KR20190075423A - 엑스레이 영상감지소자 - Google Patents

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KR20190075423A
KR20190075423A KR1020170177002A KR20170177002A KR20190075423A KR 20190075423 A KR20190075423 A KR 20190075423A KR 1020170177002 A KR1020170177002 A KR 1020170177002A KR 20170177002 A KR20170177002 A KR 20170177002A KR 20190075423 A KR20190075423 A KR 20190075423A
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Abstract

본 발명은 엑스레이 영상감지소자에 관한 것이다. 상기 엑스레이 영상감지소자는, 제1 포토 다이오드와 박막 트랜지스터를 포함하는 제1 화소 영역을 포함하는 제1 영역, 및 상기 제1 영역의 외주면에 인접하게 배치되고, 제2 포토 다이오드만을 포함하는 제2 화소 영역을 포함하는 제2 영역을 포함하되, 상기 제2 포토 다이오드의 면적은, 상기 제1 포토 다이오드의 면적보다 크게 형성된다.

Description

엑스레이 영상감지소자{X-RAY DETECTOR}
본 발명은 엑스레이 영상감지소자에 관한 것이다. 구체적으로, 어레이 영역과 인접한 더미 영역에 포토 다이오드를 포함하는 더미 화소영역(Dummmy Pixel)이 형성되는 엑스레이 영상감지소자에 관한 것이다.
현재 의학용으로 널리 사용되고 있는 진단용 엑스레이(X-ray) 장치의 검사방법은 엑스레이 감지 필름을 사용하여 촬영하고, 그 결과를 알기 위해서는 소정의 필름 인화시간을 거쳐야 했다.
그러나, 근래에 들어서 반도체 기술의 발전에 힘입어 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor)를 이용한 디지털 엑스레이 디텍터(Digital X-ray detector; 이하 "엑스레이 영상감지소자"라 칭한다)가 연구/개발되었다.
상기 엑스레이 영상감지소자는 박막 트랜지스터를 스위칭소자로 사용하여, 엑스레이의 촬영 즉시 실시간으로 화면 상에 엑스레이 영상을 표시하여 결과를 진단할 수 있는 장점이 있다.
이하, 엑스레이 영상감지소자의 구성과 그 동작을 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 종래의 엑스레이 영상감지소자의 개략적인 구성을 도시한 평면도이다. 도 2는 도 1의 A-A' 선을 따라 자른 단면을 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 엑스레이 영상감지소자는 기판(10)과 기판(10) 상에 형성되는 신틸레이션층(scintillation layer)(20)을 포함한다.
기판(10)은 영상을 감지하는 표시영역(Array Area)(11)과, 표시영역(11)의 외주면을 둘러싸는 더미영역(Dummy Area)(12)을 포함한다. 표시영역(11)은 복수의 단위 화소영역을 포함하고, 일측에 복수의 단위 화소영역에서 출력된 광전류를 수신하는 리드아웃 집적회로(30)(ROIC)가 구비된다.
신틸레이션층(20)은 기판(10) 상에 배치되며 표시영역(11) 상에서 일정한 두께를 갖는다. 다만, 표시영역(11)의 외주면에는 공정상의 이유로 신틸레이션층(20)의 두께가 불균일한 더미영역(12)이 형성된다. 이러한 더미영역(12)은 일정한 광원이 입사되지 않기에 정상적인 화상 정보를 얻기 어려우므로 화소영역으로 이용하지 않고, 리드아웃 집적회로(30)와도 연결되지 않는다.
이러한 더미영역(Dummy Area)은 잉여 면적으로 존재하여 엑스레이 영상감지소자의 크기를 불필요하게 증가시키게 되는 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 어레이 영역과 인접한 더미 영역에 포토 다이오드를 포함하는 더미 화소영역을 형성시킴으로써, 더미 영역에서 배터리를 충전시킬 수 있는 추가적인 전력을 생산할 수 있는 엑스레이 영상감지소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 엑스레이 영상감지소자에 따른 일 측면(apsect)은, 제1 포토 다이오드와 박막 트랜지스터를 포함하는 제1 화소 영역을 포함하는 제1 영역, 및 상기 제1 영역의 외주면에 인접하게 배치되고, 제2 포토 다이오드만을 포함하는 제2 화소 영역을 포함하는 제2 영역을 포함하되, 상기 제2 포토 다이오드의 면적은, 상기 제1 포토 다이오드의 면적보다 크게 형성된다.
또한, 상기 제1 포토 다이오드는, 일단이 바이어스 배선과 연결되고, 타단이 상기 박막 트랜지스터에 연결되며, 상기 박막 트랜지스터는, 상기 제1 포토 다이오드에 연결되는 소오스 단자와, 제1 데이터 배선에 연결되는 드레인 단자과, 게이트 배선에 연결되는 게이트 단자를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 데이터 배선 및 상기 게이트 배선은, 상기 제1 화소 영역을 정의하고, 상기 제1 데이터 배선과 나란히 배치되는 제2 데이터 배선 및 상기 게이트 배선은, 상기 제2 화소 영역을 정의할 수 있다.
