JP4269653B2 - 放射線検出器の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、Ｘ線、γ線、光等を含む放射線を検出する機能を有し、医療分野、工業分野、原子力分野に使用される放射線検出器の製造方法に係り、特に、放射線に有感な検出層が半導体で構成され、かつそれが多結晶で構成された技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、放射線検出器として、放射線に感応する検出層にＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）、ＣｄＺｎＴｅ（テルル化カドミウム亜鉛）の単結晶体を用いたものが挙げられる。この場合、ワイドギャップであって重元素で構成されるので、室温動作可能で高感度な特性のものが得られる。しかしながら、面撮像用の大面積の単結晶を成長させることは極めて困難であり、小面積の単結晶体をタイル状に貼り合わせて面検出器を構成することが試行されている。ところが、これでは産業用あるいは医用の撮像装置用に必要な数十ｃｍ角の大面積を得るためには、単結晶体の材料費が非現実的に高価になる他、継ぎ目の処理が極めて煩雑となる。
【０００３】
一方、ＣＶＤ法やＰＶＤ法等で成膜したＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）、ＣｄＺｎＴｅ（テルル化カドミウム亜鉛）の多結晶膜では、多くの結晶粒界を含み、そのまま（as deposition）では、電気的及び放射線検出特性が単結晶体の場合に比較して劣ることが発明者等の実験によって明らかになった。すなわち、Ｘ線領域の放射線検出器として用いる場合には、検出層の厚みとして、Ｘ線を吸収するために数百μｍの厚みが必要となる。このように厚い多結晶体の検出層にバイアスを印加してＸ線照射による信号電荷を収集しようとしても、発生した電荷が多結晶体の粒界等に捕捉されてしまうこと等に起因して、感度や応答性が著しく低下するのである。
【０００４】
ところで、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）の多結晶薄膜（数十μｍ）を変換層とする太陽電池のように、０．３Ｍ程度のＣｄＣｌ２（塩化カドミウム）溶液を多結晶薄膜の表面に塗布し、４２０℃程度の雰囲気下で２５分程度の熱処理を施すことにより、光変換効率が向上することが知られている(JJAP, Vol.36(1997) Part 1, No, pp6304-6305)。これは、ＣｄＣｌ２（塩化カドミウム）が熱処理によって膜中に浸透し、多結晶薄膜の粒界を保護する効果と考えられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
すなわち、太陽電池よりも百倍ほど検出層の厚みがある放射線検出器について従来の手法を適用しても、ＣｄＣｌ２（塩化カドミウム）が膜中に十分に浸透せず、十分な効果を得ることができないという問題がある。また、大面積の基板に適用するには、塗布では十分な面内均一性を得ることができないという問題もある。
【０００６】
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、Ｃｌを検出層面内でほぼ均一になるように分布させることにより、感度及び応答性が良好で、しかも面内感度が良好な放射線検出器の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
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。
【０００８】
すなわち、請求項１に記載の発明は、放射線に感応する検出層を基板に備えた放射線検出器の製造方法において、前記検出層の形成過程は、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）、ＺｎＴｅ（テルル化亜鉛）、ＣｄＺｎＴｅ（テルル化カドミウム亜鉛）の少なくとも一つを含む第１の材料と、ＣｄＣｌ ２ （塩化カドミウム）又はＺｎＣｌ ２ （塩化亜鉛）の少なくとも一つを含む第２の材料との混合体をソースとし、蒸着又は昇華法により多結晶膜又は多結晶の積層膜を形成する第１過程であることを特徴とするものである。
【０００９】
（作用・効果）第１の材料と第２の材料との混合体からなるソースにはＣｌが含まれているので、蒸着又は昇華により多結晶又は多結晶の積層膜で構成される検出層が形成される際に、同時にＣｌが前記検出層に含まれる。したがって、前記検出層の表面付近だけでなく、その深さ方向にもＣｌをほぼ均一に分布させた放射線検出器を製造できる。その結果、リーク電流を低く保ちながら放射線の検出特性（感度、応答性等）が良好な放射線検出器を製造することができる。また、Ｃｌドープを気相で行うことにより、前記検出層における結晶粒が均一化されるので（モフォロジーの改善）、面内における出力均一性が高められた放射線検出器を製造できる。
【００１０】
また、前記検出層の形成は、前記基板と前記ソースとを近接対向配置した状態で行うことが好ましい（請求項２）。
【００１１】
（作用・効果）気相によって多結晶又は多結晶の積層膜で構成される検出層を構成することにより、塗布する場合に比べてＣｌを高スループットで均一にドープでき、検出特性の優れた検出層を形成することができる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、前記検出層の形成過程は、前記第１過程の後に、前記第１過程で形成された前記検出層に対して、Ｃｌ原子を含む蒸気を前記検出層に供給しつつ加熱することによりＣｌを追加ドープする第２過程を含むことを特徴とするものである。また、蒸気に代えてＣｌを含むガスを供給するようにしてもよい（請求項７）。
