KR20000061397A - 엑스레이 영상 감지소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 TFT 어레이(Thin Film Transistor array)의 제작 공정을 이용한 엑스레이 영상 감지소자에 관한 것으로서, 엑스레이 영상 감지소자의 접지배선의 단선을 방지하기 위해 기판 상에 제 1 방향의 N개의 신호선과, 상기 N개의 신호선과 실질적으로 직교하는 제 2 방향의 M개의 신호선에 의해 N×M의 매트릭스형으로 배열된 배선과, 상기 매트릭스의 교차점 부근에 형성된 엑스레이 감광 센서를 포함하고 있으며, 상기 각 센서는, 엑스레이 광을 받고, 수광량에 따른 전하를 발생하는 광전변환부; 스토리지 전극, 상기 광전변환부에서 생성된 전하를 집전하는 화소전극, 상기 화소전극과 스토리지 전극 사이에 위치한 유전층을 포함하고, 상기 광전변환부에서 생성된 전하를 저장하는 전하저장부; 상기 전하저장부의 스토리지 전극과 전기적으로 접촉하는 접지배선 및 상기 전하저장부에 저장된 전하의 방출을 제어하는 스위칭부를 포함하고 있으며, 상기 스토리지 전극과 상기 접지배선은 상기 제 1 방향으로 인접한 센서의 스토리지 전극과 접지배선과 각각 일체로 연장되어 있는 엑스레이 영상 감지소자를 개시하고 있다.
Description
본 발명은 TFT 어레이 공정을 이용한 엑스레이 영상 감지소자에 관한 것이다.
현재 의학용으로 널리 사용되고 있는 진단용 엑스레이(X-ray) 검사방법은 엑스레이 감지 필름을 사용하여 촬영하고, 그 결과를 알기 위해서는 소정의 필름 인화시간을 거쳐야 했다.
그러나, 근래에 들어서 반도체 기술의 발전에 힘입어 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor)를 이용한 디지털 엑스레이 디텍터(Digital X-ray detector ; 이하 엑스레이 영상감지소자라 칭한다)가 연구/개발되었다. 상기 엑스레이 영상감지소자는 박막 트랜지스터를 스위칭 소자로 사용하여, 엑스레이의 촬영 즉시 실시간으로 결과를 진단할 수 있는 장점이 있다.
이하, 엑스레이 영상감지소자의 구성과 그 동작을 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 엑스레이 영상감지소자(100)의 구성 및 작용을 설명하는 개략도로서, 하부에 기판(1)이 형성되어 있고, 박막 트랜지스터(3), 스토리지 캐패시터(10), 화소 전극(12), 광도전막(2), 보호막(20), 전극(24), 고압 직류전원(26) 등으로 구성된다.
상기 광도전막(2)은 입사되는 전기파나 자기파등 외부의 신호강도에 비례하여 내부적으로 전기적인 신호 즉, 전자(e) 및 정공(h)쌍을 형성한다. 상기 광도전막(2)은 외부의 신호, 특히 엑스레이를 검출하여 전기적인 신호로 변환하는 변환기의 역할을 한다. 엑스레이 광에 의해 형성된 전자-정공쌍(6)은 광도전막(2) 상부에 위치하는 도전전극(24)에 고압 직류전원(26)에서 인가된 전압(Ev)에 의해 광도전막(2) 하부에 위치하는 화소전극(12)에 전하의 형태로 모여지고, 외부에서 접지된 공통전극과 함께 형성된 스토리지 캐패시터(10)에 저장된다. 이 때, 상기 스토리지 캐패시터(10)에 저장된 전하는 외부에서 제어하는 상기 박막 트랜지스터(3)에 의해 외부의 영상 처리소자로 보내지고 엑스레이 영상을 만들어 낸다.
그런데, 엑스레이 영상 감지소자에서 약한 엑스레이 광이라도 이를 탐지하여 전하로 변환시키기 위해서는 광도전막(2) 내에서 전하를 트랩 하는 트랩 상태밀도 수를 줄이고, 도전전극(24)과 화소 전극(12) 사이에 수직으로 큰 전압(10V/μm 이상)을 인가하여 수직방향이외의 전압에 의해 흐르는 전류를 줄여야 한다.
