JP2005268452A - Radiation detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画素電極および放射線光導電層を備えた放射線検出器に関する。 The present invention relates to a radiation detector including a pixel electrode and a radiation photoconductive layer.
新世代のX線診断用画像検出器としてアクティブマトリックス型の平面検出器が大きな注目を集めている。この平面検出器において、照射されたX線を検出することにより、X線撮影像またはリアルタイムのX線画像がデジタル信号として出力される。また、この平面検出器は、固体検出器であることから、画質性能や安定性の面においても極めて期待が大きい。 As a new generation X-ray diagnostic image detector, an active matrix type flat panel detector has attracted much attention. By detecting irradiated X-rays in this flat detector, an X-ray image or a real-time X-ray image is output as a digital signal. In addition, since this flat detector is a solid state detector, it is highly expected in terms of image quality performance and stability.
実用化の最初の用途として、比較的大きな線量で、静止画像を収集する胸部あるいは一般撮影用に開発され、近年商品化されている。より高性能で、透視線量下で毎秒コマ以上のリアルタイム動画を実現させる必要のある循環器、消化器分野への応用に対しても近い将来に商品化が予想される。この動画用途に対しては、S/Nの改善や微小信号のリアルタイム処理技術などが重要な開発項目となっている。 As the first application for practical use, it has been developed for the chest or general radiography for collecting still images with a relatively large dose, and has been commercialized in recent years. Commercialization is expected in the near future for applications in the circulatory and gastrointestinal fields that need to achieve higher performance and real-time video with more than one frame per second under fluoroscopic dose. For this moving image application, improvement of S / N and real-time processing technology of minute signals are important development items.
そして、この種の平面検出器には、大きく分けて直接方式と間接方式との二通りの方式がある。直接方式は、入射X線をa−Seなどの得X線光導電体層内部で体内部に発生した光導電電荷を高電界により直接電荷信号に変換し、この変換した信号電荷を電荷蓄積用キャパシタに蓄積する方式である。 And this type of flat detector is roughly divided into two types, a direct method and an indirect method. In the direct method, incident X-rays are obtained by a-Se or the like, and the photoconductive charge generated inside the body inside the X-ray photoconductive layer is directly converted into a charge signal by a high electric field, and the converted signal charge is used for charge accumulation. This is a method of storing in a capacitor.
さらに、直接方式のX線検出器としては、保持基板上にマトリクス状に配列された画素毎に、電荷蓄積用キャパシタ、スイッチング素子、フォトダイオードおよび画素電極のそれぞれが設けられたTFT回路基板を備えており、このTFT回路基板上にX線光導電層が積層された構成が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 Further, the direct X-ray detector includes a TFT circuit substrate in which a charge storage capacitor, a switching element, a photodiode, and a pixel electrode are provided for each pixel arranged in a matrix on a holding substrate. A configuration in which an X-ray photoconductive layer is laminated on this TFT circuit substrate is known (see, for example, Patent Document 1).
そして、上記直接方式のX線検出器においては、入射X線を電荷信号に変換するためにX線光導電層としてX線光導電材料が用いられる。このX線光導電材料は、医療用のX線検出器に適用する場合、人体を十分にカバーできるだけの大きさ、例えば一辺が40cmほどの大きさが求められる。また、X線光導電材料は、通常、信号電荷の蓄積やこの信号電荷を読み出す電気回路が設けられたTFT回路基板上に均一な厚さの膜として形成される。また、入射するX線を十分に検出するためには、重金属で構成された大きな比重を持つ材料を用いた場合でも、数百μmの厚さが必要とされる。 In the direct X-ray detector, an X-ray photoconductive material is used as the X-ray photoconductive layer in order to convert incident X-rays into a charge signal. When this X-ray photoconductive material is applied to a medical X-ray detector, the X-ray photoconductive material is required to have a size that can sufficiently cover the human body, for example, a size of about 40 cm on a side. The X-ray photoconductive material is usually formed as a film having a uniform thickness on a TFT circuit substrate provided with an electric circuit for accumulating signal charges and reading out the signal charges. In addition, in order to sufficiently detect incident X-rays, a thickness of several hundred μm is required even when a material made of heavy metal and having a large specific gravity is used.
このX線光導電材料は半導体の一種で、結晶構造や組成によって特性が大きく変化する可能性があり、一般に、単結晶の状態で最高の特性が得られる。しかし、X線検出器に必要とされる十分な大きさをもつ半導体単結晶材料は得られていない。 This X-ray photoconductive material is a kind of semiconductor, and its characteristics may change greatly depending on the crystal structure and composition. Generally, the best characteristics are obtained in a single crystal state. However, a semiconductor single crystal material having a sufficient size required for an X-ray detector has not been obtained.
また直接方式の場合、X線検出器を構成するTFT回路基板は、液晶表示装置の製造プロセスと同様の方法で製造される。例えば、保持基板の表面に画素電極が形成され、この画素電極を含む保持基板上にX線光導電体層が形成されている。なお、このX線光導電体層の出力を個々の画素電極に選択的に入力するために、多くの場合、画素電極を取り囲むように、例えば酸化ケイ素(SiO2)の絶縁膜が設けられている。また、画素電極には、アルミニウムやITOなどが用いられている。 In the direct method, the TFT circuit substrate constituting the X-ray detector is manufactured by a method similar to the manufacturing process of the liquid crystal display device. For example, a pixel electrode is formed on the surface of the holding substrate, and an X-ray photoconductor layer is formed on the holding substrate including the pixel electrode. In order to selectively input the output of the X-ray photoconductor layer to each pixel electrode, in many cases, for example, an insulating film of silicon oxide (SiO 2 ) is provided so as to surround the pixel electrode. Yes. Further, aluminum, ITO, or the like is used for the pixel electrode.
