JP2002217392A - 光電変換装置及びそれを用いた放射線撮像装置 - Google Patents
光電変換装置及びそれを用いた放射線撮像装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 X線放射による画質の劣化を定期的に補正し
ているが、X線の爆射が必要であり、手間がかかる。 【解決手段】 光電変換体にキャリアを供給するキャリ
ア供給電極209を形成する。また、キャリア供給電極
からキャリアを供給し、各画素の信号を読み出して補正
データを作成する。そして、補正データを用いて撮影さ
れた画像信号を補正し、X線の爆射なしで補正を行う。
ているが、X線の爆射が必要であり、手間がかかる。 【解決手段】 光電変換体にキャリアを供給するキャリ
ア供給電極209を形成する。また、キャリア供給電極
からキャリアを供給し、各画素の信号を読み出して補正
データを作成する。そして、補正データを用いて撮影さ
れた画像信号を補正し、X線の爆射なしで補正を行う。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光電変換装置及び
それを用いた放射線撮像装置に関し、特に、医療用機器
等に好適に用いることが可能な光電変換装置及びそれを
用いた放射線撮像装置に関するものである。
それを用いた放射線撮像装置に関し、特に、医療用機器
等に好適に用いることが可能な光電変換装置及びそれを
用いた放射線撮像装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年の半導体技術の進歩に伴い、その技
術を応用した放射線機器のデジタル化が進んでいる。こ
の放射線機器のデジタル化は、従来の機器がフィルムや
紙で保存していた画像や情報をデジタル情報として記録
し、リアルタイムに画像や情報を転送することに留まら
ず、新しい原理、材料を用いることにより高性能な装置
を開発するに至っている。
術を応用した放射線機器のデジタル化が進んでいる。こ
の放射線機器のデジタル化は、従来の機器がフィルムや
紙で保存していた画像や情報をデジタル情報として記録
し、リアルタイムに画像や情報を転送することに留まら
ず、新しい原理、材料を用いることにより高性能な装置
を開発するに至っている。
【0003】放射線機器の最も身近なものといえば医療
用のX線撮像装置(レントゲン)であるが、このような
デジタル化によってX線撮像装置においては感度が向上
することによって、患者に照射する線量を少なくできる
ため、患者の負担を軽減できる。また、従来は別々の装
置であった静止画撮影と動画撮影を一つの装置で行える
ようになる等大きな進歩が望まれている。よって、この
ような医療機器の高性能化は患者の負担を軽減し、効率
化にも繋がる等医療の大きな進歩として期待されてい
る。
用のX線撮像装置(レントゲン)であるが、このような
デジタル化によってX線撮像装置においては感度が向上
することによって、患者に照射する線量を少なくできる
ため、患者の負担を軽減できる。また、従来は別々の装
置であった静止画撮影と動画撮影を一つの装置で行える
ようになる等大きな進歩が望まれている。よって、この
ような医療機器の高性能化は患者の負担を軽減し、効率
化にも繋がる等医療の大きな進歩として期待されてい
る。
【0004】デジタル化されたX線撮像装置には大きく
分けて図9に示すように2種類がある。1つは図9
(a)に示すように患者(被写体)106を通った情報
を担ったX線101を蛍光体102で光103に変換
し、その光をフォトダイオード等の半導体光センサ10
4を用いて電気信号に変換する方法、もう1つは図9
(b)に示すようにX線を吸収し、光電効果によりX線
信号を電気信号に変換する光電吸収材料107を用いる
方法である。
分けて図9に示すように2種類がある。1つは図9
(a)に示すように患者(被写体)106を通った情報
を担ったX線101を蛍光体102で光103に変換
し、その光をフォトダイオード等の半導体光センサ10
4を用いて電気信号に変換する方法、もう1つは図9
(b)に示すようにX線を吸収し、光電効果によりX線
信号を電気信号に変換する光電吸収材料107を用いる
方法である。
【0005】この材料にはアモルファス−セレン(α−
Se)等の非結晶材料やGaAsやシリコンといった結
晶材料が用いられる。共に電気信号を転送する部分は、
半導体(シリコン又はアモルファスシリコン)で作製さ
れた薄膜トランジスタやMOSトランジスタ等のスイッ
チング素子と電気信号を蓄積するためのキャパシターを
2次元マトリックス状に配置した転送回路108が用い
られる。前者は間接型、後者は直接型と呼ばれている。
Se)等の非結晶材料やGaAsやシリコンといった結
晶材料が用いられる。共に電気信号を転送する部分は、
半導体(シリコン又はアモルファスシリコン)で作製さ
れた薄膜トランジスタやMOSトランジスタ等のスイッ
チング素子と電気信号を蓄積するためのキャパシターを
2次元マトリックス状に配置した転送回路108が用い
られる。前者は間接型、後者は直接型と呼ばれている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のX線
撮像装置では、直接型、間接型ともにX線に比較的弱い
半導体素子を用いているため、X線照射による転送回路
のキャパシターの容量変化やTFTの特性劣化に伴なう
画質の低下を監視し、補正する仕組みが必要となる。一
般的な方法として、定期的に校正データを作成するため
患者を通さないでX線を照射し、そこから得られた情報
から校正データを作成し、この補正値を用いて画像を補
間する方法がある。しかしながら、この方法では、装置
の校正のためわざわざX線を爆射しなければならない手
