(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線入射側に配された、Ｘ線を吸収し電荷を励起するための金属層と、該金属層の前記Ｘ線入射側と反対側の表面に設けられた絶縁層と、からなる積層と、
該積層の前記Ｘ線入射側とは反対側に設けられた前記絶縁層の前記Ｘ線入射側とは反対側の表面に設けられた半導体層と、
を有するＸ線検出素子が二次元に配されたＸ線検出部を有するＸ線検出装置であって、
前記金属層と前記絶縁層との間に該金属層に入射したＸ線で励起された電子が越えることができ、且つ、前記Ｘ線より長い波長の電磁波で励起された電子が越えることができないバリアハイトを有し、
前記積層の組の数が２以上であり、各前記組の金属層及び絶縁層は夫々同じ材質で形成されているＸ線検出装置。
【請求項２】
前記金属層がタングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）、タンタル（Ｔａ）、鉛（Ｐｂ）からなる群から選択される少なくとも一つの原子を有する材料からなる請求項１に記載のＸ線検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載のＸ線検出装置において、前記絶縁層はシリコンを母体とし、窒素、炭素及び酸素からなる群より選択された少なくとも一種の原子を含有する非晶質材料を有するＸ線検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載のＸ線検出装置において、前記非晶質材料は水素化及び／又はハロゲン化アモルファス窒化シリコン膜、水素化及び／又はハロゲン化アモルファスシリコンカーボン膜、水素化及び／又はハロゲン化アモルファスシリコン酸化膜からなる群から選択される少なくとも１つを有するＸ線検出装置。
【請求項５】
請求項１に記載のＸ線検出装置において、前記絶縁層は、シリコン酸化膜又は金属酸化膜を有するＸ線検出装置。
【請求項６】
請求項１に記載のＸ線検出装置において、前記半導体層は非単結晶半導体を有するＸ線検出装置。
【請求項７】
請求項６に記載のＸ線検出装置において、前記非単結晶半導体はアモルファスシリコンを含むＸ線検出装置。
【請求項８】
請求項１に記載のＸ線検出装置において、前記半導体層はｉ型半導体層を有するＸ線検出装置。
【請求項９】
請求項１に記載のＸ線検出装置において、前記半導体層は前記絶縁層とは反対側にｎ+ 層と接しているＸ線検出装置。
【請求項１０】
請求項１に記載のＸ線検出装置において、前記半導体層は前記絶縁層とは反対側で電極とオーミックコンタクトしているＸ線検出装置。
【請求項１１】
請求項１に記載のＸ線検出装置において、前記半導体層はｉ型層領域とｎ型層領域を有するＸ線検出装置。
【請求項１２】
請求項１に記載のＸ線検出装置において、前記半導体層はｐ型層領域、ｉ型層領域、ｎ型層領域を絶縁層側から有するＸ線検出装置。
【請求項１３】
請求項１に記載のＸ線検出装置において、前記半導体層にオーミックに接続された一対の電極を有するＸ線検出装置。
【請求項１４】
請求項６に記載のＸ線検出装置において、前記非単結晶半導体はシリコン原子を有するＸ線検出装置。
【請求項１５】
請求項７に記載のＸ線検出装置において、前記アモルファスシリコンは水素化アモルファスシリコンであるＸ線検出装置。
【請求項１６】
請求項１に記載のＸ線検出装置において、前記絶縁層は少なくとも５００Åの厚さを有するＸ線検出装置。
【請求項１７】
請求項１に記載のＸ線検出装置において、前記金属層が前記Ｘ線を発生するＸ線発生管のターゲット材料と同じ材料を有するＸ線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＸ線検出装置に係わり、特に医療診断用Ｘ線装置、金属材料などのＸ線透過試験装置、欠陥検出装置、空港などで使われるＸ線手荷物検査装置、Ｘ線回折装置、Ｘ線分析装置、Ｘ線厚み測定装置、Ｘ線応力測定装置などのＸ線に感度を有するＸ線検出装置に関する。
【０００２】
【関連技術】
近年電磁波、なかでもＸ線を利用したさまざまな応用機器が使われている。たとえば医療用機器（胸部、胃部などのＸ線撮像装置）、金属材料のＸ線欠陥検出器、空港などで使われるＸ線手荷物検査器、Ｘ線回折装置、Ｘ線分析装置などがＸ線の持つ透過、回折、吸収、散乱などの特性を利用して広く使用されている。
【０００３】
一例として従来の医療用に使われているＸ線装置の構成の一例を図１６（ａ）に示す。９０１はＸ線発生管、９０２は撮影の対象物、９０３はＸ線を可視光に変換する蛍光体、９０４はＸ線フィルムを示す。これは胸部Ｘ線撮像装置などの静止画を撮影する場合の装置である。また、別の一例を図１６（ｂ）に示す。図１６（ｂ）では胃部Ｘ線撮像装置などの動画を撮像する例を示す。９０１はＸ線発生管、９０２は撮影の対象物、９０３はＸ線を可視光に変換する蛍光体、９０５は可視光をセンサ上に結像させるための光学系、９０６はＣＣＤなどの撮像素子を用いた２次元の光センサである。この光学系とＣＣＤを用いた２次元光センサのところに、テレビカメラを設置し撮像する方法も現在実用化されている。これらの従来の方法でＸ線を検出するには、銀塩フィルムをＸ線で露光させたり、蛍光体で銀塩フィルムをはさみ、Ｘ線とＸ線があたることで蛍光体から発する蛍光により露光させたりして感度を増してＸ線像を得ていた。またＸ線を蛍光体に当て、蛍光体によりＸ線を可視光に変換し、その光を光学系を用いて、光センサ、例えばＣＣＤを用いた光センサ上に結像させ、Ｘ線像を得たり、テレビカメラで撮像したりしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記銀塩フィルムを使う方法では、繊細な画像が得られ、またＸ線の当たる部位とフィルム面が１対１に対応するので単に検体の、Ｘ線源と反対側にフィルムカセットを設置すればよく、システムの構造が簡単になるという利点があった。しかしながらこの方法ではリアルタイムでＸ線画像が手にできず、また動画も得られない。さらに得られた画像を画像処理して利用することも難しく、利用範囲が限定される。
