TWI427316B - 放射線檢測器 - Google Patents
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Description
本發明關於產業用或醫用的放射線檢測器，特別是關於將放射線直接轉換成載子之放射線檢測器的構造。
習知之直接轉換型態的放射線檢測器，係將既定的偏壓電壓施加於已形成在放射線感應型之半導體層之表面的共用電極，且利用已形成在半導體層之背面之載子收集電極，收集伴隨著放射線(X線等)的照射所產生的載子，並將其作為放射線檢測信號來取出，以進行放射線之檢測的構造。
特別是，將a-Se(非晶質硒)那般的非晶質半導體層作為半導體層的情形下，非晶質半導體係可藉真空蒸鍍等方法簡單地形成厚且寬的層。所以，適合於構成必須大面積且厚層的二維陣列型放射線檢測器。
但是，如此的習知之直接轉換型態的放射線檢測器，係對共用電極施加高電壓來使用，所以，會有因放電現象所造成的問題，特別是會有易產生沿面放電的問題。沿面放電係從已被施加高電壓的共用電極沿著半導體層等的表面，朝向已形成有各種配線或元件等的矩陣基板側流通電流的現象。如此一來，造成對放射線檢測器加以傷害，而構成放射線的檢測精確度降低等縮短製品壽命的原因。
發明專利文獻1如第9圖所示，提出了用以抑制沿面放電，以作為高耐壓之絕緣膜的矽樹脂之硬化性合成樹脂膜129覆蓋共用電極105、載子選擇性的高耐壓膜107、非晶質半導體層109之表面全體之構造的放射線檢測器。然而，若是此構造，由於熱膨脹係數的不同且因溫度變化而會於放射線檢測器產生翹曲。如此一來，會於共用電極105、高電阻膜107、非晶質半導體層109、及矽樹脂的硬化性合成樹脂膜129產生龜裂，以致於成為沿面放電不充分者。
於此，如發明專利文獻2提出了將具有與絕緣性基板123同程度之熱膨脹係數之絕緣性的輔助板131，隔著硬化性合成樹脂膜129而固定於與絕緣性基板123對面的位置，以抑制放射線檢測器之翹曲的構造(第10圖)。又，於發明專利文獻3也提出了與此同樣的構造。
發明專利文獻3更提出了使用矽烷(silane)化合物作為已形成非晶質半導體層109等之絕緣性基板123與輔助板131之間所形成之硬化性合成樹脂膜129。藉此，能將硬化性合成樹脂膜129的熱膨脹係數設成與絕緣性基板131同程度，能抑制翹曲與龜裂。
但是，最適於形成大面積之a-Se那般的非晶質半導體109的玻璃轉移溫度低(即，不耐熱)，所以，無法使用加熱而硬化之型態的硬化性合成樹脂129，而有必須使用在常溫會硬化之型態的硬化性合成樹脂的限制。發明專利文獻2記載著使用環氧樹脂作為在未達40℃的常溫會硬化的硬化性合成樹脂129，環氧樹脂的含有成分係與非晶質半導體膜109的反應性較小者。而且提出了用以防止環氧樹脂與非晶質半導體膜109的化學反應，於共用電極105與非晶質半導體層109之間隔著Sb2
S3
膜那般的耐溶劑性且載子選擇性的高電阻膜107的構造。
發明專利文獻4提出了作為具有與Sb2
S3
膜同等效果者，使用混雜有電洞移動劑之聚碳酸酯的有機膜之構成的放射線檢測器。
又，發明專利文獻5中，如第11圖所示，提出了於共用電極105與非晶質半導體層109的外緣部之間形成高耐壓的絕緣性物質128，阻止因共同電極105之外緣部的電場集中所造成貫穿放電或沿面放電者。作為高耐壓之絕緣性物質128的例子者，舉出有絕緣性物質128的含有成分與非晶質半導體層109的化學反應小，且在常溫會硬化之型態的材料，如矽樹脂、環氧樹脂、丙烯酸樹脂、氟樹脂等絕緣樹脂。此等絕緣性物質128的形成厚度係依據所必要的偏壓電壓而決定，若是偏壓電壓高則必須設得厚。又，對於第9圖至第11圖及第13圖中相同構造者賦與相同的符號。
特開2002-9268號公報
特開2002-311144號公報
特開2002-116259號公報
特開2000-230981號公報
特開2003-133575號公報
然而，發現了上述發明專利文獻所未揭示之新的問題點。此乃如第10圖所示，即便是以耐溶劑性且載子選擇性的高電阻膜107覆蓋著非晶質半導體層109的表面全體，非晶質半導體層之a-Se也會與作為硬化性合成樹脂膜之環氧樹脂的含有成分起化學反應。雖然此反應為較小者，但是，一旦在高電壓下且經過長時間時，非晶質半導體層109會結晶化而使表面電阻值降低，特別是在電場集中之共用電極105的外緣部會發生沿面放電之徵兆的樹狀現象(tree phenomena)。第12圖係在40℃且14kV的條件下對第13圖之構造的放射線檢測器進行加速試驗後之共用電極外緣部的光學顯微鏡照片，顯示從共用電極105的外緣部成長為樹脂放電痕跡之樹狀的情形。一旦樹狀成長而發生沿面放電時，則在放電部附近會發生如第14圖所示之線狀的雜訊。在發生此線狀的雜訊的部分，檢測精確度明顯降低。
