KR100755287B1 - 방사선 촬상장치 - Google Patents

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타카마사 이시이
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Abstract

방사선을 전기신호로 변환하는 센서소자와, 상기 센서소자에 접속된 박막 트랜지스터를 포함하는 방사선 촬상장치에서는, 상기 박막 트랜지스터에 접속된 상기 센서소자의 전극이 상기 박막 트랜지스터 상에 배치되어 있고, 상기 박막 트랜지스터는, 반도체층, 게이트 절연층 및 게이트 전극층이 기판 상에 이 순서대로 적층되어 있는 톱 게이트형 구조를 가지므로, 상기 박막 트랜지스터의 채널부가 게이트 전극에 의해 보호됨으로써, 센서 전극으로부터의 출력에 대응하는 전위 변동에 의한 백게이트 효과로 인한 TFT소자 중 임의의 소자의 바람직하지 않은 ON이 없는 안정된 TFT 특성을 제공하며, 화상품질을 크게 개선시킨다.
방사선 촬상, 톱 게이트, TFT 특성, 반도체층, 게이트 절연층, 게이트 전극층

Description

방사선 촬상장치{RADIATION IMAGE PICKUP DEVICE}
본 발명은 일반적으로 방사선 촬상장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 의료용 화상 진단시스템, 비파괴 검사시스템, 방사선을 이용한 분석기 등에 적용되는 광전 변환용 기판 및 광전 변환장치와, 방사선 촬상용 기판 및 방사선 촬상장치에 관한 것이다. 여기서, 본 명세서에서 사용되는 "방사선"에는, 가시광 등의 전자기파와, X선, 알파선, 베타선, 감마선 등이 포함되는 것으로 가정한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "파장 변환부"는 방사선을 파장 변환하는 유닛을 의미하고, X선 등의 방사선을 광신호로 변환하는 형광체를 포함하는 것으로 가정한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "반도체 변환소자"는 적어도 방사선을 전하로 변환하는 소자를 의미하며, 예를 들어, 광신호를 전하로 변환하는 광전 변환소자를 포함하는 것으로 가정한다.
최근, 액정표시장치용 TFT 기술이 발전하여, 정보 인프라에 대한 서비스가 충족되고 있다. 따라서, 현재에는, 비단결정 실리콘, 예를 들어, 비정질 실리콘(amorphous silicon)(이하, 간단하게 "a-Si"라 함)을 이용한 광전 변환소자와 스위 칭 TFT로 구성된 센서 어레이를, 방사선을 가시광 등의 광으로 변환하는 형광체와 조합하여 얻어지는 플랫패널 검출기(flat panel detector)(이하, 적용될 경우에 간단하게 "FPD"라 함)가 제안되어 있다. 또한, 의료 화상 분야에서도, FPD는 대면적을 가질 수 있고, FPD의 디지털화가 달성되고 있다.
이 FPD는 방사선 화상을 순시적으로 판독하여, 이와 같이 판독된 방사선 화상을 동시에 표시장치 상에 표시하도록 구성되고, 화상은 디지털 정보의 형태로 FPD로부터 직접 추출될 수 있다. 따라서, FPD는 데이터의 보관이나, 데이터의 처리 및 전송에 있어서 취급 관리가 편리하다는 특징을 가진다. 또한, 감도 등의 특성은 촬영 조건에 의존하지만, 상기 특성은 종래의 스크린 필름(screen film)(이하, 간단하게 "S/F"라 함) 촬영법, 또는 연산 라디오그래피(computed radiography)(이하, 간단하게 "CR"이라 함) 촬영법에 비해, 동등 또는 그 이상이라는 점이 확인되었다.
이 FPD의 1비트 등가 회로도가 도 10에 도시되어 있다. 또한, FPD의 (3×3) 비트의 개략적인 등가 회로도가 도 11에 도시되어 있다. 이들 도면에서, 도면번호 101 및 도면부호 S11 내지 S33은 각각 광전 변환소자부를 나타내고, 도면번호 102 및 도면부호 T11 내지 T33은 각각 전송용 TFT부를 나타내며, 도면번호 104 및 도면부호 Vg1 내지 Vg3은 각각 전송용 TFT 구동배선을 나타내며, 도면번호 106 및 도면부호 Sig1 내지 Sig3은 신호선을 나타내며, 도면번호 107 및 도면부호 Vs1 내지 Vs3은 광전 변환소자 바이어스 배선을 나타내며, 도면부호 A는 신호처리회로를 나타내며, 도면부호 B는 바이어스 전원을 나타내며, 도면번호 D는 TFT 구동회로를 나 타내며, 도면부호 C는 A/D 변환부를 나타낸다.
X선 등의 방사선은 도 11의 지면 상부측으로부터 입사하여, 형광체(도시하지 않음)에 의해 가시광 등의 광으로 변환하게 된다. 그 결과로 얻어지는 광은 광전 변환소자 S11 내지 S33에 의해 전하로 변환되어, 광전 변환소자 S11 내지 S33에 축적된다. 그 후, TFT 구동회로 D에 의해, TFT 구동배선을 통해 전송용 TFT부 T11 내지 T33이 동작되므로, 이들 축적된 전하는 신호선 Sig1 내지 Sig3에 전송되어 신호처리회로 A에서 처리된다. 또한, 그 결과로 얻어지는 신호는 A/D 변환부 C에서 A/D 변환되어 출력된다.
기본적으로는, 전술한 것과 같은 소자 구조가 일반적으로 적용된다. 특히, 전술한 광전 변환소자에 관하여, PIN형 포토 디텍터(이하, 적용될 경우에 간단하게 "PIN형 PD"라 함), 또는 본 발명자 등에 의해 채택되고 있는 MIS형 포토 디텍터(이하, 간단하게 "MIS형 PD"라 함)가 일반적으로 사용된다. 이러한 소자 외에, 각종 소자가 제안되어 있다.
이상과 같이, FPD의 상용화는 달성되어 있다. 한편, 감도를 더욱 향상시킬 것을 목표로 하는 FPD에 대한 여러 제안이 이루어져 있다. 예를 들어, "SPIE Medical Imaging VI", February pp.23-27, 1992, L.E Antonuk 등에 의한 보고에서는, TFT소자 상에 센서소자를 적층한 구조가 개시되어 있다. 이 제안에서는, 전술한 구조를 채용하여, 센서소자의 개구율이 향상되도록 하여, 감도향상이 가능하도록 하고 있다. 또한, TFT소자는 센서소자의 바로 아래에 배치되어 있기 때문에, 불필요한 기생용량이 형성되고, 이 때문에, 접지된 평면을 배치하는 것으로 설명되 어 있다. 그러나, 구체적인 내용이 불분명하여 그 효과도 불분명하다.
또한, 미국특허 제5,498,880호의 특허 문헌에 의한 제안에서는, 마찬가지로, 개구율을 향상시키기 위하여, TFT소자 상에 센서소자를 적층한 구조가 도시되어 있다. 이 제안에서는, TFT소자의 소스/드레인 전극에 접속된 전극이 TFT소자를 덮어서, 센서소자의 개별전극으로 되는 구조가 채택된다.
한편, 일본 특허출원공개 제2000-156522호의 문헌에 의한 제안에서도, 마찬가지로, 개구율을 향상시킬 목적으로, TFT소자 상에 센서소자를 적층한 구조가 도시되어 있다. 이 제안에서는, TFT소자 상에 층간막을 통해 센서소자가 적층되어 있는 구조가 채택된다.
그러나, 전술한 종래기술의 예에서는, TFT의 채널부가 여러 형태로 전위변동을 받는 구조가 채택된다. 또한, 차폐층을 배치한다고 하는 설명에 있어서도, 그 구조가 구체적으로 명확하지 않다.
즉, 종래의 적층구조를 가진 FPD에서는, 센서소자의 개별전극이 TFT소자의 백게이트(back gate) 전극으로서 작용한다. 따라서, 개별전극의 전위변동에 의해, TFT소자의 누설전류 발생 등의 문제가 발생하여, 화상품질의 열화를 발생시킨다.
예를 들어, 큰 센서 출력신호를 갖는 영역과, 작은 센서 출력신호를 갖는 영역이 서로 인접하게 배치될 경우, 이들 영역 사이의 경계가 흐려지도록 하는 크로스토크(crosstalk)가 나타난다. 또한, 센서 포화출력이 감소하여 다이나믹 레인지(dynamic range)가 저하된다고 하는 문제가 발생한다.
