放射線検出器および放射線検出器の記録用光導電層の製造方法
【課題】放射線検出器を高い電子輸送性を維持したまま、正孔輸送性を大きく向上することができるものとする。
【解決手段】記録用光導電層の両側に電極が設けられ、該電極間に所定のバイアス電圧を印加した状態で、放射線の照射を受けることにより前記記録用光導電層内部に発生した電荷を電気信号として検出する放射線検出器において、記録用光導電層に１．９５±０．０２の配位数を有するアモルファスセレンを用いる。
【解決手段】記録用光導電層の両側に電極が設けられ、該電極間に所定のバイアス電圧を印加した状態で、放射線の照射を受けることにより前記記録用光導電層内部に発生した電荷を電気信号として検出する放射線検出器において、記録用光導電層に１．９５±０．０２の配位数を有するアモルファスセレンを用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線などの放射線撮像装置に適用して好適な放射線検出器およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日、医療診断等を目的とするＸ線（放射線）撮影において、Ｘ線画像情報記録手段として放射線検出器（半導体を主要部とするもの）を用いて、この検出器により被写体を透過したＸ線を検出して被写体に関するＸ線画像を表す画像信号を得るＸ線撮影装置が各種提案、実用化されている。
【０００３】
この装置に使用される放射線検出器としても、種々の方式が提案されている。例えば、Ｘ線を電荷に変換する電荷生成プロセスの面からは、Ｘ線が照射されることにより蛍光体から発せられた蛍光を光導電層で検出して得た信号電荷を蓄電部に一旦蓄積し、蓄積電荷を画像信号（電気信号）に変換して出力する光変換方式（間接変換方式）の検出器、或いは、Ｘ線が照射されることにより光導電層内で発生した信号電荷を電荷収集電極で集めて蓄電部に一旦蓄積し、蓄積電荷を電気信号に変換して出力する直接変換方式の検出器等がある。
【０００４】
一方、蓄積された電荷を外部に読み出す電荷読出プロセスの面からは、読取光（読取用の電磁波）を検出器に照射して読み出す光読出方式のものや、蓄電部と接続されたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を走査駆動して読み出すＴＦＴ読出方式のもの等がある。
【０００５】
上述した放射線検出器は、この放射線検出器内に設けられた電荷生成層にＸ線を照射することによって、Ｘ線エネルギーに相当する電荷を生成し、生成した電荷を電気信号として読み出すようにしたものであって、上記光導電層は電荷生成層として機能する。従来より、この光導電層としてはアモルファスセレン（ａ−Ｓｅ）、ＰｂＯ、ＰｂＩ2、ＨｇＩ2、ＢｉＩ３、Ｃｄ（Ｚｎ）Ｔｅなどの材料が使用されている。
【０００６】
上記アモルファスセレンは、真空蒸着法等の薄膜形成技術を利用して容易に大面積化に対応が可能であるが、アモルファスゆえの構造欠陥を多く含む傾向があるため、感度が劣化しやすい。そこで、性能を改善するために、適量の不純物を添加（ドーピング）することが一般的に行われており、例えば、特許文献１にはアルカリ金属を０．０１〜１０ｐｐｍドーピングしたアモルファスセレンを利用した記録用光導電層が、特許文献２には、アルカリ金属としてＮａを７０ｐｐｍドーピングしたアモルファスセレンを利用した記録用光導電層が、それぞれ記載されている。
一方、特許文献３には一般的なセレンの蒸着方法が記載されている。
【特許文献１】特開２００３−３１５４６４号公報
【特許文献２】特開２００１−２４４４９２号公報
【特許文献３】特開昭５８−１９４７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来、アモルファスセレンはＰ型半導体であることから正孔輸送性は充分であって、放射線検出器として高感度を得るには電子輸送性向上が課題であると考えられており、上記特許文献１および２においてもアモルファスセレンにナトリウムをドープすることで電子輸送性を向上させていた。これはアモルファスセレンの荷電欠陥のうち電子捕獲中心を減少させる効果によるものであった。
【０００８】
しかし、さらなる感度向上のためには、発生キャリアを両電極へ輸送するために電子輸送性向上のみではなく、正孔輸送性をも向上させる必要がある。本発明者が鋭意検討を行ったところ、アモルファスセレンの配位数を一定値とすることにより、高い電子輸送性を維持したまま、正孔輸送性を大きく向上させることができることがわかった。
【０００９】
すなわち、本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、高い電子輸送性を維持したまま、正孔輸送性を大きく向上することが可能な放射線検出器およびその放射線検出器の記録用光導電層の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の放射線検出器は、記録用光導電層の両側に電極が設けられ、該電極間に所定のバイアス電圧を印加した状態で、放射線の照射を受けることにより前記記録用光導電層内部に発生した電荷を電気信号として検出する放射線検出器において、前記記録用光導電層が１．９５±０．０２の配位数を有するアモルファスセレンであることを特徴とするものである。
【００１１】
１．９５±０．０２の配位数を有するアモルファスセレンとは、セレンに対して配位するセレンの原子数が１．９５±０．０２であることを意味する。
【００１２】
前記放射線検出器が、記録用の放射線に対して透過性を有する第１の導電体層、記録用の放射線の照射を受けることにより光導電性を呈する記録用光導電層、読取用電磁波の照射を受けることにより光導電性を呈する読取用光導電層、前記読取用電磁波に対して透過性を有する第２の導電体層をこの順に積層してなる放射線画像情報を静電潜像として記録する放射線検出器である場合には、前記読取用光導電層も１．９５±０．０２の配位数を有するアモルファスセレンであることが好ましい。
【００１３】
本発明の記録用光導電層の製造方法は、記録用光導電層の両側に電極が設けられ、該電極間に所定のバイアス電圧を印加した状態で、放射線の照射を受けることにより前記記録用光導電層内部に発生した電荷を電気信号として検出する放射線検出器の前記記録用光導電層の製造方法であって、所定量のアルカリ金属を含むセレンを収容した蒸着容器を加熱し、セレンの融点〜２４３℃の範囲に温度制御されたメッシュを通して、前記アルカリ金属を含むセレンを蒸着することにより前記記録用光導電層を形成することを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の記録用光導電層の製造方法の別の態様は、記録用光導電層の両側に電極が設けられ、該電極間に所定のバイアス電圧を印加した状態で、放射線の照射を受けることにより前記記録用光導電層内部に発生した電荷を電気信号として検出する放射線検出器の前記記録用光導電層の製造方法であって、アルカリ金属を含まないセレンを収容した、アルカリ金属を含有する化合物で改質された蒸着容器を加熱し、セレンの融点〜２４３℃の範囲に温度制御されたメッシュを通して、前記アルカリ金属を含む前記セレンを蒸着することにより前記記録用光導電層を形成することを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の記録用光導電層の製造方法における前記アルカリ金属は、ナトリウムであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の放射線検出器は、記録用光導電層の両側に電極が設けられ、該電極間に所定のバイアス電圧を印加した状態で、放射線の照射を受けることにより前記記録用光導電層内部に発生した電荷を電気信号として検出する放射線検出器において、前記記録用光導電層が１．９５±０．０２の配位数を有するアモルファスセレンであるため、高い電子輸送性を維持したまま、正孔輸送性を大きく向上させることができる。
【００１７】
本発明の記録用光導電層の製造方法は、所定量のアルカリ金属を含むセレンを収容した蒸着容器を加熱し、セレンの融点〜２４３℃の範囲に温度制御されたメッシュを通して、前記アルカリ金属を含むセレンを蒸着することにより記録用光導電層を形成するので、別の態様として、アルカリ金属を含まないセレンを収容した、アルカリ金属を含有する化合物で改質された蒸着容器を加熱し、セレンの融点〜２４３℃の範囲に温度制御されたメッシュを通して、前記アルカリ金属を含む前記セレンを蒸着することにより記録用光導電層を形成するので、１．９５±０．０２の配位数を有するアモルファスセレンからなる記録用光導電層を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
