JP2009158510A - Radiographic image detecting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放射線の照射を受けて電荷を発生する放射線画像検出装置に関し、詳細には放射線画像検出装置の駆動回路基板の構成に関するものである。 The present invention relates to a radiation image detection apparatus that generates electric charges upon irradiation of radiation, and more particularly to a configuration of a drive circuit board of the radiation image detection apparatus.
近年、TFT(薄膜トランジスタ)アクティブマトリクスアレイ上にX線感応層を配置し、X線情報を直接デジタルデータに変換できるFPD(flat panel detector)が実用化されている。従来のイメージングプレートに比べて、即時に画像を確認でき、動画も確認できるといったメリットがあり、急速に普及が進んでいる。このようなFPDと呼ばれる放射線画像検出装置においては、直接画像信号を検出することができるため、精度よい画像が検出できるという利点がある。 In recent years, flat panel detectors (FPDs) have been put into practical use in which an X-ray sensitive layer is disposed on a TFT (Thin Film Transistor) active matrix array and X-ray information can be directly converted into digital data. Compared to the conventional imaging plate, there is an advantage that an image can be confirmed immediately and a moving image can be confirmed, and it is rapidly spreading. In such a radiation image detection apparatus called FPD, since an image signal can be directly detected, there is an advantage that an accurate image can be detected.
この直接変換型の放射線画像検出装置では、電荷発生層と層間絶縁膜との間に電荷収集電極を配置することが必要である。この電荷収集電極は電荷発生層で発生した電荷を収集し、層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールを介して信号を層間絶縁膜の下層の蓄積容量上部電極および蓄積容量下部電極間に蓄えるものである。従って、少なくとも各画素ごとにコンタクトホールを形成する必要がある。 In this direct conversion type radiation image detection apparatus, it is necessary to dispose a charge collection electrode between the charge generation layer and the interlayer insulating film. This charge collection electrode collects the charge generated in the charge generation layer and stores the signal between the storage capacitor upper electrode and the storage capacitor lower electrode under the interlayer insulation film through the contact hole provided in the interlayer insulation film. is there. Therefore, it is necessary to form a contact hole at least for each pixel.
しかし、コンタクトホールが形成された上に電荷発生層として、例えばアモルファスセレン(a−Se)を蒸着形成する場合、蒸着形成されたSe層は下層の凹凸部、とりわけコンタクトホールのエッジにおいては、蒸着堆積時の内部応力を起点に結晶化が進行しやすい。このような結晶化が起こると、ある特定画素でSeのリーク電流が発生し、その結果リーク電流が増加して、他の画素のデータに影響を及ぼし、本来検出すべき検出信号の認識が難しくなる。このため、電荷発生層の下層にはこの電荷発生層の堆積面を平坦化するための有機材料からなる平坦化膜を配置することが行われている(例えば特許文献1)。 However, when, for example, amorphous selenium (a-Se) is deposited as a charge generation layer on a contact hole formed, the deposited Se layer is deposited at the lower concavo-convex portion, particularly at the edge of the contact hole. Crystallization tends to proceed starting from internal stress during deposition. When such crystallization occurs, a Se leak current is generated in a specific pixel, resulting in an increase in the leak current, which affects the data of other pixels and makes it difficult to recognize a detection signal that should be detected originally. Become. Therefore, a flattening film made of an organic material for flattening the deposition surface of the charge generation layer is disposed under the charge generation layer (for example, Patent Document 1).
一方、コンタクトホールを設けることなく電荷発生層で発生した電荷を収集した電荷収集電極から、下層の蓄積容量上部電極および蓄積容量上部電極間に蓄えるタイプの放射線画像検出装置も知られている(特許文献2)。
特許文献2の放射線画像検出装置の場合、画素電極の端部に電界集中が起こるという問題が知られている。一方、特許文献1のように、コンタクトホールが設けられている場合は、コンタクトホールおよびその周辺にも電界集中する問題が知られている。その対策としてコンタクトホールを含めた電荷収集電極の全面を有機膜で覆い、平坦化することが開示されているが、その有機膜に導電性材料が添加されている実施例においても電気抵抗が電極材料に比べて高いので電荷の走行が悪くなるという問題がある。
In the case of the radiation image detection apparatus of
特に、上記の放射線画像検出装置では、分割して設けられている電荷収集電極間のスペース領域に電極がないため、放射線によって発生した電荷が溜まりやすいという性質がある。その結果、電気力線が歪んで実効的な有感面積が変化し、感度が変動するという現象が起こる。また、放射線入射が停止したあとでも、電荷収集電極間のスペースの領域に溜まった電荷が徐々に掃き出されて、残像が発生するという問題がある。さらに、電荷の掃き出しスピードよりも高レートの放射線が入射する場合には、電荷収集電極を形成した領域にも電荷が溜まり、半導体中の電位プロファイルが歪んで電荷収集電極近傍の電位が上昇する。とりわけ、上記の放射線画像検出装置はa−Seに高バイアスを印加して使用する必要があるため、電荷収集電極近傍の電位上昇はTFTのスイッチング動作に影響を及ぼす程度に大きくなる。その結果、読取り動作が緩慢になる等の現象が起こり、感度変動や残像の原因となる。 In particular, the above radiation image detection apparatus has a property that charges generated by radiation tend to accumulate because there are no electrodes in the space region between the charge collection electrodes provided separately. As a result, a phenomenon occurs in which the lines of electric force are distorted, the effective sensitive area changes, and the sensitivity varies. In addition, there is a problem that even after the radiation incidence is stopped, the charge accumulated in the region of the space between the charge collecting electrodes is gradually swept out and an afterimage is generated. Further, when radiation having a higher rate than the charge sweeping rate is incident, charges accumulate in the region where the charge collection electrode is formed, the potential profile in the semiconductor is distorted, and the potential near the charge collection electrode rises. In particular, since the above-described radiological image detection apparatus needs to be used with a high bias applied to a-Se, the potential increase in the vicinity of the charge collection electrode becomes large enough to affect the switching operation of the TFT. As a result, a phenomenon such as a slow reading operation occurs, which causes sensitivity fluctuations and afterimages.
