JPH09135013A - 光電変換装置及びそれを用いた撮像装置 - Google Patents

光電変換装置及びそれを用いた撮像装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 大面積の光電変換装置のコストを低減するこ
と、及びすべての光電変換素子を同一方向に走査し、信
号処理を簡単にし、性能を向上させること、及び一種の
ＩＣを光電変換素子アレイの上下又は左右のいずれの側
にも簡単に実装できる光電変換装置を提供すること。 【解決手段】 ２次元状に配された複数の光電変換素子
を有する基板１００，１５０を複数隣接して配置した光
電変換装置において、走査回路ＳＲ−１〜１０又は検出
用回路ＩＣ−１〜１０の少なくともいずれか一方が該光
電変換装置の対向する２辺に配され、該２辺に配された
回路の走査方向が同じ方向に設定可能であることを特徴
とする光電変換装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光電変換装置に係
わり、特に大面積の光電変換装置、例えばファクシミ
リ、デジタル複写機あるいはＸ線撮像装置等に用いられ
る二次元の光電変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ファクシミリ、デジタル複写機等
の読み取り系としては、縮小光学系とＣＣＤ型センサを
用いた読み取り系が用いられていたが、近年、アモルフ
ァスシリコン（以下、ａ−Ｓｉと記す）に代表される光
電変換半導体材料の開発により、光電変換素子及び信号
処理部を大面積の基板に形成し、情報源と等倍の光学系
で読み取るいわゆる密着型センサの開発がめざましい。
特にａ−Ｓｉは光電変換材料としてだけでなく、薄膜電
界効果型トランジスタ（以下ＴＦＴと記す）としても用
いることができるので光電変換半導体層とＴＦＴの半導
体層とを同時に形成することができる利点を有してい
る。
【０００３】ａ−Ｓｉを用いた光電変換装置は、その基
体構造が米国特許第４，３７６，８８８号明細書又は特
公昭６２−２３９４４号或いは特公昭６３−６６１１７
号公報に記載されている。
【０００４】ａ−Ｓｉ光センサとａ−ＳｉＴＦＴを一体
的に形成する為の具体例は米国特許第４，９３１，６６
１号、第５，３３８，６９０号、第５，３０６，６４８
号の各明細書に記載されている。
【０００５】本発明者らは、これら明細書に開示の技術
を基に、画素数を大巾に増大させた２次元エリア型の光
電変換装置を試作した。その光電変換装置の概略を図
２，図３を参照して説明する。
【０００６】図２、図３に２０００×２０００個の画素
を持つ光電変換装置を示す平面図を示す。２０００×２
０００個の検出器を構成する場合、光電変換素子を縦・
横方向にそれぞれ数を増やせばよいが、この場合、制御
配線（走査線）もｇ１〜ｇ２０００に示すように２００
０本になり信号配線（データ線）もｓｉｇ１〜ｓｉｇ２
０００に示すように２０００本になる。また走査回路や
検出用集積回路（検出用ＩＣ）も２０００本の制御・処
理をしなければならず大規模となる。これをそれぞれ１
チップのＩＣで行うことは１チップが非常に大きくなり
製造時の歩留まりや価格等で不利である。そこで、図に
示すように走査回路は例えば１００段のシフトレジスタ
を１個のチップに形成し、２０個の走査回路チップ（Ｓ
Ｒ１−１〜ＳＲ１−２０）を使用すれば良い。また検出
用集積回路も１００個の処理回路を１個のチップに形成
し、２０個の検出用集積回路チップ（ＩＣ１〜ＩＣ２
０）を使用する。
【０００７】図３には左側（Ｌ）に２０チップ（ＳＲ１
−１〜ＳＲ１−２０）と下側（Ｄ）に２０チップ実装
し、１チップあたり１００本の制御配線、信号配線をお
のおのワイヤーボンディングでチップと接線している。
図３中で破線で囲まれる部分は２次元エリア状に配列さ
れた光電変換素子アレイ部分に相当する。また検出用集
積回路の外部への接続は省略している。
【０００８】図２には別の例が示されており、ここで
は、左側（Ｌ）に１０チップ（ＳＲ１−１〜ＳＲ１−２
０）と右側（Ｒ）に１０チップ（ＳＲ１−１１〜ＳＲ１
−２０）と上側（Ｕ）に１０チップ（ＩＣ１〜１０）、
下側（Ｄ）に１０チップ（ＩＣ１１〜２０）を実装して
いる。この構成は上・下・左・右側（Ｕ，Ｄ，Ｌ，Ｒ）
にそれぞれ各配線を１０００本ずつに振り分けているた
め、各辺の配線の密度が小さくなり、また各辺のワイヤ
ーボンディングの密度も小さく、製造歩留まりが向上す
る。配線の振り分けは左側（Ｌ）にｇ１，ｇ３，ｇ５，
…，ｇ１９９９，右側（Ｒ）にｇ２，ｇ４，ｇ６，…，
ｇ２０００とし、つまり奇数番目の制御配線を左側
（Ｌ）、偶数番目の制御配線を右側（Ｒ）に振り分け
る。こうすると各配線は等間隔に引き出され配線される
ので密度の集中がなく歩留まりが向上する。また、上側
（Ｕ）下側（Ｄ）への配線も同様に振り分ければよい。
【０００９】また、図示していないが、別の例として、
配線の振り分けは左側（Ｌ）にｇ１〜ｇ１００，ｇ２０
１〜ｇ３００，…，ｇ１８０１〜ｇ１９００、右側
（Ｒ）にｇ１０１〜ｇ２００，ｇ３０１〜ｇ４００，
…，ｇ１９０１〜ｇ２０００を振り分け、つまり、１チ
ップごとに連続な制御線を振り分け、これを左・右側
（Ｌ・Ｒ）交互に振り分けることも考えられる。こうす
ると、１チップ内は連続に制御でき、駆動タイミングの
調整や設定が容易で回路を複雑にしなくてよく、安価な
ＩＣが使用できる上・下側（Ｕ・Ｄ）についても同様
で、連続な処理が可能で安価なＩＣが使用できる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、大面積
の光電変換装置では、製造時の微小なちり、特にアモル
ファスシリコンなどの半導体層を基板に堆積する時に薄
膜堆積装置の壁から剥れ出るゴミ、及びメタル層を基板
に堆積する時に基板上に残っているほこりを完全になく
すことが困難であったため、配線の不具合、即ち配線の
ショートまたはオープンをゼロにすることは困難であっ
た。
【００１１】また、大面積の光電変換装置では、制御配
線または信号配線がショートまたはオープンになると、
その配線に接続されている光電変換素子の全ての出力信
号が不正確なものとなり、光電変換装置としては使用不
可能となるのである。
【００１２】つまり、大面積の光電変換装置を作製する
時の１枚の基板が大きくなればなるほど基板１枚あたり
の歩留まりは低くなり、同時に基板１枚あたりの不具合
による損失額も大きくなるのである。
【００１３】しかも、制御配線の選択順序（走査順序）
を図２の矢印ＡＬ１に示す方向に設計しようとすると、
図２の左側Ｌに配される各走査回路ＳＲ１−１〜ＳＲ１
−１０の出力端子の配置順序と、図２の右側Ｒに配され
る各走査回路ＳＲ−１１〜ＳＲ１−２０の出力端子の配
列順序とが、互いに逆になる。従って、左右両側に配さ
れる走査回路を同じ構造のＩＣチップで作るとすると、
左又は右側いずれか一方の接続線（制御配線と走査回路
の出力端子とを接続する線）を多層配線等で構成しなけ
ればならない。こうなると、接続線の構造が複雑且つ高
コストなものになり、又走査回路の高密度実装を妨げ
る。
【００１４】又、出力端子の配置順序を変えた２種類の
ＩＣを用意して一方を左側に、他方を右側に配すること
もできるが、基本動作が同じであるにもかかわらず２種
のＩＣを製造することは高コスト化の原因になる。
【００１５】このような問題は走査回路だけの問題では
なく検出用ＩＣ（ＩＣ１〜ＩＣ２０）においても同様に
生じる。
【００１６】［発明の目的］よって、本発明の第１の目
的は、大面積の光電変換装置を作製する時の基板１枚あ
たりの歩留まりを向上させ、かつ基板１枚あたりの不具
合による損失額を小さくすることにより、結果的に大面
積の光電変換装置のコストを低減することにある。
【００１７】また、本発明の第２の目的は、大面積の光
電変換装置を作製する時の検査工程の効率の向上および
それに伴うスループット向上および部品点数の削減に伴
う総合的なコストを低減することにある。
【００１８】またさらに、本発明の第３の目的は、大面
積の光電変換装置において、すべての光電変換素子を同
