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WO2009125476A1 - 放射線検出器 - Google Patents

放射線検出器 Download PDF

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Publication number
WO2009125476A1
WO2009125476A1 PCT/JP2008/056945 JP2008056945W WO2009125476A1 WO 2009125476 A1 WO2009125476 A1 WO 2009125476A1 JP 2008056945 W JP2008056945 W JP 2008056945W WO 2009125476 A1 WO2009125476 A1 WO 2009125476A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
semiconductor layer
radiation detector
barrier layer
film
synthetic resin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2008/056945
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
賢治 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shimadzu Corp filed Critical Shimadzu Corp
Priority to PCT/JP2008/056945 priority Critical patent/WO2009125476A1/ja
Priority to US12/936,559 priority patent/US8324556B2/en
Priority to JP2010507152A priority patent/JP4586939B2/ja
Priority to PCT/JP2009/001611 priority patent/WO2009125584A1/ja
Priority to CN2009801084073A priority patent/CN101971338B/zh
Publication of WO2009125476A1 publication Critical patent/WO2009125476A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/804—Containers or encapsulations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/50—Encapsulations or containers

Definitions

  • the present invention relates to an industrial or medical radiation detector, and more particularly to a structure of a radiation detector that directly converts radiation into a carrier.
  • a predetermined bias voltage is applied to a common electrode formed on the surface of the semiconductor layer that is sensitive to radiation.
  • the carriers generated in the semiconductor layer are collected in the pixel electrode formed on the back surface of the semiconductor layer. Further, radiation is detected by taking out the collected carriers as a radiation detection signal.
  • the radiation-sensitive semiconductor layer When an amorphous semiconductor layer such as a-Se (amorphous selenium) is used as the radiation-sensitive semiconductor layer, a large semiconductor layer can be easily formed by a method such as vacuum deposition.
  • the amorphous semiconductor layer can be configured as a radiation conversion layer of a two-dimensional array type radiation detector.
  • Patent Document 1 and FIG. 6 as a method of reducing dark current, a carrier-selective high-resistance film 5 is sandwiched between the common electrode 3 and the semiconductor layer 1, and the problem of creeping discharge is solved.
  • a curable synthetic resin film 7 silicone resin
  • the radiation detector is warped due to a temperature change, the curable synthetic resin film 7, the amorphous semiconductor layer 1, the common electrode 3, and the carrier-selective high resistance film 5 are cracked, and the creeping discharge withstand voltage is increased. It becomes insufficient.
  • Patent Document 2 and FIG. 7 in order to prevent the radiation detector from warping or cracking, the auxiliary plate 9 having the same thermal expansion coefficient as that of the insulating substrate 11 is replaced with a high withstand voltage.
  • the curable synthetic resin film 7 is fixed so as to sandwich it.
  • a silicone resin is used as the curable synthetic resin film 7
  • the hardness of the silicone resin is inferior, so that the warp due to the thermal contraction of the radiation detector cannot be suppressed, and the amorphous semiconductor layer 1, the common electrode 3, and the carrier selection
  • the high resistance film 5 is cracked.
  • an epoxy resin is used as the curable synthetic resin film 7.
  • Patent Document 2 presents a problem that the solvent component of the epoxy resin reacts with a-Se that is the amorphous semiconductor layer 1 to change the surface of the amorphous semiconductor layer 1 and lower the withstand voltage. Therefore, in Patent Document 2 and FIG. 7, the entire surface of the amorphous semiconductor layer 1 is covered with a solvent-resistant and carrier-selective high-resistance film 5 such as an Sb 2 S 3 film. Thus, the reaction between the solvent component of the epoxy resin and a-Se is reduced, the surface of the amorphous semiconductor layer 1 is not discolored, and the withstand voltage is not lowered.
  • a solvent-resistant and carrier-selective high-resistance film 5 such as an Sb 2 S 3 film.
  • Patent Document 3 a silane compound is used for the curable synthetic resin film 7 as a solution to the problem of warping and cracking.
  • the thermal expansion coefficient of the molding material itself made of the silane compound can be made the same as that of the insulating substrate, so that warping and cracking can be suppressed without using the auxiliary plate 9.
  • FIG. 7 is a photograph showing the magnitude of dark current detected by the radiation detector having the structure of FIG.
  • the magnitude of the dark current is indicated by white shading so that the pixel area where the dark current is large appears white. According to this photograph, the pixel region where the epoxy resin solvent and the amorphous semiconductor reacted decreased in resistivity, and the dark current increased due to the application of the bias voltage even though the radiation was not irradiated. Is projected white on the screen.
  • the silane compound has the same thermal expansion coefficient as that of the glass substrate which is the insulating substrate 11, in order to have a strength capable of withstanding the thermal expansion and contraction of the a-Se semiconductor layer, a thickness of several millimeters or more is required.
  • Cross-linking by complete hydrolysis reaction is necessary.
  • the concentration of the silane compound is lowered and sufficient strength cannot be obtained.
  • a-Se semiconductor layer has a problem of crystallization from an amorphous state. That is, since an amorphous semiconductor such as a-Se has a low glass transition temperature, a curable synthetic resin film 7 that cures at room temperature must be selected.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and prevents an increase in dark current by preventing a chemical reaction between the amorphous semiconductor layer 1 and the solvent component of the curable synthetic resin film 7, It is an object of the present invention to provide a radiation detector that does not cause warping or cracking due to temperature change without crystallizing an amorphous semiconductor when the curable synthetic resin film 7 is cured.
  • the amorphous semiconductor layer 1 is formed of an epoxy resin curing agent amide compound and the amorphous semiconductor layer 1 even though the entire surface of the amorphous semiconductor layer 1 is covered with the carrier-selective high-resistance film 5.
  • the cause of the chemical reaction is that the carrier-selective high-resistance film 5 is not a completely dense film
  • FIG. 9 is a cross-sectional electron micrograph of the carrier-selective high-resistance film 5. From this photograph, it was found that there is a non-dense region inside the carrier-selective high-resistance film 5.
  • the thickness of the carrier-selective high-resistance film 5 In order to eliminate the influence of the incomplete density of the carrier-selective high-resistance film 5 and prevent permeation of the amide compound, the thickness of the carrier-selective high-resistance film 5 must be increased. However, as the film thickness is increased, the carrier travelability deteriorates. In particular, when the thickness exceeds several ⁇ m, the detection sensitivity of the radiation is lowered, so that the film thickness of the carrier-selective high resistance film 5 can be increased. There is a limit. Therefore, in order to suppress the chemical reaction between the amorphous semiconductor layer 1 and the amide compound of the curing agent of the curable synthetic resin film 7 without increasing the film thickness of the carrier-selective high-resistance film 5, a barrier is newly added. By forming the layer, a radiation detector that does not increase dark current can be manufactured.
  • the radiation detector according to the present invention includes (a) a radiation-sensitive semiconductor layer that generates carriers upon incidence of radiation, and (b) is formed on the upper surface of the semiconductor layer and selectively transmits carriers.
  • a high-resistance film (c) a common electrode formed on the upper surface of the high-resistance film; and applying a bias voltage to the high-resistance film and the semiconductor layer; and (d) formed on the lower surface of the semiconductor layer.
  • an insulating barrier layer that covers the entire exposed surface of the semiconductor layer, the high resistance film, and the common electrode, and (f) the matrix substrate that reads out carriers generated in the semiconductor layer for each pixel.
  • the barrier layer has adhesiveness with the curable resin film, and (i) the barrier layer suppresses a chemical reaction between the semiconductor layer and the curable synthetic resin film.
  • the barrier layer does not chemically react with the semiconductor layer.
  • the semiconductor layer and the curable synthetic resin film are newly provided with the barrier layer between the exposed surface of the semiconductor layer, the high resistance film and the common electrode and the curable synthetic resin film.
  • the chemical reaction with can be further suppressed.
  • the barrier layer and the semiconductor layer do not cause a chemical reaction, the semiconductor layer is not deteriorated.