【００１３】
（作用・効果）気相によって多結晶又は多結晶の積層膜で構成される検出層を構成することにより、塗布することに比較してＣｌを均一にドープした放射線検出器を得ることができる。また、前記検出層の形成時にＣｌをドープした後、前記検出層が形成された後にもさらにＣｌをドープするので、結晶粒界の保護がより好適に行われる。したがって、よりリーク電流を低減しつつ検出器特性を向上できる。
【００１４】
また、前記検出層は、ＣｄＣｌ２（塩化カドミウム）又はＺｎＣｌ（塩化亜鉛）の少なくとも一つを含む粉末またはその焼結体を対向配置した状態で熱処理を施すことによりＣｌがドープされていることが好ましい（請求項４）。
【００１５】
また、前記熱処理は、１気圧に保持したＮ２、Ｏ２、Ｈ２、希ガス（Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ）の少なくとも一つを含む雰囲気下で行うこと（請求項５）、１．３×１０−４〜０．５気圧に保持したＮ２、Ｏ２、Ｈ２、希ガス（Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ）の少なくとも一つを含む雰囲気下で行うこと（請求項６）が好ましい。
【００１６】
（作用・効果）低温で処理することができるので、リーク電流をより低減できる。また、温度を同じにすれば、より多くのＣｌを供給することができ、短時間で処理することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。
図１ないし図４はこの発明の一実施例に係り、図１は実施例に係る放射線検出器の構成を示す縦断面図であり、図２は放射線撮像装置の概略構成を示す側面図であり、図３はスイッチングマトリックス基板及び周辺回路の構成を示す回路図であり、図４は放射線撮像装置の縦断面を示す模式図である。
【００２４】
放射線検出器１は、放射線に対して透過性を有する支持基板３と、その下面側に形成されたバイアス電荷印加用の共通電極５と、この共通電極５の下面に正孔注入阻止層７と、入射した放射線に感応して電子−正孔対キャリアを生成する検出層９と、この検出層９の下面に形成された電子注入阻止層１１と、キャリア収集用の検出電極１３とを積層した状態で備えている。
【００２５】
上記の支持基板３としては、放射線の吸収係数が小さなものが好ましく、例えば、ガラス、セラミック（Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮ）、シリコン等の材料が採用可能である。この実施例では、図に示すように放射線が支持基板３側から入射する構成となっており、共通電極５に正のバイアス電圧を印加した状態で動作させる。
【００２６】
検出層９は、後述するように製造されるのが好ましく、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）、ＺｎＴｅ（テルル化亜鉛）、ＣｄＺｎＴｅ（テルル化カドミウム亜鉛）のいずれかからなる多結晶膜又はそれらの少なくとも一つを含む多結晶の積層膜５ａ，５ｂで構成され、さらに、Ｃｌがドーピングされている。
【００２７】
共通電極５や検出電極１３は、例えば、ＩＴＯ、Ａｕ、Ｐｔなどの導電材料からなる。正孔注入阻止層７としては、ｎ型層を形成するＣｄＳ、ＺｎＳ膜などが例示され、電子注入阻止層１１としては、ｐ型層を形成するＳｂ２Ｔｅ３、Ｓｂ２Ｓ３、ＺｎＴｅ膜などが例示される。
【００２８】
上記のような構成の放射線検出器１は、図２に示すように、スイッチングマトリックス基板１５と一体的に構成されて放射線撮像装置として機能する。これにより、放射線検出器１の検出層９で生成されたキャリアがスイッチングマトリックス基板１５により素子別に収集され、素子毎に蓄積されて電気信号として読み出される。
【００２９】
スイッチングマトリックス基板１５は、図３に示すように、図１における検出素子１ａに対応して、電荷蓄積容量であるコンデンサ１７と、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ１９とが形成されている。なお、説明の都合上、図３では、３×３（画素）のマトリックス構成としているが、実際には１０２４×１０２４等のさらに多くの画素を備えている。
【００３０】
スイッチングマトリックス基板１５の詳細な構造は、図４に示すようなものである。すなわち、絶縁性基板２１の上面には、コンデンサ１７の接地側電極１７ａと、薄膜トランジスタ１９のゲート電極１９ａの上に絶縁膜２３を介してコンデンサ１７の接続側電極１７ｂと、薄膜トランジスタ１９のソース電極１９ｂ及びドレイン電極１９ｃが積層形成されている。さらに、その上面には、保護用の絶縁膜２５で覆われた状態となっている。
【００３１】
また、接続側電極１７ｂとソース電極１９ｂは、同時形成されて導通されている。絶縁膜２３と絶縁膜２５としては、例えば、プラズマＳｉＮ膜が採用可能である。放射線検出器１とスイッチングマトリックス基板１５とを位置合わせして、検出電極１３とコンデンサ１７の接続側電極１７ｂとの位置を合わせ、例えば、異方導電性フィルム（ＡＣＦ）や異方導電性ペースト等を間に介在させた状態で、加熱・加圧接着して貼り合わせる。これにより放射線検出器１とスイッチングマトリックス基板１５とが貼り合わされて一体化される。このとき検出電極１３と接続側電極１７ｂとは、介在導体部２７によって導通されている。
