(57)【要約】【課題】電圧印加電極と光導電層の界面に整流特性を持たせ、感度を損なうことなく暗電流を低減することが可能であって、界面での剥離の問題を解消することが可能な放射線検出器を提供する。【解決手段】バイアス電圧が印加される電圧印加電極13と、放射線の照射を受けて電荷を発生する、ａ−Ｓｅからなる記録用光導電層14と、キャリア収集電極17と、記録用光導電層14において発生した電荷を蓄積する蓄電部および該蓄電部に蓄積された電荷信号を読み出すスイッチ素子20とをこの順に積層してなる放射線検出装置において、記録用光導電層14と電圧印加電極13との間に、膜厚が０．０１μｍ以上１μｍ未満、比抵抗が１０１２Ωｃｍ以上、熱膨張係数が６×１０−６〜１．５×１０―４／℃の有機樹脂誘電体層16を設ける。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイアス電圧が印加される電圧印加電極と、放射線の照射を受けて電荷を発生する、ａ−Ｓｅからなる記録用光導電層と、キャリア収集電極と、前記記録用光導電層において発生した電荷を蓄積する蓄電部および該蓄電部に蓄積された電荷信号を読み出すスイッチ素子とをこの順に積層してなる放射線検出装置において、
前記記録用光導電層と前記電圧印加電極との間に、
膜厚が０．０１μｍ以上１μｍ未満、比抵抗が１０１２Ωｃｍ以上、熱膨張係数が６×１０−６〜１．５×１０―４／℃の有機樹脂誘電体層が設けられていることを特徴とする放射線検出装置。
【請求項２】
前記有機樹脂誘電体層がパリレンであることを特徴とする請求項１記載の放射線検出装置。
【請求項３】
前記有機樹脂誘電体層と前記電圧印加電極との間に、キャリア選択性の半絶縁層が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の放射線検出装置。
【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装置に関し、詳しくは、直接変換型の放射線検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
医療診断を目的とする放射線撮影において、放射線を検出して電気信号に変換する放射線検出器（半導体を主要部とするもの）を使用した放射線検出装置が知られている。放射線検出器としては、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。また、読取り方式から、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と、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）に大別される。
【０００３】
上記間接変換方式の放射線検出器として、シンチレータにＣｓＩ：Ｎａを用い、光導電層としてａ−Ｓｅを採用した構成において、非特許文献１には、光導電層であるａ−Ｓｅ上に、誘電体層として厚み１〜９μｍのパリレン膜を設けた放射線検出器が記載されている。また、特許文献１には、膜厚が３０〜１５０μｍのＰＣ、ポリエステル、パリレンなどの誘電体層を設けた放射線検出器が記載されている。
【０００４】
一方、直接変換方式の放射線画像検出器は、放射線感応型の半導体膜（記録用光導電層）の表面に形成された電圧印加電極に所定のバイアス電圧を印加するとともに、半導体膜の裏面に形成されたキャリア収集電極で放射線照射に伴って生成したキャリアを収集して放射線検出信号として取り出すことにより放射線の検出を行う構成となっており、記録用光導電層は、高い暗抵抗を有し、応答速度が優れているという利点からアモルファス−Ｓｅ（ａ−Ｓｅ）により形成されることが多い。
【０００５】
また、電圧印加電極と光導電層の界面に整流特性を持たせ、暗電流を低減するためにキャリア選択性半絶縁体層を設けることが多く、例えば、特許文献２にはキャリア選択性半絶縁体層として、Ｓｂ２Ｓ３が記載されている。
【非特許文献１】Medical Imaging 2004: Physics of Medical Imaging, Proceeding of SPIE Vol. 5368, 633
【特許文献１】米国特許５８８０４７２号明細書
【特許文献２】特開２００１−６８６５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記非特許文献１および特許文献１のような放射線検出器においては、誘電体層が比較的厚いものとなっており、暗電流特性および感度特性の両立が図れるかどうか不明である。
