JP2004211121A - セレン平面センサの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガラス基板3上にセレン層5を真空加熱蒸着によって形成するセレン平面センサの製造方法において、前記ガラス基板3を曲率半径(R)=1000〜10000mmの範囲で予め反らせた状態とし、且つガラス基板温度を45〜80℃の範囲でセレン層5を形成することを特徴とする。これにより、ガラス基板とセレンとの熱膨張差にかかわらず、センサの内部応力の発生が抑えられ、温度変化等によるセレン膜の劣化や光応答性の低下を抑えることができる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、平面センサ特に放射線センサにおいて、ガラスやアルミニウムなどの平面基板上にセレン層を真空加熱蒸着によって形成するセレン平面センサの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の放射線(例えばX線)のセンサとしては、例えば特許文献1に記載のものが知られている。これはガラス基板11の上にITO膜からなる下部電極12を形成し、その上にX線感応型の半導体膜としてセレン層13を蒸着して設け、さらにその上に上部電極層14を設けた構造である。このような構造からなるX線センサ10にあっては、下部電極12と上部電極層14の間に電源15から直流電圧を印加し、その状態でX線が上部電極層14の上方から照射されるセレン層13中に電荷(電子・正孔対)が発生し、下部電極12に集められた後にX線照射電流として読み出される。なお、下部電極12は酸化インジウムに酸化錫をド−ピングし、得られたITO(Indium Tin Oxide)粉末を蒸着することでITO膜として形成したものである。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−352092号公報
【0004】
以上のようにして構成されたX線センサ10において、上下の電極12,14間に直流高電圧を印加すると共に、セレン層13にX線を照射することによりX線強度に応じた電荷が静電潜像としてセレン層13中に発生する。この電荷は直流高電圧によりセレン層13中をガラス基板11側に移動し、対応した各画素に蓄積される。蓄積された電荷は各画素の薄膜トランジスタによって順次読み取られて画像が形成される。
【0005】
ところで近年、X線等の高エネルギ−光に対する光変換電気信号センサ用セレンの用途が見直され、その商品化技術の確立が要求されている。その中で、特にX線検出層として無定形セレンを利用したセンサ開発がなされている。セレン層の形成技術は、真空蒸着法による形成技術が一般的であり、薄膜形成技術として定着している。しかしながら、無定形セレンは、その電気的性質を安定化させるため、所定の基板温度での成膜温度管理が必要となるが、ガラス基板とセレン層との間での熱膨張差が大きい。例えば、現在の胸部用銀塩フィルムに代えて無定形セレンに置き換えた場合、その大きさは17インチサイズにも及ぶために、ガラス基板とセレン層との間の熱膨張差によってセレン層に割れやクラック等が発生してしまい、実用化には大きな課題となっていた。主なる原因は、高温で蒸着形成されたセレン層が常温(25℃)に戻るときに、その時の温度差による熱収縮がガラス基板より大きいために、ガラス基板との接着部において面積差が生じ、更に低温環境化においてはその面積差が著しく大きくなり、割れ・クラック等の物理的破損を招くものと推測される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ガラス基板とセレン層との熱膨張差により生じるセレン層の割れやクラック等をなくしたセレン平面センサの製造方法を提供するものである。特に高温で蒸着形成されたセレン層が、常温環境下や低温環境下においても、基板やセレン層に熱膨張差による内部応力にかかわらず、且つセンサの電気特性を満足するセレン平面センサの製造方法を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
以上の技術的課題に鑑み、本発明は常温を基準とし、少なくとも±25℃の環境温度の変化に対して物理的破損が生じないようし、センサ性能を満足させる蒸着温度で成膜させる製造方法を提供するものである。具体的には本発明の請求項1に係るセレン平面センサの製造方法は、平面基板上にセレン層を真空加熱蒸着によって形成するセレン平面センサの製造方法において、前記平面基板を予め反らせた状態でセレン層を真空加熱蒸着によって形成することを特徴とする。
【0008】
上記の発明によれば、平面基板を予め反らせた状態でセレン層を形成するので、常温に戻した時の内部応力を抑えて平面基板とセレン層との接着部の面積差が等しくなるように成膜できる。
【0009】
また、前記平面基板は、曲率半径(R)=1000〜10000mmの範囲で反らせることが望ましい。曲率半径が1000mm以下では平面基板の反り量が大きくなりすぎて、画像の歪みや成膜割れのおそれがある一方、曲率半径が10000mm以上では逆に平面基板の反り量が小さすぎて、熱膨張係数の差を吸収できないからである。
【0010】
さらに、本発明では前記平面基板温度を45〜80℃の範囲に設定してセレンを蒸着することが望ましい。45℃はガラス状セレン形成のためのガラス転移点付近の温度であり、これより低いとセレンが十分に成膜しないからである。また、80℃はセレンの結晶転移温度であり、基板温度がこれよりより高いと無定形セレンの特性を充分に引き出すことができないからである。また、成膜時のガラス基板の反り量としてガラスが割れない程度の80℃以下が好ましい。
