專利名稱：放射線檢測(cè)設(shè)備和放射線圖像拾取系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種放射線檢測(cè)設(shè)備，該放射線檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)諸如可見光、紅外線、X射線、a射線、卩射線和Y射線的放射線。具體地 講，本發(fā)明適合于涉及如下放射線檢測(cè)設(shè)備，該放射線檢測(cè)設(shè)備檢測(cè) 諸如X射線、a射線、p射線和Y射線的放射線，并且該放射線檢測(cè) 設(shè)備應(yīng)用于使用放射線的醫(yī)學(xué)診斷成像系統(tǒng)、無損檢驗(yàn)設(shè)備和分析設(shè) 備。在本說明書中，放射線將包括諸如可見光和紅外線的光以及諸如 X射線、a射線、p射線和Y射線的電離放射線。轉(zhuǎn)換元件為將放射 線轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的元件。轉(zhuǎn)換元件將包括光電轉(zhuǎn)換元件和半導(dǎo)體元 件，光電轉(zhuǎn)換元件將諸如可見光和紅外線的光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，半導(dǎo)體 元件將諸如X射線、a射線、p射線和Y射線的放射線轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。 波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器將把諸如X射線和Y射線的入射放射線轉(zhuǎn)換為具有可被光 電轉(zhuǎn)換元件檢測(cè)到的波長(zhǎng)范圍的光。
背景技術(shù)：
眾所周知，使用諸如氫化非晶硅(以下縮寫為a-Si)的非單晶半 導(dǎo)體的轉(zhuǎn)換元件為這樣的轉(zhuǎn)換元件，該轉(zhuǎn)換元件將包括諸如可見光和 紅外線的光、X射線、a射線、p射線和y射線的放射線轉(zhuǎn)換為電信 號(hào)。使用平板檢測(cè)器(以下縮寫為FPD)的放射線檢測(cè)設(shè)備作為使用 轉(zhuǎn)換元件的放射線檢測(cè)設(shè)備而受到關(guān)注。在FPD中，按兩維矩陣布 置多個(gè)像素。像素包括在絕緣基板上由非單晶半導(dǎo)體制備的轉(zhuǎn)換元件 和由非單晶半導(dǎo)體制備的諸如薄膜晶體管(以下縮寫為TFT)的開關(guān)元件。在FPD中，在將預(yù)定偏壓施加到轉(zhuǎn)換元件的同時(shí)，轉(zhuǎn)換元件 將具有圖像信息的放射線轉(zhuǎn)換為電荷，可通過用開關(guān)元件讀取電荷來獲得基于圖像信息的電信號(hào)。對(duì)于由非單晶半導(dǎo)體構(gòu)成的轉(zhuǎn)換元件， 有時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)換元件的長(zhǎng)時(shí)間的偏壓施加引起傳感器特性的劣化。因此， 嘗試通過如下方式來減輕由于長(zhǎng)時(shí)間使用而引起的傳感器特性的劣 化，即，除了在攝取圖像時(shí)之外，將零電勢(shì)偏壓施加到轉(zhuǎn)換元件，而 僅在攝取圖像時(shí)將預(yù)定偏壓施加到轉(zhuǎn)換元件。然而，當(dāng)僅在攝取圖像 時(shí)將預(yù)定偏壓施加到轉(zhuǎn)換元件時(shí)，由非單晶半導(dǎo)體中的缺陷能級(jí)所捕 獲的電荷等產(chǎn)生不必要的電流，有時(shí)，由于由該不必要的電流所引起 的噪聲而導(dǎo)致作為信噪比的靈敏度降低。由缺陷能級(jí)所捕獲的電荷所 產(chǎn)生的不必要的電流為非單晶半導(dǎo)體的固有問題?？赏ㄟ^在將預(yù)定偏壓施加到轉(zhuǎn)換元件之后的特定間隔內(nèi)提供如 下備用周期來減少由不必要的電流所引起的靈敏度的降低，在所述備 用周期期間，不從轉(zhuǎn)換元件讀取信號(hào)。然而，從即刻性的觀點(diǎn)來講， 由于提供了在其期間不從轉(zhuǎn)換元件讀取信號(hào)的備用周期，所以在實(shí)際 的設(shè)備操作中需要改進(jìn)備用周期。因此，如在公開號(hào)為2002/0024016的美國專利中所公開的，公 知一種驅(qū)動(dòng)方法和設(shè)備，在該驅(qū)動(dòng)方法和設(shè)備中，在放射線之前用不 具有圖像信息的光照射屬于由a-Si構(gòu)成的轉(zhuǎn)換元件的光電轉(zhuǎn)換元件， 從而該轉(zhuǎn)換元件可在將預(yù)定偏壓施加到該轉(zhuǎn)換元件之后立即攝取圖 像。公開號(hào)為2002/0024016的美國專利中所公開的設(shè)備具有如下結(jié) 構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，在提供光電轉(zhuǎn)換元件的基板的背面布置用于發(fā)射不 具有圖像信息的光的光源，來自該光源的光透射穿過光電轉(zhuǎn)換元件或 者在像素之間透射，光電轉(zhuǎn)換元件的光接受表面接受該光。公開號(hào)為 2002/0014592的美國專利也公開了 一種類似的構(gòu)造。在光電轉(zhuǎn)換元件中總是要求改進(jìn)靈敏度，即，改進(jìn)輸出和減小噪 聲。具體地講，可引用數(shù)值孔徑的改進(jìn)作為輸出的改進(jìn)的示例，所述 數(shù)值孔徑是一個(gè)像素中的轉(zhuǎn)換元件的占用面積比率。另一方面，可引 用互連部分阻抗的減小(即每個(gè)互連部分的寬度的增加)作為噪聲減 小的示例。也就是說，為了獲得高性能的放射線檢測(cè)設(shè)備，需要同時(shí) 實(shí)現(xiàn)互連部分寬度的增加和數(shù)值孔徑的改進(jìn)。