JP2004085383A

JP2004085383A - Radiation detection instrument and its manufacturing method

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Publication number: JP2004085383A
Application number: JP2002247249A
Authority: JP
Inventors: Takamasa Ishii; 石井　孝昌
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-08-27
Filing date: 2002-08-27
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2022-08-27
Also published as: JP4217444B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a radiation detection instrument capable of automatically regulating incident radiation dose without the need of high speed driving while suppressing an attenuation in radiation before detection, and its manufacturing method. <P>SOLUTION: A read-out TFT1 is formed on an insulation substrate 11. A semiconductor layer 19 of an MIS photoelectric transducer 2 and an n+ semiconductor layer 20 are formed on a second insulation layer 18 covering the TFT1 to fit a source/drain electrode 16 capable of functioning as a lower electrode, and a semiconductor layer 21 of a TFT sensor 3 is formed to fit an electrode 17 in plan view. The semiconductor layers 19 and 21 are made of the same layer. An upper electrode 22 of the MIS photoelectric transducer 2 is formed on the n+ semiconductor layer 20. Two ohmmic contact layers 23 are formed on the layer 21, and one source/drain electrode 24 is formed on each of the layers 23. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療用画像診断装置、非破壊検査装置、放射線を用いた分析装置等に好適な放射線検出装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、代表的な放射線検出装置として、ＭＩＳ型光電変換素子及びスイッチＴＦＴから構成されたＭＩＳ−ＴＦＴ構造の光センサと、放射線を可視光線に変換するための蛍光体とを組み合わせたものがある。なお、本明細書では、α線、β線、γ線等の他に、可視光線、Ｘ線等の電磁波も、放射線に含まれるものとする。
【０００３】
図９は、従来の放射線検出装置の回路構成を示す等価回路図であり、図１０は、図９に示す従来の放射線検出装置のレイアウト構成を示す平面図である。図９及び図１０には、画素エリアに４行４列（１６個）の画素が設けられている例を示すが、実際には例えば２０００×２０００画素が絶縁基板に配置されている。
【０００４】
放射線検出装置の一例としては、画素毎に、１個の光電変換素子（半導体変換素子）と１個の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）とが設けられている構成が考えられる。具体的には、図９及び図１０中の上から第ａ行、第ｂ列の画素には、１個の光電変換素子Ｍｂａと１個の薄膜トランジスタＴｂａとが設けられている（ａ、ｂ＝１、２、３、４）。
【０００５】
また、第ｂ列に配置された４個の光電変換素子は共通のバイアス線Ｖｓｂに接続されており、読み出し装置から一定バイアスが印加されている。第ａ行に配置された４個のＴＦＴのゲート電極は、共通のゲート線Ｖｇａに接続されており、ゲート駆動装置によりゲートのＯＮ／ＯＦＦが制御される。更に、第ｂ列に配置された４個のＴＦＴのソース電極又はドレイン電極は、共通の信号線Ｓｉｇｂに接続されている。信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４は、読み出し装置に接続されている。
【０００６】
また、放射線検出装置の照射面にはＸ線を可視光線に変換する蛍光体層が設けられている。
【０００７】
このように構成された放射線検出装置上で、人体等の被検体に向けてＸ線が曝射されると、このＸ線は被検体により減衰を受けながら、被検体を透過し、蛍光体層で可視光線に変換される。そして、この可視光線が光電変換素子に入射し、電荷に変換される。この電荷は、ゲート駆動装置により印加されるゲート駆動パルスに応じてＴＦＴを介して信号線に転送され、読み出し装置を介して外部に出力される。その後、共通のバイアス線から光電変換素子で発生し転送されなかった電荷が除去される。この動作は、リフレッシュとよばれる。
【０００８】
図１１は、従来のＭＩＳ−ＴＦＴ構造の光センサの１画素の層構成を示す１画素分の断面図である。図１１には、ＭＩＳ型光電変換素子及びスイッチＴＦＴが互いに並行して形成された光センサの例を示している。
【０００９】
絶縁基板１１１上に、ＭＩＳ型光電変換素子１０１及びスイッチＴＦＴ１０２が形成されている。ＭＩＳ型光電変換素子１０１には、下部電極１１７、絶縁体層１１８、半導体層１１９、ｎ^＋半導体層１２０及び上部電極１２２が設けられている。スイッチＴＦＴ１０２には、ゲート電極１１２、ゲート絶縁体層１１３、半導体層１１４、オーミックコンタクト層１１５及び２個のソース・ドレイン電極１１６が設けられている。
【００１０】
下部電極１１７及びゲート電極１１２は、同一の電極層から形成されている。絶縁体層１１８及びゲート絶縁体層１１３は、同一の絶縁体層から形成されている。半導体層１１９及び半導体層１１４は、同一の半導体層から形成されている。上部電極１２２及びソース・ドレイン電極１１６は、同一の電極層から形成されている。
【００１１】
ＭＩＳ型光電変換素子１０１の下部電極１１７は、スイッチＴＦＴ１０２の一方のソース・ドレイン電極１１６に接続されている。上部電極１２２はバイアス線に接続され、他方のソース・ドレイン電極は信号線に接続され、ゲート電極１１２はゲート線に接続されている。更に、各素子の上には、絶縁体層（保護層）１２５、有機保護層１２６、接着層１２７及び蛍光体層１２８が形成されている。
【００１２】
次に、放射線検出装置において、Ｘ線源から照射されるＸ線の露出を自動的に制御するＸ線自動露出制御装置（ＡＥＣ）について説明する。
【００１３】
一般に、２次元に配設されたセンサを有する放射線検出装置においては、被検体毎に又は撮影毎に入射するＸ線量を調整（ＡＥＣ制御）する必要がある。このＸ線量の調整方法は、以下の２つに分類することができる。
（１）ＡＥＣ制御用センサを放射線検出装置とは別に別途設ける。
（２）放射線検出装置内の画像撮像用センサの全部又はは一部からＸ線量を高速で読み出して、この信号をＡＥＣ制御用信号とする。
【００１４】
従来、（１）の方法を採用する場合には、Ｘ線の減衰率が５％程度の薄型の複数個のＡＥＣ制御用センサを放射線検出装置の前面に、即ち放射線検出装置の蛍光体層よりも被検知体側に別途設けている。そして、これらのＡＥＣ制御用センサの出力に基づいてＸ線の曝射を停止させ、画像化に適切なＸ線量を得ている。この方法で使用されるＡＥＣ制御用センサとしては、Ｘ線をイオンチャンバで直接電荷として取り出すものや、蛍光体を介して蛍光体光をファイバーで外部に取り出し、フォトマルで電荷に変換するものがある。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、２次元状に配設された放射線検出装置において、別途ＡＥＣ制御用センサを設け、入射する放射線量を調整（ＡＥＣ制御）する場合、このセンサの配置が問題となる。
【００１６】
つまり、一般にＡＥＣ制御に必要な情報は被写体の中央部にあるため、画像撮像用センサによる撮像に支障の無いようにＡＥＣ制御用センサを配置するためには、別途放射線の減衰が非常に小さいＡＥＣ制御用センサが必要となる。このため、装置全体のコスト上昇が引き起こされる。また、全く減衰の無いセンサは存在しないため、その分の撮像画像の画質低下は避けられない。
【００１７】
また、放射線検出装置内の画像撮像用センサをＡＥＣ制御用センサと兼用する方法は、画素数の比較的少ないセンサでは実現可能では、特段の問題は生じないが、例えば画素数が２０００×２０００画素のようなセンサでは、高速駆動用回路が必要となり、装置全体のコストの上昇が引き起こされる。更に、高速で駆動する必要があるために、画像撮像用センサにおいて、電荷の蓄積時間、電荷の転送時間及び容量のリセット時間等を十分に確保することが困難である。この結果、撮像画像の画質低下を引き起こすという問題が生じる。
【００１８】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、検出前での放射線の減衰を抑制しながら、高速駆動を必要とせずに入射する放射線量を自動調整することができる放射線検出装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る放射線検出装置は、基板と、前記基板上に配設され、放射線を電気信号に変換する第１の半導体変換素子と、前記第１の半導体変換素子に接続されたスイッチ素子とを備えた変換部と、前記変換部内に入射した放射線の総照射量を検出するために前記基板上に配設され、放射線を電気信号に変換する第２の半導体変換素子と、を有し、前記第１の半導体変換素子と前記第２の半導体変換素子とは、互いに同一の層から形成された半導体層を有することを特徴とする。
【００２０】
第２の発明に係る放射線検出装置は、基板と、前記基板上に配設され、第１の光伝導素子と、前記第１の光伝導素子に接続された容量素子と、前記容量素子に接続されたスイッチ素子と、を備えた変換部と、前記変換部内に入射した放射線の総照射量を検出するために前記基板上に配設された第２の光伝導素子と、を有し、前記第１の光伝導素子と前記第２の光伝導素子とは、互いに同一の層から形成された光伝導層を有することを特徴とする。
【００２１】
第３の発明に係る放射線検出装置の製造方法は、基板と、前記基板上に配設され、放射線を電気信号に変換する第１の半導体変換素子と、前記第１の半導体変換素子に接続されたスイッチ素子とを備えた変換部と、前記変換部内に入射した放射線の総照射量を検出するために前記基板上に配設され、放射線を電気信号に変換する第２の半導体変換素子と、を有する放射線検出装置の製造方法であって、前記基板上に前記スイッチ素子を形成する工程と、同一の層から前記第１の半導体変換素子の半導体層及び前記第２の半導体変換素子の半導体層を同時に形成する工程と、を有することを特徴とする。
【００２２】