さらに、X線光導電層には、X線を効率良く電荷信号に変換する材料、例えばヨウ化鉛(PbI2)やヨウ水銀(HgI2)、ヨウ化ビスマス(BiI3)、ヨウ化インジウム(InI)などが使用される。したがって、画素電極に用いられるアルミニウムやITOと、X線光導電層に用いられるヨウ化鉛やヨウ化水銀、ヨウ化ビスマス、ヨウ化インジウムとが直接接触する構成となる。 Further, the X-ray photoconductive layer has a material for efficiently converting X-rays into a charge signal, such as lead iodide (PbI 2 ), mercury (HgI 2 ), bismuth iodide (BiI 3 ), indium iodide ( InI) is used. Accordingly, aluminum or ITO used for the pixel electrode and lead iodide, mercury iodide, bismuth iodide, or indium iodide used for the X-ray photoconductive layer are in direct contact with each other.
なお、上記直接方式のX線検出器においては、ヨウ化鉛やヨウ化水銀、ヨウ化ビスマス、ヨウ化インジウムが使用されたX線光導電層が、画素電極上に、例えば真空蒸着法などによって、数百μmの厚さに膜状に形成されている。また、このX線光導電層上には、電荷を補給するバイアス電極層が形成されている。
上述したように、上記直接方式のX線検出器では、液晶表示装置の製造プロセスを用いて製造されたTFT回路基板上にX線光導電層を形成させている。そして、このX線光導電層は、半導体の一種であるが、通常のシリコンやガリウムヒ素などの半導体とは異なり、X線を効率良く吸収するために重金属で構成されており、さらに十分な性能を出すためにこれらの沃化物が主に用いられている。代表的なものとしては、ヨウ化鉛やヨウ化水銀などの物質をX線光導電層の主成分としている。これらのX線光導電層は、通常の半導体とは異なり、導電型を制御してP型やN型の性質を引き出すことが容易ではない。 As described above, in the direct X-ray detector, the X-ray photoconductive layer is formed on the TFT circuit substrate manufactured using the manufacturing process of the liquid crystal display device. This X-ray photoconductive layer is a kind of semiconductor, but unlike ordinary semiconductors such as silicon and gallium arsenide, the X-ray photoconductive layer is made of heavy metal to absorb X-rays efficiently. These iodides are mainly used to produce Typically, a substance such as lead iodide or mercury iodide is used as the main component of the X-ray photoconductive layer. These X-ray photoconductive layers are different from ordinary semiconductors in that it is not easy to control the conductivity type to bring out P-type or N-type properties.
特に、X線検出器のような微弱な信号を高精度に検出することが求められている場合には、X線光導電層の感度の向上と、不要な信号成分の抑制が重要な課題となり、この課題を実現するには導電型の制御によってP型とN型との接合状態をX線光導電層に形成させる必要があるという問題を有している。 In particular, when a weak signal such as an X-ray detector is required to be detected with high precision, it is important to improve the sensitivity of the X-ray photoconductive layer and suppress unnecessary signal components. In order to realize this problem, there is a problem that it is necessary to form a junction state between the P-type and the N-type in the X-ray photoconductive layer by controlling the conductivity type.
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、放射線光導電層の感度を向上できる放射線検出器を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a point, and it aims at providing the radiation detector which can improve the sensitivity of a radiation photoconductive layer.
本発明は、画素電極を備えた回路基板と、この回路基板の前記画素電極上に設けられ入射する放射線を電気信号に変換し金属ヨウ化物を含有する放射線光導電層と、この放射線光導電層上に前記画素電極に対向して設けられた電極層と、前記放射線光導電層と前記電極層および前記画素電極のいずれかとの間に設けられたヨウ素薄膜層とを具備したものである。 The present invention relates to a circuit board provided with a pixel electrode, a radiation photoconductive layer which is provided on the pixel electrode of the circuit board and converts incident radiation into an electrical signal and contains metal iodide, and the radiation photoconductive layer An electrode layer provided on the pixel electrode so as to face the pixel electrode, and an iodine thin film layer provided between the radiation photoconductive layer and any one of the electrode layer and the pixel electrode.
そして、回路基板の複数の画素電極上に、入射する放射線を電気信号に変換し金属ヨウ化物を含有する放射線光導電層を設け、この放射線光導電層上に複数の画素電極に対向して電極層を設ける。放射線光導電層と電極層および複数の画素電極のいずれかとの間にヨウ素薄膜層を設ける。この結果、このヨウ素薄膜層によって放射線光導電層内の導電型の制御が容易になるので、この放射線光導電層での暗電流の発生を低減できるから、この放射線光導電層の感度を向上できる。 A radiation photoconductive layer that converts incident radiation into an electrical signal and contains a metal iodide is provided on the plurality of pixel electrodes of the circuit board, and the electrodes are opposed to the plurality of pixel electrodes on the radiation photoconductive layer. Provide a layer. An iodine thin film layer is provided between the radiation photoconductive layer and any of the electrode layer and the plurality of pixel electrodes. As a result, since the conductivity type in the radiation photoconductive layer is easily controlled by the iodine thin film layer, the generation of dark current in the radiation photoconductive layer can be reduced, and thus the sensitivity of the radiation photoconductive layer can be improved. .
本発明によれば、回路基板の複数の画素電極上に設けた金属ヨウ化物を含有する放射線光導電層と、この放射線光導電層上に複数の画素電極に対向して設けた電極層および複数の画素電極のいずれかとの間にヨウ素薄膜層を設けることにより、放射線光導電層内の導電型の制御がヨウ素薄膜層にて容易になるので、この放射線光導電層での暗電流の発生を低減できるから、この放射線光導電層の感度を向上できる。 According to the present invention, a radiation photoconductive layer containing metal iodide provided on a plurality of pixel electrodes of a circuit board, and an electrode layer and a plurality of electrodes provided on the radiation photoconductive layer so as to face the plurality of pixel electrodes. By providing an iodine thin film layer with any one of the pixel electrodes, control of the conductivity type in the radiation photoconductive layer is facilitated by the iodine thin film layer. Therefore, generation of dark current in the radiation photoconductive layer is prevented. Since it can reduce, the sensitivity of this radiation photoconductive layer can be improved.
