JPWO2012035583A1 - Radiation detector - Google Patents

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Abstract

この発明の放射線検出器は、硫化アンチモンを主成分とする第2の高抵抗膜におけるアンチモンの組成比を従来よりも高い61mol%以上80mol%としたので、第2の高抵抗膜は従来例よりも金属に近い性質を示す。したがって、放射線の入射時に半導体層の抵抗が低下しても、第2の高抵抗膜に加わる電圧を従来例よりも低くすることができるので、第2の高抵抗膜が絶縁破壊されるのを抑制することができる。その結果、放射線検出動作を繰り返し行っても欠損画素の増加を抑制することができ、耐久性を向上させることができる。In the radiation detector of the present invention, the composition ratio of antimony in the second high resistance film containing antimony sulfide as a main component is set to 61 mol% or more and 80 mol%, which is higher than the conventional one. Also shows properties close to metals. Therefore, even if the resistance of the semiconductor layer is lowered when radiation is incident, the voltage applied to the second high resistance film can be made lower than that of the conventional example, so that the second high resistance film is prevented from being broken down. Can be suppressed. As a result, an increase in defective pixels can be suppressed even when the radiation detection operation is repeated, and durability can be improved.

Description

この発明は、医療分野、工業分野、原子力分野等の放射線の空間分布を計測するための放射線検出器に関する。   The present invention relates to a radiation detector for measuring the spatial distribution of radiation in the medical field, industrial field, nuclear field, and the like.

放射線を直接電荷に変換して電荷を蓄積する直接変換方式の放射線検出器における従来例としては、例えば、図11に示すような構成のものが挙げられる。なお、図11は、従来例に係る放射線検出器の概略構成を示す縦断面図である。   As a conventional example of a direct conversion type radiation detector that directly converts radiation into electric charge and accumulates electric charge, for example, a structure as shown in FIG. FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of a radiation detector according to a conventional example.

従来の放射線検出器は、例えば、アクティブマトリクス基板101と、半導体層103と、電極層105と、キャリア収集電極107とを備えている。半導体層103は、放射線感応型の半導体で構成されている。電極層105は、半導体層103の表面に形成され、所定のバイアス電圧を印加するためのものである。キャリア収集電極107は、半導体層103に放射線が入射することで半導体層103に生じたキャリアを収集するためのものである。アクティブマトリクス基板101は、キャリア収集電極107で収集された電荷を所定のタイミングで放射線検出信号として取り出す。なお、半導体層103としてアモルファス・セレン(a−Se)を用いる場合には、真空蒸着等の方法によって容易に広い領域に厚くアモルファス半導体を成膜できる。したがって、アモルファス・セレン(a−Se)は、大面積厚膜を必要とする2次元アレイ型放射線検出器を構成するのに好適である。   The conventional radiation detector includes, for example, an active matrix substrate 101, a semiconductor layer 103, an electrode layer 105, and a carrier collection electrode 107. The semiconductor layer 103 is made of a radiation sensitive semiconductor. The electrode layer 105 is formed on the surface of the semiconductor layer 103 and is used to apply a predetermined bias voltage. The carrier collecting electrode 107 is for collecting carriers generated in the semiconductor layer 103 when radiation enters the semiconductor layer 103. The active matrix substrate 101 takes out the charges collected by the carrier collection electrode 107 as a radiation detection signal at a predetermined timing. Note that when amorphous selenium (a-Se) is used for the semiconductor layer 103, a thick amorphous semiconductor can be easily formed over a wide region by a method such as vacuum evaporation. Therefore, amorphous selenium (a-Se) is suitable for constructing a two-dimensional array type radiation detector that requires a large-area thick film.

上述したような構成の放射線検出器は、電極層105に高電圧を印加するので、暗電流が問題となる。この問題を抑制するために、電荷注入阻止層109,110をさらに備えたものがある。電荷注入阻止層109は、半導体層103と電極層105との間に通常は形成されているが、電荷注入阻止層109の効果を高めるために、組成比を工夫したものがある。例えば、電荷注入阻止層109を硫化アンチモン(Sb)の合金で形成し、その合金におけるアンチモン(Sb)の組成比を41mol%以上、かつ、60mol%以下とするものがある(例えば、特許文献1参照)。Since the radiation detector having the above-described configuration applies a high voltage to the electrode layer 105, dark current becomes a problem. In order to suppress this problem, some of them further include charge injection blocking layers 109 and 110. The charge injection blocking layer 109 is usually formed between the semiconductor layer 103 and the electrode layer 105, but there is a material whose composition ratio is devised in order to enhance the effect of the charge injection blocking layer 109. For example, the charge injection blocking layer 109 is made of an alloy of antimony sulfide (Sb x S y ), and the composition ratio of antimony (Sb) in the alloy is 41 mol% or more and 60 mol% or less (for example, Patent Document 1).

また、半導体層103がアモルファス・セレンで構成されていると、電極層105と半導体層103との接触部分において界面結晶化が進行する問題がある。界面結晶化が進行すると電荷注入が増加するので、これを抑制するために電荷注入阻止層109と半導体層103との間に抑制層として有機高分子層111を設けることが行われる。この有機高分子層111は、電子輸送性を低下させることがあるので、有機高分子層111の成分を工夫している。例えば、有機高分子層111にカーボンクラスターを加え、その割合を0.01wt%〜50wt%とするものがある(例えば、特許文献2参照)。   Further, when the semiconductor layer 103 is made of amorphous selenium, there is a problem that interface crystallization proceeds at a contact portion between the electrode layer 105 and the semiconductor layer 103. Since charge injection increases as the interface crystallization progresses, an organic polymer layer 111 is provided as a suppression layer between the charge injection blocking layer 109 and the semiconductor layer 103 in order to suppress this. Since this organic polymer layer 111 may reduce the electron transport property, the component of the organic polymer layer 111 is devised. For example, there is one in which carbon clusters are added to the organic polymer layer 111 so that the ratio is 0.01 wt% to 50 wt% (see, for example, Patent Document 2).

また、上記のように電極層105と半導体層103との間に電荷注入阻止層109と有機高分子層111とを積層する構成であっても、高電圧を印加する関係上、半導体層103の端面において沿面放電が生じる恐れがある。この沿面放電を防止するために、有機高分子層111の形成範囲を、半導体層103の平坦部における平均膜厚の10%以上の膜厚を有する部分だけに限定したものがある(例えば、特許文献3参照)。
特開2009−99933号公報(段落番号「0027」〜「0038」、図2,図3) 特開2008−227347号公報(段落番号「0017」〜「0025」、図2,段落番号「0063」〜「0065」、表1) 特開2009−99941号公報(段落番号「0084」〜「0090」、図1)
Further, even when the charge injection blocking layer 109 and the organic polymer layer 111 are stacked between the electrode layer 105 and the semiconductor layer 103 as described above, the semiconductor layer 103 has a structure in which high voltage is applied. Creeping discharge may occur at the end face. In order to prevent this creeping discharge, the formation range of the organic polymer layer 111 is limited to only a portion having a film thickness of 10% or more of the average film thickness in the flat portion of the semiconductor layer 103 (for example, patents). Reference 3).
JP 2009-99933 A (paragraph numbers “0027” to “0038”, FIGS. 2 and 3) JP 2008-227347 A (paragraph numbers “0017” to “0025”, FIG. 2, paragraph numbers “0063” to “0065”, Table 1) JP 2009-99941 A (paragraph numbers “0084” to “0090”, FIG. 1)

従来例は、確かに暗電流を抑制するとともに半導体層103の結晶化を抑制することができ、さらに有機高分子層111による電荷輸送性の低下を抑制できる。しかしながら、従来例の放射線検出器によってX線撮影を繰り返し行うと、欠損画素が増加してX線検出画像の品質が劣化してゆくという問題がある。   The conventional example can surely suppress the dark current, suppress the crystallization of the semiconductor layer 103, and further suppress the decrease in charge transport property due to the organic polymer layer 111. However, when X-ray imaging is repeatedly performed using the conventional radiation detector, there is a problem that the number of defective pixels increases and the quality of the X-ray detection image deteriorates.

