KR20040019930A - 방사선 검출기 - Google Patents

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KR20040019930A
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Abstract

입사 방사선의 공간분포를 검출하는 방사선 검출기로서, 상기 방사선 검출기는 이하의 요소를 포함한다. 방사선 유감(有感)인 반도체, 상기 반도체의 한쪽측에 형성되어 바이어스 전압이 인가되는 공통전극, 상기 반도체의 다른쪽측에 형성되어 방사선 입사에 의해 상기 반도체 내부에 발생하는 전하를 전기신호로서 각각 추출하는 복수개의 분할전극, 적어도 방사선의 검출중에 광을 조사하는 광조사 기구.

Description

방사선 검출기{RADIATION DETECTOR}
본 발명은 의료분야, 공업분야, 원자력분야 등의 방사선의 공간분포를 계측하기 위한 방사선 검출기에 관한 것이다.
방사선 유감(有感)인 반도체의 한쪽측에 공통전극을 형성하여 바이어스 전압을 인가하고, 다른쪽측에 복수개의 분할전극을 형성하여 방사선 입사에 따라 상기 반도체 내부에 발생하는 전하를 각각의 분할전극에서 전기신호로서 추출하는 것에 의해 입사 방사선의 공간분포를 검출하는 방사선 검출기의 제조방법에는 크게 나누어 다음의 3가지의 방법이 있다.
첫째, 미리 분할전극을 형성한 기판에 반도체막을 형성하고, 그 위에 공통전극을 형성한 것, 둘째, 미리 공통전극을 형성한 기판에 반도체막을 형성하고, 그 위에 분할전극을 형성한 것, 세째, 반도체 결정기판의 한쪽의 면에 공통전극을 다른쪽 면에 분할전극을 형성한 것이다.
첫번째의 것은 분할전극측에 기판이 있으며, 후의 두번째의 경우에서도 일반적으로는 신호처리를 위한 전자회로기판에 분할전극측을 접속하여 사용한다. 따라서, 이상 3개의 어느 경우에 있어서도 분할전극측에 기판이 있으므로, 종래의 방사선 검출기는 방사선을 공통전극측에서 입사시켜 검출하는 것이 일반적이다.
그러나, 이와 같은 종래의 경우에는, 다음과 같은 문제가 있다.
즉, 상술한 종래의 방사선 검출기에서는, 분할전극 사이의 스페이스의 영역에 전계에 의해 이동한 전하가 방출되는 전극이 없고, 방사선에 의해 발생한 전하가 쉽게 쌓이는 성질이 있다. 그 결과, 전기력선이 비뚤어져 실효적인 유감(有感)면적이 변화하여 감도가 변동한다는 현상이 일어나다. 또 그 경우, 방사선 입사가 정지한 후라도, 분할전극 사이의 스페이스의 영역에 축적된 전하가 서서히 방출되어, 잔류출력이 발생한다는 현상도 일어나는 문제가 있다.
또한 전하의 방출속도보다도 높은 비율의 방사선이 입사하는 경우에는 분할전극을 형성한 영역에도 전하가 축적되고, 반도체 중의 전위 프로파일이 비뚤어져 분할전극 근방의 전위가 상승한다. 특히 복수개의 분할전극과 박막트랜지스터(TFT)가 형성된 기판 위에 아모르퍼스·셀렌(a-Se) 및 공통전극을 형성하여, TFT의 스위칭 동작에 의해 신호를 순차 판독하는 구조의 경우, a-Se에는 높은 바이어스를 인가하여 사용할 필요가 있으므로, 분할전극 근방의 전위 상승은 TFT의 스위칭 동작에 영향을 미칠 정도로 크게 된다. 그 결과, 판독동작이 완만하게 되는 등의 현상이 일어나 감도변동과 잔류출력의 원인이 된다.
이하, 상기 2개의 현상에 대해서, 각각 도1, 도2를 참조하면서 구체적으로 설명한다. 또한 도1 및 도2는 종래예에 관한 방사선 검출기의 내부의 형상을 모식적으로 설명한 단면도이다.
도1의 A는 방사선 입사전의 상태를 나타내는 모식도이며, 반도체 후막(51) 내를 전기력선이 모두 평행하며, 분할전극(53)의 폭을 a, 깊이방향의 길이를 y로 하면, 유감면적은 a×y가 된다. 이 상태에서 방사선이 입사한 경우를 나타내는 모식도가 도1의 B이다. 분할전극(53) 사이의 스페이스의 영역에서 발생한 전극(전자·정공) 중, 분할전극(53) 측으로 이동하는 전하(도1B의 경우는 정공)는 방출되어야 할 전극이 아니므로, 반도체 후막(51) 표면 부근에서 포획되어 체류(滯留)한다(부호55). 이와 같이 하여 서서히 정공이 축적되어 가며, 반도체 후막(51) 내의 전기력선이 비뚤어진다. 이 경우의 유감면적은 분할전극(53) 사이의 스페이스의 폭을 b(깊이방향의 스페이스 폭을 z)라 하면, (a+b)×(y+z)가 된다. 따라서, 분할전극(53) 사이의 스페이스의 영역에 전하가 축적되어 지기까지의 동안, 감도가a×y에서 (a+b)×(y+z)까지 변동(증가)해 가게 된다.
또 복수개의 분할전극(61)과 박막트랜지스터(TFT) 스위치가 형성된 기판(63) 상에 아모르퍼스·셀렌(a-Se)(65) 및 공통전극(67)을 형성하여 TFT 스위치의 스위칭 동작에 의해 신호를 순차 판독하는 구조의 경우가 도2이다. 또한 아모르퍼스·셀렌의 두께를 d로 나타내고 있다. 방사선 입사전의 모식도에 나타내는 바와 같이 도2A에서는, 분할전극(61) 근방의 전위는 충분히 작다. 그러나, 전하의 방출속도보다도 높은 비율로 방사선이 입사하면 분할전극(61) 근방에 전하가 축적되고, 도2B에 나타내는 바와 같이 전위 프로파일이 비뚤어져 분할전극(61)의 전위가 상승한다. 아모르퍼스·셀렌의 경우는 높은 바이어스를 인가하여 사용할 필요가 있으므로, 전위 상승은 TFT 스위치를 오동작시키는 충분한 값이 되며, 판독동작이 완만하게 되는 등의 현상이 일어나 감도변동과 잔류출력을 일으킨다.
상술한 바와 같은 감도변동이 생기면, 정량적인 방사선 검출을 할 수 없을 뿐아니라, 동화상 검출기로 사용하는 경우, 서서히 휘도가 변화해 가는 현상과 입사하는 방사선량에 따라 감도변동의 커브가 다르기 때문에, 전(前) 프레임의 화상이 잔상으로 남는 현상이 일어난다.
본 발명은, 이와 같은 사정을 감안한 것으로, 광조사에 의해 분할전극을 구비한 방사선 검출기에 발생하는 전계를 안정화시키는 것에 의해 감도변동이 없는 방사선 검출기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도1은 종래예에 관한 방사선 검출기의 제1의 과제를 설명하는 모식도로, 도1A는 방사선 입사전, 도1B는 방사선 입사중을 나타내는 도면,
도2는 종래예에 관한 방사선 검출기의 제2의 과제를 설명하는 모식도로, 도2A는 방사선 입사전, 도2B는 방사선 입사중을 나타내는 도면,
도3은 본 발명의 일실시형태인 방사선 검출기의 개략 구성을 나타내는 종단면도,
도4는 본 발명의 방사선 검출기의 제1의 작용을 설명하는 도면으로, 방사선 입사전의 상태를 나타내는 모식도,
도5는 본 발명의 방사선 검출기의 제1의 작용을 설명하는 도면으로, 방사선 입사중의 상태를 나타내는 모식도,
도6은 본 발명의 방사선 검출기의 제1의 작용을 설명하는 도면으로, 밴드갭에 대응하는 파장보다도 짧은 파장의 광을 조사한 상태를 나타내는 모식도,
도7은 본 발명의 방사선 검출기의 제2의 작용을 설명하는 도면,
도8은 검출동작 중에서의 광조사의 제어예를 나타내는 타이밍 차트,
도9는 검출동작 중에서의 광조사의 제어예를 나타내는 타이밍 차트,
도10은 검출동작 중에서의 광조사의 제어예를 나타내는 타이밍 차트,
도11은 본 발명의 일실시형태의 변형 실시예인 X선 검출기의 개략 구성을 나타내는 종단면도,
도12는 반도체 후막보다도 중간층의 쪽이 결함이 많아 전하가 축적되기 쉬운 경우의 설명에 제공하는 도면,
도13은 도광판의 구성예를 나타내는 일부 확대 종단면도,
도14는 a-Se와 Sb2S3박막의 투과율을 나타내는 그래프,
도15는 여러가지의 파장의 광을 조사한 경우에서의 응답특성의 상승부분을 확대한 그래프,
도16은 여러가지의 파장의 광을 조사한 경우에서의 응답특성의 하강부분을 확대한 그래프,
도17은 반도체 후막와 중간층의 양쪽에 전하가 축적되는 경우의 설명에 제공하는 도면,
도18은 실시예에 관한 시험용의 X선 검출기의 특성을 비교하는 그래프,
도19는 실시예에 관한 시험용의 X선검출기의 특성을 비교하는 그래프이다.
