JP2006080206A - 放射線検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】寿命の長いＸ線検出器を提供する。
【解決手段】ヨウ化鉛を用いたＸ線光導電膜５の表面に、鉛を用いたバイアス電極層６を形成する。バイアス電極層６の鉛が腐食した場合、Ｘ線光導電膜５内のヨウ化鉛が分解され、乖離したヨウ素原子とバイアス電極層６中の鉛原子とが化合してヨウ化鉛となる。反応前後での物質の変化が無いからエネルギ状態に変化が無く、腐食反応は極めて起こりにくい。バイアス電極層６中の元素がＸ線光導電膜５中に微量に拡散しても、Ｘ線光導電膜５のヨウ化鉛中にバイアス電極層６の鉛が拡散するに過ぎない。不純物として悪影響を及ぼさず、Ｘ線検出器１の性能が低下しない。
【選択図】図１

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。

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。

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。

そして、この種の平面検出器としては、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Ｘ線光導電体層によって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。

さらに、この直接方式の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。）。

一方、間接方式のＸ線検出器は、シンチレータ層により入射Ｘ線を受けて、一旦可視光に変換してから、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電荷蓄積用キャパシタに導かせている。

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線光導電体層として半導体の一種であるＸ線光導電材料が用いられる。そして、このＸ線検出器は、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。

このとき、直接方式のＸ線検出器を実現しようとした場合には、このＸ線検出器のＸ線光導電体層以上の大きさを有するＴＦＴ回路基板上に、このＸ線光導電体層を均一に形成しなければならない。また、この直接方式のＸ線検出器にて入射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有する材料を用いても数百μｍの厚みのＸ線光導電体層が必要である。

つまり、このＸ線光導電体層に用いられているＸ線光導電材料は、半導体の一種であるので、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。そこで、直接方式のＸ線検出器を実現するためには、ＴＦＴ回路基板上にＸ線光導電材料を直接形成する必要がある。

また、直接方式のＸ線検出器の場合、この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。このため、Ｘ線光導電体層上に直接接触して形成される画素電極には、アルミニウムやＩＴＯなどが用いられ、この画素電極を取り囲むように、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）の絶縁膜がＸ線光導電体層に接触させた構造となっている。

なお、上記直接方式のＸ線検出器においては、ＴＦＴ回路基板上にＸ線光導電体層が形成されている。このとき、通常数百μｍにもなるＸ線光導電体層を形成するために真空蒸着法が用いられ、Ｘ線を効率良く電荷信号に変換する特性を有するヨウ化鉛（ＰｂＩ_２）やヨウ化水銀（ＨｇＩ_２）、ヨウ化ビスマス（ＢｉＩ_３）、ヨウ化インジウム（ＩｎＩ）、臭化タリウム（ＴｌＢｒ）などのＸ線光導電物質を膜状に形成してＸ線光導電体層とされている。さらに、このＸ線光導電体層上に、このＸ線光導電体層に対して電荷を補強する上部電極としてのバイアス電極層が形成されている。
特開平１０−１０２３７号公報（第４−６頁、図１および図２）

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、シリコンやゲルマニウムなどの通常の半導体とは異なり、イオンとしての性質が結晶中に強く働いている。そのため、シリコンやゲルマニウムなどの通常の半導体では容易な導電性の制御、例えばＮ型導電性あるいはＰ型導電性が容易ではない。

また、入射Ｘ線が微弱なエネルギであるため、この入射Ｘ線を検出するＸ線光導電体層としては、高感度で低ノイズであることが極めて重要な性能とされている。しかしながら、一般的な低ノイズの半導体を実現する手法であるＰＮ接合が容易ではないから、これら重金属ハロゲン化物を用いたＸ線検出器を実用化することは容易でない。さらに、重金属ハロゲン化物の多くは腐食性が非常に強く、これら重金属ハロゲン化物を電極として用いた場合には、これら電極が腐食しやすくＸ線検出器としての性能が大きく損なわれるので、このＸ線検出器の寿命が短いという問題を有している。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、寿命の長い放射線検出器を提供することを目的とする。