【０００５】
一方、光センサを用いる方法ではリアルタイムに画像を得られ、動画も得られ画像処理することで、様々な情報を得る事ができる。しかしながら従来の光センサやテレビカメラを用いた方法では、大面積の画像を一度に得るためには特殊な縮小光学系が必要となったり、システム全体が大がかりになったりし、コストも莫大なものになる。その結果大きな病院でしか、このような診断検査装置が使えないという現状があった。さらに蛍光体を用いて、Ｘ線を一度可視光に変換するので、Ｘ線の利用効率が悪く、可視光の照度が小さいため得られた画像が暗い。医療現場のように弱いＸ線しか使えないところでは、より一層の高効率化が望まれるところである。
【０００６】
ところで、これまでに蛍光体を用いずにＸ線を検出するセンサがいくつか考案されている。たとえば１９８５年度応用物理学会春季講演会では水素化アモルファスシリコンを用いて、ｐｉｎ型センサ、光導電型センサを作成し、これで直接Ｘ線を検出する試みが発表されている。しかしながら水素化アモルファスシリコンはＸ線に対する感度が低く、このままでは現実に利用するのが難しい。そこで実用的には、蛍光体をセンサ上に設けることで実質的に感度を２〜３桁稼いでいる（予稿集２９ａ−Ｕ−７）。
【０００７】
またＹ．ＮＡＲＵＳＥ等は、金属層でＸ線を吸収させ、ここで発生した光電子を水素化アモルファスシリコン層に導き検出する試みをしている（Ｉｎｔ．Ｃｏｎｆ．ｏｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｓｅｎｎｓｏｒ＆Ａｃｔｕａｔｏｒｓ、Ｔｏｋｙｏ，ｐ２６２，１９８７）。光電効果を利用して、Ｘ線感度を増加させているところは秀逸であるが、しかしこの構造では後述するように暗電流が大きいので、たとえば感度的により厳しい条件（Ｘ線量が少ない医療用装置）では大きな問題になる。
【０００８】
このようにより一層の高感度化をめざしていろいろ試みられているが、以上述べてきた問題が解決されたとは言い難く、またこういった問題は医療用に限らず、あらゆるＸ線装置に代表される電磁波検出装置に共通のものであり、今後解決の期待されるものであった。
【０００９】
（発明の目的）
本発明は上記問題点を解消するＸ線検出装置を提供することを目的とする。
【００１０】
又、本発明は動画をリアルタイムで得るために使用することができるＸ線検出装置を提供することを目的とする。
【００１１】
更に本発明は検出されたＸ線情報を画像処理して利用することができるＸ線検出装置を提供することも目的とする。
【００１２】
加えて本発明は特別な縮小光学系を使用せず、従来のフィルムカセットに代えて使用することが可能なＸ線検出装置を提供することを目的とする。
【００１３】
又本発明は安価で高機能化が可能なＸ線検出装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、従来の銀塩フィルム、ＣＣＤ等のセンサに置き替わる、まったく新しい方法によるＸ線検出装置を提供するものである。
【００１５】
即ち、本発明は、Ｘ線入射側に配された、Ｘ線を吸収し電荷を励起するための金属層と、該金属層の前記Ｘ線入射側と反対側の表面に設けられた絶縁層と、からなる積層と、該積層の前記Ｘ線入射側とは反対側に設けられた前記絶縁層の前記Ｘ線入射側とは反対側の表面に設けられた半導体層と、を有するＸ線検出素子が二次元に配されたＸ線検出部を有するＸ線検出装置であって、前記金属層と前記絶縁層との間に該金属層に入射したＸ線で励起された電子が越えることができ、且つ、前記Ｘ線より長い波長の電磁波で励起された電子が越えることができないバリアハイトを有し、前記積層の組の数が２以上であり、各前記組の金属層及び絶縁層は夫々同じ材質で形成されているＸ線検出装置である。
【００１６】
また本発明は、上記Ｘ線検出装置において、金属層がタングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）、タンタル（Ｔａ）、鉛（Ｐｂ）からなる群から少なくとも一つから選択された原子を有する材料からなり、絶縁層がシリコンを母体とし窒素、炭素、酸素の少なくともいずれか一種を含有する非晶質材料、たとえば水素化アモルファス窒化シリコン膜、水素化アモルファスシリコンカーボン膜、シリコン酸化膜、金属酸化膜からなる群から少なくとも一つ選択された材料からなり、半導体層が非単結晶半導体膜、好適にはシリコン含有非単結晶半導体膜、特に好適には水素化アモルファスシリコン膜を有するＸ線検出装置である。
【００１７】