본 발명은, 입사 방사선의 공간분포를 검출하는 방사선 검출기로서, 상기 방사선 검출기는 이하의 요소를 포함한다:
방사선 유감인 반도체:
상기 반도체의 한쪽측에 형성되며, 바이어스 전압이 인가되는 공통전극;
상기 반도체의 다른쪽측에 형성되며, 방사선 입사에 따라 상기 반도체 내부에 발생하는 전하를 전기신호로서 각각 추출하는 복수개의 분할전극;
적어도 방사선의 검출중에 광을 조사하는 광조사기구.
본 발명의 방사선 검출기의 경우, 분할전극측에 광을 조사하는 광조사기구를 가지며, 방사선의 검출동작중은 광을 조사하는 것에 의해, 방사선 입사전의 상태에서도 도4에 나타내는 바와 같이, 광에 의해 발생한 전하 중 한쪽(공통전극(9)에 플러스 바이어스를 인가하는 경우는 정공)이 분할전극(3) 사이의 스페이스의 영역에 이미 축적되어 있다. 따라서, 전기력선이 비뚤어져 유감면적은 처음부터 (a+b)×(y+z)가 된다. 이 상태에서 방사선이 입사해도 도5에 나타내는 바와 같이 분할전극(3) 사이의 스페이스의 영역에서 발생한 전하 중, 분할전극(3)측으로 이동하는 전하는 전기력선에 따라 분할전극(3)에 도달하고, 분할전극(3) 사이의 스페이스에 더 전하가 축적되는 일이 없으므로, 전기력선의 상태도 유감면적도 변화하지 않아 감도변동은 일어나지 않는다. 또 방사선 입사가 정지한 후까지 광의 조사를 계속하면 분할전극(3) 사이의 스페이스의 영역에 축적된 전하가 서서히 방출되어 지는 일은 없으며, 잔류출력은 발생하지 않는다.
또한 여기서 말하는 광을 조사한다는 것은 방사선의 검출중은 광을 계속 조사하거나, 단속적으로 광을 조사하는 등, 광조사에 의한 본 발명의 작용을 하는 조사형태를 포함하는 것이다.
또 본 발명은, 상기 조사하는 광의 파장이 사용하는 반도체의 밴드갭 에너지에 대응하는 파장보다도 짧은 것이 바람직하다.
조사하는 광의 파장이, 사용하는 반도체의 밴드갭 에너지에 대응하는 파장보다도 짧으므로, 조사광이 반도체 내부에까지 칩입하는 일은 없으며, 분할전극을 형성한 측의 극(極) 근방에서만 작용하므로, 광에 의해 발생하는 전하가 축적되는 영역이 분할전극을 형성한 측의 극 근방에만 한정되므로, 불감영역을 저감할 수 있다.
또 본 발명에 있어서, 조사하는 광의 파장이 사용하는 반도체의 투과율 반감파장보다도 짧고, 또 밴드갭 에너지에 대응하는 파장보다도 긴 것이 바람직하다.
조사하는 광의 파장이 사용하는 반도체의 투과율 반감파장보다도 짧고, 또 밴드갭 에너지에 대응하는 파장보다도 길기 때문에, 조사광이 일부 반도체 내부 깊숙히까지 침입하여 불감영역이 넓어지지만, 반대로 밴드갭 에너지보다도 조사광의 에너지가 작기 때문에, 조사광에 의한 반도체의 손상(결정결함의 발생)과 조사광 자체에 의한 전하검출에 기인하는 암(暗)전류의 증가는 없어진다. 조사광에 의한 반도체의 손상작용은 아모르퍼스·셀렌(a-Se)과 같은 아모르퍼스 반도체에서 크기 때문에 아모르퍼스 반도체를 이용한 방사선 검출기에서는 특히 유효하다.
또 본 발명은, 입사 방사선의 공간분포를 검출하는 방사선 검출기로서, 상기 방사선 검출기는 이하의 요소를 포함한다:
방사선 유감인 반도체:
상기 반도체의 한쪽측에 형성되며, 바이어스 전압이 인가되는 공통전극;
상기 반도체의 다른쪽측에 형성되며, 방사선 입사에 의해 상기 반도체 내부에 발생하는 전하를 전기신호로서 각각 추출하는 복수개의 분할전극;
적어도 상기 반도체와 상기 분할전극과의 사이에 형성된 캐리어 선택성의 중간층;
적어도 방사선의 검출중에 상기 중간층에 광을 조사하는 광조사기구.
이와 같이 중간층을 구비한 구성에서도, 상술한 발명과 동일한 작용·효과를 나타낸다.
또 본 발명에 있어서, 상기 조사하는 광의 파장은 상기 중간층의 투과율 반감파장보다도 짧은 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 상기 중간층에 대한 투과율이 10%가 되는 파장보다 짧다.
반도체층보다도 중간층의 쪽이 결함이 많고 전하가 축적되기 쉬운 경우에는 중간층 내부에만 전계의 구부러짐이 생긴다. 따라서, 분할전극측에 중간층이 있는 경우도, 분할전극측에서 중간층에 광을 조사하는 것에 의해, 분할전극 사이의 스페이스 영역에 축적되는 전하의 영향으로 감도변동과 잔류출력이 발생하는 일은 없어진다. 또 조사하는 광의 파장을 중간층의 투과율 반감파장보다도 짧게 함으로써 중간층에 의해 대부분의 조사광이 흡수되므로, 반도체에까지 도달하는 조사광을 적게 할 수 있다. 따라서, 중간층에 의한 암전류의 억제에 더하여, 조사광에 기인하는 반도체에서의 암전류를 더욱 억제할 수 있다.
또 본 발명에 있어서, 상기 반도체는, 논도프(nondope)의 Se 혹은 논도프의 Se 화합물의 아모르퍼스체, As 또는 Te를 도프한 Se 혹은 Se 화합물의 아모르퍼스체, 알카리 금속을 도프한 Se 혹은 알카리 금속을 도프한 Se 화합물의 아모르퍼스체, 할로겐을 도프한 Se 혹은 할로겐을 도프한 Se 화합물의 아모르퍼스체, As, Te, 알카리 금속, 할로겐을 조합하여 복수 도프한 Se 혹은 Se 화합물의 아모르퍼스체 중 어느 것인가 인것이 바람직하며, CdTe, CdZnTe, PbI2, HgI2, TlBr, GaAs의 화합물 반도체 중 어느 다결정체, 또는 할로겐을 도프한 상기 화합물 반도체의 다결정체 중, 상기 중간층과는 다른 다결정인 것이 바람직하다.
중간층을 설치하는 것은, 캐리어 선택성을 이용하여 암전류를 저감하기 위해서이다. 또한 여기서 말하는 캐리어 선택성이란, 반도체 중의 전하 이동매체(캐리어)인 전자와 정공으로 전하 이동작용에 기여율이 현저하게 다른 성질의 것을 말한다.