또한, 상기 제2 포토 다이오드는, 상기 게이트 배선과 이격되도록 배치되며, 전기적으로 비통전될 수 있다.
또한, 상기 박막 트랜지스터에 연결되는 제1 데이터 배선으로부터 출력되는 신호를 수신하는 리드아웃부와, 상기 제2 포토 다이오드에 연결되는 상기 제1 데이터 배선과 나란히 배치되는 제2 데이터 배선으로부터 출력되는 전류를 수신하는 배터리부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리부는, 상기 제1 및 제2 화소 영역을 가로지르는 게이트 배선에 신호를 전달하는 게이트 집적회로에 전원을 제공할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 엑스레이 영상감지소자에 따른 다른 측면은, 제1 및 제2 영역이 정의된 기판, 상기 제1 영역에 배치된 제1 화소 영역, 및 상기 제2 영역에 배치된 제2 화소 영역을 포함하고, 상기 제1 화소 영역은, 상기 기판 상에 형성된 액티브 패턴, 상기 액티브 패턴 상에 형성되는 게이트 배선, 상기 액티브 패턴과 상기 게이트 배선의 상면을 덮는 층간 절연막, 상기 게이트 배선의 일측에 형성되고, 상기 층간 절연막을 관통하여 상기 액티브 패턴의 상면에 접하는 제1 데이터 배선, 상기 게이트 배선의 타측에 형성되고, 상기 층간 절연막을 관통하여 상기 액티브 패턴의 상면에 접하는 컨택, 및 상기 층간 절연막 상에 형성되고, 상기 컨택과 전기적으로 연결되는 제1 PIN 레이어를 포함하고, 상기 제2 화소 영역은, 상기 층간 절연막 상에 형성되고, 상기 제1 데이터 배선과 나란히 배치되는 제2 데이터 배선, 및 상기 제2 데이터 배선과 전기적으로 연결되는 제2 PIN 레이어를 포함하되, 상기 제2 PIN 레이어의 면적은, 상기 제1 PIN 레이어의 면적보다 크게 형성된다.
또한, 상기 제1 데이터 배선 및 상기 제2 데이터 배선은, 상기 게이트 배선과 서로 교차하도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 컨택의 상면, 및 상기 제1 PIN 레이어의 하면에 접하도록 배치되는 제1 메탈 레이어와, 상기 제1 PIN 레이어의 상면에 접하도록 배치되는 제1 투명 전극과, 상기 제2 데이터 배선의 상면, 및 상기 제2 PIN 레이어의 하면에 접하도록 배치되는 제2 메탈 레이어와, 상기 제2 PIN 레이어의 상면에 접하도록 배치되는 제2 투명 전극을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 투명 전극의 상면에 접하도록 배치되는 제1 바이어스 배선과, 상기 제2 투명 전극의 상면에 접하도록 배치되는 제2 바이어스 배선을 더 포함하고, 상기 제1 바이어스 배선과 상기 제2 바이어스 배선은, 서로 동일 거리만큼 이격되도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 영역을 덮는 신틸레이터층을 더 포함하되, 상기 제1 영역에서 측정한 상기 신틸레이터층의 제1 두께는, 상기 제2 영역에서 측정한 상기 신틸레이터층의 제2 두께보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 상기 신틸레이터층의 두께는, 상기 제2 영역 내에서 상기 제2 데이터 배선으로부터 멀어질수록 점진적으로 감소될 수 있다.
또한, 상기 제1 PIN 레이어와 상기 제2 PIN 레이어는, 동일 공정을 통해 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역은, 서로 인접하게 배치되고, 상기 제2 영역은, 상기 액티브 패턴을 미포함 할 수 있다.
본 발명의 엑스레이 영상감지소자는, 어레이 영역과 인접한 더미 영역에 포토 다이오드로 구성된 더미 화소영역을 구비함으로써, 사용되지 않는 잉여 면적을 이용하여 추가적인 전력을 생산할 수 있다. 본 발명은 더미 화소영역에서 추가적으로 생산되는 전력을 배터리에 충전시켜 엑스레이 영상감지소자의 동작 시간(즉, 사용 가능 시간)을 연장시킬 수 있으며, 엑스레이 영상감지소자의 동작 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 엑스레이 영상감지소자의 개략적인 구성을 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 A-A' 선을 따라 자른 단면을 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 엑스레이 영상감지소자를 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 3의 S 영역에 포함된 단위 화소영역과, 더미 화소영역을 나타내는 평면도이다.
도 5는 도 4의 B-B'선과 C-C'선을 따라 자른 단면을 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 엑스레이 영상감지소자에 포함된 단위 화소영역의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 엑스레이 영상감지소자에 포함된 더미 화소영역의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서는, 도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 엑스레이 영상감지소자에 관하여 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 엑스레이 영상감지소자를 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 엑스레이 영상감지소자는, 기판(1000), 게이트부(1200), 리드아웃부(1300)(ROIC), 및 배터리부(1400)(Battery)를 포함한다.
