KR20180113618A - 판독 동안 비례 전하 이득을 갖는 방사선 촬상 검출기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 X-레이 화상 정보를 기록하기 위한 두 단계의 촬상 단계를 가진 패널에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 내부 전계가 먼저 절연면 상에 X-레이 화상을 획득하도록 유도하고 절연면으로부터의 전하 주입 잡음을 회피하고, 이어서 내부 전계를 재유도하여 절연면으로부터 화상 판독 동안 전하 이득을 얻기에 충분한 전계를 갖는 도전성 판독 전극으로 상기 화상 전하를 전달하는 단계를 포함하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 X-레이 화상 정보를 기록하기 위한 두 단계의 촬상 단계를 가진 패널에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 내부 전계가 우선 절연면 상에 X-레이 화상을 획득하도록 유도하고, 절연면으로부터의 전하 주입 잡음을 회피하고, 이어서 화상 판독 동안, 전하 이득을 위한 충분한 전계로 화상 전하를 절연면으로부터 도전성 판독 전극으로 전송하도록 내부 전계를 재유도하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
디지털 X-레이 사진은, 방사선 감응 물질층을 사용하여 입사 X-레이를 광 강도(광자)의 화상 단위 변조 패턴으로서 또는 전하로서 획득함으로써 생성될 수 있다. 입사 X-레이 방사의 강도에 따라, 흡수되는 에너지는 X-레이 광도전체에 의해 전하로 직접 변환되며, 이산적인 고체 방사선 센서들이 규칙적으로 배열된 어레이에 전달된다. 미국 특허번호 제5,319,206호는, 광도전성 물질 층을 사용하여 전하 저장 커패시터와 박막 트랜지스터(TFT) 어레이 등의 트랜지스터로 화소들의 2차원 어레이에 의해 후속하여 수집되는 전자-정공 쌍들의 화상 단위 변조 영역 분포를 생성하는 시스템을 기술하고 있다. 또한, 디지털 X-레이 화상은, 우선 흡수된 에너지를 가시광선으로 변환한 다음 광 패턴을 전기 신호로 디지털화함으로써 취득될 수 있다. 미국 특허번호 제5,262,649 호(Antomik 등)는 인광체 또는 형광체 물질층을 사용하여 2차원 비정질 실리콘 포토다이오드 어레이 등의 감광 소자에 의해 전하들의 대응하는 화상 단위 변조 분포로 후속 변환되는 광자들의 화상 단위 변조 분포를 생성하는 시스템을 기술하고 있다. 이들 시스템 모두는 화학 물질 소모 혹은 은 할로겐화 필름 처리 없이 X선에 대한 반복 노출에 유용하다는 장점이 있다.
형광체 물질을 이용하여 흡수된 X-레이 에너지로부터 광자의 화상 단위 변조 분포를 생성하는 간접 변환 시스템(예를 들어, 미국 특허번호 제5,262,649호)에서, 흡수된 X-레이로부터 생성되는 광자는 2차원 감광 소자에 의해 검출되기 전에 다중 산란 또는 확산을 겪을 수 있어서, 화상 선예도가 저하되거나 변조 전달 함수(MTF, Modulation Transfer Function)가 저하될 수 있다. 화상 선명도의 저하는 화상 형성을 위한 충분한 X-레이 양을 획득하도록 더욱 두꺼운 형광체 물질 층이 요구될 때 특히 두드러진다.
