(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を光に変換するシンチレータと、変換した光を画素単位で検出する少なくとも２次元状に配列された複数の光電変換素子とを有する放射線画像検出器であって、
各々の画素単位は第１の光電変換素子と第２の光電変換素子の二つの光電変換素子が同じ向きに直列に接続され、かつ第１の光電変換素子は遮光部により遮光され、第２の光電変換素子は遮光されておらず、
前記第１の光電変換素子、前記遮光部、前記第２の光電変換素子の順に基板に積層されており、前記シンチレータにより変換した光を前記第２の光電変換素子側から入射させるように配置され、
前記第２の光電変換素子に蓄積された電荷を読み出すことにより画像データを取得するように構成されていることを特徴とする放射線画像検出器。
【請求項２】
放射線を光に変換するシンチレータと、変換した光を画素単位で検出する少なくとも２次元状に配列された複数の光電変換素子とを有する放射線画像検出器であって、
各々の画素単位は第１の光電変換素子と第２の光電変換素子の二つの光電変換素子が同じ向きに直列に接続され、かつ第１の光電変換素子は第２の光電変換素子により遮光され、第２の光電変換素子は遮光されておらず、
前記第２の光電変換素子に蓄積された電荷を読み出すことにより画像データを取得するように構成されていることを特徴とする放射線画像検出器。
【請求項３】
放射線を光に変換するシンチレータと、変換した光を画素単位で検出する少なくとも２次元状に配列された複数の光電変換素子とを有する放射線画像検出器であって、
各々の画素単位は第１の光電変換素子と第２の光電変換素子の二つの光電変換素子が同じ向きに直列に接続され、かつ第１の光電変換素子は遮光部により遮光され、第２の光電変換素子は遮光されておらず、
前記第１の光電変換素子、前記遮光部、前記第２の光電変換素子の順に基板に積層されており、前記シンチレータにより変換した光を前記第２の光電変換素子側から入射させるように配置され、
前記第１の光電変換素子と前記第２の光電変換素子の接続点に接続され、電荷を蓄積するコンデンサを有し、
前記コンデンサに蓄積された電荷を読み出すことにより画像データを取得するように構成されていることを特徴とする放射線画像検出器。
【請求項４】
放射線を光に変換するシンチレータと、変換した光を画素単位で検出する少なくとも２次元状に配列された複数の光電変換素子とを有する放射線画像検出器であって、
各々の画素単位は第１の光電変換素子と第２の光電変換素子の二つの光電変換素子が同じ向きに直列に接続され、かつ第１の光電変換素子は第２の光電変換素子により遮光され、第２の光電変換素子は遮光されておらず、
前記第１の光電変換素子と前記第２の光電変換素子の接続点に接続され、電荷を蓄積するコンデンサを有し、
前記コンデンサに蓄積された電荷を読み出すことにより画像データを取得するように構成されていることを特徴とする放射線画像検出器。
【請求項５】
前記第１の光電変換素子、前記第２の光電変換素子の順に基板に積層されており、前記シンチレータにより変換した光を前記第２の光電変換素子側から入射させるように配置することを特徴とする請求項２または請求項４に記載の放射線画像検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線画像検出器に関し、特に、Ｘ線やガンマ線等の高エネルギー放射線を使って画像診断等を行う放射線画像検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線等の透過性の強い放射線を使って、対象物の透過画像を得る方法は、工業用の非破壊検査や医療診断の場で広く一般に利用されている。医療のさまざまな分野ではデジタル化が進んでおり、Ｘ線診断の分野では、アモルファスシリコン２次元撮像素子とシンチレータを組み合わせた放射線撮影装置が開発されている。
【０００３】
