放射线检测器的制造方法、放射线检测器以及放射线摄像装置的制作方法

专利名称：放射线检测器的制造方法、放射线检测器以及放射线摄像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用于医疗领域、非破坏检查、RI(RadiC) Isotope 放射性同位素)检查以及光学检查等产业领域等中的放射线的检测，特别是涉及一种使用了将放射线变换为电荷信号的变换层的放射线检测器的制造方法、放射线检测器以及放射线摄像装置。
背景技术：
以往，作为高灵敏度的放射线检测器的放射线变换层的材料，研究出了各种半导体材料，尤其是，研究和开发出CdTe (碲化镉)或者CdSiTe(碲锌镉)的单晶体，且一部分已产品化。当放射线入射到这些单晶体时，与放射线量相应地产生载流子(电子-空穴对)， 通过提取由该载流子产生的电荷信号，能够检测放射线。然而，在应用于医用诊断用的放射线检测器时，需要形成大面积(例如边长20cm以上)的放射线变换层，但是形成这样大面积的单晶体在技术上难以实现而且在成本方面还需要巨额费用。因此，代替单晶体而结晶生长为多晶化合物半导体层的放射线变换层被认为是有前景的。在使用了 CdTe单晶的小型放射线检测器中，已知当对CdTe单晶掺杂Zn (锌)时， 流过CdTe单晶内的漏电流减少。另外，已知当对CdTe单晶掺杂Cl (氯)等卤素时，CdTe单晶内的载流子的移动性得到改善。例如，在专利文献1中公开了用于提高CdTe单晶的检测性能的最佳Cl浓度。认为阻碍CdTe单晶内的载流子移动性的主要原因是结晶缺陷、由于杂质而电荷被捕获。然而，在多晶化合物半导体层中，考虑增加了晶界、粒径分布的作用，最佳Cl浓度与单晶体的情况不一定一致。另外，向CdTe多晶化合物半导体层掺杂的最佳Si浓度例如在专利文献2中进行了公开，但是范围大到几 几十mol%左右，虽然通过进行掺杂而得到漏电流减少等效果， 但是该效果为何种程度并不清楚。另外，掺杂了 Si和Cl时的最佳Si浓度和Cl浓度不清楚。这样，向CdTe多晶化合物半导体层掺杂的Si和Cl的最佳浓度是不清楚的。专利文献1 日本特开2003-277197号公报专利文献2 日本特开2001-242255号公报

发明内容
发明要解决的问题本发明是鉴于上述情况而完成的，目的在于提供一种利用Si浓度和Cl浓度最佳的Cl掺杂CdaiTe多晶化合物半导体层来使载流子移动性良好、对放射线的灵敏度和响应性高的放射线检测器的制造方法、放射线检测器以及放射线摄像装置。用于解决问题的方案本发明为达到上述目的而具有以下结构。
S卩，本发明的放射线检测器具备将放射线变换为电荷信号的变换层，该放射线检测器的特征在于，上述变换层是Si浓度为Imol %以上且5mol %以下而Cl浓度为Ippmwt 以上且3ppmwt以下的Cl掺杂CdSiTe多晶化合物半导体层。根据本发明的放射线检测器，将放射线变换为电荷信号的变换层是Cl掺杂 CdaiI1e多晶化合物半导体层，其Si浓度为Imol %以上且5mol%以下，并且Cl浓度为 Ippmwt以上且3ppmwt以下。由此，通过利用适当的Cl浓度来形成Cl掺杂CdSiTe多晶化合物半导体层，能够有效地保护晶界的缺陷能级。另外，通过掺杂适当浓度的Zn，能够使半导体的电阻率增加而减少漏电流，并且提高对放射线的灵敏度。由此能够得到对放射线的灵敏度和响应性、噪声、S/N良好的放射线检测器。并且，如果Cl掺杂CdaiI1e多晶化合物半导体层的Si浓度为Imol %以上且2mol % 以下，则能够将漏电流维持在所需范围内并且进一步提高对放射线的灵敏度。另外，在变换层的单面或者两面上形成有载流子注入阻止层，该载流子注入阻止层阻止电子或者空穴的注入，因此能够提供变换得到的电荷信号的移动性良好、使漏电流进一步减少、对放射线的响应性良好的放射线检测器。作为该载流子注入阻止层，能够采用η型或者P型的半导体层。