KR101090092B1 - 엑스레이 검출기의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
신틸레이터 패널의 접착력을 향상시킬 수 있는 엑스레이 검출기의 제조 방법이 개시되어 있다. 엑스레이 검출기의 제조를 위해, 엑스레이가 투과하는 지지 기판, 지지 기판 상에 형성되어 지지 기판을 투과한 엑스레이를 가시광으로 변환시키는 신틸레이터층 및 신틸레이터층을 덮어 보호하는 보호막을 포함하는 신틸레이터 패널을 형성한다. 이후, 보호막의 표면을 플라즈마 처리하여 거칠어지게 한다. 신틸레이터 패널의 형성과는 별도로 신틸레이터 패널로부터 출사되는 가시광을 전기 신호로 변환하는 광전 변환 패널을 형성한다. 이후, 광전 변환 패널 상에 접착층을 형성한 후, 보호막의 표면이 거칠어진 부분이 접착층과 접하도록 신틸레이터 패널을 접착층에 부착한다. 따라서, 신틸레이터 패널과 접착층과의 접착력을 향상시키고 접착층의 두께를 감소시킬 수 있다.
Description
본 발명은 엑스레이(X-ray) 검출기의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 엑스레이로 피사체를 찍은 영상을 검출하기 위해 사용되는 엑스레이 검출기의 제조 방법에 관한 것이다.
종래 의학용으로 널리 사용되고 있는 진단용 엑스레이 검사 방법은 엑스레이 감지 필름을 사용하여 촬영하고, 그 결과를 알기 위해 소정의 필름 인화 과정을 거쳐야 했다. 그러나, 근래에 들어서 반도체 기술의 발전에 힘입어 박막 트랜지스터와 광전 변환소자를 이용한 디지털 엑스레이 검출기가 개발되었다.
이러한 디지털 엑스레이 검출기는 광전 변환 패널을 구비하며, 광전 변환 패널에는 복수의 박막 트랜지스터와 광전 변환소자가 매트릭스 형상으로 배열되어 있다. 이때, 광전 변환소자는 예를 들어, p형 반도체층, 진성 반도체층 및 n형 반도체층을 포함하는 광 다이오드 또는 전하결합소자(Charge Coupled Device : CCD) 등으로 형성될 수 있다. 한편, 광전 변환 패널 상에는 엑스레이를 가시광으로 변환시키기 위한 신틸레이터(scintillator)가 배치된다.
이러한 엑스레이 검출기는 외부로부터 조사되는 엑스레이를 신틸레이터에서 일단 가시광으로 변환하고, 가시광에 의해 광전 변환소자에서 생성되는 전자를 바이어스 전압을 인가하여 외부로 전달함으로써 엑스레이를 아날로그 전기 신호로 변환하게 되며, 화소 별로 다르게 나타나는 아날로그 전기 신호를 AD 컨버터를 통해 디지털 전기 신호로 변환하여 최종적으로 표시장치에서 디지털 이미지를 표시하게 된다.
한편, 신틸레이터를 광전 변환 패널 상에 형성하는 방법으로는, 평판 형태의 신틸레이터 패널을 접착제를 이용하여 광전 변환 패널 상에 부착하는 방법과 신틸레이터를 광전 변환 기판 상에 직접 증착하는 방법 등을 예로 들 수 있다.
그러나, 접착제를 이용하여 평판 형태의 신틸레이터 패널을 광전 변환 패널 상에 부착하는 경우, 표면이 보호막으로 덮여있는 신틸레이터 패널과 접착층간의 접착력을 높이기 위해 접착층의 두께를 두껍게 형성하여야 하는 문제가 있으며, 경우에 따라 신틸레이터 패널이 접착층으로부터 분리되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로써, 본 발명은 신틸레이터 패널과 광전 변환 패널과의 접착력을 향상시킬 수 있는 엑스레이 검출기의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 특징에 따른 엑스레이 검출기의 제조 방법에 따르면, 우선, 엑스레이가 투과하는 지지 기판, 상기 지지 기판 상에 형성되어 상기 지지 기판을 투과한 엑스레이를 가시광으로 변환시키는 신틸레이터층 및 상기 신틸레이터층을 덮어 보호하는 보호막을 포함하는 신틸레이터 패널을 형성한다. 이후, 상기 보호막의 표면을 플라즈마 처리하여 거칠어지게 한다. 상기 신틸레이터 패널의 형성과는 별도로 상기 신틸레이터 패널로부터 출사되는 가시광을 전기 신호로 변환하는 광전 변환 패널을 형성한다. 이후, 상기 광전 변환 패널 상에 접착층을 형성한 후, 상기 보호막의 표면이 거칠어진 부분이 상기 접착층과 접하도록 상기 신틸레이터 패널을 상기 접착층에 부착한다.
상기 보호막의 플라즈마 처리는 산소 및 아르곤 플라즈마를 이용하여 진행할 수 있다.
상기 보호막은 유기물 또는 무기물을 포함할 수 있다.
상기 지지 기판은 상기 신틸레이터층으로부터 출사되는 가시광을 반사시키는 물질로 형성될 수 있다. 한편, 상기 지지 기판과 상기 신틸레이터층 사이에 가시 광을 반사시키는 반사막을 더 형성할 수 있다.
