JP2011176235A - 放射線撮像装置およびその駆動方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】行列状に配置された複数の単位画素20を有し、入射した放射線に応じて電気信号を発生する画素部と、この画素部の単位画素20を選択的に駆動するための駆動部と、画素トランジスタの特性回復部とを有する。単位画素20には3つの画素トランジスタ(読出トランジスタ23等)と光電変換素子21とが含まれる。特性回復部には、アニール用定電流源31Bと、放射線の非測定時において単位画素20からの電流流路をアニール用定電流源31B側に切り換えるための切換えスイッチ32とが含まれる。画素トランジスタに対してアニール電流が流れることによりその特性が回復する。
【選択図】図7
Description
1.第1の実施の形態(放射線撮像装置)の構成
2.作用効果の説明
3.変形例
4.第2の実施の形態
(システム構成)
図1は本発明の第1の実施の形態に係る放射線撮像装置のうち光電変換装置10のシステム構成を表すものである。放射線撮像装置は、この光電変換装置10の上に波長変換体40(図3)を設けたものであり、α線、β線、γ線、X線に代表される放射線を波長変換して放射線に基づく情報を読み取るようになっている。
図2は単位画素20の回路構成を表すものである。単位画素20には、光電変換素子21と共に、リセットトランジスタ22、読出トランジスタ23および行選択トランジスタ24が設けられている。この単位画素20に対して、画素駆動線17として例えば2本の配線、具体的には行選択線171およびリセット制御線172が画素行ごとに配線されている。
図4は光電変換装置10の要部(単位画素20)の断面構造を表すものである。ここでは、光電変換素子21がPINフォトダイオードからなる場合を例に挙げて説明する。
以上の構成を有する放射線撮像装置1では、放射線の測定時には、図2に示したようにソースフォロワ回路のスイッチ31の可動接点32aが固定接点32bに接続される。放射線例えばX線が入射すると、このX線は蛍光体(シンチレータ)からなる波長変換体40(図3)によって可視光に変換される。光電変換素子21では、電源配線73および上部電極72を介して規定の電圧が印加されることによってこの可視光を信号電荷に変換(光電変換)する。この光電変換によって発生した電荷は、p型半導体層64を蓄積層(図2では蓄積ノードN)として収集され、この蓄積層から電流として読み出され、ソースフォロワ型の読出トランジスタ23のゲートに与えられる。読出トランジスタ23は当該信号電荷に応じた信号電圧を出力する。読出トランジスタ23から出力される信号は、行走査信号Vreadに応答して行選択トランジスタ24がオンすると、読出トランジスタ23、行選択トランジスタ24および測定用定電流源31Aから構成されたソースフォロワ回路によって、垂直信号線18に出力される(読み出される)。読み出された信号は、垂直信号線18を介して画素列ごとに、水平選択部14の入力部を構成するアンプ33により増幅されたのち出力される。
図9は画素トランジスタの断面構造の変形例を表している。本変形例では欠陥の影響をより効果的に防ぐようにしたものであり、ここでは、画素トランジスタの半導体層65の上下に2つのゲート電極62A,62Bを設けている。第1ゲート絶縁膜80は、例えば膜厚80nmの水素(H)を含有する窒化膜(SiNx:H)80Aと膜厚10nmの酸化膜(SiO2 )80Bとの積層構造を有している。窒化膜80Aはゲート電極62A側、酸化膜80Bは半導体層65側に設けられている。第2ゲート絶縁膜81は、半導体層65および酸化膜80B上に、例えば膜厚10nmの酸化膜(SiO2 )81A、膜厚70nmの水素(H)を含有する窒化膜(SiNx:H)81B、膜厚10nmの酸化膜(SiO2 )81Cを積層したものである。層間絶縁膜82は、膜厚100nmの酸化膜(SiO2 )81D、膜厚200nmの水素(H)を含有する窒化膜(SiNx:H)81E、および膜厚100nmの酸化膜(SiO2 )81Fをこの順に積層して構成したものである。
上記実施の形態では画素の駆動回路をアクティブ駆動回路により構成した例について説明したが、図10に示したようなパッシブ駆動回路であってもよい。なお、上記実施の形態と同一の構成要素については同一符号を付してその説明は省略する。
図11は、単位画素の断面構造の変形例を表している。上記第1の実施の形態では、PINフォトダイオードの層構造において、電荷の蓄積層(蓄積ノード)をp型半導体層64とし、上部電極72に電源配線73を接続した例を挙げたが、本変形例では、それと逆の接続構造となるようにしている。即ち、p型半導体層64に電源配線(図示せず)が接続され、上部電極72側から電荷を取り出すようになっている(上部電極72が蓄積ノードに接続されている)。また、ここでは、第2層間絶縁膜68、i型半導体層70およびn型半導体層71を覆って、平坦化膜83が形成されている。平坦化膜83は、n型半導体層71および配線層67に対向して開口を有しており、この平坦化膜83の開口部分に上部電極72が形成されている。
