KR20110050402A - 방사선 검출기 - Google Patents

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KR20110050402A
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고이치 오구수
오사무 나카네
야스노리 이가사키
요시노리 오카무라
다다아키 히라이
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하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
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Abstract

X선 검출기(1)는 비정질 셀렌으로 이루어지고, 입사하는 방사선을 흡수하여 전하를 발생하는 X선 변환층(17)과, X선 변환층(17)의 방사선의 입사측의 면 상에 마련된 공통 전극(23)과, X선 변환층(17)에 의해 생성되는 전하를 수집하는 복수의 화소 전극(7)이 배열되어 있는 신호 독출 기판(2)을 구비하는 방사선 검출기에 있어서, X선 변환층(17)과 신호 독출 기판(2) 사이에 마련되어 있고, 비소 및 플루오르화 리튬을 포함하는 전계 완화층(13)과, 전계 완화층(13)과 신호 독출 기판(2) 사이에 마련되어 있고, 비소를 포함하는 결정화 억제층(11)과, 전계 완화층(13)과 X선 변환층(17) 사이에 마련되어 있고, 비소를 포함하는 제1 열특성 강화층(15)을 추가로 구비한다.

Description

방사선 검출기{RADIATION DETECTOR}
본 발명은 방사선 검출기에 관한 것이다.
방사선 검출기의 분야의 기술을 개시하는 것으로는 하기 특허 문헌 1이 있다. 특허 문헌 1에는 비정질 반도체 후막(厚膜)과, 전압 인가 전극과, 비정질 반도체 후막 및 전압 인가 전극 사이에 비정질 반도체 후막의 표면 전체를 덮도록 내용제성(耐溶劑性)이며 캐리어 선택성의 고저항막을 구비한 방사선 검출 장치가 공개되어 있다. 이와 같이, 특허 문헌 1의 방사선 검출 장치에서는 고저항막을 구비하여, 높은 바이어스를 가하는 경우에 있어서도 암전류(暗電流)의 증가를 줄이는 것을 도모하고 있다.
선행 기술 문헌
특허 문헌
특허 문헌 1 : 일본 특개 2002-311144호 공보
그렇지만 이와 같은 방사선 검출 장치에서는 내열성이 불충분하기 때문에, 일단 고온 환경 하에 노출되면, 상온으로 되돌려도 암전류를 충분히 억제할 수 없다. 본 발명은 이와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 내열성이 향상되는 방사선 검출기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술의 과제를 해결하기 위해, 제1 방사선 검출기에서는, 비정질 셀렌으로 이루어지고, 입사하는 방사선을 흡수하여 전하를 발생하는 전하 발생층과, 방사선이 입사되는 측의 전하 발생층 상에 마련된 공통 전극과, 전하 발생층에 의해 생성되는 전하를 수집하는 복수의 화소 전극이 배열되어 있는 신호 독출 기판을 구비하는 방사선 검출기에 있어서, 전하 발생층과 신호 독출 기판 사이에 마련되어 있고, 비소 및 플루오르화 리튬을 포함하는 제1 비정질 셀렌층과; 제1 비정질 셀렌층과 신호 독출 기판 사이에 마련되어 있고, 비소를 포함하는 제2 비정질 셀렌층과; 제1 비정질 셀렌층과 전하 발생층 사이에 마련되어 있고, 비소를 포함하는 제3 비정질 셀렌층을 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 방사선 검출기는 전하 발생층과 신호 독출 기판 사이에 비소(As) 및 플루오르화 리튬을 포함하는 제1 비정질 셀렌층을 구비하고 있다. 이로 인해, 제1 비정질 셀렌층에서 화소 전극으로부터의 주입 정공을 포획하여 전하 발생층으로 정공(정전하)이 주입되는 것을 억제할 수 있다. 또, 제1 비정질 셀렌층과 전하 발생층 사이에 비소를 포함하는 제3 비정질 셀렌층을 구비하고 있고, 제1 비정질 셀렌층과 신호 독출 기판 사이에 비소를 포함하는 제2 비정질 셀렌층을 구비하고 있다. 이로 인해, 제1 비정질 셀렌층 안에 포함된 플루오르화 리튬(LiF)이 전하 발생층에 열확산하는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에, 플루오르화 리튬의 전하 발생층으로의 열확산에 의해 발생하는 암전류의 증가를 억제할 수 있다. 즉, 본 발명에 관한 방사선 검출기에 의하면, 내열성의 향상이 도모하게 된다. 또한, 제1 비정질 셀렌층과 제2 비정질 셀렌층은 신호 독출 기판의 요철(凹凸)을 흡수하고, 전하 발생층의 결정화를 억제할 수 있고, 그 결과 향상된 내열성을 안정적으로 유지할 수 있다. 또, 제2 방사선 검출기에서는 제1 방사선 검출기에 있어서 제2 비정질 셀렌층 및 제3 비정질 셀렌층에 포함되는 비소의 원자 농도가 각각, 제1 비정질 셀렌층에 포함되는 비소의 원자 농도보다 높은 것이 바람직하다.