第４の発明に係る放射線検出装置は、基板と、前記基板上に配設され、第１の光伝導素子と、前記第１の光伝導素子に接続された容量素子と、前記容量素子に接続されたスイッチ素子と、を備えた変換部と、前記変換部内に入射した放射線の総照射量を検出するために前記基板上に配設された第２の光伝導素子と、を有する放射線検出装置の製造方法であって、前記基板上に前記スイッチ素子及び前記スイッチを形成する工程と、同一の層から前記第１の光伝導素子の光伝導層及び前記第２の光伝導素子の光伝導層を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【００２３】
これらの本発明においては、第２の半導体変換素子又は第２の光伝導素子を介して検出された放射線量に基づいてＡＥＣ制御を行うことが可能である。このとき、第２の半導体変換素子又は第２の光伝導素子が、第１の半導体変換素子又は第１の光伝導素子と同一の基板上に形成されているので、第２の半導体変換素子又は第２の光伝導素子による放射線の減衰は生じない。また、第１の半導体変換素子又は第１の光伝導素子を自動制御用に使用する必要がないため、これらを高速駆動する必要もない。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る放射線検出装置及びその製造方法について、添付の図面を参照して具体的に説明する。
【００２５】
（第１の実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る放射線検出装置の回路構成を示す等価回路図であり、図２は、第１の実施形態に係る放射線検出装置のレイアウト構成を示す平面図であり、図３は、第１の実施形態に係る放射線検出装置の層構成を示す１画素分の断面図である。図１及び図２には、画素エリアに４行４列（１６個）の画素が設けられている例を示すが、その数はこれに限定されるものではなく、例えば２０００×２０００画素が設けられていてもよい。
【００２６】
本実施形態においては、画素毎に、ＭＩＳ型光電変換素子（第１の半導体変換素子）と読出用薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）（スイッチ素子）との組み合わせ、又はＭＩＳ型光電変換素子（第１の半導体変換素子）と読出用ＴＦＴ（スイッチ素子）とＡＥＣ制御用のＴＦＴ型センサ（第２の半導体変換素子）との組み合わせが設けられている。具体的には、図１及び図２中の上から第ａ行、第ｂ列の画素には、１個の光電変換素子Ｍｂａと１個の薄膜トランジスタＴｂａとが設けられており（ａ、ｂ＝１、２、３、４）、第ａ行、第３列の画素には、更に、１個のＴＦＴ型センサＭＡ３ａが設けられている。
【００２７】
また、第ｂ列に配置された４個のＭＩＳ型光電変換素子は共通のバイアス線Ｖｓｂに接続されており、読み出し装置から一定バイアスが印加されている。第ａ行に配置された４個の読出用ＴＦＴのゲート電極は、共通のゲート線Ｖｇａに接続されており、ゲート駆動装置によりゲートのＯＮ／ＯＦＦが制御される。更に、第ｂ列に配置された４個の読出用ＴＦＴのソース電極又はドレイン電極は、共通の信号線Ｓｉｇｂに接続されている。信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４は、読み出し装置に接続されている。
【００２８】
ここで、図３を参照して、ＴＦＴ型センサが設けられた画素の層構成について説明する。この画素には、チャネルエッチ型の読出用ＴＦＴ１、ＭＩＳ型光電変換素子２及びＴＦＴ型センサ３が設けられている。
【００２９】
この画素の層構成としては、絶縁基板１１上に、読出用ＴＦＴ１のゲート電極１２、及びこのゲート電極１２を覆う第１の絶縁体層１３が形成されている。第１の絶縁体層１３は、読出用ＴＦＴ１のゲート絶縁膜として機能する。
【００３０】
第１の絶縁体層１３上には、読出用ＴＦＴ１の半導体層（チャネル層）１４が形成されている。半導体層１４上には、オーミックコンタクト層１５が形成され、オーミックコンタクト層１５上にソース・ドレイン電極１６が形成されている。一方のソース・ドレイン電極１６は、オーミックコンタクト層１５上から第１の絶縁体層１３上で拡がるようにして形成されている。このソース・ドレイン電極１６は、ＭＩＳ型光電変換素子２の下部電極としても機能する。第１の絶縁体層１３上には、更に、ＴＦＴ型センサ３のゲート電極１７が形成されている。そして、ゲート電極１７及びソース・ドレイン電極１６等を覆う第２の絶縁体層１８が形成されている。第２の絶縁体層１８は、ＴＦＴ型センサ３のゲート絶縁膜として機能する。
【００３１】
第２の絶縁体層１８上には、半導体層１９及びｎ^＋半導体層２０が、平面視でＭＩＳ型光電変換素子２の下部電極としても機能するソース・ドレイン電極１６と整合するようにして形成され、ＴＦＴ型センサ３の半導体層（チャネル層）２１が形成されている。半導体層１９及び２１は、後述のように、互いに同一の層から形成されている。ｎ^＋半導体層２０上には、ＭＩＳ型光電変換素子２の上部電極２２が形成されている。ｎ^＋半導体層２０は、上部電極として機能する。半導体層２１上には、オーミックコンタクト層（ｎ^＋半導体層）２３が形成され、オーミックコンタクト層２３上にソース・ドレイン電極２４が形成されている。そして、上部電極２２及びソース・ドレイン電極２３等を覆う第３の絶縁体層２５が形成されている。
【００３２】
第３の絶縁体層２５上には、有機保護層２６、接着層２７及び蛍光体層２８が順次形成されている。
【００３３】
ここで、読出用ＴＦＴ１としては転送速度が速いものを使用することが望ましい。従って、半導体層１４は薄膜とする。一方、ＭＩＳ型光電変換素子２及びＴＦＴ型センサ３については、入射光を十分に吸収できることが望ましい。従って、半導体層１９及び２１は半導体層１４より厚いことが望ましい。また、読出用ＴＦＴ１として、ポリシリコンからなるものを用いることによりさらに速度を向上させてもよい。
【００３４】
ＴＦＴ型センサ３が設けられていない画素の層構成は、図３に示すものから、ゲート電極１７、半導体層２１、オーミックコンタクト層２３及びソース・ドレイン電極２４が除かれたものとなっている。
【００３５】
ＭＩＳ型光電変換素子２の上部電極２２はバイアス線に接続されている。ソース・ドレイン電極１６のうち、下部電極と兼用されていないものは、信号線に接続されている。ゲート電極１２はゲート線に接続されている。また、ＴＦＴ型センサ３については、ゲート電極１７及びソース・ドレイン電極２４は、いずれも読み出し装置に接続されている。
【００３６】
次に、上述のように構成された第１の実施形態に係る放射線検出装置の動作について説明する。
【００３７】
このように構成された放射線検出装置上で、人体等の被検体に向けてＸ線が曝射されると、このＸ線は被検体により減衰を受けながら、被検体を透過し、蛍光体層２８で可視光線に変換される。そして、この可視光線がＭＩＳ型光電変換素子２に入射し、電荷に変換される。この電荷は、ゲート駆動装置により印加されるゲート駆動パルスに応じて読出用ＴＦＴ１を介して信号線に転送され、読み出し装置を介して外部に出力される。その後、共通のバイアス線からＭＩＳ型光電変換素子２で発生し転送されなかった電荷が除去される。
【００３８】
この一方で、ＴＦＴ型センサ３に対しては、例えば半導体層２１空乏化させる一定バイアスをソース・ドレイン電極２４間に印加しておく。このように、一定バイアスを印加しておくことにより、入射光に応じた電荷が常に出力される。従って、この出力値を増幅器（ＡＭＰ）で増幅させ、加算することにより、Ｘ線の総照射量を読み出し装置により検出することができる。そして、Ｘ線の総照射量に基づいてＸ線の曝射を制御する。
【００３９】
このような第１の実施形態によれば、絶縁基板上にＡＥＣ制御用のセンサを画像撮像用のセンサとは別に設けているため、画像撮像用のセンサ（ＭＩＳ型光電変換素子２）を高速に駆動しなくても、十分にＸ線の総照射量を検出することができる。また、ＭＩＳ型光電変換素子２を高速で駆動する必要がないため、電荷の蓄積時間、電荷の転送時間及び容量のリセット時間等を十分に確保することが可能である。従って、良好な画質の撮像画像を得ることができる。
【００４０】
また、ＭＩＳ型光電変換素子２にＸ線が入射するまでの間に、ＡＥＣ制御用のセンサによりＸ線が減衰を受けることはない。従って、良好な画質を得ることができる。
【００４１】
なお、ＴＦＴ型センサ３は必要な場所に選択的に配置することができる。つまり、図１に示すように、画素の１列内に全てのＴＦＴ型センサ３が収められている必要はない。ＴＦＴ型センサ３が存在する画素においては、ＭＩＳ型光電変換素子２の開口率が減少してしまうが、この面積の減少分は読み出した後の画像補正により容易に補うことが可能である。
【００４２】
次に、第１の実施形態に係る放射線検出装置を製造する方法について説明する。
【００４３】
先ず、絶縁基板１１上に第１の電極層を形成し、これをパターニングすることにより、ゲート電極１２を形成する。次に、全面に第１の絶縁体層１３を形成する。
【００４４】
次いで、第１の絶縁体層１３上に第１の半導体層を形成し、これをパターニングすることにより、半導体層１４を形成する。その後、半導体層１４上にオーミックコンタクト層１５を形成する。続いて、全面に第２の電極層を形成し、これをパターニングすることにより、ソース・ドレイン電極１６及びゲート電極１７を形成する。次に、全面に第２の絶縁体層１８を形成する。
【００４５】
次いで、全面に第２の半導体層を形成し、これをパターニングすることにより、半導体層１９及び２１を同時に形成する。その後、半導体層１９上にｎ^＋半導体層２０を、半導体層２１上にオーミックコンタクト層２３を形成する。次に、全面に第３の電極層を形成し、これをパターニングすることにより、上部電極２２及びソース・ドレイン電極２４を形成する。次いで、全面に第３の絶縁体層２５を形成する。
【００４６】
その後、全面に有機保護層２６、接着層２７及び蛍光体層２８を順次形成する。また、本発明においてｎ^＋半導体層２０又はオーミックコンタクト層２３と、第３の絶縁体層２５との間に、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）等からなる透明電極層を形成することによって、ｎ^＋半導体層２０の膜厚を薄くすることが可能となり、これによって入射光量自体を増大させることができる。また、ＴＦＴ型センサ３においても、ソース・ドレイン電極２４に透明電極層を使用すれば、入射光量を増大させることができるため、ＴＦＴ型センサの感度が向上する。
【００４７】
このようにして、第１の実施形態に係る放射線検出装置を製造することができる。
【００４８】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図４は、本発明の第２の実施形態に係る放射線検出装置の回路構成を示す等価回路図であり、図５は、第２の実施形態に係る放射線検出装置のレイアウト構成を示す平面図であり、図６は、第２の実施形態に係る放射線検出装置の層構成を示す１画素分の断面図である。図４及び図５には、第１の実施形態と同様、画素エリアに４行４列（１６個）の画素が設けられている例を示すが、その数はこれに限定されるものではなく、例えば２０００×２０００画素が設けられていてもよい。
【００４９】
本実施形態においては、画素毎に、ＰＩＮ型光電変換素子（第１の半導体変換素子）と読出用ＴＦＴ（スイッチ素子）との組み合わせ、又はＰＩＮ型光電変換素子（第１の半導体変換素子）と読出用ＴＦＴ（スイッチ素子）とＡＥＣ制御用のＰＩＮ型センサ（第２の半導体変換素子）との組み合わせが設けられている。具体的には、図４及び図５中の上から第ａ行、第ｂ列の画素には、１個の光電変換素子Ｐｂａと１個の薄膜トランジスタＴｂａとが設けられており（ａ、ｂ＝１、２、３、４）、第ａ行、第３列の画素には、更に、１個のＰＩＮ型センサＰＡ３ａが設けられている。
【００５０】
