KR20150039432A - 디텍터 및 이의 제조방법 - Google Patents

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허성근
이호석
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주식회사 레이언스
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Abstract

본 발명은 화소영역에 구성된 화소전극을 포함하는 어레이기판과; 상부전극 하부에 위치하고, 상기 화소전극과 접촉하며, PIN 다이오드 구조를 갖는 광도전층을 포함하는 광도전기판과; 상기 화소전극과 광도전층의 접촉 영역 주변의 영역을 채우며 상기 어레이기판과 광도전기판을 접합하는 접합물질을 포함하는 디텍터를 제공한다.

Description

디텍터 및 이의 제조방법{Detector and method of manufacturing the same}
본 발명은 디텍터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 직접 변환 방식의 디텍터 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
기존에는, 의료나 공업용 X선 촬영에서 필름과 스크린을 이용한 방식이 사용되었다. 이와 같은 경우에는, 촬영된 필름의 현상 및 보관상의 문제 등에 기인하여 비용 및 시간 측면에서 비효율적이었다.
이를 개선하기 위해, 디지털(digital) 방식의 디텍터를 이용한 이미지 시스템에 대한 연구가 광범위하게 진행되어 왔다.
디텍터는 그 변환방식에 따라 직접 변환방식과 간접 변환방식으로 구분될 수 있다. 직접 변환방식은 광도전체를 이용하여 X선을 전기적 신호로 직접 변환하는 방식이며, 간접 변환방식은 X선을 형광체(scintillator)에 의하여 가시광선으로 변환하고, 변환된 가시광선을 광전변환소자 등을 이용하여 전기적 신호로 변환하는 방식이다.
직접 변환방식의 경우 분해능이 좋아 간접 변환 방식에 비해서 우수한 해상도를 갖는다.
이와 같은 직접 변환방식에서, 전기적 신호의 독출을 위한 구동소자 등이 형성된 어레이기판 상에 광도전체를 직접 증착하는 방법이 연구되고 있다. 그런데, 이와 같은 직접 증착 방법은 어레이기판의 적층막의 내열 한계에 의해 광도전체의 성막 온도에 제한이 있고, 대면적 증착에 어려움이 있다.
본 발명은, 직접 증착 방법에 따른 성막 온도 제한 및 대면적 증착의 문제를 개선할 수 있는 방안을 제공하는 것에 과제가 있다.
전술한 바와 같은 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 화소영역에 구성된 화소전극을 포함하는 어레이기판과; 상부전극 하부에 위치하고, 상기 화소전극과 접촉하며, PIN 다이오드 구조를 갖는 광도전층을 포함하는 광도전기판과; 상기 화소전극과 광도전층의 접촉 영역 주변의 영역을 채우며 상기 어레이기판과 광도전기판을 접합하는 접합물질을 포함하는 디텍터를 제공한다.
여기서, 상기 화소전극은 돌출된 양각 형태를 가질 수 있다.
상기 광도전층은 CdTe, CdZnTe, PbO, PbI2, HgI2,GaAs, Se, TlBr, BiI3 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
상기 접합물질은 폴리이미드(PI) 계열의 물질과 폴리벤즈이미다졸(PBI) 계열 물질 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 광도전층을 광도전기판에 형성하고, 어레이기판에 양각 형태의 화소전극을 형성하고, 두 기판 사이에 접합물질을 개재한 후 경화하여 광도전기판과 어레이기판을 접합하게 된다.
이처럼, 광도전층을 별도의 기판에 형성함에 따라, 광도전체의 성막 온도 제한을 고려할 필요가 없고, 대면적화에도 효과적으로 대응할 수 있게 된다.
그리고, 화소전극을 양각 형태로 구성하고 접합물질을 경화하여 두 기판을 접함시킴에 따라, 도전성 접착제나 범프 등을 부수적 수단을 사용할 필요가 없으며, 접합 강도 및 접합부의 피로수명이 향상될 수 있게 된다.
또한, 급속 열처리를 적용함으로써, PIN 다이오드 구조를 구현할 수 있게 된다. 이에 따라, 광전변환효율이 높아지고 누설전류가 감소할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디텍터를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디텍터의 PIN 다이오드 구조를 개략적으로 도시한 단면도.
