JP6164924B2 - 検出装置、及び、検出システム - Google Patents

Description

本発明は、医療用画像診断装置、非破壊検査装置、放射線を用いた分析装置などに応用される検出装置、及び、検出システムに関するものである。

近年、薄膜半導体製造技術は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等のスイッチ素子と、フォトダイオード等の放射線又は光を電荷に変換する変換素子と、を組み合わせた画素のアレイ（画素アレイ）を有する検出装置にも利用されている。従来の検出装置として、特許文献１には、基板の上に配置されたスイッチ素子と、スイッチ素子の上に配置されスイッチ素子と電気的に接続された変換素子と、基板及びスイッチ素子と変換素子との間に配置された層間絶縁層と、を含む検出装置が開示されている。また、特許文献１の変換素子は、スイッチ素子と電気的に接続された画素電極と、画素電極と対向して配置された対向電極と、画素電極と対向電極との間に配置された半導体層と、画素電極と半導体層との間に配置された不純物半導体層と、を有する。この画素電極には、残像低減のための光の照射の効率化等のため、透明導電性酸化物が用いられている。また、特許文献２では、画素電極には、残像低減のための光の照射の効率化のために、半導体層が配置された領域内に間隙が設けられている。

特開２００２−０２６３００号公報 特開２００７−３２９４３４号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、不純物半導体層と透明導電性酸化物の密着性と、変換素子の暗電流特性と、の両立が困難であった。不純物半導体層と透明導電性酸化物との間の密着性を向上させようとすると、変換素子の暗電流特性の低下を招き、逆に、変換素子の暗電流特性を向上させようとすると、不純物半導体層と透明導電性酸化物との間の密着性の低下を招く。また、特許文献２の構成では、画素電極の間隙によって変換素子とスイッチ素子との接続抵抗が増大し、例えば３０ｆｐｓといったフレームレートに十分な転送速度の確保が困難となる恐れがある。そこで、本願発明では、不純物半導体層と画素電極の良好な密着性、変換素子の良好な暗電流特性、及び、良好な転送速度の確保が可能な検出装置を提供することを課題とする。

本発明の検出装置は、可視光を透過し得る基板と、基板側から順に画素電極と不純物半導体層と半導体層とを有して放射線又は光を電荷に変換する変換素子と、前記基板を透過して前記半導体層へ可視光を照射するための光源と、を含む検出装置であって、前記画素電極は、前記半導体層の正射影と重なる領域内に位置する間隙を備える金属層を含み、前記基板と前記画素電極との間に配置されたトランジスタと、前記トランジスタに電気的に接続された配線を更に含み、前記配線は、前記間隙の正射影を含む位置に間隙が備えられていることを特徴とする。また、本発明の検出システムは、前記検出装置と、前記検出装置からの信号を処理する信号処理手段と、前記信号処理手段からの信号を記録するための記録手段と、前記信号処理手段からの信号を表示するための表示手段と、前記信号処理手段からの信号を伝送するための伝送処理手段と、を具備する。

本願発明により、不純物半導体層と画素電極の良好な密着性、変換素子の良好な暗電流特性、及び、良好な転送速度の確保が可能な検出装置を提供することが可能となる。

第１の実施形態に係る検出装置の１画素あたりの平面模式図、１画素あたりの画素電極の平面模式図、及び、１画素あたりの断面模式図である。 第１の実施形態の他の例に係る検出装置の１画素あたりの平面模式図である。 検出装置の模式的等価回路図である。 検出装置の構成を説明するための断面模式図である。 第２の実施形態に係る検出装置の１画素あたりの平面模式図及び断面模式図である。 第３の実施形態に係る検出装置の１画素あたりの平面模式図である。 第４の実施形態に係る検出装置の１画素あたりの平面模式図である。 第５の実施形態に係る検出装置の１画素あたりの平面模式図である。 本発明の検出装置を用いた放射線検出システムの概念図である。

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。なお、本明細書では、放射性崩壊によって放出される粒子（光子を含む）の作るビームであるα線、β線、γ線などの他に、同程度以上のエネルギーを有するビーム、例えばＸ線や粒子線、宇宙線なども、放射線に含まれるものとする。

（第１の実施形態）
先ず、図１（ａ）〜図１（ｃ）を用いて第１の実施形態に係る検出装置について説明する。図１（ａ）は検出装置を構成する１画素の平面模式図であり、図１（ｂ）は１画素あたりの画素電極の平面模式図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’における断面模式図である。なお、図１（ａ）は、後述する各絶縁層、被覆部材、半導体層、及び、各不純物半導体層は、簡便化の為に省略している。

