(57)【要約】【課題】放射線の入力量の減衰及び高速駆動に伴うコストアップ等を回避するとともに、レーザリペア等による修復手法を適用可能とし、高い製造歩留りを達成する。【解決手段】入射する放射線を電気信号に変換する光電変換素子及びＡＥＣ制御用センサを含み構成される画素を有し、電気信号を外部に転送するためのＡＥＣ制御用センサのＳＤ配線３２７及びＡＥＣ制御用センサ下部電極３２３が少なくとも積層されてＡＥＣ制御用センサを成し、ＳＤ配線３２７とＡＥＣ制御用センサ下部電極３２３とが積層方向の垂直方向に所定の間隔を隔てて形成される。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射する放射線を電気信号に変換して画像を形成する第１の放射線変換素子及び前記放射線を検出する第２の放射線変換素子を含み、
前記第２の放射線変換素子は、電気信号を外部に転送する第１の導電層及び第２の導電層が少なくとも積層されて配置され、前記第１の導電層と前記第２の導電層とが電気的に接続されていることを特徴とする放射線検出装置。
【請求項２】
前記第２の放射線変換素子は、前記第１の導電層の配線部に対応した冗長配線を更に有することを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
【請求項３】
入射する放射線を電気信号に変換する第１の放射線変換素子及び第２の放射線変換素子を含み構成される画素を有し、
電気信号を外部に転送するための第１の導電層及び第２の導電層が少なくとも積層されて前記第２の放射線変換素子を成し、前記第１の導電層の配線部位に対応した冗長配線が前記第２の導電層の一部に形成されることを特徴とする放射線検出装置。
【請求項４】
前記第２の導電層の他の部位は、前記第１の導電層の配線部と積層方向の垂直方向に所定の間隔を隔てた位置に形成されることを特徴とする請求項３に記載の放射線検出装置。
【請求項５】
入射する放射線を電気信号に変換する第１の放射線変換素子及び第２の放射線変換素子を含み構成される画素を有し、
電気信号を外部に転送するための第１の導電層及び第２の導電層が少なくとも積層されて前記第２の放射線変換素子を成し、前記第１の導電層における電極部の基端部位の下方部位においては前記第２の導電層の一部が除去されていることを特徴とする放射線検出装置。
【請求項６】
前記第１の放射線変換素子と前記第２の放射線変換素子は、前記第１の導電層、前記第２の導電層、絶縁層、半導体層及びオーミックコンタクト層の同一部材で夫々構成されることを特徴とする請求項１、３、５の何れか１項に記載の放射線検出装置。
【請求項７】
前記第１の放射線変換素子にて変換された電気信号の外部への転送動作を切り替えるスイッチ素子を更に有することを特徴とする請求項１、３、５の何れか１項に記載の放射線検出装置。
【請求項８】
前記スイッチ素子は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）により構成されることを特徴とする請求項７に記載の放射線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療用画像診断装置、非破壊検査装置等の放射線を用いた分析装置等に応用される放射線検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は、従来の放射線検出装置の等価回路図である。図１２は、図１１に示した放射線検出装置の平面図である。Ｐ１１〜Ｐ４４は光電変換素子などの半導体変換素子、Ｔ１１〜Ｔ４４は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）であり、それぞれ画素を構成している。なお、ここでは画素エリアに４×４画素を示しているが、実際には例えば２０００×２０００画素がガラス等の絶縁基板上に配置されている。
【０００３】
図１１及び図１２に示すように、光電変換素子Ｐ１１〜Ｐ４４は共通のバイアス線Ｖｓ１〜Ｖｓ４に接続されており、読み出し装置から一定バイアスが印加されている。各ＴＦＴのゲート電極は、共通のゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ４に接続されており、ゲート駆動装置からＴＦＴのゲートのＯＮ、ＯＦＦを制御する。
【０００４】
各ＴＦＴのソース・ドレイン（ＳＤ）電極は、共通の信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４に接続されており、Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４は、読み出し装置に接続されている。被検体に向けて曝射されたＸ線は、被検体により減衰を受けて透過し、蛍光体層で可視光に変換され、この可視光が光電変換素子に入射し、電荷に変換される。この電荷は、ゲート駆動装置により印加されるゲート駆動パルスによりＴＦＴを介して信号線に転送され、読み出し装置により外部に読み出される。その後、共通のバイアス線により、光電変換素子で発生し転送されずに残った電荷が除去される。この動作をリフレッシュと呼ぶ。