中でもフラットパネル型の放射線画像検出器（以下、ＦＰＤとも称す）は可搬性を生かして医療現場に急速に浸透している。このような方式のＦＰＤにおいては、シンチレータにおいてＸ線から変換された光の強度が非常に微弱であるため、信号電流が微弱となり、暗電流が無視できない存在となっている。この不必要な電流は熱励起による逆方向電流などによるものであり、デバイス温度を更に冷却することにより低減することができるが、光電変換素子の転送効率の低下や冷却方法などの問題が新たに生ずる。暗電流により蓄積された電荷により画像にオフセット濃度が加算される課題に対して、オフセット画像を補正する技術が提案されている。一方で、暗電流により電荷が蓄積されることで最大で蓄積できる電荷との差が減りダイナミックレンジが低減する課題がある。そこで、特許文献１では、各画素の信号電流による電荷を蓄積するコンデンサに暗電流が原因で溜まった電荷を、撮影を行わない時に周期的に放出する動作（リセット動作）が行われている。リセット動作は実質的にコンデンサの両端の電位差を所定の電位に設定（リセット）するために強制的に電流を供給するものであるので、消費電力を要する動作となっている。
【特許文献１】特許第３９５０６６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＦＰＤは可搬形態であり、電力は搭載したバッテリから供給される。そのため、１回の充電で多くの回数の撮影を行うには、電力をなるべく消費しない状態を保つ必要がある。しかし、前述のように、暗電流が原因でコンデンサに溜まった電荷を強制的に放出するリセット動作を行うと、リセット動作を行う上で電力が必要となるので電力を消費してしまう。従って１回の充電で多くの回数の撮影を行う上で支障となっている。そこで、本発明では、各画素の信号電流による電荷を溜めるコンデンサ内に、暗電流が原因の電荷の蓄積による影響を低減した構造を提供し、リセット動作を少なくすることで、ＦＰＤの暗電流の影響を低減しつつ低消費電力化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的は、下記に記載する発明により達成される。
【０００６】
（１）放射線を光に変換するシンチレータと、変換した光を画素単位で検出する少なくとも２次元状に配列された複数の光電変換素子とを有する放射線画像検出器であって、
各々の画素単位は第１の光電変換素子と第２の光電変換素子の二つの光電変換素子が同じ向きに直列に接続され、かつ第１の光電変換素子は遮光部により遮光され、第２の光電変換素子は遮光されておらず、
前記第１の光電変換素子、前記遮光部、前記第２の光電変換素子の順に基板に積層されており、前記シンチレータにより変換した光を前記第２の光電変換素子側から入射させるように配置され、
前記第２の光電変換素子に蓄積された電荷を読み出すことにより画像データを取得するように構成されていることを特徴とする放射線画像検出器。  
【０００７】
（２）放射線を光に変換するシンチレータと、変換した光を画素単位で検出する少なくとも２次元状に配列された複数の光電変換素子とを有する放射線画像検出器であって、
各々の画素単位は第１の光電変換素子と第２の光電変換素子の二つの光電変換素子が同じ向きに直列に接続され、かつ第１の光電変換素子は第２の光電変換素子により遮光され、第２の光電変換素子は遮光されておらず、
前記第２の光電変換素子に蓄積された電荷を読み出すことにより画像データを取得するように構成されていることを特徴とする放射線画像検出器。
【０００８】
（３）放射線を光に変換するシンチレータと、変換した光を画素単位で検出する少なくとも２次元状に配列された複数の光電変換素子とを有する放射線画像検出器であって、
各々の画素単位は第１の光電変換素子と第２の光電変換素子の二つの光電変換素子が同じ向きに直列に接続され、かつ第１の光電変換素子は遮光部により遮光され、第２の光電変換素子は遮光されておらず、
前記第１の光電変換素子、前記遮光部、前記第２の光電変換素子の順に基板に積層されており、前記シンチレータにより変換した光を前記第２の光電変換素子側から入射させるように配置され、
