JP2002217444A - 放射線検出装置 - Google Patents

放射線検出装置

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JP2002217444A
JP2002217444A JP2001013308A JP2001013308A JP2002217444A JP 2002217444 A JP2002217444 A JP 2002217444A JP 2001013308 A JP2001013308 A JP 2001013308A JP 2001013308 A JP2001013308 A JP 2001013308A JP 2002217444 A JP2002217444 A JP 2002217444A
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crystal semiconductor
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electrode
substrate
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Toshiko Koike
稔子 小池
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 PN接合フォトダイオード方式では空乏層を
広げるための高電圧を印加する必要があるため、素子全
面に形成された電圧印加電極により高電圧が素子端部か
らリークする。 【解決手段】 電圧印加金属電極14の端部が単結晶半
導体基板13の端部よりも内側に位置するように電圧印
加金属電極14の端部と単結晶半導体基板13の端部を
分離して形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、医療機器、非破壊
検査機器等に用いられる放射線検出装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】近年、医療機器等のX線レントゲン分野
において、レントゲン写真がアナログからデジタルへと
急速に変わりつつある。デジタル画像では画像処理が可
能となるため、診断精度を向上させる事ができる。ま
た、現像の必要性がないため撮影間隔を短くでき、集団
検診等で効率よく撮影することができる。このような分
野で要求される事は、検出感度の向上と信号の低ノイズ
化である。特に、検出感度が向上すると、撮影時のX線
爆射量を低減でき、人体への影響を少なくできる事から
高感度のX線検出装置の開発に期待がかかっている。
【0003】X線検出器を高感度化するために必要な技
術には次のようなものがある。 X線吸収材料の吸収効率のよい材料 X線吸収部の厚膜化 発生したキャリアの転送効率のよい材料 そこで、このような材料に適するものとして、化合物半
導体等の単結晶半導体が注目されている。即ち、単結晶
の化合物半導体は、直接X線を吸収した際に光変換する
ことなくキャリアを生成できることから検出したX線の
利用効率を高めることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図4は単結晶半導体の
PN接合フォトダイオードを用いた場合のX線検出素子
を含むX線検出装置の模式的断面図である。図4におい
て、1はX線入射面の電気的機械的保護のための入射側
パッシベーション膜、2はフォトダイオードの空乏層を
広げるために高電位を印加する電圧印加金属電極であ
り、それぞれスパッタリング法等で単結晶半導体基板全
面に形成されている。単結晶半導体基板においては、X
線単結晶半導体のP層3、インプラにより形成されたN
層4、接続側パッシベーション膜5、発生したキャリア
を蓄積素子部へ蓄積する為の接続金属配線6を含んでい
る。
【0005】接続用金属配線6は単結晶半導体基板に画
素毎にパターニングされ、各々の接続用金属配線6には
バンプメタル10が形成されている。また、単結晶半導
体基板には接続用金属配線6が2次元に複数配列されて
おり、この部分がX線検出素子部7として基板上に配列
されている。一方、別の基板上にX線検出素子部7で変
換された電荷を蓄積する蓄積素子部(蓄積コンデンサ)
8、蓄積された信号電荷を転送する転送素子部(転送T
FT)9が形成されている。
【0006】蓄積素子部8と転送素子部9とは同一レイ
ヤーで形成されている。30は蓄積コンデンサの下電極
及び転送TFTのゲート電極であり、31はゲート絶縁
層(SiN:H)、32は真性半導体層(a−Si:
H)、33はオーミックコンタクト層(n+ )である。
34は蓄積コンデンサの上電極及び転送TFTのソース
ドレイン配線、35は保護膜、36は単結晶半導体基板
で発生した電荷をコンデンサへとつなげるための接続金
属配線である。単結晶半導体基板の各々のX線検出素子
部と他の基板の蓄積素子部8の接続金属配線36とは、
画素毎に導電性接着剤11によって電気的に接続されて
いる。なお、12はX線検出素子部の端部を示す。
【0007】しかしながら、図4のPN接合フォトダイ
オード方式のX線検出装置では、空乏層を広くとり、X
線検出素子部でより多くの電荷を得るためには、500
〜2000Vといった高電圧を電圧印加電極2に印加す
る必要がある。そのため、スパッタリング法等で素子全
面に電圧印加電極2を形成すると、素子端部12から高
電圧がリークし、リーク電流が暗電流の増加につながる
ため、雑音が増加するという問題があった。
【0008】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、高電圧を印加してもリーク電流