另外，还具备有源矩阵基板，该有源矩阵基板针对将变换层分割为二维矩阵状而得到的每个检测元件读取电荷信号，由此能够针对每个检测元件来读取电荷信号，因此能够得到分辨率高、漏电流低的放射线检测器。另外，通过连接电极将形成有变换层的相对基板与有源矩阵基板连接，由此能够在超过有源矩阵基板的耐热温度的温度状况下通过另外的途径形成变换层。另外，本发明的放射线摄像装置的特征在于，具备放射线照射单元，其向被检体照射放射线；放射线检测器，其将透过了被检体的放射线在变换层中变换为电荷信号，并且将上述电荷信号作为电信号而发送；以及图像处理部，其基于上述电信号来构成被检体的放射线透过图像，其中，上述变换层是Si浓度为Imol %以上且5mol%以下而Cl掺杂浓度为Ippmwt以上且3ppmwt以下的Cl掺杂CdaiI1e多晶化合物半导体层。根据本发明的放射线摄像装置，将透过了被检体的放射线变换为电荷信号的变换层是Cl掺杂CdaiTe多晶化合物半导体层，其Si浓度为Imol %以上且5mol %以下，Cl掺杂浓度为Ippmwt以上且3ppmwt以下。由此，能够得到对放射线的灵敏度和响应性、噪声、 S/N良好的放射线摄像装置。另外，本发明的放射线检测器的制造方法是具备将放射线变换为电荷信号的变换层的放射线检测器的制造方法，该制造方法的特征在于，使用近空间升华法来形成ai浓度为Imol %以上且5mol %以下而Cl掺杂浓度为Ippmwt以上且3ppmwt以下的Cl掺杂CdSiTe 多晶化合物半导体层作为上述变换层。根据本发明的放射线检测器的制造方法，将Cl掺杂CdSiTe多晶化合物半导体层形成为Si浓度为Imol %以上且5mol %以下而Cl掺杂浓度为Ippmwt以上且3ppmwt以下， 在其形成中使用近空间升华法，因此加快多晶的生长速度而能够高效率地形成。另外，能够以低成本形成均勻性良好的多晶化合物半导体层。另外，能够利用适当浓度Cl来有效地保护晶界的缺陷能级，并且，通过掺杂适当浓度的Si，能够使半导体的电阻率增加而漏电流减少。由此能够得到对放射线的灵敏度和响应性、噪声、S/N良好的放射线检测器。
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发明的效果根据本发明所涉及的放射线检测器的制造方法、放射线检测器以及放射线摄像装置，能够提供一种利用ai浓度和Ci浓度最佳的Ci掺杂CdaiTe多晶化合物半导体层来使载流子移动性良好、对放射线的灵敏度和响应性高的放射线检测器的制造方法、放射线检测器以及放射线摄像装置。


图1是表示实施例所涉及的X射线摄像装置的整体结构的框图。图2是表示实施例所涉及的X射线平面检测器的结构的框图。图3是表示实施例所涉及的X射线平面检测器的每个像素的结构的纵截面图。图4是表示实施例所涉及的X射线平面检测器的每个像素的等效电路的电路图。图5是利用近空间升华法形成实施例所涉及的变换层的说明图。图6是相对于Cl浓度的变换层的漏电流的特性图。图7是相对于Cl浓度的变换层对X射线的灵敏度的特性图。图8是相对于Si浓度的变换层的漏电流的特性图。图9是相对于Si浓度的变换层对X射线的灵敏度的特性图。图10是相对于Si浓度和Cl浓度的变换层的漏电流的特性图。图11是相对于Si浓度和Cl浓度的变换层对X射线的灵敏度的特性图。图12是相对于动态范围上限的漏电流的特性图。图13是相对于DQE的积分灵敏度的特性图。附图标记说明3 :X射线平面检测器；11 变换层；14 薄膜晶体管；25 有源矩阵基板；26 凸块电极；28 像素电极；29 电子注入阻止层；32 空穴注入阻止层；30 共用电极；31 支承基板。
具体实施例方式下面，参照

