KR102619971B1 - 디지털 엑스레이 검출장치 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 디지털 엑스레이 검출장치에서는 박막트랜지스터의 반도체층 상부에 배치되는 제1컬럼스페이서와 포토컨덕터 상부에 배치되는 제2컬럼스페이서로 구성되며, 제1컬럼스페이서의 하부에는 금속으로 이루어진 차광층이 배치될 수 있고 제2컬럼스페이서에는 포토컨덕터에 바이어스전압 또는 역바이어스전압을 인가하는 바이어스라인이 배치될 수 있다.
Description
본 발명은 제조공정이 단순화된 디지털 엑스레이 검출장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
엑스레이(X-Ray)는 단파장으로 피사체를 쉽게 투과할 수 있으며, 피사체 내부의 밀도에 따라 엑스레이의 투과량이 결정된다. 따라서, 투과되는 엑스레이의 투과량을 검출함으로써 피사체의 내부 구조를 관측할 수 있게 된다.
일반적으로, 의료용 등에 광범위하게 사용되고 있는 필름인화방식의 엑스레이 촬영법은 필름 촬영후 인화과정을 거쳐야 하기 때문에 일정시간이 흐른 후 그 결과물을 인지할 수 있다는 단점이 존재하였으며, 촬영후 필름의 보관 및 보존에 있어서 많은 문제점이 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 근래 디지털데이터를 이용한 디지털 엑스레이 검출장치(DXD;Digital X-ray Detector)가 제안되고 있다. 종래의 아날로그 엑스레이 검출장치에서는 별도의 필름을 구비하여 피사체를 촬영한 후 촬영된 필름을 인화지에 전사하는데 반해, 디지털 엑스레이 검출장치에서는 별도의 필름과 인화지를 사용하지 않고 피사체의 내부구조를 표시한다. 즉, 디지털 엑스레이 검출장치에서는 피사체를 투과하는 엑스레이를 가시광선영역의 광으로 변환시킨 후, 변환된 가시광선영역의 광을 전자신호로 변환시키고 전자신호를 다시 영상신호를 변환하여 피사체의 구조를 표시한다.
따라서, 디지털 엑스레이 검출장치에서는 피사체를 표시하기 위해, 엑스레이를 가시광선영역의 광으로 변환시키는 구성, 가시광선영역의 광을 전자신호로 변환시키는 구성, 전자신호를 영상신호로 변환시키는 구성이 필요하게 되므로, 디지털 엑스레이검출장치의 구조가 복잡하고 제조공정이 복잡하게 된다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 구조가 단순하고 제조공정을 단축시킬 수 있는 디지털 엑스레이 검출장치 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 하다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 디지털 엑스레이 검출장치에서는 컬럼스페이서를 구비하여 신틸레이터부를 지지하여 신틸레이터부가 편평한 상태를 유지하도록 한다.
박막트랜지스터의 반도체층 상부에 배치되는 제1컬럼스페이서와 포토컨덕터 상부에 배치되는 제2컬럼스페이서로 구성되며, 제1컬럼스페이서의 하부에는 금속으로 이루어진 차광층이 배치될 수 있고 제2컬럼스페이서에는 포토컨덕터에 바이어스전압 또는 역바이어스전압을 인가하는 바이어스라인이 배치될 수 있다.
상기 제1컬럼스페이서와 제2컬럼스페이서는 수지와 같은 유기물질로 형성되며, 차광층과 바이어스라인은 동일한 금속으로 구성된다. 상기 제1컬럼스페이서와 제2컬럼스페이서, 차광층과 바이어스라인은 1회의 공정에 의해 동시에 형성될 수 있다.
상기 제1컬럼스페이서의 하부에는 금속으로 이루어진 차광층이 배치되지 않을 수 있다. 이 경우, 반도체층의 상부에는 금속층이 구비되지 않고 절연층만이 배치되므로, 플로팅된 금속층에 의해 기생용량이 발생하여 박막트랜지스터의 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.
본 발명에서는 컬럼스페이서를 구비하여 신틸레이터부의 부착시 포토컨덕터의 단차에 의해 신틸레이터부의 부착불량과 광변화효율 저하를 방지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서는 블랙수지와 같은 유기물질로 이루어진 제1컬럼스페이서를 박막트랜지스터의 반도체층 상부에 배치함으로써 별도의 차광층 없이도 반도체층에 광이 조사되는 것을 차단할 수 있게 된다. 더욱이, 포토컨덕터 상부의 제2컬럼스페이서에 의해 다른 광감지화소에 대응하는 영역의 광이 해당 광감지화소로 입사되는 것을 방지함으로써 광간섭에 의한 피사체 내부구조의 영상왜곡을 방지할 수 있게 된다.
그리고, 본 발명에서는 광차단층 및 바이어스라인이 제1컬럼스페이서 및 제2컬럼스페이서 하부에 배치될 때, 상기 광차단층 및 바이어스라인, 제1컬럼스페이서 및 제2컬럼스페이서를 한꺼번에 형성할 수 있으므로, 제조공정을 단순화할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 디지털 엑스레이 검출장치의 구조를 개략적으로 나타내는 평면도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 디지털 엑스레이 검출장치의 광감지화소의 회로구성도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 디지털 엑스레이 검출장치의 광감지화소의 구조를 나타내는 평면도.
도 4는 도 3의 I-I'선 단면도.
도 5a-도 5e는 본 발명의 제1실시예에 따른 디지털 엑스레이 검출장치의 제조방법을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 디지털 엑스레이 검출장치의 광감지화소의 구조를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 디지털 엑스레이 검출장치의 광감지화소의 회로구성도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 디지털 엑스레이 검출장치의 광감지화소의 구조를 나타내는 평면도.