상기 접착층은 상기 광전 변환 패널의 표면 상에 광전 변환 영역을 둘러싸도록 실링 부재를 형성한 후, 상기 실링 부재의 내측에 접착제를 적하시켜 형성할 수 있다.
상기 광전 변환 패널을 형성하기 위해, 게이트 라인, 제1 절연막을 사이에 두고 상기 게이트 라인과 교차하는 데이터 라인, 및 상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인과 연결된 박막 트랜지스터를 포함하는 박막 트랜지스터부를 형성하고, 이후, 상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인에 둘러싸인 화소 영역에 상기 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결된 광전 변환부를 형성할 수 있다.
상기 광전 변환부는, 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 전기적으로 연결되는 하부 전극을 형성하고, 상기 하부 전극 상에 n형 실리콘층을 형성하고, 상기 n형 실리콘층 상에 진성 실리콘층을 형성하고, 상기 진성 실리콘층 상에 p형 실리콘층을 형성하고, 상기 p형 실리콘층 상에 상부 전극을 형성하는 과정을 통해 형성할 수 있다.
상기 광전 변환 패널을 형성하기 위해, 상기 박막 트랜지스터부 및 상기 광전 변환부를 커버하는 제2 절연막을 형성하고, 상기 제2 절연막 상에 상기 상부 전극과 전기적으로 연결되는 바이어스 라인을 형성할 수 있다.
이와 같은 엑스레이 검출기의 제조 방법에 따르면, 신틸레이터층을 덮고 있는 보호막의 표면에 플라즈마 처리를 통해 거칠기를 형성함으로써, 접착층과의 접 착력을 향상시키고 접착층의 두께를 감소시킬 수 있다.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 하기의 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 보다 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 기술적 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공된다. 도면들에 있어서, 각 장치 또는 막(층) 및 영역들의 두께는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 과장되게 도시되었으며, 또한 각 장치는 본 명세서에서 설명되지 아니한 다양한 부가 장치들을 구비할 수 있으며, 막(층)이 다른 막(층) 또는 기판 상에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 다른 막(층) 또는 기판 상에 직접 형성되거나 그들 사이에 추가적인 막(층)이 개재될 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출기를 나타낸 평면도이며, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출기(100)는 신틸레이터 패널(200), 광전 변환 패널(300) 및 접착층(400)을 포함한 다.
신틸레이터 패널(200)은 지지 기판(210), 신틸레이터층(220) 및 보호막(230)을 포함한다.
지지 기판(210)은 엑스레이가 투과되는 물질로 형성된다. 예를 들어, 지지 기판(210)은 알루미늄(Al), 티탄(Ti) 등의 금속으로 형성될 수 있다. 이와 같이, 지지 기판(210)을 금속으로 형성하면, 신틸레이터층(220)에서 발생된 가시광을 광전 변환 패널(400) 방향으로 반사시켜 효율을 향상시킬 수 있다. 알루미늄(Al)으로 형성된 지지 기판(210)은 약 0.3㎜ ~ 1.0㎜의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 알루미늄(Al)으로 형성된 지지 기판(210)의 두께가 약 0.3㎜ 미만이면 지지 기판(210)이 휘어지는 것에 의해 신틸레이터층(220)이 박리되기 쉬우며, 지지 기판(210)의 두께가 약 1.0㎜를 넘으면 엑스레이의 투과율이 저하된다. 이와 달리, 지지 기판(210)은 유리, 탄소 섬유를 함유한 복합 재료, 세라믹 등의 유기 재료로 형성될 수 있다.
신틸레이터층(220)은 지지 기판(210)의 일면에 형성된다. 신틸레이터층(220)은 지지 기판(210) 측으로부터 입사되는 엑스레이를 광전 변환 패널(400)에서 흡수할 수 있는 파장대의 광, 예를 들어 녹색 파장대의 가시광으로 변환하는 형광물질을 포함한다. 예를 들어, 신틸레이터층(220)은 탈륨(Tl) 또는 나트륨(Na)이 도핑된 요드화 세슘(CsI) 등의 할로겐 화합물로 형성되거나, 가돌리늄(gadolinium) 황산화물(Gd2O2S) 등의 산화물계 화합물을 포함할 수 있다. 신틸레이터층(220)은 약 100㎛ ~ 1000㎛의 두께로 형성될 수 있으며, 특히, 약 450㎛ ~ 550㎛의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
보호막(230)은 신틸레이터층(220)을 덮도록 지지 기판(210)의 일면상에 형성되어 신틸레이터층(220)을 보호한다. 이와 달리, 보호막(230)은 지지 기판(210) 및 신틸레이터층(220)의 전체를 덮도록 형성될 수 있다. 보호막(230)은 유기물 또는 무기물로 형성될 수 있다. 예를 들어, 보호막은 폴리 파라크실리렌(poly para-xylylene), 폴리모노클로로 파라크실리렌, 폴리디클로로 파라크실리렌, 폴리테트라클로로 파라크실리렌, 폴리플루오로 파라크실리렌, 폴리디메틸 파라크실리렌, 폴리디에틸 파라크실리렌 등의 크실리렌 계열의 유기물질로 형성될 수 있다. 또한, 보호막(230)은 폴리요소, 폴리이미드 등으로 형성되거나, SiO2, SiN, LiF, MgF2, Al2O3, TiO2, MgO 등의 무기물질로 형성될 수 있다.