本発明の検出装置は、基板１００の上に画素１１が行列状に複数配置されている。１つの画素１１は、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、放射線又は光を電荷に変換する変換素子１２と、変換素子１２の電荷に応じた電気信号を出力するスイッチ素子であるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）１３とを含む。本実施形態では、変換素子１２として非晶質シリコンのＰＩＮ型フォトダイオードを用いている。変換素子１２は、ガラス基板等の絶縁性の基板１００の上に設けられたＴＦＴ１３の上に、有機材料からなる層間絶縁層１２０を挟んで積層されて配置されている。層間絶縁層１２０は、複数のスイッチ素子である複数のＴＦＴ１３を覆うように配置されている。なお、図１（ｃ）に示すように、層間絶縁層１２０の表面は、無機材料からなる被覆部材１２１と画素電極１２２により覆われている。

ＴＦＴ１３は、基板１００の上に、基板側から順に配置された、制御電極１３１と、絶縁層１３２と、半導体層１３３と、半導体層１３３よりも不純物濃度の高い不純物半導体層１３４と、第１主電極１３５と、第２主電極１３６と、を含む。不純物半導体層１３４はその一部領域で第１主電極１３５及び第２主電極１３６と接しており、その一部領域と接する半導体層１３３の領域の間の領域が、ＴＦＴのチャネル領域となる。制御電極１３１は制御配線１５と電気的に接続されており、第１主電極１３５は信号配線１６と電気的に接続されており、第２主電極１３６は変換素子１２の画素電極１２２と電気的に接続されている。なお、本実施形態では第１主電極１３５と第２主電極１３６と信号配線１６とは、同じ導電層で一体的に構成されており、第１主電極１３５が信号配線１６の一部をなしている。保護層１３７はＴＦＴ１３、制御配線１５、及び信号配線１６を覆うように設けられている。本実施形態では、スイッチ素子として非晶質シリコンを主材料とした半導体層１３３及び不純物半導体層１３４を用いた逆スタガ型のＴＦＴを用いたが、本発明はそれに限定されるものではない。例えば、多結晶シリコンを主材料としたスタガ型のＴＦＴを用いたり、有機ＴＦＴ、酸化物ＴＦＴ等を用いたりすることができる。なお、本実施形態では、制御電極１３１と制御配線１５は同じ導電層を使用して一体的に形成されている。また、第１主電極１３５と信号配線１６は同じ導電層を使用して一体的に形成されている。

層間絶縁層１２０は、複数のＴＦＴ１３を覆うように、基板１００と後述する変換素子１２の画素電極１２２との間に配置されており、コンタクトホールを有している。変換素子１２の画素電極１２２とＴＦＴ１３の第２主電極１３６とが、層間絶縁層１２０に設けられたコンタクトホールにおいて、電気的に接続される。

