KR100991255B1 - 디지털 방사선 영상 검출기의 기판 장치 및 방사선 영상검출기 기판 장치의 제조 방법 - Google Patents

디지털 방사선 영상 검출기의 기판 장치 및 방사선 영상검출기 기판 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 애벌런치 게인(avalanche gain)을 얻기 위한 전극을 형성한 디지털 방사선 영상 검출기의 기판 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 박막 필름 트랜지스터(TFT) 기판; 상기 박막 필름 트랜지스터 기판의 상면에 형성되는 제 1 광전도층; 상기 제 1 광전도층의 상면에 격자 모양으로 형성되는 절연층; 상기 절연층의 상면에 형성되되 상기 절연층의 격자 사이를 채우도록 형성되고, 조사되는 방사선에 의해 전자,전공 쌍을 발생시키는 제 2 광전도층; 및 상기 제 2 광전도층의 상면에 형성되고, 상기 제 2 광전도층 내부에 제 1 전기장이 형성되도록 외부의 전원 공급 장치와 연결되는 상부 전극층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 영상 검출기의 기판 장치에 의해 애벌런치 이득을 획득할 수 있는 디지털 방사선 영상 검출기의 기판 장치의 제작 공정을 보다 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.
방사선, 디텍터, 애벌런치, amorphous Selenium

Description

디지털 방사선 영상 검출기의 기판 장치 및 방사선 영상 검출기 기판 장치의 제조 방법{Substrate Apparatus of Digital Radioactive ray Image Detector and Manufacture Method thereof}
본 발명은 디지털 방사선 영상 검출기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 애벌런치 게인(avalanche gain)을 얻기 위한 전극을 형성한 디지털 방사선 영상 검출기의 기판 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
디지털 방사선 영상 검출기는 인체 또는 물체를 투과한 X선과 같은 방사선을 필름없이 전기적으로 검출하여 영상정보를 획득하는 장치이다. 즉, 방사선을 조사(照射)하여 얻어진 영상정보를 전기신호로 변환하고 이를 검출함으로써, 인체의 골격이나 장기의 이상 여부 또는 물체의 균열 등을 확인할 수 있도록 한다.
일반적으로 디지털 방사선 이미지 검출기는 인체나 물체를 투과한 방사선 에너지를 전기적 신호로 변환하는 방식에 따라 직접 변환 방식과 간접 변환 방식으로 구분할 수 있다. 간접 변환 방식은 에너지 변환 과정에서 손실과 노이즈가 많이 발생한다는 단점이 있으므로, 직접 변환 방식이 최신의 기술이라고 할 수 있다.
한편, 방사선은 인체에 해롭기 때문에 가급적 적은 양의 방사선을 조사하고 도 선명한 영상을 얻는 것이 가장 바람직하다고 할 수 있다. 이를 위해 적은 양의 방사선이 조사되더라도 이로 인해 발생하는 전기적 신호를 증폭하여 신호 발생량을 증가시키면 그만큼 광민감도를 높일 수 있다.
이러한 광민감도 성능을 향상시키기 위한 방법으로 직접 방식의 경우 입사되는 방사선의 흡수량을 증가시키기 위해 검출기의 기판에 형성되는 광전도층을 수 백 ㎛이상 두껍게 형성하는 구조가 개시된 바 있다. 또 다른 방법으로 전기적 신호 증폭을 위해 전압을 인가하는 전극을 광전도층 중간에 형성하여 애벌런치 효과를 발생시킴으로써 전기적 신호를 증폭하는 방법이 개시된 바 있다.
그러나 방사선 흡수량을 증가시키기 위해서는 광전도층에서 발생된 전기적 신호 발생량을 검출하기 위해 수 kV 직류전압을 인가하여 고전장을 형성해야 한다.이 경우 고전장에 의해 광전도체의 절연이 파괴될 우려가 있을 뿐만 아니라 리드아웃(Readout)을 위한 IC칩 등의 소자가 손상될 우려가 있다.
그리고 애벌런치 효과를 발생시키기 위해 광전도층 중간에 전극을 형성하기 위해서는 전극을 설치하기 위해 10-30㎛ 높이의 절연층을 먼저 형성시켜야 하는데, 반도체 공정상 하여 이러한 구조물을 형성하기가 매우 어렵다.