광전 변환 패널(300)은 신틸레이터 패널(200)로부터 출사되는 가시광을 전기 신호로 변환한다. 이를 위해, 광전 변환 패널(300)은 유리 또는 플라스틱 등의 절연 기판(310) 및 신틸레이터 패널(200)과 대향하는 절연 기판(310)의 표면에 형성된 이미지 검출부(320)를 포함한다. 이미지 검출부(320)는 예를 들어, 절연 기판(310)의 표면에 매트릭스 형태로 배열된 복수의 화소를 포함하며, 각 화소마다 형성된 스위칭소자로서의 박막 트랜지스터 및 포토다이오드 등의 광전 변환 소자를 포함할 수 있다.
접착층(400)은 신틸레이터 패널(200)과 광전 변환 패널(300) 사이에 형성되 어, 신틸레이터 패널(200)과 광전 변환 패널(300)을 결합시킨다.
한편, 엑스레이 검출기(100)는 신틸레이터 패널(200)과 광전 변환 패널(300) 사이에 형성되어 접착층(400)을 실링하는 실링 부재(500)를 더 포함할 수 있다. 실링 부재(500)는 이미지 검출부(320)가 형성된 광전 변환 영역(TR)과 광전 변환 영역(TR)을 둘러싸며 패드(330)가 형성된 패드 영역(PR) 사이에서 광전 변환 영역(TR)을 둘러싸도록 적어도 한 겹 이상으로 형성된다. 실링 부재(500)는 광전 변환 영역(TR) 상에 형성된 접착층(400)이 외부로 유출되지 않도록 접착층(400)을 실링한다.
실링 부재(500)는 광전 변환 패널(300)과 신틸레이터 패널(200) 간의 접착성을 강화시키기 위해 두 겹 이상으로 형성되는 것이 바람직하다. 두 겹으로 형성된 실링 부재(500)는 상호 보완하여 실링 부재(500) 내에 형성되는 기포에 의해 광전 변환 패널(300)과 신틸레이터 패널(200) 간의 간격이 불균일해지는 것을 방지할 수 있다. 실링 부재(500)는 예를 들어, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 아크릴-에폭시계 수지 및 페놀 수지 등의 광경화성 또는 열경화성 수지를 주성분으로 하는 물질을 포함하고, 광 개시제, 충진재 및 각종 첨가제를 더 포함할 수 있다.
도 3은 신틸레이터 패널의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다. 도 3에서, 반사막을 제외한 나머지 구성은 도 2에 도시된 것과 동일하므로, 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하며, 그와 관련하여 중복되는 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 3을 참조하면, 신틸레이터 패널(200)은 지지 기판(210)과 신틸레이터 층(220) 사이에 형성된 반사막(240)을 더 포함한다. 반사막(240)은 엑스레이를 투과시키고 가시광을 반사시키는 물질로 형성된다. 반사막(240)은 신틸레이터층(220)에서 발생된 가시광을 광전 변환 패널(400) 방향으로 반사시켜 효율을 향상시킬 수 있다. 반사막(240)은 지지 기판(210)이 가시광을 반사시키지 못하는 유리 등의 물질로 이루어진 경우에 형성하는 것이 바람직하다. 한편, 반사막(240)은 지지 기판(210)이 가시광을 투과시키는 물질로 형성된 경우, 지지 기판(210)의 상부면에 형성될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광전 변환 패널의 화소 영역을 확대한 평면도이며, 도 5는 도 4의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 광전 변환 패널(300)은 절연 기판(310) 상에 형성된 박막 트랜지스터부(340) 및 광전 변환부(350)를 포함한다.
박막 트랜지스터부(340)는 게이트 라인(341), 데이터 라인(342) 및 박막 트랜지스터(343)를 포함할 수 있다.
게이트 라인(341)은 절연 기판(310) 상에 형성된다. 예를 들어, 게이트 라인(341)은 가로 방향으로 연장되어 화소 영역의 상측과 하측을 정의한다.
데이터 라인(342)은 제1 절연막(344)을 사이에 두고 게이트 라인(341)과 교차되게 형성된다. 예를 들어, 데이터 라인(342)은 세로 방향으로 연장되어 화소 영역의 좌측과 우측을 정의한다.
박막 트랜지스터(343)는 게이트 라인(341)과 데이터 라인(342)에 둘러싸인 화소 영역에 형성되며, 게이트 라인(341) 및 데이터 라인(342)과 전기적으로 연결 된다.
박막 트랜지스터(343)는 게이트 라인(341)과 연결된 게이트 전극(343a), 제1 절연막(344) 상부에 게이트 전극(343a)과 중첩되도록 형성된 액티브층(345), 데이터 라인(342)과 연결되고 액티브층(345)의 상부까지 연장된 소오스 전극(343b), 및 액티브층(345) 상부에서 소오스 전극(343b)과 이격되는 드레인 전극(343c)을 포함할 수 있다.
게이트 전극(343a)은 박막 트랜지스터(343)의 게이트 단자를 구성한다. 게이트 전극(343a)은 게이트 라인(341)과 동일한 금속층으로부터 형성될 수 있다.