変換素子１２は、層間絶縁層１２０の上に、層間絶縁層側（基板側）から順に配置された、画素電極となる金属層１２２と、第１導電型の不純物半導体層１２３と、半導体層１２４と、第２導電型の不純物半導体層１２５と、対向電極１２６と、を含む。画素電極は、金属材料又は合金材料からなる金属層１２２を含む。金属材料としては、Ａｌ（２．６５５×１０^−６Ωｃｍ），Ｍｏ（５．０×１０^−８Ωｃｍ），Ｃｒ（１．２９×１０^−５Ωｃｍ），Ｔｉ（４．２×１０^−５Ωｃｍ），Ｗ（５．６５×１０^−６Ωｃｍ），Ｃｕ（１．６７×１０^−６Ωｃｍ）から好適に選択され得る。また、合金材料としては、Ａｌ系合金が好適に用いられ、例えばＡｌ−Ｎｄ（５．０××１０^−８Ωｃｍ）が好適に用いられ得る。このような金属材料又は合金材料は、特許文献１にあるような透明導電性酸化物に比べて、第１導電型の不純物半導体層１２３を形成する際のプラズマＣＶＤにおけるプラズマ耐性が高い。そのため、金属層１２２は、プラズマＣＶＤによるダメージが透明導電性酸化物の層よりも抑制され、第１導電型の不純物半導体層１２３との密着性を透明導電性酸化物の層に比べて高くすることができる。また、金属層１２２は、透明導電性酸化物に比べて表面の平坦性が良好なため、金属層１２２に接する不純物半導体層１２３の格子欠陥は、透明導電性酸化物に接する不純物半導体層に比べて少なくなり得る。そのため、金属層１２２に接する不純物半導体層１２３は透明導電性酸化物に接する不純物半導体層に比べて不純物の濃度を高くすることができ、ＰＩＮ型フォトダイオードの逆バイアス時の逆方向飽和電流、すなわち暗電流を抑制できる。ただし、金属層１２２は、残像低減のために基板１００の画素１１が配置された表面と対向する表面側に備えられ得る光源（不図示）から照射される可視光を、十分に半導体層１２４へ透過させることが困難である。そこで、金属層１２２は、半導体層１２４の正射影と重なる領域内に位置する間隙１２２’を備えている。ここで、半導体層１２４の正投影は、半導体層１２４から金属層１２２への正射影である。金属層１２２が間隙１２２’を備えることにより、間隙１２２’を通って光源（不図示）からの光を十分に半導体層１２４に照射することが可能となる。また、金属材料又は合金材料は透明導電性酸化物（〜２．０×１０^−４Ωｃｍ）に比べて比抵抗が低いため、金属層１２２の抵抗を、間隙１２２’を備えても画素電極として用い得るに十分低くなるように抑制することが容易となる。そのため、十分な画素の転送速度を確保することが容易となる。このように、半導体層１２４が配置された領域内に間隙１２２’を備える金属層１２２を用いることにより、不純物半導体層と画素電極の良好な密着性、変換素子の良好な暗電流特性、及び、良好な転送速度の確保が可能な検出装置を提供することが可能となる。第１導電型の不純物半導体層１２３は、第１導電型の極性を示し、半導体層１２４及び第２導電型の不純物半導体層１２５よりも第１導電型の不純物の濃度が高いものである。また、第２導電型の不純物半導体層１２５は、第２導電型の極性を示し、第１導電型の不純物半導体層１２３及び半導体層１２４よりも第２導電型の不純物の濃度が高いもので、本発明の他の不純物半導体層に相当する。第１導電型と第２導電型とは互いに異なる極性の導電型であり、本実施形態では第１導電型がｎ型、第２導電型はｐ型である。ただし、本発明はそれに限定されるものではなく、第１導電型がｐ型、第２導電型はｎ型であってもよい。変換素子１２の対向電極１２６には電極配線（不図示）が電気的に接続される。画素電極となる金属層１２２は層間絶縁層１２０に設けられたコンタクトホールにおいて、ＴＦＴ１３の第２主電極１３６と電気的に接続される。本実施形態では、非晶質シリコンを主材料とした第１導電型の不純物半導体層１２３、半導体層１２４、第２導電型の不純物半導体層１２５を用いたフォトダイオードを用いている。なお、本実施形態では、層間絶縁層１２０の表面が、金属層１２２と無機材料からなる被覆部材１２１とで覆われている。つまり、被覆部材１２１は、金属層１２２の間隙１２２’と、隣接する画素１１の画素電極の間と、において層間絶縁層１２０と不純物半導体層１２３との間に配置されている。そのため、不純物半導体層１２３となる不純物半導体膜をＣＶＤ法、蒸着法、スパッタリング法等により成膜する際に、層間絶縁層１２０の表面の露出が抑制される。そのため、不純物半導体層１２３への有機材料の混入が低減できる。また、本実施形態では、不純物半導体層１２３、半導体層１２４、及び、不純物半導体層１２５が、被覆部材１２１の上で画素ごとに分離または除去されている。その分離または除去の際、被覆部材１２１がエッチングストッパー層として働くこととなる。そのため、層間絶縁層１２０がドライエッチングのスピーシーズに晒されることなく、有機材料による変換素子への汚染を抑制することが可能となる。なお、図１（ｃ）では、被覆部材１２１は層間絶縁層１２０及び金属層１２２と不純物半導体層１２３との間に配置されているが、金属層１２２及び不純物半導体層１２３と層間絶縁層１２０との間に配置されてもよい。

そして、変換素子１２、及び、被覆部材１２１を覆うように、パッシベーション層１２７が設けられている。

なお、本実施形態では、非晶質シリコンを主材料とした第１導電型の不純物半導体層１２３、半導体層１２４、第２導電型の不純物半導体層１２５を用いたフォトダイオードを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば非晶質セレンを主材料とした第１導電型の不純物半導体総１２３、半導体層１２４、第２導電型の不純物半導体層１２５を用いた、放射線を直接電荷に変換する素子も用いることができる。対向電極１２６は、画素電極となる金属層１２２と対向して配置され、電極配線（不図示）と電気的に接続される。非晶質シリコンを主材料とした第１導電型の不純物半導体層１２３、半導体層１２４、第２導電型の不純物半導体層１２５を用いたフォトダイオードを用いる場合、対向電極１２６は透明導電性酸化物を用いることが好ましい。放射線を可視光に波長変換するシンチレータ（不図示）からの光を良好に半導体層１２４へ透過させるためである。

