JP4026377B2 - Radiation detector - Google Patents

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JP4026377B2 JP2002051714A JP2002051714A JP4026377B2 JP 4026377 B2 JP4026377 B2 JP 4026377B2 JP 2002051714 A JP2002051714 A JP 2002051714A JP 2002051714 A JP2002051714 A JP 2002051714A JP 4026377 B2 JP4026377 B2 JP 4026377B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療用放射線撮像装置あるいは産業用非破壊検査装置などに用いられる放射線検出装置、特に、薄膜トランジスタ(TFT)アレイに放射線変換膜を接続した放射線検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
医療用X線装置等において、X線像を収集する手段として、従来、フィルムスクリーンまたはシンチレータと撮像管との組み合わせが長期にわたって用いられていたが、これらの手段は収集データがデジタルでないため、データ保存やデータ処理の面で問題があり、また、被曝線量、濃度分解能などの性能面においても問題があった。
最近、これに代わるものとして、半導体膜を用いた2次元の放射線(X線)検出装置が開発されている。
【0003】
このような半導体膜を用いた従来の2次元のX線検出装置を図5〜図8により説明する。図5はX線検出装置の構成を模式的に示す図であり、図6はX線検出装置のX線変換膜の一部を除去した斜視図、図7はX線検出装置の一つのセンサ画素の詳細な構造を示す図、図8はセンサ画素の構成を模式的に示す図である。
このX線検出装置は、図5に示すように、内部に5行x5列の行列状に配置された25個のセンサ画素(放射線検出器)11、12、・・、55を有しており、各行共通に入力されるゲート線6(61、62、・・、65)と、各列共通の読み出し信号線7(71、72、・・、75)が配線されている。
【0004】
ゲート線61、62、・・、65は、ゲート・ドライバ回路101により順次選択的に駆動され、駆動された行に属するセンサ画素からの出力は、読み出し信号線71、72、・・、75を通じて外部に取り出されてアンプアレイ回路102に入力される。制御回路103は、ゲート・ドライバ回路101とアンプアレイ回路102の動作を統括制御するために設けられており、ゲート線6を61、62、63・・・ と順次駆動してゆくことにより、全センサ画素11、12、・・、55からの出力データを収集し、最終的に2次元画像を構成することができる。
【0005】
図6〜図8に示すように、センサ画素は、入射X線を電荷信号に変換するX線変換膜(例えば、a−Se)1、X線変換膜1にバイアス電圧を印加するための共通電極2、X線変換膜1内で発生した電荷信号を収集するための画素電極3、画素電極3との間で電荷を蓄積するための蓄積容量5を形成するための電荷蓄積容量電極10、並びに蓄積容量5に蓄積された電荷を外部回路に出力するための薄膜トランジスタ(TFT)4、とから構成され、これらの電極、TFTはガラス基板8上に、薄膜技術を用いて製造される。
TFT4は、ドレイン電極4a、ソース電極4b、ゲート電極4cで構成されており、ドレイン電極4aが蓄積容量5に、ソース電極4bが読み出し信号線7に、ゲート電極4cがゲート線6に接続されている。ドレイン電極4aとソース電極4bの導通/非導通は、ゲート電極4cの電位(制御電圧)によって制御され、TFTがn型である場合には、制御電圧を正方向に遷移させることで導通状態、負方向に遷移させることで非導通状態になる。一般的には、導通時の制御電位は正電位(+10V程度)、非導通時の制御電位は負電位(−10V程度)とするのが通常である。
【0006】
ところで、アモルファス・セレン(a−Se)のようなX線を直接電気信号に変換するタイプの変換膜を用いた放射線(X線)検出器では、その変換膜に高電圧(a−Seの場合には、1000V以上)を印加する必要がある。そのため、変換膜に過剰なX線照射があった場合には、接続されているTFTに高圧がかかってしまい、TFTが耐圧限界(通常50V程度)を越えて破壊されることがある。
【0007】
これを解消する手法として、従来、デュアルゲートのTFTを用いる方法や、保護ダイオードを挿入する方法などが提案されている。しかしながら、デュアルゲートのTFTや保護ダイオードを用いると、TFT構造が複雑になるという問題がある。医療用のX線面センサでは、通常、3000画素x3000画素=900万画素程度を一枚の基板上に集積しなければならないため、一画素の基本構造が少しでも複雑になると、全体の製造歩留りが極端に悪化してしまうので、デュアルゲートのTFTや保護ダイオード等の高電圧保護機構を各センサ画素に設けることは好ましくない。
