JP2009231715A

JP2009231715A - Ｘ線検出器

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Publication number: JP2009231715A
Application number: JP2008077856A
Authority: JP
Inventors: Masaki Atsuta; 昌己熱田; Yujiro Hara; 雄二郎原; Hideyuki Nakao; 英之中尾
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2008-03-25
Publication date: 2009-10-08
Anticipated expiration: 2028-03-25
Also published as: JP5150325B2; US20090242781A1; US7728301B2

Abstract

【課題】直接変換方式のＸ線検出器において、その空間分解能を向上させる。
【解決手段】半導体基板と、前記半導体基板のＸ線照射面側にマトリックス状に配置された複数の画素電極と、前記半導体基板の前記Ｘ線照射面と相対向する面上に設けられた平板状の電極とを具えるようにしてＸ線検出器を構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、Ｘ線検出器に関し、特に高い時間分解能と空間分解能とが要求される医用Ｘ線コンピュータトモグラフィ（Ｘ線ＣＴ）等に好適に用いることのできるＸ線検出器に関する。

近年、Ｘ線コンピュータートモグラフィー（Ｘ線ＣＴ）が、心臓の様に動きの激しい臓器の診断にも用いられるようになってきている。動きの激しい臓器を高精細に撮影するには、高い時間分解能と空間分解能とを両立して有する検出器が必要である。

現在のＸ線ＣＴ用Ｘ線検出器としては、シンチレータにより一旦、Ｘ線を可視光に変換し、その可視光をフォトダイオードで電気信号に変換する間接変換方式が主流であるが、シンチレータ内部での残光により、時間分解能の向上が限界に近づいている。かかる観点より、間接変換方式のＸ線検出器に代えて、半導体によりＸ線を直接電荷に変換する直接変換方式のＸ線検出器が提案されている（特許文献１）。

特許文献１に記載の直接変換方式のＸ線検出器は、ＣｄＴｅ単結晶の半導体基板を準備し、そのＸ線入射面側に一様な平板状の電極を形成するとともに、前記Ｘ線入射面と相対向する裏面側には複数の画素電極を配置し、さらに前記複数の画素電極のそれぞれと半田等を介して電気的に接続された電極パッドを有する信号読出回路（ＣＭＯＳ）が設けられてなる。

上記Ｘ線検出器においては、最初に上記平板状電極と上記複数の画素電極との間に一定のバイアス電圧を負荷しておき、かかる状態で前記半導体基板にＸ線が照射した場合に生じる電荷（電子及び正孔）を前記画素電極で検出し、上記信号読出回路で読み出して検知する。各画素電極で検出した電荷量は、その上方に入射したＸ線の強度に比例するので、画素電極毎の電荷量、すなわち電気信号の大きさを測定することによって、前記Ｘ線の前記Ｘ線検出器に対する入射位置を知ることができる。

しかしながら、上記Ｘ線検出器においても、検出すべきＸ線の強度等に依存して十分に高い空間分解能を得ることができない場合があった。
放射線vol30、No.1,p1(2004)

本発明は、直接変換方式のＸ線検出器において、その空間分解能を向上させることを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明の一態様は、Ｘ線の照射に伴って電荷を生成する半導体基板と、前記半導体基板のＸ線照射面側にマトリックス状に配置され、前記電荷を検出する複数の画素電極と、前記半導体基板の前記Ｘ線照射面と相対向する面上に設けられ、前記画素電極と異なる電位が供給される平板状の電極と、を具えることを特徴とする、Ｘ線検出器に関する。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を実施した。その結果、以下の事実を見出すに至った。特許文献１に記載されているようなＸ線検出器では、電荷量を検出する画素電極が、半導体基板のＸ線照射面と相対向する裏面側に設けられている。一方、前記半導体基板に前記Ｘ線が入射した際に生成される電子及び正孔は、前記半導体基板内を厚さ方向に移動するのみならず、前記半導体基板の厚さに起因して横方向にも拡散するようになる。この傾向は、前記Ｘ線の強度が増大するにつれて、また、前記半導体基板の厚さが大きくなるにつれて顕著になる。

したがって、上記Ｘ線照射によって前記半導体基板内に生成した電子及び正孔の一部が、前記Ｘ線の照射位置に対応する画素電極のみならず、隣接する画素電極にも流れ込んでしまい、クロストーク等を生じて空間分解能を十分に高くできないという事実を見出すに至った。

