(57)【要約】      （修正有）【課題】アルカリ金属が特定の濃度分布を有し、感度劣化が少なく、電子走行性特性に優れた記録用光導電層を備えた放射線固体センサー及びその製造方法を提供する。【解決手段】記録用光導電層の両側に電極が設けられ、この電極間に所定のバイアス電圧を印加して、放射線入射によって記録用光導電層内部に発生する電荷を電気信号として検出する放射線固体センサーにおいて、電極間に所定領域が設けられ、この領域のアルカリ金属平均濃度が、電極間の領域以外の部分の１０倍以上とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録用光導電層の両側に電極が設けられ、該電極間に所定のバイアス電圧を印加して、放射線入射によって前記記録用光導電層内部に発生する電荷を電気信号として検出する放射線固体センサーにおいて、前記電極間に所定領域が設けられ、該領域のアルカリ金属平均濃度が、前記電極間の前記領域以外の部分の１０倍以上であることを特徴とする放射線固体センサー。
【請求項２】
前記濃度が１００倍以上であることを特徴とする請求項１記載の放射線固体センサー。
【請求項３】
前記領域が、前記記録用光導電層の一方の界面からの厚さ方向１０００μｍ以内のいずれかの領域に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の放射線固体センサー。
【請求項４】
前記領域が、前記記録用光導電層の一方の界面から厚さ方向２０ｎｍまでにおける領域に設けられていることを特徴とする請求項３記載の放射線固体センサー。
【請求項５】
前記領域の厚みが５ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の放射線固体センサー。
【請求項６】
前記領域のアルカリ金属平均濃度が０．２〜１０ｐｐｍであることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載の放射線固体センサー。
【請求項７】
前記記録用光導電層がアモルファスセレンからなることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項記載の放射線固体センサー。
【請求項８】
記録用光導電層の両側に電極が設けられ、該電極間に所定のバイアス電圧を印加して、放射線入射によって前記記録用光導電層内部に発生する電荷を電気信号として検出する放射線固体センサーにおいて、前記記録用光導電層は、アルカリ金属が所定量ドーピングされたアモルファスセレンであって、前記記録用光導電層中のアルカリ金属の平均濃度が１０ｐｐｍ以下であり、かつ前記記録用光導電層の電子寿命が５００マイクロ秒以上であることを特徴とする放射線固体センサー。
【請求項９】
記録用光導電層の両側に電極が設けられ、該電極間に所定のバイアス電圧を印加して、放射線入射によって前記記録用光導電層内部に発生する電荷を電気信号として検出する放射線固体センサーにおいて、前記記録用光導電層は、アルカリ金属が所定量ドーピングされたアモルファスセレンであって、前記記録用光導電層のアルカリ金属の平均濃度が該記録用光導電層の原料中のアルカリ金属濃度の１／１００以下であることを特徴とする放射線固体センサー。
【請求項１０】
前記アルカリ金属がＮａであることを特徴とする請求項１〜９いずれか１項記載の放射線固体センサー。
【請求項１１】
アルカリ金属を含有する化合物で改質された蒸着器内で、アルカリ金属を含有しないアモルファスセレンを蒸着して前記記録用光導電層を得ることを特徴とする請求項７、８または９記載の放射線固体センサーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線などの放射線撮像装置に適用して好適な放射線固体センサーおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、医療用Ｘ線撮影において、被験者の受ける被曝線量の減少、診断性能の向上等のために、Ｘ線に感応する光導電層を感光体として用い、この光導電層にＸ線により形成された静電潜像を、光或いは多数の電極で読み取って記録するＸ線撮像パネル（放射線固体センサー）が知られている。これらは、周知の撮影法であるＴＶ撮像管による間接撮影法と比較して高解像度である点で優れている。
【０００３】
上述したＸ線撮像パネルは、この撮像パネル内に設けられた電荷生成層にＸ線を照射することによって、Ｘ線エネルギーに相当する電荷を生成し、生成した電荷を電気信号として読み出すようにしたものであって、上記光導電層は電荷生成層として機能する。従来より、この光導電層としてはアモルファスセレン（ａ−Ｓｅ）、ＰｂＯ、ＰｂＩ2、ＨｇＩ2、ＢｉＩ３、Ｃｄ（Ｚｎ）Ｔｅなどの材料が使用されている。
【０００４】