また、第ｂ列に配置された４個のＰＩＮ型光電変換素子は共通のバイアス線Ｖｓｂに接続されており、読み出し装置から一定バイアスが印加されている。第ａ行に配置された４個の読出用ＴＦＴのゲート電極は、共通のゲート線Ｖｇａに接続されており、ゲート駆動装置によりゲートのＯＮ／ＯＦＦが制御される。更に、第ｂ列に配置された４個の読出用ＴＦＴのソース電極又はドレイン電極は、共通の信号線Ｓｉｇｂに接続されている。信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４は、読み出し装置に接続されている。
【００５１】
ここで、図６を参照して、ＰＩＮ型センサが設けられた画素の層構成について説明する。この画素には、エッチストッパ型の読出用ＴＦＴ４、ＰＩＮ型光電変換素子５及びＰＩＮ型センサ６が設けられている。
【００５２】
この画素の層構成としては、絶縁基板１１上に、読出用ＴＦＴ４のゲート電極１２、及びこのゲート電極１２を覆う第１の絶縁体層１３が形成されている。第１の絶縁体層１３は、読出用ＴＦＴ４のゲート絶縁膜として機能する。
【００５３】
第１の絶縁体層１３上には、読出用ＴＦＴ４の半導体層（チャネル層）１４が形成されている。半導体層１４上には、第４の絶縁体層３１が形成され、更に、この第４の絶縁体層３１を間に挟むようにしてオーミックコンタクト層１５が形成されている。一方のオーミックコンタクト層１５は、第４の絶縁体層３１及び半導体層１４上から第１の絶縁体層１３上で拡がるようにして形成されている。そして、オーミックコンタクト層１５上にソース・ドレイン電極１６が形成されている。更に、ソース・ドレイン電極１６等を覆う第２の絶縁体層１８が形成されている。
【００５４】
第２の絶縁体層１８には、第１の絶縁体層１３上で拡がるようにして形成されたソース・ドレイン電極１６まで到達するコンタクトホールが形成されている。そして、このコンタクトホールを介してソース・ドレイン電極１６に接続されたＰＩＮ型光電変換素子５の下部電極３２が第２の絶縁体層１８上に形成されている。下部電極３２上には、ｎ型半導体層３３、真性半導体層３４及びｐ型半導体層３５が順次形成されている。更に、ｐ型半導体層３５上には、ＰＩＮ型光電変換素子５の上部電極３６が形成されている。
【００５５】
第２の絶縁体層１８上には、更に、ＰＩＮ型センサ６の下部電極３７が形成されている。下部電極３７上には、ｎ型半導体層３８、真性半導体層３９及びｐ型半導体層４０が順次形成されている。後述のように、ｎ型半導体層３３及び３８は互いに同一の層から形成され、真性半導体層３４及び３９は互いに同一の層から形成され、ｐ型半導体層３５及び４０は互いに同一の層から形成されている。ｐ型半導体層４０上には、ＰＩＮ型センサ６の上部電極４１が形成されている。そして、上部電極３６及び４１等を覆う第３の絶縁体層２５が形成されている。
【００５６】
第３の絶縁体層２５上には、第１の実施形態と同様に、有機保護層２６、接着層２７及び蛍光体層２８が順次形成されている。
【００５７】
ここで、読出用ＴＦＴ４としては転送速度が速いものを使用することが望ましい。従って、半導体層１４は薄膜とする。一方、ＰＩＮ型光電変換素子５及びＰＩＮ型センサ６については、入射光を十分に吸収できることが望ましい。従って、真性半導体層３４及び３９は半導体層１４より厚いことが望ましい。また、ポリシリコンからなるＴＦＴを用いることも可能である。
【００５８】
ＰＩＮ型センサ６が設けられていない画素の層構成は、図６に示すものから、下部電極３７、ｎ型半導体層３８、真性半導体層３９、ｐ型半導体層４０及び上部電極４１が除かれたものとなっている。
【００５９】
ＰＩＮ型光電変換素子５の上部電極３６はバイアス線に接続されている。ソース・ドレイン電極１６のうち、下部電極３２に接続されていないものは、信号線に接続されている。ゲート電極１２はゲート線に接続されている。また、ＰＩＮ型センサ６については、下部電極３７及び上部電極４１は、いずれも読み出し装置に接続されている。
【００６０】
次に、上述のように構成された第２の実施形態に係る放射線検出装置の動作について説明する。
【００６１】
このように構成された放射線検出装置上で、人体等の被検体に向けてＸ線が曝射されると、このＸ線は被検体により減衰を受けながら、被検体を透過し、蛍光体層２８で可視光線に変換される。そして、この可視光線がＰＩＮ型光電変換素子５に入射し、電荷に変換される。この電荷は、ゲート駆動装置により印加されるゲート駆動パルスに応じて読出用ＴＦＴ４を介して信号線に転送され、読み出し装置を介して外部に出力される。
【００６２】
この一方で、ＰＩＮ型センサ６に対しては、例えば一定バイアスを下部電極３７と上部電極４１との間に印加しておく。このように、一定バイアスを印加しておくことにより、入射光に応じた電荷が常に出力される。従って、この出力値を増幅器（ＡＭＰ）で増幅させ、加算することにより、Ｘ線の総照射量を読み出し装置により検出することができる。そして、Ｘ線の総照射量に基づいてＸ線の曝射を制御する。
【００６３】
このような第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。また、第２の実施形態においては、ＰＩＮ型光電変換素子５の下部電極３２が、第１の実施形態におけるＭＩＳ型光電変換素子２の下部電極（一方のソース・ドレイン電極１６）よりも広くなるので、より高い効率で放射線を検出することができる。
【００６４】
なお、ＰＩＮ型センサ６は必要な場所に選択的に配置することができる。つまり、図４に示すように、画素の１列内に全てのＰＩＮ型センサ６が収められている必要はない。ＰＩＮ型センサ６が存在する画素においては、ＰＩＮ型光電変換素子５の開口率が減少してしまうが、この面積の減少分は読み出した後の画像補正により容易に補うことが可能である。
【００６５】
次に、第２の実施形態に係る放射線検出装置を製造する方法について説明する。
【００６６】
先ず、絶縁基板１１上に第１の電極層を形成し、これをパターニングすることにより、ゲート電極１２を形成する。次に、全面に第１の絶縁体層１３を形成する。
【００６７】
次いで、第１の絶縁体層１３上に第１の半導体層を形成し、これをパターニングすることにより、半導体層１４を形成する。次に、半導体層１４の中央に、第４の絶縁体層３１を形成する。その後、半導体層１４上にオーミックコンタクト層１５を形成する。続いて、全面に第２の電極層を形成し、これをパターニングすることにより、ソース・ドレイン電極１６を形成する。次に、全面に第２の絶縁体層１８を形成し、この第２の絶縁体層１８に、ソース・ドレイン電極１６まで到達するコンタクトホールを形成する。
【００６８】
次いで、コンタクトホールを埋め込むようにして第４の電極層を形成し、これをパターニングすることにより、下部電極３２及び３７を同時に形成する。その後、全面に第３乃至第５の半導体層を形成し、これらをパターニングすることにより、ｎ型半導体層３３及び３８を同時に形成し、真性半導体層３４及び４９を同時に形成し、ｐ型半導体層３５及び４０を同時に形成する。続いて、全面に第５の電極層を形成し、これをパターニングすることにより、上部電極３６及び４１を形成する。次いで、全面に第３の絶縁体層２５を形成する。
【００６９】
その後、全面に有機保護層２６、接着層２７及び蛍光体層２８を順次形成する。
【００７０】
このようにして、第２の実施形態に係る放射線検出装置を製造することができる。
【００７１】
なお、ＰＩＮ型光電変換素子５及びＰＩＮ型センサ６を形成せずに、下部電極３３上に絶縁膜を形成して、その上にＭＩＳ型光電変換素子及びＴＦＴ型センサを形成してもよい。
【００７２】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態においては、画素毎に、光伝導素子（第１の光伝導素子）と読出用ＴＦＴ（スイッチ素子）と画像撮像用コンデンサ（容量素子）との組み合わせ、又は光伝導素子（第１の光伝導素子）と読出用ＴＦＴ（スイッチ素子）と画像撮像用コンデンサ（容量素子）とＡＥＣ制御用の光伝導センサ（第２の光伝導素子）との組み合わせが設けられている。
【００７３】
ここで、図７を参照して、光伝導センサが設けられた画素の層構成について説明する。図７は、本発明の第３の実施形態に係る放射線検出装置の層構成を示す１画素分の断面図である。この画素には、エッチストッパ型の読出用ＴＦＴ４、光伝導素子７、光伝導センサ８及び画像撮像用コンデンサ９が設けられている。読出用ＴＦＴ４の構成は、第２の実施形態と同様である。
【００７４】
この画素の層構成としては、絶縁基板１１上に、読出用ＴＦＴ４のゲート電極１２及び画像撮像用コンデンサ９の下部電極４２、並びにこれらを覆う第１の絶縁体層１３が形成されている。第１の絶縁体層１３は、読出用ＴＦＴ４のゲート絶縁膜として機能する。
【００７５】
第１の絶縁体層１３上には、読出用ＴＦＴ４の半導体層（チャネル層）１４が、平面視でゲート電極１２と整合するようにして形成されている。半導体層１４上には、第４の絶縁体層３１が形成され、更に、この第４の絶縁体層３１を間に挟むようにしてオーミックコンタクト層１５が形成されている。一方のオーミックコンタクト層１５は、第４の絶縁体層３１及び半導体層１４上から第１の絶縁体層１３上で、平面視で下部電極４２と整合して拡がるようにして形成されている。そして、オーミックコンタクト層１５上にソース・ドレイン電極１６が形成されている。更に、ソース・ドレイン電極１６等を覆う第２の絶縁体層１８が形成されている。第２の絶縁体層１８は、例えばＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）から形成されている。
【００７６】
第２の絶縁体層１８には、第１の絶縁体層１３上で拡がるようにして形成されたソース・ドレイン電極１６まで到達するコンタクトホールが形成されている。そして、このコンタクトホールを介してソース・ドレイン電極１６に接続された光伝導素子７の下部電極（電荷収集用電極）４３が第２の絶縁体層１８上に形成されている。第２の絶縁体層１８上には、更に、光伝導センサ８の下部電極（電荷収集用電極）４４が形成されている。そして、下部電極４３及び４４を覆うアモルファスセレン層４５が形成されている。アモルファスセレン層４５は、光伝導素子７及び光伝導センサ８により共有されている。
【００７７】
更に、アモルファスセレン層４５上に、光伝導素子７及び光伝導センサ８が共有する上部電極（共通電極）４６、第５の絶縁体層４７及び有機保護層４８が順次形成されている。下部電極４４及び上部電極４６は、例えばｐ型半導体又はｎ型半導体から形成されていてもよい。
【００７８】
光伝導センサ８が設けられていない画素の層構成は、図７に示すものから、下部電極４４が除かれたものとなっている。
【００７９】
上部電極４６は、各画素間で共有されており、バイアス線に接続されている。２個のソース・ドレイン電極１６のうち、下部電極４３に接続されていないものは、信号線に接続されている。ゲート電極１２はゲート線に接続されている。また、光伝導センサ８については、下部電極４４は読み出し装置に接続されている。
【００８０】
次に、上述のように構成された第３の実施形態に係る放射線検出装置の動作について説明する。
【００８１】
このように構成された放射線検出装置上で、人体等の被検体に向けてＸ線が曝射されると、このＸ線は被検体により減衰を受けながら、被検体を透過し、アモルファスセレン層４５に入射される。アモルファスセレン層４５では、内部光電効果（光伝導効果）により、入射したＸ線のエネルギに応じた量のプラス電荷及びマイナス電荷が発生する。本実施形態においては、予め上部電極４６と下部電極４３との間に数キロボルトの電圧を印加しておく。このように電圧が印加された状態で、上述のように、アモルファスセレン層４５内に光伝導効果により電荷が発生すると、これらの電荷は電場に沿って移動するため、光電流が発生する。そして、この光電流の発生によって、画像撮像用コンデンサ９に電荷が蓄電される。この電荷は、その後、ゲート駆動装置により印加されるゲート駆動パルスに応じて読出用ＴＦＴ４を介して信号線に転送され、読み出し装置を介して外部に出力される。
【００８２】