【００３２】
さらに、スイッチングマトリックス基板１５は、読み出し駆動回路２９と、ゲート駆動回路３１とを備えている。読み出し駆動回路２９は、列が同一の薄膜トランジスタ１９のドレイン電極１９ｃを結ぶ縦方向の読み出し配線３０に接続されている。ゲート駆動回路３１は、行が同一の薄膜トランジスタ１９のゲート電極１９ａを結ぶ横方向の読み出し配線３２に接続されている。なお、図示省略しているが、読み出し駆動回路２９内では、各読み出し配線３０に対してプリアンプが接続されている。
【００３３】
なお、上記とは異なり、スイッチングマトリックス基板１５に読み出し駆動回路２９及びゲート駆動回路３１が一体的に集積されたものも用いられる。
【００３４】
次に、上記の放射線検出器１の製造方法の詳細について説明する。
【００３５】
放射線検出器１の共通電極５は、例えば、スパッタリング・蒸着等の方法で積層形成する。また、同様にして、正孔注入阻止層７を共通電極５の下面に形成する。そして、正孔注入阻止層７の下面に、例えば、次のような「近接昇華法」を用いて検出層９を形成する。
【００３６】
具体的には、蒸着チャンバ３３内に支持基板３を載置する。蒸着チャンバ３３内には、ソースＳを置くための下部サセプタ３５が配備されているので、スペーサ３７を介して蒸着面を下方に向けた状態で支持基板３を載置する。蒸着チャンバ３３の上下部には、ヒータ３９が配備されており、真空ポンプ４１を動作させて蒸着チャンバ３３内を減圧雰囲気にした後、上下部のヒータ３９によりソースＳを加熱する。これによってソースＳが昇華し、支持基板３の下面に付着して検出層９が形成される。なお、ここで検出層９は、３００μｍ程度の厚膜として形成される。
【００３７】
下部サセプタ３５にセットするソースＳとしては、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）、ＺｎＴｅ（テルル化亜鉛）、ＣｄＺｎＴｅ（テルル化カドミウム亜鉛）の少なくとも一つを含む第１の材料と、ＣｄＣｌ２（塩化カドミウム）又はＺｎＣｌ２（塩化亜鉛）の少なくとも一つを含む第２の材料との混合体が挙げられる。
【００３８】
例えば、ソースＳとして、ＣｄＣｌ２を含むＣｄＴｅをまずセットして処理した後、ソースＳを、ＣｄＣｌ２を含むＺｎＴｅに交換した後、同様の再び処理を行う。これにより検出層９の第１層９ａにＣｌを含むＣｄＴｅ膜が形成され、第２層９ｂにＣｌを含むＺｎＴｅ膜が形成される。なお、検出層９は、一層だけで構成してもよい。
【００３９】
次に、スパッタリングや蒸着等により、電子注入阻止層１１用の半導体層を積層形成した後、パターニングして電子注入阻止層１１を形成する。さらに、同様にして、検出電極１３用の金属膜を積層形成した後、パターニングして検出電極１３を形成する。以上の過程により放射線検出器１が形成される。
【００４０】
そして、上述したようにスイッチングマトリックス基板１５と放射線検出器１とを一体化して放射線撮像装置が完成する。
【００４１】
上記のように構成した放射線検出器１は、多結晶体からなる検出層９に存在する粒界等がＣｌによって保護され、かつ、Ｃｌがドープされているので、表面付近だけでなく内部にも保護が及ぶ。したがって、リーク電流を低く保ちながら放射線の検出特性（感度、応答性等）を良好なものとすることができる。また、Ｃｌドープを気相で行うことにより、検出層９における結晶粒が均一化されるので（モフォロジーの改善）、面内における出力均一性が高められる。
【００４２】
また、放射線撮像装置としては、放射線の検出特性が良好な放射線検出器１を用いて画像化できるので、医用あるいは産業用として有用な高品質の放射線画像を取得することができる。
【００４３】
なお、検出層９は、まず、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）、ＺｎＴｅ（テルル化亜鉛）、ＣｄＺｎＴｅ（テルル化カドミウム亜鉛）のいずれかからなる多結晶膜又はそれらの少なくとも一つを含む多結晶の積層膜で形成しておき、その後、Ｃｌ原子を含む蒸気を検出層９に供給しつつ加熱することによりＣｌをドープするようにしてもよい。
【００４４】
具体的には、ＣｄＣｌ２（塩化カドミウム）又はＺｎＣｌ２（塩化亜鉛）の少なくとも一つを含む粉末またはその焼結体を対向配置した状態で熱処理を施すことにより、検出層９にＣｌをドープする。
【００４５】
このときの熱処理雰囲気は、１気圧に保持したＮ２、Ｏ２、Ｈ２、希ガス（Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ）の少なくとも一つを含むことが好ましい。また、このときの熱処理雰囲気は、１．３×１０−４〜０．５気圧に保持したＮ２、Ｏ２、Ｈ２、希ガス（Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ）の少なくとも一つを含むことが好ましい。
【００４６】
このような雰囲気にすることにより、低温で処理することができるので、リーク電流をより低減できる。また、温度を同じにすれば、より多くのＣｌを供給することができ、短時間で処理が可能である。
【００４７】
また、図６に示すように、検出層９を、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）、ＺｎＴｅ（テルル化亜鉛）、ＣｄＺｎＴｅ（テルル化カドミウム亜鉛）のいずれかからなる多結晶膜又はそれらの少なくとも一つを含む多結晶の積層膜で構成した後、ソースを下部サセプタ３５にセットせず、Ｃｌ原子を含むガスを検出層９に供給しつつ加熱することによりＣｌをドープしてもよい。
