(57)【要約】【課題】放射線量の検出バラツキを抑制することが可能な放射線検出器を実現する。【解決手段】第１のゲート電極（５２）は、受光素子と接続されており、第２のゲート電極（５３）は、第２のゲート電極（５３）の電位と第１のゲート電極（５２）の電位とが同じになるように構成されている。【選択図】図３
2019220684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線から得られた光を受け、当該光を電気信号に変換する受光素子と、
上記電気信号を増幅するアンプトランジスタとを備えており、
上記アンプトランジスタは、チャネル層と、上記チャネル層を挟んで設けられた第１のゲート電極および第２のゲート電極とを有しており、
上記第１のゲート電極は、上記受光素子と接続されており、
上記第２のゲート電極は、上記第２のゲート電極の電位と上記第１のゲート電極の電位とが同じになるように構成されていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項２】
上記受光素子は、フォトダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
【請求項３】
上記放射線検出器は、上記フォトダイオードおよび上記アンプトランジスタを搭載する基板を備えており、
上記フォトダイオードは、ドープされた不純物が互いに異なる少なくとも２つの層を含んでおり、
上記第１のゲート電極は、上記２つの層のうち上記基板に近い層と接続されていることを特徴とする請求項２に記載の放射線検出器。
【請求項４】
上記放射線検出器は、上記フォトダイオードおよび上記アンプトランジスタを搭載する基板を備えており、
上記フォトダイオードは、ドープされた不純物が互いに異なる少なくとも２つの層を含んでおり、
上記第１のゲート電極は、上記２つの層のうち上記基板から遠い層と接続されていることを特徴とする請求項２に記載の放射線検出器。
【請求項５】
上記アンプトランジスタが基板上に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の放射線検出器。
【請求項６】
上記アンプトランジスタが基板上に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の放射線検出器。
【請求項７】
上記チャネル層は、非晶質でない結晶構造を持つ酸化物半導体を含むことを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
【請求項８】
上記チャネル層の構成元素は、インジウムおよび亜鉛を少なくとも含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の放射線検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、Ｘ線等の放射線を使用した透過画像表示装置は、放射線を多方向から照射して多方向透過画像による立体画像を作成するようになってきている。例えば、デジタルブレストトモシンセシス（ＤＢＴ）により乳癌の検出を行うことが提案されている。ＤＢＴは、乳房を圧迫している間に、放射線検出器に対してＸ線管を回転させ、多数の異なる方向からの乳房Ｘ線画像を収集する技術である。この技術においては、Ｘ線を多方向から照射して複数のＸ線画像を取得する必要があるため、１回のＸ線照射量を制限している。また、癌検出率がＸ線画像の品質に依存するため、この技術においては、より高解像の画像を取得することが求められている。
【０００３】
非特許文献１には、Ｉｎ（インジウム）‐Ｇａ（ガリウム）‐Ｚｎ（亜鉛）酸化物半導体（以下、ＩＧＺＯという）を用いたトランジスタを有し、Ｘ線等の放射線を用いて画像を取得する撮像装置が開示されている。
【０００４】
ＩＧＺＯは、画像取得装置のトランジスタに一般的に使用されているアモルファスシリコンより移動度が２０倍以上高く、リーク電流は１０００分の１以下である。このため、ＩＧＺＯを用いることにより、トランジスタを小さく形成することが可能である。このことにより、放射線から得られた光を受ける受光素子を高密度に作成しても受光面積を確保することができるため、微小な放射線で高解像の画像を取得することができる装置の開発が可能となる。
【０００５】
ところで、放射線画像の取得は、放射線により発光するシンチレータを用いて、発光を光電素子で検出することにより行われている。発光の検出回路である放射線検出器は主に、ＰＰＳ（パッシブ・ピクセル・センサー）と、ＡＰＳ（アクティブ・ピクセル・センサー）とがある。