제1 절연막(344)은 게이트 라인(341) 및 게이트 전극(343a)을 커버하도록 절연 기판(310) 상에 형성된다. 제1 절연막(344)은 게이트 라인(341) 및 게이트 전극(343a)을 보호하고 절연시키기 위한 절연막으로써, 예를 들어, 실리콘 나이트라이드(SiNx) 또는 실리콘 옥사이드(SiOx) 등으로 형성된다.
액티브층(345)은 제1 절연막(344) 상에 게이트 전극(343a)과 적어도 일부가 중첩되도록 형성된다. 액티브층(345)은 제1 절연막(344) 상에 형성된 반도체층(345a) 및 반도체층(345a) 상에 형성된 오믹 콘택층(345b)을 포함할 수 있다. 반도체층(345a)은 박막 트랜지스터(343)에서 실질적으로 전류가 흐르는 채널을 형성하는 층으로, 예를 들어, 비정질 실리콘으로 형성된다. 오믹 콘택층(345b)은 반도체층(345a)과 소오스 전극(343b) 및 드레인 전극(343c) 사이에 형성된다. 오믹 콘택층(345b)은 반도체층(345a)과 소오스 전극(343b) 및 드레인 전극(343c)간의 접촉 저항을 감소시키기 위한 층으로, n형 불순물이 고농도로 도핑된 비정질 실리콘 으로 형성된다. 한편, 반도체층(345a) 및 오믹 콘택층(345b)은 비정질 실리콘 대신 미세결정질 실리콘으로 형성될 수도 있다.
소오스 전극(343b) 및 드레인 전극(343c)은 박막 트랜지스터(343)의 채널 영역을 사이에 두고 서로 이격되도록 액티브층(345) 상에 형성된다. 소오스 전극(343b)은 데이터 라인(342)과 연결되어 박막 트랜지스터(343)의 소오스 단자를 구성하며, 드레인 전극(343c)은 광전 변환부(350)와 연결되어 박막 트랜지스터(343)의 드레인 단자를 구성한다. 소오스 전극(343b) 및 드레인 전극(343c)은 데이터 라인(342)과 동일한 금속층으로부터 형성될 수 있다.
광전 변환부(350)는 게이트 라인(341)과 데이터 라인(342)에 둘러싸인 화소 영역에 형성된다. 광전 변환부(350)는 박막 트랜지스터(343)가 형성된 영역을 제외하고 화소 영역 전체에 걸쳐 형성된다.
광전 변환부(350)는 박막 트랜지스터(343)와 전기적으로 연결되는 하부 전극(351), 하부 전극(351) 상에 형성된 n형 실리콘층(352), n형 실리콘층(352) 상에 형성된 진성 실리콘층(353), 진성 실리콘층(353) 상에 형성된 p형 실리콘층(354) 및 p형 실리콘층(354) 상에 형성된 상부 전극(355)을 포함한다. 즉, 광전 변환부(350)는 하부 전극(351), n형 실리콘층(352), 진성 실리콘층(353), p형 실리콘층(354) 및 상부 전극(355)이 순차적으로 적층된 핀(pin) 다이오드 구조를 갖는다.
하부 전극(351)은 박막 트랜지스터(343)의 드레인 전극(343c)과 전기적으로 연결되어 있다. 하부 전극(351)은 예를 들어, 드레인 전극(343c)과 동일한 금속층으로부터 형성된다. 이와 달리, 하부 전극(351)은 ITO 등의 투명 도전막으로 형성 되고, 그 일부가 드레인 전극(343c)과 전기적으로 연결된 구조를 가질 수 있다.
n형 실리콘층(352)은 하부 전극(351) 상에 형성된다. n형 실리콘층(352)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등의 n형 불순물이 도핑되어 있는 실리콘 물질로 형성될 수 있다. n형 실리콘층(352)은 비정질 실리콘 또는 미세결정질 실리콘으로 형성될 수 있다.
진성 실리콘층(353)은 n형 실리콘층(352) 상에 형성된다. 진성 실리콘층(353)은 불순물을 포함하지 않는 실리콘 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 진성 실리콘층(353)은 비정질 실리콘 또는 미세결정질 실리콘으로 형성될 수 있다.
p형 실리콘층(354)은 진성 실리콘층(353) 상에 형성된다. p형 실리콘층(354)은 붕소(B), 칼륨(K) 등의 p형 불순물이 도핑되어 있는 실리콘 물질로 형성될 수 있다. p형 실리콘층(354)은 비정질 실리콘 또는 미세결정질 실리콘으로 형성될 수 있다.
상부 전극(355)는 p형 실리콘층(354) 상에 형성된다. 상부 전극(355)은 광이 투과될 수 있도록 투명한 도전성 물질로 형성된다. 예를 들어, 상부 전극(355)은 틴 옥사이드(tin oxide), 징크 옥사이드(zinc oxide), 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide) 또는 인듐 징크 옥사이드(indium zinc oxide) 등으로 형성될 수 있다.
한편, 광전 변환 패널(300)은 박막 트랜지스터부(340) 및 광전 변환부(350)를 커버하는 제2 절연막(360) 및 제2 절연막(360) 상에 형성된 바이어스 라인(370)을 더 포함할 수 있다.