【0011】
本発明において、セレンを蒸着するための平面基板としては、表面が平滑研磨されたガラス板をベ−ス基板とするのが好適である。そして、このガラス板の上面全体にITO電極膜を設けた平面ガラス基板や複数の帯状電極膜を平行に配列した平面ガラス基板、更には多数の薄膜トランジスタ回路をマトリックス状に搭載した平面ガラス基板が用いられ、これら電極や薄膜トランジスタ回路の上から平面ガラス基板上にセレンが蒸着される。薄膜トランジスタ回路は、100〜200μm角の画素に電荷収集電極、電極蓄積容量、薄膜トランジスタを配置したものである。なお、ガラス板の他にアルミニウム板やニッケル板などの金属板を用いることもできるが、これらは導電性を備えているのでその上に直接セレン層を形成することができる。また、薄膜トランジスタ以外のアクテイブ素子を用いた回路基板を平面基板として利用することも可能である。いずれを用いた場合でも平面基板の厚みは特に限定されない。
【0012】
本発明で蒸着されるセレンは、セレン単体だけでなく、セレンとヒ素との合金やセレンとテルルとの合金なども含まれる。セレン層の上部に設けられる上部電極は、ガラスとセレンとの間の熱膨張係数の値をとるものであればよいが、好ましくは10〜30ppm/degの範囲の電極を用いることが望ましい。セレン上に形成した上部電極のクラックや割れを効果的に防ぐことができる。上部電極材料としては、金、銀、インジウム、アルミニウムなどの導電材料であり、これを蒸着又はスパッタリングすることで形成することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明に係るセレン平面センサの製造方法の実施形態を説明する。図1は本発明に係るセレン平面センサの製造工程を示したものであり、図2はガラス基板を反らせた状態を示す斜視図である。
【0014】
図1及び図2に示した本発明の製造工程において、先ず、縦横の大きさ500mm×500mmのアルミニウム製プレート1を用意し、その表面にシリコン樹脂からなる弾性シート2を配置する(工程1)。前記プレート1の表面は、所定の曲率半径に基づいた曲面形状をしている。
【0015】
次に、この弾性シート2の上面に大きさ450mm×450mm、厚さ0.7mmのガラス基板3を配置し、その四隅に弾性ゴム8を介して金属板9を押し当て、この金属板9に前記プレ−ト1側への圧力をかけ、ガラス基板3が所定の曲率半径Rとなるように反らせる(工程2)。なお、前記ガラス基板3の表面には下部電極4としてのITO膜をスパッタリングによって予め形成しておく。下部電極4の大きさは400mm×400mmである。
【0016】
このようにして、真空蒸着槽の中に上記のガラス基板3をセットし、その下方に所定量のセレン材料6を用意する。ガラス基板3の表面温度が80℃となるように内部温度を上げると共に所定の真空度を保ちながら、ガラス基板3の表面にセレン材料6を真空蒸着し、大きさ400mm×400mmのセレン層5を300μmの厚みに形成する(工程3)。
【0017】
次いで、セレン層5の上に真空蒸着によって大きさ350mm×350mmのインジウム層を0.1μmの厚みに形成して上部電極層7とした(工程4)。金属板9によるプレート1側への圧力を解除してガラス基板3の反りを戻し、真空蒸着槽から取り出して、図3に示したのと同様なセレン平面センサを作製した。
【0018】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。なお、本発明はその範囲を超えない限りこの実施例に限定されるものではない。大きさ450mm×450mm、厚さ0.7mmのガラス基板3(コ−ニング社製製品番号7059)を用い、その曲率半径(R)及び基板温度などを変えてセレン膜を形成し、セレン平面センサの試料とした。実施例に用いた真空蒸着槽および治具は上記実施形態において説明したものと同じである。
【0019】
[実施例1]
ガラス基板の曲率半径Rを1000mm、基板温度80℃に設定し、セレン層を300μmの厚みに形成した。セレン層5の上には真空蒸着によってインジウム層を0.1μmの厚みに形成し、上部電極層6としてセレン平面センサを作製した。
【0020】
[実施例2]
ガラス基板の曲率半径Rを10000mmに変えた以外は、実施例1と同様の方法でセレン平面センサを作製した。
【0021】
[実施例3]
ガラス基板の曲率半径Rを3000mm、基板温度を60℃に変えた以外は、実施例1と同様の方法でセレン平面センサを作製した。
【0022】
[実施例4]
ガラス基板の基板温度を45℃に変えた以外は、実施例1と同様の方法でセレン平面センサを作製した。
【0023】
[実施例5]
ガラス基板の曲率半径Rを3000mm、基板温度を60℃、上部電極材料を金(Au)に変えた以外は、実施例1と同様の方法でセレン平面センサを作製した。
【0024】
[実施例6]
ガラス基板の曲率半径Rを3000mm、基板温度を60℃、上部電極材料を銀(Ag)に変えた以外は、実施例1と同様の方法でセレン平面センサを作製した。
【0025】
[実施例7]
ガラス基板の曲率半径Rを3000mm、基板温度を60℃、セレン層の膜厚を1000μmに変えた以外は、実施例1と同様の方法でセレン平面センサを作製した。
【0026】
[実施例8]
ガラス基板の曲率半径Rを3000mm、基板温度を60℃、セレン層膜厚を2000μmに変えた以外は、実施例1と同様の方法でセレン平面センサを作製した。
【0027】
[比較例1]
ガラス基板の曲率半径Rを800mmに変えた以外は、実施例1と同様の方法でセレン平面センサを作製した。