캐리어 선택성이 큰 재료로서는, 예를 들면 전자의 기여가 큰 것으로서 n형 반도체인 CeO2, CdS, CdSe, ZnSe, ZnS와 같은 다결정체과, 알카리 금속과, As, Te를 도프하여 정공의 기여를 저하시킨 아모르퍼스(Se) 등의 아모르퍼스체가 있다.
또 정공의 기여가 큰 것으로서는 p형 반도체인 ZnTe와 같은 다결정체와, 할로겐을 도프하여 전자의 기여율을 저하시킨 아모르퍼스(Se) 등의 아모르퍼스체가 있다.
또한 Sb2S3, CdTe, CdZnTe, PbI2, HgI2, TlBr과, 논도프의 아모르퍼스(Se) 또는 Se 화합물과 같이 성막조건에 의해 전자의 기여가 크게 되거나, 정공의 기여가 크게 되거나 하는 경우도 있다.
중간층과 반도체층이 모두 아모르퍼스체인 경우에는, 예를 들면 다음과 같은 조합을 생각할 수 있다.
즉 공통전극에 플러스 바이어스를 인가하는 경우에는, 분할전극측의 중간층에 정공의 기여율이 큰 아모르퍼스체를 사용한다. 이것에 의해 분할전극에서의 전자의 주입이 정지되어 암전류를 저감할 수 있다. 이 경우, 공통전극측에도 전자의 기여가 큰 중간층을 설치함으로써 공통전극에서의 정공의 주입도 저지할 수 있으며, 또한 암전류를 저감할 수 있다.
또 공통전극에 마이너스 바이어스를 인가하는 경우는, 분할전극측의 중간층에 전자의 기여가 큰 아모르퍼스체를 사용한다. 이것에 의해 분할전극에서의 정공의 주입이 저지되어 암전류를 저감(低減)할 수 있다. 이 경우, 공통전극측에도 정공의 기여가 큰 중간층을 설치함으로써 공통전극에서의 전자의 주입도 저지할 수 있으며, 또한 암전류를 저감할 수 있다.
또 반도체층이 아모르퍼스체이고, 또 중간층이 다결정체인 경우에는, 예를 들면 다음과 같은 조합을 생각할 수 있다.
공통전극에 플러스 바이어스를 인가하는 경우는, 분할전극측의 중간층에 정공의 기여가 큰 다결정체를 사용한다. 또 공통전극에 마이너스 바이어스를 인가하는 경우는 분할전극측의 중간층에 전자의 기여가 큰 다결정체를 사용한다. 이들의 경우, 공통전극측에 중간층을 설치함으로써 더욱 암전류를 저감할 수 있다.
또 중간층과 반도체층이 모두 다결정체인 경우에는, 예를 들면 다음과 같은 조합을 생각할 수 있다.
공통전극에 플러스 바이어스를 인가하는 경우는, 분할전극측의 중간층에 정공의 기여가 큰 다결정체를 사용한다. 또 공통전극측에 마이너스 바이어스를 인가하는 경우는, 분할전극측의 중간층에 전자의 기여가 큰 다결정체를 사용한다. 이들의 경우도, 공통전극측에 중간층을 설치함으로써 더욱 암전류를 저감할 수 있다.
또 본 발명에 있어서, 상기 분할전극을 형성하는 반도체 표면에, 상기 반도체의 투과율 반감파장과 밴드갭 에너지에 대응하는 파장과의 사이에 투과 한계파장을 가진 재료를 이용하여 중간층을 형성하는 것이 바람직하다.
분할전극을 형성하는 반도체 표면에, 상기 반도체의 투과율 반감파장과 밴드갭 에너지에 대응하는 파장과의 사이에 투과 한계파장을 가진 재료를 이용하여 중간층을 형성하기 때문에, 필터효과에 의해 조사광의 파장을 한정하지 않고 상술한 효과를 얻을 수 있다.
또 본 발명에 있어서, 상기 분할전극은 상기 조사광의 광의 파장으로 투명 혹은 반투명인 것이 바람직하다.
분할전극은 투명 혹은 반투명이므로, 조사광은 분할전극 사이의 스페이스 영역 뿐아니라, 분할전극 형성영역에도 조사되므로, 전하의 방출속도보다도 높은 레이트의 방사선이 입사하여 분할전극 근방에 전하가 일단 축적되도, 조사광의 에너지에 의해 곧 또 여기되어 운동에너지를 부여할 수 있으므로, 전위 프로파일이 비뚤어지지 않고, 분할전극 근방의 전위는 상승하지 않는다. 따라서, 높은 바이어스를 인가하여 사용할 필요가 있는 a-Se의 경우에서도 TFT 스위치는 정상적인 동작을 유지할 수 있다.
본 발명을 설명하기 위해 현재 적절하다고 생각되는 몇개의 형태가 본원 도면에 제시되어 있지만, 발명이 도시된 대로의 구성 및 방법으로 한정된것이 아닌것을 이해해야 한다.
이하, 본 발명의 알맞은 실시예를 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.
도3에서 도7을 참조하여 방사선 검출기의 일예에 대해서 설명한다. 도3은 방사선 검출기의 개략 단면도이며, 도4는 방사선 검출기의 제1의 작용을 설명하는 도면으로, 방사선 입사전의 상태를 나타내는 모식도이고, 도5는 방사선 입사중의 상태를 나타내는 모식도이며, 도6은 밴드갭에 대응한 파장길이보다 짧은 파장의 광을 조사한 상태를 나타내는 모식도이고, 도7은 방사선 검출기의 제2의 작용을 설명하는 도면이다.
본 실시형태의 방사선 검출기는 도3에 나타내는 바와 같이, 유리기판 등의 투명한 절연성 기판상에 박막트랜지스터(TFT) 스위치, 전하축적 콘덴서 및 분할전극(3)이 형성된 TFT 기판(5) 상에, 아모르퍼스·셀렌(a-Se) 반도체 후막(7)이 형성되며, a-Se 반도체 후막(7)의 상면에는 전압인가용의 공통전극(9)이 형성되어 있다. TFT 기판(5)의 분할전극(3)측인 이면에는 피크 발광파장이 570㎚ 정도의 녹색발광 다이오드를 내부에 면(面)실장한 면발광 플레이트(11)가 투명한 접착제에 의해 설치되어 있다. 이 면발광 플레이트(11)는 방사선 검출동작 동안은, TFT 기판(5)을 통해 a-Se 반도체 후막(7)의 분할전극(3)측에 균일하게 광을 조사할 수있다. 또한 상기 TFT 기판(5)과 상기 접착제는 면발광 플레이트(11)에서 발광되는 광의 파장에 있어서 투명하면 된다.
면발광 플레이트(11)에 의한 광조사는 신호처리회로(13) 및 게이트 드라이버(15)에 의해 전하가 전기신호로서 판독되는 동안은 적어도 계속되도록 되어 있다.
또한 상술한 면발광 플레이트(11)가 본 발명에서의 광조사 기구에 상당한다.
이와 같이 구성된 방사선 검출기에서는 면발광 플레이트(11)에서 광을 조사하는 것에 의해, 방사선 입사전의 상태에서도 도4에 나타내는 바와 같이 광에 의해 발생한 전하 중 한쪽(공통전극(9)에 플러스 바이어스를 인가하는 경우는 정공)이 분할전극(3) 사이의 스페이스의 영역에 이미 축적되어 있다(부호 A로 나타낸다). 따라서 반도체 후막(7) 중에 점선 화살표로 나타내는 바와 같이 전기력선이 비뚤어져 유감면적은 처음부터 (a+b)×(y+z)가 된다.
이 상태에서 방사선이 입사해도, 도5에 나타내는 바와 같이 분할전극(3) 사이의 스페이스의 영역에서 발생한 전하(전자·정공) 중, 분할전극(3)측으로 이동하는 전하(도3의 구성의 경우는 정공)는 전기력선에 따라 분할전극(3)에 도달하며, 분할전극(3) 사이의 스페이스에 더 전하가 축적되는 일이 없으므로, 전기력선의 상태도 유감면적도 변화하지 않아 감도변동은 일어나지 않는다. 또 방사선 입사가 정지한 후에도 면발광 플레이트(11)에서의 광의 조사를 계속하면, 분할전극(3) 사이의 스페이스의 영역에 축적된 전하가 서서히 방출되어 지는 일은 없으며, 잔류출력은 발생하지 않는다.