또, 제3 방사선 검출기에서는 제1 또는 제2 방사선 검출기에 있어서 제2 비정질 셀렌층 및 제3 비정질 셀렌층이 10 원자% 이상 40 원자% 이하의 비소를 포함하는 것이 바람직하다. 제2 및 제3 비정질 셀렌층이 이와 같은 농도 범위에서 비소를 포함하는 것에 의해, 제1 비정질 셀렌층 안의 플루오르화 리튬의 확산을 효과적으로 억제할 수 있다. 또, 제4 방사선 검출기에서는 제1 ~ 제3 방사선 검출기 중 어느 것에 있어서 제1 비정질 셀렌층이 0.5 원자% 이상 5 원자% 이하의 비소를 포함하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 암전류의 증가가 억제된다.
또, 제5 방사선 검출기에서는 제1 ~ 제4 방사선 검출기 중 어느 것에 있어서 제1 비정질 셀렌층이 0.02 중량% 이상 5 중량% 이하의 플루오르화 리튬을 포함하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 제1 비정질 셀렌층의 전계를 저감하여 정공이 전하 발생층으로 주입되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 또, 제6 방사선 검출기에서는 제1 ~ 제5 방사선 검출기 중 어느 것에 있어서 제3 비정질 셀렌층이 0 중량% 이상 5 중량% 이하의 플루오르화 리튬을 포함하는 것이 바람직하다. 또, 제7 방사선 검출기에서는 제1 ~ 제6 방사선 검출기 중 어느 것에 있어서 제2 비정질 셀렌층의 막 두께가 제3 비정질 셀렌층의 막 두께보다 큰 것이 바람직하다. 이로 인해, 신호 독출 기판의 요철을 충분히 흡수하고, 제1 비정질 셀렌층의 결정화를 충분히 억제할 수 있다.
본 발명에 관한 방사선 검출기에 의하면, 내열성의 향상이 도모된다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 X선 검출기의 평면도이다.
도 2는 도 1에 나타난 II-II선을 따른 단면도이다.
도 3은 도 1에 나타난 III-III선을 따른 단면도이다.
도 4는 도 1에 나타난 X선 검출기의 개념도이다.
도 5는 비교예 1에 관한 X선 검출기에 있어서 본 실시 형태의 도 3에 대응하는 도면이다.
도 6은 비교예 2에 관한 X선 검출기에 있어서 본 실시 형태의 도 3에 대응하는 도면이다.
도 7은 본 실시 형태에 관한 X선 검출기의 작용 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 실시 형태에 관한 X선 검출기의 작용 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 실시 형태에 관한 X선 검출기의 작용 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 실시 형태에 관한 X선 검출기의 작용 효과를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해, 도면을 참조하여 자세한 내용에 설명한다. 또한, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 중복하는 설명을 생략한다.
도 1 ~ 도 3에 나타나는 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 X선 검출기(1)는 전방(도 2 및 도 3에 있어서 상방)으로부터 입사한 X선을 검출하기 위한 것이며, 신호 독출 기판(2)과, 신호 독출 기판(2) 상에 차례로 적층된 결정화 억제층(제2 비정질 셀렌층; 11), 전계 완화층(제1 비정질 셀렌층; 13), 제1 열특성 강화층(제3 비정질 셀렌층; 15) 및 X선 변환층(전하 발생층; 17)과, 이들 층(11, 13, 15 및 17)을 덮는 제2 열특성 강화층(19)과, 제2 열특성 강화층(19) 상에 차례로 적층된 전자 주입 저지층(21; 21a, 21b) 및 공통 전극(23)과, 이들 층(19, 21 및 23)을 덮는 보호층(25)을 구비한다.
신호 독출 기판(2)은 실리콘 기판(3)의 일면(3a)에 확정된 직사각 형상의 유효 화소 영역(R)에, 다수의 화소 유닛(4)이 2차원 매트릭스 형상으로 배열되어서 구성되어 있다. 실리콘 기판(3)의 일면(3a)에 있어서 유효 화소 영역(R) 외측의 영역에는 일면(3a)의 한 변(3b)을 따라서 복수의 본딩 패드(5)가 형성되어 있고, 한 변(3b)에 인접함과 아울러 서로 대항하는 2개 변(3c 및 3d)의 각각을 따라서 복수의 본딩 패드(6)가 형성되어 있다. 또, 본딩 패드(5, 6) 및 화소 전극(7)의 컨택트홀의 형성 영역을 제외한 실리콘 기판(3)의 표면 영역은 SiO2로 이루어진 절연막(IL)에 덮여 있다.