【0008】
このため、デュアルゲートのTFTや保護ダイオード等を付加することなく、過剰な電位上昇によるトランジスタスイッチの永久破壊を防ぐために、蓄積容量5に蓄積された電荷を外部回路に導入するためのTFT4として、n型トランジスタを用い、そのTFT4をONからOFFにするときの制御電圧の遷移極性(負電圧)と、X線変換膜1からの出力電荷の蓄積によって変位する蓄積容量電位の遷移極性(すなわちX線変換膜1に印加するバイアス電圧の極性)とを同じ極性(負電圧)にすることが提案されている。
共通電極2に印加するバイアス電圧Vhvを、TFT4をONからOFFにするときの制御電圧の遷移方向と同じ極性(負電圧)とすれば、X線変換膜1へのX線の入射にともなって、図9のTFTのスイッチング特性(Vpは画素電圧、Idはドレイン電流)に示すように、蓄積容量5の電位VpがVp=−Q/C(Qは蓄積電荷量、Cは蓄積容量5の容量)の関係式で降下(負電位側にシフト)してゆく。すなわち、初期状態ではTFTはオフ(a)であるが、X線が照射されると、電位Vpが下がり(b)、やがてTFT4のゲート電位Vgを下回ることになる。そして、Vp<Vgとなれば、TFT4はON(c)に転じ、蓄積容量5に蓄積された電荷は、TFT4のチャンネルを通じて放電され、それ以上電位が下がらなくなるので、TFT4の破壊を防ぐことができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
従来の放射線検出装置は上記のように構成されているが、X線の過剰照射により発生した電荷が、TFTの直近にトラップされるような構造になっていた場合、TFTが必ずしも正常にONせず、高圧保護の役割を果たさないという問題があった。
X線の照射により発生した電子は、通常画素電極3に収集されるが、その一部は図10に示すように、TFTの上部にトラップされる。このトラップ電荷がTFTのI−V特性に影響を与えることとなる。すなわち、図10に示すように、TFTの近傍に電荷トラッピングがあると、X線が照射されて蓄積容量5の電位Vpが下がるとともに、TFTの上部にトラッピングされる電荷も増加し、TFTのスイッチング特性は図11に示すように変化していき、Vp<Vgとなっても(c)、TFT4は期待通りONにならない。この場合には、蓄積容量5の過剰電荷が放電されないため、Vpの値は下がり続け、最終的にTFTが破壊に至る状況となる。
【0010】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、X線変換膜のトラップ電荷の影響を除去し、安定したTFTの高圧保護動作を実現することができる放射線検出装置を提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、放射線に感応し電荷信号を出力する放射線変換膜と、この放射線変換膜の放射線入射側に設けられた共通電極と、前記放射線変換膜からの出力電荷を収集する画素電極と、この画素電極に収集された電荷を蓄積する蓄積容量と、この蓄積容量に蓄積された信号電荷を外部回路に出力する薄膜トランジスタ(TFT)アレイと、前記放射線変換膜と前記TFTとの間に設けられるとともに、固定電位にバイアスされたシールド電極とを備え、前記画素電極は、前記TFTのドレイン電極としても兼用される下部の部分と、前記放射線変換膜と前記下部の部分との間に形成された上部部分とからなり、かつ前記上部部分は前記TFT上に延在しておらず、前記共通電極に前記TFTをオフする時の電位と同じ極性のバイアス電圧を印加して動作させることを特徴とするものである。
【0012】
本発明の放射線検出装置は上記のように構成され、TFTとX線変換膜との間に必ず一定電位に設定されるシールド電極を設けたので、X線変換膜のトラップ電荷による影響を完全に遮断することができる。したがって、常に一定したTFTのI−V特性が保証されるので、TFTの安定した高圧保護動作を実現することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の放射線検出器の一実施例を説明する。本発明の放射線検出装置を模式的に示す図は図5に示す従来の放射線検出装置の模式図と同様であり、内部に5行x5列の行列状に配置された25個のセンサ画素(放射線検出器)11、12、・・、55を有しており、各行共通に入力されるゲート線6(61、62、・・、65)と、各列共通の読み出し信号線7(71、72・・、75)が配線されている。
【0014】
一方、本発明の放射線検出装置の一つのセンサ画素の構造は従来の図7とは異なり、図1に示す構造を有している。
