KR101820843B1 - 확산방지막을 구비한 엑스선 검출기 - Google Patents
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Abstract
확산방지막을 구비한 엑스선 검출기가 개시된다. 개시된 확산방지막을 구비한 엑스선 검출기는, 기판 상에서 직렬로 배치된 트랜지스터 및 신호저장 커패시터; 상기 기판 상에서 상기 트랜지스터 및 상기 커패시터를 덮는 절연층; 상기 절연층 상에서 상기 커패시터의 상부전극과 연결되는 픽셀전극; 상기 절연층 상에서 상기 픽셀전극을 덮는 제1 확산방지막; 상기 제1 확산방지막 상의 포토컨덕터; 상기 포토컨덕터 상의 공통전극; 상기 트랜지스터의 드레인전극과 연결되는 신호처리부;를 구비한다.
Description
포토컨덕터와 금속 픽셀전극 사이의 반응을 방지하는 확산방지막을 구비한 엑스선 검출기에 관한 것이다.
진단용 엑스선 검출기로서 박막 트랜지스터를 이용한 엑스선 검출기가 주목받고 있다. 엑스선 검출기는 엑스선으로 촬영한 엑스선 화상 또는 엑스선 투시 화상을 디지털 신호로 출력한다. 이러한 엑스선 검출기는 직접 방식과 간접 방식으로 나뉜다.
직접방식은 포토컨덕터(photoconductor)로 엑스선을 직접 전하로 변환하며, 간접방식은 신틸레이저(scintillator)로 엑스선을 가시광선으로 변환한 후, 변환된 가시광선을 포토다이오드와 같은 광전변환소자로 전하로 변환하는 방식이다.
직접방식의 엑스선 검출기는 엑스선 조사에 의해 전자-홀 쌍을 생성하는 포토컨덕터와, 포토컨덕터로부터의 전하를 전달받는 픽셀전극을 포함한다.
포토컨덕터로 사용되는 물질, 예컨대 HgI2는 원자량이 커서 얇은 두께로 X-ray 등을 잘 흡수할 뿐 아니라, X-ray 에 의한 이온화 에너지가 작아 매우 우수한 포토컨덕터 물질로 사용된다. 그러나, HgI2는 금속과 반응성이 커서 대부분의 금속을 부식시킨다.
픽셀전극을 낮은 저항을 가지는 금속을 사용하는 경우, HgI2와 같은 포토컨덕터는 금속과의 반응성이 매우 커서, 시간 경과에 따라 HgI2의 Hg 가 포토컨덕터로 확산하여 포토컨덕터로서의 기능을 상실하게 한다.
포토컨덕터와 픽셀전극 사이에 확산방지막을 구비한 엑스선 검출기를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 확산방지막을 구비한 엑스선 검출기는:
포토컨덕터;
상기 포토컨덕터의 일면 상에 형성된 제1 확산방지막;
상기 제1 확산방지막 상의 복수의 픽셀전극;
상기 픽셀전극으로부터의 전기적 신호를 처리하는 신호전송부; 및
상기 포토컨덕터에 대해서 상기 제1 확산방지막과 대향하는 면에 형성된 공통전극;을 구비한다.
본 발명의 일 유형에 따르면, 상기 신호전송부는, 기판 상에서 직렬로 배치된 트랜지스터 및 신호저장 커패시터;
상기 기판 상에서 상기 트랜지스터 및 상기 커패시터를 덮는 절연층에 형성된 콘택플러그;
상기 트랜지스터의 드레인 전극과 연결된 신호처리부;를 구비하며, 상기 픽셀전극은 상기 절연층 상에서 상기 커패시터의 상부전극과 연결된다.
본 발명의 다른 유형에 따르면, 상기 신호전송부는, 인쇄회로기판 상에 타일링되며, 상기 인쇄회로기판과 전기적으로 연결된 복수의 주문형 반도체;
상기 인쇄회로기판 상에서 상기 복수의 주문형 반도체를 덮으며, 폴리머로 이루어진 평탄화막; 및
상기 평탄화막에 형성된 비아홀을 채워서 상기 픽셀전극과 상기 주문형 반도체의 콘택을 전기적으로 연결하는 콘택플러그;를 구비하며, 상기 제1 확산방지막은 상기 평탄화막 상에서 상기 복수의 픽셀전극을 덮는다.
본 발명의 일 국면에 따르면, 상기 비아홀에 형성된 콘택플러그 및 상기 픽셀전극 사이는 이들을 전기적으로 연결하는 연결배선이 더 형성된다.
본 발명의 다른 국면에 따르면, 상기 평탄화막은 상기 주문형 반도체 상의 복수의 평탄화막을 구비하며, 상기 콘택플러그는 상기 각 평탄화막의 비아홀에 형성된 콘택플러그를 구비하며,
이웃하는 평탄화막 사이에는 이웃하는 평탄화막에 형성된 콘택플러그를 연결하는 제2 연결배선을 구비한다.
본 발명의 또 다른 유형에 따르면, 상기 신호전송부는,
인쇄회로기판 상에 타일링되며, 상기 인쇄회로기판과 전기적으로 연결된 복수의 주문형 반도체;
상기 복수의 주문형 반도체 상에 순차적으로 적층된 절연층 및 기판;
상기 기판 및 상기 절연층에 각각 형성된 비아홀을 채워서 상기 픽셀전극과 상기 주문형 반도체의 콘택을 연결하는 콘택플러그를 구비하며 상기 복수의 픽셀전극은 상기 기판 상에서 상기 각 주문형 반도체에 대응하게 형성된다.
