Ｘ線平面検出器
【課題】 基板の反りや剥がれ、感光膜の特性を改善したＸ線平面検出器を提供する。
【解決手段】 本発明のＸ線平面検出器は、Ｘ線電荷変換膜２１０の一方の面に設けられた上部電極２１２と、Ｘ線電荷変換膜２１０の他方の面に設けられた画素電極５０３と、Ｘ線電荷変換膜２１０と画素電極５０３との間に介在する有機膜５０４とを具備している。
【解決手段】 本発明のＸ線平面検出器は、Ｘ線電荷変換膜２１０の一方の面に設けられた上部電極２１２と、Ｘ線電荷変換膜２１０の他方の面に設けられた画素電極５０３と、Ｘ線電荷変換膜２１０と画素電極５０３との間に介在する有機膜５０４とを具備している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医用Ｘ線診断装置のＸ線平面検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療分野においては、治療を迅速かつ的確に行うために、患者の医療データをデータベース化する方向へと進んでいる。これは、患者はしばしば複数の医療機関を利用するので、的確な治療行為を行うために他の医療機関のデータが必要になるためである。
【０００３】
Ｘ線撮影の画像データについてもデータベース化の要求があり、それに伴って、Ｘ線撮影画像のデジタル化が望まれている。従来、医用Ｘ線診断装置では、銀塩フィルムを使用して画像を撮影している。このような画像をデジタル化するためには、撮影したフィルムを現像した後、スキャナなどで読み取る操作が必要となり、手間と時間がかかっていた。
【０００４】
最近は、光電膜、加速電極、蛍光膜を設けた大きな真空管と１インチ程度のＣＣＤカメラを使用し、直接画像をデジタル化するイメージインテンシファイアＴＶ（ＩＩ−ＴＶ）方式が実現されている。しかし、例えば、肺の診断では、４０ｃｍ×４０ｃｍ程度の領域を撮影するため、光を集光する光学装置が必要であり、装置の大型化が問題になっている。
【０００５】
これら２方式の問題を解決する方式としてａ−Ｓｉ ＴＦＴ（アモルファスシリコン薄膜トランジスタ）を用いたＸ線平面検出器が提案されている。
【０００６】
このＸ線平面検出器では、ａ−Ｓｉ ＴＦＴ、光電変換膜及び画素容量により画素が構成され、この画素は縦横の各辺に数百個から数千個並んだアレイ状（以下ＴＦＴアレイと呼ぶ）に配列されている。
【０００７】
光電変換膜には電源からバイアス電圧が印加される。ａ−Ｓｉ ＴＦＴは、信号線と走査線に接続しており、走査線駆動回路によってオン・オフ制御される。信号線の終端は、切り替えスイッチを介して信号検出用の増幅器に接続されている。
【０００８】
光が入射すると光電変換膜に電流が流れ、画素容量に電荷が蓄積される。走査線駆動回路で走査線を駆動し、１つの走査線に接続している全てのＴＦＴをオンにすると、蓄積された電荷は信号線を通って増幅器側に転送される。切り替えスイッチで、１画素ごとに電荷を増幅器に入力し、ＣＲＴ等に表示できるように順次信号に変換する。画素に入射する光の量によって電荷量が異なり、増幅器の出力振幅は変化する。
【０００９】
このような方式は、増幅器の出力信号をＡ／Ｄ変換することで、直接ディジタル画像にすることが出来る。更に、画素領域は、ノートパソコンに使用されているＴＦＴ−ＬＣＤ（薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ）と同様の構造であり、薄型、大画面のものを容易に製作することが可能である。
【００１０】
以上の説明は、入射したＸ線を蛍光体等で可視光線に変換し、変換した光を各画素の光電変換膜で電荷に変えるという間接変換方式のＸ線平面検出器についてのものである。この間接変換方式のＸ線平面検出器では、以下のような欠点を有していた。すなわち、Ｘ線が蛍光体に入射した際、蛍光体を構成する媒体中で、Ｘ線が変換された可視光が散乱し、解像度が低下するという問題が存在する。
【００１１】
この間接変換方式のＸ線平面検出器に対し、画素に入射したＸ線を直接電荷に変換する直接変換方式のＸ線平面検出器がある。この直接変換方式のＸ線平面検出器では、光電変換膜で直接Ｘ線を電荷に変換し、画素容量に蓄積することが、間接変換型と異なる。即ち、間接変換型Ｘ線平面検出器から蛍光体を除いた構成を有する。
【００１２】
この直接変換方式のＸ線平面検出器では、ガラス基板上に、キャパシタ電極、絶縁層及び補助電極の積層構造からなる蓄積容量と、この蓄積容量に接続されたスイッチングＴＦＴ及び保護用ダイオードが形成されている。これらの各部材の上に保護膜が形成されており、この保護膜には、補助電極上にコンタクトホールが形成されている。保護膜上には画素電極（コンタクトホールを介して補助電極と接続される）、Ｘ線電荷変換膜、及び共通電極（上部電極）が順次積層されている。以上のように構成される画素は、アレイ状に配置される。
【００１３】
Ｘ線が入射すると、Ｘ線は、Ｘ線電荷変換膜で電荷に変換され、電荷は共通電極と画素電極との間に印加された電界により加速され、蓄積容量に蓄積される。スイッチングＴＦＴは、走査線を介して駆動され、蓄積容量に蓄積された電荷を信号線へ転送する。保護用ダイオードは過度の電荷が発生した場合に、電荷を逃がし、電圧が絶縁層の破壊電圧以下にするように機能する。この直接変換方式のＸ線平面検出器では、蛍光体が存在せず、Ｘ線が直接Ｘ線電荷変換膜で電荷に変換されるため、間接変換方式のような、可視光の散乱による解像度の低下という問題が発生しないという利点を有する。
【非特許文献１】R.A. Street et al.,SPIE Vol.3659,p.36,1999
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、Ｘ線により発生した信号電荷は速やかに画素電極に到達し、蓄積容量に蓄積されなければならない。Ｘ線電荷変換膜内に信号電荷が残る場合、前の画像パターンが残る残像、解像度の低下等の画像不良が発生する。このような画像不良は、Ｘ線電荷変換膜内に残った信号電荷が新たにＸ線により発生した信号電荷の走行に影響を及ぼすために発生することが多い。また、Ｘ線電荷変換膜に欠陥が多い場合には、欠陥を通して電流が流れるため、暗電流が大きいという問題も発生する。Ｘ線電荷変換膜はＰｂＩ2、ＨｇＩ2、ＢｉＩ3等のような金属ハライドにより構成され、特にＰｂＩ2は材料的には優れた特性が期待されるが、実際に薄膜を形成した場合には結晶性が不十分なため、上記の様な、残像、解像度不良、大きな暗電流等の問題がある。従って十分な特性の膜は実現できていないのが現状である（例えば非特許文献１参照）。上記の材料はいずれも熱膨張係数が大きいため基板に用いられるガラス等との熱膨張係数の差が大きく、基板の反りや、またＸ線感光膜へのクラック発生等の問題が発生し、Ｘ線感光特性を劣化させる。また基板との熱応力によるハガレが発生する。
【００１５】
また、別の問題として下地電極上には上部感光膜との絶縁のために絶縁膜が形成され、この絶縁膜にはコンタクト用の穴が形成され、この部分で段差が発生する。この部分に成膜されたＸ線感光膜は成長方位が平坦部と異なるために結晶性が劣化し、これに伴いＸ線感光特性も劣化する。このようなＸ線感光膜の特性改善のためには、下地基板の改善が必要である。
【００１６】
以上のように、従来のＸ線平面検出器では、下地基板との熱応力や不整合のためにX線感光膜の特性の劣化やハガレが発生するという問題が存在する。また、別の問題として下地基板の凸凹部での結晶性の劣化が存在する。これに伴いＸ線感光特性も劣化する。本発明は、以上のような事情の下になされ、基板の反りや剥がれ、感光膜の特性を改善したＸ線平面検出器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】
【００１７】
上記の課題を解決するために本発明のＸ線平面検出器は、Ｘ線電荷変換膜と、前記Ｘ線電荷変換膜の一方の面に設けられた第１の電極と、前記Ｘ線電荷変換膜の他方の面に設けられた第２の電極と、前記Ｘ線電荷変換膜と前記第２の電極との間に介在する有機膜とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のＸ線平面検出器によれば、Ｘ線電荷変換膜に接して有機膜を形成しているため、基板が平坦化し、その上に成長するＸ線感光膜の特性が改善する。また、有機膜と基板との熱膨張係数の差が小さいために熱応力が減少し、感光膜の剥がれ、基板の反りが改善する。これによりＸ線感光膜の特性が改善し高性能のＸ線平面検出器を得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１に本発明の実施例１に係るＸ線平面検出器の断面図を示す。ガラス基板１０１上に、幅１０μｍ程度、厚さ３００ｎｍ程度であり、モリブデンータンタル（ＭｏＴａ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮx）、アルミニウム（Ａｌ）、Ａｌ合金、銅（Ｃｕ）モリブデンータングステン（ＭｏＷ）から選ばれる一層、あるいはＴａとＴａＮxとの積層体からなるスイッチングＴＦＴのゲート電極１０２、及び幅８０μｍ程度、厚さ３００ｎｍ程度であり、ゲート電極１０２と同一材料からなる蓄積容量４０４の電極２１が形成されている。ゲート電極１０２、電極２１を含む基板１０１上には厚さ３５０ｎｍ程度であり、酸化シリコン（ＳｉＯx）、窒化シリコン（ＳｉＮx）、又はＳｉＯｘとＳＩＮｘの積層体である絶縁膜１０３が形成されている。
【００２１】
スイッチングＴＦＴ４０２のゲート電極１０２上には絶縁膜１０３を介して、スイッチングＴＦＴ４０２のバックゲート領域となる１００ｎｍ程度の膜厚のアンドープ非晶質シリコン（ａ―Ｓｉ）層１０４が形成されている。ａ−Ｓｉ層１０４はゲート電極１０２の形状を反映して上に凸状となっている。ａ−Ｓｉ層１０４の凸状表面にはスイッチングＴＦＴ４０２のソース／ドレイン領域を区画するため、窒化シリコンからなるストッパ１０５が約２００ｎｍの膜厚に形成されている。ａ−Ｓｉ層１０４上にはスイッチングＴＦＴ４０２のソース／ドレイン領域となる高濃度ｎ型（ｎ＋）ａ−Ｓｉ層１０６が膜厚５０ｎｍで形成されており、ｎ＋ａ−Ｓｉ層１０６に形成された開口、およびストッパ１０５により、ソース／ドレイン領域を構成している。
【００２２】
ｎ＋ａ−Ｓｉ層１０６、絶縁膜１０３を覆うように、約５０ｎｍのモリブデン、約３５０ｎｍのアルミニウム、約２０〜５０ｎｍのモリブデンの積層体である補助電極５０２が形成されており、ｎ＋ａ−Ｓｉ層１０６と電気的に接続されている。この補助電極５０２はその構造上、信号線４０８、ＴＦＴ４０２のソース、ドレインと同一層となっている。
【００２３】
