JP2003264273A

JP2003264273A - 放射線検出装置

Info

Publication number: JP2003264273A
Application number: JP2002063841A
Authority: JP
Inventors: Takamasa Ishii; 孝昌石井; Masakazu Morishita; 正和森下
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2002-03-08
Publication date: 2003-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】駆動速度が速く、かつ、Ｓ／Ｎを向上させる
放射線検出装置を実現できるようにする。【解決手段】放射線を電荷に変換する変換素子（Ｐ１
１〜Ｐ４４）と、変換素子で発生した電荷を転送するス
イッチ素子（Ｔ１１〜Ｔ４４）とを有する画素を基板上
にマトリクス状に配設し、基板上の行方向に配設された
駆動線（Ｖｇ１〜Ｖｇ８）と、基板上の列方向に配設さ
れた信号線（Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４）とを有し、少なくと
も、前記駆動線が１行に独立して複数本配設され、また
は前記信号線が１列に複数本独立して配設するようにし
て、その配線抵抗を小さくできるようにする。これによ
り、駆動速度を速くすることができる。また、信号線１
列当たりのスイッチ素子の接続数及び駆動線とのクロス
部数を減らすことができるため、信号線容量を小さくで
き、Ｓ／Ｎを向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放射線検出装置に
関し、特に、医療用画像診断装置、非破壊検査装置、及
び放射線を用いた分析装置などに用いて好適なものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術について、添付図面を参照し
ながら説明する。図１３は、従来の放射線検出装置の等
価回路図である。また、図１４は、図１３に示した従来
の放射線検出装置の平面図である。ここで、図１３、図
１４において、Ｐ１１〜Ｐ４４は光電変換素子などの変
換素子、Ｔ１１〜Ｔ４４はＴＦＴ（薄膜トランジスタ）
であり、それぞれが１組になって１画素を構成してい
る。なお、ここでは画素エリア３０に４×４画素を示し
ているが、実際には、例えば１０００×２０００画素が
絶縁基板４１に配置されている。

【０００３】図１３、図１４に示すように、光電変換素
子Ｐ１１〜Ｐ４４は列毎に共通のバイアス線Ｖｓ１〜Ｖ
ｓ４に接続されており、読み出し装置１０から上記バイ
アス線Ｖｓ１〜Ｖｓ４を介して一定バイアスが印加され
ている。

【０００４】また、各ＴＦＴ（Ｔ１１〜Ｔ４４）のゲー
ト電極は、行毎に共通のゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ４に接続
されており、ゲート駆動装置２０は、上記ゲート電極か
ら各ＴＦＴ（Ｔ１１〜Ｔ４４）のゲートのＯＮ、ＯＦＦ
を制御する。

【０００５】また、各ＴＦＴ（Ｔ１１〜Ｔ４４）のソー
スもしくはドレイン電極は、共通の信号線Ｓｉｇ１〜Ｓ
ｉｇ４に接続されており、さらに、信号線Ｓｉｇ１〜Ｓ
ｉｇ４は、読み出し装置１０に接続されている。

【０００６】ここで、信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４に接続
される各ＴＦＴ（Ｔ１１〜Ｔ４４）のソースとゲート間
の容量Ｃｇｓ、及び信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４とゲート
線Ｖｇ１〜Ｖｇ４との各クロス部容量Ｃｃは、信号線容
量を形成する。

【０００７】被検体に向けて曝射されたＸ線は、被検体
により減衰を受けて透過し、不図示であるが蛍光体層で
可視光に変換され、この可視光が光電変換素子Ｐ１１〜
Ｐ４４に入射し、電荷に変換される。

【０００８】また、この電荷は、ゲート駆動装置２０か
ら印加されるゲート駆動パルスによりＴＦＴ（Ｔ１１〜
Ｔ４４）を介して信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４に転送さ
れ、読み出し装置１０により外部に読み出される。その
後、共通のバイアス線Ｖｓ１〜Ｖｓ４により、光電変換
素子Ｐ１１〜Ｐ４４で発生し転送されきれなかった電荷
が除去される。

【０００９】前述した従来例の代表的な放射線検出装置
としては、図１５に示すように、ＭＩＳ型光電変換素子
１０１とスイッチＴＦＴ１０２とから構成されたＭＩＳ
−ＴＦＴ構造の光センサと、放射線を可視光に変換する
ための蛍光体１０３とを組み合わせた放射線検出装置が
ある。

