JP2007103408A - Radiation detector - Google Patents

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Hiroyuki Aida
博之 會田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a radiation detector whose life can be prolonged and which can continuously obtain a stable output image. <P>SOLUTION: The radiation detector 1 is provided with a photoconduction layer 11 which converts a radial ray that is made incident from the outside into an electric signal and which is mainly composed of a halogenated compound and a circuit board 21 where a plurality of pixel electrodes and switching elements are two-dimensionally arranged. An upper electrode is formed on the surface of a photoconduction film of the photoconduction layer on a side opposite to the circuit board. An interface between the pixel electrode and the photoconduction film has a film which is mainly composed of one or more materials in tantalum, niobium, vanadium, titanium, zirconium and hafnium, and of nitride or carbide or an oxide. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、X線に代表される放射線で撮影された放射線画像を検出する放射線検出器に関する。   The present invention relates to a radiation detector that detects a radiographic image taken with radiation represented by X-rays.

新世代のX線診断用検出器としてアクティブマトリックスを用いたX線画像検出器が大きな注目を集めている。平面状の検出器にX線を当てる事で、X線撮影像又はリアルタイムのX線画像がデジタル信号とし出力される。固体検出器である事から、画質性能や安定性の面でも極めて期待が大きい。このため、多くの大学やメーカーによる研究開発が推進されている。   An X-ray image detector using an active matrix has attracted much attention as a new generation X-ray diagnostic detector. By applying X-rays to a planar detector, an X-ray image or a real-time X-ray image is output as a digital signal. Since it is a solid state detector, it is extremely promising in terms of image quality and stability. For this reason, research and development by many universities and manufacturers are being promoted.

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/一般撮影用に開発され、近年商品化されている。より高い技術的なハードルをクリアして、透視線量下で秒30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等が重要な開発項目となっている。   The first practical application has been developed for chest / general radiography that collects still images with a relatively large dose, and has recently been commercialized. Commercialization is expected in the near future for applications in the cardiovascular and gastrointestinal fields where it is necessary to clear higher technical hurdles and realize real-time video of 30 frames per second under fluoroscopic dose. . For this video application, improvement of S / N, real-time processing technology of minute signals, and the like are important development items.

平面検出器には大きく分けて直接方式と間接方式の2通りがある。直接方式は、X線をa−Se等の光導電膜により直接電荷信号に変換し、電荷蓄積用のキャパシタに導く方式である。間接方式は、シンチレータ層によりX線を受けて一旦可視光に変換し、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く方式である。直接方式は、入射X線によりX線光導電体内部に発生した光導電電荷を高電界により直接に電荷蓄積用キャパシタに導く方式である。   There are two types of flat detectors: a direct method and an indirect method. The direct method is a method in which X-rays are directly converted into a charge signal by a photoconductive film such as a-Se and led to a charge storage capacitor. The indirect method is a method in which X-rays are received by the scintillator layer and converted into visible light, and the visible light is converted into signal charges by an a-Si photodiode or CCD, and led to a charge storage capacitor. The direct method is a method in which photoconductive charges generated inside an X-ray photoconductor by incident X-rays are directly guided to a charge storage capacitor by a high electric field.

X線画像検出器には、先に述べたように直接方式と間接方式の2種類の方式がある。現在主に発表されているものは間接方式が大半を占めているが、将来における高性能化への可能性は直接方式のほうが高いとされている。   As described above, there are two types of X-ray image detectors: a direct method and an indirect method. Although the indirect method occupies the majority of what has been announced at present, the direct method has a higher possibility of higher performance in the future.

直接方式は、入射X線を直接電荷信号に変換するための「X線光導電材料」として、検出波長に特徴のある半導体を用いる。平面画像検出器の主な用途としては人体を透過させその情報を医療用として使用する場合が多く、人体を十分にカバーできるだけの大きさを必要とする。そのため通常使用される大きさとしては一辺40cmほどの検出器が良く用いられている。このときに直接方式のX線画像検出器を実現しようとすると、それ以上の大きさを持つTFT回路基板の上にX線光導電膜を均一に形成することが要求される。また、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持つ材料を、数百μmの厚みに積層して、X線光導電膜とすることが必要である。このことは、概ね、40cm四方の大きさの半導体膜を、TFT基板上に形成することを要求する。   The direct method uses a semiconductor characterized by a detection wavelength as an “X-ray photoconductive material” for directly converting incident X-rays into a charge signal. The main application of the flat image detector is to transmit the human body and use the information for medical purposes in many cases, and it needs to be large enough to cover the human body. For this reason, a detector having a side of about 40 cm is often used as a normally used size. At this time, if an X-ray image detector of a direct method is to be realized, it is required to uniformly form an X-ray photoconductive film on a TFT circuit substrate having a larger size. In addition, in order to sufficiently detect incident X-rays, it is necessary to laminate a material having a large specific gravity made of heavy metal with a thickness of several hundreds of μm to form an X-ray photoconductive film. This requires that a semiconductor film with a size of about 40 cm square is formed on the TFT substrate.

