(57)【要約】本出願による方法／装置の実施形態は、Ｘ線画像化デバイスを含み得る。上記Ｘ線画像化デバイスは、画素の画像化アレイまたは複数の光検出器を含む。上記光検出器は、シンチレーターからの光を受容する第１の側部と、上記シンチレーター光の衝突に応答して第２の光を通過させる第２の側部と、上記第２の光の衝突に応答して第３の光を反射するように構成された反射層とを含む。例示的な光検出器は、第１の透明な側部を通じて受容された所定量の上記シンチレーター光と、第２の透明な側部を通じて受容された上記第３の光とを吸収し得る。例示的な反射配置構成は、シンチレータ発光特性および／または光検出器吸収特性に基づいて選択され得る。Ｘ線検出器アレイおよび方法の実施形態により光検出器厚さの低減が可能になり、これにより、ノイズ低減、画像遅延低減および／または電荷容量増加が可能になる。実施形態により、肉薄の光検出器の量子効率が維持され得る。
2014508397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線画像化デバイスであって、
シンチレーターと、
複数の感光要素であって、前記複数の感光要素は、前記シンチレーターからの第１の光を受容する第１の側部を含み、前記第１の光の衝突に応答して第２の光を通過させる第２の側部を含む、複数の感光要素と、
前記複数の感光要素から前記第２の光を受容する反射層であって、前記反射層は、前記第２の光の衝突に応答して第３の光を反射するように構成される、反射層と、
前記複数の感光要素の前記第２の側部上の基板と、
を含み、
前記複数の感光要素の感光要素特性は、前記第１の側部を通じて受容された所定量の前記第１の光と、前記第２の側部を通じて受容された前記第３の光とを吸収するように選択され、前記反射層の反射率は５０％を超える、
デバイス。
【請求項２】
前記感光要素特性は、前記シンチレーターを含む材料の発光特性に基づく、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記複数の感光要素の厚さは、前記第１の光の少なくとも１つの波長の少なくとも５０％を通過させるように構成され、前記第１の光は４００〜７００ｎｍである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記第３の光の吸収は、５５０ｎｍ〜７００ｎｍの光に対する前記複数の感光要素の全吸収のうち少なくとも１５％、少なくとも２５％または少なくとも３５％を含み、あるいは、前記第３の光の吸収は、前記５５０ｎｍ〜７００ｎｍの光の少なくとも１つの波長における前記複数の感光要素の吸収を１０％または２０％を超える量だけ増加させる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記複数の感光要素を形成する光検出器のａ−Ｓｉ半導体部分は４００ｎｍ未満の厚さを含み、または、前記光検出器の半導体部分は、４００ｎｍ未満の厚さを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記反射層は所定の波長帯域を選好的に反射するように選択されるか、または、５４０〜６５０ｎｍの範囲で選択された波長において前記反射層の反射係数が最高となるように選択され、前記反射器層の特性は、反射光のスペクトル反射率または角度分布のうち少なくとも１つを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記反射層は、前記シンチレーターの発光特性および前記複数の感光要素を形成するフォトダイオードの吸収特性に基づいて量子効率を増加させるように選択され、
前記感光要素特性は、感光要素面積、感光要素ピッチ、感光要素感度のうち少なくとも１つを含み、
光検出器層それぞれの内部の感光要素特性は、波長の関数としての吸収係数、波長の関数としての屈折率または厚さを含む、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記反射層と前記複数の感光要素との間に形成された光学的に透明な誘電体であって、前記誘電体特性は、波長の関数としての吸収係数または波長の関数としての屈折率のうち少なくとも１つを含み、あるいは前記屈折率は複素変数である、光学的に透明な誘電体、
をさらに含み、
前記反射層は、誘電体スタック、金属、有機層または誘電体膜を形成する複数の成膜された誘電体を含み、前記反射層は、画像化アレイに対応するガラス基板上または前記画像化アレイに対応する前記ガラス基板の下側上に広範に成膜され、前記反射層は、拡散反射器を含む反射制御層を含み、前記拡散反射器は、前記入射光と比較して前記反射光の角度分布を増加させ、
