放射線撮像装置および放射線撮像表示システム
【課題】光電変換素子上に波長変換層が設けられた積層構造において、光吸収率の低減を抑制することが可能な放射線撮像装置および放射線撮像表示システムを提供する。
【解決手段】放射線撮像装置１は、フォトダイオード１１１Ａを含む画素部１２上にシンチレータ層１１４を備えたものであり、これらフォトダイオード１１１Ａとシンチレータ層１１４との界面付近の積層構造において、ｎ型半導体層１２５とシンチレータ層１１４との間に、これら層よりも屈折率の低い低屈折率層１２９が設けられている。光の干渉が生じ易くなり、光吸収率が低屈折率層の膜厚に依存して変化し、極大値をもつようになる。
【解決手段】放射線撮像装置１は、フォトダイオード１１１Ａを含む画素部１２上にシンチレータ層１１４を備えたものであり、これらフォトダイオード１１１Ａとシンチレータ層１１４との界面付近の積層構造において、ｎ型半導体層１２５とシンチレータ層１１４との間に、これら層よりも屈折率の低い低屈折率層１２９が設けられている。光の干渉が生じ易くなり、光吸収率が低屈折率層の膜厚に依存して変化し、極大値をもつようになる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば医療用や非破壊検査用のＸ線撮影に好適な放射線撮像装置および放射線撮像表示システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、Ｘ線等の放射線を使用した放射線撮像装置として、写真フィルムを介さずに、画像を電気信号として取得する（光電変換によって撮像する）放射線撮像装置が開発されている（例えば、特許文献１，２）。このような放射線撮像装置としては、フォトダイオード等の光電変換素子を含む画素基板上に、シンチレータを備えたいわゆる間接変換型の放射線撮像装置が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−４５４２０号公報
【特許文献２】特開２００３−２１５２５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記のような間接変換型の放射線撮像装置では、シンチレータが画素基板上に直付けされる場合、シンチレータがない場合（光が空気層を経て光電変換素子へ入射する場合）に比べ、界面反射に起因する光損失により、光吸収率が低減する。あるいは、特許文献１のように、光電変換素子を保護膜（ＳｉＮ単層）で覆い、この保護膜上にシンチレータを積層した場合にも、上記直付けの場合と同様、光吸収率が低減するという問題がある。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、光電変換素子上に波長変換層が設けられた積層構造において、光吸収率の低減を抑制することが可能な放射線撮像装置および放射線撮像表示システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の放射線撮像装置は、光電変換層と、光電変換層上に設けられ、放射線の波長を光電変換層の感度域の波長に変換する波長変換層と、光電変換層と波長変換層との間に設けられ、光電変換層および波長変換層よりも低い屈折率を有する低屈折率層とを備えたものである。
【０００７】
本発明の放射線撮像装置では、光電変換層と波長変換層との間に、それらよりも屈折率の低い低屈折率層が設けられていることにより、波長変換層から発せられた後、光電変換層へ入射するまでの間に光の干渉が生じ易くなる。これにより、光電変換層における光吸収率は、低屈折率層の膜厚に依存して変化し、極大値をもつようになる。
【０００８】
本発明の放射線撮像表示システムは、放射線に基づく画像を取得する撮像装置（上記本発明の放射線撮像装置）と、この撮像装置により取得された画像を表示する表示装置とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の放射線撮像装置によれば、光電変換層と波長変換層との間に、それらよりも屈折率の低い低屈折率層を設けるようにしたので、光の干渉による効果を利用して、光電変換層の光吸収率に対し、低屈折率層の膜厚依存性をもたせることができる。即ち、例えば光吸収率が極大値をとるように低屈折率層の膜厚を最適化することができる。これにより、光電変換素子上に波長変換層が設けられた積層構造において、光吸収率の低減を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る放射線撮像装置の全体構成を表す機能ブロック図である。
【図２】図１に示した放射線撮像装置の断面構造を表す模式図である。
【図３】図１に示した単位画素における画素駆動回路（アクティブ駆動回路）の一例である。
【図４】図３に示したトランジスタの断面構造を表す模式図である。
【図５】図３に示したフォトダイオードの断面構造を表す模式図である。
【図６】図４に示したフォトダイオードと図２に示したシンチレータ層との界面付近の積層構造を表す模式図である。
【図７】図５に示した積層構造における各層の材料例および屈折率の関係について説明するための断面模式図である。
【図８】比較例に係るフォトダイオードとシンチレータ層との界面付近の積層構造を表す模式図である。
【図９】図８に示した積層構造における各層の材料例および屈折率の関係について説明するための断面模式図である。
【図１０】比較例１，２において使用した各層の厚みおよび屈折率の値を示した図である。
【図１１】比較例１（シンチレータ層なし，ＩＴＯ：８０ｎｍ）の保護膜ＳｉＮの厚みと光吸収率との関係を表す特性図であり、（Ａ）は入射角０°、（Ｂ）は入射角３０°の場合を示す。
【図１２】比較例２（シンチレータ層あり，ＩＴＯ：８０ｎｍ）の保護膜ＳｉＮの厚みと光吸収率との関係を表す特性図であり、（Ａ）は入射角０°、（Ｂ）は入射角３０°の場合を示す。
【図１３】実施例１において使用した各層の厚みおよび屈折率の値を示した図である。
【図１４】実施例１（低屈折率層ＳｉＯ2挿入，ＩＴＯ：８０ｎｍ）の低屈折率層の厚みと光吸収率との関係を表す特性図であり、（Ａ）は入射角０°、（Ｂ）は入射角３０°の場合を示す。
【図１５】比較例１における光吸収率の入射角依存性について示す特性図である。
【図１６】比較例２における光吸収率の入射角依存性について示す特性図である。
【図１７】実施例１における光吸収率の入射角依存性について示す特性図である。
【図１８】変形例１に係るフォトダイオードとシンチレータ層との界面付近の積層構造を表す模式図である。
【図１９】実施例２において使用した各層の厚みおよび屈折率の値を示した図である。
【図２０】実施例２（低屈折率層ＳｉＯ2挿入，ＩＴＯ：８０ｎｍ）の低屈折率層の厚みと光吸収率との関係を表す特性図であり、（Ａ）は入射角０°、（Ｂ）は入射角３０°の場合を示す。
【図２１】実施例２における光吸収率の入射角依存性について示す特性図である。
【図２２】変形例２に係るフォトダイオードとシンチレータ層との界面付近の積層構造を表す模式図である。
【図２３】変形例３に係るフォトダイオードとシンチレータ層との界面付近の積層構造を表す模式図である。
【図２４】変形例４に係る画素駆動回路（パッシブ駆動回路）の一例である。
【図２５】適用例に係る放射線撮像表示システムの全体構成を表す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。尚、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態（光電変換層側から順に、透明導電膜、保護層、低屈折率層および波長変換層を備えた間接変換型の放射線撮像装置の例）
２．実施例１（１．の構成に相当するシミュレーション例）
３．変形例１（低屈折率層を透明導電膜と保護層との間に設けた場合の例）
４．実施例２（３．の構成に相当するシミュレーション例）
５．変形例２（波長変換層上に有機保護膜を設けた例）
６．変形例３（有機保護膜の他の配置例）
７．変形例４（画素駆動回路をパッシブ駆動回路とした例）
８．適用例（放射線撮像表示システムの例）
【００１２】
＜実施の形態＞
［放射線撮像装置の全体構成］
図１は、本発明の一実施の形態に係る放射線撮像装置（放射線撮像装置１）の全体構成を表すものである。放射線撮像装置１は、いわゆる間接変換型ＦＰＤ（Flat Panel Detector）であり、α線、β線、γ線、Ｘ線に代表される放射線を波長変換後に受光し、放射線に基づく画像情報を読み取るものである。この放射線撮像装置１は、医療用をはじめ、手荷物検査等のその他の非破壊検査用のＸ線撮像装置として好適に用いられるものである。
【００１３】
放射線撮像装置１は、基板１１上に画素部１２を有し、この画素部１２の周囲には、例えば行走査部１３、水平選択部１４、列走査部１５およびシステム制御部１６からなる周辺回路（駆動回路）が設けられている。
【００１４】
画素部１２は、放射線撮像装置１における撮像エリアとなるものである。この画素部１２には、入射光の光量に応じた電荷量の光電荷を発生して内部に蓄積する光電変換素子（後述のフォトダイオード１１１Ａ）を含む単位画素１２ａ（以下、単に「画素」と記述する場合もある）が行列状に２次元配置されている。単位画素１２ａには、画素駆動線１７として例えば２本の配線（具体的には行選択線およびリセット制御線）が画素行ごとに設けられている。
【００１５】
画素部１２には更に、行列状の画素配列に対して画素行ごとに画素駆動線１７が行方向（画素行の画素の配列方向）に沿って配線され、画素列ごとに垂直信号線１８が列方向（画素列の画素の配列方向）に沿って配線されている。画素駆動線１７は、画素からの信号読み出しのための駆動信号を伝送するものである。図１では、画素駆動線１７について１本の配線として示しているが、１本に限られるものではない。画素駆動線１７の一端は、行走査部１３の各行に対応した出力端に接続されている。この画素部１２の構成については後述する。
【００１６】
行走査部１３は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、画素部１２の各画素１２ａを、例えば行単位で駆動する画素駆動部である。行走査部１３によって選択走査された画素行の各単位画素から出力される信号は、垂直信号線１８の各々を通して水平選択部１４に供給される。水平選択部１４は、垂直信号線１８ごとに設けられたアンプや水平選択スイッチ等によって構成されている。
【００１７】
列走査部１５は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、水平選択部１４の各水平選択スイッチを走査しつつ順番に駆動する。この列走査部１５による選択走査により、垂直信号線１８の各々を通して伝送される各画素の信号が順番に水平信号線１９に出力され、当該水平信号線１９を通して基板１１の外部へ伝送される。
【００１８】
行走査部１３、水平選択部１４、列走査部１５および水平信号線１９からなる回路部分は、基板１１上に直に形成された回路であってもよいし、あるいは外部制御ＩＣに配設されたものであってもよい。また、それらの回路部分は、ケーブル等により接続された他の基板に形成されていてもよい。
【００１９】
システム制御部１６は、基板１１の外部から与えられるクロックや、動作モードを指令するデータなどを受け取り、また、放射線撮像装置１の内部情報などのデータを出力する。システム制御部１６はさらに、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータを有し、当該タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に行走査部１３、水平選択部１４および列走査部１５などの周辺回路の駆動制御を行う。
【００２０】
図２は、放射線撮像装置１の断面構造を模式的に表したものである。このように、間接変換型ＦＰＤでは、画素部１２上に更にシンチレータ層１１４（波長変換層）を有している。画素部１２は、後述のフォトダイオード１１１Ａおよびトランジスタ１１１Ｂ（Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３）を画素毎に有し、シンチレータ層１１４から発せられた光（波長変換後の光）をフォトダイオード１１１Ａにおいて受光し、読み出しトランジスタ（Ｔｒ３）により電気信号として読み出すようになっている。この画素部１２とシンチレータ層１１４との界面付近には、詳細は後述するが、保護層１２８および低屈折率層１２９が積層されている。
【００２１】
シンチレータ層１１４は、放射線の波長をフォトダイオード１１１Ａの感度域の波長に波長変換するものである。このシンチレータ層１１４には、例えばＸ線を可視光に変換する蛍光体が用いられる。このような蛍光体としては、例えば、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）にタリウム（Ｔｌ）を添加したもの、酸化硫黄カドミウム（Ｇｄ2Ｏ2Ｓ）にテルビウム（Ｔｂ）を添加したもの、ＢａＦＸ（ＸはＣｌ，Ｂｒ，Ｉ等）等が挙げられる。シンチレータ層１１４の厚みは１００μｍ〜６００μｍであることが望ましく、例えば６００μｍである。このようなシンチレータ層１１４は、平坦化膜１１３上に例えば真空蒸着法を用いて成膜することができる。以下、画素部１２の詳細構成について説明する。
【００２２】
［画素部１２の詳細構成］
（画素回路）
図３は、画素部１２における単位画素１２ａの回路構成の一例（アクティブ駆動回路）である。単位画素１２ａは、例えばフォトダイオード１１１Ａと、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３（後述のトランジスタ１１１Ｂに相当）と、前述の垂直信号線１８と、画素駆動線１７としての行選択線１７１およびリセット制御線１７２とを含むものである。