放射線検出器には、放射線を直接電荷に変換し電荷を蓄積する直接変換方式と、放射線を一度ＣｓＩ：Ｔｌ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂなどのシンチレータで光に変換し、その光をa−Ｓｉフォトダイオードで電荷に変換し蓄積する間接変換方式があるが、本発明の放射線検出器は、前者の直接変換方式にも、間接変換型の光-電子変換層にも用いることができる。なお、放射線としてはＸ線の他、γ線、α線などについて使用することが可能である。
【００１９】
また、本発明の放射線検出器は、光の照射により電荷を発生する半導体材料を利用した放射線画像検出器により読み取る、いわゆる光読取方式にも、また、放射線の照射により発生した電荷を蓄積し、その蓄積した電荷を薄膜トランジスタ（thin film transistor：ＴＦＴ）などの電気的スイッチを１画素ずつＯＮ・ＯＦＦすることにより読み取る方式（以下、ＴＦＴ方式という）にも用いることができる。
【００２０】
まず、前者の光読取方式に用いられる放射線検出器を例にとって説明する。図１は本発明の放射線検出器の一実施の形態を示す断面図を示すものである。
【００２１】
この放射線検出器10は、後述する記録用の放射線L1に対して透過性を有する第１の導電層１、この導電層１を透過した放射線L1の照射を受けることにより導電性を呈する記録用放射線導電層２、導電層１に帯電される電荷（潜像極性電荷；例えば負電荷）に対しては略絶縁体として作用し、かつ、電荷と逆極性の電荷（輸送極性電荷；上述の例においては正電荷）に対しては略導電体として作用する電荷輸送層３、後述する読取用の読取光L2の照射を受けることにより導電性を呈する読取光導電層４、電磁波L2に対して透過性を有する第２の導電層５を、順に積層してなるものである。
【００２２】
ここで、導電層１および５としては、例えば、透明ガラス板上に導電性物質を一様に塗布したもの（ネサ皮膜等）、より具体的には、多結晶ＩＴＯ（Ｉｎ2Ｏ3：Ｓｎ）、アモルファスＩＴＯ（Ｉｎ2Ｏ3：Ｓｎ）、アモルファスＩＺＯ（Ｉｎ2Ｏ3：Ｚｎ）、ＡＴＯ（ＳｎＯ2：Ｓｂ）、ＦＴＯ（ＳｎＯ2：Ｆ）、ＡＺＯ（ＺｎＯ：Ａｌ）、ＧＺＯ（ＺｎＯ：Ｇａ）、金、銀、白金、アルミニウム、インジウム等の薄膜、１０〜１０００ｎｍ程度のサイズからなる貴金属（白金、金、銀）の分散物の塗布膜等が好ましい。
【００２３】
電荷輸送層３としては、導電層１に帯電される負電荷の移動度と、その逆極性となる正電荷の移動度の差が大きい程良く、ポリＮ−ビニルカルバゾール（ＰＶＫ）、N,N'−ジフェニル−N,N'−ビス（３−メチルフェニル）−〔1,1'−ビフェニル〕−4,4'−ジアミン（ＴＰＤ）やディスコティック液晶等の有機系化合物、或いはＴＰＤのポリマー（ポリカーボネート、ポリスチレン、ＰＶＫ、ポリビニルアルコール）分散物，Ａｓ2Ｓｅ3、Ｓｂ2Ｓ3、シリコンオイル、Ｃｌを１０〜２００ｐｐｍドープしたａ−Ｓｅ等の半導体物質、ポリカーボネートが適当である。特に、有機系化合物（ＰＶＫ，ＴＰＤ、ディスコティック液晶等）は光不感性を有するため好ましく、また、誘電率が一般に小さいため電荷輸送層３と読取光導電層４の容量が小さくなり読み取り時の信号取り出し効率を大きくすることができる。
【００２４】
読取光導電層４には、ａ−Ｓｅ，Ｃｌを１０〜２００ｐｐｍドープしたａ−Ｓｅ、Ｓｅ−Ｔｅ，Ｓｅ−Ａｓ−Ｔｅ，Ａｓ2Ｓｅ3、無金属フタロシアニン，金属フタロシアニン，ＭｇＰｃ（ Magnesium phtalocyanine），ＶｏＰｃ（phaseII of Vanadyl phthalocyanine），ＣｕＰｃ（Cupper phtalocyanine）、Ｂｉ12ＭＯ20 (Ｍ：Ｔｉ、Ｓｉ、Ｇｅ)、Ｂｉ4Ｍ3Ｏ12 (Ｍ：Ｔｉ、Ｓｉ、Ｇｅ)、Ｂｉ2Ｏ3、ＢｉＭＯ4（Ｍ：Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ）、Ｂｉ2ＷＯ6、Ｂｉ24Ｂ2Ｏ39、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ，ＭＮｂＯ３(Ｍ：Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ)、ＰｂＯ，ＨｇＩ2、ＰｂＩ2 ，ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＢｉＩ3等のうち少なくとも１つを主成分とする光導電性物質を用いることができるが、１．９５±０．０２の配位数を有するアモルファスセレンが好適である。
【００２５】
記録用放射線導電層２は、１．９５±０．０２の配位数を有するアモルファスセレンである。記録用放射線導電層２の厚みは、１００μｍ以上２０００μｍ以下であることが好ましい。特にマンモグラフィ用途では１５０μｍ以上２５０μｍ以下、一般撮影用途においては５００μｍ以上１２００μｍ以下の範囲であることが特に好ましい。
【００２６】
なお、第１の導電層と記録用放射線導電層２との間に、電子注入阻止層があってもよい。電子注入阻止層としては、硫化アンチモン、N,N'−ジフェニル−N,N'−ビス（３−メチルフェニル）−〔1,1'−ビフェニル〕−4,4'−ジアミン（ＴＰＤ）が用いられる。また、読取光導電層４と第２の導電層５の間に、正孔注入阻止層があってもよい。正孔注入阻止層としては、酸化セリウム、硫化アンチモン、硫化亜鉛が用いられる。
【００２７】
続いて、静電潜像を読み取るために光を用いる方式について簡単に説明する。図２は放射線検出器10を用いた記録読取システム（静電潜像記録装置と静電潜像読取装置を一体にしたもの）の概略構成図を示すものである。この記録読取システムは、放射線検出器10、記録用照射手段90、電源50、電流検出手段70、読取用露光手段92並びに接続手段S1、S2とからなり、静電潜像記録装置部分は放射線検出器10、電源50、記録用照射手段90、接続手段S1とからなり、静電潜像読取装置部分は放射線検出器10、電流検出手段70、接続手段S2とからなる。
【００２８】
放射線検出器10の導電層１は接続手段S1を介して電源50の負極に接続されるとともに、接続手段S2の一端にも接続されている。接続手段S2の他端の一方は電流検出手段70に接続され、放射線検出器10の導電層５、電源50の正極並びに接続手段S2の他端の他方は接地されている。電流検出手段70はオペアンプからなる検出アンプ70aと帰還抵抗70b とからなり、いわゆる電流電圧変換回路を構成している。
【００２９】
導電層５は、特開２００１-３３７１７１号や特開２００１−１６０９２２号記載の構造のものであってもよい。
【００３０】
導電層１の上面には被写体９が配設されており、被写体９は放射線L1に対して透過性を有する部分9aと透過性を有しない遮断部9bが存在する。記録用照射手段90は放射線L1を被写体９に一様に曝射するものであり、読取用露光手段92はレーザ光やＬＥＤ、有機ＥＬ、無機ＥＬ等の読取光L2を図３中の矢印方向へ走査露光するものであり、読取光L2は直線状に収束された形状をしていることが望ましい。
【００３１】
以下、上記構成の記録読取システムにおける静電潜像記録過程について電荷モデル（図３）を参照しながら説明する。図２において接続手段S2を開放状態（接地、電流検出手段70の何れにも接続させない）にして、接続手段S1をオンし導電層１と導電層５との間に電源50による直流電圧Edを印加し、電源50から負の電荷を導電層１に、正の電荷を導電層５に帯電させる（図３(A)参照）。これにより、放射線検出器10には導電層１と５との間に平行な電場が形成される。
【００３２】
次に記録用照射手段90から放射線L1を被写体９に向けて一様に曝射する。放射線L1は被写体９の透過部9aを透過し、さらに導電層１をも透過する。放射線導電層２はこの透過した放射線L1を受け導電性を呈するようになる。これは放射線L1の線量に応じて可変の抵抗値を示す可変抵抗器として作用することで理解され、抵抗値は放射線L1によって電子（負電荷）とホール（正電荷）の電荷対が生じることに依存し、被写体９を透過した放射線L1の線量が少なければ大きな抵抗値を示すものである（図３(B)参照）。なお、放射線L1によって生成される負電荷（−）および正電荷（＋）を、図面上では−または＋を○で囲んで表している。
【００３３】