の発生を抑え、雑音の増加を防止できる放射線検出装置
を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、入射し
た放射線を電荷に変換する放射線検出素子部が形成され
た単結晶半導体基板を含み、前記単結晶半導体基板には
前記放射線検出素子部の空乏層を広げるための電位を印
加する電極が形成された放射線検出装置において、前記
電極の端部が前記単結晶半導体基板の端部よりも所定の
距離だけ内側に位置するように前記電極と単結晶半導体
基板の端部が分離されていることを特徴とする放射線検
出装置によって達成される。
【0010】
【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は本発明よる放
射線検出装置の第1の実施形態の構成を示す模式的断面
図である。なお、図1では図4の従来装置と同一部分は
同一符号を付している。また、以下の実施形態において
はX線を検出する場合を例として説明する。図1におい
て、まず、単結晶半導体基板13としては、例えば、化
合物半導体であるP型のGaAs基板を用いている。
【0011】単結晶半導体基板13のX線入射面には金
属電極としてAl膜1μmをスパッタリング法により基
板全面に成膜している。但し、この場合、フォトリソグ
ラフィー法及びウェットエッチング法により基板端部1
5から100μm内側に電圧印加金属電極14の端部が
くるように電圧印加金属電極14をパターニングしてい
る。パターニングされた電圧印加金属電極14上には従
来と同様に入射側パッシベーション膜1(SiN:1μ
m)を成膜している。
【0012】また、単結晶半導体基板13には、インプ
ラによりN層4、接続側パッシベーション層(SiN:
1μm)5、接続金属配線(Al:1μm)6を形成し
ている。接続用金属配線6は従来と同様に画素毎にパタ
ーニングされており、この部分が単結晶半導体基板13
のX線検出素子部7として複数2次元に配列されてい
る。また、各々の接続用金属配線6には、接続用のバン
プメタル10が形成されている。
【0013】更に、単結晶半導体基板13とは別の基板
(ガラス基板等)にX線検出素子部7で変換された電荷
を蓄積する蓄積素子部(蓄積コンデンサ)8、蓄積され
た電荷を転送する転送素子部(転送TFT)9が画素毎
に形成されている。蓄積素子部8と転送素子部9とは同
一レイヤーで形成されている。また、30は蓄積コンデ
ンサの下電極及び転送TFTのゲート電極であり、31
はゲート絶縁層(SiN:H)、32は真性半導体層
(a−Si:H)、33はオーミックコンタクト層(n
+ )である。34は蓄積コンデンサの上電極及び転送T
FTのソースドレイン配線、35は保護膜、36は単結
晶半導体基板で発生した電荷をコンデンサへとつなげる
ための接続金属配線である。単結晶半導体基板のバンプ
メタル10と別基板における蓄積素子部8の接続金属配
線36とは、画素毎に導電性接着剤11によって電気的
に接続されている。
【0014】X線検出素子部7のGaAsはPN接合フ
ォトダイオードを形成するものであり、高電圧(例え
ば、1000V)を電圧印加金属電極14に印加して空
乏層を形成し、X線検出素子部7で入射したX線を電荷
に変換する。そして、変換された電荷は接続金属配線6
を介して蓄積素子部8に蓄積され、蓄積された電荷は転
送素子部9によって転送される。本実施形態では、電圧
印加金属電極14の端部を基板端部15から所定の距離
だけ離す構成としているので、電圧印加金属電極14に
印加された高電圧が単結晶半導体基板の端部15からリ
ークするのを防止することができる。
【0015】図2は図1のX線検出装置の等価回路図で
ある。X線検出素子部7は前述のように単結晶半導体基
板に形成されたX線検出用のセンサ(フォトダイオー
ド)であり、入射したX線はX線検出素子部7で吸収さ
れ、電荷に変換される。蓄積素子部8は変換された電荷
を蓄積するコンデンサ部、転送素子部9は蓄積された電
荷を転送するスイッチ素子(TFT部)である。このフ
ォトダイオード、コンデンサ部、TFT部によって1画
素が構成され、複数の画素が2次元に配列されて放射線
検出装置が構成されている。
【0016】TFT部9のゲート電極はゲート線23に
接続され、各ゲート線23はゲートドライバー22に接
続されている。また、各TFT部9の一方の信号電極は
信号線24に接続され、各信号線24は信号処理回路2
5に接続されている。単結晶半導体基板のX線検出素子
部7には空乏層を広げるための電圧Vが印加され(電圧
Vは電圧印加電極14とGND間に印加される)、各々
のX線検出素子部7で吸収されたX線は電荷に変換さ
れ、コンデンサ部8に蓄積される。次いで、ゲートドラ
イバー22により各TFT部9のゲート線23が駆動さ
れ、蓄積された電荷は信号線24を介して信号処理回路
25へ転送される。
【0017】次に、本発明の第2の実施形態について説
明する。図3は本発明の第2の実施形態の構成を示す模
式的断面図である。本実施形態では、第1の実施形態と
同様にX線検出素子部7の単結晶半導体基板13には化
合物半導体であるP型のGaAs基板を用いている。ま
た、単結晶半導体基板のX線入射面に電圧印加金属電極
14としてAl膜1μmをスパッタリング法により基板
全面に成膜している。この時、電圧印加金属電極14は
フォトリソグラフィー法及びウェットエッチング法によ
りリークを十分に防止し、且つ、基板端部17の位置精
度を満足するために基板端部17から500μm内側に
電圧印加金属電極14の端部がくるようにパターニング
している。
