JP2006054232A - X線検出器およびその製造方法 - Google Patents
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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
【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(PbI2)や沃化水銀(HgI2)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(SiO2)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(PbI2)を用いた場合、沃化鉛(PbI2)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(PbI2)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(PbI2)、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。
1 X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
4 X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
3 回路基板としてのアクティブマトリクス基板
4 X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 (4)
- 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。
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---|---|---|---|
JP2004233022A JP2006054232A (ja) | 2004-08-10 | 2004-08-10 | X線検出器およびその製造方法 |
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---|---|
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009105201A (ja) * | 2007-10-23 | 2009-05-14 | Fujifilm Corp | 画像検出器 |
JP2013012715A (ja) * | 2011-05-31 | 2013-01-17 | Canon Inc | 検出装置の製造方法、その検出装置及び検出システム |
JP2015087195A (ja) * | 2013-10-30 | 2015-05-07 | 株式会社日立製作所 | X線透過像撮像装置 |
-
2004
- 2004-08-10 JP JP2004233022A patent/JP2006054232A/ja not_active Withdrawn
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