JP5235119B2 - 放射線画像検出器 - Google Patents

Description

本発明は、放射線の照射を受けて電荷を発生し、その電荷を蓄積することにより放射線画像を記録する放射線画像検出器に関するものである。

従来、医療分野などにおいて、被写体を透過した放射線の照射により被写体に関する放射線画像を記録する放射線画像検出器が各種提案、実用化されている。

上記放射線画像検出器としては、たとえば、放射線の照射により電荷を発生するアモルファスセレンを利用した放射線画像検出器があり、そのような放射線画像検出器として、いわゆる光読取方式のものやＴＦＴ（thin film transistor、薄膜トランジスタ）、ＣＣＤ（charge coupled device）、ＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）センサなどを用いる電気読取方式のものが提案されている。

光読取方式の放射線画像検出器としては、たとえば、図１４に示すように、放射線画像を担持した放射線を透過する第１の電極層１０１、第１の電極層１０１を透過した放射線の照射を受けることにより電荷を発生する記録用光導電層１０２、記録用光導電層１０２において発生した電荷のうち一方の極性の電荷に対しては絶縁体として作用し、且つ他方の極性の電荷に対しては導電体として作用する電荷輸送層１０３、読取光の照射を受けることにより電荷を発生する読取用光導電層１０４、および読取光を透過する透明線状電極１０６と読取光を遮光する遮光線状電極１０７とからなる第２の電極層をこの順に積層してなるものが提案されている。

上記のような光読取方式の放射線画像検出器に放射線画像を記録する際には、まず、高圧電源によって放射線画像検出器の第１の電極層１０１に負の電圧を印加した状態において、被写体を透過して被写体の放射線画像を担持した放射線が放射線画像検出器の第１の電極層１０１側から照射される。

そして、放射線画像検出器に照射された放射線は、第１の電極層１０１を透過し、記録用光導電層１０２に照射される。そして、その放射線の照射によって記録用光導電層１０２において電荷対が発生し、そのうち正の電荷は第１の電極層１０１に帯電した負の電荷と結合して消滅し、負の電荷は潜像電荷として記録用光導電層１０２と電荷輸送層１０３との界面に形成される蓄電部１０５に蓄積されて放射線画像が記録される（図１４参照）。

そして、次に、第１の電極層１０１が接地された状態において、第２の電極層側から読取光が照射され、読取光は透明線状電極１０６を透過して読取用光導電層１０４に照射される。読取光の照射により読取用光導電層１０４において発生した正の電荷が蓄電部１０５における潜像電荷と結合するとともに、負の電荷が透明線状電極１０６および遮光線状電極１０７に帯電した正の電荷と結合する際に流れる電流が遮光線状電極に接続されたチャージアンプにより検出されて放射線画像に応じた画像信号の読取りが行われる。

しかしながら、上記のようにして放射線画像検出器に放射線画像を記録した後、画像信号の読出しのために第１の電極層１０１を接地すると、蓄電部１０５に蓄積された電子の影響によって第１の電極層１０１から記録用光導電層１０２に正孔が注入され、この正孔注入によって、読み出された画像信号にノイズが混入し、読み出された放射線画像の画質が劣化してしまう（図１４参照）。

一方、電気読取方式のうちＴＦＴを用いる放射線画像検出器としては、たとえば、バイアス電圧が印加される上部電極と、放射線の照射を受けて電荷を発生する半導体層と、半導体層において発生した電荷を収集する画素電極と画素電極によって収集された電荷を蓄積する蓄積容量と蓄積容量に蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチとを有する画素が２次元状に多数配列されたアクティブマトリクス基板とが積層されたものが提案されている。

そして、上記のようなＴＦＴを用いた放射線画像検出器に放射線画像を記録する際には、まず、電圧源によって放射線画像検出器の上部電極に正の電圧を印加した状態において、被写体を透過して被写体の放射線画像を担持した放射線が放射線画像検出器の上部電極側から照射される。

そして、放射線画像検出器に照射された放射線は、上部電極を透過し、半導体層に照射される。そして、その放射線の照射によって半導体層において電荷対が発生し、そのうち負の電荷は上部電極に帯電した正の電荷と結合して消滅し、正の電荷は潜像電荷としてアクティブマトリクス基板の各画素の各画素電極に収集され、各蓄積容量に蓄積されて放射線画像が記録される。

そして、アクティブマトリクス基板のＴＦＴスイッチがゲートドライバから出力された制御信号に応じてＯＮされ、蓄積容量に蓄積された電荷が読み出され、その電荷信号がチャージアンプによって検出されることによって放射線画像に応じた画像信号の読取りが行われる。