본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 따라서, 본 발명의 목적은, TFT소자 상에 배치된 센서소자의 개별전극의 전위가 변동하더라도, TFT소자의 누설전류 발생에 의한 특성변동을 억제하여, 감도향상을 달성하는 것을 가능하게 하는 것이다.
본 발명에 의하면, 입사광을 전기신호로 변환하는 센서소자와, 상기 센서소자에 접속된 박막 트랜지스터를 각각 포함하는 복수의 화소가 배열되어 있는 광전 변환장치가 제공되며, 상기 광전 변환장치는, 상기 박막 트랜지스터에 접속된 센서소자가 상기 박막 트랜지스터 위에 배치되고, 상기 박막 트랜지스터는, 기판 상에 반도체층, 게이트 절연층 및 게이트 전극층이 순서대로 적층된 톱 게이트형 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, TFT소자에 대해 톱 게이트 구조가 채택됨으로써, TFT 상에 복잡한 차폐 구조를 배치하지 않고도, 게이트 전극에 의해 TFT 채널부가 보호되는 그러한 구조를 얻는다. 그 결과, 센서 전극으로부터의 출력에 대응하는 전위변동에 의해 발생하는 백게이트 효과로 인해, 어떠한 TFT소자들을 ON하지 않고도 안정된 TFT 특성을 얻을 수 있다. 즉, 화상 품질도 마찬가지로 크게 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 첨부한 도면을 참조하여 이루어지는 아래의 설명으로부터 명백할 것이며, 도면 전반에 걸쳐, 동일한 참조번호는 동일 또는 유사한 부분을 나타낸다.
명세서에 포함되어 그 일부를 구성하는 첨부 도면은 발명의 실시예들을 예시한 것이며, 상세한 설명과 함께, 본 발명의 원리를 설명하고 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 방사선 촬상장치의 1비트 등가 회로도이고,
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 방사선 촬상장치의 개략적인 평면도이고,
도 3은 도 2의 라인 3-3을 따라 취한 개략적인 단면도이고,
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 방사선 촬상장치의 1비트 등가 회로도이고,
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 방사선 촬상장치의 개략적인 평면도이고,
도 6은 도 5의 라인 6-6을 따라 취한 개략적인 단면도이고,
도 7은 본 발명의 실시예 3에 따른 방사선 촬상장치의 1비트 등가 회로도이고,
도 8은 본 발명의 실시예 3에 따른 방사선 촬상장치의 개략적인 평면도이고,
도 9는 본 발명의 실시예 4에 따른 방사선 촬상장치의 개략적인 단면도이고,
도 10은 종래의 방사선 촬상장치의 1비트(1화소)의 개략적인 등가 회로도이고,
도 11은 종래의 방사선 촬상장치의 (3×3)비트의 개략적인 등가 회로도이고,
도 12는 본 발명의 실시예 5에 따른 방사선 촬상장치의 등가 회로도이고,
도 13은 본 발명의 실시예 5에 따른 방사선 촬상장치의 개략적인 평면도이고,
도 14는 도 13의 라인 14-14를 따라 취한 개략적인 단면도이고,
도 15는 본 발명의 실시예 6에 따른 방사선 촬상장치의 등가 회로도이고,
도 16은 본 발명의 실시예 6에 따른 방사선 촬상장치의 개략적인 평면도이고,
도 17은 도 16의 라인 17-17을 따라 취한 개략적인 단면도이고,
도 18은 본 발명의 실시예 7에 따른 방사선 촬상장치의 등가 회로도이고,
도 19는 본 발명의 방사선 촬상장치를 이용한 X선 촬영시스템의 구성을 도시하는 개념도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
(실시예 1)
본 발명의 실시예 1로서, 전송용 TFT소자와 리셋용 TFT소자가 화소에 각각 배치된 광전 변환장치 및 방사선 촬상장치에 대해 설명한다. 실시예 1은 광전 변환장치 상에, 방사선을 가시광 등의 광으로 파장 변환하는 파장 변환부를 배치하고, 그 결과로 얻어지는 광을 광전 변환장치에 의해 판독하는 간접형 방사선 촬상장치에 관한 것이다. 광전 변환장치의 광전 변환소자로는, MIS형 PD 또는 PIN형 PD의 어느 하나가 사용될 수 있다.
도 1은 광전 변환장치의 1비트(1화소) 등가 회로도를 도시한 것이다. 도면에서, 도면번호 1은 광전 변환소자부, 도면번호 2는 전송용 TFT부, 도면번호 3은 리셋용 TFT부, 도면번호 4는 전송용 TFT 구동배선, 도면번호 5는 리셋용 TFT 구동배선, 도면번호 6은 신호선, 도면번호 7은 바이어스 배선, 도면번호 8은 리셋용 배선을 나타낸다.
이하, 도 1을 참조하여 구동방법의 개요에 대해 설명한다. X선 등의 방사선은 형광체 등의 파장 변환부에 의해 파장 변환되어, 광전 변환소자부(1)에 입사한다. 그 다음, 입사광은 전하로 광전 변환되어 광전 변환소자부(1)에 상기 전하가 축적된다.
그 후, 전송용 TFT 구동배선(4)을 통해 전송용 TFT부(2)의 게이트 전극에 ON전압이 인가되어 전송용 TFT부(2)를 ON 시킨다. 그 결과, 광전 변환소자로부터 전기신호가 신호선(6)에 전송되어, 별도로 구비된 판독 IC에 의해 판독된다. 전기신호를 판독하는 동작이 완료된 후, 전송용 TFT 구동배선(4)을 통해 전송용 TFT부(2)의 게이트 전극에 OFF전압이 인가되어, 전송용 TFT부(2)를 OFF 시킨다. 따라서, 일련의 판독 동작이 완료된다.
다음으로, 리셋용 TFT 구동배선(5)을 통해 리셋용 TFT부(3)의 게이트 전극에 ON전압이 인가되고, 리셋용 배선(8)을 통해 리셋용 TFT부(3)에 리셋 전압이 공급되어, 광전 변환소자부(1)를 리셋시킨다. 그 다음, 리셋용 TFT 구동배선(5)을 통해 리셋용 TFT부(3)의 게이트 전극에 OFF전압이 인가되고, 처리가 종료된다.
이상, 설명을 간략화하기 위하여 1비트의 등가 회로도에 의거하여 구동방법을 설명하였다. 그러나, 실제로는, (각각 1비트에 대응하는) 화소가 2차원으로 배열되고, 화소의 전송용 TFT 및 리셋용 TFT부는 각각 공통의 구동배선에 접속되어 있다. 또한, 화소의 이들 소자들은 대응하는 신호선 등에 각각 공통으로 접속되어 있다.
1화소의 개략적인 평면도가 도 2에 도시되어 있다. 도 2에서, 도 1에 도시된 것과 동일한 구성 소자는 동일한 도면번호에 의해 표시된다. 도 3은 도 2의 라인 3-3을 따라 취한 단면도이다. 이때, 도 3에서는, 전송용 TFT부(2)와 리셋용 TFT부(3) 사이의 간격이 외관상으로 축소되어 있다.
우선, 전송용 TFT부(2)에 대해 설명한다. 도 3에서, 도면번호 11은 기판, 도면번호 12는 다결정 반도체층, 도면번호 13은 소스/드레인 영역, 도면번호 14는 소스/드레인 영역(13)과 동일한 도전형을 갖는 저농도로 도핑된 영역으로 구성된 오프셋 영역, 도면번호 15는 게이트 절연층, 도면번호 16은 전송용 TFT 게이트 구동배선, 도면번호 17은 게이트 전극, 도면번호 18은 층간절연층, 도면번호 19는 소스/드레인 전극을 나타낸다. 전송용 TFT부(2)는 서로 직렬로 접속된 2개의 TFT를 포함하고, 상기 2개의 TFT의 2개의 게이트 전극(17)은 모두 전송용 TFT 구동배선(4)에 공통으로 접속되어 있다. 또한, 각 TFT는 LDD(Lightly Doped Drain) 구조를 가진다.
리셋용 TFT부(3)는 전송용 TFT부(2)와 동일한 구조를 가지도록 형성되어 있다. 도면번호 21은 리셋용 TFT 게이트 구동배선을 나타내고, 도면번호 22는 리셋 용 배선을 나타낸다. 리셋용 TFT부(3)도 서로 직렬로 접속된 2개의 TFT를 포함한다. 상기 2개의 TFT의 2개의 게이트 전극은 모두 리셋용 TFT 구동배선(5)에 공통으로 접속되어 있다. 각 TFT는 LDD 구조를 가진다.
