专利名称：放射线摄像装置和驱动放射线摄像装置的方法
技术领域：
本发明涉及一种放射线摄像装置和驱动放射线摄像装置的方法，更具体地，涉及一种通过对以α射线、β射线、Y射线或X射线为代表的放射线的波长进行转换而读取基于放射线的信息的放射线摄像装置(放射线读取装置)。
背景技术：
在放射线摄像装置中，将基于由光电转换部光电转换的输入信息的电荷传输到外部电容，并且在外部电容中将该电荷转换为信号电压。当电荷从光电转换部的电容传输到外部电容并转换为信号电压时，可获得较大的S/N。
当使用布置有多个像素的结构时，从像素读取信号的信号线的长度随着像素数目增加，因此可能形成寄生电容。例如，下面将考虑这样的情况以水平2000个X垂直2000 个的方式布置尺寸为200 μ mX 200 μ m的像素，形成尺寸与例如40cmX40cm的X射线膜相当的区域传感器。
在尺寸与X射线膜的尺寸相当的区域传感器的情况下，传输电荷的晶体管的栅极电极和源极区域之间的重叠区域形成电容。该重叠区域取决于像素数目，因此，当重叠电容 Cgs对于每个像素约为0.05pF时，在一个信号线中形成0.05pFX2000(个像素)=IOOpF 的电容。
当光电转换部的电容(传感器电容)Cs约为IpF时，信号线的输出电压VO为VO = {CS/(CS+CgSX1000)}XVl，并且输出电压约为1/100，其中Vl为像素中产生的信号电压。 换句话说，在区域传感器面积较大时，输出电压大大降低。
此外，为了在此情况下读出移动图像，需要使光电转换部具有每秒读取30张以上图片的灵敏度和高速操作。特别地，在医疗处理中的包括X射线诊断的非破坏性检查中，需要使施加的X射线的剂量最小化，因此期望获得使信号电荷量增加至100 400倍的较高灵敏度。
另一方面，在相关技术中，如未经审查的日本专利申请No. 11-307756(具体在第 0040 0044段和图7)所述，使用这样的结构在各个像素中包含场效应晶体管，该场效应晶体管的栅极接收在光电转换部中产生的信号电荷，并且在各个像素中布置有源极跟随电路，该源极跟随电路通过场效应晶体管将基于信号电荷的信号电压读出到信号线。在该源极跟随电路中，即使在信号线中形成的电容较大的情况下也可进行高速信号读出。
在包括此类源极跟随电路的放射线摄像装置中，各个像素包括具有底栅型场效应晶体管(像素晶体管)的驱动元件部和PIN(正本征负二极管，Positive Intrinsic Negative Diode)光电二极管。该场效应晶体管包括由微晶硅或多晶硅形成的半导体层(沟道层)。
但是，在该放射线摄像装置中，存在这样的问题用于测量的X射线等在像素晶体管的半导体层中以及该半导体层与栅极绝缘膜或层间绝缘膜之间的界面附近造成晶体缺陷。当产生此缺陷时，像素晶体管的阈值(Vth)改变(偏移)，且晶体管之间的特性改变，因此很难执行与入射能量对应的对放射线的正确的光电转换(摄像)。
发明内容
因此，期望提供一种放射线摄像装置和驱动放射线摄像装置的方法，该放射线摄像装置能够使在像素晶体管中出现的特性变化恢复。
本发明的实施例提供一种放射线摄像装置，其包括像素部，它包括多个单位像素并根据入射的放射线产生电信号，各个所述单位像素包括光电转换元件和一个以上像素晶体管；驱动部，它选择性地驱动所述像素部的所述单位像素；以及特性恢复部，它能够使退火电流流过所述像素晶体管，以便恢复所述像素晶体管的特性。所述特性恢复部包括第一恒流源和选择切换器，所述第一恒流源用于退火，所述选择切换器用于在放射线的非测量时将来自所述单位像素的电流的路径切换到所述第一恒流源。
本发明的实施例提供了一种驱动放射线摄像装置的方法，所述放射线摄像装置包括像素部，它包括多个单位像素并根据入射的放射线产生电信号；和驱动部，它选择性地驱动所述像素部的所述单位像素，各个所述单位像素包括光电转换元件和一个以上像素晶体管，所述方法包括以下步骤布置用于退火的恒流源；以及在放射线的非测量时，将来自所述单位像素的电流的路径切换到用于退火的所述恒流源，使得退火电流流过所述像素晶体管，以便恢复所述像素晶体管的特性。
