KR100598577B1 - 방사선 검출기 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 방사선 검출기는, 방사선에 감응성이 있는(有感) 셀렌계 아모르퍼스 반도체막(a-Se계 반도체막)의 표면에 적층형성되어 있는 바이어스 전압 인가용의 공통전극이 두께 100Å ~ 1000Å의 범위의 금박막이므로, 공통전극용의 금박막을 a-Se계 반도체막의 표측에 적층형성할 때의 증착온도가 비교적 낮은 동시에 증착시간도 짧게 끝난다. 그 결과, 공통전극의 적층형성에 기인하는 a-Se계 반도체막의 결함발생을 억제할 수 있다. 공통전극의 금박막은, 종래와 같은 두꺼운 막은 아니고, 1000Å 이하의 박막이므로, a-Se계 반도체막에 대하는 공통전극의 밀착성을 줄 수 있다.
셀렌, 아모르퍼스, 반도체막, 공통전극, 수집전극, 금박막.
Description
도 1(종래 기술)은, 종래의 방사선 검출기의 기본구성을 나타내는 모식적인 단면도,
도 2는, 제 1 실시예의 방사선 검출기를 요부에 대해서 단면상태로 나타내는 블럭도,
도 3은, 제 1 의 방사선 검출기의 액티브 매트릭스 기판 주위의 전기회로를 나타내는 블럭도,
도 4는, 제 2 실시예의 방사선 검출기를 요부에 대해서 단면상태로 나타내는블럭도이다.
본 발명은, 방사선에 감응성이 있는(有感) 셀렌계 아모르퍼스 반도체막(이하, 적당히 「a-Se계 반도체막」이라고 표기)을 구비하고 있는 의료분야, 공업분야 혹은 원자력분야 등에 쓰이는 직접 변환타입의 방사선 검출기에 관한 것이다.
직접 변환타입의 방사선(예컨대 X선)검출기는, 방사선(예컨대 X선)이 먼저 광으로 변환된 후에 변환광이 또 광전변환으로 전기신호로 변환되는 간접타입의 검 출기와 달리, 입사한 방사선(예컨대 X선)이 방사선에 감응성이 있는 a-Se계 반도체막에 의해 곧 전기신호(전하)로 변환된다. 도 1은 종래의 직접 변환타입의 방사선 검출기의 기본구성을 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 1의 방사선 검출기는, 액티브 매트릭스 기판(51)과, 방사선에 감응성이 있는 a-Se계 반도체막(52)과, 바이어스 전압 인가용의 공통전극(53)을 구비하고 있다. 다수의 수집전극(도시 생략)이 방사선 검출 유효 에리어(SA)내에 설정된 2차원 모양 매트릭스 배열로 액티브 매트릭스 기판(51)의 표면에 형성되며, 방사선의 입사에 따라 각 수집전극에서 수집되는 전하의 축적·판독용 전기회로(도시 생략)가 액티브 매트릭스 기판(51)에 배설되어 있다. 방사선에 감응성이 있는 a-Se계 반도체막(52)은, 액티브 매트릭스 기판(51)의 수집전극 형성면 측에 적층형성되어 있다. 바이어스 전압 인가용의 공통전극(53)은, a-Se계 반도체막(52)의 표측에 면모양으로 적층형성되어 있다.
종래의 방사선 검출기에 의한 방사선검출의 경우는, 바이어스 공급 전원으로부터 바이어스 전압이 공통전극(53)에 인가된다. 바이어스 전압을 인가한 상태에서, 검출 대상의 방사선의 입사에 따라 방사선에 감응성이 있는 a-Se계 반도체막(52)에서 전하가 생성된다. 그 a-Se계 반도체막(52)에서 생성된 전하가 각 수집전극에서 수집된다. 각 수집전극에서 수집된 전하가, 컨덴서나 스위칭 소자 및 전기배선 등으로 이루어지는 축적·판독용 전기회로에 의해, 각 수집전극 마다 방사선 검출신호로서 추출된다.
즉, 도 1의 직접 변환타입의 방사선 검출기의 경우, 2차원 모양 매트릭스 배 열의 각 수집전극이 각각 방사선 화상의 각 화소에 대응하는 전극(화소전극)으로 되어 있고, 방사선 검출 유효 에리어(SA)에 투영되는 방사선의 2차원 강도분포에 따른 방사선 화상을 작성할 수 있는 방사선 검출신호가 추출된다.
그리고, 방사선에 감응성이 있는 a-Se계 반도체막(52)은 예컨대 진공증착법 등으로 대표되는 PVD(Physical vapor deposition)법에 의해 넓은 면적의 막을 간단히 형성할 수 있으므로, 방사선 검출기는 넓은 방사선 검출 유효 에리어(SA)를 용이하게 확보할 수 있다. 또한, 종래의 방사선 검출기의 경우, a-Se계 반도체막(52)에 적층형성되는 바이어스 전압 인가용의 공통전극(53)으로서는, 『일본국 특개2001-26443호 공보』에서 나타낸 바와 같이, 100나노미터(nm)(= 1000옴스트롱)정도의 Al이나 MgAg의 막이 사용되고 있다.
