专利名称：放射线检测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于检测X射线、Y射线等放射线的放射线检测器。
背景技术：
以往，检测放射线的方法有间接变换方式和直接变换方式。在间 接变换方式中，先将放射线暂时变换为光，再将光变换为电信号，而 在直接变化方式中，将放射线直接变换为电信号。所以，与有可能因 光散射而导致解析度降低的间接变换方式相比，直接变换方式具有解 析度高的特点。因此，近年来基于直接变换方式的放射线检测器备受
作为基于直接变换方式的放射线检测器，巳知有一种包括信号 读出基板，具有基板、以及在该基板的前面(放射线入射侧的面)上 一维或二维地排列的多个像素电极；光导电层，在信号读出基板的前 面上形成；以及共通电极，在光导电层的前面上形成(例如，参照日 本国特开2003-209238号公报)。
发明内容
然而，如图10所示，在如上所述的放射线检测器中，如果光导电 层47具有结晶性，则在光导电层47的前面47a上就存在着凹凸，因 而，在前面47a的凸部分上容易形成共通电极48，而在凹部分难以形 成共通电极48。所以，共通电极48不连续地形成，存在着共通电极 48高电阻化的可能性。在此，为了抑制共通电极48的高电阻化，考虑 增厚共通电极48，但这种情况下，共通电极48变得容易剥落，且有可 能因剥落的共通电极48而导致图像缺陷。
于是，本发明的目的在于，提供一种能够在抑制共通电极的高电 阻化的同时防止共通电极剥落的放射线检测器。为了解决上述问题，本发明涉及的放射线检测器为用于检测放射 线的放射线检测器，其特征在于，包括信号读出基板，具有基板、 以及在该基板的一个的主面侧上一维或二维地排列的多个像素电极； 结晶性光导电层，形成在信号读出基板的一个的主面侧；导电性中间 层，形成在结晶性光导电层的一个的主面侧；以及共通电极，形成在 导电性中间层的一个的主面上。导电性中间层的一个的主面的单位区 域的表面积小于结晶性光导电层的一个的主面的单位区域的表面积。 导电性中间层被形成为，从一侧看包含共通电极且被结晶性光导电层 的一个的主面所包含。
在该放射线检测器中，导电性中间层的一个的主面的单位区域的 表面积小于结晶性光导电层的一个的主面的单位区域的表面积。因此， 相对于结晶性光导电层的一个的主面的凹凸的程度而言，导电性中间 层的一个的主面的凹凸的程度较为平缓。由此，通过在导电性中间层 的一个的主面上形成共通电极，即使不增厚共通电极，也能够防止共 通电极不连续地形成，从而可以在抑制共通电极的高电阻化的同时防 止共通电极的剥落。在此，导电性中间层是由具有导电性的材料形成 的层，不仅包含导体，也包含半导体。结晶性光导电层是具有结晶性 (具有结晶结构)的光导电层。单位区域是与从一侧看时与单位面积 相当的区域。
此外，由于从一侧看，导电性中间层被形成为，包含共通电极且 被结晶性光导电层的一个的主面包含，因而能够防止因导电性中间层 的剥落而导致的共通电极的剥落。其理由如下。即，由于在形成导电 性中间层时产生内部应力，因而在结晶性光导电层中的凹凸不平的一 个的主面上形成的导电性中间层很难剥落，而形成于该主面以外的平 滑部分的导电性中间层则容易剥落。因此，如上所述，通过将导电性 中间层的一个的主面形成为从一侧看包含共通电极且被结晶性光导电 层的一个主面包含，能够将结晶性光导电层和导电性中间层牢固地接 合。
在此，优选导电性中间层的厚度为lpm 5iam。这是因为，若导 电性中间层的厚度不足lpm，则不能使结晶性光导电层的一个主面的 凹凸的程度足够平缓，另一方面，若导电性中间层的厚度超过5pm，
