JP4088986B2 - Two-dimensional radiation detector - Google Patents

Two-dimensional radiation detector Download PDF

Info

Publication number
JP4088986B2
JP4088986B2 JP20439997A JP20439997A JP4088986B2 JP 4088986 B2 JP4088986 B2 JP 4088986B2 JP 20439997 A JP20439997 A JP 20439997A JP 20439997 A JP20439997 A JP 20439997A JP 4088986 B2 JP4088986 B2 JP 4088986B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pixel
layer
semiconductor layer
electrode
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP20439997A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH1152058A (en
Inventor
四郎 及川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shimadzu Corp filed Critical Shimadzu Corp
Priority to JP20439997A priority Critical patent/JP4088986B2/en
Publication of JPH1152058A publication Critical patent/JPH1152058A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4088986B2 publication Critical patent/JP4088986B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば食品やプリント基板等の非破壊検査装置、あるいはX線撮影する医療用診断装置などに用いるのに適した2次元放射線検出器に関する。
【0002】
【従来の技術】
医療用診断装置等においては、X線等の放射線をその2次元的な入射位置をも含めて検出することのできる、固体走査方式の2次元放射線検出器が用いられている。
【0003】
その固体走査方式の検出器に関して、従来、種々の提案がなされている。
例えば、特開平4−212458号公報には、図11に示すように、X線等の放射線の入射により電荷を発生する半導体層101の両面に、それぞれバイアス電極102と走査スイッチ層103を積層した構造の2次元放射線検出器が開示されている。
【0004】
図11の2次元放射線検出器において、共通電極102は図12(A)に示すように全面に均一面状に形成されている。また走査スイッチ層103は、図12(B)〜(D)に示すように、半導体層101に接触するマトリクス状の画素電極131・・131と、そのマトリクスの行に対応して配置されたストライプ状パターンの行電極132・・132と、列に対応して配置されたストライプ状パターンの列電極133・・133を備えており、さらに図13、図14に示すように、各画素電極131・・131のそれぞれにドレインDが接続され、ソースSが各列電極133に、またゲートGが各行電極132に接続された複数個のスイッチング素子(FET)134・・134が設けられている。
【0005】
走査スイッチ層103の各行電極132は、図13に示すように駆動回路104のFETコントロールラインにそれぞれ接続され、各列電極133はそれぞれ信号読み出しラインの信号読み出し回路105に接続されている。また共通電極102には各画素に所定の電位を印加するためのバイアス電源135が接続されている(図14参照)。
【0006】
そして、以上の構造の2次元放射線検出器において、X線が半導体層101に入射すると、半導体層101中に電子・正孔対が発生しその表面上に電荷が発生する。この半導体層101上の電荷は、スイッチング素子(FET)134をオンとすることにより、各画素電極131・・131の各々に相当する画素ごとに読み出される。
【0007】
すなわち、駆動回路104により1つの行電極132に駆動信号を送ることによって1行(例えばi行)のFET134の全てがオンになり、列電極133の各々を経て、i行の各列の画素電極131・・131から、各画素ごとの電荷(電流)が各列で同時に取り出される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の放射線2次元検出器では、スイッチング素子のスイッチングノイズが読み出し信号電流に重畳して画質が劣化するという問題がある。
【0009】
本発明はそのような実情に鑑みてなされたもので、スイッチング素子のスイッチングノイズが読み出し信号電流に重畳し難くい上、画素容量の両端間に生じる電位差の電荷発生に伴う変動幅を適当な範囲に設定することができ、もって良質のX線画像信号を得ることのできる2次元放射線検出器の提供を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の2次元放射線検出器は、図1〜図4に例示するように、放射線による像を電荷の画像に変換する半導体層1と、この半導体層1を挟むようにその両面にそれぞれ設けられた信号読み出し層2及び走査スイッチ層3と、この走査スイッチ層3に接続された駆動回路4を備え、その走査スイッチ層3は、半導体層1の表面に各画素に対応すべくマトリクス状に配置されてなる複数の画素電極31・・31と、各画素に共通のバイアス電圧を印加するための共通電極33と、マトリクス状に配置された画素電極31・・31の各々と共通電極33との間にそれぞれ配置されたスイッチング素子(FET)34・・34と、この各スイッチング素子34・・34に駆動回路4からの駆動信号を行ごとに与える行電極32・・32を備えており、さらに信号読み出し層2は、マトリクス状に配置された画素電極31・・31の列に対応して分割された複数の列電極21・・21からなり、その列電極21・・21の各々が信号読み出しラインに接続されている。そして、図7に例示するように、上記列電極21各画素電極31との間の、各画素に相当する部分の半導体層の一部に、それぞれ高誘電率物質層10が形成されていることによって特徴づけられる。
【0011】
以上の構造の本発明の2次元放射線検出器において、半導体層1にX線が入射すると、その入射位置・入射エネルギに応じた電荷が半導層1表面に発生し、この状態で、走査スイッチ層3に駆動信号が行ごとに与えらえ、スイッチング素子(FET)34がオンとなって画素電極31にバイアス電圧が印加されると、その電荷の放電電流が信号読み出し層2の列電極21を通じて信号読み出しラインに流れる。そして、このようにして読み出された信号電流を、チャージセンシティブプレアンプと積分コンデンサからなる信号読み出し回路(図4、図5参照)で電圧信号に変換することによって画像信号を得ることができる。
【0012】
ここで、本発明の2次元放射線検出器では、図4、図5の等価回路図に示すように、スイッチング素子34と信号読み出しラインとの間に、半導体層1が介在することになるので、その両者間に距離があること、及び半導体層1に容量があることに起因して、スイッチングノイズが信号読み出しラインに乗り難くなる。従ってS/N比の優れた画像信号を得ることができ、画質を向上させることができる。
【0013】
なお、本発明の2次元放射線検出器において、各列電極で読み出された信号を増幅する素子(チャージセンシティブプレアンプ)として、シリコン等の結晶性半導体からなる増幅器を用いることが好ましく、このような結晶性半導体製の増幅器を使用すると、薄膜増幅器を使用した場合と比較して、信号ノイズ及び感度が良好になるとともに、信号読み出しラインの構成が簡単になるという利点がある。
【0014】
本発明の2次元放射線検出器に用いるスイッチング素子(FET)としては、TFT(薄膜トランジスタ)が好ましい。また放射線の検出に用いる半導体層としては、CdTe等の化合物半導体あるいはドープトSeなどが挙げられる。
【0015】
ここで、本発明の2次元放射線検出器では、上記したように画素電極と信号読み出し層の列電極との間に半導体層による容量を介在させる構造であるので、その画素容量の大きさが問題となる。
【0016】
すなわち、この種の2次元放射検出器において半導体層は、X線の捕獲率を確保するため通常500μm程度の厚さとしているが、その膜厚で得られる1画素の等価容量は極めて小さくなる(例えば0.01pF)ため、本発明の構造を採用すると、画素容量の両端間に生じる電位差の電荷発生に伴う変動幅が非常に大きくなるという問題が発生する。
【0017】
これを解消するため、本発明では、図7に示すように画素容量を構成する半導体層1の一部(画素の端部)に、列電極21と画素電極31に接触する高誘電率物質層10を形成するという方法を採用しており、このような高誘電率物質層10を形成しておくと、図8の等価回路図に示すように、半導体層1による容量に加えて高誘電率物質層10による付加容量が並列に接続されるので、画素容量の両端間に生じる電位差の電荷発生に伴う変動幅を適当な範囲に設定することができる。なお、高誘電率物質としては、チタン酸バリウム磁器等が挙げられる。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、以下、図面に基づいて説明する。
この実施の形態の放射線2次元検出器は、図1に示すように、放射線による像を電荷の画像に変換する半導体層1、この半導体層1を挟むようにその両面にそれぞれ設けられた信号読み出し層2と走査スイッチ層3、及び走査スイッチ層3に接続された駆動回路4で主として構成されている。
【0020】
信号読み出し層2は、図2(A)に示すように、列分割されたストライプ状パターンの複数の列電極21・・21によって構成されており、その各列電極21に信号読み出し回路5が接続されている。
【0021】