しかしながら、ＴＦＴを用いた放射線画像検出器においても、上記のようにして上部電極に正の電圧を印加すると、この電圧印加により上部電極から半導体層に正孔が注入される。そうすると、放射線の照射を停止した後も、上部電極から正孔が注入され、この正孔が残像電流として検出され、読み出された画像信号にノイズが混入し、読み出された放射線画像の画質が劣化してしまう。

また、特許文献１および特許文献２にもアモルファスセレンを利用した放射線画像検出器が提案されており、これらの文献に記載されている放射線画像検出器においては、電圧が印加される電極からアモルファスセレン層に電荷が注入されるのを阻止するためにＳｂ_２Ｓ_３から形成される電荷注入阻止層を電極とアモルファスセレン層との間に設けることが提案されている。

一方、上記のようなアモルファスセレンを利用した放射線画像検出器においては、電極を形成する際の熱や電極との接触によりアモルファスセレンが結晶化するという問題がある。

そこで、たとえば、特許文献３においては、電極とアモルファスセレン層との間に、Ａｓを含むアモルファスセレンからなる結晶化防止層を設けた放射線画像検出器が提案されている。
特開２００１−２８４６２８号公報 特開２００１−１７７１４０号公報 特開２００８−７８５９７号公報

ここで、上述したような電荷注入の問題とアモルファスセレンの結晶化の問題との両方を解決するために、電極とアモルファスセレンとの間に電荷注入阻止層と結晶化防止層との両方を設けることが考えられるが、結晶化防止層の結晶化防止機能を十分に得るためにＡｓの濃度を高くすると、電荷注入阻止層の電荷注入阻止機能が低下することが実験によりわかった。すなわち、結晶化防止機能と電荷注入阻止機能との両方を十分に得ることが困難であることがわかった。

本発明は、上記の事情に鑑み、結晶化防止機能と電荷注入阻止機能との両方を十分に得ることができる放射線画像検出器を提供することを目的とする。

本発明の第１の放射線画像検出器は、電圧が印加される電圧印加電極と、放射線の照射を受けて電荷を発生する半導体層と放射線量に応じた電気信号を検出する検出電極とがこの順に積層された放射線画像検出器であって、電圧印加電極と半導体層との間に、電圧印加電極から半導体層への電荷の注入を阻止する電荷注入阻止層と半導体層の結晶化を抑制する結晶化抑制層とが電圧印加電極側からこの順に積層された放射線画像検出器において、電荷注入阻止層と結晶化抑制層との間に、厚さが０．０１μｍ以上０．５μｍ以下の純ａ−Ｓｅ層が設けられていることを特徴とする。

本発明の第２の放射線画像検出器は、電圧が印加される電圧印加電極と、放射線の照射を受けて電荷を発生する半導体層と放射線量に応じた電気信号を検出する検出電極とがこの順に積層された放射線画像検出器であって、半導体層と検出電極の間に、半導体層の結晶化を抑制する結晶化抑制層と検出電極から半導体層への電荷の注入を阻止する電荷注入阻止層とが半導体層側からこの順に積層された放射線画像検出器において、電荷注入阻止層と結晶化抑制層との間に、厚さが０．０１μｍ以上０．５μｍ以下の純ａ−Ｓｅ層が設けられていることを特徴とする。

また、上記本発明の第１および第２の放射線画像検出器においては、純ａ−Ｓｅ層の厚さを、０．０１μｍ以上０．３μｍ以下とすることができる。

また、純ａ−Ｓｅ層の厚さを、０．０１μｍ以上０．１μｍ以下とすることができる。

また、電圧印加電極を、放射線の照射時には負電圧が印加され、電気信号の読出し時には接地されるものとすることができる。

また、電圧印加電極を、放射線の照射時には正の電圧が印加されるものとすることができる。

ここで、上記「純ａ−Ｓｅ層」とは、たとえばＡｓなどの不純物が、１％以下であるａ−Ｓｅから形成される層のことをいう。

本発明の第１および第２の放射線画像検出器によれば、電荷注入阻止層と結晶化抑制層との間に、０．０１μｍ以上０．５μｍ以下の厚さの純ａ−Ｓｅ層を設けるようにしたので、この純ａ−Ｓｅ層によって電荷注入阻止機能を向上させることができ、結晶化防止機能と電荷注入阻止機能との両方を十分に得ることができる。また、０．０１μｍ以上０．５μｍ以下の厚さにしたので、純ａ−Ｓｅ層自体が結晶化するのも防止することができる。

また、上記本発明の第１および第２の放射線画像検出器において、純ａ−Ｓｅ層の厚さを０．０１μｍ以上０．３μｍ以下、より好ましくは０．０１μｍ以上０．１μｍ以下とした場合には、純ａ−Ｓｅ層自体の結晶をより抑制することができる。

