專利名稱：放射線檢測(cè)器的制造方法、放射線檢測(cè)器以及放射線攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用于醫(yī)療領(lǐng)域、非破壞檢查、RI(RadiC) Isotope 放射性同位素)檢查以及光學(xué)檢查等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域等中的放射線的檢測(cè)，特別是涉及一種使用了將放射線變換為電荷信號(hào)的變換層的放射線檢測(cè)器的制造方法、放射線檢測(cè)器以及放射線攝像裝置。
背景技術(shù)：
以往，作為高靈敏度的放射線檢測(cè)器的放射線變換層的材料，研究出了各種半導(dǎo)體材料，尤其是，研究和開(kāi)發(fā)出CdTe (碲化鎘)或者CdSiTe(碲鋅鎘)的單晶體，且一部分已產(chǎn)品化。當(dāng)放射線入射到這些單晶體時(shí)，與放射線量相應(yīng)地產(chǎn)生載流子(電子-空穴對(duì))， 通過(guò)提取由該載流子產(chǎn)生的電荷信號(hào)，能夠檢測(cè)放射線。然而，在應(yīng)用于醫(yī)用診斷用的放射線檢測(cè)器時(shí)，需要形成大面積(例如邊長(zhǎng)20cm以上)的放射線變換層，但是形成這樣大面積的單晶體在技術(shù)上難以實(shí)現(xiàn)而且在成本方面還需要巨額費(fèi)用。因此，代替單晶體而結(jié)晶生長(zhǎng)為多晶化合物半導(dǎo)體層的放射線變換層被認(rèn)為是有前景的。在使用了 CdTe單晶的小型放射線檢測(cè)器中，已知當(dāng)對(duì)CdTe單晶摻雜Zn (鋅)時(shí)， 流過(guò)CdTe單晶內(nèi)的漏電流減少。另外，已知當(dāng)對(duì)CdTe單晶摻雜Cl (氯)等鹵素時(shí)，CdTe單晶內(nèi)的載流子的移動(dòng)性得到改善。例如，在專利文獻(xiàn)1中公開(kāi)了用于提高CdTe單晶的檢測(cè)性能的最佳Cl濃度。認(rèn)為阻礙CdTe單晶內(nèi)的載流子移動(dòng)性的主要原因是結(jié)晶缺陷、由于雜質(zhì)而電荷被捕獲。然而，在多晶化合物半導(dǎo)體層中，考慮增加了晶界、粒徑分布的作用，最佳Cl濃度與單晶體的情況不一定一致。另外，向CdTe多晶化合物半導(dǎo)體層摻雜的最佳Si濃度例如在專利文獻(xiàn)2中進(jìn)行了公開(kāi)，但是范圍大到幾 幾十mol%左右，雖然通過(guò)進(jìn)行摻雜而得到漏電流減少等效果， 但是該效果為何種程度并不清楚。另外，摻雜了 Si和Cl時(shí)的最佳Si濃度和Cl濃度不清楚。這樣，向CdTe多晶化合物半導(dǎo)體層摻雜的Si和Cl的最佳濃度是不清楚的。專利文獻(xiàn)1 日本特開(kāi)2003-277197號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開(kāi)2001-242255號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問(wèn)題本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，目的在于提供一種利用Si濃度和Cl濃度最佳的Cl摻雜CdaiTe多晶化合物半導(dǎo)體層來(lái)使載流子移動(dòng)性良好、對(duì)放射線的靈敏度和響應(yīng)性高的放射線檢測(cè)器的制造方法、放射線檢測(cè)器以及放射線攝像裝置。用于解決問(wèn)題的方案本發(fā)明為達(dá)到上述目的而具有以下結(jié)構(gòu)。
S卩，本發(fā)明的放射線檢測(cè)器具備將放射線變換為電荷信號(hào)的變換層，該放射線檢測(cè)器的特征在于，上述變換層是Si濃度為Imol %以上且5mol %以下而Cl濃度為Ippmwt 以上且3ppmwt以下的Cl摻雜CdSiTe多晶化合物半導(dǎo)體層。根據(jù)本發(fā)明的放射線檢測(cè)器，將放射線變換為電荷信號(hào)的變換層是Cl摻雜 CdaiI1e多晶化合物半導(dǎo)體層，其Si濃度為Imol %以上且5mol%以下，并且Cl濃度為 Ippmwt以上且3ppmwt以下。由此，通過(guò)利用適當(dāng)?shù)腃l濃度來(lái)形成Cl摻雜CdSiTe多晶化合物半導(dǎo)體層，能夠有效地保護(hù)晶界的缺陷能級(jí)。另外，通過(guò)摻雜適當(dāng)濃度的Zn，能夠使半導(dǎo)體的電阻率增加而減少漏電流，并且提高對(duì)放射線的靈敏度。由此能夠得到對(duì)放射線的靈敏度和響應(yīng)性、噪聲、S/N良好的放射線檢測(cè)器。并且，如果Cl摻雜CdaiI1e多晶化合物半導(dǎo)體層的Si濃度為Imol %以上且2mol % 以下，則能夠?qū)⒙╇娏骶S持在所需范圍內(nèi)并且進(jìn)一步提高對(duì)放射線的靈敏度。另外，在變換層的單面或者兩面上形成有載流子注入阻止層，該載流子注入阻止層阻止電子或者空穴的注入，因此能夠提供變換得到的電荷信號(hào)的移動(dòng)性良好、使漏電流進(jìn)一步減少、對(duì)放射線的響應(yīng)性良好的放射線檢測(cè)器。