JP2014225527A - Detection device and detection system - Google Patents
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Abstract
【課題】 不純物半導体層と画素電極の良好な密着性と、変換素子の良好な暗電流特性と、を両立することが可能な検出装置を提供する。【解決手段】 可視光を透過し得る基板100と、基板100側から順に画素電極と不純物半導体層123と半導体層124とを有して放射線又は光を電荷に変換する変換素子12と、基板100を透過して変換素子12へ可視光を照射するための光源24と、を含む検出装置であって、画素電極は、少なくとも一部が可視光を透過し得る厚さを有する金属層122を含む。【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a detection device capable of achieving both good adhesion between an impurity semiconductor layer and a pixel electrode and good dark current characteristics of a conversion element. A substrate 100 that can transmit visible light, a conversion electrode 12 that includes a pixel electrode, an impurity semiconductor layer 123, and a semiconductor layer 124 in that order from the substrate 100 side, and converts radiation or light into electric charge; And a light source 24 for irradiating visible light onto the conversion element 12, and the pixel electrode includes a metal layer 122 having a thickness at least a part capable of transmitting visible light. . [Selection] Figure 1
Description
本発明は、医療用画像診断装置、非破壊検査装置、放射線を用いた分析装置などに応用される検出装置、及び、検出システムに関するものである。 The present invention relates to a detection apparatus and a detection system applied to a medical image diagnostic apparatus, a nondestructive inspection apparatus, an analysis apparatus using radiation, and the like.
近年、薄膜半導体製造技術は、TFT(薄膜トランジスタ)等のスイッチ素子と、フォトダイオード等の放射線又は光を電荷に変換する変換素子と、を組み合わせた画素のアレイ(画素アレイ)を有する検出装置にも利用されている。従来の検出装置として、特許文献1には、基板の上に配置されたスイッチ素子と、スイッチ素子の上に配置されスイッチ素子と電気的に接続された変換素子と、基板及びスイッチ素子と変換素子との間に配置された層間絶縁層と、を含む検出装置が開示されている。また、特許文献1の変換素子は、スイッチ素子と電気的に接続された画素電極と、画素電極と対向して配置された対向電極と、画素電極と対向電極との間に配置された半導体層と、画素電極と半導体層との間に配置された不純物半導体層と、を有する。この画素電極は、残像低減のための光の照射の効率化等のため、多結晶化された透明導電性酸化物が用いられ、更に、特許文献1の変換素子には、半導体層と画素電極との密着性を向上させるバッファー層を設けてもよいことが開示されている。 In recent years, thin-film semiconductor manufacturing technology has been applied to detection devices having an array of pixels (pixel array) in which a switch element such as a TFT (thin film transistor) and a conversion element that converts radiation or light such as a photodiode into a charge are combined. It's being used. As a conventional detection device, Patent Document 1 discloses a switch element disposed on a substrate, a conversion element disposed on the switch element and electrically connected to the switch element, a substrate, the switch element, and the conversion element. And a detection device including an interlayer insulating layer disposed between the two. In addition, the conversion element disclosed in Patent Document 1 includes a pixel electrode electrically connected to the switch element, a counter electrode disposed to face the pixel electrode, and a semiconductor layer disposed between the pixel electrode and the counter electrode. And an impurity semiconductor layer disposed between the pixel electrode and the semiconductor layer. For this pixel electrode, a polycrystallized transparent conductive oxide is used for the purpose of improving the efficiency of light irradiation for reducing afterimages, etc. Further, the conversion element of Patent Document 1 includes a semiconductor layer and a pixel electrode. It is disclosed that a buffer layer may be provided to improve the adhesion to the substrate.
しかしながら、特許文献1の構成では、不純物半導体層と透明導電性酸化物の密着性と、変換素子の暗電流特性と、の両立が困難であった。不純物半導体層と透明導電性酸化物との間の密着性を向上させようとすると、変換素子の暗電流特性の低下を招き、逆に、変換素子の暗電流特性を向上させようとすると、不純物半導体層と透明導電性酸化物との間の密着性の低下を招いていた。そこで、本願発明では、不純物半導体層と画素電極の良好な密着性と、変換素子の良好な暗電流特性と、を両立することが可能な検出装置を提供することを課題とする。 However, in the configuration of Patent Document 1, it is difficult to achieve both the adhesion between the impurity semiconductor layer and the transparent conductive oxide and the dark current characteristics of the conversion element. An attempt to improve the adhesion between the impurity semiconductor layer and the transparent conductive oxide causes a decrease in the dark current characteristics of the conversion element. Conversely, an attempt to improve the dark current characteristics of the conversion element The adhesion between the semiconductor layer and the transparent conductive oxide was reduced. Therefore, an object of the present invention is to provide a detection device that can achieve both good adhesion between the impurity semiconductor layer and the pixel electrode and good dark current characteristics of the conversion element.
