(57)【要約】  【課題】光導電層の検出感度を向上できるＸ線検出器を提供する。  【解決手段】重金属ハロゲン化物およびハロゲンを光導電層中に含ませる。Ｘ線照射による暗電流特性や感度特性、残像特性の変化を抑えて安定した光導電層にできる。光導電層中に余剰なハロゲンが含まれると、Ｘ線照射時に生じやすい重金属ハロゲン化物結晶構造中のハロゲンの解離と、このハロゲンの解難に伴う結晶欠陥の発生が抑えられる。ハロゲンの解離は、光導電層中に欠陥準位を生じて電荷の深いトラップとなり、暗電流特性や感度特性、残像特性に影響する。光導電層中の余剰ハロゲンが多すぎると結晶粒界にハロゲンが析出する。光導電層の微結晶間の導電性を阻害し、Ｘ導電層の感度特性や残像特性を大きく阻害して残像が長くなる。  【選択図】図１
2005327817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電荷を集める画素電極と、
この画素電極上に設けられ入射した放射線を電荷に変換し、少なくとも一種類以上の重金属ハロゲン化物(ＡＢｎ:Ａ＝重金属、Ｂ＝ハロゲン、ｎ＝１、２および３のいずれか)および少なくとも一種類以上のハロゲン(Ｂ２)のそれぞれを含む光電変換層と、
この光電変換層上に前記画素電極に対向して設けられた電極層と
を具備したことを特徴とした放射線検出器。
【請求項２】
光電変換層は、少なくとも一種類以上の重金属(Ａ)を含む
ことを特徴とした請求項１記載の放射線検出器。
【請求項３】
光電変換層は、モル組成比(Ｂ／(ｎＡ))が０．９以上１．１以下である
ことを特徴とした請求項１または２記載の放射線検出器。
【請求項４】
光電変換層は、重金属元素に隣接する族に属する元素、およびこの重金属元素の前後の周期で隣接する族に属する元素それぞれの含有率が１０質量ｐｐｍ以下である
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】
重金属ハロゲン化物は、ヨウ化鉛(ＰｂＩ２)、ヨウ化水銀(ＨｇＩ２)、ヨウ化インジウム(ＩｎＩ)、ヨウ化タリウム(ＴｌＩ)およびヨウ化ビスマス(ＢｉＩ３)の少なくとも一種類以上であり、
ハロゲンは、ヨウ素(Ｉ)である
ことを特徴とした請求項１ないし４いずれか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、入射した放射線を電荷に変換する光電変換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３０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。また、この直接方式では、入射したＸ線により発生した光導電電荷を高電界により直接に電荷蓄積用キャパシタに導くため、ほぼアクティブマトリクスの画素ピッチで規定される解像度特性を得ることができる。
【０００５】
一方、間接方式は、シンチレータ層により入射Ｘ線を受けて、一旦可視光に変換してから、この可視光をａ−Ｓｉフォトダイオードや、ＣＣＤにより信号電荷に変換して電荷蓄積用キャパシタに導く方式である。また、この間接方法では、シンチレータ層からの可視光がフォトダイオードに到達するまでの光学的な拡散および散乱に応じて、解像度が劣化してしまう。
【０００６】
さらに、直接方式のＸ線検出器としては、基板上にマトリクス状に配列された画素毎に、蓄積用キャパシタ、薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)、画素電極のそれぞれが設けられた光電変換部としてのＴＦＴ回路基板を備えている。そして、このＴＦＴ回路基板の画素電極を含む平坦化層上に光導電層としてＸ線光導電膜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。)。
【０００７】
すなわち、この種の直接方式のＸ線検出器は、入射Ｘ線を直接電荷信号に変換する「Ｘ線光導電材料」を必要としている。そして、このＸ線光導電材料は半導体の一種とされている。さらに、これら直接方式のＸ線検出器である画像検出器の主な用途としては、人体に透過させたＸ線からの情報を医療用として使用する場合が多く、人体を十分にカバーできるだけの大きさを必要とする。このため、通常使用される大きさとしては、一辺が４０ｃｍほどのＸ線検出器が良く用いられている。