【００２３】
フォトダイオード１１１Ａは、例えばＰＩＮ(Positive Intrinsic Negative Diode) フォトダイオードであり、例えばその感度域（受光波長帯域）が可視域である（可視光を受光可能である）。フォトダイオード１１１Ａは、例えば上部電極１２６（端子１３３）に基準電位Ｖxrefが印加されることで、入射光の光量（受光量）に応じた電荷量の信号電荷を発生するものである。フォトダイオード１１１Ａは、例えば下部電極（ｐ型半導体層１２２）側が蓄積ノードＮに接続されている。蓄積ノードＮには容量成分１３６が存在し、フォトダイオード１１１Ａで発生した信号電荷は蓄積ノードＮに蓄積される。尚、フォトダイオード１１１Ａを蓄積ノードＮとグランド（ＧＮＤ）との間に接続した構成としてもよい。このフォトダイオードの断面構造については後述する。
【００２４】
トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３はいずれも、例えばＮチャネル型の電界効果トランジスタであり、チャネルを形成する半導体層（後述の半導体層１２６）が例えば非結晶シリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコン等のシリコン系半導体、望ましくは低温多結晶シリコンにより構成されている。あるいは、酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩｎＧａＺｎＯ）または酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の酸化物半導体により構成されていてもよい。
【００２５】
トランジスタＴｒ１は、リセットトランジスタであり、参照電位Ｖrefが与えられる端子１３７と蓄積ノードＮとの間に接続されている。このトランジスタＴｒ１は、リセット信号Ｖrstに応答してオンすることによって蓄積ノードＮの電位を参照電位Ｖrefにリセットするものである。トランジスタＴｒ２は、読出トランジスタであり、ゲートが蓄積ノードＮに、端子１３４（ドレイン）が電源ＶＤＤにそれぞれ接続されている。このトランジスタＴｒ２は、フォトダイオード１１１Ａで発生した信号電荷をゲートで受け、当該信号電荷に応じた信号電圧を出力する。トランジスタＴｒ３は、行選択トランジスタであり、トランジスタＴｒ２のソースと垂直信号線１８との間に接続されており、行走査信号Ｖreadに応答してオンすることにより、トランジスタＴｒ２から出力される信号を垂直信号線１８に出力する。このトランジスタＴｒ３については、トランジスタＴｒ２のドレインと電源ＶＤＤとの間に接続する構成を採ることも可能である。以下、これらのトランジスタ（総称してトランジスタ１１１Ｂとする）の断面構造について説明する。
【００２６】
（トランジスタ１１１Ｂの断面構造）
図４は、トランジスタ１１１Ｂの断面構成例であり、画素部１２の断面構造の一部に相当するものである。トランジスタ１１１Ｂは、半導体層１２６を挟むようにして２つのゲート電極を設けた、いわゆるデュアルゲート構造を有している。例えば、トランジスタ１１１Ｂは、基板１１上に、第１ゲート電極１２０Ａと、この第１ゲート電極１２０Ａを覆うように形成された第１ゲート絶縁膜１２９を有している。第１ゲート絶縁膜１２９上には、チャネル層１２６ａを含む半導体層１２６が設けられている。この半導体層１２６を覆うように、第２ゲート絶縁膜１３０が形成され、この第２ゲート絶縁膜１３０上の第１ゲート電極１２０Ａに対向する領域に、第２ゲート電極１２０Ｂが配設されている。第２ゲート電極１２０Ｂ上には、層間絶縁膜１３１が形成されており、この層間絶縁膜１３１と第２ゲート絶縁膜１３０とに形成されたコンタクトホールＨ１を埋め込むように、ソース・ドレイン電極１３２が設けられている。
【００２７】
第１ゲート電極１２０Ａおよび第２ゲート電極１２０Ｂはそれぞれ、例えばチタン（Ｔｉ），アルミニウム（Ａｌ），モリブデン（Ｍｏ），タングステン（Ｗ），クロム（Ｃｒ）等のいずれかよりなる単層膜またはそれらの積層膜よりなる。第１ゲート電極１２０Ａおよび第２ゲート電極１２０Ｂの厚みはそれぞれ、例えば３０ｎｍ〜１５０ｎｍとなっている。
【００２８】
第１ゲート絶縁膜１２９および第２ゲート絶縁膜１３０は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、窒化シリコン（ＳｉＮx）等の単層膜であるか、あるいはこのようなシリコン化合物よりなる層を複数積層した積層膜である。
【００２９】
半導体層１２６は、例えば非結晶シリコン、多結晶シリコン、低温多結晶シリコンまたは微結晶シリコンにより構成され、望ましくは低温多結晶シリコンにより構成されている。あるいは、酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩＧＺＯ）等の酸化物半導体により構成されていてもよい。この半導体層１２６では、チャネル層１２６ａとＮ+層１２６ｃとの間に、リーク電流を低減する目的でＬＤＤ層１２６ｂが形成されている。ソース・ドレイン電極１３２は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ等からなる単層膜またはこれらの積層膜からなり、信号読み出しのための配線に接続されている。
【００３０】
層間絶縁膜１３１は、例えば酸化シリコン、酸窒化シリコンおよび窒化シリコンのうちの単層膜またはこれらの積層膜により構成されている。
【００３１】
尚、トランジスタ１１１Ｂは、上記のようなデュアルゲート構造を有するものに限定されず、半導体層のチャネルに対向して１つのゲート電極が配設されたものであってもよい。
【００３２】
（フォトダイオード１１１Ａの断面構成）
図５は、フォトダイオード１１１Ａの断面構成例であり、画素部１２の一部に相当するものである。このフォトダイオード１１１Ａは、上記トランジスタ１１１Ｂと共に基板１１上に設けられ、例えばその積層構造の一部がトランジスタ１１１Ｂと共通しており、同一の薄膜プロセスによって形成されるものである。以下、フォトダイオード１１１Ａの詳細構成について説明する。
【００３３】
フォトダイオード１１１Ａは、基板１１上の選択的な領域に、ゲート絶縁膜１２１を介してｐ型半導体層１２２を有している。基板１１上（詳細にはゲート絶縁膜１２１上）には、そのｐ型半導体層１２２に対向してコンタクトホールＨ２を有する層間絶縁膜１２３Ａが設けられている。層間絶縁膜１２３ＡのコンタクトホールＨ２内のｐ型半導体層１２２上には、ｉ型半導体層１２４が設けられており、このｉ型半導体層１２４上にｎ型半導体層１２５が形成されている。ｎ型半導体層１２５には、コンタクトホールＨ３を有する層間絶縁膜１２３Ｂが設けられており、そのコンタクトホールＨ３を介してｎ型半導体層１２５と上部電極１２６（導電膜）とが接続されている。
【００３４】
尚、ここでは、基板１１側（下部側）にｐ型半導体層１２２、上部側にｎ型半導体層１２５をそれぞれ設けた例を挙げたが、これと逆の構造、即ち下部側（基板１１側）をｎ型、上部側をｐ型とした構造であってもよい。また、上記ゲート絶縁膜１２１，層間絶縁膜１２３Ａおよび層間絶縁膜１２３Ｂは、それらの一部または全部において、トランジスタ１１１Ｂにおける第１ゲート絶縁膜１２９、第２ゲート絶縁膜１３０および層間絶縁膜１３１の各層と同一の層構造を有する。このフォトダイオード１１１Ａはトランジスタ１１１Ｂと同一の薄膜プロセスにより形成可能である。
【００３５】
ｐ型半導体層１２２は、例えば多結晶シリコン（ポリシリコン）等に、例えばボロン（Ｂ）等のｐ型不純物がドープされてなるｐ＋領域であり、厚みは例えば４０ｎｍ〜５０ｎｍである。このｐ型半導体層１２２は、例えば信号電荷を読み出すための下部電極を兼ねており、例えば、前述の蓄積ノードＮ（図３）に接続されている（あるいは、ｐ型半導体層１２２が蓄積ノードＮとなって、電荷を蓄積させるようになっている）。
【００３６】
ｉ型半導体層１２４は、ｐ型とｎ型の中間の導電性を示す半導体層、例えばノンドープの真性半導体層であり、例えば非結晶シリコン（アモルファスシリコン：α−Ｓｉ）により構成されている。ｉ型半導体層１２４の厚みは、例えば４００ｎｍ〜１０００ｎｍであるが、厚みが大きい程、光感度を高めることができる。
【００３７】
ｎ型半導体層１２５は、例えば非結晶シリコンにより構成され、ｎ＋領域を形成するものである。このｎ型半導体層１２５の厚みは例えば、１０ｎｍ〜５０ｎｍである。
【００３８】
上部電極１２６は、光電変換のための基準電位を供給するための電極であり、例えばＩＴＯ(Indium Tin Oxide)等の透明導電膜により構成されている。上部電極１２６には、この上部電極１２６に電圧を供給するための電源配線１２７が接続されている。この上部電極１２６の厚みは、例えば５０ｎｍ〜１００ｎｍであり、後述の条件式（条件式（３））を満足するように設定されていることが望ましい。電源配線１２７は上部電極１２６よりも低抵抗の材料、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ等によって構成されている。
【００３９】
［フォトダイオードとシンチレータ層との界面付近の積層構造］
図６は、フォトダイオード１１１Ａとシンチレータ層１１４との界面付近の積層構造（積層構造１０Ａ）を模式的に表したものである。放射線撮像装置１では、上述のように画素部１２上にシンチレータ層１１４が設けられるが、本実施の形態では、それらの界面付近に、フォトダイオード１１１Ａ側（上部電極１２６側）から順に、更に保護層１２８と低屈折率層１２９とが設けられている。
【００４０】
保護層１２８は、フォトダイオード１１４Ａの保護するパッシベーション膜であり、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）よりなる。保護層１２８の厚みは、例えば１３０ｎｍ〜１８０ｎｍであり、後述する条件式（条件式（３））を満たすように設定されていることが望ましい。
【００４１】
低屈折率層１２９は、界面付近において相対的に低屈折率を示す材料、例えば光電変換層としてのｎ型半導体層１２５（あるいはｉ型半導体層１２４）、上部電極１２６、保護層１２７およびシンチレータ層１１４よりも屈折率の低い材料により構成されている。また、この低屈折率層１２９の厚みは、例えば８０ｎｍ〜１００ｎｍであり、後述する条件式（条件式（２））を満たすように設定されていることが望ましい。この低屈折率層１２９の構成材料としては、積層構造１０Ａのうちの他の層よりも低い屈折率を示すものであればよいが、例えばＳｉＯ2，ＳｉＯＮ等が挙げられる。尚、ここでは低屈折率層１２９の材料として、ＳｉＯ2のような絶縁材料を用いているが、絶縁材料に限らず、導電性を示す材料が用いられてもよい。低屈折率の導電膜を用いる場合には、上部電極１２６を兼ねて配設可能となるため、即ちｎ型半導体層１２５側から低屈折率層１２９、保護層１２８およびシンチレータ層１１４を順に積層した構造となる。
【００４２】
（屈折率および膜厚についての条件）
本実施の形態では、上記のような積層構造１０Ａにおいて、低屈折率層１２９と他の層との屈折率が、以下の条件式（１）を満足するようになっている。但し、低屈折率層１２９よりも上に設けられる層の屈折率をｎ０、低屈折率層１２９の屈折率をｎ１、低屈折率層１２９とｎ型半導体層１２５との間に設けられる層の屈折率をｎ２、およびｎ型半導体層１２５の屈折率をｎ３とする。
ｎ０＞ｎ１＜ｎ２＜ｎ３ ………（１）
【００４３】
ここでは、積層構造１０Ａが、ｎ型半導体層１２５側から順に、上部電極１２６、保護層１２８、低屈折率層１２９およびシンチレータ層１１４が設けられた構造であるから、シンチレータ層１１４の屈折率をｎ０、低屈折率層１２９の屈折率をｎ１、保護層１２８および上部電極１２６の屈折率をｎ２（詳細にはｎ２１またはｎ２２）、およびｎ型半導体層１２５の屈折率をｎ３としている。尚、保護層１２８および上部電極１２６については、上記屈折率ｎ２として、それぞれの屈折率ｎ２１，ｎ２２毎に条件式（１）を満足していればよい。
【００４４】
図７は、上記のような屈折率の関係を満たす積層構造１０Ａにおける各層の材料の一例とその屈折率の相対的な程度（低、中、高）について表したものである。このように、ｎ型半導体層１２５（α−Ｓｉ（ｎ＋））が高屈折率（ｎ３＝４）であるのに対し、シンチレータ層１１４（ＣｓＩ）、保護層１２８（ＳｉＮ）および上部電極１２６（ＩＴＯ）が中屈折率（ｎ０＝１．７７，ｎ２１＝１．８２，ｎ２２＝１．７３）でほぼ同等の屈折率となっている。本実施の形態では、このような中屈折率層間（ここでは、保護層１２８とシンチレータ層１１４との間）に、それよりも低い屈折率（ｎ１＝１．４３）を示す低屈折率層１２９（ＳｉＯ2）が挟み込まれた構造となっている。このような構造では、特に、ｎ０の値とｎ２（ｎ２１またはｎ２２）の値とが相対的に近い場合に、低屈折率層１２９を設けることの効果が大きくなる。
【００４５】
即ち、低屈折率層１２９を設けることにより、少なくとも上記の屈折率ｎ０，ｎ１，ｎ２１，ｎ２２，ｎ３における相対的な大小関係において、以下に説明するような効果が得られる。但し、空気層の屈折率を１．０とし、括弧内に記載した「低」，「中」および「高」はそれぞれ、屈折率の相対的な程度を表したものとする。
【００４６】
まず、上記のような積層構造１０Ａにおいて、ＣｓＩ層のない場合について考えると、この場合、光入射側から順に、空気層（低）、ＳｉＮ層およびＩＴＯ層（中）、α−Ｓｉ層（高）を積層した構造となる。このような構造では、光の干渉効果が生じ、空気から入射する光の吸収率が上がっている。
【００４７】
ところが、ＣｓＩ層を有する構造の場合、光入射側から順に、空気層（低）、ＣｓＩ層（中）、ＳｉＮ層およびＩＴＯ層（中）、α−Ｓｉ層（高）を積層した構造となる。このような構造では、ＣｓＩ層とＳｉＮ層（またはＩＴＯ層）とがほぼ同等の屈折率となり（ＳｉＮ層およびＩＴＯ層等が光学的な干渉に寄与せず）、光の吸収率向上の効果が得られない。