도 4는 도 3의 I-I'선 단면도.
도 5a-도 5e는 본 발명의 제1실시예에 따른 디지털 엑스레이 검출장치의 제조방법을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 디지털 엑스레이 검출장치의 광감지화소의 구조를 나타내는 단면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 디지털엑스레이 검출장치를 개략적으로 나타내는 도면이고 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 디지털엑스레이 검출장치의 광감지화소의 회로구성도이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 디지털 엑스레이 검출장치는 엑스레이 검출패널(110)과, 게이트구동부(130), 리드아웃회로부(160), 타이밍제어부(170) 및 바이어스전압 공급부(150)가 포함된다.
검출패널(110)에서는 광원으로부터 방출된 엑스레이를 감지하고, 감지된 신호를 광전변환하여 전기적인 검출신호로 출력한다. 검출패널(110)에는 복수의 광감지화소(P)가 배치된다. 이때, 상기 광감지화소(P)는 수평방향으로 배열된 복수의 게이트라인(GL)과 수직방향으로 배열된 복수의 데이터라인(DL)에 의해 각각 화소영역이 정의된다.
상기 광감지화소(P)는 입력되는 엑스레이를 감지하여 전기적인 신호를 출력한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 광감지화소(P)는 엑스레이를 감지하여 검출전압과 같은 전기신호로 변환하는 포토컨덕터(PC)와, 포토컨덕터(PC)에 의해 변환된 검출전압을 충전하는 커패시터(Cst)와, 게이트신호가 인가됨에 따라 구동하여 커패시터(Cst)에 저장된 검출전압과 같은 전기신호를 외부로 전달하는 박막트랜지스터(TFT)를 포함한다.
상기 포토컨덕터(PC)는 엑스레이발생장치로부터 방출된 엑스레이를 전기적인 신호로 변환할 수 있는 물질로 구성된다. 상기 포토컨덕터(PC)는 예를 들어 a-Se, HgI2,CdTe, PbO, PbI2, BiI3, GaAs, Ge 등으로 구성될 수 있다.
상기 커패시터(Cst)는 포토컨덕터(PC)에 의해 변환된 전기적인 신호를 충전한다. 상기 커패시터(Cst)는 박막트랜지스터(TFT)의 소스전극에 일단이 연결되고 바이어스라인(VL)에 타단이 연결된다. 상기 박막트랜지스터(TFT)는 주사신호를 인가하는 게이트라인(GL)에 게이트전극이 연결되고 검출신호를 전달하는 데이터라인(DL)에 드레인전극이 연결되며 커패시터(Cst)의 일단에 소스전극이 연결된다.
상기 게이트구동부(130)는 게이트라인(GL)을 통해 게이트온 전압레벨을 갖는 게이트신호를 순차적으로 출력한다. 이때, 상기 게이트온 전압레벨은 광감지화소(P)의 박막트랜지스터를 턴-온(turn-on)할 수 있는 전압레벨로서, 상기 광감지화소(P)의 박막트랜지스터가 상기 게이트신호에 응답하여 동작한다.
상기 게이트구동부(130)는 집적회로(IC) 형태로 형성되어 검출패널(110) 위에 직접 실장되거나 상기 검출패널(110)에 접속되는 외부기판(예를 들면, FPC(Flexible Printed Circuit Board)상에 실장될 수도 있지만, 트랜지스터와 같은 각종 소자가 포토공정을 통해 GIP(Gate In Panel) 형태로 검출패널(110) 상에 직접 적층되어 형성될 수도 있다.
바이어스전압 공급부(150)는 바이어스라인(VL)을 통해 광감지화소(P)에 바이어스전압 또는 역바이어스전압을 공급한다. 이때, 상기 바이어스라인(VL)은 접지전압(또는 공통전압)에 대응되는 전압이 공급된다.
리드아웃 회로부(160)는 게이트신호에 응답하여 턴-온된 박막트랜지스터(TFT)로부터 출력되는 검출신호를 리드아웃한다. 상기 박막트랜지스터(TFT)가 턴-온됨에 따라 커패시터(Cst)에 저장된 검출신호가 상기 박막트랜지스터(TFT) 및 데이터라인(DL)을 통해 리드아웃 회로부(160)로 입력된다.
상기 리드아웃 회로부(160)는 오프셋이미지를 리드아웃하는 오프셋 리드아웃구간과, 엑스레이노광 후 광감지화소(P)로부터 출력되는 검출신호를 리드아웃하는 엑스레이 리드아웃구간으로 구성된다. 상기 리드아웃 회로부(160)는 신호검출부 및 멀티플렉서 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 신호검출부는 데이터라인(DL)과 일대일 대응하는 복수의 증폭회로부를 포함하고, 각각의 증폭회로부는 증폭기, 커패시터 및 리셋소자 등을 포함할 수 있다.
상기 타이밍제어부(180)는 제어신호를 생성한 후 출력하여 상기 게이트구동부(130) 및 리드아웃 회로부(160)를 제어한다. 이때, 상기 게이트구동부(130)에 공급되는 제어신호는 개시신호(STV) 및 클럭신호(CPV)을 포함할 수 있으며, 리드아웃 회로부(160)에 공급되는 제어신호는 리드아웃 제어신호(ROC) 및 리드아웃 클럭신호(CLK)를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 디지털 엑스레이 검출장치의 광감지화소(P)의 구조를 나타내는 도면이다. 검출패널에는 광감지화소(P)가 실질적으로 세로 및 가로방향을 따라 매트릭스형상으로 n×m(여기서, n,m은 자연수)개가 배열되지만, 도면에서는 설명의 편의를 위해 하나의 광감지화소(P)만을 도시하였다.