この一方で、光伝導センサ８に対しては、例えば一定バイアスを上部電極４６と下部電極４４との間に印加しておく。このように、一定バイアスを印加しておくことにより、入射したＸ線のエネルギに応じた電荷が常に出力される。従って、この出力値を増幅器（ＡＭＰ）で増幅させ、加算することにより、Ｘ線の総照射量を読み出し装置により検出することができる。そして、Ｘ線の総照射量に基づいてＸ線の曝射を制御する。
【００８３】
このような第３の実施形態においても、第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【００８４】
なお、光伝導センサ８は必要な場所に選択的に配置することができる。光伝導センサ８が存在する画素においては、光伝導素子７の開口率が減少してしまうが、この面積の減少分は読み出した後の画像補正により容易に補うことが可能である。
【００８５】
また、本実施形態において、オーミックコンタクト層１５や有機保護層４８は形成されていなくてもよい。
【００８６】
次に、第３の実施形態に係る放射線検出装置を製造する方法について説明する。
【００８７】
先ず、絶縁基板１１上に第１の電極層を形成し、これをパターニングすることにより、ゲート電極１２及び下部電極４２を形成する。次に、全面に第１の絶縁体層１３を形成する。
【００８８】
次いで、第１の絶縁体層１３上に第１の半導体層を形成し、これをパターニングすることにより、半導体層１４を形成する。次に、半導体層１４の中央に、第４の絶縁体層３１を形成する。その後、半導体層１４上にオーミックコンタクト層１５を形成する。続いて、全面に第２の電極層を形成し、これをパターニングすることにより、ソース・ドレイン電極１６を形成する。次に、全面に、例えばＢＣＢからなる第２の絶縁体層１８を形成し、この第２の絶縁体層１８に、ソース・ドレイン電極１６まで到達するコンタクトホールを形成する。第２の絶縁体層１８は、平坦化しておく。
【００８９】
次いで、コンタクトホールを埋め込むようにして第６の電極層を形成し、これをパターニングすることにより、下部電極４３及び４４を形成する。その後、全面にアモルファスセレン層４５を形成する。続いて、全面に第７の電極層として上部電極４６を形成する。
【００９０】
次に、全面に第５の絶縁体層４７及び有機保護層４８を順次形成する。
【００９１】
このようにして、第３の実施形態に係る放射線検出装置を製造することができる。
【００９２】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態においては、画素毎に、光伝導素子（第１の光伝導素子）と読出用ＴＦＴ（スイッチ素子）と画像撮像用コンデンサ（容量素子）との組み合わせ、又は光伝導素子（第１の光伝導素子）と読出用ＴＦＴ（スイッチ素子）と画像撮像用コンデンサ（容量素子）と光伝導センサ（第２の光伝導素子）とＡＥＣ制御用コンデンサとの組み合わせが設けられている。
【００９３】
ここで、図８を参照して、光伝導センサが設けられた画素の層構成について説明する。図８は、本発明の第４の実施形態に係る放射線検出装置の層構成を示す１画素分の断面図である。この画素には、エッチストッパ型の読出用ＴＦＴ４、光伝導素子７、光伝導センサ８、画像撮像用コンデンサ９及びＡＥＣ制御用コンデンサ１０が設けられている。読出用ＴＦＴ４、光伝導素子７、光伝導センサ８及び画像撮像用コンデンサ９の構成は、第３の実施形態と同様であるため、これらについての説明は省略する。
【００９４】
ＡＥＣ制御用コンデンサ１０には、絶縁基板１１上に形成された下部電極４９、並びに第１の絶縁体層１３上に順次形成された導電層５０及び上部電極５１が設けられている。また、第２の絶縁体層１８には、上部電極５１まで到達するコンタクトホールが形成されており、このコンタクトホールを介して下部電極４４が上部電極５１に接続されている。
【００９５】
ここで、本実施形態においては、第３の実施形態とは異なり、光伝導センサ８及びＡＥＣ制御用コンデンサ１０に関し、下部電極４４の代わりに上部電極５１又は導電層５０が読み出し装置に接続されている。
【００９６】
次に、上述のように構成された第４の実施形態に係る放射線検出装置の動作について説明する。
【００９７】
このように構成された放射線検出装置上で、人体等の被検体に向けてＸ線が曝射されると、このＸ線は被検体により減衰を受けながら、被検体を透過し、アモルファスセレン層４５に入射される。アモルファスセレン層４５では、内部光電効果（光伝導効果）により、入射したＸ線のエネルギに応じた量のプラス電荷及びマイナス電荷が発生する。本実施形態においても、第３の実施形態と同様に、予め上部電極４６と下部電極４３との間に数キロボルトの電圧を印加しておく。このように電圧が印加された状態で、上述のように、アモルファスセレン層４５内に光伝導効果により電荷が発生すると、これらの電荷は電場に沿って移動するため、光電流が発生する。そして、この光電流の発生によって、画像撮像用コンデンサ９に電荷が蓄電される。この電荷は、その後、ゲート駆動装置により印加されるゲート駆動パルスに応じて読出用ＴＦＴ４を介して信号線に転送され、読み出し装置を介して外部に出力される。
【００９８】
この一方で、光伝導センサ８に対しては、例えば一定バイアスを上部電極４６と下部電極４４との間に印加しておく。このように、一定バイアスを印加しておくことにより、入射したＸ線のエネルギに応じた電荷が、ＡＥＣ制御用コンデンサ１０を介して常に出力される。従って、この出力値を増幅器（ＡＭＰ）で増幅させ、加算することにより、Ｘ線の総照射量を読み出し装置により検出することができる。そして、Ｘ線の総照射量に基づいてＸ線の曝射を制御する。
【００９９】
このような第４の実施形態においても、第１乃至第３の実施形態と同様の効果が得られる。
【０１００】
なお、光伝導センサ８及びＡＥＣ制御用コンデンサ１０は必要な場所に選択的に配置することができる。光伝導センサ８及びＡＥＣ制御用コンデンサ１０が存在する画素においては、光伝導素子７の開口率が減少してしまうが、この面積の減少分は読み出した後の画像補正により容易に補うことが可能である。
【０１０１】
また、本実施形態において、オーミックコンタクト層１５及び導電層５０や有機保護層４８は形成されていなくてもよい。
【０１０２】
次に、第４の実施形態に係る放射線検出装置を製造する方法について説明する。下部電極４９は、第１の電極層をパターニングすることにより、ゲート電極１２及び下部電極４２と同時に形成することができる。導電層５０は、オーミックコンタクト層１５と同時に形成することができる。上部電極５１は、第２の電極層をパターニングすることにより、ソース・ドレイン電極１６と同時に形成することができる。上部電極５１まで到達するコンタクトホールは、一方のソース・ドレイン電極１６まで到達するコンタクトホールと同時に形成することができる。他の構成要素は、第３の実施形態と同様にして形成する。
【０１０３】
このようにして、第４の実施形態に係る放射線検出装置を製造することができる。
【０１０４】
なお、第３及び第４の実施形態において、アモルファスセレン層４５の代わりにガリウム砒素層等の他の光電動効果を示す層が形成されていてもよい。
【０１０５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第２の半導体変換素子又は第２の光伝導素子を介して検出された放射線量に基づいてＡＥＣ制御を行うことができる。このとき、第２の半導体変換素子又は第２の光伝導素子が、第１の半導体変換素子又は第１の光伝導素子と同一の基板上に形成されているので、第２の半導体変換素子又は第２の光伝導素子による放射線の減衰を防止することができる。また、第１の半導体変換素子又は第１の光伝導素子をＡＥＣ制御のために使用する必要はないため、これらを高速駆動する必要がない。従って、電荷の蓄積時間、電荷の転送時間及び容量のリセット時間等を十分に確保することができる。このため、本発明によれば、良好な画質の撮像画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る放射線検出装置の回路構成を示す等価回路図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る放射線検出装置のレイアウト構成を示す平面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る放射線検出装置の層構成を示す１画素分の断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る放射線検出装置の回路構成を示す等価回路図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る放射線検出装置のレイアウト構成を示す平面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る放射線検出装置の層構成を示す１画素分の断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る放射線検出装置の層構成を示す１画素分の断面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る放射線検出装置の層構成を示す１画素分の断面図である。
【図９】従来の放射線検出装置の回路構成を示す等価回路図である。
【図１０】図９に示す従来の放射線検出装置のレイアウト構成を示す平面図である。
【図１１】従来のＭＩＳ−ＴＦＴ構造の光センサの１画素の層構成を示す１画素分の断面図である。
【符号の説明】
１、４；読出用薄膜トランジスタ（スイッチ素子）
２；ＭＩＳ型光電変換素子（第１の光電変換素子）
３；ＴＦＴ型センサ（第２の光電変換素子）
５；ＰＩＮ型光電変換素子（第１の光電変換素子）
６；ＰＩＮ型センサ（第２の光電変換素子）
７；光伝導素子（第１の光伝導素子）
８；光伝導センサ（第２の光伝導素子）
９；画像撮像用コンデンサ
１０；ＡＥＣ制御用コンデンサ
Ｍ１１〜Ｍ１４、Ｍ２１〜Ｍ２４、Ｍ３１〜Ｍ３４、Ｍ４１〜Ｍ４４；ＭＩＳ型光電変換素子
Ｐ１１〜Ｐ１４、Ｐ２１〜Ｐ２４、Ｐ３１〜Ｐ３４、Ｐ４１〜Ｐ４４；ＰＩＮ型光電変換素子
ＭＡ３１〜ＭＡ３４；ＴＦＴ型センサ
ＰＡ３１〜ＰＡ３４；ＰＩＮ型センサ
Ｔ１１〜Ｔ１４、Ｔ２１〜Ｔ２４、Ｔ３１〜Ｔ３４、Ｔ４１〜Ｔ４４；読出用ＴＦＴ
Ｖｓ１〜Ｖｓ４；バイアス線
Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４；信号線
Ｖｇ１〜Ｖｇ４；ゲート線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a radiation detection apparatus suitable for a medical diagnostic imaging apparatus, a nondestructive inspection apparatus, an analysis apparatus using radiation, and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a typical radiation detection apparatus, there is a combination of a MIS-TFT structure optical sensor composed of a MIS type photoelectric conversion element and a switch TFT and a phosphor for converting radiation into visible light. In this specification, in addition to α rays, β rays, γ rays and the like, electromagnetic waves such as visible rays and X rays are included in the radiation.
