АППАРАТУРА ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ИЗЛУЧЕНИЯ И СИСТЕМА ВИЗУАЛИЗАЦИИ С ПОМОЩЬЮ ИЗЛУЧЕНИЯ
RADIATION DETECTION APPARATUS AND IMAGING SYSTEM USING RADIATION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к аппаратуре для регистрации излучения и системе визуализации излучения. В частности, настоящая спецификация предполагает, что электромагнитные волны, такие как видимый свет, рентгеновские лучи, α-лучи, β-лучи, γ-лучи, и им подобные, также понимаются под радиацией. При этом преобразовательный элемент включает в себя фотоэлектрический преобразовательный элемент, преобразовывающий свет, такой как видимый свет, в электрический сигнал.
Уровень техники
Обычно радиография, используемая для медицинской диагностической визуализации, подразделяется на обзорную радиографию для получения неподвижного изображения, например, рентгеновское радиографирование, и флуороскопическую радиографию для получения движущегося изображения. Для каждого типа радиографии выбор радиографии подразумевает выбор радиографической аппаратуры в соответствии с возможными требованиями.
За последние годы был создан плоскопанельный детектор, который включает в себя сенсорную панель, на поверхности которой в виде матрицы расположены пиксели, каждый из которых включает в себя преобразовательный элемент для преобразования излучения или света из сцинтилляционного слоя в электрические заряды и переключающий элемент. Плоскопанельный детектор в дальнейшем будет обозначаться аббревиатурой ППД.
В частности, преобразовательный элемент, изготовленный с использованием некристаллического полупроводника, таком как аморфный кремний, и тонкопленочный транзистор, изготовленный с использованием некристаллического полупроводника, используются как описано выше в WO 91/03745 (опубликованный перевод японской заявки PCT № H07-502865), US 6075256 (опубликованная японская патентная заявка № Н08-1160444) и US 2003/0226974 (опубликованная японская патентная заявка 2004-015002).
Некристаллический полупроводник в дальнейшем будет обозначаться аббревиатурой a-Si, и тонкопленочный транзистор в дальнейшем будет обозначаться аббревиатурой ТПТ. Упомянутый ППД начали применять в широком ряду типов радиографии от обзорной радиографии до флуороскопической радиографии.
Более того, для этого вида аппаратуры необходимо уменьшение дозы, и также обычно всегда необходимо улучшение выходного сигнала с помощью увеличения апертурного отношения (отношение площади открытой части пикселя к его полной площади) и снижения шумов. В частности, снижение линейных шумов приводит к заметному улучшению чувствительности ППД.
Были рассмотрены способы устранения факторов генерации линейных шумов (внешние факторы и внутренние факторы) и способы компенсации, и предложены различные способы в качестве способа компенсации шума. Например, в US 2006/0065845 (опубликованная японская патентная заявка 2006-101394) предложен способ вычитания шумов, вызванных паразитной емкостью, генерируемых при пересечении частей сигнальных линий и затворной линии из выходов сигнала путем выстраивания линий компенсации шума параллельно с сигнальными линиями. В документе шумы рассматривались как компоненты смещения.
Более того, данные изображения аппаратуры для регистрации радиации этого типа получены с помощью регистрации темнового выходного сигнала перед облучением и выходного сигнала при освещении после облучения соответственно, и с помощью вычитания темнового выходного сигнала из выходного сигнала при освещении после регистрации.
Другими словами, всегда необходимо устранять темновой выходной сигнал из выходного сигнала при освещении для того, чтобы получить одно изображение, и следовательно, устранение становится большой проблемой для высокоскоростных операций, то есть для увеличения скорости операций при формировании движущегося изображения.
В это время, хотя также предполагается уменьшение частоты чтения темнового выходного сигнала до минимума, то есть осуществление вычитания путем использования исходных данных темнового выходного сигнала, можно сказать, что желательно осуществлять вычитание каждый раз, или осуществлять вычитание при конкретной частоте, принимая во внимание качество изображения.
В качестве примера, в USP 6696687 (опубликованная японская патентная заявка 2001-56382) также предлагается рассмотреть холостой пиксель, не имеющий фотоэлектрического переключающего элемента на стороне ППД, и устранить выходной сигнал с холостого пикселя из выходного сигнала считываемого изображения, рассматривая его как выходной сигнал смещения.
Раскрытие изобретения
Тем не менее, устранение шумов с помощью метода осуществления компенсации только с учетом пересекающихся частей разводки, раскрытого в US 2006/0065845 опубликованная (японская патентная заявка 2006-101394) является недостаточным.
Более того, точность устранения шумов, вызванных компонентами смещения, так называемых темновых выходных сигналов, обеспечиваемая способом, раскрытым в USP 6696687 (опубликованная японская патентная заявка 2001-56382) является недостаточной, указанный способ вычитает темновой выходной сигнал холостого пикселя, оборудованного на стороне компонента регистрации рентгеновского излучения, из полного выходного сигнала компонента регистрации рентгеновского излучения.
Следовательно, способы снижения шумов способы получения хорошего изображения все еще актуальны.
Соответственно, цели настоящего изобретения заключаются в обеспечении аппаратуры по обнаружению излучения и системы формирования изображения с помощью излучения, способных понижать шумы для получения хорошего изображения.
В качестве средства для решения описанной выше проблемы настоящее изобретение представляет собой аппаратуру для регистрации излучения, которая включает в себя: множество пикселей, каждый из которых имеет преобразовательный элемент для преобразования падающего излучения в электрический сигнал и первый переключающий элемент, подключенный к преобразовательному элементу; первую сигнальную линию; вторую сигнальную линию и второй переключающий элемент, неподключенный к преобразовательному элементу; и разводку возбуждения, при этом первый переключающий элемент имеет первый основной электрод, электрически связанный с первой сигнальной линией, второй основной электрод, электрически связанный с преобразовательным элементом, и электрод затвора, электрически связанный с разводкой возбуждения, каждый из множества пикселей также имеет первый основной электрод, электрически связанный со второй сигнальной линией, и электрод затвора, электрически связанный с разводкой возбуждения которая является общей с таковой для первого переключающего элемента, и дифференциальный усилитель для вывода сигнала, соответствующего разнице между выходными сигналами первого и второго переключающих элементов.
