(57)【要約】【課題】  ソリッドステート放射線イメージャ（２００）用の蓄積コンデンサアレイを提供する。【解決手段】  イメージャアレイは、イメージングアレイパターンで基板上に配置される多数のピクセル（１１０）を含む。各ピクセルは、薄膜スイッチングトランジスタ（１３０）に結合されるフォトセンサ（１２０）を含む。多数の走査線（１５０）が基板に対して第１のレベルで第１の軸に沿って配置され、多数のデータ線（１４０）が第２のレベルでイメージングアレイの第２の軸に沿って配置される。基板上に配置される各コンデンサ（２４１）は、対応するフォトセンサ及び対応する薄膜トランジスタに結合される第１の電極（２９１）と、コンデンサ線形電極（２５１）に結合される第２の電極（２９６）とを有する。【選択図】      図３
2004363614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
行及び列から成るイメージングアレイパターンで基板（１０５）上に配置され、各々が個別の薄膜スイッチングトランジスタ（１３０）に結合される個別のフォトセンサ（１２０）を含む複数のピクセル（１１０）と、
前記イメージングアレイパターンの第１の軸に沿って前記基板に対して第１のレベルで配置された複数の走査線（１５０）と、
を備えるイメージャ（２００）において、
前記イメージングアレイパターンのピクセルの各行が個別の走査線を有し、前記個別の走査線の各々が、前記イメージングアレイパターンでピクセルの個別の行に沿って配置された各ピクセルについて前記薄膜スイッチングトランジスタの個別のゲート電極（１３２）に結合されており、
前記イメージャには、更に、前記イメージングアレイパターンの第２の軸に沿って前記基板に対して第２のレベルで配置された複数のデータ線（１４０）が設けられ、
前記イメージングアレイパターンのピクセルの各列が、対応するデータ線を有し、前記個別のデータ線の各々が、前記イメージングアレイパターンでピクセルの個別の列に沿って配置された各ピクセルについて、前記薄膜スイッチングトランジスタの個別の読み取り電極（１３６）に結合されており、
前記イメージャには更に、前記基板上に配置され、各々が第１の電極（２９１）と、第２の電極（２９６）と、第１の電極及び第２の電極間に配置される誘電体とから構成される複数のコンデンサ（２４１）を含む蓄積コンデンサアレイが設けられ、
前記第１の電極が対応するフォトセンサと対応する薄膜スイッチングトランジスタとに結合され、前記第２の電極がコンデンサ線形電極（２５１）に結合されていることを特徴とするイメージャ（２００）。
【請求項２】
前記コンデンサ線形電極がコンデンサアレイの縁部に結合され、電圧バイアスが前記アレイの縁部に印加されることを特徴とする請求項１に記載のイメージャ。
【請求項３】
冗長性のために、隣接するコンデンサ線形電極間に結合される複数のブリッジ（２７１）を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のイメージャ。
【請求項４】
複数の交点（２６４）の下に複数の細い電極を更に備え、前記複数の交点が複数の前記データ線と複数の前記走査線との交点、及び複数の前記データ線と前記複数のブリッジとの交点に対応することを特徴とする請求項１に記載のイメージャ。
【請求項５】
前記イメージング装置がデータ読み取り動作中の過渡電流を最小にするよう、前記複数の線形電極が前記複数のデータ線に平行であることを特徴とする請求項１に記載のイメージャ。
【請求項６】
前記複数の走査線の対応する１つの下に配置される前記線形電極の各１つが、冗長性のために２つの平行電極に分割されることを特徴とする請求項１に記載のイメージャ。
【請求項７】
前記複数のデータ線が前記複数の走査線から電気的に絶縁していることを特徴とする請求項１に記載のイメージャ。
【請求項８】
前記第２の電極がコンデンサ線形電極を含むことを特徴とする請求項１に記載のイメージャ。
【請求項９】
前記イメージャがＸ線イメージャである請求項１に記載のイメージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的にイメージング装置に関し、より具体的にはソリッドステート放射線イメージャの蓄積コンデンサアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
