JP2006054232A

JP2006054232A - Ｘ線検出器およびその製造方法

Info

Publication number: JP2006054232A
Application number: JP2004233022A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Horiuchi; 弘堀内; Hiroyuki Aida; 博之會田
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electron Tubes and Devices Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Priority date: 2004-08-10
Filing date: 2004-08-10
Publication date: 2006-02-23

Abstract

【課題】Ｘ線を電気信号に変換するＸ線光導電層４の均一性および成膜性を改善できるＸ線検出器１を提供する。
【解決手段】アクティブマトリクス基板３の画素電極９が設けられた表面に、その表面を平坦化する平坦化層28，29を形成する。平坦化層28，29上にＸ線光導電層４を形成し、Ｘ線光導電層４上にバイアス電極層５を形成する。画素電極９上に設ける平坦化層28は、導電性材料とする。平坦化層28，29上に設けるＸ線光導電層４の均一性および成膜性を改善し、解像度特性などを向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、画素電極およびＸ線光導電層を備えたＸ線検出器およびその製造方法に関する。

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注目を集めている。この平面検出器では、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。

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、透視線量下において毎秒３０フレーム、すなわち３０Frame/sec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。

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、Ｘ線をａ−Ｓｅなどの光導電膜により直接電荷信号に変換し、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。これに対し、間接方式は、シンチレ−タ層によりＸ線を受けて一旦可視光に変換し、この可視光をａ−ＳｉフォトダイオードやＣＣＤにより信号電荷に変換して、この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。

さらに、直接方式のＸ線検出器としては、支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、スイッチング素子および画素電極のそれぞれが設けられたアクティブマトリクス基板を備えており、このアクティブマトリクス基板上に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。)。
特開２００３−２０９２３８号公報（第３−６頁、図１−２）

そして、直接方式のＸ線検出器においては、Ｘ線光導電層の特性、すなわち入射したＸ線の強度に対する出力信号の強度、言い換えると入射Ｘ線を信号電荷として出力可能な変換効率が重要となる。したがって、入射したＸ線の強度に対する出力信号強度を向上させるために、例えば沃化鉛(ＰｂＩ_２)や沃化水銀(ＨｇＩ_２)などの金属沃化物または金属ハロゲン化合物系の高感度光導電材料がＸ線光導電層に用いられている。

また、Ｘ線光導電層は、一般に、真空蒸着法およびスパッタリング法などにより、アクティブマトリックス基板上に一様に形成されている。

ところで、真空蒸着法およびスパッタリング法などによる成膜工程においては、被成膜基板の表面状態に成膜性が影響される傾向が強い。アクティブマトリックス基板は、構造上、各電極パターン、スルーホール、絶縁層などの影響から、基板表面に微小な凹凸が形成された構造となるため、Ｘ線光導電層の形成に真空蒸着法およびスパッタリング法などを用いた場合、アクティブマトリックス基板の表面の凹凸により、Ｘ線光導電層の均一性および成膜性が損なわれ、解像度特性などが劣化してしまう問題がある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、Ｘ線光導電層の均一性および成膜性を改善できるＸ線検出器およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、複数の画素電極を備えた回路基板と、この回路基板の画素電極が設けられた表面に設けられその表面を平坦化する平坦化層と、この平坦化層上に設けられＸ線を電気信号に変換するＸ線光導電層と、このＸ線光導電層上に設けられた電極層とを具備しているものである。

そして、回路基板の画素電極が設けられた表面にその表面を平坦化する平坦化層を形成し、この平坦化層上にＸ線を電気信号に変換するＸ線光導電層を形成し、このＸ線光導電層上に電極層を形成する。回路基板の画素電極が設けられた表面に平坦化層その表面を平坦化する平坦化層を設けたので、この平坦化層上に設けられるＸ線光導電層の均一性および成膜性が改善され、解像度特性などが向上する。

本発明によれば、回路基板の画素電極が設けられた表面にその表面を平坦化する平坦化層を設けたので、この平坦化層上に設けられるＸ線光導電層の均一性および成膜性を改善でき、解像度特性などを向上できる。

以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。

図１および図２において、１は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１に示すように、マトリクス状に配列された複数の画素２を有する回路基板としての光電変換基板であるアクティブマトリクス基板３を備えている。

このアクティブマトリクス基板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Ｘ線光導電層４が積層されて形成されている。このＸ線光導電層４は、アクティブマトリクス基板３の表面に接しており、このアクティブマトリクス基板３上に直接形成されている。さらに、このＸ線光導電層４の一主面である表面上には、電極層としてのバイアス電極層５が積層されて形成されている。