В соответствии с аппаратурой для регистрации излучения и системы визуализации с помощью излучения настоящего изобретения, шумы могут быть снижены, и, следовательно, может быть получено хорошее изображение.
Другие характеристики и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из следующего описания в сочетании с прилагающимися чертежами, в которых номера позиций указывают на одинаковые или схожие части для всех фигур.
Дополнительные характеристики настоящего изобретения будут очевидны из нижеследующего описания иллюстративных вариантов осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи.
Краткое описание чертежей
Прилагаемые чертежи, которые составляют неотъемлемую часть спецификации, иллюстрируют варианты осуществления изобретения и, вместе с описанием, служат для объяснения принципов изобретения.
Фиг.1 представляет собой электрическую схему, иллюстрирующую конфигурацию аппаратуры для регистрации излучения в качестве первого варианта осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 представляет собой схематичный вид сверху одного пикселя аппаратуры для регистрации излучения первого варианта осуществления настоящего изобретения.
Фиг.3 представляет собой схематичный вид в разрезе, взятом вдоль оси 3-3 на фиг.2.
Фиг.4 представляет собой вид сверху одного пикселя варианта применения аппаратуры для регистрации излучения первого варианта осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5 представляет собой схематичный вид в разрезе, взятом вдоль оси 5-5 фиг.4.
Фиг.6 представляет собой электрическую схему примера применения аппаратуры для регистрации излучения первого варианта осуществления настоящего изобретения.
Фиг.7 представляет собой электрическую схему, иллюстрирующую конфигурацию аппаратуры для регистрации излучения в качестве второго варианта осуществления настоящего изобретения.
Фиг.8 представляет собой вид сверху одного пикселя аппаратуры для регистрации излучения второго варианта осуществления настоящего изобретения.
Фиг.9 представляет собой вид в разрезе, взятом вдоль оси 9-9 на фиг.8.
Фиг.10 представляет собой электрическую схему, иллюстрирующую конфигурацию аппаратуры для регистрации излучения в качестве второго варианта осуществления настоящего изобретения.
Фиг.11 представляет собой схематичный вид сверху одного пикселя аппаратуры для регистрации излучения второго варианта осуществления настоящего изобретения.
Фиг.12 представляет собой вид в разрезе, взятом вдоль оси 12-12 на Фиг.11.
Фиг.13 представляет собой электрическую схему, иллюстрирующую конфигурацию аппаратуры для регистрации излучения в качестве третьего варианта осуществления настоящего изобретения.
Фиг.14 представляет собой схематичный вид сверху одного пикселя аппаратуры для регистрации излучения третьего варианта осуществления настоящего изобретения.
Фиг.15 представляет собой вид в разрезе, взятый вдоль оси 15-15 на фиг.1.
Фиг.16 представляет собой электрическую схему, иллюстрирующую случай минимизации холостых фотоэлектрических преобразовательных элементов, принимая во внимание апертурное отношение, в третьем варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг.17 представляет собой вид сверху одного пикселя аппаратуры для регистрации излучения в качестве четвертого варианта осуществления настоящего изобретения.
Фиг.18 представляет собой вид в разрезе, взятый вдоль оси 18-18 на фиг.17.
Фиг.19 представляет собой электрическую схему, иллюстрирующую конфигурацию аппаратуры для регистрации излучения в качестве пятого варианта осуществления настоящего изобретения.
Фиг.20 представляет собой вариант применения в случае, когда аппаратура для регистрации излучения, в соответствии с подходящим вариантом осуществления настоящего изобретения, применяется в системе визуализации с помощью излучения, которая представляет собой радиологическую систему диагностики.
Фиг.21 представляет собой вид в перспективе, иллюстрирующий структуру аппаратуры для регистрации излучения, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.22 представляет собой вид в перспективе, иллюстрирующий структуру, в которой на верху подложки для регистрации излучения расположен сцинтилляционный слой для преобразования излучения, например, рентгеновских лучей, в световое излучение, такое как видимый свет.
Фиг.23 представляет собой вид в разрезе сцинтилляционной панели.
Лучшие способы выполнения настоящего изобретения
В дальнейшем будут описаны иллюстративные варианты осуществления для воплощения настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.
(Первый вариант осуществления)
Фиг.1 представляет собой схематичную электрическую схему, иллюстрирующую конфигурацию аппаратуры для регистрации излучения в качестве первого варианта осуществления настоящего изобретения. В настоящем изобретении излучение может быть видимым светом.
Как проиллюстрировано на фиг.1, аппаратура для регистрации излучения включает в себя фотоэлектрические преобразовательные элементы 101 PIN типа, в качестве преобразовательных элементов для преобразования падающего излучения в электрические сигналы, и переходные ТПТ 102, в качестве первых переключающих элементов. Более того, аппаратура для регистрации излучение включает в себя линии возбуждения 103, электрически связанные с затворами переходных ТПТ 102, и первые сигнальные линии 104, связанные электрически с электродами истока или стока, в качестве основных электродов переходных ТПТ 102. Переходные ТПТ 102 включают в себя первые основные электроды, связанные электрически с первыми сигнальными линиями 104, вторые основные электроды, связанные электрически с преобразовательными элементами 101, и электроды затвора, действующие, как управляющие электроды, связанные электрически с разводкой возбуждения.