一方、前記Ｘ線が前記半導体基板内に入射した際に生成される電荷（電子及び正孔）の割合は、前記半導体基板のＸ線照射面側で高く、裏面側に向うにつれて急激に減少することを見出した。したがって、Ｘ線照射に伴って生成する電荷を検出する画素電極を、前記半導体基板の前記Ｘ線照射面側に設ければ、前記Ｘ線照射によって生成した電荷を効率的に検出することができる。

また、前記画素電極によって前記Ｘ線照射側の電荷を検出するようにしているので、従来のように、前記半導体基板の前記Ｘ線照射面と相対向する裏面側に画素電極を設けて電荷の検出を行う場合と異なり、前記電荷が前記半導体基板を厚さ方向に移動する際に、前記電荷の、前記半導体基板内における横方向拡散の影響を受けることがない。したがって、各画素電極は、前記Ｘ線の照射位置に生成した電荷のみを検出できるようになる。

結果として、前記画素電極は上記Ｘ線照射に対応して生成された十分な量の電荷を検出することができ、前記Ｘ線検出に関する空間分解能を向上させることができるようになる。

なお、本発明の一態様において、前記Ｘ線検出器は、さらに、前記複数の画素電極のそれぞれに電気的に接続されたコンデンサと、前記コンデンサと電気的に接続されてなる半導体スイッチング素子とを具えることができる。この場合、前記複数の画素電極、前記複数のコンデンサ及び前記複数の半導体スイッチング素子は、前記複数の画素電極で検出した電荷の信号読出回路を構成するようになる。したがって、上述したＸ線検出器に加えて外部読出回路を別途設ける必要がなく、前記Ｘ線検出器を含めたＸ線検出装置全体の構成を簡略化することができる。

但し、各画素電極に対して配線を行い、所定の外部読出回路において前記画素電極で検出した電荷を読み出すように構成することもできる。

また、本発明の一態様において、前記半導体基板の前記Ｘ線照射面上の、前記複数の画素電極間においてコリメータを設けることができる。この場合、前記コリメータによって上記Ｘ線の照射範囲を変えることができ、前記Ｘ線を照射すべき前記画素電極に対して選択性を付与することができる。すなわち、前記コリメータによって、前記Ｘ線を照射すべき前記画素電極を適宜選択することができる。

さらに、本発明の一態様において、前記コンデンサは、前記半導体基板の前記Ｘ線照射面上に形成された、第１の金属膜／絶縁膜／第２の金属膜なる構成の積層体から構成することができる。本態様によれば、上記Ｘ線検出器に対して極めて簡易な構成でコンデンサ機能を付与することができる。

また、本発明の一態様において、前記コリメータは、第１の金属膜／絶縁膜／第２の金属膜なる積層構造を含み、前記コンデンサは前記コリメータ内に含まれるようにすることができる。本態様によれば、上記Ｘ線検出器に対して極めて簡易な構成でコンデンサ機能を付与することができる。また、上記半導体基板上にコンデンサを設ける必要がないので、前記半導体基板上に前記画素電極を高密度に配置して集積させることができるようになり、前記Ｘ線検出器の空間分解能をより向上させることができるようになる。

さらに、本発明の一態様において、前記半導体スイッチング素子は、前記半導体基板の前記Ｘ線照射面上に形成された半導体素子基板、ゲート絶縁膜及びゲート電極を含むような構成とすることができる。この際、前記ゲート絶縁膜に対して前記ゲート電極は下方に位置し、前記半導体素子基板は上方に位置するようにできる。本態様によれば、前記半導体スイッチング素子を極めて簡易な構成とすることができ、前記Ｘ線検出器の製造コストを低減することができる。

また、本発明の一態様において、前記コンデンサを構成する前記第１の金属膜又は前記第２の金属膜の一方と、前記半導体スイッチング素子の前記ゲート電極とは、同一の平面レベルで形成することができる。この場合、前記第１の金属膜又は前記第２の金属膜の一方と、前記ゲート電極とを同一の工程で形成することができるので、前記Ｘ線検出器の製造工程を簡易化することができ、その製造コストを低減することができる。

