專利名稱：放射線探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于醫(yī)學(xué)、工業(yè)、原子能等領(lǐng)域的直接轉(zhuǎn)換型放射線探測(cè)器，特別涉及一種改進(jìn)放射線感應(yīng)型的半導(dǎo)體膜的耐壓特性的技術(shù)。
背景技術(shù)：
對(duì)于探測(cè)放射線(例如，X射線)的探測(cè)器，現(xiàn)有間接轉(zhuǎn)換型探測(cè)器和直接轉(zhuǎn)換型探測(cè)器兩種類型。間接轉(zhuǎn)換型探測(cè)器適用于首先將放射線(例如，X射線)轉(zhuǎn)換為光，其后通過光電轉(zhuǎn)換將已轉(zhuǎn)換的光進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。直接轉(zhuǎn)換型探測(cè)器適用于利用放射線感應(yīng)型的半導(dǎo)體膜直接將入射放射線轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
后者，該直接轉(zhuǎn)換型探測(cè)器通過這樣一種結(jié)構(gòu)來構(gòu)造，其中在該結(jié)構(gòu)中通過施加預(yù)設(shè)偏壓至形成在放射線感應(yīng)型半導(dǎo)體膜的前表面上的電壓施加電極來探測(cè)放射線，通過形成在半導(dǎo)體薄膜的后表面的載流子收集電極收集由放射線照射產(chǎn)生的載流子，并且將該載流子作為放射線探測(cè)信號(hào)輸出。
另外，在現(xiàn)有技術(shù)的直接轉(zhuǎn)換型的放射線探測(cè)器中，當(dāng)使用半導(dǎo)體厚膜，例如非晶硒半導(dǎo)體厚膜，作為半導(dǎo)體膜，該非晶半導(dǎo)體可以簡(jiǎn)單地通過真空蒸發(fā)等方法形成為厚而大的膜。因此，非晶半導(dǎo)體適合于構(gòu)成需要大面積厚膜的二維陣列型的放射線探測(cè)器。
如圖11所示，現(xiàn)有技術(shù)的二維陣列型放射線探測(cè)器是由絕緣襯底86，半導(dǎo)體厚膜81，以及電壓施加電極82構(gòu)成。絕緣襯底86被形成為具有多個(gè)在豎直/水平二維矩陣中排列的用于儲(chǔ)存電荷的電容器Ca以及處于常閉狀態(tài)的開關(guān)元件(例如，薄膜晶體管)88。半導(dǎo)體厚膜81通過多個(gè)載流子收集電極87分別電連接該多個(gè)電荷儲(chǔ)存電容器Ca，并且形成在絕緣襯底86上。在半導(dǎo)體厚膜81中，通過放射線的入射產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移介質(zhì)(載流子)。在非晶半導(dǎo)體厚膜81的表面上形成電壓施加電極82。另外，每個(gè)載流子收集電極87設(shè)置有一個(gè)電荷儲(chǔ)存電容器Ca和一個(gè)電荷讀出開關(guān)元件88。每一套載流子收集電極87，電荷儲(chǔ)存電容器Ca和電荷讀出開關(guān)元件88形成一個(gè)作為放射線探測(cè)單元的探測(cè)元DU。
這里，當(dāng)放射線線照射到處于施加偏壓狀態(tài)的電壓施加電極82上時(shí)，電荷形成于非晶半導(dǎo)體厚膜81處，并存儲(chǔ)在電荷儲(chǔ)存電容器Ca中，再通過將開關(guān)元件88切換至導(dǎo)通狀態(tài)將存儲(chǔ)電荷作為放射線探測(cè)信號(hào)讀出。
當(dāng)如圖11的二維陣列結(jié)構(gòu)的放射線探測(cè)器用于，例如，探測(cè)X射線熒光圖像裝置的X射線熒光圖像時(shí)，一X射線熒光圖像根據(jù)從放射線探測(cè)器輸出的放射線探測(cè)信號(hào)形成。
然而，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的放射線探測(cè)器，存在電場(chǎng)集中于形成在非晶半導(dǎo)體厚膜81表面的電壓施加電極82的端部邊緣部分上，并在該端部邊緣部分容易引起介電擊穿的問題。在該端部邊緣部分引起的介電擊穿有兩種模式。一種模式是漏電放電模式，其中介電擊穿發(fā)生于從電壓施加電極82的端部邊緣82a沿著非晶半導(dǎo)體厚膜81的端部邊緣81a的表面至讀出線810、柵極線811以及地線812中暴露在絕緣襯底86之上的810a、811a以及812a部分的路徑上。
另一種擊穿模式是穿透放電模式，其中介電擊穿通過穿透非晶半導(dǎo)體厚膜81的端部邊緣81a的內(nèi)側(cè)而發(fā)生于從電壓施加電極82的端部邊緣82a至設(shè)置在電壓施加電極82的端部邊緣82a正下方的載流子收集電極87a的路徑上。