本発明の検出装置は、可視光を透過し得る基板と、前記基板側から順に画素電極と不純物半導体層と半導体層とを有して放射線又は光を電荷に変換する変換素子と、前記基板を透過して前記変換素子へ前記可視光を照射するための光源と、を含む検出装置であって、前記画素電極は、少なくとも一部が前記可視光を透過し得る厚さを有する金属層を含む。 The detection device according to the present invention includes a substrate that can transmit visible light, a pixel electrode, an impurity semiconductor layer, and a semiconductor layer in this order from the substrate side, a conversion element that converts radiation or light into electric charges, and the substrate. And a light source for irradiating the conversion element with the visible light, wherein the pixel electrode includes a metal layer having a thickness that allows at least a part of the pixel electrode to transmit the visible light. .
本願発明により、不純物半導体層と画素電極の良好な密着性と、変換素子の良好な暗電流特性と、を両立することが可能な検出装置を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a detection device capable of achieving both good adhesion between the impurity semiconductor layer and the pixel electrode and good dark current characteristics of the conversion element.
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。なお、本明細書では、放射性崩壊によって放出される粒子(光子を含む)の作るビームであるα線、β線、γ線などの他に、同程度以上のエネルギーを有するビーム、例えばX線や粒子線、宇宙線なども、放射線に含まれるものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. In this specification, in addition to α-rays, β-rays, γ-rays, etc., which are beams produced by particles (including photons) emitted by radioactive decay, beams having the same or higher energy, such as X-rays, Particle rays and cosmic rays are also included in the radiation.
(第1の実施形態)
先ず、図1(a)及び図1(b)を用いて第1の実施形態に係る検出装置について説明する。図1(a)は検出装置を構成する1画素の平面模式図であり、図1(b)は図1(a)のA−A’における断面模式図である。なお、図1(a)は、後述する各絶縁層、被覆部材、半導体層、及び、各不純物半導体層は、簡便化の為に省略している。
(First embodiment)
First, the detection apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 (a) and 1 (b). FIG. 1A is a schematic plan view of one pixel constituting the detection device, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. Note that in FIG. 1A, each insulating layer, covering member, semiconductor layer, and each impurity semiconductor layer, which will be described later, are omitted for simplification.
本発明の検出装置は、基板100の上に画素11が行列状に複数配置されている。1つの画素11は、図1(a)及び図1(b)に示すように、放射線又は光を電荷に変換する変換素子12と、変換素子12の電荷に応じた電気信号を出力するスイッチ素子であるTFT(薄膜トランジスタ)13とを含む。本実施形態では、変換素子12として非晶質シリコンのPIN型フォトダイオードを用いている。変換素子12は、ガラス基板等の絶縁性の基板100の上に設けられたTFT13の上に、有機材料からなる層間絶縁層120を挟んで積層されて配置されている。層間絶縁層120は、複数のスイッチ素子である複数のTFT13を覆うように配置されている。なお、図1(b)に示すように、層間絶縁層120の表面は、無機材料からなる被覆部材121と画素電極122により覆われている。
In the detection device of the present invention, a plurality of
TFT13は、基板100の上に、基板側から順に配置された、制御電極131と、絶縁層132と、半導体層133と、半導体層133よりも不純物濃度の高い不純物半導体層134と、第1主電極135と、第2主電極136と、を含む。不純物半導体層134はその一部領域で第1主電極135及び第2主電極136と接しており、その一部領域と接する半導体層133の領域の間の領域が、TFTのチャネル領域となる。制御電極131は制御配線15と電気的に接続されており、第1主電極135は信号配線16と電気的に接続されており、第2主電極136は変換素子12の画素電極122と電気的に接続されている。なお、本実施形態では第1主電極135と第2主電極136と信号配線16とは、同じ導電層で一体的に構成されており、第1主電極135が信号配線16の一部をなしている。保護層137はTFT13、制御配線15、及び信号配線16を覆うように設けられている。本実施形態では、スイッチ素子として非晶質シリコンを主材料とした半導体層133及び不純物半導体層134を用いた逆スタガ型のTFTを用いたが、本発明はそれに限定されるものではない。例えば、多結晶シリコンを主材料としたスタガ型のTFTを用いたり、有機TFT、酸化物TFT等を用いたりすることができる。なお、本実施形態では、制御電極131と制御配線15は同じ導電層を使用して一体的に形成されている。また、第1主電極135と信号配線16は同じ導電層を使用して一体的に形成されている。