【０００７】
また、記録用光導電層がａ−Ｓｅで形成されている場合に、この上に蒸着等でキャリア選択性半絶縁体層を成膜すると、蒸着過程の熱によってａ−Ｓｅ層が結晶化して、画像欠陥の発生、ノイズの発生、Ｓ／Ｎ比の低下につながるという問題がある。また、例えば、キャリア選択性半絶縁体層として、Ｓｂ２Ｓ３層を形成した場合には、ａ−Ｓｅ層との熱膨張係数の差が大きいため、環境温度の変化および基板の反りによって、Ｓｂ２Ｓ３層に亀裂が生じることがある。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、電圧印加電極と光導電層の界面に整流特性を持たせ、感度を損なうことなく暗電流を低減することが可能な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】
【０００９】
本発明の放射線検出装置は、バイアス電圧が印加される電圧印加電極と、放射線の照射を受けて電荷を発生する、ａ−Ｓｅからなる記録用光導電層と、キャリア収集電極と、前記記録用光導電層において発生した電荷を蓄積する蓄電部および該蓄電部に蓄積された電荷信号を読み出すスイッチ素子とをこの順に積層してなる放射線検出装置において、
前記記録用光導電層と前記電圧印加電極との間に、膜厚が０．０１μｍ以上１μｍ未満、比抵抗が１０１２Ωｃｍ以上、熱膨張係数が６×１０−６〜１．５×１０―４／℃の有機樹脂誘電体層が設けられていることを特徴とするものである。
【００１０】
前記有機樹脂誘電体層としては、パリレンがより好ましい。  
本発明の放射線検出装置は、前記有機樹脂誘電体層と前記電圧印加電極との間に、キャリア選択性の半絶縁層が設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の放射線検出装置は、放射線の照射を受けて電荷を発生する、ａ−Ｓｅからなる記録用光導電層を有する放射線検出装置において、記録用光導電層と電圧印加電極との間に、膜厚が０．０１μｍ以上１μｍ未満、比抵抗が１０１２Ωｃｍ以上、熱膨張係数が６×１０−６〜１．５×１０―４／℃の有機樹脂誘電体層を設けているので、電圧印加電極と光導電層の界面に整流特性を持たせ、感度を損なうことなく暗電流を低減することが可能であり、加えて、記録用光導電層と有機樹脂誘電体層、有機樹脂誘電体層と電圧印加電極、それぞれの界面での剥離を抑制することができる。
【００１２】
また、有機樹脂誘電体層と電圧印加電極との間にキャリア選択性半絶縁層を有する放射線検出装置の場合、ａ−Ｓｅからなる記録用光導電層上に蒸着等でキャリア選択性半絶縁体層を成膜すると、蒸着過程の熱によってａ−Ｓｅが結晶化を起こすという問題があるが、有機樹脂誘電体層上にキャリア選択性半絶縁層を設けることによって、ａ−Ｓｅの結晶化が抑制され、さらに、記録用光導電層と有機樹脂誘電体層、有機樹脂誘電体層とキャリア選択性半絶縁層、それぞれの界面での剥離を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の放射線検出装置の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による放射線検出装置の放射線検出部とスイッチ素子の合体状態を示す概略模式図、図２は放射線検出部の画素分を示す概略断面図、図３は放射線検出部の構成とスイッチ素子の等価回路を示す概略断面図、図４は本発明の別の実施形態による放射線検出部の画素分を示す概略断面図である。
【００１４】
図１に示すように本発明の放射線検出装置は、放射線検出部10とアクティブマトリックスアレイ基板（以下ＡＭＡ基板という）20が接合された構造となっている。図２に示すように放射線検出部10は大きく分けて放射線入射側から順に、バイアス電圧が印加される電圧印加電極13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14と、キャリア収集用電極17とが積層形成された構成となっており、記録用光導電層14と電圧印加電極13との間には有機樹脂誘電体層16が設けられている。さらに、電圧印加電極13上には放射線検出部支持体12を有している。
【００１５】