기판(1000)은 제1 영역(1100; 이하, 어레이 영역)과 제1 영역의 외주면에 배치되는 제2 영역(1150; 이하, 더미 영역)을 포함한다. 기판(110)은 광투과율이 높은 투명 유리기판으로 구성될 수 있다. 다만, 이는 하나의 실시예에 불과하며 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
어레이 영역(1100)은 종횡으로 배열되어 단위 화소영역(Px)을 정의하는 게이트라인(GL)과 데이터라인(DL)을 포함한다.
더미 영역(1150)은 어레이 영역(1100)의 외주면을 둘러싸도록 배치된다. 예를 들어, 더미 영역(1150)은 어레이 영역(1100)의 세변을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
더미 영역(1150)은 어레이 영역(1100)과 게이트부(1200) 사이에 배치되며 게이트부(1200)로부터 연장되는 복수의 게이트 배선(GL)이 지나갈 수 있다.
더미 영역(1150)은 더미 화소영역(Dx)을 포함한다. 더미 화소영역(Dx)은 입사되는 광원을 전력으로 전환하는 포토다이오드를 포함한다. 포토다이오드에서 생성되는 전하는 배터리부(1400)에 전달되어 배터리부(1400)를 충전시킬 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 이하에서 후술하도록 한다.
게이트부(1200)는 어레이 영역(1100)에 구비된 복수의 단위 화소영역(Px)에 포함된 박막 트랜지스터의 동작을 제어하는 다수의 게이트 집적 회로(1250)를 포함한다.
구체적으로, 게이트 집적 회로(1250)는 게이트 배선(GL)을 통해 게이트 신호를 제공함으로써, 각 화소영역(Px)에 포함된 박막 트랜지스터를 온오프시킬 수 있다. 박막 트랜지스터는 포토다이오드에서 생성된 전하를 데이터 라인(DL)으로 전달시키는 스위치로써 동작할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 도 6을 참조하여 후술하도록 한다.
리드아웃부(1300)는 데이터 라인(DL)을 통해 전달받은 전류 신호를 증폭 및 전처리 하여 디지털 신호로 변환하고, 변환된 신호에 해당하는 영상을 출력한다.
예를 들어, 신체의 일부를 엑스레이 촬영 할 경우, 엑스레이가 투과하는 신체 일부에서는 전류 신호의 크기가 크고, 엑스레이의 투과율이 낮은　부위에서는 전류 신호의 크기가 작게 되는데, 이와 같은 차이를 영상을 통해 표시할 수 있다.
배터리부(1400)는 게이트부(1200) 및 리드아웃부(1300)를 포함하는 구동회로가 동작할 수 있도록 전원을 제공한다. 배터리부(1400)는 충방전 가능한 2차 전지를 포함할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도면에 명확하게 도시하지는 않았으나, 기판(1000) 상에는 신틸레이션층(scintillation layer)(미도시)이 필름 형태로 부착(Laminating) 또는 직접 증착(evaporation)될 수 있다.
신틸레이션층(미도시)은 포톤(Photon)을 흡수하여 내부로부터 광원을 발산한다. 광원은 기판(1000)에 포함된 어레이 영역(1100)의 단위 화소영역(Px)과 더미 영역(1150)의 더미 화소영역(Dx) 내에 구현되어 있는 포토다이오드(Photodiode)에 전달되고, 포토다이오드(Photodiode)에는 광전류가 발생된다.
이어서, 단위 화소영역(Px)에서 발생된 광전류는 스위칭 소자로서 동작하는 박막 트랜지스터에 의해 제1 데이터 배선(도 4의 DL1)을 통하여 리드아웃부(1300)로 전달된다.
또한, 더미 영역(1150)에서 발생된 광전류는 제2 데이터 배선(도 4의 DL2)을 통해 배터리부(1400)로 전달된다. 즉, 더미 영역(1150)에서 발생된 광전류는 배터리부(1400)를 충전시키는 데 이용될 수 있다.
도 4는 도 3의 S 영역에 포함된 단위 화소영역과, 더미 화소영역을 나타내는 평면도이다. 도 5은 도 4의 B-B'선과 C-C'선을 따라 자른 단면을 나타내는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 단위 화소영역(Px)은 제1 데이터 배선(DL1)과 게이트 배선(GL)에 의해 정의된다. 더미 화소영역(Dx)은 제2 데이터 배선(DL2)과 게이트 배선(GL)에 의해 정의된다.
이때, 제1 데이터 배선(DL1)과 제2 데이터 배선(DL2)은 제1 방향을 향해 연장되도록 형성되며 서로 이격되도록 나란히 배치될 수 있고, 게이트 배선(GL)은 제1 데이터 배선(DL1)과 제2 데이터 배선(DL2)과 교차하는 제2 방향을 향해 연장되도록 형성될 수 있다.
단위 화소영역(Px)과 더미 화소영역(Dx)은 동일한 게이트 배선(GL)을 공유할 수 있다. 즉, 단위 화소영역(Px)과 더미 화소영역(Dx)은 기판(1000) 상에서 동일한 행에 해당하는 위치에 배치될 수 있다.
