KR20100001639A - Substrate apparatus of digital radioactive ray image detector and manufacture method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 디지털 방사선 영상 검출기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 애벌런치 게인(avalanche gain)을 얻기 위한 전극을 형성한 디지털 방사선 영상 검출기의 기판 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a digital radiation image detector, and more particularly, to a substrate device of a digital radiation image detector having an electrode for obtaining avalanche gain and a method of manufacturing the same.
디지털 방사선 영상 검출기는 인체 또는 물체를 투과한 X선과 같은 방사선을 필름없이 전기적으로 검출하여 영상정보를 획득하는 장치이다. 즉, 방사선을 조사(照射)하여 얻어진 영상정보를 전기신호로 변환하고 이를 검출함으로써, 인체의 골격이나 장기의 이상 여부 또는 물체의 균열 등을 확인할 수 있도록 한다.The digital radiographic image detector is an apparatus for electrically detecting radiation such as X-rays transmitted through a human body or an object without a film to acquire image information. That is, by converting the image information obtained by irradiating radiation into an electrical signal and detecting it, it is possible to check whether there is an abnormality in the skeleton or organ of the human body or the crack of an object.
일반적으로 디지털 방사선 이미지 검출기는 인체나 물체를 투과한 방사선 에너지를 전기적 신호로 변환하는 방식에 따라 직접 변환 방식과 간접 변환 방식으로 구분할 수 있다. 간접 변환 방식은 에너지 변환 과정에서 손실과 노이즈가 많이 발생한다는 단점이 있으므로, 직접 변환 방식이 최신의 기술이라고 할 수 있다.In general, a digital radiation image detector may be classified into a direct conversion method and an indirect conversion method according to a method of converting radiation energy transmitted through a human body or an object into an electrical signal. The indirect conversion method has a disadvantage in that a lot of loss and noise occurs in the energy conversion process, the direct conversion method is the latest technology.
한편, 방사선은 인체에 해롭기 때문에 가급적 적은 양의 방사선을 조사하고 도 선명한 영상을 얻는 것이 가장 바람직하다고 할 수 있다. 이를 위해 적은 양의 방사선이 조사되더라도 이로 인해 발생하는 전기적 신호를 증폭하여 신호 발생량을 증가시키면 그만큼 광민감도를 높일 수 있다.On the other hand, since radiation is harmful to the human body, it is most preferable to irradiate a small amount of radiation and obtain a clear image even if possible. To this end, even if a small amount of radiation is irradiated by increasing the amount of signal generated by amplifying the resulting electrical signal can increase the sensitivity.
이러한 광민감도 성능을 향상시키기 위한 방법으로 직접 방식의 경우 입사되는 방사선의 흡수량을 증가시키기 위해 검출기의 기판에 형성되는 광전도층을 수 백 ㎛이상 두껍게 형성하는 구조가 개시된 바 있다. 또 다른 방법으로 전기적 신호 증폭을 위해 전압을 인가하는 전극을 광전도층 중간에 형성하여 애벌런치 효과를 발생시킴으로써 전기적 신호를 증폭하는 방법이 개시된 바 있다.As a method for improving the photosensitivity performance, there has been disclosed a structure in which a photoconductive layer formed on the substrate of the detector is formed to have a thickness of several hundred μm or more in order to increase the absorption of incident radiation in the case of the direct method. As another method, a method of amplifying an electrical signal has been disclosed by generating an avalanche effect by forming an electrode applying a voltage in the middle of the photoconductive layer to amplify the electrical signal.
그러나 방사선 흡수량을 증가시키기 위해서는 광전도층에서 발생된 전기적 신호 발생량을 검출하기 위해 수 kV 직류전압을 인가하여 고전장을 형성해야 한다.이 경우 고전장에 의해 광전도체의 절연이 파괴될 우려가 있을 뿐만 아니라 리드아웃(Readout)을 위한 IC칩 등의 소자가 손상될 우려가 있다.However, in order to increase the amount of radiation absorption, a high electric field must be applied by applying a few kV DC voltage in order to detect the amount of electric signal generated in the photoconductive layer. There is a fear that devices such as IC chips for readout may be damaged.