一方向に走査し、信号処理を簡単にすることにより、光
電変換装置の性能を向上させることである。
【００１９】本発明の第４の目的は、一種のＩＣを光電
変換素子アレイの上下又は左右のいずれの側にも簡単に
実装できる光電変換装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述した課題
を解決するため、以下の手段を有する。
【００２１】２次元状に配された複数の光電変換素子を
有する基板を複数隣接して配置した光電変換装置におい
て、走査回路又は検出用回路の少なくともいずれか一方
が該光電変換装置の対向する２辺に配され、該２辺に配
された回路の走査方向が同じ方向に設定可能であること
を特徴とする光電変換装置。
【００２２】また、該走査方向は、シフトレジスタのシ
フト方向により定められることを特徴とする光電変換装
置。
【００２３】また、該走査方向は、マルチプレクサーの
切換え順序により定められることを特徴とする光電変換
装置。
【００２４】また、該走査回路は、デコーダを有し、入
力されるアドレス情報により走査方向が定められること
を特徴とする光電変換装置。
【００２５】また、該検出用回路は、デコーダを有し、
入力されるアドレス情報により走査方向が定められるこ
とを特徴とする光電変換装置。
【００２６】また、該検出用回路は、光電変換素子から
の信号をパラレルに入力し、走査方向に応じてシリアル
に出力することを特徴とする光電変換装置。
【００２７】また、該検出用回路は、光電変換素子から
の信号を走査方向に応じてシリアルに入力し、シリアル
に出力することを特徴とする光電変換装置。
【００２８】また、該走査回路と該検出用回路は、複数
のＩＣチップでそれぞれ構成されていることを特徴とす
る光電変換装置。
【００２９】また、該走査回路又は該検出用回路の少な
くともいずれか一方に走査方向を定める為の信号が入力
されることを特徴とする光電変換装置。
【００３０】また、前記基板は４つであり、前記光電変
換装置の対向する２辺に該走査回路が、別の対向する２
辺に検出用回路が設けられていることを特徴とする光電
変換装置。
【００３１】また、該走査回路及び検出用回路は、フレ
キシブル配線基板に実装されたＩＣチップからなること
を特徴とする光電変換装置。
【００３２】また、該走査回路及び検出用回路は、該基
板又は該基板を支持するマザーボード上に実装されたＩ
Ｃチップであることを特徴とする光電変換装置。
【００３３】また、該光電変換素子上に光変換体が配さ
れていることを特徴とする光電変換装置。
【００３４】また、該光変換体は、蛍光体であることを
特徴とする光電変換装置。
【００３５】また、２次元的に配列された複数の光電変
換素子を搭載した基板を、２次元的に縦横２枚ずつ４
枚、前記光電変換素子部が平面的に隣り合うように配列
して貼り合わせて構成され、かつ、前記貼り合わせた４
枚の基板の中で、隣り合わない２枚の基板はそれぞれ同
一構成の基板を平面上で１８０°回転した位置関係で配
置されており、かつ、前記基板は、それぞれ同一方向に
走査されることを特徴とする光電変換装置。
【００３６】また、前記基板は、複数の光電変換素子が
平面的に配列された光電変換素子部が形成された辺と、
該光電変換素子部に接続される回路部が形成された辺と
を有し、該基板の、それぞれの前記光電変換素子部が平
面的に近接して隣り合うように配列して貼り合わせて構
成したことを特徴とする光電変換装置。
【００３７】また、前記光電変換素子は、第一の電極
層、絶縁層、半導体層、第１導電型のキャリアの注入を
阻止する半導体層、及び第二の電極層を積層した素子で
あることを特徴とする光電変換装置。
【００３８】また、２次元的に配列された光電変換素子
を搭載した複数の基板を、それぞれの前記光電変換素子
部が平面的に隣り合うように配置して貼り合わせて構成
した光電変換装置であり、前記貼り合わせる複数の基板
の配置を、それぞれの基板の光電変換部となる半導体層
を堆積させた時の基板配置と同じ配置として、前記複数
の基板を貼り合わせて構成したことを特徴とする光電変
換装置。
【００３９】また、前記光電変換素子の半導体層は、非
単結晶半導体層であることを特徴とする光電変換装置。
【００４０】また、前記基板は、複数の光電変換素子が
平面的に配列された光電変換素子部が形成された辺と、
該光電変換素子部に接続される回路部が形成された辺と
を有し、該基板の複数枚を、それぞれの前記光電変換素
子部が平面的に近接して隣り合うように配置して貼り合
わせて構成したことを特徴とする光電変換装置。
【００４１】また、前記基板上には、第１の電極層、絶
縁層、半導体層、第１導電型のキャリアの注入を阻止す
る半導体層、及び第２の電極層を積層した光電変換素子
と、前記半導体層に入射した信号光により発生した第１
導電型のキャリアを前記半導体層に蓄積し、前記第１導
電型と異なる第２導電型のキャリアを前記第２の電極層
に導く方向に前記光電変換素子に電界を与える手段と、
前記光電変換素子に電界を与えて、前記第１導電型のキ
ャリアを前記半導体層から前記第２の電極層に導く方向
に前記光電変換素子に電界を与えるリフレッシュ手段
と、前記手段による光電変換動作中に前記半導体層に蓄
積された前記第１導電型のキャリアもしくは前記第２の
電極層に導かれた前記第２導電型のキャリアを検出する
為の信号検出部と、を有することを特徴とする光電変換
装置。
【００４２】また、前記光電変換素子の上部に光変換体
を配置し、Ｘ線レントゲン装置を構成したことを特徴と
する光電変換装置。
【００４３】また、該光変換体は、蛍光体であることを
特徴とする光電変換装置。また、上記光電変換装置と、
高エネルギー線照射装置とを有することを特徴とする撮
像装置。
【００４４】また、前記高エネルギー線は、Ｘ線である
ことを特徴とする撮像装置。また更に、本発明は、上記
課題を解決するため、以下の手段を提供する。
【００４５】［１］２次元的に配列された複数の光電変
換素子を搭載した基板を、２次元的に縦横２枚ずつ４
枚、前記光電変換素子部が平面的に隙間無く隣り合うよ
うに配列して貼り合わせて構成され、かつ、前記貼り合
わせた４枚の基板の中で、隣合わない２枚の基板はそれ
ぞれ同一構成の基板を平面上で１８０°回転した位置関
係で配置されており、かつ、前記基板は、それぞれ同一
方向に走査されることを特徴とする光電変換装置。
【００４６】［２］前記基板は、複数の光電変換素子が
平面的に配列された光電変換素子部が形成された辺と、
該光電変換素子部に接続される回路部が形成された辺と
を有し、該基板の、それぞれの前記光電変換素子部が平
面的に隣り合うように配列して貼り合わせて構成した
［１］記載の光電変換装置。
【００４７】［３］前記基板上には、第１の電極層、絶
縁層、光電変換半導体層、第１導電型のキャリアの注入
を阻止する半導体層、及び第２の電極層を積層した光電
変換素子と、前記光電変換半導体層に入射した信号光に
より発生した第１導電型のキャリアを前記光電変換半導
体層に留まらせ、前記第１導電型と異なる第２導電型の
キャリアを前記第２の電極層に導く方向に前記光電変換
素子に電界を与える光電変換手段と、前記光電変換素子
に電界を与えて、前記第１導電型のキャリアを前記光電
変換半導体層から前記第２の電極層に導く方向に前記光
電変換素子に電界を与えるリフレッシュ手段と、前記光
電変換手段による光電変換動作中に前記光電変換半導体
層に蓄積された前記第１導電型のキャリアもしくは前記
第２の電極層に導かれた前記第２導電型のキャリアを検
出する為の信号検出部と、を有する［１］又は［２］に
記載の光電変換装置。
【００４８】［４］前記光電変換素子の上部に蛍光体を
配置し、Ｘ線レントゲン装置を構成した［１］〜［３］
のいずれかに記載の光電変換装置。
【００４９】
【発明の実施の形態】
［作用］上記［１］、［２］の手段によれば、作製する
時の基板１枚あたりの歩留まりを向上させ、かつ基板１
枚あたりの不具合による損失額は小さくすることによ
り、結果的に大面積の光電変換装置のコストを低減でき
るという作用が得られる。
【００５０】また、検査工程の効率の向上、及びそれに
