(57)【要約】【課題】ガラス基板とセレン層との熱膨張差により生じるセレン層の割れやクラック等を防止したセレン平面センサの製造方法を提供することである。【解決手段】ガラス基板３上にセレン層５を真空加熱蒸着によって形成するセレン平面センサの製造方法において、前記ガラス基板３を曲率半径（Ｒ）＝１０００〜１００００ｍｍの範囲で予め反らせた状態とし、且つガラス基板温度を４５〜８０℃の範囲でセレン層５を形成することを特徴とする。これにより、ガラス基板とセレンとの熱膨張差にかかわらず、センサの内部応力の発生が抑えられ、温度変化等によるセレン膜の劣化や光応答性の低下を抑えることができる。【選択図】      図１
2004211121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面基板上にセレン層を真空加熱蒸着によって形成するセレン平面センサの製造方法において、
前記平面基板を予め反らせた状態でセレン層を真空加熱蒸着によって形成することを特徴とするセレン平面センサの製造方法。
【請求項２】
前記平面基板が曲率半径（Ｒ）＝１０００〜１００００ｍｍの範囲で予め反らせてある請求項１記載のセレン平面センサの製造方法。
【請求項３】
前記平面基板が４５〜８０℃の範囲に設定してある請求項１又は２記載のセレン平面センサの製造方法。
【請求項４】
前記平面基板がガラス板である請求項１乃至３のいずれか記載のセレン平面センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平面センサ特に放射線センサにおいて、ガラスやアルミニウムなどの平面基板上にセレン層を真空加熱蒸着によって形成するセレン平面センサの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の放射線（例えばＸ線）のセンサとしては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。これはガラス基板１１の上にＩＴＯ膜からなる下部電極１２を形成し、その上にＸ線感応型の半導体膜としてセレン層１３を蒸着して設け、さらにその上に上部電極層１４を設けた構造である。このような構造からなるＸ線センサ１０にあっては、下部電極１２と上部電極層１４の間に電源１５から直流電圧を印加し、その状態でＸ線が上部電極層１４の上方から照射されるセレン層１３中に電荷（電子・正孔対）が発生し、下部電極１２に集められた後にＸ線照射電流として読み出される。なお、下部電極１２は酸化インジウムに酸化錫をド−ピングし、得られたＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）粉末を蒸着することでＩＴＯ膜として形成したものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３５２０９２号公報
【０００４】
以上のようにして構成されたＸ線センサ１０において、上下の電極１２，１４間に直流高電圧を印加すると共に、セレン層１３にＸ線を照射することによりＸ線強度に応じた電荷が静電潜像としてセレン層１３中に発生する。この電荷は直流高電圧によりセレン層１３中をガラス基板１１側に移動し、対応した各画素に蓄積される。蓄積された電荷は各画素の薄膜トランジスタによって順次読み取られて画像が形成される。
【０００５】
ところで近年、Ｘ線等の高エネルギ−光に対する光変換電気信号センサ用セレンの用途が見直され、その商品化技術の確立が要求されている。その中で、特にＸ線検出層として無定形セレンを利用したセンサ開発がなされている。セレン層の形成技術は、真空蒸着法による形成技術が一般的であり、薄膜形成技術として定着している。しかしながら、無定形セレンは、その電気的性質を安定化させるため、所定の基板温度での成膜温度管理が必要となるが、ガラス基板とセレン層との間での熱膨張差が大きい。例えば、現在の胸部用銀塩フィルムに代えて無定形セレンに置き換えた場合、その大きさは１７インチサイズにも及ぶために、ガラス基板とセレン層との間の熱膨張差によってセレン層に割れやクラック等が発生してしまい、実用化には大きな課題となっていた。主なる原因は、高温で蒸着形成されたセレン層が常温（２５℃）に戻るときに、その時の温度差による熱収縮がガラス基板より大きいために、ガラス基板との接着部において面積差が生じ、更に低温環境化においてはその面積差が著しく大きくなり、割れ・クラック等の物理的破損を招くものと推測される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ガラス基板とセレン層との熱膨張差により生じるセレン層の割れやクラック等をなくしたセレン平面センサの製造方法を提供するものである。特に高温で蒸着形成されたセレン層が、常温環境下や低温環境下においても、基板やセレン層に熱膨張差による内部応力にかかわらず、且つセンサの電気特性を満足するセレン平面センサの製造方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上の技術的課題に鑑み、本発明は常温を基準とし、少なくとも±２５℃の環境温度の変化に対して物理的破損が生じないようし、センサ性能を満足させる蒸着温度で成膜させる製造方法を提供するものである。具体的には本発明の請求項１に係るセレン平面センサの製造方法は、平面基板上にセレン層を真空加熱蒸着によって形成するセレン平面センサの製造方法において、前記平面基板を予め反らせた状態でセレン層を真空加熱蒸着によって形成することを特徴とする。