【０００８】
このとき、直接方式のＸ線検出器を実現しようとすると、それ以上の大きさを有するＴＦＴ回路基板の上にＸ線光導電膜を均一に形成しなければならない。また、入射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あっても、数百μｍの厚みを有するＸ線光導電膜を必要とする。すなわち、一辺４０ｃｍもの大きさを有する一種の半導体膜をＴＦＴ基板上に形成する必要がある。
【０００９】
さらに、直接方式のＸ線検出器としては、アモルファスセレン(ａ−Ｓｅ)がＸ線光導電膜のＸ線光導電材料として用いられている。ところが、このａ−ＳｅをＸ線光導電材料として用いた場合には、このａ−ＳｅのＸ線光導電膜の膜厚を１ｍｍ程度に形成しているとともに、Ｘ線フォトン１個当りの光導電電荷生成率を上げるために、生成した光導電電荷が膜中の欠陥準位にトラップされることなく画素電極に到達させるためや、バイアス電界と直角方向への電荷の拡散を極力抑えるために、例えばａ−ＳｅのＸ線光導電膜の両端に１０Ｖ／μｍ程度の強バイアス電界を印加させて用いている。
【００１０】
また、この他の直接方式のＸ線検出器としては、ヨウ化鉛(ＰｂＩ２)やヨウ化水銀(ＨｇＩ２)などの重金属化合物がＸ線光導電材料として用いられている。この場合には、これらヨウ化鉛(ＰｂＩ２)やヨウ化水銀(ＨｇＩ２)などの重金属化合物をＴＦＴ回路基板の上に真空蒸着にて膜状に形成したり、これら重金属化合物の粉末を電荷移動性のある樹脂溶液中に混合して溶液を作成し、この溶液をＴＦＴ回路基板上に塗布した後に乾燥させたりしてＸ線光導電膜としている。
【特許文献１】特開２００３−２０９２３８号公報（第３−７頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述のようにＸ線光導電材料としてａ−Ｓｅを用いた場合には、このａ−ＳｅによるＸ線を電荷に変換する検出感度が低く、再結晶化温度が低いため安定性に問題がある。また、このａ−Ｓｅは、原子番号が小さいためＸ線吸収率が低いから、１ｍｍｔ程度の膜厚が必要となる。さらに、このａ−Ｓｅの作製方法である蒸着法にて、１ｍｍｔ程度の膜厚のａ−Ｓｅを形成するには、材料効率が余り良くなく、製造コストが掛かってしまう。
【００１２】
また、線光導電材料としてａ−Ｓｅを用いた場合のもうひとつの作製方法である高感度光導電材料と有機物バインダとの複合の塗布形成では、ａ−Ｓｅが有機物バインダとの複合であるため、高感度光導電材料独自の特性が十分に得ることが容易ではない。さらに、この高感度光導電材料を蒸着で形成する場合には、材料効率が余り良くなく、作製コストが掛かってしまうとともに、特性の良いＸ線光導電膜を得ることが容易ではない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、光電変換層の検出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、電荷を集める画素電極と、この画素電極上に設けられ入射した放射線を電荷に変換し、少なくとも一種類以上の重金属ハロゲン化物(ＡＢｎ:Ａ＝重金属、Ｂ＝ハロゲン、ｎ＝１、２および３のいずれか)および少なくとも一種類以上のハロゲン(Ｂ２)のそれぞれを含む光電変換層と、この光電変換層上に前記画素電極に対向して設けられた電極層とを具備したものである。
【００１５】
そして、少なくとも一種類以上の重金属ハロゲン化物(ＡＢｎ:Ａ＝重金属、Ｂ＝ハロゲン、ｎ＝１、２および３のいずれか)と、少なくとも一種類以上のハロゲン(Ｂ２)とのそれぞれを含む光電変換層とすることにより、放射線照射による光電変換層での暗電流特性、感度特性および残像特性それぞれの変化が抑制されるので、この光電変換層での検出感度が向上する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、少なくとも一種類以上の重金属ハロゲン化物(ＡＢｎ:Ａ＝重金属、Ｂ＝ハロゲン、ｎ＝１、２および３のいずれか)と、少なくとも一種類以上のハロゲン(Ｂ２)とのそれぞれを光電変換層が含むので、放射線照射による光電変換層での暗電流特性、感度特性および残像特性それぞれの変化を抑制できるから、この光電変換層での検出感度を向上できる。