シンチレーター特性は、シンチレーター厚さ、シンチレーター組成、シンチレーターＸ線吸収係数およびシンチレーター光発光スペクトルのうち少なくとも１つを含む、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記反射器層の下側に配置された光学リセット配置構成であって、前記光学リセット配置構成は、前記第２の側部を用いて前記複数の感光要素をリセットし、前記反射器層は、前記光学リセット配置構成からのリセット光が前記反射器層内を通過して前記複数の感光要素をリセットすることを可能にする、光学リセット配置構成と、
をさらに含み、
前記少なくとも１つの読み出し要素は、感光要素である光検出器の下側に垂直方向に形成された少なくとも１つのトランジスタ、または前記光検出器と同一平面上に形成された少なくとも１つのトランジスタを含み、前記光検出器は、ＰＩＮフォトダイオード、ＭＩＳ光検出器、フォトトランジスタおよび光伝導体を含む、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
対象の複数のＸ線画像をキャプチャするＸ線画像化装置を作動させるための方法であって、
シンチレーション面を提供することであって、前記シンチレーション面は、入射放射を受容し、励起放射を第１の波長帯域において放出することによって応答する、提供することと、
第１の光透過性側部および第２の光透過性側部を含む光検出器のアレイを提供することであって、前記第１の光透過性側部は、第１の光を前記第１の波長帯域において前記シンチレーターから受容し、前記第２の側部は、前記第１の光の衝突に応答して第２の光を通過させる、提供することと、
反射層を提供することであって、前記反射層は、前記第２の光を前記光検出器のアレイから受容し、前記第２の光の衝突に応答して第３の光を反射させる、提供することと、
感光要素のアレイを支持する基板を前記第２の側部上に提供することと、
を含み、
前記光検出器のアレイは、前記第１の側部を通じて受容された所定量の前記第１の光を吸収し、前記第２の側部を通じて受容された所定量の前記第３の光を吸収し、前記反射層の反射率は５０％を超え、前記光検出器の少なくとも１つの層の厚さは、所定量の選択された波長帯域が前記第２の光透過性側部を通過できるような肉薄の厚さであり、前記光検出器の前記少なくとも１つの層の前記肉薄の厚さは、各光検出器から発生した暗電流を低減させるかまたは前記各光検出器から発生した画像遅延を低減させるように構成され、前記暗電流および前記画像遅延は、前記各光検出器内の複数の電気トラップの合計に依存する、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に画像診断分野に監視、より詳細には、デジタルＸ線検出器のための方法および／またはシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、デジタルＸ線（ＤＲ）用途のためのフラットパネル画像センサーにおいては、入来Ｘ線放射を可視光へ変換するためのシンチレーターと、上記可視光を電気信号に変換するためのフラットパネル画像センサーとが用いられる。フラットパネル画像センサーの画素は、光検出器および読み出し要素を含む。光検出器の例は、ＰＩＮフォトダイオード、ＭＩＳ光検出器、フォトトランジスタおよび光伝導体を含む。このような従来のＤＲ画像センサーにおいては、光検出器および読み出し要素のためにアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）が用いられることが多い。さらに、このような関連分野のＤＲ画像センサーは、Ｘ線用途、蛍光透視用途および／またはボリューム画像再構築用途に用いることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６６５５６７５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
よって、本出願の局面は、関連分野における少なくとも上記の欠点および他の欠点に全体的または部分的に対処することである。
【０００５】
本出願の別の局面は、少なくとも本明細書中に記載の利点を全体的または部分的に提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一局面において、フラットパネルＤＲ検出器（ＦＰＤ）の光検出器コンポーネントは、光検出器の下側において光透過性バック接点および反射光学機構を用いる場合、（例えば、５５０−７００ｎｍ波長帯域／または全体的光検出器ＱＥの場合における所定の波長帯域において）向上した量子効率（ＱＥ）を提供することができる。上記光検出器は、上部照射型光検出器であり得る。
【０００７】
別の局面において、光検出器の実施形態は、反射光学機構を提供し得る。上記反射光学機構は、反射層と、厚さ（単数または複数）を有する１つ以上の誘電体と、誘電体膜と、反射有機層と、光学特性（単数または複数）とを含み得、これにより、シンチレーター発光特性および光検出器特性と関連して全体的量子効率を増加または最適化させる。上記反射層は、（例えば画素間のクロストークを低減することにより）光検出器性能特性を向上させるように動作することができる。
