JP3537401B2 - 電磁波撮像装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
分野において光や放射線などの電磁波を検出するのに使
用される電磁波撮像装置およびその製造方法に係り、特
に、電磁波を検出するための検出基板と、電磁波を検出
することにより生成された電子−正孔対であるキャリア
を検出基板から読み出すための読み出し基板とを貼り合
わせ接続するための技術に関する。
び図8を参照して説明する。図7は電磁波検出用の検出
基板の概略構成を示した断面図、図8は検出基板と読み
出し基板とを貼り合わせ接続した状態を示した断面図で
ある。なお、作図の便宜上、図7では3つの画素に対応
する部分を、図8では1つの画素に対応する部分をそれ
ぞれ抜き出して示してある。
に備えられる検出基板10は、支持基板11の一方面の
略全面にバイアス印加電極12が形成されている。この
バイアス印加電極12の上(図7では下側)に、電磁波
を検出することにより電子−正孔対であるキャリアを生
成する変換層13が積層されている。この変換層13の
上に多数個の画素電極14が形成されている。検出基板
10からのキャリア(以下、「電荷」ともいう)の収集
率を向上させて読み出し応答性をよくするとともに、キ
ャリアの画素間クロストローク(以下、適宜「クロスト
ーク」という)を防ぐために、検出基板10と後述する
読み出し基板20との接続部分を低抵抗にすることが望
ましいとされている。そこで、画素電極14としては金
属材料が用いられている。
に備えられる読み出し基板20は、絶縁基板21上に格
子状に区画配列された電極配線22と、各格子ごとに個
別に設けられた複数個のスイッチング素子23と、各ス
イッチング素子23を介して電極配線22に接続された
複数個の読み出し電極24と、各読み出し電極24に電
気的に接続された複数個の電荷蓄積容量25とを備えた
アクティブマトリクス基板で構成されている。以下、読
み出し基板20をアクティブマトリクス基板と称して説
明する。
20は、各々の画素電極14と読み出し電極24との間
に介在させた導電性樹脂30によって接合されている。
置によれば、放射線が入射することにより、検出基板1
0の変換層13中に電荷が生成される。この電荷は画素
電極14、導電性樹脂30、および読み出し電極24を
介して電荷蓄積容量25に蓄積される。電荷蓄積容量2
5に蓄積された電荷は、ON状態に切り換えられたスイ
ッチング素子23を介して読み出される。
うな構成を有する従来例の場合には、次のような問題が
ある。
に微細な画素電極14をフォトリソグラフィ法によって
形成しようとすると、変換層13の表面を、例えば1ミ
クロン以下の平坦面に抑える必要がある。この変換層1
3は比較的に厚く積層される結果、厚みにバラツキが生
じやすいので、広い面積にわたって平坦にすることは困
難である。
パターン形成用のマスク材、露光装置、エッチング装置
などの種々の装置を必要とする。
クティブマトリクス基板20の読み出し電極24とを高
精度に位置合わせする必要があるので、それだけ製造工
程が煩雑化する。
れたものであって、検出基板と読み出し基板との貼り合
わせ構造の簡素化および製造工程の簡素化された電磁波
撮像装置およびその製造方法を実現することを主たる目
的とする。
目的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、請求項1に記載の発明は、(a)支持基板の一方面
にバイアス印加電極が形成され、検出対象の電磁波に感
応して電子−正孔対であるキャリアを生成する変換層が
前記バイアス印加電極上に積層形成された検出基板と、
(b)前記検出基板で生成された電荷を読み出す読み出
し基板とを備えた電磁波撮像装置において、(c)前記
検出基板の変換層と前記読み出し基板とが充填された単
一の導電性材料を介して直接に接合されていることを特
徴とする。