このような問題を解決するために、放射線画像検出装置に放射線の検出中に光を照射する光照射機構を設け、光照射によって電荷収集電極を備えた放射線画像検出装置に発生する電界を安定化させ、感度変動のない放射線画像検出装置も知られているが、このような装置においては、特許文献1記載のように電荷収集電極の全面を覆うと、光照射を十分に行うことができず、電界を安定化させることができない。特に、特許文献1のように抵抗を下げるために有機膜にカーボン等の粉末を添加した場合には、光照射機構を備えた放射線画像検出装置本来の意義が失われることになる。
In order to solve such problems, the radiation image detection device is provided with a light irradiation mechanism that emits light during radiation detection, and the electric field generated in the radiation image detection device equipped with the charge collection electrode is stabilized by light irradiation. In addition, there is also known a radiological image detection apparatus having no sensitivity fluctuation. However, in such an apparatus, if the entire surface of the charge collection electrode is covered as described in
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、コンタクトホールに起因するリーク電流を軽減することが可能であるとともに、コンタクトホールのエッジで発生する結晶化を抑制することができ、放射線の検出中に光を照射する光照射機構を設けた放射線画像検出装置においても電界を安定化させることができる放射線画像検出装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to reduce the leakage current caused by the contact hole, and to suppress crystallization that occurs at the edge of the contact hole. An object of the present invention is to provide a radiological image detection apparatus capable of stabilizing an electric field even in a radiographic image detection apparatus provided with a light irradiation mechanism for irradiating light.
本発明の放射線画像検出装置は、第一の態様として、少なくとも、放射線の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層と、該電荷発生層に電圧を印加するための電圧印加電極と、前記電荷発生層において発生した電荷を収集する電荷収集電極と、該電荷収集電極によって収集された前記電荷を読み出すためのスイッチング素子を有する画素部が2次元状に多数配列された検出層とが基板上に積層された放射線画像検出装置において、前記電荷収集電極の面内にコンタクトホールを有し、該コンタクトホールおよび該コンタクトホールの周辺領域のみに電界緩和部材を設けたことを特徴とするものである。 The radiological image detection apparatus of the present invention has, as a first aspect, at least a charge generation layer that generates a charge upon irradiation with radiation, a voltage application electrode for applying a voltage to the charge generation layer, and the charge A charge collection electrode that collects the charges generated in the generation layer, and a detection layer in which a plurality of pixel portions each having a switching element for reading the charge collected by the charge collection electrode are arranged in a two-dimensional manner are formed on the substrate. In the laminated radiographic image detection apparatus, a contact hole is provided in the surface of the charge collection electrode, and an electric field relaxation member is provided only in the contact hole and a peripheral region of the contact hole.
本発明の放射線画像検出装置は、第二の態様として、少なくとも、放射線の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層と、該電荷発生層に電圧を印加するための電圧印加電極と、前記電荷発生層において発生した電荷を収集する電荷収集電極と、該電荷収集電極によって収集された前記電荷を読み出すためのスイッチング素子を有する画素部が2次元状に多数配列された検出層とが基板上に積層された放射線画像検出装置において、前記電荷収集電極の面内にコンタクトホールを有し、該コンタクトホール、該コンタクトホールの周辺領域および前記電荷収集電極の外周端部周辺領域のみに前記電界緩和部材を設けたことを特徴とするものである。 The radiological image detection apparatus according to the present invention includes, as a second aspect, at least a charge generation layer that generates a charge upon irradiation with radiation, a voltage application electrode for applying a voltage to the charge generation layer, and the charge A charge collection electrode that collects the charges generated in the generation layer, and a detection layer in which a plurality of pixel portions each having a switching element for reading the charge collected by the charge collection electrode are arranged in a two-dimensional manner are formed on the substrate. In the stacked radiation image detection apparatus, the electric field reducing member has a contact hole in a plane of the charge collecting electrode, and the electric field reducing member is provided only in the contact hole, a peripheral region of the contact hole, and a peripheral region of the outer peripheral end of the charge collecting electrode Is provided.