도 4에 나타나는 바와 같이, 각 화소 유닛(4)은 X선 변환층(17)에 의해 발생한 전하를 수집하기 위한 화소 전극(7), 화소 전극(7)에 수집된 전하(전자)를 축적하기 위한 축적 캐패시터(8), 및 축적 캐패시터(8)에 축적된 전하를 독출하기 위한 스위치 소자(9)를 가지고 있다. 이로 인해, 신호 독출 기판(2)에 있어서는 다수의 화소 전극(7)이 실리콘 기판(3)의 일면(3a)에 2차원 매트릭스 형상으로 배열되게 된다. 또한, 스위치 소자(9)는 예를 들어 CMOS 트랜지스터이다.
도 1 ~ 4에 나타나는 바와 같이, 각 스위치 소자(9)의 게이트는 신호선(31) 및 본딩 패드(5)를 통하여 스위치 소자(9)의 온/오프를 행하는 게이트 드라이버(33)에 전기적으로 접속되어 있다. 또, 각 축적 캐패시터(8)는 스위치 소자(9), 신호선(35) 및 본딩 패드(6)를 통하여 차지 앰프(37)에 전기적으로 접속되어 있다.
실리콘 기판(3)의 일면(3a) 상에는 결정화 억제층(11)이 형성되어 있다. 결정화 억제층(11)은 10 원자% 이상 40 원자% 이하의 비소(As)를 포함하는 비정질 셀렌으로 이루어지고, 내열성이 뛰어나다. 또, 전하 주입층으로서도 기능한다. 또한 결정화 억제층(11)은 전계 완화층(13)과 협동하여 신호 독출 기판(2)의 요철을 흡수하여 X선 변환층(17)의 결정화를 억제함과 아울러, 전계 완화층(13)의 결정화도 억제한다. 결정화 억제층(11) 상에는 전계 완화층(13), 제1 열특성 강화층(15), 및 X선 변환층(17)이 차례로 적층되어 있다.
전계 완화층(13)은 비소 및 플루오르화 리튬을 포함하는 비정질 셀렌으로 이루어지고, 그 중의 플루오르화 리튬이 정공을 포획함으로써 전계를 저감하여 순(純)셀렌층인 X선 변환층(17)으로 정공이 주입되는 것을 저지한다. 또, 전계 완화층(13)은 결정화 억제층(11)을 덮어 표면을 평탄화한다. 또한, 전계 완화층(13)은 0.5 원자% 이상 5 원자% 이하의 비소를 포함하고, 0.02 중량% 이상 5 중량% 이하의 플루오르화 리튬을 포함하는 것이 바람직하다.
제1 열특성 강화층(15)은 비소를 포함하는 비정질 셀렌으로 이루어지고, 전계 완화층(13)으로부터 X선 변환층(17)으로 플루오르화 리튬이 열확산되는 것을 억제한다. 또한, 제1 열특성 강화층(15)은 10 원자% 이상 40 원자% 이하의 비소를 포함하는 것이 바람직하다. X선 변환층(17)은 조사된 X선을 흡수하고, 흡수한 X선량에 비례하는 전하를 생성한다.
신호 독출 기판(2) 상에 마련된 이들 층(11, 13, 15 및 17)으로 이루어진 적층체의 상면 및 측면을 덮도록 제2 열특성 강화층(19)이 마련되어 있다. 제2 열특성 강화층(19)은 비소를 포함하는 비정질 셀렌으로 이루어진다. 또, 제2 열특성 강화층(19)은 내열성이 뛰어나기 때문에, 층(11, 13, 15 및 17)으로 이루어진 적층체의 상면 및 측면을 덮는 것에 의해, X선 변환층(17)이나 전계 완화층(13)의 결정화를 억제할 수 있다. 제2 열특성 강화층(19)의 상면(19a) 상에는 전자 주입 저지층(21) 및 공통 전극(23)이 차례로 적층되어 있다. 또, 신호 독출 기판(2) 상에 마련된 이들 층(11, 13, 15, 17, 19, 21 및 23)으로 이루어진 적층체의 상면 및 측면을 덮도록 보호층(25)이 마련되어 있다.
