(57)【要約】【課題】解像度特性を向上できるＸ線検出器１を提供する。【解決手段】光電変換基板２の面方向に複数の画素電極７を隙間をあけて配設するとともに、これら画素電極７上に可視光を電気信号に変換する光電変換素子８を設ける。光電変換基板２上には、放射線を可視光に変換するシンチレータ層31を設ける。シンチレータ層31は、光電変換基板２の面方向に複数の柱状結晶32が形成された柱状結晶32の集合体であり、面方向における柱状結晶32の径の平均値は画素電極７間の間隙より小さくする。柱状結晶32が隣り合う画素電極７に跨ることがなく、解像度特性を向上できる。【選択図】図１
2007303876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面方向に複数の画素電極が隙間をあけて配設されるとともに、これら画素電極上に可視光を電気信号に変換する光電変換素子が設けられた光電変換基板と、
この光電変換基板上で面方向に複数の柱状結晶が形成された柱状結晶の集合体であり、面方向における柱状結晶の径の平均値が前記画素電極間の間隙より小さく、柱状結晶に入射する放射線を可視光に変換するシンチレータ層と
を具備していることを特徴とする放射線検出器。
【請求項２】
シンチレータ層の表面部と底面部とにおける柱状結晶の径の平均値は、表面部≧底面部となる関係を有している
ことを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
【請求項３】
画素電極間の間隔をＧとした場合、シンチレータ層の表面部の面方向における柱状結晶の径の平均値の標準偏差が少なくとも５Ｇ／１９．６以下であり、かつシンチレータ層の表面部における柱状結晶の１００個以上の径の平均値が少なくとも０．９５Ｇ以下である
ことを特徴とする請求項１または２記載の放射線検出器。
【請求項４】
シンチレータ層は、少なくともＣｓＩを主成分とするハロゲン化合物で形成されている
ことを特徴とする請求項１ないし３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、間接方式の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、アクティブマトリクスを用いた平面形のＸ線検出器が注目を集めている。このＸ線検出器にＸ線を照射することにより、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。このＸ線検出器は、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く、多くの研究開発が進められている。
【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、透視線量下において毎秒３０フレーム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比の改善や微小信号のリアルタイム処理技術等が重要な開発項目となっている。
【０００４】
ところで、Ｘ線検出器は、直接方式と間接方式の２方式に大別される。直接方式は、Ｘ線をａ−Ｓｅ等の光導電膜により直接電荷信号に変換し、電荷蓄積用キャパシタに導く方式であり、Ｘ線により発生した光導電電荷を高電界により直接的に電荷蓄積用キャパシタに導くため、略アクティブマトリクスの画素電極のピッチで規定される解像度特性が得られる。一方、間接方式は、シンチレータ層によりＸ線を一旦可視光に変換し、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ため、シンチレータ層からの可視光がフォトダイオードやＣＣＤに到達するまでの光学的な拡散および散乱により解像度特性の劣化が生じる。
【０００５】
通常、間接方式のＸ線検出器においては、構造上、シンチレータ層の特性が重要となり、入射したＸ線に対する出力信号強度を向上させるため、例えば、シンチレータ層には、ＣｓＩ等のハロゲン化合物やＧＯＳ等の酸化物系化合物等から構成される高輝度蛍光物質が用いられることが多い。さらに、一般的に高密度なシンチレータ層は、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等の気相成長法により、複数の画素電極および光電変換素子が形成された光電変換基板上に一様に形成されることが多い。