伴うスループットの向上、及び部品点数の削減が可能と
なり、結果的に大面積の光電変換装置のコストをさらに
低減することができるという作用が得られる。
【００５１】さらに、すべての光電変換素子を同一方向
に走査し、信号処理を簡単な装置で高速に行うことが可
能となり、その結果、光電変換装置のコスト低減と性能
の向上をさせることができる。
【００５２】また、上記［３］の手段によれば、上記
［１］、［２］で説明した作用に加えて、光電変換素子
の注入阻止層が一か所のみで光の入射量を検出すること
ができ、プロセスの最適化が容易で歩留まりの向上が図
れ、製造コストの低減が可能で、ＳＮ比の高い低コスト
の光電変換装置を供給することができるという作用が得
られる。
【００５３】また、上記［４］の手段によれば、上記
［１］〜［３］で説明した作用に加えて、従来のＸ線フ
ィルムと異なり、出力を瞬時に映し出すことが可能とな
り、更に画像処理及びデータの保管も可能となる。又、
感度もフィルムに比べて良く、人体に影響の少ない微弱
なＸ線で鮮明な画像を得ることができるという作用が得
られる。
【００５４】成膜時の基板の配置に応じて、基板を貼り
合わせれば、少なくとも、異なる基板上の隣り合う位置
に存在する光電変換素子の特性を連続的に等しくするこ
とができるという作用が得られる。
【００５５】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態に係る光電変換装置の全体平面図である。な
お図２及び図３と同一機能の部分には同一符号を付して
あり、説明を省略する場合がある。
【００５６】図１に示す光電変換装置において特徴的な
点は、４枚の基板１００，１５０，１００，１５０を各
々２枚ずつ１８０°回転した状態で４枚の光電変換素子
部（図中点線で囲まれた斜線部）を実質的に隙間なく隣
り合うように隣接して配列し、互いに貼り合わせること
によって１つの大きな光電変換装置を構成している点で
ある。
【００５７】また、対角線上にある２つの基板はそれぞ
れ同一構成の基板である。
【００５８】さらに、図１中に矢印で示した走査方向に
おいて４枚の基板上の光電変換素子アレイの走査回路の
走査方向と、検出用集積回路の走査方向即ち、検出信号
のパラ・シリ変換の方向を双方向可能とすることによ
り、４枚の光電変換素子部を装置全体でみた時にすべて
同一方向に走査することが大きな特徴である。
【００５９】基板１００の上には、光電変換素子が１０
００×１０００個配置され、１０００本の制御配線ｇ１
〜ｇ１０００と１０００本の信号配線ｓｉｇ１〜ｓｉｇ
１０００の計２０００本の配線と接続されている。走査
回路ＳＲ１は１００段ごとに１個のチップに形成してあ
り、基板１００の上には、ＳＲ１−１〜ＳＲ１−１０の
計１０個のＩＣチップが配置され制御配線ｇ１〜ｇ１０
００とＩＣチップの各端子とが接続されている。
【００６０】また、検出用集積回路も１００個の処理回
路ごとに１個のチップに形成し、ＩＣ１〜ＩＣ１０の計
１０個の検出用集積回路チップが配置され信号配線ｓｉ
ｇ１〜ｓｉｇ１０００と各ＩＣチップの各端子と接続さ
れている。基板１５０においても基板１００と同様であ
り、光電変換素子は１０００×１０００個配置されてお
り、１０００本の制御配線と１０００本の信号配線によ
り接続されている。また走査回路及び検出用集積回路も
同様に１０個ずつ配置されている。これらの走査回路及
び検出用集積回路は各基板毎に同じものを用いて異なる
ものを用いてもよいが、後述するようにそれぞれ一種の
ＩＣを用いたほうが好ましいものである。また、４枚の
基板上の光電変換素子アレイにおいて４つ同時に走査す
ることも可能であり、そのような場合は図２に示した例
と比較すると１／４の走査時間に短縮することが可能と
なる。
【００６１】図１に示すように４枚の基板上に光電変換
素子アレイを作製し、その４枚の基板をすき間が出来る
だけ小さくなるように貼り合わせて大面積の光電変換装
置を構成することにより、基板１枚あたりの歩留まりは
高くなり、同時に基板１枚あたりの不具合による損失額
を小さくすることができる。
【００６２】具体的には、図１の大面積光電変換装置に
おける光電変換素子が配置してある面積と図３の光電変
換装置における光電変換素子が配置してある面積が同じ
場合には、図１に示す各基板内のすべての制御配線とす
べての信号配線の合計の長さは図３に示す光電変換装置
内のすべての制御配線とすべての信号配線の合計の長さ
の約１／４となる。
【００６３】このような光電変換装置において、制御配
線及び信号配線のショートまたはオープンはその配線に
接続されている光電変換素子のすべての出力信号が不正
確なものとなるため、光電変換装置としては使用不可能
となってしまう。そのため、すべての制御配線及びすべ
ての信号配線の合計の長さにほぼ比例して上記のような
不具合が生じる確率が増大し、歩留まりを下げるのであ
る。
【００６４】よって図１に示す基板１枚あたりの配線の
不具合による歩留まりは、図３に示す光電変換装置の約
４倍となる。また、図１に示す基板１枚が不具合とな
り、使用不可能になった場合の損失額は、基板の面積に
ほぼ比例するため、図３に示す光電変換装置において不
具合が発生し使用不可能になった場合の損失額の約１／
４となるのである。
【００６５】図１に示すように４枚の基板を用いて第１
のパターンの光電変換素子アレイの基板１００を２枚
と、第２のパターンの光電変換素子アレイの基板１５０
とを形成し、同一の走査回路及び検出用集積回路を実装
し、その２枚の基板を各々１８０°ずつ回転させ対角線
上に配し貼り合わせて大面積の光電変換装置を構成す
る。こうすることにより、部品点数の削減が可能とな
る。また、検査工程も２種類の装置で行うことが可能と
なり、検査工程の効率の向上及びそれに伴うスループッ
トの向上が可能となる。その結果大面積の光電変換装置
のコストを低減することが可能となる。
【００６６】また、４枚の基板上に実装する走査回路及
び検出用集積回路を双方向で駆動可能なものとし、シフ
ト方向を定める信号の入力によってシフト方向が決定さ
れる回路を用いることにより、図３の様に配置された４
枚の光電変換装置すべて同一の方向で走査することが可
能となる。その結果、読み取られた全光電変換素子の信
号を処理する回路が簡単なものとなり、高速で信号を処
理することが可能となる。
【００６７】よって、低コストで高性能な大面積の光電
変換装置が可能となる。
【００６８】また、基板上の構成は、図４（ａ）、
（ｂ）に示すように、前記基板上には、第１の電極層
２、絶縁層７、光電変換を行いうる半導体層４、第１導
電型のキャリアの注入を阻止する半導体層５、及び第２
の電極層６を積層した光電変換素子が設けられている。
そして、この光電変換装置は前記半導体層５に入射した
信号光により発生した第１導電型のキャリアを前記半導
体装置５に蓄積させ、前記第１導電型と異なる第２導電
型のキャリアを前記第２の電極層６に導く方向に前記受
光素子に電界を与える光電変換手段と、前記受光素子に
電界を与えて、前記第１導電型のキャリアを前記半導体
層から前記第２の電極層に導く方向に前記光電変換素子
に電界を与えるリフレッシュ手段と、前記光電変換手段
による光電変換動作中に前記半導体層に蓄積された前記
第１導電型のキャリアもしくは前記第２の電極層に導か
れた前記第２導電型のキャリアを検出する為の信号検出
部と、を有している。
【００６９】図４（ａ）、（ｂ）において、Ｓ１１は受
光素子、Ｔ１１はＴＦＴ、Ｃ１１はコンデンサ、および
ＳＩＧは信号配線である。コンデンサＣ１１と受光素子
Ｓ１１とを分離せず、受光素子Ｓ１１とコンデンサＣ１
１とを一体的に形成している。これは受光素子とコンデ
ンサとＴＦＴとがほぼ同じ層構成であるから可能なこと
である。また、画素上部にはパッシベーション膜として
窒化シリコン膜ＳｉＮが形成されている。上方より光が
光電変換素子に入射すると電気信号（蓄積電荷量）に変
換される。
【００７０】次に図１に示した走査回路の構成について
図５を参照して説明する。
【００７１】走査回路は、出力線の数に対応して設けら
れたアンドゲート及び選択スイッチＳＷ１と、２段の遅
