(57)【要約】  【課題】Ｘ線光導電膜の感度を向上できるＸ線検出器を提供する。  【解決手段】Ｘ線光導電膜５の上下に鉛過剰層25およびヨウ素過剰層23を形成する。鉛過剰層25およびヨウ素過剰層23に挟まれたＸ線光導電膜５がｐｎ接合状態となる。Ｘ線光導電膜５内の導電型の制御が容易にできる。Ｘ線検出器１でのＸ線画像信号の品質を劣化させる暗電流の発生を低減できる。Ｘ線光導電膜５の感度を向上でき、不要な新合成分を除去できる。Ｘ線検出器１を高性能にできる。  【選択図】図１
2005268452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素電極を備えた回路基板と、
この回路基板の前記画素電極上に設けられ入射する放射線を電気信号に変換し金属ヨウ化物を含有する放射線光導電層と、
この放射線光導電層上に前記画素電極に対向して設けられた電極層と、
前記放射線光導電層と前記電極層および前記画素電極のいずれかとの間に設けられたヨウ素薄膜層と
を具備したことを特徴とした放射線検出器。
【請求項２】
画素電極を備えた回路基板と、
この回路基板の前記画素電極上に設けられ入射する放射線を電気信号に変換し金属ヨウ化物を含有する放射線光導電層と、
この放射線光導電層上に前記画素電極に対向して設けられた電極層と、
前記放射線光導電層と前記電極層および前記画素電極のいずれかとの間に設けられ前記金属ヨウ化物中の金属元素薄膜層と
を具備したことを特徴とした放射線検出器。
【請求項３】
金属元素薄膜層は、金属ヨウ化物中の金属元素として、鉛(Ｐｂ)、水銀(Ｈｇ)、インジウム(Ｉｎ)およびビスマス(Ｂｉ)のいずれかを含有する
ことを特徴とした請求項２記載の放射線検出器。
【請求項４】
放射線光導電層は、金属ヨウ化物としてヨウ化鉛(ＰｂＩ２)、ヨウ化水銀(ＨｇＩ２)、ヨウ化インジウム(ＩｎＩ)およびヨウ化ビスマス(ＢｉＩ３)のいずれかを含有する
ことを特徴とした請求項１ないし３いずれか記載の放射線検出器。
【請求項５】
画素電極を備えた回路基板と、
この回路基板の前記画素電極上に設けられ入射する放射線を電気信号に変換し金属ヨウ化物を含有する放射線光導電層と、
この放射線光導電層上に前記画素電極に対向して設けられた電極層と、
この電極層と前記放射線光導電層との間に設けられ前記金属ヨウ化物中の金属元素およびヨウ素のいずれか一方を含有する第１薄膜層と、
前記放射線光導電層と前記複数の画素電極との間に設けられ前記金属元素およびヨウ素のいずれか他方を含有する第２薄膜層と、
を具備したことを特徴とした放射線検出器。
【請求項６】
放射線光導電層は、金属ヨウ化物としてヨウ化鉛(ＰｂＩ２)、ヨウ化水銀(ＨｇＩ２)、ヨウ化インジウム(ＩｎＩ)およびヨウ化ビスマス(ＢｉＩ３)のいずれかを含有する
ことを特徴とした請求項５記載の放射線検出器。
【請求項７】
第１薄膜層および第２薄膜層のいずれか一方は、金属ヨウ化物中の金属元素として、鉛(Ｐｂ)、水銀(Ｈｇ)、インジウム(Ｉｎ)およびビスマス(Ｂｉ)のいずれかを含有する
ことを特徴とした請求項５または６記載の放射線検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画素電極および放射線光導電層を備えた放射線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
新世代のＸ線診断用画像検出器としてアクティブマトリックス型の平面検出器が大きな注目を集めている。この平面検出器において、照射されたＸ線を検出することにより、Ｘ線撮影像またはリアルタイムのＸ線画像がデジタル信号として出力される。また、この平面検出器は、固体検出器であることから、画質性能や安定性の面においても極めて期待が大きい。
【０００３】
実用化の最初の用途として、比較的大きな線量で、静止画像を収集する胸部あるいは一般撮影用に開発され、近年商品化されている。より高性能で、透視線量下で毎秒コマ以上のリアルタイム動画を実現させる必要のある循環器、消化器分野への応用に対しても近い将来に商品化が予想される。この動画用途に対しては、Ｓ／Ｎの改善や微小信号のリアルタイム処理技術などが重要な開発項目となっている。
【０００４】
そして、この種の平面検出器には、大きく分けて直接方式と間接方式との二通りの方式がある。直接方式は、入射Ｘ線をａ−Ｓｅなどの得Ｘ線光導電体層内部で体内部に発生した光導電電荷を高電界により直接電荷信号に変換し、この変換した信号電荷を電荷蓄積用キャパシタに蓄積する方式である。