の電磁波撮像装置において、前記読み出し基板が、(b
1)絶縁基板上に格子状に区画配列された電極配線と、
(b2)前記格子ごとに個別に設けられた複数個のスイ
ッチング素子と、(b3)前記各スイッチング素子を介
して前記電極配線に接続された複数個の読み出し電極
と、(b4)前記各読み出し電極に電気的に接続された
複数個の電荷蓄積容量とを備えたアクティブマトリクス
基板であり、(c1)前記検出基板の変換層と前記アク
ティブマトリクス基板の各読み出し電極とが充填された
単一の導電性材料を介して直接に接合されたものであ
る。
請求項2に記載の電磁波撮像装置において、前記導電性
材料の充填率は、前記検出基板の変換層の単位面積当た
り20〜90%である。
請求項3のいずれかに記載の電磁波撮像装置において、
前記導電性材料が導電性樹脂である。
請求項3のいずれかに記載の電磁波撮像装置において、
前記導電性材料が異方導電性樹脂である。
の一方面にバイアス印加電極が形成され、検出対象の電
磁波に感応して電子−正孔対であるキャリアを生成する
変換層が前記バイアス印加電極上に積層形成された検出
基板と、(b)前記検出基板で生成された電荷を読み出
す読み出し基板とを備え、前記読み出し基板が、(b
1)絶縁基板上に格子状に区画配列された電極配線と、
(b2)前記格子ごとに個別に設けられた複数個のスイ
ッチング素子と、(b3)前記各スイッチング素子を介
して前記電極配線に接続された複数個の読み出し電極
と、(b4)前記各読み出し電極に電気的に接続された
複数個の電荷蓄積容量とを備えたアクティブマトリクス
基板である電磁波撮像装置の製造方法であって、(d
1)前記検出基板を作成する過程と、(d2)前記アク
ティブマトリクス基板を作成する過程と、(d3)前記
アクティブマトリクス基板の各読み出し電極上に単一の
導電性材料を設ける過程と、(d4)前記(d1)の過
程で作成された検出基板と前記(d3)の過程で単一の
導電性材料が設けられたアクティブマトリクス基板と貼
り合わせて、前記検出基板の変換層と前記アクティブマ
トリクス基板の各読み出し電極とを単一の導電性材料を
介して直接に接合する過程とを備えたことを特徴とす
る。
る。すなわち、請求項1に記載の発明によれば、検出基
板に放射線が入射すると、検出基板中の変換層内に電子
−正孔対であるキャリア(電荷)が生成される。この電
荷は、変換層と読み出し基板とを直接に接合する導電性
材料を介して読み出し基板によって読み出される。変換
層が導電性材料を介して直接に読み出し基板に接合され
ているので、電磁波撮像装置の構成が簡素化される。
の変換層中に生成されたキャリア(電荷)は、変換層と
アクティブマトリクス基板とを直接に接合する導電性材
料を介してアクティブマトリクス基板によって読み出さ
れる。具体的には、変換層で生成された電荷は、導電性
材料およびアクティブマトリクス基板の読み出し電極を
介して、電荷蓄積容量に蓄積される。電荷蓄積容量に蓄
積された電荷は、ON状態に切り換えられたスイッチン
グ素子を介して読み出される。
の変換層に対する単位面積あたりの導電性樹脂の充填率
を20〜90%の範囲に設定することによって、導電性
樹脂のパターンサイズのバラツキや、クロストークが回
避される。つまり、クロストークによる画質の劣化が回
避されるとともに、製造上における歩留まりの向上が図
られる。
の変換層中に生成されたキャリアは、変換層と読み出し
基板とを直接に接合する導電性樹脂を介して読み出し基
板によって読み出される。
の変換層中に生成されたキャリアは、変換層と読み出し
基板とを直接に接合する異方導電性樹脂を介して読み出
し基板によって読み出される。
とアクティブマトリクス基板とがそれぞれ個別に作成さ
れる。そして、アクティブマトリクス基板の各読み出し
電極上に導電性材料が設けられた後、検出基板とアクテ
ィブマトリクス基板とが貼り合わされて、検出基板の変
換層とアクティブマトリクス基板の読み出し電極とが導