ここで、電圧印加電極13の端縁と記録用光導電層14の端縁の間は全周が電極未形成域となっていることが好ましい。こうすることによって、電圧印加電極13の周りは表面抵抗の高い有機樹脂誘電体層16で取り囲まれたかたちとなり、電圧印加電極13と接地側との間の沿面耐圧が充分であるため、記録用光導電層14のバイアス電圧による沿面放電が起こりにくくすることができる。
【００１６】
記録用光導電層14はａ−Ｓｅからなる光導電層である。電圧印加電極13やキャリア収集用電極17は、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）や、Ａｕ、ＡｌあるいはＰｔなどの導電材料からなる。ここで、電圧印加電極13がＡｕである場合には、正バイアス電圧が、電圧印加電極13がＡｌである場合には、負バイアス電圧が印加されることが好ましい。なお、バイアス電圧の極性に応じて、正孔注入阻止層、電子注入阻止層が電圧印加電極13やキャリア収集用電極17に付設されていてもよい。
【００１７】
有機樹脂誘電体層16は、膜厚が０．０１μｍ以上１μｍ未満、比抵抗が１０１２Ωｃｍ以上、熱膨張係数が６×１０−６〜１．５×１０―４／℃の有機樹脂誘電体である。膜厚が０．０１μｍ未満では、暗電流の低減効果が充分ではなく、１μｍ以上であると感度が低下する。また、比抵抗が１０１２Ωｃｍ未満では、暗電流の低減効果が不充分である。また、熱膨張係数が６×１０−６未満の場合には、記録用光導電層に用いａ−Ｓｅとの熱膨張係数の差が大きくなり、剥離または、有機樹脂誘電体層に亀裂が生じることがあり、一方、１．５×１０―４よりも大きくても剥離が生じることがあり好ましくない。
【００１８】
有機樹脂誘電体層の具体的としては、パリレン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂などがあげられ、中でもパリレンが好ましい。
【００１９】
本発明の有機樹脂誘電体層に用いられるパリレンを形成するポリパラキシリレン材料としては、以下の化学構造式の化合物が挙げられる。
【化１】
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【化２】
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【化３】
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【化４】
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【化５】
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【化６】
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【００２０】
（但し、ｎは５０００以上の整数）等の化学式であらわされ、単独で用いても組み合わせて用いても良い。
【００２１】
パリレン被膜は気相蒸着重合法によって形成されるが、その蒸着機構は３つの工程より成る。即ち、原料である固体二量体のジパラキシリレン（Ａ）の気化が起こる第一工程、二量体の熱分解によるジラジカルパラキシリレン（Ｂ）の発生が起こる第二工程、基材へのジラジカルパラキシリレンの吸着と重合が同時に成され、高分子量のポリパラキシリレン（Ｃ）の被膜形成が起こる第三工程である。この３つの工程における化学式１の反応式は下記の様になる。
【化７】
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【００２２】
この工程中において一般に真空度は０．１３〜１３３．３Ｐａ（１０−３〜１Ｔｏｒｒ）であり、第一工程は１００〜２００℃、第二工程は４５０〜７００℃、第三工程は室温にて行われる。従って、パリレン被膜そのものは室温で行うことができるので、基材に対する熱履歴を与えないで設けることができる。このため、ａ−Ｓｅからなる記録用光導電層上に、パリレンを設けてもａ−Ｓｅが結晶化することはない。
【００２３】
加えて、パリレン被膜によれば、シリコーン、エポキシ、ウレタン等を上回る電気絶縁性、１５０℃以下の温度で全ての有機溶剤に対しての不溶性、ほとんどの酸、アルカリにも腐蝕されないという耐薬品性、真空及び不活性ガス雰囲気下であれば２００℃以上で１０年間の連続使用に耐え得る耐熱性、−１５０℃の低温においても１８０°の曲げにも破損しない耐寒性、ミクロンオーダーの狭い隙間への浸透性及び精密性、水蒸気及びガスの浸透性が極めて少なく同時に被着体からのアウトガスの遮断性も優れるガスバリア性のある有機樹脂誘電体層を得ることが可能である。
