KR101103790B1 - X-ray radiography system and the manufacture method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 방사선 촬영 시스템에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 고해상도 특성과 고속 동영상 구현을 달성할 수 있는 방사선 촬영 시스템 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a radiographic system, and more particularly, to a radiographic system and a method of manufacturing the same that can achieve high-resolution characteristics and high-speed video implementation.
일반적으로, 방사선 촬영 시스템은 엑스선(x-ray)을 인체에 투과하여 인체 내부 구조물을 촬영하여 이를 진단에 이용한다.In general, a radiographic system transmits x-rays through a human body to photograph an internal structure of a human body and use the same for diagnosis.
초기의 방사선 촬영 시스템은 필름을 이용하여 영상을 촬영하였기 때문에, 필름을 매번 구입하고 현상해야 했을 뿐만 아니라, 필름보관과 필름관리에도 많은 어려움이 있었다.Since the early radiography system used the film to take images, not only had to purchase and develop the film each time, but also had many difficulties in film storage and film management.
때문에, 근래에는 디지털 방사선 촬영 시스템(Digital Radiography System)이 도입되어 사용되고 있어, 필름을 이용한 방사선 촬영 시스템의 문제는 자연히 해결되었고, 진단과정도 더 효율화되고 있다.Therefore, in recent years, a digital radiography system has been introduced and used, and the problem of a radiography system using a film is naturally solved, and the diagnosis process is more efficient.
이러한, 디지털 방사선 촬영 시스템은 재료 구성 방식, 엑스선을 전기적 신호로 변환시키는 방식 그리고, 전기적 신호를 획득하는 방식에 따라 다양하게 구성될 수 있다. 이하, 다양한 디지털 방사선 촬영 시스템에 대하여 잠시 살펴본다.Such a digital radiography system may be configured in various ways according to a material composition method, a method of converting X-rays into an electrical signal, and a method of obtaining an electrical signal. Hereinafter, various digital radiography systems will be described.
첫째로, 재료 구성 방식에 따라, 디지털 방사선 촬영 시스템은 단일형 소자로 구성되는 경우와 혼성형 소자로 구성되는 경우로 구분된다.First, according to the material construction method, the digital radiography system is classified into a case consisting of a single device and a case consisting of a hybrid device.
전자의 경우는 전기적 신호를 발생하는 신호발생부와 전기적 신호를 처리하는 신호처리부가 단일소재의 반도체로 구성되거나, 단일공정으로 제작되는 경우이며, 예컨대, CCD(Charge Coupled Device) 광검출소자나, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 광검출소자를 단일적으로 이용하는 경우이다.In the former case, a signal generating unit for generating an electrical signal and a signal processing unit for processing an electrical signal are formed of a single material semiconductor or manufactured in a single process. For example, a CCD (Charge Coupled Device) photodetector or CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) This is a case where a single photodetecting device is used.
후자의 경우는 신호발생부와 신호처리부가 각기 다른 재질로 구성되거나, 각기 다른 공정으로 제작되는 경우이다. 예컨대, p/i/n 디텍터, CCD, CdZnTe 등의 광검출소자와 CMOS ROIC(Read Out Intergrated Circuit)를 이용하는 경우, 스트립 디턱터와 CMOS ROIC를 이용하는 경우나, a-Se 또는 a-Se 플랫 패널 시스템을 이용하는 경우일 수 있다.In the latter case, the signal generator and the signal processor are made of different materials or manufactured by different processes. For example, a photodetector such as a p / i / n detector, CCD, CdZnTe, and a CMOS read out integrated circuit (ROIC), a strip detector and a CMOS ROIC, or an a-Se or a-Se flat panel system This may be the case.
근래에는, 영상 검출의 성능을 향상시키기 위해서 이종 물질을 조합하는 후자의 혼합형 소자를 이용하고 있는 추세이다.In recent years, in order to improve the performance of image detection, the latter mixed type element which combines a heterogeneous substance is used.
둘째로, 엑스선을 전기적 신호로 변환시키는 방식에 따라, 디지털 방사선 촬영 시스템은 직접변환방식(Direct Conversion Method)과 간접변환방식(Indirect Conversion Method)으로 구분된다.Second, according to a method of converting X-rays into electrical signals, the digital radiography system is classified into a direct conversion method and an indirect conversion method.
전자의 직접변환방식은 엑스선이 피사체를 투과한 후에 중간단계를 거치지 않고, 바로 전기적 신호를 발생시키는 광전도체(Photoconductor)를 사용한다.The direct conversion method of electrons uses a photoconductor that generates an electrical signal without passing through an intermediate step after X-rays have passed through a subject.
상세하게는, 직접변환방식은 엑스선이 조사되면 광전도체 내부에 일시적으로 전자-정공 쌍이 생성되고, 이들 양단에 인가되어있는 전장에 의해 전자는 양극으로 정공은 음극으로 이동하는데, 직접변환 방식의 시스템에서는 이러한 이동을 전기적 신호로 변환한다.Specifically, in the direct conversion method, when X-rays are irradiated, electron-hole pairs are temporarily generated inside the photoconductor, and electrons are moved to the anode and holes are moved to the cathode by the electric field applied to both ends. Converts these movements into electrical signals.