미국특허번호 제5,319,206호에 기술된 셀레늄 등의 광도전성 물질을 이용하는 직접 변환 시스템(도 1, 도 2)에서는 화상 단위 변조 X-레이 방사에 대한 노출 전에 최상부 전극에 전위를 인가하여 적절한 전계를 제공한다. X-레이 방사에 대한 노출 동안, X-레이 방사의 화상 단위 변조 패턴의 강도에 응답하여 광도전층(도 1에서 "X-레이 반도체"로 지칭됨)에서 (-와 +로 표시된) 전자-정공 쌍들이 생성되며, 이러한 전자-정공 쌍들은 고 전압 전원에 의해 인가되는 바이어싱 전계에 의해 분리된다. 전자-정공 쌍들은 광도전층(photoconductive layer)의 반대면들을 향하여 전계 라인을 따라 반대 방향으로 이동한다. X-레이 방사에 대한 노출 후, 전하 화상은 박막 트랜지스터(TFT) 어레이의 저장 커패시터의 도전면에 유지된다. 이어서, 이러한 화상 전하는 상기 박막 트랜지스터와 전하 집적 증폭기의 직교 어레이에 의해 판독된다. 직접 변환 시스템에서는, 전계가 전하를 집전 전극으로 유도하고 있으므로, 광도전성 물질의 두께에 상관없이 화상 선예도 또는 MTF가 유지된다. 두꺼운 X-레이 변환 물질을 사용하여 화질 손상을 발생시키지 않고서 충분한 X-레이 에너지를 흡수할 수 있다. 그러나, 비정질 셀레늄 등의 직접 변환 물질을 사용하는 경우, 전하 수집 동안, 마이크로미터 당 5 볼트 또는 마이크로미터당 최대 40 볼트의 전계를 사용하여 X-레이로부터 화상 전하를 생성하고 전하를 집전 전극까지 계속 이동시킨다. 이러한 바이어스 전계 하에서, 또한 상당량의 누설 전류가 도전성 전하 수집으로부터 주입될 수 있으므로 상당량의 암전류가 발생할 수 있다. 이러한 암전류로부터의 전하는 화상의 동적 범위를 감소시킬 수 있고 화상 잡음을 증가시킬 수 있다. 따라서, 매우 큰 전계 하에서도 전하 수집면으로부터의 전하 주입 잡음이 없는 검출 시스템을 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 직접 변환 시스템과 간접 변환 시스템 모두에 사용되는 종래의 대면적 박막 트랜지스터(TFT) 어레이는 서로 직교하는 다수의 화상 데이터 라인(image data lines)과 제어 게이트 라인(control gates lines)으로 이루어진다. 판독 프로세스 동안, 각 게이트 라인이 턴온될 때, 게이트 제어 전압은 일반적으로 TFT "오프" 상태에 대한 약 -5 볼트의 음의 전압으로부터 TFT "온" 상태에 대한 +7 볼트 이상의 양의 전압으로 스위칭된다. 이러한 게이트 제어 전압의 12 볼트 이상의 스윙(△V)은 TFT 게이트 전극과 드레인 전극 간의 결합 커패시턴스 Cgd와 ΔV 의 곱과 동일한 전하 △Qdg를 TFT 저장 커패시터에 주입한다. 또한, 유사한 전하 △Qgs가, 전하 증폭기에 접속되어 있는 데이터 라인에 주입되며, 여기서 △V는 제어 전압 게이트의 오프 상태로부터 온 상태로의 변화이고, Cgs는 TFT의 전계 효과 트랜지스터(FET)의 게이트 단자와 소스 단자 간의 기생 커패시턴스이다. 각 데이터 라인으로부터의 화상 전하가 전하 증폭기에 의해 집적되거나 수집된 후에, 게이트 라인 전압은 양으로부터 음으로 스위칭하여 동일한 라인 상의 모든 트랜지스터를 턴오프한다. 이어서, △V 와 Cgd와 Cgs의 곱과 같은 음 전하 -△Qgd와 -△Qgs를 화상 저장 커패시터와 데이터 라인으로부터 추출한다. 이상적인 상황에서, 게이트-온 프로세스 동안 주입된 △Qgd와 △Qgs는 게이트-오프 프로세스 동안의 -△Qgd와 -△Qgs와 같아야 한다. 그러나, FET 트랜지스터의 히스테리시스 때문에 △Qgd와 △Qgs의 크기는 -△Qgd와 -△Qgs의 크기와 정확하게 같지 않을 수 있다. 따라서, 소량의 순 전하가 이러한 화상 전하 이동 프로세스에서 추가 잡음으로서 포함된다. △Qgd와 △Qgs가 -△Qgd와 -△Qgs의 크기를 갖는 이상적인 상태에서도, 각 게이트 천이에 있어서 주입되는 전자의 수 △Ne의 통계적 푸아송(poisson) 잡음은 각 천이의 전자의 수 Ne의 제곱근과 같다. 각 게이트 스위칭 사이클에서, 평균 전하 △Q가 평균 전하 -△Qo를 정확하게 상쇄하는 경우에도, Ne의 제곱근 곱하기 2의 제곱근(1.4142)과 동일한 잡음 성분이 여전히 남아 있을 것이다. 이러한 종류의 잡음은, 일반적으로 TFT 스위칭 잡음으로서 알려져 있으며, 역시 저-신호(low signal) 또는 저-방사선량 X-레이 화상에 대하여 바람직하지 않다. 따라서, 이러한 TFT 스위칭 잡음은 당업계에 공지된 박막 트랜지스터(TFT) 어레이를 사용하는 시스템의 큰 단점이다.
