JP2022525062A - 撮像アプリケーションのための光検出器 - Google Patents
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Abstract
医用撮像アプリケーション、特にコンピュータ断層診断アプリケーションのための光検出器１００が提供される。光検出器１００は、複数のフォトダイオード１１０を有するフォトダイオードアレイ１００ａを備える。各フォトダイオードは、アモルファス状態材料を含むバルク感知性領域１１１と、フォトダイオード１１０のフォトリソグラフィによって画定されたエッジ１１２における周辺部とを有する。光検出器１００は、フォトダイオード１１０のバルク感知性領域１１１の周辺部１１２において直接に金属バイアスライン１３２を備える。フォトダイオードのエッジ１１２における電荷のトラッピングを抑制する電荷トラッピング抑制ユニット１３０、１４０が、提供される。
Description
本発明は、撮像アプリケーションのための光検出器と、撮像アプリケーションのための光検出器を製造する方法とに関する。
コンピュータ断層診断アプリケーションなど医用撮像アプリケーションでは、入射光子を検出するために、光検出器が要求される。画像取得アプリケーションのための検出器のコストを低減させるため、アモルファス状態材料に基づくフォトダイオードを有する光検出器が提案されてきた。しかし、アモルファス状態材料では、バルク層に沿った厚さの不均一と積層の間に存在する不純物とのために、電荷キャリアのためのトラップサイトが、作成される。アモルファス状態材料を用いた光検出器は、材料レベルでの欠陥サイトにおける電荷トラッピングの影響を受け、これは、対応する結晶を用いた場合とは異なり、光検出器の性能を低下させる。
米国特許出願公開第２００５／０１１１６１２（Ａ１）号は、クロストークアーチファクトを減少させるための光学マスク層を備えたコンピュータ断層診断用の検出器を開示している。
米国特許出願公開第２０１３／００７５５９１（Ａ１）号は、フォトダイオードアレイを備えた光検出器を開示している。フォトダイオードアレイの各フォトダイオードは、バルク感知性領域と周辺部とを有する。
米国特許出願公開第２０１１／０１３３０６０（Ａ１）号は、結晶シリコンから作られたバルク感知性領域を有する複数のフォトダイオードを有するフォトダイオードアレイを備えた光検出器を開示している。
ＷＯ２０１２／１２０６５３Ａ１もまた、結晶シリコンから作られたバルク感知性領域を有するフォトダイオードを備えた光検出器を開示している。
ＷＯ２０１８／０１５３５９１は、結晶シリコンから作られたバルク感知性領域をそれぞれが有する複数のフォトダイオードを有する光検出器を開示している。
撮像アプリケーションのための光検出器に、改善された効率を提供することが本発明の目的である。特に、コスト効率が優れているが非常に高速な画像取得を可能にする撮像アプリケーションのための光検出器を提供することが、本発明の目的である。
この目的は、撮像アプリケーションのための光検出器、特に高速撮像アプリケーションのための光検出器によって、達成される。光検出器は、複数のフォトダイオードを有するフォトダイオードアレイを備える。各フォトダイオードは、バルク（光）感知性領域とフォトダイオードのフォトリソグラフィによって画定されたエッジにおける周辺部とを有する。バルク感知性領域は、アモルファス状態材料を含む。バルク感知性領域のエッジもまた、アモルファス状態材料を含む。光検出器は、光検出器のエッジにおける電荷のトラッピングを抑制するように構成された電荷トラッピング抑制ユニットを、さらに備える。これは、光検出器のエッジにおいてトラップされる電荷が光検出器の性能に対して与える負の影響が減少されるために、特に有利である。
電荷トラッピング抑制ユニットは、フォトダイオードのバルク感知性材料の周辺部に金属バイアスラインを備えている。金属バイアスラインは、その金属バイアスラインの極性と同一極性のキャリアを反発するように金属バイアスラインをバイアスするなどのために、電圧源に接続可能である。よって、電荷又は電荷キャリアは、電磁気力によって反発される。
アモルファス状態材料、特にアモルファス状態のシリコンは、結晶シリコンよりも安価であることに留意されたい。