【００１０】図１５は、前記ＭＩＳ−ＴＦＴ構造の光セ
ンサ１画素の層構成の一例を示す図であり、図１５
（ａ）はその平面図を、図１５（ｂ）はその断面図であ
る。ＭＩＳ型光電変換素子１０１は、絶縁基板１０４上
に下部電極となる第１の電極層１０５、絶縁層１０６、
第１の半導体層１０７、ｎ⁺型半導体層１０８、バイア
ス線となる第２の電極層１０９から構成され、下部電極
である第１の電極層１０５は、スイッチＴＦＴ１０２の
ソース・ドレイン電極と接続されている。また、スイッ
チＴＦＴ１０２は、ゲート電極層１１０、ゲート絶縁層
１１１、第２の半導体層１１２、オーミックコンタクト
層１１３、ソース・ドレイン電極１１４を備えている。
各ゲート線（Ｖｇ線）１１５はＴＦＴのゲート電極が形
成されるゲート電極層１１０に、各信号線（Ｓｉｇ線）
１１６はソース・ドレイン電極層１１４にそれぞれ接続
されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ＴＦＴを用い
た液晶パネルの製造技術の発展や、光電変換素子を有す
るエリアセンサの各分野への利用（例えばＸ線撮像装
置）の進展により、ＴＦＴを用いたパネルの大画面化が
急速に進んでいる。また、その大画面化の流れととも
に、パターンピッチの微細化と画素数の増加が進んでい
る。

【００１２】このような背景にともなって、ＴＦＴに駆
動信号を供給するゲート配線の線幅は細く、かつ、配線
長は長くなるため、画素エリア３０が大面積になればな
るほどゲート線（Ｖｇ線）の抵抗が大きくなる。

【００１３】ここで、図１６に、図１３に示した従来の
放射線検出装置のゲート線Ｖｇ１にゲート駆動装置２０
から印加されるゲートパルスの各Ａ点〜Ｄ点における波
形の概念図を示す。

【００１４】図１６に示すように、図１３のゲート駆動
装置２０から距離が離れるほどゲート線（Ｖｇ線）の抵
抗Ｒ及びゲート線（Ｖｇ線）の寄生容量が増加するた
め、Ｄ点のごとくパルスにナマリが生じる。すなわちＤ
点において、光電変換素子Ｐ１１で発生した電荷を充分
に転送するには、ＴＦＴ（Ｔ１１）のＯＮ時間Ｔｏｎを
長くする必要がある。このため、駆動速度が低下する。

【００１５】また、画素エリア３０が大面積になればな
るほど信号線（Ｓｉｇ線）１本当たりに接続されるＴＦ
Ｔの数及びゲート線（Ｖｇ線）と信号線（Ｓｉｇ線）の
クロス部の数が増加するため、信号線容量となるＴＦＴ
のソースとゲート間の容量Ｃｇｓと信号線とゲート線の
クロス部容量Ｃｃとの総和が大きくなり、その結果、ノ
イズが増加して、信号ＳとノイズＮの比（Ｓ／Ｎ）が低
下するといった問題が起こる。

【００１６】また、配線長が長くなれば断線確率があが
り、歩留まりの低下が起こる。さらに、画素エリア３０
が大面積になるに従い、マスクサイズも大きくなり、露
光機やマスク等の精度によりパターンピッチの微細化が
困難になる。その結果、開口率が低下してしまう。

【００１７】本発明は前述の問題点にかんがみてなされ
たもので、駆動速度が速く、かつ、Ｓ／Ｎを向上させる
放射線検出装置を実現することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の放射線検出装置
は、放射線を電荷に変換する変換素子と、前記変換素子
で発生した電荷を転送するスイッチ素子とを有する画素
が基板上にマトリクス状に配設されてなり、前記スイッ
チ素子に駆動信号を供給し、前記基板上の行方向に配設
された駆動線と、前記スイッチ素子から転送された電荷
を読み出し、前記基板上の列方向に配設された信号線と
を有し、前記駆動線が１行に独立して複数本配設され、
または前記信号線が１列に複数本独立して配設されてな
る少なくても何れか一方を有することを特徴とするもの
である。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、添付図面を参照しながら本
発明の放射線検出装置の実施形態について説明する。
尚、発明の実施形態において、放射線としてＸ線を用い
た実施例を示すが、本発明の放射線は、Ｘ線に限られる
わけではなく、α線、β線、γ線等の電磁波も含まれる
ものとする。

【００２０】（第１の実施形態）以下、本発明の放射線
検出装置の第１の実施形態について、図１、図２を参照
しながら説明する。図１は、第１の実施形態における放
射線検出装置の等価回路図である。また、図２に、第１
の実施形態における放射線検出装置の平面図を示す。

【００２１】図１、図２において、Ｐ１１〜Ｐ４４は光
電変換素子、Ｔ１１〜Ｔ４４はＴＦＴである。図１及び
図２に示すように、光電変換素子Ｐ１１〜Ｐ４４は共通
のバイアス線Ｖｓ１〜Ｖｓ４に接続されており、読み出
し装置１１から一定バイアスが印加されている。