본 발명은 상기와 같은 배경에서 도출된 것으로 광민감도(photosensitivity)가 향상된 디지털 방사선 영상 검출기의 기판 장치 및 그 제조 방법를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 애벌런치 게인을 형성하기 위한 디지털 방사선 영상 검출기의 기판 장치 제작 공정을 용이하게 하는 것을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제는 본 발명에 따라, 박막 필름 트랜지스터(TFT) 기판; 상기 박막 필름 트랜지스터 기판의 상면에 형성되는 제 1 광전도층; 상기 제 1 광전도층의 상면에 격자 모양으로 형성되는 절연층; 상기 절연층의 상면에 형성되되 상기 절연층의 격자 사이를 채우도록 형성되고, 조사되는 방사선에 의해 전자,전공 쌍을 발생시키는 제 2 광전도층; 및 상기 제 2 광전도층의 상면에 형성되고, 상기 제 2 광전도층 내부에 제 1 전기장이 형성되도록 외부의 전원 공급 장치와 연결되는 상부 전극층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 영상 검출기의 기판 장치에 의해 달성된다.
이때 상기 제 2 광전도층과 상기 상부 전극층 사이에 형성되는 제 2 절연층을 더 포함할 수 있다.
상기 절연층은 그 내부에 삽입되는 전극을 포함하되, 상기 전극은 상기 절연층의 격자 간에 상기 제 1 전기장보다 강한 제 2 전기장을 형성하는 것을 특징한다. 또한, 상기 제 2 전기장은 애벌런치 이득 영역을 형성하기 위한 것이다.
한편, 상기 기술적 과제는 본 발명에 따라 박막 필름 트랜지스터(TFT) 기판상에 제 1 광전도층을 적층하는 단계; 상기 제 1 광전도층 상면에 하부 절연층을 적층하는 단계; 상기 절연층 상면에 전극층을 적층하는 단계; 상기 전극층이 격벽 형태로 남겨지도록 와플 형태로 에칭하는 단계; 상기 에칭된 전극층 상면에 상부 절연층을 적층하는 단계; 상기 전극층과 접촉되지 않는 상기 하부 절연층 및 상부 절연층 부분을 에칭하는 단계; 및 제 2 광전도층을 적층하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 영상 검출기 기판 장치의 제조 방법에 의해서도 달성된다.
본 발명에 따르면, 애벌런치 이득을 획득할 수 있는 디지털 방사선 영상 검출기의 기판 장치의 제작 공정을 보다 용이하게 할 수 있는 효과가 있다. 이에 따라 낮은 방사선 조사량으로도 감도가 높은 영상을 검출할 수 있는 디지털 방사선 영상 검출기의 기판 장치를 제공할 수 있다.
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 후술하는 실시예를 통해 더욱 명확해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예들을 통해 당업자가 용이하게 이해하고 구현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 방사선 영상 검출기의 기판 장치의 구성도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 방사선 영상 검출기의 기판 장치는 TFT 기판(100), 제 1 광전도층(110), 절연층(130), 절연층(130)에 삽입된 전극(135), 제 2 광전도층(140), 및 상부 전극층(150)을 포함한다.
TFT(Thin Film Transistor)기판(100)은 전하 충전을 위한 캐패시터와 연결되 는 드레인(drain)단, 소스단(source)과 게이트(gate)단을 포함한다. 본 실시예에 있어서, TFT 기판(100)은 물리적으로 지지체 역할을 한다.
제 1 광전도층(110)은 TFT 기판(100)의 상면에 형성된다. 본 실시예에 있어서 제 1 광전도층(110)은 비정질셀레늄(a-Se, amorphous selenium) 혹은 As2Se3 또는 As등을 함유한 비정질 셀레늄의 화합물일 수 있다. TFT 기판(100)의 상면에 제 1 광전도층(110)을 먼저 형성하고, 제 1 광전도층(110)의 상면에 후술할 절연층(130)을 적층함으로써, 절연층(130)을 10~30㎛ 정도의 두께로 형성할 필요가 없다. 즉, 제 1 광전도층(110)을 TFT 기판(100)의 상면에 먼저 형성하고, 그 위에 전극 삽입을 위해 절연층을 적층함으로써, 절연층(130)의 두께를 얇게 할 수 있고, 기판 장치의 제작 공정을 용이하게 할 수 있다.
절연층(130)은 제 1 광전도층(110)의 상면에 형성된다. 절연층(130)을 적층함으로써, 후술할 전극(135)이 직접 제 1 광전도층(110)에 접촉하는 경우에 발생될 수 있는 노이즈를 제거할 수 있다. 본 실시예에 있어서 절연층(130)은 SiNx, BCB(Benzocyclobutane), SiO2, 폴리이미드, 포토아크릴 중 하나일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고 자명한 변형예들을 포괄한다.