一実施形態によると、電荷トラッピング抑制ユニットは、フォトダイオードアレイを被覆するシャドウマスクを備える。シャドウマスクは、フォトダイオードのエッジがシャドウマスクによって被覆されるように、フォトダイオードのバルク感知性領域よりも小さな複数の開口を有する。
フォトリソグラフィのプロセスの間、フォトダイオードは、周辺部におけるエッジが作成されるように、パターニングされる。フォトダイオードのパターニングは、クロストークを生じさせ画質を劣化させる可能性がある隣接するピクセルの間での潜在的バイアス差に起因する横方向への電荷移動を妨げるように、実行される。ピクセルは、フォトダイオードの上部若しくは下部又は両方の金属電極のピクセル化によって画定され得る。
一実施形態によると、フォトダイオードは、下部金属電極と、フォトリソグラフィによって画定されたエッジにその周辺部を備えたバルク光感知性材料と、上部金属電極とを備える。上部金属電極は入射光に面し、下部金属電極は入射光から離れる方向に面している。
一実施形態によると、金属バイアスラインは、下部金属電極と上部金属電極とに接触していない。これは、下部電極と上部電極との間の短絡を回避することができるので、有益である。
一実施形態によると、フォトダイオード（１１０）のバイアスはゼロである。
一実施形態によると、フォトダイオードは、下部金属電極と、バルク感知性有機材料と、上部金属電極とを有する。
一実施形態によると、撮像アプリケーション、特にコンピュータ断層診断アプリケーションのための光検出器を製造する方法が提供される。複数のフォトダイオードを有するフォトダイオードアレイが、フォトリソグラフィを用いて製造される。各フォトダイオードは、バルク感知性領域と、そのフォトダイオードのフォトリソグラフィによって画定されたエッジにおける周辺部とを有する。バルク感知性材料は、アモルファス状態材料を含む。金属バイアスラインは、フォトダイオードのバルク感知性材料の周辺部に付与され、その場合、金属バイアスラインは、フォトダイオードのエッジにおけるトラップサイトからの電荷を反発するため、金属バイアスラインをバイアスするように電圧源に接続可能である。それに加えて又はその代わりに、フォトダイオード領域を被覆するシャドウマスクが提供される。シャドウマスクは、フォトダイオードのエッジがこのシャドウマスクによって被覆されるように、フォトダイオードのバルク感知性領域よりも小さな複数の開口を有する。
一実施形態によると、光検出器を用いて光子を検出する方法が提供される。金属バイアスラインにはバイアス電圧が印加され、及び／又は、フォトダイオードの上にシャドウマスクが提供される。光子は、フォトダイオードアレイを用いて検出される。フォトダイオードのバイアスは、ゼロである。
一実施形態によると、上述の光検出器を少なくとも１つ備えた撮像システムが提供される。この撮像システムは、コンピュータ断層診断システムとして、又は代替的にＸ線システムとして、実装することができる。この撮像システムは、特に、医用撮像システムである。
シャドウマスクは、フォトダイオードのエッジに配置することができる光遮蔽要素としての実装が可能である。あるいは、シャドウマスクは、たとえば金属要素の形式で、フォトリソグラフィの間にパターニングすることができる。
一実施形態による撮像アプリケーション、特にコンピュータ断層診断アプリケーション又はＸ線診断アセンブリのための光検出器によって、アモルファスフォトダイオードにおける残留信号の多くの削減が可能になり、これが、より高速での画像取得を可能にする。これは、複数個のフォトダイオードを備えたフォトダイオードアレイを提供することによって、達成される。フォトダイオードは、バルク光感知性領域と、そのバルク光感知性領域の周囲のフォトリソグラフィによって画定されたエッジによる周辺部とを有する。フォトダイオードの光又はフォト感知性領域の周辺部の周りには、適切な電圧とフォトダイオードから外部の電子機器にどちらのキャリアが読み出されるかに応じた適切な極性とにバイアスされた金属バイアスラインが提供される。金属バイアスラインの代わりに又は金属バイアスラインへの追加として、フォトダイオードの光感知性領域よりも小さな開口を備えたシャドウマスクが、フォトダイオードアレイの上に提供される。こうして、フォトダイオードの光感知性アレイのエッジは、シャドウマスクによって被覆される。