단위 화소영역(Px)과 더미 화소영역(Dx)은 서로 인접하게 배치될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 단위 화소영역(Px)와 더미 화소영역(Dx)은 서로 이격되도록 배치될 수 있다.
또한, 단위 화소영역(Px)과 더미 화소영역(Dx)은 높이 또는 너비를 갖도록 형성될 수 있다.
구체적으로, 단위 화소영역(Px)는 제1 포토 다이오드(PD1)와 박막 트랜지스터(TFT)를 포함할 수 있다.
박막 트랜지스터(TFT)는 제1 데이터 배선(DL1)과 게이트 배선(GL)이 교차하는 영역에 형성될 수 있다. 예를 들어, 박막 트랜지스터(TFT)는 단위 화소영역(Px)의 좌측 하단 영역에 배치될 수 있다. 다만, 이는 하나의 예에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 포토 다이오드(PD1)는 박막 트랜지스터(TFT)의 일부에 오버랩되도록 배치될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 포토 다이오드(PD1)는 박막 트랜지스터(TFT)와 오버랩되지 않고, 박막 트랜지스터(TFT)의 일단과 전기적으로 연결되도록 배치될 수 있다.
제1 바이어스 배선(B1)은 제1 포토 다이오드(PD1)와 오버랩되도록 제1 포토 다이오드(PD1) 상에 배치될 수 있다. 제1 바이어스 배선(B1)은 제1 데이터 배선(DL1)과 동일한 방향으로 연장되도록 배치될 수 있다. 즉, 제1 바이어스 배선(B1)과 제1 데이터 배선(DL1)은 평행하게 배치될 수 있다. 다만, 이는 하나의 예시에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
더미 화소영역(Dx)은 제2 포토 다이오드(PD2)를 포함한다. 더미 화소영역(Dx)은 단위 화소영역(Px)과 달리 박막 트랜지스터(TFT)를 미포함 할 수 있다.
제2 포토 다이오드(PD2)는 제2 데이터 배선(DL2)의 일부와 전기적으로 연결될 수 있으며, 게이트 배선(GL)과 이격되도록 배치될 수 있다.
제2 바이어스 배선(B2)은 제2 포토 다이오드(PD2)와 오버랩되도록 제2 포토 다이오드(PD2) 상에 배치될 수 있다. 제2 바이어스 배선(B2)은 제1 바이어스 배선(B1)과 동일한 방향으로 연장되도록 배치될 수 있다. 즉, 제2 바이어스 배선(B2)과 제1 바이어스 배선(B1)은 동일 거리만큼 이격되도록(즉, 평행하게) 배치될 수 있다. 다만, 이는 하나의 예시에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
여기에서, 더미 화소영역(Dx)은 단위 화소영역(Px)과 달리 박막 트랜지스터(TFT)를 포함하지 않으므로, 제2 포토 다이오드(PD2)는 제1 포토 다이오드(PD1)보다 더 큰 면적을 갖도록 형성될 수 있다. 이때, 제2 포토 다이오드(PD2)는 제1 포토 다이오드(PD1)와 비교하여 더 큰 종단면적 또는 횡단면적으로 가질 수 있다.
이를 통해, 더미 화소영역(Dx)은 입사되는 광원에 대하여 더 많은 전하를 생성할 수 있어, 배터리부(1400)에 더 큰 전류를 제공할 수 있다. 배터리부(1400)에 제공되는 전류는 엑스레이 영상감지소자를 동작시키는데 이용되는 바, 더미 화소영역(Dx)의 동작을 통해 엑스레이 영상감지소자의 동작 시간은 증가되고, 동작 에너지 효율은 향상될 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 엑스레이 영상감지소자의 단위 화소영역(Px)와 더미 화소영역(Dx)는 동일한 기판(110) 상에 형성된다.
이하에서는, 단위 화소영역(Px)의 단면(도 4의 B-B'선을 따라 자른 단면)을 참조하여, 단위 화소영역(Px)에 대해 설명하도록 한다.
기판(110) 상에는 액티브 패턴(120)이 형성된다. 액티브 패턴(120)은 제1 데이터 배선(140)(DL1)과 게이트 배선(125)(GL)이 교차하는 영역에 형성될 수 있으며, 제1 데이터 배선(140)의 일부 및 게이트 배선(125)의 일부와 오버랩되도록 배치될 수 잇다.
액티브 패턴(120)은 비정질 실리콘(a-Si), 폴리 실리콘 (polycrystalline silicon), 저온 폴리 실리콘(즉,　Low-temperature poly-Si; LTPS), 전이금속 칼코겐 화합물(Transition Metal Dichalcogenides), 실리콘(Si), 산화물 반도체, 유기반도체, III-V 화합물의 반도체 중 적어도 하나의 물질로 형성될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
액티브 패턴(120) 상에는 게이트 배선(125)이 형성된다. 게이트 배선(125)은 박막 트랜지스터(TFT)의 게이트 전극으로 동작하며, 게이트 신호(Vg)가 인가될 수 있다. 액티브 패턴(120)과 게이트 배선(125) 사이에는 게이트 절연막(122)이 형성될 수 있다.