또 면발광 플레이트(11) 내의 발광다이오드 소자의 발광파장을 선택하면, 청구항 2 또는 청구항 3에 기재의 발명을 실시할 수 있다.
예를 들면, 반도체에 1㎜ 두께의 아모르퍼스·셀렌(a-Se)을 사용하는 경우, 투과율 반감파장은 740㎚, 밴드갭 에너지 2.2eV에 대응하는 파장은 560㎚이므로, 피크 발광파장이 450㎚ 정도의 청색 발광다이오드를 사용하면, 밴드갭 에너지 2.2eV에 대응하는 파장보다도 짧은 파장의 광을 조사할 수 있다.
이와 같이 조사하는 광의 파장을, 사용하는 반도체의 밴드갭 에너지에 대응하는 파장보다도 짧은 것으로 하면, 도6에 나타내는 바와 같이, 조사광이 반도체 내부 깊숙히까지 칩입하는 경우는 없고, 얕은 위치(도면 중의 부호 dp)까지밖에 침입하지 못한다. 따라서, 분할전극(3)을 형성한 측의 극 근방에만 작용하므로, 광에 의해 발광하는 전하가 축적되는 영역이 분할전극(3)을 형성한 측의 극 근방에만 한정되어 불감영역을 저감할 수 있다.
또한 상기 면발광 플레이트(11) 대신에, 후술하는 바와 같이 냉음극관(25)과 형광체를 채용해도 된다.
또 피크 발광파장이 590㎚ 정도의 황색 발광다이오드와 피크 발광파장이 630㎚ 정도의 적색 발광다이오드를 사용하면, 투과율 반감파장보다 짧고, 또 밴드갭 에너지에 대응하는 파장보다도 긴 파장의 광을 조사할 수 있다.
이와 같이 조사하는 광의 파장을 사용하는 반도체의 투과율 반감파장보다도 짧고, 또 밴드갭 에너지에 대응하는 파장보다도 길게 하면, 조사광이 일부 반도체 내부 깊숙히까지 칩입하여 불감영역이 넓어지지만, 반대로 밴드갭 에너지보다도 조사광의 에너지가 작으므로, 조사광에 의한 반도체의 손상(결정결함의 발생)과, 조사광 자체에 의한 전하검출에 기인하는 암전류의 증가는 없어진다. 조사광에 의한 반도체의 손상작용은 아모르퍼스·셀렌(a-Se)과 같은 아모르퍼스 반도체에서 크기 때문에 아모르퍼스 반도체를 이용한 방사선 검출기에서는 청구항 3은 특히 유효하다.
또한 분할전극(3)을 ITO 등의 투명 혹은 반투명전극으로 한 경우, 조사광은 분할전극(3) 사이의 스페이스 영역 뿐아니라, 분할전극(3) 자체를 통해 그 형성영역(상부)에도 조사되므로, 전하의 방출속도보다도 높은 레이트의 방사선이 입사하여 분할전극 근방에 전하가 일단 축적되도, 도7에 나타내는 바와 같이 조사광의 에너지에 의해 곧 또 여기되어 운동에너지를 부여할 수 있으므로, 전위 프로파일이 비뚤어지지 않고, 분할전극(3) 근방의 전위는 상승하지 않는다. 따라서, 높은 바이어스를 인가하여 사용할 필요가 있는 a-Se의 경우에서도, TFT 스위치(8)는 정상인 동작을 유지할 수 있다. 또한 분할전극(3)이 투명이란 적어도 조사되는 광의 파장에 있어서 투명하다면 된다.
여기서, 상술한 반도체 후막(7)의 알맞은 재료를 예시한다.
아모르퍼스체로서는, 논도프의 Se 혹은 논도프의 Se 화합물의 아모르퍼스체, As 또는 Te 등을 도프한 Se 혹은 Se 화합물의 아모르퍼스체, Na와 K, Li 등의 알카리 금속을 도프한 Se 혹은 알카리 금속을 도프한 Se 화합물의 아모리퍼스체, F와 Cl 등의 할로겐을 도프한 Se 혹은 F와 Cl 등의 할로겐을 도프한 Se 화합물의 아모르퍼스체, As, Te, Na와 K, Li 등의 알카리 금속, F와 Cl 등의 할로겐을 조합하여복수 도프한 Se 혹은 Se 화합물의 아모르퍼스체 등을 들 수 있다.
상기 예 중, 불순물을 도프한 경우에는 캐리어 이동도 등의 운송특성이 크게 되는 이점이 있다. 또 고온에서의 아모르퍼스체의 결정화를 방지할 수 있으며, 내환경성을 높이는 효과가 있다.
다결정체로서는 CdTe, CdZnTe, PbI2, HgI2, TlBr, GaAs 등의 화합물 반도체 중 어느 다결정체, 또는 F와 Cl 등의 할로겐을 도프한 상기 화합물 반도체의 다결정체를 들 수 있다.
또한 도3에 나타내는 바와 같이 촬영자 등에 의해 동작되는 온/오프 스위치(16A)와, 이 지시에 의거하여 면발광 플레이트(11)에 발광에 필요한 전력을 공급하는 전원(16B)을 구비하고, 방사선의 검출중에 광을 수동으로 계속적으로 조사시키거나, 단속적으로 조사시키거나 하도록 구성해도 된다.
또 제어부(16C)를 구비하고, 상술한 바와 같이 전원(16B) 내의 온/오프 스위치(도시생략)를 제어하여 광조사를 자동적으로 제어하도록 구성해도 된다. 제어로서는 전원(16B)을 제어하는데 대신에, 조사광을 기계적으로 차단하는 셔터막 등의 개폐를 행하도록 해도 된다.
제어부(16C)에 의한 광조사의 제어예에 대해서, 도8~도10을 참조하여 설명한다. 여기서는 이하에 설명하는 바와 같이, 각각 다른 3개의 제어형태를 나타낸다. 또한 도8~도10은 검출동작 중에서의 광조사의 각 제어예를 나타내는 타이밍차트이다.
도8을 참조한다.
이 예에서는, 제어부(16C)가 신호처리회로(13)를 통해서 검출동작을 행하면서, 그 사이의 2구간(T1, T2)에서 각각 방사선을 조사한다. 그리고, 검출동작 중을 포함하는 구간(T3)에서 연속적으로 또는 펄스적으로 광을 조사하도록 전원(16B) 내의 온/오프 스위치를 제어한다. 특히 펄스적으로 제어하는 경우, 전하의 변동의 응답성보다도 짧은 간격의 펄스로 광을 조사하면 전하의 효과를 떨어뜨리지 않고, 광에 의한 암전류 성분의 증가를 억제할 수 있다.
도9를 참조한다.
제어부(16C)는 신호처리회로(13)에 의한 검출동작 중에, 2구간(T1, T2)에서 각각 방사선을 조사한다. 그리고, 검출동작 중을 포함하여 방사선의 조사구간(T1, T2)에 대응하는 구간(T4, T5)에서만 전원(16B) 내의 온/오프 스위치를 온으로 제어한다. 이와 같이 광조사를 제어하면, 잔류출력을 저감시킬 수는 없지만, 감도변동을 저감시킬 수 있다. 또 방사선이 입사하고 있지 않을 때의 광에 의한 암전류 성분의 증가를 억제할 수 있다.
도10을 참조한다.
이 경우, 제어부(16C)는 신호처리회로(13)를 통한 검출동작 중에, 2구간(T1, T2)에서 각각 방사선을 조사한다. 그리고, 검출동작 중을 포함하여 방사선의 조사구간(T1, T2)의 직후에 대응하는 구간(T6, T7)에서만 전원(16B) 내의 온/오프 스위치를 온으로 한다. 다시말하면, 방사선의 입사 직후부터 다음 입사 개시까지의 사이에 광을 조사하도록 제어한다. 이와 같이 제어하는 것에 의해, 감도변동은 저감하지 않지만, 잔류출력을 저감하는 효과를 나타낸다. 또 방사선의 입사시의 광에의한 암전류 성분의 증가를 제어할 수 있다.