【００２４】
本発明の放射線検出装置は、図４に示すように有機樹脂誘電体層16と電圧印加電極13との間に、キャリア選択性半絶縁層18が設けられたものであってもよい。放射線検出の際、キャリア選択性半絶縁層のキャリア選択性によって、キャリア（電子または正孔）のうちで放射線検出には寄与せずに暗電流分となる方のキャリアの注入は阻止されて暗電流が低く抑えられると同時に、放射線検出に寄与する方のキャリアの注入は阻止されないために信号応答性は低下することなく維持することができる。
【００２５】
ｐ型キャリア選択性半絶縁層は、抵抗率が１０８ Ωｃｍ以上であることが好ましく、膜厚み０．０１μｍ〜１０μｍ（通常０．５μｍ前後）であって、Ｓｂ2Ｓ3，ＳｂＴｅ，ＺｎＴｅ，ＣｄＴｅ，ＡｓＳｅ等の膜や、さらには有機膜が適当である。０．０１μｍ以下の膜厚では、不要キャリアの注入を阻止し難くなり、１０μｍ以上の膜厚では、必要キャリアの注入を許容し難くなる傾向が見られる。ｎ型キャリア選択性半絶縁層は、抵抗率が１０８ Ωｃｍ以上であることが好ましく、膜厚み０．０１μｍ〜１０μｍ（通常０．５μｍ前後）であって、ＣｄＳ，ＣｅＯ2等の膜が適当である。
【００２６】
次に、ＡＭＡ基板20（電荷検出素子）の各部の構成について簡単に説明する。ＡＭＡ基板20は図３に示すように、画素相当分の放射線検出部15の各々に対して電荷蓄積容量であるコンデンサ21（蓄電部）とスイッチ素子としてＴＦＴ22とが各１個ずつ設けられている。支持体12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15が２次元配列されており、また、ＡＭＡ基板20においても、画素数と同じ数のコンデンサ21およびＴＦＴ22が、同様のマトリックス構成で２次元配列されている。光導電層で発生した電荷はコンデンサ21に蓄積され、放射線で発生した静電潜像は電荷蓄積容量として保持される。
【００２７】
ＡＭＡ基板20におけるコンデンサ21およびＴＦＴ22の具体的構成は、図２に示す通りである。すなわち、ＡＭＡ基板支持体23は絶縁体であり、その表面に形成されたコンデンサ21の接地側電極21aとＴＦＴ22のゲート電極22aの上に絶縁膜24を介してコンデンサ21の接続側電極21bとＴＦＴ22のソース電極22bおよびドレイン電極22c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25で覆われた状態となっている。また接続側電極21bとソース電極22b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21の容量絶縁膜およびＴＦＴ22のゲート絶縁膜の両方を構成している絶縁膜24としては、例えば、プラズマＳｉＮ膜が用いられる。このＡＭＡ基板20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。
【００２８】
続いて放射線検出部10とＡＭＡ基板20の接合について説明する。キャリア収集用電極17とコンデンサ21の接続側電極21bを位置合わせした状態で、両基板10、20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10、20が機械的に合体されると同時に、キャリア収集用電極17と接続側電極21bが介在導体部19によって電気的に接続される。なお、光導電層14の片面の平均表面粗さRaが5μm以上10μm以下である場合には、その表面をキャリア収集用電極17側とする。こうすることで、電極との密着性を良好なものにすることができる。
【００２９】
さらに、ＡＭＡ基板20には、読み出し駆動回路26とゲート駆動回路27とが設けられている。読み出し駆動回路26は、図３に示すように、列が同一のＴＦＴ22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）28に接続されており、ゲート駆動回路27は行が同一のＴＦＴ22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）29に接続されている。なお、図示しないが、読み出し駆動回路26内では、１本の読み出し配線28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20には、読み出し駆動回路26とゲート駆動回路27とが接続されている。ただし、ＡＭＡ基板20内に読み出し駆動回路26とゲート駆動回路27とを一体成型し、集積化を図ったものも用いられる。
