(57)【要約】【課題】  本発明は、ターゲット基板に、厚い変換層を設けることが可能な撮像装置を提供することを課題としている。【解決手段】  放射線変換層２３を有する受線基板部４と、真空空間３を存して受線基板部４に対面し、放射線変換層２３に向かって電子を放出する電子放出基板部２と、を備え、受線基板部４は、支持基板２１と、支持基板２１上に貼り付けられた、化合物半導体結晶から成る上記放射線変換層２３と、を有している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変換層を有するターゲット基板と、
真空空間を存して前記ターゲット基板に対面し、前記変換層に向かって電子を放出する電子放出基板と、を備え、
前記ターゲット基板は、
支持基板と、
前記支持基板に貼り付けられた、化合物半導体結晶から成る前記変換層と、を有していることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記ターゲット基板は、前記支持基板と前記変換層との間に設けられたインジウム層を、更に有し、
前記変換層は、前記インジウム層を介して、前記支持基板に圧着されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記変換層は、前記インジウム層との界面でショットキー障壁が形成される材料で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記変換層は、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＴｌＢｒのいずれかで構成されていることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記インジウム層と前記変換層との間に、前記インジウム層が正電位となるように電位差を印加する印加手段を、更に備えたことを特徴とする請求項３または４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記ターゲット基板は、前記インジウム層と前記変換層との間に設けられた、ｎ型半導体から成る半導体電極層を、更に有することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記支持基板は、ガラス、セラミックスおよび導電性材料のいずれかで構成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記変換層は、放射線を電気信号に変換する放射線変換層であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変換層を有するターゲット基板と、真空空間を存してターゲット基板に対面し、変換層に向かって電子を放出する電子放出基板と、を備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の撮像装置として、平面型撮像装置が知られている（特許文献１参照）。
この平面型撮像装置は、入射光を受光する透光性基板と、透光性基板の高真空側に設けられ、入射光に応じて信号電荷を発生・蓄積する光電変換ターゲットと、透光性基板に対面する陰極基板と、陰極基板の高真空側に設けられ、電子ビームを放出する電界放出型陰極と、電界放出型陰極から放出された電子ビームを効果的に光電変換ターゲットに到達させるシールドグリッド電極と、透光性基板、陰極基板およびシールドグリッド電極を互いに対面保持させると共に内部を高真空に保つスペーサ部材と、を備えている。
光電変換ターゲットは、透光性基板側の透光性導体膜と、高真空側の光電変換層（光電変換膜）とで構成されている。透光性導体膜は、ＳｎＯ２膜，ＩＴＯ膜，Ａｌなどの金属薄膜から成り、透光性基板上に真空蒸着法で成膜されている。光電変換層は、ＰｂＯ，Ｓｂ2，Ｓ3，Ｓｃ，Ｓｉ，Ｃｄ，Ｚｎ，Ａｓ，Ｔｅなどの半導体材料から成り、透光性導体膜上に真空蒸着法で成膜されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−４８７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の平面型撮像装置では、光電変換層を真空蒸着法で成膜して形成する構成であるため、光電変換層を所定の厚み以上厚く形成することが困難であるという問題があった。特に、この種の平面型撮像装置を、放射線撮像装置に適用する場合、放射線を効果的に変換するのに、変換層（放射線変換層）を１ｍｍ〜３ｍｍ程度の厚みにする必要がある。しかしながら、上記従来の平面型撮像装置では、このような厚い変換層を形成することが難しいため、放射線撮像装置に適用するのが難しかった。
