(57)【要約】【課題】  放射線の検出感度を向上させることができる放射線検出器の製造方法を提供する。【解決手段】  放射線検出器１の製造方法においては、ＰｂＩ２からなる光導電層１７を厚さ１００μｍ以上に結晶構造を有するように成膜した後、光導電層１７の内層部の結晶構造を維持しつつ、光導電層１７の表層部を平坦化し、平坦化された表層部上に、ＤＬＣからなる接触補助層３０を介して共通電極１８を形成する。これにより、光導電層１７の表層部における凹凸の度合いが緩和されて、共通電極１８の不連続化・電気的高抵抗化が防止されるばかりか、ＰｂＩ２からなる光導電層１７が１００μｍ以上と十分な厚さを有し、且つ光導電層１７の内層部の結晶構造が維持されるので、Ｘ線の検出感度が向上した放射線検出器１を製造することが可能となる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を検出するための放射線検出器の製造方法であって、
複数の画素電極を有する信号読出し基板上に、金属ハロゲン化物からなる光導電層を厚さ１００μｍ以上に結晶構造を有するように成膜する工程と、
前記光導電層の内層部の結晶構造を維持しつつ、前記光導電層の表層部を平坦化する工程と、
平坦化された前記表層部上に、共通電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする放射線検出器の製造方法。
【請求項２】
前記共通電極は、平坦化された前記表層部上に、導電性材料からなる接触補助層を介して形成されることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器の製造方法。
【請求項３】
前記導電性材料は、ダイヤモンドライクカーボンであることを特徴とする請求項２記載の放射線検出器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線やγ線等の放射線を検出するための放射線検出器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の放射線検出器として、放射線を電気信号に変換する光導電層にヨウ化鉛等の金属ハロゲン化物を用いた直接変換方式と称されるものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、放射線の検出感度を向上させるために、金属ハロゲン化物からなる光導電層を厚くすると、光導電層の表層部における凹凸の度合いが大きくなり、その結果、光導電層の表層部上に形成された共通電極が不連続となって電気的に高抵抗化するという問題がある。
【０００４】
そこで、共通電極の電気的高抵抗化を防止するために、光導電層全体を高強度で圧縮し、光導電層の全表層部を平坦化すると共に、内層部も圧縮する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−２０９２３８号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２００４／０１９５５１３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、共通電極の電気的高抵抗化を防止するために、金属ハロゲン化物からなる光導電層の表層部を平坦化すると、光導電層を厚くしたにも拘らず、暗電流が増加し、放射線の検出感度が劣化する場合がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、放射線の検出感度を向上させることができる放射線検出器の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る放射線検出器の製造方法は、放射線を検出するための放射線検出器の製造方法であって、複数の画素電極を有する信号読出し基板上に、金属ハロゲン化物からなる光導電層を厚さ１００μｍ以上に結晶構造を有するように成膜する工程と、光導電層の内層部の結晶構造を維持しつつ、光導電層の表層部を平坦化する工程と、平坦化された表層部上に、共通電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