以下、図面を参照して本発明の放射線画像検出器の第1の実施形態について説明する。第１の実施形態の放射線画像検出器は、いわゆる光読取方式の放射線画像検出器である。図１は放射線画像検出器の斜視図、図２は図１に示す放射線画像検出器の２−２線断面図である。

本発明の第１の実施形態の放射線画像検出器１０は、図１および図２に示すように、放射線画像を担持した放射線を透過する第１の電極層１、第１の電極層１から後述する記録用光導電層５へ正孔が注入されるのを阻止する正孔注入阻止層２、純ａ−Ｓｅ層３と、記録用光導電層５の結晶化を防止する結晶化防止層４と、第１の電極層１を透過した放射線の照射を受けることにより電荷を発生する記録用光導電層５、記録用光導電層５において発生した電荷のうち一方の極性の電荷に対しては絶縁体として作用し、且つ他方の極性の電荷に対しては導電体として作用する電荷輸送層６、読取光の照射を受けることにより電荷を発生する読取用光導電層７、および第２の電極層８をこの順に積層してなるものである。記録用光導電層５と電荷輸送層６との界面近傍には、記録用光導電層５内で発生した電荷を蓄積する蓄電部９が形成される。なお、上記各層は、ガラス基板上に第２の電極層８から順に形成されるものであるが、図１および図２においては、ガラス基板を省略している。

第１の電極層１としては、放射線を透過するものであればよく、たとえば、ネサ皮膜（ＳｎＯ₂）、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）、アモルファス状光透過性酸化膜であるＩＤＩＸＯ（Idemitsu Indium X-metal Oxide ；出光興産（株））などを５０〜２００ｎｍ厚にして用いることができ、また、１００ｎｍ厚のＡｌやＡｕなども用いることもできる。

正孔注入阻止層２は、Ｓｂ_ｘＳ_{１００−ｘ}の合金から形成されている。そして、Ｓｂ_ｘＳ_{１００−ｘ}は４１≦ｘ≦６０を満たすような組成比とすることが好ましく、たとえば、Ｓｂ_４２Ｓ_５８、Ｓｂ_４５Ｓ_５５、Ｓｂ_６０Ｓ_４０などを用いることができる。正孔注入阻止層２の厚さは０．５μｍとしている。正孔注入阻止層２の厚さとしては、０．２５μｍ以上３μｍ以下とすることが好ましく、より好ましくは０．３μｍ以上０．７μｍ以下である。

純ａ−Ｓｅ層３は、正孔注入阻止層２と同様に、第１の電極層１から記録用光導電層５への正孔の注入を阻止するものであり、純粋なａ−Ｓｅから形成されている。なお、ここでいう純粋なａ−Ｓｅとは、たとえばＡｓなどの不純物が１％以下であるａ−Ｓｅのことをいう。また、純ａ−Ｓｅ層３の厚さは、０．０１μｍ以上０．５μｍ以下とするが好ましく、さらに好ましくは０．０１μｍ以上０．３μｍ以下、さらに好ましくは０．０１μｍ以上０．１μｍ以下である。なお、純ａ−Ｓｅ層３の厚さとして上記のような厚さが好ましい理由については、後で詳述する。

また、純ａ−Ｓｅ層３は、結晶化防止層４のＡｓなどの濃度を高くして結晶化防止機能を向上させたときに正孔注入阻止層２の正孔注入阻止機能が低下するのを考慮して、さらに正孔注入を阻止するものとして設けられるものである。

結晶化防止層４は、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素を、５％〜４０％、より好ましくは７％〜２０％、さらには９％〜１５％含むａ−Ｓｅ層であることが好ましい。結晶化防止層４の厚さとしては、０．７μｍ以上１．３μｍ以下が好ましい。

記録用光導電層５は、放射線の照射を受けることにより電荷を発生するものであればよく、放射線に対して比較的量子効率が高く、また暗抵抗が高いなどの点で優れているａ−Ｓｅを主成分とするものを使用する。また、ａ−Ｓｅを主成分とする光導電物質を用いる場合、Ｎａ、Ｋ、Ｌｉなどのアルカリ金属を含むａ−Ｓｅを主成分とするものと用い、アルカリ金属の含有量を０．０１〜５０００ｐｐｍとすることが好ましい。また、厚さは１００μｍ以上２０００μｍ以下が適切である。また、特にマンモグラフィ用途である場合には、１５０μｍ以上２５０μｍ以下であることが好ましく、一般撮影用途である場合には、５００μｍ以上１２００μｍ以下であることが好ましい。