  • an increase in dark current can be prevented by forming a high resistance film between the common electrode and the semiconductor layer.
  • the barrier layer has adhesiveness to the curable resin film, thereby reducing the concentration of mechanical stress distortion.
  • sandwiching the semiconductor layer and the curable synthetic resin film between the auxiliary plate and the matrix substrate it is possible to manufacture a radiation detector that does not cause warping or cracking due to temperature change.
  • the matrix substrate includes a pixel electrode that collects carriers generated in the semiconductor layer for each pixel, a capacitor that accumulates charges corresponding to the number of collected carriers, and a switch that reads the accumulated charges
  • a-Se amorphous selenium
  • the semiconductor layer may be employed for the semiconductor layer.
  • the radiation detector of a large area can be manufactured.
  • assistant board is good, there is no possibility of peeling in an adhesive surface, and since the hardness of an epoxy resin is high, it can make it difficult to produce the curvature and crack by a temperature change.
  • the film thickness of the barrier layer thicker than the film thickness of the high resistance film, the chemical reaction between the semiconductor layer and the curable synthetic resin film, which could not be prevented only by the high resistance film, is suppressed, Degradation of the performance of the semiconductor layer can be prevented.
  • the barrier layer is a non-amide synthetic resin
  • the barrier layer and the semiconductor layer do not cause a chemical reaction.
  • the barrier layer is cured at a temperature lower than 40 ° C., it does not crystallize even if the semiconductor layer has an amorphous structure.
  • the barrier layer of the non-amide type room temperature curable synthetic resin examples include a two-component mixed type polycarbonate resin and urethane resin.
  • a non-amide synthetic resin is dissolved in a non-amide solvent, the solution is applied onto the exposed surface of the semiconductor layer, high resistance film and common electrode, and the non-amide solvent is volatilized at room temperature to form a barrier layer.
  • a non-amide based synthetic resin may be formed.
  • a polycarbonate resin or an acrylic resin can be used as a non-amide synthetic resin, and xylene or dichlorobenzene can be used as a non-amide solvent.
  • the room temperature referred to in the present application is a temperature of less than 40 ° C.
  • a photo-curable acrylic resin can be adopted as a barrier layer of the non-amide system room temperature curable synthetic resin.
  • a non-amide synthetic resin may be deposited on the exposed surface of the semiconductor layer, the high resistance film, and the common electrode by a vacuum deposition method.
  • Polyparaxylylene is mentioned as a non-amide type synthetic resin to be deposited.
  • the barrier layer is not limited to the non-amide synthetic resin film, and may be formed of the same material as the carrier-selective high-resistance film or another inorganic high-resistance film.
  • the newly formed inorganic high-resistance film is not intended to reduce dark current, but rather to suppress the chemical reaction between the semiconductor layer and the curable synthetic resin film as a barrier layer. It can be made thicker than the carrier-selective high-resistance film formed by being sandwiched between the layer and the common electrode.
  • the semiconductor layer, the high resistance film, and the common electrode are exposed on the exposed surface and the barrier layer between the curable synthetic resin film. This chemical reaction can be further suppressed. Further, since the barrier layer and the semiconductor layer do not cause a chemical reaction, the semiconductor layer is not deteriorated. In addition, an increase in dark current can be prevented by forming a high resistance film between the common electrode and the semiconductor layer. Further, the barrier layer has adhesiveness to the curable resin film, so that the concentration of mechanical stress distortion can be reduced. Furthermore, by sandwiching the semiconductor layer and the curable synthetic resin film between the auxiliary plate and the matrix substrate, it is possible to provide a radiation detector that does not cause warping or cracking due to temperature change.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing a configuration of a radiation detector XS according to the embodiment
  • FIG. 2 is a radiation imaging apparatus including a peripheral circuit electrically connected to an active matrix substrate 16 in the radiation detector XS.
  • FIG. 3 and FIG. 4 are photographic views showing the effects of the present embodiment.
  • it has shown with the common code
  • the radiation detector XS of the present embodiment has a carrier-selective high resistance that selectively transmits carriers below the common electrode 3 to which a bias voltage is applied from the bias voltage supply unit 2.
  • a film 5 is formed, and an amorphous semiconductor layer 1 that generates carriers by incidence of radiation is formed below the film 5. That is, by applying a bias voltage to the common electrode 3, a bias voltage is applied to the carrier-selective high resistance film 5 and the amorphous semiconductor layer 1. Then, a carrier-selective high resistance film 6 is again formed below the amorphous semiconductor layer 1.
  • a pixel electrode 13 that collects carriers for each pixel
  • a carrier storage capacitor 14 that stores the carriers collected in the pixel electrode 13
  • a switch element 15 that is electrically connected to the carrier storage capacitor 14
  • a ground line 23 a gate line 21 for sending a switch action signal to the switch element 15, a data line 19 for reading out charges accumulated in the carrier storage capacitor 14 through the switch element, and an insulating substrate 11 for supporting them.
  • a configured active matrix substrate 16 is formed. Carriers generated in the amorphous semiconductor layer 1 by the active matrix substrate 16 can be read out for each pixel.
  • the amorphous semiconductor layer 1 corresponds to the radiation-sensitive semiconductor layer in this invention.
  • the carrier-selective high resistance film 5 corresponds to the high resistance film in the present invention.
  • the gate line 21 and the data line 19 correspond to the electrode wiring in the present invention.
  • the active matrix substrate 16 corresponds to the matrix substrate in the present invention.
  • the barrier layer 4 is formed so as to cover the common electrode 3, the carrier-selective high-resistance film 5, and the amorphous semiconductor layer 1 from the insulating substrate 11 of the active matrix substrate 16 and further to cover it.
  • a curable synthetic resin film 7 is formed.
  • An insulating auxiliary plate 9 is formed on the upper surface of the curable synthetic resin film 7. The barrier layer 4 will be described in detail later.
  • the amorphous semiconductor layer 1 is a high-purity a-Se thick film having a specific resistance of 10 9 ⁇ cm or more (preferably 10 11 ⁇ cm or more) and a film thickness of 0.5 mm or more and 1.5 mm or less. This a-Se thick film can facilitate the enlargement of the detection area. Further, if the amorphous semiconductor layer 1 is thin, the radiation is transmitted without being converted, so that a thick film of 0.5 mm to 1.5 m is used.
  • the common electrode 3 and the pixel electrode 13 are made of metal such as Au, Pt, Ni, In, or ITO.
  • metal such as Au, Pt, Ni, In, or ITO.
  • the material of the amorphous semiconductor layer 1 and the material of the electrode are not limited to those exemplified above.
  • the carrier-selective high-resistance film 5 is a film having a high hole injection blocking ability in the positive bias and a high electron injection blocking ability in the negative bias depending on whether the bias voltage applied to the common electrode 3 is positive bias or negative bias. Adopt a membrane. In general, when used with a positive bias, the carrier-selective high-resistance film 5 is an n-type (majority carrier is an electron) selection film, and when used with a negative bias, the carrier-selective high-resistance film 5 is P-type (majority carriers are holes) selective membranes are used.
  • an Sb 2 Te 3 , Sb 2 S 3 , ZnTe film or the like exemplified as a p-type layer may be used with a positive bias. It can be effective.
  • the n-type layer include CdS and ZnS films.
  • the specific resistance of the high resistance film 5 is preferably 10 9 ⁇ cm or more.
  • the film thickness of the high resistance film 5 is suitably 0.1 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less.
  • the auxiliary plate 9 having the same thermal expansion coefficient as that of the insulating substrate 11 is preferably one having good radiation transmission, and quartz glass or the like is used.
  • the thickness is suitably 0.5 mm or more and 1.5 mm or less.
  • the auxiliary plate 9 is not limited to the above-described embodiment, and any embodiment may be adopted as long as the auxiliary plate 9 is formed so as not to warp the amorphous semiconductor layer 1.