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を具備した放射線検出器であって、前記放射線光導電層は、ヨウ化金属あるいは臭化金属を含有し、前記画素電極あるいは電極層は、前記放射線光導電層に含有されているヨウ化金属あるいは臭化金属中の金属元素成分と同じ元素を含有したものである。

そして、ヨウ化金属あるいは臭化金属のいずれかを含有する放射線光導電層とする。また、この放射線光導電層に含有されているヨウ化金属あるいは臭化金属中の金属元素成分と同じ元素を含有する電極層あるいは画素電極とした。この結果、これら電極層あるいは画素電極が腐食した場合であっても、放射線光導電層内のヨウ化金属あるいは臭化金属が分解され、この分解されたヨウ化金属あるいは臭化金属と腐食した電極層あるいは画素電極とによって同様のヨウ化金属あるいは臭化金属が化合されるので、これら放射線光導電層と電極層あるいは画素電極との間での腐食が起こり難くなるから、放射線検出器の寿命が長くなる。

本発明によれば、電極層あるいは画素電極が腐食しても、放射線光導電層内のヨウ化金属あるいは臭化金属が分解され、この分解されたヨウ化金属あるいは臭化金属と腐食した電極層あるいは画素電極とによって同様のヨウ化金属あるいは臭化金属が化合されるので、これら放射線光導電層と電極層あるいは画素電極との間での腐食を起こり難くできるから、放射線検出器の寿命を長くできる。

以下、本発明の放射線検出器の一実施の形態の構成を図面を参照して説明する。

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。

そして、このＴＦＴ回路基板３の一主面である表面上には、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、図示しない被写体を透過し外部から入射する放射線としてのＸ線Ｌを電気信号に変換する。そして、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上に直接接触されて形成されている。

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、ヨウ化金属であるヨウ化鉛（ＰｂＩ_２）を主成分として含有した材料が用いられて構成されている。具体的に、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の一種である半導体的な性質を有するＸ線光導電物質、例えばヨウ化鉛を厚さ３００μｍほど真空蒸着させることによって形成されている。

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。このバイアス電極層６は、ＴＦＴ回路基板３上の各画素電極13に対向して設けられており、Ｘ線光導電膜５の表面全域に面一に形成されている。ここで、このバイアス電極層６は、Ｘ線光導電膜５に主成分として含有されているヨウ化鉛中の金属元素成分と同じ元素である鉛（Ｐｂ）を主成分として含有した材料が用いられて構成されている。具体的に、このバイアス電極層６は、実際には純粋な鉛にて構成されている。

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平面基板である保持基板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と下部電極としての画素電極13とが各画素２毎に形成されている。このとき、これら画素電極13は、島状に形成されており、保持基板11上のＴＦＴ回路層12上において各画素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。さらに、これら画素電極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。

ここで、これら画素電極13は、バイアス電極層６と同様に、Ｘ線光導電膜５に主成分として含有されているヨウ化鉛中の鉛を主成分として含有した材料が用いられて構成されている。すなわち、この画素電極13もまた、実際には純粋な鉛にて構成されている。

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に対応するように二次元的に複数配列されて構成されている。

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。

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。

次に、上記第一実施の形態のＸ線検出器の作用について説明する。

まず、Ｘ線検出器１のＸ線光導電膜５中に外部からＸ線Ｌ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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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って、外部にＸ線画像として出力できる。

次に、上記一実施の形態のＸ線検出器の製造装置について説明する。

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。

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化鉛蒸発源35が設置されている。このヨウ化鉛蒸発源35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。

ここで、このヨウ化鉛蒸発源35は、このヨウ化鉛蒸発源35を４００℃前後に加熱することで、このヨウ化鉛蒸発源35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、このチャンバ32内に設置させたＴＦＴ回路基板３の表面にヨウ化鉛を付着させて、このＴＦＴ回路基板３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。

次に、上記一実施の形態のＸ線検出器の製造方法について説明する。

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プロセスである製造工程を用いて製造する。

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。

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。

この状態で、ヨウ化鉛蒸発源35を４００℃前後に加熱して、このヨウ化鉛蒸発源35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。