따라서, 본 발명의 목적은 고-바이어스 전계로부터의 전하 주입 잡음을 회피하고 박막 트랜지스터(TFT) 어레이의 스위칭 잡음이라는 상당한 단점을 회피하면서 저 잡음 화상 획득를 수행할 수 있는 검출기 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은, 본원에서 설명하는 바와 같이 또한 청구범위에 따라 방사선을 검출하기 위한 방사선 촬상 검출기 및 이러한 검출기를 사용하는 방법을 제공함으로써 상기 문제점을 해결하였다. 또한, 본 발명은 저 잡음 동작을 위해 TFT를 사용하지 않고 촬상 어레이를 구성하는 방법을 제공한다. 또한, 상호연관 이중 샘플링(correlated double sampling, CDS) 기술은 판독 라인 리셋 잡음과 열적 KTC 잡음을 최소화하도록 X-레이 화상 획득 모드로부터 판독 모드로의 전계의 재구성 후에 적용될 수 있다. 초 저잡음 판독이 수행될 수 있다. 화소 어레이에 비정질 실리콘 트랜지스터 또는 TFT가 사용되지 않으므로, 판독 어레이에 손상을 주지 않으면서 300℃보다 높은 열 증착 온도를 필요로 하는 물질을 상기 검출기와 함께 사용할 수 있다. TFT에서 화소 결함을 야기할 수 있는 정전기 방전 손상(ESD)은 더 이상 본 발명의 새로운 판독 어레이에 있어서 우려 사항이 아니다. 비정질 실리콘 트랜지스터를 사용하지 않고 트랜지스터에 대한 ESD 손상을 피하기 위한 특별한 처리가 없으므로, 이러한 트랜지스터를 사용하지 않는 새로운 어레이의 제조 비용은 종래의 박막 트랜지스터(TFT) 어레이보다 상당히 적을 수 있다. 또한, 현재의 TFT 제조 수단의 제한없이 대형 어레이를 제조할 수 있다.
본원에서 인용되는 모든 참조 문헌의 전문은 본원에 참고로 원용된다.
본 발명은, 고 바이어스 전계로부터의 전하 주입 잡음을 회피하고 박막 트랜지스터(TFT) 어레이 스위칭 잡음이라는 큰 단점을 회피하면서 저 잡음 화상 획득을 수행할 수 있는 검출기 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명은 동일한 도면 부호가 동일한 요소를 나타내는 다음의 도면과 함께 설명된다.
도 1은 박막 트랜지스터(TFT)를 사용하는 종래 기술의 평면 패널 X-레이 검출기를 도시한다.
도 2는 종래의 박막 트랜지스터(TFT) 어레이의 게이트 라인과 데이터 라인의 배치를 도시한다.
도 3은 매립 필드 형성 전극, 유전성 화소 영역, 및 데이터 판독 전극의 배치를 나타내는 본 발명의 하나의 단일 화소의 구조를 도시한다.
도 4는 매립형 전극을 따른 화소 단면을 도시한다.
도 5는 직교 어드레싱 및 판독 회로를 도시한다.
도 6은 검출기의 수직 단면을 도시한다.
도 7은 X-레이 화상 축적 모드에서의 검출기의 전계 라인과 전하 이동을 도시한다.
도 8은 X-레이 화상 판독 모드에서의 검출기의 전계 라인과 전하 이동을 도시한다.
도 9는 화상 축적 모드에서의 검출기의 전계 분포를 도시한다.
도 10은 판독 및 비례 이득 모드에서의 검출기의 전계 분포를 도시한다.
도 1은 박막 트랜지스터(TFT)를 사용하는 종래 기술의 평면 패널 X-레이 검출기를 도시한다.
도 2는 종래의 박막 트랜지스터(TFT) 어레이의 게이트 라인과 데이터 라인의 배치를 도시한다.