전자 주입 저지층(21)은 전자 주입 저지층(21a 및 21b)에 의해 구성되어 있다. 전자 주입 저지층(21a)은 5 원자% 이하의 비소를 포함하는 비정질 셀렌층이며, 전자 주입 저지층(21b)은 3 황화 안티몬으로 이루어진 층이다. 전자 주입 저지층(21)은 공통 전극(23)으로부터의 X선 변환층(17)으로의 전자 주입을 저지한다. 공통 전극(23)은 금(Au)으로 이루어지고, 전압 전원(50)에 의해 바이어스 전압 Vb(-10V/㎛ ~ -50V/㎛)가 인가되고, 공통 전극(23)과 화소 전극 사이에 전계가 형성된다.
보호층(25)은 절연성을 가지고, 내습성이 뛰어난 재료, 예를 들어 폴리파라키시릴렌 수지(스리본드사제, 상품명: 파릴렌 등)으로 이루어진다. 이로 인해, 절연성의 확보에 의한 취급 용이성의 향상, 외부 분위기 중의 수증기나 가스의 차단에 의한 X선 변환층(17)의 특성 변동의 방지 등의 효과를 달성하게 된다.
또한, 본 예에서 각 층의 재료와 두께는 이하와 같다.
결정화 억제층(11):
ㆍ재료: 40 원자%의 비소를 포함하는 비정질 셀렌
ㆍ두께: 0.3㎛
전계 완화층(13):
ㆍ재료: 2 원자%의 비소 및 0.15 중량%의 플루오르화 리튬을 포함하는 비정질 셀렌
ㆍ두께: 5㎛
제1 열특성 강화층(15):
ㆍ재료: 40 원자%의 비소를 포함하는 비정질 셀렌
ㆍ두께: 0.03㎛
X선 변환층(17):
ㆍ재료: 비정질 셀렌
ㆍ두께: 200㎛
제2 열특성 강화층(19):
ㆍ재료: 40 원자%의 비소를 포함하는 비정질 셀렌
ㆍ두께: 0.7㎛
전자 주입 저지층(21a):
ㆍ재료: 5 원자% 이하의 비소를 포함하는 비정질 셀렌
ㆍ두께: 0.03㎛
전자 주입 저지층(21b):
ㆍ재료: 3 황화 안티몬
ㆍ두께: 0.03㎛
공통 전극(23):
ㆍ재료 : Au
ㆍ두께: 0.05㎛
보호층(25):
ㆍ재료: 폴리파라키시릴렌 수지
ㆍ두께: 20㎛
이상과 같이 구성된 X선 검출기(1)의 동작에 대해 설명한다. 도 4에 나타나는 바와 같이 X선 변환층(17)에 X선이 입사하면, X선 변환층(17)에서는 X선이 흡수되고, 흡수된 X선량에 비례하는 전하가 발생한다. 이 때, 공통 전극(18)에는 양극이 접지되어 있는 전압 전원(50)의 음극이 접속되어 바이어스 전압 Vb(-2kV ~ -10kV)가 인가되어 있기 때문에, X선 변환층(17)에 생성된 전하(전자)는 X선 변환층(17) 안을 전계에 따라서 이동하여, 화소 전극(7)에 수집되고, 축적 캐패시터(8)에 축적된다. 그리고 게이트 드라이버(33)에 의해 각 스위치 소자(9)의 온/오프가 차례로 행해져, 각 축적 캐패시터(8)에 축적되어 있던 전자가 차지 앰프(37)에 차례로 독출되어 증폭되는 것에 의해, 2차원 X선 화상이 얻어진다.
본 실시 형태에 관한 X선 검출기(1)는 X선 변환층(17)과 신호 독출 기판(2) 사이에 0.5 원자% 이상 5 원자% 이하의 비소 및 0.02 중량% 이상 5 중량% 이하의 플루오르화 리튬을 포함하는 전계 완화층(13)을 구비하고 있다. 전계 완화층(13)이, 0.02 중량% 이상 2 중량% 이하의 플루오르화 리튬을 포함하고 있기 때문에, 플루오르화 리튬에 의해 화소 전극(7)으로부터의 정공이 포획되고, X선 변환층(17)으로 정공이 주입되는 것을 억제할 수 있고, 암전류의 증가를 억제할 수 있다. 또, 전계 완화층(13)이 0.5 원자% 이상 5 원자% 이하의 비소도 포함하고 있기 때문에, 내열성이 향상하고, X선 변환층(17)으로의 정공 주입 억제라고 하는 플루오르화 리튬의 작용을 유지시켜, 전류의 증가를 억제할 수 있다.