또한, 도 3에서, 도면번호 23은 층간절연층, 도면번호 24는 센서 개별전극, 도면번호 25는 MIS형 PD(절연층, 반도체층, 옴 접촉층(ohmic contact layer)이 적층된 적층구조를 가짐), 도면번호 26은 투명 전극, 도면번호 27은 센서 바이어스 배선을 나타낸다. MIS형 PD(25)로부터의 전기신호는 센서 개별전극(24)에 접속된 드레인 전극(19)에 전송되어, 전송용 TFT부(2)를 통해 소스 전극(19)에 접속된 신호선(6)으로부터 판독된다.
한편, 형광체(도시되지 않음)는 광전 변환소자부(실시예 1에서는 MIS형 PD에 대응함) 상에 배치되고, 방사선 촬상장치를 구성한다. 이상과 같은 구성의 채택에 의해, MIS형 PD에 접속된 센서 개별전극(24)의 전위변동에 대하여, 각 TFT의 채널부가 각각의 게이트 전극에 의해 차폐되는 구조가 제공된다.
여기서, 전송용 TFT부 및 리셋용 TFT부의 어느 하나는 서로 직렬로 접속된 2개의 TFT를 포함하도록 구성될 수도 있다.
그 결과, 예를 들어, 센서 개별전극(24)으로부터의 광 출력에 대응하는 각 TFT의 누설전류를 감소시킬 수 있다. 따라서, 화상 품질이 특별히 향상될 수 있다. 또한, 화소 크기에 관계없이, 약 100%의 개구율이 달성됨으로써, 스케일 다운(축소)에 대하여 TFT에 의한 점유 면적이 커진다. 그러나, 이 상황에 무관하게 개구율이 확보될 수 있다. 이것은 구조의 측면에서 큰 이점이 된다.
또한, 복수의 TFT가 서로 직렬로 접속됨으로써, TFT 특성, 특히, OFF 특성이 개선된다. 또한, 게이트 절연층을 통한 상하의 층 사이에서 발생하는 단락(short-circuit), 반도체층에서 발생하는 단락 등의 불량에 대해서도, 장치의 용장성(redundancy)이 제공될 수 있다.
(실시예 2)
이하, 본 발명의 실시예 2로서, 전송용 TFT소자와 리셋용 TFT소자가 화소에 각각 배치되어 있는 방사선 촬상장치에 대해 설명한다. 실시예 2는 a-Se 등을 이용하여, 방사선을 직접 전기신호로 변환하는 직접형 방사선 촬상장치에 관한 것이다.
1비트의 등가 회로도가 도 4에 도시되어 있다. 도 1과 동일한 구성 소자에 대해서는 동일한 도면번호로 표시된다. 그러나, 도면번호 1은 방사선 변환소자부를 나타내고 있다. 도면에서, 방사선 변환소자부(1)는 방사선을 직접 전기신호로 변환하는 직접형 방사선 변환소자부이다. 도면번호 2는 전송용 TFT부, 도면번호 3은 리셋용 TFT부, 도면번호 4는 전송용 TFT 구동배선, 도면번호 5는 리셋용 TFT 구동배선, 도면번호 6은 신호 배선, 도면번호 7은 바이어스 배선, 도면번호 8은 리셋용 배선이다. 또한, 도면번호 9는 방사선의 직접 변환을 통해 얻어진 전하를 축적하는 축적 콘덴서를 나타낸다.
기본 동작은 실시예 1의 동작과 거의 동일하다. 방사선은 방사선 변환소자부(1)에서 직접 전하로 변환된다. 그 다음, 그 결과로 얻어지는 전하는 축적 콘덴 서(9)에 축적되어, 전송용 TFT부(2)에 의해 판독된다. 그 후, 리셋 동작중에, 방사선 변환소자부(1)(실시예 2에서는 직접형 변환부재)와 축적 콘덴서(9)가 동시에 리셋된다.
1화소의 개략적인 평면도가 도 5에 도시되어 있다. 도 5에서, 도 4에 도시된 것과 동일한 구성 소자는 동일한 도면번호로 표시된다. 도 6은 도 5의 라인 6-6을 따라 취한 단면도이다. 이때, 도 6에서, 전송용 TFT부(2)와 리셋용 TFT부(3) 사이의 간격은 외관상으로 축소되어 있다.
우선, 전송용 TFT부(2)에 대해 설명한다. 도 6에서, 도면번호 11은 기판, 도면번호 12는 다결정 반도체층, 도면번호 13은 소스/드레인 영역, 도면번호 14는 소스/드레인 영역(13)과 동일한 도전형을 갖는 저농도로 도핑된 영역으로 구성된 오프셋 영역, 도면번호 15는 게이트 절연층, 도면번호 16은 전송용 TFT 게이트 구동배선, 도면번호 17은 게이트 전극, 도면번호 18은 층간절연층, 도면번호 19는 소스/드레인 전극을 나타낸다. 전송용 TFT부(2)는 서로 직렬로 접속된 2개의 TFT를 포함하고, 상기 2개의 TFT의 2개의 게이트 전극(17)은 모두 전송용 TFT 구동배선(4)에 공통으로 접속되어 있다. 또한, 각 TFT는 LDD 구조를 가진다.
리셋용 TFT부(3)는 전송용 TFT부(2)와 동일한 구조를 가지도록 형성되어 있다. 도면번호 21은 리셋용 TFT 게이트 구동배선을 나타내고, 도면번호 22는 리셋용 배선을 나타낸다. 리셋용 TFT부(3)도 서로 직렬로 접속된 2개의 TFT를 포함한다. 상기 2개의 TFT의 2개의 게이트 전극은 모두 리셋용 TFT 구동배선(5)에 공통으로 접속되어 있다. 각 TFT는 LDD 구조를 가진다.
또한, 도 6에서, 도면번호 23은 층간절연층, 도면번호 24는 센서 개별전극, 도면번호 29는 직접 변환부재(a-Se, GaAs, PbI2 등으로 이루어짐), 도면번호 30은 센서 상부전극을 나타낸다.
또한, 축적 콘덴서(9)는 콘덴서 하부전극(28), 층간절연층(18) 및 소스/드레인 전극(19)을 포함하도록 형성되어 있다.
한편, 이와 유사하게, 전술한 것과 같은 구성의 채택에 의해, 직접 변환부재(29)에 접속된 센서 개별전극(24)의 전위변동에 대하여, 각 TFT의 채널부가 게이트 전극에 의해 차폐되는 구조가 제공된다.
그 결과, 예를 들어, 센서 개별전극(24)으로부터의 광 출력에 대응하는 각 TFT의 누설전류를 감소시키는 것이 가능하다. 따라서, 화상품질이 특히 향상될 수 있다. 또한, 화소 크기에 관계없이, 약 100%의 개구율이 달성된다. 이것은 스케일 다운(축소)에 대하여 구조의 측면에서 큰 이점이 된다.
또한, 복수의 TFT가 서로 직렬로 접속됨으로써, TFT 특성, 특히, OFF 특성이 개선된다. 또한, 게이트 절연층을 통한 상하층 사이에서 발생하는 단락, 또는 반도체층에서 발생하는 단락 등의 불량에 대하여도 장치의 용장성이 제공될 수 있다.
(실시예 3)
이하, 본 발명의 실시예 3으로서, 광전 변환소자에서 발생한 전하를 받아들이는 게이트 전극을 가지는 AmpTFT(증폭용 TFT)와, 이들 전하에 대응하는 전기신호 를 전송하는 전송용 TFT 등으로 구성되는 방사선 촬상장치에 대해 설명한다. 실시예 3은 방사선을 일단 가시광 등의 광으로 파장 변환하여, 그 결과 얻어지는 광을 광전 변환소자에 의해 판독하는 간접형 방사선 촬상장치에 관한 것이다. 광전 변환소자로는, MIS형 PD 또는 PIN형 PD가 사용될 수 있다.
광전 변환장치의 1비트 등가 회로도가 도 7에 도시되어 있다. 도 7에서, 도 1에서 도시된 것과 동일한 구성 소자는 동일한 도면번호로 표시된다. 도면에서, 도면번호 1은 광전 변환소자부, 도면번호 31은 AmpTFT부, 도면번호 2는 전송용 TFT부, 도면번호 3은 리셋용 TFT부, 도면번호 4는 전송용 TFT 구동배선, 도면번호 5는 리셋용 TFT 구동배선, 도면번호 6은 신호선, 도면번호 7은 바이어스 배선, 도면번호 8은 리셋용 배선, 도면번호 32는 전송용 TFT 바이어스 배선을 나타낸다. AmpTFT부(31)도 직렬로 접속된 2개의 TFT를 구비하고 있다.