走査スイッチ層3は、図1及び図2(B)〜(D)に示すように、半導体層1の表面にマトリクス状に配置された画素電極31・・31と、そのマトリクス状の画素電極31・・31の行に対応して分割されたストライプ状パターンの複数の行電極32・・32と、バイアス電源35によりバイアス電圧が印加される共通電極(均一面状導体)33を備えており、それら画素電極31・・31の各々と共通電極33との間にそれぞれFET34・・34が配置されている。
【0022】
各FET34は、図3及び図4に示すように、ドレインDが画素電極31に接続され、ソースSが共通電極33に接続されている。またFET34のゲートGは行電極32に接続されており、そのゲートGに接続された行電極32は駆動回路4のFETコントロールラインに接続されている。
【0023】
駆動回路4は、図3に示すように、フローティング部41、光アイソレーション部42及びグランド部43によって構成されている。
このように光アイソレーション部42によってフローティング部41及びFETコントロールラインをグランド部43から電気的に切り離しているのは、本実施の形態では共通電極33を介してFET34のソースSにバイアス電圧が印加されるので、FET34のゲートGに接続されたFETコントロールラインをグランドから浮かす必要があるためである。なお、FETコントロールラインをグランドから電気的に切り離すための構成は、上記したような光アイソレーション部42を用いる以外にも考えられる。
【0024】
なお、以上の構造において、信号読み出し層2の前面側にはガラス等の支持基板22(図7参照)が設けられており、また、走査スイッチ層3の背面側にも同様に支持基板(図示せず)が設けられている。
【0025】
次に、本発明の実施の形態の動作を説明する。
半導体層1にX線が入射すると、その入射位置・入射エネルギに応じた電荷が半導層1表面に発生する。この半導体層1の表面上の電荷を、FET34をオンとすることにより、画素電極31・・31の各々に相当する画素ごとに読み出すわけであるが、本実施の形態においては、画素信号電流が、信号読み出し層2の列電極21の各々を介して取り出されて、チャージセンシティブプレアンプ51の積分コンデンサ52に蓄えられ、電圧信号として出力されて、図示しないA/D変換器に送られる。
【0026】
例えばi行のFETコントロールラインに駆動信号が与えられて、i行のFET34が全てオンになったとすると、そのi行の画素電極31・・31に相当する画素の信号が、各列同時に読み出されることになる。
【0027】
なお、信号読み出し回路5の積分スイッチ53は、上記したA/D変換が終了した後、次の走査に備えて積分コンデンサ52を短絡してそのコンデンサ52を放電させるためのものである。
【0028】
ここで、本実施の形態においては、信号読み出し回路5が、半導体層1の走査スイッチ層3とは反対側の面に配置した列電極21に接続されているので、信号読み出し回路5とFET34との間に半導体層1が介在することになって、その半導体層1の容量効果と、FET34のゲートGと信号読み出し層2の列電極21との距離が離れているという距離効果とによって、FET34のゲート漏れ電流や、その他の走査スイッチ層3からのスイッチングノイズが信号読み出しラインに乗り難くなり信号電流のS/N比が向上する結果、質の高い画像信号を得ることができる。また、走査スイッチ層3のFET34のソースSに接続される共通電極33を均一面状導体としているので、シールド効果が生じ、外来ノイズに影響され難くいという利点もある。
【0029】
次に、本実施の形態の動作を更に具体的に説明する。
図6は、図1に示した構造の2次元放射線検出器において、画素電極31・・31が1000行×1000列のマトリクス状に形成されていて、この画素電極31・・31の全てを走査スイッチ層3により1秒当たり30回走査して、毎秒30フレームで画像信号を出力する場合のタイムチャートを示している。
【0030】
図6(A)は、FETコントロールラインのバイアス電圧を基準にした電位を示し、FETコントロールラインが各行ごとに順次駆動回路4により高い電圧とされ、その行(例えばi行)のFET34がオンとなる。
【0031】
例えばマトリクス状の画素電極31・・31のi行、j列に位置するものに着目すると、その画素に相当する半導体層1の電位がX線入射による電荷蓄積によって、図6(B)のように上昇していたものが、i行のFET34のオンによってバイアス電圧のレベルに降下する(なお、図6(B)はバイアス電圧を基準として表されている)。
【0032】
これに対応して、j列の信号読み出しラインに(i,j)画素分の信号読み出し電流が図6(C)に示すように流れる。この信号電流がチャージセンシチィブプレアンプ51の積分コンデンサ52に蓄えられ、図6(D)に示すように積分電圧信号として出力されて、積分スイッチ53がオンになるまでの間のホールド期間にA/D変換される。
【0033】
図7は本発明の他の実施の形態の要部構造を模式的に示す図である。
この実施の形態では、画素容量を構成する半導体層1の一部(画素の端部)に、列電極21に沿って延びるスリット状の層で、列電極21と画素電極31の双方に接触する高誘電率物質層10を形成したところに特徴があり、このように高誘電率物質層10を形成しておくと、図8の等価回路図に示すように、半導体層1による容量に加えて高誘電率物質層10による付加容量が並列に接続されることになるので、画素容量の両端間に生じる電位差の電荷発生に伴う変動幅を適当な範囲に設定することができる。
【0034】
また、図9の等価回路図に示すように、画素電極31と所定の共通電位Vaとの間に付加容量11を、半導体層1に対して並列となるように接続するという方法を採用しても、先と同様に、画素容量の両端間の電位差の電荷発生に伴う変動幅を適当な範囲に設定することができる。
【0035】
ここで、以上の実施の形態では、走査スイッチ層3の共通電極33にバイアス電源35を接続して各画素にバイアス電圧を印加する構造としているが、このほか、図10の等価回路図に示すように、信号読み出し回路5側にバイアス電源35を接続するという形態を採ることもできる。
【0036】
また、以上の実施の形態では、共通電極33を均一面状導体としているが、これに代えて、例えば配線パターン(バイアス線)の引回し等の構成を採用しても本発明は実施可能である。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の放射線2次元検出器によれば、半導体層の一面に信号読み出し層を配置しその反対側の面に走査スイッチ層を配置して、スイッチング素子と信号読み出しラインとの間に半導体層が介在する構造としたから、スイッチングノイズを拾わず信号電流のS/N比が向上する。その結果、質の高いX線画像信号を得ることができる。
【0038】
また、半導体層の表裏にゲート線とデータ線(信号読み出し線)を振り分けているので、ゲート線とデータ線の交差距離が従来に比して100倍以上となりクロストークが減少するとともに、ゲート線の低抵抗化と、データ線の低抵抗化・低容量化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の構造を模式的に示す図
【図2】その実施の形態の各層の構造を模式的に示す図
【図3】本発明の実施の形態におけるFETの接続関係を模式的に示す図
【図4】本発明の実施の形態の等価回路図
【図5】本発明の実施の形態の1画素分の等価回路図
【図6】本発明の実施の形態の動作を説明するためのタイムチャート
【図7】本発明の他の実施の形態の要部構造を模式的に示す図
【図8】図7に示す実施の形態の1画素分の等価回路図
【図9】本発明の別の実施の形態の1画素分の等価回路図
【図10】本発明の更に別の実施の形態の1画素分の等価回路図
【図11】従来の2次元放射線検出器の構造を模式的に示す図
【図12】図11に示す2次元放射線検出器の各層の構造を模式的に示す図
【図13】図11に示す2次元放射線検出器のFETの接続関係を模式的に示す図
【図14】図11に示す2次元放射線検出器の等価回路図
【符号の説明】
1 半導体層
2 信号読み出し層
21 列電極
3 走査スイッチ層
31 画素電極
32 行電極
33 共通電極
34 FET(スイッチング素子)
35 バイアス電源
4 駆動回路
5 信号読み出し回路
51 チャージセンシティブプレアンプ
52 積分コンデンサ
53 積分スイッチ
10 高誘電率物質層
11 付加容量
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a two-dimensional radiation detector suitable for use in, for example, a non-destructive inspection apparatus such as a food or a printed board, or a medical diagnostic apparatus that performs X-ray imaging.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A medical diagnostic apparatus or the like uses a solid scanning two-dimensional radiation detector that can detect radiation such as X-rays including its two-dimensional incident position.
[0003]
Conventionally, various proposals have been made regarding the solid-state scanning detector.
For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 4-212458, as shown in FIG. 11, a bias electrode 102 and a scan switch layer 103 are laminated on both sides of a semiconductor layer 101 that generates electric charges upon incidence of radiation such as X-rays. A structured two-dimensional radiation detector is disclosed.
[0004]