도 2는 종래의 엑스레이 영상 감지소자(100)의 단면을 나타내는 단면도로서, 상술한 바와 같이, 엑스레이 광에 의해 광도전막(2)에 생기는 전하들로부터, 박막 트랜지스터(3) 상부에 전하의 트랩(trap)을 방지 하기 위해 화소 전극(12)을 게이트 전극(31), 게이트 절연막(34a, 34b), 소스/드레인 전극(33, 32) 등으로 구성되는 박막 트랜지스터(3) 상부까지 덮는 구조(이하 "머쉬룸(Mushroom)구조"라 부른다)가 미국 특허 5,498,880 호에 개시되고 있다. 그리고 상기 박막 트랜지스터(3)의 상부에는 외부 충격이나 습기 등으로부터 소자를 보호하기 위해 보호층(46)을 형성한다.
또한, 스토리지 전극(40) 상에는 상기 스토리지 전극(40)과 전기적으로 접촉하는 접지배선(42)을 형성하여 스토리지 캐패시터 내에 존재하는 잔류전하가 제거되게끔 한다.
도 3a는 종래의 엑스레이 영상 감지소자 패널의 한쪽 부분을 나타낸 평면도로서 게이트 배선(50)이 행 방향으로 배열되어 있고, 데이터배선(52)이 열 방향으로 배열되어 있다. 또, 게이트 배선(50)과 데이터 배선(52)이 직교하는 부분에 스위칭 소자로써 박막 트랜지스터(3)가 형성되고, 상기 데이터 배선(52)과 평행한 형태로 접지배선(42)이 위치하고, 그 하부에는 스토리지 전극(58), 그 상부에는 유전체 아일랜드(60), 상기 유전체 아일랜드(60) 상부에는 전하 저장수단으로서 스토리지 캐패시터(10)를 형성할 수 있도록 화소 전극(62)이 상기 박막 트랜지스터(3)를 덮는 형태로 구성된다.
그러나, 종래의 엑스레이 영상 감지소자의 구성은 도 3a의 A 부분을 확대한 도면인 도 3b에서 보면 스토리지 전극(58) 상부에 형성된 접지배선(42)은 상기 스토리지 전극(58)의 경계부에서 상기 접지배선(42)의 형성시 A'과 같은 단선부가 발생한다. 이는 접지배선(42)으로 사용되는 금속과 스토리지 전극(58)으로 사용되는 투명전극 간에 서로 부착력(adhesion)이 좋지 않기 때문에 발생하고, 상기 접지배선(42)의 습식 식각(wet etching)시 상기 스토리지 전극(58)과 접지배선(42)의 단차 부에서 양쪽 끝에서 안쪽으로 식각 용액이 파고들기 때문이다.
상기 문제점을 도 3b의 절단선 III-III'를 따른 단면도인 도 3c에서 자세히 설명하면 상기 스토리지 전극(58)과 상기 접지배선(42)의 단차부에서 상기 접지배선(42)이 단선(short)된 부분 A'가 발생한다.
상술한바와 같이 접지배선이 끊어지면 스토리지 캐패시터 내에 잔류하는 잔류전하를 효과적으로 제거하지 못해 엑스레이 영상의 질을 저하시킬 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 엑스레이 영상 감지소자에서 접지배선의 단선을 방지하는데 그 목적이 있다.
또한, 엑스레이 영상 감지소자의 접지배선 저항을 줄여 원활한 동작을 하게끔 하는데 그 목적이 있다.
도 1은 엑스레이 영상 감지소자의 동작을 나타내는 단면도.
도 2는 종래 엑스레이 영상 감지소자의 한 화소부분에 해당하는 단면을 나타내는 단면도.
도 3a는 종래 엑스레이 영상 감지소자의 한 화소부분에 해당하는 평면을 나타내는 평면도.
도 3b는 도 3a의 A부분을 확대한 평면도.
