JP4586939B2 - 放射線検出器 - Google Patents
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Description
本発明は、産業用あるいは医用の放射線検出器に係り、特に放射線を直接キャリアに変換する放射線検出器の構造に関するものである。
従来より、放射線を半導体層にて直接キャリア（電荷情報）に変換する直接変換型放射線検出器では、放射線に感応する半導体層の表面に形成された共通電極に、所定のバイアス電圧を印加することで、半導体層に生成したキャリアを半導体層の裏面に形成された画素電極に収集する。さらにこの収集されたキャリアを放射線検出信号として取り出すことで放射線の検出を行っている。
放射線感応型の半導体層として、特にａ−Ｓｅ（アモルファス・セレン）のようなアモルファス半導体層を用いると、真空蒸着等の方法により、容易に大面積かつ厚い半導体層を形成することができる。このように、アモルファス半導体層は２次元アレイ型放射線検出器の放射線変換層として構成することができる。
しかしながら、直接変換型の放射線検出器は高電圧を共通電極に印加して使用するので、暗電流増加と沿面放電の問題が発生する。さらに、放射線検出器が大面積になるほど、温度変化による反りや亀裂の問題が発生する。まず、特許文献１および図６では、暗電流を低減する方法として共通電極３と半導体層１との間にキャリア選択性の高抵抗膜５が挟まれており、また、沿面放電の問題を解決するために、アモルファス半導体層１とキャリア選択性の高抵抗膜５と共通電極３の表面全体を高耐電圧の絶縁膜として硬化性合成樹脂膜７（シリコーン樹脂）が覆われている。しかしながら、この構造では、温度変化により放射線検出器に反りが生じ、硬化性合成樹脂膜７、アモルファス半導体層１、共通電極３やキャリア選択性の高抵抗膜５に亀裂が入り、沿面放電耐圧が不十分となる。
そこで、特許文献２および図７では、放射線検出器に反りや亀裂を生じさせないために、絶縁性基板１１と同程度の熱膨張係数をもつ補助板９を絶縁性基板１１とで、高耐電圧の硬化性合成樹脂膜７を挟み込むように固定されている。ここで、硬化性合成樹脂膜７としてシリコーン樹脂を使用すると、シリコーン樹脂の硬度が劣るので、放射線検出器の熱収縮による反りを押さえ込むことができず、アモルファス半導体層１、共通電極３およびキャリア選択性の高抵抗膜５に亀裂が入る。以上の理由より、特許文献２では、硬化性合成樹脂膜７としてエポキシ樹脂を使用している。
しかしながら、エポキシ樹脂の溶剤成分がアモルファス半導体層１であるａ−Ｓｅと反応し、アモルファス半導体層１の表面が変色するとともに、耐電圧が低下する問題が特許文献２で提示されている。そこで、特許文献２および図７では、Ｓｂ２Ｓ３膜のような耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜５がアモルファス半導体層１の表面全体に覆われている。これより、エポキシ樹脂の溶剤成分とａ−Ｓｅとの反応を低減し、アモルファス半導体層１の表面が変色することもなく、耐電圧が低下することもない。
また、特許文献３には、反りや亀裂の問題の解決方法として、硬化性合成樹脂膜７にシラン化合物を使用している。こうすれば、シラン化合物からなるモールド材そのものの熱膨張係数を絶縁性基板と同じにすることができるので、補助板９を使用しなくても、反りや亀裂を抑えることができる。
特開２００２−００９２６８号公報
特開２００２−３１１１４４号公報
特開２００２−１１６２５９号公報
しかしながら、上記文献にも開示されていない新たな問題が発見された。それは、図７に示されるようにアモルファス半導体層１の表面全体を耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜５で覆っているにもかかわらず、アモルファス半導体層１のａ−Ｓｅが硬化性合成樹脂膜７であるエポキシ樹脂の溶剤と反応することである。この反応は比較的に小さいものであり、アモルファス半導体層１の表面に変色および耐電圧低下こそ生じないものの、長時間経過すると暗電流増加等の性能劣化が起こることが新たに確認された。図８は、図７の構造の放射線検出器で検出された暗電流の大きさを示した写真である。暗電流が大きい画素領域は白く映るように、暗電流の大きさを白色の濃淡で示している。この写真によれば、エポキシ樹脂の溶剤とアモルファス半導体とが反応した画素領域は抵抗率が下がり、放射線を照射していないにもかかわらず、バイアス電圧の印加による暗電流が増加して、暗電流が画面上に白く映し出されている。