在本发明实施例的放射线摄像装置或驱动放射线摄像装置的方法中，在放射线的非测量时，来自单位像素的电流的路径被切换到用于退火的恒流源，并且退火电流流过像素晶体管。因此，在晶体管的沟道层中产生热量，从而恢复由于放射线而劣化的像素晶体管的特性。
在本发明实施例的放射线摄像装置或驱动放射线摄像装置的方法中，布置用于退火的恒流源，并且在放射线的非测量时，电流路径从单位像素被切换到用于退火的恒流源， 退火电流流过像素晶体管。因此，由于晶体缺陷而劣化的像素晶体管的特性得到恢复，并且可执行对应于入射能量的精确测量。
根据以下说明，本发明的其它的和进一步的目的、特点和优点将更充分地显现出来。
图1是本发明第一实施例中放射线测量设备的光电转换装置的系统结构图。
图2是单位像素的电路图。
图3是由光电转换装置和波长转换器组合构成的放射线摄像装置的示意性结构图。
图4是像素结构的截面图。
图5是图4的截面结构中像素晶体管部分的放大图。
图6是说明恢复复位晶体管的特性时电流流动的图。
图7是说明恢复读取晶体管和行选择晶体管的特性时电流流动的图。
图8是说明由于X射线照射而劣化的晶体管的特性恢复状态的图。
图9是说明像素晶体管的截面结构的变形例的截面图。
图10是本发明第二实施例的单位像素的电路图。
图11是说明像素结构的变形例的截面图。
具体实施例方式下面参照附图按照下述顺序详细说明本发明的各优选实施例。
1.第一实施例(放射线摄像装置) 2.作用和效果的说明 3.变形例 4.第二实施例 第一实施例 系统结构 图1示出了本发明第一实施例的放射线摄像装置的光电转换装置10的系统结构。 放射线摄像装置通过在光电转换装置10上布置波长转换器40 (如图3所示)构成，并且通过对以α射线、β射线、γ射线或X射线为代表的放射线的波长进行转换来读取基于放射线的信息。
光电转换装置10包括在由诸如玻璃等绝缘材料制成的基板11上的像素部12，并且周边电路部(驱动部)布置在像素部12周围，该周边电路部例如包括行扫描部(垂直驱动部)13、水平选择部14、列扫描部(水平驱动部)15和系统控制部16。
在像素部12中，以二维矩阵形式布置有包括光电转换部(光电转换元件)的单位像素(下文中简称“像素”)，该光电转换部产生与入射光的光量对应的电荷量的光电荷并累积光电荷。稍后说明单位像素的具体结构。
在像素部12中，像素驱动线17沿着行方向(像素行中的像素布置方向)连接到以矩阵形式布置的像素的各像素行，并且垂直信号线18沿着列方向(像素列中的像素布置方向)连接到各像素列。像素驱动线17传输用于从像素中读出信号的驱动信号。在图1 中，显示出各像素驱动线17为一条布线，但各像素驱动线17并不限于此。各像素驱动线17 的一端连接到与行扫描部13的各行对应的输出端。
行扫描部13由移位寄存器和地址解码器等构成，并且是例如以像素行为单位驱动像素部12中的像素的像素驱动部。丛通过行扫描部13选择并扫描的像素行的单位像素所产生的信号通过各垂直信号线18供给到水平选择部14。水平选择部14由分别针对各垂直信号线18布置的放大器和水平选择开关等构成。
列扫描部15由移位寄存器和地址解码器等构成，并且依次扫描并驱动水平选择部14的水平选择开关。通过列扫描部15的选择和扫描，从像素通过垂直信号线18传输的信号依次传输到水平信号线19，并且该信号通过水平信号线19传输到基板11外部。
由行扫描部13、水平选择部14、列扫描部15和水平信号线19构成的电路部分由形成在诸如玻璃基板等基板11上的电路和外部控制IC中的一者或两者构成。可替换地，上述电路部分可以形成在由电缆等连接的另一基板上。
系统控制部16接收从基板11外部供给的时钟或指示操作模式的数据等，或者输出诸如光电转换装置10的内部信息等数据。系统控制部16还包括产生各种时序信号的时序发生器，并响应于在时序发生器中产生的各种时序信号，控制对诸如行扫描部13、水平选择部14和列扫描部15等周边电路部的驱动。
如稍后所述，在放射线的非测量时，系统控制部16响应于来自外部的指令或者自动地改变供给到单位像素的各个端子的电压，并改变来自单位像素的电流的路径，以通过退火电流对像素晶体管执行恢复操作。更具体地，非测量时包括诸如装置启动时、施加放射线之后和定期校正时等时刻。