도 3c는 도 3b의 절단선 III-III'에 따른 단면도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 엑스레이 영상 감지소자의 평면을 나타내는 평면도.
도 5 는 본 발명의 제 2 실시예에 따라 제작된 엑스레이 영상 감지소자의 평면을 나타내는 평면도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 기판 (Glass) 3 : 박막 트랜지스터
102 : 게이트 배선 104 : 드레인 배선
106 : 접지배선 108 : 제 1 투명전극
110 : 제 3 투명 전극 112 : 제 2 투명 전극
S : 스토리지 캐패시터
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 기판 상에 제 1 방향의 N개의 신호선과, 상기 N개의 신호선과 실질적으로 직교하는 제 2 방향의 M개의 신호선에 의해 N×M의 매트릭스형으로 배열된 배선과, 상기 매트릭스의 교차점 부근에 형성된 엑스레이 감광 센서를 포함하고 있으며, 상기 각 센서는, 엑스레이 광을 받고, 수광량에 따른 전하를 발생하는 광전변환부; 스토리지 전극, 상기 광전변환부에서 생성된 전하를 집전하는 화소전극, 상기 화소전극과 스토리지 전극 사이에 위치한 유전층을 포함하고, 상기 광전변환부에서 생성된 전하를 저장하는 전하저장부; 상기 전하저장부의 스토리지 전극과 전기적으로 접촉하는 접지배선 및 상기 전하저장부에 저장된 전하의 방출을 제어하는 스위칭부를 포함하고 있으며, 상기 스토리지 전극과 상기 접지배선은 상기 제 1 방향으로 인접한 센서의 스토리지 전극과 접지배선과 각각 일체로 연장되어 있는 엑스레이 영상 감지소자에 관해 개시하고 있다.
그리고, 상기 광전변환부는 광도전막과 도전전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 영상 감지소자이다.
바람직 하게 상기 광도전막은 비정질 셀레니움, HgI2, PbO, CdSe, 탈륨브로마이드, 카드뮴설파이드로 구성된 집단에서 선택된 물질인 것을 특징으로 하는 엑스레이 영상 감지소자이다.
또한, 본 발명에서는 엑스레이 광을 받고, 수광량에 따른 전하를 발생하는 광전변환부; 스토리지 전극, 상기 광전변환부에서 생성된 전하를 집전하는 화소전극, 상기 화소전극과 상기 스토리지 전극 사이에 위치한 유전층을 포함하고 있는 전하저장부; 상기 전하저장부의 스토리지 전극과 전기적으로 접촉하고 있는 접지배선 및 상기 전하저장부에 저장된 전하의 방출을 제어하는 스위칭부를 포함하고 있으며, 상기 스토리지 전극과 상기 접지배선이 접촉하는 접촉부위 경계선은 상기 접지배선의 가장자리와 상기 스토리지 전극이 접하는 제 1 경계선과, 상기 스토리지 전극의 가장자리와 상기 접지배선이 접하는 제 2 경계선으로 정의되며, 상기 제 2 경계선은 상기 접지배선의 폭보다 긴 길이인 엑스레이 영상 감지소자에 관해 개시하고 있다.
바람직 하게 상기 제 2 경계선은 상기 접지배선 안쪽으로 굴곡진 형상인 것을 특징으로 하는 엑스레이 영상 감지소자이다.
또한, 상기 광전변환부는 광도전막과 도전전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 영상 감지소자이다.
그리고, 상기 광도전막은 비정질 셀레니움, HgI2, PbO, CdSe, 탈륨브로마이드, 카드뮴설파이드로 구성된 집단에서 선택된 물질인 것을 특징으로 하는 엑스레이 영상 감지소자이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 구성과 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
제 1 실시예
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 엑스레이 영상 감지소자 패널의 한 화소부를 나타낸 평면도로서, 게이트 배선(102)이 행 방향으로 배열되어 있고, 드레인 배선(104)이 열 방향으로 배열되어 있다. 또, 게이트 배선(102)과 드레인 배선(104)이 직교하는 부분에 스위칭 소자로써 박막 트랜지스터(3)가 형성되고, 인접화소와 공통적으로 접지 되어 있는 공통전극으로 접지배선(106)이 배열되어 있다.
