JPH1152058A

JPH1152058A - ２次元放射線検出器

Info

Publication number: JPH1152058A
Application number: JP9204399A
Authority: JP
Inventors: Shiro Oikawa; 四郎及川
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1997-07-30
Filing date: 1997-07-30
Publication date: 1999-02-26
Anticipated expiration: 2017-07-30
Also published as: JP4088986B2

Abstract

(57)【要約】【課題】スイッチング素子のスイッチングノイズが読
み出し信号電流に重畳し難く、もって良質のＸ線画像信
号を得ることのできる２次元放射線検出器を提供する。【解決手段】半導体層１の一面に信号読み出し層２を
配置し、その反対側の面に走査スイッチ層３を配置し
て、スイッチング素子（ＦＥＴ）３４と信号読み出しラ
インとの間に半導体層１が介在する構造として、スイッ
チング素子３４と信号読み出しラインとの間の距離を広
げるとともに、その両者間に半導体層１による容量を存
在させることで、スイッチングノイズが信号読み出しラ
インに乗ることを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば食品やプリ
ント基板等の非破壊検査装置、あるいはＸ線撮影する医
療用診断装置などに用いるのに適した２次元放射線検出
器に関する。

【０００２】

【従来の技術】医療用診断装置等においては、Ｘ線等の
放射線をその２次元的な入射位置をも含めて検出するこ
とのできる、固体走査方式の２次元放射線検出器が用い
られている。

【０００３】その固体走査方式の検出器に関して、従
来、種々の提案がなされている。例えば、特開平４−２
１２４５８号公報には、図１１に示すように、Ｘ線等の
放射線の入射により電荷を発生する半導体層１０１の両
面に、それぞれバイアス電極１０２と走査スイッチ層１
０３を積層した構造の２次元放射線検出器が開示されて
いる。

【０００４】図１１の２次元放射線検出器において、共
通電極１０２は図１２（Ａ）に示すように全面に均一面
状に形成されている。また走査スイッチ層１０３は、図
１２（Ｂ）〜（Ｄ）に示すように、半導体層１０１に接
触するマトリクス状の画素電極１３１・・１３１と、その
マトリクスの行に対応して配置されたストライプ状パタ
ーンの行電極１３２・・１３２と、列に対応して配置され
たストライプ状パターンの列電極１３３・・１３３を備え
ており、さらに図１３、図１４に示すように、各画素電
極１３１・・１３１のそれぞれにドレインＤが接続され、
ソースＳが各列電極１３３に、またゲートＧが各行電極
１３２に接続された複数個のスイッチング素子（ＦＥ
Ｔ）１３４・・１３４が設けられている。

【０００５】走査スイッチ層１０３の各行電極１３２
は、図１３に示すように駆動回路１０４のＦＥＴコント
ロールラインにそれぞれ接続され、各列電極１３３はそ
れぞれ信号読み出しラインの信号読み出し回路１０５に
接続されている。また共通電極１０２には各画素に所定
の電位を印加するためのバイアス電源１３５が接続され
ている（図１４参照）。

【０００６】そして、以上の構造の２次元放射線検出器
において、Ｘ線が半導体層１０１に入射すると、半導体
層１０１中に電子・正孔対が発生しその表面上に電荷が
発生する。この半導体層１０１上の電荷は、スイッチン
グ素子（ＦＥＴ）１３４をオンとすることにより、各画
素電極１３１・・１３１の各々に相当する画素ごとに読み
出される。

【０００７】すなわち、駆動回路１０４により１つの行
電極１３２に駆動信号を送ることによって１行（例えば
ｉ行）のＦＥＴ１３４の全てがオンになり、列電極１３
３の各々を経て、ｉ行の各列の画素電極１３１・・１３１
から、各画素ごとの電荷（電流）が各列で同時に取り出
される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の放射線２次元検出器では、スイッチング素子
のスイッチングノイズが読み出し信号電流に重畳して画
質が劣化するという問題がある。