[0003]
FIG. 9 is an equivalent circuit diagram showing a circuit configuration of a conventional radiation detection apparatus, and FIG. 10 is a plan view showing a layout configuration of the conventional radiation detection apparatus shown in FIG. 9 and 10 show an example in which pixels of 4 rows and 4 columns (16 pixels) are provided in the pixel area. Actually, for example, 2000 × 2000 pixels are arranged on an insulating substrate.
[0004]
As an example of the radiation detection apparatus, a configuration in which one photoelectric conversion element (semiconductor conversion element) and one thin film transistor (TFT) are provided for each pixel can be considered. Specifically, in the pixels in the a-th row and the b-th column from the top in FIGS. 9 and 10, one photoelectric conversion element Mba and one thin film transistor Tba are provided (a, b = 1, 2, 3, 4).
[0005]
The four photoelectric conversion elements arranged in the b-th column are connected to a common bias line Vsb, and a constant bias is applied from the reading device. The gate electrodes of the four TFTs arranged in the a-th row are connected to a common gate line Vga, and ON / OFF of the gate is controlled by the gate driving device. Further, the source electrodes or drain electrodes of the four TFTs arranged in the b-th column are connected to the common signal line Sigb. The signal lines Sig1 to Sig4 are connected to the reading device.
[0006]
In addition, a phosphor layer for converting X-rays into visible light is provided on the irradiation surface of the radiation detection apparatus.
[0007]
When X-rays are exposed to a subject such as a human body on the radiation detection apparatus configured as described above, the X-rays pass through the subject while being attenuated by the subject, and the phosphor layer Is converted into visible light. Then, this visible light enters the photoelectric conversion element and is converted into electric charges. This electric charge is transferred to the signal line through the TFT in accordance with the gate drive pulse applied by the gate drive device, and is output to the outside through the readout device. Thereafter, the charges generated by the photoelectric conversion elements and not transferred from the common bias line are removed. This operation is called refresh.
[0008]
FIG. 11 is a cross-sectional view of one pixel showing the layer configuration of one pixel of a conventional MIS-TFT structure photosensor. FIG. 11 shows an example of an optical sensor in which a MIS photoelectric conversion element and a switch TFT are formed in parallel to each other.
[0009]
On the insulating substrate 111, the MIS type photoelectric conversion element 101 and the switch TFT 102 are formed. The MIS photoelectric conversion element 101 includes a lower electrode 117, an insulator layer 118, a semiconductor layer 119, n ⁺ A semiconductor layer 120 and an upper electrode 122 are provided. The switch TFT 102 is provided with a gate electrode 112, a gate insulator layer 113, a semiconductor layer 114, an ohmic contact layer 115, and two source / drain electrodes 116.
[0010]
The lower electrode 117 and the gate electrode 112 are formed from the same electrode layer. The insulator layer 118 and the gate insulator layer 113 are formed from the same insulator layer. The semiconductor layer 119 and the semiconductor layer 114 are formed from the same semiconductor layer. The upper electrode 122 and the source / drain electrodes 116 are formed from the same electrode layer.
[0011]
The lower electrode 117 of the MIS photoelectric conversion element 101 is connected to one source / drain electrode 116 of the switch TFT 102. The upper electrode 122 is connected to the bias line, the other source / drain electrode is connected to the signal line, and the gate electrode 112 is connected to the gate line. Furthermore, an insulator layer (protective layer) 125, an organic protective layer 126, an adhesive layer 127, and a phosphor layer 128 are formed on each element.
[0012]
Next, an X-ray automatic exposure control apparatus (AEC) that automatically controls the exposure of X-rays emitted from the X-ray source in the radiation detection apparatus will be described.
[0013]
In general, in a radiation detection apparatus having a two-dimensionally arranged sensor, it is necessary to adjust (AEC control) the X-ray dose incident for each subject or for each imaging. This X-ray dose adjustment method can be classified into the following two methods.
(1) An AEC control sensor is provided separately from the radiation detection apparatus.
(2) The X-ray dose is read at high speed from all or a part of the imaging sensors in the radiation detection apparatus, and this signal is used as an AEC control signal.
[0014]
Conventionally, when the method (1) is adopted, a plurality of thin AEC control sensors having an X-ray attenuation rate of about 5% are provided on the front surface of the radiation detection apparatus, that is, from the phosphor layer of the radiation detection apparatus. Is also provided separately on the detected object side. Based on the output of these AEC control sensors, the X-ray exposure is stopped to obtain an X-ray dose appropriate for imaging. As an AEC control sensor used in this method, there are sensors that take out X-rays directly as an electric charge in an ion chamber, and those that take out phosphor light to the outside through a phosphor through a phosphor and convert it into a charge by a photomultiplier. is there.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a radiation detector arranged two-dimensionally, when a separate AEC control sensor is provided to adjust the amount of incident radiation (AEC control), the arrangement of this sensor becomes a problem.
[0016]
That is, since information necessary for AEC control is generally in the center of the subject, in order to arrange the AEC control sensor so as not to hinder the image pickup by the image pickup sensor, AEC with a very small attenuation of radiation is required. A control sensor is required. For this reason, the cost rise of the whole apparatus is caused. In addition, since there is no sensor with no attenuation at all, a reduction in image quality of the captured image is unavoidable.
[0017]
In addition, the method of using the image capturing sensor in the radiation detection apparatus also as the AEC control sensor does not cause a particular problem if it can be realized with a sensor having a relatively small number of pixels. For example, the number of pixels is 2000 × 2000 pixels. Such a sensor requires a high-speed driving circuit, which causes an increase in the cost of the entire apparatus. Furthermore, since it is necessary to drive at a high speed, it is difficult to ensure sufficient charge accumulation time, charge transfer time, capacitance reset time, and the like in the image pickup sensor. As a result, there arises a problem that the image quality of the captured image is degraded.
[0018]
The present invention has been made in view of such problems, and is a radiation detection apparatus capable of automatically adjusting the amount of incident radiation without requiring high-speed driving while suppressing attenuation of radiation before detection. And it aims at providing the manufacturing method.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
A radiation detection apparatus according to a first aspect of the present invention is a substrate, a first semiconductor conversion element disposed on the substrate and converting radiation into an electrical signal, and a switch element connected to the first semiconductor conversion element And a second semiconductor conversion element that is disposed on the substrate for detecting the total amount of radiation incident on the conversion unit and converts the radiation into an electrical signal. The first semiconductor conversion element and the second semiconductor conversion element have semiconductor layers formed from the same layer.
[0020]
A radiation detection apparatus according to a second invention includes a substrate, a first photoconductive element disposed on the substrate, a capacitive element connected to the first photoconductive element, and connected to the capacitive element A switching unit, and a second photoconductive element disposed on the substrate for detecting a total dose of radiation incident on the conversion unit, and The first photoconductive element and the second photoconductive element have a photoconductive layer formed from the same layer.
[0021]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a radiation detection apparatus, comprising: a substrate; a first semiconductor conversion element that is disposed on the substrate and converts radiation into an electrical signal; and the first semiconductor conversion element. A conversion unit including a switching element, a second semiconductor conversion element disposed on the substrate for detecting a total dose of radiation incident on the conversion unit, and converting the radiation into an electrical signal; And a step of forming the switch element on the substrate, and a semiconductor layer of the first semiconductor conversion element and a semiconductor layer of the second semiconductor conversion element from the same layer And a step of simultaneously forming.
[0022]
A radiation detection apparatus according to a fourth aspect of the present invention is a substrate, a first photoconductive element disposed on the substrate, a capacitive element connected to the first photoconductive element, and connected to the capacitive element A radiation detection apparatus comprising: a conversion unit including: a switch element; and a second photoconductive element disposed on the substrate for detecting a total dose of radiation incident on the conversion unit. And a step of forming the switch element and the switch on the substrate, and a photoconductive layer of the first photoconductive element and a photoconductive layer of the second photoconductive element from the same layer. And a step of forming.
[0023]
In these present inventions, AEC control can be performed based on the radiation dose detected via the second semiconductor conversion element or the second photoconductive element. At this time, since the second semiconductor conversion element or the second photoconductive element is formed on the same substrate as the first semiconductor conversion element or the first photoconductive element, the second semiconductor conversion element or There is no attenuation of radiation by the second photoconductive element. Further, since it is not necessary to use the first semiconductor conversion element or the first photoconductive element for automatic control, it is not necessary to drive them at high speed.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a radiation detection apparatus and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings.
[0025]
(First embodiment)
First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is an equivalent circuit diagram showing a circuit configuration of the radiation detection apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view showing a layout configuration of the radiation detection apparatus according to the first embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view of one pixel showing the layer configuration of the radiation detection apparatus according to the first embodiment. FIGS. 1 and 2 show an example in which four rows and four columns (16 pixels) are provided in the pixel area. However, the number is not limited to this, and for example, 2000 × 2000 pixels are provided. It may be done.
[0026]
In this embodiment, for each pixel, a combination of a MIS type photoelectric conversion element (first semiconductor conversion element) and a readout thin film transistor (TFT) (switch element), or a MIS type photoelectric conversion element (first semiconductor conversion element). A combination of an element), a readout TFT (switch element), and a TFT type sensor (second semiconductor conversion element) for AEC control is provided. Specifically, in the pixels in the a-th row and the b-th column from the top in FIGS. 1 and 2, one photoelectric conversion element Mba and one thin film transistor Tba are provided (a, b = 1, 2, 3, 4), a-th row, third-column pixels are further provided with one TFT type sensor MA 3 a.