【０００６】
図１３は、従来技術に係るＰＰＳ３００の一例を示す回路図である。図１４は、図１３に示すＰＰＳ３００の断面構造の一例を示す図である。
【０００７】
図１３に示すとおり、ＰＰＳ３００は、フォトダイオード２０１、および読み取りトランジスタ２０２で構成されている。フォトダイオード２０１で発光を電荷に変換し、読み取りトランジスタ２０２がオンになることにより、計測回路３０１へ電荷が転送されて、計測回路３０１は発光量を計測する。
【０００８】
図１４に示すとおり、ＰＰＳ３００は、ガラス基板２５１、ゲート電極２５２、チャネル層２５４、ソース電極２５５、ドレイン電極２５６、絶縁膜２５７〜２６２、フォトダイオード下部電極層２６３、フォトダイオード本体層２６４、フォトダイオード上部電極層２６５、および上部配線電極２６６を有している。
【０００９】
図１５は、従来技術に係るＡＰＳ５００の一例を示す回路図である。図１６は、図１５に示すＡＰＳ５００の断面構造の一例を示す図である。
【００１０】
図１５に示すとおり、ＡＰＳ５００は、フォトダイオード４０１、読み取りトランジスタ４０２、アンプトランジスタ４０３、およびリセットトランジスタ４０４で構成されている。少なくともアンプトランジスタ４０３は、ＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）によって構成されている。フォトダイオード４０１で発光を電荷に変換し、変換された電荷によりアンプトランジスタ４０３のゲート電位が変化し、ゲート電位の変化はアンプトランジスタ４０３の電流として増幅される。読み取りトランジスタ４０２がオンになることにより、計測回路５０１へ電荷が転送されて、計測回路５０１は発光量を計測する。
【００１１】
図１６に示すとおり、ＡＰＳ５００は、ガラス基板４５１、ゲート電極４５２、チャネル層４５４、ソース電極４５５、ドレイン電極４５６、絶縁膜４５７〜４６２、フォトダイオード下部電極層４６３、フォトダイオード本体層４６４、フォトダイオード上部電極層４６５、および上部配線電極４６６を有している。
【００１２】
ＰＰＳ３００においては、読み取りトランジスタ２０２を使用して、フォトダイオード２０１で発生した電荷をそのまま計測回路３０１に受け渡すが、ＡＰＳ５００においては、アンプトランジスタ４０３を使用する。このことにより、ＡＰＳ５００は、より微小な電荷であっても、発光量の計測が可能である。
【００１３】
非特許文献２には、アモルファスＩｎＧａＺｎＯをチャネル層とするＴＦＴの閾値電圧が、ゲートに印加されるバイアスの影響を受けることが開示されている。ＡＰＳ５００では、アンプトランジスタ４０３を増幅回路として使用する。アンプトランジスタ４０３の閾値電圧のバラツキは、アンプトランジスタ４０３における増幅率のバラツキ、つまりＡＰＳ５００の特性バラツキにつながる。多数のＡＰＳ５００を使用して画像を作成する装置では、当該バラツキは画像の表示不具合につながるため、当該バラツキを抑える必要がある。
【００１４】
非特許文献３には、ＴＦＴのチャネル層として、アモルファスＩｎＧａＺｎＯではなく、チャネル膜成長方向でＣ軸に強く配向した結晶構造のＩＧＺＯ（ＣＡＡＣ‐ＩＧＺＯ）を用いることが提案されている。そうすることで、ゲートに印加される電圧（ストレス）による閾値電圧の変動が小さくなることが、非特許文献３に示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Amorphous Silicon Active Pixel Sensor Readout Circuit for Digital Imaging, IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, P200208, VOL. 50, NO. 1, JANUARY 2003
【非特許文献２】Analysis of Bias Stress Instability in Amorphous InGaZnO Thin-Film Transistors, IEEE TRANSACTIONS ON DEVICE AND MATERIALS RELIABILITY, P112-117, VOL. 11, NO. 1, MARCH 2011
【非特許文献３】シャープ技報  第１０４号  Ｐ１３−１７  ２０１２年９月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
