JP2015165185A - two-dimensional radiation detector - Google Patents

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正知 貝野
Masatomo Kaino
正知 貝野
吉牟田 利典
Toshinori Yoshimuta
利典 吉牟田
敏 徳田
Satoshi Tokuda
敏 徳田
弘之 岸原
Hiroyuki Kishihara
弘之 岸原
聖菜 吉松
Seina Yoshimatsu
聖菜 吉松
貴弘 土岐
Takahiro Toki
貴弘 土岐
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a two-dimensional radiation detector capable of easily realizing a structure including a hole blocking layer.SOLUTION: A hole blocking layer 24 is formed out of a conductive organic crystalline material as opposed to a conventional technique for forming the hole blocking layer 24 out of an inorganic semiconductor. Since the organic crystalline material easily dissolves in an organic solvent, the hole blocking layer 24 formed of the conductive organic crystalline material over a large area can be formed by coating the organic solvent in which the organic crystalline material dissolves. Specifically, the hole blocking layer 24 can be uniformly coated by a coating device such as a spin coater, a dispenser, or an inkjet device. Furthermore, with the use of the inkjet device, the hole blocking layer 24 can be formed into patterns in pixels (for every pixel electrode 11). As a result, it is possible to easily realize a structure including the hole blocking layer 24 at a thickness of, for example, about several hundred nm to several μm by coating without the need to form the hole blocking layer 24 in a vacuum.

Description

この発明は、医療分野、工業分野、さらには原子力分野等に用いられる放射線二次元検出器に関する。   The present invention relates to a two-dimensional radiation detector used in the medical field, the industrial field, the nuclear field, and the like.

従来、高感度な放射線二次元検出器の材料として各種の半導体材料、特にCdTe(テルル化カドミウム)またはCdZnTe(テルル化カドミウム亜鉛)の結晶体が研究・開発され、一部製品化されている。この種の放射線二次元検出器では、CdTeまたはCdZnTeで形成された光電変換半導体層などを有した対向基板と、画素電極を二次元マトリックス状に配置したアクティブマトリックス基板とを導電性バンプ(バンプ電極)で電気的に接続している(例えば、特許文献1、2参照)。   Conventionally, various semiconductor materials, particularly CdTe (cadmium telluride) or CdZnTe (cadmium zinc telluride) crystals have been researched and developed as materials for highly sensitive radiation two-dimensional detectors, and some products have been commercialized. In this type of radiation two-dimensional detector, an opposing substrate having a photoelectric conversion semiconductor layer formed of CdTe or CdZnTe, and an active matrix substrate in which pixel electrodes are arranged in a two-dimensional matrix are made of conductive bumps (bump electrodes). ) (See, for example, Patent Documents 1 and 2).

また、リーク電流を低減させるために、放射線二次元検出器では、リーク電流の基となる電子が外部から光電変換半導体層に注入されるのを阻止するための電子阻止層と、リーク電流の基となる正孔が外部から光電変換半導体層に注入されるのを阻止するための正孔阻止層とを光電変換半導体層のそれぞれの面に形成している(例えば、特許文献1〜3参照)。さらには、注入阻止効果をより一層高めるために、低仕事関数の金属を積層してショットキーバリアを形成してリーク電流をより一層低減させる場合もある。   In order to reduce the leakage current, the radiation two-dimensional detector includes an electron blocking layer for blocking electrons that are the basis of the leakage current from being injected into the photoelectric conversion semiconductor layer from the outside, and a leakage current group. Are formed on each surface of the photoelectric conversion semiconductor layer (for example, see Patent Documents 1 to 3). . Furthermore, in order to further enhance the injection blocking effect, a leakage current may be further reduced by laminating low work function metals to form a Schottky barrier.

特開2001−242255号公報JP 2001-242255 A 特開2008−171833号公報JP 2008-171833 A 特開2000−230981号公報JP 2000-230981 A

しかしながら、これらの正孔阻止層を無機半導体やショットキー金属で大面積で形成しようとすると、純度が高いことが望まれ真空中で形成する必要がある。その結果、真空蒸着やスパッタなどの方式になり大掛かりな真空装置が必要となる問題がある。   However, when these hole blocking layers are formed of an inorganic semiconductor or a Schottky metal in a large area, it is desired to have high purity and it is necessary to form them in a vacuum. As a result, there is a problem that a large-scale vacuum apparatus is required due to a method such as vacuum deposition or sputtering.

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、正孔阻止層を有した構造を簡単に実現することができる放射線二次元検出器を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of such a situation, Comprising: It aims at providing the radiation two-dimensional detector which can implement | achieve the structure which has a hole-blocking layer easily.

この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、この発明に係る放射線二次元検出器は、放射線の入射により放射線の情報を電荷情報に変換することで放射線を検出する放射線二次元検出器であって、前記電荷情報をそれぞれ読み出す二次元マトリックス状に配置された各々の画素電極およびそれらを配列する画素配列層を含むアクティブマトリックス基板と、バイアス電圧を印加する共通電極、および前記放射線の情報を前記電荷情報に変換する光電変換半導体層を含み、前記アクティブマトリックス基板の前記画素電極側に対向配置した対向基板とを備え、前記対向基板は、前記光電変換半導体層の前記共通電極側の面に電子阻止層と、前記光電変換半導体層の前記共通電極側とは逆側である前記アクティブマトリックス基板に対向する側の面に正孔阻止層とを備えて構成され、前記対向基板の前記正孔阻止層側の面が画素毎に前記アクティブマトリックス基板の前記画素電極に電気的に接続され、前記光電変換半導体層は、CdTe(テルル化カドミウム)またはCdZnTe(テルル化カドミウム亜鉛)で形成され、前記正孔阻止層は導電性の有機結晶物であることを特徴とするものである。
In order to achieve such an object, the present invention has the following configuration.
That is, the radiation two-dimensional detector according to the present invention is a radiation two-dimensional detector that detects radiation by converting radiation information into charge information upon incidence of radiation, and is a two-dimensional matrix that reads the charge information, respectively. An active matrix substrate including pixel electrodes arranged in a shape and a pixel array layer for arranging the pixel electrodes, a common electrode to which a bias voltage is applied, and a photoelectric conversion semiconductor layer that converts the radiation information into the charge information A counter substrate disposed opposite to the pixel electrode side of the active matrix substrate, the counter substrate including an electron blocking layer on a surface of the photoelectric conversion semiconductor layer on the common electrode side, and the photoelectric conversion semiconductor layer A hole blocking layer is provided on a surface opposite to the active matrix substrate opposite to the common electrode side. The surface of the counter substrate on the hole blocking layer side is electrically connected to the pixel electrode of the active matrix substrate for each pixel, and the photoelectric conversion semiconductor layer is made of CdTe (cadmium telluride) or CdZnTe (telluride). The hole blocking layer is made of a conductive organic crystal material.

