放射線検出器、放射線検出器の製造方法、及び放射線画像撮影装置
【課題】光電変換素子の静電破壊を防止することができると共に、画像がぼけやすくなるのを防ぐことができる。
【解決手段】放射線検出器１０Ａは、基板１上に形成されたＴＦＴスイッチ４と、基板１上に形成され、照射された光に応じた電荷を発生する光電変換素子としての半導体層６と、半導体層６上に形成され、一部に帯電防止性を有する遮光部材３２が形成された平坦化層３４と、平坦化層３４上に形成され、照射された放射線に応じた光を発生するシンチレータ７０と、を備える。
【解決手段】放射線検出器１０Ａは、基板１上に形成されたＴＦＴスイッチ４と、基板１上に形成され、照射された光に応じた電荷を発生する光電変換素子としての半導体層６と、半導体層６上に形成され、一部に帯電防止性を有する遮光部材３２が形成された平坦化層３４と、平坦化層３４上に形成され、照射された放射線に応じた光を発生するシンチレータ７０と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線検出器、放射線検出器の製造方法、及び放射線画像撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、放射線画像の撮影を行うための放射線画像撮影装置として、放射線照射装置から照射され、被写体を透過した放射線を放射線検出器により検出する放射線画像撮影装置が知られている。このような放射線画像撮影装置の放射線検出器として、照射された放射線を光に変換する蛍光体等のシンチレータと、シンチレータにより変換された光が照射されることにより電荷を発生する光電変換素子及び当該光電変換素子で発生した電荷を読み出すスイッチング素子を各々備えた画素により構成される光電変換基板と、を備えたものが知られている。
【０００３】
例えば特許文献１には、放射線撮像装置に用いられる光電変換装置において、光バリア性能を確保しながら平坦化を図るために、複数の画素間の領域に、受光面を露出させて光バリア層が形成された技術が記載されている。この技術では、光バリア層は、光バリア層と光電変換素子の受光面とが平坦化されるように、光電変換素子と基板とで形成される段差に配置されている。
【０００４】
また、特許文献２には、一対の光電変換素子とスイッチ素子とが複数配置されたセンサー基板上に、入射した放射線を光電変換素子が検知可能な光に変換するシンチレーター層を設けてなる放射線検出装置において、シンチレーター層と接する面が平坦面である平坦化層を、センサー基板とシンチレーター層との間に設けた放射線検出装置が記載されている。
【０００５】
このような放射線検出器は、光電変換基板上にシンチレータが設けられるため、光電変換基板とシンチレータとの密着性を向上させるための技術が知られている。
【０００６】
例えば、光電変換基板の表面に、密着性を向上させるためのプラズマ処理等の表面処理を行うことが一般的に行われている。例えば、特許文献３には、光電変換素子を備えたセンサパネル上に配された蛍光体下地層の表面を大気圧プラズマ処理し、当該蛍光体下地層表面上に蛍光体操を形成することにより、蛍光体層の密着不良による剥がれを防止する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−３７５２号公報
【特許文献２】特開２０００−１３１４４４号公報
【特許文献３】特開２００４−３２５４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、光電変換基板の表面に上述のように表面処理を行う際に、光電変換基板の表面が帯電することにより、光電変換素子の静電破壊が引き起こされる場合がある。例えば、表面処理として、大気圧中でプラズマ処理を行う場合は、空気が存在するため帯電しづらく、静電破壊を引き起す恐れが少ないが、真空中でプラズマ処理を行う場合、帯電による静電破壊を引き起こす恐れが大きい。
【０００９】
また、表面処理を行う際だけではなく、光電変換基板の表面が帯電してしまうと、同様に静電破壊が引き起こされる場合がある。
【００１０】
このような静電破壊を防止するために、シンチレータと光電変換基板との間に導電層を設けることも考えられるが、この場合、装置の厚みが増して、光電変換素子までの距離が遠くなり、画像がぼけやすくなる。
【００１１】
本発明は上記問題点を解決するために成されたものであり、光電変換素子の静電破壊を防止することができると共に、画像がぼけやすくなるのを防ぐことができる放射線検出器、放射線検出器の製造方法、及び放射線画像撮影装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明の放射線検出器は、基板上に形成されたスイッチング素子、及び、前記基板上に形成され、照射された光に応じた電荷を発生する光電変換素子を含むセンサ部、を各々備えた複数の画素と、前記複数の画素上に形成され、一部に帯電防止性を有する遮光部材が形成された平坦化層と、前記平坦化層上に形成され、照射された放射線に応じた光を発生する発光層と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、複数の画素上に、一部に帯電防止性を有する遮光部材が形成された平坦化層を形成した構成としているため、平坦化層上に発光層を形成する際に密着性を高めるための表面処理を施した場合でも、電荷が帯電防止性を有する遮光部材により帯電されないため、光電変換素子の静電破壊を防止することができる。また、隣接する画素からの斜入光がカットされるため、画像がぼけやすくなるのを防ぐことができる。
【００１４】
なお、請求項２に記載したように、前記遮光部材が、前記複数の画素間に形成された構成とすることが好ましい。
【００１５】
また、請求項３に記載したように、前記発光層は、照射された放射線に応じた光を発生する結晶が前記平坦化層上に直接蒸着されてなる構成とすることが好ましい。
【００１６】
また、請求項４に記載したように、前記発光層は、照射された放射線に応じた光を発生する非柱状結晶が前記平坦化層上に直接蒸着され、前記非柱状結晶上に柱状結晶が形成されてなる構成とすることが好ましい。
【００１７】
また、請求項５に記載したように、前記光電変換素子の端部がテーパー状に形成されると共に、前記スイッチング素子が、前記光電変換素子の端部側に形成された構成としてもよい。
【００１８】
また、請求項６に記載したように、前記遮光部材は、前記発光層が発光する光の長波長成分の一部を吸収するようにしてもよい。
【００１９】
また、請求項７に記載したように、前記遮光部材は、有機着色剤を含んで構成してもよい。
【００２０】
また、請求項８に記載したように、前記光電変換素子は、キナクリドンを含んで構成してもよい。
【００２１】
また、請求項９に記載したように、前記発光層は、ＣｓＩを含んで構成してもよい。
【００２２】
また、請求項１０に記載したように、前記基板側から放射線を照射して放射線画像を取得する表面読取方式に用いられることができる。
【００２３】
請求項１１記載の発明の放射線検出器の製造方法は、基板上に、スイッチング素子、及び、照射された光に応じた電荷を発生する光電変換素子を含むセンサ部、を各々備えた複数の画素を形成するステップと、前記複数の画素上に、一部に帯電防止性を有する遮光部材が形成された平坦化層を形成するステップと、前記平坦化層上に、照射された放射線に応じた光を発生する発光層を形成するステップと、を含むことを特徴とする。
【００２４】
請求項１２記載の放射線画像撮影装置は、前記請求項１〜１０の何れか１項に記載の放射線検出器と、前記放射線検出器の前記複数の画素から出力された電荷の電荷量に基づいて放射線画像を取得する画像取得手段と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の放射線画像撮影装置は、光電変換素子の静電破壊を防止することができると共に、画像がぼけやすくなるのを防ぐことができる、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】放射線検出器の構成図である。
【図２】放射線検出器の回路図である。
【図３】放射線検出器の構成を示す平面図である。
【図４】放射線検出器の断面図である。
【図５】放射線検出器の断面図である。
【図６】放射線検出器の平面図である。
【図７】放射線検出器の断面図である。
【図８】ＣｓＩ：Ｔｌの発光特性及びキナクリドンの吸収波長範囲を示すグラフである。
【図９】放射線検出器の製造工程を示す図である。
【図１０】放射線検出器の製造工程を示す図である。
【図１１】放射線検出器の製造工程を示す図である。
【図１２】放射線検出器のシンチレータ部分の結晶構成を模式的に示す概略図である。
【図１３】変形例に係る放射線検出器の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００２８】
図１及び図２には、第１の実施の形態に係る放射線検出器１０Ａを用いた放射線画像撮影装置１００の全体構成が示されている。なお、図２では、シンチレータ７０が省略されている。
【００２９】
本実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００は、間接変換方式の放射線検出器１０Ａを備えている。
【００３０】
放射線検出器１０Ａは、発光層としてのシンチレータ７０及び光電変換基板としてのフォトセンサ付きＴＦＴアレイ基板７２を備えている。
【００３１】
まず、シンチレータ７０について説明する。シンチレータ７０は、照射された放射線を光に変換して、光を出射する。また、図１においてシンチレータ７０の下部には、光を反射させるための部材である反射体が設けられている。
【００３２】
次に、フォトセンサ付きＴＦＴアレイ基板７２について説明する。
【００３３】
フォトセンサ付きＴＦＴアレイ基板７２には、後述する上部電極と半導体層と下部電極とを備え、照射された放射線をシンチレータ７０で変換した光を受けて電荷を蓄積するセンサ部１０３と、センサ部１０３に蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチ４と、を含んで構成される画素が２次元状に多数設けられている。
【００３４】
また、フォトセンサ付きＴＦＴアレイ基板７２には、上記ＴＦＴスイッチ４をＯＮ／ＯＦＦするための複数の走査配線１０１と、上記センサ部１０３に蓄積された電荷を読み出すための複数の信号配線３と、が互いに交差して設けられている。
【００３５】
各信号配線３には、当該信号配線３に接続された何れかのＴＦＴスイッチ４がＯＮされることによりセンサ部１０３に蓄積された電荷量に応じた電気信号が流れる。各信号配線３には、各信号配線３に流れ出した電気信号を検出する信号検出回路１０５が接続されており、各走査配線１０１には、各走査配線１０１にＴＦＴスイッチ４をＯＮ／ＯＦＦするためのスキャン信号を出力するスキャン信号制御装置１０４が接続されている。
