(57)【要約】【課題】放射線検出器を、放射線光電変換膜と電極との間の剥がれを抑制することが可能であって、暗電流、残像等の電気特性に優れたものとする。【解決手段】放射線光電変換膜１２と、この放射線光電変換膜１２の一方の面側に設けられた第１の電極１１と、放射線光電変換膜１２の他方の面側に設けられた第２の電極１４と、放射線光電変換膜１２と第２の電極１４との間に位置する電荷ブロック層１３とを有する放射線検出器において、電荷ブロック層１３の微小な領域において表面粗さＲａを０．８ｎｍ以上１．８ｎｍ以下とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線光電変換膜と、該放射線光電変換膜の一方の面側に設けられた第１の電極と、前記放射線光電変換膜の他方の面側に設けられた第２の電極と、前記放射線光電変換膜と前記第２の電極との間に位置する該第２の電極上の微小な領域において表面粗さＲａが０．８ｎｍ以上１．８ｎｍ以下である電荷ブロック層とを有することを特徴とする放射線検出器。
【請求項２】
前記放射線光電変換膜がアモルファスカルコゲナイドからなることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
【請求項３】
前記電荷ブロック層が昇華型の無機酸化物からなることを特徴とする請求項１または２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、Ｘ線などの放射線撮像装置に適用して好適な放射線検出器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日、医療診断等を目的とするＸ線（放射線）撮影において、Ｘ線画像情報記録手段として放射線検出器（半導体を主要部とするもの）を用いて、この検出器により被写体を透過したＸ線を検出して被写体に関するＸ線画像を表す画像信号を得るＸ線撮影装置が各種提案、実用化されている。
【０００３】
この装置に使用される放射線検出器としても、種々の方式が提案されている。例えば、Ｘ線を電荷に変換する電荷生成プロセスの面からは、Ｘ線が照射されることにより蛍光体から発せられた蛍光を光導電層で検出して得た信号電荷を一旦蓄積し、蓄積電荷を画像信号（電気信号）に変換して出力する光変換方式（間接変換方式）の検出器、或いは、Ｘ線が照射されることにより光導電層内で発生した信号電荷を電荷収集電極で集めて一旦蓄積し、蓄積電荷を電気信号に変換して出力する直接変換方式の検出器等がある。
【０００４】
一方、蓄積された電荷を外部に読み出す電荷読出プロセスの面からは、読取光（読取用の電磁波）を検出器に照射して読み出す光読出方式のものや、蓄積電荷をＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を走査駆動して読み出すＴＦＴ読出方式のもの等がある。
【０００５】
上述した放射線検出器は、この放射線検出器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）、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）や、ＰｂＩ2、ＨｇＩ2、ＢｉＩ3のような金属ハライドなどの材料が使用されている。
【０００６】
上記の材料の熱膨張係数はアモルファスセレンで３×１０-5／℃、金属ハライドでは５×１０-5〜５×１０-4／℃といずれも熱膨張係数が大きく、基板に用いられるガラス（熱膨張係数（５×１０-6））や電極との熱膨張係数の差が１桁近く異なる。このため熱応力により、放射線光電変換膜と基板や電極との間に剥がれが発生する。
【０００７】
このような問題を解決するために、例えば特許文献１においては、熱膨張率が放射線光電変換膜と同程度であり可塑性を有する有機膜を放射線光電変換膜と電極との間に用いることで熱応力を緩和し、有機膜によって、下地の表面に対して平坦化することにより剥がれの問題を解決している。
【特許文献１】特開２００６−１５６５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１記載のように有機膜を設けると、剥れは抑制されても塗布ムラや製造過程におけるゴミの混入を防ぐことが難しく、本来放射線検出器に必要な良質のＸ線画像や充分な耐久性を有することが難しい。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、放射線光電変換膜と電極との間の剥がれを抑制することが可能であって、ゴミの混入を抑制するとともに、画像欠陥が少なく、充分な耐久性を有する放射線検出器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】
【００１０】
本発明の放射線検出器は、放射線光電変換膜と、該放射線光電変換膜の一方の面側に設けられた第１の電極と、前記放射線光電変換膜の他方の面側に設けられた第２の電極と、前記放射線光電変換膜と前記第２の電極との間に位置する該第２の電極上の微小な領域において表面粗さＲａが０．８ｎｍ以上１．８ｎｍ以下である電荷ブロック層とを有することを特徴とするものである。
【００１１】
