放射线检测设备和放射线检测系统的制作方法

专利名称：放射线检测设备和放射线检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于把放射线转换成电信号的放射线检测设备并涉及 利用这种放射线检测设备的放射线检测系统。
背景技术：
近来， 一种放射线检测设备已投入商用，其在绝缘衬底上包括多个像素，每个像素由作为开关元件的TFT (薄膜晶体管)和用于把诸 如X射线之类的放射线转换成电信号的转换元件构成。转换元件例如 包括以下两种类型。 一种是间接型转换元件，其由光电转换元件和用范围的光的波;转换构件:;如磷光二;构成。这种间接型转换元件 借助于被设置在光电转换元件上的诸如磷光体之类的波长转换构件，执行把诸如x射线之类的放射线转换成光的波长转换，并通过光电转换元件对来自波长转换构件的光进行光电转换。另一种是直接型转换元件，其借助于包括半导体转换材料的直接转换半导体元件把诸如X射线之类的放射线直接转换成电信号，所述半导体转换材料能够把诸如X射线之类的放射线转换成诸如非晶硒(a-Se)之类的电信号。在这种放射线检测设备中，要求较高的速度和较高的灵敏度。为 此，在增加开关元件的尺寸或提供单个开关元件以增加驱动速度的同 时，要求确保转换元件的大的面积，由此检测从上部入射的较大量的 放射线或从放射线转换到的较大量的光。转换元件至少包括上电极、 下电极和被设置在上下电极之间的用于把放射线转换成电信号的半导 体层或用于把光转换成电信号的半导体层，并且所述电极的任何一个 被二维地分割以便实现像素隔离，由此实现二维阵列的像素。在现有的放射线检测设备中，美国专利第6020590号描述了在含有诸如TFT之类的开关元件的开关元件部分上设置转换元件部分，该 转换元件部分包括直接转换半导体元件。作为另一个例子，在日本专 利申请待审公开第2004 - 015002号中公开的放射线检测设备中，转换 元件部分(光电转换元件)被设置在诸如TFT之类的开关元件部分上， 并在其上再设置磷光体(图20)。转换元件部分的像素电极在连接到 构成开关元件部分的TFT的源极或漏极的信号配线上并在栅极配线 上被分割。发明内容本发明的目的在于提供一种放射线检测设备，例如一种能够实现 所捕获图像的较高分辨率并具有可更容易制造的结构的放射线检测设 备和放射线检测系统。本发明的放射线检测设备包括多个像素，每个像素具有:被设置在 绝缘衬底上的开关元件和被设置在所述开关元件上的转换元件；沿着 一个方向排列的并和所述多个开关元件相连的多个信号配线；以及沿 着与上述一个方向不同的方向排列的并与所述多个开关元件的控制端 子相连的多个控制配线，其中所述转换元件具有分别对于所述像素中 每一个的分离电极，所述开关元件与每个像素的所述电极相连，并且的在宽度方向上彼此相对的两个端部被设置在从所述转换元件的上方 看的所述电极的区域内。上述的"在一个方向上排列"或"在与上述一个方向不同的方向 上排列"不仅指直线阵列中的排列，而且还包括开关元件被设置在配 线的两侧的情况，如图18所示的栅极配线的情况。此外，本发明的放射线检测系统包括本发明的放射线检测设备；用于处理来自所述放射线检测设备的信号的信号处理装置； 用于记录来自所述信号处理装置的信号的记录装置； 用于显示来自所述信号处理装置的信号的显示装置；用于传送来自所述信号处理装置的信号的传送处理装置；以及 用于产生放射线的放射线源。在本发明中，用于把放射线转换成电信号的转换元件指的是能够 接收诸如可见光、红外光、X射线、a射线、P射线或y射线之类的放射 线并将其转换成电信号的元件，并包括用于把诸如可见光或红外光之 类的光转换成电信号的光电转换元件，以及包括例如非晶硒作为半导 体层并能够把诸如X射线之类的放射线转换成电信号的元件。在包括多个像素的放射线检测设备中，每个像素具有开关元件和 用于把放射线转换成电信号的转换元件，本发明允许减少和稳定化在 与开关元件相连的配线与转换元件的电极之间的电容的改变，由此提 供具有经稳定的特性的放射线检测设备。并能够提供例如具有被抑制 的伪影的捕获图像或显示图像。此外，本发明允许无须在与开关元件相连的配线和转换元件的电 极之间的严格配准，还允许具有减少的由配线引起的台阶差的影响的 制造，由此有利于制造工艺。本发明的其它特征和优点由下面结合附图进行的说明可以清楚地 看出，在全部附图中，相同的标号表示相同或相似的部分。


被并入说明书中并构成说明书的一部分的附图和说明书一起例示 本发明的实施例，用于解释本发明的原理。其中图l是表示在本发明第一实施例中的像素结构的平面图。图2是沿着图1的线2-2的截面图。图3是表示本发明第二实施例中的像素结构的平面图。图4是沿着图3的线4-4的截面图。图5是沿着图3的线5-5的截面图。图6是表示在本发明第三实施例中的像素结构的截面图，对应于 沿着图3的线4-4的截面图。图7是表示在本发明第三实施例中的像素结构的截面图，对应于沿着图3的线5-5的截面图。图8是表示在本发明第四实施例中的像素结构的截面图，对应于 沿着图3的线4-4的截面图。图9是表示在本发明第三实施例中的像素结构的截面图，对应于 沿着图3的线5-5的截面图。图IO是表示其中以矩阵图案排列图l到图9所示的实施例的像素 的放射线检测设备的等效电路图。图ll是表示其中以矩阵图案排列图l到图9所示的实施例的像素 的放射线检测设备的透视图。图12是表示本发明第五实施例中的像素结构的平面图。图13是沿着图12的线13-13的截面图。图14是沿着图12的线14-14的截面图。图15是图12所示的像素的等效电路图。图16是表示本发明第五实施例中的放射线检测设备的示意结构 的视图。图17是在本发明第六实施例中的像素的平面图。 图18是在本发明第七实施例中的像素的平面图。 图19是表示釆用本发明的放射线检测设备的放射线检测系统的 视图。图20是表示现有的放射线检测设备中的像素的例子的平面图。 图21是表示其中信号配线或栅极配线穿过在下电极9在衬底上的 正投影区域与下电极9之间的区域的状态的示意图。