この光検出器を用いると、生成される電荷キャリアの発生速度（典型的にはフォトダイオードのエッジに集中する欠陥サイトに落ち込む入射光の吸光度）を、著しく抑制させることができる。そのようなサイトは、フォトダイオードのエッジに存在しており、ダングリングボンドの結果である。それらは、より小さなフォトダイオードでは、支配的である。したがって、ラグ効果を生じさせる多くの残留信号が、フォトダイオードのエッジに存在するトラップサイトからの電荷キャリアの低速でのリリースによって、生じる。（特に、フォトダイオードのエッジにおける）電荷トラップサイトからの電荷キャリアの低速でのリリースによる光検出器における画像の遅れは、たとえばコンピュータ断層診断アプリケーションなどの医用撮像アプリケーションにおける高速での画像取得にとって、有害である。
一実施形態によると、光検出器を備えた撮像システムが、コンピュータ断層診断システムアプリケーションとして又はＸ線診断アプリケーションとして、実装される。よって、非常に高速の応答時間と非常に僅かな残留信号とを備えた光検出器が要求される。好ましくは、特にコンピュータ断層診断アプリケーションなどのような撮像システムのための残留信号の仕様は、フォトダイオードから出力される信号が約１０ｎＡである低光強度レベルの場合に、１５００－２０００ｐｐｍ（百万分の１）未満である。この場合、光検出器は、４５０ｍｓの光パルス時間と１０ナノアンペアの光信号レベルとによって、０Ｖのバイアスで測定される。一実施形態による光検出器のフォトダイオードの応答時間は、上昇時間及び下降時間の間で、１０μｓであり得る。
フォトダイオードのバルク感知性領域が増大する場合には、バルク欠陥の量も、フォトダイオードのシリコンにおいて、増加する。欠陥の増加は、画像遅延に至る。バルク感知性領域のサイズが縮小されると、これも、バルク欠陥の量の減少を生じさせる。しかし、フォトダイオードのエッジにおける欠陥の効果は、バルク感知性領域のサイズがより小さな場合に、より明確になる。還元すると、バルク感知性領域のサイズが小さければ小さいほど、バルク感知性領域のエッジの効果は、ますます顕著になる。フォトダイオードのエッジにおける欠陥の効果は、フォトダイオードのエッジにおいて電荷トラッピングが発生するために、主要な欠陥になり得る。フォトダイオードにおける容積比に関して、表面積が非常に大きな場合には、アモルファス状態のフォトダイオードにおいて、電荷トラッピングの悪い効果が生じる傾向にある。これは、フォトダイオードの応答時間の悪化を生じさせる。フォトダイオードの幅及び／又は長さは、約１５０μｍであり得る。
フォトダイオードのバルク感知性領域のシリコンは、アモルファス又は結晶シリコンであり得る。しかし、好ましくは、光検出器のコストを下げるために、アモルファスシリコンが用いられる。あるいは、フォトダイオードが、やはり光検出器のコストを下げるために、有機半導体から作られることもあり得る。
一実施形態によると、光検出器は、下部金属電極（たとえば、酸化インジウムスズＩＴＯ）と、フォトリソグラフィによって画定されたエッジにその周辺部を備えたフォトダイオードのバルク（光）感知性材料と、上部金属層とを備える。フォトダイオードのフォトリソグラフィによって画定されたエッジには、金属バイアスラインが提供される。好ましくは、これは、短絡回路を回避するために、両方の金属接点とのいかなる接続も回避するために行われる。また、上部電極又は下部電極のどちらとの接続も、フォトダイオードのエッジにおける電荷トラッピングを抑制する際によい効率を有するため、回避されるべきである。金属バイアスラインは、フォトダイオードの下部及び上部電極と接触しない。
一実施形態によると、上述の光検出器を少なくとも１つ備えたコンピュータ断層診断システムが、提供される。
フォトリソグラフィは、フォトダイオードと光検出器とを製造するのに用いられる。フォトダイオードは、ピクセル化された構造において、パターニングされる。フォトリソグラフィは、基板の薄膜又はバルクの一部をパターニングするための微細加工において用いられるプロセスである。特に、フォトマスクから光感知性レジストに幾何学的パターンを転写するために、光が用いられる。あるいは、所望の構造を作成するために、エッチングが用いられることがある。よって、フォトダイオードは、フォトリソグラフィのプロセスの間に作成されるエッジを有する。エッチングは、アモルファス状態材料の性質に応じて、ドライエッチング又はウェットエッチングにより、実行することができる。アモルファスシリコンは、容易にドライエッチングを行うことができる。
