KR20110087856A - 엑스레이 검출 장치 - Google Patents
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Abstract
엑스레이 검출 장치는 기판, 기판 상에서 제1 방향으로 연장된 게이트 라인, 게이트 라인으로부터 연장된 게이트 전극, 게이트 전극 상에 위치하는 반도체층, 반도체층 상에 위치하는 소스 전극 및 드레인 전극, 드레인 전극으로부터 연장된 하부 전극, 하부 전극 상에 위치하는 포토 다이오드, 소스 전극 및 드레인 전극 상에 위치하며, 소스 전극을 노출하는 제1 개구부를 포함하는 제1 절연층, 제1 절연층 상에서 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되어 제1 절연층을 사이에 두고 게이트 라인과 교차하며, 제1 개구부를 통해 소스 전극과 연결되는 데이터 라인을 포함한다.
Description
본 발명은 엑스레이 검출 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 박막 트랜지스터 및 포토 다이오드를 포함하는 엑스레이 검출 장치에 관한 것이다.
최근, 의료 산업용 방사선 투과 사진 장치로서, 엑스레이 검출 장치가 개발되었다.
엑스레이 검출 장치를 살펴보면, 우선 엑스레이 소스(source)로부터 방출된 엑스레이(X-ray)가 피검사체를 통과하면, 엑스레이 검출 장치에 구비된 신틸레이터(scintillator)가 피검사체의 밀도에 따라 통과된 엑스레이를 가시광선으로 변환시키게 된다. 이 후, 엑스레이 검출 장치에 구비된 포토 다이오드는 신틸레이터에 의해 변환된 가시광선에 기초하여 가시광선을 전기적 신호로 변화시키고, 엑스레이 검출 장치는 이 변화된 전기적 신호를 이용해 엑스레이가 투과한 피검사체에 대한 디지털 이미지를 표현한다.
엑스레이 검출 장치의 성능을 나타내는 주된 지표는 양자 검출 효율(detective quantum efficiency, DQE)이라 할 수 있다. 즉, 동일 촬영 조건에서 얼마나 양자 검출을 세밀하게 할 수 있는지에 따라 엑스레이 검출 장치의 성능을 판단할 수 있다.
양자 검출 효율(DQE)은 엑스레이 검출 장치의 모델 또는 사양에 따라 달라지며, 특히 양자 검출 효율을 향상시키기 위해서는 엑스레이 검출 장치에 구비된 배선에 전기적 노이즈(noise)가 발생되는 것이 최소화되어야 한다.
본 발명의 일 실시예는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 배선에 전기적 노이즈가 발생되는 것이 최소화할 수 있는 엑스레이 검출 장치를 제공하고자 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은 기판, 기판 상에서 제1 방향으로 연장된 게이트 라인, 게이트 라인으로부터 연장된 게이트 전극, 게이트 전극 상에 위치하는 반도체층, 반도체층 상에 위치하는 소스 전극 및 드레인 전극, 드레인 전극으로부터 연장된 하부 전극, 하부 전극 상에 위치하는 포토 다이오드, 소스 전극 및 드레인 전극 상에 위치하며, 소스 전극을 노출하는 제1 개구부를 포함하는 제1 절연층, 제1 절연층 상에서 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되어 제1 절연층을 사이에 두고 게이트 라인과 교차하며, 제1 개구부를 통해 소스 전극과 연결되는 데이터 라인을 포함하는 엑스레이 검출 장치를 제공한다.
제1 개구부에 대응하여 데이터 라인과 소스 전극 사이에 위치하며, 데이터 라인과 소스 전극 사이를 연결하는 접속부를 더 포함할 수 있다.
접속부의 일 부분은 제1 개구부에 위치하여 소스 전극과 접촉하며, 접속부의 타 부분은 제1 절연층 상에 위치할 수 있다.
제1 절연층은 하부 전극을 노출하는 제2 개구부를 더 포함하며, 포토 다이오드는 제2 개구부를 통해 하부 전극과 연결될 수 있다.
제2 개구부에 대응하여 하부 전극과 포토 다이오드 사이에 위치하며 하부 전극과 포토 다이오드 사이를 연결하는 제1 다이오드 전극 및 포토 다이오드 상에 위치하는 제2 다이오드 전극을 더 포함할 수 있다.
제1 다이오드 전극의 일 부분은 제2 개구부에 위치하여 하부 전극과 접촉하며, 제1 다이오드 전극의 타 부분은 제1 절연층 상에 위치할 수 있다.
제1 다이오드 전극은 접속부와 동일한 하나의 층으로부터 형성될 수 있다.