さらに、上記態様において、前記画素電極と前記コンデンサを構成する前記第１の金属膜及び前記第２の金属膜の他方とは、同一の平面レベルで形成することができる。この場合、前記画素電極と、前記第１の金属膜及び前記第２の金属膜の他方とを同一の工程で形成することができるので、前記Ｘ線検出器の製造工程を簡易化することができ、その製造コストを低減することができる。

さらに、本発明の一態様において、前記半導体スイッチング素子は、前記半導体基板と前記コリメータとの間に配置することができる。この場合、前記半導体基板に上記Ｘ線が照射された場合においても、前記半導体スイッチング素子は、前記コリメータによって前記Ｘ線から遮蔽されているので、前記半導体スイッチング素子中に電荷が生成されることがない。したがって、前記半導体スイッチング素子からの漏れ電流を防ぐことができ、前記漏れ電流を前記画素電極が検出することによる空間分解能の劣化を抑制することができる。

また、本発明の一態様において、前記半導体スイッチング素子と前記コリメータとは電気的に接続されており、前記コリメータは、前記半導体スイッチング素子に対する信号配線として機能するようにすることができる。上述のように、Ｘ線検出器にコンデンサ及び半導体スイッチング素子を組み込んで信号読出回路を構成するような場合、別途信号配線を設ける必要があるが、一般の信号配線の線幅が数十μｍのオーダであるのに対し、前記コリメータの幅は数百μｍのオーダである。したがって、前記コリメータの信号は、前記信号配線の抵抗に比較して著しく小さくなる。このため、前記コリメータを上記信号読出回路の信号配線として使用することによって、検出信号の劣化を抑制することができる。

上記態様によれば、直接変換方式のＸ線検出器において、その空間分解能を向上させることができる。

以下、本発明の具体的な実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１及び２は、第１の実施形態におけるＸ線検出器の概略構成図である。図１は、本実施形態におけるＸ線検出器の平面図であり、図２は、図１に示すＸ線検出器をＡ−Ａ線に沿って切った場合の断面図である。また、図３は、図１及び２に示すＸ線検出器のＸ線照射面にＸ線が入射した際に生成される電荷の状態を示す模式図である。なお、図１及び２は、本実施形態におけるＸ線検出器の特徴を明確にすべく、上記Ｘ線検出器の一部に着目し、かかる部分を拡大して描いている。

図１及び２に示すように、本実施形態のＸ線検出器１０は、半導体基板１１と、半導体基板１１のＸ線照射面１１Ａ側にマトリックス状に配置された複数の画素電極１２と、半導体基板１１のＸ線照射面１１Ａと相対向する裏面１１Ｂ上に設けられた平板状の電極１３とを有している。なお、各画素電極１２には図示しない配線が接続され、図示しない外部読出回路に接続されている。

半導体基板１１は、例えばＣｄＴｅ、アモルファスＳｅ、ＰｂＩ_２及びＰｂＯ等の高いＸ線吸収性を有する半導体材料から構成する。また、画素電極１２及び平板状電極１３は、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｉｎ等の汎用の電極材料から構成することができる。

半導体基板１１のＸ線照射面１１ＡにＸ線が入射すると、前記Ｘ線は半導体基板１１を構成する半導体を励起し、半導体基板１１内に電荷（電子及び正孔）を生成する。この際、前記電荷の濃度は、図３に示すように、Ｘ線照射面１１Ａにおいて高く、半導体基板１１の厚さ方向（すなわち、半導体基板１１の裏面１１Ｂ側に向うにつれて）において急激に減少する。

本実施形態では、画素電極１２を、半導体基板１１のＸ線照射面１１Ａ側に設けているので、前記Ｘ線照射によってＸ線照射面１１Ａ側に生成された電荷を効率的に検出することができる。また、画素電極１２によって、Ｘ線照射面１１Ａ側の電荷を検出するようにしているので、半導体基板１１の裏面１１Ｂ側で電荷検出を行う場合と異なり、前記電荷が半導体基板１１内を厚さ方向に移動する場合に付随する、前記電荷の横方向拡散の影響を受けることがない。したがって、各画素電極１２は、半導体基板１１の対応する位置におけるＸ線照射によって生成した電荷のみを検出することができるようになるので、Ｘ線検出器１０の空間分解能が増大する。