又，第14圖係對共用電極105施加偏壓電壓，以不照射放射線藉各檢測元件所檢測出的影像。又，第13圖所示之放射線檢測器係使用於加速試驗用者，且係於形成有配線或元件等的絕緣性基板123上依順序形成有載子選擇性的高電阻膜108、非晶質半導體層109、載子選擇性的高電阻膜107、共用電極105而構成。如此一來，以覆蓋非晶質半導體層109、高電阻膜107、108、及共用電極105所露出的表面全體的方式，於絕緣性基板123、輔助板131、及間隔件(spacer)133所包圍的空間注入硬化性合成樹脂129而構成。
又，發明專利文獻3的矽烷化合物雖然與作為絕緣性基板123之玻璃基板的熱膨脹係數同等，但是為了具有可承受a-Se半導體層之熱膨脹與收縮的強度，必須有數mm以上的厚度與完全的加水分解反應所造成的架橋形成。然而，為了獲得朝大面積半導體層上的塗布膜，必須在架橋反應的中途使其溶解於有機溶劑，如此一來，矽烷化合物的濃度降低而無法獲得充分的強度。又，為了獲得強度，塗布後必須使有機溶劑完全揮發以形成高濃度的厚膜，必須加熱到至少40℃以上，80℃以下。藉此加熱，雖然可促進矽烷化合物的硬化，但是發生了a-Se半導體層從非晶質狀態結晶化的問題。即，由於a-Se那般的非晶質半導體的玻璃轉移溫度低，所以，必須選擇在未達40℃的常溫會硬化的硬化性合成樹脂129。
又，如發明專利文獻5，提出了為了緩和共用電極105之外緣部的電場集中以防止放電現象，乃於共用電極105的外緣部之下形成絕緣性物質128，對共用電極105的外緣部賦與仰角的構造(第11圖)，唯，在共用電極105、非晶質半導體層109、及高耐壓的絕緣性物質128全部接觸的三層點，非晶質半導體層109與高耐壓的絕緣性物質128的介電率不同的情形下，理論上證明了電場無限大。非晶質半導體層109為a-Se的情形下，介電率為6～7，發明專利文獻5所舉出的絕緣材料全部的介電率為2～6，所以，三層點部的電場變大，反之，可想像會發生暗電流增加或貫穿放電現象。
本發明係鑒於如此的情事而完成的發明，目的在於提供能防止從共用電極外緣部發生的沿面放電的放射線檢測器。
本發明之發明人精心研究的結果，能獲得以下的見解。首先，為了特定與a-Se起化學反應後使低電阻化的物質為何物質，將a-Se與環氧樹脂的主劑和硬化劑的混合物以兩者不相互接觸的方式密封，以40℃放置10天。如此一來，得知因來自於環氧樹脂之揮發成分使a-Se表面結晶化。利用氣相層析法(gas chromatography)來分析揮發成分，將數種類由已分離之氣體成分所構成之試藥滴至a-Se上並比較結晶化狀態的結果，得知胺類的試藥激烈地使a-Se結晶化。一旦a-Se結晶化則呈低電阻化，所以，依據以上的實驗得知在環氧樹脂之含有成分中，使a-Se低電阻化的成分係胺類化合物。
又，如第10圖所示，即便是以載子選擇性的高電阻膜107覆蓋著非晶質半導體層109的表面全體，非晶質半導體層109也會與環氧樹脂之含有成分起化學反應的原因，得知係起因於載子選擇性的高電阻膜107如第15圖所示非完全細緻的膜之故。第15圖係載子選擇性的高電阻膜的剖面電子顯微鏡照片，依據此照片，得知載子選擇性的高電阻膜107的內部有非細緻的區域。為了使此載子選擇性的高電阻膜107的不完全細緻性的影響沒有，以防止含有成分的滲透，必須將載子選擇性的高電阻膜107的膜厚設得厚。但是，若是將膜厚設得愈厚則愈會使載子的行進性劣化，特別是一旦超過數μm時，放射線的檢測靈敏度會降低，所以，在將載子選擇性的高電阻膜107的膜厚設得厚的情形也有界限。因此，如第16圖所示，可考量僅將電場集中之共用電極外緣部的膜厚設得厚的構造，唯，在形成上為困難。所以，發現了於電場集中之共用電極105的外緣部周邊形成新的障壁層(barrier layer)。
又，為了防止沿面放電而形成之發明專利文獻1記載的矽樹脂，也具有防止非晶質半導體層與作為硬化性合成樹脂之環氧樹脂之含有成分之化學反應的效果，但是，與環氧樹脂之接著性差，存在有抑制因溫度變化所造成的翹曲或龜裂的效果降低的問題。因此，形成的障壁層與硬化性合成樹脂的接著性良好的情形成為選擇條件。又，障壁層係選擇不與a-Se化學反應，未達40℃的常溫可形成者。