[作用・効果]この発明に係る放射線二次元検出器によれば、従来では正孔阻止層が無機半導体で形成されていたのを替えて、導電性の有機結晶物で正孔阻止層を形成する。有機結晶物は有機溶剤に容易に溶解するので、有機結晶物が溶解した有機溶剤を塗布することにより、導電性の有機結晶物からなる正孔阻止層を大面積で形成することができる。具体的には、スピンコータ、ディスペンサ、インクジェットなどの塗布装置で正孔阻止層を一様に塗布することができる。また、インクジェットを用いれば正孔阻止層を画素単位で(画素電極毎に)パターン形成することが可能である。その結果、真空中で形成することなく塗布により、例えば数百nm〜数μm程度の厚みの正孔阻止層を有した構造を簡易に実現することができる。   [Operation / Effect] According to the radiation two-dimensional detector according to the present invention, the hole blocking layer is formed of a conductive organic crystal instead of the hole blocking layer formed of an inorganic semiconductor. To do. Since an organic crystal is easily dissolved in an organic solvent, a hole blocking layer made of a conductive organic crystal can be formed in a large area by applying an organic solvent in which the organic crystal is dissolved. Specifically, the hole blocking layer can be uniformly applied by a coating apparatus such as a spin coater, a dispenser, and an ink jet. In addition, if ink jet is used, the hole blocking layer can be patterned in units of pixels (for each pixel electrode). As a result, a structure having a hole blocking layer having a thickness of, for example, about several hundred nm to several μm can be easily realized by coating without forming in vacuum.

なお、上述の特許文献3(特開2000−230981号公報)での有機膜は、ポリカーボネイトなどに代表されるプラスチックに正孔移動材を混入させたものであり、本発明の導電性の有機結晶物(いわゆる導電性ポリマー)とは異質であることに留意されたい。また、特許文献3(特開2000−230981号公報)では有機膜を塗布により形成することができない。本発明では、光電変換半導体層の共通電極側の面に電子阻止層と、光電変換半導体層の共通電極側とは逆側であるアクティブマトリックス基板に対向する側の面に正孔阻止層とを備えているが、電子阻止層と正孔阻止層との形成面を互いに入れ替えて、光電変換半導体層の共通電極側の面に正孔阻止層を形成することはできない。つまり、共通電極は導体であるので、その導体の共通電極に導電性の有機結晶物からなる正孔阻止層を形成するのは意味がない。   Note that the organic film described in Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-230981) is obtained by mixing a hole transfer material into plastic represented by polycarbonate and the like, and the conductive organic crystal of the present invention. It should be noted that the product is different from the so-called conductive polymer. Moreover, in patent document 3 (Unexamined-Japanese-Patent No. 2000-230981), an organic film cannot be formed by application | coating. In the present invention, an electron blocking layer is formed on the surface of the photoelectric conversion semiconductor layer on the common electrode side, and a hole blocking layer is formed on the surface facing the active matrix substrate opposite to the common electrode side of the photoelectric conversion semiconductor layer. However, the hole blocking layer cannot be formed on the surface of the photoelectric conversion semiconductor layer on the common electrode side by replacing the formation surfaces of the electron blocking layer and the hole blocking layer. That is, since the common electrode is a conductor, it is meaningless to form a hole blocking layer made of a conductive organic crystal on the common electrode of the conductor.

また、この発明に係る放射線二次元検出器では、図4のエネルギーバンドに示すように、有機結晶物のLUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)レベルがCdTeもしくはCdZnTeの電子親和力と同等であり、有機結晶物のHOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)レベルがCdTeもしくはCdZnTeの価電子帯レベルより大きいのが好ましい。CdTeもしくはCdZnTeの電子親和力は4eV〜4.5evであり、この電子親和力と同等のLUMOレベルを有する有機結晶物であり、かつCdTeもしくはCdZnTeの価電子帯レベルより大きいHOMOレベルを有する有機結晶物で正孔阻止層を形成することで、外部から注入される正孔が阻止され、CdTeもしくはCdZnTeで発生した信号電子は阻止されない。ここで、本明細書中の「同等」とは、±0.5eVの範囲までを包含する。よって、有機結晶物のLUMOレベルは3.5eV〜5.0eVである。   In the two-dimensional radiation detector according to the present invention, as shown in the energy band of FIG. 4, the LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital) level of the organic crystal is equivalent to the electron affinity of CdTe or CdZnTe, Preferably, the HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) level is higher than the valence band level of CdTe or CdZnTe. An electron affinity of CdTe or CdZnTe is 4 eV to 4.5 ev, an organic crystal having an LUMO level equivalent to this electron affinity, and an organic crystal having a HOMO level greater than the valence band level of CdTe or CdZnTe. By forming the hole blocking layer, holes injected from the outside are blocked, and signal electrons generated in CdTe or CdZnTe are not blocked. Here, “equivalent” in this specification includes up to a range of ± 0.5 eV. Therefore, the LUMO level of the organic crystal is 3.5 eV to 5.0 eV.

上述したこれらの発明に係る放射線二次元検出器において、有機結晶物が、PCBM([6,6]-Phenyl-C61-Butyric Acid Methyl Ester),PTCDI(perylene tetracarboxylic diimide),BCP(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenantrolin)またはそれらの誘電体である。これらの材料のいずれかで有機結晶物からなる正孔阻止層を形成することができる。   In the above-described two-dimensional radiation detectors according to these inventions, the organic crystalline material is PCBM ([6,6] -Phenyl-C61-Butyric Acid Methyl Ester), PTCDI (perylene tetracarboxylic diimide), BCP (2,9- dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenantrolin) or a dielectric thereof. A hole blocking layer made of an organic crystalline material can be formed from any of these materials.