一実施形態によると、Ｘ線コンピュータ断層診断システムの形態での医用撮像システムが、提供される。この撮像システムは、少なくとも上述の光検出器と、連続的なＸ線源とを備える。光検出器のフォトダイオードは、逆バイアスされるのではなく、ゼロのバイアス電圧を有する。したがって、アモルファス状態材料を含むフォトダイオードを用いた低コストの光検出器を有する医用撮像システムが提供され、このシステムの光検出器は、低コストであっても依然として高速での撮像を実行できる。これは、アモルファス状態材料を含むフォトダイオードを用い、そのフォトダイオードのバルク感知性材料の周辺部にバイアス金属ラインを提供することによって達成される。
本発明の別の態様が、従属請求項において定義される。
本発明の効果及び実施形態は、図面を参照して、解明される。
本発明の好適な実施形態は従属請求項又は上述の実施形態とそれぞれの独立請求項とのいずれかの組合せでもあり得るということが、理解されるであろう。
本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下に説明する実施形態を参照して明らかとなり、解明される。
図１は、一実施形態による光検出器の模式的平面図を示す。光検出器１００は、複数のフォトダイオード１１０を有するフォトダイオードアレイ１００ａを備える。各フォトダイオード１１０は、光感知性領域１１１と、特にフォトダイオード１１０のフォトリソグラフィによって画定されたエッジにおける周辺部１１２とを有する。フォトダイオードアレイ１００ａの隣接するフォトダイオード１１０の間には、空間１２０が存在する。
フォトダイオード１１０における電荷のトラッピングを低減又は抑制するため、電荷トラッピング抑制ユニットが提供される。電荷トラッピング抑制ユニットは、各フォトダイオード１１０のエッジ１１２に直接に（金属）バイアスライン１３２として具体化され得る。それぞれのフォトダイオード１１０の（金属）バイアスライン１３２は、金属バイアスライン１３２が要求に応じてバイアスされることが可能であるように、接続ライン１３１を介して相互接続され、ライン１３３を介して電圧源に接続される。
したがって、光検出器１００は、空間１２０によって相互から離隔されている複数のフォトダイオード１１０を備える。各フォトダイオード１１０は、そのフォトダイオード１１０の光感知性領域１１１の周辺部に直接配置されたバイアスライン１３２を有する。バイアスラインユニット１３０は、バイアスライン１３２、１３０、１３３をバイアスするために、ライン１３３を介して電圧源に結合され得る。一例として、フォトダイオード１１０は、セグメント化されピクセル化されたフォトダイオードであり得るのであって、たとえば周囲が８ｍｍである２ｍｍ×２ｍｍの大きさを有することがあり得る。しかし、フォトダイオードアレイに対しては他のサイズも可能であることが注意されるべきである。
隣接するフォトダイオード１１０の間の距離は、フォトダイオードアレイ１００ａが光検出器として用いられる応用に応じて選択することができる。
ある電圧でバイアスされたバイアスライン１３０－１３３を用いると、フォトダイオードのエッジの周囲の電荷キャリア密度を抑制することが可能である。よって、光検出器の信号上昇トレース及び信号崩壊トレースは、特にアモルファス状態材料を有するフォトダイオードを備えた光検出器の場合、著しく増加される。こうして、特にコンピュータ断層診断への応用のための、より安価でより高速な光検出器が得られる。
光検出器１１０のエッジ１１２の周囲に（直接に）バイアスライン１３２を設けることにより、光で誘導される電荷キャリアのためのトラップサイトを生じさせる可能性があるフォトダイオードのエッジにおけるより著しい欠陥状態の効果が低減される。光で誘導される電荷キャリアがトラップサイトに存在することにより、光検出器の速度低下が生じるのであるが、その理由は、電荷キャリアがその後のフレームにおいて又はその後の積分時間において、リリースされるからである。したがって、電荷のトラッピングは、図１によるバイアスラインを用いると、著しく低減される。