여기에서, 게이트 배선(125)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 게이트 배선(125)은 폴리 실리콘과 같은 비-메탈(non-metal)로 이루어질 수도 있다.
게이트 절연막(122)은 고유전막(high-k)인 HfO2, ZrO2, Ta2O5, TiO2, SrTiO3 또는 (Ba, Sr)TiO3를 포함하는 그룹에서 선택된 물질을 포함할 수 있다. 게이트 절연막(122)은 포함하는 물질에 따라 적절한 두께로 형성될 수 있다.
기판(110) 상에는 게이트 배선(125) 및 액티브 패턴(120)을 덮는 제1 층간 절연막(130)이 형성된다.
제1 층간 절연막(130)은 제1 층간 절연막(130)의 하부에 있는 반도체 소자들과 제1 층간 절연막(130)의 상부에 있는 반도체 소자의 전기적 절연을 담당할 수 있다. 제1 층간 절연막은 BSG(borosilicate Glass), PSG(phosphoSilicate Glass), BPSG(boroPhosphoSilicate Glass), USG(Undoped Silicate Glass), TEOS(TetraEthylOrthoSilicate Glass), 또는 HDP-CVD(High Density Plasma-CVD) 등과 같은 실리콘 산화물을 이용하여 형성될 수 있다.
제1 층간 절연막(130)에는 다수의 컨택홀이 형성될 수 있다. 제1 층간 절연막(130) 상에는 각각의 컨택홀을 충진시키는 제1 데이터 배선(140) 및 소오스/드레인 전극(145)이 형성된다. 이때, 제1 데이터 배선(140)과 소오스/드레인 전극(145)의 각각의 상면은 모두 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
구체적으로, 제1 데이터 배선(140)은 게이트 배선(125)의 일측에 형성되고, 제1 층간 절연막(130)을 관통하여 액티브 패턴(120)의 상면에 접한다. 소오스/드레인 전극(145)은 게이트 배선(125)의 타측에 형성되고, 제1 층간 절연막(130)을 관통하여 액티브 패턴(120)의 상면에 접한다. 제1 데이터 배선(140)과 제1 소오스/드레인 전극(145)은 박막 트랜지스터(TFT)의 소오스/드레인 단자에 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 층간 절연막(130) 상에는 제1 데이터 배선(140) 및 소오스/드레인 전극(145)을 덮는 제2 층간 절연막(150)이 형성된다. 제2 층간 절연막(150)은 앞서 설명한 제1 층간 절연막(130)과 유사한 절연 기능을 수행할 수 있으므로, 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
제2 층간 절연막(150) 상에는 소오스/드레인 전극(145)의 상면과 접하는 제1 메탈 레이어(162)가 형성된다. 제1 메탈 레이어(162)는 액티브 패턴(120)과 일부 오버랩되도록 형성될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 메탈 레이어(162)는 니켈, 구리, 은, 칼륨, 마그네슘, 카드늄, 알루미늄 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 둘 이상 또는 그 이상의　메탈이 혼합하여 이용될 수 있다.
제1 메탈 레이어(162) 상에는 제1 PIN 레이어(164)가 형성된다. 제1 PIN 레이어(164)는 P형 불순물이 도핑된 P-영역과 N형 불순물이 도핑된 N-영역 사이에 아무런 불순물도 도핑되지 않은 I-영역(Intrinsic Area)이 존재하는 구조를 가진 P-I-N　 구조를 포함할 수 있다. 다만, 이는 하나의 예시에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 PIN 레이어(164) 상에는 제1 투명 전극(166)이 형성될 수 있다. 제1 투명 전극(166)은 광원을 통과시키는 투명물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 투명 전극(166)은 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide; ITO), 주석산화물(Tin Oxide; TO), 인듐아연산화물(Indium Zinc Oxide; IZO) 또는 인듐주석아연산화물(Indium Tin Zinc Oxide; ITZO)과 같은 투명한 도전막으로 이루어질 수 있다.
제2 층간 절연막(150) 상에는 제1 투명 전극(166)을 덮는 제3 층간 절연막(170)이 형성된다. 제3 층간 절연막(170)은 앞서 설명한 제1 층간 절연막(130)과 유사한 절연 기능을 수행할 수 있으므로, 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
제3 층간 절연막(170) 상에는 제3 층간 절연막(170)을 관통하여 제1 투명 전극(166)의 상면에 접하는 제1 바이어스 배선(180)이 형성된다. 또한, 제3 층간 절연막(170) 상에는 제1 바이어스 배선(180)의 상면을 덮는 제4 층간 절연막(190)이 형성된다.
도면에 명확히 도시하지는 않았으나, 제4 층간 절연막(190) 상에는 신틸레이션층(미도시)이 기판(110)의 상면으로부터 동일한 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 제4 층간 절연막(190) 상에 형성된 신틸레이션층(미도시)의 상면은 균일한 상면을 갖도록 형성될 수 있다.
이하에서는 더미 화소영역(Dx)의 단면(도 4의 C-C'선을 따라 자른 단면)을 참조하여, 더미 화소영역(Dx)에 대해 설명하도록 한다.