前記第１の光電変換素子と前記第２の光電変換素子の接続点に接続され、電荷を蓄積するコンデンサを有し、
前記コンデンサに蓄積された電荷を読み出すことにより画像データを取得するように構成されていることを特徴とする放射線画像検出器。
【０００９】
（４）放射線を光に変換するシンチレータと、変換した光を画素単位で検出する少なくとも２次元状に配列された複数の光電変換素子とを有する放射線画像検出器であって、
各々の画素単位は第１の光電変換素子と第２の光電変換素子の二つの光電変換素子が同じ向きに直列に接続され、かつ第１の光電変換素子は第２の光電変換素子により遮光され、第２の光電変換素子は遮光されておらず、
前記第１の光電変換素子と前記第２の光電変換素子の接続点に接続され、電荷を蓄積するコンデンサを有し、
前記コンデンサに蓄積された電荷を読み出すことにより画像データを取得するように構成されていることを特徴とする放射線画像検出器。
【発明の効果】
【００１０】
二つの光電変換素子を直列に接続し、一方の光電変換素子には光を入射させ、他方の光電変換素子には遮光部を設けて光を入射させないようにすることで、それぞれの光電変換素子で発生した暗電流を相殺させることができる。その結果、暗電流による電荷を放電する動作（リセット動作）を行う回数を大幅に低減でき、省電力化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明を実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。
【００１２】
図１は本ＦＰＤを用いた放射線画像撮影システムの概要図である。
【００１３】
図１において、１０は放射線１１をパルス状に発することができる放射線源であり、放射線制御手段１３により放射線のパルスのオン・オフや、放射線源内の放射線管球の管電圧、管電流が制御される。放射線源１０で発した放射線１１は、診断対象となる患者である被写体１２を透過する。被写体１２の内部の骨や内臓の大きさや形、病巣の有無により放射線の透過量が異なるので、被写体１２を透過する放射線１１は、それらの像情報を含むこととなる。被写体１２を透過した放射線１１は、ＦＰＤ２０に入射する。ＦＰＤは放射線１１を光に変換するシンチレータ２１、変換された光を電気に変換する光電変換素子２３、及び不図示の電気回路からなる。ＦＰＤ２０に入射した放射線１１は、シンチレータ２１により光に変換され像情報光２２として光電変換素子２３に入射する。ここで例としてあげる光電変換素子２３は、二次元状に配列された後述するような構造の複数のフォトダイオードからなる。電気回路は、光電変換素子２３を駆動させる駆動回路、変換された電気エネルギーを蓄積する回路、蓄積された電気エネルギーを読み出す信号読み出し回路などからなる。光電変換素子２３に入射した像情報光２２は、これらの電気回路により二次元状の像情報を含む電気信号に加工される。
【００１４】
ＦＰＤ２０は、駆動制御手段１４により、撮像時間や駆動方法等が制御される。また、放射線照射の開始や終了のタイミングとＦＰＤ２０の撮像動作の開始や終了のタイミングとが同期信号により同期するように、駆動制御手段１４は、放射線制御手段１３と有線や無線を介して信号のやり取りがされる。
【００１５】
図２はＦＰＤ２０の回路の動作を説明する上で十分な画素数である９画素の回路配置を示す回路図である。図２においてＳ１１〜Ｓ３３、Ｒ１１〜Ｒ３３は光電変換素子であるフォトダイオードを示している。ここで、後述するようにＲ１１〜Ｒ３３のフォトダイオードには光を遮光する遮光部が各々に設けられており、光は入射しない構造としている。Ｃ１１〜Ｃ３３は蓄積用コンデンサ、Ｔ１１〜Ｔ３３は蓄積された電荷を読み出すためのスイッチング素子である転送用ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。
【００１６】
Ｃ１１〜Ｃ３３は意図的に構成しなくても各素子に寄生容量が存在し、各素子の寄生容量は簡易的な等価回路としてＣ１１〜Ｃ３３のコンデンサとして見なせ、説明を分かり易くするために記載している。一方で、ダイナミックレンジを広げるため、Ｃ１１〜Ｃ３３を意図的に構成しても良い。