以下、本発明の放射線検出器の第1の実施の形態の構成を図1ないし図3を参照して説明する。 Hereinafter, the configuration of the first embodiment of the radiation detector of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1ないし図3において、1は放射線検出器としてのX線検出器で、このX線検出器1は、直接方式のX線平面画像検知器である。そして、このX線検出器1は、図2に示すように、マトリクス状に配列された複数の画素2を有する光電変換基板としてのTFT回路基板3を備えている。
1 to 3,
そして、このTFT回路基板3の一主面である表面上には、入射する放射線を電気信号に変換する放射線光導電体層としてのX線光導電体層4が積層されて設けられている。このX線光導電体層4は、pn接合状態であり、TFT回路基板3の表面に接している。よって、このX線光導電体層4は、TFT回路基板3上に直接形成されている。
An
ここで、このX線光導電体層4は、放射線光導電層としてのX線光導電膜5を備えている。このX線光導電膜5は、TFT回路基板3上に重金属であり半導体的な性質を有するX線光導電物質、例えばヨウ化鉛(PbI2)を厚さ300μmほど真空蒸着させることにより形成されている。さらに、このX線光導電膜5の一主面である表面上には、上部電極としてのバイアス電極層6が積層されて設けられている。
Here, the
そして、TFT回路基板3は、図3に示すように、矩形平板状の透光性を有するガラスなどで形成された絶縁基板としての保持基板11を備えている。この保持基板11の一主面である表面上には、TFT回路層12と画素電極13とが各画素2毎に形成されている。この画素電極13は、TFT回路基板3の最表面の大部分を覆うように配置されている。
As shown in FIG. 3, the
さらに、TFT回路層12は、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ(TFT)14と、コンデンサである電荷蓄積用キャパシタ15を備えている。そして、画素電極13、薄膜トランジスタ14および電荷蓄積用キャパシタ15のそれぞれは、保持基板11上の各画素2毎に形成されている。すなわち、これら画素電極13、薄膜トランジスタ14および電荷蓄積用キャパシタ15のそれぞれは、これらを1組とした格子状の配列を有しており、各組がX線画像の画素2に対応するように構成されている。
Further, the
また、保持基板11上には、この保持基板11の行方向に沿った複数の制御ラインとしての制御電極16が配線されている。これら複数の制御電極16は、保持基板11上の各画素2間に位置し、この保持基板11の列方向に離間されて設けられている。そして、これら制御電極16には、薄膜トランジスタ14のゲート電極17が電気的に接続されている。
On the
さらに、保持基板11上には、この保持基板11の列方向に沿った複数の読み出し電極18が配線されている。これら複数の読み出し電極18は、保持基板11上の各画素2間に位置し、この保持基板11の行方向に離間されて設けられている。そして、これら複数の読み出し電極18には、薄膜トランジスタ14のソース電極19が電気的に接続されている。また、この薄膜トランジスタ14のドレイン電極20は、電荷蓄積用キャパシタ15および画素電極13のそれぞれに電気的に接続されている。
Furthermore, a plurality of
一方、図1に示すように、保持基板11上のTFT回路層12上には、島状の画素電極13が各画素2に対応するようにマトリクス状に積層されて設けられている。この画素電極13を含むTFT回路層12上の全面には、第1薄膜層としてのヨウ素薄膜層22が積層されて形成されている。このヨウ素薄膜層22は、ヨウ素を主成分として含有している。さらに、このヨウ素薄膜層22は、X線光導電膜5の内部にPN接合状態を実現するために、このX線光導電膜5とTFT回路基板3との間の界面に設けられている。
On the other hand, as shown in FIG. 1, on the
さらに、このヨウ素薄膜層22に接したX線光導電膜5の下側面には、このヨウ素薄膜層22に含まれるヨウ素成分が熱処理などによる操作にてX線光導電膜5の内部へと極微量拡散して形成されたヨウ素過剰層23が設けられている。このヨウ素過剰層23は、ヨウ素を過剰に含んだP型半導体層である。そして、このヨウ素過剰層23は、ヨウ素薄膜層22とX線光導電膜5との間である、このX線光導電膜5の下層に設けられている。
Further, on the lower side surface of the X-ray photoconductive film 5 in contact with the iodine thin film layer 22, the iodine component contained in the iodine thin film layer 22 is exposed to the inside of the X-ray photoconductive film 5 by an operation such as heat treatment. An
また、ヨウ素薄膜層22上にはX線光導電膜5が積層されており、このX線光導電膜5上の全面には鉛を主成分とした第2薄膜層としての金属元素薄膜層である鉛薄膜層24が積層されて形成されている。この鉛薄膜層24は、X線光導電膜5の内部にPN接合状態を実現するために、このX線光導電膜5とバイアス電極層6との間の界面に設けられている。 An X-ray photoconductive film 5 is laminated on the iodine thin film layer 22, and a metal element thin film layer as a second thin film layer mainly composed of lead is formed on the entire surface of the X-ray photoconductive film 5. A certain lead thin film layer 24 is laminated. The lead thin film layer 24 is provided at the interface between the X-ray photoconductive film 5 and the bias electrode layer 6 in order to realize a PN junction state inside the X-ray photoconductive film 5.
さらに、この鉛薄膜層24に接したX線光導電膜5の上側面には、この鉛薄膜層24に含まれる鉛成分が熱処理などによる操作にてX線光導電膜5の内部へと極微量拡散して形成された鉛過剰層25が設けられている。この鉛過剰層25は、鉛を過剰に含んだn型半導体層である。そして、この鉛過剰層25は、鉛薄膜層24とX線光導電膜5との間である、このX線光導電膜5の上層に設けられている。ここで、この鉛過剰層25とヨウ素過剰層23とのそれぞれは、この鉛過剰層25での鉛含有量とヨウ素過剰層23でのヨウ素含有量との比率が正確に1対2となるように構成されている。
Furthermore, on the upper side surface of the X-ray photoconductive film 5 in contact with the lead thin film layer 24, the lead component contained in the lead thin film layer 24 is exposed to the inside of the X-ray photoconductive film 5 by an operation such as heat treatment. A lead-
また、この鉛薄膜層24上の全面にはバイアス電極層6が積層されて形成されている。このバイアス電極層6は、各画素電極13に対向して設けられており、鉛薄膜層24上の全面に面一に形成されている。
A bias electrode layer 6 is laminated on the entire surface of the lead thin film layer 24. The bias electrode layer 6 is provided to face each
次に、上記第1の実施の形態のX線検出器の作用について説明する。 Next, the operation of the X-ray detector of the first embodiment will be described.