電性材料を介して直接に接合される。変換層上には読み
出し電極に対応する電極はないので、検出基板とアクテ
ィブマトリクス基板とを厳密に位置合わせすることな
く、両基板が簡単に接合される。
実施例を説明する。図1は、この発明に係る電磁波撮像
装置の一実施例で用いられる電磁波検出用の検出基板の
概略構成を示した断面図、図2は検出基板と読み出し基
板とを貼り合わせ接続した状態を示した断面図である。
なお、作図の便宜上、図2では1つの画素に対応する部
分を抜き出して示してある。
分けて、入射した放射線に感応して電子−正孔対である
キャリアを生成する検出基板10と、この検出基板10
で生成された電荷を読み出す読み出し基板(以下、「ア
クティブマトリクス基板」という)20とを備え、検出
基板10とアクティブマトリクス基板20とが導電性樹
脂30を介在させて貼り合わされて、電気的に導通して
いる。導電性樹脂30は、この発明における導電性材料
に相当する。以下、それぞれの構成および機能について
詳細に説明する。
線の入射側に支持基板11を備え、この支持基板11の
表面(図1では下面)に、バイアス印加電極12と、検
出対象の放射線などに感応して電子−正孔対であるキャ
リアを生成する変換層13とが、その順に積層形成され
た構成となっている。図7に示した従来装置の検出基板
と比較して明らかなように、本実施例の検出基板10
は、従来装置の検出基板に備わっている画素電極14を
備えていない。
ラミック(Al2 O3 、AlN)、カーボン、シリコン
などによって形成されている。バイアス印加電極12
は、例えばITO(インジウム錫酸化物)、Au、P
t、Ti、Niなどからなる。
えば、X線)に対して感度があり、応答性が良く、安定
した特性をもつものが好ましく、例えばSi、Se、C
dTe、CdZnTe、ZnTe、PbI2 、Hg
I2 、TlBrなどからなる、単結晶半導体材料、多結
晶半導体材料、あるいはアモルファス半導体材料が用い
られる。また、上記材料の表面に、n型半導体膜や、P
型半導体膜や、ヘテロ接合膜などのブロッキング層を備
えたものを用いてもよい。
よび図3に示すように、絶縁基板21上に格子状に区画
配列された電極配線22(22X、22Y)と、各格子
ごとに個別に設けられた複数個のスイッチング素子23
と、各スイッチング素子23を介して電極配線22に接
続された複数個の読み出し電極24と、各読み出し電極
24に電気的に接続された複数個の電荷蓄積容量25と
を備えている。この点は図8に示した従来装置のアクテ
ィブマトリクス基板と同様である。
(TFT)で構成されており、電荷蓄積容量25への電
荷蓄積時はOFF状態に、電荷蓄積容量25に蓄積され
た電荷を読み出し時はON状態に、それぞれ切り換えら
れる。なお、図3では、説明の便宜上、縦3×横3のマ
トリクス構成を示しているが、実際の場合、例えば縦1
024×横1024程度のマトリクス構成となる。
図3に示すように、変換層13の画素領域と電荷蓄積容
量25とを含む画素Duが、スイッチング素子23を介
して縦横の電極配線22X、22Yに接続されている。
電極配線22Xは、電荷−電圧変換器群(プリアンプ
群)26を介してマルチプレクサ27に接続されてい
る。また、電極配線22Yはゲートドライバ28に接続
されている。
み出し時には、マルチプレクサ27およびゲートドライ
バ28へ信号読み出し用の走査信号が送り込まれること
になる。各画素Duの特定は、X方向・Y方向の配列に
沿って各画素Duへ順番に割り付けられているアドレス
(例えば、0〜1023)に基づいて行なわれるので、
読み出し用の走査信号は、それぞれX方向アドレスまた
はY方向アドレスを指定する信号となる。
28からY方向の電極配線22Yに読み出し用の電圧が
印加されるのに伴い、各画素Duが行単位で選択され
る。そして、X方向の走査信号に従ってマルチプレクサ
27が列単位で順に切り替えられることにより、選択さ
れた行の各画素Duの電荷蓄積容量25に蓄積された電