【００４８】
そこで、ＳｉＯ2層（低）が、ＣｓＩ層（中）とα−Ｓｉ層（高）との間のいずれかの層に設けられてさえいれば、光学的な干渉効果による光吸収率向上（または光吸収率低減の抑制）の効果を得ることができる。これは、後述する図１２および図１４より明らかである。また、この光吸収率向上の効果を、より効果的に得るためには、各層の屈折率および膜厚の関係を以下のように設定することが望ましいと推定される。
【００４９】
即ち、積層構造１０Ａでは、上記条件式（１）を満たす場合に、低屈折率層１２９の屈折率（ｎ１）および厚み（ｄ１）が更に、以下の条件式（２）を満足することが望ましいと推定される。但し、ｍを整数、λを入射光の波長とする。後述の実施例において示されるように、条件式（２）を満足するような膜厚設定を行うことで、光の干渉による効果を有効に利用することができる。即ち、光の干渉により、低屈折率層１２９の膜厚に依存して、光電変換層における光吸収率が変化する（極小点、極大点を形成する）ようになる。そのため、光吸収率が極大値（最大値）をとるように、低屈折率層１２９の膜厚を最適化することができ、これにより、光吸収率の低減を抑制することができる。
ｎ１×ｄ１＝（２ｍ＋１）×（λ／４） ………（２）
【００５０】
更に、これらの条件式（１），（２）に加えて、以下の条件式（３）を満足することがより望ましいと推定される。但し、ｍ’を整数とし、保護層１２８の厚みをｄ２１、上部電極１２６の厚みをｄ２２とする。このように本実施の形態では、ｎ型半導体層１２５と低屈折率層１２９との間に設けられた、保護層１２８および上部電極１２６の２つの中屈折率層の膜厚を最適化することがより望ましい。
（ｎ２１×ｄ２１）＋（ｎ２２×ｄ２２）＝（２ｍ’＋１）×（λ／４） ………（３）
【００５１】
［作用・効果］
本実施の形態の作用、効果について、図１〜図９を参照して説明する。放射線撮像装置１では、図示しない放射線（例えばＸ線）照射源から照射され、被写体（検出体）を透過した放射線を取り込み、これを波長変換後に光電変換することによって、被写体の画像を電気信号として取得する。詳細には、放射線撮像装置１に入射した放射線は、まず、シンチレータ層１１４において、フォトダイオード１１１Ａの感度域（ここでは可視域）の波長に変換される。波長変換後の光（可視光）が、シンチレータ層１１４から発せられると、この可視光が画素部１２へ入射する。
【００５２】
画素部１２では、フォトダイオード１１１Ａに、図示しない電源配線から上部電極１２６を介して所定の電位が印加されると、上部電極１２６の側から入射した可視光が、その受光量に応じた電荷量の信号電荷に変換される（光電変換がなされる）。この光電変換によって発生した信号電荷は、ｐ型半導体層１２２の側から光電流として取り出される。
【００５３】
詳細には、フォトダイオード１１１Ａにおける光電変換によって発生した電荷は、蓄積層（ｐ型半導体層１２２，蓄積ノードＮ）により収集され、この蓄積層から電流として読み出され、トランジスタＴｒ２（読出トランジスタ）のゲートに与えられる。トランジスタＴｒ２は当該信号電荷に応じた信号電圧を出力する。このトランジスタＴｒ２から出力される信号は、行走査信号Ｖreadに応答してトランジスタＴｒ３がオンすると、垂直信号線１８に出力される（読み出される）。このようにして読み出された信号は、垂直信号線１８を介して画素列ごとに、水平選択部１４へ出力される。
【００５４】
（比較例）
ここで、図８に、本実施の形態の比較例に係る放射線撮像装置におけるフォトダイオードとシンチレータ層との界面付近の積層構造（積層構造１００）について示す。また図９には、積層構造１００における各層の材料の一例とその屈折率の相対的な程度（中、高）について表したものである。この積層構造１００では、α−Ｓｉよりなる光電変換層（ｉ型半導体層１０１，ｎ型半導体層１０２）上に、上部電極１０３（ＩＴＯ）、保護層１０４（ＳｉＮ）およびシンチレータ層１０５（ＣｓＩ）がこの順に設けられている。即ち、高屈折率（ｎ３）のｎ型半導体層１０２上に設けられた、上部電極１０３、保護層１０４およびシンチレータ層１０５は、いずれもほぼ同等の中屈折率（ｎ２２，ｎ２１，ｎ０）を示す。
【００５５】
このような積層構造１００では、例えばシンチレータ層１０５へ入射角０°で入射（垂直入射）した放射線は、可視光へ波長変換された後、ｎ型半導体層１０２側へ向けて出射される。このとき、比較例では、シンチレータ層１０５、保護層１０４および上部電極１０３がほぼ同等の屈折率であるため、可視光はシンチレータ層１０５から出射された後、保護層１０４および上部電極１０３を順にほぼ垂直に透過する。ところが、ｎ型半導体層１０２が高屈折率であるために、上記可視光は、上部電極１０３とｎ型半導体層１０２との間の界面（Ｓ１）において反射され、光損失が生じ易い。このような光損失により、シンチレータ層を有する間接変換型の放射線撮像装置では、光電変換層における光吸収率が低減してしまう。これは、保護層１０４を設けずに、上部電極１０３の表面にシンチレータ層１０５を直付けした場合についても同様のことが起こる。
【００５６】
尚、フォトダイオード上にシンチレータ層が設けられていない場合、即ちフォトダイオードの直上が空気層である一般的なＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像装置では、前述のように、光学的な干渉効果が生じるため、上記のような光損失は生じない。上述の光吸収率低減の問題は、シンチレータ層を有する間接変換型の放射線撮像装置に特有に生じるものである。
【００５７】
そこで、本実施の形態では、図６および図７に示したように、フォトダイオード１１１Ａとシンチレータ層１１４との間、具体的には、それぞれが中屈折率を示すシンチレータ層１１４と保護層１２８との間に、低屈折率層１２９を設けている。換言すると、積層構造１０Ａは、上記条件式（１）を満足するような低屈折率層１２９を有している。これにより、シンチレータ層１１４から発せられた可視光が、ｎ型半導体層１２５と上部電極１２６との間の界面Ｓ１１において反射されたとしても、その反射光は、保護層１２８と低屈折率層１２９との界面（Ｓ１２）および低屈折率層１２９とシンチレータ層１１４との界面（Ｓ１３）において反射される。反射の繰り返しにより、光の干渉を生じる。このように、低屈折率層１２９を、シンチレータ層１１４と半導体層１２５との間に設けることにより、光学的な干渉効果を生じる。尚、ここでは、低屈折率層１２９を、シンチレータ層１１４と保護層１２８との間に設けているが、低屈折率層１２９の配置箇所はこれに限らず、シンチレータ層１１４およびｎ型半導体層１２５間であればよい。低屈折率層１２９が、シンチレータ層１１４とｎ型半導体層１２５との間のいずれかの層に設けられてさえいれば、上記と同様の干渉効果を得ることができる。
【００５８】
このような干渉の効果により、光電変換層における光吸収率が変化する（極小点、極大点を形成する）ようになる。そして、この光吸収率の変化は、主に低屈折率層１２９の膜厚に依存して生じるため、光吸収率が極大値（最大値）をとるように、低屈折率層１２９の膜厚を最適化することにより、光吸収率の低減をより効果的に抑制することができるものと推定される。
【００５９】
具体的には、低屈折率層１２９の膜厚が上記条件式（２）を満足すればよいと推定され、これにより、後述の実施例において示したように、入射角０°で入射した放射線に基づく可視光の光吸収率が極大となるように、低屈折率層１２９の膜厚を最適化できる。またこの際、更に、保護層１２８および上部電極１２６の各膜厚が上記条件式（３）を満足することがより望ましい。即ち、上部電極１２６および保護層１２８の膜厚と屈折率とにより決まる光路長と、低屈折率層１２９の膜厚と屈折率とにより決まる光路長とを最適化（反射率を最小化、言い換えると、透過率を最大化）することが望ましい。
【００６０】
また、詳細は後述するが、光電変換層の光吸収率は、入射角（放射線のシンチレータ層１１４に対する入射角）に対しても依存性を有する。上記のような低屈折率層１２９を含む積層構造１０Ａを有することにより、特に入射角０°の方向（垂直方向）における光吸収率を選択的に高めることができる（斜め方向から入射する放射線を選択的に受光排除することができる）。従って、画素間リーク（クロストーク）のない画像の取得が可能となる。
【００６１】
以上説明したように本実施の形態では、フォトダイオード１１１Ａおよびシンチレータ層１１４間の積層構造１０Ａにおいて、シンチレータ層１１４とｎ型半導体層１２５との間に、シンチレータ層１１４、保護層１２８、上部電極１２６およびｎ型半導体層１２５よりも屈折率の低い低屈折率層１２９を設けている。これにより、光の干渉効果を利用して、光電変換層における光吸収率の低減を抑制することができる。即ち、フォトダイオード１１１Ａ上にシンチレータ層１１４が設けられた構造において、光吸収率の低減を抑制することが可能となる。
【００６２】
＜実施例＞
次に、上記実施の形態の放射線撮像装置１の数値実施例（シミュレーション）について説明する。
【００６３】
（比較例１，２）
まず、上述した比較例の積層構造１００（図８，９）について、光吸収率を次のような条件により測定した。即ち、比較例１として、シンチレータ層１０５を設けない構造（保護層１０４上が空気層となっている構造）に対し、入射角０°および３０°でそれぞれ放射線を入射させた場合の光吸収率を測定した。また、比較例２として、シンチレータ層１０５を設けた構造に対し、入射角０°および３０°でそれぞれ放射線を入射させた場合の光吸収率を測定した。これらの比較例１，２において使用した積層構造１００の各層の膜厚および屈折率の条件を図１０に示す。尚、いずれの場合においても、保護層１０４の膜厚を０〜５００ｎｍと変化させ、ＩＴＯの膜厚は８０ｎｍとした。また、可視光の波長としては５４５ｎｍ〜５７０ｎｍの範囲（５ｎｍ刻み）とした。これらの結果を、図１１（Ａ），（Ｂ）および図１２（Ａ），（Ｂ）に示す。尚、光吸収率としては、入射フォトン数に対する半導体層（１０１，１０２）における吸収フォトン数の割合（いわゆる外部量子効率）を示している。
【００６４】
図１１（Ａ），（Ｂ）に示したように、シンチレータ層１０５を設けていない比較例１では、光の干渉効果により、保護層１０４（ＳｉＮ）の膜厚に依存して光吸収率が極大点（ピーク）を形成するため、ＳｉＮの膜厚設定を最適に行えば、光吸収率は低減しない。但し、入射角０°から３０°へ変化しても、光吸収率が極大値となるＳｉＮの膜厚の変化が約１０ｎｍ程しかなく、入射角依存性に乏しい。このように入射角依存性が乏しいと、詳細は後述するが、画素間クロストークを生じさせ易くなる。
【００６５】
一方、図１２（Ａ），（Ｂ）に示したように、シンチレータ層１０５を設けた比較例２では、光の干渉が生じないため、保護層１０４（ＳｉＮ）の膜厚に依存して光吸収率が極大点を形成し難くなり、約８２％程度まで低減してしまう。また、上記比較例１と同様、入射角０°から３０°へ変化しても、光吸収率が極大値となるＳｉＮの膜厚の変化が約１０ｎｍ程しかなく、入射角依存性に乏しい。このように入射角依存性が乏しいと、詳細は後述するが、画素間クロストークを生じさせ易くなる。
【００６６】
（実施例１）
この比較例１に対し、実施例１として、上記実施の形態における積層構造１０Ａについても、入射角０°および３０°でそれぞれ放射線を入射させた場合の光吸収率を測定した。これらの実施例１において使用した積層構造１０Ａの各層の膜厚および屈折率の条件を図１３に示す。尚、実施例１では、低屈折率層１２９（ＳｉＯ2）の膜厚を０〜３００ｎｍの範囲で変化させ、ＩＴＯの膜厚を８０ｎｍ、保護層１２８（ＳｉＮ）の膜厚を１５０ｎｍとした。また、可視光の波長としては上記比較例と同様、５４５ｎｍ〜５７０ｎｍの範囲（５ｎｍ刻み）とした。これらの結果を、図１４（Ａ），（Ｂ）に示す。
【００６７】
図１４（Ａ），（Ｂ）に示したように、保護層１２８とシンチレータ層１１４との間に低屈折率層１２９（ＳｉＯ2）を設けた実施例１では、光の干渉効果により、ＳｉＯ2膜厚に依存して光吸収率が極大点を形成していることがわかる。即ち、光吸収率が極大値をとるようにＳｉＯ2膜厚の最適化を行うことができ、これにより、実施例１では９５．１％もの光吸収率を実現できることがわかる。また、光吸収率が極大値となるＳｉＮの膜厚は、入射角０°，３０°間で約８０ｎｍもの差があり、入射角依存性を有している。このため、入射角０°方向における光吸収率を相対的に高め、詳細は後述するが、画素間クロストークを抑制することができる。
【００６８】
また、上記のような光吸収率の入射角依存性についても測定した。図１５に比較例１、図１６に比較例２、図１７に実施例１に相当する結果を示す。これらの図に示したように、実施例１では、比較例１，２に比べ、入射角依存性が大きく、即ち入射角０°付近において局所的に高光吸収率を示しており、入射角が大きくなるに従って、光吸収率が急激に低減している。このため、比較例１，２よりも特に入射角０°方向における光吸収率を選択的に高めることができる（斜め方向からの入射光を選択的に受光排除することができる）。従って、画素間リーク（クロストーク）のない画像の取得が可能となる。
【００６９】
以下、上記実施の形態の放射線撮像装置の変形例（変形例１〜４）について説明する。尚、上記実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００７０】
＜変形例１＞