【００１７】
１画素は２個のフォトダイオードとコンデンサ、及び転送用ＴＦＴで構成され、その信号出力は信号配線ＳＩＧにより図示しない検出用集積回路ＩＣに接続されている。本実施例のＦＰＤは簡単のため、計９個の画素を３つのブロックに分割し、１ブロックあたり３画素の出力を同時に転送し、この信号配線ＳＩＧを通してシフトレジスタＳＲ２によって順次図示しない検出用集積回路ＩＣに出力される。また、１ブロック内の３画素を横方向に配置し、３ブロックを順に縦方向に配置することにより各画素を２次元的に配置している。
【００１８】
次に各動作時の周辺回路の動作を説明する。シフトレジスタＳＲ１及びＳＲ２により制御配線ｇ１〜ｇ３、ｓ１〜ｓ３に印加する電圧値を変調する。すると転送用ＴＦＴ：Ｔ１１〜Ｔ３３とスイッチＭ１〜Ｍ３のＯＮ、ＯＦＦを制御できる。
【００１９】
シンチレータ２１により変換された像情報光２２がＳ１１〜Ｓ３３入射し、光電流を発生させる。像情報光２２により流れた光電流は電荷としてそれぞれのコンデンサＣ１１〜Ｃ３３に蓄積され、放射線の照射終了後も保持される。
【００２０】
画像データとしての電荷を出力させる場合、シフトレジスタＳＲ１により制御配線ｇ１に転送用ＴＦＴ；Ｔ１１〜Ｔ１３がＯＮする電圧が印加され、Ｃ１１〜Ｃ１３に蓄積されている信号電荷がＣＶ１〜ＣＶ３に供給され、ＣＤＳ１〜ＣＤＳ３を経由して、シフトレジスタＳＲ２の制御配線ｓ１〜ｓ３への制御パルス印加によってスイッチＭ１〜Ｍ３を通してＣ１１〜Ｃ１３に蓄積された信号電荷が画像データとして順次図示しない検出用集積回路ＩＣに出力される。
【００２１】
Ｃ１１〜Ｃ１３に蓄積されている信号電荷は、オペアンプとコンデンサで構成される電荷−電圧変換回路（Ｃ−Ｖ変換回路）ＣＶ１〜ＣＶ３へ導かれ、信号電圧に変換され、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ回路（Ｃｏｒｒｅｌｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ回路））ＣＤＳ１〜ＣＤＳ３において相関二重サンプリングが行われることで電荷−電圧変換回路のコンデンサのリセット雑音（熱雑音）が除去される。ここで、相関二重サンプリング回路は、二つのサンプルホールド回路と差分回路から構成され、電荷−電圧変換回路のコンデンサのリセット後の電圧を一つめのサンプルホールド回路で保持し、転送用ＴＦＴをＯＮしてＣ１１〜Ｃ１３に蓄積されている電荷をＣＶ１〜ＣＶ３で電圧に変換した電圧を二つめのサンプルホールド回路で保持し、差分回路で差分をとることで電荷−電圧変換回路のコンデンサのリセット雑音を除去（低減）する回路である。次に、ＣＤＳ１〜ＣＤＳ３から出力される信号電圧をスイッチＭ１〜Ｍ３で何れかを選択し、図示しない検出用集積回路ＩＣに出力される。図示しない検出用集積回路は、図示しないアナログ／デジタル変換回路（Ａ／Ｄ変換回路）でアナログ信号電圧をデジタル信号に変換し、図示しないデジタル信号処理部へ送られ、２次元のデジタル画像信号（データ）を得る。
【００２２】
次に各画素に設けられたフォトダイオード等の回路について説明する。図３は１画素内における二つのフォトダイオード、スイッチング素子であるＴＦＴ（図２のＴ１１〜Ｔ３３に相当する）、そして電荷を蓄積する蓄積用コンデンサ（図２のＣ１１〜Ｃ３３に相当する）の回路配置図である。ここでフォトダイオードＰＤ１にはシンチレータからの光Ｌを遮光する遮光部３１を設ける。一方、フォトダイオードＰＤ２には遮光部３１を設けず、シンチレータからの光Ｌを入射させる。ここで、ＰＤ１は図２におけるＲ１１〜Ｒ３３のフォトダイオードに相当し、ＰＤ２は図２におけるＳ１１〜Ｓ３３のフォトダイオードに相当する。フォトダイオードＰＤ１とフォトダイオードＰＤ２は同じ向きで直列に接続する。その接続点にコンデンサＣ（蓄積用コンデンサ）を接続する。コンデンサＣに蓄積された電荷を放出させるためＴＦＴをスイッチング素子として用いる。このような画素にシンチレータからの光Ｌを入射させる。すると、フォトダイオードＰＤ１においては、光Ｌは遮光されているために入射しないことから光電変換による電荷は発生しない。しかし、フォトダイオードＰＤ２には遮光部は設けられておらず、光Ｌが入射するので光電変換による電荷が発生する。