The TFT 13 includes a
層間絶縁層120は、複数のTFT13を覆うように、基板100と後述する変換素子12の画素電極122との間に配置されており、コンタクトホールを有している。変換素子12の画素電極122とTFT13の第2主電極136とが、層間絶縁層120に設けられたコンタクトホールにおいて、電気的に接続される。
The
変換素子12は、層間絶縁層120の上に、層間絶縁層側(基板側)から順に配置された、画素電極となる金属層122と、第1導電型の不純物半導体層123と、半導体層124と、第2導電型の不純物半導体層125と、対向電極126と、を含む。画素電極は、金属材料又は合金材料からなる金属層122を含む。金属材料としては、Al(2.655×10−6Ωcm),Cr(1.29×10−5Ωcm),Ti(4.2×10−5Ωcm),Cu(1.67×10−6Ωcm)から好適に選択され得る。また、合金材料としては、Al系合金が好適に用いられ、例えばAl−Nd(5.0××10−8Ωcm)が好適に用いられ得る。このような金属材料又は合金材料は、特許文献1にあるような透明導電性酸化物に比べて、第1導電型の不純物半導体層123を形成する際のプラズマCVDにおけるプラズマ耐性が高い。そのため、金属層122は、プラズマCVDによるダメージが透明導電性酸化物の層よりも抑制され、第1導電型の不純物半導体層123との密着性を透明導電性酸化物の層に比べて高くすることができる。また、金属層122は、透明導電性酸化物に比べて表面の平坦性が良好なため、金属層122に接する不純物半導体層123の格子欠陥は、透明導電性酸化物に接する不純物半導体層に比べて少なくなり得る。そのため、金属層122に接する不純物半導体層123は透明導電性酸化物に接する不純物半導体層に比べて不純物の濃度を高くすることができ、PIN型フォトダイオードの逆バイアス時の逆方向飽和電流、すなわち暗電流を抑制できる。そして、金属層122は、少なくとも一部が残像低減のために基板100の画素11が配置された表面と対向する表面側に備えられ得る光源(不図示)から照射される可視光を透過し得る厚さを有する。金属層122の少なくとも一部が可視光を透過し得る厚さを有することにより、光源(不図示)からの光を十分に半導体層124に照射することが可能となる。また、金属材料又は合金材料は透明導電性酸化物(〜2.0×10−4Ωcm)に比べて比抵抗が低いため、金属層122の抵抗を、間隙122’を備えても画素電極として用い得るに十分低くなるように抑制することが容易となる。そのため、十分な画素の転送速度を確保することが容易となる。このように、少なくとも一部が可視光を透過し得る厚さを有する金属層122を用いることにより、不純物半導体層と画素電極の良好な密着性、変換素子の良好な暗電流特性、及び、良好な転送速度の確保が可能な検出装置を提供することが可能となる。第1導電型の不純物半導体層123は、第1導電型の極性を示し、半導体層124及び第2導電型の不純物半導体層125よりも第1導電型の不純物の濃度が高いものである。また、第2導電型の不純物半導体層125は、第2導電型の極性を示し、第1導電型の不純物半導体層123及び半導体層124よりも第2導電型の不純物の濃度が高いもので、本発明の他の不純物半導体層に相当する。第1導電型と第2導電型とは互いに異なる極性の導電型であり、本実施形態では第1導電型がn型、第2導電型はp型である。ただし、本発明はそれに限定されるものではなく、第1導電型がp型、第2導電型はn型であってもよい。変換素子12の対向電極126には電極配線(不図示)が電気的に接続される。画素電極となる金属層122は層間絶縁層120に設けられたコンタクトホールにおいて、TFT13の第2主電極136と電気的に接続される。本実施形態では、非晶質シリコンを主材料とした第1導電型の不純物半導体層123、半導体層124、第2導電型の不純物半導体層125を用いたフォトダイオードを用いている。なお、本実施形態では、層間絶縁層120の表面が、金属層122と無機材料からなる被覆部材121とで覆われている。そのため、不純物半導体層123となる不純物半導体膜をCVD法、蒸着法、スパッタリング法等により成膜する際に、層間絶縁層120の表面の露出が抑制される。そのため、不純物半導体層123への有機材料の混入が低減できる。また、本実施形態では、不純物半導体層123、半導体層124、及び、不純物半導体層125が、被覆部材121の上で画素ごとに分離または除去されている。その分離または除去の際、被覆部材121がエッチングストッパー層として働くこととなる。そのため、層間絶縁層120がドライエッチングのスピーシーズに晒されることなく、有機材料による変換素子への汚染を抑制することが可能となる。
The
そして、変換素子12、及び、被覆部材121を覆うように、パッシベーション層127が設けられている。
A
なお、本実施形態では、非晶質シリコンを主材料とした第1導電型の不純物半導体層123、半導体層124、第2導電型の不純物半導体層125を用いたフォトダイオードを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば非晶質セレンを主材料とした第1導電型の不純物半導体総123、半導体層124、第2導電型の不純物半導体層125を用いた、放射線を直接電荷に変換する素子も用いることができる。対向電極126は、画素電極となる金属層122と対向して配置され、電極配線(不図示)と電気的に接続される。非晶質シリコンを主材料とした第1導電型の不純物半導体層123、半導体層124、第2導電型の不純物半導体層125を用いたフォトダイオードを用いる場合、対向電極126は透明導電性酸化物を用いることが好ましい。放射線を可視光に波長変換するシンチレータ(不図示)からの光を良好に半導体層124へ透過させるためである。
In the present embodiment, the photodiode using the first conductivity type
ここで、画素電極の可視光の透過率は、10%以上であることが好ましい。誠意検討の結果、以下の関係を満たせば、残像の抑制に必要な画素電極の透過率が得られる。残像を抑制するためには、変換素子12を光照射によって飽和させる必要がある。変換素子12の飽和電荷量N1は、以下の式(1)で示される。