상기 픽셀전극은 구리 또는 알루미늄으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 확산방지막은 ZnO에 Ga, In, Hf, Sn 중 선택된 적어도 하나를 포함하는 도전성 산화물 반도체로 이루어질 수 있다.
상기 도전성 산화물 반도체는 저항이 1 μΩ.cm ~ 100 MΩ.cm 일 수 있다.
제1 확산방지막은 0.1 ~ 100 ㎛ 두께를 가질 수 있다.
상기 포토컨덕터는 HgI2, PbI2, CdTe, CdZnTe, PbO 중 선택된 적어도 하나의 물질로 형성될 수 있다.
상기 공통전극 및 상기 포토컨덕터 사이에 배치된 제2 확산방지막;을 더 구비할 수 있다.
상기 제2 확산방지막은 ZnO에 Ga, In, Hf, Sn 중 선택된 적어도 하나를 포함하는 도전성 산화물 반도체로 이루어질 수 있다.
상기 제2 확산방지막은 100-1000 Å 두께를 가진다.
상기 실시예에 따른 확산방지막을 구비한 엑스선 검출기는, 픽셀전극과 포토컨덕터 사이의 접촉이 방지되므로, 포토컨덕터의 열화가 방지된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 확산방지막을 구비한 엑스선 검출기의 등가회로도이다.
도 2는 도 1의 엑스선 검출기의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 3 및 도 4는 종래 구조의 엑스선 검출기와 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기의 전기적 특성을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 확산방지막을 구비한 엑스선 검출기의 개략적 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기에서 픽셀전극과 주문형 반도체 사이의 전기적 연결을 개략적으로 설명하는 개념도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 확산방지막을 구비한 엑스선 검출기의 개략적 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 확산방지막을 구비한 엑스선 검출기의 개략적 단면도이다.
도 2는 도 1의 엑스선 검출기의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 3 및 도 4는 종래 구조의 엑스선 검출기와 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기의 전기적 특성을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 확산방지막을 구비한 엑스선 검출기의 개략적 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기에서 픽셀전극과 주문형 반도체 사이의 전기적 연결을 개략적으로 설명하는 개념도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 확산방지막을 구비한 엑스선 검출기의 개략적 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 확산방지막을 구비한 엑스선 검출기의 개략적 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다. 명세서를 통하여 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 확산방지막을 구비한 엑스선 검출기(100)의 등가회로도이다. 엑스선 검출기(100)는 어레이로 배치된 복수의 픽셀로 이루어지며, 도 1은 각 픽셀의 등가회로도이다.
도 1을 참조하면, 엑스선 검출기(100)는 포토컨덕터(110)에 병렬로 연결된 신호축적 커패시터(signal storage capacitor)(120) 및 스위칭 트랜지스터(130)를 구비한다. 전압공급원(140)은 포토컨덕터(110)에 전계를 형성하는 직류전압을 공급한다. 게이트 라인을 통해서 스위칭 트랜지스터(130)는 턴온되며, 이에 따라 커패시터(120)에 저장되는 전하를 데이터 라인을 통해서 신호처리부(150)로 전송한다.
도 2는 도 1의 엑스선 검출기(100)의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도이다. 도 1의 구성요소와 실질적으로 동일한 구조에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 2를 참조하면, 기판(102) 상에 신호축적 커패시터(120)와 스위칭 트랜지스터(130)가 직렬로 연결되어 있다. 커패시터(120)의 상방에는 포토컨덕터(110)가 배치된다.
기판(102)은 글라스, 실리콘, 플라스틱 등으로 형성될 수 있다. 기판(102) 상에는 스위칭 트랜지스터(130)의 게이트(131) 및 커패시터(120)의 하부전극(121)이 배치된다. 게이트(131) 및 하부전극(121)은 동일한 금속으로 형성될 수 있다. 게이트(131)에는 게이트 라인(도 1 참조)이 연결되며 편의상 도 2에서 생략하였다.
기판(102) 상에서 게이트(131) 및 하부전극(121) 상에는 제1절연층(119)이 형성된다. 제1절연층(119)은 실리콘 나이트라이드, 실리콘 옥사이드, 실리옥시 나이트라이드, 알루미나, 하프늄 옥사이드 등으로 형성될 수 있다. 제1절연층(119)은 게이트(131) 상에서 게이트 옥사이드로 작용하며, 하부전극(121) 상에서는 커패시터 유전체로 작용한다. 이때 게이트 옥사이드와 커패시터 유전체를 서로 다른 물질로 형성되는 것도 가능하며, 이 경우 추가적인 박막형성 및 에칭공정이 필요할 수 있다.
제1절연층(119) 상에서 게이트(131) 상방으로 채널(132)이 형성된다. 채널(132)은 비정질 실리콘, 폴리실리콘, ZnO, SnO2 또는 ZnO계, SnO2계 반도체 등으로 형성될 수 있다. ZnO계 반도체는 ZnO에 갈륨(Ga), 인듐(In), 하프늄(Hf), 주석(Sn) 등이 혼합된 화합물일 수 있다. SnO2 계 반도체는 SnO2 에 갈륨(Ga), 인듐(In), 하프늄(Hf), 알루미늄(Al) 등이 혼합된 화합물일 수 있다. ZnO계 반도체는 구체적으로, InZnO, GaInZnO, HfInZnO, SnZnO, SnInZnO 등이다. SnO2 계 반도체는 구체적으로 InSnO2, GaSnO2, HfSnO2 등이다.