具体实施方式
下面参照附图详细说明本发明的实施例。将以用于把诸如X射线之类的放射线转换成电信号的放射线检测 设备为例详细说明本发明的放射线检测设备。但是本发明的放射线检 测设备并不限于这种放射线检测设备，而是也可以应用于把诸如可见 光或红外光之类的光转换成电信号的检测设备。[第一实施例下面将说明构成本发明笫一实施例的放射线检测设备。本实施例 具有这样的结构，其中构成控制配线的信号配线或栅极配线在由光电 转换元件构成的转换元件的像素电极下方穿过，所述像素电极对于每个像素是分离的。图1和图2例示出信号配线被设置在像素电极下方 的情况。图1是表示在第一实施例的放射线检测设备中的像素结构的平面 图，例示出包括转换元件和由TFT构成的开关元件并要被设置成二维 矩阵阵列的像素。图2是沿着图1的线2-2的截面图。图10和11分别是放射线检测设备的等效电路图和透视图，其中 图1和图2所示的像素被排列成矩阵阵列。参见图1，转换元件1由用于把诸如可见光或红外光之类的光转 换成电信号的金属_绝缘体 一 半导体结构的MIS光电转换元件构成。 磷光体(图1中未示出)被设置在转换元件1上作为波长转换元件， 用于把放诸如X射线、a射线、P射线或Y射线之类的射线转换成能够 在MIS光电转换元件中被光电转换的诸如可见光之类的光。磷光体例 如可以由用于把X射线转换成光的Csl构成。开关元件2由TFT (薄膜晶体管)构成并用作开关元件，该开关 元件2具有3个电极，包括作为两个端子的源极3和漏极4，以及作 为控制端子的栅极5。开关元件2的沟道存在于源极3和漏极4之间， 在沟道中的电荷流可以由栅极5上的电压控制来控制。转换元件1具有从对于每个像素分离的像素电极9到偏置配线8 下方的区域的层叠结构，并被设置在开关元件2上。转换元件l的像 素电极9经由通孔10连接到开关元件2的漏极4。现在参照图2，该图表示沿着图l的线2-2的截面图，用于说明 在第一实施例中的像素的层叠结构。开关元件2被设置在衬底上，然 后转换元件1被设置在其上，并且磷光体层44进一步被设置在其上。开关元件2包括构成栅极(对应于图1中的栅极5)和栅极配 线(对应于图1中的栅极配线7)的第一电极层31;构成栅极绝缘膜的第一绝缘层32;第一半导体层33;构成欧姆接触层的第一掺杂半导 体层34;以及构成源极和漏极(对应于图1的源极3和漏极4)以及 信号配线(对应于图1的信号配线6)的第二电极层35。转换元件1是MIS光电转换元件，包括对于每个像素分离的第三 电极层37 (对应于图1的像素电极9),第三绝缘层38，第二半导体 层39，用作欧姆接触层或阻挡层的第二掺杂半导体层40，以及第五电 极层42(构成上电极)，并且能够对诸如可见光之类的光进行光电转 换。由诸如ITO的透明材料构成的第五电极层42被设置在第二掺杂 半导体层40上，但是，在第二掺杂半导体层40具有低电阻的情况下， 其也可用作电极层，因而可省去第五电极层42。在这种情况下，第二 掺杂半导体层40用作转换元件1的上电极。第四电极层41是用于对第五电极层42施加电压的偏置配线(对 应于图1的偏置配线8)，并被连接到公共电极驱动器电路(图10中 的公共电极驱动器电路53)。第四电极层41被第五电极层42覆盖， 但是也可以把第五电极层42设置在第四电极层41下面。转换元件1 的第三电极层37 (对应于图1中的像素电极9)通过在构成层间绝缘 层的第二绝缘层36中形成的通孔(对应于图1中的通孔10)，连接 到由构成开关元件2的第二电极层35形成的电极之一(漏极)。通过 使开关元件2导通，对应于在转换元件1的第二半导体层39中产生的 载流子的电荷可被传输到外部信号处理电路(图IO所示的信号处理电 路51)。在本实施例中，由图l和图2所示的结构可以理解，在衬底上像 素电极9的正投影区域与像素电极9之间的区域中，信号配线6被设 置为以这样一种方式穿过所述区域，即，使得信号配线6的在宽度方 向上彼此相对的两个端部位于这个区域内(穿过转换元件1的像素电 极9下方而不突出)。在这种结构中，即使信号配线6和转换元件1 的像素电极9的位置关系由于在制造过程中所采用的膝光设备中的配 准误差而位移的情况下，信号配线6和转换元件1的像素电极9的重 叠区域也保持相同，从而保持在信号配线6与转换元件1的像素电极9之间的恒定电容。因此，在由该放射线检测设备获得的图像中可以 抑止由像素中的电容波动引起的图像伪影。通过把栅极配线7设置在像素电极9在衬底上的正投影区域与像 素电极9之间的区域中，使得栅极配线7以这样一种方式穿过所述区 域，即，使得在宽度方向上彼此相对的两个端部处于该区域内(从而 处在从转换元件上方看时电极区域内部，或者从而使栅极7穿过转换 元件1的像素电极9的下方而不突出)，可以获得类似的效果。因此 也可以将栅极配线7单独地设置为使得穿过这个区域内部。但是，认 为更重要的是，设置信号配线6以使得穿过像素电极9的下方而不突 出，因为信号配线6处理在每个像素中转换的小的电荷，并且信号配 线的电容改变直接反映为图像伪影。通过把开关元件2设置在像素电极9在衬底上的正投影区域与像 素电极9之间的区域内也可以获得类似的效果。在开关元件2的源极 3或漏极4的一部分从像素电极9的下方伸出并被设置在相邻像素区 域内的情况下，在像素之中的电容改变由位移的位置关系引起，并由 在制造过程中采用的曝光设备中的配准误差引发。上述构造在本发明 的放射线检测设备的所有实施例中提供类似的效果。图21示意地表示其中信号配线6或栅极配线7穿过在像素电极9 在衬底100上的正投影区域102与像素电极9之间的区域101的状态。由图2所示的层叠结构可以看出，第三电极层37 (转换元件1的 像素电极)被设置为覆盖构成信号配线6的第二电极层35。