그리고 애벌런치 효과를 발생시키기 위해 광전도층 중간에 전극을 형성하기 위해서는 전극을 설치하기 위해 10-30㎛ 높이의 절연층을 먼저 형성시켜야 하는데, 반도체 공정상 하여 이러한 구조물을 형성하기가 매우 어렵다.In order to form an electrode in the middle of the photoconductive layer in order to generate an avalanche effect, an insulating layer having a height of 10-30 μm must first be formed to install the electrode, and it is very difficult to form such a structure in the semiconductor process.
본 발명은 상기와 같은 배경에서 도출된 것으로 광민감도(photosensitivity)가 향상된 디지털 방사선 영상 검출기의 기판 장치 및 그 제조 방법를 제공하는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a substrate device for a digital radiation image detector having improved photosensitivity and a method of manufacturing the same, which are derived from the above background.
또한, 본 발명은 애벌런치 게인을 형성하기 위한 디지털 방사선 영상 검출기의 기판 장치 제작 공정을 용이하게 하는 것을 목적으로 한다. In addition, an object of the present invention is to facilitate a substrate device fabrication process of a digital radiation image detector for forming an avalanche gain.
상기 기술적 과제는 본 발명에 따라, 박막 필름 트랜지스터(TFT) 기판; 상기 박막 필름 트랜지스터 기판의 상면에 형성되는 제 1 광전도층; 상기 제 1 광전도층의 상면에 격자 모양으로 형성되는 절연층; 상기 절연층의 상면에 형성되되 상기 절연층의 격자 사이를 채우도록 형성되고, 조사되는 방사선에 의해 전자,전공 쌍을 발생시키는 제 2 광전도층; 및 상기 제 2 광전도층의 상면에 형성되고, 상기 제 2 광전도층 내부에 제 1 전기장이 형성되도록 외부의 전원 공급 장치와 연결되는 상부 전극층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 영상 검출기의 기판 장치에 의해 달성된다. According to the present invention, a thin film transistor (TFT) substrate; A first photoconductive layer formed on an upper surface of the thin film transistor substrate; An insulating layer formed in a lattice shape on an upper surface of the first photoconductive layer; A second photoconductive layer formed on an upper surface of the insulating layer, the second photoconductive layer being formed to fill a gap between the lattice of the insulating layer, and generating an electron and an electron pair by radiation; And an upper electrode layer formed on an upper surface of the second photoconductive layer and connected to an external power supply device so that a first electric field is formed inside the second photoconductive layer. Achieved by the device.
이때 상기 제 2 광전도층과 상기 상부 전극층 사이에 형성되는 제 2 절연층을 더 포함할 수 있다.In this case, the method may further include a second insulating layer formed between the second photoconductive layer and the upper electrode layer.
상기 절연층은 그 내부에 삽입되는 전극을 포함하되, 상기 전극은 상기 절연층의 격자 간에 상기 제 1 전기장보다 강한 제 2 전기장을 형성하는 것을 특징한다. 또한, 상기 제 2 전기장은 애벌런치 이득 영역을 형성하기 위한 것이다.The insulating layer includes an electrode inserted therein, wherein the electrode forms a second electric field stronger than the first electric field between the lattice of the insulating layer. The second electric field is also for forming an avalanche gain region.
한편, 상기 기술적 과제는 본 발명에 따라 박막 필름 트랜지스터(TFT) 기판상에 제 1 광전도층을 적층하는 단계; 상기 제 1 광전도층 상면에 하부 절연층을 적층하는 단계; 상기 절연층 상면에 전극층을 적층하는 단계; 상기 전극층이 격벽 형태로 남겨지도록 와플 형태로 에칭하는 단계; 상기 에칭된 전극층 상면에 상부 절연층을 적층하는 단계; 상기 전극층과 접촉되지 않는 상기 하부 절연층 및 상부 절연층 부분을 에칭하는 단계; 및 제 2 광전도층을 적층하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 영상 검출기 기판 장치의 제조 방법에 의해서도 달성된다. On the other hand, the technical problem is a step of laminating a first photoconductive layer on a thin film transistor (TFT) substrate according to the present invention; Stacking a lower insulating layer on an upper surface of the first photoconductive layer; Stacking an electrode layer on an upper surface of the insulating layer; Etching in the form of a waffle so that the electrode layer is left in the form of a partition; Stacking an upper insulating layer on an upper surface of the etched electrode layer; Etching portions of the lower insulating layer and the upper insulating layer that are not in contact with the electrode layer; And laminating a second photoconductive layer. It is also achieved by a method of manufacturing a radiographic image sensor substrate device.