また、本実施形態では、金属層１２２には、コンタクトホールに位置する領域を除いて、正方形の間隙１２２’が２次元アレイ状に複数備えられている。金属層１２２のコンタクトホールに位置する領域に間隙１２２’を備えると、変換素子１２とトランジスタ１３との接続抵抗の増加や接続不良の原因となるため、好ましくない。ただし、本願発明の間隙１２２’の形状はそれに限定されるものではなく、様々な形状の間隙１２２’が備えられ得る。例えば、図２（ａ）に示すような、長辺が信号配線１６と平行な矩形の間隙１２２’や、図２（ｂ）に示すような、長辺が制御配線１５と平行な矩形の間隙１２２’が、金属層１２２に複数備えられていてもよい。また、複数図２（ｃ）に示すような、金属層１２２に、多角形の間隙１２２’と矩形の間隙１２２’と正方形の間隙１２２’の組み合わせが、コンタクトホール及び／又は金属層１２２の重心を中心に放射状に複数備えられていてもよい。なお、図１（ａ）、図２（ａ）〜図（２ｃ）で説明した形態では、間隙１２２’に対応する被覆部材１２１は、間隙１２２’の形状に合わせて、備えられ得る。図１（ａ）の間隙１２２’に対しては、被覆部材１２１は正方形の形状で複数備えられ、図２（ａ）の間隙１２２’に対しては、被覆部材１２１は長辺が信号配線１６と平行な矩形の形状で複数備えられる。また、図２（ｂ）の間隙１２２’に対しては、被覆部材１２１の形状は長辺が制御配線１５と平行な矩形の形状で複数備えられる。図２（ｃ）に対しては、多角形の被覆部材１２１と矩形の被覆部材１２１と正方形の被覆部材１２１がそれぞれの間隙１２２’に対応して備えられる。また、図１（ｃ）では金属層１２２は単層で説明したが、本願発明はそれに限定されるものではなく、異なる材料の複数層であってもよい。

次に、図３を用いて本発明の第１の実施形態に係る検出装置の概略的等価回路を説明する。なお、図３では説明の簡便化のため３行３列の等価回路図を用いたが、本発明はそれに限定されるものではなく、検出装置はｎ行ｍ列（ｎ，ｍはいずれも２以上の自然数）の画素アレイを有する。本実施形態における検出装置は、基板１００の表面上に、行方向及び列方向に配列された複数の画素１を含む変換部３が設けられている。各画素１は、放射線又は光を電荷に変換する変換素子１２と、変換素子１２の電荷に応じた電気信号を出力するＴＦＴ１３と、を含む。変換素子の対向電極１２６側の表面に、放射線を可視光に波長変換するシンチレータ（不図示）が配置されてもよい。電極配線１４は、列方向に配列された複数の変換素子１２の対向電極１２６に共通に接続される。制御配線１５は、行方向に配列された複数のＴＦＴ１３の制御電極１３１に共通に接続され、駆動回路２に電気的に接続される。駆動回路２が列方向に複数配列された制御配線１５に駆動パルスを順次に又は同時に供給することにより、行単位で画素からの電気信号が、行方向に配列された複数の信号配線１６に並列に出力される。信号配線１６は、列方向に配列された複数のＴＦＴ１３の第１主電極１３５に共通に接続され、読出回路４に電気的に接続される。読出回路４は、信号配線１６毎に、信号配線１６からの電気信号を積分して増幅する積分増幅器５と、積分増幅器５で増幅して出力された電気信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路６を備える。読出回路４は更に、複数のサンプルホールド回路６から並列に出力される電気信号を直列の電気信号に変換するマルチプレクサ７と、出力された電気信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器８を含む。積分増幅器５の非反転入力端子には電源回路９から基準電位Ｖｒｅｆが供給される。電源回路９は更に、行方向に配列された複数の電極配線１４に電気的に接続されており、変換素子１２の対向電極１２６にバイアス電位Ｖｓを供給する。

以下に、本実施形態の検出装置の動作について説明する。変換素子１２の画素電極１２２にはＴＦＴ１３を介して基準電位Ｖｒｅｆを与え、対向電極１２６には、放射線又は可視光によって発生した電子正孔対分離に必要なバイアス電位Ｖｓを与える。この状態で、被検体を透過した放射線又はそれに応じた可視光が変換素子１２に入射し、電荷に変換され変換素子１２に蓄積される。この電荷に応じた電気信号は、駆動回路２から制御配線１５に印加される駆動パルスにより行単位でＴＦＴ１３が導通状態となることで、各信号配線１６に行単位で並列に出力される。行単位で出力された電気信号は、読出回路４により１行分のデジタルデータとして外部に読み出される。この動作が行単位で順次行われることにより、画素から１画像分の画像信号が複数の画素１１から読出回路４に出力され、読出回路４により１画像分のデジタルデータである画像データが出力される。このような動作を行うため、本願発明の画素電極は、間隙１２２’を備えた金属層１２２を含んでいても、複数の画素１１から十分な画像信号が出力されなければならない。そのため、本願発明では、以下の式（１）を満たす画素電極であることが好ましい。

