(57)【要約】【課題】感度が高く光応答性に優れたＸ線電荷変換膜を得る。【解決手段】Ｘ線電荷変換膜が、放射線を正・負のキャリヤに変換する変換層７と、電極から変換層７へのキャリヤの注入を阻止するキャリヤ阻止層５とで構成され、キャリヤ阻止層５は、変換層７を構成する半導体にほぼ等しいか又は狭いバンドギャップを有する半導体からなり、ピクセル電極に接して形成されている。放射線変換膜、キャリヤ阻止層は、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からなり、キャリヤ阻止層は、フッ素、塩素、臭素、よう素の少なくとも一つを含むこともできる。【選択図】　　　図１
2004128150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を電気信号に変換する放射線変換膜において、
前記放射線変換膜が、放射線を正・負のキャリヤに変換する変換層と、該変換層と接して設けられ、一方のキャリヤの注入を阻止するキャリヤ阻止層で構成されており、
前記変換層は半導体からなり、放射線照射により正・負のキャリヤを生成するとともにバンドギャップ内に固定準位を生成し、
前記キャリヤ阻止層は、前記変換層を構成する半導体にほぼ等しいか又は狭いバンドギャップを有する半導体からなり、前記放射線変換膜にバイアスを印加するための一方の電極に接して形成されていることを特徴とする放射線変換膜。
【請求項２】
前記一方の電極は、前記放射線変換膜にバイアスを印加するための電極の内、負電位となる側の電極であることを特徴とする請求項１記載の放射線変換膜。
【請求項３】
前記放射線変換膜に入射される放射線が、Ｘ線撮影で使用される波長のＸ線であることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線変換膜。
【請求項４】
前記変換層、および、キャリヤ阻止層がＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からなり、ＩＩ族はＣｄ、ＶＩ族はＳ，Ｓｅ，Ｔｅの中から選択された１種類または２種類以上で構成されることを特徴とする請求項１記載の放射線変換膜。
【請求項５】
前記変換層がＣｄＳ、または、ＣｄＳＳｅで構成され、前記キャリヤ阻止層がＣｄＳｅで構成されることを特徴とする請求項１記載の放射線変換膜。
【請求項６】
前記変換層およびキャリヤ阻止層が、化学堆積法で形成された、又はスプレイ法による塗布で形成された多結晶層であることを特徴とする請求項１又は５に記載の放射線変換膜。
【請求項７】
放射線を電気信号に変換する放射線変換膜において、
前記放射線変換膜は、放射線照射により正・負のキャリヤを生成するＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からなり、ＩＩ族はＣｄ、ＶＩ族はＳ，Ｓｅ，Ｔｅの中からＳを含んで、１種類または２種類以上で構成されており、かつ、フッ素、塩素、臭素、よう素の少なくとも一つを含むことを特徴とする放射線変換膜。
【請求項８】
前記放射線変換膜は、該放射線変換膜にバイアスを印加するための一方の電極に接して形成され、該電極に近い部分に、フッ素、塩素、臭素、よう素の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項６記載の放射線変換膜。
【請求項９】
前記ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体はＣｄＳである請求項６又は７記載の放射線変換膜。
【請求項１０】
請求項９に記載の放射線変換膜の製造方法であって、前記放射線変換膜はＣｄＳからなり、該ＣｄＳはＣｄとＳを含む溶液から化学堆積法で形成され、その溶液がフッ素、塩素、臭素、よう素の少なくとも一つを含むことを特徴とする放射線変換膜の製造方法。
【請求項１１】
前記放射線変換膜であるＣｄＳ膜を化学堆積させる工程において、放射線変換膜にバイアスを印加するための一方の電極に近い部分を成膜する際に、前記溶液が、フッ素、塩素、臭素、よう素の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１０に記載の放射線変換膜の製造方法。