なお、画素電極１２によって電荷の検出を行う際には、画素電極１２及び平板状電極１３間に所定のバイアス電圧を負荷しておく。

（第２の実施形態）
図４〜６は、第２の実施形態におけるＸ線検出器の概略構成図である。図４は、本実施形態におけるＸ線検出器の平面図であり、図５は、図４に示すＸ線検出器をＢ−Ｂ線に沿って切った場合の断面図であり、図６は、図４に示すＸ線検出器をＣ−Ｃ線に沿って切った場合の断面図である。

なお、図４〜６においても、本実施形態におけるＸ線検出器の特徴を明確にすべく、上記Ｘ線検出器の一部に着目し、かかる部分を拡大して描いている。また、上記Ｘ線検出器の構成要素の特徴を明確にすべく、図４に示すＸ線検出器の各構成要素の大きさと図５及び６に示すＸ線検出器の各構成要素の大きさとは、それぞれ異なるように描いている。

図４〜６に示すように、本実施形態のＸ線検出器２０は、半導体基板２１と、半導体基板２１のＸ線照射面２１Ａ側にマトリックス状に配置された複数の画素電極２２と、半導体基板２１のＸ線照射面２１Ａと相対向する裏面２１Ｂ上に設けられた平板状の電極２３とを有している。また、Ｘ線照射面２１Ａの上方の、複数の画素電極２２間には、それぞれコリメータ２６が配置されている。

また、半導体基板２１のＸ線照射面２１Ａ上には、画素電極２２を覆うようにして第1の絶縁膜２８及び第２の絶縁膜２９が順次に形成されている。

図５に示すように、第1の絶縁膜２８上にはゲート電極２４１が形成され、第２の絶縁膜２９上には半導体素子基板２４２が形成されている。この場合、ゲート電極２４１及び半導体素子基板２４２間に位置する第２の絶縁膜２９はゲート絶縁膜として機能する。したがって、ゲート電極２４１、第２の絶縁膜２９及び半導体素子基板２４２は半導体スイッチング素子２４としてのトランジスタを構成する。なお、本実施形態では、図４及び５から明らかなように、画素電極２２毎に半導体スイッチング素子２４を設けている。

また、図６に示すように、半導体基板２１のＸ線照射面２１Ａ上には第１の金属膜２５１が形成され、第１の絶縁膜２８上には第２の金属膜２５２が形成されている。したがって、第１の金属膜２５１、第１の絶縁膜２８及び第２の金属膜２５２はコンデンサ２５を構成する。なお、第１の金属膜２５は、隣接する画素電極２２と配線２５３によって電気的に接続されており、図４及び６から明らかなように、画素電極２２毎にコンデンサ２５が設けられている。

なお、半導体基板２１は、例えばＣｄＴｅ、アモルファスＳｅ、ＰｂＩ_２及びＰｂＯ等の高いＸ線吸収性を有する半導体材料から構成する。また、画素電極２２及び平板状電極２３は、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｉｎ等の汎用の電極材料から構成することができる。

半導体基板２１のＸ線照射面２１ＡにＸ線が入射すると、前記Ｘ線は半導体基板２１を構成する半導体を励起し、半導体基板２１内に電荷（電子及び正孔）を生成する。この際、前記電荷の濃度は、図３に示すように、Ｘ線照射面２１Ａにおいて高く、半導体基板２１の厚さ方向（すなわち、半導体基板２１の裏面２１Ｂ側に向うにつれて）において急激に減少する。

本実施形態においても、画素電極２２を、半導体基板２１のＸ線照射面２１Ａ側に設けているので、前記Ｘ線照射によってＸ線照射面２１Ａ側に生成された電荷を効率的に検出することができる。また、画素電極２２によって、Ｘ線照射面２１Ａ側の電荷を検出するようにしているので、半導体基板２１の裏面２１Ｂ側で電荷検出を行う場合と異なり、前記電荷が半導体基板２１内を厚さ方向に移動する場合に付随する、前記電荷の横方向拡散の影響を受けることがない。したがって、各画素電極２２は、半導体基板２１の対応する位置におけるＸ線照射によって生成した電荷のみを検出することができるようになるので、Ｘ線検出器２０の空間分解能が増大する。