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、放射線検出動作を繰り返し行っても欠損画素の増加を抑制して、耐久性の高い放射線検出器を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a highly durable radiation detector that suppresses an increase in defective pixels even when a radiation detection operation is repeatedly performed. .

本発明者等は、上記の問題を解決するために鋭意研究した結果、次のような知見を得た。
従来例では、放射線が入射した際にキャリア電流が流れて半導体層103の抵抗が低下するので、相対的に電荷注入阻止層109に高電圧が加わることが分かった。その際、加わる電圧は、電荷注入阻止層109の抵抗値が大きいほど高くなるが、従来例では、暗電流を抑制することを主眼としており、アンチモン(Sb)の組成比を低くしている関係上、高抵抗な層になっている。そのため、放射線検出動作を繰り返し行うと、電荷注入阻止層109が高電圧に耐えられなくなり、破壊に至って暗電流が増加する箇所が生じる。この箇所は、検出画像に欠損画素として現れ、欠損画素の増加によって検出画像の品質が低下してゆく。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have obtained the following knowledge.
In the conventional example, it was found that when a radiation is incident, a carrier current flows and the resistance of the semiconductor layer 103 decreases, so that a relatively high voltage is applied to the charge injection blocking layer 109. At this time, the applied voltage increases as the resistance value of the charge injection blocking layer 109 increases. However, in the conventional example, the main purpose is to suppress dark current, and the composition ratio of antimony (Sb) is reduced. Above, it is a high resistance layer. For this reason, when the radiation detection operation is repeated, the charge injection blocking layer 109 cannot withstand a high voltage, resulting in a location where the dark current increases due to breakdown. This portion appears as a defective pixel in the detected image, and the quality of the detected image decreases as the number of defective pixels increases.

また、電荷注入阻止層109と有機高分子層111の二層構造とした場合には、電荷注入阻止層109に加わる電圧が有機高分子層111により分圧され、電荷注入阻止層109に加わる電圧が低くなる効果が期待できる。しかし、この分圧の効果は、有機高分子層111に添加するカーボンクラスターの濃度に依存する。つまり、カーボンクラスターの濃度が低すぎると有機高分子層111の抵抗が高くなりすぎるので、有機高分子層111に加わる電圧の方が高くなる。したがって、電荷注入阻止層109よりも先に有機高分子層111が絶縁破壊に至る。そのとき、電荷注入阻止層109の抵抗が高い場合には、分圧効果がなくなるので、電荷注入阻止層109までもが絶縁破壊に至って欠損画素が発生することがわかった。また、カーボンクラスターの濃度が高すぎると、有機高分子層111の抵抗が低くなりすぎるので、有機高分子層111による電荷注入阻止層109との分圧効果が低下し、電荷注入阻止層109の絶縁破壊を抑制することができない。したがって、カーボンクラスターの濃度が低すぎる場合と同様に、欠損画素が発生することもわかった。   Further, when the charge injection blocking layer 109 and the organic polymer layer 111 are in a two-layer structure, the voltage applied to the charge injection blocking layer 109 is divided by the organic polymer layer 111 and the voltage applied to the charge injection blocking layer 109. The effect of lowering can be expected. However, the effect of this partial pressure depends on the concentration of carbon clusters added to the organic polymer layer 111. That is, if the concentration of carbon clusters is too low, the resistance of the organic polymer layer 111 becomes too high, so that the voltage applied to the organic polymer layer 111 becomes higher. Therefore, the organic polymer layer 111 reaches dielectric breakdown before the charge injection blocking layer 109. At that time, when the resistance of the charge injection blocking layer 109 is high, the voltage dividing effect disappears, and it has been found that even the charge injection blocking layer 109 reaches dielectric breakdown and a defective pixel is generated. If the concentration of the carbon cluster is too high, the resistance of the organic polymer layer 111 becomes too low, so that the partial pressure effect of the organic polymer layer 111 with the charge injection blocking layer 109 is reduced. Insulation breakdown cannot be suppressed. Therefore, it was also found that defective pixels occur as in the case where the concentration of carbon clusters is too low.

このような知見に基づくこの発明は、次のように構成されている。   The present invention based on such knowledge is configured as follows.

すなわち、この発明の放射線検出器は、(a)電荷を蓄積する画素が二次元的に配列され、前記各画素から信号を読み出すマトリクス基板と、(b)キャリアを選択的に透過させる第1の高抵抗膜と、(c)放射線の入射によりキャリアを生成する半導体層と、(d)前記半導体層の上面を覆うように形成されているとともに、キャリアを選択して透過させるためにカーボンクラスターまたはその誘導体を含む有機高分子層と、(e)前記半導体層と前記有機高分子層の上面を覆うように形成されているとともに、キャリアを選択的に透過させる第2の高抵抗膜と、(f)前記第2の高抵抗膜を介して前記半導体層にバイアス電圧を印加する電極層と、(g)前記半導体層と、前記第1の高抵抗膜と、前記有機高分子層と、前記電極層とにおける露出面の全体を覆う絶縁樹脂層と、(h)前記絶縁樹脂層を囲う絶縁性の補助板と、がこの順で積層されてなる放射線検出器において、前記第2の高抵抗膜は、硫化アンチモンを主成分とし、そのアンチモン組成比の平均値が61mol%以上80mol%以下で構成されていることを特徴とするものである。   That is, the radiation detector according to the present invention includes (a) a matrix substrate in which pixels for storing electric charges are two-dimensionally arranged and reading signals from the respective pixels; and (b) a first that selectively transmits carriers. A high-resistance film; (c) a semiconductor layer that generates carriers upon incidence of radiation; and (d) a carbon cluster or a carbon cluster for selectively transmitting carriers while being formed so as to cover the upper surface of the semiconductor layer. An organic polymer layer containing the derivative; (e) a second high-resistance film that is formed so as to cover the upper surfaces of the semiconductor layer and the organic polymer layer, and that selectively transmits carriers; f) an electrode layer for applying a bias voltage to the semiconductor layer via the second high resistance film, (g) the semiconductor layer, the first high resistance film, the organic polymer layer, And electrode layer In the radiation detector in which an insulating resin layer covering the entire exposed surface and (h) an insulating auxiliary plate surrounding the insulating resin layer are laminated in this order, the second high resistance film includes: The main component is antimony sulfide, and the average value of the antimony composition ratio is 61 mol% or more and 80 mol% or less.

この発明の放射線検出器によれば、硫化アンチモンを主成分とする第2の高抵抗膜におけるアンチモンの組成比を従来よりも高い61mol%以上80mol%としたので、第2の高抵抗膜は従来例よりも金属に近い性質を示す。したがって、放射線の入射時に半導体層の抵抗が低下しても、第2の高抵抗膜に加わる電圧を従来例よりも低くすることができるので、第2の高抵抗膜が絶縁破壊されるのを抑制することができる。その結果、放射線検出動作を繰り返し行っても欠損画素の増加を抑制することができ、耐久性を向上させることができる。   According to the radiation detector of the present invention, the composition ratio of antimony in the second high resistance film containing antimony sulfide as a main component is 61 mol% or more and 80 mol% higher than the conventional one. It shows properties closer to metals than the examples. Therefore, even if the resistance of the semiconductor layer is lowered when radiation is incident, the voltage applied to the second high resistance film can be made lower than that of the conventional example, so that the second high resistance film is prevented from being broken down. Can be suppressed. As a result, an increase in defective pixels can be suppressed even when the radiation detection operation is repeated, and durability can be improved.