荷が、電荷−電圧変化器群26およびマルチプレクサ2
7を順に経て外部に送り出されることになる。
出基板10の変換層13と、アクティブマトリクス基板
20の各読み出し電極24とが、導電性樹脂30を介し
て直接に接合されて電気的に導通している点にある。こ
の導電性樹脂30は、接着性および感光性を有する樹脂
にカーボンの粉末を分散させたものである。このような
導電性樹脂30を予めシート状に加工しておき、これを
アクティブマトリクス基板20上に転写する。この転写
された樹脂に露光・現像処理を施すことにより、各読み
出し電極24上に導電性樹脂30のパターンを形成して
いる。このとき、パターンの形状は、直径が100μ
m、厚みが10μm程度であるとともに、変換層13に
パターン接合する導電性樹脂30の充填率を50%に設
定している。なお、導電性樹脂30の充填率は、好まし
くは20〜90%の範囲である。
あると電荷収集効率や、読み出し応答性が低下するから
である。
越えると、後述する製造方法の加熱プレス処理の工程
で、パターン形状およびサイズにバラツキが生じ、隣接
する導電性樹脂30同士が接触してしまう。つまり、画
素間クロストークが発生するからである。
ては、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、変性ウレタ
ン樹脂などがある。また、導電性を持たせる材料として
は、カーボン以外にAu、Agなどの金属粒子、Niメ
ッキを施した金属粒子、ITOなどの透明導電性粒子な
ど分散させたものであってもよい。
発明者が実験を行ったところ、その接続抵抗はMΩ(メ
ガオーム)以下であり、この範囲内の接続抵抗であれば
電磁波撮像装置の感度・分解能・残像等の画像特性は劣
化せず、読み取り電極を別途備えた従来装置となんら遜
色のない画像を得られることが確認されている。
置の製造方法について説明する。検出基板10およびア
クティブマトリクス基板20は個別に作成される。具体
的には、検出基板10は、各種真空蒸着法,CVD(化
学的気相堆積法)などの薄膜形成技術を利用して、支持
基板11の表面にバイアス印加電極12、変換層13を
その順に積層堆積して形成される。
上述したような薄膜形成技術やフォトリソグラフィ法を
利用して、絶縁基板21の上にスイッチング素子23で
ある薄膜トランジスタや電荷蓄積容量25などを作り込
むことにより形成される。
10とアクティブマトリクス基板20とを導電性樹脂3
0で接続する手法を説明する。図4はアクティブマトリ
クス基板20上に導電性樹脂30を設ける工程を、図5
は検出基板10とアクティブマトリクス基板20とを貼
り合わせる工程を、それぞれ示している。
るフィルム状のベースをアクティブマトリクス基板20
に貼り付けて、導電性樹脂30をアクティブマトリクス
基板20に転写する(図4(a)参照)。この導電性樹
脂30は、上述したように接着性および感光性を備えた
ものである。なお、同種の導電性樹脂30をスピンコー
ト法を利用してアクティブマトリクス基板20上に塗布
してもよい。
トリクス基板20に紫外線を照射することにより、読み
出し電極24のパターンを導電性樹脂30に露光する
(図4(b)参照)。露光したアクティブマトリクス基
板20を有機アルカリ等で現像処理することにより、読
み出し電極24上にパターンニングされた導電性樹脂3
0を形成する(図4(c)参照)。
ス基板20とを対向配置させて位置合わせを行う(図5
(a)参照)。この発明の製造方法の場合、検出基板1
0の変換層13の表面には個別の画素電極が設けられて
いないので、検出基板10側の変換層13とアクティブ
マトリクス基板20の読み出し電極24とが接触さえし
ていればよく、検出基板10とアクティブマトリクス基
板20との位置合わせを厳密に行う必要はない。
レス装置40を用いて加熱プレス処理を行なう(図5
(b)参照)。減圧プレス装置40は、ヒータを内蔵し
たベース板41と、内側に弾性変形可能なシート材42