まず、X線検出器1のX線光導電膜5中に外部からX線が入射すると、このX線光導電膜5内へと入射した入射X線Lは、このX線光導電膜5内で吸収されて励起される。
First, when X-rays are incident on the X-ray photoconductive film 5 of the
そして、この入射X線L自体のエネルギによって、X線光導電膜5の内部に電子eと正孔hとのペアが多数発生する。 A large number of pairs of electrons e and holes h are generated inside the X-ray photoconductive film 5 by the energy of the incident X-ray L itself.
このとき、バイアス電極層6と画素電極13との間に数百Vの電圧が印加されてバイアス電界を形成したことにより、X線光導電体膜5内に発生した光導電電荷Qがバイアス電界によって移動する。
At this time, a voltage of several hundred volts is applied between the bias electrode layer 6 and the
すると、電子eあるいは正孔hのいずれかが光導電電荷Qとして画素電極13へと移動して到達する。
Then, either the electron e or the hole h moves to the
この後、これら各画素電極13へと移動して流入した光導電電荷Qは、これら各画素電極13に接続された薄膜トランジスタ14のゲート電極17が駆動状態、すなわちオン状態となるまで、これら各画素電極13に接続された電荷蓄積用キャパシタ15へと移動して保持されて蓄積される。
Thereafter, the photoconductive charge Q that has flowed into and flowed into the
このとき、制御電極16の一つを駆動状態にすると、この駆動状態となった制御電極16に接続された横一行の薄膜トランジスタ14がオン状態となる。
At this time, when one of the
そして、このオン状態となったそれぞれの薄膜トランジスタ14に接続された電荷蓄積用キャパシタ15に蓄積された光導電電荷Qが読み出し電極18へと出力される。
Then, the photoconductive charge Q stored in the
この結果、X線画像の特定の行の画素に対応する信号が出力されるため、オンする制御電極16の駆動を順々に変えて制御することにより、全てのX線画像の画素に対応する信号を出力でき、この出力信号をデジタル画像信号に変換することによって、外部にX線画像として出力できる。
As a result, a signal corresponding to a pixel in a specific row of the X-ray image is output. Therefore, by controlling the driving of the
次に、上記第1の実施の形態のX線検出器の製造装置について説明する。 Next, the X-ray detector manufacturing apparatus according to the first embodiment will be described.
図4において、31はX線検出器の製造装置としての真空蒸着装置31で、この真空蒸着装置31には、内部にTFT回路基板3が設置されるチャンバ32を備えている。このチャンバ32は、このチャンバ32内の雰囲気を外部とは異なる雰囲気、すなわち真空にする。そして、このチャンバ32には、このチャンバ32内を真空にする真空ポンプ33が取り付けられている。この真空ポンプ33は、チャンバ32の内部を真空排気させる。
In FIG. 4,
さらに、このチャンバ32の内部には、このチャンバ32の内部に設置されるTFT回路基板3の裏面に対向する基板加熱装置34が取り付けられている。この基板加熱装置34は、チャンバ32内に設置されたTFT回路基板3を所定の温度に加熱する。また、このチャンバ32内には、基板加熱装置34に対向して設置されたヨウ素蒸発源35と、ヨウ化鉛蒸発源36と、鉛蒸発源37とのそれぞれが設置されている。これらヨウ素蒸発源35、ヨウ化鉛蒸発源36および鉛蒸発源37のそれぞれは、チャンバ32内に設置されたTFT回路基板3の表面に対向するように構成されている。
Further, a
すなわち、ヨウ素蒸発源35は、このヨウ素蒸発源35を100℃程度に加熱することにより、このヨウ素蒸発源35の内部のヨウ素が気化してチャンバ32内にヨウ素を放出させて、このチャンバ32内に設置されたTFT回路基板3の表面にヨウ素を付着させて、このTFT回路基板3の表面に薄膜状のヨウ素薄膜層22を形成させる。
That is, the
また、ヨウ化鉛蒸発源36は、このヨウ化鉛蒸発源36を400℃前後に加熱することにより、このヨウ化鉛蒸発源36の内部のヨウ化鉛が気化してチャンバ32内にヨウ化鉛を放出させて、このチャンバ32内に設置させたTFT回路基板3の表面に形成したヨウ素薄膜層22の表面にヨウ化鉛を付着させて、このヨウ素薄膜層22の表面にヨウ化鉛を主成分とするX線光導電膜5を形成させる。
Further, the lead
さらに、鉛蒸発源37は、この鉛蒸発源37を加熱することにより、この鉛蒸発源37の内部の鉛が気化してチャンバ32内に鉛を放出させて、このチャンバ32内に設置させたTFT回路基板3の表面に形成したX線光導電膜5の表面に鉛を付着させて、このX線光導電膜5の表面に鉛薄膜層24を形成させる。
Furthermore, the
次に、上記第1の実施の形態のX線検出器の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the X-ray detector according to the first embodiment will be described.
