TW201110389A - Photoelectric conversion apparatus and radiographic imaging apparatus - Google Patents

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Description

201110389 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種光電轉換裝置及—種射線成像裳置， 且特別係關於一種射線成像裝置或射線讀取裝置，其藉由 一波長轉換構件將藉由α光線、β光線、γ光線及乂光線表示 之放射性光線波長轉換成在一光電轉換裝置之—敏感範圚 内之光線，以基於該等放射性光線來讀取資訊。 【先前技術】 在光電轉換裝置及射線成像裝置中，將藉由光電轉換區 段基於輸入資訊之光電轉換產生的電荷轉移至外部電容 器’藉由該外部電容器將該電荷轉換成信號電壓。藉由以 此方式將電荷自光電轉換區段自身之電容器轉移至外部電 容器以將電荷轉換成信號電壓，可獲得比較高的S/N比。 附V而δ ’在應用複數個像素彼此係以並列關係加以配 置之組態的情況下，用於自一像素讀出信號之信號線的配 ◎ 線長度根據該等像素之數目變得極大，且有時會形成寄生 電谷。舉例而言，假定個別地具有200 μιηΧ200 μιη之大小 的大量像素係以在垂直方向上之2,〇〇〇個像素X在水平方向 上之2,0〇〇個像素的矩陣加以配置’以產生大小等於X光片 大】（例如’大小為40 cm><40 cm)的面積感測器（area sensor) 〇 在面積感測器之大小等於X光片之大小的情況下，藉由 用於電何轉移之電晶體之源極區域與閘極電極的重疊而形
I 电谷。因為形成等於像素之數目的許多重疊，所以即使 147250.doc 201110389 重疊電容Cgs為大約每一處〇. 05 pF，在一個信號線上亦形 成 0·05 pFx2,00〇=l〇〇 pF之電容。 因為光電轉換區段自身之電容Cs(亦即，感測器電容）為 大約1 pF(其中藉由VI表示在像素中所產生之信號電壓）， 所以藉由下式給出信號線之輸出電壓V〇 : V0={Cs/(Cs+Cgsx 1000)} xvi 且輸出電壓變為大約丨/丨〇〇。換言之，在組態具有大面 積之面積感測器的情況下，輸出電壓急劇地減低。 另外，為了在諸如上文所描述之情形的情形下執行動態 圖片影像之讀取，需要敏感度及高速操作效能（在該效能 之情況下，進行每一秒30個或更多影像之影像讀取特 疋而Q，亦耑要隶小化在非破壞性檢測（包括醫療中之X光 線^斷）中待照射之X光線的劑量，且需要進一步增強敏感 度’使得信號電荷量可增加至1 〇〇至4〇〇倍。 另一方面，舉例而言，在日本專利特許公開案第 3〇7756號（特別參考第0040段至第〇〇44段及圖7 ,在下文中 被^為專利文件丄）中已知且揭示經組態成使得針對每—像 素提供—源極隨麵器電路（souree f〇u〇wer ☆_)之光電 轉換裝置。源極隨耦器電路包括場效電晶冑，場效電晶體 用於接收藉由光電轉換區段在其閘極處產生之信號電;;， 以將對應於信號電荷之信號電壓讀出至信號線中。源 麵益電路使亦有可能在形成於信號線上之電容較高的情况 下以高速讀出信號。 圖中展示先前技術中之像素結構之實例。參看圖1〇, 147250.doc 201110389 所展示之像素1 〇〇包括驅動器件區段，驅動器件區段包括 具有底部閘極結構之電晶體101及PIN(正本質負二極體）光 電二極體102。PIN光電二極體1〇2具有一結構，其中n型半 導體層103、i型半導體層1〇4&ρ型半導體層1〇5按次序被 層壓且經圖案化成實質上相同形狀。i型半導體層104係由 非BB石夕开> 成，其具有（例如）大約丨之厚度。 在專利文件1中所揭示之光電轉換裝置經結構化成使得η 〇 型半導體層103及Ρ型半導體層1〇5具有實質上相同形狀。 因此，半導體層103及105兩者之邊緣部分經安置成彼此極 接近，其間夾著具有至多大約丨μηι之厚度的丨型半導體層 104。因此，很可能在n型半導體層1〇3及p型半導體層ι〇5 與層間絕緣膜106之界面上於n型半導體層1〇3之邊緣與ρ型 半導體層105之邊緣之間產生洩漏電流。 先刖技術中之光電轉換裝置具有如下問題：因為經產生 有戌漏電流之光電轉換器件（例如，piN光電二極體i叫不 〇 ㊣夠正常地累積經光電轉換之電荷’所以光電轉換器件變 為有缺陷器件。即使光電轉換器件未變為有缺陷器件’但 若弱洩漏電流流動，則洩漏電流仍成為器件特性之分散因 素。因此，不能達成根據入射光或入射能量之準確光電轉 換或影像拾取。 因此，需要提供-種可抑制光電轉換器件中具有相反導 電類型之半導體層之邊緣之間的㈣電流之光電轉換裳 置，及-種使賴光電轉換裝置之射線成像裝置。 【發明内容】 147250.doc 201110389 根據本發明之一實施例，提供：一種光電二極體，其包 括： 一第一半導體層，其具有一第一導電類型； 一第二半導體層，其具有一第二導電類型，該第二導電 類型係與該第一半導體層之該第一導電類型相反；及 一第二半導體層，其插入於該第—半導體層與該第二半 導體層之間， 其中該第一半導體層之一邊緣係自該第二半導體層之— 邊緣插入。 一種光電轉換裝置，其包括： 一像素陣列區段’其包括複數個單元像素，每一單元像 素具有一光電二極體，該等光電二極體包括： 一第一半導體層，其具有一第一導電類型； 一第二半導體層，其具有一第二導電類型，該第二導電 類型係與該第一半導體層之該第一導電類型相反；及 一第三半導體層，其插入於該第一半導體層與該第二半 導體層之間， 其中該第一半導體層之一邊緣係自該第二半導體層之— 邊緣插入。 一種射線成像裝置，其包括： —波長轉換構件’其用於對放射性弁綠淮片、止目& ^