ここで、微小な領域とは長さ２μｍ領域を意味し、表面粗さＲａは放射線光電変換膜側に面した電荷ブロック層上の表面粗さであって、第２の電極上の電荷ブロック層の微小領域における表面粗さＲａが０．８ｎｍ以上１．８ｎｍ以下であることを意味する。ここで、第２の電極上の電荷ブロック層の微小領域における表面粗さＲａが０．８ｎｍ以上１．８ｎｍ以下とは、任意に選んだ微小領域の表面粗さＲａの平均値が０．８ｎｍ以上１．８ｎｍ以下であることを意味する。
【００１２】
前記放射線光電変換膜は、アモルファスカルコゲナイドからなることが好ましい。カルコゲナイドとは、Ｓｅ，Ｓ，Ｔｅである。  
前記電荷ブロック層は、昇華型の無機酸化物からなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の放射線検出器は、放射線光電変換膜と、この放射線光電変換膜の一方の面側に設けられた第１の電極と、放射線光電変換膜の他方の面側に設けられた第２の電極と、放射線光電変換膜と第２の電極との間に位置する第２の電極上の微小な領域において表面粗さＲａが０．８ｎｍ以上１．８ｎｍ以下である電荷ブロック層とを有するので、放射線光電変換膜と電極との間の剥がれを抑制することが可能であって、ゴミの混入を抑制するとともに、画像欠陥が少なく、充分な耐久性を有する放射線検出器とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
放射線検出器には、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ａ−Ｓｅ等の光伝導性層で電荷に変換し蓄積する間接変換方式があるが、本発明の電荷ブロック層は前者の直接変換方式にも、間接変換型の光-電子変換層に適用することが可能である。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。
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態による放射線検出器の概略断面図である。
【００１６】
この放射線検出器１０は、基板１５上に、ＴＦＴからなる読み取り回路と画素電極とからなる第２の電極１４、電荷ブロック層１３、放射線光電変換層１２、第１の電極１１がこの順に積層されたものである。
【００１７】
第１の電極１１は、Ｘ線に対して透過性を有するものであればよく、例えば金薄膜等を用いることができる。放射線光電変換層１２は、量子効率が高く、暗電流の少ないアモルファスカルコゲナイドから構成されることが好ましい。
【００１８】
第２の電極１４は、各画素毎に対応して薄膜トランジスタ（thin film transistor：ＴＦＴ）が形成されており、各ＴＦＴの出力ラインは不図示の信号検出手段に接続される。また各ＴＦＴの制御ラインは不図示のＴＦＴ制御用手段に接続されている。
【００１９】
この放射線検出器１０は、第１の電極１１と第２の電極１４との間に電界を形成している際に、放射線光電変換層１２にＸ線が照射されると、放射線光電変換層１２内に電荷対が発生し、この電荷対の量に応じた潜像電荷が第２の電極１４内に蓄積されるものである。蓄積された潜像電荷を読み取る際には、第２の電極１４のＴＦＴを順次駆動して、各画素に対応した潜像電荷に基づく画像信号を出力ラインから出力させて、この画像信号を信号検出手段により検出することにより、潜像電荷が担持する静電潜像を読み取ることができる。
【００２０】
本実施の形態の放射線検出器１０においては、放射線光電変換層１２と第２の電極１４との間に、電荷ブロック層１３が設けられている。この電荷ブロック層１３は微小な領域において表面粗さＲａが０．８ｎｍ以上１．８ｎｍ以下である層で、好ましくは昇華型の無機酸化物であり、より好ましくは柱状構造を形成する昇華型の無機酸化物であることが望ましく、より具体的には、ＣｅＯ2やＴａ2Ｏ5等が好ましくあげられる。
【００２１】
電荷ブロック層の表面粗さＲａを０．８ｎｍ以上１．８ｎｍ以下となるよう制御するためには、真空スパッタ法において温度、レートおよび膜厚を調整することにより行うことができる。また、熱蒸着法によっても温度、レートおよび膜厚を調整することによって行うことができる。詳細には、基板温度を室温から２００℃の間に設定し、膜厚を増やすとＲａが増える。膜厚を５ｎｍから２０ｎｍまで変化させることでＲａを０．７８ｎｍから２．１２ｎｍまで電気特性をほとんど変えることなく変化させることができる。同じ程度の膜厚でも１５０±１５Ａ．レート０．１５から０．３Ａ／ｓまで変化させるとＲａを１．１９ｎｍから１．５３ｎｍまで制御することができる。
【００２２】
なお、上記の実施の形態においては、放射線光電変換膜１２と、この放射線光電変換膜１２の一方の面側に設けられた第１の電極１１と、放射線光電変換膜１２の他方の面側に設けられた第２の電極１４と、放射線光電変換膜１２と第２の電極１４との間に位置する電荷ブロック層１３とを有する放射線検出器に例にとって説明したが、放射線光電変換膜１２と第１の電極１１との間、放射線光電変換膜１２と電荷ブロック層１３との間には結晶化を抑制するための層などが設けられていてもよい。
【００２３】