上述したこれらの発明に係る放射線二次元検出器の一例は、有機結晶物からなる正孔阻止層が光電変換半導体層の全面に形成されることである。有機結晶物の膜抵抗が比較的高い材料の場合には、当該材料を溶解させた上述の有機溶剤を光電変換半導体層の全体に塗布することで、正孔阻止層を光電変換半導体層の全面に形成することができる。   One example of the radiation two-dimensional detector according to these inventions described above is that a hole blocking layer made of an organic crystal is formed on the entire surface of the photoelectric conversion semiconductor layer. In the case of a material having a relatively high film resistance of the organic crystal, the hole blocking layer is formed on the entire surface of the photoelectric conversion semiconductor layer by applying the above-described organic solvent in which the material is dissolved to the entire photoelectric conversion semiconductor layer. Can be formed.

上述したこれらの発明に係る放射線二次元検出器の他の一例は、有機結晶物からなる正孔阻止層が光電変換半導体層に画素電極毎にパターン形成されていることである。有機結晶物の膜抵抗が比較的低い材料の場合には横方向への電流リークにより画像がぼけるので、その画像ボケを防止するために上述したようにインクジェットを用いれば正孔阻止層を画素電極毎にパターン形成することができる。これによって隣接する方向の画素(横方向の画素)と絶縁する。   Another example of the radiation two-dimensional detectors according to these inventions described above is that a hole blocking layer made of an organic crystal is patterned on the photoelectric conversion semiconductor layer for each pixel electrode. In the case of a material having a relatively low film resistance of the organic crystal, an image is blurred due to a current leak in the lateral direction. Therefore, in order to prevent the image blurring, if the ink jet is used as described above, the hole blocking layer is formed as a pixel electrode. A pattern can be formed every time. This insulates adjacent pixels (lateral pixels).

上述したこれらの発明に係る放射線二次元検出器では、仕事関数が4.5eV以下の金属が、有機結晶物からなる正孔阻止層に画素電極毎にパターン形成されているのが好ましい。仕事関数が4.5eV以下の金属として、Al(アルミニウム)やIn(インジウム)などの他に、Mg(マグネシウム)やCa(カルシウム)などに代表されるアルカリ土類金属などがある。このような4.5eV以下の低仕事関数の金属を正孔阻止層に画素電極毎にパターン形成することで、ショットキーバリアを形成する。また、図4のエネルギーバンドに示すように、有機結晶物のHOMOレベルよりも低い分だけ正孔を阻止して、リーク電流をより一層低減させることができる。   In the radiation two-dimensional detectors according to these inventions described above, it is preferable that a metal having a work function of 4.5 eV or less is patterned for each pixel electrode on the hole blocking layer made of an organic crystal. Examples of the metal having a work function of 4.5 eV or less include Al (aluminum) and In (indium), as well as alkaline earth metals such as Mg (magnesium) and Ca (calcium). A Schottky barrier is formed by patterning such a low work function metal of 4.5 eV or less on the hole blocking layer for each pixel electrode. Moreover, as shown in the energy band of FIG. 4, holes can be blocked by an amount lower than the HOMO level of the organic crystal material, and the leakage current can be further reduced.

この発明に係る放射線二次元検出器によれば、導電性の有機結晶物で正孔阻止層を形成することで、従来のように真空中で形成することなく塗布により、正孔阻止層を有した構造を簡易に実現することができる。   According to the two-dimensional radiation detector according to the present invention, the hole blocking layer is formed of a conductive organic crystal, and thus the hole blocking layer is formed by coating without being formed in a vacuum as in the prior art. This structure can be realized easily.

実施例に係る放射線二次元検出器の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the radiation two-dimensional detector which concerns on an Example. 実施例に係る放射線二次元検出器のアクティブマトリックス基板および対向基板の具体的な構成を示した概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which showed the specific structure of the active-matrix board | substrate and counter substrate of the radiation two-dimensional detector which concerns on an Example. 実施例に係る放射線二次元検出器のアクティブマトリックス基板の単位画素当たりの等価回路である。It is the equivalent circuit per unit pixel of the active matrix board | substrate of the radiation two-dimensional detector which concerns on an Example. エネルギーバンドの概略図である。It is the schematic of an energy band. 変形例に係る放射線二次元検出器の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the radiation two-dimensional detector which concerns on a modification. さらなる変形例に係る放射線二次元検出器の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the radiation two-dimensional detector which concerns on the further modification. さらなる変形例に係る放射線二次元検出器の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the radiation two-dimensional detector which concerns on the further modification.

以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
図1は、実施例に係る放射線二次元検出器の概略断面図であり、図2は、実施例に係る放射線二次元検出器のアクティブマトリックス基板および対向基板の具体的な構成を示した概略断面図であり、図3は、実施例に係る放射線二次元検出器のアクティブマトリックス基板の単位画素当たりの等価回路であり、図4は、エネルギーバンドの概略図である。なお、図2では導電性バンプの図示を省略する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the radiation two-dimensional detector according to the embodiment, and FIG. 2 is a schematic cross-section showing specific configurations of the active matrix substrate and the counter substrate of the radiation two-dimensional detector according to the embodiment. FIG. 3 is an equivalent circuit per unit pixel of the active matrix substrate of the radiation two-dimensional detector according to the embodiment, and FIG. 4 is a schematic diagram of an energy band. In FIG. 2, the conductive bumps are not shown.