Here, the visible light transmittance of the pixel electrode is preferably 10% or more. As a result of sincerity examination, if the following relationship is satisfied, the transmittance of the pixel electrode necessary for suppressing the afterimage can be obtained. In order to suppress the afterimage, it is necessary to saturate the
N1=(ε0*εr*S*V)/(q*d) ・・・(1)
ここで、S(cm2)は半導体層124の面積、dは半導体層124の厚さ、εr(F・cm−1)は半導体層124の比誘電率、ε0(F・cm−1)は真空の比誘電率、V(V)は変換素子12の電圧、q(C)は素電荷である。一方、図4(a)及び図4(b)に示す光源24からの可視光の照射によって変換素子12で発生するフォトキャリアN2は、以下の式(2)で示される。
N 1 = (ε 0 * ε r * S * V) / (q * d) (1)
Here, S (cm 2 ) is the area of the
N2=Ts*Ta*Tc*Ti*η*P*t*S ・・・(2)
ここで、Tsは光源24が出射する可視光に対する基板100の透過率、Taは変換素子12と基板100の間の構成物の透過率、Tcは画素電極の透過率、Tiは不純物半導体層123の透過率である。また、ηは半導体層124の内部量子効率、Pはフォトン流束(個・cm−2・s−1)、t(s)は可視光の照射の時間である。
N 2 = T s * T a * T c * T i * η * P * t * S (2)
Here, T s is the transmittance of the
変換素子12が光照射によって飽和するということはN2≧N1となる。そのため、式(1)と式(2)より、画素電極の透過率Tcは、以下の式(3)を満たすことが望ましい。
That the
Tc≧(ε0*εr*V)/(d*q*Ts*Ta*Ti*η*P*t) ・・・(3)
なお、フォトン流束Pは、光源24が出射する可視光のピーク波長λ(nm)、照度E(lx)、最大視感度Km(lm・W−1)、波長λにおける比視感度F、プランク定数h(Js)、光速c(ms−1)から以下の式(5)によって導き出せる。
T c ≧ (ε 0 * ε r * V) / (d * q * T s * T a * T i * η * P * t) (3)
The photon flux P is the peak wavelength λ (nm) of visible light emitted from the
P=E*λ/(Km*F*h*c) ・・・(4)
式(3)及び式(4)より
Tc≧(ε0*εr*V*Km*F*h*c)/(d*q*Ts*Ta*Ti*η*t*E*λ) ・・・(5)
このような画素電極の透過率Tcを満たすように、金属層122の厚さが適宜設定され得る。なお、図1(b)では金属層122は単層で説明したが、本願発明はそれに限定されるものではなく、異なる材料の複数層であってもよい。
P = E * λ / (Km * F * h * c) (4)
From Equation (3) and Equation (4), T c ≧ (ε 0 * ε r * V * Km * F * h * c) / (d * q * T s * T a * T i * η * t * E * Λ) (5)
The thickness of the
次に、図2を用いて本発明の第1の実施形態に係る検出装置の概略的等価回路を説明する。なお、図2では説明の簡便化のため3行3列の等価回路図を用いたが、本発明はそれに限定されるものではなく、検出装置はn行m列(n,mはいずれも2以上の自然数)の画素アレイを有する。本実施形態における検出装置は、基板100の表面上に、行方向及び列方向に配列された複数の画素1を含む変換部3が設けられている。各画素1は、放射線又は光を電荷に変換する変換素子12と、変換素子12の電荷に応じた電気信号を出力するTFT13と、を含む。変換素子の対向電極126側の表面に、放射線を可視光に波長変換するシンチレータ(不図示)が配置されてもよい。電極配線14は、列方向に配列された複数の変換素子12の対向電極126に共通に接続される。制御配線15は、行方向に配列された複数のTFT13の制御電極131に共通に接続され、駆動回路2に電気的に接続される。駆動回路2が列方向に複数配列された制御配線15に駆動パルスを順次に又は同時に供給することにより、行単位で画素からの電気信号が、行方向に配列された複数の信号配線16に並列に出力される。信号配線16は、列方向に配列された複数のTFT13の第1主電極135に共通に接続され、読出回路4に電気的に接続される。読出回路4は、信号配線16毎に、信号配線16からの電気信号を積分して増幅する積分増幅器5と、積分増幅器5で増幅して出力された電気信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路6を備える。読出回路4は更に、複数のサンプルホールド回路6から並列に出力される電気信号を直列の電気信号に変換するマルチプレクサ7と、出力された電気信号をデジタルデータに変換するA/D変換器8を含む。積分増幅器5の非反転入力端子には電源回路9から基準電位Vrefが供給される。電源回路9は更に、行方向に配列された複数の電極配線14に電気的に接続されており、変換素子12の対向電極126にバイアス電位Vsを供給する。
Next, a schematic equivalent circuit of the detection apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 2, an equivalent circuit diagram of 3 rows and 3 columns is used for simplification of description, but the present invention is not limited to this, and the detection apparatus has n rows and m columns (n and m are both 2 A natural number) pixel array. In the detection apparatus according to this embodiment, a