又，本發明之發明人率先於本發明之前提出了國際發明專利申請案PCT/JP2008/056945、PCT/JP2009/001611所示的發明。即，如第17圖所示，提出了於形成於絕緣性基板23上的非晶質半導體層9、載子選擇性的高電阻膜7、8、及共用電極5所露出的表面上與硬化性合成樹脂之間，形成有不含胺類化合物之障壁層27B之構造的放射線檢測器。又，第16圖及第17圖中對於與將於後述之各實施例相同的構成者，賦與相同的符號。
本發明係基於上述的見解而完成的發明，為了達到該目的而作成以下的構造。即，相關本發明之放射線檢測器具備的特徵在於：(a)放射線感應型的半導體層，係藉放射線的入射而產生載子、(b)高電阻膜，係以覆蓋前述半導體層的上面的方式形成，且選擇載子使其透過、(c)共用電極，係形成於前述高電阻膜的上面，且將偏壓電壓施加於前述高電阻膜及前述半導體層、(d)矩陣基板，係形成於前述半導體層的下面，且將以前述半導體層產生的載子按每一像素蓄積而讀出、(e)硬化性合成樹脂膜，係覆蓋已形成在前述矩陣基板的上面的前述半導體層、前述高電阻膜及前述共用電極的表面全體、(f)絕緣性的輔助板，係以隔著前述硬化性合成樹脂膜而與前述矩陣基板對面的方式配置，且具有與矩陣基板同程度的熱膨脹係數、及(g)障壁層，係沿著前述共用電極的外緣部並形成在前述高電阻膜的上面，防止前述半導體層與前述硬化性合成樹脂膜的化學反應，且具有與前述硬化性合成樹脂膜的接著性，且由不與前述半導體層起化學反應的絕緣材料所組成。
依據相關本發明之放射線檢測器，以沿著共用電極的外緣部並在高電阻膜的上面具備障壁層，能防止半導體層與硬化性合成樹脂膜的化學反應。又，以障壁層具有與硬化性合成樹脂膜的接著性，因溫度變化造成在障壁層與硬化性合成樹脂膜的界面剝離等，強度不充足，能防止抑制翹曲或龜裂的效果降低。又，障壁層的材料係不含與半導體層化學反應之物質的絕緣材料，所以，能防止因障壁層之材料的含有成分造成與半導體層的化學反應。藉此，能防止電場集中的共用電極外緣部的沿面放電。
又，以沿著共用電極的外緣部並在高電阻膜的上面形成障壁層的情形下，與於半導體層、高電阻膜、及共用電極所露出的表面全體形成有障壁層的構造者同樣，能防止沿面放電等放電現象。又，因於半導體層、高電阻膜、及共用電極所露出的表面全體不形成障壁層，故容易形成障壁層，且能抑制障壁層的材料成本。
於有關本發明的放射線檢測器，前述共用電極為多角形狀，前述障壁層係以沿著共用電極的外緣部並形成於前述高電阻膜的上面的區域之內，且係形成於限定在前述共用電極之頂點周邊部分的區域的上面為佳。共用電極為多角形的情形，以限定於電場最集中的頂點部分形成障壁層，能抑制沿面放電等放電現象的大部分。又，更容易形成障壁層，且能更抑制障壁層的材料成本。
於有關本發明的放射線檢測器，前述矩陣基板係以將以前述半導體層產生的載子按每一像素收集的像素電極、蓄積與已收集於前述像素電極之載子的數相稱之電荷的電容、讀出前述已蓄積之電荷的開關元件、及配列成格子狀，且與設置於各格子點之前述開關元件連接的電荷配線所構成之主動矩陣基板為佳。藉此，能製作大畫面卻是串音(crosstalk)影響小的放射線檢測器。
於有關本發明的放射線檢測器，前述半導體層係以非晶質硒為佳。藉此，能製作大面積的放射線檢測器。又，前述硬化性合成樹脂膜係以環氧樹脂為佳。如此一來，由於與輔助板之接著性良好，所以於接著面無剝離之虞，由於環氧樹脂的硬度高，所以能使不易產生因溫度變化造成的翹曲與龜裂。
於有關本發明的放射線檢測器，前述障壁層的膜厚較前述高電阻膜還厚，上限以在500μm以下為佳。障壁層的膜厚為薄的情形，硬化性合成樹脂膜的含有成分會滲透，不具有作為防止硬化性合成樹脂膜的含有成分與半導體層反應之障壁層的機能。又，障壁層的膜厚較500μm厚的情形下，能防止因溫度變化造成障壁層之熱膨脹應力的影響，例如於高電阻膜產生龜裂的情形。
於有關本發明的放射線檢測器，前述障壁層係以不含胺類材料的非胺類化合物合成樹脂為佳。藉此，能防止因障壁層本身的含有成分與半導體層反應使半導體層的上面的表面電阻值降低。又，前述障壁層以於未達40℃的溫度形成的前述非胺類合成樹脂為佳。藉此，能防止因形成障壁層時的熱使半導體層結晶化以致於低電阻化。