作為該載流子注入阻止層，能夠采用η型或者P型的半導(dǎo)體層。另外，還具備有源矩陣基板，該有源矩陣基板針對(duì)將變換層分割為二維矩陣狀而得到的每個(gè)檢測(cè)元件讀取電荷信號(hào)，由此能夠針對(duì)每個(gè)檢測(cè)元件來(lái)讀取電荷信號(hào)，因此能夠得到分辨率高、漏電流低的放射線檢測(cè)器。另外，通過(guò)連接電極將形成有變換層的相對(duì)基板與有源矩陣基板連接，由此能夠在超過(guò)有源矩陣基板的耐熱溫度的溫度狀況下通過(guò)另外的途徑形成變換層。另外，本發(fā)明的放射線攝像裝置的特征在于，具備放射線照射單元，其向被檢體照射放射線；放射線檢測(cè)器，其將透過(guò)了被檢體的放射線在變換層中變換為電荷信號(hào)，并且將上述電荷信號(hào)作為電信號(hào)而發(fā)送；以及圖像處理部，其基于上述電信號(hào)來(lái)構(gòu)成被檢體的放射線透過(guò)圖像，其中，上述變換層是Si濃度為Imol %以上且5mol%以下而Cl摻雜濃度為Ippmwt以上且3ppmwt以下的Cl摻雜CdaiI1e多晶化合物半導(dǎo)體層。根據(jù)本發(fā)明的放射線攝像裝置，將透過(guò)了被檢體的放射線變換為電荷信號(hào)的變換層是Cl摻雜CdaiTe多晶化合物半導(dǎo)體層，其Si濃度為Imol %以上且5mol %以下，Cl摻雜濃度為Ippmwt以上且3ppmwt以下。由此，能夠得到對(duì)放射線的靈敏度和響應(yīng)性、噪聲、 S/N良好的放射線攝像裝置。另外，本發(fā)明的放射線檢測(cè)器的制造方法是具備將放射線變換為電荷信號(hào)的變換層的放射線檢測(cè)器的制造方法，該制造方法的特征在于，使用近空間升華法來(lái)形成ai濃度為Imol %以上且5mol %以下而Cl摻雜濃度為Ippmwt以上且3ppmwt以下的Cl摻雜CdSiTe 多晶化合物半導(dǎo)體層作為上述變換層。根據(jù)本發(fā)明的放射線檢測(cè)器的制造方法，將Cl摻雜CdSiTe多晶化合物半導(dǎo)體層形成為Si濃度為Imol %以上且5mol %以下而Cl摻雜濃度為Ippmwt以上且3ppmwt以下， 在其形成中使用近空間升華法，因此加快多晶的生長(zhǎng)速度而能夠高效率地形成。另外，能夠以低成本形成均勻性良好的多晶化合物半導(dǎo)體層。另外，能夠利用適當(dāng)濃度Cl來(lái)有效地保護(hù)晶界的缺陷能級(jí)，并且，通過(guò)摻雜適當(dāng)濃度的Si，能夠使半導(dǎo)體的電阻率增加而漏電流減少。由此能夠得到對(duì)放射線的靈敏度和響應(yīng)性、噪聲、S/N良好的放射線檢測(cè)器。
4
發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明所涉及的放射線檢測(cè)器的制造方法、放射線檢測(cè)器以及放射線攝像裝置，能夠提供一種利用ai濃度和Ci濃度最佳的Ci摻雜CdaiTe多晶化合物半導(dǎo)體層來(lái)使載流子移動(dòng)性良好、對(duì)放射線的靈敏度和響應(yīng)性高的放射線檢測(cè)器的制造方法、放射線檢測(cè)器以及放射線攝像裝置。


圖1是表示實(shí)施例所涉及的X射線攝像裝置的整體結(jié)構(gòu)的框圖。圖2是表示實(shí)施例所涉及的X射線平面檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)的框圖。圖3是表示實(shí)施例所涉及的X射線平面檢測(cè)器的每個(gè)像素的結(jié)構(gòu)的縱截面圖。圖4是表示實(shí)施例所涉及的X射線平面檢測(cè)器的每個(gè)像素的等效電路的電路圖。圖5是利用近空間升華法形成實(shí)施例所涉及的變換層的說(shuō)明圖。圖6是相對(duì)于Cl濃度的變換層的漏電流的特性圖。圖7是相對(duì)于Cl濃度的變換層對(duì)X射線的靈敏度的特性圖。圖8是相對(duì)于Si濃度的變換層的漏電流的特性圖。圖9是相對(duì)于Si濃度的變換層對(duì)X射線的靈敏度的特性圖。圖10是相對(duì)于Si濃度和Cl濃度的變換層的漏電流的特性圖。圖11是相對(duì)于Si濃度和Cl濃度的變換層對(duì)X射線的靈敏度的特性圖。圖12是相對(duì)于動(dòng)態(tài)范圍上限的漏電流的特性圖。圖13是相對(duì)于DQE的積分靈敏度的特性圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明3 :X射線平面檢測(cè)器；11 變換層；14 薄膜晶體管；25 有源矩陣基板；26 凸塊電極；28 像素電極；29 電子注入阻止層；32 空穴注入阻止層；30 共用電極；31 支承基板。
具體實(shí)施例方式下面，參照