電荷輸送層６としては、たとえば、放射線画像の記録の際に第１の電極層１に帯電する電荷の移動度と、その逆極性となる電荷の移動度の差が大きい程良く（例えば１０^２以上、望ましくは１０^３以上）、たとえば、ポリＮ−ビニルカルバゾール（ＰＶＫ）、N,N'−ジフェニル−N,N'−ビス（３−メチルフェニル）−〔1,1'−ビフェニル〕−4,4'−ジアミン（ＴＰＤ）やディスコティック液晶等の有機系化合物、或いはＴＰＤのポリマー（ポリカーボネート、ポリスチレン、ＰＶＫ）分散物，Ｃｌを１０〜２００ｐｐｍドープしたａ−Ｓｅ、Ａｓ_２Ｓｅ_３等の半導体物質が適当である。厚さは０．２〜２μｍ程度が適切である。

読取用光導電層７としては、読取光および消去光の照射を受けることにより導電性を呈するものであればよく、たとえば、ａ−Ｓｅ、Ｓｅ−Ｔｅ、Ｓｅ−Ａｓ−Ｔｅ、無金属フタロシアニン、金属フタロシアニン、ＭｇＰｃ（Magnesium phtalocyanine），ＶｏＰｃ（phaseII of Vanadyl phthalocyanine）、ＣｕＰｃ（Cupper phtalocyanine）などのうち少なくとも１つを主成分とする光導電性物質が好適である。厚さは５〜２０μｍ程度が適切である。

第２の電極層８は、読取光を透過する複数の透明線状電極８ａと読取光を遮光する複数の遮光線状電極８ｂとを有するものである。そして、透明線状電極８ａと遮光線状電極８ｂとは、図１に示すように、所定の間隔を空けて交互に平行に配列されている。

透明線状電極８ａは読取光を透過するとともに、導電性を有する材料から形成されている。上記のような材料であれば如何なるものでもよいが、たとえば、第１の電極層１と同様に、ＩＴＯ、ＩＺＯやＩＤＩＸＯを用いることができる。また、Ａｌ、Ｃｒなどの金属を用いて読取光を透過する程度の厚さ（たとえば、１０ｎｍ程度）で形成するようにしてもよい。

遮光線状電極８ｂは読取光を遮光するとともに、導電性を有する材料から形成されている。上記のような材料であれば如何なるものでもよいが、たとえば、１００−３００ｎｍ厚のＣｒ、Ｍｏ、Ｗがある。または、予めレジスト材料からなる遮光層をストライプ状にパターニングし、その上に上記透明線状電極と同じ材料をストライプ状にパターニングし、遮光された電極として機能させてもよい。

次に、上記第１の実施形態の放射線画像検出器への放射線画像の記録および読取りの作用について説明する。

まず、図３（Ａ）に示すように、高圧電源２０によって放射線画像検出器１０の第１の電極層１に負の電圧を印加した状態において、被写体を透過して被写体の放射線画像を担持した放射線が放射線画像検出器１０の第１の電極層１側から照射される。

そして、放射線画像検出器１０に照射された放射線は、第１の電極層１を透過し、記録用光導電層５に照射される。そして、その放射線の照射によって記録用光導電層５において電荷対が発生し、そのうち正の電荷は第１の電極層１に帯電した負の電荷と結合して消滅し、負の電荷は潜像電荷として記録用光導電層５と電荷輸送層６との界面に形成される蓄電部９に蓄積されて放射線画像が記録される（図３（Ｂ）参照）。

そして、次に、図４に示すように、第１の電極層１が接地される。ここで、このとき、上述した記録の作用によって蓄電部９に負の電荷が蓄積されているので第１の電極層１は正に帯電される。そして、本実施形態の放射線画像検出器１０においては、正孔注入阻止層２と純ａ−Ｓｅ層３とによって第１の電極層１に帯電した正の電荷が記録用光導電層５に注入されるのを阻止している。

次いで、第２の電極層８側から読取光Ｌ１が照射され、読取光Ｌ１は透明線状電極８ａを透過して読取用光導電層７に照射される。読取光Ｌ１の照射により読取用光導電層７において発生した正の電荷が蓄電部９における潜像電荷と結合するとともに、負の電荷が遮光線状電極８ｂに接続されたチャージアンプ３０を介して遮光線状電極８ｂに帯電した正の電荷と結合する。

そして、読取用光導電層７において発生した負の電荷と遮光線状電極８ｂに帯電した正の電荷との結合によって、チャージアンプ３０に電流が流れ、この電流が積分されて画像信号として検出され、放射線画像に応じた画像信号の読取りが行われる。

ここで、本実施形態の放射線画像検出器１０は、上述したように結晶化防止層４のＡｓなどの濃度を高くして結晶化防止機能を向上させたときに正孔注入阻止層２の正孔注入阻止機能が低下するのを考慮して、さらに正孔注入を阻止するものとして純ａ−Ｓｅ層３を設けるようにしたものであるが、結晶化防止層４のＡｓの濃度と純ａ−Ｓｅ層３の正孔注入阻止機能との関係を検討する。