【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一実施の形態の構成を図１ないし図５を参照して説明する。
【００１８】
図３ないし図５において、１は直接方式のＸ線検出器で、このＸ線検出器１は、放射線であるＸ線画像を検出するＸ線平面検出器としての直線変換型のＸ線平面センサである。このＸ線検出器１は、Ｘ線用の検出器であり、特に高感度のハロゲン化物をＸ線光導電材料に用いている。また、このＸ線検出器１は、図３および図４に示すように、ＴＦＴ回路としての光電変換基板２を備えている。この光電変換基板２は、ＴＦＴ回路基板としてのアクティブマトリクス光変換基板である。
【００１９】
そして、この光電変換基板２は、透光性を有するガラスなどの絶縁基板であるガラス基板３を有している。このガラス基板３の一主面である表面上には、光センサとして機能するＸ線光電変換部としての略矩形状の複数の光電変換部４が複数配列されてマトリクス状に形成されている。そして、ガラス基板３の表面には、各光電変換部４によって、それぞれが同じ構造の複数の画素５が設けられている。これら各画素５は、図５における横方向である行方向、および図５における縦方向である列方向のそれぞれにおいて所定のピッチＰで二次元的に配列されて形成され薄膜素子画素である。
【００２０】
そして、これら各画素５には、電気信号や信号電荷を集める集電電極としての略Ｌ字平板状の画素電極６が、これら画素５毎に設けられている。これら各画素電極６は、画素単位、すなわちガラス基板３の表面における各画素５の中央部にそれぞれ設けられている。ここで、これら画素電極６は、例えばＩＴＯ(Indium-Tin Oxide)透明導電膜や、アルミニウム(Ａｌ)薄膜をスパッタリング法や電子線(ＥＢ)蒸着法などにて成膜して形成されている。さらに、この画素電極６は、この画素電極６となるＩＴＯ膜やアルミニウム膜を成膜した後に、エッチング工程を含む光電気泳動法(Photoelectrophoretic imaging:PEP)工程によって画素単位ごとに分離されて構成されている。
【００２１】
さらに、これら画素電極６のそれぞれには、スイッチング部を構成するスイッチング素子部としての薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)７が電気的に接続されている。これら各薄膜トランジスタ７は、結晶性を有する半導体材料である非晶質半導体としてのアモルファスシリコン(ａ−Ｓｉ)にて少なくとも一部が構成されている。さらに、これら各薄膜トランジスタ７は、画素電極６にて検出した電位差に基づく電荷を蓄積および放出させる。また、これら各薄膜トランジスタ７は、各画素５のそれぞれに設けられている。
【００２２】
また、これら各画素５には、画素電極６にて検出した信号電荷を蓄積する電荷蓄積容量部としての蓄積素子である矩形平板上の蓄積キャパシタ８が設けられている。これら蓄積キャパシタ８は、画素電極６の下に対向して設けられている。ここで、薄膜トランジスタ７は、ゲート電極11、ソース電極12およびドレイン電極13のそれぞれを有している。このドレイン電極13は、画素電極６および蓄積キャパシタ８のそれぞれに電気的に接続されている。
【００２３】
さらに、ガラス基板３の表面における行方向に沿った一側縁には、各薄膜トランジスタ７の動作状態、例えば各薄膜トランジスタ７のオンおよびオフを制御する細長矩形平板状のドライバ回路としての制御回路である高速信号処理部14が取り付けられている。この高速信号処理部14は、信号の読み出しを制御したり、読み出された信号を処理したりするための信号処理回路としてのラインドライバである。そして、この高速信号処理部14は、ガラス基板３の表面における列方向に沿った長手方向を有しており、このガラス基板３の裏面側に折り曲げられた状態で配設されている。すなわち、この高速信号処理部14は、ガラス基板３の裏面側に対向されて取り付けられている。
【００２４】
そして、この高速信号処理部14には、複数の制御ライン15の一端が電気的に接続されている。これら各制御ライン15は、ガラス基板３の行方向に沿って配線されており、このガラス基板３上の各画素５間に設けられている。さらに、これら各制御ライン15は、同じの行の各画素５を構成する薄膜トランジスタ７のゲート電極11のそれぞれに電気的に接続されている。
【００２５】