上記アモルファスセレンは、真空蒸着法等の薄膜形成技術を利用して容易に大面積化に対応が可能であるが、アモルファスゆえの構造欠陥を多く含む傾向があるため、感度が劣化しやすい。そこで、性能を改善するために、適量の不純物を添加(ドーピング)することが一般的に行われており、例えば、特許文献１にはアルカリ金属を０．０１〜１０ｐｐｍドーピングしたアモルファスセレンを利用した記録用光導電層が、特許文献２には、アルカリ金属としてＮａを７０ｐｐｍドーピングしたアモルファスセレンを利用した記録用光導電層が、特許文献３にはＮａを１００ｐｐｍドーピングしたアモルファスセレンを利用した記録用光導電層がそれぞれ記載されている。
【０００５】
また、特許文献４には、正孔を伝導せずに電子を伝導する、２０ないし２００ｐｐｍのアルカリ金属を添加したセレンからなる、０．５ないし２μｍの厚さを有する半導体層を含むＸ線画像検出器が記載されている。さらに、特許文献５には、０．５と１０μｍの厚みを有する、アルカリ金属でドープされた、セレンの単極バッファー層を有する半導体層を有するＸ線映像用多層版が記載されている。
【特許文献１】特開２００３−３１５４６４号公報
【特許文献２】特開２００１−２４４４９２号公報
【特許文献３】米国特許第３６８５９８９号明細書
【特許文献４】特開平６−２０９０９７号公報
【特許文献５】特許第３７６１６９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者が鋭意検討を行ったところ、放射線固体センサーの電極間の所定領域をアルカリ金属濃度が高い領域とし、この所定領域以外の部分を、所定領域よりもアルカリ金属濃度が少ない領域とすれば、記録用光導電層の電子走行性が改良できることがわかった。
【０００７】
また、上記特許文献１に記載されているようなアルカリ金属がドーピングされたアモルファスセレンは局所的な結晶化が起こる場合がある。これを光導電層に使用すると経時による画像欠陥が起こる可能性がある。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、ドーピングされたアルカリ金属が特定の濃度分布を有するとともに、欠陥が少なく、電子走行性特性に優れた記録用光導電層を備えた放射線固体センサーおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の放射線固体センサーは、記録用光導電層の両側に電極が設けられ、該電極間に所定のバイアス電圧を印加して、放射線入射によって前記記録用光導電層内部に発生する電荷を電気信号として検出する放射線固体センサーにおいて、前記電極間に所定領域が設けられ、該領域のアルカリ金属平均濃度が、前記電極間の前記領域以外の部分の１０倍以上であることを特徴とするものである。
【００１０】
前記濃度は１００倍以上であることがより望ましい。前記領域は、前記記録用光導電層の一方の界面からの厚さ方向１０００μｍ以内のいずれかの領域に設けられていることが好ましい。より好ましくは、前記記録用光導電層は、該記録用光導電層の一方の界面から厚さ方向２０ｎｍまでに設けられていることが好ましい。
【００１１】
前記領域の厚みは、５ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましい。また、前記領域のアルカリ金属平均濃度０．２〜１０ｐｐｍであることがより好ましい。  
前記記録用光導電層はアモルファスセレンからなることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の放射線固体センサーは、記録用光導電層の両側に電極が設けられ、該電極間に所定のバイアス電圧を印加して、放射線入射によって前記記録用光導電層内部に発生する電荷を電気信号として検出する放射線固体センサーにおいて、前記記録用光導電層は、アルカリ金属が所定量ドーピングされたアモルファスセレンであって、前記記録用光導電層中のアルカリ金属の平均濃度が１０ｐｐｍ以下であり、かつ前記記録用光導電層の電子寿命が５００マイクロ秒以上であることを特徴とするものである。
【００１３】
さらに、本発明の放射線固体センサーは、記録用光導電層の両側に電極が設けられ、該電極間に所定のバイアス電圧を印加して、放射線入射によって前記記録用光導電層内部に発生する電荷を電気信号として検出する放射線固体センサーにおいて、前記記録用光導電層は、アルカリ金属が所定量ドーピングされたアモルファスセレンであって、前記記録用光導電層のアルカリ金属の平均濃度が該記録用光導電層の原料中のアルカリ金属濃度の１／１００以下であることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の放射線固体センサーの記録用光導電層は、前記アルカリ金属がＮａであることが好ましい。
【００１５】
