JPH11274444A - X線撮像装置 - Google Patents

X線撮像装置

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JPH11274444A
JPH11274444A JP10070804A JP7080498A JPH11274444A JP H11274444 A JPH11274444 A JP H11274444A JP 10070804 A JP10070804 A JP 10070804A JP 7080498 A JP7080498 A JP 7080498A JP H11274444 A JPH11274444 A JP H11274444A
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Japan
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ray
tft
film
pixel
film transistor
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JP10070804A
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English (en)
Inventor
Mitsushi Ikeda
光志 池田
Masaki Atsuta
昌己 熱田
Manabu Tanaka
学 田中
Akira Konno
晃 金野
Kohei Suzuki
公平 鈴木
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 TFTのリーク電流を抑制することにより、
X線強度を弱くしても十分なダイナミックレンジを確保
する。 【解決手段】 複数配列された画素からなる検出部に入
射したX線を電荷に変換するX線電荷変換膜2と、各画
素に対応して設けられX線電荷変換膜2で変換された電
荷を蓄積する蓄積容量3と、蓄積容量3に対応して設け
られ蓄積容量3に蓄積された電荷を読み出すa−Si薄
膜トランジスタ1とを有し、薄膜トランジスタ1のソー
ス領域、ドレイン領域又はチャネル形成領域の少なくと
も一つの領域の半導体は所定の不純物を含有しており、
この所定の不純物が含有されていないときに比べてバン
ドギャップが広くなっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、医療用X線診断装
置等に用いるX線撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、医療分野においては、治療を迅速
的確に行うために、患者の医療データをデータべース化
する方向に進んでいる。X線撮影の画像データについて
もデータベース化の要求があり、X線撮影画像のディジ
タル化が望まれている。
【0003】医療用X線診断装置では、従来銀塩フィル
ムを使用して撮影してきたが、これをディジタル化する
ためには撮影したフィルムを現像した後、再度スキャナ
等で走査する必要があり、手間と時間がかかっていた。
最近は1インチ程度のCCDカメラを使用し、直接画像
をディジタル化する方式が実現されている。しかし、例
えば肺の撮影をする場合、40cm×40cm程度の領域を
撮影するため、光を集光するための光学装置が必要であ
り、装置の大型化が問題になっている。
【0004】これらの間題を解決する方式として、a−
SiTFT(アモルファスシリコン薄膜トランジスタ)
を用いたX線撮像装置(以下、X線平面検出器とする)
が提案されている(例えばUSP4689487)。こ
のX線平面検出器の構成を図10を用いて以下説明をす
る。
【0005】図10において、画素ei,j(i=1〜
2000、j=1〜2000)は、a−SiTFT10
1、光電変換膜102及び画素容量103で構成され、
これらの画素が横2000×縦2000個のアレイ状
(以下TFTアレイと呼ぶ)に配置されている。光電変
換膜102には、電源104によりバイアス電圧が印加
される。a−SiTFT101は、信号線106と走査
線105に接続されており、走査線駆動回路(シフトレ
ジスタ)107によってオン・オフが制御される。信号
線106の終端は信号検出用の増幅器108に接続され
ている。
【0006】光が入射すると光電変換膜102に電流が
流れ、画素容量103に電荷が蓄積される。走査線駆動
回路107で走査線を駆動して一つの走査線に接続して
いる全てのa−SiTFT101をオンにすると、蓄積
された電荷は信号線105を通って増幅器108側に転
送される。画素に入射する光の量によって電荷量が異な
り、増幅器108の出力振幅は変化する。
【0007】図10に示す方式は、増幅器108の出力