本發(fā)明的實(shí)施例。圖1是表示實(shí)施例所涉及的X射線攝像裝置的整體結(jié)構(gòu)的框圖，圖2是表示X射線平面檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)的框圖，圖3是側(cè)視觀察X射線平面檢測(cè)器的一個(gè)像素而得到的縱截面圖，圖4是表示X射線平面檢測(cè)器的每個(gè)像素的等效電路的電路圖。在本實(shí)施例中，作為放射線檢測(cè)器，以X射線平面檢測(cè)器(以下稱為FPD)為例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明?！碭射線攝像裝置>如圖1所示，X射線攝像裝置具備X射線管1，其對(duì)作為拍攝對(duì)象的被檢體M照射 X射線；平板2，其載置被檢體M ；FPD 3，其生成與透過(guò)了被檢體M的X射線量相應(yīng)的電荷信號(hào)(將X射線作為電荷信號(hào)而檢測(cè)出)，并且，將該電荷信號(hào)變換為電壓信號(hào)而輸出；A/ D變換器4，其將從FPD 3輸出的電壓信號(hào)從模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)；圖像處理部5，其對(duì)通過(guò)A/D變換器4變換得到的數(shù)字的電壓信號(hào)進(jìn)行處理來(lái)構(gòu)成圖像；主控制部6，其進(jìn)行與 X射線攝像有關(guān)的各種控制；X射線管控制部7，其根據(jù)主控制部6中的控制產(chǎn)生管電壓、管電流，控制X射線管1 ；輸入部8，其能夠進(jìn)行與X射線攝像有關(guān)的輸入設(shè)定；顯示部9，其顯示由圖像處理部5進(jìn)行處理而得到的X射線圖像等；以及存儲(chǔ)部10，其存儲(chǔ)由圖像處理部5 進(jìn)行處理而得到的X射線圖像等。X射線管1相當(dāng)于本發(fā)明中的放射線照射單元?！碭射線平面檢測(cè)器〉如圖2以及圖3所示，F(xiàn)PD 3的電路結(jié)構(gòu)具備變換層11，其將X射線變換為載流子(電子-空穴對(duì))；電容器12，其蓄積由在變換層11中生成的載流子誘發(fā)的電荷；薄膜晶體管(以下稱為T(mén)FT) 14，其在電容器12與數(shù)據(jù)線13之間，根據(jù)柵極電壓信號(hào)而起開(kāi)關(guān)作用；柵極驅(qū)動(dòng)電路16，其通過(guò)柵極線15向TFT 14發(fā)送柵極電壓信號(hào)；電荷電壓變換部17， 其將從電容器12讀取到數(shù)據(jù)線13的電荷信號(hào)變換為電壓信號(hào)；以及多路轉(zhuǎn)接器18，其收集從電荷電壓變換部17輸出的電壓信號(hào)，匯總為一個(gè)電壓信號(hào)而輸出。FPD 3相當(dāng)于本發(fā)明中的放射線檢測(cè)器。另外，F(xiàn)PD 3具備X射線檢測(cè)部DX，該X射線檢測(cè)部DX是將相對(duì)基板27連接到有源矩陣基板25而得到的，該有源矩陣基板25是將多個(gè)TFT 14排列成網(wǎng)格狀而形成的。在圖2中，為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，以3個(gè)X3個(gè)的方式在縱和橫方向上配置了 TFT 14，但是實(shí)際上配置成例如IOM個(gè)X 1024個(gè)這種程度的二維矩陣狀。X射線檢測(cè)器DX是按每個(gè)檢測(cè)元件DU，通過(guò)凸塊電極沈?qū)⒂性淳仃嚮?5與相對(duì)基板27連接而構(gòu)成的。檢測(cè)元件DU具備變換層11、構(gòu)成TFT 14的數(shù)據(jù)線13、柵極線15、 絕緣膜19、柵極溝道20以及電容電極電容電極21。數(shù)據(jù)線13還是TFT 14的漏電極，電容電極21還是TFT 14的源電極。作為有源矩陣基板25的結(jié)構(gòu)，在絕緣基板22的X射線入射側(cè)層疊柵極線15和接地線(GND線)23，隔著絕緣膜19而與柵極線15相對(duì)地進(jìn)一步層疊柵極溝道20。在柵極溝道20的兩端以局部重疊的方式分別層疊數(shù)據(jù)線13和電容電極21。 另外，保護(hù)用的絕緣膜M層疊在絕緣膜19、柵極溝道20、數(shù)據(jù)線13以及電容電極21上除了與像素電極觀連接的連接部以外的部分。電容電極21通過(guò)凸塊電極沈與設(shè)置于相對(duì)電極27的像素電極28進(jìn)行連接。在將X射線變換為載流子的變換層11的上表面層疊電子注入阻止層四，進(jìn)一步在該電子注入阻止層四上層疊共用電極30，進(jìn)一步在該共用電極30上層疊支承基板31。另外，在變換層11的下表面層疊空穴注入阻止層32，進(jìn)一步在該空穴注入阻止層32下層疊像素電極 28。在此，將X射線入射側(cè)設(shè)為上方向，將其相反側(cè)設(shè)為下方向。這樣，在相對(duì)基板27上設(shè)置有支承基板31、共用電極30、電子注入阻止層四、變換層11、空穴注入阻止層32以及像素電極觀。另外，F(xiàn)PD 3的一個(gè)像素由一個(gè)X射線檢測(cè)元件DU構(gòu)成。凸塊電極沈相當(dāng)于本發(fā)明中的連接電極。電子注入阻止層四和空穴注入阻止層32針對(duì)變換層11成對(duì)地形成。優(yōu)選根據(jù)施加到共用電極30的偏置電壓的極性(正或者負(fù))來(lái)選擇在共用電極30與變換層11之間是形成電子注入阻止層四還是形成空穴注入阻止層32。在偏置電壓為負(fù)偏置的情況下，優(yōu)選在共用電極30與變換層11之間形成電子注入阻止層四。在這種情況下，優(yōu)選在變換層 11與像素電極觀之間形成空穴注入阻止層32。