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技術 読出しの間比例電荷利得を有する放射線撮像検出器

出願人 ビューワークスカンパニーリミテッド
発明者 リー、デニーラップイェンチャン、ヒョンソク
出願日 2017年3月30日 (4年2ヶ月経過) 出願番号 2018-551210
公開日 2019年5月16日 (2年0ヶ月経過) 公開番号 2019-512893
状態 特許登録済
技術分野 薄膜トランジスタ 固体撮像素子
主要キーワード 電界ライン アレイスイッチ 誘電性領域 アバランシェモード ランナウェイ 読出しプロセス 外部リング 平均電荷
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図面 (11)

課題・解決手段

本発明はX線画像情報を記録するための2段階の撮像段階を持ったパネルに関するものである。さらに具体的には、本発明は、内部電界が、まず絶縁面上にX線画像キャプチャーするように誘導し、絶縁面からの電荷注入ノイズを避け、引き続き内部電界を再誘導して絶縁面から画像判読の間、電荷利得を得るのに充分な電界を持つ導電性判読の電極に上記画像電荷供与する段階を含む装置及び方法に関するものである。

概要

背景

デジタルX線放射線写真は、放射線感応物質層を使って入射X線を光強度(光子)の画像単位変調パターンとしてまたは電荷として取得することによって生成され得る。入射X線放射の強度により、吸収されるエネルギーは、X線光導電体によって電荷に直接変換され、離散的固体放射線センサーが規則的に配列されたアレイに伝達される。米国特許第5,319,206号は、光導電性物質層を使って電荷保存キャパシタ薄膜トランジスター(TFT)アレイなどのトランジスターで、画素の2次元アレイによって後続して収集される電子正孔対の画像単位変調領域分布を生成するシステムを開示している。デジタルX線画像は、まず吸収されたエネルギーを可視光線に変換した後、光パターン電気信号デジタル化することによって取得され得る。米国特許第5,262,649号(Antomikら)は、リン光体または蛍光体物質層を使って2次元アモルファスシリコンフォトダイオードアレイなどの感光装置によって、電荷の対応する画像単位変調分布で後続変換される光子の画像単位変調分布を生成するシステムを開示している。これらのシステムは、化学物質消費または銀ハロゲン化フィルム処理なしでX線に対する繰り返し露出に有用という長所がある。

蛍光体物質を利用して吸収されたX線エネルギーから光子の画像単位変調分布を生成する間接変換システム(例えば、米国特許第5,262,649号)では、吸収されたX線から生成される光子は2次元感光装置によって検出される前に多重散乱または拡散され得るため、画像鮮明度が低下したり変調伝達関数MTF)が低下され得る。画像鮮明度の低下は、画像形成のための十分なX線量を取得するように、さらに厚い蛍光体物質層が要求される時に特に顕著になる。

米国特許第5,319,206号に開示されたセレンなどの光導電性物質を利用する直接変換システム(図1、図2)では、画像単位変調X線放射に対する露出の前に最上部電極電位印加して適切な電界を提供する。X線放射に対する露出の間、X線放射の画像単位変調パターンの強度に応答して光導電性層(図1において、「X線半導体」で表示される)で(−と+で表示された)電子−正孔対が生成され、このような電子−正孔対は高電圧電源によって印加されるバイアス電界によって分離される。電子−正孔対は、光導電性層の反対面に向かって電界ラインに沿って反対方向に移動する。X線放射に対する露出後、電荷画像は薄膜トランジスター(TFT)アレイの保存キャパシタの導電面に維持される。引き続き、このような画像電荷は、このような薄膜トランジスターと電荷積分増幅器の直交アレイによって読み出される。直接変換システムでは、電界が電荷を集電電極誘導しているため、光導電性物質の厚さにかかわらず、画像鮮明度またはMTFが保存される。厚いX線変換物質を用いると、画質について妥協することなく十分なX線エネルギーを吸収することができる。しかし、アモルファスセレンなどの直接変換物質を使う場合、電荷収集の間、マイクロメートル当たり5Vまたはマイクロメートル当たり最大40Vの電界を使ってX線から画像電荷を生成し、電荷を集電電極まで続けて移動させる。このようなバイアス電界下で、また、相当量漏洩電流導電性電荷収集から注入され得るため、相当量の暗電流が発生する可能性がある。このような暗電流からの電荷は画像の動的範囲を減少させ、画像ノイズを増加させ得る可能性がある。したがって、非常に大きな電界下でも電荷収集面からの電荷注入ノイズのない検出システムを具備することが好ましい。