제1 절연층과 데이터 라인 사이에 위치하며, 제1 절연층의 제1 개구부와 대응하여 접속부를 노출시키는 제3 개구부를 포함하는 제2 절연층을 더 포함하며, 데이터 라인은 제3 개구부를 통해 소스 전극과 연결될 수 있다.
제2 절연층의 두께는 제1 절연층의 두께보다 두꺼울 수 있다.
제2 절연층은 제2 다이오드 전극을 노출하는 제4 개구부를 더 포함하며, 제2 절연층 상에 위치하며, 제4 개구부를 통해 제2 다이오드 전극과 연결되는 바이어스 라인을 더 포함할 수 있다.
바이어스 라인은 데이터 라인과 동일한 하나의 층으로부터 형성될 수 있다.
데이터 라인과 바이어스 라인 상에 위치하는 제3 절연층을 더 포함할 수 있다.
제3 절연층의 두께는 제1 절연층의 두께보다 두꺼울 수 있다.
제3 절연층 상에 위치하는 평탄화층을 더 포함할 수 있다.
평탄화층 상에 위치하며, 외부로부터 입사되는 엑스레이를 가시 광선으로 변환하는 신틸레이터층을 더 포함할 수 있다.
게이트 라인과 데이터 라인이 교차하는 부분에서 게이트 라인과 데이터 라인 사이의 거리는 500Å 내지 25000Å일 수 있다.
상술한 본 발명의 과제 해결 수단의 일부 실시예 중 하나에 의하면, 배선에 전기적 노이즈가 발생되는 것이 최소화됨으로써, 양자 검출 효율이 향상된 엑스레이 검출 장치가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 단위 검출 소자를 나타낸 회로도이다.
도 3은 도 2에 도시된 단위 검출 소자를 중심으로 엑스레이 검출 패널을 나타낸 배치도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선을 따른 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 단위 검출 소자를 나타낸 회로도이다.
도 3은 도 2에 도시된 단위 검출 소자를 중심으로 엑스레이 검출 패널을 나타낸 배치도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선을 따른 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 “상에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 “바로 상에” 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함” 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, “~상에”라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치(1000)를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치를 나타낸 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치(1000)는 엑스레이 검출 패널(100), 게이트 구동부(200), 수신 신호 검출부(300) 및 바이어스 전원 공급부(400)를 포함한다.
엑스레이 검출 패널(100)은 대략 행렬 형태로 배열된 단위 검출 소자(DD) 및 단위 검출 소자(DD)에 연결된 복수의 신호 라인(G1-Gn, D1-Dm, B1-Bm)을 포함한다.
단위 검출 소자(DD)는 박막 트랜지스터 및 포토 다이오드(photo diode)를 포함한다. 포토 다이오드로서, 핀 다이오드(PIN diode)가 이용될 수 있다. 이하에서는 포토 다이오드로서, 핀 다이오드가 이용되는 경우를 예로 들어 설명한다.
신호 라인(G1-Gn, D1-Dm, B1-Bm)은 게이트 구동부(200)로부터 게이트 신호를 전달하는 복수의 게이트 라인(G1-Gn), 포토 다이오드에서 검출한 신호를 수신 신호 검출부(300)로 전달하는 복수의 데이터 라인(D1-Dm) 및 각각의 포토 다이오드에 바이어스 전압을 인가하는 바이어스 라인(B1-Bm)을 포함한다. 게이트 라인(G1-Gn)은 실질적으로 행 방향인 제1 방향으로 연장되어 있으며, 이웃하는 게이트 라인(G1-Gn)은 상호 실질적으로 평행하다. 데이터 라인(D1-Dm) 및 바이어스 라인(B1-Bm)은 실질적으로 열 방향인 제2 방향으로 연장되어 있으며, 이웃하는 각각의 데이터 라인(D1-Dm) 및 바이어스 라인(B1-Bm)은 상호 실질적으로 평행하다.
엑스레이 검출 패널(100)의 자세한 구조에 대해서는 도 3 및 도 4를 참조하여 후술한다.