另外，在偏置電壓為正偏置的情況下，優(yōu)選在共用電極30與變換層11之間形成空穴注入阻止層32，優(yōu)選在變換層11與像素電極觀之間形成電子注入阻止層四?？昭ㄗ⑷胱柚箤?2具有阻止正電荷通過(guò)的性質(zhì)，例如，可舉出CdS、ZnS膜等η型半導(dǎo)體層。電子注入阻止層四具有阻止電子通過(guò)的性質(zhì)，例如，可舉出SVTe3、Sb2S3、ZnTe膜等ρ型半導(dǎo)體層。電子注入阻止層四和空穴注入阻止層32相當(dāng)于本發(fā)明中的載流子注入阻止層。如圖4所示，當(dāng)處于從偏置電源33通過(guò)支承基板31將偏置電壓施加到共用電極 30的狀態(tài)下，在變換層11內(nèi)產(chǎn)生電場(chǎng)，入射的X射線在變換層11中被變換而得到的載流子對(duì)電容器12誘發(fā)電荷，從而在電容器12中蓄積電荷。接著，通過(guò)施加?xùn)艠O線15的電壓，以行為單位選擇各X射線檢測(cè)元件DU，所選擇的行的TFT 14的柵極導(dǎo)通。并且，將直到TFT 14導(dǎo)通前臨時(shí)蓄積在電容器12中的電荷作為電荷信號(hào)，通過(guò)TFT 14讀取到數(shù)據(jù)線13。通過(guò)電荷電壓變換部17將讀取到各數(shù)據(jù)線13的電荷信號(hào)變換為電壓信號(hào)，通過(guò)多路轉(zhuǎn)接器 18匯總為一個(gè)電壓信號(hào)而輸出。通過(guò)A/D變換器4將輸出的電壓信號(hào)數(shù)字化而作為X射線檢測(cè)信號(hào)而輸出。如上所述，能夠?qū)⒃谧儞Q層11中從X射線變換得到的電信號(hào)作為X射線檢測(cè)信號(hào)而提取出來(lái)。如圖2以及圖3所示，關(guān)于上述結(jié)構(gòu)的FPD 3，變換層11與有源矩陣基板25構(gòu)成為一體來(lái)作為二維圖像檢測(cè)器而發(fā)揮功能。由此，在變換層11生成的載流子通過(guò)有源矩陣基板25而被按每個(gè)像素元件進(jìn)行收集，按每個(gè)像素元件蓄積后作為電信號(hào)被讀取出。作為上述支承基板31，優(yōu)選放射線的吸收系數(shù)小的基板，例如能夠采用玻璃、陶瓷 (Al2O3，AlN)、石墨、硅等材料。另外，如果是石墨和硅那樣放射線的吸收系數(shù)小且具有導(dǎo)電性的物質(zhì)，則還可以省略共用電極30。另外，變換層11是具有后述Si濃度的CdSiTe多晶半導(dǎo)體膜，并且摻雜了后述濃度的Cl。共用電極30、像素電極觀例如由IToandium Tin Oxide 氧化銦錫)、Au(金)、 Pt (鉬)等導(dǎo)電材料構(gòu)成?！碭射線平面檢測(cè)器的制造方法>接著，說(shuō)明實(shí)施例1中的FPD 3的制造方法。FPD 3如圖3所示的、通過(guò)凸塊電極 26將有源矩陣基板25與相對(duì)基板27連接而得到的結(jié)構(gòu)那樣，在以不同的步驟形成有源矩陣基板25和相對(duì)基板27之后，利用凸塊電極沈?qū)烧哌B接。因此，下面首先說(shuō)明有源矩陣基板25的形成方法。參照?qǐng)D3，說(shuō)明形成有源矩陣基板25的步驟。絕緣基板22使用玻璃基板，在其上形成由Ta(鉭)、Al (鋁)、Mo (鉬)等的金屬膜構(gòu)成的柵極線15和接地線23。柵極線15 和接地線23是通過(guò)濺射將金屬膜絲網(wǎng)成膜形成為大約4000人的厚度而成的。接著，通過(guò)CVD (Chemical Vapor Deposition 化學(xué)氣相沉積)法將SiNx (氮化硅)、SiOx(氧化硅)形成為厚度大約3500人的膜來(lái)形成絕緣膜19。絕緣膜19除了作為柵極絕緣膜而起作用以外，在電容電極21與接地線23之間的關(guān)系中還作為電容器12的絕緣膜而起作用。此外，在絕緣膜19中還有時(shí)不僅使用SiNx、Si0x，還并用將柵極線15和電容電極21陽(yáng)極氧化而得到的陽(yáng)極氧化膜。接著，在通過(guò)CVD法將a-Si (非晶硅)形成為大約1 000人的膜之后，使雜質(zhì)擴(kuò)散而設(shè)為η+層并絲網(wǎng)印刷成期望的形狀來(lái)形成柵極溝道20。接著，形成由Ta、Al、Ti (鈦)等的金屬膜構(gòu)成的數(shù)據(jù)線13和電容電極21。上述數(shù)據(jù)線13和電容電極21是通過(guò)濺射形成膜厚大約4000人的膜而成的。通過(guò)這樣形成的柵極線15、絕緣膜19、電容電極21、數(shù)據(jù)線13以及柵極溝道20來(lái)構(gòu)成TFT 14。此外，電容電極21還能夠使用ITO等透明電極。再之后，以對(duì)電容電極21的開(kāi)口部以外的區(qū)域進(jìn)行絕緣保護(hù)為目的，形成絕緣膜24。絕緣膜M是通過(guò)CVD法將SiNx、Si0x形成厚度為大約6000人的膜而成的。另外，絕緣膜M除了使用無(wú)機(jī)膜以外，還能夠使用丙烯、聚酰亞胺等有機(jī)膜。如上所述，形成有源矩陣基板25。此外，在此，使用了底柵結(jié)構(gòu)的TFT 14作為開(kāi)關(guān)元件，該底柵結(jié)構(gòu)的TFT 14使用a-Si，但是并不限定于此，也可以使用p-Si (多晶硅)，或使用頂柵結(jié)構(gòu)。接著，參照?qǐng)D3以及圖5說(shuō)明與有源矩陣基板25相對(duì)置后進(jìn)行連接的相對(duì)基板27 的形成方法。圖5是形成多晶化合物半導(dǎo)體層的近空間升華法的說(shuō)明圖。首先，在支承基板31上形成共用電極30。作為共用電極30，可舉出Au (金)或者 Pt (鉬)的薄膜。共用電極30能夠通過(guò)蒸鍍法或者濺射法等來(lái)形成。接著，在共用電極30 上層疊形成電子注入阻止層四。關(guān)于電子注入阻止層四，能夠通過(guò)近空間升華法、濺射法、 電析法來(lái)層疊形成SiTe膜而得到。接著，在層疊了共用電極30和電子注入阻止層四的支承基板31上通過(guò)近空間升華法進(jìn)行成膜來(lái)形成變換層11。如圖5所示，在真空室34內(nèi)，將電子注入阻止層四朝向下部基座35側(cè)使其與填充了變換層11的原料的下部基座35相對(duì)置，以這種方式將支承基板 31載置在下部基座35的周邊部上。在真空室34的上下周圍配置有燈加熱器(lamp heater) 36，在使真空泵37動(dòng)作將真空室內(nèi)減壓至IOTorr以下的環(huán)境之后，使用上下燈加熱器36進(jìn)行加熱，將下部基座35 內(nèi)的源極38和支承基板31加熱到700°C左右。由此，下部基座35內(nèi)的源極38升華，在支承基板31的電子注入阻止層四的面上層疊形成變換層11。為了使升華的源極38高效率地形成在支承基板31的電子注入阻止層四的面上，將支承基板31的溫度設(shè)定為比源極38 的溫度稍低。變換層11的厚度大約形成為600 μ m左右。作為變換層11的成膜方法，除了使用近空間升華法以外，還能夠使用MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition 金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積)法、膏印刷和燒結(jié)法等。填充到下部基座35的源極38使用將CdTe、ZnTe以及CdCl2 (氯化鎘)以固定比率進(jìn)行混合并通過(guò)燈加熱器在減壓狀態(tài)下預(yù)先進(jìn)行熱燒結(jié)而得到的源極。此時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié) CdTe、ZnTe以及CdCl2的混合比率，能夠調(diào)節(jié)源極38的燒結(jié)體的組分。形成在電子注入阻止層四的面上的變換層11的Cl摻雜CdSiTe多晶化合物半導(dǎo)體層的Si和Cl濃度由該源極38的燒結(jié)體的組分比和成膜條件(源極38的溫度、支承基板31的溫度、真空室34內(nèi)的真空度)來(lái)決定。接著，研磨變換層11的表面來(lái)使其平坦化。關(guān)于研磨方法，使用利用研磨材料的 CMP(Chemical and Mechanical Polishing 化學(xué)機(jī)械拋光)裝置等。由此，將變換層11的厚度調(diào)節(jié)為400μπι左右。如果是這種程度的厚度，則能夠?qū)射線管1的管電壓為50kV 140kV左右的X射線充分變換為載流子。接著，在平坦化后的變換層11的面上形成空穴注入阻止層32。并且，在空穴注入阻止層32的面上，在規(guī)定的位置處形成像素電極觀。像素電極觀和空穴注入阻止層32能夠通過(guò)蒸鍍法或者濺射法等來(lái)形成。此外，在檢測(cè)器特性所允許的范圍內(nèi)也可以省略空穴注入阻止層32和像素電極28。如上所述，形成相對(duì)基板27。這樣，通過(guò)與有源矩陣基板25不同的步驟來(lái)形成相對(duì)基板27，因此即使變換層11的成膜溫度高于有源矩陣基板25的TFT 14的耐熱溫度，也能夠不損傷TFT 14而形成變換層11。接著，在通過(guò)不同步驟形成的有源矩陣基板25和相對(duì)基板27的分別對(duì)應(yīng)的電容電極21與像素電極觀之間通過(guò)凸塊電極沈進(jìn)行凸塊接合。凸塊電極沈是通過(guò)將導(dǎo)電性糊劑進(jìn)行絲網(wǎng)印刷而形成的。另外，除了凸塊電極26以外，還可以使用各向異性導(dǎo)電膜 (ACF)來(lái)進(jìn)行連接。導(dǎo)電性糊劑例如是在以橡膠為主成分的母材中混合以碳為主成分的導(dǎo)電性材料以及粘合劑樹(shù)脂而得到的，該粘合劑樹(shù)脂通過(guò)在常溫條件下放置，有機(jī)物質(zhì)會(huì)逐漸揮發(fā)而固化。關(guān)于包含在該導(dǎo)電性糊劑中的導(dǎo)電性材料，只要具有導(dǎo)電性，則也可以適當(dāng)?shù)剡x擇材料。將母材的主成分例如例示為橡膠，但是也可以是其它高分子材料。另外，粘合劑樹(shù)脂也是，并不限定于樹(shù)脂，也可以是具有粘接性和固化性的材料的混合物。另外，期望在導(dǎo)電性糊劑中例如含有粘合劑樹(shù)脂那樣通過(guò)在常溫條件下放置有機(jī)物質(zhì)會(huì)逐漸揮發(fā)而固化的材料，但是可以含有通過(guò)使溫度變化而固化的物質(zhì)。通過(guò)將該導(dǎo)電性糊劑進(jìn)行絲網(wǎng)印刷，在形成于有源矩陣基板25上的所有電容電極21上形成凸塊電極 26。以上，制造出X射線檢測(cè)部DX，之后進(jìn)一步地，通過(guò)將柵極驅(qū)動(dòng)電路16、電荷電壓變換部17以及多路轉(zhuǎn)接器18連接到X射線檢測(cè)部DX，來(lái)結(jié)束FPD 3的一系列的制造。作為Cl摻雜的方法，除了在通過(guò)近空間升華法形成變換層11時(shí)進(jìn)行摻雜以外，也可以在層疊形成變換層11之后在Cl氣環(huán)境下進(jìn)行熱處理來(lái)再次進(jìn)行Cl摻雜。優(yōu)選將該情況也包括在內(nèi)的變換層11完成時(shí)的Cl摻雜CdaiTe多晶化合物半導(dǎo)體層中的Cl濃度為 Ippmwt以上且3ppmwt以下。另外，作為Si摻雜的方法，也與Cl摻雜同樣地，除了在通過(guò)近空間升華法層疊形成變換層11時(shí)進(jìn)行摻雜以外，也可以在近空間升華法的源極中采用預(yù)先摻雜了 ai的 CdZnTe。優(yōu)選變換層11完成時(shí)的Cl摻雜CdSiTe多晶化合物半導(dǎo)體層中的Si濃度為Imol % 以上且5mol%以下。在上述那樣制造出的FPD 3中，變換層11為Cl摻雜CdSiTe多晶化合物半導(dǎo)體層，層中的Si濃度為lmol%以上且5mol%以下，Cl濃度為Ippmwt以上且3ppmwt以下，因此漏電流值減少，對(duì)放射線的響應(yīng)靈敏度也良好。下面，說(shuō)明這些Si和Cl的濃度產(chǎn)生的效^ ο參照?qǐng)D6 圖13來(lái)說(shuō)明相對(duì)于變換層11的Cl摻雜CdSiTe的Si摻雜濃度以及 Cl摻雜濃度的FPD 3的效果。本發(fā)明者對(duì)由于在CdSiTe多晶化合物半導(dǎo)體層中摻雜的Cl濃度的差異而會(huì)引起怎樣的性能差異進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果是得到了圖6以及圖7的結(jié)果。根據(jù)圖6可知，如果在構(gòu)成比率固定的CdSiTe多晶化合物半導(dǎo)體層中改變Cl濃度來(lái)進(jìn)行摻雜，則在多晶化合物半導(dǎo)體層中的Cl濃度為2ppmwt附近得到最小值。另外，根據(jù)圖7可知，如果在構(gòu)成比率固定的CdSiTe多晶化合物半導(dǎo)體層中摻雜Cl越多則積分靈敏度越增加，但是積分靈敏度也在 Cl濃度為2ppmwt附近得到峰值，之后即使增加Cl濃度，積分靈敏度也下降。這樣，當(dāng)Cl濃度過(guò)于小時(shí)，多晶化合物半導(dǎo)體層的電阻率下降，因此漏電流增加。并且，由于載流子的移動(dòng)性差，因此靈敏度響應(yīng)性差。另外，在晶粒內(nèi)容易產(chǎn)生雙晶缺陷。能夠使用以下模型來(lái)說(shuō)明上述漏電流以及靈敏度響應(yīng)性與多晶化合物半導(dǎo)體層中的Cl濃度的相關(guān)性。即，認(rèn)為被摻雜的微量的Cl在多晶化合物半導(dǎo)體層中作為施主而發(fā)揮作用，在補(bǔ)償存在于多晶化合物半導(dǎo)體層中(晶粒內(nèi)和晶界)的缺陷能級(jí)的最佳濃度 (約2ppmwt)的情況下能夠得到漏電流和靈敏度響應(yīng)性的最佳值，但是，當(dāng)進(jìn)一步過(guò)量摻雜時(shí)反而引起新的缺陷，使特性惡化。接著，對(duì)在Cl摻雜CdSiTe多晶化合物半導(dǎo)體層中Cl濃度固定時(shí)由于Si濃度的差異而會(huì)引起怎樣的性能差異進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果是得到了圖8以及圖9的結(jié)果。根據(jù)圖8， Zn濃度越減小則漏電流越增加。這是由于，當(dāng)Si濃度減小時(shí)帶隙縮小，認(rèn)為由于該理由而漏電流增加與CdSiTe單晶的情況相同。進(jìn)一步，在將SiTe設(shè)為電子注入阻止層四的情況下，如果是沒(méi)有摻雜Si的Cl摻雜CdTe多晶化合物半導(dǎo)體層，則形成在其面上的電子注入阻止層四不作為阻止電子的注入的阻隔層而發(fā)揮功能，漏電流特性和對(duì)X射線的響應(yīng)性極立而惡化ο另外，相反地，在Cl摻雜CdSiTe多晶化合物半導(dǎo)體層中Si濃度越增加則漏電流越減少。然而，根據(jù)圖9可知，Si濃度越增加則積分靈敏度越下降。也就是說(shuō)，SiTe的帶隙大于CdTe的帶隙，因此當(dāng)Si的濃度增加時(shí)流過(guò)多晶化合物半導(dǎo)體層中的漏電流呈指數(shù)函數(shù)減少。然而，Si與Cd相比空穴的移動(dòng)性差，結(jié)晶缺陷也增加，因此當(dāng)Si的濃度增加時(shí) CdZnTe多晶化合物半導(dǎo)體層的積分靈敏度下降。如上所述，與單晶體不同，具有多晶化合物半導(dǎo)體層特有的Cl濃度和Si濃度的作用。分別調(diào)節(jié)Cl濃度和Si濃度時(shí)的各特性趨勢(shì)為上述那樣，但是當(dāng)使Cl濃度和Si濃度同時(shí)發(fā)生變化時(shí)，兩者的適當(dāng)?shù)臐舛劝l(fā)生變化。因此，圖10示出對(duì)CdaiTe多晶化合物半導(dǎo)體層中的ai濃度和Cl濃度進(jìn)行各種調(diào)節(jié)時(shí)的與漏電流之間的關(guān)系，圖11示出與放射線積分靈敏度之間的關(guān)系。根據(jù)圖10，示出分別調(diào)節(jié)Si濃度和Cl濃度時(shí)的Cl摻雜CdSiTe多晶化合物半導(dǎo)體層的漏電流。在此，如果膜中的Si濃度為Imol %以上且5mol %以下并且膜中的Cl濃度為Ippmwt以上且3ppmwt以下，則變換層11的漏電流小于1. 25 μ A/mm2。當(dāng)膜Cl濃度超過(guò) 3ppmwt時(shí)，如圖6中也示出那樣，漏電流增加，如圖10中的▲標(biāo)記所示，流過(guò)1. 25 μ A/mm2 以上的漏電流。另外，Cl濃度小于Ippmwt也是，如圖6中也示出那樣漏電流值增加，如圖 10中的 標(biāo)記所示，流過(guò)1.50yA/mm2以上的漏電流。另外，如圖8中也示出那樣，膜中的 Zn濃度越增加則漏電流越減少。接著，根據(jù)圖11，示出分別調(diào)節(jié)Si濃度和Cl濃度時(shí)的Cl摻雜CdSiTe多晶化合物半導(dǎo)體層的照射5ms寬度的X射線時(shí)的積分靈敏度。具有以下趨勢(shì)在Cl濃度為2ppmwt 附近積分靈敏度最好，濃度更高或者更低積分靈敏度都逐漸變差。另外，還能夠看得出Si 濃度越增加則積分靈敏度越下降的趨勢(shì)。如果多晶化合物半導(dǎo)體層中的Si濃度為lmol% 以上且5m0l%以下并且多晶化合物半導(dǎo)體層中的Cl濃度為Ippmwt以上且3ppmwt以下，則變換層11的5ms積分靈敏度為1. 25X 109[e7mR/mm2]以上。特別是，在Si濃度為Imol %以上且^iiol %以下并且Cl濃度為Ippmwt以上且 2ppmwt以下的情況下，5ms積分靈敏度為2.00X 109[e7mR/mm2]以上，漏電流也不會(huì)超過(guò) 1. 00[ μ A/mm2]，因此能夠制造出對(duì)X射線的響應(yīng)性良好、漏電流減少且S/N高的FPD 3。另外，即使在多晶化合物半導(dǎo)體層中的Si濃度為lmol%以上且5mol%以下并且膜中的Cl濃度為Ippmwt以上且3ppmwt以下的范圍內(nèi)，如果Si濃度低則也能夠形成重視 X射線靈敏度的變換層11，能夠得到高量子效率。另外，在上述范圍內(nèi)，如果Si濃度高則能夠形成重視漏電流的減少的變換層11，能夠得到高的空間分辨率、動(dòng)態(tài)范圍。通過(guò)將多晶化合物半導(dǎo)體層中的Cl濃度和Si濃度設(shè)在上述范圍內(nèi)，變換層11的漏電流值降低到小于1.25yA/mm2。如圖12所示，當(dāng)流過(guò)變換層11中的漏電流增加時(shí)，動(dòng)態(tài)范圍的上限劑量減少。隨著漏電流增加，動(dòng)態(tài)范圍減小，從漏電流值超過(guò)1. 25 μ A/mm2附近起動(dòng)態(tài)范圍的上限值急劇下降。由此通過(guò)將變換層11的漏電流值降低到小于1. 25 μ A/ mm2，能夠?qū)?dòng)態(tài)范圍的上限維持為高值。另外，當(dāng)變換層11的5ms積分靈敏度下降時(shí)，作為FPD 3的畫(huà)質(zhì)的綜合指數(shù)的量子檢測(cè)效率(以下，稱為DQE)降低。在循環(huán)器透視用放射線檢測(cè)器的情況下，優(yōu)選DQE為 0.6(0.5yR時(shí))以上，如圖13所示，如果變換層11的5ms積分靈敏度為1. 25 X IO9 [e_/mR/ mm2]以上，則大致能夠?qū)崿F(xiàn)該值。在具有上述結(jié)構(gòu)的FPD 3中，通過(guò)將Cl摻雜CdSiTe多晶化合物半導(dǎo)體層中的Cl 濃度設(shè)為最佳濃度，能夠有效地保護(hù)晶界的缺陷能級(jí)。另外，通過(guò)將Cl摻雜CdaiTe多晶化合物半導(dǎo)體層中的ai濃度設(shè)為最佳濃度，半導(dǎo)體的電阻率增加而漏電流減少，并且能夠維持對(duì)放射線的靈敏度。通過(guò)這些能夠得到對(duì)放射線的靈敏度和響應(yīng)性、噪聲、S/Ν良好的放射線檢測(cè)器。另外，在變換層11的單面或者兩面形成有電子注入阻止層或者空穴注入阻止層，因此能夠得到變換得到的電荷信號(hào)的移動(dòng)性良好的放射線檢測(cè)器。另外，被視為難以以單晶制作的邊長(zhǎng)IOcm以上特別是邊長(zhǎng)20cm以上的大面積放射線檢測(cè)器也能夠通過(guò)本實(shí)施例來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，通過(guò)將上述放射線檢測(cè)器用作放射線攝像裝置的放射線檢測(cè)器，能夠得到對(duì)放射線的靈敏度和響應(yīng)性、噪聲、S/Ν良好的放射線攝像裝置。另外，如果如上述那樣制造FPD 3，由于將Cl摻雜CdSiTe多晶化合物半導(dǎo)體層形成為Si濃度為Imol %以上且5mol %以下并且Cl摻雜濃度為Ippmwt以上且3ppmwt以下， 并在其形成中使用近空間升華法，因此多晶的生長(zhǎng)速度快，能夠高效率地形成多晶化合物半導(dǎo)體層。另外，通過(guò)適當(dāng)濃度的Cl能夠有效地保護(hù)晶界的缺陷能級(jí)。并且，通過(guò)摻雜適當(dāng)濃度的Zn，能夠使半導(dǎo)體的電阻率增加而減少漏電流，并且能夠維持對(duì)放射線的靈敏度。 通過(guò)這些能夠得到對(duì)放射線的靈敏度和響應(yīng)性、噪聲、S/Ν良好的放射線檢測(cè)器。本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施方式，還能夠如下這樣進(jìn)行變形來(lái)實(shí)施。(1)在上述實(shí)施例中，將電子注入阻止層四與空穴注入阻止層32成對(duì)地形成，但是還能夠根據(jù)所需的檢測(cè)特性而省略其中的某一個(gè)。另外，電子注入阻止層四和空穴注入阻止層32的材料并不限定于上述例子。進(jìn)一步，根據(jù)所需的檢測(cè)特性，還能夠在空穴注入阻止層32的面上省略像素電極觀。(2)在上述實(shí)施例中，采用近空間升華法作為物理蒸鍍的例子進(jìn)行了說(shuō)明，但是只要是通過(guò)蒸鍍來(lái)形成半導(dǎo)體，則可例示出濺射法、CVD法、升華法、化學(xué)沉積法等，不特別進(jìn)行限定。(3)在上述實(shí)施例中，將變換層11構(gòu)成為放射線變換層，但是并不限定于放射線， 也可以構(gòu)成為可見(jiàn)光、紫外線、Y射線等光變換層。另外，放射線檢測(cè)器并不限定于醫(yī)用和產(chǎn)業(yè)用，例如還能夠應(yīng)用于對(duì)來(lái)自宇宙的放射線量進(jìn)行測(cè)量的放射線望遠(yuǎn)鏡等。
權(quán)利要求
1.一種放射線檢測(cè)器，具備將放射線變換為電荷信號(hào)的變換層，該放射線檢測(cè)器的特征在于，上述變換層是Si濃度為Imol %以上且5mol %以下而Cl濃度為Ippmwt以上且3ppmwt 以下的Cl摻雜CdSiTe多晶化合物半導(dǎo)體層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放射線檢測(cè)器，其特征在于，上述變換層是Si濃度為Imol %以上且2mol %以下而Cl濃度為Ipp^t以上且2pp麗t 以下的Cl摻雜CdSiTe多晶化合物半導(dǎo)體層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的放射線檢測(cè)器，其特征在于，在上述變換層的單面或者兩面上形成有載流子注入阻止層，該載流子注入阻止層阻止電子或者空穴向上述變換層注入。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的放射線檢測(cè)器，其特征在于，上述載流子注入阻止層為η型半導(dǎo)體層或者ρ型半導(dǎo)體層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的放射線檢測(cè)器，其特征在于，還具備有源矩陣基板，該有源矩陣基板針對(duì)將上述變換層分割為二維矩陣狀而得到的每個(gè)檢測(cè)元件讀取上述電荷信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的放射線檢測(cè)器，其特征在于，通過(guò)連接電極將層疊有上述變換層的相對(duì)基板與上述有源矩陣基板連接。
7.一種放射線攝像裝置，其特征在于，具備放射線照射單元，其向被檢體照射放射線；放射線檢測(cè)器，其將透過(guò)了被檢體的放射線在變換層中變換為電荷信號(hào)，并且將上述電荷信號(hào)作為電信號(hào)而發(fā)送；以及圖像處理部，其基于上述電信號(hào)來(lái)構(gòu)成被檢體的放射線透過(guò)圖像，其中，上述變換層是Si濃度為Imol^以上且5m0l%以下而Cl摻雜濃度為Ippmwt以上且3ppmwt以下的Cl摻雜CdSiTe多晶化合物半導(dǎo)體層。
8.一種放射線檢測(cè)器的制造方法，該放射線檢測(cè)器具備將放射線變換為電荷信號(hào)的變換層，該制造方法的特征在于，使用近空間升華法來(lái)形成Si濃度為Imol %以上且5mol %以下而Cl摻雜濃度為 Ippmwt以上且3ppmwt以下的Cl摻雜CdSiTe多晶化合物半導(dǎo)體層作為上述變換層。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的放射線檢測(cè)器的制造方法、放射線檢測(cè)器以及放射線攝像裝置，在變換層中采用Cl摻雜CdZnTe，將Cl濃度設(shè)為1ppmwt以上且3ppmwt以下，將Zn濃度設(shè)為1mol％以上且5mol％以下，由此能夠形成最適合作為放射線檢測(cè)器的變換層。由此，能夠提供一種以下放射線檢測(cè)器的制造方法、放射線檢測(cè)器以及放射線攝像裝置通過(guò)摻雜適當(dāng)濃度的Cl而能夠保護(hù)晶界的缺陷能級(jí)，并且，通過(guò)摻雜適當(dāng)濃度的Zn能夠減少漏電流并維持對(duì)放射線的積分靈敏度。
文檔編號(hào)G01T1/24GK102460215SQ200980159679
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者岡本保, 吉牟田利典, 岸原弘之, 德田敏, 田邊晃一, 貝野正知 申請(qǐng)人:株式會(huì)社島津制作所, 獨(dú)立行政法人國(guó)立高等專門(mén)學(xué)校機(jī)構(gòu)