補助電極５０２を覆うようにして、膜厚約２００ｎｍの窒化シリコン、及び膜厚約１〜５μｍのアクリル系有機樹脂膜からなる保護膜１０７を積層する。この保護膜１０７には補助電極５０２の表面を露出させるコンタクトホールが設けられており、このコンタクトホール表面、および保護膜１０７上に画素電極５０３が形成される。そして画素電極５０３を覆うように有機膜５０４が形成されている。この有機膜５０４は保護膜１０７中のコンタクトホールを埋め込むように形成されており、有機膜５０４の表面は平坦化されている。
【００２４】
有機膜５０４上には約３００μｍの膜厚の、ヨウ化鉛（ＰｂＩ2）からなるＸ線電荷変換膜２１０が形成されている。Ｘ線電荷変換膜２１０上面にはＰｄからなる、Ｘ線が変換された電荷を加速するための上部電極が、２００ｎｍ程度の膜厚で形成されている。
【００２５】
以上の構成のＸ線平面検出器によれば、有機膜５０４として、熱膨張係数が基板、及びＸ線電荷変換膜２１０の材料である金属ハロゲン化物とほぼ同等のアクリル系有機樹脂を用いているため、熱応力を減少させ、基板との熱膨張係数の差があることによる基板の反り、Ｘ線電荷変換膜２１０へのクラック発生等の問題が生じない。また、保護膜１０７のコンタクトホールによる段差を有機膜５０４でカバーすることができるため、下部形状が平坦でないことによるＸ線電荷変換膜２１０の結晶性の劣化を防止し、Ｘ線感光特性の劣化を防ぐことが可能となる。
【００２６】
本実施例に係るＸ線平面検出器において、Ｘ線電荷変換膜２１０は、金属ハロゲン化物により構成されるが、これは金属ハロゲン化物のＸ線電荷変換効率が高いためである。Ｘ線電荷変換膜２１０を構成する金属ハロゲン化物としては、Ｘ線の吸収効率を良好にするために、Ｘ線吸収係数の大きい材料が好ましい。このような金属ハロゲン化物の金属としてはＰｂ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｂｉ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂが好ましい。この中で特にＸ線吸収係数の大きいＰｂ、Ｈｇ、Ｂｉが好ましい。ハロゲンとしてはＣｌ、Ｂｒ、Ｉが好ましく、特にＸ線吸収係数の大きいＩが好ましい。これらの金属ハロゲン化物は基本的には六方晶系をとり、格子常数が近い値を取る。これらの材料は抵抗率が高いため、暗電流を低下させることができ、そのため微小な信号を検出することができるので、Ｘ線平面検出器の性能を上げることができる。これらの材料のうち、ＢｉＩ3 等はＩの六方構造の原子の一部が欠けているが、一部に欠けが存在しても格子整合の効果は六方構造が完全な場合と大差が無い。これらの格子常数に近い値を取る材料を基板とすることにより、高品質のＸ線光電変換膜を得ることが出来る。
【００２７】
これらの金属ハロゲン化物材料は、熱膨張率が５×１０-5から５×１０-4／℃と通常用いられるガラス基板の５×１０-6と比べ非常に大きな値を取る。Ｓｅも３×１０-5／℃と大きい。このため、基板との熱膨張係数が大きく、ガラス基板の反り、膜のクラック、剥がれ等が発生する。これに対して、ＰＶＡ，アクリル、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルイミド等の有機膜は３×１０-5〜１０×１０-5／℃程度であり、ガラス基板の熱膨張率と同程度の大きな熱膨張率を有する。またこれら有機膜は可塑性が大きいためＸ線感光膜と基板の間に発生した熱応力を緩和することができる。これにより上記の基板の反り、膜のクラック、剥がれ等の問題の対策ができる。
【００２８】
次に図２〜１１を参照して本実施例に係るＸ線平面検出器の形成方法について説明する。図３は図２のＡ−Ａ断面図、図５は図４のＡ−Ａ断面図、図７は図６のＡ−Ａ断面図、図９は図８のＡ−Ａ断面図、図１１は図１０のＡ−Ａ断面図をそれぞれ示す。
【００２９】
まず、図２、３に示すように、ガラス基板１０１上にＭｏＴａ、Ｔａ、ＴａＮ、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｃｕ、ＭｏＷ等からなる膜を１層、又はＴａとＴａＮx の２層を約３００ｎｍの厚さに堆積し、エッチングによりパターニングして、スイッチングＴＦＴ４０２及び保護ダイオードのゲート電極４０２，４１１、ゲート配線１０２、走査線４０５、蓄積容量４０４の電極１０２ａ、及び蓄積容量線４０６を形成する。次いで、プラズマＣＶＤ法により絶縁膜１０３として、ＳｉＯx を約３００ｎｍ、ＳｉＮx を約５０ｎｍの厚さに積層する。
【００３０】
次に図４、５に示すように、ａ−Ｓｉ層１０４を約１００ｎｍの厚さに、窒化シリコンからなるストッパ１０５を約２００ｎｍの厚さにそれぞれ堆積する。
【００３１】
ストッパ１０５の材料堆積後、図６、７に示すようにストッパ１０５を裏面露光法によりゲート電極１０２にあわせてパターニングし、その上にｎ＋ａ−Ｓｉ層１０６を約５０ｎｍの厚さに堆積した後、トランジスタの形状にあわせてａ−Ｓｉ層１０４及びｎ＋ａ−Ｓｉ層１０６をエッチングし、島状のａ−Ｓｉ層１０４及びｎ＋ａ−Ｓｉ層１０６を形成する。そして、図示しないが、画素エリア内外のコンタクト部の絶縁膜１０３をエッチングし、コンタクトホールを形成する。コンタクトホール形成後、モリブデンを約５０ｎｍ、アルミニウムを約３５０ｎｍ、そして更にモリブデンを約２０ｎｍ〜５０ｎｍの厚さにぞれぞれスパッタ法により積層し、補助電極５０２、信号線４０８、スイッチングＴＦＴ４０２のソース、ドレインその他の配線（図示せず）を形成する。
【００３２】
その後、図８、９に示すように窒化シリコンを約２００ｎｍ、その上にアクリル系有機樹脂膜（オプトマＨＲＣ：商品名、日本合成ゴム社製）を約１〜約５μｍ、好ましくは約３．５μｍの厚さに積層して、保護膜１０７を形成する。なお、有機樹脂膜としてオプトマＨＲＣの代わりにＢＣＢ、ＰＩ（ポリイミド）等の有機膜を用いても良い。これらの有機膜は２００℃以上の耐熱温度を有することが好ましい。耐熱温度とは熱分解が発生する温度を言う。保護膜１０７堆積後、保護膜１０７に補助電極５０２へのコンタクトホール６００を形成する。
【００３３】
その後、図１０、１１に示すように、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜を１００ｎｍ成膜する。ＩＴＯ膜はＩＴＯターゲットを用いたスパッタ法で成膜される。そしてパターニングを行い、画素電極５０３を得る。なお、ＩＴＯ膜の形成法は蒸着等の他の方法でも良く、また、ＩＴＯ膜はアモルファスでも多結晶でも良い。
【００３４】
そしてこの保護膜１０７上に有機膜５０４としてアクリル系有機樹脂（オプトマＨＲＣ）を塗布する。塗布はスピンコートでもスリット塗布でも良い。この有機膜５０４は電極をかねることができるために抵抗率が低い方が良い。しかし、抵抗率が低すぎると隣接画素に信号電荷が伝導してしまう。抵抗率は１×１０5〜１×１０13Ωｃｍが好ましい。さらに１×１０6〜１×１０12Ωｃｍがより好ましい。有機膜５０４の抵抗を下げるために、有機膜５０４に顔料、炭素粒子、金属粒子を混合することができる。なお、有機膜を画素毎に分離する場合には抵抗率は低いほど良い。有機膜５０４の膜厚は厚い程コンタクトホール６００を平坦化するためには良いが、画素分離しない場合には膜厚が厚いと隣接画素に信号が逃げてしまう不都合が生じる。このため有機膜５０４の膜厚は５０ｎｍ〜１０μｍ程度の間で選択すれば良い。本実施例では平坦化を重視し、抵抗率を１×１０-7Ωｃｍ、膜厚を３μｍとした。有機膜５０４はフォトリソグラフィ法により、感光性樹脂を用いマスクによりＩＴＯ画素とほぼ同じサイズにパターニングする。この有機膜層の形成によりコンタクトホール部の層間絶縁膜の段差が平坦化できる。基板上ではＸ線感光膜は基板に平行に結晶面が形成される。例えば、ＰｂＩ2では基板に平行にｃ面が形成される。同様に段差の傾斜部でも傾斜に沿ってｃ面が形成される。このため基板平面と段差傾斜の交差部ではことなった結晶平面が形成され、粒界が衝突する。この部分では異なる方位の結晶が併存するため、粒界欠陥が多数存在し、暗電流の増加やＸ線感度の劣化等の特性劣化が発生する。これに対し本発明ではコンタクト部が平坦化されるため、このような暗電流の増加やＸ線感度の劣化等の問題は発生しない。また、アクリル型樹脂はＰｂＩ２の８×１０-5／℃とほぼ同じ熱膨張係数を持ち、可塑性が大きいため基板とＰｂＩ２の熱膨張係数差による熱応力を緩和するため、クラックの発生、基板の反り、ＰｂＩ２膜はがれ等の問題が緩和でき、又感光膜の基板界面部での膜質劣化が少ないため、感度の低下、暗電流の増大等が少なく検出器の特性が改善できる。
【００３５】
次に、図１に示すように、画素電極５０４上に、蒸着により高抵抗のＰｂＩ2膜からなるＸ線電荷変換膜２１０を約１００〜１０００μｍ、好ましくは３００μｍの膜厚に成膜する。このＸ線電荷変換膜２１０ａの上に、Ｐｄを２００ｎｍの厚さに、ＰｂＩ2膜２１０ａの周辺から１ｃｍ離した領域のほぼ全面に堆積し、上部電極２１２を形成する。さらにこの上部電極２１２上に電圧印加電極を形成し、ＴＦＴアレイＸ線電荷変換膜基板に周辺の駆動回路を実装して図１のＸ線平面検出器が完成する。
【００３６】
このＸ線平面検出器を用いて、Ｘ線画像の検出を行った。その結果を表１に示す。表１に示すように、有機膜を塗布した上にＸ線感光膜を形成することにより、Ｘ線感度が増加し、暗電流が低下するという改善が見られた。
【表１】
【００３７】
本発明により、有機膜によるコンタクトホール部の層間絶縁膜の段差が平坦化でき、Ｘ線感光膜の結晶性が改善できる。また、有機膜により基板とＰｂＩ2の熱膨張係数差による熱応力が緩和できるため、クラックの発生、基板の反り、ＰｂＩ2膜はがれ等の問題が緩和できる。ガラス基板１０１上ではＸ線電荷変換膜は基板に平行に結晶面が形成される。例えば、ＰｂＩ2では基板に平行にｃ面が形成される。同様に段差の傾斜部でも傾斜に沿ってｃ面が形成される。このため基板平面と段差傾斜の交差部では異なった結晶平面が形成され、粒界が衝突する。この部分では異なる方位の結晶が併存するため、粒界欠陥が多数存在し、暗電流の増加やＸ線感度の劣化等の特性劣化が発生する。これに対し本発明ではコンタクト部が平坦化されるため、このような暗電流の増加やＸ線感度の劣化等の問題は発生しない。また、アクリル型樹脂はＰｂＩ2の８×１０-5とほぼ同じ熱膨張係数を持ち、可塑性が大きいため基板とＰｂＩ2の熱膨張係数差による熱応力を緩和するため、クラックの発生、基板の反り、ＰｂＩ2膜はがれ等の問題が緩和できる。
【実施例２】
【００３８】
本実施例に係るＸ線平面検出器の断面図を図１２に示す。図１と同一の構成には同一符号を付している。ガラス基板１０１上に、幅１０μｍ程度、厚さ３００ｎｍ程度であり、モリブデンータンタル（ＭｏＴａ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮx）、アルミニウム（Ａｌ）、Ａｌ合金、銅（Ｃｕ）モリブデンータングステン（ＭｏＷ）から選ばれる一層、あるいはＴａとＴａＮxとの積層体からなるスイッチングＴＦＴのゲート電極１０２、及び幅８０μｍ程度、厚さ３００ｎｍ程度であり、ゲート電極１０２と同一材料からなる蓄積容量４０２の電極１０２ａが形成されている。ゲート電極１０２、電極１０２aを含む基板１０１上には厚さ３５０ｎｍ程度であり、酸化シリコン（ＳｉＯx）、窒化シリコン（ＳｉＮx）との積層体である絶縁膜１０３が形成されている。
【００３９】
スイッチングＴＦＴ４０２のゲート電極１０２上には絶縁膜１０３を介して、スイッチングＴＦＴ４０２のバックゲート領域となる１００ｎｍ程度の膜厚のアンドープ非晶質シリコン（ａ―Ｓｉ）層１０４が形成されている。ａ−Ｓｉ層１０４はゲート電極１０２の形状を反映して上に凸状となっている。ａ−Ｓｉ層１０４の凸状表面にはスイッチングＴＦＴ４０２のソース／ドレイン領域を区画するためのストッパ１０５が約２００ｎｍの膜厚に形成されている。ａ−Ｓｉ層１０４上にはスイッチングＴＦＴ４０２のソース／ドレイン領域となる高濃度ｎ型（ｎ＋）ａ−Ｓｉ層１０６が膜厚５０ｎｍで形成されており、ｎ＋ａ−Ｓｉ層１０６に形成された開口、およびストッパ１０５により、ソース／ドレイン領域を構成している。
【００４０】
ｎ＋ａ−Ｓｉ層１０６、絶縁膜１０３を覆うように膜厚３００ｎｍの補助電極５０２が形成されており、ｎ＋ａ−Ｓｉ層１０６と電気的に接続されている。補助電極５０２を覆うようにして、アクリル系有機樹脂膜からなる保護膜１０７を膜厚１〜５μｍ程度を積層する。本実施例では有機樹脂保護膜は４μｍである。この保護膜１０７には補助電極５０２の表面を露出させるコンタクトホールが設けられており、このコンタクトホール表面、および保護膜１０７上に画素電極５０３が形成される。そして画素電極５０３を覆うように有機膜５０４が形成されている。この有機膜５０４は保護膜１０７中のコンタクトホールを埋め込むように形成されており、有機膜５０４の表面は平坦化されている。実施例１の有機膜５０４は画素電極５０３毎に分割されているが、本実施例では有機膜５０４は画素電極５０３毎に分割されずガラス基板１０１上連続的に形成されている。膜に垂直方向の抵抗が低く膜に平行方向の抵抗が高いという抵抗率の条件より、有機膜の抵抗率として１×１０8Ωｃｍから１×１０13Ωｃｍ、好ましくは１×１０10Ωｃｍ〜１×１０12Ωｃｍであり、本実施例では１×１０11Ωｃｍであった。有機膜の膜厚は１〜５μｍで良く本実施例では１μｍとした。
【００４１】
次いで、有機膜５０４上に蒸着により、ブロッキング層としてＢｉＯx 層２２０ａを１〜１０μｍ、好ましくは３μｍの厚さに成膜した。このＢｉＯx 層２２０ａ上にＸ線電荷変換膜としてＰｂＩ２ 膜２２０を３００μｍの厚さに蒸着する。更に、このＰｂＩ２ 膜２２０上に高抵抗のＰｂｘＢｉy Ｉ膜２２０ｂ膜を蒸着により約１〜１００μｍ、好ましくは１０μｍの厚さに成膜する。成膜温度は２５０℃である。ＰｂＩ2 膜とＰｂｘＢｉy Ｉ膜２２０ｂ膜は六方晶のｃ軸が基板に垂直に配向している。この上に、Ｃｒからなる上部電極２１２を形成する。
【００４２】
このようにして得たＴＦＴアレイＸ線電荷変換膜基板に周辺の駆動回路を実装して完成したＸ線平面検出器を用いて、Ｘ線画像の検出を行った。その結果、有機膜層によるコンタクトホール部の層間絶縁膜の段差が平坦化できたためコンタクト部のＸ線感光膜の結晶性が改善できた。本実施例ではコンタクト部の段差約４μｍに対して有機膜厚が１μｍと薄いため、コンタクト段差の平坦化は完全ではなかったが、段差は２μｍ程度と有機膜が無い場合より３μｍ段差が減少し且つ段差部の傾斜もなだらかになったため大きな効果が得られた。また、下部のＩＴＯ膜の粒界の影響が無くなり、微視的にも平坦化できたためＸ線感光膜の結晶性が改善でき、Ｘ線検出器の暗電流が低下し、感度が増大した。また、有機膜により基板とＰｂＩ２の熱膨張係数差による熱応力を緩和するため、クラックの発生、基板の反り、ＰｂＩ２膜はがれ等の問題が緩和でき、画像の不均一が改善し、暗電流の低下、感度の増加等の改善が得られた。更に段差を減少させるために有機膜を塗布後に研磨して平坦化することにより更に良好なＸ線変換特性が得られた。研磨は研磨剤のみで実施しても良く、化学研磨を併用しても良い。
【００４３】
抵抗を下げるためにアクリル系ポリマーに添加する材料としてはカーボン粒子に限定されず、有機顔料や酸化鉄、硫化バリウム等の金属化合物の無機顔料を用いても良い。また、ベースポリマーとしてはアクリル系樹脂に限定されず、ＰＩ、エポキシ等熱膨張係数の近い樹脂であれば良い。
【００４４】
以上、本実施例のＸ線平面検出器においては、実施例１で満たされる効果の他、有機膜を画面全面に形成し、画素毎に分離しないことにより、特性の均一性が改善し、歩留が改善し、コストが低減できた。
【００４５】
次に、図２〜１２を参照して本実施例に係るＸ線平面検出器の形成方法について説明する。本実施例においては、有機膜５０４を形成する工程までは実施例１の製造方法と同一であるから、実施例１と同一図面を用いて簡潔に説明する。
【００４６】
実施例１と同様に、図２〜１１に示すように、ガラス基板１０１上にスイッチングＴＦＴ４０２及び蓄積容量４０４を形成し、保護膜１０７を介して画素電極５０３を、厚さ３０ｎｍのＴｉ及び厚さ２００ｎｍのＰｄをスパッタリングで成膜し、これをパターニングすることにより形成する。
【００４７】
次に、図１０、１１に示すように、このアレイ基板の上に低抵抗有機膜としてアクリル系の有機膜５０４をスリットスクリーンで塗布する。厚さは５０ｎｍから１０μｍが好ましいが、この実施例では１μｍの厚さに塗布する。この有機膜５０４は実施例１と同様、顔料、炭素粒子、金属粒子を混合させることができる。スリットスクリーンを用いることにより周辺のコンタクトパッド部には有機膜が塗布されないように形成可能である。本実施例では実施例１とは異なり、有機膜を画素形状に分離せずに連続した形状で形成している。
【００４８】
有機膜５０４形成後、図１２に示すように、有機膜５０４上に蒸着により、ブロッキング層としてＢｉＯx 層２２０ａを１〜１０μｍ、好ましくは３μｍの厚さに成膜する。このＢｉＯx 層２２０ａ上にＸ線電荷変換膜としてＰｂＩ２ 膜２２０を３００μｍの厚さに蒸着する。更に、このＰｂＩ2 膜２２０上に高抵抗のＰｂｘＢｉy Ｉ膜２２０ｂ膜を蒸着により約１〜１００μｍ、好ましくは１０μｍの厚さに成膜する。成膜温度は２５０℃である。ＰｂＩ2 膜とＰｂｘＢｉy Ｉ膜２２０ｂ膜は六方晶のｃ軸が基板に垂直に配向する。この上に、Ｃｒからなる上部電極２１２を形成する。
【００４９】
このようにして得たＴＦＴアレイＸ線電荷変換膜基板に周辺の駆動回路を実装して完成したＸ線平面検出器を用いて、Ｘ線画像の検出を行った。その結果を表２に示す。表２によれば、有機膜層によるコンタクトホール部の層間絶縁膜の段差が平坦化できたためコンタクト部のＸ線感光膜の結晶性が改善できる。有機膜を塗布した上にＸ線感光膜を形成する事により、Ｘ線感度が増加し、暗電流が低下するという改善が見られる。
【表２】
【００５０】
本実施例においても実施例１と同様、保護膜１０７のコンタクト部の段差を有機膜５０４が平坦化することにより、下部の画素電極５０３の粒界の影響が無くなり、微視的にも平坦化できるためＸ線感光膜の結晶性が改善できる。よってＸ線検出器の暗電流が低下し、感度が増大する。また、有機膜５０４によりガラス基板１０１とＸ線電荷変換膜２１０の熱膨張係数差による熱応力を緩和することができるため、クラックの発生、基板の反り、ＰｂＩ２膜はがれ等の問題が緩和でき、画像の不均一が改善し、暗電流の低下、感度の増加等の改善が得られる。有機膜を画面全面に形成し、画素毎に分離しないことにより、特性の均一性が改善し、歩留が改善し、コストが低減できた。
【実施例３】
【００５１】
本実施例に係るＸ線平面検出器の断面図を図１３に示す。図１と同一の構成には同一符号を付している。ガラス基板１０１上に、幅１０μｍ程度、厚さ３００ｎｍ程度であり、モリブデンータンタル（ＭｏＴａ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮx）、アルミニウム（Ａｌ）、Ａｌ合金、銅（Ｃｕ）モリブデンータングステン（ＭｏＷ）から選ばれる一層、あるいはＴａとＴａＮxとの積層体からなるスイッチングＴＦＴのゲート電極１０２、及び幅８０μｍ程度、厚さ３００ｎｍ程度であり、ゲート電極１０２と同一材料からなる蓄積容量４０２の電極１０２ａが形成されている。ゲート電極１０２、電極１０２aを含む基板１０１上には厚さ３５０ｎｍ程度であり、酸化シリコン（ＳｉＯx）、窒化シリコン（ＳｉＮx）との積層体である絶縁膜１０３が形成されている。
【００５２】
スイッチングＴＦＴ４０２のゲート電極１０２上には絶縁膜１０３を介して、スイッチングＴＦＴ４０２のバックゲート領域となる１００ｎｍ程度の膜厚のアンドープ非晶質シリコン（ａ―Ｓｉ）層１０４が形成されている。ａ−Ｓｉ層１０４はゲート電極１０２の形状を反映して上に凸状となっている。ａ−Ｓｉ層１０４の凸状表面にはスイッチングＴＦＴ４０２のソース／ドレイン領域を区画するためのストッパ１０５が約２００ｎｍの膜厚に形成されている。ａ−Ｓｉ層１０４上にはスイッチングＴＦＴ４０２のソース／ドレイン領域となる高濃度ｎ型（ｎ＋）ａ−Ｓｉ層１０６が膜厚５０ｎｍで形成されており、ｎ＋ａ−Ｓｉ層１０６に形成された開口、およびストッパ１０５により、ソース／ドレイン領域を構成している。
【００５３】
ｎ＋ａ−Ｓｉ層１０６、絶縁膜１０３を覆うように膜厚３００ｎｍの補助電極５０２が形成されており、ｎ＋ａ−Ｓｉ層１０６と電気的に接続されている。補助電極５０２を覆うようにして、アクリル系有機樹脂膜からなる保護膜１０７を膜厚１〜５μｍ程度を積層する。この保護膜１０７には補助電極５０２の表面を露出させるコンタクトホールが設けられており、このコンタクトホール表面、および保護膜１０７上に画素電極５０３が形成される。そして画素電極上には実施例２と同様、有機膜５０４がガラス基板１０１全面に亘って形成されている。この有機膜５０４は保護膜１０７中のコンタクトホールを埋め込むように形成されており、有機膜５０４の表面は平坦化されている。実施例１の有機膜５０４は画素電極５０３毎に分割されているが、本実施例では有機膜５０４は画素電極５０３毎に分割されずガラス基板１０１上連続的に形成されている。
【００５４】
有機膜５０４上には約３００μｍの膜厚の、ヨウ化鉛（ＰｂＩ2）からなるＸ線電荷変換膜２１０が形成されている。Ｘ線電荷変換膜２１０上面にはＸ線が変換された電荷を加速するための上部電極が、３０ｎｍ程度の膜厚で形成されている。