다음에, 본 실시형태의 방사선 검출기의 변형 실시예에 대해서 도11을 참조하면서 설명한다. 또한 도11은 변형 실시예인 X선 검출기의 개략 구성을 나타내는 종단면도이다.
도11에 나타내는 바와 같이, 유리기판 등의 투명한 절연성의 기판상에 박막트랜지스터(TFT) 스위치(17), 전하축적 콘덴서(19) 및 분할전극(3)이 형성된 TFT 기판(50) 상에, 두께 1㎛의 삼황화이안티몬(Sb2S3) 박막으로 이루어지는 중간층(21)이 형성되고, 그 위에 아모르퍼스·셀렌(a-Se) 반도체 후막(7)과, a-Se 반도체 후막(7)의 상면에, 전압 인가용의 공통전극(9)이 형성되어 있다.
또한, 여기서 말하는 중간층(21)은 캐리어 선택성을 가지는 층이며, 암전류를 억제하는 등의 효과를 가진다. 캐리어 선택성이란, 반도체 중의 전하 이동매체(케리어)인 전자와 정공에서, 전하 이동작용에 기여율이 현저하게 다른 성질의 것을 말한다.
예를 들면, 전자의 기여가 큰 것으로서는, n형 반도체인 CeO2, CdS, CdSe, ZnSe, ZnS와 같은 다결정체와, 알카리 금속과, As, Te를 도프하여 정공의 기여를 저하시킨 아모르퍼스 Se 등으의아모르퍼스체가 있다. 또 정공의 기여가 큰 것으로서는, p형 반도체인 ZnTe와 같은 다결정체와, 할로겐을 도프하여 전자의 기여율을 저하시킨 아모르퍼스 Se 등의 아모르퍼스체가 있다.
또한 Sb2S3, CdTe, CdZnTe, PbI2, HgI2, TlBr과 논도프의 아모르퍼스 Se 또는Se 화합물과 같이, 성막조건에 의해 전자의 기여가 크게 되거나, 정공의 기여가 크게 되거나 하는 것도 있다.
TFT 기판(5)의 공통전극(9)측에 접하는 이면에는 아크릴판의 표면을 미세가공한 도광판(23)이 투명한 접착제등에 의해 설치되어 있으며, 도광판(23)의 단면에는 백색광원인 냉음극관(25)이 설치되어 있다. 본 발명의 광조사 기구 및 면모양 발광수단에 상당하는 도광판(23) 및 냉음극관(25)은 방사선 검출동작 동안, TFT 기판(5)을 통해 a-Se 반도체 후막(7)의 중간층(21)이 형성되어 있는 분할전극(3) 측에 균일하게 광을 조사할 수 있다. 또 냉음극관(25)은 본 발명에서의 선모양 발광수단에 상당한다.
이 경우, 도12의 모식도에 나타내는 바와 같이, 반도체 후막(7)보다도 중간층(21)의 쪽이 결함이 많아 전하(A)가 축적되기 쉬운 경우에는, 중간층(21)의 내부에만 전계의 구부러짐이 생긴다. 따라서, 분할전극(3) 측에 중간층(21)이 있는 경우도, 분할전극(3) 측에서 중간층(21)에 광을 조사하는 것에 의해, 중간층(21)의 분할전극(3) 사이의 스페이스의 영역에 축적되는 전하의 영향으로 감도변동과 전류출력이 발생하는 일은 없어진다.
또한 상기의 냉음극관(25)과, 후술하는 바와 같이 알맞은 특정파장의 광을 발하는 형광체를 조합하여 간접적으로 발광하는 간접발광 디바이스를 구성해도 된다. 이 경우, 냉음극관(25)(전계방출관) 대신에, 백열관과 가스방전관을 채용해도 된다. 가스방전관으로서는, 예를 들면 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)과 필드 에미션 디스플레이 패널(FEDP)을 들 수 있다.
상기의 도광판(23)은 다음과 같은 구성이라도 된다. 또한 도13은 도광판의 구성예를 나타내는 일부 확대 종단면도이다.
도광판(23)은, 예를 들면 표면을 미세가공한 투명판(23a)과, 광확산 시트(23b)와, 광반사 시트(23c)를 구비하고, 분할전극(3) 측에 위치하는 투명판(23a)의 한쪽면에 광확산 시트(23b)를 피착하며, 다른쪽면에 광반사 시트(23c)를 피착하여 구성되어 있다. 투명판(23a)으로서는, 예를 들면 유리판과 아크릴판을 채용할 수 있다.
이와 같이 구성하는 것에 의해, 광원에서의 광이 광반사 시트(23c)에 의해 투명판(23a)측에 반사되므로, 광의 이용효율을 높일 수 있다. 또 광확산 시트(23b)에 의해 광이 확산되므로, 균일하게 광을 조사시킬 수 있다.
또 파장으로서는 중간층(21)의 투과율 반감파장보다도 짧게 하는 것에 의해, 조사광의 대부분을 중간층(21)에만 조사시킬 수 있다. 다음에 설명하는 실험결과에 의거하여, 보다 바람직하게는 중간층(21)에 대한 투과율이 10%가 되는 파장보다도 짧게 하는 것에 의해, 더욱 중간층(21)에 대해서 집중적으로 광조사할 수 있다. 다시말하면, 반도체 후막(7)에는 광이 도달하지 않도록 할 수 있다. 그 결과, 광조사에 기인하는 반도체 후막(7)에서의 암전류 증가의 악영향을 없앨 수 있다.
중간층(21)에 대한 투광율이 10%가 되는 파장은, 예를 들면 중간층(21)에 아모르퍼스·셀렌(a-Se)을 사용하는 경우, 도14에서 파장 710㎚ 정도이다. 또 중간층(21)에 삼황화이안티몬(Sb2S3) 박막을 이용한 경우에는 660㎚ 정도이다.
여기서 도15, 도16을 참조하여, 상기 파장이 알맞은 근거에 대해서 설명한다. 또한 도15는 여러가지의 파장의 광을 조사한 경우에서의 응답특성의 상승부분을 확대한 그래프이며, 도16은 응답특성의 하강부분을 확대한 그래프이다.
이 응답특성은 후술하는 실시예와 동일한 조건(두께 1㎛의 중간층 Sb2S3후막(21)를 형성)으로 녹색 이외의 파장의 면발광 다이오드와, 적외광원을 이용하여 응답특성을 측정한 것이다. 실험에 이용한 발광다이오드 및 적외광원의 사양은 다음과 같다.
청…중심파장 450㎚(400 ~ 530㎚)
녹…중심파장 570㎚(460 ~ 650㎚)
적…중심파장 630㎚(590 ~ 720㎚)
적외광원…할로겐램프+단파장 컷트 필터 SC70
발광파장 700㎚이상
양 그래프에서 명백한 바와 같이, 적색광(도면 중의 부호 R)에서는 감도변동, 잔류전하의 저감효과가 약하다는 것을 알 수 있다. 또한 적외광(도면 중의 부호 IR)에서는 전류전하의 저감효과가 거의 없을 뿐아니라, 상승시에 감도가 저하해 가는 부작용도 나타나고 있다. 이것에 의해 중간층(21)을 투광하는 장파장의 광은 개선효과를 얻을 수 없을 뿐아니라, 반대로 악영향이 미치는 것을 알 수 있다. 따라서, 적어도 중간층(21)이 삼황화이안티몬(Sb2S3)의 경우에는 그 투과율 반감파장인 740㎚보다도 짧은 파장의 광을 조사하는 것이 바람직하다.
또 적색광보다도 파장이 짧은 청색광(도면 중의 부호 B), 녹색광(도면 중의부호 G) 쪽이 감도변동, 잔류전하의 저감효과가 현저하다는 것도 알 수 있다. 이것에 의해, 중간층(21)을 투과하지 않는 단파장의 광쪽이 보다 바람직하다는 것을 알 수 있다. 따라서, 이들의 결과에서, 적어도 중간층(21)이 삼황화이안티몬(Sb2S3)의 경우에는, 투과율이 10%가 되는 파장(660㎚)보다 단파장의 광이 보다 바람직하다는 것을 알 수 있다.
