JPH06209097A - Ｘ線画像検出器 - Google Patents
Ｘ線画像検出器Info
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 本発明は、コレクティング電極の表面領域を
拡大するか、あるいは、光伝導体層で発生する電荷キャ
リアの大多数がコレクティング電極に流れるように半導
体層により電界を歪めることによって、Ｘ線画像検出器
の有効性を改良することを目的とする。 【構成】 多数のＸ線感応センサから成るＸ線画像検出
器であって、各センサはコレクティング電極とコレクテ
ィング電極１１，１６を出力導線７に接続するスイッチ
ング素子から成り、光伝導体層３はそれぞれのコレクテ
ィング電極１１，１６とバイアス電極４との間に設けら
れ、コレクティング電極１１，１６は基準電極と共に、
光伝導体層３で発生する電荷キャリアにより充電される
キャパシタンスを形成する。
拡大するか、あるいは、光伝導体層で発生する電荷キャ
リアの大多数がコレクティング電極に流れるように半導
体層により電界を歪めることによって、Ｘ線画像検出器
の有効性を改良することを目的とする。 【構成】 多数のＸ線感応センサから成るＸ線画像検出
器であって、各センサはコレクティング電極とコレクテ
ィング電極１１，１６を出力導線７に接続するスイッチ
ング素子から成り、光伝導体層３はそれぞれのコレクテ
ィング電極１１，１６とバイアス電極４との間に設けら
れ、コレクティング電極１１，１６は基準電極と共に、
光伝導体層３で発生する電荷キャリアにより充電される
キャパシタンスを形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複数のＸ線感応センサ
から成り、 −各センサは、コレクティング電極とコレクティング電
極を出力導線に接続するスイッチング素子から成り、 −光伝導体層が個々のコレクティング電極とバイアス電
極との間に設けられ、 −コレクティング電極は基準電極と共に、光伝導体で生
成されるキャリアによって充電されるキャパシタンスを
形成することを特徴とするＸ線画像検出器に関する。
から成り、 −各センサは、コレクティング電極とコレクティング電
極を出力導線に接続するスイッチング素子から成り、 −光伝導体層が個々のコレクティング電極とバイアス電
極との間に設けられ、 −コレクティング電極は基準電極と共に、光伝導体で生
成されるキャリアによって充電されるキャパシタンスを
形成することを特徴とするＸ線画像検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種のＸ線画像検出器は、時間的に密
に連続して、例えば毎秒６０画像で、Ｘ線画像が作られ
る蛍光透視法でとりわけ利用される。特に、図１はＸ線
センサマトリックスの回路図を示し、図２はかかるＸ線
センサマトリックスの薄膜構造の平面図（図２の
（ａ））と、断面図（図２の（ｂ））を示す。欧州公開
特許明細書第４４４７２０号により知られるＸ線センサ
マトリックスであるＸ線画像検出器の回路図が図１に示
される。スイッチング素子１、キャパシタンス２、及び
光センサは、各画素に対して設けられる。典型的には、
２０００×２０００個のスイッチング素子は、共通誘電
体基板（ガラス）の上に薄膜技術を用いて（例えば、図
１に示される薄膜電界効果トランジスタの形で）実現さ
れる。光センサは、全画像領域を覆う連続した光伝導体
層３、光伝導体層に設けられるバイアス電極４、及び光
伝導体層の反対側に設けられる各画素ごとに独立したコ
レクティング電極から成る。動作状態でＸ線が画像検出
器に達する時、電荷キャリアは光伝導体層３に形成さ
れ、該電荷キャリアはバイアス電極４に接続されたバイ
アス電源４０によって作られる電界の影響を受け、光伝
導体を通ってコレクティング電極１１に流れる。コレク
ティング電極１１に接続されたキャパシタンス２は、か
くして充電され、キャパシタンスの他方の電極は、基準
電位を担う電極１０に接続する。
に連続して、例えば毎秒６０画像で、Ｘ線画像が作られ
る蛍光透視法でとりわけ利用される。特に、図１はＸ線
センサマトリックスの回路図を示し、図２はかかるＸ線
センサマトリックスの薄膜構造の平面図（図２の
（ａ））と、断面図（図２の（ｂ））を示す。欧州公開
特許明細書第４４４７２０号により知られるＸ線センサ
マトリックスであるＸ線画像検出器の回路図が図１に示
される。スイッチング素子１、キャパシタンス２、及び
光センサは、各画素に対して設けられる。典型的には、
２０００×２０００個のスイッチング素子は、共通誘電
体基板（ガラス）の上に薄膜技術を用いて（例えば、図
１に示される薄膜電界効果トランジスタの形で）実現さ
れる。光センサは、全画像領域を覆う連続した光伝導体
層３、光伝導体層に設けられるバイアス電極４、及び光
伝導体層の反対側に設けられる各画素ごとに独立したコ
レクティング電極から成る。動作状態でＸ線が画像検出
器に達する時、電荷キャリアは光伝導体層３に形成さ
れ、該電荷キャリアはバイアス電極４に接続されたバイ
アス電源４０によって作られる電界の影響を受け、光伝
導体を通ってコレクティング電極１１に流れる。コレク
ティング電極１１に接続されたキャパシタンス２は、か
くして充電され、キャパシタンスの他方の電極は、基準
電位を担う電極１０に接続する。
【０００３】センサはマトリックス状に何列何行にも配
列され、列間および行間の間隔は等しい。この間隔距離
は空間分解能を決定する。スイッチング素子を構成する
薄膜電界効果トランジスタのゲート電極は、読出のため
の駆動回路６によって列方向に相互結合される。このた
め一つの列の全スイッチング素子のゲート電極は、それ
ぞれに共通スイッチング導線５に接続される。薄膜電界
効果トランジスタのソース電極は、それぞれに付随する
キャパシタンスに接続され、一方ドレイン電極は、共通