这种设置 提供这样一种结构在像素电极9在衬底上的正投影区域与像素电极 9之间的区域中，信号配线6被设置为以这样一种方式穿过这个区域， 即，使得其在宽度方向上相对的两端处于这个区域内。因此，即使在 制造过程中采用的啄光设备中存在配准误差的情况下，重叠的区域仍 保持恒定，从而抑制像素电极9中的电容的改变。此外，第五电极层 42 (转换元件1的上电极)优选地被设置为覆盖构成信号配线6的第 二电极层35。在本实施例中，第三电极层37(转换元件1的像素电极) 和第五电极层42 (转换元件1的上电极)被设置为覆盖构成信号配线6的第二电极层35。在第三电极层37 (转换元件1的像素电极)被构 成为使得覆盖栅极配线7的情况下，当然优选的是第五电极层42 (转 换元件1的上电极)也被设置为覆盖栅极配线7。此外，在笫三电极 层7 (转换元件1的像素电极)被构成为使得覆盖开关元件2的情况 下，当然优选的是第五电极层42 (转换元件l的上电极)也被设置为 覆盖开关元件2。现在参照图10和图11，该图说明通过将图1、图2中解释的像素 设置成矩阵阵列而形成的放射线检测设备的结构。如图IO所示，像素在衬底上被排列成二维矩阵，每个像素具有转 换元件1和开关元件2。分别按照与像素的行数对应的数量以及与像 素的列数对应的数量，提供连接到开关元件2的栅极5的栅极配线7 和连接到开关元件2的源极3的信号配线6。在衬底的周边部分，设 置有信号处理电路51，公共电极驱动器电路52和栅极驱动器电路52。 与开关元件2的栅极5相连的栅极配线7和栅极驱动器电路52相连， 用于控制开关元件2的导通/截止，与开关元件2的源极3相连的信号 配线6和信号处理电路41相连，用于读出并处理积累的电荷。此外， 与转换元件l的电极(上电极)相连的偏置配线8和公共电极驱动器 电路53相连。如图11所示，栅极驱动器电路52和信号处理电路51被设置在板 的周边部分中，磷光体被设置在所述板上，用于把放射线转换成诸如 可见光之类的光。图10单独地表示信号处理电路51和公共电极驱动 器电路53,但是实际上，公共电极驱动器电路53被包括在信号处理 电路51内，如图11所示。栅极驱动器电路52和信号处理电路51通 过栽有IC的TCP (带栽体封装载有IC的膜)与衬底50相连。图 11表示这样的系统，该系统通过磷光体把放射线转换成诸如可见光之 类的光，然后通过光电转换元件进行光电转换，但是也可以利用直接 把诸如X射线、a射线、p射线或y射线之类的放射线转换成电信号的 半导体元件作为转换元件1，由此省去磷光体。能够直接转换X射线 的半导体元件可以包括诸如非晶硒(a-Se)之类的半导体材料。还已经说明了采用用于把诸如可见光之类的光转换成电信号的光电转换元件并在其上直接设置诸如Csl之类的磷光体的结构。但是也可以在诸 如碳之类的放射线透射材料的衬底上形成磷光体，并把这种磷光体的 表面利用粘附材料粘连到栽有像素的衬底上，所述像素中的每一个具 有转换元件1和开关元件2。 [第二实施例I本实施例表示其中信号配线和栅极配线在像素电极下方穿过的情况。图3是表示在本发明的第二实施例中的像素的结构的平面图，图 4是沿着图3的线4-4的截面图，图5是沿着图3的线5-5的截面 图。在图4和图5中，和图2相同或等同的元件用相同的标号表示， 并且不再进行说明。此外，由像素的二维矩阵阵列形成的放射线检测 设备的结构与图IO、图ll所示的相同。如同实施例1中那样，转换元件1由MIS光电转换元件构成。在 MIS光电转换元件上，设置作为波长转换构件的诸如Csl之类的磷光 体，用于把诸如X射线、a射线、P射线或Y射线之类的放射线转换成 可在MIS光电转换元件中被光电转换的诸如可见光之类的光。在图1所示的实施例1的结构中，信号配线6被设置在像素电极 9在衬底上的正投影区域与像素电极9之间的区域内，以使得以这样 一种方式穿过这个区域在宽度方向上彼此相对的两个端部位于这个 区域内(从而位于电极区域内而不突出)。在图3所示的本实施例中， 不仅信号配线6，而且栅极配线7被设置为以这样一种方式通过上述 的区域在宽度方向上彼此相对的两个端部位于这个区域内。如可以由图4看出，第三电极层37 (转换元件1的像素电极)被 设置为覆盖构成信号配线6的第二电极层35。这种设置提供下述的一 种结构在像素电极9在村底上的正投影区域与像素电极9之间的区 域内，信号配线6被设置为以这样一种方式穿过这个区域其在宽度 方向上彼此相对的两个端部位于这个区域内。因此，即使在制造过程 中采用的曝光设备中存在配准误差的情况下，重叠区域仍保持恒定，从而抑制在像素电极9中电容的改变。此外，第五电极层42(转换元 件1的上电极)优选地被设置为覆盖构成信号配线6的第二电极层35。 并且在本实施例中，第三电极层37 (转换元件1的像素电极)和第五 电极层42 (转换元件1的上电极)被设置为覆盖构成信号配线6的第 二电极层35。此外由图5可见，第三电极层37(转换元件1的像素电极)被设 置为覆盖构成栅极配线7的第一电极层31。这种布置提供下述的一种 结构在像素电极9在衬底上的正投影区域与像素电极9之间的区域 中，栅极配线7被设置为以这样一种方式穿过这个区域栅极配线7 的在宽度方向上彼此相对的两个端部处于这个区域内。因此，即使在 制造过程中釆用的啄光设备中存在配准误差的情况下，重叠区域仍保 持恒定，从而抑制在像素电极9中电容的改变。此外，第五电极层42 (转换元件1的上电极)优选地被设置为覆盖构成栅极配线7的第一 电极层31。并且在本实施例中，第三电极层37(转换元件1的像素电 极)和第五电极层42 (转换元件1的上电极)被设置为覆盖构成栅极 配线7的第一电极层31。