延型フリップフロップ（Ｄフリップフロップ）ＦＦ１，
ＦＦ２と、選択スイッチＳＳＷ１，ＳＳＷ２と、を有し
ている。
【００７２】シフト方向を定める為の信号として、端子
ＤＩＲにハイレベルの電圧が入力されると、選択スイッ
チＳＳＷ１，ＳＳＷ２，ＳＷ１がハイ（Ｈ）側に切換え
られる。図中左側の入出力端子はＳＩＮ／ＳＯＵＴから
入力されるシフトパルス及びクロック入力端子から入力
されるクロックに応じて、ＤフリップフロップＦＦ１は
順次選択スイッチＳＷ１を介してアンドゲートに、ゲー
ト線を選択する意味をもつ“１”を出力する。この時、
制御端子ＯＥにアウトプットイネーブルのパルス“１”
が入力されるとアンドゲートの出力は“１”となり出力
線が選択される。こうして、出力線はｇ１，ｇ２，ｇ３
…ｇ９８，ｇ９９，ｇ１００の順に選択される。
【００７３】次に逆方向のシフト動作について説明す
る。シフト方向制御端子ＤＩＲにローレベルの電圧が入
力されると、各選択スイッチＳＳＷ２，ＳＷ１，ＳＳＷ
１がロー（Ｌ）側に切換えられる。
【００７４】図５中、右側の入出力端子ＳＯＵＴ／ＳＩ
Ｎからシフトパルスが入力されると、Ｄフリップフロッ
プＦＦ２が順次、選択スイッチＳＷ１を介してアンドゲ
ートに“１”を出力する。この時制御端子ＯＥにアウト
プットイネーブルパルス“１”が入力されるとアンドゲ
ートの出力は“１”となり出力線が選択される。こうし
て出力線はｇ１００，ｇ９９，ｇ９８，…ｇ３，ｇ２，
ｇ１の順で選択される。
【００７５】図６は、１０個の走査回路チップＳＲ１−
１〜ＳＲ１−１０を直列に接続し１つの光電変換装置の
走査回路を構成した例を示している。
【００７６】図７は、１つの検出用集積回路チップの構
成を示している。ＩＣチップはマルチプレクサを有して
おり、入力された信号の出力順（又は信号の入力順）を
選択する電気的ロータリースイッチを制御端子ＣＯＮＴ
への入力制御信号により制御する構成が採用されてい
る。つまり、ＩＣチップは、入力端子からパラレルに入
力した信号を、いったん不図示のサンプルホールド回路
に保持した後、シリアルに出力してもよいし、シリアル
に入力してシリアルに出力してもよい。
【００７７】図８は、１０個の検出用集積回路チップＩ
Ｃ−１〜ＩＣ−１０を直列に接続した例を示している。
【００７８】図１の装置に図５〜図８の走査回路及び検
出用集積回路を採用した場合の動作について述べる。
【００７９】各チップからみれば、光電変換素子部のゲ
ート配線又は信号配線に接続される各チップの端子の物
理的配置順序とシフト方向との関係は装置１００に搭載
されるか、装置１５０に搭載されるかにより、互に逆に
なる。
【００８０】しかし、図５〜図８の各ＩＣチップはシフ
ト方向が制御端子ＤＩＲ，ＣＯＮＴへの入力信号によっ
て選択的に定められる為、１種類のＩＣチップが１００
又は１５０のいずれにも搭載できる。
【００８１】例えば、図１中、左上の装置１００と左下
の装置１５０に搭載される走査回路は、端子ＤＩＲにハ
イレベルの電圧を入力し、シフト方向がｇ１，ｇ２，…
ｇ１００となるように定められる。
【００８２】一方、図１中右上の装置１５０と右下の装
置１００とに搭載される走査回路は端子ＤＩＲにローレ
ベルの電圧を入力し、シフト方向がｇ１００，ｇ９９，
…ｇ１となるように定められる。
【００８３】又、各チップからの走査選択信号は左上、
左下の装置ではＳＲ１−１からＳＲ１−１０の順に出力
され、逆に右上、右下の装置ではＳＲ１−１０からＳＲ
１−１の順に出力される。
【００８４】同様にして、図１の右上及び左上にある装
置に搭載される検出用ＩＣチップには端子ＣＯＮＴにハ
イレベルのパルスが入力され、端子Ｓｉｇ１，Ｓｉｇ
２，…Ｓｉｇ１００の順に検出信号を時系列に並べ変え
て出力する。
【００８５】一方、図１の右下及び左下にある装置に搭
載される検出用ＩＣチップには端子ＣＯＮＴにローレベ
ルのパルスが入力され端子Ｓｉｇ１００，Ｓｉｇ９９，
…Ｓｉｇ１の順に検出信号を時系列に並べ変えて出力す
る。
【００８６】各チップからの出力は右上、左上の装置で
はＩＣ−１からＩＣ−１０の順まで時系列に出力され、
右下、左下の装置では逆にＩＣ−１０からＩＣ−１の順
で時系列に出力される。
【００８７】本発明の光電変換装置に用いることができ
るＩＣチップの実装法は大別して４つある。各チップを
４つの基板上にフリップチップ方式で直接搭載するチッ
プオングラス法（ＣＯＧ法）、各チップをフレキシブル
プリント配線基板に接続し搭載するテープキャリアパッ
ケージＩＣを用いる方法（ＴＡＢ法）、４つの基板上に
ＩＣチップを配してワイヤーボンデングする方法、或い
は走査回路と検出用回路を光電変換素子を構成する薄膜
半導体を用いて同一基板上に作製するモノリシック集積
化法である。ＩＣチップの大きさが無視できない場合で
あって光電変換素子アレイの外側の領域（枠部）の大き
さを小さくしたい場合には、基板を折り曲げることが出
来るＴＡＢ法が好ましい。ＴＡＢ法の場合、制御配線又
は信号配線と、テープキャリアパッケージされたＩＣの
端子との接続は、異方性導電性接着剤を用いて接続する
ことが望ましい。
【００８８】又、４つの基板は、ガラス、セラミック
ス、金属、樹脂などからなる大面積の基体（マーザーボ
ード）に積層して貼り合わせるとよい。
【００８９】（第２の実施形態）図９は、本発明の第２
の実施形態に係る光電変換装置の平面図である。なお図
１、図２及び図３と同一機能の部分には同一符号を付し
てあり、説明を適宜省略している。
【００９０】図９に示す光電変換装置において特徴的な
点は、４枚の基板の中の少なくとも１組が互いに異なる
外形を有している点である。図９ではこうして４枚の基
板を貼り合わせた時の大面積の光電変換装置における光
電変換部の平面形状が長方形の装置を提供する。つま
り、符号５０で示す互いに対角線上にある１組の基板の
装置は同一構成のものが使用でき、符号２５０で示す、
対角線上にある１組の基板の装置は同一構成の装置であ
る。もちろん、１組の基板の平面形状が互いに異なる場
合においても、４枚の基板を貼り合わせた時の大面積の
光電変換装置における光電変換部の平面形状が正方形に
なる場合もあるが、作製のしやすさ及びコストを考える
と図９に示す装置がより好ましい。
【００９１】本発明による大面積の光電変換装置を人体
の胸部用Ｘ線撮像装置に用いる場合は、光電変換部の平
面形状は本第２の実施例のような長方形になる場合があ
る。
【００９２】このような場合においても、同一パターン
の基板を２枚ずつ形成し、同一の走査回路及び検出用集
積回路を実装し、その２枚の基板を各々１８０°ずつ回
転させ、すき間を出来るだけなくすように貼り合わせて
大面積の光電変換装置を構成することにより、部品点数
の削減が可能となる。また、検査工程も２種類の装置で
行うことが可能となり、検査工程の効率の向上及びそれ
に伴うスループットの向上が可能となる。その結果大面
積の光電変換装置のコストを低減することが可能とな
る。
【００９３】また、４枚の基板上に実装するシフトレジ
スタ及び検出用集積回路を双方向で駆動可能なものとす
ることにより、図３の様に配置された４枚の光電変換装
置すべて同一の方向で走査することが可能となる。その
結果、読み取られた全光電変換素子の信号を処理する回
路が簡単なものとなり、高速で信号を処理することが可
能となる。よって、低コストで高性能な大面積の光電変
換装置が可能となる。
【００９４】（第３の実施形態）図１０は、本発明の第
３の実施形態に係る光電変換装置の全体平面図である。
なお従来例の項で説明した図２、３と同一機能の部分に
は同一符号を付してあり、説明を省略する場合がある。
【００９５】図１０に示す光電変換装置においては、４
枚の基板１００，２００，３００，４００上に構成され
ている光電変換素子アレイ（図中、点線で囲まれる斜線
部）を互いに接近させて配列して貼り合わせることによ
って１つの大きな光電変換装置を構成している点。
【００９６】基板１００の上には、光電変換素子が１０
００×１０００個配置され、制御配線ｇ１〜ｇ１０００
と１０００本の信号配線ｓｉｇ１〜ｓｉｇ１０００の計