그러나, 이러한 구성을 가지는 종래의 방사선 검출기의 경우에는, 방사선에 감응성이 있는 a-Se계 반도체막(52)에 바이어스 전압 인가용의 공통전극(53)을 적층형성할 때에, 증착 등에 의한 열에 의해 a-Se계 반도체막(52)에 데미지를 주고, 결함이 발생한다는 문제가 있다. 결함이 많은 a-Se계 반도체막(52)은, 막의 장기 신뢰성이 모자라거나, 결함에 의해 발생하는 검출 오차에 의해 방사선 화상의 화질이 저하하거나 한다.
또, 종래의 방사선 검출기의 경우, 방사선에 감응성이 있는 a-Se계 반도체막(52)과 바이어스 전압을 인가하기 위한 공통전극(53)과의 밀착력이 약하다는 문제도 있다. 100나노미터(nm)(= 1000옴스트롱)정도의 두께의 Al이나 MgAg의 막을 공통전극에 사용한 경우, 밀착력이 약해서 공통전극(53)의 신뢰성이 저하한다.
본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 행해진 것이고, 바이어스 전압 인가용의 공통전극의 적층형성에 기인하는 셀렌계 아모르퍼스 반도체막의 결함발생을 억제할 수 있고, 또 공통전극의 밀착성을 줄 수 있는 방사선 검출기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 이러한 목적을 달성하기 위해서, 다음과 같은 구성을 채용한다.
즉, 본 발명에 관련된 방사선 검출기는, 방사선에 감응성이 있는 셀렌계 아모르퍼스 반도체막과, 이 셀렌계 아모르퍼스 반도체막의 표측에 면모양으로 넓게 적층형성되어 있는 바이어스 전압 인가용의 공통전극을 구비하고, 공통전극에 바이어스 전압이 인가된 상태에서 검출 대상의 방사선이 입사하는데에 따라 방사선에 감응성이 있는 셀렌계 아모르퍼스 반도체막의 내부에 전하가 발생하는 방사선 검출기에 있어서, 상기 검출기는 이하의 요소를 포함한다:
상기 공통전극은, 두께가 100옴스트롱 ~ 1000옴스트롱의 금박막(Au 박막)이다.
본 발명에 관련된 방사선 검출기에 의한 방사선의 검출이 행하여질 경우, 방사선에 감응성이 있는 셀렌계 아모르퍼스 반도체막의 표측에 적층형성된 공통전극에 바이어스 전압이 인가된다. 바이어스 전압을 인가한 상태에서, 검출 대상의 방사선의 입사에 따라 셀렌계 아모르퍼스 반도체막에서 방사선 검출신호원으로서의 전하가 생성된다. 또한, 셀렌계 아모르퍼스 반도체막은 대면적화 적성에 뛰어나므 로, 넓은 방사선 검출 유효 에리어를 용이하게 확보할 수 있다.
그리고, 본 발명의 방사선 검출기에서는, 공통전극이 두께 1000옴스트롱(Å)이하의 금박막이므로, 공통전극용의 금박막을 셀렌계 아모르퍼스 반도체막의 표측에 적층형성할 때의 증착 온도가 비교적 낮은 동시에 증착 시간도 짧게 끝나고, 셀렌계 아모르퍼스 반도체막에 결함이 생기는 것을 억제할 수 있다. 즉, 공통전극의 재료인 금은 융점이 낮으므로, 증착 온도를 낮게 억제할 수 있고, 금은 도전성이 극히 좋아서 전극저항의 상승을 따른 100옴스트롱의 금박막에서도 공통전극에 필요한 전기도전성을 확보할 수 있으므로, 증착 시간이 짧게 끝나는 것이다. 또, 셀렌계 아모르퍼스 반도체막은 고저항의 막이므로, 공통전극의 저항치가 다소 오르지만, 금의 도전성으로부터 전기적으로 문제는 없다.
또, 본 발명의 방사선 검출기의 경우, 공통전극인 금박막은, 종래와 같은 두꺼운 막이 아니고, 1000 옴스트롱 이하로 대단히 얇은 막두께이므로, 셀렌계 아모르퍼스 반도체막에 대한 공통전극의 밀착성이 개선된다.
또, 플라티나(Pt)도 금과 마찬가지로 증착 온도를 낮게 억제할 수 있지만, 플라티나의 경우는 도전성이 금의 약1/5로 낮으므로, 플라티나를 공통전극의 재료로서 사용한 때는 공통전극에 필요한 전기도전성을 확보하기 위해서 두껍게 증착할 필요가 있으며, 증착 시간이 길어져서 셀렌계 아모르퍼스 반도체막에 결함이 생기는 것을 억제할 수 없고, 막이 두꺼워져 공통전극의 밀착성도 좋아지지 않는다는 문제가 있다. 공통전극이 금박막의 경우에는 이러한 문제를 해결할 수 있다.