본 실시형태의 방사선 검출기와, 그 변형 실시예는, 공통전극(9)에 바이어스 전압을 인가하고, 조사광을 조사한 상태에서 동작시켜, 방사선 입사에 의해 반도체 후막(7) 내부에 발생하는 전하(전자·정공)가 각각 양 전극방향으로 이동하는 것에 의해 유기되는 전하를 분할전극(3)을 통해서 접속된 TFT 기판(5) 상의 전하축적 콘덴서(19)에 일단 축적하고, 외부에서 제어된 판독 타이밍에 따라 게이트 드라이버(15)에서 온신호가 전송되어 박막트랜지스터(TFT) 스위치(17)가 온(접속)이 되며, 축적전하가 방사선 검출신호로서 외부 접속된 신호처리회로(13)에 순서대로 전송되어 2차원의 방사선 상을 얻는 구성으로 되어 있다.
여기서, 상기 중간층(21)의 알맞은 재료를 예시한다. 또한 반도체 후막(7)의 알맞은 재료는 상술한 바와 같다.
아모르퍼스체로서는, 논도프의 Se 혹은 논도프의 Se 화합물의 아모르퍼스체, As 또는 Te 등을 도프한 Se 혹은 Se 화합물의 아모르퍼스체, Na과 K, Li 등의 알카리 금속을 도프한 Se 혹은 알카리 금속을 도프한 Se 화합물의 아모르퍼스체, F와 Cl 등의 할로겐을 도프한 Se 혹은 F와 Cl 등의 할로겐을 도프한 Se 화합물의 아모르퍼스체, As, Te, Na와 K, Li 등의 알카리 금속, F와 Cl 등의 할로겐을 조합하여복수 도프한 Se 혹은 Se 화합물의 아모르퍼스체 등을 들 수 있다.
단, 중간층(21)을 기능시키기 위해, 반도체 후막(7)의 재료는 중간층(21)의 재료와는 다른 것으로 한다. 또는 중간층(21)의 재료를 반도체 후막(7)의 것과는 다른 것으로 한다.
구체적으로는, 중간층(21)과 반도체 후막(7)이 모두 아모르퍼스체인 경우에는, 예를 들면 다음과 같은 조합을 생각할 수 있다.
공통전극(9)에 플러스 바이어스를 인가하는 경우에는 분할전극(3) 측의 중간층(21)에 정공의 기여율이 큰 아모르퍼스체를 사용한다. 이것에 의해 분할전극(3)에서의 전자의 주입이 정지되어 암전류를 저감할 수 있다. 이 경우, 공통전극(9) 측에도 전자의 기여가 큰 중간층(21)을 설치함으로써 공통전극(9)에서의 정공의 주입도 저지할 수 있어 더욱 암전류를 저감할 수 있다.
또 공통전극(9)에 마이너스 바이어스를 인가하는 경우는 분할전극(3) 측의 중간층(21)에 전자의 기여가 큰 아모르퍼스체를 사용한다. 이것에 의해 분할전극(3)에서의 정공의 주입이 저지되어 암전류를 저감할 수 있다. 이 경우, 공통전극(9) 측에도 정공의 기여가 큰 중간층(21)을 설치함으로써 공통전극(9)에서의 전자의 주입도 저지할 수 있어 더욱 암전류를 저감할 수 있다.
또 반도체 후막(7)이 아모르퍼스체이며, 또 중간층(21)이 다결정체인 경우에는 다음과 같은 조합이 예시된다.
공통전극(9)에 플러스 바이어스를 인가하는 경우는 분할전극(3) 측의 중간층(21)에 정공의 기여가 큰 다결정체를 사용한다. 또 공통전극(9)에 마이너스를 인가하는 경우는 분할전극(3) 측의 중간층(21)에 전자의 기여가 큰 다결정체를 사용한다. 이들의 경우, 공통전극(9) 측에 중간층(21)을 설치함으로써 더욱 암전류를 저감할 수 있다.
또 중간층(21)과 반도체 후막(7)이 모두 다결정체인 경우에는, 예를 들면 다음과 같은 조합을 생각할 수 있다.
공통전극(9)에 플러스 바이어스를 인가하는 경우는 분할전극(3) 측의 중간층(21)에 정공의 기여가 큰 다결정체를 사용한다. 또 공통전극(9) 측에 마이너스 바이어스를 인가하는 경우는 분할전극(3) 측의 중간층(21)에 전자의 기여가 큰 다결정체를 사용한다. 이들의 경우도 공통전극(9) 측에 중간층(21)을 설치함으로써 더욱 암전류를 저감할 수 있다.
또 중간층(21)의 알맞은 재료가 되는 다결정체로서는 Sb2S3, CeO2, CdS, CdSe, CdTe, CdZnTe, ZnSe, ZnTe, ZnS, PbI2, HgI2, TlBr, GaAs의 화합물 반도체 중 어느 하나의 다결정체, 또는 F와 Cl 등의 할로겐을 도프한 상기 화합물 반도체의 다결정체, 또는 이들의 다결정체를 조합하여 다층으로 한 것 중 어느 것을 들 수 있다.
또한 간접발광 디바이스 이외에, 특정파장의 광을 직접적으로 조사할 수 있는 직접발광 디바이스로서, 발광다이오드와, 레이저 다이오드(LD)와 일렉트로 루미네센스 소자(EL)가 이용 가능하다.
이때, 냉음극관(25) 대신에, 상기 직접발광 디바이스를 선모양으로 배치하여선모양 발광체로서 이용할 수 있으며, 도 면모양으로 배치하여 본 발명에서의 면모양 발광수단으로서도 이용할 수 있다. 또한 이들의 직접발광 디바이스를 양면 디바이스 기술에 의해 TFT 기판(5)에 직접적으로 형성해도 된다. 이들에 의해 광조사에 관한 기구의 소형화·박형화를 도모할 수 있다.
또 중간층(21)을 구비하고 있는 경우, 도17의 모식도에 나타내는 바와 같이, 반도체 후막(7)과 중간층(21)의 양쪽에 전하가 축적되는 경우가 있으므로, 양쪽에 광을 조사할 필요가 있다. 그래서, 반도체 후막(7)의 재료와 중간층(21)의 재료를 선택함으로써 필터효과를 생기게 하여 원하는 깊이까지 광을 조사시킬 수 있다. 즉 백색광의 파장성분 중, 단파장 성분은 중간층(21)에서 흡수되어 반도체 후막(7)에는 깊숙히 도달하지 못하며, 조사손상과 암전류의 증가를 일으키지 않고, 대부분의 광을 중간층(21)에 대해 작용시킬 수 있다. 또 장파장 성분은 중간층(21)을 투과하여 반도체 후막(7)에 도달하여 작용시킬 수 있다.
반도체 후막(7)으로서, 예를 들면 1㎜ 두께의 아모르퍼스·셀렌(a-Se)을 사용하는 경우, 도14에 나타내는 바와 같이 투과율 반감파장은 740㎚, 밴드갭 에너지 2.2eV에 대응하는 파장은 560㎚이므로, 560㎚~740㎚에 투과 한계파장이 있는 재료를 이용하여 중간층(21)을 형성하면 된다. 또한 도14는 a-Se와 Sb2S3박막의 투과율을 나타내는 그래프이다.
예를 들면, 두께 1㎛의 삼황화이안티몬(Sb2S3) 박막의 투과 한계파장은 580㎚이므로, 아모르퍼스·셀렌과 분할전극(3)과의 사이에 두께 1㎛의 삼황화이안티몬박막을 형성하면, 냉음극관(25)에서 이끌린 백색광 중, 580㎚ 이하의 단파장 성분이 컷트되며, 밴드갭 에너지보다도 조사광의 에너지는 작게 되므로, 조사광에 의한 반도체의 손상과, 암전류의 증가가 없어진다. 사용하는 반도체 후막(7)의 재질에 의해, 중간층(21)의 재질과 두께를 선택할 필요가 있지만, 조사광의 파장을 한정할 필요가 없어져 광조사에 관한 구성을 간소화할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 다시말하면, 조사광원으로서 단색광원을 이용하지 않고 백색광원을 이용한 경우에서도, 조사손상과 암전류의 증가를 일으키지 않고, 감도변동이 없는 방사선 검출기를 얻을 수 있다.