【００３６】
信号検出回路１０５は、各信号配線３毎に、入力される電気信号を増幅する増幅回路を内蔵している。信号検出回路１０５では、各信号配線３より入力される電気信号を増幅回路により増幅して検出することにより、放射線画像を構成する各画素の情報として、各センサ部１０３に蓄積された電荷量を検出する。
【００３７】
この信号検出回路１０５及びスキャン信号制御装置１０４には、信号検出回路１０５において検出された電気信号に所定の処理を施すとともに、信号検出回路１０５に対して信号検出のタイミングを示す制御信号を出力し、スキャン信号制御装置１０４に対してスキャン信号の出力のタイミングを示す制御信号を出力する信号処理装置１０６が接続されている。
【００３８】
次に、図３〜５を参照して、本実施形態に係るフォトセンサ付きＴＦＴアレイ基板７２についてより詳細に説明する。なお、図３には、本実施形態に係るフォトセンサ付きＴＦＴアレイ基板７２上の１画素単位の構造を示す平面図が示されており、図４には、図３のＡ−Ａ線断面図が示されており、図５には、図３のＢ−Ｂ線断面図が示されている。なお、図４、５では、図１とは上下逆向きに記載している。
【００３９】
図４及び図５に示すように、本実施の形態の放射線検出器１０Ａは、無アルカリガラス等からなる絶縁性の基板１上に、走査配線１０１、ゲート電極２が形成されており、走査配線１０１とゲート電極２は接続されている（図３参照。）。走査配線１０１及びゲート電極２が形成された配線層（以下、この配線層を「第１信号配線層」ともいう。）は、Ａｌ若しくはＣｕ、又はＡｌ若しくはＣｕを主体とした積層膜を用いて形成されているが、これらに限定されるものではない。
【００４０】
この走査配線１０１及びゲート電極２上には、走査配線１０１及びゲート電極２を覆い一面に絶縁膜１５が形成されており、ゲート電極２上に位置する部位がＴＦＴスイッチ４におけるゲート絶縁膜として作用する。この絶縁膜１５は、例えば、ＳｉＮＸ 等からなっており、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）成膜により形成される。
【００４１】
絶縁膜１５上のゲート電極２上には、半導体活性層８が島状に形成されている。この半導体活性層８は、ＴＦＴスイッチ４のチャネル部であり、例えば、アモルファスシリコン膜からなる。
【００４２】
これらの上層には、ソース電極９、及びドレイン電極１３が形成されている。このソース電極９及びドレイン電極１３が形成された配線層には、ソース電極９、ドレイン電極１３とともに、信号配線３、及び当該信号配線３と並行に共通電極配線２５が形成されている。ソース電極９は信号配線３に接続されている。信号配線３、ソース電極９、及び共通電極配線２５が形成された配線層（以下、この配線層を「第２信号配線層」ともいう。）は、Ａｌ若しくはＣｕ、又はＡｌ若しくはＣｕを主体とした積層膜が用いて形成されるが、これらに限定されるものではない。
【００４３】
このソース電極９及びドレイン電極１３と半導体活性層８との間にはコンタクト層（不図示）が形成されている。このコンタクト層は、不純物添加アモルファスシリコン等の不純物添加半導体からなる。これらによりスイッチング用のＴＦＴスイッチ４が構成される。
【００４４】
そして、これら半導体活性層８、ソース電極９、ドレイン電極１３、信号配線３、及び共通電極配線２５を覆い、基板１上の画素が設けられた領域のほぼ全面（ほぼ全領域）には、ＴＦＴ保護膜層１１が形成されている。このＴＦＴ保護膜層１１は、例えば、ＳｉＮＸ 等からなっており、例えば、ＣＶＤ成膜により形成される。
【００４５】
このＴＦＴ保護膜層１１上には、塗布型の層間絶縁膜１２が形成されている。この層間絶縁膜１２は、低誘電率（比誘電率εｒ＝２〜４）の感光性の有機材料（例えば、ポジ型感光性アクリル系樹脂：メタクリル酸とグリシジルメタクリレートとの共重合体からなるベースポリマーに、ナフトキノンジアジド系ポジ型感光剤を混合した材料など）により１〜４μｍの膜厚で形成されている。本実施の形態に係る放射線検出器１０Ａでは、この層間絶縁膜１２によって層間絶縁膜１２上層と下層に配置される金属間の容量を低く抑えている。また、一般的にこのような材料は平坦化膜としての機能も有しており、下層の段差が平坦化される効果も有する。これにより、上層に配置される半導体層６の形状が平坦化されるため、半導体層６の凹凸による吸収効率の低下や、リーク電流の増加を抑制することができる。この層間絶縁膜１２及びＴＦＴ保護膜層１１には、ドレイン電極１３と対向する位置、及び走査配線１０１が形成された領域の照射面側の位置に各々コンタクトホール１６、及びコンタクトホール２２Ａが形成されている。
【００４６】
層間絶縁膜１２上には、コンタクトホール１６を埋めつつ、画素領域を覆うようにセンサ部１０３の下部電極１４が形成されており、この下部電極１４は、ＴＦＴスイッチ４のドレイン電極１３と接続されている。この下部電極１４は、後述する半導体層６が１μｍ前後と厚い場合には導電性があれば材料に制限がほとんどない。このため、Ａｌ系材料、ＩＴＯ（酸化スズインジウム）など導電性の金属を用いて形成すれば問題ない。
【００４７】
一方、半導体層６の膜厚が薄い場合（０．２〜０．５μｍ前後）、半導体層６で光が吸収が十分でないため、ＴＦＴスイッチ４への光照射によるリーク電流の増加を防ぐため、遮光性メタルを主体とする合金、もしくは積層膜とすることが好ましい。
【００４８】
下部電極１４上には、フォトダイオードとして機能する半導体層６が形成されている。本実施の形態では、半導体層６として、ＰＩＮ構造のフォトダイオードを採用しており、下層からｎ＋層、ｉ層、ｐ＋層を順に積層して形成する。なお、本実施の形態では、下部電極１４を半導体層６よりも大きくしている。なお、半導体層６の膜厚が薄い場合（例えば、０．５μｍ以下の場合）には、ＴＦＴスイッチ４への光入射を防ぐ目的で、遮光性金属を配置してＴＦＴスイッチ４を覆うことが好ましい。
【００４９】
好ましくは、デバイス内部の光の乱反射によるＴＦＴスイッチ４への光進入を抑制するため、ＴＦＴスイッチ４のチャネル部から遮光性金属からなる下部電極１４の端部への間隔を５μｍ以上確保している。
【００５０】
層間絶縁膜１２及び半導体層６上には、各半導体層６部分で開口を持つように保護絶縁膜１７が形成されている。そして、半導体層６及び保護絶縁膜１７上には、少なくとも保護絶縁膜１７の開口部を覆うように上部電極７が形成されている。この上部電極７には、例えば、ＩＴＯやＩＺＯ（酸化亜鉛インジウム）などの光透過性の高い材料を用いている。上部電極７は、下層に配置された、上部電極７にバイアス電圧を供給するための共通電極配線２５と接続する導電部材も兼ねている。図４に示すように、共通電極配線２５は、層間絶縁膜１２に設けられたコンタクトホール２２Ａを介して下部電極１４の層に形成されたコンタクトパッド２４と接続され、さらに保護絶縁膜１７に設けられたコンタクトホール２２Ｂ上を上部電極７で覆うことで、上部電極７と共通電極配線２５とが電気的に接続されている。
【００５１】
ここで、上部電極７と、共通電極配線２５に接続する導電部材とは別層の金属で形成してもかまわない。
【００５２】
半導体層６上には、絶縁層３０及び帯電防止性を有する材料からなる遮光部材３２を含んで形成された平坦化層３４が形成されている。絶縁層３０は、例えば層間絶縁膜１２と同様の材料により形成されるが、これに限られるものではない。
【００５３】
なお、帯電防止性の材料とは、電気は通しにくいが、少なくとも帯電を防止することが可能な固有抵抗値を有する材料をいう。一般に、絶縁性材料、帯電防止材料、導電性材料の順に固有抵抗値が低くなる。導電性材料は、帯電防止材料よりも固有抵抗値が低く、電気を通しやすい性質の材料であり、帯電防止性も有するといえる。従って、遮光部材３２は、導電性材料で形成してもよい。
【００５４】
放射線検出器１０Ａは、基板１上に上記の各層を形成していくことにより作製される。このため、図１、図４に示すように、絶縁層３０は、半導体層６から層間絶縁膜１２にかけて、すなわち画素間に段差部３６が生じる。
【００５５】
本実施形態では、この段差部３６に、帯電防止性の遮光部材３２が形成されている。すなわち、図６に示すように、遮光部材３２は、センサ部１０３の間（画素間）に形成されている。なお、遮光部材３２は、例えば銅（Ｃｕ）により形成される。
【００５６】
このように、画素間に遮光部材３２が形成されていることにより、隣接画素からの斜入光が入射されるのを防ぐことができ、画像がぼけるのを防ぐことができる。また、遮光部材３２は帯電防止性を有するので、平坦化層３４上にシンチレータ７０を形成する前に、前述したような密着性を向上させるための表面処理を行った場合でも、電荷が帯電防止性の遮光部材３２により帯電されないので、フォトダイオードが静電破壊されるのを防ぐことができる。また、段差部３６に帯電防止性の遮光部材３２を設けた場合、帯電防止層を平坦化層３４上に独立して設ける場合と比較して、厚みを小さくすることができるため、シンチレータ７０からの光がフォトダイオードに届くまでの距離を短くすることができ、画像がぼけるのを抑制することができる。
【００５７】
また、遮光部材３２は、可視光全域の波長の光を遮光するものでなくてもよく、シンチレータ７０の発光する光の波長のうち長波長成分の一部を吸収するものでもよい。
【００５８】
長波長成分の光は、短波長成分の光と比較して屈折し難い。このため、図７に示すように、隣接する画素から入射した斜入光３８のうち短波長成分の光３８Ａは、屈折するためフォトダイオードで受光されにくい。これに対し、長波長成分の光は屈折し難いため、図８に示すように、隣接する画素から入射した斜入光３８のうち長波長成分の光３８Ｂは、フォトダイオードで受光されやすく、画像がぼけやすくなる。
【００５９】
従って、遮光部材３２が、シンチレータ７０の発光波長のうち長波長成分の光を吸収するものであれば、画像がぼけやすくなるのを防ぐことができる。
【００６０】
例えば、シンチレータ７０をＣｓＩ：Ｔｌで構成し、フォトダイオードをキナクリドンで構成した場合について考える。図８に示すように、ＣｓＩ：Ｔｌは、発光ピーク波長が５６５ｎｍであるが、発光した光に幅広い波長域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）の光が含まれる。一方、キナクリドンは、４３０ｎｍ〜６２０ｎｍの波長域の光に対して感度を有する。この場合、遮光部材３２を、６２０ｎｍ以上の長波長成分の光を吸収する材料で構成することにより、斜入光をカットして画像ぼけを防ぐことができる。また、フォトダイオードをキナクリドンで構成した場合、仮に６２０ｎｍ以上の波長の斜入光の一部が遮光部材３２を透過してしまった場合でも、キナクリドンにおいては、その波長の光の感度は低いため、画像ぼけになり難い。
