JPS61156869A - 大型形式光感知デバイス及び該デバイス使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の背景〕 発明の分野 本発明は、大盤の光感知デバイス並びに該デバイスの使
用方法に係わる。

本発明による大型光感知デバイスは、特にＸ線像の検出
に適当であるが、例えば可視光線など他の種類の放射線
の検出にも用いられ得る。

Ｘ線像の検出の分野においては、電気的信号の形態のｘ
ｉｔＷ報を得る目的で、ＸｗＡフィルムの使用を他の適
当な方法に替えることに最近の研究が係わっている。こ
の方法には、儂処理が可能であるとい５重要な利点があ
る。

久豆組亙立肢肛 これまでに開発された゛、フィルムを甲いないラジオグ
ラフィ技術の一例として、Ｘ線で露光され、レーザ光線
で読出されるフラットパネル（ｆｌａｔ　ｐａｒｃｅｌ
ｓ　）の使用がある。また、別の注目すべき例として、
Ｘ線発生体の前を通過する直線状の検出器アレイの使用
も指摘される。

〔発明の概要〕

本発明は、大型形式光感知デバイスの独創的な構造に係
わる。

本発明による大型形式光感知デバイスは、特に次の諸利
点をもたらす。

−例えば３６Ｘ４３♂大の、Ｘ線像形式が達成される可
能性。

−Ｘ線像フィルムカセットのものに等しい小すな外形寸
法。

一従来のラジオクラフイ設備の適合の可能性。

−Ｘ線撮影フィルムのものよりもより高い電気光学的性
能。

−例えば飽和線量、ダイナミックレンジ、解偉力、書込
み時間、像再生時間、像処理等に関して医用ラジオグラ
フィにも適応可能な性能。

−高感度。

一像処理用の電気的信号の高速発生。

本発明による大型形式光感知デバイスは実質的に、僅か
にｎ型にドープされた氷菓添加アモルファスシリコンか
ら成る半導体基板を含み、この基板は第１の面並びにｔ
Ｊｚの面を有し、前記第１の面は互いに重ね合される鎖
素子、即ち、 −前記半導体基板との接合を構成する材料によって中央
に開口部を設けて実質的に矩形に形成された、浮動グリ
ッドと呼称される複数個のパッドであって、行及び列状
に等間隔に配置されるパッド、 一絶縁材料層、 一浮動クリッドの輪郭沿いに配置される複数個の制御グ
リッドのグリッド網 を支持するべく構成されており、また前記第２の面は互
いに重ね合される別の鎖素子、即ち、−浮動グリッドの
中央開口部に対応する位置に配置されるドレインと呼称
される複数個の導電パッド、並び忙浮動グリッド列に配
置されて浮動グリッドを囲繞するソースと呼称される複
数個の梯子形電極、 −６浮動グリッドの行の上方に位置する、ドレイン同士
の接続部 を支持するべく構成されている。

本発明の他の諸特徴は、以下の説明及び添付図■を参照
することによって当業者に明らかとなろ５・ 異なる図において、同じ参照符号は同じ要素を示すが、
明瞭さを増すぺ（様々な要素の寸法及び比率は顧みなか
った。

〔好ましい具体例の説明〕

第１図は、本発明による光感知デバイスの一具体例の斜
視図である。

例えばガラス、アルミナ、石英、あるいは溶融石英のよ
うな絶縁材料から成る基板１はその一方の面を、以下制
御クリッドと呼称する複数個の導電グリッド２のグリッ
ド網によって被覆されている。グリッド２は、第１図に
記号Ｘ及びＹで示した互いに直交する二つの方向に堆積
されている。

制御グリッドを支持した基板１０面は、その全体を例え
ば二酸化ケイ素あるいは窒化ケイ素のような絶縁材料の
層３で被覆されている。

絶縁材料Ｎ３の上には、以下浮動グリッドと呼称する複
数個のパッド４のプレイが堆積されている。

第１図に示した浮動グリッドは矩形の形状を有し、その
中央にはやはり矩形である開口部を具えている。

上記浮動グリッドは、複数の行（方向Ｘ）と複数の列（
方向Ｙ）とから成るマトリクス状に等間隔に配置されて
いる。

浮動グリッドの形成に用いられる材料は、該グリッドを
後述するように被覆する、僅かにｎ型にドープされた水
素添加アモルファスシリコンカラ族る半導体基板５との
接合を構成する。