また、ＣｓＩ等のハロゲン化合物をシンチレータ層に用いる場合には、光電変換基板上で面方向に複数の柱状結晶となるシンチレータ層を真空蒸着法にて形成することにより、解像度特性の改善等を図ることも多い（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−１８８０８６号公報（第５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、複数の柱状結晶で構成されるシンチレータ層は、入射したＸ線に対する出力信号強度と十分なＸ線吸収率とを得るためには数百μｍ以上の厚膜が必要となるため、この厚膜化に伴ってシンチレータ層の面方向における柱状結晶の径が大きく、柱状結晶が隣り合う画素電極に跨り、解像度特性の劣化が生じる問題がある。特に、高解像度特性が要求されるマンモグラフィおよび工業用非破壊検査用途等においては、この点の影響は大きな問題となる。
【０００７】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、解像度特性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】
【０００８】
本発明は、面方向に複数の画素電極が隙間をあけて配設されるとともに、これら画素電極上に可視光を電気信号に変換する光電変換素子が設けられた光電変換基板と、この光電変換基板上で面方向に複数の柱状結晶が形成された柱状結晶の集合体であり、面方向における柱状結晶の径の平均値が前記画素電極間の間隙より小さく、柱状結晶に入射する放射線を可視光に変換するシンチレータ層とを具備しているものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、シンチレータ層の面方向における柱状結晶の径の平均値を画素電極間の間隙より小さくしたので、柱状結晶が隣り合う画素電極に跨ることがなく、解像度特性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１１】
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、間接方式のＸ線平面画像検出器である。このＸ線検出器１は、可視光を電気信号に変換するアクティブマトリクス光電変換基板である光電変換基板２を備えている。
【００１２】
光電変換基板２は、矩形平板状の透光性を有するガラス等にて形成された絶縁基板としての支持基板３を備えている。この支持基板３の表面には、二次元的でマトリクス状に複数の画素４が互いに間隔をあけて配列され、各画素４毎に、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)５、電荷蓄積用キャパシタ６、画素電極７、およびフォトダイオードなどの光電変換素子８が形成されている。
【００１３】
図３に示すように、支持基板３上には、この支持基板３の行方向に沿った複数の制御ラインとしての制御電極11が配線されている。これら複数の制御電極11は、支持基板３上の各画素４間に位置し、この支持基板３の列方向に離間されて設けられている。これら制御電極11には、薄膜トランジスタ５のゲート電極12が電気的に接続されている。
【００１４】
支持基板３上には、この支持基板３の列方向に沿った複数の読出電極13が配線されている。これら複数の読出電極13は、支持基板３上の各画素４間に位置し、この支持基板３の行方向に離間されて設けられている。そして、これら複数の読出電極13には、薄膜トランジスタ５のソース電極14が電気的に接続されている。また、この薄膜トランジスタ５のドレイン電極15は、電荷蓄積用キャパシタ６および画素電極７にそれぞれ電気的に接続されている。
【００１５】
図２に示すように、薄膜トランジスタ５のゲート電極12は、支持基板３上に島状に形成されている。このゲート電極12を含む支持基板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12を覆っている。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。これら半絶縁膜22は、半導体にて構成されており、薄膜トランジスタ５のチャネル領域として機能する。そして、これら各半絶縁膜22は、各ゲート電極12に対向して配設されており、これら各ゲート電極12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12上に絶縁膜21を介して設けられている。
【００１６】
半絶縁膜22を含む絶縁膜21上には、島状のソース電極14およびドレイン電極15がそれぞれ形成されている。これらソース電極14およびドレイン電極15は、互いに絶縁され電気的に接続されていない。また、これらソース電極14およびドレイン電極15は、ゲート電極12上の両側に設けられており、これらソース電極14およびドレイン電極15の一端部が半絶縁膜22上に積層されている。
