JP6809935B2 - 電磁波検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線等の電磁波を電気信号に変換し、その電気信号に基づいて人等の被写体の画像を形成し診断するための医療用画像診断装置等に用いられる電磁波検出装置に関するものである。

Ｘ線等の電磁波を直接的に電荷変換する従来の直接変換型の電磁波検出装置の１例のブロック回路図を図５に示す。電磁波検出装置は、ガラス基板等から成る基板１と、基板１上の第１の方向（例えば、行方向）に配置された複数のゲート信号線１１（GL1，GL2，GL3〜GLm）と、第１の方向と交差する第２の方向（例えば、列方向）に配置された複数の読み取り信号線１２（RL1，RL2，RL3〜RLm）と、ゲート信号線１１と読み取り信号線１２の交差部に対応して配置された検出部としての画素部１３と、を有している。画素部１３は、ゲート信号線１１によってオンされ、読み取り信号をドレイン電極から読み取り信号線１２へ出力する薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：ＴＦＴ）と、Ｘ線等の電磁波を電荷変換するアモルファスセレン（ａＳｅ）等から成る電荷変換部１５と、電荷変換部１５により変換された電荷を蓄積する電荷蓄積部１６と、を有している。また、電荷変換部１５に正電位のバイアス電圧（Anode Bias）を供給する、タンタル（Ｔａ），ネオジウム（Ｎｄ），タングステン（Ｗ），チタン（Ｔｉ），モリブデン（Ｍｏ），アルミニウム（Ａｌ），クロム（Ｃｒ），銀（Ａｇ）等の金属またはそれらの合金から成るバイアス電圧線１７がある。

また、基板１上のゲート信号線１１の入力端側には、ゲート信号線駆動回路１８が配置されており、読み取り信号線１２の出力端側には、読み取り信号を増幅等して外部の画像処理システム等へ出力する読み出し回路１９が配置されている。

図６（ａ）は、図５の電磁波検出装置について電磁波の検出原理を説明するための断面図、図６（ｂ）は、（ａ）のＡ部を拡大して示す拡大断面図である。電荷変換部１５は、ａＳｅ層２０の一方の面側に配置されたインジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide ：ＩＴＯ）等の透明電極、金（Ａｕ）等から成り、正電位のバイアス電圧が印加される第１の電極２１と、ａＳｅ層２０の他方の面側に配置されたＩＴＯ等の透明電極から成り、画素電極としての第２の電極２２と、を有している。図６（ａ）に示すように、外部からａＳｅ層２０に入射したＸ線は電子と正孔とに変換され、電子は第１の電極２１側に移動し、正孔は第２の電極２２側に移動する。また、電荷蓄積部１６は、第２の電極２２と図６（ｂ）に示す容量電極16aとの間で電荷を蓄積する容量部（コンデンサ部）を構成している。ＴＦＴ１４は、電荷蓄積部１６に蓄積された電荷を、その電荷量に応じた電気信号（読み取り信号）として読み取り信号線１２へ出力する。すなわち、ＴＦＴ１４は、オン状態においてソース電極−ドレイン電極間電流（読み取り信号）を、読み取り信号線１２へ出力する。

図７は、ＴＦＴ１４の詳細な構造を示す断面図である。ＴＦＴ１４は、基板１上に配置されたゲート電極４０と、ゲート電極４０を覆う酸化シリコン（ＳｉＯ₂），窒化シリコン（ＳｉＮx）等から成るゲート絶縁層３０と、ゲート絶縁層３０上に配置された低温焼成多結晶シリコン（Low-Temperature Poly Silicon：ＬＴＰＳ）から成る半導体層４１と、半導体層４１のチャネル部４１ｃ上に配置された不純物のドーピングを阻止するチャネル阻止部（チャネルストップ部）４２と、半導体層４１およびチャネル阻止部４２を覆う、酸化シリコン（ＳｉＯ₂），窒化シリコン（ＳｉＮx）等から成る層間絶縁層３１と、を有している。

また、層間絶縁層３１における半導体層４１のソース部４１ｓに対応する部位にはソース電極３３ｓがあり、ソース電極３３ｓはコンタクトホールを介して第２の電極２２に接続されている。半導体層４１のドレイン部４１ｄに対応する部位にはドレイン電極３３ｄがある。層間絶縁層３１とソース電極３３ｓとドレイン電極３３ｄを覆って、アクリル樹脂等から成る平坦化層３２が配置されており、平坦化層３２上に第２の電極２２が配置されている。ソース電極３３ｓおよびドレイン電極３３ｄは、タンタル（Ｔａ），ネオジウム（Ｎｄ），タングステン（Ｗ），チタン（Ｔｉ），モリブデン（Ｍｏ），アルミニウム（Ａｌ），クロム（Ｃｒ），銀（Ａｇ）等の金属またはそれらの合金から成る。

ＴＦＴ１４を構成する半導体層４１は、真性（intrinsic）Ｓｉ（ｉ型Ｓｉ）から成るノンドープのチャネル部４１ｃと、リン（Ｐ）等のｎ型の不純物が高濃度にドープされたソース部４１ｓおよびドレイン部４１ｄと、リン（Ｐ）等のｎ型の不純物が低濃度にドープされたＬＤＤ（Lightly Doped Drain）部４１ｓｌ，４１ｄｌと、を有している。ソース部４１ｓ側のＬＤＤ部４１ｓｌは、チャネル部４１ｃとソース部４１ｓとの間に配置され、ドレイン部４１ｄ側のＬＤＤ部４１ｄｌは、チャネル部４１ｃとドレイン部４１ｄとの間に配置されている。ソース部４１ｓおよびドレイン部４１ｄはそれぞれ、例えばリンが１×１０²⁰〜１×１０²¹atoms／cm³（原子数／cm³）の濃度となるようにイオンドーピング法によってドープされている。ＬＤＤ部４１ｓｌおよびＬＤＤ部４１ｄｌは、例えばリンが１×１０¹⁶〜５×１０¹⁸atoms／cm³の濃度となるようにイオンドーピング法によってドープされている。