【０００５】
さらに、直接方式のＸ線検出器としては、保持基板上にマトリクス状に配列された画素毎に、電荷蓄積用キャパシタ、スイッチング素子、フォトダイオードおよび画素電極のそれぞれが設けられたＴＦＴ回路基板を備えており、このＴＦＴ回路基板上にＸ線光導電層が積層された構成が知られている(例えば、特許文献１参照。)。
【０００６】
そして、上記直接方式のＸ線検出器においては、入射Ｘ線を電荷信号に変換するためにＸ線光導電層としてＸ線光導電材料が用いられる。このＸ線光導電材料は、医療用のＸ線検出器に適用する場合、人体を十分にカバーできるだけの大きさ、例えば一辺が４０ｃｍほどの大きさが求められる。また、Ｘ線光導電材料は、通常、信号電荷の蓄積やこの信号電荷を読み出す電気回路が設けられたＴＦＴ回路基板上に均一な厚さの膜として形成される。また、入射するＸ線を十分に検出するためには、重金属で構成された大きな比重を持つ材料を用いた場合でも、数百μｍの厚さが必要とされる。
【０００７】
このＸ線光導電材料は半導体の一種で、結晶構造や組成によって特性が大きく変化する可能性があり、一般に、単結晶の状態で最高の特性が得られる。しかし、Ｘ線検出器に必要とされる十分な大きさをもつ半導体単結晶材料は得られていない。
【０００８】
また直接方式の場合、Ｘ線検出器を構成するＴＦＴ回路基板は、液晶表示装置の製造プロセスと同様の方法で製造される。例えば、保持基板の表面に画素電極が形成され、この画素電極を含む保持基板上にＸ線光導電体層が形成されている。なお、このＸ線光導電体層の出力を個々の画素電極に選択的に入力するために、多くの場合、画素電極を取り囲むように、例えば酸化ケイ素(ＳｉＯ２)の絶縁膜が設けられている。また、画素電極には、アルミニウムやＩＴＯなどが用いられている。
【０００９】
さらに、Ｘ線光導電層には、Ｘ線を効率良く電荷信号に変換する材料、例えばヨウ化鉛(ＰｂＩ２)やヨウ水銀(ＨｇＩ２)、ヨウ化ビスマス(ＢｉＩ３)、ヨウ化インジウム(ＩｎＩ)などが使用される。したがって、画素電極に用いられるアルミニウムやＩＴＯと、Ｘ線光導電層に用いられるヨウ化鉛やヨウ化水銀、ヨウ化ビスマス、ヨウ化インジウムとが直接接触する構成となる。
【００１０】
なお、上記直接方式のＸ線検出器においては、ヨウ化鉛やヨウ化水銀、ヨウ化ビスマス、ヨウ化インジウムが使用されたＸ線光導電層が、画素電極上に、例えば真空蒸着法などによって、数百μｍの厚さに膜状に形成されている。また、このＸ線光導電層上には、電荷を補給するバイアス電極層が形成されている。
【特許文献１】特開平１０−１０２３７号公報（第４−６頁、図１および図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したように、上記直接方式のＸ線検出器では、液晶表示装置の製造プロセスを用いて製造されたＴＦＴ回路基板上にＸ線光導電層を形成させている。そして、このＸ線光導電層は、半導体の一種であるが、通常のシリコンやガリウムヒ素などの半導体とは異なり、Ｘ線を効率良く吸収するために重金属で構成されており、さらに十分な性能を出すためにこれらの沃化物が主に用いられている。代表的なものとしては、ヨウ化鉛やヨウ化水銀などの物質をＸ線光導電層の主成分としている。これらのＸ線光導電層は、通常の半導体とは異なり、導電型を制御してＰ型やＮ型の性質を引き出すことが容易ではない。
【００１２】
特に、Ｘ線検出器のような微弱な信号を高精度に検出することが求められている場合には、Ｘ線光導電層の感度の向上と、不要な信号成分の抑制が重要な課題となり、この課題を実現するには導電型の制御によってＰ型とＮ型との接合状態をＸ線光導電層に形成させる必要があるという問題を有している。
【００１３】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、放射線光導電層の感度を向上できる放射線検出器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、画素電極を備えた回路基板と、この回路基板の前記画素電極上に設けられ入射する放射線を電気信号に変換し金属ヨウ化物を含有する放射線光導電層と、この放射線光導電層上に前記画素電極に対向して設けられた電極層と、前記放射線光導電層と前記電極層および前記画素電極のいずれかとの間に設けられたヨウ素薄膜層とを具備したものである。
【００１５】