【００６１】
遮光部材３２が、６２０ｎｍ以上の長波長成分の光を吸収するように構成するには、例えば導電性材料に、赤光、すなわち６２０ｎｍ〜７５０ｎｍの光を吸収するシアン系の着色剤を混ぜればよい。例えば、遮光部材３２に導電性ポリマーを用いた場合、着色剤を容易に混ぜることができる。シアン系の着色剤、例えば、無機青色顔料としては、ウルトラマリン青、プロシア青（フェロシアン化鉄カリ）等が挙げられ、有機青色顔料としては、フタロシアニン、アントラキノン、インジゴイド、カルボニウム等が挙げられる。なお、顔料は樹脂中に粒子として存在するが、顔料に限らず樹脂に溶ける染料を用いてもよい。
【００６２】
また、フォトセンサ付きＴＦＴアレイ基板７２側から放射線が照射されて、当該放射線の入射面の表面側に設けられたフォトセンサ付きＴＦＴアレイ基板７２により放射線画像を読み取る、いわゆる表面読取方式（所謂ＩＳＳ（Irradiation Side Sampling）方式）の場合、無機着色剤は、有機着色剤に対してＸ線を吸収しやすいため（原子番号が大きいため）、有機着色剤の方が、シンチレータ７０により多くのＸ線が到達するので好ましい。
【００６３】
また、赤光は、少しでも吸収することが好ましいが、画素サイズが小さい場合（例えば、１００μ以下）、隣接する画素に斜入光が入ってしまう可能性が高くなるため、赤光の吸収量が多くなるように、着色剤の量を多くすることが好ましい。
【００６４】
次に、図９〜１１を参照して、本実施形態に係る放射線検出器１０Ａの製造工程の一例を説明する。
【００６５】
まず、基板１上に、第１信号配線層として、ゲート電極２、走査配線１０１を形成する（図９（Ａ））。この第１信号配線層は、Ａｌ、Ａｌ合金等の低抵抗金属、もしくは高融点金属からなるバリアメタル層との積層膜からなり、膜厚が１００−３００ｎｍ前後でスパッタリング法にて基板１上に堆積される。その後、フォトリソグラフィー技術にてレジスト膜のパターンニングを行う。その後、Ａｌ用のエッチャントによるウェットエッチ法か、ドライエッチ法にて金属膜をパターンニングする。その後、レジストを除去することにより第１信号配線層が完成する。
【００６６】
次に、第１信号配線層上に、絶縁膜１５、半導体活性層８、コンタクト層（不図示）を順次堆積する（図９（Ｂ））。絶縁膜１５はＳｉＮｘからなり膜厚は２００−６００ｎｍ、半導体活性層８はアモルファスシリコンからなり膜厚２０−２００ｎｍ前後、コンタクト層は不純物添加アモルファスシリコンからなり膜厚１０−１００ｎｍ前後で、Ｐ−ＣＶＤ（Plasma-Chemical Vapor Deposition）法にて堆積する。その後、第１信号配線層と同様に、フォトリソグラフィー技術によりレジストのパターンニングを行う。その後、半導体活性層８と不純物添加半導体によるコンタクト層を絶縁膜１５に対し選択的にドライエッチングすることにより半導体活性領域を形成する。
【００６７】
次に、絶縁膜１５、及び半導体活性層８の上層に、第２信号配線層として、信号配線３、ソース電極９、ドレイン電極１３、共通電極配線２５を形成する（図９（Ｃ））。この第２信号配線層は、第１信号配線層と同様に、Ａｌ、Ａｌ合金等の低抵抗金属、もしくは高融点金属からなるバリアメタル層との積層膜、又はＭｏ等の高融点金属膜単層からなり、膜厚が１００−３００ｎｍ前後である。第１信号配線層と同様に、フォトリソグラフィー技術にてパターンニングを行い、Ａｌ用のエッチャントによるウェットエッチ法か、ドライエッチ法にて金属膜をパターンニングする。その際、選択的にエッチング法を採用することにより絶縁膜１５は除去されない。ドライエッチ法にて、コンタクト層と半導体活性層８の一部を除去しチャネル領域を形成する。
【００６８】
次に、上記のように形成された層の上層に、ＴＦＴ保護膜層１１及び層間絶縁膜１２を順次形成する（図９（Ｄ））。ＴＦＴ保護膜層１１及び層間絶縁膜１２は無機材料単体の場合や、無機材料からなる保護絶縁膜と有機系材料からなる層間絶縁膜の積層により形成する場合や、有機系からなる層間絶縁膜単層により形成する場合がある。本実施形態では、下層の共通電極配線２５と下部電極１４間との静電容量を抑制する一方で、ＴＦＴスイッチ４の特性を安定させるため感光性の層間絶縁膜１２と無機材料からなるＴＦＴ保護膜層１１の積層構造としており、例えば、ＣＶＤ成膜によりＴＦＴ保護膜層１１を形成し、塗布系材料である感光性の層間絶縁膜１２材料を塗布、プリベーク後、露光、現像のステップを通過後、焼成を行なって各層を形成する。
【００６９】
次に、フォトリソグラフィー技術によりＴＦＴ保護膜層１１をパターンニングする（図９（Ｅ））。なお、ＴＦＴ保護膜層１１を配置しない場合には、このステップは必要ない。
【００７０】
次に、上記の層の上層にＡｌ系材料もしくはＩＴＯ等の金属材料をスパッタリング法により堆積する。膜厚は２０−２００ｎｍ前後である。フォトリソグラフィー技術にてパターンニングを行い、メタル用のエッチャント等によるウェットエッチ法か、ドライエッチ法にてパターンニングして下部電極１４を形成する（図９（Ｆ））。
【００７１】
次に、ＣＶＤ法で下層より順にｎ＋、ｉ、ｐ＋の各層を堆積して半導体層６を形成する（図１０（Ｇ））。膜厚は、それぞれｎ＋層５０−５００ｎｍ、ｉ層０．２〜２μｍ、ｐ＋層５０−５００ｎｍである。半導体層６は各層を順に積層してフォトリソグラフィー技術により、半導体層６をパターンニングし、ドライエッチ、もしくはウェットエッチによる下層の層間絶縁膜１２との選択エッチすることにより完成する。
【００７２】
ここでは、ｎ＋、ｉ、ｐ＋の順で積層したが、ｐ＋、ｉ、ｎ＋の順で積層し、ＰＩＮダイオードとしてもかまわない。
【００７３】
次に、ＣＶＤ法等で、半導体層６を覆うようにＳｉＮｘ膜からなる保護絶縁膜１７を堆積する。膜厚は１００〜３００nm前後である。フォトリソグラフィー技術にてパターンニングを行い、ドライエッチ法にてパターンニングし、開口部を形成する。（図１０（Ｈ））。ここでは、一例としてＣＶＤ成膜のＳｉＮｘを記載したが、絶縁材料であれば適用でき、ＳｉＮｘに限定するものではない。
【００７４】
次に、上部電極７及び共通電極配線２５との接続部位を形成する（図１０（Ｉ））。上部電極７及び共通電極配線２５との接続部位は上記のようにして形成された層の上層に、ＩＴＯ等の透明電極材料をスパッタリング法により堆積する。膜厚は２０−２００ｎｍ前後である。フォトリソグラフィー技術にてパターンニングを行い、ＩＴｒＯ用のエッチャント等によるウェットエッチ法か、ドライエッチ法にて上部電極７をパターンニングする。その際、選択的にエッチングを採用することにより、下層の保護絶縁膜１７はダメージを受けない。
【００７５】
次に、保護絶縁膜１７及び上部電極７を覆うように、絶縁層３０を形成する（図１０（Ｊ））。このとき、半導体層６と層間絶縁膜１２との段差により、画素間に段差部３６が生じる。
【００７６】
次に、段差部３６に遮光部材３２を形成する（図１１（Ｋ））。これにより、平坦化層３４が形成される。
【００７７】
次に、平坦化層３４上に、非柱状結晶７０Ａを直接蒸着する（図１１（Ｌ））。この非柱状結晶は、例えばＣｓＩ：Ｔｌ等のアルカリハライド系の非柱状結晶を用いることができる。
【００７８】
次に、非柱状結晶７０Ａ上に、柱状結晶７０Ｂを結晶成長させる（図１１（Ｍ））。柱状結晶７０Ｂも、非柱状結晶７０Ａと同様に、ＣｓＩ：Ｔｌ等のアルカリハライド系の非柱状結晶を用いることができる。
【００７９】
図１２は、シンチレータ７０内の結晶領域を示す模式図である。図１２に示すように、非柱状結晶７０Ａは、結晶同士が不規則に結合したり重なり合ったりして結晶間の明確な間隙は殆ど認めらない。一方、柱状結晶７０Ｂは、結晶の成長方向に対しほぼ均一な断面径を示し、且つ、柱状部分が周辺部に間隙を有しており、互いに独立して存在する。この領域が発光効率の高い領域となるとともに柱状結晶の間隙が光の拡散を抑制する光ガイドとなる。
【００８０】
このような非柱状結晶７０Ａと柱状結晶７０Ｂとが連続的に形成されてなるシンチレータ７０は、平坦化層３４上に、例えば気相堆積法を用いて形成することができる。以下、シンチレータ７０としてＣｓＩ：Ｔｌを用いた場合について説明する。
【００８１】
気相堆積法は常法により行うことができる。即ち、真空度０．０１〜１０Ｐａの環境下、ＣｓＩ：Ｔｌを抵抗加熱式のるつぼに通電するなどの手段で加熱して気化させ、平坦化層３４の温度を室温（２０℃）〜３００℃としてＣｓＩ：Ｔｌを平坦化層３４上に堆積させればよい。
【００８２】
気相堆積法により平坦化層３４上にＣｓＩ：Ｔｌの結晶相を形成する際、当初は不定形或いは略球状結晶の直径の比較的小さな結晶の集合体が形成される。気相堆積法の実施に際しては、真空度及び支持体温度の少なくとも一方の条件を変更することで、非柱状結晶領域の形成後に連続して気相堆積法により柱状結晶を成長させることができる。
【００８３】
即ち、所定の厚みとなるように非柱状結晶領域を形成した後、真空度を上げる、平坦化層３４の温度を高くする等の手段のうち少なくとも一方を行うことで、効率よく均一な柱状結晶を成長させることができる。
【００８４】
このようにして、平坦化層３４上にシンチレータ７０を直接蒸着により形成することにより、放射線検出器１０Ａが得られる。
【００８５】
なお、平坦化層３４上にシンチレータ７０を形成する前に、前述したような、密着性を向上させるためのプラズマ処理等の表面処理を行うようにしてもよい。このような場合でも、平坦化層３４には、帯電防止性の遮光部材３２が形成されているので、フォトダイオードが静電破壊されてしまうのを防ぐことができる。
【００８６】
また、平坦化層３４の一部に帯電防止性の遮光部材３２が形成された構成としているため、平坦化層３４とシンチレータ７０との間に独立した帯電防止層を設ける場合と比較して、放射線検出器の厚みを小さくすることができると共に、シンチレータ７０からフォトダイオードまでの距離を短くすることができるため、画像がぼけるのを防ぐことができる。
【００８７】
次に、上記構造の放射線検出器１０Ａの動作原理について説明する。
【００８８】
図１の上方からＸ線が照射されると、照射されたＸ線は、シンチレータ７０に吸収され、可視光に変換される。なお、図１の下方からＸ線が照射されてもよく、この場合においても照射されたＸ線は、シンチレータ７０に吸収され、可視光に変換される。シンチレータ７０から発生する光量は、通常の医療診断用のＸ線撮影では０．５〜２μＷ／ｃｍ２である。この発生した光は、絶縁層３０を通過して、フォトセンサ付きＴＦＴアレイ基板７２上にアレイ状に配置されたセンサ部１０３の半導体層６に照射される。