【０００９】本発明はそのような実情に鑑みてなされた
もので、スイッチング素子のスイッチングノイズが読み
出し信号電流に重畳し難く、もって良質のＸ線画像信号
を得ることのできる２次元放射線検出器の提供を目的と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の２次元放射線検出器は、図１〜図４に例示
するように、放射線による像を電荷の画像に変換する半
導体層１と、この半導体層１を挟むようにその両面にそ
れぞれ設けられた信号読み出し層２及び走査スイッチ層
３と、この走査スイッチ層３に接続された駆動回路４を
備え、その走査スイッチ層３は、半導体層１の表面に各
画素に対応すべくマトリクス状に配置されてなる複数の
画素電極３１・・３１と、各画素に共通のバイアス電圧を
印加するための共通電極３３と、マトリクス状に配置さ
れた画素電極３１・・３１の各々と共通電極３３との間に
それぞれ配置されたスイッチング素子（ＦＥＴ）３４・・
３４と、この各スイッチング素子３４・・３４に駆動回路
４からの駆動信号を行ごとに与える行電極３２・・３２を
備えており、さらに信号読み出し層２は、マトリクス状
に配置された画素電極３１・・３１の列に対応して分割さ
れた複数の列電極２１・・２１からなり、その列電極２１
・・２１の各々が信号読み出しラインに接続されているこ
とによって特徴づけられる。

【００１１】以上の構造の本発明の２次元放射線検出器
において、半導体層１にＸ線が入射すると、その入射位
置・入射エネルギに応じた電荷が半導層１表面に発生
し、この状態で、走査スイッチ層３に駆動信号が行ごと
に与えらえ、スイッチング素子（ＦＥＴ）３４がオンと
なって画素電極３１にバイアス電圧が印加されると、そ
の電荷の放電電流が信号読み出し層２の列電極２１を通
じて信号読み出しラインに流れる。そして、このように
して読み出された信号電流を、チャージセンシティブプ
レアンプと積分コンデンサからなる信号読み出し回路
（図４、図５参照）で電圧信号に変換することによって
画像信号を得ることができる。

【００１２】ここで、本発明の２次元放射線検出器で
は、図４、図５の等価回路図に示すように、スイッチン
グ素子３４と信号読み出しラインとの間に、半導体層１
が介在することになるので、その両者間に距離があるこ
と、及び半導体層１に容量があることに起因して、スイ
ッチングノイズが信号読み出しラインに乗り難くなる。
従ってＳ／Ｎ比の優れた画像信号を得ることができ、画
質を向上させることができる。

【００１３】なお、本発明の２次元放射線検出器におい
て、各列電極で読み出された信号を増幅する素子（チャ
ージセンシティブプレアンプ）として、シリコン等の結
晶性半導体からなる増幅器を用いることが好ましく、こ
のような結晶性半導体製の増幅器を使用すると、薄膜増
幅器を使用した場合と比較して、信号ノイズ及び感度が
良好になるとともに、信号読み出しラインの構成が簡単
になるという利点がある。

【００１４】本発明の２次元放射線検出器に用いるスイ
ッチング素子（ＦＥＴ）としては、ＴＦＴ（薄膜トラン
ジスタ）が好ましい。また放射線の検出に用いる半導体
層としては、ＣｄＴｅ等の化合物半導体あるいはドープ
トＳｅなどが挙げられる。

【００１５】ここで、本発明の２次元放射線検出器で
は、上記したように画素電極と信号読み出し層の列電極
との間に半導体層による容量を介在させる構造であるの
で、その画素容量の大きさが問題となる。

【００１６】すなわち、この種の２次元放射検出器にお
いて半導体層は、Ｘ線の捕獲率を確保するため通常５０
０μｍ程度の厚さとしているが、その膜厚で得られる１
画素の等価容量は極めて小さくなる（例えば０．０１ｐ
Ｆ）ため、本発明の構造を採用すると、画素容量の両端
間に生じる電位差の電荷発生に伴う変動幅が非常に大き
くなるという問題が発生する。