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の表面に付着して、このＴＦＴ回路基板３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。

そして、このヨウ化鉛蒸発源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35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。

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。

上述したように、上記一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として用いられるヨウ化鉛（ＰｂＩ_２）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。

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。このＸ線光導電膜５での信号のＳＮ比の劣化は、Ｘ線光導電膜５と、このＸ線光導電膜５に接する画素電極13およびバイアス電極層６とのそれぞれの物理的性質である仕事関数の大小によって大きく変化する。

一方、従来から用いられている通常のＸ線検出器１のＸ線光導電膜５は、ヨウ化鉛（ＰｂＩ_２）やヨウ化水銀（ＨｇＩ_２）を代表とする重金属ハロゲン化物にて構成されている。ここで、これら重金属ハロゲン化物から構成されているＸ線光導電膜５は、結晶内部のイオン性が強く、通常では真性半導体としての性質を有している。さらに、これら重金属ハロゲン化物から構成されているＸ線光導電膜５は、強い腐食性を有しているから、このＸ線光導電膜５に接する画素電極13およびバイアス電極層６には耐腐食性の高い物質が使用されることが多い。

特に、バイアス電極層６は、Ｘ線光導電膜５および大気のそれぞれに接しているので、大気中の水分などによって腐食が進みやすい。したがって、このバイアス電極層６に耐腐食性の高い白金（Ｐｔ）などが使されることが多い。すなわち、一般的に耐腐食性の高い金属は、仕事関数が高いからである。そして、図６に示すように、バイアス電極層６とＸ線光導電膜５との仕事関数の差によって、バイアス電極層６に接するＸ線光導電膜５付近のバンドギャップが上方に大きく変形してしまう。

この場合、Ｘ線検出器１の内部にＸ線Ｌが入射した場合には、この入射Ｘ線ＬがＸ線光導電膜５の内部でエネルギを開放し、そのエネルギを得て電子ｅと正孔ｈとが発生する。

このとき、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、導電帯のエネルギレベル43まで引き上げられた後、バイアス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44まで引き下げられ、バイアス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。

すなわち、これら電子ｅと正孔ｈとは、バイアス電極層６と画素電極13との間に印加される印加電圧41にて形成されるバイアス電界によって電子ｅがバイアス電極層６側に向かって移動し、正孔ｈが画素電極13側に向かって移動する。

このとき、バイアス電極層６側へ向かう電子ｅは、このバイアス電極層６近傍に発生したバンドギャップの曲がりであるポケット部42に滞留し易い。したがって、これら電子ｅがバイアス電極層６近傍に発生したポケット部42に長時間滞留することによって、Ｘ線検出器１から出力されるＸ線画像信号に時間的な遅れが発生する。この時間的な遅れによって残像と呼ばれる現象が観測される。

ここで、この発生するＸ線画像の残像は、Ｘ線検出器１を用いて医療用Ｘ線画像を診断する上で大きな問題になる。すなわち、Ｘ線画像診断において、動きの激しい心臓の動画像撮影やカテーテル治療は重要な応用分野だからである。しかしながら、真性半導体としての性質が強くｐｎ制御による導電性の制御が困難な重金属ハロゲン化物半導体をＸ線光導電膜５に用いただけでは、通常のｐｎ接合による改善が難しいのが現状である。

そして、バイアス電極層６近傍に発生するバンドギャップの曲がり、すなわちこのバンドギャップの変形は、Ｘ線光導電膜５の仕事関数の値と、バイアス電極層６の仕事関数の値とによって大きく変化する。ここで、このＸ線光導電膜５を真性のヨウ化鉛にて構成した場合には、仕事関数が約４．７ｅＶとなる。これに対し、このＸ線光導電膜５を耐腐食性の高い白金にて構成した場合には、仕事関数が５．３ｅＶとなる。さらに、このＸ線光導電膜５を耐腐食性の高いパラジウム（Ｐｄ）にて構成した場合には、仕事関数が４．８ｅＶとなる。したがって、耐腐食性の高い白金やパラジウムにて構成したＸ線光導電膜５は、ヨウ化鉛にて構成したＸ線光導電膜５より仕事関数が大きい。このため、これら白金やパラジウムなどの耐腐食性の高い金属をバイアス電極層６として用いた場合には、図６に示すようなバンドギャップ構造となるから、電子ｅの滞留が発生してしまい、Ｘ線画像信号の残像を防止できない。