まず、保持基板11上の各画素2に薄膜トランジスタ14、電荷蓄積用キャパシタ15および画素電極13のそれぞれを設けてTFT回路基板3を形成する。なお、このTFT回路基板3は、一般的な液晶表示装置を製造する際に用いられる製造工程を用いて製造する。
First, the
この後、図4に示す真空蒸着装置31の内部にTFT回路基板3を設置する。そして、この真空蒸着装置31のチャンバ32内を、真空ポンプ33を用いて十分に真空排気する。
Thereafter, the
そして、このチャンバ32内の十分な真空度を達成できた段階で、基板加熱装置34を用いてTFT回路基板3を所定の温度に加熱する。
Then, when a sufficient degree of vacuum is achieved in the
この状態で、ヨウ素蒸発源35を100℃程度に加熱して、このヨウ素蒸発源35内のヨウ素を気化させて、チャンバ32内にヨウ素分子を放出させる。
In this state, the
このとき、このチャンバ32内に放出されたヨウ素分子の一部が、TFT回路基板3の表面に付着して、このTFT回路基板3の表面に薄膜状のヨウ素薄膜層22が形成される。
At this time, some of the iodine molecules released into the
そして、このヨウ素蒸発源35の加熱を継続させて、TFT回路基板3の表面に所定の厚さのヨウ素薄膜層22が形成された段階で、このヨウ素蒸発源35の加熱を停止して、チャンバ32内へのヨウ素分子の放出を終了させる。
Then, the heating of the
この後、ヨウ化鉛蒸発源36を400℃前後に加熱して、このヨウ化鉛蒸発源36内のヨウ化鉛を気化させて、チャンバ32内にヨウ化鉛分子を放出させる。
Thereafter, the lead
このとき、このチャンバ32内に放出されたヨウ化鉛分子の一部が、TFT回路基板3の表面に形成したヨウ素薄膜層22の表面に付着して、このヨウ素薄膜層22の表面にヨウ化鉛を主成分とするX線光導電膜5が形成される。
At this time, some of the lead iodide molecules released into the
そして、このヨウ化鉛蒸発源36の加熱を継続させて、ヨウ素薄膜層22の表面に所定の厚さのX線光導電膜5が形成された段階で、このヨウ化鉛蒸発源36の加熱を停止して、チャンバ32内へのヨウ化鉛分子の放出を終了させる。
Then, the heating of the lead
この後、鉛蒸発源37を過熱して、この鉛蒸発源37内の鉛を気化させて、チャンバ32内に鉛分子を放出させる。
Thereafter, the
このとき、このチャンバ32内に放出された鉛分子の一部が、X線光導電膜5の表面に付着して、このX線光導電膜5の表面に鉛薄膜層24が形成される。
At this time, some of the lead molecules released into the
そして、この鉛蒸発源37の過熱を継続させて、X線光導電膜5の表面に所定の厚さの鉛薄膜層24が形成された段階で、この鉛蒸発源37の過熱を停止して、チャンバ32内への鉛分子の放出を終了させる。
The
さらに、スパッタ蒸着などの一般的な金属薄膜作成技術を用いて鉛薄膜層24の表面にバイアス電極層6を形成して、X線光導電体層4を形成する。
Further, the bias electrode layer 6 is formed on the surface of the lead thin film layer 24 by using a general metal thin film forming technique such as sputter deposition to form the
上述したように、上記第1の実施の形態によれば、直接方式のX線検出器1においてX線画像を検出する際に重要となるのは、このX線検出器1のX線光導電体層4の特性である。このX線光導電体層4のX線光導電膜5として用いたヨウ化鉛(PbI2)を代表とする重金属沃化物は、半導体の一種であり、これら半導体において重要な特性である導電型の制御によって、これら半導体の性質が大きく左右される。
As described above, according to the first embodiment, what is important when detecting an X-ray image in the
そして、直接方式のX線検出器1に用いられるX線光導電膜5においては、入射X線Lにより発生した電子eと正孔hとのペアを効率良く外部に運び出すために外部からバイアス電界を加える必要がある。ところが、この外部からのバイアス電界によってX線光導電膜5に接するバイアス電極層6や画素電極13から不要な電流が流れ込んでX線画像信号に加わることにより、X線光導電膜5での信号のSN比が劣化してしまう。
In the X-ray photoconductive film 5 used in the
ここで、このX線光導電膜5での信号のSN比の劣化を防止するには、このX線光導電膜5内における画素電極13およびバイアス電極層6近傍の導電型を制御して、このX線光導電膜5の内部にPN接合を実現するのが最も効果的である。
Here, in order to prevent deterioration of the signal-to-noise ratio of the signal in the X-ray photoconductive film 5, the conductivity type in the vicinity of the
そこで、このX線光導電膜5の内部にPN接合状態を実現するために、このX線光導電膜5とTFT回路基板3との界面にヨウ素薄膜層22を追加して形成するとともに、このX線光導電膜5とバイアス電極層6との界面に鉛薄膜層24を追加して形成する。この結果、これらヨウ素薄膜層22および鉛薄膜層24のそれぞれに含まれる成分が熱処理などによる操作によってX線光導電膜5の内部に極微量拡散する。このため、このX線光導電膜5内におけるTFT回路基板3の近傍にヨウ素成分を過剰に含んだヨウ素過剰層23が発生して形成されるとともに、このX線光導電膜5内におけるバイアス電極層6の近傍に鉛成分を過剰に含んだ鉛過剰層25が発生して形成される。
Therefore, in order to realize a PN junction state inside the X-ray photoconductive film 5, an iodine thin film layer 22 is additionally formed at the interface between the X-ray photoconductive film 5 and the
このとき、このヨウ化鉛を主成分としたX線光導電膜5においては、鉛とヨウ素との比率が正確に1対2である。したがって、鉛は二価の陽イオン状態となり、ヨウ素は一価の陰イオン状態となるから、このX線光導電膜5内においては、全体として陽イオンと陰イオンとのバランスが保たれて中性状態となる。すなわち、この中性状態においては、X線光導電膜5の内部に正孔hと電子eとがバランス良く配設された真性半導体状態となる。 At this time, in the X-ray photoconductive film 5 containing lead iodide as a main component, the ratio of lead to iodine is exactly 1 to 2. Accordingly, lead is in a divalent cation state and iodine is in a monovalent anion state. Therefore, in this X-ray photoconductive film 5, the balance between the cation and the anion is maintained as a whole. Become sexual. That is, in this neutral state, an intrinsic semiconductor state in which holes h and electrons e are arranged in a well-balanced manner inside the X-ray photoconductive film 5 is obtained.