なお、アンチモンの組成比の上限を80mol%としたのは、第2の高抵抗膜は、蒸着により生成するのが一般的であるが、蒸着原料のアンチモン濃度が高いものを用いても、80mol%を超える組成比とするのが技術的に極めて困難であるからである。また、アンチモン組成比が高すぎると金属の性質に近くなりすぎて第2の高抵抗膜としての機能が損なわれる恐れがあることにもよる。   Note that the upper limit of the composition ratio of antimony is set to 80 mol%. The second high-resistance film is generally formed by vapor deposition, but even if a vapor deposition raw material having a high antimony concentration is used, 80 mol% is used. This is because it is technically very difficult to achieve a composition ratio exceeding 100%. In addition, if the antimony composition ratio is too high, it may be too close to the properties of the metal, and the function as the second high resistance film may be impaired.

また、この発明の放射線検出器において、前記第2の高抵抗膜は、アンチモン組成比の平均値が67mol%以上75mol%以下で構成されていることが好ましい。   In the radiation detector of the present invention, it is preferable that the second high resistance film has an average antimony composition ratio of 67 mol% or more and 75 mol% or less.

アンチモン組成比の平均値をこの範囲内とすることにより、第2の高抵抗膜が絶縁破壊されるのを効果的に抑制することができる。   By setting the average value of the antimony composition ratio within this range, it is possible to effectively suppress the dielectric breakdown of the second high resistance film.

また、この発明の放射線検出器において、前記有機高分子層は、カーボンクラスターまたはその誘導体の濃度が11wt%以上30wt%未満で構成されていることが好ましい。   In the radiation detector of the present invention, it is preferable that the organic polymer layer is configured so that the concentration of carbon clusters or derivatives thereof is 11 wt% or more and less than 30 wt%.

有機高分子層のカーボンクラスターまたはその誘導体の濃度をこの範囲内とすると、第2の高抵抗膜の組成比の範囲内で比較的組成比が低くて第2の高抵抗膜が高抵抗であっても、放射線入射時に加わる電圧を第2の高抵抗膜とで適度に分圧することができる。したがって、有機高分子層や第2の高抵抗膜が絶縁破壊される確率が低下するので、欠損画素が発生するのを抑制することができる。また、有機高分子層による適度な分圧効果を得られるので、第2の高抵抗膜を比較的高抵抗のものとすることができる。したがって、第2の高抵抗膜の端縁部で、半導体層の薄い部分に電界が集中することを抑制できるので、半導体層が放電破壊する現象を抑制することができる。   If the concentration of the carbon cluster or derivative thereof in the organic polymer layer is within this range, the composition ratio is relatively low within the range of the composition ratio of the second high resistance film, and the second high resistance film has a high resistance. However, the voltage applied at the time of radiation incidence can be appropriately divided by the second high resistance film. Therefore, since the probability that the organic polymer layer and the second high resistance film are broken down is reduced, the occurrence of defective pixels can be suppressed. In addition, since an appropriate partial pressure effect by the organic polymer layer can be obtained, the second high resistance film can be made to have a relatively high resistance. Therefore, since the electric field can be prevented from concentrating on the thin portion of the semiconductor layer at the edge portion of the second high resistance film, the phenomenon that the semiconductor layer is broken by discharge can be suppressed.

また、この発明の放射線検出器において、前記有機高分子層は、カーボンクラスターまたはその誘導体の濃度が15wt%以上20wt%以下で構成されていることが好ましい。   In the radiation detector of the present invention, it is preferable that the organic polymer layer has a concentration of carbon clusters or derivatives thereof of 15 wt% or more and 20 wt% or less.

有機高分子層のカーボンクラスターまたはその誘導体の濃度をこの範囲内とすると、第2の高抵抗膜の組成比の範囲内で比較的組成比が低くて第2の高抵抗膜が高抵抗であっても、放射線入射時に加わる電圧を第2の高抵抗膜とでより適度に分圧することができる。したがって、有機高分子層や第2の高抵抗膜が絶縁破壊される確率がより低下するので、欠損画素が発生するのをさらに抑制することができる。   If the concentration of the carbon cluster or derivative thereof in the organic polymer layer is within this range, the composition ratio is relatively low within the range of the composition ratio of the second high resistance film, and the second high resistance film has a high resistance. However, the voltage applied at the time of radiation incidence can be more appropriately divided by the second high resistance film. Therefore, since the probability that the organic polymer layer and the second high resistance film are broken down further decreases, it is possible to further suppress the occurrence of defective pixels.

なお、カーボンクラスターまたはその誘導体とは、炭素原子が、炭素−炭素間結合の種類を問わず、数個から数百個結合して形成されている集合体である。但し、100%炭素クラスターのみで構成されている必要はなく、他の原子の混在や、置換基を有するものも含む。カーボンクラスターとしては、フラーレンC60,フラーレンC70、酸化フラーレンなどが挙げられる。フラーレンとは、sp2炭素からなる球状またはラグビーボール場のカーボンクラスターの総称である。   A carbon cluster or a derivative thereof is an aggregate formed by bonding several to several hundred carbon atoms regardless of the type of carbon-carbon bond. However, it is not necessary to be composed only of 100% carbon clusters, and includes a mixture of other atoms and those having a substituent. Examples of the carbon cluster include fullerene C60, fullerene C70, and fullerene oxide. Fullerene is a general term for a carbon cluster of a spherical or rugby ball field composed of sp2 carbon.

また、この発明の放射線検出器において、前記第2の高抵抗膜は、その形成領域端が、前記電極層の外縁よりも外側であって、かつ、前記半導体層の平均膜厚が80%以上の膜厚を有する領域上に位置するように形成され、かつ、前記有機高分子層は、その形成領域端が、前記電極層の外縁と、前記第2の高抵抗層の外縁との間に位置するように形成されていることが好ましい。   In the radiation detector of the present invention, the second high-resistance film has a formation region end outside the outer edge of the electrode layer, and an average film thickness of the semiconductor layer of 80% or more. The organic polymer layer is formed such that the end of the formation region is between the outer edge of the electrode layer and the outer edge of the second high resistance layer. It is preferable to be formed so as to be positioned.

第2の高抵抗膜と有機高分子層が半導体層の膜厚が薄い部分を避けて形成される。したがって、第2の高抵抗膜や有機高分子層の抵抗値が比較的低い場合であっても、第2の高抵抗膜や有機高分子層の端縁部で半導体層の膜厚が薄い部分に電界が集中することを抑制できるので、半導体層が放電破壊する現象を抑制することができる。   The second high resistance film and the organic polymer layer are formed so as to avoid a portion where the semiconductor layer is thin. Therefore, even when the resistance value of the second high resistance film or the organic polymer layer is relatively low, a portion where the film thickness of the semiconductor layer is thin at the edge of the second high resistance film or the organic polymer layer Since the electric field can be prevented from concentrating on the semiconductor layer, the phenomenon that the semiconductor layer is broken by discharge can be suppressed.

この発明に係る放射線検出器によれば、硫化アンチモンを主成分とする第2の高抵抗膜におけるアンチモンの組成比を従来よりも高い61mol%以上80mol%としたので、第2の高抵抗膜は従来例よりも金属に近い性質を示す。したがって、放射線の入射時に半導体層の抵抗が低下しても、第2の高抵抗膜に加わる電圧を従来例よりも低くすることができるので、第2の高抵抗膜が絶縁破壊されるのを抑制することができる。その結果、放射線検出動作を繰り返し行っても欠損画素の増加を抑制することができ、耐久性を向上させることができる。   According to the radiation detector of the present invention, the composition ratio of antimony in the second high resistance film containing antimony sulfide as a main component is set to 61 mol% or more and 80 mol%, which is higher than the conventional one. It shows properties that are closer to metals than conventional examples. Therefore, even if the resistance of the semiconductor layer is lowered when radiation is incident, the voltage applied to the second high resistance film can be made lower than that of the conventional example, so that the second high resistance film is prevented from being broken down. Can be suppressed. As a result, an increase in defective pixels can be suppressed even when the radiation detection operation is repeated, and durability can be improved.