도 3은 매립 필드 형성 전극, 유전성 화소 영역, 및 데이터 판독 전극의 배치를 나타내는 본 발명의 하나의 단일 화소의 구조를 도시한다.
도 4는 매립형 전극을 따른 화소 단면을 도시한다.
도 5는 직교 어드레싱 및 판독 회로를 도시한다.
도 6은 검출기의 수직 단면을 도시한다.
도 7은 X-레이 화상 축적 모드에서의 검출기의 전계 라인과 전하 이동을 도시한다.
도 8은 X-레이 화상 판독 모드에서의 검출기의 전계 라인과 전하 이동을 도시한다.
도 9는 화상 축적 모드에서의 검출기의 전계 분포를 도시한다.
도 10은 판독 및 비례 이득 모드에서의 검출기의 전계 분포를 도시한다.
본 발명은, 최상부 전극, 복수의 2차원 매트릭스 화소 요소 상에 증착된 광도전성 물질층(예를 들어, 셀레늄)을 포함하는 평면 패널을 제공한다. 복수의 화소 요소는 각 화소의 비도전성 전하 축적 영역, 행(rows)에 배치된 복수의 판독 전극, 및 열(columns)에 배치된 비도전성 전하 축적 영역 아래의 복수의 매립 전극을 포함한다. 열 매립 전극(column buried electrode)은 유전성 물질에 의해 광도전성 물질로부터 격리된다. 화소 영역 내의 판독 전극의 적어도 한 일부는 유전성 물질에 의해 덮이지 않고 광도전층과 접촉한다.
최상부 전극에는 바이어스 전압 VT1이 인가된다. 판독 전극은 접지 전위 부근의 전위 VS1을 갖는 복수의 판독 증폭기(readout amplifier)에 연결된다. 열 매립 전극은 VP1 및 VP2의 스위칭 가능한 전위를 갖는 복수의 열(column) 선택 드라이버에 접속된다. X-레이 화상 획득 모드 동안, VT1, VS1, 및 VP1의 결합된 전위는 매립 전극의 평면 위에 있는 광도전성 물질의 벌크에서 대부분 평행한 전계들의 세트를 생성하고, 전계를 휘게 하여 판독 전극의 도전성 부분에서 전계가 종단되는 것을 회피한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 전계는 각 화소에서의 매립 전극의 열 위의 비도전성 영역에서 종단되도록 유도된다. X-레이와의 상호작용시, 광도전성 층에서 생성되는 전하는 전계에 의해 유도되며 도 7에 도시된 바와 같이 매립 전극 위의 비도전성 영역에 축적된다. 각 화소에 축적된 전하는 비도전성 표면과 매립 열 전위 사이의 전계에 의해 유지된다. 화상 판독 단계 동안, 열 매립 전극들 중 하나의 열 매립 전극의 전위는 VP2로 변경되어 비전도성 표면에서 유지되는 전하를 복수의 판독 증폭기에 접속된 판독 전극들의 행(row)으로 재유도한다. VP2의 특정값을 초과하는 경우, 이러한 판독 모드 동안 판독 전극에서 종단되는 전계가 비례 이득 전위의 임계값(셀레늄에 대해서는 마이크로미터 당 약 80 볼트)을 초과할 수 있다. 이어서, 비도전성 표면으로부터 판독 전극으로 이동하는 전하는, 각 판독 증폭기에 의해 수집되기 전에 비례 곱셈을 거친다.
이어서, 비례 이득을 갖는 화상 전하는 전하 증폭기에 의해 적분되고, 촬상 컴퓨터에 의해 디지털화되고 저장된다. 모든 행에서의 전하 집적이 완료되면, 각 열(column) 전극의 전위는 VP1로 복귀되고 다음 열의 전위는 VP2로 변경되어 전체 패널의 X-레이 화상이 판독될 때까지 전하를 전하 집적 증폭기의 행(rows)에 전달한다. 전하 축적 프로세스 또는 판독 프로세스 동안, 최상부 전극의 전위는 일정하게 유지될 수 있고, 판독되고 있는 하나의 열을 제외한 전체 패널은 X-레이 화상 전하를 계속 축적할 수 있다. 한 번에 매립 전극의 하나의 선택된 열의 전위를 변경하는 롤링(rolling) 판독 기법으로, 연속 동적 촬상을 취득할 수 있다.