[0027]
The four MIS photoelectric conversion elements arranged in the b-th column are connected to a common bias line Vsb, and a constant bias is applied from the reading device. The gate electrodes of the four readout TFTs arranged in the a-th row are connected to a common gate line Vga, and the gate driving device controls the gate ON / OFF. Furthermore, the source electrodes or drain electrodes of the four readout TFTs arranged in the b-th column are connected to the common signal line Sigb. The signal lines Sig1 to Sig4 are connected to the reading device.
[0028]
Here, with reference to FIG. 3, the layer structure of the pixel provided with the TFT type sensor will be described. This pixel is provided with a channel etch type reading TFT 1, a MIS type photoelectric conversion element 2 and a TFT type sensor 3.
[0029]
As a layer structure of this pixel, a gate electrode 12 of the readout TFT 1 and a first insulator layer 13 covering the gate electrode 12 are formed on an insulating substrate 11. The first insulator layer 13 functions as a gate insulating film of the reading TFT 1.
[0030]
On the first insulator layer 13, a semiconductor layer (channel layer) 14 of the readout TFT 1 is formed. An ohmic contact layer 15 is formed on the semiconductor layer 14, and a source / drain electrode 16 is formed on the ohmic contact layer 15. One source / drain electrode 16 is formed so as to extend from the ohmic contact layer 15 to the first insulator layer 13. The source / drain electrode 16 also functions as a lower electrode of the MIS photoelectric conversion element 2. A gate electrode 17 of the TFT type sensor 3 is further formed on the first insulator layer 13. A second insulator layer 18 is formed so as to cover the gate electrode 17 and the source / drain electrodes 16. The second insulator layer 18 functions as a gate insulating film of the TFT type sensor 3.
[0031]
On the second insulator layer 18, the semiconductor layer 19 and n ⁺ The semiconductor layer 20 is formed so as to be aligned with the source / drain electrode 16 that also functions as the lower electrode of the MIS photoelectric conversion element 2 in plan view, and the semiconductor layer (channel layer) 21 of the TFT sensor 3 is formed. ing. The semiconductor layers 19 and 21 are formed from the same layer as described later. n ⁺ An upper electrode 22 of the MIS photoelectric conversion element 2 is formed on the semiconductor layer 20. n ⁺ The semiconductor layer 20 functions as an upper electrode. On the semiconductor layer 21, an ohmic contact layer (n ⁺ Semiconductor layer) 23 is formed, and source / drain electrodes 24 are formed on the ohmic contact layer 23. A third insulator layer 25 is formed to cover the upper electrode 22, the source / drain electrode 23, and the like.
[0032]
On the third insulator layer 25, an organic protective layer 26, an adhesive layer 27, and a phosphor layer 28 are sequentially formed.
[0033]
Here, it is desirable to use a readout TFT 1 having a high transfer rate. Therefore, the semiconductor layer 14 is a thin film. On the other hand, it is desirable that the MIS photoelectric conversion element 2 and the TFT sensor 3 can sufficiently absorb incident light. Therefore, the semiconductor layers 19 and 21 are preferably thicker than the semiconductor layer 14. Further, the speed of the readout TFT 1 may be further improved by using a TFT made of polysilicon.
[0034]
The layer structure of the pixel in which the TFT type sensor 3 is not provided is such that the gate electrode 17, the semiconductor layer 21, the ohmic contact layer 23, and the source / drain electrode 24 are removed from the structure shown in FIG. 3.
[0035]
The upper electrode 22 of the MIS photoelectric conversion element 2 is connected to a bias line. Of the source / drain electrodes 16, one not used as the lower electrode is connected to a signal line. The gate electrode 12 is connected to the gate line. In the TFT sensor 3, the gate electrode 17 and the source / drain electrode 24 are both connected to a reading device.
[0036]
Next, the operation of the radiation detection apparatus according to the first embodiment configured as described above will be described.
[0037]
When X-rays are exposed to a subject such as a human body on the radiation detection apparatus configured as described above, the X-rays pass through the subject while being attenuated by the subject, and the phosphor layer At 28, it is converted into visible light. Then, this visible light enters the MIS photoelectric conversion element 2 and is converted into electric charges. This electric charge is transferred to the signal line via the readout TFT 1 in accordance with the gate drive pulse applied by the gate drive device, and is output to the outside via the read device. Thereafter, the charges generated in the MIS photoelectric conversion element 2 and not transferred are removed from the common bias line.
[0038]
On the other hand, for the TFT type sensor 3, for example, a constant bias for depleting the semiconductor layer 21 is applied between the source / drain electrodes 24. Thus, by applying a constant bias, a charge corresponding to incident light is always output. Therefore, the output value can be amplified by an amplifier (AMP) and added to detect the total X-ray dose by the readout device. Then, X-ray exposure is controlled based on the total X-ray dose.
[0039]
According to the first embodiment, since the AEC control sensor is provided separately from the image capturing sensor on the insulating substrate, the image capturing sensor (MIS type photoelectric conversion element 2) is provided at high speed. Even if it is not driven, the total amount of X-ray irradiation can be detected sufficiently. In addition, since it is not necessary to drive the MIS photoelectric conversion element 2 at high speed, it is possible to sufficiently ensure the charge accumulation time, the charge transfer time, the capacitance reset time, and the like. Therefore, a captured image with good image quality can be obtained.
[0040]
Further, the X-rays are not attenuated by the AEC control sensor until the X-rays are incident on the MIS photoelectric conversion element 2. Therefore, good image quality can be obtained.
[0041]
The TFT type sensor 3 can be selectively disposed at a necessary place. That is, as shown in FIG. 1, it is not necessary that all the TFT sensors 3 are housed in one column of pixels. In the pixel in which the TFT type sensor 3 exists, the aperture ratio of the MIS type photoelectric conversion element 2 decreases. However, the decrease in the area can be easily compensated by image correction after reading.
[0042]
Next, a method for manufacturing the radiation detection apparatus according to the first embodiment will be described.
[0043]
First, the first electrode layer is formed on the insulating substrate 11 and patterned to form the gate electrode 12. Next, the first insulator layer 13 is formed on the entire surface.
[0044]
Next, a first semiconductor layer is formed on the first insulator layer 13, and the semiconductor layer 14 is formed by patterning the first semiconductor layer. Thereafter, an ohmic contact layer 15 is formed on the semiconductor layer 14. Subsequently, a second electrode layer is formed on the entire surface, and the source / drain electrode 16 and the gate electrode 17 are formed by patterning the second electrode layer. Next, the second insulator layer 18 is formed on the entire surface.
[0045]
Next, a second semiconductor layer is formed on the entire surface and patterned to form the semiconductor layers 19 and 21 simultaneously. Thereafter, n on the semiconductor layer 19 ⁺ An ohmic contact layer 23 is formed on the semiconductor layer 20 and the semiconductor layer 21. Next, a third electrode layer is formed on the entire surface, and the upper electrode 22 and the source / drain electrodes 24 are formed by patterning the third electrode layer. Next, a third insulator layer 25 is formed on the entire surface.
[0046]
Thereafter, an organic protective layer 26, an adhesive layer 27, and a phosphor layer 28 are sequentially formed on the entire surface. In the present invention, n ⁺ By forming a transparent electrode layer made of ITO (Indium Tin Oxide) or the like between the semiconductor layer 20 or the ohmic contact layer 23 and the third insulator layer 25, n ⁺ The film thickness of the semiconductor layer 20 can be reduced, and the incident light quantity itself can be increased. Also in the TFT type sensor 3, if a transparent electrode layer is used for the source / drain electrode 24, the amount of incident light can be increased, so that the sensitivity of the TFT type sensor is improved.
[0047]
In this way, the radiation detection apparatus according to the first embodiment can be manufactured.
[0048]
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is an equivalent circuit diagram showing a circuit configuration of a radiation detection apparatus according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a plan view showing a layout configuration of the radiation detection apparatus according to the second embodiment. FIG. 6 is a cross-sectional view of one pixel showing the layer configuration of the radiation detection apparatus according to the second embodiment. 4 and 5 show an example in which four rows and four columns (16 pixels) are provided in the pixel area as in the first embodiment, but the number is not limited to this. For example, 2000 × 2000 pixels may be provided.
[0049]
In this embodiment, for each pixel, a combination of a PIN photoelectric conversion element (first semiconductor conversion element) and a readout TFT (switch element), or a PIN photoelectric conversion element (first semiconductor conversion element) A combination of a readout TFT (switch element) and an AEC control PIN sensor (second semiconductor conversion element) is provided. Specifically, in the pixels in the a-th row and the b-th column from the top in FIGS. 4 and 5, one photoelectric conversion element Pba and one thin film transistor Tba are provided (a, b = 1, 2, 3, 4), a pixel in the a-th row and third column are further provided with one PIN sensor PA 3 a.
[0050]
The four PIN photoelectric conversion elements arranged in the b-th column are connected to a common bias line Vsb, and a constant bias is applied from the reading device. The gate electrodes of the four readout TFTs arranged in the a-th row are connected to a common gate line Vga, and the gate driving device controls the gate ON / OFF. Furthermore, the source electrodes or drain electrodes of the four readout TFTs arranged in the b-th column are connected to the common signal line Sigb. The signal lines Sig1 to Sig4 are connected to the reading device.
[0051]
Here, with reference to FIG. 6, a layer configuration of a pixel provided with a PIN sensor will be described. This pixel is provided with an etch stopper type readout TFT 4, a PIN type photoelectric conversion element 5, and a PIN type sensor 6.
[0052]
As a layer configuration of this pixel, a gate electrode 12 of a readout TFT 4 and a first insulator layer 13 covering the gate electrode 12 are formed on an insulating substrate 11. The first insulator layer 13 functions as a gate insulating film of the readout TFT 4.
[0053]
On the first insulator layer 13, a semiconductor layer (channel layer) 14 of the readout TFT 4 is formed. A fourth insulator layer 31 is formed on the semiconductor layer 14, and an ohmic contact layer 15 is formed so as to sandwich the fourth insulator layer 31. One ohmic contact layer 15 is formed so as to extend from the fourth insulator layer 31 and the semiconductor layer 14 onto the first insulator layer 13. A source / drain electrode 16 is formed on the ohmic contact layer 15. Further, a second insulator layer 18 is formed to cover the source / drain electrodes 16 and the like.