信号をA/D変換することで直接ディジタル画像にする
ことができる。a−SiTFTを用いたX線平面検出器
には、入射したX線を蛍光体で可視光線に変換し、変換
した光を各画素の光電変換膜で電荷に変える間接変換方
式のX線平面検出器の他、画素に入射したX線を直接電
荷に変換する直接変換方式のX線平面検出器がある。直
接変換方式のX線平面検出器と間接変換方式のX線平面
検出器とでは、電荷変換膜に印加するバイアスの大きさ
とかけ方が異なったものとなっている。
【0008】間接変換方式の場合は、光電変換膜のみに
数Vの負のバイアスかけ、光が光電変換膜に入ってくる
と、各画素では光電変換膜と並列に設けている画素容量
(Cst)と光電変換膜自身の容量(Csi)に電荷が
貯まる。この場合、Cstにかかる電圧は、最大でも光
電変換膜に印加しているバイアス電圧の数Vである。
【0009】これに対して、直接変換方式では、X線電
荷変換膜とCstが直列につながっており、それらに対
して数kVの高バイアスを印加する。画素にX線が入射
するとX線電荷変換膜で発生した電荷がCstに蓄積さ
れるが、入射するX線量が過大な場合はCstに蓄積さ
れる電荷が増大して最大数kVの電圧がCstにかか
り、画素のスイッチとして設けているTFTやCstの
絶縁を破壊してしまう恐れがある。そのため、直接変換
方式では、TFTやCstに過大な電圧がかからないよ
うにするため、画素に過大にX線が入ってきた場合に、
必要な分だけ発生した電荷をCstに蓄積し、残りの電
荷は各画素に設けたa−SiTFTからなる保護回路を
通して画素外へ放出するようにしている。
【0010】前述の直接変換方式のX線撮像装置を用い
る場合、十分なX線強度で撮像を行えばダイナミックレ
ンジを大きくとることは可能であるが、患者等を撮影す
る場合には人体への悪影響を抑制するために、X線強度
はなるべく弱くすることが望ましい。ところが、X線強
度を弱くすると、大きなダイナミックレンジを確保する
ことが難しくなり、微弱な信号を検出することが困難に
なる。X線強度を弱くしても十分なダイナミックレンジ
を確保するためには、ノイズの原因となるスイッチング
用及び保護用のa−SiTFTのリーク電流(オフ電
流)を抑制することが望ましいが、従来のX線撮像装置
に用いられているa−SiTFTでは、このような点に
ついて何ら対策が施されていなかった。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の直
接変換方式のX線撮像装置では、X線強度を弱くすると
a−SiTFTのリーク電流が無視できなくなり、その
ためにダイナミックレンジが狭まり、十分な撮像結果を
得ることが困難であった。
【0012】本発明は上記従来の課題に対してなされた
ものであり、TFTのリーク電流を抑制することによ
り、X線強度を弱くしても十分なダイナミックレンジを
確保することが可能なX線撮像装置を提供することを目
的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明に係るX線撮像装
置は、複数配列された画素からなる検出部に入射したX
線を電荷に変換する変換手段と、各画素に対応して設け
られ前記変換手段で変換された電荷を蓄積する蓄積手段
と、この蓄積手段に対応して設けられこの蓄積手段に蓄
積された電荷を読み出す薄膜トランジスタからなる読み
出し手段とを有し、前記薄膜トランジスタのソース領
域、ドレイン領域又はチャネル形成領域の少なくとも一
つの領域の半導体は所定の不純物を含有しており該所定
の不純物が含有されていないときに比べてバンドギャッ
プが広いものであることを特徴とする。
【0014】本発明によれば、薄膜トランジスタのソー
ス領域、ドレイン領域又はチャネル形成領域の少なくと
も一つの領域の半導体にバンドギャップを広くする不純
物が含有されていることにより、薄膜トランジスタのリ
ーク電流(オフ電流)を低減することができ、蓄積手段
に蓄積されている電荷のリークを低減することができ
る。したがって、X線強度を弱くする必要のある医療用
のX線撮像装置(特に直接変換方式のX線撮像装置)に
用いた場合、X線強度を弱くしても十分なダイナミック
レンジを確保することができ、的確な診断を行うことが
可能となる。
【0015】前記半導体としてはシリコン(Si)があ
げられ、アモルファスシリコン(a−Si)、多結晶シ
リコン、マイクロクリスタルシリコン等があげられる。
前記バンドギャップを広くする所定の不純物としては、
炭素(C)、窒素(N)、酸素(O)、塩素(Cl)が
あげられる。
【0016】バンドギャップを広くした半導体領域を有
する薄膜トランジスタは、前記蓄積手段に蓄積された電
荷を読み出す薄膜トランジスタの他、蓄積手段(蓄積容
量)に蓄えられた過剰な電荷を放出して過大な電圧が薄
膜トランジスタや蓄積容量に印加されないようにするた