【００８９】
放射線検出器１０Ａには、半導体層６が各画素単位に分離して備えられている。半導体層６は、共通電極配線２５を介して上部電極７から所定のバイアス電圧が印加されており、光が照射されると内部に電荷が発生する。例えば、半導体層６が下層からｎ＋−ｉ−ｐ＋（ｎ＋アモルファスシリコン、アモルファスシリコン、ｐ＋アモルファスシリコン）の順に積層したＰＩＮ構造の場合は、上部電極７に負のバイアス電圧が印加されるものとされており、Ｉ層の膜厚が１μｍ程度の場合、印加されるバイアス電圧が−５〜−１０Ｖ程度である。半導体層６には、このような状態で光が未照射の場合、数〜数＋ｐＡ／ｍｍ２以下の電流しか流れない。一方、半導体層６には、このような状態で光が照射（１００μＷ／ｃｍ２）されると、０．３μＡ／ｍｍ２程度の明電流が発生する。この発生した電荷は下部電極１４により収集される。下部電極１４は、ＴＦＴスイッチ４のドレイン電極１３と接続されており、ＴＦＴスイッチ４のソース電極９は、信号配線３に接続されている。画像検出時には、ＴＦＴスイッチ４のゲート電極２に負バイアスが印加されてオフ状態に保持されており、下部電極１４に収集された電荷が蓄積される。
【００９０】
画像読出時には、ＴＦＴスイッチ４のゲート電極２に走査配線１０１を介して順次ＯＮ信号（＋１０〜２０Ｖ）が印加される。これにより、ＴＦＴスイッチ４が順次ＯＮされることにより下部電極１４に蓄積された電荷量に応じた電気信号が信号配線３に流れ出す。信号検出回路１０５は、信号配線３に流れ出した電気信号に基づいて各センサ部１０３に蓄積された電荷量を、画像を構成する各画素の情報として検出する。これにより、放射線検出器１０Ａに照射されたＸ線により示される画像を示す画像情報を得ることができる。
【００９１】
以上のように、本実施形態に係る放射線検出器１０Ａによれば、平坦化層３４の一部に帯電防止性の遮光部材３２が形成されているため、平坦化層３４上にシンチレータ７０を形成する前に、密着性を向上させるためのプラズマ処理等の表面処理を行った場合でも、フォトダイオードが静電破壊されてしまうのを防ぐことができる。
【００９２】
また、平坦化層３４の一部に帯電防止性の遮光部材３２が形成された構成としているため、平坦化層３４とシンチレータ７０との間に独立した帯電防止層を設ける場合と比較して、放射線検出器の厚みを小さくすることができると共に、シンチレータ７０からフォトダイオードまでの距離を短くすることができるため、画像がぼけるのを防ぐことができる。
【００９３】
なお、図１３に示したように、半導体層６、すなわちフォトダイオードの端部６Ａを、テーパー状に形成した構成としてもよい。この場合、端部６Ａのテーパー形状に応じて絶縁層３０が形成されるため、遮光部材３２もＴＦＴスイッチ４の真上まで形成されることとなる。従って、シンチレータ７０からの光４０が遮光部材３２で吸収され、アモルファスシリコン等で構成されたＴＦＴスイッチ４に光が照射されることにより発生するスイッチングノイズが発生するのを抑制することができる。
【００９４】
また、本実施形態では、シンチレータ７０をＣｓＩ：Ｔｌで構成した場合について説明したが、この他には、ＧＯＳ（Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ）、ＮａＩ：Ｔｌ（タリウム賦活ヨウ化ナトリウム）、ＣｓＩ：Ｎａ（ナトリウム賦活ヨウ化セシウム）からなる結晶等を用いることができるが、シンチレータ７０は、これらの材料からなるものに限られるものではない。
【００９５】
また、本実施形態では、平坦化層３４上にシンチレータ７０を直接蒸着により形成する場合について説明したが、これに限らず、別途作製されたシンチレータ７０を、粘着層（接着層）を介して平坦化層３４に貼り合わせるようにしてもよい。
【００９６】
また、本実施形態では、フォトセンサ付きＴＦＴアレイ基板７２側から放射線を照射して、シンチレータ７０で変換し反射された光をフォトセンサ付きＴＦＴアレイ基板７２のフォトダイオードで検出して放射線画像を読み取る、表面読取方式（所謂ＩＳＳ（Irradiation Side Sampling）方式）を用いた場合について説明したが、これに限らず、シンチレータ７０側から放射線を照射して、シンチレータ７０で変換された光をフォトセンサ付きＴＦＴアレイ基板７２のフォトダイオードで検出して放射線画像を読み取る裏面読取方式（所謂ＰＳＳ（Penetration Side Sampling）方式）を用いてもよく、ＩＳＳ方式の場合と同様の効果がある。
【００９７】
また、放射線検出器１０Ａのセンサ部１０３として、有機光電変換材料を含む材料で構成した有機ＣＭＯＳセンサを用いてもよく、放射線検出器１０Ａのフォトセンサ付きＴＦＴアレイ基板７２として、薄膜トランジスタとしての有機材料を含む有機トランジスタを、可撓性を有するシート上にアレイ状に配列した有機ＴＦＴアレイ・シートを用いてもよい。上記の有機ＣＭＯＳセンサは、例えば、特開２００９−２１２３７７号公報に開示されている。また、上記の有機ＴＦＴアレイ・シートは、例えば「日本経済新聞、“東京大学、「ウルトラフレキシブル」な有機トランジスタを開発”、[online]、[平成２３年５月８日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.nikkei.com/tech/trend/article/g=96958A9C93819499E2EAE2E0E48DE2EAE3E3E0E2E3E2E2E2E2E2E2E2;p=9694E0E7E2E6E0E2E3E2E2E0E2E0＞」に開示されている。
【００９８】
放射線検出器１０Ａのセンサ部１０３としてＣＭＯＳセンサを用いる場合、高速に光電変換を行うことができる利点や、基板を薄くすることができる結果、ＩＳＳ方式を採用した場合に放射線の吸収を抑制することができると共に、マンモグラフィによる撮影にも好適に適用することができる利点がある。
【００９９】
また、フォトセンサ付きＴＦＴアレイ基板７２を、フレキシブル基板で構成してもよい。この場合、適用するフレキシブル基板として、近年開発されたフロート法による超薄板ガラスを基材として用いたものを適用することが、放射線の透過率を向上させるうえで好ましい。なお、この際に適用できる超薄板ガラスについては、例えば、「旭硝子株式会社、"フロート法による世界最薄０．１ミリ厚の超薄板ガラスの開発に成功"、[online]、[平成２３年８月２０日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.agc.com/news/2011/0516.pdf＞」に開示されている。
【０１００】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施の形態に多様な変更または改良を加えることができ、当該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１０１】
また、上記の実施の形態は、クレーム（請求項）にかかる発明を限定するものではなく、また実施の形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組み合わせにより種々の発明を抽出できる。実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【０１０２】
また、本実施形態に係る放射線検出器は、可搬型の放射線画像撮影装置である電子カセッテだけでなく、据置型の放射線画像撮影装置に適用してもよい。
【０１０３】
また、上記実施の形態では、放射線としてＸ線を検出することにより放射線画像を撮影する放射線画像撮影装置に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、検出対象とする放射線は、Ｘ線の他や可視光、紫外線、赤外線、ガンマ線、粒子線等いずれであってもよい。
【０１０４】
その他、上記実施の形態で説明した放射線検出器１０Ａの構成は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１０５】
１０Ａ 放射線検出器
１２ 層間絶縁膜
３０ 絶縁層
３２ 遮光部材
３４ 平坦化層
３６ 段差部
７０ シンチレータ
７０Ａ 非柱状結晶
７０Ｂ 柱状結晶
７２ フォトセンサ付きＴＦＴアレイ基板
１００ 放射線画像撮影装置
１０１ 走査配線
１０３ センサ部
１０４ スキャン信号制御装置
１０５ 信号検出回路
１０６ 信号処理装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線検出器、放射線検出器の製造方法、及び放射線画像撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、放射線画像の撮影を行うための放射線画像撮影装置として、放射線照射装置から照射され、被写体を透過した放射線を放射線検出器により検出する放射線画像撮影装置が知られている。このような放射線画像撮影装置の放射線検出器として、照射された放射線を光に変換する蛍光体等のシンチレータと、シンチレータにより変換された光が照射されることにより電荷を発生する光電変換素子及び当該光電変換素子で発生した電荷を読み出すスイッチング素子を各々備えた画素により構成される光電変換基板と、を備えたものが知られている。
【０００３】
例えば特許文献１には、放射線撮像装置に用いられる光電変換装置において、光バリア性能を確保しながら平坦化を図るために、複数の画素間の領域に、受光面を露出させて光バリア層が形成された技術が記載されている。この技術では、光バリア層は、光バリア層と光電変換素子の受光面とが平坦化されるように、光電変換素子と基板とで形成される段差に配置されている。
【０００４】
また、特許文献２には、一対の光電変換素子とスイッチ素子とが複数配置されたセンサー基板上に、入射した放射線を光電変換素子が検知可能な光に変換するシンチレーター層を設けてなる放射線検出装置において、シンチレーター層と接する面が平坦面である平坦化層を、センサー基板とシンチレーター層との間に設けた放射線検出装置が記載されている。
【０００５】
このような放射線検出器は、光電変換基板上にシンチレータが設けられるため、光電変換基板とシンチレータとの密着性を向上させるための技術が知られている。
【０００６】
例えば、光電変換基板の表面に、密着性を向上させるためのプラズマ処理等の表面処理を行うことが一般的に行われている。例えば、特許文献３には、光電変換素子を備えたセンサパネル上に配された蛍光体下地層の表面を大気圧プラズマ処理し、当該蛍光体下地層表面上に蛍光体操を形成することにより、蛍光体層の密着不良による剥がれを防止する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−３７５２号公報