제2 절연막(360)은 박막 트랜지스터부(340) 및 광전 변환부(350)를 보호하고 절연시키기 위한 절연막으로써, 예를 들어, 실리콘 나이트라이드(SiNx) 또는 실리콘 옥사이드(SiOx) 등으로 형성될 수 있다.
바이어스 라인(370)은 광전 변환부(350)에 바이어스를 인가하기 위한 것으로써, 예를 들어, 데이터 라인(342)과 동일한 방향으로 연장되도록 형성된다. 바이어스 라인(370)은 제2 절연막(360)에 형성된 컨택 홀(CNT)을 통해 광전 변환부(350)의 상부 전극(355)과 전기적으로 연결된다.
바이어스 라인(370)은 광전 변환부(350)의 개구율을 높이기 위하여 데이터 라인(342)과 적어도 일부가 중첩되게 형성될 수 있으며, 박막 트랜지스터(343)로 광이 유입되는 것을 방지하기 위하여 박막 트랜지스터(343)를 덮도록 형성될 수 있다.
광전 변환 패널(300)은 바이어스 라인(370)이 형성된 광전 변환 패널(300)의 표면에 형성된 보호막(380)을 더 포함할 수 있다. 보호막(380)은 광전 변환 패널(300)의 표면을 보호하기 위한 막으로서, 폴리이미드(polyimide) 등의 유기물이나, 또는 실리콘 나이트라이드(SiNx), 실리콘 옥사이드(SiOx) 등의 무기물로 형성될 수 있다.
한편, 도시되지는 않았으나, 제2 절연막(360) 상에는 광전 변환 패널(300)의 평탄화를 위한 유기막이 더 형성될 수 있다. 상기 유기막은 제2 절연막(360)보다 두꺼운 두께로 형성되어, 광전 변환 패널(300)의 표면을 평탄화시키며, 바이어스 라인(370)과 데이터 라인(342)간의 이격 거리를 증가시켜 기생 커패시터를 큰 폭으로 감소시킬 수 있다.
이러한 구성을 갖는 엑스레이 검출기(100)는 외부로부터 조사되는 엑스레이에 의해 광전 변환부(350)에서 생성되는 캐리어를 바이어스 전압을 인가하여 외부로 전달함으로써 광을 전기적인 신호로 변환하게 된다. 보다 구체적으로, 엑스레이 소오스에서 방출된 엑스레이가 피사체를 투과한 후 광전 변환 패널(300)의 상부에 형성된 신틸레이터 패널(200)에서 가시광으로 변환된다. 신틸레이터 패널(200)에서 변환된 광이 광전 변환부(350)의 진성 실리콘층(353)에 입사되면 실리콘(Si)이 해리되어 전자와 전공으로 분해된다. 이와 같이 해리된 상태에서 p형 실리콘층(354) 상에 형성된 상부 전극(355)에 네가티브 전압으로 바이어스를 걸어주면 전자가 n형 실리콘층(352) 방향으로 이동된다. n형 실리콘층(352)으로 이동된 전자는 박막 트랜지스터(343)의 드레인 전극(343c) 측에 축적되며, 이와 같이 드레인 전극(343c) 측에 축전된 전하는 박막 트랜지스터(343)의 턴온에 의해 데이터 라인(342)을 따라 리드 아웃(read out)된다. 이러한 방식으로 각 화소별로 리딩되는 신호는 광전류 단위의 아날로그 신호이다. 리딩된 아날로그 신호는 화소 단위별로 입사되는 광량에 따라 각각 다르게 나타나게 된다. 즉, 피사체를 투과하는 엑스레이는 피사체의 밀도에 따라 신틸레이터층(220)으로 입사되는 엑스레이 세기가 각각 다르게 나타난다. 따라서, 화소 별로 다르게 나타나는 아날로그 신호를 AD 컨버터를 통해 디지털화하여 최종적으로 모니터에 디지털 이미지를 구현하게 된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출기의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 엑스레이 검출기(100)의 제조를 위해, 우선, 지지 기판(210), 신틸레이터층(220) 및 보호막(230)을 포함하는 신틸레이터 패널(200)을 형성한다(S10).
신틸레이터 패널(200)을 형성하기 위해, 엑스레이가 투과하고 가시광이 반사되는 물질, 예를 들어, 알루미늄(Al), 티탄(Ti) 등의 금속으로 이루어진 지지 기판(210)의 일면에 신틸레이터층(220)을 형성한다. 신틸레이터층(220)은 엑스레이를 가시광으로 변환시키기 위한 것으로, 예를 들어, 탈륨(Tl) 또는 나트륨(Na)이 도핑된 요드화 세슘(CsI) 등의 할로겐 화합물로 형성하거나, 가돌리늄(gadolinium) 황산화물(Gd2O2S) 등의 산화물계 화합물로 형성할 수 있다. 한편, 지지 기판(210)은 유리, 탄소 섬유를 함유한 복합 재료, 세라믹 등의 유기 재료로 형성될 수 있다. 이후, 신틸레이터층(220)을 덮도록 지지 기판(210)의 일면 상에 보호막(230)을 형성한다. 보호막(230)은 유기물 또는 무기물로 형성할 수 있다. 예를 들어, 보호막(230)은 폴리 파라크실리렌(poly para-xylylene), 폴리모노클로로 파라크실리렌, 폴리디클로로 파라크실리렌, 폴리테트라클로로 파라크실리렌, 폴리플루오로 파라크실리렌, 폴리디메틸 파라크실리렌, 폴리디에틸 파라크실리렌 등의 크실리렌 계열의 유기물질로 형성할 수 있다. 또한, 보호막(230)은 폴리요소, 폴리이미드 등으로 형성되거나, SiO2, SiN, LiF, MgF2, Al2O3, TiO2, MgO 등의 무기물질로 형성할 수 있다. 한편, 보호막(230)은 지지 기판(210) 및 신틸레이터층(220) 전체를 덮도록 형성할 수 있다.
