JPH04214669A - 固体放射線検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＸ線センサ（検知）アレ
ーに関し、特に、Ｘ線を検出してデジタルデータに変換
するためのセンサアレーに関する。

【０００２】

【従来の技術】医療診断用装置において、人体の画像は
Ｘ線に対して感度の高い写真フィルムに記録される。ま
たＸ線に対して高感度の蛍光体を含むスクリーンが、Ｘ
線線量率を減少させるために、人体とフィルムとの間に
介在されている。Ｘ線に高感度のフィルムと蛍光体含有
スクリーンとを結合することにより、解像度の良い（５
ライン／ｍｍ）レントゲン写真を作成する。ところが、
上記フィルムは現像のためにかなりの時間がかかり、ま
たフィルム上に形成される画像はそのままの状態ではす
ぐにコンピュータ操作による蓄積および分析用に役立つ
形状ではない。

【０００３】放射線学においてＸ線高感度フィルムを、
Ｘ線増強装置、ビデオカメラ、表示装置、および非フィ
ルム検出器を使用することにより取り替える努力がなさ
れている。このような方式の一つにおいて、Ｘ線を当該
可視光線に変換するためのシンチレーション結晶体が利
用されている（「線形Ｘ線画像増強装置および二次元画
像センサにもとずくデジタルスロットレントゲン写真」
、ベラージレベルおよびマルダスパイ医学第６２６号、
ＸＩＶ／ＰＡＣＳ　　ＩＶ、１６１ー１６９ページ（１
９８６年）参照）。そのとき光検出器が可視光線の強さ
に応じた電気信号を発生するために使用される。上記検
出器から出力される電気信号はデジタルデータに変換さ
れ、そして記憶装置に記憶されるかまたはカソードレイ
チューブ（陰極線管ＣＲＴ）などに電気的に表示される
。

【０００４】固体検出器はまたＸ線天文学においても利
用されている。このような検出機構が、Ｗｅｉｍｅｒ等
によりＩＥＥＥスペクトル１９６９年３月号の５２ない
し６５ページに記載の「多重素子自己走査モザイクセン
サ」において報告されている。上記検出装置は、光によ
って充電され電子ホールペアを発生するフォトダイオー
ドのマトリックスより成るアレーを含んでいる。

【０００５】キャッチポール（Ｃａｔｃｈｐｏｌｅ）等
による米国特許第４，６７５，７３９号においては、フ
ォトセンサ素子よりなる入射放射線固体検知アレーが開
示されている。各フォトセンサ素子は折り返し（ＢＴＢ
）型ダイオード、即ち、一方は光応答ダイオードで他方
はブロッキングダイオードを有している。各ダイオード
はそれの電極によって形成される関連した静電容量を有
している。付与のコンデンサに残留する電荷の大きさが
検出され、その値は逆に感光性ダイオードに入射する入
射放射線の強さに合致している。さらに、このような線
形フォトダイオードアレーでは、走査時間が非常に長く
なるので、実時間の読み出し動作は実際には行なわれな
い。さらに、線形フォトダイオードアレーは二次元画像
を得るように移動されねばならない。

【０００６】他の固体検知アレーは複数の電荷結合素子
（以下ＣＣＤという）を含んでいる。ＣＣＤでは、比較
的導電性の半導体材料の層が二次元画像検知アレーにお
いて絶縁体によって電極を含む層から分離されている。 ところが、ＣＣＤは現在１インチごと以下の型で製作可
能である。より大きな型のアレーでは、アレーの１ライ
ンに存在しうる欠陥素子の数に起因する電荷転送の問題
がある。アレーの１ラインにおける欠陥素子のために、
その結果としてアレーのそのラインにおける電荷転送が
おこなわれない可能性がある。

【０００７】ニシキ（Ｎｉｓｈｉｋｉ）等による米国特
許第４，６８９，４８７号では大容量半導体検出装置（
４０ｃｍＸ４０ｃｍ）の使用が開示されている。この半
導体検出器は２，０００Ｘ２，０００マトリックス形状
で画像素子（画素またはピクセル）を含んでいる。各画
像素子はコンデンサに並列に電気的に接続されたフォト
ダイオードより成り、そしてこれらの素子は金属酸化膜
半導体電界効果トランジスタ（以下ＭＯＳＦＥＴという
）のドレインに電気的に接続されている。フォトダイオ
ードは多結晶性または非晶質の材料より成る。

【０００８】バーガー（Ｂｅｒｇｅｒ）等による米国特
許第４，８１０，８８１号では、３６ｃｍＸ４３ｃｍの
非結晶質シリコン検出器が開示されている。上記検出器
における各画像素子は非結晶性シリコンダイオードを有
しており、該ダイオードはコンデンサに直列に電気接続
されており、これらは順次非結晶質シリコンのベース接
地型電界効果トランジスタのドレインに電気接続されて
いる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】米国特許第４，６８９
，４８７および４，８１０，８８１の検出器はいずれも
非破壊画像読み出し能力を備えていない。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は画像素子のアレ
ーを有する放射線検出装置を含んでいる。各画像素子は
フォトダイオードを含んでいる。フォトダイオードは薄
膜トランジスタのゲートに接続されている。該装置がＸ
線照射を受けたとき、フォトダイオードは電流を発生す
る。また本発明の装置は実時間非破壊読み出し能力があ
る。

【００１１】本発明のフォトダイオードはＸ線に高感度
の蛍光体を有する発光層を使用することによりＸ線に対
して高感度を有する。発光層は蛍光スクリーン内に配置
可能であり、または蛍光体をフォトダイオードの上に直
接配置することが可能である。また一方、フォトダイオ
ードはＸ線に高感度の構成とすることが可能であり、こ
れによって、Ｘ線に高感度の蛍光体を備える必要性を解
消している。

【００１２】

【実施例】本発明にかかるＸ線画像検出装置１０が図１
に概略図示されている。装置１０は固体Ｘ線検出器１２
を有している。固体検出器１２は、放射線発生源１６か
ら放出され人体１８を通過したＸ線１４を検出する。検
出器１２から送信されたアナログビデオ信号は中央処理
装置（ＣＰＵ）２０で受信され、アナログ／デジタル変
換器（以後Ａ／Ｄ変換器という）によりデジタル信号に
変換され記憶装置に記憶される。記憶データを用いた画
像は表示装置２２またはレーザプリンタ２６を介して設
けられたハードコピー装置２４に投影することが可能で
ある。

【００１３】固体放射線検出器１２のさらに詳細な構成
を図２に示す。検出器１２は、Ｘ線高感度蛍光体を有す
る発光層２８と、非結晶質シリコンショットキーバリア
ダイオードアレー層３０と、ポリシリコン薄膜トランジ
スタ（ＴＦＴ）アレー層３２と、読み出し回路装置３４
を含んでいる。発光層２８内に含まれる蛍光体は入射Ｘ
線を対応する可視光線に変換する。上記非結晶質シリコ
ンショットキーバリアダイオードアレー３０は発光層２
８から入射された光の強さに対応する電気信号を発生す
る。フォトダイオードアレー３０に発生した電流はアレ
ー３２の関連するＴＦＴのゲートに入力される。

【００１４】読み出し回路装置３４は、電気信号を増幅
し、アナログ信号をデジタル信号に変換し、そして信号
を記憶装置に記憶するために使用され、それによって上
記信号が光学的または電気的表示装置において使用可能
となる。上記検出器は単一モジュールまたは多重モジュ
ール（タイル構造）上に形成可能であり、同一基板上に
読み出し回路装置３４が設けられている。上記読み出し
回路装置は、従来公知の高移動度ポリシリコン技術にも
とずくものであり、単一モジュールまたはマルチモジュ
ールの周辺部にそって配置されている。

【００１５】検出器１２は複数の画像素子より構成され
る。典型的な画像素子３６が図３ａに発光層２８なしで
図示されている。各画像素子３６においては、好ましく
は非結晶性シリコンショットキーダイオード３８がポリ
シリコン薄膜トランジスタ４０の上に配置されている。 フォトダイオードはまたダイオードがＴＦＴと互いに並
んだ関係に位置するように配列することも可能である。 フォトダイオードはまたｐ−ｉ−ｐ型に構成可能であり
、ここでｐとはｐ型のドープ処理された非結晶質シリコ
ン、ｉとはドープ処理されない非結晶質シリコン、ｎと
はｎ型のドープ処理された非結晶質シリコンであり、ま
たはフォトダイオードはＭＩＳ構成とすることが可能で
あり、この場合Ｍは金属、Ｉは絶縁層、Ｓはドープ処理
されない非結晶質シリコンを表す。画像素子はその面積
の大きさが４２０平方ミクロン、２２０平方ミクロン、
１２０平方ミクロンおよび８０平方ミクロンのものが製
作されている。５０平方ミクロンまたはそれより小さい
面積の画像素子の製造も予想される問題なしに可能であ
ると思われる。

【００１６】次に、薄膜トランジスタ４０はシリコンウ
ェーファなどの基板上に配置される。ところで、石英ま
たはガラスの基板がより大きな面積を備えているので好
ましい。

【００１７】ショットキーバリアダイオード３８はドー
プ処理されていない水素添加非結晶質シリコン層４２と
それに隣接したドープ処理された水素添加非結晶質シリ
コン層４４とを含んでおり、該２個のシリコン層４２お
よび４４は導電層４６と金属層４８との間に介在してい
る。ショットキーバリアは金属層４８とドープ処理され
ない非結晶質シリコン層４２との間に形成される。金属
層４８は好ましくは水素ガス中において焼きなまし処理
される。鉛またはタングステンやプラチナなどの重金属
の層４９がトランジスタをＸ線から保護するために導電
層４６と薄膜トランジスタ４０との間に配置される。ダ
イオード３８はさらに最上層として透明の導電性酸化物
または他の光学的整合層５０を有することも可能である
。外部接続のために、金属層５１がダイオードの周辺部
に配置される。

【００１８】上記薄膜トランジスタは、ソース５２、ド
レイン５４およびポリシリコンのゲート５６を有してい
る。薄膜トランジスタのゲートは好ましくは金属接触部
材６６によってダイオード３８の導電層４６に導電的に
接続されている。入射Ｘ線によってショットキーバリア
ダイオード３８に発生した電流はＴＦＴのゲート５６に
入力され、トランジスタに対するドレインソース電流の
大きさを変化させる。ＴＦＴのゲートにおける電位はゆ
っくりと発散し、ドレインソース電流からの読み出し動
作が延長時間の間可能である。ゲート５６における電荷
蓄積時間は２０ないし３０秒の範囲内であり、従って本
発明の装置の各Ｘ線照射にたいして数回の読み出し動作
が可能である。上記一照射で数回の読み出し動作を行う
能力により、これら複数の読み出し結果を平均化するこ
とによりノイズを減少させることが可能となり、それに
よって検出器のノイズ率に対して信号値を高めることに
なる。

【００１９】読み出し回路装置３４は、信号の増幅処理
、Ａ／Ｄ変換、およびＣＰＵ２０のメモリにこのような
信号を記憶するための信号送信のための機構を提供する
ためのシフトレジスタ６８およびマルチプレクサ７０を
有している。また、記憶信号のビデオ表示用出力端子７
２、またはさらにレーザプリンタによる信号処理用の出
力端子７４が設けられている。

【００２０】本発明の非結晶質シリコンショットキーバ
リアダイオードは、１０‐１１Ａ／ｃｍ２の範囲の暗電
流、１０‐２ないし１０‐１Ａ／ｃｍ２の範囲の順電流
を提供し、また暗電流を越える光電流の比率は低レベル
発光でほぼ１０４、すなわち１．０ないし１０μＷ／ｃ
ｍ２である。

【００２１】アレーの一つのフォトダイオードからの光
電流が隣接するフォトダイオードに達するのを防止する
ために、図４に示すように各フォトダイオード３８に関
してブロッキングダイオード７６がそれぞれ設けられて
いる。

【００２２】さらに図３ｂに示すように、ここでは図３
ａで示された要素と同じ要素を示すのに同一の参照番号
が使用されているが、ポリシリコンＴＦＴ４０は基本的
には図３ａに関して記述したものと同じ構成となってい
る。ポリシリコンＴＦＴの上部にフォトダイオード３８
とブロッキングダイオード７６が配置されている。フォ
トダイオード３８とブロッキングダイオード７６は共有
層として、導電層４６、ドープ処理された水素添加非結
晶質シリコン層４４およびドープ処理されない非結晶質
シリコン層４２を有している。さらに、鉛層４９もまた
導電層４６とＴＦＴ４０との間に含めることも可能であ
る。

【００２３】フォトダイオード３８とブロッキングダイ
オード７６を形成するために、金属層４８ａおよび４８
ｂが図３ａにおける金属層４８の場合とほぼ同じように
して形成される。ところが、従来のパターニング技術を
採用すれば、区分け層４８ａおよび４８ｂは導電的に分
離されて形成されフォトダイオード３８およびブロッキ
ングダイオード７６を形成する。上記両金属層４８ａお
よび４８ｂは好ましくはプラチナ材より成る。フォトダ
イオードに対するブロッキングダイオードの面積比は１
：２２ないし１：１の範囲である。

【００２４】金属層５７が、読み出し回路装置への接続
用にどの光線もブロッキングダイオードを貫通させない
だけの充分な厚さでブロッキングダイオード７６の金属
層４８ｂの上部に設けられる。充分な厚さは２，０００
ないし５，０００Åの範囲である。

【００２５】フォトダイオードはまた読み出し回路装置
との接続のために周辺部に配置された金属層５１を有し
ている。

【００２６】また光電流が隣接するフォトダイオード間
を流れるのを防止することが図５に示す構成によって解
決されている。図５において、ＴＦＴ４０は図４に示す
構成とは反対方向にバイアスされており、ブロッキング
ダイオードの省略を可能にしている。

【００２７】本発明の検出器において使用されるＸ線高
感度蛍光体には、スクリーン画像を補強するのに使用さ
れるレントゲン写真技術における公知のものが選択可能
である。このような蛍光体としては、限定されてはいな
いが、テルビウムまたはユーロピウムでドープ処理され
た酸化硫化ガドリニウム、酸化イットリウム、カルシウ
ムタングステン、ユーロピウムでドープ処理されたフッ
ソ塩化バリウム、テルビウムまたはツリウムまたはジス
プロシウムでドープ処理された硫酸バリウムまたは硫酸
ストロンチウム、および硫化亜鉛を含む。

【００２８】蛍光体はフォトダイオードの大きさと同じ
コラムサイズのマイクロコラムにおける各画像素子上に
個々に配置可能である。個々のマイクロコラムの配列は
散乱発光を関連画像素子の領域に限定する。ダイオード
が最初に基板上に配置されＴＦＴが上記ダイオードの上
に配置されたときには、蛍光体は基板内に直接に埋設さ
れる。

【００２９】従来のスクリーンもまた本発明の一部とし
て考慮されている。しかし、このようなスクリーンを使
用する場合は放射光は幾分拡散し、そのため画像の鮮明
度が低下する。

【００３０】コラム状の蛍光体を使用する場合は放射光
がコラム領域に限定されるので、画像の鮮明度は従来の
ものよりずっと良くなる。さらに、散乱放射光は領域限
定されるので、蛍光体層の厚さは画像の鮮明度を低下さ
せることなく増大させることが可能である。蛍光体の厚
さを増大させることによりＸ線の吸収作用は増大し、そ
れによって検出器の感光度が向上する。

【００３１】コラム状の蛍光体を製作することは当該技
術において公知である。ヨーロッパ特許出願公開０１７
５，５７８では、テルビウムまたはツリウムまたはジス
プロシウムでドープ処理された硫酸バリウム、テルビウ
ムまたはツリウムまたはジスプロシウムでドープ処理さ
れた硫酸ストロンチウム、およびアルカリハロゲン化物
から選択されたコラム状蛍光体層の使用が開示されてい
る。このような蛍光体層は当該技術において公知の真空
蒸発、スパッタリングまたはその他の技法により形成可
能である。ガドリニウムまたはランタンの酸硫化物を含
むコラム状蛍光体スクリーンが米国特許第４，０６９，
３５５に開示されている。このような構造の蛍光体は真
空蒸着技術によって形成される。

【００３２】本発明の読み出し機構および検出器構造は
またＸ線に直接感知作用のあるフォトダイオードを有す
る検出器に適用可能である。Ｘ線に対して直接感知作用
のあるフォトダイオードは、蛍光体層の必要性なしにＸ
線センサとしての作用を行う。本実施例にかかるフォト
ダイオードおよびブロッキングダイオードとしては、セ
レン（Ｓｅ）、セレン化鉛（ＰｂＳｅ）、セレン化硫化
鉛（ＰｂＳｘＳｅｉ−ｘ）、テルル化カドミウム（Ｃｄ
Ｔｅ）、テルル化水銀カドミウム（ＨｇＣｄＴｅ）、テ
ルル化セレン（ＳｅＴｅ）など、またはその他の高原子
番号の材料のＸ線高感度層を有するダイオードが使用可
能である。

【００３３】セレンダイオードの構造は、例えば、透明
導電性の酸化物（ｏｘｉｄｅ）／セレン（Ｓｅ）／金属
、または透明導電性酸化物のセレン化カドミウム（ｏｘ
ｉｄｅ　ＣｄＳｅ）／セレン（Ｓｅ）／金属などのショ
ットキーバリア型のものが使用可能である。テルル化カ
ドミウム（ＣｄＴｅ）のダイオードの構成としては、例
えば、透明導電性の酸化物（ｏｘｉｄｅ）／セレン化カ
ドミウム（ＣｄＳｅ）／テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ
）／金属などの構造のものが使用可能である。テルル化
水銀カドミウム（ＨｇＣｄＴｅ）のダイオードの構成と
しては、例えば、透明導電性の酸化物（ｏｘｉｄｅ）／
硫化カドミウム（ＣｄＳ）／テルル化水銀カドミウム（
ＨｇＣｄＴｅ）／金属などの構造のものが使用可能であ
る。Ｘ線に対して直接感知作用を有するフォトダイオー
ドは当該技術で公知の蒸着、スパッタリング、または電
子蒸着などの薄膜蒸着技術を用いて形成可能である。Ｘ
線高感度層の厚さは１０μｍないし５００μｍの範囲で
ある。

【００３４】以下に述べる実施例は単に例示のためのも
のであって、本発明は以下のいずれの態様にも限定する
ためのものではない。以下の例は本発明の工程および製
法をより明快に説明するために記述されている。

【００３５】実施例１線形アレー固体Ｘ線放射検出器は
幅３インチのシリコンウェーファ上に厚さほぼ１ミクロ
ンの酸化シリコンの層を最初に成長させることにより形
成された。上記１ミクロンの酸化シリコン層は絶縁層と
して使用された。厚さほぼ１，５００Åの第二の非結晶
質ポリシリコン層が１８０ミリＴｏｒｒの気体圧力下で
ほぼ５６０℃の温度での低圧化学蒸着により形成された
。 プラズマ増強化学蒸着法もまたポリシリコン非結晶質層
を形成するのに利用可能である。

【００３６】次に上記第一および第二の層を有するウェ
ーファはほぼ１．５Ｔｏｒｒの気体圧力でほぼ６２０℃
の温度の窒素ガス中において２４時間焼きなまし処理さ
れ結晶質のポリシリコン層を形成した。上記結晶質ポリ
シリコンのグレインサイズは５００Åないし３，０００
Åの範囲となった。

【００３７】この結晶質ポリシリコン層は写真製版技術
により別々の分離体（アイランド）にパターン処理され
た。ゲート用の厚さ１，０００Åの非結晶質酸化シリコ
ン層が電気的絶縁層としてほぼ１，０５０℃の温度で形
成された。低圧化学蒸着法を用いて、トランジスタのゲ
ートとして使用される厚さほぼ３，５００Åのポリシリ
コン層が蒸着形成されパターン処理された。

【００３８】ｎ＋−型シリコンのドレインとソースは、
ほぼ１０１５ａｔｏｍ／ｃｍ２のレベルでイオンビーム
析出法によりリン蛍光体を注入することにより形成され
た。リン蛍光体の注入は非結晶質酸化シリコンを貫通す
るヴァイアホールの形成の前に実施された。注入後、リ
ン蛍光体はほぼ１，０５０℃の窒素ガス中における３０
分間の焼きなまし処理の間活性化された。

【００３９】上記非結晶質酸化シリコンを貫通するヴァ
イアホールの形成後に注入が行なわれた場合、ポリシリ
コンゲートの厚さは３，５００Åから５００Åないし１
，５００Åの範囲に減少される。ポリシリコンゲートの
厚さを減少させることにより以下に説明する次工程のプ
ラズマ水素添加処理の効果が高められるであろう。

【００４０】次にゲート電極用のアルミニウムがスパッ
タリングにより蒸着された。アルミニウム‐シリコン‐
銅の合金／クロムもまたゲート電極用の材料として使用
可能である。次に装置は、上記アルミニウムとシリコン
との接触状態を良くするために水素ガス１５パーセント
と窒素ガス８５パーセントとの形成用混合気体中におい
て焼きなまし処理された。焼きなまし処理の後プラズマ
水素添加処理が窒素ガス５０パーセントと水素ガス５０
パーセントとの混合気体中において３００℃の温度で３
０分間行なわれた。焼きなまし処理は好ましくは１時間
に達するまで行なわれた。厚さ３，０００Åの酸化けい
素（ＳｉＯｘ）の絶縁層が最初に析出形成され、次に厚
さ３，０００Åの窒化けい素（ＳｉＮｘ）の層が焼きな
まし処理された装置上に結合絶縁層として析出形成され
た。上記両絶縁層ＳｉＯｘおよびＳｉＮｘはプラズマ増
強化学蒸着法により形成された。ＳｉＮｘ絶縁層は、プ
ラズマ水素添加処理の間粒界内に結合される水素ガス量
を最適にするためにＴＦＴのゲート電極の最上部に蒸着
される。ＳｉＮｘ絶縁層はトラッピング（捕獲）欠陥の
数を減少させまたＴＦＴの漏れ電流を減少させる。

【００４１】クロム金属製プラグは、上記ＳｉＮｘまた
はＳｉＯｘ絶縁層を貫通して上記形成された薄膜トラン
ジスタのゲート電極に達するヴァイアホールを満たすた
めに使用された。金属製プラグは任意の適当な金属製の
ものが可能であるが、アルミニウム／クロム合金もまた
金属プラグ形成のために使用可能である。

【００４２】フォトダイオードの形成より前に、ニュー
ヨーク、アルドスレイのチバガイギ社（Ｃｉｂａ−Ｇｅ
ｉｇｙ　　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　　ｏｆ　　Ａｒｄ
ｓｌｅｙ）製のプロブイミド（Ｐｒｏｂｉｍｉｄｅ）４
０８が、薄膜トランジスタの表面を平たん化するために
スピンコーティング法により蒸着された。ほぼ１μｍの
厚さのプロブイミドが形成された。他の型のポリイミド
またはスピンオングラスがほぼ１μｍないし２μｍの厚
さ範囲においてプロブイミドと取り替え可能である。上
記平たん化工程によりフォトダイオードの傾斜部分は減
少されおよび／または平滑にされるので、プロブイミド
層は検出器の性能を向上させる。フォトダイオードが載
置されている薄膜トランジスタの表面を平たん化するこ
とにより、フォトダイオードを横切るかなり高い電界が
減少されるであろう。フォトダイオードの厚さが薄すぎ
ると、電界は所定電圧で高くなる。装置を横切る高い電
界は該装置を劣化させまたは破壊することがある。

【００４３】ショットキーバリアダイオードを形成する
前に、厚さ１ないし２ミクロンの鉛の層がプロブイミド
４０８上に形成された。この鉛層によって薄膜トランジ
スタへの入射Ｘ線量が低減される。タングステンまたは
プラチナなどの高Ｘ線吸収率を有する高原子番号のその
他の金属も使用可能である。

【００４４】次に、ショットキーバリアダイオードが、
厚さがほぼ１，０００Åないし５，０００Åのクロム電
極層をスパッタリングにより最初に蒸着することにより
形成された。次に、リン蛍光体のドープ処理されたｎ型
非結晶質シリコンが、プラズマ強化化学蒸着によりクロ
ム層上に形成された。上記シリコンの蒸着形成の前に、
クロム層表面に発生する酸化クロム（ＣｒＯｘ）がアル
ゴンプラズマ内において処理される。アルゴンの代わり
に水素ガスも使用可能である。ドープ処理された非結晶
質シリコン層のクロム層はウェットエッチング溶液技術
によりパターン処理された。エッチング処理されたクロ
ムおよびｎ型リンドープ処理済非結晶質シリコンのパタ
ーンは、ドープ処理済非結晶質シリコンの表面上の元々
の酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）を除去するために脱イオン水
に２パーセントのフッ化水素（ＨＦ）の溶液に浸液され
た。元からの酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）はまた現場無水フ
ッ化物浄化工程により除去可能である。無水フッ化物浄
化工程は製造工程においておよび環境に対して最も影響
が少ないために好ましい方法であろう。

【００４５】次に、非ドープの厚さほぼ５，０００Åの
非結晶質シリコン層がドープ処理済非結晶質シリコン層
上に蒸着された。

【００４６】これらドープ処理済および非ドープの両非
結晶質シリコン層はプラズマ強化化学蒸着装置において
蒸着される。蒸着装置において使用された気体は非ドー
プ非結晶質シリコン用としては水素化ケイ素（シランＳ
ｉＨ４）と純粋の水素ガスであり、またリンドープ処理
済非結晶質シリコンの蒸着用としてはシラン、気状リン
化水素および水素ガスが使用された。基板温度は２５０
℃に保たれた。上記非結晶質シリコンはパターン処理さ
れなかった。しかし、この非結晶質シリコンはアイラン
ド（分離体）を形成するためにマイクロリトグラフ技法
によりパターン処理することも可能である。

【００４７】次に、非ドープ非結晶質シリコン層の表面
が元からの酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）を除去するために脱
イオン水の２パーセントＨＦ溶液に浸液処理された。元
からの酸化ケイ素ＳｉＯｘはまた現場無水フッ化物浄化
工程により除去可能である。

【００４８】厚さがほぼ１５０Åのプラチナ層が非ドー
プのａ−Ｓｉ：Ｈ層上にスパッタ法により形成された。 そしてプラチナ層は最上部の電極用にパターン処理され
剥離エッチング技法によりブロッキングダイオードおよ
びフォトダイオードを形成した。各画像素子のフォトダ
イオードおよびブロッキングダイオードの面積はプラチ
ナ層の面積により決定される。面積比は１：１から１：
２２まで変化される。ブロッキングダイオードとフォト
ダイオードのプラチナ層は非結晶質シリコン層によって
分離されている。ａ−Ｓｉ：Ｈとプラチナとの界面にお
ける欠損をなくすために、上記両ダイオードは水素気体
中においてほぼ３００℃の温度でほぼ１ないし１．５時
間焼きなまし処理された。

【００４９】厚さがほぼ２，０００Åの酸化ケイ素Ｓｉ
Ｏｘの第１層と次に厚さがほぼ１，５００Åの酸化ケイ
素ＳｉＯｘの第２層が絶縁層としてプラズマ強化化学蒸
着により形成された。窒化ケイ素ＳｉＮｘと酸化ケイ素
ＳｉＯｘとの２個の層は、プラチナ層が電極として構成
されるようにパターン処理された。

【００５０】次に、アルミニウムの最上部電極層がスパ
ッタリングにより形成された。このアルミニウム層はま
たＥビーム蒸着法によって形成することも可能である。 次に最上部アルミニウム電極層は剥離エッチング技法に
よりパターン処理された。湿式エッチング技法もまた利
用可能である。接触状態と装置の性能をさらに向上させ
るために、装置アレーが形成用ガス気体中においてほぼ
２７５℃の温度でほぼ１時間焼きなまし処理された。

【００５１】ＴＦＴのゲート、ドレイン、およびソース
用の他の金属としては、アルミニウム‐銅‐シリコンの
合金、アルミニウム‐クロムの二重層、ケイ化タングス
テン、またはその他のケイ化金属が使用可能である。ま
た一方、ポリシリコン薄膜トランジスタはＰ型に形成、
即ちドレインおよびソースがホウ素などのＰ型ドーパン
トでドープ処理されるようにして形成することも可能で
ある。ホウ素によるドープ処理はイオン注入法により行
なわれる。

【００５２】本実施例で作成された検出器の１μＷ／ｃ
ｍ２の可視光線に関する応答反応を図６に示す。図６の
データを得るために使用された試験回路構成が図４に図
示されている。図６のデータは、該検出器が１ないし５
ｍＲの医療用Ｘ線量に対応する非常に低レベルの発光量
に高感度を有することを示している。

【００５３】検出器が２００ｍＡの電流で９０ｋＶｐの
医療用Ｘ線量を２秒間厚さ２０ｍｍのアルミニウムフィ
ルターを介して照射された場合も同様の結果が得られた
。これらの結果は図７に図示されている。検出器は、２
００ｍＡで９０ｋＶｐのＸ線量で１６ミリ秒間スクリー
ンを感度増強する３−Ｍトリマックス（Ｔｒｉｍａｘ）
Ｂ１２を使用して１ｍＲ以下のＸ線量に対して感度降下
しており、このときのＸ線発生源は検出器から１メート
ルの距離に設定されていた。

【００５４】実施例２３２画像素子線形アレー検出器は
、プラチナ層がブロッキングダイオードを形成するため
にパターン処理されずにプラチナ層の全領域がフォトダ
イオードのために使用されていること以外は、実施例１
で説明した方法と同じ技法により構成された。

【００５５】３２画像素子線形アレー検出器は１．２５
ｍＲから５ｍＲまでのＸ線照射により試験が行なわれた
。 蛍光体スクリーンを感度強化する３Ｍトリマックス（Ｔ
ｒｉｍａｘ）Ｂ１２が使用された。５ｍＲ、２．５ｍＲ
、１．２５ｍＲおよび０ｍＲのＸ線照射の前後における
ＴＦＴの出力電流のグラフが図８に図示されている。図
８のグラフは、上記出力電流はＸ線照射後数回読むこと
が可能であり、該出力信号はＸ線照射後少なくとも２０
秒間存在していることを示している。一回だけのＸ線照
射で数回出力信号を読み取ることができるため、検出器
の信号対雑音比（ＳＮ比という）が改良される。

【００５６】実施例３ハイブリッド検出器アレーは、ハ
イブリッド検出器を形成するために１ｘ３２非結晶質シ
リコンフォトダイオードアレーを１ｘ３２ポリシリコン
薄膜トランジスタアレーに配線により結合することによ
り作成された。フォトダイオードアレーとポリシリコン
ＴＦＴアレーは実施例１で説明した方法と同様の技法で
製作された。フォトダイオードとＴＦＴは２個の分離し
た基板上に形成された。フォトダイオードの線形アレー
とＴＦＴの線形アレーは、予め形成されたフォトダイオ
ードアレーとＴＦＴアレーとを切断処理し、そしてダイ
オードとＴＦＴとをその切断端部をはんだ付け処理する
ことにより接着された。ハイブリッド検出器は回路構成
を検出器用として最適状態になるようにして使用された
。実施例３のハイブリッド検出器は最適のダイオードア
レーと最適のＴＦＴアレーとを自在に選択し上記両最適
アレーを結合し、それによって最高の性能を有するアレ
ーを形成するように構成されている。ハイブリッド検出
器は波長５５０ｎｍの１．６μＷの光照射を受け、１０
０ミリ秒および２００ミリ秒の２種類の異なる露光時間
に対する結果が図９に図示されている。

【００５７】本実施例のハイブリッド検出器は３−Ｍト
リマックス（Ｔｒｉｍａｘ）Ｂ１２蛍光体スクリーンお
よび厚さ３．１７ｍｍと２０ｍｍのアルミニウムフィル
タを使用しており、該検出器は２００ｍＡで９０ｋＶｐ
のＸ線管に２００ミリ秒間照射された。

【００５８】２μＡのドレイン／ソース電流が厚さ３．
１７ｍｍのアルミニウムフィルタを使用したときに観察
された。０．６μＡのドレイン／ソース電流が厚さ２０
ｍｍのアルミニウムフィルタを使用したときに観察され
た。 本実施例の検出器を使用するときの減衰時間は１５秒間
の長さであり、一回の露光動作で数回の読み取りが可能
となり、それによって最終の記録信号のＳＮ比が向上さ
れた。

【００５９】実施例４検出器の最終出力信号を増大させ
るために、第２のポリシリコンＴＦＴを実施例２の検出
器の既存のポリシリコンＴＦＴに追加配置することが可
能である。各画像素子において第２ＴＦＴのゲートは第
１ＴＦＴのドレインに接続されている。上記第１および
第２ＴＦＴは実施例Ｉで説明した方法と同様の技法で製
作可能である。

【００６０】演算結果は、図１２に示すように第２ＴＦ
Ｔを使用することにより５０倍までの増幅率を示してい
る。

【００６１】実施例５図１０に示すように、１４インチ
Ｘ１７インチの大型サイズのＸ線センサ５８が４個の７
インチＸ９インチのセンサアレーモジュール６０、６２
、６３および６４により構成されている。各モジュール
は２，０００Ｘ２，０００フォトダイオードＴＦＴアレ
ーを有している。各モジュールのコーナー部には電子回
路構成が配置されている。集積スキャナ６６がダイオー
ド／ＴＦＴ画像素子マトリクスと同時に公知の薄膜蒸着
技法により形成され、それによって図１０に示すような
充分に集積されたドライブ回路不活性マトリクスが形成
される。各モジュールは、隣接するモジュール間の位置
関係が画像素子の大きさより小さい距離、本実施例では
ほぼ８０μｍだけ重複するように配置されている。ドラ
イブ回路構成の追加配置による画像損失は、ドライブ回
路が視野領域の外側に位置しており全く余分の存在とな
りうるので、起こらない。

【００６２】集積スキャナ回路用の高移動度ポリシリコ
ン基板ＣＭＯＳ装置用として、レーザ焼鈍高速熱処理ポ
リシリコンがこの装置用として利用可能である。

【００６３】以上本発明を好ましい実施例を参照して説
明したが、当業者にとっては、本発明の要旨および範囲
内において形態および内容を変形することが可能である
ことは明らかであろう。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の検出装置
１２は、正確な実時間、非破壊の読み出し動作が可能で
あるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　レントゲン写真装置における本発明の概略
図である。

【図２】　　本発明のＸ線検出器の分解斜視図である。

【図３】　　（ａ）は、本発明の検出器の画像素子の断
面図であり、（ｂ）は、ブロッキングダイオードを含む
本発明の検出器の画像素子の断面図である。

【図４】　　ブロッキングダイオードを含む本発明の画
像素子の回路図である。

【図５】　　ブロッキングダイオードを含まない本発明
の画像素子の回路図である。

【図６】　　本発明の集積検出器の波長λの光照射に対
する応答を示すグラフ図である。

【図７】　　本発明の３２画像素子の線形アレーの医療
用レントゲン写真におけるＸ線適用量に対する応答を示
すグラフ図である。

【図８】　　種々のレベルのＸ線照射に応答して所定時
間外に発生する本発明の検出器の薄膜トランジスタの出
力電流のグラフ図である。

【図９】　　本発明の３２画像素子のハイブリッド線形
アレーの医療用レントゲン写真におけるＸ線適用量に対
する応答を示すグラフ図である。

【図１０】　　モジュール様式により構成された本発明
の二次元アレー検出器の概略図である。

【図１１】　　第２ＴＦＴの増幅率を示すグラフ図であ
る。

【符号の説明】

１２　　固体Ｘ線検出装置 ２０　　ＣＰＵ ２２　　表示装置 ２８　　発光層 ３０　　非晶質シリコンショットキーバリアダイオード
アレー層 ３２　　ポリシリコンＴＦＴアレー層 ３４　　読み出し回路

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　複数の画像素子を有し、各画像素子が
   、ゲートを有する薄膜トランジスタ；と上記画像素子が
   Ｘ線照射を受けたときに電流を発生する上記薄膜トラン
   ジスタのゲートに導電的に接続されたフォトダイオード
   とを有することを特徴とする検出装置。
2. 【請求項２】　　該装置がさらにフォトダイオードと関
   連した受光素子においてＸ線検知蛍光体を有することを
   特徴とする請求項１記載の検出装置。
3. 【請求項３】　　フォトダイオードがＸ線検知層を有す
   ることを特徴とする請求項１記載の検出装置。
4. 【請求項４】　　上記複数の画像素子が２次元アレー状
   に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３記
   載の検出装置。
5. 【請求項５】　　フォトダイオードが非晶質シリコンダ
   イオードであることを特徴とする請求項１ないし４記載
   の検出装置。
6. 【請求項６】　　シリコンダイオードは、非ドープの非
   晶質シリコン層と該非ドープ層に隣接したドープ処理済
   非晶質シリコン層とを有しており、上記両シリコン層は
   第１および第２電極層の間に介在されており、上記第１
   電極層は薄膜トランジスタのゲートに導電的に接触して
   いることを特徴とする請求項５記載の検出装置。
7. 【請求項７】　　該装置がさらにＸ線吸収金属層を有し
   ており、該Ｘ線吸収金属層はフォトダイオードと薄膜ト
   ランジスタのゲートとに導電的に接触していることを特
   徴とする請求項１ないし６記載の検出装置。
8. 【請求項８】　　該装置がさらに薄膜トランジスタとフ
   ォトダイオードとの間に配置された絶縁層を有しており
   、また薄膜トランジスタのゲートとフォトダイオードと
   の間における導電的接続を可能にするための手段を有し
   ていることを特徴とする請求項１ないし７記載の検出装
   置。
9. 【請求項９】　　該装置がさらにアレーの画像素子から
   の電気信号を受信し送信するための回路手段を有してい
   ることを特徴とする請求項１ないし８記載の検出装置。
10. 【請求項１０】　　上記回路手段がアレーの周辺部に沿
    って配置されていることを特徴とする請求項９記載の装
    置。