しかしながら、このX線光導電膜5内の鉛の量を極わずかに過剰な状態にすると、過剰な鉛原子の持つ電子eが陰イオンであるヨウ素原子の量が足りないことにより、このX線光導電膜5中に電子eが浮遊した状態で存在することになる。したがって、この過剰の電子eが存在することによって、バイアス電極層6近傍のX線光導電膜5がn型の導電性を示すようになるから、鉛過剰層25がn型半導体の性質を示すようになる。
However, if the amount of lead in the X-ray photoconductive film 5 is made slightly excessive, the amount of iodine atoms, which are negative ions of electrons e possessed by excess lead atoms, is insufficient. Electrons e exist in the photoconductive film 5 in a floating state. Therefore, the presence of the excess electrons e causes the X-ray photoconductive film 5 in the vicinity of the bias electrode layer 6 to exhibit n-type conductivity, so that the lead-
同様に、X線光導電膜5内のヨウ素の量を極わずかに過剰な状態にすると、過剰なヨウ素原子に電子を供給する鉛原子の量が足りないことにより、このX線光導電膜5中に正孔hが浮遊した状態で存在することになる。したがって、この過剰の正孔hが存在することによって、TFT回路基板3近傍のX線光導電膜5がp型の導電性を示すようになるから、ヨウ素過剰層23がp型半導体の性質を示すようになる。
Similarly, if the amount of iodine in the X-ray photoconductive film 5 is made slightly excessive, the amount of lead atoms supplying electrons to the excess iodine atoms is insufficient. The holes h exist in a floating state. Therefore, since the excess holes h exist, the X-ray photoconductive film 5 in the vicinity of the
よって、これら鉛過剰層25およびヨウ素過剰層23がX線光導電膜5の上下に存在することによって、これら鉛過剰層25およびヨウ素過剰層23に挟まれたX線光導電膜5は、p型半導体とn型半導体とに挟まれたpn接合状態となる。
Therefore, since the lead
ここで、これら鉛過剰層25およびヨウ素過剰層23のそれぞれが存在しない場合のX線光導電膜5のバンドギャップについて図5を参照して説明する。まず、入射X線LによってX線光導電膜5内にて発生した正孔hと電子eとを外部に取り出すため印加電圧41によって画素電極13とバイアス電極層6との間に電界を形成する。このとき、X線光導電膜5内のエネルギレベルは、印加電圧41による電界によって傾斜し、大きな傾斜が発生する。
Here, the band gap of the X-ray photoconductive film 5 when each of the lead
この状態で、入射X線LによりX線光導電膜5内に発生した電子eは、荷電子帯のエネルギレベル42まで引き上げられた後、外部電界に引き寄せられてバイアス電極層6へと到達する。同様に、入射X線LによりX線光導電膜5内に発生した正孔hは、荷電子帯のエネルギレベル42に引き下げられ電界によって画素電極13へと到達して、外部に信号として取り出される。
In this state, the electrons e generated in the X-ray photoconductive film 5 by the incident X-rays L are pulled up to the
このとき、この画素電極13付近の導電帯のエネルギレベル43の傾斜が大きいことにより、この画素電極13近傍の電界強度が高い。このため、この画素電極13からX線光導電膜5内へと漏れ出た電子eは、この画素電極13近傍の電界によって加速され、入射X線Lとは無関係な暗電流となってしまう。
At this time, the electric field strength in the vicinity of the
さらに、同様の現象がバイアス電極層6付近でも発生する。すなわち、このバイアス電極層6近傍のX線光導電膜5の電界強度が強いため、このバイアス電極層6からX線光導電膜5内へと漏れ出た正孔hは、このバイアス電極層6近傍の電界によって加速され、入射X線Lとは無関係な暗電流となる。ここで発生した暗電流は、本来検出すべき入射X線Lによる信号に混ざり、ノイズ成分となって信号の品質を悪化させる。 Further, the same phenomenon occurs near the bias electrode layer 6. That is, since the electric field strength of the X-ray photoconductive film 5 in the vicinity of the bias electrode layer 6 is strong, the holes h leaking from the bias electrode layer 6 into the X-ray photoconductive film 5 It is accelerated by a nearby electric field and becomes a dark current unrelated to the incident X-ray L. The dark current generated here is mixed with the signal from the incident X-ray L that should be detected, and becomes a noise component, which degrades the signal quality.
そこで、X線光導電膜5の上下に鉛過剰層25およびヨウ素過剰層23のそれぞれを設けて、これら鉛過剰層25およびヨウ素過剰層23にてX線光導電膜5をpn接合状態にする。このとき、このヨウ素過剰層23がp型導電性を示し、鉛過剰層25がn型導電層として作用する。このため、X線光導電膜5がp−i−n接合状態となる。
Therefore, the lead
この結果、ヨウ素過剰層23内部にて発生した正孔hと、鉛過剰層25内にて発生した電子eとは、互いに補償し合って空間電荷を発生させる。この空間電荷による電界によって、X線光導電膜5のバンドギャップ状態が、図6に示すように変化する。すなわち、画素電極13近傍の導電帯のエネルギレベル44の傾斜が少なくなるとともに、バイアス電極層6近傍の荷電子帯のエネルギレベル45の傾斜も少なくなる。この結果、画素電極13およびバイアス電極層6それぞれの近傍の電界強度が下がり、これら画素電極13およびバイアス電極層6からX線光導電膜5内に漏れ出た電子eと正孔hとが電界によって加速されることが少なくなるから、暗電流の発生を低減できる。
As a result, the holes h generated in the
したがって、X線検出器1のX線光導電膜5内の導電型の制御が容易にできるので、このX線検出器1でのX線画像信号の品質を劣化させる暗電流の発生を低減できる。よって、X線光導電膜5の感度を向上できるとともに、不要な新合成分を除去できるから、X線検出器1を高性能にできる。
Therefore, since the conductivity type in the X-ray photoconductive film 5 of the
次に、本発明のX線検出器の製造装置の第2の実施の形態について図7を参照して説明する。 Next, a second embodiment of the X-ray detector manufacturing apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.