도 3, 도 4, 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서, 본 발명은 a) 제1유전층(11), b) 제1유전층(11) 상에 증착된 복수의 행 판독 전극(13), c) 제1유전층(11) 위에 증착된 제2유전층(12a), d) 제2유전층(12a) 상에 증착된 복수의 열 매립 전극(14), e) 제2유전층(12a)과 매립 전극 위에 증착된 제3유전층(12b), 및 f) 행 판독 전극(13)까지 유전층들을 통과하는 복수의 비아(10)를 포함하는 방사선 촬상 검출기를 제공한다.
본 발명의 추가 실시예에서, 방사선 촬상 검출기는 u) 복수의 열 화소 라인(8)을 더 포함할 수 있고, 열 화소 라인(8)은 본 발명의 필수 요소이다(도 4 참조).
본 발명의 추가 실시예에서, 방사선 촬상 검출기는 l) 방사선 화상을 형성하도록 판독 전극(13)의 각 행에 접속된 복수의 전하 증폭기(9)를 더 포함할 수 있다(도 5와 도 6 참조).
본 발명의 방사선 촬상 검출기의 일부 실시예에서, 유전층(12a, 12b)은 이산화실리콘(SiO2)을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 방사선을 검출하도록 본원에서 설명하는 바와 같은 본 발명의 방사선 촬상 검출기의 용도를 제공한다.
또한, 본 발명은 a) 본 발명의 방사선 촬상 검출기를 제공하는 단계, b) 판독 화상 신호를 생성하는 단계, 및 c) 상기 판독 화상 신호를 검출하는 단계를 포함하는, 방사선을 검출하는 방법을 제공한다.
본 발명의 방법의 일 실시예에서, b) 단계는, i) 제1바이어스 전위를 최상부 바이어스 전극(19)에 인가하여 방사선 생성 전하를 최상부 전극(19)으로부터 멀어지게 유도하는 단계, 및 ii) 제2바이어스 전위를 매립 전극(14)에 인가하여 전하를 판독 비아(10)로부터 멀어지게 유도하고 전하를 유전층(15)과 방사선 전하 변환층(6) 간의 계면으로 유도하는 단계를 포함할 수 있다(도 6 참조). 도 7은 이러한 전하 축적 방법에서의 전계 라인(20)의 형상을 도시한다.
방사선 흡수를 위한 충분한 두께를 갖는 비정질 셀레늄과 같은 방사선 전하 변환층(6)은 상기 제3유전층(12b)과 데이터 비아(10) 상에 증착되며, 여기서, 후자인 데이터 비아는 판독 전극(13)에 접속된다. 이어서, 최상부 바이어스 전극(19)이 방사선 전하 변환층(6)의 최상부면 상에 증착된다. X-레이 화상 획득 동안, 고 전압 바이어스인 제1바이어스 전위가 최상부 바이어스 전극(19)에 인가되어, 최상부 전극과 매립 전극 간에 전계를 생성하고, 전하 축적 유전성 영역(15)을 전개한다. 방사선 노출에 의해, 전자-정공 쌍들이 방사선 전하 변환층(6)에서 생성된다. 고 전압 바이어스의 극성에 따라, 정공(양으로 대전됨) 또는 전자(음으로 대전됨)가 검출기의 최하부 층을 향하여 유도되어 이동한다. 본 발명의 검출기의 원리를 설명하기 위해, 본 실시예에서는 양의 고 전압 바이어스가 사용된다. X-레이와 같은 방사선에 의해 생성되는 정공은, 바이어스 전계에 의해 검출기의 최하부를 향하여 제3유전층(15)의 최상부로 이동한다. 음의 바이어스 전위도 행으로 배열된 판독 라인(13)에 접속된 데이터 비아(10)에 인접한 매립 전극(14)에 인가된다. 판독 비아(10)와 데이터 라인들(13)의 각각은 전하 집적 증폭기(9) 또는 전하 증폭기(9)에 접속되므로, 데이터 라인과 비아 전위는 O 볼트 또는 거의 O 볼트에 있다. 적절한 전압에 의해, 최상부 고 전압 전극(19)으로부터 시작되는 모든 전계 라인은 검출기의 최하부로 유도되어 매립 전극(14)의 음 전위보다 높은 전하 축적 유전성 영역(15)에서 모두 종단된다. 하나의 화소 영역 내의 방사선에 의해 생성되는 정공은 이러한 화소 유전성 계면에서 축적된다. X-레이 노출의 종료 시, 또는 롤링 판독 단계 동안, 매립 전극(14)의 한 열(column)의 전위가 음에서 양으로 변경된다. 상기 선택된 라인(14) 또는 열 화소 라인(8) 위의 전하 축적 유전성 영역(10) 상의 유전체 상 전계의 방향은 역전될 것이다. 이 라인의 유전성 계면(15)에 축적된 전하는 역 전계(16)를 따라 판독 라인에 접속된 인접한 데이터 전극으로 이동한다(도 8 참조). 유전체 전하 축적 영역 각각에 축적된 전하는, 상기 선택된 라인(8) 또는 열 화소 라인(8) 상의 각 화소에 인접한 데이터 라인으로 전달된다. 전하 축적 유전성 영역(10)을 따른 각 화소의 전하는, 각 데이터 라인(13) 또는 판독 비아(10)에 접속된 복수의 전하 증폭기(9)에 의해 집적되고, 그 결과 전하 값이 디지털화되어 컴퓨터 메모리에 저장된다. 한 라인의 전하들이 집적되고 저장된 후, 화소 매립 전극(14)의 전위는 음으로 복귀되고, 다음 화소 선택 라인의 전위는 양의 값으로 변경되어, 상기 다음 라인의 전하 축적 유전성 영역 상의 전계를 반전시킨다. 이어서, 이 영역에 이전에 축적된 화소 전하들은 화소에 인접하는 직교 데이터 라인으로 전달된다. 이러한 동작은 전체 패널의 화상 전하가 판독될 때까지 반복된다.
종래 기술에서, 종래의 TFT 패널은 직교 게이트 라인과 데이터 라인에 의해 어드레스되는 화소들의 직각 어레이로 이루어진다. 게이트 라인과 데이터 라인 사이의 절연 물질의 두께는 통상적으로 TFT 제조 프로세스에 의해 제한되는 200 nm 내지 400 nm이다. TFT 구조 내의 이들 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부로부터의 기생 커패시턴스로 인해 상당한 데이터 라인 커패시턴스가 발생한다. 전하 증폭기가 화상 정보의 판독을 위해 사용되는 경우, 열 잡음(thermal noise)은 전하 증폭기의 데이터 라인 커패시턴스와 피드백 커패시터의 비율에 의해 크게 증폭된다. 통상적으로 12 V 이상인 게이트 전압의 스위칭도 판독 화상의 스위칭 잡음에 기여한다. 그러나, 본 발명에서는, 종래의 TFT 제조 프로세스가 사용되지 않는다. 직교하는 매립 전극 라인과 데이터 라인에 대한 데이터 라인의 교차부에서의 절연 간격이 크게 증가될 수 있다. 따라서, 데이터 라인의 기생 커패시턴스가 크게 감소될 수 있어서, 전하 집적 증폭기에서 잡음 증폭이 훨씬 적어진다.
<예>
본 예에서는, 200 μm 이상의 셀레늄에 대하여 1 KV의 양의 전압을 사용하여, 셀레늄 층의 벌크 대부분에 걸쳐 마이크로미터 당 5 V의 전계를 발생시켰다. 매립 전극(14)에 -50 V의 전위를 인가하였다. 도 7에 도시된 바와 같이, 출력 데이터 전극(13)을 전하 증폭기(9)에 접속함으로써, 데이터 전극의 전위가 0 V 범위에 가까웠다. -50 V의 음의 전압을 매립 전극(14)에 인가하였다. 이러한 전위 분포에 의해, 최상부 고 전압 바이어스 전극으로부터 시작되는 모든 전계 라인이 화소 매립 전극(14) 위의 제3유전성 물질(15)의 최상부면에서 종단되었다. X-레이 방사 노출 시, 흡수된 방사선의 강도에 비례하여 셀레늄 층에 전자-정공 쌍들이 생성되었다. 전계에 의해 전자를 최상부 고전압 전극(19)으로 이동시켰고, 전계(20)에 의해 정공을 검출기의 최하부로 이동시켰다. 전위 분포를 갖는 모든 전계 라인(20)이 화소 선택 전극(14) 위의 유전성 영역(15)에서 종단되었으므로, 모든 X-레이 방사로 인해 생성된 정공들은, 도 7에 도시된 바와 같이 전계(20)에 의해 이동하였으며, 셀레늄층(6)과 화소 매립 전극(14)을 분리하는 유전성 계면(15) 상에 축적되었다. X-레이 노출 종료 시, X-레이 화상은 각 화소 전극(14) 위의 유전성 영역(15) 상의 검출기 위에 축적된 전하량에 의해 나타내어졌다. 패널이 판독 준비되었을 때, 화소 매립 전극의 한 열의 전위를, 판독 전극의 전위보다 +100 V 높은 전위에서와 같이 음의 전압으로부터 양의 전압으로 변경하였다. 이러한 변경에 의해, 화소 선택 전극 위의 전계가 반전되었으며, 전계 라인(16)은 유전성 계면으로부터 시작하여 여전히 약 O V인 출력 데이터 비아(10)에서 종단되었다(도 8 참조). X-레이 노출 동안 화소 유전성 계면의 열(column) 상에 축적된 양으로 대전된 정공들을 도 8에 도시한 바와 같이 이러한 새로운 전계 분포(16)에 의해 이동시켰다. 전하들은 유전성 계면(15)으로부터 인접한 출력 데이터 비아(10)로 이동하였으며, 도 5에 도시한 바와 같이 각 라인에 접속된 전하 증폭기에 의해 집적되었다. 따라서, 하나의 열(column)의 화상 정보가 획득되었다. 하나의 열의 데이터 획득 종료시, 상기 열의 전위는 음의 값으로 복귀하였으며, 다음 화소 열(8)은 음으로부터 양으로 변경되어, 상기 다음 열(8)의 화상 전하를 데이터 라인(13)의 행으로 푸시하였다. 이러한 동작은, 촬상 패널의 모든 전하가 판독될 때까지 반복되었다. 대면적 화소의 경우, 요소들 간의 간격이 전하 푸시-풀 전달 동작에 필요한 제한된 전위에 대해 작게 유지될 수 있도록 다수의 작은 화소 요소를 비닝(binning)함으로써 큰 화소가 구성될 수 있다. 도 9와 도 10은 각각의 전하 축적 모드 및 판독 모드 동안 화소 근처 전계의 3D 플롯을 도시한다. 도 10은 또한 판독 전극의 외곽링에서의 전계가 양의 전하가 급격한 증가(impact multiplication)를 겪는데 충분함을 도시한다. 이러한 조건 하에서 충돌 전하는 더욱 많은 전자-정공 쌍을 생성하므로, 전하 이득이 취득된다. 고 전계는 판독 전극의 외곽 링에만 집중되고 또한 곱셈을 위해 이용가능한 유전성 계면으로부터의 전하가 제한되므로, 제어되지 않는(또는 런 어웨이) 애벌런치 모드 프로세스를 회피할 수 있고, 전하 이득이 비례 모드에서 달성된다.
상술한 예들은, 상술한 바와 같은 방사선을 검출하는 방법뿐만 아니라, 방사 선 화상 검출기가 예컨대 배경 잡음이 높은 종래 기술의 방사선 검출기에 연관된 문제점을 회피하면서 방사선을 검출하는 데에 특히 유용하다는 것을 보여준다.
본 발명의 특정 예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명하였지만, 통상의 기술 자에게는 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있다는 점이 명백할 것이다.
Claims (16)
- 방사선 촬상 검출기로서,
제1유전층;
상기 제1유전층 상에 배치된 복수의 제1전극;
상기 제1유전층 상에 배치된 제2유전층;
상기 제2유전층 상에 배치된 복수의 제2전극;
상기 제2전극과 상기 제2유전층 상에 배치된 제3유전층; 및
상기 제1전극 상에 배치되고, 상기 제2유전층과 상기 제3유전층을 관통하는 복수의 비아(via)를 포함하는, 방사선 촬상 검출기. - 제1항에 있어서, 상기 제1전극은 행 판독 전극이고, 상기 제2전극은 상기 제3유전층에 의해 매립된 열 매립 전극(column buried electrode)인, 방사선 촬상 검출기.
- 제2항에 있어서, 상기 제1전극에 각각 접속된 복수의 전하 증폭기를 더 포함하는, 방사선 촬상 검출기.
- 제1항에 있어서, 상기 제3유전층과 상기 비아 상에 배치된 방사선 전하 변환층; 및
상기 방사선 전하 변환층 상에 배치된 최상부 바이어스 전극을 더 포함하는, 방사선 촬상 검출기. - 제4항에 있어서, 상기 제2전극은 상기 제3유전층에 의해 매립된 열 매립 전극이고,
방사선 노출 동안, 제1바이어스 전위가 상기 최상부 바이어스 전극에 인가되고, 제2바이어스 전위가 상기 열 매립 전극에 인가되어, 상기 최상부 바이어스 전극과 상기 열 매립 전극 사이에 전계를 형성하고, 이에 따라 상기 제3유전층과 상기 방사선 전하 변환층 간의 계면에서 전하가 축적되는, 방사선 촬상 검출기. - 제5항에 있어서, 상기 제1전극은 행 판독 전극이고,
상기 방사선 노출의 완료시, 상기 열 매립 전극의 전위는 상기 제2바이어스 전위로부터 상기 제1바이어스 전위로 변경되고, 축적된 전하가 상기 제1전극을 통해 데이터 라인으로 이동하는, 방사선 촬상 검출기. - 제6항에 있어서, 상기 제1바이어스 전위는 양이고, 상기 제2바이어스 전위는 음인, 방사선 촬상 검출기.
- 제4항에 있어서, 상기 방사선 전하 변환층은 비정질 셀레늄을 포함하는, 방사선 촬상 검출기.
- 제1항에 있어서, 상기 제2유전층과 상기 제3유전층은 이산화실리콘(SiO2)을 포함하는, 방사선 촬상 검출기.
- 방사선 촬상 검출기를 사용하는 방사선 촬상 검출 방법으로서,
상기 방사선 촬상 검출기는, 제1유전층; 상기 제1유전층 상에 배치된 복수의 제1전극; 상기 제1유전층 상에 배치된 제2유전층; 상기 제2유전층 상에 배치된 복수의 제2전극; 상기 제2전극과 상기 제2유전층 상에 배치된 제3유전층; 및 상기 제1전극 상에 배치되고 상기 제2유전층과 상기 제3유전층을 관통하는 복수의 비아를 포함하고,
상기 방사선 촬상 검출 방법은,
상기 방사선 촬상 검출기를 제공하는 단계; 및
상기 방사선 촬상 검출기를 사용하여 판독 촬상 신호를 생성하는 단계를 포함하는, 방사선 촬상 검출 방법. - 제10항에 있어서, 상기 방사선 촬상 검출기는 상기 제3유전층과 상기 비아 상에 배치된 방사선 전하 변환층; 및 상기 방사선 전하 변환층 상에 배치된 최상부 바이어스 전극을 더 포함하는, 방사선 촬상 검출 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 판독 촬상 신호를 생성하는 단계는, 방사선 노출 동안, 제1바이어스 전위를 상기 최상부 바이어스 전극에 인가하고, 제2바이어스 전위를 상기 제2전극에 인가하여, 상기 최상부 바이어스 전극과 열 매립 전극 사이에 전계를 형성하고, 이에 따라 상기 제3유전층과 상기 방사선 전하 변환층 간의 계면에서 전하를 축적하는 단계를 포함하고,
상기 제2전극은 상기 제3유전층에 의해 매립된 열 매립 전극인, 방사선 촬상 검출 방법. - 제12항에 있어서, 상기 방사선 노출의 판독 동안, 상기 열 매립 전극의 전위를 상기 제2바이어스 전위로부터 상기 제1바이어스 전위로 변경하고, 이에 따라 축적되는 전하를 상기 제1전극을 통해 데이터 라인으로 이동시키는 단계를 더 포함하는, 방사선 촬상 검출 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 제1바이어스 전위는 양이고, 상기 제2바이어스 전위는 음인, 방사선 촬상 검출 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 방사선 전하 변환층은 비정질 셀레늄을 포함하는, 방사선 촬상 검출 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 제2유전층과 상기 제3유전층은 이산화실리콘(SiO2)을 포함하는, 방사선 촬상 검출 방법.
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