本発明の放射線固体センサーは、アルカリ金属を含有する化合物で改質された蒸着器内で、アルカリ金属を含有しないアモルファスセレンを蒸着して前記記録用光導電層を得ることによって製造することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の放射線固体センサーは、記録用光導電層の両側に電極が設けられ、この電極間に所定のバイアス電圧を印加して、放射線入射によって記録用光導電層内部に発生する電荷を電気信号として検出する放射線固体センサーにおいて、電極間に所定領域が設けられ、この領域のアルカリ金属平均濃度が、電極間の所定領域以外の部分の１０倍以上としたので、感度劣化が少なく、電子寿命の長い、電子走行性特性に優れた記録用光導電層を備えた放射線固体センサーとすることができる。また、本発明の放射線固体センサーは、正孔走行特性を損なうことがない。
【００１７】
特に、前記領域の厚みが５ｎｍ〜１００ｎｍであって、アルカリ金属平均濃度が０．２〜１０ｐｐｍである領域を備えた本発明の放射線固体センサーは、電子走行性の改良と、アルカリ金属がドーピングされることによる結晶化のおそれの最小化が両立されるためより好ましい。
【００１８】
また、本発明の放射線固体センサーは、記録用光導電層を、アルカリ金属が所定量ドーピングされたアモルファスセレンであって、記録用光導電層中のアルカリ金属の平均濃度が１０ｐｐｍ以下であり、かつ記録用光導電層の電子寿命が５００マイクロ秒以上であるものとしたので、電子走行性特性に優れ、電荷収集量の大きい高感度のものとすることができる。
【００１９】
さらに、本発明の放射線固体センサーは、記録用光導電層を、アルカリ金属が所定量ドーピングされたアモルファスセレンであって、記録用光導電層のアルカリ金属の平均濃度がこの記録用光導電層の原料中のアルカリ金属濃度の１／１００以下としたので、アルカリ金属由来のキャリアトラップが少なく、欠陥が少なくなるので、優れた電子走行性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の放射線固体センサーは、記録用光導電層の両側に電極が設けられ、この電極間に所定のバイアス電圧を印加して、放射線入射によって記録用光導電層内部に発生する電荷を電気信号として検出する放射線固体センサーにおいて、電極間に所定領域が設けられ、この所定領域のアルカリ金属平均濃度が、電極間の所定領域以外の部分の１０倍以上であることを特徴とする。
【００２１】
放射線固体センサーには、放射線を直接電荷に変換し電荷を蓄積する直接変換方式と、放射線を一度ＣｓＩ：Ｔｌ、ＧＯＳ（Ｇｄ２Ｏ2Ｓ：Ｔｂ）などのシンチレータで光に変換し、その光を光導電層で電荷に変換し蓄積する間接変換方式があるが、本発明の放射線固体センサーは、光導電層にアモルファスセレンを用いたものであれば、前者の直接変換方式であっても、間接変換型の光-電子変換層であってもよい。なお、放射線としてはＸ線の他、γ線、α線などについて使用することが可能である。
【００２２】
また、本発明の放射線固体センサーは、光の照射により電荷を発生する半導体材料を利用した放射線画像検出器により読み取る、いわゆる光読取方式にも、また、放射線の照射により発生した電荷を蓄積し、その蓄積した電荷を薄膜トランジスタ（thin film transistor：ＴＦＴ）などの電気的スイッチを１画素ずつＯＮ・ＯＦＦすることにより読み取る方式（以下、ＴＦＴ方式という）であってもよい。
【００２３】
まず、前者の光読取方式に用いられる放射線固体センサーを例にとって説明する。図１は本発明の放射線固体センサーの一実施の形態を示す断面図を示すものである。
【００２４】
この放射線固体センサー10は、後述する記録用の放射線L1に対して透過性を有する第１の導電層１、この導電層１を透過した放射線L1の照射を受けることにより導電性を呈する記録用放射線導電層２、導電層１に帯電される電荷（潜像極性電荷；例えば負電荷）に対しては略絶縁体として作用し、かつ、電荷と逆極性の電荷（輸送極性電荷；上述の例においては正電荷）に対しては略導電体として作用する電荷輸送層３、後述する読取用の読取光L2の照射を受けることにより導電性を呈する読取用光導電層４、電磁波L2に対して透過性を有する第２の導電層５を、この順に積層してなるものである。なお、図１では電荷輸送層が記録用放射線導電層２と読取用光導電層４との間に設けられている態様を示しているが、これに代えて電荷輸送層は導電層１と記録用放射線導電層２との間に設けられていてもよく、あるいは双方の位置、すなわち２層設けられていてもよい。
【００２５】
図１に示す放射線固体センサーにおける所定領域は、導電層１と導電層５との間に設けられ、好ましくは、記録用光導電層２と導電層１との界面から記録用光導電層２側の厚さ方向１０００μｍ以内に設けられるか、または記録用光導電層２と電荷輸送層３との界面から記録用光導電層２側の厚さ方向１０００μｍ以内に設けられるか、さらには電荷輸送層３と記録用光導電層２の界面から電荷輸送層３側に設けられることが望ましい。なお、電荷輸送層３が導電層１と記録用放射線導電層２との間に設けられている場合も同様である。
