JP5664798B2 - 放射線検出器とその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、Ｘ線、γ線、光等を含む放射線を検出する機能を有し、医療用および異物検査等の産業用に使用される放射線検出器とその製造方法に関する。
従来から高感度な放射線検出器の材料として各種の半導体材料、とりわけＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）またはＣｄＺｎＴｅ（テルル化亜鉛カドミウム）の結晶体が研究・開発され、一部製品化されている。しかしながら、医用診断用の放射線検出器に応用するには、大面積（例えば２０ｃｍ角以上）の放射線変換層を形成（成膜）する必要がある。このような大面積の結晶体を形成することは、技術的にもコスト的にも現実的に難しい。そこで、ＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅの多結晶膜は、近接昇華法により形成されている（例えば特許文献１）。
従来の放射線検出器１０１を図７に示す。図７中の符号ｒは放射線の入射方向を示す。対向基板（検出基板ともいう）１０３は、放射線の入射側から順番に、バイアス電圧Ｖｈを印加する共通電極として機能する導電性のグラファイトの支持基板１０５、電子（電荷）注入阻止層１０６、放射線に感応して電荷（キャリア）を生成する多結晶膜の半導体層（放射線変換層）１０２、正孔（電荷）注入阻止層１０７、対向電極１０８の各層（膜）が積層して構成されている。なお、多結晶膜の半導体層１０２は、以下適宜「半導体多結晶膜」とする。対向基板１０３は、バンプ電極１３１を介してアクティブマトリクス基板１０４と貼り合わせて一体的に構成されている。アクティブマトリクス基板１０４は、コンデンサ１１１およびスイッチング素子１１２を画素ごとに有し、入射した放射線強度に応じて半導体多結晶膜１０２で生成された電荷を蓄積し、蓄積された電荷の読み出しを行っている。
半導体多結晶膜１０２としてＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅを用いた放射線検出器１０１では、感度に寄与しない漏れ電荷が半導体多結晶膜１０２へ注入すると、リーク電流が増加して検出特性の劣化を招く。そのため、導電性の支持基板１０５と半導体多結晶膜１０２との間、および半導体多結晶膜１０２と対向電極１０８との間の少なくともいずれか一方に、半導体多結晶膜１０２への電荷の注入を阻止するための電子注入阻止層１０６および正孔注入阻止層１０７が形成されている。
なお、特許文献２には、支持基板の表面の凹凸が半導体層に影響を及ぼす認識の元、形成された半導体層の「表面」の相違により、グラファイト基板（支持基板）の表面の凹凸を１μｍ〜８μｍの範囲とすることが開示されている。これにより、凹凸が１μｍ未満の基板では、半導体層の膜質が粗くボーラス（多孔質）になって支持基板と半導体層との密着性が悪くなっていたのを防ぐことができる。また、逆に凹凸が８μｍを超えた支持基板では、一部のみにリーク電流の多い箇所であるリークスポットが発生したのを防ぐことができる。
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。図７に示すように、支持基板１０５に電子注入阻止層（例えばＺｎＴｅ膜）１０６を数十μｍの厚みに形成し、形成された電子注入阻止層１０６に半導体多結晶膜（例えばＣｄＺｎＴｅ膜）１０２を形成している。この場合、半導体多結晶膜１０２の成分と比較的近く細かな結晶粒で構成される電子注入阻止層１０６が半導体多結晶膜１０２の形成時の核となる。この核に基づいて半導体多結晶膜１０２の結晶粒が小さく（細かく）形成され、初めに形成された（初期の）小さい結晶粒から時間と共に大きな結晶粒が形成される。
図８は、グラファイトの支持基板１０５上のＺｎＴｅ膜１０６に形成されたＣｄＺｎＴｅ膜１０２の縦断面写真である。すなわち、グラファイトの支持基板１０５上に電子注入阻止層のＺｎＴｅ膜１０６を近接昇華法により約２０μｍ形成し、その上に半導体多結晶膜のＣｄＺｎＴｅ膜１０２を近接昇華法により形成している。結晶粒は支持基板１０５近くでは細かく表面に向かうに連れて大きくなっている。
しかしながら、リーク電流の大きさをあまり問題にしない場合は、支持基板１０５に電子注入阻止層１０６を形成せずに、支持基板１０５に半導体多結晶膜１０２を直接形成する。この場合、電子注入阻止層１０６を介在した場合と同様の大きさの結晶粒が形成されず、初めから大きな結晶粒が成長する問題がある。初めに大きな結晶粒が成長すると半導体多結晶膜１０２と支持基板１０５との密着性が低下してしまう。
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、電荷注入阻止層を介在させずに支持基板側に直接形成する際に、初めに形成される結晶粒を小さくすることが可能な放射線検出器およびその製造方法を提供することを目的とする。
発明者は、上記の問題を解決するために鋭意研究した結果、次のような知見を得た。グラファイトの支持基板１０５の面に半導体多結晶膜１０２を近接昇華法により直接形成する際に、支持基板１０５の面の表面粗さＲａが小さくきれいであると、半導体多結晶膜１０２の形成開始から時間と共に半導体多結晶膜１０２が形成されず、所定の時間が経過してから厚み方向２００に半導体多結晶膜１０２が形成される。すなわち、初めに形成される結晶粒の結晶核が支持基板１０５に付きにくいことが判明した。この場合、初めに形成される結晶粒が大きくなる。図９は、表面粗さＲａ＜０．５μｍときれいなグラファイトの支持基板１０５の面に直接形成されたＣｄＺｎＴｅ膜の縦断面写真である。結晶粒は、厚み方向に１００μｍを超える異常成長した大きな結晶粒が初めから形成されている。
図１０（ａ）は、表面粗さＲａ＜０．５μｍの支持基板１０５における結晶核２０１の初期形成の説明に供する図である。表面粗さが小さく表面がきれいであると、初めに形成される結晶粒の結晶核２０１が支持基板１０５に付きにくい。そのため、結晶核２０１の付いたところから結晶粒が成長して大きな結晶粒が成長するものと考えられる（図１０（ａ）の２点鎖線）。大きな結晶粒が成長すると、上述のように、密着性が低下し、また、検出信号の感度が良くなるものの、複数の画素をまたぐときなど画素間のばらつきの原因になってしまう。