即ち、浮動グリッドは、例えばｐ型にドープされたアモ
ルファスシリコンあるいは多結晶質シリコンによって形
成され得る・また、ショットキー接合を実現するべく、
浮動グリッドは例えばプラチナのような金属によっても
形成され得る。

容易に了解され得るように、第１図に示した以外の形状
を有する浮動グリッド、即ち例えば正方形あるいは矩形
の中央開口部を具えだ正方形の浮動グリッドを用いるこ
とも可能である。

浮動グリッドの形状がどのようであれ制御グリッド２の
グリッド網は、第１図から知見され得るように、浮動グ
リッドの輪郭を辿るように配置されたグリッド２から成
るものが用いられる。

上記僅かにｎ型にドーグされた水素添加アモルファスシ
リコンの半導体基板５は、浮動グリッド上に堆積されて
いる。

上記のような半導体は、光導電性を有する。僅かにｎ型
にドープされた水素添加アモルファスシリコンを得るた
めに、例えばホウ素のような物質を用いて補償が行なわ
れる。この補償によって、水素添加されたアモルファス
シリコンのｎｍドーピングが低減され得る。

水素添加されたアモルファスシリコンの大型形式パネル
を製造することは、既に公知である。従って、例えば３
６Ｘ４３ｃＩＩＬ　大の形式に対応するラジオグラフィ
上有用な寸法を有する水素添加アモルファスシリコン製
パネルの取得が可能である。゛半導体基板５上には、っ
ぎに２種類の型の電極が堆積されている。

上記電極のうち８Ｆ！１の種類は、浮動グリッド４の中
央開口部に対応する位置に配置された複数個の導電パッ
ドもしくはいわゆるドレインＤから成る。

第２０ｒ４類の電極は梯子形に設計されており、ソース
として知られる。複数個のソースＳは浮動グリッド列沿
Ｌ−）１：、即ち第１図に示した方向Ｙｋ配装されて、
浮動グリッドを￥５繞している。

絶縁材料の層６がっぎに上記電極の上に堆積されており
、この層６は方向１ｍ伸長する各浮動グリッド行の上方
に配ｒＩｔ、すれたドレインＤＩｆＥ士を相互接続する
のに用いられる接続部７及び８を支持するざぐ構成され
ている。接続部７及び８は、酸化インジウムあるいは酸
化第２スズのよ５な透明な導電材料によって形成される
。同様に一層６を構成する絶縁材料も透明でなければな
らない。層６は、窒化ケイ素あるいは酸化ケイ素によっ
て形成され得る。

ドレイン電極り及びソース電極Ｓは、半導体基板５１Ｃ
リンを注入することによって形成され得る。

この注入は、絶縁層６越しに実施され得る。

ドレイン電極り及びソースＩＩ極Ｓはまた、れ型にドー
プされたアモルファスシリコンを得るべ（半導体基板５
を処理した後に、＋７ユノグラフイによって形成するこ
ともできる。

本発明による光感知デバイスがラジオグラフィ像の検出
に用いられる場合、接続部７及び８を支持する絶縁材料
ｆｆｊＧ上にシンチレータ材料）Ｍ９が堆積される。シ
ンチレータ９はＸ線を可視光線忙転換する機能を有し、
前、記可視光線は透明な層６及び接続部７，８を透過し
得る。

シンチレータ９は１例えばアルカリハライド、硫化亜鉛
、硫化カドミラみ、タングステン酸亜鉛、タングステン
酸カドミウム、希土類スルホキシド、ガドリニウムスル
ホキシド等のような材料と有機バインダによって公知の
ように形成される。

絶縁層１は本発明によるデバイスの動作に必須ではな（
、保護的な機能を実質的に果たすものであるという点が
留意されるべきである。

同様に、絶縁層６は、デバイスがラジオグラフィ像の検
出に用いられ、シンチレータの使用ｌ必要とする場合に
は省略され得る。

Ｗｃ続′ａ７を絶縁性のシンチレータ層９上に直接堆積
し、該接続ｍ７とドレイ／Ｄとの間に結合部８を設ける
ことも可能である。このような具体例の一利点は、接続
ｍ７及び８がシンチレータより伝達される放射線を透過
させな（どもよいという点にある。

