JP2009130209A - 放射線撮像素子 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズを効果的に抑制するとともに、高い画質を得ることができる放射線撮像素子を提供する。
【解決手段】被写体を透過した放射線に対応した信号電荷を出力するための行列状に配置された放射線センサと該センサからの信号読み出すための電界効果型トランジスタを備えた放射線撮像素子であって、
前記電界効果型トランジスタが、少なくとも、ゲート電極、ゲート絶縁膜、活性層、ソース電極及びドレイン電極を有し、前記活性層が少なくとも第１の領域と該第１の領域より電気伝導度が大きい第２の領域とを有し、該第２の領域が前記ゲート絶縁膜と接し、該第２の領域と前記ソース電極及び前記ドレイン電極の少なくとも一方との間に該第１の領域が電気的に接続して配されていることを特徴とする放射線撮像素子。
【選択図】なし

Description

本発明は、放射線撮像素子、具体的には、被写体を透過した放射線量を放射線センサにより直接電気信号を変換する放射線撮像素子に関する。

医療分野、工業分野あるいは原子力分野等の広い分野で放射線撮像素子を用いた撮像装置が利用されている。放射線撮像装置は、被写体に放射線を照射し被写体を透過した放射線の強度を検出することで被写体内部の情報を得るものである。このような放射線撮像装置には、大きく分けて直接型撮像装置と間接型撮像装置が存在する。直接型撮像装置は、被写体を透過した放射線を電気信号に直接変換して外部に取り出す方式であり、間接型撮像装置は、被写体を透過した放射線を一旦蛍光体に入射させて可視光に変換し、この可視光を電気信号に変換して外部に取り出す方式である。

直接型撮像装置に用いる放射線撮像素子は、入射した放射線（例えばＸ線）を放射線に有感なａ−Ｓｅ系半導体膜により直に電気信号（電荷）に変換される。例えば、図５は直接変換タイプの放射線センサの基本構成を示す模式的断面図である。放射線センサは、多数の収集電極（図示省略）が放射線検出有効エリアＳＡ内に設定された２次元状マトリックス配列で表面に形成され、放射線の入射に伴って各収集電極で収集される電荷の蓄積・読み出し用電気回路（図示省略）が配設されているアクティブマトリックス基板５１と、アクティブマトリックス基板５１の収集電極形成面側に積層形成された放射線に有感なａ−Ｓｅ系半導体膜５２と、ａ−Ｓｅ系半導体膜５２の表側に面状に広く積層形成されたバイアス電圧印加用の共通電極５３とを備えている（例えば、特許文献１参照。）。

バイアス供給電源からバイアス電圧が共通電極５３に印加され、バイアス電圧を印加した状態で、検出対象の放射線の入射に伴って放射線に有感なａ−Ｓｅ系半導体膜５２で生成されて各収集電極で収集される電荷が、コンデンサやスイッチング素子および電気配線等からなる蓄積・読み出し用電気回路によって、各収集電極毎の放射線検出信号として取り出される。

つまり、直接変換タイプの放射線センサの場合、２次元状マトリックス配列の各収集電極がそれぞれ放射線画像の各画素に対応する電極（画素電極）となっていて、放射線検出有効エリアＳＡに投影される放射線の２次元強度分布に応じた放射線画像を作製できる放射線検出信号が取り出せるのである。
しかしながら、直接変換型放射線撮像素子では、ノイズが多いため高画質の画像を得るためには放射線の曝線量が増大する問題があり、改良が求められている。

一方、素子のより一層の薄型化、軽量化、耐破損性の向上を求めて、ガラス基板の替わりに軽量で可撓性のある樹脂基板を用いる試みも行われている。
しかし、従来のシリコン薄膜を用いるトランジスタの製造は、比較的高温の熱工程を要し、一般的に耐熱性の低い樹脂基板上に直接形成することは困難である。

そこで、低温での成膜が可能なアモルファス酸化物、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス酸化物を半導体薄膜を用いるＴＦＴの開発が活発に行われている（例えば、特許文献２、非特許文献１参照。）。