実施例に係る放射線検出器の概略構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows schematic structure of the radiation detector which concerns on an Example. アクティブマトリクス基板と外部回路との接続関係を示す図である。It is a figure which shows the connection relation of an active matrix substrate and an external circuit. アクティブマトリクス基板の要部を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the principal part of an active matrix substrate. 試験用検出器1についてアンチモン組成比を定量した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having quantified antimony composition ratio about detector 1 for a test. 試験用検出器1についてX線照射による欠損画素の増加の様子を示すグラフである。It is a graph which shows the mode of the increase of the defect pixel by X-ray irradiation about the detector 1 for a test. 試験用検出器2についてアンチモン組成比を定量した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having quantified antimony composition ratio about detector 2 for a test. 試験用検出器2についてX線照射による欠損画素の増加の様子を示すグラフである。It is a graph which shows the mode of the increase of the defect pixel by X-ray irradiation about the detector 2 for a test. 試験用検出器2について欠損画素の発生状態を示す写真である。6 is a photograph showing the state of occurrence of defective pixels in the test detector 2; 比較用用検出器についてアンチモン組成比を定量した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having quantified antimony composition ratio about the detector for a comparison. 比較用検出器についてX線照射による欠損画素の増加の様子を示すグラフである。It is a graph which shows the mode of the increase in the defect pixel by X-ray irradiation about the detector for a comparison. 従来例に係る放射線検出器の概略構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows schematic structure of the radiation detector which concerns on a prior art example.

1 … アクティブマトリクス基板
3 … 第1の高抵抗膜
5 … 半導体層
7 … 有機高分子層
9 … 第2の高抵抗膜
11 … 電極層
13 … スペーサ
15 … 補助板
17 … 絶縁性樹脂層
DU … 検出素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Active matrix substrate 3 ... 1st high resistance film 5 ... Semiconductor layer 7 ... Organic polymer layer 9 ... 2nd high resistance film 11 ... Electrode layer 13 ... Spacer 15 ... Auxiliary plate 17 ... Insulating resin layer DU ... Detection element

以下、図面を参照してこの発明の一実施例について説明する。図1は、実施例に係る放射線検出器の概略構成を示す縦断面図である。   An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view illustrating a schematic configuration of a radiation detector according to an embodiment.

放射線検出器は、アクティブマトリクス基板1と、第1の高抵抗膜3と、半導体層5と、有機高分子層7と、第2の高抵抗膜9と、電極層11と、スペーサ13と、補助板15と、絶縁性樹脂層17とを備えている。   The radiation detector includes an active matrix substrate 1, a first high resistance film 3, a semiconductor layer 5, an organic polymer layer 7, a second high resistance film 9, an electrode layer 11, a spacer 13, An auxiliary plate 15 and an insulating resin layer 17 are provided.

アクティブマトリクス基板1は、詳細を後述するが、放射線の入射に伴う電荷を読み出す機能を有する。第1の高抵抗膜3は、キャリアを選択的に透過させる機能を備え、硫化アンチモンの合金によりアクティブマトリクス基板1の上に成膜されている。成膜は、例えば、真空蒸着によって行われ、約2μmの厚さを有する。半導体層5は、放射線の入射によりキャリアを生成し、例えば、アモルファス・セレン(a−Se)により第1の高抵抗膜3の上面に形成されている。半導体層5の形成は、例えば、真空蒸着によって行われ、最厚部で1mm程度の厚みを有する。   Although described in detail later, the active matrix substrate 1 has a function of reading out charges associated with the incidence of radiation. The first high-resistance film 3 has a function of selectively transmitting carriers, and is formed on the active matrix substrate 1 with an antimony sulfide alloy. The film formation is performed by, for example, vacuum deposition and has a thickness of about 2 μm. The semiconductor layer 5 generates carriers by the incidence of radiation, and is formed on the upper surface of the first high resistance film 3 by, for example, amorphous selenium (a-Se). The semiconductor layer 5 is formed by, for example, vacuum vapor deposition, and has a thickness of about 1 mm at the thickest portion.

有機高分子層7は、半導体層5の界面結晶化を抑制する機能と、キャリアを選択して透過させる機能を有し、半導体層5の上面に形成されている。有機高分子層7は、例えば、インクジェット法で0.2μm程度の厚さで塗布した後、乾燥して形成されている。有機高分子層7は、例えば、アクリル系有機樹脂、ポリイミド、BCB、PVA、アクリル、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド等の有機ポリマーを含む。さらに、有機高分子層7は、カーボンクラスターとその誘導体を含む。カーボンクラスターまたはその誘導体とは、炭素原子が炭素−炭素間結合の種類に係わらず、数個から数百個結合して形成されている集合体である。カーボンクラスターは、100%炭素クラスターだけで構成されている必要はなく、他の原子の混在や、置換基を含んでいてもよい。カーボンクラスターは、例えば、フラーレン類の一種あるいは数種を含む。また、フラーレンとは、sp2炭素からなる球状またはラグビーボール状のカーボンクラスターの総称である。一般的に、C60,C70,C76,C78,C84等が挙げられる。有機高分子層7に含まれるカーボンクラスターまたはその誘導体の濃度は、後述する所定の範囲であることが好ましい。   The organic polymer layer 7 has a function of suppressing interface crystallization of the semiconductor layer 5 and a function of selectively transmitting carriers, and is formed on the upper surface of the semiconductor layer 5. The organic polymer layer 7 is formed by, for example, applying a thickness of about 0.2 μm by an inkjet method and then drying. The organic polymer layer 7 includes, for example, an organic polymer such as acrylic organic resin, polyimide, BCB, PVA, acrylic, polyethylene, polycarbonate, and polyetherimide. Further, the organic polymer layer 7 includes carbon clusters and derivatives thereof. A carbon cluster or a derivative thereof is an aggregate formed by bonding several to several hundred carbon atoms regardless of the type of carbon-carbon bond. The carbon cluster does not need to be composed of only 100% carbon cluster, and may contain a mixture of other atoms or a substituent. The carbon cluster includes, for example, one or several fullerenes. In addition, fullerene is a general term for spherical or rugby ball-like carbon clusters made of sp2 carbon. Generally, C60, C70, C76, C78, C84 etc. are mentioned. The concentration of carbon clusters or derivatives thereof contained in the organic polymer layer 7 is preferably within a predetermined range described later.

第2の高抵抗膜9は、キャリアを選択的に透過させる機能を備え、有機高分子層7の上面を覆うように被着されている。第2の高抵抗膜9の成膜は、上述した第1の高抵抗膜3と同様に行われ、例えば、約1μmの厚さにされている。第2の高抵抗膜9は、第1の高抵抗膜3と同様に硫化アンチモンの合金により構成されている。但し、その組成比は、後述する所定範囲内とするのが好ましい。   The second high resistance film 9 has a function of selectively transmitting carriers, and is attached so as to cover the upper surface of the organic polymer layer 7. The second high resistance film 9 is formed in the same manner as the first high resistance film 3 described above, and has a thickness of about 1 μm, for example. The second high resistance film 9 is made of an antimony sulfide alloy, like the first high resistance film 3. However, the composition ratio is preferably within a predetermined range described later.

電極層11は、図示しないバイアス電圧供給部からバイアス電圧が印加される。電極層11は、例えば、金(Au)で形成されている。その形成は、例えば、真空蒸着によって行われ、約0.1μmの厚さに形成されている。   A bias voltage is applied to the electrode layer 11 from a bias voltage supply unit (not shown). The electrode layer 11 is made of, for example, gold (Au). The formation is performed, for example, by vacuum deposition, and is formed to a thickness of about 0.1 μm.