【請求項１２】
請求項１から８のいずれか１項に記載の放射線変換膜が電界効果トランジスタを２次元マトリックス状に配置したアクティブマトリックス基板上に形成されていることを特徴とする直接変換型放射線イメージセンサ。
【請求項１３】
請求項１２に記載の直接変換型放射線イメージセンサと、前記直接変換型放射線イメージセンサからの信号を処理する信号処理手段と、
前記信号処理手段からの信号を記録するための記録手段と、
前記信号処理手段からの信号を表示するための表示手段と、
前記信号処理手段からの信号を伝送するための伝送処理手段と、
前記放射線を発生させるための放射線源とを具備することを特徴とする放射線撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は放射線変換膜とその製造方法、直接変換型放射線イメージセンサおよび放射線撮像システムに係わり、特に医療用Ｘ線撮像装置に利用されるディジタルＸ線イメージセンサおよびそのセンサで使用されるＸ線電荷変換膜に好適に用いられるものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線等の放射線を吸収して直接電気信号に変換する放射線電荷変換膜（放射線変換膜）に適した特性として、（１）Ｘ線等の放射線の吸収率が高い、（２）放射線−電荷変換効率が高い、（３）バンドギャップが大きい（＞１．４ｅＶ）、（４）抵抗率が高い（＞１０９Ωｃｍ）、（５）キャリヤの移動度μ（ｃｍ２／Ｖｓ）と寿命τ（ｓ）の積μτ（ｃｍ２／Ｖ）が大きい、（６）アクティブマトリックス基板上に直接成膜が可能、などがある。
【０００３】
上記（１）、（２）は、Ｘ線等の放射線を高感度で検出するために必要な特性であり、上記（３）、（４）は、室温で低ノイズを実現するものであり、上記（５）は高速動作、上記（６）は製造工程の簡易化に有効である。
【０００４】
直接変換膜の従来技術として、例えば特許文献１に記載されているアモルファスセレン（ａ−Ｓｅ）が知られている。アモルファスＳｅ膜は、上記（３），（４），（６）に挙げた特性に優れており、直接変換型Ｘ線イメージセンサとして商品化されている。
【０００５】
しかし、アモルファスＳｅ膜は、上記（１）のＸ線の吸収効率があまり高くない、上記（２）の電気信号への変換効率が低い、上記（５）のμτ積が小さい、また、使用の際に高電圧（〜１０ｋＶ）の印加を必要とするなどの点で改善が望まれている。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第５３１９２０６号明細書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
多結晶ＣｄＳは、アモルファスＳｅに比較して、（ａ）Ｘ線の吸収率が高い、（ｂ）Ｘ線−電荷変換効率が高い、（ｃ）バンドギャップが大きい（〜２．４ｅＶ）等の特性において優れており、化学堆積法またはスプレイ塗布法により、大面積基板への低温成膜も容易であり、高感度・低電圧駆動のＸ線−電荷変換膜として期待できる。
【０００８】
しかし、化学堆積法、スプレイ塗布法で形成されたＣｄＳは、放射線遮断後の抵抗値が放射線照射前の抵抗値に戻るのに、かなり長い時間を必要とするため、高速応答が必要な用途に使用するのは困難であった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の放射線変換膜は、放射線を電気信号に変換する放射線変換膜において、
前記放射線変換膜が、放射線を正・負のキャリヤに変換する変換層と、該変換層と接して設けられ、一方のキャリヤの注入を阻止するキャリヤ阻止層で構成されており、
前記変換層は半導体からなり、放射線照射により正・負のキャリヤを生成するとともにバンドギャップ内に固定準位を生成し、
前記キャリヤ阻止層は、前記変換層を構成する半導体にほぼ等しいか狭いバンドギャップを有する半導体からなり、前記放射線変換膜にバイアスを印加するための一方の電極に接して形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