また、シラン化合物は絶縁性基板１１であるガラス基板と熱膨張係数が同等であるものの、ａ−Ｓｅ半導体層の熱膨張と収縮に耐え得る強度を持たすためには、数ｍｍ以上の厚さと、完全な加水分解反応による架橋形成が必要である。しかしながら、大面積半導体層上への塗布膜を得るためには架橋反応の途中で有機溶剤に溶解させる必要があり、これにより、シラン化合物の濃度が低下して十分な強度を得ることができない。また、強度を得るためには、塗布後、有機溶剤を完全に揮発させて高濃度の厚膜を形成する必要があり、少なくとも４０℃以上８０℃以下に加熱させなければならない。この加熱により、シラン化合物の硬化が促進されるが、ａ−Ｓｅ半導体層はアモルファス状態から結晶化する問題が発生した。つまり、ａ−Ｓｅのようなアモルファス半導体はガラス転移温度が低いので、常温で硬化する硬化性合成樹脂膜７を選択しなければならない。
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、アモルファス半導体層１と硬化性合成樹脂膜７の溶剤成分との化学反応を防ぐことで暗電流の増加を抑止し、また、硬化性合成樹脂膜７を硬化させる際、アモルファス半導体を結晶化させることなく、また、温度変化による反りや亀裂が生じない放射線検出器を提供することを目的とする。
本願の発明者は鋭意研究した結果、次の知見を得ることができた。まず、ａ−Ｓｅと反応している物質が何であるかを特定するために、ａ−Ｓｅにエポキシ樹脂の主剤と硬化剤をそれぞれ塗布した。すると、エポキシ樹脂の主剤を塗布した面ではａ−Ｓｅの劣化は認められなかったが、硬化剤を塗布した面ではａ−Ｓｅの暗電流が増加する劣化が認められた。以上の実験より、エポキシ樹脂の溶剤成分の中でａ−Ｓｅと反応する成分が、硬化剤に含まれるアミン系化合物であると推定される。
また、図７に示されるように、アモルファス半導体層１の表面全体をキャリア選択性の高抵抗膜５で覆っているにもかかわらず、アモルファス半導体層１がエポキシ樹脂の硬化剤のアミン系化合物と化学反応する原因は、キャリア選択性の高抵抗膜５が、図９に示されるように、完全に緻密な膜ではないことに起因することが判明した。図９はキャリア選択性の高抵抗膜５の断面電子顕微鏡写真であり、この写真よりキャリア選択性の高抵抗膜５の内部に緻密でない領域があることが判明した。このキャリア選択性の高抵抗膜５の不完全緻密性の影響を無くし、アミン系化合物の浸透を防ぐためには、キャリア選択性の高抵抗膜５の膜厚を厚くしなければならない。しかしながら、膜厚を厚くすればするほどキャリアの走行性が劣化し、特に数μｍを越えると放射線の検出感度が低下するので、キャリア選択性の高抵抗膜５の膜厚を厚くするのにも限界がある。そこで、キャリア選択性の高抵抗膜５の膜厚を厚くすることなく、アモルファス半導体層１と硬化性合成樹脂膜７の硬化剤のアミン系化合物との化学反応を抑止するために、新たにバリア層を形成することで暗電流の増加が生じない放射線検出器を製作することができる。
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、この発明の放射線検出器は、（ａ）放射線の入射によりキャリアを生成する放射線感応型の半導体層と、（ｂ）前記半導体層の上面に形成されるとともに、キャリアを選択して透過させる高抵抗膜と、（ｃ）前記高抵抗膜の上面に形成されるとともに、前記高抵抗膜および前記半導体層にバイアス電圧を印加する共通電極と、（ｄ）前記半導体層の下面に形成されるとともに、前記半導体層で生成したキャリアを画素ごとに読み出すマトリックス基板と、（ｅ）前記半導体層、前記高抵抗膜および前記共通電極の露出面全体を覆う絶縁性のバリア層と、（ｆ）前記バリア層の表面全体を覆う硬化性合成樹脂膜と、（ｇ）前記硬化性合成樹脂膜の上面に固定されるとともに、マトリックス基板と同程度の熱膨張係数を有する絶縁性の補助板とを備え、（ｈ）前記バリア層は、前記硬化性合成樹脂膜と接着性を有し、（ｉ）前記バリア層は、前記半導体層と前記硬化性合成樹脂膜との化学反応を抑止するとともに、（ｊ）前記バリア層は、前記半導体層とは化学反応しないことを特徴とする。
すなわち、この発明の放射線検出器は、（ａ）放射線の入射によりキャリアを生成する放射線感応型の半導体層と、（ｂ）前記半導体層の上面に形成されるとともに、キャリアを選択して透過させる高抵抗膜と、（ｃ）前記高抵抗膜の上面に形成されるとともに、前記高抵抗膜および前記半導体層にバイアス電圧を印加する共通電極と、（ｄ）前記半導体層の下面に形成されるとともに、前記半導体層で生成したキャリアを画素ごとに読み出すマトリックス基板と、（ｅ）前記半導体層、前記高抵抗膜および前記共通電極の露出面全体を覆う絶縁性のバリア層と、（ｆ）前記バリア層の表面全体を覆う硬化性合成樹脂膜と、（ｇ）前記硬化性合成樹脂膜の上面に固定されるとともに、マトリックス基板と同程度の熱膨張係数を有する絶縁性の補助板とを備え、（ｈ）前記バリア層は、前記硬化性合成樹脂膜と接着性を有し、（ｉ）前記バリア層は、前記半導体層と前記硬化性合成樹脂膜との化学反応を抑止するとともに、（ｊ）前記バリア層は、前記半導体層とは化学反応しないことを特徴とする。