상술한 공통전극으로서의 금박막의 두께는 450옴스트롱 ~ 550옴스트롱의 범 위가, 보다 바람직하다.
공통전극의 금박막은 두꺼워도 550옴스트롱을 넘지 않으며, 적층형성할 때의 증착을 보다 단시간에 끝낼 수 있으므로, 방사선에 감응성이 있는 셀렌계 아모르퍼스 반도체막에 결함이 생기는 것을 확실하게 억제할 수 있고, 반대로 공통전극의 금박막은 얇아도 450옴스트롱을 하회하지는 않으며, 공통전극은 전기도전성이 충분하므로, 공통전극으로서의 기능을 확실하게 발휘할 수 있다.
본 발명의 일형태는, 셀렌계 아모르퍼스 반도체막과 공통전극과의 사이에 캐리어 선택성의 중간막이 형성되어 있다.
이 형태의 경우, 셀렌계 아모르퍼스 반도체막과 공통전극과의 사이에 설치된 캐리어 선택성의 중간막에 의해 암전류가 되는 캐리어의 유입을 저지할 수 있으므로, 암전류의 저감을 도모할 수 있다. 이 경우, 공통전극이 캐리어 선택성의 중간막 위에 적층형성되지만, 공통전극인 1000옴스트롱 이하의 금박막은 증착 온도가 비교적 낮은 동시에 증착 시간도 짧게 끝나므로, 캐리어 선택성의 중간막에 결함이 발생하는 것도 억제할 수 있고, 또 캐리어 선택성의 중간막에 대한 밀착성도 좋다. 또한, 캐리어 선택성의 중간막이 베이스막이 되므로, 공통전극의 밀착성은 보다 좋아진다.
본 발명의 다른 일형태는, 상기 검출기는 이하의 요소를 포함한다:
방사선 검출 유효 에리어에 설정된 1차원 모양 또는 2차원 모양 매트릭스 배열로 복수의 수집전극을 구비하고;
셀렌계 아모르퍼스 반도체막과 수집전극과의 사이에 캐리어 선택성의 중간막 이 형성되어 있다.
또, 셀렌계 아모르퍼스 반도체막과 공통전극과의 사이에 형성되어 있는 캐리어 선택성의 중간막의 형태에서는, 상기 공통전극에 플러스의 바이어스 전압을 인가하는 경우에는, 상기 캐리어 선택성 중간막에 정공의 기여율보다도 전자의 기여율이 큰 재료를 사용한다. 이것에 의해 공통전극으로부터의 정공의 주입이 저지되어, 암전류를 저감할 수 있다.
또한, 셀렌계 아모르퍼스 반도체막과 공통전극과의 사이에 형성되어 있는 캐리어 선택성의 중간막의 형태에서는, 상기 공통전극에 마이너스의 바이어스 전압을 인가하는 경우에는, 상기 캐리어 선택성의 중간막에 전자의 기여율보다도 정공의 기여율이 큰 재료를 사용한다. 이것에 의해 공통전극으로부터의 전자의 주입이 저지되어, 암전류를 저감할 수 있다.
또, 셀렌계 아모르퍼스 반도체막과 각 수집전극과의 사이에 형성되어 있는 캐리어 선택성 중간막의 형태에서는, 상기 공통전극에 플러스의 바이어스 전압을 인가하는 경우에는, 상기 캐리어 선택성의 중간막에 전자의 기여율보다도 정공의 기여율이 큰 재료를 사용한다. 이것에 의해 수집전극으로부터의 전자의 주입이 저지되어, 암전류를 저감할 수 있다.
또한, 셀렌계 아모르퍼스 반도체막과 각 수집전극과의 사이에 형성되어 있는 캐리어 선택성의 중간막의 형태에서는, 상기 공통전극에 마이너스의 바이어스 전압을 인가하는 경우에는, 상기 캐리어 선택성의 중간막에는 정공의 기여율보다도 전자의 기여율이 큰 재료를 사용한다. 이것에 의해 수집전극으로부터의 정공의 주입 이 저지되어, 암전류를 저감할 수 있다.
본 발명에 있어서의 캐리어 선택성의 중간막은, 두께가 0.1㎛ ~ 10㎛의 범위가 적당하며, Sb2S3, ZnTe, CeO2, CdS, ZnSe, ZnS 등의 다결정 반도체, Na 등의 알칼리 금속이나 C1 등의 할로겐 혹은 As나 Te를 도프한 셀렌 및 셀렌화합물의 아모르퍼스 반도체가 대면적화 적성에 뛰어난 것으로서 들 수 있다.
중간막의 두께가 O.1㎛ ~ 10㎛이므로, 방사선 검출을 방해하지 않고 암전류를 충분히 억제할 수 있다. 중간막의 두께가 0.1㎛ 미만에서는 암전류를 충분히 억제할 수 없는 경향이 나타나고, 반대로 두께가 10㎛를 넘으면 방사선 검출의 방해가 되는 경향, 예컨대 감도가 저하하는 경향이 나타난다.