２０００本の配線と接続されている。走査回路ＳＲ１の
シフトレジスタは１００段ごとに１個のチップに形成し
てあり、基板１００の上には、ＳＲ１−１〜ＳＲ１−１
０の計１０個のＩＣチップが配置され制御配線ｇ１〜ｇ
１０００と接続されている。
【００９７】また、検出用集積回路は１００個の処理回
路ごとに１個のチップに集積化され、ＩＣ１〜ＩＣ１０
の計１０個のチップが配置され信号配線ｓｉｇ１〜ｓｉ
ｇ１０００と接続されている。他の基板２００，３０
０，４００においても基板１００と同様であり、光電変
換素子は１０００×１０００個配置されており、１００
０本の制御配線と１０００本の信号配線により接続され
ている。またシフトレジスタ及び検出用集積回路も同様
に１０個ずつ配置されている。これらのシフトレジスタ
及び検出用集積回路は各基板毎に同じものを用いても異
なるものを用いてもよいが、前述した双方向に駆動可能
なＩＣを用いることが望ましいものである。また、４枚
の光電変換装置において同時に走査することも可能であ
り、そのような場合は図９に示す例と比較すると１／４
の走査時間に短縮することが可能となる。
【００９８】図１１は、本発明の第３の実施形態に係る
光電変換装置を作製するプラズマＣＶＤ装置内での基板
配置図である。図１１に示す光電変換装置において更な
る特徴的な点は、図２に示した光電変換装置１００，２
００，３００，４００をそれぞれ構成する基板１０１，
２０１，３０１，４０１のプラズマＣＶＤ内での配置さ
れる向きと、光電変換装置１００，２００，３００，４
００の配置されている向きが同じことである。つまり、
角部ＰＰが中心になるように配置される。
【００９９】図１１において符号５００は基板を押える
治具であり、６００は薄膜堆積後切断される仮想の切断
線である。
【０１００】通常、プラズマＣＶＤ装置として、平行平
板型で、一方の電極の孔からガスを噴出させる装置が用
いられる為、基板又は電極の中心と周辺とに堆積速度に
差が生じ易い。
【０１０１】これに対して、図１１のように配置された
基板上に非晶質シリコン等の非単結晶半導体層を堆積
し、そのままの向きで図１のように４枚を貼り合わせ大
面積の光電変換装置を作製することにより、４枚の光電
変換装置の継ぎ目の光電変換素子の特性が連続的に等し
くなり、結果的に高性能な大面積の光電変換装置を提供
することが可能となる。
【０１０２】基板上には、前述した、図４及び図５に示
されるように、前記基板上には、第１の電極層２、絶縁
層７、半導体層４、第１導電型のキャリアの注入を阻止
する半導体層５、及び第２の電極層６を積層した光電変
換素子を配列した光電変換変換部が設けられている。
【０１０３】（第４の実施形態）図１２は、本発明の第
４の実施形態に係る光電変換装置の全体平面図である。
なお前述した各実施例と同一機能の部分には同一符号を
付してあり、適宜説明を省略する。
【０１０４】図１２に示す光電変換装置において特徴的
な点は、光電変換装置１００，４００をすき間が小さく
なるように貼り合わせることによって１つの大きな光電
変換装置を構成している点である。光電変換装置１０
０，４００は実施例３と同様に図１１に示す配置でプラ
ズマＣＶＤ内で非晶質シリコンが堆積される。よって、
図１１のように配置された基板上に非晶質シリコンを堆
積し、そのうち基板１０１と基板４０１を用いて角部Ｐ
Ｐが一致するようにそのままの向きで図１２のように２
枚を貼り合わせて大面積の光電変換装置を作製すること
により、２枚の光電変換装置の継ぎ目の光電変換素子の
特性が連続的に等しくなり、結果的に高性能な大面積の
光電変換装置を提供することが可能となる。
【０１０５】又、更に実施例１〜３と同様に、２枚の基
板上に実装するシフトレジスタ及び検出用集積回路を双
方向で駆動可能なものとすることにより、図１２の様に
配置された２枚の光電変換装置を図１２中、矢印に示す
方向で走査することが可能となる。
【０１０６】（第５の実施形態）第５の実施形態として
は、上記した第１乃至第４の各実施形態の光電変換素子
の上部に蛍光体を配置し、Ｘ線レントゲン装置を構成し
たものである。
【０１０７】基板上の構成は、前述した図５の光入射側
にＸ線等の高エネルギー線を吸収し可視光を発生する発
光体の層を設けたものである。それを図１３に示す。パ
ッシベーション膜ＳｉＮ上に発光体としての蛍光体を配
している。この蛍光体としてはヨウ化セシウム（Ｃｓ
Ｉ）が挙げられ、Ｘ線を受光すると蛍光を発生する。こ
の蛍光を受光素子Ｓ１１で光電変換する。例えば縦横１
ｍｍあたり５×５個の画素を２０００×２０００個の画
素として二次元的に配置すれば４０ｃｍ×４０ｃｍのＸ
線検出器が得られる。
【０１０８】これをＸ線フィルムの代わりにＸ線発生器
と組み合わせてＸ線レントゲン装置を構成すれば胸部レ
ントゲン検診や乳ガン検診に使用できる。するとフィル
ムと異なり瞬時にその出力をＣＲＴで映し出すことが可
能で、さらに出力をディジタルに変換しコンピュータで
画像処理して目的に合わせた出力に変換することも可能
である。また光磁気ディスクに保管もでき、過去の画像
を瞬時に検索することもできる。また感度もフィルムよ
りも良く人体に影響の少ない微弱なＸ線で鮮明な画像を
得ることもできる。
【０１０９】次に、図１４、図１５を参照して本発明に
用いられる光電変換素子アレイの駆動法について説明す
る。ここでは１チップの走査回路による走査線数を３、
１チップの検出用ＩＣによるデータ線数を３として、３
×３マトリクスの光電変換素子アレイの駆動する場合を
例に挙げるが、走査線を１０００本、データ線を１００
０本、光電変換素子を１０００×１０００マトリクスと
すれば、図３の１つの基板の走査・検出が行えることは
明らかである。
【０１１０】図１４は、本発明の光電変換装置の駆動方
法を説明する為の回路図である。各光電変換素子（画
素）の構成としては図４、５、１３に示したものと同じ
構造を採用できる。
【０１１１】図１４において、Ｓ１１〜Ｓ３３は受光素
子で下部電極側をＧ、上部電極側をＤで示している。Ｃ
１１〜Ｃ３３は蓄積用コンデンサ、Ｔ１１〜Ｔ３３は転
送ＴＦＴである。Ｖｓは読み出し用電源、Ｖｇはリフレ
ッシュ用電源であり、それぞれスイッチＳＷｓ、ＳＷｇ
を介して全光電変換素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＧ電極に接続
されている。スイッチＳＷｓはインバータを介して、ス
イッチＳＷｇは直接にリフレッシュ制御回路ＲＦに接続
されており、リフレッシュ期間はスイッチＳＷｇがｏｎ
するよう制御されている。１画素は１個の受光素子とコ
ンデンサ、およびＴＦＴで構成され、その出力信号は信
号配線ＳＩＧを介して検出用集積回路ＩＣに出力され
る。
【０１１２】図５中の破線で囲んだ部分は大面積の同一
絶縁基板上に形成されている。
【０１１３】図１５は図１４の動作を示すタイミングチ
ャートである。
【０１１４】はじめに走査回路ＳＲ１およびＳＲ２によ
り制御配線ｇ１〜ｇ３、ｓ１〜ｓ２にハイレベルのパル
スが印加される。すると転送用ＴＦＴ・Ｔ１１〜Ｔ３３
とスイッチＭ１〜Ｍ３がオンし導通し、受光素子Ｓ１１
〜Ｓ３３のＤ電極は基準電位としてのＧＮＤ電位になる
（積分検出器Ａｍｐの入力端子はＧＮＤ電位に設計され
ているため）。同時にリフレッシュ制御回路ＲＦがハイ
レベルのパルスを出力しスイッチＳＷｇがオンし、全受
光素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＧ電極はリフレッシュ用電源Ｖ
ｇにより正電位になる。すると全受光素子Ｓ１１〜Ｓ３
３はリフレッシュモードになりリフレッシュされる。つ
ぎにリフレッシュ制御回路ＲＦがローレベルのパルスを
出力しスイッチＳＷｓがオンし全受光素子Ｓ１１〜Ｓ３
３のＧ電極は読み取り用電源Ｖｓにより負電位になる。
すると全受光素子Ｓ１１〜Ｓ３３は光電変換モードにな
り同時にコンデンサＣ１１〜Ｃ３３は初期化される。こ
の状態で走査回路ＳＲ１およびＳＲ２により制御配線ｇ
１〜ｇ３、ｓ１〜ｓ２にローレベルのパルスが印加され
る。すると転送用ＴＦＴ・Ｔ１１〜Ｔ３３のスイッチＭ
１〜Ｍ３がオフし、全受光素子Ｓ１１〜Ｓ３３のＤ電極