また、図１０（ｂ）は、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．５μｍ以下の支持基板１０５における結晶核２０１の初期形成の説明に供する図である。表面粗さが所定範囲で表面に細かな凹凸があると、支持基板１０５に半導体多結晶膜１０２の結晶核２０１が付き易く、結晶核２０１が付いたところから結晶粒が成長し、小さな結晶粒が形成されると考えられる。また、結晶核２０１が付き易い（形成し易い）ので、半導体多結晶膜１０２の形成開始から時間と共に厚み方向に形成される。図５は、表面粗さＲａ＝１．０μｍのグラファイトの支持基板１０５の面に直接形成されたＣｄＺｎＴｅ膜の縦断面写真である。図５に示すように、結晶粒は支持基板１０５近くでは細かく表面に向かうに連れて大きくなっているのがわかる。
また、図１０（ｃ）は、表面粗さＲａ＞１．５μｍの支持基板１０５における結晶核２０１の初期形成の説明に供する図である。更に表面粗さＲａが大きくなると、図１０（ｂ）に示す表面粗さＲａ＝０．５μｍ以上１．５μｍ以下よりも半導体多結晶膜１０２の結晶核２０１が支持基板１０５に付きにくくなる。すなわち、表面が粗くなると平らな面が増えて、この平らな面では結晶核２０１が付きにくくなる。そのため、表面粗さＲａ＝０．５μｍ以上１．５μｍ以下よりも結晶粒が大きくなると考えられる。また、表面粗さが大きくなると半導体多結晶膜１０２の支持基板１０５と反対側の表面の凹凸が大きくなってしまう。
このような知見に基づく本発明は、次のような構成をとる。すなわち、本発明に係る放射線検出器は、放射線に感応して電荷を生成する半導体多結晶膜と、前記半導体多結晶膜が形成された、バイアス電圧を印加するグラファイトの支持基板とを備えた放射線検出器において、前記半導体多結晶膜は、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．０μｍ未満の前記支持基板の面に直接形成されていることを特徴とするものである。
本発明に係る放射線検出器によれば、半導体多結晶膜は、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．０μｍ未満のグラファイトの支持基板の面に直接形成されている。これにより、初めに形成される結晶粒の元となる結晶核が支持基板側に形成し易くなり、初めに形成される結晶粒が大きく成長せず、より小さくすることができる。そのため、初めに形成される小さな結晶粒から時間と共に大きな結晶粒を形成することができる。例えば、結晶粒径を画素ピッチ以下の大きさに容易にすることができる。また、支持基板側に初めに小さな結晶粒が形成されるので、支持基板側に対する半導体多結晶膜の密着性を向上させ、膜剥離の発生を抑えることができる。また、半導体多結晶膜の表面の凹凸を抑えることができる。
また、本発明に係る放射線検出器は、放射線に感応して電荷を生成する半導体多結晶膜と、前記半導体多結晶膜が形成された絶縁性の支持基板と、前記半導体多結晶膜と前記支持基板との間に形成されたバイアス電圧を印加する共通電極とを備えた放射線検出器において、前記半導体多結晶膜は、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．０μｍ未満の前記支持基板の面に形成された前記共通電極に直接形成されていることを特徴とするものである。
本発明に係る放射線検出器によれば、半導体多結晶膜は、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．０μｍ未満の絶縁性の支持基板の面に形成された共通電極に直接形成されている。これにより、初めに形成される結晶粒の元となる結晶核が支持基板側に形成し易くなり、初めに形成される結晶粒が大きく成長せず、より小さくすることができる。そのため、初めに形成される小さな結晶粒から時間と共に大きな結晶粒を形成することができる。例えば、結晶粒径を画素ピッチ以下の大きさに容易にすることができる。また、支持基板側に初めに小さな結晶粒が形成されるので、支持基板側に対する半導体多結晶膜の密着性を向上させ、膜剥離の発生を抑えることができる。また、半導体多結晶膜の表面の凹凸を抑えることができる。
また、本発明に係る放射線検出器は、放射線に感応して電荷を生成する半導体多結晶膜と、前記半導体多結晶膜が形成された絶縁性の支持基板と、前記半導体多結晶膜と前記支持基板との間に形成されたバイアス電圧を印加する共通電極とを備えた放射線検出器において、前記半導体多結晶膜は、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．０μｍ未満の前記共通電極の面に直接形成されていることを特徴とするものである。
本発明に係る放射線検出器によれば、半導体多結晶膜は、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．０μｍ未満の前記共通電極の面に直接形成されている。これにより、初めに形成される結晶粒の元となる結晶核が支持基板側に形成し易くなり、初めに形成される結晶粒が大きく成長せず、より小さくすることができる。そのため、初めに形成される小さな結晶粒から時間と共に大きな結晶粒を形成することができる。例えば、結晶粒径を画素ピッチ以下の大きさに容易にすることができる。また、支持基板側に初めに小さな結晶粒が形成されるので、支持基板側に対する半導体多結晶膜の密着性を向上させ、膜剥離の発生を抑えることができる。また、半導体多結晶膜の表面の凹凸を抑えることができる。
また、本発明に係る放射線検出器において、前記半導体多結晶膜の一例は、ＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅである。これにより、初めに形成されるＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅ結晶粒の元となる結晶核が形成し易くなり、初めに形成される結晶粒を小さくすることができる。