도 3에 도시된 바와 같이, 검출패널에는 복수의 게이트라인(GL)과 데이터라인(DL)이 서로 수직으로 배치되어 복수의 광감지화소(P)를 정의하며, 각각의 광감지화소(P)내에는 박막트랜지스터(TFT)가 배치된다.
상기 박막트랜지스터(TFT)는 상기 게이트라인(GL)과 접속되어 외부로부터 게이트신호가 인가되는 게이트전극(211)과, 상기 게이트전극(211)에 게이트신호가 인가됨에 따라 활성화되어 채널층을 형성하는 반도체층(212)과, 상기 데이터라인(DL)에 접속되어 반도체층(212)이 활성화됨에 따라 검출된 커패시터(Cst)에 저장된 검출전압과 같은 전기신호를 외부로 출력하는 소스전극(214) 및 드레인전극(215)으로 구성된다.
광감지화소(P) 내에는 포토컨덕터(PC)가 구비된다. 상기 포토컨덕터(PC)는 입사되는 광을 감지하여 검출전압과 같은 전기신호로 변환하는 것으로, 광감지화소(P)의 전체 영역에 걸쳐 형성된다. 상기 포토컨덕터(PC)는 광을 전기신호로 변환할 수만 있다면 어떠한 구성이라도 가능하지만, 본 발명에서는 포토컨덕터(PC)로서 주로 포토다이오드를 사용한다. 다시 말해서, 본 발명에서는 상기 포토컨덕터(PC)로서, P형 반도체층, 진성 반도체층 및 N형 반도체로 이루어진 PIN다이오드(254) 구조의 포토다이오드를 사용한다.
상기 PIN다이오드(254)의 상부 및 하부에는 각각 제1전극(252) 및 제2전극(256)이 배치되며, 제2전극(256) 위에는 설정된 폭의 바이어스라인(VL)이 배치되어 상기 PIN다이오드(254)에 바이어스전압 또는 역바이어스전압을 인가한다. 이때, 상기 제1전극(252) 및 제2전극(256)은 실질적으로 PIN다이오드(254)와 동일한 면적으로 형성되어 광감지화소(P)내에 배치되지만, 도면에서는 설명의 편의를 위해 제1전극(252) 및 제2전극(256), PIN다이오드(254)를 다른 면적으로 도시하였다.
도면에는 도시하지 않았지만, 상기 제2전극(256)과 바이어스라인(VL) 사이에는 절연층이 구비되며, 컨택홀(264)에 의해 상기 제2전극(256)과 바이어스라인(VL)이 전기적으로 접속되어, 바이어스전압 또는 역바이어스전압이 상기 바이어스라인(VL)을 통해 제2전극(256)으로 인가된다. 상기 바이어스라인(VL)은 세로방향, 즉 데이터라인(DL)과 대략 평행하게 배치되어 세로방향으로 배치된 복수의 광감지화소(P)열에 바이어스전압 또는 역바이어스전압을 인가한다. 이때, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 바이어스라인(VL)은 감광지화소(P)의 복수열 각각에 하나씩 배치된다.
또한, 상기 바이어스라인(VL)은 가로방향, 즉 게이트라인(GL)과 대략 평행하게 배치되어 가로방향으로 배치된 복수의 광감지화소(P) 행에 바이어스전압 또는 역바이어스전압을 인가할 수 있다. 이러한 구성에서도 상기 바이어스라인(VL)은 감광지화소(P)의 복수 행 각각에 하나씩 배치될 수 있다.
다시 말해서, 본 발명의 바이어스라인(VL)은 제2전극(256)에 바이어스전압 또는 역바이어스전압을 인가할 수만 있다면, 특정 배열에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 배열될 수 있을 것이다.
또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 PIN다이오드(254)의 상부에는 신틸레이터부(sintillator unit)가 구비된다. 상기 신틸레이터부는 입력되는 엑스레이와 충돌하여 발광함으로써 엑스레이를 가시광선영역의 광으로 변환하여 출력한다.
상기 신틸레이터부는 신틸레이터물질이 직접 적층된 막형상으로 구성될 수도 있지만, 본 발명에서는 상기 신틸레이터부가 필름형태로 구성되어 포토컨덕터(PC) 상부에 부착된다. 박막트랜지스터(TFT)가 형성된 영역의 포토컨덕터(PC)와 신틸레이터부 사이에는 제1컬럼스페이서(267)이 배치되고 바이어스라인(VL) 상부에는 제2컬럼스페이서(268)가 배치된다.
상기 제1컬럼스페이서(267) 및 제2컬럼스페이서(268)는 포토컨덕터(PC)와 신틸레이터부 사이에 배치되어 신틸레이터부를 일정한 수준(level)으로 배치되도록 한다. 포토컨덕터(PC)의 PIN다이오드(254)는 1㎛의 두꺼운 두께로 형성되므로, 상기 PIN다이오드(254)에 의해 광감지화소(P)에는 큰 단차가 발생하게 된다. 필름형태의 신틸레이터부를 포토컨덕터(PC)의 상부에 부착할 때, 상기 단차는 신틸레이터부의 부착불량을 야기할 뿐만 아니라 신틸레이터부의 광변환효율을 저하시킨다.