本发明的实施例。图1是表示实施例所涉及的X射线摄像装置的整体结构的框图，图2是表示X射线平面检测器的结构的框图，图3是侧视观察X射线平面检测器的一个像素而得到的纵截面图，图4是表示X射线平面检测器的每个像素的等效电路的电路图。在本实施例中，作为放射线检测器，以X射线平面检测器(以下称为FPD)为例来进行说明。〈X射线摄像装置>如图1所示，X射线摄像装置具备X射线管1，其对作为拍摄对象的被检体M照射 X射线；平板2，其载置被检体M ；FPD 3，其生成与透过了被检体M的X射线量相应的电荷信号(将X射线作为电荷信号而检测出)，并且，将该电荷信号变换为电压信号而输出；A/ D变换器4，其将从FPD 3输出的电压信号从模拟信号变换为数字信号；图像处理部5，其对通过A/D变换器4变换得到的数字的电压信号进行处理来构成图像；主控制部6，其进行与 X射线摄像有关的各种控制；X射线管控制部7，其根据主控制部6中的控制产生管电压、管电流，控制X射线管1 ；输入部8，其能够进行与X射线摄像有关的输入设定；显示部9，其显示由图像处理部5进行处理而得到的X射线图像等；以及存储部10，其存储由图像处理部5 进行处理而得到的X射线图像等。X射线管1相当于本发明中的放射线照射单元。〈X射线平面检测器〉如图2以及图3所示，FPD 3的电路结构具备变换层11，其将X射线变换为载流子(电子-空穴对)；电容器12，其蓄积由在变换层11中生成的载流子诱发的电荷；薄膜晶体管(以下称为TFT) 14，其在电容器12与数据线13之间，根据栅极电压信号而起开关作用；栅极驱动电路16，其通过栅极线15向TFT 14发送栅极电压信号；电荷电压变换部17， 其将从电容器12读取到数据线13的电荷信号变换为电压信号；以及多路转接器18，其收集从电荷电压变换部17输出的电压信号，汇总为一个电压信号而输出。FPD 3相当于本发明中的放射线检测器。另外，FPD 3具备X射线检测部DX，该X射线检测部DX是将相对基板27连接到有源矩阵基板25而得到的，该有源矩阵基板25是将多个TFT 14排列成网格状而形成的。在图2中，为了简化说明，以3个X3个的方式在纵和横方向上配置了 TFT 14，但是实际上配置成例如IOM个X 1024个这种程度的二维矩阵状。X射线检测器DX是按每个检测元件DU，通过凸块电极沈将有源矩阵基板25与相对基板27连接而构成的。检测元件DU具备变换层11、构成TFT 14的数据线13、栅极线15、 绝缘膜19、栅极沟道20以及电容电极电容电极21。数据线13还是TFT 14的漏电极，电容电极21还是TFT 14的源电极。作为有源矩阵基板25的结构，在绝缘基板22的X射线入射侧层叠栅极线15和接地线(GND线)23，隔着绝缘膜19而与栅极线15相对地进一步层叠栅极沟道20。在栅极沟道20的两端以局部重叠的方式分别层叠数据线13和电容电极21。 另外，保护用的绝缘膜M层叠在绝缘膜19、栅极沟道20、数据线13以及电容电极21上除了与像素电极观连接的连接部以外的部分。电容电极21通过凸块电极沈与设置于相对电极27的像素电极28进行连接。在将X射线变换为载流子的变换层11的上表面层叠电子注入阻止层四，进一步在该电子注入阻止层四上层叠共用电极30，进一步在该共用电极30上层叠支承基板31。另外，在变换层11的下表面层叠空穴注入阻止层32，进一步在该空穴注入阻止层32下层叠像素电极 28。在此，将X射线入射侧设为上方向，将其相反侧设为下方向。这样，在相对基板27上设置有支承基板31、共用电极30、电子注入阻止层四、变换层11、空穴注入阻止层32以及像素电极观。另外，FPD 3的一个像素由一个X射线检测元件DU构成。凸块电极沈相当于本发明中的连接电极。电子注入阻止层四和空穴注入阻止层32针对变换层11成对地形成。优选根据施加到共用电极30的偏置电压的极性(正或者负)来选择在共用电极30与变换层11之间是形成电子注入阻止层四还是形成空穴注入阻止层32。在偏置电压为负偏置的情况下，优选在共用电极30与变换层11之间形成电子注入阻止层四。在这种情况下，优选在变换层 11与像素电极观之间形成空穴注入阻止层32。另外，在偏置电压为正偏置的情况下，优选在共用电极30与变换层11之间形成空穴注入阻止层32，优选在变换层11与像素电极观之间形成电子注入阻止层四。空穴注入阻止层32具有阻止正电荷通过的性质，例如，可举出CdS、ZnS膜等η型半导体层。