また、本発明に係る放射線検出器の製造方法は、放射線に感応して電荷を生成する半導体多結晶膜と、前記半導体多結晶膜が形成されたバイアス電圧を印加するグラファイトの支持基板とを備えた放射線検出器の製造方法において、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．０μｍ未満の面を有する前記支持基板を準備する工程と、前記支持基板の前記面に前記半導体多結晶膜を直接形成する工程と、を備えていることを特徴とするものである。
本発明に係る放射線検出器の製造方法によれば、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．０μｍ未満の面を有するグラファイトの支持基板を準備し、支持基板のその表面粗さの面に半導体多結晶膜を直接形成している。これにより、初めに形成される結晶粒の元となる結晶核が支持基板側に形成し易くなり、初めに形成される結晶粒が大きく成長せず、より小さくすることができる。そのため、初めに形成される小さな結晶粒から時間と共に大きな結晶粒を形成することができる。例えば、結晶粒径を画素ピッチ以下の大きさに容易にすることができる。また、支持基板側に初めに小さな結晶粒が形成されるので、支持基板側に対する半導体多結晶膜の密着性を向上させ、膜剥離の発生を抑えることができる。また、半導体多結晶膜の表面の凹凸を抑えることができる。
また、本発明に係る放射線検出器の製造方法は、放射線に感応して電荷を生成する半導体多結晶膜と、前記半導体多結晶膜が形成された絶縁性の支持基板と、前記半導体多結晶膜と前記支持基板との間に形成されたバイアス電圧を印加する共通電極とを備えた放射線検出器の製造方法において、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．０μｍ未満の面に前記共通電極が形成された前記支持基板を準備する工程と、前記共通電極に前記半導体多結晶膜を直接形成する工程と、を備えていることを特徴とするものである。
本発明に係る放射線検出器の製造方法によれば、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．０μｍ未満の面に共通電極が形成された絶縁性の支持基板を準備し、その共通電極に半導体多結晶膜を直接形成している。これにより、初めに形成される結晶粒の元となる結晶核が支持基板側に形成し易くなり、初めに形成される結晶粒が大きく成長せず、より小さくすることができる。そのため、初めに形成される小さな結晶粒から時間と共に大きな結晶粒を形成することができる。例えば、結晶粒径を画素ピッチ以下の大きさに容易にすることができる。また、支持基板側に初めに小さな結晶粒が形成されるので、支持基板側に対する半導体多結晶膜の密着性を向上させ、膜剥離の発生を抑えることができる。また、半導体多結晶膜の表面の凹凸を抑えることができる。
また、本発明に係る放射線検出器の製造方法は、放射線に感応して電荷を生成する半導体多結晶膜と、前記半導体多結晶膜が形成された絶縁性の支持基板と、前記半導体多結晶膜と前記支持基板との間に形成されたバイアス電圧を印加する共通電極とを備えた放射線検出器の製造方法において、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．０μｍ未満の面を有する前記共通電極を準備する工程と、前記共通電極の前記面に前記半導体多結晶膜を直接形成する工程と、を備えていることを特徴とするものである。
本発明に係る放射線検出器の製造方法によれば、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．０μｍ未満の面を有する共通電極を準備し、共通電極のその表面粗さの面に半導体多結晶膜を直接形成している。これにより、初めに形成される結晶粒の元となる結晶核が支持基板側に形成し易くなり、初めに形成される結晶粒が大きく成長せず、より小さくすることができる。そのため、初めに形成される小さな結晶粒から時間と共に大きな結晶粒を形成することができる。例えば、結晶粒径を画素ピッチ以下の大きさに容易にすることができる。また、支持基板側に初めに小さな結晶粒が形成されるので、支持基板側に対する半導体多結晶膜の密着性を向上させ、膜剥離の発生を抑えることができる。また、半導体多結晶膜の表面の凹凸を抑えることができる。
また、本発明に係る放射線検出器の製造方法において、前記半導体多結晶膜の一例は、ＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅである。これにより、初めに形成されるＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅ結晶粒の元となる結晶核が形成し易くなり、初めに形成される結晶粒を小さくすることができる。
本発明に係る放射線検出器およびその製造方法によれば、初めに形成される結晶粒の元となる結晶核が支持基板側に形成し易くなり、初めに形成される結晶粒が大きく成長せず、より小さくすることができる。そのため、初めに形成される小さな結晶粒から時間と共に大きな結晶粒を形成することができる。例えば、結晶粒径を画素ピッチ以下の大きさに容易にすることができる。また、支持基板側に初めに小さな結晶粒が形成されるので、支持基板側に対する半導体多結晶膜の密着性を向上させ、膜剥離の発生を抑えることができる。また、半導体多結晶膜の表面の凹凸を抑えることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施例１を説明する。また、本実施例では、放射線検出器の一例として、フラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）について説明する。図１は、フラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）の構成を示す縦断面図であり、図２は、フラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）の構成を示すブロック図である。
図１を参照する。ＦＰＤ１は、入射したＸ線に感応して電荷（電子−正孔対キャリア）を生成する多結晶の半導体層（半導体多結晶膜）２を有する対向基板３と、生成された電荷を蓄積するとともに蓄積された電荷を読み出すアクティブマトリクス基板４とを備えている。