상기 제1컬럼스페이서(267) 및 제2컬럼스페이서(268)는 신틸레이터부를 일정한 수준(level)으로 배치함으로써, 단차에 의한 신틸레이터부의 부착불량이나 광변환효율 저하를 효과적으로 방지할 수 있게 된다.
상기와 같은 구조의 디지털 엑스레이 검출장치에서는 피사체를 투과한 엑스레이가 입사되면, 신틸레이터부에서 입력되는 엑스레이를 가시광선영역의 광으로 변환하며 출력하며, 출력된 가시광선영역의 광이 PIN다이오드(254)로 입력된다. 광이 입력됨에 따라 PIN다이오드(254)의 진성반도체층이 P형 반도체층과 N형 반도체층에 의해 공핍(Depletion)이 되어 내부에 전기장이 발생하게 되고, 광에 의해 생성되는 정공과 전자가 상기 전기장에 의해 드리프트(Drift)되어 각각 P형 반도체층 및 N형 반도체층에서 수집되어 전류가 발생한다.
게이트신호가 게이트라인(GL)을 통해 박막트랜지스터(TFT)에 인가되어 상기 박막트랜지스터(TFT)가 턴-온되면, PIN다이오드(254)에 발생한 전류가 제1전극(252)에서 상기 박막트랜지스터(TFT)를 통해 검출신호로서 외부로 출력되며, 출력된 검출신호는 리드아웃 회로부(160)로 입력되어 리드아웃된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 디지털 엑스레이 검출장치에서는 복수의 광감지화소(P)에서 입력되는 엑스레이를 전기신호를 변환하여 출력하고 출력된 검출신호를 리드아웃함으로써 피사체를 투과한 엑스레이를 판독할 수 있게 된다.
따라서, 종래의 아날로그 엑스레이 검출장치에 비해, 별도의 필름과 인화지가 필요없게 될 뿐만 아니라 촬영후 필름의 보관 및 보존이 필요없게 된다. 또한, 촬영된 엑스레이의 검출신호를 실시간으로 리드아웃할 수 있게 되어, 신속한 피사체 내부구조의 검사가 가능하게 된다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 디지털 엑스레이 검출장치에 대해 좀더 상세히 설명한다.
도 4는 도 3의 I-I'선 단면도로서, 본 발명에 따른 디지털 엑스레이 검출장치의 하나의 광감지화소(P)의 구조를 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 유리나 플라스틱과 같은 투명한 기판(210) 상에는 박막트랜지스터(TFT)가 배치된다. 상기 박막트랜지스터(TFT)는 기판(210)에 배치된 게이트전극(211)과, 상기 게이트전극(211) 위에 배치된 게이트절연층(221)과, 상기 게이트절연층(221) 위에 배치된 반도체층(212)과, 상기 게이트절연층(221) 및 반도체층(212) 위에 배치된 소스전극(214) 및 드레인전극(215)으로 구성된다.
상기 게이트전극(211)은 Cr, Mo, Ta, Cu, Ti, Al 또는 Al합금 등의 금속 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있으며, 게이트절연층(221)은 SiOx 또는 SiNx와 같은 무기절연물질로 이루어진 단일층 또는 SiOx 및 SiNx으로 이루어진 이중의 층으로 이루어질 수 있다.
상기 반도체층(212)은 비정질실리콘과 같은 비정질반도체로 구성될 수도 있고, IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), TiO2, ZnO, WO3, SnO2와 같은 산화물반도체로 구성될 수 있다. 산화물반도체로 반도체층(212)을 형성하는 경우, 박막트랜지스터(TFT)의 크기를 감소시킬 수 있고 구동전력을 감소시킬 수 있고 전기이동도를 향상시킬 수 있게 된다. 따라서, 디지털 엑스레이 검출장치의 필팩터(fill factor)를 향상시키고 노이즈를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 빠른 데이터의 판독에 따라 동영상 엑스레이의 검출이 가능하게 된다.
물론, 본 발명에 따른 디지털 엑스레이 검사장치의 박막트랜지스터의 반도체층이 산화물반도체물질에 한정되는 것이 아니라, 현재 박막트랜지스터에 사용되는 모든 종류의 반도체물질을 사용할 수 있을 것이다. 상기 소스전극(214) 및 드레인전극(215)은 Cr, Mo, Ta, Cu, Ti, Al, Al합금 등과 같은 금속 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.
상기 박막트랜지스터(TFT)가 배치된 기판(210)에는 제1보호층(222)이 적층되고 그 위에 제1전극(252), PIN다이오드(254) 및 제2전극(256)이 배치된다. 상기 제1전극(252), PIN다이오드(254a) 및 제2전극(256)은 포토컨덕터(PC)를 형성하여 입사되는 광을 전기신호로 변환시킨다.
상기 제1보호층(222)은 포토아크릴과 같은 유기절연물질로 형성될 수도 있고 SiOx나 SiNx와 같은 무기절연물질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1보호층(222)은 유기절연층/무기절연층, 무기절연층/유기절연층/무기절연층의 복수의 층으로 구성할 수도 있다.
상기 제1전극(252)은 제1보호층(222)에 형성된 컨택홀을 통해 박막트랜지스터(TFT)의 소스전극(214)과 전기적으로 접속된다. 상기 제1전극(252)은 MoTi으로 구성될 수 있지만, 이러한 특정 금속에 한정되는 것이 아니라 전도성이 좋은 다양한 금속으로 구성될 수 있다. 또한, 상기 제1전극(252)을 ITO(Indium Tin Oxide)나 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명한 금속산화물로 구성할 수 있다. 또한, 상기 제2전극(256)은 ITO나 IZO와 같은 투명한 금속산화물로 구성될 수 있다.
상기 PIN다이오드(254)은 제1전극(252)으로부터 N형 반도체층, 진성반도체층, P형 반도체층이 순차적으로 적층됨으로써 구성된다. 제1전극(252) 및 제2전극(256)에 바이어스전압 또는 역바이어스전압이 인가된 상태에서 광이 조사되면 진성반도체층에서 정공과 전자가 생성되며 정공이 P형 반도체층으로 이동하고 전자는 N형 반도체층으로 이동하여 상기 제1전극(252)을 통해 전류가 출력된다.
상기 반도체층으로는 비정질실리콘(a-Si)을 주로 사용하지만, 이러한 물질에 한정되는 것이 아니라 HgI2, CdTe, PbO, PbI2, BiI3, GaAs, Ge 과 같은 다양한 반도체물질이 사용될 수 있다.
상기 포토컨덕터(PC)가 구비된 기판(210) 위에는 제2보호층(224)이 적층된다. 상기 제2보호층(224)은 포토아크릴과 같은 유기절연물질로 형성될 수도 있고 SiOx나 SiNx와 같은 무기절연물질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2보호층(224)은 유기절연층/무기절연층, 무기절연층/유기절연층/무기절연층의 복수의 층으로 구성될 수도 있다.
상기 포토컨덕터(PC) 상부의 제2보호층(224)에는 바이어스라인(VL)이 배치되어 제2보호층(224)에 형성된 컨택홀(264)을 통해 포토컨덕터(PC)의 제2전극(256)과 전기적으로 접속된다. 상기 바이어스라인(VL)은 바이어스전압 공급부(150)와 접속되어 PIN다이오드(254)에 바이어스전압 또는 역바이어스전압을 인가한다. 이때, 상기 바이어스라인(VL)은 Cr, Mo, Ta, Cu, Ti, Al, Al합금과 같이 전도성이 좋은 금속으로 구성될 수 있다.
또한, 박막트랜지스터 상부의 제2보호층(224) 위에는 광차단층(light shielding layer;262)이 배치된다. 상기 광차단층(262)은 외부로부터 상기 박막트랜지스터의 반도체층(212)으로 광이 입력되어 광조사에 의해 박막트랜지스터에 누설전류가 발생하여 박막트랜지스터의 특정이 저하되는 것을 방지한다. 사이 광차단층(262)은 Cr, Mo, Ta, Cu, Ti, Al, Al합금과 같이 전도성이 좋은 금속으로 구성될 수 있다.
상기 광차단층(262)과 바이어스라인(262)은 다른 금속으로 구성될 수도 있지만, 동일한 금속으로 동일한 공정에 의해 형성될 수 있다.
상기 광차단층(262) 위에는 제1컬럼스페이서(267)이 배치되고 바이어스라인(VL) 위에는 제2컬럼스페이서(268)가 배치되고 그 위에 신틸레이터부(270)가 배치된다. 이때, 제2보호층(224)의 상부와, 제1컬럼스페이서(267) 및 제2컬럼스페이서(268)의 상면 및 상부에는 제3보호층(225)이 배치될 수 있다.
상기 신틸레이터부(270)는 점성을 가진 액상 신틸레이터물질을 직접 기판(210)상에 도포함으로써 형성할 수도 있지만, 본 발명에서는 신틸레이터부(270)가 필름형태로 구성되어 기판(210)의 상부에 부착된다. 상기 제1컬럼스페이서(267) 및 제2컬럼스페이서(268)는 필름형태의 신틸레이터부(270)가 기판(210)에 부착될 때, 신틸레이터부(270)를 지지한다.
도면에 도시된 바와 같이, PIN다이오드(254)는 약 1㎛의 두께로 형성되므로, 박막트랜지스터(TFT)가 형성된 영역과 PIN다이오드(254)가 배치된 영역 사이에는 PIN다이오드(254)에 의한 단차가 발생하게 된다. 필름형태의 신틸레이터부(270)를 기판(210)에 부착할 때 상기 단차로 인해 신틸레이터부(270)의 부착시 불량이 발생하게 된 뿐만 아니라 입력되는 엑스레이를 가시광선 파장대의 광으로 변환하는 광변환율도 저하되는 문제가 발생한다.
상기 제1컬럼스페이서(267) 및 제2컬럼스페이서(268)는 신틸레이터부(270)와 박막트랜지스터 사이 및 신틸레이터부(270)와 포토컨덕터(PC) 사이에 배치되어, 상기 신틸레이터부(270)의 수준을 전체에 걸쳐 동일하게 유지하여 상기 신틸레이터부(270)가 편평하게 되도록 한다.
박막트랜지스터 상부에 배치되는 제1컬럼스페이서(267)의 높이(t1)는 포토컨덕터(PC) 상부에 배치되는 제2컬럼스페이서(268)의 높이(t2)에 비해 작다(t1<t2). 실질적으로 상기 제2컬럼스페이서(268)와 제1컬럼스페이서(267)의 높이차(t2-t1)는 PIN다이오드(254)에 의한 단차의 높이와 거의 동일하여, 상기 제1컬럼스페이서(267) 및 제2컬럼스페이서(268)가 배치됨에 따라 상기 신틸레이터부(270)는 단차가 없는 평편한 표면을 형성하게 된다. 따라서, 단차로 인한 신틸레이터부(270)의 부착불량이나 광변환율의 저하를 방지할 수 있게 된다.
또한, 해당 광감지화소(PC)의 포토컨덕터(PC)의 상부에 배치되는 제2컬럼스페이서(268)는 광감지화소(PC)의 바깥쪽, 즉 인접하는 광지화소의 근처에 배치하여 인접하는 광감지화소로부터 입사되는 광을 차단할 수 있다.