또, 전계 완화층(13)은 결정화 억제층(11)을 덮어 표면을 평탄화하여, 신호 독출 기판(2)의 화소 전극 등에 의한 요철이 X선 변환층(17)에 미치는 결정화나 각 층의 변형 등과 같은 악영향을 억제한다. 이 때문에, X선 변환층(17)을 전역에 걸쳐 균일하게 하여, 균등한 전계가 인가되도록 할 수 있다.
또, 전계 완화층(13)과 X선 변환층(17) 사이에 10 원자% 이상 40 원자% 이하의 비소를 포함하는 제1 열특성 강화층(15)을 구비하고 있고, 전계 완화층(13)과 신호 독출 기판(2) 사이에 10 원자% 이상 40 원자% 이하의 비소를 포함하는 결정화 억제층(11)을 구비하고 있다. 이로 인해, 전계 완화층(13) 안의 플루오르화 리튬이 X선 변환층(17)에 열확산하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 이 때문에, 플루오르화 리튬의 X선 변환층(17)으로의 열확산에 수반하는 암전류의 증가를 억제할 수 있다. 또, 암전류의 증가를 억제함으로써, X선 변환층(17)에 고전압을 인가할 수 있고, 감도 특성을 포함하는 X선 검출기(1)의 특성이 향상된다. 종래의 비정질 셀렌을 이용한 X선 검출기를 포함하는 방사선 검출기는 충분한 내열성을 가지지 않으며, 동작 환경, 운송 환경 등에 있어서 온도 제어를 행해야 되므로, 취급에 주의가 필요하다. 그러나 X선 검출기(1)를 이용하면, 뛰어난 내열성을 확보할 수 있고, 취급에 있어서 주의가 저감된다.
또, 결정화 억제층(11) 및 제1 열특성 강화층(15)에 포함되는 비소의 원자 농도가 각각, 전계 완화층(13)에 포함되는 비소의 원자 농도보다 높다. 이로 인해, 전계 완화 효과를 유지하면서, X선 검출기(1)의 내열성 열화(劣化)가 억제되어 효과적으로 암전류를 억제할 수 있다.
또, X선 검출기(1)는 신호 독출 기판(2) 상에 마련된 이들 층(11, 13, 15 및 17)을 덮도록 비소를 포함하는 비정질 셀렌으로 이루어진 제2 열특성 강화층(19)을 구비하고 있다. 이로 인해, 전체적인 내열성이 향상하고, 제1 열특성 강화층(15)과 함께, 전계 완화층(13)의 기능을 보다 효과적으로 유지시켜, X선 변환층(17)으로 정공이 주입되는 것을 효과적으로 저지할 수 있다.
또한, X선 검출기(1)는 결정화 억제층(11) 및 전계 완화층(13)을 구비하고 있기 때문에, 결정화 억제층(11)이 전계 완화층(13)과 협동하여 신호 독출 기판(2)의 요철을 흡수하여 X선 변환층(17)의 결정화를 억제함과 아울러, 전계 완화층(13)의 결정화를 억제하여, 향상된 내열성을 안정적으로 유지할 수 있다.
또, 결정화 억제층(11)은 그 막 두께가 제1 열특성 강화층(15)의 막 두께보다 크기 때문에, 전계 완화층(13)과 협동하여 신호 독출 기판(2)의 요철을 충분히 흡수하여 X선 변환층(17)의 결정화를 억제함과 아울러, 전계 완화층(13)의 결정화를 충분히 억제할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명에 관한 방사선 검출기는 X선 검출기로 한정되지 않으며, 파장 영역이 다른 전자파(
Figure pct00001
선, 그 외의 광 등)나, 입자선(
Figure pct00002
선, β선 등)을 검출하기 위한 것이어도 된다. 또, 신호 독출 기판(2)은 복수의 화소 전극(7)이 실리콘 기판(3) 상에 2차원으로 배열되어 이루어지는 것으로 한정되지 않으며, 복수의 화소 전극(7)이 실리콘 기판(3)의 전면에 1차원으로 배열되어 이루어지는 것이어도 된다. 예를 들어, 본 실시 형태에 있어서 스위치 소자(9)는 CMOS 트랜지스터이지만, TFT이어도 된다.
또, 제1 열특성 강화층은 플루오르화 리튬을 포함하지 않지만, 5 중량% 이하의 농도 범위에 있는 한, 플루오르화 리튬을 포함하고 있으면 된다. 이로 인해, 추가 전계 완화 효과가 얻어지는 것이 예상된다.
이하, 실시예 및 비교예에 기초하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예로 어떤 한정이 이루어지는 것은 아니다.