【0028】
[比較例2]
ガラス基板の曲率半径Rを20000mm、基板温度を60℃に変えた以外は、実施例1と同様の方法でセレン平面センサを作製した。
【0029】
[比較例3]
ガラス基板の曲率半径Rを20000mm、基板温度を40℃に変えた以外は、実施例1と同様の方法でセレン平面センサを作製した。
【0030】
[比較例4]
ガラス基板の曲率半径Rを2000mm、基板温度を60℃、上部電極材料をプラチナ(Pt)に変えた以外は、実施例1と同様の方法でセレン平面センサを作製した。
【0031】
以上の実施例、比較例を下記の表にまとめ、セレン層の膜質評価を行なった。
この表において、正孔移動度の(cm2/V・s)の測定は、T.O.F測定装置(オプテル社製)を用い、セレン平面センサの正孔移動度を測定した。
また、成膜外観の評価は、実施例及び比較例において作製されたセレン平面センサ表面を目視による成膜品質の評価である。判定は「○」が良好、「×」は成膜割れや表面粗度大などの不良によって実用上問題があるものとした。
0℃⇔40℃ヒ−トショックの評価は、実施例及び比較例において作製されたセレン平面センサを温度サイクル炉中に放置させ、10℃/1時間の温度傾きで低温化、高温化を54サイクル繰り返し、その前後による成膜外観及び電気特性に変化がないものを「○」、クラック、割れが観察されたものを「×」とした。
【0032】
【表1】
【0033】
表1から明らかなように、実施例1〜8のセレン平面センサは、正孔移動度、成膜外観、ヒ−トショックいずれの評価においても問題がなかった。加えて、電気特性を評価しても良好な結果が得られた。
【0034】
これに対し、比較例1〜4のセンサ基板は、曲率半径Rが1000mm以下のものは成膜時にセレン層が割れてしまい、不良となった。また、曲率半径Rが10000mmを越えるものは、ヒ−トショック試験でクラック、割れ、膜浮きの問題があった。さらに、セレン成膜時の基板温度が45℃以下の場合は、正孔移動度が100分の1になり、実質的に光センサとしての機能を有するものでなかった。また、成膜後の外観でも光沢がなかった。これはセレン膜に掛かる電界が一様でなくなり、位置ばらつきが発生することを示唆するものである。また、電極を線膨張係数10ppm/deg以下のものではヒ−トショック試験で電極切れの問題があった。
【0035】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のセレン平面センサの製造方法によれば、平面基板を予め反らせた状態でセレン層を形成したので、元の状態に戻した時には平面基板とセレンとの熱膨張の差にかかわらず、センサの内部応力の発生が抑えられ、温度変化等によるセレン膜の劣化や光応答性の低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るセレン平面センサの製造工程図である。
【図2】ガラス基板を反らせてセレン層を形成する状態を示す説明図である。
【図3】セレン平面センサの断面構造を示す説明図である。
【符号の説明】
1 プレート
2 弾性シート
3 ガラス基板(平面基板)
4 下部電極
5 セレン層
6 セレン材料
7 上部電極
8 弾性ゴム
9 金属板
Claims (4)
- 平面基板上にセレン層を真空加熱蒸着によって形成するセレン平面センサの製造方法において、
前記平面基板を予め反らせた状態でセレン層を真空加熱蒸着によって形成することを特徴とするセレン平面センサの製造方法。 - 前記平面基板が曲率半径(R)=1000〜10000mmの範囲で予め反らせてある請求項1記載のセレン平面センサの製造方法。
- 前記平面基板が45〜80℃の範囲に設定してある請求項1又は2記載のセレン平面センサの製造方法。
- 前記平面基板がガラス板である請求項1乃至3のいずれか記載のセレン平面センサの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2002379323A JP2004211121A (ja) | 2002-12-27 | 2002-12-27 | セレン平面センサの製造方法 |
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JP2002379323A JP2004211121A (ja) | 2002-12-27 | 2002-12-27 | セレン平面センサの製造方法 |
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JP2004211121A true JP2004211121A (ja) | 2004-07-29 |
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ID=32815854
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2007093545A (ja) * | 2005-09-30 | 2007-04-12 | Toshiba Corp | 放射線検出器 |
CN109402592A (zh) * | 2017-08-18 | 2019-03-01 | Tcl集团股份有限公司 | 器件侧面蒸镀装置及器件侧面蒸镀方法 |
-
2002
- 2002-12-27 JP JP2002379323A patent/JP2004211121A/ja active Pending
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