スペーサ13は、アクティブマトリクス基板1の外縁付近に立設され、上述したアクティブマトリクス基板1に積層された各種膜や層を保護する空間を形成している。補助板15は、スペーサ13で囲われた空間を閉塞している。この補助板15は、アクティブマトリクス基板1と同程度の熱膨張率であって、放射線の透過率が高いものが好ましく、具体的な材料としては、例えば、ホウケイ酸ガラスや石英ガラスが好ましい。絶縁性樹脂層17は、スペーサ13と、補助板15と、アクティブマトリクス基板1とで形成されている空間を満たすように注入されている。絶縁性樹脂層17の材料としては、絶縁性が高く、硬度が高く、接着性も良好なものが好適であり、例えば、エポキシ樹脂が挙げられる。   The spacer 13 is erected in the vicinity of the outer edge of the active matrix substrate 1 and forms a space for protecting various films and layers stacked on the active matrix substrate 1 described above. The auxiliary plate 15 closes the space surrounded by the spacers 13. The auxiliary plate 15 preferably has a thermal expansion coefficient comparable to that of the active matrix substrate 1 and a high radiation transmittance. Specific examples of the auxiliary plate 15 include borosilicate glass and quartz glass. The insulating resin layer 17 is injected so as to fill a space formed by the spacer 13, the auxiliary plate 15, and the active matrix substrate 1. As a material for the insulating resin layer 17, a material having high insulation, high hardness, and good adhesiveness is suitable, and examples thereof include an epoxy resin.

上述した第2の高抵抗膜9は、電極層11の外縁よりも外側に、その外縁が位置するように形成されていることが好ましい。さらに、その位置を満たすとともに、次のような半導体層5の膜厚との関係を満たすことが好ましい。つまり、半導体層5の平均膜厚の80%以上の膜厚を有する半導体層5の領域に第2の高抵抗膜9を形成する。例えば、図1で示すように、半導体層5の肩の部分から中央部を含む領域Rgにのみ第2の高抵抗膜9が形成されるようにする。   The second high-resistance film 9 described above is preferably formed so that the outer edge is located outside the outer edge of the electrode layer 11. Further, it is preferable that the position is satisfied and the following relationship with the film thickness of the semiconductor layer 5 is satisfied. That is, the second high resistance film 9 is formed in the region of the semiconductor layer 5 having a thickness of 80% or more of the average thickness of the semiconductor layer 5. For example, as shown in FIG. 1, the second high resistance film 9 is formed only in the region Rg including the central portion from the shoulder portion of the semiconductor layer 5.

また、有機高分子層7は、電極層11の外縁と、第2の高抵抗膜9の外縁との間に、その外縁が位置するように形成されていることが好ましい。   The organic polymer layer 7 is preferably formed so that the outer edge is located between the outer edge of the electrode layer 11 and the outer edge of the second high resistance film 9.

これらの形成条件(以下、この形成条件を「固有形成条件」と称する)を満たすと、第2の高抵抗膜9と有機高分子層7が半導体層5の膜厚が薄い部分を避けて形成されることになる。したがって、第2の高抵抗膜9や有機高分子層7の抵抗値が比較的低い場合であっても、第2の高抵抗膜9や有機高分子層7の端縁部で半導体層5の膜厚が薄い部分に電界が集中することを抑制できるので、半導体層5が放電破壊する現象を抑制することができる。   When these formation conditions (hereinafter referred to as “inherent formation conditions”) are satisfied, the second high resistance film 9 and the organic polymer layer 7 are formed so as to avoid the portion where the semiconductor layer 5 is thin. Will be. Therefore, even when the resistance value of the second high resistance film 9 or the organic polymer layer 7 is relatively low, the edge of the second high resistance film 9 or the organic polymer layer 7 is not affected Since it is possible to suppress the concentration of the electric field in the portion where the film thickness is thin, it is possible to suppress the phenomenon that the semiconductor layer 5 is damaged by discharge.

ここで、図2及び図3を参照する。なお、図2は、アクティブマトリクス基板と外部回路との接続関係を示す図であり、図3は、アクティブマトリクス基板の要部を示す縦断面図である。なお、図3では、説明の都合上、上述した第1の高抵抗膜3、有機高分子層7、第2の高抵抗膜9を図示省略してある。   Reference is now made to FIGS. 2 is a diagram showing a connection relationship between the active matrix substrate and an external circuit, and FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a main part of the active matrix substrate. In FIG. 3, the first high resistance film 3, the organic polymer layer 7, and the second high resistance film 9 are not shown for convenience of explanation.

アクティブマトリクス基板1は、検出素子DUが二次元マトリクス状に配置されて、ガラス等の絶縁基板21にパターン形成されている。また、アクティブマトリクス基板1は、キャリア収集電極23と、コンデンサCaと、薄膜トランジスタTrとを備えている。キャリア収集電極23は、半導体層5で変換された電荷信号を収集する。コンデンサCaは、キャリア収集電極23で収集された電荷信号を蓄積する。薄膜トランジスタTrは、外部信号によりオンオフに切り換えられ、コンデンサCaに蓄積された電荷信号を読み出すスイッチング素子である。本願発明における「画素」に相当する一つの検出素子DUは、キャリア収集電極23と、コンデンサCaと、薄膜トランジスタTrと、これらに応じた領域の半導体層5及び電極層11の一組で構成されている。電極層11にはバイアス電圧Vaが印加される。なお、ここでは、説明の理解を容易にするために、便宜上、アクティブマトリクス基板1の二次元マトリクスが10×10個の検出素子DUで構成されているものとする。   The active matrix substrate 1 has detection elements DU arranged in a two-dimensional matrix and is patterned on an insulating substrate 21 such as glass. The active matrix substrate 1 includes a carrier collection electrode 23, a capacitor Ca, and a thin film transistor Tr. The carrier collection electrode 23 collects the charge signal converted by the semiconductor layer 5. The capacitor Ca accumulates the charge signal collected by the carrier collection electrode 23. The thin film transistor Tr is a switching element that is turned on and off by an external signal and reads a charge signal accumulated in the capacitor Ca. One detection element DU corresponding to the “pixel” in the present invention is composed of a set of a carrier collection electrode 23, a capacitor Ca, a thin film transistor Tr, and a semiconductor layer 5 and an electrode layer 11 in a region corresponding to these. Yes. A bias voltage Va is applied to the electrode layer 11. Here, in order to facilitate understanding of the description, it is assumed that the two-dimensional matrix of the active matrix substrate 1 is composed of 10 × 10 detection elements DU for convenience.

また、アクティブマトリクス基板1は、ゲートラインG1〜G10とデータラインD1〜D10とを備えている。ゲートラインG1〜G10は、検出素子DUの行ごとに薄膜トランジスタTrのゲートに電気的に接続されている。データラインD1〜D10は、検出素子DUの列ごとに薄膜トランジスタTrの読み出し側に電気的に接続されている。なお、以下の説明において、ゲートラインG1〜G10及びデータラインD1〜D10を特に区別しない場合には、ゲートラインG及びデータラインDと称する。   The active matrix substrate 1 includes gate lines G1 to G10 and data lines D1 to D10. The gate lines G1 to G10 are electrically connected to the gate of the thin film transistor Tr for each row of the detection elements DU. The data lines D1 to D10 are electrically connected to the reading side of the thin film transistor Tr for each column of the detection elements DU. In the following description, the gate lines G1 to G10 and the data lines D1 to D10 are referred to as the gate line G and the data line D unless particularly distinguished.

ゲートラインG1〜G10には、ゲート駆動回路25が接続されている。また、データラインD1〜D10には、電荷電圧変換アンプ27と、マルチプレクサ29と、A/D変換器31とがその順に接続されている。   A gate drive circuit 25 is connected to the gate lines G1 to G10. In addition, a charge-voltage conversion amplifier 27, a multiplexer 29, and an A / D converter 31 are connected to the data lines D1 to D10 in that order.

ゲート駆動回路25は、ゲートラインGに電圧を印加することで、薄膜トランジスタTrをオンにさせ、コンデンサCaに蓄積された電荷信号をデータラインDから電荷電圧変換アンプ27に出力させる。電荷電圧変換アンプ27は、受け取った電荷信号を電圧信号に変換する。マルチプレクサ29は、複数の電圧信号を一つの電圧信号にして出力する。A/D変換器31は、マルチプレクサ29からの電圧信号をデジタル信号に変換する。図示省略しているが、A/D変換器31の後段には処理部が接続されており、複数の電圧信号に基づいてX線透視画像を生成する。   The gate drive circuit 25 applies a voltage to the gate line G to turn on the thin film transistor Tr and output the charge signal stored in the capacitor Ca from the data line D to the charge voltage conversion amplifier 27. The charge-voltage conversion amplifier 27 converts the received charge signal into a voltage signal. The multiplexer 29 outputs a plurality of voltage signals as one voltage signal. The A / D converter 31 converts the voltage signal from the multiplexer 29 into a digital signal. Although not shown, a processing unit is connected to the subsequent stage of the A / D converter 31 and generates a fluoroscopic image based on a plurality of voltage signals.