ソリッドステート放射線イメージャは通常、行及び列で配列された複数のピクセルを含む大型フラットパネルイメージング装置を備える。各ピクセルは通常、スイッチングトランジスタ（例えば薄膜電界効果トランジスタなど）によって２つの別個のアドレス線、走査線及びデータ線、に結合されるフォトダイオードなどのフォトセンサを有する。ピクセルの各行において、個別のスイッチングトランジスタは各々、トランジスタのゲート電極を通して共通走査線に結合される。ピクセルの各列において、トランジスタの読み取り電極（例えばトランジスタのソース電極など）はデータ線に結合される。公称動作中、放射線（Ｘ線線束など）はパルス化され、検査対象を透過するＸ線はイメージングアレイに入射する。放射線がシンチレータ材料に入射し、ピクセルフォトセンサが、シンチレータとのＸ線相互作用によって発生した光の量を（ダイオードの両端の電荷の変化によって）計測する。或いは、Ｘ線はフォトセンサに電子と正孔のペアを直接生成できる（通常「直接検知」と呼ばれる）。フォトセンサの電荷データは、ピクセルの行を連続的にイネーブルにし（走査線に信号を印加して、走査線に結合されるスイッチングトランジスタが導電性を帯びることによる）、個別のデータ線を介してこのようにイネーブルになった個別のピクセルからの信号を読む（フォトダイオード電荷信号は導電スイッチングトランジスタを介してデータ線に結合され、データ線に結合される関連する読み取り電極に結合される）ことにより読み取られる。このようにして、所与のピクセルは、ピクセルに結合される走査線をイネーブルにすること、及びピクセルに結合されるデータ線で読み取ることを組合せることによりアドレスすることができる。
【０００３】
こうしたソリッドステート放射線イメージャに関する１つの問題は、ダイナミックレンジが制限されることである。処理可能な最大の信号レベルは、フォトダイオードの両端のバイアス電圧（通常１−１０Ｖ）、及びフォトダイオードの静電容量（通常１００マイクロメートルピッチにつき０．４−０．８ｐＦ、平方ピッチに対応する）に比例する。ダイナミックレンジを増大させるためにバイアス又は静電容量を大きくすると、漏洩電流の増大又はより多くの点欠陥を含む様々な欠点がある。通常、Ｘ線用途において、最大Ｘ線信号レベルは、Ｘ線を通じてフォトダイオードに入射する光の量を低減することで増大することができる。かかる解決法の結果として得られる効果は、電子ノイズに対する感度がこれに応じて大きくなり、従って、最小信号レベルに関して逆効果となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、より大きなダイナミックレンジを可能にし、画像の画質を向上させるソリッド放射線イメージャの提供が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
要約すると、本発明の１つの実施形態によれば、イメージャ用の蓄積コンデンサアレイが提供される。イメージャは、行及び列から成るイメージングアレイパターンで基板上に配置される複数のピクセルを含む。各ピクセルは、個別の薄膜スイッチングトランジスタに結合される個別のフォトセンサを含む。複数の走査線が、基板に対して第１のレベルでイメージングアレイパターンの第１の軸に沿って配置される。イメージングアレイパターンのピクセルの各行は、個別の走査線を有する。個別の走査線の各々は、薄膜スイッチングトランジスタの個別のゲート電極に結合され、各ピクセルがイメージングアレイパターンのピクセルの個別の行に沿って配置される。複数のデータ線が基板に対して第２のレベルでイメージングアレイパターンの第２の軸に沿って配置される。イメージングアレイパターンのピクセルの各列は対応するデータ線を有する。個別のデータ線の各々は、薄膜スイッチングトランジスタの個別の読み取り電極に結合され、各ピクセルがイメージングアレイのピクセルの個別の列に沿って配置される。複数のコンデンサを含む蓄積コンデンサアレイは、基板上に配置される。複数のコンデンサの各々は、第１の電極、第２の電極、及び第１の電極と第２の電極の間に配置される誘電体を含む。第１の電極は、対応するフォトセンサ及び対応する薄膜トランジスタに結合され、第２の電極はコンデンサ線形電極に結合される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明のこれら及び他の特徴、態様、及び利点は、図面全体を通して同じ番号が同じ部分を表す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むとより理解される。