또한 중간층(21)은 상술한 바와 같이 분할전극(3)의 바로 위에 설치하는 대신에, 공통전극(9)의 바로 아래에 설치하도록 해도 되며, 또한 분할전극(3)의 바로 위와 공통전극(9)의 바로 아래의 양쪽에 설치하도록 해도 상술한 구성과 동등한 효과를 나타낸다. 이때, 양쪽의 중간층(21)의 재료는 같을 필요는 없다.
『실시예』
다음에, 본 실시형태의 방사선 검출기에서, 감도변동이 억제되는 것을 실제로 확인하기 위해, 분할전극(3)을 투명전극재료의 대표적인 것인 재료 ITO로 구성하고, 전극 사이즈 a=130㎛, 전극 피치 a+b=150㎛로 형성한 TFT 기판(5)상에, 두께 1㎛의 중간층 Sb2S3박막(21)을 형성하고, 그 위에 두께 1㎜의 a-Se 반도체층(7)을 형성한 후, 두께 0.1㎛의 공통전극 Au막(9)을 형성했다. 그리고, TFT 기판(5)의 이면에 녹색의 면발광 다이오드를 투명접착제로 설치한 시험용 검출기를 제작하여, 발광다이오드의 조사시와 비조사시에서 감도변동 및 잔상현상의 정도를 비교했다.
도18에, X선관에서의 X선을, 관전압 55kV, 관전류 25㎃, 거리 1m의 조건에서 시험용 검출기에 4초간 조사하여 정지한 경우의 출력변화를 나타낸다. 발광다이오드 비(非)조사시는 응답성이 느리고, 출력이 서서히 상승하는, 즉 감도가 변동해 가지만, 발광다이오드 조사시는 거의 순간에 출력이 상승하여 X선 조사중은 일정하다는 것을 알 수 있다. 또 발광다이오드 비조사시는 X선 중시후의 끊어짐이 나쁘고, 잔류출력이 1초 이상 계속되고 있는 것을 알 수 있다.
다음에 도19에, X선관에서의 X선의 조사량을 높여, 관전압 55kV에서 관전류 50㎃에서 80㎃까지 올린 경우의 출력변화를 나타낸다. 발광다이오드 비조사시는 응답성이 더욱 늦어져, 전극 사이즈와 전극간격에서 설명되는 값을 훨씬 초과하여 출력이 변동한다. 또 X선 정지후도 기묘한 잔류커브를 나타내며, TFT 스위치(17)가 오동작하고 있다고 추정된다. 그러나, 발광다이오드 조사시는 이 현상은 전혀 일어나지 않으며, 거의 순간에 출력이 상승하여 X선 조사중은 일정하고, X선 정지후의 잔류출력도 거의 없다는 것을 알 수 있다.
또한 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 이하와 같이 변형실시가 가능하다.
(1) 상술한 실시예에서는, 광조사 기구가 방사선 검출기의 하측에 설치되어 있지만, 방사선 검출기의 분할전극(3)이 상측에 위치하는 경우에는 광조사 기구를 방사선 검출기의 상측에 설치하도록 해도 된다.
(2) 본 발명에서의 광조사 기구는 면발광 플레이트 또는 냉음극관과 전원과의 조합, 냉음극관과 형광체와 전원과의 조합과, 이들과 수동스위치와의 조합, 이들과 제어부와의 조합을 포함함과 동시에, 광조사를 행하는 것이라면 다른 실시형태도 포함한다.
본 발명은 그 사상 또는 본질로부터 이탈되지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있으며, 따라서 발명의 범위를 나타내는 것으로, 이상의 설명에서가 아닌 부가된 청구범위를 참조해야 할 것이다.
이상의 설명에서 명백한 바와 같이, 본 발명에 의하면 방사선 유감인 반도체의 한쪽측에 복수개의 분할전극을 형성하여, 입사 방사선의 공간분포를 검출하는 방사선 검출기에 있어서, 분할전극측에 광을 조사하는 기구를 가지고 광을 조사중에, 방사선의 검출동작을 행하기 때문에, 분할전극 사이의 스페이스의 영역에서 발생한 전하(전자·정공)는 광에 의해 이미 축적되어 있는 전하에 의해 구부러진 전기력선에 따라 분할전극으로 이동하므로, 전기력선의 상태가 변화하지 않고, 유감면적도 변화하지 않으며, 감도변동은 일어나지 않는다. 또 방사선 입사가 정지한 후에도 광이 조사된 그대로 이므로, 분할전극 사이의 스페이스의 영역에 축적된 전하가 서서히 방출되어 지는 일은 없으며, 잔류출력은 발생하지 않는다.
또한 분할전극이 투명 혹은 반투명 전극이므로, 조사광은 분할전극 사이의 스페이스 영역 뿐아니라, 분할전극 형성영역에도 조사되기 때문에, 전하의 방출속도보다도 높은 비율로 방사선이 입사하는 경우에서도, 분할전극 근방에 전하가 일단 축적되도, 조사광의 에너지에 의해 곧 또 여기되어 운동에너지를 부여할 수 있으므로, 전위 프로파일이 삐뚤어지지 않고 분할전극 근방의 전위는 상승하지 않으며, TFT가 오동작하는 일은 없다.
따라서, 감도변동과 잔류출력이 없는 상당히 정량성이 높은 방사선 검출기를 얻을 수 있다. 이 효과는 특히 방사선 동화상 검출기로서 사용하는 경우에 현저하게 나타나며, 서서히 휘도가 변화해 가는 현상과, 전 프레임의 화상이 잔상으로 남는 현상이 일어나지 않으므로, 의료진단분야와 비파괴 감사분야의 진보에 큰 공헌을 할 수 있다.

Claims (42)

  1. 입사 방사선의 공간분포를 검출하는 방사선 검출기로서,
    방사선 유감인 반도체:
    상기 반도체의 한쪽측에 형성되며, 바이어스 전압이 인가되는 공통전극;
    상기 반도체의 다른쪽측에 형성되며, 방사선 입사에 의해 상기 반도체 내부에 발생하는 전하를 전기신호로서 각각 추출하는 복수개의 분할전극;
    적어도 방사선의 검출중에 광을 조사하는 광조사 기구를 포함하는 방사선 검출기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조사하는 광의 파장이 사용하는 반도체의 밴드갭 에너지에 대응하는 파장보다 짧은 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    조사하는 광의 파장이 사용하는 반도체의 투과율 반감파장보다도 짧고, 또 밴드갭 에너지에 대응하는 파장보다도 긴 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한항에 있어서,
    상기 반도체는 논도프(nondope)의 Se 혹은 논도프의 Se 화합물의 아모르퍼스체, As 또는 Te를 도프한 Se 혹은 Se 화합물의 아모르퍼스체, 알카리 금속을 도프한 Se 혹은 알카리 금속을 도프한 Se 화합물의 아모르퍼스체, 할로겐을 도프한 Se 혹은 할로겐을 도프한 Se 화합물의 아모르퍼스체, As, Te, 알카리 금속, 할로겐을 조합하여 복수 도프한 Se 혹은 Se 화합물의 아모르퍼스체 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한항에 있어서,
    상기 반도체는 CdTe, CdZnTe, PbI2, HgI2, TlBr, GaAs의 화합물 반도체 중 어느 다결정체, 또는 할로겐을 도프한 상기 화합물 반도체의 다결정체인 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한항에 있어서,
    상기 광조사 기구는 면모양 도광수단과, 그 단부에 설치된 선모양 발광수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 면모양 도광수단은 광확산 시트와, 광반사 시트와, 이들에 끼워진 투명판을 구비하고, 상기 광확산 시트를 상기 분할전극 측에 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 선모양 발광수단은 특정파장의 광을 직접적으로 방사하는 직접발광 디바이스인 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 선모양 발광수단은 형광체와 조합되어 형광체에 따른 특정파장의 광을 간접적으로 방사하는 간접발광 디바이스인 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한항에 있어서,
    상기 광조사 기구는 면모양 발광수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 면모양 발광수단은 특정파장의 광을 직접적으로 방사하는 직접발광 디바이스를 면모양으로 배치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 면모양 발광수단은 투명기판에 직접적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 면모양 발광수단은 형광체와 조합되어 형광체에 따른 특정파장의 광을 간접적으로 방사하는 간접발광 디바이스인 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 면모양 발광수단은 그 발광면이 기판이며, 상기 면모양 발광수단의 상면에 상기 분할전극이 형성되고, 또 그 위에 상기 반도체가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  15. 입사 방사선의 공간분포를 검출하는 방사선 검출기로서,
    방사선 유감인 반도체:
    상기 반도체의 한쪽측에 형성되며, 바이어스 전압이 인가되는 공통전극;
    상기 반도체의 다른쪽측에 형성되며, 방사선 입사에 의해 상기 반도체 내부에 발생하는 전하를 전기신호로서 각각 추출하는 복수개의 분할전극;
    적어도 상기 반도체와 상기 분할전극과의 사이에 형성된 캐리어 선택성의 중간층;
    적어도 방사선의 검출중에 상기 중간층에 광을 조사하는 광조사 기구를 포함하는 방사선 검출기.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 조사하는 광의 파장은 상기 중간층의 투과율 반감파장보다도 짧은 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 조사하는 광의 파장은 상기 중간층에 대한 투과율이 10%가 되는 파장보다도 짧은 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  18. 제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한항에 있어서,
    상기 중간층은 논도프의 Se 혹은 논도프의 Se 화합물의 아모르퍼스체, As 또는 Te를 도프한 Se 혹은 Se 화합물의 아모르퍼스체, 알카리 금속을 도프한 Se 혹은 알카리 금속을 도프한 Se 화합물의 아모르퍼스체, 할로겐을 도프한 Se 혹은 할로겐을 도프한 Se 화합물의 아모르퍼스체, As, Te, 알카리 금속, 할로겐을 조합하여 복수 도프한 Se 혹은 Se 화합물의 아모르퍼스체의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  19. 제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한항에 있어서,
    상기 중간층은 Sb2S3, CeO2, CdS, CdSe, CdTe, CdZnTe, ZnSe, ZnTe, ZnS, PbI2, HgI2, TlBr, GaAs의 화합물 반도체 중 어느 다결정체, 또는 알로겐을 도프한 상기 화합물 반도체의 다결정체, 또는 이들 다결정체를 조합하여 다층으로 한 것의어느 하나인 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 반도체는 논도프의 Se 혹은 논도프의 Se 화합물의 아모르퍼스체, As 또는 Te를 도프한 Se 혹은 Se 화합물의 아모르퍼스체, 알카리 금속을 도프한 Se 혹은 알카리 금속을 도프한 Se 화합물의 아모르퍼스체, 할로겐을 도프한 Se 혹은 할로겐을 도프한 Se 화합물의 아모르퍼스체, As, Te, 알카리 금속, 할로겐을 조합하여 복수 도프한 Se 혹은 Se 화합물의 아모르퍼스체 중 상기 중간층과는 다른 아모르퍼스체인 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 반도체는 논도프의 Se 혹은 논도프의 Se 화합물의 아모르퍼스체, As 또는 Te를 도프한 Se 혹은 Se 화합물의 아모르퍼스체, 알카리 금속을 도프한 Se 혹은 알카리 금속을 도프한 Se 화합물의 아모르퍼스체, 할로겐을 도프한 Se 혹은 할로겐을 도프한 Se 화합물의 아모르퍼스체, As, Te, 알카리 금속, 할로겐을 조합하여 복수 도프한 Se 혹은 Se 화합물의 아모르퍼스체의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 반도체는 CdTe, CdZnTe, PbI2, HgI2, TlBr, GaAs의 화합물 반도체 중 어느 다결정체, 또는 할로겐을 도프한 상기 화합물 반도체의 다결정체 중, 상기 중간층과는 다른 다결정체인 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  23. 제 15 항에 있어서,
    적어도 상기 분할 전극이 형성되는 반도체 표면에, 상기 반도체의 투과율 반감파장과 밴드갭 에너지에 대응하는 파장과의 사이에 투과 한계파장을 가지는 재료를 이용하여 중간층을 형성하는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 반도체는 논도프의 Se 혹은 논도프의 Se 화합물의 아모르퍼스체, As 또는 Te를 도프한 Se 혹은 Se 화합물의 아모르퍼스체, 알카리 금속을 도프한 Se 혹은 알카리 금속을 도프한 Se 화합물의 아모르퍼스체, 할로겐을 도프한 Se 혹은 할로겐을 도프한 Se 화합물의 아모르퍼스체, As, Te, 알카리 금속, 할로겐을 조합하여 복수 도프한 Se 혹은 Se 화합물의 아모르퍼스체 중 어느 하나이며, 또 상기 중간층은 Sb2S3, CeO2, CdS, CdSe, CdTe, CdZnTe, ZnSe, ZnTe, ZnS, PbI2, HgI2, TlBr, GaAs의 화합물 반도체 중 어느 다결정체, 또는 할로겐을 도프한 상기 화합물 반도체의 다결정체, 또는 이들의 다결정체를 조합하여 다층으로 한것의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  25. 제 15 항 내지 제 17 항, 제 23 항, 제 24 항 중 어느 한항에 있어서,
    상기 광조사 기구는 면모양 도광수단과, 그 단부에 설치된 선모양 발광수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 면모양 도광수단은 광확산 시트와, 광반사 시트와, 이들에 끼워진 투명판을 구비하고, 상기 광확산 시트를 상기 분할전극측에 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 선모양 발광수단은 특정파장의 광을 직접적으로 방사하는 직접발광 디바이스인 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  28. 제 25 항에 있어서,
    상기 선모양 발광수단은 형광체와 조합되어 형광체에 따른 특정파장의 광을 간접적으로 방사하는 간접발광 디바이스인 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  29. 제 15 항 내지 제 17 항, 제 23 항, 제 24 항 중 어느 한항에 있어서,
    상기 광조사 기구는 면모양 발광수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 면모양 발광수단은 특정파장의 광을 직접적으로 방사하는 직접발광 디바이스를 면모양으로 배치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  31. 제 29 항에 있어서,
    상기 면모양 발광수단은 투명기판에 직접적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  32. 제 29 항에 있어서,
    상기 면모양 발광수단은 형광체와 조합되어 형광체에 따른 특정파장의 광을 간접적으로 방사하는 간접발광 디바이스인 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 면모양 발광수단은 그 발광면이 기판이며, 상기 면모양 발광수단의 상면에 상기 분할전극이 형성되고, 또 그 위에 상기 중간층 및 상기 반도체가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  34. 제 1 항 내지 제 3 항, 제 15 항 내지 제 17 항, 제 23 항, 제 24 항 중 어느 한항에 있어서,
    상기 반도체는 투명기판상에 박막트랜지스터 스위치와, 전하축적 콘덴서와,분할전극이 형성된 TFT 기판 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 분할전극은 상기 조사광의 광의 파장에서 투명 혹은 반투명인 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  36. 제 15 항 내지 제 17 항, 제 23 항, 제 24 항 중 어느 한항에 있어서,
    상기 반도체 및 상기 중간층은 투명기판 위에 박막트랜지스터 스위치와, 전하축적 콘덴서와, 분할전극이 형성된 TFT 기판상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 분할전극은 상기 조사광의 광의 파장에서 투명 혹은 반투명인 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  38. 제 1 항 내지 제 3 항, 제 15 항 내지 제 17 항, 제 23 항, 제 24 항 중 어느 한항에 있어서,
    상기 광조사 기구는 온/오프 스위치에 의해 광조사가 제어되는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 광조사 기구의 광조사는 제어부에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 제어부는 방사선의 입사에 관계없이 연속적으로 또는 펄스적으로 광을 조사하도록 상기 광조사 기구를 제어하는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  41. 제 39 항에 있어서,
    상기 제어부는 방사선의 입사중에만 광을 조사하도록 상기 광조사 기구를 제어하는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  42. 제 39 항에 있어서,
    상기 제어부는 방사선의 입사종료 직후에서 다음의 입사 개시까지의 사이에 광을 조사하도록 상기 광조사 기구를 제어하는 광조사 기구.
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