第２図は、第１図のデバイスの上面図である。

ドレインＤ同士を接続する複数個の接続部７が各１個の
出力増幅器１０に接続されていることが知見される。各
梯子形ソース電極Ｓは、電流源１２と接続されたマルチ
ブレク？１１と接続されている。

出力増幅器１０及びマルチプレクサ１１は、木兄明光感
知デバイスの他の素子同様絶縁基板１上に堆積され得る
。出力増幅器の構成には、例えば多結晶シリコン上に形
成されるＪＦＥＴ）ランジスタを用いることが可能であ
る。

第°１図に示した本発明によるデバイスの断面図である
第３図〜第６図を参照しつつ、本発明デバイスの動作を
以下に説明する。

第３図〜第６図では図示の明瞭化を計って、絶縁層６及
びシンチレータ層９は省略した。

第３図及び第４図は、パネルのゼロリセッテンクを示す
。

正のパルスが制御グリッド２に付与され、このパルスは
容量効果により浮動グリッド４へ伝送される。

従って、浮動グリッド４と半導体基板５とによって構成
されたダイオードは、順方向即ち導電方向へバイアスさ
れる。

負の電荷が浮動グリッド４に蓄積される。時間Ｔ　の経
過後、制御グリッド２は本デバイスの大地電位に復帰す
る。第４図に示すように、浮動グリッドはその負の電荷
を維持し、従って半導体基板５において正の電荷の結合
を誘導する。浮動グリッド４及び半導体基板５によって
構成されたダイオードはカットオフされる。こうして、
周囲のソース電極Ｓと中央のドレインＤとの間の導通は
。

浮動グリッド４上に位置するチャネルを完全に塞ぐこと
Ｋよって阻止されろ。

第５図は、本発明による光感知デバイスへの情報の書込
み方法を示す。

図示したデノ、（イスは、図中波形の矢印によって概略
的に示した光線を受光する０ 上記光線はシンチレータ層から発し得るが、検出される
べき放射線そのものから成ることも可能である。

受光された光は、浮動グリッド４上に位置するチャネル
の深さを増大する。前記チャネルは（第４図に示−ｊよ
うに）デバイスのリセット時に完全に塞がれたことが想
起される０ 第５図は、チャネルの深さが各浮動グリッド４によって
受光される光量に応じて様々であることを概略的に示し
ている０ 第６図は、本発明によるデバイスの受取った光情報の読
出し方法を示す。

読出しの一方法は全増幅器の出力におし・て電流を測定
することＫあつ、その際マルチプレクサ１１は各梯子形
ソースＳを電流源１２と連続的に接続する。

こうして、周囲のソースと中央のドレインとの間の各チ
ャネルの状態が連続的に測定される。

測定されるべき各チャネルは、該チャネルの受光した光
の強度（応じて所定の状態にセットされる。

検出器のソースとドレインとの間に流れる電流の強度か
ら、書込み時に中性化された全電荷が測定される。

ソース及びドレイン間の電流にきわめて様々な変化を生
じさせるＫは、チャネル内で僅かな電荷キャリヤが発生
しさえすれば十分である。

各ドレインに集められる電荷は、読出し時間Ｔに従属す
る。従つ℃デバイスの利得は、読出し時間Ｔを加減する
ことによって調整される。

電荷キャリヤの加熱発生は各チャネルを、外的な励起の
全くの不在下に開く傾向にある。この点を考慮して捕集
された出力信号を修正゛する必要性を回僻するために、
負の鋸波形信号（ａ　ｎｅｇａｔｉｖｅｒａｔｙｌｐ　
−ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｓｉｇｎａｌ　）が制御グリッド
に持続時間Ｔ。の正のパルスに続いて付与される。

上記負の鋸波形信号を、第４図に示す。この信号は浮動
グリッド４に、キャリヤの加熱発生の結果失われた負の
電荷を回復する。負の鋸波形信号は好ましくは、検出器
の読出し時に終了するような持続時間を有する。