放射線二次元検出器は、図1〜図3に示すように、アクティブマトリックス基板1と、アクティブマトリックス基板1に対向配置した対向基板2とを備えている。アクティブマトリックス基板1は、二次元マトリックス状に配置された各々の画素電極11およびそれらを配列する画素配列層を含んで構成されている。一方、対向基板2は、共通電極21,電子阻止層22,光電変換半導体層23,正孔阻止層24の順に積層形成されて構成されている。対向基板2の正孔阻止層24側の面が画素毎にアクティブマトリックス基板1の画素電極11毎に電気的に接続されている。具体的には、スクリーン印刷等によって形成された導電性バンプ3によりアクティブマトリックス基板1の画素電極11と対向基板2の正孔阻止層24とを互いに対向させて貼り合わせる。   As shown in FIGS. 1 to 3, the radiation two-dimensional detector includes an active matrix substrate 1 and a counter substrate 2 disposed to face the active matrix substrate 1. The active matrix substrate 1 includes each pixel electrode 11 arranged in a two-dimensional matrix and a pixel arrangement layer for arranging them. On the other hand, the counter substrate 2 is formed by stacking a common electrode 21, an electron blocking layer 22, a photoelectric conversion semiconductor layer 23, and a hole blocking layer 24 in this order. The surface of the counter substrate 2 on the hole blocking layer 24 side is electrically connected to each pixel electrode 11 of the active matrix substrate 1 for each pixel. Specifically, the pixel electrodes 11 of the active matrix substrate 1 and the hole blocking layer 24 of the counter substrate 2 are bonded to each other by the conductive bumps 3 formed by screen printing or the like.

アクティブマトリックス基板1についてはガラス基板で形成する。アクティブマトリックス基板1には、上述の画素電極11の他に、電荷蓄積容量12,スイッチング素子として薄膜トランジスタ(TFT: Thin-Film Transistor)13を二次元マトリックス状に形成し、ゲート制御ライン14(図3を参照)および信号読み出しライン15(図3を参照)を行および列方向にそれぞれ縦横にパターン形成する。   The active matrix substrate 1 is formed of a glass substrate. On the active matrix substrate 1, in addition to the pixel electrode 11 described above, a charge storage capacitor 12 and a thin film transistor (TFT) 13 as a switching element are formed in a two-dimensional matrix, and a gate control line 14 (FIG. 3). ) And signal readout lines 15 (see FIG. 3) are vertically and horizontally patterned in the row and column directions, respectively.

具体的には、図2に示すように、アクティブマトリックス基板1に電荷蓄積容量12の基準電極12aおよび薄膜トランジスタ(TFT)13のゲート電極13aを積層形成して絶縁層31で覆う。その絶縁層31に、電荷蓄積容量12の容量電極12bを、絶縁層31を介在させて基準電極12aに対向するように積層形成し、TFT13のソース電極13bおよびドレイン電極13cを積層形成し、画素電極11の部分を除いて絶縁層32で覆う。なお、容量電極12bとソース電極13bとは相互に電気的に接続される。図2に示すように、容量電極12bおよびソース電極13bを一体的に同時形成すればよい。基準電極13aについては接地する。絶縁層31,32については、例えばプラズマSiNを使用する。   Specifically, as shown in FIG. 2, the reference electrode 12 a of the charge storage capacitor 12 and the gate electrode 13 a of the thin film transistor (TFT) 13 are stacked on the active matrix substrate 1 and covered with an insulating layer 31. A capacitor electrode 12b of the charge storage capacitor 12 is stacked on the insulating layer 31 so as to face the reference electrode 12a with the insulating layer 31 interposed therebetween, and a source electrode 13b and a drain electrode 13c of the TFT 13 are stacked and formed. The insulating layer 32 covers the electrode 11 except for the part. Note that the capacitor electrode 12b and the source electrode 13b are electrically connected to each other. As shown in FIG. 2, the capacitor electrode 12b and the source electrode 13b may be integrally formed simultaneously. The reference electrode 13a is grounded. For the insulating layers 31 and 32, for example, plasma SiN is used.

図3に示すように、ゲート制御ライン14は、TFT13のゲート電極13a(図2を参照)に電気的に接続され、信号読み出しライン15は、TFT13のドレイン電極13c(図2を参照)に電気的に接続されている。ゲート制御ライン14は、各々の画素の行方向にそれぞれ延びており、信号読み出しライン15は、各々の画素の列方向にそれぞれ延びている。ゲート制御ライン14および信号読み出しライン15は互いに直交している。図3の符号23は、光電変換半導体層の等価回路である。これらゲート制御ライン14や信号読み出しライン15を含めて、電荷蓄積容量12やTFT13や絶縁層31,32については、半導体薄膜製造技術や微細加工技術を用いてアクティブマトリックス基板1の表面に画素配列層としてパターン形成している。   As shown in FIG. 3, the gate control line 14 is electrically connected to the gate electrode 13a of the TFT 13 (see FIG. 2), and the signal readout line 15 is electrically connected to the drain electrode 13c of the TFT 13 (see FIG. 2). Connected. The gate control line 14 extends in the row direction of each pixel, and the signal readout line 15 extends in the column direction of each pixel. The gate control line 14 and the signal readout line 15 are orthogonal to each other. Reference numeral 23 in FIG. 3 is an equivalent circuit of the photoelectric conversion semiconductor layer. The charge storage capacitor 12, TFT 13, and insulating layers 31 and 32 including the gate control line 14 and the signal readout line 15 are arranged on the surface of the active matrix substrate 1 using a semiconductor thin film manufacturing technique or a fine processing technique. As a pattern is formed.

図1や図2の説明に戻り、共通電極21については、導電性カーボングラファイトの板材からなる支持基板で形成する。電子阻止層22については、ZnTe、Sb、SbTeなどのP型半導体で形成し、共通電極21の面に当該P型半導体の所望厚さの薄膜を、昇華法、蒸着法、スパッタリング法、化学析出法もしくは電析法等によって積層形成する。 Returning to the description of FIGS. 1 and 2, the common electrode 21 is formed of a support substrate made of a conductive carbon graphite plate. The electron blocking layer 22 is formed of a P-type semiconductor such as ZnTe, Sb 2 S 3 , or Sb 2 Te 3, and a thin film having a desired thickness of the P-type semiconductor is formed on the surface of the common electrode 21 by a sublimation method or a vapor deposition method. The layers are formed by sputtering, chemical precipitation, or electrodeposition.