【００５５】
以上、本実施例のＸ線平面検出器においては、実施例１で満たされる効果の他、X線電荷変換膜２１０のａ軸が有機膜の伸延方向（ガラス基板１０１表面と平行であり、スイッチングＴＦＴ４０２のゲート伸張方向と同方向）に揃うことになりX線電荷変換膜２１０の結晶性がさらに改善するという効果が得られる。
【００５６】
次に図２〜１１、１３を参照して本実施例に係るＸ線平面検出器の形成方法について説明する。本実施例においては、有機膜５０４を形成する工程までは実施例１の製造方法と同一であるから、実施例１と同一図面を用いて簡潔に説明する。
【００５７】
実施例１と同様に、図２〜１１に示すようにガラス基板１０１上にスイッチングＴＦＴ４０２及び蓄積容量４０４を形成し、保護膜１０７を介して画素電極５０３を成膜する。厚さ３０ｎｍのＩＴＯにより画素電極５０３を形成する。
【００５８】
次に、図１３に示すようにこのアレイ基板１０１の上に有機膜５０４としてアクリル系有機膜をスリットスクリーンで塗布する。この有機膜５０４は実施例１と同様、顔料、炭素粒子、金属粒子を混合させることで低抵抗有機膜として構成することができる。厚さは５０ｎｍから１０μｍが好ましいが、この実施例では３μｍの厚さに塗布した。スリットスクリーンを用いることにより周辺のコンタクトパッド部には有機膜が塗布されないように形成する。この実施例では有機膜を画素形状に分離せずに連続した形状で形成する。
【００５９】
また、アクリル樹脂に混合したカーボン粒子による表面の平坦性の劣化を改善するために、有機顔料を混合したアクリル樹脂を積層した。顔料混合アクリル樹脂の厚さは１０から３００ｎｍ程度で良い。また、顔料を添加しないアクリル樹脂でも同様の効果がある。更に平面方向の抵抗を上げて画素分離を良くするためにＴＦＴアレイ上に１０〜３００ｎｍの無添加アクリル膜を形成し、その上にカーボン入りアクリル膜を２μｍ形成し、更に１０〜３００ｎｍの無添加アクリル膜を形成しした３層構造としても良い。無添加有機膜の抵抗率は５ｘ１０１３Ωｃｍ以上の膜が良い。有機膜としてはアクリル樹脂に限らず、ＰＶＡ，アクリル、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルイミド等でも良い。
【００６０】
次に、ラビングによりこの有機膜をこすり一方向性の伸延を発生させる。次いで、有機膜５０４上にＰｂＩ2を溶解した液層から、Ｘ線電荷変換膜２１０としてＰｂＩ2を３００μｍの厚さに蒸着する。このＸ線電荷変換膜２１０は有機膜の伸延方向にａ軸が配向するようになる。また配向処理をしない場合より粒径が増大し、結晶性が改善するようになる。粒径の拡大は成膜法として蒸着を用いた場合にも見られる。このＸ線電荷変換膜２１０上に、Ｐｄ３００ｎｍからなる上部電極２１２を形成する。
【００６１】
このようにして得たＴＦＴアレイＸ線電荷変換膜基板に周辺の駆動回路を実装して完成したＸ線平面検出器を用いて、Ｘ線画像の検出を行った。その結果を表３に示す。有機膜層によるコンタクトホール部の層間絶縁膜の段差が平坦化できたためコンタクト部のＸ線感光膜の結晶性が改善できていることがわかる。また、下部のＩＴＯ膜の粒界の影響が無くなり、微視的にも平坦化できたためＸ線感光膜の結晶性が改善でき、Ｘ線検出器の暗電流が低下し、感度が増大していることがわかる。有機膜にラビングをすることによりＸ線感度が３３（pC/cm2）/(nC/kg)まで改善し、暗電流も１ｐＡ／ｍｍまで改善した。これは結晶粒径の方向が揃い結晶性が向上したためである。
【表３】
【００６２】
以上、本実施例のＸ線平面検出器の製造方法においては更に有機膜の伸延による結晶性の改善が見られ、この結果、暗電流の低下、Ｘ線感度の更なる増大が見られた。ラビングの方向は１方向のみに限定されず、１方向及びこれに対して３０度傾いた方向の２方向を用いても良い。０度と３０度の２つの方向を用いることにより六方の２つの結晶方位が規定されるため更に結晶性が改善した。又、ＨｇＩ２の様な正方晶のX線感光膜に対しては０度と９０度の２方向にラビングすることにより結晶性が改善し、効率が上がった。またラビングによる有機膜の伸延に限らず、表面に浅い溝を一方向に形成したり、こすってキズを一方向につけてもても結晶性を改善するのに有効である。又、０度、３０度、９０度等の複数の方向に形成しても良い。
【００６３】
本発明は上記実施例に限定されない。Ｘ線感光膜としては金属ハライドで有ればＰｂＩ2，ＩｎＩ，ＨｇＩ2、ＢｉＩ3、ＣｄＩ2等何でも適用可能である。結晶方位は基板面がｃ面（０００１）面、ａｂ面（１０００）又は（０１００）面が好ましい。成膜法としては蒸着に限らず、液層成長、塗布、ＣＶＤ等何を用いても良い。また、アモルファスＳｅ，アモルファスＳｅ−Ｔｅ等のＸ線感光膜に対しても同様の効果がある。
【００６４】
有機膜の抵抗率は１×１０5から１×１０13Ωｃｍが良い。膜厚は５０ｎｍから１０μｍが良く、平坦化のためには段差と同程度の有機膜厚が好ましい。抵抗率を下げるために、顔料等の有機物、金属粒子、炭素粒子を含有させても良い。また、導電性ポリマーを用いても良い。導電性ポリマーとして、キャリア輸送材料として用いられる有機半導体は、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）、Ｎ，Ｎ−ジフェニル−Ｎ，Ｎ−ジ（ｍ−トリル）ベンジジン（ＴＰＤ）、ポリパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）、ポリアルキルチオフェン、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＫ）、トリフェニレン（ＴＮＦ）、液晶分子、金属フタロシアニン、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ）からなる群より選択される少なくとも１種の材料からなる。これらの物質はキャリアの移動度が高いため好ましい。ＰＰＶまたはＰＶＫ−ＴＮＦ混合物のようなポリマー系のキャリア輸送材料を用いる場合、Ｘ線電荷変換膜はＸ線感光材料の粒子をポリマー系のキャリア輸送材料に分散させることにより形成される。また、低分子のキャリア輸送材料を用いる場合、Ｘ線電荷変換膜はＸ線感光材料の粒子および低分子のキャリア輸送材料をバインダーに分散させることにより形成される。バインダーとしては、ポリカーボネート、ポリスチレンなどが用いられる。バインダーを用いる場合、キャリア輸送材料とバインダーとの混合物中におけるキャリア輸送材料の混合割合はキャリア輸送材料が約０．１〜４０モル％に設定される。しかし、ＰＰＶやＰＶＫ−ＴＮＦ混合体ではキャリア輸送材料が１００％であってもよい。
【００６５】
ポリマーとしては膜形成できれば何でも良く、ＰＶＡ，アクリル、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルイミドや導電性ポリマーを用いれば良い。パターン形成のためにはマスク露光してパターニングするために感光性ポリマーが好ましい。有機膜を伸延させる方法はラビングに限らず、機械的伸延、光ポリマー化等の方法を用いても良い。
【００６６】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施例１に係るＸ線平面検出器の断面図である。
【図２】本発明の実施例１、２、３に係るＸ線平面検出器製造工程図である。
【図３】本発明の実施例１、２、３に係るＸ線平面検出器製造工程図である。
【図４】本発明の実施例１、２、３に係るＸ線平面検出器製造工程図である。
【図５】本発明の実施例１、２、３に係るＸ線平面検出器製造工程図である。
【図６】本発明の実施例１、２、３に係るＸ線平面検出器製造工程図である。
【図７】本発明の実施例１、２、３に係るＸ線平面検出器製造工程図である。
【図８】本発明の実施例１、２、３に係るＸ線平面検出器製造工程図である。
【図９】本発明の実施例１、２、３に係るＸ線平面検出器製造工程図である。
【図１０】本発明の実施例１、２、３に係るＸ線平面検出器製造工程図である。
【図１１】本発明の実施例１、２、３に係るＸ線平面検出器製造工程図である。
【図１２】本発明の実施例２に係るＸ線平面検出器の断面図である。
【図１３】本発明の実施例３に係るＸ線平面検出器の断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０１ … ガラス基板
１０２ … ゲート電極
１０３ … 絶縁膜
１０４ … ａ−Ｓｉ層
１０５ … ストッパ
１０６ … ｎ＋ａ―Ｓｉ層
１０７ … 保護膜
２１０ … Ｘ線電荷変換膜
２１０ａ … ブロッキング層
２１０ｂ … ＰｂxＢｉyＩ層
２１２ … 上部電極
４０２ … スイッチングＴＦＴ
４０４ … 蓄積容量
４０５ … 走査線
４０６ … 蓄積容量線
５０２ … 補助電極
５０３ … 画素電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医用Ｘ線診断装置のＸ線平面検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療分野においては、治療を迅速かつ的確に行うために、患者の医療データをデータベース化する方向へと進んでいる。これは、患者はしばしば複数の医療機関を利用するので、的確な治療行為を行うために他の医療機関のデータが必要になるためである。
【０００３】
Ｘ線撮影の画像データについてもデータベース化の要求があり、それに伴って、Ｘ線撮影画像のデジタル化が望まれている。従来、医用Ｘ線診断装置では、銀塩フィルムを使用して画像を撮影している。このような画像をデジタル化するためには、撮影したフィルムを現像した後、スキャナなどで読み取る操作が必要となり、手間と時間がかかっていた。
【０００４】
最近は、光電膜、加速電極、蛍光膜を設けた大きな真空管と１インチ程度のＣＣＤカメラを使用し、直接画像をデジタル化するイメージインテンシファイアＴＶ（ＩＩ−ＴＶ）方式が実現されている。しかし、例えば、肺の診断では、４０ｃｍ×４０ｃｍ程度の領域を撮影するため、光を集光する光学装置が必要であり、装置の大型化が問題になっている。
【０００５】
これら２方式の問題を解決する方式としてａ−Ｓｉ ＴＦＴ（アモルファスシリコン薄膜トランジスタ）を用いたＸ線平面検出器が提案されている。
【０００６】
このＸ線平面検出器では、ａ−Ｓｉ ＴＦＴ、光電変換膜及び画素容量により画素が構成され、この画素は縦横の各辺に数百個から数千個並んだアレイ状（以下ＴＦＴアレイと呼ぶ）に配列されている。
【０００７】
光電変換膜には電源からバイアス電圧が印加される。ａ−Ｓｉ ＴＦＴは、信号線と走査線に接続しており、走査線駆動回路によってオン・オフ制御される。信号線の終端は、切り替えスイッチを介して信号検出用の増幅器に接続されている。
【０００８】
光が入射すると光電変換膜に電流が流れ、画素容量に電荷が蓄積される。走査線駆動回路で走査線を駆動し、１つの走査線に接続している全てのＴＦＴをオンにすると、蓄積された電荷は信号線を通って増幅器側に転送される。切り替えスイッチで、１画素ごとに電荷を増幅器に入力し、ＣＲＴ等に表示できるように順次信号に変換する。画素に入射する光の量によって電荷量が異なり、増幅器の出力振幅は変化する。
【０００９】
このような方式は、増幅器の出力信号をＡ／Ｄ変換することで、直接ディジタル画像にすることが出来る。更に、画素領域は、ノートパソコンに使用されているＴＦＴ−ＬＣＤ（薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ）と同様の構造であり、薄型、大画面のものを容易に製作することが可能である。
【００１０】
以上の説明は、入射したＸ線を蛍光体等で可視光線に変換し、変換した光を各画素の光電変換膜で電荷に変えるという間接変換方式のＸ線平面検出器についてのものである。この間接変換方式のＸ線平面検出器では、以下のような欠点を有していた。すなわち、Ｘ線が蛍光体に入射した際、蛍光体を構成する媒体中で、Ｘ線が変換された可視光が散乱し、解像度が低下するという問題が存在する。
【００１１】
この間接変換方式のＸ線平面検出器に対し、画素に入射したＸ線を直接電荷に変換する直接変換方式のＸ線平面検出器がある。この直接変換方式のＸ線平面検出器では、光電変換膜で直接Ｘ線を電荷に変換し、画素容量に蓄積することが、間接変換型と異なる。即ち、間接変換型Ｘ線平面検出器から蛍光体を除いた構成を有する。
【００１２】
この直接変換方式のＸ線平面検出器では、ガラス基板上に、キャパシタ電極、絶縁層及び補助電極の積層構造からなる蓄積容量と、この蓄積容量に接続されたスイッチングＴＦＴ及び保護用ダイオードが形成されている。これらの各部材の上に保護膜が形成されており、この保護膜には、補助電極上にコンタクトホールが形成されている。保護膜上には画素電極（コンタクトホールを介して補助電極と接続される）、Ｘ線電荷変換膜、及び共通電極（上部電極）が順次積層されている。以上のように構成される画素は、アレイ状に配置される。
【００１３】
Ｘ線が入射すると、Ｘ線は、Ｘ線電荷変換膜で電荷に変換され、電荷は共通電極と画素電極との間に印加された電界により加速され、蓄積容量に蓄積される。スイッチングＴＦＴは、走査線を介して駆動され、蓄積容量に蓄積された電荷を信号線へ転送する。保護用ダイオードは過度の電荷が発生した場合に、電荷を逃がし、電圧が絶縁層の破壊電圧以下にするように機能する。この直接変換方式のＸ線平面検出器では、蛍光体が存在せず、Ｘ線が直接Ｘ線電荷変換膜で電荷に変換されるため、間接変換方式のような、可視光の散乱による解像度の低下という問題が発生しないという利点を有する。
【非特許文献１】R.A. Street et al.,SPIE Vol.3659,p.36,1999
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、Ｘ線により発生した信号電荷は速やかに画素電極に到達し、蓄積容量に蓄積されなければならない。Ｘ線電荷変換膜内に信号電荷が残る場合、前の画像パターンが残る残像、解像度の低下等の画像不良が発生する。このような画像不良は、Ｘ線電荷変換膜内に残った信号電荷が新たにＸ線により発生した信号電荷の走行に影響を及ぼすために発生することが多い。また、Ｘ線電荷変換膜に欠陥が多い場合には、欠陥を通して電流が流れるため、暗電流が大きいという問題も発生する。Ｘ線電荷変換膜はＰｂＩ2、ＨｇＩ2、ＢｉＩ3等のような金属ハライドにより構成され、特にＰｂＩ2は材料的には優れた特性が期待されるが、実際に薄膜を形成した場合には結晶性が不十分なため、上記の様な、残像、解像度不良、大きな暗電流等の問題がある。従って十分な特性の膜は実現できていないのが現状である（例えば非特許文献１参照）。上記の材料はいずれも熱膨張係数が大きいため基板に用いられるガラス等との熱膨張係数の差が大きく、基板の反りや、またＸ線感光膜へのクラック発生等の問題が発生し、Ｘ線感光特性を劣化させる。また基板との熱応力によるハガレが発生する。
【００１５】
また、別の問題として下地電極上には上部感光膜との絶縁のために絶縁膜が形成され、この絶縁膜にはコンタクト用の穴が形成され、この部分で段差が発生する。この部分に成膜されたＸ線感光膜は成長方位が平坦部と異なるために結晶性が劣化し、これに伴いＸ線感光特性も劣化する。このようなＸ線感光膜の特性改善のためには、下地基板の改善が必要である。
【００１６】
以上のように、従来のＸ線平面検出器では、下地基板との熱応力や不整合のためにX線感光膜の特性の劣化やハガレが発生するという問題が存在する。また、別の問題として下地基板の凸凹部での結晶性の劣化が存在する。これに伴いＸ線感光特性も劣化する。本発明は、以上のような事情の下になされ、基板の反りや剥がれ、感光膜の特性を改善したＸ線平面検出器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】
【００１７】
上記の課題を解決するために本発明のＸ線平面検出器は、Ｘ線電荷変換膜と、前記Ｘ線電荷変換膜の一方の面に設けられた第１の電極と、前記Ｘ線電荷変換膜の他方の面に設けられた第２の電極と、前記Ｘ線電荷変換膜と前記第２の電極との間に介在する有機膜とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のＸ線平面検出器によれば、Ｘ線電荷変換膜に接して有機膜を形成しているため、基板が平坦化し、その上に成長するＸ線感光膜の特性が改善する。また、有機膜と基板との熱膨張係数の差が小さいために熱応力が減少し、感光膜の剥がれ、基板の反りが改善する。これによりＸ線感光膜の特性が改善し高性能のＸ線平面検出器を得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１に本発明の実施例１に係るＸ線平面検出器の断面図を示す。ガラス基板１０１上に、幅１０μｍ程度、厚さ３００ｎｍ程度であり、モリブデンータンタル（ＭｏＴａ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮx）、アルミニウム（Ａｌ）、Ａｌ合金、銅（Ｃｕ）モリブデンータングステン（ＭｏＷ）から選ばれる一層、あるいはＴａとＴａＮxとの積層体からなるスイッチングＴＦＴのゲート電極１０２、及び幅８０μｍ程度、厚さ３００ｎｍ程度であり、ゲート電極１０２と同一材料からなる蓄積容量４０４の電極２１が形成されている。ゲート電極１０２、電極２１を含む基板１０１上には厚さ３５０ｎｍ程度であり、酸化シリコン（ＳｉＯx）、窒化シリコン（ＳｉＮx）、又はＳｉＯｘとＳＩＮｘの積層体である絶縁膜１０３が形成されている。
【００２１】
スイッチングＴＦＴ４０２のゲート電極１０２上には絶縁膜１０３を介して、スイッチングＴＦＴ４０２のバックゲート領域となる１００ｎｍ程度の膜厚のアンドープ非晶質シリコン（ａ―Ｓｉ）層１０４が形成されている。ａ−Ｓｉ層１０４はゲート電極１０２の形状を反映して上に凸状となっている。ａ−Ｓｉ層１０４の凸状表面にはスイッチングＴＦＴ４０２のソース／ドレイン領域を区画するため、窒化シリコンからなるストッパ１０５が約２００ｎｍの膜厚に形成されている。ａ−Ｓｉ層１０４上にはスイッチングＴＦＴ４０２のソース／ドレイン領域となる高濃度ｎ型（ｎ＋）ａ−Ｓｉ層１０６が膜厚５０ｎｍで形成されており、ｎ＋ａ−Ｓｉ層１０６に形成された開口、およびストッパ１０５により、ソース／ドレイン領域を構成している。
【００２２】
ｎ＋ａ−Ｓｉ層１０６、絶縁膜１０３を覆うように、約５０ｎｍのモリブデン、約３５０ｎｍのアルミニウム、約２０〜５０ｎｍのモリブデンの積層体である補助電極５０２が形成されており、ｎ＋ａ−Ｓｉ層１０６と電気的に接続されている。この補助電極５０２はその構造上、信号線４０８、ＴＦＴ４０２のソース、ドレインと同一層となっている。
【００２３】
補助電極５０２を覆うようにして、膜厚約２００ｎｍの窒化シリコン、及び膜厚約１〜５μｍのアクリル系有機樹脂膜からなる保護膜１０７を積層する。この保護膜１０７には補助電極５０２の表面を露出させるコンタクトホールが設けられており、このコンタクトホール表面、および保護膜１０７上に画素電極５０３が形成される。そして画素電極５０３を覆うように有機膜５０４が形成されている。この有機膜５０４は保護膜１０７中のコンタクトホールを埋め込むように形成されており、有機膜５０４の表面は平坦化されている。
【００２４】
有機膜５０４上には約３００μｍの膜厚の、ヨウ化鉛（ＰｂＩ2）からなるＸ線電荷変換膜２１０が形成されている。Ｘ線電荷変換膜２１０上面にはＰｄからなる、Ｘ線が変換された電荷を加速するための上部電極が、２００ｎｍ程度の膜厚で形成されている。
【００２５】
以上の構成のＸ線平面検出器によれば、有機膜５０４として、熱膨張係数が基板、及びＸ線電荷変換膜２１０の材料である金属ハロゲン化物とほぼ同等のアクリル系有機樹脂を用いているため、熱応力を減少させ、基板との熱膨張係数の差があることによる基板の反り、Ｘ線電荷変換膜２１０へのクラック発生等の問題が生じない。また、保護膜１０７のコンタクトホールによる段差を有機膜５０４でカバーすることができるため、下部形状が平坦でないことによるＸ線電荷変換膜２１０の結晶性の劣化を防止し、Ｘ線感光特性の劣化を防ぐことが可能となる。
【００２６】
本実施例に係るＸ線平面検出器において、Ｘ線電荷変換膜２１０は、金属ハロゲン化物により構成されるが、これは金属ハロゲン化物のＸ線電荷変換効率が高いためである。Ｘ線電荷変換膜２１０を構成する金属ハロゲン化物としては、Ｘ線の吸収効率を良好にするために、Ｘ線吸収係数の大きい材料が好ましい。このような金属ハロゲン化物の金属としてはＰｂ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｂｉ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂが好ましい。この中で特にＸ線吸収係数の大きいＰｂ、Ｈｇ、Ｂｉが好ましい。ハロゲンとしてはＣｌ、Ｂｒ、Ｉが好ましく、特にＸ線吸収係数の大きいＩが好ましい。これらの金属ハロゲン化物は基本的には六方晶系をとり、格子常数が近い値を取る。これらの材料は抵抗率が高いため、暗電流を低下させることができ、そのため微小な信号を検出することができるので、Ｘ線平面検出器の性能を上げることができる。これらの材料のうち、ＢｉＩ3 等はＩの六方構造の原子の一部が欠けているが、一部に欠けが存在しても格子整合の効果は六方構造が完全な場合と大差が無い。これらの格子常数に近い値を取る材料を基板とすることにより、高品質のＸ線光電変換膜を得ることが出来る。
【００２７】
これらの金属ハロゲン化物材料は、熱膨張率が５×１０-5から５×１０-4／℃と通常用いられるガラス基板の５×１０-6と比べ非常に大きな値を取る。Ｓｅも３×１０-5／℃と大きい。このため、基板との熱膨張係数が大きく、ガラス基板の反り、膜のクラック、剥がれ等が発生する。これに対して、ＰＶＡ，アクリル、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルイミド等の有機膜は３×１０-5〜１０×１０-5／℃程度であり、ガラス基板の熱膨張率と同程度の大きな熱膨張率を有する。またこれら有機膜は可塑性が大きいためＸ線感光膜と基板の間に発生した熱応力を緩和することができる。これにより上記の基板の反り、膜のクラック、剥がれ等の問題の対策ができる。
【００２８】
次に図２〜１１を参照して本実施例に係るＸ線平面検出器の形成方法について説明する。図３は図２のＡ−Ａ断面図、図５は図４のＡ−Ａ断面図、図７は図６のＡ−Ａ断面図、図９は図８のＡ−Ａ断面図、図１１は図１０のＡ−Ａ断面図をそれぞれ示す。
【００２９】
まず、図２、３に示すように、ガラス基板１０１上にＭｏＴａ、Ｔａ、ＴａＮ、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｃｕ、ＭｏＷ等からなる膜を１層、又はＴａとＴａＮx の２層を約３００ｎｍの厚さに堆積し、エッチングによりパターニングして、スイッチングＴＦＴ４０２及び保護ダイオードのゲート電極４０２，４１１、ゲート配線１０２、走査線４０５、蓄積容量４０４の電極１０２ａ、及び蓄積容量線４０６を形成する。次いで、プラズマＣＶＤ法により絶縁膜１０３として、ＳｉＯx を約３００ｎｍ、ＳｉＮx を約５０ｎｍの厚さに積層する。
【００３０】
次に図４、５に示すように、ａ−Ｓｉ層１０４を約１００ｎｍの厚さに、窒化シリコンからなるストッパ１０５を約２００ｎｍの厚さにそれぞれ堆積する。
【００３１】
ストッパ１０５の材料堆積後、図６、７に示すようにストッパ１０５を裏面露光法によりゲート電極１０２にあわせてパターニングし、その上にｎ＋ａ−Ｓｉ層１０６を約５０ｎｍの厚さに堆積した後、トランジスタの形状にあわせてａ−Ｓｉ層１０４及びｎ＋ａ−Ｓｉ層１０６をエッチングし、島状のａ−Ｓｉ層１０４及びｎ＋ａ−Ｓｉ層１０６を形成する。そして、図示しないが、画素エリア内外のコンタクト部の絶縁膜１０３をエッチングし、コンタクトホールを形成する。コンタクトホール形成後、モリブデンを約５０ｎｍ、アルミニウムを約３５０ｎｍ、そして更にモリブデンを約２０ｎｍ〜５０ｎｍの厚さにぞれぞれスパッタ法により積層し、補助電極５０２、信号線４０８、スイッチングＴＦＴ４０２のソース、ドレインその他の配線（図示せず）を形成する。
【００３２】
その後、図８、９に示すように窒化シリコンを約２００ｎｍ、その上にアクリル系有機樹脂膜（オプトマＨＲＣ：商品名、日本合成ゴム社製）を約１〜約５μｍ、好ましくは約３．５μｍの厚さに積層して、保護膜１０７を形成する。なお、有機樹脂膜としてオプトマＨＲＣの代わりにＢＣＢ、ＰＩ（ポリイミド）等の有機膜を用いても良い。これらの有機膜は２００℃以上の耐熱温度を有することが好ましい。耐熱温度とは熱分解が発生する温度を言う。保護膜１０７堆積後、保護膜１０７に補助電極５０２へのコンタクトホール６００を形成する。
【００３３】
その後、図１０、１１に示すように、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜を１００ｎｍ成膜する。ＩＴＯ膜はＩＴＯターゲットを用いたスパッタ法で成膜される。そしてパターニングを行い、画素電極５０３を得る。なお、ＩＴＯ膜の形成法は蒸着等の他の方法でも良く、また、ＩＴＯ膜はアモルファスでも多結晶でも良い。
【００３４】
そしてこの保護膜１０７上に有機膜５０４としてアクリル系有機樹脂（オプトマＨＲＣ）を塗布する。塗布はスピンコートでもスリット塗布でも良い。この有機膜５０４は電極をかねることができるために抵抗率が低い方が良い。しかし、抵抗率が低すぎると隣接画素に信号電荷が伝導してしまう。抵抗率は１×１０5〜１×１０13Ωｃｍが好ましい。さらに１×１０6〜１×１０12Ωｃｍがより好ましい。有機膜５０４の抵抗を下げるために、有機膜５０４に顔料、炭素粒子、金属粒子を混合することができる。なお、有機膜を画素毎に分離する場合には抵抗率は低いほど良い。有機膜５０４の膜厚は厚い程コンタクトホール６００を平坦化するためには良いが、画素分離しない場合には膜厚が厚いと隣接画素に信号が逃げてしまう不都合が生じる。このため有機膜５０４の膜厚は５０ｎｍ〜１０μｍ程度の間で選択すれば良い。本実施例では平坦化を重視し、抵抗率を１×１０-7Ωｃｍ、膜厚を３μｍとした。有機膜５０４はフォトリソグラフィ法により、感光性樹脂を用いマスクによりＩＴＯ画素とほぼ同じサイズにパターニングする。この有機膜層の形成によりコンタクトホール部の層間絶縁膜の段差が平坦化できる。基板上ではＸ線感光膜は基板に平行に結晶面が形成される。例えば、ＰｂＩ2では基板に平行にｃ面が形成される。同様に段差の傾斜部でも傾斜に沿ってｃ面が形成される。このため基板平面と段差傾斜の交差部ではことなった結晶平面が形成され、粒界が衝突する。この部分では異なる方位の結晶が併存するため、粒界欠陥が多数存在し、暗電流の増加やＸ線感度の劣化等の特性劣化が発生する。これに対し本発明ではコンタクト部が平坦化されるため、このような暗電流の増加やＸ線感度の劣化等の問題は発生しない。また、アクリル型樹脂はＰｂＩ２の８×１０-5／℃とほぼ同じ熱膨張係数を持ち、可塑性が大きいため基板とＰｂＩ２の熱膨張係数差による熱応力を緩和するため、クラックの発生、基板の反り、ＰｂＩ２膜はがれ等の問題が緩和でき、又感光膜の基板界面部での膜質劣化が少ないため、感度の低下、暗電流の増大等が少なく検出器の特性が改善できる。
【００３５】
次に、図１に示すように、画素電極５０４上に、蒸着により高抵抗のＰｂＩ2膜からなるＸ線電荷変換膜２１０を約１００〜１０００μｍ、好ましくは３００μｍの膜厚に成膜する。このＸ線電荷変換膜２１０ａの上に、Ｐｄを２００ｎｍの厚さに、ＰｂＩ2膜２１０ａの周辺から１ｃｍ離した領域のほぼ全面に堆積し、上部電極２１２を形成する。さらにこの上部電極２１２上に電圧印加電極を形成し、ＴＦＴアレイＸ線電荷変換膜基板に周辺の駆動回路を実装して図１のＸ線平面検出器が完成する。
【００３６】
このＸ線平面検出器を用いて、Ｘ線画像の検出を行った。その結果を表１に示す。表１に示すように、有機膜を塗布した上にＸ線感光膜を形成することにより、Ｘ線感度が増加し、暗電流が低下するという改善が見られた。
【表１】
【００３７】
本発明により、有機膜によるコンタクトホール部の層間絶縁膜の段差が平坦化でき、Ｘ線感光膜の結晶性が改善できる。また、有機膜により基板とＰｂＩ2の熱膨張係数差による熱応力が緩和できるため、クラックの発生、基板の反り、ＰｂＩ2膜はがれ等の問題が緩和できる。ガラス基板１０１上ではＸ線電荷変換膜は基板に平行に結晶面が形成される。例えば、ＰｂＩ2では基板に平行にｃ面が形成される。同様に段差の傾斜部でも傾斜に沿ってｃ面が形成される。このため基板平面と段差傾斜の交差部では異なった結晶平面が形成され、粒界が衝突する。この部分では異なる方位の結晶が併存するため、粒界欠陥が多数存在し、暗電流の増加やＸ線感度の劣化等の特性劣化が発生する。これに対し本発明ではコンタクト部が平坦化されるため、このような暗電流の増加やＸ線感度の劣化等の問題は発生しない。また、アクリル型樹脂はＰｂＩ2の８×１０-5とほぼ同じ熱膨張係数を持ち、可塑性が大きいため基板とＰｂＩ2の熱膨張係数差による熱応力を緩和するため、クラックの発生、基板の反り、ＰｂＩ2膜はがれ等の問題が緩和できる。
【実施例２】
【００３８】
本実施例に係るＸ線平面検出器の断面図を図１２に示す。図１と同一の構成には同一符号を付している。ガラス基板１０１上に、幅１０μｍ程度、厚さ３００ｎｍ程度であり、モリブデンータンタル（ＭｏＴａ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮx）、アルミニウム（Ａｌ）、Ａｌ合金、銅（Ｃｕ）モリブデンータングステン（ＭｏＷ）から選ばれる一層、あるいはＴａとＴａＮxとの積層体からなるスイッチングＴＦＴのゲート電極１０２、及び幅８０μｍ程度、厚さ３００ｎｍ程度であり、ゲート電極１０２と同一材料からなる蓄積容量４０２の電極１０２ａが形成されている。ゲート電極１０２、電極１０２aを含む基板１０１上には厚さ３５０ｎｍ程度であり、酸化シリコン（ＳｉＯx）、窒化シリコン（ＳｉＮx）との積層体である絶縁膜１０３が形成されている。
【００３９】
スイッチングＴＦＴ４０２のゲート電極１０２上には絶縁膜１０３を介して、スイッチングＴＦＴ４０２のバックゲート領域となる１００ｎｍ程度の膜厚のアンドープ非晶質シリコン（ａ―Ｓｉ）層１０４が形成されている。ａ−Ｓｉ層１０４はゲート電極１０２の形状を反映して上に凸状となっている。ａ−Ｓｉ層１０４の凸状表面にはスイッチングＴＦＴ４０２のソース／ドレイン領域を区画するためのストッパ１０５が約２００ｎｍの膜厚に形成されている。ａ−Ｓｉ層１０４上にはスイッチングＴＦＴ４０２のソース／ドレイン領域となる高濃度ｎ型（ｎ＋）ａ−Ｓｉ層１０６が膜厚５０ｎｍで形成されており、ｎ＋ａ−Ｓｉ層１０６に形成された開口、およびストッパ１０５により、ソース／ドレイン領域を構成している。
【００４０】
ｎ＋ａ−Ｓｉ層１０６、絶縁膜１０３を覆うように膜厚３００ｎｍの補助電極５０２が形成されており、ｎ＋ａ−Ｓｉ層１０６と電気的に接続されている。補助電極５０２を覆うようにして、アクリル系有機樹脂膜からなる保護膜１０７を膜厚１〜５μｍ程度を積層する。本実施例では有機樹脂保護膜は４μｍである。この保護膜１０７には補助電極５０２の表面を露出させるコンタクトホールが設けられており、このコンタクトホール表面、および保護膜１０７上に画素電極５０３が形成される。そして画素電極５０３を覆うように有機膜５０４が形成されている。この有機膜５０４は保護膜１０７中のコンタクトホールを埋め込むように形成されており、有機膜５０４の表面は平坦化されている。実施例１の有機膜５０４は画素電極５０３毎に分割されているが、本実施例では有機膜５０４は画素電極５０３毎に分割されずガラス基板１０１上連続的に形成されている。膜に垂直方向の抵抗が低く膜に平行方向の抵抗が高いという抵抗率の条件より、有機膜の抵抗率として１×１０8Ωｃｍから１×１０13Ωｃｍ、好ましくは１×１０10Ωｃｍ〜１×１０12Ωｃｍであり、本実施例では１×１０11Ωｃｍであった。有機膜の膜厚は１〜５μｍで良く本実施例では１μｍとした。
【００４１】
次いで、有機膜５０４上に蒸着により、ブロッキング層としてＢｉＯx 層２２０ａを１〜１０μｍ、好ましくは３μｍの厚さに成膜した。このＢｉＯx 層２２０ａ上にＸ線電荷変換膜としてＰｂＩ２ 膜２２０を３００μｍの厚さに蒸着する。更に、このＰｂＩ２ 膜２２０上に高抵抗のＰｂｘＢｉy Ｉ膜２２０ｂ膜を蒸着により約１〜１００μｍ、好ましくは１０μｍの厚さに成膜する。成膜温度は２５０℃である。ＰｂＩ2 膜とＰｂｘＢｉy Ｉ膜２２０ｂ膜は六方晶のｃ軸が基板に垂直に配向している。この上に、Ｃｒからなる上部電極２１２を形成する。
【００４２】
このようにして得たＴＦＴアレイＸ線電荷変換膜基板に周辺の駆動回路を実装して完成したＸ線平面検出器を用いて、Ｘ線画像の検出を行った。その結果、有機膜層によるコンタクトホール部の層間絶縁膜の段差が平坦化できたためコンタクト部のＸ線感光膜の結晶性が改善できた。本実施例ではコンタクト部の段差約４μｍに対して有機膜厚が１μｍと薄いため、コンタクト段差の平坦化は完全ではなかったが、段差は２μｍ程度と有機膜が無い場合より３μｍ段差が減少し且つ段差部の傾斜もなだらかになったため大きな効果が得られた。また、下部のＩＴＯ膜の粒界の影響が無くなり、微視的にも平坦化できたためＸ線感光膜の結晶性が改善でき、Ｘ線検出器の暗電流が低下し、感度が増大した。また、有機膜により基板とＰｂＩ２の熱膨張係数差による熱応力を緩和するため、クラックの発生、基板の反り、ＰｂＩ２膜はがれ等の問題が緩和でき、画像の不均一が改善し、暗電流の低下、感度の増加等の改善が得られた。更に段差を減少させるために有機膜を塗布後に研磨して平坦化することにより更に良好なＸ線変換特性が得られた。研磨は研磨剤のみで実施しても良く、化学研磨を併用しても良い。
【００４３】
抵抗を下げるためにアクリル系ポリマーに添加する材料としてはカーボン粒子に限定されず、有機顔料や酸化鉄、硫化バリウム等の金属化合物の無機顔料を用いても良い。また、ベースポリマーとしてはアクリル系樹脂に限定されず、ＰＩ、エポキシ等熱膨張係数の近い樹脂であれば良い。
【００４４】
以上、本実施例のＸ線平面検出器においては、実施例１で満たされる効果の他、有機膜を画面全面に形成し、画素毎に分離しないことにより、特性の均一性が改善し、歩留が改善し、コストが低減できた。
【００４５】
次に、図２〜１２を参照して本実施例に係るＸ線平面検出器の形成方法について説明する。本実施例においては、有機膜５０４を形成する工程までは実施例１の製造方法と同一であるから、実施例１と同一図面を用いて簡潔に説明する。
【００４６】
実施例１と同様に、図２〜１１に示すように、ガラス基板１０１上にスイッチングＴＦＴ４０２及び蓄積容量４０４を形成し、保護膜１０７を介して画素電極５０３を、厚さ３０ｎｍのＴｉ及び厚さ２００ｎｍのＰｄをスパッタリングで成膜し、これをパターニングすることにより形成する。
【００４７】
次に、図１０、１１に示すように、このアレイ基板の上に低抵抗有機膜としてアクリル系の有機膜５０４をスリットスクリーンで塗布する。厚さは５０ｎｍから１０μｍが好ましいが、この実施例では１μｍの厚さに塗布する。この有機膜５０４は実施例１と同様、顔料、炭素粒子、金属粒子を混合させることができる。スリットスクリーンを用いることにより周辺のコンタクトパッド部には有機膜が塗布されないように形成可能である。本実施例では実施例１とは異なり、有機膜を画素形状に分離せずに連続した形状で形成している。
【００４８】
有機膜５０４形成後、図１２に示すように、有機膜５０４上に蒸着により、ブロッキング層としてＢｉＯx 層２２０ａを１〜１０μｍ、好ましくは３μｍの厚さに成膜する。このＢｉＯx 層２２０ａ上にＸ線電荷変換膜としてＰｂＩ２ 膜２２０を３００μｍの厚さに蒸着する。更に、このＰｂＩ2 膜２２０上に高抵抗のＰｂｘＢｉy Ｉ膜２２０ｂ膜を蒸着により約１〜１００μｍ、好ましくは１０μｍの厚さに成膜する。成膜温度は２５０℃である。ＰｂＩ2 膜とＰｂｘＢｉy Ｉ膜２２０ｂ膜は六方晶のｃ軸が基板に垂直に配向する。この上に、Ｃｒからなる上部電極２１２を形成する。
【００４９】
このようにして得たＴＦＴアレイＸ線電荷変換膜基板に周辺の駆動回路を実装して完成したＸ線平面検出器を用いて、Ｘ線画像の検出を行った。その結果を表２に示す。表２によれば、有機膜層によるコンタクトホール部の層間絶縁膜の段差が平坦化できたためコンタクト部のＸ線感光膜の結晶性が改善できる。有機膜を塗布した上にＸ線感光膜を形成する事により、Ｘ線感度が増加し、暗電流が低下するという改善が見られる。
【表２】
【００５０】
本実施例においても実施例１と同様、保護膜１０７のコンタクト部の段差を有機膜５０４が平坦化することにより、下部の画素電極５０３の粒界の影響が無くなり、微視的にも平坦化できるためＸ線感光膜の結晶性が改善できる。よってＸ線検出器の暗電流が低下し、感度が増大する。また、有機膜５０４によりガラス基板１０１とＸ線電荷変換膜２１０の熱膨張係数差による熱応力を緩和することができるため、クラックの発生、基板の反り、ＰｂＩ２膜はがれ等の問題が緩和でき、画像の不均一が改善し、暗電流の低下、感度の増加等の改善が得られる。有機膜を画面全面に形成し、画素毎に分離しないことにより、特性の均一性が改善し、歩留が改善し、コストが低減できた。
【実施例３】
【００５１】
本実施例に係るＸ線平面検出器の断面図を図１３に示す。図１と同一の構成には同一符号を付している。ガラス基板１０１上に、幅１０μｍ程度、厚さ３００ｎｍ程度であり、モリブデンータンタル（ＭｏＴａ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮx）、アルミニウム（Ａｌ）、Ａｌ合金、銅（Ｃｕ）モリブデンータングステン（ＭｏＷ）から選ばれる一層、あるいはＴａとＴａＮxとの積層体からなるスイッチングＴＦＴのゲート電極１０２、及び幅８０μｍ程度、厚さ３００ｎｍ程度であり、ゲート電極１０２と同一材料からなる蓄積容量４０２の電極１０２ａが形成されている。ゲート電極１０２、電極１０２aを含む基板１０１上には厚さ３５０ｎｍ程度であり、酸化シリコン（ＳｉＯx）、窒化シリコン（ＳｉＮx）との積層体である絶縁膜１０３が形成されている。
【００５２】
スイッチングＴＦＴ４０２のゲート電極１０２上には絶縁膜１０３を介して、スイッチングＴＦＴ４０２のバックゲート領域となる１００ｎｍ程度の膜厚のアンドープ非晶質シリコン（ａ―Ｓｉ）層１０４が形成されている。ａ−Ｓｉ層１０４はゲート電極１０２の形状を反映して上に凸状となっている。ａ−Ｓｉ層１０４の凸状表面にはスイッチングＴＦＴ４０２のソース／ドレイン領域を区画するためのストッパ１０５が約２００ｎｍの膜厚に形成されている。ａ−Ｓｉ層１０４上にはスイッチングＴＦＴ４０２のソース／ドレイン領域となる高濃度ｎ型（ｎ＋）ａ−Ｓｉ層１０６が膜厚５０ｎｍで形成されており、ｎ＋ａ−Ｓｉ層１０６に形成された開口、およびストッパ１０５により、ソース／ドレイン領域を構成している。
【００５３】
ｎ＋ａ−Ｓｉ層１０６、絶縁膜１０３を覆うように膜厚３００ｎｍの補助電極５０２が形成されており、ｎ＋ａ−Ｓｉ層１０６と電気的に接続されている。補助電極５０２を覆うようにして、アクリル系有機樹脂膜からなる保護膜１０７を膜厚１〜５μｍ程度を積層する。この保護膜１０７には補助電極５０２の表面を露出させるコンタクトホールが設けられており、このコンタクトホール表面、および保護膜１０７上に画素電極５０３が形成される。そして画素電極上には実施例２と同様、有機膜５０４がガラス基板１０１全面に亘って形成されている。この有機膜５０４は保護膜１０７中のコンタクトホールを埋め込むように形成されており、有機膜５０４の表面は平坦化されている。実施例１の有機膜５０４は画素電極５０３毎に分割されているが、本実施例では有機膜５０４は画素電極５０３毎に分割されずガラス基板１０１上連続的に形成されている。
【００５４】
有機膜５０４上には約３００μｍの膜厚の、ヨウ化鉛（ＰｂＩ2）からなるＸ線電荷変換膜２１０が形成されている。Ｘ線電荷変換膜２１０上面にはＸ線が変換された電荷を加速するための上部電極が、３０ｎｍ程度の膜厚で形成されている。
【００５５】
以上、本実施例のＸ線平面検出器においては、実施例１で満たされる効果の他、X線電荷変換膜２１０のａ軸が有機膜の伸延方向（ガラス基板１０１表面と平行であり、スイッチングＴＦＴ４０２のゲート伸張方向と同方向）に揃うことになりX線電荷変換膜２１０の結晶性がさらに改善するという効果が得られる。
【００５６】
次に図２〜１１、１３を参照して本実施例に係るＸ線平面検出器の形成方法について説明する。本実施例においては、有機膜５０４を形成する工程までは実施例１の製造方法と同一であるから、実施例１と同一図面を用いて簡潔に説明する。
【００５７】
実施例１と同様に、図２〜１１に示すようにガラス基板１０１上にスイッチングＴＦＴ４０２及び蓄積容量４０４を形成し、保護膜１０７を介して画素電極５０３を成膜する。厚さ３０ｎｍのＩＴＯにより画素電極５０３を形成する。
【００５８】
次に、図１３に示すようにこのアレイ基板１０１の上に有機膜５０４としてアクリル系有機膜をスリットスクリーンで塗布する。この有機膜５０４は実施例１と同様、顔料、炭素粒子、金属粒子を混合させることで低抵抗有機膜として構成することができる。厚さは５０ｎｍから１０μｍが好ましいが、この実施例では３μｍの厚さに塗布した。スリットスクリーンを用いることにより周辺のコンタクトパッド部には有機膜が塗布されないように形成する。この実施例では有機膜を画素形状に分離せずに連続した形状で形成する。
【００５９】
また、アクリル樹脂に混合したカーボン粒子による表面の平坦性の劣化を改善するために、有機顔料を混合したアクリル樹脂を積層した。顔料混合アクリル樹脂の厚さは１０から３００ｎｍ程度で良い。また、顔料を添加しないアクリル樹脂でも同様の効果がある。更に平面方向の抵抗を上げて画素分離を良くするためにＴＦＴアレイ上に１０〜３００ｎｍの無添加アクリル膜を形成し、その上にカーボン入りアクリル膜を２μｍ形成し、更に１０〜３００ｎｍの無添加アクリル膜を形成しした３層構造としても良い。無添加有機膜の抵抗率は５ｘ１０１３Ωｃｍ以上の膜が良い。有機膜としてはアクリル樹脂に限らず、ＰＶＡ，アクリル、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルイミド等でも良い。
【００６０】
次に、ラビングによりこの有機膜をこすり一方向性の伸延を発生させる。次いで、有機膜５０４上にＰｂＩ2を溶解した液層から、Ｘ線電荷変換膜２１０としてＰｂＩ2を３００μｍの厚さに蒸着する。このＸ線電荷変換膜２１０は有機膜の伸延方向にａ軸が配向するようになる。また配向処理をしない場合より粒径が増大し、結晶性が改善するようになる。粒径の拡大は成膜法として蒸着を用いた場合にも見られる。このＸ線電荷変換膜２１０上に、Ｐｄ３００ｎｍからなる上部電極２１２を形成する。
【００６１】
このようにして得たＴＦＴアレイＸ線電荷変換膜基板に周辺の駆動回路を実装して完成したＸ線平面検出器を用いて、Ｘ線画像の検出を行った。その結果を表３に示す。有機膜層によるコンタクトホール部の層間絶縁膜の段差が平坦化できたためコンタクト部のＸ線感光膜の結晶性が改善できていることがわかる。また、下部のＩＴＯ膜の粒界の影響が無くなり、微視的にも平坦化できたためＸ線感光膜の結晶性が改善でき、Ｘ線検出器の暗電流が低下し、感度が増大していることがわかる。有機膜にラビングをすることによりＸ線感度が３３（pC/cm2）/(nC/kg)まで改善し、暗電流も１ｐＡ／ｍｍまで改善した。これは結晶粒径の方向が揃い結晶性が向上したためである。
【表３】
【００６２】
以上、本実施例のＸ線平面検出器の製造方法においては更に有機膜の伸延による結晶性の改善が見られ、この結果、暗電流の低下、Ｘ線感度の更なる増大が見られた。ラビングの方向は１方向のみに限定されず、１方向及びこれに対して３０度傾いた方向の２方向を用いても良い。０度と３０度の２つの方向を用いることにより六方の２つの結晶方位が規定されるため更に結晶性が改善した。又、ＨｇＩ２の様な正方晶のX線感光膜に対しては０度と９０度の２方向にラビングすることにより結晶性が改善し、効率が上がった。またラビングによる有機膜の伸延に限らず、表面に浅い溝を一方向に形成したり、こすってキズを一方向につけてもても結晶性を改善するのに有効である。又、０度、３０度、９０度等の複数の方向に形成しても良い。
【００６３】
本発明は上記実施例に限定されない。Ｘ線感光膜としては金属ハライドで有ればＰｂＩ2，ＩｎＩ，ＨｇＩ2、ＢｉＩ3、ＣｄＩ2等何でも適用可能である。結晶方位は基板面がｃ面（０００１）面、ａｂ面（１０００）又は（０１００）面が好ましい。成膜法としては蒸着に限らず、液層成長、塗布、ＣＶＤ等何を用いても良い。また、アモルファスＳｅ，アモルファスＳｅ−Ｔｅ等のＸ線感光膜に対しても同様の効果がある。
【００６４】
有機膜の抵抗率は１×１０5から１×１０13Ωｃｍが良い。膜厚は５０ｎｍから１０μｍが良く、平坦化のためには段差と同程度の有機膜厚が好ましい。抵抗率を下げるために、顔料等の有機物、金属粒子、炭素粒子を含有させても良い。また、導電性ポリマーを用いても良い。導電性ポリマーとして、キャリア輸送材料として用いられる有機半導体は、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）、Ｎ，Ｎ−ジフェニル−Ｎ，Ｎ−ジ（ｍ−トリル）ベンジジン（ＴＰＤ）、ポリパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）、ポリアルキルチオフェン、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＫ）、トリフェニレン（ＴＮＦ）、液晶分子、金属フタロシアニン、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ）からなる群より選択される少なくとも１種の材料からなる。これらの物質はキャリアの移動度が高いため好ましい。ＰＰＶまたはＰＶＫ−ＴＮＦ混合物のようなポリマー系のキャリア輸送材料を用いる場合、Ｘ線電荷変換膜はＸ線感光材料の粒子をポリマー系のキャリア輸送材料に分散させることにより形成される。また、低分子のキャリア輸送材料を用いる場合、Ｘ線電荷変換膜はＸ線感光材料の粒子および低分子のキャリア輸送材料をバインダーに分散させることにより形成される。バインダーとしては、ポリカーボネート、ポリスチレンなどが用いられる。バインダーを用いる場合、キャリア輸送材料とバインダーとの混合物中におけるキャリア輸送材料の混合割合はキャリア輸送材料が約０．１〜４０モル％に設定される。しかし、ＰＰＶやＰＶＫ−ＴＮＦ混合体ではキャリア輸送材料が１００％であってもよい。
【００６５】
ポリマーとしては膜形成できれば何でも良く、ＰＶＡ，アクリル、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルイミドや導電性ポリマーを用いれば良い。パターン形成のためにはマスク露光してパターニングするために感光性ポリマーが好ましい。有機膜を伸延させる方法はラビングに限らず、機械的伸延、光ポリマー化等の方法を用いても良い。
【００６６】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施例１に係るＸ線平面検出器の断面図である。
【図２】本発明の実施例１、２、３に係るＸ線平面検出器製造工程図である。
【図３】本発明の実施例１、２、３に係るＸ線平面検出器製造工程図である。
【図４】本発明の実施例１、２、３に係るＸ線平面検出器製造工程図である。
【図５】本発明の実施例１、２、３に係るＸ線平面検出器製造工程図である。
【図６】本発明の実施例１、２、３に係るＸ線平面検出器製造工程図である。
【図７】本発明の実施例１、２、３に係るＸ線平面検出器製造工程図である。
【図８】本発明の実施例１、２、３に係るＸ線平面検出器製造工程図である。
【図９】本発明の実施例１、２、３に係るＸ線平面検出器製造工程図である。
【図１０】本発明の実施例１、２、３に係るＸ線平面検出器製造工程図である。
【図１１】本発明の実施例１、２、３に係るＸ線平面検出器製造工程図である。
【図１２】本発明の実施例２に係るＸ線平面検出器の断面図である。
【図１３】本発明の実施例３に係るＸ線平面検出器の断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０１ … ガラス基板
１０２ … ゲート電極
１０３ … 絶縁膜
１０４ … ａ−Ｓｉ層
１０５ … ストッパ
１０６ … ｎ＋ａ―Ｓｉ層
１０７ … 保護膜
２１０ … Ｘ線電荷変換膜
２１０ａ … ブロッキング層
２１０ｂ … ＰｂxＢｉyＩ層
２１２ … 上部電極
４０２ … スイッチングＴＦＴ
４０４ … 蓄積容量
４０５ … 走査線
４０６ … 蓄積容量線
５０２ … 補助電極
５０３ … 画素電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線電荷変換膜と、
前記Ｘ線電荷変換膜の一方の面に設けられた第１の電極と、
前記Ｘ線電荷変換膜の他方の面に設けられた第２の電極と、
前記Ｘ線電荷変換膜と前記第２の電極との間に介在する有機膜と
を具備することを特徴とするＸ線平面検出器。
【請求項２】
前記Ｘ線電荷変換膜は金属バライド、アモルファスカルコゲナイドから選択されたものであることを特徴とする請求項１に記載のＸ線平面検出器。
【請求項３】
前記有機膜は熱膨張係数が３×１０-6／℃以上５×１０-4／℃以下であり、厚さが０．１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線平面検出器。
【請求項４】
前記有機膜はアクリル系有機樹脂、ポリイミド、ＢＣＢ、ＰＶＡ、アクリル、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルイミドや導電性ポリマーより選ばれる１つの材料からなることを特徴とする請求項１に記載のＸ線平面検出器。
【請求項５】
前記有機膜は導電性を有し、抵抗率が１×１０13Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線平面検出器。
【請求項６】
前記有機膜は顔料又は導電性金属又は導電性炭素を含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＸ線平面検出器。
【請求項７】
前記有機膜はその表面の少なくとも一部に一方向に伸延されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線平面検出器。
【請求項１】
Ｘ線電荷変換膜と、
前記Ｘ線電荷変換膜の一方の面に設けられた第１の電極と、
前記Ｘ線電荷変換膜の他方の面に設けられた第２の電極と、
前記Ｘ線電荷変換膜と前記第２の電極との間に介在する有機膜と
を具備することを特徴とするＸ線平面検出器。
【請求項２】
前記Ｘ線電荷変換膜は金属バライド、アモルファスカルコゲナイドから選択されたものであることを特徴とする請求項１に記載のＸ線平面検出器。
【請求項３】
前記有機膜は熱膨張係数が３×１０-6／℃以上５×１０-4／℃以下であり、厚さが０．１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線平面検出器。
【請求項４】
前記有機膜はアクリル系有機樹脂、ポリイミド、ＢＣＢ、ＰＶＡ、アクリル、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルイミドや導電性ポリマーより選ばれる１つの材料からなることを特徴とする請求項１に記載のＸ線平面検出器。
【請求項５】
前記有機膜は導電性を有し、抵抗率が１×１０13Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線平面検出器。
【請求項６】
前記有機膜は顔料又は導電性金属又は導電性炭素を含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＸ線平面検出器。
【請求項７】
前記有機膜はその表面の少なくとも一部に一方向に伸延されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線平面検出器。
【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２００６−１５６５５５（Ｐ２００６−１５６５５５Ａ）
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３４２２６９（Ｐ２００４−３４２２６９）
【出願日】平成１６年１１月２６日（２００４．１１．２６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月２６日（２００４．１１．２６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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