また、ガラス基板３の表面には、このガラス基板３の列方向に沿った複数のデータライン16が配線されている。これら各データライン16は、ガラス基板３上の各画素５間に設けられている。そして、これら各データライン16は、同じ列の画素５を構成する薄膜トランジスタ７のソース電極12のそれぞれに電気的に接続されている。すなわち、これら各データライン16は、同じ列の画素を構成する薄膜トランジスタ７から画像データ信号を受信させる。
【００２６】
そして、これら各データライン16の一端は、高速信号処理部14に電気的に接続されている。さらに、この高速信号処理部14には、デジタル画像伝送部17が電気的に接続されている。このデジタル画像伝送部17は、光電変換基板の外側に導出された状態で取り付けられている。
【００２７】
一方、図３に示すように、ガラス基板３の表面上の各画素５には、薄膜トランジスタ７および蓄積キャパシタ８のそれぞれが形成されている。ここで、これら各薄膜トランジスタ７は、ガラス基板３上に形成された島状のゲート電極11をそれぞれ備えている。そして、これらゲート電極11を含むガラス基板３上には、絶縁膜21が積層されて形成されている。この絶縁膜21は、各ゲート電極11を覆っている。
【００２８】
また、この絶縁膜21上には、島状の複数の半絶縁膜22が積層されて形成されている。これら各半絶縁膜22は、各ゲート電極11に対向して配設されて、これら各ゲート電極11を覆っている。すなわち、これら各半絶縁膜22は、各ゲート電極11上に絶縁膜21を介して設けられている。さらに、この半絶縁膜22を含む絶縁膜21上には、ソース電極12およびドレイン電極13のそれぞれが形成されている。これらソース電極12およびドレイン電極13は、互いに絶縁されており、電気的に接続されていない。また、これらソース電極12およびドレイン電極13は、ゲート電極11上の両側に設けられており、これらソース電極12およびドレイン電極13それぞれの一端部が半絶縁膜22上に積層されている。
【００２９】
そして、各薄膜トランジスタ７のゲート電極11は、図５に示すように、同じ行に位置する他の薄膜トランジスタ７のゲート電極11とともに共通の制御ライン15に電気的に接続されている。さらに、これら各薄膜トランジスタ７のソース電極12は、同じ列に位置する他の薄膜トランジスタ７のソース電極12とともに共通のデータライン16に電気的に接続されている。
【００３０】
一方、蓄積キャパシタ８は、ガラス基板３上に形成された島状の下部電極23を備えている。この下部電極23を含むガラス基板３上には絶縁膜21が積層されて形成されている。この絶縁膜21は、各薄膜トランジスタ７のゲート電極11上から各下部電極23上まで延長している。さらに、この絶縁膜21上には、島状の上部電極24が積層されて形成されている。この上部電極24は、下部電極23に対向して配設されており、これら各下部電極23を覆っている。すなわち、これら各上部電極24は、各下部電極23上に絶縁膜21を介して設けられている。そして、この上部電極24を含む絶縁膜21上にはドレイン電極13が積層されて形成されている。このドレイン電極13は、他端部が上部電極24上に積層しており、この上部電極24に対して電気的に接続されている。
【００３１】
さらに、各薄膜トランジスタ７の半絶縁膜22、ソース電極12およびドレイン電極13と、各蓄積キャパシタ８の上部電極24とのそれぞれを含む絶縁膜21上には、絶縁層としての平坦化層25が積層されて形成されている。この平坦化層25は、樹脂にて構成されており、平坦化層25の一部には、薄膜トランジスタ７のドレイン電極13に連通した連通部としてのコンタクトホールであるスルーホール26が開口形成されている。そして、このスルーホール26を含む平坦化層25上には、画素電極６が積層されて形成されている。したがって、この画素電極６は、スルーホール26を介して薄膜トランジスタ７のドレイン電極13に電気的に接続されている。なお、この薄膜トランジスタ７は、画素電極６の下層に設けられている。
【００３２】
さらに、この画素電極６を含む平坦化層25上には、入射したＸ線Ｌを電荷に変化する放射線光電変換層としての光導電層31が成膜されて積層されている。この光導電層31は、Ｘ線光電変換膜としてのＸ線光導電膜である。ここで、画素電極６は、光導電層31に入射するＸ線Ｌに対向する側である、この光導電層31の下に、この光導電層31に直接接した状態で設けられている。言い換えると、この画素電極６は、光導電層31に対してＸ線Ｌが入射する方向側の反対側に設けられている。すなわち、この画素電極６は、光導電層31に対してＸ線Ｌが入射する側の反対側に位置する光導電層31の下面に設けられている。