디지털 엑스레이 검출장치에서 피사체를 투과한 광이 대응하는 광감지화소에만 입력됨으로써 피사체의 내부구조를 정확하게 표시할 수 있게 된다. 그런데, 인접하는 광감지화소에 대응하는 영역으로부터 광이 입사되는 경우, 이 간섭광은 출력되는 화상의 잡음으로 작용하여 원래의 피사체 내부 화상을 왜곡하게 된다. 따라서, 예를 들어, 의료용으로 디지털 엑스레이 검출장치를 사용하는 경우, 왜곡된 영상에 의해 환자의 정확한 진료가 불가능하게 된다.
본 발명에서는 제2컬럼스페이서(268)를 블랙수지와 같은 유기물질로 바이어스라인(VL) 위에 게이트라인 또는 데이터라인을 따라 배치함으로써 인접하는 광감지화소에 대응하는 영역으로부터 입사되는 광을 차단함으로써 광간섭에 의한 피사체 내부구조의 화상왜곡을 방지할 수 있게 된다.
상기 제1컬럼스페이서(267)는 광차단층(262) 위에 배치되고 제2컬럼스페이서(268)는 바이어스라인(VL) 상부에 배치된다. 이때, 상기 제1컬럼스페이서(267)과 광차단층(262)은 동일한 폭으로 형성되고 제2컬럼스페이서(268)과 바이어스라인(VL)도 동일한 폭으로 형성된다.
상기 제1컬럼스페이서(267)와 제2컬럼스페이서(268)는 금속으로 구성될 수도 있지만, 수지와 같은 유기절연물질로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1컬럼스페이서(267)와 제2컬럼스페이서(268)는 다른 물질로 구성될 수도 있지만, 동일한 물질로 동일한 공정에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
다시 도 4를 참조하면, 상기 제3보호층(226)5 포토아크릴과 같은 유기절연물질로 형성될 수도 있고 SiOx나 SiNx와 같은 무기절연물질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제3보호층(225)은 유기절연층/무기절연층, 무기절연층/유기절연층/무기절연층의 복수의 층으로 구성할 수도 있다.
상기 신틸레이터부(270)는 피사체를 투과한 엑스레이를 가시광선대역의 광으로 변환시킨다. 상기 신틸레이터부(270)는 탈륨(Tl) 또는 나트륨(Na)이 도핑된 요드화 세슘(CsI) 등의 할로겐화합물로 형성되거나, 가돌리늄(gadolinium)이나 황산화물(GOS) 등의 산화물계 화합물로 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 디지털 엑스레이 검출장치에서는 신틸레이터부(270)가 컬럼스페이서(267,268)에 의해 지지되므로, 단차에 의한 부착불량이나 광변환효율 저하를 방지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서는 상기 제1컬럼스페이서(267)와 제2컬럼스페이서(268)를 광차단층(262)와 바이어스라인(VL)과 동시에 형성함으로써 제조공정을 단순화할 수 있는데, 이를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5a-도 5e는 본 발명의 제1실시예에 따른 디지털 엑스레이 검출장치의 제조방법을 나타내는 도면이다.
우선, 도 5a에 도시된 바와 같이, 유리나 플라스틱과 같은 투명한 기판(210) 위에 Cr, Mo, Ta, Cu, Ti, Al, Al합금 등과 같은 금속 또는 이들의 합금을 적층하고 에칭하여 기판(210) 위에 게이트전극(211)을 형성한 후, SiOx나 SiNx 등과 같은 무기절연물질을 CVD(Chemical Vapor Deposition)법에 의해 적층하여 게이트절연층(221)을 형성한다.
이어서, 상기 게이트절연층(221) 위에 IGZO, TiO2, ZnO, WO3, SnO2 등과 같은 산화물반도체 또는 비정질실리콘과 같은 반도체를 CVD법에 의해 적층하고 에칭하여 반도체층(212)을 형성한다. 그 후, 상기 반도체층(212)이 형성된 기판(210) 위에 Cr, Mo, Ta, Cu, Ti, Al과 같은 금속 또는 이들의 합금을 스퍼터링(sputtering)법에 의해 적층하고 에칭하여 소스전극(214) 및 드레인전극(215)을 형성한다.
그 후, 유기절연물질 또는/및 무기절연물질을 적층하고 에칭하여 상기 박막트랜지스터의 소스전극(214)이 외부로 노출되는 제1컨택홀(222a)이 형성된 제1보호층(222)을 적층한 후 에칭하여 상기 제1보호층(222)에 박막트랜지스터의 소스전극(214)이 노출되는 컨택홀(222a)을 형성한다.
이어서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 제1보호층(222) 위에 MoTi와 같은 금속 또는 ITO나 IZO와 같은 투명한 금속산화물을 적층하고 에칭하여 상기 제1보호층(222) 위에 컨택홀(222a)를 통해 소스전극(214)과 전기적으로 접속되는 제1전극(252)을 형성한다.
이어서, 상기 제1전극(252) 위에 N형 분순물이 도핑된 반도체물질, 진성반도체물질, P형 불순물이 도핑된 반도체물질, ITO 및 IZO와 같은 투명도전물질을 적층하고 에칭하여 상기 제1전극(252) 위에 PIN다이오드(254) 및 제2전극(256)을 형성한다. 이때, 상기 반도체물질로는 비정질실리콘(a-Si), HgI2, CdTe, PbO, PbI2, BiI3, GaAs, Ge 등을 사용할 수 있다.