図１８（Ａ）は、変形例１に係る放射線撮像装置におけるフォトダイオード１１１Ａとシンチレータ層１１４との界面付近の積層構造（積層構造１０Ｂ）について表したものである。積層構造１０Ｂは、上記実施の形態と同様、フォトダイオード１１１Ａにおけるｎ型半導体層１２５とシンチレータ層１１４との間に低屈折率層１２９を有している。但し、本変形例では、上記実施の形態と異なり、ｎ型半導体層１２５上に、上部電極１２６、低屈折率層１２９、保護層１２８およびシンチレータ層１１４がこの順に設けられている。即ち、本変形例の積層構造１０Ｂは、低屈折率層１２９が上部電極１２６と保護層１２８との間に配設された構造となっている。
【００７１】
また本変形例においても、上記積層構造１０Ｂにおいて、低屈折率層１２９と他の層との屈折率が、前述の条件式（１）を満足するようになっている。但し、本変形例では、シンチレータ層１１４および保護層１２８の屈折率をｎ０（詳細にはｎ０１またはｎ０２）、低屈折率層１２９の屈折率をｎ１、上部電極１２６の屈折率をｎ２、およびｎ型半導体層１２５の屈折率をｎ３とする。尚、シンチレータ層１１４および保護層１２８については、上記屈折率ｎ０として、それぞれの屈折率ｎ０１，ｎ０２毎に条件式（１）を満足していればよい。このような構造においても、特に、ｎ０（ｎ０１またはｎ０２）の値とｎ２の値とが相対的に近い場合に、低屈折率層１２９を設けることの効果が大きくなる。
【００７２】
図１８（Ｂ）は、上記のような屈折率の関係を満たす積層構造１０Ｂにおける各層の材料の一例とその屈折率の相対的な程度（低、中、高）について表したものである。このように、ｎ型半導体層１２５（α−Ｓｉ（ｎ＋））が高屈折率（ｎ３＝４）であるのに対し、シンチレータ層１１４（ＣｓＩ）、保護層１２８（ＳｉＮ）および上部電極１２６（ＩＴＯ）が中屈折率（ｎ０＝１．７７，ｎ２１＝１．８２，ｎ２２＝１．７３）でほぼ同等の屈折率となっている。本変形例では、このような中屈折率層間（ここでは、保護層１２８と上部電極１２６との間）に、それよりも低い屈折率（ｎ１＝１．４３）を示す低屈折率層１２９（ＳｉＯ2）が挟み込まれた構造となっている。これにより、本変形例では、ｎ型半導体層１２５と上部電極１２６との間の界面（Ｓ２１）側からの光が、上部電極１２６と低屈折率層１２９との間の界面（Ｓ２２）、および低屈折率層１２９と保護層１２８との間の界面（Ｓ２３）において、反射されるようになっている。
【００７３】
また、積層構造１０Ｂにおいても、上記実施の形態の積層構造１０Ａと同様、条件式（１）を満たす場合に、低屈折率層１２９の屈折率（ｎ１）および厚み（ｄ１）が更に、前述の条件式（２）を満足することが望ましいと推定される。これにより、光の干渉による効果を有効に利用して低屈折率層１２９の膜厚を最適化し、光吸収率の低減を抑制することができる。
【００７４】
本変形例では、前述の条件式（１），（２）に加えて、以下の条件式（４）を満足することがより望ましいと推定される。但し、ｍ’を整数とし、上部電極１２６の厚みをｄ２とする。このように本実施の形態では、ｎ型半導体層１２５と低屈折率層１２９との間に設けられた上部電極１２６の膜厚を最適化することがより望ましい。ここで、上記実施の形態の形態では、光吸収率を極大値にするために、低屈折率層１２９に加え、更に保護層１２８および上部電極１２６の計３層の膜厚を制御することが望ましいが、本変形例では、低屈折率層１２９と上部電極１２６との計２層の膜厚を制御すればよい。即ち、本変形例では、保護層１２８の膜厚ばらつきによる影響を受けにくいため、プロセス容易性が高い。
ｎ２×ｄ２＝（２ｍ’＋１）×（λ／４） ………（４）
【００７５】
以上のように本変形例においても、フォトダイオード１１１Ａおよびシンチレータ層１１４間の積層構造１０Ｂにおいて、シンチレータ層１１４、保護層１２８、上部電極１２６およびｎ型半導体層１２５よりも屈折率の低い低屈折率層１２９を設けている。これにより、光の干渉効果を有効に利用することができ、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００７６】
＜実施例２＞
上記変形例１に係る積層構造１０Ｂについても、上記実施例１と同様のシミュレーションを行った。即ち、実施例２として、上記積層構造１０Ｂについて、入射角０°および３０°でそれぞれ放射線を入射させた場合の光吸収率を測定した。この実施例２において使用した積層構造１０Ａの各層の膜厚および屈折率の条件を図１９に示す。尚、実施例２では、低屈折率層１２９（ＳｉＯ2）の膜厚を０〜３００ｎｍの範囲で変化させ、ＩＴＯの膜厚を８０ｎｍ、保護層１２８（ＳｉＮ）の膜厚を１５０ｎｍとした。また、可視光の波長についても、５４５ｎｍ〜５７０ｎｍの範囲（５ｎｍ刻み）とした。これらの結果を、図２０（Ａ），（Ｂ）に示す。
【００７７】
図２０（Ａ），（Ｂ）に示したように、保護層１２８と上部電極１２６との間に低屈折率層１２９（ＳｉＯ2）を設けた場合であっても、上記実施の形態と同様、光の干渉効果により、ＳｉＯ2膜厚に依存して光吸収率が極大点を形成していることがわかる。即ち、光吸収率が極大値をとるようにＳｉＯ2膜厚の最適化を行うことができ、これにより、実施例２では９５．１％もの光吸収率を実現できることがわかる。また、光吸収率が極大値となるＳｉＮの膜厚は、入射角０°，３０°間で約５０ｎｍもの差があり、入射角依存性を有している。このため、画素間クロストークを抑制することができる。実施例２における光吸収率の入射角依存性についてのシミュレーション結果を図２１に示す。このように、実施例２においても、前述の実施例１と同様、入射角０°付近において局所的に高光吸収率を示しており、入射角が大きくなるに従って光吸収率が急激に低減する傾向を示す。従って、画素間リーク（クロストーク）のない画像の取得が可能となる。
【００７８】
＜変形例２＞
図２２は、変形例２に係る積層構造（積層構造１０Ｃ）について表したものである。上記実施の形態および変形例１では、シンチレータ層１１４を最上層として図示したが、積層構造１０Ｃのように、シンチレータ層１１４上に、水分バリア機能を有する有機保護膜１３０を設けた構造としてもよい。有機保護膜１３０は、例えばパリレンＣ（ポリモノクロルパラキシリレン）よりなる。シンチレータ層１１４に用いられる上述のような蛍光体材料、特にＣｓＩは水分によって劣化し易いため、このような有機保護膜１３０が設けられていることが望ましい。
【００７９】
また本変形例においても、上記積層構造１０Ｃにおいて、低屈折率層１２９と他の層との屈折率が、前述の条件式（１）を満足するようになっている。但し、本変形例では、有機保護膜１３０、シンチレータ層１１４の屈折率をｎ０、低屈折率層１２９の屈折率をｎ１、保護層１２８および上部電極１２６の屈折率をｎ２、およびｎ型半導体層１２５の屈折率をｎ３とする。
【００８０】
＜変形例３＞
図２３は、変形例３に係る積層構造（積層構造１０Ｄ）について表したものである。このように、有機保護膜１３０は、シンチレータ層１１４の下面（光電変換層側の面）に設けられていてもよい。
【００８１】
上記変形例２，３のように、シンチレータ層１１４の上面または下面に、水分保護のための有機保護膜１３０が設けられていてもよく、このような場合であっても、低屈折率層１２９屈折率が有機保護膜１３０の屈折率（例えば１．８）よりも低ければ、上記実施の形態と同等の効果を得ることができる。
【００８２】
＜変形例４＞
上記実施の形態では画素の駆動回路をアクティブ駆動回路により構成した例について説明したが、図２４に示したようなパッシブ駆動回路であってもよい。尚、上記実施の形態と同一の構成要素については同一符号を付してその説明は省略する。本変形例では、単位画素Ｐが、フォトダイオード１１１Ａ、容量成分１３８およびトランジスタＴｒ（読出し用のトランジスタＴｒ３に相当）を含んで構成されている。トランジスタＴｒは、蓄積ノードＮと垂直信号線１８との間に接続されており、行走査信号Ｖreadに応答してオンすることにより、フォトダイオード１１１Ａにおける受光量に基づいて蓄積ノードＮに蓄積された信号電荷を垂直信号線１８へ出力する。このように、画素の駆動方式は、上記実施の形態で述べたアククティブ駆動方式に限らず、本変形例のようなパッシブ駆動方式であってもよい。
【００８３】
＜適用例＞
上記実施の形態および変形例１〜４において説明した放射線撮像装置１は、例えば図２５に示したような放射線撮像表示システム２に適用可能である。放射線撮像表示システム２は、放射線撮像装置１と、画像処理部２５と、表示装置２８とを備えている。このような構成により、放射線撮像表示システム２では、Ｘ線源２６から被写体２７に向けて照射された放射線に基づいて、放射線撮像装置１が被写体２７の画像データＤoutを取得し、画像処理部２５へ出力する。画像処理部２５は、入力された画像データＤoutに対して所定の画像処理を施し、その画像処理後の画像データ（表示データＤ１）を表示装置２８へ出力する。表示装置２８は、モニタ画面２８ａを有しており、そのモニタ画面２８ａに、画像処理部２５から入力された表示データＤ１に基づく画像を表示する。
【００８４】
このように、放射線撮像表示システム２では、放射線撮像装置１において、被写体２７の画像を電気信号として取得可能であるため、取得した電気信号を表示装置２８へ伝送することで、画像表示を行うことができる。即ち、放射線写真フィルムを用いることなく、被写体２７の画像を観察可能となり、また、動画撮影および動画表示にも対応可能となる。
【００８５】
以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態等で説明した積層構造１０Ａ〜１０Ｄにおける各層の材料および厚みは、上述のものに限定されず、他の様々な材料、厚みとすることができる。
【００８６】
加えて、上記実施の形態では、フォトダイオード１１１Ａを、基板側から、ｐ型半導体層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層の順に積層した構造としたが、基板側から、ｎ型半導体層、ｉ型半導体層およびｐ型半導体層の順に積層してもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１…放射線撮像装置、２…放射線撮像表示システム、１０Ａ〜１０Ｄ…積層構造、１１…基板、１２…画素部、１２ａ…単位画素、１３…行走査部、１４…水平選択部、１５…列走査部、１６…システム制御部、１１１Ａ…フォトダイオード、１１１Ｂ…トランジスタ、１１４…シンチレータ層、１２４…ｉ型半導体層、１２５…ｎ型半導体層、１２６…上部電極、１２８…保護層、１２９…低屈折率層、１３０…有機保護膜。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば医療用や非破壊検査用のＸ線撮影に好適な放射線撮像装置および放射線撮像表示システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、Ｘ線等の放射線を使用した放射線撮像装置として、写真フィルムを介さずに、画像を電気信号として取得する（光電変換によって撮像する）放射線撮像装置が開発されている（例えば、特許文献１，２）。このような放射線撮像装置としては、フォトダイオード等の光電変換素子を含む画素基板上に、シンチレータを備えたいわゆる間接変換型の放射線撮像装置が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−４５４２０号公報
【特許文献２】特開２００３−２１５２５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記のような間接変換型の放射線撮像装置では、シンチレータが画素基板上に直付けされる場合、シンチレータがない場合（光が空気層を経て光電変換素子へ入射する場合）に比べ、界面反射に起因する光損失により、光吸収率が低減する。あるいは、特許文献１のように、光電変換素子を保護膜（ＳｉＮ単層）で覆い、この保護膜上にシンチレータを積層した場合にも、上記直付けの場合と同様、光吸収率が低減するという問題がある。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、光電変換素子上に波長変換層が設けられた積層構造において、光吸収率の低減を抑制することが可能な放射線撮像装置および放射線撮像表示システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の放射線撮像装置は、光電変換層と、光電変換層上に設けられ、放射線の波長を光電変換層の感度域の波長に変換する波長変換層と、光電変換層と波長変換層との間に設けられ、光電変換層および波長変換層よりも低い屈折率を有する低屈折率層とを備えたものである。
【０００７】
本発明の放射線撮像装置では、光電変換層と波長変換層との間に、それらよりも屈折率の低い低屈折率層が設けられていることにより、波長変換層から発せられた後、光電変換層へ入射するまでの間に光の干渉が生じ易くなる。これにより、光電変換層における光吸収率は、低屈折率層の膜厚に依存して変化し、極大値をもつようになる。
【０００８】
本発明の放射線撮像表示システムは、放射線に基づく画像を取得する撮像装置（上記本発明の放射線撮像装置）と、この撮像装置により取得された画像を表示する表示装置とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の放射線撮像装置によれば、光電変換層と波長変換層との間に、それらよりも屈折率の低い低屈折率層を設けるようにしたので、光の干渉による効果を利用して、光電変換層の光吸収率に対し、低屈折率層の膜厚依存性をもたせることができる。即ち、例えば光吸収率が極大値をとるように低屈折率層の膜厚を最適化することができる。これにより、光電変換素子上に波長変換層が設けられた積層構造において、光吸収率の低減を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る放射線撮像装置の全体構成を表す機能ブロック図である。
【図２】図１に示した放射線撮像装置の断面構造を表す模式図である。