間がかかり、時間を要するという問題があった。また、
校正データを作成するには手数を要するので、医師や検
査技師等の負担となっていた。
撮像装置では、直接型、間接型ともにX線に比較的弱い
半導体素子を用いているため、X線照射による転送回路
のキャパシターの容量変化やTFTの特性劣化に伴なう
画質の低下を監視し、補正する仕組みが必要となる。一
般的な方法として、定期的に校正データを作成するため
患者を通さないでX線を照射し、そこから得られた情報
から校正データを作成し、この補正値を用いて画像を補
間する方法がある。しかしながら、この方法では、装置
の校正のためわざわざX線を爆射しなければならない手
間がかかり、時間を要するという問題があった。また、
校正データを作成するには手数を要するので、医師や検
査技師等の負担となっていた。
【0007】本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされ
たもので、その目的は、放射線の爆射を必要とせず、容
易に補正が可能な光電変換装置及びそれを用いた放射線
撮像装置を提供することにある。
たもので、その目的は、放射線の爆射を必要とせず、容
易に補正が可能な光電変換装置及びそれを用いた放射線
撮像装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、光信号
を電気信号に変換する光電変換体と、前記光電変換体か
ら出力された信号を転送する転送回路とを有する光電変
換装置において、前記光電変換体に電圧を印加するため
の電極及び信号を転送するための電極とは別に、当該光
電変換体にキャリアを供給するためのキャリア供給電極
を形成したことを特徴とする光電変換装置によって達成
される。
を電気信号に変換する光電変換体と、前記光電変換体か
ら出力された信号を転送する転送回路とを有する光電変
換装置において、前記光電変換体に電圧を印加するため
の電極及び信号を転送するための電極とは別に、当該光
電変換体にキャリアを供給するためのキャリア供給電極
を形成したことを特徴とする光電変換装置によって達成
される。
【0009】また、本発明の目的は、上記光電変換装置
を含み、光電変換装置のキャリア供給電極からキャリア
を供給する手段と、前記キャリア供給電極にキャリアを
供給した時に前記光電変換体から信号を読み出し、補正
データを作成する手段と、前記光電変換体で撮影された
画像を前記補正データに基づいて補正する手段とを備え
たことを特徴とする放射線撮像装置によって達成され
る。
を含み、光電変換装置のキャリア供給電極からキャリア
を供給する手段と、前記キャリア供給電極にキャリアを
供給した時に前記光電変換体から信号を読み出し、補正
データを作成する手段と、前記光電変換体で撮影された
画像を前記補正データに基づいて補正する手段とを備え
たことを特徴とする放射線撮像装置によって達成され
る。
【0010】ここで、従来の放射線撮像装置において
は、光電変換材料としてGaAsやSiといった半導体
結晶材料を用いたものはダイオードタイプのもので、電
圧を印加する電極と光電効果で発生した電荷を引き出す
ための電極の2つの電極を有する。本発明では、光電変
換体に上記電極とは別に電荷を供給するキャリア供給電
極を形成している。そして、キャリア供給電極からキャ
リアを供給し、擬似的に被写体に放射線を通さないで放
射線を照射した場合と同様の出力を得て、それを用いて
画像を補正することにより放射線の爆射なしで画像の補
正を行うことを可能としている。
は、光電変換材料としてGaAsやSiといった半導体
結晶材料を用いたものはダイオードタイプのもので、電
圧を印加する電極と光電効果で発生した電荷を引き出す
ための電極の2つの電極を有する。本発明では、光電変
換体に上記電極とは別に電荷を供給するキャリア供給電
極を形成している。そして、キャリア供給電極からキャ
リアを供給し、擬似的に被写体に放射線を通さないで放
射線を照射した場合と同様の出力を得て、それを用いて
画像を補正することにより放射線の爆射なしで画像の補
正を行うことを可能としている。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明の放射
線撮像装置の第1の実施形態の構成を示す図である。な
お、光電変換体として半導体であるシリコン(Si)、
ガリウムヒ素(GaAs)やガリウムリン(GaP)等
を用いることができるが、本実施形態ではGaAsを用
いた場合を例として説明する。また、転送回路にはシリ
コンウェハー上にMOSトランジスタ等を用いて作成し
たものや、絶縁基板上にTFT等で回路を作成したもの
を用いることができるが、本実施形態では絶縁基板上に
TFT等で回路を作成したものを用いた場合を例として
説明する。図1は光電変換体及び転送回路を基板上に形
成した場合の層構成を示している。
て図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明の放射
線撮像装置の第1の実施形態の構成を示す図である。な
お、光電変換体として半導体であるシリコン(Si)、
ガリウムヒ素(GaAs)やガリウムリン(GaP)等
を用いることができるが、本実施形態ではGaAsを用
いた場合を例として説明する。また、転送回路にはシリ
コンウェハー上にMOSトランジスタ等を用いて作成し
たものや、絶縁基板上にTFT等で回路を作成したもの
を用いることができるが、本実施形態では絶縁基板上に
TFT等で回路を作成したものを用いた場合を例として
説明する。図1は光電変換体及び転送回路を基板上に形
成した場合の層構成を示している。
【0012】光電変換体はGaAsウェハーを用いて、
まず、図面の上方から保護層201、金(Au)や金の