【０００５】
従来この種の代表的な放射線検出装置としては、ＭＩＳ型光電変換素子とスイッチＴＦＴとから構成されたＭＩＳ−ＴＦＴ構造の光センサと、放射線を可視光に変換するための蛍光体を組み合わせた放射線検出装置がある。この種の間接型蛍光体としては、ＣｓＩ、ＧＯＳ（Ｇｄ２・Ｏ２Ｓ：Ｔｂ）などがある。
【０００６】
図１３は、図１２に示した１画素内における各素子の配列構造を示した模式的断面図である。倍率等は、必ずしも一致しない。３０１はガラス等の絶縁基板、３０２はスイッチＴＦＴ駆動配線（ゲート配線）、３０３はＭＩＳ型ＰＤ（フォトダイオード）下部電極、３０４はスイッチＴＦＴゲート電極、３０５はゲート絶縁膜、３０６は真性ａ−Ｓｉ膜（半導体層）、３０７はホールブロッキング層（オーミックコンタクト層）、３０８はバイアス配線、３０９は転送ＴＦＴＳＤ電極、３１０は信号線、３２０は保護膜、３２１は有機樹脂層、３２２は蛍光体層である。
【０００７】
次に、放射線検出装置において、Ｘ線源から照射されるＸ線の露出を自動的に制御する、Ｘ線自動露出制御装置（ＡＥＣ）について説明する。
一般に、２次元状に配設されたセンサを有する放射線検出装置では、入射するＸ線量を被写体毎に若しくは撮影毎に調整（ＡＥＣ制御）する必要がある。この方法は以下の２つに分類する事ができる。
（１）ＡＥＣ制御用センサを、放射線検出装置とは別に別途設ける。
（２）放射線検出装置内の全部あるいは一部のセンサを高速で読み出して、ＡＥＣ制御用信号とする。
従来はＸ線の減衰が５％程度の薄型のＡＥＣ御用センサ複数個を、放射線検出装置の前面に別途設けており、これらのＡＥＣ制御用センサの出力によりＸ線の曝射をストップさせ、画像化に適切なＸ線量を得ていた。ここで使用されるＡＥＣ制御用センサとしては、Ｘ線をイオンチャンバで直接電荷として取り出すものや、蛍光体を介して蛍光体光をファイバーで外部に取り出し、フォトマルで電荷に変換するものが使用されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、２次元状に配設された放射線検出装置において、（１）別途ＡＥＣ制御用センサを設け、入射する放射線量を調整（ＡＥＣ制御）する場合、このＡＥＣセンサの配置が問題となる。つまり、一般にＡＥＣ制御に必要な情報は被写体の中央部にあるため、画像撮像用センサによる撮像に支障の無いようにＡＥＣ制御用センサを配置するためには、別途放射線の減衰が非常に小さいＡＥＣ制御用センサが必要となり、装置がコストアップする。さらに、減衰なしのセンサは存在しないため、撮像画像の画質が低下する。
【０００９】
また、放射線検出装置内の画像撮像用センサを使用する場合には、画素数の比較的少ないセンサではＡＥＣ制御が可能であるが、例えば画素数が２０００×２０００画素のようなセンサでは高速駆動用回路が必要となり、コストアップの一因となる。更に、高速駆動する必要があるために、画像撮像用センサにおいて、電荷の蓄積時間及び電荷の転送時間、容量のリセット時間等を十分にとる事が困難となり、撮像画像の画質低下を引き起こす。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、放射線の入力量の減衰及び高速駆動に伴うコストアップ等を回避するとともに、レーザリペア等による修復手法を適用可能とし、高い製造歩留りを達成することができる放射線検出装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成するために、本発明の放射線検出装置は、第１の態様として、入射する放射線を電気信号に変換して画像を形成する第１の放射線変換素子及び前記放射線を検出する第２の放射線変換素子を含み、前記第２の放射線変換素子は、電気信号を外部に転送する第１の導電層及び第２の導電層が少なくとも積層されて配置され、前記第１の導電層と前記第２の導電層とが電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の放射線検出装置は、第２の態様として、入射する放射線を電気信号に変換する第１の放射線変換素子及び第２の放射線変換素子を含み構成される画素を有し、電気信号を外部に転送するための第１の導電層及び第２の導電層が少なくとも積層されて前記第２の放射線変換素子を成し、前記第１の導電層の配線部位に対応した冗長配線が前記第２の導