そして、回路基板の複数の画素電極上に、入射する放射線を電気信号に変換し金属ヨウ化物を含有する放射線光導電層を設け、この放射線光導電層上に複数の画素電極に対向して電極層を設ける。放射線光導電層と電極層および複数の画素電極のいずれかとの間にヨウ素薄膜層を設ける。この結果、このヨウ素薄膜層によって放射線光導電層内の導電型の制御が容易になるので、この放射線光導電層での暗電流の発生を低減できるから、この放射線光導電層の感度を向上できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、回路基板の複数の画素電極上に設けた金属ヨウ化物を含有する放射線光導電層と、この放射線光導電層上に複数の画素電極に対向して設けた電極層および複数の画素電極のいずれかとの間にヨウ素薄膜層を設けることにより、放射線光導電層内の導電型の制御がヨウ素薄膜層にて容易になるので、この放射線光導電層での暗電流の発生を低減できるから、この放射線光導電層の感度を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の放射線検出器の第１の実施の形態の構成を図１ないし図３を参照して説明する。
【００１８】
図１ないし図３において、１は放射線検出器としてのＸ線検出器で、このＸ線検出器１は、直接方式のＸ線平面画像検知器である。そして、このＸ線検出器１は、図２に示すように、マトリクス状に配列された複数の画素２を有する光電変換基板としてのＴＦＴ回路基板３を備えている。
【００１９】
そして、このＴＦＴ回路基板３の一主面である表面上には、入射する放射線を電気信号に変換する放射線光導電体層としてのＸ線光導電体層４が積層されて設けられている。このＸ線光導電体層４は、ｐｎ接合状態であり、ＴＦＴ回路基板３の表面に接している。よって、このＸ線光導電体層４は、ＴＦＴ回路基板３上に直接形成されている。
【００２０】
ここで、このＸ線光導電体層４は、放射線光導電層としてのＸ線光導電膜５を備えている。このＸ線光導電膜５は、ＴＦＴ回路基板３上に重金属であり半導体的な性質を有するＸ線光導電物質、例えばヨウ化鉛(ＰｂＩ２)を厚さ３００μｍほど真空蒸着させることにより形成されている。さらに、このＸ線光導電膜５の一主面である表面上には、上部電極としてのバイアス電極層６が積層されて設けられている。
【００２１】
そして、ＴＦＴ回路基板３は、図３に示すように、矩形平板状の透光性を有するガラスなどで形成された絶縁基板としての保持基板11を備えている。この保持基板11の一主面である表面上には、ＴＦＴ回路層12と画素電極13とが各画素２毎に形成されている。この画素電極13は、ＴＦＴ回路基板３の最表面の大部分を覆うように配置されている。
【００２２】
さらに、ＴＦＴ回路層12は、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)14と、コンデンサである電荷蓄積用キャパシタ15を備えている。そして、画素電極13、薄膜トランジスタ14および電荷蓄積用キャパシタ15のそれぞれは、保持基板11上の各画素２毎に形成されている。すなわち、これら画素電極13、薄膜トランジスタ14および電荷蓄積用キャパシタ15のそれぞれは、これらを１組とした格子状の配列を有しており、各組がＸ線画像の画素２に対応するように構成されている。
【００２３】
また、保持基板11上には、この保持基板11の行方向に沿った複数の制御ラインとしての制御電極16が配線されている。これら複数の制御電極16は、保持基板11上の各画素２間に位置し、この保持基板11の列方向に離間されて設けられている。そして、これら制御電極16には、薄膜トランジスタ14のゲート電極17が電気的に接続されている。
【００２４】
さらに、保持基板11上には、この保持基板11の列方向に沿った複数の読み出し電極18が配線されている。これら複数の読み出し電極18は、保持基板11上の各画素２間に位置し、この保持基板11の行方向に離間されて設けられている。そして、これら複数の読み出し電極18には、薄膜トランジスタ14のソース電極19が電気的に接続されている。また、この薄膜トランジスタ14のドレイン電極20は、電荷蓄積用キャパシタ15および画素電極13のそれぞれに電気的に接続されている。
【００２５】
一方、図１に示すように、保持基板11上のＴＦＴ回路層12上には、島状の画素電極13が各画素２に対応するようにマトリクス状に積層されて設けられている。この画素電極13を含むＴＦＴ回路層12上の全面には、第１薄膜層としてのヨウ素薄膜層22が積層されて形成されている。このヨウ素薄膜層22は、ヨウ素を主成分として含有している。さらに、このヨウ素薄膜層22は、Ｘ線光導電膜５の内部にＰＮ接合状態を実現するために、このＸ線光導電膜５とＴＦＴ回路基板３との間の界面に設けられている。