合金等の金属材料によって形成された上部電極層20
2、GaAs基板204と上部電極層202のオーミッ
クコンタクトを取るためのp+型GaAs層203、光
電効果によりキャリアを発生する光電変換層204、n
型GaAs層205、下部接続電極とオーミックコンタ
クトを取るためのn+ 型GaAs層206、及び、金
(Au)や金の合金等の金属電極で形成される下部接続
電極207からなるPIN型ダイオードになっている。
また、光電変換層204にはn型GaAs層205、n
+ 型GaAs層206、キャリア供給電極209が形成
されている。
まず、図面の上方から保護層201、金(Au)や金の
合金等の金属材料によって形成された上部電極層20
2、GaAs基板204と上部電極層202のオーミッ
クコンタクトを取るためのp+型GaAs層203、光
電効果によりキャリアを発生する光電変換層204、n
型GaAs層205、下部接続電極とオーミックコンタ
クトを取るためのn+ 型GaAs層206、及び、金
(Au)や金の合金等の金属電極で形成される下部接続
電極207からなるPIN型ダイオードになっている。
また、光電変換層204にはn型GaAs層205、n
+ 型GaAs層206、キャリア供給電極209が形成
されている。
【0013】このPIN型ダイオードを作製するには、
まず、半絶縁性GaAs基板又は低ドーピングのp型G
aAs基板上にn型GaAs層3000Å、n+ 型Ga
As層を1000Å、分子線エピタキシー法(MBE
法)や液相エピタキシー法(LPE法)または、有機金
属化学気層体積法(MOCVD法)等で順次堆積する。
その後、リソグラフィーによりパターニングし各電極に
対応した形状にエッチングする。
まず、半絶縁性GaAs基板又は低ドーピングのp型G
aAs基板上にn型GaAs層3000Å、n+ 型Ga
As層を1000Å、分子線エピタキシー法(MBE
法)や液相エピタキシー法(LPE法)または、有機金
属化学気層体積法(MOCVD法)等で順次堆積する。
その後、リソグラフィーによりパターニングし各電極に
対応した形状にエッチングする。
【0014】更に、シリコン窒化膜(SiNx)を化学
気相体積法(CVD法)で1μm堆積し表面を保護す
る。次いで、基板の反対面にp型GaAs層を分子線エ
ピタキシー法(MBE法)や液相エピタキシー法(LP
E法)で3000Å、アルミニウム等の金属層を1μ
m、スパッターで順次堆積する。また、n型GaAs層
を堆積した側のシリコン窒化膜をエッチングにより開口
し、下部接続電極207となるアルミニウム等の金属層
をスパッター等で1μm堆積する。更に、リソグラフィ
ーによりパターニング後、不要部分をエッチングし電極
を形成する。
気相体積法(CVD法)で1μm堆積し表面を保護す
る。次いで、基板の反対面にp型GaAs層を分子線エ
ピタキシー法(MBE法)や液相エピタキシー法(LP
E法)で3000Å、アルミニウム等の金属層を1μ
m、スパッターで順次堆積する。また、n型GaAs層
を堆積した側のシリコン窒化膜をエッチングにより開口
し、下部接続電極207となるアルミニウム等の金属層
をスパッター等で1μm堆積する。更に、リソグラフィ
ーによりパターニング後、不要部分をエッチングし電極
を形成する。
【0015】転送回路は、少なくとも表面が絶縁である
基板210上に、キャパシター及びスイッチング素子で
ある薄膜トランジスタ(TFT)と、信号を転送するた
めの配線等が形成されている。層構成はそれぞれ絶縁基
板上にクロム(Cr)等からなるキャパシターの下部電
極211とTFTのゲート電極216、絶縁層であるア
モルファス窒化シリコン(a−SiNx)層212,2
17,TFTのチャネル層やキャパシターの誘電体層と
なる水素化アモルファスシリコン(a−Si:H)層2
13、218、上部電極のオーミックコンタクトを取る
ためのn+ 型a−Si:H層214,219、キャパシ
ターの上部電極及びTFTのソース電極及びドレイン電
極となるAl等の金属からなる電極層215,220及
び保護層となるa−SiNx層221、光電変換層20
4と接続するための上部接続電極層222からなってい
る。上部接続電極層222はコンタクトホールを介して
キャパシターの下部電極211と接続されている。
基板210上に、キャパシター及びスイッチング素子で
ある薄膜トランジスタ(TFT)と、信号を転送するた
めの配線等が形成されている。層構成はそれぞれ絶縁基
板上にクロム(Cr)等からなるキャパシターの下部電
極211とTFTのゲート電極216、絶縁層であるア
モルファス窒化シリコン(a−SiNx)層212,2
17,TFTのチャネル層やキャパシターの誘電体層と
なる水素化アモルファスシリコン(a−Si:H)層2
13、218、上部電極のオーミックコンタクトを取る
ためのn+ 型a−Si:H層214,219、キャパシ
ターの上部電極及びTFTのソース電極及びドレイン電
極となるAl等の金属からなる電極層215,220及
び保護層となるa−SiNx層221、光電変換層20
4と接続するための上部接続電極層222からなってい
る。上部接続電極層222はコンタクトホールを介して
キャパシターの下部電極211と接続されている。
【0016】転送回路を作製するには少なくとも表面が
絶縁である基板210上に、Cr等の金属をスパッター
により1000Å形成する。リソグラフィーでパターニ
ングした後、エッチングしキャパシターの下部電極21
1とTFTのゲート電極に分離する。次に、絶縁層とな
るa−SiNx層3000Å、a−Si:H層3000
Å、n型a−Si:H層750Åを順次CVD法で堆積
する。リソグラフィーでパターニングした後、リアクテ
ィブイオンエッチング(RIE)でエッチングし、キャ
パシターとTFTに分離し、更にTFTとキャパシター