第二の態様の放射線画像検出装置においては、前記電荷収集電極の外周端部周辺領域に設けられた前記電界緩和部材が、隣接する前記電荷収集電極の端部同士を覆うように一体的に設けられている場合には、前記電界緩和部材が絶縁性材料からなる。 In the radiological image detection apparatus according to the second aspect, the electric field relaxation member provided in a peripheral region of the outer peripheral end of the charge collection electrode is provided integrally so as to cover the ends of the adjacent charge collection electrodes. In such a case, the electric field relaxation member is made of an insulating material.
第二の態様の放射線画像検出装置においては、前記電荷収集電極の外周端部周辺領域に設けられた前記電界緩和部材が、隣接する前記電荷収集電極の一方の端部と他方の端部との間で離間して設けられていてもよい。 In the radiological image detection apparatus according to the second aspect, the electric field relaxation member provided in the peripheral region of the outer peripheral end of the charge collection electrode is connected between one end and the other end of the adjacent charge collection electrode. They may be provided apart from each other.
上記第一の態様および第二の態様の放射線画像検出装置は、少なくとも放射線の検出中に光を照射する光照射機構を備えてなることが好ましい。 It is preferable that the radiographic image detection apparatus of said 1st aspect and 2nd aspect is equipped with the light irradiation mechanism which irradiates light at least during the detection of a radiation.
本発明の第一の態様の放射線画像検出装置は、電荷収集電極の面内にコンタクトホールを有し、このコンタクトホールおよびコンタクトホールの周辺領域のみに電界緩和部材を設けており、また、本発明の第二の態様の放射線画像検出装置は、コンタクトホール、コンタクトホールの周辺領域および電荷収集電極の外周端部周辺領域のみに電界緩和部材を設けているので、電荷収集電極の全面を覆う場合に比べて電荷の走行が悪くなるという問題が生じず、コンタクトホールに起因するリーク電流を軽減することが可能であるとともに、コンタクトホールのエッジで発生する結晶化を抑制することが可能である。 The radiological image detection apparatus according to the first aspect of the present invention has a contact hole in the plane of the charge collection electrode, and an electric field relaxation member is provided only in the contact hole and a peripheral region of the contact hole. In the radiographic image detection apparatus of the second aspect, since the electric field relaxation member is provided only in the contact hole, the peripheral area of the contact hole, and the peripheral area of the outer peripheral edge of the charge collection electrode, the radiation image detection apparatus covers the entire surface of the charge collection electrode. Compared with this, there is no problem that the charge travels worse, leakage current due to the contact hole can be reduced, and crystallization occurring at the edge of the contact hole can be suppressed.
以下、図面を参照して本発明の放射線画像検出装置について説明する。図1は、本発明の一つの態様を示す放射線画像検出装置の画素単位の構造を示す概略断面図である。 The radiation image detection apparatus of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a pixel unit of a radiological image detection apparatus showing one embodiment of the present invention.
図1に示すように、本発明の放射線画像検出装置は、電荷収集電極によって収集された電荷を読み出すためのスイッチング素子を有する画素部が2次元状に多数配列された検出層であるアクティブマトリックス基板10上に、電磁波導電性を有する電荷発生層(光電変換層)6、及び図示しない高圧電源に接続された電圧印可電極(バイアス電極:共通電極)7が順次形成されている。電荷発生層6は、X線などの電磁波が照射されることにより、内部に電荷(電子−正孔)を発生するものである。つまり、電荷発生層6は電磁波導電性を有し、X線による画像情報を電荷情報に変換するためのものである。また、電荷発生層6は、例えば、セレンを主成分とするa−Seからなる。ここで、主成分とは、50%以上の含有率を有する意味である。