フォトダイオードのエッジにおけるバイアスライン１３２のために、同一極性の電荷キャリアは反発され、よって、それらの電荷キャリアがフォトダイオードのエッジにおけるより高い欠陥密度によって生じたトラップサイトに落ち込むことが妨げられる。フォトダイオード１１０のエッジ１１２におけるバイアスライン１３２を介して印加されたバイアスは、薄膜トランジスタＭＯＳＦＥＴ ＴＦＴの動作原理と類似であると考えられ得る電界効果を生じる。ここで、ＭＯＳＦＥＴ ＴＦＴは、このデバイスのゲート電極にバイアスされた高い極性電圧を提供することによって、オフおよびオンに切り換えることができる。それに従ってバイアスラインをバイアスすることにより、フォトダイオードのエッジの周囲にある同一極性の電荷キャリアが、反発される。こうして、フォトダイオードのエッジで生じる電荷トラッピングが、著しく低減される。これは、エッジの影響が大きくなるため、フォトダイオードのサイズがより小さな場合に、特に効果的である。
換言すると、ガードリングとは対照的に、フォトダイオードのバルク感知性領域のフォトリソグラフィによって画定されたエッジの少なくとも一部を被覆する（適切に加えられたバイアスを有する）金属バイアスラインは、フォトダイオードのエッジにおいて、同一極性を有する電荷を反発する電場を生じる。フォトダイオードの（バルク感知性領域の）エッジにおける金属バイアスラインは、半導体においてディプリーションモードを反転モードに変化させることができるＭＯＳＦＥＴのゲート電極と同様に動作する。
したがって、図１による光検出器は、コンピュータ断層診断への応用に対して特に効果的なのであり、その理由は、図１による光検出器が、フォトダイオードにおける残留信号を低減させ、スイッチングデバイスをより高速にするからである。
バルク感知性材料は、アモルファス状態材料を含み得る。
図２は、別の実施形態による光検出器の模式的平面図を示す。光検出器１００は、アモルファス状態材料で製造することができる複数のフォトダイオード１１０を有するフォトダイオードアレイ１００ａを備える。各フォトダイオード１１０は、光感知性領域１１１とエッジ１１２とを備える。
フォトダイオード１１０での電荷のトラッピングを低減させる又は抑制するために、電荷トラッピング抑制ユニットが提供される。電荷トラッピング抑制ユニットは、フォトダイオード１１０の上部に複数の開口１４１を有するマスク１４０として、実施することができる。開口１４１は、フォトダイオード１１０の光感知性アレイ１１０の上に配置される。開口１４１の寸法は、マスク１４０がフォトダイオード１１０のエッジ１１２を被覆するように、選択される。
マスク１４０は、金属シャドウマスクとして、実施することができる。マスク１４０における開口１４１のサイズのため、光検出器の有効な光感知性領域１１１は、フォトダイオード１１０のエッジ１１２が被覆されるにつれて、縮小される。
したがって、図２による光検出器は、シャドウマスクをフォトダイオードアレイの上に配置することによって、より多くの残留信号の低減を可能にする。シャドウマスク１４０によってフォトダイオード１１０のエッジ１１２を被覆することにより、フォトダイオード１１０のエッジが被覆され、それにより、光条件に対して非反応的となる。これは、特に有利であるが、その理由は、それによりフォトダイオードのエッジにおける光によって誘導される電荷キャリアのいかなる生成も妨げられるためである。よって、フォトダイオードのエッジにおける電荷キャリアのトラッピングは、妨げられるか、又は少なくとも著しく低減される。フォトダイオードの有効な光感知性アレイは低減されるのであるが、フォトダイオードのバルク領域で生じフォトダイオードのエッジにおけるトラップサイトに落ち込む光によって誘導された電荷キャリアの寄与は低い、ということに注意すべきである。フォトダイオードのアノードとカソードとの間に加えられた垂直方向の電場のために、電荷キャリアの垂直方向のドリフト運動が誘導され、フォトダイオードのエッジに向かう横方向への拡散が最小化される。
図２による光検出器を用いると、したがって、フォトダイオードのエッジにおけるトラップされた電荷キャリアの密度を最小化することが可能であり、よって、より低い残留信号を備え、より高速の光検出器が可能になる。
別の実施形態によると、図１及び図２の特徴を、適切な電圧を用いバイアスライン１３０－１３３を介してバイアスされたバイアスライン１３２がフォトダイオードのエッジ１１２に提供されるように、組み合わせることができる。フォトダイオードの上には、フォトダイオード１１０のエッジ１１２を被覆するフォトダイオードの光感知性アレイ１００ａよりも小さな開口１４１を提供することができる。