【００１７】これを解消するための対策としては次のよ
うな方法が考えられる。その１つとして、図７に示すよ
うに画素容量を構成する半導体層１の一部（画素の端
部）に、列電極２１と画素電極３１に接触する高誘電率
物質層１０を形成するという方法が挙げられ、このよう
な高誘電率物質層１０を形成しておくと、図８の等価回
路図に示すように、半導体層１による容量に加えて高誘
電率物質層１０による付加容量が並列に接続されるの
で、画素容量の両端間に生じる電位差の電荷発生に伴う
変動幅を適当な範囲に設定することができる。なお、高
誘電率物質としては、チタン酸バリウム磁器等が挙げら
れる。

【００１８】他の方法として、図９の等価回路図に示す
ように、画素電極３１と所定の共通電位Ｖａとの間に付
加容量１１を、半導体層１に対して並列となるように接
続して、画素容量の両端間の電位差の電荷発生に伴う変
動幅を適当な範囲に設定するといった方法が挙げられ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、以下、図
面に基づいて説明する。この実施の形態の放射線２次元
検出器は、図１に示すように、放射線による像を電荷の
画像に変換する半導体層１、この半導体層１を挟むよう
にその両面にそれぞれ設けられた信号読み出し層２と走
査スイッチ層３、及び走査スイッチ層３に接続された駆
動回路４で主として構成されている。

【００２０】信号読み出し層２は、図２（Ａ）に示すよ
うに、列分割されたストライプ状パターンの複数の列電
極２１・・２１によって構成されており、その各列電極２
１に信号読み出し回路５が接続されている。

【００２１】走査スイッチ層３は、図１及び図２（Ｂ）
〜（Ｄ）に示すように、半導体層１の表面にマトリクス
状に配置された画素電極３１・・３１と、そのマトリクス
状の画素電極３１・・３１の行に対応して分割されたスト
ライプ状パターンの複数の行電極３２・・３２と、バイア
ス電源３５によりバイアス電圧が印加される共通電極
（均一面状導体）３３を備えており、それら画素電極３
１・・３１の各々と共通電極３３との間にそれぞれＦＥＴ
３４・・３４が配置されている。

【００２２】各ＦＥＴ３４は、図３及び図４に示すよう
に、ドレインＤが画素電極３１に接続され、ソースＳが
共通電極３３に接続されている。またＦＥＴ３４のゲー
トＧは行電極３２に接続されており、そのゲートＧに接
続された行電極３２は駆動回路４のＦＥＴコントロール
ラインに接続されている。

【００２３】駆動回路４は、図３に示すように、フロー
ティング部４１、光アイソレーション部４２及びグラン
ド部４３によって構成されている。このように光アイソ
レーション部４２によってフローティング部４１及びＦ
ＥＴコントロールラインをグランド部４３から電気的に
切り離しているのは、本実施の形態では共通電極３３を
介してＦＥＴ３４のソースＳにバイアス電圧が印加され
るので、ＦＥＴ３４のゲートＧに接続されたＦＥＴコン
トロールラインをグランドから浮かす必要があるためで
ある。なお、ＦＥＴコントロールラインをグランドから
電気的に切り離すための構成は、上記したような光アイ
ソレーション部４２を用いる以外にも考えられる。

【００２４】なお、以上の構造において、信号読み出し
層２の前面側にはガラス等の支持基板２２（図７参照）
が設けられており、また、走査スイッチ層３の背面側に
も同様に支持基板（図示せず）が設けられている。

【００２５】次に、本発明の実施の形態の動作を説明す
る。半導体層１にＸ線が入射すると、その入射位置・入
射エネルギに応じた電荷が半導層１表面に発生する。こ
の半導体層１の表面上の電荷を、ＦＥＴ３４をオンとす
ることにより、画素電極３１・・３１の各々に相当する画
素ごとに読み出すわけであるが、本実施の形態において
は、画素信号電流が、信号読み出し層２の列電極２１の
各々を介して取り出されて、チャージセンシティブプレ
アンプ５１の積分コンデンサ５２に蓄えられ、電圧信号
として出力されて、図示しないＡ／Ｄ変換器に送られ
る。