【０００８】
別の局面において、本出願の実施形態は、遅延低減、電荷容量増加および／または暗電流低減のため、光検出器の半導体材料部分の厚さを低減することができる。
【０００９】
別の局面において、本出願の実施形態は、光検出器をリセットをするための光学リセットユニットを提供し得る。上記リセットは、反射層または光反射器機構内にリセット光を通過させることにより、行われる。
【００１０】
一実施形態において、Ｘ線画像化システムは、以下を含み得る：シンチレーターと、複数の感光要素であって、上記複数の感光要素は、上記シンチレーターからの第１の光を受容する第１の側部を含み、上記第１の光の衝突に応答して第２の光を通過させる第２の側部を含む、複数の感光要素と、上記複数の感光要素から上記第２の光を受容する反射層であって、上記反射層は、上記第２の光の衝突に応答して第３の光を反射させるように構成される、反射層と、上記複数の感光要素の第２の側部上の基板。上記複数の感光要素の感光要素特性は、所定量の、上記第１の側部を通じて受容された上記第１の光と、上記第２の側部を通じて受容された上記第３の光とを吸収するように選択される。上記反射層の反射率は、５０％を超える。
【００１１】
さらに別の実施形態において、対象の複数のＸ線画像をキャプチャするためのＸ線画像化装置を作動させる方法において、上記方法は、シンチレーション面を提供することを含み得る。上記シンチレーション面は、入射放射を受容し、第１の波長帯域において励起放射を放出することにより応答する。上記方法は、第１の光透過性側部および第２の光透過性側部を含む光検出器のアレイを提供することを含む。上記第１の光透過性側部は、上記第１の波長帯域において上記シンチレーターから第１の光を受容し、上記第２の側部は、上記第１の光の衝突に応答して第２の光を通過させる。上記方法は、反射層を提供することを含む。上記反射層は、上記光検出器のアレイから上記第２の光を受容し、上記第２の光の衝突に応答して第３の光を反射させる。上記方法は、上記感光要素のアレイを支持するために上記第２の側部上に基板を提供することを含む。上記光検出器のアレイは、上記第１の側部を通じて受容された所定量の上記第１の光を吸収し、上記第２の側部を通じて受容された所定量の上記第３の光を吸収する。上記反射層の反射率は、５０％を超える。
【００１２】
本発明のさらなる理解のために、ここで、本発明の以下の詳細な説明を参照する。この詳細な説明は、添付図面と関連して読まれるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本出願によるＸ線検出器の例示的実施形態の構造図である。
【図２】本出願によるＤＲ検出器の別の例示的実施形態の構造図である。
【図３】本出願による透明な上部電極／接点および透明な下部電極／接点を有する光検出器の例示的実施形態の模式図である。
【図４】本出願による反射器ユニットの例示的実施形態の断面図である。
【図５Ａ】本出願による反射層の例示的実施形態の断面図である。
【図５Ｂ】本出願による反射層の例示的実施形態の断面図である。
【図５Ｃ】本出願による反射層の例示的実施形態の断面図である。
【図６】本出願の実施形態を用いたフラットパネルＸ線画像生成器において用いることが可能な画像化パネルを示す図である。
【図７】本出願による反射器層の下側の光学リセットユニットを備えたＸ線検出器の例示的実施形態の断面図である。
【図８】本出願による例示的な反射層の上面図である。
【図９】波長（ｎｍ）あたりの正規化パーセント発光を例示的な代表的シンチレーターの波長の関数として示すグラフである。
【図１０】波長（ｎｍ）あたりの正規化パーセント発光を別の例示的な代表的シンチレーターの波長の関数として示すグラフである。
【図１１】関連技術のアモルファスシリコンＰＩＮフォトダイオードにおける光吸収のグラフを示す。
【図１２】例示的なシンチレーター面におけるアモルファスシリコン真性層厚さの関数としてアモルファスシリコン光検出器の相対的量子効率を含むグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ、本出願による例示的実施形態について説明する。いくつかの図面中、同一参照符号は、構造的に同一の要素を指す。また、既述したコンポーネントおよび配置構成またはコンポーネント間の相互作用についての類似の記載は省略する。「第１」、「第２」などの用語は、任意の順序関係または優先関係を必ずしも示すものではなく、相互間をより明確に区別するために用いられる。
【００１５】