후자의 간접변환방식은 광검출소자(Photo Diode)가 피사체를 투과한 엑스선이 섬광체(scintillator)와 반응하여 방출되는 광자(Photon)를 전기적 신호로 변환하는 방식이다. 이때, 광검출소자는 CCD, CMOS, a-Si 등일 수 있으며, 섬광체는 박막형태의 섬광체, 마이크로 기둥형 섬광체나, 바늘구조형 섬광체 등일 수 있다. The latter indirect conversion method is a method in which a photodiode converts photons emitted by X-rays passing through a subject in response to scintillators into electrical signals. In this case, the photodetector may be a CCD, a CMOS, a-Si, and the like, and the scintillator may be a thin film scintillator, a micro columnar scintillator, a needle structure scintillator, or the like.
그런데, 후자의 간접변환방식은 엑스선을 가시광으로 전환함으로써, 직접변환방식에 비해 엑스선의 흡수량을 높이고 전기적 신호의 성능을 향상시킬 수 있으나, 섬광체에 의해 빛 퍼짐 현상이 발생하여 고해상도 시스템을 적용하기에는 적합하지 않다고 평가받고 있다.However, the latter indirect conversion method improves the absorption of X-rays and improves the performance of the electrical signal compared to the direct conversion method by converting X-rays into visible light, but light spreading occurs due to the scintillator and is suitable for applying a high resolution system. It is evaluated not to.
때문에, 근래에는 엑스선을 직접 전자와 정공으로 변환하는 직접변환방식에 대한 연구가 주로 진행되고 있다.Therefore, in recent years, research on the direct conversion method for directly converting X-rays to electrons and holes has been mainly conducted.
셋째로, 전기적 신호를 획득하는 방식에 따라, 디지털 방사선 촬영 시스템은 전하를 일정시간 동안 저장한 후에 그로부터 신호를 획득하는 전하누적방식(Charge Integration Mode)과 실시간으로 신호를 획득하는 광자계수방식(Photon Pulse counting Mode)을 사용하는 경우로 구분된다.Third, according to the method of acquiring the electrical signal, the digital radiography system stores the charge for a predetermined time and then acquires a signal therefrom. Pulse counting mode).
후자의 광자계수방식은 해상도 측면에서는 우수하지만 단위픽셀 당 많은 수의 트랜지스터를 사용해야하는 단점이 있어, 근래에는 전자의 전하누적방식이 주로 이용되고 있다.The latter photon counting method is excellent in terms of resolution, but has a disadvantage of using a large number of transistors per unit pixel. In recent years, the charge accumulation method of electrons is mainly used.
한편, 단일형 소자를 이용하는 경우와 간접 변환 방식을 이용하는 경우에는 광검출소자로 CCD나 CMOS를 이용한다. 그런데, CCD나 CMOS를 이용하는 경우에는 엑스선을 검출하는 부분을 피사체와 동일한 크기로 만들 수 없어, 실제 조사된 엑스선을 CCD나 CMOS 소자의 크기에 맞게 집광을 해주는 광학계 렌즈 시스템이 이용된다. 그런데, 광학계 렌즈 시스템으로 인해 이미지가 왜곡되며, 추가 비용이 발생한다는 문제가 있다.On the other hand, in the case of using a single element and indirect conversion, CCD or CMOS is used as the photodetector. However, in the case of using a CCD or a CMOS, an optical lens system cannot be made to have the same size as a subject to detect X-rays, so that the actual X-rays are focused on the size of the CCD or CMOS device. However, there is a problem that the image is distorted due to the optical lens system and additional costs are generated.
때문에, 근래에는 이를 개선하고자 피사체를 일대일의 비율로 측정할 수 있는 플랫 패널 시스템(Flat Panel System)에 대한 연구가 진행되고 있다. 이는, 넓은 면적의 박막 트랜지스터(TFT active matrix array)를 기반으로 하고 있다.Therefore, in recent years, a study on a flat panel system (flat panel system) capable of measuring a subject in a one-to-one ratio is being conducted to improve this. It is based on a large area TFT active matrix array.
종래의 비정질 Si 박막 트랜지스터는 전하이동도가 1cm2 정도로 낮기 때문에, 고해상도를 구현하면서, 고속 영상 촬영은 불가능하다. 뿐만 아니라, 크기 제한으로 인해 고해상도 패널 설계에는 문제가 있고, 반복구동 시에 소자의 특성이 변화하고, 외부 광노출 시엔 소자의 특성이 변화하는 문제가 있다. 때문에, LTPS(low temperature poly Si) 박막 트랜지스터와 같은 새로운 형태의 박막 트랜지스터에 대한 연구가 진행되고 있는데, LTPS 박막 트랜지스터도 역시 전하이동도는 높으나 균일한 레이저 어닐링에 의한 채널층 형성에는 문제가 있다.Since the amorphous Si thin film transistor has a low charge mobility of about 1 cm 2 , high-resolution imaging is impossible while realizing high resolution. In addition, there is a problem in designing a high resolution panel due to the size limitation, there is a problem in that the characteristics of the device is changed during repeated driving, and the characteristics of the device is changed during external light exposure. Therefore, researches on new types of thin film transistors, such as low temperature poly Si (LTPS) thin film transistors, are being conducted. LTPS thin film transistors also have high charge mobility, but there is a problem in forming a channel layer by uniform laser annealing.