アモルファス酸化物半導体を用いたＴＦＴは、室温成膜が可能であり、フイルム上に作製が可能であるので、フイルム（フレキシブル）ＴＦＴの活性層の材料として最近注目を浴びている。特に、東工大・細野らにより、ａ−ＩＧＺＯを用いたＴＦＴは、ＰＥＮ基板上でも電界効果移動度が約１０ｃｍ２／Ｖｓとガラス上のａ−Ｓｉ系ＴＦＴよりも高移動度が報告されて、特にフイルムＴＦＴとして注目されるようになった（例えば、非特許文献２参照。）。

しかし、このａ−ＩＧＺＯを用いたＴＦＴを例えば表示装置の駆動回路として用いる場合、１ｃｍ２／Ｖｓ〜１０ｃｍ２／Ｖｓという移動度では、特性は不十分であり、またＯＦＦ電流が高く、ＯＮ／ＯＦＦ比が低いという問題がある。特に有機ＥＬ素子を用いた表示装置に用いるためには、さらなる移動度の向上、ＯＮ／ＯＦＦ比の向上が要求される。
特開２００５−１０１１９３号公報 特開２００６−１６５５２９号公報 ＩＤＷ／ＡＤ’０５、８４５頁−８４６頁（６ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ、２００５） ＮＡＴＵＲＥ、Ｖｏｌ．４３２（２５ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ、２００４）、４８８頁−４９２頁

直接変換型放射線撮像画像の高画質化が要望され、そのために直接変換型のノイズを除くことをめざした。ノイズの原因として「量子ノイズ」、「電気ノイズ」があり、後者はさらに「撮像素子起因のもの」、「ラインの配線抵抗、容量によるもの」に分けられる。撮像素子起因ノイズはセンサ膜のリーク電流、スイッチング素子に用いられる電界効果型薄膜トランジスタ（以後、ＴＦＴと略記する場合がある）のＯＦＦ電流起因による。特に、ＴＦＴのＯＦＦ電流がノイズ発生原因の一要素となっており、ＴＦＴのＯＦＦ電流を防ぐことを本願の課題である。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ノイズを効果的に抑制するとともに、高い画質を得ることができる放射線撮像素子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では以下の放射線撮像素子が提供される。

＜１＞ 被写体を透過した放射線に対応した信号電荷を出力するための行列状に配置された放射線センサと該センサからの信号を読み出すための電界効果型トランジスタを備えた放射線撮像素子であって、
前記電界効果型トランジスタが、少なくとも、ゲート電極、ゲート絶縁膜、活性層、ソース電極及びドレイン電極を有し、前記活性層が少なくとも第１の領域と該第１の領域より電気伝導度が大きい第２の領域とを有し、該第２の領域が前記ゲート絶縁膜と接し、該第２の領域と前記ソース電極及び前記ドレイン電極の少なくとも一方との間に該第１の領域が電気的に接続して配されていることを特徴とする放射線撮像素子。
＜２＞ 前記基板上に少なくとも前記第１の領域と前記第２の領域を層状に有し、前記第２の領域の層が前記ゲート絶縁膜と接し、前記第１の領域の層が前記ソース電極及び前記ドレイン電極の少なくとも一方と接することを特徴とする＜１＞に記載の放射線撮像素子。
＜３＞ 前記第１の領域の層の膜厚が前記第２の領域の層の膜厚より厚いことを特徴とする＜２＞に記載の放射線撮像素子。
＜４＞ 前記活性層において前記第１の領域と前記第２の領域の間の電気伝導度が連続的に変化していることを特徴とする＜１＞または＜２＞に記載の放射線撮像素子。
＜５＞ 前記活性層が酸化物半導体を含有することを特徴とする＜１＞〜＜４＞のいずれかに記載の放射線撮像素子。
＜６＞ 前記酸化物半導体が非晶質酸化物半導体であることを特徴とする＜５＞に記載の放射線撮像素子。
＜７＞ 前記第２の領域の酸素濃度が前記第１の領域の酸素濃度より低いことを特徴とする＜５＞又は＜６＞に記載の放射線撮像素子。
＜８＞ 前記酸化物半導体がＩｎ、ＧａおよびＺｎからなる群より選ばれる少なくとも１種若しくはこれらの複合酸化物を含むことを特徴とする＜５＞〜＜７＞のいずれかに記載の放射線撮像素子。
＜９＞ 前記酸化物半導体が前記ＩｎおよびＺｎを含有し、前記第１の領域のＺｎとＩｎの組成比（Ｉｎに対するＺｎの比率Ｚｎ／Ｉｎで表す）が前記第２の領域の組成比Ｚｎ／Ｉｎより大きいことを特徴とする＜８＞に記載の放射線撮像素子。
＜１０＞ 前記第２の領域の電気伝導度が１０^-1Ｓｃｍ^−１以上１０^２Ｓｃｍ^−１未満であることを特徴とする＜１＞〜＜９＞のいずれかに記載の放射線撮像素子。
＜１１＞ 前記第１の領域の電気伝導度に対する前記第２の領域の電気伝導度の比率（前記第２の領域の電気伝導度／前記第１の領域の電気伝導度）が、１０²以上１０^８以下であることを特徴とする＜１＞〜＜１０＞のいずれかに記載の放射線撮像素子。
＜１２＞ 前記基板が可撓性樹脂基板であることを特徴とする＜１＞〜＜１１＞のいずれかに記載の放射線撮像素子。