【００２３】
ここで、フォトダイオードにおける光電変換の原理について説明する。フォトダイオードはＰＮ接合（もしくは、ＰＩＮ構造）を有している。光Ｌがフォトダイオードに入射すると、光Ｌは電子を励起し、電子と正孔のペアを生成する。光子の吸収が接合部の空乏層で生じるか、空乏層から拡散距離内で生じる場合、これらのキャリアは空乏層のビルトインポテンシャルにより接合部から移動し、光電流が流れる。光電流は入射光の光強度に応じた電流値を示す。フォトダイオードにおいては、光Ｌによる励起以外にも熱励起により電子と正孔が発生し暗電流となる。暗電流は入射する光Ｌの強度に無関係の電流値を示し、環境温度に応じた電流値を示すので、ノイズ成分となる。フォトダイオードＰＤ１とフォトダイオードＰＤ２の各々において暗電流は発生するが、フォトダイオードを直列に接続することで暗電流を相殺することができる。
【００２４】
フォトダイオードＰＤ１とフォトダイオードＰＤ２は同等の光電変換特性を示すフォトダイオードであることが好ましい。フォトダイオードＰＤ１とフォトダイオードＰＤ２とが同等の光電変換特性であれば、理想的には両者の暗電流の値を等しくでき、暗電流を完全に相殺させることができるからである。ここで、同等の光電変換特性とは、入射光強度と出力電流との関係が同等であり、また、暗電流も同等量発生することを表す。フォトダイオードＰＤ１とフォトダイオードＰＤ２を同じプロセス条件で作製すれば、同等の光電変換特性を実現できる。
【００２５】
暗電流を相殺する機構を第４図に示したエネルギーバンド図を用いて説明する。フォトダイオードＰＤ１とフォトダイオードＰＤ２とが同等の光電変換特性を有する場合について説明する。
【００２６】
フォトダイオードＰＤ１とフォトダイオードＰＤ２を直列に接続し、電圧を印加すると図４（ａ）に示すようなエレルギーバンドを示す。ＰＮ接合においては、熱励起によって電子４１と正孔４２の対が発生し暗電流となる。フォトダイオードＰＤ１とフォトダイオードＰＤ２における熱励起による暗電流は、同一方向に流れ、電子４１と正孔４２が再結合することで電荷が消滅し、相殺しあうこととなる。フォトダイオードＰＤ１とフォトダイオードＰＤ２は同等の光電変換特性を示すことからバリアハイトは同じ高さなので、逆バイアスを等しくすれば両者の暗電流の値を等しくできる。よって、理想的には暗電流は完全に相殺させることができる。
【００２７】
一方、図４（ｂ）に示すように、フォトダイオードＰＤ１には遮光部３１が設けられているため、光Ｌが入射しないので、光電変換による電荷は発生せず、フォトダイオードＰＤ２には光Ｌが入射するので光電変換による電荷が発生する。フォトダイオードＰＤ２において発生した暗電流はフォトダイオードＰＤ１において発生した暗電流と相殺することから、コンデンサＣにはフォトダイオードＰＤ２で発生した光電流のみ蓄積することができる。
【００２８】
各画素における入射光強度と電荷量の関係を表わす概念図を図５に示す。遮光部を有するフォトダイオードＰＤ１においては光が入射しないので画素への入射光強度に依存せず一定の電荷量５１を示す。遮光されていない通常のフォトダイオードＰＤ２においては、図に示すように、入射光強度に比例した光電流による電荷量と、暗電流分による電荷量がバイアス分となって足しあわされた電荷量５２を示す。コンデンサＣに蓄積される電荷量は、遮光されていない通常のフォトダイオードＰＤ２において発生する電荷量５２から、遮光部を有するフォトダイオードＰＤ１において発生する電荷量５１を差し引いた電荷量５３が蓄積されることとなる。このように二つのフォトダイオードを直列に接続することで暗電流を相殺させることによりその影響を受けず、入射光による光電流のみを検出することができる。なお、説明を簡単にするため、所定の時間で規格化した電荷量で説明している。実際の暗電流による電荷量は、暗電流はほぼ一定の電流が流れるため、時間に比例してＰＤ１とＰＤ２の暗電流による電荷量は増加する。