【００３３】
そして、この光導電層31は、膜厚０．３ｍｍｔであり、入射したＸ線Ｌを電気信号に変換する光導電材料であるＸ線光導電材料にて構成されている。
【００３４】
ここで、この光導電層31は、この光導電層31を構成するＸ線光導電材料の成分や、組成比、特定不純物、この特定不純物の定量的な含有率の効果などに関する限定を加えたものである。具体的に、このＸ線光導電材料としては、少なくとも一種類以上の重金属ハロゲン化物(ＡＢｎ:Ａ＝重金属、Ｂ＝ハロゲン、ｎ＝１、２および３のいずれか)と、少なくとも一種類以上のハロゲン(Ｂ２)とのそれぞれを含んでいる。
【００３５】
すなわち、光導電層31は、Ｘ線光導電材料として、少なくとも一種類以上の重金属ハロゲン化物(ＡＢｎ:ｎ＝１または２、３)と、少なくとも一種類以上のハロゲン(Ｂ２)からなっている。具体的に、このＸ線光導電材料中には、重金属ハロゲン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)、ヨウ化タリウム(ＴｌＩ)およびヨウ化ビスマス(ＢｉＩ３)の少なくとも一種類以上が含まれている。また、このＸ線光導電材料中には、ハロゲンとしてヨウ素(Ｉ)が含有されている。
【００３６】
さらに、この光導電層31は、Ｘ線光導電材料として、少なくとも一種類以上の重金属(Ａ)を含んでいる。すなわち、この光導電層31は、例えば鉛(Ｐｂ)元素とヨウ素(Ｉ)元素とを主成分として含有している。このとき、この光導電層31には、鉛元素以外に水銀(Ｈｇ)元素などを用いて含有させることができる。さらに、この光導電層31には、ヨウ素元素以外に他のハロゲン元素を用いて含有させることもできる。
【００３７】
また、この光導電層31は、この光導電層31中の重金属ハロゲン化合物を構成するハロゲン(Ｂ)と重金属(Ａ)とのモル組成比(Ｂ／(ｎＡ))が０．９以上１．１以下となるように構成されている。さらに、この光導電層31は、不純物として光導電層31中に含有されている重金属元素に隣接する族に属する元素と、この重金属元素の前後の周期で隣接する族に属する元素とのそれぞれの含有率が１０質量ｐｐｍ以下となるように構成されている。
【００３８】
ここで、この光導電層31は、例えばインジウム(Ｉｎ)などの金属や導電性樹脂などによって画素電極６を含む平坦化層25上に接着されて形成されている。また、この光導電層31は、熱圧着によって画素電極６を含む平坦化層25上に接着させることもできる。
【００３９】
さらに、この光導電層31上には、電極層としての薄膜電極であるバイアス電極層32が積層されて形成されている。このバイアス電極層32は、光電変換部４全体に亘って一様に積層されたバイアス電極膜である。また、このバイアス電極層32は、画素電極６に対向して光導電層31上に設けられている。そして、このバイアス電極層32は、例えばＩＴＯ膜やアルミニウム膜などがスパッタリング法にて成膜されて形成されている。
【００４０】
言い換えると、このバイアス電極層32は、例えばＩＴＯ透明導電膜やアルミニウム薄膜をスパッタリング法や電子線蒸着法などにて成膜して形成されている。すなわち、このバイアス電極層32は、各画素５それぞれの画素電極６それぞれに対して共通のバイアス電圧を印加して、この画素電極６との間にバイアス電界が形成できるように一体的に形成されている。
【００４１】
次に、上記一実施の形態の作用について説明する。
【００４２】
まず、Ｘ線Ｌが光導電層31に入射し、この光導電層31によって入射したＸ線Ｌが電気信号である信号電荷に変換される。このとき、この信号電荷は、バイアス電極層32と画素電極６との間に形成されているバイアス電界によって画素電極６へと運ばれて移動して、この画素電極６からドレイン電極13などを介して蓄積キャパシタ８に蓄積される。
【００４３】
一方、この蓄積キャパシタ８に蓄積された信号電荷の読み出しは、高速信号処理部14にて、例えば画素単位１２の行(図５の横方向)ごとに順に制御される。
【００４４】