절연층(130)에 삽입되는 전극(135)은 상부 전극층(150)에 의해 생성되는 전기장보다 크기가 더 센 제 2 전기장을 형성하며, 이에 따라 TFT 기판(100)에 충전되기 위한 정공의 흐름 세기가 증폭되는 애벌런치 효과를 발생시킬 수 있다.
제 2 광전도층(140)은 상부에서 입사되는 방사선으로부터 전하,정공 쌍을 생성한다. 본 실시예에 있어서 제 2 광전도층(140)은 비정질셀레늄(a-Se, amorphous selenium) 혹은 As2Se3 또는 As등을 함유한 비정질 셀레늄의 화합물일 수 있다.
즉, 제 1 광전도층(110)과 제 2 광전도층(140)은 공정 과정에서 각각 적층되는 단계에 따라 구분하였지만 사실은 동일한 물질일 수 있다.
상부 전극층(150)은 외부의 전원 공급 장치와 연결된다. 상부 전극층(150)의 전압에 의해 제 2 광전도층(140) 내부에서 분리된 전자, 정공의 흐름을 유도할 수 있다. 이에 의해 전기장이 형성된다.
도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디지털 방사선 영상 검출기의 기판 장치의 구성도이다. 도시된 바와 같이 제 2 광전도층(140)과 상부 전극층(150)사이에 형성되는 제 2 절연층(200)을 더 포함한다. 제 2 절연층(200)은 상부 전극층(150)이 제 2 광전도층(140)에 접촉하는 경우에 발생될 수 있는 노이즈를 제거할 수 있다. 본 실시예에 있어서 제 2 절연층(200)은 파릴렌(parylene) 코팅층으로 구현될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고 자명한 변형예들을 포괄한다.
한편, 제 2 절연층(210)은 정지 영상을 촬영하는 경우에 형성된다. 예를 들어 인체 둘레를 회전하면서 복수의 프레임들로 디지털 영상을 촬영하는 경우에는 도 1a에 도시된 바와 같이 제 2 절연층(200)이 형성되지 않은 형태로 구현될 수 있다.
도 2는 도 1a의 절연층(130)이 형성된 형태의 사시도이다.
도 2 에 도시된 바와 같이 절연층(130)은 TFT 기판의 상측에 격자 형태로 형성된다. 그리고 이때 절연층(130)의 내부에는 전극(135)이 형성된다.
도 3은 본 발명에 따라 애벌런치 게인 영역에서 전기장 형태의 예시도이다. 도 3 에 도시된 바와 같이 상부 전극층에 의해 제 1 전기장(30a)이 형성된다. 제 2 광전도층(140)에서 형성된 전하가 전극(135)에 의해 형성되는 제 2 전기장(30b)에 의해 가속되고, 제 1 광전도층(110)에서 증폭된다. 도 3을 참조하면, 제 1 전기장(30a)에 대한 전계선의 밀도가 전극(135)간에 형성된 제 2 전기장(30b)에 의해 더 높아짐을 알 수 있다. 이렇게 증폭된 신호들은 TFT 기판(100)에 쌓임으로써, 애벌런치 효과를 낼 수 있다. 이에 따라 적은 방사선량에 의해서도 광 민감도가 높은 방사선 영상 검출기를 제공할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 방사선 영상 검출기 기판 장치의 제조 방법의 플로우차트이다.
먼저, 물리적인 지지체로 역할을 하는 TFT 기판상에 제 1 광전도층을 적층한다(S300). 본 실시예에 있어서 제 1 광전도층은 비정질 셀레늄(a-Se) 혹은 As2Se3 또는 As등을 함유한 비정질 셀레늄의 화합물일 수 있다. 그리고 그 위에 하부 절연층을 적층한다(S310). 이때 적층은 증착 공정을 통해 수행될 수 있다. 그리고 그 위에 전극층을 적층한다(S320). 전극층은 애벌런치 효과를 위한 구성이다. 이후에 전극층이 격자 모양으로 남도록 와플 형태로 에칭한다(S330).
이 후에 전극 위에 다시 상부 절연층을 적층한다(S340). 그리고 전극층과 접촉되지 않는 부분의 하부 절연층과 상부 절연층 부분을 에칭한다(S350).
이때 하부 전극층과 상부 전극층이 에칭된 격자 사이로 제 1 광전도층이 드러나도록 에칭한다. 또한, 에칭 시에 하부 전극층 및 상부 전극층과 함께 제 1 광전도층을 더 에칭하여, 하부 전극층과 상부 전극층이 에칭된 격자 사이로 박막 필 름 트랜지스터 기판이 드러나도록 에칭하는 것도 가능하다.