光電変換半導体層23については、CdTeまたはCdZnTeで形成し、電子阻止層22の面に厚みが約0.2mm〜0.5mmのCdTeまたはCdZnTeを昇華法によって積層形成する。研磨あるいは砂などの研磨剤を吹き付けることでブラスト加工を行うサンドブラスト加工等により、光電変換半導体層23の平坦化処理を行う。   The photoelectric conversion semiconductor layer 23 is formed of CdTe or CdZnTe, and CdTe or CdZnTe having a thickness of about 0.2 mm to 0.5 mm is stacked on the surface of the electron blocking layer 22 by a sublimation method. The photoelectric conversion semiconductor layer 23 is flattened by sand blasting or the like for performing blasting by polishing or spraying an abrasive such as sand.

正孔阻止層24については、導電性の有機結晶物で形成し、平坦化した光電変換半導体層23の面に有機結晶物が溶解した有機溶剤をスピンコータ、ディスペンサ、インクジェットなどの塗布装置で一様に塗布することで、厚みが数百nm〜数μm程度の薄膜の正孔阻止層24を積層形成する。   The hole blocking layer 24 is formed of a conductive organic crystal, and an organic solvent in which the organic crystal is dissolved on the surface of the flattened photoelectric conversion semiconductor layer 23 is uniformly applied by a coating apparatus such as a spin coater, a dispenser, or an inkjet. The thin film hole blocking layer 24 having a thickness of about several hundreds nm to several μm is laminated.

ここで、導電性の有機結晶物としては、図4のエネルギーバンドに示すように、LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)レベルがCdTeもしくはCdZnTeの電子親和力と同等であり、有機結晶物のHOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)レベルがCdTeもしくはCdZnTeの価電子帯レベルより大きいものを用いる。CdTeもしくはCdZnTeの電子親和力は4eV〜4.5evであり、この電子親和力と同等のLUMOレベルを有する有機結晶物であり、かつCdTeもしくはCdZnTeの価電子帯レベルより大きいHOMOレベルを有する有機結晶物で正孔阻止層24(図1や図2を参照)を形成することで、外部から注入される正孔が阻止され、CdTeもしくはCdZnTeで発生した信号電子は阻止されない。「課題を解決するための手段」の欄でも述べたように、本明細書中の「同等」とは、±0.5eVの範囲までを包含する。よって、有機結晶物のLUMOレベルは3.5eV〜5.0eVである。   Here, as shown in the energy band of FIG. 4, the conductive organic crystal material has a LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital) level equivalent to the electron affinity of CdTe or CdZnTe, and the organic crystal HOMO (Highest Occupied). Molecular Orbital) level higher than the valence band level of CdTe or CdZnTe is used. An electron affinity of CdTe or CdZnTe is 4 eV to 4.5 ev, an organic crystal having an LUMO level equivalent to this electron affinity, and an organic crystal having a HOMO level greater than the valence band level of CdTe or CdZnTe. By forming the hole blocking layer 24 (see FIGS. 1 and 2), holes injected from the outside are blocked, and signal electrons generated in CdTe or CdZnTe are not blocked. As described in the section of “Means for Solving the Problems”, “equivalent” in this specification includes up to a range of ± 0.5 eV. Therefore, the LUMO level of the organic crystal is 3.5 eV to 5.0 eV.

具体的な有機結晶物の材料としては、フラーレンであるPCBM([6,6]-Phenyl-C61-Butyric Acid Methyl Ester),ペリレンであるPTCDI(perylene tetracarboxylic diimide),BCP(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenantrolin)またはそれらの誘電体(フラーレン誘電体やペリレン誘電体など)などを用いる。これらの材料のいずれかで有機結晶物からなる正孔阻止層24(図1や図2を参照)を形成することができる。   Specific organic crystal materials include: fullerene PCBM ([6,6] -Phenyl-C61-Butyric Acid Methyl Ester), perylene PTCDI (perylene tetracarboxylic diimide), BCP (2,9-dimethyl-). 4,7-diphenyl-1,10-phenantrolin) or a dielectric thereof (such as fullerene dielectric or perylene dielectric). The hole blocking layer 24 (see FIGS. 1 and 2) made of an organic crystal can be formed from any of these materials.

図1や図2の説明に戻り、上述したように、アクティブマトリックス基板1の画素電極11と対向基板2の正孔阻止層24とを互いに対向させて貼り合わせる。絶縁層32で覆われていない箇所の画素電極11に導電性材料(導電ペースト、異方導電性フィルム(ACF)、異方導電性ペースト等)をスクリーン印刷することで導電性バンプ3により、アクティブマトリックス基板1の画素電極11と対向基板2の正孔阻止層24とを互いに対向させて貼り合わせる。なお、貼り合わせの前に画素電極11を形成せずに、絶縁層32で覆われていない箇所に導電性バンプ3により貼り合わせることで、その導電性バンプ3を画素電極として形成してもよい。   Returning to the description of FIG. 1 and FIG. 2, as described above, the pixel electrode 11 of the active matrix substrate 1 and the hole blocking layer 24 of the counter substrate 2 are bonded to each other so as to face each other. The conductive bumps 3 are active by screen-printing a conductive material (conductive paste, anisotropic conductive film (ACF), anisotropic conductive paste, etc.) on the pixel electrode 11 in a portion not covered with the insulating layer 32. The pixel electrode 11 of the matrix substrate 1 and the hole blocking layer 24 of the counter substrate 2 are bonded to face each other. Note that the conductive bump 3 may be formed as a pixel electrode by bonding the conductive bump 3 to a portion not covered with the insulating layer 32 without forming the pixel electrode 11 before the bonding. .