この発明の放射線検出器によれば、半導体層、高抵抗膜および共通電極の露出面上と硬化性合成樹脂膜との間にバリア層を新たに備えることで、半導体層と硬化性合成樹脂膜との化学反応をさらに抑止することができる。また、バリア層と半導体層は化学反応を起こさないので半導体層を劣化させることもない。また、共通電極と半導体層との間に高抵抗膜を形成することで暗電流の増加を防ぐことができる。また、バリア層は、硬化性合成樹脂膜と接着性を有することで、機械的応力の歪みが集中するのを低減する。さらに、半導体層および硬化性合成樹脂膜を補助板とマトリックス基板とで挟むことで、温度変化による反りや亀裂を生じさせることのない放射線検出器を製作することができる。
上述した放射線検出器において、マトリックス基板は、半導体層で生成したキャリアを画素ごとに収集する画素電極と、収集されたキャリアの数に相応した電荷を蓄積するコンデンサと、蓄積された電荷を読み出すスイッチ素子と、格子状に配列されつつ、各格子点に設けられた前記スイッチ素子と接続された電極配線とで構成されるアクティブマトリックス基板を採用してもよい。これより、大画面でありながらクロストークの影響の小さい放射線検出器を製作することができる。
また、上述した放射線検出器において、半導体層にａ−Ｓｅ（アモルファス・セレン）を採用してもよい。これにより、大面積の放射線検出器を製作することができる。また、硬化性合成樹脂膜としてエポキシ樹脂を採用してもよい。これにより、補助板との接着性がよいので接着面において剥離するおそれがなく、エポキシ樹脂の硬度が高いので、温度変化による反りや亀裂を生じにくくすることができる。
さらには、バリア層の膜厚を高抵抗膜の膜厚よりも厚くすることで、高抵抗膜だけでは防ぐことのできなかった半導体層と硬化性合成樹脂膜との化学反応を抑止して、半導体層の性能の劣化を防止することができる。
また、バリア層が非アミン系合成樹脂であれば、バリア層と半導体層が化学反応を起こさない。さらに、バリア層が４０℃未満の温度で硬化されれば、半導体層がアモルファス構造であっても結晶化しない。
非アミン系常温硬化性合成樹脂のバリア層としては、二液混合タイプのポリカーボネート樹脂やウレタン樹脂等が挙げられる。また、非アミン系合成樹脂を非アミン系溶剤にて溶解し、その溶液を半導体層、高抵抗膜および共通電極の露出面上に塗布し、非アミン系溶剤を常温で揮発させることでバリア層である非アミン系合成樹脂を成膜してもよい。上述したバリア層の一例として、非アミン系合成樹脂ではポリカーボネート樹脂またはアクリル樹脂が挙げられ、非アミン系溶剤ではキシレンまたはジクロロベンゼンが挙げられる。本願でいう常温とは４０℃未満の温度である。
また、非アミン系常温硬化性合成樹脂のバリア層として光硬化性のアクリル樹脂を採用することもできる。
また、他のバリア層の一例として、真空蒸着法により非アミン系合成樹脂を半導体層、高抵抗膜および共通電極の露出面上に被着させて形成してもよい。蒸着される非アミン系合成樹脂として、ポリパラキシリレンが挙げられる。
また、バリア層は非アミン系合成樹脂膜に限られず、キャリア選択性の高抵抗膜と同一物質または別の無機高抵抗膜で形成してもよい。新たに形成された無機高抵抗膜は暗電流低減を目的とするのではなく、バリア層として半導体層と硬化性合成樹脂膜との化学反応を抑止することが目的であるから、膜厚を半導体層と共通電極とで挟まれて形成されたキャリア選択性の高抵抗膜より厚くすることができる。
この発明に係る放射線検出器によれば、半導体層、高抵抗膜および共通電極の露出面上と硬化性合成樹脂膜との間にバリア層を備えることで、半導体層と硬化性合成樹脂膜との化学反応をさらに抑止することができる。また、バリア層と半導体層は化学反応を起こさないので半導体層を劣化させることもない。また、共通電極と半導体層との間に高抵抗膜を形成することで暗電流の増加を防ぐことができる。また、バリア層は、硬化性合成樹脂膜と接着性を有することで、機械的応力の歪みが集中するのを低減することができる。さらには、半導体層および硬化性合成樹脂膜を補助板とマトリックス基板とで挟むことで、温度変化による反りや亀裂を生じさせることのない放射線検出器を提供することができる。
１ … アモルファス半導体層
２ … バイアス電圧供給部
３ … 共通電極
４ … バリア層
５ … キャリア選択性の高抵抗膜
６ … キャリア選択性の高抵抗膜
７ … 硬化性合成樹脂膜
９ … 絶縁性の補助板
１１ … 絶縁性基板
１３ … 画素電極
１４ … キャリア蓄積用コンデンサ
１５ … スイッチ素子
１６ … アクティブマトリックス基板
１７ … スペーサ
１９ … データライン
２１ … ゲートライン
２３ … 接地ライン
ＸＳ … 放射線検出器
ＤＵ … 検出素子
２ … バイアス電圧供給部
３ … 共通電極
４ … バリア層