【００２６】
所定領域を記録用光導電層に設ける場合は、平均濃度が所定量のアルカリ金属がドーピングされたアモルファスセレンからなる記録用光導電層を製造しようとする場合に、光導電層の原料中のアルカリ金属濃度を所望とする平均濃度の１０倍以上とし、アルカリ金属とアモルファスセレンをあらかじめ反応させてセレン合金とし、これを坩堝につめて蒸着することにより製造することができる。
【００２７】
また、記録用光導電層に設けられる所定領域は、アルカリ金属を含有する化合物で改質された蒸着器内（坩堝を含む）で、アルカリ金属を含有しないａ−Ｓｅを蒸着することによっても製造することができる。ここで、アルカリ金属を含有する化合物で改質されたとは、アルカリ金属を含有する化合物で蒸着などを行って蒸着器内(坩堝も含む)にアルカリ金属が残留していることを意味する。
【００２８】
アルカリ金属を含有する化合物は、アルカリ金属がドープされたセレン、ＮａＣｌ，ＬｉＦ，ＲｂＢｒ，ＮａＦのようなアルカリハライドや、Ｎａ2Ｓ，Ｎａ2ＳｅあるいはＮａ2Ｔｅのようなアルカリ金属のカルコゲナイドを用いることができる。また、ＮａＯＨやＬｉＯＨのような水酸化アルカリに坩堝を浸漬させてもよい。
【００２９】
このように製造される領域を有する放射線固体センサーは、領域のアルカリ金属平均濃度が、電極間の所定領域以外の部分の１０倍以上となり、電子寿命の長い放射線固体センサーとすることができる。
【００３０】
導電層１および５としては、例えば、透明ガラス板上に導電性物質を一様に塗布したもの（ネサ皮膜等）、より具体的には、多結晶ＩＴＯ（Ｉｎ2Ｏ3：Ｓｎ）、アモルファスＩＴＯ（Ｉｎ2Ｏ3：Ｓｎ）、アモルファスＩＺＯ（Ｉｎ2Ｏ3：Ｚｎ）、ＡＴＯ（ＳｎＯ2：Ｓｂ）、ＦＴＯ（ＳｎＯ2：Ｆ）、ＡＺＯ（ＺｎＯ：Ａｌ）、ＧＺＯ（ＺｎＯ：Ｇａ）、金、銀、白金、アルミニウム、インジウム等の薄膜、１０〜１０００ｎｍ程度のサイズからなる貴金属（白金、金、銀）の分散物の塗布膜等が好ましい。
【００３１】
電荷輸送層３としては、導電層１に帯電される負電荷の移動度と、その逆極性となる正電荷の移動度の差が大きい程良く、ポリＮ−ビニルカルバゾール（ＰＶＫ）、N,N'−ジフェニル−N,N'−ビス（３−メチルフェニル）−〔1,1'−ビフェニル〕−4,4'−ジアミン（ＴＰＤ）やディスコティック液晶等の有機系化合物、或いはＴＰＤのポリマー（ポリカーボネート、ポリスチレン、ＰＶＫ、ポリビニルアルコール）分散物，Ａｓ2Ｓｅ3、Ｓｂ2Ｓ3、シリコンオイル、Ｃｌを１０〜２００ｐｐｍドープしたａ−Ｓｅ等の半導体物質、ポリカーボネートが適当である。特に、有機系化合物（ＰＶＫ，ＴＰＤ、ディスコティック液晶等）は光不感性を有するため好ましく、また、誘電率が一般に小さいため電荷輸送層３と読取用光導電層４の容量が小さくなり読み取り時の信号取り出し効率を大きくすることができる。
【００３２】
読取用光導電層４には、ａ−Ｓｅ，Ｃｌを１０〜２００ｐｐｍドープしたａ−Ｓｅ、ＡｓのようなＶ族元素を５〜２００ｐｐｍドープしたセレン、Ｓｅ−Ｔｅ，Ｓｅ−Ａｓ−Ｔｅ，Ａｓ2Ｓｅ3、無金属フタロシアニン，金属フタロシアニン，ＭｇＰｃ（ Magnesium phtalocyanine），ＶｏＰｃ（phaseII of Vanadyl phthalocyanine），ＣｕＰｃ（Cupper phtalocyanine）、Ｂｉ12ＭＯ20 (Ｍ：Ｔｉ、Ｓｉ、Ｇｅ)、Ｂｉ4Ｍ3Ｏ12 (Ｍ：Ｔｉ、Ｓｉ、Ｇｅ)、Ｂｉ2Ｏ3、ＢｉＭＯ4（Ｍ：Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ）、Ｂｉ2ＷＯ6、Ｂｉ24Ｂ2Ｏ39、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ，ＭＮｂＯ3(M：Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ)、ＰｂＯ，ＨｇＩ2、ＰｂＩ2 ，ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＢｉＩ3等のうち少なくとも１つを主成分とする光導電性物質が好適である。また、一価金属を０．３〜１００ｐｐｍおよびＶ族元素を０．１〜４０００ｐｐｍ含有するセレン合金も好ましく用いることもできる。
【００３３】
なお、第一の導電層と記録用光導電層２の間に、電子注入阻止層があってもよい。電子注入阻止層としては、硫化アンチモン、N,N'−ジフェニル−N,N'−ビス（３−メチルフェニル）−〔1,1'−ビフェニル〕−4,4'−ジアミン（ＴＰＤ）が用いられる。読取用光導電層４と第２の導電層５の間に、正孔注入阻止層があってもよい。正孔注入阻止層としては、酸化セリウム、硫化アンチモン、硫化亜鉛が用いられる。
【００３４】