【特許文献２】特開２０００−１３１４４４号公報
【特許文献３】特開２００４−３２５４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、光電変換基板の表面に上述のように表面処理を行う際に、光電変換基板の表面が帯電することにより、光電変換素子の静電破壊が引き起こされる場合がある。例えば、表面処理として、大気圧中でプラズマ処理を行う場合は、空気が存在するため帯電しづらく、静電破壊を引き起す恐れが少ないが、真空中でプラズマ処理を行う場合、帯電による静電破壊を引き起こす恐れが大きい。
【０００９】
また、表面処理を行う際だけではなく、光電変換基板の表面が帯電してしまうと、同様に静電破壊が引き起こされる場合がある。
【００１０】
このような静電破壊を防止するために、シンチレータと光電変換基板との間に導電層を設けることも考えられるが、この場合、装置の厚みが増して、光電変換素子までの距離が遠くなり、画像がぼけやすくなる。
【００１１】
本発明は上記問題点を解決するために成されたものであり、光電変換素子の静電破壊を防止することができると共に、画像がぼけやすくなるのを防ぐことができる放射線検出器、放射線検出器の製造方法、及び放射線画像撮影装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明の放射線検出器は、基板上に形成されたスイッチング素子、及び、前記基板上に形成され、照射された光に応じた電荷を発生する光電変換素子を含むセンサ部、を各々備えた複数の画素と、前記複数の画素上に形成され、一部に帯電防止性を有する遮光部材が形成された平坦化層と、前記平坦化層上に形成され、照射された放射線に応じた光を発生する発光層と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、複数の画素上に、一部に帯電防止性を有する遮光部材が形成された平坦化層を形成した構成としているため、平坦化層上に発光層を形成する際に密着性を高めるための表面処理を施した場合でも、電荷が帯電防止性を有する遮光部材により帯電されないため、光電変換素子の静電破壊を防止することができる。また、隣接する画素からの斜入光がカットされるため、画像がぼけやすくなるのを防ぐことができる。
【００１４】
なお、請求項２に記載したように、前記遮光部材が、前記複数の画素間に形成された構成とすることが好ましい。
【００１５】
また、請求項３に記載したように、前記発光層は、照射された放射線に応じた光を発生する結晶が前記平坦化層上に直接蒸着されてなる構成とすることが好ましい。
【００１６】
また、請求項４に記載したように、前記発光層は、照射された放射線に応じた光を発生する非柱状結晶が前記平坦化層上に直接蒸着され、前記非柱状結晶上に柱状結晶が形成されてなる構成とすることが好ましい。
【００１７】
また、請求項５に記載したように、前記光電変換素子の端部がテーパー状に形成されると共に、前記スイッチング素子が、前記光電変換素子の端部側に形成された構成としてもよい。
【００１８】
また、請求項６に記載したように、前記遮光部材は、前記発光層が発光する光の長波長成分の一部を吸収するようにしてもよい。
【００１９】
また、請求項７に記載したように、前記遮光部材は、有機着色剤を含んで構成してもよい。
【００２０】
また、請求項８に記載したように、前記光電変換素子は、キナクリドンを含んで構成してもよい。
【００２１】
また、請求項９に記載したように、前記発光層は、ＣｓＩを含んで構成してもよい。
【００２２】
また、請求項１０に記載したように、前記基板側から放射線を照射して放射線画像を取得する表面読取方式に用いられることができる。
【００２３】
請求項１１記載の発明の放射線検出器の製造方法は、基板上に、スイッチング素子、及び、照射された光に応じた電荷を発生する光電変換素子を含むセンサ部、を各々備えた複数の画素を形成するステップと、前記複数の画素上に、一部に帯電防止性を有する遮光部材が形成された平坦化層を形成するステップと、前記平坦化層上に、照射された放射線に応じた光を発生する発光層を形成するステップと、を含むことを特徴とする。
【００２４】
請求項１２記載の放射線画像撮影装置は、前記請求項１〜１０の何れか１項に記載の放射線検出器と、前記放射線検出器の前記複数の画素から出力された電荷の電荷量に基づいて放射線画像を取得する画像取得手段と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の放射線画像撮影装置は、光電変換素子の静電破壊を防止することができると共に、画像がぼけやすくなるのを防ぐことができる、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】放射線検出器の構成図である。
【図２】放射線検出器の回路図である。
【図３】放射線検出器の構成を示す平面図である。
【図４】放射線検出器の断面図である。
【図５】放射線検出器の断面図である。
【図６】放射線検出器の平面図である。
【図７】放射線検出器の断面図である。
【図８】ＣｓＩ：Ｔｌの発光特性及びキナクリドンの吸収波長範囲を示すグラフである。
【図９】放射線検出器の製造工程を示す図である。
【図１０】放射線検出器の製造工程を示す図である。
【図１１】放射線検出器の製造工程を示す図である。
【図１２】放射線検出器のシンチレータ部分の結晶構成を模式的に示す概略図である。
【図１３】変形例に係る放射線検出器の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００２８】
図１及び図２には、第１の実施の形態に係る放射線検出器１０Ａを用いた放射線画像撮影装置１００の全体構成が示されている。なお、図２では、シンチレータ７０が省略されている。
【００２９】
本実施の形態に係る放射線画像撮影装置１００は、間接変換方式の放射線検出器１０Ａを備えている。
【００３０】
放射線検出器１０Ａは、発光層としてのシンチレータ７０及び光電変換基板としてのフォトセンサ付きＴＦＴアレイ基板７２を備えている。
【００３１】
まず、シンチレータ７０について説明する。シンチレータ７０は、照射された放射線を光に変換して、光を出射する。また、図１においてシンチレータ７０の下部には、光を反射させるための部材である反射体が設けられている。
【００３２】
次に、フォトセンサ付きＴＦＴアレイ基板７２について説明する。
【００３３】
フォトセンサ付きＴＦＴアレイ基板７２には、後述する上部電極と半導体層と下部電極とを備え、照射された放射線をシンチレータ７０で変換した光を受けて電荷を蓄積するセンサ部１０３と、センサ部１０３に蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチ４と、を含んで構成される画素が２次元状に多数設けられている。
【００３４】
また、フォトセンサ付きＴＦＴアレイ基板７２には、上記ＴＦＴスイッチ４をＯＮ／ＯＦＦするための複数の走査配線１０１と、上記センサ部１０３に蓄積された電荷を読み出すための複数の信号配線３と、が互いに交差して設けられている。
【００３５】
各信号配線３には、当該信号配線３に接続された何れかのＴＦＴスイッチ４がＯＮされることによりセンサ部１０３に蓄積された電荷量に応じた電気信号が流れる。各信号配線３には、各信号配線３に流れ出した電気信号を検出する信号検出回路１０５が接続されており、各走査配線１０１には、各走査配線１０１にＴＦＴスイッチ４をＯＮ／ＯＦＦするためのスキャン信号を出力するスキャン信号制御装置１０４が接続されている。
【００３６】
信号検出回路１０５は、各信号配線３毎に、入力される電気信号を増幅する増幅回路を内蔵している。信号検出回路１０５では、各信号配線３より入力される電気信号を増幅回路により増幅して検出することにより、放射線画像を構成する各画素の情報として、各センサ部１０３に蓄積された電荷量を検出する。
【００３７】
この信号検出回路１０５及びスキャン信号制御装置１０４には、信号検出回路１０５において検出された電気信号に所定の処理を施すとともに、信号検出回路１０５に対して信号検出のタイミングを示す制御信号を出力し、スキャン信号制御装置１０４に対してスキャン信号の出力のタイミングを示す制御信号を出力する信号処理装置１０６が接続されている。
【００３８】
次に、図３〜５を参照して、本実施形態に係るフォトセンサ付きＴＦＴアレイ基板７２についてより詳細に説明する。なお、図３には、本実施形態に係るフォトセンサ付きＴＦＴアレイ基板７２上の１画素単位の構造を示す平面図が示されており、図４には、図３のＡ−Ａ線断面図が示されており、図５には、図３のＢ−Ｂ線断面図が示されている。なお、図４、５では、図１とは上下逆向きに記載している。
【００３９】
図４及び図５に示すように、本実施の形態の放射線検出器１０Ａは、無アルカリガラス等からなる絶縁性の基板１上に、走査配線１０１、ゲート電極２が形成されており、走査配線１０１とゲート電極２は接続されている（図３参照。）。走査配線１０１及びゲート電極２が形成された配線層（以下、この配線層を「第１信号配線層」ともいう。）は、Ａｌ若しくはＣｕ、又はＡｌ若しくはＣｕを主体とした積層膜を用いて形成されているが、これらに限定されるものではない。
【００４０】
この走査配線１０１及びゲート電極２上には、走査配線１０１及びゲート電極２を覆い一面に絶縁膜１５が形成されており、ゲート電極２上に位置する部位がＴＦＴスイッチ４におけるゲート絶縁膜として作用する。この絶縁膜１５は、例えば、ＳｉＮＸ 等からなっており、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）成膜により形成される。
【００４１】
絶縁膜１５上のゲート電極２上には、半導体活性層８が島状に形成されている。この半導体活性層８は、ＴＦＴスイッチ４のチャネル部であり、例えば、アモルファスシリコン膜からなる。
【００４２】
これらの上層には、ソース電極９、及びドレイン電極１３が形成されている。このソース電極９及びドレイン電極１３が形成された配線層には、ソース電極９、ドレイン電極１３とともに、信号配線３、及び当該信号配線３と並行に共通電極配線２５が形成されている。ソース電極９は信号配線３に接続されている。信号配線３、ソース電極９、及び共通電極配線２５が形成された配線層（以下、この配線層を「第２信号配線層」ともいう。）は、Ａｌ若しくはＣｕ、又はＡｌ若しくはＣｕを主体とした積層膜が用いて形成されるが、これらに限定されるものではない。
【００４３】