また、直接変換システムと間接変換システムの両方に使われる従来の大面積薄膜トランジスター(TFT)アレイは、互いに直交する多数の画像データライン(image data line)と制御ゲートライン(control gates lines)で構成される。読出しプロセスの間、各ゲートラインターンオンされる時、ゲート制御電圧は一般的に薄膜トランジスター(TFT)「オフ」状態に対する約−5Vの負の電圧から薄膜トランジスター(TFT)「オン」状態に対する+7V以上の正の電圧にスイッチングされる。このようなゲート制御電圧の12V以上のスイングΔVは、薄膜トランジスター(TFT)ゲート電極ドレイン電極間結合キャパシタンスCgdとΔVの積と同一の電荷ΔQdgを薄膜トランジスター(TFT)保存キャパシタに注入する。また、類似する電荷ΔQgsが、電荷増幅器に接続されているデータラインに注入され、ここで、ΔVは制御電圧ゲートオフ状態からオン状態への変化であり、Cgsは 薄膜トランジスター(TFT)の電界効果トランジスターFET)のゲート端子ソース端子間寄生キャパシタンスである。各データラインからの画像電荷が電荷増幅器によって積分されたり収集された後に、ゲートライン電圧は正から負にスイッチングして同一ライン上のすべてのトランジスターをターンオフさせる。引き続き、ΔVとCgdとCgsの積と同一の負電荷−ΔQgdと−ΔQgsを画像保存キャパシタとデータラインから抽出する。理想的な状況で、ゲート−オンプロセスの間に注入されたΔQgdとΔQgsは、ゲート−オフプロセスの間−ΔQgdと−ΔQgsと同じでなければならない。しかし、FETトランジスターのヒステリシスのため、ΔQgdとΔQgsの大きさは−ΔQgdと−ΔQgsの大きさと正確に同じでないこともあり得る。したがって、少量の純電荷がこのような画像電荷の移動プロセスで追加のノイズとして含まれる。ΔQgdとΔQgsが−ΔQgdと−ΔQgsの大きさを有する理想的な状態においても、各ゲートの遷移において注入される電子の数ΔNeの統計的ポアソン(poisson)ノイズは各遷移の電子の数Neの平方根と同じである。各ゲートスイッチングサイクルにおいて、平均電荷ΔQが平均電荷−ΔQoを正確に相殺する場合にも、Neの平方根かける2の平方根(1.4142)と同一のノイズ成分が依然として残っているはずである。このような種類のノイズは、一般的に薄膜トランジスター(TFT)スイッチングノイズとして知られており、同様に低信号または低放射線量のX線画像に対して好ましくない。したがって、このような薄膜トランジスター(TFT)スイッチングノイズは、当業界に公知とされた薄膜トランジスター(TFT)ーアレイを使うシステムの大きな短所である。

概要

本発明はX線画像情報を記録するための2段階の撮像段階を持ったパネルに関するものである。さらに具体的には、本発明は、内部電界が、まず絶縁面上にX線画像をキャプチャーするように誘導し、絶縁面からの電荷の注入ノイズを避け、引き続き内部電界を再誘導して絶縁面から画像判読の間、電荷利得を得るのに充分な電界を持つ導電性判読の電極に上記画像電荷を供与する段階を含む装置及び方法に関するものである。

目的

米国特許第5,319,206号に開示されたセレンなどの光導電性物質を利用する直接変換システム(図1、図2)では、画像単位変調X線放射に対する露出の前に最上部電極に電位を印加して適切な電界を提供する