図1の詳細構造図に示すように、本発明の放射線検出装置のセンサ画素は、入射X線を電荷信号に変換するX線変換膜(例えば、a−Se)1、X線変換膜1にバイアス電圧を印加するための共通電極2、X線変換膜1内で発生した電荷信号を収集するための画素電極3、画素電極3との間で電荷を蓄積するための蓄積容量5を形成するための電荷蓄積容量電極10、蓄積容量5に蓄積された電荷を外部回路に出力するためのTFT4、並びにTFT4の上部に形成されたシールド電極9とから構成されている。TFT4は、図7と同様に、ドレイン電極4a、ソース電極4b、ゲート電極4cで構成されており、ドレイン電極4aが蓄積容量5に、ソース電極4bが読み出し信号線7に、ゲート電極4cがゲート線6に接続されている。
【0015】
この放射線検出装置の製造方法について説明する。まず、ガラス基板8には無アルカリガラス基板を用い、その上にTa(タンタル)、Al(アルミニウム)、Mo(モリブデン)等の金属膜からなるゲート電極4cを形成する。ゲート電極4cは、上記金属膜をスパッタ蒸着で成膜した後、所望の形状にパターニングすることにより形成する。この時同時に、蓄積容量5を構成している電荷蓄積容量電極10も形成しておく。
【0016】
次に、SiNx(窒化シリコン)やSiOx(酸化シリコン)をCVD(Chemical Vapor Deposition )法で成膜して、絶縁層を形成する。この絶縁層は、ゲート絶縁膜および電荷蓄積容量5の誘電体として作用する。次に、TFT4のチャネル部となるa−Si層4dを、CVD法で成膜した後、所望の形状にパターニングして形成する。
【0017】
次に、Ta、Al、Ti(チタン)等の金属膜からなるソース電極4bとドレイン電極4aとしても兼用される画素電極3の下部の部分とを形成する。このソース電極4bおよび画素電極3の下部部分は、上記金属膜をスパッタ蒸着で成膜した後、所望の形状にパターニングして形成する。更にその後、画素電極3の上部部分との接続部以外の領域を絶縁保護する目的で絶縁保護膜を形成する。この絶縁保護膜は、SiNxやSiOxの絶縁膜をCVD法で成膜した後、所望の形状にパターニングすることにより形成する。
【0018】
次に、Ta、Al、Ti等の金属膜からなるシールド電極9と画素電極3の上部部分とを形成する。このシールド電極9および画素電極3の上部部分は、上記金属膜をスパッタ蒸着で成膜した後、所望の形状にパターニングして形成する。更にその後、画素電極3の上部部分の開口部以外の領域を絶縁保護する目的で絶縁保護膜を形成する。この絶縁保護膜は、SiNxやSiOxの絶縁膜をCVD法で成膜した後、所望の形状にパターニングすることにより形成する。
【0019】
この後、真空蒸着法によりa−Se膜を成膜することにより、X線変換膜1を形成した後、X線変換膜1上にAu(金)を真空蒸着法によって成膜することにより、共通電極2を形成する。
【0020】
次に、図1のX線検出装置にX線が照射された場合の作用について説明する。X線変換膜1に入射したX線は、X線変換膜1内で電荷信号に変換され、印加されている内部電界で駆動されて画素電極3に到達し、そこで電荷信号として電荷蓄積容量5に蓄えられることになる。共通電極2に負バイアス(通常−1kV〜−10kV程度)を印加して使用する場合には、画素電極には電子が移動することになり、結果として画素電極3の電位がX線の入射量に応じて負にシフトしていく。この時、図2に示すように、TFT4の上部に、トラップされた電子により空間電荷が形成される場合があるが、これによる影響は固定電位(通常は0V)にバイアスされたシールド電極9によって遮断されるため、TFTのI−V特性が図11に示すような変調を受けることはない。したがって、図9に示すようなスイッチング特性が保持され、過剰なX線入射があった場合でも、TFT4が安定にオンすることが可能となり、放電破壊を防ぐことができる。
【0021】
上記の実施例では、シールド電極と画素電極とを別々に分離して形成したが、図3に示すように、画素電極の上部部分を延長してシールド電極と兼ねる構成とすることもできる。図3に示す構造の放射線検出装置では、TFTのスイッチング特性は、図4に示すように、画素電極の電位変化に伴い若干の影響を受けることとなるが、TFTと画素電極間の間隙dを1μm以上とることにより、この影響を最小限にとどめることができる。この場合、シールド電極に一定電位を与える構成が不要となり、構成を簡単にすることができる。
【0022】
また、上記実施例では、画素電極を上部部分と下部部分に分けて別々に形成しているが、画素電極の上部部分を省略することにより、構成を簡略化することもできる。
さらに、上記実施例では、X線変換膜の材料として、a−Seを使用したが、CdTe、CdZnTe、HgI、PbI等を使用することもできる。また、上記実施例では、説明の都合上、X線検出装置が5行x5列、25個のセンサ画素を有するものとして説明したが、実際には3000画素x3000画素等、多くのセンサ画素を有している。
【0023】
【発明の効果】