また本発明は、上記Ｘ線検出装置において、半導体がｉ型水素化アモルファスシリコン膜及びｎ+ 型水素化アモルファスシリコン膜を有するＸ線検出装置である。
【００１８】
また本発明は、上記Ｘ線検出装置において、半導体がｐ+ 型水素化アモルファスシリコン膜、ｉ型水素化アモルファスシリコン膜及びｎ+ 型水素化アモルファスシリコン膜を有するＸ線検出装置である。
【００１９】
また本発明は、上記Ｘ線検出装置において、金属層がＸ線発生管のターゲット材料と同じ材料を有するＸ線検出装置である。
【００２０】
上記本発明は、銀塩フィルムを使うことでは得られない動画をリアルタイムで手にすることができ、さらに得られた画像を画像処理して、さらに利用することもできる、コンパクトなシステムを低コストで提供する事ができる。また従来のものより感度の良いＸ線検出装置を安価に作ることができ、いろいろなＸ線利用のＸ線検出装置として利用できるようになる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
まず、本発明のＸ線検出装置の原理について簡単に説明する。
【００２２】
図３（ａ）は検出素子の模式的断面図で、８０１は金属層、８０２はｉ型水素化アモルファスシリコン層のような半導体層、８０３はｎ+ アモルファスシリコン層のようなオーミックコンタクト層、８０４は金属層である。これら各層が順次積層され、電磁波は図中矢印で示される方向、すなわち、半導体層８０２と接している金属層８０１側から入射する。
【００２３】
図３（ｂ）は図３（ａ）に示される構成の場合の模式的エネルギーバンド図である。図中８０１は金属層、８０２は半導体層、８０３はｎ+ 半導体層、８０４は電極層である。本発明に係わるＸ線検出装置のＸ線検出の原理をまず説明する。金属層８０１と半導体層８０２では一般に仕事関数が異なり、これらを接触させると、その仕事関数の差が生じる。これがいわゆるバリアハイトφｂである。この金属層８０１にエネルギーε＝ｈν≧φｂの光が入射する場合を考える。金属層８０１に入射した光は金属層中の伝導帯の電子を励起する。光のエネルギーが十分大きい場合には伝導帯ばかりでなく、内殻電子をも励起する。これらの電子はε＝ｈνのエネルギーをもらって金属層から飛び出す。これが光電効果である。この場合、電子はバリアハイトφｂ以上のエネルギーを持っているので飛び出した電子はこのバリアを越えて半導体層８０２側に注入される。これを外部から観測すると、電流として検出できる。
【００２４】
図４に金属層にタングステン、半導体層にシリコンを用いた場合の光電効果特性の一例を示す。横軸は入射した光のエネルギーを示す。縦軸は電流に対応する量である。
【００２５】
入射フォトン数を一定とし、波長を変えてつまりエネルギーを変えて測定している。入射する光のエネルギーがφｂを越えると上記の原理から、電流が流れ始める。よって図４中Ａ点はφｂに対応し、０．６５Ｖとなる。実際のＸ線検出装置ではＸ線の波長を変化させて強度を一定にして使う場合、Ｘ線の波長を一定に保って、強度を変化させて利用する場合などがある。
【００２６】
たとえば金属層にタングステン、半導体に水素化アモルファスシリコン層を用いても同様の効果が得られるが、水素化アモルファスシリコン層の場合、膜中の欠陥が多いため金属層と水素化アモルファスシリコン層の界面では、この欠陥を介したトンネルリーク電流が流れ易い。
【００２７】
そこで本発明者等は、さらにこの問題を解決すべく、図１（ｂ）に示すエネルギーバンド構造を考えた。図中、１０２は金属層、１０３は絶縁層、１０４は半導体層、１０５はｎ+ 半導体層、１０６は電極層である。金属層１０２と半導体層１０４の間に、例えば水素化アモルファス窒化シリコン層のような充分広いエネルギーバンドギャップの層を挟み、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ／Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ／Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造とする。金属層１０２と水素化アモルファス窒化シリコン層１０３のバリアハイトφｂは２から３ｅＶ程度と十分あり、またこの厚さを適当に選べば、トンネルリーク電流を非常に低く抑えることができる。Ｘ線のような高エネルギー線の検知に用いる場合、このバリアハイトは極力高い方が望ましい。通常であればこのＭＩＳ構造に紫外線までの光を当てても、光のエネルギーがこのバリアハイトより低いため、光電効果による電流は流れない。つまり紫外線以下のエネルギーの光に対しては、感度はほとんどない。しかしながらＸ線はエネルギーが非常に高いので、Ｘ線で励起された電子はこのバリアハイトを飛び越すに十分なエネルギーを持ち得る。この電子は半導体層へ入り、光電流として検出することができる。つまりこの構造でＸ線に対しては感度を持つのである。この考えを適用することにより、蛍光体を必要とせず、Ｘ線を直接、感度良く、さらにＳ／Ｎの非常に良く検出するＸ線検出装置を作り出すことができた。
【００２８】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
（実施例１）