効果

実績

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請求項1

放射線撮像検出器であって、第1誘電層;前記第1誘電層上に配置された複数の第1電極;前記第1誘電層上に配置された第2誘電層;前記第2誘電層上に配置された複数の第2電極;前記第2電極と前記第2誘電層上に配置された第3誘電層;および前記第1電極上に配置され、前記第2誘電層と前記第3誘電層を貫通する複数のビア(via)を含む、放射線撮像検出器。

請求項2

前記第1電極は行読出し電極であり、前記第2電極は前記第3誘電層によって埋め込まれた列埋込電極(columnburiedelectrode)である、請求項1に記載の放射線撮像検出器。

請求項3

前記第1電極にそれぞれ接続された複数の電荷増幅器をさらに含む、請求項2に記載の放射線撮像検出器。

請求項4

前記第3誘電層と前記ビア上に配置された放射線電荷変換層;および前記放射線電荷変換層上に配置された最上部バイアス電極をさらに含む、請求項1に記載の放射線撮像検出器。

請求項5

前記第2電極は前記第3誘電層によって埋め込まれた列埋込電極であり、放射線露出の間、第1バイアス電位が前記最上部バイアス電極に印加され、第2バイアス電位が前記列埋込電極に印加されて、前記最上部バイアス電極と前記列埋込電極の間に電界を形成し、これに伴い、前記第3誘電層と前記放射線電荷変換層間の界面で電荷蓄積される、請求項4に記載の放射線撮像検出器。

請求項6

前記第1電極は行読出し電極であり、前記放射線露出の完了時、前記列埋込電極の電位は前記第2バイアス電位から前記第1バイアス電位に変更され、蓄積された電荷が前記第1電極を通じてデータラインに移動する、請求項5に記載の放射線撮像検出器。

請求項7

前記第1バイアス電位は正であり、前記第2バイアス電位は負である、請求項6に記載の放射線撮像検出器。

請求項8

前記放射線電荷変換層はアモルファスセレンを含む、請求項4に記載の放射線撮像検出器。

請求項9

前記第2誘電層と前記第3誘電層は二酸化シリコン(SiO2)を含む、請求項1に記載の放射線撮像検出器。

請求項10

放射線撮像検出器を使う放射線撮像検出方法であって、前記放射線撮像検出器は、第1誘電層;前記第1誘電層上に配置された複数の第1電極;前記第1誘電層上に配置された第2誘電層;前記第2誘電層上に配置された複数の第2電極;前記第2電極と前記第2誘電層上に配置された第3誘電層;および前記第1電極上に配置されて前記第2誘電層と前記第3誘電層を貫通する複数のビアを含み、前記放射線撮像検出方法は、前記放射線撮像検出器を提供する段階;および前記放射線撮像検出器を使って読出し撮像信号を生成する段階を含む、放射線撮像検出方法。

請求項11

前記放射線撮像検出器は、前記第3誘電層と前記ビア上に配置された放射線電荷変換層;および前記放射線電荷変換層上に配置された最上部バイアス電極をさらに含む、請求項10に記載の放射線撮像検出方法。

請求項12

前記前記読出し撮像信号を生成する段階は、放射線露出の間、第1バイアス電位を前記最上部バイアス電極に印加し、第2バイアス電位を前記第2電極に印加して、前記最上部バイアス電極と前記列埋込電極の間に電界を形成し、これに伴い、前記第3誘電層と前記放射線電荷変換層間の界面で電荷を蓄積する段階を含み、前記第2電極は前記第3誘電層によって埋込られた列埋込電極である、請求項11に記載の放射線撮像検出方法。

請求項13

前記放射線露出の読出しの間、前記列埋込電極の電位を前記第2バイアス電位から前記第1バイアス電位に変更し、これに伴い蓄積される電荷を前記第1電極を通じてデータラインに移動させる段階をさらに含む、請求項12に記載の放射線撮像検出方法。