이하, 도 7을 참조하여 구동방법의 개요에 대하여 설명한다. X선 등의 방사선은 형광체 등의 파장 변환부에 의해 파장 변환되어, 광전 변환소자부(1)에 입사하게 된다. 그 다음, 입사광은 전하로 광전 변환되고, 상기 전하는 광전 변환소자부(1)에 축적된다.
이 전하에 의해, AmpTFT(31)의 게이트 전극에서는, 입사 광량에 대응하는 전위변동이 발생한다. 그 다음, 전송용 TFT 구동배선(4)을 통해 전송용 TFT부(2)의 게이트 전극에 ON전압이 인가되어, 전송용 TFT부(2)를 ON 시킨다. 따라서, 입사 광량에 대응하는 출력신호가 신호선(6)을 통해 발생한다.
외부의 IC에 의해 출력을 판독하는 동작이 완료된 후, 전송용 TFT 구동배선 (4)을 통해 전송용 TFT부(2)의 게이트 전극에 OFF전압이 인가되어, 전송용 TFT부(2)를 OFF 시킨다. 이에 따라, 일련의 판독 동작이 완료된다.
다음으로, 리셋용 TFT 구동배선(5)을 통해 리셋용 TFT부(3)의 게이트 전극에 ON전압이 인가되고, 리셋용 배선(8)을 통해 리셋용 TFT부(3)에 리셋 전압이 인가되어, 광전 변환소자부(1)를 리셋시킨다. 그 다음, 리셋용 TFT 구동배선(5)을 통해 리셋용 TFT부(3)의 게이트 전극에 OFF전압이 인가되고, 처리가 종료된다.
이상, 설명을 간략화하기 위하여, 1비트의 등가 회로도에 의거하여 구동방법에 대해 설명하였다. 그러나, 실제로는, 화소(각각 1비트에 대응함)가 2차원으로 배열되고, 화소의 전송용 TFT 및 리셋용 TFT는 각각 공통의 구동배선에 접속되어 있다. 또한, 화소의 이들 소자들은 대응하는 신호선 등에 각각 공통으로 접속되어 있다.
1화소의 개략적인 평면도가 도 8에 도시되어 있다. 도 8에서, 도 1 및 도 7에 도시된 것과 동일한 구성 소자는 동일한 도면번호로 표시된다. 실시예 3과 같이 3종류의 TFT가 사용될 경우, 종래에는, 개구율이 현저하게 저하되어 충분한 감도를 확보하는 것이 불가능하였기 때문에, 기능적인 회로 설계를 행하기가 곤란하였다. 그러나, 실시예 3과 같이, TFT소자 상에 센서소자가 배치됨으로써, 높은 설계 자유도를 갖는 방사선 촬상장치를 실현하는 것이 가능해진다. 바꾸어 말하면, 화상품질이 높은 장치를 실현하는 것이 가능해진다.
(실시예 4)
실시예 4에서는, 실시예 1의 TFT 구조에 대해 오프셋 구조를 채택한 경우에 대해 설명한다. 실시예 4에 따른 방사선 촬상장치의 개략적인 단면도가 도 9에 도시되어 있다.
상기 도면으로부터 명백한 것과 같이, TFT의 게이트 전극(17)보다 채널 영역(12)의 폭이 더 넓은 오프셋 구조가 채택되어 있다. 실시예 4의 경우, 실시예 1에서 채택된 LDD 구조와 마찬가지로, 오프셋 구조에서도, TFT에서의 OFF-전류의 안정화 등과 동일한 효과가 제공된다.
(실시예 5)
실시예 5에서, 본 발명은, 입사된 X선 등의 방사선이 형광체층(파장 변환부)을 통해 가시광으로 변환되고, 그 결과 얻어지는 가시광이 광전 변환소자(반도체 변환소자 또는 센서소자)에 의해 전하로 변환되며, 그 결과 얻어지는 전하는 박막 트랜지스터(스위칭 소자)를 통해 판독되는 간접형 방사선 촬상장치에 적용된다.
도 12는 실시예 5에 따른 방사선 촬상장치의 등가 회로도이고, 도 13은 실시예 5에 따른 방사선 촬상장치의 평면도이며, 도 14는 실시예 5에 따른 방사선 촬상장치의 단면도(도 13의 라인 14-14를 따라 취한 단면도)이다.
도 12 내지 도 14에서, 도면부호 P11 내지 P44(도 13에서, 점선으로 둘러싸인 영역 참조)는, 도 14에 도시한 형광체층(10) 아래에 형성되어 있고, 형광체층(10)에서 입사 X선에 대한 파장변환을 통해 얻어지는 가시광을 전하로 변환하는 반도체 변환소자(센서소자)로서의 광전 변환소자를 각각 나타내고, 도면부호 T11 내 지 T44는, 광전 변환소자 P11 내지 P44에서 광전 변환을 통해 얻어지는 전하를 판독하는 스위칭 소자로서의 박막 트랜지스터(이하, 간단하게 "TFT"라 함)를 각각 나타낸다. 광전 변환소자 P11 내지 P44와, TFT T11 내지 T44는 각각 화소 C11 내지 C44를 구성한다. 이들 화소는 도 14에 도시된 절연기판(20) 상에 매트릭스 형상으로 형성되어 있다. 이때, 실시예 6에서는, 4×4의 매트릭스 형태로 배치된 화소가 도시되어 있지만, 실제로는, 예를 들어, 도 14에 도시된 절연기판(20) 상에, 화소가 1000×2000의 매트릭스 형상으로 배치되어 있다.
도 12 및 도 13에 도시한 것과 같이, 광전 변환소자 P11 내지 P44는 공통의 바이어스선 Vs1 내지 Vs4에 각각 접속되어 있다. 공통의 바이어스선 Vs1 내지 Vs4를 통해, 판독장치(30)로부터 광전 변환소자 P11 내지 P44에 일정한 바이어스 전압이 인가된다.
각 TFT(T11 내지 T44)의 게이트 전극은 공통의 게이트선 Vg1 내지 Vg4에 각각 접속되어 있다. 이 게이트선 Vg1 내지 Vg4를 통해, 게이트 구동장치(40)에 의해 TFT(T11 내지 T44)의 게이트 전극의 ON 및 OFF가 제어된다. TFT(T11 내지 T44)의 소스 및 드레인 전극은 공통의 신호선 Sig1 내지 Sig4에 각각 접속되어 있다. 이들 신호선 Sig1 내지 Sig4는 판독장치(30)에 접속되어 있다.
전술한 방사선 촬상장치에서는, 피검체를 향해 방출된 X선이 피검체에 의해 감쇠되고, 또한 이를 투과하여, 도 14에 도시된 형광체층(10)을 통해 가시광으로 변환된다. 이 가시광은 광전 변환소자 P11 내지 P44에 입사하여, 전하로 변환된다. 이 전하는 게이트 구동장치(40)로부터 TFT(T11 내지 T44)에 인가되는 게이트 구동펄스에 따라 TFT(T11 내지 T44)를 통해 신호선 Sig1 내지 Sig4에 전송되어, 판독장치(30)에 의해 외부에 판독된다. 그 다음, 공통의 바이어스선 Vs1 내지 Vs4에 의해, 광전 변환소자 P11 내지 P44에서 발생하여 전송되지 않고 잔존하고 있는 전하가 제거된다.
여기서, 전술한 소자의 구조에 대해 도 14를 참조하여 설명한다. 여기서, 도 12 및 도 13에 도시된 화소 C11의 구조를 예로 들어 설명하지만, 다른 화소 C12 내지 C44 각각은 구조에 있어서 화소 C11과 동일하다.
도 14에 도시한 것과 같이, 화소 C11에서는, 절연기판(20) 상에 제1절연층 L1, TFT(T11) 및 광전 변환소자 P11이 순차적으로 형성되어 있다.
예를 들어, 제1절연층 L1은 SiN, SiO2 및 SiON의 어느 하나로 이루어진다.
도 14에 도시한 것과 같이, TFT(T11)를 구성하는 층으로서, 제1절연층 L1 상에, 소스 및 드레인 전극을 구성하는 제1전극층 L2와, 소스 및 드레인 영역을 포함하는 고농도로 도핑된 반도체층 L3과, 소스 및 드레인 영역 사이에 정의된 채널부를 포함하는 반도체층 L4와, 절연층을 구성하는 제2절연층 L5와, 게이트 전극을 구성하는 제2전극층 L6이 이 순서대로 형성되어 있다. 이들 층 중에서, 게이트 전극을 구성하는 제2전극층 L6은, 제2절연층 L5를 제2전극층 L6과의 사이에 끼우도록 제2전극층 L6의 아래에 형성되어 있으며 소스 및 드레인 전극을 구성하는 제1전극층 L2와 수평 위치에서 중첩하도록, 반도체층 L4의 채널 폭보다 더 크게 형성되어 있다. 제1전극층 L2와 제2전극층 L6은 도 12 및 도 13에 도시한 신호선 Sig1과, 도 12 및 도 13에 도시한 게이트선 Vg1에 각각 접속되어 있다.