X線光導電材料は半導体の一種なので、その結晶構造や組成によって特性が大きく変化してしまう可能性が非常に高い。また通常の半導体材料の特性は単結晶において最高の特性が得られるが、X線画像検出器の大きさをカバーできるだけの半導体単結晶材料は実現されていない。そこで直接方式のX線画像検出器を実現するにはTFT基板の上にX線光導電材料を直接形成することが必要となる。   Since the X-ray photoconductive material is a kind of semiconductor, there is a very high possibility that the characteristics will change greatly depending on its crystal structure and composition. In addition, although the characteristics of ordinary semiconductor materials are the highest in single crystals, semiconductor single crystal materials that can cover the size of an X-ray image detector have not been realized. Therefore, in order to realize a direct X-ray image detector, it is necessary to form an X-ray photoconductive material directly on the TFT substrate.

なお、直接方式において、検出面に2次元に配列された画素毎に、画素部、電荷蓄積部、TFT(読み出しスイッチ)およびツェナダイオードを設け、ツェナダイオードによりTFTの入力側に入力される電圧が、TFTを破壊する電圧未満の所定の電圧になった時点で電荷蓄積部に電荷を出力することにより、TFTの破壊を防止する検出器が既に提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開平10−10237号公報
In the direct method, a pixel portion, a charge storage portion, a TFT (readout switch), and a Zener diode are provided for each pixel that is two-dimensionally arranged on the detection surface, and a voltage input to the TFT input side by the Zener diode is There has already been proposed a detector that prevents the breakdown of the TFT by outputting a charge to the charge storage portion at a predetermined voltage lower than the voltage that destroys the TFT (see, for example, Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 10-10237

通常のX線画像検出器のTFT回路基板は、例えば液晶表示装置の製造プロセスを流用して作られている。そのため、X線光導電膜と直接接触する画素電極にはアルミニウムまたはITOが多く用いられ、それら画素電極を取り囲むように酸化ケイ素(SiO)の絶縁膜も、X線光導電膜に接触する構造となっている。 A TFT circuit board of a normal X-ray image detector is made by diverting a manufacturing process of a liquid crystal display device, for example. Therefore, aluminum or ITO is often used for the pixel electrode in direct contact with the X-ray photoconductive film, and a silicon oxide (SiO 2 ) insulating film is also in contact with the X-ray photoconductive film so as to surround the pixel electrode. It has become.

多くの場合、TFT基板の上に、真空蒸着を用いて、数百μmにも及ぶX線光導電膜が形成される。X線光導電膜としては、X線を効率良く電荷信号に変換する特性をもつ沃化鉛(PbI)、沃化水銀(HgI)、沃化ビスマス(BiI)、沃化インジウム(InI)、臭化タリウム(TlBr)等が用いられる。なお、通常は、X線光導電膜に電荷を補給する役割を受け持つ上部電極がX線光導電膜にさらに積層される。 In many cases, an X-ray photoconductive film having a length of several hundred μm is formed on a TFT substrate by vacuum deposition. As the X-ray photoconductive film, lead iodide (PbI 2 ), mercury iodide (HgI 2 ), bismuth iodide (BiI 3 ), indium iodide (InI) having the characteristic of converting X-rays into charge signals efficiently. ), Thallium bromide (TlBr) or the like. Usually, an upper electrode responsible for supplying electric charge to the X-ray photoconductive film is further laminated on the X-ray photoconductive film.

しかしながら、直接方式のX線画像検出器では、X線光導電膜は、X線を効率よく吸収するために重金属で構成され、なおかつ十分な性能を出すためにそれらの沃化物や臭化物が主に用いられている。これらの重金属ハロゲン化物の多くは、腐食性が非常に強く、大部分の金属を電極として用いた場合、その金属を腐食しX線画像検出器としての性能を大きく損なうことが多い。特に動作中のX線画像検出器においては、X線光導電膜に高電圧(数十Vから数百V)の電界をかける必要があり、従って、極微量のハロゲン成分(沃素、臭素等)がX線光導電膜の陽極側に移動し、主に金属からなる画素電極もしくは上部電極との界面を変質する虞がある。このことは、半導体としての性質が強いX線光導電膜と電極表面の界面において、X線画像の品質に大きな影響を及ぼすため、X線光導電膜中のハロゲン成分による界面の変質は抑制されなければならない問題がある。   However, in the direct X-ray image detector, the X-ray photoconductive film is made of heavy metal in order to efficiently absorb X-rays, and those iodides and bromides are mainly used for providing sufficient performance. It is used. Many of these heavy metal halides are very corrosive, and when most metals are used as electrodes, the metals are often corroded and the performance as an X-ray image detector is often greatly impaired. In particular, in an operating X-ray image detector, it is necessary to apply an electric field of a high voltage (several tens to hundreds of volts) to the X-ray photoconductive film. May move to the anode side of the X-ray photoconductive film, and the interface with the pixel electrode or upper electrode mainly made of metal may be altered. This greatly affects the quality of the X-ray image at the interface between the X-ray photoconductive film and the electrode surface, which has strong properties as a semiconductor, so that the alteration of the interface due to the halogen component in the X-ray photoconductive film is suppressed. There is a problem that must be.

この発明の目的は、放射線検出器の寿命を長寿命化でき、しかも安定な出力画像を継続して得られる放射線検出器を提供することである。   An object of the present invention is to provide a radiation detector capable of extending the lifetime of the radiation detector and continuously obtaining a stable output image.