本発明のＸ線検出装置の好適な一例を図１（ａ）に示す。本実施例では単体のＸ線検出装置を示す。図１（ａ）に示した模式的断面構造を有する装置の構造及び製造方法について説明する。
【００２９】
洗浄したガラス基板上１０１上に、まず金属層１０２としてタングステンを１μｍスパッター法により成膜する。この金属層１０２がＸ線の吸収層となるので（図中Ｘは入射Ｘ線を示す。）、材料としてはタングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）、タンタル（Ｔａ）、鉛（Ｐｂ）などの原子量の重い元素からなるＸ線吸収係数の大きいものを選ぶ。本実施例ではタングステンを使った。次にＳｉＨ4 、ＮＨ3 、Ｈ2 を用い絶縁層１０３として水素化アモルファス窒化シリコン膜をプラズマＣＶＤ法により５００Å堆積する。水素化アモルファス窒化シリコンはバンドギャップが５ｅＶ近くあり、金属との間に十分なバリアハイトを形成することができる。充分高いバリアハイトが作れれば、基本的にどういう絶縁物を持ってきても良い。
【００３０】
例えば、水素化アモルファス窒化シリコン膜の他に、水素化アモルファスシリコンカーボン膜、水素化アモルファスシリコン酸化膜、シリコン酸化膜、酸化アルミニウム等の金属酸化膜を用いることができる。また、水素化以外にもたとえばフッ素のようなハロゲン原子でハロゲン化（好ましくはフッ素化）したものであってもよく、所望の特性の膜が得られるのであれば必ずしも水素化やハロゲン化が行なわれなくともよい。加えて、窒素、炭素、酸素はそれらが単独にあるいはそれらから選択された２種以上の原子を含有するのであってもよい。この点については、後述する好ましい別の実施例でも同様である。
【００３１】
次に半導体層１０４として非単結晶半導体層、たとえばｉ型又は実質的ｉ型水素化アモルファスシリコン層を原料ガスとしてたとえばＳｉＨ4 、Ｈ2 を用いプラズマＣＶＤ法によりたとえば１０００Å堆積し、さらに原料ガスとしてたとえばＳｉＨ4 、ＰＨ3 、Ｈ2 を用い半導体層と電極とをオーミック接続するｎ+ 型水素化アモルファスシリコン層１０５をプラズマＣＶＤ法により５００Å堆積する。一連の水素化アモルファスシリコン系の材料を用いると同じ装置を用いて容易に作製することができる。またプラズマＣＶＤ方法は大面積でかつ均一な膜作製ができることから、大面積なＸ線検出装置を安価に作る場合には非常に有利である。
【００３２】
最後にアルミニウム電極１０６をスパッター法により１μｍ堆積する。本実施例ではＸ線吸収層であるタングステン金属層１０２をまず最初に形成したが、金属層と絶縁層と半導体層が接していればよいので上述とは逆に、アルミニウム金属層から成膜し、最後にタングステン金属層で終わる製造工程も可能である。
【００３３】
このようにして作成した本実施例のエネルギーバンド構造を図１（ｂ）に示す。図１（ｂ）中、φｂは金属と水素化アモルファス窒化シリコンのバリアハイトである。本実施例の条件ではφｂは２．５ｅＶである。図中、Ｅｇ（ＳｉＮ）は水素化アモルファス窒化シリコンのバンドギャップである。図中、Ｅｇ（Ｓｉ）は水素化アモルファスシリコンのバンドギャップである。図中Ｘは入射Ｘ線を示す。今回この単体Ｘ線検出装置の特性を評価するために、Ｘ線発生管としてタングステンターゲットのクーリッジ管を使った。管電圧は１４０ＫＶとし管電流をかえることにより、Ｘ線照射線量率を変化させた。Ｘ線としては連続Ｘ線、タングステンの特性Ｘ線を利用する。Ｘ線管のターゲットはＸ線検出装置の金属層１０２と同じ材料とした。これは、タングステンの特性Ｘ線の吸収効率を良くし、このとき励起される電子によるオージェ過程を通してのオージェ電子の放出を効率良くさせるためである。単純な光電効果による光電子とオージェ過程を含む光電効果による光電子を利用でき、感度の向上が期待される。管電圧を一定とすることにより、連続Ｘ線の最短波長は一定である。Ｘ線検出時にタングステン側が負に、アルミニウム側が正に、更にｉ型アモルファスシリコン層内の電界強度が適度になるように外部からバイアス電圧を加えた。Ｘ線照射線量率はあらかじめＸ線照射線量計で、Ｘ線検出装置面上での値を測定した。この構造でのトンネルリーク電流は１０-13 Ａ程度と非常に低く抑えることができた。蛍光体を必要とせず、Ｘ線を直接、感度良く検出するＸ線検出装置を作り出すことができた。
【００３４】
図２に本実施例でのＸ線検出特性をＡで示す。図２は横軸にＸ線照射線量率、縦軸に単位面積当たりの出力電流を示す。図２から明かなようにＸ線照射線量率と出力電流はほぼ３桁から４桁のレンジにわたり良好な直線性を示した。
（実施例２）
金属層の厚さが厚ければ、Ｘ線の吸収率が上がる。しかし金属層の厚さを厚くし過ぎるとＸ線の光電効果により金属層中に発生したキャリアが半導体に届くまで距離があり、半導体層へ届くまえに再結合する割合が増え、結局半導体層への注入効率が下がる。この場合金属層の膜厚には最適値がある。そこで金属層を最適膜厚で設計し、これを多層に重ねることにより、Ｘ線の利用効率をより一層向上させ、また半導体へのキャリアの注入効率を向上させることができる。
【００３５】
実施例１では、金属層と絶縁層の組Ｍ＝１の場合について説明してきたが本実施例では、Ｍ＝２の場合について説明する。もちろんＭは２以上（Ｍ≧２）であってよい。図５（ａ）にＭ＝２の場合、つまり金属層１０２と絶縁層１０３の組を２組積層した場合を示す。他の構成部分は実施例１の図１（ａ）と同じである。この形態に対応するエネルギーバンド構造を図５（ｂ）に示す。