게이트 구동부(200)는 엑스레이 검출 패널(100)의 게이트 라인(G1-Gn)과 연결된다. 그리고, 단위 검출 소자(DD)의 내부에 구비되는 박막 트랜지스터의 게이트 전극으로 게이트 신호를 인가한다. 게이트 신호는 상기 박막 트랜지스터의 턴 온 또는 턴 오프를 제어하기 위한 신호로서, 게이트 라인(G1-Gn)을 통하여 게이트 전극으로 전송된다. 게이트 신호로는 박막 트랜지스터를 턴 온 시키기 위한 게이트 온 전압(Von) 신호와 박막 트랜지스터를 턴 오프 시키기 위한 게이트 오프 전압(Voff) 신호가 있다. 게이트 구동부(200)는 복수개의 게이트 라인(G1-Gn) 각각에 게이트 온 전압(Von) 신호를 순차적으로 인가하며, 게이트 온 전압(Von)이 인가되지 않는 시간에는 복수개의 게이트 라인(G1-Gn) 각각에 게이트 오프 전압(Voff) 신호를 인가한다.
수신 신호 검출부(300)는 엑스레이 검출 패널(100)의 데이터 라인(D1-Dm)에 연결되어 있으며, 포토 다이오드로부터 검출된 전기적 신호를 수신하는 역할을 한다. 수신 신호 검출부(300)는 포토 다이오드에서 검출된 전기적 신호를 OP 앰프(도시하지 않음)와 연결된 캐패시터(도시하지 않음)에서 게이트 온 시간 동안 모은다. 그리고, 이를 시프트 레지스터(도시하지 않음)로 전송하여 적어도 한번의 게이트 온 시간 동안 저장하고 있다가, AD 컨버터(도시하지 않음)로 전송한다. AD 컨버터(도시하지 않음)로 전송된 신호는 디지털 신호로 변경되어 출력된다. 최종적으로 출력된 디지털 신호는 디지털 화면으로 표시된다.
바이어스 전원 공급부(400)는 엑스레이 검출 패널(100)의 바이어스 라인(B1-Bm)에 연결되어 있으며, 포토 다이오드에 바이어스 전압을 인가하는 역할을 한다. 바이어스 전압이 인가되는 포토 다이오드는 엑스레이 소스에 의해 방출되어 피검사체를 통과한 엑스레이로부터 신틸레이터를 통해 변환된 가시광선을 감지하고, 감지된 가시 광선에 대응하는 전기적 신호인 전류를 발생시킬 수 있다. 한편, 포토 다이오드에 바이어스 전압이 인가되지 않는 경우에는, 포토 다이오드에 가시광선이 입사되더라도 포토 다이오드는 전류를 발생시키지 않아 포토 다이오드로서의 역할을 수행하지 않는다.
이러한 게이트 구동부(200), 수신 신호 검출부(300) 및 바이어스 전원 공급부(400) 중 하나 이상은 집적 회로 칩의 형태로 엑스레이 검출 패널(100) 위에 집적 장착될 수 있거나, 가요성 인쇄 회로막(flexible printed circuit film) 상에 장착되어 TCP(tape carrier package)의 형태로 엑스레이 검출 패널(100)에 부착되거나, 별도의 인쇄 회로 기판(printed circuit board) 상에 장착되거나, 또는 신호 라인(G1-Gn, D1-Dm, B1-Bm) 및 박막 트랜지스터와 함께 엑스레이 검출 패널(100)에 집적될 수도 있다. 또한, 게이트 구동부(200), 수신 신호 검출부(300) 및 바이어스 전원 공급부(400)는 단일 칩으로서 집적될 수 있으며, 이 경우 이들 중 적어도 하나 또는 이들을 이루는 적어도 하나의 회로 소자가 단일 칩 바깥에 있을 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 상술한 단위 검출 소자(DD)에 대해 자세히 살펴본다.
도 2는 도 1에 도시된 단위 검출 소자를 나타낸 회로도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 단위 검출 소자(DD)는 포토 다이오드(Pd) 및 박막 트랜지스터(TFT)를 포함한다.
포토 다이오드(Pd)는 빛을 감지하는 광 센서의 역할을 한다. 박막 트랜지스터(TFT) 및 포토 다이오드(Pd)의 상에는 신틸레이터(189)(도 4에 도시됨)가 위치하고 있다. 신틸레이터(189)(도 4에 도시됨)는 방사선과 충돌하여 발광하는 물질로 형성되어 있고, 피검사체를 투과한 엑스레이가 신틸레이터(189)(도 4에 도시됨)로 입사되는 경우 이를 가시광선 영역의 빛으로 변환하여 방출한다. 신틸레이터(189)(도 4에 도시됨)를 통해 방출된 가시광선은 광 센서인 포토 다이오드(Pd)에 의해 감지되어 전류인 전기적 신호로 변환된다. 이 때, 포토 다이오드(Pd)는 바이어스 전원 공급부(400)로부터 바이어스 라인(Bm)을 통해 바이어스 전압을 공급받아 가시광선을 감지하여 전기적 신호로 변환한다.