このとき、この高速信号処理部14から第１のデータライン16を通して第１行目に位置する画素単位のゲート電極11のそれぞれに、例えば１０Ｖのオン信号を加えて、第１行目の画素単位の薄膜トランジスタ７のそれぞれをオン状態にする。
【００４５】
このとき、第１行目の画素単位の蓄積キャパシタ８に蓄積された信号電荷は、ドレイン電極13からソース電極12に電気信号として出力される。そして、このソース電極12に出力した電気信号のそれぞれは、高速信号処理部14によって増幅される。
【００４６】
さらに、この増幅された電気信号は、デジタル画像伝送部に加えられて直列信号に変換されてからデジタル信号に変換されて、図示しない次段の信号処理回路へと送られる。
【００４７】
そして、第１行目に位置する画素単位の蓄積キャパシタ８の電荷の読み出しが終了すると、高速信号処理部14から第１のデータライン16を通して第１行目の画素単位のゲート電極11に対して、例えば−５Ｖのオフ信号が加えられて、第１行目の画素単位の薄膜トランジスタ７のそれぞれをオフ状態にする。
【００４８】
この後、上述した動作が第２行目以下の画素単位に対しても順になされる。そして、すべての画素単位の蓄積キャパシタ８に蓄積した信号電荷が読み出され、順次デジタル信号に変換されて出力されて、１つのＸ線画面に対応する電気信号がデジタル画像伝送部17から出力される。
【００４９】
上述したように、上記一実施の形態によれば、重金属ハロゲン化物に加えてハロゲンを光導電層31中に含ませたことにより、Ｘ線Ｌの照射による光導電層31の暗電流特性や感度特性、残像特性の変化を抑えて、安定した光導電層31とできる。このとき、この光導電層31中に余剰なハロゲンを含んでいる場合には、Ｘ線Ｌの照射時に生じやすい重金属ハロゲン化物結晶構造中のハロゲンの解離と、このハロゲンの解難に伴う結晶欠陥の発生を抑える効果が生じていると考えられる。
【００５０】
すなわち、この光導電層31の結晶構造からのハロゲンの解離は、この光導電層31中に欠陥準位を生じて電荷の深いトラップとなり、暗電流特性や感度特性、残像特性に影響することから、この欠陥の発生を抑えることはＸ線検出器１の安定動作にとって極めて有効と考えられる。ところが、この光導電層31中の余剰ハロゲンが多すぎると、この光導電層31の結晶粒界にハロゲンが析出し、この光導電層31の微結晶間の導電性を阻害して、この光導電層31全体の感度特性や、特に残像特性を大きく阻害して残像が長くなる。
【００５１】
このような理由から、光導電層31中の余剰なハロゲンは、重金属ハロゲン化物のストイキオメトリに対して適度な範囲内にあることが望ましい。具体的に、この重金属ハロゲン化物(ＡＢｎ)とハロゲン(Ｂ２)とを合わせた合計、すなわちトータルでの重金属元素(Ａ)とハロゲン元素(Ｂ)との比率としては、概ねＢ／(ｎＡ)≦１．１程度の範囲が望ましい。
【００５２】
さらに、この光導電層31中に重金属ハロゲン化物とハロゲンと重金属とのそれぞれを含ませることにより、この光導電層31中にさらに重金属元素が含まれることになる。このため、この光導電層31の実効的な電荷移動度が増大し、この光導電層31でのＸ線光導電電荷の収集効率が改善することによって、感度の向上に繋がる。このとき、この光導電層31中に余剰な重金属元素が増えたときのトレードオフの関係となる特性としては、暗電流が増大する。したがって、余剰な重金属としては重金属ハロゲン化物のストイキオメトリに対して適度な範囲内にあることが望ましい。すなわち、重金属ハロゲン化物(ＡＢｎ)とハロゲン(Ｂ２)と重金属(Ａ)とを合わせて、重金属元素(Ａ)とハロゲン元素(Ｂ)との比率としては、概ね０．９≦Ｂ／(ｎＡ)程度の範囲が望ましい。
【００５３】
また、この光導電層31中に含まれる不純物に関しては、重金属ハロゲン化物を構成する重金属元素の隣接する族に属する元素や、この重金属ハロゲン化物の前後の周期の中で隣接する族に属する元素が存在することは望ましくない。これは、この不純物が重金属ハロゲン化物の重金属元素と置換して、光導電層中にドナーやアクセプタ準位を形成してしまう。よって、電導帯(Conduction Band)の空準位密度や価電子帯(Valence Band)の価電子密度を減じて比抵抗を下げて、暗電流を増大させるとともに、Ｘ線Ｌの照射時の膜比抵抗の変化、すなわち感度特性を低下させる可能性が大きいためである。
【００５４】