そして、アクティブマトリクス基板３は、矩形平板状の透光性を有するガラスなどにて形成された絶縁基板としての支持基板６を備えている。この支持基板６の一主面である表面上には、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)７と、電荷蓄積用キャパシタ８と、画素電極９とのそれぞれが各画素２毎に複数形成されている。そして、図２に示すように、これら薄膜トランジスタ７、電荷蓄積用キャパシタ８および画素電極９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。

支持基板６上には、この支持基板６の行方向に沿った複数の制御ラインとしての制御電極11が配線されている。これら複数の制御電極11は、支持基板６上の各画素２間に位置し、この支持基板６の列方向に離間されて設けられている。これら制御電極11には、薄膜トランジスタ７のゲ−ト電極12が電気的に接続されている。

さらに、支持基板６上には、この支持基板６の列方向に沿った複数の読出電極13が配線されている。これら複数の読出電極13は、支持基板６上の各画素２間に位置し、この支持基板６の行方向に離間されて設けられている。そして、これら複数の読出電極13には、薄膜トランジスタ７のソース電極14が電気的に接続されている。また、この薄膜トランジスタ７のドレイン電極15は、電荷蓄積用キャパシタ８および画素電極９のそれぞれに電気的に接続されている。

ここで、図１に示すように、この薄膜トランジスタ７のゲート電極12は、支持基板６上に島状に形成されている。そして、このゲート電極12を含む支持基板６上には、絶縁膜21が積層されて形成されている。この絶縁膜21は、各ゲート電極12を覆っている。また、この絶縁膜21上には、島状の複数の半絶縁膜22が積層されて形成されている。これら半絶縁膜22は、半導体にて構成されており、薄膜トランジスタ７のチャネル領域として機能する。そして、これら各半絶縁膜22は、各ゲート電極12に対向して配設されており、これら各ゲート電極12を覆っている。すなわち、これら各半絶縁膜22は、各ゲート電極12上に絶縁膜21を介して設けられている。

さらに、この半絶縁膜22を含む絶縁膜21上には、島状のソース電極14およびドレイン電極15がそれぞれ形成されている。これらソース電極14およびドレイン電極15は、互いに絶縁され電気的に接続されていない。また、これらソース電極14およびドレイン電極15は、ゲート電極12上の両側に設けられており、これらソース電極14およびドレイン電極15の一端部が半絶縁膜22上に積層されている。

そして、各薄膜トランジスタ７のゲート電極12は、図２に示すように、同じ行に位置する他の薄膜トランジスタ７のゲート電極12とともに共通の制御電極11に電気的に接続されている。さらに、これら各薄膜トランジスタ７のソース電極14は、同じ列に位置する他の薄膜トランジスタ７のソース電極14とともに共通の読出電極13に電気的に接続されている。

一方、電荷蓄積用キャパシタ８は、支持基板６上に形成された島状の下部電極23を備えている。この下部電極23を含む支持基板６上には絶縁膜21が積層されて形成されている。この絶縁膜21は、各薄膜トランジスタ７のゲート電極12上から各下部電極23上まで延長している。さらに、この絶縁膜21上には、島状の上部電極24が積層されて形成されている。この上部電極24は、下部電極23に対向して配設されており、これら各下部電極23を覆っている。すなわち、これら各上部電極24は、各下部電極23上に絶縁膜21を介して設けられている。そして、この上部電極24を含む絶縁膜21上にはドレイン電極15が積層されて形成されている。このドレイン電極15は、他端部が上部電極24上に積層されて、この上部電極24に電気的に接続されている。

さらに、各薄膜トランジスタ７の半絶縁膜22、ソース電極14およびドレイン電極15と、各電荷蓄積用キャパシタ８の上部電極24とのそれぞれを含む絶縁膜21上には、絶縁層25が積層されて形成されている。この絶縁層25は、酸化珪素(ＳｉＯ_２)などにて形成されており、各画素電極９を取り囲むように形成されている。

この絶縁層25の一部には、薄膜トランジスタ７のドレイン電極15に連通したコンタクトホールとしてのスルーホール26が開口形成されている。このスルーホール26を含む絶縁層25上には、島状の画素電極９が積層されて形成されている。この画素電極９は、スルーホール26にて絶縁層25を介して薄膜トランジスタ７のドレイン電極15に電気的に接続されている。

