KR101971111B1 - 엑스레이 검출장치 - Google Patents
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Abstract
독출 시간을 단축시킬 수 있는 엑스레이 검출 장치가 제공된다. 따른 엑스레이 검출 장치는 애노드 전극 및 캐소드 전극을 포함하는 포토 다이오드, 스위칭 트랜지스터, 및 일단이 캐소드 전극에 연결되고, 타단이 스위칭 트랜지스터에 연결된 제1 스토리지 커패시터를 포함한다.
Description
본 발명은 엑스레이 검출 장치에 관한 것이다.
엑스레이(X-ray) 검출 시스템은 엑스레이를 인체와 같은 피사체에 투과시키고, 그 투과량을 검출하여 피사체의 내부 구조물을 촬영하는 시스템이다. 엑스레이 촬영 시스템은 일반적으로 의료용 검사 장치, 비파괴 검사 장치 등으로 사용되고 있다.
초기의 엑스레이 검출 시스템은 필름을 이용하거나, CR(Computed Radiography) 방식을 이용하여 영상을 촬영하였으나, 근래에는 사용의 편리함 등을 이유로 DR(Digital Radiography) 방식을 이용하여 영상을 촬영하고 있다.
DR 방식의 엑스레이 검출 시스템은 신틸레이터를 구비하여 조사된 엑스레이를 가시광으로 변환한 다음, 픽셀마다 마련된 광전변환소자가 가시광을 전기적인 신호로 변환함으로써, 엑스레이의 검출양을 간적적으로 측정한다. 이러한 방식에서 광전변환소자는 소정의 커패시턴스를 갖게 되는데, 이러한 커패시턴스가 클수록 픽셀 RC 딜레이가 커져 데이터 독출시간을 지연시킨다.
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 데이터 독출 시간을 단축시킬 수 있는 엑스레이 검출 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치는 애노드 전극 및 캐소드 전극을 포함하는 포토 다이오드, 스위칭 트랜지스터, 및 일단이 상기 캐소드 전극에 연결되고, 타단이 상기 스위칭 트랜지스터에 연결된 제1 스토리지 커패시터를 포함한다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치는 복수의 광감지 화소를 포함하는 엑스레이 수신부, 및 상기 엑스레이 수신부에서 전달되는 전기적 신호를 판독하는 데이터 검출부를 포함하되, 상기 각 광감지 화소는 애노드 전극 및 캐소드 전극을 포함하는 포토 다이오드, 스위칭 트랜지스터, 및 일단이 상기 캐소드 전극에 연결되고, 타단이 상기 스위칭 트랜지스터에 연결된 제1 스토리지 커패시터를 포함한다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치는 애노드 전극 및 캐소드 전극을 포함하는 포토 다이오드, 상기 캐소드 전극에 연결된 스위칭 트랜지스터, 바이어스 배선, 및 일단이 상기 바이어스 배선에 연결되고, 타단이 상기 애노드 전극에 연결된 스토리지 커패시터를 포함한다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치는 기판 상에 형성되며, 게이트 전극, 제1 전극, 및 제2 전극을 포함하는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터 상에 형성된 제1 층간 절연막, 상기 제1 층간 절연막을 개재하여 상기 제1 전극과 오버랩되도록 형성된 캐소드 전극, 상기 캐소드 전극 상에 형성된 광도전체층 및 상기 광도전체층 상에 형성된 애노드 전극을 포함한다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치는 기판 상에 형성되며, 게이트 전극, 제1 전극, 및 제2 전극을 포함하는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터 상에 형성된 제1 층간 절연막, 상기 제1 층간 절연막 상에 형성되며, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 캐소드 전극, 상기 캐소드 전극 상에 형성된 광도전체층, 상기 광도전체층 상에 형성된 애노드 전극, 상기 애노드 전극 상에 형성된 제2 층간 절연막, 및 상기 제2 층간 절연막을 개재하여 상기 애노드 전극과 오버랩되도록 형성된 바이어스 배선을 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
즉, 포토 다이오드에 커패시터를 직렬로 연결함으로써, 전체 커패시턴스를 감소시킬 수 있다. 따라서, 픽셀 RC 딜레이가 감소할 수 있고, 그에 따라 데이터 독출 시간이 개선될 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 엑스레이 검출 장치를 이용하여 엑스레이를 검출하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치의 회로도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치의 회로도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치의 회로도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치의 회로도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치의 단면도이다.