於有關本發明的放射線檢測器，前述非胺類合成樹脂係已溶解於不含胺類材料之非胺類溶劑的丙烯酸酯樹脂、聚胺酯樹脂、聚碳酸酯樹脂及合成橡膠之任一者，且以使非胺類溶劑在常溫揮發而形成為佳。又，前述非胺類溶劑係以包含甲苯、乙酸丁酯、甲基乙基酮、甲基環己烷(methylcyclohexane)、乙環己烷(ethylcyclohexane)、二甲苯(xylene)及二氯苯(dichlorobenzene)之至少一者為佳。
於有關本發明的放射線檢測器，前述障壁層以光硬化性樹脂且係藉光照射而使其硬化而形成為佳。藉此，不須加熱即能硬化，且能縮短硬化時間來形成。
於有關本發明的放射線檢測器，前述障壁層係利用真空蒸鍍法使前述非胺類合成樹脂被覆來形成為佳。又，藉真空蒸鍍法使被附的前述非胺類合成樹脂的一例為聚對茬(poly-p-xylylene)。
依據有關本發明的放射線檢測器，以沿著共用電極的外緣部並在高電阻膜的上面具備障壁層，能防止半導體層與硬化性合成樹脂的化學反應。又，以障壁層具有與硬化性合成樹脂膜的接著性，因溫度變化造成在障壁層與硬化性合成樹脂膜的界面剝離等，強度不充足，能防止抑制翹曲或龜裂的效果降低。又，障壁層的材料係不含與半導體層化學反應之物質的絕緣材料，所以，能防止因障壁層之材料的含有成分造成與半導體層的化學反應。藉此，能防止電場集中的共用電極外緣部的沿面放電。
以下參照圖式來說明本發明的實施例1。第1圖係顯示放射線檢測器之構造的概略縱剖面圖，第2圖係顯示主動矩陣基板及周邊電路之構造的電路圖，第3圖係放射線檢測器之構造的概略平面圖。又，第3圖為便於說明而省略輔助板、硬化性合成樹脂、及間隔件來顯示。
《放射線檢測器》
參照第1圖。本實施例之放射線檢測器1係於從偏壓電源供給部3被施加偏壓電壓的共用電極5的下層，形成有選擇載子使透過之載子選擇性的高電阻膜7，且其下層形成有藉放射線的入射以產生載子的非晶質半導體層9。即，以對共用電極5施加偏壓電壓，而可對載子選擇性的高電阻膜7及非晶質半導體層9施加偏壓電壓。再者，於非晶質半導體層9的下層再形成有載子選擇性的高電阻膜7。而且，於其下層形成有：以將按每一像素收集載子的像素電極11、蓄積已收集於像素電極11之載子的載子蓄積用電容13、與載子蓄積用電容13電性連接的開關元件15及接地線17、朝開關元件15傳送開關作用的信號的閘極線19、透過開關元件15以讀出已蓄積於載子蓄積用電容13之電荷的資料線21、及以支撐這些的絕緣性基板23所構成的主動矩陣基板25。藉此主動矩陣基板25能將在非晶質半導體層9產生的載子按每一像素讀出。
又，非晶質半導體層9相當於本發明之放射線感應型的半導體層。又，載子選擇性的高電阻膜7相當於本發明的高電阻膜。又，閘極線19及資料線21相當於本發明的電極配線。又，主動矩陣基板25相當於本發明的矩陣基板。
再者，沿著共用電極5的外緣部，且至少在載子選擇性的高電阻膜7的上面形成有障壁層27。又，以覆蓋共用電極5、載子選擇性的高電阻膜7、8、非晶質半導體層9、及障壁層27的方式形成有硬化性合成樹脂膜29。而且，於硬化性合成樹脂膜29的上面形成有絕緣性的輔助板31。即，絕緣性的輔助板31係以隔著硬化性合成樹脂膜29而與主動矩陣基板25對面的方式來配置。又，關於障壁層27將於後詳述。
非晶質半導體層9的電阻率為109
Ωcm以上(較佳是1011
Ωcm以上)，且膜厚為0.5mm以上，1.5mm以下的高純度a-Se厚膜。此a-Se厚膜特別能容易作成檢測區域的大面積化。又，一旦非晶質半導體層9薄，則放射線不被轉換即透過，所以，使用0.5mm以上，1.5mm以下厚度的膜。
共用電極5及像素電極11係以Au、Pt、Ni、Al、Ta、In等金屬或ITO等所形成。當然，非晶質半導體層9的材料或電極的材料不限於以上所例示者。
載子選擇性的高電阻膜7係依據施加於共用電極5之偏壓電壓為正偏壓或負偏壓，若是正偏壓則採用電洞注入阻止能高的膜，若是負偏壓則採用電子注入阻止能高的膜。一般在正偏壓使用的情形下，載子選擇性的高電阻膜7係使用N型(多數載子為電子)的選擇膜，在負偏壓使用的情形下，載子選擇性的高電阻膜7係使用P型(多數載子為電洞)的選擇項目。但是，在109
Ωcm以上的高電阻區域，也定有一般法則不成立的情形，所以，將作為P型層來例示的Sb2
Te3
、Sb2
S3
、ZnTe膜等使用在正偏壓的情形也可獲得效果。若是N型層則可例示有CdS、ZnS膜等。高電阻膜7的電阻率以在109
Ωcm以上為佳。又，電阻膜7的膜厚在0.1μm以上，5μm以下為適當。