區段，該傻音陵石丨丨rs & °亥像素陣列區段包括複數個單元像素， 一光 等經轉； &一像素陣列 ，每—單元像 147250.doc 201110389 素具有一光電二極體，該等光電二極體包括： 一第一半導體層，其具有一第一導電類型； 一第二半導體層，其具有一第二導電類型，該第二導電 類型係與該第一半導體層之該第一導電類型相反；及 一第二半導體層，其插入於該第—半導體層與該第二半 導體層之間， 其中該第一半導體層之一邊緣係自該第二半導體層之一 邊緣插入。 在該光電轉換裝置及該射線成像装置中，該第— 卞等體 層經由形成於絕緣層中之接觸孔而與該第三半導體層接 觸，該接觸孔具有一小於該第三半導體層之面積的面積。 另外，與該第三半導體層接觸之該第一半導體層之一邊緣 相對於s亥第二半導體層之一邊緣定位於内側上。因此，兮 第一半導體層之該邊緣與該第二半導體層之該邊緣之間的 距離變得大於在該第一半導體層及該第二半導體層係以一 實質上相同形狀形成之一替代狀況下的距離。因此，與該 弟一半導體層及該第二半導體層係以一實質上相同形狀形 成之該替代狀況相比較，可抑制在與絕緣層之界面上於該 第一半導體層之該邊緣與該第二半導體層之該邊緣之間所 產生的洩漏電流。 總之，在使用該光電轉換裝置及該射線成像裝置的情況 下’可抑制在相反導電類型半導體層之邊緣之間的洩漏電 流之產生。因此’可防止器件缺陷之出現，且可達成對應 於入射光或入射能量之準確光電轉換。 147250.doc 201110389 在結合隨附圖式考慮時’以上及其他特徵將自以下描述 及附加申請專利範圍變得顯而易見，在該等圖式中，相同 部分或元件係藉由相同參考符號表示。 本文中描述額外特徵及優勢，且該等額外特徵及優勢將 自以下[實施方式]及諸圖變得顯而易見。 【實施方式】 在下文中’參看圖式來詳細地描述一實施例。應注意， 按以下次序給出該描述。 1. 本發明之一實施例所適用之光電轉換裝置 2. 該實施例之特徵 2-1.工作實例1(未採用像素分離結構之實例） 2-2·工作實例2(採用像素分離結構之實例） 3 ·修改 < 1. 一實施例所適用之光電轉換裝置> 系統組態 圖1示意性地展示一實施例中之光電轉換裝置之系統組 態。 參看圖1，所展示之光電轉換裝置10包括形成於諸如玻 璃基板之絕緣基板（在下文中有時被簡單地稱為基板）u上 的像素陣列區段12 ’及類似於像素陣列區段12整合於基板 11上的周邊電路區段。在本發明之實施例中，提供（例如） 列掃描區段或垂直驅動區段13、水平選擇區段14、行掃描 區段或水平驅動區段15及系統控制區段1 6以作為周邊電路 區段。 147250.doc 201110389 二：光電轉換區段或光電轉換器件之單元像素(在下文 —破簡單地稱為像素）二維地以矩陣形式（亦即，以列 ^形式）安置於像素陣列區段12中，光電轉換 =器件用於產生具有對應於入射光之光量之電荷= 订且在其中累積所產生之光電荷。在下文中 皁凡之特定組態。 豕京 ❹ 〇 置像素陣列區段12中’對於關於以列及行形式配 素陣列之像素列中之每—者，使像素驅動線咖著 且=向（亦即’沿著像素列之像素的陣列方向）進行配線， 、Μ象素行中之每—者’使垂直信號線财著行方向 動線即 17’傳=像素行之像素的陣列方向）進行配線。像素驅 在圖1Φ 用於執打驅動以自像素讀出信號之驅動信號。 ::1中’雖然將像素驅動線17指示為_個配線，但此等 查驅動線之數目不限於—個。像素驅動線η在其一端子 處連接至對應於列掃描區段13之每_列的輸出端子。 列掃描區段⑽自移位電阻器、位址解碼器或其類似者 ’ μ當⑽（例 段12之像辛的傻去η 巧早位驅動像素陣列區 地掃自藉由列掃描區段13選擇性 該單-田俊*! 每一單元像素所輪出的信號經由對應於 ^ Ρ 、之垂直L號線18而供應至水平選擇區段14。水 平遥擇區段14传白糾*## . „„ '、 、每一垂直彳§號線〗8所提供之放大 益、水平選擇開關或其類似者加以組態。 仃掃描區段15係自移位電阻器、位址解碼器或其類似者 加以組態，且按次序掃描及驅動水平選擇區段14之水平選 147250.doc 201110389 擇開關。藉由行掃描區段15所進行之此選擇性掃描，將經 由垂直信號線1 8而傳輸的像素之信號按次序輸出至水平信 號線19，且經由水平信號線19而傳輸至基板丨丨之外部。 