【００２２】また、各ＴＦＴ（Ｔ１１〜Ｔ４４）のゲー
ト電極は共通のゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ８に接続されてい
る。ここで、ゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ４はＴＦＴ（Ｔ１１
〜Ｔ１４、Ｔ２１〜Ｔ２４）のＯＮ、ＯＦＦを制御する
ゲート駆動装置２１ａに、同様にゲート線Ｖｇ５〜Ｖｇ
８ははＴＦＴ（Ｔ３１〜Ｔ３４、Ｔ４１〜Ｔ４４）のＯ
Ｎ、ＯＦＦを制御するゲート駆動装置２１ｂに接続され
ている。

【００２３】また、図１、図２に示すように、各ＴＦＴ
（Ｔ１１〜Ｔ４４）のソースまたはドレイン電極は、共
通の信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４に接続されており、さら
に、信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４は読み出し装置１１に接
続されている。ここで、信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４に接
続されるＴＦＴ（Ｔ１１〜Ｔ４４）のソースとゲート間
の容量Ｃｇｓ、及び信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４とゲート
線Ｖｇ１〜Ｖｇ８のクロス部容量Ｃｃは、信号線容量を
形成する。

【００２４】入射光により光電変換素子（Ｐ１１〜Ｐ４
４）で発生した電荷は、ゲート駆動装置２１ａ、２１ｂ
により印加されるゲート駆動パルスによりＴＦＴ（Ｔ１
１〜Ｔ４４）を介して信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４に転送
され、読み出し装置１１により外部に読み出される。

【００２５】Ｐ１１〜Ｐ４４の光電変換素子、Ｔ１１〜
Ｔ４４のＴＦＴは一つの絶縁基板４１上に形成されてお
り、画素エリア３１ａ、３１ｂはゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ
８と垂直方向に、絶縁基板４１を中心において線対称に
２つの領域に分割されているため、画素エリア毎にゲー
ト線Ｖｇ１〜Ｖｇ８の抵抗Ｒが異なることはない。

【００２６】この構成をとることにより、ゲート線（Ｖ
ｇ線）の長さは従来の１／２となるため、配線抵抗も１
／２となる。よって、ゲート駆動装置２１ａ、２１ｂか
ら離れた位置においても、ＴＦＴ（Ｔ１１〜Ｔ４４）を
制御するためのゲートパルスのナマリは小さくなり、Ｔ
ＦＴ（Ｔ１１〜Ｔ４４）のＯＮ時間Ｔｏｎを長くする必
要がなくなる。

【００２７】また、画素エリア３１ａ、３１ｂの分割形
成については、各作製工程においてエリアの分割のなさ
れた１枚のパターンマスクで一括露光により形成するこ
とができる。

【００２８】（第２の実施形態）以下、本発明の放射線
検出装置の第２の実施形態について、図３、図４を参照
しながら説明する。図３は、第２の実施形態における放
射線検出装置の等価回路図である。また、図４に、第２
の実施形態における放射線検出装置の平面図を示す。

【００２９】図３、図４において、Ｐ１１〜Ｐ４４は光
電変換素子、Ｔ１１〜Ｔ４４はＴＦＴである。図３、図
４に示すように、光電変換素子Ｐ１１〜Ｐ４４は共通の
バイアス線Ｖｓ１〜Ｖｓ８に接続されており、読み出し
装置１２ａ、１２ｂからそれぞれ一定バイアスが印加さ
れている。

【００３０】また、各ＴＦＴ（Ｔ１１〜Ｔ４４）のゲー
ト電極は共通のゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ４に接続されてい
る。ここで、ゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ４はＴＦＴ（Ｔ１１
〜Ｔ４４）のＯＮ、ＯＦＦを制御するゲート駆動装置２
２に接続されている。

【００３１】また、図３、図４に示すように、各ＴＦＴ
（Ｔ１１〜Ｔ４４）のソースまたはドレイン電極は共通
の信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ８に接続されており、信号線
Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４は読み出し装置１２ａに、同様に信
号線Ｓｉｇ５〜Ｓｉｇ８は読み出し装置１２ｂに接続さ
れている。信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ８に接続されるＴＦ
Ｔ（Ｔ１１〜Ｔ４４）のソースとゲート間の容量Ｃｇ
ｓ、及び信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ８とゲート線Ｖｇ１〜
Ｖｇ４とのクロス部容量Ｃｃは、信号線容量を形成す
る。