[암전류 억제 효과의 확인 시험]
(실시예 1의 실험 조건)
실시예 1에 있어서는 신호 독출 기판(2)의 실리콘 기판(3)의 일면(3a) 상에, 마스크를 이용한 진공 증착법 등을 이용하여 결정화 억제층(11), 전계 완화층(13), 및 제1 열특성 강화층(15)을 형성했다(도 1 ~ 3 참조). 또한, 각 층의 구체적인 조건은 이하와 같았다.
결정화 억제층(11):
ㆍ재료: : 40 원자%의 비소를 포함하는 비정질 셀렌
ㆍ두께: 0.3㎛
전계 완화층(13):
ㆍ재료: 2 원자%의 비소 및 0.15 중량%의 플루오르화 리튬을 포함하는 비정질 셀렌
ㆍ두께: 5㎛
제1 열특성 강화층(15):
ㆍ재료: 40 원자%의 비소를 포함하는 비정질 셀렌
ㆍ두께: 0.03㎛
(비교예 1 ~ 2의 실험 조건)
도 5는 비교예 1에 관한 X선 검출기(1)에 있어서 본 실시 형태의 도 3에 대응하는 도면이다. 비교예 1에 관한 X선 검출기(1)는 전계 완화층(13)이 평탄화의 기능도 겸하고 있는 실시예 1과 비교하여, 결정화 억제층(11)과 전계 완화층(13) 사이에 플루오르화 리튬을 포함하지 않은 평탄화층(41)을 별개로 마련한 점, 및 전계 완화층(13)과 X선 변환층(17) 사이에 제1 열특성 강화층(15)을 마련하지 않은 점에서 실시예 1과 크게 상위했다. 또, 각 층의 구체적인 조건도 실시예 1과 달랐다. 비교예 1에 있어서는 우선, 신호 독출 기판(2)의 실리콘 기판(3)의 일면(3a) 상에, 마스크를 이용한 진공 증착법 등을 이용하여 결정화 억제층(11), 평탄화층(41), 및 전계 완화층(13)을 형성했다. 또한, 각 층의 구체적인 조건은 이하와 같았다.
결정화 억제층(11):
ㆍ재료: 40 원자%의 비소를 포함하는 비정질 셀렌
ㆍ두께: 0.3㎛
평탄화층(41):
ㆍ재료: 2 원자%의 비소를 포함하는 비정질 셀렌
ㆍ두께: 5㎛
전계 완화층(13):
ㆍ재료: 1.2 중량%의 플루오르화 리튬을 포함하는 비정질 셀렌
ㆍ두께: 0.06㎛
도 6은 비교예 2에 관한 X선 검출기(1)에 있어서 본 실시 형태의 도 3에 대응하는 도면이다. 비교예 2에 관한 X선 검출기(1)는 비교예 1과 동일하게 결정화 억제층(11)과 전계 완화층(13) 사이에 플루오르화 리튬을 포함하지 않은 평탄화층(41)을 별개로 마련한 점, 전계 완화층(13) 안의 플루오르화 리튬의 농도가 실시예 1에 비해 낮은 점, 및 전계 완화층(13)과 평탄화층(41) 사이에 제3 열특성 강화층(43)을 추가로 마련한 점에서 실시예 1과 크게 달랐다. 또, 각 층의 구체적인 조건도 실시예 1과 달랐다. 비교예 2에 있어서는 우선, 신호 독출 기판(2)의 실리콘 기판(3)의 일면(3a) 상에, 마스크를 이용한 진공 증착법 등을 이용하여 결정화 억제층(11), 평탄화층(41), 제3 열특성 강화층(43), 및 전계 완화층(13)을 형성했다. 또한, 각 층의 구체적인 조건은 이하와 같았다.
결정화 억제층(11):
ㆍ재료: 40 원자%의 비소를 포함하는 비정질 셀렌
ㆍ두께: 0.3㎛
평탄화층(41):
ㆍ재료: 2 원자%의 비소를 포함하는 비정질 셀렌
ㆍ두께: 5㎛
제3 열특성 강화층(43):
ㆍ재료: 40 원자%의 비소를 포함하는 비정질 셀렌
ㆍ두께 : 30nm
전계 완화층(13):
ㆍ재료: 0.5 중량%의 플루오르화 리튬을 포함하는 비정질 셀렌
ㆍ두께: 0.06㎛
제1 열특성 강화층(15):
ㆍ재료: 40 원자%의 비소를 포함하는 비정질 셀렌
ㆍ두께: 0.03㎛
(공통 조건)
실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에 있어서, 상기의 층을 각각 형성한 후, 마스크를 이용한 진공 증착법 등을 이용하여 X선 변환층(17)을 형성했다. 그 후 마스크를 제거하고, 신호 독출 기판(2) 상에 형성된 X선 변환층(17)까지의 층을 덮도록 제2 열특성 강화층(19)을 형성했다. 그 후, 진공 증착법 등을 이용하여 제2 열특성 강화층(19)의 상면(19a)상에 마스크를 이용하여 전자 주입 저지층(21)을, 전자 주입 저지층(21)상에 유효 화소 영역(R)을 포함하도록 공통 전극(23)을 형성했다. 그 후, 마스크를 제거하고, 거기까지 형성된 층을 덮도록 보호층(25)을 형성했다. 또한, 각 층의 구체적인 조건은 이하와 같았다.