を接続するためのコンタクトホールをRIEで形成す
る。
絶縁である基板210上に、Cr等の金属をスパッター
により1000Å形成する。リソグラフィーでパターニ
ングした後、エッチングしキャパシターの下部電極21
1とTFTのゲート電極に分離する。次に、絶縁層とな
るa−SiNx層3000Å、a−Si:H層3000
Å、n型a−Si:H層750Åを順次CVD法で堆積
する。リソグラフィーでパターニングした後、リアクテ
ィブイオンエッチング(RIE)でエッチングし、キャ
パシターとTFTに分離し、更にTFTとキャパシター
を接続するためのコンタクトホールをRIEで形成す
る。
【0017】次いで、Alをスパッターで1μm堆積し
リソグラフィーでパターニングした後、エッチングしT
FTのソース電極、ドレイン電極、キャパシターの上部
電極及び信号転送配線に分離する。保護層となるa−S
iNxをCVD法で堆積しRIEを用いて下部電極と上
部接続電極とを繋ぐためのコンタクトホールをRIEを
用いて形成する。更に、上部接続電極となるAl等の金
属層をスパッター等で堆積しリソグラフィーでパターニ
ングした後、RIEで不要な部分をエッチングし上部接
続電極層を形成する。なお、図1では2画素分しか示し
ていないが、用途に応じて画素数を設定してもよい。ま
た、各層の厚さはこれに限らず最適な膜厚を用いてもよ
い。
リソグラフィーでパターニングした後、エッチングしT
FTのソース電極、ドレイン電極、キャパシターの上部
電極及び信号転送配線に分離する。保護層となるa−S
iNxをCVD法で堆積しRIEを用いて下部電極と上
部接続電極とを繋ぐためのコンタクトホールをRIEを
用いて形成する。更に、上部接続電極となるAl等の金
属層をスパッター等で堆積しリソグラフィーでパターニ
ングした後、RIEで不要な部分をエッチングし上部接
続電極層を形成する。なお、図1では2画素分しか示し
ていないが、用途に応じて画素数を設定してもよい。ま
た、各層の厚さはこれに限らず最適な膜厚を用いてもよ
い。
【0018】光電変換体と転送回路の接続方法は、光電
変換体にバンプ208を形成し、異方導電接着剤を用い
て両者を電気的に接続している。バンプ208は光電変
換体に金(Au)1μm、パラジウム(Pd)、チタン
(Ti)からなるバリアメタルを形成した後、15μm
の高さのAuのバンプを形成する。このようにして光電
変換体と転送回路を画素毎に接続している。ここで、バ
ンプの大きさは光電変換体の1画素の大きさで規定さ
れ、最適な大きさが用いられる。また、バンプの高さは
用いる異方導電性接着剤の厚みより高く設定される。
変換体にバンプ208を形成し、異方導電接着剤を用い
て両者を電気的に接続している。バンプ208は光電変
換体に金(Au)1μm、パラジウム(Pd)、チタン
(Ti)からなるバリアメタルを形成した後、15μm
の高さのAuのバンプを形成する。このようにして光電
変換体と転送回路を画素毎に接続している。ここで、バ
ンプの大きさは光電変換体の1画素の大きさで規定さ
れ、最適な大きさが用いられる。また、バンプの高さは
用いる異方導電性接着剤の厚みより高く設定される。
【0019】図2は光電変換体側の基板を下方側から見
た図であり、光電変換体の電極形状を示すものである。
207は下部電極層、209はキャリア供給電極であ
る。キャリア供給電極209はすだれ状になっていて、
すべてに同電位が与えられる構造になっている。310
はキャリア供給電極209に電圧を印加するための電極
である。
た図であり、光電変換体の電極形状を示すものである。
207は下部電極層、209はキャリア供給電極であ
る。キャリア供給電極209はすだれ状になっていて、
すべてに同電位が与えられる構造になっている。310
はキャリア供給電極209に電圧を印加するための電極
である。
【0020】図3は転送回路側の基板を上方から見た平
面図である。転送回路は、TFT407、キャパシター
408からなる画素とTFTのゲート電極にバイアスを
供給するゲートバイアス線400〜402、TFT40
7から出力された電気信号を読み出し回路へ転送するた
めの信号転送線403〜405、キャパシター408の
上部電極と接続され電位を固定するための電極406、
光電変換体と接続されキャリア供給電極209に電圧を
与える電極等で構成されている。電極406、ゲート電
極400〜402はキャパシター408の下部電極と同
じ材料で、信号転送線はキャパシター408の上部電極
と同じ材料で形成され、それぞれ下部電極及び上部電極
の形成時に形成される。
面図である。転送回路は、TFT407、キャパシター
408からなる画素とTFTのゲート電極にバイアスを
供給するゲートバイアス線400〜402、TFT40
7から出力された電気信号を読み出し回路へ転送するた
めの信号転送線403〜405、キャパシター408の
上部電極と接続され電位を固定するための電極406、
光電変換体と接続されキャリア供給電極209に電圧を
与える電極等で構成されている。電極406、ゲート電
極400〜402はキャパシター408の下部電極と同
じ材料で、信号転送線はキャパシター408の上部電極
と同じ材料で形成され、それぞれ下部電極及び上部電極
の形成時に形成される。
【0021】また、409は図2の電極310と接続さ
れる電極、410〜412はキャパシター408に接続
するための電極、413はキャパシター408と図2の
バンプ208との接続部である。なお、図2、図3にお
いて3×3画素の光電変換体と転送回路を示したが、画
素数はこれに限らない。また、転送回路からキャリア供
給電極209へ電圧を供給する方法を示したが、これに
限らず、他の方法で光電変換体から直接、電源へ接続し
ても構わない。