电子注入阻止层四具有阻止电子通过的性质，例如，可举出SVTe3、Sb2S3、ZnTe膜等ρ型半导体层。电子注入阻止层四和空穴注入阻止层32相当于本发明中的载流子注入阻止层。如图4所示，当处于从偏置电源33通过支承基板31将偏置电压施加到共用电极 30的状态下，在变换层11内产生电场，入射的X射线在变换层11中被变换而得到的载流子对电容器12诱发电荷，从而在电容器12中蓄积电荷。接着，通过施加栅极线15的电压，以行为单位选择各X射线检测元件DU，所选择的行的TFT 14的栅极导通。并且，将直到TFT 14导通前临时蓄积在电容器12中的电荷作为电荷信号，通过TFT 14读取到数据线13。通过电荷电压变换部17将读取到各数据线13的电荷信号变换为电压信号，通过多路转接器 18汇总为一个电压信号而输出。通过A/D变换器4将输出的电压信号数字化而作为X射线检测信号而输出。如上所述，能够将在变换层11中从X射线变换得到的电信号作为X射线检测信号而提取出来。如图2以及图3所示，关于上述结构的FPD 3，变换层11与有源矩阵基板25构成为一体来作为二维图像检测器而发挥功能。由此，在变换层11生成的载流子通过有源矩阵基板25而被按每个像素元件进行收集，按每个像素元件蓄积后作为电信号被读取出。作为上述支承基板31，优选放射线的吸收系数小的基板，例如能够采用玻璃、陶瓷 (Al2O3，AlN)、石墨、硅等材料。另外，如果是石墨和硅那样放射线的吸收系数小且具有导电性的物质，则还可以省略共用电极30。另外，变换层11是具有后述Si浓度的CdSiTe多晶半导体膜，并且掺杂了后述浓度的Cl。共用电极30、像素电极观例如由IToandium Tin Oxide 氧化铟锡)、Au(金)、 Pt (钼)等导电材料构成。〈X射线平面检测器的制造方法>接着，说明实施例1中的FPD 3的制造方法。FPD 3如图3所示的、通过凸块电极 26将有源矩阵基板25与相对基板27连接而得到的结构那样，在以不同的步骤形成有源矩阵基板25和相对基板27之后，利用凸块电极沈将两者连接。因此，下面首先说明有源矩阵基板25的形成方法。参照图3，说明形成有源矩阵基板25的步骤。绝缘基板22使用玻璃基板，在其上形成由Ta(钽)、Al (铝)、Mo (钼)等的金属膜构成的栅极线15和接地线23。栅极线15 和接地线23是通过溅射将金属膜丝网成膜形成为大约4000人的厚度而成的。接着，通过CVD (Chemical Vapor Deposition 化学气相沉积)法将SiNx (氮化硅)、SiOx(氧化硅)形成为厚度大约3500人的膜来形成绝缘膜19。绝缘膜19除了作为栅极绝缘膜而起作用以外，在电容电极21与接地线23之间的关系中还作为电容器12的绝缘膜而起作用。此外，在绝缘膜19中还有时不仅使用SiNx、Si0x，还并用将栅极线15和电容电极21阳极氧化而得到的阳极氧化膜。接着，在通过CVD法将a-Si (非晶硅)形成为大约1 000人的膜之后，使杂质扩散而设为η+层并丝网印刷成期望的形状来形成栅极沟道20。接着，形成由Ta、Al、Ti (钛)等的金属膜构成的数据线13和电容电极21。上述数据线13和电容电极21是通过溅射形成膜厚大约4000人的膜而成的。通过这样形成的栅极线15、绝缘膜19、电容电极21、数据线13以及栅极沟道20来构成TFT 14。此外，电容电极21还能够使用ITO等透明电极。再之后，以对电容电极21的开口部以外的区域进行绝缘保护为目的，形成绝缘膜24。绝缘膜M是通过CVD法将SiNx、Si0x形成厚度为大约6000人的膜而成的。另外，绝缘膜M除了使用无机膜以外，还能够使用丙烯、聚酰亚胺等有机膜。如上所述，形成有源矩阵基板25。此外，在此，使用了底栅结构的TFT 14作为开关元件，该底栅结构的TFT 14使用a-Si，但是并不限定于此，也可以使用p-Si (多晶硅)，或使用顶栅结构。接着，参照图3以及图5说明与有源矩阵基板25相对置后进行连接的相对基板27 的形成方法。