対向基板３は、Ｘ線入射方向（図１中の符号ｘ）から順番に、半導体多結晶膜２を支持するとともにバイアス電圧Ｖｈを印加する共通電極として機能するグラファイトの支持基板５と、支持基板５の下面に直接形成される半導体多結晶膜２と、電荷収集用の対向電極６と、が積層形成された構成となっている。すなわち、ＦＰＤ１は、半導体多結晶膜２と、半導体多結晶膜２が形成された支持基板５とを備え、半導体多結晶膜２は、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．５μｍ以下の支持基板５の面５ａに直接形成されている。
本実施例の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）は、接触式の測定器で測定される。測定は、例えば、先端径Ｒが１２．５μｍの探針を用い、評価長さを２ｍｍとして行われる。なお、既に、半導体多結晶膜２が支持基板５に直接形成されている場合は、例えば、半導体多結晶膜２を薬品等で溶かして、半導体多結晶膜２を取り除いた状態で表面粗さＲａを測定する。
一方、アクティブマトリクス基板４は、生成された電荷を蓄積するコンデンサ１１と、コンデンサ１１に蓄積された電荷を読み出すスイッチング素子として機能する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１２と等を備えている。コンデンサ１１とＴＦＴ１２等は、絶縁基板１３上に形成されている。また、アクティブマトリクス基板４は、画素電極１４およびスルーホール１５を備えている。コンデンサ１１は、容量電極１６、絶縁膜１７およびグランド線１８とで構成されている。グランド線１８は、接地され、または、予め設定された所定電圧が印加されている。ＴＦＴ１２は、容量電極１６および絶縁膜１７、データ線１９、ゲートチャネル２０、ゲート線２１で構成されている。また、絶縁膜２２は、画素電極１４と容量電極１６との間に形成されている。絶縁膜２３は保護膜として形成されている。
対向基板３とアクティブマトリクス基板４は、対向基板３の対向電極６とアクティブマトリクス基板４の画素電極１４とがバンプ電極３１で接合されることにより、貼り合わされて構成されている。
図１中の符号ＤＵは、Ｘ線検出素子を示しており、Ｘ線検出素子ＤＵでの検出が１画素に相当する。Ｘ線検出素子ＤＵは、２次元マトリクス状に配置され、例えば１５００×１５００個程度（２３０×２３０ｍｍ程度）で構成される。Ｘ線検出素子ＤＵは、図２に示すように、図示の便宜上３×３個で構成されている。コンデンサ１１およびＴＦＴ１２は、２次元マトリクス状に構成された３×３個のＸ線検出素子ＤＵに個別に設けられている。
図２において、ゲート線２１は、行（Ｘ）方向のＸ線検出素子ＤＵで共通に接続するように構成されており、データ線１９は、列（Ｙ）方向のＸ線検出素子ＤＵで共通に接続するように構成されている。また、ゲート線２１は、ゲート駆動部３３と接続しており、データ線１９は、順番に電荷電圧変換アンプ３５、マルチプレクサ３７に接続している。ゲート駆動部３３、電荷電圧変換アンプ３５およびマルチプレクサ３７は、駆動制御部３９で制御されるようになっており、例えば図示しない外部装置からの信号で駆動される。
次に、ＦＰＤ１の製造方法について、図３のフローチャートに沿って説明する。対向基板３とアクティブマトリクス基板４は、個別に作成される。ステップＳ０１〜Ｓ０３は、対向基板３を作成する工程を示す。ステップＳ１１、Ｓ１２は、アクティブマトリクス基板４を作成する工程とバンプ電極３１を形成する工程を示す。そして、ステップＳ２１の工程において、対向基板３とアクティブマトリクス基板４とが貼り合わせて一体となる。
〔ステップＳ０１〕支持基板の準備
表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．５μｍ以下の面５ａを有する支持基板５を準備する。支持基板５は、Ｘ線の吸収係数が小さいものが好ましく、例えば、導電性のグラファイトで構成される。支持基板５の面５ａは、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．５μｍ以下となるように表面処理される。表面処理は、所定の表面粗さＲａにするために、スラリーや固定砥粒等を用いた機械研磨（平面研磨）または平面フライス加工などにより行われる。
表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．５μｍ以下の面５ａを有する支持基板５を準備する。支持基板５は、Ｘ線の吸収係数が小さいものが好ましく、例えば、導電性のグラファイトで構成される。支持基板５の面５ａは、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．５μｍ以下となるように表面処理される。表面処理は、所定の表面粗さＲａにするために、スラリーや固定砥粒等を用いた機械研磨（平面研磨）または平面フライス加工などにより行われる。
〔ステップＳ０２〕半導体多結晶膜の形成
グラファイトの支持基板５の表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．５μｍ以下の面５ａに半導体多結晶膜２を直接形成する。半導体多結晶膜２は、例えばＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅの多結晶膜である。半導体多結晶膜２は、近接昇華法によりグラファイトの支持基板５に直接形成される。図４は、近接昇華法の説明に供する図である。
グラファイトの支持基板５の表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．５μｍ以下の面５ａに半導体多結晶膜２を直接形成する。半導体多結晶膜２は、例えばＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅの多結晶膜である。半導体多結晶膜２は、近接昇華法によりグラファイトの支持基板５に直接形成される。図４は、近接昇華法の説明に供する図である。