この放射線検出器の製造方法では、金属ハロゲン化物からなる光導電層を厚さ１００μｍ以上に結晶構造を有するように成膜した後、光導電層の内層部の結晶構造を維持しつつ、光導電層の表層部を平坦化する。これは、金属ハロゲン化物からなる光導電層の表層部を単に平坦化しただけでは、金属ハロゲン化物の結晶の脆さに起因して光導電層の内層部の結晶構造が潰れ、その結果、暗電流が増加し、放射線の検出感度が劣化する、という新たな知見に基づくものである。従って、この放射線検出器の製造方法よれば、光導電層の表層部の平坦化により共通電極の電気的高抵抗化が防止されるばかりか、金属ハロゲン化物からなる光導電層が１００μｍ以上と十分な厚さを有し、且つ光導電層の内層部の結晶構造が維持されるので、放射線の検出感度が向上した放射線検出器を製造することが可能となる。
【０００９】
本発明に係る放射線検出器の製造方法においては、共通電極は、平坦化された表層部上に、導電性材料からなる接触補助層を介して形成されることが好ましい。このように、光導電層の表層部上に接触補助層を形成することで、凹凸の度合いが更に緩和されるため、共通電極の連続性を向上させて、共通電極の電気抵抗値をより低くすることが可能となる。なお、導電性材料とは、導体だけでなく半導体を含む意味である。
【００１０】
このとき、導電性材料は、ダイヤモンドライクカーボンであることが好ましい。ダイヤモンドライクカーボンには放射線を吸収し難いという特性があることから、放射線の検出感度の劣化を防止することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、放射線の検出感度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
図１は、本発明に係る放射線検出器の平面図であり、図２，３は、それぞれ図１のII−II線、III−III線に沿っての断面図である。図１〜３に示されるように、放射線検出器１は、前方（図２，３において上方）から入射するＸ線（放射線）を検出するための装置であって、信号読出し基板２を備えている。信号読出し基板２は、絶縁材料（例えば、ガラス）からなる矩形状の基板３の前面３ａに画定された矩形状の有効画素領域Ｒに、多数の画素ユニット４が２次元マトリックス状に配列されて構成されている。前方（すなわち、基板３の厚さ方向）から見た場合に基板３の前面３ａにおいて有効画素領域Ｒを包囲する外縁領域には、基板３の１辺に沿うように複数のボンディングパッド５が形成されている。更に、同外縁領域には、対向する基板３の２辺のそれぞれに沿うように複数のボンディングパッド６が形成されている。
【００１４】
図４は、図１の放射線検出器の概念図である。図４に示されるように、各画素ユニット４は、電荷を収集するための画素電極７、画素電極７に収集された電荷を蓄積するための蓄積キャパシタ８、及び蓄積キャパシタ８に蓄積された電荷を読み出すためのスイッチング素子９を有している。これにより、信号読出し基板２においては、多数の画素電極７が基板３の前面３ａに２次元マトリックス状に配列されることになる。なお、スイッチング素子９は、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）であり、基板３がシリコンからなる場合には、例えばＣ−ＭＯＳトランジスタである。
【００１５】
各スイッチング素子９は、信号線１１によってボンディングパッド５（図２参照）と電気的に接続されており、更に、スイッチング素子９のＯＮ／ＯＦＦを行うゲートドライバ１２とフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）等によって電気的に接続されている。また、各蓄積キャパシタ８は、スイッチング素子９を介して信号線１３によってボンディングパッド６（図３参照）と電気的に接続されており、更に、蓄積キャパシタ８に蓄積された電荷を増幅するチャージアンプ１４とＦＰＣ等によって電気的に接続されている。
【００１６】