본 발명에 따르면, 애벌런치 이득을 획득할 수 있는 디지털 방사선 영상 검출기의 기판 장치의 제작 공정을 보다 용이하게 할 수 있는 효과가 있다. 이에 따라 낮은 방사선 조사량으로도 감도가 높은 영상을 검출할 수 있는 디지털 방사선 영상 검출기의 기판 장치를 제공할 수 있다.According to the present invention, there is an effect that the manufacturing process of the substrate device of the digital radiation image detector that can obtain the avalanche gain can be made easier. Accordingly, a substrate device of a digital radiation image detector capable of detecting an image having high sensitivity even with a low radiation dose can be provided.
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 후술하는 실시예를 통해 더욱 명확해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예들을 통해 당업자가 용이하게 이해하고 구현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. The foregoing and further aspects of the present invention will become apparent from the following examples. Hereinafter, with reference to the preferred embodiments described with reference to the accompanying drawings of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily understand and implement.
도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 방사선 영상 검출기의 기판 장치의 구성도이다. 1A is a block diagram of a substrate device of a digital radiation image detector according to an embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 방사선 영상 검출기의 기판 장치는 TFT 기판(100), 제 1 광전도층(110), 절연층(130), 절연층(130)에 삽입된 전극(135), 제 2 광전도층(140), 및 상부 전극층(150)을 포함한다.As illustrated, the substrate device of the radiation image detector according to the present invention includes a
TFT(Thin Film Transistor)기판(100)은 전하 충전을 위한 캐패시터와 연결되 는 드레인(drain)단, 소스단(source)과 게이트(gate)단을 포함한다. 본 실시예에 있어서, TFT 기판(100)은 물리적으로 지지체 역할을 한다. The TFT (Thin Film Transistor)
제 1 광전도층(110)은 TFT 기판(100)의 상면에 형성된다. 본 실시예에 있어서 제 1 광전도층(110)은 비정질셀레늄(a-Se, amorphous selenium) 혹은 As2Se3 또는 As등을 함유한 비정질 셀레늄의 화합물일 수 있다. TFT 기판(100)의 상면에 제 1 광전도층(110)을 먼저 형성하고, 제 1 광전도층(110)의 상면에 후술할 절연층(130)을 적층함으로써, 절연층(130)을 10~30㎛ 정도의 두께로 형성할 필요가 없다. 즉, 제 1 광전도층(110)을 TFT 기판(100)의 상면에 먼저 형성하고, 그 위에 전극 삽입을 위해 절연층을 적층함으로써, 절연층(130)의 두께를 얇게 할 수 있고, 기판 장치의 제작 공정을 용이하게 할 수 있다. The first
절연층(130)은 제 1 광전도층(110)의 상면에 형성된다. 절연층(130)을 적층함으로써, 후술할 전극(135)이 직접 제 1 광전도층(110)에 접촉하는 경우에 발생될 수 있는 노이즈를 제거할 수 있다. 본 실시예에 있어서 절연층(130)은 SiNx, BCB(Benzocyclobutane), SiO2, 폴리이미드, 포토아크릴 중 하나일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고 자명한 변형예들을 포괄한다.The
절연층(130)에 삽입되는 전극(135)은 상부 전극층(150)에 의해 생성되는 전기장보다 크기가 더 센 제 2 전기장을 형성하며, 이에 따라 TFT 기판(100)에 충전되기 위한 정공의 흐름 세기가 증폭되는 애벌런치 효과를 발생시킬 수 있다. The
제 2 광전도층(140)은 상부에서 입사되는 방사선으로부터 전하,정공 쌍을 생성한다. 본 실시예에 있어서 제 2 광전도층(140)은 비정질셀레늄(a-Se, amorphous selenium) 혹은 As2Se3 또는 As등을 함유한 비정질 셀레늄의 화합물일 수 있다. The second
즉, 제 1 광전도층(110)과 제 2 광전도층(140)은 공정 과정에서 각각 적층되는 단계에 따라 구분하였지만 사실은 동일한 물질일 수 있다. That is, although the first
상부 전극층(150)은 외부의 전원 공급 장치와 연결된다. 상부 전극층(150)의 전압에 의해 제 2 광전도층(140) 내부에서 분리된 전자, 정공의 흐름을 유도할 수 있다. 이에 의해 전기장이 형성된다. The