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.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층"위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 엑스레이 검출 장치를 이용하여 엑스레이를 검출하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다. 도 1을 참조하면, 엑스레이 발생 장치(10)로부터 엑스레이가 조사되고, 피사체(20)를 투과하여 엑스레이 검출 장치(500)에 입사된다. 엑스레이 검출 장치(500)에는 신틸레이터(미도시)가 설치되어 입사된 엑스레이를 가시광선으로 변환한다. 변환된 가시광선은 엑스레이 검출 장치(500)에 마련된 포토 다이오드 등과 같은 광전변환소자를 통해 전기적 신호로 변경된다. 변경된 전기적 신호는 검출된 후 디스플레이 장치(30)에 입력되어 엑스레이 화상이 표시될 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치에 대해 더욱 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치의 개략도이다. 엑스레이 검출 장치(500)는 도 2에 도시된 것처럼, 엑스레이 수신부(100), 데이터 검출부(200), 신호 제어부(300) 및 주사 구동부(400)를 포함할 수 있다.
엑스레이 수신부(100)는 복수의 주사선들(S1~Sn), 복수의 데이터선들(D1~Dm) 및 복수의 광감지 화소들(PX)을 포함할 수 있다. 복수의 광감지 화소들(PX)은 복수의 신호선들(S1~Sn, D1~Dm)에 연결되어 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 주사선들(S1~Sn)은 행 방향으로 연장되어 서로가 거의 평행하고, 데이터선들(D1~Dm)은 열 방향으로 연장되어 서로가 거의 평행할 수 있다. 엑스레이 수신부(100)에는 복수의 광감지 화소(PX) 각각의 동작에 필요한 바이어스 전압(Vbias)이 공급될 수 있다.
엑스레이 검출장치(500)가 간접 방식일 경우, 엑스레이 수신부(100)에서 엑스레이가 입사되는 면에는 엑스레이를 가시광선으로 변환하기 위한 신틸레이터(scintillator)층(미도시)이 설치될 수 있다. 신틸레이터층은 세슘 아이오다인(CsI), 가돌리윰 산황화물(gadolinium oxysulfide, GOS) 등으로 구성될 수 있다.
엑스레이 검출장치(500)가 직접 방식일 경우, 엑스레이 수신부(100)는 광도전체층(미도시)을 포함할 수 있다. 광도전체층은 비정질 Si(a-Si), HgI2, PbI2 및 CdZnTe 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
신호 제어부(300)는 외부 장치로부터 공급되는 신호에 대응하여 주사 구동신호(CONT)를 생성한다. 주사 구동신호(CONT)는 주사 구동부(400)의 동작을 제어한다. 신호 제어부(300)는 생성된 주사 구동신호(CONT)를 주사 구동부(400)로 제공한다.
주사 구동부(400)는 엑스레이 수신부(100)의 주사선(S1~Sn)에 연결되며, 주사 구동신호(CONT)에 따라 스위칭 트랜지스터를 턴-온(turn on)시키는 게이트 온 전압(Von)과 턴-오프(turn off)시키는 게이트 오프 전압(Voff)의 조합으로 이루어진 복수의 주사신호를 생성하여 복수의 주사선(S1~Sn) 각각에 인가한다. 주사신호는 엑스레이 수신부(100)에서의 데이터 신호의 출력을 제어한다.
데이터 검출부(200)는 엑스레이 수신부(100)의 데이터선(D1~Dm) 각각에 연결되는 리드아웃부(RO1~ROm)를 포함한다. 각 리드아웃부(RO1~ROm)는 각 데이터선(D1~Dm)을 통하여 엑스레이 수신부(100)의 광감지 화소(PX)에서 전달되는 전류를 수신 및 판독하여 디지털 데이터 신호를 생성할 수 있다.
신호 제어부(300), 주사 구동부(400) 및 데이터 검출부(200)와 같은 구동 장치 각각은 적어도 하나의 집적 회로 칩의 형태로 엑스레이 수신부(100) 위에 직접 장착될 수 있다. 다른 실시예에서, 구동 장치는 가요성 인쇄 회로막(flexible printed circuit film)(미도시) 위에 장착되거나 TCP(tape carrier package)의 형태로 엑스레이 수신부에 부착되거나, 별도의 인쇄 회로 기판(printed circuit board)(미도시) 위에 장착될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 구동 장치들은 신호선들(S1~Sn, D1~Dm)과 함께 엑스레이 수신부(100)에 집적 형성될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치의 회로도이다. 도 3을 참조하면, 엑스레이 검출장치의 광감지 화소(PX)는 포토 다이오드(photo diode, PD), 스토리지 커패시터(Cst), 및 스위칭 트랜지스터(T)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 광감지 화소(PX)는 신틸레이터층을 통하여 입사되는 가시광선에 대응하여 전류를 생성하는 포토 다이오드(PD), 데이터선(DL)에 연결된 스위칭 트랜지스터(T), 및 포토 다이오드(PD)와 스위칭 트랜지스터(T) 사이에 직렬로 연결된 스토리지 커패시터(Cst)를 포함한다.