シャドウマスク１４０は、フォトダイオードのエッジの少なくとも一部を被覆するためにフォトダイオードの上に配置される光遮蔽要素であり得る。シャドウマスクは、フォトダイオードのエッジの被覆を保証するために、フォトダイオードに対して位置合わせされるべきである。
あるいは、シャドウマスクは、また、フォトリソグラフィの間にパターニングされることが可能な金属要素として、実装することも可能である。その金属要素は、フォトダイオードのエッジに配置され、フォトダイオードのエッジの少なくとも一部を被覆している。これにより、フォトダイオードのエッジにおける光の相互作用の抑制が可能になる。
シャドウマスク１４０により、フォトダイオード１１０のエッジが被覆される。特に、重複は、０．５μｍから５μｍまで間、好ましくは１μｍであり得る。
バルク感知性材料は、アモルファス状態材料を含み得る。
図３は、図１による光検出器の模式的な断面を示す。図３には、図１の光検出器の断面が、開示されている。図３には、Ｓｉ３Ｎ４で作られた光学的な第１の層１１０ａと、ＳｉＯ２で作られた光学的な第２の層１１０ｂと、下部金属電極として酸化インジウムスズＩＴＯで作られた第３の層１１０ｃと、ｐ＋Ｓｉで作られた第４の層１１０ｄとが図示されている。この第４の層１１０ｄの上には、フォトリソグラフィで画定されたエッジに周辺部１１２を備えたバルク（光）感知性材料１１１が示されている。バルク感知性領域１１０の上には、ｎ＋Ｓｉで作られた第５の層ｅと、タンタル／アルミニウム／タンタルＴａ／Ａｌ／Ｔａで作られた第６の層１１０ｆとが提供される。フォトダイオード１１０のフォトリソグラフィによって画定されたエッジ１１２には、金属バイアスライン１３２が、バルク感知性領域１１１と直接的に接触して提供される。好ましくは、金属バイアスライン１３２は、フォトダイオード１１０の下部電極及び上部電極と接しない。
上部金属電極１１０ｆは、光源又は光子源に向かう方向に向けられている。下部金属電極１１０ｃは、光源又は光子源から離れる方向に向けられている。
バルク領域１１１は、アモルファス状態材料で作られている、又は、アモルファス状態材料を含む。
図４は、図２の光検出器の模式的な断面を示す。図４の断面は、実質的に、図３の断面に対応しており、追加的なシャドウマスク１４０を備えている。さらに、中間層である誘電層１００ｇと電気的接点１００ｈとが提供されている。誘電層１００ｇは、フォトダイオードのエッジと残りの部分とをパッシベートするために、用いられる。電気的接点１００ｇは、フォトダイオードの上部電極と下部電極とを接触させるために、用いられる。
一態様によると、ｎ＋Ｓｉ層１１０ｅとｐ＋Ｓｉ層１１０ｄとは、アモルファスシリコン層である。バルク領域１１１もまた、アモルファスシリコンで作ることができる。バルクアモルファスシリコンは、光吸収のために、そして電荷キャリアを生じさせるために、用いられる。ｎ＋アモルファスシリコン層１１０ｅと、ｐ＋アモルファスシリコン層１１０ｄとは、電荷キャリアの極性の一方をブロックするために、用いられる。
アモルファスシリコンのフォトダイオードの代わりとして、有機フォトダイオードを用いることもあり得る。有機材料は結晶シリコンと比較して安価であるから、有機フォトダイオードは、低コストで提供することができる。
フォトダイオードのエッジを包囲するバイアス金属ラインは、同一極性の電荷がフォトダイオードのエッジにおけるトラップサイトに近接しているときに、そのような電荷を反発するのに用いられる。よって、電荷トラッピングの速度は、フォトダイオードのエッジでは、低減する。この効果により、いずれかの逆バイアスの場合と比較すると、フォトダイオードが０Ｖにバイアスされるバイアスラインを用いることによって、さらに、より低減する。０Ｖでは、周辺部のエッジの方向への電荷キャリアの横方向の拡散がより大きくなり、したがって、より多くの電荷をトラップすることになる。
シャドウマスクは、バイアス金属ラインと代替的に、又はそれに追加して用いることができる。バルク感知性領域１１１のエッジにおける光により誘導された電荷キャリアを妨げるために、フォトダイオードのエッジにおける被覆を伴うシャドウマスクを、追加的に用いることもできる。