を取り付けたリング状フレーム43とを備え、ベース板
41とシート材42とで区画される処理空間44が減圧
されるように構成されている。処理空間40を減圧する
と、大気圧によりシート材42が内側に変形して、検出
基板10とアクティブマトリクス基板20とが均一に加
圧される。
で加熱することにより、両基板10、20の間に介在す
る導電性樹脂30が硬化して、両基板10、20が完全
に貼り合わされて、実施例に係る電磁波撮像装置が完成
する。る。
く、下記のように変形実施することができる。 (1)上記実施例では、検出基板10の変換層13とア
クティブマトリクス基板20とを直接に接合する導電性
材料として導電性樹脂30を用いたが、これに代えて異
方導電性樹脂を用いてもよいし、その他に、例えば半
田、インジウムなどの金属であってもよい。以下、異方
導電性樹脂を用いた場合を例にとって、図6を参照しな
がら説明する。異方導電性樹脂30aは、アクティブマ
トリクス基板20(または、検出基板10)の表面の略
全面を覆うように塗布されており、パターンニングをす
ることなく、そのままの状態で検出基板10とアクティ
ブマトリクス基板20とを対向させて圧縮・加熱処理を
行なうことにより、前記両基板10、20が貼り合わさ
れている。この異方導電性樹脂30aは、接着性を有す
る絶縁樹脂30bに導電性を持たせるため、例えば直径
10μm程度のAgなどの金属粒子30cが分散されて
いる。この金属粒子30cが検出基板10とアクティブ
マトリクス基板20との接合間隔を形成して低抵抗の導
通をとっている。また、各基板10、20の面方向は絶
縁樹脂30bによって電気的に絶縁されているので、各
読み出し電極24間でクロストークが発生することもな
い。なお、図6中の符号31は、読み出し電極24の領
域が開口された絶縁膜である。その他の構成および機能
は、先の実施例の場合と同様であるので、ここでの説明
を省略する。
クティブマトリクス基板である場合を例に採って説明し
たが、この発明において、読み出し基板は必ずしもアク
ティブマトリクス基板に限らない。例えば、読み出し基
板としては、絶縁基板上に読み出し電極24と、各電極
24に接続する読み出し配線だけを形成し、各読み出し
配線をCCDのような固体撮像素子に接続することによ
り、検出基板10からの電荷を固体撮像素子で収集する
ようにしてもよい。
成の電磁波撮像装置を例に採って説明したが、この発明
は複数個の画素が直線状に配列された1次元アレイタイ
プの電磁波撮像装置にも適用することができる。
明によれば次の効果を奏する。すなわち、請求項1に記
載の発明によれば、検出基板の変換層上に画素電極を設
けることなく、検出基板の変換層と読み出し基板とを導
電性材料を介して直接に接合しているので、電磁波撮像
装置の構成を簡素化することができる。
出基板の変換層とアクティブマトリクス基板の読み出し
電極とを導電性材料を介して直接に接合しているので、
請求項1に記載の発明と同様に、電磁波撮像装置の構成
を簡素化することができる。
電性材料の充填率を変換層の単位面積当たり20〜90
%の範囲に設定することにより、パターンサイズのバラ
ツキおよびクロストークを回避することができる。その
結果、高感度な出力画像が得られるとともに、製造過程
での歩留まりの向上を図ることができる。
発明によれば、検出基板の変換層と読み出し基板とを導
電性樹脂(請求項4)または異方導電性樹脂(請求項
5)を介して直接に接合しているので、電磁波撮像装置
の構成を簡素化することができる。特に請求項5に記載
の発明によれば、検出基板と読み出し基板との接合に異
方導電性樹脂を用いているので、面方向の電気的絶縁を
簡単に実現することができる。
とアクティブマトリクス基板とをそれぞれ個別に作成
し、アクティブマトリクス基板の読み出し電極上に導電
性材料を設けた後に、検出基板とアクティブマトリクス
基板とを接合している。つまり、検出基板の変換層上に