また、本実施形態では、画素電極２２毎にコンデンサ２５を設けているので、各画素電極２２で検出した電荷はコンデンサ２５に蓄えられる。その後、半導体スイッチング素子２４をオン（ゲート電極２４１に所定のゲート電圧を印加）することによって、コンデンサ２５内に蓄えられた電荷は、図示しない信号配線を通じて外部に取り出され、読み出されるようになる。したがって、画素電極２２、半導体スイッチング素子２４及びコンデンサ２５は、信号読出回路を構成するようになる。

したがって、本実施形態におけるＸ線検出器２０は、外部読出回路を別途設ける必要がなく、Ｘ線検出器２０を含めたＸ線検出装置全体の構成を簡略化することができる。

また、半導体スイッチング素子２４は、半導体基板２１のＸ線照射面２１Ａ上に形成されたゲート電極２４１、ゲート絶縁膜としての第２の絶縁膜２９及び半導体素子基板２４２を含むように構成しているので、半導体スイッチング素子２４を極めて簡易な構成とすることができ、Ｘ線検出器２０の製造コストを低減することができる。

さらに、本実施形態では、コンデンサ２５は、半導体基板２１のＸ線照射面２１Ａ上に形成された、第１の金属膜２５１／第１の絶縁膜２８／第２の金属膜２５２なる構成の積層体から構成しているので、上記Ｘ線検出器２０に対して極めて簡易な構成でコンデンサ機能を付与することができる。

また、本実施形態では、画素電極２２とコンデンサ２５の第１の金属膜２５１とは半導体基板２１のＸ線照射面２１Ａ上に形成されており、同一の平面レベルとなっている。さらに、コンデンサ２５の第２の金属膜２５２とスイッチング素子２４のゲート電極２４１とは、第１の絶縁膜２８上に形成されており、同一の平面レベルとなっている。したがって、画素電極２２及び第１の金属膜２５１は同一の工程で形成することができ、第２の金属膜２５２とゲート電極２４１も同一の工程で形成することができるので、Ｘ線検出器２０の製造工程を簡易化することができ、その製造コストを低減することができる。

さらに、本実施形態では、半導体スイッチング素子２４は、半導体基板２１とコリメータ２６との間に配置しているので、半導体基板２１に上記Ｘ線が照射された場合においても、半導体スイッチング素子２４は、コリメータ２６によって前記Ｘ線から遮蔽されているので、半導体スイッチング素子２４中に電荷が生成されることがない。したがって、半導体スイッチング素子２４からの漏れ電流を防ぐことができ、前記漏れ電流を画素電極２２が検出することによる空間分解能の劣化を抑制することができる。

なお、コリメータ２６によって、上記Ｘ線の照射範囲を変えることができ、前記Ｘ線を照射すべき画素電極２２に対して選択性を付与することができる。すなわち、コリメータ２６によって、前記Ｘ線を照射すべき画素電極２２を適宜選択することができる。

（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態におけるＸ線検出器の概略構成図である。本実施形態は上記第２の実施形態の変形例であり、図７は、上記第２の実施形態における図５に相当する。

本実施形態では、図７に示すように、半導体スイッチング素子２４に対してバンプ２４３が形成され、このバンプ２４３を介してコリメータ２６と電気的に接続されている点で上記第２の実施形態と相違し、その他の構成は同様である。したがって、本実施形態では、上記相違点について詳細に説明を行い、その他の構成については説明を省略する。

本実施形態では、図７に示すように、各半導体スイッチング素子２４の側面側において第２の絶縁膜２９を厚さ方向にエッチングして凹部を形成した後、前記凹部内にバンプ２４３を、半導体スイッチング素子２４の半導体素子基板２４２と電気的に接触するようにして形成している。また、バンプ２４３はコリメータ２６と接続されている。したがって、各画素電極２２で検出した電荷がコンデンサ２５に蓄えられた後、半導体スイッチング素子２４をオン（ゲート電極２４１に所定のゲート電圧を印加）することによって、コンデンサ２５内に蓄えられた電荷は、バンプ２４３を介してコリメータ２６に流れるようになる。したがって、本実施形態においては、コリメータ２６が信号配線としても機能する。