则因放射性的入射而在结晶性光导电层产生的信号电荷在导电性中间 层内显著地丢失。
此外，优选导电性中间层的电阻率为结晶性光导电层的电阻率的 10J 10"倍。由此，能够使在结晶性光导电层产生的信号电荷经过导 电性中间层顺畅地迁移至共通电极。
此外，优选导电性中间层包含类金刚石碳。这种情况下，由于类 金刚石碳具有难以吸收放射线的特性，因而在导电性中间层的放射线 的吸收变少，从而可以灵敏度良好地检测放射线。
此时，优选导电性中间层中添加有氮原子。这种情况下，能够容 易地调整导电性中间层的电阻率，例如可以容易地将导电性中间层的
电阻率调整为结晶性光导电层的电阻率的10—2 10'6倍。
图1为本发明涉及的放射线检测器的一个实施方式的平面示意图。
图2为沿图1的II-II线的截面图。
图3为沿图i的iii-in线的截面图。
图4为图1的放射线检测器的概念图。
图5为用于说明图1的放射线检测器的共通电极的放大概念图。 图6为示意接触辅助层的膜厚和共通电极的电阻值的关系的实验 结果的曲线图。
图7为示意接触辅助层的膜厚和暗电流的关系的实验结果的曲线图。
图8为示意接触辅助层的膜厚和对放射线的灵敏度的关系的实验 结果的曲线图。
图9为示意接触辅助层的膜厚和余像输出特性的关系的实验结果 的曲线图。
图IO为用于说明现有的放射线检测器的共通电极的放大概念图。
具体实施例方式
下面，参照附图，详细地说明本发明的优选实施方式。其中，在 附图的说明中，同一或相当的要素被赋予同一符号，重复的说明被省 略。
如图1 图3所示，放射线检测器1用于检测从前方(图2及图3 中的上方)入射的X射线(放射线)。该放射线检测器1具有信号读 出基板2。信号读出基板2，通过多个像素单元4在矩形状的有效像素 区域R中排列为二维矩阵状而形成，该有效像素区域R在由玻璃等绝 缘材料形成的矩形基板3的前面(一个主面)3a上被划定。在基板3 的前面3a的有效像素区域R的外侧的区域，沿着基板3的一边形成有 多个结合区(bondingpad) 5，而且，在同一区域，沿基板3的相对的 两个边分别形成有多个结合区6。
如图4所示，各像素单元4具有用于收集电荷的像素电极7、用于 蓄积在像素电极7收集的电荷的蓄积电容器8、以及用于读出在蓄积电 容器8蓄积的电荷的开关(switching)元件9。由此，在信号读出基板 2中，多个像素电极7在基板3的前面3a上被排列为二维矩阵状。此 外，开关元件9例如为薄膜晶体管(TFT)，在基板3由硅形成的情况 下，例如为C-MOS晶体管。
各开关元件9通过信号线11而与结合区5 (参照图2)电连接， 并且，通过挠性印刷电路板(FPC)等与开关元件9的执行ON/OFF 的栅极驱动器(gatedrWer) 12电连接。此外，各蓄积电容器8经开关 元件9通过信号线13电连接于结合区6 (参照图3)，并通过FPC等 电连接于将蓄积于蓄积电容器8的电荷放大的电荷放大器14。
如图1 图3所示，在基板3的前面3a的有效像素区域R的外侧 的区域，电压供给区15被形成为与结合区5夹着有效像素区域R相对。 而且，在基板3的前面3a上，形成有绝缘性的平坦膜16，并使像素电 极7、结合区5、 6、以及电压供给区15的前面露出，且信号线ll， 13 等被埋设。
在信号读出基板2的前面(一个主面)2a上，形成有光导电层(结 晶性光导电层)17，其与各像素电极7电连接，从前方(即基板3的 厚度方向)看，包含有效像素区域R (即包含全部的像素电极7)。
光导电层17由金属卤化物，例如碘化铅形成，作为吸收X射线并 将其变换为信号电荷的变换元件而起作用。该光导电层17具有结晶性， 即，具有结晶结构，为具有确定的晶形或结构的结晶体。具体而言， 在光导电层17由碘化铅形成的情况下，光导电层17具有鳞片状的多