電層の一部に形成されることを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明の放射線検出装置は、第３の態様として、入射する放射線を電気信号に変換する第１の放射線変換素子及び第２の放射線変換素子を含み構成される画素を有し、電気信号を外部に転送するための第１の導電層及び第２の導電層が少なくとも積層されて前記第２の放射線変換素子を成し、前記第１の導電層における電極部の基端部位の下方部位においては前記第２の導電層の一部が除去されていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した好適な実施形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
先ず、本発明の第１の実施形態に係る放射線検出装置について説明する。
図１は、本実施形態に係る放射線検出装置の等価回路図である。図２は、本実施形態に係る放射線検出装置の模式的平面図である。図３は図２で示された放射線検出装置の１画素の模式的断面図である。図４は図２で示された放射線検出装置の１画素の模式的平面図である。図５は本実施形態に係る放射線検出装置に適用可能なリペア方法を説明する為の図である。
【００１５】
図１、図２において、Ｐ１１〜Ｐ４４は画像撮像用のＭＩＳ型光電変換素子、Ｔ１１〜Ｔ４４は読み出し用の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、Ａ３１〜３４はＡＥＣ制御用のＴＦＴ型センサである。ＭＩＳ型光電変換素子・ＴＦＴ・ＴＦＴ型ＡＥＣセンサで構成された画素と、ＭＩＳ型光電変換素子・ＴＦＴ構成された２種類の画素がある。なお、ここでは画素エリアとして４×４画素を示しているが、実際には例えば２０００×２０００画素が絶縁基板上に配置されている。
【００１６】
図１に示すように、光電変換素子Ｐ１１〜Ｐ４４は共通のバイアス線Ｖｓ１〜Ｖｓ４に接続されており、読み出し装置から一定バイアスが印加されている。各ＴＦＴのゲート電極は、共通のゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ４に接続されており、ゲート駆動装置からＴＦＴのゲートのＯＮ・ＯＦＦを制御する。
【００１７】
各ＴＦＴのソース・ドレイン電極は、共通の信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４に接続されており、Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４は、読み出し装置に接続されている。被検体に向けて曝射されたＸ線は、被検体により減衰を受けて透過し、蛍光体層で可視光に変換され、この可視光が光電変換素子に入射し、電荷に変換される。この電荷は、ゲート駆動装置により印加されるゲート駆動パルスによりＴＦＴを介して信号線に転送され、読み出し装置により外部に読み出される。その後、共通のバイアス線により、光電変換素子で発生し転送されずに残った電荷が除去される。
【００１８】
次に、図２に示したＭＩＳ型光電変換素子・ＴＦＴ・ＴＦＴ型ＡＥＣセンサで構成された１画素内における各素子の配列構造を図３及び図４を用いて説明する。
３０１はガラス等の絶縁基板、３０２はスイッチＴＦＴ駆動配線、３０３はＭＩＳ型ＰＤ下部電極、３０４はスイッチＴＦＴゲート電極、３２３はＡＥＣセンサ下部電極、３０５はゲート絶縁膜、３０６は真性ａ−Ｓｉ膜、３０７はホールブロッキング層、３０８はバイアス配線、３０９は転送ＴＦＴＳＤ（ソース・ドレイン）電極、３１０は信号線、３２０は保護膜、３２１は有機樹脂層、３２２は蛍光体層、３２５はコンタクトホール（図４）、３２７はＡＥＣセンサのＳＤ（ソース・ドレイン）配線、３２８はＡＥＣセンサのＳＤ（ソース・ドレイン）電極である。ＡＥＣセンサ下部電極（３２３）は、コンタクトホール（３２５）を介して隣接する画素のＡＥＣセンサ下部電極と電気的に接続されている。
【００１９】
このような構成にすると、ＴＦＴ型ＡＥＣセンサは必要な場所だけに形成できる。ＴＦＴ型ＡＥＣセンサが存在する画素では、光電変換素子の開口率が減少してしまうが、この開口率減少分は読み出し後の画像補正により補正可能できる。また、ＴＦＴ型ＡＥＣセンサの駆動方法としては、例えば空乏化させる一定バイアスを下部電極（３２３）に印加しておけば、入射光に応じて電荷を常に出力できるため、この出力値を増幅器（ＡＭＰ）で増幅させ、加算することにより放射線の総照射量を検出し、放射線の曝射量を制御する。絶縁基板上にＡＥＣ制御用センサを画像撮像用のセンサとは別に設けているため、高速駆動の必要はなく、更に入射する放射線を減衰させることもない。
【００２０】