Claims (10)
- それぞれ少なくとも1の画素トランジスタと光電変換素子とを含む複数の単位画素を有し、入射した放射線に応じて電気信号を発生する画素部と、
前記画素部の単位画素を選択的に駆動するための駆動部と、
アニール用の第1定電流源、および前記放射線の非測定時において前記単位画素からの電流流路を前記第1定電流源側に切り換えるための切換えスイッチを含み、 前記画素トランジスタに対してアニール電流を流すことにより前記画素トランジスタの特性を回復させる特性回復部と
を備えた放射線撮像装置。 - 前記画素トランジスタは電界効果トランジスタであり、
前記特性回復部は、前記電界効果トランジスタのゲート電極にソース電極若しくはドレイン電極の電圧より相対的に正の電圧を印加し、前記ソース・ドレイン電極間のチャネル層に電流を流すことにより前記チャネル層およびその近傍を発熱させる
請求項1記載の放射線撮像装置。 - 前記複数の単位画素は行列状に配置されており、
前記単位画素は、前記画素トランジスタとして、前記光電変換素子で収集された信号電荷をゲート電極で受け、前記信号電荷に応じた電気信号を読み出す第1トランジスタと、前記第1トランジスタのゲート電極を参照電位にリセットするための第2トランジスタと、前記第1トランジスタから出力される信号を選択的に出力する第3トランジスタとを有し、
前記駆動部は、前記第1トランジスタとともにソースフォロワ回路を構成する測定用の第2定電流源を有し、放射線の測定時において、前記第3トランジスタの出力端と前記第2定電流源とを電気的に接続させ、
前記特性回復部は、前記第1トランジスタおよび第3トランジスタの特性回復を行うときには、前記切換えスイッチにより前記第3トランジスタの出力端と前記第1定電流源とを電気的に接続させて前記第1トランジスタおよび第3トランジスタにアニール電流を流し、前記第2トランジスタの特性回復を行うときには、前記切換えスイッチにより前記第3トランジスタの出力端をオープン状態として第2トランジスタにアニール電流を流す
請求項2記載の放射線撮像装置。 - 前記複数の単位画素は行列状に配置されており、
前記単位画素は、前記画素トランジスタとして、前記光電変換素子で収集された信号電荷を選択的に出力する第4トランジスタを有し、
前記特性回復部は、前記第4トランジスタの特性回復を行うときには、前記切換えスイッチにより前記第4トランジスタの出力端と前記第1定電流源とを電気的に接続させて前記第4トランジスタにアニール電流を流す
請求項2記載の放射線撮像装置。 - 前記電界効果トランジスタは、チャネル層として微結晶若しくは多結晶のシリコンからなる半導体層を有する
請求項2ないし4のいずれか1項に記載の放射線撮像装置。 - 前記電界効果トランジスタは、前記半導体層とゲート電極との間にゲート絶縁膜を有し、前記ゲート絶縁膜は、前記半導体層に接する第1シリコン酸化膜と、前記第1シリコン酸化膜と前記ゲート電極との間に設けられた、水素を含有する第1シリコン窒化膜とを有し、
前記第1シリコン酸化膜の膜厚は50nm以下である
請求項5記載の放射線撮像装置。 - 前記電界効果トランジスタは、前記半導体層上に層間絶縁膜を有し、前記層間絶縁膜は、前記半導体層に接する第2シリコン酸化膜と、前記第2シリコン酸化膜とソースおよびドレインの配線層との間に設けられた、水素を含有する第2シリコン窒化膜とを有し、
前記第2シリコン酸化膜の膜厚は50nm以下である
請求項6記載の放射線撮像装置。 - 前記光電変換素子は、光入射側から順に、透明電極、n型半導体層、i型半導体層およびp型半導体層を有し、
前記透明電極側において信号電荷が収集され、
前記p型半導体層側が電源配線に接続されている
請求項1に記載の放射線撮像装置。 - 前記光電変換素子は、光入射側から順に、透明電極、n型半導体層、i型半導体層およびp型半導体層を有し、
前記p型半導体層側において信号電荷が収集され、
前記透明電極側が電源配線に接続されている
請求項1に記載の放射線撮像装置。 - それぞれ少なくとも1の画素トランジスタと光電変換素子とを含む複数の単位画素を有し、入射した放射線に応じて電気信号を発生する画素部と、
前記画素部の単位画素を選択的に駆動するための駆動部と、を備えた放射線撮像装置の駆動方法であって、
アニール用定電流源を設け、前記放射線の非測定時において、前記単位画素からの電流流路を前記アニール用定電流源側に切り換えると共に、前記画素トランジスタに対してアニール電流を流すことにより前記画素トランジスタの特性を回復させる
放射線撮像装置の駆動方法。
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