５ … キャリア選択性の高抵抗膜
６ … キャリア選択性の高抵抗膜
７ … 硬化性合成樹脂膜
９ … 絶縁性の補助板
１１ … 絶縁性基板
１３ … 画素電極
１４ … キャリア蓄積用コンデンサ
１５ … スイッチ素子
１６ … アクティブマトリックス基板
１７ … スペーサ
１９ … データライン
２１ … ゲートライン
２３ … 接地ライン
ＸＳ … 放射線検出器
ＤＵ … 検出素子
以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
図１は実施例に係る放射線検出器ＸＳの構成を示す概略縦断面図であり、図２は放射線検出器ＸＳ内のアクティブマトリックス基板１６と電気的に接続されている周辺回路を含む放射線撮像装置の構成を示す回路図であり、図３および図４は本実施例の効果を示す写真図である。なお、従来例と同様の部材を用いる場合は共通の符号で示している。
図１は実施例に係る放射線検出器ＸＳの構成を示す概略縦断面図であり、図２は放射線検出器ＸＳ内のアクティブマトリックス基板１６と電気的に接続されている周辺回路を含む放射線撮像装置の構成を示す回路図であり、図３および図４は本実施例の効果を示す写真図である。なお、従来例と同様の部材を用いる場合は共通の符号で示している。
《放射線検出器》
本実施例の放射線検出器ＸＳは、図１で示されるように、バイアス電圧供給部２からバイアス電圧が印加される共通電極３の下層に、キャリアを選択して透過させるキャリア選択性の高抵抗膜５が形成され、さらにその下層に放射線の入射によりキャリアを生成するアモルファス半導体層１が形成されている。つまり、共通電極３にバイアス電圧が印加されることで、キャリア選択性の高抵抗膜５およびアモルファス半導体層１にバイアス電圧が印加される。そして、アモルファス半導体層１の下層には再び、キャリア選択性の高抵抗膜６が形成されている。さらにその下層に画素ごとにキャリアを収集する画素電極１３と、画素電極１３に収集されたキャリアを蓄積するキャリア蓄積用コンデンサ１４と、キャリア蓄積用コンデンサ１４と電気的に接続されたスイッチ素子１５および接地ライン２３と、スイッチ素子１５へスイッチ作用の信号を送るゲートライン２１と、スイッチ素子を通してキャリア蓄積用コンデンサ１４に蓄積された電荷を読み出すデータライン１９と、それらを支持する絶縁性基板１１とで構成されたアクティブマトリックス基板１６が形成されている。このアクティブマトリックス基板１６によりアモルファス半導体層１にて生成したキャリアを画素ごとに読み出すことができる。アモルファス半導体層１はこの発明における放射線感応型の半導体層に相当する。キャリア選択性の高抵抗膜５はこの発明における高抵抗膜に相当する。ゲートライン２１およびデータライン１９はこの発明における電極配線に相当する。アクティブマトリックス基板１６はこの発明におけるマトリックス基板に相当する。
本実施例の放射線検出器ＸＳは、図１で示されるように、バイアス電圧供給部２からバイアス電圧が印加される共通電極３の下層に、キャリアを選択して透過させるキャリア選択性の高抵抗膜５が形成され、さらにその下層に放射線の入射によりキャリアを生成するアモルファス半導体層１が形成されている。つまり、共通電極３にバイアス電圧が印加されることで、キャリア選択性の高抵抗膜５およびアモルファス半導体層１にバイアス電圧が印加される。そして、アモルファス半導体層１の下層には再び、キャリア選択性の高抵抗膜６が形成されている。さらにその下層に画素ごとにキャリアを収集する画素電極１３と、画素電極１３に収集されたキャリアを蓄積するキャリア蓄積用コンデンサ１４と、キャリア蓄積用コンデンサ１４と電気的に接続されたスイッチ素子１５および接地ライン２３と、スイッチ素子１５へスイッチ作用の信号を送るゲートライン２１と、スイッチ素子を通してキャリア蓄積用コンデンサ１４に蓄積された電荷を読み出すデータライン１９と、それらを支持する絶縁性基板１１とで構成されたアクティブマトリックス基板１６が形成されている。このアクティブマトリックス基板１６によりアモルファス半導体層１にて生成したキャリアを画素ごとに読み出すことができる。アモルファス半導体層１はこの発明における放射線感応型の半導体層に相当する。キャリア選択性の高抵抗膜５はこの発明における高抵抗膜に相当する。ゲートライン２１およびデータライン１９はこの発明における電極配線に相当する。アクティブマトリックス基板１６はこの発明におけるマトリックス基板に相当する。
そして、共通電極３、キャリア選択性の高抵抗膜５、およびアモルファス半導体層１とをアクティブマトリックス基板１６の絶縁性基板１１から全体を覆うようにバリア層４が形成され、さらにそれを覆うように硬化性合成樹脂膜７が形成されている。また、硬化性合成樹脂膜７の上面には、絶縁性の補助板９が形成されている。バリア層４について後で詳述する。