このソース電極９及びドレイン電極１３と半導体活性層８との間にはコンタクト層（不図示）が形成されている。このコンタクト層は、不純物添加アモルファスシリコン等の不純物添加半導体からなる。これらによりスイッチング用のＴＦＴスイッチ４が構成される。
【００４４】
そして、これら半導体活性層８、ソース電極９、ドレイン電極１３、信号配線３、及び共通電極配線２５を覆い、基板１上の画素が設けられた領域のほぼ全面（ほぼ全領域）には、ＴＦＴ保護膜層１１が形成されている。このＴＦＴ保護膜層１１は、例えば、ＳｉＮＸ 等からなっており、例えば、ＣＶＤ成膜により形成される。
【００４５】
このＴＦＴ保護膜層１１上には、塗布型の層間絶縁膜１２が形成されている。この層間絶縁膜１２は、低誘電率（比誘電率εｒ＝２〜４）の感光性の有機材料（例えば、ポジ型感光性アクリル系樹脂：メタクリル酸とグリシジルメタクリレートとの共重合体からなるベースポリマーに、ナフトキノンジアジド系ポジ型感光剤を混合した材料など）により１〜４μｍの膜厚で形成されている。本実施の形態に係る放射線検出器１０Ａでは、この層間絶縁膜１２によって層間絶縁膜１２上層と下層に配置される金属間の容量を低く抑えている。また、一般的にこのような材料は平坦化膜としての機能も有しており、下層の段差が平坦化される効果も有する。これにより、上層に配置される半導体層６の形状が平坦化されるため、半導体層６の凹凸による吸収効率の低下や、リーク電流の増加を抑制することができる。この層間絶縁膜１２及びＴＦＴ保護膜層１１には、ドレイン電極１３と対向する位置、及び走査配線１０１が形成された領域の照射面側の位置に各々コンタクトホール１６、及びコンタクトホール２２Ａが形成されている。
【００４６】
層間絶縁膜１２上には、コンタクトホール１６を埋めつつ、画素領域を覆うようにセンサ部１０３の下部電極１４が形成されており、この下部電極１４は、ＴＦＴスイッチ４のドレイン電極１３と接続されている。この下部電極１４は、後述する半導体層６が１μｍ前後と厚い場合には導電性があれば材料に制限がほとんどない。このため、Ａｌ系材料、ＩＴＯ（酸化スズインジウム）など導電性の金属を用いて形成すれば問題ない。
【００４７】
一方、半導体層６の膜厚が薄い場合（０．２〜０．５μｍ前後）、半導体層６で光が吸収が十分でないため、ＴＦＴスイッチ４への光照射によるリーク電流の増加を防ぐため、遮光性メタルを主体とする合金、もしくは積層膜とすることが好ましい。
【００４８】
下部電極１４上には、フォトダイオードとして機能する半導体層６が形成されている。本実施の形態では、半導体層６として、ＰＩＮ構造のフォトダイオードを採用しており、下層からｎ＋層、ｉ層、ｐ＋層を順に積層して形成する。なお、本実施の形態では、下部電極１４を半導体層６よりも大きくしている。なお、半導体層６の膜厚が薄い場合（例えば、０．５μｍ以下の場合）には、ＴＦＴスイッチ４への光入射を防ぐ目的で、遮光性金属を配置してＴＦＴスイッチ４を覆うことが好ましい。
【００４９】
好ましくは、デバイス内部の光の乱反射によるＴＦＴスイッチ４への光進入を抑制するため、ＴＦＴスイッチ４のチャネル部から遮光性金属からなる下部電極１４の端部への間隔を５μｍ以上確保している。
【００５０】
層間絶縁膜１２及び半導体層６上には、各半導体層６部分で開口を持つように保護絶縁膜１７が形成されている。そして、半導体層６及び保護絶縁膜１７上には、少なくとも保護絶縁膜１７の開口部を覆うように上部電極７が形成されている。この上部電極７には、例えば、ＩＴＯやＩＺＯ（酸化亜鉛インジウム）などの光透過性の高い材料を用いている。上部電極７は、下層に配置された、上部電極７にバイアス電圧を供給するための共通電極配線２５と接続する導電部材も兼ねている。図４に示すように、共通電極配線２５は、層間絶縁膜１２に設けられたコンタクトホール２２Ａを介して下部電極１４の層に形成されたコンタクトパッド２４と接続され、さらに保護絶縁膜１７に設けられたコンタクトホール２２Ｂ上を上部電極７で覆うことで、上部電極７と共通電極配線２５とが電気的に接続されている。
【００５１】
ここで、上部電極７と、共通電極配線２５に接続する導電部材とは別層の金属で形成してもかまわない。
【００５２】
半導体層６上には、絶縁層３０及び帯電防止性を有する材料からなる遮光部材３２を含んで形成された平坦化層３４が形成されている。絶縁層３０は、例えば層間絶縁膜１２と同様の材料により形成されるが、これに限られるものではない。
【００５３】
なお、帯電防止性の材料とは、電気は通しにくいが、少なくとも帯電を防止することが可能な固有抵抗値を有する材料をいう。一般に、絶縁性材料、帯電防止材料、導電性材料の順に固有抵抗値が低くなる。導電性材料は、帯電防止材料よりも固有抵抗値が低く、電気を通しやすい性質の材料であり、帯電防止性も有するといえる。従って、遮光部材３２は、導電性材料で形成してもよい。
【００５４】
放射線検出器１０Ａは、基板１上に上記の各層を形成していくことにより作製される。このため、図１、図４に示すように、絶縁層３０は、半導体層６から層間絶縁膜１２にかけて、すなわち画素間に段差部３６が生じる。
【００５５】
本実施形態では、この段差部３６に、帯電防止性の遮光部材３２が形成されている。すなわち、図６に示すように、遮光部材３２は、センサ部１０３の間（画素間）に形成されている。なお、遮光部材３２は、例えば銅（Ｃｕ）により形成される。
【００５６】
このように、画素間に遮光部材３２が形成されていることにより、隣接画素からの斜入光が入射されるのを防ぐことができ、画像がぼけるのを防ぐことができる。また、遮光部材３２は帯電防止性を有するので、平坦化層３４上にシンチレータ７０を形成する前に、前述したような密着性を向上させるための表面処理を行った場合でも、電荷が帯電防止性の遮光部材３２により帯電されないので、フォトダイオードが静電破壊されるのを防ぐことができる。また、段差部３６に帯電防止性の遮光部材３２を設けた場合、帯電防止層を平坦化層３４上に独立して設ける場合と比較して、厚みを小さくすることができるため、シンチレータ７０からの光がフォトダイオードに届くまでの距離を短くすることができ、画像がぼけるのを抑制することができる。
【００５７】
また、遮光部材３２は、可視光全域の波長の光を遮光するものでなくてもよく、シンチレータ７０の発光する光の波長のうち長波長成分の一部を吸収するものでもよい。
【００５８】
長波長成分の光は、短波長成分の光と比較して屈折し難い。このため、図７に示すように、隣接する画素から入射した斜入光３８のうち短波長成分の光３８Ａは、屈折するためフォトダイオードで受光されにくい。これに対し、長波長成分の光は屈折し難いため、図８に示すように、隣接する画素から入射した斜入光３８のうち長波長成分の光３８Ｂは、フォトダイオードで受光されやすく、画像がぼけやすくなる。
【００５９】
従って、遮光部材３２が、シンチレータ７０の発光波長のうち長波長成分の光を吸収するものであれば、画像がぼけやすくなるのを防ぐことができる。
【００６０】
例えば、シンチレータ７０をＣｓＩ：Ｔｌで構成し、フォトダイオードをキナクリドンで構成した場合について考える。図８に示すように、ＣｓＩ：Ｔｌは、発光ピーク波長が５６５ｎｍであるが、発光した光に幅広い波長域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）の光が含まれる。一方、キナクリドンは、４３０ｎｍ〜６２０ｎｍの波長域の光に対して感度を有する。この場合、遮光部材３２を、６２０ｎｍ以上の長波長成分の光を吸収する材料で構成することにより、斜入光をカットして画像ぼけを防ぐことができる。また、フォトダイオードをキナクリドンで構成した場合、仮に６２０ｎｍ以上の波長の斜入光の一部が遮光部材３２を透過してしまった場合でも、キナクリドンにおいては、その波長の光の感度は低いため、画像ぼけになり難い。
【００６１】
遮光部材３２が、６２０ｎｍ以上の長波長成分の光を吸収するように構成するには、例えば導電性材料に、赤光、すなわち６２０ｎｍ〜７５０ｎｍの光を吸収するシアン系の着色剤を混ぜればよい。例えば、遮光部材３２に導電性ポリマーを用いた場合、着色剤を容易に混ぜることができる。シアン系の着色剤、例えば、無機青色顔料としては、ウルトラマリン青、プロシア青（フェロシアン化鉄カリ）等が挙げられ、有機青色顔料としては、フタロシアニン、アントラキノン、インジゴイド、カルボニウム等が挙げられる。なお、顔料は樹脂中に粒子として存在するが、顔料に限らず樹脂に溶ける染料を用いてもよい。
【００６２】
また、フォトセンサ付きＴＦＴアレイ基板７２側から放射線が照射されて、当該放射線の入射面の表面側に設けられたフォトセンサ付きＴＦＴアレイ基板７２により放射線画像を読み取る、いわゆる表面読取方式（所謂ＩＳＳ（Irradiation Side Sampling）方式）の場合、無機着色剤は、有機着色剤に対してＸ線を吸収しやすいため（原子番号が大きいため）、有機着色剤の方が、シンチレータ７０により多くのＸ線が到達するので好ましい。
【００６３】
また、赤光は、少しでも吸収することが好ましいが、画素サイズが小さい場合（例えば、１００μ以下）、隣接する画素に斜入光が入ってしまう可能性が高くなるため、赤光の吸収量が多くなるように、着色剤の量を多くすることが好ましい。
【００６４】
次に、図９〜１１を参照して、本実施形態に係る放射線検出器１０Ａの製造工程の一例を説明する。
【００６５】
まず、基板１上に、第１信号配線層として、ゲート電極２、走査配線１０１を形成する（図９（Ａ））。この第１信号配線層は、Ａｌ、Ａｌ合金等の低抵抗金属、もしくは高融点金属からなるバリアメタル層との積層膜からなり、膜厚が１００−３００ｎｍ前後でスパッタリング法にて基板１上に堆積される。その後、フォトリソグラフィー技術にてレジスト膜のパターンニングを行う。その後、Ａｌ用のエッチャントによるウェットエッチ法か、ドライエッチ法にて金属膜をパターンニングする。その後、レジストを除去することにより第１信号配線層が完成する。
【００６６】
次に、第１信号配線層上に、絶縁膜１５、半導体活性層８、コンタクト層（不図示）を順次堆積する（図９（Ｂ））。絶縁膜１５はＳｉＮｘからなり膜厚は２００−６００ｎｍ、半導体活性層８はアモルファスシリコンからなり膜厚２０−２００ｎｍ前後、コンタクト層は不純物添加アモルファスシリコンからなり膜厚１０−１００ｎｍ前後で、Ｐ−ＣＶＤ（Plasma-Chemical Vapor Deposition）法にて堆積する。その後、第１信号配線層と同様に、フォトリソグラフィー技術によりレジストのパターンニングを行う。その後、半導体活性層８と不純物添加半導体によるコンタクト層を絶縁膜１５に対し選択的にドライエッチングすることにより半導体活性領域を形成する。
【００６７】