图5是形成多晶化合物半导体层的近空间升华法的说明图。首先，在支承基板31上形成共用电极30。作为共用电极30，可举出Au (金)或者 Pt (钼)的薄膜。共用电极30能够通过蒸镀法或者溅射法等来形成。接着，在共用电极30 上层叠形成电子注入阻止层四。关于电子注入阻止层四，能够通过近空间升华法、溅射法、 电析法来层叠形成SiTe膜而得到。接着，在层叠了共用电极30和电子注入阻止层四的支承基板31上通过近空间升华法进行成膜来形成变换层11。如图5所示，在真空室34内，将电子注入阻止层四朝向下部基座35侧使其与填充了变换层11的原料的下部基座35相对置，以这种方式将支承基板 31载置在下部基座35的周边部上。在真空室34的上下周围配置有灯加热器(lamp heater) 36，在使真空泵37动作将真空室内减压至IOTorr以下的环境之后，使用上下灯加热器36进行加热，将下部基座35 内的源极38和支承基板31加热到700°C左右。由此，下部基座35内的源极38升华，在支承基板31的电子注入阻止层四的面上层叠形成变换层11。为了使升华的源极38高效率地形成在支承基板31的电子注入阻止层四的面上，将支承基板31的温度设定为比源极38 的温度稍低。变换层11的厚度大约形成为600 μ m左右。作为变换层11的成膜方法，除了使用近空间升华法以外，还能够使用MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition 金属有机化学气相沉积)法、膏印刷和烧结法等。填充到下部基座35的源极38使用将CdTe、ZnTe以及CdCl2 (氯化镉)以固定比率进行混合并通过灯加热器在减压状态下预先进行热烧结而得到的源极。此时，通过调节 CdTe、ZnTe以及CdCl2的混合比率，能够调节源极38的烧结体的组分。形成在电子注入阻止层四的面上的变换层11的Cl掺杂CdSiTe多晶化合物半导体层的Si和Cl浓度由该源极38的烧结体的组分比和成膜条件(源极38的温度、支承基板31的温度、真空室34内的真空度)来决定。接着，研磨变换层11的表面来使其平坦化。关于研磨方法，使用利用研磨材料的 CMP(Chemical and Mechanical Polishing 化学机械抛光)装置等。由此，将变换层11的厚度调节为400μπι左右。如果是这种程度的厚度，则能够将X射线管1的管电压为50kV 140kV左右的X射线充分变换为载流子。接着，在平坦化后的变换层11的面上形成空穴注入阻止层32。并且，在空穴注入阻止层32的面上，在规定的位置处形成像素电极观。像素电极观和空穴注入阻止层32能够通过蒸镀法或者溅射法等来形成。此外，在检测器特性所允许的范围内也可以省略空穴注入阻止层32和像素电极28。如上所述，形成相对基板27。这样，通过与有源矩阵基板25不同的步骤来形成相对基板27，因此即使变换层11的成膜温度高于有源矩阵基板25的TFT 14的耐热温度，也能够不损伤TFT 14而形成变换层11。接着，在通过不同步骤形成的有源矩阵基板25和相对基板27的分别对应的电容电极21与像素电极观之间通过凸块电极沈进行凸块接合。凸块电极沈是通过将导电性糊剂进行丝网印刷而形成的。另外，除了凸块电极26以外，还可以使用各向异性导电膜 (ACF)来进行连接。导电性糊剂例如是在以橡胶为主成分的母材中混合以碳为主成分的导电性材料以及粘合剂树脂而得到的，该粘合剂树脂通过在常温条件下放置，有机物质会逐渐挥发而固化。关于包含在该导电性糊剂中的导电性材料，只要具有导电性，则也可以适当地选择材料。将母材的主成分例如例示为橡胶，但是也可以是其它高分子材料。另外，粘合剂树脂也是，并不限定于树脂，也可以是具有粘接性和固化性的材料的混合物。另外，期望在导电性糊剂中例如含有粘合剂树脂那样通过在常温条件下放置有机物质会逐渐挥发而固化的材料，但是可以含有通过使温度变化而固化的物质。通过将该导电性糊剂进行丝网印刷，在形成于有源矩阵基板25上的所有电容电极21上形成凸块电极 26。