【図３】図１に示した単位画素における画素駆動回路（アクティブ駆動回路）の一例である。
【図４】図３に示したトランジスタの断面構造を表す模式図である。
【図５】図３に示したフォトダイオードの断面構造を表す模式図である。
【図６】図４に示したフォトダイオードと図２に示したシンチレータ層との界面付近の積層構造を表す模式図である。
【図７】図５に示した積層構造における各層の材料例および屈折率の関係について説明するための断面模式図である。
【図８】比較例に係るフォトダイオードとシンチレータ層との界面付近の積層構造を表す模式図である。
【図９】図８に示した積層構造における各層の材料例および屈折率の関係について説明するための断面模式図である。
【図１０】比較例１，２において使用した各層の厚みおよび屈折率の値を示した図である。
【図１１】比較例１（シンチレータ層なし，ＩＴＯ：８０ｎｍ）の保護膜ＳｉＮの厚みと光吸収率との関係を表す特性図であり、（Ａ）は入射角０°、（Ｂ）は入射角３０°の場合を示す。
【図１２】比較例２（シンチレータ層あり，ＩＴＯ：８０ｎｍ）の保護膜ＳｉＮの厚みと光吸収率との関係を表す特性図であり、（Ａ）は入射角０°、（Ｂ）は入射角３０°の場合を示す。
【図１３】実施例１において使用した各層の厚みおよび屈折率の値を示した図である。
【図１４】実施例１（低屈折率層ＳｉＯ2挿入，ＩＴＯ：８０ｎｍ）の低屈折率層の厚みと光吸収率との関係を表す特性図であり、（Ａ）は入射角０°、（Ｂ）は入射角３０°の場合を示す。
【図１５】比較例１における光吸収率の入射角依存性について示す特性図である。
【図１６】比較例２における光吸収率の入射角依存性について示す特性図である。
【図１７】実施例１における光吸収率の入射角依存性について示す特性図である。
【図１８】変形例１に係るフォトダイオードとシンチレータ層との界面付近の積層構造を表す模式図である。
【図１９】実施例２において使用した各層の厚みおよび屈折率の値を示した図である。
【図２０】実施例２（低屈折率層ＳｉＯ2挿入，ＩＴＯ：８０ｎｍ）の低屈折率層の厚みと光吸収率との関係を表す特性図であり、（Ａ）は入射角０°、（Ｂ）は入射角３０°の場合を示す。
【図２１】実施例２における光吸収率の入射角依存性について示す特性図である。
【図２２】変形例２に係るフォトダイオードとシンチレータ層との界面付近の積層構造を表す模式図である。
【図２３】変形例３に係るフォトダイオードとシンチレータ層との界面付近の積層構造を表す模式図である。
【図２４】変形例４に係る画素駆動回路（パッシブ駆動回路）の一例である。
【図２５】適用例に係る放射線撮像表示システムの全体構成を表す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。尚、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態（光電変換層側から順に、透明導電膜、保護層、低屈折率層および波長変換層を備えた間接変換型の放射線撮像装置の例）
２．実施例１（１．の構成に相当するシミュレーション例）
３．変形例１（低屈折率層を透明導電膜と保護層との間に設けた場合の例）
４．実施例２（３．の構成に相当するシミュレーション例）
５．変形例２（波長変換層上に有機保護膜を設けた例）
６．変形例３（有機保護膜の他の配置例）
７．変形例４（画素駆動回路をパッシブ駆動回路とした例）
８．適用例（放射線撮像表示システムの例）
【００１２】
＜実施の形態＞
［放射線撮像装置の全体構成］
図１は、本発明の一実施の形態に係る放射線撮像装置（放射線撮像装置１）の全体構成を表すものである。放射線撮像装置１は、いわゆる間接変換型ＦＰＤ（Flat Panel Detector）であり、α線、β線、γ線、Ｘ線に代表される放射線を波長変換後に受光し、放射線に基づく画像情報を読み取るものである。この放射線撮像装置１は、医療用をはじめ、手荷物検査等のその他の非破壊検査用のＸ線撮像装置として好適に用いられるものである。
【００１３】
放射線撮像装置１は、基板１１上に画素部１２を有し、この画素部１２の周囲には、例えば行走査部１３、水平選択部１４、列走査部１５およびシステム制御部１６からなる周辺回路（駆動回路）が設けられている。
【００１４】
画素部１２は、放射線撮像装置１における撮像エリアとなるものである。この画素部１２には、入射光の光量に応じた電荷量の光電荷を発生して内部に蓄積する光電変換素子（後述のフォトダイオード１１１Ａ）を含む単位画素１２ａ（以下、単に「画素」と記述する場合もある）が行列状に２次元配置されている。単位画素１２ａには、画素駆動線１７として例えば２本の配線（具体的には行選択線およびリセット制御線）が画素行ごとに設けられている。
【００１５】
画素部１２には更に、行列状の画素配列に対して画素行ごとに画素駆動線１７が行方向（画素行の画素の配列方向）に沿って配線され、画素列ごとに垂直信号線１８が列方向（画素列の画素の配列方向）に沿って配線されている。画素駆動線１７は、画素からの信号読み出しのための駆動信号を伝送するものである。図１では、画素駆動線１７について１本の配線として示しているが、１本に限られるものではない。画素駆動線１７の一端は、行走査部１３の各行に対応した出力端に接続されている。この画素部１２の構成については後述する。
【００１６】
行走査部１３は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、画素部１２の各画素１２ａを、例えば行単位で駆動する画素駆動部である。行走査部１３によって選択走査された画素行の各単位画素から出力される信号は、垂直信号線１８の各々を通して水平選択部１４に供給される。水平選択部１４は、垂直信号線１８ごとに設けられたアンプや水平選択スイッチ等によって構成されている。
【００１７】
列走査部１５は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、水平選択部１４の各水平選択スイッチを走査しつつ順番に駆動する。この列走査部１５による選択走査により、垂直信号線１８の各々を通して伝送される各画素の信号が順番に水平信号線１９に出力され、当該水平信号線１９を通して基板１１の外部へ伝送される。
【００１８】
行走査部１３、水平選択部１４、列走査部１５および水平信号線１９からなる回路部分は、基板１１上に直に形成された回路であってもよいし、あるいは外部制御ＩＣに配設されたものであってもよい。また、それらの回路部分は、ケーブル等により接続された他の基板に形成されていてもよい。
【００１９】
システム制御部１６は、基板１１の外部から与えられるクロックや、動作モードを指令するデータなどを受け取り、また、放射線撮像装置１の内部情報などのデータを出力する。システム制御部１６はさらに、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータを有し、当該タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に行走査部１３、水平選択部１４および列走査部１５などの周辺回路の駆動制御を行う。
【００２０】
図２は、放射線撮像装置１の断面構造を模式的に表したものである。このように、間接変換型ＦＰＤでは、画素部１２上に更にシンチレータ層１１４（波長変換層）を有している。画素部１２は、後述のフォトダイオード１１１Ａおよびトランジスタ１１１Ｂ（Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３）を画素毎に有し、シンチレータ層１１４から発せられた光（波長変換後の光）をフォトダイオード１１１Ａにおいて受光し、読み出しトランジスタ（Ｔｒ３）により電気信号として読み出すようになっている。この画素部１２とシンチレータ層１１４との界面付近には、詳細は後述するが、保護層１２８および低屈折率層１２９が積層されている。
【００２１】
シンチレータ層１１４は、放射線の波長をフォトダイオード１１１Ａの感度域の波長に波長変換するものである。このシンチレータ層１１４には、例えばＸ線を可視光に変換する蛍光体が用いられる。このような蛍光体としては、例えば、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）にタリウム（Ｔｌ）を添加したもの、酸化硫黄カドミウム（Ｇｄ2Ｏ2Ｓ）にテルビウム（Ｔｂ）を添加したもの、ＢａＦＸ（ＸはＣｌ，Ｂｒ，Ｉ等）等が挙げられる。シンチレータ層１１４の厚みは１００μｍ〜６００μｍであることが望ましく、例えば６００μｍである。このようなシンチレータ層１１４は、平坦化膜１１３上に例えば真空蒸着法を用いて成膜することができる。以下、画素部１２の詳細構成について説明する。
【００２２】
［画素部１２の詳細構成］
（画素回路）
図３は、画素部１２における単位画素１２ａの回路構成の一例（アクティブ駆動回路）である。単位画素１２ａは、例えばフォトダイオード１１１Ａと、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３（後述のトランジスタ１１１Ｂに相当）と、前述の垂直信号線１８と、画素駆動線１７としての行選択線１７１およびリセット制御線１７２とを含むものである。
【００２３】
フォトダイオード１１１Ａは、例えばＰＩＮ(Positive Intrinsic Negative Diode) フォトダイオードであり、例えばその感度域（受光波長帯域）が可視域である（可視光を受光可能である）。フォトダイオード１１１Ａは、例えば上部電極１２６（端子１３３）に基準電位Ｖxrefが印加されることで、入射光の光量（受光量）に応じた電荷量の信号電荷を発生するものである。フォトダイオード１１１Ａは、例えば下部電極（ｐ型半導体層１２２）側が蓄積ノードＮに接続されている。蓄積ノードＮには容量成分１３６が存在し、フォトダイオード１１１Ａで発生した信号電荷は蓄積ノードＮに蓄積される。尚、フォトダイオード１１１Ａを蓄積ノードＮとグランド（ＧＮＤ）との間に接続した構成としてもよい。このフォトダイオードの断面構造については後述する。
【００２４】
トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３はいずれも、例えばＮチャネル型の電界効果トランジスタであり、チャネルを形成する半導体層（後述の半導体層１２６）が例えば非結晶シリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコン等のシリコン系半導体、望ましくは低温多結晶シリコンにより構成されている。あるいは、酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩｎＧａＺｎＯ）または酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の酸化物半導体により構成されていてもよい。
【００２５】
トランジスタＴｒ１は、リセットトランジスタであり、参照電位Ｖrefが与えられる端子１３７と蓄積ノードＮとの間に接続されている。このトランジスタＴｒ１は、リセット信号Ｖrstに応答してオンすることによって蓄積ノードＮの電位を参照電位Ｖrefにリセットするものである。トランジスタＴｒ２は、読出トランジスタであり、ゲートが蓄積ノードＮに、端子１３４（ドレイン）が電源ＶＤＤにそれぞれ接続されている。このトランジスタＴｒ２は、フォトダイオード１１１Ａで発生した信号電荷をゲートで受け、当該信号電荷に応じた信号電圧を出力する。トランジスタＴｒ３は、行選択トランジスタであり、トランジスタＴｒ２のソースと垂直信号線１８との間に接続されており、行走査信号Ｖreadに応答してオンすることにより、トランジスタＴｒ２から出力される信号を垂直信号線１８に出力する。このトランジスタＴｒ３については、トランジスタＴｒ２のドレインと電源ＶＤＤとの間に接続する構成を採ることも可能である。以下、これらのトランジスタ（総称してトランジスタ１１１Ｂとする）の断面構造について説明する。
【００２６】
（トランジスタ１１１Ｂの断面構造）
図４は、トランジスタ１１１Ｂの断面構成例であり、画素部１２の断面構造の一部に相当するものである。トランジスタ１１１Ｂは、半導体層１２６を挟むようにして２つのゲート電極を設けた、いわゆるデュアルゲート構造を有している。例えば、トランジスタ１１１Ｂは、基板１１上に、第１ゲート電極１２０Ａと、この第１ゲート電極１２０Ａを覆うように形成された第１ゲート絶縁膜１２９を有している。第１ゲート絶縁膜１２９上には、チャネル層１２６ａを含む半導体層１２６が設けられている。この半導体層１２６を覆うように、第２ゲート絶縁膜１３０が形成され、この第２ゲート絶縁膜１３０上の第１ゲート電極１２０Ａに対向する領域に、第２ゲート電極１２０Ｂが配設されている。第２ゲート電極１２０Ｂ上には、層間絶縁膜１３１が形成されており、この層間絶縁膜１３１と第２ゲート絶縁膜１３０とに形成されたコンタクトホールＨ１を埋め込むように、ソース・ドレイン電極１３２が設けられている。
【００２７】
第１ゲート電極１２０Ａおよび第２ゲート電極１２０Ｂはそれぞれ、例えばチタン（Ｔｉ），アルミニウム（Ａｌ），モリブデン（Ｍｏ），タングステン（Ｗ），クロム（Ｃｒ）等のいずれかよりなる単層膜またはそれらの積層膜よりなる。第１ゲート電極１２０Ａおよび第２ゲート電極１２０Ｂの厚みはそれぞれ、例えば３０ｎｍ〜１５０ｎｍとなっている。
【００２８】
第１ゲート絶縁膜１２９および第２ゲート絶縁膜１３０は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、窒化シリコン（ＳｉＮx）等の単層膜であるか、あるいはこのようなシリコン化合物よりなる層を複数積層した積層膜である。
【００２９】