X선 변환층(17):
ㆍ재료: 비정질 셀렌
ㆍ두께: 200㎛
제3 열특성 강화층(19):
ㆍ재료: 비소를 포함하는 비정질 셀렌
ㆍ두께: 0.7㎛
전자 주입 저지층(21a):
ㆍ재료: 5 원자% 이하의 비소를 포함하는 비정질 셀렌
ㆍ두께: 0.03㎛
전자 주입 저지층(21b):
ㆍ재료: 3 황화 안티몬
ㆍ두께: 0.03㎛
공통 전극(23):
ㆍ재료: 금(Au)
ㆍ두께: 0.05㎛
보호층(25):
ㆍ재료: 폴리파라키시릴렌 수지
ㆍ두께: 20㎛
(비교예 3의 실험 조건)
비교예 3에 있어서는 실시예 1과 동일한 구조의 X선 검출기(1)를 실시예 1과 동일한 방법으로 형성했다. 그러나 제1 열특성 강화층(15)이 없고, 전계 완화층(13)은 비소를 포함하지 않은 점에서 실시예 1과 크게 달랐다. 각 층의 구체적인 조건은 이하와 같았다.
결정화 억제층(11):
ㆍ재료: 40 원자%의 비소를 포함하는 비정질 셀렌
ㆍ두께: 0.3㎛
전계 완화층(13):
ㆍ재료: 0.15 중량%의 플루오르화 리튬을 포함하는 비정질 셀렌
ㆍ두께: 5㎛
X선 변환층(17):
ㆍ재료: 비정질 셀렌
ㆍ두께: 50㎛
제2 열특성 강화층(19):
ㆍ재료: 40 원자%의 비소를 포함하는 비정질 셀렌
ㆍ두께: 0.7㎛
전자 주입 저지층(21a):
ㆍ재료: 5 원자% 이하의 비소를 포함하는 비정질 셀렌
ㆍ두께: 0.03㎛
전자 주입 저지층(21b):
ㆍ재료: 3 황화 안티몬
ㆍ두께: 0.03㎛
공통 전극(23):
ㆍ재료 : Au
ㆍ두께: 0.05㎛
보호층(25):
ㆍ재료: 폴리파라키시릴렌 수지
ㆍ두께: 20㎛
(열처리 전 및 후의 전계-암전류 밀도 특성)
실시예 1, 비교예 1 ~ 3에 있어서 전계-암전류 밀도 특성을 측정했다. 즉, 실시예 1, 비교예 1 ~ 3에 대해 인가하는 전계의 크기를 증가시키면서, 암전류 밀도를 측정했다. 그 후, 비교예 1 ~ 3에 대해서는 대기 중에 60℃의 환경에서 30시간 방치한 후에 동일한 측정을 행했다. 또, 실시예 1에 대해서는 비교예 1 ~ 3의 방치 온도보다 높은 70℃의 환경에서 대기 중에 30시간 방치한 후에 동일한 측정을 행했다. 그 결을 도 7 ~ 도 10에 나타내고 있다. 도 7 ~ 도 10 중 어느 것에 있어서도, 횡축이 인가한 전계(V/㎛), 종축이 측정된 암전류 밀도(pA/mm2)를 나타내고 있다.