以上，制造出X射线检测部DX，之后进一步地，通过将栅极驱动电路16、电荷电压变换部17以及多路转接器18连接到X射线检测部DX，来结束FPD 3的一系列的制造。作为Cl掺杂的方法，除了在通过近空间升华法形成变换层11时进行掺杂以外，也可以在层叠形成变换层11之后在Cl气环境下进行热处理来再次进行Cl掺杂。优选将该情况也包括在内的变换层11完成时的Cl掺杂CdaiTe多晶化合物半导体层中的Cl浓度为 Ippmwt以上且3ppmwt以下。另外，作为Si掺杂的方法，也与Cl掺杂同样地，除了在通过近空间升华法层叠形成变换层11时进行掺杂以外，也可以在近空间升华法的源极中采用预先掺杂了 ai的 CdZnTe。优选变换层11完成时的Cl掺杂CdSiTe多晶化合物半导体层中的Si浓度为Imol % 以上且5mol%以下。在上述那样制造出的FPD 3中，变换层11为Cl掺杂CdSiTe多晶化合物半导体层，层中的Si浓度为lmol%以上且5mol%以下，Cl浓度为Ippmwt以上且3ppmwt以下，因此漏电流值减少，对放射线的响应灵敏度也良好。下面，说明这些Si和Cl的浓度产生的效^ ο参照图6 图13来说明相对于变换层11的Cl掺杂CdSiTe的Si掺杂浓度以及 Cl掺杂浓度的FPD 3的效果。本发明者对由于在CdSiTe多晶化合物半导体层中掺杂的Cl浓度的差异而会引起怎样的性能差异进行了调查，结果是得到了图6以及图7的结果。根据图6可知，如果在构成比率固定的CdSiTe多晶化合物半导体层中改变Cl浓度来进行掺杂，则在多晶化合物半导体层中的Cl浓度为2ppmwt附近得到最小值。另外，根据图7可知，如果在构成比率固定的CdSiTe多晶化合物半导体层中掺杂Cl越多则积分灵敏度越增加，但是积分灵敏度也在 Cl浓度为2ppmwt附近得到峰值，之后即使增加Cl浓度，积分灵敏度也下降。这样，当Cl浓度过于小时，多晶化合物半导体层的电阻率下降，因此漏电流增加。并且，由于载流子的移动性差，因此灵敏度响应性差。另外，在晶粒内容易产生双晶缺陷。能够使用以下模型来说明上述漏电流以及灵敏度响应性与多晶化合物半导体层中的Cl浓度的相关性。即，认为被掺杂的微量的Cl在多晶化合物半导体层中作为施主而发挥作用，在补偿存在于多晶化合物半导体层中(晶粒内和晶界)的缺陷能级的最佳浓度 (约2ppmwt)的情况下能够得到漏电流和灵敏度响应性的最佳值，但是，当进一步过量掺杂时反而引起新的缺陷，使特性恶化。接着，对在Cl掺杂CdSiTe多晶化合物半导体层中Cl浓度固定时由于Si浓度的差异而会引起怎样的性能差异进行了调查，结果是得到了图8以及图9的结果。根据图8， Zn浓度越减小则漏电流越增加。这是由于，当Si浓度减小时带隙缩小，认为由于该理由而漏电流增加与CdSiTe单晶的情况相同。进一步，在将SiTe设为电子注入阻止层四的情况下，如果是没有掺杂Si的Cl掺杂CdTe多晶化合物半导体层，则形成在其面上的电子注入阻止层四不作为阻止电子的注入的阻隔层而发挥功能，漏电流特性和对X射线的响应性极立而恶化ο另外，相反地，在Cl掺杂CdSiTe多晶化合物半导体层中Si浓度越增加则漏电流越减少。然而，根据图9可知，Si浓度越增加则积分灵敏度越下降。也就是说，SiTe的带隙大于CdTe的带隙，因此当Si的浓度增加时流过多晶化合物半导体层中的漏电流呈指数函数减少。然而，Si与Cd相比空穴的移动性差，结晶缺陷也增加，因此当Si的浓度增加时 CdZnTe多晶化合物半导体层的积分灵敏度下降。如上所述，与单晶体不同，具有多晶化合物半导体层特有的Cl浓度和Si浓度的作用。分别调节Cl浓度和Si浓度时的各特性趋势为上述那样，但是当使Cl浓度和Si浓度同时发生变化时，两者的适当的浓度发生变化。因此，图10示出对CdaiTe多晶化合物半导体层中的ai浓度和Cl浓度进行各种调节时的与漏电流之间的关系，图11示出与放射线积分灵敏度之间的关系。根据图10，示出分别调节Si浓度和Cl浓度时的Cl掺杂CdSiTe多晶化合物半导体层的漏电流。