次に、上述した構成の放射線検出器について作成した試験用の二種類のサンプルについて説明する。   Next, two types of test samples prepared for the radiation detector having the above-described configuration will be described.

<試験用検出器1>
ここで、図4及び図5を参照する。なお、図4は、試験用検出器1についてアンチモン組成比を定量した結果を示すグラフであり、図5は、試験用検出器1についてX線照射による欠損画素の増加の様子を示すグラフである。
<Test detector 1>
Reference is now made to FIGS. FIG. 4 is a graph showing the result of quantifying the antimony composition ratio for the test detector 1, and FIG. 5 is a graph showing an increase in the number of defective pixels due to X-ray irradiation for the test detector 1. .

試験用検出器1は、アンチモン組成比が45mol%の硫化アンチモン原料を使用し、真空蒸着により第2の高抵抗膜9を形成したものである。図4は、X線光電子分光分析(X-ray photoelectron spectroscopy)を用いてX線光電子分光スペクトルを測定し、試験用検出器1における第2の高抵抗膜9の構成元素を定量した結果を示す。ここで、横軸のSiO2 equivalent sputter depth(SiO2等価深さ)は、表面からの深さを表し、Sbの膜厚に換算すると図中200nmが約1μmに相当する。縦軸のAtomic Concentrationは構成元素の濃度を示す。凡例中の例えばSb(Sb)の括弧内は、アンチモンSbの電子軌道を表す。この定量結果から、試験用検出器1の第2の高抵抗膜9は、硫化アンチモンSbにおけるアンチモンSbの組成比が67%〜75%の範囲にあることがわかる。なお、深さがゼロ付近にあたる第2の高抵抗膜9の表面付近に炭素Cが検出されている。これは、第2の高抵抗膜9の表面に生じる自然酸化膜等に含まれていたものである。したがって、この炭素Cが急減する箇所が第2の高抵抗膜9の実質的な表面を示す。また、200nm付近からインジウムInが増加している。これは組成分析用の第2の高抵抗膜9をITO(Indium Tin Oxide)電極を形成したガラス基板の上に成膜しているからであり、これが増加する前までが第2の高抵抗膜9であることを示す。The test detector 1 uses an antimony sulfide raw material having an antimony composition ratio of 45 mol% and forms a second high resistance film 9 by vacuum deposition. FIG. 4 shows the result of measuring the X-ray photoelectron spectroscopy spectrum using X-ray photoelectron spectroscopy and quantifying the constituent elements of the second high resistance film 9 in the test detector 1. . Here, the SiO 2 equivalent sputter depth (SiO 2 equivalent depth) on the horizontal axis represents the depth from the surface, and 200 nm in the figure corresponds to about 1 μm in terms of the film thickness of Sb x S y . Atomic Concentration on the vertical axis indicates the concentration of the constituent elements. In the legend, for example, the parenthesis of Sb (Sb 3 d 5 ) represents the electron orbit of antimony Sb. From this quantitative result, it can be seen that the composition ratio of antimony Sb in the antimony sulfide Sb x S y in the second high resistance film 9 of the test detector 1 is in the range of 67% to 75%. Carbon C is detected in the vicinity of the surface of the second high resistance film 9 whose depth is near zero. This is included in a natural oxide film or the like generated on the surface of the second high resistance film 9. Therefore, the location where the carbon C rapidly decreases indicates the substantial surface of the second high resistance film 9. Further, indium In increases from around 200 nm. This is because the second high resistance film 9 for composition analysis is formed on a glass substrate on which an ITO (Indium Tin Oxide) electrode is formed, and before the increase, the second high resistance film 9 is formed. 9 is shown.

また、試験用検出器1の有機高分子層7は、有機化合物としてのo−ジクロロベンゼンに、ポリマーとして2.5wt%のポリカーボネート樹脂とフラーレンC60を溶解させた塗布溶液により作製した。最適なフラーレンC60濃度を見積もるために、ポリカーボネート樹脂に対するフラーレンC60濃度が15wt%、30wt%、45wt%の溶液を作製し、半導体層5の上に塗り分けを行った。具体的には、一つの半導体層5の上に帯状に、フラーレンC60濃度が15wt%、30wt%、45wt%の溶液を塗布した。また、半導体層5が面状であり、塗布場所に起因して有意差が生じないように、三種類の濃度での塗布帯領域を一組として、これを面内に重複しないように繰り返し塗布した。   Further, the organic polymer layer 7 of the test detector 1 was prepared by a coating solution in which 2.5 wt% polycarbonate resin and fullerene C60 were dissolved in o-dichlorobenzene as an organic compound. In order to estimate the optimum fullerene C60 concentration, solutions having fullerene C60 concentrations of 15 wt%, 30 wt%, and 45 wt% with respect to the polycarbonate resin were prepared and applied onto the semiconductor layer 5 separately. Specifically, a solution having fullerene C60 concentrations of 15 wt%, 30 wt%, and 45 wt% was applied on one semiconductor layer 5 in a strip shape. In addition, the semiconductor layer 5 is planar, and it is applied repeatedly so that there is no overlap in the plane with a set of three application band regions so that there is no significant difference due to the application location. did.

この試験用検出器1に対して強いX線を照射して欠損画素が増加する様子を測定した。X線の照射条件は、距離が1.3mで、管電圧120kV、管電流360mAとした。そして、その条件のX線を30秒ごとに0.1秒間照射した。1回の照射線量は、2.17mGy(ミリグレイ)であり、これは約5,000回で平均的な医療用胸部X線診断装置における1年分の使用線量に相当する。図5に示すように、試験用検出器1では、フラーレンC60濃度が15wt%〜45wt%のいずれの領域も、30,000回のX線照射であっても欠損画素が10個以下であった。   This test detector 1 was irradiated with intense X-rays to measure how the defective pixels increased. The X-ray irradiation conditions were a distance of 1.3 m, a tube voltage of 120 kV, and a tube current of 360 mA. Then, X-rays under that condition were irradiated every 30 seconds for 0.1 second. The dose of one irradiation is 2.17 mGy (milli gray), which corresponds to the dose used for one year in an average medical chest X-ray diagnostic apparatus at about 5,000 times. As shown in FIG. 5, in the test detector 1, in any region where the fullerene C60 concentration was 15 wt% to 45 wt%, the number of missing pixels was 10 or less even when 30,000 times of X-ray irradiation was performed. .

<試験用検出器2>
ここで、図6及び図7を参照する。図6は、試験用検出器2についてアンチモン組成比を定量した結果を示すグラフであり、図7は、試験用検出器2についてX線照射による欠損画素の増加の様子を示すグラフである。
<Test detector 2>
Reference is now made to FIGS. FIG. 6 is a graph showing the result of quantifying the antimony composition ratio for the test detector 2, and FIG. 7 is a graph showing an increase in defective pixels due to X-ray irradiation for the test detector 2.

試験用検出器2は、アンチモン組成比が44mol%の硫化アンチモン原料を使用し、真空蒸着により第2の高抵抗膜9を形成したものである。図6は、X線光電子分光分析を用いた定量結果であり、これから試験用検出器2の第2の高抵抗膜9は、硫化アンチモンSbにおけるアンチモンSbの組成比が61%〜69%の範囲にあることがわかる。The test detector 2 uses an antimony sulfide raw material having an antimony composition ratio of 44 mol% and forms a second high resistance film 9 by vacuum deposition. FIG. 6 shows quantitative results using X-ray photoelectron spectroscopy, and the second high resistance film 9 of the test detector 2 has an antimony Sb composition ratio of 61% to 69 in antimony sulfide Sb x S y . It can be seen that it is in the range of%.