晶结构(参照图5)。光导电层n被形成为四棱台状，具有从前方看
包含有效像素R的矩形的前面(一个主面)17a、以及倾斜面即侧面17b。 这是因为，使用掩模在信号读出基板2的前面2a上淀积光导电层17 时，如果事先使掩模接触前面2a，那么，使掩模从前面2a剥离时，光 导电层17的边缘部同时也剥离，因而，必须事先使掩模离开前面2a， 结果，构成光导电层17的材料(碘化铅)的一部分绕到了掩模下。
在光导电层17的前面17a上，形成有具有导电性的接触辅助层(导 电性中间层)30。接触辅助层30是高电阻半导电性薄膜，由类金刚石 碳(Diamond Like Carbon:以下称"DLC")形成，该DLC由具有耐 腐蚀性的轻金属元素形成。
在接触辅助层30的前面(一个主面)30a上，形成有矩形的共通 电极18，使得从前方看，包含有效像素区域R (即包含全部的像素电 极7)且被光导电层17的前面17a包含。
由导电性树脂形成的连接部件19架设在共通电极18和电压供给 区15上，并与光导电层17的侧面17b相接触。由此，共通电极18和 电压供给区15电连接。此外，为了不使摄像区域变窄，连接部件19 和共通电极18的连接点配置在有效像素区域R之外(详细地说，从前 方看时，为在共通电极18中包围有效像素区域R的外边缘区域)。
从前方看，在信号读出基板2的前面2a上形成有矩形环状的绝缘 性凸部21以包围电压供给区15的一部分并使其敞开，且覆盖连接部 件19的全部。该绝缘性凸部21由与电压供给区15、平坦膜16以及连 接部件19的接合性良好的绝缘性树脂，例如UV硬化型丙烯系树脂(协 立化学产业株式会社制WORLDROCKNo. 801-SET2等)形成。电压 供给线22的一端通过焊锡或导电性粘结剂被固定在被该绝缘性凸部 21包围的电压供给区15的一部分(敞开部)上。由此，电压供给区 15和电压电源23电连接，能够从电压电源23经电压供给区15向共通 电极18提供偏置电压。
而且，在信号读出基板2的前面2a上，形成有矩形环状的绝缘性 凸部24以包围光导电层17以及绝缘性凸部21，该绝缘性凸部24由与 平坦膜16的接合性良好的绝缘性树脂，例如与绝缘性凸部21相同的UV硬化型丙烯系树脂形成。在绝缘性凸部24的内侧的区域，除了绝 缘性凸部21的内侧区域，形成有直至绝缘性凸部21、 24的顶部的保 护层25，以覆盖光导电层17以及共通电极18。保护层25通过以有机 膜27 (绝缘性保护层)夹着无机膜26而构成。无机膜26由对X射线 的吸收少并可遮蔽可见光的材料例如铝形成。并且，有机膜27由具有 绝缘性且耐湿性优良的材料，例如聚对二甲苯(polyparaxylylene)树 脂(Threebond社制，商品名parylene等)形成。所以，通过如上所 述组合无机膜26和有机膜27，保护层25具有如下效果因隔绝可见 光而减少了噪音，因确保绝缘性而提升了操作的容易性，因隔绝外部 环境中的水蒸气和气体而防止了光导电层17的性能的恶化。
在绝缘性凸部21的内侧，填充有绝缘性密封部件28，以密封电压 供给区15和电压供给线22的固定部，使其脱离外部环境，该绝缘性 密封部件28由绝缘性高于有机膜27且与绝缘性凸部21的接合性良好 的树脂，例如硅橡胶(silicone rubber) (GE Silicones社制,RTV-11 等)形成。绝缘性密封部件28直至绝缘性凸部21的顶部，并覆盖保 护层25的内侧的边缘部25a。由此，绝缘性密封部件28与有机膜27 的内侧的边缘部相接触。此外，为了防止保护层25的外侧的边缘部25b 剥落，在绝缘性凸部24的顶部，配置有矩形环状的绝缘性固定部件29， 以覆盖保护层25的外侧的边缘部25b。该固定部件29由与绝缘性凸部 24以及有机膜27的接合性良好的材料，例如与绝缘性凸部21相同的 UV硬化型丙烯系树脂形成。
如上所述，在放射线检测器l中，形成有接触辅助层30以介于光 导电层17和共通电极18之间。而且，如图5所示，该接触辅助层30 的前面30a的单位区域的表面积小于光导电层17的前面17a的单位区 域的表面积。在此，单位区域指从前方(图5中的上方)看时与单位面积 相当的区域。
再次参照图1 图3，从前方(一侧)看(从基板3的厚度方向看)， 该接触辅助层30被形成为，包含共通电极18且被光导电层17的前面 17a包含。换言之，接触辅助层30被形成为，被容纳于光导电层17的 前面17a内，并且，共通电极18被形成为，被容纳于接触辅助层30 的前面30a内。即，从前方看时，形成有接触辅助层30的区域被限定在大于共通电极18的区域且小于光导电层17的前面17a的范围内。
如上所述，该接触辅助层30为由DLC形成的高电阻半导电性的 薄膜。而且，其厚度为lpm 5^im。此外，向接触辅助层30中添加(掺 杂d叩ing)氮原子，其电阻率为光导电层17的电阻率的10—2 10—6 倍。具体地说，通过将相对于接触辅助层30中所包含的碳原子和氮原 子数的总和而言为3% 15%的氮原子添加到接触辅助层30内，从而 将接触辅助层的电阻率调整为106Q，cm~101QQ，Cm。此外，接触辅助层 30呈褐色或黑色，由此可以提高接触辅助层30的遮光性，从而减少光 导电层17中因来自外部的放射线以外的光而引起的感光性的降低。此 外，因为由DLC形成的接触辅助层30也具有耐腐蚀性，所以可以抑 制接触辅助层30和光导电层17的成分即卤素发生反应，防止该接触 辅助层30被腐蚀。
下面对如上述形成的放射线检测器1的工作进行说明。如图4所 示，当X射线从前方入射到光导电层17中时，X射线在光导电层17 被吸收，产生与被吸收的X射线的量成比例的信号电荷。此时，由于 通过电压电源23在共通电极18上施加有偏置电压Vb (500V 1000V 左右的高电压)，因而产生于光导电层17的信号电荷在光导电层17 中沿电场移动，在像素电极7被收集，蓄积于蓄积电容器8。接着，通 过栅极驱动器12依次执行各开关元件9的ON/OFF操作，蓄积在各蓄 积电容器8内的电荷依次在电荷放大器14被读出并被放大，由此得到 二维X射线图像。
然而，如图10所示，在现有的放射线检测器40中，由于光导电 层47具有结晶性，所以在光导电层47的前面47a上存在着凹凸。因 此，如果要在光导电层47的前面上形成共通电极48，那么，在该前面 47a的凸部分容易形成共通电极48，而在凹部分(晶粒的背阴部分) 则难以形成共通电极48。因此，在现有的放射线检测器40中，存在着 共通电极48在局部变薄或者分裂不连续的可能性。结果，发生共通电 极48的电阻变大或该共通电极48电断开的情况。
因此，在放射线检测器1中，如上所述，接触辅助层30的前面30a 的单位区域的表面积小于光导电层17的前面17a的单位区域的表面 积。由此，接触辅助层30的前面30a的凹凸的程度比光导电层17的 前面17a的凹凸的程度平缓。因此，不是直接在光导电层17的前面17a 上形成共通电极18，而是如上所述，通过在光导电层17的前面17a上 形成接触辅助层30，并在该接触辅助层30的前面30a上形成共通电极 18，能够防止共通电极18不连续地形成(参照图5)。结果，没有必 要为了抑制共通电极的高电阻化而使该共通电极变厚，从而避免因共 通电极厚而导致该共通电极易于剥落。因此，根据放射线检测器l，能 够在抑制共通电极18的高电阻化的同时防止共通电极18的剥落，从 而可以提高信号电荷的收集效率，灵敏度良好地检测放射线。
另外，如上所述，接触辅助层30被形成为，从前方看包含共通电 极18且被光导电层17的前面17a包含。因此，能够防止因接触辅助 层30的剥落而导致的共通电极18的剥落。其理由如下。g卩，在形成 接触辅助层30时，在接触辅助层30的内部产生应力(内部应力)， 但由于光导电层17的前面17a具有凹凸，因此在该前面17a上形成的 接触辅助层受应力的影响较小，不易剥落。另一方面，由于信号读出 基板2的前面2a上的无光导电层17形成的区域(包含光导电层17的 侧面17b)平滑，因而应力的影响大，形成于该区域的接触辅助层容易 剥落。所以，如上所述，通过形成接触辅助层30，使得从前方看时包 含共通电极18且被光导电层17的前面17a包含，从而能够将光导电 层17与接触辅助层30牢固地接合。
而且，如上所述，通过将光导电层17与接触辅助层30牢固地接 合，能够防止例如接触辅助层30剥落，其碎片与结合区5， 6相接触 而发生短路，同时能够防止该碎片进入有效像素区域R而产生局部的 图像缺陷。此外，可以向光导电层17提供大致均匀的偏置电压，提高 该光导电层17中的载流子的运动性能。
在此，在接触辅助层30较薄的情况下，不能充分填埋光导电层17 的前面17a的结晶间隙(使凹凸的程度充分平缓)，于是共通电极18 局部地变薄、不连续地形成(分开形成)。所以，如图6所示，共通 电极18的电阻的相对值具有随着接触辅助层30变薄而极端地变大的 特性。而且，在接触辅助层30较薄的情况下，阻止多余的电荷向光导 电层17注入的效果不充分。因此，如图7所示，在光导电层17流动 的暗电流的相对值具有随着接触辅助层30变薄而极端地变大的特性。 此外，若接触辅助层30薄，则在该层内因再结合或捕获而失去的 信号电荷少，从而读出的信号电荷变多，而另一方面，若接触辅助层
厚，则在该层30内由于再结合或捕获而失去的信号电荷增多，从而读 出的信号电荷变少。因此，如图8所示，光导电层17对于放射线的灵 敏度的相对值具有随着接触辅助层变厚而降低的特性。
此外，在接触辅助层30厚的情况下，由于在接触辅助层30内被 捕获的信号电荷增多，因而信号电荷的时间响应性恶化。此外，在接 触辅助层30薄的情况下，由于阻止多余的电荷向光导电层17注入的 效果不充分，因而信号电荷的时间响应性也恶化。这是因为，注入的 多余的电荷具有信号电荷越多越促进注入的性质，且其迁移率低。所 以，如图9所示，余像输出特性(在X射线的入射被阻断开始经过规 定的时间后残存的输出信号电荷的量)的相对值具有随着接触辅助层 30的厚度比规定的厚度(在此为2.5,)厚或薄而恶化的特性。
鉴于这些特性，也就是基于接触辅助层30的膜厚的诸特性(共同 电极的电阻、暗电流、对放射线的灵敏度、以及余像输出特性)，在 本实施方式的放射性检测器1中，决定接触辅助层30的厚度时使这些 特性满足所要求的性能。S卩，在放射线检测器1中，如上所述，使接 触辅助层30的厚度为lpm 5iam。这样，可以抑制共通电极18的高 电阻化，并灵敏度良好地检测放射线。
此外，如上所述，通过使接触辅助层30的电阻率为光导电层17 的电阻率的10'2 10—6倍，能够使在光导电层17产生的信号电荷经过 接触辅助层30而顺畅地迁移至共通电极18。
此外，如上所述，接触辅助层30由DLC形成。由于DLC具有难 以吸收放射线的特性，因而在接触辅助层30吸收的X射线变少。这样， 能够在光导电层17有效地吸收X射线并将其转变为信号电荷，从而可 以灵敏度良好地检测X射线。
而且，如上所述，在DLC即接触辅助层30中添加有氮原子。由 此，可以降低接触辅助层30的电阻率，并容易地将该接触辅助层30 的电阻率调整至期望值(光导电层17的电阻率的10—2 10—6倍)。此 外，由于未添加氮原子等的DLC的电阻率高，因而如果由该未添加氮 原子的DLC形成接触辅助层，那么，在为了使光导电层17的前面17a
的凹凸的程度足够平缓而形成必要的膜厚的情况下，存在着对放射线 的灵敏度降低以及残余图像输出特性恶化的可能性。
以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限于 上述实施方式。例如，虽然上述实施方式的放射线检测器1检测X射 线，但是也可以用于检测波长区域不同的电磁波(Y射线等)和其它电 磁波。
此外，在上述实施方式中，虽然接触辅助层30由DLC形成，但 是也可以由例如a-Si (非晶硅)、a-SiC (非晶碳化硅)、或Alq3 (8-羟基喹啉铝(Tris(8-quinolinolato) aluminum))的导电性有机化合物等 形成。
此外，在上述实施方式中，虽然在基板3的前面3a上形成具有像 素电极7的像素单元4，但是也可以在基板的前面侧形成。而且，虽然 在信号读出基板2的前面2a上形成光导电层17，但是也可以在信号读 出基板的前面侧形成，并且，虽然在光导电层17的前面17a上形成接 触辅助层30，但是也可以在光导电层的前面侧形成。
此外，虽然在信号读出基板2的有效像素区域R内将像素单元4 排列成二维矩阵状，但是排列成一维状当然更好。
根据本发明，可以在抑制共通电极的高电阻化的同时防止共通电 极的剥落。
权利要求
1.一种用于检测放射线的放射线检测器，其特征在于，包括信号读出基板，具有基板、以及在该基板的一个主面侧上一维或二维地排列的多个像素电极；结晶性光导电层，形成在所述信号读出基板的一个主面侧；导电性中间层，形成在所述结晶性光导电层的一个主面侧；共通电极，形成在所述导电性中间层的一个主面侧，其中，所述导电性中间层的一个主面的单位区域的表面积小于所述结晶性光导电层的一个主面的单位区域的表面积，所述导电性中间层被形成为，从一侧看时包含所述共通电极且被所述结晶性光导电层的一个主面包含。
2. 如权利要求1所述的放射线检测器，其特征在于 所述导电性中间层的厚度为lpm 5^im。
3. 如权利要求1所述的放射线检测器，其特征在于 所述导电性中间层的电阻率为所述结晶性光导电层的电阻率的10-2 10-6倍。
4. 如权利要求1所述的放射线检测器，其特征在于 所述导电性中间层包含类金刚石碳。
5. 如权利要求1所述的放射线检测器，其特征在于 所述导电性中间层中添加有氮原子。
全文摘要
本发明涉及一种能够在抑制共通电极的高电阻化的同时防止共通电极的剥落的放射线检测器。放射线检测器具有信号读出基板。信号读出基板由具有像素电极的像素单元在基板的前面上排列成二维矩阵状而构成。在信号读出基板的前面上，形成有具有结晶性的光导电层。在光导电层的前面上，形成有具有导电性的接触辅助层。在该接触辅助层的前面上，形成有共通电极。接触辅助层的前面的单位区域的表面积小于光导电层的前面的单位区域的表面积。此外，接触辅助层被形成为，从前方看包含共通电极且被光导电层的前面包含。
文档编号G01T1/00GK101206263SQ20071016083
公开日2008年6月25日 申请日期2007年12月18日 优先权日2006年12月18日
发明者中田道笃, 木下治久, 榑林章仁, 河合敏昭, 金原正典, 铃木英之 申请人:国立大学法人静冈大学;浜松光子学株式会社