在此，如果膜中的Si浓度为Imol %以上且5mol %以下并且膜中的Cl浓度为Ippmwt以上且3ppmwt以下，则变换层11的漏电流小于1. 25 μ A/mm2。当膜Cl浓度超过 3ppmwt时，如图6中也示出那样，漏电流增加，如图10中的▲标记所示，流过1. 25 μ A/mm2 以上的漏电流。另外，Cl浓度小于Ippmwt也是，如图6中也示出那样漏电流值增加，如图 10中的 标记所示，流过1.50yA/mm2以上的漏电流。另外，如图8中也示出那样，膜中的 Zn浓度越增加则漏电流越减少。接着，根据图11，示出分别调节Si浓度和Cl浓度时的Cl掺杂CdSiTe多晶化合物半导体层的照射5ms宽度的X射线时的积分灵敏度。具有以下趋势在Cl浓度为2ppmwt 附近积分灵敏度最好，浓度更高或者更低积分灵敏度都逐渐变差。另外，还能够看得出Si 浓度越增加则积分灵敏度越下降的趋势。如果多晶化合物半导体层中的Si浓度为lmol% 以上且5m0l%以下并且多晶化合物半导体层中的Cl浓度为Ippmwt以上且3ppmwt以下，则变换层11的5ms积分灵敏度为1. 25X 109[e7mR/mm2]以上。特别是，在Si浓度为Imol %以上且^iiol %以下并且Cl浓度为Ippmwt以上且 2ppmwt以下的情况下，5ms积分灵敏度为2.00X 109[e7mR/mm2]以上，漏电流也不会超过 1. 00[ μ A/mm2]，因此能够制造出对X射线的响应性良好、漏电流减少且S/N高的FPD 3。另外，即使在多晶化合物半导体层中的Si浓度为lmol%以上且5mol%以下并且膜中的Cl浓度为Ippmwt以上且3ppmwt以下的范围内，如果Si浓度低则也能够形成重视 X射线灵敏度的变换层11，能够得到高量子效率。另外，在上述范围内，如果Si浓度高则能够形成重视漏电流的减少的变换层11，能够得到高的空间分辨率、动态范围。通过将多晶化合物半导体层中的Cl浓度和Si浓度设在上述范围内，变换层11的漏电流值降低到小于1.25yA/mm2。如图12所示，当流过变换层11中的漏电流增加时，动态范围的上限剂量减少。随着漏电流增加，动态范围减小，从漏电流值超过1. 25 μ A/mm2附近起动态范围的上限值急剧下降。由此通过将变换层11的漏电流值降低到小于1. 25 μ A/ mm2，能够将动态范围的上限维持为高值。另外，当变换层11的5ms积分灵敏度下降时，作为FPD 3的画质的综合指数的量子检测效率(以下，称为DQE)降低。在循环器透视用放射线检测器的情况下，优选DQE为 0.6(0.5yR时)以上，如图13所示，如果变换层11的5ms积分灵敏度为1. 25 X IO9 [e_/mR/ mm2]以上，则大致能够实现该值。在具有上述结构的FPD 3中，通过将Cl掺杂CdSiTe多晶化合物半导体层中的Cl 浓度设为最佳浓度，能够有效地保护晶界的缺陷能级。另外，通过将Cl掺杂CdaiTe多晶化合物半导体层中的ai浓度设为最佳浓度，半导体的电阻率增加而漏电流减少，并且能够维持对放射线的灵敏度。通过这些能够得到对放射线的灵敏度和响应性、噪声、S/Ν良好的放射线检测器。另外，在变换层11的单面或者两面形成有电子注入阻止层或者空穴注入阻止层，因此能够得到变换得到的电荷信号的移动性良好的放射线检测器。另外，被视为难以以单晶制作的边长IOcm以上特别是边长20cm以上的大面积放射线检测器也能够通过本实施例来实现。另外，通过将上述放射线检测器用作放射线摄像装置的放射线检测器，能够得到对放射线的灵敏度和响应性、噪声、S/Ν良好的放射线摄像装置。另外，如果如上述那样制造FPD 3，由于将Cl掺杂CdSiTe多晶化合物半导体层形成为Si浓度为Imol %以上且5mol %以下并且Cl掺杂浓度为Ippmwt以上且3ppmwt以下， 并在其形成中使用近空间升华法，因此多晶的生长速度快，能够高效率地形成多晶化合物半导体层。另外，通过适当浓度的Cl能够有效地保护晶界的缺陷能级。