【００４８】
なお、検出層９にＣｌをドープした後、さらに検出層９にＣｌを追加ドープするのが好ましい。
【００４９】
検出層９の形成時にＣｌをドープした後、検出層９が形成された後にもさらにＣｌをドープするので、結晶粒界の保護がより好適に行われる。したがって、よりリーク電流を低減しつつ放射線検出器１の特性を向上できる。
【００５０】
＜従来例と本発明との比較＞
図７は従来例における検出層の表面状態を示す写真であり、図８は本発明における検出層の表面状態を示す写真である。また、図９は従来例に係る放射線検出器による応答特性を示すグラフであり、図１０は本発明に係る放射線検出器による応答特性を示すグラフである。
【００５１】
図７及び図８に示すように、従来例と本発明とでは、明らかに結晶粒に顕著な差異があることが分かる。本発明は、Ｃｌドープは蒸気やガスなどの気相で行うことにより、検出層９における結晶粒が均一化されるので（モフォロジーの改善）、面内における出力均一性が高められる。
【００５２】
また、図９及び図１０に示すグラフから、本発明は従来例に比較して応答性が向上していることが明らかである。これらはそれぞれに矩形パルス状の放射線を放射線検出器１に入射した際の、出力信号をグラフ化したものであり、本発明は従来例に比較して立ち上がりが速く、しかも立ち下がりも速くなっている。
【００５３】
なお、この発明は上述した実施例に限定されるものではなく、以下のように変形実施が可能である。
【００５４】
（１）上述した実施例のように放射線検出器１は、正孔注入阻止層７と電子注入阻止層１１を必ずしも備える必要はなく、特性によってはそれらの少なくとも一方を省略した構成としてもよい。また、印加するバイアス極性により、正孔注入阻止層７と電子注入阻止層１１を入れ替えた構成も可能である。
【００５５】
（２）実施例のように平面視矩形状の二次元放射線検出器に限定されるものではなく、一次元の放射線検出器であってもよい。
【００５６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、この発明によれば、ＺｎＴｅ（テルル化亜鉛）、ＣｄＺｎＴｅ（テルル化カドミウム亜鉛）の少なくとも一つを含む第１の材料と、ＣｄＣｌ２（塩化カドミウム）又はＺｎＣｌ２（塩化亜鉛）の少なくとも一つを含む第２の材料との混合体からなるソースＳにはＣｌが含まれているので、蒸着又は昇華により多結晶又は多結晶の積層膜で構成される検出層９が形成される際に、同時にＣｌが検出層９に含まれる。したがって、検出層９の表面付近だけでなく、その深さ方向にもＣｌをほぼ均一に分布させることができる。その結果、リーク電流を低く保ちながら放射線の検出特性（感度、応答性等）を良好なものとすることができる。また、Ｃｌドープを気相で行うことにより、検出層９における結晶粒が均一化されるので（モフォロジーの改善）、面内における出力均一性が高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例に係る放射線検出器の構成を示す縦断面図である。
【図２】 放射線撮像装置の概略構成を示す側面図である。
【図３】 スイッチングマトリックス基板及び周辺回路の構成構成を示す回路図である。
【図４】 放射線撮像装置の縦断面を示す模式図である。
【図５】 放射線検出器に検出層を成膜する一工程の状態を示す模式図である。
【図６】 放射線検出器に検出層を成膜する他の一工程の状態を示す模式図である。
【図７】 従来例における検出層の表面状態を示す写真である。
【図８】 本発明における検出層の表面状態を示す写真である。
【図９】 従来例に係る放射線検出器による応答特性を示すグラフである。
【図１０】 本発明に係る放射線検出器による応答特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１ … 放射線検出器
３ … 支持基板
５ … 共通電極
９ … 検出層
９ａ … 第１層
９ｂ … 第２層
１３ … 検出電極
１５ … スイッチングマトリックス基板
１７ … コンデンサ
１９ … 薄膜トランジスタ
２１ … 絶縁性基板
２３ … 絶縁膜
２９ … 読み出し駆動回路
３１ … ゲート駆動回路
【発明の属する技術分野】
この発明は、Ｘ線、γ線、光等を含む放射線を検出する機能を有し、医療分野、工業分野、原子力分野に使用される放射線検出器の製造方法に係り、特に、放射線に有感な検出層が半導体で構成され、かつそれが多結晶で構成された技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、放射線検出器として、放射線に感応する検出層にＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）、ＣｄＺｎＴｅ（テルル化カドミウム亜鉛）の単結晶体を用いたものが挙げられる。この場合、ワイドギャップであって重元素で構成されるので、室温動作可能で高感度な特性のものが得られる。しかしながら、面撮像用の大面積の単結晶を成長させることは極めて困難であり、小面積の単結晶体をタイル状に貼り合わせて面検出器を構成することが試行されている。ところが、これでは産業用あるいは医用の撮像装置用に必要な数十ｃｍ角の大面積を得るためには、単結晶体の材料費が非現実的に高価になる他、継ぎ目の処理が極めて煩雑となる。
【０００３】