一般の信号配線の線幅が数十μｍのオーダであるのに対し、コリメータ２６の幅は数百μｍのオーダである。したがって、コリメータ２６の抵抗は、前記信号配線の抵抗に比較して著しく小さくなる。このため、コリメータ２６を上記信号読出回路の信号配線として使用することによって、検出信号の劣化を抑制することができる。

なお、本実施形態においても、その他の構成に関しては上記第２の実施形態と同様であるので、上記第２の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

（第４の実施形態）
図８及び９は、第４の実施形態におけるＸ線検出器の概略構成図である。図８は、本実施形態におけるＸ線検出器の平面図であり、図９は、図８に示すＸ線検出器をＤ−Ｄ線に沿って切った場合の断面図である。なお、図８及び９においても、本実施形態におけるＸ線検出器の特徴を明確にすべく、上記Ｘ線検出器の一部に着目し、かかる部分を拡大して描いている。また、上記Ｘ線検出器の構成要素の特徴を明確にすべく、図８に示すＸ線検出器の各構成要素の大きさと図９に示すＸ線検出器の各構成要素の大きさとは、それぞれ異なるように描いている。

図８及び９に示すように、本実施形態のＸ線検出器３０は、半導体基板３１と、半導体基板３１のＸ線照射面３１Ａ側にマトリックス状に配置された複数の画素電極３２と、半導体基板３１のＸ線照射面３１Ａと相対向する裏面３１Ｂ上に設けられた平板状の電極３３とを有している。また、Ｘ線照射面３１Ａの上方の、複数の画素電極３２間には、それぞれコリメータ３６が配置されている。

また、半導体基板３１のＸ線照射面３１Ａ上には、画素電極３２を覆うようにして第1の絶縁膜３８及び第２の絶縁膜３９が順次に形成されている。

図９に示すように、第１の絶縁膜３８上にはゲート電極３４１が形成され、第２の絶縁膜３９上には半導体素子基板３４２が形成されている。この場合、ゲート電極３４１及び半導体素子基板３４２間に位置する第２の絶縁膜３９はゲート絶縁膜として機能する。したがって、ゲート電極３４１、第２の絶縁膜３９及び半導体素子基板３４２は半導体スイッチング素子３４としてのトランジスタを構成する。なお、本実施形態でも、図８及び９から明らかなように、画素電極３２毎に半導体スイッチング素子３４を設けている。

また、図９に示すように、コリメータ３６内では、第１のコリメータ金属膜３６１、第１のコリメータ絶縁膜３６２、第２のコリメータ金属膜３６３、第２のコリメータ絶縁膜３６４及び第３のコリメータ金属膜３６５が順次に積層されている。

コリメータ３６において、第１のコリメータ金属膜３６１、第１のコリメータ絶縁膜３６２及び第２のコリメータ金属膜３６３はコンデンサを構成し、第３のコリメータ金属膜３６５は信号配線を構成する。第１のコリメータ金属膜３６１はバンプ３６６を介して画素電極３２に電気的に接続されている。第３のコリメータ金属膜３６５はバンプ３４３を介して半導体スイッチング素子３４に電気的に接続されている。

なお、バンプ３６６及び３４３は、それぞれ半導体スイッチング素子３４の半導体素子基板３４２と電気的に接触するようにして形成する。

なお、上記コンデンサは、画素電極毎に設定する。すなわち、上記第３のコリメータ金属膜３６５は、信号配線を構成するためにコリメータ３６内に連続して形成されているが、第１のコリメータ金属膜３６１、第１のコリメータ絶縁膜３６２及び第２のコリメータ金属膜３６３は、コリメータ３６内で各画素電極に相当して分断され、それぞれの画素電極に対してコンデンサを構成するようにしている。

なお、半導体基板３１は、例えばＣｄＴｅ、アモルファスＳｅ、ＰｂＩ_２及びＰｂＯ等の高いＸ線吸収性を有する半導体材料から構成する。また、画素電極３２及び平板状電極３３は、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｉｎ等の汎用の電極材料から構成することができる。

本実施形態においても、半導体基板３１のＸ線照射面３１ＡにＸ線が入射すると、前記Ｘ線は半導体基板３１を構成する半導体を励起し、半導体基板３１内に電荷（電子及び正孔）を生成する。この際、前記電荷の濃度は、図３に示すように、Ｘ線照射面３１Ａにおいて高く、半導体基板３１の厚さ方向（すなわち、半導体基板３１の裏面３１Ｂ側に向うにつれて）において急激に減少する。