  • an epoxy resin is used as the curable synthetic resin film 7 having a high withstand voltage. If it is an epoxy resin, it has high hardness and good adhesion to the auxiliary plate 9, and when it is cured, it can be cured at a room temperature of less than 40 ° C. to crystallize a-Se. Nor. When another resin is selected as the curable synthetic resin film 7, the upper limit of the curing temperature is determined depending on what semiconductor is used for the semiconductor layer 1. When a-Se is used as described above, since a-Se is easily crystallized by heat, it is necessary to select a type of synthetic resin that cures at room temperature below 40 ° C.
  • the gap between the insulating substrate 11 and the auxiliary plate 9 is 1 mm to 5 mm, Preferably, the thickness is 2 mm to 4 mm.
  • a spacer 17 made of ABS resin or the like is provided around the insulating substrate 11. Thus, the gap can be adjusted by providing the spacer 17 between the auxiliary plate 9 and the active matrix substrate 16.
  • the radiation detector XS of this embodiment is a flat panel radiation sensor having a two-dimensional array configuration in which a large number of detection elements DU, which are radiation detection pixels, are arranged along the X and Y directions (see FIG. 2). Therefore, local radiation detection can be performed for each radiation detection pixel, and two-dimensional distribution measurement of radiation intensity becomes possible.
  • the gate of the thin film transistor that performs switching of the switch element 15 of the detection element DU is connected to the gate line 21 in the horizontal (X) direction, and the drain is connected to the data line 19 in the vertical (Y) direction.
  • the data line 19 is connected to the multiplexer 29 via the charge-voltage converter group 27, and the gate line 21 is connected to the gate driver 25.
  • the detection elements DU of the radiation sensor unit are specified based on addresses sequentially assigned to the detection elements DU along the arrangement in the X direction and the Y direction, the scanning signal for signal extraction is Each of the signals specifies an X-direction address or a Y-direction address.
  • FIG. 2 shows a matrix configuration of 3 ⁇ 3 pixels, but an active matrix substrate 16 having a size corresponding to the number of pixels of the radiation detector XS is actually used.
  • each detection element DU is selected in units of rows. Then, by switching the multiplexer 29 according to the scanning signal in the X direction, the charge accumulated in the carrier accumulation capacitor 14 of the detection element DU in the selected row passes through the charge-voltage converter group 27 and the multiplexer 29 in order. It will be sent to the outside.
  • the radiation detection operation by the radiation detector XS of the present embodiment is as follows.
  • carriers electron / hole pairs
  • the bias voltage 3
  • the pixel electrode 13 Charges are stored in the carrier storage capacitor 14 on the pixel electrode 13 side in accordance with the number of carriers generated, and the stored charge passes through the switch 15 as the carrier reading switch element 15 is turned on. Is read out as a radiation detection signal and converted into a voltage signal by the charge-voltage converter group 27.
  • the detection signal of each detection element DU is sequentially extracted from the multiplexer 29 as a pixel signal, and then the image processing unit After the necessary signal processing such as noise processing is performed at 31, the image display unit 33 displays the image as a two-dimensional image (X-ray fluoroscopic image).
  • the surface of the insulating substrate 11 is used for the switch element 15 by utilizing a thin film forming technique by various vacuum film forming methods and a patterning technique by a photolithographic method.
  • the thin film transistor and the carrier storage capacitor 14, the pixel electrode 13, the carrier-selective high-resistance film 6, the amorphous semiconductor layer 1, the carrier-selective high-resistance film 5, the common electrode 3, and the like are sequentially stacked.
  • the barrier layer 4 is obtained by dissolving polycarbonate resin in a solvent such as xylene or dichlorobenzene to form a liquid, which is applied on the amorphous semiconductor layer 1, the high resistance film 5 and the common electrode 3. Then, the polycarbonate resin film is formed as the barrier layer 4 by volatilizing at a room temperature below 40 ° C. According to this method, the barrier layer 4 can be formed without using a synthetic resin containing an amide compound and a solvent, and the barrier layer 4 and the amorphous semiconductor layer 1 do not cause a chemical reaction. The dark current characteristics are not deteriorated. Further, by forming the barrier layer 4, the amide compound contained in the curing agent of the epoxy resin that is the curing agent synthetic resin film 7 is prevented from being immersed in the amorphous semiconductor layer 1, and the chemical reaction is suppressed. can do.
  • a polycarbonate resin is preferable because the adhesiveness of the curable synthetic resin film 7 to the epoxy resin is good. Silicone resin and polycarbonate resin also have good insulating properties as the barrier layer 4, but are not preferable because of poor adhesion to the epoxy resin. When the adhesiveness is poor, a gap is generated at the adhesive surface between the curable synthetic resin film 7 and the barrier layer 4, and mechanical stress due to distortion of the insulating substrate 11 due to temperature change is concentrated there, and the amorphous semiconductor layer 1 is common. There is a risk that the electrode 3 and the carrier-selective high-resistance film 5 may become the starting point of cracks.
  • the thickness of the barrier layer 4 is preferably larger than the thickness of the carrier-selective high resistance film 5. Specifically, it is 1 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less, preferably 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less. If the thickness of the barrier layer 4 satisfies the above conditions, the influence of the incomplete density of the high resistance film 5 can be eliminated, and the chemical reaction between the amide compound of the epoxy resin and the amorphous semiconductor layer 1 can be prevented. Can do.
  • ⁇ Comparison experiment ⁇ 3 and 4 are photographs illustrating that the amorphous semiconductor layer 1 is protected by the barrier layer 4 from deterioration of the curable synthetic resin film 7 due to the amide compound.
  • the region in the upper right portion 35 of the photograph is formed by forming the barrier layer 4 with a thickness of 1 ⁇ m or more on the upper surface of the amorphous semiconductor layer 1, the carrier selective high resistance film 5 and the common electrode 3.
  • This region is a region where the barrier layer 4 is not formed.
  • regions is apply
  • the image which measured the dark current, without irradiating a radiation is FIG. This clearly shows that the amorphous semiconductor layer 1 is deteriorated in the region where the barrier layer 4 is not formed. It is also shown that the amorphous semiconductor layer 1 is protected by the barrier layer 4 and the dark current does not increase.
  • the region in the upper left portion 37 of the photograph is formed by forming the barrier layer 4 with a thickness of 1 ⁇ m or more on the upper surface of the amorphous semiconductor layer 1, the carrier selective high resistance film 5 and the common electrode 3.
  • the thickness of the barrier layer 4 is 1 ⁇ m or less
  • the region in the lower portion 39 of the photograph is a region where the barrier layer 4 is not formed.
  • an epoxy resin containing twice the usual amount of a curing agent containing an amide compound is directly applied, left to stand at 35 ° C. for a long time after curing, and then subjected to dark current without irradiation. It is the image which measured. From this, it is shown that when the thickness of the barrier layer 4 is 1 ⁇ m or less, the amide compound of the epoxy resin permeates the barrier layer and chemically reacts with the amorphous semiconductor layer 1 to deteriorate the dark current characteristics.
  • the radiation detector XS configured as described above has a non-amide compound barrier between the amorphous semiconductor layer 1, the carrier-selective high-resistance film 5, and the entire exposed surface of the common electrode 3 and the curable synthetic resin film 7. Since the layer 4 is formed, a chemical reaction between the amorphous semiconductor layer 1 and the amide compound of the curable synthetic resin film 7 can be prevented, and an increase in dark current can be suppressed. Of course, the surface of the amorphous semiconductor layer 1 is not altered and creeping discharge is not generated, so that the withstand voltage is not lowered. Further, since the barrier layer 4 and the amorphous semiconductor layer 1 do not cause a chemical reaction, the amorphous semiconductor layer 1 is not deteriorated. Further, the barrier layer 4 has adhesiveness with the curable synthetic resin film 7, thereby reducing the concentration of mechanical stress distortion.
  • the amorphous semiconductor is not crystallized when the curable synthetic resin film 7 is cured.
  • an auxiliary plate 9 having a thermal expansion coefficient comparable to that of the insulating substrate 11 is fixedly formed so as to cover the uppermost layer surface of the curable synthetic resin film 7 having a high withstand voltage.
  • the amorphous semiconductor layer 1, the carrier-selective high-resistance film 5, and the common electrode 3 that are relatively inferior in tensile strength seem to be sandwiched between the auxiliary plate 9 and the insulating substrate 11 via the curable synthetic resin film 7. Therefore, the radiation detector XS is not warped due to a temperature change. For the same reason, cracks in the amorphous semiconductor layer 1, the common electrode 3, the carrier-selective high resistance film 5, and the like are drastically reduced.
  • the auxiliary plate 9 and the high withstand voltage curable synthetic resin film 7 also function as a protective film for the amorphous semiconductor layer 1 having relatively poor environmental resistance.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified as follows.
  • the carrier-selective high-resistance film 5 is formed only between the amorphous semiconductor layer 1 and the bias voltage supply unit 2.
  • the present invention is not limited to this, as shown in FIG.
  • the entire amorphous semiconductor layer 1 may be covered from the insulating substrate 11.
  • the barrier layer 4 is formed on the surface of the high resistance film 5 thus formed, and the curable synthetic resin film 7 is further formed thereon.
  • the amide compound of the curable synthetic resin film 7 is double-prevented by the barrier layer 4 and the high-resistance film 5, so that the amorphous semiconductor layer 1 is less likely to cause a chemical reaction and is stable in radiation detection.
  • a detector can be provided.
  • the barrier layer 4 is formed by dissolving the resin in the solvent as the barrier layer 4 and applying the solution to volatilize the solvent.
  • a mixed type non-amide room temperature curable synthetic resin can also be employed.
  • a polycarbonate resin, a urethane resin, etc. are mentioned.
  • the barrier layer 4 may be formed by applying a photocurable synthetic resin and photocuring.
  • a photocurable resin that does not cause a chemical reaction with the amorphous semiconductor layer 1 is desirable, and examples thereof include an acrylic resin blended with a mercaptoester.
  • the barrier layer 4 is formed by dissolving a resin in a solvent as the barrier layer 4 and applying the solution to volatilize the solvent.
  • the barrier layer 4 may be formed by evaporating a non-amide synthetic resin such as xylylene in a vacuum and depositing it on the amorphous semiconductor layer 1 as a polyparaxylylene film. In this case, it is desirable to deposit the substrate including the amorphous semiconductor layer 4 while cooling so that the temperature of the amorphous semiconductor layer 4 is not heated to 40 ° C. or higher.
  • the barrier layer 4 is formed by dissolving an organic insulating resin in the solvent as the barrier layer 4 and applying the solution to volatilize the solvent.
  • the barrier layer 4 may be formed by vacuum-depositing Sb 2 S 3 that is also used in the carrier-selective high resistance film 5 or 6.
  • the film thickness of Sb 2 S 3 is limited to be sandwiched between the amorphous semiconductor layer 1 and the common electrode 3 in order to maintain carrier transport characteristics.
  • Sb 2 S 3 is not selected by carrier but is amorphous. Since the purpose is to suppress the chemical reaction between the semiconductor layer 1 and the curable synthetic resin film 7, the film can be formed without being limited by the film thickness.
  • an inorganic high resistance film can be formed as the barrier layer 4 in addition.
  • the specific resistance of the inorganic high resistance film is preferably 10 9 ⁇ cm or more.
  • the active matrix substrate 16 is used as the matrix substrate, but a passive matrix substrate may be used.

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

　本発明の放射線検出器には、放射線感応型の半導体層、キャリア選択性の高抵抗膜、および共通電極の露出面上と硬化性合成樹脂膜との間に、絶縁性の非アミド系のバリア層が備えられている。 　このバリア層により、半導体層と硬化性合成樹脂膜との化学反応をさらに抑止することができ、半導体層を流れる暗電流の増加を防ぐことができる。また、バリア層と半導体層は化学反応を起こさないので半導体層を劣化させることもない。さらに、硬化性合成樹脂膜の上面に補助板を備えることで、温度変化による反りや亀裂を生じさせることのない放射線検出器を製造することができる。

Description

放射線検出器
　本発明は、産業用あるいは医用の放射線検出器に係り、特に放射線を直接キャリアに変換する放射線検出器の構造に関するものである。
　従来より、放射線を半導体層にて直接キャリア（電荷情報）に変換する直接変換型放射線検出器では、放射線に感応する半導体層の表面に形成された共通電極に、所定のバイアス電圧を印加することで、半導体層に生成したキャリアを半導体層の裏面に形成された画素電極に収集する。さらにこの収集されたキャリアを放射線検出信号として取り出すことで放射線の検出を行っている。
　放射線感応型の半導体層として、特にａ－Ｓｅ（アモルファス・セレン）のようなアモルファス半導体層を用いると、真空蒸着等の方法により、容易に大面積かつ厚い半導体層を形成することができる。このように、アモルファス半導体層は２次元アレイ型放射線検出器の放射線変換層として構成することができる。
　しかしながら、直接変換型の放射線検出器は高電圧を共通電極に印加して使用するので、暗電流増加と沿面放電の問題が発生する。さらに、放射線検出器が大面積になるほど、温度変化による反りや亀裂の問題が発生する。まず、特許文献１および図６では、暗電流を低減する方法として共通電極３と半導体層１との間にキャリア選択性の高抵抗膜５が挟まれており、また、沿面放電の問題を解決するために、アモルファス半導体層１とキャリア選択性の高抵抗膜５と共通電極３の表面全体を高耐電圧の絶縁膜として硬化性合成樹脂膜７（シリコーン樹脂）が覆われている。しかしながら、この構造では、温度変化により放射線検出器に反りが生じ、硬化性合成樹脂膜７、アモルファス半導体層１、共通電極３やキャリア選択性の高抵抗膜５に亀裂が入り、沿面放電耐圧が不十分となる。
　そこで、特許文献２および図７では、放射線検出器に反りや亀裂を生じさせないために、絶縁性基板１１と同程度の熱膨張係数をもつ補助板９を絶縁性基板１１とで、高耐電圧の硬化性合成樹脂膜７を挟み込むように固定されている。ここで、硬化性合成樹脂膜７としてシリコーン樹脂を使用すると、シリコーン樹脂の硬度が劣るので、放射線検出器の熱収縮による反りを押さえ込むことができず、アモルファス半導体層１、共通電極３およびキャリア選択性の高抵抗膜５に亀裂が入る。以上の理由より、特許文献２では、硬化性合成樹脂膜７としてエポキシ樹脂を使用している。
　しかしながら、エポキシ樹脂の溶剤成分がアモルファス半導体層１であるａ－Ｓｅと反応し、アモルファス半導体層１の表面が変色するとともに、耐電圧が低下する問題が特許文献２で提示されている。そこで、特許文献２および図７では、Ｓｂ２Ｓ３膜のような耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜５がアモルファス半導体層１の表面全体に覆われている。これより、エポキシ樹脂の溶剤成分とａ－Ｓｅとの反応を低減し、アモルファス半導体層１の表面が変色することもなく、耐電圧が低下することもない。
　また、特許文献３には、反りや亀裂の問題の解決方法として、硬化性合成樹脂膜７にシラン化合物を使用している。こうすれば、シラン化合物からなるモールド材そのものの熱膨張係数を絶縁性基板と同じにすることができるので、補助板９を使用しなくても、反りや亀裂を抑えることができる。
特開２００２－００９２６８号公報 特開２００２－３１１１４４号公報 特開２００２－１１６２５９号公報
　しかしながら、上記文献にも開示されていない新たな問題が発見された。それは、図７に示されるようにアモルファス半導体層１の表面全体を耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜５で覆っているにもかかわらず、アモルファス半導体層１のａ－Ｓｅが硬化性合成樹脂膜７であるエポキシ樹脂の溶剤と反応することである。この反応は比較的に小さいものであり、アモルファス半導体層１の表面に変色および耐電圧低下こそ生じないものの、長時間経過すると暗電流増加等の性能劣化が起こることが新たに確認された。図８は、図７の構造の放射線検出器で検出された暗電流の大きさを示した写真である。暗電流が大きい画素領域は白く映るように、暗電流の大きさを白色の濃淡で示している。この写真によれば、エポキシ樹脂の溶剤とアモルファス半導体とが反応した画素領域は抵抗率が下がり、放射線を照射していないにもかかわらず、バイアス電圧の印加による暗電流が増加して、暗電流が画面上に白く映し出されている。
　また、シラン化合物は絶縁性基板１１であるガラス基板と熱膨張係数が同等であるものの、ａ－Ｓｅ半導体層の熱膨張と収縮に耐え得る強度を持たすためには、数ｍｍ以上の厚さと、完全な加水分解反応による架橋形成が必要である。しかしながら、大面積半導体層上への塗布膜を得るためには架橋反応の途中で有機溶剤に溶解させる必要があり、これにより、シラン化合物の濃度が低下して十分な強度を得ることができない。また、強度を得るためには、塗布後、有機溶剤を完全に揮発させて高濃度の厚膜を形成する必要があり、少なくとも４０℃以上８０℃以下に加熱させなければならない。この加熱により、シラン化合物の硬化が促進されるが、ａ－Ｓｅ半導体層はアモルファス状態から結晶化する問題が発生した。つまり、ａ－Ｓｅのようなアモルファス半導体はガラス転移温度が低いので、常温で硬化する硬化性合成樹脂膜７を選択しなければならない。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、アモルファス半導体層１と硬化性合成樹脂膜７の溶剤成分との化学反応を防ぐことで暗電流の増加を抑止し、また、硬化性合成樹脂膜７を硬化させる際、アモルファス半導体を結晶化させることなく、また、温度変化による反りや亀裂が生じない放射線検出器を提供することを目的とする。
　本願の発明者は鋭意研究した結果、次の知見を得ることができた。まず、ａ－Ｓｅと反応している物質が何であるかを特定するために、ａ－Ｓｅにエポキシ樹脂の主剤と硬化剤をそれぞれ塗布した。すると、エポキシ樹脂の主剤を塗布した面ではａ－Ｓｅの劣化は認められなかったが、硬化剤を塗布した面ではａ－Ｓｅの暗電流が増加する劣化が認められた。以上の実験より、エポキシ樹脂の溶剤成分の中でａ－Ｓｅと反応する成分が、硬化剤に含まれるアミド系化合物であると推定される。
　また、図７に示されるように、アモルファス半導体層１の表面全体をキャリア選択性の高抵抗膜５で覆っているにもかかわらず、アモルファス半導体層１がエポキシ樹脂の硬化剤のアミド系化合物と化学反応する原因は、キャリア選択性の高抵抗膜５が、図９に示されるように、完全に緻密な膜ではないことに起因することが判明した。図９はキャリア選択性の高抵抗膜５の断面電子顕微鏡写真であり、この写真よりキャリア選択性の高抵抗膜５の内部に緻密でない領域があることが判明した。このキャリア選択性の高抵抗膜５の不完全緻密性の影響を無くし、アミド系化合物の浸透を防ぐためには、キャリア選択性の高抵抗膜５の膜厚を厚くしなければならない。しかしながら、膜厚を厚くすればするほどキャリアの走行性が劣化し、特に数μｍを越えると放射線の検出感度が低下するので、キャリア選択性の高抵抗膜５の膜厚を厚くするのにも限界がある。そこで、キャリア選択性の高抵抗膜５の膜厚を厚くすることなく、アモルファス半導体層１と硬化性合成樹脂膜７の硬化剤のアミド系化合物との化学反応を抑止するために、新たにバリア層を形成することで暗電流の増加が生じない放射線検出器を製作することができる。
　この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
　すなわち、この発明の放射線検出器は、（ａ）放射線の入射によりキャリアを生成する放射線感応型の半導体層と、（ｂ）前記半導体層の上面に形成されるとともに、キャリアを選択して透過させる高抵抗膜と、（ｃ）前記高抵抗膜の上面に形成されるとともに、前記高抵抗膜および前記半導体層にバイアス電圧を印加する共通電極と、（ｄ）前記半導体層の下面に形成されるとともに、前記半導体層で生成したキャリアを画素ごとに読み出すマトリックス基板と、（ｅ）前記半導体層、前記高抵抗膜および前記共通電極の露出面全体を覆う絶縁性のバリア層と、（ｆ）前記バリア層の表面全体を覆う硬化性合成樹脂膜と、（ｇ）前記硬化性合成樹脂膜の上面に固定されるとともに、マトリックス基板と同程度の熱膨張係数を有する絶縁性の補助板とを備え、（ｈ）前記バリア層は、前記硬化性樹脂膜と接着性を有し、　（ｉ）前記バリア層は、前記半導体層と前記硬化性合成樹脂膜との化学反応を抑止するとともに、（ｊ）前記バリア層は、前記半導体層とは化学反応しないことを特徴とする。
　この発明の放射線検出器によれば、半導体層、高抵抗膜および共通電極の露出面上と硬化性合成樹脂膜との間にバリア層を新たに備えることで、半導体層と硬化性合成樹脂膜との化学反応をさらに抑止することができる。また、バリア層と半導体層は化学反応を起こさないので半導体層を劣化させることもない。また、共通電極と半導体層との間に高抵抗膜を形成することで暗電流の増加を防ぐことができる。また、バリア層は、硬化性樹脂膜と接着性を有することで、機械的応力の歪みが集中するのを低減する。さらに、半導体層および硬化性合成樹脂膜を補助板とマトリックス基板とで挟むことで、温度変化による反りや亀裂を生じさせることのない放射線検出器を製作することができる。
　上述した放射線検出器において、マトリックス基板は、半導体層で生成したキャリアを画素ごとに収集する画素電極と、収集されたキャリアの数に相応した電荷を蓄積するコンデンサと、蓄積された電荷を読み出すスイッチ素子と、格子状に配列されつつ、各格子点に設けられた前記スイッチ素子と接続された電極配線とで構成されるアクティブマトリックス基板を採用してもよい。これより、大画面でありながらクロストークの影響の小さい放射線検出器を製作することができる。
　また、上述した放射線検出器において、半導体層にａ－Ｓｅ（アモルファス・セレン）を採用してもよい。これにより、大面積の放射線検出器を製作することができる。また、硬化性樹脂膜としてエポキシ樹脂を採用してもよい。これにより、補助板との接着性がよいので接着面において剥離するおそれがなく、エポキシ樹脂の硬度が高いので、温度変化による反りや亀裂を生じにくくすることができる。
　さらには、バリア層の膜厚を高抵抗膜の膜厚よりも厚くすることで、高抵抗膜だけでは防ぐことのできなかった半導体層と硬化性合成樹脂膜との化学反応を抑止して、半導体層の性能の劣化を防止することができる。
　また、バリア層が非アミド系合成樹脂であれば、バリア層と半導体層が化学反応を起こさない。さらに、バリア層が４０℃未満の温度で硬化されれば、半導体層がアモルファス構造であっても結晶化しない。
　非アミド系常温硬化性合成樹脂のバリア層としては、二液混合タイプのポリカーボネート樹脂やウレタン樹脂等が挙げられる。また、非アミド系合成樹脂を非アミド系溶剤にて溶解し、その溶液を半導体層、高抵抗膜および共通電極の露出面上に塗布し、非アミド系溶剤を常温で揮発させることでバリア層である非アミド系合成樹脂を成膜してもよい。上述したバリア層の一例として、非アミド系合成樹脂ではポリカーボネート樹脂またはアクリル樹脂が挙げられ、非アミド系溶剤ではキシレンまたはジクロロベンゼンが挙げられる。本願でいう常温とは４０℃未満の温度である。
　また、非アミド系常温硬化性合成樹脂のバリア層として光硬化性のアクリル樹脂を採用することもできる。
　また、他のバリア層の一例として、真空蒸着法により非アミド系合成樹脂を半導体層、高抵抗膜および共通電極の露出面上に被着させて形成してもよい。蒸着される非アミド系合成樹脂として、ポリパラキシリレンが挙げられる。
　また、バリア層は非アミド系合成樹脂膜に限られず、キャリア選択性の高抵抗膜と同一物質または別の無機高抵抗膜で形成してもよい。新たに形成された無機高抵抗膜は暗電流低減を目的とするのではなく、バリア層として半導体層と硬化性合成樹脂膜との化学反応を抑止することが目的であるから、膜厚を半導体層と共通電極とで挟まれて形成されたキャリア選択性の高抵抗膜より厚くすることができる。
　この発明に係る放射線検出器によれば、半導体層、高抵抗膜および共通電極の露出面上と硬化性合成樹脂膜との間にバリア層を備えることで、半導体層と硬化性合成樹脂膜との化学反応をさらに抑止することができる。また、バリア層と半導体層は化学反応を起こさないので半導体層を劣化させることもない。また、共通電極と半導体層との間に高抵抗膜を形成することで暗電流の増加を防ぐことができる。また、バリア層は、硬化性樹脂膜と接着性を有することで、機械的応力の歪みが集中するのを低減することができる。さらには、半導体層および硬化性合成樹脂膜を補助板とマトリックス基板とで挟むことで、温度変化による反りや亀裂を生じさせることのない放射線検出器を提供することができる。
実施例に係る放射線検出器の構成を示す概略縦断図である。 実施例に係るアクティブマトリックス基板及び周辺回路の構成を示す回路図である。 実施例の効果を示す写真図である。 実施例の効果を示す写真図である。 本発明の他の実施例に係る放射線検出器の構成を示す概略縦断図である。 従来例における放射線検出器の構成を示す概略縦断図である。 従来例における放射線検出器の構成を示す概略縦断図である。 従来例におけるＸ線検出器の暗電流の増加を示す写真図である。 従来例におけるＸ線検出器のキャリア選択性高抵抗膜の縦断面図を示す電子顕微鏡写真図である。
符号の説明
　１　…　アモルファス半導体層
　２　…　バイアス電圧供給部
　３　…　共通電極
　４　…　バリア層
　５　…　キャリア選択性の高抵抗膜
　６　…　キャリア選択性の高抵抗膜
　７　…　硬化性合成樹脂膜
　９　…　絶縁性の補助板
　１１　…　絶縁性基板
　１３　…　画素電極
　１４　…　キャリア蓄積用コンデンサ
　１５　…　スイッチ素子
　１６　…　アクティブマトリックス基板
　１７　…　スペーサ
　１９　…　データライン
　２１　…　ゲートライン
　２３　…　接地ライン
　ＸＳ　…　放射線検出器
　ＤＵ　…　検出素子
　以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
　図１は実施例に係る放射線検出器ＸＳの構成を示す概略縦断面図であり、図２は放射線検出器ＸＳ内のアクティブマトリックス基板１６と電気的に接続されている周辺回路を含む放射線撮像装置の構成を示す回路図であり、図３および図４は本実施例の効果を示す写真図である。なお、従来例と同様の部材を用いる場合は共通の符号で示している。
《放射線検出器》
　本実施例の放射線検出器ＸＳは、図１で示されるように、バイアス電圧供給部２からバイアス電圧が印加される共通電極３の下層に、キャリアを選択して透過させるキャリア選択性の高抵抗膜５が形成され、さらにその下層に放射線の入射によりキャリアを生成するアモルファス半導体層１が形成されている。つまり、共通電極３にバイアス電圧が印加されることで、キャリア選択性の高抵抗膜５およびアモルファス半導体層１にバイアス電圧が印加される。そして、アモルファス半導体層１の下層には再び、キャリア選択性の高抵抗膜６が形成されている。さらにその下層に画素ごとにキャリアを収集する画素電極１３と、画素電極１３に収集されたキャリアを蓄積するキャリア蓄積用コンデンサ１４と、キャリア蓄積用コンデンサ１４と電気的に接続されたスイッチ素子１５および接地ライン２３と、スイッチ素子１５へスイッチ作用の信号を送るゲートライン２１と、スイッチ素子を通してキャリア蓄積用コンデンサ１４に蓄積された電荷を読み出すデータライン１９と、それらを支持する絶縁性基板１１とで構成されたアクティブマトリックス基板１６が形成されている。このアクティブマトリックス基板１６によりアモルファス半導体層１にて生成したキャリアを画素ごとに読み出すことができる。アモルファス半導体層１はこの発明における放射線感応型の半導体層に相当する。キャリア選択性の高抵抗膜５はこの発明における高抵抗膜に相当する。ゲートライン２１およびデータライン１９はこの発明における電極配線に相当する。アクティブマトリックス基板１６はこの発明におけるマトリックス基板に相当する。
　そして、共通電極３、キャリア選択性の高抵抗膜５、およびアモルファス半導体層１とをアクティブマトリックス基板１６の絶縁性基板１１から全体を覆うようにバリア層４が形成され、さらにそれを覆うように硬化性合成樹脂膜７が形成されている。また、硬化性合成樹脂膜７の上面には、絶縁性の補助板９が形成されている。バリア層４について後で詳述する。
　アモルファス半導体層１は比抵抗１０９Ωｃｍ以上（好ましくは１０１１Ωｃｍ以上）であって、膜厚が０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の高純度ａ－Ｓｅ厚膜である。このａ－Ｓｅ厚膜は特に検出エリアの大面積化を容易にすることができる。また、アモルファス半導体層１が薄いと、放射線が変換されることなく透過してしまうので０.５ｍｍ以上１．５ｍ以下の厚めの膜が用いられる。
　共通電極３および画素電極１３はＡｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｉｎ等の金属やＩＴＯなどで形成される。もちろん、アモルファス半導体層１の材料や、電極の材料は上の例示のものに限らない。
　キャリア選択性の高抵抗膜５は、共通電極３に印加されるバイアス電圧が正バイアスまたは負バイアスかにより、正バイアスでは正孔注入阻止能の高い膜を、負バイアスでは電子注入阻止能の高い膜を採用する。一般に正バイアスで使用される場合、キャリア選択性の高抵抗膜５はｎ型（多数キャリアが電子）の選択膜が使用され、負バイアスで使用される場合、キャリア選択性の高抵抗膜５はＰ型（多数キャリアが正孔）の選択膜が使用される。しかしながら、１０９Ωｃｍ以上の高抵抗領域では必ずしも一般則が成り立たない場合もあるので、ｐ型層として例示されるＳｂ２Ｔｅ３、Ｓｂ２Ｓ３、ＺｎＴｅ膜などを正バイアスで使用することが効果的な場合もあり得る。ｎ型層ではＣｄＳ、ＺｎＳ膜などが例示される。高抵抗膜５の比抵抗は、１０９Ωｃｍ以上が好ましい。また、高抵抗膜５の膜厚は０．１μｍ以上５μｍ以下が適当である。
　絶縁性基板１１と同程度の熱膨張係数を持つ補助板９は、放射線の透過性の良いものが好ましく、石英ガラス等が使用される。厚さは０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下が適当である。また、補助板９は、アモルファス半導体層１に反りが生じないように形成するのであれば、上述した実施形態に限らず、どのような実施形態を採用してもよい。
　また、高耐電圧の硬化性合成樹脂膜７として本実施例ではエポキシ樹脂を採用する。エポキシ樹脂であれば、硬度が高く、補助板９との接着性もよく、また、エポキシ樹脂を硬化する際、４０℃未満の常温にて硬化することができ、ａ－Ｓｅを結晶化させることもない。硬化性合成樹脂膜７として他の樹脂を選択する場合、半導体層１にどのような半導体を採用するかで硬化温度の上限が決まる。上述の通りａ－Ｓｅを使用する場合は、ａ－Ｓｅが熱によって結晶化しやすいので、４０℃未満の常温で硬化するタイプの合成樹脂を選択する必要がある。
　これらの硬化性合成樹脂膜７の形成厚みは、薄すぎると絶縁耐圧が低下し、厚すぎると入射放射線が減衰してしまうので、絶縁性基板１１と補助板９とのギャップが１ｍｍから５ｍｍ、好ましくは２ｍｍから４ｍｍになるようにする。かかるギャップを確実に形成するため絶縁性基板１１の周辺部に、ＡＢＳ樹脂等からなるスペーサ１７を設けている。このように補助板９とアクティブマトリックス基板１６との間にスペーサ１７を設けることでギャップの調整をすることができる。
　画素電極１３は２次元アレイ状に多数個形成されているとともに、各画素電極１３ごとに収集されたキャリアを蓄積するキャリア蓄積用コンデンサ１４およびキャリア読み出し用のスイッチ素子１５がそれぞれ各１個ずつ設けられている。これより、本実施例の放射線検出器ＸＳは放射線検出画素である検出素子ＤＵがＸ、Ｙ方向に沿って多数配列された２次元アレイ構成のフラットパネル型放射線センサとなっている（図２参照）ので、各放射線検出画素ごとに局所的な放射線検出が行うことができ、放射線強度の２次元分布測定が可能となる。
　また、検出素子ＤＵのスイッチ素子１５のスイッチングを作用する薄膜トランジスタのゲートが横（Ｘ）方向のゲートライン２１に接続され、ドレインが縦（Ｙ）方向のデータライン１９に接続されている。
　そして、図２に示されるように、データライン１９は電荷－電圧変換器群２７を介してマルチプレクサ２９に接続されているとともに、ゲートライン２１はゲートドライバ２５に接続されている。また、放射線センサ部の検出素子ＤＵの特定は、Ｘ方向・Ｙ方向の配列に沿って各検出素子ＤＵへ順番に割り付けられているアドレスに基づいて行われるので、信号取り出し用の走査信号は、それぞれＸ方向アドレスまたはＹ方向アドレスを指定する信号となる。なお、説明の都合上、図２では、３×３画素分のマトリックス構成としているが、実際には放射線検出器ＸＳの画素数に合わせたサイズのアクティブマトリックス基板１６が使用されている。
　Ｙ方向の走査信号に従ってゲートドライバ２５からＸ方向のゲートライン２１に対し取り出し用の電圧が印加されるのに伴い、各検出素子ＤＵが行単位で選択される。そして、Ｘ方向の走査信号に従ってマルチプレクサ２９が切替えられることにより、選択された行の検出素子ＤＵのキャリア蓄積用コンデンサ１４に蓄積された電荷が、電荷－電圧変換器群２７およびマルチプレクサ２９を順に経て外部に送り出されることになる。
　つまり、本実施例の放射線検出器ＸＳによる放射線検出動作は以下の通りである。アモルファス半導体層１の表面側の共通電極３にバイアス電圧が印加された状態で検出対象の放射線を入射させると、放射線の入射によって生成するキャリア（電子・正孔対）は、バイアス電圧によって共通電極３と画素電極１３に移動する。このキャリアの生成した数に相応して画素電極１３側のキャリア蓄積用コンデンサ１４に電荷が蓄積されるとともに、キャリア読出し用のスイッチ素子１５のオン状態への移行に伴って蓄積電荷がスイッチ１５経由で放射線検出信号として読み出され、電荷－電圧変換器群２７で電圧信号に変換される。
　本実施形態の放射線検出器ＸＳが、例えばＸ線透視撮影装置のＸ線検出器として用いられた場合、各検出素子ＤＵの検出信号がマルチプレクサ２９から画素信号として順に取り出された後、画像処理部３１でノイズ処理等の必要な信号処理が行われてから画像表示部３３で２次元画像（Ｘ線透視画像）として表示されることになる。
　また、本実施例の放射線検出器ＸＳを製作する場合は、絶縁性基板１１の表面に、各種真空成膜法による薄膜形成技術やフォトリソグラフ法によるパターン化技術を利用して、スイッチ素子１５用の薄膜トランジスタおよびキャリア蓄積用コンデンサ１４、画素電極１３、キャリア選択性の高抵抗膜６、アモルファス半導体層１、キャリア選択性の高抵抗膜５、共通電極３などが順に積層形成される。
《バリア層》
　バリア層４はポリカーボネート樹脂をキシレンやジクロロベンゼン等の溶剤に溶解させて液状にし、これをアモルファス半導体層１、高抵抗膜５および共通電極３上に塗布する。そして、４０℃未満の常温にて揮発させることでポリカーボネート樹脂膜がバリア層４として形成される。この方法によれば、アミド系化合物を含む合成樹脂および溶剤を用いることなくバリア層４を形成することができ、バリア層４とアモルファス半導体層１とが化学反応を起こさないので、アモルファス半導体層１の暗電流特性を劣化させることがない。また、バリア層４を形成することで、硬化剤合成樹脂膜７であるエポキシ樹脂の硬化剤に含まれるアミド系化合物がアモルファス半導体層１へ浸漬するのを防ぎ、また、化学反応するのを抑止することができる。
　また、ポリカーボネート樹脂であれば、硬化性合成樹脂膜７のエポキシ樹脂との接着性もよいので、好ましい。シリコーン樹脂やポリカーボネート樹脂もバリア層４として絶縁性は良いが、エポキシ樹脂との接着性が悪いので好ましくない。接着性が悪い場合、硬化性合成樹脂膜７とバリア層４との接着面で隙間が生じ、そこに温度変化による絶縁性基板１１の歪みの機械的応力が集中し、アモルファス半導体層１、共通電極３およびキャリア選択性の高抵抗膜５の亀裂の起端点となるおそれがある。
　バリア層４の膜厚はキャリア選択性の高抵抗膜５の厚みよりも厚いことが好ましい。具体的には、１μｍ以上５００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上１００μｍ以下である。バリア層４の膜厚が上記条件を満たしていれば、高抵抗膜５の不完全緻密性の影響をなくすことができ、エポキシ樹脂のアミド系化合物とアモルファス半導体層１との化学反応を防ぐことができる。
《比較実験》
　図３および図４は、アモルファス半導体層１が硬化性合成樹脂膜７のアミド系化合物による劣化を、バリア層４により保護されていることを説明する写真である。
　図３において、写真右上部３５の領域は、アモルファス半導体層１、キャリア選択性の高抵抗膜５および共通電極３の上面にバリア層４を１μｍ以上の厚みで形成しており、写真左下部３６の領域はバリア層４を形成していない領域である。そして、両領域の面上にアミド系化合物を含む硬化剤を通常の２倍の量を配合したエポキシ樹脂を直接塗布し、硬化後、これを３５℃の温度条件の下、長時間放置する。その後、放射線を照射することなく、暗電流を測定した画像が図３である。これより、明らかに、バリア層４を形成していない領域はアモルファス半導体層１が劣化していることがわかる。また、バリア層４によりアモルファス半導体層１が保護され、暗電流が増加していないことも示されている。
　図４において、写真左上部３７の領域はアモルファス半導体層１、キャリア選択性の高抵抗膜５および共通電極３の上面にバリア層４を１μｍ以上の厚みで形成しており、写真右部３８の領域はバリア層４の厚みが１μｍ以下であり、写真下部３９の領域はバリア層４を形成していない領域である。図３と同様に、アミド系化合物を含む硬化剤を通常の２倍の量を配合したエポキシ樹脂を直接塗布し、硬化後、３５℃長時間放置した後、放射線を照射することなく、暗電流を測定した画像である。これより、バリア層４の厚みが１μｍ以下では、エポキシ樹脂のアミド系化合物がバリア層を透過してアモルファス半導体層１と化学反応し、暗電流特性を劣化させていることが示されている。
《本実施例効果》
　上記のように構成した放射線検出器ＸＳは、アモルファス半導体層１、キャリア選択性の高抵抗膜５および共通電極３の露出表面全体と硬化性合成樹脂膜７との間に非アミド系化合物のバリア層４が形成されているので、アモルファス半導体層１と硬化性合成樹脂膜７のアミド系化合物との化学反応を防ぐことができ、暗電流の増加を抑止することができる。もちろん、アモルファス半導体層１の表面が変質し沿面放電が発生して耐圧が低下することもない。また、バリア層４とアモルファス半導体層１は化学反応を起こさないのでアモルファス半導体層１を劣化させることもない。また、バリア層４は、硬化性合成樹脂膜７と接着性を有することで、機械的応力の歪みが集中するのを低減することができる。
　また、硬化性合成樹脂膜７には常温硬化型のエポキシ樹脂を用いているので、硬化性合成樹脂膜７を硬化させる際、アモルファス半導体を結晶化させることがない。
　また、絶縁性基板１１と同程度の熱膨張係数を持つ補助板９が高耐電圧の硬化性合成樹脂膜７の最上層表面を覆うように固定形成されている。比較的引っ張り強度に劣るアモルファス半導体層１、キャリア選択性の高抵抗膜５、および、共通電極３は、補助板９と絶縁性基板１１とで硬化性合成樹脂膜７を介して挟み込まれたように固定されるので、温度変化による放射線検出器ＸＳの反りが発生しない。また同じ理由で、アモルファス半導体層１、共通電極３およびキャリア選択性の高抵抗膜５等の亀裂が激減する。しかも、補助板９および、高耐電圧の硬化性合成樹脂膜７は比較的耐環境性に劣るアモルファス半導体層１の保護膜としても機能する。
　この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
変形例
　（１）上述した実施例では、キャリア選択性の高抵抗膜５はアモルファス半導体層１とバイアス電圧供給部２との間だけに形成されていたが、これに限らず、図５に示されるように、絶縁性基板１１からアモルファス半導体層１全体を覆うように形成してもよい。このように形成された高抵抗膜５の面上にバリア層４が形成され、さらにその上に硬化性合成樹脂膜７が形成される。これにより、硬化性合成樹脂膜７のアミド系化合物がバリア層４および高抵抗膜５とで二重に防がれるので、アモルファス半導体層１がより化学反応を起こしにくく、放射線検出に安定した放射線検出器を提供することができる。
　（２）上述した実施例では、バリア層４として樹脂を溶剤に溶解し、この溶液を塗布して溶剤を揮発させることで、バリア層４を形成していたが、これに限らず、二液混合タイプの非アミド系常温硬化性合成樹脂を採用することもできる。例えば、ポリカーボネート樹脂やウレタン樹脂等が挙げられる。また、光硬化性合成樹脂を塗布し、光硬化によりバリア層４を形成してもよい。この場合、アモルファス半導体層１と化学反応を起こさない光硬化性樹脂が望ましく、例えば、メルカプトエステルを配合したアクリル系の樹脂が挙げられる。
　（３）上述した実施例では、バリア層４として樹脂を溶剤に溶解し、この溶液を塗布して溶剤を揮発させることで、バリア層４を形成していたが、これに限らず、ポリパラキシリレン等の非アミド系合成樹脂を真空中で蒸発させてポリパラキシリレン膜としてアモルファス半導体層１に被着させてバリア層４を形成してもよい。この場合、アモルファス半導体層４の温度が４０℃以上に加温されないように、アモルファス半導体層４を含む基板を冷却しながら被着させることが望ましい。
　（４）上述した実施例では、バリア層４として有機性絶縁性樹脂を溶剤に溶解し、この溶液を塗布して溶剤を揮発させることで、バリア層４を形成していたが、これに限らず、キャリア選択性の高抵抗膜５または６でも使われるＳｂ２Ｓ３を真空蒸着させてバリア層４を形成してもよい。従来例では、アモルファス半導体層１と共通電極３との間に挟まれキャリア輸送特性を保持するためＳｂ２Ｓ３の膜厚が制限されていたが、Ｓｂ２Ｓ３をキャリア選択ではなく、アモルファス半導体層１と硬化性合成樹脂膜７との化学反応を抑止するのを目的としているので、膜厚に制限されることがなく成膜できる。また、キャリア選択は考えなくてよいので、他にも無機高抵抗膜をバリア層４として成膜できる。無機高抵抗膜の比抵抗は１０９Ωｃｍ以上が好ましい。
　（５）上述した実施例では、マトリックス基板としてアクティブマトリックス基板１６を採用したが、パッシブマトリックス基板を採用してもよい。

Claims (14)

  1. 　（ａ）放射線の入射によりキャリアを生成する放射線感応型の半導体層と、（ｂ）前記半導体層の上面に形成されるとともに、キャリアを選択して透過させる高抵抗膜と、（ｃ）前記高抵抗膜の上面に形成されるとともに、前記高抵抗膜および前記半導体層にバイアス電圧を印加する共通電極と、（ｄ）前記半導体層の下面に形成されるとともに、前記半導体層で生成したキャリアを画素ごとに読み出すマトリックス基板と、（ｅ）前記半導体層、前記高抵抗膜および前記共通電極の露出面全体を覆う絶縁性のバリア層と、（ｆ）前記バリア層の表面全体を覆う硬化性合成樹脂膜と、（ｇ）前記硬化性合成樹脂膜の上面に固定されるとともに、マトリックス基板と同程度の熱膨張係数を有する絶縁性の補助板とを備え、（ｈ）前記バリア層は、前記硬化性樹脂膜と接着性を有し、（ｉ）前記バリア層は、前記半導体層と前記硬化性合成樹脂膜との化学反応を抑止するとともに、（ｊ）前記バリア層は、前記半導体層とは化学反応しないことを特徴とする放射線検出器。
  2. 　請求項１に記載の放射線検出器において、前記マトリックス基板は、前記半導体層で生成したキャリアを画素ごとに収集する画素電極と、前記画素電極に収集されたキャリアの数に相応した電荷を蓄積するコンデンサと、前記蓄積された電荷を読み出すスイッチ素子と、格子状に配列され、かつ、各格子点に設けられた前記スイッチ素子と接続された電極配線とで構成されるアクティブマトリックス基板であることを特徴とする放射線検出器。
  3. 　請求項１または２に記載の放射線検出器において、前記半導体層は、アモルファス・セレンであることを特徴とする放射線検出器。
  4. 　請求項１から３いずれか１つに記載の放射線検出器において、前記硬化性樹脂膜は、エポキシ樹脂であることを特徴とする放射線検出器。
  5. 　請求項１から４いずれか１つに記載の放射線検出器において、前記バリア層の膜厚は、前記高抵抗膜よりも厚いことを特徴とする放射線検出器。
  6. 　請求項５に記載の放射線検出器において、前記バリア層は、非アミド系合成樹脂である　ことを特徴とする放射線検出器。
  7. 　請求項６に記載の放射線検出器において、前記バリア層は、４０℃未満の温度で形成される合成樹脂であることを特徴とする放射線検出器。
  8. 　請求項７に記載の放射線検出器において、前記非アミド系合成樹脂は、ポリカーボネート樹脂またはアクリル樹脂またはウレタン樹脂であることを特徴とする放射線検出器。
  9. 　請求項７に記載の放射線検出器において、
    　前記バリア層は、光硬化性樹脂であり、光照射により硬化させて形成される
    　ことを特徴とする放射線検出器。
  10. 　請求項７に記載の放射線検出器において、前記バリア層は、前記非アミド系合成樹脂を真空蒸着法により前記半導体層、前記高抵抗膜および前記共通電極の表面全体に被着させて形成されたことを特徴とする放射線検出器。
  11. 　請求項１０に記載の放射線検出器において、前記非アミド系合成樹脂は、ポリパラキシリレンであることを特徴とする放射線検出器。
  12. 　請求項５に記載の放射線検出器において、前記バリア層は、前記高抵抗膜とは別に形成された無機高抵抗膜であることを特徴とする放射線検出器。
  13. 　請求項１２に記載の放射線検出器において、前記無機高抵抗膜は、Ｓｂ2Ｓ3膜であることを特徴とする放射線検出器。
  14. 　請求項１から１３いずれか１つに記載の放射線検出器において、前記補助板と前記マトリックス基板との間に、ギャップ調整用のスペーサを設けたことを特徴とする放射線検出器。
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