図５は、結晶化防止層４のＡｓの濃度と第１の電極層１から記録用光導電層５へのリーク電流との関係を示したものである。図５に示す実線のグラフが、本実施形態のように純ａ−Ｓｅを設けてリーク電流を測定した結果であり、図５に示す波線のグラフが、純ａ−Ｓｅを設けないでリーク電流を測定した結果である。

図５からわかるように、本実施形態のように純ａ−Ｓｅ層を設けた場合には、結晶化防止層のＡｓの濃度を高くしてもリーク電流はそれほど増加せず、一般的に許容されるリーク電流の基準値である１０ｐＡ/ｍｍ^２以下にリーク電流を抑えることができる。一方、純ａ−Ｓｅ層を設けない場合には、結晶化防止層のＡｓの濃度の増加とともにリーク電流は増加し、１０ｐＡ/ｍｍ^２以上になるのがわかる。

また、純ａ−Ｓｅ層３の厚さとリーク電流との関係について検討する。図６は、純ａ−Ｓｅ層の厚さを変化させてリーク電流を計測した結果を示すグラフである。図６のグラフに示すように、純ａ−Ｓｅ層の厚さが０．０１μｍ未満である場合には、リーク電流が大きいが、０．０１μｍ以上になるとリーク電流は急激に少なくなり、その後、厚さが厚くなってもリーク電流は少ないままであることがわかる。ただし、純ａ−Ｓｅ層を厚くし過ぎると、純ａ−Ｓｅ層自体が結晶化してリーク電流が増加してしまうおそれがあるため、純ａ−Ｓｅ層の好ましい厚さは、上述したように０．０１μｍ以上０．５μｍ以下であると考えられる。また、さらに好ましくは０．０１μｍ以上０．３μｍ以下であり、さらに好ましくは０．０１μｍ以上０．１μｍ以下である。

なお、薄い純ａ−Ｓｅ層が結晶化しない理由としては、薄い純ａ−Ｓｅ層を比較的硬い正孔注入阻止層２と結晶化防止層４とで挟むことによって、ａ−Ｓｅ鎖の変異が抑制され、大きな体積縮小を伴う結晶化を引き起こし難くしているものと推察される。

また、図７は、本実施形態のように純ａ−Ｓｅ層を設けた場合と、純ａ−Ｓｅ層を設けなかった場合とについて、放射線画像検出器に対する撮影回数とリーク量との関係を示したものである。すなわち、図７は、純ａ−Ｓｅ層を設けた場合と、純ａ−Ｓｅ層を設けなかった場合とについての耐久性を評価した結果である。図７のａのグラフが純ａ−Ｓｅ層を設けた場合の結果を示すものであり、ｂ，ｃおよびｄのグラフが純ａ−Ｓｅ層を設けなかった場合の結果を示すものである。

図７のａのグラフに示すように、純ａ−Ｓｅ層を設けた場合には、撮影回数の増加に関わらずリーク量は変化せずに充分に小さいままなのがわかる。これに対し、図７のｂ〜ｄのグラフに示すように、純ａ−Ｓｅ層を設けなかった場合には、撮影回数の増加に応じてリーク量が増加していくのがわかる。

また、ここで、本実施形態のように純ａ−Ｓｅ層を設けた場合に第１の電極層から記録用光導電層へのリーク電流が抑制できる理由について検討すると、純ａ−Ｓｅ層の機能発現の詳細は不明であるが、以下のように推察できる。

Ｓｂ_ｘＳ_{１００−ｘ}の合金から形成される正孔注入阻止層とＡｓを含むａ−Ｓｅからなる結晶化防止層とは、多数の電子トラップを有し、放射線画像の記録時における第１の電極への印加電圧による電界とは逆の電位勾配をトラップした電子によって形成し、第１の電極層からの正孔の注入を阻止するものである。このような状態から放射線画像の読取時に第１の電極層への印加電圧を除去した場合、残留したトラップによる逆の電位勾配が残存し、むしろ第１の電極層からの正孔注入を促進することになる。そして、Ａｓを含むａ−Ｓｅからなる結晶化防止層は、電子トラップの方が正孔トラップよりも過剰にあり、Ａｓの濃度の増加とともに電子と正孔のトラップ量のバランスが悪化し、リーク電流を増大させる方向になると推察される。また、Ｓｂ_ｘＳ_{１００−ｘ}からなる正孔注入阻止層においては、両電荷のトラップのバランスをＳｂ組成により制御でき、これにより正孔リーク電流を抑制しているものと考えられるが、製膜バラつきなどの影響を受けやすく性能の安定化が困難である。

これに対し、図８Ｂに示すエネルギーバンドダイヤグラムの模式図に示されるように、純ａ−Ｓｅ層はａ−Ｓｅが比較的大きなバンドギャップを有するので、Ｓｂ_ｘＳ_{１００−ｘ}からなる正孔注入阻止層との仕事関数差により注入電荷量をさらに絞ることができ、電荷注入阻止性能を向上に寄与するものと推察できる。なお、図８Ａは、純ａ−Ｓｅ層を設けていない場合のエネルギーバンドダイヤグラムの模式図である。