應;主意’包括水平選擇區段14、行掃描區段1 5及水平作 號線19之電路區段係自形成於諸如玻璃基板之絕緣基板工工 上的電路及/或外部控制1C加以組態。 系統控制區段16接收自基板1丨之外部所供應的時脈、用 於操作模式之指令的資料等等，且輸出諸如本發明之光電 轉換裝置10之内部資訊等等的資料。另外，系統控制區段 16包括用於產生各種時序信號之時序產生器，且基於藉由 時序產生器產生之各種時序信號來執行諸如列掃描區段 13、水平選擇區段14及行掃描區段15之周邊電路區段的驅 動控制。 像素組態 圖2展示單元像素20之電路組態之實例。參看圖2，所展 示之單元像素20包括光電轉換器件2丨、重設電晶體22、讀 出電晶體23及列選擇電晶體24。舉例而言，在單元像素2〇 中，對於母一像素列，對作為像素驅動線丨7之兩個配線 (特定而言，列選擇線171及重設控制線172)進行配線。 此處’將N通道型場效電晶體用於重設電晶體22、讀出 電曰曰體23及列遠擇電晶體24。然而，重設電晶體22、讀出 電晶體23及列選擇電晶體24之導電類型的此組合僅僅為一 實例。 光電轉換器件21為（例如）PIN(正本質負二極體）光電二極 147250.doc •10- 201110389 體，且藉由將（例如）大約3 V至l〇 V之標準電位細£施加 至陰極而產生具有對應於入射光之光量之電荷量的信號電 荷。光電轉換器件21之陽極連接至累積節㈣。電容組件 25存在於累積節難處，且藉由光電轉換器件。產生之信 號電荷累積至累積節點N中。 重設電晶體2 2連接於參考電位Vr e f被施加至之端子2 6與 累積即點1^之間，且藉由回應於具有（例如）·5 V至5 V之振 Q 巾田的重③信號Vm使其接通而將累積節點N之電位重設至 參考電位Vref。 讀出電晶體2 3分別在其閘極及没極處連接至累積節點N 及電源VDD，且接收藉由光電轉換器件“在其間極處產生 之信號電荷且回應於信號電荷而輸出信號電壓。 列選擇電晶體24連接於讀出電晶體23之源極與垂直信號 線18之間’且藉由回應於列掃描信號力㈣使其接通而將 自讀出電晶體23所輸出之信號輸出至垂直信號線18。關於 Ο 列選擇電晶體24，亦可應用列選擇電晶體24連接於讀出電 晶體23之汲極與電源vdd之間的組態。 恆定電流源30連接至垂直信號線18之—末端。此處，源 極隨輕器電路係由讀出電晶體23及值定電流源3〇形成，但 定電流源30經由列選擇電晶體24及垂直信號線邮連接至 讀出電晶體23之源極。在使用源極隨麵器電路的情況下， 存在以下優點：即使在待形成於垂直信號線18上之電容器 極大的情況下，亦可以高逮執行信號讀出。 經由垂直信號線18而將藉由用於源極隨麵器之讀出電晶 147250.doc 201110389 體23讀出之信號輸入至放大器141，放大器141針對每一像 素行組態水平選擇區段14之一輸入區段。 射線成像裝置 在具有上文所描述之組態之複數個單元像素20係以列及 行形式加以安置的光電轉換裝置1〇中，用於基於放射性光 線而凟出=貝訊之射線成像裝置可自與波長轉換構件之組合 力X、’且態，5亥波長轉換構件用於將藉由α光線、β光線、γ 光線及X光線表示之放射性光線波長轉換成在光電轉換裝 置之敏感範圍内之波長的光線m，如目3所示， 射線成像裝置5〇可藉由提供類似於勞光材料（諸如，在光 電轉換裝置1G之像素陣列區段i 2之光接收側上的閃燦器） 之波長轉換構件4〇加以組態。 <2.邊貫施例之特徵> 如）PIN光電二極體， 其包括：第一半導體層；第二半導體
在具有上文根據本發明之實施例所描述之組態的光電轉 換#置1G或射線成像裝置5Q中，光電轉換器件h為（例 層 及 ..........乐一千导體層之導電類型與 第二半導體層之導電類型之間的導電類型形成，且插入： 第一半導體層與第二半導體層之間。
147250.doc 201110389 口為第-半導體層&第三半導體層以此方式經由經形成 為面積小於第二半導體層之面積的接觸孔而彼此接觸，所 以與第三半導體層接觸之第一半導體層之邊緣相對於第二 半導體層之邊緣定位於内側上。因&，第一半導體層之邊 緣與第二半導體層之邊緣之間的距離大於在第—半導體層 及第二半導體層係以實質上相同形狀形成之替代狀況下的 距離。
因此，與第一半導體層&第二半導體層係以實質上招同 i狀开/成之替代狀況相比較，會抑制在與絕緣層之界面上 於第一半導體層之邊緣與第二半導體層之邊緣之間所產生 的茂漏電流。結果，可防止諸如PIN光電二極體或其類似 者之光電㈣时21變為有缺點詩，且可達成回應於入 射光或入射能量之準確光電轉換。 下文描述可抑制在與絕緣層之界面上於第_半導體層之 邊緣與第二半導體層之邊緣之間所產生的茂漏電流二素 結構之特定工作實例。 2·1·工作實例1 像素結構 圖4:展示根據工作實例i之像素結構的部分剖視圖。此 處’採取光電轉換考杜，〗#丄ητχτ t 光電二極體形成之狀況 作為一實例來給出描述。 :看圖4:由丁^一…或其類似者形成之間 屯極62形成於諸如玻璃基板之絕緣基板61上，且由 —⑽或其類似者形成之閘極絕緣膜〇形成於閑極電 147250.doc -13- 201110389 極62上。