具体的には、望ましくない不純物の具体例として重金属ハロゲン化物にヨウ化鉛を用いる場合では、４Ｂ族の鉛(Ｐｂ)と隣接する３Ｂ族のタリウムや、５Ｂ族のビスマス、また一周期前の３Ｂ族であるインジウムや、５Ｂ族のアンチモン(Ｓｂ)などが該当する。したがって、重金属ハロゲン化物の原材料や、これを用いて成膜した光導電層31中に含まれる金属不純物元素としては数十ｐｐｍの割合で含まれることが多いが、これら望ましくない不純物元素は多くとも１０質量ｐｐｍ以下に抑える必要がある。
【００５５】
すなわち、従来の光導電層としては、この光導電層中にアモルファスセレン(ａ−Ｓｅ)を蒸着した膜や、重金属ハロゲン化合物などの高感度光導電材にエポキシなどのバインダを混合して塗布した膜、高感度光導電材単体を蒸着あるいは単結晶育成などによって形成した膜を使用していた。これに対し、上述した一実施の形態のように、光導電層31中に重金属ハロゲン化物とハロゲンと重金属とのそれぞれを含ませたことによって、ａ−Ｓｅ膜の光導電層よりも検出感度が１桁以上大きくなる。さらに、このａ−Ｓｅ膜の光導電層の半分以下の膜厚となり、このａ−Ｓｅ膜の光導電層並のＸ線吸収量を確保できる。
【００５６】
したがって、直接方式のＸ線検出器１の検出感度および光導電特性を安定化できる。よって、高感度で、暗電流が小さく、残像特性も良好で、特にＸ線Ｌの照射によるこれら特性の変化を極めて小さく抑制できるから、安定性および信頼性の優れたＸ線検出器１とできる。
【００５７】
なお、上記各実施の形態では、Ｘ線Ｌ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Ｌ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。また、エリアセンサなどのように、光電変換部４のガラス基板３上に薄膜トランジスタ７および画素電極６が形成された画素５を縦方向および横方向のそれぞれに沿って二次元的にマトリクス状に形成したが、ラインセンサなどの場合には、これら画素５を光電変換部４のガラス基板３上に一次元的に設けてもよい。
【００５８】
また、光導電層31を、入射したＸ線Ｌを可視光に変換するシンチレータ層とするとともに、画素電極６を、シンチレータ層にて変換された可視光を信号電荷に変換するフォトダイオードとしても、上記各実施の形態のＸ線検出器１と同様の作用効果を奏することができる。さらに、非晶質半導体や結晶性半導体、多結晶半導体にて構成された薄膜トランジスタ７を用いたＸ線検出器１としても対応させて用いることができる。
【実施例】
【００５９】
次に、本発明の一実施例を説明する。
【００６０】
まず、画素電極６を含む平坦化層25上にヨウ化鉛(ＰｂＩ２)を原料とし、一般的な真空蒸着法などで成膜して得られる従来の重金属ハロゲン化物の光導電層31は、重金属とハロゲンとが分解して光電変換基板２上に蒸着する際に、蒸気圧の高いハロゲン元素が必然的に不足気味になりやすい。特に、光導電層31の膜の結晶性を改善するために光電変換基板２の温度を上げていくと、ハロゲン元素がより不足する傾向が強くなる。
【００６１】
そこで、この光導電層31中にハロゲンや、ハロゲンと重金属とを含有する特性改善膜を試作するために、ヨウ素(Ｉ)蒸気中の雰囲気蒸着を取り入れて、それぞれの光電変換基板２の温度や蒸着速度を適宜変化させて蒸着膜である光導電層31を形成した。このとき、この光導電層31の膜厚を１００μｍ程度に統一した。そして、この光導電層31上にＩＴＯ膜をスパッタリング法にて成膜してバイアス電極層32とし、このバイアス電極層32の感度および暗電流特性を比較した。
【００６２】
また、光導電層31の分析として、Ｘ線回折分析装置(ＸＲＤ)を用いて光導電層31を構成する結晶構造や、エネルギ分散型Ｘ線マイクロアナライザ(ＥＤＸ)を用いて主要構成元素の組成比を解析した。このとき、各光導電層31の材質、分析結果、２５℃での特性(感度、暗電流および残像)のそれぞれを図６ないし図１０に示す。
【００６３】
この結果、光導電層31中のＸ線光導電材料としてヨウ化鉛(ＰｂＩ２)を用いた場合には、図６に示すように、Ｘ線回折分析装置による解析の結果から、光導電層31中にヨウ化鉛のみではなくヨウ素(Ｉ)の検出される場合に、Ｘ線Ｌの照射前後の暗電流特性や感度特性の変化が小さく抑えられている。このとき、このＸ線Ｌの照射条件は、３ｍＲ／frame、パルス幅１６ｍｓｅｃおよび３０frames／ｓｅｃの条件で１０ｓｅｃ間Ｘ線Ｌを照射して、このＸ線Ｌの照射後の感度および暗電流特性を照射終了の１ｓｅｃ後に測定した結果である。