また、有機高分子層7は、ポリカーボネート樹脂に対するフラーレンC60濃度が10wt%、15wt%、20wt%、30wt%の溶液を作製し、半導体層5の上に塗り分けを行った。具体的には、一つの半導体層5の上に帯状に、フラーレンC60濃度が10wt%、15wt%、20wt%、30wt%の溶液を塗布した。また、半導体層5が面状であり、塗布場所に起因して有意差が生じないように、四種類の濃度での塗布帯領域を一組として、これを面内に重複しないように繰り返し塗布した。なお、アクティブマトリクス基板1における画素数は2880×2880であり、上記の一つの塗布帯では120×2880となる。   For the organic polymer layer 7, solutions having fullerene C60 concentrations of 10 wt%, 15 wt%, 20 wt%, and 30 wt% with respect to the polycarbonate resin were prepared and applied onto the semiconductor layer 5 separately. Specifically, a solution having fullerene C60 concentrations of 10 wt%, 15 wt%, 20 wt%, and 30 wt% was applied on one semiconductor layer 5 in a strip shape. In addition, the semiconductor layer 5 is planar and is applied repeatedly so as not to overlap in the plane with a set of application band regions at four different concentrations so that no significant difference occurs due to the application location. did. Note that the number of pixels in the active matrix substrate 1 is 2880 × 2880, and 120 × 2880 in the above one coating zone.

上述した照射条件と同じ条件下で、試験用検出器2の欠損画素が増加する様子を測定した。その結果が図7である。試験用検出器2では、フラーレンC60濃度が10wt%と30wt%の領域では、20,000回の照射で欠損画素が100個以下であった。また、フラーレンC60濃度が15wt%と20wt%の領域では、30,000回の照射で欠損画素が100個以下であった。   The state in which the number of defective pixels of the test detector 2 increases was measured under the same conditions as the irradiation conditions described above. The result is shown in FIG. In the test detector 2, in the regions where the fullerene C60 concentrations were 10 wt% and 30 wt%, the number of defective pixels was 100 or less after 20,000 irradiations. In the regions where the fullerene C60 concentrations were 15 wt% and 20 wt%, the number of defective pixels was 100 or less after 30,000 irradiations.

ここで図8を参照する。なお、図8は、試験用検出器2について欠損画素の発生状態を示す写真である。   Reference is now made to FIG. FIG. 8 is a photograph showing the state of occurrence of defective pixels in the test detector 2.

この写真は、試験用検出器2に上記の照射条件で37,500回のX線照射を行った後の欠損画素の発生状態を示している。写真の上部と下部は、試験用検出器2における異なる二カ所の領域を示し、写真中の白点が欠損画素を示す。この写真から明らかなように、フラーレンC60濃度が10wt%と30wt%の領域において多数の欠損画素が発生しているのがわかる。   This photograph shows the state of occurrence of defective pixels after the test detector 2 is irradiated with X-rays 37,500 times under the above-described irradiation conditions. The upper part and the lower part of the photograph show two different areas in the test detector 2, and the white dots in the photograph indicate defective pixels. As is apparent from this photograph, it can be seen that a large number of defective pixels are generated in regions where the fullerene C60 concentrations are 10 wt% and 30 wt%.

以上の結果に基づき、第2の高抵抗膜9における硫化アンチモンのアンチモン組成比が67mol%以上75mol%以下であれば、有機高分子層7におけるフラーレンC60濃度が10wt%〜45wt%の広い範囲で、X線照射を繰り返し行っても欠損画素の増加を抑制できることがわかった。また、第2の高抵抗膜9における硫化アンチモンのアンチモン組成比が61mol%から69mol%と比較的低くなっても、有機高分子層7におけるフラーレンC60濃度が15wt%から30wt%未満、好ましくは15wt%から20wt%に限定すれば、欠損画素の増加を抑制できることがわかった。   Based on the above results, if the antimony sulfide antimony composition ratio in the second high resistance film 9 is 67 mol% or more and 75 mol% or less, the fullerene C60 concentration in the organic polymer layer 7 is in a wide range of 10 wt% to 45 wt%. It has been found that the increase in defective pixels can be suppressed even when X-ray irradiation is repeated. Even if the antimony composition ratio of antimony sulfide in the second high resistance film 9 is relatively low from 61 mol% to 69 mol%, the fullerene C60 concentration in the organic polymer layer 7 is 15 wt% to less than 30 wt%, preferably 15 wt%. It was found that if the amount was limited to 20% by weight, the increase in defective pixels could be suppressed.

なお、硫化アンチモンのアンチモン組成比の上限を80wt%とした。これは、第2の高抵抗膜9は、蒸着により生成するのが一般的であるが、蒸着原料のアンチモン濃度が高いものを用いても、第2の高抵抗膜9においてアンチモン組成比が80mol%を超えるものとするのが技術的に極めて困難であるからである。また、アンチモン組成比が高すぎると金属の性質に近くなりすぎて第2の高抵抗膜9としての機能が低下し、第2の高抵抗膜9の端縁部における半導体層5の薄い部分に電界が集中し、半導体層5が放電破壊することにもよる。   The upper limit of the antimony composition ratio of antimony sulfide was 80 wt%. This is because the second high-resistance film 9 is generally produced by vapor deposition, but the antimony composition ratio in the second high-resistance film 9 is 80 mol even if the vapor deposition raw material having a high antimony concentration is used. It is because it is very difficult technically to make it more than%. On the other hand, if the antimony composition ratio is too high, the properties of the second high-resistance film 9 are deteriorated because the properties of the second high-resistance film 9 are too low, and the thin portion of the semiconductor layer 5 is formed at the edge of the second high-resistance film 9. It also depends on the concentration of the electric field and the breakdown of the semiconductor layer 5.

また、硫化アンチモンのアンチモン組成比が61wt%から80wt%以下の場合でも、抵抗が低下して第2の高抵抗膜9の端縁部において電位が上昇する可能性がある。しかし、上述した第2の高抵抗膜9及び有機高分子層7の固有形成条件を満たしておくと、電位が上昇しても半導体層5の薄い部分に電界が集中することを抑制できるので、半導体層5の放電破壊を抑制できる。   Further, even when the antimony composition ratio of antimony sulfide is 61 wt% to 80 wt% or less, there is a possibility that the resistance decreases and the potential increases at the edge portion of the second high resistance film 9. However, if the specific formation conditions of the second high-resistance film 9 and the organic polymer layer 7 described above are satisfied, the electric field can be prevented from concentrating on a thin portion of the semiconductor layer 5 even if the potential is increased. The discharge breakdown of the semiconductor layer 5 can be suppressed.

<比較用検出器>
ここで、図9及び図10を参照する。なお、図9は、比較用用検出器についてアンチモン組成比を定量した結果を示すグラフであり、図10は、比較用検出器についてX線照射による欠損画素の増加の様子を示すグラフである。
<Comparative detector>
Reference is now made to FIGS. FIG. 9 is a graph showing the result of quantifying the antimony composition ratio for the comparative detector, and FIG. 10 is a graph showing how the number of defective pixels increases due to X-ray irradiation for the comparative detector.

比較用検出器は、アンチモン組成比が40wt%の硫化アンチモン原料を使用し、真空蒸着により第2の高抵抗膜9を形成したものである。図9は、X線光電子分光分析を用いた定量結果であり、これから比較用検出器の第2の高抵抗膜9は、硫化アンチモンSbにおけるアンチモンSbの組成比が56%〜60%の範囲にあることがわかる。これは、従来例の組成比に相当する。The comparative detector uses an antimony sulfide raw material having an antimony composition ratio of 40 wt% and forms the second high resistance film 9 by vacuum deposition. FIG. 9 shows the result of quantification using X-ray photoelectron spectroscopy. From now on, the second high resistance film 9 of the comparative detector has a composition ratio of antimony Sb in antimony sulfide Sb x S y of 56% to 60%. It turns out that it exists in the range. This corresponds to the composition ratio of the conventional example.