一般的に、ＴＦＴをアンプトランジスタ４０３として使用するためには、閾値電圧のバラツキおよび変動を抑制することが必要である。
【００１７】
トランジスタの閾値のバラツキおよび変動を抑制する手法として、バックゲートを固定することが知られている。図１７に、Ｃ軸に配向した酸化物半導体をチャネル層とするＴＦＴの表面電位（バックゲート電位）を固定した場合と固定しない場合とで、当該ＴＦＴの閾値電圧Ｖｔｈのバラツキを測定したデータを示している。当該ＴＦＴの表面電位を固定しない場合は３シグマがおよそ±０．６０Ｖであるが、当該ＴＦＴの表面電位を固定した場合は３シグマがおよそ±０．３５Ｖである。非特許文献３に記載されているように、酸化物半導体ＴＦＴであってもチャネル層がアモルファスよりも、Ｃ軸に配向する方が、閾値電圧が安定すると示されており、そのＣ軸配向酸化物半導体をチャネルとするＴＦＴであっても、表面電位を固定することの有用性が、図１７に示されている。つまり、アンプトランジスタ４０３の閾値電圧のバラツキおよび変動を抑えるため、アンプトランジスタ４０３の表面電位を固定することが考えられる。
【００１８】
しかしながら、ＡＰＳ５００においてアンプトランジスタ４０３の表面電位をどのように固定するか、また、どのように電位を与えるのが良いかは、非特許文献１、２、および３のいずれにおいても明確になっていない。
【００１９】
以上のことから、非特許文献１、２、および３に開示されている技術においては、放射線検出器における放射線量の検出バラツキが生じる虞があるという問題が発生するということが分かる。
【００２０】
本発明の一態様は、放射線量の検出バラツキを抑制することが可能な放射線検出器を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
（１）本発明の一実施形態は、放射線から得られた光を受け、当該光を電気信号に変換する受光素子と、上記電気信号を増幅するアンプトランジスタとを備えており、上記アンプトランジスタは、チャネル層と、上記チャネル層を挟んで設けられた第１のゲート電極および第２のゲート電極とを有しており、上記第１のゲート電極は、上記受光素子と接続されており、上記第２のゲート電極は、上記第２のゲート電極の電位と上記第１のゲート電極の電位とが同じになるように構成されている、放射線検出器。
【００２２】
（２）また、本発明のある実施形態は、上記（１）の構成に加え、上記受光素子は、フォトダイオードである、放射線検出器。
【００２３】
（３）また、本発明のある実施形態は、上記（２）の構成に加え、上記放射線検出器は、上記フォトダイオードおよび上記アンプトランジスタを搭載する基板を備えており、上記フォトダイオードは、ドープされた不純物が互いに異なる少なくとも２つの層を含んでおり、上記第１のゲート電極は、上記２つの層のうち上記基板に近い層と接続されている、放射線検出器。
【００２４】
（４）また、本発明のある実施形態は、上記（２）の構成に加え、上記放射線検出器は、上記フォトダイオードおよび上記アンプトランジスタを搭載する基板を備えており、上記フォトダイオードは、ドープされた不純物が互いに異なる少なくとも２つの層を含んでおり、上記第１のゲート電極は、上記２つの層のうち上記基板から遠い層と接続されている、放射線検出器。
【００２５】
（５）また、本発明のある実施形態は、上記（３）または（４）の構成に加え、上記アンプトランジスタが基板上に形成されている、放射線検出器。
【００２６】
（６）また、本発明のある実施形態は、上記（１）から（５）のいずれかの構成に加え、上記チャネル層は、非晶質でない結晶構造を持つ酸化物半導体を含む、放射線検出器。
【００２７】
（７）また、本発明のある実施形態は、上記（１）から（６）のいずれかの構成に加え、上記チャネル層の構成元素は、インジウムおよび亜鉛を少なくとも含む、放射線検出器。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の一態様によれば、放射線量の検出バラツキを抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係るセンサーの上面図である。
【図２】本発明に係る放射線検出器の構成を示す回路図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る放射線検出器の断面構造を示す図である。