この図7に示すX線検出器の製造装置は析出装置51である。この析出装置51は、X線検出器1のX線光導電膜5として使用する材料が重金属沃化物であり、この重金属沃化物の性質を利用したものである。すなわち、重金属沃化物は、塩の仲間であり、水や有機溶媒に対して一定の溶解度を示す性質を有している。
The X-ray detector manufacturing apparatus shown in FIG. In this
そして、この析出装置51は、有底角柱状の析出容器52を備えている。この析出容器52の内部には、ヨウ化鉛水溶液Wが充填されて貯留されている。さらに、この析出容器52内の底部には、原料粉末としてのヨウ化鉛粉末Pが、この析出容器52内のヨウ化鉛水溶液W中に沈んでいる。また、析出容器52の下部には、この析出容器52内のヨウ化鉛水溶液Wを加熱する加熱装置53が取り付けられている。さらに、この析出容器52内のヨウ化鉛水溶液W内に挿入されて浸されるTFT回路基板3の裏面には、このTFT回路基板3を冷却する冷却装置54が取り付けられている。
The
次に、上記第2の実施の形態のX線検出器の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the X-ray detector according to the second embodiment will be described.
まず、第1の実施の形態と同様の方法でTFT回路基板3を製造してから、このTFT回路基板3の表面にヨウ素薄膜層22と、最終的な膜厚よりも薄いX線光導電膜5とのそれぞれを形成する。
First, after manufacturing the
この後、このTFT回路基板3の裏面に冷却装置54を取り付けてから、このTFT回路基板3の表面を析出容器52の開口側に向けた状態で、このTFT回路基板3を析出容器52内に満たしたヨウ化鉛水溶液W中に浸す。この状態で、加熱装置53にて析出容器32内のヨウ化鉛水溶液Wを加熱する。
Thereafter, the
このとき、このヨウ化鉛水溶液Wにおけるヨウ化鉛飽和濃度が上昇することにより、このヨウ化鉛水溶液W中に沈めたヨウ化鉛粉末Pの一部がヨウ化鉛水溶液Wに溶け出す。 At this time, as the lead iodide saturation concentration in the lead iodide aqueous solution W increases, a part of the lead iodide powder P submerged in the lead iodide aqueous solution W dissolves in the lead iodide aqueous solution W.
この結果、ヨウ化鉛水溶液Wの水温上昇によって新たにヨウ化鉛が溶け込んだヨウ化鉛水溶液Wが、熱対流や拡散によって、このヨウ化鉛水溶液Wの上部へと運ばれてTFT回路基板3の表面に形成したX線光導電膜5に到達する。
As a result, the lead iodide aqueous solution W in which lead iodide is newly dissolved by the rise in the water temperature of the lead iodide aqueous solution W is carried to the upper portion of the lead iodide aqueous solution W by thermal convection and diffusion, and the
このとき、このTFT回路基板3は冷却装置54によって冷却されて低温に保たれているので、このTFT回路基板3に接したヨウ化鉛水溶液Wもまた冷却される。したがって、このヨウ化鉛水溶液W中のヨウ化鉛飽和濃度が水温の変化によって下がるから、このヨウ化鉛水溶液W中のヨウ化鉛濃度が過飽和状態となって、ヨウ化鉛結晶としてX線光導電膜5の表面に析出する。
At this time, since the
すなわち、このTFT回路基板3の表面にはX線光導電膜5として予めヨウ化鉛の薄膜が形成されているので、ヨウ化鉛水溶液W中で過飽和状態になったヨウ化鉛成分は優先的にTFT回路基板3上のヨウ化鉛の薄膜を結晶核として結晶成長する。
That is, since a thin film of lead iodide is formed in advance as the X-ray photoconductive film 5 on the surface of the
この後、ヨウ化鉛結晶が析出して温度が低下したヨウ化鉛水溶液Wは、熱対流や拡散によって析出容器52の下部へと運ばれて、再度加熱されてヨウ化鉛粉末Pから新たなヨウ化鉛成分を溶かし込むことにより、TFT回路基板3の表面に連続してヨウ化鉛結晶を析出できる。
Thereafter, the lead iodide aqueous solution W in which the temperature of the lead iodide crystal is lowered due to the precipitation of lead iodide crystals is transported to the lower portion of the
この結果、上記第2の実施の形態のX線検出器の製造方法では、製造速度が遅いが、上記第1の実施の形態の真空蒸着装置31にてX線光導電膜5のすべてを形成する場合に比べ、材料の利用効率を向上できるから、高価な材料を効率良く利用できる。
As a result, in the X-ray detector manufacturing method of the second embodiment, the manufacturing speed is slow, but all of the X-ray photoconductive film 5 is formed by the vacuum
なお、図8に示す第3の実施の形態のように、加熱したヨウ化鉛水溶液Wを強制的に析出容器52の下部に開口した供給口55から供給して、TFT回路基板3の表面に供給されるヨウ化鉛成分の量を増加させれば、X線光導電膜5の製造時間を短縮できる。また、上記第2および第3の実施の形態に示すX線検出器の製造方法は、他のX線光導電膜5の材料、例えばヨウ化水銀(HgI2)、ヨウ化インジウム(InI)およびヨウ化ビスマス(BiI3)などの重金属ヨウ化物でも溶媒の種類と温度を変更することによって十分に、これら材料によるX線光導電膜5を製造できる。
Note that, as in the third embodiment shown in FIG. 8, the heated lead iodide aqueous solution W is forcibly supplied from the
また、上記各実施の形態では、X線光導電膜5にヨウ化鉛を用い、このX線光導電膜5の上下に鉛薄膜層24とヨウ素薄膜層22とを設けた最良の組み合わせについて説明したが、これらヨウ素過剰層23と鉛過剰層25とを上下逆転させても同様の作用効果を奏することができる。また、これらヨウ素過剰層23と鉛過剰層25のどちらか一方のみを形成した場合でも、ある程度の効果を期待できる。
In each of the above embodiments, the best combination in which lead iodide is used for the X-ray photoconductive film 5 and the lead thin film layer 24 and the iodine thin film layer 22 are provided above and below the X-ray photoconductive film 5 will be described. However, even if the
さらに、X線光導電膜5の材料として、ヨウ化水銀(HgI2)、ヨウ化インジウム(InI)およびヨウ化ビスマス(BiI3)などの重金属ヨウ化物を主成分として含有させても、陽イオンの原子が変わるだけであり、鉛薄膜層24を重金属ヨウ化物中の金属元素の薄膜層、すなわち水銀(Hg)薄膜層、ビスマス(Bi)薄膜層、インジウム(In)薄膜層のそれぞれ変更することにより同様の作用効果を奏することができる。 Further, as a material of the X-ray photoconductive film 5, even if heavy metal iodide such as mercury iodide (HgI 2 ), indium iodide (InI) and bismuth iodide (BiI 3 ) is contained as a main component, the cation The lead thin film layer 24 is changed to a metal element thin film layer in heavy metal iodide, that is, a mercury (Hg) thin film layer, a bismuth (Bi) thin film layer, and an indium (In) thin film layer, respectively. Thus, similar effects can be achieved.