Ｒ_Ｓ≦Ｔ／（ｎ×Ｃ_Ｓ）−Ｒ_ＯＮ ・・・（１）
ここで、Ｃ_Ｓは変換素子１２の容量、Ｒ_ＯＮはＴＦＴ１３のオン抵抗、Ｔは要求されるＳ／Ｎ比を満たす画像信号を出力するために駆動回路２が複数の画素１１のＴＦＴ１３を行単位で順次駆動するのに必要な時間である。また、ｎは複数の画素１１の行数、Ｒ_Ｓは不純物半導体層１２３及び画素電極からなる部材の抵抗である。ここで、要求されるＳ／Ｎ比とは、変換素子１２で生成され得る電荷の量とＴＦＴ１３の導通によって転送され得る電荷の量の差分、即ち、画素１１に残留する電荷の量を変換素子１２で生成され得る電荷の量で除算した値の逆数である。なお、図１（ｃ）に示す形態にあっては、不純物半導体層１２３のシート抵抗は、ＴＦＴ１３のオン抵抗Ｒ_ＯＮの２００倍以下であることが好ましい。

次に、図４（ａ）及び図４（ｂ）を用いて、本願発明の検出装置の構成を説明する。図４（ａ）に示す検出装置は、基板１００の放射線入射側において、基板１００側から順に、画素１１とシンチレータ２１とを備える。また、検出装置は、基板１００の画素が備えられた側と反対側に、基板１００側から順に、光源２４と回路基板２３とを備える。光源２４は、残像低減のために、基板１００及び金属層１２２の間隙１２２’を透過して画素１１の変換素子１２の半導体層１２４へ可視光を照射するためのものである。回路基板２３は、駆動回路２又は読出回路４が備えられ、画素１１に電気的に接続されたフレキシブルプリント基板に電気的に接続されている。また、回路基板２３には、駆動回路２に制御信号を供給する集積回路、及び、読出回路４からの画像信号を処理する集積回路の少なくとも一方が備えられている。一方、図４（ｂ）に示す検出装置は、基板１００の放射線入射側とは反対側において、基板１００側から順に、画素１１とシンチレータ２１と回路基板２３とを備える。そして、基板１００の放射線入射側、即ち、基板１００の画素が備えられた側と反対側に、回路基板２３を備える。そして、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す検出装置は、基板１００、画素１１、シンチレータ２１、フレキシブルプリント基板２２、回路基板２３、及び、光源２４を収容する筐体２０を含む。

（第２の実施形態）
次に、図５（ａ）及び図５（ｂ）を用いて第２の実施形態に係る検出装置について説明する。図５（ａ）は検出装置を構成する１画素の平面模式図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ’における断面模式図である。なお、図５（ａ）では、各絶縁層、被覆部材、半導体層、及び、各不純物半導体層は、簡便化の為に省略している。図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す第２の実施形態では、図１（ａ）及び図１（ｃ）に示す第１の実施形態に比べて、以下の点で相違する。

まず第１の相違点は、間隙１２２’を設ける位置である。第２の実施形態では、間隙１２２’の正射影が制御配線１５及び信号配線１６の少なくとも一方の配線と重ならないように、間隙１２２’が金属層１２２に備えられている。ここで、間隙１２２’の正射影は、間隙１２２’から制御配線１５及び信号配線１６の少なくとも一方の配線への正射影である。制御配線１５に供給される駆動パルスにより、制御配線１５の電位が変動した際に、制御配線１５と間隙１２２’とが対向していると、不純物半導体層１２３の電位に影響を与える。信号配線１６と間隙１２２’とが対向していると、ある画素１１から出力された電気信号により、信号配線１６の電位が変動した際に、他の画素１１の変換素子１２の不純物半導体層１２３の電位に影響を与える。不純物半導体層１２３は金属層１２２に比べて比抵抗が高いため、配線の電位変動による不純物半導体層１２３の電位の変動が収束する時間が金属層１２２に比べて長くなる。それにより、得られる画像信号に配線の電位の変動の影響によるアーチファクトが発生するおそれがある。そのアーチファクトを抑制するために、変換素子１２の配線と対向する領域には、金属層１２２があることが望ましい。そのため、間隙１２２’の正射影が、制御配線１５及び信号配線１６の少なくとも一方の配線と重ならないように、間隙１２２’が金属層１２２に備えられている。なお、間隙１２２’の正射影がトランジスタ１３と重ならないように、間隙１２２’が金属層１２２に備えられていることも望ましい。

第２の相違点は、図５（ｂ）に示すように、半導体層１２４及び不純物半導体層１２５が、画素１１毎に分離されていない。そのため、図１（ｃ）に比べて半導体層１２４及び不純物半導体層１２５が配置される面積が大きくなり、図１（ｃ）に比べて開口率が向上する。なお、図５（ｂ）では、対向電極１２６は画素１１毎に分割されていてもよいが、画素１１毎に分離されていない方が、開口率向上の観点で有利となり、好ましい。この第２の相違点は、本願発明の他の実施形態にも好適に適用され得る。

（第３の実施形態）
次に、図６を用いて第３の実施形態に係る検出装置について説明する。図６は検出装置を構成する１画素の平面模式図である。なお、図６では、各絶縁層、被覆部材、半導体層、及び、各不純物半導体層は、簡便化の為に省略している。図６に示す第３の実施形態では、図１（ａ）に示す第１の実施形態に比べて、以下の点で相違する。

第３の実施形態では、トランジスタ１３に電気的に接続する配線である、制御配線１５及び信号配線１６には、間隙１２２’の正射影を含む位置に間隙１７が備えられている。これは、第２の実施形態で説明した、配線の電位の変動によるアーチファクトを抑制するためである。間隙１２２’と対向する位置に、配線の導電層を設けないようにする、言い換えると配線に間隙１７を設けることにより、不純物半導体層１２３の電位の変動が抑制され、配線の電位の変動によるアーチファクトが抑制される。

（第４の実施形態）
次に、図７（ａ）及び図７（ｂ）を用いて第４の実施形態に係る検出装置について説明する。図７（ａ）は検出装置を構成する１画素の平面模式図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＣ−Ｃ’における断面模式図である。なお、図７（ａ）では、各絶縁層、被覆部材、半導体層、及び、各不純物半導体層は、簡便化の為に省略している。図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す第４の実施形態では、図１（ａ）及び図１（ｃ）に示す第１の実施形態に比べて、以下の点で相違する。

第４の実施形態では、金属層１２２と層間絶縁層１２０との間に不純物半導体層１２３よりも比抵抗の低い導電層１２８が配置されており、画素電極が金属層１２２と導電層１２８とを含む構成となっている。そして、導電層１２８は、金属層１２２よりも光透過率が高く、金属層１２２と接しており、間隙１２２’において不純物半導体層１２３と接している。これは、第２の実施形態で説明した、配線の電位の変動によるアーチファクトを抑制するためである。間隙１２２’において不純物半導体層１２３と配線との間に、導電層１２８を備えているため、不純物半導体層１２３と配線とが対向する場合に比べて、配線の電位の変動による変換素子への影響が抑制される。ただし、光源２４からの光を半導体層１２４に十分に照射するために、金属層１２２よりも光透過率が高い必要があるため、導電層１２８は、透明導電性酸化物からなることが好ましい。透明導電性酸化物は、不純物半導体層１２３との密着性が良好ではないが、間隙１２２’においてのみしか不純物半導体層１２３と接触しない。そのため、不純物半導体層１２３との密着性が良好な金属層１２２によって、画素電極としては十分な密着性が確保され得る。また、このような構成により画素電極のシート抵抗は第１の実施形態に比べて低くできるため、第１の実施形態に比べて間隙１２２の面積を大きくすることができる。それにより、光源から照射される光の透過率を第１の実施形態に比べて高くすることが可能となり、第１の実施形態に比べて残像がより抑制され得る。

（第５の実施形態）
次に、図８（ａ）及び図８（ｂ）を用いて第５の実施形態に係る検出装置について説明する。図８（ａ）は検出装置を構成する１画素の平面模式図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＣ−Ｃ’における断面模式図である。なお、図８（ａ）では、各絶縁層、被覆部材、半導体層、及び、各不純物半導体層は、簡便化の為に省略している。図８（ａ）及び図８（ｂ）に示す第５の実施形態では、図７（ａ）及び図７（ｃ）に示す第４の実施形態に比べて、以下の点で相違する。