はＤＣ的にはオープンになるがコンデンサＣ１１〜Ｃ３
３によって電位は保持される。
【０１１５】しかし、この時点では光線は入射されてい
ないため、全受光素子Ｓ１１〜Ｓ３３には光は入射され
ずに光電流は流れない。この状態で光線がパルス的に出
射され被写体を介して受光素子Ｓ１１〜Ｓ３３に入射す
る。この光により流れた光電流は電荷としてそれぞれの
コンデンサＣ１１〜Ｃ３３に蓄積され光線の入射終了後
も保持される。
【０１１６】つぎに、走査回路ＳＲ１により制御配線ｇ
１にハイレベルの制御パルスが印加され、走査回路ＳＲ
２の制御配線ｓ１〜ｓ３への制御パルス印加によって転
送用ＴＦＴ・Ｔ１１〜Ｔ３３のスイッチＭ１〜Ｍ３を通
してｖ１〜ｖ３が順次出力される。同様に走査回路ＳＲ
１，ＳＲ２の制御により他の光信号も順次出力される。
二次元の光情報が電気信号に変換されてｖ１〜ｖ９とし
て得られる。静止画像を得る場合はここまでの動作であ
るが動画像を得る場合はここまでの動作を繰り返す。
【０１１７】この光電変換装置では受光素子のＧ電極が
共通に接続され、この共通の配線をスイッチＳＷｇとス
イッチＳＷｓを介してリフレッシュ用電源Ｖｇと読み取
り用電源Ｖｓに接続して、Ｇ電極の電位に制御している
為、全光電変換素子を同時にリフレッシュモードと光電
変換モードとに切り換えることができる。このため複雑
な制御なくして１画素あたり１個のＴＦＴで光出力を得
ることができる。
【０１１８】以前我々が提案した光電変換装置では９個
の画素を３×３に二次元配置し３画素ずつ同時に、３回
に分割して転送・出力したが、これに限らず、例えば縦
横１ｍｍあたり５×５個の画素を２０００×２０００個
の画素として二次元的に配置すれば４０ｃｍ×４０ｃｍ
のＸ線検出器が得られる。
【０１１９】従来のＸ線レントゲン装置におけるＸ線フ
ィルムに代えて本発明の光電変換装置をＸ線発生器と組
み合わせて用いれば新規なＸ線レントゲン装置となる。
これは胸部レントゲン検診や乳ガン検診に使用できる。
するとフィルムと異なり瞬時にその出力をＣＲＴで映し
出すことが可能で、さらに出力をディジタルに変換しコ
ンピュータで画像処理して目的に合わせた出力に変換す
ることも可能である。また光磁気ディスクに保管もで
き、過去の画像を瞬時に検索することもできる。また感
度もフィルムより良く人体に影響の少ない微弱なＸ線で
鮮明な画像を得ることもできる。
【０１２０】又、本発明の光電変換装置に用いられる受
光素子としては、光導電素子や光起電力素子が用いられ
るが、以下に述べる理由により、図４、５、１３に示し
たような光電変換素子が好ましく用いられる。
【０１２１】図１６（ａ）〜（ｃ）は受光素子としての
光センサの構成を示す図であり、図１６（ａ），（ｂ）
は二種類の光センサの層構成を示し、図１６（ｃ）は共
通した代表的な駆動方法を示している。図１６（ａ），
（ｂ）共にフォト・ダイオード型の光センサであり、図
１６（ａ）はＰＩＮ型、図１６（ｂ）はショットキー型
と称されている。
【０１２２】図１６（ａ），（ｂ）中、１は絶縁基板、
２は下部電極、３はｐ型半導体層（以下ｐ層と記す）、
４は真性半導体層（以下、ｉ層と記す）、５はｎ型半導
体層（以下ｎ層と記す）６は透明電極である。図１６
（ｂ）のショットキー型では下部電極２の材料を適当に
選び、下部電極２からｉ層４に電子が注入されないよう
ショットキーバリア層が形成されている。図１６（ｃ）
において、１０は上記光センサを記号化して表わした光
センサを示し、１１は電源、１２は電流アンプ等の検出
部を示している。光センサ１０中Ｃで示された方向は図
１６（ａ），（ｂ）中の透明電極６側、Ａで示された方
向が下部電極２側であり、電源１１はＡ側に対しＣ側に
正の電圧が加わる様に設定されている。
【０１２３】ここで動作を簡単に説明する。図１６
（ａ），（ｂ）に示されるように、矢印で示された方向
から光が入射され、ｉ層４に達すると、光は吸収され電
子とホールが発生する。ｉ層４には電源１１により電界
が印加されているため電子はＣ側、つまりｎ層５を通過
して透明電極６に移動し、ホールはＡ側つまり下部電圧
２に移動する。よって、光センサ１０に光電流が流れた
ことになる。また、光が入射しない場合ｉ層４で電子も
ホールも発生せず、また、透明電極内６のホールはｎ層
５がホールの注入阻止層として働き、下部電極２内の電
子は図１６（ａ）のＰＩＮ型ではｐ層３が、図１６
（ｂ）のショットキー型ではシヨットキーバリア層が、
電子の注入阻止層として働き、電子、ホール共に移動で
きず、電流は流れない。したがって光の入射の有無で電
流が変化し、これを図１６（ｃ）の検出部１２で検出す
れば光センサとして動作する。
【０１２４】しかしながら、上記光センサでＳＮ比が高
く、低コストの光電変換装置を生産するのは困難であっ
た。以下その理由について説明する。
【０１２５】第１の理由は、図１６（ａ）のＰＩＮ型、
図１６（ｂ）のショットキー型は共に２カ所に注入阻止
層が必要なところにある。図１６（ａ）のＰＩＮ型にお
いて注入阻止層であるｎ層５は電子を透明電極６に導く
と同時にホールがｉ層４に注入するのを阻止する特性が
必要である。どちらかの特性を逸すれば光電流が低下し
たり、光が入射しない時の電流（以下暗電流と記す）が
発生、増加することになりＳＮ比の低下の原因になる。
この暗電流はそれ自信がノイズと考えられると同時にシ
ョットノイズと呼ばれるゆらぎ、いわゆる量子ノイズを
含んでおり、たとえば検出部１２で暗電流を差し引く処
理をしても、暗電流に伴う量子ノイズを小さくすること
はできない。通常この特性を向上させるためｉ層４やｎ
層５の成膜の条件や、作成後のアニールの条件の最適化
を図る必要がある。しかし、もう一つの注入阻止層であ
るｐ層３についても電子、ホールが逆であるが同等の特
性が必要であり、同様に各条件の最適化が必要である。
通常、前者ｎ層の最適化と後者ｐ層の最適化の条件は同
一でなく、両者の条件を同時に満足させるのは困難であ
る。つまり、同一光センサ内に二カ所の注入阻止層が必
要なことは高ＳＮ比の光センサの形成を困難にする。
【０１２６】これは図１６（ｂ）のショットキー型にお
いても同様である。また図１６（ｂ）のショットキー型
においては片方の注入阻止層にショットキーバリア層を
用いているが、これは下部電極２とｉ層４の仕事関数の
差を利用するもので、下部電極２の材料が限定された
り、界面の局在準位の影響が特性に大きく影響し、条件
を満足させるのはさらに困難である。また、さらにショ
ットキーバリア層の特性を向上させるために、下部電極
２とｉ層４の間に１００オングストローム前後の薄いシ
リコンや金属の酸化膜、窒化膜を形成することも報告さ
れているが、これは、トンネル効果を利用し、ホールを
下部電極２に導き、電子のｉ層４への注入を阻止する効
果を向上させるもので、やはり仕事関数の差を利用して
いるため下部電極２の材料の限定は必要であるし、電子
の注入の阻止とトンネル効果によるホールの移動という
逆の性質を利用するため酸化膜や窒化膜は１００オング
ストローム前後と非常に薄いところに限定され、かつ、
厚さや膜質の制御は難しく生産性を低下させられる。
【０１２７】また、注入阻止層が２カ所必要なことは生
産性を低下させコストもアップする。これは注入阻止層
が特性上重要な為２カ所中１カ所でもゴミ等で欠陥が生
じた場合、光センサとしての特性が得られないからであ
る。
【０１２８】第２の理由を図１７を用いて説明する。図
１７は薄膜の半導体膜で形成した電界効果型トランジス
タ（ＴＦＴ）の層構成を示している。ＴＦＴは光電変換
装置を形成するうえで制御部の一部として利用すること
がある。図中、図１６と同一なものは同番号で示してあ
る。図１７において、７はゲート絶縁膜であり、６０は
上部電極である。形成法を順を追って説明する。絶縁基
板１上にゲート電極（Ｇ）として働く下部電極２、ゲー
ト絶縁膜７、ｉ層４、ｎ層５、ソース、ドレイン電極
（Ｓ、Ｄ）として働く上部電極６０を順次成膜し、上部
電極６０をエッチングしてソース、ドレイン電極を形成
し、その後ｎ層５をエッチングしてチャネル部を構成し
ている。ＴＦＴの特性はゲート絶縁膜７とｉ層４の界面