또한, 도 14에 도시한 것과 같이, 광전 변환소자 P11을 구성하는 층으로서, 제2전극층 L6 상에, 제3절연층 L7을 통해 제3전극층 L8, 제4절연층 L9, 제2반도체층 L10, n+형 반도체층 L11과, 공통의 바이어스선 Vs1 내지 Vs4에 접속된 제4전극층 L12가 이 순서대로 형성되어 있다. 이들 층 중에서, 제3전극층 L8은 TFT(T11)의 제1전극층 L2에 접속되어 있다. 또한, 제4전극층 L12는 도 12 및 도 13에 도시한 바이어스선 Vs1에 접속되어 있다. 도 14에 도시한 것과 같이, 제4전극층 L12 상에는, 제5절연층 L13과 유기보호층 L14가 형성되어 있다. 또한, 유기보호층 L14 상에는, 접착층 L15를 통해 형광체층(10)이 형성되어 있다.
따라서, TFT(T11) 상부에 형성된 광전 변환소자 P11의 전위변동이 발생하더라도, TFT(T11)의 ON 및 OFF를 제어하는 게이트 전극이 광전 변환소자 P11과 채널부 Ch11 사이에 존재하기 때문에, TFT 특성이 안정화된다.
또한, 이러한 구조를 갖는 TFT(T11)는, 고농도로 도핑된 반도체층 L3을 패터닝한 후, 반도체층(제1반도체층 L4)이 형성되어, 채널부 Ch11를 에칭할 필요가 없게 하여, 반도체층을 박막으로 형성하는 것이 가능해지기 때문에, 각각 높은 구동능력을 갖는 TFT가 된다.
이상과 같이, 실시예 5에 의하면, 광전 변환소자(반도체 변환소자)의 하부에 형성된 TFT소자(스위칭 소자)의 각각에 대해, 소스 및 드레인 전극(제1전극층), 고농도로 도핑된 반도체층, 반도체층(제1반도체층), 절연층(제2절연층), 게이트 전극 (제2전극층)이 이 순서로 형성되어 있는 구조가 채택된다. 그 결과, 안정된 특성과 높은 구동능력을 갖는 TFT소자를 형성하는 것이 가능하다.
여기서, 실시예 5에서는 MIS형 반도체 변환소자를 설명하였지만, PIN형 반도체 변환소자인 경우에도, 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 실시예 5에서는, 방사선을 형광체층을 통해 가시광으로 변환하여 그 결과 얻어지는 가시광을 광전 변환소자에 의해 전하로 변환하는 간접형 방사선 촬상장치를 예시하였다. 그러나, 비정질 셀렌(selen) 등의, 방사선을 직접 전하로 변환할 수 있는 재료를 이용하는 직접형 방사선 촬상장치가 채택되더라도, 동일한 효과를 얻을 수 있다.
(실시예 6)
실시예 6에서, 본 발명은, 실시예 5와 동일한 구성에 더하여, 각 화소에 리셋용 TFT를 구비한 방사선 촬상장치에 적용된다.
도 15는 실시예 6에 따른 방사선 촬상장치의 등가 회로도이고, 도 16은 실시예 6에 따른 방사선 촬상장치의 평면도이며, 도 17은 실시예 6에 따른 방사선 촬상장치의 단면도(도 16의 라인 17-17을 따라 취한 단면도)이다.
도 15 내지 도 17에서, 도면부호 P11 내지 P44(도 16에서, 점선으로 둘러싸인 영역 참조)는, 도 17에 도시한 형광체층(10)의 하부에 형성됨과 동시에, 형광체층(10)에서 입사 X선에 대한 파장변환을 통해 얻어진 가시광을 전하로 변환하도록 작용하는 반도체 변환소자(센서소자)로서의 광전 변환소자를 각각 나타내고, 도면 부호 T11 내지 T44는, 광전 변환소자 P11 내지 P44에서 광전 변환을 통해 얻어진 전하를 판독하는 스위칭 소자로서의 판독용 TFT를 각각 나타내며, 도면부호 Tr11 내지 Tr44는, 판독용 TFT(T11 내지 T44)에 의해 전송되지 않고 남은 전하를 판독하여 광전 변환소자 P11 내지 P44를 리셋시키는 리셋용 TFT를 각각 나타낸다. 광전 변환소자 P11 내지 P44, 판독용 TFT T11 내지 T44, 및 리셋용 TFT Tr11 내지 Tr44는 각각 화소 C11 내지 C44를 구성한다. 이들 화소는 도 17에 도시한 절연기판(20) 상에 매트릭스 형상으로 형성되어 있다. 이때, 실시예 6에서는, 4×4의 매트릭스 형상으로 배치된 화소가 도시되어 있지만, 실제로는, 예를 들어, 도 17에 도시한 절연기판(20) 상에, 화소가 1000×2000의 매트릭스 형상으로 배치되어 있다.
도 15 및 도 16에 도시한 것과 같이, 광전 변환소자 P11 내지 P44는 공통의 바이어스선 Vs1 내지 Vs4에 각각 접속되어 있다. 공통의 바이어스선 Vs1 내지 Vs4를 통해, 판독장치(30)로부터 광전 변환소자 P11 내지 P44에 일정한 바이어스 전압이 인가된다.
판독용 TFT(T11 내지 T44)의 게이트 전극은 공통의 게이트선 Vg1 내지 Vg4에 각각 접속되어 있다. 게이트선 Vg1 내지 Vg4를 통해, 게이트 구동장치(40)에 의해 판독용 TFT(T11 내지 T44)의 게이트 전극의 ON 및 OFF가 제어된다. 판독용 TFT(T11 내지 T44)의 소스 및 드레인 전극은 공통의 신호선 Sig1 내지 Sig4에 공통으로 접속되어 있다. 이들 신호선 Sig1 내지 Sig4는 판독장치(30)에 접속되어 있다.
또한, 리셋용 TFT(Tr11 내지 Tr44)의 게이트 전극은 공통의 게이트선 Vr1 내 지 Vr4에 각각 접속되어 있다. 게이트선 Vr1 내지 Vr4를 통해, 게이트 구동장치(40)에 의해 리셋용 TFT(Tr11 내지 Tr44)의 게이트 전극의 ON 및 OFF가 제어된다. 리셋용 TFT(Tr11 내지 Tr44)의 소스 또는 드레인 전극은 공통의 리셋용 배선 R1 내지 R4에 각각 접속되어 있다. 이들 리셋용 배선 R1 내지 R4는 판독장치(30)에 접속되어 있다.
전술한 방사선 촬상장치에서는, 피검체를 향해 방출된 X선이 피검체에 의해 감쇠되고, 이를 투과하여, 도 17에 도시한 형광체층(10)을 통해 가시광으로 변환된다. 이 가시광은 광전 변환소자 P11 내지 P44에 입사하게 되어 전하로 변환된다. 이 전하는, 게이트 구동장치(40)로부터 판독용 TFT(T11 내지 T44)의 게이트에 인가되는 게이트 구동펄스에 따라, 판독용 TFT(T11 내지 T44)를 통해 신호선 Sig1 내지 Sig4에 전송되어, 판독장치(30)에 의해 외부에 판독된다. 그 후, 광전 변환소자 P11 내지 P44에서 발생하여 판독용 TFT(T11 내지 T44)에 의해 전송되지 않은 전하는 리셋용 TFT(Tr11 내지 Tr44)를 통해 리셋용 배선 R1 내지 R4에 전송되어, 판독장치(30)에 의해 제거된다.
여기서, 전술한 소자의 구조에 대해 도 17을 참조하여 설명한다. 여기서는, 도 15 및 도 16에 도시한 화소 C11의 구조를 예로 들어 설명하지만, 다른 화소 C12 내지 C44 각각은 구조에 있어서 화소 C11과 동일하다.
도 17에 도시한 것과 같이, 화소 C11에서는, 절연기판(20) 상에, SiN, SiO2, 및 SiON의 어느 하나로 이루어진 제1절연층 L1과, 판독용 TFT(T11)와, 리셋용 TFT( 도 17에 도시하지 않음)와, 광전 변환소자 P11가 순서대로 형성되어 있다.