【図４】ＴＦＴにおけるゲートと反対側のチャネルのポテンシャル終端電位を、ゲート電位と関係無く変化させた場合の、ＴＦＴの閾値電圧のバックゲート電位依存性の一例を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態２に係る放射線検出器の断面構造を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る放射線検出器の構成を示す回路図である。
【図７】図２に示す放射線検出器におけるフォトダイオードとアンプトランジスタのゲートとの接続関係のイメージ図である。
【図８】図６に示す放射線検出器におけるフォトダイオードとアンプトランジスタのゲートとの接続関係のイメージ図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係る放射線検出器の断面構造を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態５に係る放射線検出器の断面構造を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態６に係る放射線検出器の断面構造を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態７に係る放射線検出器の断面構造を示す図である。
【図１３】従来技術に係るＰＰＳの一例を示す回路図である。
【図１４】図１３に示すＰＰＳの断面構造の一例を示す図である。
【図１５】従来技術に係るＡＰＳの一例を示す回路図である。
【図１６】図１５に示すＡＰＳの断面構造の一例を示す図である。
【図１７】Ｃ軸に配向した酸化物半導体をチャネル層とするＴＦＴの表面電位を固定した場合と固定しない場合とで、ＴＦＴの閾値電圧のバラツキを測定したデータを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
〔前提となる構成〕
図１は、本発明に係るセンサー１５０の上面図である。図１においては図示を適宜省略しているが、センサー１５０は、複数個（例えば、５１２個×５１２個）のピクセル１５１が配列されたアレイと、アレイ全面を覆うシンチレータとによって構成されている。シンチレータは、放射線（Ｘ線等）を受け、受けた放射線の放射線量に応じた発光量の光に変換する機能を有するものである。
【００３１】
図２は、本発明に係る放射線検出器１００の構成を示す回路図である。放射線検出器１００は、１つのピクセル１５１に対応するものである。放射線検出器１００は、フォトダイオード１、読み取りトランジスタ２、アンプトランジスタ３、およびリセットトランジスタ４を備えたＡＰＳである。図２には、放射線検出器１００に加え、計測回路１１１を示している。アンプトランジスタ３とリセットトランジスタ４とのノードに、フォトダイオード１のカソードが接続されている。
【００３２】
フォトダイオード１は、受けた光で電荷を発生する。読み取りトランジスタ２は、アンプトランジスタ３と計測回路１１１との接続を行うスイッチである。アンプトランジスタ３は、フォトダイオード１が発生した電荷に比例した電流を流す。リセットトランジスタ４は、フォトダイオード１が発生した電荷をリセットするためのものである。
【００３３】
換言すれば、以下のとおりである。フォトダイオード１は、シンチレータからの光（放射線から得られた光）を受け、当該光を電気信号に変換する受光素子である。アンプトランジスタ３は、当該電気信号を増幅する。読み取りトランジスタ２は、アンプトランジスタ３と計測回路１１１との間に接続されたスイッチであり、アンプトランジスタ３によって増幅された電気信号を計測回路１１１に供給するタイミングを制御する。
【００３４】
また、計測回路１１１は、アンプトランジスタ３によって増幅された電気信号のレベルに基づいて、フォトダイオード１が受けた光の発光量を求める。これにより、ピクセル１５１毎に放射線量を検出することが可能である。計測回路１１１は例えば、一方の入力端にアンプトランジスタ３によって増幅された電気信号が供給され、他方の入力端に基準となる電圧が供給される比較器である。但し、計測回路１１１の構成はこれに限定されない。
【００３５】
〔実施の形態１〕