포토 다이오드(PD)는 바이어스 전압(Vbias)이 공급되는 애노드 전극, 및 캐소드 전극을 포함한다. 포토 다이오드(PD)는 신틸레이터층을 통하여 입사되는 가시광선에 대응하여 전류를 생성한다. 포토 다이오드(PD)로는 수소화 아모퍼스 실리콘(hydrogenated amorphous silicon, a-Si:H) PIN 다이오드가 사용될 수 있다.
스토리지 커패시터(Cst)의 일단은 포토 다이오드(PD)의 캐소드 전극에 연결된다. 몇몇 실시예에서, 스토리지 커패시터(Cst)의 일단은 포토 다이오드(PD)의 캐소드 전극과 일체형으로 형성될 수 있다. 스토리지 커패시터(Cst)의 타단은 스위칭 트랜지스터(T)의 제1 전극에 연결된다.
스위칭 트랜지스터(T)는 게이트 전극, 제1 전극 및 제2 전극을 포함한다. 제1 전극은 소스 전극이고, 제2 전극은 드레인 전극일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 전극이 드레인 전극이고, 제2 전극이 소스 전극일 수도 있다. 게이트 전극은 주사선(SL)에 연결되고, 제1 전극은 스토리지 커패시터(Cst)의 타단에 연결되며, 제2 전극은 데이터 선(DL)에 연결된다.
스위칭 트랜지스터(T)는 주사선(SL)으로부터 게이트 온 전압(Von)의 주사신호(Vsi)가 인가되면 턴-온된다. 스위칭 트랜지스터(T)가 턴-온되면 포토 다이오드(PD)에 흐르는 전류(I)의 변화는 스토리지 커패시터(Cst)를 통해 스위칭 트랜지스터(T)의 제1 전극에 전달되고, 스위칭 트랜지스터(T)의 제2 전극을 거쳐 그에 연결된 데이터선(DL) 및 리드아웃부(RO)로 전달된다. 본 명세서에서, 포토 다이오드(PD)에서 생성되어 리드아웃부(RO)로 전달되는 전류(I)를 데이터 신호로 지칭된다.
각 리드아웃부(RO)는 복수의 광감지 화소(PX)들로부터 데이터 신호를 독출할 수 있다. 각 리드아웃부(RO)는 하나 이상의 증폭기(AMP), 하나 이상의 피드백 커패시터(Cfb) 및 하나 이상의 리셋 스위치(SW)를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 증폭기(AMP), 피드백 커패시터(Cfb) 및 스위치(SW)의 개수는 데이터 라인(DL)의 개수와 동일할 수 있다.
증폭기(AMP)는 제1 입력단, 제2 입력단 및 출력단을 포함할 수 있다. 제1 입력단은 복수의 광감지 화소(PX)의 데이터 신호를 전달하는 데이터 라인(DL)과 연결될 수 있다. 제2 입력단은 그라운드 전압이나 가상 그라운드 전압과 같은 기준 전압(Vref)이 입력될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 입력단 및 제2 입력단은 각각 반전 입력 단자 및 비반적 입력 단자일 수 있다.
증폭기(AMP)의 출력단은 아날로그 디지털 변환기(ADC)에 연결된다. 아날로그 디지털 변환기(ADC)는 증폭기(AMP)에서 출력되는 출력 전압(Vout)을 디지털 신호로 변환한다.
피드백 커패시터(Cfb)의 일단은 증폭기(AMP)의 상기 제1 입력단과 연결되고, 타단은 증폭기(AMP)의 출력단과 연결될 수 있다.
리셋 스위치(SW)는 피드백 커패시터(Cfb)와 병렬 연결될 수 있다. 리셋 스위치(SW)는 피드백 커패시터(Cfb)에 충전된 전압을 방전하여 피드백 커패시터(Cfb)를 리셋시킬 수 있다. 리셋 스위치(SW)의 일단은 피드백 커패시터(Cfb)의 일단과 전기적으로 연결되고, 타단은 피드백 커패시터(Cfb)의 타단과 연결될 수 있다. 따라서, 리셋 스위치(SW)가 열리면 피드백 커패시터(Cfb)의 양단 사이에 전압이 충전되나, 리셋 스위치(SW)가 닫히면, 피드백 커패시터(Cfb)의 양단이 전기적으로 연결되게 되어 피드백 커패시터(Cfb)의 양단에 충전되었던 전압이 방전될 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 스토리지 커패시터(Cst)가 포토 다이오드(PD)와 직렬로 연결되어 있으면, 픽셀 RC 딜레이가 감소하여 데이터 독출 시간을 감소시킬 수 있다. 더욱 상세히 설명하면, 전류가 흐르지 않을 때의 포토 다이오드(PD)의 애노드 전극과 캐소드 전극은 포토 다이오드(PD) 커패시터를 구성한다. 포토 다이오드 커패시터는 스토리지 커패시터(Cst)와 직렬로 연결되어 있다.