도 3a 내지 3d는 본 발명의 실시예에 따른 디텍터를 제조하는 방법을 개략적으로 도시한 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디텍터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 디텍터(10)는 광도전층(130)이 형성된 광도전기판(100)과, 구동소자 및 화소전극(230)이 형성된 어레이기판(200)을 포함할 수 있다.
어레이기판(200)과 광도전기판(100)은 개별적으로 제작된 후, 접합물질(240)에 의해 접합된다.
어레이기판(200)에는 광도전층(130)에 의해 광전변환된 전기적 신호의 독출을 위한 구동소자와 신호배선이 구성된다. 이와 같은 어레이기판(200)으로서, TFT 기판이나 CMOS 기판이 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는, CMOS 기판이 사용된 경우를 예로 든다.
어레이기판(200)은 기저기판인 제1기판(210)과, 제1기판(210) 내면 상의 구동소자층(220)과, 구동소자층(220) 상의 화소전극(230)을 포함할 수 있다.
제1기판(110)으로서 반도체기판이 사용될 수 있는데, 예를 들면, P형 또는 N형 불순물이 도핑된 실리콘기판이 사용될 수 있다.
구동소자층(220)에는 전기적 신호의 독출을 위한 트랜지스터 등의 구동소자와, 구동소자와 연결된 각종 신호배선이 형성될 수 있다. 여기서, 구동소자층(220)은 적어도 하나의 절연막과 적어도 하나의 금속막으로 구성될 수 있다.
한편, 구체적으로 도시하지는 않았지만, 구동소자층(220)의 가장자리에는 각 신호배선의 적어도 일끝단에 구성된 패드가 형성될 수 있다. 이와 같은 패드는 외부의 구동회로와 전기적으로 연결되어, 구동신호를 전달받고 영상신호를 출력할 수 있다.
화소전극(230)은 어레이기판(200)에서 매트릭스 형태로 배치된 화소영역마다 형성된다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른 화소전극(230)은 외부로 돌출된 양각 형태로 형성된다. 이에 따라, 도전성 테이프나 범프 등의 부수적 수단을 사용할 필요 없이 광도전기판(100)의 광도전층(130)과 직접적으로 접촉될 수 있다.
어레이기판(200)과 접합되는 광도전기판(100)은, 기저기판으로서 기능하는 제2기판(110)과, 제2기판(120) 내면 상에 구성된 상부전극(120)과, 상부전극(120) 하부에 구성된 광도전층(130)을 포함할 수 있다.
상부전극(120)은 제2기판(110)의 전면에 형성되며, 공통전극으로서 기능하게 된다.
광도전층(130)은 X선 입사에 따라 전자/정공 쌍의 전기적 신호를 발생시키게 된다. 이와 같이 발생된 전기적 신호는 광도전층(130)과 접촉하는 화소전극(230)으로 전달되어, 화소영역 별로 영상신호를 독출할 수 있게 된다.
전술한 어레이기판(200)과 광도전기판(100)을 접합하기 위한 접합물질(240)은 화소전극(230) 주변을 따라 구성되어 있다.
이와 관련하여, 화소전극(230)은 양각 형태로 구성됨에 따라, 화소전극(230) 사이의 주변영역(S)은 요입된 음각 형태의 주변공간이 형성되어, 해당 주변영역(S)은 접합물질(240)에 의해 채워진다.
이처럼, 주변영역(S)에 채워진 접합물질(240)은 경화를 통해, 그 외측의 화소전극(230) 및 그 하부의 구동소자층(220)과 접착된 상태가 되며, 또한 그 상부의 광도전층(130)과 접착된 상태가 된다. 이에 따라, 어레이기판(200)과 광도전기판(100)은 접합물질(240)에 의해 단단히 결합될 수 있다.
위와 같이, 접합물질(240)을 사용함으로써, 어레이기판 및 광도전기판(200, 100)의 접합 강도가 높아지고 접합부에서의 피로수명이 향상될 수 있게 된다.
한편, 어레이기판(200)과 광도전기판(100)이 접합된 상태에서 급속 열처리(RTP; Rapid Thermal Treatment)를 수행함에 따라 PIN 다이오드 구조가 형성될 수 있게 된다.
이와 관련하여, 도 2를 더욱 참조하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디텍터의 PIN 다이오드 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 화소전극(230)과 상부전극(120) 사이에서 PIN 다이오드 구조를 형성하는 광도전층(130)은, 상하방향으로 위치하는 P+형 영역(131)과, N형 영역(133)과, 이들 영역 사이의 I형 영역(132)으로 구성되어 있다. 본 발명의 실시예에서는 광도전층(130)으로서 P형 광도전 물질이 사용되고, P+형 영역(131)은 상부전극(120) 측에 구성되고, N형 영역(133)은 화소전극(230) 측에 구성되는 경우를 예로 든다. 특히, P형 광도전 물질로서 CdTe가 사용된 경우를 예로 든다.
이와 같은 PIN 다이오드 구조 형성과 관련하여, 화소전극(230)과 상부전극(120)은, 광도전층(130)을 이루는 반도체물질을 기준으로, 하나는 어셉터(acceptor)로서 작용하는 금속물질로 이루어지고 나머지 하나는 도너(donor)로 작용하는 금속물질로 이루어질 수 있다. 본 발명의 실시예에서는, 화소전극(230)이 도너로서 기능하는 금속물질로 이루어지고, 상부전극(120)이 어셉터로 작용하는 금속물질로 이루어진 경우를 예로 든다. 특히, 화소전극(230)으로서 Al이 사용되고, 상부전극으로서 Au가 사용된 경우를 예로 든다.
이와 같은 경우에, 급속 열처리가 수행되면, 화소전극(230)과 광도전층(130)의 계면, 그리고 상부전극(120)과 광도전층(130)의 계면에서, 광도전층(130)의 내부 방향으로 금속물질이 일정 깊이만큼 확산 된다. 여기서, 급속 열처리는, 예를 들면, 대략 500도에서 수 분 동안 이루어질 수 있다.
이와 같은 과정을 통해, 광도전층(130)의 화소전극(230) 측에는 N형 영역(133)이 형성되고, 광도전층(130)의 상부전극(120) 측에는 고농도의 P형 즉 P+ 영역(131)이 형성된다. 한편, 금속물질이 확산되지 않은 나머지 광도전층(130)은 P형을 유지함으로써 결과적으로 다이오드 내에서 I형 영역(132)으로서 기능하게 된다.
위와 같이 PIN 다이오드 구조가 구성됨에 따라, 그 특성상 광전변환효율이 높아지고 누설전류가 감소되는 효과가 발휘될 수 있게 된다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 디텍터의 제조방법에 대해 설명한다.
도 3a 내지 3d는 본 발명의 실시예에 따른 디텍터를 제조하는 방법을 개략적으로 도시한 단면도이다.
먼저, 광도전기판(100)과 어레이기판(200)을 서로 개별적으로 제작한다.
이와 관련하여, 도 3a를 참조하면, 제2기판(110) 상에 상부전극(120)을 형성하고, 다음으로 상부전극(120) 상에 광도전층(130)을 형성하여 광도전기판(100)을 제작한다. 여기서, X선을 전기적신호로 변환하는 광도전층(130)은 CdTe, CdZnTe, PbO, PbI2, HgI2, GaAs, Se, TlBr, BiI3 중 적어도 하나로 이루어질 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
한편, 도 3b를 참조하면, 제1기판(210) 상에 구동소자층(220)을 형성하고, 구동소자층(220) 상에 화소영역 별로 패턴된 화소전극(230)을 형성하여 어레이기판(200)을 제작한다.
한편, 화소전극(230)이 형성된 어레이기판(200)의 전면에 접합물질(240)을 도포한다.
접합물질(240)은 광도전기판 및 어레이기판(100, 200)의 접합 및 접합부의 피로수명 향상을 감안하여 선택된다. 이와 관련하여, 일정 점도를 가지며 유리전이온도 이상의 온도 범위에서 열/압착 처리후 냉각시 경화되는 특성을 갖는 물질로서, 광도전층(130)에 대한 급속 열처리의 온도 조건에서 내열 특성을 갖는 물질이 사용될 수 있다. 예를 들면, 폴리이미드(PI) 계열의 물질과 폴리벤즈이미다졸(PBI) 계열 물질 중 적어도 하나가 사용될 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
한편, 전술한 바에서는 접합물질(240)이 어레이기판(100)에 형성되는 경우를 예로 들었는데, 이와 다른 예로서 접합물질(240)은 광도전기판(100)의 광도전층(130) 상에 도포될 수도 있다.
다음으로, 도 3c에 도시한 바와 같이, 광도전기판(100)과 접합물질(240)이 형성된 어레이기판(200)을 위치 정렬한 후 맞붙인다. 다음으로, 접합물질(240)의 유리전이 온도 조건에 부합하는 온도 수준으로 열을 가하고, 광도전기판(100)과 어레이기판(240)의 바깥면에 내부 방향으로 압력을 가한다. 다음으로, 접합물질(240)의 경화 조건에 부합하도록 냉각함으로써, 접합물질(240)은 화소전극(230)과 광도전층(130)이 접촉하는 영역의 주변영역(S)을 채운 상태로 경화된다. 이에 따라, 광도전기판(100)과 어레이기판(200)은 물리적으로 접합된다.
다음으로, 도 3d에 도시한 바와 같이, 광도전기판(100)과 어레이기판(200)이 접합된 상태의 디텍터(10)에 대해, 급속 열처리를 수행하게 된다.
이에 따라, 화소전극(230)과 광도전층(130)의 계면, 그리고 상부전극(120)과 광도전층(130)의 계면에서, 광도전층(130)의 내부 방향으로 금속물질이 일정 깊이만큼 확산 된다. 여기서, 급속 열처리는, 예를 들면, 대략 500도에서 수 분 동안 이루어질 수 있다.
이와 같은 과정을 통해, 전술한 도 2에서와 같이, 광도전층(130)의 화소전극(230) 측에는 N형 영역(133)이 형성되고, 광도전층(130)의 상부전극(120) 측에는 고농도의 P형 즉 P+ 영역(131)이 형성된다. 한편, 금속물질이 확산되지 않은 나머지 광도전층(130)은 P형을 유지함으로써 결과적으로 I형 영역(132)으로서 기능하게 된다.
이에 따라, PIN 다이오드 구조가 형성될 수 있게 되어, 광전변환효율이 높아지고 누설전류가 감소될 수 있게 된다.
위와 바와 같은 과정을 통해, 본 발명의 실시예에 따른 디텍터(10)가 제조될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 광도전층을 광도전기판에 형성하고, 어레이기판에 양각 형태의 화소전극을 형성하고, 두 기판 사이에 접합물질을 개재한 후 경화하여 광도전기판과 어레이기판을 접합하게 된다.
이처럼, 광도전층을 별도의 기판에 형성함에 따라, 광도전체의 성막 온도 제한을 고려할 필요가 없고, 대면적화에도 효과적으로 대응할 수 있게 된다.
그리고, 화소전극을 양각 형태로 구성하고 접합물질을 경화하여 두 기판을 접함시킴에 따라, 도전성 접착제나 범프 등 부수적 수단을 사용할 필요가 없으며, 접합 강도 및 접합부의 피로수명이 향상될 수 있게 된다.
또한, 급속 열처리를 적용함으로써, PIN 다이오드 구조를 구현할 수 있게 된다. 이에 따라, 광전변환효율이 높아지고 누설전류가 감소할 수 있게 된다.
한편, 전술한 바에서는 광도전체를 사용한 디텍터에 대해 주로 설명하였으나, 해당 광도전체 구조는 태양전지 등과 같은 여타의 광전변화장치에 적용될 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예는 본 발명의 일예로서, 본 발명의 정신에 포함되는 범위 내에서 자유로운 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명은, 첨부된 특허청구범위 및 이와 등가되는 범위 내에서의 본 발명의 변형을 포함한다.
10: 디텍터 100: 광도전기판
110: 제1기판 120: 상부전극
130: 광도전층 200: 어레이기판
210: 제2기판 220: 구동소자층
230: 화소전극 240: 접합물질

Claims (4)

  1. 화소영역에 구성된 화소전극을 포함하는 어레이기판과;
    상부전극 하부에 위치하고, 상기 화소전극과 접촉하며, PIN 다이오드 구조를 갖는 광도전층을 포함하는 광도전기판과;
    상기 화소전극과 광도전층의 접촉 영역 주변의 영역을 채우며 상기 어레이기판과 광도전기판을 접합하는 접합물질
    을 포함하는 디텍터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소전극은 돌출된 양각 형태를 갖는 디텍터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광도전층은 CdTe, CdZnTe, PbO, PbI2, HgI2,GaAs, Se, TlBr, BiI3 중 적어도 하나로 이루어진 디텍터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 접합물질은 폴리이미드(PI) 계열의 물질과 폴리벤즈이미다졸(PBI) 계열 물질 중 적어도 하나로 이루어진 디텍터.
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