図１〜３に示されるように、基板３の前面３ａには、画素電極７及びボンディングパッド５，６の前面が露出し、且つ信号線１１，１３等が埋設されるように、絶縁材料からなる平坦化膜１６が形成されている。信号読出し基板２の前面２ａには、Ｘ線を吸収して信号電荷に変換する光導電層１７が形成されている。光導電層１７は、前方から見て有効画素領域Ｒを含むように（すなわち、全ての画素電極７を含むように）形成されて、各画素電極７と電気的に接続されている。
【００１７】
光導電層１７は、前方から見て有効画素領域Ｒを含む矩形状の前面１７ａ、及び傾斜面である側面１７ｂを有する四角錐台状に形成されている。光導電層１７は、金属ハロゲン化物（例えば、ＰｂＩ２（ヨウ化鉛））からなり、結晶片の集合した構造である、多孔質状の結晶構造を有している。光導電層１７の前面１７ａには、前方から見て有効画素領域Ｒを含み、且つ光導電層１７の前面１７ａに含まれるように、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ：Diamond  Like  Carbon）からなる矩形状の接触補助層３０が形成されている。更に、接触補助層３０の前面３０ａには、前方から見て有効画素領域Ｒを含み、且つ接触補助層３０の前面３０ａに含まれるように、金属材料（例えば、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ａｕ）からなる矩形状の共通電極１８が形成されている。つまり、光導電層１７と共通電極１８との間には、ＤＬＣからなる接触補助層３０が形成されている。
【００１８】
対向する共通電極１８の２角のそれぞれには、金属材料（例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ）からなる給電線２２の一端が導電性接着剤３１によって接続されており、各給電線２２の他端は、電圧電源２３に接続されている。これにより、共通電極１８には、電圧電源２３から各給電線２２を介してバイアス電圧が印加されることになる。なお、各給電線２２の一端は、撮像領域を狭めることがないよう、前方から見た場合に共通電極１８において有効画素領域Ｒを包囲する外縁領域に、導電性接着剤３１によって接続されている。
【００１９】
信号読出し基板２の前面２ａには、光導電層１７を包囲するように、平坦化膜１６への接着性が良好な絶縁性樹脂（例えば、ＵＶ硬化型アクリル系樹脂）からなる矩形環状の絶縁性凸部２４が形成されている。絶縁性凸部２４の内側の領域には、光導電層１７及び共通電極１８を覆うように保護層２５が形成されている。保護層２５は、可視光の遮断によるノイズの減少、絶縁性の確保による取扱い容易性の向上、外部雰囲気中の水蒸気やガスの遮断による光導電層１７の特性劣化の防止等の効果を奏する。
【００２０】
保護層２５は、無機膜２６が有機膜２７で挟まれることにより構成されており、絶縁性凸部２４の頂部に至っている。無機膜２６は、Ｘ線の吸収が少なく、可視光を遮光する材料（例えば、アルミニウム）からなる。また、有機膜２７は、絶縁性を有し、耐湿性に優れた材料（例えば、ポリパラキシリレン樹脂（スリーボンド社製  商品名：パリレン等））からなる。なお、保護層２５の外側の縁部２５ｂが剥離するのを防止するために、絶縁性凸部２４の頂部には、絶縁性凸部２４及び有機膜２７への接着性が良好な材料（例えば、ＵＶ硬化型アクリル系樹脂）からなる絶縁性固定部材２９が矩形環状に配置され、保護層２５の外側の縁部２５ｂを覆っている。
【００２１】
以上のように構成された放射線検出器１の動作について説明する。
【００２２】
図４に示されるように、前方から光導電層１７にＸ線が入射すると、光導電層１７ではＸ線が吸収されて、吸収されたＸ線量に比例する信号電荷が生成される。このとき、共通電極１８には、電圧電源２３によってバイアス電圧Ｖｂ（５００Ｖ〜１０００Ｖ程度の高電圧）が印加されているため、光導電層１７で生成された信号電荷は、光導電層１７中を電界に沿って移動し、画素電極７に収集されて蓄積キャパシタ８に蓄積される。そして、ゲートドライバ１２によって各スイッチング素子９のＯＮ／ＯＦＦが順次行われ、各蓄積キャパシタ８に蓄積されていた電荷がチャージアンプ１４に順次読み出されて増幅され、これにより、２次元Ｘ線画像が得られることになる。