一実施形態によると、光検出器１００は、下部金属電極１１０ｃ（たとえば、酸化インジウムスズＩＴＯ）と、ｐ＋Ｓｉ層１１０ｄと、フォトリソグラフィによって画定されたエッジに周辺部１１２を備えたフォトダイオード１１０のバルク光感知性材料１１１と、ｎ＋Ｓｉ層１１０ｅと、上部金属層（たとえば、タンタル／アルミニウム／タンタルＴａ／Ａｌ／Ｔａで作られている）とを備えている。フォトダイオードのフォトリソグラフィによって画定されたエッジ１１２には、金属バイアスライン１３２が提供される。金属バイアスライン１３２は、フォトダイオードの上部電極及び下部電極と接しない。
別の実施形態によると、フォトダイオードは、有機フォトダイオードとして実施される。この場合には、フォトダイオードは、下部金属電極と、バルク感知性有機材料と、上部金属電極とを備えている。
図５は、一実施形態による撮像システムの模式的ブロック図を示す。撮像システム１０は、Ｘ線源２００と、少なくとも１つの光検出器１００とを備える。光検出器１００は、複数のフォトダイオード１１０を有するフォトダイオードアレイを備える。各フォトダイオード１１０は、バイアス電圧１００ｂによってバイアスされ得る。光検出器１００は、上述した図１から図３による光検出器に対応する。さらに、各フォトダイオード１１０のバイアス電圧１００ｂは、ゼロである。換言すると、フォトダイオードは、逆バイアスされていない。
Ｘ線源２００は、好ましくは、連続的なＸ線源２００である。
アモルファス状態材料を含むフォトダイオード１１０の逆バイアスを防止することによって、小さな暗漏洩電流の達成が可能である。したがって、フォトダイオードをバイアスしないことにより、暗漏洩電流が、逆バイアスされたフォトダイオードを備えた光検出器と比較して、削減される。他方で、フォトダイオードの逆バイアスを防止することによって、電荷キャリアがフォトダイオードのエッジの方に横方向へ拡散する確率が、逆バイアスされたフォトダイオードを備えた光検出器と比較して、上昇する。したがって、アモルファス状態材料を含み逆バイアスがまったくないフォトダイオードを用いる光検出器では、バルク感知性領域の周辺部における電荷トラッピングに対処する必要性が、より重要になる。しかし、この問題は、今度はアモルファス状態材料を含むバルク感知性領域の周辺部において金属バイアスラインを提供することによって、実施形態に従って、解決される。光検出器における逆バイアスされたフォトダイオードに対しては、逆バイアスされたフォトダイオードの電場における電荷キャリアの垂直方向のドリフト運動が、横方向の拡散減少を生じさせる。これは、逆バイアスがまったくないフォトダイオードを備えた光検出器の場合には、もはや適用可能でないから、電荷トラッピングを抑制するステップが提供されなければならない。
一実施形態によると、上述した光検出器を少なくとも１つ備えたコンピュータ断層診断システムが、提供される。
一実施形態によると、光検出器を備えた撮像システムが、医用撮像アプリケーションのためのＸ線システムの形式で、提供される。
この撮像システムは、また、セキュリティスキャニングシステムとして、実施されることも可能である。
上述の光検出器を備えた撮像システムは、約１５００－２０００ｐｐｍ（百万分の１）の残留信号仕様を有する。この光検出器は、４５０ｍｓの光パルス時間及び１０ナノアンペアの光信号レベルでは、０Ｖバイアスで測定される。
一態様によると、Ｘ線コンピュータ断層診断システムが提供され、当該システムでは、パルスＸ線が提供される他のシステムとは異なり、連続的なＸ線源が存在する。コンピュータ断層診断への応用では、非常に高速な撮像が要求され、したがって、信号上昇トレースと信号崩壊とを、フォトダイオードによって吸収されるシンチレータからの低光信号を生じさせる低Ｘ線線量と組み合わせることで、より明瞭に見ることができる。低量の光条件の下では、アモルファスシリコンにおける電荷トラッピング現象は、非常に高い。
開示された実施形態に対する他の変形が、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲の検討により、特許請求されている発明を実施する際に、当業者によって理解され、実施されることが可能である。
特許請求の範囲において、単語「備える、含む」は、他の要素又はステップを排除せず、単数形は、複数を排除しない。