박막 트랜지스터(TFT)는 게이트 구동부(200)로부터 게이트 라인(Gn)을 통해 게이트 전극으로 공급된 게이트 신호에 응답하여, 포토 다이오드(Pd)에서 감지되어 변환된 전기적 신호를 데이터 라인(Dm)을 통하여 수신 신호 검출부(300)로 전송한다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 엑스레이 검출 패널(100)의 구조에 대해 자세히 살펴본다.
도 3은 도 2에 도시된 단위 검출 소자를 중심으로 엑스레이 검출 패널을 나타낸 배치도이다. 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선을 따른 단면도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치(1000)의 엑스레이 검출 패널(100)은 제1 기판(110), 게이트 라인(121), 게이트 전극(122), 게이트 절연막(125), 반도체층(130), 소스 전극(141), 드레인 전극(142), 하부 전극(143), 제1 절연층(150), 접속부(156), 제1 다이오드 전극(157), 포토 다이오드(160), 제2 다이오드 전극(165), 제2 절연층(170), 데이터 라인(181), 바이어스 라인(182), 제3 절연층(185), 평탄화층(187), 신틸레이터(189) 및 제2 기판(190)을 포함한다.
제1 기판(110)은 투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 이루어진다. 제1 기판(110) 상에 게이트 라인(121)이 위치하고 있으며, 게이트 라인(121)과 제1 기판(110) 사이에는 버퍼층(도시하지 않음)이 위치할 수 있다.
게이트 라인(121)은 제1 기판(110) 상에서 제1 방향으로 연장되어 있으며, 박막 트랜지스터(TFT)로 게이트 신호를 전달한다. 게이트 라인(121)으로부터 연장되어 게이트 전극(122)이 위치하고 있다.
게이트 전극(122)은 박막 트랜지스터(TFT)를 구성하며, 게이트 라인(121)을 통해 게이트 신호를 공급받는다. 게이트 라인(121)과 게이트 전극(122)은 일체로 형성되어 있으며, 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 네오디뮴(Nd), 텅스텐(W), 금(Au) 및 은(Ag) 중 하나 이상을 포함하는 단층 또는 복층의 도전층을 포함한다. 게이트 라인(121) 및 게이트 전극(122) 상에는 게이트 절연막(125)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(125)은 게이트 전극(122)과 반도체층(130) 사이를 절연하며, 질화 규소(SiNx) 및 산화 규소(SiOx) 중 하나 이상을 포함하는 단층 또는 복층의 절연층을 포함한다. 게이트 전극(122)과 대응하여 게이트 절연막(125) 상에는 반도체층(130)이 위치하고 있다.
반도체층(130)은 박막 트랜지스터(TFT)를 구성하며, 액티브층(131) 및 저항 접촉층(132)을 포함한다. 액티브층(131)은 게이트 절연막(125) 상에 위치하며, 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon) 또는 다결정 규소(polysilicon) 등의 반도체 물질을 포함한다. 액티브층(131)은 게이트 전극(122)의 양단을 덮을 수 있는 면적으로 형성되는 것이 바람직하다. 저항 접촉층(132)은 액티브층(131) 상에 위치하며, 인(P) 등의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 또는 실리사이드(silicide) 등의 물질을 포함한다. 저항 접촉층(132)은 액티브층(131)과 소스 전극(141) 및 드레인 전극(142) 사이에 위치하며, 액티브층(131)과 소스 전극(141) 및 드레인 전극(142) 각각 사이의 접촉 저항을 저하시킨다.
소스 전극(141)은 도 4에서 왼쪽에 위치하는 저항 접촉층(132) 상에 위치하며, 드레인 전극(142)은 도 4에서 오른쪽에 위치하는 저항 접촉층(132) 상에 위치한다. 소스 전극(141) 및 드레인 전극(142)은 박막 트랜지스터(TFT)를 구성하며, 게이트 전극(122)을 중심으로 상호 분할되어 위치한다. 소스 전극(141) 및 드레인 전극(142)은 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 네오디뮴(Nd), 텅스텐(W), 금(Au) 및 은(Ag) 중 하나 이상을 포함하는 단층 또는 복층의 도전층을 포함한다. 소스 전극(141)은 데이터 라인(181)과 제1 기판(110)으로부터 높이 차이를 가지며, 후술할 제1 절연층(150)의 제1 개구부(151) 및 제2 절연층(170)의 제3 개구부(171)를 통해 데이터 라인(181)과 연결되어 있다. 드레인 전극(142)으로부터 연장되어 하부 전극(143)이 위치하고 있다.