放射線導電層２中に生じた正電荷は放射線導電層２中を導電層１に向かって高速に移動し、導電層１と放射線導電層２との界面で導電層１に帯電している負電荷と電荷再結合して消滅する（図３(C),(D)を参照）。一方、放射線導電層２中に生じた負電荷は放射線導電層２中を電荷輸送層３に向かって移動する。電荷輸送層３は導電層１に帯電した電荷と同じ極性の電荷（本例では負電荷）に対して絶縁体として作用するものであるから、放射線導電層２中を移動してきた負電荷は放射線導電層２と電荷輸送層３との界面で停止し、この界面に蓄積されることになる（図３(C),(D)を参照）。本発明の放射線検出器においては、記録用光導電層が１．９５±０．０２の配位数を有するアモルファスセレンであるため、高い電子輸送性を維持したまま、正孔輸送性を大きく向上させることができる。蓄積される電荷量は放射線導電層２中に生じる負電荷の量、即ち、放射線L1の被写体９を透過した線量によって定まるものである。
【００３４】
一方、放射線L1は被写体９の遮断部9bを透過しないから、放射線検出器10の遮断部9bの下部にあたる部分は何ら変化を生じない（ 図３(B)〜(D)を参照）。このようにして、被写体９に放射線L1を曝射することにより、被写体像に応じた電荷を放射線導電層２と電荷輸送層３との界面に蓄積することができるようになる。なお、この蓄積せしめられた電荷による被写体像を静電潜像という。
【００３５】
次に静電潜像読取過程について電荷モデル（図４）を参照しつつ説明する。接続手段S1を開放し電源供給を停止すると共に、S2を一旦接地側に接続し、静電潜像が記録された放射線検出器10の導電層１および５を同電位に帯電させて電荷の再配列を行った後に（図４(A)参照）、接続手段S2を電流検出手段70側に接続する。
【００３６】
読取用露光手段92により読取光L2を放射線検出器10の導電層５側に走査露光すると、読取光L2は導電層５を透過し、この透過した読取光L2が照射された光導電層４は走査露光に応じて導電性を呈するようになる。これは上記放射線導電層２が放射線L1の照射を受けて正負の電荷対が生じることにより導電性を呈するのと同様に、読取光L2の照射を受けて正負の電荷対が生じることに依存するものである（図４(B)参照）。なお、記録過程と同様に、読取光L2によって生成される負電荷（−）および正電荷（＋）を、図面上では−または＋を○で囲んで表している。
【００３７】
電荷輸送層３は正電荷に対しては導電体として作用するものであるから、光導電層４に生じた正電荷は蓄積電荷に引きつけられるように電荷輸送層３の中を急速に移動し、放射線導電層２と電荷輸送層３との界面で蓄積電荷と電荷再結合し消滅する（図４(C)参照）。一方、光導電層４に生じた負電荷は導電層５の正電荷と電荷再結合し消滅する（図４(C)参照）。光導電層４は読取光L2により十分な光量でもって走査露光されており、放射線導電層２と電荷輸送層３との界面に蓄積されている蓄積電荷、即ち静電潜像が全て電荷再結合により消滅せしめられる。本発明の放射線検出器においては、記録用光導電層が１．９５±０．０２の配位数を有するアモルファスセレンであるため、高い電子輸送性を維持したまま、正孔輸送性を大きく向上させることができる。このように、放射線検出器10に蓄積されていた電荷が消滅するということは、放射線検出器10に電荷の移動による電流Ｉが流れたことを意味するものであり、この状態は放射線検出器10を電流量が蓄積電荷量に依存する電流源で表した図４(D)のような等価回路でもって示すことができる。
【００３８】
このように、読取光L2を走査露光しながら、放射線検出器10から流れ出す電流を検出することにより、走査露光された各部（画素に対応する）の蓄積電荷量を順次読み取ることができ、これにより静電潜像を読み取ることができる。なお、本放射線検出部動作については特開2000-105297号等に記載されている。
【００３９】
次に、後者のＴＦＴ方式の放射線検出器について説明する。この放射線検出器は、図５に示すように放射線検出部100とアクティブマトリックスアレイ基板（以下ＡＭＡ基板）200が接合された構造となっている。図６に示すように放射線検出部100は大きく分けて放射線入射側から順に、バイアス電圧印加用の共通電極103と、検出対象の放射線に感応して電子−正孔対であるキャリアを生成する光導電層104と、キャリア収集用の検出電極107とが積層形成された構成となっている。共通電極の上層には放射線検出部支持体を有していてもよい。
【００４０】
光導電層104は本発明の記録用光導電層が１．９５±０．０２の配位数を有するアモルファスセレンである。共通電極103や検出電極107は、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）や、ＡｕあるいはＰｔなどの導電材料からなる。バイアス電圧の極性に応じて、正孔注入阻止層、電子注入阻止層が共通電極103や検出電極107に付設されていてもよい。正孔注入阻止層としては、酸化セリウム、硫化アンチモン、硫化亜鉛、電子注入阻止層としては、硫化アンチモン、N,N'−ジフェニル−N,N'−ビス（３−メチルフェニル）−〔1,1'−ビフェニル〕−4,4'−ジアミン（ＴＰＤ）が用いられる。
【００４１】
ＡＭＡ基板200の各部の構成について簡単に説明する。ＡＭＡ基板200は図７に示すように、画素相当分の放射線検出部105の各々に対して電荷蓄積容量であるコンデンサ210とスイッチング素子としてＴＦＴ220とが各１個ずつ設けられている。支持体102においては、必要画素に応じて縦1000〜3000×横1000〜3000程度のマトリックス構成で画素相当分の放射線検出部105が２次元配列されており、また、ＡＭＡ基板200においても、画素数と同じ数のコンデンサ210およびＴＦＴ220が、同様のマトリックス構成で２次元配列されている。光導電層で発生した電荷はコンデンサ210に蓄積され、光読取方式に対応して静電潜像となる。ＴＦＴ方式においては、放射線で発生した静電潜像は電荷蓄積容量に保持される。
【００４２】
ＡＭＡ基板200におけるコンデンサ210およびＴＦＴ220の具体的構成は、図６に示す通りである。すなわち、ＡＭＡ基板支持体230は絶縁体であり、その表面に形成されたコンデンサ210の接地側電極210aとＴＦＴ220のゲート電極220aの上に絶縁膜240を介してコンデンサ210の接続側電極210bとＴＦＴ220のソース電極220bおよびドレイン電極220cが積層形成されているのに加え、最表面側が保護用の絶縁膜250で覆われた状態となっている。また接続側電極210bとソース電極220bはひとつに繋がっており同時形成されている。コンデンサ210の容量絶縁膜およびＴＦＴ220のゲート絶縁膜の両方を構成している絶縁膜240としては、例えば、プラズマＳｉＮ膜が用いられる。このＡＭＡ基板200は、液晶表示用基板の作製に用いられるような薄膜形成技術や微細加工技術を用いて製造される。
【００４３】
続いて放射線検出部100とＡＭＡ基板200の接合について説明する。検出電極107とコンデンサ210の接続側電極210bを位置合わせした状態で、両基板100、200を銀粒子などの導電性粒子を含み厚み方向のみに導電性を有する異方導電性フィルム（ＡＣＦ）を間にして加熱・加圧接着して貼り合わせることで、両基板100、200が機械的に合体されると同時に、検出電極107と接続側電極210bが介在導体部140によって電気的に接続される。
【００４４】
さらに、ＡＭＡ基板200には、読み出し駆動回路260とゲート駆動回路270とが設けられている。読み出し駆動回路260は、図７に示すように、列が同一のＴＦＴ220のドレイン電極を結ぶ縦（Ｙ）方向の読み出し配線（読み出しアドレス線）280に接続されており、ゲート駆動回路270は行が同一のＴＦＴ220のゲート電極を結ぶ横（Ｘ）方向の読み出し線（ゲートアドレス線）290に接続されている。なお、図示しないが、読み出し駆動回路260内では、１本の読み出し配線280に対してプリアンプ（電荷−電圧変換器）が１個それぞれ接続されている。このように、ＡＭＡ基板200には、読み出し駆動回路260とゲート駆動回路270とが接続されている。ただし、ＡＭＡ基板200内に読み出し駆動回路260とゲート駆動回路270とを一体成型し、集積化を図ったものも用いられる。
【００４５】
なお、上述の放射線検出器100とＡＭＡ基板200とを接合合体させた放射線撮像装置による放射線検出動作については、例えば特開平１１−２８７８６２号などに記載されている。
【００４６】
図８に本発明の記録用光導電層を製造するための真空蒸着装置の模式断面図を、図９に蒸着容器の部分拡大断面図を示す。この真空蒸着装置８０は、蒸発源であるアルカリ金属を含むセレン８１が収容される蒸着容器８２と、蒸着容器８２上に設けられたメッシュ状フィルタ８３と、蒸発源が被着する基板８４を保持する保持部材８５とからなり、メッシュ状フィルタ８３の下にはメッシュ状フィルタ８３を温度制御するためのヒータ８７が設けられてなる。
【００４７】
メッシュ状フィルタとしてはステンレス、タンタル、モリブデン、タングステン等の金属網やセラミック網等を用いることができ、メッシュはインチ当たりの網目数として#１００〜#６２５であることが好ましい。メッシュの温度制御には、メッシュ通電や金属鞘（シース）の中に発熱体（ニクロム線など）を保持し、その隙間を熱伝導性のよい絶縁物（酸化マグネシウムなど）の粉末で充填したシースヒータ等のヒーターあるいは油冷パイプ等を用いることができる。
【００４８】
蒸着方法としては回転蒸着や直線搬送など、特に限定されるものではなく、原材料セレン８１を蒸発容器８２内で蒸発容器８２に接続された加熱源（図示せず）によって加熱してセレンの蒸気流を生じさせ、この蒸気流がヒータ８７によって温度制御されたメッシュ状フィルタ８３を通過して基板８４に被着することにより、蒸着セレン層８８を形成することができる。
【００４９】
なお、ここでは、蒸発源である原材料として、アルカリ金属を含むセレンを用いた場合を説明したが、蒸発源である原材料として、アルカリ金属を含まないセレンと、アルカリ金属を含有する化合物で改質された蒸着容器を用いることによっても、同様にして蒸着セレン層８８を形成することができる。
以下に本発明の製造方法の実施例を示す。
【実施例】
【００５０】
（試料１〜４）
１０ｐｐｍ程度のナトリウムを含有するセレンを、ステンレスからなる金属メッシュ（#３００（１インチ辺りの網目数が３００））が付いている蒸着容器で加熱し、メッシュ温度を表１に示すようにセレンの融点（２２０）〜２５０℃の間で制御して１００〜２００μｍ蒸着した。なお、メッシュ温度はメッシュ枠で測定した。
【００５１】
（試料５）
１０ｐｐｍ程度のナトリウムを含有するセレンを蒸着源温度を２５５℃にして加熱し、１００〜２００μｍ蒸着した。
【００５２】
試料１〜５のセレン膜について配位数、正孔の局在準位状態密度分布（ＤＯＳ［×１０13ｅＶ-1・ｃｍ-3］）、正孔μτ値（単位電場当たりの正孔飛程距離 ×１０-6ｃｍ2／Ｖ）を測定した。
【００５３】
配位数はＸＡＦＳ測定により、セレン膜を粉末にした後にクライオクーラーにより２０Ｋまで冷却し、高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所の放射光科学研究施設（フォトン・ファクトリー）のＢＬ-９ＡでＸＡＦＳ測定（透過法）し、三方晶セレン（Ｔｒｉｇｏｎａｌ Ｓｅ）のＸＡＦＳを標準にして波数ｋ＝３−１２Å-1から３−１６Å-1までカーブフィッテングを行い、本実施例中では波数３−１５Å-1の値を用いた。
【００５４】
また、正孔局在準位状態密度分布は、T.Nagase, H.Naito 著、T.IEE japan, 118-A, 1446 (1998) の記述に基づき、ラプラス変換を用いたＴＯＦ測定データの数値解析から求めた。
【００５５】
さたに、正孔μτ値は、S.O.Kasap,J.A.Rowlands 著、Journal of Materials :Materials in Electronics,11,179(2000)の記述に基づき、ＴＯＦ測定法（Time-of-Flight測定法）で正孔の移動度μ(ｃｍ2／Ｖｓ)と寿命τ（ｓ）から、その積を求めた。
【００５６】
結果を表１に示す。またメッシュ温度と絶対配位数との関係を図１０に、メッシュ温度と正孔局在準位状態密度との関係を図１１に、メッシュ温度と正孔μτとの関係を図１２に示す。なお、表および図中のアモルファスセレンおよび三方晶セレンの配位数、アモルファスセレンの正孔μτ値はいずれも文献値であり、表中の空欄は未測定であることを示す。なお文献値の引用文献はA. V. Kolovov, H. Oyanagi, K. Tanaka and K. Tanaka. Phys. Rev. B 55,726(1997)、S. O. Kasap, K. V. Koughia, B. Fogal, G. Belev and R. E. Johanson.
【００５７】
【表１】
【００５８】
表１および図１０に示すように、メッシュ温度低下に比例して配位数が増加し、メッシュを用いなかった試料５では配位数は２．０３であった。また、表１および図１１に示すように、セレン膜の正孔局在準位状態密度分布を求めたところ、メッシュ温度低下に比例して、０．４ｅＶ近傍の正孔局在準位状態密度が２０分の１程度に減少することが確認された。さらに、表１および図１２に示すように、正孔μτ値はメッシュ温度低下に比例して０．３（×１０-6ｃｍ2／Ｖ）から８．０（×１０-6ｃｍ2／Ｖ）へと増加し、メッシュを用いなかった試料５では正孔μτ値は０．０１（×１０-6ｃｍ2／Ｖ）以下であった。
【００５９】
この結果から、１．９５±０．０２の配位数を有するアモルファスセレンで記録用光導電層を形成した場合には、０．４ｅＶ近傍の正孔局在準位状態密度が２０分の１程度に減少でき、正孔μτ値を２．０（×１０-6ｃｍ2／Ｖ）以上とすることができ、高い電子輸送性を維持したまま、正孔輸送性を大きく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の放射線検出器の一実施の形態を示す断面図
【図２】放射線検出器を用いた記録読取システムの概略構成図
【図３】記録読取システムにおける静電潜像記録過程を電荷モデルにより示した図
【図４】記録読取システムにおける静電潜像読取過程を電荷モデルにより示した図
【図５】放射線検出器とＡＭＡ基板の合体状態を示す概略模式図
【図６】放射線検出部の画素分を示す概略断面図
【図７】ＡＭＡ基板の等価回路を示す電気回路図
【図８】本発明の記録用光導電層を製造するための真空蒸着装置の模式断面図
【図９】図８に示す蒸着容器の部分拡大断面図
【図１０】メッシュ温度と絶対配位数との関係を示すグラフ
【図１１】メッシュ温度と正孔局在準位状態密度との関係を示すグラフ
【図１２】メッシュ温度と正孔μτとの関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００６１】
１ 導電層
２ 記録用放射線導電層
３ 電荷輸送層
４ 読取光導電層
５ 導電層
１０ 放射線検出器
８０ 真空蒸着装置
８２ 蒸着容器
８３ メッシュフィルタ
８７ ヒータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線などの放射線撮像装置に適用して好適な放射線検出器およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日、医療診断等を目的とするＸ線（放射線）撮影において、Ｘ線画像情報記録手段として放射線検出器（半導体を主要部とするもの）を用いて、この検出器により被写体を透過したＸ線を検出して被写体に関するＸ線画像を表す画像信号を得るＸ線撮影装置が各種提案、実用化されている。
【０００３】
この装置に使用される放射線検出器としても、種々の方式が提案されている。例えば、Ｘ線を電荷に変換する電荷生成プロセスの面からは、Ｘ線が照射されることにより蛍光体から発せられた蛍光を光導電層で検出して得た信号電荷を蓄電部に一旦蓄積し、蓄積電荷を画像信号（電気信号）に変換して出力する光変換方式（間接変換方式）の検出器、或いは、Ｘ線が照射されることにより光導電層内で発生した信号電荷を電荷収集電極で集めて蓄電部に一旦蓄積し、蓄積電荷を電気信号に変換して出力する直接変換方式の検出器等がある。
【０００４】
一方、蓄積された電荷を外部に読み出す電荷読出プロセスの面からは、読取光（読取用の電磁波）を検出器に照射して読み出す光読出方式のものや、蓄電部と接続されたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を走査駆動して読み出すＴＦＴ読出方式のもの等がある。
【０００５】
上述した放射線検出器は、この放射線検出器内に設けられた電荷生成層にＸ線を照射することによって、Ｘ線エネルギーに相当する電荷を生成し、生成した電荷を電気信号として読み出すようにしたものであって、上記光導電層は電荷生成層として機能する。従来より、この光導電層としてはアモルファスセレン（ａ−Ｓｅ）、ＰｂＯ、ＰｂＩ2、ＨｇＩ2、ＢｉＩ３、Ｃｄ（Ｚｎ）Ｔｅなどの材料が使用されている。
【０００６】
上記アモルファスセレンは、真空蒸着法等の薄膜形成技術を利用して容易に大面積化に対応が可能であるが、アモルファスゆえの構造欠陥を多く含む傾向があるため、感度が劣化しやすい。そこで、性能を改善するために、適量の不純物を添加（ドーピング）することが一般的に行われており、例えば、特許文献１にはアルカリ金属を０．０１〜１０ｐｐｍドーピングしたアモルファスセレンを利用した記録用光導電層が、特許文献２には、アルカリ金属としてＮａを７０ｐｐｍドーピングしたアモルファスセレンを利用した記録用光導電層が、それぞれ記載されている。
一方、特許文献３には一般的なセレンの蒸着方法が記載されている。
【特許文献１】特開２００３−３１５４６４号公報
【特許文献２】特開２００１−２４４４９２号公報