在閘極絕緣膜63上’形成根據本發明之工作實例 1的？1>^光電二極體60A之第一半導體層（例如’ p型 層（P+區域）64)。 * P型半導體層64亦充當用於讀出藉由piN光電二極體6〇光 電轉換之信號電荷的下部電極。諸如讀出電晶體U之像素 電晶體之半導體層65進—步形成於閘極絕緣膜63上。在像 素電晶體之半導體層65中’有效的係、在通道區域與源極及 及極區域之間形成LDD(輕微摻雜❹極），以便減少沒漏 田；ΜΓΜΧ、S1U2 或其 ' ，日丨導联00形成 於像素電晶體之第一半導體層64及第二半導體層65上。 第-層間絕緣膜66上方，包括用於讀出之信號 線的配線層67係由Ή、Α1、Μλ A1 Μ〇、W、Cr等等形成。由 、⑽、有機絕緣膜或其類似者形成 =由 膜68形成於配線層67上。 曰緣 接觸孔69形成於由第—層 、巴緣膜6 6及第二層間维缕胺 68形成之絕緣層中。為 ]、.邑、、彖膜 ,哲一， P型與n型之間的導電類型形 成之第三半導體層的丨型 形 土干等體層70形成於面積大 孔69之上側上之開 向積大於接觸 導體層70經由接觸孔69而鱼 層間絕緣膜68上。i型半 接觸孔69而與p型半導體層 舉例而言，Λ拟处办.^ 為t狀與！型半導體層7〇 之第二半導體層的n型半導 /狀實|上相同 導體層Ml外域）71被層詩1型半 極體60Α係由為第— 乍只例1的PIN光電二 3第h體層之p型半導體層64、為第 147250.doc -14- 201110389 導體層之i型半導體層70及為 71形成。 第二半導體層之n型半導體層 在PIN光電二極體6〇Α中，可將非晶發、微晶發、多曰 石夕或其類似者用於半導體層64、7()及71。另外，可將諸: 錯、碳或其類似者之材料引入至剛才所描述之石夕中，使得 空間敏感度變化。另外，可應用反向方向組態以作為二 〇
光電二極體60Α’其中在下側上之導電類型為η型且在上側 上之導電類型為Ρ型。 用於將指定電壓施加至ΡΙΝ光電二極體60Α之上部電極 72係由ΙΤΌ(氧化銦錫）或其_者之透料電臈形成於η型 半導體層71上。另夕卜在上部電極”上，用於將電壓供應 至上部電極72之電源配線73係由電阻低於上部電極^之透 明導電膜之電阻的低電阻材料（亦即，Ti、八卜m〇、w、
Cr或其類似者）形成。此等電源配線乃係以（例如）網格形式 形成於像素陣列區段12之整個面之上，以便環繞單元像素 20 ° 、以諸如上文所描述之方式的方式形成用於收集藉由入射 光或入射能量激發之電荷的光電轉換器件（例如，piN光電 二極體60A)，且藉由經由電源配線73及上部電極72而施加 指定電壓來執行光電轉換。使用p型半導體層64作為累積 層來收集藉由光電轉換產生之電荷，且自該累積層讀出該 電荷以作為電流且接著將其施加至（例如）圖2所示之源極隨 耗器類型讀出電晶體23之閘極。 另外，儘管未圖示，但藉由將用於將諸如Χ光線或其類 147250.doc -15· 201110389 似者之放射性光線轉換成可見光輻射的螢光材料（所謂的 閃爍器）安置於PIN光電二極體60A上方，可組態藉由入射 放射性光線敏化之放射性光線偵測器或輻射感光計。詳言 之’由旋塗玻璃材料形成之有機平坦化膜或平坦化膜形成 於PIN光電二極體60A上，且螢光材料係由Csl、Nal、 CaF2或其類似者形成於經形成有該等膜之部分上。若使用 放射性光線偵測器以代替pIN光電二極體6〇a，則可組態 上文所描述之射線成像裝置50。 工作效應 如上文所描述’藉由應用p型半導體64及丨型半導體層 經由面積（亦即，上部開口面積）小於形成於絕緣層（66、 68)上之n型半導體層71之面積的接觸孔69而彼此接觸的結 構’可達成諸如下文所描述之工作效應的工作效應。詳言 之，在使用該像素結構的情況下，ρ型半導體層64&η型半 導體層71在空間上彼此間隔，且與丨型半導體層7〇接觸之ρ 型半導體層64之邊緣（亦即，接觸孔69之下部開口末端）相 對於η型半導體層71之邊緣定位於内側上。 因此，與i型半導體層70接觸之ρ型半導體層64之邊緣與 η型半導體層71之邊緣之間的距離變得大於在以下替代狀 況下之距離：在該替代狀況下，如在先前技術之技術中， Ρ型半導體層64及η型半導體層71係以彼此相同之形狀形 成，且Ρ型半導體層64及i型半導體層7〇彼此直接接觸。因 此，與P型半導體層64及n型半導體層7U系以彼此實質上相 同之形狀形成的狀況相比較’可抑制在與絕緣層（66、叫 147250.doc -16- 201110389 之界面上於p型半導體層64之邊緣與η型半導體層71之邊緣 之間所產生的洩漏電流。 此處，作為一實例，在η型半導體層71之大小經設定為 大約50 _至100 _的情況下，大約1(Μ〇 Α之洩漏電流有 時在先前技術之結構令流動，在該結構中，p型半導體層 4及半導體層71係以彼此實質上相同之形狀形成。另 一方面，已藉由本發明之發明人的模擬而確認以下事實： 藉由使與1型半導體層7〇接觸之p型半導體層之邊緣相對 於η型半導體層7丨之邊緣達大約丨而定位於内側上，可 將洩漏電流減少至大約丨〇_丨4 a。 