これら画素電極９および絶縁層25上には、アクティブマトリクス基板３上の凹凸を平坦化する平坦化層28，29が積層されて形成されている。画素電極９上に形成される平坦化層28と絶縁層25上に形成される平坦化層29とで分割形成され、少なくとも画素電極９上に形成される平坦化層28は導電性材料で形成されている。これら平坦化層28，29は、フォトエッチングプロセスを含む化学的もしくは物理的エッチング、化学的もしくは物理的研磨、スクリーン印刷もしくはインクジェット印刷を含む印刷法などにより形成されている。

また、Ｘ線光導電層４上には、バイアス電極層５が積層されて形成されている。このバイアス電極層５は、各画素電極９に対向して設けられており、Ｘ線光導電層４上の全面に面一に形成されている。そして、このバイアス電極層５には、このバイアス電極層５に電圧を印加させて、このバイアス電極層５に印加電界を生じさせる電源部32の正極側が電気的に接続されている。また、この電源部32の負極側は接地されている。

このバイアス電極層５上には、絶縁層33が積層されて形成されている。さらに、この絶縁層33上には、画素２間を遮蔽する格子状のＸ線グリッド34が形成されている。このＸ線グリッド34は、Ｘ線光導電層４へと入射して散乱したＸ線による解像度特性の劣化を防止する。

次に、本実施の形態の作用について説明する。

まず、Ｘ線検出器１のＸ線光導電層４へと入射した入射Ｘ線Ｌは、このＸ線光導電層４にて励起されて光導電電荷ｅとなる。

この光導電電荷ｅは、バイアス電極層５による印加電界によって各画素電極９へと移動する。

この後、これら各画素電極９へと移動して流入した光導電電荷ｅは、これら各画素電極９に接続された薄膜トランジスタ７のゲート電極12が駆動状態となるまで、これら各画素電極９に接続された電荷蓄積用キャパシタ８へと移動して保持されて蓄積される。

このとき、制御電極11の１つを駆動状態にすると、この駆動状態となった制御電極11に接続された１行の薄膜トランジスタ７が駆動状態となる。

そして、この駆動状態となったそれぞれの薄膜トランジスタ７に接続された電荷蓄積用キャパシタ８に蓄積された光導電電荷ｅが読出電極13へと出力される。

この結果、Ｘ線画像の特定の行の画素２に対応する信号が出力されるため、制御電極11の駆動制御によって、全てのＸ線画像の画素２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り、直接方式のＸ線検出器１が形成される。

次に、平坦化層28，29の製造方法について説明する。

図３に示すように、支持基板６上の各画素２に薄膜トランジスタ７、電荷蓄積用キャパシタ８および画素電極９がそれぞれ形成されたアクティブマトリクス基板３の表面には、絶縁層25のスルーホール26や画素電極９などの影響から凹凸を有する。

図４に示すように、各画素電極９上に導電性材料の平坦化層28を例えばスクリーン印刷やインクジェット印刷を含む印刷法などにより形成する。

図５に示すように、平坦化層28以外の部分、つまり平坦化層28の間の絶縁層25上に平坦化層29を例えばスクリーン印刷やインクジェット印刷を含む印刷法などにより形成する。

図６に示すように、例えば、フォトエッチングプロセスを含む化学的もしくは物理的エッチング、化学的もしくは物理的研磨により、平坦化層28，29の表面を平坦化処理する。

このように、アクティブマトリクス基板３の画素電極９などが設けられた表面にその表面を平坦化する平坦化層28，29を設けたことにより、この平坦化層28，29上に設けられるＸ線光導電層４の均一性および成膜性を改善でき、解像度特性を向上できる。

また、画素電極９上の平坦化層28を導電性材料で形成することにより、Ｘ線光導電層４にて励起された光導電電荷ｅを、バイアス電極層５による印加電界によって画素電極９へ移動させて流入させることができる。

また、Ｘ線光導電層４は、特性上、真性半導体と同様の挙動を示すため、Ｘ線光導電層４の材料の仕事係数をφｍ、画素電極９上の平坦化層28の材料の仕事関数をφｓとしたとき、φｍ＞φｓの関係が成立する場合には、電源部32からバイアス電極層５に印加するバイアス電極の印加電界方向を一方向（バイアス電極層５側：−、画素電極９側：＋）とすることにより、ショットキー効果と同様の整流効果が得られる。また、φｍ＜φｓの関係が成立する場合、電源部32からバイアス電極層５に印加するバイアス電極の印加電界方向を＋方向（バイアス電極層５側：＋、画素電極９側：−）としたときに、ショットキー効果と同様の整流効果が得られる。このショットキー効果と同様の整流効果により、Ｘ線光導電層４の暗電流特性および残像特性も改善できる。さらに、ショットキー効果と同様の整流効果は、画素電極９上の平坦化層28とＸ線光導電層４との間だけでなく、Ｘ線光導電層４とバイアス電極層５との間においても同様の効果が得られる。