【００２６】
さらに、このヨウ素薄膜層22に接したＸ線光導電膜５の下側面には、このヨウ素薄膜層22に含まれるヨウ素成分が熱処理などによる操作にてＸ線光導電膜５の内部へと極微量拡散して形成されたヨウ素過剰層23が設けられている。このヨウ素過剰層23は、ヨウ素を過剰に含んだＰ型半導体層である。そして、このヨウ素過剰層23は、ヨウ素薄膜層22とＸ線光導電膜５との間である、このＸ線光導電膜５の下層に設けられている。
【００２７】
また、ヨウ素薄膜層22上にはＸ線光導電膜５が積層されており、このＸ線光導電膜５上の全面には鉛を主成分とした第２薄膜層としての金属元素薄膜層である鉛薄膜層24が積層されて形成されている。この鉛薄膜層24は、Ｘ線光導電膜５の内部にＰＮ接合状態を実現するために、このＸ線光導電膜５とバイアス電極層６との間の界面に設けられている。
【００２８】
さらに、この鉛薄膜層24に接したＸ線光導電膜５の上側面には、この鉛薄膜層24に含まれる鉛成分が熱処理などによる操作にてＸ線光導電膜５の内部へと極微量拡散して形成された鉛過剰層25が設けられている。この鉛過剰層25は、鉛を過剰に含んだｎ型半導体層である。そして、この鉛過剰層25は、鉛薄膜層24とＸ線光導電膜５との間である、このＸ線光導電膜５の上層に設けられている。ここで、この鉛過剰層25とヨウ素過剰層23とのそれぞれは、この鉛過剰層25での鉛含有量とヨウ素過剰層23でのヨウ素含有量との比率が正確に１対２となるように構成されている。
【００２９】
また、この鉛薄膜層24上の全面にはバイアス電極層６が積層されて形成されている。このバイアス電極層６は、各画素電極13に対向して設けられており、鉛薄膜層24上の全面に面一に形成されている。
【００３０】
次に、上記第１の実施の形態のＸ線検出器の作用について説明する。
【００３１】
まず、Ｘ線検出器１のＸ線光導電膜５中に外部からＸ線が入射すると、このＸ線光導電膜５内へと入射した入射Ｘ線Ｌは、このＸ線光導電膜５内で吸収されて励起される。
【００３２】
そして、この入射Ｘ線Ｌ自体のエネルギによって、Ｘ線光導電膜５の内部に電子ｅと正孔ｈとのペアが多数発生する。
【００３３】
このとき、バイアス電極層６と画素電極13との間に数百Ｖの電圧が印加されてバイアス電界を形成したことにより、Ｘ線光導電体膜５内に発生した光導電電荷Ｑがバイアス電界によって移動する。
【００３４】
すると、電子ｅあるいは正孔ｈのいずれかが光導電電荷Ｑとして画素電極13へと移動して到達する。
【００３５】
この後、これら各画素電極13へと移動して流入した光導電電荷Ｑは、これら各画素電極13に接続された薄膜トランジスタ14のゲート電極17が駆動状態、すなわちオン状態となるまで、これら各画素電極13に接続された電荷蓄積用キャパシタ15へと移動して保持されて蓄積される。
【００３６】
このとき、制御電極16の一つを駆動状態にすると、この駆動状態となった制御電極16に接続された横一行の薄膜トランジスタ14がオン状態となる。
【００３７】
そして、このオン状態となったそれぞれの薄膜トランジスタ14に接続された電荷蓄積用キャパシタ15に蓄積された光導電電荷Ｑが読み出し電極18へと出力される。
【００３８】
この結果、Ｘ線画像の特定の行の画素に対応する信号が出力されるため、オンする制御電極16の駆動を順々に変えて制御することにより、全てのＸ線画像の画素に対応する信号を出力でき、この出力信号をデジタル画像信号に変換することによって、外部にＸ線画像として出力できる。
【００３９】
次に、上記第１の実施の形態のＸ線検出器の製造装置について説明する。
【００４０】
図４において、31はＸ線検出器の製造装置としての真空蒸着装置31で、この真空蒸着装置31には、内部にＴＦＴ回路基板３が設置されるチャンバ32を備えている。このチャンバ32は、このチャンバ32内の雰囲気を外部とは異なる雰囲気、すなわち真空にする。そして、このチャンバ32には、このチャンバ32内を真空にする真空ポンプ33が取り付けられている。この真空ポンプ33は、チャンバ32の内部を真空排気させる。
【００４１】