続いて、静電潜像を読み取るために光を用いる方式について簡単に説明する。図２は放射線固体センサー10を用いた記録読取システム（静電潜像記録装置と静電潜像読取装置を一体にしたもの）の概略構成図を示すものである。この記録読取システムは、放射線固体センサー10、記録用照射手段90、電源50、電流検出手段70、読取用露光手段92並びに接続手段S1、S2とからなり、静電潜像記録装置部分は放射線固体センサー10、電源50、記録用照射手段90、接続手段S1とからなり、静電潜像読取装置部分は放射線固体センサー10、電流検出手段70、接続手段S2とからなる。
【００３５】
放射線固体センサー10の導電層１は接続手段S1を介して電源50の負極に接続されるとともに、接続手段S2の一端にも接続されている。接続手段S2の他端の一方は電流検出手段70に接続され、放射線固体センサー10の導電層５、電源50の正極並びに接続手段S2の他端の他方は接地されている。電流検出手段70はオペアンプからなる検出アンプ70aと帰還抵抗70b とからなり、いわゆる電流電圧変換回路を構成している。
【００３６】
導電層５は、特開２００１-３３７１７１号や特開２００１−１６０９２２号記載の構造のものであってもよい。
【００３７】
導電層１の上面には被写体９が配設されており、被写体９は放射線L1に対して透過性を有する部分9aと透過性を有しない遮断部9bが存在する。記録用照射手段90は放射線L1を被写体９に一様に曝射するものであり、読取用露光手段92はレーザ光やＬＥＤ、有機ＥＬ、無機ＥＬ等の読取光L2を図３中の矢印方向へ走査露光するものであり、読取光L2は直線状に収束された形状をしていることが望ましい。
【００３８】
以下、上記構成の記録読取システムにおける静電潜像記録過程について電荷モデル（図３）を参照しながら説明する。図２において接続手段S2を開放状態（接地、電流検出手段70の何れにも接続させない）にして、接続手段S1をオンし導電層１と導電層５との間に電源50による直流電圧Edを印加し、電源50から負の電荷を導電層１に、正の電荷を導電層５に帯電させる（図３(A)参照）。これにより、放射線固体センサー10には導電層１と５との間に平行な電場が形成される。
【００３９】
次に記録用照射手段90から放射線L1を被写体９に向けて一様に曝射する。放射線L1は被写体９の透過部9aを透過し、さらに導電層１をも透過する。放射線導電層２はこの透過した放射線L1を受け導電性を呈するようになる。これは放射線L1の線量に応じて可変の抵抗値を示す可変抵抗器として作用することで理解され、抵抗値は放射線L1によって電子（負電荷）とホール（正電荷）の電荷対が生じることに依存し、被写体９を透過した放射線L1の線量が少なければ大きな抵抗値を示すものである（図３(B)参照）。なお、放射線L1によって生成される負電荷（−）および正電荷（＋）を、図面上では−または＋を○で囲んで表している。
【００４０】
記録用光導電層２中に生じた正電荷は放射線導電層２中を導電層１に向かって高速に移動し、導電層１と記録用光導電層２との界面で導電層１に帯電している負電荷と電荷再結合して消滅する（図３(C),(D)を参照）。一方、記録用光導電層２中に生じた負電荷は記録用光導電層２中を電荷輸送層３に向かって移動する。電荷輸送層３は導電層１に帯電した電荷と同じ極性の電荷（本例では負電荷）に対して絶縁体として作用するものであるから、記録用光導電層２中を移動してきた負電荷は記録用光導電層２と電荷輸送層３との界面で停止し、この界面に蓄積されることになる（図３(C),(D)を参照）。蓄積される電荷量は記録用光導電層２中に生じる負電荷の量、即ち、放射線L1の被写体９を透過した線量によって定まるものである。
【００４１】
一方、放射線L1は被写体９の遮断部9bを透過しないから、放射線固体センサー10の遮断部9bの下部にあたる部分は何ら変化を生じない（ 図３(B)〜(D)を参照）。このようにして、被写体９に放射線L1を曝射することにより、被写体像に応じた電荷を記録用光導電層２と電荷輸送層３との界面に蓄積することができるようになる。なお、この蓄積せしめられた電荷による被写体像を静電潜像という。
【００４２】
次に静電潜像読取過程について電荷モデル（図４）を参照しつつ説明する。接続手段S1を開放し電源供給を停止すると共に、S2を一旦接地側に接続し、静電潜像が記録された放射線固体センサー10の導電層１および５を同電位に帯電させて電荷の再配列を行った後に（図４(A)参照）、接続手段S2を電流検出手段70側に接続する。
【００４３】
読取用露光手段92により読取光L2を放射線固体センサー10の導電層５側に走査露光すると、読取光L2は導電層５を透過し、この透過した読取光L2が照射された光導電層４は走査露光に応じて導電性を呈するようになる。これは上記記録用光導電層２が放射線L1の照射を受けて正負の電荷対が生じることにより導電性を呈するのと同様に、読取光L2の照射を受けて正負の電荷対が生じることに依存するものである（図４(B)参照）。なお、記録過程と同様に、読取光L2によって生成される負電荷（−）および正電荷（＋）を、図面上では−または＋を○で囲んで表している。