【００３６】
金属層１０２と絶縁層１０３を２組積層することにより、第１の金属層に入射し、かつ透過したＸ線を第２の金属層で吸収させることにより、同じ原理から光電子を放出する。こうすることにより、Ｘ線の利用効率を高め、その結果Ｘ線検出装置の感度を上げることができる。この場合何組積層するかはＸ線の入射強度、光電子の半導体層への注入効率等によって設計的事項として最適積層数が決定される。この場合も、Ｘ線の入射により発生したキャリア（電子）は絶縁層を越えて半導体層中へ所望量注入できるように設計される。
【００３７】
また、図５（ｂ）においては、金属層１０２、絶縁層１０３に全く同一材からなるものを用いたが、金属層と絶縁層の間のバリアハイトφｂ、また絶縁層のバンドギャップＥｇを各組で最適にするために、金属層、絶縁層の材料をそれぞれの組で変えて構成することもできる。
【００３８】
本実施例では簡単のため単体の形態で作成し、評価したが、後述するように画素分割しても良く、またいろいろな形に加工して用いることも可能である。
（実施例３）
実施例３の検出装置の概略的断面図を図６（ａ）に示す。本実施例ではｐｉｎ構造の内部電界型とした。本実施例では単体のＸ線検出装置を示す。図に示した本実施例の構造及び製造方法について説明する。
【００３９】
洗浄したガラス基板２０１上に、まず金属層２０２としてタングステンを１μｍスパッター法により成膜する。この金属層２０２がＸ線の吸収層となるので、材料としてはタングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）、タンタル（Ｔａ）、鉛（Ｐｂ）などの原子量の重い元素からなるＸ線吸収係数の大きいものを選ぶ。本実施例ではタングステンを使った。次に原料ガスとしてＳｉＨ4 、ＮＨ3 、Ｈ2 を用い絶縁層２０３として水素化アモルファス窒化シリコン膜をプラズマＣＶＤ法により５００Å堆積する。水素化アモルファス窒化シリコンはバンドギャップが５ｅＶ近くあり、金属との間に十分なバリアハイトを形成することができる。充分高いバリアハイトが作れれば、基本的にどういう絶縁物を持ってきても良い。次に、ｐ+ 型水素化アモルファスシリコン層２０４をＳｉＨ4 、Ｂ2 Ｈ6 、Ｈ2 を用いプラズマＣＶＤ法により２００Å堆積する。本実施例の特徴はｐ+ 型層であり、これとｎ+ 型層により、実施例１と違って、ｉ型半導体層中に内部電界を作り出すことができる。この内部電界によりキャリアを効率良く電極へ移動させ、さらに感度向上をはかることができる。この次にｉ型半導体層２０５としてｉ型水素化アモルファスシリコン層を原料ガスとしてＳｉＨ4 、Ｈ2 を用いプラズマＣＶＤにより１０００Å堆積し、さらに原料ガスとしてＳｉＨ4 、ＰＨ3 、Ｈ2 を用いｎ+ 型水素化アモルファスシリコン層２０６をプラズマＣＶＤ法により５００Å堆積する。一連の水素化アモルファスシリコン系の材料を用いると同じ装置を用いて容易に作成することができ、また大面積均一な膜作成ができることから、大面積なＸ線検出装置を安価に作る場合には非常に有利である。最後にアルミニウム電極層２０７をスパッター法により１μｍ堆積する。本実施例ではＸ線吸収層であるタングステン金属層をまず最初に形成したが、金属層と絶縁層と半導体層が接していればよいので、アルミニウム金属層から成膜し、最後にタングステン金属層で終わる製造工程も可能である。
【００４０】
このようにして作成した本実施例のエネルギーバンド構造を図６（ｂ）に示す。図中φｂは金属と水素化アモルファス窒化シリコンのバリアハイトである。本実施例の条件ではφｂは２．５ｅＶである。図中Ｘは入射Ｘ線を示す。今回この単体Ｘ線検出装置の特性を評価するために、本実施例でもＸ線発生管としてタングステンターゲットのクーリッジ管を使った。管電圧は１４０ＫＶとし管電流をかえることにより、Ｘ線照射線量率を変化させた。Ｘ線としては連続Ｘ線、タングステンの特性Ｘ線を利用する。Ｘ線管のターゲットはＸ線検出装置の金属層２０２と同じ材料とした。これは、タングステンの特性Ｘ線の吸収効率を良くし、このとき励起される電子によるオージェ過程を通してのオージェ電子の放出を効率良くさせるためである。単純な光電効果による光電子とオージェ過程を含む光電効果による光電子を利用でき、感度の向上が期待される。管電圧を一定とすることにより、連続Ｘ線の最短波長は一定である。Ｘ線検出時にタングステン側が負に、アルミニウム側が正に、更にｉ型アモルファスシリコン層内の電界強度が適度になるように外部からバイアス電圧を加えた。Ｘ線照射線量率はあらかじめＸ線照射線量計で、Ｘ線検出装置面上での値を測定した。この構造でもトンネルリーク電流は１０-13 Ａ程度と非常に低く抑えることができた。さらにこの構造では半導体内に内部電界が形成されており、この空乏領域でのキャリアの再結合を低く抑えることができ、より感度を上げることができた。蛍光体を必要とせず、Ｘ線を直接、感度良く検出するＸ線検出装置を作り出すことができた。
【００４１】
図２に本実施例でのＸ線検出特性をＢで示す。横軸にＸ線照射線量率、縦軸に単位面積当たりの出力電流を示す。図から明かなようにＸ線照射線量率と出力電流はほぼ３桁から４桁のレンジにわたり良好な直線性を示した。感度は実施例１より、上であった。