【００６４】
さらに、残像特性もＸ線検出器１で良好であることが分かる。すなわち、残像特性の良さ(残像が少ない)は、Ｘ線Ｌの照射後の暗電流変化(増大)が少ない特長に繋がっていると考えられる。ところが、光導電層31中に含まれている余剰のヨウ素が多すぎると、残像特性および感度特性への悪影響が出るため、Ｉ／Ｐｂの組成比としては２．２、すなわちＩ／(２Ｐｂ)≦１．１程度までの範囲が好ましい。このとき、Ｘ線Ｌの照射に対して光導電層31の特性変化が小さいのは、Ｘ線検出器１の安定動作にとって極めて重要な特徴である。
【００６５】
また、Ｘ線回折分析装置による解析で、光導電層31中にヨウ化鉛とヨウ素とが検出され、かつエネルギ分散型Ｘ線マイクロアナライザによる分析でＩ／Ｐｂの組成比が２以下のものは、光導電層31中に遊離した鉛が存在すると思われる。このとき、この光導電層31の感度特性が向上する。しかしこの場合にも、この光導電層31中に含まれる余剰の鉛が多すぎるので、暗電流が極端に増大してしまう。このため、この光導電層31中のヨウ素(Ｉ)／鉛(Ｐｂ)の組成比としては１．８、すなわち０．９≦Ｉ／(２Ｐｂ)≦１．１程度までの範囲が好ましい。
【００６６】
このとき、この光導電層31中の不純物の影響に関しては、図１に示すように、鉄(Ｆｅ)、アルミニウム(Ａｌ)および銀(Ａｇ)などの元素が含有されている場合であっても、特に感度特性への悪影響がなく、例えば光導電層31中にビスマス(Ｂｉ)が含有される場合には顕著に感度特性が悪化してしまう。また、図２に示すように、暗電流特性への悪影響に関しても、ビスマスが含有されている光導電層31では一桁前後大きい。
【００６７】
すなわち、図６ないし図１０に示すように、タリウム(Ｔｌ)、インジウム(Ｉｎ)および錫(Ｓｎ)など、鉛に対して隣接する族に属する元素や、この鉛に対して前後の周期で隣接する族に属する元素を１０質量ｐｐｍ以上含有する場合には、顕著に感度の低下や暗電流の増大などの特性悪化が見られた。したがって、ヨウ化鉛に限らず、ヨウ化水銀(ＨｇＩ２)や、ヨウ化インジウム(ＩｎＩ)、ヨウ化ビスマス(ＢｉＩ３)、ヨウ化タリウム(ＴｌＩ)でも同様な不純物に関する影響が観察された。
【００６８】
これらの結果、上述のような光導電層31の改善効果は、線量やその他のＸ線Ｌの照射条件を変えても同様であった。また、これら効果は、光導電層31を構成するＸ線光導電材料がヨウ化水銀、ヨウ化インジウム、ヨウ化ビスマス、ヨウ化タリウム、臭化タリウム(ＴｌＢｒ)でも同様な傾向が見られた、したがって、重金属ハロゲン化物ベースの光導電層31に関して共通性のある現象と考えられた。さらに、この光導電層31を構成するＸ線光導電材料が２種類以上の複合系の場合には、例えばヨウ化鉛とヨウ化水銀を２元蒸着で成膜した場合などにも、同様な効果が認められた。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の一実施の形態の放射線検出器の光電変換層の不純物含有パルス感度依存性を示すグラフである。
【図２】同上放射線検出器の光電変換層の不純物含有暗電流依存性を示すグラフである。
【図３】同上放射線検出器を示す説明断面図である。
【図４】同上放射線検出器を示す説明構成図である。
【図５】同上放射線検出器を示す説明上面図である。
【図６】同上放射線検出器の光電変換層の特性を示す表である。
【図７】同上放射線検出器の光電変換層の各測定資料の強度のピークを示す表である。
【図８】同上放射線検出器の光電変換層の各測定資料の強度のピークを示すグラフである。
【図９】同上放射線検出器の光電変換層の各測定資料の強度のピークを示す表である。
【図１０】同上放射線検出器の光電変換層の各測定資料の強度のピークを示すグラフである。
【符号の説明】
【００７０】
１    放射線検出器としてのＸ線検出器
６    画素電極
31    光電変換層としての光導電層
32    電極層としてのバイアス電極層
Ｌ    放射線としてのＸ線
【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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