れる電極、410〜412はキャパシター408に接続
するための電極、413はキャパシター408と図2の
バンプ208との接続部である。なお、図2、図3にお
いて3×3画素の光電変換体と転送回路を示したが、画
素数はこれに限らない。また、転送回路からキャリア供
給電極209へ電圧を供給する方法を示したが、これに
限らず、他の方法で光電変換体から直接、電源へ接続し
ても構わない。
【0022】図4(a)、(b)は光電変換体のバンド
ダイアグラムを示す。図4において500は下部接続電
極、501はn+ 型GaAs層、502はn型GaAs
層、503は半絶縁性又は低ドープのp型GaAsであ
る光電変換層、504はp+型GaAs層、505は上
部電極層を示している。光電変換体において光電効果に
より発生した電気信号を出力するためには、光電変換体
の上部電極505に負のバイアスを印加する。この時、
図4(a)に示すように光電変換層503内の電子(黒
丸)は下部接続電極側へ、正孔(白丸)は上部電極側へ
流れるため、n型のGaAs層502と光電変換層50
3の接合面からキャリアが枯渇した層、空乏層が主に光
電変換層側に広がる。
ダイアグラムを示す。図4において500は下部接続電
極、501はn+ 型GaAs層、502はn型GaAs
層、503は半絶縁性又は低ドープのp型GaAsであ
る光電変換層、504はp+型GaAs層、505は上
部電極層を示している。光電変換体において光電効果に
より発生した電気信号を出力するためには、光電変換体
の上部電極505に負のバイアスを印加する。この時、
図4(a)に示すように光電変換層503内の電子(黒
丸)は下部接続電極側へ、正孔(白丸)は上部電極側へ
流れるため、n型のGaAs層502と光電変換層50
3の接合面からキャリアが枯渇した層、空乏層が主に光
電変換層側に広がる。
【0023】光電変換層にX線が照射されると、図4
(b)に示すように光電変換層では光電効果により電子
/正孔対が発生するが、空乏層外で発生した電子/正孔
対は再結合し消滅してしまい、空乏層で発生した電子/
正孔対は空乏層にかかる電界によって再結合することな
く、電子は下部接続電極側500へ、正孔は上部電極側
へ導かれる。光電効果で発生した電子/正孔対の数は入
射したX線量に比例するため、入射X線量に見合った電
気信号が得られる。この時のキャリア供給電極はキャリ
ア供給電極へ光電効果によって発生した電荷が流れない
ように電源から電気的に切り離しフローティングにして
おく。
(b)に示すように光電変換層では光電効果により電子
/正孔対が発生するが、空乏層外で発生した電子/正孔
対は再結合し消滅してしまい、空乏層で発生した電子/
正孔対は空乏層にかかる電界によって再結合することな
く、電子は下部接続電極側500へ、正孔は上部電極側
へ導かれる。光電効果で発生した電子/正孔対の数は入
射したX線量に比例するため、入射X線量に見合った電
気信号が得られる。この時のキャリア供給電極はキャリ
ア供給電極へ光電効果によって発生した電荷が流れない
ように電源から電気的に切り離しフローティングにして
おく。
【0024】次に、本実施形態の特徴であるキャリア供
給電極を使用した場合の原理について説明する。図5は
キャリア供給電極と下部接続電極間のバンドダイアグラ
ムを示す。図5において、600は下部接続電極、60
1はn+ 型GaAs層、602はn型GaAs層、60
3は半絶縁性又は低ドープのp型GaAsである光電変
換層、604はn型GaAs層、605はn+ 型GaA
s層、606はキャリア供給電極である。図5(a)は
光電変換体に電圧を印加しない状態を示している。この
状態から、キャリア供給電極606に負のバイアスを印
加した時のバンドダイアグラムが図5(b)である。
給電極を使用した場合の原理について説明する。図5は
キャリア供給電極と下部接続電極間のバンドダイアグラ
ムを示す。図5において、600は下部接続電極、60
1はn+ 型GaAs層、602はn型GaAs層、60
3は半絶縁性又は低ドープのp型GaAsである光電変
換層、604はn型GaAs層、605はn+ 型GaA
s層、606はキャリア供給電極である。図5(a)は
光電変換体に電圧を印加しない状態を示している。この
状態から、キャリア供給電極606に負のバイアスを印
加した時のバンドダイアグラムが図5(b)である。
【0025】このようにキャリア供給電極に負のバイア
スを印加すると、キャリア供給電極側の静電ポテンシャ
ルが高くなり、キャリア供給電極から下部接続電極60
0へ電子(黒丸)を流すことができる。但し、低いバイ
アスであると、キャリア供給電極606から供給された
電子は光電変換層603を移動する間に再結合し消滅し
てしまうが、印加する電圧を大きくし電子の移動度を高
くすることで図5(c)に示すように光電変換層606
を移動する時間を短くし、下部電極層に到達する。半導
体中の電子の寿命(ライフタイム)は半導体の種類、不
純物濃度で決まるため、光電変換層を移動する時間が電
子のライフタイムより短くなるように印加する電圧を設
定すればよい。
スを印加すると、キャリア供給電極側の静電ポテンシャ
ルが高くなり、キャリア供給電極から下部接続電極60
0へ電子(黒丸)を流すことができる。但し、低いバイ
アスであると、キャリア供給電極606から供給された
電子は光電変換層603を移動する間に再結合し消滅し
てしまうが、印加する電圧を大きくし電子の移動度を高
くすることで図5(c)に示すように光電変換層606
を移動する時間を短くし、下部電極層に到達する。半導
体中の電子の寿命(ライフタイム)は半導体の種類、不
純物濃度で決まるため、光電変換層を移動する時間が電
子のライフタイムより短くなるように印加する電圧を設
定すればよい。
【0026】図6はキャリア供給電極を有する光電変換