한편, 종래의 광전도체는 주로 a-Se로 구성되었는데, a-Se는 온도 변화에 따른 안정성이 좋지 않고, 엑스선 감도가 낮으며, 동작전압이 높다. 그러나, a-Se 이외의 광전도체는 주로 120 내지 600 ℃정도의 고온처리를 통해 박막 트랜지스터 상부에 증착되는데, 비정질 Si는 고온에서 특성이 변하거나 열화될 수 있다. 이를 개선하고자, 종래에는 광전도체를 개별 증착 후, 전도성 에폭시 등의 공정을 통해 엑스선 흡수층과 박막 트랜지스터 어레이를 접합하였는데, 이 경우에도 상하판 정렬 정확도 등의 문제가 있다.On the other hand, the conventional photoconductor is mainly composed of a-Se, a-Se is not good stability due to temperature changes, low X-ray sensitivity, high operating voltage. However, photoconductors other than a-Se are deposited on the thin film transistors through high temperature treatment of about 120 to 600 ° C., and amorphous Si may change or deteriorate at high temperatures. In order to improve this, conventionally, after the individual deposition of the photoconductor, the X-ray absorption layer and the thin film transistor array are bonded through a process such as a conductive epoxy. In this case, there are problems such as top and bottom plate alignment accuracy.
따라서, 고온에서 안정적이며, 높은 이동도 및 균일한 대면적 증착 특성을 갖는 박막 트랜지스터 백플레인 소자의 개발이 시급한 실정이다.Therefore, there is an urgent need to develop a thin film transistor backplane device that is stable at high temperatures and has high mobility and uniform large area deposition characteristics.
본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 산화물 박막 트랜지스터를 이용하여 구현될 수 있는 방사선 촬영 시스템 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been made in the technical background as described above, and an object thereof is to provide a radiographic imaging system and a method of manufacturing the same that can be implemented using an oxide thin film transistor.
본 발명은 균일하게 증착된 대면적 패널을 이용하여 피사체를 일대일의 비율로 촬영할 수 있는 방사선 촬영 시스템 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a radiographic imaging system and a method of manufacturing the same, which can photograph a subject at a ratio of one-to-one using a large-area panel uniformly deposited.
본 발명의 일면에 따른 방사선 촬영 시스템의 백플레인 패널은, 피사체를 통과한 엑스선(X-ray)이 입사되면, 전하를 발생시키는 광전도체(Photoconductor); 각 픽셀당 구비되며, 발생된 상기 전하를 저장하는 커패시터; 및 상기 각 픽셀당 구비되며, 게이트에 신호가 인가되면, 저장된 상기 전하를 출력하는 산화물 박막 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, a backplane panel of a radiographic system includes a photoconductor for generating a charge when an X-ray passing through a subject is incident; A capacitor provided for each pixel and storing the generated charge; And an oxide thin film transistor provided per pixel and outputting the stored charge when a signal is applied to the gate.
본 발명의 다른 면에 따른 방사선 촬영 시스템의 백플레인 패널 제조 방법은, 유리기판 위에 하부 게이트 구조의 박막 트랜지스터(Bottom-gate TFT)의 게이트 전극을 증착하고, 원하는 형상으로 패터닝하는 단계; 상기 유리기판 위에 상기 게이트 전극과 소정간격 이격되도록, 커패시터의 하부 전극을 증착하고, 원하는 형상으로 패터닝하는 단계; 상기 게이트 전극의 상측에 상기 게이트 전극을 덮도록 유전층을 증착하는 단계; 상기 유전층 위에 산화물 반도체를 증착하고, 기설정된 고온에서 열처리한 후, 원하는 형상으로 패터닝하여 채널층을 구성하는 단계; 상기 산화물 반도체의 양측에 소스 전극과 드레인 전극을 증착하고, 원하는 형상으로 패터닝하는 단계; 상기 커패시터의 하부 전극에 대응하는 유전층의 소정위치에 상기 커패시터의 상부 전극을 증착한 후, 원하는 형상으로 패터닝하는 단계; 상기 소스 전극, 상기 산화물 반도체 및 상기 드레인 전극 위에 픽셀전극을 형성하는 단계; 및 기설정된 고온에서 상기 픽셀전극 위에 광전도체를 증착하고, 상기 광전도체의 상부 전극을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a backplane panel of a radiographic imaging system, comprising: depositing a gate electrode of a bottom-gate TFT having a bottom gate structure on a glass substrate, and patterning the gate electrode to a desired shape; Depositing a lower electrode of the capacitor and patterning the lower electrode on the glass substrate so as to be spaced apart from the gate electrode by a predetermined distance; Depositing a dielectric layer on the gate electrode to cover the gate electrode; Depositing an oxide semiconductor on the dielectric layer, performing heat treatment at a predetermined high temperature, and patterning the oxide semiconductor to a desired shape to form a channel layer; Depositing a source electrode and a drain electrode on both sides of the oxide semiconductor and patterning the desired shape; Depositing an upper electrode of the capacitor at a predetermined position of a dielectric layer corresponding to the lower electrode of the capacitor, and then patterning the electrode to a desired shape; Forming a pixel electrode on the source electrode, the oxide semiconductor, and the drain electrode; And depositing a photoconductor on the pixel electrode at a predetermined high temperature, and depositing an upper electrode of the photoconductor.