半導体層１２６は、例えば非結晶シリコン、多結晶シリコン、低温多結晶シリコンまたは微結晶シリコンにより構成され、望ましくは低温多結晶シリコンにより構成されている。あるいは、酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩＧＺＯ）等の酸化物半導体により構成されていてもよい。この半導体層１２６では、チャネル層１２６ａとＮ+層１２６ｃとの間に、リーク電流を低減する目的でＬＤＤ層１２６ｂが形成されている。ソース・ドレイン電極１３２は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ等からなる単層膜またはこれらの積層膜からなり、信号読み出しのための配線に接続されている。
【００３０】
層間絶縁膜１３１は、例えば酸化シリコン、酸窒化シリコンおよび窒化シリコンのうちの単層膜またはこれらの積層膜により構成されている。
【００３１】
尚、トランジスタ１１１Ｂは、上記のようなデュアルゲート構造を有するものに限定されず、半導体層のチャネルに対向して１つのゲート電極が配設されたものであってもよい。
【００３２】
（フォトダイオード１１１Ａの断面構成）
図５は、フォトダイオード１１１Ａの断面構成例であり、画素部１２の一部に相当するものである。このフォトダイオード１１１Ａは、上記トランジスタ１１１Ｂと共に基板１１上に設けられ、例えばその積層構造の一部がトランジスタ１１１Ｂと共通しており、同一の薄膜プロセスによって形成されるものである。以下、フォトダイオード１１１Ａの詳細構成について説明する。
【００３３】
フォトダイオード１１１Ａは、基板１１上の選択的な領域に、ゲート絶縁膜１２１を介してｐ型半導体層１２２を有している。基板１１上（詳細にはゲート絶縁膜１２１上）には、そのｐ型半導体層１２２に対向してコンタクトホールＨ２を有する層間絶縁膜１２３Ａが設けられている。層間絶縁膜１２３ＡのコンタクトホールＨ２内のｐ型半導体層１２２上には、ｉ型半導体層１２４が設けられており、このｉ型半導体層１２４上にｎ型半導体層１２５が形成されている。ｎ型半導体層１２５には、コンタクトホールＨ３を有する層間絶縁膜１２３Ｂが設けられており、そのコンタクトホールＨ３を介してｎ型半導体層１２５と上部電極１２６（導電膜）とが接続されている。
【００３４】
尚、ここでは、基板１１側（下部側）にｐ型半導体層１２２、上部側にｎ型半導体層１２５をそれぞれ設けた例を挙げたが、これと逆の構造、即ち下部側（基板１１側）をｎ型、上部側をｐ型とした構造であってもよい。また、上記ゲート絶縁膜１２１，層間絶縁膜１２３Ａおよび層間絶縁膜１２３Ｂは、それらの一部または全部において、トランジスタ１１１Ｂにおける第１ゲート絶縁膜１２９、第２ゲート絶縁膜１３０および層間絶縁膜１３１の各層と同一の層構造を有する。このフォトダイオード１１１Ａはトランジスタ１１１Ｂと同一の薄膜プロセスにより形成可能である。
【００３５】
ｐ型半導体層１２２は、例えば多結晶シリコン（ポリシリコン）等に、例えばボロン（Ｂ）等のｐ型不純物がドープされてなるｐ＋領域であり、厚みは例えば４０ｎｍ〜５０ｎｍである。このｐ型半導体層１２２は、例えば信号電荷を読み出すための下部電極を兼ねており、例えば、前述の蓄積ノードＮ（図３）に接続されている（あるいは、ｐ型半導体層１２２が蓄積ノードＮとなって、電荷を蓄積させるようになっている）。
【００３６】
ｉ型半導体層１２４は、ｐ型とｎ型の中間の導電性を示す半導体層、例えばノンドープの真性半導体層であり、例えば非結晶シリコン（アモルファスシリコン：α−Ｓｉ）により構成されている。ｉ型半導体層１２４の厚みは、例えば４００ｎｍ〜１０００ｎｍであるが、厚みが大きい程、光感度を高めることができる。
【００３７】
ｎ型半導体層１２５は、例えば非結晶シリコンにより構成され、ｎ＋領域を形成するものである。このｎ型半導体層１２５の厚みは例えば、１０ｎｍ〜５０ｎｍである。
【００３８】
上部電極１２６は、光電変換のための基準電位を供給するための電極であり、例えばＩＴＯ(Indium Tin Oxide)等の透明導電膜により構成されている。上部電極１２６には、この上部電極１２６に電圧を供給するための電源配線１２７が接続されている。この上部電極１２６の厚みは、例えば５０ｎｍ〜１００ｎｍであり、後述の条件式（条件式（３））を満足するように設定されていることが望ましい。電源配線１２７は上部電極１２６よりも低抵抗の材料、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ等によって構成されている。
【００３９】
［フォトダイオードとシンチレータ層との界面付近の積層構造］
図６は、フォトダイオード１１１Ａとシンチレータ層１１４との界面付近の積層構造（積層構造１０Ａ）を模式的に表したものである。放射線撮像装置１では、上述のように画素部１２上にシンチレータ層１１４が設けられるが、本実施の形態では、それらの界面付近に、フォトダイオード１１１Ａ側（上部電極１２６側）から順に、更に保護層１２８と低屈折率層１２９とが設けられている。
【００４０】
保護層１２８は、フォトダイオード１１４Ａの保護するパッシベーション膜であり、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）よりなる。保護層１２８の厚みは、例えば１３０ｎｍ〜１８０ｎｍであり、後述する条件式（条件式（３））を満たすように設定されていることが望ましい。
【００４１】
低屈折率層１２９は、界面付近において相対的に低屈折率を示す材料、例えば光電変換層としてのｎ型半導体層１２５（あるいはｉ型半導体層１２４）、上部電極１２６、保護層１２７およびシンチレータ層１１４よりも屈折率の低い材料により構成されている。また、この低屈折率層１２９の厚みは、例えば８０ｎｍ〜１００ｎｍであり、後述する条件式（条件式（２））を満たすように設定されていることが望ましい。この低屈折率層１２９の構成材料としては、積層構造１０Ａのうちの他の層よりも低い屈折率を示すものであればよいが、例えばＳｉＯ2，ＳｉＯＮ等が挙げられる。尚、ここでは低屈折率層１２９の材料として、ＳｉＯ2のような絶縁材料を用いているが、絶縁材料に限らず、導電性を示す材料が用いられてもよい。低屈折率の導電膜を用いる場合には、上部電極１２６を兼ねて配設可能となるため、即ちｎ型半導体層１２５側から低屈折率層１２９、保護層１２８およびシンチレータ層１１４を順に積層した構造となる。
【００４２】
（屈折率および膜厚についての条件）
本実施の形態では、上記のような積層構造１０Ａにおいて、低屈折率層１２９と他の層との屈折率が、以下の条件式（１）を満足するようになっている。但し、低屈折率層１２９よりも上に設けられる層の屈折率をｎ０、低屈折率層１２９の屈折率をｎ１、低屈折率層１２９とｎ型半導体層１２５との間に設けられる層の屈折率をｎ２、およびｎ型半導体層１２５の屈折率をｎ３とする。
ｎ０＞ｎ１＜ｎ２＜ｎ３ ………（１）
【００４３】
ここでは、積層構造１０Ａが、ｎ型半導体層１２５側から順に、上部電極１２６、保護層１２８、低屈折率層１２９およびシンチレータ層１１４が設けられた構造であるから、シンチレータ層１１４の屈折率をｎ０、低屈折率層１２９の屈折率をｎ１、保護層１２８および上部電極１２６の屈折率をｎ２（詳細にはｎ２１またはｎ２２）、およびｎ型半導体層１２５の屈折率をｎ３としている。尚、保護層１２８および上部電極１２６については、上記屈折率ｎ２として、それぞれの屈折率ｎ２１，ｎ２２毎に条件式（１）を満足していればよい。
【００４４】
図７は、上記のような屈折率の関係を満たす積層構造１０Ａにおける各層の材料の一例とその屈折率の相対的な程度（低、中、高）について表したものである。このように、ｎ型半導体層１２５（α−Ｓｉ（ｎ＋））が高屈折率（ｎ３＝４）であるのに対し、シンチレータ層１１４（ＣｓＩ）、保護層１２８（ＳｉＮ）および上部電極１２６（ＩＴＯ）が中屈折率（ｎ０＝１．７７，ｎ２１＝１．８２，ｎ２２＝１．７３）でほぼ同等の屈折率となっている。本実施の形態では、このような中屈折率層間（ここでは、保護層１２８とシンチレータ層１１４との間）に、それよりも低い屈折率（ｎ１＝１．４３）を示す低屈折率層１２９（ＳｉＯ2）が挟み込まれた構造となっている。このような構造では、特に、ｎ０の値とｎ２（ｎ２１またはｎ２２）の値とが相対的に近い場合に、低屈折率層１２９を設けることの効果が大きくなる。
【００４５】
即ち、低屈折率層１２９を設けることにより、少なくとも上記の屈折率ｎ０，ｎ１，ｎ２１，ｎ２２，ｎ３における相対的な大小関係において、以下に説明するような効果が得られる。但し、空気層の屈折率を１．０とし、括弧内に記載した「低」，「中」および「高」はそれぞれ、屈折率の相対的な程度を表したものとする。
【００４６】
まず、上記のような積層構造１０Ａにおいて、ＣｓＩ層のない場合について考えると、この場合、光入射側から順に、空気層（低）、ＳｉＮ層およびＩＴＯ層（中）、α−Ｓｉ層（高）を積層した構造となる。このような構造では、光の干渉効果が生じ、空気から入射する光の吸収率が上がっている。
【００４７】
ところが、ＣｓＩ層を有する構造の場合、光入射側から順に、空気層（低）、ＣｓＩ層（中）、ＳｉＮ層およびＩＴＯ層（中）、α−Ｓｉ層（高）を積層した構造となる。このような構造では、ＣｓＩ層とＳｉＮ層（またはＩＴＯ層）とがほぼ同等の屈折率となり（ＳｉＮ層およびＩＴＯ層等が光学的な干渉に寄与せず）、光の吸収率向上の効果が得られない。
【００４８】
そこで、ＳｉＯ2層（低）が、ＣｓＩ層（中）とα−Ｓｉ層（高）との間のいずれかの層に設けられてさえいれば、光学的な干渉効果による光吸収率向上（または光吸収率低減の抑制）の効果を得ることができる。これは、後述する図１２および図１４より明らかである。また、この光吸収率向上の効果を、より効果的に得るためには、各層の屈折率および膜厚の関係を以下のように設定することが望ましいと推定される。
【００４９】
即ち、積層構造１０Ａでは、上記条件式（１）を満たす場合に、低屈折率層１２９の屈折率（ｎ１）および厚み（ｄ１）が更に、以下の条件式（２）を満足することが望ましいと推定される。但し、ｍを整数、λを入射光の波長とする。後述の実施例において示されるように、条件式（２）を満足するような膜厚設定を行うことで、光の干渉による効果を有効に利用することができる。即ち、光の干渉により、低屈折率層１２９の膜厚に依存して、光電変換層における光吸収率が変化する（極小点、極大点を形成する）ようになる。そのため、光吸収率が極大値（最大値）をとるように、低屈折率層１２９の膜厚を最適化することができ、これにより、光吸収率の低減を抑制することができる。
ｎ１×ｄ１＝（２ｍ＋１）×（λ／４） ………（２）
【００５０】
更に、これらの条件式（１），（２）に加えて、以下の条件式（３）を満足することがより望ましいと推定される。但し、ｍ’を整数とし、保護層１２８の厚みをｄ２１、上部電極１２６の厚みをｄ２２とする。このように本実施の形態では、ｎ型半導体層１２５と低屈折率層１２９との間に設けられた、保護層１２８および上部電極１２６の２つの中屈折率層の膜厚を最適化することがより望ましい。
（ｎ２１×ｄ２１）＋（ｎ２２×ｄ２２）＝（２ｍ’＋１）×（λ／４） ………（３）
【００５１】
［作用・効果］
本実施の形態の作用、効果について、図１〜図９を参照して説明する。放射線撮像装置１では、図示しない放射線（例えばＸ線）照射源から照射され、被写体（検出体）を透過した放射線を取り込み、これを波長変換後に光電変換することによって、被写体の画像を電気信号として取得する。詳細には、放射線撮像装置１に入射した放射線は、まず、シンチレータ層１１４において、フォトダイオード１１１Ａの感度域（ここでは可視域）の波長に変換される。波長変換後の光（可視光）が、シンチレータ層１１４から発せられると、この可視光が画素部１２へ入射する。
【００５２】
画素部１２では、フォトダイオード１１１Ａに、図示しない電源配線から上部電極１２６を介して所定の電位が印加されると、上部電極１２６の側から入射した可視光が、その受光量に応じた電荷量の信号電荷に変換される（光電変換がなされる）。この光電変換によって発生した信号電荷は、ｐ型半導体層１２２の側から光電流として取り出される。
【００５３】
詳細には、フォトダイオード１１１Ａにおける光電変換によって発生した電荷は、蓄積層（ｐ型半導体層１２２，蓄積ノードＮ）により収集され、この蓄積層から電流として読み出され、トランジスタＴｒ２（読出トランジスタ）のゲートに与えられる。トランジスタＴｒ２は当該信号電荷に応じた信号電圧を出力する。このトランジスタＴｒ２から出力される信号は、行走査信号Ｖreadに応答してトランジスタＴｒ３がオンすると、垂直信号線１８に出力される（読み出される）。このようにして読み出された信号は、垂直信号線１８を介して画素列ごとに、水平選択部１４へ出力される。
【００５４】
（比較例）
ここで、図８に、本実施の形態の比較例に係る放射線撮像装置におけるフォトダイオードとシンチレータ層との界面付近の積層構造（積層構造１００）について示す。また図９には、積層構造１００における各層の材料の一例とその屈折率の相対的な程度（中、高）について表したものである。この積層構造１００では、α−Ｓｉよりなる光電変換層（ｉ型半導体層１０１，ｎ型半導体層１０２）上に、上部電極１０３（ＩＴＯ）、保護層１０４（ＳｉＮ）およびシンチレータ層１０５（ＣｓＩ）がこの順に設けられている。即ち、高屈折率（ｎ３）のｎ型半導体層１０２上に設けられた、上部電極１０３、保護層１０４およびシンチレータ層１０５は、いずれもほぼ同等の中屈折率（ｎ２２，ｎ２１，ｎ０）を示す。
【００５５】