体を用いた場合のX線撮像装置の構成例を示すブロック
図である。図6において、まず、光電変換体415、キ
ャパシター408、TFT407によって1画素が構成
され、この画素が2次元にマトリックス状に配列されて
いる。この例では、2000×2000個の画素が配列
されている。また、各画素のTFTのゲート電極は垂直
駆動回路704のゲート線g1,g2…に接続され、各
画素のTFTの信号電極は信号転送線sig1,sig
2…を介して読み取り回路700に接続されている。
体を用いた場合のX線撮像装置の構成例を示すブロック
図である。図6において、まず、光電変換体415、キ
ャパシター408、TFT407によって1画素が構成
され、この画素が2次元にマトリックス状に配列されて
いる。この例では、2000×2000個の画素が配列
されている。また、各画素のTFTのゲート電極は垂直
駆動回路704のゲート線g1,g2…に接続され、各
画素のTFTの信号電極は信号転送線sig1,sig
2…を介して読み取り回路700に接続されている。
【0027】読み取り回路700にはサンプルホールド
回路702、マルチプレクサー701が含まれており、
各画素のキャパシター408から転送された信号電荷は
サンプルホールド回路702、マルチプレクサー701
を介して読み取り回路700で読み取られる。また、7
03は電源、705は垂直駆動回路704や読み取り回
路700の制御を行い、あるいは読み取り回路700で
読み取られた画像信号を受けて2次元画像として表示、
保存、あるいは画像の補正等を行うコンピュータであ
る。
回路702、マルチプレクサー701が含まれており、
各画素のキャパシター408から転送された信号電荷は
サンプルホールド回路702、マルチプレクサー701
を介して読み取り回路700で読み取られる。また、7
03は電源、705は垂直駆動回路704や読み取り回
路700の制御を行い、あるいは読み取り回路700で
読み取られた画像信号を受けて2次元画像として表示、
保存、あるいは画像の補正等を行うコンピュータであ
る。
【0028】2次元のX線画像を得るためには、ゲート
線に例えば+15Vの電圧を印加しゲート線に接続され
ているTFT407をオンにする。そして、キャパシタ
ー408に蓄積された光電変換体より得られた信号を信
号転送線を介し、読み取り回路700のサンプルホール
ド回路702に転送する。信号の転送は一定時間TFT
をオン状態にした後、ゲート線に例えば−5Vを印加し
てTFTをオフして終了する。更に、サンプルホールド
回路702でサンプルホールドされた信号はマルチプレ
クサー701でシリアル信号に変換され、読み取り回路
700で読み取られる。読み取られた画像信号はコンピ
ュータ705に転送され、画像の補正、表示、保存を行
う。
線に例えば+15Vの電圧を印加しゲート線に接続され
ているTFT407をオンにする。そして、キャパシタ
ー408に蓄積された光電変換体より得られた信号を信
号転送線を介し、読み取り回路700のサンプルホール
ド回路702に転送する。信号の転送は一定時間TFT
をオン状態にした後、ゲート線に例えば−5Vを印加し
てTFTをオフして終了する。更に、サンプルホールド
回路702でサンプルホールドされた信号はマルチプレ
クサー701でシリアル信号に変換され、読み取り回路
700で読み取られる。読み取られた画像信号はコンピ
ュータ705に転送され、画像の補正、表示、保存を行
う。
【0029】図8はキャリア供給電極を有するX線撮像
装置の画像補正を含む動作を示すフローチャートであ
る。X線撮像装置内のコンピュータ705は電源投入直
後又は電源投入から規定枚数を撮影した時に装置の校正
を行う(S101)。装置の校正はキャリア供給電極2
09からキャリアを光電変換層に供給し下部接続電極か
ら転送回路のキャパシターに蓄積する。キャリア供給電
極から供給した電荷量はすべての画素に同じ量だけ供給
しているため、この信号を読み出した画像に表れる強度
変化は、転送回路のキャパシターやTFTの特性や光電
変換体と転送回路の接続抵抗の違いを反映している。従
って、この情報を画素毎に読み出し、補正データとして
メモリ(図示せず)に格納する。また、この校正では、
画素の特性を正確に把握するのに必要な補正データを得
るために、キャリア供給量を変えた画像を取得する。
装置の画像補正を含む動作を示すフローチャートであ
る。X線撮像装置内のコンピュータ705は電源投入直
後又は電源投入から規定枚数を撮影した時に装置の校正
を行う(S101)。装置の校正はキャリア供給電極2
09からキャリアを光電変換層に供給し下部接続電極か
ら転送回路のキャパシターに蓄積する。キャリア供給電
極から供給した電荷量はすべての画素に同じ量だけ供給
しているため、この信号を読み出した画像に表れる強度
変化は、転送回路のキャパシターやTFTの特性や光電
変換体と転送回路の接続抵抗の違いを反映している。従
って、この情報を画素毎に読み出し、補正データとして
メモリ(図示せず)に格納する。また、この校正では、
画素の特性を正確に把握するのに必要な補正データを得
るために、キャリア供給量を変えた画像を取得する。
【0030】次いで、X線を被写体に照射し撮影を行う
(S202)。実際の撮影時には、キャリア供給電極に
電圧を印加しない。コンピュータ705は撮影を終了す
ると、補正データに基づいて画像の補正を行う(S20
3)。即ち、画素毎の補正データと所定の基準値との差
に応じて撮影された画素毎の信号値を補正する。例え
ば、転送回路の劣化等により出力が低下している画素が
あれば基準値と補正データとの差分を補間する。補間の
方法は、これ以外にも画素出力を差分量に応じて定倍す
る方法を用いることができる。どの方法を用いるかにつ