以下に、本実施形態の検出装置の動作について説明する。変換素子12の画素電極122にはTFT13を介して基準電位Vrefを与え、対向電極126には、放射線又は可視光によって発生した電子正孔対分離に必要なバイアス電位Vsを与える。この状態で、被検体を透過した放射線又はそれに応じた可視光が変換素子12に入射し、電荷に変換され変換素子12に蓄積される。この電荷に応じた電気信号は、駆動回路2から制御配線15に印加される駆動パルスにより行単位でTFT13が導通状態となることで、各信号配線16に行単位で並列に出力される。行単位で出力された電気信号は、読出回路4により1行分のデジタルデータとして外部に読み出される。この動作が行単位で順次行われることにより、画素から1画像分の画像信号が複数の画素11から読出回路4に出力され、読出回路4により1画像分のデジタルデータである画像データが出力される。このような動作を行うため、本願発明の画素電極は、間隙122’を備えた金属層122を含んでいても、複数の画素11から十分な画像信号が出力されなければならない。そのため、本願発明では、以下の式(6)を満たす画素電極であることが好ましい。
Below, operation | movement of the detection apparatus of this embodiment is demonstrated. A reference potential Vref is applied to the
RS≦T/(n×CS)−RON ・・・(6)
ここで、CSは変換素子12の容量、RONはTFT13のオン抵抗、Tは要求されるS/N比を満たす画像信号を出力するために駆動回路2が複数の画素11のTFT13を行単位で順次駆動するのに必要な時間である。また、nは複数の画素11の行数、RSは不純物半導体層123及び画素電極からなる部材の抵抗である。ここで、要求されるS/N比とは、変換素子12で生成され得る電荷の量とTFT13の導通によって転送され得る電荷の量の差分、即ち、画素11に残留する電荷の量を変換素子12で生成され得る電荷の量で除算した値の逆数である。なお、図1(b)に示す形態にあっては、不純物半導体層123のシート抵抗は、TFT13のオン抵抗RONの200倍以下であることが好ましい。
R S ≦ T / (n × C S ) −R ON (6)
Here, C S is the capacitance of the conversion element 12, rows TFT13 driving circuit 2 a plurality of
次に、図3(a)及び図3(b)を用いて、本願発明の検出装置の構成を説明する。図3(a)に示す検出装置は、基板100の放射線入射側において、基板100側から順に、画素11とシンチレータ21とを備える。また、検出装置は、基板100の画素が備えられた側と反対側に、基板100側から順に、光源24と回路基板23とを備える。光源24は、残像低減のために、基板100及び金属層122の間隙122’を透過して画素11の変換素子12の半導体層124へ可視光を照射するためのものである。回路基板23は、駆動回路2又は読出回路4が備えられ、画素11に電気的に接続されたフレキシブルプリント基板に電気的に接続されている。また、回路基板23には、駆動回路2に制御信号を供給する集積回路、及び、読出回路4からの画像信号を処理する集積回路の少なくとも一方が備えられている。一方、図3(b)に示す検出装置は、基板100の放射線入射側とは反対側において、基板100側から順に、画素11とシンチレータ21と回路基板23とを備える。そして、基板100の放射線入射側、即ち、基板100の画素が備えられた側と反対側に、回路基板23を備える。そして、図4(a)及び図4(b)に示す検出装置は、基板100、画素11、シンチレータ21、フレキシブルプリント基板22、回路基板23、及び、光源24を収容する筐体20を含む。
Next, the configuration of the detection device of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b). The detection apparatus illustrated in FIG. 3A includes a
なお、図1(b)では、半導体層124及び不純物半導体層125が画素11毎に分離されている形態を示したが、本願発明はそれに限定されるものではない。図4に示すように、半導体層124及び不純物半導体層125が、画素11毎に分離されていなくてもよい。図4に示す形態では、図1(b)に示す形態に比べて半導体層124及び不純物半導体層125が配置される面積が大きくなり、図1(b)に比べて開口率が向上する。なお、図4では、対向電極126は画素11毎に分割されていてもよいが、画素11毎に分離されていない方が、開口率向上の観点で有利となり、好ましい。このことは、本願発明の他の実施形態にも好適に適用され得る。また、図1(b)では、被覆部材121が金属層122の間に位置する形態を示したが、本願発明はそれに限定されるものではない。図4に示すように、被覆部材121が層間絶縁層120の全面を覆うように配置し、それによって金属層122と被覆部材121とで層間絶縁層120の表面を覆うようにしてもよい。その場合、金属層122の金属材料としては、Al,Mo(5.0×10−8Ωcm),Cr,Ti,W(5.65×10−6Ωcm),Cuから好適に選択され得る。また、合金材料としては、Al系合金が好適に用いられ、例えばAl−Ndが好適に用いられ得る。
Note that FIG. 1B illustrates a mode in which the
(第2の実施形態)
次に、図5(a)及び図5(b)を用いて第2の実施形態に係る検出装置について説明する。図5(a)は検出装置を構成する1画素の平面模式図であり、図5(b)は図5(a)のB−B’における断面模式図である。なお、図5(a)では、各絶縁層、被覆部材、半導体層、及び、各不純物半導体層は、簡便化の為に省略している。図5(a)及び図5(b)に示す第2の実施形態では、図1(a)及び図1(c)に示す第1の実施形態に比べて、以下の点で相違する。
(Second Embodiment)
Next, a detection apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 5 (a) and 5 (b). FIG. 5A is a schematic plan view of one pixel constituting the detection device, and FIG. 5B is a schematic cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. In FIG. 5A, each insulating layer, covering member, semiconductor layer, and each impurity semiconductor layer are omitted for simplification. The second embodiment shown in FIGS. 5A and 5B is different from the first embodiment shown in FIGS. 1A and 1C in the following points.