【００３２】入射光により光電変換素子Ｐ１１〜Ｐ４４
で発生した電荷は、ゲート駆動装置２２により印加され
るゲート駆動パルスによりＴＦＴ（Ｔ１１〜Ｔ４４）を
介して各信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ８に転送され、読み出
し装置１２ａ、１２ｂにより読み出される。

【００３３】Ｐ１１〜Ｐ４４の光電変換素子、Ｔ１１〜
Ｔ４４のＴＦＴは一つの絶縁基板４１上に形成されてお
り、画素エリア３２ａ、３２ｂは信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉ
ｇ８と垂直方向に、絶縁基板４１を中心において線対称
に２つの領域に分割されているため、画素エリア毎に信
号線容量が異なることはない。

【００３４】この構成をとることにより、信号線（Ｓｉ
ｇ線）の長さ、信号線（Ｓｉｇ線）に接続されたＴＦＴ
の数及び信号線（Ｓｉｇ線）とゲート線（Ｖｇ線）との
クロス部の数が従来の１／２となるため、信号線容量も
１／２となる。よって、信号読み出し時のノイズが減少
し、その結果Ｓ／Ｎの更なる向上が実現できる。

【００３５】また、例えばゲート線Ｖｇ１とゲート線Ｖ
ｇ４、ゲート線Ｖｇ２とゲート線Ｖｇ３に同時にゲート
パルスを印加することにより、駆動速度を速くすること
ができる。

【００３６】また、画素エリア３２ａ、３２ｂの分割形
成については、各作製工程においてエリア毎に２枚のパ
ターンマスクを用いて分割露光により形成することがで
きる。これにより、マスクのサイズが１／２となり、マ
スクそのもののパターン精度の向上、例えばパターンサ
イズのばらつきの低減等が可能となる。

【００３７】また、図４に示すように絶縁基板４１上の
画素は、信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ８及びバイアス線Ｖｓ
１〜Ｖｓ８方向に画素重心が距離ａの同一ピッチとなる
ように配列されているため、画素エリア３２ａと画素エ
リア３２ｂの間にスペースが生じる。これにより、バイ
アス線Ｖｓ１〜Ｖｓ８の冗長配線であるＶｓリターン線
の配置が可能となる。さらに、画素重心が同一ピッチで
あるため画素エリア間での情報の抜けもない。

【００３８】（第３の実施形態）以下、本発明の放射線
検出装置の第３の実施形態について、図５、図６を参照
しながら説明する。図５は、第３の実施形態における放
射線検出装置の等価回路図である。また、図６に、第３
の実施形態における放射線検出装置の平面図を示す。

【００３９】図５、図６において、Ｐ１１〜Ｐ４４は光
電変換素子、Ｔ１１〜Ｔ４４はＴＦＴである。図５、図
６に示すように、光電変換素子Ｐ１１〜Ｐ４４はバイア
ス線Ｖｓ１〜Ｖｓ８に接続されており、読み出し装置１
３ａ〜１３ｄからそれぞれ一定バイアスが印加されてい
る。

【００４０】また、各ＴＦＴ（Ｔ１１〜Ｔ４４）のゲー
ト電極は、ゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ８にそれぞれ接続され
ている。ここで、ゲート線Ｖｇ１、Ｖｇ２はＴＦＴ（Ｔ
１１、Ｔ２１、Ｔ１２、Ｔ２２）のＯＮ、ＯＦＦを制御
するゲート駆動装置２３ａに、同様にゲート線Ｖｇ３、
Ｖｇ４はＴＦＴ（Ｔ１３、Ｔ２３、Ｔ１４、Ｔ２４）の
ＯＮ、ＯＦＦを制御するゲート駆動装置２３ｂに、ゲー
ト線Ｖｇ５、Ｖｇ６はＴＦＴ（Ｔ３１、Ｔ４１、Ｔ３
２、Ｔ４２）のＯＮ、ＯＦＦを制御するゲート駆動装置
２３ｃに、ゲート線Ｖｇ７、Ｖｇ８はＴＦＴ（Ｔ３３、
Ｔ４３、Ｔ３４、Ｔ４４）のＯＮ、ＯＦＦを制御するゲ
ート駆動装置２３ｄにそれぞれ接続されている。

【００４１】また、図５、図６に示すように、各ＴＦＴ
（Ｔ１１〜Ｔ４４）のソースまたはドレイン電極は信号
線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ８にそれぞれ接続されている。ここ
で、信号線Ｓｉｇ１、Ｓｉｇ２は読み出し装置１３ａ
に、同様に信号線Ｓｉｇ３、Ｓｉｇ４は読み出し装置１
３ｂに、信号線Ｓｉｇ５、Ｓｉｇ６は読み出し装置１３
ｃに、信号線Ｓｉｇ７、Ｓｉｇ８は読み出し装置１３ｄ
にそれぞれ接続されている。信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ８
に接続されるＴＦＴ（Ｔ１１〜Ｔ４４）のゲートとソー
ス間のＣｇｓ、及び信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ８とゲート
線のクロス部容量Ｃｃは、信号線容量を形成する。

【００４２】入射光により光電変換素子Ｐ１１〜Ｐ４４
で発生した電荷は、ゲート駆動装置２３ａ〜２３ｄによ
り印加されるゲート駆動パルスによりＴＦＴ（Ｔ１１〜
Ｔ４４）を介して各信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ８に転送さ
れ、それぞれ読み出し装置１３ａ〜１３ｄにより外部に
読み出される。

【００４３】Ｐ１１〜Ｐ４４の光電変換素子、Ｔ１１〜
Ｔ４４のＴＦＴは一つの絶縁基板４１上に形成されてお
り、画素エリア３３ａ〜３３ｄは絶縁基板４１の中心点
において点対称に４つの領域に分割されているため、画
素エリア毎にゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ８の抵抗、及び信号
線容量が異なることはない。

【００４４】この構成をとることにより、ゲート線（Ｖ
ｇ線）の長さは従来の１／２となるため、配線抵抗も１
／２となる。よって、ゲート駆動装置２３ａ〜２３ｄか
ら離れた位置においてもＴＦＴ（Ｔ１１〜Ｔ４４）を制
御するためのゲートパルスのナマリは小さくなり、ＴＦ
Ｔ（Ｔ１１〜Ｔ４４）のＯＮ時間Ｔｏｎを長くする必要
がなくなる。

【００４５】また、例えばゲート線Ｖｇ１、Ｖｇ５、Ｖ
ｇ４、Ｖｇ８に、また、ゲート線Ｖｇ２、Ｖｇ６、Ｖｇ
３、Ｖｇ７に同時にゲートパルスを印加することによ
り、駆動速度を速くすることができる。

【００４６】また、信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ８の長さ、
信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ８に接続されたＴＦＴの数及び
信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ８とゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ８と
のクロス部の数が従来の１／２となるため、信号線容量
も１／２となる。よって、信号読み出し時のノイズが減
少し、その結果Ｓ／Ｎの更なる向上が実現できる。

【００４７】また、画素エリア３３ａ〜３３ｄの分割形
成については、各作製工程においてエリア毎に２枚のパ
ターンマスクを用いて分割露光により形成することがで
きる。具体的には、画素エリア３３ａ、３３ｄを同一マ
スクで、画素エリア３３ｂ、３３ｃを同一マスクで形成
する。これにより、マスクのサイズが１／４となり、マ
スクそのもののパターン精度の向上、例えばパターンサ
イズのばらつきの低減等が可能となる。

【００４８】また、図６に示すように絶縁基板４１上の
全ての画素は、画素重心が距離ｂの同一ピッチとなるよ
うに配列されているため、各画素エリア間にスペースが
生じる。これにより、バイアス線Ｖｓ１〜Ｖｓ８の冗長
配線であるＶｓリターン線の配置が可能となる。さら
に、全ての画素の画素重心が同一ピッチであるため、画
素エリア間での情報の抜けもない。

【００４９】（第４の実施形態）以下、本発明の放射線
検出装置の第４の実施形態について、図７〜図１０を用
いて説明する。図７は、第４の実施形態における放射線
検出装置の立体構成図である。図８は、第４の実施形態
における放射線検出装置の１画素の層構成の一例を示す
図であり、図８（ａ）はその平面図を、図１５（ｂ）は
その断面図である。図９は、第４の実施形態における放
射線検出装置の等価回路図であり、図１０は、第４の実
施形態における放射線検出装置の平面図である。

【００５０】図７に示したように、本実施形態の放射線
検出装置の基本的な構成として、入射したＸ線などの放
射線を電荷に変換する電荷変換手段としての単結晶半導
体基板（ＧａＡｓ基板）５１を使用し、変換された電荷
を蓄積する電荷蓄積手段としてのＴＦＴ５２が形成され
た絶縁基板５３を使用しており、１枚の単結晶半導体基
板（ＧａＡｓ基板）５１と１枚の絶縁基板５３とを導電
性接着剤５４により各画素毎に電気的に接続している。