図３は、本発明の実施の形態１に係る放射線検出器１００の断面構造を示す図である。放射線検出器１００は、ガラス基板５１、第１のゲート電極５２、第２のゲート電極５３、チャネル層５４、ソース電極５５、ドレイン電極５６、絶縁膜５７〜６２、フォトダイオード下部電極層６３、フォトダイオード本体層６４、フォトダイオード上部電極層６５、および配線電極６６を有している。フォトダイオード下部電極層６３、フォトダイオード本体層６４、およびフォトダイオード上部電極層６５は、フォトダイオード１と対応する。第１のゲート電極５２、第２のゲート電極５３、チャネル層５４、ソース電極５５、およびドレイン電極５６は、アンプトランジスタ３と対応する。
【００３６】
第１のゲート電極５２は、ガラス基板５１上に設けられている。絶縁膜５７は、ガラス基板５１および第１のゲート電極５２を覆うように設けられている。チャネル層５４は、絶縁膜５７に対して堆積されており、第１のゲート電極５２の上に設けられている。ソース電極５５およびドレイン電極５６のそれぞれは、チャネル層５４および絶縁膜５７におけるチャネル層５４の近傍に対して、これらに跨って堆積されている。絶縁膜５８は、絶縁膜５７に対して堆積されている。絶縁膜５９は、絶縁膜５８の一部、チャネル層５４、ソース電極５５、およびドレイン電極５６を覆うように設けられている。フォトダイオード下部電極層６３は、絶縁膜５８に対して堆積されている。フォトダイオード本体層６４は、フォトダイオード下部電極層６３に対して堆積されている。フォトダイオード上部電極層６５は、フォトダイオード本体層６４に対して堆積されている。配線電極６６は、フォトダイオード上部電極層６５上に設けられており、フォトダイオード上部電極層６５と接続されている。第２のゲート電極５３は、絶縁膜５９に対して堆積されており、チャネル層５４、ソース電極５５、およびドレイン電極５６の上に設けられている。絶縁膜６０は、第２のゲート電極５３、絶縁膜５９、およびフォトダイオード上部電極層６５を覆うように設けられている。絶縁膜６１は、絶縁膜６０を覆うように設けられており、フォトダイオード上部電極層６５上の領域を避けるように設けられている。絶縁膜６２は、以上の積層構造における全体を覆うように設けられている。
【００３７】
ここで、フォトダイオード下部電極層６３は、第１のゲート電極５２と接続されている。また、フォトダイオード下部電極層６３は、第２のゲート電極５３とも接続されている。換言すれば、第２のゲート電極５３は、第２のゲート電極５３の電位と第１のゲート電極５２の電位とが同じになるように構成されている。放射線検出器１００において、第１のゲート電極５２の電位および第２のゲート電極５３の電位は、フォトダイオード下部電極層６３の電位と同じである。
【００３８】
放射線検出器１００によれば、第２のゲート電極５３が、アンプトランジスタ３におけるバックゲートとして機能する。これにより、アンプトランジスタ３の閾値電圧が安定化するため、放射線検出器１００においては、放射線量の検出バラツキを抑制することが可能となる。
【００３９】
ＴＦＴの表面電位を固定することは、ＴＦＴの閾値電圧のバラツキを低減するために必要である。そして、ＴＦＴの表面電位を固定するために、ＴＦＴの上部に電極が必要である。
【００４０】
ＴＦＴおよびフォトダイオードのそれぞれの構成を考えた場合、ＴＦＴの上部の電極の電位を、フォトダイオードの電極の電位と同じにした場合、フォトダイオードの受光によりフォトダイオードに電荷が発生することに伴い、ＴＦＴの上部の電極の電位は固定できず、結果としてＴＦＴの閾値電圧に影響を与えてしまう。つまり、ＴＦＴの上部に電極に類するものが配置され、その電極の電位がフォトダイオードの電極の電位と同じになったとしても、この電位は固定および制御することができない。ここで、電位の固定とは、ＴＦＴにおけるゲートと反対側のチャネルの終端電位の固定を意味する。
【００４１】
ＴＦＴにおけるゲートと反対側のチャネルのポテンシャル終端電位を、ゲート電位と関係無く変化させた場合の、ＴＦＴの閾値電圧Ｖｔｈのバックゲート電位依存性の一例を図４に示す。図４によれば、ＴＦＴのバックゲート電位（ゲートと反対側のチャネルのポテンシャル終端電位）Ｖｂｇが、閾値電圧Ｖｔｈに影響を与えていることが分かる。また、一方、図１７によれば、ＴＦＴにバックゲートとして機能する電極を設けなければ、閾値電圧Ｖｔｈがバラツクことが分かる。また、当該電極を設けたとしても、バックゲート電位Ｖｂｇが変動すると閾値電圧Ｖｔｈに影響を与える（図４参照）。
【００４２】
ＰＰＳの場合、ＴＦＴをスイッチとして使用しているだけなので、閾値電圧の変動はパネル動作および特性にほとんど影響がない。このため、ＰＰＳにおいては、ＴＦＴが広く利用されている。これは、ＴＦＴにバックゲートとして機能する電極が無い場合と、当該電極は有るがその電位が固定および制御できない場合との両方で言えることである。