請求項14

前記第1バイアス電位は正であり、前記第2バイアス電位は負である、請求項13に記載の放射線撮像検出方法。

請求項15

前記放射線電荷変換層はアモルファスセレンを含む、請求項11に記載の放射線撮像検出方法。

請求項16

前記第2誘電層と前記第3誘電層は二酸化シリコン(SiO2)を含む、請求項10に記載の放射線撮像検出方法。

技術分野

0001

本発明はX線画像情報を記録するための2段階の撮像段階を持ったパネルに関するものである。さらに具体的には、本発明は、内部電界がまず絶縁面上にX線画像を取得するように誘導し、絶縁面からの電荷注入ノイズを避け、引き続き画像読出しの間、内部電界が画像電荷を絶縁面から電荷利得のための十分な電界を有する導電性読出し電極に再誘導するようにする方法および装置に関するものである。

背景技術

0002

デジタルX線放射線写真は、放射線感応物質層を使って入射X線を光強度(光子)の画像単位変調パターンとしてまたは電荷として取得することによって生成され得る。入射X線放射の強度により、吸収されるエネルギーは、X線光導電体によって電荷に直接変換され、離散的固体放射線センサーが規則的に配列されたアレイに伝達される。米国特許第5,319,206号は、光導電性物質層を使って電荷保存キャパシタ薄膜トランジスター(TFT)アレイなどのトランジスターで、画素の2次元アレイによって後続して収集される電子正孔対の画像単位変調領域分布を生成するシステムを開示している。デジタルX線画像は、まず吸収されたエネルギーを可視光線に変換した後、光パターン電気信号デジタル化することによって取得され得る。米国特許第5,262,649号(Antomikら)は、リン光体または蛍光体物質層を使って2次元アモルファスシリコンフォトダイオードアレイなどの感光装置によって、電荷の対応する画像単位変調分布で後続変換される光子の画像単位変調分布を生成するシステムを開示している。これらのシステムは、化学物質消費または銀ハロゲン化フィルム処理なしでX線に対する繰り返し露出に有用という長所がある。

0003

蛍光体物質を利用して吸収されたX線エネルギーから光子の画像単位変調分布を生成する間接変換システム(例えば、米国特許第5,262,649号)では、吸収されたX線から生成される光子は2次元感光装置によって検出される前に多重散乱または拡散され得るため、画像鮮明度が低下したり変調伝達関数MTF)が低下され得る。画像鮮明度の低下は、画像形成のための十分なX線量を取得するように、さらに厚い蛍光体物質層が要求される時に特に顕著になる。

0004

米国特許第5,319,206号に開示されたセレンなどの光導電性物質を利用する直接変換システム図1図2)では、画像単位変調X線放射に対する露出の前に最上部電極電位印加して適切な電界を提供する。X線放射に対する露出の間、X線放射の画像単位変調パターンの強度に応答して光導電性層図1において、「X線半導体」で表示される)で(−と+で表示された)電子−正孔対が生成され、このような電子−正孔対は高電圧電源によって印加されるバイアス電界によって分離される。電子−正孔対は、光導電性層の反対面に向かって電界ラインに沿って反対方向に移動する。X線放射に対する露出後、電荷画像は薄膜トランジスター(TFT)アレイの保存キャパシタの導電面に維持される。引き続き、このような画像電荷は、このような薄膜トランジスターと電荷積分増幅器の直交アレイによって読み出される。直接変換システムでは、電界が電荷を集電電極に誘導しているため、光導電性物質の厚さにかかわらず、画像鮮明度またはMTFが保存される。厚いX線変換物質を用いると、画質について妥協することなく十分なX線エネルギーを吸収することができる。しかし、アモルファスセレンなどの直接変換物質を使う場合、電荷収集の間、マイクロメートル当たり5Vまたはマイクロメートル当たり最大40Vの電界を使ってX線から画像電荷を生成し、電荷を集電電極まで続けて移動させる。このようなバイアス電界下で、また、相当量漏洩電流が導電性電荷収集から注入され得るため、相当量の暗電流が発生する可能性がある。このような暗電流からの電荷は画像の動的範囲を減少させ、画像ノイズを増加させ得る可能性がある。したがって、非常に大きな電界下でも電荷収集面からの電荷注入ノイズのない検出システムを具備することが好ましい。