【００５１】次に、図８（ａ）は、図７に示した絶縁基
板５３の平面図であり、図８（ｂ）は、図７に示したＡ
−Ａ’の断面図である。

【００５２】前述のように、電荷変換手段としての単結
晶半導体基板５１の材料としては、ＧａＡｓ（ガリウム
砒素）を使用している。単結晶半導体基板（ＧａＡｓ基
板）５１の表裏にｐ層５５とｎ層５６の半導体層を形成
し、各層５５、５６上にＡｌ膜５７、５８を形成し、Ａ
ｌ膜５７、５８にバイアスを印加して、単結晶半導体基
板（ＧａＡｓ基板）を空乏化させることによって、電荷
変換手段として使用している。また、Ａｌ膜５７上に
は、第１の絶縁膜５９が形成され、Ａｌ膜５８上には、
第２の絶縁膜６０が形成されている。

【００５３】ここで、単結晶半導体基板（ＧａＡｓ基
板）５１は、吸収したＸ線からエレクトロンとホールを
生成する。発生したエレクトロンは、バンプメタル６１
から導電性接着剤５４を介して絶縁基板５３上に配置さ
れた第２の接続用金属６２へ引き出され、絶縁基板５３
に配置されたキャパシタ部６３で蓄積され、ＴＦＴ５２
の駆動により後述する読み出し装置へ転送される構成と
なる。

【００５４】また、第２の接続用金属６２は、絶縁基板
５３に配置されたキャパシタ部６３の第２の電極６４と
接続されている。単結晶半導体基板５１側の第１の接続
用金属（Ａｌ膜）５８上には、第１のバリアメタル６
５、第２のバリアメタル６６が成膜されており、第１の
バリアメタル６５にはチタン（Ｔｉ）を、第２のバリア
メタル６６にはパラジウム（Ｐｄ）をそれぞれ用いてい
る。また、バンプメタル６１には金（Ａｕ）を用いてい
る。

【００５５】また、第２の電極６４上の所定領域には、
第３の絶縁層６７、第１の半導体層６８、ｎ⁺型半導体
層（ｎ⁺層）６９、バイアス線７９となる第２の電極７
０から構成され、下部電極である第２の電極６４は、Ｔ
ＦＴ５２のソース・ドレイン電極と接続されている。

【００５６】また、ＴＦＴ５２は、ゲート電極７１、ゲ
ート絶縁層７２、第２の半導体層７３、オーミックコン
タクト層７４、ソース・ドレイン電極７５を備えてい
る。ゲート線（Ｖｇ線）７７はＴＦＴ５２のゲート電極
が形成されるゲート電極７１に、信号線（Ｓｉｇ線）７
８はソース・ドレイン電極層７５にそれぞれ接続されて
いる。

【００５７】さらに、絶縁基板５３上に形成されたキャ
パシタ部６３とＴＦＴ５２上には、第４の絶縁膜７６が
形成されている。

【００５８】次に、図９は、本実施形態における放射線
検出装置の等価回路図である。単結晶半導体基板（Ｇａ
Ａｓ基板）には、その空乏層を広げるためのバイアスを
印加しているが、このバイアスを制御するのが制御手段
である。

【００５９】また、Ｃ１１〜Ｃ４４は単結晶半導体基板
（ＧａＡｓ基板）で発生したエレクトロンを蓄積するた
めのキャパシタ、Ｔ１１〜４４はキャパシタＣ１１〜Ｃ
４４に蓄積されたエレクトロンを信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉ
ｇ４に転送するＴＦＴである。

【００６０】また、図９、図１０に示すように、各ＴＦ
Ｔ（Ｔ１１〜４４）のゲート電極は共通のゲート線Ｖｇ
１〜Ｖｇ８に接続されている。ゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ４
はＴＦＴ（Ｔ１１〜Ｔ１４、Ｔ２１〜Ｔ２４）のＯＮ、
ＯＦＦを制御するゲート駆動装置２４ａに、同様にゲー
ト線Ｖｇ５〜Ｖｇ８はＴＦＴ（Ｔ３１〜Ｔ３４、Ｔ４１
〜Ｔ４４）のＯＮ、ＯＦＦを制御するゲート駆動装置２
４ｂに接続されている。

【００６１】また、図９、図１０に示すように、各ＴＦ
Ｔ（Ｔ１１〜Ｔ４４）のソースまたはドレイン電極は共
通の信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４に接続されており、信号
線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４は読み出し装置１４に接続されて
いる。信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４に接続されるＴＦＴ
（Ｔ１１〜Ｔ４４）のソースとゲート間の容量Ｃｇｓ、
及び信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４とゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ
８のクロス部容量Ｃｃは、信号線容量を形成する。

【００６２】また、キャパシタＣ１１〜Ｃ４４に蓄積さ
れたエレクトロンは、ゲート駆動装置２４ａ、２４ｂに
より印加されるゲート駆動パルスによりＴＦＴ（Ｔ１１
〜Ｔ４４）を介して各信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４に転送
され、読み出し装置１４により外部に読み出される。