輔助板31以具有與絕緣性基板23同程度的熱膨脹係數，且以放射線透過性良好者為佳，可使用石英玻璃等。厚度在0.5mm以上，1.5mm以下為適當。又，輔助板31若是以不對非晶質半導體層9產生翹曲的方式來形成的話，則不限於以上所述的實施形態，可採用任何的實施形態。
又，在本實施例中採用環氧樹脂作為高耐電壓的硬化性合成樹脂膜29。環氧樹脂的硬度高，與輔助板31的接著性也良好，又，使環氧樹脂硬化時，能以未達40℃的常溫來硬化，所以，也不會使a-Se結晶化。選擇其他樹脂作為硬化性合成樹脂膜29時，依據採用何種半導體作為半導體層而決定硬化溫度的上限。如以上所述，使用a-Se時，a-Se因熱而易結晶化，所以，必須選擇在未達40℃的常溫會硬化之型態的合成樹脂。
當這些硬化性合成樹脂膜29的形成厚度過薄時則絕緣耐壓降低，過厚時入射放射線衰減，所以，絕緣性基板23與輔助板12的間距設為1mm至5mm，較佳是設為2mm至4mm。為了確實形成如此的間距，乃於絕緣性基板23的周邊部設置有由ABS樹脂等所構成的間隔件33。如此地以在輔助板31與主動矩陣基板25之間設置間隔件33而能調整間距。
像素電極11形成有多數個二維陣列狀，且用以蓄積已收集於各像素電極11之載子的載子蓄積用電容13及載子讀出用的開關元件15分別各設置有1個。藉此，本實施例之放射線檢測器1建構成作為放射線檢測像素的檢測元件DU沿著X、Y方向配列多數的二維陣列構造的平面板型放射線感測器(參照第2圖)，所以，能按每一放射線檢測像素進行局部的放射線檢測，而可進行放射線強度的二維分布測定。
又，使檢測元件DU的開關元件15的開關進行作用的薄膜電晶體的閘極連接於橫(X)向的閘極線19，汲極連接於縱(Y)向的資料線21。
再者，如第2圖所示，資料線21透過電荷-電壓轉換群35而連接於多工器37。閘極線19連接於閘極驅動器39。又，放射線感測部的檢測元件DU的特定係基於沿著X方向‧Y方向的配列而朝各檢測元件DU依順序地分配的位址來進行，所以，信號取出用的掃描信號成為分別指定X方向位址或Y方向位址的信號。又，為方便說明，第2圖中設為3×3像素份量的矩陣構造，唯，實際上係使用配合放射線檢測器1之像素數之尺寸的主動矩陣基板25。
依照Y方向的掃描信號而從閘極驅動器39對X方向的閘極線19施加取出用的電源，伴隨於此，各檢測元件DU係以行單位來選擇。再者，多工器37可依照X方向的掃描信號來切換，藉此，已蓄積於所選擇之行的檢測元件DU之載子蓄積用電容13的電荷依順序經由電荷-電壓轉換群35及多工器37而送出至外部。
即，依據本實施例之放射線檢測器1所為之放射線檢測動作如以下所述。當以對非晶質半導體層9之表面側的共用電極5施加偏壓電壓的狀態，使檢測對象的放射線入射時，因放射線之入射而產生的載子(電子電洞對)藉偏壓電壓而朝向共用電極5與像素電極11移動。與此載子的產生數相稱地於像素電極11側的載子蓄積用電容13蓄積電荷，且伴隨著載子讀出用之開關元件15朝向導通(ON)狀態轉移，蓄積電荷經由開關元件15而作為放射線檢測信號被讀出，並在電荷-電壓轉換群35轉換成電信號。
本實施例之放射線檢測器1例如作為X線透視攝影裝置之X線檢測器使用時，各檢測元件DU的檢測信號作為像素信號而從多工器37順序地取出之後，利用影像處理部41進行雜訊處理等必要的信號處理，利用像素顯示部43來顯示作為二維影像(X線透視影像)來顯示。
又，製作本實施例之放射線檢測器1時，利用以各種真空成膜法所進行的薄膜形成技術或以光刻法所進行的圖案化技術，於絕緣性基板23的表面依順序積層形成開關元件15用的薄膜電晶體及載子蓄積用電容13、像素電極11、載子選擇性的高電阻膜8、非晶質半導體層9、載子選擇性的高電阻膜7、共用電極5等。
《障壁層》
參照第1圖及第3圖。障壁層27沿著共用電極5之四角形的外緣部，至少形成於已形成在非晶質半導體層9上面之載子選擇性的高電阻膜7的上面。又，障壁層27係以於共用電極5的側面不設置間隙的方式連接側面並形成在載子選擇性的高電阻膜7的上面為佳。然而，如此地於共用電極5的側面不設置間隙的方式連接側面以形成障壁層的技術困難，所以，障壁層27形成於載子選擇性的高電阻膜7的上面，而且也形成於共用電極5的上面。即，沿著共用電極5之四角形的外緣部，並橫亙載子選擇性的高電阻膜7與共用電極5來形成。又，本實施例中，障壁層27不覆蓋共用電極5的全面，而係以於共用電極5的中央部具有開口部的方式來形成。