【００４４】
電荷輸送層３は正電荷に対しては導電体として作用するものであるから、読み取り光導電層４に生じた正電荷は蓄積電荷に引きつけられるように電荷輸送層３の中を急速に移動し、記録用光導電層２と電荷輸送層３との界面で蓄積電荷と電荷再結合し消滅する（図４(C)参照）。一方、光導電層４に生じた負電荷は導電層５の正電荷と電荷再結合し消滅する（図４(C)参照）。光導電層４は読取光L2により十分な光量でもって走査露光されており、記録用光導電層２と電荷輸送層３との界面に蓄積されている蓄積電荷、即ち静電潜像が全て電荷再結合により消滅せしめられる。このように、放射線固体センサー10に蓄積されていた電荷が消滅するということは、放射線固体センサー10に電荷の移動による電流Ｉが流れたことを意味するものであり、この状態は放射線固体センサー10を電流量が蓄積電荷量に依存する電流源で表した図４(D)のような等価回路でもって示すことができる。
【００４５】
このように、読取光L2を走査露光しながら、放射線固体センサー10から流れ出す電流を検出することにより、走査露光された各部（画素に対応する）の蓄積電荷量を順次読み取ることができ、これにより静電潜像を読み取ることができる。なお、本放射線検出部動作については特開2000-105297号等に記載されている。
【００４６】
次に、後者のＴＦＴ方式の放射線固体センサーについて説明する。この放射線固体センサーは、図５に示すように放射線検出部100とアクティブマトリックスアレイ基板（以下AMA基板）200が接合された構造となっている。図６に示すように放射線検出部100は大きく分けて放射線入射側から順に、バイアス電圧印加用の共通電極103と、検出対象の放射線に感応して電子−正孔対であるキャリアを生成する記録用光導電層104と、キャリア収集用の検出電極107とが積層形成された構成となっている。共通電極の上層には放射線検出部支持体を有していてもよい。
【００４７】
図６に示す放射線固体センサーにおける所定領域は、バイアス電圧印加用の共通電極103とキャリア収集用の検出電極107との間に設けられ、好ましくは、記録用光導電層104とバイアス電圧印加用の共通電極103との界面から記録用光導電層104側の厚さ方向１０００μｍ以内に設けられる。
【００４８】
共通電極103や検出電極107は、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）や、ＡｕあるいはＰｔなどの導電材料からなる。バイアス電圧の極性に応じて、正孔注入阻止層、電子注入阻止層が共通電極103や検出電極107に付設されていてもよい。正孔注入阻止層としては、酸化セリウム、硫化アンチモン、硫化亜鉛が用いられ、そして、電子注入阻止層としては、硫化アンチモン、N,N'−ジフェニル−N,N'−ビス（３−メチルフェニル）−〔1,1'−ビフェニル〕−4,4'−ジアミン（ＴＰＤ）が用いられる。
【００４９】
ＡＭＡ基板200の各部の構成について簡単に説明する。ＡＭＡ基板200は図７に示すように、画素相当分の放射線検出部105の各々に対して電荷蓄積容量であるコンデンサ210とスイッチング素子としてＴＦＴ220とが各１個ずつ設けられている。支持体102においては、必要画素に応じて縦1000〜3000×横1000〜3000程度のマトリックス構成で画素相当分の放射線検出部105が２次元配列されており、また、ＡＭＡ基板200においても、画素数と同じ数のコンデンサ210およびＴＦＴ220が、同様のマトリックス構成で２次元配列されている。記録用光導電層で発生した電荷はコンデンサ210に蓄積され、光読取方式に対応して静電潜像となる。ＴＦＴ方式においては、放射線で発生した静電潜像は電荷蓄積容量に保持される。
【００５０】
ＡＭＡ基板200におけるコンデンサ210およびＴＦＴ220の具体的構成は、図６に示す通りである。すなわち、ＡＭＡ基板支持体230は絶縁体であり、その表面に形成されたコンデンサ210の接地側電極210aとＴＦＴ220のゲート電極220aの上に絶縁膜240を介してコンデンサ210の接続側電極210bとＴＦＴ220のソース電極220bおよびドレイン電極220cが積層形成されているのに加え、最表面側が保護用の絶縁膜250で覆われた状態となっている。また接続側電極210bとソース電極220bはひとつに繋がっており同時形成されている。コンデンサ210の容量絶縁膜およびＴＦＴ220のゲート絶縁膜の両方を構成している絶縁膜240としては、例えば、プラズマＳｉＮ膜が用いられる。このＡＭＡ基板200は、液晶表示用基板の作製に用いられるような薄膜形成技術や微細加工技術を用いて製造される。
【００５１】