본 발명의 구체적인 일례는, 상기 검출기는 액티브 매트릭스 기판을 구비하고 있고, 상기 액티브 매트릭스 기판은 이하의 요소를 포함한다:
방사선 검출 유효 에리어 내에 설정된 1차원 모양 또는 2차원 모양 매트릭스 배열로 복수의 수집전극이 액티브 매트릭스 기판의 표면에 형성되어 있고;
각 수집전극에서 수집되는 전하의 축적·판독용 전기회로가 액티브 매트릭스 기판에 배설되어 있고;
액티브 매트릭스 기판의 수집전극의 형성면측에 상기 셀렌계 아모르퍼스 반도체막이 적층되어 있다.
이 경우, 방사선의 입사에 따라 방사선 감응형의 반도체에서 생성된 전하는, 방사선 검출 유효 에리어 내에 설정된 1차원 모양 또는 2차원 모양 매트릭스 배열 로 액티브 매트릭스 기판의 표면에 형성되어 있는 각 수집전극에서 각각 수집되어, 액티브 매트릭스 기판의 축적·판독용 전기회로에 의해 각 수집전극 마다 방사선 검출신호로서 송출된다. 즉, 액티브 매트릭스 기판을 구비했을 경우, 방사선 검출 유효 에리어에 투영되는 방사선의 1차원 강도분포 또는 2차원 강도분포를 검출할 수 있는 1차원 어레이 타입 또는 2차원 어레이 타입의 방사선 검출기이다.
또, 1차원 어레이 타입 또는 2차원 어레이 타입에 한정되지 않고, 방사선 검출신호 추출용의 전극, 즉 수집전극이 1개만의 비어레이 타입이라도 좋다.
또, 수집전극의 구체적인 전극재료로서는, 동(銅)이나 알루미늄, 니켈 혹은 투명 도전 재료인 ITO(인듐 주석 산화물) 등이 사용된다.
게이트 드라이버, 전하 전압 변환형 증폭기, 멀티플렉서, A/D 변환기에 대해서는, 그들이 다른 디바이스로서 외장형으로 액티브 매트릭스 기판에 접속되어 있어도 되고, 그들의 일부 또는 전부가 액티브 매트릭스 기판에 내장형으로 탑재되어 있어도 된다.
본 발명에서의 셀렌계 아모르퍼스 반도체막에 대해서는, 고순도 아모르퍼스 셀렌(a-Se), Na 등의 알칼리 금속이나 C1 등의 할로겐 혹은 As나 Te를 도프한 셀렌 및 셀렌화합물의 아모르퍼스 반도체 등이, 대면적화 적성 및 후막화 적성에 뛰어나므로 바람직하다. 중에서도 고순도 아모르퍼스 셀렌은 대면적화 적성 및 후막화 적성이 현저하다.
셀렌계 아모르퍼스 반도체막은, 구체적인 두께가 0.5mm ~ 1.5mm의 막두께이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면에 근거해서 상세하게 설명한다.
제 1 실시예
본 발명의 방사선 검출기의 제 1 실시예에 대해서 도면을 참조해서 설명한다. 도 2는 제 1 실시예에 관련된 직접 변환타입의 방사선 검출기(이하, 적당히 「검출기」라고 약기)를 요부에 대해서 단면상태로 나타내는 블럭도, 도 3은 제 1 실시예의 검출기의 액티브 매트릭스 기판 주위의 전기회로를 나타내는 블럭도이다.
제 1 실시예의 방사선 검출기는, 도 2에서 나타내는 바와 같이, 방사선에 감응성이 있는 셀렌계 아모르퍼스 반도체막(a-Se계 반도체막)(1)과, 바이어스 전압 인가용의 공통전극(2)을 구비하고 있다. 바이어스 전압 인가용의 공통전극(2)은, a-Se계 반도체막(1)의 표면에 면모양으로 적층형성되어 있다. 또한, 제 1 실시예의 검출기의 경우, 액티브 매트릭스 기판(3)을 구비하고 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 다수의 수집전극(4)이 방사선 검출 유효 에리어(SA) 내에 설정된 2차원 모양 매트릭스 배열로, 액티브 매트릭스 기판(3)의 표면에 형성되고 있으며, 각 수집전극(4)에서 수집되는 전하의 축적·판독용 전기회로(5)가 액티브 매트릭스 기판(3)에 배설되어 있다. a-Se계 반도체막(1)이 액티브 매트릭스 기판(3)의 수집전극(4)의 형성면측에 적층되어 있다.