又，障壁層27防止非晶質半導體層9與硬化性合成樹脂膜29的化學反應，且具有與硬化性合成樹脂膜29的接著性，以不與非晶質半導體層9起化學反應的絕緣材料為佳。即，障壁層27以形成於已形成在非晶質半導體層9的上面的載子選擇性的高電阻膜7與硬化性合成樹脂膜29之間的狀態，防止硬化性合成樹脂膜29的含有成分與非晶質半導體層9的上面部分起化學反應而呈低電阻化。又，障壁層27係以具有與硬化性合成樹脂膜29密接性為佳。藉此，在無密接性的情形下，藉由因溫度變化所造成熱膨脹及收縮的反覆進行，在障壁層27與硬化性合成樹脂膜29的界面會發生剝離等，在強度方面為不充分，抑制翹曲與龜裂的效果降低。又，障壁層27的材料係以使用不與非晶質半導體層9化學反應者為佳。
具體上，障壁層27係以不含與非晶質半導體層9反應而使非晶質半導體層9的表面低電阻化之胺類材料的合成樹脂，即，係以非胺類合成樹脂為佳。又，障壁層的形成係以未達40℃的溫度來形成為佳。
作為使用於障壁層27的非胺類合成樹脂，係可舉出有溶解於非胺類溶劑的丙烯酸酯樹脂、聚胺酯樹脂、聚碳酸酯樹脂、合成橡膠。又，非胺類溶劑，係可舉出有甲苯、乙酸丁酯、甲基乙基酮、甲基環己烷、乙環己烷、二甲苯及二氯苯等之任一單體或混合物。
障壁層27的膜厚以至少較載子選擇性的高電阻膜7的厚度還厚為佳。較高電阻膜7還薄的情形下，會有硬化性合成樹脂膜29的含有成分透過障壁層27之虞。又，障壁層27的膜厚在500μm以下，而以在100μm以下為佳。當障壁層27的膜厚過厚時(大於500μm時)，不能忽略障壁層27的熱膨脹應力，有發生與絕緣性合成樹脂膜等其他膜剝離等問題之虞。又，本實施例中，載子選擇性的高電阻膜7的厚度為1μm程度。
《實驗結果1》
使用真空蒸鍍法，於主動矩陣基板25上依順序形成Sb2S3膜(高電阻膜8)、a-Se層(非晶質半導體層9)、Sb2S3膜(高電阻膜7)、Au電極(共用電極5)之後，使用分配法，將以乙酸丁酯稀釋聚胺甲酸酯(polyurethane)樹脂所獲得的溶液沿著Au電極的外緣部描繪滴下，並在未達40℃進行常溫乾燥，於第1圖及第3圖所示的區域形成聚胺甲酸酯樹脂的障壁層27之後，藉間隔件33並覆蓋玻璃製的輔助板31之後注入環氧樹脂(硬化性合成樹脂膜29)並使其硬化，而製作了本實施例的放射線檢測器1。又，也製作了作為比較用之未形成障壁層27之習知型的放射線檢測器(第13圖)。如此一來，在40℃ 14kV的條件下進行加速試驗，當觀察加速試驗84天後的Au電極外緣部時，本實施例之放射線檢測器1無發生樹狀，但是，確認了習知型的放射線檢測器發生如第4圖所示的樹狀。又，第5圖係顯示另外製作之放射線檢測器有無塗布障壁層27所造成於交界部發生樹狀之不同的照片。依據僅於非塗布的Au電極外緣部發生樹狀的情形，能確認障壁層27的效果。
《實施例1的效果》
依據以上的放射線檢測器1的構造，沿著共用電極5的外緣部並於載子選擇性的高電阻膜7的上面形成有障壁層27，所以，能防止作為硬化性合成樹脂膜(環氧樹脂等)29之含有成分的胺類化合物滲透載子選擇性的高電阻膜7而與非晶質半導體層9反應，導致非晶質半導體層9低電阻化。又，形成障壁層27的材料係使用具有與硬化性合成樹脂膜29密接性的材料。所以，能解除藉由因溫度變化造成膨脹及收縮導致在障壁層27與硬化性合成樹脂膜29的界面剝離等，強度不充足，抑制翹曲或龜裂的效果降低的問題。又，形成障壁層27的材料係使用不含與非晶質半導體層9反應之胺類化合物的材料。因此，能防止障壁層27之含有成分滲透載子選擇性的高電阻膜7而與非晶質半導體層9反應，導致非晶質半導體層9低電阻化。又，形成障壁層27的材料係使用在未達40℃的常溫能硬化的材料，所以，能防止將障壁層硬化時的熱使半導體層結晶化且低電阻化。藉此，能防止從共用電極5發生的沿面放電，所以，能防止因電場集中之共用電極外緣部的沿面放電以致於發生線狀的雜訊。
又，如第17圖所示，與於共用電極5、載子選擇性的高電阻膜7、8、及非晶質半導體層9露出的表面全體形成有障壁層27E的放射線檢測器同樣，能防止沿面放電。但是，如第17圖所示之放射線檢測器，由於不在露出的表面全體形成障壁層27，所以能容易作到形成障壁層27，且能抑制障壁層27的材料成本。
其次，參照圖式來說明本發明的實施例2。第6圖係放射線檢測器之構造的概略平面圖。又，對於與實施例1說明重複的部分則省略說明。
於實施例1中，係將障壁層27沿著共用電極5的外緣部並形成在載子選擇性的高電阻膜7的上面。但是，不限於此構造。例如，比較於共用電極5的邊部，愈接近頂點則樹狀的長成愈快速，所以，也可於限定在共用電極5之頂點部分的區域之載子選擇性的高電阻膜7的上面形成障壁層27A。