그리고, 전하 저장수단으로서 스토리지 캐패시터(S)를 구성하게끔 제 1 스토리지 전극(108)과 제 2 스토리지 전극(112)이 형성되어 있고, 유전물질로 실리콘 질화막(미도시)이 상기 제 1 및 제 2 스토리지 전극(108, 112) 사이에 삽입 형성되어 있다.
또한, 화소 전극(110)으로 투명전극이 상기 박막 트랜지스터(3) 상부까지 연장되어 형성되며, 도시하지는 않았지만 광도전막에서 발생한 정공(hole)이 스토리지 캐패시터(S)내에 축적될 수 있도록 상기 제 2 스토리지 전극(112)과 전기적으로 연결되고, 상기 스토리지 캐패시터(S) 내에 저장된 정공이 상기 박막 트랜지스터(3)를 통해 들어오는 전자(electron)와 결합할 수 있도록 소스 콘택홀(54)을 통해 소스전극(33)과 전기적으로 연결되어 있다.
상술한 엑스레이 영상감지소자의 기능을 요약하면 다음과 같다.
광도전막(미도시)으로 부터 생성된 정공은 한 화소로서 역할을 하는 제 3 투명전극(110)으로 모이고, 상기 화소 전극(110)과 전기적으로 연결되고 스토리지 캐패시터(S)의 일 전극으로서 동작하는 제 2 스토리지 전극(112)을 통해 상기 스토리지 캐패시터(S)에 저장된다. 상기 스토리지 캐패시터(S)에 저장된 정공은 박막 트랜지스터(3)의 소스 전극(33)과 연결된 화소 전극(110)을 통해 드레인 전극(32)으로 이동하고, 외부의 회로(미도시)에서 영상으로 표현한다.
여기서 제 1 스토리지 전극(108)과 접지배선(106)과의 접촉관계를 살펴보면 다음과 같은 두 가지 경우로 요약될 수 있다.
첫번째 경우는 접지배선(106)의 가장자리 부와 상기 제 1 스토리지 전극(108)과 접하는 제 1 경계부와, 두번째로 제 1 스토리지 전극(108)의 가장자리 부와 상기 접지배선(106)이 접하는 경계부 B인 제 2 경계부로 나타낼 수 있다.
따라서, 종래 엑스레이 영상 감지소자의 접지배선의 단선부분인 제 2 경계부 B를 본 발명의 제 1 실시예와 같이 형성할 경우에, 종래 엑스레이 영상 감지소자의 접지배선과 제 1 투명전극의 단차부와 비교해서 A''정도로 그 크기가 짧아져서, 상기 접지배선(106)이 단선될 수 있는 영역이 A'' 만큼 줄어들기 때문에 불량률이 줄어든다.
즉, 간략하게 다시 설명하면, 종래의 엑스레이 영상 감지소자의 스토리지 전극(58)과 접지배선(42)의 단차부는 도 3b에서 나타나듯 상기 접지배선(42)의 폭 D와 같았으나, 본 발명의 제 1 실시예에서는 단차부가 D-D'로 줄어 단선될 확률이 작아진다.
제 2 실시예
본 발명에 따른 제 2 실시예는 제 1 실시예와 비교해서 접지배선(106)의 단선을 방지하기 위해 상기 접지배선(106)과 제 1 스토리지 전극의 제 2 경계부 즉, 단차부를 형성하지 않는 구조이다.
본 발명의 제 2 실시예를 도시한 도인 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그리고 제 1 실시예와 같은 기능을 하는 도면 부호는 같은 부호를 부여한다.
엑스레이 영상 감지소자의 기능과 구성은 종래 및 본 발명의 제 1 실시예에서 설명한바 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
제 2 실시예는 제 1 스토리지 전극(108)과 그 상부에 형성되어 있는 접지배선(106)과의 단차를 없애기 위해 상기 제 1 스토리지 전극(108)을 상기 접지배선(106)과 일체화하여 인접 화소부까지 연장하여 형성한다. 따라서, 상기 접지배선(106)과 그 하부에 형성된 제 1 스토리지 전극(108)과의 단차부가 생기지 않아 상기 접지배선(106)의 단선 우려가 없다. 혹시 단선부가 생기더라도 상기 제 1 투명전극(108)에 의해 인접 화소부의 접지배선(106)과 전기적으로 도통이 일어나게 되어 엑스레이 영상 감지소자는 원활한 동작을 할 수 있다.