第1の実施形態では、金属層122の全域を光源24からの可視光を透過し得る厚さとしていたが、第2の実施形態では、金属層122の一部の領域を光源24からの可視光を透過し得る厚さとしている。特に、金属層122のうち、コンタクトホールに位置する金属層122の領域と、金属層122の周縁の領域と、を除くに領域が、光源24からの可視光を透過し得る厚さとされている。これにより、図1(b)に示す第1の実施形態に比べて、コンタクトホールにおける第2主電極136との電気接続の確実性の向上と、機械的強度の向上と、を図ることが可能となる。なお、図5(b)では金属層122は単一の層で記載されているが、本願発明はそれに限定されるものではない。例えば、金属層122を2層の積層構成とし、Al−Nd合金を材料として30nmの膜厚で1層目を構成し、Moを材料として100nmの膜厚で2層目を構成し、光源24からの可視光を透過し得る領域の2層目を除去して金属層122としてもよい。
In the first embodiment, the entire thickness of the
(第3の実施形態)
次に、図6(a)及び図6(b)を用いて第3の実施形態に係る検出装置について説明する。図6(a)は検出装置を構成する1画素の平面模式図であり、図6(b)は図6(a)のC−C’における断面模式図である。なお、図6(a)では、各絶縁層、被覆部材、半導体層、及び、各不純物半導体層は、簡便化の為に省略している。図6(a)及び図6(b)に示す第3の実施形態では、図1(a)及び図1(c)に示す第1の実施形態に比べて、以下の点で相違する。
(Third embodiment)
Next, a detection apparatus according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 6 (a) and 6 (b). FIG. 6A is a schematic plan view of one pixel constituting the detection device, and FIG. 6B is a schematic cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. In FIG. 6A, each insulating layer, covering member, semiconductor layer, and each impurity semiconductor layer are omitted for simplification. The third embodiment shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b) differs from the first embodiment shown in FIGS. 1 (a) and 1 (c) in the following points.
第3の実施形態では、画素電極が、金属層122のトランジスタ13と電気的に接続される領域の周囲に位置する段差を被覆する導電部材122aを更に有する点で第1の実施形態と相違する。金属層122は、コンタクトホールにおいてトランジスタ13の第2主電極136と電気的に接続される領域の周囲に段差を有している。金属層122の膜厚が薄い場合、この段差において断裂が起こり得る。そこで本実施形態では、画素電極がその段差を被覆する導電部材122aを更に備えることにより、段差における金属層122の断裂による接続不良を抑制し得る。それにより、図1(b)に示す第1の実施形態に比べて、コンタクトホールにおける第2主電極136との電気接続の確実性の向上と、機械的強度の向上と、を図ることが可能となる。この導電部材122aに用いる金属材料としては、Al,Mo(5.0×10−8Ωcm),Cr,Ti,W,Cuの金属材料、から好適に選択され得る。また、導電部材122aに用いる合金材料としては、Al系合金が好適に用いられ、例えばAl−Ndが好適に用いられ得る。
The third embodiment is different from the first embodiment in that the pixel electrode further includes a
(第4の実施形態)
次に、図7(a)及び図7(b)を用いて第4の実施形態に係る検出装置について説明する。図7(a)は検出装置を構成する1画素の平面模式図であり、図7(b)は図7(a)のD−D’における断面模式図である。なお、図7(a)では、各絶縁層、被覆部材、半導体層、及び、各不純物半導体層は、簡便化の為に省略している。図7(a)及び図7(b)に示す第4の実施形態では、図1(a)及び図1(c)に示す第1の実施形態に比べて、以下の点で相違する。
(Fourth embodiment)
Next, a detection apparatus according to a fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 7 (a) and 7 (b). FIG. 7A is a schematic plan view of one pixel constituting the detection device, and FIG. 7B is a schematic cross-sectional view taken along the line DD ′ in FIG. In FIG. 7A, each insulating layer, covering member, semiconductor layer, and each impurity semiconductor layer are omitted for simplification. The fourth embodiment shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b) differs from the first embodiment shown in FIGS. 1 (a) and 1 (c) in the following points.