한편, 신틸레이터 패널(200)을 형성함에 있어, 도 3에 도시된 바와 같이 지 지 기판(210)과 신틸레이터층(220) 사이에 가시광을 반사시키는 반사막(240)을 더 형성할 수 있다.
도 7은 도 2의 A부분을 확대한 확대도이다.
도 2, 도 6 및 도 7을 참조하면, 보호막(230)이 형성된 신틸레이터 패널(200)을 플라즈마 처리하여 도 7에 도시된 바와 같이, 보호막(230)의 표면을 요철 구조를 갖도록 거칠어지게 한다(S20). 이와 같이, 보호막(230)의 표면을 거칠어지게 형성하면, 접착층(400)과의 접착 면적이 증가되어 접착력을 향상시킬 수 있다. 보호막(230)과 접착층(400)간의 접착력이 향상되면, 접착층(400)의 두께를 줄일 수 있다. 예를 들어, 보호막(230)을 플라즈마 처리하지 않은 상태에서 신틸레이터 패널(200)을 접착층(400)에 부착시킬 경우, 신틸레이터 패널(200)의 박리를 방지하기 위해서는 접착층(400)의 두께를 약 25㎛ 이상으로 유지하였야 했다. 그러나, 본 실시예와 같이 보호막(230)의 표면이 거칠게 형성된 경우, 접착층(400)과의 접착력이 높아져 접착층(400)의 두께를 25㎛ 이하로 형성하여도 신틸레이터 패널(200)이 접착층(400)으로부터 분리되지 않게 된다.
보호막(230)의 플라즈마 처리는 산소(O2) 및 아르곤(Ar) 플라즈마를 이용하여 형성한다. 산소 플라즈마는 주로 건식 식각 및 건식 세정 등의 공정에 사용되는 방법이므로, 보호막(230)의 표면에 거칠기를 형성하기 위해서는 산소보다 질량 및 입자 크기가 큰 아르곤을 추가하여, 산소 및 아르곤 분위기에서 플라즈마 처리를 진행함으로써, 보호막(230)의 표면에 효율적으로 거칠기를 형성할 수 있다.
신틸레이터 패널(200)의 형성과는 별도로, 신틸레이터 패널(200)로부터 출사되는 가시광을 전기 신호로 변환하기 위한 광전 변환 패널(300)을 형성한다(S30).
광전 변환 패널(300)을 형성하는 방법의 일 실시예를 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.
광전 변환 패널(300)을 형성하는 과정은 박막 트랜지스터부(340)를 형성하는 과정과 광전 변환부(35)를 형성하는 과정으로 크게 구분될 수 있다. 우선, 박막 트랜지스터부(340)를 형성하기 위해, 절연 기판(310) 상에 게이트 라인(341) 및 게이트 라인(341)과 전기적으로 연결되어 있는 게이트 전극(343a)을 포함하는 게이트 배선을 형성한다. 상기 게이트 배선은 스퍼터링 등의 방법을 통해 절연 기판(310) 상에 게이트 금속막을 증착한 후, 노광 마스크를 이용한 사진식각공정을 통해 상기 게이트 금속막을 패터닝하여 형성할 수 있다. 상기 게이트 배선은 예를 들어, 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 네오디뮴(Nd), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 구리(Cu), 은(Ag) 등의 단일 금속 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 게이트 배선은 상기한 단일 금속 또는 합금이 복수의 층으로 적층된 다층 구조로 형성될 수 있다.
이후, 상기 게이트 배선이 형성된 절연 기판(310) 상에 제1 절연막(344)을 형성한다. 제1 절연막(344)은 상기 게이트 배선을 절연시키고 보호하기 위한 절연막으로써, 예를 들어, 실리콘 나이트라이드(SiNx) 또는 실리콘 옥사이드(SiOx)로 형성될 수 있다.
이후, 제1 절연막(344) 상에 게이트 전극(343a)과 중첩되도록 액티브층(345) 을 형성한다. 제1 절연막(344) 상에 반도체층(345a)을 형성하기 위한 반도체 박막 및 오믹 콘택층(345b)을 형성하기 위한 오믹 콘택 박막을 형성한 후, 이를 패터닝하여 반도체층(345a) 및 오믹 콘택층(345b)을 포함하는 액티브층(345)을 형성한다.