본 발명에 따르면, 산화물 반도체를 이용하여 디지털 방사선 촬영 시스템에서의 광학계 형성을 간소화시킬 수 있으며, 종래의 비정질 Si 박막 트랜지스터에서는 낮은 전하 이동도로 인해 구현할 수 없었던, 고해상도 특성을 제공하면서 동시에 고속 동영상 측정을 제공할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, an oxide semiconductor can be used to simplify the formation of an optical system in a digital radiography system, and at the same time, high-speed video measurement can be performed while providing high resolution characteristics, which cannot be realized due to low charge mobility in a conventional amorphous Si thin film transistor. There is an effect that can be provided.
뿐만 아니라, 본 발명은 산화물 박막 트랜지스터를 사용하여 추후 공정으로 120 내지 600도 정도의 높은 온도로 광전도체를 증착하여도, 그로 인해 특성이 열화 되지 않을 수 있다.In addition, according to the present invention, even when the photoconductor is deposited at a high temperature of about 120 to 600 degrees by a later process using an oxide thin film transistor, the characteristics may not be deteriorated.
또한, 본 발명은 박막 트랜지스터 기술을 이용하기 때문에 대면적 패널을 제작가능하고, 피사체를 일대일의 비율로 측정할 수 있는 플랫 패널 시스템을 구성할 수 있어, 이미지 왜곡이 없을 뿐 아니라, CCD나 CMOS를 이용할 때처럼, 광학계 렌즈 시스템을 필요로 하지 않아, 제작 비용을 절감할 수 있다.In addition, since the present invention uses thin film transistor technology, a large area panel can be manufactured, and a flat panel system capable of measuring a subject in a one-to-one ratio can be configured, and there is no image distortion, As with the use, no optical lens system is required, thereby reducing manufacturing costs.
도 1은 간접변환방식의 방사선 촬영 시스템을 도시한 도면.
도 2는 직접변환방식의 방사선 촬영 시스템을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 방사선 촬영 시스템의 백플레인 패널을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 방사선 촬영 시스템의 백플레인 패널의 등가 회로도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 백플레인 패널 제조 방법을 도시한 흐름도.1 is a diagram showing a radiographic system of the indirect conversion method.
2 is a view showing a direct conversion radiography system.
3 shows a backplane panel of a radiographic system according to an embodiment of the invention.
4 is an equivalent circuit diagram of a backplane panel of a radiographic system according to an embodiment of the invention.
5 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a backplane panel according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, and the general knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the present invention is defined only by the scope of the claims. It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. As used herein, “comprises” and / or “comprising” refers to a component, step, operation and / or device that is present in one or more other components, steps, operations and / or elements. Or does not exclude additions.
최근, TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display) 및 AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode)와 같은 디스플레이 기술이 급격히 발전함에 따라, 디스플레이 패널의 구동 소자인 박막 트랜지스터에 대한 많은 기술 개발도 진행되고 있다. Recently, with the rapid development of display technologies such as TFT-LCD (Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display) and AMOLED (Active Matrix Organic Light Emitting Diode), many technologies for thin film transistors, which are the driving elements of display panels, are also in progress. have.
AMOLED 구동을 위한 박막 트랜지스터는 종래의 비정질 Si TFT를 사용할 수 없어, 보다 발전된 특성을 갖는 박막 트랜지스터를 필요로 한다. 그 일환으로, 최근에는 LTPS 박막 트랜지스터, 유기 박막 트랜지스터 및 산화물 박막 트랜지스터에 대한 연구가 진행되고 있다.A thin film transistor for driving an AMOLED cannot use a conventional amorphous Si TFT, and thus requires a thin film transistor having more advanced characteristics. As part of this, researches on LTPS thin film transistors, organic thin film transistors, and oxide thin film transistors have recently been conducted.
그중, 산화물 박막 트랜지스터는 비정질 Si 박막 트랜지스터를 통해 이룰 수 없던 고이동도 특성과 구동 안정성을 제공할 수 있으며, LTPS 박막 트랜지스터가 갖지 못한 대면적 균일 공정을 제공할 수 있어, 특히 주목받고 있다.Among them, the oxide thin film transistor can provide high mobility characteristics and driving stability that cannot be achieved through the amorphous Si thin film transistor, and can provide a large-area uniform process that the LTPS thin film transistor does not have.
본 발명은 산화물 박막 트랜지스터를 이용하는 넓은 면적의 박막 트랜지스터 active matrix array 기반의 플랫 패널(flat panel)을 디지털 방사선 촬영 시스템에 새롭게 적용하여 고해상도 및 고속 동작 특성을 제공할 수 있다.According to the present invention, a flat panel based on a large area thin film transistor active matrix array using an oxide thin film transistor may be newly applied to a digital radiography system to provide high resolution and high speed operation characteristics.
박막 트랜지스터 active matrix array은 엑스선에 의하여 생성되어 커패시터에 저장된 전하의 횡렬을 바꾸어가며, 각 종렬의 신호를 주변회로에서 다중 수신하여 영상신호를 획득하기 때문에, 매우 넓은 면적에 대한 엑스선 영상을 얻을 수 있다.A thin film transistor active matrix array is generated by X-rays to change the horizontal line of charges stored in the capacitor, and obtains an image signal by receiving multiple signals of each column from the peripheral circuit, thereby obtaining an X-ray image of a very large area. .