また本発明の放射線変換膜は、放射線を電気信号に変換する放射線変換膜において、
前記放射線変換膜は、放射線照射により正・負のキャリヤを生成するＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からなるとともに、フッ素、塩素、臭素、よう素の少なくとも一つを含むことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の直接変換型Ｘ線イメージセンサは、上記本発明の放射線変換膜がａ−Ｓｉ等で構成される電界効果トランジスタを２次元マトリックス状に配置したアクティブマトリックス基板上に形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の放射線撮像システムは、本発明の直接変換型Ｘ線イメージセンサと、
前記直接変換型Ｘ線イメージセンサからの信号を処理する信号処理手段と、
前記信号処理手段からの信号を記録するための記録手段と、
前記信号処理手段からの信号を表示するための表示手段と、
前記信号処理手段からの信号を伝送するための伝送処理手段と、
前記放射線を発生させるための放射線源とを具備することを特徴とするものである。
【００１３】
なお、本願において、放射線とはＸ線やα，β，γ線等をいう。また、化学堆積法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　または　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｂａｔｈ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）とは、堆積させたい化合物を構成する元素を含むそれぞれの物質を溶かした溶液を作製し、この中に設置した基板上に目的とする化合物、今の場合多結晶ＣｄＳｅを堆積させるものである。
【００１４】
化学堆積法、スプレイ塗布法で形成されたＣｄＳにおいて、Ｘ線等の放射線を遮断した後、抵抗値が放射線照射前の抵抗値に戻るのが遅い一因は、放射線照射によって、キャリヤ励起と共にＣｄＳ等の半導体のバンドギャップ内に固定準位が形成され、これらの準位の内、再びキャリヤを捕獲する過程に長い時間を必要する準位が形成されることによる。　本発明は、このような放射線遮断後の長い緩和時間の抵抗変化を回避する手段として、前記固定準位がキャリヤを捕獲することを阻止することで、固定準位の存在のもとで空乏状態を維持させ、放射線遮断後の速い抵抗回復を実現する。
【００１５】
固定準位がキャリヤを捕獲することを阻止するためには、固定準位を有する
ＣｄＳ層等の半導体とバイアスを印加するための電極を物理的に離すことが有効である。
【００１６】
緩和時間の長い準位は、ＣｄＳ等の半導体のミッドギャップ付近に形成され、一方、高抵抗のＣｄＳ等の半導体と電極の接続部では、電極のフェルミ準位がＣｄＳ等の半導体のミッドギャップ付近に存在するため、電極から前記準位へのキャリヤ移動に対する障壁は小さく、ＣｄＳ層等の半導体中の固定準位は、電極からキャリヤを容易に捕獲できる。
【００１７】
そこで、このキャリヤ捕獲を低減するための第１の方法は、半導体層として
ＣｄＳ層を例に取ると、（１）ＣｄＳ層と電極の間に、ＣｄＳよりバンドギャップの小さいＣｄＳｅ層、ＣｄＴｅ層を挿入して、ＣｄＳ層と電極が直接に接することを回避し、放射線遮断後の速い抵抗回復を可能にする。しかし、ＣｄＳ層と挿入する層の界面に界面準位が多く形成されると、界面準位を介したキャリヤ注入・捕獲が発生するため、ＣｄＳ層の固定準位によるキャリヤ捕獲の低減効果が小さくなる。ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅは、ＣｄＳと同じＩＩ−ＶＩ族化合物半導体であり、格子定数も近いことから、界面準位の少ないヘテロ接合を形成するので、効果的にキャリヤ捕獲を低減できる。
【００１８】