像素的电路结构 图2示出了单位像素20的电路结构。在单位像素20中，布置有复位晶体管22、读取晶体管23、行选择晶体管M和光电转换元件21。例如，作为像素驱动线17的两条线，更具体地，行选择线171和复位控制线172连接到各像素行中的单位像素20。
各个复位晶体管22、读取晶体管23和行选择晶体管M例如由N沟道场效应晶体管构成。但是，这仅仅是复位晶体管22、读取晶体管23和行选择晶体管M的导电组合的一个示例，该组合并不限于此。
光电转换元件21例如是PIN(正本征负二极管)光电二极管，并且当例如约3V IOV的基准电位Vxref施加到阴极(端子27)时，光电转换元件21产生与入射光的光量对应的电荷量的信号电荷。光电转换元件21的阳极连接到存储节点N。该存储节点N包括电容元件25，并且光电转换元件21中产生的信号电荷累积在存储节点N中。光电转换元件 21还可以连接在存储节点N和接地线(GND)之间。
复位晶体管22连接在被供给有参考电位Vref的端子沈和存储节点N之间，并响应于例如具有-5V 5V振幅的复位信号Vrst导通，从而将存储节点N的电位复位为参考电位Vref。
在读取晶体管23中，其栅极和端子观(漏极)分别连接到存储节点N和电源，并且读取晶体管23从读取晶体管23的栅极接收在光电转换元件21中产生的信号电荷，输出对应于该信号电荷的信号电压。
行选择晶体管M连接在读取晶体管23的源极和垂直信号线18之间，并且该行选择晶体管M响应于行扫描信号Vread导通，从而将来自读取晶体管23的信号输出到垂直信号线18。行选择晶体管M还可以连接在读取晶体管23的漏极和端子观之间。
例如，使用诸如微晶硅或多晶硅等硅基半导体形成复位晶体管22、读取晶体管23 和行选择晶体管对。可替换地，还可使用诸如铟镓锌氧化物anfeSiO)或氧化锌(SiO)等氧化物半导体。微晶硅、多晶硅和氧化物半导体的迁移率μ高于非晶硅的迁移率，因此特别是可使得读取晶体管23实现高速信号读出。
测量恒流源31Α(第二恒流源)连接到垂直信号线18的一端。源极跟随电路由读取晶体管23以及通过行选择晶体管M和垂直信号线18连接到读取晶体管23的源极的测量恒流源31Α构成。在该源极跟随电路中，即使在垂直信号线18中形成的电容较大的情况下，也能实现高速信号读出。由源极跟随器的读取晶体管23读出的信号以像素列为单位， 通过垂直信号线18供给到构成水平选择部14的输入部的放大器33。
选择切换器32在垂直信号线18上布置在测量恒流源31A的前级上。选择切换器 32由移动触点32a以及固定触点32b和32c构成。测量恒流源31A和放大器33的输入端连接到固定触点32b，退火恒流源31B (第一恒流源)连接到固定触点32c。移动触点3 在放射线测量时(放射线检测期间)连接到固定触点32b，在非测量时(不检测放射线期间) 连接到固定触点32c或处于断开状态(移动触点3 既不连接到固定触点32b也不连接到固定触点32c的状态)。本发明实施例中的特性恢复部30由退火恒流源31B、选择切换器 32和上述系统控制部16构成。
例如，将-7V的电压在放射线测量时供给到测量恒流源31A，在非测量时供给到退火恒流源31B。在放射线测量时，将参考电位Vref、基准电位Vxref、电源电位VDD和行选择电位Vread分别供给到复位晶体管22的端子沈、光电转换元件21的端子27、读取晶体管 23的端子观和行选择晶体管M的端子29 (栅极电极)。此外，在放射线的非测量时，供给到端子沈 四的电压变为预定电压值，使得预定退火电流(例如ImA)可以在各晶体管的源极电极和漏极电极之间流动。因此，例如，将具有不同电压值的多个电压源分别连接到端子沈 四。如上所述，在系统控制部16的控制下执行对供给到各端子的上述电压的改变以及对选择切换器32的移动触点32a的切换操作。