도 17에 도시한 것과 같이, 전술한 구성요소 중에서, 판독용 TFT(T11)에서는, 제1절연층 L1 상에, 소스 및 드레인 전극을 구성하는 제1전극층 L2와, 소스 및 드레인 영역을 포함하는 고농도로 도핑된 반도체층 L3과, 소스 및 드레인 영역 사이에 정의된 채널부를 포함하는 반도체층 L4와, 절연층을 구성하는 제2절연층 L5와, 게이트 전극을 구성하는 제2전극층 L6이 이 순서로 형성되어 있다. 이들 층 중에서, 게이트 전극을 구성하는 제2전극층 L6은, 제2절연층 L5를 제2전극층 L6과의 사이에 끼우도록 제2전극층 L6의 하부에 형성되어 있으며 소스 및 드레인 전극을 구성하는 제1전극층 L2와 수평방향의 위치에서 서로 중첩하지 않도록, 반도체층 L4의 채널부 상에만 형성되어 있다. 제1전극층 L2와 제2전극층 L6은 도 15 및 도 16에 도시한 신호선 Sig1과, 도 15 및 도 16에 도시한 게이트선 Vg1에 각각 접속되어 있다.
전술한 구조는 리셋용 TFT에도 적용된다. 도 17의 단면도에서는, 상기 화소 C11에 인접한 화소 C21의 광전 변환소자 P21의 하부에 형성된 리셋용 TFT(Tr12)의 리셋용 배선 R2가 도시되어 있다. 리셋용 배선 R2는 리셋용 TFT(Tr12)의 제1전극층(소스 또는 드레인 전극) L2에 접속되어 있다. 따라서, 리셋용 배선 R2의 상부에는, 고농도로 도핑된 반도체층 L3, 반도체층 L4, 및 제2절연층 L5가 순서대로 형성되어 있다.
한편, 도 17에 도시한 것과 같이, 광전 변환소자 P11에서는, 제2전극층 L6 상에, 제3절연층 L7을 통해, 제3전극층 L8, 제4절연층 L9, 제2반도체층 L1O, n+형 반도체층 L11, 및 제4전극층 L12가 이 순서로 형성되어 있다. 이들 층 중에서, 제3전극층 L8은 제1전극층 L2에 의해 구성되는 판독용 TFT(T11)의 소스 또는 드레인 전극에 접속되어 있다. 또한, 제4전극층 L12는 도 15 및 도 16에 도시한 바이어스선 Vs1에 접속되어 있다. 도 17에 도시한 것과 같이, 제4전극층 L12 상에는, 제5절연층 L13과 유기보호층 L14가 순서대로 형성되어 있다. 또한, 유기보호층 L14 상에는, 접착층 L15를 통해 형광체층(10)이 형성되어 있다.
따라서, 판독용 TFT(T11) 및 리셋용 TFT(Tr11) 상에 형성된 광전 변환소자 P11의 전위변동이 발생하더라도, 판독용 TFT(T11) 및 리셋용 TFT(Tr11)의 ON 및 OFF를 제어하는 게이트 전극이 광전 변환소자 P11과 채널부 Ch11 사이에 존재하기 때문에, TFT 특성은 안정화된다.
또한, 이러한 구조를 각각 갖는 판독용 TFT 및 리셋용 TFT는, 고농도로 도핑된 반도체층을 패터닝한 후, 반도체층(제1반도체층)을 형성하여 채널부의 에칭을 불필요하게 하므로, 높은 구동능력을 갖는 TFT가 된다. 이것은 반도체층이 박막으로 형성되도록 한다.
또한, 실시예 6에서는, 판독용 TFT 및 리셋용 TFT 각각의 게이트 전극이 채널부 상부에만 형성되므로, 게이트 전극이 소스 또는 드레인 전극과 수평방향의 위치에서 중첩하지 않는다. 그 결과, 신호선 용량이 더욱 감소되어, 저노이즈의 방사선 촬상장치를 제공할 수 있게 한다.
이상과 같이, 실시예 6에 의하면, 광전 변환소자(반도체 변환소자)의 하부에 형성된 TFT소자(판독용 TFT 및 리셋용 TFT)의 각각에 대해, 소스 및 드레인 전극(제1전극층), 고농도로 도핑된 반도체층, 반도체층(제1반도체층), 절연층(제2절연층), 및 게이트 전극(제2전극층)이 이 순서로 형성된 구조가 채택된다. 그 결과, 안정된 특성과 높은 구동능력을 갖는 TFT소자를 형성하는 것이 가능하다.
이때, 실시예 6에서는, MIS형 반도체 변환소자를 설명하였지만, PIN형 반도체 변환소자의 경우에도, 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 실시예 6에서는, 방사선을 형광체층을 통해 가시광으로 변환하여, 그 결과 얻어지는 가시광을 광전 변환소자에 의해 전하로 변환되는 간접형 방사선 촬상장치를 예시하고 있다. 그러나, 비정질 셀렌(selen) 등의, 방사선을 직접 전하로 변환할 수 있는 재료를 이용한 직접형 방사선 촬상장치가 채택되더라도, 동일한 효과를 얻을 수 있다.
(실시예 7)
실시예 7에서는, 본 발명이 소스 팔로워(source follower) 형의 방사선 촬상장치에 적용된다. 도 18은 실시예 7에 따른 방사선 촬상장치의 등가 회로도이다.
도 18에 도시한 방사선 촬상장치에서는, 스위칭 TFT(TFT1 등)의 게이트 전극이 공통의 게이트선 Vg에 각각 접속되어 있다. 스위칭 TFT(TFT1 등)의 게이트의 ON 및 OFF는 게이트 구동장치(40)에 의해 각각의 게이트선 Vg를 통해 제어된다. 스위칭 TFT(TFT1 등)의 소스 또는 드레인 전극은 판독용 TFT(TFT2 등)를 통해 공통 의 신호선 Sig에 각각 접속되어 있다. 신호선 Sig는 판독장치(30)에 접속되어 있다.
광전 변환소자 P의 하나의 전극은 공통 전극 드라이버(도시하지 않음)에 각각 접속되어 있고, 광전 변환소자 P의 다른 전극은 판독용 TFT(TFT2 등)의 제어 전극(게이트 전극)에 각각 접속되어 있다.
리셋용 TFT(TFT3 등)의 소스 및 드레인 전극 중 하나의 전극은 판독용 TFT(TFT2 등)의 게이트 전극에 각각 접속되어 있고, 리셋용 TFT(TFT3 등)의 소스 및 드레인 전극의 다른 전극은 리셋용 배선 R에 접속되어 있다.
전술한 방사선 촬상장치에서는, 피검체를 향해 방출된 방사선이 피검체에 의해 감쇠되고, 또한 이를 투과하여, 형광체층(본 도면에는 도시하지 않음)을 통해 가시광으로 변환된다. 그 결과 얻어지는 가시광은 광전 변환소자 P에 입사하여 전하로 변환된다. 이 전하의 발생으로 인해, 판독용 TFT(TFT2 등)의 게이트 전극에서는, 광 조사량에 대응하는 전위변동이 발생한다.
상기 전위변동으로 인해, 판독용 TFT(TFT2 등)를 흐르게 되는 전류량이 변화하게 된다. 이와 같이 변화된 전류는 신호배선 Sig에 각각 전송되어, 판독장치(30)에 의해, 화소열에 대응하도록 각각 구비된 TFT(TFT4 등)를 통해 외부에 판독된다. 그 결과 얻어지는 신호는 증폭기(50)에 의해 증폭된 다음, A/D 변환기(60)에 의해 디지털 신호로 변환되어 메모리(70)에 기억된다. 이와 같이, 상기 디지털 신호는 출력될 수 있다.
스위칭 TFT(TFT1 등)는 판독용 TFT(TFT2 등)의 소스 및 드레인 사이에 전압 이 인가되도록 하는 스위치로서 사용된다. 또한, 신호를 판독한 후, 리셋용 TFT(TFT3 등)를 구동하여, 리셋용 배선 R을 통해 리셋용 TFT(TFT3 등)에 접속된 광전 변환소자 P의 전극에 전압을 인가함으로써, 광전 변환소자 P에 축적된 전하를 제거하는 것이 가능하다.
전술한 것과 같은 소스 팔로워 형의 방사선 촬상장치일 경우에는, 1화소 영역에 복수의 TFT를 배치할 필요가 있다. 따라서, 종래기술의 예와, 전술한 것과 같은 실시예 1 및 2와 마찬가지로, 개구율을 향상시키기 위하여 TFT의 상부에 광전 변환소자를 형성하는 것이 바람직하다.