또한, 비정질실리콘(a-Si), HgI2, CdTe, PbO, PbI2, BiI3, GaAs, Ge 등의 반도체물질을 적층하고 N형 불순물을 도핑한 후, 다시 반도체물질을 적층하고 적층된 반도체층의 상부 영역에 P형 불순물을 도핑하여 PIN다이오드(254)를 형성할 수도 있다.
그 후, 5c에 도시된 바와 같이, PIN다이오드(254b)가 형성된 기판(210) 상에 유기절연물질, 유기절연물질/무기절연물질 또는 무기절연물질/유기절연물질/무기절연물질을 적층하여 제2보호층(224)를 형성하고 상기 제2보호층(224)을 에칭하여 포토컨덕터(PC)의 제2전극(256)이 노출되는 컨택홀을 형성한다. 이어서, 상기 제2보호층(224) 위에 Cr, Mo, Ta, Cu, Ti, Al, Al합금과 같이 전도성이 좋은 금속으로 이루어진 금속층(262a) 및 블랙수지와 같은 유기절연물질로 이루어진 절연층(262a)을 형성한다.
이어서, 도 5d에 도시된 바와 같이, 상기 금속층(262a)과 절연층(262a)을 일괄 에칭하여 박막트랜지스터의 반도체층(212) 상부의 제2보호층(224) 위에 광차단층(262) 및 제1컬럼스페이서(267)를 형성하며, 포토컨덕터(PC) 위에 배치된 제2보호층(224) 상부와 컨택홀 내부에 바이어스라인(VL)과 제2컬럼스페이서(268)을 형성한다.
이어서, 도 5e에 도시된 바와 같이, 컬럼스페이서(267,268)가 형성된 제2보호층(224) 위에 포토아크릴과 같은 유기절연물질 및/또는 SiOx나 SiNx와 같은 무기절연물질을 적층하여 유기절연층, 유기절연층/무기절연층 또는 무기절연층/유기절연층/무기절연층으로 이루어진 제3보호층(225)을 형성한다.
그 후, 상기 제3보호층(225) 위에 탈륨(Tl) 또는 나트륨(Na)이 도핑된 요드화 세슘(CsI) 등의 할로겐화합물이나 가돌리늄(gadolinium)이나 황산화물(GOS) 등의 산화물계 화합물로 이루어진 필름을 컬럼스페이서(267,268)에 부착하여 신틸레이트부(270)을 형성함으로써 디지털 엑스레이 검출장치를 완성한다.
이와 같이, 본 발명에서는 광차단층(262)과 바이어스라인(VL), 제1컬럼스페이서(267)와 제2컬럼스페이서(268)을 동일한 공정에 의해 동시에 형성하므로, 제조공정을 대폭 단순화할 수 있게 된다.
예를 들어, 상기 제1컬럼스페이서(267)가 박막트랜지스터의 반도체층 상부에 배치되지 않는 경우, 상기 제1컬럼스페이서(267)와 광차단층(262)은 다른 공정에 의해 형성되므로, 제조공정이 복잡해지는 반면에, 본 발명에서는 상기 제1컬럼스페이서(267)가 박막트랜지스터의 반도체층 상부에 광차단층(262)과 동일한 공정에 의해 형성되므로, 제조공정을 단순화할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 디지털 엑스레이 검출장치의 구조를 나타내는 도면이다. 이때, 도 4에 도시된 제1실시예와 유사한 구조에 대해서는 설명을 간단히 하고 다른 구조에 대해서만 상세히 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 디지털 엑스레이 검출장치에서는 컬럼스페이서(367)가 박막트랜지스터의 반도체층(312) 상부의 제2보호층(324)에만 배치되고 포토컨덕터(PC) 상부에만 배치되지 않는다. 따라서, 신틸레이터부(370)는 컬럼스페이서(367)와 신틸레이터부(370) 상부의 제3보호층(325)에 의해 편평한 상태를 유지하여 단차에 의한 접착불량이나 광변환효율 저하를 방지할 수 있게 된다.
또한, 이 실시예의 디지털 엑스레이 검출장치에서는 박막트랜지스터의 반도체층(312) 상부에 별도의 차광층이 구비되지 않는 대신에, 수지와 같은 유기물질로 이루어진 컬럼스페이서(367)가 배치된다. 컬럼스페이서(367)를 블랙수지와 같이 광을 차단할 수 있는 물질로 구성하는 경우, 별도의 차광층이 없어도 상기 컬럼스페이서(367)가 박막트랜지스터로 입력되는 광을 차단하므로, 광조사에 따른 박막트랜지스터의 특성 저하를 방지할 수 있게 된다.
또한, 이 실시예의 디지털 엑스레이 검출장치에서는 금속으로 이루어진 별도의 차광층이 구비되지 않음에 따라 다음과 같은 효과도 얻을 수 있게 된다.
금속으로 이루어진 차광층이 박막트랜지스터 상부에 배치되는 경우, 차광층과 박막트랜지스터의 금속층 사이에 기생용량이 발생하게 되며, 이 기생용량에 의해 박막트랜지스터의 특성이 저하된다. 반면에, 이 실시예의 구조에서는 금속으로 이루어진 차광층 대신, 절연물질로 이루어진 컬럼스페이서(367)이 배치되므로, 컬럼스페이서(367)와 박막트랜지스터 사이에 기생용량이 발생하지 않게 되어 박막트랜지스터의 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 컬럼스페이서를 구비하여 신틸레이터부를 편평하게 지지함으로써 단차에 의해 신틸레이터부의 접착불량이나 광변환불량을 방지할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에서는 컬럼스페이서와 차광층 및 바이어스라인을 동시에 형성함으로써 제조공정을 단축시킬 수 있게 된다. 더욱이, 본 발명에서는 광차단층 없이 컬럼스페이서만을 박막트랜지스터의 반도체층 상부에 배치하여 조사되는 광을 차단함으로써 광차단층에 의한 박막트랜지스터의 특성 저하를 방지할 수 있게 된다.