前記挿入層のバンドギャップは、Ｘ線吸収膜であるＣｄＳより広くないことが必要である。これは、Ｘ線照射によって生じたキャリヤの一部が、挿入層の広いバンドギャップにより形成されるヘテロ界面の高い障壁を越えられずヘテロ界面付近に蓄積されたり、電極への到達が遅れたりすることで、信号ではなく雑音として検出されることにより感度が低下してしまうためである。ＣｄＳｅやＣｄＴｅは、ＣｄＳよりバンドギャップが狭いので、Ｘ線照射によって生じたキャリヤがスムーズに電極に到達できる。
【００１９】
キャリヤ捕獲を低減するための第２の方法は、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層としてＣｄＳ層を例に取ると、（２）電極近傍のＣｄＳ層が光照射によって、ＣｄＳのミッドギャップ付近に固定準位が生じないようにする。具体的には、電極近傍のＣｄＳ層がフッ素、塩素、臭素、よう素を含むことで、多結晶粒界における酸素吸着を低減することで、吸着酸素が励起されて形成されるミッドギャップ付近の固定準位の生成を低減する。
【００２０】
これにより、ミッドギャップ近傍に固定準位が生じるＣｄＳ層（ＣｄＳｅ層、ＣｄＴｅ層等のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層も同様である）と電極が直接に接しないことで、放射線照射によってＣｄＳ層のバンドギャップ内に形成された固定準位が電極からキャリヤを捕獲するのを防ぐことができ、応答特性・感度に優れた放射線変換膜およびディジタル放射線イメージセンサが実現できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ここでは、放射線変換膜としてＸ線電荷変換膜、それを用いた直接変換型Ｘ線イメージセンサを例に取って説明する。
【００２２】
図１は、本発明の第１実施形態に係わる直接変換型Ｘ線イメージセンサの原理図である。
【００２３】
基本構成は、Ｘ線を吸収して電気信号に変換するＸ線電荷変換層７とキャリヤ阻止層５からなるＸ線電荷変換膜、Ｘ線電荷変換膜からの電気信号を電荷として蓄積する蓄積容量（コンデンサ）１２、および、蓄積容量１２への電荷蓄積・電圧の読み出しに使用するＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１３、Ｘ線電荷変換膜にバイアス電圧Ｖを印加するためのバイアス電極８とピクセル電極１１からなる。バイアス電極８が正電位、ピクセル電極１１が負電位となるようにバイアス電圧Ｖが印加される。
【００２４】
蓄積容量１２およびＦＥＴ１３が一次元または二次元に配列されたＴＦＴアレイのほぼ全面を覆うように、ピクセル電極１１、Ｘ線電荷変換膜、バイアス電極８が積層されている。Ｘ線発生器から放射されたＸ線の中で、人体等の被検体で吸収されず透過したＸ線がＸ線電荷変換層７に入射する。直接変換方式では、Ｘ線電荷変換層７内に入射したＸ線量に応じた電荷（正孔−電子対）が励起される。
【００２５】
理想的なＸ線電荷変換層では、Ｘ線による励起は、価電子帯の電子が伝導帯に励起される、つまり、電子−正孔対が発生することになるが、実際のＸ線電荷変換層を構成する半導体は、高抵抗であり真性半導体に近いが、少ないながらも不純物を含む。また、Ｘ線電荷変換層が多結晶半導体で形成される場合は、結晶粒界に不純物が偏析している。このようなＸ線電荷変換層に、Ｘ線が照射されるとバンドギャップ内に固定準位も形成される。
【００２６】
Ｘ線電荷変換層７には全面に形成されたバイアス電極８とセルごとに形成されたピクセル電極１１とによりバイアス電圧Ｖが印加される。発生したキャリヤは、Ｘ線電荷変換層に印加されているバイアスの極性に従い電子はバイアス電極８へ、正孔はピクセル電極１１に移動し、電荷としてＴＦＴアレイ内の蓄積容量（Ｃｓ）１２に蓄積される。
【００２７】
一方、バンドギャップ内に形成された固定準位は導電性を持たないので、Ｘ線遮断後にもこの状態を維持すればＸ線電荷変換層の抵抗値はＸ線照射前の初期状態に戻る。しかしながら、Ｘ線遮断後に、これらの固定準位がキャリヤを捕獲して、Ｘ線照射前の状態に戻る場合は、その捕獲過程でＸ線吸収膜の抵抗が変化し、Ｘ線照射前の初期状態に戻るまでに時間を要すことになり、Ｘ線検出の動作が制限される。
【００２８】