【０００７】
ソリッドステート放射線イメージャ１００は、ピクセル１１０の行と列を成してマトリクス状のイメージングアレイパターンで配列された複数のピクセル１１０（その代表的な１つを図１Ａに示す）を含む。限定ではなく例示の目的として、イメージャ１００は、ピクセルの行が整列する第１の軸１０１と、ピクセルの列が整列する第２の軸１０２とを有する。各ピクセル１１０は、フォトセンサ１２０及び薄膜スイッチングトランジスタ１３０を含む。フォトセンサ１２０は通常、低ピクセル電極１２２から一部が構成されるフォトダイオードを含み、この低ピクセル電極は実質的に装置のアクティブ（すなわち感光性）領域と一致する。スイッチングトランジスタ１３０は通常、ゲート電極１３２、ドレイン電極１３４、及びソース電極（又は読み取り電極）１３６を有する薄膜電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含む。イメージャ１００は更に、複数のデータ線１４０及び走査線１５０（総称してアドレス線と呼ばれる）を含む。少なくとも１つの走査線１５０は、イメージングアレイパターンのピクセルの各行について第１の軸１０１に沿って配置される。各走査線は、ピクセルの当該行におけるピクセルの個別のゲート電極１３２に結合される。少なくとも１つのデータ線１４０は、イメージングアレイパターンのピクセルの各列について第２の軸１０２に沿って配置され、ピクセルの当該列におけるピクセルの個別の読み取り電極１３６に結合される。
【０００８】
１つのピクセル１１０の部分断面図が図１Ｂに示されている。フォトダイオード１２０が基板１０５の上に配置される。第１の誘電体層１２１は通常、ピクセル電極１２２と基板１０５の間に配置される。フォトダイオード１２０は更に、イメージングアレイ上に配置される共通電極１２６に電気的に結合される感光材料本体１２４（通常アモルファスシリコンを含む）を含む。共通電極１２６は、インジウムスズ酸化物又は同様のものなどの光学的に透過性で導電性の材料を含む。第２の誘電体層１２３は、通常、窒化ケイ素又は同様のものなどを含み、感光材料本体１２４の側壁の一部上に延びており、第３の誘電体層１２５は、ポリイミド又は同様のものなどを含み、共通電極１２６とイメージングアレイの他の構成要素との間（第２の誘電体層１２３及び第３の誘電体層１２５のバイアを通る感光材料本体１２４への接点を除く）に配置される。
【０００９】
図２は、図１Ａ−図１Ｂに示されるイメージャ１００の回路図である。図２は複数のピクセル１１０を示し、ここで各ピクセルは、フォトダイオードなどのフォトセンサ１２０と、ゲート電極１３２、ドレイン電極１３４、及びソース電極（又は読み取り電極）１３６を有するＦＥＴなどの薄膜スイッチングトランジスタ１３０とを含む。図２のイメージングアレイパターンはまた、複数のデータ線１４０及び走査線１５０を示す。
【００１０】
図３は、本発明の実施形態によるイメージャ２００の回路図である。イメージャ２００は、蓄積コンデンサアレイを含むことを除いては、図１Ａ−図１Ｂ及び図２に示されるイメージャ１００と同様である。イメージャ２００は、行及び列を成してイメージングアレイパターンの基板上に配置される複数のピクセル１１０を含む。１つの実施形態において、基板は、シリコンに類似する熱膨張率を有するガラスである。各ピクセルは、個別の薄膜スイッチングトランジスタ１３０に結合される個別のフォトセンサ１２０を含む。
【００１１】
イメージャ２００は更に、複数の走査線１５０及び複数のデータ線１４０を含む。データ線及び走査線は、堆積された１つ又は複数の薄膜誘電体層により電気的に絶縁される。
【００１２】
イメージャ２００は更に、蓄積コンデンサアレイを含む。蓄積コンデンサアレイは、基板上に配置された複数のコンデンサ２４１を含む。各コンデンサ２４１は、第１の電極２９１、第２の電極２９６、及び第１の電極と第２の電極との間に配置された誘電体とを含む。
【００１３】
１つの実施形態において、誘電体は、薄膜トランジスタゲート誘電体層に用いられる薄膜と同じ窒化ケイ素の薄膜からなる。第１の電極２９１の各々は、対応するフォトセンサ１２０及び対応する薄膜スイッチングトランジスタ１３０にそれぞれ結合される。第２の電極２９６はコンデンサ線形電極２５１に結合される。１つの実施形態において、第２の電極はコンデンサ線形電極を含む。
【００１４】