また、他の従来例として、画素のそれぞれは、電流駆動素子と、電源供給線から供給される電流を電流駆動素子に供給し、チャネル層が微結晶シリコンである駆動ＴＦＴと、ゲートが対応する走査線に接続され、ソースが対応する信号線に接続され、ドレインが駆動ＴＦＴのゲートに接続され、チャネル層がアモルファスシリコンであるスイッチＴＦＴと、を有するアクティブマトリクス基板が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００９−７５５２３号公報

しかしながら、上記従来の電磁波検出装置においては、以下の問題点があった。図８は、ＴＦＴ１４がｎチャネル型ＴＦＴであって半導体層４１がＬＴＰＳから成る場合の、ゲート電圧（Ｖｇ）の変化に対するソース−ドレイン間電流（Ｉｄ）の変化を示す特性曲線５１と、半導体層４１がアモルファスシリコン（ａＳｉ）から成る場合の、ゲート電圧（Ｖｇ）の変化に対するソース−ドレイン間電流（Ｉｄ）の変化を示す特性曲線５２と、を示すグラフである。図８に示すように、ＴＦＴ１４がオン状態となる領域（Ｖｇが１〜２Ｖ程度以上）では、半導体層４１がＬＴＰＳから成る場合が半導体層４１がａＳｉから成る場合よりもオン電流としてのＩｄが大きくなる。一方、ＴＦＴ１４がオフ状態となる領域（Ｖｇが−１Ｖ程度以下）では、半導体層４１がＬＴＰＳから成る場合のオフ電流５１ｏｆｆが、半導体層４１がａＳｉから成る場合のオフ電流５２ｏｆｆよりも小さくなる。このように、ＬＴＰＳから成る半導体層４１は、ａＳｉから成る半導体層４１よりも、優れたオン電流特性およびオフ電流特性を有している。しかしながら、ＬＴＰＳから成る半導体層４１は、ＴＦＴ１４がオフ状態となる領域において、オフ電流５１ｏｆｆのレベルがランダムノイズ５１ｒのレベルよりも小さいために、結果的にランダムノイズ５１ｒがＸ線画像診断装置等において目立ちやすくなるという問題点があった。

ランダムノイズ５１ｒの詳細な発生メカニズムは不明であるが、例えば、熱的励起によってゲート電極４０からゲート絶縁層３０に電荷（例えば、正電荷）が移動しゲート絶縁層３０によって捕捉され、その電荷による電界によってチャネル部４１ｃが一時的に導通することが原因の一つと考えられる。その際の電流値は、チャネル部４１ｃの電子移動度、チャネル幅などの電流能力が大きければ大きいほどより大きくなるものと考えられる。

一方、ａＳｉから成るチャネル部４１ｃにおいては、ｓＳｉに結晶欠陥が非常に多く、かつ電子移動度が０．３〜１ｃｍ²／Ｖｓ程度と小さい（抵抗が大きい）ために、何らかの原因によってランダムノイズが発生したとしても、ランダムノイズのレベル５４はオフ電流のレベルよりも小さくなる。

また、ＬＴＰＳから成る半導体層４１を有するＴＦＴ１４は、チャネル部４１ｃの電子移動度が８０〜２００ｃｍ²／Ｖｓ程度と大きい（抵抗が小さい）ために、高速（高い駆動周波数）で駆動することができるが、上記のとおり、ランダムノイズが目立つという問題点があった。一方、ａＳｉから成る半導体層４１を有するＴＦＴ１４は、電子移動度が小さい（抵抗が大きい）ために、ランダムノイズは目立ちにくいが、駆動周波数が低いという問題点があった。

従って、本発明は上記問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、電磁波検出装置から出力された読み取り信号を用いるＸ線画像診断装置等においてランダムノイズが観測されることを抑えること、また読み取り信号を高い周波数で出力することができる電磁波検出装置とすることである。

本発明の電磁波検出装置は、基板と、前記基板上の所定方向に配置された、第１のゲート信号線およびそれに隣接する第２のゲート信号線と、前記第１のゲート信号線および前記第２のゲート信号線と交差させて配置された読み取り信号線と、前記第１のゲート信号線および前記第２のゲート信号線と前記読み取り信号線との交差部に対応して配置された電磁波の検出部と、を有しており、前記検出部は、入射した電磁波を電荷に変換する電荷変換部と、前記電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記電荷蓄積部に蓄積された前記電荷を前記読み取り信号線に出力する薄膜トランジスタと、を有している電磁波検出装置であって、前記検出部は、第１のゲート電極が前記第１のゲート信号線に接続され、第１のドレイン電極が前記読み取り信号線に接続されており、第１のソース電極を有する第１の薄膜トランジスタと、第２のゲート電極が前記第２のゲート信号線に接続され、第２のソース電極が前記電荷蓄積部に接続され、第２のドレイン電極が前記第１のソース電極に接続された第２の薄膜トランジスタと、を有しており、前記第１の薄膜トランジスタのオフ時にそのチャネル部に常時流れる第１のオフ電流と、前記第１の薄膜トランジスタのオフ時に一時的に発生する第１のランダムノイズと、前記第２の薄膜トランジスタのオフ時にそのチャネル部に常時流れる第２のオフ電流と、前記第２の薄膜トランジスタのオフ時に一時的に発生する第２のランダムノイズと、が生じており、前記第１のオフ電流の最大値および前記第１のランダムノイズの最大値が、前記第２のオフ電流の最大値および前記第２のランダムノイズの最大値のいずれよりも小さい構成である。