기판(110) 상에는 제1 층간 절연막(230)이 형성된다. 제1 층간 절연막(230)은 단위 화소영역(Px)의 제1 층간 절연막(230)과 동일 공정 내에서 생성되며, 동일 물질로 구성될 수 있다.
제1 층간 절연막(230) 상에는 제2 데이터 배선(240)(DL2)이 형성된다. 제2 데이터 배선(240)의 장축은 제1 데이터 배선(140)의 장축과 동일한 방향으로 길게 연장되도록 형성될 수 있다. 제2 데이터 배선(240)은 제1 데이터 배선(140)과 동일 공정 내에서 생성되며, 동일 물질로 구성될 수 있다.
제1 층간 절연막(230) 상에는 제2 데이터 배선(240)의 상면을 덮는 제2 층간 절연막(250)이 형성된다. 제2 층간 절연막(250)은 앞서 설명한 제1 층간 절연막(230)과 유사한 절연 기능을 수행할 수 있다.
제1 층간 절연막(230) 상에는 제2 데이터 배선(240)의 상면과 일부가 접하는 제2 메탈 레이어(262)가 형성된다. 제2 메탈 레이어(262)는 제2 데이터 배선(240)의 돌출부의 상면과 접하도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2 메탈 레이어(262)는 제2 데이터 배선(240)과 일부 오버랩되도록 형성될 수 있다.
제2 메탈 레이어(262)는 제1 메탈 레이어(162)와 동일 공정 내에서 형성됨으로써 동일한 물질을 포함할 수 있다. 다만, 이는 하나의 예시에 불과하고, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 메탈 레이어(262) 상에는 제2 PIN 레이어(264)가 형성된다. 제2 PIN 레이어(264)는 제1 PIN 레이어(164)와 마찬가지로 P형 불순물이 도핑된 P-영역과 N형 불순물이 도핑된 N-영역 사이에 아무런 불순물도 도핑되지 않은 I-영역(Intrinsic Area)이 존재하는 구조를 가진 P-I-N　 구조를 포함할 수 있다. 이때, 제2 PIN 레이어(264)는 제1 PIN 레이어(164)와 동일 공정 내에서 형성될 수 있다.
다만, 제2 PIN 레이어(264)의 단면적은 제1 PIN 레이어(164)의 단면적보다 크게 형성될 수 있다. 이러한 면적 크기의 차이는 더미 화소영역(Dx)가 박막 트랜지스터(TFT)를 포함하지 않음으로써 남게 되는 면적까지 제2 PIN 레이어(264)가 확장됨에 따라 발생된다.
이를 통해, 더미 화소영역(Dx)는 단위 화소영역(Px)보다 더 많은 광원을 수광할 수 있는 구조를 갖게되며, 더 큰 전류를 발생시켜 배터리부(1400)에 제공할 수 있게 된다.
제2 PIN 레이어(264) 상에는 제2 투명 전극(266)이 형성될 수 있다. 제2 투명 전극(266)은 제1 투명 전극(166)과 마찬가지로 광원을 통과시키는 투명물질을 포함할 수 있다. 제2 투명 전극(266)은 제1 투명 전극(166)과 동일 공정 내에서 형성될 수 있다.
제3 층간 절연막(350) 상에는 제2 투명 전극(266)을 덮는 제3 층간 절연막(270)이 형성된다.
제3 층간 절연막(170) 상에는 제3 층간 절연막(270)을 관통하여 제2 투명 전극(266)의 상면에 접하는 제2 바이어스 배선(280)이 형성된다. 제2 바이어스 배선(280)은 제1 바이어스 배선(180)과 평행하게 배치되며, 동일 공정 내에서 형성될 수 있다.
제3 층간 절연막(270) 상에는 제2 바이어스 배선(280)의 상면을 덮는 제4 층간 절연막(290)이 형성된다.
도면에 명확히 도시하지는 않았으나, 제4 층간 절연막(290) 상에는 신틸레이션층(미도시)이 배치될 수 있다. 이때, 신틸레이션층(미도시)은 제2 데이터 배선(240)으로부터 멀어질수록 두께가 점진적으로 감소되는 형상을 가질 수 있다. 즉, 신틸레이션층(미도시)의 상면은 기판(110)의 상면과 예각을 갖도록 형성될 수 있다.
더미 화소영역(Dx)은 서로 다른 두께의 신틸레이션층(미도시)을 갖지만, 신틸레이션층(미도시) 내에서 광원이 확산됨에 따라, 외부 엑스레이의 샷(shot)마다 전류를 최대로 발생시킬 수 있다. 또한, 더미 화소영역(Dx)은 단위 화소영역(Px)보다 더 넓은 수광면적을 가짐에 따라, 더 큰 전류를 발생시켜 배터리부(1400)에 제공할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 엑스레이 영상감지소자에 포함된 단위 화소영역의 동작을 설명하기 위한 회로도이다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 엑스레이 영상감지소자에 포함된 더미 화소영역의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 6을 참조하면, 엑스레이 영상감지소자의 단위 화소영역은 제1 포토다이오드(PD1)와 박막 트랜지스터(TFT)를 각각 하나씩 포함한다. 이 경우, 엑스레이 영상감지소자는 2D 어레이 기판 상에 신틸레이션층(scintillation layer)(미도시)을 필름 형태로 부착(Laminating) 또는 직접 증착(evaporation)하는 방식으로 구성된다.