액티브 매트릭스 기판(3)에 배설되어 있는 축적·판독용 전기회로(5)는 컨덴서(5A)나 스위칭 소자로서의 TFT(박막전계 효과 트랜지스터)(5B) 및 게이트선(5a), 데이터선(5b) 등으로 이루어지고, 각 수집전극(4) 마다 1개의 컨덴서(5A)와 1개의 TFT(5B)가 할당되어 있다. 즉, 도 2에 나타내는 바와 같이, 액티브 매트릭스 기판 (3)에서는, 유리 기판 등의 절연 기판 위에, 축적·판독용 전기회로(5) 용의 컨덴서(5A)나 TFT(5B)가 형성되어 있는 동시에 게이트선(5a), 데이터선(5b)이 격자상으로 형성되고, 또 표면에 수집전극(4)이 2차원 모양 매트릭스 배열로 형성되어 있다. 수집전극(4)의 전극재료는 특정한 것에 한정되지 않고, 동이나 알루미늄, 니켈 혹은 투명 도전재료인 ITO(인듐 주석 산화물) 등이 사용된다.
또한, 액티브 매트릭스 기판(3)의 축적·판독용 전기회로(5)의 주위에는 게이트 드라이버(6)와 전하 전압 변환형 증폭기(7) 및 멀티플렉서(8)에, 또 A/D 변환기(9)가 다른 디바이스로서 외장형으로 배비(配備)접속되어 있다. 또, 게이트 드라이버(6)나 전하 전압 변환형 증폭기(7), 멀티플렉서(8), A/D 변환기(9)의 일부 또는 전부가 외장형이 아니라, 액티브 매트릭스 기판(3)에 내장형으로 탑재되어 있어도 된다.
제 1 실시예의 검출기에 의한 방사선 검출의 경우는, 바이어스 공급 전원(도시 생략)에 의해 출력되는 수 킬로볼트 ~ 수 십킬로볼트 정도의 바이어스 전압이 공통전극(2)에 인가된다. 바이어스 전압이 인가된 상태에서, 검출 대상의 방사선의 입사에 따라 방사선에 감응성이 있는 a-Se계 반도체막(1)에서 전하가 생성된다. 그 a-Se계 반도체막(1)에서 생긴 전하가 각 수집전극(4) 마다 수집된다. 보다 자세하게 설명하면, 각 수집전극(4)으로 이동함으로써 수집전극(4)에 전하가 유기 생성한다. 각 수집전극(4)에서 수집된 전하는, 액티브 매트릭스 기판(3)의 축적·판독용 전기회로(5)등에 의해 수집전극(4) 마다 방사선 검출신호로서 추출된다.
구체적으로는, 게이트 드라이버(6)로부터 게이트선(5a) 경유로 판독되는 신 호가 각 TFT(5B)의 게이트에 순차적으로 주어짐과 동시에, 판독 신호가 주어져 있는 각 TFT(5B)의 소스에 연결되어 있는 데이터선(5b)이 전하 전압 변환형 증폭기(7)를 통하여 멀티플렉서(8)에 순차로 전환접속된다. 이 전환접속에 따라서, 컨덴서(5A)에 축적된 전하가, TFT(5B)로부터 데이터선(5b)을 거쳐 전하 전압 변환형 증폭기(7)에서 증폭되며, 멀티플렉서(8)에 의해 각 수집전극(4) 마다 방사선 검출신호로서 A/D 변환기(9)로 송출되어 디지탈화된다.
제 1 실시예의 검출기의 A/D 변환기(9)로부터 송출된 방사선 검출신호는, 예컨대, 제 1 실시예의 검출기가 X선 투시 촬영장치에 장비되어 있는 경우라면, 더 후단의 화상처리 회로에 보내져서 X선 투시 화상 등으로 마무리하여 표시된다.
즉, 제 1 실시예의 직접 변환타입의 방사선 검출기는, 2차원 모양 매트릭스 배열의 각 수집전극(4)이 각각 방사선 화상의 각 화소에 대응하는 전극(화소전극)으로 되어 있으며, 방사선 검출 유효 에리어(SA)에 투영되는 방사선의 2차원 강도분포에 따른 방사선 화상을 작성하기 위한 방사선 검출신호가 추출되는 2차원 어레이타입의 방사선 촬상장치의 구성으로 되어 있다.
이하, 제 1 실시예의 검출기의 각부 구성을 보다 구체적으로 설명한다.
제 1 실시예의 검출기는, 방사선에 감응성이 있는 a-Se계 반도체막(1)의 표면에 면모양으로 넓게 적층형성되어 있는 바이어스 전압 인가용의 공통전극(2)은, 두께가 100Å(옴스트롱) ~ 1000Å의 금박막(Au박막)인 것을 구성상의 현저한 특징으로 하고 있다. a-Se계 반도체막(1)은 대면적화 적성에 뛰어나므로, 넓은 방사선 검출 유효 에리어(SA)가 용이하게 확보할 수 있는 반면, 종래, 공통전극(2)을 증착 할 때의 열에 의해 결함이 생기기 쉽다. 또한 공통전극(2)의 밀착성도 충분하지 않다는 상황에 있다.