本発明の電磁波検出装置は、好ましくは、前記第１の薄膜トランジスタは、そのチャネル部の電子移動度が前記第２の薄膜トランジスタのチャネル部の電子移動度よりも小さい。

また本発明の電磁波検出装置は、好ましくは、前記第１の薄膜トランジスタの前記チャネル部の電子移動度が、前記第２の薄膜トランジスタの前記チャネル部の電子移動度の１００分の１以下である。

また本発明の電磁波検出装置は、好ましくは、前記第１の薄膜トランジスタは、非晶質半導体層を有しており、前記第２の薄膜トランジスタは、多結晶半導体層を有している。

また本発明の電磁波検出装置は、好ましくは、前記第１の薄膜トランジスタを構成する半導体層および前記第２の薄膜トランジスタを構成する半導体層は、同じ結晶質のものであり、前記第１の薄膜トランジスタのチャネル部の幅が前記第２の薄膜トランジスタのチャネル部の幅よりも小さい。

また本発明の電磁波検出装置は、好ましくは、前記第１の薄膜トランジスタおよび前記第２の薄膜トランジスタはそれぞれ、ｎチャネル型薄膜トランジスタであり、前記第１の薄膜トランジスタのオフ時のソース−ゲート間の電位差の絶対値が、前記第２の薄膜トランジスタのオフ時のソース−ゲート間の電位差の絶対値よりも小さい。

本発明の電磁波検出装置は、基板と、前記基板上の所定方向に配置された、第１のゲート信号線およびそれに隣接する第２のゲート信号線と、前記第１のゲート信号線および前記第２のゲート信号線と交差させて配置された読み取り信号線と、前記第１のゲート信号線および前記第２のゲート信号線と前記読み取り信号線との交差部に対応して配置された電磁波の検出部と、を有しており、前記検出部は、入射した電磁波を電荷に変換する電荷変換部と、前記電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記電荷蓄積部に蓄積された前記電荷を前記読み取り信号線に出力する薄膜トランジスタと、を有している電磁波検出装置であって、前記検出部は、第１のゲート電極が前記第１のゲート信号線に接続され、第１のドレイン電極が前記読み取り信号線に接続されており、第１のソース電極を有する第１の薄膜トランジスタと、第２のゲート電極が前記第２のゲート信号線に接続され、第２のソース電極が前記電荷蓄積部に接続され、第２のドレイン電極が前記第１のソース電極に接続された第２の薄膜トランジスタと、を有しており、前記第１の薄膜トランジスタのオフ時にそのチャネル部に常時流れる第１のオフ電流と、前記第１の薄膜トランジスタのオフ時に一時的に発生する第１のランダムノイズと、前記第２の薄膜トランジスタのオフ時にそのチャネル部に常時流れる第２のオフ電流と、前記第２の薄膜トランジスタのオフ時に一時的に発生する第２のランダムノイズと、が生じており、前記第１のオフ電流の最大値および前記第１のランダムノイズの最大値が、前記第２のオフ電流の最大値および前記第２のランダムノイズの最大値のいずれよりも小さい構成であることから、以下の効果を奏する。

第１のオフ電流の最大値および第１のランダムノイズの最大値が、第２のオフ電流の最大値および第２のランダムノイズの最大値のいずれよりも小さいので、第２のオフ電流および第２のランダムノイズが、第１のオフ電流の最大値および第１のランダムノイズの最大値以下のレベル（値）に抑えられることとなる。すなわち、高いレベルのノイズである、第２のオフ電流および第２のランダムノイズが、読み取り信号線に出力されないように遮断することができる。その結果、電磁波検出装置から出力された読み取り信号を用いるＸ線画像診断装置等においてランダムノイズが観測されることを抑えることができる。

本発明の電磁波検出装置は、好ましくは、前記第１の薄膜トランジスタは、そのチャネル部の電子移動度が前記第２の薄膜トランジスタのチャネル部の電子移動度よりも小さい場合、以下の効果を奏する。すなわち、読み取り信号線に接続された第１の薄膜トランジスタの電子移動度が、電荷蓄積部に接続された第２の薄膜トランジスタの電子移動度よりも小さい（抵抗が大きい）ために、第２の薄膜トランジスタにおいてランダムノイズが発生したとしても、そのランダムノイズは第１の薄膜トランジスタにおいて遮断されることとなる。従って、電磁波検出装置から出力された読み取り信号を用いるＸ線画像診断装置等においてランダムノイズが観測されることを防ぐことができる。

また、１フレーム期間の間駆動周波数が低い第１の薄膜トランジスタをオン状態としておき、１走査期間の間駆動周波数が高い第２の薄膜トランジスタをオン状態とすれば、検出部から読み取り信号を読み取り信号線に出力させることができるので、読み取り信号を高い周波数で取り出すことができる。すなわち、駆動周波数の高い高速駆動が可能な電磁波検出装置とすることができる。

本発明の電磁波検出装置は、前記第１の薄膜トランジスタの前記チャネル部の電子移動度が、前記第２の薄膜トランジスタの前記チャネル部の電子移動度の１００分の１以下である場合、第２の薄膜トランジスタで発生したランダムノイズを第１の薄膜トランジスタにおいて遮断する効果および高速駆動の効果が向上する。