この発明は、平面基板上に画素電極とスイッチング素子とが二次元的に複数配列された回路基板と、この回路基板に接して設けられ、外部から入射した放射線を電気信号に変換するハロゲン化合物を主成分とする光導電層とを有し、前記回路基板と対向する側の前記光導電層の光導電膜表面に上部電極が形成されている放射線検出器において、前記画素電極と前記光導電膜との界面に、タンタル、ニオブ、バナジウム、チタン、ジルコニウム、もしくはハフニウムの任意の1つ以上の材質と窒化物とを主成分とする膜を有することを特徴とする放射線検出器を提供するものである。   The present invention provides a circuit board in which a plurality of pixel electrodes and switching elements are two-dimensionally arranged on a planar substrate, and a halogen compound that is provided in contact with the circuit board and converts radiation incident from the outside into an electrical signal. A radiation detector having a photoconductive layer as a main component and having an upper electrode formed on a surface of the photoconductive film of the photoconductive layer on the side facing the circuit board, the pixel electrode and the photoconductive film The radiation detector is characterized in that it has a film mainly composed of any one or more materials of tantalum, niobium, vanadium, titanium, zirconium, or hafnium and a nitride at the interface. is there.

本件出願においては、放射線検出器の寿命を長寿命化でき、しかも安定な出力画像を継続して得られる放射線検出器を得ることができる。   In the present application, it is possible to obtain a radiation detector capable of extending the lifetime of the radiation detector and obtaining a stable output image continuously.

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態とその効果について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments and effects of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、X線画像検出器の検出器部分のみを示した図である。なお、本発明においてはX線,γ線,その他各種放射線の場合に適用可能であるが、以下の一実施の形態においては、放射線の中の代表的なX線の場合を例にとり説明する。従って、実施の形態中の「X線」とする記載を「放射線」に置き換えることにより、本発明が対象とする他の放射線にも適用可能である。   FIG. 1 is a diagram showing only the detector portion of the X-ray image detector. In the present invention, the present invention can be applied to X-rays, γ-rays, and other various radiations. However, in the following embodiment, a case of representative X-rays in radiation will be described as an example. Therefore, by replacing the description of “X-ray” in the embodiment with “radiation”, the present invention can be applied to other radiation targeted by the present invention.

図1に示すX線画像検出器1は、入射X線を電気信号(電子またはホール(正孔))に変換するX線光導電層(光導電層)11、X線光導電層11により電子またはホール(正孔)に変換された出力を、X線光導電層11に入射した入射X線の位置に関連付けて取り出すTFT回路基板21を有する。   An X-ray image detector 1 shown in FIG. 1 has an X-ray photoconductive layer (photoconductive layer) 11 that converts incident X-rays into an electric signal (electrons or holes (holes)), and electrons are generated by the X-ray photoconductive layer 11. Alternatively, a TFT circuit substrate 21 that takes out the output converted into holes (holes) in association with the position of incident X-rays incident on the X-ray photoconductive layer 11 is provided.

X線光導電層11は、図3ないし図5を用いて後段に説明するが、上部電極12と上部電極12により大気と接することが抑止されたX線光導電膜13を含む。   The X-ray photoconductive layer 11, which will be described later with reference to FIGS. 3 to 5, includes an upper electrode 12 and an X-ray photoconductive film 13 that is prevented from contacting the atmosphere by the upper electrode 12.

TFT回路基板21は、通常、平板のガラスである保持基板24上に積層されたTFT回路層23と画素電極22とを含む。   The TFT circuit substrate 21 usually includes a TFT circuit layer 23 and a pixel electrode 22 laminated on a holding substrate 24 that is a flat glass.

TFT回路基板21内部の等価回路を、図2に示す。   An equivalent circuit inside the TFT circuit substrate 21 is shown in FIG.

図2に示すように、TFT回路基板21は、所定の間隔で配列された制御電極25と、制御電極25と直交する方向に所定の間隔で配列された読み出し電極28により規定されるマトリクス状の出力回路部分と、それぞれの電極の交点(交差部)に、1組ずつ設けられる薄膜トランジスタ(TFT)26と、TFT26に接続された画素電極22と、コンデンサ27を有する。   As shown in FIG. 2, the TFT circuit substrate 21 has a matrix shape defined by control electrodes 25 arranged at predetermined intervals and read electrodes 28 arranged at predetermined intervals in a direction orthogonal to the control electrodes 25. The output circuit portion includes a thin film transistor (TFT) 26 provided in a set at each intersection (intersection) of each electrode, a pixel electrode 22 connected to the TFT 26, and a capacitor 27.

画素電極22と、コンデンサ27は、それぞれ組になりながら格子状に配置され、それぞれの組が、X線画像の画素に対応する。   The pixel electrode 22 and the capacitor 27 are arranged in a lattice pattern as a set, and each set corresponds to a pixel of the X-ray image.

制御電極25は、TFT26のゲート電極に、読み出し電極29は、TFT26のドレイン電極に、それぞれ接続されている。   The control electrode 25 is connected to the gate electrode of the TFT 26, and the readout electrode 29 is connected to the drain electrode of the TFT 26.