하부 전극(143)은 드레인 전극(142)으로부터 연장되어 포토 다이오드(160)에 대응하는 면적으로 확장되어 있다. 즉, 하부 전극(143)은 박막 트랜지스터(TFT)를 구성하는 반도체층(130)의 일부 영역으로부터 포토 다이오드(160)가 배치되는 영역에 걸쳐 형성된다.
제1 절연층(150)은 소스 전극(141) 및 드레인 전극(142) 상에 위치하며, 질화 규소(SiNx) 및 산화 규소(SiOx) 중 하나 이상을 포함하는 단층 또는 복층의 절연층을 포함한다. 제1 절연층(150)은 소스 전극(141)의 일부 이상을 노출하는 제1 개구부(151) 및 하부 전극(143)의 일부 이상을 노출하는 제2 개구부(152)를 포함한다. 제1 절연층(150)의 제1 개구부(151)를 통해 데이터 라인(181)이 소스 전극(141)과 연결되며, 제1 절연층(150)의 제2 개구부(152)를 통해 포토 다이오드(160)가 하부 전극(143)과 연결된다. 제1 절연층(150)의 제1 개구부(151)에 대응하여 소스 전극(141) 상에는 접속부(156)가 위치하며, 제2 개구부(152)에 대응하여 하부 전극(143) 상에는 제1 다이오드 전극(157)이 위치한다.
접속부(156)는 제1 개구부(151)에 대응하여 위치하며, 소스 전극(141)과 데이터 라인(181) 사이에 위치하고 있다. 접속부(156) 소스 전극(141)과 데이터 라인(181) 사이를 연결한다. 접속부(156)의 일 부분(156a)은 제1 개구부(151)에 위치하여 소스 전극(141)과 접촉하며, 타 부분(156b)은 일 부분(156a)으로부터 연장되어 제1 절연층(150) 상에 위치한다. 접속부(156)는 소스 전극(141)과 데이터 라인(181) 사이의 연결을 도와주는 역할을 한다.
제1 다이오드 전극(157)은 제2 개구부(152)에 대응하여 위치하며, 하부 전극(143)과 포토 다이오드(160) 사이에 위치하고 있다. 제1 다이오드 전극(157)은 하부 전극(143)과 포토 다이오드(160) 사이를 연결한다. 제1 다이오드 전극(157)의 일 부분(157a)은 제2 개구부(152)에 위치하여 하부 전극(143)과 접촉하며, 타 부분(157b)은 일 부분(157a)으로부터 연장되어 제1 절연층(150) 상에 위치한다. 제1 다이오드 전극(157)과 접속부(156)는 동일한 하나의 층으로부터 형성되며, 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 네오디뮴(Nd), 텅스텐(W), 금(Au) 및 은(Ag) 중 하나 이상을 포함하는 단층 또는 복층의 도전층을 포함한다. 즉, 제1 다이오드 전극(157)과 접속부(156)는 하나의 도전층으로부터 포토리소그래피(photolithography) 공정 등의 멤스(microelectromechanical systems, MEMS) 공정을 이용해 형성될 수 있다.
이와 같이, 제1 다이오드 전극(157)의 타 부분(157b)이 제1 절연층(150) 상에 위치함으로써, 제1 절연층(150)이 포토 다이오드(160)와 연결된 제1 다이오드 전극(157)과 하부 전극(143) 사이에 위치하게 되는데, 이로 인해 포토 다이오드(160)에서 발생하는 전자 덫(electron trap) 현상에 의해 드레인 전극(142)에 발생되는 전기적 노이즈(noise)를 최소화할 수 있다. 보다 상세하게는, 종래의 엑스레이 검출 장치는 포토 다이오드의 경계 영역에 발생되는 전자 덫 현상에 의해 드레인 전극에 노이즈가 발생하였다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치(1000)는 포토 다이오드(160)의 경계 영역(BA)에 제1 절연층(150)이 위치함으로써, 포토 다이오드(160)에서 발생하는 전자 덫(electron trap) 현상을 제1 절연층(150)이 차단하여 드레인 전극(142)에 발생되는 전기적 노이즈가 최소화되며, 이로 인해 엑스레이 검출 장치(1000)의 양자 검출 효율(detective quantum efficiency, DQE)이 향상된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치(1000)는 제1 다이오드 전극(157)이 게이트 전극(122)과 근접하여 형성되는데, 제1 절연층(150)에 의해 게이트 전극(122)과 제1 다이오드 전극(157)이 중첩되지 않으면서, 포토 다이오드(160)가 배치되는 면적이 최대화된다. 이로 인해 가시광선을 전기적 신호로 변화시키는 포토 다이오드(160)의 필 팩터(fill factor)를 높게 구현할 수 있으며, 포토 다이오드(160)의 필 팩터가 클수록 포토 다이오드(160)의 광 감지 효율이 증가하게 되므로, 엑스레이 검출 장치(1000)의 양자 검출 효율이 향상된다.