本实施例的放射线摄像装置1是通过在光电转换装置10上(在像素部12的光接收侧)布置波长转换器40而构成的(参见图幻，该光电转换装置10通过以矩阵形式布置上述单位像素20构成。波长转换器40将以α射线、β射线、γ射线或X射线为代表的放射线的波长转换为光电转换装置10中灵敏度区域的波长，从而该光电转换装置10读取基于放射线的信息。波长转换器40例如是将诸如X射线等放射线转换为可见光的荧光体 (例如闪烁物)。更具体地，在光电转换元件21上形成由有机平坦化膜或旋涂玻璃材料等形成的平坦化膜，并且在平坦化膜上由Csl、NaI或CaF2等形成荧光体膜，从而形成波长转换器40。
像素的截面结构 图4示出了光电转换装置10的主要部分(单位像素20)的截面结构。下面作为示例说明光电转换元件21由PIN光电二极管构成的情况。
在光电转换装置10中，由Ti、Al、Mo、W或Cr等形成的栅极电极62形成在诸如玻璃基板等绝缘基板61上，由SiNx或SW2等形成的栅极绝缘膜63形成在栅极电极62上。 例如，构成PIN光电二极管的ρ型半导体层(ρ+区域)64(第一半导体层)形成在栅极绝缘膜63上。
ρ型半导体层64还用作读取由光电转换元件21光电转换的信号电荷的下部电极。 在栅极绝缘膜63上还形成有诸如读取晶体管23等像素晶体管的半导体层65。在半导体层65中，轻掺杂漏极(Lightly Doped Drain, LDD)6fe和6 布置在沟道区域和漏源极区域之间，以减少漏电流。半导体层65例如由微晶硅或多晶硅形成。
由SiNx或SW2等形成的第一层间绝缘膜66布置在ρ型半导体层64和像素晶体管的半导体层65上。包括用于读出的信号线和各种布线的布线层67由Ti、Al、Mo、W或Cr 等形成，并布置在第一层间绝缘膜66上。由SiNx、Si&或有机绝缘膜等形成的第二层间绝缘膜68布置在布线层67上。
在由第一层间绝缘膜66和第二层间绝缘膜68构成的绝缘层中，形成有接触孔69。由导电型在P型和η型之间的半导体形成的第三半导体层(i型半导体层70)布置在第二层间绝缘膜68上。i型半导体层70的面积大于接触孔69上侧的开口面积。i型半导体层 70通过接触孔69与ρ型半导体层64接触。
第二半导体层(例如n型半导体层(η+区域)71)层叠在i型半导体层70上，且与i型半导体层70的形状大体相同。光电转换元件21 (PIN光电二极管)由ρ型半导体层 64 (第一半导体层)、i型半导体层70 (第三半导体层)和n型半导体层71 (第二半导体层) 构成。
在光电转换元件21中，半导体层64、70和71可由非晶硅、微晶硅或多晶硅等形成。还可向上述硅中引入锗或碳等材料来改变分光灵敏度。光电转换元件21还可以具有以下倒置结构下部由η型半导体形成且上部由ρ型半导体形成。
用于将指定电压施加到光电转换元件21的上部电极72由诸如ΙΤ0(铟锡氧化物， Indium Tin Oxide)等透明导电膜形成，并布置在η型半导体层71上。用于将电压施加到上部电极72的电源布线73布置在上部电极72上。电源布线73由电阻低于上部电极72 的透明导电膜的电阻的诸如Ti、Al、Mo、W或Cr等材料形成。电源布线73以网状形成在像素部12的整个表面上，例如使得单位像素20被电源布线73围绕。在上部电极72上还形成有由SiN等形成的保护膜(未图示)。
图5示出了在上述单位像素20中像素晶体管的栅极绝缘膜63和第一层间绝缘膜 66的具体截面结构。栅极绝缘膜63例如具有包括下述膜的层叠结构厚度为50nm且包含氢(H)的氮化物膜(SiNx:H)63A和厚度为30nm的氧化物膜(SiO2) 6!3B。在此情况下，氮化物膜63A布置在靠近栅极电极62的一侧，氧化物膜6 布置在靠近半导体层65的一侧，但氮化物膜63A和氧化物膜63B的位置可以互换。换句话说，氧化物膜6 和氮化物膜63A 可以分别布置在靠近栅极电极62的一侧和靠近半导体层65的一侧。但是，在半导体层65 使用多晶硅的情况下，通常是氧化物膜6 布置成与半导体层65相接触。此外，还可使用包含氢的SiON:H膜作为氮化物膜63A。