画素電極がないので、検出基板とアクティブマトリクス
基板とを厳密に位置合わせすることなく、両基板を容易
に貼り合わせることができる。また、検出基板の変換層
上に画素電極がないので、画素電極を作るために変換層
の表面を研磨して平坦化するなどの必要もない。また、
検出基板の製造過程で、画素電極を作成するためのフォ
トリソグラフィ工程が介在しないので、製造工程が簡素
化されるとともに、変換層が汚染される機会が減り、汚
染による変換層の特性劣化も抑制することができる。
出基板の断面図である。
面図である。
ロック図である。
工程を示した図である。
圧・接着工程をそれぞれ示した図である。
図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 (a)支持基板の一方面にバイアス印加
電極が形成され、検出対象の電磁波に感応して電子−正
孔対であるキャリアを生成する変換層が前記バイアス印
加電極上に積層形成された検出基板と、(b)前記検出
基板で生成された電荷を読み出す読み出し基板とを備え
た電磁波撮像装置において、(c)前記検出基板の変換
層と前記読み出し基板とが充填された単一の導電性材料
を介して直接に接合されていることを特徴とする電磁波
撮像装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の電磁波撮像装置におい
て、前記読み出し基板は、(b1)絶縁基板上に格子状
に区画配列された電極配線と、(b2)前記格子ごとに
個別に設けられた複数個のスイッチング素子と、(b
3)前記各スイッチング素子を介して前記電極配線に接
続された複数個の読み出し電極と、(b4)前記各読み
出し電極に電気的に接続された複数個の電荷蓄積容量と
を備えたアクティブマトリクス基板であり、(c1)前
記検出基板の変換層と前記アクティブマトリクス基板の
各読み出し電極とが充填された単一の導電性材料を介し
て直接に接合されている電磁波撮像装置。 - 【請求項3】 請求項1または請求項2に記載の電磁波
撮像装置において、前記導電性材料の充填率は、前記検
出基板の変換層の単位面積当たり20〜90%であるこ
とを特徴とする電磁波撮像装置 - 【請求項4】 請求項1ないし請求項3のいずれかに記
載の電磁波撮像装置において、前記導電性材料は、導電
性樹脂である電磁波撮像装置。 - 【請求項5】 請求項1ないし請求項3のいずれかに記
載の電磁波撮像装置において、前記導電性材料は、異方
導電性樹脂である電磁波撮像装置。 - 【請求項6】 (a)支持基板の一方面にバイアス印加
電極が形成され、検出対象の電磁波に感応して電子−正
孔対であるキャリアを生成する変換層が前記バイアス印
加電極上に積層形成された検出基板と、(b)前記検出
基板で生成された電荷を読み出す読み出し基板とを備
え、前記読み出し基板が、(b1)絶縁基板上に格子状
に区画配列された電極配線と、(b2)前記格子ごとに
個別に設けられた複数個のスイッチング素子と、(b
3)前記各スイッチング素子を介して前記電極配線に接
続された複数個の読み出し電極と、(b4)前記各読み
出し電極に電気的に接続された複数個の電荷蓄積容量と
を備えたアクティブマトリクス基板である電磁波撮像装
置の製造方法であって、(d1)前記検出基板を作成す
る過程と、(d2)前記アクティブマトリクス基板を作
成する過程と、(d3)前記アクティブマトリクス基板
の各読み出し電極上に単一の導電性材料を設ける過程
と、(d4)前記(d1)の過程で作成された検出基板
と前記(d3)の過程で単一の導電性材料が設けられた
アクティブマトリクス基板と貼り合わせて、前記検出基
板の変換層と前記アクティブマトリクス基板の各読み出
し電極とを単一の導電性材料を介して直接に接合する過
程とを備えたことを特徴とする電磁波撮像装置の製造方
法。
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