【特許文献３】特開昭５８−１９４７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来、アモルファスセレンはＰ型半導体であることから正孔輸送性は充分であって、放射線検出器として高感度を得るには電子輸送性向上が課題であると考えられており、上記特許文献１および２においてもアモルファスセレンにナトリウムをドープすることで電子輸送性を向上させていた。これはアモルファスセレンの荷電欠陥のうち電子捕獲中心を減少させる効果によるものであった。
【０００８】
しかし、さらなる感度向上のためには、発生キャリアを両電極へ輸送するために電子輸送性向上のみではなく、正孔輸送性をも向上させる必要がある。本発明者が鋭意検討を行ったところ、アモルファスセレンの配位数を一定値とすることにより、高い電子輸送性を維持したまま、正孔輸送性を大きく向上させることができることがわかった。
【０００９】
すなわち、本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、高い電子輸送性を維持したまま、正孔輸送性を大きく向上することが可能な放射線検出器およびその放射線検出器の記録用光導電層の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の放射線検出器は、記録用光導電層の両側に電極が設けられ、該電極間に所定のバイアス電圧を印加した状態で、放射線の照射を受けることにより前記記録用光導電層内部に発生した電荷を電気信号として検出する放射線検出器において、前記記録用光導電層が１．９５±０．０２の配位数を有するアモルファスセレンであることを特徴とするものである。
【００１１】
１．９５±０．０２の配位数を有するアモルファスセレンとは、セレンに対して配位するセレンの原子数が１．９５±０．０２であることを意味する。
【００１２】
前記放射線検出器が、記録用の放射線に対して透過性を有する第１の導電体層、記録用の放射線の照射を受けることにより光導電性を呈する記録用光導電層、読取用電磁波の照射を受けることにより光導電性を呈する読取用光導電層、前記読取用電磁波に対して透過性を有する第２の導電体層をこの順に積層してなる放射線画像情報を静電潜像として記録する放射線検出器である場合には、前記読取用光導電層も１．９５±０．０２の配位数を有するアモルファスセレンであることが好ましい。
【００１３】
本発明の記録用光導電層の製造方法は、記録用光導電層の両側に電極が設けられ、該電極間に所定のバイアス電圧を印加した状態で、放射線の照射を受けることにより前記記録用光導電層内部に発生した電荷を電気信号として検出する放射線検出器の前記記録用光導電層の製造方法であって、所定量のアルカリ金属を含むセレンを収容した蒸着容器を加熱し、セレンの融点〜２４３℃の範囲に温度制御されたメッシュを通して、前記アルカリ金属を含むセレンを蒸着することにより前記記録用光導電層を形成することを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の記録用光導電層の製造方法の別の態様は、記録用光導電層の両側に電極が設けられ、該電極間に所定のバイアス電圧を印加した状態で、放射線の照射を受けることにより前記記録用光導電層内部に発生した電荷を電気信号として検出する放射線検出器の前記記録用光導電層の製造方法であって、アルカリ金属を含まないセレンを収容した、アルカリ金属を含有する化合物で改質された蒸着容器を加熱し、セレンの融点〜２４３℃の範囲に温度制御されたメッシュを通して、前記アルカリ金属を含む前記セレンを蒸着することにより前記記録用光導電層を形成することを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の記録用光導電層の製造方法における前記アルカリ金属は、ナトリウムであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の放射線検出器は、記録用光導電層の両側に電極が設けられ、該電極間に所定のバイアス電圧を印加した状態で、放射線の照射を受けることにより前記記録用光導電層内部に発生した電荷を電気信号として検出する放射線検出器において、前記記録用光導電層が１．９５±０．０２の配位数を有するアモルファスセレンであるため、高い電子輸送性を維持したまま、正孔輸送性を大きく向上させることができる。
【００１７】
本発明の記録用光導電層の製造方法は、所定量のアルカリ金属を含むセレンを収容した蒸着容器を加熱し、セレンの融点〜２４３℃の範囲に温度制御されたメッシュを通して、前記アルカリ金属を含むセレンを蒸着することにより記録用光導電層を形成するので、別の態様として、アルカリ金属を含まないセレンを収容した、アルカリ金属を含有する化合物で改質された蒸着容器を加熱し、セレンの融点〜２４３℃の範囲に温度制御されたメッシュを通して、前記アルカリ金属を含む前記セレンを蒸着することにより記録用光導電層を形成するので、１．９５±０．０２の配位数を有するアモルファスセレンからなる記録用光導電層を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
放射線検出器には、放射線を直接電荷に変換し電荷を蓄積する直接変換方式と、放射線を一度ＣｓＩ：Ｔｌ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂなどのシンチレータで光に変換し、その光をa−Ｓｉフォトダイオードで電荷に変換し蓄積する間接変換方式があるが、本発明の放射線検出器は、前者の直接変換方式にも、間接変換型の光-電子変換層にも用いることができる。なお、放射線としてはＸ線の他、γ線、α線などについて使用することが可能である。
【００１９】
また、本発明の放射線検出器は、光の照射により電荷を発生する半導体材料を利用した放射線画像検出器により読み取る、いわゆる光読取方式にも、また、放射線の照射により発生した電荷を蓄積し、その蓄積した電荷を薄膜トランジスタ（thin film transistor：ＴＦＴ）などの電気的スイッチを１画素ずつＯＮ・ＯＦＦすることにより読み取る方式（以下、ＴＦＴ方式という）にも用いることができる。
【００２０】
まず、前者の光読取方式に用いられる放射線検出器を例にとって説明する。図１は本発明の放射線検出器の一実施の形態を示す断面図を示すものである。
【００２１】
この放射線検出器10は、後述する記録用の放射線L1に対して透過性を有する第１の導電層１、この導電層１を透過した放射線L1の照射を受けることにより導電性を呈する記録用放射線導電層２、導電層１に帯電される電荷（潜像極性電荷；例えば負電荷）に対しては略絶縁体として作用し、かつ、電荷と逆極性の電荷（輸送極性電荷；上述の例においては正電荷）に対しては略導電体として作用する電荷輸送層３、後述する読取用の読取光L2の照射を受けることにより導電性を呈する読取光導電層４、電磁波L2に対して透過性を有する第２の導電層５を、順に積層してなるものである。
【００２２】
ここで、導電層１および５としては、例えば、透明ガラス板上に導電性物質を一様に塗布したもの（ネサ皮膜等）、より具体的には、多結晶ＩＴＯ（Ｉｎ2Ｏ3：Ｓｎ）、アモルファスＩＴＯ（Ｉｎ2Ｏ3：Ｓｎ）、アモルファスＩＺＯ（Ｉｎ2Ｏ3：Ｚｎ）、ＡＴＯ（ＳｎＯ2：Ｓｂ）、ＦＴＯ（ＳｎＯ2：Ｆ）、ＡＺＯ（ＺｎＯ：Ａｌ）、ＧＺＯ（ＺｎＯ：Ｇａ）、金、銀、白金、アルミニウム、インジウム等の薄膜、１０〜１０００ｎｍ程度のサイズからなる貴金属（白金、金、銀）の分散物の塗布膜等が好ましい。
【００２３】
電荷輸送層３としては、導電層１に帯電される負電荷の移動度と、その逆極性となる正電荷の移動度の差が大きい程良く、ポリＮ−ビニルカルバゾール（ＰＶＫ）、N,N'−ジフェニル−N,N'−ビス（３−メチルフェニル）−〔1,1'−ビフェニル〕−4,4'−ジアミン（ＴＰＤ）やディスコティック液晶等の有機系化合物、或いはＴＰＤのポリマー（ポリカーボネート、ポリスチレン、ＰＶＫ、ポリビニルアルコール）分散物，Ａｓ2Ｓｅ3、Ｓｂ2Ｓ3、シリコンオイル、Ｃｌを１０〜２００ｐｐｍドープしたａ−Ｓｅ等の半導体物質、ポリカーボネートが適当である。特に、有機系化合物（ＰＶＫ，ＴＰＤ、ディスコティック液晶等）は光不感性を有するため好ましく、また、誘電率が一般に小さいため電荷輸送層３と読取光導電層４の容量が小さくなり読み取り時の信号取り出し効率を大きくすることができる。
【００２４】
読取光導電層４には、ａ−Ｓｅ，Ｃｌを１０〜２００ｐｐｍドープしたａ−Ｓｅ、Ｓｅ−Ｔｅ，Ｓｅ−Ａｓ−Ｔｅ，Ａｓ2Ｓｅ3、無金属フタロシアニン，金属フタロシアニン，ＭｇＰｃ（ Magnesium phtalocyanine），ＶｏＰｃ（phaseII of Vanadyl phthalocyanine），ＣｕＰｃ（Cupper phtalocyanine）、Ｂｉ12ＭＯ20 (Ｍ：Ｔｉ、Ｓｉ、Ｇｅ)、Ｂｉ4Ｍ3Ｏ12 (Ｍ：Ｔｉ、Ｓｉ、Ｇｅ)、Ｂｉ2Ｏ3、ＢｉＭＯ4（Ｍ：Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ）、Ｂｉ2ＷＯ6、Ｂｉ24Ｂ2Ｏ39、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ，ＭＮｂＯ３(Ｍ：Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ)、ＰｂＯ，ＨｇＩ2、ＰｂＩ2 ，ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＢｉＩ3等のうち少なくとも１つを主成分とする光導電性物質を用いることができるが、１．９５±０．０２の配位数を有するアモルファスセレンが好適である。
【００２５】
記録用放射線導電層２は、１．９５±０．０２の配位数を有するアモルファスセレンである。記録用放射線導電層２の厚みは、１００μｍ以上２０００μｍ以下であることが好ましい。特にマンモグラフィ用途では１５０μｍ以上２５０μｍ以下、一般撮影用途においては５００μｍ以上１２００μｍ以下の範囲であることが特に好ましい。
【００２６】
なお、第１の導電層と記録用放射線導電層２との間に、電子注入阻止層があってもよい。電子注入阻止層としては、硫化アンチモン、N,N'−ジフェニル−N,N'−ビス（３−メチルフェニル）−〔1,1'−ビフェニル〕−4,4'−ジアミン（ＴＰＤ）が用いられる。また、読取光導電層４と第２の導電層５の間に、正孔注入阻止層があってもよい。正孔注入阻止層としては、酸化セリウム、硫化アンチモン、硫化亜鉛が用いられる。
【００２７】
続いて、静電潜像を読み取るために光を用いる方式について簡単に説明する。図２は放射線検出器10を用いた記録読取システム（静電潜像記録装置と静電潜像読取装置を一体にしたもの）の概略構成図を示すものである。この記録読取システムは、放射線検出器10、記録用照射手段90、電源50、電流検出手段70、読取用露光手段92並びに接続手段S1、S2とからなり、静電潜像記録装置部分は放射線検出器10、電源50、記録用照射手段90、接続手段S1とからなり、静電潜像読取装置部分は放射線検出器10、電流検出手段70、接続手段S2とからなる。
【００２８】
放射線検出器10の導電層１は接続手段S1を介して電源50の負極に接続されるとともに、接続手段S2の一端にも接続されている。接続手段S2の他端の一方は電流検出手段70に接続され、放射線検出器10の導電層５、電源50の正極並びに接続手段S2の他端の他方は接地されている。電流検出手段70はオペアンプからなる検出アンプ70aと帰還抵抗70b とからなり、いわゆる電流電圧変換回路を構成している。
【００２９】
導電層５は、特開２００１-３３７１７１号や特開２００１−１６０９２２号記載の構造のものであってもよい。
【００３０】
導電層１の上面には被写体９が配設されており、被写体９は放射線L1に対して透過性を有する部分9aと透過性を有しない遮断部9bが存在する。記録用照射手段90は放射線L1を被写体９に一様に曝射するものであり、読取用露光手段92はレーザ光やＬＥＤ、有機ＥＬ、無機ＥＬ等の読取光L2を図３中の矢印方向へ走査露光するものであり、読取光L2は直線状に収束された形状をしていることが望ましい。
【００３１】
以下、上記構成の記録読取システムにおける静電潜像記録過程について電荷モデル（図３）を参照しながら説明する。図２において接続手段S2を開放状態（接地、電流検出手段70の何れにも接続させない）にして、接続手段S1をオンし導電層１と導電層５との間に電源50による直流電圧Edを印加し、電源50から負の電荷を導電層１に、正の電荷を導電層５に帯電させる（図３(A)参照）。これにより、放射線検出器10には導電層１と５との間に平行な電場が形成される。
【００３２】
次に記録用照射手段90から放射線L1を被写体９に向けて一様に曝射する。放射線L1は被写体９の透過部9aを透過し、さらに導電層１をも透過する。放射線導電層２はこの透過した放射線L1を受け導電性を呈するようになる。これは放射線L1の線量に応じて可変の抵抗値を示す可変抵抗器として作用することで理解され、抵抗値は放射線L1によって電子（負電荷）とホール（正電荷）の電荷対が生じることに依存し、被写体９を透過した放射線L1の線量が少なければ大きな抵抗値を示すものである（図３(B)参照）。なお、放射線L1によって生成される負電荷（−）および正電荷（＋）を、図面上では−または＋を○で囲んで表している。
【００３３】
放射線導電層２中に生じた正電荷は放射線導電層２中を導電層１に向かって高速に移動し、導電層１と放射線導電層２との界面で導電層１に帯電している負電荷と電荷再結合して消滅する（図３(C),(D)を参照）。一方、放射線導電層２中に生じた負電荷は放射線導電層２中を電荷輸送層３に向かって移動する。電荷輸送層３は導電層１に帯電した電荷と同じ極性の電荷（本例では負電荷）に対して絶縁体として作用するものであるから、放射線導電層２中を移動してきた負電荷は放射線導電層２と電荷輸送層３との界面で停止し、この界面に蓄積されることになる（図３(C),(D)を参照）。本発明の放射線検出器においては、記録用光導電層が１．９５±０．０２の配位数を有するアモルファスセレンであるため、高い電子輸送性を維持したまま、正孔輸送性を大きく向上させることができる。蓄積される電荷量は放射線導電層２中に生じる負電荷の量、即ち、放射線L1の被写体９を透過した線量によって定まるものである。
【００３４】
一方、放射線L1は被写体９の遮断部9bを透過しないから、放射線検出器10の遮断部9bの下部にあたる部分は何ら変化を生じない（ 図３(B)〜(D)を参照）。このようにして、被写体９に放射線L1を曝射することにより、被写体像に応じた電荷を放射線導電層２と電荷輸送層３との界面に蓄積することができるようになる。なお、この蓄積せしめられた電荷による被写体像を静電潜像という。
【００３５】
次に静電潜像読取過程について電荷モデル（図４）を参照しつつ説明する。接続手段S1を開放し電源供給を停止すると共に、S2を一旦接地側に接続し、静電潜像が記録された放射線検出器10の導電層１および５を同電位に帯電させて電荷の再配列を行った後に（図４(A)参照）、接続手段S2を電流検出手段70側に接続する。
【００３６】
読取用露光手段92により読取光L2を放射線検出器10の導電層５側に走査露光すると、読取光L2は導電層５を透過し、この透過した読取光L2が照射された光導電層４は走査露光に応じて導電性を呈するようになる。これは上記放射線導電層２が放射線L1の照射を受けて正負の電荷対が生じることにより導電性を呈するのと同様に、読取光L2の照射を受けて正負の電荷対が生じることに依存するものである（図４(B)参照）。なお、記録過程と同様に、読取光L2によって生成される負電荷（−）および正電荷（＋）を、図面上では−または＋を○で囲んで表している。
【００３７】
電荷輸送層３は正電荷に対しては導電体として作用するものであるから、光導電層４に生じた正電荷は蓄積電荷に引きつけられるように電荷輸送層３の中を急速に移動し、放射線導電層２と電荷輸送層３との界面で蓄積電荷と電荷再結合し消滅する（図４(C)参照）。一方、光導電層４に生じた負電荷は導電層５の正電荷と電荷再結合し消滅する（図４(C)参照）。光導電層４は読取光L2により十分な光量でもって走査露光されており、放射線導電層２と電荷輸送層３との界面に蓄積されている蓄積電荷、即ち静電潜像が全て電荷再結合により消滅せしめられる。本発明の放射線検出器においては、記録用光導電層が１．９５±０．０２の配位数を有するアモルファスセレンであるため、高い電子輸送性を維持したまま、正孔輸送性を大きく向上させることができる。このように、放射線検出器10に蓄積されていた電荷が消滅するということは、放射線検出器10に電荷の移動による電流Ｉが流れたことを意味するものであり、この状態は放射線検出器10を電流量が蓄積電荷量に依存する電流源で表した図４(D)のような等価回路でもって示すことができる。
【００３８】
このように、読取光L2を走査露光しながら、放射線検出器10から流れ出す電流を検出することにより、走査露光された各部（画素に対応する）の蓄積電荷量を順次読み取ることができ、これにより静電潜像を読み取ることができる。なお、本放射線検出部動作については特開2000-105297号等に記載されている。
【００３９】
次に、後者のＴＦＴ方式の放射線検出器について説明する。この放射線検出器は、図５に示すように放射線検出部100とアクティブマトリックスアレイ基板（以下ＡＭＡ基板）200が接合された構造となっている。図６に示すように放射線検出部100は大きく分けて放射線入射側から順に、バイアス電圧印加用の共通電極103と、検出対象の放射線に感応して電子−正孔対であるキャリアを生成する光導電層104と、キャリア収集用の検出電極107とが積層形成された構成となっている。共通電極の上層には放射線検出部支持体を有していてもよい。
【００４０】
光導電層104は本発明の記録用光導電層が１．９５±０．０２の配位数を有するアモルファスセレンである。共通電極103や検出電極107は、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）や、ＡｕあるいはＰｔなどの導電材料からなる。バイアス電圧の極性に応じて、正孔注入阻止層、電子注入阻止層が共通電極103や検出電極107に付設されていてもよい。正孔注入阻止層としては、酸化セリウム、硫化アンチモン、硫化亜鉛、電子注入阻止層としては、硫化アンチモン、N,N'−ジフェニル−N,N'−ビス（３−メチルフェニル）−〔1,1'−ビフェニル〕−4,4'−ジアミン（ＴＰＤ）が用いられる。
【００４１】
ＡＭＡ基板200の各部の構成について簡単に説明する。ＡＭＡ基板200は図７に示すように、画素相当分の放射線検出部105の各々に対して電荷蓄積容量であるコンデンサ210とスイッチング素子としてＴＦＴ220とが各１個ずつ設けられている。支持体102においては、必要画素に応じて縦1000〜3000×横1000〜3000程度のマトリックス構成で画素相当分の放射線検出部105が２次元配列されており、また、ＡＭＡ基板200においても、画素数と同じ数のコンデンサ210およびＴＦＴ220が、同様のマトリックス構成で２次元配列されている。光導電層で発生した電荷はコンデンサ210に蓄積され、光読取方式に対応して静電潜像となる。ＴＦＴ方式においては、放射線で発生した静電潜像は電荷蓄積容量に保持される。
【００４２】
ＡＭＡ基板200におけるコンデンサ210およびＴＦＴ220の具体的構成は、図６に示す通りである。すなわち、ＡＭＡ基板支持体230は絶縁体であり、その表面に形成されたコンデンサ210の接地側電極210aとＴＦＴ220のゲート電極220aの上に絶縁膜240を介してコンデンサ210の接続側電極210bとＴＦＴ220のソース電極220bおよびドレイン電極220cが積層形成されているのに加え、最表面側が保護用の絶縁膜250で覆われた状態となっている。また接続側電極210bとソース電極220bはひとつに繋がっており同時形成されている。コンデンサ210の容量絶縁膜およびＴＦＴ220のゲート絶縁膜の両方を構成している絶縁膜240としては、例えば、プラズマＳｉＮ膜が用いられる。このＡＭＡ基板200は、液晶表示用基板の作製に用いられるような薄膜形成技術や微細加工技術を用いて製造される。
【００４３】
続いて放射線検出部100とＡＭＡ基板200の接合について説明する。検出電極107とコンデンサ210の接続側電極210bを位置合わせした状態で、両基板100、200を銀粒子などの導電性粒子を含み厚み方向のみに導電性を有する異方導電性フィルム（ＡＣＦ）を間にして加熱・加圧接着して貼り合わせることで、両基板100、200が機械的に合体されると同時に、検出電極107と接続側電極210bが介在導体部140によって電気的に接続される。
【００４４】
さらに、ＡＭＡ基板200には、読み出し駆動回路260とゲート駆動回路270とが設けられている。読み出し駆動回路260は、図７に示すように、列が同一のＴＦＴ220のドレイン電極を結ぶ縦（Ｙ）方向の読み出し配線（読み出しアドレス線）280に接続されており、ゲート駆動回路270は行が同一のＴＦＴ220のゲート電極を結ぶ横（Ｘ）方向の読み出し線（ゲートアドレス線）290に接続されている。なお、図示しないが、読み出し駆動回路260内では、１本の読み出し配線280に対してプリアンプ（電荷−電圧変換器）が１個それぞれ接続されている。このように、ＡＭＡ基板200には、読み出し駆動回路260とゲート駆動回路270とが接続されている。ただし、ＡＭＡ基板200内に読み出し駆動回路260とゲート駆動回路270とを一体成型し、集積化を図ったものも用いられる。
【００４５】
なお、上述の放射線検出器100とＡＭＡ基板200とを接合合体させた放射線撮像装置による放射線検出動作については、例えば特開平１１−２８７８６２号などに記載されている。
【００４６】
図８に本発明の記録用光導電層を製造するための真空蒸着装置の模式断面図を、図９に蒸着容器の部分拡大断面図を示す。この真空蒸着装置８０は、蒸発源であるアルカリ金属を含むセレン８１が収容される蒸着容器８２と、蒸着容器８２上に設けられたメッシュ状フィルタ８３と、蒸発源が被着する基板８４を保持する保持部材８５とからなり、メッシュ状フィルタ８３の下にはメッシュ状フィルタ８３を温度制御するためのヒータ８７が設けられてなる。
【００４７】
メッシュ状フィルタとしてはステンレス、タンタル、モリブデン、タングステン等の金属網やセラミック網等を用いることができ、メッシュはインチ当たりの網目数として#１００〜#６２５であることが好ましい。メッシュの温度制御には、メッシュ通電や金属鞘（シース）の中に発熱体（ニクロム線など）を保持し、その隙間を熱伝導性のよい絶縁物（酸化マグネシウムなど）の粉末で充填したシースヒータ等のヒーターあるいは油冷パイプ等を用いることができる。
【００４８】
蒸着方法としては回転蒸着や直線搬送など、特に限定されるものではなく、原材料セレン８１を蒸発容器８２内で蒸発容器８２に接続された加熱源（図示せず）によって加熱してセレンの蒸気流を生じさせ、この蒸気流がヒータ８７によって温度制御されたメッシュ状フィルタ８３を通過して基板８４に被着することにより、蒸着セレン層８８を形成することができる。
【００４９】
なお、ここでは、蒸発源である原材料として、アルカリ金属を含むセレンを用いた場合を説明したが、蒸発源である原材料として、アルカリ金属を含まないセレンと、アルカリ金属を含有する化合物で改質された蒸着容器を用いることによっても、同様にして蒸着セレン層８８を形成することができる。
以下に本発明の製造方法の実施例を示す。
【実施例】
【００５０】
（試料１〜４）
１０ｐｐｍ程度のナトリウムを含有するセレンを、ステンレスからなる金属メッシュ（#３００（１インチ辺りの網目数が３００））が付いている蒸着容器で加熱し、メッシュ温度を表１に示すようにセレンの融点（２２０）〜２５０℃の間で制御して１００〜２００μｍ蒸着した。なお、メッシュ温度はメッシュ枠で測定した。
【００５１】
（試料５）
１０ｐｐｍ程度のナトリウムを含有するセレンを蒸着源温度を２５５℃にして加熱し、１００〜２００μｍ蒸着した。
【００５２】
試料１〜５のセレン膜について配位数、正孔の局在準位状態密度分布（ＤＯＳ［×１０13ｅＶ-1・ｃｍ-3］）、正孔μτ値（単位電場当たりの正孔飛程距離 ×１０-6ｃｍ2／Ｖ）を測定した。
【００５３】
配位数はＸＡＦＳ測定により、セレン膜を粉末にした後にクライオクーラーにより２０Ｋまで冷却し、高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所の放射光科学研究施設（フォトン・ファクトリー）のＢＬ-９ＡでＸＡＦＳ測定（透過法）し、三方晶セレン（Ｔｒｉｇｏｎａｌ Ｓｅ）のＸＡＦＳを標準にして波数ｋ＝３−１２Å-1から３−１６Å-1までカーブフィッテングを行い、本実施例中では波数３−１５Å-1の値を用いた。
【００５４】
また、正孔局在準位状態密度分布は、T.Nagase, H.Naito 著、T.IEE japan, 118-A, 1446 (1998) の記述に基づき、ラプラス変換を用いたＴＯＦ測定データの数値解析から求めた。
【００５５】
さたに、正孔μτ値は、S.O.Kasap,J.A.Rowlands 著、Journal of Materials :Materials in Electronics,11,179(2000)の記述に基づき、ＴＯＦ測定法（Time-of-Flight測定法）で正孔の移動度μ(ｃｍ2／Ｖｓ)と寿命τ（ｓ）から、その積を求めた。
【００５６】
結果を表１に示す。またメッシュ温度と絶対配位数との関係を図１０に、メッシュ温度と正孔局在準位状態密度との関係を図１１に、メッシュ温度と正孔μτとの関係を図１２に示す。なお、表および図中のアモルファスセレンおよび三方晶セレンの配位数、アモルファスセレンの正孔μτ値はいずれも文献値であり、表中の空欄は未測定であることを示す。なお文献値の引用文献はA. V. Kolovov, H. Oyanagi, K. Tanaka and K. Tanaka. Phys. Rev. B 55,726(1997)、S. O. Kasap, K. V. Koughia, B. Fogal, G. Belev and R. E. Johanson.
【００５７】
【表１】
【００５８】
表１および図１０に示すように、メッシュ温度低下に比例して配位数が増加し、メッシュを用いなかった試料５では配位数は２．０３であった。また、表１および図１１に示すように、セレン膜の正孔局在準位状態密度分布を求めたところ、メッシュ温度低下に比例して、０．４ｅＶ近傍の正孔局在準位状態密度が２０分の１程度に減少することが確認された。さらに、表１および図１２に示すように、正孔μτ値はメッシュ温度低下に比例して０．３（×１０-6ｃｍ2／Ｖ）から８．０（×１０-6ｃｍ2／Ｖ）へと増加し、メッシュを用いなかった試料５では正孔μτ値は０．０１（×１０-6ｃｍ2／Ｖ）以下であった。
【００５９】
この結果から、１．９５±０．０２の配位数を有するアモルファスセレンで記録用光導電層を形成した場合には、０．４ｅＶ近傍の正孔局在準位状態密度が２０分の１程度に減少でき、正孔μτ値を２．０（×１０-6ｃｍ2／Ｖ）以上とすることができ、高い電子輸送性を維持したまま、正孔輸送性を大きく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の放射線検出器の一実施の形態を示す断面図
【図２】放射線検出器を用いた記録読取システムの概略構成図
【図３】記録読取システムにおける静電潜像記録過程を電荷モデルにより示した図
【図４】記録読取システムにおける静電潜像読取過程を電荷モデルにより示した図
【図５】放射線検出器とＡＭＡ基板の合体状態を示す概略模式図
【図６】放射線検出部の画素分を示す概略断面図
【図７】ＡＭＡ基板の等価回路を示す電気回路図
【図８】本発明の記録用光導電層を製造するための真空蒸着装置の模式断面図
【図９】図８に示す蒸着容器の部分拡大断面図
【図１０】メッシュ温度と絶対配位数との関係を示すグラフ
【図１１】メッシュ温度と正孔局在準位状態密度との関係を示すグラフ
【図１２】メッシュ温度と正孔μτとの関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００６１】
１ 導電層
２ 記録用放射線導電層
３ 電荷輸送層
４ 読取光導電層
５ 導電層
１０ 放射線検出器
８０ 真空蒸着装置
８２ 蒸着容器
８３ メッシュフィルタ
８７ ヒータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録用光導電層の両側に電極が設けられ、該電極間に所定のバイアス電圧を印加した状態で、放射線の照射を受けることにより前記記録用光導電層内部に発生した電荷を電気信号として検出する放射線検出器において、前記記録用光導電層が１．９５±０．０２の配位数を有するアモルファスセレンであることを特徴とする放射線検出器。
【請求項２】
前記放射線検出器が、記録用の放射線に対して透過性を有する第１の導電体層、記録用の放射線の照射を受けることにより光導電性を呈する記録用光導電層、読取用電磁波の照射を受けることにより光導電性を呈する読取用光導電層、前記読取用電磁波に対して透過性を有する第２の導電体層をこの順に積層してなる放射線画像情報を静電潜像として記録する放射線検出器であって、
前記読取用光導電層が１．９５±０．０２の配位数を有するアモルファスセレンであることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
【請求項３】
記録用光導電層の両側に電極が設けられ、該電極間に所定のバイアス電圧を印加した状態で、放射線の照射を受けることにより前記記録用光導電層内部に発生した電荷を電気信号として検出する放射線検出器の前記記録用光導電層の製造方法であって、
所定量のアルカリ金属を含むセレンを収容した蒸着容器を加熱し、セレンの融点〜２４３℃の範囲に温度制御されたメッシュを通して、前記アルカリ金属を含むセレンを蒸着することにより前記記録用光導電層を形成することを特徴とする記録用光導電層の製造方法。
【請求項４】
記録用光導電層の両側に電極が設けられ、該電極間に所定のバイアス電圧を印加した状態で、放射線の照射を受けることにより前記記録用光導電層内部に発生した電荷を電気信号として検出する放射線検出器の前記記録用光導電層の製造方法であって、
アルカリ金属を含まないセレンを収容した、アルカリ金属を含有する化合物で改質された蒸着容器を加熱し、セレンの融点〜２４３℃の範囲に温度制御されたメッシュを通して、前記アルカリ金属を含む前記セレンを蒸着することにより前記記録用光導電層を形成することを特徴とする記録用光導電層の製造方法。
【請求項５】
前記アルカリ金属がナトリウムであることを特徴とする請求項３または４記載の記録用光導電層の製造方法。
【請求項１】
記録用光導電層の両側に電極が設けられ、該電極間に所定のバイアス電圧を印加した状態で、放射線の照射を受けることにより前記記録用光導電層内部に発生した電荷を電気信号として検出する放射線検出器において、前記記録用光導電層が１．９５±０．０２の配位数を有するアモルファスセレンであることを特徴とする放射線検出器。
【請求項２】
前記放射線検出器が、記録用の放射線に対して透過性を有する第１の導電体層、記録用の放射線の照射を受けることにより光導電性を呈する記録用光導電層、読取用電磁波の照射を受けることにより光導電性を呈する読取用光導電層、前記読取用電磁波に対して透過性を有する第２の導電体層をこの順に積層してなる放射線画像情報を静電潜像として記録する放射線検出器であって、
前記読取用光導電層が１．９５±０．０２の配位数を有するアモルファスセレンであることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
【請求項３】
記録用光導電層の両側に電極が設けられ、該電極間に所定のバイアス電圧を印加した状態で、放射線の照射を受けることにより前記記録用光導電層内部に発生した電荷を電気信号として検出する放射線検出器の前記記録用光導電層の製造方法であって、
所定量のアルカリ金属を含むセレンを収容した蒸着容器を加熱し、セレンの融点〜２４３℃の範囲に温度制御されたメッシュを通して、前記アルカリ金属を含むセレンを蒸着することにより前記記録用光導電層を形成することを特徴とする記録用光導電層の製造方法。
【請求項４】
記録用光導電層の両側に電極が設けられ、該電極間に所定のバイアス電圧を印加した状態で、放射線の照射を受けることにより前記記録用光導電層内部に発生した電荷を電気信号として検出する放射線検出器の前記記録用光導電層の製造方法であって、
アルカリ金属を含まないセレンを収容した、アルカリ金属を含有する化合物で改質された蒸着容器を加熱し、セレンの融点〜２４３℃の範囲に温度制御されたメッシュを通して、前記アルカリ金属を含む前記セレンを蒸着することにより前記記録用光導電層を形成することを特徴とする記録用光導電層の製造方法。
【請求項５】
前記アルカリ金属がナトリウムであることを特徴とする請求項３または４記載の記録用光導電層の製造方法。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−２６８１７４（Ｐ２００８−２６８１７４Ａ）
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２９２７４３（Ｐ２００７−２９２７４３）
【出願日】平成１９年１１月１２日（２００７．１１．１２）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【復代理人】
【識別番号】１００１１１０４０
【弁理士】
【氏名又は名称】渋谷 淑子
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月１２日（２００７．１１．１２）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【復代理人】
【識別番号】１００１１１０４０
【弁理士】
【氏名又は名称】渋谷 淑子
【Ｆターム（参考）】
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