本出願による装置および／方法の１つの目的は、デジタルラジオグラフィーにおいて用いられるフラットパネル画像センサーの光感度を増加させることである。ＤＲ用途のためのフラットパネル画像センサーにおいて、入来Ｘ線放射を可視光へ変換するためのシンチレーターと、上記可視光を電気信号に変換するためのフラットパネル画像センサーとが用いられる。フラットパネル画像センサーの画素は、光検出器および読み出し要素を含む。光検出器の例を挙げると、ＰＩＮフォトダイオード、ＭＩＳ光検出器、フォトトランジスタおよび光伝導体がある。上記光検出器は、片側から照射され得る。上記光検出器のスペクトル量子効率（ＱＥ）は、上記光検出器の上側の絶縁層の光学特性および厚さ、半導体層それぞれの内部の光吸収に起因して発生するキャリア生成、上記光検出器の下側の層の光学特性に依存する。一例として、ＰＩＮフォトダイオードにおいて、上記フォトダイオード上に入射した光子のうちおよそ８０％が、アモルファスシリコン半導体へと光伝送される。これらの入射光子のうち一部は上記半導体層中に吸収され、一部は後部接点によって吸収される。波長＞５５０ｎｍおよび典型的なａ−Ｓｉ半導体厚さである５００ｎｍにおいて、上記入射光子のうち大部分が上記ａ−Ｓｉ層を貫通および通過し、金属バック接点中に吸収される。よって、これらの光子は、自由キャリアを生成しない。後部接点金属（例えば、ＭｏおよびＭｏＷ）は吸収性が高い。
【００１６】
上記光検出器による光吸収を増加させるために、厚さを増加させる。しかし、上記光検出器（例えば、ａ−Ｓｉ）中の電荷トラップの総数が増加するにつれ、電荷トラップの総数に依存する暗電流および／または画像遅延も増加する。さらに、上記シンチレーターによる光出力は上記シンチレーターの特性に依存し、光検出器における光吸収は、上記光検出器を含む材料の吸収特性に依存する。
【００１７】
一実施形態において、ＤＲ検出器の画素は、光検出器を含み得る。上記光検出器は、光透過性の前側および後側（例えば、第１および第２の）側部と、読出電子部と、上記画素における量子効率を向上させるための光透過性後側側部に対応する反射器能力とを含む。例えば、光透過性バック接点がフォトダイオードのために用いられかつ反射層が上記フォトダイオードの下側において用いられる場合、光検出器における量子効率の向上は、赤色スペクトルにおいて得られ得る。
【００１８】
図１は、本出願によるＸ線検出器の例示的実施形態の構造を示す。図１に示すように、Ｘ線検出器１００は、シンチレーター１２０と、画像化アレイ１３０と、反射層１４０と、基板１５０とを含み得る。Ｘ線１６０は、シンチレーター１２０上に入射する。Ｘ線１６０は、内部において可視光１７０へと変換される。シンチレーター１２０を保護するための保護層１２２が、シンチレーター１２０において配置され得る。画像化アレイ１３０は、光検出器ＰＳおよび読出電子部ＲＯを含み得る（例えば、データ線、走査線、増幅器、トランジスタ）。図１に示すように、光検出器ＰＳは連続層を形成し得、読出電子部ＲＯは、光検出器ＰＳの下側において垂直方向に一体化され得る。図１に示すように、光検出器ＰＳは、光学透過性後部接点および／または電極を含み得る。光線１８０のうち少なくとも一部は、個々の光検出器ＰＳに衝突し得る。光線１８０が光検出器ＰＳに衝突するだけでなく、一部は吸収され、一部は完全に内部を通過する。後側側部反射層１４０は、光検出器ＰＳを通過した反射光１８５を再度光検出器ＰＳへと方向付けるように配置され、これにより、光検出器ＰＳによって吸収される光１８０の量を増加させる。
【００１９】
図１に示すように、光線１８０は光検出器ＰＳの第１の側部に衝突し得、反射光１８５は光検出器ＰＳの第２の側部（例えば、対向側部）に衝突し得る。例えば、反射層１４０から反射した反射光１８５は、Ｘ線検出器１００による信号生成に貢献するように、関連光検出器ＰＳに到達し得る。基板１５０（例えば、ガラス基板）は、反射層１４０の下側に配置され得る。一実施形態において、光学透過性絶縁層（例えば、誘電体層）１４５を反射層１４０と光検出器ＰＳとの間に設けることにより、両者間の干渉（例えば、合金形成）を低減または回避することができる。基板１５０は、Ｘ線検出器１００の支持部または基板として機能することができる。
【００２０】
図２は、本出願によるＸ線検出器の別の例示的実施形態の構造を示す。図２に示すように、読出電子部ＲＯ１は、光検出器ＰＳ１と同一層内に設けてもよいし、あるいは光検出器ＰＳ１と同一平面上に設けてもよい。一実施形態において、光検出器ＰＳ１は、光学透過性の後部接点および／または電極を含み得る。光検出器ＰＳ１の例を非限定的に挙げると、ＰＩＮフォトダイオード、ＭＩＳ光検出器、フォトトランジスタおよび光伝導体がある。
【００２１】
光検出器ＰＳおよびＰＳ１は、透明な導電性電極および／または接点を含み得る。図３は、上部（例えば、第１の）電極および／または下部（例えば、第２の）電極上に衝突する光を通過させ得る光検出器構造３００の例示的実施形態の断面図である。図３に示すように、間接変換型のフラットパネルＤＲ画像センサーは、画像センサーの前方においてシンチレーター面（図示せず）を含み得る。