このような固定準位を有するＸ線電荷変換層と金属電極が接していると前述したように、ミッドギャップ付近の固定準位と電極のフェルミレベルがエネルギー的に接近しているため、キャリヤの捕獲が容易に起こる。更に、Ｘ線電荷変換層には、高感度検出や高速動作のために、比較的高いバイアスを印加するため、Ｘ線電荷変換層と電極の界面には高い電界が印加されるので、固定準位によるキャリヤ捕獲の確率は非常に高くなる。
【００２９】
そこで、Ｘ線電荷変換層と良好な接合を形成する半導体層（キャリヤ阻止層）をＸ線電荷変換層と電極の間に挿入することで、Ｘ線変換層と電極を空間的に分離する。これにより、Ｘ線電荷変換層のバンドギャップ内に形成された固定準位によるキャリヤの捕獲を低減し、応答特性に優れたＸ線電荷変換膜を構成できる。
【００３０】
化学堆積法、スプレイ塗布法で形成された多結晶ＣｄＳは、Ｘ線の吸収効率が高く、Ｘ線−電荷変換効率も高いが、Ｘ線照射によって　キャリヤの励起とバンドギャップ内に固定準位が形成される。そこで、多結晶ＣｄＳ層と電極の間に、キャリヤ阻止層として、ＣｄＳよりバンドギャップの小さいＣｄＳｅ層、ＣｄＴｅ層を挿入し、電極とＣｄＳ層を空間的に離すことにより、ＣｄＳ層のバンドギャップ内に形成された固定準位が電極からキャリヤを捕獲する確率を低減することで、応答特性・感度に優れたＸ線電荷変換膜が構成される。
【００３１】
図４は、本発明の第２実施形態に係わる直接変換型Ｘ線イメージセンサの原理図である。図１に示した部材と同一構成部材については同一符号を付し、説明を省略する。図４において、７ａはＸ線電荷変換層７のフッ素、塩素、臭素、よう素の少なくとも１つを含む領域を示し、この領域はピクセル電極１１近傍に設けられる。ただし、Ｘ線電荷変換層７全体にフッ素、塩素、臭素、よう素の少なくとも１つを導入してもよい。
【００３２】
本実施形態ではＸ線電荷変換層（膜）の電極近傍の多結晶ＣｄＳ層がフッ素、塩素、臭素、よう素の少なくとも１つを含むことで、Ｘ線照射による固定準位の生成を低減、あるいは、生成される固定準位のエネルギーレベルを変化させる。この層により、電極とＣｄＳ層内に生成されるミッドギャップ付近の固定準位が、空間的あるいはエネルギー的に離れるため、応答特性・感度に優れたＸ線電荷変換膜が構成される。
【００３３】
上述した第１及び第２の実施形態に係わる直接変換型Ｘ線イメージセンサにおいて、ＴＦＴアレイ内の蓄積容量（Ｃｓ）１２に蓄積された電荷情報は、ＴＦＴ１３を線順次に走査することで、データバスラインを通して読み出すことができる。データバスラインの端部には、増幅回路（ＣＳＡ：Ｃｈａｒｇｅ　Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）とＡ／Ｄコンバータが接続されており、読み出された電荷情報はディジタル画像信号に変換されて順次出力される。
【００３４】
これにより、ボケの少ない、高精度のＸ線撮影像を得るとともに、撮影に必要な照射Ｘ線量を低減できる上、高精彩な動画撮影を可能になる。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。
【００３６】
［実施例１］
図２は、本発明を実施した第１実施例の直接変換型Ｘ線イメージセンサの１ピクセル部分の断面図である。同図において、まず、ガラス板１上にＦＥＴのゲート電極２と電荷蓄積のためのコンデンサの一方の電極９を形成し、その上に窒化シリコン層３を全面を覆うように形成する。窒化シリコン層３は、ＦＥＴのゲート絶縁膜であり、コンデンサを構成する絶縁層でもある。さらに、ＦＥＴのチャネルとなるアモルファスシリコン層６をゲート電極２の上部にのみ形成する。続いて、コンデンサのもう一方の電極であり、ＦＥＴのドレイン電極でもある電極１０を形成する（なお、電極１０はピクセル電極をも兼ねる）。ここまでの構成は、液晶ディスプレイのアクティブマトリックス基板と同様の工程で作られる。その上に、キャリヤ阻止層であるＣｄＳｅ層５を介して、Ｘ線電荷変換層であるＣｄＳ層７を積層し、さらにバイアス電極８を形成してＸ線センサの基本構成が完成する。
【００３７】