【０００５】
本発明は、ターゲット基板に、厚い変換層を設けることが可能な撮像装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の撮像装置は、変換層を有するターゲット基板と、真空空間を存してターゲット基板に対面し、変換層に向かって電子を放出する電子放出基板と、を備え、ターゲット基板は、支持基板と、支持基板に貼り付けられた、化合物半導体結晶から成る変換層と、を有していることを特徴とする。
【０００７】
この場合、ターゲット基板は、支持基板と変換層との間に設けられたインジウム層を、更に有し、変換層は、インジウム層を介して、支持基板に圧着されていることが好ましい。
【０００８】
上記の撮像装置において、変換層は、前記インジウム層との界面でショットキー障壁が形成される材料で構成されていることが好ましい。
【０００９】
この場合、変換層は、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）、ＣｄＺｎＴｅ（テルル化カドミウム亜鉛）、ＴｌＢｒ（臭化タリウム）のいずれかで構成されていることが好ましい。
【００１０】
また、インジウム層と変換層との間に、インジウム層が正電位となるように電位差を印加する印加手段を、更に備えたことが好ましい。
【００１１】
上記の撮像装置において、ターゲット基板は、インジウム層と変換層との間に設けられた、ｎ型半導体から成る半導体電極層を、更に備えることが好ましい。
【００１２】
これらの場合、支持基板は、ガラス、セラミックスおよび導電性材料のいずれかで構成されていることが好ましい。
【００１３】
また、変換層は、放射線を電気信号に変換する放射線変換層であることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係る放射線撮像装置の断面模式図である。
【図２】第１実施形態に係る受線基板部の断面模式図である。
【図３】第２実施形態に係る受線基板部の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付の図面を参照して、本発明の一実施形態に係る撮像装置について説明する。実施形態では、本発明の撮像装置を適用した放射線撮像装置を例示する。この放射線撮像装置は、放射線変換層を有し、放射線を電気信号に変換して、放射線画像を撮像する放射線撮像素子（イメージセンサー）である。
【００１６】
図１の断面模式図に示すように、放射線撮像装置１は、電子を放出（電子ビームを放射）する電子放出基板部２（電子放出基板）と、電子放出基板部２に真空空間３を存して対向配置され、撮像放射線を受線して電気信号に変換する受線基板部４（ターゲット基板）と、電子放出基板部２と受線基板部４との間の真空空間３に配置され、放出した電子を加速するメッシュ電極５と、メッシュ電極５を支持すると共に、電子放出基板部２および受線基板部４との間で真空空間３を構成する周壁部６と、を備えている。また、放射線撮像装置１は、受線基板部４の放射線変換層２３に、電界を印加する印加手段（図示省略）を備えている。
【００１７】
電子放出基板部２は、面電子放出源として電子を放出し、メッシュ電極５は、電子放出基板部２から放出された電子（電子ビーム）の軌道を制御し且つ電子を加速する。受線基板部４は、放射線変換層２３を有し、撮像放射線を受線すると共に、電子放出基板部２から放出された電子のターゲットとなる。
【００１８】
電子放出基板部２は、絶縁性材料で構成された背面基板１１と、背面基板１１の上に形成された電子放出素子１２と、を有している。具体的には、背面基板１１は、ガラスで構成されている。電子放出素子１２は、駆動回路層１３と、駆動回路層１３の上に形成された冷陰極電子源アレイ１４と、を有している。
【００１９】
冷陰極電子源アレイ１４は、複数の冷陰極電子源がマトリクス状に配置されたＨＥＥＤ（High-efficiency  Electron  Emission  Device）冷陰極アレイで構成されており、真空空間３を介して放射線変換層２３に対向するように配置されている。
【００２０】
駆動回路層１３には、アクティブマトリクス駆動回路（スイッチング回路）が形成されている。また、駆動回路層１３の周辺部には、図示しないが、アクティブマトリクス駆動回路の駆動を制御する水平走査回路（ドライバ）および垂直走査回路（ドライバ）が配設されている。この水平走査回路および垂直走査回路により、アクティブマトリクス駆動回路を介して、冷陰極電子源アレイ１４の複数の冷陰極電子源が点順次駆動される。この点順次駆動により、放射線変換層２３に対し電子（電子ビーム）が放出される。