第4の実施形態では、画素電極が、トランジスタ13の画素電極と電気的に接続される領域を被覆する導電部材122bを更に有する点で第1の実施形態と相違する。保護層137は、トランジスタ13の第2主電極136と電気的に接続される領域の周囲に端部を有している。金属層122の膜厚が薄い場合、金属層122の保護層137の端部を覆う領域において段差となり断裂が起こり得る。そこで本実施形態では、トランジスタ13の第2主電極136と保護層137の端部とを被覆する導電部材122bを画素電極が更に備えることにより、金属層122の断裂による接続不良を抑制し得る。それにより、図1(b)に示す第1の実施形態に比べて、コンタクトホールにおける第2主電極136との電気接続の確実性の向上と、機械的強度の向上と、を図ることが可能となる。この導電部材122bに用いる金属材料としては、Al,Mo(5.0×10−8Ωcm),Cr,Ti,W,Cuの金属材料、から好適に選択され得る。また、導電部材122bに用いる合金材料としては、Al系合金が好適に用いられ、例えばAl−Ndが好適に用いられ得る。
The fourth embodiment is different from the first embodiment in that the pixel electrode further includes a
(第5の実施形態)
次に、図8(a)及び図8(b)を用いて第5の実施形態に係る検出装置について説明する。図8(a)は検出装置を構成する1画素の平面模式図であり、図8(b)は図8(a)のE−E’における断面模式図である。なお、図8(a)では、各絶縁層、被覆部材、半導体層、及び、各不純物半導体層は、簡便化の為に省略している。図8(a)及び図8(b)に示す第5の実施形態では、図1(a)及び図1(c)に示す第1の実施形態に比べて、以下の点で相違する。
(Fifth embodiment)
Next, a detection apparatus according to the fifth embodiment will be described with reference to FIGS. 8A and 8B. FIG. 8A is a schematic plan view of one pixel constituting the detection device, and FIG. 8B is a schematic cross-sectional view taken along line EE ′ of FIG. In FIG. 8A, each insulating layer, covering member, semiconductor layer, and each impurity semiconductor layer are omitted for simplification. The fifth embodiment shown in FIGS. 8A and 8B is different from the first embodiment shown in FIGS. 1A and 1C in the following points.
第5の実施形態では、画素電極が、金属層122と層間絶縁層120との間に配置され金属層122と電気的に接続された透明導電性酸化物からなる導電層122cを更に有する点で第1の実施形態と相違する。透明導電性酸化物は、不純物半導体層123との密着性が良好ではないが、導電層122cと不純物半導体層123と間には金属層122が存在するため、不純物半導体層123とはほとんど直接接触しない。そのため、不純物半導体層123との密着性が良好な金属層122によって、画素電極としては十分な密着性が確保され得る。また、このような構成により、光源24からの可視光の透過率を確保しつつ、画素電極のシート抵抗を第1の実施形態に比べて低くできる。
In the fifth embodiment, the pixel electrode further includes a
(応用実施形態)
次に、図9を用いて、本発明の検出装置を用いた放射線検出システムを説明する。
(Application embodiment)
Next, a radiation detection system using the detection apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.