【００２３】
次に、放射線検出器１の製造方法の一例について説明する。
【００２４】
まず、信号読出し基板２を準備し、信号読出し基板２の前面２ａに、ＰｂＩ２を真空蒸着して、光導電層１７を厚さ１００μｍ以上に結晶片の集合構造となる結晶構造を有するように成膜する。これにより、ＰｂＩ２は、近接４箇所でＰｂ原子とＩ原子とが結合し、Ｉ−Ｉ層がファンデルワールスカで結合した６方晶の層状結晶となる。
【００２５】
真空蒸着による成膜においては、初期の薄膜状態で、Ｃ軸が基板上に垂直に成長し、厚さ１５μｍ以上になると、結晶片・ドメインの衝突を伴って基板に対して結晶軸が乱れる。そして、更に厚さを増すと、初期状態から９０度方向の異なる結晶片の分布が多くなる。結晶核からドメイン・結晶片へと展開して行くなかで、厚さ１００μｍ以上の光導電層１７の表面では、凹凸の度合いが大きくなる。
【００２６】
光導電層１７の形成に続いて、光導電層１７の内層部の結晶構造を維持しつつ、光導電層１７の表層部を平坦化することで、光導電層１７の表面の凹凸の度合いを緩和する。光導電層１７の表層部を平坦化する技術としては、サンドブラスト、スパッタエッチング、ローラプレス（光導電層１７の前面１７ａにおいて所定の径のローラを所定の時間転がす）、ビーズローリング（所定の径のビーズを多数用意し、光導電層１７の前面１７ａにおいて所定の時間転がす）、研磨、ＣＭＰ（Chemical  Mechanical  Polishing）、油圧プレス、冷間等方圧加圧等が挙げられる。
【００２７】
図５は、平坦化処理を施す前の光導電層の平面図であり（（ａ）５００倍、（ｂ）１０００倍）、図６は、図５の光導電層の断面図（（ａ）５００倍、（ｂ）７００倍）である。図５，６に示されるように、平坦化処理を施す前は、表層部Ｌ１（光導電層１７において外側（前側）の表層を形成する所定の厚さ（例えば、光導電層１７の厚さの５％〜１５％）の領域）及び内層部Ｌ２（光導電層１７において表層部Ｌ１を除く内側の領域）共に、結晶構造が維持されている。
【００２８】
これに対し、図７は、平坦化処理を施した後の光導電層の平面図であり（（ａ）５００倍、（ｂ）１０００倍）、図８は、図７の光導電層の断面図（（ａ）７００倍、（ｂ）１０００倍）である。図７，８に示されるように、平坦化処理を施した後は、内層部Ｌ２の結晶構造が維持されている一方で、表層部Ｌ１では、突出した結晶片の先端部が折られ、曲げられ、潰されるなどして結晶片間の隙間が埋められている。
【００２９】
なお、光導電層１７の平坦化処理に続いて、アニーリング処理を施してもよい。これにより、平坦化処理において、結晶片の先端部が折られ、曲げられ、潰されるなどして生じた応力・歪みを開放して光導電層１７における原子配列の歪みを緩和する。
【００３０】
光導電層１７の平坦化処理又はアニーリング処理に続いて、光導電層１７の前面１７ａに、ＤＬＣからなる接触補助層３０をプラズマＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）法で厚さ１μｍ〜３μｍ（より好ましくは、厚さ２μｍ）に形成する。その後、接触補助層３０の前面３０ａに共通電極１８を真空蒸着で厚さ０．５μｍ以下に形成する。つまり、共通電極１８は、平坦化された光導電層１７の表層部上に、ＤＬＣからなる接触補助層３０を介して形成される。
【００３１】
共通電極１８の形成に続いて、対向する共通電極１８の２角のそれぞれに給電線２２の一端を導電性接着剤３１によって接続する。そして、信号読出し基板２の前面２ａに、光導電層１７を包囲するように絶縁性凸部２４を形成し、絶縁性凸部２４の内側の領域に、光導電層１７及び共通電極１８を覆うように保護層２５を形成する。最後に、絶縁性凸部２４の頂部に、保護層２５の外側の縁部２５ｂを覆うように絶縁性固定部材２９を配置して、放射線検出器１を得る。
【００３２】
以上のように製造された放射線検出器１において光導電層１７の表層部をＸＲＤ（X-ray  diffraction）測定した結果について説明する。
【００３３】