【００４３】
一方、ＴＦＴをアンプトランジスタとして使用するＡＰＳの場合、当該ＴＦＴの閾値電圧を含めた特性変動への要求は、ＰＰＳのそれとは比べ物にならないくらいに高い。放射線検出器１００によれば、特性変動への要求が厳しいアンプトランジスタ３において、安定した閾値電圧を実現することができる。
【００４４】
アンプトランジスタ３においても、第２のゲート電極５３の電位をフォトダイオード１の電極の電位と同じにした場合、その電位を固定することはできない。しかしながら、第１のゲート電極５２の電位と第２のゲート電極５３の電位との両方をフォトダイオード１の電極の電位と同じにした場合、第１のゲート電極５２の電位と第２のゲート電極５３の電位とは常に同じである。換言すれば、これらが完全に同期することになる。
【００４５】
次に、一般的なトランジスタのバックゲートと、第２のゲート電極５３との違いについて説明する。
【００４６】
一般的なトランジスタのバックゲートは通常、ゲートと反対側のチャネルのポテンシャル終端電位が予期せず変動することを避けるため、それを固定するように設計される。一般的には、外部から制御可能な電極を設ける。
【００４７】
一方、第２のゲート電極５３は、フォトダイオード１の電極と同電位になるため、フォトダイオード１に電荷が溜まることで、その電位は変動する。つまり、バックゲート電位は変動する。しかしながら、第２のゲート電極５３の電位は、第１のゲート電極５２の電位と同じになるため、以下の２つの特長をもつことになる。これらの特長により、アンプトランジスタ３の閾値電圧が安定する。
【００４８】
・ゲートと反対側のチャネルのポテンシャル終端電位に、バックゲートが無いことに起因する意図しない変動が発生することを抑制することができる。
【００４９】
・ゲートと反対側のチャネルのポテンシャル終端電位を、一定の電圧に固定することはできないが、ゲート電位と常に同じにすることができる。
【００５０】
第２のゲート電極５３は、外部から制御するものではないため、外部への配線が存在せず、１つのピクセル１５１内に閉じた内部配線で機能させることができる。これにより、第２のゲート電極５３は、簡素な構成で作製することができる。
【００５１】
詳細については後述するが、第２のゲート電極５３とフォトダイオード１の電極とを共通化させた場合、第２のゲート電極５３は、より簡素な構成で作製することができる。
【００５２】
ＴＦＴをアンプトランジスタ３として使用する放射線検出器１００の場合、アンプトランジスタ３の閾値電圧の変動は、センサー１５０の安定動作の大きな課題であり、それを解決する考えは、従来のＰＰＳおよびＡＰＳを含めたガラス基板上に形成されたＴＦＴに対してなされていなかった。放射線検出器１００によれば、ガラス基板５１上に形成されたアンプトランジスタ３を用いたＡＰＳにおいて、（１）第１のゲート電極５２と反対側のチャネルのポテンシャル終端電位を第１のゲート電極５２の電位と同じにすることに加え、（２）チャネル層５４には、チャネル成長方向には非晶質でない、つまり、Ｃ軸に配向した原子配列を持つ酸化物半導体を用いる。これにより、放射線検出器１００によれば、アンプトランジスタ３の閾値電圧の変動に関する課題が初めて解決され、センサー１５０の安定動作が可能となる。
【００５３】
後の実施の形態では、一部、第１のゲート電極５２の電位および第２のゲート電極５３の電位を、フォトダイオード上部電極層６５の電位と同じにする形態が存在する。当該形態においても、第１のゲート電極５２の電位および第２のゲート電極５３の電位をフォトダイオード下部電極層６３の電位と同じにする形態と同様のことが言える。
【００５４】
〔実施の形態２〕
図５は、本発明の実施の形態２に係る放射線検出器１０１の断面構造を示す図である。
【００５５】
放射線検出器１００においては、第１のゲート電極５２および第２のゲート電極５３と、フォトダイオード下部電極層６３とを、配線により接続している。放射線検出器１０１においては、第１のゲート電極５２とフォトダイオード下部電極層６３とを配線により接続している一方、第２のゲート電極５３とフォトダイオード下部電極層６３とが共通化されている。
【００５６】
放射線検出器１０１によれば、第２のゲート電極５３を簡素な構成で作製することができる。
【００５７】
〔実施の形態３〕