【0018】パターニングされた電圧印加金属電極14
上には、入射側パッシベーション膜(SiN膜1μm)
16をプラズマCVD法により成膜している。また、フ
ォトリソグラフィー法及びドライエッチング法を用いて
基板切断時のチッピング(欠け)による電圧印加金属電
極14のリークを十分に防止し、且つ、基板端部の位置
精度を満足するために基板端部17から100μm内側
に入射側パッシベーション膜16の端部が位置するよう
に入射側パッシベーション膜16を形成している。その
他の構成は図1と同様である。
【0019】本実施形態では、電圧印加金属電極14の
端部を基板端部17から離す構成としているので、第1
の実施形態と同様に基板端部17における高電圧のリー
クを防止することができる。更に、入射側パッシベーシ
ョン膜16の端部を基板端部17から分離しているの
で、切断による基板端部17のパッシベーション膜のチ
ッピング(欠け)を防ぎ、これによっても電圧印加金属
電極14に印加された高電圧が基板端部17からリーク
するのを防止できる。
【0020】なお、以上の実施形態では、X線を検出す
る場合を例として説明したが、本発明はこれに限ること
なく、α線、β線、γ線等を検出する場合にも使用する
ことができる。また、単結晶半導体基板としてGaAs
を用いる例を説明したが、本発明は、これに限ることな
く、例えば、CdTe,CdZnTe等を用いることが
できる。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、単
結晶半導体基板の端部と電圧印加電極の端部を分離して
いるので、放射線検出素子部において電荷変換のために
電圧印加電極に印加される高電圧の基板端部からのリー
クを低減することができ、リーク電流による暗電流の増
加を抑えることができるため、雑音の増加を防止するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による放射線検出装置の第1の実施形態
の構成を示す模式的断面図である。
【図2】図1の放射線検出装置の等価回路図である。
【図3】本発明の第2の実施形態の構成を示す模式的断
面図である。
【図4】従来例のX線検出装置を示す模式的断面図であ
る。
【符号の説明】
1 入射側パッシベーション膜 3 単結晶半導体P層 4 N層 5 接続側パッシベーション膜 6 接続金属配線 7 X線検出素子部 8 蓄積素子部 9 転送素子部 10 バンプメタル 11 導電性接着剤 12 X線検出素子の端部 13 単結晶半導体基板(単結晶化合物半導体GaA
s−P層) 14 電圧印加金属電極 15 基板端部 16 入射側パッシベーション膜 17 基板端部 22 ゲートドライバー 23 ゲート線 24 信号線 25 信号処理回路 30 蓄積コンデンサの下電極及び転送TFTのゲー
ト電極 31 ゲート絶縁層(SiN:H) 32 真性半導体層(a−Si:H) 33 オーミックコンタクト層(n+ ) 34 蓄積コンデンサの上電極及び転送TFTのソー
スドレイン配線 35 保護膜 36 接続金属配線
───────────────────────────────────────────────────── 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) H04N 5/32 H01L 27/14 K 5/335 F Fターム(参考) 2G088 EE01 FF02 GG21 JJ05 JJ09 JJ10 JJ32 JJ37 LL11 4M118 AA05 AB01 BA05 BA19 CA03 CA32 CB02 CB05 CB14 FB09 FB13 FB16 GA10 HA31 5C024 AX12 CX32 CY47 GX03 GX18 HX12 HX35 HX40 5F088 AA02 AB07 BA10 BB03 BB07 CB14 DA01 EA04 EA08 GA03 KA03 LA08

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入射した放射線を電荷に変換する放射線
    検出素子部が形成された単結晶半導体基板を含み、前記
    単結晶半導体基板には前記放射線検出素子部の空乏層を
    広げるための電位を印加する電極が形成された放射線検
    出装置において、前記電極の端部が前記単結晶半導体基
    板の端部よりも所定の距離だけ内側に位置するように前
    記電極と単結晶半導体基板の端部が分離されていること
    を特徴とする放射線検出装置。
  2. 【請求項2】 前記電極の端部は、フォトリソグラフィ
    ー法により前記単結晶半導体基板の端部から分離されて
    いることを特徴とする請求項1に記載の放射線検出装
    置。
  3. 【請求項3】 前記電極上に保護膜が形成され、前記保
    護膜の端部は前記単結晶半導体基板の端部から分離され
    ていることを特徴とする請求項1〜2のいずれか1項に
    記載の放射線検出装置。
  4. 【請求項4】 前記保護膜の端部は、フォトリソグラフ
    ィー法により前記単結晶半導体基板の端部から分離され
    ていることを特徴とする請求項3に記載の放射線検出装
    置。
  5. 【請求項5】 前記単結晶半導体基板は、GaAs、C
    dTeもしくはCdZnTeで構成されていることを特
    徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の放射線検
    出装置。
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