このような、回路構成にすることにより、各画素に対応した画素電極22に流れ込んできた電荷は、それぞれに接続されている薄膜トランジスタ26のゲート電極がオン状態になるまでそれぞれに接続されたコンデンサ27に保持され、その状態で、制御電極25の1つのみがオン状態に切り換えられることで、そのオン状態にある制御電極25に接続された横一列の薄膜トランジスタ26がオンとなり、薄膜トランジスタ26を通じ、個々のTFT26に接続されているコンデンサ27の電荷が読み出し電極28に流れる。   With such a circuit configuration, the charge that has flowed into the pixel electrode 22 corresponding to each pixel is connected to each of the capacitors 27 connected until the gate electrode of the thin film transistor 26 connected thereto is turned on. In this state, only one of the control electrodes 25 is switched to the on state, so that the horizontal row of thin film transistors 26 connected to the control electrode 25 in the on state is turned on. The charge of the capacitor 27 connected to the TFT 26 flows to the readout electrode 28.

これにより、特定の行に対応する画像情報(画素電極22により検出された電荷)が、外部に出力される。   As a result, image information (charge detected by the pixel electrode 22) corresponding to a specific row is output to the outside.

いか、オン状態に切り換える制御電極25を、順に変化(シフト)することにより、X線光導電層11(光導電膜13)により電気信号に変換された全体の画像情報を、外部に映像信号として出力することが可能となる。   The entire image information converted into an electrical signal by the X-ray photoconductive layer 11 (photoconductive film 13) is converted into a video signal outside by changing (shifting) the control electrode 25 to be turned on in order. It becomes possible to output.

次に、本発明の特徴である部分について図3ないし図5により、説明をする。   Next, the characteristic features of the present invention will be described with reference to FIGS.

図3は、本発明によるX線画像検出器の簡易的な断面図である。   FIG. 3 is a simplified cross-sectional view of an X-ray image detector according to the present invention.

TFT回路基板21は、保持基板24の上にTFT回路層23を有し、その回路層23には、画素電極22が、TFT回路基板表面の大部分を覆うように配置されている。   The TFT circuit substrate 21 has a TFT circuit layer 23 on a holding substrate 24, and the pixel electrode 22 is disposed on the circuit layer 23 so as to cover most of the surface of the TFT circuit substrate.

個々の画素電極22には、さらに、例えば窒化タンタル(TaN)を主成分とした保護膜29が形成されている。保護膜29は、TFT回路基板21表面に、窒素ガス中による反応性スパッタ蒸着により容易に薄膜形成が可能である。例えば、TFT回路基板21の全面に窒化タンタルによる保護膜29を形成し、例えばドライエッチングにより画素電極22以外の領域の保護膜29を除去することで、保護膜29の構造を得ることができる。   Further, a protective film 29 mainly composed of tantalum nitride (TaN), for example, is formed on each pixel electrode 22. The protective film 29 can be easily formed on the surface of the TFT circuit substrate 21 by reactive sputtering deposition in nitrogen gas. For example, a protective film 29 made of tantalum nitride is formed on the entire surface of the TFT circuit substrate 21, and the protective film 29 in a region other than the pixel electrode 22 is removed by, for example, dry etching, whereby the structure of the protective film 29 can be obtained.

TFT回路層23および保護膜29上に、X線光導電層11の部分のX線光導電膜13として、例えば沃化鉛(PbI2)を真空蒸着法により数百μmの厚さに形成し、その後に上部電極12を形成することで、X線画像検出器1としての主要構造を実現することができる。   On the TFT circuit layer 23 and the protective film 29, as the X-ray photoconductive film 13 of the X-ray photoconductive layer 11, for example, lead iodide (PbI2) is formed to a thickness of several hundreds μm by vacuum deposition, By forming the upper electrode 12 thereafter, the main structure as the X-ray image detector 1 can be realized.

X線光導電膜13に、X線光導電物質として、沃化鉛(PbI)を用いた場合、X線光導電膜13(X線光導電層11)中に外部から入射したX線は、X線光導電膜13により、そのエネルギーに起因して、内部に電子と正孔(ホール)のペアが、多数発生する。この時、上部電極12と画素電極15(TFT回路基板21)間に、数百Vの電位差(電圧)を与えることで、発生した電荷すなわち電子とホールは、その電界によって移動し、その一方が画素電極15に到達し、TFT回路層23の内部に蓄えられる。TFT回路層23により保持された(蓄えられた)電荷を、図2により説明した方法により外部に取り出すことで、入力X線に対応するX線画像が得られる。 When lead iodide (PbI 2 ) is used for the X-ray photoconductive film 13 as the X-ray photoconductive substance, X-rays incident from the outside into the X-ray photoconductive film 13 (X-ray photoconductive layer 11) are The X-ray photoconductive film 13 generates a large number of electron-hole pairs inside due to its energy. At this time, by applying a potential difference (voltage) of several hundred volts between the upper electrode 12 and the pixel electrode 15 (TFT circuit substrate 21), the generated electric charges, that is, electrons and holes move by the electric field, It reaches the pixel electrode 15 and is stored in the TFT circuit layer 23. By taking out the electric charge held (stored) by the TFT circuit layer 23 by the method described with reference to FIG. 2, an X-ray image corresponding to the input X-ray is obtained.

なお、腐食性の強いX線光導電膜13に接する画素電極15と上部電極12は、耐腐食性の高い物質により構成される必要がある。特に正極側の電極にはX線光導電膜13内部から移動してきたハロゲンイオンが集積し、電極を腐食する可能性があるため、極めて強い耐腐食性が求められる。   Note that the pixel electrode 15 and the upper electrode 12 that are in contact with the highly corrosive X-ray photoconductive film 13 must be made of a highly corrosion-resistant substance. In particular, since the halogen ions that have moved from the inside of the X-ray photoconductive film 13 accumulate on the positive electrode side and may corrode the electrode, extremely strong corrosion resistance is required.