次に、絶縁膜１５、及び半導体活性層８の上層に、第２信号配線層として、信号配線３、ソース電極９、ドレイン電極１３、共通電極配線２５を形成する（図９（Ｃ））。この第２信号配線層は、第１信号配線層と同様に、Ａｌ、Ａｌ合金等の低抵抗金属、もしくは高融点金属からなるバリアメタル層との積層膜、又はＭｏ等の高融点金属膜単層からなり、膜厚が１００−３００ｎｍ前後である。第１信号配線層と同様に、フォトリソグラフィー技術にてパターンニングを行い、Ａｌ用のエッチャントによるウェットエッチ法か、ドライエッチ法にて金属膜をパターンニングする。その際、選択的にエッチング法を採用することにより絶縁膜１５は除去されない。ドライエッチ法にて、コンタクト層と半導体活性層８の一部を除去しチャネル領域を形成する。
【００６８】
次に、上記のように形成された層の上層に、ＴＦＴ保護膜層１１及び層間絶縁膜１２を順次形成する（図９（Ｄ））。ＴＦＴ保護膜層１１及び層間絶縁膜１２は無機材料単体の場合や、無機材料からなる保護絶縁膜と有機系材料からなる層間絶縁膜の積層により形成する場合や、有機系からなる層間絶縁膜単層により形成する場合がある。本実施形態では、下層の共通電極配線２５と下部電極１４間との静電容量を抑制する一方で、ＴＦＴスイッチ４の特性を安定させるため感光性の層間絶縁膜１２と無機材料からなるＴＦＴ保護膜層１１の積層構造としており、例えば、ＣＶＤ成膜によりＴＦＴ保護膜層１１を形成し、塗布系材料である感光性の層間絶縁膜１２材料を塗布、プリベーク後、露光、現像のステップを通過後、焼成を行なって各層を形成する。
【００６９】
次に、フォトリソグラフィー技術によりＴＦＴ保護膜層１１をパターンニングする（図９（Ｅ））。なお、ＴＦＴ保護膜層１１を配置しない場合には、このステップは必要ない。
【００７０】
次に、上記の層の上層にＡｌ系材料もしくはＩＴＯ等の金属材料をスパッタリング法により堆積する。膜厚は２０−２００ｎｍ前後である。フォトリソグラフィー技術にてパターンニングを行い、メタル用のエッチャント等によるウェットエッチ法か、ドライエッチ法にてパターンニングして下部電極１４を形成する（図９（Ｆ））。
【００７１】
次に、ＣＶＤ法で下層より順にｎ＋、ｉ、ｐ＋の各層を堆積して半導体層６を形成する（図１０（Ｇ））。膜厚は、それぞれｎ＋層５０−５００ｎｍ、ｉ層０．２〜２μｍ、ｐ＋層５０−５００ｎｍである。半導体層６は各層を順に積層してフォトリソグラフィー技術により、半導体層６をパターンニングし、ドライエッチ、もしくはウェットエッチによる下層の層間絶縁膜１２との選択エッチすることにより完成する。
【００７２】
ここでは、ｎ＋、ｉ、ｐ＋の順で積層したが、ｐ＋、ｉ、ｎ＋の順で積層し、ＰＩＮダイオードとしてもかまわない。
【００７３】
次に、ＣＶＤ法等で、半導体層６を覆うようにＳｉＮｘ膜からなる保護絶縁膜１７を堆積する。膜厚は１００〜３００nm前後である。フォトリソグラフィー技術にてパターンニングを行い、ドライエッチ法にてパターンニングし、開口部を形成する。（図１０（Ｈ））。ここでは、一例としてＣＶＤ成膜のＳｉＮｘを記載したが、絶縁材料であれば適用でき、ＳｉＮｘに限定するものではない。
【００７４】
次に、上部電極７及び共通電極配線２５との接続部位を形成する（図１０（Ｉ））。上部電極７及び共通電極配線２５との接続部位は上記のようにして形成された層の上層に、ＩＴＯ等の透明電極材料をスパッタリング法により堆積する。膜厚は２０−２００ｎｍ前後である。フォトリソグラフィー技術にてパターンニングを行い、ＩＴｒＯ用のエッチャント等によるウェットエッチ法か、ドライエッチ法にて上部電極７をパターンニングする。その際、選択的にエッチングを採用することにより、下層の保護絶縁膜１７はダメージを受けない。
【００７５】
次に、保護絶縁膜１７及び上部電極７を覆うように、絶縁層３０を形成する（図１０（Ｊ））。このとき、半導体層６と層間絶縁膜１２との段差により、画素間に段差部３６が生じる。
【００７６】
次に、段差部３６に遮光部材３２を形成する（図１１（Ｋ））。これにより、平坦化層３４が形成される。
【００７７】
次に、平坦化層３４上に、非柱状結晶７０Ａを直接蒸着する（図１１（Ｌ））。この非柱状結晶は、例えばＣｓＩ：Ｔｌ等のアルカリハライド系の非柱状結晶を用いることができる。
【００７８】
次に、非柱状結晶７０Ａ上に、柱状結晶７０Ｂを結晶成長させる（図１１（Ｍ））。柱状結晶７０Ｂも、非柱状結晶７０Ａと同様に、ＣｓＩ：Ｔｌ等のアルカリハライド系の非柱状結晶を用いることができる。
【００７９】
図１２は、シンチレータ７０内の結晶領域を示す模式図である。図１２に示すように、非柱状結晶７０Ａは、結晶同士が不規則に結合したり重なり合ったりして結晶間の明確な間隙は殆ど認めらない。一方、柱状結晶７０Ｂは、結晶の成長方向に対しほぼ均一な断面径を示し、且つ、柱状部分が周辺部に間隙を有しており、互いに独立して存在する。この領域が発光効率の高い領域となるとともに柱状結晶の間隙が光の拡散を抑制する光ガイドとなる。
【００８０】
このような非柱状結晶７０Ａと柱状結晶７０Ｂとが連続的に形成されてなるシンチレータ７０は、平坦化層３４上に、例えば気相堆積法を用いて形成することができる。以下、シンチレータ７０としてＣｓＩ：Ｔｌを用いた場合について説明する。
【００８１】
気相堆積法は常法により行うことができる。即ち、真空度０．０１〜１０Ｐａの環境下、ＣｓＩ：Ｔｌを抵抗加熱式のるつぼに通電するなどの手段で加熱して気化させ、平坦化層３４の温度を室温（２０℃）〜３００℃としてＣｓＩ：Ｔｌを平坦化層３４上に堆積させればよい。
【００８２】
気相堆積法により平坦化層３４上にＣｓＩ：Ｔｌの結晶相を形成する際、当初は不定形或いは略球状結晶の直径の比較的小さな結晶の集合体が形成される。気相堆積法の実施に際しては、真空度及び支持体温度の少なくとも一方の条件を変更することで、非柱状結晶領域の形成後に連続して気相堆積法により柱状結晶を成長させることができる。
【００８３】
即ち、所定の厚みとなるように非柱状結晶領域を形成した後、真空度を上げる、平坦化層３４の温度を高くする等の手段のうち少なくとも一方を行うことで、効率よく均一な柱状結晶を成長させることができる。
【００８４】
このようにして、平坦化層３４上にシンチレータ７０を直接蒸着により形成することにより、放射線検出器１０Ａが得られる。
【００８５】
なお、平坦化層３４上にシンチレータ７０を形成する前に、前述したような、密着性を向上させるためのプラズマ処理等の表面処理を行うようにしてもよい。このような場合でも、平坦化層３４には、帯電防止性の遮光部材３２が形成されているので、フォトダイオードが静電破壊されてしまうのを防ぐことができる。
【００８６】
また、平坦化層３４の一部に帯電防止性の遮光部材３２が形成された構成としているため、平坦化層３４とシンチレータ７０との間に独立した帯電防止層を設ける場合と比較して、放射線検出器の厚みを小さくすることができると共に、シンチレータ７０からフォトダイオードまでの距離を短くすることができるため、画像がぼけるのを防ぐことができる。
【００８７】
次に、上記構造の放射線検出器１０Ａの動作原理について説明する。
【００８８】
図１の上方からＸ線が照射されると、照射されたＸ線は、シンチレータ７０に吸収され、可視光に変換される。なお、図１の下方からＸ線が照射されてもよく、この場合においても照射されたＸ線は、シンチレータ７０に吸収され、可視光に変換される。シンチレータ７０から発生する光量は、通常の医療診断用のＸ線撮影では０．５〜２μＷ／ｃｍ２である。この発生した光は、絶縁層３０を通過して、フォトセンサ付きＴＦＴアレイ基板７２上にアレイ状に配置されたセンサ部１０３の半導体層６に照射される。
【００８９】
放射線検出器１０Ａには、半導体層６が各画素単位に分離して備えられている。半導体層６は、共通電極配線２５を介して上部電極７から所定のバイアス電圧が印加されており、光が照射されると内部に電荷が発生する。例えば、半導体層６が下層からｎ＋−ｉ−ｐ＋（ｎ＋アモルファスシリコン、アモルファスシリコン、ｐ＋アモルファスシリコン）の順に積層したＰＩＮ構造の場合は、上部電極７に負のバイアス電圧が印加されるものとされており、Ｉ層の膜厚が１μｍ程度の場合、印加されるバイアス電圧が−５〜−１０Ｖ程度である。半導体層６には、このような状態で光が未照射の場合、数〜数＋ｐＡ／ｍｍ２以下の電流しか流れない。一方、半導体層６には、このような状態で光が照射（１００μＷ／ｃｍ２）されると、０．３μＡ／ｍｍ２程度の明電流が発生する。この発生した電荷は下部電極１４により収集される。下部電極１４は、ＴＦＴスイッチ４のドレイン電極１３と接続されており、ＴＦＴスイッチ４のソース電極９は、信号配線３に接続されている。画像検出時には、ＴＦＴスイッチ４のゲート電極２に負バイアスが印加されてオフ状態に保持されており、下部電極１４に収集された電荷が蓄積される。
【００９０】
画像読出時には、ＴＦＴスイッチ４のゲート電極２に走査配線１０１を介して順次ＯＮ信号（＋１０〜２０Ｖ）が印加される。これにより、ＴＦＴスイッチ４が順次ＯＮされることにより下部電極１４に蓄積された電荷量に応じた電気信号が信号配線３に流れ出す。信号検出回路１０５は、信号配線３に流れ出した電気信号に基づいて各センサ部１０３に蓄積された電荷量を、画像を構成する各画素の情報として検出する。これにより、放射線検出器１０Ａに照射されたＸ線により示される画像を示す画像情報を得ることができる。
【００９１】
以上のように、本実施形態に係る放射線検出器１０Ａによれば、平坦化層３４の一部に帯電防止性の遮光部材３２が形成されているため、平坦化層３４上にシンチレータ７０を形成する前に、密着性を向上させるためのプラズマ処理等の表面処理を行った場合でも、フォトダイオードが静電破壊されてしまうのを防ぐことができる。
【００９２】
また、平坦化層３４の一部に帯電防止性の遮光部材３２が形成された構成としているため、平坦化層３４とシンチレータ７０との間に独立した帯電防止層を設ける場合と比較して、放射線検出器の厚みを小さくすることができると共に、シンチレータ７０からフォトダイオードまでの距離を短くすることができるため、画像がぼけるのを防ぐことができる。
【００９３】
なお、図１３に示したように、半導体層６、すなわちフォトダイオードの端部６Ａを、テーパー状に形成した構成としてもよい。この場合、端部６Ａのテーパー形状に応じて絶縁層３０が形成されるため、遮光部材３２もＴＦＴスイッチ４の真上まで形成されることとなる。従って、シンチレータ７０からの光４０が遮光部材３２で吸収され、アモルファスシリコン等で構成されたＴＦＴスイッチ４に光が照射されることにより発生するスイッチングノイズが発生するのを抑制することができる。
【００９４】