In the two-dimensional radiation detector shown in FIG. 11, the common electrode 102 is formed on the entire surface in a uniform surface as shown in FIG. Further, as shown in FIGS. 12B to 12D, the scan switch layer 103 includes matrix pixel electrodes 131 and 131 that are in contact with the semiconductor layer 101, and stripes arranged corresponding to the rows of the matrix. Row electrodes 132... 132 and stripe pattern column electrodes 133... 133 arranged corresponding to the columns. Further, as shown in FIGS. 13 and 14, each pixel electrode 131. A plurality of switching elements (FETs) 134... 134 each having a drain D connected to each 131, a source S connected to each column electrode 133, and a gate G connected to each row electrode 132 are provided.
[0005]
As shown in FIG. 13, each row electrode 132 of the scan switch layer 103 is connected to the FET control line of the drive circuit 104, and each column electrode 133 is connected to the signal readout circuit 105 of the signal readout line. In addition, a bias power source 135 for applying a predetermined potential to each pixel is connected to the common electrode 102 (see FIG. 14).
[0006]
In the two-dimensional radiation detector having the above structure, when X-rays are incident on the semiconductor layer 101, electron-hole pairs are generated in the semiconductor layer 101 and charges are generated on the surface thereof. The charges on the semiconductor layer 101 are read out for each pixel corresponding to each of the pixel electrodes 131.. 131 by turning on the switching element (FET) 134.
[0007]
That is, by sending a drive signal to one row electrode 132 by the drive circuit 104, all the FETs 134 in one row (for example, i row) are turned on, and each pixel electrode in each column of i row passes through each of the column electrodes 133. 131.. 131 is used to simultaneously extract charges (currents) for each pixel in each column.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional radiation two-dimensional detector, there is a problem that the switching noise of the switching element is superimposed on the readout signal current and the image quality is deteriorated.
[0009]
The present invention has been made in view of such circumstances, and it is difficult for the switching noise of the switching element to be superimposed on the readout signal current, and the fluctuation range of the potential difference generated between both ends of the pixel capacitor is set within an appropriate range. Therefore, an object of the present invention is to provide a two-dimensional radiation detector that can obtain a high-quality X-ray image signal.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a two-dimensional radiation detector according to the present invention sandwiches a semiconductor layer 1 that converts an image of radiation into an image of charges, as illustrated in FIGS. In this way, the signal readout layer 2 and the scanning switch layer 3 provided on both surfaces thereof, and the drive circuit 4 connected to the scanning switch layer 3 are provided. Corresponding to the plurality of pixel electrodes 31... 31, a common electrode 33 for applying a common bias voltage to each pixel, and pixel electrodes 31. Switching elements (FETs) 34... 34 disposed between each of the switching elements 34 and the common electrode 33, and row power for supplying a driving signal from the driving circuit 4 to each switching element 34. 32. Further, the signal readout layer 2 is composed of a plurality of column electrodes 21... 21 divided corresponding to the columns of the pixel electrodes 31. Each of the electrodes 21... 21 is connected to a signal readout line. As illustrated in FIG. 7, high dielectric constant material layers 10 are respectively formed in part of the semiconductor layer corresponding to each pixel between the column electrode 21 and each pixel electrode 31. Characterized by.
[0011]
In the two-dimensional radiation detector of the present invention having the above structure, when X-rays are incident on the semiconductor layer 1, charges corresponding to the incident position and incident energy are generated on the surface of the semiconductor layer 1. When a drive signal is applied to the layer 3 for each row, the switching element (FET) 34 is turned on and a bias voltage is applied to the pixel electrode 31, the discharge current of the charge is the column electrode 21 of the signal readout layer 2. To the signal readout line. An image signal can be obtained by converting the signal current read in this way into a voltage signal by a signal readout circuit (see FIGS. 4 and 5) comprising a charge sensitive preamplifier and an integrating capacitor.