一方、ＣＶＤ法やＰＶＤ法等で成膜したＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）、ＣｄＺｎＴｅ（テルル化カドミウム亜鉛）の多結晶膜では、多くの結晶粒界を含み、そのまま（as deposition）では、電気的及び放射線検出特性が単結晶体の場合に比較して劣ることが発明者等の実験によって明らかになった。すなわち、Ｘ線領域の放射線検出器として用いる場合には、検出層の厚みとして、Ｘ線を吸収するために数百μｍの厚みが必要となる。このように厚い多結晶体の検出層にバイアスを印加してＸ線照射による信号電荷を収集しようとしても、発生した電荷が多結晶体の粒界等に捕捉されてしまうこと等に起因して、感度や応答性が著しく低下するのである。
【０００４】
ところで、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）の多結晶薄膜（数十μｍ）を変換層とする太陽電池のように、０．３Ｍ程度のＣｄＣｌ２（塩化カドミウム）溶液を多結晶薄膜の表面に塗布し、４２０℃程度の雰囲気下で２５分程度の熱処理を施すことにより、光変換効率が向上することが知られている(JJAP, Vol.36(1997) Part 1, No, pp6304-6305)。これは、ＣｄＣｌ２（塩化カドミウム）が熱処理によって膜中に浸透し、多結晶薄膜の粒界を保護する効果と考えられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
すなわち、太陽電池よりも百倍ほど検出層の厚みがある放射線検出器について従来の手法を適用しても、ＣｄＣｌ２（塩化カドミウム）が膜中に十分に浸透せず、十分な効果を得ることができないという問題がある。また、大面積の基板に適用するには、塗布では十分な面内均一性を得ることができないという問題もある。
【０００６】
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、Ｃｌを検出層面内でほぼ均一になるように分布させることにより、感度及び応答性が良好で、しかも面内感度が良好な放射線検出器の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
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。
【０００８】
すなわち、請求項１に記載の発明は、放射線に感応する検出層を基板に備えた放射線検出器の製造方法において、前記検出層の形成過程は、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）、ＺｎＴｅ（テルル化亜鉛）、ＣｄＺｎＴｅ（テルル化カドミウム亜鉛）の少なくとも一つを含む第１の材料と、ＣｄＣｌ ２ （塩化カドミウム）又はＺｎＣｌ ２ （塩化亜鉛）の少なくとも一つを含む第２の材料との混合体をソースとし、蒸着又は昇華法により多結晶膜又は多結晶の積層膜を形成する第１過程であることを特徴とするものである。
【０００９】
（作用・効果）第１の材料と第２の材料との混合体からなるソースにはＣｌが含まれているので、蒸着又は昇華により多結晶又は多結晶の積層膜で構成される検出層が形成される際に、同時にＣｌが前記検出層に含まれる。したがって、前記検出層の表面付近だけでなく、その深さ方向にもＣｌをほぼ均一に分布させた放射線検出器を製造できる。その結果、リーク電流を低く保ちながら放射線の検出特性（感度、応答性等）が良好な放射線検出器を製造することができる。また、Ｃｌドープを気相で行うことにより、前記検出層における結晶粒が均一化されるので（モフォロジーの改善）、面内における出力均一性が高められた放射線検出器を製造できる。
【００１０】
また、前記検出層の形成は、前記基板と前記ソースとを近接対向配置した状態で行うことが好ましい（請求項２）。
【００１１】
（作用・効果）気相によって多結晶又は多結晶の積層膜で構成される検出層を構成することにより、塗布する場合に比べてＣｌを高スループットで均一にドープでき、検出特性の優れた検出層を形成することができる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、前記検出層の形成過程は、前記第１過程の後に、前記第１過程で形成された前記検出層に対して、Ｃｌ原子を含む蒸気を前記検出層に供給しつつ加熱することによりＣｌを追加ドープする第２過程を含むことを特徴とするものである。また、蒸気に代えてＣｌを含むガスを供給するようにしてもよい（請求項７）。
【００１３】
（作用・効果）気相によって多結晶又は多結晶の積層膜で構成される検出層を構成することにより、塗布することに比較してＣｌを均一にドープした放射線検出器を得ることができる。また、前記検出層の形成時にＣｌをドープした後、前記検出層が形成された後にもさらにＣｌをドープするので、結晶粒界の保護がより好適に行われる。したがって、よりリーク電流を低減しつつ検出器特性を向上できる。
【００１４】
また、前記検出層は、ＣｄＣｌ２（塩化カドミウム）又はＺｎＣｌ（塩化亜鉛）の少なくとも一つを含む粉末またはその焼結体を対向配置した状態で熱処理を施すことによりＣｌがドープされていることが好ましい（請求項４）。
【００１５】
また、前記熱処理は、１気圧に保持したＮ２、Ｏ２、Ｈ２、希ガス（Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ）の少なくとも一つを含む雰囲気下で行うこと（請求項５）、１．３×１０−４〜０．５気圧に保持したＮ２、Ｏ２、Ｈ２、希ガス（Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ）の少なくとも一つを含む雰囲気下で行うこと（請求項６）が好ましい。