이러한, 플랫 패널은 섬광체와 a-Si 등의 포토다이오드를 이용하는 간접변환방식과, a-Se 등의 광전물질을 사용하는 직접변환방식이 있다.The flat panel includes an indirect conversion method using a scintillator and a photodiode such as a-Si, and a direct conversion method using a photoelectric material such as a-Se.
간접변환방식의 플랫 패널은 도 1과 같이, 섬광체가 주입된 엑스선을 흡수하여 가시광선을 발생시키면, 포토 다이오드가 이를 감지하여 전기적 신호로 변환 및 자체 저장하고, 이어서 박막 트랜지스터가 저장된 전기신호를 획득하는 형태로 구동한다. 간접변환방식의 플랫 패널은 a-Si 박막 트랜지스터, 비정질 Si, p/i/n 포토 다이오드 및 섬광체로 구성되는데, 공정이 복잡하다. 뿐만 아니라, 섬광체의 기하학적 구조에 따른 광퍼짐 현상(light spreading)으로 인해 해상도를 100㎛이하로 줄이기는 어려운 문제가 있어, 이를 해결하기 위해서 고해상도를 실현할 수 있는 섬광체를 필요로 한다.In the indirect conversion flat panel, as shown in FIG. 1, when the scintillator absorbs the X-rays injected to generate visible light, the photodiode senses it, converts it into an electrical signal, and stores it, and then obtains an electrical signal in which the thin film transistor is stored. Drive in the form. Indirect conversion flat panel is composed of a-Si thin film transistor, amorphous Si, p / i / n photodiode and scintillator, the process is complicated. In addition, there is a problem that it is difficult to reduce the resolution to 100 μm or less due to light spreading according to the geometry of the scintillator, and to solve this problem, a scintillator capable of realizing high resolution is required.
반면, 직접변환방식의 플랫 패널은 도 2와 같이, 주입된 엑스선에 의하여 a-Se에서 발생한 전자-정공 쌍이 상부전극(Top electrode)과 픽셀전극(Pixel electrode) 사이에 인가된 전계에 의하여 이동하여 커패시터에 저장되면, 박막 트랜지스터에 의해 전기적 신호가 획득되는 형태로 구동한다.On the other hand, in the direct conversion flat panel, as shown in FIG. 2, the electron-hole pair generated in the a-Se is moved by an electric field applied between the top electrode and the pixel electrode by the injected X-rays. When stored in the capacitor, the electrical signal is driven by the thin film transistor.
직접변환방식의 플랫 패널은 제작 공정은 비교적 간단하나, a-Se을 광전도체로 활성화시키기 위하여 수천 볼트의 고전압이 인가되어야 하는데, 이로 인해 active matrix array가 손상될 위험이 크다. 또한, 전자-전공 쌍의 형성 에너지(W)가 크며 다른 화합물 반도체에 비해 원자량이 작기 때문에, 높은 광효율을 위해서는 두꺼운 막을 성장시켜야 한다.The direct conversion flat panel is relatively simple to fabricate, but a high voltage of several thousand volts is required to activate a-Se as a photoconductor, which increases the risk of damaging the active matrix array. In addition, since the formation energy (W) of the electron-electron pair is large and the atomic weight is smaller than that of other compound semiconductors, a thick film must be grown for high light efficiency.
직접변환방식의 플랫 패널의 문제점을 개선하기 위해서는 a-Si 박막 트랜지스터와 화학적으로 양립할 수 있으며, 우수한 전하 이동 특성, 높은 흡수 계수, 높은 비저항, 낮은 암 전류, 낮은 전자-전공 쌍 형성 에너지의 특성을 가지면서, 낮은 온도에서 넓은 면적에 대해 균일한 박막을 증착할 수 있는 광전도체가 요구된다. 현재, CdTe, CdZnTe, PbO, PbI2, HgI2 등이 거론되며, 연구중에 있다.In order to solve the problems of the direct conversion flat panel, it is chemically compatible with a-Si thin film transistor, and has excellent charge transfer characteristics, high absorption coefficient, high specific resistance, low dark current, and low electron-electron pair formation energy. There is a need for a photoconductor capable of depositing a uniform thin film over a large area at low temperatures. Currently, CdTe, CdZnTe, PbO, PbI 2 , HgI 2 and the like are discussed and are being studied.
이 같이, 본 발명은 산화물 박막 트랜지스터, 커패시터, 광전도체를 포함하는 고성능 디지털 방사선 촬영 시스템의 백 플랫 패널에 관한 것이다.As such, the present invention relates to a back flat panel of a high performance digital radiography system comprising an oxide thin film transistor, a capacitor, and a photoconductor.