本発明の放射線検出装置は、上記のように、TFTとX線変換膜との間に必ず一定電位に設定されるシールド電極を設けたので、X線変換膜のトラップ電荷による影響をこのシールド電極によって完全に遮断することができる。したがって、常に一定したTFTのスイッチング特性が保持され、過剰なX線入射があった場合でも、TFTが安定にオンすることが可能となり、放電破壊を防ぐことができる。
また、画素電極の上部部分を延長してシールド電極と兼ねる構成とすることもでき、この場合、シールド電極に一定電位を与える構成が不要となり、構成を簡単にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の放射線検出装置のセンサ画素の詳細構造を示す図である。
【図2】図1のセンサ画素のX線照射時の状態を示す図である。
【図3】本発明の放射線検出装置のセンサ画素の他の実施例を示す図である。
【図4】図3の放射線検出装置のTFTのスイッチング特性の変化を示す図である。
【図5】従来の放射線検出装置の構成を模式的に示す図である。
【図6】従来の放射線検出装置のX線変換膜の一部を除去した斜視図である。
【図7】従来の放射線検出装置のセンサ画素の構造を示す図である。
【図8】従来の放射線検出装置のセンサ画素を模式的に示す図である。
【図9】放射線検出装置のTFTのスイッチング特性を示す図である。
【図10】従来の放射線検出装置のセンサ画素のX線照射時の状態を示す図である。
【図11】従来の放射線検出装置のTFTのスイッチング特性の変化を示す図である。
【符号の説明】
1 X線変換膜
2 共通電極
3 画素電極
4 TFT
5 蓄積容量
6 ゲート線
7 信号線
8 ガラス基板
9 シールド電極
10 電荷蓄積容量電極
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a radiation detection apparatus used in a medical radiation imaging apparatus or an industrial nondestructive inspection apparatus, and more particularly to a radiation detection apparatus in which a radiation conversion film is connected to a thin film transistor (TFT) array.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a combination of a film screen or a scintillator and an image pickup tube has been used as a means for collecting an X-ray image in a medical X-ray apparatus or the like. There were problems in terms of storage and data processing, and there were also problems in terms of performance such as exposure dose and concentration resolution.
Recently, as an alternative, a two-dimensional radiation (X-ray) detection device using a semiconductor film has been developed.
[0003]
A conventional two-dimensional X-ray detection apparatus using such a semiconductor film will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a diagram schematically showing the configuration of the X-ray detection apparatus, FIG. 6 is a perspective view in which a part of the X-ray conversion film of the X-ray detection apparatus is removed, and FIG. 7 is one sensor of the X-ray detection apparatus. FIG. 8 is a diagram illustrating a detailed structure of a pixel, and FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a configuration of a sensor pixel.
As shown in FIG. 5, this X-ray detection apparatus has 25 sensor pixels (radiation detectors) 11, 12,..., 55 arranged in a matrix of 5 rows × 5 columns. The gate lines 6 (61, 62,..., 65) input in common to the rows and the readout signal lines 7 (71, 72,..., 75) common to the columns are wired.
[0004]
The gate lines 61, 62,..., 65 are sequentially and selectively driven by the gate driver circuit 101, and outputs from the sensor pixels belonging to the driven rows are transmitted through the readout signal lines 71, 72,. It is taken out to the outside and inputted to the amplifier array circuit 102. The control circuit 103 is provided for overall control of the operations of the gate driver circuit 101 and the amplifier array circuit 102. By sequentially driving the gate line 6 as 61, 62, 63. Output data from the sensor pixels 11, 12,... 55 can be collected, and finally a two-dimensional image can be constructed.
[0005]
As shown in FIGS. 6 to 8, the sensor pixels are common for applying a bias voltage to an X-ray conversion film (for example, a-Se) 1 that converts incident X-rays into a charge signal, and the X-ray conversion film 1. An electrode 2, a pixel electrode 3 for collecting charge signals generated in the X-ray conversion film 1, a charge storage capacitor electrode 10 for forming a storage capacitor 5 for storing charges with the pixel electrode 3, A thin film transistor (TFT) 4 for outputting charges accumulated in the storage capacitor 5 to an external circuit, and these electrodes and TFT are manufactured on a glass substrate 8 by using thin film technology.
The TFT 4 includes a drain electrode 4a, a source electrode 4b, and a gate electrode 4c. The drain electrode 4a is connected to the storage capacitor 5, the source electrode 4b is connected to the read signal line 7, and the gate electrode 4c is connected to the gate line 6. Yes. The conduction / non-conduction between the drain electrode 4a and the source electrode 4b is controlled by the potential (control voltage) of the gate electrode 4c. When the TFT is n-type, the conduction state is obtained by shifting the control voltage in the positive direction. A transition to the negative direction results in a non-conduction state. In general, the control potential when conducting is normally a positive potential (about + 10V), and the control potential when non-conducting is usually a negative potential (about -10V).
[0006]
By the way, in a radiation (X-ray) detector using a conversion film of a type that directly converts X-rays such as amorphous selenium (a-Se) into an electric signal, a high voltage (a-Se) is applied to the conversion film. In this case, it is necessary to apply 1000 V or more). Therefore, when excessive X-ray irradiation is applied to the conversion film, a high voltage is applied to the connected TFT, and the TFT may be broken beyond the withstand voltage limit (usually about 50 V).
[0007]
In order to solve this problem, a method using a dual gate TFT, a method of inserting a protection diode, and the like have been proposed. However, when a dual gate TFT or a protection diode is used, there is a problem that the TFT structure becomes complicated. In a medical X-ray surface sensor, normally, about 3000 pixels × 3000 pixels = 9 million pixels must be integrated on a single substrate. If the basic structure of one pixel becomes a little complicated, the overall manufacturing yield Therefore, it is not preferable to provide each sensor pixel with a high voltage protection mechanism such as a dual gate TFT or a protection diode.
[0008]
Therefore, as a TFT 4 for introducing the charge accumulated in the storage capacitor 5 into an external circuit in order to prevent permanent destruction of the transistor switch due to excessive potential rise without adding a dual gate TFT, a protective diode, etc. Using an n-type transistor, the transition polarity (negative voltage) of the control voltage when the TFT 4 is turned from ON to OFF, and the transition polarity of the storage capacitor potential that is displaced by the accumulation of the output charge from the X-ray conversion film 1 (ie, X It has been proposed that the polarity of the bias voltage applied to the line conversion film 1 is the same polarity (negative voltage).
If the bias voltage Vhv applied to the common electrode 2 has the same polarity (negative voltage) as the transition direction of the control voltage when the TFT 4 is turned from ON to OFF, the X-ray is incident on the X-ray conversion film 1. 9, the potential Vp of the storage capacitor 5 is Vp = −Q / C (Q is the stored charge amount, and C is the storage capacitor 5) as shown in the switching characteristics of the TFT in FIG. 9 (Vp is the pixel voltage and Id is the drain current). It drops (shifts to the negative potential side) with the relational expression of (capacitance). That is, in the initial state, the TFT is off (a), but when X-rays are irradiated, the potential Vp decreases (b) and eventually falls below the gate potential Vg of the TFT 4. If Vp <Vg, the TFT 4 turns ON (c), and the charge stored in the storage capacitor 5 is discharged through the channel of the TFT 4, and the potential does not drop any further, so that the TFT 4 is prevented from being destroyed. it can.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional radiation detection apparatus is configured as described above. However, when the structure is such that charges generated by excessive X-ray irradiation are trapped in the immediate vicinity of the TFT, the TFT is not necessarily turned on normally. Therefore, there was a problem that it did not play the role of high-pressure protection.
Electrons generated by X-ray irradiation are usually collected by the pixel electrode 3, but a part of the electrons is trapped on the TFT as shown in FIG. This trapped charge affects the IV characteristics of the TFT. That is, as shown in FIG. 10, if there is charge trapping in the vicinity of the TFT, X-rays are irradiated and the potential Vp of the storage capacitor 5 is lowered, and the charge trapped on the upper portion of the TFT is also increased. The characteristics change as shown in FIG. 11, and even if Vp <Vg (c), the TFT 4 does not turn on as expected. In this case, since the excessive charge in the storage capacitor 5 is not discharged, the value of Vp continues to decrease, and eventually the TFT is destroyed.
[0010]
The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a radiation detection apparatus capable of removing the influence of trap charges of an X-ray conversion film and realizing a stable high-voltage protection operation of a TFT. The purpose is that.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a radiation conversion film that outputs a charge signal in response to radiation, a common electrode provided on the radiation incident side of the radiation conversion film, and an output charge from the radiation conversion film. A pixel electrode that collects the charge collected in the pixel electrode, a thin film transistor (TFT) array that outputs the signal charge accumulated in the storage capacitor to an external circuit, the radiation conversion film, and the Rutotomoni provided between the TFT, and a biased shield electrode to a fixed potential, the pixel electrode includes a lower portion which is also used as a drain electrode of the TFT, the lower and the radiation converting film It consists of a formed upper portion between the portion and the upper portion does not extend over the TFT, the electric potential at the time of turning off the TFT to the common electrode It is characterized in that to operate by applying a bias voltage polarity.
[0012]
The radiation detection apparatus of the present invention is configured as described above, and a shield electrode that is always set to a constant potential is provided between the TFT and the X-ray conversion film, so that the influence of trap charges on the X-ray conversion film is completely eliminated. Can be blocked. Accordingly, a constant IV characteristic of the TFT is guaranteed, so that a stable high voltage protection operation of the TFT can be realized.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the radiation detector of the present invention will be described with reference to the drawings. The schematic diagram of the radiation detection apparatus of the present invention is the same as the schematic diagram of the conventional radiation detection apparatus shown in FIG. 5, and includes 25 sensor pixels (radiation) arranged in a matrix of 5 rows × 5 columns inside. Detectors 11, 12,..., 55, and gate lines 6 (61, 62,..., 65) that are input in common to the rows and readout signal lines 7 (71, 72) that are common to the columns. .., 75) are wired.
[0014]
On the other hand, the structure of one sensor pixel of the radiation detection apparatus of the present invention is different from that of the conventional FIG. 7 and has the structure shown in FIG.
As shown in the detailed structural diagram of FIG. 1, the sensor pixel of the radiation detection apparatus of the present invention includes an X-ray conversion film (for example, a-Se) 1 that converts incident X-rays into a charge signal, and an X-ray conversion film 1. A storage electrode 5 for accumulating charges is formed between the common electrode 2 for applying a bias voltage, the pixel electrode 3 for collecting charge signals generated in the X-ray conversion film 1, and the pixel electrode 3. The charge storage capacitor electrode 10 for this purpose, the TFT 4 for outputting the charge stored in the storage capacitor 5 to an external circuit, and the shield electrode 9 formed on the TFT 4 are constituted. The TFT 4 includes a drain electrode 4a, a source electrode 4b, and a gate electrode 4c, as in FIG. 7, and the drain electrode 4a serves as a storage capacitor 5, the source electrode 4b serves as a read signal line 7, and the gate electrode 4c serves as a gate. Connected to line 6.
[0015]
A method for manufacturing this radiation detection apparatus will be described. First, a non-alkali glass substrate is used as the glass substrate 8, and a gate electrode 4c made of a metal film such as Ta (tantalum), Al (aluminum), Mo (molybdenum) is formed thereon. The gate electrode 4c is formed by forming the metal film by sputtering deposition and then patterning it into a desired shape. At the same time, the charge storage capacitor electrode 10 constituting the storage capacitor 5 is also formed.
[0016]
Next, SiNx (silicon nitride) or SiOx (silicon oxide) is formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method to form an insulating layer. This insulating layer acts as a dielectric for the gate insulating film and the charge storage capacitor 5. Next, an a-Si layer 4d to be a channel portion of the TFT 4 is formed by a CVD method and then patterned into a desired shape.
[0017]
Next, a source electrode 4b made of a metal film such as Ta, Al, Ti (titanium) and a lower portion of the pixel electrode 3 that is also used as the drain electrode 4a are formed. The lower portions of the source electrode 4b and the pixel electrode 3 are formed by forming the metal film by sputtering deposition and then patterning it into a desired shape. Thereafter, an insulating protective film is formed for the purpose of insulating and protecting the region other than the connection portion with the upper portion of the pixel electrode 3. This insulating protective film is formed by forming an insulating film of SiNx or SiOx by a CVD method and then patterning it into a desired shape.
[0018]
Next, the shield electrode 9 made of a metal film such as Ta, Al, Ti, and the upper portion of the pixel electrode 3 are formed. The shield electrode 9 and the upper part of the pixel electrode 3 are formed by forming the metal film by sputtering deposition and then patterning it into a desired shape. Thereafter, an insulating protective film is formed for the purpose of insulating and protecting the region other than the opening in the upper portion of the pixel electrode 3. This insulating protective film is formed by forming an insulating film of SiNx or SiOx by a CVD method and then patterning it into a desired shape.
[0019]
Then, after forming the X-ray conversion film 1 by forming an a-Se film by vacuum evaporation, Au (gold) is formed on the X-ray conversion film 1 by vacuum evaporation. The common electrode 2 is formed.
[0020]
Next, an operation when the X-ray detection apparatus of FIG. 1 is irradiated with X-rays will be described. The X-rays incident on the X-ray conversion film 1 are converted into a charge signal in the X-ray conversion film 1 and are driven by the applied internal electric field to reach the pixel electrode 3, where the charge storage capacitor 5 is used as a charge signal. Will be stored. When a negative bias (usually about −1 kV to −10 kV) is applied to the common electrode 2, electrons move to the pixel electrode, and as a result, the potential of the pixel electrode 3 becomes the amount of incident X-rays. It shifts to negative according to. At this time, as shown in FIG. 2, space charges may be formed on the upper part of the TFT 4 by trapped electrons. The effect of this is caused by the shield electrode 9 biased to a fixed potential (usually 0 V). Since it is cut off, the IV characteristic of the TFT is not subjected to modulation as shown in FIG. Accordingly, the switching characteristics as shown in FIG. 9 are maintained, and even when excessive X-ray incidence occurs, the TFT 4 can be stably turned on, and discharge breakdown can be prevented.
[0021]
In the above embodiment, the shield electrode and the pixel electrode are separately formed. However, as shown in FIG. 3, the upper portion of the pixel electrode may be extended to serve as the shield electrode. In the radiation detection apparatus having the structure shown in FIG. 3, the switching characteristics of the TFT are slightly affected by the potential change of the pixel electrode as shown in FIG. By setting the thickness to 1 μm or more, this influence can be minimized. In this case, a configuration for applying a constant potential to the shield electrode is not necessary, and the configuration can be simplified.