因此，想到這樣一種方法，即，通過減小一個(gè)像素中的轉(zhuǎn)換元件 和開關(guān)元件之間的間距或者轉(zhuǎn)換元件和信號(hào)互連部分或驅(qū)動(dòng)互連部 分之間的間距來使數(shù)值孔徑增加或者使互連部分寬度變寬。然而，在 以上方法中，雖然由于減小了來自基板背面的光穿過的間距而改進(jìn)了 靈敏度，但是為了根據(jù)間距減小來補(bǔ)償靈敏度的降低，延長(zhǎng)了從基板 背面的必要光照射時(shí)間。也就是說，丟失了操作即刻性。在以上方法中，高輸出光源用于簡(jiǎn)單地確保操作即刻性和實(shí)現(xiàn)最 大靈敏度是可能的。在基板背面布置的高輸出光源發(fā)射不具有圖像信 息的光。然而，不能形成緊湊的設(shè)備，并且有時(shí)，會(huì)引起成本增加。當(dāng)從基板背面執(zhí)行光照射時(shí)，除了轉(zhuǎn)換元件之后，光還照射諸如TFT的開關(guān)元件。因此， 一種可能情況是，由于還在作為半導(dǎo)體元件 的開關(guān)元件中產(chǎn)生光電轉(zhuǎn)換，所以在開關(guān)元件中丟失開關(guān)功能。發(fā)明內(nèi)容鑒于前面的描述，本發(fā)明的目的是提供這樣一種裝置結(jié)構(gòu)，在該 裝置結(jié)構(gòu)中，使不具有圖像信息的光選擇性地從背面入射到諸如光電 轉(zhuǎn)換元件的轉(zhuǎn)換元件和具有高靈敏度和高即刻性的放射線檢測(cè)元件。本發(fā)明提供一種布置有多個(gè)像素的放射線檢測(cè)設(shè)備，所述像素具 有將放射線轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的轉(zhuǎn)換元件和連接至該轉(zhuǎn)換元件的開關(guān)元 件，所述轉(zhuǎn)換元件包括置于絕緣基板的第一表面上的第一電極、置于 第一電極上的第二電極以及置于第一電極和第二電極之間的半導(dǎo)體 層，其中，第一電極由透光導(dǎo)電材料形成，所述透光導(dǎo)電材料透射從 置于絕緣基板的與第一表面相對(duì)的第二表面上的光源發(fā)射的光，所述 開關(guān)元件具有遮光構(gòu)件，該遮光構(gòu)件防止來自光源的光入射到開關(guān)元 件。本發(fā)明提供一種放射線檢測(cè)設(shè)備，其中，設(shè)置有波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，所 述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器將入射到光電轉(zhuǎn)換元件的放射線轉(zhuǎn)換為具有可被光電 轉(zhuǎn)換元件檢測(cè)到的波長(zhǎng)范圍的光。本發(fā)明提供一種放射線檢測(cè)設(shè)備，其中，轉(zhuǎn)換元件為將諸如X射線、a射線、p射線和Y射線的入射放射線轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的半導(dǎo)體 元件。本發(fā)明的放射線圖像拾取系統(tǒng)為使用本發(fā)明的放射線檢測(cè)設(shè)備 的放射線圖像拾取系統(tǒng)，根據(jù)本發(fā)明，將放射線轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的轉(zhuǎn)換元件的基板側(cè)電極由 透光材料形成，光可從基板側(cè)電極入射，同時(shí)抑制光入射到作為諸如 薄膜晶體管的開關(guān)元件的半導(dǎo)體層。因此，使面板特性穩(wěn)定，并且可 在不損失即刻性的情況下實(shí)現(xiàn)高可靠性的放射線檢測(cè)設(shè)備。此外，當(dāng)在諸如薄膜晶體管的開關(guān)元件上提供轉(zhuǎn)換元件時(shí)，可同 時(shí)改進(jìn)靈敏度。從結(jié)合附圖的以下描述，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見 的，其中，在其所有附圖中，相同的參考標(biāo)號(hào)表示相同或類似的部分。


合并在本說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分的附示了本發(fā) 明的實(shí)施例，并且與描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的放射線檢測(cè)設(shè)備的一個(gè) 像素的示意性截面圖；圖2是當(dāng)按3x3矩陣布置像素時(shí)放射線檢測(cè)設(shè)備的示意性電路圖；圖3是當(dāng)在放射線檢測(cè)設(shè)備中布置光源時(shí)的示意性截面圖；圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的放射線檢測(cè)設(shè)備的一個(gè) 像素的示意性截面圖；圖5是顯示根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的放射線檢測(cè)設(shè)備的一個(gè) 像素的示意性截面圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的放射線檢測(cè)設(shè)備的示意性電路圖；圖7顯示使用本發(fā)明的放射線檢測(cè)設(shè)備的放射線檢測(cè)系統(tǒng)；圖8是顯示當(dāng)無機(jī)絕緣層用作層間絕緣層16時(shí)放射線檢測(cè)設(shè)備的構(gòu)造的示意性截面圖；和圖9是顯示當(dāng)無機(jī)絕緣層和有機(jī)絕緣層用作層間絕緣層16時(shí)放 射線檢測(cè)設(shè)備的構(gòu)造的示意性截面圖。
具體實(shí)施方式