[0012]
Here, in the two-dimensional radiation detector of the present invention, as shown in the equivalent circuit diagrams of FIGS. 4 and 5, the semiconductor layer 1 is interposed between the switching element 34 and the signal readout line. Due to the distance between the two and the capacitance of the semiconductor layer 1, switching noise is difficult to ride on the signal readout line. Therefore, an image signal having an excellent S / N ratio can be obtained, and the image quality can be improved.
[0013]
In the two-dimensional radiation detector of the present invention, it is preferable to use an amplifier made of a crystalline semiconductor such as silicon as an element (charge-sensitive preamplifier) for amplifying a signal read by each column electrode. Using an amplifier made of a crystalline semiconductor has advantages in that signal noise and sensitivity are improved and the configuration of a signal readout line is simplified as compared with the case where a thin film amplifier is used.
[0014]
As the switching element (FET) used in the two-dimensional radiation detector of the present invention, a TFT (Thin Film Transistor) is preferable. Examples of the semiconductor layer used for radiation detection include a compound semiconductor such as CdTe or doped Se.
[0015]
Here, the two-dimensional radiation detector according to the present invention has a structure in which the capacitance of the semiconductor layer is interposed between the pixel electrode and the column electrode of the signal readout layer as described above. It becomes.
[0016]
That is, in this type of two-dimensional radiation detector, the semiconductor layer is usually about 500 μm thick in order to ensure the X-ray capture rate, but the equivalent capacitance of one pixel obtained with this film thickness is extremely small ( For example, when the structure of the present invention is adopted, there arises a problem that the fluctuation range associated with the generation of electric charges of the potential difference generated between both ends of the pixel capacitor becomes very large.
[0017]
In order to solve this problem, in the present invention, as shown in FIG. 7, a high dielectric constant material layer that is in contact with the column electrode 21 and the pixel electrode 31 is formed on a part of the semiconductor layer 1 constituting the pixel capacitor (an end portion of the pixel). 10 is employed. When such a high dielectric constant material layer 10 is formed, a high dielectric constant is added to the capacitance of the semiconductor layer 1 as shown in the equivalent circuit diagram of FIG. Since the additional capacitor by the material layer 10 is connected in parallel, the fluctuation range of the potential difference generated between the two ends of the pixel capacitor due to the generation of charge can be set to an appropriate range. Examples of the high dielectric constant material include barium titanate porcelain.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the two-dimensional radiation detector according to this embodiment includes a semiconductor layer 1 that converts an image of radiation into an image of electric charges, and signal readout provided on both sides of the semiconductor layer 1 so as to sandwich the semiconductor layer 1. It is mainly composed of the layer 2, the scan switch layer 3, and the drive circuit 4 connected to the scan switch layer 3.
[0020]
As shown in FIG. 2A, the signal readout layer 2 is composed of a plurality of column electrodes 21... 21 in a striped pattern divided into columns, and a signal readout circuit 5 is connected to each column electrode 21. Has been.
[0021]
As shown in FIG. 1 and FIGS. 2B to 2D, the scanning switch layer 3 includes pixel electrodes 31... 31 arranged in a matrix on the surface of the semiconductor layer 1 and the matrix pixel electrodes 31. A plurality of row electrodes 32... 32 in a stripe pattern divided corresponding to 31 rows, and a common electrode (uniform planar conductor) 33 to which a bias voltage is applied by a bias power source 35 are provided. FETs 34 are arranged between the pixel electrodes 31 and 31 and the common electrode 33, respectively.
[0022]
As shown in FIGS. 3 and 4, each FET 34 has a drain D connected to the pixel electrode 31 and a source S connected to the common electrode 33. The gate G of the FET 34 is connected to the row electrode 32, and the row electrode 32 connected to the gate G is connected to the FET control line of the drive circuit 4.