(평가 및 결과)
도 7에 나타내는 바와 같이, 비교예 1의 경우에는 전계가 10V/㎛로부터 20V/㎛까지는 방치 전 및 후에 있어서 측정된 암전류 밀도에 차가 작다. 그러나 전계가 20V/㎛ 이상으로 되면 방치 전의 경우에 비해 방치 후의 경우가 흐르는 암전류 밀도가 큰 폭으로 증가한다는 것이 확인되었다. 이것은 제1 열특성 강화층(15)을 구비하지 않기 때문에 전계 완화층(13) 안의 플루오르화 리튬의 X선 변환층(17)으로의 확산이 억제되지 않은 점, 및 실시예 1과 비해 전계 완화층(13)의 두께가 얇고 평탄화층(41)이 플루오르화 리튬을 포함하지 않은 점 때문에, 플루오르화 리튬에 의한 전계 저감 효과가 충분히 얻어지지 않은 것이라고 생각된다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 비교예 2의 경우에도, 전계가 10V/㎛로부터 20V/㎛까지는 방치 전 및 후에 있어서 측정된 암전류 밀도에 차가 작지만, 전계가 20V/㎛ 이상으로 되면 방치 전의 경우에 비해 방치 후의 경우가 흐르는 암전류 밀도가 큰 폭으로 증가한다는 것이 확인되었다. 이것은 제1 열특성 강화층(15) 및 제3 열특성 강화층(43)에 의해 전계 완화층(13) 안의 플루오르화 리튬의 확산은 억제되지만, 실시예 1과 비해 전계 완화층(13)의 두께가 얇고 또한 플루오르화 리튬의 농도가 낮기 때문에, 플루오르화 리튬에 의한 전계 저감 효과가 충분히 얻어지지 않은 것이라고 생각된다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 비교예 3의 경우에는 모든 전계의 범위에 있어서 방치 전의 경우에 비해 방치 후의 경우가 흐르는 암전류 밀도가 큰 폭으로 증가한다는 것이 확인되었다. 이것은 제1 열특성 강화층(15)을 구비하지 않기 때문에 전계 완화층(13) 안의 플루오르화 리튬의 X선 변환층(17)으로의 확산이 억제되지 않은 점, 및 전계 완화층(13)이 비소를 포함하지 않은 점 때문에, 플루오르화 리튬의 전계 저감 기능이 유지되지 않은 것이라고 생각된다.
한편, 도 10에 나타내는 바와 같이, 실시예 1의 경우에는 모든 전계의 범위에 있어서 방치 전 및 방치 후에 있어서 전계-암전류 밀도 특성이 거의 변함없다는 것이 확인되었다.
실시예 1, 비교예 1 ~ 3으로부터, 실시예 1의 경우에는 X선 변환층(17)과 신호 독출 기판(2) 사이에 마련되어 있고, 0.5 원자% 이상 5 원자% 이하의 비소와 0.02 중량% 이상 5 중량% 이하의 플루오르화 리튬을 포함하는 전계 완화층(13)과, 전계 완화층(13)과 X선 변환층(17) 사이에 마련되어 있고, 10 원자% 이상 40 원자% 이하의 비소를 포함하는 제1 열특성 강화층(15)을 구비하기 때문에, 뛰어난 내열성을 가지고, 그 결과 초기, 가열 방치 전 및 가열 방치 후 모두 암전류가 억제된다는 것이 확인되었다.
1ㆍㆍㆍ방사선 검출기,
2ㆍㆍㆍ신호 독출 기판,
3ㆍㆍㆍ실리콘 기판,
7ㆍㆍㆍ화소 전극,
13ㆍㆍㆍ전계 완화층,
15ㆍㆍㆍ제1 열특성 강화층,
17ㆍㆍㆍX선 변환층,
23ㆍㆍㆍ공통 전극.

Claims (7)

  1. 비정질 셀렌으로 이루어지고, 입사하는 방사선을 흡수하여 전하를 발생하는 전하 발생층과,
    상기 방사선이 입사되는 측의 상기 전하 발생층 상에 마련된 공통 전극과,
    상기 전하 발생층에 의해 생성되는 전하를 수집하는 복수의 화소 전극이 배열되어 있는 신호 독출 기판을 구비하는 방사선 검출기에 있어서,
    상기 전하 발생층과 상기 신호 독출 기판 사이에 마련되어 있고, 비소 및 플루오르화 리튬을 포함하는 제1 비정질 셀렌층과,
    상기 제1 비정질 셀렌층과 상기 신호 독출 기판 사이에 마련되어 있고, 비소를 포함하는 제2 비정질 셀렌층과,
    상기 제1 비정질 셀렌층과 상기 전하 발생층 사이에 마련되어 있고, 비소를 포함하는 제3 비정질 셀렌층을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 비정질 셀렌층 및 상기 제3 비정질 셀렌층에 포함되는 비소의 원자 농도가 각각 상기 제1 비정질 셀렌층에 포함되는 비소의 원자 농도보다 높은 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 비정질 셀렌층 및 상기 제3 비정질 셀렌층은 10 원자% 이상 40 원자% 이하의 비소를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 비정질 셀렌층은 0.5 원자% 이상 5 원자% 이하의 비소를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 비정질 셀렌층은 0.02 중량% 이상 5 중량% 이하의 플루오르화 리튬을 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 비정질 셀렌층은 0 중량% 이상 5 중량% 이하의 플루오르화 리튬을 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 비정질 셀렌층의 막 두께가 상기 제3 비정질 셀렌층의 막 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
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