【００２２】
図３に示すように、アモルファスＳｉ製のフォトダイオード構造は、光検出器ＰＳおよびＰＳ１に用いることができる。上部電極３１２および下部電極３１４は、透明であるかまたは光透過性であり得、ＩＴＯまたはＺｎＯ：Ａｌ電極などの材料によって形成され得る。ＰＩＮフォトダイオード３１０のｐ型領域３２２およびｎ型領域３２４双方は、ドープ水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）を含み得る。非ドープａ−Ｓｉ：Ｈ層３２５を真性層として用いることができる。図３の例示的なフォトダイオード構造３００内の半導体層は、多チャンバプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）システムを用いて比較的低温（例えば、１５０℃〜３００℃）において形成され得る。一実施形態において、フォトダイオード構造３００の例示的寸法において、窒化ケイ素層（例えば、約１７０ｎｍ）、ＩＴＯ層（例えば、約４０ｎｍ）が上部電極を形成し得、上記ＰＩＮフォトダイオードは、ｐ型領域３２２（例えば、約１５ｎｍ）、ｉ型層３２５（例えば、約６００ｎｍ）およびｎ型領域３２４（例えば、約４０ｎｍ）を含み得、ＩＴＯ層３２４（例えば、約１００ｎｍ）は下部電極を形成し得る。一実施形態において、透明な上部電極および下部電極を有する要素の寸法は、１００μｍ×１００μｍ〜２００μｍ×２００μｍであり得る。
【００２３】
あるいは、フォトダイオード３１０のｐ型領域３２２およびｎ型領域３２４双方にドープ水素化ナノ結晶性シリコン（ｎｃ−Ｓｉ：Ｈ）を含んでもよい。このようなドープｎｃ−Ｓｉ：Ｈ層は、可視範囲においてａ−Ｓｉ：Ｈまたはアモルファスシリコン炭化物（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）に対してより高い伝導性および／またはより低い光吸収性を持ち得る。
【００２４】
本出願による画像化アレイ、フラットパネル検出器またはＸ線画像化システムおよび／またはその使用方法の実施形態において、上部（例えば、第１の）電極および／または下部（例えば、第２の）電極上へ衝突する光を、光反射機構（例えば、ガラス基板と光検出器との間のものまたは上記ガラス基板および上記光検出器の下側のもの）と共に感知する光検出器構造を用いることにより、電磁画像化システム（例えば、デジタルＸ線画像化システム）内の単一の照射側部（例えば、上部照射型）光検出器の量子効率を増加させることができる。
【００２５】
図４は、本出願による反射器構造の例示的実施形態の図である。図４に示すように、反射器構造４００は、反射層４１０と、任意選択の絶縁層４２０とを含み得る。絶縁層４２０は、反射層４１０と対応する光検出器との間の相互作用が望ましくない場合または反射器構造の特性を向上させるべきで有る場合に設けられる。
【００２６】
画素内の反射器層４１０は、例えば、画素の第１のレベルのメタライゼーション（例えば、ゲート金属）に対応するか、または、反射率が全体的に高くなるかまたは対象波長帯域内の反射率が高くなるように選択されたさらなる金属レベルに対応し得る。波長帯域は、単一の波長であり得る。反射器層４１０は、アルミニウムなどの金属であり得る。
【００２７】
一実施形態において、反射構造４００は、上側部照射光検出器の全体的量子効率を増加または最適化させるために特定の波長帯域における反射を増加または最適化させるように選択された１つ以上の層の厚さを有する光学誘電体スタックであり得る。あるいは、反射構造４００は、誘電体膜（例えば、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4）であり得、全体的量子効率を増加または最適化させるような厚さおよび光学特性／特性を有する。別の実施形態において、反射構造４００は、反射特性に合わせて選択された有機層またはフォトアクリルであり得る。例示的実施形態において、上記量子効率は、上記シンチレーター発光特性および上記光検出器／フォトダイオード特性に基づき得、次に、反射構造４００の反射率特性は、全体的量子効率を増加または最適化させるように決定され得る。一実施形態において、波長増加と共に、光検出器ＱＥが向上する。
【００２８】
一実施形態において、反射器層４００は、例えば空間分解能の増加または画素（例えば、光検出器）間のクロストーク低下またはＤＲ画像化アレイ内のシンチレーターからの発生光の角拡散を増加させることにより、性能を向上させるように構成され得る。図５Ａに示すように、反射器層は、拡散反射器５１０である反射制御層を含み得る。拡散反射器５１０は、入射光１８０の角度が垂直方向から異なるにつれて、反射光１８５角度を（例えば線形または非線形に）増加させ得る。
【００２９】