単一のユニット又はデバイスが、特許請求の範囲に記載されているいくつかの項目の機能を充足する場合があり得る。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せが有利に用いられるのは不可能であることは示さない。
特許請求の範囲におけるどの参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
Claims (12)
- 各フォトダイオードがバルク感知性領域と前記フォトダイオードのフォトリソグラフィによって画定されたエッジにおける周辺部とを有する複数のフォトダイオードを有するフォトダイオードアレイと、
前記フォトダイオードの前記エッジにおける電荷のトラッピングを抑制する電荷トラッピング抑制ユニットであって、前記電荷トラッピング抑制ユニットは前記フォトダイオードの前記バルク感知性領域の前記周辺部で直接に接触する金属バイアスラインを備え、前記金属バイアスラインが、前記フォトダイオードの前記エッジにおけるトラップサイトからの前記バイアスラインの極性と同一極性のキャリアを反発するように前記バイアスラインをバイアスするために電圧源に接続可能である、電荷トラッピング抑制ユニットとを備える、撮像アプリケーションのための光検出器であって、
前記バルク感知性領域がアモルファス状態材料を含む、光検出器。 - 前記電荷トラッピング抑制ユニットは、前記フォトダイオードアレイを被覆するシャドウマスクを備え、前記シャドウマスクは、前記フォトダイオードの前記エッジが前記シャドウマスクによって被覆されるように、前記フォトダイオードの前記バルク感知性領域よりも小さな複数の開口を有する、請求項１に記載の光検出器。
- 前記フォトダイオードは、それぞれが、下部金属電極と、フォトリソグラフィによって画定されたエッジにその周辺部を備えた前記バルク感知性材料と、上部金属電極とを備え、
前記上部金属電極は入射光に面し、前記下部金属電極は前記入射光から離れる方向に面している、請求項１又は２に記載の光検出器。 - 前記金属バイアスラインは、前記フォトダイオードの前記下部金属電極と前記上部金属電極とに接触していない、請求項３に記載の光検出器。
- 前記フォトダイオードのバイアスはゼロである、請求項１から４のいずれか一項に記載の光検出器。
- 前記フォトダイオードは、下部金属電極とバルク光感知性有機半導体材料と上部金属電極とを備えたフォトダイオードである、請求項１から５のいずれか一項に記載の光検出器。
- 医用撮像への応用のための光検出器を製造する方法であって、前記方法は、
各フォトダイオードがアモルファス状態材料のバルク感知性領域と前記フォトダイオードのフォトリソグラフィによって画定されたエッジにおける周辺部とを有する複数のフォトダイオードを有するフォトダイオードアレイを製造するステップ、
フォトリソグラフィの間に、前記フォトダイオードの前記バルク感知性領域の前記周辺部に、金属バイアスラインを直接に付与するステップであって、前記金属バイアスラインは、前記フォトダイオードの前記エッジにおけるトラップサイトからの前記バイアスラインの極性と同一極性のキャリアを反発するように前記バイアスラインをバイアスするために電圧源に接続可能である、付与するステップ、及び／又は
前記フォトダイオードアレイを被覆するシャドウマスクを付与するステップであって、前記シャドウマスクは、前記フォトダイオードの前記エッジが前記シャドウマスクによって被覆されるように、前記フォトダイオードの前記バルク感知性領域よりも小さな複数の開口を有する、付与するステップ
を有する、方法。 - バイアス電圧を前記金属バイアスラインに印加するステップと、
前記フォトダイオードアレイを用いて光子を検出するステップとを有する請求項１から５のいずれか一項に記載の光検出器を用いて光子を検出する方法であって、
前記フォトダイオードのバイアスはゼロである、方法。 - 請求項１から６のいずれか一項に記載の光検出器を少なくとも１つ備える、撮像システム。
- Ｘ線コンピュータ断層診断システムの形式の医用撮像システムである、請求項９に記載の撮像システム。
- セキュリティ走査システムである、請求項９に記載の撮像システム。
- Ｘ線源をさらに備え、
前記光検出器の前記複数のフォトダイオードはゼロボルトのバイアスを有する、請求項９から１１のいずれか一項に記載の撮像システム。
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