また本発明の電磁波検出装置は、前記第１の薄膜トランジスタは、非晶質半導体層を有しており、前記第２の薄膜トランジスタは、多結晶半導体層を有している場合、例えば非晶質半導体層としての非晶質シリコン層はチャネル部の電子移動度が０．３〜１ｃｍ²／Ｖｓ程度と小さく、多結晶半導体層としてのＬＴＰＳ層はチャネル部の電子移動度が８０〜２００ｃｍ²／Ｖｓ程度と非常に大きくなる。従って、ランダムノイズを第１の薄膜トランジスタにおいて遮断する効果および高速駆動の効果がより向上する。

また本発明の電磁波検出装置は、前記第１の薄膜トランジスタを構成する半導体層および前記第２の薄膜トランジスタを構成する半導体層は、同じ結晶質のものであり、前記第１の薄膜トランジスタのチャネル部の幅が前記第２の薄膜トランジスタのチャネル部の幅よりも小さい場合、第１の薄膜トランジスタにおいて発生する、第１のオフ電流のレベルおよび第１のランダムノイズのレベルが、第２の薄膜トランジスタにおいて発生する、第２のオフ電流のレベルおよび第２のランダムノイズのレベルよりも小さくなる。従って、第１のオフ電流の最大値および第１のランダムノイズの最大値が、第２のオフ電流の最大値および第２のランダムノイズの最大値のいずれよりも小さくなるようにすることができる。その結果、第２のオフ電流および第２のランダムノイズを、第１のオフ電流の最大値および第１のランダムノイズの最大値以下のレベル（値）に抑えることができる。

また本発明の電磁波検出装置は、前記第１の薄膜トランジスタおよび前記第２の薄膜トランジスタはそれぞれ、ｎチャネル型薄膜トランジスタであり、前記第１の薄膜トランジスタのオフ時のソース−ゲート間の電位差の絶対値が、前記第２の薄膜トランジスタのオフ時のソース−ゲート間の電位差の絶対値よりも小さい場合、第１の薄膜トランジスタにおいて発生する、第１のオフ電流のレベルおよび第１のランダムノイズのレベルが、第２の薄膜トランジスタにおいて発生する、第２のオフ電流のレベルおよび第２のランダムノイズのレベルよりも小さくなる。従って、第１のオフ電流の最大値および第１のランダムノイズの最大値が、第２のオフ電流の最大値および第２のランダムノイズの最大値のいずれよりも小さくなるようにすることができる。その結果、第２のオフ電流および第２のランダムノイズを、第１のオフ電流の最大値および第１のランダムノイズの最大値以下のレベル（値）に抑えることができる。

図１は、本発明の電磁波検出装置について実施の形態の１例を示す図であり、電磁波検出装置のブロック回路図である。 図２は、図１の電磁波検出装置における一つの検出部を拡大して示す回路図である。 図３は、本発明の電磁波検出装置について、ｎチャネル型ＴＦＴである第１のＴＦＴにおける、ゲート電圧（Ｖｇ）の変化に対するソース−ドレイン間電流（Ｉｄ）の変化を示す特性曲線と、ｎチャネル型ＴＦＴである第２のＴＦＴにおける、Ｖｇの変化に対するＩｄの変化を示す特性曲線と、を示すグラフである。 図４は、本発明の電磁波検出装置について、第１のＴＦＴに入力される第１のゲート信号および第２のＴＦＴに入力される第２のゲート信号の波形図である。 図５は、従来の直接変換型の電磁波検出装置の１例を示すブロック回路図である。 図６の（ａ）は、図４の電磁波検出装置について電磁波の検出原理を説明するための断面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ部を拡大して示す拡大断面図である。 図７は、従来の電磁波検出装置の検出部に含まれる薄膜トランジスタの詳細な構造を示す断面図である。 図８は、従来の電磁波検出装置について、ＴＦＴがｎチャネル型ＴＦＴであって半導体層がＬＴＰＳから成る場合の、ゲート電圧（Ｖｇ）の変化に対するソース−ドレイン間電流（Ｉｄ）の変化を示す特性曲線と、ＴＦＴがｎチャネル型ＴＦＴであって半導体層がアモルファスシリコン（ａＳｉ）から成る場合の、Ｖｇの変化に対するＩｄの変化を示す特性曲線と、を示すグラフである。

以下、本発明の電磁波検出装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。但し、以下で参照する各図は、本発明の電磁波検出装置の主要な構成部材等を示している。従って、本発明の電磁波検出装置は、図に示されていない回路基板、配線導体、制御ＩＣ，ＬＳＩ等の周知の構成部材を備えていてもよい。また、本発明の実施の形態を示す図１〜図４において、図５〜図８に示す従来例と同じ部位には同じ符号を付しており、それらの詳細な説明は省略する。