また、本実施形態では、シンチレータ７０をＣｓＩ：Ｔｌで構成した場合について説明したが、この他には、ＧＯＳ（Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ）、ＮａＩ：Ｔｌ（タリウム賦活ヨウ化ナトリウム）、ＣｓＩ：Ｎａ（ナトリウム賦活ヨウ化セシウム）からなる結晶等を用いることができるが、シンチレータ７０は、これらの材料からなるものに限られるものではない。
【００９５】
また、本実施形態では、平坦化層３４上にシンチレータ７０を直接蒸着により形成する場合について説明したが、これに限らず、別途作製されたシンチレータ７０を、粘着層（接着層）を介して平坦化層３４に貼り合わせるようにしてもよい。
【００９６】
また、本実施形態では、フォトセンサ付きＴＦＴアレイ基板７２側から放射線を照射して、シンチレータ７０で変換し反射された光をフォトセンサ付きＴＦＴアレイ基板７２のフォトダイオードで検出して放射線画像を読み取る、表面読取方式（所謂ＩＳＳ（Irradiation Side Sampling）方式）を用いた場合について説明したが、これに限らず、シンチレータ７０側から放射線を照射して、シンチレータ７０で変換された光をフォトセンサ付きＴＦＴアレイ基板７２のフォトダイオードで検出して放射線画像を読み取る裏面読取方式（所謂ＰＳＳ（Penetration Side Sampling）方式）を用いてもよく、ＩＳＳ方式の場合と同様の効果がある。
【００９７】
また、放射線検出器１０Ａのセンサ部１０３として、有機光電変換材料を含む材料で構成した有機ＣＭＯＳセンサを用いてもよく、放射線検出器１０Ａのフォトセンサ付きＴＦＴアレイ基板７２として、薄膜トランジスタとしての有機材料を含む有機トランジスタを、可撓性を有するシート上にアレイ状に配列した有機ＴＦＴアレイ・シートを用いてもよい。上記の有機ＣＭＯＳセンサは、例えば、特開２００９−２１２３７７号公報に開示されている。また、上記の有機ＴＦＴアレイ・シートは、例えば「日本経済新聞、“東京大学、「ウルトラフレキシブル」な有機トランジスタを開発”、[online]、[平成２３年５月８日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.nikkei.com/tech/trend/article/g=96958A9C93819499E2EAE2E0E48DE2EAE3E3E0E2E3E2E2E2E2E2E2E2;p=9694E0E7E2E6E0E2E3E2E2E0E2E0＞」に開示されている。
【００９８】
放射線検出器１０Ａのセンサ部１０３としてＣＭＯＳセンサを用いる場合、高速に光電変換を行うことができる利点や、基板を薄くすることができる結果、ＩＳＳ方式を採用した場合に放射線の吸収を抑制することができると共に、マンモグラフィによる撮影にも好適に適用することができる利点がある。
【００９９】
また、フォトセンサ付きＴＦＴアレイ基板７２を、フレキシブル基板で構成してもよい。この場合、適用するフレキシブル基板として、近年開発されたフロート法による超薄板ガラスを基材として用いたものを適用することが、放射線の透過率を向上させるうえで好ましい。なお、この際に適用できる超薄板ガラスについては、例えば、「旭硝子株式会社、"フロート法による世界最薄０．１ミリ厚の超薄板ガラスの開発に成功"、[online]、[平成２３年８月２０日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.agc.com/news/2011/0516.pdf＞」に開示されている。
【０１００】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施の形態に多様な変更または改良を加えることができ、当該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１０１】
また、上記の実施の形態は、クレーム（請求項）にかかる発明を限定するものではなく、また実施の形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組み合わせにより種々の発明を抽出できる。実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【０１０２】
また、本実施形態に係る放射線検出器は、可搬型の放射線画像撮影装置である電子カセッテだけでなく、据置型の放射線画像撮影装置に適用してもよい。
【０１０３】
また、上記実施の形態では、放射線としてＸ線を検出することにより放射線画像を撮影する放射線画像撮影装置に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、検出対象とする放射線は、Ｘ線の他や可視光、紫外線、赤外線、ガンマ線、粒子線等いずれであってもよい。
【０１０４】
その他、上記実施の形態で説明した放射線検出器１０Ａの構成は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１０５】
１０Ａ 放射線検出器
１２ 層間絶縁膜
３０ 絶縁層
３２ 遮光部材
３４ 平坦化層
３６ 段差部
７０ シンチレータ
７０Ａ 非柱状結晶
７０Ｂ 柱状結晶
７２ フォトセンサ付きＴＦＴアレイ基板
１００ 放射線画像撮影装置
１０１ 走査配線
１０３ センサ部
１０４ スキャン信号制御装置
１０５ 信号検出回路
１０６ 信号処理装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されたスイッチング素子、及び、前記基板上に形成され、照射された光に応じた電荷を発生する光電変換素子を含むセンサ部、を各々備えた複数の画素と、
前記複数の画素上に形成され、一部に帯電防止性を有する遮光部材が形成された平坦化層と、
前記平坦化層上に形成され、照射された放射線に応じた光を発生する発光層と、
を備えた放射線検出器。
【請求項２】
前記遮光部材が、前記複数の画素間に形成された
請求項１記載の放射線検出器。
【請求項３】
前記発光層は、照射された放射線に応じた光を発生する結晶が前記平坦化層上に直接蒸着されてなる
請求項１又は請求項２記載の放射線検出器。
【請求項４】
前記発光層は、照射された放射線に応じた光を発生する非柱状結晶が前記平坦化層上に直接蒸着され、前記非柱状結晶上に柱状結晶が形成されてなる
請求項３記載の放射線検出器。
【請求項５】
前記光電変換素子の端部がテーパー状に形成されると共に、前記スイッチング素子が、前記光電変換素子の端部側に形成された
請求項１〜４の何れか１項に記載の放射線検出器。
【請求項６】
前記遮光部材は、前記発光層が発光する光の長波長成分の一部を吸収する
請求項１〜５の何れか１項に記載の放射線検出器。
【請求項７】
前記遮光部材は、有機着色剤を含んで構成された
請求項６記載の放射線検出器。
【請求項８】
前記光電変換素子は、キナクリドンを含んで構成された
請求項６又は請求項７記載の放射線検出器。
【請求項９】
前記発光層は、ＣｓＩを含んで構成された
請求項１〜８の何れか１項記載の放射線検出器。
【請求項１０】
前記基板側から放射線を照射して放射線画像を取得する表面読取方式に用いられる
請求項１〜９の何れか１項記載の放射線検出器。
【請求項１１】
基板上に、スイッチング素子、及び、照射された光に応じた電荷を発生する光電変換素子を含むセンサ部、を各々備えた複数の画素を形成するステップと、
前記複数の画素上に、一部に帯電防止性を有する遮光部材が形成された平坦化層を形成するステップと、
前記平坦化層上に、照射された放射線に応じた光を発生する発光層を形成するステップと、
を含む放射線検出器の製造方法。
【請求項１２】
前記請求項１〜１０の何れか１項に記載の放射線検出器と、
前記放射線検出器の前記複数の画素から出力された電荷の電荷量に基づいて放射線画像を取得する画像取得手段と、
を備えた放射線画像撮影装置。
【請求項１】
基板上に形成されたスイッチング素子、及び、前記基板上に形成され、照射された光に応じた電荷を発生する光電変換素子を含むセンサ部、を各々備えた複数の画素と、
前記複数の画素上に形成され、一部に帯電防止性を有する遮光部材が形成された平坦化層と、
前記平坦化層上に形成され、照射された放射線に応じた光を発生する発光層と、
を備えた放射線検出器。
【請求項２】
前記遮光部材が、前記複数の画素間に形成された
請求項１記載の放射線検出器。
【請求項３】
前記発光層は、照射された放射線に応じた光を発生する結晶が前記平坦化層上に直接蒸着されてなる
請求項１又は請求項２記載の放射線検出器。
【請求項４】
前記発光層は、照射された放射線に応じた光を発生する非柱状結晶が前記平坦化層上に直接蒸着され、前記非柱状結晶上に柱状結晶が形成されてなる
請求項３記載の放射線検出器。
【請求項５】
前記光電変換素子の端部がテーパー状に形成されると共に、前記スイッチング素子が、前記光電変換素子の端部側に形成された
請求項１〜４の何れか１項に記載の放射線検出器。
【請求項６】
前記遮光部材は、前記発光層が発光する光の長波長成分の一部を吸収する
請求項１〜５の何れか１項に記載の放射線検出器。
【請求項７】
前記遮光部材は、有機着色剤を含んで構成された
請求項６記載の放射線検出器。
【請求項８】
前記光電変換素子は、キナクリドンを含んで構成された
請求項６又は請求項７記載の放射線検出器。
【請求項９】
前記発光層は、ＣｓＩを含んで構成された
請求項１〜８の何れか１項記載の放射線検出器。
【請求項１０】
前記基板側から放射線を照射して放射線画像を取得する表面読取方式に用いられる
請求項１〜９の何れか１項記載の放射線検出器。
【請求項１１】
基板上に、スイッチング素子、及び、照射された光に応じた電荷を発生する光電変換素子を含むセンサ部、を各々備えた複数の画素を形成するステップと、
前記複数の画素上に、一部に帯電防止性を有する遮光部材が形成された平坦化層を形成するステップと、
前記平坦化層上に、照射された放射線に応じた光を発生する発光層を形成するステップと、
を含む放射線検出器の製造方法。
【請求項１２】
前記請求項１〜１０の何れか１項に記載の放射線検出器と、
前記放射線検出器の前記複数の画素から出力された電荷の電荷量に基づいて放射線画像を取得する画像取得手段と、
を備えた放射線画像撮影装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−４４７２３（Ｐ２０１３−４４７２３Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８５０６１（Ｐ２０１１−１８５０６１）
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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