本発明の第１の実施形態に適用可能なリペア方法について説明する。
図５は、本実施形態に適用可能なリペア方法について説明するための図であり、各符号は図３と同一である。ゴミ等の異物により、ＡＥＣセンサのＳＤ（ソース・ドレイン）電極（３２８）が電気的にショートしている場合を示している。ＡＥＣセンサが１つでもショートしていると、コンタクトホール（３２５）を介して下部電極（３２３）に電気的に接続されている為、全ＡＥＣセンサが使用不可となり不良パネルとなる。
【００２１】
図５は、６本のＳＤ電極（３２８）の根元（基端部位）をレーザーで切断する場合を示している。本実施形態では、ＡＥＣセンサ下部電極（３２３）とＳＤ配線（３２７）がオーバーラップせず、積層方向の垂直方向に所定の間隔を隔てて形成されている。そのため、ＳＤ電極（３２８）の根元をレーザー切断してもＡＥＣセンサ下部電極（３２３）が露出することなくリペア可能である。ＡＥＣセンサ下部電極（３２３）が露出すると上部のＳＤ配線（３２７）とのショートが問題となるが、このような構成にするとショートが起きない為、リペア可能となる。また、リペアすることにより隣接する他のＡＥＣセンサが使用可能となり、製造歩留まりが向上する。
【００２２】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態に係る放射線検出装置について説明する。
本実施形態に係る放射線検出装置の等価回路図は図１と同一である。本実施形態に係る放射線検出装置の模式的平面図は図２と同一であるが、ＴＦＴ型ＡＥＣセンサ部の構成のみ異なる。図６は本実施形態に係る放射線検出装置の１画素の模式的断面図である。図７は本実施形態に係る放射線検出装置の１画素の模式的平面図である。図８は本実施形態に係る放射線検出装置に適用可能なリペア方法を説明するための図である。
【００２３】
次に、１画素内における各素子の配列構成を図６及び図７を用いて説明する。
３０１はガラス等の絶縁基板、３０２はスイッチＴＦＴ駆動配線、３０３はＭＩＳ型ＰＤ下部電極、３０４はスイッチＴＦＴゲート電極、３２３はＡＥＣセンサ下部電極、３０５はゲート絶縁膜、３０６は真性ａ−Ｓｉ膜、３０７はホールブロッキング層、３０８はバイアス配線、３０９は転送ＴＦＴＳＤ（ソース・ドレイン）電極、３１０は信号線、３２０は保護膜、３２１は有機樹脂層、３２２は蛍光体層、３２５はコンタクトホール（図７）、３２６は冗長配線、３２７はＡＥＣセンサのＳＤ（ソース・ドレイン）配線、３２８はＡＥＣセンサのＳＤ（ソース・ドレイン）電極である。ＡＥＣセンサ下部電極（３２３）は、コンタクトホール（３２５）を介して隣接する画素のＡＥＣセンサ下部電極と電気的に接続されている。
【００２４】
次に、第２実施形態に係る放射線検出装置に適用可能なリペア方法について説明する。
第１実施形態の場合、ＳＤ配線（３２７）が異物によりオープンになった場合にはリペアができない。そのため、ＳＤ配線（３２７）が１箇所でもオープンになると不良パネルとなってしまう。しかしながら、第２実施形態の場合は、図７に示すように、ＳＤ配線（３２７）の配線部に対応した冗長配線（３２６）がその配線部とコンタクトホール（３２５）を介して接続されているため、断線にならず製造歩留まりが向上する。尚、図６に示されるように、本実施形態の冗長配線（３２６）はＡＥＣセンサ下部電極とともに同一の導電層に形成される。また、第１の実施形態と同様に、ＡＥＣセンサ下部電極（３２３）はＳＤ配線（３２７）とオーバーラップしない位置に形成されている。
【００２５】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態に係る放射線検出装置について説明する。
本実施形態に係る放射線検出装置の等価回路図は図１と同一である。本実施形態に係る放射線検出装置の模式的平面図は図２と同一であるが、ＴＦＴ型ＡＥＣセンサ部の構成のみ異なる。図９は、本実施形態に係る放射線検出装置の１画素の模式的断面図である。図１０は、本実施形態に係る放射線検出装置の１画素の模式的平面図である。
【００２６】
次に、１画素内における各素子の配列構成を図９及び図１０を用いて説明する。
３０１はガラス等の絶縁基板、３０２はスイッチＴＦＴ駆動配線、３０３はＭＩＳ型ＰＤ下部電極、３０４はスイッチＴＦＴゲート電極、３２３はＡＥＣセンサ下部電極、３０５はゲート絶縁膜、３０６は真性ａ−Ｓｉ膜、３０７はホールブロッキング層、３０８はバイアス配線、３０９は転送ＴＦＴＳＤ（ソース・ドレイン）電極、３１０は信号線、３２０は保護膜、３２１は有機樹脂層、３２２は蛍光体層、３２５はコンタクトホール（図８）、３２７はＡＥＣセンサのＳＤ（ソース・ドレイン）配線、３２８はＡＥＣセンサのＳＤ（ソース・ドレイン）電極である。ＡＥＣセンサ下部電極（３２３）は、コンタクトホール（３２５）を介して隣接する画素のＡＥＣセンサ下部電極と電気的に接続されている。