本発明の電磁波検出装置は、図１、図２に示すように、ガラス基板等から成る基板１と、基板１上の所定方向（例えば、行方向）に配置された、第１のゲート信号線ＧＬｆおよびそれに隣接する第２のゲート信号線ＧＬ１と、第１のゲート信号線ＧＬｆおよび第２のゲート信号線ＧＬ１と交差させて配置された読み取り信号線１２と、第１のゲート信号線ＧＬｆおよび第２のゲート信号線ＧＬ１と読み取り信号線１２との交差部に対応して配置された電磁波の検出部１３と、を有しており、検出部１３は、入射した電磁波を電荷に変換する電荷変換部１５と、電荷を蓄積する電荷蓄積部１６と、電荷蓄積部１６に蓄積された電荷を読み取り信号線１２に出力するＴＦＴ１４ａ，１４ｂと、を有している電磁波検出装置であって、検出部１３は、第１のゲート電極１４ａｇが第１のゲート信号線ＧＬｆに接続され、第１のドレイン電極１４ａｄが読み取り信号線１２に接続されており、第１のソース電極１４ａｓを有する第１のＴＦＴ１４ａと、第２のゲート電極１４ｂｇが第２のゲート信号線ＧＬ１に接続され、第２のソース電極１４ｂｓが電荷蓄積部１６に接続され、第２のドレイン電極１４ｂｄが第１のソース電極１４ａｓに接続された第２のＴＦＴ１４ｂと、を有しており、第１のＴＦＴ１４ａのオフ時にそのチャネル部に常時流れる第１のオフ電流（例えば、図３に示す第１のオフ電流６１ｂｏｆｆ）と、第１のＴＦＴ１４ａのオフ時に一時的に発生する第１のランダムノイズ（例えば、図３に示す第１のランダムノイズ６１ｂｒ）と、第２のＴＦＴ１４ｂのオフ時にそのチャネル部に常時流れる第２のオフ電流６２ｏｆｆ（図３に示す）と、第２のＴＦＴ１４ｂのオフ時に一時的に発生する第２のランダムノイズ６２ｒ（図３に示す）と、が生じており、第１のオフ電流６１ｂｏｆｆの最大値および第１のランダムノイズ６１ｂｒの最大値が、第２のオフ電流６２ｏｆｆの最大値および第２のランダムノイズ６２ｒの最大値のいずれよりも小さい構成である。

上記の構成により、以下の効果を奏する。第１のオフ電流６１ｂｏｆｆの最大値および第１のランダムノイズ６１ｂｒの最大値が、第２のオフ電流６２ｏｆｆの最大値および第２のランダムノイズ６２ｒの最大値のいずれよりも小さいので、第２のオフ電流６２ｏｆｆおよび第２のランダムノイズ６２ｒが、第１のオフ電流６１ｂｏｆｆの最大値および第１のランダムノイズ６１ｂｒの最大値以下のレベル（値）に抑えられることとなる。すなわち、高いレベルのノイズである、第２のオフ電流６２ｏｆｆおよび第２のランダムノイズ６２ｒが、読み取り信号線１２に出力されないように遮断することができる。その結果、電磁波検出装置から出力された読み取り信号を用いるＸ線画像診断装置等においてランダムノイズが観測されることを抑えることができる。

図３は、本発明の電磁波検出装置について、ｎチャネル型ＴＦＴである第１のＴＦＴ１４ａにおける、ゲート電圧（Ｖｇ）の変化に対するソース−ドレイン間電流（Ｉｄ）の変化を示す特性曲線６１ａ、６１ｂと、ｎチャネル型ＴＦＴである第２のＴＦＴ１４ｂにおける、Ｖｇの変化に対するＩｄの変化を示す特性曲線６２と、を示すグラフである。特性曲線６１ａは、第１のＴＦＴ１４ａがａＳｉから成る半導体層を有する場合を示し、特性曲線６１ｂは、第１のＴＦＴ１４ａがＬＴＰＳから成る半導体層を有する場合を示す。

第１のＴＦＴ１４ａがａＳｉから成る半導体層を有する場合、第１のオフ電流６１ａｏｆｆの最大値および第１のランダムノイズ（第１のオフ電流６１ａｏｆｆとほぼ同程度以下であるため、図示していない）の最大値が、第２のオフ電流６２ｏｆｆの最大値および第２のランダムノイズ６２ｒの最大値のいずれよりも小さい構成とされている。また、第１のＴＦＴ１４ａがＬＴＰＳから成る半導体層を有する場合、第１のオフ電流６１ｂｏｆｆの最大値および第１のランダムノイズ６１ｂｒの最大値が、第２のオフ電流６２ｏｆｆの最大値および第２のランダムノイズ６２ｒの最大値のいずれよりも小さい構成とされている。

なお、第１のＴＦＴ１４ａがａＳｉから成る半導体層を有する場合に、第１のランダムノイズが第１のオフ電流６１ａｏｆｆと同程度以下であるのは、リーク電流の原因である欠陥が非常に多いという理由による。

本発明の電磁波検出装置において、上記の構成を実現するより具体的かつ好適な構成として、第１のＴＦＴ１４ａは、そのチャネル部の電子移動度が第２のＴＦＴ１４ｂのチャネル部の電子移動度よりも小さい構成が好ましい。この場合、読み取り信号線１２に接続された第１のＴＦＴ１４ａの電子移動度が、電荷蓄積部１６に接続された第２のＴＦＴ１４ｂの電子移動度よりも小さい（抵抗が大きい）ために、第２のＴＦＴ１４ｂにおいてランダムノイズが発生したとしても、そのランダムノイズは第１のＴＦＴ１４ａにおいて遮断されることとなる。従って、電磁波検出装置から出力された読み取り信号を用いるＸ線画像診断装置等においてランダムノイズが観測されることを防ぐことができる。