0005

また、直接変換システムと間接変換システムの両方に使われる従来の大面積薄膜トランジスター(TFT)アレイは、互いに直交する多数の画像データライン(image data line)と制御ゲートライン(control gates lines)で構成される。読出しプロセスの間、各ゲートラインターンオンされる時、ゲート制御電圧は一般的に薄膜トランジスター(TFT)「オフ」状態に対する約−5Vの負の電圧から薄膜トランジスター(TFT)「オン」状態に対する+7V以上の正の電圧にスイッチングされる。このようなゲート制御電圧の12V以上のスイングΔVは、薄膜トランジスター(TFT)ゲート電極ドレイン電極間結合キャパシタンスCgdとΔVの積と同一の電荷ΔQdgを薄膜トランジスター(TFT)保存キャパシタに注入する。また、類似する電荷ΔQgsが、電荷増幅器に接続されているデータラインに注入され、ここで、ΔVは制御電圧ゲートオフ状態からオン状態への変化であり、Cgsは 薄膜トランジスター(TFT)の電界効果トランジスターFET)のゲート端子ソース端子間寄生キャパシタンスである。各データラインからの画像電荷が電荷増幅器によって積分されたり収集された後に、ゲートライン電圧は正から負にスイッチングして同一ライン上のすべてのトランジスターをターンオフさせる。引き続き、ΔVとCgdとCgsの積と同一の負電荷−ΔQgdと−ΔQgsを画像保存キャパシタとデータラインから抽出する。理想的な状況で、ゲート−オンプロセスの間に注入されたΔQgdとΔQgsは、ゲート−オフプロセスの間−ΔQgdと−ΔQgsと同じでなければならない。しかし、FETトランジスターのヒステリシスのため、ΔQgdとΔQgsの大きさは−ΔQgdと−ΔQgsの大きさと正確に同じでないこともあり得る。したがって、少量の純電荷がこのような画像電荷の移動プロセスで追加のノイズとして含まれる。ΔQgdとΔQgsが−ΔQgdと−ΔQgsの大きさを有する理想的な状態においても、各ゲートの遷移において注入される電子の数ΔNeの統計的ポアソン(poisson)ノイズは各遷移の電子の数Neの平方根と同じである。各ゲートスイッチングサイクルにおいて、平均電荷ΔQが平均電荷−ΔQoを正確に相殺する場合にも、Neの平方根かける2の平方根(1.4142)と同一のノイズ成分が依然として残っているはずである。このような種類のノイズは、一般的に薄膜トランジスター(TFT)スイッチングノイズとして知られており、同様に低信号または低放射線量のX線画像に対して好ましくない。したがって、このような薄膜トランジスター(TFT)スイッチングノイズは、当業界に公知とされた薄膜トランジスター(TFT)ーアレイを使うシステムの大きな短所である。

先行技術

0006

米国特許第5,319,206号
米国特許第5,262,649号

発明が解決しようとする課題

0007

したがって、本発明の目的は、高バイアス電界からの電荷の注入ノイズを避け、薄膜トランジスター(TFT)アレイのスイッチングノイズという相当な短所を避けつつ、低ノイズ画像取得遂行できる検出器システムを提供することである。

課題を解決するための手段

0008

本発明は、このような問題点を、本願で説明するように、また特許請求の範囲により放射線を検出するための放射性撮像検出器およびこのような検出器を使用する方法を提供することによって解決した。また、本発明は、低ノイズ動作のために、薄膜トランジスター(TFT)を使わずに撮像アレイを構成する方法を提供する。また、相関二重サンプリング(CDS)技術は、読出しラインリセットノイズと熱的KTCノイズを最小化するように、X線画像取得モードから読出しモードへの電界の再構成後で適用され得る。超低ノイズ読出しを遂行できる。画素アレイアモルファスシリコントランジスターまたは薄膜トランジスター(TFT)が使われないため、読出しアレイに損傷を与えることなく300℃より高い熱蒸着温度を必要とする物質を、このような検出器と共に使うことができる。薄膜トランジスター(TFT)で画素欠陥を引き起こし得る静電気放電損傷(ESD)は、もはや本発明の新しい読出しアレイにおいて憂慮するような事項ではない。アモルファスシリコントランジスターを使わずにトランジスターに対するESD損傷を避けるための特別な処理がないため、このようなトランジスターを使用しない新しいアレイの製造費用は従来の薄膜トランジスター(TFT)アレイより非常に少なくなり得る。また、現在のTFT製造手段を制限することなく大型アレイを製造することができる。