ＣｄＳｅ層５とＣｄＳ層７は、溶液中において化学堆積法により形成した。ＣｄＳｅ層は、硝酸カドミウム：ｃａｄｍｉｕｍ　ｎｉｔｒａｔｅ（Ｃｄ（ＮＯ３）２・４Ｈ２Ｏ）とジメチルセレノ尿素：ｄｉｍｅｔｈｙｌ　ｓｅｌｅｎｏｕｒｅａ（（ＣＨ３）２ＮＣ（Ｓｅ）ＮＨ２）を含む溶液から化学堆積し、ＣｄＳ層は、酢酸カドミウム：ｃａｄｍｉｕｍ　ａｃｅｔａｔｅ（Ｃｄ（ＣＨ３ＣＯ２））とチオ尿素：ｔｈｉｏｕｒｅａ（ＣＳ（ＣＮ２）２）を含む溶液から化学堆積した。それぞれの化学堆積膜は多結晶であり、〜１０９Ωｃｍ程度の高い抵抗率を有し、Ｘ線吸収膜として適している。
【００３８】
図３（ａ）、（ｂ）は、バイアス電極８に正電圧を印加したＸ線電荷変換部のエネルギーバンド図であり、図３（ａ）は主に入射Ｘ線を吸収しキャリヤを励起する厚い多結晶ＣｄＳ層７と、ピクセル電極１０からＣｄＳ層７へキャリヤが移動するのを阻止するＣｄＳｅ層５で構成された本実施例、図３（ｂ）は多結晶ＣｄＳ層７を設けない構成を示す比較例を示している。
【００３９】
ＣｄＳ層７では、入射Ｘ線によりキャリヤである電子−正孔対が励起されるが、バンドギャップ内に固定準位も形成される。図３（ａ）は、Ｘ線を照射後、遮断した状態を表しており、Ｘ線照射によりバンドギャップ内に形成された固定準位が残留している。
【００４０】
図３（ｂ）に示すように、この固定準位が電極からキャリヤを捕獲すると、Ｘ線の照射がないにもかかわらず、Ｘ線電荷変換膜の抵抗が低下し、検出器の検出限界を低下させる。また、このキャリヤ捕獲の時定数が長いので、Ｘ線検出サイクルの速さを制限することになる。
【００４１】
そこで、図３（ａ）に示されているように、ＣｄＳよりバンドギャップの小さいＣｄＳｅ層５をＣｄＳ層７とピクセル電極１０間に挿入して、ＣｄＳ層と電極を空間的に分離することで、ＣｄＳ層の固定準位が電極からキャリヤを捕獲する確率を低減できる。これにより、ＣｄＳ層へのＸ線照射が遮断されると短時間で照射前の高抵抗状態に回復できる。また、ＣｄＳｅは、ＣｄＳよりバンドギャップが小さいので、Ｘ線照射によってＣｄＳ層内に生成されたキャリヤがＣｄＳ−ＣｄＳｅ界面で蓄積されることなく、信号として検出される。
【００４２】
したがって、感度が高く、光応答性に優れたＸ線電荷変換膜が構成でき、高感度の直接変換型Ｘ線イメージセンサが実現できる。
【００４３】
なお、本実施例では、Ｘ線変換層およびキャリヤ阻止層を化学堆積法により形成したが、たとえば、ＣｄＳ層を塩化カドミウム：ｃａｄｍｉｕｍ　ｃｌｏｒｉｄｅ（ＣｄＣｌ２）とチオ尿素：ｔｈｉｏｕｒｅａ（ＣＳ（ＣＮ２）２）を含む水溶液を加熱した基板に吹き付けて多結晶膜を形成するスプレイ塗布法で形成することもできる。
【００４４】
［実施例２］
図５は、本発明を実施した第２実施例の直接変換型Ｘ線イメージセンサの１ピクセル部分の断面図である。図２に示した部材と同一構成部材については同一符号を付する。ピクセル電極１０とＸ線電荷変換層７の間に、Ｘ線電荷変換層にフッ素、塩素、臭素、よう素の少なくとも１つを含むキャリヤ注入阻止領域７ａが存在する。図６はバイアス電極８に正電圧を印加したＸ線変換部のエネルギーバンド図である。
【００４５】
実施例１との違いは、Ｘ線を吸収しキャリヤを励起する厚い多結晶ＣｄＳ層７と、ピクセル電極１０の間のキャリヤ阻止層がＣｄＳ：Ｃｌ領域７ａで構成されていることである。ＣｄＳ層では、入射Ｘ線によりキャリヤである電子−正孔対が励起されるが、バンドギャップ内に固定準位も形成される。しかし、ＣｄＳ：Ｃｌ層では、入射Ｘ線によりキャリヤである電子−正孔対が励起されるものの、吸着酸素の励起によってミッドギャップ付近に生成される固定準位は、酸素が塩素により置換されているため生成されない。したがって、実施例１と同様に、Ｘ線電荷変換層ＣｄＳ層７の固定準位がピクセル電極１０からキャリヤを捕獲することが阻止される。
【００４６】
積層膜の形成は、まず、酢酸カドミウム：ｃａｄｍｉｕｍ　ａｃｅｔａｔｅ（Ｃｄ（ＣＨ３ＣＯ２））とチオ尿素：ｔｈｉｏｕｒｅａ（ＣＳ（ＣＮ２）２）を含む溶液に塩素を加えた溶液からＣｄＳ：Ｃｌ層を化学堆積し、続いて、塩素を含まない溶液からＸ線変換層のＣｄＳ層を化学堆積することで本構成が実現できる。
【００４７】
これにより、感度が高く、光応答性に優れたＸ線電荷変換膜が構成でき、高感度の直接変換型Ｘ線イメージセンサが実現できる。