アモルファス半導体層１は比抵抗１０９Ωｃｍ以上（好ましくは１０１１Ωｃｍ以上）であって、膜厚が０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の高純度ａ−Ｓｅ厚膜である。このａ−Ｓｅ厚膜は特に検出エリアの大面積化を容易にすることができる。また、アモルファス半導体層１が薄いと、放射線が変換されることなく透過してしまうので０.５ｍｍ以上１．５ｍ以下の厚めの膜が用いられる。
共通電極３および画素電極１３はＡｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｉｎ等の金属やＩＴＯなどで形成される。もちろん、アモルファス半導体層１の材料や、電極の材料は上の例示のものに限らない。
キャリア選択性の高抵抗膜５は、共通電極３に印加されるバイアス電圧が正バイアスまたは負バイアスかにより、正バイアスでは正孔注入阻止能の高い膜を、負バイアスでは電子注入阻止能の高い膜を採用する。一般に正バイアスで使用される場合、キャリア選択性の高抵抗膜５はｎ型（多数キャリアが電子）の選択膜が使用され、負バイアスで使用される場合、キャリア選択性の高抵抗膜５はＰ型（多数キャリアが正孔）の選択膜が使用される。しかしながら、１０９Ωｃｍ以上の高抵抗領域では必ずしも一般則が成り立たない場合もあるので、ｐ型層として例示されるＳｂ２Ｔｅ３、Ｓｂ２Ｓ３、ＺｎＴｅ膜などを正バイアスで使用することが効果的な場合もあり得る。ｎ型層ではＣｄＳ、ＺｎＳ膜などが例示される。高抵抗膜５の比抵抗は、１０９Ωｃｍ以上が好ましい。また、高抵抗膜５の膜厚は０．１μｍ以上５μｍ以下が適当である。
絶縁性基板１１と同程度の熱膨張係数を持つ補助板９は、放射線の透過性の良いものが好ましく、石英ガラス等が使用される。厚さは０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下が適当である。また、補助板９は、アモルファス半導体層１に反りが生じないように形成するのであれば、上述した実施形態に限らず、どのような実施形態を採用してもよい。
また、高耐電圧の硬化性合成樹脂膜７として本実施例ではエポキシ樹脂を採用する。エポキシ樹脂であれば、硬度が高く、補助板９との接着性もよく、また、エポキシ樹脂を硬化する際、４０℃未満の常温にて硬化することができ、ａ−Ｓｅを結晶化させることもない。硬化性合成樹脂膜７として他の樹脂を選択する場合、半導体層１にどのような半導体を採用するかで硬化温度の上限が決まる。上述の通りａ−Ｓｅを使用する場合は、ａ−Ｓｅが熱によって結晶化しやすいので、４０℃未満の常温で硬化するタイプの合成樹脂を選択する必要がある。
これらの硬化性合成樹脂膜７の形成厚みは、薄すぎると絶縁耐圧が低下し、厚すぎると入射放射線が減衰してしまうので、絶縁性基板１１と補助板９とのギャップが１ｍｍから５ｍｍ、好ましくは２ｍｍから４ｍｍになるようにする。かかるギャップを確実に形成するため絶縁性基板１１の周辺部に、ＡＢＳ樹脂等からなるスペーサ１７を設けている。このように補助板９とアクティブマトリックス基板１６との間にスペーサ１７を設けることでギャップの調整をすることができる。
画素電極１３は２次元アレイ状に多数個形成されているとともに、各画素電極１３ごとに収集されたキャリアを蓄積するキャリア蓄積用コンデンサ１４およびキャリア読み出し用のスイッチ素子１５がそれぞれ各１個ずつ設けられている。これより、本実施例の放射線検出器ＸＳは放射線検出画素である検出素子ＤＵがＸ、Ｙ方向に沿って多数配列された２次元アレイ構成のフラットパネル型放射線センサとなっている（図２参照）ので、各放射線検出画素ごとに局所的な放射線検出が行うことができ、放射線強度の２次元分布測定が可能となる。
また、検出素子ＤＵのスイッチ素子１５のスイッチングを作用する薄膜トランジスタのゲートが横（Ｘ）方向のゲートライン２１に接続され、ドレインが縦（Ｙ）方向のデータライン１９に接続されている。
そして、図２に示されるように、データライン１９は電荷−電圧変換器群２７を介してマルチプレクサ２９に接続されているとともに、ゲートライン２１はゲートドライバ２５に接続されている。また、放射線センサ部の検出素子ＤＵの特定は、Ｘ方向・Ｙ方向の配列に沿って各検出素子ＤＵへ順番に割り付けられているアドレスに基づいて行われるので、信号取り出し用の走査信号は、それぞれＸ方向アドレスまたはＹ方向アドレスを指定する信号となる。なお、説明の都合上、図２では、３×３画素分のマトリックス構成としているが、実際には放射線検出器ＸＳの画素数に合わせたサイズのアクティブマトリックス基板１６が使用されている。
Ｙ方向の走査信号に従ってゲートドライバ２５からＸ方向のゲートライン２１に対し取り出し用の電圧が印加されるのに伴い、各検出素子ＤＵが行単位で選択される。そして、Ｘ方向の走査信号に従ってマルチプレクサ２９が切替えられることにより、選択された行の検出素子ＤＵのキャリア蓄積用コンデンサ１４に蓄積された電荷が、電荷−電圧変換器群２７およびマルチプレクサ２９を順に経て外部に送り出されることになる。