외부에서 입사되는 엑스레이로부터 포톤(Photon)이 엑스레이 영상감지소자의 표면으로부터 입사되면, 신틸레이션층(미도시)은 포톤(Photon)을 흡수하여 내부로부터 빛을 발산한다. 이 빛은 단위 화소영역(Px)에 구현되어 있는 제1 포토다이오드(PD1)에 전달되고, 제1 포토다이오드(PD1)에는 광전류가 발생된다. 즉, 제1 포토다이오드(PD1)는 일정 시간동안 입사되는 광원(예를 들어, 엑스레이)에 의해 발생한 전하를 박막 트랜지스터(TFT)에 전달한다.
제1 포토 다이오드(PD1)의 일단에는 바이어스 전압(Vbias)이 인가되고, 타단에는 박막 트랜지스터(TFT)가 연결된다. 제1 포토 다이오드(PD1)는 신틸레이션층(미도시)에서 발산되는 광원을 흡수하여 광원의 세기에 대응되는 전하를 생성한다. 이때, 생성된 전하는 박막 트랜지스터(TFT)의 일측에 인가된다.
이어서, 박막 트랜지스터(TFT)의 게이트 단자에 게이트 신호(Vg)가 게이트 배선(GL)을 통해 인가되는 경우, 제1 포토 다이오드(PD1)에서 제공된 전하는 박막 트랜지스터(TFT)의 타단에 연결된 제1 데이터 배선(DL1)에 전달된다.
이어서, 단위 화소영역(Px)에서 데이터 배선(DL1)에 전달된 전하에 의한 전류 신호(Id)는 리드아웃부(1300)에 전달된다.
리드아웃부(1300)는 수신한 전류 신호를 증폭기(charge AMP)를 통해 증폭시킨 뒤, 제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S2)를 통해 어두운 영상과 밝은 영상을 각각 획득한다. 이때, 리드아웃부(1300)는 영상 획득을 위해 DCS(Double Correlation Sampling) 방식을 이용하여 동작할 수 있다. 다만, 이는 하나의 예시에 불과하고, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 리드아웃부(1300)는 획득된 영상에 관한 아날로그 신호를 MUX를 통해 ADC로 전달한다. ADC는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 영상에 대한 신호를 출력할 수 있다.
도 7을 참조하면, 더미 화소영역(Dx)은 일정 시간동안 입사되는 광원(예를 들어, 엑스레이)에 의해 발생한 전하를 배터리부(1400)에 전달한다.
더미 화소영역(Dx)은 제2 포토 다이오드(PD2)를 포함하며, 제2 포토 다이오드(PD2)의 일단에는 바이어스 전압(Vbias)이 인가되고, 타단은 배터리부(1400)에 연결된다.
제2 포토 다이오드(PD2)는 신틸레이션층(미도시)에서 발산되는 광원을 흡수하여 광원의 세기에 대응되는 전하를 생성한다. 이때, 생성된 전하는 임시적으로 스토리지 커패시터(Cst)에 저장될 수 있으며, 저장된 전하는 배터리부(1400)에 전달된다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 스토리지 커패시터(Cst)는 생략되어 실시될 수 있다.
즉, 본 발명의 엑스레이 영상감지소자는 엑스레이 영상감지소자의 동작 중에 발생되는 여분의 광량을 더미 화소영역(Dx)를 이용하여 전력으로 변환하고, 변환된 전력을 배터리부(1400)에 저장함으로써 동작에 이용할 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 엑스레이 영상감지소자는 더미 화소영역(Dx)에서 추가적으로 생산되는 전력을 배터리부(1400)에 충전시켜 엑스레이 영상감지소자의 동작 시간(즉, 사용 가능 시간)을 연장시킬 수 있으며, 엑스레이 영상감지소자의 동작 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
110: 기판 120: 액티브 패턴
122: 게이트 절연막 125: 게이트 배선
130: 제1 층간 절연막 140: 제1 데이터 배선
145: 소오스/드레인 전극 150: 제2 층간 절연막
162: 제1 메탈 레이어 164: 제1 PIN 레이어
166: 제1 투명 전극 170: 제3 층간 절연막
180: 제1 바이어스 배선 190: 제4 층간 절연막
230: 제1 층간 절연막 240: 제2 데이터 배선
250: 제2 층간 절연막 262: 제2 메탈 레이어
264: 제2 PIN 레이어 266: 제2 투명 전극
270: 제3 층간 절연막 280: 제2 바이어스 배선

Claims (14)

  1. 제1 포토 다이오드와 박막 트랜지스터를 포함하는 제1 화소 영역을 포함하는 제1 영역; 및
    상기 제1 영역의 외주면에 인접하게 배치되고, 제2 포토 다이오드만을 포함하는 제2 화소 영역을 포함하는 제2 영역을 포함하되,
    상기 제2 포토 다이오드의 면적은, 상기 제1 포토 다이오드의 면적보다 크게 형성되는
    엑스레이 영상감지소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 포토 다이오드는, 일단이 바이어스 배선과 연결되고, 타단이 상기 박막 트랜지스터에 연결되며,
    상기 박막 트랜지스터는, 상기 제1 포토 다이오드에 연결되는 소오스 단자와, 제1 데이터 배선에 연결되는 드레인 단자과, 게이트 배선에 연결되는 게이트 단자를 포함하는