제 1 실시예의 검출기의 경우, 공통전극(2)이 두께 1000Å이하의 금박막이므로, 공통전극(2)용의 금박막을 a-Se계 반도체막(1)의 표측에 적층형성할 때의 증착 온도가 비교적 낮은 동시에 증착시간도 짧게 끝난다. 그 결과, a-Se계 반도체막(1)에 결함이 생기는 것을 억제할 수 있다. 즉, 공통전극(2)의 재료인 금은 융점이 낮으므로, 증착 온도를 낮게 억제할 수 있고, 금은 도전성이 극히 좋아서 전극 저항의 상승을 따른 100옴스트롱의 금박막에서도 공통전극(2)에 필요한 전기도전성을 확보할 수 있으므로, 증착 시간이 짧게 끝나는 것이다. 또, a-Se계 반도체막(1)은 고저항의 막이므로, 공통전극(2)의 저항치가 다소 오르지만, 금의 도전성으로부터 전기적인 문제는 없다.
또, 공통전극(2)인 금박막은, 종래와 같은 두꺼운 막이 아니고, 1000Å 이하로 대단히 얇은 막두께이므로, a-Se계 반도체막(1)에 대한 공통전극(2)의 밀착성이 오른다.
또, 플라티나(Pt)도 금과 마찬가지로 증착 온도를 낮게 억제할 수 있지만, 플라티나의 경우는 도전성이 금의 약 1/5로 낮으므로, 플라티나를 공통전극의 재료로서 사용했을 때는 공통전극(2)에 필요한 전기도전성을 확보하기 위해서 두껍게 증착할 필요가 있으며, 증착 시간이 길어져서 a-Se계 반도체막(1)에 결함이 생기는 것을 억제할 수 없다. 또한, 막이 두꺼워져 공통전극(2)의 밀착성도 좋아지지 않는다.
또, 공통전극(2)의 금박막은, 두께가 450Å ~ 550Å의 범위에 있는 것이 바람직하다. 금박막은 두꺼워도 550Å를 넘는 일이 없고, 적층형성할 때의 증착을 보다 단시간에서 끝낼 수 있으므로, a-Se계 반도체막(1)에 결함이 생기는 것을 확실하게 억제할 수 있고, 반대로 공통전극(2)의 금박막은 얇아도 450Å를 하회하지 않고, 공통전극(2)은 전기도전성이 충분하게 되므로, 공통전극(2)로서의 기능을 확실하게 발휘할 수 있다. 또, 공통전극(2)의 금박막은 통상의 저항 가열방식의 진공증착에 의해, 특히 곤란을 동반하는 일 없이 형성할 수 있다.
또한, 제 1 실시예의 검출기의 a-Se계 반도체막(1)으로서는, 고순도 아모르퍼스 셀렌의 이외에, Na 등의 알칼리 금속이나 C1 등의 할로겐 혹은 As나 Te를 도프한 셀렌 및 셀렌화합물의 아모르퍼스 반도체가, 대면적화 적성 및 후막화 적성에 뛰어나는 것으로서 들 수 있다. 중에서도 고순도 아모르퍼스 셀렌은 대면적화 적성 및 후막화 적성이 현저하다. a-Se계 반도체막(1)쪽은, 보통, 두께가 0.5mm ~ 1.5mm 전후의 막두께이며, 면적이 예컨대 종 20cm ~ 40cm × 횡 20cm ~ 40cm 정도이지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
또, 종래의 검출기의 경우에는 리크 전류의 증가 등의 현상이 나타났지만, 제 1 실시예의 경우에는 리크 전류의 저감이 확인되었다.
상술한 확인 결과로부터, 공통전극(2)이 두께 1000Å이하의 금박막이면, 공통전극(2)의 적층형성에 기인하는 a-Se계 반도체막(1)의 결함을 충분히 억제할 수 있는 것을 알 수 있다.
제 2 실시예
제 2 실시예에 관련된 방사선 검출기에 대해서 도면을 참조해서 설명한다. 도 4는 제 2 실시예에 관련된 직접 변환타입의 방사선 검출기를 요부에 대해서 단면상태로 나타내는 블럭도이다.
제 2 실시예의 검출기는, 도 4에서 나타내는 바와 같이, a-Se계 반도체막(1)과 공통전극(2)과의 사이에는 캐리어 선택성의 중간막(10)이 형성되고, a-Se계 반도체막(1)과 수집전극(4)과의 사이에도 캐리어 선택성의 중간막(11)이 형성되어 있는 것 외는, 제 1 실시예의 검출기와 동일한 것이므로, 다른 점만을 설명하고, 공통점의 설명은 생략한다.
제 2 실시예의 검출기의 경우, 캐리어 선택성의 중간막(10, 11)을 설치하는 것에 의해 암전류를 저감할 수 있다. 또한, 제 2 실시예의 검출기에서는, 공통전극(2)이 캐리어 선택성의 중간막(10)위에 적층형성되지만, 공통전극(2)인 1000Å 이하의 금박막은 증착 온도가 비교적 낮은 동시에 증착 시간도 짧게 끝나므로, 캐리어 선택성의 중간막(10) 이하의 막부분에 결함이 발생하는 것도 억제할 수 있다. 또, 캐리어 선택성의 중간막(10)에 대한 밀착성도 좋다. 또한, 캐리어 선택성의 중간막(10)이 베이스막이 되므로, 공통전극(2)의 밀착성은 보다 개선된다.