그러므로, 실시예 7에 의하면, 전술한 것과 같은 실시예 1 및 2와 마찬가지로, 각각의 TFT소자(TFT1 내지 TFT3)에 대해, 소스 및 드레인 전극(제1전극층), 고농도로 도핑된 반도체층, 반도체층(제1반도체층), 절연층(제2절연층), 및 게이트 전극(제2전극층)이 이 순서로 형성되어 있다. 이 구조에 의하여, 안정된 특성과 높은 구동능력을 갖는 TFT소자가 형성된다.
(응용예)
다음으로, 실시예 7의 응용예를 설명한다. 이 응용예에서는, 실시예 7의 방사선 촬상장치가 X선 디지털 라디오그래피 방식을 이용하는 X선 화상 진단시스템(방사선 촬상시스템)에 적용된다. 이 X선 화상 진단시스템의 일례가 도 19에 도시되어 있다.
도 19에 도시한 X선 화상 진단시스템은, 병원 등의 의료시설의 검사실 내에 서 피검체(환자)의 X선 촬영을 수행하고, 그 결과 얻어지는 X선 화상을 필요에 따라 화상 처리하여 표시장치 상에 그 결과 얻어지는 화상을 표시하거나, 레이저 프린터로부터 필름의 형태로 상기 화상을 출력하여, 의사가 피검체의 X선 화상을 관찰하고 진달할 수 있도록 구성되어 있다. 이 X선 화상 진단시스템은 그 하나의 예로서, 검사실(X선 룸 및 제어 룸)과 의사 룸 등의 룸에 각각 별도로 설치되어 있는 복수의 장치, 기기, 유닛 등을 포함한다.
검사실의 X선 룸 측에는, X선 튜브(방사원)(801) 및 이미지 센서(방사선 촬상장치)(802)가 환자 PS를 통해 서로 대향하도록 설치되어 있다. 이에 따라, X선 촬영 중에는, X선 튜브(801)로부터 방출된 X선(800)이 환자 PS의 촬영대상 부위를 투과하여 이미지 센서(802)에 입사하게 된다. 그 결과, 이미지 센서(802)에서는, 실시예 7에서 설명한 것과 같이, 입사 X선이 형광체층을 통해 광신호로 변환되고, 그 결과 얻어지는 광신호는 각 화소의 각각의 광전 변환소자에서 전하로 변환된다. 다음으로, 그 결과 얻어지는 전하는 대응하는 TFT를 통해 판독되어, 전기신호의 형태로 외부에 출력된다. 그 결과 얻어지는 출력신호는 환자 PS의 촬영부위에 특수한 X선 흡수계수를 반영하는 X선 화상의 원천이 되는 데이터에 해당한다.
한편, 검사실의 제어 룸 측에는, X선 튜브(801) 및 이미지 센서(802)에 접속된 이미지 프로세서(803)와, 상기 이미지 프로세서(803)에 접속된 표시장치(804)가 설치되어 있다. 이에 따라, X선 촬영 중에는, 이미지 프로세서(803)에서, X선 튜브(801)에 대한 촬영조건 등의 각종 제어동작 외에, 이미지 센서(802)에 의해 검출된 전기신호에 대하여 X선 화상 데이터를 위한 각종 화상처리가 실행된다. 이러한 처리를 통해 얻어지는 환자 PS의 X선 화상은 표시장치(804) 상에 표시된다.
또한, 의사 룸 내에는, 검사실 내에 설치된 이미지 프로세서(803)와 LAN(Local Area Network) 등의 네트워크(805)를 통해 접속되는 필름 프로세서(806)와, 상기 필름 프로세서(806)에 접속되는 의사용 표시장치(807)가 설치되어 있다. 이에 따라, 전술한 X선 촬영을 통해 얻어진 X선 화상 데이터 등이 필름 프로세서(806)를 통해 레이저 프린터로부터 필름(808)의 형태로 출력되고, 또한, 의사용 표시장치(807) 상에도 표시되어, X선 화상에 대한 관찰 및 진단을 위해 제공된다.
이때, 각각의 실시예 1 내지 7의 방사선 촬상장치는 전술한 응용예의 X선 화상 진단시스템에서 사용하기 위한 이미지 센서에 한정되도록 의도한 것이 아니므로, 다른 방사선 촬상시스템에서 사용하기 위한 방사선 촬상장치 등에도 적용될 수 있다.
이상으로, 본 발명의 실시예에 관하여 설명하였지만, 본 발명의 적합한 실시 형태를 아래와 같이 설명한다.
(실시 형태 1)
입사광을 전기신호로 변환하는 센서소자와, 상기 센서소자에 접속된 박막 트랜지스터를 각각 포함하는 복수의 화소가 배열되어 있는 광전 변환장치에 있어서,
상기 박막 트랜지스터에 접속된 센서소자의 전극은 상기 박막 트랜지스터 상에 배치되어 있고, 상기 박막 트랜지스터는, 반도체층, 게이트 절연층 및 게이트 전극층이 기판 상에 순서대로 적층되어 있는 톱 게이트형 구조를 가진다.
(실시 형태 2)
실시 형태 1에 따른 광전 변환장치에 있어서, 상기 박막 트랜지스터는, 서로 직렬로 접속되어 있으며 동일한 게이트 배선을 사용하는 복수의 박막 트랜지스터로 구성된다.
(실시 형태 3)
실시 형태 2에 따른 광전 변환장치에 있어서, 상기 복수의 박막 트랜지스터는, 상기 센서소자로부터 전기신호를 각각 전송하는 복수의 전송용 박막 트랜지스터와, 상기 센서소자를 리셋하는 복수의 리셋용 박막 트랜지스터를 포함한다.
(실시 형태 4)
실시 형태 1에 따른 광전 변환장치에 있어서, 상기 복수의 박막 트랜지스터는, 상기 센서소자로부터 전기신호를 그 입력으로서 각각 받아들이는 복수의 증폭용 박막 트랜지스터와, 상기 전기신호를 각각 출력하는 복수의 전송용 박막 트랜지스터와, 상기 센서소자를 각각 리셋하는 복수의 리셋용 박막 트랜지스터를 포함한다.
(실시 형태 5)
실시 형태 2 내지 4 중 어느 하나에 따른 광전 변환장치에 있어서, 상기 복수의 박막 트랜지스터의 각각의 채널영역은 상기 복수의 박막 트랜지스터의 각각의 게이트 전극보다 더 폭이 넓다.
(실시 형태 6)
실시 형태 1 내지 5의 어느 하나에 기재된 광전 변환장치와, 상기 광전 변환 장치의 광 입사측에 구비되어 방사선을 광으로 변환하는 변환부를 포함하는 방사선 촬상장치.
(실시 형태 7)
방사선을 전기신호로 변환하는 센서소자와, 상기 센서소자에 접속된 박막 트랜지스터를 각각 포함하는 복수의 화소가 배열되어 있는 방사선 촬상장치에 있어서,
상기 박막 트랜지스터에 접속된 센서소자의 전극은 상기 박막 트랜지스터 상에 배치되어 있고, 상기 박막 트랜지스터는, 반도체층, 게이트 절연층 및 게이트 전극층이 기판 상에 순서대로 적층되어 있는 톱 게이트형 구조를 가진다.
(실시 형태 8)
실시 형태 7에 따른 방사선 촬상장치에 있어서, 상기 박막 트랜지스터는, 서로 직렬로 접속되어 있으며 동일한 게이트 배선을 사용하는 복수의 박막 트랜지스터로 구성된다.
(실시 형태 9)
실시 형태 7에 따른 방사선 촬상장치에 있어서, 상기 센서소자에는 축적 콘덴서가 접속되어 있다.
(실시 형태 10)
실시 형태 8에 따른 방사선 촬상장치에 있어서, 상기 복수의 박막 트랜지스터는, 상기 센서소자로부터 전기신호를 각각 전송하는 복수의 전송용 박막 트랜지스터와, 상기 센서소자를 각각 리셋시키는 복수의 리셋용 박막 트랜지스터를 포함 한다.
(실시 형태 11)
실시 형태 8에 따른 방사선 촬상장치에 있어서, 상기 복수의 박막 트랜지스터는, 상기 센서소자로부터 전기신호를 그 입력으로서 각각 받아들이는 복수의 증폭용 박막 트랜지스터와, 상기 전기신호를 각각 출력하는 복수의 전송용 박막 트랜지스터와, 상기 센서소자를 각각 리셋시키는 복수의 리셋용 박막 트랜지스터를 포함한다.