第一层间绝缘膜66例如通过在半导体层65和氧化物膜6 上依次层叠厚度为 IOOnm的氧化物膜(SiO2) 66A、厚度为200nm且包含氢(H)的氮化物膜(SiNx:H) 66B和厚度为IOOnm的氧化物膜(SiO2) 66C而构成。应注意的是，栅极绝缘膜63和第一层间绝缘膜66 的截面结构仅是一个示例，并且栅极绝缘膜63和第一层间绝缘膜66的截面结构并不限于图5所示的结构。但是，优选地将包含氢的氮化物膜(SiNx:H)布置为靠近氧化物膜(SiO2), 这是因为SiNx膜是例如由硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、氨(NH3)为材料，通过例如等离子体 CVD (化学气相沉积，Chemical Vapor Deposition)方法形成的，因此在SiNx膜中比SiO2膜中包含更多量的具有捕获晶体缺陷效果的氢(H)。因此，SiNx膜是H的供应源，并且如稍后所述，可以捕获更多晶体缺陷，并促进像素晶体管的恢复操作。
作用和效果 在具有上述结构的放射线摄像装置1中，在放射线测量时，如图2所示，源极跟随电路的开关32的移动触点3 连接到固定触点32b。当例如X射线等放射线进入到放射线摄像装置1中时，X射线通过由荧光体(闪烁物)形成的波长转换器40 (见图幻转换为可见光。当指定电压通过电源布线73和上部电极72施加到光电转换元件21时，可见光被转换(光电转换)为信号电荷。通过光电转换产生的电荷被收集在作为累积层(见图2的存储节点N)的ρ型半导体层64中，并且上述电荷被作为来自累积层的电流读出并供给到源极跟随器型读取晶体管23的栅极。读取晶体管23产生基于信号电荷的信号电压。当行选择晶体管M响应于行扫描信号Vread导通时，从读取晶体管23产生的信号通过由读取晶体管23、行选择晶体管M和测量恒流源31A构成的源极跟随电路传输(读出)到垂直信号线18。构成水平选择部14的输入部的放大器33以像素列为单位放大读出的信号并通过垂直信号线18输出。
在本实施例的放射线摄像装置1中，以上述方式执行放射线(X射线)的测量，但 X射线的照射会导致元件中出现晶体缺陷。因此，具体地，在像素晶体管中产生诸如阈值 (Vth)改变等问题。例如，在读取晶体管23中，如图5所示，在靠近由微晶硅或多晶硅形成的半导体层65与第一层间绝缘膜66之间的界面处或在第二层间绝缘膜68中出现晶体缺陷CD。
因此，在此实施例中，除测量恒流源31A之外还布置有退火恒流源31B，以在放射线的非测量时通过向像素晶体管提供预定电流(退火电流)来使元件的劣化恢复。换句话说，当将相对于像素晶体管的源极电极或漏极电极的电压为正的电压供给到像素晶体管的栅极电极时，能够使得电流(退火电流)在源极电极和漏极电极之间流动来对沟道半导体层进行退火，从而根据特性改变量执行恢复操作。此时，当靠近与沟道半导体层的界面的氧化物膜(SiO2)的厚度较薄(例如50nm以下，优选的在5nm 20nm范围内)时，可有效地恢复特性。
更具体地，在恢复复位晶体管22的特性的情况下，如图6所示，开关32的移动触点3 处于断开状态(移动触点3 既不连接到固定触点32b也不连接到固定触点32c的状态)，并且供给到复位晶体管22的端子沈的电压、供给到光电转换元件21的端子27的电压和供给到复位晶体管22的栅极电极的电压(Vrst)例如分别改变为0V、-2V和15V。因此，如附图所示，退火电流Al (例如ImA)流过复位晶体管22。
接下来，在恢复读取晶体管23和行选择晶体管M的特性的情况下，如图7所示， 将开关32切换为使移动触点3 与固定触点32c连接。因此，垂直信号线18连接到退火恒流源31B，并且供给到复位晶体管22的端子沈的电压、供给到读取晶体管23的端子观的电压和供给到行选择晶体管M的端子29(栅极)的电压变为与测量时的值不同的值。 例如，供给到复位晶体管22的端子沈的电压(读取晶体管23的栅极电位)、供给到读取晶体管23的端子观的电压和供给到行选择晶体管M的端子29(栅极)的电压分别变为 10V、-5V和10V。因此，如附图所示，退火电流A2(例如ImA)流过读取晶体管23和行选择晶体管24。