また、画素電極13とバイアス電極層６との間に印加される印加電圧41の極性を変更した場合には、電子ｅおよび正孔ｈそれぞれの進行方向が逆転し、バイアス電極層６付近での電子ｅの滞留が起こらないが、この場合にはバイアス電界によってＸ線光導電膜５中のハロゲン原子が画素電極13側に移動することによるＴＦＴ回路基板３内部へのダメージが心配される。このＴＦＴ回路基板３内部へのダメージを防止するには、画素電極13に耐腐食性の高い金属を用いる必要があるが、薄膜トランジスタ14を製造するプロセスにて製造される画素電極13の材料を変更することは、大きなコストが掛かってしまう。

上述のように、Ｘ線検出器１として大きな性能低下につながる残像を防止するには、バイアス電極層６の材質を仕事関数の低い金属に変更すれば良い。しかしながら、仕事関数が低い金属は、一般的に腐食しやすい。一例として、アルカリ金属は仕事関数が１．８ｅＶ〜２．３ｅＶ程度で、アルカリ土類金属は仕事関数が２．３ｅＶ〜３．６ｅＶ程度で、希土類金属は仕事関数が２．５ｅＶ〜３．３ｅＶであるから、仕事関数の値が低い。しかしながら、活性度が高くヨウ化鉛のようなハロゲン化物と接するとすぐに腐食してしまうためバイアス電極層６として用いることはできない。また、腐食性が高くても、バイアス電極層６はＸ線光導電膜５の表面に接した状態で用いられるため、このバイアス電極層６の成分がＸ線光導電膜５中に拡散する可能性がある。この場合、このバイアス電極層６に使用した元素が、Ｘ線光導電膜５の内部で不純物として作用してしまい、半導体としてのＸ線光導電膜５の性能を低下させてしまう。

この結果、一般的に腐食性の高さと仕事関数の高さに相関関係があるため、極限まで耐腐食性を低くした金属をバイアス電極層６に用いることで、残像の少ないＸ線画像が得られるＸ線検出器１にできる。このとき、このＸ線検出器１のＸ線光導電膜５を構成する化合物の金属元素成分と同じ元素で構成されたバイアス電極層６を用いるのが最良である。

よって、このＸ線検出器１のＸ線光導電膜５内部のバンドギャップ構造を制御できるから、結果として、Ｘ線画像信号の品質を劣化させる残像成分を低減でき、高品質のＸ線画像のＸ線検出器１が得られる。言い換えると、Ｘ線検出器１の重要な性能である低ノイズの画像を実現しつつ腐食を防止することで、寿命の長いＸ線検出器１を実現できる。

例えば、Ｘ線光導電膜５としてヨウ化鉛（ＰｂＩ_２）を用いた場合には、バイアス電極層６として鉛（Ｐｂ）を用いると良い。また、Ｘ線光導電膜５としてヨウ化水銀（ＨｇＩ_２）を用いた場合には、バイアス電極層６として水銀（Ｈｇ）を用いると良い。さらに、Ｘ線光導電膜５としてヨウ化ビスマス（ＢｉＩ_３）を用いた場合には、バイアス電極層６としてビスマス（Ｂｉ）を用いると良い。また、Ｘ線光導電膜５としてヨウ化インジウム（ＩｎＩ）を用いた場合には、バイアス電極層６としてインジウム（Ｉｎ）を用いると良い。さらに、Ｘ線光導電膜５として臭化金属である臭化タリウム（ＴｌＢｒ）を用いた場合には、バイアス電極層６としてタリウム（Ｔｌ）を用いると良い。