이제, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 방사선 촬영 시스템의 백플레인 패널을 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 방사선 촬영 시스템의 백플레인 패널의 등가 회로도이다.Preferred embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. 3 is a view showing a backplane panel of the radiographic system according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is an equivalent circuit diagram of a backplane panel of a radiographic system according to an embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 백플레인 패널(30)은 유리기판(100)에 광전도체(502), 커패시터(202) 및 산화물 박막 트랜지스터(401~404)를 포함한다.As shown in FIG. 3, the
광전도체(502)는 피사체를 통과한 엑스선이 상부전극(503)으로 입사되면, 내부에 전자-정공 쌍(전하)을 발생시킨다. 이때, 전자와 정공은 각기 광전도체(502)의 상부전극(503) 또는 하부전극(501) 중에서 반대 극성의 전극으로 이동한다.The
여기서, 광전도체(502)는 비정질 Si(a-Si), HgI2, PbI2 및 CdZnTe 중 적어도 하나를 포함하며, 상/하부전극(501, 503)을 구비하고, 산화물 박막 트랜지스터(401~404) 위에 증착되어 구성된다.Here, the
커패시터(202)는 각 픽셀에 구비되어, 하부전극(203)으로 유입된 전하를 저장한다.The
산화물 박막 트랜지스터(401~404)는 산화물 반도체로 구성되며, 각 픽셀에 구비되어, 게이트 전극(401)에 신호가 인가되면, 커패시터(202)에 저장된 전하의 개수에 따라 이미지 신호를 출력한다.The oxide
산화물 반도체는 산화아연(ZnO)를 기반으로 하여, 전하이동도가 높고, 구동이 안정적일 뿐만 아니라, 500 내지 600도의 고온에서도 비정질 상태를 유지할 수 있다. 따라서, 산화물 반도체로 구성되는 산화물 박막 트랜지스터(401~404)는 전도성 에폭시 접합을 이용하지 않고도 그 위에 광전도체(502)를 바로 증착할 수 있다.The oxide semiconductor is based on zinc oxide (ZnO), and has high charge mobility, stable driving, and can maintain an amorphous state even at a high temperature of 500 to 600 degrees. Accordingly, the oxide
산화물 박막 트랜지스터의 전극(401~404)은 Al, Cr, Mo 등의 금속 재료로 구성되는 금속 전극일 수 있으며, 또는 금속 산화물 기반의 투명 전극일 수 있다.The
산화물 박막 트랜지스터의 반도체 채널층(402)은 반도체 특성을 갖는 모든 산화물 재료로 구성될 수 있으나, ZnO 기반의 산화물 반도체를 이용하는 것이 좋다.The
산화물 박막 트랜지스터의 유전층(300)은 SiO2, Al2O3 등의 산화물로 구성될 수 있으며, Si3N4 등의 질화물로 구성될 수 있다.The
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 백플레인 패널 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 백플레인 패널 제조 방법을 도시한 흐름도이다.Hereinafter, a method of manufacturing a backplane panel according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5. 5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a backplane panel according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 유리기판(100) 위의 각 픽셀에 하부 게이트 구조의 박막 트랜지스터(Bottom-gate TFT)의 게이트 전극(401)을 증착하고, 원하는 형상으로 패터닝한다(S510). 상세하게는, 유리기판(100) 위에 AL, Cr, Au, Ni 등의 금속전극이나, Al-ZnO, Ga-ZnO, Zn-Sn-Oxide, In-Ga-Zn-Oxide 등의 산화물 기반의 투명전극을 100 ~ 200nm로 증착한 후 종래의 석판인쇄(Conventional Lithography)와 식각 기술을 이용하여 원하는 패턴으로 구성한다.Referring to FIG. 5, a
이어서, 게이트 전극(401)의 상측에 게이트 전극(401)을 덮도록 SiO2, Al2O3, Si3N4을 증착하여 유전층(300)을 형성한다(S520). 상세하게는, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), ALD(Atomic Layer Deposition) 등의 증착 방법을 사용하여 SiO2, Al2O3, Si3N4 등의 물질을 20~200nm의 두께로 증착한다.Subsequently, SiO 2 , Al 2 O 3 , and Si 3 N 4 are deposited to cover the
그 다음으로, 유전층(300) 위에 산화물 반도체를 증착하고, 기설정된 고온에서 열처리한 후, 원하는 형상으로 패터닝하여 산화물 채널층(402)을 구성한다(S530). 상세하게는, 유전층(300) 위에 DC 또는 RF 마그네트론 스퍼터링이나, 용액 코팅 공정을 통하여 Zn-Sn-oxide 또는 In-Ga-Zn-oxide 등의 ZnO 기반을 포함하는 산화물 반도체를 증착한 후, 산소(O2)나, 공기(air) 분위기, 200~500oC의 온도에서 열처리한 후, 패터닝을 통해 원하는 패턴을 패터닝하여 산화물 박막 트랜지스터의 액티브 채널층(Active Channel)로서의 ZnO 기반의 산화물 반도체 채널층(402)을 구성한다.Next, an oxide semiconductor layer is deposited on the
또한, 유전층(300)에 전기적 신호 연결을 위한 비아홀을 형성하고, 식각 공정을 이용하여 비아를 오픈한다(S540).In addition, a via hole for electrical signal connection is formed in the
그 다음으로, 산화물 채널층(402)의 양측에 소스 전극(404)과 드레인 전극(403)을 증착하고, 원하는 형상으로 패터닝한다(S550). 상세하게는, Al, Cr, Au, Ni 등의 금속 전극이나, Al-ZnO, Ga-ZnO, Zn-Sn-Oxide, In-Ga-Zn-Oxide 등의 산화물 기반 투명전극을 이용하여 소스/드레인 전극(403)을 구현하기 위한 연결용 전원 라인을 100~200nm 두께로 증착한 후, 종래의 석판인쇄와 식각 기술을 통하여 원하는 패턴으로 구성함으로써, 단위 산화물 박막 트랜지스터(401~404)를 완성한다.Next, the