【００２１】
メッシュ電極５は、複数の開口を有する金属板等で形成され、冷陰極電子源アレイ１４から放出された電子の軌道を制御すると共に、電子を放射線変換層２３に向かって加速する。また、メッシュ電極５は、余剰電子を吸収する。このため、メッシュ電極５には、駆動回路層１３の駆動電圧に比べて格段に高い電圧が印加される。この場合、メッシュ電極５は、その周縁部で、周壁部６の内側段部６ａに支持されている。
【００２２】
電子放出基板部２から放出された電子は、メッシュ電極５に印加された電圧により、放射線変換層２３側に引き出されると共に、冷陰極電子源アレイ１４と放射線変換層２３との間に生じた電界により、放射線変換層２３上のランディング層２４に収束される。そして、この放出された電子は、放射線変換層２３の正孔パターンと結合する。
【００２３】
受線基板部４は、受線側の支持基板２１（支持基板）と、支持基板２１上に設けられたインジウム層２２と、インジウム層２２を介して支持基板２１に貼り付けられた放射線変換層２３（変換層）と、放射線変換層２３上に形成されたランディング層２４と、支持基板２１を貫通してインジウム層２２に接続され、放射線変換層２３で発生した電気信号を、インジウム層２２を介して取り出すための電極ピン２５と、を有している。支持基板２１、インジウム層２２、放射線変換層２３およびランディング層２４は、紫外線入射側から、支持基板２１、インジウム層２２、放射線変換層２３、ランディング層２４の順で設けられている。
【００２４】
支持基板２１の表面から入射した放射線は、放射線変換層２３においてその入射量に応じた電子・正孔対を生成させる。生成した正孔は、放射線変換層２３上のランディング層２４付近に蓄積され、入射像に対応する正孔パターンを形成する。そして、この正孔パターンと冷陰極電子源アレイ１４から放出された電子とが結合する際の電流が、入射像に応じた電気信号（映像信号）として検出される。
【００２５】
周壁部６は、絶縁性材料で構成されている。具体的には、周壁部６は、ガラスで構成されている。周壁部６は、放射線撮像装置１におけるパッケージの一部（周側板）を構成している。すなわち、背面基板１１、支持基板２１および周壁部６により、冷陰極電子源アレイ１４、メッシュ電極５および放射線変換層２３を真空空間３に収容する、パッケージが構成されている。この場合、支持基板２１は、可塑性接合材３１を介して、周壁部６の上面に気密に接合（封止）されている。
【００２６】
［第１実施形態］
ここで図２を参照して、第１実施形態に係る受線基板部４の構造について、詳細に説明する。上記したように、受線基板部４は、支持基板２１と、インジウム層２２と、放射線変換層２３と、ランディング層２４と、電極ピン２５と、を有している。電極ピン２５には、上記印加手段が接続されている。印加手段は、電極ピン２５およびインジウム層２２を介して放射線変換層２３に所定の電界を印加する。また、詳細は後述するが、印加手段は、ショットキー障壁が形成されるように、インジウム層２２と放射線変換層２３との間に、所定の電位差を印加している。
【００２７】
支持基板２１は、絶縁性材料で構成されている。具体的には、支持基板２１は、ガラスで構成されている。
【００２８】
インジウム層２２は、導電性金属であり且つ可塑性金属であるＩｎ（インジウム）で構成されている。インジウム層２２は、その導電性により、放射線変換層２３で発生した電気信号を、電極ピン２５に送る電極層として機能する。一方で、インジウム層２２は、その可塑性により、放射線変換層２３を支持基板２１に貼り付けるための接合層（可塑性接合層）として機能する。受線基板部４は、インジウム層２２を介して、バルク状の放射線変換層２３を支持基板２１に圧着（接合）することで構成されている。すなわち、放射線変換層２３は、インジウム層２２により、支持基板２１に貼り付けられている。また、詳細は後述するが、インジウム層２２は、放射線変換層２３に対するショットキー電極としても機能する。なお、インジウム層２２は、Ｉｎ製のシート（箔）を用いて形成する構成であっても良いし、支持基板２１の裏面にＩｎを成膜して形成する構成であっても良い。
【００２９】