本発明によるデバイスの緒特性を、理論的に算出した。

前記緒特性には、飽和線量、ダイナミックレンジ、解像
力、書込み時間、像再生時間等が含まれる。

上記算出のために、各検出器を、中央のドレインの周囲
に直列に並置された４個の直線形電界効果トランジスタ
と見做した。

本発明によるデバイスの緒特性は、医用ラジオグラフィ
に適応可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光感知デバイスの一具体例の斜視
図、第２図は第１図のデバイスの上面図、第３図から第
６図は本発明によるデバイスのリセット、書込み及び読
出しを説明する断面図である。 １・・・絶縁材料基板、　　　　２・・・制御グリッド
、３．６・・・絶縁材料層、　　４・・・浮動グリッド
、５・・・半導体基板、　　　　　７．８・・・接続部
。 ９・・・シンチレータ材料層、 １・０・・・出力ｔＨ幅器、　　　　１１・・・マルチ
プレクサ。 １２・・・電流源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）大形型式の光感知デバイスであつて、僅かにｎ型
   にドープされた水素添加アモルファスシリコンから成る
   半導体基板を含み、この基板は第１の面並びに第２の面
   を有し、前記第１の面は互いに重ね合される諸素子、即
   ち、−前記半導体基板との接合を構成する材料 によつて中央に開口部を設けて実質的に 矩形に形成された、浮動グリッドと呼称 される複数個のパッドであつて、行及び 列状に等間隔に配置されるパッド、 −絶縁材料層、 −浮動グリッドの輪郭沿いに配置される複 数個の制御グリッドのグリッド網 を支持するべく構成されており、また前記第２の面は互
   いに重ね合される別の諸素子、即ち、 −浮動グリッドの中央開口部に対応する位 置に配置されるドレインと呼称される複 数個の導電パッド並びに浮動グリッド列 に配置されて浮動グリッドを囲繞するソ ースと呼称される複数個の梯子形電極、 −各浮動グリッドの行の上方に位置する、 ドレイン同士の接続部 を支持するべく構成されていることを特徴とする光感知
   デバイス。 （２）絶縁材料層が半導体基板の、ドレイン及びソース
   を支持する第２の面を被覆し、同一行のドレイン同士の
   接続部は前記絶縁層によつて支持されることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の光感知デバイス。 （３）シンチレータ層が同一行のドレイン同士の接続部
   を支持する絶縁層を被覆することを特徴とする特許請求
   の範囲第２項に記載の光感知デバイス。 （４）シンチレータ層が半導体基板の、ドレイン及びソ
   ースを支持する第２の面を被覆し、同一行のドレイン同
   士の接続部は前記シンチレータ層によつて支持されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光感知デ
   バイス。 （５）制御グリッド網が絶縁材料層上に堆積されること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のデバイス。 （６）各ドレイン接続部が出力増幅器に接続されること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光感知デバ
   イス。 （７）各梯子形ソース電極が電流源と接続されたマルチ
   プレクサと接続されることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の光感知デバイス。 （８）出力増幅器が制御グリッドを支持する絶縁材料層
   上に形成されることを特徴とする特許請求の範囲第６項
   に記載の光感知デバイス。（９）マルチプレクサが制御
   グリッドを支持する絶縁材料層上に形成されることを特
   徴とする特許請求の範囲第７項に記載の光感知デバイス
   。 （１０）特許請求の範囲第１項に記載の大型形式光感知
   デバイスの使用方法であつて、該デバイスのゼロリセツ
   テングが制御グリッドに正のパルスを付与し、その後前
   記グリッドをデバイスの大地電位に復帰させることによ
   つて実施されることを特徴とする使用方法。 （１１）デバイスの読取りが出力増幅器の出力における
   電流測定によつて実施され、その際マルチプレクサは各
   梯子形ソースを電流源と連続的に接続することを特徴と
   する特許請求の範囲第１０項に記載の方法。 （１２）デバイスのゼロリセツテングが正のパルスに負
   の鋸波形を後続させることによつて実施されることを特
   徴とする特許請求の範囲第 １０項に記載の方法。 （１３）デバイスのゼロリセツテングが正のパルスに負
   の鋸波形を後続させることによつて実施されることを特
   徴とする特許請求の範囲第 １１項に記載の方法。