さらに、このチャンバ32の内部には、このチャンバ32の内部に設置されるＴＦＴ回路基板３の裏面に対向する基板加熱装置34が取り付けられている。この基板加熱装置34は、チャンバ32内に設置されたＴＦＴ回路基板３を所定の温度に加熱する。また、このチャンバ32内には、基板加熱装置34に対向して設置されたヨウ素蒸発源35と、ヨウ化鉛蒸発源36と、鉛蒸発源37とのそれぞれが設置されている。これらヨウ素蒸発源35、ヨウ化鉛蒸発源36および鉛蒸発源37のそれぞれは、チャンバ32内に設置されたＴＦＴ回路基板３の表面に対向するように構成されている。
【００４２】
すなわち、ヨウ素蒸発源35は、このヨウ素蒸発源35を１００℃程度に加熱することにより、このヨウ素蒸発源35の内部のヨウ素が気化してチャンバ32内にヨウ素を放出させて、このチャンバ32内に設置されたＴＦＴ回路基板３の表面にヨウ素を付着させて、このＴＦＴ回路基板３の表面に薄膜状のヨウ素薄膜層22を形成させる。
【００４３】
また、ヨウ化鉛蒸発源36は、このヨウ化鉛蒸発源36を４００℃前後に加熱することにより、このヨウ化鉛蒸発源36の内部のヨウ化鉛が気化してチャンバ32内にヨウ化鉛を放出させて、このチャンバ32内に設置させたＴＦＴ回路基板３の表面に形成したヨウ素薄膜層22の表面にヨウ化鉛を付着させて、このヨウ素薄膜層22の表面にヨウ化鉛を主成分とするＸ線光導電膜５を形成させる。
【００４４】
さらに、鉛蒸発源37は、この鉛蒸発源37を加熱することにより、この鉛蒸発源37の内部の鉛が気化してチャンバ32内に鉛を放出させて、このチャンバ32内に設置させたＴＦＴ回路基板３の表面に形成したＸ線光導電膜５の表面に鉛を付着させて、このＸ線光導電膜５の表面に鉛薄膜層24を形成させる。
【００４５】
次に、上記第１の実施の形態のＸ線検出器の製造方法について説明する。
【００４６】
まず、保持基板11上の各画素２に薄膜トランジスタ14、電荷蓄積用キャパシタ15および画素電極13のそれぞれを設けてＴＦＴ回路基板３を形成する。なお、このＴＦＴ回路基板３は、一般的な液晶表示装置を製造する際に用いられる製造工程を用いて製造する。
【００４７】
この後、図４に示す真空蒸着装置31の内部にＴＦＴ回路基板３を設置する。そして、この真空蒸着装置31のチャンバ32内を、真空ポンプ33を用いて十分に真空排気する。
【００４８】
そして、このチャンバ32内の十分な真空度を達成できた段階で、基板加熱装置34を用いてＴＦＴ回路基板３を所定の温度に加熱する。
【００４９】
この状態で、ヨウ素蒸発源35を１００℃程度に加熱して、このヨウ素蒸発源35内のヨウ素を気化させて、チャンバ32内にヨウ素分子を放出させる。
【００５０】
このとき、このチャンバ32内に放出されたヨウ素分子の一部が、ＴＦＴ回路基板３の表面に付着して、このＴＦＴ回路基板３の表面に薄膜状のヨウ素薄膜層22が形成される。
【００５１】
そして、このヨウ素蒸発源35の加熱を継続させて、ＴＦＴ回路基板３の表面に所定の厚さのヨウ素薄膜層22が形成された段階で、このヨウ素蒸発源35の加熱を停止して、チャンバ32内へのヨウ素分子の放出を終了させる。
【００５２】
この後、ヨウ化鉛蒸発源36を４００℃前後に加熱して、このヨウ化鉛蒸発源36内のヨウ化鉛を気化させて、チャンバ32内にヨウ化鉛分子を放出させる。
【００５３】
このとき、このチャンバ32内に放出されたヨウ化鉛分子の一部が、ＴＦＴ回路基板３の表面に形成したヨウ素薄膜層22の表面に付着して、このヨウ素薄膜層22の表面にヨウ化鉛を主成分とするＸ線光導電膜５が形成される。
【００５４】
そして、このヨウ化鉛蒸発源36の加熱を継続させて、ヨウ素薄膜層22の表面に所定の厚さのＸ線光導電膜５が形成された段階で、このヨウ化鉛蒸発源36の加熱を停止して、チャンバ32内へのヨウ化鉛分子の放出を終了させる。
【００５５】
この後、鉛蒸発源37を過熱して、この鉛蒸発源37内の鉛を気化させて、チャンバ32内に鉛分子を放出させる。
【００５６】
このとき、このチャンバ32内に放出された鉛分子の一部が、Ｘ線光導電膜５の表面に付着して、このＸ線光導電膜５の表面に鉛薄膜層24が形成される。
【００５７】
そして、この鉛蒸発源37の過熱を継続させて、Ｘ線光導電膜５の表面に所定の厚さの鉛薄膜層24が形成された段階で、この鉛蒸発源37の過熱を停止して、チャンバ32内への鉛分子の放出を終了させる。
【００５８】
さらに、スパッタ蒸着などの一般的な金属薄膜作成技術を用いて鉛薄膜層24の表面にバイアス電極層６を形成して、Ｘ線光導電体層４を形成する。
【００５９】
上述したように、上記第１の実施の形態によれば、直接方式のＸ線検出器１においてＸ線画像を検出する際に重要となるのは、このＸ線検出器１のＸ線光導電体層４の特性である。このＸ線光導電体層４のＸ線光導電膜５として用いたヨウ化鉛(ＰｂＩ２)を代表とする重金属沃化物は、半導体の一種であり、これら半導体において重要な特性である導電型の制御によって、これら半導体の性質が大きく左右される。