[0054]
In the second insulator layer 18, contact holes reaching the source / drain electrodes 16 formed so as to expand on the first insulator layer 13 are formed. A lower electrode 32 of the PIN photoelectric conversion element 5 connected to the source / drain electrode 16 through the contact hole is formed on the second insulator layer 18. On the lower electrode 32, an n-type semiconductor layer 33, an intrinsic semiconductor layer 34, and a p-type semiconductor layer 35 are sequentially formed. Furthermore, an upper electrode 36 of the PIN photoelectric conversion element 5 is formed on the p-type semiconductor layer 35.
[0055]
A lower electrode 37 of the PIN sensor 6 is further formed on the second insulator layer 18. On the lower electrode 37, an n-type semiconductor layer 38, an intrinsic semiconductor layer 39, and a p-type semiconductor layer 40 are sequentially formed. As will be described later, the n-type semiconductor layers 33 and 38 are formed from the same layer, the intrinsic semiconductor layers 34 and 39 are formed from the same layer, and the p-type semiconductor layers 35 and 40 are formed from the same layer. Has been. An upper electrode 41 of the PIN sensor 6 is formed on the p-type semiconductor layer 40. A third insulator layer 25 that covers the upper electrodes 36 and 41 and the like is formed.
[0056]
On the third insulator layer 25, as in the first embodiment, an organic protective layer 26, an adhesive layer 27, and a phosphor layer 28 are sequentially formed.
[0057]
Here, it is desirable to use a readout TFT 4 having a high transfer rate. Therefore, the semiconductor layer 14 is a thin film. On the other hand, it is desirable that the PIN photoelectric conversion element 5 and the PIN sensor 6 can sufficiently absorb incident light. Therefore, it is desirable that the intrinsic semiconductor layers 34 and 39 are thicker than the semiconductor layer 14. It is also possible to use a TFT made of polysilicon.
[0058]
The layer configuration of the pixel in which the PIN sensor 6 is not provided is the one shown in FIG. It has become a thing.
[0059]
The upper electrode 36 of the PIN photoelectric conversion element 5 is connected to a bias line. Of the source / drain electrodes 16, those not connected to the lower electrode 32 are connected to signal lines. The gate electrode 12 is connected to the gate line. In the PIN sensor 6, both the lower electrode 37 and the upper electrode 41 are connected to a reading device.
[0060]
Next, the operation of the radiation detection apparatus according to the second embodiment configured as described above will be described.
[0061]
When X-rays are exposed to a subject such as a human body on the radiation detection apparatus configured as described above, the X-rays pass through the subject while being attenuated by the subject, and the phosphor layer At 28, it is converted into visible light. Then, this visible light enters the PIN photoelectric conversion element 5 and is converted into electric charges. This electric charge is transferred to the signal line via the readout TFT 4 in accordance with the gate drive pulse applied by the gate drive device, and is output to the outside via the read device.
[0062]
On the other hand, for the PIN sensor 6, for example, a constant bias is applied between the lower electrode 37 and the upper electrode 41. Thus, by applying a constant bias, a charge corresponding to incident light is always output. Therefore, the output value can be amplified by an amplifier (AMP) and added to detect the total X-ray dose by the readout device. Then, X-ray exposure is controlled based on the total X-ray dose.
[0063]
Even in the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. In the second embodiment, the lower electrode 32 of the PIN photoelectric conversion element 5 is wider than the lower electrode (one source / drain electrode 16) of the MIS photoelectric conversion element 2 in the first embodiment. Therefore, radiation can be detected with higher efficiency.
[0064]
The PIN sensor 6 can be selectively disposed at a required place. That is, as shown in FIG. 4, it is not necessary that all PIN sensors 6 are housed in one column of pixels. In the pixel in which the PIN sensor 6 is present, the aperture ratio of the PIN photoelectric conversion element 5 is decreased. However, the decrease in the area can be easily compensated by image correction after reading.
[0065]
Next, a method for manufacturing the radiation detection apparatus according to the second embodiment will be described.
[0066]
First, the first electrode layer is formed on the insulating substrate 11 and patterned to form the gate electrode 12. Next, the first insulator layer 13 is formed on the entire surface.
[0067]
Next, a first semiconductor layer is formed on the first insulator layer 13, and the semiconductor layer 14 is formed by patterning the first semiconductor layer. Next, a fourth insulator layer 31 is formed in the center of the semiconductor layer 14. Thereafter, an ohmic contact layer 15 is formed on the semiconductor layer 14. Subsequently, a second electrode layer is formed on the entire surface and patterned to form the source / drain electrodes 16. Next, a second insulator layer 18 is formed on the entire surface, and contact holes reaching the source / drain electrodes 16 are formed in the second insulator layer 18.
[0068]
Next, a fourth electrode layer is formed so as to fill the contact hole, and this is patterned to form the lower electrodes 32 and 37 simultaneously. Thereafter, third to fifth semiconductor layers are formed on the entire surface and patterned to form n-type semiconductor layers 33 and 38 simultaneously, and intrinsic semiconductor layers 34 and 49 are formed simultaneously. 35 and 40 are formed simultaneously. Subsequently, a fifth electrode layer is formed on the entire surface, and the upper electrodes 36 and 41 are formed by patterning the fifth electrode layer. Next, a third insulator layer 25 is formed on the entire surface.
[0069]
Thereafter, an organic protective layer 26, an adhesive layer 27, and a phosphor layer 28 are sequentially formed on the entire surface.
[0070]
In this way, the radiation detection apparatus according to the second embodiment can be manufactured.
[0071]
Instead of forming the PIN photoelectric conversion element 5 and the PIN sensor 6, an insulating film may be formed on the lower electrode 33, and an MIS photoelectric conversion element and a TFT sensor may be formed thereon.
[0072]
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, for each pixel, a combination of a photoconductive element (first photoconductive element), a readout TFT (switch element), and an imaging capacitor (capacitance element), or a photoconductive element (first A combination of a photoconductive element), a readout TFT (switch element), an image capturing capacitor (capacitance element), and a photoconductive sensor for AEC control (second photoconductive element) is provided.
[0073]
Here, with reference to FIG. 7, the layer structure of the pixel provided with the photoconductive sensor will be described. FIG. 7 is a cross-sectional view of one pixel showing the layer configuration of a radiation detection apparatus according to the third embodiment of the present invention. This pixel is provided with an etch stopper type readout TFT 4, a photoconductive element 7, a photoconductive sensor 8, and an image capturing capacitor 9. The configuration of the readout TFT 4 is the same as that of the second embodiment.
[0074]
As the layer structure of this pixel, on the insulating substrate 11, the gate electrode 12 of the readout TFT 4, the lower electrode 42 of the image pickup capacitor 9, and the first insulator layer 13 covering these are formed. The first insulator layer 13 functions as a gate insulating film of the readout TFT 4.
[0075]
A semiconductor layer (channel layer) 14 of the readout TFT 4 is formed on the first insulator layer 13 so as to be aligned with the gate electrode 12 in plan view. A fourth insulator layer 31 is formed on the semiconductor layer 14, and an ohmic contact layer 15 is formed so as to sandwich the fourth insulator layer 31. One ohmic contact layer 15 is formed so as to expand from the fourth insulator layer 31 and the semiconductor layer 14 to the first insulator layer 13 so as to be aligned with the lower electrode 42 in plan view. A source / drain electrode 16 is formed on the ohmic contact layer 15. Further, a second insulator layer 18 is formed to cover the source / drain electrodes 16 and the like. The second insulator layer 18 is made of, for example, BCB (benzocyclobutene).
[0076]
In the second insulator layer 18, contact holes reaching the source / drain electrodes 16 formed so as to expand on the first insulator layer 13 are formed. A lower electrode (charge collecting electrode) 43 of the photoconductive element 7 connected to the source / drain electrode 16 through the contact hole is formed on the second insulator layer 18. A lower electrode (charge collecting electrode) 44 of the photoconductive sensor 8 is further formed on the second insulator layer 18. An amorphous selenium layer 45 covering the lower electrodes 43 and 44 is formed. The amorphous selenium layer 45 is shared by the photoconductive element 7 and the photoconductive sensor 8.
[0077]
Further, on the amorphous selenium layer 45, an upper electrode (common electrode) 46, a fifth insulator layer 47, and an organic protective layer 48 shared by the photoconductive element 7 and the photoconductive sensor 8 are sequentially formed. The lower electrode 44 and the upper electrode 46 may be formed from, for example, a p-type semiconductor or an n-type semiconductor.
[0078]
The layer structure of the pixel in which the photoconductive sensor 8 is not provided is obtained by removing the lower electrode 44 from that shown in FIG.
[0079]
The upper electrode 46 is shared between the pixels and is connected to a bias line. Of the two source / drain electrodes 16, the one not connected to the lower electrode 43 is connected to the signal line. The gate electrode 12 is connected to the gate line. For the photoconductive sensor 8, the lower electrode 44 is connected to a readout device.
[0080]
Next, the operation of the radiation detection apparatus according to the third embodiment configured as described above will be described.
[0081]
When X-rays are irradiated toward a subject such as a human body on the radiation detection apparatus configured as described above, the X-rays pass through the subject while being attenuated by the subject, and the amorphous selenium layer 45 is incident. In the amorphous selenium layer 45, positive charges and negative charges corresponding to the incident X-ray energy are generated by the internal photoelectric effect (photoconductive effect). In the present embodiment, a voltage of several kilovolts is applied between the upper electrode 46 and the lower electrode 43 in advance. As described above, when charges are generated in the amorphous selenium layer 45 by the photoconductive effect in the state where the voltage is applied as described above, these charges move along the electric field, so that a photocurrent is generated. Then, electric charges are stored in the image pickup capacitor 9 by the generation of the photocurrent. This electric charge is then transferred to the signal line via the readout TFT 4 in accordance with the gate drive pulse applied by the gate drive device, and is output to the outside via the read device.
[0082]
On the other hand, for the photoconductive sensor 8, for example, a constant bias is applied between the upper electrode 46 and the lower electrode 44. In this way, by applying a constant bias, a charge corresponding to the incident X-ray energy is always output. Therefore, the output value can be amplified by an amplifier (AMP) and added to detect the total X-ray dose by the readout device. Then, X-ray exposure is controlled based on the total X-ray dose.
[0083]
Also in the third embodiment, the same effect as in the first and second embodiments can be obtained.
[0084]
The photoconductive sensor 8 can be selectively disposed at a required place. In the pixel where the photoconductive sensor 8 is present, the aperture ratio of the photoconductive element 7 decreases, but this decrease in area can be easily compensated by image correction after reading.
[0085]
In the present embodiment, the ohmic contact layer 15 and the organic protective layer 48 may not be formed.
[0086]
Next, a method for manufacturing the radiation detection apparatus according to the third embodiment will be described.
[0087]
First, the first electrode layer is formed on the insulating substrate 11, and the gate electrode 12 and the lower electrode 42 are formed by patterning the first electrode layer. Next, the first insulator layer 13 is formed on the entire surface.