第一實(shí)施例以下將描述根據(jù)第一實(shí)施例的放射線檢測(cè)設(shè)備。在第一實(shí)施例的 放射線檢測(cè)設(shè)備中，在具有像素的基板上方設(shè)置作為波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的閃 爍體層。像素包括作為轉(zhuǎn)換元件的MIS類型傳感器和作為開關(guān)元件的 TFT (薄膜晶體管)。圖1是顯示本發(fā)明的第一實(shí)施例的放射線檢測(cè)設(shè)備的一個(gè)像素 的示意性截面圖。參考圖1，標(biāo)號(hào)110表示透光絕緣基板，諸如玻璃 基板，標(biāo)號(hào)112表示由碘化銫(Csl)構(gòu)成的閃爍體層。閃爍體層112 為波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，其用于將諸如X射線的入射放射線轉(zhuǎn)換為具有可被 MIS類型傳感器檢測(cè)到的波長(zhǎng)的光，諸如可見光和紅外線。標(biāo)號(hào)201 表示作為開關(guān)元件的TFT，標(biāo)號(hào)202表示作為轉(zhuǎn)換元件的MIS類型 傳感器，標(biāo)號(hào)203表示由鋁等構(gòu)成的遮光層，標(biāo)號(hào)204表示第一層間 絕緣層，標(biāo)號(hào)205表示第二層間絕緣層。第一層間絕緣層204和第二 層間絕緣層205透射來自閃爍體層112的光和從在背面布置的光源透 射穿過透光絕緣基板110的光。在諸如玻璃基板的絕緣基板110上形成由鋁合金等構(gòu)成的遮光 層203，將SOG ( Si02溶解在溶劑中的溶液)施加在遮光層203上， 并通過烘烤基板來形成起平坦化層作用的第一層間絕緣層(變成透光 絕緣層)204。然后，形成TFT和MIS類型傳感器。按從基板(第一層間絕緣層)側(cè)的順序，TFT201包括柵極、柵 絕緣層、由a-Si等構(gòu)成的半導(dǎo)體層、起歐姆接觸層作用的雜質(zhì)半導(dǎo)體 層以及源極和漏極。按從基板(第一層間絕緣層)側(cè)的順序，MIS類 型傳感器202包括下電極(基板側(cè)上的電極)、絕緣層、由a-Si等構(gòu) 成的半導(dǎo)體層、起歐姆接觸層作用的雜質(zhì)半導(dǎo)體層以及上電極(與基板相對(duì)的側(cè)上的電極)。也就是說，TFT和MIS類型傳感器具有類 似的層構(gòu)造。MIS類型傳感器的下電極(基板側(cè)上的電極)由ITO 構(gòu)成，ITO為透光傳導(dǎo)材料，TFT的柵極也由ITO構(gòu)成。當(dāng)作為轉(zhuǎn)換元件的MIS類型傳感器202的下電極由透光材料形 成時(shí)，穿過下電極的光可以有效率地照射MIS類型傳感器202。因此， 例如，如在公開號(hào)為2002/0024016的美國專利中所乂〉開的，可通過在 讀取操作之前執(zhí)行光照射來立即讀取圖像的方法可用于立即讀取圖 像。如圖l所示，第一實(shí)施例的放射線檢測(cè)設(shè)備具有這樣的結(jié)構(gòu)，在 該結(jié)構(gòu)中，當(dāng)用光照射基板110的背面(與形成MIS類型傳感器202 的表面相對(duì)的表面)時(shí)，如圖1的箭頭所示，光從MIS類型傳感器 202的下電極入射。放射線檢測(cè)設(shè)備還具有這樣的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中， 透射穿過MIS類型傳感器周圍存在的空間的光被閃爍體層112反射， 并且該光入射到傳感器的光接受表面。具體地講，考慮光吸收或傳感 器容量減小(噪聲減小)，以厚膜形成半導(dǎo)體層。因此，光從所述背 面和光接受表面兩個(gè)表面入射，這允許有效率地將光入射到整個(gè)半導(dǎo) 體層。另一方面，即使用光照射基板110的背面(與形成MIS類型傳 感器202的表面相對(duì)的表面)，遮光層203也阻擋入射到TFT 201的 光以防止故障。理想情況是，遮光層203的面積被形成為大于TFT 溝道區(qū)的面積，從而來自光源的光不入射到TFT溝道區(qū)。圖2是當(dāng)按3x3矩陣布置像素時(shí)放射線檢測(cè)設(shè)備的示意性電路 圖。參考圖2，標(biāo)號(hào)301表示作為轉(zhuǎn)換元件的MIS類型傳感器，標(biāo)號(hào) 302表示將信號(hào)從MIS類型傳感器301轉(zhuǎn)移到信號(hào)線304的TFT，標(biāo) 號(hào)303表示柵驅(qū)動(dòng)互連部分，通過該柵驅(qū)動(dòng)互連部分，將控制信號(hào)發(fā) 送到TFT302。標(biāo)號(hào)304表示信號(hào)線，標(biāo)號(hào)305表示傳感器偏壓線。 列向布置傳感器偏壓線305，通過傳感器偏壓線305將公共偏壓施加 到MIS類型傳感器301上的上電極。標(biāo)號(hào)306表示信號(hào)處理電路。信 號(hào)處理電路306連接至信號(hào)線304，電信號(hào)輸入到信號(hào)處理電路306。 標(biāo)號(hào)307表示將掃描信號(hào)施加到柵驅(qū)動(dòng)互連部分303的驅(qū)動(dòng)電路，標(biāo) 號(hào)308表示諸如A/D轉(zhuǎn)換器的外圍電路。圖3是當(dāng)在放射線檢測(cè)設(shè)備中布置光源時(shí)的示意性截面圖。標(biāo)號(hào) 101表示傳感器基板，在該傳感器基板中，按二維矩陣形成具有轉(zhuǎn)換 元件和開關(guān)元件的像素。標(biāo)號(hào)102表示光源，該光源用光照射與傳感 器基板101的光接受表面相對(duì)的表面(背面)。標(biāo)號(hào)103表示放射線 源，該放射線源發(fā)射諸如X射線的放射線，標(biāo)號(hào)104表示測(cè)試體(在 這種情況下為人體)，用諸如X射線的放射線照射該測(cè)試體。在傳感 器基板101中，在諸如玻璃基板的透光絕緣基板110上按二維方式布 置像素111。像素111包括作為轉(zhuǎn)換元件的MIS類型傳感器和作為開 關(guān)元件的TFT。