상술한 본 발명은 제 1 및 제 2 실시예에만 한정되지 않고 종래의 엑스레이 영상 감지소자에 적용될 수 있다. 즉, 스토리지 전극 상부에 형성되는 접지배선의 구조에서는 모두 적용이 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예를 따라 엑스레이 영상 감지소자를 제작할 경우 접지배선의 단선을 방지할 수 있다.
그리고, 본 발명의 제 2 실시예의 경우는 접지배선의 구조가 제 1 투명전극과 일체화되어 접지배선의 저항이 작아지는 장점이 있다.
Claims (7)
- 기판 상에 제 1 방향의 N개의 신호선과, 상기 N개의 신호선과 실질적으로 직교하는 제 2 방향의 M개의 신호선에 의해 N×M의 매트릭스형으로 배열된 배선과, 상기 매트릭스의 교차점 부근에 형성된 엑스레이 감광 센서를 포함하고 있으며, 상기 각 센서는,엑스레이 광을 받고, 수광량에 따른 전하를 발생하는 광전변환부;스토리지 전극, 상기 광전변환부에서 생성된 전하를 집전하는 화소전극, 상기 화소전극과 스토리지 전극 사이에 위치한 유전층을 포함하고, 상기 광전변환부에서 생성된 전하를 저장하는 전하저장부;상기 전하저장부의 스토리지 전극과 전기적으로 접촉하는 접지배선 및상기 전하저장부에 저장된 전하의 방출을 제어하는 스위칭부를 포함하고 있으며,상기 스토리지 전극과 상기 접지배선은 상기 제 1 방향으로 인접한 센서의 스토리지 전극과 접지배선과 각각 일체로 연장되어 있는 엑스레이 영상 감지소자.
- 청구항 1에 있어서,상기 광전변환부는 광도전막과 도전전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 영상 감지소자.
- 청구항 2에 있어서,상기 광도전막은 비정질 셀레니움, HgI2, PbO, CdSe, 탈륨브로마이드, 카드뮴설파이드로 구성된 집단에서 선택된 물질인 것을 특징으로 하는 엑스레이 영상 감지소자.
- 엑스레이 광을 받고, 수광량에 따른 전하를 발생하는 광전변환부;스토리지 전극, 상기 광전변환부에서 생성된 전하를 집전하는 화소전극, 상기 화소전극과 상기 스토리지 전극 사이에 위치한 유전층을 포함하고 있는 전하저장부;상기 전하저장부의 스토리지 전극과 전기적으로 접촉하고 있는 접지배선 및상기 전하저장부에 저장된 전하의 방출을 제어하는 스위칭부를 포함하고 있으며,상기 스토리지 전극과 상기 접지배선이 접촉하는 접촉부위 경계선은 상기 접지배선의 가장자리와 상기 스토리지 전극이 접하는 제 1 경계선과, 상기 스토리지 전극의 가장자리와 상기 접지배선이 접하는 제 2 경계선으로 정의되며, 상기 제 2 경계선은 상기 접지배선의 폭보다 긴 길이인 엑스레이 영상 감지소자.
- 청구항 4에 있어서,상기 제 2 경계선은 상기 접지배선 안쪽으로 굴곡진 형상인 것을 특징으로 하는 엑스레이 영상 감지소자.
- 청구항 4에 있어서,상기 광전변환부는 광도전막과 도전전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 영상 감지소자.
- 청구항 6에 있어서,상기 광도전막은 비정질 셀레니움, HgI2, PbO, CdSe, 탈륨브로마이드, 카드뮴설파이드로 구성된 집단에서 선택된 물질인 것을 특징으로 하는 엑스레이 영상 감지소자.
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