커패시터(202)는 단위 산화물 박막 트랜지스터(401~404)를 구성하는 과정에서 함께 형성되며, 다음의 과정을 통해서 구성될 수 있다.The
유리기판(100) 위에 게이트 전극(401)을 형성하는 과정에서, 게이트 전극(401)과 소정간격 이격되도록, 커패시터의 하부전극(201)을 증착하고, 원하는 형상으로 패터닝한다(S511).In the process of forming the
산화물 박막 트랜지스터의 유전층(300)을 형성할 때, 커패시터(202)의 유전층(300)도 함께 형성한다(S521).When the
산화물 박막 트랜지스터의 소스 전극(404)과 드레인 전극(403)을 형성할 때, 커패시터의 하부전극(201)에 대응하는 위치에 커패시터 상부전극(203)을 증착한 후, 원하는 형상으로 패터닝한다(S551). 상세하게는, Al, Cr, Au, Ni 등의 금속 전극이나, Al-ZnO, Ga-ZnO, Zn-Sn-Oxide, In-Ga-Zn-Oxide 등의 산화물 기반 투명전극을 이용하여 커패시터 상부전극(203)을 구현하기 위한 연결용 전원 라인을 100~200nm 두께로 증착한 후, 종래의 석판인쇄와 식각 기술을 통하여 원하는 패턴으로 구성한다.When the
그 다음으로, 단위 산화물 박막 트랜지스터(401~404)와 커패시터(202)를 구성할 수 있도록, 소스 전극(404) 및 드레인 전극(403) 위에 픽셀전극(501)을 형성하고, 비아홀을 이용하여 소스 전극(404), 드레인 전극(403), 커패시터의 상부전극(203)을 전기적으로 연결한다(S560).Next, the
그리고, 복수의 픽셀에 대한 단위 산화물 박막 트랜지스터(401~404)에 대한 공정이 완료된 후, 기설정된 고온에서 픽셀전극(501) 위에 광전도체(502)를 증착하고, 광전도체의 상부전극(503)을 증착한다(S570). 이때, 광전도체(502)는 열증착(Thermal Evaporation), RF DC 제거가공(Sputtering), RF 마그네트론 제거가공, 또는 용액 코팅 공정을 통해서 증착될 수 있다.After the process of the unit oxide
본 발명에 따르면, 산화물 반도체를 이용하여 디지털 방사선 촬영 시스템에서의 광학계 형성을 간소화시킬 수 있으며, 종래의 비정질 Si 박막 트랜지스터에서는 낮은 전하 이동도로 인해 구현할 수 없었던, 고해상도 특성을 제공하면서 동시에 고속 동영상 측정을 제공할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, an oxide semiconductor can be used to simplify the formation of an optical system in a digital radiography system, and at the same time, high-speed video measurement can be performed while providing high resolution characteristics, which cannot be realized due to low charge mobility in a conventional amorphous Si thin film transistor. There is an effect that can be provided.
뿐만 아니라, 본 발명은 산화물 박막 트랜지스터를 사용하여 추후 공정으로 120 내지 600도 정도의 높은 온도로 광전도체를 증착하여도, 그로 인해 특성이 열화 되지 않을 수 있다.In addition, according to the present invention, even when the photoconductor is deposited at a high temperature of about 120 to 600 degrees by a later process using an oxide thin film transistor, the characteristics may not be deteriorated.
또한, 본 발명은 박막 트랜지스터 기술을 이용하기 때문에 대면적 패널을 제작가능하고, 피사체를 일대일의 비율로 측정할 수 있는 플랫 패널 시스템을 구성할 수 있어, 이미지 왜곡이 없을 뿐 아니라, CCD나 CMOS를 이용할 때처럼, 광학계 렌즈 시스템을 필요로 하지 않아, 제작 비용을 절감할 수 있다.In addition, since the present invention uses thin film transistor technology, a large area panel can be manufactured, and a flat panel system capable of measuring a subject in a one-to-one ratio can be configured, and there is no image distortion, As with the use, no optical lens system is required, thereby reducing manufacturing costs.
이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described in detail with reference to the accompanying drawings, it is to be understood that the invention is not limited to the above-described embodiments. Those skilled in the art will appreciate that various modifications, Of course, this is possible. Accordingly, the scope of protection of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by the description of the following claims.
Claims (10)
각 픽셀당 구비되며, 발생된 상기 전하를 저장하는 커패시터; 및
상기 각 픽셀당 구비되며, 게이트에 신호가 인가되면, 저장된 상기 전하를 출력하며, 산화물 반도체로 구성되는 산화물 박막 트랜지스터
를 포함하는 방사선 촬영 시스템의 백플레인 패널.A photoconductor that generates electric charges when X-rays passing through the subject are incident;
A capacitor provided for each pixel and storing the generated charge; And
An oxide thin film transistor provided for each pixel and outputting the stored charge when a signal is applied to a gate and composed of an oxide semiconductor.
Backplane panel of the radiographic system comprising a.