一般に、耐腐食性の強い物質としては白金、パラジウムなどが知られている。これらを含む耐腐食性の強い金属は、一般に、仕事関数値が高いことが知られている。例として、白金を画素電極として用いた場合において、X線光導電膜付近のバンドギャップの模式図を図7に示す。   In general, platinum, palladium and the like are known as substances having strong corrosion resistance. It is known that a metal having high corrosion resistance including these generally has a high work function value. As an example, when platinum is used as the pixel electrode, a schematic diagram of a band gap in the vicinity of the X-ray photoconductive film is shown in FIG.

図7においては、上部電極12を負極、画素電極22を正極として、X線光導電膜13内部に必要な電界を与えている。この場合、画素電極22を構成する白金の仕事関数は5.3eVであり、X線光導電膜13として多く用いられる沃化鉛(PbI)の仕事関数4.7eVより大きい。 In FIG. 7, a necessary electric field is applied to the X-ray photoconductive film 13 with the upper electrode 12 as a negative electrode and the pixel electrode 22 as a positive electrode. In this case, the work function of platinum constituting the pixel electrode 22 is 5.3 eV, which is larger than the work function of lead iodide (PbI 2 ) often used as the X-ray photoconductive film 13.

このため、図7に示すように、画素電極22に接するX線光導電膜13のエネルギーバンド(レベル)18は、上方に大きな曲がりが発生する(画素電極22に対して、障壁となる)。   For this reason, as shown in FIG. 7, the energy band (level) 18 of the X-ray photoconductive film 13 in contact with the pixel electrode 22 is largely bent upward (becomes a barrier to the pixel electrode 22).

外部から入射したX線Rにより発生した電子15は、X線光導電膜13の電界により右方向(画素電極側)に移動するが、画素電極22の界面に発生した導電帯エネルギーレベル(バンド)18の曲がりによって発生した障壁を越えられず、X線光導電膜13の内部に滞留する。   Electrons 15 generated by X-ray R incident from the outside move to the right (pixel electrode side) by the electric field of the X-ray photoconductive film 13, but the conduction band energy level (band) generated at the interface of the pixel electrode 22. It cannot stay over the barrier generated by the 18 bends and stays in the X-ray photoconductive film 13.

この電子の滞留により、出力されるX線画像には、多くの残像現象が発生し、X線画像としての品質を著しく低下させる。この残像による(出力)X線画像の品質の低下を防ぐために、例えば正極側となる画素電極22表面の仕事関数の値(大きさ)を低くすることが有効である。しかし、一般的な元素では、仕事関数値を小さくすると耐腐食性が著しく低下し、X線画像検出器としての寿命の低下を招く。   Due to the stagnation of electrons, many afterimage phenomena occur in the output X-ray image, and the quality of the X-ray image is remarkably deteriorated. In order to prevent deterioration in the quality of the (output) X-ray image due to this afterimage, it is effective to reduce the value (size) of the work function on the surface of the pixel electrode 22 on the positive electrode side, for example. However, with a general element, when the work function value is reduced, the corrosion resistance is remarkably lowered, and the lifetime of the X-ray image detector is reduced.

上記問題を解決するために、耐食性の高い金属元素を含む化合物を電極材料として使用することで、低い仕事関数値と高い耐腐食性を同時に得ることが可能である。   In order to solve the above problem, a low work function value and high corrosion resistance can be obtained at the same time by using a compound containing a metal element having high corrosion resistance as an electrode material.

高い耐腐食性をもつ元素としては、周期律表におけるIV(4)属元素、例えばチタン、ジルコニウムおよびハフニウムや、V(5)属元素(バナジウム、ニオブあるいはタンタル等が知られている。   As elements having high corrosion resistance, elements of group IV (4) in the periodic table, such as titanium, zirconium and hafnium, and elements of group V (5) (vanadium, niobium or tantalum) are known.

これらの元素は、窒化物、炭化物、酸化物を形成することにより更に耐食性が向上し、通常の酸やアルカリに対して、溶解することがなくなることが知られている。   It is known that these elements are further improved in corrosion resistance by forming nitrides, carbides, and oxides, and do not dissolve in ordinary acids and alkalis.

しかも4属と5属の窒化物、炭化物、酸化物の仕事関数は、いずれも低く、
TiN(窒化チタン) :2.9eV、
ZrN(窒化ジルコニウム) :2.9eV、
HfN(窒化ハフニウム) :3.9eV、
VN(窒化バナジウム) :3.6eV、
NbN(窒化ニオブ) :3.9eV、
TaN(窒化タンタル) :4.0eV、
Ta(窒化タンタル):4,2eV、
Ta(酸化タンタル):4.5eV、
TaON(窒酸化タンタル):4.4eV、
TiC(炭化チタン):3.8eV、
ZrC(炭化ジルコニウム):4.0eV、
HfC(炭化ハフニウム):4.5eV、
NbC(炭化ニオブ):4.2eV、
TaC(炭化タンタル):4.3eV
である。
Moreover, the work functions of nitrides, carbides and oxides of group 4 and group 5 are low
TiN (titanium nitride): 2.9 eV,
ZrN (zirconium nitride): 2.9 eV,
HfN (hafnium nitride): 3.9 eV,
VN (vanadium nitride): 3.6 eV,
NbN (niobium nitride): 3.9 eV,
TaN (tantalum nitride): 4.0 eV,
Ta 3 N 5 (tantalum nitride): 4, 2 eV,
Ta 2 O 5 (tantalum oxide): 4.5 eV,
TaON (tantalum oxynitride): 4.4 eV,
TiC (titanium carbide): 3.8 eV,
ZrC (zirconium carbide): 4.0 eV,
HfC (hafnium carbide): 4.5 eV,
NbC (niobium carbide): 4.2 eV,
TaC (tantalum carbide): 4.3 eV
It is.