このようにして放射線二次元検出器は、放射線の入射により放射線の情報を電荷情報(電子−正孔対キャリア)に変換することで放射線を検出する。以上をまとめると、放射線二次元検出器は、アクティブマトリックス基板1と対向基板2とを備えている。アクティブマトリックス基板1は、電荷情報(電子−正孔対キャリア)をそれぞれ読み出す二次元マトリックス状に配置された各々の画素電極11およびそれらを配列する画素配列層を含んでいる。対向基板2は、バイアス電圧(実施例では−0.1V/μm〜1V/μmの負のバイアス電圧)を印加する共通電極21、および放射線の情報を電荷情報(電子−正孔対キャリア)に変換する光電変換半導体層23を含んでいる。   In this way, the two-dimensional radiation detector detects radiation by converting radiation information into charge information (electron-hole pair carriers) by the incidence of radiation. In summary, the radiation two-dimensional detector includes an active matrix substrate 1 and a counter substrate 2. The active matrix substrate 1 includes pixel electrodes 11 arranged in a two-dimensional matrix for reading out charge information (electron-hole pair carriers), and a pixel arrangement layer for arranging them. The counter substrate 2 includes a common electrode 21 to which a bias voltage (a negative bias voltage of −0.1 V / μm to 1 V / μm in the embodiment) is applied, and radiation information as charge information (electron-hole pair carrier). A photoelectric conversion semiconductor layer 23 to be converted is included.

対向基板2は、光電変換半導体層23の共通電極21側の面に電子阻止層22と、光電変換半導体層23の共通電極21側とは逆側であるアクティブマトリックス基板1に対向する側の面に正孔阻止層24とを備えて構成されている。対向基板2の正孔阻止層24側の面が画素毎にアクティブマトリックス基板1の画素電極11に電気的に接続されている。光電変換半導体層23は、CdTe(テルル化カドミウム)またはCdZnTe(テルル化カドミウム亜鉛)で形成され、正孔阻止層24は導電性の有機結晶物である。   The counter substrate 2 has an electron blocking layer 22 on the surface of the photoelectric conversion semiconductor layer 23 on the common electrode 21 side, and a surface on the side facing the active matrix substrate 1 opposite to the common electrode 21 side of the photoelectric conversion semiconductor layer 23. Are provided with a hole blocking layer 24. The surface of the counter substrate 2 on the hole blocking layer 24 side is electrically connected to the pixel electrode 11 of the active matrix substrate 1 for each pixel. The photoelectric conversion semiconductor layer 23 is formed of CdTe (cadmium telluride) or CdZnTe (cadmium zinc telluride), and the hole blocking layer 24 is a conductive organic crystal.

放射線二次元検出器の動作について、図1〜図3を参照して説明する。共通電極21にバイアス電圧を印加した状態で、放射線(例えばX線)が入射することにより光電変換半導体層23で電子−正孔対キャリアが生成され、電荷蓄積容量12に一旦蓄積される。必要なタイミングでゲート制御ライン14を駆動させることで、当該ゲート制御ライン14に接続された薄膜トランジスタ(TFT)13がON状態に移行し、電荷蓄積容量12に蓄積された電子−正孔対キャリアが信号電荷として読み出され、薄膜トランジスタ(TFT)13に接続された信号読み出しライン15を介して後段の信号収集回路(図示省略)に読み出される。   The operation of the radiation two-dimensional detector will be described with reference to FIGS. In a state where a bias voltage is applied to the common electrode 21, radiation (for example, X-rays) is incident, whereby electron-hole pair carriers are generated in the photoelectric conversion semiconductor layer 23 and temporarily stored in the charge storage capacitor 12. By driving the gate control line 14 at a necessary timing, the thin film transistor (TFT) 13 connected to the gate control line 14 is turned on, and the electron-hole pair carriers accumulated in the charge storage capacitor 12 are changed. It is read out as a signal charge and is read out to a signal collecting circuit (not shown) at a subsequent stage via a signal readout line 15 connected to a thin film transistor (TFT) 13.

各々の画素電極11は各々の画素にそれぞれ対応しているので、画素電極11に対応して読み出された信号電荷を画素値に変換することで、画素に応じた画素値を二次元に並べて二次元画像(二次元分布を有した放射線画像)を取得することができる。   Since each pixel electrode 11 corresponds to each pixel, by converting the signal charges read corresponding to the pixel electrode 11 into pixel values, the pixel values corresponding to the pixels are arranged two-dimensionally. A two-dimensional image (a radiation image having a two-dimensional distribution) can be acquired.

上述の構成を備えた本実施例に係る放射線二次元検出器によれば、従来では正孔阻止層が無機半導体で形成されていたのを替えて、導電性の有機結晶物で正孔阻止層24を形成する。有機結晶物は有機溶剤に容易に溶解するので、有機結晶物が溶解した有機溶剤を塗布することにより、導電性の有機結晶物からなる正孔阻止層24を大面積で形成することができる。具体的には、スピンコータ、ディスペンサ、インクジェットなどの塗布装置で正孔阻止層24を一様に塗布することができる。また、インクジェットを用いれば正孔阻止層24を画素単位で(画素電極11毎に)パターン形成することが可能である。その結果、真空中で形成することなく塗布により、例えば数百nm〜数μm程度の厚みの正孔阻止層24を有した構造を簡易に実現することができる。   According to the radiation two-dimensional detector according to the present embodiment having the above-described configuration, the hole blocking layer is made of a conductive organic crystal instead of the hole blocking layer conventionally formed of an inorganic semiconductor. 24 is formed. Since the organic crystal is easily dissolved in the organic solvent, the hole blocking layer 24 made of the conductive organic crystal can be formed in a large area by applying the organic solvent in which the organic crystal is dissolved. Specifically, the hole blocking layer 24 can be uniformly applied by a coating apparatus such as a spin coater, a dispenser, or an ink jet. In addition, if ink jet is used, the hole blocking layer 24 can be patterned in units of pixels (for each pixel electrode 11). As a result, a structure having the hole blocking layer 24 having a thickness of, for example, about several hundred nm to several μm can be easily realized by coating without forming in vacuum.