【００２９】
本実施形態の２次元状フォトダイオードアレイは、例えば、前記二つのフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２を同一基板の同一層上に並列し、フォトダイオードＰＤ１のみに遮光部を設けるようにして構成することができる。このような構成の場合、通常のフォトリソグラフィー法で作製することができる。同一層上に並列して製作することで、成膜する工程の数を減らすことが可能であり、低コストで製造できる利点がある。
【００３０】
上記実施形態では、遮光部を設けたフォトダイオードＰＤ１と遮光部を設けないフォトダイオードＰＤ２とを同一基板の同一層上に並列して作製したが、シンチレータから発せられる光の進行方向にフォトダイオードＰＤ２、そして遮光部を設けたフォトダイオードＰＤ１の順に積層配置して作製するようにしてもよい。
【００３１】
このような形態にすると、実質的に画像取得に寄与するフォトダイオードＰＤ２の数を増やすことができ、開口率を向上させることができる。このため、解像度及びＳ／Ｎが増加することで、画質（画像の粒状性）が向上することとなる。
【００３２】
なお、フォトダイオードＰＤ２に入射した光量の多くがフォトダイオードＰＤ２の中で吸収され、フォトダイオードＰＤ１に到達する光の強度を小さくできれば、遮光部を敢えて設ける必要はない。フォトダイオードＰＤ２を構成する半導体材料の厚みを厚くしたり、製膜条件を変更することで、フォトダイオードＰＤ２において光量の多くを吸収されるようにすることができる。
【００３３】
また、フォトダイオードＰＤ１とフォトダイオードＰＤ２間には電流（電荷）を流すための電極が必要であり、光を透過しない材料である例えばＡｌ（アルミニウム）部材でＰＤ１の受光面を覆う電極を構成することで遮光部を兼ねることができる。
【００３４】
このように二つのフォトダイオードを積層して作製する作製方法について図６を用いて説明する。
【００３５】
透明電極（ＩＴＯ膜）６０２について、最初に図６（ａ）に示すように、ガラス等の基板６０１の上に製膜する。製膜法としては真空蒸着法、スパッタ法、スピンコーティング法などを採用することができる。例えば、蒸着法においては、プラズマ蒸着法、電子ビーム蒸着法、ＭＢＥ蒸着法、化学蒸着法などを採用できる。
【００３６】
次に図６（ｂ）に示すように、透明電極６０２上にｎ型半導体層６０３を製膜する。製膜法としては例えばプラズマ蒸着法を採用し、材料としては例えばＧａＡｓを用いる。製膜したＧａＡｓをｎ型にするために、蒸着時にｎ型となる不純物を雰囲気中に添加する。
【００３７】
次に図６（ｃ）に示すように、ｎ型半導体層上にｐ型半導体層６０４を製膜する。製膜はｎ型半導体層を製膜した蒸着装置を用い、ドープする不純物をｐ型となる不純物に変更して行う。
【００３８】
次に図６（ｄ）に示すように、遮光性と導電性を併せ持つ材料を電極６０５として製膜する。こうすることでフォトダイオードＰＤ２に入射してフォトダイオードＰＤ１へ到達する光を遮光しつつ、フォトダイオードの電極を兼ね併せることができる。遮光性と導電性を併せ持つ材料としては例えばアルミニウムや金、銀を採用できる。遮光部の材料としてアルミニウムを製膜する場合、真空蒸着法を用いて蒸着を行えばよい。前述と同様のプラズマ蒸着法を採用し、前述と同じ蒸着装置を用いて蒸着を行ってもよい。
【００３９】
次に図６（ｅ）に示すように、前述と同じ工程を用いてｎ型半導体層６０６とｐ型半導体層６０７を製膜する。
【００４０】
次に図６（ｆ）に示すように、電極構造として透過性と導電性を併せ持つ透明電極６０８を前述と同じ方法で製膜する。透明電極の例としては前述と同じようにＩＴＯ膜が適している。
【００４１】
次に図６（ｇ）に示すように、所望の形状のフォトダイオードパターンを得るためにマスク密着露光によるフォトリソグラフィーを行う。まず、スピンコーティング法等の方法を用いてレジスト膜６０９を形成する。ネガ型ではなく、解像度の良いポジ型のレジストが好ましい。膜の形成後、高温下でベーキングを行い、レジストの溶剤を揮発させるとともに、密着性を向上させる。