Аппаратура для регистрации излучения дополнительно включает в себя линию 105 смещения для подачи потенциала смещения, причем линия 105 смещения связана электрически с фотоэлектрическими преобразовательными элементами 101 PIN типа, в качестве первой линии смещения. Более того, аппаратура для регистрации излучения дополнительно включает в себя холостые ТПТ 12 в качестве вторых переключающих элементов. Фотоэлектрические преобразовательные элементы 101 PIN типа, переходные ТПТ 102, холостые ТПТ 12, первые сигнальные линии 104, силовые линии 103 и линия 105 смещения сформированы на изоляционной подложке для формирования подложки 30 для регистрации излучения. Холостые ТПТ 12 имеют практически такие же структуры, как и переходные ТПТ 102.
Схожие структуры указывают на то, что и передающие ТПТ 102 и холостые ТПТ 12 имеют практически одинаковую паразитную емкость. Аппаратура для регистрации излучения дополнительно включает в себя холостые сигнальные линии 14, имеющие структуры, практически идентичные таковым первых сигнальных линий 104, и электрически связаны с электродами истока или стока холостых ТПТ 12, которые являются основными электродами холостых ТПТ 12, в качестве вторых сигнальных линий. Холостые ТПТ 12 включают в себя первые основные электроды, электрически связанные со вторыми сигнальными линиями, и электроды затворов, электрически связанные с разводкой возбуждения.
Каждый из фотоэлектрических преобразовательных элементов 101 PIN типа, переходных ТПТ 12 и холостых переходных ТПТ 102 образуют пиксель. Как изображено на фиг.1, имеется множество пикселей. Множество пикселей может располагаться в двух измерениях вдоль одного и другого направления. В соответствии с настоящим вариантом осуществления, как показано на фиг.1, пиксели расположены в виде матрицы. Электрод затвора переходного ТПТ 102 и электрод затвора холостого ТПТ 12 каждого пикселя в ряду из множества пикселей, расположенных в одном направлении, электрически связаны с линией 103 возбуждения.
Первый основной электрод переходного ТПТ 102 каждого пикселя в колонке из множества пикселей, выстроенных в другом направлении, связан электрически с первой сигнальной линией 104. При этом первый основной электрод холостого ТПТ 12 каждого пикселя в колонке пикселей электрически связан с холостой сигнальной линией 14.
Электроды затвора одного из передающих ТПТ 102 и один из холостых ТПТ 12, который имеется в том же пикселе, электрически связаны с одной из общих линий 103 возбуждения. Холостые ТПТ 12 функционируют в качестве холостых переключающих элементов. Аппаратура для регистрации излучения дополнительно включает в себя дифференциальные усилители 21, работающие в качестве дифференциального устройства, выдающего сигналы, соответствующие разнице между выходными сигналами первых переключающих элементов и выходами вторых переключающих элементов, буферных усилителей 22 и интегрирующих усилителей 23. Аппаратура для регистрации излучения дополнительно включает в себя схему обработки сигналов 106, АЦП 108, схему 107 возбуждения для возбуждения переходных ТПТ 102 и холостых ТПТ 12. Дифференциальное устройство может представлять собой любое устройство при условии, что это устройство способно к операции вычитания, даже если это устройство не является дифференциальным усилителем. Дифференциальный усилитель 21, буферный усилитель 22 и интегрирующий усилитель 23 расположены снаружи от подложки 30 регистрации излучения, и электрически связаны с подложкой 30 регистрации излучения.
Тем не менее, дифференциальный усилитель 21, буферный усилитель 22 и интегрирующий усилитель 23 могут быть смонтированы в виде кристалла ИС на изоляционной подложке, представляющей собой подложку 30 регистрации радиации. В этом случае подложка 30 регистрации излучения оборудована дифференциальным устройством.
В настоящем варианте осуществления излучение (рентгеновские лучи, α-лучи, β-лучи или γ-лучи) преобразуется в видимый свет с помощью непроиллюстрированных сцинтилляторных слоев, и видимый свет подвергают фотоэлектрическому преобразованию с помощью фотоэлектрических преобразовательных элементов 101 PIN типа. Следовательно, фотоэлектрические преобразовательные элементы 101 PIN типа функционируют как сенсоры.
Значения зарядов, накопленных в фотоэлектрических преобразовательных элементах 101 PIN типа, выводят через сигнальные линии 104 с помощью переходных ТПТ 102. Выходные сигналы представляют собой сигналы, включающие в себя воздействия снаружи аппаратуры или воздействия в аппаратуре (например, шумовые компоненты, прошедшие через фильтр из источника питания аппаратуры) за время работы передающих ТПТ 102.
Кроме того, величина каждой из шумовых компонент иногда меняется со временем.
Значения зарядов, выведенные через холостые сигнальные линии 14 с помощью холостых ТПТ 12, становятся сигналами шумовых компонент, сгенерированных воздействиями извне аппаратуры или воздействиями внутри аппаратуры, за время работы. При этом для работы переходных ТПТ и подложки 30 регистрации излучения необходимо включить каждый из ТПТ. То есть, когда первый и второй переключатели включены, электрический сигнал подается в первые сигнальные линии колонки пикселей, а во вторую сигнальную линию колонки пикселей подается шумовой сигнал.
Кроме того, холостые ТПТ 12, связанные с каждой из линий 103 возбуждения, которая также используется переходными ТПТ 102, работают одновременно с переходными ТПТ 102. Следовательно, подходящие сигналы могут быть получены с помощью вычитания шумовых компонентов, возникших на холостых сигнальных линиях 14 и холостых ТПТ 12, помимо пересекающихся частей разводки, из выходных сигналов, полученных с помощью переходных ТПТ 102 в тех же пикселях.
Следовательно, снижение линейных шумов, которые являются шумами, относящимися к временным характеристикам потенциала возбуждения ТПТ 102, переданного в линии возбуждения 103, может быть подходящим образом выполнено во всех пикселях.
Более того, в сигнальных линиях 104 генерируется паразитная емкость (около половины от всей) в участках пересечения с линиями 103 возбуждения и паразитная емкость (около половины от всей) в участках, относящихся к ТПТ. Соответственно, линейные шумы могут быть эффективно понижены, сделав паразитную емкость почти такой же, как на холостых сигнальных линиях 14.
Фиг.2 представляет собой схематичный вид сверху одного пикселя аппаратуры для регистрации излучения первого варианта осуществления настоящего изобретения. На фиг.2 используются такие же ссылочные позиции, как и на фиг.1.
Фиг.3 представляет собой схематичный вид в разрезе, взятом вдоль оси 3-3 на фиг.2.
На фиг.3 показаны изоляционная подложка 100, такая как стеклянная подложка, и переходной ТПТ 102, в состав которого входят электрод 210 затвора, изолирующая пленка 202 затвора, полупроводниковый слой 203, электроды 204 истока и стока, в качестве соответствующих основных электродов, и защитная пленка 205.
Более того, фотоэлектрический преобразовательный элемент 101 включает в себя нижний электрод 206, полупроводниковый слой 207, верхний электрод 208, который является прозрачной проводящей пленкой, линию 209 смещения и защитный слой 210.
С другой стороны, холостой ТПТ 12 включает в себя электрод 301 затвора, полупроводниковый слой 303, электрод 304 истока или стока, в качестве основного электрода, и защитную пленку 305 (защитная пленка 205 и защитная пленка 305 выполнены из одной защитной пленки). Пиксель дополнительно включает в себя промежуточный изоляционный слой 403 и защитный слой 212, размещенный на фотоэлектрическом преобразовательном элементе 101 (последний защитный слой).
Основной электрод холостого ТПТ 12 в настоящем изобретении включает в себя либо электрод истока, либо стока 304, электрически связанный с холостой сигнальной линией 14.
В переходном ТПТ 102 омический слой расположен между электродами 204 стока и истока, и полупроводниковым слоем 203, и удален в канальной части. С другой стороны, в холостом ТПТ 12, выбрана структура, в которой содержится омический слой под электродом 304 истока или стока, и омический слой удален в других областях, включая канальную часть. Эта структура предназначена для того, чтобы сделать паразитную емкость на холостой сигнальной линии 14 практически такой же.
Сигнальные линии 104 и холостые сигнальные линии 14, переходные ТПТ 102 и холостые ТПТ 12 выполнены одним способом, соответственно, так что они соответственно имеют схожие конфигурации слоев и схожие размеры. В данном случае, как описано выше, холостые ТПТ не имеют частей соответствующим основным электродам, противостоящим электродам 304 истока или стока, электрически связанным с холостыми сигнальными линиями 14 холостых ТПТ 12.
В настоящем варианте осуществления взаимное расположение сигнальных линий 104 и переходных ТПТ 102 и взаимное расположение холостых сигнальных линий 14 и холостых ТПТ 12 является схожим в направлениях справа налево. Другими словами, рассматриваемая конфигурация такова, что в ней положения холостых сигнальных линий 14 и холостых ТПТ 12 расположены вдоль линий возбуждения 103, как референсные для отвода в сигнальные линии 104 и переходных ТПТ 102. Благодаря такой конфигурации воздействия, вызванные внешними факторами, приложены аналогично как к сигнальным линиям 104, так и холостым сигнальным линиям 14. Следовательно, могут быть получены сигналы, имеющие эффективно сниженные шумовые компоненты.
Фиг.4 иллюстрирует пример применения настоящего варианта осуществления, причем пример отличается от структуры, проиллюстрированной на фиг.2 тем, что фотоэлектрический преобразовательный элемент 101 ламинирован для того, чтобы покрывать переходной ТПТ 102 и холостой ТПТ 12.
Фиг.5 представляет собой схематичный вид в разрезе, взятом вдоль оси 4-4 фиг.4. Расстояние между нижним электродом 206 фотоэлектрического преобразовательного элемента 101 и основными электродами 203 переходных ТПТ 102, электрически связанных с сигнальной разводкой 104, и расстояние между нижним электродом и основным электродом 204, электрически связанным с холостой сигнальной разводкой 14, по существу одинаково.
Следовательно, паразитная емкость, сгенерированная между нижним электродом 206 фотоэлектрического преобразовательного элемента 101 и основными электродами 204 переходного ТПТ 102, и паразитная емкость, сгенерированная между нижним электродом 206 и основным электродом 304 холостого ТПТ 12, по существу одинаковы. Следовательно, линейные шумы могут быть эффективно снижены.
На сигнальных линиях 104 паразитная емкость создается на участках пересечения с линиями возбуждения 103 (около трети от полной), частях, относящихся к ТПТ (около трети от полной) и участках, перекрываемых фотоэлектрическими преобразовательными элементами 101 (около трети от полной). Соответственно, линейные шумы могут быть эффективно снижены, если сделать паразитную емкость такой же, как на холостых сигнальных линиях 14.
Более того, конфигурация, проиллюстрированная на фиг.4 и 5 является подходящей, поскольку апертурное отношение фотоэлектрических преобразовательных элементов 101 может быть улучшено даже в конфигурации, включающей в себя холостые ТПТ 12.
Фиг.6 представляет собой электрическую схему, иллюстрирующую конфигурацию, представляющую собой пример применения аппаратуры для регистрации излучения, проиллюстрированной на фиг.1.
Проиллюстрирована конфигурация для обработки сигналов от пикселей в дифференциальных усилителях 21 и буферных усилителях 22 вместо обработки сигналов в интегрирующих усилителях 23, буферных усилителях 22 и дифференциальных усилителях 21.
Согласно вышеупомянутой конфигурации сигналы из переходных ТПТ 102 и холостых ТПТ 12 могут быть введены в дифференциальные усилители 21 без прохождения интегрирующих усилителей 23 и буферных усилителей 22, и, следовательно, точность устранения шумов улучшается.
(Второй вариант осуществления).
Фиг.7 представляет собой схематичную электрическую схему, иллюстрирующую конфигурацию аппаратуры для регистрации излучения в качестве второго варианта осуществления настоящего изобретения. Настоящий вариант осуществления использует структуру с двумя затворами, в которой каждый из переходных ТПТ 102 и холостых ТПТ 12 включает в себя два последовательно соединенных ТПТ, электроды затвора которых подключены к одной из общих линий 103 возбуждения. При этом, как описано ниже, переходные ТПТ 102 и холостые ТПТ 12 являются поликремниевыми ТПТ. Используя переходные ТПТ 102 и холостые ТПТ 12 с двумя затворами, ток утечки каждого из ТПТ 102 и 12 может быть снижен, и, следовательно, шумы могут быть понижены для обеспечения получения хорошего изображения.
Фиг.8 представляет собой схематичный вид сверху одного пикселя аппаратуры для регистрации излучения согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг.8 ссылочные позиции являются такими же, как и на фиг.7. Фиг.9 представляет собой схематичный вид в разрезе, взятом вдоль линии 9-9 на фиг.8.
На фиг.9 показаны изоляционная подложка 100, такая как стеклянная подложка, переходные ТПТ 102, включающие в себя электроды 201 затвора, изоляционные пленки 202 подложки, поликремневые полупроводниковые слои 603, 604 и 605 и защитную пленку 205. При этом полупроводниковые слои 604 представляют собой электроды истока и стока, т.е. основные электроды переходных ТПТ 102, и являются полупроводниковыми областями, легированными элементами примесей. Полупроводниковые слои 605 являются полупроводниковыми областями менее легированные, чем полупроводниковые слои 604. Полупроводниковые слои 603 являются нелегированными полупроводниковыми областями или полупроводниковыми областями, легированные чрезвычайно низко.
С другой стороны, холостые ТПТ 12 включают в себя затворные электроды 301, полупроводниковые слои 703, 704 и 705 и защитную пленку 305 (защитная пленка 205 и защитная пленка 305 сформированы из одной защитной пленки). Пиксель дополнительно включает в себя промежуточный диэлектрический слой 403 и защитный слой 212, размещенные на фотоэлектрическом преобразовательном элементе 101 (последний защитный слой).
С помощью описанной выше конфигурации паразитная емкость, связанная с холостыми сигнальными линиями 14, может быть сделана практически такой же, как и паразитная емкость, связанная с сигнальными линиями 104. Более того, несмотря на то, что в конфигурации, проиллюстрированной на фиг.9, предусмотрены два электрода 301 затвора холостых ТПТ 12, может быть выбрана конфигурация, в которой только ТПТ, подключенный к одной из холостых сигнальных линий 14, включает в себя электрод затвора в каждом из двух ТПТ образующих структуру с двумя затворами.
(Третий вариант осуществления)
Фиг.10 представляет собой электрическую схему, иллюстрирующую конфигурацию аппаратуры для регистрации излучения в качестве третьего варианта осуществления настоящего изобретения.
Как проиллюстрировано на фиг.10, аппаратура для регистрации излучения включает в себя источник 501 питания, способный подавать потенциал смещения и разводку 502 опорного напряжения для холостых ТПТ 12. Другие компоненты обозначаются также, как и на предшествующих фигурах.
Также в настоящем варианте осуществления, как и в первом варианте осуществления, холостая сигнальная линия 14 и холостые ТПТ 12 имеют такую же конфигурацию слоев и такие же размеры, как и сигнальные линии 104 и переходные ТПТ 102 соответственно.
Фиг.11 представляет собой схематичный вид сверху одного пикселя аппаратуры для регистрации излучения согласно настоящему варианту осуществления. На фиг.11 используются те же ссылочные позиции, что и на фиг.10. Фиг.12 представляет собой вид в разрезе, взятом вдоль оси 12-12 на фиг.11.
Первый электрод из электродов 304 истока и стока, которые являются главными электродами холостых ТПТ 12, электрически связан с холостой сигнальной линией 14, и второй электрод из электродов 304 истока и стока электрически связан с разводкой опорного напряжения 502, которая представляет собой питающую линию фиксированного потенциала. Например, в качестве фиксированного потенциала используется корпусная земля. Следовательно, холостой ТРТ 12 не связан с фотоэлектрическим преобразовательным элементом 101, как и в первом варианте осуществления.
Настоящий вариант осуществления вводит структуру для минимизации влияния более низко расположенных электродов 206 фотоэлектрических преобразовательных элементов 101 в конфигурации, в которой промежуточные изоляционные слои 403 размещены между фотоэлектрическими преобразовательными элементами 101 и ТПТ 102. Другими словами, настоящий вариант осуществления может быть использован подходящим образом в случае, когда влияниями более низко расположенных электродов 206 фотоэлектрических преобразовательных элементов 101 нельзя пренебречь, например, в случае, когда диэлектрические постоянные промежуточных изоляционных пленок высокие или в случае, когда формирование тонких пленок затруднительно.
В описанных выше вариантах осуществления, предпочтительно формировать сигнальные линии 104, и переходные ТПТ 102, и холостые сигнальные линии 14, и холостые ТПТ 12 соответственно в виде практически идентичных структур. Более того, поскольку свойства направленности электрических полей и магнитных полей особенно важны как внешние факторы, связанные с линейными шумами, предпочтительно разместить соответствующие элементы в тех же направлениях, как показано на фиг.10.
(Четвертый вариант осуществления)
Фиг.13 представляет собой электрическую схему, иллюстрирующую конфигурацию аппаратуры для регистрации излучения в качестве четвертого варианта осуществления настоящего изобретения.
Как проиллюстрировано на фиг.13, аппаратура для регистрации излучения включает в себя фотоэлектрические преобразовательные элементы 101 PIN типа, переходные ТПТ 102, линии 103 возбуждения переходных ТПТ 102, сигнальные линии 104, и линии 105 смещения фотоэлектрических преобразовательных элементов 101 PIN типа. Более того, аппаратура для регистрации излучения включает в себя холостые фотоэлектрические преобразовательные элементы 11 PIN типа (холостые фотоэлектрические преобразовательные элементы), которые имеют практически такую же структуру, что и фотоэлектрические преобразовательные элементы 101 PIN типа, в качестве холостых преобразовательных элементов, и холостые ТПТ 12, которые имеют практически такие же структуры, что и переходные ТПТ 102. Более того, аппаратура для регистрации излучения дополнительно включает в себя холостые сигнальные линии 14, которые имеют практически такие же структуры, что и сигнальные линии 104, и линии 15 смещения холостых фотоэлектрических преобразовательных элементов 11 PIN типа, в качестве вторых линии смещения. Фотоэлектрические преобразовательные элементы 101 PIN типа, переходные ТПТ 102, холостые фотоэлектрические преобразовательные элементы 11 PIN типа, холостые ТПТ 12, первые сигнальные линии 104, вторые сигнальные линии 14, линии 103 возбуждения и линия 105, 15 смещения, сформированы на изоляционной подложке для формирования подложки 30 регистрации излучения.
В этом случае электроды затворов холостых ТПТ 12 электрически связаны с линиями 103 возбуждения, причем переходные ТПТ 102 и холостые ТПТ 12 работают одновременно.
Аппаратура для регистрации излучения дополнительно включает в себя дифференциальные усилители 21, буферные усилители 22 и интегрирующие усилители 23.
Более того, холостые фотоэлектрические преобразовательные элементы закрыты от света, поскольку для того, чтобы зарегистрировать темновые выходные сигналы необходимо отсутствие падающего света. Таким образом, холостые фотоэлектрические преобразовательные элементы 11 PIN типа сформированы как простая емкость (конденсаторные приборы). Если линии 15 и 105 смещения выполнены из металлических слоев, способных закрыть от падающего света, например, выполнены из алюминия, холостые фотоэлектрические преобразовательные элементы 11 PIN типа могут быть выполнены с помощью использования таких же металлических слоев, как и линии 15 и 105 смещения.
Следовательно, технология изготовления холостых фотоэлектрических преобразовательных элементов 11 может быть упрощена.
В аппаратуре для регистрации излучения, излучение преобразуется в видимый свет с помощью непроиллюстрированных слоев сцинтиллятора, и преобразованный свет фотоэлектрически преобразовывается с помощью фотоэлектрических преобразовательных элементов 101.
Значения зарядов, накопленных в фотоэлектрических преобразовательных элементах 101, выводятся через сигнальные линии 104 с помощью переходных ТПТ 102.
Выходные сигналы включают в себя темновые выходные сигналы, то есть выходные сигналы смещения.
Подходящие сигналы могут быть получены с помощью вычитания из выходных сигналов выходных сигналов смещения, включающих в себя выходные сигналы участков холостой сигнальной линии, холостых фотоэлектрических преобразовательных элементов 11, и холостых ТПТ 12, которые размещены в тех же пикселях. С помощью размещения в каждом пикселе фотоэлектрических преобразовательных элементов 101 и холостых фотоэлектрических преобразовательных элементов 11, а также ТПТ 102 и холостых ТПТ 12, могут быть получены подходящие сигналы, даже если в областях пикселей существует распределение температур.
Фиг.14 представляет собой схематичный вид сверху одного пикселя аппаратуры для регистрации излучения третьего варианта осуществления настоящего изобретения. На фиг.14 ссылочные позиции такие же, как на фиг.13.
Фиг.15 представляет собой вид в разрезе, взятый вдоль оси 15-15 на фиг.14.
Как проиллюстрировано на фиг.15, переходные ТПТ 102 включают в себя электроды 201 затвора, изоляционную пленку 202 затвора, полупроводниковый слой 203, электроды 204 истока и стока и защитную пленку 205.
Более того, фотоэлектрический преобразовательный элемент 101 включает в себя нижний электрод 206, полупроводниковый слой 207 прозрачный верхний электрод 208, линию 209 смещения, защитный слой 210.
С другой стороны, холостой ТПТ 12 включает в себя электрод 301 затвора, полупроводниковый слой 303, электроды истока и стока 304, и защитную пленку 305.
Более того, холостой фотоэлектрический преобразовательный элемент 11 включает в себя нижний электрод 306, полупроводниковый слой 307, и линию 309 смещения в качестве второй линии смещения, причем линия 309 смещения также выполняет функции верхнего электрода холостого фотоэлектрического преобразовательного элемента 11.
Переходные ТПТ 102 и холостые ТПТ 12, фотоэлектрические преобразовательные элементы 101 и холостые фотоэлектрические преобразовательные элементы 11 имеют, соответственно, схожие конфигурации слоев, и, соответственно, сформированы на одних и тех же этапах. Другими словами, каждый из ТПТ 102 и 12 и каждый из фотоэлектрических преобразовательных элементов 101 и 11 имеют, соответственно, практически одинаковую емкость.
В настоящем варианте осуществления холостые сигнальные линии 14, холостые ТПТ 12, и холостые фотоэлектрические преобразовательные элементы 11, и сигнальные линии 104, переходные ТПТ 102 и фотоэлектрические преобразовательные элементы 101 имеют, соответственно, одинаковые конфигурации слоев и одинаковые размеры, но также возможно уменьшить размеры холостых фотоэлектрических преобразовательных элементов 11 и/или холостых ТПТ 12. В этом случае, уменьшение размеров возможно благодаря умножению выходных сигналов из холостых сигнальных линий 14 на коэффициент для осуществления вычитания. Коэффициент получается из отношения емкости С2 холостого фотоэлектрического преобразовательного элемента (холостого ТПТ) 11 к емкости С1 фотоэлектрического преобразовательного элемента (ТПТ) 101.
С1/С2=(ε0×εS1×S1/L1)/(ε0×εS2×S2/L2),
где ε - диэлектрическая постоянная изоляционного материала, εS - диэлектрическая проницаемость вакуума, S - площадь электрода; L - расстояние между электродами.
Фиг.16 представляет собой электрическую схему в случае минимизации холостых фотоэлектрических преобразовательных элементов 11, принимая во внимание апертурное отношение.
(Пятый вариант осуществления)
Фиг.17 представляет собой вид сверху одного пикселя аппаратуры для регистрации излучения в качестве пятого варианта осуществления настоящего изобретения. Настоящий вариант осуществления представляет собой другой пример четвертого варианта осуществления. Следовательно, конфигурация схемы такая же, как и в третьем варианте осуществления.
Фиг.18 представляет собой вид в разрезе, взятый вдоль оси 18-18 на Фиг.17.
Как проиллюстрировано на фиг.18, холостой фотоэлектрический преобразовательный элемент 11, имеющий тип структуры металл-изолятор-полупроводник (МИП) включает в себя нижний электрод, связанный с непроиллюстрированным фиксированным потенциалом. Более того, холостой фотоэлектрический преобразовательный элемент 11 включает в себя верхний электрод 402, электрически связанный с холостым ТПТ 12. Фотоэлектрический преобразовательный элемент 101 установлен так, что он размещен поверх переходного ТПТ 102, холостого ТПТ 12 и холостого фотоэлектрического преобразовательного элемента 11, чтобы покрыть их промежуточным изоляционным слоем 403, расположенным между фотоэлектрическим преобразовательным элементом 101 и ТПТ 102 и 12 и холостым фотоэлектрическим преобразовательным элементом 11. Сцинтилляторный слой (не проиллюстрирован), который преобразует излучение в видимый свет, размещен поверх фотоэлектрического преобразовательного элемента 101, и выполняет роль преобразовательного элемента. Настоящая конфигурация имеет большее апертурное отношение части, принимающей свет, чем конфигурация, в которой ТПТ 102 и фотоэлектрические преобразовательные элементы 101 размещены в одной плоскости.
В настоящем изобретении холостые сигнальные линии 14 и холостые ТПТ 12 имеют конфигурации и размеры, такие же как, соответственно, у сигнальных линий 104, и переходных ТПТ 102, аналогично третьему варианту осуществления.
Более того, холостые фотоэлектрические преобразовательные элементы 11 и фотоэлектрические преобразовательные элементы 101 имеют практически одинаковую емкость. Холостые фотоэлектрические преобразовательные элементы 11 закрыты от света, чтобы свет не проникал из сцинтилляторного слоя в холостые фотоэлектрические преобразовательные элементы 11. Соответственно, холостые фотоэлектрические преобразовательные элементы 11 сформированы как простые емкости (устройства емкости).
В результате, темновые выходные сигналы могут быть эффективно вычтены из сигнальных выходов.
(Шестой вариант осуществления)
Фиг.19 представляет собой электрическую схему, иллюстрирующую конфигурацию аппаратуры для регистрации излучения в качестве шестого варианта осуществления настоящего изобретения.
Как проиллюстрировано на фиг.19, аппаратура для регистрации излучения включает в себя сбрасывающие ТПТ 601, в качестве третьих переключающих элементов для сброса фотоэлектрических элементов 101, сбрасывающие линии 602 смещения, сбрасывающий источник 603 питания и другие компоненты, обозначенные так же, как и в предыдущих вариантах осуществления. Фотоэлектрические преобразовательные элементы 101 PIN типа, переходные ТПТ 102, холостые фотоэлектрические преобразовательные элементы 11 PIN типа, холостые ТПТ 12, первые сигнальные линии 104, вторые сигнальные линии 14, линии 103 возбуждения и сбрасывающий ТПТ 601 и сбрасывающая линия 602 смещения сформированы на изоляционной подложке для формирования подложки 30 регистрации излучения.
Также в настоящем изобретении холостые сигнальные линии 14 и холостые ТПТ 12 имеют конфигурации слоев и размеры, такие же, соответственно, как и сигнальные линии 104 и переходные ТПТ 101, аналогично пятому варианту осуществления.
Более того, холостые преобразовательные элементы 11 и фотоэлектрические преобразовательные элементы 101 имеют практически одинаковую емкость. Более того, непроиллюстрированные линии смещения связаны с холостыми фотоэлектрическими преобразовательными элементами 11 и фотоэлектрическими преобразовательными элементами 101, соответственно.
В результате, темновые выходные сигналы могут быть эффективно вычтены из сигнальных выходов.
В соответствии с описанными выше вариантами осуществления каждый из элементов устроен так, что количество пересекающихся участков сигнальных линий 104 и холостых сигнальных линий 14 с линиями затвора может быть одним и теми же. При одинаковом количестве пересекающихся участков, как описано выше, могут быть получены подходящие сигналы, при больших количествах ТПТ.
Несмотря на то, что в настоящей спецификации были описаны ППД косвенного действия, сочетающие сцинтилляторы, преобразовывающие рентгеновские лучи и им подобные в видимый свет и фотоэлектрические преобразовательные элементы 101 PIN типа, также могут быть использованы ППД косвенного действия, использующие фотоэлектрические преобразовательные элементы МДП-типа. Также могут быть использованы ППД прямого действия, использующие преобразовательные элементы прямого действия (такие, как a-Se), преобразовывающие рентгеновские лучи и им подобные непосредственно в заряды. Более того, настоящее изобретение также применимо в аппаратуре регистрации видимого света. Конфигурации ТПТ, использующие a-Si и поли-Si, дают практически схожие эффекты при их применении в настоящем изобретении.
Фиг.21 представляет собой вид в перспективе, иллюстрирующий структуру аппаратуры для регистрации излучения, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Наверху регистрирующей излучение подложки 30 расположен сцинтиллятор 45 для преобразования рентгеновских лучей в свет, такой как видимый свет. На ее периферийной части расположены блок 42 схемы возбуждения затвора (функционирующее как возбудитель) и схема 41 обработки сигнала. Блок схемы возбуждения общих электродов не показан на чертежах, но расположен на стороне схемы 41 обработки сигнала. В случае использования в качестве преобразовательного элемента преобразовательного элемента прямого типа, преобразующего излучение в свет, такой как видимый свет, сцинтиллятор 45 не будет являться необходимым. 42 обозначает IC (интегральную схему), входящую в состав схемы возбуждения затвора. 44 обозначает IC, входящую в состав схемы обработки сигнала. Эта IC 44 может включать в себя дифференциальный усилитель 21, работающий как дифференциальное устройство, буферный усилитель 22, интегрирующий усилитель 23 и другие периферийные схемы. 46 обозначает гибкую подложку.
Для размещения сцинтиллятора 45 для преобразования рентгеновских лучей в свет, такой как видимый свет, наверху регистрирующей излучение подложки 30, как показано на фиг.22, сцинтилляторный слой 54 может быть сформирован непосредственно на регистрирующей излучение подложке 30 с помощью осаждения из паровой фазы.
Как показано на фиг.22 на первом защитном слое 50 нитрида кремния для защиты регистрирующей излучение подложки 30, может быть нанесен второй защитный слой 51 выполненный в виде слоя органической смолы, второй защитный слой 51 не является необходимым и может быть пропущен. На первом защитном слое 50 (или на втором защитном слое 51) формируется сцинтилляторный слой 54. Сцинтилляторный слой 54 может быть сформирован непосредственно на регистрирующей подложке 30 с помощью процесса осаждения из паровой фазы или ему подобного. На сцинтилляторном слое 54 предусмотрены влагоупорный защитный слой 52 и отражающий слой 53. Влагоупорный защитный слой 52 предотвращает проникновение влаги в сцинтилляторный слой 54. Отражающий слой 53 отражает свет от сцинтилляторного слоя 54 в сторону регистрирующей излучение подложки 30.
В качестве другого способа размещения на регистрирующей излучение подложке 30 сцинтиллятора 45 для преобразования рентгеновских лучей в свет, такой как видимый свет, может быть использована структура, в которой регистрирующая излучение подложка 30 и сцинтилляторная панель, показанная на фиг.23, скреплены с помощью клейкого вещества. Как показано на фиг.23, сцинтилляторная панель содержит основу 60, выполненную из материала, такого как аморфный углерод, пропускающий рентгеновские лучи, неорганическую пленку 61, отражающую свет, сцинтилляторный слой 62 и влагоупорную защитную пленку 63, выполненную из органической пленки.
(Седьмой вариант осуществления)
Фиг.20 иллюстрирует пример в случае, когда аппаратура для регистрации излучения, в соответствии с подходящим вариантом осуществления настоящего изобретения, применяется к системе визуализации с помощью излучения, которая является радиологической системой диагностики. В соответствии с настоящим вариантом осуществления под излучением подразумевается рентгеновское излучение, γ-излучение и корпускулярное излучение, такое, как α-излучение, β-излучение или им подобные.
Излучение 1002, сгенерированное облучающей трубкой 1001, как источником радиации, проходит через часть 1004 субъекта (например, пациента) 1003, такую как грудная клетка, и попадает в аппаратуру 1100 для регистрации излучения, оснащенную сцинтилляторами на ее верхней части. В качестве аппаратуры 1100 для регистрации излучения может быть использована аппаратура для регистрации излучения, описанная в приведенных выше вариантах осуществления.
Падающее излучение 1002 содержит информацию из внутренней части субъекта 1003. В аппаратуре 1100 для регистрации излучения, сцинтилляторы излучают свет в соответствии с падающим излучением 1002, при этом электрическую информацию получают с помощью фотоэлектрического преобразования излученного света.
Более того, в аппаратуре 1100 для регистрации излучения, излучение 1002 может быть напрямую преобразовано в заряды для получения электрической информации. Информация преобразуется в цифровую информацию и направляется для обработки изображения с помощью процессора 1005 для обработки изображений, служащего в качестве устройства обработки сигнала для отображения на дисплее 1006, служащего в качестве устройства отображения в центре управления.
Более того, информация может быть передана в удаленное место с помощью устройства 1007 передачи, такого как система радиосвязи или проводная линия, такая как телефонная линия.
Таким образом, информация может отображаться на дисплее 1008, служащего в качестве устройства отображения, или может сохраняться в носителе информации, таком как оптический диск, с помощью устройства 1009 обработки пленки, служащего в качестве блока памяти, причем упомянутые выше устройства установлены в комнате врача в другом месте.
При этом врач может произвести диагностику также и на расстоянии.
Более того, устройство 1009 обработки пленки может быть подключено к лазерному принтеру, служащему в качестве печатающего устройства, и информация, переданная передающим устройством 1007, может быть записана на носитель памяти, такой как пленка.
Поскольку множество совершенно разных вариантов осуществления настоящего изобретения могут быть выполнены без отклонения от его цели и сферы действия, следует понимать, что изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами его осуществления. Объем прилагаемой формулы изобретения следует трактовать как соответствующий самой широкой интерпретации и охватывающий все упомянутые модификации и эквивалентные структуры и функции.
Промышленная применимость
Настоящее изобретение может быть использовано в медицинской диагностической аппаратуре для визуализации, системе неразрушающего контроля, анализаторе, использующем излучение.
При этом формула изобретения претендует на приоритет опубликованной японской патентной заявки №2007-188206, поданной 19 июля 2007, и опубликованной японской патентной заявки 2008-172621, поданной 1 июля 2008, которые включены в настоящее описание во всей своей полноте в качестве ссылок.