參照第6圖。障壁層27A係形成在沿著共用電極5的外緣部並形成於載子選擇性的高電阻膜7上面的領域內，且係限定於共用電極5之頂點周邊部分之領域的上面。共用電極5的形狀為四角形時，於作為四角形之頂點的4個地方的近傍形成障壁層27A。
《實驗結果2》
第7圖及第8圖係使用第13圖所示之未形成障壁層之習知型的放射線檢測器在40℃ 14kV的條件下進行加速試驗之後，共用電極105的外緣部的光學顯微鏡照片。第7圖顯示加速試驗3天後之發生作為樹狀放電痕跡的樹狀，可確認僅從共用電極105的頂點部分發生樹狀。又，第8圖顯示加速試驗20天後的發生樹狀，與第7圖的加速試驗3天後比較，可確認於共用電極105的頂點部分發生的樹狀成長的情形。又，可確認於共用電極105的邊部也發生樹狀的情況。所以，得知共用電極105的形狀為四角形時，從邊部分愈接近頂點部分之樹狀的成長愈快速。
《實施例2的效果》
依據具備有如此的放射線檢測器1A，僅在共用電極5之電場最集中的頂點部分形成障壁層27A，能抑制沿面放電現象的大部分。又，如第6圖所示，由於較實施例1更能減少障壁層27A的形成區域，所以，能更容易形成障壁層27A，且能更抑制障壁層27A材料等的成本。
本發明不限於上述實施形態，而係能如以下所述方式實施變形。
(1)上述各實施例中，障壁層27、27A係以非胺類溶劑來溶解非胺類合成樹脂之後塗布，在未達40℃的溫度使其乾燥硬化。但是，不限於此。例如，也可採用藉照射紫外線等光線使其硬化來形成的光硬化性樹脂作為障壁層27、27A。不須加熱即能將其硬化，且能縮短硬化時間來形成。又，可舉出調合了巰基酯(mereaptoester)之丙烯酸類的樹脂作為光硬化性樹脂。
(2)上述各實施例中，障壁層27、27A係利用分配法，沿著共用電極5的外緣部描繪或連續塗布障壁層27、27A的材料。但是，不限於此。例如，障壁層27、27A也可利用真空蒸鍍法在形成部分以外以金屬製的遮罩來覆蓋，並使非胺類合成樹脂被覆於上述既定的位置來形成。此情形下，以聚對茬作為非胺類合成樹脂為佳。
(3)上述各實施例中，共用電極5的形狀為四角形，唯，也可採用作成三角形、五角形等多角形狀的共用電極。
(4)上述實施例1中，障壁層27係沿著共用電極5的外緣部並以同程度的寬幅形成在載子選擇性的高電阻膜7的上面。但是，不限於此。例如，也可將形成於易發生樹狀現象之共用電極5的頂點部分的障壁層27的寬幅加大，以於共用電極5的邊部作成障壁層27的寬幅較頂點部分小的方式來形成障壁層27。又，障壁層27係沿著共用電極5的外緣部連續形成，唯，也可具備一部分不形成障壁層27的區域。又，以使共用電極5的中央部具有開口部的方式形成障壁層27，唯，也可形成不具開口部的障壁層27。
(5)上述各實施例中，從平面觀看，係於障壁層27、27A的頂點部分形成有角的形狀，唯，例如，也可為使角部分圓化的形狀。
(6)上述各實施例中，採用主動矩陣基板25作為矩陣基板，唯，也可採用被動矩陣基板。
1、1A．．．放射線檢測器
3．．．偏壓電源供給部
5．．．共用電極
7、8．．．高電阻膜
9．．．非晶質半導體層
11．．．像素電極
13．．．載子蓄積用電容
15．．．開關元件
17．．．接地線
19．．．閘極線
21．．．資料線
23．．．絕緣性基板
25．．．主動矩陣基板
27、27A、27B．．．障壁層
29．．．硬化性合成樹脂膜
31．．．輔助板
33．．．間隔件
35．．．電荷-電壓轉換群
37．．．多工器
39．．．閘極驅動器
41．．．影像處理部
43．．．像素顯示部
105．．．共用電極
107．．．高電阻膜
109．．．非晶質半導體層
123．．．絕緣性基板
128．．．絕緣性物質
129．．．硬化性合成樹脂膜
131．．．輔助板
133．．．間隔件
DU．．．檢測元件
第1圖係顯示有關實施例1之放射線檢測器之構造的概略縱剖面圖。
第2圖係顯示有關實施例1之主動矩陣基板及周邊電路之構造的電路圖。
第3圖係有關實施例1之放射線檢測器之構造的概略平面圖。
第4圖係顯示第13圖所示於習知型之放射線檢測器之Au電極外緣部進行加速試驗後產生樹狀的照片。
第5圖係顯示因加速試驗後有無障壁層所造成發生樹狀現象之不同的照片。
第6圖係有關實施例2之放射線檢測器之構造的概略平面圖。
第7圖係顯示第13圖所示於習知型之放射線檢測器進行加速試驗3天後之產生樹狀的照片。