図６は、本発明の実施の形態３に係る放射線検出器１０２の構成を示す回路図である。図７は、放射線検出器１００におけるフォトダイオード１とアンプトランジスタ３のゲートとの接続関係のイメージ図である。図８は、放射線検出器１０２におけるフォトダイオード１とアンプトランジスタ３のゲートとの接続関係のイメージ図である。放射線検出器１００においてはフォトダイオード１のカソードとアンプトランジスタ３のゲートとが接続されている一方、放射線検出器１０２においてはフォトダイオード１のアノードとアンプトランジスタ３のゲートとが接続されている。
【００５８】
フォトダイオード１は、不純物のドープを行った半導体で構成される。具体的には、フォトダイオード１は、不純物が含まれないｉ層５を、リン等の不純物がドープされた電子をキャリアとするｎ層６と、ボロン等の不純物がドープされたホールをキャリアとするｐ層７とで挟んだ構成である。ｐ層７にはホールが蓄積し、ｎ層６には電子が蓄積するため、アンプトランジスタ３のゲートにｐ層７を接続するかｎ層６を接続するかによって、放射線検出器１０２が構成されるか放射線検出器１００が構成されるかが異なる。
【００５９】
図７に示すようにアンプトランジスタ３のゲートにｎ層６側を接続する場合、フォトダイオード下部電極層６３がｎ層６に設けられる。
【００６０】
図８に示すようにアンプトランジスタ３のゲートにｐ層７側を接続する場合、フォトダイオード下部電極層６３がｐ層７に設けられる。
【００６１】
〔実施の形態４〕
図９は、本発明の実施の形態４に係る放射線検出器１０３の断面構造を示す図である。
【００６２】
放射線検出器１０３の断面構造と放射線検出器１００の断面構造との注目すべき相違点は、フォトダイオード下部電極層６３が第２のゲート電極５３の上に設けられている点である。
【００６３】
放射線検出器１０３によれば、フォトダイオード本体層６４の面積を広くすることができるため、ピクセル１５１毎の受光面積を大きくすることができる。
【００６４】
〔実施の形態５〕
図１０は、本発明の実施の形態５に係る放射線検出器１０４の断面構造を示す図である。
【００６５】
放射線検出器１０４の断面構造と放射線検出器１０３の断面構造との注目すべき相違点は、第２のゲート電極５３とフォトダイオード下部電極層６３とが共通化されている点である。
【００６６】
放射線検出器１０４によれば、放射線検出器１０３による効果に加え、第２のゲート電極５３を簡素な構成で作製することができる。
【００６７】
〔実施の形態６〕
図１１は、本発明の実施の形態６に係る放射線検出器１０５の断面構造を示す図である。
【００６８】
放射線検出器１０５の断面構造と放射線検出器１００の断面構造との注目すべき相違点は、フォトダイオード上部電極層６５が、第１のゲート電極５２および第２のゲート電極５３と接続されている点である。これに伴い、配線電極６６は、フォトダイオード下部電極層６３上に設けられており、フォトダイオード下部電極層６３と接続されている。放射線検出器１０５において、第１のゲート電極５２の電位および第２のゲート電極５３の電位は、フォトダイオード上部電極層６５の電位と同じである。
【００６９】
放射線検出器１０５によっても、放射線検出器１００と同様の、放射線量の検出バラツキの抑制効果を奏する。放射線検出器１００および１０５によれば、フォトダイオード１は、ドープされた不純物が互いに異なる少なくとも２つの層（ｎ層６およびｐ層７）を含んでおり、第１のゲート電極５２は、上記２つの層のうちガラス基板５１に近い層と接続されていてもよいし、ガラス基板５１から遠い層と接続されていてもよいことが分かる。
【００７０】
〔実施の形態７〕
図１２は、本発明の実施の形態７に係る放射線検出器１０６の断面構造を示す図である。
【００７１】
放射線検出器１０６の断面構造と放射線検出器１０５の断面構造との注目すべき相違点は、フォトダイオード下部電極層６３が第２のゲート電極５３の上に設けられている点である。
【００７２】
放射線検出器１０６によれば、フォトダイオード本体層６４の面積を広くすることができるため、ピクセル１５１毎の受光面積を大きくすることができる。
【００７３】
〔実施の形態８〕
チャネル層５４は、非晶質でない結晶構造を持つ酸化物半導体を含んでいることが好ましい。これにより、アンプトランジスタ３の閾値電圧の変動をより小さくすることができるため、放射線量の検出バラツキをより抑制することが可能となる。
【００７４】
また、チャネル層５４の構成元素は、ＩｎおよびＺｎを少なくとも含むことが好ましい。これにより、アンプトランジスタ３を小さく形成することが可能である。このことにより、フォトダイオード１を高密度に作成しても受光面積を確保することができるため、微小な放射線で高解像の画像を取得することができる装置の開発が可能となる。