在这种结构中，即使在由于制造过程中采用的膝光设备中的配准 误差而使信号配线6和转换元件1的像素电极9之间的位置关系发生 位移的情况下，信号配线6和转换元件1的像素电极9的重叠区域也 保持相同，从而保持在信号配线6与转换元件1的像素电极9之间的 电容恒定，由此可以抑制在由放射线检测设备获得的图像中的由像素 中的电容波动造成的图像伪影。此外，关于栅极配线7，即使在由于 配准误差而发生位置关系的位移的情况下，栅极配线7和转换元件1 的像素电极9的重叠区域仍保持恒定，由此，使栅极配线7的电容稳 定。因此，像素之中的传输能力被稳定，可以抑制像素之中的由传输 能力的波动引起的图像伪影。也如第一实施例中那样，通过在像素电极9在衬底上的正投影区 域与像素电极9之间的区域中设置开关元件2，在转换元件1的像素 电极9与开关元件2之间的重叠区域保持恒定，从而使电容稳定。图3到图5表示这样的系统，该系统采用用于把诸如可见光之类 的光转换成电信号的光电转换元件并直接在其上堆积磷光体。但是也 可以在诸如碳之类的放射线透射材料的衬底上形成磷光体，并把这种 磷光体的表面利用粘附材料粘连到栽有光电转换元件的衬底上。也可 以利用直接把诸如X射线、a射线、p射线或Y射线之类的放射线转换 成电信号的半导体元件作为转换元件1，由此省去磷光体。能够直接 转换X射线的半导体元件可以包括诸如非晶硒(a-Se)之类的半导体材料。[第三实施例I本实施例表示其中在开关元件2与转换元件1之间提供有机绝缘 层作为平面化膜的情况。图6和图7是表示在本发明第三实施例中的放射线检测设备中的 像素的结构的截面图。在平面图中的像素具有与图3所示相同的结构。 图6是沿着图3的线4-4的截面图，图7是沿着图3的线5-5的截 面图。由像素的二维矩阵阵列构成的放射线检测设备的构成与图10 和图11中的相同。作为转换元件，利用包括金属膜-绝缘层-半导体 层的结构的MIS光电转换元件，如第一和第二实施例中一样。下面将参照图6和图7所示的截面图说明所述构成。在图6和图 7中，与图4和图5相同或等同的元件用相同的标号表示，并且不再 进行说明。图6和图7所示的结构和图4和图5所示的结构的不同之处在于 使用有机层间绝缘膜作为在开关元件2和转换元件1之间的第二绝缘 层36,该有机层间绝缘膜用作平面化层。因而可以致使减少在开关元 件2与转换元件1之间形成的电容。信号配线和栅极配线的总电容的 增加导致由放射线检测设备捕获的图像中的噪声增加，或者在TFT的 传输操作中需要较大的时间常数，由此不能高速读出图像。因此可以 期望在开关元件2和转换元件1之间设置具有低的介电常数并且可以 用厚膜形成的有机绝缘层。有机绝缘层优选地利用具有高热阻和低介电常数的材料构成，例如丙烯酸树脂或聚酰亚胺，并且优选地被形成为在最薄的部分具有1ju m或更大的厚度。有才几绝缘层例如可以用Dow Company Inc.生产的 BCB (benzocyclobutene苯并环丁烯)形成。层间绝缘层不必由有机 绝缘层构成，而是可以具有由有机绝缘层和图4中釆用的无机绝缘层 构成的多层结构。如从图6可以看出，第三电极层37 (转换元件1的像素电极)被 设置为覆盖构成信号配线6的第二电极层35。这种设置提供下述的结 构在像素电极9在衬底上的正投影区域与像素电极9之间的区域中， 信号配线6被设置为以这样一种方式穿过这个区域其在宽度方向上 彼此相对的两个端部处于这个区域内。因此，即使在制造过程中采用 的啄光设备中存在配准误差的情况下，重叠的区域仍保持恒定，从而 抑制像素电极9中电容的改变。此外，第五电极层42 (转换元件1的 上电极)优选地被设置为覆盖构成信号配线6的第二电极层35。并且 在本实施例中，第三电极层37 (转换元件1的像素电极)和第五电极 层42 (转换元件1的上电极)都被设置为覆盖构成信号配线6的第二 电极层35。此外由图7可以看出，第三电极层37 (转换元件1的像素电极) 被设置为覆盖构成栅极配线7的第一电极层31。这种设置提供下述的 结构在像素电极9在村底上的正投影区域与像素电极9之间的区域 中，栅极配线7被设置为以这样一种方式穿过这个区域其在宽度方 向上彼此相对的两个端部处于这个区域内。因此，即使在制造过程中 釆用的曝光设备中存在配准误差的情况下，重叠的区域仍保持恒定， 从而抑制像素电极9中电容的改变。此外，第五电极层42(转换元件 1的上电极)优选地被设置为覆盖构成栅极配线7的第一电极层31。 并且在本实施例中，第三电极层37 (转换元件1的像素电极)和第五 电极层42 (转换元件1的上电极)被设置为覆盖构成栅极配线7的第 一电极层31。也如第一实施例中那样，通过在像素电极9在衬底上的正投影区 域与像素电极9之间的区域中设置开关元件2，在转换元件1的像素电极9与开关元件2之间的重叠区域保持恒定，从而使电容稳定。图6和图7表示这样的系统，该系统采用用于把诸如可见光之类 的光转换成电信号的光电转换元件并在其上直接堆积磷光体，但是也 可以在诸如碳之类的放射线透射材料的衬底上形成磷光体，并把这种 磷光体的表面利用粘附材料粘附到载有光电转换元件的衬底上。也可 以利用直接把诸如X射线、a射线、P射线或Y射线之类的放射线转换 成电信号的半导体元件作为转换元件1，由此省去磷光体。能够直接 转换X射线的半导体元件可以包括诸如非晶硒(a-Se)之类的半导体 材料。如在第一实施例中一样，本实施例的结构也可用于这样的情况 只将信号配线6设置为穿过在像素电极9在衬底上的正投影区域与像 素电极9之间的区域。并且还可用于这样的情况只将栅极配线7设 置为穿过在像素电极9在衬底上的正投影区域与像素电极9之间的区 域。第四实施例本实施例表示一种下述的结构在信号配线6和开关元件2上设 置由n掺杂半导体层、半导体层和p掺杂半导体层构成的PIN光电转 换元件作为转换元件1，并利用在开关元件2与转换元件1之间的有 机绝缘层。图8和图9是表示在本发明第四实施例中的放射线检测设备中的 像素结构的截面图。在平面图中的像素具有与图3所示结构相同的结 构。图8是沿着图3的线4-4的截面图，图9是沿着图3的线5-5 的截面图。在图8和图9中，与图4和图5中的元件相同或等同的元 件用相同的标号表示，并且不再进行说明。由像素的二维矩阵阵列构 成的放射线检测设备的构成与图10和图11所示的相同。下面参照图8和图9的截面图说明所述构成。图8和图9所示的结构与图4到图7所示的结构的不同之处在于， 使用有机绝缘层作为要形成为在开关元件2与转换元件1之间的层间 绝缘层的第二绝缘层36，并且作为转换元件l，设置由第二n摻杂半导体层40、第二半导体层39和笫三p掺杂半导体层45构成的PIN光 电转换元件。如将由图8看出的，第三电极层37 (转换元件1的像素 电极)被设置为覆盖构成信号配线6的第二电极层35。这种布置提供 一种这样的结构在像素电极9在衬底上的正投影区域与像素电极9 之间的区域中，信号配线6被设置为以这样一种方式穿过这个区域 其在宽度方向上彼此相对的两个端部处于这个区域内。因此，即使在 制造过程中采用的曝光设备中存在配准误差的情况下，重叠区域仍保 持恒定，从而抑制像素电极9中的电容的改变。此外，第五电极层42 (转换元件l的上电极)优选地被设置为覆盖构成信号配线6的第二 电极层35。并且在本实施例中，第三电极层37(转换元件1的像素电 极)和第五电极层42 (转换元件l的上电极)被设置为覆盖构成信号 配线6的第二电极层35。此外如由图9看出的，第三电极层37 (转换元件l的像素电极) 被设置为覆盖构成栅极配线7的第一电极层31。这种布置提供下述的 结构在像素电极9在衬底上的正投影区域与像素电极9之间的区域 中，栅极配线7被设置为以这样一种方式穿过这个区域栅极配线7 在宽度方向上彼此相对的两个端部处于这个区域内。因此，即使在制 造过程中采用的膝光设备中存在配准误差的情况下，重叠区域仍保持 恒定，从而抑制在像素电极9中电容的改变。此外，第五电极层42(转 换元件1的上电极)优选地被设置为覆盖构成栅极配线7的第一电极 层31。并且在本实施例中，第三电极层37 (转换元件1的像素电极) 和第五电极层42 (转换元件1的上电极)被设置为覆盖构成栅极配线 7的第一电极层31。也如第一实施例中那样，借助于把开关元件2设置在像素电极9 在衬底上的正投影区域与像素电极9之间的区域中，转换元件1的像 素电极9与开关元件2之间的重叠区域保持恒定，由此稳定所述电容。图8和图9表示这样的系统，该系统采用用于把诸如可见光之类 的光转换成电信号的光电转换元件并在其上直接堆积礴光体。但是也 可以在诸如碳之类的放射线透射材料的衬底上形成磷光体，并把这种以利用直接把诸如X射线、a射线、P射线或Y射线之类的放射线转换 成电信号的半导体元件作为转换元件1,由此省去磷光体。能够直接 转换X射线的半导体元件可以包括诸如非晶硒(a-Se)之类的半导体 材料。如在第一实施例中一样，本实施例的结构也可用于这样的情况 只将信号配线6设置为使其穿过转换元件的像素电极9的下面而不从 中突出。并且还可用于这样的情况只将栅极配线7设置为使其穿过 转换元件的像素电极9的下面而不从中突出。上面的实施例示出了这样的结构转换元件1的像素电极9和第 五电极层42 (上电极)被设置为覆盖开关元件2以及信号配线6或栅 极配线7。但是也可以采用这样的结构，其中转换元件1的像素电极9 覆盖开关元件2以及信号配线6或栅极配线7。在每个像素中，,皮设 置在像素电极上的第二半导体层39或第五电极层42不必隔开，而是 在像素之中可被相互连接。第五实施例图12到图16是在本发明的第五实施例中像素的平面图、截面图、 等效电路图和透视图。图12是在本发明第五实施例的放射线检测设备中的矩阵阵列形 式的像素的平面图，例示了由两个开关元件和一个转换元件构成的像 素。图13是沿图12的线13-13的截面图，图14是沿图12的线14 -14的截面图。转换元件1由MIS光电转换元件构成，并采用有机 绝缘层作为开关元件2与光电转换元件之间的层间绝缘层。但是本实 施例当然可应用于如图3到图5所示的不利用有机绝缘层的结构。图15是图12所示的放射线检测设备的等效电路图，包括3行乘 5列像素的矩阵阵列，每个像素具有两个开关元件和一个转换元件， 并且在周边部分，具有信号处理电路51，复位电路63，第一和第二栅 极驱动器电路61, 62以及公共电极驱动器电路53。图16是表示本实施例的放射线检测设备的示意结构的示意图，示出了在周边部分具有两个或更多个驱动器电路和信号处理电路以及在子。
在本实施例中的转换元件i也由用于把诸如可见光或红外光之 类的光转换成电信号的mis光电转换元件以及设置在其上的磷光体 构成，该磷光体作为波长转换件用于把放射线转换成可由所述光电转 换元件进行光电转换的诸如可见光之类的光。由第一tft构成的第一开关元件11用于传输通过在转换元件1 中通过从诸如可见光之类的光进行光电转换而获得的电信号，同时由 第二 tft构成的第二开关元件12旨在用于在所述信号传输之后对转 换元件1施加一定电位，由此除去在所述信号传输之后在转换元件1 中剩余的电荷(下面把这种操作称为复位)。如图12所示，第一开关元件11由构成源极的第一电极13、构成 漏极的第二电极14以及第一栅极15构成，其中第一电极13和信号配 线6相连，而第二电极14和转换元件1的像素电极9相连。第二开关 元件12由构成源极的第三电极16、构成漏极的第四电极17和第二栅 极18构成，其中第三电极16和复位配线19相连，而第四电极17和 转换元件1的像素电极9相连。转换元件1被形成在从转换元件1的像素电极9到偏置配线8下 方的区域中，并被设置在第一开关元件11和第二开关元件12的上方。 转换元件1的像素电极9经由通孔10与第一开关元件11的第二电极 14相连，并与第二开关元件12的第四电极17相连。在诸如x射线之类的放射线被磷光体层44转换成诸如可见光之 类的光，并且对应于这种光的照射量的电荷被积累在像素中之后，第 一栅极驱动器电路61对第一栅极15施加用于第一开关元件11的导通 电压，由此向信号处理电路51传输信息以形成图像。此后，对第一栅 极15施加用于第一开关元件11的截止电压，由此终止所述传输。然 后，第二栅极驱动器电路62对第二栅极18施加用于第二开关元件12 的导通电压，并从复位配线19施加用于转换元件1的复位电位。在经过预定时间间隔之后，对第二栅极18施加用于第二开关元件12的截 止电压，由此终止所述复位。第一开关元件11和第二开关元件12的这种单独的驱动使得能够 以高速进行信号传输和复位，由此改善放射线检测设备的图像读取速 度。如图12到14所示，转换元件1被设置在第一开关元件11、第二 开关元件12、第一栅极配线20、第二栅极配线21、信号配线6和复 位配线19的上方，第一栅极配线20、第二栅极配线21、信号配线6 和复位配线19被设置为以这样一种方式穿过在像素电极9在衬底上的 正投影区域与下电极9之间的区域每个配线在宽度方向上彼此相对 的两个端部处于这个区域内。因此，即使在制造过程中采用的膝光设 备中存在配准误差的情况下，每个相交区域仍保持恒定，以稳定在各 个部分中的电容，由此阻止由各个部分中的电容改变引起的图像伪影。此外在如图12所示的像素内设置多个开关元件的情况下，通过把 转换元件设置在开关元件和配线的上方，可以确保大的孔径比。此外， 通过如第一实施例中那样把开关元件设置在像素电极9在衬底上的正 投影区域与像素电极9之间的区域内，使得在转换元件1的像素电极 9与TFT2的电极之间的重叠区域保持恒定，由此稳定电容。如上所述，所有配线都被设置为穿过在像素电极9在衬底上的正 投影区域与像素电极9之间的区域，但是也可以只把信号配线6，或 者只把第一栅极配线20设置为穿过在像素电极9在衬底上的正投影区 域与像素电极9之间的区域。此外第一开关元件11的配线(第一栅极 配线20和信号配线6)以及第二开关元件12的配线(第二栅极配线 21和复位配线19 )中的任何一个可被设置为穿过在像素电极9在衬底 上的正投影区域与像素电极9之间的区域。此外，第一开关元件11 的配线(第一栅极配线20和信号配线6 )的一部分和第二开关元件12 的配线(第二栅极配线21和复位配线19)的一部分可被设置为穿过 像素电极9在衬底上的正投影区域与像素电极9之间的区域。现在参照图13和图14说明第五实施例的像素的层叠结构，图13是沿图12的线13-13的截面图，图14是沿图12的线14-14的截面 图。第一开关元件11包括构成栅极和栅极配线的第一电极层31、构 成栅极绝缘膜的第一绝缘层32、第一半导体层33、构成欧姆接触层的 第一掺杂半导体层34以及构成源极、漏极和信号配线的第二电极层 35。转换元件1是MIS光电转换元件，其包括第三电极层37 (对应 于图12的像素电极9)、第三绝缘层38、第二半导体层39、作为欧 姆接触层或阻挡层的第二掺杂半导体层40、以及第五电极层42 (构成 上电极)，并且能够对诸如可见光之类的光进行光电转换。由诸如ITO 之类的透明材料构成的第五电极层42被设置在第二掺杂半导体层40 上，但是，在第二掺杂半导体层40具有低电阻的情况下，其可以用作 电极层，并且可以省去第五电极层42。第四电极层41是用于对第五电极层42施加电压的偏置配线，并 且连接到在村底外部提供的公共电极驱动器电路53。第四电极层41 被第五电极层42覆盖，但是也可以把第五电极层42设置在第四电极 层41下面。第三电极层37经由在第二绝缘层36中形成的通孔连接到 由构成开关元件2的第二电极层35形成的电极之一(漏极)。通过使 开关元件导通，对应于第二半导体层39中产生的载流子的电荷可被传 输到外部的信号处理电路(图15所示的信号处理电路51)。如将从图12到图14可以看出的，第三电极层37 (转换元件1的 像素电极)被设置为覆盖构成信号配线6和复位配线19的第二电极层 35，以及构成第一栅极配线20和第二栅极配线21的第一电极层31。 这种布置提供下述的结构在像素电极9在衬底上的正投影区域与像 素电极9之间的区域中，信号配线6、复位配线19、第一栅极配线20 和第二栅极配线21被设置为以这样一种方式穿过这个区域每个配线 在宽度方向上彼此相对的两个端部处于这个区域内。因此，即使在制 造过程中釆用的啄光设备中存在配准误差的情况下，重叠区域仍保持 恒定，以抑制像素电极9中电容的改变。此外，采用起平面化层作用的第二绝缘层36，由此减小在开关元件与转换元件之间产生的电容。 此外，第五电极层42 (转换元件l的上电极)优选地被设置为覆盖构 成信号配线6和复位配线19的第二电极层35以及构成第一栅极配线 20和第二栅极配线21的第一电极层31。在本实施例中，第三电极层 37(转换元件1的像素电极)和第五电极层42(转换元件1的上电极) 被设置为覆盖构成信号配线6和复位配线19的第二电极层35，以及 构成第一栅极配线20和第二栅极配线21的第一电极层31。信号配线6、第一栅极配线和第二栅极配线的总电容的增加导致 由放射线检测设备捕获的图像中的噪声的增加，或者要求在TFT传输 操作中的更大时间常数，由此不能高速读取图像。因此，可能期望在 开关元件2与转换元件1之间设置具有低介电常数并且可被形成厚膜 的有机绝缘层。该有机绝缘层优选地利用具有高热阻和低介电常数的 材料形成，例如丙烯酸树脂或聚酰亚胺，并且优选地被形成在最薄的 部分具有ljLim或更大的厚度。层间绝缘层不必由有机绝缘层构成， 而是可以具有由有机绝缘层和图4中采用的无机绝缘层构成的多层结 构。参照图15所示的本实施例的放射线检测设备的示意性等效电路 图，在像素内包括多个开关元件和栅极配线的电路涉及配线和电极的 复杂设置。当配线被设置在转换元件之间，或者转换元件被设置为涉 及一部分配线的重叠时，由于在制造过程中采用的膝光设备中的配准 误差而导致在各个部分中的电容不稳定，因而引起图像中的伪影。此 外，由于被处理的形状的不稳定性，难于进行稳定的制造。但是，通 过这样一种结构可以使特性和制造稳定化，即，使得这些配线被设置 在像素电极下面的区域内而不从转换元件1的下方伸出。如图16所示，第一栅极驱动器电路61、第二栅极驱动器电路62、 信号处理电路51和复位电路63被设置在板的周边部分，并且在该板 上设置磷光体，该磷光体用于把放射线转换成诸如可见光之类的光。 图15所示的公共电极驱动器电路53被包括在信号处理电路51中。图12到图16表示这样的系统，该系统釆用用于把诸如可见光之 类的光转换成电信号的光电转换元件并在其上直接堆积砩光体。但是 也可以在诸如碳之类的放射线透射材料的衬底上形成磷光体，并把这可以利用直接把诸如X射线、a射线、P射线或"/射线之类的放射线转 换成电信号的半导体元件作为转换元件1，由此省去磷光体。能够直 接转换X射线的半导体元件可以包括诸如非晶硒(a-Se)之类的半导 体材料。在第一到第五实施例中，转换元件的像素电极被形成矩形的形状， 并且信号配线、复位配线和/或栅极配线(或第一和第二栅极配线)被 设置为与像素电极的彼此相对的相互平行的两边交叉，但是，转换元 件的像素电极的形状包括被认为基本是矩形的形状。例如，也包括被 部分去除的形状的像素电极。此外，像素电极的彼此相对的两侧包括 在能够涵盖电容的波动的程度内接近平行的状态。第六实施例I本实施例表示一种在第五实施例中说明的包括两个开关元件和一 个转换元件的像素中进一步减小电容波动的构成。图17所示的结构与图12所示的结构的区别在于，用于传输的第 一开关元件11和用于复位的第二开关元件12被设置在相对于彼此平 行位移的位置中。更具体地说，重要的是，第一开关元件11和笫二开关元件12具 有从连接到像素电极9的电极到连接到信号配线6或复位配线19的另 一个电极的相同方向。重要的还在于，从第 一栅极配线20到第 一栅极的末端的方向与从 第二栅极配线21到第二栅极的末端的方向相同。重要的还在于，第一开关元件11和第二开关元件12具有大致相 同的形状。现在让我们考虑这样一种情况在图12所示的结构中，用于形成 第一栅极15和第二栅极21的掩模位置与用于形成第一电极13、第二电极14、第三电极16和第四电极17的掩模位置之间存在误差。这个 误差引起下述两个特性的差异，从而因为电容波动而导致图像伪影(1) Vth (阈值电压)的变化TFT的一个重要参数是Vth (阈值电压)。高于Vth的电压施加使TFT导通，由此使电流通过，并且低于 Vth的电压施加使得TFT截止，由此中断电流。这个特性是利用TFT 作为开关元件的TFT矩阵板中的一个重要因素。在像素当之中具有Vth的波动的情况下，即使当对TFT施加截止 电压时，电流可能在某些像素中流过，由此导致图像损坏。如上所述，在TFT的源极或漏极与栅极之间的重叠区域的改变引 起其Vth偏离设计值。例如，在重叠区域显著减小的情况下，Vth向较高的电压移动。 因此，除非对TFT的栅极施加较高的电压，否则TFT不能导通，从 而引起电荷传输的故障。结果，在像素中任何一个TFT的Vth的增加都将引起另一 TFT 的Vth减小。因而变得无法控制两个TFT，由此引起例如由于传输故 障而产生的图像伪影。(2) 在传输之后和复位之后的像素电极的电位 在施加第一开关元件11的导通电压以从转换元件1传输电荷之后，施加TFT的截止电压。然后，在施加第二开关元件12的导通电 压以对转换元件1的像素电极9施加复位电位之后，施加截止电压。现在让我们考虑这样一种情况在图12所示的结构中，用于形成 第一电极13、第二电极14、第三电极16和第四电极17的掩模位置被 位移以使得在第一开关元件11的第一栅极15和与像素电极9相连的 第二电极14之间的重叠区域减小。在这种情况下，在第二开关元件 12的第二栅极18和与像素电极9相连的第四电极17之间的重叠区域 增加。结果，第一开关元件11和第二开关元件12具有不同的电容。此 外，在第一开关元件11或第二开关元件12导通之后，电荷在电容之中被分配(电荷分享)，但是在传输之后像素电极9的电位与复位之 后像素电极9的电位不同。在传输之后像素电极9的电位与复位之后 的所述电位之间的这种差异例如在放射线检测设备中^ 1起对应于这种 电位差异的电荷的误检测。因此，在形成开关元件时的掩模对准误差 引起像素内的像素电极9的电位波动，并且进一步引起TFT矩阵板内 像素电极9中的波动。因而，在这种放射线检测设备中，在捕获的图像中产生图像伪影。 本实施例的结构对于减少由于在开关元件的制备期间的掩模对准 误差而产生的伪影是有效的。 [第七实施例在第一到第六实施例中，转换元件的像素电极具有矩形形状，但 是像素电极的形状和布局不限于这种矩形形状，而是可被任意地选择。在图18中，像素电极9具有蜂巢式结构，但是栅极配线7和信号 配线8具有与第一、第二实施例的布局类似的布局。在第一到第六实 施例中，转换元件的像素电极具有矩形形状，并且信号配线6和/或栅 极配线7被设置为跨过像素电极的彼此相对的平行两边。在本实施例中，栅极配线7穿过非平行的两边，即被倾斜地构图 的像素电极9的两边，从而穿过像素电极9在衬底上的正投影区域与 像素电极9之间的区域.在栅极配线7与像素电极9之间的对准误差引起在每个像素中的 栅极配线与像素电极之间的电容的一定改变，在现有的结构中，这种 电容的改变是大的，这是因为栅极配线或信号配线的在其宽度方向上 的位移引起重叠区域的改变。但是，在图18所示的栅极配线中，因大 致在纵向上的位移而改变重叠区域，因此，电容的改变被限制，由此 与现有的结构相比，电容可被稳定，只具有有限的波动，从而提供伪 影被抑制的捕获图像或显示图像。此外，因为不需要对在栅极配线上并沿着栅极配线的下电极执行 像素隔离，该处理可以在不受台阶差的影响下被进行，从而转换元件 能够以稳定的方式形成。在图18中，信号配线6跨过六边形像素电极9中的垂直于信号配 线的两边，并被设置为以这样一种方式穿过在像素电极9在衬底上的 正投影区域与像素电极9之间的区域使得信号配线6在宽度方向上 彼此相对的两个端部处于这个区域内。但是，也可以将信号配线6设 置为跨过像素电极9的被倾斜构图的两边，并将栅极配线设置为跨过 六边形像素电极中的垂直于信号配线的两边。此外，两个配线(栅极 配线和信号配线)可以分别被设置为跨过被倾斜构图的两边。在上述的实施例中，在将构成转换元件的像素电极9的第三电极 层37或构成上电极的第五电极层42形成为覆盖信号配线6或栅极配 线7的情况下，这种配线优选地被定位在从像素电极的端部向内1到 3pm或更多。这是因为，由于普通的曝光设备在高精度的严格控制 下使用时包括大约ljum的对准误差，或者在普通控制下包括大约3 jim的对准误差，所以在形成转换元件的处理中的层间对准误差可能 到达这个区域。此外，对于根据对准树的结构具有大约上述值的1.5 倍的误差的情况下，如果可能，向内大约10pm的定位是优选的。此 外，在对像素提供行方向或列方向的多个配线的情况下，这些配线具 有大致相同的距离是更优选的。第八实施例下面将参照图19说明利用本发明的放射线检测设备的放射线检 测系统。如图19所示，由X射线管6050产生的X射线6060穿过被检查 人6061的胸部6062，并进入放射线检测设备6040。入射的X射线包 含关于被查人6061的身体内部的信息。响应入射的X射线，放射线 检测设备6040的磷光体发光，对该光进行光电转换以获得电信息。该 信息被转换成数字信号，由构成信号处理装置的图像处理器6070对该 信号进行图像处理，因而可以在控制室内的构成显示装置的显示器 6080上观察该信号。此外，这个信息可以通过诸如电话通道6090之类的传输装置被传 输到远端位置，并被显示在诊室内的显示器6081上，或者被诸如光盘设备之类的记录装置记录在诸如光盘之类的记录介质上，供医生在远端位置进行诊断。该信息还可以由胶巻处理器6100的激光打印机6101 记录在胶巻6110上。由于可以在不脱离本发明的范围和范围的情况下作出本发明的许 多非常不同的实施例，所以应当理解，除了如权利要求中所定义的之 外，本发明不限于这些特定的实施例。工业应用本发明可应用于利用开关元件和转换元件的放射线检测设备，用 于医疗应用和非破坏性检查。还可应用于用来把诸如可见光之类的光 转换成电信号的检测设备，尤其应用于具有大面积的光电转换区域的 检测设备。本申请要求于2005年7月25日提交的申请号为2005-214227 以及于2006年7月18日提交的申请号为2006 - 195146的日本专利申 请的优先权，这些专利申请通过引用被包括在本文中。
权利要求
1.一种放射线检测设备，包括多个像素，每个像素具有被设置在绝缘衬底上的开关元件和被设置在所述开关元件上的转换元件；沿着一个方向排列的并和所述多个开关元件相连的多个信号配线；以及沿着与所述一个方向不同的方向排列的并与所述多个开关元件的控制端子相连的多个控制配线；其中所述转换元件具有分别对于所述像素中每一个的分离电极，所述开关元件与每个像素的所述电极相连，并且所述信号配线的在宽度方向上彼此相对的两个端部以及所述控制配线的在宽度方向上彼此相对的两个端部被设置在从所述转换元件的上方看的所述电极的区域内。
2. 如权利要求1所述的放射线检测设备，其中所述开关元件被设 置在所述区域内。
3. 如权利要求1所述的放射线检测设备，其中所述信号配线和所 述控制配线的交叉部分净皮设置在所述区域内。
4. 如权利要求1所述的放射线检测设备，其中多个所述开关元件 和所述电极相连，所述多个开关元件包括用于传输的开关元件和用于复位的开关元 件，以及所述用于复位的开关元件被连接到复位配线。
5. 如权利要求4所述的放射线检测设备，其中所述多个开关元件 具有从连接到所述电极的第一端子到连接到所述信号配线或复位配线 的第二端子的相同方向，以及所述控制端子具有相同方向的设置。
6. 如权利要求1所述的放射线检测设备，其中所述信号配线和所 述控制配线的在宽度方向上的两个端部被设置在所述电极的端部向内大于1 M m处。
7. 如权利要求1所述的放射线检测设备，还包括在所述开关元件 和所述转换元件之间的绝缘层。
8. 如权利要求7所述的放射线检测设备，其中所述绝缘层由有机 树月旨构成。
9. 如权利要求1所述的放射线检测设备，其中所述转换元件由PIN 光电转换元件或MIS光电转换元件构成。
10. 如权利要求1所述的放射线检测设备，还包括在所述转换元件 上的波长转换构件。
11. 如权利要求1所述的放射线检测设备，其中所述转换元件能够 把放射线直接转换成电荷。
12. —种放射线检测系统，包括 如权利要求1所述的放射线检测设备；用于处理来自所述放射线检测设备的信号的信号处理装置； 用于记录来自所述信号处理装置的信号的记录装置； 用于显示来自所述信号处理装置的信号的显示装置； 用于传送来自所述信号处理装置的信号的传送处理装置；以及 用于产生放射线的放射线源。
全文摘要
一种放射线检测设备包括多个像素，每个像素配备有被设置在绝缘衬底上的开关元件和被设置在所述开关元件上的转换元件；以及沿着一个方向排列的并和所述多个开关元件相连的多个信号配线，其中所述转换元件具有分别对于所述像素的分离电极，所述开关元件和所述每个像素的电极相连，并且所述信号配线的在宽度方向上彼此相对的两个端部以及所述控制配线的在宽度方向上彼此相对的两个端部被设置在从转换元件的上方看时的所述电极的区域内。
文档编号H04N5/369GK101228632SQ20068002712
公开日2008年7月23日 申请日期2006年7月25日 优先权日2005年7月25日
发明者望月千织, 渡边实, 石井孝昌 申请人:佳能株式会社