つまり、本実施例の放射線検出器ＸＳによる放射線検出動作は以下の通りである。アモルファス半導体層１の表面側の共通電極３にバイアス電圧が印加された状態で検出対象の放射線を入射させると、放射線の入射によって生成するキャリア（電子・正孔対）は、バイアス電圧によって共通電極３と画素電極１３に移動する。このキャリアの生成した数に相応して画素電極１３側のキャリア蓄積用コンデンサ１４に電荷が蓄積されるとともに、キャリア読出し用のスイッチ素子１５のオン状態への移行に伴って蓄積電荷がスイッチ１５経由で放射線検出信号として読み出され、電荷−電圧変換器群２７で電圧信号に変換される。
本実施形態の放射線検出器ＸＳが、例えばＸ線透視撮影装置のＸ線検出器として用いられた場合、各検出素子ＤＵの検出信号がマルチプレクサ２９から画素信号として順に取り出された後、画像処理部３１でノイズ処理等の必要な信号処理が行われてから画像表示部３３で２次元画像（Ｘ線透視画像）として表示されることになる。
また、本実施例の放射線検出器ＸＳを製作する場合は、絶縁性基板１１の表面に、各種真空成膜法による薄膜形成技術やフォトリソグラフ法によるパターン化技術を利用して、スイッチ素子１５用の薄膜トランジスタおよびキャリア蓄積用コンデンサ１４、画素電極１３、キャリア選択性の高抵抗膜６、アモルファス半導体層１、キャリア選択性の高抵抗膜５、共通電極３などが順に積層形成される。
《バリア層》
バリア層４はポリカーボネート樹脂をキシレンやジクロロベンゼン等の溶剤に溶解させて液状にし、これをアモルファス半導体層１、高抵抗膜５および共通電極３上に塗布する。そして、４０℃未満の常温にて揮発させることでポリカーボネート樹脂膜がバリア層４として形成される。この方法によれば、アミン系化合物を含む合成樹脂および溶剤を用いることなくバリア層４を形成することができ、バリア層４とアモルファス半導体層１とが化学反応を起こさないので、アモルファス半導体層１の暗電流特性を劣化させることがない。また、バリア層４を形成することで、硬化剤合成樹脂膜７であるエポキシ樹脂の硬化剤に含まれるアミン系化合物がアモルファス半導体層１へ浸漬するのを防ぎ、また、化学反応するのを抑止することができる。
バリア層４はポリカーボネート樹脂をキシレンやジクロロベンゼン等の溶剤に溶解させて液状にし、これをアモルファス半導体層１、高抵抗膜５および共通電極３上に塗布する。そして、４０℃未満の常温にて揮発させることでポリカーボネート樹脂膜がバリア層４として形成される。この方法によれば、アミン系化合物を含む合成樹脂および溶剤を用いることなくバリア層４を形成することができ、バリア層４とアモルファス半導体層１とが化学反応を起こさないので、アモルファス半導体層１の暗電流特性を劣化させることがない。また、バリア層４を形成することで、硬化剤合成樹脂膜７であるエポキシ樹脂の硬化剤に含まれるアミン系化合物がアモルファス半導体層１へ浸漬するのを防ぎ、また、化学反応するのを抑止することができる。
また、ポリカーボネート樹脂であれば、硬化性合成樹脂膜７のエポキシ樹脂との接着性もよいので、好ましい。シリコーン樹脂やポリテトラフルオロエチレン樹脂もバリア層４として絶縁性は良いが、エポキシ樹脂との接着性が悪いので好ましくない。接着性が悪い場合、硬化性合成樹脂膜７とバリア層４との接着面で隙間が生じ、そこに温度変化による絶縁性基板１１の歪みの機械的応力が集中し、アモルファス半導体層１、共通電極３およびキャリア選択性の高抵抗膜５の亀裂の起端点となるおそれがある。
バリア層４の膜厚はキャリア選択性の高抵抗膜５の厚みよりも厚いことが好ましい。具体的には、１μｍ以上５００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上１００μｍ以下である。バリア層４の膜厚が上記条件を満たしていれば、高抵抗膜５の不完全緻密性の影響をなくすことができ、エポキシ樹脂のアミン系化合物とアモルファス半導体層１との化学反応を防ぐことができる。
《比較実験》
図３および図４は、アモルファス半導体層１が硬化性合成樹脂膜７のアミン系化合物による劣化を、バリア層４により保護されていることを説明する写真である。
図３および図４は、アモルファス半導体層１が硬化性合成樹脂膜７のアミン系化合物による劣化を、バリア層４により保護されていることを説明する写真である。
図３において、写真右上部３５の領域は、アモルファス半導体層１、キャリア選択性の高抵抗膜５および共通電極３の上面にバリア層４を１μｍ以上の厚みで形成しており、写真左下部３６の領域はバリア層４を形成していない領域である。そして、両領域の面上にアミン系化合物を含む硬化剤を通常の２倍の量を配合したエポキシ樹脂を直接塗布し、硬化後、これを３５℃の温度条件の下、長時間放置する。その後、放射線を照射することなく、暗電流を測定した画像が図３である。これより、明らかに、バリア層４を形成していない領域はアモルファス半導体層１が劣化していることがわかる。また、バリア層４によりアモルファス半導体層１が保護され、暗電流が増加していないことも示されている。