特別在照射光的情況下’已確認洩漏電流之減少效應係 ^一步顯著的。詳言之’雖'然大約漏電流在先 前技術之結構中流動（在該結構中，p型半導體層64及〇型 半導體層71係以實質上相同形狀形成），❻已確認：在使 用本發明之像素結構的情況下，洩漏電流變為a或 更少。 應注意，在工作實例丨中，可將非晶矽、微晶矽及多晶 矽用於PIN光電二極體6〇A之半導體層M、7〇及71。然 而較仏的係特別將非晶矽、微晶矽或非晶石夕與微晶矽之 層壓膜用於i型半導體層7〇。 另外，較佳的係將多晶矽用於p型半導體層64。在將非 晶石夕用於P型半導體層64的情況下，不能獲得具有充分低 電阻之膜，且在照射具有相同量之光的狀況下，像素陣列 區段12中之分散亦增加。因此，較佳的係不將非晶矽用於 147250.doc 201110389 P型半導體層64’而將多晶矽用於p型半導體層64。 另外’ Ρ型半導體層64提供於用於收集信號電荷之累積 層側上，使得與η型半導體層71提供於累積層側上之替代 狀況㈣較’在藉由重設電晶體22(參看_進行重設操作 之後的殘像減少。藉由亦在重設操作之後的弱電流流動， 在累積層中（亦即，在ρ型半導體層64中）收集到非少量電 荷，且基於根據該電荷而自該累積層所提取之電流的影像 變為殘像。 圖5中說月關於在重沒操4乍之後的殘像的ρ側提取電流& 及η側提取電流In相對於時間之變化方式。此處，ρ側提取 電流Ip為自累積層所提取之電流，其中p型半導體層以提 供於累積層側上，且n側提取電流In為自累積層所提取之 電流，其中η型半導體層71提供於累積層側上。 自圖5認識到，與在η型半導體層71提供於累積層侧上之 情況下的η側提取電流Ιη相比較，在ρ型半導體層64提供於 累積層側上之情況下的ρ側提取電流Ιρ隨著時間流逝而減 低。因此，與η型半導體層71提供於累積層側上之狀況相 比較，在ρ型半導體層64提供於累積層側上之狀況下，在 重設操作之後的殘像減少。另外，已確認：關於用於口型 半導體層64之矽，殘像以多晶矽、微晶矽及非晶矽之次序 (多晶矽 >微晶矽 >非晶矽）減少。
另外’在根據本發明之工作實例1的像素結構中，i型半 導體層70及η型半導體層71延續著i型半導體層7〇及1^型半 導體層71形成於相鄰單元像素20之間，亦即，在相鄰piN 147250.doc -18· 201110389 光電二極體嫩之間且在該等像素之間未分離。雖然存在 可藉由消除該等像素之間的此分離而消除用於分離之步驟 ^憂點’但有必要採取用於減少該等像素之間的串擾的對 策此處術„„帛擾」表不茂漏電流在相鄰單元像素如 之間流動。
在半導體層70係由非晶矽或微晶矽形成的情況下， 在光照射後相鄰PIN光電二極體6〇A之接觸孔的之間的電 阻值為大約10-6 A。另一方面，如圖6所示藉由在接觸 孔69之間形成用於阻擋人射光或人射能量之光阻擋層μ， 在藉由光阻擋層74阻擋光所在之部分處的電阻增加，且因 此，像素之間的串擾可減少。 圖7中說明光阻擋層74之光阻擋寬度與串擾電壓之間的 關係如在圖7中所見’藉由將光阻擋層74之光阻擋寬度 設定為3 _或更多，相鄰像素之間(亦即，相鄰光電二： 體之間）的串擾可充分地減少。 “擋s 74係以網格开》式形成於像素陣列區段12之整個 面之上’以便環繞單元像素2〇。然而遇必要時，可經組 態成，不在正交於垂直信號線18之方向上（亦即，在像素 ^象素陣列方向上）所配置的像素之間應用光阻播以用 ;單元像素20項出仏號，而在垂直信號線^之延伸方向 ('、Ρ纟像素行之像素陣列方向上）所配置的像素之間 應用光阻擋。 此處，以像素列為單位逐次執行藉由重設電晶體22進行 之重設操作。因此，很可能在彼此相鄰之兩個像素列(包 147250.doc 19· 201110389 括在重設之後的一像素列及在重設之前的另一像素列）中 的像素之間出現極大電位差。此表示：與在相同像素列中 之像素相比較’在兩個相鄰像素列中之像素之間的串擾較 低。 因此，應用一像素結構，其中不在串擾較低之像素列之 像素陣列方向上之像素之間應用光阻擋。因此，PIN光電 二極體60A之最大光接收面積可被緊固藉由不在像素列之 像素陣列方向上之像素之間提供光阻擋層74所提供的量。 另外，亦可應用以下組態：其中光阻擋層74亦充當（例 如）以網格形式形成於像素陣列區段12之整個面之上且電 連接至η型半導體層71的電源配線73，且將指定電位供應 至η型半導體層71。剛才所描述之組態係有利的此在 於：藉由以此方式將電源配線73亦用作光阻擋層74，ρΐΝ 光龟一極體60Α之最大光接收面積可被緊固不提供光阻擋 層74所達的量。 應注意，在工作實例i中，雖然假設ρ型半導體層64及i 型半導體層70經由接觸孔69而彼此接觸（以便不在側壁上 形成P型半導體層64)之器件結構，但本發明可適用於卩型 半導體層64及i型半導體層70彼此直接接觸（以便在接觸孔 69之側壁上形成p型半導體層64)之器件結構。下文描述根 據本申請案之PIN光電二極體60B。 