いては補正データから判断されより補正が正確な方を用
いる。
(S202)。実際の撮影時には、キャリア供給電極に
電圧を印加しない。コンピュータ705は撮影を終了す
ると、補正データに基づいて画像の補正を行う(S20
3)。即ち、画素毎の補正データと所定の基準値との差
に応じて撮影された画素毎の信号値を補正する。例え
ば、転送回路の劣化等により出力が低下している画素が
あれば基準値と補正データとの差分を補間する。補間の
方法は、これ以外にも画素出力を差分量に応じて定倍す
る方法を用いることができる。どの方法を用いるかにつ
いては補正データから判断されより補正が正確な方を用
いる。
【0031】このように補正することにより、転送回路
のキャパシターやTFTの特性劣化分等を補正でき、画
質の劣化を防止できる。なお、キャリア供給電極から供
給するキャリアの供給量は補正値として使用できる画像
出力が得られるように最適な量に設定し、そのための印
加電圧や印加時間は速やかに補正を終わるように最適化
するのが望ましい。また、補正データとしてはキャリア
供給時に得られた各画素の信号値と基準値との差分を補
正データとし、画像補正時にその補正データを用いて補
正してもよい。
のキャパシターやTFTの特性劣化分等を補正でき、画
質の劣化を防止できる。なお、キャリア供給電極から供
給するキャリアの供給量は補正値として使用できる画像
出力が得られるように最適な量に設定し、そのための印
加電圧や印加時間は速やかに補正を終わるように最適化
するのが望ましい。また、補正データとしてはキャリア
供給時に得られた各画素の信号値と基準値との差分を補
正データとし、画像補正時にその補正データを用いて補
正してもよい。
【0032】画像の補正を終了すると、コンピュータ7
05は撮影された画像を表示し、あるいは記録装置に保
存する(S104)。次に、続けて撮影するか否かを判
断し(S105)。撮影しない時は電源をオフして撮影
を終了する。また、続けて撮影する時は撮影回数を1つ
カウントし、撮影回数が規定回数に達したか否かを判定
する(S106)。規定回数に達していなければS10
2〜S105の処理を繰り返し行い、規定回数に達する
まで続けて撮影を行う。S106で規定回数に達する
と、S101に進んで再度装置の校正を行い、前述のよ
うな方法で補正データを作成し、得られた補正データを
用いて画像の補正を行う。
05は撮影された画像を表示し、あるいは記録装置に保
存する(S104)。次に、続けて撮影するか否かを判
断し(S105)。撮影しない時は電源をオフして撮影
を終了する。また、続けて撮影する時は撮影回数を1つ
カウントし、撮影回数が規定回数に達したか否かを判定
する(S106)。規定回数に達していなければS10
2〜S105の処理を繰り返し行い、規定回数に達する
まで続けて撮影を行う。S106で規定回数に達する
と、S101に進んで再度装置の校正を行い、前述のよ
うな方法で補正データを作成し、得られた補正データを
用いて画像の補正を行う。
【0033】図9は本発明の第2の実施形態を示す平面
図である。図9は光電変換体の電極形状を示す図で、キ
ャリア供給電極209が格子状に形成されている。その
他の構成は第1の実施形態と同様である。本実施形態で
は、キャリア供給電極209の電極形状を格子状として
いるので、更に基板全体に均一にキャリアを供給するこ
とができる。
図である。図9は光電変換体の電極形状を示す図で、キ
ャリア供給電極209が格子状に形成されている。その
他の構成は第1の実施形態と同様である。本実施形態で
は、キャリア供給電極209の電極形状を格子状として
いるので、更に基板全体に均一にキャリアを供給するこ
とができる。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、放
射線の爆射を必要とすることなく、装置の校正を行うこ
とができるため、放射線の爆射を行う手間や時間を必要
とせずに自動的に校正を行える等使い勝手を向上でき
る。また、オペレータは装置の劣化や特性変化を気にす
ることなく、放射線撮影が可能となる。
射線の爆射を必要とすることなく、装置の校正を行うこ
とができるため、放射線の爆射を行う手間や時間を必要
とせずに自動的に校正を行える等使い勝手を向上でき
る。また、オペレータは装置の劣化や特性変化を気にす
ることなく、放射線撮影が可能となる。
【図1】本発明の光電変換装置の第1の実施形態を示す
断面図である。
断面図である。
【図2】図1の光電変換装置の光電変換体の電極形状を
示す平面図である。
示す平面図である。
【図3】図1の光電変換装置の転送回路部の平面図であ
る。
る。
【図4】光電変換体のバンドダイアグラムを示す図であ
る。
る。
【図5】図1の光電変換装置のキャリア供給電極からキ
ャリアを供給した場合の動作原理を説明するための図で
ある。
ャリアを供給した場合の動作原理を説明するための図で
ある。
【図6】図1の光電変換装置を用いたX線撮像装置の例
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図7】図6のX線撮像装置の動作を示すフローチャー
トである。
トである。
【図8】本発明の第2の実施形態を示す平面図である。
【図9】従来例のX線撮像装置を示す図である。
201 保護層 202 上部電極層 203 p+ 型GaAs層 204 光電変換層 205 n型GaAs層 206 n+ 型GaAs層 207 下部接続電極 208 バンプ 209 キャリア供給電極 210 基板 211 下部電極 212,217 a−SiNx層 213,218 a−Si:H層 214,219 n+ 型a−Si:H層 215,220 電極 221 a−SiNx層 222 上部接続電極層 407 TFT 408 キャパシター 415 光電変換体 700 読み取り回路 701 マルチプレクサー 702 サンプルホールド回路 704 垂直駆動回路 705 コンピュータ
