JP6151126B2 - 放射線検出パネル、放射線撮像装置および画像診断装置 - Google Patents
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Description
本実施の形態では、放射線検出パネルの構造について、図1および図2を用いて説明する。
放射線検出パネルの構造概要について、図1を用いて説明する。図1において、放射線検出パネル100は、外部より照射される放射線104を受光し、放射線104を光に変換する変換部101と、変換部101から照射される光105に基づいた信号を出力する第1の出力回路111および第2の出力回路112を備える検出回路110を複数有する。なお、放射線104は放射線照射源103から照射されて放射線検出パネル100に入射される。被検出物106は、放射線検出パネル100と放射線照射源103との間に配置すればよい。
ここで、第1の出力回路111および第2の出力回路112の回路構成の一例について、図3(A)を用いて以下に説明する。なお、第1の出力回路111と第2の出力回路112は同一の構成とすることができる。
次に、図3(A)に示す出力回路の動作について、図3(B)のタイミングチャートを用いて説明する。なお、第1の出力回路111と第2の出力回路112は同一の読み出し動作とすることができる。
図4に示すように、検出部102は、第1の出力回路111および第2の出力回路112をm行n列のマトリクス状に備えた構成である。当該構成は、行方向において、上から数えて奇数行に第1の出力回路111が、偶数行に第2の出力回路112が設けられており、図2(B)に記載した、画素信号を形成する第1の出力回路と第2の出力回路が縦方向に設けられた検出回路110を複数備えた構成となっている。
本実施の形態では、第4の配線314(OUT)に接続して用いることのできる積分回路の構成の一例について説明する。
本実施の形態では、第1の出力回路111および第2の出力回路112を備える検出回路110について、実施の形態1とは異なる回路構成および当該回路構成における動作フローについて、図7から図10を用いて説明する。
第1の出力回路111および第2の出力回路112を備える検出回路110は、図7(A)に示す構成であってもよい。検出回路の構成要素自体は同じであるが、光電変換素子300の一方の電極が第3のトランジスタ303のソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、光電変換素子300の他方の電極が第1の配線311(PR)と電気的に接続される点で、図3(A)に示す回路構成とは異なる。
第1の出力回路111および第2の出力回路112を備える検出回路110は、図8に示す構成であってもよい。図8に示す検出回路は、図3(A)に示す検出回路の構成に第4のトランジスタ304が加えられた構成であり、当該トランジスタのゲートは第1の配線311(PR)と電気的に接続され、ソースおよびはドレインの一方は第2の配線312(FD)と電気的に接続され、ソースおよびドレインの他方は第7の配線317と電気的に接続され、光電変換素子300の一方の電極が第8の配線318と電気的に接続されている。ここで、第8の配線318は光電変換素子300に常時逆バイアスを印加するための信号線(低電位線)である。また、第7の配線317は第2の配線312(FD)を高電位にリセットするための信号線(高電位線)である。
第1の出力回路111および第2の出力回路112を備える検出回路110は、図9(A)に示す構成であってもよい。図9(A)に示す検出回路は、図7(A)に示す検出回路の構成に第4のトランジスタ304が加えられた構成であり、当該トランジスタのゲートは第1の配線311(PR)と電気的に接続され、ソースまたはドレインの一方は第2の配線312(FD)と電気的に接続され、ソースまたはドレインの他方は第7の配線317と電気的に接続され、光電変換素子300の他方の電極が第8の配線318に電気的に接続される。ここで、第8の配線318は光電変換素子300に常時逆バイアスを印加するための信号線(高電位線)である。また、第7の配線317は第2の配線312(FD)を低電位にリセットするための信号線(低電位線)である。
第1の出力回路111および第2の出力回路112を備える検出回路110は、図10に示す構成であってもよい。図10に示す検出回路の構成は、図8または図9(A)の構成における光電変換素子300を可変抵抗素子330に置き換えた構成である。当該可変抵抗素子330には、一対の電極と、その一対の電極間に設けられたi型の導電型を有する非晶質シリコン層を有する構成を用いることができる。当該i型非晶質シリコン層は、光が照射されることにより抵抗が変化するため、光電変換素子300を用いた場合と同様に第2の配線312(FD)の電位を変化させることができ、蓄積動作中に変換部101から可変抵抗素子330に照射された光の量を知ることができる。
本実施の形態では、実施の形態1にて記載した、図3(A)に示す検出回路のレイアウトの一例について、図14を用いて説明する。
本実施の形態では、実施の形態1にて記載した、「チャネル形成領域に酸化物半導体材料を用いたトランジスタ」について、当該トランジスタの構造、トランジスタの半導体層に用いる材料、形成方法および構成について説明する。
トランジスタの構造は、例えば、図14(A)、(B)のように半導体層1453を有する第3のトランジスタ303の上面図および断面図に示す構造とすることができる。なお、当該構造は、チャネルエッチ型のボトムゲート構造を一例として示したが、チャネル保護型のボトムゲート構造、ノンセルフアライン型のトップゲート構造、またはセルフアライン型のトップゲート構造など、公知の様々な構造を用いることができる。
半導体層に用いる酸化物半導体材料としては、少なくともインジウム(In)あるいは亜鉛(Zn)を含むことが好ましい。特にInとZnを含むことが好ましい。また、該酸化物半導体材料を用いたトランジスタの電気的特性のばらつきを減らすためのスタビライザーとして、それらに加えてガリウム(Ga)を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてスズ(Sn)を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてハフニウム(Hf)を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてアルミニウム(Al)を有することが好ましい。