これらのうち、ヨウ化鉛を例として、ヨウ化鉛を用いたＸ線光導電膜５の表面に、鉛をバイアス電極層６として使用した場合を説明する。具体的に、バイアス電極層６の鉛が腐食したと仮定した場合、Ｘ線光導電膜５内のヨウ化鉛が分解され、乖離したヨウ素原子（Ｉ）とバイアス電極層６中の鉛原子（Ｐｂ）とが化合してヨウ化鉛（ＰｂＩ_２）が生成される。このときの反応式は、ＰｂＩ_２＋Ｐｂ→Ｐｂ＋Ｉ_２＋Ｐｂ→Ｐｂ＋ＰｂＩ_２となる。

したがって、この反応前後での物質の変化が無いことから、エネルギ状態に変化が無い。これに対して、腐食は、腐食前後でエネルギが必要だが、上述の反応式ではエネルギが変化しないから平衡状態であり、腐食反応は極めて起こりにくい。この結果、鉛をバイアス電極層６として用いることによって、極めて腐食に強い状態にできる。

一方、鉛より耐腐食性の高い金属を用いた場合には、仕事関数の値が高くなり残像の原因となる。逆に、鉛より仕事関数の低い金属を用いれば残像はさらに改善されるが、この場合には耐腐食性が鉛より劣るため腐食反応が進行してしまう。また、バイアス電極層６を構成する元素がＸ線光導電膜５中に微量に拡散しても、このＸ線光導電膜５の成分であるヨウ化鉛中にバイアス電極層６の成分である鉛が拡散することに過ぎない。したがって、バイアス電極層６の成分がＸ線光導電膜５の成分と同じ構成元素であることから不純物として悪影響を及ぼしたり、Ｘ線検出器１の性能を低下させたりするおそれがない。

すなわち、図５に示すように、Ｘ線光導電膜５を構成するヨウ化鉛の仕事関数は４．７ｅＶで、バイアス電極層６を構成する鉛の仕事関数は４．０ｅＶである。したがって、図６に示す従来のＸ線検出器１の場合とは仕事関数の大小関係が逆転し、バイアス電極層６近傍に存在したバンドギャップの曲がりによるポケット部42が発生せず、逆に下に曲がったバンドギャップ状態を実現できる。一般的に、半導体であるＸ線光導電膜５と金属電極であるバイアス電極層６との接合面は、バンドギャップ状態が乱れやすくキャリアが界面付近に滞留しやすい。

このとき、図５に示すように、Ｘ線光導電膜５内部で発生した電子がバイアス電極層６方向に向かうけれども、このバイアス電極層６付近のバンドギャップが下向きに曲がっていることによって、この領域で電子ｅが加速されるから、残像の原因となる電子ｅの滞留が極めて起こりにくくなる。

なお、Ｘ線光導電膜５としてヨウ化水銀（ＨｇＩ_２）を用いバイアス電極層６として水銀（Ｈｇ）を用いた場合や、Ｘ線光導電膜５としてヨウ化インジウム（ＩｎＩ）を用いバイアス電極層６としてインジウム（Ｉｎ）を用いた場合、Ｘ線光導電膜５としてヨウ化ビスマス（ＢｉＩ_３）を用いバイアス電極層６としてビスマス（Ｂｉ）を用いた場合、Ｘ線光導電膜５として臭化タリウム（ＴｌＢｒ）を用いバイアス電極層６としてタリウム（Ｔｌ）を用いた場合であっても、Ｘ線光導電膜５としてヨウ化鉛（ＰｂＩ_２）を用いバイアス電極層６として鉛（Ｐｂ）を用いた場合と同様の作用効果を奏することができる。

このとき、バイアス電極層６として水銀（Ｈｇ）を用いる場合には、水銀は常温で液体であるから、使用が容易ではない。したがって、この水銀を他の固体金属と合金化させて水銀合金とすることによって容易に固体化できるから、この水銀合金のバイアス電極層６とすると良い。