フロントページの続き Fターム(参考) 4M118 AB01 AB10 BA05 CA05 CB02 FB03 FB09 FB13 FB16 HA24 HA31 5C024 AX12 CX03 CY37 GX05 HX14 HX29 5F088 AA03 AB07 BA20 BB03 BB07 FA11 FA20 GA05 GA08 KA03 KA08 KA10 LA07
Claims (8)
- 【請求項1】 光信号を電気信号に変換する光電変換体
と、前記光電変換体から出力された信号を転送する転送
回路とを有する光電変換装置において、前記光電変換体
に電圧を印加するための電極及び信号を転送するための
電極とは別に、当該光電変換体にキャリアを供給するた
めのキャリア供給電極を形成したことを特徴とする光電
変換装置。 - 【請求項2】 前記光電変換体は、放射線に対し感度を
有することを特徴とする請求項1に記載の光電変換装
置。 - 【請求項3】 前記光電変換体は半導体であることを特
徴とする請求項1、2のいずれか1項に記載の光電変換
装置。 - 【請求項4】 前記転送回路は、前記光電変換体の信号
を蓄積するキャパシター、前記キャパシターから信号を
読み出すスイッチング素子を有することを特徴とする請
求項1〜3のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 【請求項5】 前記光電変換体、キャパシター、スイッ
チング素子を1画素とし、前記画素が2次元マトリック
ス状に配置されていることを特徴とする請求項1〜4の
いずれか1項に記載の光電変換装置。 - 【請求項6】 前記スイッチング素子は、絶縁基板側か
ら下部ゲート電極として第1の金属層、アモルファス窒
化シリコンのゲート絶縁層、水素化アモルファスシリコ
ンの半導体層、N型のオーミックコンタクト層、ソー
ス、ドレインの電極として第2の電極層で構成され、前
記キャパシターは下部電極として第1の金属層、誘電体
層としてアモルファス窒化シリコン層、水素化アモルフ
ァスシリコン層及び上部電極層としての上部電極層によ
って構成されていることを特徴とする請求項1〜5のい
ずれか1項に記載の光電変換装置。 - 【請求項7】 請求項1〜6のいずれか1項に記載の光
電変換装置を含み、前記光電変換装置のキャリア供給電
極からキャリアを供給する手段と、前記キャリア供給電
極にキャリアを供給した時に前記光電変換体から信号を
読み出し、補正データを作成する手段と、前記光電変換
体で撮影された画像を前記補正データに基づいて補正す
る手段とを備えたことを特徴とする放射線撮像装置。 - 【請求項8】 前記補正データ作成手段は、予め設定さ
れた撮影回数毎に補正データを作成することを特徴とす
る請求項7に記載の放射線撮像装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001005308A JP2002217392A (ja) | 2001-01-12 | 2001-01-12 | 光電変換装置及びそれを用いた放射線撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001005308A JP2002217392A (ja) | 2001-01-12 | 2001-01-12 | 光電変換装置及びそれを用いた放射線撮像装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002217392A true JP2002217392A (ja) | 2002-08-02 |
Family
ID=18873366
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001005308A Pending JP2002217392A (ja) | 2001-01-12 | 2001-01-12 | 光電変換装置及びそれを用いた放射線撮像装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002217392A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101062333B1 (ko) | 2009-12-29 | 2011-09-05 | (주)실리콘화일 | 칩 사이즈가 감소된 배면광 이미지센서 및 그 제조방법 |
JP2018505565A (ja) * | 2014-12-19 | 2018-02-22 | ジーレイ スイッツァーランド エスアー | モノリシックcmos集積ピクセル検出器ならびに様々な用途を含む粒子検出および撮像のためのシステムおよび方法 |
-
2001
- 2001-01-12 JP JP2001005308A patent/JP2002217392A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101062333B1 (ko) | 2009-12-29 | 2011-09-05 | (주)실리콘화일 | 칩 사이즈가 감소된 배면광 이미지센서 및 그 제조방법 |
JP2018505565A (ja) * | 2014-12-19 | 2018-02-22 | ジーレイ スイッツァーランド エスアー | モノリシックcmos集積ピクセル検出器ならびに様々な用途を含む粒子検出および撮像のためのシステムおよび方法 |
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