放射線源であるX線チューブ6050から出射されたX線6060は、患者あるいは被験者6061の胸部6062を透過し、本願発明の検出装置6040に含まれる各変換素子に入射する。この入射したX線には患者6061の体内部の情報が含まれている。X線の入射に対応して変換部3で放射線を電荷に変換して、電気的情報を得る。この情報はデジタルデータに変換され信号処理手段となるイメージプロセッサ6070により画像処理され制御室の表示手段となるディスプレイ6080で観察できる。
X-rays 6060 emitted from the
また、この情報は電話回線6090等の伝送処理手段により遠隔地へ転送でき、別の場所のドクタールームなど表示手段となるディスプレイ6081に表示もしくは光ディスク等の記録手段に保存することができ、遠隔地の医師が診断することも可能である。また記録手段となるフィルムプロセッサ6100により記録媒体となるフィルム6110に記録することもできる。
Further, this information can be transferred to a remote place by transmission processing means such as a
11 画素
12 変換素子
13 スイッチ素子
14 電極配線
15 制御配線
16 信号配線
100 基板
120 層間絶縁層
121 被覆部材
122 金属層
123 第1導電型の不純物半導体層
124 半導体層
125 第2導電型の不純物半導体層
126 対向電極
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記基板側から順に画素電極と不純物半導体層と半導体層とを有して放射線又は光を電荷に変換する変換素子と、
前記基板を透過して前記変換素子へ前記可視光を照射するための光源と、
を含む検出装置であって、
前記画素電極は、少なくとも一部が前記可視光を透過し得る厚さを有する金属層を含むことを特徴する検出装置。 A substrate capable of transmitting visible light;
A conversion element that has a pixel electrode, an impurity semiconductor layer, and a semiconductor layer in order from the substrate side, and converts radiation or light into electric charge;
A light source for transmitting the visible light to the conversion element through the substrate;
A detection device comprising:
The detection device, wherein at least a part of the pixel electrode includes a metal layer having a thickness capable of transmitting the visible light.
Tc≧(ε0*εr*V*Km*F*h*c)/(d*q*Ts*Ta*Ti*η*t*E*λ)
を満たす厚さを有することを特徴とする請求項1に記載の検出装置。 The metal layer has a thickness d of the semiconductor layer, a dielectric constant of the semiconductor layer ε r , a dielectric constant of vacuum ε 0 , a voltage of the conversion element V, an elementary charge q, and the visible light the transmittance T s of the substrate with respect to, the transmittance T a construct between the substrate and the transducer with respect to visible light, the transmittance T i of the impurity semiconductor layer with respect to the visible light, the semiconductor layer The visible light irradiation time t, the visible light illuminance E, the maximum visible light sensitivity Km, the Planck constant h, the speed of light c, and the peak wavelength of the visible light. Λ, and the relative visibility at wavelength λ is F, the transmittance T c of the pixel electrode for the visible light is
T c ≧ (ε 0 * ε r * V * Km * F * h * c) / (d * q * T s * T a * T i * η * t * E * λ)
The detection device according to claim 1, wherein the detection device has a thickness satisfying
前記電荷に基づく画像信号を前記複数の画素から出力するために前記複数の画素のトランジスタを行単位で順次駆動する駆動回路と、
を含み、
前記変換素子の容量をCS、前記トランジスタのオン抵抗をRON、要求されるS/N比を満たす前記画像信号を出力するために前記駆動回路が前記複数の画素のトランジスタを行単位で順次駆動するのに必要な時間をT、前記複数の画素の行数をn、前記不純物半導体層及び前記画素電極からなる部材の抵抗をRSとすると、
RS≦T/(n×CS)−RON
を満たすことを特徴とする請求項2に記載の検出装置。 Each including the conversion element and a transistor that is electrically connected to the pixel electrode and transfers the charge, and a plurality of pixels arranged in a matrix on the substrate;
A drive circuit for sequentially driving the transistors of the plurality of pixels in units of rows in order to output image signals based on the charges from the plurality of pixels;
Including
In order to output the image signal satisfying a required S / N ratio, the drive circuit sequentially converts the transistors of the plurality of pixels in units of rows, so that the capacitance of the conversion element is C S , the on-resistance of the transistor is R ON . If the time required for driving is T, the number of rows of the plurality of pixels is n, and the resistance of the member composed of the impurity semiconductor layer and the pixel electrode is R S ,
R S ≦ T / (n × C S ) −R ON
The detection device according to claim 2, wherein:
前記層間絶縁層は、前記画素電極と前記トランジスタとを電気的に接続するためのコンタクトホールが設けられており、
前記コンタクトホールにおいて前記トランジスタと前記金属層とが電気的に接続されることを特徴とする請求項3に記載の検出装置。 The transistor is disposed between the substrate and the pixel electrode, and an interlayer insulating layer is disposed between the substrate and the transistor and the pixel electrode,
The interlayer insulating layer is provided with a contact hole for electrically connecting the pixel electrode and the transistor,
The detection device according to claim 3, wherein the transistor and the metal layer are electrically connected in the contact hole.
前記検出装置からの信号を処理する信号処理手段と、
前記信号処理手段からの信号を記録するための記録手段と、
前記信号処理手段からの信号を表示するための表示手段と、
前記信号処理手段からの信号を伝送するための伝送処理手段と、
を具備する検出システム。 The detection device according to any one of claims 1 to 10,
Signal processing means for processing a signal from the detection device;
Recording means for recording a signal from the signal processing means;
Display means for displaying a signal from the signal processing means;
Transmission processing means for transmitting a signal from the signal processing means;
A detection system comprising:
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