また、１フレーム期間の間、電子移動度が小さいために駆動周波数が低い第１のＴＦＴ１４ａをオン状態としておき、１走査期間の間、電子移動度が大きいために駆動周波数が高い第２のＴＦＴ１４ｂをオン状態とすれば、検出部１３から読み取り信号を読み取り信号線１２に出力させることができるので、読み取り信号を高い周波数で取り出すことができる。すなわち、駆動周波数の高い高速駆動が可能な電磁波検出装置とすることができる。この場合、第１のＴＦＴ１４ａの駆動周波数は、例えば１Ｈｚ〜３０Ｈｚ程度とすることができる。第２のＴＦＴ１４ｂの駆動周波数は、例えば５ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ程度とすることができる。従って、電磁波検出装置の駆動周波数は３ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ程度となる。

なお、図１に示すように、１行目に並んでいる検出部１３は、第１のゲート信号線ＧＬｆおよび第２のゲート信号線ＧＬ１によってオンされ、２行目に並んでいる検出部１３は、第１のゲート信号線ＧＬｆおよび第２のゲート信号線ＧＬ２によってオンされ、ｍ行目（ｍは自然数）に並んでいる検出部１３は、第１のゲート信号線ＧＬｆおよび第２のゲート信号線ＧＬｍによってオンされる。このように、本発明の構成はマトリックス状（行列状）に配列された検出部１３にも適用可能である。

チャネル部の電子移動度が第２のＴＦＴ１４ｂのチャネル部の電子移動度よりも小さい第１のＴＦＴ１４ａは、例えばａＳｉ等の非晶質半導体、インジウムガリウム亜鉛酸化物（Indium Gallium Zinc Oxide ：ＩＧＺＯ）等の酸化物半導体などから成る。チャネル部の電子移動度が第１のＴＦＴ１４ａのチャネル部の電子移動度よりも大きい第２のＴＦＴ１４ｂは、例えばＬＴＰＳ等の多結晶半導体、微結晶シリコン等の微結晶半導体、単結晶シリコン等の単結晶半導体などから成る。

また、チャネル部の電子移動度が第１のＴＦＴ１４ａのチャネル部の電子移動度よりも大きい第２のＴＦＴ１４ｂは、その平面視におけるサイズを、第１のＴＦＴ１４ａのサイズの１／２〜１／４０程度として非常に小さくすることができる。その場合、検出部１３の開口率を大きくすることができる。

本発明の電磁波検出装置は、第１のＴＦＴ１４ａのチャネル部の電子移動度が、第２のＴＦＴ１４ｂのチャネル部の電子移動度の１００分の１以下であることが好ましい。この場合、第２のＴＦＴ１４ｂで発生したランダムノイズを第１のＴＦＴ１４ａにおいて遮断する効果および高速駆動の効果が向上する。

第１のＴＦＴ１４ａのチャネル部の電子移動度は、第２のＴＦＴ１４ｂのチャネル部の電子移動度の２０００分の１乃至１００分の１であることがより好ましい。２０００分の１未満では、駆動周波数が上記の好適な範囲からずれやすくなる傾向がある。

また本発明の電磁波検出装置は、第１のＴＦＴ１４ａは、非晶質半導体層を有しており、第２のＴＦＴ１４ｂは、多結晶半導体層を有している場合、例えば非晶質半導体層としての非晶質（アモルファス）シリコン層はチャネル部の電子移動度が０．３〜１ｃｍ²／Ｖｓ程度と小さく、多結晶半導体層としてのＬＴＰＳ層はチャネル部の電子移動度が８０〜２００ｃｍ²／Ｖｓ程度と非常に大きくなる。従って、第２のＴＦＴ１４ｂで発生したランダムノイズを第１のＴＦＴ１４ａにおいて遮断する効果および高速駆動の効果がより向上する。

ＬＴＰＳ層は以下のようにして形成される。ガラス基板上に、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって、アモルファスシリコン層を形成する。次に、アモルファスシリコン層を多結晶化するために、アモルファスシリコン膜にエキシマレーザ光を照射する。エキシマレーザ装置としては、例えば、ガスレーザ光源にＸｅＣｌ（波長３０８ｎｍ），ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）等を用いた、アモルファスシリコン層の吸収が大きい紫外光を発振するものが使用できる。レーザ発振周波数約３００Ｈｚ、レーザ光エネルギー約３００Ｗ、パルス幅約２０ｎｓ〜約６０ｎｓ、照射エネルギー密度５００ｍＪ／ｃｍ²〜１J／ｃｍ²程度のパルスレーザ光をアモルファスシリコン層に照射し、アモルファスシリコン層を瞬間的に溶融し過冷却状態にした後に凝固させる。その結果、平均粒径０．３μｍ程度の結晶粒径を有する多結晶シリコン層に変化する。

従って、まず第１のＴＦＴ１４ａおよび第２のＴＦＴ１４ｂ用の、アモルファスシリコン層をそれぞれ形成し、次に第２のＴＦＴ１４ｂとなるアモルファスシリコン層のみを、上記のＬＴＰＳ層の形成方法によってＬＴＰＳ層に変化させる。これにより、第１のＴＦＴ１４ａおよび第２のＴＦＴ１４ｂを形成することができる。

また本発明の電磁波検出装置は、第１のＴＦＴ１４ａを構成する半導体層および第２のＴＦＴ１４ｂを構成する半導体層は、同じ結晶質のもの例えばＬＴＰＳであり、第１のＴＦＴ１４ａのチャネル部の幅が第２のＴＦＴ１４ｂのチャネル部の幅よりも小さいことが好ましい。この場合、第１のＴＦＴ１４ａにおいて発生する、第１のオフ電流６１ｂｏｆｆのレベルおよび第１のランダムノイズ６１ｂｒのレベルが、第２のＴＦＴ１４ｂにおいて発生する、第２のオフ電流６２ｏｆｆのレベルおよび第２のランダムノイズ６２ｒのレベルよりも小さくなる。従って、第１のオフ電流６１ｂｏｆｆの最大値および第１のランダムノイズ６１ｂｒの最大値が、第２のオフ電流６２ｏｆｆの最大値および第２のランダムノイズ６２ｒの最大値のいずれよりも小さくなるようにすることができる。その結果、第２のオフ電流６２ｏｆｆおよび第２のランダムノイズ６２ｒを、第１のオフ電流６１ｂｏｆｆの最大値および第１のランダムノイズ６１ｂｒの最大値以下のレベル（値）に抑えることができる。