[0022]
In the above-described embodiment, the pixel electrode is divided into an upper portion and a lower portion and formed separately. However, the configuration can be simplified by omitting the upper portion of the pixel electrode.
Furthermore, in the above embodiment, as the material of the X-ray conversion film, but using a-Se, it is also possible to use CdTe, CdZnTe, a HgI 2, PbI 2, and the like. In the above embodiment, for convenience of explanation, the X-ray detection apparatus has been described as having 5 rows × 5 columns and 25 sensor pixels, but in actuality, it has many sensor pixels such as 3000 pixels × 3000 pixels. is doing.
[0023]
【The invention's effect】
Since the radiation detection apparatus of the present invention is provided with the shield electrode that is always set to a constant potential between the TFT and the X-ray conversion film as described above, the influence of the trap charge on the X-ray conversion film is affected by this shield electrode. Can be completely blocked. Accordingly, constant switching characteristics of the TFT are always maintained, and even when excessive X-ray incidence occurs, the TFT can be stably turned on, and discharge breakdown can be prevented.
In addition, the upper part of the pixel electrode can be extended to serve as a shield electrode. In this case, a configuration for applying a constant potential to the shield electrode is not necessary, and the configuration can be simplified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a detailed structure of a sensor pixel of a radiation detection apparatus according to the present invention.
2 is a diagram showing a state of the sensor pixel of FIG. 1 at the time of X-ray irradiation.
FIG. 3 is a diagram showing another embodiment of the sensor pixel of the radiation detection apparatus of the present invention.
4 is a diagram showing a change in switching characteristics of TFTs of the radiation detection apparatus of FIG. 3;
FIG. 5 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional radiation detection apparatus.
FIG. 6 is a perspective view in which a part of an X-ray conversion film of a conventional radiation detection apparatus is removed.
FIG. 7 is a diagram illustrating a structure of a sensor pixel of a conventional radiation detection apparatus.
FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a sensor pixel of a conventional radiation detection apparatus.
FIG. 9 is a diagram showing switching characteristics of TFTs of the radiation detection apparatus.
FIG. 10 is a diagram showing a state at the time of X-ray irradiation of a sensor pixel of a conventional radiation detection apparatus.
FIG. 11 is a diagram showing a change in switching characteristics of a TFT of a conventional radiation detection apparatus.
[Explanation of symbols]
1 X-ray conversion film 2 Common electrode 3 Pixel electrode 4 TFT
5 Storage Capacitance 6 Gate Line 7 Signal Line 8 Glass Substrate 9 Shield Electrode 10 Charge Storage Capacitance Electrode

Claims (1)

放射線に感応し電荷信号を出力する放射線変換膜と、この放射線変換膜の放射線入射側に設けられた共通電極と、前記放射線変換膜からの出力電荷を収集する画素電極と、この画素電極に収集された電荷を蓄積する蓄積容量と、この蓄積容量に蓄積された信号電荷を外部回路に出力する薄膜トランジスタ(TFT)アレイと、前記放射線変換膜と前記TFTとの間に設けられるとともに、固定電位にバイアスされたシールド電極とを備え、前記画素電極は、前記TFTのドレイン電極としても兼用される下部の部分と、前記放射線変換膜と前記下部の部分との間に形成された上部部分とからなり、かつ前記上部部分は前記TFT上に延在しておらず、前記共通電極に前記TFTをオフする時の電位と同じ極性のバイアス電圧を印加して動作させることを特徴とする放射線検出装置。A radiation conversion film that responds to radiation and outputs a charge signal, a common electrode provided on the radiation incident side of the radiation conversion film, a pixel electrode that collects output charges from the radiation conversion film, and a collection on the pixel electrode A storage capacitor for storing the generated charge, a thin film transistor (TFT) array for outputting the signal charge stored in the storage capacitor to an external circuit, and between the radiation conversion film and the TFT, and at a fixed potential. A biased shield electrode, and the pixel electrode includes a lower portion also used as a drain electrode of the TFT and an upper portion formed between the radiation conversion film and the lower portion. The upper portion does not extend on the TFT, and is operated by applying a bias voltage having the same polarity as the potential when the TFT is turned off to the common electrode. The radiation detecting apparatus according to claim Rukoto.
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