As shown in FIG. 1, the radiation image detection apparatus of the present invention is an active matrix substrate that is a detection layer in which a large number of pixel portions having switching elements for reading out the charges collected by the charge collection electrodes are two-dimensionally arranged. A charge generation layer (photoelectric conversion layer) 6 having electromagnetic conductivity and a voltage application electrode (bias electrode: common electrode) 7 connected to a high voltage power source (not shown) are sequentially formed on the
アクティブマトリックス基板10は、ガラス基板1、ゲート電極2、蓄積容量下部電極14、ゲート絶縁膜15、蓄積容量上部電極13、半導体層9、ソース電極8、ドレイン電極5、層間絶縁膜12、電荷収集電極11とを有しており、ゲート電極2、ゲート絶縁膜15、ソース電極8、ドレイン電極5、半導体層9等でもって薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor 以下、TFTスイッチと称する)4が構成されている。TFTスイッチ4はスイッチング素子であり、ソース電極8、ドレイン電極5は、格子状に配列された電極配線であるデータ配線(図示せず)と蓄積容量上部電極13とに接続されている。半導体層9はソース電極8、ドレイン電極5とゲート電極2とのコンタクトを図るものである。
The
ガラス基板1は支持基板であり、ガラス基板1としては、例えば、無アルカリガラス基板を用いることができる。ゲート絶縁膜15はSiNX やSiOX 等からなっている。ゲート絶縁膜15は、ゲート電極2及び蓄積容量下部電極14を覆うように設けられており、ゲート電極2上に位置する部位がTFTスイッチ4におけるゲート絶縁膜として作用し、蓄積容量下部電極14上に位置する部位は電荷蓄積容量における誘電体層として作用する。つまり、電荷蓄積容量は、ゲート電極2と同一層に形成された蓄積容量下部電極14と蓄積容量上部電極13との重畳領域によって形成される。なお、ゲート絶縁膜15としては、SiNX やSiOX に限らず、ゲート電極2及び蓄積容量下部電極14を陽極酸化した陽極酸化膜で併用することもできる。
The
ガラス基板1上には、ゲート電極2及び蓄積容量下部電極14が設けられている。ゲート電極2の上方には、ゲート絶縁膜15を介して、半導体層9が形成され、さらにその上にソース電極8、ドレイン電極5が形成される。また、蓄積容量下部電極14の上方にはゲート絶縁膜15が配されており、その上方には蓄積容量上部電極13が配されている。
On the
層間絶縁膜12は例えば感光性を有するアクリル樹脂等からなり、TFTスイッチ4の電気的な絶縁分離を図っている。そして、層間絶縁膜12にはコンタクトホール16が貫通しており、電荷収集電極11は蓄積容量上部電極13に接続されている。すなわち、電荷収集電極11は、コンタクトホール16を介し信号取出電極である蓄積容量上部電極13に接続されている。
The
電荷収集電極11は例えば非晶質透明導電酸化膜からなり、電荷収集電極11は、蓄積容量上部電極13において電荷蓄積容量を介して蓄積容量下部電極14と対向している部分上に位置するコンタクトホール16を埋めるようにして形成されており、ソース電極8上、ドレイン電極5上及び蓄積容量上部電極13上に積層されている。電荷収集電極11と電荷発生層6とは電気的に導通しており、電荷発生層6で発生した電荷を電荷収集電極11で収集できるようになっている。また、電荷収集電極11は電荷発生層6で発生した電荷を収集し、さらにTFTと図示しないデータ配線を介し外部へ出力する必要があるため、層間絶縁膜12に形成されたコンタクトホール16を介してTFTスイッチ4のドレイン電極5および電荷蓄積容量に電気的に接続する。電荷発生層6は電荷を電荷収集電極11に渡す必要があることから電荷収集電極11の直上に形成される。
The
コンタクトホール16内およびコンタクトホール16の周辺領域には電界緩和部材17がコンタクトホール16を埋め込むようにして設けられている。ここで、コンタクトホール16の周辺領域(図1中Pで示す領域)とは、コンタクトホールの端(エッジ)から5μmの領域を意味し、好ましくは3μmであり、さらには2μmであることが好ましい。電界緩和部材17はコンタクトホール16のエッジを緩和するような曲率で設けられることが好ましい。
An electric
電界緩和部材17の構成材料としては、熱膨張係数が電荷発生層6の材料とほぼ同等の誘電率の低い有機樹脂を好ましく用いることができ、好適にはノボラック樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂等の感光性樹脂が好ましい。また、電荷輸送性高分子膜または絶縁性樹脂に電荷輸送材料・導電性材料を分散させたものも好ましく用いることができる。さらに、図1に示す電界緩和部材17は電荷収集電極11の全体を覆うものではないので、SiO2,TiO2 ,CeO2 ,GeO2 ,Al2 O3 ,Ta2 O5 ,WO3 ,MoO3 ,MgO,PbO,BeO,V2 O5 ,NiO,Co2O3 ,SiC,Si3N4 ,As2Se3等を主成分とする、比抵抗が電荷発生層と同等もしくはそれ以上の絶縁性材料を用いることもできる。
As a constituent material of the electric
バイアス電極7と蓄積容量下部電極14との間には、図示しない高圧電源が接続されている。この高圧電源により、バイアス電極7と蓄積容量下部電極14との間に電圧が印加される。これにより、電荷蓄積容量を介してバイアス電極7と電荷収集電極11との間に電界を発生させることができる。このとき、電荷発生層6と電荷蓄積容量とは、電気的に直列に接続された構造になっているので、バイアス電極7にバイアス電圧を印加しておくと、電荷発生層6内で電荷(電子−正孔対)が発生する。電荷発生層6で発生した電子は+電極側に、正孔は−電極側に移動し、その結果、電荷蓄積容量に電荷が蓄積される。
A high voltage power supply (not shown) is connected between the
放射線画像検出装置全体としては、電荷収集電極11は2次元に複数配列されると共に、電荷収集電極11に個別に接続された電荷蓄積容量と、電荷蓄積容量に個別に接続されたTFTスイッチ4とを複数備えている。これにより、2次元の電磁波情報を一旦電荷蓄積容量に蓄積し、TFTスイッチ4を順次走査していくことで、2次元の電荷情報を簡単に読み出すことができる。
As a whole radiological image detection apparatus, a plurality of
図2は、本発明の別の態様を示す放射線画像検出装置の画素単位の構造を示す概略断面図である。なおこの図2において、図1中の構成要素と同等の構成要素には同番号を付し、それらについての説明は特に必要のない限り省略する(以下、同様)。図2に示す放射線画像検出装置は、コンタクトホール16内、コンタクトホール16の周辺領域および電荷収集電極11の外周端部周辺領域のみに電界緩和部材17が設けられ、電荷収集電極11の外周端部周辺領域に設けられた電界緩和部材17が、隣接する電荷収集電極11の端部同士を覆うように一体的に設けられているものである。ここで、電荷収集電極11の外周端部周辺領域(図2中Qで示す領域)とは電荷収集電極11の端から5μmの領域を意味し、好ましくは3μmであり、さらには2μmであることが好ましい。電界緩和部材17は新たな段差が生じないような曲率で設けることが好ましい。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a pixel unit of a radiological image detection apparatus showing another aspect of the present invention. In FIG. 2, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted unless necessary (the same applies hereinafter). In the radiological image detection apparatus shown in FIG. 2, the electric
図2に示す放射線画像検出装置において、コンタクトホール16内およびコンタクトホール16の周辺領域に設けられている電界緩和部材17は上記図1で説明したものと同様のものを用いることができるが、隣接する電荷収集電極11の端部同士を覆うように一体的に設けられている電界緩和部材17については、隣接する電荷収集電極が電気的に導通すると画素が分離されないため、ここに関しては電界緩和部材17は上記の絶縁性材料により構成される。
In the radiological image detection apparatus shown in FIG. 2, the electric
図3は、本発明のさらに別の態様を示す放射線画像検出装置の画素単位の構造を示す概略断面図である。図3に示す放射線画像検出装置は、コンタクトホール16内、コンタクトホール16の周辺領域および電荷収集電極11の外周端部周辺領域のみに電界緩和部材17が設けられ、外周端部周辺領域のみに設けられた電界緩和部材17が、隣接する電荷収集電極11の一方の端部と他方の端部との間で離間して設けられているものである。ここで、電荷収集電極11の外周端部周辺領域(図3中Qで示す領域)とは図2に示す場合と同様、電荷収集電極11の端から5μmの領域を意味し、好ましくは3μmであり、さらには2μmであることが好ましい。電界緩和部材17は電荷収集電極11の端部の段差を緩和するような曲率で設けることが好ましい。図3に示す放射線画像検出装置において、コンタクトホール16内、コンタクトホール16および隣接する電荷収集電極11の一方の端部と他方の端部との間で離間して設けられている電界緩和部材17は、上記図1で説明したものと同様のものを用いることができる。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a pixel unit of a radiological image detection apparatus showing still another aspect of the present invention. In the radiological image detection apparatus shown in FIG. 3, the electric
図4は、光照射機構を備えた放射線画像検出装置の概略断面図である。この放射線画像検出装置は、アクティブマトリックス基板10のガラス基板1側の裏面に、少なくとも放射線の検出中に光を照射する光照射機構20を備えてなる。光照射機構20は、例えばピーク発光波長が570nm位の緑色発光ダイオード等を内部に面実装したバックライト等であり、ガラス基板1に透明な接着剤によって取付けられている。この光照射機構20は、アクティブマトリックス基板10を通して電荷発生層6の電荷収集電極11側に均一に光を照射することができるものである。光照射機構20による光照射は、電荷が電気信号として読み出される間中は少なくとも継続されるようになっていることが好ましいが、それに限られず、例えば検出動作終了後に照射されるようにしたり、常時照射されるようにしたりしてもよい。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a radiation image detection apparatus provided with a light irradiation mechanism. This radiographic image detection device includes a
なお、電荷発生層6により多くの光を照射するため、蓄積容量上部電極13および蓄積容量下部電極14にスリット穴を形成してもよい。
In order to irradiate the
光照射機構20を備えた放射線画像検出装置では、光照射機構20から光を照射することにより、放射線入射前の状態でも、光によって発生した電荷のうち一方(バイアス電極7に正バイアスを印加する場合は正孔)が、互いに隣接する電荷収集電極11間のスペース領域(隣接する電荷収集電極11の端部同士を覆うように一体的に設けられている電界緩和部材17の上部領域)にすでに溜まっている。仮に電解緩和部材17の光透過率が低い場合でも、電解緩和部材17は微小領域のため影響は小さい。この状態で放射線が入射しても、電荷収集電極11間のスペース領域で発生した電荷(電子・正孔)のうち、電荷収集電極11側に移動する電荷(この場合は正孔)は、電気力線に沿って電荷収集電極11に到達し、電荷収集電極11間のスペース領域にさらに電荷が溜まることがないので、電気力線の状態は変化せず、感度変動が起こらないようにすることが可能である。
In the radiation image detection apparatus provided with the
上記光照射機構20を備えた放射線画像検出装置において、電荷収集電極11の上面を全て電界緩和部材17で覆ってしまうと、光照射機構20から光を照射しても、光を十分に照射することができないために、電界を安定化することができず、感度変動を抑制することが困難である。
In the radiological image detection apparatus provided with the
続いて、放射線画像検出装置の製造工程を説明する。
まず、ガラス基板1上に、TaやAl等の金属膜をスパッタ蒸着により成膜した後、所望の形状にパターニングすることにより、ゲート電極2及び蓄積容量下部電極14を形成する。そして、このゲート電極2及び蓄積容量下部電極14を覆うようにして、ガラス基板1の略全面にSiNX やSiOX 等からなるゲート絶縁膜15をCVD法により成膜する。
Subsequently, a manufacturing process of the radiological image detection apparatus will be described.
First, a metal film such as Ta or Al is formed on the
次ぎに、ゲート絶縁膜15を介して、ゲート電極2の上方に半導体層9が配されるように、CVD法によりa−Siを成膜した後、所望の形状にパターニングすることにより、半導体層9を形成する。半導体層9上にTaやAl等の金属膜をスパッタ蒸着により成膜した後、所望の形状にパターニングすることにより、ソース電極8及びドレイン電極5を形成する。また、蓄積容量下部電極14の上に蓄積容量上部電極13、所定位置にデータ配線を形成する。
Next, a-Si is formed by a CVD method so that the
このようにしてTFTスイッチ4及び電荷蓄積容量等を形成したガラス基板1の略全面を覆うように、感光性を有するアクリル樹脂等を成膜し、層間絶縁膜12を形成する。層間絶縁膜12に対し、コンタクトホール16となる部分と位置合わせをしてフォトマスクを固定し、フォトリソグラフィ(露光)を行い、続いて有機溶剤によりエッチングしてコンタクトホールのパターニングを行ってコンタクトホール16を形成する。
In this way, a photosensitive acrylic resin or the like is formed so as to cover substantially the entire surface of the
コンタクトホール16を形成後、層間絶縁膜12上にITO(Indium-Tin-Oxide)等の非晶質透明導電酸化膜をスパッタ蒸着法にて成膜し、所望の形状にパターニングして電荷収集電極11を形成する。この時、層間絶縁膜12に設けたコンタクトホール16を介して、電荷収集電極11と蓄積容量上部電極とを電気的に導通させる(短絡させる)。なお、電荷収集電極11は蒸着法によって形成されるため、形成されたコンタクトホールの形状そのままの形状を維持して形成することが可能である。
After the
続いて、電界緩和部材17を設ける。電界緩和部材17が有機膜のような場合には、インクジェット法(IJ)やスリット塗布で形成することができる。なお、図3に示すように電界緩和部材17が、隣接する電荷収集電極11の一方の端部と他方の端部との間で離間している場合には、例えば感光性樹脂を用いることにより、フォトリソグラフィでマスクにより所望のパターニングとすることで形成することができる。
Subsequently, the electric
電界緩和部材17がSiO2等の場合には、CVD法あるいはスパッタ法により所定位置に設けることができる。なお、図3に示すような電界緩和部材17が、隣接する電荷収集電極11の一方の端部と他方の端部との間で離間している場合には、電界緩和部材17をまず、隣接する電荷収集電極11の部端部同士を覆うように一体的に設けた後、電荷収集電極11の周辺部のみを覆うレジストパターンを形成して、他の部分を異方性又は等方性のエッチング法により層間絶縁膜12が露出するまでエッチングして、上記形状の電界緩和部材17を形成する。
When the electric
上記のように形成されたアクティブマトリックス基板10の画素配列領域をすべて覆うように、a−Seからなり電磁波導電性を有する電荷発生層6を真空蒸着法により成膜する。最後に、電荷発生層6の略全面にAu、Alなどからなるバイアス電極7を真空蒸着法により形成する。
A
なお、電荷発生層6と電荷収集電極11との界面に、電子又は正孔の電荷発生層6への注入を阻止する電荷注入阻止層や、電荷発生層6と電荷収集電極11との密着性を向上させるバッファー層を形成してもよい。また同様に、電荷発生層6とバイアス電極7の界面にも電荷注入阻止層やバッファー層を形成してもよい。電荷注入阻止層やバッファー層としてはa−As2Se3 や、アルカリ元素イオンやハロゲン元素イオンが添加されたa−Se等を用いることが可能である。
以下に実施例を示す。
It should be noted that a charge injection blocking layer that blocks injection of electrons or holes into the
Examples are shown below.
(実施例1)
スイッチングTFTと蓄積容量が配列された基板上に、感光性を有するアクリル樹脂を厚さ約3μmに成膜して層間絶縁膜を形成し、層間絶縁膜に対し、コンタクトホールとなる部分と位置合わせをしてフォトマスクを固定し、フォトリソグラフィを行い、続いて有機溶剤によりエッチングしてコンタクトホールのパターニングを行って深さ4μmのコンタクトホールを形成した。次いで、層間絶縁膜上にITOをスパッタ蒸着法にて厚さ約200nmに成膜し、画素サイズ150×150μm、電荷収集電極120×120μm(フィルファクター64%)の条件でパターニングして電荷収集電極を形成した。
Example 1
A photosensitive acrylic resin film is formed to a thickness of about 3 μm on a substrate on which switching TFTs and storage capacitors are arranged to form an interlayer insulating film, and the interlayer insulating film is aligned with a portion to be a contact hole. The photomask was fixed and photolithography was performed, followed by etching with an organic solvent to pattern the contact hole to form a contact hole having a depth of 4 μm. Next, ITO is formed on the interlayer insulating film to a thickness of about 200 nm by sputtering deposition, and patterned under the conditions of a pixel size of 150 × 150 μm and a charge collection electrode of 120 × 120 μm (fill factor of 64%). Formed.
コンタクトホールを有する電荷収集電極上に、ノボラック樹脂からなる感光性樹脂を塗布し、フォトリソグラフィで、電荷収集電極のコンタクトホール内およびコンタクトホール周辺領域のみに樹脂が残るようにパターニングした。その後、220℃1時間の焼成を行って、円弧形状をした電界緩和部材を設けた。次ぎに、電荷輸送層として、硫化アンチモンSb2S3を膜厚2μmで成膜し、その上に電荷発生層としてa−Se層を1000μm厚で成膜した。さらに続いて電荷輸送層として、硫化アンチモンSb2S3を膜厚0.6μmで成膜した。最後に、上部電極Au(0.1μm)を成膜し、放射線画像検出装置を作製した。 A photosensitive resin made of a novolac resin was applied on the charge collection electrode having the contact hole, and was patterned by photolithography so that the resin remained only in the contact hole and the peripheral region of the contact hole. Thereafter, baking was performed at 220 ° C. for 1 hour to provide an arc-shaped electric field relaxation member. Next, antimony sulfide Sb 2 S 3 was formed to a thickness of 2 μm as a charge transport layer, and an a-Se layer was formed as a charge generation layer to a thickness of 1000 μm. Subsequently, antimony sulfide Sb 2 S 3 was formed to a thickness of 0.6 μm as a charge transport layer. Finally, an upper electrode Au (0.1 μm) was formed to produce a radiation image detection device.
(実施例2)
実施例1において、電界緩和部材を設けた位置をコンタクトホール内およびコンタクトホール周辺領域に加えて、図2に示すように隣接する電荷収集電極の端部同士を覆うように一体的に設けた以外は、実施例1と同様にして放射線画像検出装置を作製した。
(Example 2)
In Example 1, the position where the electric field relaxation member is provided is added in the contact hole and the peripheral region of the contact hole, and is integrally provided so as to cover the ends of the adjacent charge collecting electrodes as shown in FIG. Produced a radiographic image detection apparatus in the same manner as in Example 1.
(比較例1)
実施例2において、電界緩和部材をコンタクトホール内およびコンタクトホール周辺領域には設けず、電荷収集電極の端部同士を覆うように一体的に設けた部分のみを残したこと以外は実施例2と同様にして放射線画像検出装置を作製した。
(Comparative Example 1)
Example 2 is different from Example 2 except that the electric field relaxation member is not provided in the contact hole and the peripheral region of the contact hole, and only the part provided integrally so as to cover the ends of the charge collection electrodes is left. Similarly, a radiation image detection apparatus was produced.
(比較例2)
実施例1において、電界緩和部材を電荷収集電極全面に設けたこと以外は、実施例1と同様にして放射線画像検出装置を作製した。
(Comparative Example 2)
In Example 1, a radiological image detection apparatus was produced in the same manner as in Example 1 except that the electric field relaxation member was provided on the entire surface of the charge collection electrode.
(評価)
40℃−300時間の経時後におけるX線感度と画像欠陥数と測定した。X線感度は、電圧−10kV印加し、5分後に、28keVのX線を照射してX線感度と欠陥を測定した。画像欠陥数は、電圧−2kV印加し、60s後のオフセット画像から取得した。
(Evaluation)
The X-ray sensitivity and the number of image defects after aging at 40 ° C. to 300 hours were measured. X-ray sensitivity was measured by applying a voltage of −10 kV and irradiating with 28 keV X-rays after 5 minutes to measure the X-ray sensitivity and defects. The number of image defects was obtained from an offset image after 60 s by applying a voltage of −2 kV.
残像は次ぎのようにして評価した。管電圧80kV、管電流100mA、710msのパルスX線を照射し(基板位置での線量は400mR)、電圧印加電極に+10kVを印加し、読み出し側をIVアンプに接続してオシロスコープにより明電流の時間変化を取得した。パルス終端から15秒後の電流値を線量に換算して残像値とした。この残像値は、0.12mR以下が好ましく、0.012mR以下がより好ましいことから、その評価を、0.012mR以下の場合を○、0.012mRよりも大きく0.12mR以下の場合を△、0.12mRより大きい場合を×とした。
測定結果を表1に示す。なお、表の数値は実施例2の測定値を1とした相対値で示している。
The afterimage was evaluated as follows. Irradiate pulse X-rays with a tube voltage of 80 kV, tube current of 100 mA, and 710 ms (the dose at the substrate is 400 mR), apply +10 kV to the voltage application electrode, connect the readout side to an IV amplifier, and use the oscilloscope Change was acquired. The
The measurement results are shown in Table 1. In addition, the numerical value of a table | surface is shown by the relative value which set the measured value of Example 2 to 1.
表1の比較例1,実施例1,2の比較から、コンタクトホールおよびその周辺の電界緩和部材が画像欠陥抑制に効果があることがわかる。加えて、電荷収集電極の端部を電界緩和することで、更に画素欠陥を抑制することができる。一方、比較例2との比較から、全面に樹脂層を成膜した場合は、残像抑制効果が低減することがわかる。以上のことから、少なくともコンタクトホールおよびその周辺領域(実施例1)、あるいはコンタクトホールおよびその周辺領域と、電荷収集電極の外周端部周辺領域の双方(実施例2)に電界緩和部材を設けることにより、コンタクトホールに起因するリーク電流を軽減して画像の欠陥を抑制することが可能になるとともに、残像を抑制することができる。 From the comparison of Comparative Example 1 and Examples 1 and 2 in Table 1, it can be seen that the contact hole and the electric field relaxation member around it are effective in suppressing image defects. In addition, pixel defects can be further suppressed by relaxing the electric field at the end of the charge collection electrode. On the other hand, the comparison with Comparative Example 2 shows that the afterimage suppression effect is reduced when the resin layer is formed on the entire surface. In view of the above, an electric field relaxation member is provided at least in the contact hole and its peripheral region (Example 1), or in both the contact hole and its peripheral region and the peripheral region of the outer periphery of the charge collection electrode (Example 2). As a result, it is possible to reduce the leakage current caused by the contact hole and suppress image defects, and to suppress afterimages.
1 ガラス基板
2 ゲート電極
3 データ配線
4 TFTスイッチ
5 ドレイン電極
6 電荷発生層
7 バイアス電極
8 ソース電極
9 半導体層
10 アクティブマトリックス基板
11 電荷収集電極
12 層間絶縁膜
13 蓄積容量上部電極
14 蓄積容量下部電極
15 ゲート絶縁膜
16 コンタクトホール
17 電界緩和部材
20 光照射機構
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記電荷収集電極の面内にコンタクトホールを有し、該コンタクトホールおよび該コンタクトホールの周辺領域のみに電界緩和部材を設けたことを特徴とする放射線画像検出装置。 At least a charge generation layer that generates a charge upon irradiation with radiation, a voltage application electrode for applying a voltage to the charge generation layer, a charge collection electrode that collects the charge generated in the charge generation layer, and In the radiological image detection apparatus in which a detection layer in which a large number of pixel portions having switching elements for reading out the charges collected by the charge collection electrode are two-dimensionally arranged is stacked on a substrate,
A radiological image detection apparatus comprising a contact hole in a plane of the charge collection electrode, and an electric field relaxation member provided only in the contact hole and a peripheral region of the contact hole.
前記電荷収集電極の面内にコンタクトホールを有し、該コンタクトホール、該コンタクトホールの周辺領域および前記電荷収集電極の外周端部周辺領域のみに前記電界緩和部材を設けたことを特徴とする請求項1記載の放射線画像検出装置。 At least a charge generation layer that generates a charge upon irradiation with radiation, a voltage application electrode for applying a voltage to the charge generation layer, a charge collection electrode that collects the charge generated in the charge generation layer, and In the radiological image detection apparatus in which a detection layer in which a large number of pixel portions having switching elements for reading out the charges collected by the charge collection electrode are two-dimensionally arranged is stacked on a substrate,
A contact hole is provided in a plane of the charge collection electrode, and the electric field relaxation member is provided only in the contact hole, a peripheral region of the contact hole, and an outer peripheral end peripheral region of the charge collection electrode. Item 2. The radiological image detection apparatus according to Item 1.
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