따라서, 포토 다이오드(PD) 커패시터의 커패시턴스를 Cp라고 하고, 스토리지 커패시터(Cst)의 커패시턴스를 Cs라고 할 때, 바이어스 전압(Vbias)을 공급하는 바이어스 배선(BL)으로부터 스위칭 트랜지스터(T)의 제1 전극 사이의 전체 커패시턴스(Ctotal)는 다음과 같이 계산될 수 있다.
1/Ctotal = 1/Cp + 1/Cs
상기 식으로부터 전체 커패시턴스(1/Ctotal)가 포토 다이오드(PD)의 커패시턴스(1/Cp)보다 더 작아질 것임은 명백하다. 다이오드 형성 영역의 커패시턴스는 픽셀 RC 딜레이에 비례하므로, 그 값이 작아지게 되면, 픽셀 RC 딜레이 또한 감소할 것임을 이해할 수 있을 것이다.
픽셀 RC 딜레이가 감소하게 되면, 픽셀 독출 시간이 감소할 수 있다. 따라서, 엑스레이 검출 동영상과 같이 신속한 픽셀 독출 시간이 요구되는 분야에 효과적으로 적용할 수 있다.
이하, 상기한 바와 같은 회로 구성을 갖는 엑스레이 검출 장치의 예시적인 화소 구조에 대해 설명하기로 한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 기판(110) 상에 게이트 전극(120)이 형성된다. 게이트 전극(120)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 또는 그 합금 등으로 이루어질 수 있다. 또한, 게이트 전극(120)은 물리적 성질이 다른 두 개의 도전막(미도시)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수 있다.
게이트 전극(120) 상에는 게이트 절연막(125)이 형성된다. 게이트 절연막(125)은 절연물질로서 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 산질화막, TEOS(tetraethoxysilane) 등으로 이루어질 수 있다.
게이트 절연막(125) 상에는 반도체층(130)이 형성된다. 반도체층(130)은 게이트 전극(120)과 오버랩되도록 형성될 수 있다. 반도체층(130)은 비정질 실리콘, 폴리 실리콘 등으로 형성될 수 있다.
반도체층(130) 상에는 오믹 콘택층(135)이 형성될 수 있다. 오믹 콘택층(135)은 실리사이드나 n형 불순물이 고농도로 도핑된 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다. 오믹 콘택층(135)은 게이트 전극(120) 상에서 서로 이격되도록 형성될 수 있다.
오믹 콘택층(135) 상에는 제1 전극(141) 및 제2 전극(142)이 형성된다. 제1 전극(141) 및 제2 전극(142)은 게이트 전극(120) 상에서 서로 이격되도록 형성될 수 있다. 제1 전극(141)은 후술하는 캐소드 전극(150)과 오버랩되도록 연장될 수 있다. 제1 전극(141) 및 제2 전극(142)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 또는 그 합금 등으로 이루어질 수 있고, 나아가 2층 이상 적층된 적층막으로 형성될 수도 있다.
상술한 게이트 전극(120), 반도체층(130), 제1 전극(141), 제2 전극(142) 등은 바텀 게이트형 박막 트랜지스터를 이루며, 스위칭 트랜지스터(T)를 구성한다.
제1 전극(141) 및 제2 전극(142) 상에는 제1 층간 절연막(145)이 형성된다.
제1 층간 절연막(145) 상에는 캐소드 전극(150)이 형성된다. 캐소드 전극(150)은 제1 층간 절연막(145)을 개재하여 연장된 제1 전극(141)과 오버랩되는 위치에 형성될 수 있다. 따라서, 제1 층간 절연막(145)을 개재하고 있는 캐소드 전극(150)과 제1 전극(141)은 스토리지 커패시터(Cst)를 구성할 수 있다.
캐소드 전극(150)은 일함수가 작은 금속, 예컨대 은(Ag), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 납(Pd), 금(Au), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 이리디움(Ir), 크롬(Cr), 리튬(Li), 칼슘(Ca), 또는 이들의 합금 등으로 형성될 수 있다.