の状態に敏感で通常その汚染を防ぐために同一真空内で
連続に堆積する。
【０１２９】従来の光センサをこのＴＦＴと同一基板上
に形成する場合、この層構成が問題となりコストアップ
や特性の低下を招く。この理由は図１６に示した光セン
サの構成が、図１６（ａ）のＰＩＮ型が電極／ｐ層／ｉ
層／ｎ層／電極、図１６（ｂ）のショットキー型が電極
／ｉ層／ｎ層／電極という構成であるのに対し、ＴＦＴ
は電極／絶縁膜／ｉ層／ｎ層／電極という構成で両者が
異なるからである。これは同一プロセスで形成できない
ことを示し、プロセスの複雑化による歩留まりの低下、
コストアップを招く。また、ｉ層／ｎ層を共通化するに
はゲート絶縁膜７やｐ層３のエッチング工程が必要とな
り、先に述べた光センサの重要な層である注入阻止層の
ｐ層３とｉ層４が同一真空内で成膜できなかったり、Ｔ
ＦＴの重要なゲート絶縁膜７とｉ層４の界面がゲート絶
縁膜のエッチングにより汚染され、特性の劣化やＳＮ比
の低下の原因になる。
【０１３０】また、前述した図１６（ｂ）のショットキ
ー型の特性を改善するため下部電極２とｉ層４の間に酸
化膜や窒化膜を形成したものは膜構成の順は同一である
が先に述べたように酸化膜や窒化膜は１００オングスト
ローム前後である必要がありゲート絶縁膜と共用するこ
とは困難である。
【０１３１】図１８に、ゲート絶縁膜とＴＦＴの歩留ま
りについて、我々が実験した結果を示す。ゲート絶縁膜
厚が１０００オングストローム以下で歩留まりは急激に
低下し、８００オングストロームで歩留まりは約３０
％、５００オングストロームで歩留まりは０％、２５０
オングストロームではＴＦＴの動作すら確認できなかっ
た。トンネル効果を利用した光センサの酸化膜や窒化膜
と、電子やホールを絶縁しなければならないＴＦＴのゲ
ート絶縁膜を共用化することは明らかに困難であり、こ
れをデータが示している。
【０１３２】またさらに、図示していないが電荷や電流
の積分値を得るのに必要となる素子である容量素子（以
下コンデンサと記す）を光センサと同一の構成でリーク
が少ない良好な特性のものを作るのは難しい。コンデン
サは２つの電極間に電荷を蓄積するのが目的なため電極
間の中間層には必ず電子とホールの移動を阻止する層が
必要であるのに対し、従来の光センサは電極間に半導体
層のみ利用しているため熱的にリークの少ない良好な特
性の中間層を得るのは難しいからである。
【０１３３】このように光電変換装置を構成するうえで
重要な素子であるＴＦＴやコンデンサとプロセス的にま
たは特性的にマッチングが良くないことは複数の光セン
サを二次元に多数配置し、この光信号を順次検出するよ
うなシステム全体を構成するうえで工程が多くかつ複雑
になるため歩留まりが非常に悪く、低コストで高性能多
機能な装置を作る上で問題になる。
【０１３４】これに対して、図４、５、１３、１４、１
５を参照して前述した光電変換素子を用いれば、上述し
た課題は解決できる。
【０１３５】前出の図１に示した実施例では、例えば右
上の基板上の素子アレイのみを走査・検出し、他の３板
の基板の素子アレイは走査検出を行わないように駆動す
ることも出来る。
【０１３６】しかしながら、右上の基板１５０の素子ア
レイのうち、例えば１００本の制御配線ｇ１，ｇ２，…
ｇ１００および１００本の信号配線Ｓｉｇ１，Ｓｉｇ
２，…Ｓｉｇ１００の交点にある素子のみから信号検出
を行うことはできない。よって、その交点にある素子の
信号のみを再生する場合には、右上の基板１５０の全素
子から信号を読み出した後、必要な信号のみを再生処理
する方法が採られる。
【０１３７】次に述べる実施形態では、走査回路チップ
及び検出用チップがデコーダを有しており、コントロー
ラーからのアドレス情報を基に選択すべき制御配線と信
号配線とが定められ、それに接続された端子のみが選択
される構成の装置である。
【０１３８】図１９において、光電変換素子アレイは４
つの基板７１０，７２０，７３０，７４０上に形成され
ており、制御配線は左右にそれぞれ１０個設けられた走
査選択回路チップＣＰ１に接続され、信号配線は上下に
それぞれ１０個設けられた検出用ＩＣチップＣＰ２に接
続されている。
【０１３９】コントローラーＣＲＬは走査選択すべき光
電変換素子のアドレス情報を配線回路ＤＢ１，ＤＢ２を
介してそのアドレス情報に対応した端子をもつチップＣ
Ｐ１，ＣＰ２に選択的にアドレス情報を供給する。アド
レス情報が供給されたチップＣＰ１，ＣＰ２はアドレス
情報をデコードして選択すべき端子をイネーブルとす
る。こうして必要な領域の光電変換素子からの信号のみ
を処理再生するマスキング処理が容易に行われる。
【０１４０】以上のように各チップがデコーダを有して
いるので、同じ構成の走査選択回路チップを左右いずれ
にも配することができる。これは検出用ＩＣチップにつ
いても同じである。
【０１４１】又、デコーダを有することにより、必要に
応じて複数本の制御配線を同時に選択したり、所定数本
飛び越して走査選択することもできる。これは検出用Ｉ
Ｃチップについても同じことがいえる。
【０１４２】勿論、全制御配線と全信号配線を特定する
アドレス情報を時系列に各回路に入力すれば図３と同様
に走査方向を定めることができる。
【０１４３】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、大
面積の光電変換装置を作製する時の基板１枚あたりの歩
留まりを向上させ、かつ基板１枚あたりの不具合による
損失額を小さくすることにより、結果的に大面積の光電
変換装置のコストを低減することが可能となる。
【０１４４】また、本発明によれば、大面積の光電変換
装置を作製する時の検査工程の効率の向上及びそれに伴
うスループットの向上及び部品点数の削減が可能とな
り、結果的に大面積の光電変換装置のコストをさらに低
減することが可能となる。
【０１４５】また、本発明によれば、大面積の光電変換
装置において、すべての光電変換素子を同一方向に走査
し、信号処理を簡単な装置で高速に行うことが可能とな
り、その結果、光電変換装置のコスト低減と性能の向上
をさせることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光電変換装置の
全体平面図である。
【図２】２０００×２０００個の画素を持つ光電変換装
置の別の例を示す平面図である。
【図３】２０００×２０００個の画素を持つ光電変換装
置を示す平面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の基板上の構成を示す
平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る走査回路の構成
を示す図である。
【図６】１０個の走査回路チップＳＲ１−１〜ＳＲ１−
１０を直列に接続し１つの光電変換装置の走査回路を構
成した例を示す図である。
【図７】１つの検出用集積回路チップの構成を示す図で
ある。
【図８】１０個の検出用集積回路チップＩＣ−１〜ＩＣ
−１０を直列に接続した例を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る光電変換装置の
平面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る光電変換装置
の全体平面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る光電変換装置
を作製するプラズマＣＶＤ装置内での基板配置図であ
る。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係る光電変換装置
の全体平面図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態として、各実施形態
の光電変換素子の上部に蛍光体層を配置し、Ｘ線レント
ゲン装置を構成したものである。
【図１４】本発明の光電変換装置の駆動方法を説明する
為の回路図である。
【図１５】図１４の動作を示すタイミングチャートであ
る。
【図１６】受光素子としての光センサの構成及び駆動方
法を示す図である。
【図１７】薄膜の半導体膜で形成した電界効果型トラン
ジスタ（ＴＦＴ）の層構成を示す図である。
【図１８】ゲート絶縁膜とＴＦＴの歩留まりについて、
実験した結果を示す図である。
【図１９】４つの基板上に形成された光電変換素子アレ
イを示す図である。
【符号の説明】
１００，１５０ 基板 ｇ１〜ｇ１０００ 制御配線 ｓｉｇ１〜ｓｉｇ１０００ 信号配線 ＳＲ１−１〜ＳＲ１−１０ 走査回路チップ ＩＣ１〜ＩＣ１０ 検出用集積回路チップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 亀島 登志男 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 遠藤 忠夫 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 竹田 慎市 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ２次元状に配された複数の光電変換素子
    を有する基板を複数隣接して配置した光電変換装置にお
    いて、 走査回路又は検出用回路の少なくともいずれか一方が該
    光電変換装置の対向する２辺に配され、該２辺に配され
    た回路の走査方向が同じ方向に設定可能であることを特
    徴とする光電変換装置。
  2. 【請求項２】 該走査方向は、シフトレジスタのシフト
    方向により定められることを特徴とする請求項１記載の
    光電変換装置。
  3. 【請求項３】 該走査方向は、マルチプレクサーの切換
    え順序により定められることを特徴とする請求項１又は
    ２記載の光電変換装置。
  4. 【請求項４】 該走査回路は、デコーダを有し、入力さ
    れるアドレス情報により走査方向が定められることを特
    徴とする請求項１記載の光電変換装置。
  5. 【請求項５】 該検出用回路は、デコーダを有し、入力
    されるアドレス情報により走査方向が定められることを
    特徴とする請求項１又は４記載の光電変換装置。
  6. 【請求項６】 該検出用回路は、光電変換素子からの信
    号をパラレルに入力し、走査方向に応じてシリアルに出
    力することを特徴とする請求項１記載の光電変換装置。
  7. 【請求項７】 該検出用回路は、光電変換素子からの信
    号を走査方向に応じてシリアルに入力し、シリアルに出
    力することを特徴とする請求項１記載の光電変換装置。
  8. 【請求項８】 該走査回路と該検出用回路は、複数のＩ
    Ｃチップでそれぞれ構成されていることを特徴とする請
    求項１記載の光電変換装置。
  9. 【請求項９】 該走査回路又は該検出用回路の少なくと
    もいずれか一方に走査方向を定める為の信号が入力され
    ることを特徴とする請求項１又は８記載の光電変換装
    置。
  10. 【請求項１０】 前記基板は４つであり、前記光電変換
    装置の対向する２辺に該走査回路が、別の対向する２辺
    に検出用回路が設けられていることを特徴とする請求項
    １記載の光電変換装置。
  11. 【請求項１１】 該走査回路及び検出用回路は、フレキ
    シブル配線基板に実装されたＩＣチップからなることを
    特徴とする請求項１又は１０記載の光電変換装置。
  12. 【請求項１２】 該走査回路及び検出用回路は、該基板
    又は該基板を支持するマザーボード上に実装されたＩＣ
    チップであることを特徴とする請求項１又は１０記載の
    光電変換装置。
  13. 【請求項１３】 該光電変換素子上に光変換体が配され
    ていることを特徴とする請求項１記載の光電変換装置。
  14. 【請求項１４】 該光変換体は、蛍光体であることを特
    徴とする請求項１３記載の光電変換装置。
  15. 【請求項１５】 ２次元的に配列された複数の光電変換
    素子を搭載した基板を、２次元的に縦横２枚ずつ４枚、
    前記光電変換素子部が平面的に隣り合うように配列して
    貼り合わせて構成され、 かつ、前記貼り合わせた４枚の基板の中で、隣り合わな
    い２枚の基板はそれぞれ同一構成の基板を平面上で１８
    ０°回転した位置関係で配置されており、 かつ、前記基板は、それぞれ同一方向に走査されること
    を特徴とする光電変換装置。
  16. 【請求項１６】 前記基板は、複数の光電変換素子が平
    面的に配列された光電変換素子部が形成された辺と、該
    光電変換素子部に接続される回路部が形成された辺とを
    有し、該基板の、それぞれの前記光電変換素子部が平面
    的に近接して隣り合うように配列して貼り合わせて構成
    したことを特徴とする請求項１５記載の光電変換装置。
  17. 【請求項１７】 前記光電変換素子は、第一の電極層、
    絶縁層、半導体層、第１導電型のキャリアの注入を阻止
    する半導体層、及び第二の電極層を積層した素子である
    ことを特徴とする請求項１又は１５記載の光電変換装
    置。
  18. 【請求項１８】 ２次元的に配列された光電変換素子を
    搭載した複数の基板を、それぞれの前記光電変換素子部
    が平面的に隣り合うように配置して貼り合わせて構成し
    た光電変換装置であり、 前記貼り合わせる複数の基板の配置を、それぞれの基板
    の光電変換部となる半導体層を堆積させた時の基板配置
    と同じ配置として、前記複数の基板を貼り合わせて構成
    したことを特徴とする光電変換装置。
  19. 【請求項１９】 前記光電変換素子の半導体層は、非単
    結晶半導体層であることを特徴とする請求項１、１５、
    １８のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  20. 【請求項２０】 前記基板は、複数の光電変換素子が平
    面的に配列された光電変換素子部が形成された辺と、該
    光電変換素子部に接続される回路部が形成された辺とを
    有し、該基板の複数枚を、それぞれの前記光電変換素子
    部が平面的に近接して隣り合うように配置して貼り合わ
    せて構成したことを特徴とする請求項１８記載の光電変
    換装置。
  21. 【請求項２１】 前記基板上には、 第１の電極層、絶縁層、半導体層、第１導電型のキャリ
    アの注入を阻止する半導体層、及び第２の電極層を積層
    した光電変換素子と、 前記半導体層に入射した信号光により発生した第１導電
    型のキャリアを前記半導体層に蓄積し、前記第１導電型
    と異なる第２導電型のキャリアを前記第２の電極層に導
    く方向に前記光電変換素子に電界を与える手段と、 前記光電変換素子に電界を与えて、前記第１導電型のキ
    ャリアを前記半導体層から前記第２の電極層に導く方向
    に前記光電変換素子に電界を与えるリフレッシュ手段
    と、 前記手段による光電変換動作中に前記半導体層に蓄積さ
    れた前記第１導電型のキャリアもしくは前記第２の電極
    層に導かれた前記第２導電型のキャリアを検出する為の
    信号検出部と、 を有することを特徴とする請求項１、１５、１８のいず
    れか１項に記載の光電変換装置。
  22. 【請求項２２】 前記光電変換素子の上部に光変換体を
    配置し、Ｘ線レントゲン装置を構成したことを特徴とす
    る請求項１５、１８のいずれか１項に記載の光電変換装
    置。
  23. 【請求項２３】 該光変換体は、蛍光体であることを特
    徴とする請求項２２記載の光電変換装置。
  24. 【請求項２４】 請求項１、１４、１５のいずれか１項
    に記載の光電変換装置と、高エネルギー線照射装置とを
    有することを特徴とする撮像装置。
  25. 【請求項２５】 前記高エネルギー線は、Ｘ線であるこ
    とを特徴とする請求項２４記載の撮像装置。
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