これらの中で、低温で容易に形成できる窒化タンタル(Ta、もしくはTaN)を、図3に示した保護膜29に用いた。 Among these, tantalum nitride (Ta 3 N 5 or TaN) that can be easily formed at a low temperature was used for the protective film 29 shown in FIG.

図6は、図3に示したX線画像検出器のバンドギャップ(モデル)である。   FIG. 6 is a band gap (model) of the X-ray image detector shown in FIG.

図7に示した一般的な構造との違いは、X線光導電膜13の正極側である画素電極22との界面に窒化タンタル膜(保護膜)29が設けられたことである。   The difference from the general structure shown in FIG. 7 is that a tantalum nitride film (protective film) 29 is provided at the interface with the pixel electrode 22 on the positive electrode side of the X-ray photoconductive film 13.

この構造により、画素電極22表面(保護膜29との界面)の仕事関数値は、窒化タンタル膜(保護膜)29の仕事関数値となり、図7に示した比較例である5.3eVに対して、4.0eVとなる。   With this structure, the work function value of the surface of the pixel electrode 22 (interface with the protective film 29) becomes the work function value of the tantalum nitride film (protective film) 29, which is 5.3 eV which is the comparative example shown in FIG. To 4.0 eV.

この結果、X線光導電膜12のバンドモデルにおいて、画素電極22付近のバンドの曲がりが(図7に示した例に比較して)逆転する。   As a result, in the band model of the X-ray photoconductive film 12, the bending of the band near the pixel electrode 22 is reversed (compared to the example shown in FIG. 7).

このバンド構造を与えることにより、入射X線Rにより発生した電子15は、X線光導電膜13内部の電荷により画素電極22方向への移動を妨げることなく、外部に画像信号として出力される。   By providing this band structure, the electrons 15 generated by the incident X-ray R are output to the outside as an image signal without hindering movement in the direction of the pixel electrode 22 due to charges inside the X-ray photoconductive film 13.

なお、保護膜29の材料として、窒素含有量の高い窒化タンタル(Ta)を利用した場合、窒化タンタルの抵抗率が極めて高いため(50MΩcm以上)、図4に、X線画像検出器101として示すような、保護膜129がTFT回路層32および画素電極22の全面を覆う構造とすることができる。 Note that when tantalum nitride (Ta 3 N 5 ) having a high nitrogen content is used as the material of the protective film 29, the resistivity of tantalum nitride is extremely high (50 MΩcm or more), so FIG. 4 shows an X-ray image detector. A protective film 129 as shown as 101 can cover the entire surface of the TFT circuit layer 32 and the pixel electrode 22.

図4に示す構造とすることで、画素電極22相互間にも、窒化タンタルの保護膜129が形成されるが、窒化タンタルの抵抗率が極めて高いため、画素電極22間の電荷の漏れはほとんど無い。このためコストのかかる(図3に示した例における保護膜(29))のドライエッチング工程が省略できる利点がある。   With the structure shown in FIG. 4, a protective film 129 made of tantalum nitride is formed between the pixel electrodes 22, but since the resistivity of tantalum nitride is extremely high, there is almost no charge leakage between the pixel electrodes 22. No. Therefore, there is an advantage that the costly dry etching process (protective film (29) in the example shown in FIG. 3) can be omitted.

図5は、図3および図4により説明した保護膜とは異なる保護膜の実施形態を示す。   FIG. 5 shows an embodiment of a protective film different from the protective film described with reference to FIGS.

図5に示すX線画像検出器201は、X線光導電層211側に、保護膜214を設けたことを特徴とする。   The X-ray image detector 201 shown in FIG. 5 is characterized in that a protective film 214 is provided on the X-ray photoconductive layer 211 side.

この実施例においては、上部電極12が正極、画素電極22が負極であり、X線光導電膜13内部の電界方向が、図3または図4により既に説明した例と逆向きである。   In this embodiment, the upper electrode 12 is a positive electrode and the pixel electrode 22 is a negative electrode, and the electric field direction inside the X-ray photoconductive film 13 is opposite to the example already described with reference to FIG. 3 or FIG.

図5に示す例では、正極側である上部電極12とX線光導電膜13との界面における耐食性と仕事関数値が重要であり、図3または図4に示した例と同様の保護膜214を上部電極12とX線光導電膜13との界面に形成している。   In the example shown in FIG. 5, the corrosion resistance and the work function value at the interface between the upper electrode 12 on the positive electrode side and the X-ray photoconductive film 13 are important, and the protective film 214 similar to the example shown in FIG. Is formed at the interface between the upper electrode 12 and the X-ray photoconductive film 13.