【００４２】
次に図６（ｈ）に示すように、所望のフォトダイオードの形状に透過部を形成したマスク６１０を用意し、レジスト膜６０９上に密着させ露光する。露光する光はＵＶ光６１１を用いる。
【００４３】
次にレジスト膜６０９を現像し、光の照射部分をエッチングする。その後、ドライエッチングなどの手法を用いて製膜した全ての膜をエッチングする。そうすると図６（ｉ）に示すように、所望の形状のフォトダイオードを得ることができる。
【００４４】
なお、マスク密着露光の他に、ステッパを用いたパターン投影露光を採用してもよい。
【００４５】
なお、光が入射するフォトダイオードＰＤ２は光が熱に変換されることで光が入射しないフォトダイオードＰＤ１に比べて温度が高くなり暗電流が増える場合がある。そうなると暗電流を効果的に相殺することはできない。そこで、フォトダイオードＰＤ１の暗電流がフォトダイオードＰＤ２の暗電流より大きくなるようにフォトダイオードを作製してもよい。具体的には、半導体の不純物のドープ量を増やしたり、製膜時の製膜温度などの作製条件を変更することで暗電流の大きさを制御することができる。
【００４６】
一方、フォトダイオードＰＤ１とフォトダイオードＰＤ２の温度差が生じ難くするために、遮光性と導電性を持つ電極に、更に熱伝導性の良い部材を用いると良い。
【００４７】
以上のように作製したフォトダイオードは、ダイオードの回路との比較において図７に示すように直列な関係となる。作製した透明電極６０８はフォトダイオードＰＤ２のアノード電極ＡＮ２に対応し、遮光性を持つ電極６０５はフォトダイオードＰＤ２のカソード電極ＣＡ２とフォトダイオードＰＤ１のアノード電極ＡＮ１を兼ねた電極に対応し、透明電極６０２はフォトダイオードＰＤ１のカソード電極ＣＡ１に対応している。
【００４８】
ここで、透明電極６０２は透明でない遮光性を持つ電極（例えば、アルミニウム部材）で作成しても良い。
【００４９】
透明電極６０２にすることで、フォトダイオードを簡単に検査することができる利点がある。具体的には、フォトダイオードＰＤ１を検査する場合は、基板側（ＰＤ１側）から光を入射させて信号出力を検査し、フォトダイオードＰＤ２を検査する場合は、シンチレータ側から光を入射させて信号出力を検査することができる。
【００５０】
以上のように、本実施形態によれば、直列する二つのフォトダイオード各々で発生した暗電流を相殺し、入射した光強度に応じた信号電流のみを検出でき、コンデンサに信号電荷のみを蓄積できる。従って、暗電流が原因の電荷はコンデンサに蓄積し難いので、暗電流を放出するリセット動作の頻度を大幅に低減でき、ＦＰＤの省電力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】ＦＰＤを用いた放射線画像撮影システムの概要図である。
【図２】ＦＰＤの回路配置図である。
【図３】各画素における回路配置図である。
【図４】（ａ）はエネルギーバンド図における暗電流を示す図であり、（ｂ）はエネルギーバンド図における光電流を示す図である。
【図５】各画素における入射光強度と電荷量の関係を表わす概念図である。
【図６】フォトダイオードを作製する工程を表わす概念図である。
【図７】フォトダイオード層構成とダイオード回路を比較した図である。
【符号の説明】
【００５２】
２０  放射線画像検出器（ＦＰＤ）
ＰＤ１、ＰＤ２  フォトダイオード
３１  遮光部
Ｃ  コンデンサ
６０１  基板
６０２、６０８  透明電極
６０３、６０６  ｎ型半導体層
６０４、６０７  ｐ型半導体層
６０５  電極
ＡＮ１、ＡＮ２  アノード電極
ＣＡ１、ＣＡ２  カソード電極
【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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