酸化物半導体材料を用いて形成する膜(以下、「酸化物半導体膜」と記載する。)は、例えば、スパッタリング法や電子ビーム蒸着法などのPVD法などを用いて酸化物半導体膜を成膜し、当該膜上にフォトリソグラフィ法などによりレジストマスクを形成した後に、ドライエッチング法やウェットエッチング法などを用いて酸化物半導体膜を選択的に除去することにより、半導体層を形成することができる。
半導体層は、上述の材料および方法を用いて成膜した単層の酸化物半導体膜でもよいし、複数の酸化物半導体膜が積層された構造でもよい。例えば、半導体層を、第1の酸化物半導体膜、第2の酸化物半導体膜および第3の酸化物半導体膜の積層として、各々を異なる組成としてもよい。
101 変換部
102 検出部
103 放射線照射源
104 放射線
105 光
106 被検出物
110 検出回路
111 第1の出力回路
112 第2の出力回路
300 光電変換素子
301 第1のトランジスタ
302 第2のトランジスタ
303 第3のトランジスタ
304 第4のトランジスタ
311 第1の配線
312 第2の配線
313 第3の配線
314 第4の配線
315 第5の配線
316 第6の配線
317 第7の配線
318 第8の配線
330 可変抵抗素子
1100 領域
1101 領域
1200 領域
1201 領域
1300 放射線撮像装置
1301 画素信号生成部
1302 外部出力端子
1401 半導体膜
1402 半導体膜
1403 半導体膜
1411 導電膜
1412 導電膜
1413 導電膜
1414 導電膜
1415 導電膜
1416 導電膜
1418 導電膜
1419 導電膜
1420 導電膜
1421 導電膜
1422 導電膜
1423 導電膜
1424 導電膜
1425 導電膜
1426 導電膜
1428 ゲート絶縁膜
1451〜1453 半導体層
1460 基板
1461 絶縁膜
1481 絶縁膜
1482 絶縁膜
Claims (7)
- 放射線を光に変換する変換部と、
第1の出力回路及び第2の出力回路を有する検出回路を複数備える検出部と、
を有し、
前記第1の出力回路及び前記第2の出力回路はそれぞれ、
前記変換部からの光の入射により電荷を生成する光電変換素子と、
前記電荷の量に応じてゲートの電位が変動する第1のトランジスタと、
前記第1のトランジスタから出力される信号を制御する第2のトランジスタと、
前記第1のトランジスタのゲートの電位を保持し、チャネル形成領域に酸化物半導体材料が用いられた第3のトランジスタと、
を有し、
前記第1の出力回路は、放射線の非照射期間において、前記光電変換素子で生成された電荷の量に応じた第1のデータを生成し、また、前記第1のデータを前記第1の出力回路内に保持し、
前記第2の出力回路は、放射線の照射期間において、前記光電変換素子で生成された電荷の量に応じた第2のデータを生成し、また、前記第2のデータを前記第2の出力回路内に保持し、
前記検出部は、前記検出部の備える前記第1の出力回路の全てにおいて前記第1のデータが、前記第2の出力回路の全てにおいて前記第2のデータが保持された後に、各々の前記検出回路から、前記第1のデータを用いて生成した第1の信号および前記第2のデータを用いて生成した第2の信号を出力することを特徴とする放射線検出パネル。 - 放射線を光に変換する変換部と、
第1の出力回路及び第2の出力回路を有する検出回路を複数備える検出部と、
を有し、
前記第1の出力回路及び前記第2の出力回路はそれぞれ、
一対の電極の一方が第1の配線と、一対の電極の他方が第3のトランジスタのソースおよびドレインの一方と電気的に接続され、前記変換部からの光の入射により電荷を生成する光電変換素子と、
ソースおよびドレインの一方が第2の配線と、ソースおよびドレインの他方が第2のトランジスタのソースおよびドレインの一方と電気的に接続された第1のトランジスタと、
ソースおよびドレインの他方が第3の配線と、ゲートが第4の配線と電気的に接続された第2のトランジスタと、
ソースおよびドレインの他方が前記第1のトランジスタのゲートと、ゲートが第5の配線と電気的に接続され、チャネル形成領域に酸化物半導体材料が用いられた前記第3のトランジスタと、
を有し、
前記第1の出力回路は、前記放射線の非照射期間において、前記変換部からの光の入射量に基づいた第1のデータを生成し、また、前記第1のデータを前記第1の出力回路内に保持し、
前記第2の出力回路は、前記放射線の照射期間において、前記変換部からの光の入射量に基づいた第2のデータを生成し、また、前記第2のデータを前記第2の出力回路内に保持し、
前記検出部は、前記検出部の備える前記第1の出力回路の全てにおいて前記第1のデータが、前記第2の出力回路の全てにおいて前記第2のデータが保持された後に、各々の前記検出回路から、前記第1のデータを用いて生成した第1の信号および前記第2のデータを用いて生成した第2の信号を出力することを特徴とする放射線検出パネル。 - 1つの前記検出回路において、前記第1の出力回路と前記第2の出力回路が隣接して設けられている、請求項1または請求項2に記載の放射線検出パネル。
- 前記第1の出力回路における光の検出時間が、前記第2の出力回路における光の検出時間以下である、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の放射線検出パネル。
- 前記第1のトランジスタおよび前記第2のトランジスタの少なくともいずれか一方が、チャネル形成領域に酸化物半導体材料が用いられていることを特徴とする、請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の放射線検出パネル。
- 放射線照射源と、
請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の放射線検出パネルと、
前記放射線検出パネルから出力される前記第1の信号と前記第2の信号の差分を用いて画素信号を生成する画素信号生成部と、
を有する放射線撮像装置。 - 請求項6に記載の放射線撮像装置において、
前記放射線照射源がX線照射源であり、
前記放射線検出パネルの備える前記変換部がX線を可視光に変換するシンチレータである画像診断装置。
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