【００６３】また、Ｃ１１〜４４のキャパシタ、Ｔ１１
〜４４のＴＦＴは一つの絶縁基板４１上に形成されてお
り、画素エリア３４ａ、３４ｂはゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ
８と垂直方向に、絶縁基板４１を中心において線対称に
２つの領域に分割されているため、画素エリア毎にゲー
ト線Ｖｇ１〜Ｖｇ８の抵抗が異なることはない。

【００６４】この構成をとることにより、ゲート線（Ｖ
ｇ線）の長さは従来の１／２となるため、配線抵抗も１
／２となる。よって、ゲート駆動装置２４ａ、２４ｂか
ら離れた位置においてもＴＦＴ（Ｔ１１〜Ｔ４４）を制
御するためのゲートパルスのナマリは小さくなり、ＴＦ
Ｔ（Ｔ１１〜Ｔ４４）のＯＮ時間Ｔｏｎを長くする必要
がなくなる。

【００６５】また、画素エリア３４ａ、３４ｂの分割形
成については、各作製工程においてエリアの分割のなさ
れた１枚のパターンマスクで一括露光により形成するこ
とができる。ここで、絶縁基板４１上の全ての画素は同
一ピッチで配列されているため、画素エリア間での情報
の抜けもない。

【００６６】（第５の実施形態）以下、本発明の放射線
検出装置の第５の実施形態について、図１１、図１２を
参照しながら説明する。図１１は、第５の実施形態にお
ける放射線検出装置の等価回路図である。また、図１２
に、第５の実施形態における放射線検出装置の平面図を
示す。

【００６７】図１１、図１２において、Ｐ１１〜Ｐ４４
は光電変換素子、Ｔ１１〜Ｔ４４はＴＦＴである。図１
１、図１２に示すように、光電変換素子Ｐ１１〜Ｐ４４
は共通のバイアス線Ｖｓ１〜Ｖｓ８に接続されており、
読み出し装置１５ａ、１５ｂから一定バイアスが印加さ
れている。

【００６８】また、各ＴＦＴ（Ｔ１１〜Ｔ４４）のゲー
ト電極は共通のゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ４に接続されてい
る。ここで、ゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ４は各ＴＦＴ（Ｔ１
１〜Ｔ４４）のＯＮ、ＯＦＦを制御するゲート駆動装置
２５に接続されている。

【００６９】また、図１１、図１２に示すように、各Ｔ
ＦＴ（Ｔ１１〜Ｔ４４）のソースまたはドレイン電極は
信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ１６に接続されており、信号線
Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ８は読み出し装置１５ａに、同様に信
号線Ｓｉｇ９〜Ｓｉｇ１６は読み出し装置１５ｂに接続
されている。信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ１６に接続される
ＴＦＴ（Ｔ１１〜Ｔ４４）のソースとゲート間の容量Ｃ
ｇｓ、及び信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ１６とゲート線Ｖｇ
１〜Ｖｇ４のクロス部容量Ｃｃは、信号線容量を形成す
る。

【００７０】入射光により光電変換素子Ｐ１１〜Ｐ４４
で発生した電荷は、ゲート駆動装置２５により印加され
るゲート駆動パルスによりＴＦＴ（Ｔ１１〜Ｔ４４）を
介して各信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ１６に転送され、読み
出し装置１５ａ、１５ｂにより外部に読み出される。

【００７１】Ｐ１１〜Ｐ４４の光電変換素子、Ｔ１１〜
Ｔ４４のＴＦＴは一つの絶縁基板４１上に形成されてお
り、画素エリア３５ａ〜３５ｄは信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉ
ｇ１６と垂直方向に４つの領域に分割され、画素エリア
毎に信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ１６が配置されているた
め、各画素エリアのゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ４を同時に駆
動することができ、駆動速度を従来の１／４に短縮でき
る。

【００７２】また、絶縁基板４１上の画素は、信号線Ｓ
ｉｇ１〜Ｓｉｇ１６及びバイアス線Ｖｓ１〜Ｖｓ８方向
に画素重心が距離ａの同一ピッチとなるように配列され
ているため、画素エリア３５ａと画素エリア３５ｂの間
にスペースが生じる。これにより、バイアス線Ｖｓ１〜
Ｖｓ８の冗長配線であるＶｓリターン線の配置が可能と
なる。さらに、画素重心が同一ピッチであるため画素エ
リア間での情報の抜けもない。

【００７３】

【発明の効果】本発明によれば、駆動線が１行に独立し
て複数本配設され、または信号線が１列に複数本独立し
て配設されてなる少なくとも何れか一方を有するように
したので、その配線抵抗を小さくすることができ、駆動
速度を速くすることができる。また、信号線１列当たり
のスイッチ素子の接続数及び駆動線とのクロス部数を減
らすことができるため、信号線容量を小さくでき、Ｓ／
Ｎを向上させることができる。