コンデンサ線形電極はコンデンサアレイの縁部に結合される。この縁部をアレイの縁部と呼ぶ。アレイの縁部において、線形電極は、同じ金属によるか又は他の層に用いる金属によるかのいずれかにより全て共に結合される。更に縁部において、コンデンサ線形電極はフォトダイオード１２０用のバイアス電極に結合され、こうしてコンデンサとダイオードの間の平行な電気的構成が完成する。効果的に蓄積コンデンサを結合することで、バイアス電圧がアレイの縁部で印加され、これにより各ピクセルにおいてバイアス電圧を印加する必要が排除される。こうした配列によりピクセル充填率が最大限となする。
【００１５】
コンデンサアレイは更に、隣接するコンデンサ線形電極２５１の間に冗長のために結合される複数のブリッジ２７１を含む。例えば、線形電極が修復過程の間に幾つかの位置で切断され、その結果、電気的に絶縁される部分において、ブリッジは線形電極を共に結合したままの状態に確実に維持されることになる。冗長性を加えることにより、電気的に絶縁され又は浮動状態にある部分を有する確率は大幅に減少する。
【００１６】
コンデンサアレイは更に、複数のデータ線と複数の走査線の交点及び複数のデータ線と複数のブリッジの交点に対応する複数の交点の下に複数の細い電極を含む。図３において、点２６４及び２７５が交点である。
【００１７】
イメージャ２００において、各蓄積コンデンサは、結合されるフォトダイオードよりも多くの電荷を蓄積するよう設計されており、これにより各ピクセルの電荷蓄積容量が増加すると共に、より薄いフォトダイオード（点欠陥）又は高バイアス電圧（高漏洩電流）を用いることに関連する問題が回避される。更に、かなりの量の電荷がコンデンサに蓄積されるので、所与の信号レベルがフォトダイオードの両端のバイアス変化をより小さくし、これはより低いラグを生じる。高い電荷蓄積容量は、ピクセルを飽和にすることなくフォトダイオードのゲインを最大にし、これにより電子ノイズに対する感度を低下させることができる。又、誘電体の堆積を均一に制御するのがより容易になるため、大面積イメージング装置全体のピクセル静電容量の均一性が改善される。
【００１８】
更に、この特定の設計には他の利点がある。詳細には、複数のコンデンサ線形電極が複数のデータ線に平行であり、その結果、イメージャによるデータ読み取り動作中の線形電極の過渡電流が最小となる。従って、走査線がバイアスされると、対応するピクセル及びコンデンサ電荷が、データ線及び対応する線形コンデンサ電極を通じて放電し、こうして各線形コンデンサ電極の過渡電流が低減する。過渡電流が低減することで多くの層に結合される電極及び導体の信頼性が改善され、大きな電流により有限線抵抗に起因する大きな過渡電圧偏位が発生することからイメージャ性能が改善される。更に、蓄積コンデンサアレイは、イメージャの任意のバイアス線が開放及び短絡に影響されないことを保証する。
【００１９】
別の実施形態において、線形電極の各１つは複数の走査線の対応する１つの下に配置されて２つの平行電極に分割され、短絡の修復を成功させる確率が大きくなる。両交差点が短絡すると、短絡した交差点はレーザ又は他の方法で切断することができる。ライン２５１の電気的導通は影響を受けない。
【００２０】
本発明の前述の実施形態は、コンデンサ電極の短絡及び過渡電流を最小限にする欠陥の少ないコンデンサアレイのための設計を含む、多くの利点を有し、従ってイメージャの画質が向上する。
【００２１】
本発明のある特徴のみを本明細書で示して説明してきたが、当業者であれば多くの修正及び変更が行われるであろう。従って添付の請求項は、本発明の真の精神の範囲内にあるものとして、こうした修正及び変更の全てに及ぶことが意図される点を理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】従来技術によるイメージャの部分の平面図。
【図１Ｂ】図１Ａの線Ｉ−Ｉに沿った代表的なピクセルの部分断面図。
【図２】図１Ａ−図１Ｂに示すイメージャのイメージングアレイパターンの回路図。
【図３】本発明の１つの実施形態による蓄積コンデンサアレイを備えるイメージャの回路図。
【符号の説明】
【００２３】
２００  イメージャ
１３０  薄膜スイッチングトランジスタ
１２０  フォトセンサ
１４０  データ線
１５０  走査線
２４１  コンデンサ
２５１  コンデンサ線形電極
【図１Ａ】
2004363614.tif 000003
【図１Ｂ】
2004363614.tif 000004
【図２】
2004363614.tif 000005
【図３】
2004363614.tif 000006