当退火电流流过复位晶体管22、读取晶体管23和行选择晶体管M时，在图5所示的半导体层65(沟道层)中，产生取决于半导体层65的沟道电阻和电流值的焦耳(Joule) 热。当此时的热的温度瞬间达到200°C以上时，热量的产生影响半导体层65上方和下方的第一层间绝缘膜66和栅极绝缘膜63。在受该热量的产生的影响的范围P中，靠近沟道的晶体缺陷CD被捕获(终止)。圈起的晶体缺陷CD表示被捕获的晶体缺陷。氢(H)可有效地捕获上述晶体缺陷⑶。氧化物膜(Si02)6;3B、66A和66C中的氢含量较低，但在此实施例中， 将具有较高氢含量的氮化物膜(SiNx H) 63A和66B布置为靠近氧化物膜63B、66A和66C，氮化物膜(SiNx:H)63A和66B用作H的供应源，因此可以捕获更多晶体缺陷⑶。因此，复位晶体管22、读取晶体管23和行选择晶体管M的特性得到恢复。这样，能够执行对应于放射线入射能量的正确测量。
图8示出了通过使退火电流流过由X射线的照射而劣化的样品(场效应晶体管) 来以执行恢复操作的结果(栅极电压(Vg)和漏极电流(Id)之间的关系)。在附图中，A表示用IlOGy的X射线照射的样品的特性。在该样品中，阈值Vth改变了-0. 5V，导致劣化。B 是使ImA的退火电流流过样品一次的结果，C是使退火电流流过样品两次的结果。很显然， 当退火电流流过样品时，使样品特性恢复。此外，很显然在第一次退火中，几乎捕获了所有缺陷，从而将样品特性恢复到初始状态，因此，在第二次退火中，样品特性恢复得并不太多， 也就是说，即使执行进一步退火，样品特性也不会改变。在没有由于X射线的照射而劣化的样品中，退火对样品特性的恢复无效，退火仅对劣化的样品有效。此外，当在最适宜条件下执行恢复操作时，不会产生超过劣化前水平的过大的特性变化。此外，可确定对于迁移率μ 的最大值，在被劣化样品和经退火恢复的样品之间没有差别，元件性能也没有改变。
变形例1 图9说明像素晶体管的截面结构的变形例。在该变形例中能更有效地防止缺陷的影响，并且在此情况下，在像素晶体管的半导体层65上方和下方布置有两个栅极电极62Α 和62Β。第一栅极绝缘膜80具有例如包括以下膜的层叠结构厚度为SOnm且包含氢(H)的氮化物膜(SiNx:H)80A和厚度为IOnm的氧化物膜(Si02)80B。氮化物膜80A布置在靠近栅极电极62A的一侧，氧化物膜80B布置在靠近半导体层65的一侧。第二栅极绝缘膜81例如是通过在半导体层65和氧化物膜80B上层叠以下膜而构成的厚度为IOnm的氧化物膜 (Si02)81A、厚度为70nm且包含氢(H)的氮化物膜(SiNx:H)81B和厚度为IOnm的氧化物膜 (SiO2)膜81C。层间绝缘膜82是通过依次层叠以下膜而构成的厚度为IOOnm的氧化物膜 (Si02)81D、厚度为200nm且包含氢(H)的氮化物膜(SiNx:H)81E和厚度为IOOnm的氧化物膜(SiO2) 81F。
栅极电极62A和62B的材料是与上述实施例中栅极电极62的材料相同的金属，并且栅极电极62A和62B彼此电连接。当栅极电极62A和62B以上述方式布置在半导体层65 的上方和下方时，热量的产生不会影响到半导体层65周围的较宽区域。因此，可防止对形成在像素上并形成光电转换元件21的闪烁材料或有机材料的影响。其它结构、作用和效果与第一实施例中相同，不再赘述。
第二实施例 在上述实施例中，说明了像素的驱动电路由有源驱动电路构成的示例，但像素的驱动电路还可以是图10所示的无源驱动电路。应注意的是，与上述实施例中相同的元件用相同的附图标记表示，不再赘述。
在此实施例中，单位像素90由光电转换元件21、电容元件25和读取晶体管91构成。读取晶体管91连接在存储节点N和垂直信号线18之间，并且当读取晶体管91响应于行扫描信号Vread导通时，读取晶体管91将累积在存储节点N中的信号电荷传输到垂直信号线18。