在像素111上方設(shè)置閃爍體層112，閃爍體層112對(duì) 諸如X射線的放射線執(zhí)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。如上所述，MIS類型傳感器的下 電極(基板側(cè)上的電極)由ITO構(gòu)成，ITO為透光傳導(dǎo)材料。透射穿 過測(cè)試體104的諸如X射線的放射線被由碘化銫(Csl)構(gòu)成的閃爍 體層112轉(zhuǎn)換為諸如可見光和紅外線的光113，光113入射到像素111。 另一方面，在光源102中，在光源基板114上按二維方式布置多個(gè) LED 115。在傳感器基板101的背面布置光源102。光116從傳感器 基板101的背面(與提供像素的表面相對(duì)的表面)入射到像素111， 其中，光源102用光116照射傳感器基板101。MIS類型傳感器的下電極(基板側(cè)上的電極)由透光傳導(dǎo)材料 構(gòu)成，這允許吸收來自在傳感器基板101的背面布置的光源102的光。 因此，通過在讀取操作之前執(zhí)行光照射而能夠立即讀取圖像的方法可 用于立即讀取圖像。第二實(shí)施例以下將描述根據(jù)第二實(shí)施例的放射線檢測(cè)設(shè)備。在第二實(shí)施例的 放射線檢測(cè)設(shè)備中，制備傳感器基板，在該傳感器基板上形成作為波 長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的閃爍體層。在該傳感器基板中，通過層間絕緣層將作為轉(zhuǎn) 換元件的PIN類型傳感器層壓在作為開關(guān)元件的TFT上。在第二實(shí) 施例中，與圖3所示的布置類似，在透光絕緣基板的背面(與提供像 素的表面相對(duì)的表面)布置光源，用來自該光源的光照射傳感器基板。圖4是顯示本發(fā)明的第二實(shí)施例的放射線檢測(cè)設(shè)備的一個(gè)像素 的示意性截面圖。標(biāo)號(hào)110表示諸如玻璃基板的透光絕緣基板。標(biāo)號(hào) 11表示在絕緣基板110上形成的作為開關(guān)元件的TFT的柵極。標(biāo)號(hào) 12表示柵絕緣層，標(biāo)號(hào)13表示作為開關(guān)元件的TFT的由a-Si構(gòu)成的 半導(dǎo)體層，標(biāo)號(hào)14表示起歐姆接觸層作用的半導(dǎo)體層，標(biāo)號(hào)15表示 作為開關(guān)元件的TFT的源極和漏極，標(biāo)號(hào)16表示層間絕緣層。標(biāo)號(hào) 17表示作為轉(zhuǎn)換元件的PIN類型傳感器的下電極(基板側(cè)上的電極)， 標(biāo)號(hào)18表示PIN類型傳感器的由a-Si構(gòu)成的半導(dǎo)體層，標(biāo)號(hào)19表示 PIN類型傳感器的上電極(與基板相對(duì)的側(cè)上的電極)，標(biāo)號(hào)20表 示保護(hù)層，標(biāo)號(hào)21表示傳感器偏壓線。標(biāo)號(hào)112表示由碘化銫(CsI) 構(gòu)成的閃爍體層。作為波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的閃爍體層112將諸如X射線的入 射放射線轉(zhuǎn)換為具有可被PIN類型傳感器檢測(cè)到的波長(zhǎng)的光，諸如可 見光和紅外線。在第二實(shí)施例的構(gòu)造中，柵絕緣層12、層間絕緣層 16和保護(hù)層20透射來自閃爍體層112和光源的光。作為轉(zhuǎn)換元件的 PIN類型傳感器的下電極(布置光源的側(cè)上的電極)由如下材料形成， 該材料透射來自光源的光，例如，諸如ITO的透光傳導(dǎo)材料。另一方 面，作為開關(guān)元件的TFT的柵極由遮光材料構(gòu)成，該遮光材料阻擋 來自光源的光以防止來自光源的光入射到TFT溝道區(qū)。理想情況是， 所形成的柵極的面積大于TFT溝道區(qū)的面積。在第二實(shí)施例的構(gòu)造中，在作為開關(guān)元件的TFT上方層壓和設(shè) 置作為轉(zhuǎn)換元件的PIN類型傳感器，并且在生成TFT之后形成PIN 類型傳感器。因此，可對(duì)TFT進(jìn)行優(yōu)化，即，TFT具有這樣的結(jié)構(gòu)， 在該結(jié)構(gòu)中，可執(zhí)行高速操作，并且可實(shí)現(xiàn)高數(shù)值孔徑，即，高靈敏 度。具體地講，在TFT中，諸如鋁合金的耐高熱、低電阻金屬材料 用作柵極11，適合于TFT的a-Si膜用作TFT的半導(dǎo)體層13，鋁互 連部分用作信號(hào)線以實(shí)現(xiàn)低噪聲的高速TFT。另一方面，由于在形成 TFT之后形成PIN類型傳感器，所以可使用適合于該傳感器的半導(dǎo)體 層。而且，也可在作為開關(guān)元件的TFT上方緊接著形成作為轉(zhuǎn)換元件的PIN類型傳感器。因此，可改進(jìn)數(shù)值孔徑。在諸如ITO的透光材料中，熱處理會(huì)改變透射比。例如，當(dāng)在 用ITO形成下電極之后以大約250'C執(zhí)行熱處理時(shí)，已證明透射比降 低。也就是說，在傳感器中形成由諸如ITO的透光材料構(gòu)成的下電極 17之后，以大于250'C執(zhí)行高溫?zé)崽幚恚@導(dǎo)致透射比的降低。因此， 當(dāng)諸如ITO的透光材料用作傳感器的下電極17時(shí)，理想情況是，通 過其溫度低于250'C的生產(chǎn)工藝來形成傳感器，以抑制透射比的降低。在這種情況下，傳感器的下電極17由諸如ITO的透光材料構(gòu)成， 柵極由遮光材料構(gòu)成。因此，柵極11阻擋從光源發(fā)射的光穿過透光 絕緣基板110的背面(與形成PIN類型傳感器的表面相對(duì)的表面)， 并且該光可有效率地通過傳感器的下電極17入射到半導(dǎo)體層18 (光 電轉(zhuǎn)換層)。第二實(shí)施例為這樣的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，通過層間絕緣層16將 作為開關(guān)元件的TFT和作為轉(zhuǎn)換元件的PIN類型傳感器層壓在一起， 從而可如上所述地分別對(duì)PIN類型傳感器和TFT進(jìn)行優(yōu)化，并且可 實(shí)現(xiàn)高靈敏度。另夕卜，TFT柵極具有對(duì)來自在背面布置的光源的光照 射的遮光結(jié)構(gòu)，透光傳導(dǎo)材料可用作下電極以能夠用光照射PIN類型 傳感器。TFT柵極起遮光層的作用，所述遮光層防止TFT溝道被從 背面布置的光源發(fā)射的光照射。理想情況是，所形成的柵極的寬度大 于溝道長(zhǎng)度(源極和漏極之間的距離L)，并且理想情況是，將柵極 的面積*沒置為大于TFT溝道區(qū)的面積。具有透光屬性的有機(jī)絕緣層可用作層間絕緣層16。例如，通用 陽性型丙烯酸樹脂(OPTOMER PC， JSR公司的產(chǎn)品名稱)、苯并 環(huán)丁烯(CYCLOTEN，陶氏化學(xué)公司的產(chǎn)品名稱)和聚酰亞胺用作 具有透光屬性的有機(jī)絕緣層。當(dāng)與無機(jī)SiN層相比時(shí)，有機(jī)絕緣層具 有低介電常數(shù)，有機(jī)絕緣層還具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即，可形成范圍在 2~10nm的厚膜。在第二實(shí)施例中，優(yōu)選地，有機(jī)絕緣層的厚度為 2~10nm，更優(yōu)選地，厚度為4 6jim。在PIN類型傳感器置于TFT的 較上部分中的結(jié)構(gòu)的情況下，從抑制寄生電容的觀點(diǎn)來講，優(yōu)選地，由可將其厚度形成得厚的低介電常數(shù)有機(jī)絕緣層形成平坦化層。當(dāng)諸如SiN的無機(jī)絕緣層用作層間絕緣層16時(shí)，將無機(jī)絕緣層沉積得厚 度為2-10nm是困難的?？赏ㄟ^在諸如SiN層的無機(jī)絕緣層上提供有 機(jī)絕緣層來形成層間絕緣層16。在如圖4所示的間隙蝕刻類型的TFT 的情況下，特別理想的情況是，諸如SiN的無機(jī)絕緣層用作第一層以 使間隙部分穩(wěn)定。然而， 一般來講，諸如SiN的無機(jī)絕緣層的介電常 數(shù)基本上為有機(jī)絕緣層的兩倍，從而將無機(jī)絕緣層的厚度形成至最小 范圍100 200nm以實(shí)現(xiàn)特性穩(wěn)定。理想情況是，將由有機(jī)絕緣層構(gòu)成 的第二層間絕緣層層壓在由諸如SiN的無機(jī)絕緣層構(gòu)成的笫一層間絕 緣層上，以降低寄生電容。在第二實(shí)施例中，在由透光有機(jī)絕緣層構(gòu)成的層間絕緣層上方設(shè) 置由諸如ITO的透光傳導(dǎo)材料構(gòu)成的傳感器下電極。因此，可有效率 地將來自背面的照射光引向傳感器。當(dāng)僅使用諸如SiN的無機(jī)絕緣層來形成具有大于ljim的厚度的 層間絕緣層16時(shí)，產(chǎn)生大的應(yīng)力，從而有時(shí)存在在基板中產(chǎn)生翹面 或裂縫的問題。為了減小應(yīng)力，提出了一種使用Si比率高的層的方法。 然而，當(dāng)Si比率變高時(shí)，層的透射比降低，有時(shí)來自背面的光不能充 分地照射傳感器。由于以上原因，理想情況是，設(shè)置由無機(jī)絕緣層和 有機(jī)絕緣層的組合形成的層間絕緣層16。考慮到TFT結(jié)構(gòu)或可靠性，顯而易見的，也可將單個(gè)有機(jī)絕緣 層用作層間絕緣層。例如，當(dāng)間隙制動(dòng)器(gap stopper )類型的TFT 用作開關(guān)元件時(shí)，可設(shè)置單個(gè)有機(jī)絕緣層作為層間絕緣層。相反地， 從實(shí)現(xiàn)低成本的觀點(diǎn)來講，理想情況是，使用單個(gè)有機(jī)絕緣層。也就 是說，ITO和有機(jī)絕緣層的組合實(shí)現(xiàn)性能改進(jìn)和低成本。從絕緣基板110的背面入射的光穿過絕緣基板110、層間絕緣層 16和由透光傳導(dǎo)材料構(gòu)成的傳感器下電極17到達(dá)PIN類型傳感器的 半導(dǎo)體層18。此時(shí)，作為絕緣基板110的玻璃的折射率為大約1.5~ 大約1.6，作為層間絕緣層16的有機(jī)絕緣層的折射率為大約1.6 大約 1.7，作為傳感器下電極17的ITO的折射率為大約1.8 大約1.9。折射率從光入射側(cè)逐漸增大。由于界面之間的折射率的差不大于0.2, 所以可在每個(gè)界面減少來自背面的光的反射。結(jié)果，用來自背面的光 有效率地照射傳感器的半導(dǎo)體層18。另一方面，當(dāng)無機(jī)絕緣層用作層 間絕緣層16時(shí)，由于無機(jī)絕緣層的折射率變?yōu)榇蠹s2.5，所以在層間 絕緣層16和傳感器下電極17之間折射率的差變得較大。因此，在層 間絕緣層16和傳感器下電極17之間的界面，光反射變得更大，從背 面入射的光變差。通過以下述方式選擇材料來形成放射線檢測(cè)設(shè)備， 即，在層間絕緣層16和傳感器下電極17之間折射率的差變得較小， 理想情況是，變得不大于0.2。因而，在層間絕緣層16和傳感器下電 極17之間，反射被抑制，用來自背面的光有效率地照射傳感器的半 導(dǎo)體層18。如圖8所示，當(dāng)無機(jī)絕緣層用作層間絕緣層16時(shí)，圖8的圓圏 所示的部分中的臺(tái)階保持完好。因此，臺(tái)階對(duì)在層間絕緣層16上方 設(shè)置的傳感器產(chǎn)生影響，并且存在這樣的可能性，即，產(chǎn)生傳感器缺 陷，以使沒有很好地形成位于臺(tái)階上的傳感器下電極，或者在傳感器 上電極和傳感器下電極之間產(chǎn)生短路。另一方面，如圖9所示，當(dāng)通 過布置無機(jī)絕緣層16-1和有機(jī)絕緣層16-2，或者至少有機(jī)絕緣層16-2 來使層間絕緣層的表面平坦化時(shí)，層間絕緣層免除TFT的互連部分 或臺(tái)階的影響，這允許抑制在層間絕緣層上設(shè)置的傳感器中的缺陷。第三實(shí)施例以下將描述根據(jù)第三實(shí)施例的放射線檢測(cè)設(shè)備。在第三實(shí)施例的 放射線檢測(cè)設(shè)備中，在基板上方設(shè)置作為波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的閃爍體層。在 基板中，在一個(gè)像素中布置作為開關(guān)元件的多個(gè)TFT，通過層間絕緣 層將作為轉(zhuǎn)換元件的MIS類型傳感器層壓在多個(gè)TFT上。在第三實(shí)施例中，與圖3所示的布置類似，在透光絕緣基板的背 面(與提供像素的表面相對(duì)的表面)布置光源，來自光源的光透射穿 過透光絕緣基板，用該光照射轉(zhuǎn)換元件。圖5顯示本發(fā)明的第三實(shí)施例的放射線檢測(cè)設(shè)備的一個(gè)像素的示意性截面圖。參考圖5，標(biāo)號(hào)31表示諸如玻璃基板的透光絕緣基 板。標(biāo)號(hào)32表示在絕緣基板31上形成的作為轉(zhuǎn)移開關(guān)元件的轉(zhuǎn)移 TFT的柵極。標(biāo)號(hào)33表示作為用于重置轉(zhuǎn)換元件的開關(guān)元件的重置 TFT的柵極。標(biāo)號(hào)34表示柵絕緣層，標(biāo)號(hào)35表示轉(zhuǎn)移TFT和重置 TFT的由a-Si等構(gòu)成的半導(dǎo)體層，標(biāo)號(hào)36表示起轉(zhuǎn)移TFT和重置 TFT的歐姆接觸層作用的雜質(zhì)半導(dǎo)體層，標(biāo)號(hào)37表示轉(zhuǎn)移TFT和重 置TFT的間隙保護(hù)膜。標(biāo)號(hào)38表示連接至重置偏壓線(未顯示)的重置TFT的源極， 標(biāo)號(hào)39表示連接至傳感器下電極的重置TFT的漏極。標(biāo)號(hào)40表示 連接至信號(hào)線(未顯示)的轉(zhuǎn)移TFT的源極，標(biāo)號(hào)41表示連接至傳 感器下電極的轉(zhuǎn)移TFT的漏極。標(biāo)號(hào)42表示保護(hù)層，標(biāo)號(hào)43表示 層間絕緣層，標(biāo)號(hào)44表示作為轉(zhuǎn)換元件的MIS類型傳感器的下電極， 標(biāo)號(hào)45表示MIS類型傳感器的絕緣層，標(biāo)號(hào)46表示MIS類型傳感 器的半導(dǎo)體層，標(biāo)號(hào)47表示起MIS類型的歐姆接觸層作用的雜質(zhì)半 導(dǎo)體層，標(biāo)號(hào)48表示MIS類型傳感器的上電極，標(biāo)號(hào)49表示傳感器 偏壓互連部分，標(biāo)號(hào)50表示由碘化銫(Csl)構(gòu)成的作為波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器 的閃爍體層。在第三實(shí)施例中，具有遮光作用的低電阻金屬互連部分還用作轉(zhuǎn) 移TFT的柵極32、重置TFT的柵極33和柵互連部分，作為透光傳 導(dǎo)材料的ITO用作傳感器下電極44。柵極32和33起遮光層的作用， 所述遮光層防止TFT溝道被來自在背面布置的光源的光照射。理想 情況是，所形成的柵極的寬度大于溝道長(zhǎng)度(源極和漏極之間的距離 L)，并且理想情況是，所設(shè)置的柵極的面積大于TFT溝道區(qū)的面積。 結(jié)果，可將來自在背面布置的光源的光充分地引入傳感器中，并且可 防止不必要的光入射到TFT。由于第三實(shí)施例具有層壓結(jié)構(gòu)，所以可 在不降低數(shù)值孔徑的情況下布置多個(gè)TFT，并且可同時(shí)實(shí)現(xiàn)高速驅(qū) 動(dòng)、高靈敏度和高可靠性。到信號(hào)線304的轉(zhuǎn)移TFT,標(biāo)號(hào)303表示柵驅(qū)動(dòng)互連部分，通過該柵 驅(qū)動(dòng)互連部分，將控制信號(hào)發(fā)送到轉(zhuǎn)移TFT302，標(biāo)號(hào)304表示信號(hào) 線，標(biāo)號(hào)305表示傳感器偏壓線。列向布置傳感器偏壓線305，通過 傳感器偏壓線305將公共偏壓施加到MIS類型傳感器上的上電極。標(biāo) 號(hào)306表示信號(hào)處理電路。信號(hào)處理電路306連接至信號(hào)線304，電 信號(hào)輸入到信號(hào)處理電路306。標(biāo)號(hào)307表示驅(qū)動(dòng)電路，該驅(qū)動(dòng)電路標(biāo)號(hào)308表示諸如A/D轉(zhuǎn)換器的外圍電路，標(biāo)號(hào)309表示重置TFT， 標(biāo)號(hào)310表示柵驅(qū)動(dòng)互連部分，通過該柵驅(qū)動(dòng)互連部分，將控制信號(hào) 發(fā)送到重置TFT309，標(biāo)號(hào)311表示重置偏壓線，該重置偏壓線將重 置電壓給予重置TFT 309。作為波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的閃爍體層(未顯示)將諸如X射線的放射線 轉(zhuǎn)換為具有可被轉(zhuǎn)換元件檢測(cè)到的波長(zhǎng)的光，諸如可見光和紅外線， 該光入射到作為轉(zhuǎn)換元件的MIS類型傳感器301。對(duì)入射光執(zhí)行光電 轉(zhuǎn)換，并且電荷在MIS類型傳感器301中累積。然后，通過轉(zhuǎn)移TFT 302的轉(zhuǎn)移操作將電荷讀取到信號(hào)處理電路306和外圍電路308。然 后，通過操作重置TFT 309對(duì)MIS類型傳感器301進(jìn)行重置。在第 三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中，在每條線中可使用轉(zhuǎn)移TFT和重置TFT執(zhí)行讀 出、重置和累積，并且基本上可在讀出時(shí)間的總和內(nèi)驅(qū)動(dòng)放射線檢測(cè) 設(shè)備。也就是說，在一條線中執(zhí)行讀出操作，同時(shí)對(duì)已讀取的線上的 傳感器進(jìn)行重置。結(jié)果，可以以不低于30FPS的高速驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)畫面， 而不降低圖像質(zhì)量。因而，要求以上實(shí)施例中的對(duì)光照射的控制來解決a-Si薄膜的 基本問題，根據(jù)發(fā)明者的研究，理想情況是，用光照射整個(gè)a-Si薄膜。 具體地講，對(duì)連接至TFT的電極側(cè)光電轉(zhuǎn)換元件的半導(dǎo)體結(jié)界面部 分進(jìn)行重置是很重要的。由光照射產(chǎn)生的電荷在半導(dǎo)體結(jié)界面部分中 累積。另一方面，為了改進(jìn)靈敏度(包括噪聲減小)，理想情況是，將 a-Si薄膜形成得厚。因此，用光從上方照射傳感器以對(duì)TFT連接側(cè)上的整個(gè)半導(dǎo)體薄膜或半導(dǎo)體界面進(jìn)行重置是困難的。當(dāng)光從背面入射時(shí)，可對(duì)作為最重要部分的TFT連接側(cè)上的半導(dǎo)體界面進(jìn)行重置， 并且可用光有效率地照射整個(gè)半導(dǎo)體薄膜。在以上實(shí)施例中，在放射線檢測(cè)設(shè)備中使用作為轉(zhuǎn)換元件的閃爍 體層和光電轉(zhuǎn)換元件。然而，本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。例如，本發(fā) 明可應(yīng)用于使用直接型轉(zhuǎn)換元件的放射線檢測(cè)設(shè)備。在直接型轉(zhuǎn)換元 件中，使用由a-Se (非晶硒)等構(gòu)成的半導(dǎo)體層，該半導(dǎo)體層將放射 線直接轉(zhuǎn)換為電荷。這是由于a-Se材料基本上為其中具有類似于a-Si 的結(jié)構(gòu)缺陷的非晶材料。在以上實(shí)施例中，將由Csl等構(gòu)成的閃爍體層直接沉積在諸如 MIS類型傳感器的光電轉(zhuǎn)換元件上?；蛘撸谟赏干涔獾闹T如碳的材 料構(gòu)成的基板上形成閃爍體層，并且可將閃爍體層的表面粘結(jié)到提供 像素的基板上。TFT和諸如MIS類型傳感器的光電轉(zhuǎn)換元件耦合在 該像素中。如圖3所示，在以上實(shí)施例中使用這樣的光源，在該光源中，相 對(duì)于傳感器基板以兩維方式布置LED115。然而，可通過在光導(dǎo)的端 面中布置LED來構(gòu)造光源，如US2002/0024016中所乂〉開的圖11所 示，并且可在基板的側(cè)面布置諸如LED的光源，如公開號(hào)為 2002/0024016號(hào)美國專利中所4^開的圖12所示。在這種情況下，從直接型轉(zhuǎn)換i^。也就是說，當(dāng)可構(gòu)造光源以使光從與閃爍體層的k 入射側(cè)相對(duì)的側(cè)面入射時(shí)，光源不限于圖3的構(gòu)造。然后，將參考圖7描述使用本發(fā)明的放射線檢測(cè)設(shè)備的放射線檢 測(cè)系統(tǒng)。如圖7所示，在作為放射線源的X射線管6050中產(chǎn)生的X射線 6060透射穿過病人或受治療者6061的胸部6062， X射線6060入射 到放射線檢測(cè)設(shè)備6040。入射的X射線包括關(guān)于病人6061的身體內(nèi) 部的信息。根據(jù)X射線的入射來使放射線檢測(cè)設(shè)備6040的閃爍體層 發(fā)射光，對(duì)發(fā)射的光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換以獲得電信息。將電信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，由作為信號(hào)處理裝置的圖像處理器6070執(zhí)行圖像處理，可 在控制室中作為顯示裝置的顯示器6080上觀察病人6061的身體內(nèi) 部?？赏ㄟ^諸如公共電話線6090的發(fā)送裝置將關(guān)于病人6061的身體 內(nèi)部的信息轉(zhuǎn)移到遠(yuǎn)程站點(diǎn)，可在作為位于另一地方的醫(yī)生室中的顯 示裝置的顯示器6081上顯示該信息，或者可使用諸如光盤驅(qū)動(dòng)器的 記錄裝置將該信息存儲(chǔ)在諸如光盤的記錄介質(zhì)中。因此，位于遠(yuǎn)程站 點(diǎn)的醫(yī)生可進(jìn)行診斷?？捎媚z片處理器6100將該信息記錄在膠片6110 中。如此，描述了放射線檢測(cè)設(shè)備和其中具有放射線檢測(cè)設(shè)備的放射 線檢測(cè)系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)想，本發(fā)明不限于放射線檢測(cè)設(shè)備 和其中具有該放射線檢測(cè)設(shè)備的放射線檢測(cè)系統(tǒng)，而是本發(fā)明可應(yīng)用 于如下光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，該光電轉(zhuǎn)換設(shè)備在不提供閃爍體層的情況下將 諸如可見光和紅外線的入射光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。由于可在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的許 多明顯廣泛不同的實(shí)施例，所以應(yīng)該理解，除了如在權(quán)利要求中所限 定的內(nèi)容之外，本發(fā)明不限于其特定實(shí)施例。能夠在產(chǎn)業(yè)上利用本發(fā)明應(yīng)用于用于檢測(cè)諸如可見光、紅外線、X射線、a射線、 P射線和Y射線的放射線的放射線檢測(cè)設(shè)備。具體地講，本發(fā)明適合 于用于檢測(cè)諸如X射線、a射線、p射線和Y射線的放射線的放射線 檢測(cè)設(shè)備，并且本發(fā)明應(yīng)用于使用放射線的醫(yī)學(xué)診斷成像系統(tǒng)、無損 檢驗(yàn)設(shè)備和分析設(shè)備。本申請(qǐng)要求于2005年7月25日提交的第2005-214226號(hào)日本專 利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，在此引入該專利申請(qǐng)作為參考。
權(quán)利要求
1、一種布置有多個(gè)像素的放射線檢測(cè)設(shè)備，所述像素具有將放射線轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的轉(zhuǎn)換元件和連接至該轉(zhuǎn)換元件的開關(guān)元件，轉(zhuǎn)換元件包括置于絕緣基板的第一表面上的第一電極、置于第一電極上的第二電極以及置于第一電極和第二電極之間的半導(dǎo)體層，其中，第一電極由透光導(dǎo)電材料形成，該透光導(dǎo)電材料透射從置于絕緣基板的與第一表面相對(duì)的第二表面上的光源發(fā)射的光，以及開關(guān)元件具有遮光構(gòu)件，該遮光構(gòu)件防止來自光源的光入射到開關(guān)元件。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的放射線檢測(cè)設(shè)備，其中，開關(guān)元件為 在絕緣基板上設(shè)置的薄膜晶體管，以及遮光構(gòu)件為該薄膜晶體管的柵 極。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的放射線檢測(cè)設(shè)備，其中，遮光構(gòu)件具 有比開關(guān)元件的溝道區(qū)的面積大的面積，以及遮光構(gòu)件設(shè)置在溝道區(qū) 和絕緣基板之間。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的放射線檢測(cè)設(shè)備，其中，轉(zhuǎn)換元件設(shè) 置在開關(guān)元件上，以及轉(zhuǎn)換元件具有在第一電極和開關(guān)元件之間的透 光層間絕緣層以連接轉(zhuǎn)換元件和開關(guān)元件。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的放射線檢測(cè)設(shè)備，其中，層間絕緣層 的厚度范圍為2~10>un。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的放射線檢測(cè)設(shè)備，其中，第一電極的 折射率大于層間絕緣層的折射率，以及在第 一 電極和層間絕緣層之 間，折射率的差不大于0.2。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的放射線檢測(cè)設(shè)備，其中，光電轉(zhuǎn)換元 件為MIS類型傳感器。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的放射線檢測(cè)設(shè)備，其中，光電轉(zhuǎn)換元 件為PIN類型傳感器。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的放射線檢測(cè)設(shè)備，其中，設(shè)置有波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器將入射到光電轉(zhuǎn)換元件的放射線轉(zhuǎn)換為具有能 被光電轉(zhuǎn)換元件檢測(cè)到的波長(zhǎng)范圍的光。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的放射線檢測(cè)設(shè)備，其中，轉(zhuǎn)換元件為將入射放射線轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的半導(dǎo)體元件。
11、 一種放射線圖像拾取系統(tǒng)，包括 根據(jù)權(quán)利要求1所述的放射線檢測(cè)設(shè)備； 信號(hào)處理裝置，用于處理來自放射線檢測(cè)設(shè)備的信號(hào)； 記錄裝置，用于記錄來自信號(hào)處理裝置的信號(hào)； 顯示裝置，用于顯示來自信號(hào)處理裝置的信號(hào)； 發(fā)送裝置，用于發(fā)送來自信號(hào)處理裝置的信號(hào)；和 放射線源，其產(chǎn)生放射線。
全文摘要
在本發(fā)明的放射線檢測(cè)設(shè)備中，布置多個(gè)像素，所述像素具有將放射線轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的轉(zhuǎn)換元件和連接至該轉(zhuǎn)換元件的開關(guān)元件。轉(zhuǎn)換元件包括置于絕緣基板的第一表面上的第一電極、置于第一電極上的第二電極以及置于第一電極和第二電極之間的半導(dǎo)體層。第一電極由透光傳導(dǎo)材料構(gòu)成，該透光傳導(dǎo)材料透射從光源發(fā)射的光，第一電極由透光導(dǎo)電材料形成，該透光導(dǎo)電材料透射從置于絕緣基板的與第一表面相對(duì)的第二表面上的光源發(fā)射的光。開關(guān)元件具有遮光構(gòu)件，該遮光構(gòu)件防止來自光源的光入射到開關(guān)元件。
文檔編號(hào)G01T1/20GK101228459SQ20068002716
公開日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2006年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月25日
發(fā)明者望月千織, 渡邊實(shí), 石井孝晶 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社