[0023]
As shown in FIG. 3, the drive circuit 4 includes a floating part 41, an optical isolation part 42, and a ground part 43.
The reason why the floating part 41 and the FET control line are electrically separated from the ground part 43 by the optical isolation part 42 in this way is that a bias voltage is applied to the source S of the FET 34 via the common electrode 33 in this embodiment. This is because it is necessary to float the FET control line connected to the gate G of the FET 34 from the ground. A configuration for electrically separating the FET control line from the ground is conceivable in addition to the use of the optical isolation unit 42 as described above.
[0024]
In the above structure, a support substrate 22 (see FIG. 7) such as glass is provided on the front side of the signal readout layer 2, and the support substrate (see FIG. 7) is also provided on the back side of the scan switch layer 3. Not shown).
[0025]
Next, the operation of the embodiment of the present invention will be described.
When X-rays enter the semiconductor layer 1, charges corresponding to the incident position and incident energy are generated on the surface of the semiconductor layer 1. The charge on the surface of the semiconductor layer 1 is read out for each pixel corresponding to each of the pixel electrodes 31... 31 by turning on the FET 34. In the present embodiment, the pixel signal current is These are taken out through each of the column electrodes 21 of the signal readout layer 2, stored in the integrating capacitor 52 of the charge sensitive preamplifier 51, outputted as a voltage signal, and sent to an A / D converter (not shown).
[0026]
For example, if a drive signal is given to the i-th FET control line and all i-th FETs 34 are turned on, the signals of the pixels corresponding to the i-row pixel electrodes 31. It will be.
[0027]
The integration switch 53 of the signal readout circuit 5 is for short-circuiting the integration capacitor 52 and discharging the capacitor 52 in preparation for the next scanning after the above A / D conversion is completed.
[0028]
Here, in the present embodiment, since the signal readout circuit 5 is connected to the column electrode 21 disposed on the surface of the semiconductor layer 1 opposite to the scan switch layer 3, the signal readout circuit 5, the FET 34, Since the semiconductor layer 1 is interposed between the FET 34 and the capacitance effect of the semiconductor layer 1 and the distance effect that the distance between the gate G of the FET 34 and the column electrode 21 of the signal readout layer 2 is increased, the FET 34 As a result, it becomes difficult for the gate leakage current and other switching noise from the scanning switch layer 3 to ride on the signal readout line and the S / N ratio of the signal current is improved, so that a high-quality image signal can be obtained. Further, since the common electrode 33 connected to the source S of the FET 34 of the scan switch layer 3 is a uniform planar conductor, there is an advantage that a shielding effect is generated and it is difficult to be influenced by external noise.
[0029]
Next, the operation of the present embodiment will be described more specifically.
FIG. 6 shows the two-dimensional radiation detector having the structure shown in FIG. 1, in which pixel electrodes 31... 31 are formed in a matrix of 1000 rows × 1000 columns, and all of the pixel electrodes 31. A time chart in the case of scanning 30 times per second by the switch layer 3 and outputting an image signal at 30 frames per second is shown.
[0030]
FIG. 6A shows the potential based on the bias voltage of the FET control line. The FET control line is sequentially set to a higher voltage by the drive circuit 4 for each row, and the FET 34 in that row (for example, i row) is turned on. Become.
[0031]
For example, paying attention to the pixel electrodes 31... 31 located in the i rows and j columns of the matrix pixel electrodes 31... 31, the potential of the semiconductor layer 1 corresponding to the pixels is accumulated as shown in FIG. However, when the i-th FET 34 is turned on, the voltage drops to the level of the bias voltage (FIG. 6B is expressed with reference to the bias voltage).
[0032]
Correspondingly, a signal read current for (i, j) pixels flows in the signal read line of the j column as shown in FIG. This signal current is stored in the integrating capacitor 52 of the charge-sensitive preamplifier 51, and is output as an integrated voltage signal as shown in FIG. 6D, and during the hold period until the integrating switch 53 is turned on. / D converted.