또한, 제1 층간 절연막(145)에는 제1 콘택홀이 형성되어 제2 전극(142)을 노출하고 제1 콘택홀에는 제1 연결 전극(156)이 형성될 수 있다. 제1 연결 전극(156)은 캐소드 전극(150)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
캐소드 전극(150) 상에는 광 도전체층(152)이 형성된다. 광 도전체층(152)은 N형의 불순물을 포함하는 비정질 규소층, 불순물을 포함하지 않는 진성 비정질 규소층, 및 P형의 불순물을 포함하는 비정질 규소층을 포함할 수 있다. 이러한 광 도전체층(152)은 외부에서 조사되는 빛에 의해 전자나 정공을 생성할 수 있다.
광 도전체층(152) 상에는 애노드 전극(154)이 형성된다. 애노드 전극(154)은 투명한 도전막으로 형성될 수 있다. 예컨대, 애노드 전극(154)은 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide; ITO), 주석산화물(Tin Oxide; TO), 인듐아연산화물(Indium Zinc Oxide; IZO), 인듐주석아연산화물(Indium Tin Zinc Oxide;ITZO), 또는 이들의 조합 등으로 이루어질 수 있다.
캐소드 전극(150), 광 도전체(152) 및 애노드 전극(154)은 상호 오버랩되어 있으며, 포토 다이오드(PD)를 구성한다.
애노드 전극(154) 상에는 제2 층간 절연막(160)이 형성된다. 제2 층간 절연막(160)에는 제1 연결 전극(156)을 노출하는 제2 콘택홀 및 애노드 전극(154)을 노출하는 제3 콘택홀이 형성될 수 있다. 제2 콘택홀에는 제2 연결 전극(174)이 형성되어 제1 연결 전극(156)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 연결 전극(174)은 데이터 선(미도시)과 연결될 수 있다.
또한, 제2 층간 절연막(160) 상에는 바이어스 배선(172)이 형성될 수 있다. 바이어스 배선(172)은 제2 연결 전극(174)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 바이어스 배선(172)은 제3 콘택홀을 통해 애노드 전극(154)과 연결될 수 있다.
제2 연결 전극(174)과 바이어스 배선(172)은 패시베이션막(180)에 의해 덮여 보호될 수 있다.
도 4의 예시적인 화소 구조는 바텀 게이트 방식의 박막 트랜지스터 일단을 구성하는 제1 전극(141)이 포토 다이오드(PD)와 제1 층간 절연막(145)을 개재하여 오버랩되어 있어, 포토 다이오드(PD)와 직렬로 연결된 스토리지 커패시터(Cst)를 구현할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치의 단면도이다. 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치는 탑 게이트 방식의 박막 트랜지스터를 채용하는 점이 도 4의 실시예와 상이하다.
이하, 차이점을 중심으로 설명하면, 기판(110)의 전면에 버퍼층(112)이 형성되어 있다. 버퍼층(112)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 산질화막, 알루미늄 산화막, 알루미늄 질화막, 티타늄 산화막 또는 티타늄 질화막 등의 무기물이나, 폴리이미드, 폴리에스테르, 아크릴 등의 유기물 또는 이들의 적층체로 형성될 수 있다. 버퍼층(112)은 생략될 수도 있다.
버퍼층(112) 상에는 반도체층(132)이 형성된다. 반도체층(132)의 양단에는 N형 불순물이 고농도로 도핑된 제1 및 제2 고농도 영역(132a, 132b)이 형성될 수 있다.
반도체층(132) 상에는 게이트 절연막(125)이 형성된다. 게이트 절연막(125) 상에는 반도체층(132)과 오버랩되도록 게이트 전극(120)이 형성된다. 게이트 전극(120) 상에는 제1 층간 절연막(146)이 형성되고, 제1 층간 절연막(146) 상에는 제1 전극(141) 및 제2 전극(142)이 형성된다. 제1 전극(141)은 후술하는 캐소드 전극(150)과 오버랩되도록 연장될 수 있다.
제1 전극(141)은 제1 층간 절연막(146)과 게이트 절연막(125)을 관통하는 제1 콘택홀을 통해 반도체층(132) 제1 고농도 영역(132a)과 접촉하고, 제2 전극(142)은 제1 층간 절연막(146)과 게이트 절연막(125)을 관통하는 제2 콘택홀을 통해 반도체층(132) 제2 고농도 영역(132b)과 접촉한다.