本発明によれば、ノイズを効果的に抑制するとともに、高い画質を得ることができる放射線撮像素子を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図４は、本発明の一実施形態である放射線撮像素子の４画素部分の構成を概略的に示す断面模式図である。
放射線センサ部は、放射線に有感なセレン系アモルファス半導体膜（ａ−Ｓｅ系半導体膜）１と、ａ−Ｓｅ系半導体膜１の表面へ面状に積層形成されているバイアス電圧印加用の共通電極２を備えている。
発生した電荷を収集する収集電極４は、放射線検出有効エリアＳＡ内に設定された２次元状マトリックス配列でもって表面に形成されている。
各収集電極４で収集された電荷の蓄積・読み出し用電気回路５が配設されている。
これらの要素はアクティブマトリックス基板３に配設され、ａ−Ｓｅ系半導体膜１がアクティブマトリックス基板３の収集電極４の形成面側に積層されている。
＜放射線センサ部＞
本発明に係る放射線センサ部は、放射線に有感なセレン系アモルファス半導体膜と、このセレン系アモルファス半導体膜の表側に面状に広く積層形成されているバイアス電圧印加用の共通電極とを備え、共通電極にバイアス電圧が印加された状態で検出対象の放射線が入射するのに伴い放射線に有感なセレン系アモルファス半導体膜の内部に電荷が発生する。セレン系アモルファス半導体膜は大面積化適性に優れるので、広い放射線検出有効エリアが容易に確保できる。

＜信号出力部＞
各画素部の収集電極４下方の基板３の表面には信号出力部５が形成されている。信号出力部５は、収集電極４により収集された電荷を蓄積するコンデンサ５Ａと、コンデンサ５Ａに蓄積された電荷を電圧信号に変換して出力する電界効果型薄膜トランジスタ（以下、単に薄膜トランジスタまたはＴＦＴという場合がある。）５Ｂより構成されている。コンデンサ５Ａ及び薄膜トランジスタ５Ｂの形成された領域は、平面視において下収集電極４と重なる部分を有しており、このような構成とすることで、各画素部における信号出力部と放射線センサ部とが厚さ方向で重って配置され放射線センサ部の面積を広く配置することができる。

＜薄膜トランジスタ部＞
本発明に用いられる薄膜電界効果型トランジスタは、少なくとも、ゲート電極、ゲート絶縁膜、活性層、ソース電極及びドレイン電極を順次有し、ゲート電極に電圧を印加して、活性層に流れる電流を制御し、ソース電極とドレイン電極間の電流をスイッチングする機能を有するアクテイブ素子である。ＴＦＴ構造として、スタガ構造（トップゲート型とも呼ばれる）及び逆スタガ構造（ボトムゲート型とも呼ばれる）のいずれをも形成することができる。