圖12是電壓施加電極82的端部邊緣82a的放大圖，其示出了施加電壓時(shí)的電位分布。由此，計(jì)算出電極端部附近處(從電極表面向下至10μm)的電位分布并推算出上電極端部附近的場(chǎng)強(qiáng)。從附圖可以明顯看出，在電極端部附近電位變化大且電場(chǎng)集中。另外，當(dāng)高偏壓持續(xù)施加于電場(chǎng)集中在電壓施加電極82的端部邊緣82a的狀態(tài)時(shí)，電壓施加電極的端部邊緣部分產(chǎn)生放電。在此狀態(tài)下獲取暗電流，出現(xiàn)如圖13B所示的帶狀或塊狀圖像。這里，圖13A表示在電壓施加的初始狀態(tài)由探測(cè)器提供的圖像，而圖13B表示在電壓施加18小時(shí)之后由探測(cè)器提供的圖像。在圖中，灰色上部由電極正下方的暗電流產(chǎn)生，且圖13B示出了穿透放電的前級(jí)現(xiàn)象(prestagephenomenon)，由于放電電流使圖像變白。另外，這些噪點(diǎn)也擴(kuò)展到其他部分并且探測(cè)器不能正常工作。另外，當(dāng)高偏壓長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)施加到電壓施加電極時(shí)，引起放電擊穿的概率迅速地增大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為解決電極的端部邊緣部分電場(chǎng)集中的問題而被創(chuàng)造的。其目的是提供能防止由于形成于放射線感應(yīng)型半導(dǎo)體膜的表面上的電壓施加電極的端部邊緣部分上的電場(chǎng)的集中引起的穿透放電或漏電放電，并且能保證長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定探測(cè)的放射線探測(cè)器。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種放射線探測(cè)器包括絕緣襯底，被形成為具有用于存儲(chǔ)電荷的電容器和讀出電荷的開關(guān)元件的；載流子收集電極，形成在該絕緣襯底上并電連接至該電荷儲(chǔ)存電容器；放射線感應(yīng)型半導(dǎo)體厚膜，形成在該載流子收集電極上，用以通過放射線的入射產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移介質(zhì)；電壓施加電極，形成在該半導(dǎo)體厚膜的表面上；以及具有高耐壓特性的絕緣物質(zhì)，形成在該半導(dǎo)體厚膜與該電壓施加電極的端部邊緣部分之間，其中電荷通過照射放射線在該半導(dǎo)體厚膜處產(chǎn)生，并被存儲(chǔ)在電荷儲(chǔ)存電容器中，再經(jīng)由開關(guān)元件被作為放射線探測(cè)信號(hào)讀出。
另外，在本發(fā)明的第二方面中，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，優(yōu)選地，該放射線探測(cè)器還包括至少在該半導(dǎo)體厚膜與該高耐壓絕緣物質(zhì)之間形成的具有溶劑耐受特性和載流子選擇特性的高阻膜。
另外，在本發(fā)明的第三方面中，根據(jù)本發(fā)明的第一或第二方面，優(yōu)選地，以兩維矩陣的形狀形成多個(gè)載流子收集電極，并且在每個(gè)該載流子收集電極處設(shè)置該電荷儲(chǔ)存電容器中的一個(gè)和該電荷讀出開關(guān)元件中的一個(gè)，并由此構(gòu)成二維陣列。
另外，在本發(fā)明的第四方面中，根據(jù)本發(fā)明的第一到第三方面的任何一方面，優(yōu)選地，該高耐壓絕緣物質(zhì)具有朝著電壓施加電極的端部邊緣部分的方向遞增的呈梯度的厚度。
另外，在本發(fā)明的第五方面中，根據(jù)本發(fā)明的第一到第四方面的任何一方面，優(yōu)選地，該放射線探測(cè)器中的該半導(dǎo)體厚膜為非晶半導(dǎo)體厚膜。
下面，將給出根據(jù)本發(fā)明的放射線探測(cè)器的各自的操作的說明。