도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디지털 방사선 영상 검출기의 기판 장치의 구성도이다. 도시된 바와 같이 제 2 광전도층(140)과 상부 전극층(150)사이에 형성되는 제 2 절연층(200)을 더 포함한다. 제 2 절연층(200)은 상부 전극층(150)이 제 2 광전도층(140)에 접촉하는 경우에 발생될 수 있는 노이즈를 제거할 수 있다. 본 실시예에 있어서 제 2 절연층(200)은 파릴렌(parylene) 코팅층으로 구현될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고 자명한 변형예들을 포괄한다. 1B is a block diagram of a substrate device of a digital radiation image detector according to another embodiment of the present invention. As shown in the drawing, the semiconductor device further includes a second insulating layer 200 formed between the second
한편, 제 2 절연층(210)은 정지 영상을 촬영하는 경우에 형성된다. 예를 들어 인체 둘레를 회전하면서 복수의 프레임들로 디지털 영상을 촬영하는 경우에는 도 1a에 도시된 바와 같이 제 2 절연층(200)이 형성되지 않은 형태로 구현될 수 있다.On the other hand, the second insulating layer 210 is formed when taking a still image. For example, when photographing a digital image with a plurality of frames while rotating around the human body, as shown in FIG. 1A, the second insulating layer 200 may not be formed.
도 2는 도 1a의 절연층(130)이 형성된 형태의 사시도이다.FIG. 2 is a perspective view of a form in which the
도 2 에 도시된 바와 같이 절연층(130)은 TFT 기판의 상측에 격자 형태로 형성된다. 그리고 이때 절연층(130)의 내부에는 전극(135)이 형성된다.As shown in FIG. 2, the
도 3은 본 발명에 따라 애벌런치 게인 영역에서 전기장 형태의 예시도이다. 도 3 에 도시된 바와 같이 상부 전극층에 의해 제 1 전기장(30a)이 형성된다. 제 2 광전도층(140)에서 형성된 전하가 전극(135)에 의해 형성되는 제 2 전기장(30b)에 의해 가속되고, 제 1 광전도층(110)에서 증폭된다. 도 3을 참조하면, 제 1 전기장(30a)에 대한 전계선의 밀도가 전극(135)간에 형성된 제 2 전기장(30b)에 의해 더 높아짐을 알 수 있다. 이렇게 증폭된 신호들은 TFT 기판(100)에 쌓임으로써, 애벌런치 효과를 낼 수 있다. 이에 따라 적은 방사선량에 의해서도 광 민감도가 높은 방사선 영상 검출기를 제공할 수 있다. Figure 3 is an illustration of the electric field shape in the avalanche gain region in accordance with the present invention. As shown in FIG. 3, the first
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 방사선 영상 검출기 기판 장치의 제조 방법의 플로우차트이다. 4 is a flowchart of a method of manufacturing a digital radiation image detector substrate device according to an embodiment of the present invention.
먼저, 물리적인 지지체로 역할을 하는 TFT 기판상에 제 1 광전도층을 적층한다(S300). 본 실시예에 있어서 제 1 광전도층은 비정질 셀레늄(a-Se) 혹은 As2Se3 또는 As등을 함유한 비정질 셀레늄의 화합물일 수 있다. 그리고 그 위에 하부 절연층을 적층한다(S310). 이때 적층은 증착 공정을 통해 수행될 수 있다. 그리고 그 위에 전극층을 적층한다(S320). 전극층은 애벌런치 효과를 위한 구성이다. 이후에 전극층이 격자 모양으로 남도록 와플 형태로 에칭한다(S330). First, a first photoconductive layer is laminated on a TFT substrate serving as a physical support (S300). In the present embodiment, the first photoconductive layer may be a compound of amorphous selenium (a-Se) or amorphous selenium containing As 2 Se 3 or As. And a lower insulating layer is laminated thereon (S310). In this case, the lamination may be performed through a deposition process. And an electrode layer is stacked thereon (S320). The electrode layer is configured for the avalanche effect. Thereafter, the electrode layer is etched in a waffle shape so as to remain in a lattice shape (S330).