[0033]
FIG. 7 is a diagram schematically showing a main part structure of another embodiment of the present invention.
In this embodiment, a slit-like layer extending along the column electrode 21 is in contact with both the column electrode 21 and the pixel electrode 31 in a part of the semiconductor layer 1 (pixel end) constituting the pixel capacitor. The high dielectric constant material layer 10 is characteristically formed. When the high dielectric constant material layer 10 is formed in this way, in addition to the capacitance of the semiconductor layer 1, as shown in the equivalent circuit diagram of FIG. Since the additional capacitance due to the high dielectric constant material layer 10 is connected in parallel, the fluctuation range of the potential difference generated between both ends of the pixel capacitance due to the generation of charge can be set within an appropriate range.
[0034]
Further, as shown in the equivalent circuit diagram of FIG. 9, a method of connecting the additional capacitor 11 between the pixel electrode 31 and the predetermined common potential Va so as to be parallel to the semiconductor layer 1 is adopted. In the same manner as described above, the fluctuation range of the potential difference between the two ends of the pixel capacitor due to the generation of charges can be set within an appropriate range.
[0035]
Here, in the above embodiment, the bias power source 35 is connected to the common electrode 33 of the scan switch layer 3 to apply a bias voltage to each pixel. In addition, the equivalent circuit diagram of FIG. As described above, the bias power source 35 may be connected to the signal readout circuit 5 side.
[0036]
Further, in the above embodiment, the common electrode 33 is a uniform planar conductor, but the present invention can be implemented by adopting a configuration such as wiring pattern (bias line) routing instead. is there.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the two-dimensional radiation detector of the present invention, the signal readout layer is arranged on one surface of the semiconductor layer, the scanning switch layer is arranged on the opposite surface, and the switching element, the signal readout line, Therefore, the S / N ratio of the signal current is improved without picking up switching noise. As a result, a high quality X-ray image signal can be obtained.
[0038]
In addition, since the gate line and the data line (signal readout line) are allocated to the front and back of the semiconductor layer, the crossing distance between the gate line and the data line is more than 100 times that of the conventional one, and the crosstalk is reduced. And lowering the resistance and capacity of the data line.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing the structure of an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram schematically showing the structure of each layer of the embodiment. FIG. 3 is a connection of FETs in the embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram schematically showing the relationship. FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of the embodiment of the present invention. FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of one pixel of the embodiment of the present invention. FIG. 7 is a diagram schematically showing the main structure of another embodiment of the present invention. FIG. 8 is an equivalent circuit diagram for one pixel of the embodiment shown in FIG. FIG. 9 is an equivalent circuit diagram for one pixel according to another embodiment of the present invention. FIG. 10 is an equivalent circuit diagram for one pixel according to still another embodiment of the present invention. FIG. 12 schematically shows the structure of each layer of the two-dimensional radiation detector shown in FIG. 11. FIG. Figure 14 is an equivalent circuit diagram of a two-dimensional radiation detector shown in FIG. 11 schematically showing an FET of the connections of the two-dimensional radiation detector shown in [Description of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor layer 2 Signal read-out layer 21 Column electrode 3 Scan switch layer 31 Pixel electrode 32 Row electrode 33 Common electrode 34 FET (switching element)
35 Bias power supply 4 Drive circuit 5 Signal readout circuit 51 Charge sensitive preamplifier 52 Integration capacitor 53 Integration switch 10 High dielectric constant material layer 11 Additional capacitance