詳5之’如圖8所示，在具有p型半導體層64及1型半導 體層70彼此直接接觸之器件結構的PIN光電二極體60B中， 开^成P型半導體層64之邊緣，以便相對於η型半導體層7 1之 147250.doc -20- 201110389 邊緣達尺寸d而置放於内側上。應注意，在該器件結構 中’下部電極75經提供成與P型半導體層64分離。因而， 經由下部電極75而讀出將P型半導體層64用作累積層所累 積之電荷以作為電流。 以此方式’亦在具有p型半導體層64及丨型半導體層7〇彼 此直接接觸之器件結構的PIN光電二極體6〇B中，藉由形成 P型半導體層64之邊緣’以便相對於η型半導體層71之邊緣 Q 置放於内側上，可獲得類似於工作實例1之工作效應的工 作效應。詳言之’因為ρ型半導體層64之邊緣與η型半導體 層71之邊緣之間的距離變得大於在半導體層64及71兩者係 以實貝上相同形狀形成且Ρ型半導體層64與i型半導體層70 彼此直接接觸（如在先前技術之技術中）之替代狀況下的距 離’所以可抑制洩漏電流。 2-2·工作實例2 圖9為展示根據工作實例2之像素結構的部分剖視圖。在 Q 圖9中’藉由相同參考字符表示與圖4中之元件相同的元 件且省略對其之重複描述以避免冗餘。亦關於工作實例 2，採取光電轉換器件21係由piN光電二極體形成之狀況作 為一實例來給出描述。 在根據工作實例1之像素結構中，i型半導體層70及η型 半導體層71在相鄰單元像素2〇之間彼此不分離。另外，藉 由以網格形式形成於像素陣列區段丨2之整個面之上以便環 繞單元像素20的光阻擋層74或工作線層73來阻擋入射光或 入射能量，會抑制單元像素2〇之間的串擾。 147250.doc -21· 201110389 如上文中所描述’因為以像素列為單位逐次執行 設電晶體22進行之重設操作，所以很可能在兩個相㈣素 列（包括在重設之後的一像素列及在重設之前的另音 =)中的像素之間出現極大電位差。結果，在兩個相鄰像 ”列中之像素之間的串擾高於在同—像素列中之像素之 2串擾。以此視點來看產生根據本發明之㈣ 素結構。 < π 1冢 詳言之’在根據本發明之工作實例2的像素結構中，雇 用以下結構：其中在很可能Ψ招技+ … τ隹很了此出現極大電位差之兩個相鄰像 素列中之像素之間（亦即，在像辛 你诼京仃之像素陣列方向 像素之間）嘗試像素分離。詳11 4 汗^之，如圖9所示，在 之像素陣列方向上之像素之間象素订 Τ主弟—層間絕緣膜6 8 之凹槽部分7 6沿著像素列 啄膘6 8 像素陣列方向形成於i型丰導 體層70及η型半導體層71中， 第—層間絕緣膜77 凹槽部分76中。接著，i型半 成於 土干V體層70及n型半導體居 像素之間藉由第三層間絕緣 θ 構）分離。 ^緣⑽亦即’藉由像素分離結 應注意’亦在本發明之工作實例2中 類似於工作實例1中之像素結構，在工作〜， 構 φ 在作只例2之像素結構 ^ m , 積的接觸孔69形成於絕 緣層（66、68)中，且p型半導俨 垃縮⑽μ , 層與1型半導體層70經由 接觸孔69而彼此接觸。 工作效應 以此方式，第三層間絕緣膜77形成於像素行之像素陣列 147250.doc •22· 201110389 方向上之傻夸夕pq ’、a ，且i型半導體層70與η型半導體芦71名 ^素之間藉由層間絕緣膜77分離，使得可確實地㈣^ 此出現極大電位差之兩個相鄰像素列中之像素之間的串 擾。關於在像素列之像素陣列方向上之像素之間的分離， 如在工作貫例i之像素結構中，可應用—光阻播結構，在 該光阻播結構中，碰&雨^ ^ ^ 藉由電源配線73或光阻擋層74阻擋入射 光或入射能量。另々卜，m 1 另卜因為同一像素列中之像素之間的串 Ο 擾低於兩個相鄰像素列中之像素之間的串I，所以亦可能 不採用光阻擋結構。 <3.修改> 在上文所描述之實施例中，耗應用包括用於驅動像素 之列掃描區段13之周邊電路區段類似於像料列區段⑽ 供於基板11上的組態，但亦可應用周邊電路區段提供於基 板11外部之組態。 然而，若（例如）應用列掃描區段13提供於基板u上之組 〇 態，則可在下文所描述之點處獲得一優勢。舉例而言，因 為未產生在自提供於基板u外部之複數個驅動…執行時序 控制時所產生的在驅動1(：之間的同步分散，所以消除了針 對驅動1C之間的同步控制系統及用於同步控制系統之調整 工作的必要性。另外’因為不需要用於使複數個驅動I。及 基板11彼此連接之工作，所以可實施顯著的成本減少。