이후, 제1 절연막(344) 상에, 데이터 라인(342), 데이터 라인(342)과 연결되고 액티브층(345)의 상부까지 연장된 소오스 전극(343b) 및 액티브층(345) 상부에서 소오스 전극(343b)과 이격되고 하부 전극(351)과 연결되는 드레인 전극(343c)을 포함하는 데이터 배선을 형성한다. 상기 데이터 배선은 스퍼터링 등의 방법을 통해 액티브층(345)이 형성된 절연 기판(310) 상에 데이터 금속막을 증착한 후, 노광 마스크를 이용한 사진식각공정을 통해 상기 데이터 금속막을 패터닝하여 형성할 수 있다. 상기 데이터 배선은 예를 들어, 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 네오디뮴(Nd), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 구리(Cu), 은(Ag) 등의 단일 금속 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 데이터 배선은 상기한 단일 금속 또는 합금이 복수의 층으로 적층된 다층 구조로 형성될 수 있다.
한편, 상기 데이터 배선을 패터닝하기 위해 슬릿 마스크 또는 하프톤 마스크를 사용함으로써, 하나의 마스크를 이용하여 상기 데이터 배선과 함께 액티브층(345)도 동시에 패터닝할 수 있다.
이후, 소오스 전극(343b)과 드레인 전극(343c) 사이에 해당하는 채널 영역의 오믹 콘택층(345b)을 제거하여 채널 영역의 반도체층(345a)을 노출시킨다.
한편, 박막 트랜지스터부(340)를 형성한 후, 박막 트랜지스터(343)의 드레인 전극(343c)과 전기적으로 연결되는 광전 변환부(350)를 형성한다.
광전 변환부(350)를 형성하기 위하여, 드레인 전극(343c)과 전기적으로 연결되는 하부 전극(351)을 형성한다. 광전 변환부(350)의 하부 전극(351)은 도 4에 도시된 바와 같이, 드레인 전극(343c)과 동일한 금속층으로부터 형성될 수 있다. 즉, 상기 데이터 배선을 형성하기 위한 상기 데이터 금속막의 패터닝 시, 드레인 전극(343c)과 연결된 하부 전극(351)을 동시에 형성할 수 있다. 이와 달리, 하부 전극(351)은 드레인 전극(343c)의 형성 전 또는 후에 드레인 전극(343c)과 전기적으로 연결되도록 ITO 등의 투명 도전막으로 형성될 수 있다.
이후, 하부 전극(351) 상에 n형 실리콘층(352), 진성 실리콘층(353) 및 p형 실리콘층(354)을 순차적으로 형성한다. 진성 실리콘층(353)은 비정질 실리콘 또는 미세결정질 실리콘으로 형성될 수 있다. n형 실리콘층(352), 진성 실리콘층(353) 및 p형 실리콘층(354)은 플라즈마 화학기상증착(PE-CVD) 공정을 통해 형성될 수 있다.
이후, p형 실리콘층(354) 상에 상부 전극(355)을 형성한다. 상부 전극(355)은 p형 실리콘층(354)이 형성된 절연 기판(310) 상에 투명한 도전 물질로 이루어진 투명 도전막을 형성한 후, 상기 투명 도전막을 패터닝하여 형성할 수 있다.
이후, 광전 변환부(350)가 형성된 절연 기판(310) 상에 박막 트랜지스터부(340) 및 광전 변환부(350)를 커버하도록 제2 절연막(360)을 형성한다. 제2 절연막(360)은 박막 트랜지스터부(340) 및 광전 변환부(350)를 보호하고 절연시키기 위한 절연막으로써, 예를 들어, 실리콘 나이트라이드(SiNx) 또는 실리콘 옥사이드(SiOx) 등으로 형성될 수 있다. 제2 절연막(360)에는 상부 전극(355)의 일부를 노출시키는 컨택 홀(CNT)이 형성된다. 한편, 제2 절연막(360) 상부에 유기막(미도시)을 더 형성할 수 있다. 상기 유기막은 광전 변환 패널(300)의 평탄화와 기생 커패시터의 감소를 위하여 제2 절연막(360)보다 두꺼운 두께로 형성한다.
이후, 제2 절연막(360) 상에 광전 변환부(350)와 전기적으로 연결되는 바이어스 라인(370)을 형성한다. 바이어스 라인(370)은 광전 변환부(350)에 바이어스를 인가하기 위한 것으로써, 제2 절연막(360)에 형성된 컨택 홀(CNT)을 통해 광전 변환부(350)의 상부 전극(355)과 전기적으로 연결된다.
바이어스 라인(370)은 광전 변환부(350)의 개구율을 높이기 위하여 데이터 라인(342)과 적어도 일부가 중첩되게 형성될 수 있으며, 박막 트랜지스터(343)로 광이 유입되는 것을 방지하기 위하여 박막 트랜지스터(343)를 커버하도록 형성될 수 있다.
이후, 바이어스 라인(370)이 형성된 광전 변환 패널(300)의 표면에 보호막(380)을 형성한다. 보호막(380)은 광전 변환 패널(300)의 표면을 보호하기 위한 막으로써, 폴리이미드(polyimide) 등의 유기물이나, 또는 실리콘 나이트라이드(SiNx), 실리콘 옥사이드(SiOx) 등의 무기물로 형성될 수 있다.
다시 도 2 및 도 6을 참조하면, 광전 변환 패널(300)을 형성한 후, 광전 변환 패널(300) 상에 접착층(400)을 형성한다(S40).