【００７５】
放射線検出器１００〜１０６では、Ｃ軸に配向した酸化物半導体をチャネル層５４とし、かつ、完全に同期した第１のゲート電極５２の電位および第２のゲート電極５３の電位を規定する。この結果、アンプトランジスタ３の閾値電圧の変動、ひいてはアンプトランジスタ３の増幅率の変動を抑制することが可能となり、ＡＰＳとしての安定動作が可能となる。
【００７６】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る放射線検出器は、放射線から得られた光を受け、当該光を電気信号に変換する受光素子と、上記電気信号を増幅するアンプトランジスタとを備えており、上記アンプトランジスタは、チャネル層と、上記チャネル層を挟んで設けられた第１のゲート電極および第２のゲート電極とを有しており、上記第１のゲート電極は、上記受光素子と接続されており、上記第２のゲート電極は、上記第２のゲート電極の電位と上記第１のゲート電極の電位とが同じになるように構成されている。
【００７７】
上記の構成によれば、第２のゲート電極が、アンプトランジスタにおけるバックゲートとして機能する。これにより、アンプトランジスタの閾値電圧が安定化するため、放射線量の検出バラツキを抑制することが可能となる。
【００７８】
本発明の態様２に係る放射線検出器は、上記態様１において、上記受光素子は、フォトダイオードであることが好ましい。
【００７９】
本発明の態様３に係る放射線検出器は、上記態様２において、上記フォトダイオードおよび上記アンプトランジスタを搭載する基板（ガラス基板５１）を備えており、上記フォトダイオードは、ドープされた不純物が互いに異なる少なくとも２つの層（ｎ層６およびｐ層７）を含んでおり、上記第１のゲート電極は、上記２つの層のうち上記基板に近い層と接続されている。
【００８０】
本発明の態様４に係る放射線検出器は、上記態様２において、上記フォトダイオードおよび上記アンプトランジスタを搭載する基板を備えており、上記フォトダイオードは、ドープされた不純物が互いに異なる少なくとも２つの層を含んでおり、上記第１のゲート電極は、上記２つの層のうち上記基板から遠い層と接続されている。
【００８１】
上記の両構成によれば、第１のゲート電極の電位および第２のゲート電極の電位を、上記２つの層のいずれかの電位と同じにすることができる。
【００８２】
本発明の態様５に係る放射線検出器は、上記態様３または４において、上記アンプトランジスタが基板上に形成されていることが好ましい。
【００８３】
本発明の態様６に係る放射線検出器は、上記態様１から５のいずれかにおいて、上記チャネル層は、非晶質でない結晶構造を持つ酸化物半導体を含む。
【００８４】
上記の構成によれば、アンプトランジスタの閾値電圧の変動をより小さくすることができるため、放射線量の検出バラツキをより抑制することが可能となる。
【００８５】
本発明の態様７に係る放射線検出器は、上記態様１から６のいずれかにおいて、上記チャネル層の構成元素は、インジウムおよび亜鉛を少なくとも含む。
【００８６】
上記の構成によれば、アンプトランジスタを小さく形成することが可能である。このことにより、受光素子を高密度に作成しても受光面積を確保することができるため、微小な放射線で高解像の画像を取得することができる装置の開発が可能となる。
【００８７】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１  フォトダイオード（受光素子）
２  読み取りトランジスタ
３  アンプトランジスタ
４  リセットトランジスタ
５  ｉ層
６  ｎ層
７  ｐ層
５１  ガラス基板（基板）
５２  第１のゲート電極
５３  第２のゲート電極
５４  チャネル層
５５  ソース電極
５６  ドレイン電極
５７〜６２  絶縁膜
６３  フォトダイオード下部電極層（２つの層のうち基板に近い層）
６４  フォトダイオード本体層
６５  フォトダイオード上部電極層（２つの層のうち基板から遠い層）
６６  配線電極
１００〜１０６  放射線検出器
１１１  計測回路
１５０  センサー
１５１  ピクセル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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