【００１７】
各薄膜トランジスタ５のゲート電極12は、図３に示すように、同じ行に位置する他の薄膜トランジスタ５のゲート電極12とともに共通の制御電極11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５のソース電極14は、同じ列に位置する他の薄膜トランジスタ５のソース電極14とともに共通の読出電極13に電気的に接続されている。
【００１８】
電荷蓄積用キャパシタ６は、支持基板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を含む支持基板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５のゲート電極12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15が積層されて形成されている。このドレイン電極15は、他端部が上部電極24上に積層されて、この上部電極24に電気的に接続されている。
【００１９】
各薄膜トランジスタ５の半絶縁膜22、ソース電極14およびドレイン電極15と、各電荷蓄積用キャパシタ６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25が積層されて形成されている。この絶縁層25は、酸化珪素(ＳｉＯ２)などにて形成されており、各画素電極７を取り囲むように形成されている。
【００２０】
この絶縁層25の一部には、薄膜トランジスタ５のドレイン電極15に連通したコンタクトホールとしてのスルーホール26が開口形成されている。このスルーホール26を含む絶縁層25上には、島状の画素電極７が積層されて形成されている。この画素電極７は、スルーホール26にて薄膜トランジスタ５のドレイン電極15に電気的に接続されている。
【００２１】
各画素電極７上には、可視光を電気信号に変換するフォトダイオードなどの光電変換素子８が積層されて形成されている。
【００２２】
また、図１および図２に示すように、光電変換基板２の光電変換素子８が形成された表面に、Ｘ線を可視光に変換するシンチレータ層31が形成されている。このシンチレータ層31は、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等の気相成長法で、高輝度蛍光物質であるヨウ化セシウム（ＣｓＩ）等のハロゲン化合物やガドリニウム硫酸化物（ＧＯＳ）等の酸化物系化合物等の蛍光体を、光電変換基板２上に柱状に堆積させて成膜されている。そして、シンチレータ層31は、光電変換基板２の面方向に複数の柱状結晶32が形成された柱状結晶32の集合体にて構成されている。
【００２３】
面方向における柱状結晶32の径の平均値は、画素電極７間の間隙より小さく、また、シンチレータ層31の表面部と光電変換素子８に接する底面部とにおける柱状結晶32の径の平均値は、表面部≧底面部となる関係を有している。また、画素電極８間の間隔をＧとした場合、シンチレータ層31の表面部の面方向における柱状結晶32の径の平均値の標準偏差が少なくとも５Ｇ／１９．６以下であり、かつシンチレータ層31の表面部の面方向における柱状結晶32の１００個以上の径の平均値が少なくとも０．９５Ｇ以下である。
【００２４】
また、シンチレータ層31上にはシンチレータ層31で変換された可視光の利用効率を高めるための反射層41が積層されて形成され、この反射層41上には絶縁層42が積層されて形成され、この絶縁層42上には画素４間を遮蔽する格子状のＸ線グリッド43が形成されている。
【００２５】
次に、本実施の形態の作用について説明する。
【００２６】
まず、Ｘ線検出器１のシンチレータ層31へと入射したＸ線51はこのシンチレータ層31の柱状結晶32にて可視光52に変換される。
【００２７】
この可視光52は柱状結晶32内を通じて光電変換基板２の光電変換素子８に到達して電気信号に変換される。光電変換素子８で変換された電気信号は画素電極７に流れ、画素電極７に接続された薄膜トランジスタ５のゲート電極12が駆動状態となるまで、画素電極７に接続された電荷蓄積用キャパシタ６へと移動して保持されて蓄積される。
【００２８】
このとき、制御電極11の１つを駆動状態にすると、この駆動状態となった制御電極11に接続された１行の薄膜トランジスタ５が駆動状態となる。
【００２９】