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 접착층 형성 방법을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 8을 참조하면, 광전 변환 영역(TR)과 패드 영역(PR) 사이에 광전 변환 영역(TR)을 둘러싸도록 적어도 한 겹 이상의 실링 부재(500)를 형성한다. 예 를 들어, 실링 부재(500)는 광전 변환 패널(300)과 신틸레이터 패널(200)간의 접착성을 강화하기 위해 두 겹으로 형성된다. 실링 부재(500)는 예를 들어, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 아크릴-에폭시계 수지 및 페놀 수지 등의 광경화성 또는 열경화성 수지를 주성분으로 하는 물질을 포함하고, 광 개시제, 충진재 및 각종 첨가제를 더 포함할 수 있다.
이후, 실링 부재(500)의 내측에 디스펜서(610)를 이용하여 액상의 접착제(620)를 적하한다. 접착제(620)는 투명하면서 적절한 점성을 갖는 실리콘 계열 등의 액상 물질로 이루어질 수 있다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 신틸레이터층(220)이 광전 변환 패널(300)과 마주보도록 신틸레이터 패널(200)을 접착층(400)에 부착한다(S50). 신틸레이터 패널(200)의 부착에 의해 광전 변환 패널(300) 상에 적하된 액상의 접착제(620)는 실링 부재(500) 내부에서 균일하게 퍼져 접착층(400)을 형성하게 된다. 따라서, 접착층(400)은 신틸레이터 패널(200)과 광전 변환 패널(300) 사이에 형성되어 두 패널을 결합시킨다.
신틸레이터 패널(200)의 부착 시, 보호막(230)의 표면이 거칠어진 부분이 접착층(400)과 접하게 된다. 이에 따라, 신틸레이터 패널(200)과 접착층(400)간의 접착력이 향상되며, 이를 통해 접착층(400)의 두께를 줄일 수 있다.
한편, 신틸레이터 패널(200)의 부착 후, 실링 부재(500)를 경화시킴으로써, 광전 변환 패널(300)과 신틸레이터 패널(200)을 보다 안정적으로 결합시킬 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범상부 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출기를 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 신틸레이터 패널의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광전 변환 패널의 화소 영역을 확대한 평면도이다.
도 5는 도 4의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출기의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7은 도 2의 A부분을 확대한 확대도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 접착층 형성 방법을 나타낸 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 엑스레이 검출기 200 : 신틸레이터 패널
210 : 지지 기판 220 : 신틸레이터층
230 : 보호막 300 : 광전 변환 패널
340 : 박막 트랜지스터부 350 : 광전 변환부
400 : 접착층 500 : 실링 부재
Claims (9)
- 엑스레이가 투과하는 지지 기판, 상기 지지 기판 상에 형성되어 상기 지지 기판을 투과한 엑스레이를 가시광으로 변환시키는 신틸레이터층 및 상기 신틸레이터층을 덮어 보호하는 보호막을 포함하는 신틸레이터 패널을 형성하는 단계;상기 보호막의 표면을 플라즈마 처리하여 거칠어지게 하는 단계;상기 신틸레이터 패널로부터 출사되는 가시광을 전기 신호로 변환하는 광전 변환 패널을 형성하는 단계;상기 광전 변환 패널의 표면 상에 광전 변환 영역을 둘러싸도록 실링 부재를 형성하는 단계;상기 실링 부재의 내측에 접착제를 적하시켜 접착층을 형성하는 단계; 및상기 보호막의 표면이 거칠어진 부분이 상기 접착층과 접하도록 상기 신틸레이터 패널을 상기 접착층에 부착하는 단계를 포함하는 엑스레이 검출기의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 보호막의 플라즈마 처리는 산소 및 아르곤 플라즈마를 이용하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출기의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 보호막은 유기물 또는 무기물을 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출기의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 지지 기판은 상기 신틸레이터층으로부터 출사되는 가시광을 반사시키는 물질로 형성하는 것을 특징으로 엑스레이 검출기의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 신틸레이터 패널을 형성하는 단계는,상기 지지 기판과 상기 신틸레이터층 사이에 가시광을 반사시키는 반사막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출기의 제조 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 광전 변환 패널을 형성하는 단계는,게이트 라인, 제1 절연막을 사이에 두고 상기 게이트 라인과 교차하는 데이터 라인, 및 상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인과 연결된 박막 트랜지스터를 포함하는 박막 트랜지스터부를 형성하는 단계; 및상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인에 둘러싸인 화소 영역에 상기 박막 트 랜지스터와 전기적으로 연결된 광전 변환부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출기의 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 광전 변환부를 형성하는 단계는,상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 전기적으로 연결되는 하부 전극을 형성하는 단계;상기 하부 전극 상에 n형 실리콘층을 형성하는 단계;상기 n형 실리콘층 상에 진성 실리콘층을 형성하는 단계;상기 진성 실리콘층 상에 p형 실리콘층을 형성하는 단계; 및상기 p형 실리콘층 상에 상부 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출기의 제조 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 광전 변환 패널을 형성하는 단계는,상기 박막 트랜지스터부 및 상기 광전 변환부를 커버하는 제2 절연막을 형성하는 단계; 및상기 제2 절연막 상에 상기 상부 전극과 전기적으로 연결되는 바이어스 라인을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출기의 제조 방법.
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