放射線変換層２３は、化学物半導体結晶で構成されている。具体的には、放射線変換層２３は、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）の単結晶で構成されている。放射線変換層２３は、その厚さが、１ｍｍ以上３ｍｍ以下となっており、バルク状で且つ板状に形成されている。上記したように、放射線変換層２３は、インジウム層２２を介して、支持基板２１に圧着されている。すなわち、当該バルク状の放射線変換層２３を、インジウム層２２を介して、支持基板２１上に圧着することで、バルク状の放射線変換層２３が設けられた受線基板部４が構成されている。
【００３０】
また、インジウム層２２および放射線変換層２３は、それぞれがＩｎおよびＣｄＴｅで構成されていることで、相互の界面にショットキー障壁（ショットキー接合）が形成されるようになっている。より言えば、印加手段によって、インジウム層２２と放射線変換層２３との間に、インジウム層２２が正電位となるように電位差を印加されており、当該インジウム層２２への正電位の印加と、インジウム層２２および放射線変換層２３の材料の選択とによって、インジウム層２２と放射線変換層２３との間に、ショットキー障壁が形成されている。このショットキー障壁による整流作用によって、暗電流が抑制されるようになっている。
実施形態のように、各画素が区切られていない放射線変換層２３を用いる場合、放射線変換層２３に印加する電界の大小によって、発生した電気信号が横方向に広がるという現象が起きる。具体的には、電界が高いと、放射線変換層２３の材料内部が空乏化し、上記横方向への電気信号の広がり抑制できるが、電界が低いと、放射線変換層２３の材料内部が空乏化せず、上記横方向への電気信号の広がりが発生する。これが画像のにじみとなり、感度を悪化させる要因となる。特に、実施形態のような、厚い放射線変換層２３を用いる場合、材料内部を空乏化させるのに、より高い電界が必要となる。これに伴い、高い電界を印加すると、暗電流が増加して、この暗電流が感度を悪化させる。
これに対し、第１実施形態では、上記したように、インジウム層２２と放射線変換層２３との間に、ショットキー障壁を形成することで、暗電流を抑制する構成となっている。
【００３１】
［第２実施形態］
次に図３を参照して、第２実施形態に係る受線基板部４の構造について、詳細に説明する。なお、第２実施形態では、主に第１実施形態と異なる部分について説明する。第２実施形態の受線基板部４は、ショットキー障壁に代えて、ｐｎ接合の整流作用を利用して、暗電流を抑制したものである。
【００３２】
図３に示すように、第２実施形態の受線基板部４は、図２に記載の支持基板２１、インジウム層２２、放射線変換層２３、ランディング層２４および電極ピン２５に加え、インジウム層２２と放射線変換層２３との間に設けられた半導体電極層４１を、有している。半導体電極層４１は、ｎ型半導体で構成されている。具体的には、半導体電極層４１は、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）で構成されている。本実施形態では、半導体電極層４１と、インジウム層２２とにより、放射線変換層２３で発生した電気信号を電極ピン２５に送る電極層が構成されている。また、受線基板部４は、その表面に半導体電極層４１が形成された放射線変換層２３を、インジウム層２２により、支持基板２１に圧着することで構成されている。
【００３３】
また、半導体電極層４１および放射線変換層２３は、それぞれがｎ型半導体のＩＴＯ、ｐ型半導体のＣｄＴｅで構成されていることで、相互の界面にｐｎ接合が形成されるようになっている。このｐｎ接合による整流作用によって、暗電流が抑制されるようになっている。
【００３４】
以上の各実施形態によれば、支持基板２１に、化学物半導体結晶から成る放射線変換層２３を貼り付けて、受線基板部４を形成する構成であるため、支持基板２１上に放射線変換層２３を成膜する構成とは異なり、厚い放射線変換層２３を容易に形成することができる。よって、受線基板部４（ターゲット基板）に、厚い放射線変換層２３が設けることが可能な放射線撮像装置１を提供することができる。このような厚い放射線変換層２３により、放射線の吸収量を増加させることができ、放射線を効果的に電気信号に変換することができる。よって、感度を向上させることができる。
【００３５】
また、可塑性金属のＩｎ単体により、放射線変換層２３を支持基板２１に圧着して、受線基板部４を形成する構成であるため、接着剤を用いた場合のように、高真空中において接着剤からガスが放出することがない。このように、Ｉｎ（インジウム層２２）により放射線変換層２３を貼り付ける構成とすることで、ガス放出の問題を解決することができる。また、インジウム層２２を、接合層としてのみならず、電極層としても機能させることができるため、受線基板部４を、簡単な構成にすることができる。
【００３６】
さらに、第１実施形態において、放射線変換層２３を、インジウム層２２との界面でショットキー障壁が形成される材料（ＣｄＴｅ）で構成することにより、インジウム層２２を、ショットキー電極としても機能させることができる。そのため、暗電流を抑制することができる。これによって、放射線変換層２３に高電界を印加したときの暗電流の増加を抑えることができ、当該高電界の印加により、厚い放射線変換層２３による感度を向上させることができる。
【００３７】
また、第２実施形態において、インジウム層２２と放射線変換層２３との間に、ｎ型半導体の半導体電極層４１を設け、ｐｎ接合を形成することにより、第１実施形態のショットキー障壁と同等の効果を得ることができる。これによって、第１実施形態と同様、放射線変換層２３に高電界を印加したときの暗電流の増加を抑えることができ、当該高電界の印加により、厚い放射線変換層２３による感度を向上させることができる。
【００３８】
なお、上記各実施形態においては、放射線変換層２３をＣｄＴｅで構成したが、放射線変換層２３を、ＣｄＺｎＴｅ（テルル化カドミウム亜鉛）で構成しても良い。かかる構成によれば、ＣｄＴｅで構成した場合に比べ、放射線変換層２３の抵抗率を高くすることができるため、横方向への電気信号のにじみを抑制することができる。よって、画質を向上させることができる。
【００３９】
また、放射線変換層２３を、ＴｌＢｒ（臭化タリウム）で構成しても良い。かかる構成によれば、放射線変換層２３における、γ線の吸収量を多くすることができる。よって、γ線を高感度で検出（撮像）することができる。
【００４０】
さらに、放射線変換層２３の材料は、インジウム層２２との界面にショットキー障壁が形成される材料であれば、上記した各材料に限るものではない。すなわち、放射線変換層２３の材料は、仕事関数がＩｎより大きいｐ型半導体、または仕事関数がＩｎより小さいｎ型半導体であれば、上記した各材料に限るものではない。
【００４１】
なお、上記各実施形態においては、支持基板２１を、ガラスで構成したが、支持基板２１を、シリコン（Ｓｉ）で構成しても良い。かかる構成によれば、支持基板２１が、可視光を透過しなくなるため、可視光による信号電流の発生を抑制することができる。よって、可視光による影響（ノイズ）を排除することができ、効率良く放射線の検出（撮像）を行うことができる。
【００４２】
また、支持基板２１を、ベリリウム（Ｂｅ）で構成しても良い。かかる構成によれば、シリコンと同様、可視光を透過せず、可視光による影響（ノイズ）を排除することができると共に、支持基板２１の、低エネルギーＸ線の透過率を上げることができ、低エネルギーＸ線を、高感度で検出（撮像）することができる。
【００４３】
さらに、上記したものに限らず、支持基板２１を、セラミックスで構成しても良いし、ベリリウム以外の導電性材料、例えば、アルミニウムや鉄等で構成しても良い。
【００４４】
なお、上記各実施形態においては、インジウム層２２により放射線変換層２３を支持基板２１に圧着して貼り付ける構成であったが、放射線変換層２３を支持基板２１に貼り付ける構成であれば、これに限るものではない。
【００４５】
なお、上記第２実施形態においては、半導体電極層４１を、ＩＴＯで構成したが、半導体電極層４１を、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）で構成しても良い。
【００４６】
また、上記各実施形態においては、電子源として、ＨＥＥＤ冷陰極アレイを用いたが、電子源として、Ｓｐｉｎｄｔ型の冷陰極アレイや、カーボンナノチューブ、ＳＥＤ（Surface-Conduction  Electron-emitter  Display）方式の電子放出源アレイ等を用いても良い。ひいては、電子源として、電子放出源アレイを用いたものに限るものではない。すなわち、電子源として、電子銃を用いても良い。
【００４７】
また、上記各実施形態においては、放射線変換層２３を備えた放射線撮像装置１に、本発明を適用したが、これに限るものではない。例えば、可視光や紫外線を電気信号に変換する光電変換層を備えた撮像装置に、本発明を適用しても良い。
【符号の説明】
【００４８】
１：放射線撮像装置、  ２：電子放出基板部、  ３：真空空間、  ４：受線基板部、  ２１：支持基板、  ２２：インジウム層、  ２３：放射線変換層、  ４１：半導体電極層
【図１】
2016129123.tif 000003
【図２】
2016129123.tif 000004
【図３】
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