本発明に用いられる薄膜電界効果型トランジスタの活性層は、少なくとも第１の領域と該第１の領域より電気伝導度が大きい第２の領域とを有し、該第２の領域がゲート絶縁膜と接し、該第２の領域とソース電極及びドレイン電極の少なくとも一方との間に該第１の領域が電気的に接続している。
好ましい態様の１つは、図１に概略断面図が示されるような基板上に少なくとも第１の領域と第２の領域を層状に有し、前記第２の領域の層がゲート絶縁膜と接し、前記第１の領域の層がソース電極及びドレイン電極と接する構造である。
また、動作安定性の観点から、第２の領域の層の膜厚が第１の領域の層の膜厚より厚いことが好ましい。
また、別の態様として、活性層において第１の領域と第２の領域の間の電気伝導度が連続的に変化している態様も好ましい。
好ましくは、第２の領域の酸素濃度が第１の領域の酸素濃度より低い。
好ましくは、活性層が酸化物半導体を含有し、該酸化物半導体がＩｎ、ＧａおよびＺｎからなる群より選ばれる少なくとも１種若しくはこれらの複合酸化物を含む非晶質酸化物半導体である。より好ましくは、前記酸化物半導体がＩｎおよびＺｎを含有し、第１の領域のＺｎとＩｎの組成比（Ｉｎに対するＺｎの比率Ｚｎ／Ｉｎで表す）が第２の領域の組成比Ｚｎ／Ｉｎより大きい。
好ましくは、第２の領域の電気伝導度が１０^−１Ｓｃｍ^−１以上１０^２Ｓｃｍ^−１未満である。より好ましくは、第１の領域の電気伝導度に対する第２の領域の電気伝導度の比率（第２の領域の電気伝導度／第１の領域の電気伝導度）が、１０^２以上１０^８以下である。

好ましくは、第２の領域の電気伝導度が１０^−４Ｓｃｍ^−１以上１０^２Ｓｃｍ^−１未満である。より好ましくは１０^−１Ｓｃｍ^−１以上１０^２Ｓｃｍ^−１未満である。第１の領域の電気伝導度は、好ましくは１０^−２Ｓｃｍ^−１以下、より好ましくは１０^−９Ｓｃｍ^−１以上１０^−４Ｓｃｍ^−１未満であり、第２の領域の電気伝導度より小さい。
第２の領域の電気伝導度が１０^−４Ｓｃｍ^−１を下まわると電界効果移動度としては高移動度が得られず、１０^２Ｓｃｍ^−１以上ではＯＦＦ電流が増加し、良好なＯＮ／ＯＦＦ比が得られないので、好ましくない。

１）構造
次に、図面を用いて、詳細に本発明における薄膜電界効果型トランジスタの構造を説明する。
図１は、本発明の薄膜電界効果型トランジスタであって、逆スタガ構造の一例を示す模式図である。基板１００がプラスチックフィルムなどの可撓性基板の場合、基板１００の一方の面に絶縁層１０６を配し、その上にゲート電極１０２、ゲート絶縁膜１０３、第２の領域１０４−１、第１の領域１０４−２を積層して有し、その表面にソース電極１０５−１とドレイン電極１０５−２が設置される。第２の領域１０４−１はゲート絶縁膜１０３に接し、第１の領域１０４−２はソース電極１０５−１およびドレイン電極１０５−２に接する。ゲート電極に電圧が印加されていない状態での第２の領域１０４−１の電気伝導度が第１の領域１０４−２の電気伝導度より大きくなるように、第２の領域１０４−１および第１の領域１０４−２の組成が決定される。