즉, 전극이 남겨진 격자 형태와 동일하게 절연층도 남도록 에칭된다. 그리고 그 위에 제 2 광전도층을 적층한다(S360). 본 실시예에 있어서, 제 2 광전도층은 비정질 셀레늄(a-Se)이다.
즉, 먼저 제 1 광전도층을 적층한 상태에서 애벌런치 효과를 도출하기 위한 전극을 삽입함으로써 애벌런치 효과를 위한 전극 삽입 공정을 용이하게 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 이 후에 제 2 광전도층 위에 제 2 절연층을 적층한다(S370). 제 2 절연층은 제 2 광전도층과 이 후에 적층될 상부 전극층이 접촉할 경우에 발생될 수 있는 노이즈를 제거하기 위한 것이다. 그리고 제 2 절연층 위에 상부 전극층을 적층한다(S380).
그러나 이때 제 2 광전도층 위에 제 2 절연층을 적층하는 단계는 필수적인 것은 아니고, 제 2 광전도층 위에 바로 상부 전극층을 적층하는 것도 가능하다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1a 는 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 방사선 영상 검출기의 기판 장치의 구성도,
도 1b 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디지털 방사선 영상 검출기의 기판 장치의 구성도,
도 2는 도 1a의 절연층(130)이 형성된 형태의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따라 애벌런치 게인 영역에서 전기장 형태의 예시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 방사선 영상 검출기 기판 장치의 제조 방법의 플로우차트이다.

Claims (10)

  1. 박막 필름 트랜지스터(TFT) 기판;
    상기 박막 필름 트랜지스터 기판의 상면에 형성되는 제 1 광전도층;
    상기 제 1 광전도층의 상면에 격자 모양으로 형성되는 절연층;
    상기 절연층의 상면에 형성되되 상기 절연층의 격자 사이를 채우도록 형성되고, 조사되는 방사선에 의해 전자, 전공 쌍을 발생시키는 제 2 광전도층; 및
    상기 제 2 광전도층의 상면에 형성되고, 상기 제 2 광전도층 내부에 제 1 전기장이 형성되도록 외부의 전원 공급 장치와 연결되는 상부 전극층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 영상 검출기의 기판 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 광전도층과 상기 상부 전극층 사이에 형성되는 제 2 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 영상 검출기의 기판 장치.
  3. 제1항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 절연층은 그 내부에 삽입되는 전극을 포함하되, 상기 전극은 상기 절연층의 격자 간에 상기 제 1 전기장보다 강한 제 2 전기장을 형성하는 것을 특징으로 하는 방사선 영상 검출기의 기판 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제 2 전기장은 애벌런치 이득 영역을 형성하기 위한 것임을 특징으로 하는 방사선 영상 검출기의 기판 장치.
  5. 제1항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1광전도층 또는 제2광전도층은 비정질 셀레늄(amorphous selenium) 혹은 그 화합물인 것을 특징으로 하는 방사선 영상 검출기의 기판 장치.
  6. 박막 필름 트랜지스터(TFT) 기판상에 제 1 광전도층을 적층하는 단계;
    상기 제 1 광전도층 상면에 하부 절연층을 적층하는 단계;
    상기 절연층 상면에 전극층을 적층하는 단계;
    상기 전극층이 격벽 형태로 남겨지도록 와플 형태로 에칭하는 단계;
    상기 에칭된 전극층 상면에 상부 절연층을 적층하는 단계;
    상기 전극층과 접촉되지 않는 상기 하부 절연층 및 상부 절연층 부분을 에칭하는 단계; 및
    제 2 광전도층을 적층하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 영상 검출기 기판 장치의 제조 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 하부 절연층 및 상부 절연층 부분을 에칭하는 단계는 상기 하부 절연층과 상부 절연층이 에칭된 격자 사이로 제 1 광전도층이 드러나도록 에칭하는 것을 특징으로 하는 방사선 영상 검출기 기판 장치의 제조 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 하부 절연층 및 상부 절연층 부분을 에칭하는 단계는 상기 하부 절연층과 상부 절연층이 에칭된 격자 사이로 박막 필름 트랜지스터 기판이 드러나도록 에칭하는 것을 특징으로 하는 방사선 영상 검출기 기판 장치의 제조 방법.
  9. 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 광전도층을 적층하는 단계 이후에, 제 2 절연층을 적층하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 영상 검출기 기판 장치의 제조 방법.
  10. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 광전도층은 또는 제 2광전도층은 비정질 셀레늄(amorphous selenium) 혹은 그 화합물인 것을 특징으로 하는 방사선 영상 검출기 기판 장치의 제조 방법.
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