제1절연층(119) 상에는 채널(132)의 양단을 덮는 메탈층(미도시)이 형성된다. 채널(132)의 양단의 메탈층은 드레인 전극(134) 및 소스 전극(135), 소스 전극(135)으로부터 연장된 연결배선(136) 및 연결배선(136)에 의해 소스 전극(135)에 연결된 커패시터(120)의 상부전극(122)이다. 상부전극(122)은 하부전극(121)과 대응되게 형성되며, 그 사이의 제1절연층(119)과 함께 커패시터(120)를 형성한다. 드레인 전극(134)은 데이터 라인(도 1 참조)을 통해서 신호처리부(150)로 연결된다. 신호처리부(150)는 각 픽셀의 데이터 라인으로부터의 전하를 계량화하여 영상을 구현한다.
전극들(122, 134, 135) 상에는 제2절연층(129)이 형성된다. 제2절연층(129)은 패시베이션층이다. 제2절연층(129)은 제1절연층(119)과 동일한 물질로 형성되거나 다른 절연물질로 형성될 수 있다. 제2절연층(129)에는 콘택홀(129a)이 형성되며, 콘택홀(129a)에는 도전성 플러그(129b)가 채워진다. 도전성 플러그(129b)는 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo) 으로 형성될 수 있다.
제2절연층(129) 상에는 순차적으로, 픽셀전극(111), 제1 확산방지막(112), 포토컨덕터(110), 공통전극(114)이 형성된다.
픽셀전극(111)은 전기적 특성이 우수하며 저가인 금속, 예컨대 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)으로 형성될 수 있다.
포토컨덕터(110)는 HgI2, PbI2, CdTe, CdZnTe, PbO 로 형성될 수 있다. 포토컨덕터(110)는 금속으로 형성된 픽셀전극(111)과의 반응성이 커서 픽셀전극(111)으로 구성원소가 확산될 수 있으며, 이에 따라 포토컨덕터(110)의 기능을 상실할 수 있다.
제1 확산방지막(112)은 픽셀전극(111) 및 포토컨덕터(111) 사이의 반응을 방지하도록 제2 절연층(129) 상에서 픽셀전극(111)을 덮도록 형성된다. 제1 확산방지막(112)은 도전성 산화물 반도체로 형성될 수 있다. 도전성 산화물 반도체는 ZnO계 반도체일 수 있다. ZnO계 반도체는 ZnO에 갈륨(Ga), 인듐(In), 하프늄(Hf), 주석(Sn) 등이 혼합된 화합물일 수 있다. ZnO계 반도체는 구체적으로, InZnO, GaInZnO, HfInZnO, SnZnO, SnInZnO 등이다. 도전성 산화물 반도체는 저항이 1 μΩ.cm - 100 MΩ.cm 일 수 있다. 산화물 반도체의 저항이 1 μΩ.cm 보다 작을 경우에는 한 픽셀 위의 포토컨덕터에서 형성된 전하가 산화물 반도체를 따라 옆 픽셀로 이동하여 정확한 영상을 얻을 수 없을 수 있으며, 저항이 100 MΩ.cm 이상일 경우에는 생성된 전하를 블로킹함으로써 감도가 저하될 수 있다.
제1 확산방지막(112)은 0.1 ~ 100 ㎛ 두께로 형성될 수 있다. 제1 확산방지막(112)의 두께가 0.1 ㎛ 보다 작으면, 암전류(dark current)가 증가할 수 있으며, 확산방지막 역할을 상실할 수 있다. 제1 확산방지막(112)의 두께가 100 ㎛ 보다 크면 전체 시리즈 저항이 증가하며, 이에 따라 포토컨덕터(110)에 걸리는 전압이 감소하여 포토컨덕터(110)의 감도가 줄어들 수 있다.
공통전극(114)에는 전압공급원(140)으로부터 직류전압이 공급된다. 공통전극(114)에는 포토컨덕터(110)에 따라서 양전압 또는 음전압이 인가된다. 포토컨덕터(110)로부터 커패시터(120)로 저장되는 전하가 정공(hole)인 경우, 픽셀전극(111)에는 양전압이 인가되며, 포토컨덕터(110)로부터 커패시터(120)로 저장되는 전하가 전자(elelctron)인 경우, 픽셀전극(111)에는 음전압이 인가된다.
포토컨덕터(110)) 및 공통전극(114은 평판 형상으로, 복수의 픽셀들을 덮도록 형성되며, 각 픽셀전극(111)은 하나의 픽셀에 대응되게 형성된다. 스위칭 트랜지스터(130) 및 커패시터(120)도 각 픽셀에 대응되게 형성된다. 따라서, 엑스선 검출기는 어레이 형태로 배열된 픽셀들을 구비하며, 도 1 및 도 2는 각 픽셀에 대응되는 등가 회로도 및 구조도이다.
포토컨덕터(110)와 공통전극(114) 사이에 제2 확산방지막(113)이 더 형성될 수 있다. 공통전극(114)은 평판형상의 전극이며, 인듐 주석 옥사이드(indium tin oxide), 구리 또는 알루미늄으로 형성될 수 있다. 제2 확산방지막(113)은 공통전극(114)이 구리 또는 알루미늄으로 형성된 경우, 제1 확산방지막(112)과 실질적으로 동일한 물질로 형성될 수 있다.
제2 확산방지막(113)은 100~1000 Å 두께로 형성될 수 있다. 제2 확산방지막(113)의 두께가 100 Å 보다 작으면, 암전류(dark current)가 증가할 수 있으며, 확산방지막 역할을 상실할 수 있다. 제2 확산방지막(113)의 두께가 1000 Å 보다 크면 전체 시리즈 저항이 증가하며, 이에 따라 포토컨덕터(110)에 걸리는 전압이 감소하여 포토컨덕터의 감도가 줄어들 수 있다.
공통전극(114)에 인가되는 직류전압은 포토컨덕터 물질 및 포토컨덕터(110)의 두께에 따라서 달라질 수 있다. 또한, 포토컨덕터(110)의 두께는 측정 대상에 따라서 달라질 수 있다. 예컨대, 포토컨덕터(110) 물질이 HgI2인 경우, 가슴을 측정하는 경우 300-800 ㎛ 이며, 유방을 측정하는 경우 100-300 ㎛ 일 수 있다. 포토컨덕터(110) 물질이 HgI2인 경우 공통전극(114)에 대략 0.5 V/㎛가 인가된다.
트랜지스터(130) 및 신호저장 커패시터(120)와, 제2 절연층(129)에 형성된 콘택플러그(129b) 및 신호처리부(150)는 신호전송부를 구성한다.
이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여, 일 실시예에 따른 엑스선 검출기(100)의 작용을 설명한다.
공통전극(114) 및 제2 확산방지막(113)을 통과한 엑스선은 포토컨덕터(110)에 흡수되며, 포토컨덕터(110)에서 전자-정공 쌍들이 생성된다. 전자-정공 쌍들의 양은 포토컨덕터(110)에 흡수되는 엑스선의 에너지에 따른다. 픽셀전극(111)에 제1직류전압이 인가되면, 전자들 및 정공들은 분리된다. 포토컨덕터(110)가 HgI2로 형성된 경우, 정공들이 픽셀전극(111)으로 흘러가며, 이어서 커패시터(120)에 축적된다. 이어서, 스위칭 트랜지스터(130)가 턴온되면, 커패시터(120)에 저장된 전하(정공)는 드레인 전극(134)을 통해서 신호처리부(150)로 전송된다. 신호처리부(150)는 각 픽셀에서 이송된 전하의 양을 가지고 측정 대상물체의 엑스선 투과도를 측정하여서 영상을 구현한다.
도 3 및 도 4는 종래 구조의 엑스선 검출기와 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기의 전기적 특성을 나타낸 그래프이다. 도 3은 감도를 비교한 것이며, 도 4는 암전류를 비교한 것이다.
엑스선 검출기의 공통전극/포토컨덕터/픽셀전극의 구조로서, 종래의 구조로서 ITO/HgI2/ITO와 본 발명의 실시예의 구조로서 ITO/HgI2/GaInZnO/Cu 구조를 사용하였다. 종래의 구조는 픽셀전극을 ITO로 형성하였으며, 본 발명의 구조는 픽셀전극으로 구리를 사용하고, 포토컨덕터(HgI2) 및 픽셀전극(Cu) 사이에 GaInZnO로 이루어진 제1 확산방지막을 사용하였다. 두 구조의 포토컨덕터(HgI2)의 두께는 100-120 ㎛이다. GaInZnO(이하 GIZO)의 두께는 3000Å 이며, 저항은 500~800uohm.cm 정도이다.
HgI2 를 포토컨덕터로 사용하고, ITO를 픽셀 전극으로 사용하는 종래의 엑스선 검출기는 우수한 감도 및 암전류 특성을 보인다. 픽셀전극으로 Cu 를 적용시 HgI2 와 Cu 사이에 반응이 일어나 픽셀전극이 손상될 뿐 아니라, 감도 및 암전류 특성도 크게 저하되게 된다. 본 발명의 실시예에서처럼, HgI2 와 Cu 사이에서 제1 확산방지막(GaInZnO)을 형성한 경우, 픽셀전극이 손상이 방지된다.
도 3을 참조하면, 엑스레이 파워로서 30kV를 사용하였다. 양단전압의 변화에 따른 전하의 검출농도이 감도(sensitivity)가 종래의 구조와 본 발명의 실시예의 구조에서 유사하게 나타났다. 이는 종래의 픽셀전극인 ITO 전극을 본 발명의 실시예의 GIZO/Cu 구조를 사용하여도 감도에서는 차이가 거의 없으면서도 포토컨덕터의 특성이 저하되지 않는 것을 알 수 있다.
도 4를 참조하면, 인가된 전압에 따라서 종래구조와 발명의 실시예의 구조 사이에 암전류 특성의 변화가 없었다. 이는 종래의 픽셀전극인 ITO 전극을 본 발명의 실시예의 GIZO/Cu 구조를 사용하여도 암전류 특성에서는 차이가 거의 없으면서도 포토컨덕터의 특성이 저하되지 않는 것을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 엑스선 검출기(200)의 개략적 단면도이다.
도 5를 참조하면, 엑스선 검출기(200)는 인쇄회로기판(210) 상에 어레이로 주문형 반도체들(220)이 타일링되어서 배치된다. 각 주문형 반도체(220)의 하부에는 복수의 콘택(222)이 형성되어 있으며, 인쇄회로기판(210)에도 콘택(222)에 대응되는 콘택(212)이 형성되어 있다. 주문형 반도체(220)는 인쇄회로기판(210)과 범프(214)를 통해서 전기적으로 연결된다.
주문형 반도체(220)는 단결정 실리콘으로 제작될 수 있다. 단결정 실리콘에 회로가 형성된 주문형 반도체(220)는 동작 속도가 빠르며, 노이즈가 적다. 또한, 포토컨덕터로부터의 전기적 신호를 1차적으로 처리하는 속도를 증가시킬 수 있으며, 인쇄회로기판(210)으로 처리된 전기적 신호를 전달한다.
반도체 공정에서 사용되는 마스크의 한계로 주문형 반도체(220)는 대략 최대 2 ㎝ x 2 ㎝ 크기로 제작될 수 있다. 하나의 주문형 반도체(220)에는 대략 수만 수십만 개의 픽셀영역이 형성될 수 있다. 참조번호 D는 주문형 반도체(220) 사이의 이격 거리(또는 이음매 영역)를 가리킨다.
인쇄회로기판(210)에서는 입력된 전기적 신호를 가지고 측정 대상물체의 엑스선 투과도를 계랑화하여 영상신호로 구현한다. 주문형 반도체(220)는 픽셀전극으로부터의 전기적 신호를 빠른 속도로 처리하여 인쇄회로기판(210)으로 필요한 정보를 제공하기 위한 것이며, 결과적으로 인쇄회로기판(210)에서의 신호처리 시간을 감소시키기 위한 것이다.
인쇄회로기판(210) 상에는 주문형 반도체들(220)을 덮는 평탄화막(230)이 형성되어 있다. 평탄화막(230)은 폴리머, 예컨대 SU-8 포토레지스트 또는 폴리이미드로 형성될 수 있다. 평탄화막(230)은 대략 200㎛ - 500㎛ 두께로 형성된다. 평탄화막(230)에는 주문형 반도체(220)의 콘택(224)을 노출시키는 비아홀(230a)이 형성된다. 각 비아홀(230a)에는 콘택 플러그(230b)가 채워진다. 콘택 플러그(230b)는 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등으로 형성될 수 있다.
평탄화막(230) 상에는 복수의 픽셀전극(240)이 형성된다. 픽셀전극들(240)은 평탄화막(230) 상에서 대략 균등하게 배치된다. 픽셀전극(240) 및 콘택 플러그(230b) 사이에는 수평배선(235)이 더 배치되어서 픽셀전극(240) 및 콘택 플러그(230b)를 전기적으로 연결하며, 또한 후술하듯이 픽셀전극들(240)이 평탄화막(230) 상에 균등하게 분포하도록 한다.
복수의 픽셀전극(240)은 복수의 그룹으로 나뉠 수 있으며, 각 그룹의 픽셀전극들(240)은 대응되는 하나의 주문형 반도체(220)와 연결된다.
평탄화막(230) 상에는 수평배선(235)과 픽셀전극들(240)을 덮는 제1 확산방지막(250)이 형성된다. 제1 확산방지막(250) 상에는 포토컨덕터(260), 제2 확산방지막(270) 및 공통전극(280)이 순차적으로 형성된다.
제1 확산방지막(250)은 픽셀전극(240) 및 포토컨덕터(260) 사이의 반응을 방지하도록 평탄화막(230) 상에서 픽셀전극(240)을 덮도록 형성된다. 제1 확산방지막(250)은 도전성 산화물 반도체로 형성될 수 있다. 도전성 산화물 반도체는 ZnO계 반도체일 수 있다. ZnO계 반도체는 ZnO에 갈륨(Ga), 인듐(In), 하프늄(Hf), 주석(Sn) 등이 혼합된 화합물일 수 있다. ZnO계 반도체는 구체적으로, InZnO, GaInZnO, HfInZnO, SnZnO, SnInZnO 등이다.
제1 확산방지막(250)은 0.1 ~ 100 ㎛ 두께로 형성될 수 있다.
포토컨덕터(260)는 하나의 물질층으로 형성될 수 있다. 포토컨덕터(260)는 HgI2, PbI2, CdTe, CdZnTe, PbO 중 선택된 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다.
포토컨덕터(260)는 그 상면으로부터 입사된 엑스선의 강도에 따라서 전하를 생성한다. 포토컨덕터(260)는 복수의 이음매 없는(seamless) 픽셀영역으로 구분될 수 있으며, 각 픽셀영역의 하부에는 픽셀전극(240)이 형성되어서 각 픽셀영역에서의 전하가 모여서 전기적 신호로 변환된다. 전기적 신호는 해당 주문형 반도체(220)의 콘택(224)으로 전달된다.
포토컨덕터(260)의 상부에는 제2 확산방지막(270)이 형성될 수 있다. 공통전극(280)은 평판형상의 전극이며, 인듐 주석 옥사이드(indium tin oxide), 구리 또는 알루미늄으로 형성될 수 있다. 제2 확산방지막(280)은 공통전극(280)이 구리 또는 알루미늄으로 형성된 경우, 제1 확산방지막(250)과 실질적으로 동일한 물질로 형성될 수 있다.
제2 확산방지막(270)은 100~1000 Å 두께로 형성될 수 있다. 제2 확산방지막(270)의 두께가 100 Å 보다 작으면, 암전류(dark current)가 증가할 수 있으며, 확산방지막 역할을 상실할 수 있다. 제2 확산방지막(270)의 두께가 1000 Å 보다 크면 전체 시리즈 저항이 증가하며, 이에 따라 포토컨덕터(260)에 걸리는 전압이 감소하여 포토컨덕터의 감도가 줄어들 수 있다.
픽셀전극(240)은 대응되는 주문형 반도체(220)의 콘택(224)과 콘택 플러그(230b) 및 수평배선(235)을 통해서 연결된다. 수평배선(235)이 필요한 이유는 도 6을 가지고 설명한다. 이하에서는 수평배선(235)을 연결배선으로도 칭한다.
주문형 반도체(220), 평탄화막(230)에 형성된 콘택플러그(230b)는 신호전송부를 구성한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 검출기에서 픽셀전극과 주문형 반도체 사이의 전기적 연결을 개략적으로 설명하는 개념도이다.
도 6을 참조하면, 주문형 반도체(320)는 타일링되기 때문에 인접한 주문형 반도체(320)와의 이격영역(이음매 영역)(도 5의 D 참조)이 생긴다. 반면에 포토컨덕터(360)은 엑스선 입사면적을 전부 사용하기 때문에 포토컨덕터(360)의 영역이 주문형 반도체(320)의 표면 영역 보다 크다. 따라서, 대응되는 픽셀전극(340)과 주문형 반도체(320)의 콘택(324)을 연결하기 위해서는 도 6에서처럼 경사진 연결배선(360)이 필요하나, 경사진 배선을 형성하기는 매우 어렵다. 본 발명의 실시예에서는 주문형 반도체(320)의 콘택(324)으로부터 수직으로 형성된 콘택플러그(도 5의 230b 참조)와 픽셀전극(340)을 연결하기 위해서 수평 배선(도 5의 235)을 사용하였다. 도 5에서는 수평배선(235)이 픽셀전극(340)의 하부에 있는 것처럼 도시되어 있으나, 실제로는 인근 콘택 플러그를 우회하는 배선일 수 있다.
도 5의 엑스선 검출기는 평탄화막을 통해서 타일링된 주문형 반도체와 픽셀전극 사이의 전기적 연결을 용이하게 함으로써, 주문형 반도체의 이음매 영역에 해당하는 포토컨덕터에서 검출된 전하가 주문형 반도체로 이송되므로, 촬상영역의 영상이 보다 정확하게 재현될 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엑스선 검출기(400)의 개략적 단면도이다.
도 7을 참조하면, 엑스선 검출기(400)는 인쇄회로기판(410) 상에 어레이로 주문형 반도체들(420)이 타일링되어서 배치된다. 각 주문형 반도체(420)의 하부에는 복수의 콘택(422)이 형성되어 있다. 주문형 반도체(420)의 콘택(422)은 인쇄회로기판(410)의 콘택(412)과 범프(414)를 통해서 전기적으로 연결된다.
인쇄회로기판(410) 상에는 주문형 반도체들(420)을 덮는 평탄화막(430)이 형성되어 있다. 평탄화막(430)은 폴리머, 예컨대 SU-8 포토레지스트 또는 폴리이미드로 형성될 수 있다. 평탄화막(430)은 대략 200㎛ - 500㎛ 두께로 형성되며, 두개의 막(431, 432)으로 형성되어 있다. 제1 평탄화막(431)은 주문형 반도체(420)의 상부에 형성된 콘택(424)을 노출시키는 비아홀(431a)과 비아홀(431a)을 채운 제1 콘택 플러그(431b)를 구비한다. 제1 평탄화막(431) 상에는 제1 콘택플러그(431b)와 연결된 연결배선(435)이 더 형성된다.
제2 평탄화막(432)에는 픽셀전극(440)과 대응되게 비아홀(432a)이 형성되며, 비아홀(432a)에는 제2 콘택 플러그(432b)가 채워진다. 제1 콘택 플러그(431b)와 대응되는 제2 콘택 플러그(432b)는 연결배선(435)을 통해서 서로 통전된다. 제1 콘택 플러그(431b)와 제2 콘택 플러그(432b)는 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등으로 형성될 수 있다.
도 7에는 도시되지 않았지만, 제2 콘택플러그(432b)와 픽셀전극(440) 사이에 도 5에 도시된 수평 배선(도 5의 235 참조)이 더 배치될 수 있다.
제2 평탄화막(432) 상에는 복수의 픽셀전극(440)이 형성된다. 픽셀전극들(440)은 평탄화막(430) 상에서 대략 균등하게 배치된다. 픽셀전극(440)은 제2 콘택플러그(432b)와 전기적으로 연결된다.
복수의 픽셀전극(440)은 복수의 그룹으로 나뉠 수 있으며, 각 그룹의 픽셀전극들(440)은 대응되는 하나의 주문형 반도체(420)와 연결된다.
평탄화막(430) 상에는 픽셀전극들(440)을 덮는 제1 확산방지막(450)이 형성된다. 제1 확산방지막(450) 상에는 포토컨덕터(460), 제2 확산방지막(470) 및 공통전극(480)이 순차적으로 형성된다.
제1 확산방지막(450)은 픽셀전극(440) 및 포토컨덕터(460) 사이의 반응을 방지하도록 제2 평탄화막(432) 상에서 픽셀전극(440)을 덮도록 형성된다. 제1 확산방지막(450)은 도전성 산화물 반도체로 형성될 수 있다. 도전성 산화물 반도체는 ZnO계 반도체일 수 있다. ZnO계 반도체는 ZnO에 갈륨(Ga), 인듐(In), 하프늄(Hf), 주석(Sn) 등이 혼합된 화합물일 수 있다. ZnO계 반도체는 구체적으로, InZnO, GaInZnO, HfInZnO, SnZnO, SnInZnO 등이다.
제1 확산방지막(450)은 0.1 ~ 100 ㎛ 두께로 형성될 수 있다.
포토컨덕터(460)는 하나의 물질층으로 형성될 수 있다. 포토컨덕터(460)는 HgI2, PbI2, CdTe, CdZnTe, PbO 중 선택된 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다.
포토컨덕터(460)의 상부에는 제2 확산방지막(470)이 형성될 수 있다. 공통전극(480)은 평판형상의 전극이며, 인듐 주석 옥사이드(indium tin oxide), 구리 또는 알루미늄으로 형성될 수 있다. 제2 확산방지막(480)은 공통전극(480)이 구리 또는 알루미늄으로 형성된 경우, 제1 확산방지막(450)과 실질적으로 동일한 물질로 형성될 수 있다.
제2 확산방지막(470)은 100~1000 Å 두께로 형성될 수 있다.
주문형 반도체(420), 평탄화막(430)에 형성된 콘택플러그(431b, 432b)와, 콘택플러그(431b, 432b)를 연결하는 연결배선(435)은 신호전송부를 구성한다.
도 7의 엑스선 검출기는 제1 평탄화막 및 제2 평탄화막을 사용함으로써 연결배선의 배치가 더 용이해질 수 있다.
도 7에서는 평탄화막(430)이 두개의 막으로 이루어져 있지만, 본 발명의 실시예는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 3개 이상의 막으로 평탄화막이 이루어지고, 각 층에는 비아홀을 채운 콘택플러그가 형성되고, 대응되는 콘택 플러그는 연결배선에 의해서 통전될 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엑스선 검출기(500)의 개략적 단면도이다.
도 8을 참조하면, 엑스선 검출기(500)는 인쇄회로기판(510) 상에 어레이로 주문형 반도체들(520)이 타일링되어서 배치된다. 각 주문형 반도체(520)의 하부에는 복수의 콘택(522)이 형성되어 있다. 주문형 반도체(520)의 콘택(522)은 인쇄회로기판(510)의 콘택(512)과 범프(514)를 통해서 전기적으로 연결된다.
인쇄회로기판(510) 상에는 절연층(530) 및 기판(540)이 순차적으로 적층된다. 절연층(530)은 주문형 반도체(520)의 상부에 형성된 콘택(524)과 대응되게 형성된 비아홀(530a)과 비아홀(530a)을 채운 제1 콘택 플러그(530b)를 구비한다. 제1 콘택플러그(530b)는 범프(535)를 통해서 콘택(524)와 전기적으로 연결된다. 절연층(530) 상에는 제1 콘택플러그(530b)와 연결된 연결배선(545)이 더 형성된다.
기판(540)은 실리콘, 실리콘 나이트라이드, 유리 등으로 형성될 수 있다. 기판(540)에는 후술되는 픽셀전극(550)과 대응되게 비아홀(540a)이 형성되며, 비아홀(540a)에는 제2 콘택 플러그(540b)가 채워진다. 제1 콘택 플러그(530b)와 대응되는 제2 콘택 플러그(540b)는 연결배선(545)을 통해서 서로 통전된다. 제1 콘택 플러그(530b)와 제2 콘택 플러그(540b)는 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등으로 형성될 수 있다.
기판(540) 상에는 복수의 픽셀전극(550)이 형성된다. 픽셀전극들(550)은 기판(540) 상에서 대략 균등하게 배치된다. 복수의 픽셀전극(550)은 복수의 그룹으로 나뉠 수 있으며, 각 그룹의 픽셀전극들(550)은 대응되는 하나의 주문형 반도체(520)와 연결된다.
기판(540) 상에는 픽셀전극들(550)을 덮는 제1 확산방지막(560)이 형성된다. 제1 확산방지막(560) 상에는 포토컨덕터(570), 제2 확산방지막(580) 및 공통전극(590)이 순차적으로 형성된다.
제1 확산방지막(560)은 픽셀전극(550) 및 포토컨덕터(570) 사이의 반응을 방지하도록 기판(540) 상에서 픽셀전극(550)을 덮도록 형성된다. 제1 확산방지막(560)은 도전성 산화물 반도체로 형성될 수 있다. 도전성 산화물 반도체는 ZnO계 반도체일 수 있다. 제1 확산방지막(250)은 0.1 ~ 100 ㎛ 두께로 형성될 수 있다.
포토컨덕터(570)은 그 상면으로부터 입사된 엑스선의 강도에 따라서 전하를 생성한다. 포토컨덕터(570)은 복수의 이음매 없는(seamless) 픽셀영역으로 구분될 수 있으며, 각 픽셀영역의 하부에는 픽셀전극(550)이 형성되어서 각 픽셀영역에서의 전하가 모여서 해당 픽셀전극(550)으로 모인다. 픽셀전극(550)에서의 전하는 전기적 신호로 변환되어 해당 주문형 반도체(520)의 콘택(524)으로 전달된다.
포토컨덕터(570)의 상부에는 제2 확산방지막(580)이 형성될 수 있다. 공통전극(590)은 평판형상의 전극이며, 인듐 주석 옥사이드(indium tin oxide), 구리 또는 알루미늄으로 형성될 수 있다. 제2 확산방지막(580)은 공통전극(590)이 구리 또는 알루미늄으로 형성된 경우, 제1 확산방지막(560)과 실질적으로 동일한 물질로 형성될 수 있다. 제2 확산방지막(580)은 100~1000 Å 두께로 형성될 수 있다.
주문형 반도체(520), 절연층(530) 및 기판(540)에 형성된 콘택플러그(530b, 540b)와, 이들 콘택플러그(530b, 540b)를 연결하는 연결배선(545)은 신호전송부를 구성한다.
도 8에는 도시되지 않았지만, 제2 콘택플러그(540b)가 픽셀전극(550)과 접촉되지 않게 형성되고, 그들 사이에 그들을 연결하는 연결배선(도 5의 235 참조)이 더 형성될 수 있다.
도 8의 엑스선 검출기(500)는 기판(540) 및 주문형 반도체(520) 사이에 하나의 절연막이 도시되어 있지만, 본 발명의 실시예는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 복수의 절연층이 기판과 주문형 반도체 사이에 형성되고, 각 절연층에는 비아홀을 채운 콘택플러그가 형성되며, 서로 대응되는 콘택 플러그는 연결배선에 의해서 통전될 수 있다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 실시예들은 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
Claims (19)
- 포토컨덕터;
상기 포토컨덕터의 일면 상에 형성된 제1 확산방지막;
상기 제1 확산방지막 상의 복수의 픽셀전극;
상기 픽셀전극으로부터의 전기적 신호를 처리하는 신호전송부; 및
상기 포토컨덕터에 대해서 상기 제1 확산방지막과 대향하는 면에 형성된 공통전극;을 구비하며,
상기 제1 확산방지막은 상기 포토컨덕터의 조성이 상기 픽셀 전극으로 확산되는 것을 억제하며, 전자 및 정공을 통과시키며,
상기 제1 확산방지막은 상기 복수의 픽셀전극을 커버하면서 상기 픽셀전극이 상기 포토컨덕터와 접촉하는 것을 방지하는 엑스선 검출기. - 제 1 항에 있어서, 상기 신호전송부는,
기판 상에서 직렬로 배치된 트랜지스터 및 신호저장 커패시터;
상기 기판 상에서 상기 트랜지스터 및 상기 커패시터를 덮는 절연층에 형성된 콘택플러그; 및
상기 트랜지스터의 드레인 전극과 연결된 신호처리부;를 구비하며,
상기 픽셀전극은 상기 절연층 상에서 상기 커패시터의 상부전극과 연결되는 엑스선 검출기. - 제 1 항에 있어서, 상기 신호전송부는,
인쇄회로기판 상에 타일링되며, 상기 인쇄회로기판과 전기적으로 연결된 복수의 주문형 반도체;
상기 인쇄회로기판 상에서 상기 복수의 주문형 반도체를 덮으며, 폴리머로 이루어진 평탄화막; 및
상기 평탄화막에 형성된 비아홀을 채워서 상기 픽셀전극과 상기 주문형 반도체의 콘택을 전기적으로 연결하는 콘택플러그;를 구비하며,
상기 제1 확산방지막은 상기 평탄화막 상에서 상기 복수의 픽셀전극을 덮는 엑스선 검출기. - 제 3 항에 있어서,
상기 비아홀에 형성된 콘택플러그 및 상기 픽셀전극 사이는 이들을 전기적으로 연결하는 연결배선이 더 형성된 엑스선 검출기. - 제 3 항에 있어서,
상기 평탄화막은 상기 주문형 반도체 상의 복수의 평탄화막을 구비하며, 상기 콘택플러그는 상기 각 평탄화막의 비아홀에 형성된 콘택플러그를 구비하며,
이웃하는 평탄화막 사이에는 이웃하는 평탄화막에 형성된 콘택플러그를 연결하는 제2 연결배선을 구비한 엑스선 검출기. - 제 1 항에 있어서, 상기 신호전송부는,
인쇄회로기판 상에 타일링되며, 상기 인쇄회로기판과 전기적으로 연결된 복수의 주문형 반도체;
상기 복수의 주문형 반도체 상에 순차적으로 적층된 절연층 및 기판; 및
상기 기판 및 상기 절연층에 각각 형성된 비아홀을 채워서 상기 픽셀전극과 상기 주문형 반도체의 콘택을 연결하는 콘택플러그를 구비하며
상기 복수의 픽셀전극은 상기 기판 상에서 상기 각 주문형 반도체에 대응하게 형성된 엑스선 검출기. - 제 6 항에 있어서,
상기 기판에 형성된 상기 콘택플러그 및 상기 절연층에 형성된 상기 콘택플러그 사이에는 이들을 전기적으로 연결하는 연결배선이 더 형성된 엑스선 검출기. - 제 6 항에 있어서,
상기 절연층은 상기 주문형 반도체 상의 복수의 절연층을 구비하며, 상기 콘택플러그는 상기 각 절연층의 비아홀에 형성된 콘택플러그를 구비하며,
이웃하는 절연층 사이에는 이웃하는 절연층에 형성된 콘택플러그를 연결하는 제2 연결배선을 구비한 엑스선 검출기. - 제 1 항에 있어서,
상기 픽셀전극은 구리 또는 알루미늄으로 이루어진 엑스선 검출기. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 확산방지막은 도전성 산화물 반도체로 이루어진 엑스선 검출기. - 제 10 항에 있어서,
상기 제1 확산방지막은 ZnO에 Ga, In, Hf, Sn 중 선택된 적어도 하나를 포함하는 엑스선 검출기. - 제 10 항에 있어서,
상기 도전성 산화물 반도체는 저항이 1 μΩ.cm - 100 MΩ.cm 인 엑스선 검출기. - 제 10 항에 있어서,
제1 확산방지막은 0.1 ~ 100 ㎛ 두께를 가지는 엑스선 검출기. - 제 1 항에 있어서,
상기 포토컨덕터는 HgI2, PbI2, CdTe, CdZnTe, PbO 중 선택된 적어도 하나의 물질로 형성된 엑스선 검출기. - 제 14 항에 있어서,
상기 포토컨덕터는 HgI2 로 형성된 엑스선 검출기. - 제 1 항에 있어서,
상기 공통전극 및 상기 포토컨덕터 사이에 배치된 제2 확산방지막;을 더 구비한 엑스선 검출기. - 제 16 항에 있어서,
상기 제2 확산방지막은 도전성 산화물 반도체로 이루어진 엑스선 검출기. - 제 17 항에 있어서,
상기 제2 확산방지막은 ZnO에 Ga, In, Hf, Sn 중 선택된 적어도 하나를 포함하는 엑스선 검출기. - 제 17 항에 있어서,
상기 제2 확산방지막은 100-1000 Å 두께를 가지는 엑스선 검출기.
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| A201 | Request for examination | ||
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| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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