また、比較用検出器における有機高分子層7は、ポリカーボネート樹脂に対するフラーレンC60濃度が10wt%、15wt%、30wt%、40wt%の溶液を作製し、半導体層5の上に塗り分けを行った。   For the organic polymer layer 7 in the detector for comparison, solutions having fullerene C60 concentrations of 10 wt%, 15 wt%, 30 wt%, and 40 wt% with respect to the polycarbonate resin were prepared and applied onto the semiconductor layer 5 separately.

上述した照射条件と同じ条件下で、比較用検出器の欠損画素が増加する様子を測定した。その結果が図10である。比較用検出器では、フラーレンC60濃度が10wt%から40wt%の全ての領域で、10,000回の照射までに欠損画素が100個を超えた。特に、フラーレンC60濃度が40wt%の領域では、5,000回の照射までに欠損画素が1,000個を超えた。   The state in which the number of defective pixels of the comparative detector increased was measured under the same conditions as the irradiation conditions described above. The result is shown in FIG. In the comparative detector, in all the regions where the fullerene C60 concentration was 10 wt% to 40 wt%, the number of defective pixels exceeded 100 by 10,000 irradiations. In particular, in the region where the fullerene C60 concentration was 40 wt%, the number of defective pixels exceeded 1,000 by 5,000 times of irradiation.

比較用検出器は、上述した本願発明に係る試験用検出器1,2との差異が明確であり、X線撮影を繰り返し行うと、欠損画素が増加してX線検出画像の品質が劣化してゆくという現象が顕著であることがわかる。   The comparison detector is clearly different from the above-described test detectors 1 and 2 according to the present invention, and repeated X-ray imaging increases the number of defective pixels and degrades the quality of the X-ray detection image. It turns out that the phenomenon of going is remarkable.

この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified as follows.

(1)上述した実施例では、半導体層5を単にアモルファス・セレン(a−Se)としたが、例えば、セレン化合物のアモルファス体、AsまたはTeをドープしたSeもしくはSe化合物のアモルファス体、アルカリ金属をドープしたSeもしくはアルカリ金属をドープしたSe化合物のアモルファス体などで半導体層5を構成してもよい。   (1) In the above-described embodiments, the semiconductor layer 5 is simply amorphous selenium (a-Se). For example, an amorphous body of selenium compound, an amorphous body of Se or Se compound doped with As or Te, an alkali metal The semiconductor layer 5 may be made of an amorphous body of Se doped with or an Se compound doped with alkali metal.

(2)上述した実施例では、第2の高抵抗膜9と有機高分子層7とが固有形成条件を満たすようにした。しかし、第2の高抵抗膜9や有機高分子層7の端縁部で半導体層5の膜厚が薄い部分に電界が集中することで問題が生じない場合には、この固有形成条件を満たす必要はない。   (2) In the above-described embodiment, the second high resistance film 9 and the organic polymer layer 7 satisfy the inherent formation conditions. However, if the problem does not occur due to the concentration of the electric field at the edge portion of the second high resistance film 9 or the organic polymer layer 7 where the film thickness of the semiconductor layer 5 is thin, this unique formation condition is satisfied. There is no need.

(3)上述した実施例では、マトリクス基板としてアクティブマトリクス基板1を採用しているが、これに代えてパッシブマトリクス基板を備えるようにしてもよい。   (3) In the embodiment described above, the active matrix substrate 1 is employed as the matrix substrate, but a passive matrix substrate may be provided instead.

以上のように、この発明は、放射線の空間分布を計測するための放射線検出器に適している。   As described above, the present invention is suitable for a radiation detector for measuring the spatial distribution of radiation.

Claims (5)

(a)電荷を蓄積する画素が二次元的に配列され、前記各画素から信号を読み出すマトリクス基板と、
(b)キャリアを選択的に透過させる第1の高抵抗膜と、
(c)放射線の入射によりキャリアを生成する半導体層と、
(d)前記半導体層の上面を覆うように形成されているとともに、キャリアを選択して透過させるためにカーボンクラスターまたはその誘導体を含む有機高分子層と、
(e)前記半導体層と前記有機高分子層の上面を覆うように形成されているとともに、キャリアを選択的に透過させる第2の高抵抗膜と、
(f)前記第2の高抵抗膜を介して前記半導体層にバイアス電圧を印加する電極層と、
(g)前記半導体層と、前記第1の高抵抗膜と、前記有機高分子層と、前記電極層とにおける露出面の全体を覆う絶縁樹脂層と、
(h)前記絶縁樹脂層を囲う絶縁性の補助板と、
がこの順で積層されてなる放射線検出器において、
前記第2の高抵抗層は、硫化アンチモンを主成分とし、そのアンチモン組成比の平均値が61mol%以上80mol%以下で構成されていることを特徴とする放射線検出器。
(A) a matrix substrate in which pixels for accumulating charges are two-dimensionally arranged and reads a signal from each pixel;
(B) a first high-resistance film that selectively transmits carriers;
(C) a semiconductor layer that generates carriers upon incidence of radiation;
(D) an organic polymer layer formed so as to cover the upper surface of the semiconductor layer and containing carbon clusters or derivatives thereof to selectively transmit carriers;
(E) a second high-resistance film that is formed so as to cover the upper surfaces of the semiconductor layer and the organic polymer layer, and that selectively transmits carriers;
(F) an electrode layer for applying a bias voltage to the semiconductor layer via the second high-resistance film;
(G) an insulating resin layer covering the entire exposed surface of the semiconductor layer, the first high-resistance film, the organic polymer layer, and the electrode layer;
(H) an insulating auxiliary plate surrounding the insulating resin layer;
In the radiation detector in which are stacked in this order,
The second high resistance layer is composed of antimony sulfide as a main component, and the antimony composition ratio has an average value of 61 mol% or more and 80 mol% or less.
請求項1に記載の放射線検出器において、
前記第2の高抵抗膜は、アンチモン組成比の平均値が67mol%以上75mol%以下で構成されていることを特徴とする放射線検出器。
The radiation detector according to claim 1.
The second high resistance film is configured to have an average antimony composition ratio of 67 mol% or more and 75 mol% or less.
請求項1または2に記載の放射線検出器において、
前記有機高分子層は、カーボンクラスターまたはその誘導体の濃度が11wt%以上30wt%未満で構成されていることを特徴とする放射線検出器。
The radiation detector according to claim 1 or 2,
The radiation detector according to claim 1, wherein the organic polymer layer has a carbon cluster or a derivative concentration of 11 wt% or more and less than 30 wt%.
請求項1または2に記載の放射線検出器において、
前記有機高分子層は、カーボンクラスターまたはその誘導体の濃度が15wt%以上20wt%以下で構成されていることを特徴とする放射線検出器。
The radiation detector according to claim 1 or 2,
The radiation detector according to claim 1, wherein the organic polymer layer has a carbon cluster or a derivative concentration of 15 wt% or more and 20 wt% or less.
請求項1から4のいずれかに記載の放射線検出器において、
前記第2の高抵抗膜は、その形成領域端が、前記電極層の外縁よりも外側であって、かつ、前記半導体層の平均膜厚が80%以上の膜厚を有する領域上に位置するように形成され、かつ、
前記有機高分子層は、その形成領域端が、前記電極層の外縁と、前記第2の高抵抗層の外縁との間に位置するように形成されている
ことを特徴とする放射線検出器。
The radiation detector according to any one of claims 1 to 4,
The second high-resistance film is located on the region where the end of the formation region is outside the outer edge of the electrode layer and the average thickness of the semiconductor layer is 80% or more. Formed, and
The organic polymer layer is formed such that an end of a region where the organic polymer layer is formed is located between an outer edge of the electrode layer and an outer edge of the second high resistance layer.
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