【００１６】
（作用・効果）低温で処理することができるので、リーク電流をより低減できる。また、温度を同じにすれば、より多くのＣｌを供給することができ、短時間で処理することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。
図１ないし図４はこの発明の一実施例に係り、図１は実施例に係る放射線検出器の構成を示す縦断面図であり、図２は放射線撮像装置の概略構成を示す側面図であり、図３はスイッチングマトリックス基板及び周辺回路の構成を示す回路図であり、図４は放射線撮像装置の縦断面を示す模式図である。
【００２４】
放射線検出器１は、放射線に対して透過性を有する支持基板３と、その下面側に形成されたバイアス電荷印加用の共通電極５と、この共通電極５の下面に正孔注入阻止層７と、入射した放射線に感応して電子−正孔対キャリアを生成する検出層９と、この検出層９の下面に形成された電子注入阻止層１１と、キャリア収集用の検出電極１３とを積層した状態で備えている。
【００２５】
上記の支持基板３としては、放射線の吸収係数が小さなものが好ましく、例えば、ガラス、セラミック（Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮ）、シリコン等の材料が採用可能である。この実施例では、図に示すように放射線が支持基板３側から入射する構成となっており、共通電極５に正のバイアス電圧を印加した状態で動作させる。
【００２６】
検出層９は、後述するように製造されるのが好ましく、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）、ＺｎＴｅ（テルル化亜鉛）、ＣｄＺｎＴｅ（テルル化カドミウム亜鉛）のいずれかからなる多結晶膜又はそれらの少なくとも一つを含む多結晶の積層膜５ａ，５ｂで構成され、さらに、Ｃｌがドーピングされている。
【００２７】
共通電極５や検出電極１３は、例えば、ＩＴＯ、Ａｕ、Ｐｔなどの導電材料からなる。正孔注入阻止層７としては、ｎ型層を形成するＣｄＳ、ＺｎＳ膜などが例示され、電子注入阻止層１１としては、ｐ型層を形成するＳｂ２Ｔｅ３、Ｓｂ２Ｓ３、ＺｎＴｅ膜などが例示される。
【００２８】
上記のような構成の放射線検出器１は、図２に示すように、スイッチングマトリックス基板１５と一体的に構成されて放射線撮像装置として機能する。これにより、放射線検出器１の検出層９で生成されたキャリアがスイッチングマトリックス基板１５により素子別に収集され、素子毎に蓄積されて電気信号として読み出される。
【００２９】
スイッチングマトリックス基板１５は、図３に示すように、図１における検出素子１ａに対応して、電荷蓄積容量であるコンデンサ１７と、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ１９とが形成されている。なお、説明の都合上、図３では、３×３（画素）のマトリックス構成としているが、実際には１０２４×１０２４等のさらに多くの画素を備えている。
【００３０】
スイッチングマトリックス基板１５の詳細な構造は、図４に示すようなものである。すなわち、絶縁性基板２１の上面には、コンデンサ１７の接地側電極１７ａと、薄膜トランジスタ１９のゲート電極１９ａの上に絶縁膜２３を介してコンデンサ１７の接続側電極１７ｂと、薄膜トランジスタ１９のソース電極１９ｂ及びドレイン電極１９ｃが積層形成されている。さらに、その上面には、保護用の絶縁膜２５で覆われた状態となっている。
【００３１】
また、接続側電極１７ｂとソース電極１９ｂは、同時形成されて導通されている。絶縁膜２３と絶縁膜２５としては、例えば、プラズマＳｉＮ膜が採用可能である。放射線検出器１とスイッチングマトリックス基板１５とを位置合わせして、検出電極１３とコンデンサ１７の接続側電極１７ｂとの位置を合わせ、例えば、異方導電性フィルム（ＡＣＦ）や異方導電性ペースト等を間に介在させた状態で、加熱・加圧接着して貼り合わせる。これにより放射線検出器１とスイッチングマトリックス基板１５とが貼り合わされて一体化される。このとき検出電極１３と接続側電極１７ｂとは、介在導体部２７によって導通されている。
【００３２】
さらに、スイッチングマトリックス基板１５は、読み出し駆動回路２９と、ゲート駆動回路３１とを備えている。読み出し駆動回路２９は、列が同一の薄膜トランジスタ１９のドレイン電極１９ｃを結ぶ縦方向の読み出し配線３０に接続されている。ゲート駆動回路３１は、行が同一の薄膜トランジスタ１９のゲート電極１９ａを結ぶ横方向の読み出し配線３２に接続されている。なお、図示省略しているが、読み出し駆動回路２９内では、各読み出し配線３０に対してプリアンプが接続されている。
【００３３】
なお、上記とは異なり、スイッチングマトリックス基板１５に読み出し駆動回路２９及びゲート駆動回路３１が一体的に集積されたものも用いられる。
【００３４】
次に、上記の放射線検出器１の製造方法の詳細について説明する。
【００３５】
放射線検出器１の共通電極５は、例えば、スパッタリング・蒸着等の方法で積層形成する。また、同様にして、正孔注入阻止層７を共通電極５の下面に形成する。そして、正孔注入阻止層７の下面に、例えば、次のような「近接昇華法」を用いて検出層９を形成する。
【００３６】