第１のＴＦＴ１４ａを構成する半導体層および第２のＴＦＴ１４ｂを構成する半導体層がＬＴＰＳである場合、第１のＴＦＴ１４ａのチャネル部および第２のＴＦＴ１４ｂのチャネル部のそれぞれの厚みが３０ｎｍ〜２００ｎｍ程度で同じである場合、第１のＴＦＴ１４ａのチャネル部の幅を０．３μｍ〜２μｍ程度とし、第２のＴＦＴ１４ｂのチャネル部の幅を２．５μｍ〜１０μｍ程度とすることがよい。すなわち、第１のＴＦＴ１４ａのチャネル部の幅が、第２のＴＦＴ１４ｂのチャネル部の幅の３％〜８０％程度であることがよい。３％未満では、チャネル部の幅のばらつきが生じやすくなる傾向がある。８０％を超えると、第１のオフ電流６１ｂｏｆｆのレベルおよび第１のランダムノイズ６１ｂｒのレベルが、第２のＴＦＴ１４ｂにおいて発生する、第２のオフ電流６２ｏｆｆのレベルおよび第２のランダムノイズ６２ｒのレベルよりも小さくなるようにすることが難しくなる傾向がある。

また本発明の電磁波検出装置は、図４に示すように、第１のＴＦＴ１４ａおよび第２のＴＦＴ１４ｂはそれぞれ、ｎチャネル型ＴＦＴであり、第１のＴＦＴ１４ａのオフ時のソース−ゲート間の電位差７１の絶対値が、第２のＴＦＴ１４ｂのオフ時のソース−ゲート間の電位差７２の絶対値よりも小さいことが好ましい。この場合、電位差７１の絶対値が電位差７２の絶対値よりも小さいために、第１のＴＦＴ１４ａにおいて発生する、第１のオフ電流（例えば、第１のオフ電流６１ｂｏｆｆ）のレベルおよび第１のランダムノイズ（例えば、第１のランダムノイズ６１ｂｒ）のレベルが、第２のＴＦＴ１４ｂにおいて発生する、第２のオフ電流６２ｏｆｆのレベルおよび第２のランダムノイズ６２ｒのレベルよりも小さくなる。

なお、図４は、第１のＴＦＴ１４ａに入力される第１のゲート信号４０ｇａおよび第２のＴＦＴ１４ｂに入力される第２のゲート信号４０ｇｂの波形図である。第１のゲート信号４０ｇａは、第１のピーク電位（第１のＨレベル）と、第１のボトム電位（第１のＬレベル）によって規定される。第２のゲート信号４０ｇｂは、第２のピーク電位（第２のＨレベル）と、第２のボトム電位（第２のＬレベル）によって規定される。オフ時のソース電圧レベルは０．５Ｖ程度である。なお、第１のピーク電位と第２の第１のピーク電位は、異なる電位であってもよいが、同電位であってもよい。

従って、第１のオフ電流６１ｂｏｆｆの最大値および第１のランダムノイズ６１ｂｒの最大値が、第２のオフ電流６２ｏｆｆの最大値および第２のランダムノイズ６２ｒの最大値のいずれよりも小さくなるようにすることができる。その結果、第２のオフ電流６２ｏｆｆおよび第２のランダムノイズ６２ｒを、第１のオフ電流６１ｂｏｆｆの最大値および第１のランダムノイズ６１ｂｒの最大値以下のレベル（値）に抑えることができる。

電位差７１の絶対値は、３Ｖ〜５．５Ｖ程度であり、電位差７２の絶対値は、６Ｖ〜１０Ｖ程度である。従って、電位差７１の絶対値は電位差７２の絶対値の３０％〜９０％程度であることがよい。３０％未満では、第１のボトム電位がオフ領域から高い電位の方にずれやすくなるために、オフ電流が増加する傾向がある。９０％を超えると、第１のＴＦＴ１４ａにおいて発生する、第１のオフ電流６１ｂｏｆｆのレベルおよび第１のランダムノイズ６１ｂｒのレベルを、第２のＴＦＴ１４ｂにおいて発生する、第２のオフ電流６２ｏｆｆのレベルおよび第２のランダムノイズ６２ｒのレベルよりも小さくする効果が劣化する傾向がある。

本発明の電磁波検出装置は、直接変換型であれば、電荷変換部として、ａＳｅ，ＣｄＴｅ等が採用し得る。また間接変換型の電磁波検出装置であってもよく、その場合、Ｘ線等の放射線を光に波長変換するシンチレータと、電荷変換部としてのｐｉｎフォトダイオード等を有する構成となる。

シンチレータは、ＣｓＩ：Ｔｌ，ＧＯＳ（Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ：Ｔｂ）等から成り、例えば被写体に照射されたＸ線、γ線、α線等の放射線を光に波長変換する。そして、シンチレータから放出された光を、本発明の電磁波検出装置によって電荷へ光電変換して画像情報を得る間接変換方式の放射線画像形成装置に適用される。ＣｓＩ：Ｔｌ等から成るシンチレータは、Ａｌ（アルミニウム）等から成る金属基板に放射線感応層（シンチレーション層）を蒸着することによって形成される。そして、例えば本発明の電磁波検出装置の光源側にシンチレータを配置し、それらを接着材等の接合手段によって貼り合わせることにより、放射線画像形成装置が構成される。