図９は、光導電層の表層部における結晶配向の強度を示すグラフ（（ａ）平坦化処理を施す前、（ｂ）平坦化処理を施した後）である。図９に示されるように、平坦化処理を施す前に比べ、平坦化処理を施した後は、（００１）、（００３）、（００４）のピーク値が現れ、（１１０）のピーク値が減少している。このことから、光導電層１７の表層部で結晶片の先端部が折られ、曲げられ、潰されるなどして結晶片間の隙間が埋められ、表層部が平坦化させられると共に、基板３の前面３ａに平行な断面において、内層部よりも高密度化・大面積化（所定の単位領域当たりの表面積が大面積化）させられていること、及び表層部においても完全に結晶構造が失われたわけではないことが分かる。
【００３４】
ここで、放射線検出器１の光導電層１７の厚さについて説明する。
【００３５】
表１は、光導電層１７の厚さと共通電極１８の電気抵抗値との関係を示す表である。表１に示されるように、光導電層１７の厚さが９３μｍ以下であるときは、平坦化処理有りの場合（光導電層１７の表層部に平坦化処理を施して共通電極１８を形成した場合）も、平坦化処理無しの場合（光導電層１７の表層部に平坦化処理を施さずに共通電極１８を形成した場合）も共通電極１８において導通が取られている。しかしながら、光導電層１７の厚さが１０９μｍ以上であるときは、平坦化処理有りの場合は共通電極１８において導通が取られているが、平坦化処理無しの場合は共通電極１８において導通が取られていない。
【表１】
2010118602.tif 000003
【００３６】
表２は、光導電層１７の厚さが１０９μｍである場合における平坦化処理の有無とＸ線の検出感度との関係を示す表である。表２に示されるように、光導電層１７の表層部に平坦化処理を施して共通電極１８において導通が取られている場合は、光導電層１７の表層部に平坦化処理を施さずに共通電極１８において導通が取られていない場合に比べ、Ｘ線の検出感度が向上している。なお、光導電層１７の表層部に平坦化処理を施さずに共通電極１８において導通が取られていない場合は、測定結果が光導電層１７の厚さに依存しないため、光導電層１７の厚さが１０９μｍである場合の測定結果のみを示す。
【表２】
2010118602.tif 000004
【００３７】
表３は、平坦化処理有りの場合における光導電層１７の厚さとＸ線の検出感度との関係を示す表である。表３に示されるように、光導電層１７が厚くなるほどＸ線の検出感度が向上している。
【表３】
2010118602.tif 000005
【００３８】
以上により、光導電層１７を厚さ１００μｍ以上に結晶構造を有するように成膜した場合において、光導電層１７の内層部の結晶構造を維持しつつ、光導電層１７の表層部を平坦化したときに、Ｘ線の検出感度を向上させ得ることが分かる。
【００３９】
以上説明したように、放射線検出器１の製造方法においては、ＰｂＩ２からなる光導電層１７を厚さ１００μｍ以上に結晶構造を有するように成膜した後、光導電層１７の内層部の結晶構造を維持しつつ、光導電層１７の表層部を平坦化し、平坦化された表層部上に、ＤＬＣからなる接触補助層３０を介して共通電極１８を形成する。これにより、光導電層１７の表層部における凹凸の度合いが緩和されて、共通電極１８の不連続化・電気的高抵抗化や光導電層１７への電界印加が不均一になることによる感度の不均一化が防止されるばかりか、ＰｂＩ２からなる光導電層１７が１００μｍ以上と十分な厚さを有し、且つ光導電層１７の内層部の結晶構造が維持されるので、Ｘ線の検出感度が向上した放射線検出器１を製造することが可能となる。しかも、ＤＬＣにはＸ線を吸収し難い（Ｘ線を透過し易い）という特性があることから、光導電層１７と共通電極１８との間に接触補助層３０を介在させても、Ｘ線の検出感度の劣化を防止することが可能となる。
【００４０】