제1 다이오드 전극(157) 상에는 포토 다이오드(160)가 위치하고 있다.
포토 다이오드(160)는 하부 전극(143) 상에 위치하며, N형 반도체(161), 진성 반도체(162) 및 P형 반도체(163)가 순차적으로 적층되어 형성된다. 포토 다이오드(160) 상에는 제2 다이오드 전극(165)이 위치하고 있다.
제2 다이오드 전극(165)은 포토 다이오드(160)와 대응하는 면적으로 형성되어 있으며, 후술할 제2 절연층(170)의 제4 개구부(172)를 통해 바이어스 라인(182)과 연결되어 있다. 제2 다이오드 전극(165)은 인듐틴옥사이드(ITO) 또는 인듐징크옥사이드(IZO) 등의 투명한 도전 물질을 포함한다. 제2 다이오드 전극(165) 상에는 제2 절연층(170)이 위치하고 있다.
제2 절연층(170)은 제1 절연층(150)과 데이터 라인(181) 사이에 위치한다. 제2 절연층(170)의 두께는 제1 절연층(150)의 두께보다 두꺼우며, 질화 규소(SiNx) 및 산화 규소(SiOx) 중 하나 이상을 포함하는 단층 또는 복층의 절연층을 포함한다. 제2 절연층(170)은 제1 절연층(150)의 제1 개구부(151)와 대응하여 접속부(156)를 노출시키는 제3 개구부(171) 및 제2 다이오드 전극(165)을 노출하는 제4 개구부(172)를 포함한다. 제2 절연층(170)의 제3 개구부(171) 및 제1 절연층(150)의 제1 개구부(151)를 통해 데이터 라인(181)이 소스 전극(141)과 연결되어 있으며, 제2 절연층(170)의 제4 개구부(172)를 통해 바이어스 라인(182)이 제2 다이오드 전극(165)과 연결되어 있다. 제2 절연층(170) 상에는 데이터 라인(181) 및 바이어스 라인(182)이 위치하고 있다.
데이터 라인(181)은 제1 절연층(150) 및 제2 절연층(170) 상에서 게이트 라인(121)의 연장 방향인 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되어 있으며, 제1 절연층(150) 및 제2 절연층(170)을 사이에 두고 게이트 라인(121)과 교차하고 있다. 즉, 데이터 라인(181)은 게이트 절연막(125), 제1 절연층(150) 및 제2 절연층(170)을 사이에 두고 게이트 라인(121)과 교차하는 교차 영역(CA)에서 게이트 라인(121)과 이격되어 있으며, 제1 절연층(150)의 제1 개구부(151) 및 제2 절연층(170)의 제3 개구부(171)를 통해 소스 전극(141)과 연결되어 있다. 데이터 라인(181)과 게이트 라인(121)이 교차하는 부분인 교차 영역(CA)에서 게이트 라인(121)과 데이터 라인(181)의 사이의 거리(D)는 500Å 내지 25000Å일 수 있다.
이와 같이, 데이터 라인(181)과 게이트 라인(121)이 교차하는 부분인 교차 영역(CA)에서 게이트 라인(121)과 데이터 라인(181) 사이의 거리가 멀어짐으로써, 게이트 라인(121)과 데이터 라인(181) 각각에 흐르는 전류에 의해 게이트 라인(121)과 데이터 라인(181)이 교차하는 부분인 교차 영역(CA)에 대응하는 게이트 절연막(125), 제1 절연층(150) 및 제2 절연층(170)에 축적되는 전원을 최소화할 수 있으며, 이 교차 영역(CA)에 축적되는 전원인 축전 용량이 최소화됨으로써, 데이터 라인(181) 또는 게이트 라인(121)을 통해 흐르는 전류인 데이터 신호 또는 게이트 신호가 지연되는 것이 최소화된다. 즉, 데이터 라인(181) 및 게이트 라인(121)에 발생되는 전기적 노이즈를 최소화할 수 있으며, 이로 인해 엑스레이 검출 장치(1000)의 양자 검출 효율이 향상된다.