（実施例４）
実施例３では金属層と絶縁層の組の数が１つの場合、すなわちＭ＝１の場合について説明してきた。本実施例では、Ｍ≧２の場合について説明する。図７（ａ）にＭ＝２の場合、つまり金属層２０２と絶縁層２０３の組を２組積層した場合の模式的断面図を示す。他の構成部分は図６（ａ）と同じである。この形態に対応するエネルギーバンド構造を図７（ｂ）に示す。
【００４２】
金属層２０２と絶縁層２０３を２組積層することにより、第１の金属層に入射し、かつ透過したＸ線を第２の金属層で吸収させることにより、同じ原理から光電子を放出する。こうすることにより、Ｘ線の利用効率をさらに高め、その結果Ｘ線検出装置の感度をいっそう上げることができる。この場合何組積層するかはＸ線の入射強度、光電子の半導体層への注入効率等によって設計的事項として最適積層数が決定される。
【００４３】
また、図７（ｂ）においては、金属層２０２、絶縁層２０３に全く同一材からなるものを用いたが、金属層と絶縁層の間のバリアハイトφｂ、また絶縁層のバンドギャップＥｇを各組で最適にするために、金属層、絶縁層の材料をそれぞれの組で変えて構成することもできる。
【００４４】
本実施例では簡単のため単体の形態で作成し、評価したが、後述するように画素分割しても良く、またいろいろ形に加工して用いることも可能である。
（実施例５）
本実施例はＸ線検出装置が複数画素に分割され、それら画像が２次元に配されたＸ線検出装置とした場合を示す。本実施例の１画素分の模式的平面図を図８（ａ）に示す。図８（ｂ）にその模式的Ａ−Ｂ断面構造を示す。各画素は配線部を通して外部の駆動回路により駆動されて、各画素での信号は１画素ずつ外部へ読み出される。本実施例ではＸ線検出装置は各画素に分割され、各画素夫々は実施例１で述べたＭＩＳ型Ｘ線センサを用いたＸ線センサ部と配線部と蓄積コンデンサ部とセンサ駆動用薄膜トランジスタを有する。本実施例ではこれらはすべて金属層、絶縁層、半導体層の層構成を持ち、同一の材料で、同一プロセスを用いて一体的に作成することができる。本実施例ではこの利点をいかし、製作プロセスが簡略化された分、低コストの大面積の２次元Ｘ線検出装置を製作することができた。
【００４５】
図８（ａ）及び図８（ｂ）を用いて本実施例について説明する。
【００４６】
洗浄したガラス基板４０１上に、まず金属層としてタングステンを１μｍスパッターにより成膜する。この金属層がＸ線の吸収層となるので、材料としてはタングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）、タンタル（Ｔａ）、鉛（Ｐｂ）などの原子量の重い元素からなるＸ線吸収係数の大きいものを選ぶ。本実施例ではタングステンを使った。この金属層上に所望の形状のレジストパターンを作成し、エッチングにより、不要な金属層を除去した。レジストを剥離洗浄し、Ｘ線センサの下電極４０２、薄膜トランジスタのゲート電極４０３を形成した。次に原料ガスとしてＳｉＨ4 、ＮＨ3 、Ｈ2 を用い絶縁層として水素化アモルファス窒化シリコン膜４０４をプラズマＣＶＤ法により５００Å堆積する。水素化アモルファス窒化シリコンはバンドギャップが５ｅＶ近くあり、金属との間に十分なバリアを形成することができる。次に半導体層４０５としてｉ型水素化アモルファスシリコン層を原料ガスとしてＳｉＨ4 、Ｈ2 を用いプラズマＣＶＤ法により１０００Å堆積し、さらに原料ガスとしてＳｉＨ4 、ＰＨ3 、Ｈ2 を用いｎ+ 型水素化アモルファスシリコン層４０６をプラズマＣＶＤ法により５００Å堆積する。一連の水素化アモルファスシリコン系の材料を用いると同じ装置を用いて容易に作成することができ、また大面積均一な膜作成ができることから、大面積なＸ線検出装置を安価に作る場合には非常に有利である。次に所望の形状のレジストコンタクトホールパターンを作成し、ドライエッチングにより、不要な絶縁層、半導体層、ｎ+ 層を除去した。レジストを剥離洗浄し、コンタクトホールを形成した。アルミニウムをスパッター法により１μｍ堆積する。次に所望の形状のレジストパターンを作成し、エッチングにより、不要なアルミニウムを除去した。レジストを剥離洗浄し、Ｘ線センサの上電極４０７、薄膜トランジスタのソース、ドレイン電極４０８，４０９を形成した。つぎにこのアルミニウムパターンをマスクに用いて、ドライエッチングにより、薄膜トランジスタのチャネル部のｎ+ 層４０６を除去した。最後に原料ガスとしてＳｉＨ4 、ＮＨ3 、Ｈ2 を用いパッシベーション層４１０として水素化アモルファス窒化シリコン膜をプラズマＣＶＤ法により３０００Å堆積した。本実施例ではＸ線吸収層であるタングステン金属層をまず最初に形成したが、金属層と絶縁層と半導体層が接していればよいので、アルミニウム金属層から成膜し、最後にタングステン金属層で終わる製造工程も可能である。
【００４７】
この構造でのトンネルリーク電流は１０-13 Ａ程度と非常に低く抑えることができた。蛍光体を必要とせず、Ｘ線を直接、感度良く検出するＸ線検出装置を作り出すことができた。
【００４８】
本実施例での各画素でのＸ線センサのＸ線検出特性は実施例１におけるものと同様である。実施例２のセンサ構造をとってももちろん良い。しかしこの場合薄膜トランジスタと層構成が異なり、若干プロセスが複雑になる。
【００４９】