이 후에 전극 위에 다시 상부 절연층을 적층한다(S340). 그리고 전극층과 접촉되지 않는 부분의 하부 절연층과 상부 절연층 부분을 에칭한다(S350). After that, the upper insulating layer is laminated again on the electrode (S340). In operation S350, the lower insulating layer and the upper insulating layer portion of the portion not in contact with the electrode layer are etched.
이때 하부 전극층과 상부 전극층이 에칭된 격자 사이로 제 1 광전도층이 드러나도록 에칭한다. 또한, 에칭 시에 하부 전극층 및 상부 전극층과 함께 제 1 광전도층을 더 에칭하여, 하부 전극층과 상부 전극층이 에칭된 격자 사이로 박막 필 름 트랜지스터 기판이 드러나도록 에칭하는 것도 가능하다. At this time, the first photoconductive layer is etched between the lattice in which the lower electrode layer and the upper electrode layer are etched. In addition, the first photoconductive layer may be further etched together with the lower electrode layer and the upper electrode layer during etching, so that the thin film film transistor substrate may be exposed between the lattice in which the lower electrode layer and the upper electrode layer are etched.
즉, 전극이 남겨진 격자 형태와 동일하게 절연층도 남도록 에칭된다. 그리고 그 위에 제 2 광전도층을 적층한다(S360). 본 실시예에 있어서, 제 2 광전도층은 비정질 셀레늄(a-Se)이다.That is, it is etched so that an insulating layer remains like the lattice form in which the electrode was left. The second photoconductive layer is stacked thereon (S360). In this embodiment, the second photoconductive layer is amorphous selenium (a-Se).
즉, 먼저 제 1 광전도층을 적층한 상태에서 애벌런치 효과를 도출하기 위한 전극을 삽입함으로써 애벌런치 효과를 위한 전극 삽입 공정을 용이하게 할 수 있다. That is, the electrode insertion process for the avalanche effect can be facilitated by first inserting an electrode for deriving the avalanche effect in a state in which the first photoconductive layer is laminated.
일 실시예에 있어서, 이 후에 제 2 광전도층 위에 제 2 절연층을 적층한다(S370). 제 2 절연층은 제 2 광전도층과 이 후에 적층될 상부 전극층이 접촉할 경우에 발생될 수 있는 노이즈를 제거하기 위한 것이다. 그리고 제 2 절연층 위에 상부 전극층을 적층한다(S380). In an exemplary embodiment, a second insulating layer is subsequently stacked on the second photoconductive layer (S370). The second insulating layer is for removing noise that may be generated when the second photoconductive layer and the upper electrode layer to be laminated thereafter are in contact. In operation S380, an upper electrode layer is stacked on the second insulating layer.
그러나 이때 제 2 광전도층 위에 제 2 절연층을 적층하는 단계는 필수적인 것은 아니고, 제 2 광전도층 위에 바로 상부 전극층을 적층하는 것도 가능하다. However, at this time, the step of stacking the second insulating layer on the second photoconductive layer is not essential, and it is also possible to stack the upper electrode layer directly on the second photoconductive layer.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.Those skilled in the art will understand that the present invention may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.
도 1a 는 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 방사선 영상 검출기의 기판 장치의 구성도,1A is a block diagram of a substrate device of a digital radiation image detector according to an embodiment of the present invention;
도 1b 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디지털 방사선 영상 검출기의 기판 장치의 구성도,1B is a block diagram of a substrate device of a digital radiation image detector according to another embodiment of the present invention;
도 2는 도 1a의 절연층(130)이 형성된 형태의 사시도이다.FIG. 2 is a perspective view of a form in which the insulating
도 3은 본 발명에 따라 애벌런치 게인 영역에서 전기장 형태의 예시도,3 is an illustration of the electric field form in the avalanche gain region in accordance with the present invention;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 방사선 영상 검출기 기판 장치의 제조 방법의 플로우차트이다. 4 is a flowchart of a method of manufacturing a digital radiation image detector substrate device according to an embodiment of the present invention.
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