したがって、画素電極３２を、半導体基板３１のＸ線照射面３１Ａ側に設けることにより、前記Ｘ線照射によってＸ線照射面３１Ａ側に生成された電荷を効率的に検出することができる。また、画素電極３２によって、Ｘ線照射面３１Ａ側の電荷を検出するようにしているので、半導体基板３１の裏面３１Ｂ側で電荷検出を行う場合と異なり、前記電荷が半導体基板３１内を厚さ方向に移動する場合に付随する、前記電荷の横方向拡散の影響を受けることがない。したがって、各画素電極３２は、半導体基板３１の対応する位置におけるＸ線照射によって生成した電荷のみを検出することができるようになるので、Ｘ線検出器３０の空間分解能が増大する。

また、本実施形態では、画素電極３２毎にコンデンサを設けているので、各画素電極３２で検出した電荷は前記コンデンサに蓄えられる。具体的には、バンプ３６６を介してコリメータ３６内の、第１のコリメータ金属膜３６１、第１のコリメータ絶縁膜３６２及び第２のコリメータ金属膜３６３で構成される前記コンデンサに蓄えられる。

その後、半導体スイッチング素子３４をオン（ゲート電極３４１に所定のゲート電圧を印加）することによって、コリメータ３６内の前記コンデンサ内に蓄えられた電荷は、バンプ３６６及び３４３を介してコリメータ３６内の信号配線を構成する第３のコリメータ金属膜３６５に取り込まれ、読み出される。したがって、画素電極３２、半導体スイッチング素子３４、バンプ３６６，３４３並びにコリメータ３６における第１のコリメータ金属膜３６１、第１のコリメータ絶縁膜３６２、第２のコリメータ金属膜３６３及び第３のコリメータ金属膜３６５は、信号読出回路を構成するようになる。

したがって、本実施形態におけるＸ線検出器３０は、外部読出回路を別途設ける必要がなく、Ｘ線検出器３０を含めたＸ線検出装置全体の構成を簡略化することができる。

本実施形態では、コリメータ３６内にコンデンサを形成しているので、極めて簡易な構成でＸ線検出器３０にコンデンサ機能を付与することができる。また、半導体基板３１上にコンデンサを設ける必要がないので、半導体基板３１上に画素電極３３を高密度に配置して集積させることができるようになり、Ｘ線検出器３０の空間分解能をより向上させることができるようになる。

また、本実施形態においては、コリメータ３６の第３のコリメータ金属膜３６５が信号配線としても機能する。一般の信号配線の線幅が数十μｍのオーダであるのに対し、コリメータ３６における第３のコリメータ金属膜３６５の幅は数百μｍのオーダとすることができる。したがって、第３のコリメータ金属膜３６５の抵抗は、前記信号配線の抵抗に比較して著しく小さくなる。このため、コリメータ３６の第３のコリメータ金属膜３６５を上記信号読出回路の信号配線として使用することによって、検出信号の劣化を抑制することができる。

なお、第２の実施形態同様に、半導体スイッチング素子３４は、半導体基板３１のＸ線照射面３１Ａ上に形成されたゲート電極３４１、ゲート絶縁膜としての第２の絶縁膜３９及び半導体素子基板３４２を含むように構成しているので、半導体スイッチング素子３４を極めて簡易な構成とすることができ、Ｘ線検出器３０の製造コストを低減することができる。

また、本実施形態でも、半導体スイッチング素子３４は、半導体基板３１とコリメータ３６との間に配置しているので、半導体基板３１に上記Ｘ線が照射された場合においても、半導体スイッチング素子３４は、コリメータ３６によって前記Ｘ線から遮蔽されているので、半導体スイッチング素子３４中に電荷が生成されることがない。したがって、半導体スイッチング素子３４からの漏れ電流を防ぐことができ、前記漏れ電流を画素電極３２が検出することによる空間分解能の劣化を抑制することができる。

なお、コリメータ３６によって、上記Ｘ線の照射範囲を変えることができ、前記Ｘ線を照射すべき画素電極３２に対して選択性を付与することができる。すなわち、コリメータ３６によって、前記Ｘ線を照射すべき画素電極３２を適宜選択することができる。