また、上記第１の実施形態の放射線画像検出器１０においては、第１の電極層１と記録用光導電層５との間に、正孔注入阻止層２、純ａ−Ｓｅ層３および結晶化防止層４を設けるようにしたが、結晶化の問題は読取用光導電層７においても生じ、放射線画像の記録時には、第１の電極層１に負電圧が印加され第２の電極層８から読取用光導電層７への正孔の注入も生じうるため、図９に示す放射線画像検出器１５のように、読取用光導電層７と第２の電極層８との間に、読取用光導電層７側から順に結晶化防止層１３、純ａ−Ｓｅ層１２および正孔注入阻止層１１を設けるようにしてもよい。なお、層構成以外の各層の成分については上述した放射線画像検出器１０と同様である。

また、第１の電極層１と記録用光導電層５との間に、正孔注入阻止層２、純ａ−Ｓｅ層３および結晶化防止層４を設けるとともに、読取用光導電層７と第２の電極層８との間に、読取用光導電層７側から順に結晶化防止層１３、純ａ−Ｓｅ層１２および正孔注入阻止層１１を設けるようにしてもよい。

また、上記第１の実施形態の説明では、第１の電極層にバイアス電圧として負電圧が印加される放射線画像検出器について説明したが、第１の電極層にバイアス電圧として正電圧が印加される放射線画像検出器についても本発明の純ａ−Ｓｅ層を設けるようにしてもよい。

ただし、その場合には、正孔注入阻止層の代わりに電子注入阻止層が設けられることになる。すなわち、第１の電極層と記録用光導電層との間に、電子注入阻止層、純ａ−Ｓｅ層および結晶化防止層を設け、読取用光導電層と第２の電極層との間に、読取用光導電層側から順に結晶化防止層、純ａ−Ｓｅ層および電子注入阻止層を設けるようにしてもよい。

なお、電子注入阻止層としては、Ｓｂ_２Ｓ_３や有機物系の化合物等がある。

次に、本発明の放射線画像検出器の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態の放射線画像検出器は、ＴＦＴを用いた方式の放射線画像検出器である。図１０は第２の実施形態の放射線画像検出器の一部断面図である。

第２の実施形態の放射線画像検出器５０は、図１０に示すように、アクティブマトリクス基板６０と、このアクティブマトリクス基板６０上に積層された放射線検出部７０とから構成されている。

放射線検出部７０は、アクティブマトリクス基板６０上の略全面に形成された半導体層７５と、半導体層７５上に設けられた結晶化防止層７４と、純ａ−Ｓｅ層７３と、正孔注入阻止層７２と、上部電極７１とを備えている。

半導体層７５は、電磁波導電性を有するものであり、Ｘ線が照射されると膜の内部に電荷を発生するものである。半導体層７５としては、たとえば、セレンを主成分とする膜厚１００〜１０００μｍの非晶質ａ−Ｓｅ膜を用いることができる。上記半導体層７５は、アクティブマトリクス基板６０上に真空蒸着法によって形成される。

上部電極７１は、Ａｕ、Ａｌなどの低抵抗の導電材料で形成されている。

結晶化防止層７４、純ａ−Ｓｅ層７３および正孔注入阻止層７２については、上記第１の実施形態と同様である。

アクティブマトリクス基板６０は、半導体層７５において発生した電荷を収集する画素電極６１、画素電極６１によって収集された電荷を蓄積する蓄積容量６２および蓄積容量６２に蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチ６３を有する多数の画素６４とＴＦＴスイッチ６３をＯＮ／ＯＦＦするための多数の走査配線６５と蓄積容量６２に蓄積された電荷が読み出される多数のデータ配線６６とを備えている。

ＴＦＴスイッチ６３としては、一般的には、アモルファスシリコンを活性層に用いたａ−ＳｉＴＦＴが用いられる。

図１１に、アクティブマトリクス基板６０の平面図を示す。アクティブマトリクス基板６０には、図１１に示すように、蓄積容量６２とＴＦＴスイッチ６３とを有する画素６４が２次元状に多数設けられており、走査配線６５とデータ配線６６とが、格子状に配置されている。そして、データ配線６６の終端には、データ配線６６に流れ出した信号電荷を検出するアンプからなる読出回路８０が接続され、走査配線６５には、ＴＦＴスイッチ６３をＯＮ/ＯＦＦするための制御信号を出力するゲートドライバ９０が接続されている。

ここで、ＴＦＴ方式の放射線画像検出器においては、放射線画像の記録および読取りの際、上部電極に正の電圧が印加されるが、この正の電圧の印加により上部電極から半導体層に正孔が注入される。そうすると、放射線の照射を停止した後も、上部電極から正孔が注入され、この正孔が残像電流として検出され、読み出された画像信号にノイズが混入し、読み出された放射線画像の画質が劣化してしまう。

そこで、本実施形態の放射線画像検出器５０においては、上部電極７１からの正孔の注入を阻止するために上部電極７１と半導体層７５との間に、正孔注入阻止層７２と純ａ−Ｓｅ層７３とを設けるようにしている。

次に、上記第２の実施形態の放射線画像検出器への放射線画像の記録および読取りの作用について説明する。

まず、図１２に示すように、電圧源５５によって放射線画像検出器５０の上部電極７１に正の電圧を印加した状態において、被写体を透過して被写体の放射線画像を担持した放射線が放射線画像検出器５０の上部電極７１側から照射される。

そして、放射線画像検出器５０に照射された放射線は、上部電極７１を透過し、半導体層７５に照射される。そして、その放射線の照射によって半導体層７５において電荷対が発生し、そのうち負の電荷は上部電極７１に帯電した正の電荷と結合して消滅し、正の電荷は潜像電荷として各画素６４の各画素電極６１に収集され、各蓄積容量６２に蓄積されて放射線画像が記録される。

そして、次に、図１１に示すゲートドライバ９０から各走査配線６５にＴＦＴスイッチ６３をＯＮするための制御信号が順次出力される。そして、各走査配線６５に接続されたＴＦＴスイッチ６３がゲートドライバ９０から出力された制御信号に応じてＯＮし、各画素６４の蓄積容量６２からデータ配線６６に蓄積電荷が読み出される。そして、データ配線６６に流れ出した電荷信号は読出回路８０のチャージアンプにより画像信号として検出され、放射線画像に応じた画像信号の読取りが行われる。

本実施形態の放射線画像検出器５０における正孔注入阻止層７２と純ａ−Ｓｅ層７３の作用については、上記第１の実施形態の放射線画像検出器１０と同様である。

また、上記第２の実施形態の放射線画像検出器５５においては、上部電極１にバイアス電圧として正の電圧が印加されるため上部電極７１と半導体層７５との間に、正孔注入阻止層７２、純ａ−Ｓｅ層７３および結晶化防止層７４を設けるようにしたが、結晶化の問題は半導体層７５と画素電極６１との間においても生じ、画素電極６１から半導体層７５への電子の注入も生じうるため、図１３に示す放射線画像検出器５５のように、半導体層７５と画素電極６１との間に、半導体層７５側から順に結晶化防止層７８、純ａ−Ｓｅ層７７および電子注入阻止層７６を設けるようにしてもよい。

また、上部電極７１と半導体層７５との間に、正孔注入阻止層７２、純ａ−Ｓｅ層７３および結晶化防止層４を設けるとともに、半導体層７５と画素電極６１との間に、半導体層７５側から順に結晶化防止層７８、純ａ−Ｓｅ層７７および電子注入阻止層７６を設けるようにしてもよい。

また、上記第２の実施形態の説明では、上部電極にバイアス電圧として正電圧が印加される放射線画像検出器について説明したが、上部電極にバイアス電圧として負電圧が印加される放射線画像検出器についても本発明の純ａ−Ｓｅ層を設けるようにしてもよい。ただし、その場合には、正孔注入阻止層の代わりに電子注入阻止層が設けられることになる。すなわち、上部電極と半導体層との間に、電子注入阻止層、純ａ−Ｓｅ層および結晶化防止層を設け、半導体層と画素電極との間に、半導体層側から順に結晶化防止層、純ａ−Ｓｅ層および正孔注入阻止層を設けるようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、放射線を直接電荷に変換する、いわゆる直接変換型の放射線画像検出器について説明したが、これに限らず、放射線を蛍光体により一旦光に変換し、その光を電荷に変換する、いわゆる間接変換型の放射線画像検出器に類似する構成の放射線画像検出器にも本発明は適用することができる。なお、間接変換型の放射線画像検出器に類似する構成の放射線画像検出器とは、直接変換型の放射線画像検出器よりもａ
−Ｓｅ層を薄くし、光透過型の第１の電極層を設けるとともに、第１の電極層の上方に蛍光体を設け、その蛍光体からの光を電荷に変換するものである。なお、上記のように構成された放射線画像検出器においては、記録用光導電層や半導体層の厚さは１〜３０μｍ程度となり、電気読取方式の放射線画像検出器の場合には、蓄積容量はなくてもよい。