また、上記の実施の形態においては、いわゆる、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、いわゆるＴＦＴ方式の放射線検出器を例にとって説明したが、これに限定されるものではなく、第１の電極と第２の電極との間に放射線光電変換膜を有する放射線検出器であればどのようなものにも応用可能であり、例えば、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検出器により読み取る、いわゆる光読取方式にも用いることができる。
【００２４】
この光読取方式の放射線検出器は、第１の電極、この第１の電極を透過した放射線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、第１の電極に帯電される電荷（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、読取用の読取光の照射を受けることにより導電性を呈する読取光導電層、電磁波に対して透過性を有する第２の電極を、この順に積層してなる構成が一般的であるが、この場合の放射線光電変換膜が記録用放射線導電層に相当し、電荷ブロック層は、読取光導電層と第２の電極との間に設けられる。
【実施例】
【００２５】
２．５ｃｍ×４．５ｃｍの画像形成領域を有する基板上に設けられたＩＺＯ電極上に、真空スパッタにより、適宜、温度および膜厚を調整してＣｅＯ2からなる電荷ブロッキング層を設けた。真空度０．０００１Ｐａにおいて、電荷ブロッキング層上に読取光導電層として、るつぼ温度２６０℃で高純度セレンを１５μｍの膜厚で製膜した。続いて、読取光導電層上に電荷輸送層として、るつぼ温度４４０℃でＡｓ2Ｓｅ3を１μｍの膜厚で製膜した。次いで、電荷輸送層上に放射線光電変換膜として、るつぼ温度２６０℃で高純度セレン２００μｍの膜厚で設けた。最後に、この放射線光電変換膜上に金を第１の電極として、１００ｎｍの厚みになるように、蒸着法で設け、試料１〜７の放射線検出器を作製した。
【００２６】
試料１〜７の完成した放射線検出器に対してマンモグラフィ用Ｘ線源で１Ｒ照射して画像形成後、読出しを１回の撮影として、総計５万回撮影を行い、膜剥がれと画素欠陥数増加率で評価を行った。膜剥がれは１万回撮影後に光学顕微鏡により観察し、膜剥がれが起きているかどうかを調べた。画素欠陥数増加率は、画像上で結晶化により画素が白くなる欠陥数の増加が面積１ｃｍ2において１万撮影回当りの増加数を評価した。
【００２７】
上記と同様にして試料１〜７の放射線検出器を製造する際に、放射線光電変換膜を設けたところで、電荷ブロック層のＲａを以下のようにして測定した。まず、放射線光電変換膜に粘着テープを付けて放射線光電変換膜を剥し、基板ごと濃硝酸に３０−６０秒程度浸して、残っている放射線光電変換膜をエッチングし、電荷ブロック層であるＣｅＯ2表面を露出させた。ＯＬＹＭＰＵＳ ＮＶ２０００のＡＦＭモードにて、水平方向分解能０．１ｎｍが得られる長さ２４０μｍ、幅３０μｍ、厚さ２．８μｍのカンチレバーを用いて、ＡＣモードにて、ＣｅＯ2表面上の任意に選んだ微小領域１０点の表面粗さＲａの測定を行いその平均値を求めた。結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
試料１（本発明においては比較例に相当）と試料２〜７の比較より、膜剥がれを抑制するためにはＲａに下限が存在することが明確となった。これはいわゆる界面におけるアンカー効果によるものであると推察される。
【００３０】
また、画素欠陥数増加率は、画像上で結晶化により画素が白くなる欠陥数の増加率が１ｃｍ2当り２個／１万回撮影以下であれば、５０μｍ×５０μｍの画素が１ｃｍ2当り４００００個ある放射線検出器が、製品寿命内に２０万回撮影した場合の欠陥画素が４０個となり、画素欠陥率が理想的な０．１％以下となる。従って、２個／１万回撮影／ｃｍ2を基準とすることができる。そして、Ｒａが２．１２ｎｍである試料７（本発明においては比較例に相当）は膜剥がれは観察されなかったが、画素欠陥数増加率を基準内とすることはできなかった。これは、Ｒａが１．８ｎｍよりも大きくなると、放射線光電変換膜の製膜時の異常成長が誘発されたり、電界集中による局所的電流密度増大による放射線光電変換膜の変質、結晶化の核が生じやすくなるためと考えられる。
【００３１】
図２に試料１〜７のＲａと画素欠陥数増加率との関係をグラフにしたものを示す。これによれば、Ｒａが０．８ｎｍ〜１．８ｎｍにおいて２個／１万回撮影／ｃｍ2以下であり、この範囲であれば、膜剥がれを抑制しながら、画像欠陥をも有効に抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施の形態による放射線検出器の概略断面図
【図２】Ｒａと画素欠陥数増加率との関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００３３】
１０    放射線検出器
１１    第１の電極
１２    放射線光電変換膜
１３    電荷ブロック層
１４    第２の電極
１５    基板
【図１】
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【図２】
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