【００２６】例えばｉ行のＦＥＴコントロールラインに
駆動信号が与えられて、ｉ行のＦＥＴ３４が全てオンに
なったとすると、そのｉ行の画素電極３１・・３１に相当
する画素の信号が、各列同時に読み出されることにな
る。

【００２７】なお、信号読み出し回路５の積分スイッチ
５３は、上記したＡ／Ｄ変換が終了した後、次の走査に
備えて積分コンデンサ５２を短絡してそのコンデンサ５
２を放電させるためのものである。

【００２８】ここで、本実施の形態においては、信号読
み出し回路５が、半導体層１の走査スイッチ層３とは反
対側の面に配置した列電極２１に接続されているので、
信号読み出し回路５とＦＥＴ３４との間に半導体層１が
介在することになって、その半導体層１の容量効果と、
ＦＥＴ３４のゲートＧと信号読み出し層２の列電極２１
との距離が離れているという距離効果とによって、ＦＥ
Ｔ３４のゲート漏れ電流や、その他の走査スイッチ層３
からのスイッチングノイズが信号読み出しラインに乗り
難くなり信号電流のＳ／Ｎ比が向上する結果、質の高い
画像信号を得ることができる。また、走査スイッチ層３
のＦＥＴ３４のソースＳに接続される共通電極３３を均
一面状導体としているので、シールド効果が生じ、外来
ノイズに影響され難くいという利点もある。

【００２９】次に、本実施の形態の動作を更に具体的に
説明する。図６は、図１に示した構造の２次元放射線検
出器において、画素電極３１・・３１が１０００行×１０
００列のマトリクス状に形成されていて、この画素電極
３１・・３１の全てを走査スイッチ層３により１秒当たり
３０回走査して、毎秒３０フレームで画像信号を出力す
る場合のタイムチャートを示している。

【００３０】図６（Ａ）は、ＦＥＴコントロールライン
のバイアス電圧を基準にした電位を示し、ＦＥＴコント
ロールラインが各行ごとに順次駆動回路４により高い電
圧とされ、その行（例えばｉ行）のＦＥＴ３４がオンと
なる。

【００３１】例えばマトリクス状の画素電極３１・・３１
のｉ行、ｊ列に位置するものに着目すると、その画素に
相当する半導体層１の電位がＸ線入射による電荷蓄積に
よって、図６（Ｂ）のように上昇していたものが、ｉ行
のＦＥＴ３４のオンによってバイアス電圧のレベルに降
下する（なお、図６（Ｂ）はバイアス電圧を基準として
表されている）。

【００３２】これに対応して、ｊ列の信号読み出しライ
ンに（ｉ，ｊ）画素分の信号読み出し電流が図６（Ｃ）
に示すように流れる。この信号電流がチャージセンシチ
ィブプレアンプ５１の積分コンデンサ５２に蓄えられ、
図６（Ｄ）に示すように積分電圧信号として出力され
て、積分スイッチ５３がオンになるまでの間のホールド
期間にＡ／Ｄ変換される。

【００３３】図７は本発明の他の実施の形態の要部構造
を模式的に示す図である。この実施の形態では、画素容
量を構成する半導体層１の一部（画素の端部）に、列電
極２１に沿って延びるスリット状の層で、列電極２１と
画素電極３１の双方に接触する高誘電率物質層１０を形
成したところに特徴があり、このように高誘電率物質層
１０を形成しておくと、図８の等価回路図に示すよう
に、半導体層１による容量に加えて高誘電率物質層１０
による付加容量が並列に接続されることになるので、画
素容量の両端間に生じる電位差の電荷発生に伴う変動幅
を適当な範囲に設定することができる。

【００３４】また、図９の等価回路図に示すように、画
素電極３１と所定の共通電位Ｖａとの間に付加容量１１
を、半導体層１に対して並列となるように接続するとい
う方法を採用しても、先と同様に、画素容量の両端間の
電位差の電荷発生に伴う変動幅を適当な範囲に設定する
ことができる。