【０００８】
上記の発明によれば、平面基板を予め反らせた状態でセレン層を形成するので、常温に戻した時の内部応力を抑えて平面基板とセレン層との接着部の面積差が等しくなるように成膜できる。
【０００９】
また、前記平面基板は、曲率半径（Ｒ）＝１０００〜１００００ｍｍの範囲で反らせることが望ましい。曲率半径が１０００ｍｍ以下では平面基板の反り量が大きくなりすぎて、画像の歪みや成膜割れのおそれがある一方、曲率半径が１００００ｍｍ以上では逆に平面基板の反り量が小さすぎて、熱膨張係数の差を吸収できないからである。
【００１０】
さらに、本発明では前記平面基板温度を４５〜８０℃の範囲に設定してセレンを蒸着することが望ましい。４５℃はガラス状セレン形成のためのガラス転移点付近の温度であり、これより低いとセレンが十分に成膜しないからである。また、８０℃はセレンの結晶転移温度であり、基板温度がこれよりより高いと無定形セレンの特性を充分に引き出すことができないからである。また、成膜時のガラス基板の反り量としてガラスが割れない程度の８０℃以下が好ましい。
【００１１】
本発明において、セレンを蒸着するための平面基板としては、表面が平滑研磨されたガラス板をベ−ス基板とするのが好適である。そして、このガラス板の上面全体にＩＴＯ電極膜を設けた平面ガラス基板や複数の帯状電極膜を平行に配列した平面ガラス基板、更には多数の薄膜トランジスタ回路をマトリックス状に搭載した平面ガラス基板が用いられ、これら電極や薄膜トランジスタ回路の上から平面ガラス基板上にセレンが蒸着される。薄膜トランジスタ回路は、１００〜２００μｍ角の画素に電荷収集電極、電極蓄積容量、薄膜トランジスタを配置したものである。なお、ガラス板の他にアルミニウム板やニッケル板などの金属板を用いることもできるが、これらは導電性を備えているのでその上に直接セレン層を形成することができる。また、薄膜トランジスタ以外のアクテイブ素子を用いた回路基板を平面基板として利用することも可能である。いずれを用いた場合でも平面基板の厚みは特に限定されない。
【００１２】
本発明で蒸着されるセレンは、セレン単体だけでなく、セレンとヒ素との合金やセレンとテルルとの合金なども含まれる。セレン層の上部に設けられる上部電極は、ガラスとセレンとの間の熱膨張係数の値をとるものであればよいが、好ましくは１０〜３０ppm／degの範囲の電極を用いることが望ましい。セレン上に形成した上部電極のクラックや割れを効果的に防ぐことができる。上部電極材料としては、金、銀、インジウム、アルミニウムなどの導電材料であり、これを蒸着又はスパッタリングすることで形成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明に係るセレン平面センサの製造方法の実施形態を説明する。図１は本発明に係るセレン平面センサの製造工程を示したものであり、図２はガラス基板を反らせた状態を示す斜視図である。
【００１４】
図１及び図２に示した本発明の製造工程において、先ず、縦横の大きさ５００ｍｍ×５００ｍｍのアルミニウム製プレート１を用意し、その表面にシリコン樹脂からなる弾性シート２を配置する（工程１）。前記プレート１の表面は、所定の曲率半径に基づいた曲面形状をしている。
【００１５】
次に、この弾性シート２の上面に大きさ４５０ｍｍ×４５０ｍｍ、厚さ０．７ｍｍのガラス基板３を配置し、その四隅に弾性ゴム８を介して金属板９を押し当て、この金属板９に前記プレ−ト１側への圧力をかけ、ガラス基板３が所定の曲率半径Ｒとなるように反らせる（工程２）。なお、前記ガラス基板３の表面には下部電極４としてのＩＴＯ膜をスパッタリングによって予め形成しておく。下部電極４の大きさは４００ｍｍ×４００ｍｍである。
【００１６】
このようにして、真空蒸着槽の中に上記のガラス基板３をセットし、その下方に所定量のセレン材料６を用意する。ガラス基板３の表面温度が８０℃となるように内部温度を上げると共に所定の真空度を保ちながら、ガラス基板３の表面にセレン材料６を真空蒸着し、大きさ４００ｍｍ×４００ｍｍのセレン層５を３００μｍの厚みに形成する（工程３）。
【００１７】
次いで、セレン層５の上に真空蒸着によって大きさ３５０ｍｍ×３５０ｍｍのインジウム層を０．１μｍの厚みに形成して上部電極層７とした（工程４）。金属板９によるプレート１側への圧力を解除してガラス基板３の反りを戻し、真空蒸着槽から取り出して、図３に示したのと同様なセレン平面センサを作製した。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。なお、本発明はその範囲を超えない限りこの実施例に限定されるものではない。大きさ４５０ｍｍ×４５０ｍｍ、厚さ０．７ｍｍのガラス基板３（コ−ニング社製製品番号７０５９）を用い、その曲率半径（Ｒ）及び基板温度などを変えてセレン膜を形成し、セレン平面センサの試料とした。実施例に用いた真空蒸着槽および治具は上記実施形態において説明したものと同じである。