めの保護用薄膜トランジスタに対しも適用することが好
ましく、蓄積手段に蓄積されている電荷のリーク低減に
対してさらに効果的である。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図1は、本発明に係る直接変換型X
線平面検出器の等価回路構成を示した図である。
【0018】各画素10は、縦横の各辺が数百個から数
千個程度のアレイ状に配列されており、読み出し用a−
SiTFT1、X線電荷変換膜(光電変換膜)2、画素
容量(蓄積容量、Cst)3及び保護用a−SiTFT
4で構成されている。読み出し用a−SiTFT1は、
信号線11と走査線12に接続されており、走査線駆動
回路(ゲートドライバー)15によってオン・オフが制
御される。信号線11の終端は、切り替えスイッチを通
して信号検出用の増幅器(積分アンプ)16に接続され
ている。X線電荷変換膜2には、数kV程度のバイアス
電圧が印加されている。また、保護用a−SiTFT4
は、電源14により保護回路用電源線を通して所定のバ
イアス電圧が印加されている。
【0019】X線の入射によってX線電荷変換膜2で生
成された電荷は蓄積容量3に蓄積され、TFT1の絶縁
破壊が起きない程度のある一定の電圧になると、保護ダ
イオード4から電荷が画素外に流出していき、読み出し
用TFT1と蓄積容量3に高電圧が印加されないように
している。蓄積容量3に蓄積された電荷は、走査線12
を順次走査することにより選択された走査線12上のT
FT1をオンにして、信号線11から増幅器16に転送
される。
【0020】図2は図1に示した直接変換型X線平面検
出器の画素領域の平面構成を示した図であり、図3
(a)は図2のA−A’における断面構成を示した図、
図3(b)は図2のB−B’における断面構成を示した
図である。なお、図1の構成要素と対応する構成要素に
ついては同一番号を付している。
【0021】ガラス基板上20の最下層側には、後述す
る金属を用いて、読み出し用a−SiTFT1のゲート
電極21、保護用a−SiTFT4のゲート電極31、
走査線12、保護回路用電源線13、蓄積容量の下部電
極6が形成されている。これらの上層側には、ゲート絶
縁膜22が形成されている。
【0022】読み出し用TFT1と保護用TFT4につ
いては、ゲート絶縁膜22上にTFT1及び4のチャネ
ルを形成するa−Si膜23及び33が形成され、さら
にその上にエッチングストッパー用のシリコン窒化膜2
5及び35が形成されている。また、a−Si膜23上
にはa−SiTFT1のソース・ドレインとなるn+
−Si膜24が形成され、a−Si膜33上にはa−S
iTFT4のソース・ドレインとなるn+ a−Si膜3
4が形成されている。読み出し用TFT1及び保護用T
FT4は、チャネル領域のa−Si膜、ソース領域のn
+ a−Si膜又はドレイン領域のn+ a−Si膜のう
ち、少なくとも一つの領域にバンドギャップを広げる元
素(例えば窒素)が添加されている。
【0023】a−Si膜TFT1及び4のソース・ドレ
イン33となるn+ a−Si膜24及び34上には、ソ
ース電極及びドレイン電極が後述する金属を用いて形成
されている。また、この金属を用いて、信号線11及び
蓄積容量の上部電極となる画素電極5も同時に形成され
ている。なお、実際にはこれらの上層側に、保護膜を介
してX線電荷変換膜が形成されており、さらにその上に
は共通電極が形成されているが、図面では省略してい
る。
【0024】次に、図2及び図3に示した構造を作製す
るための製造方法について以下説明する。まず、ガラス
基板20上に、MoTa、Ta、TaN、Ta/TaN
x、Al、Al合金、Cu、MoW、Ti、Cr、IT
O等或いはこれらの積層膜を例えば3000オングスト
ローム堆積し、これをエッチングして、読み出し用a−
SiTFT1のゲート電極21、保護用a−SiTFT
4のゲート電極31、走査線12、保護回路用電源線1
3、蓄積容量の下部電極6を形成した。特にMoWやM
oTaは、TFTのゲート部にテーパーをつけてのエッ
チングが可能なことから、その上層に形成されるゲート
絶縁膜の段切れを起こさないようにできるので、優れて
いるといえる。
【0025】次に、プラズマCVD法によりゲート絶縁
膜22としてSiOx膜を3000オングストローム、
SiNx膜を500オングストローム積層した。続い
て、このゲート絶縁膜22上に、プラズマCVD法によ
りアンドープa−Si膜23及び24を同時に1000
オングストローム成膜し、さらにその上にストッパSi
Nx膜25及び35を2000オングストローム成膜し
た。その後、TFT部のストッパSiNx膜を裏面露光
を用いてゲートに整合するようにパターニングした。続
いて、n+ a−Si膜24及び34を500オングスト