そして、この駆動状態となったそれぞれの薄膜トランジスタ５に接続された電荷蓄積用キャパシタ６に蓄積された電気信号が読出電極13へと出力される。
【００３０】
この結果、Ｘ線画像の特定の行の画素４に対応する信号が出力されるため、制御電極11の駆動制御によって、全てのＸ線画像の画素４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。
【００３１】
次に、シンチレータ層31を形成方法について説明する。
【００３２】
例えば真空蒸着法により、光電変換基板２の加熱温度および平坦性等の表面状態、シンチレータ層31の形成速度および形成雰囲気、蒸着粒子の光電変換基板２への入射角度等のシンチレータ層31の形成条件の最適化により、シンチレータ層31の面方向における柱状結晶32の径の平均値を画素電極７間の間隙より小さく形成することが可能となる。
【００３３】
このように、シンチレータ層31の面方向における柱状結晶32の径の平均値を画素電極７間の間隙より小さくしたので、柱状結晶32が隣り合う画素電極７に跨ることがなく、解像度特性を向上できる。
【００３４】
しかも、シンチレータ層31の表面部と底面部とにおける柱状結晶32の径の平均値は、表面部≧底面部となる関係を有しているため、柱状結晶32の底面部側の径を画素電極７間の間隙より小さく保ったまま、柱状結晶32の表面部側でＸ線を捉えやすく可視光に変換できる。
【００３５】
また、画素電極８間の間隔をＧとした場合、シンチレータ層31の表面部の面方向における柱状結晶32の径の平均値の標準偏差が少なくとも５Ｇ／１９．６以下であり、かつシンチレータ層31の表面部の面方向における柱状結晶32のｎ個（ｎ≧１００）の径の平均値が少なくとも０．９５Ｇ以下であるとすると、統計学的にシンチレータ層31の面方向における柱状結晶32の径の平均値の９５％の信頼性区間（ａ，ｂ）は、
（ａ，ｂ）＝（０．９５Ｇ−１．９６・５Ｇ／１９．６／√ｎ、０．９５Ｇ＋１．９６・１．９６・５Ｇ／１９．６／√ｎ）……(1)
と表される。
【００３６】
ｎ＝１００とすると、上記式(1)は、
（ａ，ｂ）＝（０．９５Ｇ−１．９６・５Ｇ／１９．６／√１００、０．９５Ｇ＋１．９６・１．９６・５Ｇ／１９．６／√１００）
＝（０．９５Ｇ−０．０５Ｇ、０．９５Ｇ＋０．０５Ｇ）
＝（０．９Ｇ、１．０Ｇ）……(2)
と表される。
【００３７】
式(2)となるため、隣り合う画素電極７間にシンチレータ層31の柱状結晶32が跨る可能性が極めて低くなり、解像度特性の劣化防止が可能となる。
【００３８】
そして、例えば、画素電極７のサイズを４０μｍ×４０μｍ、画素電極７のピッチを５０μｍ、画素電極７間の間隙を１０μｍ、シンチレータ層31の高輝度蛍光物質をＣｓＩ（Ｔｌドープ）、シンチレータ層31の形成方法を真空蒸着法、シンチレータ層31の膜厚を６００μｍとした場合、光電変換基板２の加熱温度を１５０℃以下、光電変換基板２の表面処理を平坦化および鏡面処理、シンチレータ層31の形成速度を１０μｍ／ｍｉｎ以下、シンチレータ層31の形成雰囲気をＡｒ雰囲気中（圧力：１Ｐａ程度)とすると、シンチレータ層31の面方向における柱状結晶32の径の平均値の標準偏差が１μｍ以下、面方向における柱状結晶32の１００個の径の平均値が５μｍ以下となり、つまり、シンチレータ層31の面方向における柱状結晶32の径の平均値の標準偏差が５０／１９．６μｍ以下、面方向における柱状結晶32の１００個の径の平均値が９．５μｍ以下となるため、シンチレータ層31の面方向における柱状結晶32の径の平均値の９５％の信頼性区間も１０μｍ未満となることから、シンチレータ層31の柱状結晶32が隣り合う画素電極７に跨る可能性が極めて低くなり、解像度特性の劣化防止が可能となる。
【００３９】
なお、Ｘ線51を検出するＸ線検出器１について説明したが、他の放射線を検出する放射線検出器についても同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施の形態を示す放射線検出器のシンチレータ層の正面図である。
【図２】同上放射線検出器の断面図である。
【図３】同上放射線検出器を模式的に示す正面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１    放射線検出器としてのＸ線検出器
２    光電変換基板
７    画素電極
８    光電変換素子
31    シンチレータ層
32    柱状結晶
【図１】
2007303876.tif 000003
【図２】
2007303876.tif 000004
【図３】
2007303876.tif 000005