以上説明したように、本件出願においては、放射線検出器の寿命を長寿命化でき、しかも安定な出力画像を継続して得られる放射線検出器を得ることができる。   As described above, in the present application, it is possible to obtain a radiation detector that can extend the lifetime of the radiation detector and can continuously obtain a stable output image.

なお、この発明は、前記各実施の形態に限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々な変形もしくは変更が可能である。また、各実施の形態は、可能な限り適宜組み合わせて、もしくは一部を削除して実施されてもよく、その場合は、組み合わせもしくは削除に起因したさまざまな効果が得られる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications or changes can be made without departing from the scope of the invention when it is implemented. In addition, the embodiments may be implemented by appropriately combining them as much as possible, or by deleting a part thereof, and in that case, various effects resulting from the combination or deletion can be obtained.

この発明の実施の形態が適用可能なX線画像検出器の一例を示す概略図。Schematic which shows an example of the X-ray image detector which can apply embodiment of this invention. 図1に示したX線画像検出器の内部の等価回路を示す概略図。Schematic which shows the equivalent circuit inside the X-ray image detector shown in FIG. 図1に示したX線画像検出器の断面構造の一例を示す概略図。Schematic which shows an example of the cross-section of the X-ray image detector shown in FIG. 図1に示したX線画像検出器の断面構造の一例を示す概略図。Schematic which shows an example of the cross-section of the X-ray image detector shown in FIG. 図1に示したX線画像検出器の断面構造の一例を示す概略図。Schematic which shows an example of the cross-section of the X-ray image detector shown in FIG. 図3に示したX線画像検出器におけるX線光導電膜と上部電極および画素電極との間のエネルギーバンドを説明するバンドモデル。The band model explaining the energy band between the X-ray photoconductive film, the upper electrode, and the pixel electrode in the X-ray image detector shown in FIG. 図6に示した本発明のX線画像検出器のバンドモデルと比較される周知の構造のX線画像検出器のバンドモデル。7 is a band model of an X-ray image detector having a known structure to be compared with the band model of the X-ray image detector of the present invention shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1,101,201…X線(放射線)検出器、11,211…X線光導電層(光導電層)、12…上部電極、13…X線光導電膜(光導電膜)、14…導電帯のエネルギーレベル、15…電子、16…荷電子帯のエネルギーレベル、17…ホール(正孔)、21,121…TFT回路基板、データ処理部、22…画素電極、23…TFT回路層、24…保護基板、25…制御電極、26…薄膜トランジスタ、27…コンデンサ、28…読み出し電極、29(129)…保護膜(全面保護膜)、214…上部保護膜。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101,201 ... X-ray (radiation) detector, 11, 211 ... X-ray photoconductive layer (photoconductive layer), 12 ... Upper electrode, 13 ... X-ray photoconductive film (photoconductive film), 14 ... Conductive Band energy level, 15 ... electron, 16 ... electron band energy level, 17 ... hole, 21, 121 ... TFT circuit substrate, data processing unit, 22 ... pixel electrode, 23 ... TFT circuit layer, 24 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Protective substrate, 25 ... Control electrode, 26 ... Thin film transistor, 27 ... Capacitor, 28 ... Read-out electrode, 29 (129) ... Protective film (entire protective film), 214 ... Upper protective film.

Claims (7)

