JP2007329433A - 光電変換装置及び撮像システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 光電変換装置は、基板100上に、光電変換素子101とスイッチング素子102とを含む画素がマトリクス状に配置された画素領域を有する。スイッチング素子102は、基板100側から、ゲート電極205、第1の絶縁層301a、第2の絶縁層302a、半導体層303aの順に配置された構造体を有する。光電変換素子101は、第1の絶縁層301a上に、基板100側から、下部電極201、第2の絶縁層302a、半導体層303aの順に配置された構造体を有する。
【選択図】 図3
Description
図1は、本発明の好適な実施の形態に係る光電変換装置の構成を例示的に示す平面図である。101は電磁波を電荷に変換する光電変換素子、102はTFTなどのスイッチング素子、103はゲート配線、104は信号配線、105はバイアス配線である。また、106は信号処理回路、107は駆動回路、108はA/D変換部、109はバイアス電源部である。1つの画素は、光電変換素子101とスイッチング素子102で構成されている。画素は、絶縁性基板100上にマトリクス状に複数配置され、画素領域を構成している。
図5は、本発明の好適な第2の実施形態に係る画素の図2におけるA−A’の模式的断面図である。図3と異なるのは、第1の絶縁層と第2の絶縁層の膜厚の比率を変えた点である。本来であれば、スイッチング素子102と光電変換素子101の双方で、絶縁層の膜厚が薄いほど特性が良い。しかしながら、絶縁層の膜厚が薄くなると絶縁耐圧が低下する。そのため、図5に示すように、抵抗を低くするために厚く形成したゲート電極205を使用したスイッチング素子102の絶縁層は、膜厚をより厚くして絶縁性を確保する。そして、抵抗を低くする必要がないため薄く形成されたセンサ下部電極201を使用した光電変換素子101の絶縁層は、膜厚をより薄くする。この形態は、双方の特性を引き出す上で好ましい。これは、第1の絶縁層301bを第2の絶縁層302bよりも厚く形成することにより実現される。また、第1の絶縁層301bをアルミニウムの耐熱性以下の温度で形成し、第2の絶縁層302bを高温で形成する。これにより、第1の金属層として比抵抗の小さいアルミニウムを用いることが可能となる。そして、高温で形成した良質な第2の絶縁層302bにより、スイッチング素子102の重要なチャネル部の第2の絶縁層302bと半導体層303aとの界面の特性を向上させることができる。その結果、スイッチング素子102と光電変換素子101の双方の最適化を図ることができる。図5に示す第1の絶縁層301bの膜厚は、例えば2500Å〜3500Å程度とし、第2の絶縁層302bの膜厚は、例えば300Å〜2000Å程度とすれば、スイッチング素子102と光電変換素子101の最適化を図ることができる。
図6は、本発明の好適な第3の実施形態に係る画素の平面図である。図6において図2と相違する点は、スイッチング素子102のソース電極203とドレイン電極204との間もしくは下部に配置された半導体層の一部をエッチングで除去するプロセスを入れる点である。これにより、スイッチング素子102のチャネル部における半導体層の膜厚が光電変換素子101における半導体層の膜厚よりも薄くなっている。スイッチング素子102は、半導体層の膜厚が薄いと転送能力が上がるため薄い方がよい。一方、光電変換素子101は、半導体層の膜厚が厚いほど光を吸収し、特にMIS型構造の場合は蓄積されたキャリア取り出し効率が上がるため、厚いほうがよい。従って、上記のエッチングプロセスを入れることにより、スイッチング素子102と光電変換素子101の双方の絶縁膜及び半導体層の膜厚を最適化することができる。その結果、光電変換素子101の半導体層の膜厚を厚くして、電磁波又は可視光を吸収しやすくし、スイッチング素子102の半導体層の膜厚を薄くして、転送能力を向上させることができる。
本発明の好適な実施の形態に係る光電変換装置を用いた撮像システムについて図8の放射線撮像システムを例に説明する。図8に示すように、放射線源6050で発生したX線などの放射線6060は、被験者6061の体の部位6062を透過し、本発明の好適な実施の形態に係る光電変換装置を有する放射線撮像装置6040に入射する。この入射した放射線には被験者6061の体の内部の情報が含まれている。電磁波の入射に対応して放射線撮像装置6040内の光電変換装置の光入射側に配置された蛍光体が発光し、その光を光電変換装置で光電変換して電気的情報を得る。この電気的情報は、ディジタル信号に変換され信号処理手段としてのイメージプロセッサ6070により画像処理され、制御室の表示手段となるディスプレイ6080で観察可能となる。また、この電気的情報は、電話回線等の伝送処理手段6090により遠隔地へ転送され、別の場所のドクタールームにある表示手段としてのディスプレイ6081に表示可能である。また、光ディスク装置等の記録手段により、光ディスク等の記録媒体に保存することができ、遠隔地の医師が診断することも可能である。また、フィルムプロセッサ6100により、フィルム6110に記録することもできる。
101 光電変換素子
102 スイッチング素子
201 センサ下部電極
202 センサ上部電極
203 ソース電極
204 ドレイン電極
205 ゲート電極
206 スルーホール
301a 第1の絶縁層
302a 第2の絶縁層
303a 半導体層
304 不純物半導体層
305 絶縁層
Claims (9)
- 基板上に、光電変換素子とスイッチング素子とを含む画素がマトリクス状に配置された画素領域を有する光電変換装置であって、
前記スイッチング素子は、前記基板側から、ゲート電極、第1の絶縁層、第2の絶縁層、半導体層の順に配置された構造体を有し、
前記光電変換素子は、前記第1の絶縁層上に、前記基板側から、下部電極、前記第2の絶縁層、半導体層の順に配置された構造体を有することを特徴とする光電変換装置。 - 前記スイッチング素子のゲート電極と前記光電変換素子の下部電極とは、それぞれ別の層から形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。
- 前記スイッチング素子のゲート電極と前記光電変換素子の下部電極とは、それぞれの水平方向における間隔が実質的に0であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光電変換装置。
- 前記スイッチング素子のゲート電極と前記光電変換素子の下部電極とは、それぞれ水平方向においてオーバーラップしていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光電変換装置。
- 前記第2の絶縁層の膜厚は、前記第1の絶縁層の膜厚よりも薄いことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記第1の絶縁層は、前記第2の絶縁層よりも低温で形成されたことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記スイッチング素子の半導体層の膜厚は、前記光電変換素子の半導体層の膜厚よりも薄いことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光電変換装置の光入射側に、放射線を光に波長変換する蛍光体を有することを特徴とする放射線検出装置。
- 請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置からの信号を処理する信号処理手段と、
前記信号処理手段からの信号を表示するための表示手段と、
前記信号処理手段からの信号を表示手段に伝送するための伝送処理手段と、
を備えることを特徴とする撮像システム。
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