本発明の放射線画像検出器の第１の実施形態を示す斜視図 図１に示す放射線画像検出器の２−２線断面図 第１の実施形態の放射線画像検出器への放射線画像の記録の作用を説明するための図 第１の実施形態の放射線画像検出器への放射線画像の記録の作用を説明するための図 第１の実施形態の放射線画像検出器からの放射線画像の読取りの作用を説明するための図 結晶化防止層のＡｓの濃度と第１の電極層から記録用光導電層へのリーク電流との関係を示すグラフ 純ａ−Ｓｅ層の厚さを変化させてリーク電流を計測した結果を示すグラフ 放射線画像検出器に対する光のショット数とリーク量との関係を示すグラフ 純ａ−Ｓｅ層を設けていない場合のエネルギーバンドダイヤグラムの模式図 純ａ−Ｓｅ層を設けている場合のエネルギーバンドダイヤグラムの模式図 第１の実施形態の放射線画像検出器の変形例を示す断面図 本発明の第２の実施形態の放射線画像検出器の一部断面図 第２の実施形態の放射線画像検出器におけるアクティブマトリクス基板の平面図 第２の実施形態の放射線画像検出器への放射線画像の記録および読取りの作用を説明するための図 第２の実施形態の放射線画像検出器の変形例を示す断面図 従来の放射線画像検出器における正孔注入を説明するための図

符号の説明

１ 第１の電極層
２ 正孔注入阻止層
３ 純ａ−Ｓｅ層
４ 結晶化防止層
５ 記録用光導電層
６ 電荷輸送層
７ 読取用光導電層
８ 第２の電極層
８ａ 透明線状電極
８ｂ 遮光線状電極
９ 蓄電部
１０ 放射線画像検出器
１１ 正孔注入阻止層
１２ 純ａ−Ｓｅ層
１３ 結晶化防止層
１５ 放射線画像検出器
５０ 放射線画像検出器
５６ 放射線画像検出器
６０ アクティブマトリクス基板
６１ 画素電極
６２ 蓄積容量
６３ ＴＦＴスイッチ
６４ 画素
６５ 走査配線
６６ データ配線
７０ 放射線検出部
７１ 上部電極
７２ 正孔注入阻止層
７３ 純ａ−Ｓｅ層
７４ 結晶化防止層
７５ 半導体層
７６ 電子注入阻止層
７７ 純ａ−Ｓｅ層
７８ 結晶化防止層

Claims (7)

1. 電圧が印加される電圧印加電極と、放射線の照射を受けて電荷を発生する半導体層と放射線量に応じた電気信号を検出する検出電極とがこの順に積層された放射線画像検出器であって、前記電圧印加電極と前記半導体層との間に、前記電圧印加電極から前記半導体層への正孔の注入を阻止する正孔注入阻止層と前記半導体層の結晶化を抑制する結晶化抑制層とが前記電圧印加電極側からこの順に積層された放射線画像検出器において、
   前記正孔注入阻止層が、Ｓｂ _ｘ Ｓ _{１００−ｘ} の合金からなるものであり、
   前記結晶化防止層が、Ａｓを含むａ−Ｓｅからなるものであり、
   前記正孔注入阻止層と前記結晶化抑制層との間に、厚さが０．０１μｍ以上０．５μｍ以下の純ａ−Ｓｅ層が設けられていることを特徴とする放射線画像検出器。
2. 電圧が印加される電圧印加電極と、放射線の照射を受けて電荷を発生する半導体層と放射線量に応じた電気信号を検出する検出電極とがこの順に積層された放射線画像検出器であって、前記半導体層と前記検出電極の間に、前記半導体層の結晶化を抑制する結晶化抑制層と前記検出電極から前記半導体層への正孔の注入を阻止する正孔注入阻止層とが前記半導体層側からこの順に積層された放射線画像検出器において、
   前記正孔注入阻止層が、Ｓｂ _ｘ Ｓ _{１００−ｘ} の合金からなるものであり、
   前記結晶化防止層が、Ａｓを含むａ−Ｓｅからなるものであり、
   前記正孔注入阻止層と前記結晶化抑制層との間に、厚さが０．０１μｍ以上０．５μｍ以下の純ａ−Ｓｅ層が設けられていることを特徴とする放射線画像検出器。
3. 前記純ａ−Ｓｅ層の厚さが、０．０１μｍ以上０．３μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の放射線画像検出器。
4. 前記純ａ−Ｓｅ層の厚さが、０．０１μｍ以上０．１μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の放射線画像検出器。
5. 前記電圧印加電極が、前記放射線の照射時には負電圧が印加され、前記電気信号の読出し時には接地されるものであることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の放射線画像検出器。
6. 前記電圧印加電極が、前記放射線の照射時には正の電圧が印加されるものであることを特徴とする請求項１記載の放射線画像検出器。
7. 前記検出電極が、２次元状に配列された画素電極であり、
   該各画素電極に接続された複数のスイッチ素子を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の放射線画像検出器。

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