別の実施形態において、反射器層４００は、反射制御層を含むように構成され得る。上記反射制御層は、空間分解能を増加させるかまたはＤＲ画像化アレイ内の画素（例えば、光検出器）間のクロストークを低下させる。図５Ｂに示すように、上記反射制御層は層５２０であり得、光吸収パターン５２５を含み得る。光吸収パターン５２５は、入射光１８０の角度が垂直方向から逸れるにつれて、より大量の反射光１８５をキャプチャする。光吸収パターン１８５は、不連続のストライプまたは連続ストライプであり得、（例えば、画素の２Ｄレイアウトに整合するように）行状または列状あるいは格子状にアライメントされる。あるいは、反射器層５２０は、入射光１８０の角度が垂直方向から逸れた際に反射光１８５を再方向付けさせるための反射パターン（図示せず）を含み得る。あるいは、図５Ｃに示すように、上記反射制御層は反射器層５３０であり得、反射光１８５が反射層５３０を通じてより遠位に移動する際により大量の反射光１８５をキャプチャする拡散光吸収材料５３５を含み得る。層５１０、５２０および５３０は、光検出器または画像化アレイの性能を向上させるように動作し得る。一実施形態において、層５１０、５２０および５３０を任意選択の絶縁層４２０の代わりに用いてもよいし、あるいは任意選択の絶縁層４２０に追加して用いてもよい。
【００３０】
露出画像のキャプチャ後、デジタル検出器またはフラットパネル検出器をリセットすることができる。関連技術ＦＰＤは、電荷（例えば、リセット期間時のダイオード上のスイッチング電圧）を用いてリセットしてもよいし、あるいは光学的にリセットしてもよい。本出願による実施形態により、効率増加、リセットまたはバイアス電圧の低下および／またはリセット動作（例えば、光検出器リセット）の一貫性の増加が得られる。なぜならば、上記光検出器の厚さを低減できるかまたはより少数のトラップを含むことができるからである。
【００３１】
図６は、本出願の実施形態による画素および／または画像化アレイの実施形態を用いることが可能なフラットパネル画像生成器のための回路のブロック図である。図６に示すように、フラットパネル画像生成器１０は、センサーアレイ１２を含み得る。ａ−Ｓｉセンサーアレイは、ｍ本のデータ線１４と、ｎ本の行選択またはゲート線１６とを含む。各画素は、ＴＦＴ２０に接続されたａ−Ｓｉフォトダイオード１８を含む。各フォトダイオード１８は、共有バイアス線２２と、関連付けられたＴＦＴのドレイン２４とに接続される。ゲート線１６は、ゲートドライバ２６へ接続される。バイアス線２２は、フォトダイオード１８およびＴＦＴ２０へ付加されるバイアス電圧を搬送する。ＴＦＴ２０は、その関連付けられたゲート線２６によって制御され、アドレス指定されると、蓄積電荷をデータ線１４上へと移動させる。読み出し時において、ゲート線を一定期間（約１０〜１００ｍｓ）にわたってオンにすることで、上記行上のＴＦＴ２０を充分な期間にわたってオンにして、その画素電荷を上記ｍ本のデータ線全てへと移動させる。データ線１４は、電荷増幅器２８へと接続される。電荷増幅器２８は、並列に動作する。一般的に、電荷増幅器２８は、複数のグループに分割される。各グループは典型的には、６４個、１２８個または２５６個の電荷増幅器を含む。各グループ内の関連付けられた電荷増幅器は、上記画像信号を検出し、上記信号をマルチプレクサ３０上にクロックする。ここで、これらの信号は多重化された後、アナログ／デジタル変換器３２によってデジタル化される。その後、デジタル画像データは、メモリへの接続を介して移動される。いくつかの設計において、相関二重サンプリング法（ＣＤＳ）回路３４を各電荷増幅器２８とマルチプレクサ３０との間に配置することにより、電子ノイズを低減することができる。ゲート線１６を逐次的にオンにするために、１つのフレーム全体を走査するにはおよそ数秒が必要となる。さらなる画像修正および画像処理がコンピュータ３６によって行われ、その結果得られた画像がモニタ３８上に表示されるかまたはプリンタ４０によって印刷される。
【００３２】
図７は、本出願の実施形態による画素および／または画像化アレイの実施形態を用いることが可能な光学リセットされたＦＰＤの断面図である。光検出器の光学リセットは、より効率的かつ／またはより均一にすることができる。図７に示すように、基板１５０の下側には、光学リセットユニット７１０が設けられる。光学リセットユニット７１０は、複数の光源（図示せず）を含み得る（例えば、光検出器ＰＳのリセットに適したスペクトル範囲において光２７０を発光し得る発光ダイオード）。光検出器ＰＳは、光７２０を用いてリセットすることができる。反射層１４０は、充分な量のリセット光７２０を内部通過させるように構成され得、これにより、光検出器ＰＳおよびＰＳ１をリセットさせる。一実施形態において、反射層１４０は、リセット光７２０を通過させるのに充分な穴部を含み得る。図８は、本出願による例示的な反射層の上面図である。例えば図８に示すように、配置された穴部８１０は、反射層１４０のうち少量の表面積を含み得る（例えば、＜１０％、＜５％、または＜２％）。あるいは、反射層１４０に穴部を設ける代わりに、リセット光７２０に対して透明にするかまたは下面に衝突した入射リセット光７２０のうち所定量（例えば、＞２５％、＞５０％、または＞７５％）に対して透明にしてもよい。一実施形態において、リセット光は紫外線であり得る。