【００７４】また、本発明の他の特徴によれば、各画素
の重心が同一間隔となるように配置するようにしたの
で、冗長配線を配設することができるようになる。

【００７５】また、本発明のその他の特徴によれば、画
素エリア毎に異なったパターンマスクを使用することに
より、各作製工程においてパターンマスクの縮小が可能
となり、パターンマスクそのもののパターン精度を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態における放射線検出装置の等価
回路図である。

【図２】第１の実施形態における放射線検出装置の平面
図である。

【図３】第２の実施形態における放射線検出装置の等価
回路図である。

【図４】第２の実施形態における放射線検出装置の平面
図である。

【図５】第３の実施形態における放射線検出装置の等価
回路図である。

【図６】第３の実施形態における放射線検出装置の平面
図である。

【図７】第４の実施形態における放射線検出装置の立体
構成図である。

【図８】第４の実施形態における放射線検出装置の１画
素の層構成を示す平面図及び断面図である。

【図９】第４の実施形態における放射線検出装置の等価
回路図である。

【図１０】第４の実施形態における放射線検出装置の平
面図である。

【図１１】第５の実施形態における放射線検出装置の等
価回路図である。

【図１２】第５の実施形態における放射線検出装置の平
面図である。

【図１３】従来の放射線検出装置の等価回路図である。

【図１４】従来の放射線検出装置の平面図である。

【図１５】従来の放射線検出装置の１画素の層構成を表
す平面図及び断面図である。

【図１６】従来の放射線検出装置のゲート線にゲート駆
動装置から印加されるゲートパルスのＡ点〜Ｄ点におけ
る波形の概念図である。

【符号の説明】

１１読み出し装置２１ａ、２１ｂゲート駆動装置３１ａ、３１ｂ画素エリア４１絶縁基板Ｖｇ１〜Ｖｇ８ゲート線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ８信号線Ｖｓ１〜Ｖｓ８バイアス線Ｐ１１〜Ｐ４４光電変換素子（フォトダイオード）Ｔ１１〜Ｔ４４ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2G088 EE01 EE29 FF02 FF04 FF05 FF06 GG19 JJ05 JJ33 4M118 AA05 AB01 BA05 CA03 CA07 CB02 CB11 FB09 FB13 FB16 GA10 5F088 AA03 AB05 AB07 BA03 BB03 BB07 EA04 EA08 LA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放射線を電荷に変換する変換素子と、前
記変換素子で発生した電荷を転送するスイッチ素子とを
有する画素が基板上にマトリクス状に配設されており、前記スイッチ素子に駆動信号を供給し、前記基板上の行
方向に配設された駆動線と、前記スイッチ素子から転送された電荷を読み出し、前記
基板上の列方向に配設された信号線とを有し、前記駆動線が１行に独立して複数本配設され、または前
記信号線が１列に複数本独立して配設されてなる少なく
ても何れか一方を有することを特徴とする放射線検出装
置。
【請求項２】前記基板上にマトリクス状に配設されて
いる画素を、１行に独立して配設された前記駆動線の数
と１列に独立して配設された前記信号線の数とを乗じた
数の画素エリアに区分して形成し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。
【請求項３】前記画素エリアが、前記基板の中心にお
いて線対称に配設されていることを特徴とする請求項２
に記載の放射線検出装置。
【請求項４】前記画素エリアが基板の中心において点
対称に配設されていることを特徴とする請求項２に記載
の放射線検出装置。
【請求項５】前記画素の重心が同一間隔となるように
配設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。
【請求項６】前記画素エリア毎に、複数のバイアス線
が接続されていることを特徴とする請求項２〜５のいず
れか１項に記載の放射線検出装置。
【請求項７】前記画素エリア毎に、異なったパターン
マスクを用いて作製されたことを特徴とする請求項２〜
６のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
【請求項８】入射した電磁波の波長を変換して出射す
る波長変換体を備え、前記変換素子は、前記波長変換体
で変換された電磁波を電荷に変換することを特徴とする
請求項１〜７のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
【請求項９】放射線を電荷に変換するエネルギー変換
体と、前記エネルギー変換体で変換された電荷を収集する複数
の電極と、前記複数の電極で収集された電荷を蓄積する容量素子と
を有し、前記スイッチ素子は、前記容量素子で蓄積された電荷を
前記信号線に読み出すことを特徴とする請求項１〜７の
いずれか１項に記載の放射線検出装置。
【請求項１０】前記エネルギー変換体は、アモルファ
スセレン、またはガリウム砒素からなることを特徴とす
る請求項９に記載の放射線検出装置。