Claims (2)

放射線による像を電荷の画像に変換する半導体層と、この半導体層を挟むようにその両面にそれぞれ設けられた信号読み出し層及び走査スイッチ層と、この走査スイッチ層に接続された駆動回路を備え、
上記走査スイッチ層は、上記半導体層の表面に各画素に対応すべくマトリクス状に配置されてなる複数の画素電極と、各画素に共通のバイアス電圧を印加するための共通電極と、マトリクス状に配置された画素電極の各々と共通電極との間にそれぞれ配置されたスイッチング素子と、この各スイッチング素子に上記駆動回路からの駆動信号を行ごとに与える行電極を備え、
上記信号読み出し層は、マトリクス状に配置された画素電極の列に対応して分割された複数の列電極を有し、その列電極の各々が信号読み出しラインに接続されており、
上記列電極と各画素電極との間の、各画素に相当する部分の半導体層の一部に、それぞれ高誘電率物質層が形成されていることを特徴とする2次元放射線検出器。
A semiconductor layer for converting an image of radiation into an image of electric charge, a signal readout layer and a scan switch layer provided on both sides of the semiconductor layer so as to sandwich the semiconductor layer, and a drive circuit connected to the scan switch layer,
The scan switch layer includes a plurality of pixel electrodes arranged in a matrix to correspond to each pixel on the surface of the semiconductor layer, a common electrode for applying a common bias voltage to each pixel, and a matrix A switching element disposed between each of the disposed pixel electrodes and the common electrode, and a row electrode for supplying a driving signal from the driving circuit to each switching element for each row,
The signal readout layer has a plurality of column electrodes divided corresponding to the columns of pixel electrodes arranged in a matrix, and each of the column electrodes is connected to a signal readout line,
A two-dimensional radiation detector, wherein a high dielectric constant material layer is formed on a part of a semiconductor layer corresponding to each pixel between the column electrode and each pixel electrode.
上記信号読み出しラインには、各列電極で読み出された信号を増幅する素子として、結晶性半導体からなる増幅器が接続されていることを特徴とする請求項1に記載の2次元放射線検出器。  2. The two-dimensional radiation detector according to claim 1, wherein an amplifier made of a crystalline semiconductor is connected to the signal readout line as an element for amplifying a signal read out by each column electrode.
JP20439997A 1997-07-30 1997-07-30 Two-dimensional radiation detector Expired - Fee Related JP4088986B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP20439997A JP4088986B2 (en) 1997-07-30 1997-07-30 Two-dimensional radiation detector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP20439997A JP4088986B2 (en) 1997-07-30 1997-07-30 Two-dimensional radiation detector