비정질 Se, HgI2, PbI2 및 CdZnTe 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 박막 트랜지스터 위에 증착되는 것인 방사선 촬영 시스템의 백플레인 패널.The method of claim 1, wherein the photoconductor,
And at least one of amorphous Se, HgI 2 , PbI 2, and CdZnTe, wherein the backplane panel is deposited on the thin film transistor.
금속 전극 또는 산화물 기반 투명 전극인 방사선 촬영 시스템의 백플레인 패널.The method of claim 1, wherein the electrode of the oxide thin film transistor,
Backplane panels in radiography systems that are metal electrodes or oxide-based transparent electrodes.
ZnO 기반의 산화물 반도체를 포함하는 산화물 반도체로 구성되는 것인 방사선 촬영 시스템의 백플레인 패널.The semiconductor channel layer of claim 1, wherein
A backplane panel of a radiographic system, comprising an oxide semiconductor comprising a ZnO based oxide semiconductor.
상기 유리기판 위에 상기 게이트 전극과 소정간격 이격되도록, 커패시터의 하부 전극을 증착하고, 원하는 형상으로 패터닝하는 단계;
상기 게이트 전극의 상측에 상기 게이트 전극을 덮도록 유전층을 증착하는 단계;
상기 유전층 위에 산화물 반도체를 증착하고, 기설정된 고온에서 열처리한 후, 원하는 형상으로 패터닝하여 채널층을 구성하는 단계;
상기 산화물 반도체의 양측에 소스 전극(404)과 드레인 전극(403)을 증착하고, 원하는 형상으로 패터닝하는 단계;
상기 커패시터의 하부 전극에 대응하는 유전층의 소정위치에 상기 커패시터의 상부 전극을 증착한 후, 원하는 형상으로 패터닝하는 단계;
상기 소스 전극, 상기 산화물 반도체 및 상기 드레인 전극 위에 픽셀전극을 형성하는 단계; 및
기설정된 고온에서 상기 픽셀전극 위에 광전도체를 증착하고, 상기 광전도체의 상부 전극을 증착하는 단계
를 포함하는 방사선 촬영 시스템의 백플레인 패널 제조 방법.Depositing a gate electrode of a bottom-gate TFT having a bottom gate structure on the glass substrate and patterning the desired shape;
Depositing a lower electrode of the capacitor and patterning the lower electrode on the glass substrate so as to be spaced apart from the gate electrode by a predetermined distance;
Depositing a dielectric layer on the gate electrode to cover the gate electrode;
Depositing an oxide semiconductor on the dielectric layer, performing heat treatment at a predetermined high temperature, and patterning the oxide semiconductor to a desired shape to form a channel layer;
Depositing a source electrode (404) and a drain electrode (403) on both sides of the oxide semiconductor and patterning the desired shape;
Depositing an upper electrode of the capacitor at a predetermined position of a dielectric layer corresponding to the lower electrode of the capacitor, and then patterning the electrode to a desired shape;
Forming a pixel electrode on the source electrode, the oxide semiconductor, and the drain electrode; And
Depositing a photoconductor on the pixel electrode at a predetermined high temperature, and depositing an upper electrode of the photoconductor
Method for manufacturing a backplane panel of a radiographic system comprising a.
패터닝 및 식각 공정으로 상기 유전층을 통과하는 비아를 형성하는 단계를 더 포함하고,
상기 비아를 통해 상기 커패시터의 상부 전극과 상기 소스 전극 또는 드레인 전극을 상호 연결하는 것인 방사선 촬영 시스템의 백플레인 패널 제조 방법.The method of claim 5,
Forming vias through said dielectric layer by patterning and etching processes,
And interconnecting the upper electrode of the capacitor and the source electrode or the drain electrode through the via.
금속 전극 또는 산화물 기반 투명 전극을 이용하는 것인 방사선 촬영 시스템의 백플레인 패널 제조 방법.The method of claim 5, wherein depositing the gate electrode, depositing the source electrode and the drain electrode, and depositing an upper electrode of the capacitor include:
A method of manufacturing a backplane panel for a radiography system using metal electrodes or oxide based transparent electrodes.
RF 마그네트론 스퍼터링(Sputtering), RF DC 스터터링 또는, 용액 코팅 공정을 통해 구성되는 것인 방사선 촬영 시스템의 백플레인 패널 제조 방법.The method of claim 5, wherein the channel layer,
A method of manufacturing a backplane panel for a radiographic system, comprising RF magnetron sputtering, RF DC sputtering, or solution coating.
ZnO 기반의 산화물 반도체를 포함하는 산화물 반도체로 구성되는 것인 방사선 촬영 시스템의 백플레인 패널 제조 방법.The method of claim 8, wherein the channel layer,
A method for manufacturing a backplane panel for a radiographic system, comprising an oxide semiconductor including a ZnO-based oxide semiconductor.
20 내지 200nm의 두께로 SiO2, Al2O3, Si3N4 중 적어도 하나의 물질을 증착하는 단계
를 포함하는 것인 방사선 촬영 시스템의 백플레인 패널 제조 방법.The method of claim 5, wherein depositing the dielectric layer comprises:
Depositing at least one of SiO 2 , Al 2 O 3 , Si 3 N 4 to a thickness of 20-200 nm
Method for manufacturing a backplane panel of a radiographic system comprising a.
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