図１０は、光導電層の内層部の結晶構造が維持されるように光導電層の表層部を平坦化した場合（すなわち、上述した放射線検出器１の製造方法を実施した場合）におけるＸ線照射時・非照射時とＸ線の検出感度・暗電流との関係を示すグラフであり、図１１は、光導電層の内層部の結晶構造が潰れるように光導電層の表層部を平坦化した場合（すなわち、上述した特許文献２記載の技術を実施した場合）におけるＸ線照射時・非照射時とＸ線の検出感度・暗電流との関係を示すグラフである。図１０に示されるように、光導電層の内層部の結晶構造が維持されていると、Ｘ線照射時におけるＸ線の検出感度の立上がりが鋭くなり、しかも、Ｘ線非照射時における暗電流が１０ｐＡ／ｍｍ２未満に抑えられる。これに対し、図１１に示されるように、光導電層の内層部の結晶構造が潰れていると、Ｘ線照射時におけるＸ線の検出感度の立上がりが鈍くなり、しかも、Ｘ線非照射時における暗電流が１００ｐＡ／ｍｍ２にまで増加してしまう。つまり、光導電層の表層部を平坦化して共通電極の不連続化・電気的高抵抗化を防止しても、光導電層の内層部の結晶構造が潰れていると、放射線検出器として十分に機能し得ないといえる。
【００４１】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
【００４２】
例えば、放射線検出器は、Ｘ線を検出するためのものに限定されず、γ線等、他の電磁波を検出するためのものであってもよい。また、光導電層の材料は、ＰｂＩ２に限定されず、ＨｇＩ２（ヨウ化水銀）、ＢｉＩ３（ヨウ化ビスマス）、ＴｌＢｒ（臭化タリウム）等、他の金属ハロゲン化物であってもよい。そして、光導電層の成膜は、真空蒸着に限定されず、近間隔昇華法（close-spaced  sublimation）、ＰＩＢ法（particle-in-binder）、スプレー熱分解法（spray  Pyrolysis  process）、湿式塗布法（wet  coating  process）等によって行われてもよい。また、接触補助層の材料は、ＤＬＣに限定されず、ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）、ａ−ＳｉＣ（アモルファスシリコンカーバイド）、Ａｌｑ３（トリス（８−キノリノラト）アルミニウム）等、他の導電性材料であってもよい。なお、信号読出し基板に対する光導電層の形成、光導電層に対する接触補助層の形成、及び接触補助層に対する共通電極の形成は、直接的に行われる場合だけでなく、何らかの層を介して間接的に行われる場合もある。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る放射線検出器の平面図である。
【図２】図１のII−II線に沿っての断面図である。
【図３】図１のIII−III線に沿っての断面図である。
【図４】図１の放射線検出器の概念図である。
【図５】平坦化処理を施す前の光導電層の平面図である。
【図６】図５の光導電層の断面図である。
【図７】平坦化処理を施した後の光導電層の平面図である。
【図８】図７の光導電層の断面図である。
【図９】光導電層の表層部における結晶配向の強度を示すグラフである。
【図１０】光導電層の内層部の結晶構造が維持されるように光導電層の表層部を平坦化した場合におけるＸ線照射時・非照射時とＸ線の検出感度・暗電流との関係を示すグラフである。
【図１１】光導電層の内層部の結晶構造が潰れるように光導電層の表層部を平坦化した場合におけるＸ線照射時・非照射時とＸ線の検出感度・暗電流との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
１…放射線検出器、２…信号読出し基板、７…画素電極、１７…光導電層、１８…共通電極、３０…接触補助層
【図１】
2010118602.tif 000006
【図２】
2010118602.tif 000007
【図３】
2010118602.tif 000008
【図４】
2010118602.tif 000009
【図９】
2010118602.tif 000010
【図１０】
2010118602.tif 000011
【図１１】
2010118602.tif 000012
【図５】
2010118602.tif 000013
【図６】
2010118602.tif 000014
【図７】
2010118602.tif 000015
【図８】
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