ここで、活性層には、特開２００６−１６５５２９号に開示されている酸化物半導体、例えばＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体を用いる。好ましくは非晶質酸化物半導体であって、例えば、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎのうちの少なくとも１つを含む酸化物（例えばＩｎ−Ｏ系）が好ましく、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎのうちの少なくとも２つを含む酸化物（例えばＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｇａ系、Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系）がより好ましく、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含む酸化物が特に好ましい。Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非晶質酸化物としては、結晶状態における組成がＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍは６未満の自然数）で表される非晶質酸化物が好ましく、特に、ＩｎＧａＺｎＯ_４がより好ましい。これらの酸化物半導体は、電子キャリア濃度が高いほど、電子移動度が高くなることが知られている。つまり、電気伝導度が大きいほど、電子移動度が高い。

本発明における構造によれば、薄膜電界効果型トランジスタがゲート電極に電圧が印加されたＯＮの状態では、チャネルとなる第２の領域層が大きい電気伝導度を有しているため、トランジスタの電界効果移動度は高くなり、高ＯＮ電流が得られる。ＯＦＦの状態では第１の領域層の電気伝導度が小さい為に、第１の領域層の抵抗が高いことから、ＯＦＦ電流が低く保たれるために、ＯＮ／ＯＦＦ比特性が極めて改良される。

図２は、従来の逆スタガ構造の薄膜電界効果型トランジスタの一例を示す模式図である。活性層１１４はその厚み方向に特に電気伝導度の分布を有していない。従来の構成では、ＯＦＦ電流を低減するために、活性層１１４の抵抗値を下げる必要がある為に、活性層１１４のキャリア濃度を下げる必要があった。特開２００６−１６５５２９によれば、良好なＯＮ／ＯＦＦ比を得るには、活性層１０４のアモルファス酸化物半導体の伝導度を低減する為に、電子キャリア濃度を１０^１８／ｃｍ^３未満、より好ましくは１０^１６／ｃｍ^３未満にすることが開示されている。しかし、特開２００６−１６５５２９の図２に示されるように、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体では、電子キャリア濃度を下げると膜の電子移動度が減少しまう。その為に、ＴＦＴの電界効果移動度で１０ｃｍ^２／Ｖｓ以上を得ることができず、充分なＯＮ電流を得ることができない。そのため、ＯＮ／ＯＦＦ比も充分な特性が得られない。
また、膜の電子移動度を上げるために、活性層１１４の酸化物半導体の電子キャリア濃度を上げると、活性層１１４の電気伝導度が増し、ＯＦＦ電流が増加し、ＯＮ／ＯＦＦ比特性は悪くなる。

図には示してはいないが、本発明の趣旨は、活性層のゲート絶縁膜近傍における電気伝導度が、活性層のソース電極及びドレイン電極近傍における電気伝導度より大きくなるように活性層を設けることにあり、その状態が得られる限りその達成手段は図１に示すような複数の活性層を設けることだけに留まるものではない。連続的に電気伝導度が変化しても良い。

図３は、比較のトップゲート構造薄膜電界効果型トランジスタの一例を示す模式図である。特開２００６−１６５５２９号公報に開示されている構造である。活性層として高酸素濃度層１０７と低酸素濃度層１０８の２層より形成される。高酸素濃度層１０７は電子キャリア濃度の低い層、つまり電気伝導度の小さい層であり、低酸素濃度層１０８は電子キャリア濃度の高い層、つまり電気伝導度の大きい層である。従って、この比較の構造では、チャネルとなるゲート絶縁膜１２３と接した活性層が電子キャリア濃度が低く、電子移動度も低い膜である為、電界効果移動度においても高移動度は達成できない。

以下に、本発明について、実施例により説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。

実施例１
１．活性層の作製
＜条件１＞
ＩｎＧａＺｎＯ_４の組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして、ＲＦマグネトロンスパッタ真空蒸着法により、Ａｒ流量１２ｓｃｃｍ、Ｏ_２流量０．２ｓｃｃｍ、ＲＦパワー２００Ｗ、圧力０．４Ｐａの条件で行った。
＜条件２＞
条件１と同様に、但しＯ_２流量を０．６ｓｃｃｍに変更して行った。
＜条件３＞
条件１と同様に、但しＯ_２流量を１．４ｓｃｃｍに変更して行った。
＜条件４＞ 条件１と同様に、但しＯ_２流量を１．５ｓｃｃｍに変更して行った。
＜条件５＞
条件１と同様に、但しＯ_２流量を１．８ｓｃｃｍに変更して行った。