當(dāng)通過本發(fā)明的第一方面的放射線探測(cè)器探測(cè)到放射線時(shí)，在形成于放射線感應(yīng)型半導(dǎo)體厚膜的表面?zhèn)鹊碾妷菏┘与姌O上施加偏壓，并且將構(gòu)成探測(cè)目標(biāo)的放射線入射至該探測(cè)器上。然后，對(duì)應(yīng)于通過放射線的入射而在半導(dǎo)體厚膜上產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移介質(zhì)(載流子)的電荷被存儲(chǔ)在電連接至載流子收集電極的電荷儲(chǔ)存電容器中。另外，對(duì)應(yīng)于讀出電荷的開關(guān)元件轉(zhuǎn)換為導(dǎo)通狀態(tài)，存儲(chǔ)電荷經(jīng)由開關(guān)元件被作為放射線探測(cè)信號(hào)讀出。
另外，在本發(fā)明的第一方面的放射線探測(cè)器情況中，具有高耐壓特性的絕緣物質(zhì)形成在半導(dǎo)體厚膜與電壓施加電極的端部邊緣部分之間。因此，與從圖10的電場(chǎng)模擬計(jì)算推算的結(jié)果一樣，電壓施加電極的端部邊緣部分上電場(chǎng)的集中被抑制，不會(huì)引起穿透放電或放電擊穿的前級(jí)現(xiàn)象，并且穩(wěn)定探測(cè)被持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。
另外，在本發(fā)明的第二方面的放射線探測(cè)器情況中，至少在半導(dǎo)體厚膜和具有高耐壓特性的絕緣物質(zhì)之間形成具有溶劑耐受特性以及載流子選擇特性的高阻膜。因此，不會(huì)引起非晶半導(dǎo)體厚膜的表面由于高耐壓絕緣物質(zhì)的溶劑成分而變性，產(chǎn)生漏電放電以及耐壓能力下降的現(xiàn)象。另外，適當(dāng)?shù)剡x擇適用的載流子選擇性材料，可以防止在形成高阻膜的部分處出現(xiàn)靈敏度退化、暗電流增加等現(xiàn)象。
在本發(fā)明的第三方面的放射線探測(cè)器情況中，構(gòu)造二維陣列結(jié)構(gòu)，其中為相應(yīng)的以二維矩陣形狀形成的多個(gè)載流子收集電極分別設(shè)置電荷儲(chǔ)存電容器和電荷讀出開關(guān)元件。另外，放射線探測(cè)單位以矩陣形狀排列以形成二維陣列結(jié)構(gòu)，并且放射線由相應(yīng)的放射線探測(cè)單元在本地探測(cè)。
在本發(fā)明的第四方面的放射線探測(cè)器情況中，該耐壓絕緣物質(zhì)具有呈梯度的厚度，使絕緣物質(zhì)在內(nèi)側(cè)無限薄而在外側(cè)加厚。因此，該電壓施加電極的端部邊緣部分上的電場(chǎng)的集中進(jìn)一步減小，并且進(jìn)一步確保長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地探測(cè)。


圖1為示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的放射線傳感器部分的構(gòu)造的輪廓截面圖；圖2為示出本發(fā)明第二實(shí)施例的放射線傳感器部分的構(gòu)造的輪廓截面圖；圖3為示出本發(fā)明第三實(shí)施例的放射線傳感器部分的構(gòu)造的輪廓截面圖；
圖4為示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的放射線傳感器部分的平面圖；圖5為示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的放射線探測(cè)器的總體構(gòu)造的結(jié)構(gòu)圖；圖6是用于解釋形成根據(jù)本發(fā)明的高耐壓絕緣物質(zhì)的方法的圖；圖7為示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的放射線探測(cè)單元的探測(cè)工作狀態(tài)的例示圖；圖8為示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的放射線探測(cè)單元的高耐壓絕緣物質(zhì)的一部分的圖；圖9為示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的另一放射線探測(cè)單元的高耐壓絕緣物質(zhì)的一部分的圖；圖10為示出放射線探測(cè)器的電場(chǎng)模擬計(jì)算的結(jié)果的曲線；圖11為示出現(xiàn)有技術(shù)的放射線探測(cè)器的主要部分的構(gòu)造的輪廓截面圖；圖12為示出現(xiàn)有技術(shù)的放射線探測(cè)器中電荷濃度的狀態(tài)的圖；以及圖13A和13B為示出在相關(guān)技術(shù)的放射線探測(cè)器中導(dǎo)致放電的狀態(tài)的試驗(yàn)性例子。
具體實(shí)施例方式