另外，在輕便類型之射線成像裝置中之斷開、由移動後 產生之振動引起之斷開或其類似者的可能性減少，且可顯 著地增強可靠性。另外，存在以下優勢：與複數個驅動IC 147250.doc •23- 201110389 及基板11藉由可撓性纜線或其類似者而彼此連接之替代狀 況相比較’可實施裝置主體之小型化，且可顯著地增強併 入至主體裝置中之自由度。 本申請案主張2009年7月3日申請之日本優先權專利申請 案JP 20G9-158353的優先權，該案之整個内容在此係以引 用之方式併入。 應理解’對本文中所描述之目前較佳實施例的各種改變 及修改對於熟習此項技術者而言將為顯^見的。在不脫 離本發明之標的之情況下及在不減少其所意欲之優勢的情 況:，可進行此等改變及修改。因此，此等改變及修改意 欲藉由附加申請專利範圍涵蓋。 【圖式簡單說明】 圖1為不意性地展示一營你办丨士 > 貫靶例中之一光電轉換裝置之一 系統組態的方塊圖； 圖為展不單元像素之電路組態之實例的電路圖； 為展示自光電轉換裝置與波長轉換構件之組合所組 恶之射線成像裝置的示意圖； 圖4為展讀據卫作實们之像素結構的部分剖視圖； 二 =!關於在重設操作之後的殘像的p側提取電流及 取“相對於時間之變化方式的曲線圖； 圖6為展示在相鄰單元像素之間提 構的部分剖視圖； 诼京、，·〇 係的圖纽制之光阻衫度與串擾電壓之間的關 147250.d〇) -24- 201110389 圖8為展示本發明之實例適用於— 的部分剖_構之像素結構 體層彼此直接接觸； 生牛導 =9為展示根據工作實例2之像素結構的部分剖視圖；及 圖W為展示先前技術中之像素結構的剖視圖。 【主要元件符號說明】
10 光電轉換裝置 11 絕緣基板 12 像素陣列區段 13 列掃描區段/垂直驅動區段 14 水平選擇區段 15 行掃描區段/水平驅動區段 16 系統控制區段 17 像素驅動線 18 垂直信號線 19 水平信號線 20 单元像素 21 光電轉換器件 22 重設電晶體 23 讀出電晶體 24 列選擇電晶體 25 電容組件 26 端子 30 恒定電流源 147250.doc -25- 201110389 40 波長轉換構件 50 射線成像裝置 60A PIN(正本質負二極體）光電二極體 60B PIN(正本質負二極體）光電二極體 61 絕緣基板 62 閘極電極 63 閘極絕緣膜 64 P型半導體層（P+區域）/第一半導體 65 第二半導體層 66 第一層間絕緣膜/絕緣層 67 配線層 68 第二層間絕緣膜/絕緣層 69 接觸孔 70 i型半導體層 71 η型半導體層（n+區域） 72 上部電極 73 電源配線/工作線層 74 光阻擋層 76 凹槽部分 77 第三層間絕緣膜 100 像素 101 電晶體 102 PIN(正本質負二極體）光電二極體 103 η型半導體層 147250.doc -26- 201110389 104 i型半導體層 105 p型半導體層 106 層間絕緣膜 141 放大器 171 列選擇線 172 重設控制線 N 累積節點 VDD 電源
Vread 列掃描信號
Vref 參考電位
Vrst 重設信號
147250.doc -27

Claims (1)

  1. 201110389 七、申請專利範圍： 1. 一種光電二極體，其包含： 一第〜半導體層，其具有一第一導電類型； 一第二半導體層，其具有一第二導電類型，該第二導 電類型係與該第一半導體層之該第一導電類型相反；及 一第三半導體層，其插入於該第一半導體層與該第二 半導體層之間， 其中該第一半導體層之一邊緣係自該第二半導體層之 Ο 一邊緣插入。 2. 如請求項1之光電二極體，其中該第一半導體層之一部 分充當一用於讀出由該光電二極體光電轉換之信號電荷 的下部電極。 3. 如請求項1之光電二極體，其中該第一半導體層形成於 與一場效電晶體之一半導體層相同的層處，該場效電晶 體之該半導體層接收一由該光電二極體產生之信號電 荷。 〇 ^ … 4. 如凊求項3之光電二極體，其中該第一半導體層包含多 ， 5·如請求項1之光電二極體，其中該第一半導體層為一 P型 半導體層，且該第二半導體層為一 η型半導體層。 6.如請求項5之光電二極體，其中該第一半導體層形成於 一閘極絕緣膜上，該第三半導體層形成於該第一半導體 層之一部分上，且該第二半導體層形成於該第三半導體 層上。 147250.doc 201110389 7. 如請求項5之光電二極妒，1 s , 也^ 體其中至少—絕緣膜形成於該 第一半導體層之至少_邻八 σ刀上，一接觸孔形成於該絕緣 膜中以暴露該第一半導 導體層之—部分，該第三半導體層 形成於該絕緣膜之部分 屯造 丨刀上及精由该接觸孔暴露的該第一 體層之該部分上，且該第_ # ^ a ν Λ、 半導體層上 邊弟一+ V體層形成於該第三 8. 如請求項7之光電二極體，並 ^姑也 體其中自该第二半導體層插入 、口/弟一半導體層之該i蠢结允i田从— X遭 '-彖内埋於該絕緣膜之一部分之 下。 9 ·如請求項1之光電二 一主道 冑其中—光崎層形成於該第 一+導體層之部分之上。 10.如請求項9之光電二極 -_ ^ 八中該光阻擋層電連接至該 .、， 充田用於將—電壓供應至一形成 線。 等體層之間的電極之電源配 H 之光電二極體，其中該第三半導體層經形成 :分;!該光阻播層形成於該第三半導體層之- 12·如請求項7之光電二極體，苴 該第二半導槽部分經形成通過 -, I联且其中一層間絕緣 膜形成於該凹槽部分中。 13. 一種光電轉換裝置，其包含： -像素陣列區段，其包括複數個單元像素每一單元 像素具有-光電二極體’該等光電二極體包括： 147250.doc 201110389 —第一半導體層，其具有一第一導電類型； —第二半導體層，其具有一第二導電類型，該第二導 電類型係與该第一半導體層之該第一導電類型相反；及 、第二半導體層，其插入於該第一半導體層與該第 二半導體層之間， 其中該第一半導體層之一邊緣係自該第二半導體層 之—邊緣插入。 