平面基板上に画素電極とスイッチング素子とが二次元的に複数配列された回路基板と、この回路基板に接して設けられ、外部から入射した放射線を電気信号に変換するハロゲン化合物を主成分とする光導電層とを有し、前記回路基板と対向する側の前記光導電層の光導電膜表面に上部電極が形成されている放射線検出器において、
前記画素電極と前記光導電膜との界面に、タンタル、ニオブ、バナジウム、チタン、ジルコニウム、もしくはハフニウムの任意の1つ以上の材質と窒化物とを主成分とする膜を有することを特徴とする放射線検出器。
A circuit board in which a plurality of pixel electrodes and switching elements are two-dimensionally arranged on a planar substrate, and a halogen compound that is provided in contact with the circuit board and converts radiation incident from the outside into an electrical signal are the main components. In a radiation detector having a photoconductive layer and an upper electrode formed on the photoconductive film surface of the photoconductive layer on the side facing the circuit board,
A film containing, as a main component, any one or more materials of tantalum, niobium, vanadium, titanium, zirconium, or hafnium and nitride is provided at the interface between the pixel electrode and the photoconductive film. Radiation detector.
平面基板上に画素電極とスイッチング素子とが二次元的に複数配列された回路基板と、この回路基板に接して設けられ、外部から入射した放射線を電気信号に変換するハロゲン化合物を主成分とする光導電層とを有し、前記回路基板と対向する側の前記光導電層の光導電膜表面に上部電極が形成されている放射線検出器において、
前記上部電極と前記光導電膜との界面に、タンタル、ニオブ、バナジウム、チタン、ジルコニウム、もしくはハフニウムの任意の1つ以上の材質と窒化物とを主成分とする膜を有することを特徴とする放射線検出器。
A circuit board in which a plurality of pixel electrodes and switching elements are two-dimensionally arranged on a planar substrate, and a halogen compound that is provided in contact with the circuit board and converts radiation incident from the outside into an electrical signal are the main components. In a radiation detector having a photoconductive layer and an upper electrode formed on the photoconductive film surface of the photoconductive layer on the side facing the circuit board,
A film containing, as a main component, any one or more materials of tantalum, niobium, vanadium, titanium, zirconium, or hafnium and nitride is formed at the interface between the upper electrode and the photoconductive film. Radiation detector.
平面基板上に画素電極とスイッチング素子とが二次元的に複数配列された回路基板と、この回路基板に接して設けられ、外部から入射した放射線を電気信号に変換するハロゲン化合物を主成分とする光導電層とを有し、前記回路基板と対向する側の前記光導電層の光導電膜表面に上部電極が形成されている放射線検出器において、
前記画素電極と前記光導電膜との界面に、タンタル、ニオブ、バナジウム、チタン、ジルコニウム、もしくはハフニウムの任意の1つ以上の材質と炭化物とを主成分とする膜を有することを特徴とする放射線検出器。
A circuit board in which a plurality of pixel electrodes and switching elements are two-dimensionally arranged on a planar substrate, and a halogen compound that is provided in contact with the circuit board and converts radiation incident from the outside into an electrical signal are the main components. In a radiation detector having a photoconductive layer and an upper electrode formed on the photoconductive film surface of the photoconductive layer on the side facing the circuit board,
Radiation having a film mainly composed of one or more materials of tantalum, niobium, vanadium, titanium, zirconium, or hafnium and carbide at an interface between the pixel electrode and the photoconductive film. Detector.
平面基板上に画素電極とスイッチング素子とが二次元的に複数配列された回路基板と、この回路基板に接して設けられ、外部から入射した放射線を電気信号に変換するハロゲン化合物を主成分とする光導電層とを有し、前記回路基板と対向する側の前記光導電層の光導電膜表面に上部電極が形成されている放射線検出器において、
前記上部電極と前記光導電膜との界面に、タンタル、ニオブ、バナジウム、チタン、ジルコニウム、もしくはハフニウムの任意の1つ以上の材質と炭化物とを主成分とする膜を有することを特徴とする放射線検出器。
A circuit board in which a plurality of pixel electrodes and switching elements are two-dimensionally arranged on a planar substrate, and a halogen compound that is provided in contact with the circuit board and converts radiation incident from the outside into an electrical signal are the main components. In a radiation detector having a photoconductive layer and an upper electrode formed on the photoconductive film surface of the photoconductive layer on the side facing the circuit board,
Radiation having a film mainly composed of one or more materials of tantalum, niobium, vanadium, titanium, zirconium, or hafnium and carbide at an interface between the upper electrode and the photoconductive film. Detector.
平面基板上に画素電極とスイッチング素子とが二次元的に複数配列された回路基板と、この回路基板に接して設けられ、外部から入射した放射線を電気信号に変換するハロゲン化合物を主成分とする光導電層とを有し、前記回路基板と対向する側の前記光導電層の光導電膜表面に上部電極が形成されている放射線検出器において、
前記画素電極と前記光導電膜との界面に、タンタル、ニオブ、バナジウム、チタン、ジルコニウム、もしくはハフニウムの任意の1つ以上の材質と酸化物とを主成分とする膜を有することを特徴とする放射線検出器。
A circuit board in which a plurality of pixel electrodes and switching elements are two-dimensionally arranged on a planar substrate, and a halogen compound that is provided in contact with the circuit board and converts radiation incident from the outside into an electrical signal are the main components. In a radiation detector having a photoconductive layer and an upper electrode formed on the photoconductive film surface of the photoconductive layer on the side facing the circuit board,
A film containing, as a main component, any one or more materials of tantalum, niobium, vanadium, titanium, zirconium, or hafnium and an oxide is provided at an interface between the pixel electrode and the photoconductive film. Radiation detector.
平面基板上に画素電極とスイッチング素子とが二次元的に複数配列された回路基板と、この回路基板に接して設けられ、外部から入射した放射線を電気信号に変換するハロゲン化合物を主成分とする光導電層とを有し、前記回路基板と対向する側の前記光導電層の光導電膜表面に上部電極が形成されている放射線検出器において、
前記上部電極と前記光導電膜との界面に、タンタル、ニオブ、バナジウム、チタン、ジルコニウム、もしくはハフニウムの任意の1つ以上の材質と酸化物とを主成分とする膜を有することを特徴とする放射線検出器。
A circuit board in which a plurality of pixel electrodes and switching elements are two-dimensionally arranged on a planar substrate, and a halogen compound that is provided in contact with the circuit board and converts radiation incident from the outside into an electrical signal are the main components. In a radiation detector having a photoconductive layer and an upper electrode formed on the photoconductive film surface of the photoconductive layer on the side facing the circuit board,
A film containing, as a main component, any one or more materials of tantalum, niobium, vanadium, titanium, zirconium, or hafnium and an oxide is provided at the interface between the upper electrode and the photoconductive film. Radiation detector.
前記光導電膜は、沃化鉛、沃化水銀、沃化インジウム、沃化ビスマス、臭化タリウムの少なくとも1つを主成分とすることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1に記載の放射線検出器。   7. The photoconductive film according to claim 1, wherein the photoconductive film contains at least one of lead iodide, mercury iodide, indium iodide, bismuth iodide, and thallium bromide as a main component. Radiation detector.
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