第５の実施形態では、金属層１２２と不純物半導体層１２３との間に不純物半導体層１２３よりも比抵抗の低い導電層１２９が配置されており、画素電極が金属層１２２と導電層１２９とを含む構成となっている。そして、導電層１２９は、金属層１２２よりも可視光の光透過率が高く、金属層１２２と接しており、少なくとも間隙１２２’において不純物半導体層１２３と接している。この構成では、不純物半導体層１２３と画素電極の密着性は、不純物半導体層１２３と導電層１２９との密着性で決まるため、導電層１２９は不純物半導体層との密着性が透明導電性酸化物よりも高い金属材料又は合金材料を使用することが望ましい。導電層１２９の可視光の透過率は、金属層１２２よりも高く、１０％以上であることが好ましい。誠意検討の結果、以下の関係を満たせば、残像の抑制に必要な導電層１２９の透過率が得られる。残像を抑制するためには、変換素子１２を光照射によって飽和させる必要がある。変換素子１２の飽和電荷量Ｎ_１は、以下の式（２）で示される。

Ｎ_１＝（ε_０＊ε_ｒ＊Ｓ＊Ｖ）／（ｑ＊ｄ） ・・・（２）
ここで、Ｓ（ｃｍ^２）は半導体層１２４の面積、ｄは半導体層１２４の厚さ、ε_ｒ（Ｆ ｃｍ^−１）は半導体層１２４の比誘電率、ε_０（Ｆｃｍ^−１）は真空の比誘電率、Ｖ（ｖ）は変換素子１２の電圧、ｑ（ｃ）は素電荷である。一方、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す光源２４からの可視光の照射によって変換素子１２で発生するフォトキャリアＮ２は、以下の式（３）で示される。

Ｎ_２＝Ｔ_ｓ＊Ｔ_ａ＊Ｔ_ｃ＊Ｔ_ｉ＊η＊Ｐ＊ｔ＊Ｓ_ｏ ・・・（３）
ここで、Ｔ_ｓは光源２４が出射する可視光に対する基板１００の透過率、Ｔ_ａは変換素子１２と基板１００の間の構成物の透過率、Ｔ_ｃは導電層１２９の透過率、Ｔ_ｉは不純物半導体層１２３の透過率である。また、ηは半導体層１２４の内部量子効率、Ｐはフォトン流束（個・ｃｍ^−２・Ｓ^−１）、ｔ（ｓ）は可視光の照射の時間、Ｓ_０（ｃｍ^２）は間隙１２２の面積である。

変換素子１２が光照射によって飽和するということはＮ２≧Ｎ１となる。そのため、式（２）と式（３）より、導電層１２９の透過率Ｔ_ｃは、以下の式（４）を満たすことが望ましい。

Ｔ_ｃ≧（ε_０＊ε_ｒ＊Ｓ＊Ｖ）／（ｄ＊ｑ＊Ｔ_ｓ＊Ｔ_ａ＊Ｔ_ｉ＊η＊Ｐ＊ｔ＊Ｓ_ｏ） ・・・（４）
なお、フォトン流束Ｐは、光源２４が出射する可視光のピーク波長λ（ｎｍ）、照度Ｅ（ｌｘ）、最大視感度Ｋｍ（ｌｍＷ^−１）、波長λにおける比視感度Ｆ、プランク定数ｈ（Ｊｓ）、光速ｃ（ｍｓ^−１）から以下の式（５）によって導き出せる。

Ｐ＝Ｅ*λ／（Ｋｍ＊Ｆ＊ｈ＊ｃ） ・・・（５）
式（４）及び式（５）より
Ｔ_ｃ≧（ε_０＊ε_ｒ＊Ｓ＊Ｖ＊Ｋｍ＊Ｆ＊ｈ＊ｃ）／（ｄ＊ｑ＊Ｔ_ｓ＊Ｔ_ａ＊Ｔ_ｉ＊η＊ｔ＊Ｓ_ｏ＊Ｅ＊λ） ・・・（６）
このような構成により、第１〜４の実施形態に比べて不純物半導体層１２３と画素電極の密着性は高くなる。また、画素電極のシート抵抗は第１の実施形態に比べて低くできるため、第１の実施形態に比べて間隙１２２の面積を大きくすることができる。それにより、光源から照射される光の透過率を第１の実施形態に比べて高くすることが可能となり、第１の実施形態に比べて残像がより抑制され得る。なお、導電層１２９は、薄膜にすると光透過性を有し、ドライエッチングにより加工できる、ＭｏやＭｏを含む合金，ＡｌやＡｌを含む合金が望ましい。

（応用実施形態）
次に、図９を用いて、本発明の検出装置を用いた放射線検出システムを説明する。

放射線源であるＸ線チューブ６０５０から出射されたＸ線６０６０は、患者あるいは被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、本願発明の検出装置６０４０に含まれる各変換素子に入射する。この入射したＸ線には患者６０６１の体内部の情報が含まれている。Ｘ線の入射に対応して変換部３で放射線を電荷に変換して、電気的情報を得る。この情報はデジタルデータに変換され信号処理手段となるイメージプロセッサ６０７０により画像処理され制御室の表示手段となるディスプレイ６０８０で観察できる。