下面，將參照附圖解釋本發(fā)明的實(shí)施例。圖1為示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的放射線探測(cè)器的放射線傳感器部分的構(gòu)造的輪廓截面圖。圖2為示出本發(fā)明第二實(shí)施例的放射線探測(cè)器的輪廓截面圖。圖3為示出本發(fā)明第三實(shí)施例的放射線探測(cè)器的輪廓截面圖。圖4是根據(jù)圖1的實(shí)施例的放射線探測(cè)器的放射線傳感器部分的平面圖。圖5為示出根據(jù)圖1的實(shí)施例的放射線探測(cè)器的總體構(gòu)造的結(jié)構(gòu)圖。圖6為用于說明形成具有高耐壓特性的絕緣物質(zhì)的方法的圖。圖7為用于說明根據(jù)實(shí)施例的放射線探測(cè)器的放射線探測(cè)單位的探測(cè)工作的圖。
如圖1所示，第一實(shí)施例的放射線探測(cè)器包括為玻璃襯底等的絕緣襯底6，非晶半導(dǎo)體厚膜1，以及電壓施加電極2，其被用作放射線傳感器部分。絕緣襯底6被形成為具有含有SiO2層等的電容器Ca以及用于輸出存儲(chǔ)在電容器Ca中的電荷的開關(guān)元件8，例如，晶體管(TFT)，使開關(guān)元件為常閉(切斷)狀態(tài)。非晶半導(dǎo)體厚膜1電連接至電荷存儲(chǔ)電容器Ca并且通過載流子收集電極7形成在絕緣襯底6的上方。在非晶半導(dǎo)體厚膜1中，通過放射線的入射產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移介質(zhì)(載流子)。在作為放射線入射側(cè)的非晶半導(dǎo)體厚膜1的表面設(shè)置電壓施加電極2。
第一實(shí)施例的放射線探測(cè)器還包括一個(gè)向電壓施加電極2上施加偏壓的偏壓源部分(電源)Ve。放射線探測(cè)器被構(gòu)造為這樣一種結(jié)構(gòu)，其中當(dāng)放射線是在偏壓被施加于電壓施加電極2的狀態(tài)下照射時(shí)，由此產(chǎn)生的載流子從載流子收集電極7傳輸至電容器Ca并存儲(chǔ)在那里。然后，在讀出時(shí)段中，導(dǎo)通信號(hào)從柵極線11傳出，使開關(guān)元件8導(dǎo)通(連接)以便從讀出線10讀出作為放射線探測(cè)信號(hào)的存儲(chǔ)電荷。下面將給出各個(gè)部分的構(gòu)造的具體解釋。
在第一實(shí)施例的放射線探測(cè)器的情況中，非晶半導(dǎo)體厚膜1是具有等于或大于109Ωcm(優(yōu)選，等于或大于1011Ωcm)的電阻率且膜厚大約為0.5mm到1.5mm的高純非晶硒(a-Se)厚膜。a-Se厚膜尤其適于形成大面積的探測(cè)區(qū)域。如果非晶半導(dǎo)體厚膜1很薄，放射線將穿透該膜并且不能被充分吸收。因此，采用了大約為0.5mm至1.5mm的略厚的膜。
電壓施加電極2和載流子收集電極7由適當(dāng)?shù)慕饘?，如Au、Pt、Al、Ni、In等，或ITO等形成。顯然，非晶半導(dǎo)體厚膜的材料和電極的材料不局限于上述示例。
另外，根據(jù)第一實(shí)施例的放射線探測(cè)器，作為一個(gè)特征結(jié)構(gòu)，如圖1所示，在非晶半導(dǎo)體厚膜1與電壓施加電極2的端部邊緣部分2A之間形成大約1mm厚的作為具有高耐壓特性的絕緣物質(zhì)3的硅酮樹脂。具有高耐壓特性的絕緣物質(zhì)3的寬度3A越大越好。另外，電壓施加電極2的尺寸LA需小于包括外部周邊虛電極5的載流子收集電極區(qū)域的尺寸LB，以避免載流子收集電極7上電場(chǎng)的集中。反之，當(dāng)LA大于LB時(shí)，電場(chǎng)將被集中在外周邊虛電極5上。外部周邊虛電極5是設(shè)置在電壓施加電極2的端部邊緣部分2A的正下方的電極并且與地線12連接。另外，即使不另外設(shè)置外部周邊虛電極5，而是將載流子收集電極7設(shè)置在電壓施加電極2的端部邊緣部分2A的正下方，這種情況也是允許發(fā)生的。
另外，根據(jù)圖2所示的第二實(shí)施例，作為具有溶劑耐受特性和載流子選擇特性的高阻膜4的Sb2S3膜至少在非晶半導(dǎo)體厚膜1與具有高耐壓特性的絕緣物質(zhì)3之間以大約為1μm的厚度形成。盡管Sb2S3膜被作為具有溶劑耐受特性和載流子選擇特性的高阻薄膜4的一個(gè)例子指出，但是除Sb2S3之外，也可以使用CdS、AsSe、SeTe、CdTe等無機(jī)半導(dǎo)體膜以及添加了載流子輸運(yùn)材料的聚碳酸脂等有機(jī)膜材料。盡管由于載流子選擇性、溶劑耐受特性、或與非晶半導(dǎo)體厚膜1間的粘附性差異導(dǎo)致膜的厚度不同，但是膜的厚度可以被選在0.05μm到10μm的范圍內(nèi)。另外，盡管作為載流子選擇性高阻膜，通常情況下，在正偏壓下使用時(shí)為n型(空穴注入抑制型)選擇膜而在負(fù)偏壓下使用時(shí)為p型(電子注入抑制型)選擇膜，但高阻膜的使用不限于此。