[0088]
Next, a first semiconductor layer is formed on the first insulator layer 13, and the semiconductor layer 14 is formed by patterning the first semiconductor layer. Next, a fourth insulator layer 31 is formed in the center of the semiconductor layer 14. Thereafter, an ohmic contact layer 15 is formed on the semiconductor layer 14. Subsequently, a second electrode layer is formed on the entire surface and patterned to form the source / drain electrodes 16. Next, a second insulator layer 18 made of, for example, BCB is formed on the entire surface, and contact holes reaching the source / drain electrodes 16 are formed in the second insulator layer 18. The second insulator layer 18 is planarized.
[0089]
Next, a sixth electrode layer is formed so as to fill the contact hole, and this is patterned to form lower electrodes 43 and 44. Thereafter, an amorphous selenium layer 45 is formed on the entire surface. Subsequently, the upper electrode 46 is formed on the entire surface as a seventh electrode layer.
[0090]
Next, a fifth insulator layer 47 and an organic protective layer 48 are sequentially formed on the entire surface.
[0091]
In this way, the radiation detection apparatus according to the third embodiment can be manufactured.
[0092]
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, for each pixel, a combination of a photoconductive element (first photoconductive element), a readout TFT (switch element), and an imaging capacitor (capacitance element), or a photoconductive element (first A combination of a photoconductive element), a readout TFT (switch element), an image pickup capacitor (capacitance element), a photoconductive sensor (second photoconductive element), and an AEC control capacitor is provided.
[0093]
Here, with reference to FIG. 8, the layer structure of the pixel provided with the photoconductive sensor will be described. FIG. 8 is a cross-sectional view for one pixel showing a layer configuration of a radiation detection apparatus according to the fourth exemplary embodiment of the present invention. This pixel is provided with an etch stopper type reading TFT 4, a photoconductive element 7, a photoconductive sensor 8, an image pickup capacitor 9 and an AEC control capacitor 10. The configurations of the readout TFT 4, the photoconductive element 7, the photoconductive sensor 8, and the image capturing capacitor 9 are the same as those in the third embodiment, and thus description thereof is omitted.
[0094]
The AEC control capacitor 10 is provided with a lower electrode 49 formed on the insulating substrate 11, and a conductive layer 50 and an upper electrode 51 sequentially formed on the first insulator layer 13. Further, a contact hole reaching the upper electrode 51 is formed in the second insulator layer 18, and the lower electrode 44 is connected to the upper electrode 51 through this contact hole.
[0095]
Here, in the present embodiment, unlike the third embodiment, the upper electrode 51 or the conductive layer 50 is connected to the readout device instead of the lower electrode 44 with respect to the photoconductive sensor 8 and the AEC control capacitor 10. Yes.
[0096]
Next, the operation of the radiation detection apparatus according to the fourth embodiment configured as described above will be described.
[0097]
When X-rays are irradiated toward a subject such as a human body on the radiation detection apparatus configured as described above, the X-rays pass through the subject while being attenuated by the subject, and the amorphous selenium layer 45 is incident. In the amorphous selenium layer 45, positive charges and negative charges corresponding to the incident X-ray energy are generated by the internal photoelectric effect (photoconductive effect). Also in this embodiment, a voltage of several kilovolts is applied between the upper electrode 46 and the lower electrode 43 in advance, as in the third embodiment. As described above, when charges are generated in the amorphous selenium layer 45 by the photoconductive effect in the state where the voltage is applied as described above, these charges move along the electric field, so that a photocurrent is generated. Then, electric charges are stored in the image pickup capacitor 9 by the generation of the photocurrent. This electric charge is then transferred to the signal line via the readout TFT 4 in accordance with the gate drive pulse applied by the gate drive device, and is output to the outside via the read device.
[0098]
On the other hand, for the photoconductive sensor 8, for example, a constant bias is applied between the upper electrode 46 and the lower electrode 44. In this way, by applying a constant bias, charges corresponding to the incident X-ray energy are always output via the AEC control capacitor 10. Therefore, the output value can be amplified by an amplifier (AMP) and added to detect the total X-ray dose by the readout device. Then, X-ray exposure is controlled based on the total X-ray dose.
[0099]
In the fourth embodiment, the same effect as in the first to third embodiments can be obtained.
[0100]
It should be noted that the photoconductive sensor 8 and the AEC control capacitor 10 can be selectively disposed where necessary. In the pixel in which the photoconductive sensor 8 and the AEC control capacitor 10 are present, the aperture ratio of the photoconductive element 7 is decreased. However, the decrease in the area can be easily compensated by image correction after reading. It is.
[0101]
In the present embodiment, the ohmic contact layer 15, the conductive layer 50, and the organic protective layer 48 may not be formed.
[0102]
Next, a method for manufacturing the radiation detection apparatus according to the fourth embodiment will be described. The lower electrode 49 can be formed simultaneously with the gate electrode 12 and the lower electrode 42 by patterning the first electrode layer. The conductive layer 50 can be formed simultaneously with the ohmic contact layer 15. The upper electrode 51 can be formed simultaneously with the source / drain electrodes 16 by patterning the second electrode layer. The contact hole reaching the upper electrode 51 can be formed simultaneously with the contact hole reaching the one source / drain electrode 16. Other components are formed in the same manner as in the third embodiment.
[0103]
In this way, the radiation detection apparatus according to the fourth embodiment can be manufactured.
[0104]
In the third and fourth embodiments, instead of the amorphous selenium layer 45, a layer showing another photoelectric effect such as a gallium arsenide layer may be formed.
[0105]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, AEC control can be performed based on the radiation dose detected via the second semiconductor conversion element or the second photoconductive element. At this time, since the second semiconductor conversion element or the second photoconductive element is formed on the same substrate as the first semiconductor conversion element or the first photoconductive element, the second semiconductor conversion element or Attenuation of radiation by the second photoconductive element can be prevented. Further, since it is not necessary to use the first semiconductor conversion element or the first photoconductive element for AEC control, it is not necessary to drive them at high speed. Accordingly, a sufficient charge accumulation time, charge transfer time, capacitance reset time, and the like can be secured. Therefore, according to the present invention, a captured image with good image quality can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram showing a circuit configuration of a radiation detection apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing a layout configuration of the radiation detection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of one pixel showing a layer configuration of the radiation detection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram showing a circuit configuration of a radiation detection apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a plan view showing a layout configuration of a radiation detection apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of one pixel showing a layer configuration of a radiation detection apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of one pixel showing a layer configuration of a radiation detection apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view of one pixel showing a layer configuration of a radiation detection apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an equivalent circuit diagram showing a circuit configuration of a conventional radiation detection apparatus.
10 is a plan view showing a layout configuration of the conventional radiation detection apparatus shown in FIG. 9. FIG.
FIG. 11 is a cross-sectional view of one pixel showing a layer configuration of one pixel of a conventional MIS-TFT structure optical sensor.
[Explanation of symbols]
1, 4; thin film transistor for reading (switch element)
2; MIS type photoelectric conversion element (first photoelectric conversion element)
3; TFT type sensor (second photoelectric conversion element)
5; PIN type photoelectric conversion element (first photoelectric conversion element)
6; PIN type sensor (second photoelectric conversion element)
7; Photoconductive element (first photoconductive element)
8; Photoconductive sensor (second photoconductive element)
9: Capacitor for imaging
10: AEC control capacitor
M11 to M14, M21 to M24, M31 to M34, M41 to M44; MIS type photoelectric conversion element
P11-P14, P21-P24, P31-P34, P41-P44; PIN type photoelectric conversion element
MA31-MA34; TFT type sensor
PA31-PA34; PIN type sensor
T11 to T14, T21 to T24, T31 to T34, T41 to T44; readout TFT
Vs1 to Vs4; bias line
Sig1 to Sig4; signal lines
Vg1 to Vg4; gate lines

Claims

A substrate,
A conversion unit including a first semiconductor conversion element disposed on the substrate and converting radiation into an electrical signal; and a switch element connected to the first semiconductor conversion element;
A second semiconductor conversion element disposed on the substrate for detecting the total amount of radiation incident on the converter and converting the radiation into an electrical signal;
The first semiconductor conversion element and the second semiconductor conversion element have a semiconductor layer formed of the same layer as each other.

The radiation detection apparatus according to claim 1, wherein the switch element includes a semiconductor layer thinner than the semiconductor layer.

The radiation detection apparatus according to claim 1, wherein the first and second semiconductor conversion elements have a MIS type structure.

4. The radiation detection apparatus according to claim 1, wherein the second semiconductor conversion element has a field effect transistor structure. 5.

The radiation detection apparatus according to claim 1 or 2, wherein the first and second semiconductor conversion elements have a PIN structure.

6. The light-emitting device according to claim 1, further comprising a wavelength conversion material that is disposed above the first and second semiconductor conversion elements and converts a wavelength of irradiated radiation. Radiation detection device.

The radiation detection apparatus according to claim 1, wherein the first and second semiconductor conversion elements are disposed so as to be stacked above the switch element.

A substrate,
A conversion unit provided on the substrate and including a first photoconductive element, a capacitive element connected to the first photoconductive element, and a switch element connected to the capacitive element;
A second photoconductive element disposed on the substrate for detecting a total dose of radiation incident on the conversion unit;
The first photoconductive element and the second photoconductive element have a photoconductive layer formed of the same layer as each other.

9. The radiation detection apparatus according to claim 8, wherein the photoconductive layer is made of an amorphous selenium layer or a gallium arsenide layer.

A substrate,
A conversion unit including a first semiconductor conversion element disposed on the substrate and converting radiation into an electrical signal; and a switch element connected to the first semiconductor conversion element;
A second semiconductor conversion element disposed on the substrate for detecting the total dose of radiation incident on the converter and converting the radiation into an electrical signal;
A method for manufacturing a radiation detection apparatus comprising:
Forming the switch element on the substrate;
Simultaneously forming a semiconductor layer of the first semiconductor conversion element and a semiconductor layer of the second semiconductor conversion element from the same layer;
The manufacturing method of the radiation detection apparatus characterized by having.

A substrate,
A conversion unit provided on the substrate and including a first photoconductive element, a capacitive element connected to the first photoconductive element, and a switch element connected to the capacitive element;
A second photoconductive element disposed on the substrate to detect a total dose of radiation incident on the converter;
A method for manufacturing a radiation detection apparatus comprising:
Forming the switch element and the switch on the substrate;
Forming a photoconductive layer of the first photoconductive element and a photoconductive layer of the second photoconductive element from the same layer;
The manufacturing method of the radiation detection apparatus characterized by having.