図４において、写真左上部３７の領域はアモルファス半導体層１、キャリア選択性の高抵抗膜５および共通電極３の上面にバリア層４を１μｍ以上の厚みで形成しており、写真右部３８の領域はバリア層４の厚みが１μｍ以下であり、写真下部３９の領域はバリア層４を形成していない領域である。図３と同様に、アミン系化合物を含む硬化剤を通常の２倍の量を配合したエポキシ樹脂を直接塗布し、硬化後、３５℃長時間放置した後、放射線を照射することなく、暗電流を測定した画像である。これより、バリア層４の厚みが１μｍ以下では、エポキシ樹脂のアミン系化合物がバリア層を透過してアモルファス半導体層１と化学反応し、暗電流特性を劣化させていることが示されている。
《本実施例効果》
上記のように構成した放射線検出器ＸＳは、アモルファス半導体層１、キャリア選択性の高抵抗膜５および共通電極３の露出表面全体と硬化性合成樹脂膜７との間に非アミン系化合物のバリア層４が形成されているので、アモルファス半導体層１と硬化性合成樹脂膜７のアミン系化合物との化学反応を防ぐことができ、暗電流の増加を抑止することができる。もちろん、アモルファス半導体層１の表面が変質し沿面放電が発生して耐圧が低下することもない。また、バリア層４とアモルファス半導体層１は化学反応を起こさないのでアモルファス半導体層１を劣化させることもない。また、バリア層４は、硬化性合成樹脂膜７と接着性を有することで、機械的応力の歪みが集中するのを低減することができる。
上記のように構成した放射線検出器ＸＳは、アモルファス半導体層１、キャリア選択性の高抵抗膜５および共通電極３の露出表面全体と硬化性合成樹脂膜７との間に非アミン系化合物のバリア層４が形成されているので、アモルファス半導体層１と硬化性合成樹脂膜７のアミン系化合物との化学反応を防ぐことができ、暗電流の増加を抑止することができる。もちろん、アモルファス半導体層１の表面が変質し沿面放電が発生して耐圧が低下することもない。また、バリア層４とアモルファス半導体層１は化学反応を起こさないのでアモルファス半導体層１を劣化させることもない。また、バリア層４は、硬化性合成樹脂膜７と接着性を有することで、機械的応力の歪みが集中するのを低減することができる。
また、硬化性合成樹脂膜７には常温硬化型のエポキシ樹脂を用いているので、硬化性合成樹脂膜７を硬化させる際、アモルファス半導体を結晶化させることがない。
また、絶縁性基板１１と同程度の熱膨張係数を持つ補助板９が高耐電圧の硬化性合成樹脂膜７の最上層表面を覆うように固定形成されている。比較的引っ張り強度に劣るアモルファス半導体層１、キャリア選択性の高抵抗膜５、および、共通電極３は、補助板９と絶縁性基板１１とで硬化性合成樹脂膜７を介して挟み込まれたように固定されるので、温度変化による放射線検出器ＸＳの反りが発生しない。また同じ理由で、アモルファス半導体層１、共通電極３およびキャリア選択性の高抵抗膜５等の亀裂が激減する。しかも、補助板９および、高耐電圧の硬化性合成樹脂膜７は比較的耐環境性に劣るアモルファス半導体層１の保護膜としても機能する。
この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
（１）上述した実施例では、キャリア選択性の高抵抗膜５はアモルファス半導体層１とバイアス電圧供給部２との間だけに形成されていたが、これに限らず、図５に示されるように、絶縁性基板１１からアモルファス半導体層１全体を覆うように形成してもよい。このように形成された高抵抗膜５の面上にバリア層４が形成され、さらにその上に硬化性合成樹脂膜７が形成される。これにより、硬化性合成樹脂膜７のアミン系化合物がバリア層４および高抵抗膜５とで二重に防がれるので、アモルファス半導体層１がより化学反応を起こしにくく、放射線検出に安定した放射線検出器を提供することができる。
（２）上述した実施例では、バリア層４として樹脂を溶剤に溶解し、この溶液を塗布して溶剤を揮発させることで、バリア層４を形成していたが、これに限らず、二液混合タイプの非アミン系常温硬化性合成樹脂を採用することもできる。例えば、ポリカーボネート樹脂やウレタン樹脂等が挙げられる。また、光硬化性合成樹脂を塗布し、光硬化によりバリア層４を形成してもよい。この場合、アモルファス半導体層１と化学反応を起こさない光硬化性樹脂が望ましく、例えば、メルカプトエステルを配合したアクリル系の樹脂が挙げられる。
（３）上述した実施例では、バリア層４として樹脂を溶剤に溶解し、この溶液を塗布して溶剤を揮発させることで、バリア層４を形成していたが、これに限らず、ポリパラキシリレン等の非アミン系合成樹脂を真空中で蒸発させてポリパラキシリレン膜としてアモルファス半導体層１に被着させてバリア層４を形成してもよい。この場合、アモルファス半導体層４の温度が４０℃以上に加温されないように、アモルファス半導体層４を含む基板を冷却しながら被着させることが望ましい。
（４）上述した実施例では、バリア層４として有機性絶縁性樹脂を溶剤に溶解し、この溶液を塗布して溶剤を揮発させることで、バリア層４を形成していたが、これに限らず、キャリア選択性の高抵抗膜５または６でも使われるＳｂ２Ｓ３を真空蒸着させてバリア層４を形成してもよい。従来例では、アモルファス半導体層１と共通電極３との間に挟まれキャリア輸送特性を保持するためＳｂ２Ｓ３の膜厚が制限されていたが、Ｓｂ２Ｓ３をキャリア選択ではなく、アモルファス半導体層１と硬化性合成樹脂膜７との化学反応を抑止するのを目的としているので、膜厚に制限されることがなく成膜できる。また、キャリア選択は考えなくてよいので、他にも無機高抵抗膜をバリア層４として成膜できる。無機高抵抗膜の比抵抗は１０９Ωｃｍ以上が好ましい。
（５）上述した実施例では、マトリックス基板としてアクティブマトリックス基板１６を採用したが、パッシブマトリックス基板を採用してもよい。
Claims (14)
- （ａ）放射線の入射によりキャリアを生成する放射線感応型の半導体層と、（ｂ）前記半導体層の上面に形成されるとともに、キャリアを選択して透過させる高抵抗膜と、（ｃ）前記高抵抗膜の上面に形成されるとともに、前記高抵抗膜および前記半導体層にバイアス電圧を印加する共通電極と、（ｄ）前記半導体層の下面に形成されるとともに、前記半導体層で生成したキャリアを画素ごとに読み出すマトリックス基板と、（ｅ）前記半導体層、前記高抵抗膜および前記共通電極の露出面全体を覆う絶縁性のバリア層と、（ｆ）前記バリア層の表面全体を覆う硬化性合成樹脂膜と、（ｇ）前記硬化性合成樹脂膜の上面に固定されるとともに、マトリックス基板と同程度の熱膨張係数を有する絶縁性の補助板とを備え、（ｈ）前記バリア層は、前記硬化性合成樹脂膜と接着性を有し、（ｉ）前記バリア層は、前記半導体層と前記硬化性合成樹脂膜との化学反応を抑止するとともに、（ｊ）前記バリア層は、前記半導体層とは化学反応しないことを特徴とする放射線検出器。
- 請求項１に記載の放射線検出器において、前記マトリックス基板は、前記半導体層で生成したキャリアを画素ごとに収集する画素電極と、前記画素電極に収集されたキャリアの数に相応した電荷を蓄積するコンデンサと、前記蓄積された電荷を読み出すスイッチ素子と、格子状に配列され、かつ、各格子点に設けられた前記スイッチ素子と接続された電極配線とで構成されるアクティブマトリックス基板であることを特徴とする放射線検出器。
- 請求項１または２に記載の放射線検出器において、前記半導体層は、アモルファス・セレンであることを特徴とする放射線検出器。
- 請求項１から３いずれか１つに記載の放射線検出器において、前記硬化性合成樹脂膜は、エポキシ樹脂であることを特徴とする放射線検出器。
- 請求項１から４いずれか１つに記載の放射線検出器において、前記バリア層の膜厚は、前記高抵抗膜よりも厚いことを特徴とする放射線検出器。
- 請求項５に記載の放射線検出器において、前記バリア層は、非アミン系合成樹脂である ことを特徴とする放射線検出器。
- 請求項６に記載の放射線検出器において、前記バリア層は、４０℃未満の温度で形成される合成樹脂であることを特徴とする放射線検出器。
- 請求項７に記載の放射線検出器において、前記非アミン系合成樹脂は、ポリカーボネート樹脂またはアクリル樹脂またはウレタン樹脂であることを特徴とする放射線検出器。
- 請求項７に記載の放射線検出器において、
前記バリア層は、光硬化性樹脂であり、光照射により硬化させて形成される
ことを特徴とする放射線検出器。 - 請求項７に記載の放射線検出器において、前記バリア層は、前記非アミン系合成樹脂を真空蒸着法により前記半導体層、前記高抵抗膜および前記共通電極の表面全体に被着させて形成されたことを特徴とする放射線検出器。
- 請求項１０に記載の放射線検出器において、前記非アミン系合成樹脂は、ポリパラキシリレンであることを特徴とする放射線検出器。
- 請求項５に記載の放射線検出器において、前記バリア層は、前記高抵抗膜とは別に形成された無機高抵抗膜であることを特徴とする放射線検出器。
- 請求項１２に記載の放射線検出器において、前記無機高抵抗膜は、Ｓｂ2Ｓ3膜であることを特徴とする放射線検出器。
- 請求項１から１３いずれか１つに記載の放射線検出器において、前記補助板と前記マトリックス基板との間に、ギャップ調整用のスペーサを設けたことを特徴とする放射線検出器。
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