【００３５】ここで、以上の実施の形態では、走査スイ
ッチ層３の共通電極３３にバイアス電源３５を接続して
各画素にバイアス電圧を印加する構造としているが、こ
のほか、図１０の等価回路図に示すように、信号読み出
し回路５側にバイアス電源３５を接続するという形態を
採ることもできる。

【００３６】また、以上の実施の形態では、共通電極３
３を均一面状導体としているが、これに代えて、例えば
配線パターン（バイアス線）の引回し等の構成を採用し
ても本発明は実施可能である。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の放射線２
次元検出器によれば、半導体層の一面に信号読み出し層
を配置しその反対側の面に走査スイッチ層を配置して、
スイッチング素子と信号読み出しラインとの間に半導体
層が介在する構造としたから、スイッチングノイズを拾
わず信号電流のＳ／Ｎ比が向上する。その結果、質の高
いＸ線画像信号を得ることができる。

【００３８】また、半導体層の表裏にゲート線とデータ
線（信号読み出し線）を振り分けているので、ゲート線
とデータ線の交差距離が従来に比して１００倍以上とな
りクロストークが減少するとともに、ゲート線の低抵抗
化と、データ線の低抵抗化・低容量化を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の構造を模式的に示す図

【図２】その実施の形態の各層の構造を模式的に示す図

【図３】本発明の実施の形態におけるＦＥＴの接続関係
を模式的に示す図

【図４】本発明の実施の形態の等価回路図

【図５】本発明の実施の形態の１画素分の等価回路図

【図６】本発明の実施の形態の動作を説明するためのタ
イムチャート

【図７】本発明の他の実施の形態の要部構造を模式的に
示す図

【図８】図７に示す実施の形態の１画素分の等価回路図

【図９】本発明の別の実施の形態の１画素分の等価回路
図

【図１０】本発明の更に別の実施の形態の１画素分の等
価回路図

【図１１】従来の２次元放射線検出器の構造を模式的に
示す図

【図１２】図１１に示す２次元放射線検出器の各層の構
造を模式的に示す図

【図１３】図１１に示す２次元放射線検出器のＦＥＴの
接続関係を模式的に示す図

【図１４】図１１に示す２次元放射線検出器の等価回路
図

【符号の説明】

１半導体層２信号読み出し層２１列電極３走査スイッチ層３１画素電極３２行電極３３共通電極３４ＦＥＴ（スイッチング素子）３５バイアス電源４駆動回路５信号読み出し回路５１チャージセンシティブプレアンプ５２積分コンデンサ５３積分スイッチ１０高誘電率物質層１１付加容量

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放射線による像を電荷の画像に変換する
半導体層と、この半導体層を挟むようにその両面にそれ
ぞれ設けられた信号読み出し層及び走査スイッチ層と、
この走査スイッチ層に接続された駆動回路を備え、上記走査スイッチ層は、上記半導体層の表面に各画素に
対応すべくマトリクス状に配置されてなる複数の画素電
極と、各画素に共通のバイアス電圧を印加するための共
通電極と、マトリクス状に配置された画素電極の各々と
共通電極との間にそれぞれ配置されたスイッチング素子
と、この各スイッチング素子に上記駆動回路からの駆動
信号を行ごとに与える行電極を備えており、上記信号読み出し層は、マトリクス状に配置された画素
電極の列に対応して分割された複数の列電極を有し、そ
の列電極の各々が信号読み出しラインに接続されている
ことを特徴とする２次元放射線検出器。
【請求項２】上記信号読み出しラインには、各列電極
で読み出された信号を増幅する素子として、結晶性半導
体からなる増幅器が接続されていることを特徴とする、
請求項１に記載の２次元放射線検出器。
【請求項３】上記列電極と各画素電極との間の、各画
素に相当する部分の半導体層の一部に、それぞれ高誘電
率物質による層が形成されていることを特徴とする、請
求項１または２に記載の２次元放射線検出器。
【請求項４】上記各画素電極と所定の共通電位との間
に付加容量が、半導体層に対して並列となるように接続
されていることを特徴とする、請求項１または２に記載
の２次元放射線検出器。