続いて放射線検出部100とＡＭＡ基板200の接合について説明する。検出電極107とコンデンサ210の接続側電極210bを位置合わせした状態で、両基板100、200を銀粒子などの導電性粒子を含み厚み方向のみに導電性を有する異方導電性フィルム（ＡＣＦ）を間にして加熱・加圧接着して貼り合わせることで、両基板100、200が機械的に合体されると同時に、検出電極107と接続側電極210bが介在導体部140によって電気的に接続される。
【００５２】
さらに、ＡＭＡ基板200には、読み出し駆動回路260とゲート駆動回路270とが設けられている。読み出し駆動回路260は、図７に示すように、列が同一のＴＦＴ220のドレイン電極を結ぶ縦（Ｙ）方向の読み出し配線（読み出しアドレス線）280に接続されており、ゲート駆動回路270は行が同一のＴＦＴ220のゲート電極を結ぶ横（Ｘ）方向の読み出し線（ゲートアドレス線）290に接続されている。なお、図示しないが、読み出し駆動回路260内では、１本の読み出し配線280に対してプリアンプ（電荷−電圧変換器）が１個それぞれ接続されている。このように、ＡＭＡ基板200には、読み出し駆動回路260とゲート駆動回路270とが接続されている。ただし、ＡＭＡ基板200内に読み出し駆動回路260とゲート駆動回路270とを一体成型し、集積化を図ったものも用いられる。
【００５３】
なお、上述の放射線検出器100とＡＭＡ基板200とを接合合体させた放射線撮像装置による放射線検出動作については、例えば特開平１１−２８７８６２号などに記載されている。  
以下に本発明の放射線固体センサーを構成する記録用光導電層の実施例を示す。
【実施例】
【００５４】
（実施例１〜６、比較例２）
高純度５Ｎセレン、ＮａドープのためのＮａ2Ｓｅを添加してパイレックス（登録商標）ガラス管中に充填し、０．１Ｐａ以下で真空封入し、５５０℃で反応させて、表１に示すセレン合金を作製した。このセレン合金及び高純度５Nセレンを、それぞれ別のステンレスルツボにつめて、ルツボ温度２８０℃、真空度０．０００１Ｐａの条件で、アモルファスＩＺＯガラス基板に、基板温度６５度、蒸着速度１μｍ/ｍｉｎの条件で、１０００μｍ膜厚のＮａを含有したＳｅ蒸着膜を作製した。セレン合金と高純度５Nセレンのそれぞれの蒸着時の蒸着時間を調整することによって、表１に示すそれぞれの位置及び厚みを有するＮａ局在領域を作製した。最後に金を上部電極として１００ｎｍの厚みになるように蒸着し、実施例１〜６、比較例２のデバイスを作製した。
【００５５】
（実施例７〜１０、比較例１）
高純度５Ｎセレン、ＮａドープのためのＮａ2Ｓｅを添加してパイレックス（登録商標）ガラス管中に充填し、０．１Ｐａ以下で真空封入し、５５０℃で反応させ、表１に示すセレン合金を作製した。このセレン合金を、ステンレスルツボにつめて、ルツボ温度２８０℃、真空度０．０００１Ｐａの条件で、アモルファスＩＺＯガラス基板に、基板温度６５度、蒸着速度１μｍ/ｍｉｎの条件で、２５０μｍ膜厚のＮａを含有したＳｅ蒸着膜を作製した。セレン合金と高純度５Nセレンのそれぞれの蒸着時の蒸着時間を調整することによって、表１に示すそれぞれの位置及び厚みを有するＮａ局在領域を作製した。金を上部電極として、１００ｎｍの厚みになるように、蒸着法で実施例７〜１０、比較例１のデバイスを作製した。
【００５６】
（実施例１１）
実施例８の蒸着の後に、蒸着ルツボに残った２ｐｐｍＮａドープのセレン合金を３８０℃３０分の条件で除去した後に、同じルツボに、５Ｎセレンを充填し、同様に蒸着して、デバイスを作製した。
【００５７】
（電子寿命の測定）
Ｓ．Ｏ．Ｋａｓａｐ，Ｊ．Ａ．Ｒｏｗｌａｎｄｓ著、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉｃａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ：Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ｉｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，１１，１７９（２０００）の記述に基づき、タイムオブフライト（ＴＯＦ）法で電子寿命を測定した。正孔寿命は、バイアス電圧を逆にして測定した。
【００５８】
（電荷収集量の測定）
Ｍｏ管球で電圧３０ｋＶの条件で１０ｍＲのＸ線を０．２秒間、実施例１〜１０、比較例１および２で得られた記録用光導電層であるＳｅ蒸着膜に照射し、電圧を印加した条件で生じたパルス状の光電流を電流増幅器で電圧に変換し、デジタルオシロスコープで測定した。印加電圧は電場１０Ｖ／μｍに相当するように印加し、電流を時間積分することで電荷収集量を測定した。
【００５９】
（デバイスに用いた原材料の分析）
原材料のＮａの分析は、原子吸光法で行った。セレン中の元素濃度は、セレンに対する重量分率をｐｐｍで表した。なお、比較例１の５Ｎセレンは、測定限界以下で、Ｎａ濃度０．０１ｐｐｍ未満であった。
【００６０】
（デバイス蒸着膜の分析）