蒸着チャンバ４１内には、ソースＳを置くための下部サセプタ４３が設けられている。下部サセプタ４３に配置するソースＳは、例えばＣｄＴｅの粉末材料の焼結体が用いられ、予め常圧かつ不活性雰囲気（例えばＡｒガス）中で加熱（例えば６９０℃）して焼結させておく。支持基板５は、半導体多結晶膜２を形成する表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．５μｍ以下の面５ａを下部サセプタ４３に向けた状態でスペーサ４５を介在させて蒸着チャンバ４１内の下部サセプタ４３上に載置される。蒸着チャンバ４１の上下部には、独立して温度を制御することが可能なヒータ４７，４９が設けられている。支持基板５とソースＳとを対向配置させた状態で、真空ポンプ５１を動作させて蒸着チャンバ４１内を減圧雰囲気（例えば２６０Ｐａ）にした後、上下部のヒータ４７，４９によりソースＳを加熱する（例えば基板温度５５０℃、ソース温度６５０℃）。これにより、ソースＳが昇華して、支持基板５の面５ａに半導体多結晶膜２が形成される。
また、半導体多結晶膜２の検出特性を向上させるため、半導体多結晶膜２には、任意の不純物をドープしてもよく、例えば、Ｚｎをドープすると、ワイドギャップ化することによりリーク電流を低減させることができる。また、適量のＣｌをドープすると、結晶粒径９を細かくする効果、または半導体多結晶膜２の結晶粒界等での電荷の流れ易さを示すキャリア走行性を改善し、感度および応答性を改善させる効果を有する。
Ｃｌドープは、粉末材料を焼結させたソースＳにＣｌを混入したり、蒸着チャンバ４１の外部から供給口５３を通して内部にＣｌを供給したりする。例えば、ソースＳとしては、ＣｄＴｅ、ＺｎＴｅ、およびＣｄＺｎＴｅの少なくとも１つを含む第１の材料と、ＣｄＣｌ２（塩化カドミウム）、およびＺｎＣｌ２（塩化亜鉛）の少なくとも１つを含む第２の材料との混合体を用いてもよい。また、例えば、蒸着チャンバ４１の外部から内部に、ＨＣｌ（塩化水素）、ＣＨＣｌ３（クロロホルム）などをアルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ２）などの不活性ガスで希釈したＣｌ含有ガスを、供給口５３から流量を制御しながら供給してもよい。また、これらＣｌを混入したソースＳと、蒸着チャンバ４１の外部から内部に供給するＣｌ含有ガスとを組み合わせてもよい。
このようにして半導体多結晶膜２は、近接昇華法により６００〜７００μｍ程度の厚みに形成される。半導体多結晶膜２は、アズデポ（そのまま）の状態では、表面の凹凸があり膜厚にばらつきを有する。そのため、半導体多結晶膜２の表面をマトリクス基板４との一体化接合のため、６００〜７００μｍの半導体多結晶膜２を形成し、その表面を平面研磨して平坦化しするとともに４００μｍ程度の厚みにする。なお、平面研磨後の４００μｍ程度の厚みにおいて、結晶粒径を画素ピッチＰ（例えば１５０μｍ）よりも小さくすることが好ましい。検出信号の画素間のばらつきを抑えることができる。なお、図５、図８および図９において、半導体多結晶膜２が形成される面の状態以外は、同じ成膜条件で半導体多結晶膜２が形成されている。
〔ステップＳ０３〕対向電極の形成
半導体多結晶膜２上（図１では下側）に対向電極６を形成する。対向電極６は、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）や、Ａｕ（金）、Ｐｔ（白金）、グラファイトなどの導電材料から構成され、半導体多結晶膜２上に蒸着法やスパッタリング等で形成される。なお、必要に応じて、対向電極６を形成しない構成としてもよい。なお、この場合、バンプ電極３１が対向電極６として機能する。
半導体多結晶膜２上（図１では下側）に対向電極６を形成する。対向電極６は、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）や、Ａｕ（金）、Ｐｔ（白金）、グラファイトなどの導電材料から構成され、半導体多結晶膜２上に蒸着法やスパッタリング等で形成される。なお、必要に応じて、対向電極６を形成しない構成としてもよい。なお、この場合、バンプ電極３１が対向電極６として機能する。
〔ステップＳ１１〕アクティブマトリクス基板の作成
ガラス等で構成される絶縁基板１３上にグランド線１８とゲート線２１とを形成し、それらを覆うように絶縁膜１７を形成する。グランド線１８およびゲート線２１は、Ｔａ（タンタル）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｍｏ（モリブデン）等の金属膜で構成され、蒸着法またはスパッタリング等で形成される。絶縁膜１７は、ＳｉＮｘやＳｉＯｘで構成され、蒸着法等で形成される。また、絶縁膜１７は、無機膜の他にアクリルやポリイミド等で構成してもよい。
ガラス等で構成される絶縁基板１３上にグランド線１８とゲート線２１とを形成し、それらを覆うように絶縁膜１７を形成する。グランド線１８およびゲート線２１は、Ｔａ（タンタル）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｍｏ（モリブデン）等の金属膜で構成され、蒸着法またはスパッタリング等で形成される。絶縁膜１７は、ＳｉＮｘやＳｉＯｘで構成され、蒸着法等で形成される。また、絶縁膜１７は、無機膜の他にアクリルやポリイミド等で構成してもよい。
ＴＦＴ１２を形成するために、ゲートチャネル２０を絶縁膜１７上に形成する。ゲートチャネル２０は、ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）やｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）を蒸着法で形成し、不純物を拡散させて例えばｎ＋層としたもので構成される。
コンデンサ１１およびＴＦＴ１２を作成するために、容量電極１６とデータ線１９とを絶縁膜１７等上に形成し、それらを覆うように絶縁膜２２を形成する。また、絶縁膜２２にスルーホール１５を形成する。そして、絶縁膜２２およびスルーホール１５上に画素電極１４を形成し、画素電極１４で開口するように絶縁膜２３を形成する。画素電極１４、スルーホール１５、容量電極１６およびデータ線１９は、Ｔａ、Ａｌ、Ｔｉ（チタン）等の金属膜で構成される。これらの金属膜は、蒸着法またはスパッタリング等で形成される。絶縁膜２２，２３は、絶縁膜１７と同様に、ＳｉＮｘやＳｉＯｘで構成され、蒸着法等で形成される。
〔ステップＳ１２〕バンプ電極の形成
ステップＳ１１で形成されたアクティブマトリクス基板４上にバンプ電極３１を形成する。バンプ電極３１は、例えば導電性ペーストをスクリーン印刷することにより形成される。