【００１９】
[実施例１]
ガラス基板の曲率半径Ｒを１０００ｍｍ、基板温度８０℃に設定し、セレン層を３００μｍの厚みに形成した。セレン層５の上には真空蒸着によってインジウム層を０．１μｍの厚みに形成し、上部電極層６としてセレン平面センサを作製した。
【００２０】
[実施例２]
ガラス基板の曲率半径Ｒを１００００ｍｍに変えた以外は、実施例１と同様の方法でセレン平面センサを作製した。
【００２１】
[実施例３]
ガラス基板の曲率半径Ｒを３０００ｍｍ、基板温度を６０℃に変えた以外は、実施例１と同様の方法でセレン平面センサを作製した。
【００２２】
[実施例４]
ガラス基板の基板温度を４５℃に変えた以外は、実施例１と同様の方法でセレン平面センサを作製した。
【００２３】
[実施例５]
ガラス基板の曲率半径Ｒを３０００ｍｍ、基板温度を６０℃、上部電極材料を金（Ａｕ）に変えた以外は、実施例１と同様の方法でセレン平面センサを作製した。
【００２４】
[実施例６]
ガラス基板の曲率半径Ｒを３０００ｍｍ、基板温度を６０℃、上部電極材料を銀（Ａｇ）に変えた以外は、実施例１と同様の方法でセレン平面センサを作製した。
【００２５】
[実施例７]
ガラス基板の曲率半径Ｒを３０００ｍｍ、基板温度を６０℃、セレン層の膜厚を１０００μｍに変えた以外は、実施例１と同様の方法でセレン平面センサを作製した。
【００２６】
[実施例８]
ガラス基板の曲率半径Ｒを３０００ｍｍ、基板温度を６０℃、セレン層膜厚を２０００μｍに変えた以外は、実施例１と同様の方法でセレン平面センサを作製した。
【００２７】
[比較例１]
ガラス基板の曲率半径Ｒを８００ｍｍに変えた以外は、実施例１と同様の方法でセレン平面センサを作製した。
【００２８】
[比較例２]
ガラス基板の曲率半径Ｒを２００００ｍｍ、基板温度を６０℃に変えた以外は、実施例１と同様の方法でセレン平面センサを作製した。
【００２９】
[比較例３]
ガラス基板の曲率半径Ｒを２００００ｍｍ、基板温度を４０℃に変えた以外は、実施例１と同様の方法でセレン平面センサを作製した。
【００３０】
[比較例４]
ガラス基板の曲率半径Ｒを２０００ｍｍ、基板温度を６０℃、上部電極材料をプラチナ（Ｐｔ）に変えた以外は、実施例１と同様の方法でセレン平面センサを作製した。
【００３１】
以上の実施例、比較例を下記の表にまとめ、セレン層の膜質評価を行なった。
この表において、正孔移動度の（ｃｍ２／Ｖ・ｓ）の測定は、Ｔ．Ｏ．Ｆ測定装置(オプテル社製)を用い、セレン平面センサの正孔移動度を測定した。
また、成膜外観の評価は、実施例及び比較例において作製されたセレン平面センサ表面を目視による成膜品質の評価である。判定は「○」が良好、「×」は成膜割れや表面粗度大などの不良によって実用上問題があるものとした。
０℃⇔４０℃ヒ−トショックの評価は、実施例及び比較例において作製されたセレン平面センサを温度サイクル炉中に放置させ、１０℃／１時間の温度傾きで低温化、高温化を５４サイクル繰り返し、その前後による成膜外観及び電気特性に変化がないものを「○」、クラック、割れが観察されたものを「×」とした。
【００３２】
【表１】
2004211121.tif 000003
【００３３】
表１から明らかなように、実施例１〜８のセレン平面センサは、正孔移動度、成膜外観、ヒ−トショックいずれの評価においても問題がなかった。加えて、電気特性を評価しても良好な結果が得られた。
【００３４】
これに対し、比較例１〜４のセンサ基板は、曲率半径Ｒが１０００ｍｍ以下のものは成膜時にセレン層が割れてしまい、不良となった。また、曲率半径Ｒが１００００ｍｍを越えるものは、ヒ−トショック試験でクラック、割れ、膜浮きの問題があった。さらに、セレン成膜時の基板温度が４５℃以下の場合は、正孔移動度が１００分の１になり、実質的に光センサとしての機能を有するものでなかった。また、成膜後の外観でも光沢がなかった。これはセレン膜に掛かる電界が一様でなくなり、位置ばらつきが発生することを示唆するものである。また、電極を線膨張係数１０ｐｐｍ/ｄｅｇ以下のものではヒ−トショック試験で電極切れの問題があった。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のセレン平面センサの製造方法によれば、平面基板を予め反らせた状態でセレン層を形成したので、元の状態に戻した時には平面基板とセレンとの熱膨張の差にかかわらず、センサの内部応力の発生が抑えられ、温度変化等によるセレン膜の劣化や光応答性の低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るセレン平面センサの製造工程図である。
【図２】ガラス基板を反らせてセレン層を形成する状態を示す説明図である。
【図３】セレン平面センサの断面構造を示す説明図である。
【符号の説明】
１  プレート
２  弾性シート
３  ガラス基板（平面基板）
４  下部電極
５  セレン層
６  セレン材料
７  上部電極
８  弾性ゴム
９  金属板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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