比較例１および２のデバイスと実施例１〜１０のデバイスにおける蒸着膜中のＮａ濃度を測定するために、アモルファスＩＺＯ層と櫛型電極が設けられた５ｃｍ角ガラス基板とともにシリコンウェファーを用意して同時に蒸着を行った。シリコン基板上のセレン合金膜の全量を硝酸で溶解し、その溶液のセレン量はＩＣＰ発光で定量し、Ｎａ量は黒鉛型の原子吸収分光法で定量し、膜中のセレンに対するＮａの平均濃度を求めた。
【００６１】
また、界面から２０ｎｍ、１μｍ、１００μｍ、１０００μｍの膜厚のＮａ濃度は、Ｓｅ蒸着膜を濃硝酸溶液で種々の時間で溶解させ、溶解液中のセレン量と、膜面積とセレンの比重より膜厚を計算することで、エッチング膜厚との関係を求め、この検量線より２０ｎｍ、１μｍ、１００μｍ、１０００μｍエッチングできる時間を決め、界面２０ｎｍ、１μｍ、１００μｍ、１０００μｍにおけるＮａ濃度を求めた。この際、表層のＮａの汚染の影響を取り除くために、水洗を二回行い、セレン層に組み込まれていないＮａ，Ｋを除去し、さらに、ＩＣＰ分析では殆どセレンが検出できない程度の０．１ｎｍ以下のエッチングを二回行った。
【００６２】
なお、セレン層の上に、セレン以外の無機層や有機層が付設されている場合には、セレン層が結晶化した後の体積変化する場合の歪み応力による剥離、あるいは冷却することでの膨脹率差による剥離により、基板に付着しているセレン層もしくは、セレン層単独のＮａ濃度を得ることができる。  
結果を表１に示す。
【表１】
2008053672.tif 000002
【００６３】
表１から明らかなように、実施例1〜１０のデバイスは、アルカリ金属をドープしていない比較例１に比べて電子寿命が５〜十数倍高く、また、アルカリ金属平均濃度に対する局在アルカリ金属濃度が１０倍未満である比較例２に比べて１．２５〜数倍高かった。また、表１には示していないが、測定した電荷収集量は比較例１に比べて１．２倍程度大きかった。
【００６４】
なお、表１には示していないが、正孔寿命は実施例、比較例すべての試料で５〜１０μｓであった。すなわち、本発明のデバイスは、従来のものと比して正孔の走行性において悪影響を受けていないことが分かる。
【００６５】
実施例１〜１０の経時によるアモルファスセレンの結晶化を見積もるために、アモルファスＩＺＯ層と櫛型電極が設けられた５ｃｍ角ガラス基板とともに透明ガラス基板を用意して同時に蒸着を行った。４０℃相対湿度２０％の条件で、３００時間経時させて、表面を光学顕微鏡の反射モード１００倍の拡大倍率で、局所的に結晶化した粒状の領域を観察し、単位面積あたりの個数をカウントした。実施例６のみ約４７０個／ｍｍ2の結晶化した部分を観察したが、実施例１〜５、７〜１０は、全く結晶化した部分を観察できなかった。このように、本発明の放射線固体センサーの中でも、５ｎｍ〜１００ｎｍの厚みと０．２〜１０ｐｐｍのアルカリ金属平均濃度を有する領域を備えたものは、電子走行性の改良と、アルカリ金属がドーピングされることによる結晶化の最小化が両立されるため、特に優れているものであることが分かる。
【００６６】
実施例１１はアルカリ金属を含有する化合物で改質された蒸着ルツボで、アルカリ金属を含有しないａ−Ｓｅを蒸着したものであるが、この場合にもアルカリ金属をドープしていない比較例１に比べて電子寿命が７倍強高かった。
【００６７】
以上のように、本発明の放射線固体センサーは、記録用光導電層の両側に電極が設けられ、この電極間に所定のバイアス電圧を印加して、放射線入射によって記録用光導電層内部に発生する電荷を電気信号として検出する放射線固体センサーにおいて、電極間に所定領域が設けられ、この領域のアルカリ金属平均濃度が、電極間の領域以外の部分の１０倍以上としたので、電子寿命の長い、電子走行性特性に優れた記録用光導電層を備えた放射線固体センサーとすることができた。また、正孔走行性を損なわないことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の放射線固体センサーの一実施の形態を示す断面図
【図２】放射線固体センサーを用いた記録読取システムの概略構成図
【図３】記録読取システムにおける静電潜像記録過程を電荷モデルにより示した図
【図４】記録読取システムにおける静電潜像読取過程を電荷モデルにより示した図
【図５】放射線検出器とＡＭＡ基板の合体状態を示す概略模式図
【図６】放射線検出部の画素分を示す概略断面図
【図７】ＡＭＡ基板の等価回路を示す電気回路図
【符号の説明】
【００６９】
１    第１の導電層
２    記録用光導電層
３    電荷輸送層
４    読取光導電層
５    第２の導電層
１０  放射線固体センサー
７０  電流検出手段
【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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