「課題を解決するための手段」の欄でも述べたように、上述の特許文献3(特開2000−230981号公報)での有機膜は、ポリカーボネイトなどに代表されるプラスチックに正孔移動材を混入させたものであり、本発明の導電性の有機結晶物(いわゆる導電性ポリマー)とは異質であることに留意されたい。また、特許文献3(特開2000−230981号公報)では有機膜を塗布により形成することができない。本発明では、光電変換半導体層23の共通電極21側の面に電子阻止層22と、光電変換半導体層23の共通電極21側とは逆側であるアクティブマトリックス基板1に対向する側の面に正孔阻止層24とを備えているが、電子阻止層と正孔阻止層との形成面を互いに入れ替えて、光電変換半導体層の共通電極側の面に正孔阻止層を形成することはできない。つまり、共通電極は導体であるので、その導体の共通電極に導電性の有機結晶物からなる正孔阻止層を形成するのは意味がない。   As described in the section of “Means for Solving the Problems”, the organic film in the above-mentioned Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-230981) is formed by using a hole transfer material on plastic represented by polycarbonate or the like. It should be noted that these are mixed and are different from the conductive organic crystal (so-called conductive polymer) of the present invention. Moreover, in patent document 3 (Unexamined-Japanese-Patent No. 2000-230981), an organic film cannot be formed by application | coating. In the present invention, the electron blocking layer 22 is formed on the surface of the photoelectric conversion semiconductor layer 23 on the common electrode 21 side, and the surface on the side facing the active matrix substrate 1 opposite to the common electrode 21 side of the photoelectric conversion semiconductor layer 23. The hole blocking layer 24 is provided, but the hole blocking layer cannot be formed on the surface of the photoelectric conversion semiconductor layer on the common electrode side by replacing the formation surfaces of the electron blocking layer and the hole blocking layer. . That is, since the common electrode is a conductor, it is meaningless to form a hole blocking layer made of a conductive organic crystal on the common electrode of the conductor.

本実施例では、放射線二次元検出器は、図1や図2に示すように、有機結晶物からなる正孔阻止層24が光電変換半導体層23の全面に形成されている。有機結晶物の膜抵抗が比較的高い材料の場合には、当該材料を溶解させた上述の有機溶剤を光電変換半導体層23の全体に塗布することで、正孔阻止層24を光電変換半導体層23の全面に形成することができる。   In this embodiment, the radiation two-dimensional detector has a hole blocking layer 24 made of an organic crystal formed on the entire surface of the photoelectric conversion semiconductor layer 23 as shown in FIGS. In the case of a material having a relatively high film resistance of the organic crystal, the hole-blocking layer 24 is formed on the photoelectric conversion semiconductor layer by applying the above-described organic solvent in which the material is dissolved to the entire photoelectric conversion semiconductor layer 23. 23 can be formed on the entire surface.

この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified as follows.

(1)上述した実施例では、放射線としてX線を例に採って説明したが、X線以外の放射線としてγ線、光等に例示されるように特に限定されない。   (1) In the above-described embodiments, X-rays are taken as an example of radiation. However, the present invention is not particularly limited as exemplified by γ-rays, light, etc. as radiation other than X-rays.

(2)上述した実施例では、図1や図2に示すように、有機結晶物からなる正孔阻止層24が光電変換半導体層23の全面に形成されていたが、図5に示すように、有機結晶物からなる正孔阻止層24が光電変換半導体層23に画素電極11毎にパターン形成されていてもよい。有機結晶物の膜抵抗が比較的低い材料の場合には横方向への電流リークにより画像がぼけるので、その画像ボケを防止するために上述したようにインクジェットを用いれば正孔阻止層24を画素電極11毎にパターン形成することができる。これによって隣接する方向の画素(横方向の画素)と絶縁する。   (2) In the embodiment described above, the hole blocking layer 24 made of an organic crystal was formed on the entire surface of the photoelectric conversion semiconductor layer 23 as shown in FIGS. 1 and 2, but as shown in FIG. In addition, the hole blocking layer 24 made of an organic crystal may be patterned on the photoelectric conversion semiconductor layer 23 for each pixel electrode 11. In the case of a material having a relatively low film resistance of the organic crystal, an image is blurred due to a current leakage in the lateral direction. Therefore, in order to prevent the image blur, if the ink jet is used as described above, the hole blocking layer 24 is formed as a pixel. A pattern can be formed for each electrode 11. This insulates adjacent pixels (lateral pixels).

(3)上述した実施例では、ショットキーバリアを形成しなかったが、低仕事関数の金属を積層してショットキーバリアを形成してもよい。例えば、仕事関数が4.5eV以下の金属が、有機結晶物からなる正孔阻止層に画素電極毎にパターン形成されているのが好ましい。仕事関数が4.5eV以下の金属として、Al(アルミニウム)やIn(インジウム)などの他に、Mg(マグネシウム)やCa(カルシウム)などに代表されるアルカリ土類金属などがある。このような4.5eV以下の低仕事関数の金属を正孔阻止層に画素電極毎にパターン形成することで、ショットキーバリアを形成する。また、図4のエネルギーバンドに示すように、有機結晶物のHOMOレベルよりも低い分だけ正孔を阻止して、リーク電流をより一層低減させることができる。   (3) Although the Schottky barrier is not formed in the above-described embodiment, a Schottky barrier may be formed by stacking low work function metals. For example, it is preferable that a metal having a work function of 4.5 eV or less is patterned for each pixel electrode in a hole blocking layer made of an organic crystal. Examples of the metal having a work function of 4.5 eV or less include Al (aluminum) and In (indium), as well as alkaline earth metals such as Mg (magnesium) and Ca (calcium). A Schottky barrier is formed by patterning such a low work function metal of 4.5 eV or less on the hole blocking layer for each pixel electrode. Moreover, as shown in the energy band of FIG. 4, holes can be blocked by an amount lower than the HOMO level of the organic crystal material, and the leakage current can be further reduced.

(4)上述した変形例(3)の態様として、図6に示すように、光電変換半導体層23の全面に形成された正孔阻止層24に仕事関数が4.5eV以下の金属を真空蒸着などにより塗布することにより、仕事関数が4.5eV以下の金属からなる金属電極25を正孔阻止層24に画素電極11毎にパターン形成してもよい。   (4) As an aspect of the above-described modification (3), as shown in FIG. 6, a metal having a work function of 4.5 eV or less is vacuum deposited on the hole blocking layer 24 formed on the entire surface of the photoelectric conversion semiconductor layer 23. The metal electrode 25 made of a metal having a work function of 4.5 eV or less may be formed on the hole blocking layer 24 for each pixel electrode 11 by coating by, for example.