また、X線を検出するX線検出器1について説明したが、例えばγ線などのX線以外の各種の放射線を検出する放射線検出器であっても対応させて用いることができる。さらに、TFT回路基板3の保持基板11上に、薄膜トランジスタ14および画素電極13が形成された画素2を二次元的にマトリクス状に形成したが、これら画素2を保持基板11上に一次元的に設けてもよい。
Moreover, although the
1 放射線検出器としてのX線検出器
3 回路基板としてのTFT回路基板
5 放射線光導電層としてのX線光導電膜
6 電極層としてのバイアス電極層
13 画素電極
22 第1薄膜層としてのヨウ素薄膜層
24 第2薄膜層としての金属元素薄膜層である鉛薄膜層
DESCRIPTION OF
13 Pixel electrode
22 Iodine thin film layer as the first thin film layer
24 Lead thin film layer as metal element thin film layer as second thin film layer
Claims (7)
この回路基板の前記画素電極上に設けられ入射する放射線を電気信号に変換し金属ヨウ化物を含有する放射線光導電層と、
この放射線光導電層上に前記画素電極に対向して設けられた電極層と、
前記放射線光導電層と前記電極層および前記画素電極のいずれかとの間に設けられたヨウ素薄膜層と
を具備したことを特徴とした放射線検出器。 A circuit board with pixel electrodes;
A radiation photoconductive layer provided on the pixel electrode of the circuit board for converting incident radiation into an electrical signal and containing metal iodide;
An electrode layer provided on the radiation photoconductive layer so as to face the pixel electrode;
A radiation detector comprising: the radiation photoconductive layer; and an iodine thin film layer provided between one of the electrode layer and the pixel electrode.
この回路基板の前記画素電極上に設けられ入射する放射線を電気信号に変換し金属ヨウ化物を含有する放射線光導電層と、
この放射線光導電層上に前記画素電極に対向して設けられた電極層と、
前記放射線光導電層と前記電極層および前記画素電極のいずれかとの間に設けられ前記金属ヨウ化物中の金属元素薄膜層と
を具備したことを特徴とした放射線検出器。 A circuit board with pixel electrodes;
A radiation photoconductive layer provided on the pixel electrode of the circuit board for converting incident radiation into an electrical signal and containing metal iodide;
An electrode layer provided on the radiation photoconductive layer so as to face the pixel electrode;
A radiation detector comprising: the radiation photoconductive layer; and the metal element thin film layer in the metal iodide provided between any one of the electrode layer and the pixel electrode.
ことを特徴とした請求項2記載の放射線検出器。 The metal element thin film layer contains any one of lead (Pb), mercury (Hg), indium (In), and bismuth (Bi) as a metal element in the metal iodide. Radiation detector.
ことを特徴とした請求項1ないし3いずれか記載の放射線検出器。 The radiation photoconductive layer contains any one of lead iodide (PbI 2 ), mercury iodide (HgI 2 ), indium iodide (InI) and bismuth iodide (BiI 3 ) as a metal iodide. The radiation detector according to claim 1.
この回路基板の前記画素電極上に設けられ入射する放射線を電気信号に変換し金属ヨウ化物を含有する放射線光導電層と、
この放射線光導電層上に前記画素電極に対向して設けられた電極層と、
この電極層と前記放射線光導電層との間に設けられ前記金属ヨウ化物中の金属元素およびヨウ素のいずれか一方を含有する第1薄膜層と、
前記放射線光導電層と前記複数の画素電極との間に設けられ前記金属元素およびヨウ素のいずれか他方を含有する第2薄膜層と、
を具備したことを特徴とした放射線検出器。 A circuit board with pixel electrodes;
A radiation photoconductive layer provided on the pixel electrode of the circuit board for converting incident radiation into an electrical signal and containing metal iodide;
An electrode layer provided on the radiation photoconductive layer so as to face the pixel electrode;
A first thin film layer provided between the electrode layer and the radiation photoconductive layer and containing any one of a metal element and iodine in the metal iodide;
A second thin film layer provided between the radiation photoconductive layer and the plurality of pixel electrodes and containing either the metal element or iodine;
The radiation detector characterized by comprising.
ことを特徴とした請求項5記載の放射線検出器。 The radiation photoconductive layer contains any one of lead iodide (PbI 2 ), mercury iodide (HgI 2 ), indium iodide (InI) and bismuth iodide (BiI 3 ) as a metal iodide. The radiation detector according to claim 5.
ことを特徴とした請求項5または6記載の放射線検出器。 Either one of the first thin film layer and the second thin film layer contains one of lead (Pb), mercury (Hg), indium (In), and bismuth (Bi) as a metal element in the metal iodide. The radiation detector according to claim 5 or 6.
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CN110611015A (en) * | 2019-09-20 | 2019-12-24 | 南京大学 | Preparation method and application of two-dimensional lead iodide sheet |
-
2004
- 2004-03-17 JP JP2004077225A patent/JP2005268452A/en not_active Withdrawn
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CN110611015B (en) * | 2019-09-20 | 2021-04-27 | 南京大学 | Preparation method and application of two-dimensional lead iodide sheet |
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