図９に１画素分の等価回路を示す。図１０は本実施例の全体回路を示す。図１１に１画素等価回路でのタイミングチャートを示す。
【００５０】
図９において、Ｓ１１はＸ線センサ、Ｔ１１は信号出力用のトランジスタ、ＴＲ１１はリフレッシュ用のトランジスタ、ＶｓはＸ線センサに印加される電圧である。図１０に示すように、画素は３×３に配列され、各画素の行方向の信号出力用のトランジスタ（Ｔ１１〜Ｔ１３、Ｔ２１〜Ｔ２３、Ｔ３１〜Ｔ３３）はシフトレジスタＳＲ１により制御され、各画素の列方向のリフレッシュ用のトランジスタ（ＴＲ１１〜ＴＲ３１、ＴＲ１２〜ＴＲ３２、ＴＲ１３〜ＴＲ３３）はシフトレジスタＳＲ２により制御される。また行方向の各画素から出力された信号はシフトレジスタＳＲ３によって制御されるスイッチＭ１〜Ｍ２によって順次選択されて出力される。
【００５１】
次に図９に示した本実施例の動作を図１１を用いて説明する。まずトランジスタＴＲ１１のゲート電極に正の電位をあたえ、ＯＮさせる。Ｘ線センサＳ１１中の残電荷はリフレッシュされる。トランジスタＴＲ１１のゲート電極に負の電位を与えＯＦＦさせる。つぎにＸ線発生管をＯＮさせて、適当な時間Ｘ線を照射する。このときＸ線量に応じた電流が流れ、コンデンサを兼ねるセンサに蓄積される。Ｘ線照射終了後、トランジスタＴ１１のゲート電極に正の電位を与え、ＯＮさせる。するとこの蓄積された電荷はトランジスタＴ１１を通して、信号として取り出される。
【００５２】
たとえば本実施例を医療用のＸ線検出装置として用いることにより、リアルタイムにＸ線画像が得られ、また動画も得られ、そのデータを画像処理することで、様々な情報を得る事ができるようになった。また特別な光学系を何等必要とせず、従来のフィルムカセット用の検出装置とすることで、使い勝手もよく、システム全体を小型軽量化する事ができ、コストも大幅に削減でき、従来高価な高級機でしか得られなかった機能をより高機能で安価な普及機装置として提供することができた。さらに蛍光体を用いず、Ｘ線を直接利用するので、Ｘ線の利用効率よく、少ないＸ線でも感度よく検出することができるようになった。
（実施例６及び実施例７）
実施例６を図１２（ａ）及び実施例７を図１２（ｂ）を用いて説明する。本実施例は薄膜トランジスタ型の典型的な構成例である。
【００５３】
本実施例では単体のＸ線検出装置であり、ＴＦＴ型センサのゲート電極をＸ線吸収材として利用し、Ｘ線の強度に応じて、ゲート電極から注入された電荷をソース・ドレイン電極間の電流として取り出す構成をとった。
【００５４】
図１２（ａ）は逆スタガー型であり、図１２（ｂ）はコプラナ型の場合である。
【００５５】
図１２（ａ）ではＸ線は基板側から照射することになり、図１２（ｂ）では基板と反対側からの照射となる。
【００５６】
図１２（ａ）においては、基板でのＸ線の吸収を抑えるために、Ｘ線吸収率の小さい樹脂基板やガラス基板等を用いる方が好適である。実施例６の図１２（ａ）に示される装置においては０．５ｍｍの厚さのガラス基板を用いた。図１２（ｂ）は基板を自由に選べる点で好適な構成である。実施例７の図１２（ｂ）に示される装置においては１ｍｍ厚のガラス基板を用いた。
【００５７】
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）において、図中１３０２はＸ線を吸収し光電変換を行い、かつゲート電極として機能する金属層である。実施例６及び７では、タングステンを用いた。この金属層としてはタングステンのほか、金（Ａｕ）、タンタル（Ｔａ）、鉛（Ｐｂ）等のＸ線吸収率の大きい金属を用いることができる。さらにこれらの合金を用いることもできる。１３０３は水素化アモルファス窒化シリコンを用いた絶縁層、１３０４は水素化アモルファスシリコンを用いた半導体層、１３０５はｎ+ 型水素化アモルファスシリコン、１３０６は信号取りだしのためのアルミニウムを用いたソース電極、１３０７はドレイン電極である。
【００５８】
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示される実施例の製造方法は、基本的な実施例１のＭＩＳ型のセンサを作成する場合と同じである。ただし、実施例６及び実施例７では、第２の電極層をＴＦＴ型センサの信号取りだしの電極として利用するため、ソース電極とドレイン電極が形成される。
【００５９】
尚、図１２（ａ）と図１２（ｂ）では各層の作成順序が逆になる部分があるが、基本的な作製は他の実施例と同じである。
【００６０】
図１３に本実施例におけるエネルギーバンド図を示す。
【００６１】
φｂ（金属と水素化アモルファス窒化シリコンのバリアハイト）は、本実施例の条件では２．５ｅＶである。
【００６２】
今回この単体Ｘ線検出装置の特性を評価するために、Ｘ線発生管としてタングステンターゲットのクーリッジ管を使った。管電圧は１４０ＫＶとし管電流２ｍＡ、２０ｍＡ、２００ｍＡと変化させ、Ｘ線照射線量率（照度）を１、１０、１００（任意単位）と変えた。Ｘ線としては連続Ｘ線、タングステンの特性Ｘ線を利用する。また管電圧を一定とすることにより、連続Ｘ線の最短波長は一定である。
【００６３】
Ｘ線検出時にタングステンゲート電極に電圧Ｖｇを、ドレイン電極側に、電圧Ｖｄを１２Ｖ印加し、ソース電極をアースとした。
【００６４】