さらに、バイアス電極層６だけでなく、Ｘ線光導電膜５としてヨウ化鉛（ＰｂＩ_２）を用いた場合に画素電極13として鉛（Ｐｂ）を用い、Ｘ線光導電膜５としてヨウ化水銀（ＨｇＩ_２）を用いた場合に画素電極13として水銀（Ｈｇ）を用い、Ｘ線光導電膜５としてヨウ化インジウム（ＩｎＩ）を用いた場合に画素電極13としてインジウム（Ｉｎ）を用い、Ｘ線光導電膜５としてヨウ化ビスマス（ＢｉＩ_３）を用いた場合に画素電極13としてビスマス（Ｂｉ）を用い、Ｘ線光導電膜５として臭化タリウム（ＴｌＢｒ）を用いた場合に画素電極13としてタリウム（Ｔｌ）を用いても、これら画素電極13とバイアス電極層６との間に印加される印加電圧41にて形成されるバイアス電界の方向を逆転することによって、同様の作用効果を得ることができる。

したがって、これらヨウ化鉛、ヨウ化水銀、ヨウ化インジウム、ヨウ化ビスマスおよび臭化タリウム以外であっても、これらと同様の作用効果を有するヨウ化金属および臭化金属などの金属化合物であっても、この金属化合物にてＸ線光導電膜５を構成するとともに、この金属化合物中の金属元素成分と同じ元素にてバイアス電極層６あるいは画素電極13を構成することによって、対応させて用いることができる。

また、Ｘ線Ｌ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Ｌ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。

本発明の放射線検出器の一実施の形態を示す説明断面図である。 同上放射線検出器を示す説明斜視図である。 同上放射線検出器を示す説明平面図である。 同上放射線検出器の製造装置を示す説明図である。 同上放射線検出器の放射線光導電層のバンドキャップを示す説明図である。 従来の放射線検出器の放射線光導電層のバンドキャップを示す説明図である。

符号の説明

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
Ｌ 放射線としてのＸ線

Claims (8)

1. 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を具備した放射線検出器であって、
   前記放射線光導電層は、ヨウ化金属を含有し、
   前記電極層は、前記放射線光導電層に含有されているヨウ化金属中の金属元素成分と同じ元素を含有した
   ことを特徴とした放射線検出器。
2. 画素電極は、放射線光導電層に含有されているヨウ化金属中の金属元素成分と同じ元素を含有した
   ことを特徴とした請求項１記載の放射線検出器。
3. 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を具備した放射線検出器であって、
   前記放射線光導電層は、ヨウ化金属を含有し、
   前記画素電極は、前記放射線光導電層に含有されているヨウ化金属中の金属元素成分と同じ元素を含有した
   ことを特徴とした放射線検出器。
4. ヨウ化金属は、ヨウ化鉛（ＰｂＩ_２）、ヨウ化水銀（ＨｇＩ_２）、ヨウ化インジウム（ＩｎＩ）およびヨウ化ビスマス（ＢｉＩ_３）のいずれかであり、
   このヨウ化金属中の金属元素成分と同じ元素は、鉛（Ｐｂ）、水銀（Ｈｇ）、インジウム（Ｉｎ）、ビスマス（Ｂｉ）のいずれかである
   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。
5. 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を具備した放射線検出器であって、
   前記放射線光導電層は、臭化金属を含有し、
   前記電極層は、前記放射線光導電層に含有されている臭化金属中の金属元素成分と同じ元素を含有した
   ことを特徴とした放射線検出器。
6. 画素電極は、放射線光導電層に含有されている臭化金属中の金属元素成分と同じ元素を含有した
   ことを特徴とした請求項５記載の放射線検出器。
7. 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を具備した放射線検出器であって、
   前記放射線光導電層は、臭化金属を含有し、
   前記画素電極は、前記放射線光導電層に含有されている臭化金属中の金属元素成分と同じ元素を含有した
   ことを特徴とした放射線検出器。
8. 臭化金属は、臭化タリウム（ＴｌＢｒ）で、
   この臭化金属中の金属元素成分と同じ元素は、タリウム（Ｔｌ）である
   ことを特徴とした請求項５ないし７いずれか記載の放射線検出器。

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