    엑스레이 영상감지소자.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 데이터 배선 및 상기 게이트 배선은, 상기 제1 화소 영역을 정의하고,
    상기 제1 데이터 배선과 나란히 배치되는 제2 데이터 배선 및 상기 게이트 배선은, 상기 제2 화소 영역을 정의하는
    엑스레이 영상감지소자.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 포토 다이오드는, 상기 게이트 배선과 이격되도록 배치되며, 전기적으로 비통전되는
    엑스레이 영상감지소자.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터에 연결되는 제1 데이터 배선으로부터 출력되는 신호를 수신하는 리드아웃부와,
    상기 제2 포토 다이오드에 연결되는 상기 제1 데이터 배선과 나란히 배치되는 제2 데이터 배선으로부터 출력되는 전류를 수신하는 배터리부를 더 포함하는
    엑스레이 영상감지소자.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 배터리부는, 상기 제1 및 제2 화소 영역을 가로지르는 게이트 배선에 신호를 전달하는 게이트 집적회로에 전원을 제공하는
    엑스레이 영상감지소자.
  7. 제1 및 제2 영역이 정의된 기판;
    상기 제1 영역에 배치된 제1 화소 영역; 및
    상기 제2 영역에 배치된 제2 화소 영역을 포함하고,
    상기 제1 화소 영역은,
    상기 기판 상에 형성된 액티브 패턴;
    상기 액티브 패턴 상에 형성되는 게이트 배선;
    상기 액티브 패턴과 상기 게이트 배선의 상면을 덮는 층간 절연막;
    상기 게이트 배선의 일측에 형성되고, 상기 층간 절연막을 관통하여 상기 액티브 패턴의 상면에 접하는 제1 데이터 배선;
    상기 게이트 배선의 타측에 형성되고, 상기 층간 절연막을 관통하여 상기 액티브 패턴의 상면에 접하는 컨택; 및
    상기 층간 절연막 상에 형성되고, 상기 컨택과 전기적으로 연결되는 제1 PIN 레이어를 포함하고,
    상기 제2 화소 영역은,
    상기 층간 절연막 상에 형성되고, 상기 제1 데이터 배선과 나란히 배치되는 제2 데이터 배선; 및
    상기 제2 데이터 배선과 전기적으로 연결되는 제2 PIN 레이어를 포함하되,
    상기 제2 PIN 레이어의 면적은, 상기 제1 PIN 레이어의 면적보다 크게 형성되는
    엑스레이 영상감지소자.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 데이터 배선 및 상기 제2 데이터 배선은, 상기 게이트 배선과 서로 교차하도록 배치되는
    엑스레이 영상감지소자.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 컨택의 상면, 및 상기 제1 PIN 레이어의 하면에 접하도록 배치되는 제1 메탈 레이어와,
    상기 제1 PIN 레이어의 상면에 접하도록 배치되는 제1 투명 전극과,
    상기 제2 데이터 배선의 상면, 및 상기 제2 PIN 레이어의 하면에 접하도록 배치되는 제2 메탈 레이어와,
    상기 제2 PIN 레이어의 상면에 접하도록 배치되는 제2 투명 전극을 더 포함하는
    엑스레이 영상감지소자.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 투명 전극의 상면에 접하도록 배치되는 제1 바이어스 배선과,
    상기 제2 투명 전극의 상면에 접하도록 배치되는 제2 바이어스 배선을 더 포함하고,
    상기 제1 바이어스 배선과 상기 제2 바이어스 배선은, 서로 동일 거리만큼 이격되도록 배치되는
    엑스레이 영상감지소자.
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 영역을 덮는 신틸레이터층을 더 포함하되,
    상기 제1 영역에서 측정한 상기 신틸레이터층의 제1 두께는, 상기 제2 영역에서 측정한 상기 신틸레이터층의 제2 두께보다 크게 형성되는
    엑스레이 영상감지소자.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 신틸레이터층의 두께는, 상기 제2 영역 내에서 상기 제2 데이터 배선으로부터 멀어질수록 점진적으로 감소되는
    엑스레이 영상감지소자.
  13. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 PIN 레이어와 상기 제2 PIN 레이어는, 동일 공정을 통해 형성되는
    엑스레이 영상감지소자.
  14. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 영역과 상기 제2 영역은, 서로 인접하게 배치되고,
    상기 제2 영역은, 상기 액티브 패턴을 미포함하는
    엑스레이 영상감지소자.
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