(5)上述した変形例(3)の態様として、図7に示すように、画素電極11毎にパターン形成された正孔阻止層24に仕事関数が4.5eV以下の金属を真空蒸着などにより塗布することにより、仕事関数が4.5eV以下の金属からなる金属電極25を正孔阻止層24とともに画素電極11毎にパターン形成してもよい。   (5) As an aspect of the above-described modification (3), as shown in FIG. 7, a metal having a work function of 4.5 eV or less is applied to the hole blocking layer 24 patterned for each pixel electrode 11 by vacuum deposition or the like. By applying, a metal electrode 25 made of a metal having a work function of 4.5 eV or less may be patterned for each pixel electrode 11 together with the hole blocking layer 24.

(6)ショットキーバリア(図6、図7の金属電極25)は、仕事関数が4.5eV以下の金属であったが、図4に示すように導電性バンプについても、仕事関数が4.5eV以下の金属であってもよい。   (6) The Schottky barrier (metal electrode 25 in FIGS. 6 and 7) was a metal having a work function of 4.5 eV or less. However, as shown in FIG. It may be a metal of 5 eV or less.

1 … アクティブマトリックス基板
11 … 画素電極
2 … 対向基板
21 … 共通電極
22 … 電子阻止層
23 … 光電変換半導体層
24 … 正孔阻止層
25 … 金属電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Active matrix substrate 11 ... Pixel electrode 2 ... Opposite substrate 21 ... Common electrode 22 ... Electron blocking layer 23 ... Photoelectric conversion semiconductor layer 24 ... Hole blocking layer 25 ... Metal electrode

Claims (6)

放射線の入射により放射線の情報を電荷情報に変換することで放射線を検出する放射線二次元検出器であって、
前記電荷情報をそれぞれ読み出す二次元マトリックス状に配置された各々の画素電極およびそれらを配列する画素配列層を含むアクティブマトリックス基板と、
バイアス電圧を印加する共通電極、および前記放射線の情報を前記電荷情報に変換する光電変換半導体層を含み、前記アクティブマトリックス基板の前記画素電極側に対向配置した対向基板と
を備え、
前記対向基板は、前記光電変換半導体層の前記共通電極側の面に電子阻止層と、前記光電変換半導体層の前記共通電極側とは逆側である前記アクティブマトリックス基板に対向する側の面に正孔阻止層とを備えて構成され、
前記対向基板の前記正孔阻止層側の面が画素毎に前記アクティブマトリックス基板の前記画素電極に電気的に接続され、
前記光電変換半導体層は、CdTe(テルル化カドミウム)またはCdZnTe(テルル化カドミウム亜鉛)で形成され、
前記正孔阻止層は導電性の有機結晶物であることを特徴とする放射線二次元検出器。
A radiation two-dimensional detector that detects radiation by converting radiation information into charge information upon incidence of radiation,
An active matrix substrate including each pixel electrode arranged in a two-dimensional matrix for reading out the charge information and a pixel arrangement layer for arranging them;
A common electrode that applies a bias voltage, and a photoelectric conversion semiconductor layer that converts information of the radiation into the charge information, and a counter substrate disposed opposite to the pixel electrode side of the active matrix substrate,
The counter substrate has an electron blocking layer on the surface of the photoelectric conversion semiconductor layer on the common electrode side, and a surface on the side facing the active matrix substrate opposite to the common electrode side of the photoelectric conversion semiconductor layer. And a hole blocking layer,
The hole blocking layer side surface of the counter substrate is electrically connected to the pixel electrode of the active matrix substrate for each pixel,
The photoelectric conversion semiconductor layer is formed of CdTe (cadmium telluride) or CdZnTe (cadmium zinc telluride),
The two-dimensional radiation detector, wherein the hole blocking layer is a conductive organic crystal.
請求項1に記載の放射線二次元検出器において、
前記有機結晶物のLUMOレベルが前記CdTeもしくはCdZnTeの電子親和力と同等であり、前記有機結晶物のHOMOレベルが前記CdTeもしくはCdZnTeの価電子帯レベルより大きいことを特徴とする放射線二次元検出器。
The radiation two-dimensional detector according to claim 1,
A radiation two-dimensional detector, wherein the LUMO level of the organic crystal is equivalent to the electron affinity of the CdTe or CdZnTe, and the HOMO level of the organic crystal is higher than the valence band level of the CdTe or CdZnTe.
請求項1または請求項2に記載の放射線二次元検出器において、
前記有機結晶物が、PCBM,PTCDI,BCPまたはそれらの誘電体であることを特徴とする放射線二次元検出器。
The radiation two-dimensional detector according to claim 1 or 2,
2. The radiation two-dimensional detector, wherein the organic crystal is PCBM, PTCDI, BCP or a dielectric thereof.
請求項1から請求項3のいずれかに記載の放射線二次元検出器において、
前記有機結晶物からなる前記正孔阻止層が前記光電変換半導体層の全面に形成されていることを特徴とする放射線二次元検出器。
The radiation two-dimensional detector according to any one of claims 1 to 3,
The two-dimensional radiation detector, wherein the hole blocking layer made of the organic crystal is formed on the entire surface of the photoelectric conversion semiconductor layer.
請求項1から請求項3のいずれかに記載の放射線二次元検出器において、
前記有機結晶物からなる前記正孔阻止層が前記光電変換半導体層に前記画素電極毎にパターン形成されていることを特徴とする放射線二次元検出器。
The radiation two-dimensional detector according to any one of claims 1 to 3,
The radiation two-dimensional detector, wherein the hole blocking layer made of the organic crystal is patterned for each pixel electrode on the photoelectric conversion semiconductor layer.
請求項1から請求項5のいずれかに記載の放射線二次元検出器において、
仕事関数が4.5eV以下の金属が、前記有機結晶物からなる前記正孔阻止層に前記画素電極毎にパターン形成されていることを特徴とする放射線二次元検出器。
The radiation two-dimensional detector according to any one of claims 1 to 5,
A radiation two-dimensional detector, wherein a metal having a work function of 4.5 eV or less is patterned for each of the pixel electrodes in the hole blocking layer made of the organic crystal.
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