図１４に本実施例でのＸ線検出特性を示す。横軸にゲート電圧、縦軸にドレイン電流Ｉｄを示す。Ｘ線照度を変化させるにつれ（この時の照度を１、１０、１００と一桁ずつ変化させる。ただし任意単位（Ａ．Ｕ．）である）、各ゲート電圧でのドレイン電流が照度に応じて、変化しているのが判る。
【００６５】
Ｖｇ＝−２ＶのときのＩｄのＸ線照度依存を図１５に示す。ガンマ（γ）は、ほぼ１で、照度に対して出力のリニアリティは十分得られている。
【００６６】
その結果本実施例では蛍光体を必要とせず、Ｘ線を直接、感度良く検出するＸ線検出装置を作り出すことができた。
【００６７】
本実施例では簡単なため単体の形態で作成し、評価したが、実施例５で詳述するように画素分割しても良く、またいろいろな形に加工して用いることも可能である。
【００６８】
また本実施例でも金属層の厚さを最適膜厚で設計し、これを多層に重ねることにより、Ｘ線の利用効率が上がりまた半導体へのキャリアの注入効率も上がるのでより好適である。
【００６９】
このように、半導体層の金属層と絶縁層との組を設けた側と同じ側あるいは反対側に該半導体層とオーミックに接続した少なくとも一対の電極を設けることでより最適化設計が容易になる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高感度で、銀塩フィルムを使うことでは得られない動画をリアルタイムで手にすることができ、得られた画像を画像処理して、さらに利用することもできる。
【００７１】
また特別な縮小光学系を必要とせず、従来のフィルムカセット用の検出装置に代えるだけで使用し得、使い勝手もよく、コンパクトなシステムを低コストで提供する事ができた。
【００７２】
更に従来高価な高級機でしか得られなかった機能より高機能のＸ線検出装置を安価に作ることができ、いろいろなＸ線利用のＸ線検出装置として利用できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （ａ）はＸ線検出装置の一例を説明するための概略的断面構成図、（ｂ）はＸ線検出装置の一例の概略的エネルギーバンド図である。
【図２】  本発明の一実施例の特性を説明するための図である。
【図３】  （ａ）はＸ線検出装置の一例を説明するための概略的断面構成図、（ｂ）はＸ線検出装置の一例の概略的エネルギーバンド図である。
【図４】  光電効果特性を説明するための図である。
【図５】  （ａ）はＸ線検出装置の一例を説明するための概略的断面構成図、（ｂ）はＸ線検出装置の一例の概略的エネルギーバンド図である。
【図６】  （ａ）はＸ線検出装置の一例を説明するための概略的断面構成図、（ｂ）はＸ線検出装置の一例の概略的エネルギーバンド図である。
【図７】  （ａ）はＸ線検出装置の一例を説明するための概略的断面構成図、（ｂ）はＸ線検出装置の一例の概略的エネルギーバンド図である。
【図８】  （ａ）はＸ線検出装置の一検出単位（画素）の概略的平面図、（ｂ）はＸ線検出装置の一例を説明するための概略的断面構成図である。
【図９】  Ｘ線検出装置の一検出単位の等価回路の一例を説明するための概略的回路図である。
【図１０】  検出単位をマトリクス状に配置した場合の回路の一例を説明するための概略的回路図である。
【図１１】  駆動の一例を説明するための概略的タミングチャートである。
【図１２】  （ａ）はＸ線検出装置の一例を説明するための概略的断面構成図、（ｂ）はＸ線検出装置の一例を説明するための概略的断面構成図である。
【図１３】  Ｘ線検出装置の一例の概略的エネルギーバンド図である。
【図１４】  本発明の一実施例の特性を説明するための図である。
【図１５】  本発明の一実施例の特性を説明するための図である。
【図１６】  （ａ）はＸ線撮像装置の基本構成を説明するための概略的構成図、（ｂ）はＸ線撮像装置の基本構成を説明するための概略的構成図である。
【符号の説明】
Ｘ  Ｘ線
１０１，２０１，４０１  ガラス基板
１０２，２０２，４０２，８０１，８０４  金属層
１０３，２０３，４０４  絶縁層
２０４  ｐ+ 型水素化アモルファスシリコン層
１０４，２０５，４０５，８０２  半導体層
１０５，２０６，４０６，８０３  オーミックコンタクト層（ｎ+ 半導体層）
１０６，２０７  電極層
９０１  Ｘ線発生管
９０２  撮像の対象物
９０３  蛍光体
９０４  フィルム
９０５  縮小光学系
９０６  ＣＣＤセンサ
【図１】
0003703217.tif 000002
【図２】
0003703217.tif 000003
【図３】
0003703217.tif 000004
【図４】
0003703217.tif 000005
【図５】
0003703217.tif 000006
【図６】
0003703217.tif 000007
【図７】
0003703217.tif 000008
【図８】
0003703217.tif 000009
【図９】
0003703217.tif 000010
【図１０】
0003703217.tif 000011
【図１１】
0003703217.tif 000012
【図１２】
0003703217.tif 000013
【図１３】
0003703217.tif 000014
【図１４】
0003703217.tif 000015
【図１５】
0003703217.tif 000016
【図１６】
0003703217.tif 000017