このような積層構造１００では、例えばシンチレータ層１０５へ入射角０°で入射（垂直入射）した放射線は、可視光へ波長変換された後、ｎ型半導体層１０２側へ向けて出射される。このとき、比較例では、シンチレータ層１０５、保護層１０４および上部電極１０３がほぼ同等の屈折率であるため、可視光はシンチレータ層１０５から出射された後、保護層１０４および上部電極１０３を順にほぼ垂直に透過する。ところが、ｎ型半導体層１０２が高屈折率であるために、上記可視光は、上部電極１０３とｎ型半導体層１０２との間の界面（Ｓ１）において反射され、光損失が生じ易い。このような光損失により、シンチレータ層を有する間接変換型の放射線撮像装置では、光電変換層における光吸収率が低減してしまう。これは、保護層１０４を設けずに、上部電極１０３の表面にシンチレータ層１０５を直付けした場合についても同様のことが起こる。
【００５６】
尚、フォトダイオード上にシンチレータ層が設けられていない場合、即ちフォトダイオードの直上が空気層である一般的なＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像装置では、前述のように、光学的な干渉効果が生じるため、上記のような光損失は生じない。上述の光吸収率低減の問題は、シンチレータ層を有する間接変換型の放射線撮像装置に特有に生じるものである。
【００５７】
そこで、本実施の形態では、図６および図７に示したように、フォトダイオード１１１Ａとシンチレータ層１１４との間、具体的には、それぞれが中屈折率を示すシンチレータ層１１４と保護層１２８との間に、低屈折率層１２９を設けている。換言すると、積層構造１０Ａは、上記条件式（１）を満足するような低屈折率層１２９を有している。これにより、シンチレータ層１１４から発せられた可視光が、ｎ型半導体層１２５と上部電極１２６との間の界面Ｓ１１において反射されたとしても、その反射光は、保護層１２８と低屈折率層１２９との界面（Ｓ１２）および低屈折率層１２９とシンチレータ層１１４との界面（Ｓ１３）において反射される。反射の繰り返しにより、光の干渉を生じる。このように、低屈折率層１２９を、シンチレータ層１１４と半導体層１２５との間に設けることにより、光学的な干渉効果を生じる。尚、ここでは、低屈折率層１２９を、シンチレータ層１１４と保護層１２８との間に設けているが、低屈折率層１２９の配置箇所はこれに限らず、シンチレータ層１１４およびｎ型半導体層１２５間であればよい。低屈折率層１２９が、シンチレータ層１１４とｎ型半導体層１２５との間のいずれかの層に設けられてさえいれば、上記と同様の干渉効果を得ることができる。
【００５８】
このような干渉の効果により、光電変換層における光吸収率が変化する（極小点、極大点を形成する）ようになる。そして、この光吸収率の変化は、主に低屈折率層１２９の膜厚に依存して生じるため、光吸収率が極大値（最大値）をとるように、低屈折率層１２９の膜厚を最適化することにより、光吸収率の低減をより効果的に抑制することができるものと推定される。
【００５９】
具体的には、低屈折率層１２９の膜厚が上記条件式（２）を満足すればよいと推定され、これにより、後述の実施例において示したように、入射角０°で入射した放射線に基づく可視光の光吸収率が極大となるように、低屈折率層１２９の膜厚を最適化できる。またこの際、更に、保護層１２８および上部電極１２６の各膜厚が上記条件式（３）を満足することがより望ましい。即ち、上部電極１２６および保護層１２８の膜厚と屈折率とにより決まる光路長と、低屈折率層１２９の膜厚と屈折率とにより決まる光路長とを最適化（反射率を最小化、言い換えると、透過率を最大化）することが望ましい。
【００６０】
また、詳細は後述するが、光電変換層の光吸収率は、入射角（放射線のシンチレータ層１１４に対する入射角）に対しても依存性を有する。上記のような低屈折率層１２９を含む積層構造１０Ａを有することにより、特に入射角０°の方向（垂直方向）における光吸収率を選択的に高めることができる（斜め方向から入射する放射線を選択的に受光排除することができる）。従って、画素間リーク（クロストーク）のない画像の取得が可能となる。
【００６１】
以上説明したように本実施の形態では、フォトダイオード１１１Ａおよびシンチレータ層１１４間の積層構造１０Ａにおいて、シンチレータ層１１４とｎ型半導体層１２５との間に、シンチレータ層１１４、保護層１２８、上部電極１２６およびｎ型半導体層１２５よりも屈折率の低い低屈折率層１２９を設けている。これにより、光の干渉効果を利用して、光電変換層における光吸収率の低減を抑制することができる。即ち、フォトダイオード１１１Ａ上にシンチレータ層１１４が設けられた構造において、光吸収率の低減を抑制することが可能となる。
【００６２】
＜実施例＞
次に、上記実施の形態の放射線撮像装置１の数値実施例（シミュレーション）について説明する。
【００６３】
（比較例１，２）
まず、上述した比較例の積層構造１００（図８，９）について、光吸収率を次のような条件により測定した。即ち、比較例１として、シンチレータ層１０５を設けない構造（保護層１０４上が空気層となっている構造）に対し、入射角０°および３０°でそれぞれ放射線を入射させた場合の光吸収率を測定した。また、比較例２として、シンチレータ層１０５を設けた構造に対し、入射角０°および３０°でそれぞれ放射線を入射させた場合の光吸収率を測定した。これらの比較例１，２において使用した積層構造１００の各層の膜厚および屈折率の条件を図１０に示す。尚、いずれの場合においても、保護層１０４の膜厚を０〜５００ｎｍと変化させ、ＩＴＯの膜厚は８０ｎｍとした。また、可視光の波長としては５４５ｎｍ〜５７０ｎｍの範囲（５ｎｍ刻み）とした。これらの結果を、図１１（Ａ），（Ｂ）および図１２（Ａ），（Ｂ）に示す。尚、光吸収率としては、入射フォトン数に対する半導体層（１０１，１０２）における吸収フォトン数の割合（いわゆる外部量子効率）を示している。
【００６４】
図１１（Ａ），（Ｂ）に示したように、シンチレータ層１０５を設けていない比較例１では、光の干渉効果により、保護層１０４（ＳｉＮ）の膜厚に依存して光吸収率が極大点（ピーク）を形成するため、ＳｉＮの膜厚設定を最適に行えば、光吸収率は低減しない。但し、入射角０°から３０°へ変化しても、光吸収率が極大値となるＳｉＮの膜厚の変化が約１０ｎｍ程しかなく、入射角依存性に乏しい。このように入射角依存性が乏しいと、詳細は後述するが、画素間クロストークを生じさせ易くなる。
【００６５】
一方、図１２（Ａ），（Ｂ）に示したように、シンチレータ層１０５を設けた比較例２では、光の干渉が生じないため、保護層１０４（ＳｉＮ）の膜厚に依存して光吸収率が極大点を形成し難くなり、約８２％程度まで低減してしまう。また、上記比較例１と同様、入射角０°から３０°へ変化しても、光吸収率が極大値となるＳｉＮの膜厚の変化が約１０ｎｍ程しかなく、入射角依存性に乏しい。このように入射角依存性が乏しいと、詳細は後述するが、画素間クロストークを生じさせ易くなる。
【００６６】
（実施例１）
この比較例１に対し、実施例１として、上記実施の形態における積層構造１０Ａについても、入射角０°および３０°でそれぞれ放射線を入射させた場合の光吸収率を測定した。これらの実施例１において使用した積層構造１０Ａの各層の膜厚および屈折率の条件を図１３に示す。尚、実施例１では、低屈折率層１２９（ＳｉＯ2）の膜厚を０〜３００ｎｍの範囲で変化させ、ＩＴＯの膜厚を８０ｎｍ、保護層１２８（ＳｉＮ）の膜厚を１５０ｎｍとした。また、可視光の波長としては上記比較例と同様、５４５ｎｍ〜５７０ｎｍの範囲（５ｎｍ刻み）とした。これらの結果を、図１４（Ａ），（Ｂ）に示す。
【００６７】
図１４（Ａ），（Ｂ）に示したように、保護層１２８とシンチレータ層１１４との間に低屈折率層１２９（ＳｉＯ2）を設けた実施例１では、光の干渉効果により、ＳｉＯ2膜厚に依存して光吸収率が極大点を形成していることがわかる。即ち、光吸収率が極大値をとるようにＳｉＯ2膜厚の最適化を行うことができ、これにより、実施例１では９５．１％もの光吸収率を実現できることがわかる。また、光吸収率が極大値となるＳｉＮの膜厚は、入射角０°，３０°間で約８０ｎｍもの差があり、入射角依存性を有している。このため、入射角０°方向における光吸収率を相対的に高め、詳細は後述するが、画素間クロストークを抑制することができる。
【００６８】
また、上記のような光吸収率の入射角依存性についても測定した。図１５に比較例１、図１６に比較例２、図１７に実施例１に相当する結果を示す。これらの図に示したように、実施例１では、比較例１，２に比べ、入射角依存性が大きく、即ち入射角０°付近において局所的に高光吸収率を示しており、入射角が大きくなるに従って、光吸収率が急激に低減している。このため、比較例１，２よりも特に入射角０°方向における光吸収率を選択的に高めることができる（斜め方向からの入射光を選択的に受光排除することができる）。従って、画素間リーク（クロストーク）のない画像の取得が可能となる。
【００６９】
以下、上記実施の形態の放射線撮像装置の変形例（変形例１〜４）について説明する。尚、上記実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００７０】
＜変形例１＞
図１８（Ａ）は、変形例１に係る放射線撮像装置におけるフォトダイオード１１１Ａとシンチレータ層１１４との界面付近の積層構造（積層構造１０Ｂ）について表したものである。積層構造１０Ｂは、上記実施の形態と同様、フォトダイオード１１１Ａにおけるｎ型半導体層１２５とシンチレータ層１１４との間に低屈折率層１２９を有している。但し、本変形例では、上記実施の形態と異なり、ｎ型半導体層１２５上に、上部電極１２６、低屈折率層１２９、保護層１２８およびシンチレータ層１１４がこの順に設けられている。即ち、本変形例の積層構造１０Ｂは、低屈折率層１２９が上部電極１２６と保護層１２８との間に配設された構造となっている。
【００７１】
また本変形例においても、上記積層構造１０Ｂにおいて、低屈折率層１２９と他の層との屈折率が、前述の条件式（１）を満足するようになっている。但し、本変形例では、シンチレータ層１１４および保護層１２８の屈折率をｎ０（詳細にはｎ０１またはｎ０２）、低屈折率層１２９の屈折率をｎ１、上部電極１２６の屈折率をｎ２、およびｎ型半導体層１２５の屈折率をｎ３とする。尚、シンチレータ層１１４および保護層１２８については、上記屈折率ｎ０として、それぞれの屈折率ｎ０１，ｎ０２毎に条件式（１）を満足していればよい。このような構造においても、特に、ｎ０（ｎ０１またはｎ０２）の値とｎ２の値とが相対的に近い場合に、低屈折率層１２９を設けることの効果が大きくなる。
【００７２】
図１８（Ｂ）は、上記のような屈折率の関係を満たす積層構造１０Ｂにおける各層の材料の一例とその屈折率の相対的な程度（低、中、高）について表したものである。このように、ｎ型半導体層１２５（α−Ｓｉ（ｎ＋））が高屈折率（ｎ３＝４）であるのに対し、シンチレータ層１１４（ＣｓＩ）、保護層１２８（ＳｉＮ）および上部電極１２６（ＩＴＯ）が中屈折率（ｎ０＝１．７７，ｎ２１＝１．８２，ｎ２２＝１．７３）でほぼ同等の屈折率となっている。本変形例では、このような中屈折率層間（ここでは、保護層１２８と上部電極１２６との間）に、それよりも低い屈折率（ｎ１＝１．４３）を示す低屈折率層１２９（ＳｉＯ2）が挟み込まれた構造となっている。これにより、本変形例では、ｎ型半導体層１２５と上部電極１２６との間の界面（Ｓ２１）側からの光が、上部電極１２６と低屈折率層１２９との間の界面（Ｓ２２）、および低屈折率層１２９と保護層１２８との間の界面（Ｓ２３）において、反射されるようになっている。
【００７３】
また、積層構造１０Ｂにおいても、上記実施の形態の積層構造１０Ａと同様、条件式（１）を満たす場合に、低屈折率層１２９の屈折率（ｎ１）および厚み（ｄ１）が更に、前述の条件式（２）を満足することが望ましいと推定される。これにより、光の干渉による効果を有効に利用して低屈折率層１２９の膜厚を最適化し、光吸収率の低減を抑制することができる。
【００７４】
本変形例では、前述の条件式（１），（２）に加えて、以下の条件式（４）を満足することがより望ましいと推定される。但し、ｍ’を整数とし、上部電極１２６の厚みをｄ２とする。このように本実施の形態では、ｎ型半導体層１２５と低屈折率層１２９との間に設けられた上部電極１２６の膜厚を最適化することがより望ましい。ここで、上記実施の形態の形態では、光吸収率を極大値にするために、低屈折率層１２９に加え、更に保護層１２８および上部電極１２６の計３層の膜厚を制御することが望ましいが、本変形例では、低屈折率層１２９と上部電極１２６との計２層の膜厚を制御すればよい。即ち、本変形例では、保護層１２８の膜厚ばらつきによる影響を受けにくいため、プロセス容易性が高い。
ｎ２×ｄ２＝（２ｍ’＋１）×（λ／４） ………（４）
【００７５】
以上のように本変形例においても、フォトダイオード１１１Ａおよびシンチレータ層１１４間の積層構造１０Ｂにおいて、シンチレータ層１１４、保護層１２８、上部電極１２６およびｎ型半導体層１２５よりも屈折率の低い低屈折率層１２９を設けている。これにより、光の干渉効果を有効に利用することができ、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００７６】
＜実施例２＞
上記変形例１に係る積層構造１０Ｂについても、上記実施例１と同様のシミュレーションを行った。即ち、実施例２として、上記積層構造１０Ｂについて、入射角０°および３０°でそれぞれ放射線を入射させた場合の光吸収率を測定した。この実施例２において使用した積層構造１０Ａの各層の膜厚および屈折率の条件を図１９に示す。尚、実施例２では、低屈折率層１２９（ＳｉＯ2）の膜厚を０〜３００ｎｍの範囲で変化させ、ＩＴＯの膜厚を８０ｎｍ、保護層１２８（ＳｉＮ）の膜厚を１５０ｎｍとした。また、可視光の波長についても、５４５ｎｍ〜５７０ｎｍの範囲（５ｎｍ刻み）とした。これらの結果を、図２０（Ａ），（Ｂ）に示す。
【００７７】