【００６０】
そして、直接方式のＸ線検出器１に用いられるＸ線光導電膜５においては、入射Ｘ線Ｌにより発生した電子ｅと正孔ｈとのペアを効率良く外部に運び出すために外部からバイアス電界を加える必要がある。ところが、この外部からのバイアス電界によってＸ線光導電膜５に接するバイアス電極層６や画素電極13から不要な電流が流れ込んでＸ線画像信号に加わることにより、Ｘ線光導電膜５での信号のＳＮ比が劣化してしまう。
【００６１】
ここで、このＸ線光導電膜５での信号のＳＮ比の劣化を防止するには、このＸ線光導電膜５内における画素電極13およびバイアス電極層６近傍の導電型を制御して、このＸ線光導電膜５の内部にＰＮ接合を実現するのが最も効果的である。
【００６２】
そこで、このＸ線光導電膜５の内部にＰＮ接合状態を実現するために、このＸ線光導電膜５とＴＦＴ回路基板３との界面にヨウ素薄膜層22を追加して形成するとともに、このＸ線光導電膜５とバイアス電極層６との界面に鉛薄膜層24を追加して形成する。この結果、これらヨウ素薄膜層22および鉛薄膜層24のそれぞれに含まれる成分が熱処理などによる操作によってＸ線光導電膜５の内部に極微量拡散する。このため、このＸ線光導電膜５内におけるＴＦＴ回路基板３の近傍にヨウ素成分を過剰に含んだヨウ素過剰層23が発生して形成されるとともに、このＸ線光導電膜５内におけるバイアス電極層６の近傍に鉛成分を過剰に含んだ鉛過剰層25が発生して形成される。
【００６３】
このとき、このヨウ化鉛を主成分としたＸ線光導電膜５においては、鉛とヨウ素との比率が正確に１対２である。したがって、鉛は二価の陽イオン状態となり、ヨウ素は一価の陰イオン状態となるから、このＸ線光導電膜５内においては、全体として陽イオンと陰イオンとのバランスが保たれて中性状態となる。すなわち、この中性状態においては、Ｘ線光導電膜５の内部に正孔ｈと電子ｅとがバランス良く配設された真性半導体状態となる。
【００６４】
しかしながら、このＸ線光導電膜５内の鉛の量を極わずかに過剰な状態にすると、過剰な鉛原子の持つ電子ｅが陰イオンであるヨウ素原子の量が足りないことにより、このＸ線光導電膜５中に電子ｅが浮遊した状態で存在することになる。したがって、この過剰の電子ｅが存在することによって、バイアス電極層６近傍のＸ線光導電膜５がｎ型の導電性を示すようになるから、鉛過剰層25がｎ型半導体の性質を示すようになる。
【００６５】
同様に、Ｘ線光導電膜５内のヨウ素の量を極わずかに過剰な状態にすると、過剰なヨウ素原子に電子を供給する鉛原子の量が足りないことにより、このＸ線光導電膜５中に正孔ｈが浮遊した状態で存在することになる。したがって、この過剰の正孔ｈが存在することによって、ＴＦＴ回路基板３近傍のＸ線光導電膜５がｐ型の導電性を示すようになるから、ヨウ素過剰層23がｐ型半導体の性質を示すようになる。
【００６６】
よって、これら鉛過剰層25およびヨウ素過剰層23がＸ線光導電膜５の上下に存在することによって、これら鉛過剰層25およびヨウ素過剰層23に挟まれたＸ線光導電膜５は、ｐ型半導体とｎ型半導体とに挟まれたｐｎ接合状態となる。
【００６７】
ここで、これら鉛過剰層25およびヨウ素過剰層23のそれぞれが存在しない場合のＸ線光導電膜５のバンドギャップについて図５を参照して説明する。まず、入射Ｘ線ＬによってＸ線光導電膜５内にて発生した正孔ｈと電子ｅとを外部に取り出すため印加電圧41によって画素電極13とバイアス電極層６との間に電界を形成する。このとき、Ｘ線光導電膜５内のエネルギレベルは、印加電圧41による電界によって傾斜し、大きな傾斜が発生する。
【００６８】
この状態で、入射Ｘ線ＬによりＸ線光導電膜５内に発生した電子ｅは、荷電子帯のエネルギレベル42まで引き上げられた後、外部電界に引き寄せられてバイアス電極層６へと到達する。同様に、入射Ｘ線ＬによりＸ線光導電膜５内に発生した正孔ｈは、荷電子帯のエネルギレベル42に引き下げられ電界によって画素電極13へと到達して、外部に信号として取り出される。
【００６９】
このとき、この画素電極13付近の導電帯のエネルギレベル43の傾斜が大きいことにより、この画素電極13近傍の電界強度が高い。このため、この画素電極13からＸ線光導電膜５内へと漏れ出た電子ｅは、この画素電極13近傍の電界によって加速され、入射Ｘ線Ｌとは無関係な暗電流となってしまう。
【００７０】