상술한 게이트 전극(120), 반도체층(132), 제1 전극(141), 제2 전극(142) 등은 탑 게이트형 박막 트랜지스터를 이루며, 스위칭 트랜지스터(T)를 구성한다.
제1 전극(141)과 제2 전극(142)은 제2 층간 절연막(148)으로 덮인다. 제2 층간 절연막(148) 상에는 캐소드 전극(150)이 형성된다. 캐소드 전극(150)은 제2 층간 절연막(148)을 개재하여 연장된 제1 전극(141)의 영역과 오버랩되는 위치에 형성될 수 있다. 따라서, 제2 층간 절연막(148)을 개재하고 있는 캐소드 전극(150)과 제1 전극(141)은 스토리지 커패시터(Cst)를 구성할 수 있다.
제2 층간 절연막(148)에는 제3 콘택홀이 형성되어 제2 전극(142)을 노출하고, 제3 콘택홀 내에는 제1 연결 전극(162)이 형성된다. 제1 연결 전극(162)은 캐소드 전극(150)과 동일한 물질로 형성될 수 있다.
캐소드 전극(150) 상에 광 도전체층(152), 애노드 전극(154)이 형성되고, 애노드 전극(154) 상에 제3 층간 절연막(163)이 형성된다. 제3 층간 절연막(163) 상에는 동일한 물질로 이루어진 제2 연결 전극(174) 및 바이어스 배선(172)이 형성될 수 있다. 제2 연결 전극(174)은 제3 층간 절연막(163)에 형성된 제4 콘택홀을 통해 제1 연결 전극(162)과 연결되고, 애노드 전극(154)은 제5 콘택홀을 통해 바이어스 배선(172)과 연결된다.
제2 연결 전극(174) 및 바이어스 배선(172)은 패시베이션막(180)에 의해 덮여 보호된다.
도 5의 예시적인 화소 구조는 탑 게이트 방식의 박막 트랜지스터 일단을 구성하는 제1 전극(141)이 포토 다이오드(PD)와 제2 층간 절연막(148)을 개재하여 오버랩되어 있어, 포토 다이오드(PD)와 직렬로 연결된 스토리지 커패시터(Cst)를 구현할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치의 회로도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치는 스토리지 커패시터(Cst)가 포토 다이오드(PD)의 애노드 전극에 연결된 점이 도 3의 실시예와 상이하다. 즉, 스토리지 커패시터(Cst)의 일단은 바이어스 전압(Vbias)을 공급하는 바이어스 배선(BL)에 연결되고, 스토리지 커패시터(Cst)의 타단은 포토 다이오드(PD)의 애노드 전극에 연결된다.
이와 같은 구조에서도, 바이어스 전압(Vbias)을 공급하는 바이어스 배선(BL)으로부터 스위칭 트랜지스터(T)의 제1 전극 사이의 전체 커패시턴스는 스토리지 커패시터(Cst)를 연결하지 않은 경우에 비해 더 작아질 것임이 자명하다. 따라서, 픽셀 RC 딜레이가 감소하고, 픽셀 독출 시간이 감소할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치의 단면도로서, 도 6의 회로 구성을 갖는 엑스레이 검출 장치의 화소 구조를 예시한다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치는 제1 층간 절연막(145)이 제1 전극(141)의 일부를 노출한다. 캐소드 전극(150)은 제1 전극(141)의 바로 위에 형성된다. 즉, 제1 전극(141)과 캐소드 전극(150)은 직접 전기적으로 연결된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 제1 전극과 캐소드 전극은 콘택이나 기타 다른 도전체에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다.
애노드 전극(154) 상에 제2 층간 절연막(160)이 형성된 점은 도 4의 실시예와 동일하지만, 바이어스 배선(172)이 애노드 전극(154)에 콘택하지 않는 점이 상이하다. 바이어스 배선(172)과 애노드 전극(154)은 제2 층간 절연막(160)을 사이에 두고 스토리지 커패시터(Cst)를 구성한다.
스토리지 커패시터(Cst)의 용량을 증가시키기 위해서는 절연막의 두께가 얇은 것이 유리하다. 이를 위해 애노드 전극(154) 상의 제2 층간 절연막(160)은 리세스 영역을 포함할 수 있다.
도 7에서는 바텀 게이트 방식의 박막 트랜지스터가 적용된 경우를 예시하고 있지만, 탑 게이트 방식의 박막 트랜지스터도 적용할 수 있음은 물론이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치의 회로도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치는 제1 스토리지 커패시터(Cst1) 및 제2 스토리지 커패시터(Cst2)를 구비하는 점이 도 3 및 도 6의 실시예와 다른 점이다.