例えば、Ｘ線光導電層４に高感度光導電材料である沃化鉛(ＰｂＩ_２)を用いた場合、沃化鉛(ＰｂＩ_２)の価電子帯のエネルギー順位が３．４ｅＶ、伝導体のエネルギー順位が５．８ｅＶであるため、沃化鉛(ＰｂＩ_２)の仕事関数(フェルミ順位)は、４．６ｅＶとなる。電源部32からバイアス電極層５に印加するバイアス電極の印加電界方向を一方向（バイアス電極層５側：−、画素電極９側：＋）とした場合、画素電極９上の平坦化層28の材料に仕事関数が４．６ｅＶ以下の材料を選択することにより、ショットキー効果と同様の整流効果が得られる。その該当材料には、腐食に強い、Ｔｉ、Ｖ、Ａｇ、Ｔａ、Ｐｂ、Ｂｉなどが挙げられる。また、電源部32からバイアス電極層５に印加するバイアス電極の印加電界方向を＋方向（バイアス電極層５側：＋、画素電極９側：−）とした場合、画素電極９上の平坦化層28の材料に仕事関数が４．６ｅＶ以上の材料を選択することにより、ショットキー効果と同様の整流効果が得られる。その該当材料には、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕなどが挙げられる。

そのため、Ｘ線光導電層４に高感度光導電材料である沃化鉛(ＰｂＩ_２)、Ｘ線光導電層４の形成方法に真空蒸着法、画素電極９以外の平坦化層29に例えばアクリル樹脂などの絶縁性の有機材料、画素電極９上の平坦化層28にＰｂを含有させた有機材料、平坦化層28，29の形成方法にスクリーン印刷もしくはインクジェット印刷を含む印刷法とＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）装置による研磨、電源部32からバイアス電極層５に印加するバイアス電極の印加電界方向を一方向（バイアス電極層５側：−、画素電極９側：＋）としたＸ線検出器１の場合、ショットキー効果と同様の整流効果が得られ、かつ平坦化層28，29の影響により、Ｘ線光導電層４の均一化と成膜性の改善が得られるため、解像度特性、暗電流特性、残像特性を含む特性を改善できる。

なお、アクティブマトリクス基板３の支持基板６上に、薄膜トランジスタ７および画素電極９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を支持基板６上に一次元的に設けてもよい。

本発明の一実施の形態を示すＸ線検出器の断面図である。同上Ｘ線検出器を模式的に示す正面図である。同上Ｘ線検出器の製造プロセスを示す断面図である。同上図３に続くＸ線検出器の製造プロセスを示す断面図である。同上図４に続くＸ線検出器の製造プロセスを示す断面図である。同上図５に続くＸ線検出器の製造プロセスを示す断面図である。

符号の説明

１Ｘ線検出器
３回路基板としてのアクティブマトリクス基板
４Ｘ線光導電層
５電極層としてのバイアス電極層
９画素電極
28，29 平坦化層

Claims

複数の画素電極を備えた回路基板と、
この回路基板の画素電極が設けられた表面に設けられその表面を平坦化する平坦化層と、
この平坦化層上に設けられＸ線を電気信号に変換するＸ線光導電層と、
このＸ線光導電層上に設けられた電極層と
を具備していることを特徴とするＸ線検出器。
少なくとも画素電極上に設けられる平坦化層は、導電性材料で形成されている
ことを特徴とする請求項１記載のＸ線検出器。
複数の画素電極を備えた回路基板を形成し、
この回路基板の画素電極が設けられた表面にその表面を平坦化する平坦化層を形成し、
この平坦化層上にＸ線を電気信号に変換するＸ線光導電層を形成し、
このＸ線光導電層上に電極層を形成する
ことを特徴とするＸ線検出器の製造方法。
回路基板の画素電極が設けられた表面にその表面を平坦化する平坦化層を形成する工程において、少なくとも画素電極上には導電性材料で平坦化層を形成する
ことを特徴とする請求項３記載のＸ線検出器の製造方法。