【００２７】
次に、本実施形態に係る放射線検出装置に適用可能なリペア方法について説明する。
本実施形態では、ＳＤ配線（３２７）とＳＤ電極（３２８）の接続部（基端部位）の下方部位においてＡＥＣセンサ下部電極（３２３）が一部除去されてスペースを有する構成としている。そのため、ＳＤ電極（３２８）の根元をレーザーで切断することが可能であるばかりでなく、ＡＥＣセンサの感度向上も同時に達成することができる。
【００２８】
以上説明したように、本発明の実施形態に係る放射線検出装置は、入射する放射線の減衰をうける事なく、かつ高速駆動を必要とせずに、入射する放射線量を調整（ＡＥＣ制御）する効果をもつ。さらに、レーザーリペア等が可能な構成を持ち、高い製造歩留まりを達成することができる。
なお、本発明では、可視光等の電磁波やＸ線、α線、β線、γ線なども、放射線として検出対象に含まれる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、第１の放射線変換素子と第２の放射線変換素子を含む画素を当該放射線検出装置内部に備えた構成としたので、例えば一方の放射線変換素子を入射放射線量を調整するための素子とすることによって、当該放射線検出装置への放射線の入力量の減衰及び高速駆動に伴うコストアップ等を回避することができる。
また、第２の放射線変換素子における第１の導電層の配線部に対応した冗長配線等を設けたこと等により、第２の導電層に異常が発生した場合でもレーザリペア等による修復を可能とし、高い製造歩留りを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１〜第３の実施形態に係る放射線検出装置の等価回路図である。
【図２】本発明の第１〜第３の実施形態に係る放射線検出装置の模式的平面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る放射線検出装置の１画素の模式的断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る放射線検出装置の１画素の模式的平面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る放射線検出装置に適用可能なリペア方法を説明するための図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る放射線検出装置の１画素の模式的断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る放射線検出装置の１画素の模式的平面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る放射線検出装置に適用可能なリペア方法を説明するための図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る放射線検出装置の１画素の模式的断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る放射線検出装置の１画素の模式的平面図である。
【図１１】従来の放射線検出装置の等価回路図である。
【図１２】図１１に示した放射線検出装置の平面図である。
【図１３】図１２に示した１画素内における各素子の配列構造を示した模式的断面図である。
【符号の説明】
Ｖｇ線  ゲート線
Ｓｉｇ線  信号線
Ｖｓ線  バイアス線
Ｐ１１〜Ｐ４４  光電変換素子
Ｔ１１〜Ｔ４４  薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
Ａ３１〜Ａ３４  ＡＥＣ制御用センサ
Ｖｇ１〜４  共通のゲート線
Ｓｉｇ１〜４  共通の信号線
Ｖｓ１〜４  共通バイアス線
３０１  絶縁基板
３０２  スイッチＴＦＴ駆動配線
３０３  ＭＩＳ型ＰＤ下部電極
３０４  スイッチＴＦＴゲート電極
３０５  ゲート絶縁膜
３０６  真性ａ−Ｓｉ膜
３０７  ホールブロッキング層
３０８  バイアス配線
３０９  転送ＴＦＴＳＤ（ソース・ドレイン）電極
３１０  信号線
３２０  保護膜
３２１  有機樹脂層
３２２  蛍光体層
３２３  ＡＥＣセンサ下部電極
３２５  コンタクトホール
３２７  ＡＥＣセンサのＳＤ（ソース・ドレイン）配線
３２８  ＡＥＣセンサのＳＤ（ソース・ドレイン）電極
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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