제1 스토리지 커패시터(Cst1)의 일단은 포토 다이오드(PD)의 캐소드 전극에 연결되고, 제1 스토리지 커패시터(Cst1)의 타단은 스위칭 트랜지스터(T)의 제1 전극에 연결된다. 제2 스토리지 커패시터(Cst2)의 일단은 바이어스 배선(BL)에 연결되고, 제2 스토리지 커패시터(Cst2)의 타단은 포토 다이오드(PD)의 애노드 전극에 연결된다.
따라서, 포토 다이오드(PD) 커패시터의 커패시턴스를 Cp라고 하고, 제1 스토리지 커패시터(Cst1)의 커패시턴스를 Cs1, 제2 스토리지 커패시터(Cst2)의 커패시턴스를 Cs2 라고 할 때, 바이어스 전압(Vbias)을 공급하는 바이어스 배선(BL)으로부터 스위칭 트랜지스터(T)의 제1 전극 사이의 전체 커패시턴스(Ctotal)는 다음과 같이 계산될 수 있다.
1/Ctotal = 1/Cs1 + 1/Cp + 1/Cs2
상기 식으로부터 전체 커패시턴스(1/Ctotal)가 포토 다이오드(PD)의 커패시턴스(1/Cp)보다 더욱 작아질 것임은 명백하다. 다이오드 형성 영역의 커패시턴스는 픽셀 RC 딜레이에 비례하므로, 그 값이 작아지게 되면, 픽셀 RC 딜레이 또한 감소할 것임을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 픽셀 독출 시간이 감소할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치의 단면도로서, 도 8의 회로 구성을 갖는 엑스레이 검출 장치의 화소 구조를 예시한다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치는 제1 전극(141) 상에 제1 층간 절연막(145)이 형성되고 그 위에 캐소드 전극(150)이 형성된다. 제1 전극(141)과 캐소드 전극(150)은 제1 층간 절연막(145)을 사이에 두고 제1 스토리지 커패시터(Cst1)를 구성한다.
또한, 애노드 전극(154) 상에는 제2 층간 절연막(160)이 형성되고 그 위에 바이어스 배선(172)이 형성된다. 바이어스 배선(172)은 애노드 전극(154)과 콘택하지 않는다. 바이어스 배선(172)과 애노드 전극(154)은 제2 층간 절연막(160)을 사이에 두고 제2 스토리지 커패시터(Cst2)를 구성한다. 애노드 전극(154) 상의 제2 층간 절연막(160)은 리세스 영역을 포함할 수 있다.
도 9에서는 바텀 게이트 방식의 박막 트랜지스터가 적용된 경우를 예시하고 있지만, 탑 게이트 방식의 박막 트랜지스터도 적용할 수 있음은 물론이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
110: 기판 120: 게이트 전극
130: 반도체층 141: 제1 전극
142: 제2 전극 150: 캐소드 전극
152: 광 도전체층 154: 애노드 전극
130: 반도체층 141: 제1 전극
142: 제2 전극 150: 캐소드 전극
152: 광 도전체층 154: 애노드 전극
Claims (19)
- 애노드 전극 및 캐소드 전극을 포함하는 포토 다이오드;
스위칭 트랜지스터; 및
일단이 상기 캐소드 전극에 연결되고, 타단이 상기 스위칭 트랜지스터에 연결된 제1 스토리지 커패시터를 포함하되,
상기 스위칭 트랜지스터의 제1 전극은 상기 커패시터의 상기 타단을 구성하는 엑스레이 검출 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 스토리지 커패시터는 상기 포토 다이오드에 직렬로 연결되어 있는 엑스레이 검출 장치. - 제2 항에 있어서,
상기 애노드 전극은 바이어스 전압이 인가되는 엑스레이 검출 장치. - 제1 항에 있어서,
데이터 선을 더 포함하되,
상기 스위칭 트랜지스터는 게이트 전극 및 제2 전극을 포함하고,
상기 제2 전극은 상기 데이터 선에 연결되는 엑스레이 검출 장치. - 애노드 전극 및 캐소드 전극을 포함하는 포토 다이오드;
스위칭 트랜지스터; 및
일단이 상기 캐소드 전극에 연결되고, 타단이 상기 스위칭 트랜지스터에 연결된 제1 스토리지 커패시터를 포함하되,
일단은 상기 애노드 전극에 연결되고, 타단은 바이어스 전압이 인가되는 제2 스토리지 커패시터를 더 포함하는 엑스레이 검출 장치. - 복수의 광감지 화소를 포함하는 엑스레이 수신부; 및