【００４８】
［比較例］
図３（ｂ）は、比較例であり、多結晶ＣｄＳ単層で構成したＸ線電荷変換膜のエネルギーバンド図であり、Ｘ線を照射後、遮断した状態を表しており、Ｘ線照射によりバンドギャップ内に形成された固定準位がマイナス電極からキャリヤを捕獲することで、光が遮断されても直ちに高抵抗状態にならない。
【００４９】
真性半導体では、電子の注入はマイナス電極から伝導帯へ行われるが、ＣｄＳは高抵抗であり、フェルミレベルは、ＣｄＳのバンドギャップの中央付近に存在するため、伝導帯への注入は少ないが、Ｘ線照射によってバンドギャップ内に形成された固定準位は、金属電極のフェルミレベル付近やそれより低いエネルギーレベルにあるため、電極から電子が容易に注入される。
【００５０】
このため、膜抵抗がＸ線照射前の抵抗値の１／２まで回復するために数十秒以上必要とした。しかし、実施例１，２では、この回復に要する時間が、数ミリ秒以下に短縮され、動画撮影に十分な応答特性が得られた。
【００５１】
図７は本発明による直接変換型放射線イメージセンサのＸ線診断システムへの応用例を示す説明図である。
【００５２】
放射線源となるＸ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０６０は患者あるいは被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、直接変換型放射線イメージセンサ６０４０に入射する。この入射したＸ線には患者６０６１の体内部の情報が含まれている。Ｘ線の入射に対応して直接変換型放射線イメージセンサ６０４０により電気的情報を得る。この情報はディジタルに変換され信号処理手段となるイメージプロセッサ６０７０により画像処理され制御室の表示手段となるディスプレイ６０８０で観察できる。
【００５３】
また、この情報は電話回線６０９０等の伝送処理手段により遠隔地へ転送でき、別の場所のドクタールームなど表示手段となるディスプレイ６０８１に表示もしくは光ディスク等に保存することができ、遠隔地の医師が診断することも可能である。また記録手段となるフィルムプロセッサ６１００によりフィルム６１１０に記録することもできる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、感度が高く、光応答性に優れたＸ線電荷変換膜が実現でき、高感度の直接変換型放射線イメージセンサを構成できる。
【００５５】
またＣｄＳ、ＣｄＳｅは、化学堆積法またはスプレイ塗布法により、低温で大面積に容易に成膜できるので、ａ−Ｓｉで構成されたＦＥＴが２次元マトリックス状に配置されたアクティブマトリックス基板上に直接形成も可能であり、高感度の直接変換型放射線イメージセンサを容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の直接変換型Ｘ線イメージセンサーの原理構成図である。
【図２】本発明の第１実施例の直接変換型Ｘ線センサーの断面図である。
【図３】（ａ）はＸ線電荷変換膜をＣｄＳ／ＣｄＳｅで構成したエネルギーバンド図、（ｂ）はＸ線電荷変換膜をＣｄＳ層で構成したエネルギーバンド図である。
【図４】本発明の第２実施形態の直接変換型Ｘ線イメージセンサーの原理構成図である。
【図５】本発明の第２実施例の直接変換型Ｘ線センサーの断面図である。
【図６】Ｘ線電荷変換膜をＣｄＳ／ＣｄＳ：Ｃｌで構成したエネルギーバンド図である。
【図７】本発明による直接変換型放射線イメージセンサのＸ線診断システムへの応用例を示す説明図である。
【符号の説明】
１　ガラス板
２　ＦＥＴゲート電極
３　ゲート絶縁層
４　ＦＥＴソース電極
５　電極とＸ線変換膜の分離層
６　ＦＥＴのチャネル層
７　Ｘ線変換層
８　バイアス電極
９　コンデンサ電極
１０　コンデンサ電極（対向）
１１　ピクセル電極
１２　蓄積容量
１３　ＦＥＴ
【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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