垂直信号线18的一端连接到测量电荷放大器92的输入端子92b，测量电荷放大器92的另一端即内部端子92b接地。测量电荷放大器92的输入端子92b和输出端子92c 通过电容器92d彼此连接。传输到垂直信号线18的信号电荷以像素列为单位进入构成水平选择部14的输入部的测量电荷放大器92。选择切换器93布置在测量电荷放大器92和垂直信号线18之间。选择切换器93由移动触点93a以及固定触点9 和93c构成。测量电荷放大器92的输入端子92b连接到固定触点93b，并且退火恒流源94连接到固定触点 93c。移动触点93a在测量时(放射线检测期间)连接到固定触点93b，在非测量时连接到固定触点93c。在此实施例中，选择切换器93、退火恒流源94和系统控制部16构成本发明中的特性恢复部。
在此实施例中，在放射线的测量时，如图10中实线所示，选择切换器93的移动触点93a连接到固定触点93b，并且将预定偏压(例如0V)和读取电压(例如5V)分别施加到光电转换元件21的端子20a(阳极)和读取晶体管91的端子91a(栅极电极)。因此，根据 X射线的照射而由光电转换元件21产生的电荷通过读取晶体管91传输(读出)到垂直信号线18。测量电荷放大器92放大读出的信号并通过垂直信号线18输出。
接着，在恢复读取晶体管91的特性的情况下，如图10中虚线所示，选择切换器93 的移动触点93a连接到固定触点93c。因此，垂直信号线18连接到退火恒流源94，并且施加到光电转换元件21的端子20a(阳极)的电压和施加到读取晶体管91的端子91a(栅极电极)的电压例如分别变为-5V和10V。同时，-7V的电压施加到退火恒流源94，因此，退火电流A3(例如ImA)流过读取晶体管91。其它结构、作用和效果与第一实施例中相同，不再赘述。
变形例2 图11示出了单位像素的截面结构的变形例。在第一实施例中，作为示例说明了电荷累积层(存储节点)是P型半导体层64且电源布线73连接到上部电极72的PIN光电二极管的层结构，但在此变形例中的连接结构与上述层结构相反。更具体地，电源布线(未图示)连接到P型半导体层64，以从上部电极72获得电荷(该上部电极72连接到存储节点)。此外，在第二层间绝缘膜68、i型半导体层70和η型半导体层71上形成有平坦化膜 83。该平坦化膜83具有面对η型半导体层71和布线层67的开口，并且上部电极72形成在包括平坦化膜83的开口的部分上。
在此变形例中，从上部电极72获得的电荷被收集在作为累积层(存储节点)的布线层67中，并由读取晶体管23读出为电流。在此结构中，存储节点可形成在光接收侧，因此，具有能够使光电转换效率的降低减轻的优点。作为像素晶体管，使用包括在第二实施例中说明的两个栅极电极62Α和62Β的像素晶体管，但像素晶体管也可仅包括一个栅极电极。 此外，还可在上部电极72上形成由SiN等形成的保护膜(未图示)。
虽然参照实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于此，还可以有多种变化。 例如，在退火电流流过像素晶体管时供给到各端子的电压值和电流值并不限于上述实施例中所述的电压值和电流值，可以任意选择。
本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其它因素，可以在本发明所附的权利要求及其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合及改变。
权利要求
1.一种放射线摄像装置，所述放射线摄像装置包括像素部，它包括多个单位像素并根据入射的放射线产生电信号，各个所述单位像素包括光电转换元件和一个以上像素晶体管；驱动部，它选择性地驱动所述像素部的所述单位像素；以及特性恢复部，它包括第一恒流源和选择切换器，所述第一恒流源用于退火，所述选择切换器用于在放射线的非测量时将来自所述单位像素的电流的路径切换到所述第一恒流源， 并且所述特性恢复部能够使退火电流流过所述像素晶体管，以便恢复所述像素晶体管的特性。
2.如权利要求1所述的放射线摄像装置，其中，所述像素晶体管是场效应晶体管，并且所述特性恢复部将相对于所述场效应晶体管的源极电极或漏极电极的电压为正的电压施加到所述场效应晶体管的栅极电极，使得电流流过所述源极电极与所述漏极电极之间的沟道层，以便在所述沟道层中和所述沟道层的周围产生热量。