另外，根據(jù)圖3所示的第三實(shí)施例，作為具有高耐壓特性的絕緣物質(zhì)3的硅酮樹脂被設(shè)置為具有呈梯度的厚度。其在外側(cè)最厚部分的厚度為1mm，而絕緣物質(zhì)3在其內(nèi)側(cè)則被形成為無限薄，從而在其前端部分形成該梯度的頂點(diǎn)。此狀態(tài)對(duì)應(yīng)于圖10表示的電場(chǎng)模擬計(jì)算結(jié)果曲線中的最小角度的情況，并且在電壓施加電極2的端部邊緣部分2A上電場(chǎng)的集中進(jìn)一步減小。另外，盡管根據(jù)上述第三實(shí)施例，示出了在前端部分形成頂點(diǎn)的構(gòu)造，看起來即使在不形成頂點(diǎn)的情況下也能獲得出色的結(jié)果。
盡管在如上所述的圖1的第一實(shí)施例中，圖2的第二實(shí)施例中和圖3的第三實(shí)施例中，硅酮樹脂被用作具有高耐壓特性的絕緣物質(zhì)3的例子，就絕緣物質(zhì)3是由樹脂中的溶劑成分與非晶半導(dǎo)體厚膜1之間具有小的反應(yīng)度的材料構(gòu)成而言，環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂、氟樹脂等均可被使用。然而，當(dāng)a-Se被用于非晶半導(dǎo)體厚膜1時(shí)，由于a-Se受熱容易變性，必須選擇在常溫下固化的樹脂。當(dāng)然，形成絕緣物質(zhì)的厚度是由必要的偏壓決定，偏壓越高厚度越大。
另外，在第一實(shí)施例的探測(cè)器的放射線傳感器部分中，如圖1、圖4和圖5所示，構(gòu)造了一種平板型放射線傳感器(二維陣列結(jié)構(gòu)的平面?zhèn)鞲衅?。也就是說，多個(gè)載流子收集電極7是以二維矩陣的形狀形成，為每個(gè)載流子收集電極7設(shè)置一個(gè)電荷儲(chǔ)存電容器Ca和一個(gè)電荷讀出開關(guān)元件8，并且多個(gè)作為放射線探測(cè)單位的探測(cè)元DU是沿著X和Y方向排列(例如1024×1024)。另外，圖4是圖1的放射線傳感器部分的平面圖，而圖5展示了其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
也就是說，在圖5中，構(gòu)造一種結(jié)構(gòu)，其中在整個(gè)面上形成電壓施加電極2作為全部探測(cè)元DU的公共電極，為相應(yīng)的探測(cè)元DU分別形成作為其專有電極的呈二維矩陣形狀的載流子收集電極7，一個(gè)電荷儲(chǔ)存電容器Ca和一個(gè)電荷讀出開關(guān)元件8被連接到每個(gè)載流子收集電極7。從而，通過相應(yīng)的放射線探測(cè)單元可以在當(dāng)?shù)靥綔y(cè)放射線，并且因此可以測(cè)量放射線強(qiáng)度的二維分布。
另外，根據(jù)圖1的第一實(shí)施例的放射線傳感器部分，如圖5所示，用于探測(cè)元DU的開關(guān)元件8的薄膜晶體管的柵極被連接至沿水平(X)方向的柵極線11，并且其源極被連接至沿豎直(Y)方向的讀出線10。讀出線(10)經(jīng)由一組電荷-電壓轉(zhuǎn)換器(前置放大器組)13被連接至多路復(fù)合器(multiplexor)15，并且柵極線11被連接至柵極驅(qū)動(dòng)器14。另外，根據(jù)圖1的實(shí)施例，一個(gè)電荷-電壓轉(zhuǎn)換器13被連接至一條讀出線10。
另外，在根據(jù)圖1的第一實(shí)施例的放射線探測(cè)器的放射線傳感器部分的情況中，用于輸出信號(hào)的掃描信號(hào)被傳送至多路復(fù)合器15和柵極驅(qū)動(dòng)器14。放射線傳感器部分的探測(cè)元DU基于沿X方向和Y方向上的隊(duì)列順序給個(gè)探測(cè)元DU分配的地址(例如，0至1023)來區(qū)分。因此，用于輸出信號(hào)的掃描信號(hào)變?yōu)榉謩e表明X方向地址或Y方向地址的信號(hào)。
相對(duì)于在Y方向的掃描信號(hào)之后將輸出電壓從柵極驅(qū)動(dòng)器14施加到X方向上的柵極線11上，以行為單元選擇各個(gè)探測(cè)元DU。另外，通過在X方向掃描信號(hào)之后切換多路復(fù)合器15，存儲(chǔ)到所選擇列的探測(cè)元DU的電容器Ca中的電荷依次經(jīng)由電荷-電壓轉(zhuǎn)換器13…13組和多路復(fù)合器15被傳送到外部。
當(dāng)圖1的第一實(shí)施例的放射線探測(cè)器被用作例如X射線熒光成像裝置的X射線探測(cè)器時(shí)，各個(gè)探測(cè)元DU探測(cè)到的信號(hào)作為像素信號(hào)依次從多路復(fù)合器15輸出，此后在圖像處理部分DT進(jìn)行噪聲處理等必要的信號(hào)處理后，并作為二維圖象(X射線熒光圖像)顯示在圖像顯示部分MT。
從上述的內(nèi)容可以看出，圖1的第一實(shí)施例的放射線傳感器部分輸出探測(cè)到的信號(hào)的系統(tǒng)是按基本上類似于普通電視攝影機(jī)等圖像裝置的結(jié)構(gòu)構(gòu)造的。就圖1的第一實(shí)施例而言，構(gòu)造了一種更集成化的結(jié)構(gòu)，其中放射線傳感器部分根據(jù)需要配置有電荷-電壓轉(zhuǎn)換器組13、多路復(fù)合器15、柵極驅(qū)動(dòng)器14以及AD轉(zhuǎn)換器(未示出)。然而，還可以構(gòu)造一種結(jié)構(gòu)，其中全部或部分的電荷-電壓轉(zhuǎn)換器組13、多路復(fù)合器15、柵極驅(qū)動(dòng)器14和AD轉(zhuǎn)換器是分立安裝的。
盡管如上所述，通過如圖4和圖5所示的二維結(jié)構(gòu)，已經(jīng)給出關(guān)于圖1的第一實(shí)施例的構(gòu)造情況的解釋，當(dāng)然，圖2和圖3的第二和第三實(shí)施例也可以同樣地形成為二維結(jié)構(gòu)。
下面，通過舉出一個(gè)如圖3所示的第三實(shí)施例的情況的例子，給出形成放射線傳感器部分的方法的解釋。首先，通過利用真空薄膜成形工藝的薄膜成形技術(shù)和光刻工藝的構(gòu)圖技術(shù)在絕緣襯底6的表面上形成該用于開關(guān)元件8的薄膜晶體管、該電容器Ca和該載流子收集電極7。接下來，在絕緣襯底6上依次疊置非晶半導(dǎo)體厚膜1、載流子選擇性高阻膜4、高耐壓絕緣物質(zhì)3和電壓施加電極2，從而完成該放射線傳感器部分。
這里，硅酮樹脂可被作為高耐壓絕緣物質(zhì)3使用。在這種情況下，所采用的該高耐壓絕緣硅酮樹脂的粘性可通過使用乙醇類溶劑調(diào)節(jié)，市面上的各種該材料都可以使用。絕緣物質(zhì)3是用這樣的方式形成，即該材料通過在對(duì)應(yīng)于形成有非晶半導(dǎo)體厚膜1和高阻膜4的絕緣襯底6上的電壓施加電極2的邊緣部分2A的預(yù)設(shè)區(qū)域的上方移動(dòng)噴嘴，同時(shí)利用壓縮空氣等從噴嘴尖端注入該材料而被涂敷；此后，通過干燥除去乙醇溶劑將該材料牢固地粘附到其上。在這種情況下，高耐壓絕緣物質(zhì)3的厚度可以通過噴嘴的截面形狀、噴管與非晶半導(dǎo)體厚膜1之間的距離、壓縮空氣的壓力、移動(dòng)速度等等來調(diào)節(jié)。該運(yùn)動(dòng)可以通過移動(dòng)板的一側(cè)代替移動(dòng)噴嘴的一側(cè)來進(jìn)行。
另外，通過使用如圖6所示前端傾斜切削的噴嘴，可以容易實(shí)現(xiàn)一種模式，即高耐壓絕緣物質(zhì)具有呈梯度的厚度，其內(nèi)側(cè)很薄，如圖3所示的第三下面，參考圖7，解釋圖1到圖3所示的第一到第三實(shí)施例的放射線探測(cè)器探測(cè)放射線的操作。如圖7所示，當(dāng)根據(jù)實(shí)施例的放射線探測(cè)器探測(cè)到放射線時(shí)，形成探測(cè)目標(biāo)的該放射線被入射至位于非晶半導(dǎo)體厚膜1的表面?zhèn)惹姨幱谑┘恿似珘旱臓顟B(tài)下的電壓施加電極2上。放射線的入射產(chǎn)生了作為電荷移動(dòng)介質(zhì)(載流子)的電子和空穴，它們?cè)谄珘旱淖饔孟乱苿?dòng)至電壓施加電極2和載流子收集電極7，并且相應(yīng)數(shù)目的電荷被存儲(chǔ)到載流子收集電極7側(cè)的電荷儲(chǔ)存電容器Ca中。將電荷讀出開關(guān)元件8轉(zhuǎn)換為導(dǎo)通狀態(tài)，存儲(chǔ)的電荷經(jīng)由開關(guān)8作為放射線探測(cè)信號(hào)讀出，并且此后通過電荷-電壓轉(zhuǎn)換器13變?yōu)殡妷盒盘?hào)。
另外，在圖1到圖3的放射線探測(cè)器的第一到第三實(shí)施例的情況下，由于高耐壓絕緣物質(zhì)3形成在非晶半導(dǎo)體厚膜1與電壓施加電極2的端部邊緣部分2A之間，電壓施加電極的端部邊緣部分2A上電場(chǎng)的集中被消除，并且不引起穿透放電或放電擊穿的前級(jí)現(xiàn)象。
另外，高耐壓絕緣物質(zhì)3形成在非晶半導(dǎo)體厚膜1和電壓施加電極2的端部邊緣部分之間的結(jié)構(gòu)，同樣起到作為環(huán)境抵抗能力相對(duì)較弱的非晶半導(dǎo)體厚膜1的端部邊緣部分的保護(hù)膜的作用。
另外，根據(jù)圖2和圖3的第二和第三實(shí)施例，至少在高耐壓絕緣物質(zhì)3和非晶半導(dǎo)體厚膜1之間形成具有溶劑耐受特性和載流子選擇特性的高阻膜。因此，沒有導(dǎo)致由于高耐壓絕緣物質(zhì)3的溶劑成分造成的非晶半導(dǎo)體厚膜1的表面變性，引起漏電放電和耐壓降低等現(xiàn)象。
下面，為了證實(shí)該實(shí)施例的探測(cè)器實(shí)現(xiàn)了在電極的端部邊緣部分防止穿透放電的效果，對(duì)電場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算。圖10示出了其結(jié)果，且圖8、圖9和圖12示出了計(jì)算的對(duì)象。
圖8示出了對(duì)應(yīng)于圖1的第一實(shí)施例的情況，即通過插入高耐壓絕緣物質(zhì)至電極的端部以升高電極端部。該電極端部被該絕緣物質(zhì)抬升的部分的寬度是10mm，插入的絕緣物質(zhì)的厚度是1mm且其相對(duì)的介電常數(shù)是3.0。
圖9示出了對(duì)應(yīng)于第三實(shí)施例的情況，即為絕緣物質(zhì)的厚度設(shè)置一個(gè)梯度，以減薄內(nèi)側(cè)、加厚外側(cè)。絕緣物質(zhì)的前端的角度由30和60度兩種構(gòu)成。
與此相比，圖12示出了現(xiàn)有技術(shù)例子的情況，其中沒有如上所述插入絕緣物質(zhì)。考慮各自的情況，計(jì)算在電極的端部附近(從電極的表面向下至10μm)的電位分布，并推算上電極端部附近的電場(chǎng)強(qiáng)度。另外，在圖12中，施加了電壓的情況下的電位分布被表出以作為參照，且與前面的描述一樣，電位變化很大并且電場(chǎng)集中于電極的端部附近。
圖10示出了在圖8、圖9和圖12的各種情況中電場(chǎng)模擬計(jì)算的結(jié)果。圖10示出了在沿著圖12橫向上0至10μm的范圍內(nèi)電位的變化。另外，在圖10中，“距電極端部2A距離”的橫坐標(biāo)表示沿深度方向(圖中下方向)距對(duì)應(yīng)于非晶半導(dǎo)體厚膜1的正面(非晶半導(dǎo)體厚膜的表面)上的電極端部2A的位置的距離。如圖明顯看出，絕緣材料的前端角(最小角)越尖，在厚度方向的電位降越小且電場(chǎng)集中度越小。
雖然本發(fā)明被如上說明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例，例如，也可以采用下面所示的實(shí)施例。
(1)盡管就上述實(shí)施例而言，非晶半導(dǎo)體厚膜1是高純a-Se厚膜，但是根據(jù)本發(fā)明的非晶半導(dǎo)體厚膜1也可以是摻有具有防止結(jié)晶作用的As或Te的a-Se厚膜或Se類化合物非晶半導(dǎo)體厚膜。另外，代替非晶半導(dǎo)體厚膜，也可以使用CdTe等的放射線感應(yīng)膜。
(2)另外，盡管根據(jù)上述實(shí)施例，在載流子收集電極7與非晶半導(dǎo)體厚膜1之間未設(shè)置中間層，但是可以設(shè)置Sb2S3膜、Se類化合物膜等的載流子選擇性中間層。
(3)另外，盡管根據(jù)上述實(shí)施例，構(gòu)造二維陣列結(jié)構(gòu)，其中多個(gè)探測(cè)元DU被沿垂直方向和水平方向排列，這里給出，作為一種修改實(shí)例，一種具有線性感應(yīng)器結(jié)構(gòu)的探測(cè)器，其中多個(gè)探測(cè)元DU僅沿豎直或水平方向以單行或單列排列，或一種具有僅包含單個(gè)探測(cè)元DU的結(jié)構(gòu)的探測(cè)器。
(4)另外，在本發(fā)明的放射線探測(cè)器中構(gòu)成探測(cè)目標(biāo)的放射線不局限于X射線而是所有的放射線線。
根據(jù)本發(fā)明的放射線探測(cè)器，高耐壓絕緣物質(zhì)形成在適于形成較大面積的放射線感應(yīng)型半導(dǎo)體厚膜與電壓施加電極的端部邊緣部分之間。從而，消除電壓施加電極的端部邊緣部分上上電場(chǎng)的集中，并且不會(huì)引起穿透放電或放電擊穿的前級(jí)現(xiàn)象以及穩(wěn)定的探測(cè)工作會(huì)延續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。
另外，在電壓施加電極的端部邊緣部分形成高耐壓絕緣物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，也起到作為環(huán)境抵抗能力相對(duì)較弱的半導(dǎo)體厚膜的保護(hù)膜。因此，可以確保長(zhǎng)時(shí)間的可靠性。
另外，根據(jù)本發(fā)明的放射線探測(cè)器，至少在半導(dǎo)體厚膜與高耐壓絕緣物質(zhì)之間形成具有溶劑耐受特性以及載流子選擇特性的高阻膜。因此，不僅實(shí)現(xiàn)防止由具有高耐壓特性的熱固化合成樹脂中的溶劑成分導(dǎo)致半導(dǎo)體厚膜的表面變性的效果，而且還實(shí)現(xiàn)防止暗電流增加的效果。這樣就可以實(shí)現(xiàn)高靈敏度的探測(cè)特性，其中即使在施加很高的偏壓時(shí)暗電流的增加也是微不足道的。
另外，根據(jù)本發(fā)明的放射線探測(cè)器，構(gòu)造二維陣列結(jié)構(gòu)，其中分別為相應(yīng)的以二維矩陣形狀形成為許多小塊的載流子收集電極設(shè)置電荷儲(chǔ)存電容器和電荷讀出開關(guān)元件，且放射線探測(cè)單位以矩陣的形狀排列。因此，對(duì)應(yīng)的放射線探測(cè)單元可以在當(dāng)?shù)靥綔y(cè)放射線，并且通過施加高偏壓可以高精度地測(cè)量放射線強(qiáng)度的二維分布。
另外，根據(jù)本發(fā)明的放射線探測(cè)器，高耐壓絕緣物質(zhì)具有呈梯度的厚度，使得絕緣物質(zhì)在內(nèi)側(cè)無限薄而在外側(cè)加厚。因此，電壓施加電極的端部邊緣部分上電場(chǎng)的集中進(jìn)一步減小，并且可以獲得長(zhǎng)時(shí)間的可靠性。
權(quán)利要求
1.一種放射線探測(cè)器，包括絕緣襯底，被形成為具有用于存儲(chǔ)電荷的電容器和讀出電荷的開關(guān)元件；載流子收集電極，形成在該絕緣襯底上并電連接至該電荷儲(chǔ)存電容器；放射線感應(yīng)型半導(dǎo)體厚膜，形成在該載流子收集電極上，用以通過放射線的入射產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移介質(zhì)；電壓施加電極，形成在該半導(dǎo)體厚膜的表面上；以及具有高耐壓特性的絕緣物質(zhì)，形成在該半導(dǎo)體厚膜與該電壓施加電極的端部邊緣部分之間，其中電荷通過放射線的照射在該半導(dǎo)體厚膜處產(chǎn)生，并被存儲(chǔ)在電荷儲(chǔ)存電容器中，并作為放射線探測(cè)信號(hào)經(jīng)由開關(guān)元件讀出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的放射線探測(cè)器，還包括具有溶劑耐受特性和載流子選擇特性的高阻薄膜，至少形成在該半導(dǎo)體厚膜與該高耐壓絕緣物質(zhì)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的放射線探測(cè)器，其中多個(gè)載流子收集電極以二維矩陣的形狀形成，并且該電荷儲(chǔ)存電容器中的一個(gè)和該電荷讀出開關(guān)元件中的一個(gè)被設(shè)置在每個(gè)該載流子收集電極處，從而構(gòu)成二維陣列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的放射線探測(cè)器，其中該高耐壓絕緣物質(zhì)具有呈梯度的厚度，以使該厚度朝著該電壓施加電極的端部邊緣部分的方向遞增。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的放射線探測(cè)器，其中該半導(dǎo)體厚膜是一非晶半導(dǎo)體厚膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種放射線探測(cè)器。其中，在適于形成大面積的放射線感應(yīng)型非晶半導(dǎo)體厚膜與電壓施加電極的端部邊緣部分之間形成高耐壓絕緣物質(zhì)。從而，消除電壓施加電極的端部邊緣部分上電場(chǎng)的集中，并且不再引起穿透放電或放電擊穿等前級(jí)現(xiàn)象。
文檔編號(hào)H04N5/369GK1425925SQ0215185
公開日2003年6月25日 申請(qǐng)日期2002年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月22日
發(fā)明者佐藤賢治, 德田敏 申請(qǐng)人:株式會(huì)社島津制作所