出力導線７と行方向に結合される。
列され、列間および行間の間隔は等しい。この間隔距離
は空間分解能を決定する。スイッチング素子を構成する
薄膜電界効果トランジスタのゲート電極は、読出のため
の駆動回路６によって列方向に相互結合される。このた
め一つの列の全スイッチング素子のゲート電極は、それ
ぞれに共通スイッチング導線５に接続される。薄膜電界
効果トランジスタのソース電極は、それぞれに付随する
キャパシタンスに接続され、一方ドレイン電極は、共通
出力導線７と行方向に結合される。
【０００４】図２の（ａ）と図２の（ｂ）は、各々にＸ
線画像センサマトリックスの一部分の平面図と断面図で
あり、そこでは、光伝導体層３とバイアス電極４が省略
されている。十分に簡略化して表現されているが、重要
な素子は、尚、示されている。接地導線１０とスイッチ
ング導線５は、基板１５上に設けられる。スイッチング
導線５は、薄膜電界効果トランジスタのゲート電極を成
し、垂直に延びるタップ１７から成る。半導体層と絶縁
体層とで構成される多層構造１２がゲート電極１７の上
に設けられ、電極７（ドレイン）と電極１１（ソース）
と共に、薄膜電界効果トランジスタを構成する。かくし
て、電極１１は、コレクティング電極、及びソース電極
として機能し、さらに、この電極に覆われた接地導線１
０と中間誘電体と共に、蓄電キャパシタンス２を構成す
る。
線画像センサマトリックスの一部分の平面図と断面図で
あり、そこでは、光伝導体層３とバイアス電極４が省略
されている。十分に簡略化して表現されているが、重要
な素子は、尚、示されている。接地導線１０とスイッチ
ング導線５は、基板１５上に設けられる。スイッチング
導線５は、薄膜電界効果トランジスタのゲート電極を成
し、垂直に延びるタップ１７から成る。半導体層と絶縁
体層とで構成される多層構造１２がゲート電極１７の上
に設けられ、電極７（ドレイン）と電極１１（ソース）
と共に、薄膜電界効果トランジスタを構成する。かくし
て、電極１１は、コレクティング電極、及びソース電極
として機能し、さらに、この電極に覆われた接地導線１
０と中間誘電体と共に、蓄電キャパシタンス２を構成す
る。
【０００５】図２に示す薄膜配置では、電極間の層は非
常に薄い（０．２ないし１μｍの大きさのオーダー）。
従って、大きな寄生電荷がコレクティング電極１１と適
当な電極との間に形成されるため、コレクティング電極
は、特に出力導線７だけではなく、スイッチング導線を
覆わないことが重要である。出力導線７の場合、これ
は、容量性信号の結合漏れとなり、よって、読出される
信号の低下となり、また同時に、出力導線７に接続され
る出力増幅器８の雑音の増加となり、その理由はこれら
の増幅器がより高い入力キャパシタンスに「遭遇」する
からである。従って、一方側のコレクティング電極１１
及び他方側の導線５、７は、隣接して配置されるべき
で、すなわち、図２の（ａ）の平面図において、コレク
ティング電極は、導線５と７の上に重なってはいけな
い。かくして、コレクティング電極は、２本の隣接する
スイッチング導線５の間、又は、２本の隣接する出力導
線７の間に残る表面領域に制限されなければならない。
常に薄い（０．２ないし１μｍの大きさのオーダー）。
従って、大きな寄生電荷がコレクティング電極１１と適
当な電極との間に形成されるため、コレクティング電極
は、特に出力導線７だけではなく、スイッチング導線を
覆わないことが重要である。出力導線７の場合、これ
は、容量性信号の結合漏れとなり、よって、読出される
信号の低下となり、また同時に、出力導線７に接続され
る出力増幅器８の雑音の増加となり、その理由はこれら
の増幅器がより高い入力キャパシタンスに「遭遇」する
からである。従って、一方側のコレクティング電極１１
及び他方側の導線５、７は、隣接して配置されるべき
で、すなわち、図２の（ａ）の平面図において、コレク
ティング電極は、導線５と７の上に重なってはいけな
い。かくして、コレクティング電極は、２本の隣接する
スイッチング導線５の間、又は、２本の隣接する出力導
線７の間に残る表面領域に制限されなければならない。
【０００６】適切な伝導率を得るために、全ての導線
５、７及び１０は、１０ないし２５μｍの幅を持つべき
でり、コレクティング電極により占められるＸ線画像検
出器の全表面領域の割合は、画素よりも小さく、つま
り、分解能がより高いほど、画素隙間はより狭い。
５、７及び１０は、１０ないし２５μｍの幅を持つべき
でり、コレクティング電極により占められるＸ線画像検
出器の全表面領域の割合は、画素よりも小さく、つま
り、分解能がより高いほど、画素隙間はより狭い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高空
間分解能の場合にも適切な感度を有し、同時に、その構
造上のキャパシタンスは出来る限り小さい、Ｘ線画像検
出器を提供することである。
間分解能の場合にも適切な感度を有し、同時に、その構
造上のキャパシタンスは出来る限り小さい、Ｘ線画像検
出器を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的は、前述の種類
のＸ線画像検出器に基づき、本発明により、各コレクテ
ィング電極は、第１電極部が付随する出力導線に隣接す
る各々の領域に配置され、第２電極部が第１電極部より
大きな表面領域を有し、第１電極部とバイアス電極との
間に位置する電気的に接続する２つの電極部と、第２電
極部及び出力導線の間に設けられる絶縁層とから構成さ
れることにより達成される。
のＸ線画像検出器に基づき、本発明により、各コレクテ
ィング電極は、第１電極部が付随する出力導線に隣接す
る各々の領域に配置され、第２電極部が第１電極部より
大きな表面領域を有し、第１電極部とバイアス電極との
間に位置する電気的に接続する２つの電極部と、第２電
極部及び出力導線の間に設けられる絶縁層とから構成さ