第8圖係顯示第13圖所示於習知型之放射線檢測器進行加速試驗20天後之產生樹狀的照片。
第9圖係顯示有關習知例之放射線檢測器之構造的概略縱剖面圖。
第10圖係顯示有關習知例之放射線檢測器之構造的概略縱剖面圖。
第11圖係顯示有關習知例之放射線檢測器之構造的概略縱剖面圖。
第12圖係顯示從共用電極外緣部成長之構成樹狀放電痕跡的樹狀現象的照片。
第13圖係顯示在加速試驗使用的習知例之放射線檢測器之構造的概略縱剖面圖。
第14圖係顯示透過沿面放電所產生之線狀的雜訊，(a)係模式圖，(b)係照片。
第15圖係顯示載子選擇型的高電阻膜具有非細緻區域的照片。
第16圖係顯示於共用電極外側之載子選擇型的高電阻膜部分設置厚度之構造的概略縱剖面圖。
第17圖係顯示於國際發明專利申請案PCT/JP2008/056945、PCT/JP2009/001611記載之放射線檢測器之構造的概略縱剖面圖。
1．．．放射線檢測器
3．．．偏壓電源供給部
5．．．共用電極
7、8．．．高電阻膜
9．．．非晶質半導體層
11．．．像素電極
13．．．載子蓄積用電容
15．．．開關元件
17．．．接地線
19．．．閘極線
21．．．資料線
23．．．絕緣性基板
25．．．主動矩陣基板
27．．．障壁層
29．．．硬化性合成樹脂膜
31．．．輔助板
33．．．間隔件
DU．．．檢測元件
Claims (13)
- 一種放射線檢測器，其特徵在於包含：(a)放射線感應型的半導體層，係藉放射線的入射而產生載子；(b)高電阻膜，係以覆蓋前述半導體層的上面的方式形成，選擇地使載子透過；(c)共用電極，係形成於前述高電阻膜的上面，且將偏壓電壓施加於前述高電阻膜及前述半導體層；(d)矩陣基板，係形成於前述半導體層的下面，且將在前述半導體層產生的載子按每一像素蓄積且讀出；(e)硬化性合成樹脂膜，係覆蓋已形成在前述矩陣基板的上面的前述半導體層、前述高電阻膜及前述共用電極的表面全體；(f)絕緣性的輔助板，係以隔著前述硬化性合成樹脂膜而與前述矩陣基板相對的方式配置；及(g)障壁層，係沿著前述共用電極的外緣部並形成在前述高電阻膜的上面，防止前述半導體層與前述硬化性合成樹脂膜的化學反應，且與前述硬化性合成樹脂膜具有接著性，且由不與前述半導體層產生化學反應的絕緣材料所構成。
- 如申請專利範圍第1項之放射線檢測器，其中前述共用電極係多角形狀，前述障壁層係沿著共用電極的外緣部形成於前述高電阻膜的上面的區域之內，且形成於限定在前述共用電 極之頂點周邊部分之區域的上面。
- 如申請專利範圍第1或2項之放射線檢測器，其中前述矩陣基板係主動矩陣基板，該主動矩陣基板的構成係包含：像素電極，係將在前述半導體層產生的載子按每一像素收集；電容，係蓄積與已收集於前述像素電極之載子數相對應的電荷；開關元件，係讀出前述已蓄積的電荷；及電荷配線，係配列成格子狀，且與設置於各格子點之前述開關元件連接。
- 如申請專利範圍第1或2項之放射線檢測器，其中前述半導體層係非晶質硒。
- 如申請專利範圍第1或2項之放射線檢測器，其中前述硬化性合成樹脂膜係環氧樹脂。
- 如申請專利範圍第1或2項之放射線檢測器，其中前述障壁層的膜厚係厚於1μm，且上限為500μm以下。
- 如申請專利範圍第1或2項之放射線檢測器，其中前述障壁層係不含胺類材料的非胺類合成樹脂。
- 如申請專利範圍第7項之放射線檢測器，其中前述障壁層係以未達40℃的溫度形成的前述非胺類合成樹脂。
- 如申請專利範圍第8項之放射線檢測器，其中前述非胺類合成樹脂係已溶解於不含胺類材料之非胺類溶劑的丙烯酸樹脂、聚胺甲酸酯樹脂、聚碳酸酯樹 脂及合成橡膠之任一者，且使非胺類溶劑在常溫揮發而形成。
- 如申請專利範圍第9項之放射線檢測器，其中前述非胺類溶劑係包含甲苯、乙酸丁酯、甲基乙基酮、甲基環己烷、乙環己烷、二甲苯及二氯苯之至少一者。
- 如申請專利範圍第8項之放射線檢測器，其中前述障壁層係光硬化性樹脂，且係藉光照射使其硬化而形成。
- 如申請專利範圍第8項之放射線檢測器，其中前述障壁層係藉真空蒸鍍法使前述非胺類合成樹脂被覆而形成。
- 如申請專利範圍第12項之放射線檢測器，其中前述非胺類合成樹脂係聚對茬。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| MM4A | Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees |