JP2007173544A - X ray detector and method of fabricating same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、X線を検出するX線検出器およびその製造方法に関する。 The present invention relates to an X-ray detector for detecting X-rays and a method for manufacturing the same.
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を用いた平面形のX線検出器が注目を集めている。このX線検出器では、X線を照射することにより、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。このX線検出器は、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く、多くの研究開発に進められている。 As a new generation X-ray diagnostic image detector, a planar X-ray detector using an active matrix has been attracting attention. In this X-ray detector, an X-ray image or a real-time X-ray image is output as a digital signal by irradiating X-rays. Since this X-ray detector is a solid-state detector, it is extremely promising in terms of image quality performance and stability, and is being researched and developed in many ways.
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比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 practical application, it has been developed for the chest or general radiography that collects 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 fields of circulatory organs and digestive organs that require higher performance and real-time moving images of 30 frames per second under fluoroscopic dose. For this moving image application, improvement of S / N ratio and real-time processing technology of minute signals are important development items.
ところで、X線検出器は、直接方式と間接方式との二方式に大別される。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、電荷蓄積用キャパシタに導く方式であり、X線により発生した光導電電荷を高電界により直接的に電荷蓄積用キャパシタに導くため、略アクティブマトリックスの画素電極のピッチで規定される解像度特性が得られる。一方、間接方式は、シンチレータ層によりX線を一旦可視光に変換し、可視光をアモルファスシリコン(a−Si)フォトダイオードやCCDなどの光電変換素子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ため、シンチレータ層からの可視光がフォトダイオードやCCDに到達するまでの光学的な拡散および散乱により解像度特性の劣化が生じる。 By the way, X-ray detectors are roughly classified into two methods, a direct method and an indirect method. The direct method is a method in which X-rays are directly converted into charge signals by a photoconductive film such as a-Se and guided to a charge storage capacitor, and the photoconductive charges generated by the X-rays are directly stored by a high electric field. Therefore, the resolution characteristic defined by the pitch of the pixel electrodes of the active matrix is obtained. On the other hand, in the indirect method, X-rays are once converted into visible light by the scintillator layer, and the visible light is converted into signal charges by a photoelectric conversion element such as an amorphous silicon (a-Si) photodiode or CCD to form a charge storage capacitor. Since this is a guiding method, resolution characteristics are degraded due to optical diffusion and scattering until visible light from the scintillator layer reaches the photodiode or CCD.
通常、X線検出器においては、構造上、X線光導電層もしくはシンチレータ層の特性が重要となり、入射したX線に対する出力信号強度を向上させるため、例えば、X線光導電層にはヨウ化鉛(PbI2)やヨウ化水銀(HgI2)などの金属沃化物や金属ハロゲン化合物系の高感度光導電材料が用いられることが多く、シンチレータ層にはヨウ化セシウム(CsI)などのハロゲン化合物やガドリニウム硫酸化物(GOS)の酸化物系化合物などから構成される高輝度蛍光材料が用いられることが多い。 In general, in the X-ray detector, the characteristics of the X-ray photoconductive layer or the scintillator layer are important due to the structure, and in order to improve the output signal intensity with respect to the incident X-ray, for example, the X-ray photoconductive layer is iodinated. Metal iodides such as lead (PbI 2 ) and mercury iodide (HgI 2 ), and metal halide compound-based highly sensitive photoconductive materials are often used, and halogen compounds such as cesium iodide (CsI) are used in the scintillator layer. In many cases, a high-luminance fluorescent material composed of an oxide compound of gadolinium sulfate (GOS) or the like is used.
一般的に、高密度なX線光導電層もしくはシンチレータ層は、真空蒸着法およびスパッタリング法などにより、単数もしくは複数の画素電極を有する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。 In general, a high-density X-ray photoconductive layer or scintillator layer is uniformly formed on an active matrix substrate having one or a plurality of pixel electrodes by a vacuum deposition method, a sputtering method, or the like.
また、シンチレータ層をアクティブマトリックス基板上に一様に形成した後、このシンチレータ層を画素単位に分割する溝をダイシングによる切除やレーザビームによる除去などにより加工し、さらに溝内にシンチレータ層よりも例えば屈折率の高い材質を充填もしくは積層して壁を形成する場合がある。シンチレータ層に溝や壁を形成することにより、シンチレータ層で変換された可視光が周辺の画素方向に散乱するのを抑制し、解像度を高めている(例えば、特許文献1、2参照。)。
一般的に、高密度なX線光導電層もしくはシンチレータ層は、真空蒸着法や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ることが多いが、入射したX線に対する出力信号強度と十分なX線吸収率とを得るためには数百μm以上の厚膜に形成する必要がある。このような膜厚に形成することでX線光導電層もしくはシンチレータ層に大きな内部応力が発生し、この内部応力によりX線光導電層もしくはシンチレータ層の剥れやアクティブマトリックス基板の反りなどが発生し、諸特性および信頼性に影響する問題がある。 In general, a high-density X-ray photoconductive layer or scintillator layer is often uniformly formed on an active matrix substrate by vacuum deposition or sputtering, but the output signal intensity for incident X-rays In order to obtain a sufficient X-ray absorption rate, it is necessary to form a thick film of several hundred μm or more. By forming such a film thickness, a large internal stress is generated in the X-ray photoconductive layer or scintillator layer, and the internal stress causes peeling of the X-ray photoconductive layer or scintillator layer or warping of the active matrix substrate. However, there are problems that affect various properties and reliability.
また、シンチレータ層をアクティブマトリックス基板上に一様に形成した後、解像度を高めることを目的として、シンチレータ層を画素単位に分割する溝を加工し、さらに溝内に壁を形成する場合があるが、シンチレータ層に溝を加工する工程が必要となり、加工によるシンチレータ層の諸特性および信頼性などへの影響もある。 In addition, after the scintillator layer is uniformly formed on the active matrix substrate, a groove for dividing the scintillator layer into pixels may be processed and a wall may be formed in the groove for the purpose of increasing resolution. In addition, a process for machining the groove in the scintillator layer is required, and the machining may affect various characteristics and reliability of the scintillator layer.
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、回路基板上で一体に形成されるX線光導電層もしくはシンチレータ層の内部応力を低減でき、諸特性および信頼性を向上できる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。 The present invention has been made in view of the above points, and can detect the internal stress of the X-ray photoconductive layer or the scintillator layer integrally formed on the circuit board, and can improve various characteristics and reliability. It is an object to provide a container and a method for manufacturing the same.
本発明のX線検出器は、電気信号を検出する画素電極が設けられた回路基板と、前記回路基板上の画素電極の領域と画素電極以外の領域とで結晶配向性、充填密度、ヤング率のうちの少なくとも1つが異なるように一体に形成され、X線を電気信号に変換するX線光導電層と、前記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。 The X-ray detector according to the present invention comprises a circuit substrate provided with a pixel electrode for detecting an electric signal, and a crystal orientation, a packing density, and a Young's modulus between a pixel electrode region and a region other than the pixel electrode on the circuit substrate. Are formed integrally so that at least one of them is different, and includes an X-ray photoconductive layer for converting X-rays into an electric signal, and an electrode layer provided on the X-ray photoconductive layer. is there.
本発明のX線検出器は、可視光を電気信号に変換する光電変換素子およびこの光電変換素子で変換された電気信号を検出する画素電極が設けられた回路基板と、前記回路基板上の画素電極の領域と画素電極以外の領域とで結晶配向性、充填密度、ヤング率のうちの少なくとも1つが異なるように一体に形成され、X線を可視光に変換するシンチレータ層とを具備しているものである。 The X-ray detector according to the present invention includes a photoelectric conversion element that converts visible light into an electric signal, a circuit board provided with a pixel electrode that detects an electric signal converted by the photoelectric conversion element, and a pixel on the circuit board. A scintillator layer that is integrally formed so that at least one of crystal orientation, packing density, and Young's modulus differs between the electrode region and the region other than the pixel electrode, and converts X-rays into visible light. Is.
また、本発明のX線検出器の製造方法は、回路基板上の電気信号を検出する画素電極の領域に結晶成長促進層を形成するとともに画素電極以外の領域に結晶成長抑制層を形成し、前記回路基板の結晶成長促進層上および結晶成長抑制層上にX線光導電層を気相成長法にて積層することにより、このX線光導電層を画素電極の領域と画素電極以外の領域とで結晶配向性、充填密度、ヤング率のうちの少なくとも1つが異なるように一体に形成するものである。 In addition, in the method for manufacturing the X-ray detector of the present invention, the crystal growth promoting layer is formed in the region of the pixel electrode for detecting the electrical signal on the circuit board and the crystal growth suppressing layer is formed in the region other than the pixel electrode, By laminating an X-ray photoconductive layer on the crystal growth promoting layer and the crystal growth suppressing layer of the circuit board by a vapor phase growth method, the X-ray photoconductive layer is formed into a region other than the pixel electrode and the region other than the pixel electrode. Are integrally formed so that at least one of crystal orientation, packing density, and Young's modulus is different.
本発明のX線検出器の製造方法は、可視光を電気信号に変換する光電変換素子およびこの光電変換素子で変換された電気信号を検出する画素電極が設けられた回路基板上であって、画素電極の領域に結晶成長促進層を形成するとともに画素電極以外の領域に結晶成長抑制層を形成し、前記回路基板の結晶成長促進層上および結晶成長抑制層上にシンチレータ層を気相成長法にて積層することにより、このシンチレータ層を画素電極の領域と画素電極以外の領域とで結晶配向性、充填密度、ヤング率のうちの少なくとも1つが異なるように一体に形成するものである。 The X-ray detector manufacturing method of the present invention is a circuit board provided with a photoelectric conversion element that converts visible light into an electrical signal and a pixel electrode that detects an electrical signal converted by the photoelectric conversion element, A crystal growth promoting layer is formed in a region of the pixel electrode, a crystal growth suppressing layer is formed in a region other than the pixel electrode, and a scintillator layer is formed on the crystal growth promoting layer and the crystal growth suppressing layer of the circuit board by vapor phase growth. The scintillator layer is integrally formed so that at least one of crystal orientation, filling density, and Young's modulus is different between the pixel electrode region and the region other than the pixel electrode.
本発明のX線検出器によれば、X線光導電層もしくはシンチレータ層を回路基板上の画素電極の領域と画素電極以外の領域とで結晶配向性、充填密度、ヤング率のうちの少なくとも1つが異なるように一体に形成したため、回路基板上で一体に形成されるX線光導電層もしくはシンチレータ層の内部応力を低減でき、諸特性および信頼性を向上できる。しかも、X線光導電層もしくはシンチレータ層を一体に形成することで、これらへの加工の必要がなく、加工による諸特性および信頼性への影響もなくすことができる。 According to the X-ray detector of the present invention, the X-ray photoconductive layer or scintillator layer is formed of at least one of crystal orientation, packing density, and Young's modulus between the region of the pixel electrode on the circuit board and the region other than the pixel electrode. Since they are integrally formed so as to be different from each other, the internal stress of the X-ray photoconductive layer or scintillator layer integrally formed on the circuit board can be reduced, and various characteristics and reliability can be improved. In addition, by integrally forming the X-ray photoconductive layer or the scintillator layer, it is not necessary to process these, and it is possible to eliminate the influence on various characteristics and reliability due to the processing.
本発明のX線検出器の製造方法によれば、回路基板上の画素電極の領域に結晶成長促進層を形成するとともに画素電極以外の領域に結晶成長抑制層を形成し、この回路基板の結晶成長促進層上および結晶成長抑制層上にX線光導電層もしくはシンチレータ層を気相成長法にて積層することにより、このX線光導電層もしくはシンチレータ層を画素電極の領域と画素電極以外の領域とで結晶配向性、充填密度、ヤング率のうちの少なくとも1つが異なるように一体に形成することできるため、回路基板上で一体に形成されるX線光導電層もしくはシンチレータ層の内部応力を低減でき、諸特性および信頼性を向上できる。しかも、X線光導電層もしくはシンチレータ層を一体に形成できることで、これらへの加工の必要がなく、加工による諸特性および信頼性などへの影響もなくすことができる。 According to the method of manufacturing the X-ray detector of the present invention, the crystal growth promoting layer is formed in the region of the pixel electrode on the circuit substrate and the crystal growth suppressing layer is formed in the region other than the pixel electrode. By laminating an X-ray photoconductive layer or scintillator layer on the growth promotion layer and the crystal growth suppression layer by a vapor phase growth method, the X-ray photoconductive layer or scintillator layer is formed in a region other than the pixel electrode region and the pixel electrode. Since it can be integrally formed so that at least one of crystal orientation, packing density, and Young's modulus differs depending on the region, the internal stress of the X-ray photoconductive layer or scintillator layer integrally formed on the circuit board can be reduced. Can be reduced, and various characteristics and reliability can be improved. In addition, since the X-ray photoconductive layer or the scintillator layer can be formed integrally, there is no need to process them, and it is possible to eliminate the influence on various characteristics and reliability due to the processing.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1ないし図8に第1の実施の形態を示す。 1 to 8 show a first embodiment.
図1ないし図3に示すように、1はX線検出器で、このX線検出器1は、直接方式のX線平面画像検出器であり、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アクティブマトリクス基板3を備えている。
As shown in FIGS. 1 to 3, reference numeral 1 denotes an X-ray detector. The X-ray detector 1 is a direct X-ray planar image detector and has a plurality of
アクティブマトリクス基板3の表面には、入射する放射線であるX線を電気信号に変換するX線光導電層4が積層されて一体に形成されている。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の表面に直接形成されている。さらに、このX線光導電層4の表面には、上部電極である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。
On the surface of the
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の表面には、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とが各画素2毎に形成されている。そして、図3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。
The
支持基板6の表面には、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。各制御電極11は、支持基板6の表面の各画素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。各制御電極11には、同じ行に位置する各薄膜トランジスタ7のゲ−ト電極12が電気的に接続されている。また、支持基板6の表面には、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。各読出電極13は、支持基板6の表面の各画素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。各読出電極13には、同じ列に位置する各薄膜トランジスタ7のソース電極14が電気的に接続されている。また、各薄膜トランジスタ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にそれぞれ電気的に接続されている。
On the surface of the
図1に示すように、薄膜トランジスタやのゲート電極12は、支持基板6上に島状に形成されている。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。
As shown in FIG. 1, the
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。
On the insulating
各薄膜トランジスタ7のゲート電極12は、図3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。
As shown in FIG. 3, the
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。
The
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。
On the insulating
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。
A part of the insulating
また、アクティブマトリクス基板3上には、各画素電極9の領域A1に結晶成長促進層31が形成され、画素電極9以外の領域A2に結晶成長抑制層32が形成されている。結晶成長促進層31の形成方法としては、X線光導電層4を構成する物質と同物質を初期結晶核として薄膜状に形成したり、X線光導電層4を構成する物質と格子定数が近似もしくは整数倍の物質を初期結晶核として薄膜状に形成するなどが挙げられる。一方、結晶成長抑制層32の形成方法としては、基板表面の凹凸が大きい程、X線光導電層4の結晶配向性はランダム化することを利用して、プラズマアッシング処理などにより、基板表面の凹凸を拡大さたり、X線光導電層4を構成する物質と格子定数が大きく異なるか非整数倍の物質を初期結晶核として薄膜状に形成するなどが挙げられる。
On the
アクティブマトリクス基板3上の結晶成長促進層31および結晶成長抑制層32上に、光導電材料を用いて、真空蒸着法、スパッタリング法、CVD法などの気相成長法により、X線光導電層4が積層されて一体に形成されている。気相成長法によるX線光導電層4の結晶成長は、主にアクティブマトリクス基板3上に形成された結晶核を起点とすることから、X線光導電層4の結晶状態はアクティブマトリクス基板3上に形成された結晶核の状態に大きく影響されることとなる。そのため、画素電極9の領域A1に結晶核の配向性を高める効果のある結晶成長促進層31を形成し、画素電極9以外の領域A2に結晶核の配向性を阻害する効果のある結晶成長抑制層32を形成しているので、図4に示すように、画素電極9の領域A1と画素電極9以外の領域A2とで、結晶配向性が異なるX線光導電層部4aとX線光導電層部4bとが一体に形成される。
An
画素電極9の領域A1のX線光導電層部4aは、結晶が一様に成長することから結晶配向性が高く、この結晶配向性が高いことで光導電材料の充填密度も高くなり、一方、画素電極9以外の領域A2のX線光導電層部4bは、結晶がランダムに成長することから結晶配向性が低く、この結晶配向性が低いことで光導電材料の充填密度も低くなる。そのため、結晶配向性および充填密度は、X線光導電層部4a>X線光導電層部4bの関係となる。また、ヤング率(縦弾性係数)についても、物質の充填密度の影響を受け、物質の結晶性と相関があるため、X線光導電層部4a>X線光導電層部4bの関係となる。
The X-ray
そして、図4に示すように、X線光導電層4の結晶配向性は、気相成長法により形成される結晶の配向の規則性を示し、結晶が規則正しく一様なほど結晶配向性が高く、結晶がランダム化するほど結晶配向性が低い。充填密度は、単位体積あたりに充填された光導電材料の密度を示す。ヤング率は、引張応力と引張方向に平行な方向のひずみとの比を示すものであって、X線光導電層4の強度や弾性などの物質性を示すものであり、充填密度が高いほどヤング率が高く、充填密度が低いほどヤング率が低い相関がある。よって、これら結晶配向性と充填密度とヤング率とには互いに相関がある。
As shown in FIG. 4, the crystal orientation of the
したがって、X線光導電層4は、画素電極9の領域A1のX線光導電層部4aにおける結晶配向性、充填密度、ヤング率が、画素電極9以外の領域A2のX線光導電層部4bより高く、X線光導電層部4a>X線光導電層部4bの関係を有するように一体に形成されている。この関係は、X線光導電層4の内部応力を低減するうえで、充填密度において10%以上異なることが好ましい。
Therefore, the
X線光導電層4は、BiCl3、BiBr3、BiI3、CuI、GaBr2、GaI2、GeI4、HfBr4、HfI4、HgBr2、HgI2、InI、PbBr2、PbI2、SbBr3、SbI3、SnBr2、SnI2、TaCl5、TaBr5、TeCl4、TlBr、TlI、ZrBr4、ZrI4、PbO、HgO、Bi2O3、Sb2S3、TlPbI3、BiOI、CdTeZn、CdTeSe、Ge、GaAsの少なくともいずれか1つを含む光導電材料にて形成されている。
X-ray
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41の正極側が電気的に接続されている。また、この電源部41の負極側は接地されている。
A bias electrode layer 5 is laminated on the
このバイアス電極層5上には、絶縁層42が積層されて形成されている。さらに、この絶縁層42上には、画素2間を遮蔽する格子状のX線グリッド43が形成されている。このX線グリッド43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。
On this bias electrode layer 5, an insulating
次に、第1の実施の形態の作用について説明する。 Next, the operation of the first embodiment will be described.
まず、X線検出器1のX線光導電層4へと入射した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hとなる。
First, the X-ray L incident on the
光導電電荷hは、バイアス電極層5による印加電界によって画素電極9へと移動する。
The photoconductive charge h moves to the
画素電極9へと移動して流入した光導電電荷hは、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、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。
The photoconductive charge h that has flowed into and flowed into the
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。
At this time, when one of the
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hが読出電極13へと出力される。
Then, the photoconductive charges h stored in the
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。
As a result, since a signal corresponding to the
次に、X線光導電層4の製造方法について説明する。
Next, a method for manufacturing the
図5に示すように、アクティブマトリクス基板3の表面には、絶縁層25および複数の画素電極9が配置されている。
As shown in FIG. 5, an insulating
図6に示すように、アクティブマトリクス基板3の表面における画素電極9以外の領域A2に、マスキングなどを用いたプラズマアッシング処理により、結晶成長抑制層32を形成する。
As shown in FIG. 6, a crystal
続いて、図7に示すように、アクティブマトリクス基板3の表面における画素電極9の領域A1に、マスキングなどを用いた気相成長法により、X線光導電層4を構成する物質と同物質の結晶成長促進層31を初期結晶核として薄膜状に形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 7, the region A1 of the
続いて、図8に示すように、アクティブマトリクス基板3上の結晶成長促進層31および結晶成長抑制層32上に、気相成長法により、X線光導電層4を積層して一体に形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 8, the
このとき、上述したように、気相成長法によるX線光導電層4の結晶成長では、主にアクティブマトリクス基板3上に形成された結晶核を起点とすることから、X線光導電層4の結晶状態はアクティブマトリクス基板3上に形成された結晶核の状態に大きく影響されることとなる。そのため、画素電極9の領域A1に結晶核の配向性を高める効果のある結晶成長促進層31を形成し、画素電極9以外の領域A2に結晶核の配向性を阻害する効果のある結晶成長抑制層32を形成しているので、画素電極9の領域A1と画素電極9以外の領域A2とで、結晶配向性が異なるX線光導電層部4aとX線光導電層部4bとが一体に形成される。
At this time, as described above, in the crystal growth of the
画素電極9の領域A1のX線光導電層部4aは、結晶が一様に成長することから結晶配向性が高く、この結晶配向性が高いことで光導電材料の充填密度も高くなり、一方、画素電極9以外の領域A2のX線光導電層部4bは、結晶がランダムに成長することから結晶配向性が低く、この結晶配向性が低いことで光導電材料の充填密度も低くなる。そのため、結晶配向性および充填密度は、X線光導電層部4a>X線光導電層部4bの関係となる。また、ヤング率についても、物質の充填密度の影響を受け、物質の結晶性と相関があるため、X線光導電層部4a>X線光導電層部4bの関係となる。
The X-ray
したがって、X線光導電層4は、画素電極9の領域A1のX線光導電層部4aにおける結晶配向性、充填密度、ヤング率が、画素電極9以外の領域A2のX線光導電層部4bより高く、X線光導電層部4a>X線光導電層部4bの関係を有する。
Therefore, the
このように構成されたX線検出器1では、画素電極9の領域A1のX線光導電層部4aにおける結晶配向性、充填密度、ヤング率が、画素電極9以外の領域A2のX線光導電層部4bより高く、X線光導電層部4a>X線光導電層部4bの関係を有するように一体に形成しているため、アクティブマトリクス基板3上に一体に形成されるX線光導電層4の内部応力を低減でき、X線光導電層4の剥れやアクティブマトリックス基板3の反りなどが発生するのを防止でき、諸特性および信頼性を向上できる。
In the X-ray detector 1 configured as described above, the crystal orientation, the packing density, and the Young's modulus in the X-ray
アクティブマトリクス基板3上の画素電極9の領域A1に結晶成長促進層31を形成するとともに画素電極9以外の領域A2に結晶成長抑制層32を形成し、このアクティブマトリクス基板3の結晶成長促進層31上および結晶成長抑制層32上にX線光導電層4を気相成長法にて積層することにより、画素電極9の領域A1と画素電極9以外の領域A2とで、結晶配向性、充填密度、ヤング率が異なるX線光導電層部4aとX線光導電層部4bとを一体に形成できる。X線光導電層4のX線光導電層部4aとX線光導電層部4bとを一体に形成できることで、X線光導電層4への加工の必要がなく、加工による諸特性および信頼性などへの影響もなくすことができる。
A crystal
そして、例えば、X線光導電層4の高感度光導電材料:PbI2、X線光導電層4の形成方法:真空蒸着法、X線光導電層4の積層膜厚:400μm、結晶成長促進層31の材料:PbI2、結晶成長促進層31の形成方法:真空蒸着法、結晶成長促進層31の積層膜厚:5000Å、結晶成長抑制層32の形成方法:プラズマアッシング処理(アッシング:2000Å)としたX線検出器1について、充填密度を測定した。その結果、画素電極9の領域A1と画素電極9以外の領域A2との充填密度は、画素電極9の領域A1:約90%以上、画素電極9以外の領域A2:約70%以下となった。したがって、X線光導電層4は、画素電極9の領域A1のX線光導電層部4aにおける結晶配向性、充填密度、ヤング率が、画素電極9以外の領域A2のX線光導電層部4bより高く、X線光導電層部4a>X線光導電層部4bの関係を有している。
And, for example, high-sensitivity photoconductive material of the X-ray photoconductive layer 4: PbI 2 , formation method of the X-ray photoconductive layer 4: vacuum deposition method, stacked film thickness of the X-ray photoconductive layer 4: 400 μm, promotion of crystal growth Material of layer 31: PbI 2 , formation method of crystal growth promotion layer 31: vacuum deposition method, stacking film thickness of crystal growth promotion layer 31: 5000 mm, formation method of crystal growth suppression layer 32: plasma ashing treatment (ashing: 2000 mm) The X-ray detector 1 was measured for the packing density. As a result, the filling density of the region A1 of the
また、直接方式のX線検出器1においては、結晶成長促進層31と結晶成長抑制層32との体積抵抗率の関係を結晶成長促進層31<結晶成長抑制層32とした場合、隣接する画素電極9からの光導電電荷hの流入などの影響に防止することもでき、解像度特性の改善もできる。
In the direct X-ray detector 1, if the relationship between the volume resistivity of the crystal
次に、図9および図10に第2の実施の形態を示す。なお、第1の実施の形態と同一構成については同一符号を用いてその説明を省略する。 Next, FIGS. 9 and 10 show a second embodiment. In addition, about the same structure as 1st Embodiment, the description is abbreviate | omitted using the same code | symbol.
X線検出器1としては、間接方式のX線平面画像検出器である。このX線検出器1のアクティブマトリクス基板3の表面には各画素電極9上に可視光vを電気信号に変換するフォトダイオードなどの光電変換素子51が形成されている。
The X-ray detector 1 is an indirect X-ray planar image detector. On the surface of the
アクティブマトリクス基板3上には、各画素電極9の領域A1であって光電変換素子51上に結晶成長促進層31が形成され、画素電極9以外の領域A2に結晶成長抑制層32が形成されている。
On the
アクティブマトリクス基板3上の結晶成長促進層31および結晶成長抑制層32上に、蛍光材料を用いて、真空蒸着法、スパッタリング法、CVD法などの気相成長法により、X線Lを可視光vに変換する柱状結晶構造のシンチレータ層52が積層されて一体に形成されている。気相成長法によるシンチレータ層52の結晶成長は、主にアクティブマトリクス基板3上に形成された結晶核を起点とすることから、シンチレータ層52の結晶状態はアクティブマトリクス基板3上に形成された結晶核の状態に大きく影響されることとなる。そのため、画素電極9の領域A1であって光電変換素子51上に結晶核の配向性を高める効果のある結晶成長促進層31を形成し、画素電極9以外の領域A2に結晶核の配向性を阻害する効果のある結晶成長抑制層32を形成しているので、画素電極9の領域A1と画素電極9以外の領域A2とで、結晶配向性が異なるシンチレータ層部52aとシンチレータ層部52bとが一体に形成されている。
On the crystal
画素電極9の領域A1であって光電変換素子51上のシンチレータ層部52aは、結晶が規則正しく一様に成長することから結晶配向性が高くなり、この結晶配向性が高くなることで蛍光材料の充填密度も高くなり、一方、画素電極9以外の領域A2のシンチレータ層部52bは、結晶がランダムに成長することから結晶配向性が低くなり、この結晶配向性が低くなることで蛍光材料の充填密度も低くなる。そのため、結晶配向性および充填密度は、シンチレータ層部52a>シンチレータ層部52bの関係となる。また、ヤング率についても、物質の充填密度の影響を受け、物質の結晶性と相関があるため、シンチレータ層部52a>シンチレータ層部52bの関係となる。
The
したがって、シンチレータ層52は、画素電極9の領域A1であって光電変換素子51上のシンチレータ層部52aにおける結晶配向性、充填密度、ヤング率が、画素電極9以外の領域A2のシンチレータ層部52bより高く、シンチレータ層部52a>シンチレータ層部52bの関係を有するように一体に形成されている。
Therefore, the
シンチレータ層52は、LiI、NaI、CsI、ZnS、ZnSe、Ca2MgSi2O7、Ca(1−X)MgXSiO3、CaF2、BaF2、BGO(Bi4Ge3O12、Bi12GeO20)、GSO(Gd2SiO5)、GOS(Gd2O2S)、YAP(YAlO3)、YAG(Y3Al5O12)、YSO(Y2SiO5)、LuAP(LuAlO3)、LSO(Lu2SiO5)、LSP(Lu2Si2O7)、LuYAP{Lu(1−X)YXAlO3}、LGSO{Lu(1−X)GdXSiO5}、LaCl3、CeCl3、RbGd2Br7、K2LaCl5、LiBaF3の少なくとも1つを含む蛍光材料にて形成されている。
The
また、シンチレータ層52上には、シンチレータ層52で変換された可視光vの利用効率を高めるための反射層53が積層されて形成され、この反射層53上には絶縁層42が積層されて形成され、この絶縁層42上には画素2間を遮蔽する格子状のX線グリッド43が形成されている。
Further, a reflection layer 53 is formed on the
そして、シンチレータ層52を形成するプロセスについては、基本的に第1の実施の形態のX線光導電層4を形成するプロセスと同様である。
The process for forming the
このように構成されたX線検出器1では、画素電極9の領域A1であって光電変換素子51上のシンチレータ層部52aにおける結晶配向性、充填密度、ヤング率が、画素電極9以外の領域A2のシンチレータ層部52bより高く、シンチレータ層部52a>シンチレータ層部52bの関係を有するように一体に形成しているため、アクティブマトリクス基板3上に一体に形成されるシンチレータ層52の内部応力を低減でき、シンチレータ層52の剥れやアクティブマトリックス基板3の反りなどが発生するのを防止でき、諸特性および信頼性を向上できる。
In the X-ray detector 1 configured as described above, the region A1 of the
アクティブマトリクス基板3上の画素電極9の領域A1に結晶成長促進層31を形成するとともに画素電極9以外の領域A2に結晶成長抑制層32を形成し、このアクティブマトリクス基板3の結晶成長促進層31上および結晶成長抑制層32上にシンチレータ層52を気相成長法にて積層することにより、画素電極9の領域A1であって光電変換素子51上と画素電極9以外の領域A2とで、結晶配向性、充填密度、ヤング率が異なるシンチレータ層部52aとシンチレータ層部52bとを一体に形成できる。シンチレータ層52のシンチレータ層部52aとシンチレータ層部52bとを一体に形成できることで、シンチレータ層52への加工の必要がなく、加工による諸特性および信頼性などへの影響もなくすことができる。
A crystal
また、間接方式のX線検出器1においては、結晶成長促進層31と結晶成長抑制層32の蛍光の透過率の関係を結晶成長促進層31>結晶成長抑制層32とした場合、解像度特性を改善できる。
In the indirect X-ray detector 1, when the relationship between the fluorescence transmittances of the crystal
なお、アクティブマトリクス基板3上には、画素2を二次元的でマトリクス状に形成したが、一次元的に形成してもよい。
Note that the
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
31 結晶成長促進層
32 結晶成長抑制層
51 光電変換素子
52 シンチレータ層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
31 Crystal growth promotion layer
32 Crystal growth suppression layer
51 Photoelectric conversion element
52 Scintillator layer
Claims (12)
前記回路基板上の画素電極の領域と画素電極以外の領域とで結晶配向性、充填密度、ヤング率のうちの少なくとも1つが異なるように一体に形成され、X線を電気信号に変換するX線光導電層と、
前記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。 A circuit board provided with a pixel electrode for detecting an electrical signal;
X-rays that are integrally formed so that at least one of crystal orientation, packing density, and Young's modulus is different between a region of the pixel electrode on the circuit board and a region other than the pixel electrode, and converts the X-rays into electrical signals. A photoconductive layer;
An X-ray detector comprising: an electrode layer provided on the X-ray photoconductive layer.
ことを特徴とする請求項1記載のX線検出器。 The X-ray photoconductive layer has a relationship in which at least one of crystal orientation, packing density, and Young's modulus in a region of a pixel electrode is higher than that of a region other than the pixel electrode. X-ray detector.
X線光導電層は、前記回路基板の結晶成長促進層上および結晶成長抑制層上に気相成長法により積層されて形成されている
ことを特徴とする請求項1または2記載のX線検出器。 A crystal growth promoting layer is formed in the region of the pixel electrode on the circuit board, and a crystal growth suppressing layer is formed in the region other than the pixel electrode,
3. The X-ray detection according to claim 1, wherein the X-ray photoconductive layer is formed by being deposited on the crystal growth promotion layer and the crystal growth suppression layer of the circuit board by a vapor deposition method. vessel.
ことを特徴とする請求項1ないし3いずれか記載のX線検出器。 X-ray photoconductive layer, BiCl 3, BiBr 3, BiI 3, CuI, GaBr 2, GaI 2, GeI 4, HfBr 4, HfI 4, HgBr 2, HgI 2, InI, PbBr 2, PbI 2, SbBr 3, SbI 3, SnBr 2, SnI 2 , TaCl 5, TaBr 5, TeCl 4, TlBr, TlI, ZrBr 4, ZrI 4, PbO, HgO, Bi 2 O 3, Sb 2 S 3, TlPbI 3, biOI, CdTeZn, CdTeSe The X-ray detector according to claim 1, wherein the X-ray detector is formed of a photoconductive material containing at least one of Ge, GaAs.
前記回路基板上の画素電極の領域と画素電極以外の領域とで結晶配向性、充填密度、ヤング率のうちの少なくとも1つが異なるように一体に形成され、X線を可視光に変換するシンチレータ層と
を具備していることを特徴とするX線検出器。 A circuit board provided with a photoelectric conversion element that converts visible light into an electrical signal and a pixel electrode that detects an electrical signal converted by the photoelectric conversion element;
A scintillator layer that is integrally formed so that at least one of crystal orientation, packing density, and Young's modulus is different between a region of the pixel electrode on the circuit board and a region other than the pixel electrode, and converts X-rays into visible light. An X-ray detector comprising:
ことを特徴とする請求項5記載のX線検出器。 6. The X-ray detection according to claim 5, wherein the scintillator layer has a relationship in which at least one of crystal orientation, packing density, and Young's modulus in the pixel electrode region is higher than that in the region other than the pixel electrode. vessel.
シンチレータ層は、前記回路基板の結晶成長促進層上および結晶成長抑制層上に気相成長法により積層されて形成されている
ことを特徴とする請求項5または6記載のX線検出器。 A crystal growth promoting layer is formed in the region of the pixel electrode on the circuit board, and a crystal growth suppressing layer is formed in the region other than the pixel electrode,
The X-ray detector according to claim 5, wherein the scintillator layer is formed by being deposited on the crystal growth promotion layer and the crystal growth suppression layer of the circuit board by a vapor phase growth method.
ことを特徴とする請求項5ないし7いずれか記載のX線検出器。 The scintillator layer is composed of LiI, NaI, CsI, ZnS, ZnSe, Ca 2 MgSi 2 O 7 , Ca (1-X) Mg X SiO 3 , CaF 2 , BaF 2 , BGO (Bi 4 Ge 3 O 12 , Bi 12 GeO 20), GSO (Gd 2 SiO 5), GOS (Gd 2 O 2 S), YAP (YAlO 3), YAG (Y 3 Al 5 O 12), YSO (Y 2 SiO 5), LuAP (LuAlO 3), LSO (Lu 2 SiO 5 ), LSP (Lu 2 Si 2 O 7 ), LuYAP {Lu (1-X) Y X AlO 3 }, LGSO {Lu (1-X) Gd X SiO 5 }, LaCl 3 , CeCl 3, RbGd 2 Br 7, K 2 LaCl 5, claims, characterized in that it is formed with a fluorescent material comprising at least one of LiBaF 3 To 7 X-ray detector according to any one.
前記回路基板の結晶成長促進層上および結晶成長抑制層上にX線光導電層を気相成長法にて積層することにより、このX線光導電層を画素電極の領域と画素電極以外の領域とで結晶配向性、充填密度、ヤング率のうちの少なくとも1つが異なるように一体に形成する
ことを特徴とするX線検出器の製造方法。 Forming a crystal growth promoting layer in a region of the pixel electrode for detecting an electrical signal on the circuit board and forming a crystal growth suppressing layer in a region other than the pixel electrode;
By laminating an X-ray photoconductive layer on the crystal growth promoting layer and the crystal growth suppressing layer of the circuit board by a vapor phase growth method, the X-ray photoconductive layer is formed into a region other than the pixel electrode and the region other than the pixel electrode. And an integral unit so that at least one of crystal orientation, packing density, and Young's modulus is different.
ことを特徴とする請求項9記載のX線検出器の製造方法。 By laminating an X-ray photoconductive layer on the crystal growth promoting layer and the crystal growth suppressing layer of the circuit board by a vapor phase growth method, the crystal orientation in the region of the pixel electrode of this X-ray photoconductive layer, the packing density The method for manufacturing an X-ray detector according to claim 9, wherein at least one of the Young's moduli is integrally formed in a relationship higher than that of the region other than the pixel electrode.
前記回路基板の結晶成長促進層上および結晶成長抑制層上にシンチレータ層を気相成長法にて積層することにより、このシンチレータ層を画素電極の領域と画素電極以外の領域とで結晶配向性、充填密度、ヤング率のうちの少なくとも1つが異なるように一体に形成する
ことを特徴とするX線検出器の製造方法。 A crystal growth promoting layer is formed on a circuit board provided with a photoelectric conversion element that converts visible light into an electric signal and a pixel electrode that detects an electric signal converted by the photoelectric conversion element. And forming a crystal growth suppression layer in a region other than the pixel electrode,
By laminating a scintillator layer on the crystal growth promotion layer and the crystal growth suppression layer of the circuit board by a vapor phase growth method, the scintillator layer has a crystal orientation in a region of the pixel electrode and a region other than the pixel electrode, A method of manufacturing an X-ray detector, wherein the X-ray detector is integrally formed so that at least one of a packing density and a Young's modulus is different.
ことを特徴とする請求項11記載のX線検出器の製造方法。 By laminating a scintillator layer on the crystal growth promotion layer and the crystal growth suppression layer of the circuit board by the vapor phase growth method, the crystal orientation, the packing density, and the Young's modulus in the pixel electrode region of the scintillator layer The method for manufacturing an X-ray detector according to claim 11, wherein at least one is integrally formed in a relationship higher than a region other than the pixel electrode.
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