【００３０】
なお、上述の放射線検出器10とＡＭＡ基板20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、本発明の放射線検出装置を実施例によりさらに詳細に説明する。
【実施例】
【００３１】
バイアス電圧が印加される電圧印加電極としてＡｕ、有機樹脂誘電体層として表１に示す材質、厚みの各種誘電体、記録用光導電層として厚み１０００μｍのａ−Ｓｅ層、キャリア収集電極としてＩＴＯ（Ｉn2Ｏ3：Ｓｎ）をこの順に積層してなる放射線検出部を、上記で説明したスイッチ素子と接合して放射線検出装置を作製した。なお、実施例３においては、有機樹脂誘電体層と電圧印加電極との間に、Ｓｂ2Ｓ3からなるキャリア選択性半絶縁層を設けた放射線検出装置、比較例１においては、有機樹脂誘電体層を設けることなく、Ｓｂ2Ｓ3からなるキャリア選択性半絶縁層を設けた放射線検出装置を作製した。
【００３２】
作製した放射線検出装置について、暗電流、感度低下、有機樹脂誘電体層の熱膨張係数、膜安定性の評価を行った。なお、暗電流は、電圧印加電極に＋１０ｋＶの電圧を印加して、３分後に安定した状態での電流値を測定した値である。感度低下は、電圧印加電極に＋１０ｋＶの電圧を印加した状態で、３００ｍＲ（８０ｋｅＶ、７１０ミリ秒）のＸ線パルスを１５秒間隔で１０回照射したときに、照射１０回目の明電流値が照射１回目の照射時の明電流値に対して低下した割合で評価した。３％未満は◎、３％以上６％未満は○、６％以上１２％未満は△、１２％以上は×とした。
【００３３】
有機樹脂誘電体層の熱膨張係数は、Ｓｉ基板上に樹脂層を成膜することによる反りを薄膜ストレス測定装置により測定し、試料の反りの分布から得られる反りの平均曲率半径、膜のヤング率およびポアソン比から算出した。
【００３４】
また、膜安定性については、３５℃Ｄｒｙ環境に３００ｈｒ置いたときに、膜の剥離、亀裂の有無を見た。目視および光顕観察で、剥離、亀裂がないものは○、一部、剥離、亀裂が生じた物は×とした。結果を表１に示す。
【表１】
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【００３５】
表１から明らかなように、本発明の放射線検出装置（実施例１〜４）においては、暗電流が低減され、また、膜安定性が良好であった。一方、比較例１は有機樹脂誘電体層を有してないため、ａ−Ｓｅからなる記録用光導電層が結晶化を起こし、膜安定性も悪かった。一方、有機樹脂誘電体層としてＰＶＫ（ポリビニルカルバゾール）を用いた比較例２は、ＰＶＫの比抵抗が低いがために暗電流が大きかった。また、比較例３および４は有機樹脂誘電体層としてパリレンを用いた例であるが、厚みが２μｍ、５μｍと厚いために感度低下が大きくなった。
【００３６】
以上のように、本発明の放射線検出装置は、放射線の照射を受けて電荷を発生する、ａ−Ｓｅからなる記録用光導電層を有する放射線検出装置において、記録用光導電層と電圧印加電極との間に、膜厚が０．０１μｍ以上１μｍ未満、比抵抗が１０１２Ωｃｍ以上、熱膨張係数が６×１０−６〜１．５×１０―４／℃の有機樹脂誘電体層を設けているので、電圧印加電極と光導電層の界面に整流特性を持たせ、暗電流を低減することが可能であり、膜安定性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態による放射線検出装置の放射線検出部とスイッチ素子の合体状態を示す概略模式図
【図２】放射線検出部の画素分を示す概略断面図
【図３】放射線検出部の構成とスイッチ素子の等価回路を示す概略断面図
【図４】別の態様の放射線検出部の画素分を示す概略断面図
【符号の説明】
【００３８】
10    放射線検出部
12    放射線検出部支持体
13   電圧印加用電極
14   記録用光導電層
15    画素相当分の放射線検出部
16    有機樹脂誘電体層
17    キャリア収集用電極
18    キャリア選択性半絶縁層
19    介在導体部
20    ＡＭＡ基板
21    コンデンサ
22    ＴＦＴ
23    ＡＭＡ基板支持体
24    絶縁膜
25    保護用の絶縁膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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