さらに、同様の現象がバイアス電極層６付近でも発生する。すなわち、このバイアス電極層６近傍のＸ線光導電膜５の電界強度が強いため、このバイアス電極層６からＸ線光導電膜５内へと漏れ出た正孔ｈは、このバイアス電極層６近傍の電界によって加速され、入射Ｘ線Ｌとは無関係な暗電流となる。ここで発生した暗電流は、本来検出すべき入射Ｘ線Ｌによる信号に混ざり、ノイズ成分となって信号の品質を悪化させる。
【００７１】
そこで、Ｘ線光導電膜５の上下に鉛過剰層25およびヨウ素過剰層23のそれぞれを設けて、これら鉛過剰層25およびヨウ素過剰層23にてＸ線光導電膜５をｐｎ接合状態にする。このとき、このヨウ素過剰層23がｐ型導電性を示し、鉛過剰層25がｎ型導電層として作用する。このため、Ｘ線光導電膜５がｐ−ｉ−ｎ接合状態となる。
【００７２】
この結果、ヨウ素過剰層23内部にて発生した正孔ｈと、鉛過剰層25内にて発生した電子ｅとは、互いに補償し合って空間電荷を発生させる。この空間電荷による電界によって、Ｘ線光導電膜５のバンドギャップ状態が、図６に示すように変化する。すなわち、画素電極13近傍の導電帯のエネルギレベル44の傾斜が少なくなるとともに、バイアス電極層６近傍の荷電子帯のエネルギレベル45の傾斜も少なくなる。この結果、画素電極13およびバイアス電極層６それぞれの近傍の電界強度が下がり、これら画素電極13およびバイアス電極層６からＸ線光導電膜５内に漏れ出た電子ｅと正孔ｈとが電界によって加速されることが少なくなるから、暗電流の発生を低減できる。
【００７３】
したがって、Ｘ線検出器１のＸ線光導電膜５内の導電型の制御が容易にできるので、このＸ線検出器１でのＸ線画像信号の品質を劣化させる暗電流の発生を低減できる。よって、Ｘ線光導電膜５の感度を向上できるとともに、不要な新合成分を除去できるから、Ｘ線検出器１を高性能にできる。
【００７４】
次に、本発明のＸ線検出器の製造装置の第２の実施の形態について図７を参照して説明する。
【００７５】
この図７に示すＸ線検出器の製造装置は析出装置51である。この析出装置51は、Ｘ線検出器１のＸ線光導電膜５として使用する材料が重金属沃化物であり、この重金属沃化物の性質を利用したものである。すなわち、重金属沃化物は、塩の仲間であり、水や有機溶媒に対して一定の溶解度を示す性質を有している。
【００７６】
そして、この析出装置51は、有底角柱状の析出容器52を備えている。この析出容器52の内部には、ヨウ化鉛水溶液Ｗが充填されて貯留されている。さらに、この析出容器52内の底部には、原料粉末としてのヨウ化鉛粉末Ｐが、この析出容器52内のヨウ化鉛水溶液Ｗ中に沈んでいる。また、析出容器52の下部には、この析出容器52内のヨウ化鉛水溶液Ｗを加熱する加熱装置53が取り付けられている。さらに、この析出容器52内のヨウ化鉛水溶液Ｗ内に挿入されて浸されるＴＦＴ回路基板３の裏面には、このＴＦＴ回路基板３を冷却する冷却装置54が取り付けられている。
【００７７】
次に、上記第２の実施の形態のＸ線検出器の製造方法について説明する。
【００７８】
まず、第１の実施の形態と同様の方法でＴＦＴ回路基板３を製造してから、このＴＦＴ回路基板３の表面にヨウ素薄膜層22と、最終的な膜厚よりも薄いＸ線光導電膜５とのそれぞれを形成する。
【００７９】
この後、このＴＦＴ回路基板３の裏面に冷却装置54を取り付けてから、このＴＦＴ回路基板３の表面を析出容器52の開口側に向けた状態で、このＴＦＴ回路基板３を析出容器52内に満たしたヨウ化鉛水溶液Ｗ中に浸す。この状態で、加熱装置53にて析出容器32内のヨウ化鉛水溶液Ｗを加熱する。
【００８０】
このとき、このヨウ化鉛水溶液Ｗにおけるヨウ化鉛飽和濃度が上昇することにより、このヨウ化鉛水溶液Ｗ中に沈めたヨウ化鉛粉末Ｐの一部がヨウ化鉛水溶液Ｗに溶け出す。
【００８１】
この結果、ヨウ化鉛水溶液Ｗの水温上昇によって新たにヨウ化鉛が溶け込んだヨウ化鉛水溶液Ｗが、熱対流や拡散によって、このヨウ化鉛水溶液Ｗの上部へと運ばれてＴＦＴ回路基板３の表面に形成したＸ線光導電膜５に到達する。
【００８２】
このとき、このＴＦＴ回路基板３は冷却装置54によって冷却されて低温に保たれているので、このＴＦＴ回路基板３に接したヨウ化鉛水溶液Ｗもまた冷却される。したがって、このヨウ化鉛水溶液Ｗ中のヨウ化鉛飽和濃度が水温の変化によって下がるから、このヨウ化鉛水溶液Ｗ中のヨウ化鉛濃度が過飽和状態となって、ヨウ化鉛結晶としてＸ線光導電膜５の表面に析出する。
【００８３】