또한, 데이터 라인(181)이 박막 트랜지스터(TFT)를 구성하는 소스 전극(141)과 다른 층에 위치함으로써, 데이터 라인(181)을 형성할 때 박막 트랜지스터(TFT)를 구성하는 소스 전극(141)의 두께를 고려하지 않아도 되므로, 데이터 라인(181)의 두께 또는 면적을 자유로이 구성할 수 있다. 이는 데이터 라인(181)의 전기적 저항을 최소화시키는 요소로서 작용하며, 이로 인해 데이터 라인(181)을 통해 흐르는 데이터 신호의 지연이 최소화된다. 즉, 데이터 라인(181)에 발생되는 전기적 노이즈를 최소화할 수 있으므로 엑스레이 검출 장치(1000)의 양자 검출 효율이 향상된다.
데이터 라인(181)과 이격되어 바이어스 라인(182)이 위치하고 있다.
바이어스 라인(182)은 데이터 라인(181)과 나란한 방향인 제2 방향으로 연장되어 있다. 바이어스 라인(182)은 제2 절연층(170)의 제4 개구부(172)를 통해 제2 다이오드 전극(165)과 연결되어 있다. 바이어스 라인(182)과 데이터 라인(181)은 동일한 하나의 층으로부터 형성되며, 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 네오디뮴(Nd), 텅스텐(W), 금(Au) 및 은(Ag) 중 하나 이상을 포함하는 단층 또는 복층의 도전층을 포함한다. 즉, 바이어스 라인(182)과 데이터 라인(181)은 하나의 도전층으로부터 포토리소그래피 공정 등의 멤스 공정을 이용해 형성될 수 있다. 바이어스 라인(182)과 데이터 라인(181) 상에는 제3 절연층(185)이 위치하고 있다.
제3 절연층(185)은 바이어스 라인(182), 데이터 라인(181) 및 포토 다이오드(160)를 비롯한 상 측에 노출된 모든 부분을 덮고 있다. 제3 절연층(185)의 두께는 제1 절연층(150)의 두께보다 두꺼우며, 질화 규소(SiNx) 및 산화 규소(SiOx) 중 하나 이상을 포함하는 단층 또는 복층의 절연층을 포함한다. 제3 절연층(185) 상에는 평탄화층(187)이 위치하고 있다.
평탄화층(187)은 유기층 또는 무기층으로 형성되며, 제3 절연층(185)을 덮고 있다.
이와 같이, 제3 절연층(185)이 바이어스 라인(182), 데이터 라인(181) 및 포토 다이오드(160)를 비롯한 상 측에 노출된 모든 부분을 덮고 있고, 제3 절연층(185)을 평탄화층(187)덮고 있음으로써, 제3 절연층(185)에 의해 덮힌 부분에 습기가 침투되는 것이 최소화된다. 특히, 포토 다이오드(160)에 습기가 침투될 경우 포토 다이오드(160) 자체의 광전 변환능이 저하되는데, 제3 절연층(185)에 의해 포토 다이오드(160)로 침투되는 습기가 최소화됨으로써, 엑스레이 검출 장치(1000)의 양자 검출 효율 저하가 최소화된다.
신틸레이터(189)는 평탄화층(187) 상에 위치한다. 신틸레이터(189)는 엑스레이 소스로부터 피검사체를 투과한 엑스레이와 충돌하여 발광하는 물질로 형성되어 있으며, 엑스레이가 입사되는 경우 이를 가시광선 영역(특히 녹색 파장)의 빛으로 바꾸어 방출한다. 방출된 빛은 포토 다이오드(160)로 입사되며, 포토 다이오드(160)는 가시 광선을 변환하여 전류를 발생시킨다.
제2 기판(190)은 신틸레이터(189)의 상에 위치하며, 신틸레이터(189) 및 신틸레이터(189)의 하부 구조를 보호하기 위하여 형성된다.
이상과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치(1000)는 소스 전극(141), 드레인 전극(142), 데이터 라인(181), 게이트 라인(121) 등의 배선에 전기적 노이즈가 발생되는 것이 최소화됨으로써, 양자 검출 효율이 향상된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치(1000)는 게이트 절연막(125), 제1 절연층(150) 및 제2 절연층(170)이 게이트 라인(121)과 데이터 라인(181) 사이에 위치하나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치는 게이트 라인과 데이터 라인 사이에 게이트 절연막 및 제1 절연층만이 위치할 수 있다. 이 경우, 데이터 라인은 제1 절연층의 제1 개구부를 통해 소스 전극과 접속될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치(1000)는 접속부(156)를 통해 데이터 라인(181)과 소스 전극(141)이 연결되나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 엑스레이 검출 장치는 접속부를 생략하여 데이터 라인과 소스 전극이 직접 연결될 수 있다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
게이트 라인(121), 데이터 라인(181), 제1 절연층(150)
Claims (16)
- 기판;
상기 기판 상에서 제1 방향으로 연장된 게이트 라인;
상기 게이트 라인으로부터 연장된 게이트 전극;
상기 게이트 전극 상에 위치하는 반도체층;
상기 반도체층 상에 위치하는 소스 전극 및 드레인 전극;
상기 드레인 전극으로부터 연장된 하부 전극;
상기 하부 전극 상에 위치하는 포토 다이오드;
상기 소스 전극 및 드레인 전극 상에 위치하며, 상기 소스 전극을 노출하는 제1 개구부를 포함하는 제1 절연층;
상기 제1 절연층 상에서 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되어 상기 제1 절연층을 사이에 두고 상기 게이트 라인과 교차하며, 상기 제1 개구부를 통해 상기 소스 전극과 연결되는 데이터 라인;
을 포함하는 엑스레이 검출 장치. - 제1항에서,
상기 제1 개구부에 대응하여 상기 데이터 라인과 상기 소스 전극 사이에 위치하며, 상기 데이터 라인과 상기 소스 전극 사이를 연결하는 접속부를 더 포함하는 엑스레이 검출 장치. - 제2항에서,
상기 접속부의 일 부분은 상기 제1 개구부에 위치하여 상기 소스 전극과 접촉하며, 상기 접속부의 타 부분은 상기 제1 절연층 상에 위치하는 엑스레이 검출 장치. - 제2항에서,
상기 제1 절연층은 상기 하부 전극을 노출하는 제2 개구부를 더 포함하며,
상기 포토 다이오드는 상기 제2 개구부를 통해 상기 하부 전극과 연결되는 엑스레이 검출 장치. - 제4항에서,
상기 제2 개구부에 대응하여 상기 하부 전극과 상기 포토 다이오드 사이에 위치하며 상기 하부 전극과 상기 포토 다이오드 사이를 연결하는 제1 다이오드 전극 및 상기 포토 다이오드 상에 위치하는 제2 다이오드 전극을 더 포함하는 엑스레이 검출 장치. - 제5항에서,
상기 제1 다이오드 전극의 일 부분은 상기 제2 개구부에 위치하여 상기 하부 전극과 접촉하며, 상기 제1 다이오드 전극의 타 부분은 상기 제1 절연층 상에 위치하는 엑스레이 검출 장치. - 제5항에서,
상기 제1 다이오드 전극은 상기 접속부와 동일한 하나의 층으로부터 형성되는 엑스레이 검출 장치. - 제5항에서,
상기 제1 절연층과 상기 데이터 라인 사이에 위치하며, 상기 제1 절연층의 상기 제1 개구부와 대응하여 상기 접속부를 노출시키는 제3 개구부를 포함하는 제2 절연층을 더 포함하며,
상기 데이터 라인은 상기 제3 개구부를 통해 상기 소스 전극과 연결되는 엑스레이 검출 장치. - 제8항에서,
상기 제2 절연층의 두께는 상기 제1 절연층의 두께보다 두꺼운 엑스레이 검출 장치. - 제8항에서,
상기 제2 절연층은 상기 제2 다이오드 전극을 노출하는 제4 개구부를 더 포함하며,
상기 제2 절연층 상에 위치하며, 상기 제4 개구부를 통해 상기 제2 다이오드 전극과 연결되는 바이어스 라인을 더 포함하는 엑스레이 검출 장치. - 제10항에서,
상기 바이어스 라인은 상기 데이터 라인과 동일한 하나의 층으로부터 형성되는 엑스레이 검출 장치. - 제11항에서,
상기 데이터 라인과 상기 바이어스 라인 상에 위치하는 제3 절연층을 더 포함하는 엑스레이 검출 장치. - 제12항에서,
상기 제3 절연층의 두께는 상기 제1 절연층의 두께보다 두꺼운 엑스레이 검출 장치. - 제12항에서,
상기 제3 절연층 상에 위치하는 평탄화층을 더 포함하는 엑스레이 검출 장치. - 제14항에서,
상기 평탄화층 상에 위치하며, 외부로부터 입사되는 엑스레이를 가시 광선으로 변환하는 신틸레이터층을 더 포함하는 엑스레이 검출 장치. - 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에서,
상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인이 교차하는 부분에서 상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인 사이의 거리는 500Å 내지 25000Å인 엑스레이 검출 장치.
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