한편, 상술한 설명에서는 본 발명의 디지털 엑스레이 검출장치를 특정 구조로 한정하여 설명하고 있지만, 본 발명이 이러한 특정 구조에 한정되는 것은 아니다. 상술한 디지털 엑스레이 검출장치의 구조는 설명의 편의를 위해 예시된 것으로 본 발명을 한정하는 것이 아니라 다양한 구조의 디지털 엑스레이 검출장치에 적용될 수 있을 것이다.
GL : 게이트라인 DL : 데이터라인
VL : 바이어스라인 211 : 게이트전극
212: 반도체층 213 : 소스전극
214 : 드레인전극 252 : 제1전극
254 : PIN다이오드 256 : 제2전극
267,268 : 컬럼스페이서 270 : 신틸레이터부
VL : 바이어스라인 211 : 게이트전극
212: 반도체층 213 : 소스전극
214 : 드레인전극 252 : 제1전극
254 : PIN다이오드 256 : 제2전극
267,268 : 컬럼스페이서 270 : 신틸레이터부
Claims (13)
- 복수의 광감지화소를 포함하는 기판;
상기 광감지화소 각각에 배치된 박막트랜지스터;
상기 광감지화소에 배치되어 광을 전기신호로 변환하며, 제1전극 및 제2전극, 상기 제1전극과 제2전극 사이에 배치된 PIN다이오드로 이루어진 포토컨덕터;
상기 포토컨덕터 상부에 배치된 바이어스라인;
상기 박막트랜지스터의 반도체층 상부에서 상기 반도체층과 중첩하도록 배치된 제1컬럼스페이서; 및
상기 바이어스라인 상부에서 상기 바이어스라인과 중첩하도록 배치되며, 상기 제1컬럼스페이서보다 작은 높이를 갖는 제2컬럼스페이서를 포함하고,
상기 제1컬럼스페이서의 상면과 상기 제2컬럼스페이서의 상면은 동일 평면 상에 배치되는 디지털 엑스레이 검출장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1컬럼스페이서 하부에 배치된 차광층을 추가로 포함하는 디지털 엑스레이 검출장치. - 제2항에 있어서, 상기 제1컬럼스페이서 및 제2컬럼스페이서는 유기절연물질로 구성된 디지털 엑스레이 검출장치.
- 제3항에 있어서, 상기 제1컬럼스페이서 및 제2컬럼스페이서는 블랙수지로 구성된 디지털 엑스레이 검출장치.
- 제2항에 있어서, 상기 차광층은 바이어스라인과 동일한 금속으로 구성된 디지털 엑스레이 검출장치.
- 제1항에 있어서, PIN다이오드는 P형 반도체층, 진성반도체층, N형반도체층으로 구성된 디지털 엑스레이 검출장치.
- 제6항에 있어서, 상기 PIN다이오드의 반도체층은 비정질실리콘, HgI2, CdTe, PbO, PbI2, BiI3, GaAs, Ge으로 이루어진 일군으로부터 선택된 물질로 구성된 디지털 엑스레이 검출장치.
- 제1항에 있어서, 상기 바이어스라인은 게이트라인 또는 데이터라인과 평행하게 복수개 배치되는 디지털 엑스레이 검출장치.
- 제2항에 있어서, 상기 포토컨덕터 상부에 배치되어 상기 제1컬럼스페이서 및/또는 제2컬럼스페이서에 의해 지지되는 신틸레이터부을 추가로 포함하는 디지털 엑스레이 검출장치.
- 기판 상에 박막트랜지스터를 형성하는 단계;
기판상에 박막트랜지스터와 접속된 포토컨덕터를 형성하는 단계; 및
금속층과 유기절연층을 적층하고 동시에 식각하여, 박막트랜지스터의 반도체층 상부에 서로 중첩하는 차광층 및 제1컬럼스페이서를 동시에 형성하고 포토컨덕터 위에 서로 중첩하는 바이어스라인 및 제2컬럼스페이서를 동시에 형성하는 단계로 구성된 디지털 엑스레이 검출장치 제조방법. - 제10항에 있어서, 상기 제1컬럼스페이서와 제2컬럼스페이서 위에 신틸레이터부을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 디지털 엑스레이 검출장치 제조방법.
- 제11항에 있어서, 상기 신틸레이터부을 형성하는 단계는 신틸레이터 필름을 부착하는 단계를 포함하는 디지털 엑스레이 검출장치 제조방법.
- 제10항에 있어서, 상기 포토컨덕터를 형성하는 단계는,
박막트랜지스터와 접속되는 제1전극을 형성하는 단계;
상기 제1전극 위에 PIN 다이오드를 형성하는 단계; 및
상기 PIN 다이오드 위에 제2전극을 형성하는 단계를 포함하는 디지털 엑스레이 검출장치 제조방법.
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| KR1020160138493A KR102619971B1 (ko) | 2016-10-24 | 2016-10-24 | 디지털 엑스레이 검출장치 및 그 제조방법 |
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| KR1020160138493A Active KR102619971B1 (ko) | 2016-10-24 | 2016-10-24 | 디지털 엑스레이 검출장치 및 그 제조방법 |
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