また、この情報は電話回線６０９０等の伝送処理手段により遠隔地へ転送でき、別の場所のドクタールームなど表示手段となるディスプレイ６０８１に表示もしくは光ディスク等の記録手段に保存することができ、遠隔地の医師が診断することも可能である。また記録手段となるフィルムプロセッサ６１００により記録媒体となるフィルム６１１０に記録することもできる。

１１ 画素
１２ 変換素子
１３ スイッチ素子
１４ 電極配線
１５ 制御配線
１６ 信号配線
１００ 基板
１２０ 層間絶縁層
１２１ 被覆部材
１２２ 金属層
１２２’間隙
１２３ 第１導電型の不純物半導体層
１２４ 半導体層
１２５ 第２導電型の不純物半導体層
１２６ 対向電極

Claims (12)

1. 可視光を透過し得る基板と、
   前記基板側から順に画素電極と不純物半導体層と半導体層とを有して放射線又は光を電荷に変換する変換素子と、
   前記基板を透過して前記半導体層へ可視光を照射するための光源と、
   を含む検出装置であって、
   前記画素電極は、前記半導体層の正射影と重なる領域内に位置する間隙を備える金属層を含み、
   前記基板と前記画素電極との間に配置されたトランジスタと、前記トランジスタに電気的に接続された配線を更に含み、
   前記配線は、前記間隙の正射影を含む位置に間隙が備えられていることを特徴とする検出装置。
2. 各々が、前記変換素子と、前記画素電極に電気的に接続され前記電荷を転送する前記トランジスタと、を含み、前記基板の上に行列状に配置された複数の画素と、
   前記電荷に基づく画像信号を前記複数の画素から出力するために前記複数の画素のトランジスタを行単位で順次駆動する駆動回路と、
   を含み、
   前記変換素子の容量をＣＳ、前記トランジスタのオン抵抗をＲＯＮ、要求されるＳ／Ｎ比を満たす前記画像信号を出力するために前記駆動回路が前記複数の画素のトランジスタを行単位で順次駆動するのに必要な時間をＴ、前記複数の画素の行数をｎ、前記不純物半導体層及び前記画素電極からなる部材の抵抗をＲＳとすると、
   ＲＳ≦Ｔ／（ｎ×ＣＳ）−ＲＯＮ
   を満たすことを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
3. 前記基板及び前記トランジスタと前記画素電極との間には層間絶縁層が配置されており、
   前記層間絶縁層は、前記画素電極と前記トランジスタとを電気的に接続するためのコンタクトホールが設けられており、
   前記コンタクトホールにおいて前記トランジスタと前記画素電極とが電気的に接続されることを特徴とする請求項２に記載の検出装置。
4. 前記画素電極は、前記金属層と前記不純物半導体層との間に配置された導電層を更に含み、
   前記導電層は、金属材料又は合金材料からなり、前記金属層よりも光透過率が高く、前記金属層と接しており、且つ、前記間隙において前記不純物半導体層と接していることを特徴とする請求項３に記載の検出装置。
5. 前記画素電極は、前記金属層と前記層間絶縁層との間に配置された導電層を更に含み、
   前記導電層は、前記金属層よりも光透過率が高く、前記金属層と接しており、前記間隙において前記不純物半導体層と接していることを特徴とする請求項３に記載の検出装置。
6. 前記導電層は、透明導電性酸化物からなることを特徴とする請求項５に記載の検出装置。
7. 前記層間絶縁層の表面を画素電極と覆うように配置された被覆部材を更に有することを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の検出装置。
8. 前記金属層の間隙は、前記コンタクトホールに位置する領域を除いて備えられることを特徴とする請求項３〜７のいずれか１項に記載の検出装置。
9. 前記半導体層は非晶質シリコンからなり、前記不純物半導体層はｎ型の非晶質シリコンからなることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の検出装置。
10. 前記変換素子は、前記画素電極と対向して配置された対向電極と、前記半導体層と前記対向電極との間に配置されたｐ型の非晶質シリコンからなる他の不純物半導体層と、を更に有することを特徴とする請求項９に記載の検出装置。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の検出装置と、
    前記検出装置からの信号を処理する信号処理手段と、
    前記信号処理手段からの信号を記録するための記録手段と、
    前記信号処理手段からの信号を表示するための表示手段と、
    前記信号処理手段からの信号を伝送するための伝送処理手段と、
    を具備する検出システム。
12. 前記検出装置に向かって放射線を出射する放射線源を更に含む請求項１１に記載の検出システム。

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