れることにより達成される。
【０００９】
【作用】２電極部からなるコレクティング電極を利用す
る結果、その機能も分離される：基準又は接地電極の一
つと共に、第１電極部はキャパシタンスを形成すると同
時にスイッチング素子の電極を構成し、一方第２電極部
は光伝導体層に生成された電荷キャリアを集める。第１
電極部に関して課せられる制約は第２電極部には適用で
きず、つまり、第２電極部は、導線、とくに出力導線と
少なくとも部分的に重なる可能性があり、その結果、比
較的高い感度が得られる。十分な量と厚さを有する絶縁
層が使用されると、第２電極部と導線との間の寄生キャ
パシタンスは小さいままである。
る結果、その機能も分離される：基準又は接地電極の一
つと共に、第１電極部はキャパシタンスを形成すると同
時にスイッチング素子の電極を構成し、一方第２電極部
は光伝導体層に生成された電荷キャリアを集める。第１
電極部に関して課せられる制約は第２電極部には適用で
きず、つまり、第２電極部は、導線、とくに出力導線と
少なくとも部分的に重なる可能性があり、その結果、比
較的高い感度が得られる。十分な量と厚さを有する絶縁
層が使用されると、第２電極部と導線との間の寄生キャ
パシタンスは小さいままである。
【００１０】ここで、可視光線用薄膜画像検出器に関す
る日本公開特許明細書第６１−１１７７号，又は、米国
特許明細書第４、４７１、３７１号を参照する。可視光
線用の画像検出器は、比較的厚い光伝導体層の代わり
に、例えば、非晶質（アモルファス）シリコンで構成さ
れる薄い半導体層のみから構成される点で、Ｘ線画像検
出器と異なる。その結果、比較的高いキャパシタンスを
得ることができ、キャパシタンス２のような独立キャパ
シタンスは必要とされない。公知の画像検出器では、ス
イッチング素子の電極又は出力導線は、薄膜絶縁層によ
ってコレクティング電極が位置する平面と分離される平
面上に位置する。その結果、非常に高い寄生キャパシタ
ンスがスイッチング素子の電極とコレクティング電極と
の間に発生し、そのキャパシタンスは、高い画像周波数
で読出されるＸ線画像検出器では許容されえない。
る日本公開特許明細書第６１−１１７７号，又は、米国
特許明細書第４、４７１、３７１号を参照する。可視光
線用の画像検出器は、比較的厚い光伝導体層の代わり
に、例えば、非晶質（アモルファス）シリコンで構成さ
れる薄い半導体層のみから構成される点で、Ｘ線画像検
出器と異なる。その結果、比較的高いキャパシタンスを
得ることができ、キャパシタンス２のような独立キャパ
シタンスは必要とされない。公知の画像検出器では、ス
イッチング素子の電極又は出力導線は、薄膜絶縁層によ
ってコレクティング電極が位置する平面と分離される平
面上に位置する。その結果、非常に高い寄生キャパシタ
ンスがスイッチング素子の電極とコレクティング電極と
の間に発生し、そのキャパシタンスは、高い画像周波数
で読出されるＸ線画像検出器では許容されえない。
【００１１】本発明による、課題に対する第２の解決法
は、前述した種類のＸ線画像検出器に基づき、以下の特
徴を有する： − コレクティング電極は出力導線に隣接して配置され
る； − スイッチング素子及び出力導線は絶縁層により覆わ
れる； − 絶縁層及びコレクティング電極は半導体層により覆
われる； − 半導体層は、反対の極性の電荷キャリアに対する伝
導性と比較して高い伝導性を、コレクティング電極の方
向に流れる電荷キャリアに対して有するために、不純物
が添加される。
は、前述した種類のＸ線画像検出器に基づき、以下の特
徴を有する： − コレクティング電極は出力導線に隣接して配置され
る； − スイッチング素子及び出力導線は絶縁層により覆わ
れる； − 絶縁層及びコレクティング電極は半導体層により覆
われる； − 半導体層は、反対の極性の電荷キャリアに対する伝
導性と比較して高い伝導性を、コレクティング電極の方
向に流れる電荷キャリアに対して有するために、不純物
が添加される。
【００１２】この解決法によると、空間電荷は絶縁層に
よって保護される半導体層領域の上に形成され、その空
間電荷は光伝導体層の電界を歪めるので、半導体層に接
するコレクティング電極の上で作られていない電荷キャ
リアもコレクティング電極に到達できる。コレクティン
グ電極の表面領域は比較的小さいにも関わらず、本解決
法は高い感度も提供する。本解決法の更なる形態では、
正及び負両方の電荷キャリアに対して低い伝導性をもつ
半導体層を、半導体層とコレクティング電極との間に追
加する。追加半導体層は、空間電荷をコレクティング電
極に隣接する領域に作ることに役立つ。空間電荷は電界
を歪めるので、その結果、空間電荷上に位置し、電荷キ
ャリアに対する適度な伝導性を有する半導体層中の信号
生成電荷キャリアは、コレクティング電極上方領域で生
成されなかった場合でさえ、コレクティング電極に運ば
れる。
よって保護される半導体層領域の上に形成され、その空
間電荷は光伝導体層の電界を歪めるので、半導体層に接
するコレクティング電極の上で作られていない電荷キャ
リアもコレクティング電極に到達できる。コレクティン
グ電極の表面領域は比較的小さいにも関わらず、本解決
法は高い感度も提供する。本解決法の更なる形態では、
正及び負両方の電荷キャリアに対して低い伝導性をもつ
半導体層を、半導体層とコレクティング電極との間に追
加する。追加半導体層は、空間電荷をコレクティング電
極に隣接する領域に作ることに役立つ。空間電荷は電界
を歪めるので、その結果、空間電荷上に位置し、電荷キ
ャリアに対する適度な伝導性を有する半導体層中の信号
生成電荷キャリアは、コレクティング電極上方領域で生
成されなかった場合でさえ、コレクティング電極に運ば
れる。
【００１３】両解決法に適する本発明の更なる形態で
は、光伝導体の厚さに比較すると厚さが薄く、反対極性
の電荷キャリアに対する伝導性と比較して、光伝導体か
ら隣接する電極に流れる電荷キャリアに対する伝導性を
高くするために、不純物を添加した層が光伝導体層の両
側に、設けられる。光伝導体層の両側の２層は、コレク
ティング電極又はバイアス電極により注入される電荷キ
ャリアを阻止し、その結果、暗放電率が減少される。更
なる実施例では、光伝導体層と同一の材料から成る層
で、光伝導体層より実質上薄い層が、バイアス電極と隣
接する層との間に設けられる。その結果、暗放電率は、
更に劇的に減少させられる。
は、光伝導体の厚さに比較すると厚さが薄く、反対極性
の電荷キャリアに対する伝導性と比較して、光伝導体か
ら隣接する電極に流れる電荷キャリアに対する伝導性を
高くするために、不純物を添加した層が光伝導体層の両
側に、設けられる。光伝導体層の両側の２層は、コレク
ティング電極又はバイアス電極により注入される電荷キ
ャリアを阻止し、その結果、暗放電率が減少される。更
なる実施例では、光伝導体層と同一の材料から成る層
で、光伝導体層より実質上薄い層が、バイアス電極と隣
接する層との間に設けられる。その結果、暗放電率は、
更に劇的に減少させられる。
【００１４】
【実施例】本発明を図面により詳細に説明する。図３に
示すＸ線画像検出器の一実施例の平面図と断面図では、
図２における対応部分と同一の符号が対応部分に使用さ
れる。図３の（ｂ）の断面図は縮尺ではなく、各層の厚
さの比率は、以下に説明する実際の比率とは対応しな
い。図２に示す薄膜構造では、平らな表面を有する絶縁
層１３が最初に設けられる。写真製版技術を用いて、コ
レクティング電極１１の上に電極１１にまで達するコン
タクト孔がこの表面上に作られる。
示すＸ線画像検出器の一実施例の平面図と断面図では、
図２における対応部分と同一の符号が対応部分に使用さ
れる。図３の（ｂ）の断面図は縮尺ではなく、各層の厚
さの比率は、以下に説明する実際の比率とは対応しな
い。図２に示す薄膜構造では、平らな表面を有する絶縁
層１３が最初に設けられる。写真製版技術を用いて、コ
レクティング電極１１の上に電極１１にまで達するコン
タクト孔がこの表面上に作られる。
【００１５】次に、例えば気相からの堆積により金属層
が設けられる。それぞれの画素に有効な表面領域をでき
るだけたくさん覆い、コンタクト孔を介して下に位置す
る電極１１と電気的に接合して、できるだけ大きな表面
領域を有する電極１４を画素毎に形成するために、望ま
しくはアルミニウムのスルー層が写真製版技術を使って
構成される。隣接するコレクティング電極の対向面の間
隔距離は、５ないし１５μｍであり、その結果、１画素
当たり有効表面領域に対するコレクティング電極の表面
領域の割合は、１００μｍの大きさの画素に対してさえ
９０％に及ぶ。かくして電極１４は、光伝導体において
生成され、電極１１によって集められる電荷キャリアに
比べて十分多量な電荷キャリアの一部を集めることがで
き、結局、感度の改善をもたらす。
が設けられる。それぞれの画素に有効な表面領域をでき
るだけたくさん覆い、コンタクト孔を介して下に位置す
る電極１１と電気的に接合して、できるだけ大きな表面
領域を有する電極１４を画素毎に形成するために、望ま
しくはアルミニウムのスルー層が写真製版技術を使って
構成される。隣接するコレクティング電極の対向面の間
隔距離は、５ないし１５μｍであり、その結果、１画素
当たり有効表面領域に対するコレクティング電極の表面
領域の割合は、１００μｍの大きさの画素に対してさえ
９０％に及ぶ。かくして電極１４は、光伝導体において
生成され、電極１１によって集められる電荷キャリアに
比べて十分多量な電荷キャリアの一部を集めることがで
き、結局、感度の改善をもたらす。
【００１６】電極１１を全ての面で覆う電極１４がこの
ように拡がっているため、電極１４が読出導線と制御導
線も（少なくとも部分的に）覆うことは避けがたく、そ
のため、電極１１、導線７および５の間に余分な寄生キ
ャパシタンスを生じさせる。このような寄生キャパシタ
ンスを最小とするためには、絶縁層１３は少なくとも３
μｍ、望ましくは５ないし１０μｍの厚さより成るべき
である。この場合、比誘電率は４ないし５と仮定する
（さらに高い誘電率を得るためには、絶縁層をはるかに
厚くしなければならない）。この場合に適した材料は、
シリコン酸化物、シリコン窒化物、又は、ポリアミド樹
脂である。
ように拡がっているため、電極１４が読出導線と制御導
線も（少なくとも部分的に）覆うことは避けがたく、そ
のため、電極１１、導線７および５の間に余分な寄生キ
ャパシタンスを生じさせる。このような寄生キャパシタ
ンスを最小とするためには、絶縁層１３は少なくとも３
μｍ、望ましくは５ないし１０μｍの厚さより成るべき
である。この場合、比誘電率は４ないし５と仮定する
（さらに高い誘電率を得るためには、絶縁層をはるかに
厚くしなければならない）。この場合に適した材料は、
シリコン酸化物、シリコン窒化物、又は、ポリアミド樹
脂である。
【００１７】このように層の厚さをかなり大きくするた
めには、絶縁層は複数の薄い別々の層の形で堆積される
ことが望ましい。これが図４に示され、絶縁層は分層１
３１と１３２から成る。電極部１１と１４を接触するた
めに設けられるコンタクト孔は、幅が底から上に向かっ
て増加し、層１４による適切な金属被覆を確実に行なう
段階を成すように配分されることが望ましい。様々な分
層に対して、異なる材料を用いると都合が良いかもしれ
ない（例えば、層１３１はシリコン酸化物で構成し、層
１３２をポリアミド樹脂で構成する）。コンタクト孔を
形成するために必要なエッチング工程が、分層の中の一
つの層だけを各時点で溶解するエッチング剤を利用する
場合には、各層毎に所定の深さでエッチング工程を容易
に止めることができる。
めには、絶縁層は複数の薄い別々の層の形で堆積される
ことが望ましい。これが図４に示され、絶縁層は分層１
３１と１３２から成る。電極部１１と１４を接触するた
めに設けられるコンタクト孔は、幅が底から上に向かっ
て増加し、層１４による適切な金属被覆を確実に行なう
段階を成すように配分されることが望ましい。様々な分
層に対して、異なる材料を用いると都合が良いかもしれ
ない（例えば、層１３１はシリコン酸化物で構成し、層
１３２をポリアミド樹脂で構成する）。コンタクト孔を
形成するために必要なエッチング工程が、分層の中の一
つの層だけを各時点で溶解するエッチング剤を利用する
場合には、各層毎に所定の深さでエッチング工程を容易
に止めることができる。
【００１８】真の光伝導体層３は、電極１４の堆積後に
得られる構造の上に設けられる。最後に金あるいはアル
ミニウムからなる金属被覆電極４が、光伝導体層３に設
けられる。光伝導体は、以下のように複合層構造として
構成すると都合が良い。最初に、負の電荷キャリアに対
しては実質的に伝導性がなく、正の電荷キャリアを大変
良く伝導する半導体層３１が設けられる。この層は、例
えば、ヨウ化水銀ＨｇＩ2 、セレン化カドミウムＣｄＳ
ｅ、テルル化カドミウムＣｄＴｅ、酸化鉛ＰｂＯ、ある
いは、セレンＳｅのように、伝導性が上記の意味におい
て特定の添加物により調節される、様々な材料から構成
することが可能である。例えば、この層は１ないし５μ
ｍの厚さから成り、２０ないし２００ｐｐｍの塩素Ｃｌ
を添加されたセレン層により得られる。０．１ないし１
％の砒素が添加された非晶質セレンからなる真の光伝導
体層３２がその上に堆積される。この層は、医療診断中
に発生するＸ線量子を十分に吸収するために、２００な
いし８００μｍの厚さを必要とする。不純物が添加され
ていて、正の電荷キャリア、すなわち、正孔を伝導しな
いが、負の電荷キャリア（電子）を非常に良く伝導する
半導体層３３が層３２の上に設けらる。この層は、例え
ば、２０ないし２００ｐｐｍのアルカリ金属（リチウム
Ｌｉ，ナトリウムＮａ，カリウムＫ，セシウムＣｓ）を
添加されたセレンからなり、０．５ないし２μｍの厚さ
を有する。
得られる構造の上に設けられる。最後に金あるいはアル
ミニウムからなる金属被覆電極４が、光伝導体層３に設
けられる。光伝導体は、以下のように複合層構造として
構成すると都合が良い。最初に、負の電荷キャリアに対
しては実質的に伝導性がなく、正の電荷キャリアを大変
良く伝導する半導体層３１が設けられる。この層は、例
えば、ヨウ化水銀ＨｇＩ2 、セレン化カドミウムＣｄＳ
ｅ、テルル化カドミウムＣｄＴｅ、酸化鉛ＰｂＯ、ある
いは、セレンＳｅのように、伝導性が上記の意味におい
て特定の添加物により調節される、様々な材料から構成
することが可能である。例えば、この層は１ないし５μ
ｍの厚さから成り、２０ないし２００ｐｐｍの塩素Ｃｌ
を添加されたセレン層により得られる。０．１ないし１
％の砒素が添加された非晶質セレンからなる真の光伝導
体層３２がその上に堆積される。この層は、医療診断中
に発生するＸ線量子を十分に吸収するために、２００な
いし８００μｍの厚さを必要とする。不純物が添加され
ていて、正の電荷キャリア、すなわち、正孔を伝導しな
いが、負の電荷キャリア（電子）を非常に良く伝導する
半導体層３３が層３２の上に設けらる。この層は、例え
ば、２０ないし２００ｐｐｍのアルカリ金属（リチウム
Ｌｉ，ナトリウムＮａ，カリウムＫ，セシウムＣｓ）を
添加されたセレンからなり、０．５ないし２μｍの厚さ
を有する。
【００１９】画像検出器の動作中は、１ないし１０ｋＶ
の正電圧がバイアス電極４に加えられる。そこで半導体
層３１及び３３は、コレクティング電極１４又は被覆電
極４により注入される電荷キャリアを阻止し、その結
果、暗放電率は明らかに減少される。しかしながら、意
外に、例えば、真の光伝導体層３２と同様に砒素が添加
されたセレン層であって、負電荷と正電荷に対し低い伝
導性を有する薄い半導体層が、不純物が添加された層３
３と、金あるいはアルミニウムから成るバイアス電極４
との間に設けられる場合にのみ、この作用は十分に機能
する。層３２が０．３ｍｍの厚さを有する場合には、有
意な暗電流（１ｐＡ／ｃｍ2 以上の電流密度）を生じる
ことなく、５ｋＶに及ぶ電圧がバイアス電極に加えられ
る。
の正電圧がバイアス電極４に加えられる。そこで半導体
層３１及び３３は、コレクティング電極１４又は被覆電
極４により注入される電荷キャリアを阻止し、その結
果、暗放電率は明らかに減少される。しかしながら、意
外に、例えば、真の光伝導体層３２と同様に砒素が添加
されたセレン層であって、負電荷と正電荷に対し低い伝
導性を有する薄い半導体層が、不純物が添加された層３
３と、金あるいはアルミニウムから成るバイアス電極４
との間に設けられる場合にのみ、この作用は十分に機能
する。層３２が０．３ｍｍの厚さを有する場合には、有
意な暗電流（１ｐＡ／ｃｍ2 以上の電流密度）を生じる
ことなく、５ｋＶに及ぶ電圧がバイアス電極に加えられ
る。
【００２０】Ｘ線画像は、このようなＸ線画像検出器を
利用して、欧州公開特許明細書第４４４７２０号に記載
された方法と同様に読出される。Ｘ線のスイッチがオン
にされる前には、キャパシタンス２が充電されないよう
に、スイッチング素子１は閉じられる（伝導性であ
る）。Ｘ線照射は、例えば６０画面／毎秒の画像周波数
で発生し、画像の線量は１０ｎＧｙないし５０μＧｙで
ある。
利用して、欧州公開特許明細書第４４４７２０号に記載
された方法と同様に読出される。Ｘ線のスイッチがオン
にされる前には、キャパシタンス２が充電されないよう
に、スイッチング素子１は閉じられる（伝導性であ
る）。Ｘ線照射は、例えば６０画面／毎秒の画像周波数
で発生し、画像の線量は１０ｎＧｙないし５０μＧｙで
ある。
【００２１】Ｘ線照射中、スイッチ１は通常開いてい
る。Ｘ線画像を読出すために、単一行の全スイッチング
素子は、相応する電圧を付随するスイッチング導線５に
供給することにより、短時間（１０ないし２０μｓ）そ
の都度同時に閉じられる。この時間中、キャパシタンス
２から集められた電荷は、出力導線７を介し、増幅器８
の入力に流れる。増幅器は、電流積分回路として接続さ
れているので、その出力信号はキャパシタから発する全
電荷に対応する。コレクティング電極１１と１４は、そ
の時、接地電位に事実上維持される。増幅器の出力信号
は、並列信号を相応して帯域幅の高い直列信号電流に変
換するアナログマルチプレクサ９により取り出される。
そのあと全体の過程が、次の画像ライン、及び、引き続
き全ての他の画像ラインに対して繰り返される。
る。Ｘ線画像を読出すために、単一行の全スイッチング
素子は、相応する電圧を付随するスイッチング導線５に
供給することにより、短時間（１０ないし２０μｓ）そ
の都度同時に閉じられる。この時間中、キャパシタンス
２から集められた電荷は、出力導線７を介し、増幅器８
の入力に流れる。増幅器は、電流積分回路として接続さ
れているので、その出力信号はキャパシタから発する全
電荷に対応する。コレクティング電極１１と１４は、そ
の時、接地電位に事実上維持される。増幅器の出力信号
は、並列信号を相応して帯域幅の高い直列信号電流に変
換するアナログマルチプレクサ９により取り出される。
そのあと全体の過程が、次の画像ライン、及び、引き続
き全ての他の画像ラインに対して繰り返される。
【００２２】現在、充分な感度と雑音特性を有する増幅
器８は薄膜技術で実現できない。従って、増幅器は薄膜
基板の外側に配置され、従来の集積回路技術を使って構
成されなければならない。かかる状況では、およそ３２
ないし２５６の増幅器と、付随するアナログマルチプレ
クサが、その都度チップ上に集積される。従って、全部
で２０００の画像行に対しては、８ないし６４チップが
必要とされ、チップの入力は、薄膜基板上にある出力導
線に接続されなければならない。アナログマルチプレク
サの出力はアナログからディジタルへの変換器に接続さ
れ、それ以降は、ディジタルデータがさらに処理され
る。
器８は薄膜技術で実現できない。従って、増幅器は薄膜
基板の外側に配置され、従来の集積回路技術を使って構
成されなければならない。かかる状況では、およそ３２
ないし２５６の増幅器と、付随するアナログマルチプレ
クサが、その都度チップ上に集積される。従って、全部
で２０００の画像行に対しては、８ないし６４チップが
必要とされ、チップの入力は、薄膜基板上にある出力導
線に接続されなければならない。アナログマルチプレク
サの出力はアナログからディジタルへの変換器に接続さ
れ、それ以降は、ディジタルデータがさらに処理され
る。
【００２３】図５は、製造がより容易な画像検出器の第
２の実施例を示す。そこで、薄膜技術に通常相当する厚
さ（０．５μｍないし最大２μｍ）の層から成るよう
に、絶縁層１３は形成され、コレクティング電極１１に
まで達するコンタクト孔が各コレクティング電極の上に
設けられる。以下、光伝導体セレンＳｅの例を参照し
て、実施可能な手段を説明する。同様な構造は、例え
ば、ヨウ化水銀ＨｇＩ2 、テルル化カドミウムＣｄＴ
ｅ、セレン化カドミウムＣｄＳｅ、あるいは、酸化鉛Ｐ
ｂＯのような他の半導体材料においても実現される。本
例と反対に、Ｘ線照射中に負電荷キャリア（電子）がコ
レクティング電極に移動するように負電圧がバイアス電
極に印加される場合には、正電荷キャリア（正孔）に対
して適度な伝導性を示し、電子に対しては伝導性が乏し
い層が置き換えられ、逆もまた同じである。負電荷キャ
リアを伝導しないが、正電荷キャリアに対しては、適度
な伝導性を有する半導体層３５が絶縁層１３の上に設け
られる。本例においてこの層は、層３１と同様に２０な
いし２００ｐｐｍの塩素Ｃｌが添加されたセレン層から
成るが、例えば、５ないし４０μｍであって、図３の層
３１よりも厚い。図３による説明は、後に続く層３２、
３３、３４、及び、４に適用される。
２の実施例を示す。そこで、薄膜技術に通常相当する厚
さ（０．５μｍないし最大２μｍ）の層から成るよう
に、絶縁層１３は形成され、コレクティング電極１１に
まで達するコンタクト孔が各コレクティング電極の上に
設けられる。以下、光伝導体セレンＳｅの例を参照し
て、実施可能な手段を説明する。同様な構造は、例え
ば、ヨウ化水銀ＨｇＩ2 、テルル化カドミウムＣｄＴ
ｅ、セレン化カドミウムＣｄＳｅ、あるいは、酸化鉛Ｐ
ｂＯのような他の半導体材料においても実現される。本
例と反対に、Ｘ線照射中に負電荷キャリア（電子）がコ
レクティング電極に移動するように負電圧がバイアス電
極に印加される場合には、正電荷キャリア（正孔）に対
して適度な伝導性を示し、電子に対しては伝導性が乏し
い層が置き換えられ、逆もまた同じである。負電荷キャ
リアを伝導しないが、正電荷キャリアに対しては、適度
な伝導性を有する半導体層３５が絶縁層１３の上に設け
られる。本例においてこの層は、層３１と同様に２０な
いし２００ｐｐｍの塩素Ｃｌが添加されたセレン層から
成るが、例えば、５ないし４０μｍであって、図３の層
３１よりも厚い。図３による説明は、後に続く層３２、
３３、３４、及び、４に適用される。
【００２４】以下、本実施例の作用を図６により詳細に
説明する。電荷キャリアの通路である電界線が同時に示
されているが、図６は図５の（ｂ）に対応する。例えば
３ｋＶの正電圧がバイアス電極４にかけられ、Ｘ線照射
により、電荷キャリアが、この場合、例えば、０．１な
いし１％の砒素が添加されたセレンから成る光伝導体層
３２に発生させられたとき、正の空間電荷が絶縁層１３
により覆われた領域の上に作られる。図６に示すよう
に、電界はそれによって歪められる。正孔に対する層３
５の高伝導性のため、コレクティング電極上で発生させ
られない電荷キャリアさえ、この層の中を高速でコレク
ティング電極に到達できる。コレクティング電極１１に
よって注入された電子が、少しでも、層３５に保持され
ると；ここで、その層は、図３及び図４における層３１
と類似する。
説明する。電荷キャリアの通路である電界線が同時に示
されているが、図６は図５の（ｂ）に対応する。例えば
３ｋＶの正電圧がバイアス電極４にかけられ、Ｘ線照射
により、電荷キャリアが、この場合、例えば、０．１な
いし１％の砒素が添加されたセレンから成る光伝導体層
３２に発生させられたとき、正の空間電荷が絶縁層１３
により覆われた領域の上に作られる。図６に示すよう
に、電界はそれによって歪められる。正孔に対する層３
５の高伝導性のため、コレクティング電極上で発生させ
られない電荷キャリアさえ、この層の中を高速でコレク
ティング電極に到達できる。コレクティング電極１１に
よって注入された電子が、少しでも、層３５に保持され
ると；ここで、その層は、図３及び図４における層３１
と類似する。
【００２５】一方、正の電荷キャリアに対する層３５の
高伝導性は、図６に示すように、この層の空間電荷が容
易に散乱させられることを同時に意味する。結果とし
て、平衡状態では、所望の電界歪みは比較的小さい。そ
の上、電界歪みは真の光伝導体層３２にまで到達でき
る。しかしながら、後者は、正電荷キャリアに対して低
伝導性を有するので、かくして、コレクティング電極へ
の移動を阻止する。
高伝導性は、図６に示すように、この層の空間電荷が容
易に散乱させられることを同時に意味する。結果とし
て、平衡状態では、所望の電界歪みは比較的小さい。そ
の上、電界歪みは真の光伝導体層３２にまで到達でき
る。しかしながら、後者は、正電荷キャリアに対して低
伝導性を有するので、かくして、コレクティング電極へ
の移動を阻止する。
【００２６】図７は、本検出器のさらなる詳細を示す。
そこでは、正孔に対しては適度な伝導性があり、電子に
対しては殆ど伝導性がない層の下に、両極の電荷キャリ
アに対してほぼ同程度に低い伝導性を有する半導体層３
６がさらに設けられる。本例では、この層の厚さは、お
よそ１ないし４０μｍであり、０．１ないし１％の砒素
を添加したセレンから成る。正電荷キャリアに対するこ
の層の低伝導性のため、空間電荷が基板に平行には散乱
されないことによる空間電荷の増加は、一層有効であ
る。電界の歪みはこのように強制的であり、正孔に対し
て適度な伝導性を有する層３５に実質的に位置する。正
孔に対する適度な伝導性を有する層３５で主として生じ
る電荷キャリアのコレクティング電極への移動は、かく
して可能となり、その結果、短い時間周期で最大信号を
得られる。コレクティング電極により注入された電子
は、再び層３５に保持される。電子が層３６を事前に通
過するという事実は、検出器の性能に影響を与えない。
そこでは、正孔に対しては適度な伝導性があり、電子に
対しては殆ど伝導性がない層の下に、両極の電荷キャリ
アに対してほぼ同程度に低い伝導性を有する半導体層３
６がさらに設けられる。本例では、この層の厚さは、お
よそ１ないし４０μｍであり、０．１ないし１％の砒素
を添加したセレンから成る。正電荷キャリアに対するこ
の層の低伝導性のため、空間電荷が基板に平行には散乱
されないことによる空間電荷の増加は、一層有効であ
る。電界の歪みはこのように強制的であり、正孔に対し
て適度な伝導性を有する層３５に実質的に位置する。正
孔に対する適度な伝導性を有する層３５で主として生じ
る電荷キャリアのコレクティング電極への移動は、かく
して可能となり、その結果、短い時間周期で最大信号を
得られる。コレクティング電極により注入された電子
は、再び層３５に保持される。電子が層３６を事前に通
過するという事実は、検出器の性能に影響を与えない。
【００２７】上記状況では、薄膜トランジスタ上の半導
体層３５の空間電荷は、これらスイッチング素子の機能
に影響を及ぼす。この影響を除去するために、各コレク
ティング電極は、図８に示すように、対応する薄膜トラ
ンジスタと絶縁層１３上で重なり、さらに、電極部１１
と電気的に接触する付加電極部１６から成る。かかる電
極部は、絶縁層の堆積とコンタクト孔の形成後であるが
半導体層３５の蒸着前に形成される表面の金属化により
形成される。
体層３５の空間電荷は、これらスイッチング素子の機能
に影響を及ぼす。この影響を除去するために、各コレク
ティング電極は、図８に示すように、対応する薄膜トラ
ンジスタと絶縁層１３上で重なり、さらに、電極部１１
と電気的に接触する付加電極部１６から成る。かかる電
極部は、絶縁層の堆積とコンタクト孔の形成後であるが
半導体層３５の蒸着前に形成される表面の金属化により
形成される。
【図１】Ｘ線センサマトリックスの回路図である。
【図２】（ａ），（ｂ）はＸ線センサマトリックス薄膜
構造の平面図及び断面図である。
構造の平面図及び断面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は本発明による検出器の第一実
施例の平面図及び断面図である。
施例の平面図及び断面図である。
【図４】本発明による検出器の改良された第一実施例の
断面図である。
断面図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は本発明による検出器の更なる
実施例の平面図及び断面図である。
実施例の平面図及び断面図である。
【図６】図５の（ｂ）に示された実施例における電界線
を示す図である。
を示す図である。
【図７】改良された実施例の断面図である。
【図８】改良された実施例の断面図である。
１ スイッチング素子 ２ キャパシタンス ３ 光伝導体層 ４ バイアス電極 ５ スイッチング導線 ６ 駆動回路 ７ 出力導線（ドレイン電極） ８ 増幅器 ９ アナログマルチプレクサ １０ 接地導線（基準電極） １１、１４、１６ コレクティング電極（ソース電
極） １２ 多層構造 １３ 絶縁層 １５ 基板 １７ ゲート電極 ３１、３３、３５、３６ 半導体層 ３２ 真の光伝導体層 ４０ バイアス電源 １３１、１３２ 絶縁層の分層
極） １２ 多層構造 １３ 絶縁層 １５ 基板 １７ ゲート電極 ３１、３３、３５、３６ 半導体層 ３２ 真の光伝導体層 ４０ バイアス電源 １３１、１３２ 絶縁層の分層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 31/09 (72)発明者 アンドレーアス ブラオアス ドイツ連邦共和国 5100 アーヘン，リュ ティヒェル シュトラーセ 31
Claims (9)
- 【請求項１】 複数のＸ線感応センサから成り、 −各センサは、コレクティング電極（１１）と該コレク
ティング電極を出力導線（７）に接続するスイッチング
素子（１）から成り、 −光伝導体層（３）は個々のコレクティング電極（１
１）とバイアス電極（４）との間に設けられ、 −該コレクティング電極は基準電極（１０）と共に、該
光伝導体で生成される電荷キャリアによって充電され得
るキャパシタンス（２）を形成するＸ線画像検出器であ
って、 各コレクティング電極は、第１電極部（１１）が付随す
る出力導線（７）に隣接する各々の領域に配置され、第
２電極部（１４）が該第１電極部よりも大きな表面領域
を有し、該第１電極部と該バイアス電極との間に配置さ
れる電気的に接続する二つの電極部（１１、１４）と、
第２電極部（１４）及び出力導線（７）の間に設けられ
る絶縁層とから成ることを特徴とするＸ線画像検出器。 - 【請求項２】 複数のＸ線感応センサから成り、 −各センサはコレクティング電極（１１）と該コレクテ
ィング電極を出力導線（７）に接続するスイッチング素
子（１）から成り、 −光伝導体層（３）は個々のコレクティング電極（１
１）とバイアス電極（４）との間に設けられ、 −該コレクティング電極は基準電極（１０）と共に、該
光伝導体で生成される電荷キャリアによって充電され得
るキャパシタンス（２）を形成するＸ線画像検出器であ
って、 −コレクティング電極（１１）は出力導線（７）に隣接
して配置され、 −スイッチング素子（１）及び該出力導線は絶縁層（１
３）により被覆され、 −絶縁層（１３）及びコレクティング電極（１１）は半
導体層（３５）により被覆され、 −半導体層（３５）は、反対極性の電荷キャリアに対す
る伝導性と比較して高い伝導性を、該コレクティング電
極の向きに流れる電荷キャリアに対して有するために不
純物が添加されることを特徴とするＸ線画像検出器。 - 【請求項３】 正と負両方の電荷キャリアに対して低い
伝導性を有する付加半導体層（３６）は、半導体層（３
５）とコレクティング電極（１１）との間に設けられる
ことを特徴とする請求項２記載のＸ線画像検出器。 - 【請求項４】 各コレクティング電極（１１、１６）
は、互いに電気的に接続する二つの電極部から成り、第
１電極部は前記出力導線に隣接する領域に配置され、第
２電極（１６）は付随するスイッチング素子（１）上方
の絶縁層に位置し、半導体層（３５）により被覆される
ことを特徴とする請求項２記載のＸ線画像検出器。 - 【請求項５】 光伝導体層（３２）は、本質的にセレン
から成ることを特徴とする前記請求項のいずれか一項記
載のＸ線画像検出器。 - 【請求項６】 前記光伝導体層は、本質的に材料Ｐｂ
Ｏ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅ又はＨｇＩ2 のいずれか一つか
ら成ることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一
項記載のＸ線画像検出器。 - 【請求項７】 光伝導体層（３２）の両側に、該光伝導
体層（３２）と比較して薄い厚さを有し、反対極性の電
荷キャリアに対する伝導性に比較して該光伝導体層から
隣接電極（１１；４）に流れる電荷キャリアに対する伝
導性は高くなるように不純物が添加される層（３１、３
５；３３）が設けられることを特徴とする前記請求項の
いずれか一項記載のＸ線画像検出器。 - 【請求項８】 バイアス電極（４）と隣接する層（３
５）との間に、前記光伝導体層と同じ材料から成り、実
質的に後者の層よりも薄い層（３４）が設けられること
を特徴とする請求項７記載のＸ線画像検出器。 - 【請求項９】 絶縁層（１３）は、互いに重なり及び異
なる材料から成ることが望ましい複数分層（１３１、１
３２）から成り、二つの電極部（１１、１４）が互いに
接続する該絶縁層の隙間は、該層が第１電極部（１１）
から離れる程大きくなることを特徴とする請求項１記載
のＸ線画像検出器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4227096A DE4227096A1 (de) | 1992-08-17 | 1992-08-17 | Röntgenbilddetektor |
| DE4227096:0 | 1992-08-17 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06209097A true JPH06209097A (ja) | 1994-07-26 |
Family
ID=6465667
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5201719A Pending JPH06209097A (ja) | 1992-08-17 | 1993-08-13 | Ｘ線画像検出器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5396072A (ja) |
| EP (1) | EP0588397B1 (ja) |
| JP (1) | JPH06209097A (ja) |
| DE (2) | DE4227096A1 (ja) |
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