상기 엑스레이 수신부에서 전달되는 전기적 신호를 판독하는 데이터 검출부를 포함하되,
상기 각 광감지 화소는 애노드 전극 및 캐소드 전극을 포함하는 포토 다이오드,
스위칭 트랜지스터, 및
일단이 상기 캐소드 전극에 연결되고, 타단이 상기 스위칭 트랜지스터에 연결된 제1 스토리지 커패시터를 포함하되,
상기 스위칭 트랜지스터의 제1 전극은 상기 커패시터의 상기 타단을 구성하는 엑스레이 검출 장치. - 제6 항에 있어서,
상기 제1 스토리지 커패시터는 상기 포토 다이오드에 직렬로 연결되어 있는 엑스레이 검출 장치. - 제6 항에 있어서,
데이터 선을 더 포함하되,
상기 스위칭 트랜지스터는 게이트 전극 및 제2 전극을 포함하고,
상기 제2 전극은 상기 데이터 선에 연결되는 엑스레이 검출 장치. - 제8 항에 있어서,
상기 데이터 검출부는 상기 데이터선에 연결된 리드아웃부를 포함하되,
상기 리드아웃부는 증폭기, 피드백 커패시터, 리셋 스위치를 포함하는 엑스레이 검출 장치. - 제9 항에 있어서,
상기 증폭기의 제1 입력단은 상기 데이터 선이 연결되고,
상기 증폭기의 제2 입력단은 기준 전압이 인가되고, 상기 피드백 커패시터의 일단은 상기 증폭기의 출력단에 연결되고,
상기 리셋 스위치는 상기 피드백 커패시터와 병렬로 연결되는 엑스레이 검출 장치. - 애노드 전극 및 캐소드 전극을 포함하는 포토 다이오드;
제1 전극이 상기 캐소드 전극에 연결된 스위칭 트랜지스터;
바이어스 배선; 및
일단이 상기 바이어스 배선으로 구성되고, 타단이 상기 애노드 전극에 연결된 스토리지 커패시터를 포함하는 엑스레이 검출 장치. - 제11 항에 있어서,
상기 스토리지 커패시터는 상기 포토 다이오드에 직렬로 연결되어 있는 엑스레이 검출 장치. - 제11 항에 있어서,
데이터 선을 더 포함하되,
상기 스위칭 트랜지스터는 게이트 전극 및 제2 전극을 포함하고,
상기 제2 전극은 상기 데이터 선에 연결되는 엑스레이 검출 장치. - 기판 상에 형성되며, 게이트 전극, 제1 전극, 및 제2 전극을 포함하는 박막 트랜지스터;
상기 박막 트랜지스터 상에 형성된 제1 층간 절연막;
상기 제1 층간 절연막을 개재하여 상기 제1 전극과 오버랩되도록 형성된 캐소드 전극;
상기 캐소드 전극 상에 형성된 광도전체층; 및
상기 광도전체층 상에 형성된 애노드 전극을 포함하되,
상기 제1 전극 및 상기 캐소드 전극은 스토리지 커패시터의 양단을 구성하는 엑스레이 검출 장치. - 삭제
- 제14 항에 있어서,
상기 애노드 전극 상에 형성된 제2 층간 절연막; 및
상기 제2 층간 절연막 상에 형성되고, 콘택홀을 통해 상기 애노드 전극과 전기적으로 연결되는 바이어스 배선을 더 포함하는 엑스레이 검출 장치. - 제14 항에 있어서,
상기 애노드 전극 상에 형성된 제2 층간 절연막; 및
상기 제2 층간 절연막을 개재하여 상기 애노드 전극과 오버랩되도록 형성된 바이어스 배선을 더 포함하는 엑스레이 검출 장치. - 기판 상에 형성되며, 게이트 전극, 제1 전극, 및 제2 전극을 포함하는 박막 트랜지스터;
상기 박막 트랜지스터 상에 형성된 제1 층간 절연막;
상기 제1 층간 절연막 상에 형성되며, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 캐소드 전극;
상기 캐소드 전극 상에 형성된 광도전체층;
상기 광도전체층 상에 형성된 애노드 전극;
상기 애노드 전극 상에 형성된 제2 층간 절연막; 및
상기 제2 층간 절연막을 개재하여 상기 애노드 전극과 오버랩되도록 형성된 바이어스 배선을 포함하는 엑스레이 검출 장치. - 제18 항에 있어서,
상기 애노드 전극 및 상기 바이어스 배선은 스토리지 커패시터의 양단을 구성하는 엑스레이 검출 장치.
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2013
- 2013-07-10 US US13/938,502 patent/US8969821B2/en active Active
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