
細に分割パターニングすることができ、このため、画素
ピッチが小さく高精細な画像検出器を提供できるといっ
た効果を奏する。また、電荷収集電極上に成膜される半
導体膜の局所的な変化や電荷阻止特性の不良の発生の少
ない画像検出器を提供することができるといった効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係る電磁波検出器とし
ての二次元画像検出器の１画素単位の構造を示す断面図
である。

【図２】上記二次元画像検出器の平面図である。

【図３】従来の二次元画像検出器の構造を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１ガラス基板２ゲート電極３データ電極４ＴＦＴ５電荷蓄積容量（Ｃ_s）６半導体膜７バイアス電極８チャネル層９コンタクト層１０アクティブマトリックス基板１１電荷収集電極１２層間絶縁膜１３接続電極１４Ｃ_s電極１５ゲート絶縁膜１６コンタクトホール１７絶縁保護膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 29/786 Ｈ０１Ｌ 29/78 ６１３Ｚ 31/09 31/00 ＡＦターム(参考） 2G088 EE01 EE27 FF02 FF14 GG21 JJ05 JJ09 JJ32 JJ37 LL11 4M118 AA08 AA10 CA32 CB05 CB14 EA01 FB08 FB09 FB13 FB16 GA10 5F088 AA11 BA01 BB03 EA04 EA08 FA04 KA03 LA08 5F110 BB02 BB10 CC05 CC07 DD02 EE03 EE04 EE44 FF02 FF03 FF09 FF24 FF29 GG02 GG13 GG15 GG35 GG44 HK03 HK04 HK09 HK16 HK33 HL07 HL23 NN03 NN04 NN24 NN27 NN35 NN73

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検出対象の電磁波に感応して電荷を生成す
る半導体膜と、上記半導体膜で生成された電荷を取り出す電荷収集電極
とを備えた電磁波検出器において、上記電荷収集電極が非晶質透明導電酸化膜からなること
を特徴とする電磁波検出器。
【請求項２】上記電荷収集電極が非晶質のインジウムと
錫との酸化物からなることを特徴とする請求項１に記載
の電磁波検出器。
【請求項３】上記電荷収集電極が、インジウムと、亜鉛
またはゲルマニウムとを含有することを特徴とする請求
項１に記載の電磁波検出器。
【請求項４】上記電荷収集電極が、スパッタリング法に
より、水素および／または水が混入されたスパッタガス
中にて成膜されたものであることを特徴とする請求項１
ないし３のいずれか一項に記載の電磁波検出器。
【請求項５】上記半導体膜と上記電荷収集電極との間
に、半導体膜への電荷の注入を阻止する電荷注入阻止層
が形成されていることを特徴とする請求項１ないし４の
いずれか一項に記載の電磁波検出器。
【請求項６】上記半導体膜を介して上記電荷収集電極と
対向するようにバイアス電極が設けられ、該バイアス電
極と、上記半導体膜との間に、半導体膜への電荷の注入
を阻止する電荷注入阻止層が形成されていることを特徴
とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の電磁波
検出器。
【請求項７】上記半導体膜がセレンを主成分とする非晶
質の膜からなることを特徴とする請求項１ないし６のい
ずれか一項に記載の電磁波検出器。
【請求項８】請求項１ないし７のいずれか一項に記載の
電磁波検出器を複数備えた画像検出器であって、上記電荷収集電極が、１次元または２次元に複数配列さ
れると共に、上記電荷収集電極に個別に接続された電荷
蓄積容量と、該電荷蓄積容量に個別に接続されたスイッ
チング素子とを複数備えていることを特徴とする画像検
出器。