(실시 형태 12)
실시 형태 8 내지 11 중 어느 하나에 따른 방사선 촬상장치에 있어서, 상기 복수의 박막 트랜지스터의 각각의 채널 영역은 상기 복수의 박막 트랜지스터의 각각의 게이트 전극보다 더 폭이 넓다.
(실시 형태 13)
방사선을 전하로 변환하는 복수의 반도체 변환소자와, 상기 복수의 반도체 변환소자의 하부에 형성된 복수의 박막 트랜지스터를 적어도 포함하는 화소가 절연기판 상에 매트릭스 형상으로 배열되어 있는 방사선 촬상장치에 있어서,
상기 박막 트랜지스터는 상기 절연기판 상에 순서대로 형성된 소스 및 드레인 전극, 고농도로 도핑된 반도체층, 반도체층, 절연층, 그리고 게이트 전극을 가진다.
(실시 형태 14)
실시 형태 13에 따른 방사선 촬상장치에 있어서, 상기 박막 트랜지스터의 게 이트 전극은 상기 소스 및 드레인 전극과 중첩하도록 형성되어 있다.
(실시 형태 15)
실시 형태 13에 따른 방사선 촬상장치에 있어서, 상기 박막 트랜지스터의 게이트 전극은 상기 소스 및 드레인 전극과 중첩하지 않도록 형성되어 있다.
(실시 형태 16)
실시 형태 13에 따른 방사선 촬상장치에 있어서, 상기 박막 트랜지스터의 소스 및 드레인 전극은 고농도로 도핑된 반도체층으로 덮여 있다.
(실시 형태 17)
실시 형태 13 내지 16 중의 어느 하나에 따른 방사선 촬상장치에 있어서, 상기 절연기판과 상기 박막 트랜지스터 사이에는 절연층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
(실시 형태 18)
실시 형태 17에 따른 방사선 촬상장치에 있어서, 상기 절연기판과 상기 박막 트랜지스터 사이에 형성된 상기 절연층은 SiN, SiO2 및 SiON 중의 어느 하나로 이루어진다.
(실시 형태 19)
방사선을 파장 변환하는 파장 변환부와, 상기 파장 변환된 방사선을 전하로 변환하는 복수의 반도체 변환소자와, 상기 반도체 변환소자의 하부에 형성된 복수의 박막 트랜지스터를 포함하는 화소가 절연기판 상에 매트릭스 형상으로 배열되어 있는 방사선 촬상장치에 있어서,
상기 박막 트랜지스터는 상기 절연기판 상에 순서대로 형성된 소스 및 드레인 전극, 고농도로 도핑된 반도체층, 반도체층, 절연층, 그리고 게이트 전극을 가지는 것을 특징으로 한다.
(실시 형태 20)
실시 형태 6 내지 19 중의 어느 하나에 따른 방사선 촬상장치와,
상기 방사선 촬상장치로부터 얻어진 전기신호에 의거하여 촬상대상인 화상을 생성하는 처리수단과,
상기 처리수단에 의해 생성된 화상을 표시하는 표시수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상시스템.
이상 설명한 것과 같이, 본 발명에 의하면, 특별한 차폐구조를 설치하지 않고도, 센서소자를 TFT 상에 배치하는 것이 가능해진다. 그 결과, 고정세화로 인한 화소 크기 축소(스케일 다운)의 경우에도, 충분한 개구율 즉, 감도를 확보할 수 있다. 또한, TFT의 누설전류 발생으로 인한 화상품질의 감소를 방지하는 것이 가능해진다.
본 발명의 다수의 명백히 폭 넓고 상이한 실시예들은 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고도 행해질 수 있으므로, 본 발명은 청구범위에서 기재된 것을 제외한 특정 실시예에 한정되지 않는다는 점을 이해해야 한다.

Claims (20)

  1. 입사광을 전기신호로 변환하는 센서소자와, 상기 센서소자에 접속된 복수의 박막 트랜지스터를 각각 포함하는 복수의 화소를 구비하는 광전 변환장치에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터에 접속된 상기 센서소자의 전극은 상기 박막 트랜지스터 상에 배치되어 있고, 상기 박막 트랜지스터는, 반도체층, 게이트 절연층 및 게이트 전극층이 기판 상에 순서대로 적층되어 있는 톱 게이트형 구조를 가지며,
    상기 복수의 박막 트랜지스터는 상기 센서소자로부터 전기신호를 각각 전송하는 복수의 전송용 박막 트랜지스터와, 상기 센서소자를 각각 리셋하는 복수의 리셋용 박막 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 변환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터는 서로 직렬로 접속되어 있으며 동일한 게이트 배선을 사용하는 복수의 박막 트랜지스터로 구성되는 것을 특징으로 하는 광전 변환장치.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 센서소자로부터 전기신호를 입력으로서 받아들여, 상기 복수의 전송용 박막 트랜지스터에 의해 출력될 신호를 발생시키는 증폭용 박막 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 변환장치.
  5. 제2항 또는 제4항에 있어서,
    상기 복수의 박막 트랜지스터의 각각의 채널영역은 상기 복수의 박막 트랜지스터의 각각의 게이트 전극보다 더 폭이 넓은 것을 특징으로 하는 광전 변환장치.
  6. 제1항에 기재된 광전 변환장치와, 상기 광전 변환장치의 광 입사측에 구비되어 방사선을 광으로 변환하는 변환부를 구비하는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상장치.
  7. 방사선을 전기신호로 변환하는 센서소자와, 상기 센서소자에 접속된 복수의 박막 트랜지스터를 각각 포함하는 복수의 화소를 구비하는 방사선 촬상장치에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터에 접속된 상기 센서소자의 전극은 상기 박막 트랜지스터 상에 배치되어 있고, 상기 박막 트랜지스터는, 반도체층, 게이트 절연층 및 게이트 전극층이 기판 상에 순서대로 적층되어 있는 톱 게이트형 구조를 가지며,
    상기 복수의 박막 트랜지스터는 상기 센서소자로부터 전기신호를 각각 전송하는 복수의 전송용 박막 트랜지스터와, 상기 센서소자를 각각 리셋하는 복수의 리셋용 박막 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터는 서로 직렬로 접속되어 있으며 동일한 게이트 배선을 사용하는 복수의 박막 트랜지스터로 구성되는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 센서소자에는 축적 콘덴서가 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상장치.
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서,
    상기 센서소자로부터 전기신호를 입력으로서 받아들여, 상기 복수의 전송용 박막 트랜지스터에 의해 출력될 신호를 발생시키는 증폭용 박막 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상장치.
  12. 제8항, 제9항 또는 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 박막 트랜지스터의 각각의 채널 영역은 상기 복수의 박막 트랜지스터의 각각의 게이트 전극보다 더 폭이 넓은 것을 특징으로 하는 방사선 촬상장치.
  13. 방사선을 전하로 변환하는 복수의 반도체 변환소자와, 상기 복수의 반도체 변환소자의 하부에 형성된 복수의 박막 트랜지스터를 적어도 포함하는 화소가 절연기판 상에 매트릭스 형상으로 배열되어 있는 방사선 촬상장치에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터는 상기 절연기판 상에 순서대로 형성된 소스 및 드레인 전극, 고농도로 도핑된 반도체층, 반도체층, 절연층, 그리고 게이트 전극을 가지는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터의 게이트 전극은 상기 소스 및 드레인 전극과 중첩하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터의 게이트 전극은 상기 소스 및 드레인 전극과 중첩하지 않도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터의 소스 및 드레인 전극은 고농도로 도핑된 반도체층으로 덮여 있는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상장치.
  17. 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연기판과 상기 박막 트랜지스터 사이에는 절연층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 절연기판과 상기 박막 트랜지스터 사이에 형성된 상기 절연층은 SiN, SiO2 및 SiON 중의 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상장치.
  19. 방사선을 파장 변환하는 파장 변환부와, 상기 파장 변환된 방사선을 전하로 변환하는 복수의 반도체 변환소자와, 상기 반도체 변환소자의 하부에 형성된 복수의 박막 트랜지스터를 포함하는 화소가 절연기판 상에 매트릭스 형상으로 배열되어 있는 방사선 촬상장치에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터는 상기 절연기판 상에 순서대로 형성된 소스 및 드레인 전극, 고농도로 도핑된 반도체층, 반도체층, 절연층, 그리고 게이트 전극을 가지는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상장치.
  20. 제6항, 제7항, 제13항 또는 제19항 중 어느 한 항에 기재된 방사선 촬상장치와,
    상기 방사선 촬상장치로부터 얻어진 전기신호에 의거하여 촬상대상인 화상을 생성하는 처리수단과,
    상기 처리수단에 의해 생성된 화상을 표시하는 표시수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상시스템.
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