図２０（Ａ），（Ｂ）に示したように、保護層１２８と上部電極１２６との間に低屈折率層１２９（ＳｉＯ2）を設けた場合であっても、上記実施の形態と同様、光の干渉効果により、ＳｉＯ2膜厚に依存して光吸収率が極大点を形成していることがわかる。即ち、光吸収率が極大値をとるようにＳｉＯ2膜厚の最適化を行うことができ、これにより、実施例２では９５．１％もの光吸収率を実現できることがわかる。また、光吸収率が極大値となるＳｉＮの膜厚は、入射角０°，３０°間で約５０ｎｍもの差があり、入射角依存性を有している。このため、画素間クロストークを抑制することができる。実施例２における光吸収率の入射角依存性についてのシミュレーション結果を図２１に示す。このように、実施例２においても、前述の実施例１と同様、入射角０°付近において局所的に高光吸収率を示しており、入射角が大きくなるに従って光吸収率が急激に低減する傾向を示す。従って、画素間リーク（クロストーク）のない画像の取得が可能となる。
【００７８】
＜変形例２＞
図２２は、変形例２に係る積層構造（積層構造１０Ｃ）について表したものである。上記実施の形態および変形例１では、シンチレータ層１１４を最上層として図示したが、積層構造１０Ｃのように、シンチレータ層１１４上に、水分バリア機能を有する有機保護膜１３０を設けた構造としてもよい。有機保護膜１３０は、例えばパリレンＣ（ポリモノクロルパラキシリレン）よりなる。シンチレータ層１１４に用いられる上述のような蛍光体材料、特にＣｓＩは水分によって劣化し易いため、このような有機保護膜１３０が設けられていることが望ましい。
【００７９】
また本変形例においても、上記積層構造１０Ｃにおいて、低屈折率層１２９と他の層との屈折率が、前述の条件式（１）を満足するようになっている。但し、本変形例では、有機保護膜１３０、シンチレータ層１１４の屈折率をｎ０、低屈折率層１２９の屈折率をｎ１、保護層１２８および上部電極１２６の屈折率をｎ２、およびｎ型半導体層１２５の屈折率をｎ３とする。
【００８０】
＜変形例３＞
図２３は、変形例３に係る積層構造（積層構造１０Ｄ）について表したものである。このように、有機保護膜１３０は、シンチレータ層１１４の下面（光電変換層側の面）に設けられていてもよい。
【００８１】
上記変形例２，３のように、シンチレータ層１１４の上面または下面に、水分保護のための有機保護膜１３０が設けられていてもよく、このような場合であっても、低屈折率層１２９屈折率が有機保護膜１３０の屈折率（例えば１．８）よりも低ければ、上記実施の形態と同等の効果を得ることができる。
【００８２】
＜変形例４＞
上記実施の形態では画素の駆動回路をアクティブ駆動回路により構成した例について説明したが、図２４に示したようなパッシブ駆動回路であってもよい。尚、上記実施の形態と同一の構成要素については同一符号を付してその説明は省略する。本変形例では、単位画素Ｐが、フォトダイオード１１１Ａ、容量成分１３８およびトランジスタＴｒ（読出し用のトランジスタＴｒ３に相当）を含んで構成されている。トランジスタＴｒは、蓄積ノードＮと垂直信号線１８との間に接続されており、行走査信号Ｖreadに応答してオンすることにより、フォトダイオード１１１Ａにおける受光量に基づいて蓄積ノードＮに蓄積された信号電荷を垂直信号線１８へ出力する。このように、画素の駆動方式は、上記実施の形態で述べたアククティブ駆動方式に限らず、本変形例のようなパッシブ駆動方式であってもよい。
【００８３】
＜適用例＞
上記実施の形態および変形例１〜４において説明した放射線撮像装置１は、例えば図２５に示したような放射線撮像表示システム２に適用可能である。放射線撮像表示システム２は、放射線撮像装置１と、画像処理部２５と、表示装置２８とを備えている。このような構成により、放射線撮像表示システム２では、Ｘ線源２６から被写体２７に向けて照射された放射線に基づいて、放射線撮像装置１が被写体２７の画像データＤoutを取得し、画像処理部２５へ出力する。画像処理部２５は、入力された画像データＤoutに対して所定の画像処理を施し、その画像処理後の画像データ（表示データＤ１）を表示装置２８へ出力する。表示装置２８は、モニタ画面２８ａを有しており、そのモニタ画面２８ａに、画像処理部２５から入力された表示データＤ１に基づく画像を表示する。
【００８４】
このように、放射線撮像表示システム２では、放射線撮像装置１において、被写体２７の画像を電気信号として取得可能であるため、取得した電気信号を表示装置２８へ伝送することで、画像表示を行うことができる。即ち、放射線写真フィルムを用いることなく、被写体２７の画像を観察可能となり、また、動画撮影および動画表示にも対応可能となる。
【００８５】
以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態等で説明した積層構造１０Ａ〜１０Ｄにおける各層の材料および厚みは、上述のものに限定されず、他の様々な材料、厚みとすることができる。
【００８６】
加えて、上記実施の形態では、フォトダイオード１１１Ａを、基板側から、ｐ型半導体層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層の順に積層した構造としたが、基板側から、ｎ型半導体層、ｉ型半導体層およびｐ型半導体層の順に積層してもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１…放射線撮像装置、２…放射線撮像表示システム、１０Ａ〜１０Ｄ…積層構造、１１…基板、１２…画素部、１２ａ…単位画素、１３…行走査部、１４…水平選択部、１５…列走査部、１６…システム制御部、１１１Ａ…フォトダイオード、１１１Ｂ…トランジスタ、１１４…シンチレータ層、１２４…ｉ型半導体層、１２５…ｎ型半導体層、１２６…上部電極、１２８…保護層、１２９…低屈折率層、１３０…有機保護膜。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換層と、
前記光電変換層上に設けられ、放射線の波長を前記光電変換層の感度域の波長に変換する波長変換層と、
前記光電変換層と前記波長変換層との間に設けられ、前記光電変換層および前記波長変換層よりも低い屈折率を有する低屈折率層と
を備えた放射線撮像装置。
【請求項２】
前記光電変換層上に導電膜が設けられ、
前記低屈折率層は、前記導電膜よりも低い屈折率を有する
請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項３】
前記導電膜上に保護層が設けられ、
前記低屈折率層は、前記保護層よりも低い屈折率を有する
請求項２に記載の放射線撮像装置。
【請求項４】
前記低屈折率層の前記光電変換層と反対側に設けられる層の屈折率をｎ０、前記低屈折率層の屈折率をｎ１、前記低屈折率層の厚みをｄ１、前記低屈折率層と前記光電変換層との間に設けられる層の屈折率をｎ２、および前記光電変換層の屈折率をｎ３としたとき、以下の式（１），（２）を満足する
請求項３に記載の放射線撮像装置。
ｎ０＞ｎ１＜ｎ２＜ｎ３ ………（１）
ｎ１×ｄ１＝（２ｍ＋１）×（λ／４） ………（２）
（但し、ｍは整数、λは入射光の波長とする。）
【請求項５】
前記光電変換層側から順に、前記導電膜、前記保護層、前記低屈折率層および前記波長変換層が積層されている
請求項４に記載の放射線撮像装置。
【請求項６】
前記保護層の屈折率および厚みをそれぞれｎ２１，ｄ２１とし、前記導電膜の屈折率および厚みをそれぞれｎ２２，ｄ２２とした場合、以下の式（３）を満足する
請求項５に記載の放射線撮像装置。
（ｎ２１×ｄ２１）＋（ｎ２２×ｄ２２）＝（２ｍ’＋１）×（λ／４） ………（３）
（但し、ｍ’を整数とする。）
【請求項７】
前記光電変換層側から順に、前記導電膜、前記低屈折率層、前記保護層および前記波長変換層が積層されている
請求項４に記載の放射線撮像装置。
【請求項８】
前記導電膜の屈折率および厚みをそれぞれｎ２，ｄ２とした場合、以下の式（４）を満足する
請求項７に記載の放射線撮像装置。
ｎ２×ｄ２＝（２ｍ’＋１）×（λ／４） ………（４）
（但し、ｍ’を整数とする。）
【請求項９】
前記波長変換層の放射線入射側の面および前記光電変換層側の面のうちの少なくとも一方の面に有機保護膜が設けられ、
前記低屈折率層は、前記有機保護膜よりも低い屈折率を有する
請求項３に記載の放射線撮像装置。
【請求項１０】
前記波長変換層はヨウ化セシウム（ＣｓＩ）よりなる
請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項１１】
前記光電変換層は非晶質シリコン（アモルファスシリコン）よりなる
請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項１２】
前記低屈折率層は酸化シリコン（ＳｉＯ2）よりなる
請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項１３】
前記導電膜はインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）よりなる
請求項２に記載の放射線撮像装置。
【請求項１４】
前記保護層は窒化シリコン（ＳｉＮ）よりなる
請求項３に記載の放射線撮像装置。
【請求項１５】
放射線に基づく画像を取得する撮像装置と、前記撮像装置により取得された画像を表示する表示装置とを備え、
前記撮像装置は、
光電変換層と、
前記光電変換層上に設けられ、放射線の波長を前記光電変換層の感度域の波長に変換する波長変換層と、
前記光電変換層と前記波長変換層との間に設けられ、前記光電変換層および前記波長変換層よりも低い屈折率を有する低屈折率層と
を有する放射線撮像表示システム。
【請求項１】
光電変換層と、
前記光電変換層上に設けられ、放射線の波長を前記光電変換層の感度域の波長に変換する波長変換層と、
前記光電変換層と前記波長変換層との間に設けられ、前記光電変換層および前記波長変換層よりも低い屈折率を有する低屈折率層と
を備えた放射線撮像装置。
【請求項２】
前記光電変換層上に導電膜が設けられ、
前記低屈折率層は、前記導電膜よりも低い屈折率を有する
請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項３】
前記導電膜上に保護層が設けられ、
前記低屈折率層は、前記保護層よりも低い屈折率を有する
請求項２に記載の放射線撮像装置。
【請求項４】
前記低屈折率層の前記光電変換層と反対側に設けられる層の屈折率をｎ０、前記低屈折率層の屈折率をｎ１、前記低屈折率層の厚みをｄ１、前記低屈折率層と前記光電変換層との間に設けられる層の屈折率をｎ２、および前記光電変換層の屈折率をｎ３としたとき、以下の式（１），（２）を満足する
請求項３に記載の放射線撮像装置。
ｎ０＞ｎ１＜ｎ２＜ｎ３ ………（１）
ｎ１×ｄ１＝（２ｍ＋１）×（λ／４） ………（２）
（但し、ｍは整数、λは入射光の波長とする。）
【請求項５】
前記光電変換層側から順に、前記導電膜、前記保護層、前記低屈折率層および前記波長変換層が積層されている
請求項４に記載の放射線撮像装置。
【請求項６】
前記保護層の屈折率および厚みをそれぞれｎ２１，ｄ２１とし、前記導電膜の屈折率および厚みをそれぞれｎ２２，ｄ２２とした場合、以下の式（３）を満足する
請求項５に記載の放射線撮像装置。
（ｎ２１×ｄ２１）＋（ｎ２２×ｄ２２）＝（２ｍ’＋１）×（λ／４） ………（３）
（但し、ｍ’を整数とする。）
【請求項７】
前記光電変換層側から順に、前記導電膜、前記低屈折率層、前記保護層および前記波長変換層が積層されている
請求項４に記載の放射線撮像装置。
【請求項８】
前記導電膜の屈折率および厚みをそれぞれｎ２，ｄ２とした場合、以下の式（４）を満足する
請求項７に記載の放射線撮像装置。
ｎ２×ｄ２＝（２ｍ’＋１）×（λ／４） ………（４）
（但し、ｍ’を整数とする。）
【請求項９】
前記波長変換層の放射線入射側の面および前記光電変換層側の面のうちの少なくとも一方の面に有機保護膜が設けられ、
前記低屈折率層は、前記有機保護膜よりも低い屈折率を有する
請求項３に記載の放射線撮像装置。
【請求項１０】
前記波長変換層はヨウ化セシウム（ＣｓＩ）よりなる
請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項１１】
前記光電変換層は非晶質シリコン（アモルファスシリコン）よりなる
請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項１２】
前記低屈折率層は酸化シリコン（ＳｉＯ2）よりなる
請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項１３】
前記導電膜はインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）よりなる
請求項２に記載の放射線撮像装置。
【請求項１４】
前記保護層は窒化シリコン（ＳｉＮ）よりなる
請求項３に記載の放射線撮像装置。
【請求項１５】
放射線に基づく画像を取得する撮像装置と、前記撮像装置により取得された画像を表示する表示装置とを備え、
前記撮像装置は、
光電変換層と、
前記光電変換層上に設けられ、放射線の波長を前記光電変換層の感度域の波長に変換する波長変換層と、
前記光電変換層と前記波長変換層との間に設けられ、前記光電変換層および前記波長変換層よりも低い屈折率を有する低屈折率層と
を有する放射線撮像表示システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１２−２１１７８１（Ｐ２０１２−２１１７８１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７６５１６（Ｐ２０１１−７６５１６）
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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