여기에서 말하는 캐리어 선택성이란 반도체 중의 전하이동 매체(캐리어)인 전자와 정공으로, 전하이동 작용에의 기여율이 현저하게 다른 성질을 가리킨다.
보통, 공통전극(2)에 플러스의 바이어스 전압을 인가하는 경우에는, 캐리어 선택성의 중간막(10)에 정공의 기여율보다도 전자의 기여율이 큰 재료를 사용한다. 이것에 의해 공통전극(2)로부터의 정공의 주입이 저지되어, 암전류를 저감할 수 있 다.
캐리어 선택성의 중간막(11)에는 전자의 기여율보다도 정공의 기여율이 큰 재료를 사용한다. 이것에 의해 수집전극(4)로부터의 전자의 주입이 저지되어, 암전류를 저감할 수 있다.
반대로, 공통전극(2)에 마이너스의 바이어스 전압을 인가하는 경우에는, 캐리어 선택성의 중간막(10)에 전자의 기여율보다도 정공의 기여율이 큰 재료를 사용한다. 이것에 의해 공통전극(2)로부터의 전자의 주입이 저지되어, 암전류를 저감할 수 있다.
캐리어 선택성의 중간막(11)에는 정공의 기여율보다도 전자의 기여율이 큰 재료를 사용한다. 이것에 의해 수집전극(4)로부터의 정공의 주입이 저지되어, 암전류를 저감할 수 있다.
캐리어 선택성의 중간막(10, 11)은, 두께가 0.1㎛ ~ 10㎛의 범위가 적당하다. 중간막(10, 11)의 두께가 0.1㎛ 미만에서는 암전류를 충분히 억제할 수 없는 경향이 나타나고, 반대로 두께가 10㎛을 넘으면 방사선 검출의 방해가 되는 경향, 예컨대 감도가 저하하는 경향이 나타난다.
또한, 캐리어 선택성의 중간막(10, 11)에 사용할 수 있는 반도체로서는, Sb2S3, ZnTe, CeO2, CdS, ZnSe, ZnS 등의 다결정 반도체, Na 등의 알칼리 금속이나 C1 등의 할로겐 혹은 As나 Te를 도프한 셀렌 및 셀렌화합물의 아모르퍼스 반도체가 대면적화 적성에 뛰어난 것으로서 들 수 있다.
중간막(10, 11)에 사용되는 반도체 중, 전자의 기여가 큰 것으로서, n형 반도체인 CeO2, CdS, CdSe, ZnSe, ZnS와 같은 다결정 반도체나, 알칼리 금속이나 As나 Te를 도프해서 정공의 기여율을 저하시킨 아모르퍼스 Se 등의 아모르퍼스체를 들 수 있다.
또한, 정공의 기여가 큰 것으로서, p형 반도체인 ZnTe와 같은 다결정 반도체나, 할로겐을 도프해서 전자의 기여율을 저하시킨 아모르퍼스 셀렌 등의 아모르퍼스체를 들 수 있다.
또, Sb2S3, CdTe, CdZnTe, PbI2, HgI2, TlBr나, 논도프의 아모르퍼스 Se 또는 Se화합물의 경우, 전자의 기여가 큰 것과 정공의 기여가 큰 것 양쪽이 있다. 이들의 경우, 제막조건의 조절로 전자의 기여가 큰 것이라도, 정공의 기여가 큰 것이라도, 선택형성할 수 있다.
본 발명은, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 하기와 같이 변형실시할 수 있다.
(1) 제 1, 제 2 실시예의 검출기는, 2차원 어레이 타입이었지만, 본 발명의 방사선 검출기는, 수집 전극이 1차원 모양 매트릭스 배열로 형성되어 있는 1차원 어레이타입이어도 되고, 방사선 검출신호 추출용의 전극(수집전극)이 1개만의 비(非)어레이 타입이어도 된다.
(2) 제 1, 제 2 실시예의 검출기의 경우, 게이트 드라이버(6)와 전하 전압 변환형 증폭기(7) 및 멀티플렉서(8)에, 또 A/D 변환기(9)가 배비(配備)되어 있었지 만, 게이트 드라이버(6), 전하 전압 변환형 증폭기(7), 멀티플렉서(8) 및 A/D 변환기(9)의 일부 또는 전부가 배비되어 있지 않은 것 외는, 각 제 1, 제 2 실시예와 같은 구성의 검출기가, 변형예로서 들 수 있다.