ローム堆積した後、TFT部のn+ a−Si膜及びa−
Si膜をエッチングしてa−Siを島状に形成した。n
+ a−Si膜24及び34にはn型不純物の他に窒素
(N)が含有されており、ソース領域及びドレイン領域
のn+ a−Si膜のバンドギャップは窒素が含有されて
いない通常のn+ a−Si膜のバンドギャップよりも広
くなっている。
【0026】次に、保護用TFT4形成領域においてゲ
ート絶縁膜22の一部を除去してコンタクト口を形成し
た。続いて、所定の金属を堆積し、これをパターニング
して、ソース電極及びドレイン電極、信号線11及び蓄
積容量の上部電極となる画素電極5を同時に形成した。
ここで用いる金属としては、Ti,Cr,Ta,Mo,
Mo,MoW,MoTa,Al,ITO,Al合金等或
いはこれらの積層構造を用いればよい。この金属Bは信
号線として使われるために低抵抗であることが望まし
く、Al或いはAlを使った積層構造やAl合金等が優
れているといえる。ここでは、Mo:500オングスト
ローム/Al:3500オングストローム/Mo:50
0オングストロームをスパッタリングにより積層形成し
たものを用いた。
【0027】次に、保護膜を例えば2μm形成し、この
保護膜に形成したコンタクトホールを介して画素電極5
へ接続されるX線電荷変換膜の下部電極としてITOを
形成した。さらに、Seを用いたX線電荷変換膜を形成
し、その上にX線電荷変換膜の上部電極としてAl膜を
形成した。
【0028】図4に、本発明のa−SiTFTの特性B
を従来のa−SiTFTの特性Aと比較して示した。本
発明のa−SiTFTのn+ コンタクト層には窒素
(N)を添加してバンドギャップを広げているが、従来
のa−SiTFTのn+ コンタクト層には窒素を添加し
ていない。ここでは、本発明のa−SiTFTのn+
ンタクト層として、H2 の希釈率を増大するとともによ
り高周波電力を大きくすることにより、窒素添加のマイ
クロクリスタルSiを形成したときの結果を示す。図4
にからわかるように、オフ電流は従来のTFTより約1
桁低く、オン電流は従来のTFTより大きい。このため
従来より大きなダイナミックレンジを有し、ダイナミッ
クレンジを約30倍大きくすることができた。n+ コン
タクト層をマイクロクリスタルにせずにn+ a−Siと
しても効果があり、この場合にもオフ電流を約1桁低減
することができたが、オン電流は増加していないため、
トータルとしては10倍ダイナミックレンジを改善でき
た。
【0029】また、ソース・ドレインのn+ コンタクト
層ではなく、チャネル部のa−Si膜の堆積時に窒素を
1〜10%添加してa−Siのバンドギャップを増大さ
せても同程度の効果が得られた。さらに、コンタクト層
のn+ a−Siとチャネル部のa−Siの両方のバンド
ギャップを増大させた場合には、50倍程度のダイナミ
ックレンジの増大が得られた。なお、ソース・ドレイン
領域やチャネル領域に、a−Siやマイクロクリスタル
Siの他に、ポリSi等の材料を用いても同様の効果が
期待できる。
【0030】図5に、本発明のa−SiTFTを読み出
し用のa−SiTFT1の他、保護用TFTにも用いた
ときの信号電圧保持特性Bを、従来のa−SiTFTを
用いた場合の特性Aと比較して示した。従来より約30
倍ダイナミックレンジが改善されていることがわかる。
【0031】図6は、本発明のa−SiTFT4a及び
4bを保護回路として直列に接続したときの等価回路
(a)及びそのときのリーク電流特性(b)を示したも
のであるが、この場合にも、約30倍ダイナミックレン
ジが改善されていることがわかる。
【0032】図7は、本発明のa−SiTFT4c〜4
eを用いて画素内に増幅回路を設けたときの等価回路
(a)及びそのときのリーク電流特性(b)を示したも
のであるが、この場合にも約30倍ダイナミックレンジ
が改善されていることがわかる。図8も同様に、本発明
のa−SiTFT4f〜4iを用いて画素内に増幅回路
を設けたものであるが、この場合にも同様に約30倍ダ
イナミックレンジが改善することができた。なお、これ
らの場合には、増幅回路を構成するa−SiTFTのう
ち、リーク電流の主原因となるTFT4c(図7の場
合)、TFT4g及び4f(図8の場合)に本発明のオ
フ電流の小さいTFTを用い、他のTFT4d及び4e
(図7の場合)、TFT4h及び4i(図8の場合)に
は従来タイプのものを用いても良い。すなわち、蓄積容
量3に接続されるTFTに対して本発明のTFTを用い
れば良い。
【0033】図9は、本発明のa−SiTFT4j及び
4kを保護回路として直列に接続した他の例を示したも
のであるが、同様にダイナミックレンジを約30倍改善
することができた。
【0034】以上、本発明の実施形態について説明した
が、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではな
い。上記実施形態では、チャネル領域やソース・ドレイ
ン領域のシリコンのバンドギャップを広げるために添加
する元素としてNを用いたが、その他、C,F,Cl等
を用いても良い。これらの元素の添加量は、0.5%〜
10原子%、好ましくは1〜10原子%がよい。また、
これらの元素の添加は、成膜時に行ってもよいし、イオ
ン注入でもよい。
【0035】また、ゲート絶縁膜としては、SiO2
SiNx ,SiOxy の単層、或いはこれらの積層膜
を用いることができる。X線電荷変換膜としては、a−
Se,a−Si,a−Te等を用いることができる。
【0036】また、TFTとしては、逆スタガ型のエッ
チングストッパータイプのものを例として上げたが、逆
スタガ型のバックチャネルカットタイプのものでもよ
い。エッチングストッパータイプでは、TFTのチャネ
ル部のエッチング時に、チャネル部を侵すことがない
為、TFT特性にばらつきが生じ難く、大型のアレイに
適しており、バックチャンネルカットタイプでは、工程
がエッチングストッパータイプに比べ少なくなるため、
製造コストが安くなるというメリットがある。その他、
本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形
して実施することが可能である。
【0037】
【発明の効果】本発明によれば、薄膜トランジスタのリ
ーク電流(オフ電流)を低減することができるため、X
線照射によって蓄積された電荷のリークを低減すること
ができる。したがって、医療用のX線撮像装置等におい
て、X線強度を弱くしても十分なダイナミックレンジを
確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るX線撮像装置の等価回
路構成を示した図。
【図2】図1に示した装置の画素領域の平面構成を示し
た図。
【図3】図1に示した装置の画素領域の断面構成を示し
た図。
【図4】本発明に係るa−SiTFTの一例についてそ
の特性を示した図。
【図5】本発明に係るa−SiTFTを用いたときの一
例について、画素電位とリーク電流との関係について従
来のものと対比して示した図。
【図6】本発明に係るa−SiTFTを用いたときの他
の例の等価回路及びそのときの画素電位とリーク電流と
の関係について従来のものと対比して示した図。
【図7】本発明に係るa−SiTFTを用いたときの他
の例の等価回路及びそのときの画素電位とリーク電流と
の関係について従来のものと対比して示した図。
【図8】本発明に係るa−SiTFTを用いたときの他
の例の等価回路を示した図。
【図9】本発明に係るa−SiTFTを用いたときの他
の例の等価回路を示した図。
【図10】X線撮像装置の等価回路構成を示した図。
【符号の説明】
1…読み出し用a−SiTFT 2…X線電荷変換膜 3…蓄積容量 4…保護用a−SiTFT 5…画素電極 6…蓄積容量電極 11…信号線 12…走査線 13…保護回路用電源線 14…電源 15…ゲートドライバー 16…積分アンプ 21、31…ゲート電極 22…ゲート絶縁膜 23、33…a−Si膜 24、34…n+ a−Si膜 25、35…エッチングストッパー用絶縁膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金野 晃 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術研究所内 (72)発明者 鈴木 公平 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術研究所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数配列された画素からなる検出部に入射
    したX線を電荷に変換する変換手段と、各画素に対応し
    て設けられ前記変換手段で変換された電荷を蓄積する蓄
    積手段と、この蓄積手段に対応して設けられこの蓄積手
    段に蓄積された電荷を読み出す薄膜トランジスタからな
    る読み出し手段とを有し、前記薄膜トランジスタのソー
    ス領域、ドレイン領域又はチャネル形成領域の少なくと
    も一つの領域の半導体は所定の不純物を含有しており該
    所定の不純物が含有されていないときに比べてバンドギ
    ャップが広いものであることを特徴とするX線撮像装
    置。
JP10070804A 1998-03-19 1998-03-19 X線撮像装置 Pending JPH11274444A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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