【００３３】
図９は、波長（ｎｍ）あたりの正規化パーセント発光を例示的な代表的シンチレーターの波長の関数として示した図である。グラフ９１０は、波長（ｎｍ）あたりの正規化パーセント発光を代表的ＣｓＩシンチレーターの波長の関数として示す（例えば、波長に対する％発光の全体は１００％である）。図９に示すように、ａ−Ｓｉ吸収が低下する波長＞６００ｎｍにおいて、発光が大幅に増加している。
【００３４】
図１０は、波長（ｎｍ）あたりの正規化パーセント発光を例示的な代表的シンチレーターの波長の関数として示した図である。グラフ１０１０は、波長（ｎｍ）あたりの正規化パーセント発光を代表的ＧＯＳシンチレーターの波長の関数として示す（例えば、波長に対する％発光の全体は１００％である）。
【００３５】
図１１は、厚さ５００ｎｍのアモルファスシリコン、ＩＴＯ透明電極上部接点およびＭｏＷバック接点を備えた代表的関連技術ＰＩＮフォトダイオード中における光吸収を示す。図１１中、ａ−Ｓｉ中への吸収を第１の曲線１１１０によって示し、上記ａ−Ｓｉを通過した後に上記ＭｏＷバック接点中に吸収される光を第２の曲線１１２０によって示す。上記ａ−Ｓｉを通過して上記ＭｏＷ中に吸収される波長＞６００ｎｍにおいて、顕著なエネルギーがある。例示的実施形態において、本出願による光検出器は、ＰＩＮフォトダイオードを通じてより多くの光を通過させる。
【００３６】
図１２は、例示的ＣｓＩシンチレーター面の発光スペクトル１２１０および例示的ＧＯＳシンチレーター面の発光スペクトル１２２０について計算されたアモルファスシリコン真性層厚さの関数として、アモルファスシリコンＰＩＮフォトダイオードの相対的量子効率を示す。アモルファスシリコン真性層のうち厚さが１ｕｍ未満のものの場合、アモルファスシリコンを光が通過した後上記ＭｏＷバック接点に吸収されるため、量子効率が低下する。図１２に示すように、５００ｎｍまではＣｓＩ発光スペクトルの損失は〜８％であり、２５０ｎｍまでは損失は２５％である。暗電流の低減、トラッピングに起因する画像遅延の低減および／または電荷容量の増加のためには、ａ−Ｓｉ厚さを薄くすることが望ましい。金属（例えば、ＭｏＷ、Ｍｏ）または光吸収後部接点を備えた関連技術のＰＩＮフォトダイオードの場合、５００ｎｍの真性層厚さに対して信号／ノイズを選択または最適化させる。光透過性電極を含みかつ反射層の実施形態を含む例示的なＰＩＮフォトダイオードの場合、肉薄（例えば、２５０ｎｍ）にすることにより、５００ｎｍの関連技術のフォトダイオードと同様の量子効率を得る一方で、ノイズ低減、画像遅延低減および／または電荷容量増加が可能となる。あるいは、実施形態によれば、光検出器の真性層または半導体層の厚さを２００ｎｍ、３００ｎｍ、３５０ｎｍまたは４００ｎｍ未満としてもよい。
【００３７】
反射器層およびその使用方法の実施形態は、シンチレーター材料および光検出器材料の特性に基づく。反射層の実施形態は、例えばシンチレーターの発光特性およびＦＰＲ中のフォトダイオードの吸収特性に基づいて量子効率を増加させるように、選択することができる。一実施形態において、シンチレーター特性は、シンチレーター厚さ、シンチレーター組成、シンチレーターＸ線吸収係数およびシンチレーター光発光スペクトルのうち少なくとも１つを含み得る。一実施形態において、光検出器特性は、感光要素面積、感光要素ピッチ、感光要素感度のうち少なくとも１つを含み得、あるいは、その内部の光検出器層それぞれの特性を挙げると、波長の関数としての吸収係数、波長または厚さの関数としての屈折率がある。一実施形態において、反射器層の特性を挙げると、スペクトル反射率または反射光の角度分布のうち少なくとも１つがある。任意選択の光学的に透明な誘電体を反射層と光検出器との間に形成した場合、上記誘電体は、波長の関数としての吸収係数または波長の関数としての屈折率の特性を有する誘電体であり得る。
【００３８】
一実施形態において、反射光の吸収は、５５０ｎｍ〜７００ｎｍの光に対するＤＲ検出器内の光検出器の全吸収のうち少なくとも１５％、少なくとも２５％または少なくとも３５％であり得、あるいは、５５０ｎｍ〜７００ｎｍの光の少なくとも１つの波長に対する光検出器の吸収を反射光吸収により所定量（例えば、１０％または２０％）より多く増加させてもよい。光検出器の厚さは、シンチレーターからの（４００〜７００ｎｍであり得る）衝突光のうち少なくとも１つの波長の少なくとも５０％を通過させるように、構成され得る。反射層の実施形態は、所定の波長帯域を選好的に反射させるように選択してもよいし、あるいは、５５０〜６５０ｎｍまたは５００〜７００ｎｍとなるように選択された波長に対して最高になる反射係数を含むように選択してもよい。
【００３９】
通常のＸ線またはＣＴ画像化に関わらず、スクリーニングのための画像介入を用いる場合、関連付けられたＸ線を対象または操作者が被爆する危険性を低減または最小化する必要の認識が高まっている。光検出器厚さの低減と共に、Ｘ線も低減することができる。現行の医療用Ｘ線技術が達成できる画質以上の画質を、Ｘ線を低線量化して達成することができるのであれば、低線量のＸ線を用いた医療用画像化というのは極めて魅力的である。
【００４０】
本教示の範囲は、図示した実施形態に限定されない点に留意されたい。
【００４１】
本発明を１つ以上の実行様態について例示してきたが、添付の特許請求の範囲の意図および範囲から逸脱することなく、例示の例において改変および／または変更が可能である。例えば、多様な画素実施形態を放射画像化システムにおいて用いることが可能である。例示的な放射画像化システムは、複数の多様な画素実施形態をアレイ、駆動回路、読み出し回路および蛍光体面において含み得る。放射源も含まれ得る。さらに、ＤＲ画像センサー／方法の実施形態は、Ｘ線用途、蛍光透視用途、モバイル画像化システム用途および／またはボリューム画像再構築用途において用いることが可能である。
【００４２】
加えて、いくつかの実行様態のうち１つのみについて実施形態の特定の特徴を開示してきたが、このような特徴をその他の実行様態のうち１つ以上の他の特徴と組み合わせかつ／または任意の所与の機能または特定の機能に合わせて他の例示的実施形態を所望かつ有利に用いることも可能である。本発明の広範な範囲における数値範囲およびパラメータ設定は概算であるのにも関わらず、上記の特定の例中に記載される数値は、できるだけ正確に記載されている。しかし、任意の数値は、各試験測定において見受けられる標準偏差からやむを得ず発生する特定の誤差を固有に含む。本明細書中に開示されるより全体的な範囲は、任意かつ全ての小範囲を含むものとして理解されるべきである。例えば、「１０未満」の範囲は、最小値−２から最大値である１０までのこれらの値を含む任意かつ全ての小範囲（すなわち、−２以上の最小値および１０以下の最大値（例えば、１〜５）を有する任意かつ全ての小範囲）を含み得る。さらに、「含む」、「含む」、「有する」、「有する」、「備える」などの用語が上記の詳細な記載および特許請求の範囲において用いられているが、このような用語は、「含む」という用語と同様に用いられることが意図される。本明細書中に用いられる「接続される」という用語は、直接的に、または間に他の要素を介して間接的に電気的に接続された様子を示す。本明細書中、「ＡおよびＢ」または「Ａおよび／またはＢ」など、項目の羅列について「１つ以上」または「および／または」という表現が用いられた場合、Ａのみを示す場合もあれば、Ｂのみを示す場合もあり、あるいはＡおよびＢを示す場合もある。「少なくとも１つ」という表現は、羅列されたもののうち１つ以上が選択可能であることを示す。
【００４３】
さらに、本明細書中の議論および特許請求の範囲において、２つの材料について「上」および他方の「上」という表現が用いられた場合、上記材料間の少なくとも一定の接触を示す。一方、「の上に」とは、これらの材料が相互に近接または近隣している様子を示すが、１つ以上のさらなる介在材料があり接触が可能であるが不要である場合もある。「上」、「上方」、「下方」、「上に」または「〜下」とは、本明細書中に用いられる任意の方向性を暗示する。本明細書中に用いられる用語が２つの要素について用いられる場合、要素Ａと要素Ｂとの「間」にある要素Ｃが少なくとも１方向において空間に配置され、ＡがＣの近隣にありかつＣがＢの近隣にあることを示し、その逆もある。「コンフォーマル」とは、下側材料の角度がコンフォーマル材料によって保持される被覆材料を指す。さらに、本明細書中の議論および特許請求の範囲において、「例示的」という用語は、記載が理想的なものではなく例示的なものであることを示す。
【図２】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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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１】
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【図３】
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【図６】
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【国際調査報告】
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