(3) 제 2 실시예의 검출기의 경우, a-Se계 반도체막(1)과 공통전극(2)과의 사이와, a-Se계 반도체막(1)과 수집전극(4)과의 사이의 양쪽에 캐리어 선택성의 중간막이 형성되어 있는 구성이었지만, a-Se계 반도체막(1)과 공통전극(2)의 사이와, a-Se계 반도체막(1)과 수집전극(4)과의 사이 중 어느 한쪽에만 캐리어 선택성의 중간막을 설치한 구성의 검출기를, 각각 변형예로서 들 수 있다.
본 발명은, 그 사상 또는 본질로부터 일탈하지 않고 다른 구체적 형태로 실시할 수 있고, 따라서, 발명의 범위를 나타내는 것으로서, 이상의 설명에서만이 아니라, 부가된 클레임을 참조해야 한다.
방사선에 감응성이 있는 셀렌계 아모르퍼스 반도체막의 표측에 적층형성된 공통전극에 바이어스 전압이 인가된다. 바이어스 전압을 인가한 상태에서, 검출대상의 방사선의 입사에 따라 셀렌계 아모르퍼스 반도체막으로 방사선 검출신호원으로서의 전하가 생성된다. 또, 셀렌계 아모르퍼스 반도체막은 대면적화 적성이 뛰어나므로, 넓은 방사선 검출 유효 에리어가 용이하게 확보될 수 있다.
공통전극의 금박막은 두꺼워도 500옴스트롱을 넘지 않고, 적층형성할 때의 증착을 보다 단시간에 마무리하므로, 방사선에 감응성이 있는 셀렌계 아모르퍼스 반도체막에 결함이 발생하는 것을 확실하게 억제할 수 있고, 반대로 공통전극의 금 박막은 얇더라도 450옴스트롱을 하회하지 않고, 공통전극은 전기도전성이 충분하므로, 공통전극으로서의 기능은 확실하게 발현된다.
셀렌계 아모르퍼스 반도체막과 공통전극의 사이에 설치된 캐리어 선택성의 중간막에 의해 암전류가 되는 캐리어의 유입이 방지될 수 있으므로, 암전류의 저감을 도모할 수 있다. 이 경우, 공통전극이 캐리어 선택성의 중간막 상에 적층형성되지만, 공통전극인 1000옴스트롱 이하의 금박막은 증착온도가 비교적 낮은 동시에 증착시간도 짧으므로, 캐리어 선택성의 중간막에 결함이 발생하는 것도 억제되고, 캐리어 선택성의 중간막에 대하는 밀착성도 좋다. 또, 캐리어 선택성의 중간막이 베이스막이 되기 때문에, 공통전극의 밀착성은 보다 좋아진다.
방사선의 입사에 따라 방사선 감응형의 반도체에서 생성된 전하는, 방사선 검출 유효 에리어 내에 설정된 1차원 모양 또는 2차원 모양 매트릭스 배열로 액티브 매트릭스 기판의 표면에 형성되어 있는 각 수집전극에서 각각 수집되고, 액티브 매트릭스 기판의 축적·판독용 전기회로에 의해 각 수집전극 마다 방사선 검출신호로서 송출된다. 즉, 방사선 검출 유효 에리어에 투영되는 방사선의 1차원 강도분포 또는 2차원 강도분포를 검출할 수 있는 1차원 어레이타입 또는 2차원 어레이타입의 방사선 검출기이다.
Claims (4)
- 방사선에 감응성이 있는(有感) 셀렌계 아모르퍼스 반도체막과, 이 셀렌계 아모르퍼스 반도체막의 표(表)측에 면모양으로 넓게 적층형성되어 있는 바이어스 전압 인가용의 공통전극을 구비하고, 공통전극에 바이어스 전압이 인가된 상태로 검출대상의 방사선이 입사하는데에 따라 방사선에 감응성이 있는 셀렌계 아모르퍼스 반도체막의 내부에 전하가 발생하는 방사선 검출기로,상기 공통전극은, 두께가 100옴스트롱 ~ 1000옴스트롱의 금박막(Au박막)인 것을 포함하는, 방사선 검출기.
- 제 1 항에 있어서,상기 공통전극으로서의 금박막의 두께가 450옴스트롱 ~ 550옴스트롱의 범위인, 방사선 검출기.
- 제 1 항에 있어서,셀렌계 아모르퍼스 반도체막과 공통전극과의 사이에 캐리어 선택성의 중간막이 형성되어 있는, 방사선 검출기.
- 제 1 항에 있어서,상기 검출기는 액티브 매트릭스 기판을 구비하고 있고,상기 액티브 매트릭스 기판은:방사선 검출 유효 에리어 내에 설정된 1차원 모양 또는 2차원 모양 매트릭스 배열로 복수의 수집전극이 액티브 매트릭스 기판의 표면에 형성되어 있고;각 수집전극에서 수집되는 전하의 축적·판독용 전기회로가 액티브 매트릭스 기판에 배설되어 있고;액티브 매트릭스 기판의 수집전극의 형성면측에 상기 셀렌계 아모르퍼스 반도체막이 적층되어 있는, 방사선 검출기.
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