14. Ο 15. 16. G 17. 18. 19. 如請求項13之光電轉換裝置，其中該第—半導體層之一 2分充當一用於讀出由該光電二極體光電轉換之信號電 荷的下部電極。 士喷求項13之光電轉換裝置，其中該第一半導體層形成 於與％效電晶體之一半導體層相同的層處，該場效電 晶體之該半導體層接收—由該光電：極體產生之信號電 何0 如叫求項15之光電轉換褒置，其中該第—半導體層包含 多晶發。 月求項13之光電轉換裝置，其中該第一半導體層為一 Pf半導體層，且該第二半導體層為一 η型半導體層。 如明求項17之光電轉換裝置，其中該第一半導體層形成 ;間極、緣膜上’該第三半導體層形成於該第一半導 體層之一部分上，日兮够 且该第二半導體層形成於該第三半導 體層上。 ;月长Μ 17之S電轉換裝置，其中至少―絕緣膜形成於 半導體層之至少一部分上，一接觸孔形成於該絕 147250.doc 201110389 20. 21. 22. 23. 24. 25. 緣膜中以暴露該第—半暮 等體層之一部分，該第三半導體 層形成於該絕緣膜之部分 刀上及精由該接觸孔暴露的該第 一半導體層之該部分卜 _ ^ ,. ’且該第二半導體層形成於該第 三半導體層上。 如請求項19之光電轉換穿 钟供装置，其中自該第二半導體層插 入的該第一半導體層之哕 '^邊緣内埋於該絕緣膜之一部分 之下。 如請求項1 3之光電轉換奘 第二半導體層之部=置，其中-光阻擋層形成於該 如請求項21之光電轉換裝置，其中該光阻擋層電連接至 s亥苐一半導體層，且亦充者一 充田用於將一電壓供應至形成 於各別單元像素之該箄氺阳摔a β χ 寺先阻擋層與該等第二半導體芦之 間的電極之電源配線。 曰 Π求項21之光電轉換裝置，其中該第三半導體層經形 成為-在相鄰單元像素之間延伸的連續層，且該 層形成於該第三半導體層之部分之上。 δ 如請求項19之光電轉換農置，其中複數個凹 成通過該第二半導體層且延伸至該絕緣祺， 絕緣膜形成於該等凹槽部分中，使得該等層間 2 離相鄰單元像素之該等第二半導體層與道刀 層。 寺第二+導體 一種射線成像裝置，其包含： 一波長轉換構件’其用於對放射性光 換；及 及長轉 147250.doc 201110389 光电轉換裝置，其經組態以自該波長轉換構件接收 δ亥等經轉換之放射性光線，該光電轉換裝置包括一像素 陣列區段’該像素陣列區段包括複數個單元像素，每— 單70像素具有一光電二極體，該等光電二極體包括： 一第—半導體層，其具有一第一導電類型； 一第二半導體層，其具有一第二導電類型，該第二導 電類型係與該第一半導體層之該第一導電類型相反；及 一第三半導體層，其插入於該第一半導體層與該第二 ^ 半導體層之間， 其中該第一半導體層之一邊緣係自該第二半導體層之 一邊緣插入。 26. 如請求項25之射線成像裝置，其中該第一半導體層之一 刀充g —用於讀出由該光電二極體光電轉換之信號電 荷的下部電極。 27. 如請求項25之射線成像裝置，其中該第一半導體層形成 〇 於與一場效電晶體之一半導體層相同的層處，該場效電晶 體之該半導體層接收一由該光電二極體產生之信號電荷。 28. 如請求項27之射線成像裝置，其中該第一半導體層包含 多晶妙。 29·如請求項26之射線成像裝置’其中該第一半導體層為一 Ρ型半導體層，且該第二半導體層為一η型半導體層。 30.如請求項29之射線成像裝置，其中該第一半導體層形成 於一閘極絕緣膜上’該第三半導體層形成於該第一半導 體層之一部分上，且該第二半導體層形成於該第三半導 I47250.doc -5- 201110389 體層上。 .如請求項29之射線成像裝置，其中至少—絕緣膜形成於 該第-半導體層之至少一部分上’ 一接觸孔形成於該絕 緣膜中以暴露該第一半導體層之一部分，該第三半導體 層形成於該絕緣膜之部分上及藉由該接觸孔暴露的該第 -半導體層之該部分上，且該第二半導體層形成於該第 三半導體層上。 32·如凊求項31之射線成像裝置，其中自該第二半導體層插 入的該第一半導體層之該邊緣内埋於該絕緣膜之一部分 之下。 33·如請求項25之射線成像裝置，其中一光阻擋層形成於該 第二半導體層之部分之上。 34.如請求項33之射線成像裴置，其中該光阻擋層電連接至 該第二半導體層，且亦充當一用於將一電壓供應至形成 於各別單元像素之該等光阻擋層與該等第二半導體層之 間的電極之電源配線。 35_如請求項33之射線成像裝置，其中該第三半導體層經形 成為一在相鄰單元像素之間延伸的連續層，且該光阻擔 層形成於該第三半導體層之部分之上。 3 6.如凊求項3 1之射線成像裝置，其中複數個凹槽部分經形 成通過s亥弟一半導體層且延伸至該絕緣膜，且其中若干 層間絕緣膜形成於該等凹槽部分中，使得該等層間絕緣 膜分離相鄰單元像素之該等第二半導體層與該等第三半 導體層。 147250.doc
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