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH1152058A JPH1152058A (en) 1999-02-26
JP4088986B2 true JP4088986B2 (en) 2008-05-21

Family

ID=16489908

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP20439997A Expired - Fee Related JP4088986B2 (en) 1997-07-30 1997-07-30 Two-dimensional radiation detector

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4088986B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001056382A (en) * 1999-06-07 2001-02-27 Toshiba Corp Radiation detector and radiation diagnosing device
JP2010246129A (en) * 1999-06-07 2010-10-28 Toshiba Corp Radiation detector
JP4655346B2 (en) * 2000-09-08 2011-03-23 パナソニック株式会社 X-ray equipment
JP4724311B2 (en) * 2001-05-11 2011-07-13 キヤノン株式会社 Radiation detection apparatus and imaging system using the same
JP6750635B2 (en) * 2016-01-08 2020-09-02 株式会社ニコン Imaging device and imaging device

Also Published As

Publication number Publication date
JPH1152058A (en) 1999-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
USRE42157E1 (en) Photoelectric converter, its driving method, and system including the photoelectric converter
US8384041B2 (en) Digital radiographic imaging arrays with reduced noise
US7505070B2 (en) Area sensor, image input apparatus having the same, and method of driving the area sensor
JP3457676B2 (en) Radiation imaging panel
US8368027B2 (en) Radiation detection apparatus and radiographic imaging system
KR101511388B1 (en) Digital radiographic imaging apparatus
US6323475B1 (en) Hybrid semiconductor imaging device having plural readout substrates
JPH06209097A (en) X-ray image detector
JP4949964B2 (en) Radiation image detector
JP3588053B2 (en) Electromagnetic wave detector
JPH0784055A (en) Radiation two-dimensional detector
JP4088986B2 (en) Two-dimensional radiation detector
JP4376522B2 (en) Electromagnetic wave detector
US7616244B2 (en) Photoelectric conversion device and method of driving the same
JPH01253679A (en) Radiation image sensing element
RU2388112C1 (en) Device for emission detection, device for emission image generation and system for emission image generation
JP2001053327A (en) Sensor
JP4104196B2 (en) Flat detector
JP4768978B2 (en) Radiation detector
JPH1187681A (en) Flat panel type sensor
US20090290055A1 (en) Electromagnetic wave detection element
JP4315593B2 (en) Semiconductor imaging apparatus and imaging system
JP4599001B2 (en) Image capturing apparatus and radiation imaging system
KR20240048684A (en) X-ray detector
JP2770367B2 (en) Driving method of solid-state imaging device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040407

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060403

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070508

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070704

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080205

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080218

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110307

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees