辐射检测装置和辐射检测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及辐射检测装置和辐射检测系统。
【背景技术】
[0002]布置有多个像素的辐射检测装置已被使用，所述多个像素每个都具有转换元件和切换元件的组合。作为转换元件，使用PIN 二极管或MIS 二极管。特别地，在两个电极之间夹有半导体层的PIN结构可以容易地制造并具有简单的操作机构，因此被广泛使用。通过将半导体层分离成用于各像素的岛状体，来获得像素之间的串扰较少的清晰图像。但是，在将半导体层分离成岛状体的结构中，容易在半导体层的侧壁上形成泄漏路径。泄漏路径的形成具有不利的影响，诸如反向暗电流增加以及辐射检测装置的动态范围减小。日本专利公开N0.2013-012697提出了具有这种结构的转换元件:在该结构中，半导体层的外周位于电极的外周的外面，以抑制在半导体层的侧壁上形成泄漏路径。
【发明内容】
[0003]在日本专利公开N0.2013-012697中所描述的辐射检测装置中，容易出现残留电荷，这在之后将会描述。本发明的一个方面提供用于减少具有半导体层的外周位于电极的外周的外面的转换元件的辐射检测装置中的残留电荷的技术。
[0004]根据一些实施例，提供了一种包括多个像素的辐射检测装置。该装置包括:转换元件，包含针对各像素进行分割的第一电极、半导体层和第二电极；切换元件，与第一电极电连接；以及第一绝缘层，使相邻像素的转换元件分离。半导体层位于第一电极与第二电极之间，半导体层的外周位于第一电极的外周和第二电极的外周的外面，半导体层包括含有与第一电极接触的部分的第一杂质半导体层、含有与第二电极接触的部分的第二杂质半导体层和位于第一杂质半导体层与第二杂质半导体层之间的本征半导体层，并且，限定从第一杂质半导体层的外周沿着第一杂质半导体层直到第一杂质半导体层的与第一电极接触的部分的长度Du、从第二杂质半导体层的外周沿着第二杂质半导体层直到第二杂质半导体层的与第二电极接触的部分的长度Du、第一杂质半导体层的薄层电阻(sheet resistance)Rnu、第二杂质半导体层的薄层电阻Rm、所述多个像素的像素间距P和切换元件的导通电阻(ON resisitance)Ron,以将接通切换元件之后10 μ s的残留电荷设定为不高于2%。
[0005](参照附图)阅读示例性实施例的以下说明，本发明的其它特征将变得清楚。
【附图说明】
[0006]图1是根据一些实施例的辐射检测装置的等效电路图；
[0007]图2是图1中的辐射检测装置的一个像素的示意性截面图；
[0008]图3是图2的一部分的放大图；
[0009]图4是用于说明各种辐射检测装置中的残留电荷的测量结果的表；
[0010]图5是用于说明各种辐射检测装置中的电流密度的测量结果的示图；
[0011]图6是根据一些实施例的辐射检测装置中的一个像素的局部示意性截面图；
[0012]图7是用于说明各种辐射检测装置中的残留电荷的测量结果的表；
[0013]图8是用于说明各种辐射检测装置中的电流密度的测量结果的曲线图；
[0014]图9是根据一些实施例的辐射检测装置中的一个像素的局部示意性截面图；
[0015]图10是根据一些实施例的辐射检测装置中的一个像素的局部示意性截面图；
[0016]图11是根据一些实施例的辐射检测装置中的一个像素的局部示意性截面图；
[0017]图12是根据一些实施例的辐射检测装置中的一个像素的局部示意性截面图；
[0018]图13是根据一些实施例的辐射检测系统的配置的示图。
【具体实施方式】
[0019]下面将参照附图来描述本发明的实施例。相同的附图标记在各种实施例中都表示相同的部件，并且将省略重复的描述。可适当地改变和组合实施例。
[0020]将参照图1至5来说明根据一些实施例的辐射检测装置100。辐射检测装置100用于例如医疗图像诊断装置、非破坏性检查装置或使用辐射的分析装置等。图1是辐射检测装置100的示意性的等效电路图。辐射检测装置100包含多个像素110。该多个像素110被布置成二维矩阵形式以构成像素阵列。各像素I1包含转换元件111和切换元件112。转换元件111经由切换元件112连接到信号线131。辐射检测装置100包含多条信号线131。每条信号线131在沿列方向(图1中的垂直方向)对齐的多个像素110之间共享。信号线131的一端与读出电路130连接。切换元件112的控制端子与驱动线121连接。辐射检测装置100包含多条驱动线121。每条驱动线121在沿行方向(图1中的水平方向)对齐的多个像素110之间共享。驱动线121的一端与驱动电路120连接。
[0021]图2是关注图1中的一个像素110的示意性截面图。该截面图示出了像素110的在与该多个像素110的行方向平行的方向上沿着与基板垂直的平面所取的截面。在辐射检测装置100的像素阵列中，图2中的布置被重复地布置成二维矩阵。该多个像素110在由诸如玻璃之类的绝缘材料制成的基板201上形成。辐射检测装置100包括多个像素110上的闪烁体层202。闪烁体层202由碘化铯(CsI)或硫氧化钆(GOS)等制成。闪烁体层202将辐射转换成可见光，所述可见光是波长可由转换元件111检测的光。辐射可以从闪烁体层202侧(图中的上侧)或者从基板201侧(图中的下侧)进入辐射检测装置100。驱动电路120和读取电路130可在基板201上形成并且经由导电图案来与像素阵列电连接。作为替代，驱动电路120和读取电路130可在与基板201不同的基板上形成并且经由基板201上的导电焊盘来与像素阵列电连接。
[0022]驱动线121、信号线131 (图2中未示出)和栅电极203在基板201上形成，并且绝缘层204在它们上面形成。驱动线121和栅电极203电连接。绝缘层204的在栅电极203上的部分用作栅极绝缘膜。沟道层203在栅极绝缘膜上形成。沟道层205的一端被源电极206覆盖，并且沟道层205的另一端被漏电极207覆盖。源电极206与信号线131电连接。可以在同一导电层上一体化地构成源电极206和信号线131。栅电极203、栅极绝缘膜、沟道层205、源电极206和漏电极207形成薄膜晶体管(TFT)。该TFT用作图1中的切换元件112。杂质半导体层可形成为沟道层205与源电极206之间以及沟道层205与漏电极207之间的接触层。
[0023]在上述薄膜晶体管、驱动线121和信号线131上依次形成保护层208和平坦化层209。保护层208是SiN等的无机绝缘膜。平坦化层209是丙烯酸或聚酰亚胺等的无机绝缘膜。保护层208和平坦化层209在漏电极207上方具有开口。除了开口以外，平坦化层209的上表面是平坦的。
[0024]在平坦化层209上依次形成第一电极210、第一杂质半导体层211、本征半导体层212、第二杂质半导体层213、第二电极214、保护层215和平坦化层216。第一杂质半导体层211、本征半导体层212和第二杂质半导体层213将被统称为半导体层220。半导体层220由例如非晶硅(a-Si)制成。第一电极210、半导体层220和第二电极214形成PIN光电二极管。该光电二极管用作图1中的转换元件111。针对各像素110分割第一电极210。即，相邻像素110的第一电极210相互分离。还针对各像素110分割第一杂质半导体层211、本征半导体层212、第二杂质半导体层213和第二电极214。针对该多个像素110共同布置保护层215和平坦化层216。相邻像素110的转换元件111由保护层215和平坦化层216来相互分离。保护层215是SiN等的无机绝缘膜。平坦化层216是丙烯酸或聚酰亚胺等的有机绝缘膜。平坦化层216的上表面是平坦的。
[0025]第一电极210的一部分被埋到保护层208的开口和平坦化层209的开口中，并且与漏电极207接合。第二电极214与偏压线(未示出)连接。用于通过转换元件111执行光电转换的偏置电压经由偏压线被施加到第二电极214。第一杂质半导体层211和第二杂质半导体层213具有不同的导电类型。在以下的描述中，第一杂质半导体层211为n+型，并且第二杂质半导体层213为P+型，但是导电类型可以交换。第一杂质半导体层211用作防止空穴从第一电极210注入到本征半导体层212中的阻挡层。第二杂质半导体层213用作防止电子从第二电极214注入到本征半导体层212中的阻挡层。本征半导体层212可由无杂质的半导体或杂质浓度比第一杂质半导体层211和第二杂质半导体层213低的η型或ρ型半导体制成。
[0026]将参照图3详细说明转换元件111的布置。图3是图2中的区域200的放大图。通过使用同一掩模依次蚀刻三个半导体层，来分割第一杂质半导体层211、本征半导体层212和第二杂质半导体层213。因此，第一杂质半导体层211的外周211a、本征半导体层212的外周212a和第二杂质半导体层213的外周213a位于同一面上，以形成半导体层220的外周。换句话说，第一杂质半导体层211的上表面和本征半导体层212的下表面相重合，并且本征半导体层212的上表面和第二杂质半导体层213的下表面相重合。
[0027]第一杂质半导体层211接触第一电极210的上表面和侧表面，并且还接触平坦化层209的围绕第一电极210的部分。作为结果，第一杂质半导体层211的外周211a位于第一电极210的外周210a的外面。
[0028]第二杂质半导体层213接触第二电极214的下表面，并且还接触保护层215的围绕第二电极2