并且，通过掺杂适当浓度的Zn，能够使半导体的电阻率增加而减少漏电流，并且能够维持对放射线的灵敏度。 通过这些能够得到对放射线的灵敏度和响应性、噪声、S/Ν良好的放射线检测器。本发明并不限定于上述实施方式，还能够如下这样进行变形来实施。(1)在上述实施例中，将电子注入阻止层四与空穴注入阻止层32成对地形成，但是还能够根据所需的检测特性而省略其中的某一个。另外，电子注入阻止层四和空穴注入阻止层32的材料并不限定于上述例子。进一步，根据所需的检测特性，还能够在空穴注入阻止层32的面上省略像素电极观。(2)在上述实施例中，采用近空间升华法作为物理蒸镀的例子进行了说明，但是只要是通过蒸镀来形成半导体，则可例示出溅射法、CVD法、升华法、化学沉积法等，不特别进行限定。(3)在上述实施例中，将变换层11构成为放射线变换层，但是并不限定于放射线， 也可以构成为可见光、紫外线、Y射线等光变换层。另外，放射线检测器并不限定于医用和产业用，例如还能够应用于对来自宇宙的放射线量进行测量的放射线望远镜等。
权利要求
1.一种放射线检测器，具备将放射线变换为电荷信号的变换层，该放射线检测器的特征在于，上述变换层是Si浓度为Imol %以上且5mol %以下而Cl浓度为Ippmwt以上且3ppmwt 以下的Cl掺杂CdSiTe多晶化合物半导体层。
2.根据权利要求1所述的放射线检测器，其特征在于，上述变换层是Si浓度为Imol %以上且2mol %以下而Cl浓度为Ipp^t以上且2pp丽t 以下的Cl掺杂CdSiTe多晶化合物半导体层。
3.根据权利要求1或者2所述的放射线检测器，其特征在于，在上述变换层的单面或者两面上形成有载流子注入阻止层，该载流子注入阻止层阻止电子或者空穴向上述变换层注入。
4.根据权利要求3所述的放射线检测器，其特征在于，上述载流子注入阻止层为η型半导体层或者ρ型半导体层。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的放射线检测器，其特征在于，还具备有源矩阵基板，该有源矩阵基板针对将上述变换层分割为二维矩阵状而得到的每个检测元件读取上述电荷信号。
6.根据权利要求5所述的放射线检测器，其特征在于，通过连接电极将层叠有上述变换层的相对基板与上述有源矩阵基板连接。
7.一种放射线摄像装置，其特征在于，具备放射线照射单元，其向被检体照射放射线；放射线检测器，其将透过了被检体的放射线在变换层中变换为电荷信号，并且将上述电荷信号作为电信号而发送；以及图像处理部，其基于上述电信号来构成被检体的放射线透过图像，其中，上述变换层是Si浓度为Imol^以上且5m0l%以下而Cl掺杂浓度为Ippmwt以上且3ppmwt以下的Cl掺杂CdSiTe多晶化合物半导体层。
8.一种放射线检测器的制造方法，该放射线检测器具备将放射线变换为电荷信号的变换层，该制造方法的特征在于，使用近空间升华法来形成Si浓度为Imol %以上且5mol %以下而Cl掺杂浓度为 Ippmwt以上且3ppmwt以下的Cl掺杂CdSiTe多晶化合物半导体层作为上述变换层。
全文摘要
根据本发明的放射线检测器的制造方法、放射线检测器以及放射线摄像装置，在变换层中采用Cl掺杂CdZnTe，将Cl浓度设为1ppmwt以上且3ppmwt以下，将Zn浓度设为1mol％以上且5mol％以下，由此能够形成最适合作为放射线检测器的变换层。由此，能够提供一种以下放射线检测器的制造方法、放射线检测器以及放射线摄像装置通过掺杂适当浓度的Cl而能够保护晶界的缺陷能级，并且，通过掺杂适当浓度的Zn能够减少漏电流并维持对放射线的积分灵敏度。
文档编号G01T1/24GK102460215SQ200980159679
公开日2012年5月16日 申请日期2009年4月3日 优先权日2009年4月3日
发明者冈本保, 吉牟田利典, 岸原弘之, 德田敏, 田边晃一, 贝野正知 申请人:株式会社岛津制作所, 独立行政法人国立高等专门学校机构