すなわち、このＴＦＴ回路基板３の表面にはＸ線光導電膜５として予めヨウ化鉛の薄膜が形成されているので、ヨウ化鉛水溶液Ｗ中で過飽和状態になったヨウ化鉛成分は優先的にＴＦＴ回路基板３上のヨウ化鉛の薄膜を結晶核として結晶成長する。
【００８４】
この後、ヨウ化鉛結晶が析出して温度が低下したヨウ化鉛水溶液Ｗは、熱対流や拡散によって析出容器52の下部へと運ばれて、再度加熱されてヨウ化鉛粉末Ｐから新たなヨウ化鉛成分を溶かし込むことにより、ＴＦＴ回路基板３の表面に連続してヨウ化鉛結晶を析出できる。
【００８５】
この結果、上記第２の実施の形態のＸ線検出器の製造方法では、製造速度が遅いが、上記第１の実施の形態の真空蒸着装置31にてＸ線光導電膜５のすべてを形成する場合に比べ、材料の利用効率を向上できるから、高価な材料を効率良く利用できる。
【００８６】
なお、図８に示す第３の実施の形態のように、加熱したヨウ化鉛水溶液Ｗを強制的に析出容器52の下部に開口した供給口55から供給して、ＴＦＴ回路基板３の表面に供給されるヨウ化鉛成分の量を増加させれば、Ｘ線光導電膜５の製造時間を短縮できる。また、上記第２および第３の実施の形態に示すＸ線検出器の製造方法は、他のＸ線光導電膜５の材料、例えばヨウ化水銀(ＨｇＩ２)、ヨウ化インジウム(ＩｎＩ)およびヨウ化ビスマス(ＢｉＩ３)などの重金属ヨウ化物でも溶媒の種類と温度を変更することによって十分に、これら材料によるＸ線光導電膜５を製造できる。
【００８７】
また、上記各実施の形態では、Ｘ線光導電膜５にヨウ化鉛を用い、このＸ線光導電膜５の上下に鉛薄膜層24とヨウ素薄膜層22とを設けた最良の組み合わせについて説明したが、これらヨウ素過剰層23と鉛過剰層25とを上下逆転させても同様の作用効果を奏することができる。また、これらヨウ素過剰層23と鉛過剰層25のどちらか一方のみを形成した場合でも、ある程度の効果を期待できる。
【００８８】
さらに、Ｘ線光導電膜５の材料として、ヨウ化水銀(ＨｇＩ２)、ヨウ化インジウム(ＩｎＩ)およびヨウ化ビスマス(ＢｉＩ３)などの重金属ヨウ化物を主成分として含有させても、陽イオンの原子が変わるだけであり、鉛薄膜層24を重金属ヨウ化物中の金属元素の薄膜層、すなわち水銀(Ｈｇ)薄膜層、ビスマス(Ｂｉ)薄膜層、インジウム(Ｉｎ)薄膜層のそれぞれ変更することにより同様の作用効果を奏することができる。
【００８９】
また、Ｘ線を検出するＸ線検出器１について説明したが、例えばγ線などのＸ線以外の各種の放射線を検出する放射線検出器であっても対応させて用いることができる。さらに、ＴＦＴ回路基板３の保持基板11上に、薄膜トランジスタ14および画素電極13が形成された画素２を二次元的にマトリクス状に形成したが、これら画素２を保持基板11上に一次元的に設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の放射線検出器の第１の実施の形態を示す説明断面図である。
【図２】同上放射線検出器を示す説明斜視図である。
【図３】同上放射線検出器を示す説明平面図である。
【図４】同上放射線検出器の製造装置を示す説明図である。
【図５】同上放射線検出器から半導体層を取り除いた放射線光導電層のバンドキャップを示す説明図である。
【図６】同上放射線検出器の放射線光導電層のバンドキャップを示す説明図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態の放射線検出器の製造装置を示す説明図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態の放射線検出器の製造装置を示す説明図である。
【符号の説明】
【００９１】
１    放射線検出器としてのＸ線検出器
３    回路基板としてのＴＦＴ回路基板
５    放射線光導電層としてのＸ線光導電膜
６    電極層としてのバイアス電極層
13    画素電極
22    第１薄膜層としてのヨウ素薄膜層
24    第２薄膜層としての金属元素薄膜層である鉛薄膜層
【図１】
2005268452.tif 000003
【図２】
2005268452.tif 000004
【図３】
2005268452.tif 000005
【図４】
2005268452.tif 000006
【図５】
2005268452.tif 000007
【図６】
2005268452.tif 000008
【図７】
2005268452.tif 000009
【図８】
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