ｐｉｎフォトダイオードは、Ｔａ，Ｎｄ，Ｗ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ａｌ，Ｃｒ，Ａｇ等の金属またはそれらの合金から成る第１の電極層、ｎ＋ａＳｉ等から成る第１の不純物半導体層、真性（intrinsic）Ｓｉ（ｉ型Ｓｉ）等から成る真性半導体層、ｐ＋ａＳｉ等から成る第２の不純物半導体層、ＩＴＯ等の透明電極から成る第２の電極層が積層されている。第１の電極層、第１の不純物半導体層、真性半導体層、第２の不純物半導体層及び第２の電極層によって、光電変換部としてのｐｉｎフォトダイオードが構成される。このｐｉｎフォトダイオードは、第２の不純物半導体層及び第２の電極層の側から真性半導体層に入射した光を光電変換する。

さらに、放射線画像形成装置によって得られた電気的な画像情報は、Ａ−Ｄ（Analog to Digital）変換によりデジタルデータに変換され、イメージプロセッサによりデジタル画像に変換され、それが液晶表示装置（Liquid Crystal Display ：ＬＣＤ）等の表示手段に表示されて、画像診断、画像分析等に用いられる。

なお、本発明の電磁波検出装置は、上記実施の形態に限定されるものではなく、適宜の設計的な変更、改良を含んでいてもよい。

１ 基板
１１ ゲート線
１２ 読み取り信号線
１３ 検出部
１４ａ 第１のＴＦＴ
１４ａｄ 第１のドレイン電極
１４ａｇ 第１のゲート電極
１４ａｓ 第１のソース電極
１４ｂ 第２のＴＦＴ
１４ｂｄ 第２のドレイン電極
１４ｂｇ 第２のゲート電極
１４ｂｓ 第２のソース電極
１５ 電荷変換部
１６ 電荷蓄積部
４０ｇａ 第１のゲート信号
４０ｇｂ 第２のゲート信号
７１ 第１のＴＦＴのオフ時のソース−ゲート間の電位差
７２ 第２のＴＦＴのオフ時のソース−ゲート間の電位差
ＧＬｆ 第１のゲート信号線
ＧＬ１ 第２のゲート信号線

Claims (6)

1. 基板と、
   前記基板上の所定方向に配置された、第１のゲート信号線およびそれに隣接する第２のゲート信号線と、
   前記第１のゲート信号線および前記第２のゲート信号線と交差させて配置された読み取り信号線と、
   前記第１のゲート信号線および前記第２のゲート信号線と前記読み取り信号線との交差部に対応して配置された電磁波の検出部と、を有しており、
   前記検出部は、入射した電磁波を電荷に変換する電荷変換部と、前記電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記電荷蓄積部に蓄積された前記電荷を前記読み取り信号線に出力する薄膜トランジスタと、を有している電磁波検出装置であって、
   前記検出部は、第１のゲート電極が前記第１のゲート信号線に接続され、第１のドレイン電極が前記読み取り信号線に接続されており、第１のソース電極を有する第１の薄膜トランジスタと、第２のゲート電極が前記第２のゲート信号線に接続され、第２のソース電極が前記電荷蓄積部に接続され、第２のドレイン電極が前記第１のソース電極に接続された第２の薄膜トランジスタと、を有しており、
   前記第１の薄膜トランジスタのオフ時にそのチャネル部に常時流れる第１のオフ電流と、前記第１の薄膜トランジスタのオフ時に一時的に発生する第１のランダムノイズと、前記第２の薄膜トランジスタのオフ時にそのチャネル部に常時流れる第２のオフ電流と、前記第２の薄膜トランジスタのオフ時に一時的に発生する第２のランダムノイズと、が生じており、
   前記第１のオフ電流の最大値および前記第１のランダムノイズの最大値が、前記第２のオフ電流の最大値および前記第２のランダムノイズの最大値のいずれよりも小さい電磁波検出装置。
2. 前記第１の薄膜トランジスタは、そのチャネル部の電子移動度が前記第２の薄膜トランジスタのチャネル部の電子移動度よりも小さい請求項１に記載の電磁波検出装置。
3. 前記第１の薄膜トランジスタの前記チャネル部の電子移動度が、前記第２の薄膜トランジスタの前記チャネル部の電子移動度の１００分の１以下である請求項２に記載の電磁波検出装置。
   
4. 前記第１の薄膜トランジスタは、非晶質半導体層を有しており、
   前記第２の薄膜トランジスタは、多結晶半導体層を有している請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電磁波検出装置。
5. 前記第１の薄膜トランジスタを構成する半導体層および前記第２の薄膜トランジスタを構成する半導体層は、同じ結晶質のものであり、
   前記第１の薄膜トランジスタのチャネル部の幅が前記第２の薄膜トランジスタのチャネル部の幅よりも小さい請求項１に記載の電磁波検出装置。
6. 前記第１の薄膜トランジスタおよび前記第２の薄膜トランジスタはそれぞれ、ｎチャネル型薄膜トランジスタであり、
   前記第１の薄膜トランジスタのオフ時のソース−ゲート間の電位差の絶対値が、前記第２の薄膜トランジスタのオフ時のソース−ゲート間の電位差の絶対値よりも小さい請求項１に記載の電磁波検出装置。