具体的には、蒸着チャンバ３３内に支持基板３を載置する。蒸着チャンバ３３内には、ソースＳを置くための下部サセプタ３５が配備されているので、スペーサ３７を介して蒸着面を下方に向けた状態で支持基板３を載置する。蒸着チャンバ３３の上下部には、ヒータ３９が配備されており、真空ポンプ４１を動作させて蒸着チャンバ３３内を減圧雰囲気にした後、上下部のヒータ３９によりソースＳを加熱する。これによってソースＳが昇華し、支持基板３の下面に付着して検出層９が形成される。なお、ここで検出層９は、３００μｍ程度の厚膜として形成される。
【００３７】
下部サセプタ３５にセットするソースＳとしては、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）、ＺｎＴｅ（テルル化亜鉛）、ＣｄＺｎＴｅ（テルル化カドミウム亜鉛）の少なくとも一つを含む第１の材料と、ＣｄＣｌ２（塩化カドミウム）又はＺｎＣｌ２（塩化亜鉛）の少なくとも一つを含む第２の材料との混合体が挙げられる。
【００３８】
例えば、ソースＳとして、ＣｄＣｌ２を含むＣｄＴｅをまずセットして処理した後、ソースＳを、ＣｄＣｌ２を含むＺｎＴｅに交換した後、同様の再び処理を行う。これにより検出層９の第１層９ａにＣｌを含むＣｄＴｅ膜が形成され、第２層９ｂにＣｌを含むＺｎＴｅ膜が形成される。なお、検出層９は、一層だけで構成してもよい。
【００３９】
次に、スパッタリングや蒸着等により、電子注入阻止層１１用の半導体層を積層形成した後、パターニングして電子注入阻止層１１を形成する。さらに、同様にして、検出電極１３用の金属膜を積層形成した後、パターニングして検出電極１３を形成する。以上の過程により放射線検出器１が形成される。
【００４０】
そして、上述したようにスイッチングマトリックス基板１５と放射線検出器１とを一体化して放射線撮像装置が完成する。
【００４１】
上記のように構成した放射線検出器１は、多結晶体からなる検出層９に存在する粒界等がＣｌによって保護され、かつ、Ｃｌがドープされているので、表面付近だけでなく内部にも保護が及ぶ。したがって、リーク電流を低く保ちながら放射線の検出特性（感度、応答性等）を良好なものとすることができる。また、Ｃｌドープを気相で行うことにより、検出層９における結晶粒が均一化されるので（モフォロジーの改善）、面内における出力均一性が高められる。
【００４２】
また、放射線撮像装置としては、放射線の検出特性が良好な放射線検出器１を用いて画像化できるので、医用あるいは産業用として有用な高品質の放射線画像を取得することができる。
【００４３】
なお、検出層９は、まず、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）、ＺｎＴｅ（テルル化亜鉛）、ＣｄＺｎＴｅ（テルル化カドミウム亜鉛）のいずれかからなる多結晶膜又はそれらの少なくとも一つを含む多結晶の積層膜で形成しておき、その後、Ｃｌ原子を含む蒸気を検出層９に供給しつつ加熱することによりＣｌをドープするようにしてもよい。
【００４４】
具体的には、ＣｄＣｌ２（塩化カドミウム）又はＺｎＣｌ２（塩化亜鉛）の少なくとも一つを含む粉末またはその焼結体を対向配置した状態で熱処理を施すことにより、検出層９にＣｌをドープする。
【００４５】
このときの熱処理雰囲気は、１気圧に保持したＮ２、Ｏ２、Ｈ２、希ガス（Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ）の少なくとも一つを含むことが好ましい。また、このときの熱処理雰囲気は、１．３×１０−４〜０．５気圧に保持したＮ２、Ｏ２、Ｈ２、希ガス（Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ）の少なくとも一つを含むことが好ましい。
【００４６】
このような雰囲気にすることにより、低温で処理することができるので、リーク電流をより低減できる。また、温度を同じにすれば、より多くのＣｌを供給することができ、短時間で処理が可能である。
【００４７】
また、図６に示すように、検出層９を、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）、ＺｎＴｅ（テルル化亜鉛）、ＣｄＺｎＴｅ（テルル化カドミウム亜鉛）のいずれかからなる多結晶膜又はそれらの少なくとも一つを含む多結晶の積層膜で構成した後、ソースを下部サセプタ３５にセットせず、Ｃｌ原子を含むガスを検出層９に供給しつつ加熱することによりＣｌをドープしてもよい。
【００４８】
なお、検出層９にＣｌをドープした後、さらに検出層９にＣｌを追加ドープするのが好ましい。
【００４９】
検出層９の形成時にＣｌをドープした後、検出層９が形成された後にもさらにＣｌをドープするので、結晶粒界の保護がより好適に行われる。したがって、よりリーク電流を低減しつつ放射線検出器１の特性を向上できる。
【００５０】
＜従来例と本発明との比較＞
図７は従来例における検出層の表面状態を示す写真であり、図８は本発明における検出層の表面状態を示す写真である。また、図９は従来例に係る放射線検出器による応答特性を示すグラフであり、図１０は本発明に係る放射線検出器による応答特性を示すグラフである。
【００５１】
図７及び図８に示すように、従来例と本発明とでは、明らかに結晶粒に顕著な差異があることが分かる。本発明は、Ｃｌドープは蒸気やガスなどの気相で行うことにより、検出層９における結晶粒が均一化されるので（モフォロジーの改善）、面内における出力均一性が高められる。
【００５２】