ステップＳ１１で形成されたアクティブマトリクス基板４上にバンプ電極３１を形成する。バンプ電極３１は、例えば導電性ペーストをスクリーン印刷することにより形成される。
バンプ電極３１は、導電性ペーストで構成され、例えば、ゴムを主成分とした母材に、カーボンを主成分とした導電性材料と、常温で放置することにより有機物質が徐々に揮発して硬化する、あるいは空気中の水分と縮合反応して硬化するバインダー樹脂とを配合したもので構成される。この導電性ペーストに含まれる導電性材料については、導電性を有していれば、適宜材料を選択しても良い。また、例えば、母材の主成分をゴムと例示したが、その他の高分子材料でもよい。バインダー樹脂についても、必ずしも樹脂に限定されず、接着性および硬化性を有する素材の混合物であってもよい。
また、導電性ペーストには、例えば、バインダー樹脂のように常温で放置することにより有機物質が徐々に揮発して硬化する、あるいは空気中の水分と縮合反応して硬化する素材が含まれていることが望ましいが、温度変化（１００℃程度まで）を与えることにより硬化する物質が含まれていてもよい。
〔ステップＳ２１〕対向基板とアクティブマトリクス基板の貼り合わせ
対向基板３の対向電極６とアクティブマトリクス基板４の画素電極１４上に形成されたバンプ電極３１とを接合する。これにより、対向基板３とアクティブマトリクス基板４とが貼り合わされる。接合は、予め設定された所定の圧力を加えながら、常温放置、あるいは必要に応じて加熱することにより行われる。また、バンプ電極３１以外にも、異方導電性フィルム（ＡＣＦ）を用いて接合（接続）してもよい。
対向基板３の対向電極６とアクティブマトリクス基板４の画素電極１４上に形成されたバンプ電極３１とを接合する。これにより、対向基板３とアクティブマトリクス基板４とが貼り合わされる。接合は、予め設定された所定の圧力を加えながら、常温放置、あるいは必要に応じて加熱することにより行われる。また、バンプ電極３１以外にも、異方導電性フィルム（ＡＣＦ）を用いて接合（接続）してもよい。
以上の工程によりＦＰＤ１を製造する。なお、この他に、ゲート駆動部３３、電荷電圧変換アンプ３５、マルチプレクサ３７、および駆動制御部３９等が設けられる。
次に、図１および図２を参照してＦＰＤ１の動作を説明する。Ｘ線管から照射されたＸ線は被検体を透過し、被検体を透過したＸ線がＦＰＤ１に入射する（Ｘ線管と被検体は共に図示しない）。ＦＰＤ１の半導体多結晶膜２にＸ線が入射されると、光導電効果により電荷が生成される。このとき、例えばグラファイト支持基板５には、バイアス電圧Ｖｈが印加されているので、半導体多結晶膜２で生成された電荷は、バンプ電極３１等を通じて画素ごとにコンデンサ１１に蓄積される。
コンデンサ１１に蓄積された電荷は、ＴＦＴ１２の動作によりコンデンサ１１から読み出される。ゲート駆動部３３は、例えば図２の上側のゲート線２１から１行ずつ順番に信号を送信することで、ＴＦＴ１２を接続（ＯＮ）の状態にさせる。これにより、コンデンサ１１に蓄積された電荷がＴＦＴ１２を通じてデータ線１９に移動され、データ線１９を通じて電荷電圧変換アンプ３５に転送される。電荷電圧変換アンプ３５は、電荷を電圧に変換して電圧信号として出力し、マルチプレクサ３７に転送する。マルチプレクサ３７は、複数の電圧信号から１つの電圧信号を選択して出力する。出力された電圧信号に基づいて２次元のＸ線画像が取得される。
本実施例に係るＦＰＤ１によれば、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．５μｍ以下の面５ａを有するグラファイトの支持基板５を準備し、支持基板５のその表面粗さの面５ａに半導体多結晶膜２を直接形成している。すなわち、半導体多結晶膜２は、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．５μｍ以下のグラファイトの支持基板５の面５ａに直接形成されている。これにより、初めに形成される結晶粒の元となる結晶核が支持基板５側（支持基板５の面５ａ）に形成し易くなり、図５に示すように、初めに形成される結晶粒が大きく成長せず、小さくすることができる。そのため、初めに形成される小さな結晶粒から時間と共に大きな結晶粒を形成することができる。例えば、結晶粒径を画素ピッチＰ以下の大きさに容易にすることができる。また、支持基板５側に初めに小さな結晶粒が形成されるので、支持基板５側に対する半導体多結晶膜２の密着性を向上させ、膜剥離の発生を抑えることができる。また、半導体多結晶膜２の表面の凹凸を抑えることができる。
すなわち、表面粗さＲａが０．５μｍ未満の場合では、支持基板５の面５ａに初めに形成される結晶粒の元となる結晶核２０１が付きにくい。また、半導体多結晶膜２を時間と共に形成することができず、また、くっ付いた結晶核２０１から結晶粒が成長するので結晶粒が大きく成長する（図１０（ａ））。また、支持基板５に対する半導体多結晶膜２の密着性が低下し、膜剥離が生じる。一方、表面粗さＲａが１．５μｍより大きい場合では、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．５μｍ以下よりも支持基板５の面５ａに結晶核２０１が付きにくく、結晶粒が大きくなる（図１０（ｃ））。また、表面粗さＲａが大きくなると半導体多結晶膜２の表面の凹凸が大きくなる。しかしながら、本実施例によりこれらを抑えることができる。
また、半導体多結晶膜２は、ＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅである。これにより、初めに形成されるＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅの結晶粒の元となる結晶核が形成し易くなり、初めに形成される結晶粒を小さくすることができる。
次に、図面を参照して本発明の実施例２を説明する。図６は、実施例２に係るフラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）の構成を示す縦断面図である。なお、実施例１と重複する説明は省略する。
実施例１のＦＰＤ１は、導電性のグラファイトの支持基板５を備え、支持基板５は、支持基板と共通電極とを兼用していた。しかしながら、ＦＰＤ６１は、図６に示すように、絶縁性の支持基板６３と、バイアス電圧（Ｖｈ）を印加する共通電極６５とを備えている。
支持基板６３は、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化シリコン、窒化シリコンおよび炭化ケイ素のうちのいずれか１つまたは少なくとも２つ以上を予め設定された比率で混合したものの焼成体である。支持基板６３上（図６では下側）には、共通電極６５が形成されている。すなわち、共通電極６５は、支持基板６３と半導体多結晶膜２との間に形成されている。共通電極６５は、ＩＴＯや、Ａｕ、Ｐｔ、グラファイトなどの導電性材料が用いられ、蒸着法やスパッタリング等で形成される。共通電極６５は、例えば０．１μｍ程度の膜厚に形成されている。
半導体多結晶膜２は、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．５μｍ以下の支持基板６３の面６３ａに形成された共通電極６５に直接形成されている。まず、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．５μｍ以下の面６３ａに共通電極６５が形成された支持基板６３を準備する。すなわち、支持基板６３の面６３ａを表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．５μｍ以下となるように、実施例１と同様の方法で、表面処理する。表面処理された支持基板６３の面６３ａに共通電極６５を形成する。そして、その共通電極６５に半導体多結晶膜２を直接形成する。これは、共通電極６５の膜厚が０．１μｍ程度と薄いので、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．５μｍ以下の支持基板６３の面６３ａに形成された共通電極６５の面６５ａの表面粗さＲａもほぼ同じとなることに基づく。
本実施例に係るＦＰＤ６１によれば、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．５μｍ以下の面６３ａに共通電極６５が形成された絶縁性の支持基板６３を準備し、その共通電極６５に半導体多結晶膜２を直接形成している。すなわち、半導体多結晶膜２は、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．５μｍ以下の絶縁性の支持基板６３の面６３ａに形成された共通電極６５に直接形成されている。これにより、初めに形成される結晶粒の元となる結晶核が支持基板６３側（共通電極６５の面６５ａ）に形成し易くなり、初めに形成される結晶粒が大きく成長せず、小さくすることができる。そのため、初めに形成される小さな結晶粒から時間と共に大きな結晶粒を形成することができる。例えば、結晶粒径を画素ピッチＰ以下の大きさに容易にすることができる。また、支持基板６３側に初めに小さな結晶粒が形成されるので、支持基板６３側に対する半導体多結晶膜２の密着性を向上させ、膜剥離の発生を抑えることができる。また、半導体多結晶膜２の表面の凹凸を抑えることができる。
本発明は、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２では、半導体多結晶膜２は、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．５μｍ以下の絶縁性の支持基板６３の面６３ａに形成された共通電極６５に直接形成されている。しかしながら、半導体多結晶膜２は、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．５μｍ以下の共通電極６５の面６５ａに直接形成されてもよい。
まず、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．５μｍ以下の面６５ａを有する共通電極６５を準備する。すなわち、支持基板６３の面６３ａを表面粗さＲａが所定範囲になるように、実施例１と同様の方法で、表面処理する。次に、蒸着法やスパッタリング等で、表面処理された支持基板６３の面６３ａに共通電極６５を形成する。支持基板６３の面６３ａの表面粗さＲａは、形成される共通電極６５の面６５ａの表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．５μｍ以下になるように設定される。そして、共通電極６５のその表面粗さＲａの面６５ａに半導体多結晶膜２を直接形成する。これは、共通電極６５の膜厚が０．１μｍ程度あるいはこれよりも厚い場合であっても共通電極６５の面６５ａの表面粗さＲａは、支持基板６３の面６３ａの表面粗さＲａから設定できることに基づく。
これにより、初めに形成される結晶粒の元となる結晶核が支持基板６３側（共通電極６５の面６５ａ）に形成し易くなり、初めに形成される結晶粒が大きく成長せず、小さくすることができる。そのため、初めに形成される小さな結晶粒から時間と共に大きな結晶粒を形成することができる。例えば、結晶粒径を画素ピッチＰ以下の大きさに容易にすることができる。また、支持基板６３側に初めに小さな結晶粒が形成されるので、支持基板６３側に対する半導体多結晶膜２の密着性を向上させ、膜剥離の発生を抑えることができる。また、半導体多結晶膜２の表面の凹凸を抑えることができる。
（２）上述した各実施例および変形例（１）では、半導体多結晶膜２は、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．５μｍ以下の支持基板５の面５ａに、または、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．５μｍ以下の支持基板６３の面６３ａに形成された共通電極６５に、または、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．５μｍ以下の共通電極６５の面６５ａに直接形成されている。しかしながら、表面粗さＲａは、０．５μｍ以上１．０μｍ未満であることが望ましい。
例えば、実施例１の場合、半導体多結晶膜２は、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．０μｍ未満の支持基板５の面５ａに直接形成される。これにより、初めに形成される結晶粒をより小さくすることができる。すなわち、表面粗さＲａが０．５μｍ未満では、支持基板５，６３側に結晶核が付きにくく、大きな結晶粒が形成される。一方、表面粗さＲａが１．５μｍを超えると、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．５μｍ以下よりも大きく結晶粒が形成される。表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．５μｍ以下の場合においても、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．０μｍ未満の方が、表面粗さＲａが１．０μｍ以上１．５μｍ以下よりも結晶粒が小さくすることができる。
（３）上述した各実施例および各変形例では、半導体多結晶膜２は、検出対象の放射線として、Ｘ線に感応して電荷を生成していた。しかしながら、Ｘ線に限らず、例えばγ線または光（可視光や紫外線、赤外線等）であってもよい。この場合、ＦＰＤ１，６１は、Ｘ線、γ線および光の全てを検出する構成であるが、Ｘ線、γ線および光の少なくともいずれか１つを検出する構成であってもよい。
（４）上述した各実施例および各変形例において、半導体多結晶膜２と対向電極６との間に、電子注入阻止層または正孔注入阻止層を形成してもよい。電子注入阻止層は、ＺｎＴｅ、Ｓｂ２Ｓ３（硫化アンチモン）、またはＳｂ２Ｔｅ３（アンチモンテルル）等のｐ型半導体で構成される。正孔注入阻止層は、ＣｄＳ（硫化カドミウム）、ＺｎＳ（硫化亜鉛）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、またはＳｂ２Ｓ３等のｎ型半導体で構成される。電子注入阻止層および正孔注入阻止層は、昇華法、蒸着法、スパッタリング、化学析出法、または電析法等で形成される。電子注入阻止層および正孔注入阻止層は、必要に応じてパターニングして画素ごとに分離して形成する。
（５）上述した各実施例および各変形例では、図２に示すように、２次元状のＸ線像を検出するものであったが、Ｘ線検出素子ＤＵが１列に並ぶだけの１次元のＸ線像を検出するものであってもよい。
１，６１ … フラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）
２ … 多結晶の半導体層（半導体多結晶膜）
５ … グラファイトの支持基板
５ａ … グラファイトの支持基板の面
６３ … 絶縁性の支持基板
６３ａ… 絶縁性の支持基板の面
６５ … 共通電極
６５ａ… 共通電極の面
２ … 多結晶の半導体層（半導体多結晶膜）
５ … グラファイトの支持基板
５ａ … グラファイトの支持基板の面
６３ … 絶縁性の支持基板
６３ａ… 絶縁性の支持基板の面
６５ … 共通電極
６５ａ… 共通電極の面
Claims (8)
- 放射線に感応して電荷を生成する半導体多結晶膜と、
前記半導体多結晶膜が形成された、バイアス電圧を印加するグラファイトの支持基板とを備えた放射線検出器において、
前記半導体多結晶膜は、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．０μｍ未満の前記支持基板の面に直接形成されていることを特徴とする放射線検出器。 - 放射線に感応して電荷を生成する半導体多結晶膜と、
前記半導体多結晶膜が形成された絶縁性の支持基板と、
前記半導体多結晶膜と前記支持基板との間に形成されたバイアス電圧を印加する共通電極とを備えた放射線検出器において、
前記半導体多結晶膜は、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．０μｍ未満の前記支持基板の面に形成された前記共通電極に直接形成されていることを特徴とする放射線検出器。 - 放射線に感応して電荷を生成する半導体多結晶膜と、
前記半導体多結晶膜が形成された絶縁性の支持基板と、
前記半導体多結晶膜と前記支持基板との間に形成されたバイアス電圧を印加する共通電極とを備えた放射線検出器において、
前記半導体多結晶膜は、表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．０μｍ未満の前記共通電極の面に直接形成されていることを特徴とする放射線検出器。 - 請求項１から３のいずれかに記載の放射線検出器において、
前記半導体多結晶膜は、ＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅであることを特徴とする放射線検出器。 - 放射線に感応して電荷を生成する半導体多結晶膜と、
前記半導体多結晶膜が形成されたバイアス電圧を印加するグラファイトの支持基板とを備えた放射線検出器の製造方法において、
表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．０μｍ未満の面を有する前記支持基板を準備する工程と、
前記支持基板の前記面に前記半導体多結晶膜を直接形成する工程と、
を備えていることを特徴とする放射線検出器の製造方法。 - 放射線に感応して電荷を生成する半導体多結晶膜と、
前記半導体多結晶膜が形成された絶縁性の支持基板と、
前記半導体多結晶膜と前記支持基板との間に形成されたバイアス電圧を印加する共通電極とを備えた放射線検出器の製造方法において、
表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．０μｍ未満の面に前記共通電極が形成された前記支持基板を準備する工程と、
前記共通電極に前記半導体多結晶膜を直接形成する工程と、
を備えていることを特徴とする放射線検出器の製造方法。 - 放射線に感応して電荷を生成する半導体多結晶膜と、
前記半導体多結晶膜が形成された絶縁性の支持基板と、
前記半導体多結晶膜と前記支持基板との間に形成されたバイアス電圧を印加する共通電極とを備えた放射線検出器の製造方法において、
表面粗さＲａが０．５μｍ以上１．０μｍ未満の面を有する前記共通電極を準備する工程と、
前記共通電極の前記面に前記半導体多結晶膜を直接形成する工程と、
を備えていることを特徴とする放射線検出器の製造方法。 - 請求項５から７のいずれかに記載の放射線検出器の製造方法において、
前記半導体多結晶膜は、ＣｄＴｅまたはＣｄＺｎＴｅであることを特徴とする放射線検出器の製造方法。
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