上記条件１〜５とで同一条件で上記無アルカリガラス基板（コーニング社、品番ＮＯ．１７３７）に直接これらの層を１００ｎｍ設けた物性測定用サンプルを作製した。これらの物性測定用サンプルを周知のＸ線回折法により分析した結果、これらの膜はアモルファス膜であることが確認できた。また、これらの物性測定用サンプルの電気伝導度および、ホール測定法によるキャリア濃度、及び組成比を測定した。得られた結果を表１に示す。

−電気伝導度の測定方法−
物性測定用サンプルの電気伝導度は、サンプルの測定されたシート抵抗と膜厚から計算し求めた。ここで、シート抵抗をρ（Ω／□）、膜厚をｄ（ｃｍ）とすると、電気伝導度σ（Ｓｃｍ^−１）は、σ＝１／（ρ＊ｄ）として算出される。
本実施例において、物性測定用サンプルのシート抵抗１０⁷Ω／□未満の領域ではロレスタ−ＧＰ（三菱化学社製）、シート抵抗１０⁷Ω／□以上の領域ではハイテスタ−ＵＰ（三菱化学社製）を用いて２０℃の環境下で行った。物性測定用サンプルの膜厚測定には触針式表面形状測定器ＤｅｋＴａｋ−６Ｍ（ＵＬＶＡＣ社製）を用いた。

−ホール効果測定法によるキャリア濃度測定−
物性測定用サンプルのキャリア濃度の測定には、ＲｅｓｉＴｅｓｔ８３００型（東陽テクニカ社製）を用いてホール効果測定を行うことにより求めた。ホール効果測定は２０℃の環境下で行った。尚、ホール効果測定を行うことにより、キャリア濃度だけではなく、キャリアのホール移動度も求めることができる。

−組成比の測定方法−
物性測定用サンプルの組成比のＲＢＳ（ラザフォード後方散乱）分析により、組成比を求めた。

表１より、酸化物半導体ＩｎＧａＺｎＯ_４のスパッタ膜において、スパッタ時の酸素流量を上げる、つまりスパッタ膜中の酸素濃度を増やすと、電気伝導度が減少し、ホール移動度が減少することが示された。また、組成比において、Ｚｎ／Ｉｎ比が増加すると、電気伝導度が減少し、ホール移動度も減少することが示された。

２．ＴＦＴ素子の作製
図１の構成の本発明のＴＦＴ素子１，２および比較のＴＦＴ素子１，２を作製した。
基板としては、無アルカリガラス板（コーニング社、品番ＮＯ．１７３７）を用いた。純水１５分→アセトン１５分→純水１５分の順で超音波洗浄を行った前記基板上に、ＳｎＯ_２含有率が１０質量％である酸化インジウム錫（ＩＴＯ）タ−ゲット（インジウム：錫＝９５：５（モル比））を用いて、ＲＦマグネトロンスパッタ（条件：成膜温度４３℃、スパッタガスＡｒ＝１２ｓｃｃｍ、ＲＦパワー４０Ｗ、成膜圧力０．４Ｐａ）により、ゲート電極としてのＩＴＯ薄膜（厚み３０ｎｍ）を形成した。ゲート電極ＩＴＯのパターニングには、スパッタ時にシャドウマスクを用いることにより行った。

次にゲート電極上に、下記のゲート絶縁膜の形成を行った。
ゲート絶縁膜：ＳｉＯ_２をＲＦマグネトロンスパッタ真空蒸着法（条件：ターゲットＳｉＯ_２、成膜温度５４℃、スパッタガスＡｒ／Ｏ_２＝１２／２ｓｃｃｍ、ＲＦパワー４００Ｗ、成膜圧力０．４Ｐａ）にて２００ｎｍ形成し、ゲート絶縁膜を設けた。ゲート絶縁膜ＳｉＯ_２のパターニングには、スパッタ時にシャドウマスクを用いることにより行った。

この上に、ＩｎＧａＺｎＯ_４からなる第１活性層および第２活性層を設けた。本発明のＴＦＴ素子１，２および比較のＴＦＴ素子１，２における第１活性層および第２活性層の蒸着条件及び蒸着厚みを表２に示した。比較の素子１は活性層が単層であり、図２に示される構成を有する。活性層の蒸着条件は上記の「１．活性層の作製」に示す通りである。尚、活性層ＩｎＧａＺｎＯ_４のパターニングには、上記と同様に、スパッタ時にシャドウマスクを用いることにより行った。

次いで、上記活性層の上にソース電極及びドレイン電極としてＩＴＯを４０ｎｍの厚みにＲＦマグネトロンスパッタ（条件：成膜温度４３℃、スパッタガスＡｒ＝１２ｓｃｃｍ、ＲＦパワー４０Ｗ、成膜圧力０．４Ｐａ）にて、蒸着した。尚、ソース電極およびドレイン電極のパターニングには、スパッタ時にシャドウマスクを用いることにより行った。以上により、チャネル長Ｌ＝２００μｍ、チャネル幅Ｗ＝１０００μｍの逆スタガ構造の本発明のＴＦＴ素子１，２および比較のＴＦＴ素子１，２を作製した。
同様にして、表２に示すようにゲート電極および基板を変更して本発明の素子３，４を作製した。

３．性能評価
得られた各ＴＦＴ素子について、飽和領域ドレイン電圧Ｖｄ＝４０Ｖ（ゲート電圧−２０Ｖ≦Ｖｇ≦４０Ｖ）でのＴＦＴ伝達特性の測定を行い、ＴＦＴの電界効果移動度およびＯＮ／ＯＦＦ比を評価した。ＴＦＴ伝達特性の測定は、半導体パラメータ・アナライザー４１５６Ｃ（アジレントテクノロジー社製）を用いて行った。

−電界効果移動度の算出方法−
飽和領域における電界効果移動度μは、ＴＦＴ伝達特性から次式で求められる。
μ＝（２Ｌ／Ｗ＊Ｃ_ｏｘ）＊（∂Ｉｄ^１／２／∂Ｖｇ）
ここで、Ｌはチャネル長、Ｗはチャネル幅、Ｃｏｘはゲート絶縁膜の静電容量、Ｉｄはドレイン電流、Ｖｇはゲート電圧を示す。

−ＯＮ／ＯＦＦ比の算出方法−
ＯＮ／ＯＦＦ比はＴＦＴ伝達特性からドレイン電流Ｉｄにおける最大値Ｉｄ_ｍａｘと最小値Ｉｄ_ｍｉｎとの比Ｉｄ_ｍａｘ／Ｉｄ_ｍｉｎから求めた。

得られたＴＦＴ特性を表２に示した。表２の結果より、本発明の素子１，２は電界効果移動度が大きくかつＯＮ／ＯＦＦ比が高く優れた性能を示した。一方、中庸の電気伝導度の活性層を１層でのみ構成した比較素子１は電界効果移動度が小さかった。また、第１活性層を電気伝導度の小さい層、第２活性層を電気伝導度の大きい層として比較素子２は、ＯＮ／ＯＦＦ比が極めて低下した。本発明の素子３，４も同様に優れた本発明の効果を示した。

以上に明らかなように、本発明による第１活性層を電気伝導度の大きい層、第２活性層を電気伝導度の小さい層とする構成によって、電界効果移動度が大きくかつＯＮ／ＯＦＦ比が高い予想外に優れた性能を示すことが見出された。

実施例２
実施例１で作製した本発明および比較の薄膜電界効果型トランジスタを用いて図４に示す放射線撮像素子を組立て、性能を評価した。その結果、薄膜電界効果型トランジスタの性能を反映して、高いキャリア移動度と優れたＯＮ／ＯＦＦ比の本発明による薄膜電界効果型トランジスタを用いた放射線撮像素子は、ノイズが少なく、高画質の放射線画像を与えた。

本発明の実施形態に用いられる薄膜電界効果型トランジスタの概略構成を示す断面模式図である。 従来の薄膜電界効果型トランジスタの構成の概略構成を示す断面模式図である。 従来の薄膜電界効果型トランジスタの別の構成の概略構成を示す断面模式図である。 本発明の実施形態である放射線撮像素子の４画素部分の概略構成を示す断面模式図である。 放射線センサ部の基本構成を概略的に示す断面図である。

符号の説明

１：セレン系アモルファス半導体膜（ａ−Ｓｅ系半導体膜）
２：（バイアス電圧印加用の）共通電極
３：アクティブマトリックス基板
４：収集電極
５：信号出力部
５Ａ：コンデンサ
５Ｂ：薄膜電界効果型トランジスタ
１０：キャリア選択性の中間膜
ＳＡ：放射線検出有効エリア
２２：ゲート電極
２３：ゲート絶縁膜
２４：活性層
２５：ソース電極
２６：ドレイン電極
３１：コンデンサ下部電極
３２：コンデンサ上部電極
１００：ＴＦＴ基板
１０２、１２２：ゲート電極
１０３、１１３、１２３：ゲート絶縁膜
１０４、１１４：活性層
１０４−１：第２の領域
１０４−２：第１の領域
１０５−１、１０５−２１：ソース電極
１０５−２、１０５−２２：ドレイン電極
１０６：絶縁層
１０７：高酸素濃度層
１０８：低酸素濃度層

Claims (12)

1. 被写体を透過した放射線に対応した信号電荷を出力するための行列状に配置された放射線センサと該センサからの信号を読み出すための電界効果型トランジスタを備えた放射線撮像素子であって、
   前記電界効果型トランジスタが、少なくとも、ゲート電極、ゲート絶縁膜、活性層、ソース電極及びドレイン電極を有し、前記活性層が少なくとも第１の領域と該第１の領域より電気伝導度が大きい第２の領域とを有し、該第２の領域が前記ゲート絶縁膜と接し、該第２の領域と前記ソース電極及び前記ドレイン電極の少なくとも一方との間に該第１の領域が電気的に接続して配されていることを特徴とする放射線撮像素子。
2. 前記基板上に少なくとも前記第１の領域と前記第２の領域を層状に有し、前記第２の領域の層が前記ゲート絶縁膜と接し、前記第１の領域の層が前記ソース電極及び前記ドレイン電極の少なくとも一方と接することを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像素子。
3. 前記第１の領域の層の膜厚が前記第２の領域の層の膜厚より厚いことを特徴とする請求項２に記載の放射線撮像素子。
4. 前記活性層において前記第１の領域と前記第２の領域の間の電気伝導度が連続的に変化していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放射線撮像素子。
5. 前記活性層が酸化物半導体を含有することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の放射線撮像素子。
6. 前記酸化物半導体が非晶質酸化物半導体であることを特徴とする請求項５に記載の放射線撮像素子。
7. 前記第２の領域の酸素濃度が前記第１の領域の酸素濃度より低いことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の放射線撮像素子。
8. 前記酸化物半導体がＩｎ、ＧａおよびＺｎからなる群より選ばれる少なくとも１種若しくはこれらの複合酸化物を含むことを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれか１項に記載の放射線撮像素子。
9. 前記酸化物半導体が前記ＩｎおよびＺｎを含有し、前記第１の領域のＺｎとＩｎの組成比（Ｉｎに対するＺｎの比率Ｚｎ／Ｉｎで表す）が前記第２の領域の組成比Ｚｎ／Ｉｎより大きいことを特徴とする請求項８に記載の放射線撮像素子。
10. 前記第２の領域の電気伝導度が１０^-1Ｓｃｍ^−１以上１０^２Ｓｃｍ^−１未満であることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の放射線撮像素子。
11. 前記第１の領域の電気伝導度に対する前記第２の領域の電気伝導度の比率（前記第２の領域の電気伝導度／前記第１の領域の電気伝導度）が、１０²以上１０^８以下であることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の放射線撮像素子。
12. 前記基板が可撓性樹脂基板であることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の放射線撮像素子。