また、図９及び図１０に示すグラフから、本発明は従来例に比較して応答性が向上していることが明らかである。これらはそれぞれに矩形パルス状の放射線を放射線検出器１に入射した際の、出力信号をグラフ化したものであり、本発明は従来例に比較して立ち上がりが速く、しかも立ち下がりも速くなっている。
【００５３】
なお、この発明は上述した実施例に限定されるものではなく、以下のように変形実施が可能である。
【００５４】
（１）上述した実施例のように放射線検出器１は、正孔注入阻止層７と電子注入阻止層１１を必ずしも備える必要はなく、特性によってはそれらの少なくとも一方を省略した構成としてもよい。また、印加するバイアス極性により、正孔注入阻止層７と電子注入阻止層１１を入れ替えた構成も可能である。
【００５５】
（２）実施例のように平面視矩形状の二次元放射線検出器に限定されるものではなく、一次元の放射線検出器であってもよい。
【００５６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、この発明によれば、ＺｎＴｅ（テルル化亜鉛）、ＣｄＺｎＴｅ（テルル化カドミウム亜鉛）の少なくとも一つを含む第１の材料と、ＣｄＣｌ２（塩化カドミウム）又はＺｎＣｌ２（塩化亜鉛）の少なくとも一つを含む第２の材料との混合体からなるソースＳにはＣｌが含まれているので、蒸着又は昇華により多結晶又は多結晶の積層膜で構成される検出層９が形成される際に、同時にＣｌが検出層９に含まれる。したがって、検出層９の表面付近だけでなく、その深さ方向にもＣｌをほぼ均一に分布させることができる。その結果、リーク電流を低く保ちながら放射線の検出特性（感度、応答性等）を良好なものとすることができる。また、Ｃｌドープを気相で行うことにより、検出層９における結晶粒が均一化されるので（モフォロジーの改善）、面内における出力均一性が高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例に係る放射線検出器の構成を示す縦断面図である。
【図２】 放射線撮像装置の概略構成を示す側面図である。
【図３】 スイッチングマトリックス基板及び周辺回路の構成構成を示す回路図である。
【図４】 放射線撮像装置の縦断面を示す模式図である。
【図５】 放射線検出器に検出層を成膜する一工程の状態を示す模式図である。
【図６】 放射線検出器に検出層を成膜する他の一工程の状態を示す模式図である。
【図７】 従来例における検出層の表面状態を示す写真である。
【図８】 本発明における検出層の表面状態を示す写真である。
【図９】 従来例に係る放射線検出器による応答特性を示すグラフである。
【図１０】 本発明に係る放射線検出器による応答特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１ … 放射線検出器
３ … 支持基板
５ … 共通電極
９ … 検出層
９ａ … 第１層
９ｂ … 第２層
１３ … 検出電極
１５ … スイッチングマトリックス基板
１７ … コンデンサ
１９ … 薄膜トランジスタ
２１ … 絶縁性基板
２３ … 絶縁膜
２９ … 読み出し駆動回路
３１ … ゲート駆動回路
Claims (7)
- 放射線に感応する検出層を基板に備えた放射線検出器の製造方法において、前記検出層の形成過程は、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）、ＺｎＴｅ（テルル化亜鉛）、ＣｄＺｎＴｅ（テルル化カドミウム亜鉛）の少なくとも一つを含む第１の材料と、ＣｄＣｌ ２ （塩化カドミウム）又はＺｎＣｌ ２ （塩化亜鉛）の少なくとも一つを含む第２の材料との混合体をソースとし、蒸着又は昇華法により多結晶膜又は多結晶の積層膜を形成する第１過程であることを特徴とする放射線検出器の製造方法。
- 請求項１に記載の放射線検出器の製造方法において、前記基板と前記ソースとを近接対向配置した状態で昇華法によって前記検出層を形成したことを特徴とする放射線検出器の製造方法。
- 請求項１又は２のいずれかに記載の放射線検出器の製造方法において、前記検出層の形成過程は、前記第１過程の後に、前記第１過程で形成された前記検出層に対して、Ｃｌ原子を含む蒸気を前記検出層に供給しつつ加熱することによりＣｌを追加ドープする第２過程を含むことを特徴とする放射線検出器の製造方法。
- 請求項３に記載の放射線検出器の製造方法において、前記検出層は、ＣｄＣｌ２（塩化カドミウム）又はＺｎＣｌ２（塩化亜鉛）の少なくとも一つを含む粉末またはその焼結体を対向配置した状態で熱処理を施すことによりＣｌが追加ドープされることを特徴とする放射線検出器の製造方法。
- 請求項４に記載の放射線検出器の製造方法において、前記熱処理は、１気圧に保持したＮ２、Ｏ２、Ｈ２、希ガス（Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ）の少なくとも一つを含む雰囲気下で行うことを特徴とする放射線検出器の製造方法。
- 請求項４に記載の放射線検出器の製造方法において、前記熱処理は、１．３×１０−４〜０．５気圧に保持したＮ２、Ｏ２、Ｈ２、希ガス（Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ）の少なくとも一つを含む雰囲気下で行うことを特徴とする放射線検出器の製造方法。
- 請求項１又は２のいずれかに記載の放射線検出器の製造方法において、形成された前記検出層に対して、Ｃｌ原子を含むガスを前記検出層に供給しつつ加熱することによりＣｌを追加ドープすることを特徴とする放射線検出器の製造方法。
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