以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記態様に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変更や変形が可能である。

第１の実施形態におけるＸ線検出器の平面図である。図１に示すＸ線検出器をＡ−Ａ線に沿って切った場合の断面図である。図１及び２に示すＸ線検出器のＸ線照射面にＸ線が入射した際に生成される電荷の状態を示す模式図である。第２の実施形態におけるＸ線検出器の平面図である。図４に示すＸ線検出器をＢ−Ｂ線に沿って切った場合の断面図である。図４に示すＸ線検出器をＣ−Ｃ線に沿って切った場合の断面図である。第３の実施形態におけるＸ線検出器の断面図である。第４の実施形態におけるＸ線検出器の平面図である。図８に示すＸ線検出器をＤ−Ｄ線に沿って切った場合の断面図である。

符号の説明

１０，２０，３０Ｘ線検出器
１１，２１，３１半導体基板
１２，２２，２３画素電極
１３，２３，３３平板状電極
２４，３４半導体スイッチング素子
２５コンデンサ
２６コリメータ

Claims

Ｘ線の照射に伴って電荷を生成する半導体基板と、
前記半導体基板のＸ線照射面側にマトリックス状に配置され、前記電荷を検出する複数の画素電極と、
前記半導体基板の前記Ｘ線照射面と相対向する面上に設けられ、前記画素電極と異なる電位が供給される平板状の電極と、
を具えることを特徴とする、Ｘ線検出器。
前記複数の画素電極のそれぞれに電気的に接続されたコンデンサと、
前記コンデンサと電気的に接続されてなる半導体スイッチング素子と、
を具えることを特徴とする、請求項１に記載のＸ線検出器。
前記半導体基板の前記Ｘ線照射面上の、前記複数の画素電極間においてコリメータを具えることを特徴とする、請求項１に記載のＸ線検出器。
前記半導体基板の前記Ｘ線照射面上の、前記複数の画素電極間においてコリメータを具えることを特徴とする、請求項２に記載のＸ線検出器。
前記コンデンサは、前記半導体基板の前記Ｘ線照射面上に形成された、第１の金属膜／絶縁膜／第２の金属膜なる構成の積層体からなることを特徴とする、請求項２又は３に記載のＸ線検出器。
前記コリメータは、第１の金属膜／絶縁膜／第２の金属膜なる積層構造を含み、前記コンデンサは前記コリメータ内に含まれることを特徴とする、請求項３又は４に記載のＸ線検出器。
前記半導体スイッチング素子は、前記半導体基板の前記Ｘ線照射面上に形成された半導体素子基板、ゲート絶縁膜及びゲート電極を含むことを特徴とする、請求項２〜５のいずれか一に記載のＸ線検出器。
前記半導体スイッチング素子は、前記半導体基板の前記Ｘ線照射面上に形成された半導体素子基板、ゲート絶縁膜及びゲート電極を含むことを特徴とする、請求項６に記載のＸ線検出器。
前記ゲート絶縁膜に対して前記ゲート電極は下方に位置し、前記半導体素子基板は上方に位置することを特徴とする、請求項７に記載のＸ線検出器。
前記ゲート絶縁膜に対して前記ゲート電極は下方に位置し、前記半導体素子基板は上方に位置することを特徴とする、請求項８に記載のＸ線検出器。
前記コンデンサを構成する前記第１の金属膜及び前記第２の金属膜の一方と、前記半導体スイッチング素子の前記ゲート電極とは、同一の平面レベルで形成されていることを特徴とする、請求項７又は９に記載のＸ線検出器。
前記画素電極と前記コンデンサを構成する前記第１の金属膜及び前記第２の金属膜の他方とは、同一の平面レベルで形成されていることを特徴とする、請求項１１に記載のＸ線検出器。
前記半導体スイッチング素子は、前記半導体基板と前記コリメータとの間に配置されていることを特徴とする、請求項３〜１２のいずれか一に記載のＸ線検出器。
前記半導体スイッチング素子と前記コリメータとは電気的に接続されており、前記コリメータは、前記半導体スイッチング素子に対する信号配線として機能することを特徴とする、請求項３〜１３のいずれか一に記載のＸ線検出器。