3.如权利要求2所述的放射线摄像装置，其中，所述多个单位像素以矩阵形式布置，各个所述单位像素包括作为所述像素晶体管的第一晶体管，所述第一晶体管从它的栅极电极接收在所述光电转换元件中收集的信号电荷，以读出基于所述信号电荷的电信号；第二晶体管，它用于将所述第一晶体管的所述栅极电极复位到参考电位；以及第三晶体管，它选择性地输出从所述第一晶体管传输来的信号，所述驱动部包括第二恒流源，所述第二恒流源用于测量且与所述第一晶体管构成源极跟随电路，并且所述驱动部在放射线的测量时使所述第三晶体管的输出端与所述第二恒流源电连接，并且当所述特性恢复部恢复所述第一晶体管和所述第三晶体管的特性时，所述特性恢复部通过所述选择切换器将所述第三晶体管的所述输出端电连接到所述第一恒流源，使得退火电流流过所述第一晶体管和所述第三晶体管，而当所述特性恢复部恢复所述第二晶体管的特性时，所述特性恢复部通过所述选择切换器将所述第三晶体管的所述输出端变为断开状态，使得退火电流流过所述第二晶体管。
4.如权利要求2所述的放射线摄像装置，其中，所述多个单位像素以矩阵形式布置，各个所述单位像素包括作为所述像素晶体管的第四晶体管，所述第四晶体管选择性地输出在所述光电转换元件中收集的信号电荷，并且当所述特性恢复部恢复所述第四晶体管的特性时，所述特性恢复部通过所述选择切换器将所述第四晶体管的输出端电连接到所述第一恒流源，使得退火电流流过所述第四晶体管。
5.如权利要求2所述的放射线摄像装置，其中，所述场效应晶体管包括作为沟道层的半导体层，所述半导体层由微晶硅或多晶硅形成。
6.如权利要求5所述的放射线摄像装置，其中，所述场效应晶体管包括位于所述半导体层与所述栅极电极之间的栅极绝缘膜， 所述栅极绝缘膜包括第一氧化硅膜和第一氮化硅膜，所述第一氧化硅膜与所述半导体层接触，所述第一氮化硅膜包含氢并布置在所述第一氧化硅膜与所述栅极电极之间，并且所述第一氧化硅膜的厚度为50nm以下。
7.如权利要求6所述的放射线摄像装置，其中，所述场效应晶体管包括在所述半导体层上的层间绝缘膜，所述层间绝缘膜包括第二氧化硅膜和第二氮化硅膜，所述第二氧化硅膜与所述半导体层接触，所述第二氮化硅膜包含氢并布置在所述第二氧化硅膜与源漏极的布线层之间，并且所述第二氧化硅膜的厚度为50nm以下。
8.如权利要求1所述的放射线摄像装置，其中，所述光电转换元件包括从光入射侧依次布置的透明电极、η型半导体层、i型半导体层和P型半导体层，在所述透明电极侧收集信号电荷，并且所述P型半导体层连接到电源布线。
9.如权利要求1所述的放射线摄像装置，其中，所述光电转换元件包括从光入射侧依次布置的透明电极、η型半导体层、i型半导体层和P型半导体层，在所述P型半导体层侧收集信号电荷，并且所述透明电极连接到电源布线。
10.一种驱动放射线摄像装置的方法，所述放射线摄像装置包括像素部，它包括多个单位像素并根据入射的放射线产生电信号；和驱动部，它选择性地驱动所述像素部的所述单位像素，各个所述单位像素包括光电转换元件和一个以上像素晶体管， 所述方法包括以下步骤 布置用于退火的恒流源；以及在放射线的非测量时，将来自所述单位像素的电流的路径切换到用于退火的所述恒流源，使得退火电流流过所述像素晶体管，以便恢复所述像素晶体管的特性。
全文摘要
本发明涉及放射线摄像装置和驱动放射线摄像装置的方法。该放射线摄像装置使得由放射线引起的像素晶体管中的特性变化恢复，并包括像素部，它包括多个单位像素并根据入射的放射线产生电信号，各个单位像素包括光电转换元件和一个以上像素晶体管；驱动部，它选择性地驱动像素部的单位像素；以及特性恢复部，它包括第一恒流源和选择切换器，所述第一恒流源用于退火，所述选择切换器用于在放射线的非测量时将来自单位像素的电流的路径切换到第一恒流源，并且所述特性恢复部能够使退火电流流过像素晶体管，以便恢复像素晶体管的特性。该放射线摄像装置可以使像素晶体管的特性变化恢复，且可执行对应于入射能量的精确测量。
文档编号H01L27/146GK102196194SQ20111004052
公开日2011年9月21日 申请日期2011年2月18日 优先权日2010年2月25日
发明者田中勉, 高德真人, 山田泰弘, 伊藤良一 申请人:索尼公司