0009

本願に引用されるすべての参考文献は、その全文が本願に参照により援用される。

発明の効果

0010

本発明は、高バイアス電界からの電荷の注入ノイズを避け、薄膜トランジスター(TFT)アレイスイッチングノイズという大きな短所を避けつつ、低ノイズ画像取得を遂行できる検出器システムを提供することができる。

図面の簡単な説明

0011

同一の図面符号が同一した要素を示す下記の図面とともに本発明を説明する。

0012

薄膜トランジスター(TFT)を使う従来技術の平面パネルX線検出器を図示した図面。
従来の薄膜トランジスター(TFT)アレイのゲートラインとデータラインの配置を図示した図面。
埋込フィールド形成電極誘電性画素領域、およびデータ読出し電極の配置を示す本発明の一つの単一画素の構造を図示した図面。
埋込型電極に沿った画素断面を図示した図面。
直交アドレッシングおよび読出し回路を図示した図面。
検出器の垂直断面を図示した図面。
X線画像蓄積モードでの検出器の電界ラインと電荷移動を図示した図面。
X線画像読出しモードでの検出器の電界ラインと電荷移動を図示した図面。
画像蓄積モードでの検出器の電界分布を図示した図面。
読出しおよび比例利得モードでの検出器の電界分布を図示した図面。

実施例

0013

本発明は、最上部電極、複数の2次元マトリックス画素要素上に蒸着された光導電性物質層(例えば、セレン)を含む平面パネルを提供する。複数の画素要素は、各画素の非導電性電荷蓄積領域、行配置された複数の読出し電極、および列配置された非導電性電荷蓄積領域の下方の複数の埋込電極を含む。列埋込電極は誘電性物質によって光導電性物質から隔離される。画素領域内の少なくとも1つの読出し電極の一部は誘電性物質によって覆われずに光導電層と接触する。

0014

最上部電極にはバイアス電圧VT1が印加される。読出し電極は接地電位付近の電位VS1を有する複数の読出し増幅器に接続される。列の埋込電極はVP1およびVP2のスイッチング可能な電位を有する複数の列選択ドライバに接続される。X線画像取得モードの間、VT1、VS1、およびVP1の合成電位は、埋込電極の平面の上方にある光導電性物質内でほぼ平行な一組の電界を生成するが、電界は曲げられて、読み出し電極導電性部分に電界が到達することが回避される。電界は、図7に図示された通り、各画素において、列埋込電極の上方の非導電性領域に到達するように誘導される。X線との相互作用時に、光導電性層で生成する電荷は電界によって誘導され、図7に図示された通り、埋込電極の上方の非導電性領域に蓄積される。各画素に蓄積された電荷は、非導電性表面と埋込電極列電位VP1間の電界によって保持される。画像読出し段階の間、列埋込電極のうち一つの列埋込電極の電位は、VP2に変更されて非伝導性表面で保持された電荷は、複数の読出し増幅器に接続された読出し電極の行に再誘導される。VP2の特定の値を超過する場合、このような読出しモードの間において読出し電極に到達する電界が、比例利得電位の臨界値(セレンについてはマイクロメートル当たり約80V)を超過することができる。引き続き、非導電性表面から読出し電極に移動する電荷は、各読出し増幅器によって収集される前に比例増幅される。

0015

引き続き、比例利得を有する画像電荷は電荷増幅器によって積分され、撮像コンピュータによってデジタル化されて保存される。すべての行においての電荷積分が完了すると、各列状電極の電位はVP1に復帰し、次の列の電位はVP2に変更されて、全パネルのX線画像が読み出されるまで電荷を電荷積分増幅器の行に伝達する。電荷蓄積プロセスまたは読出しプロセスの間、最上部電極の電位は一定に維持され、読み出されている一つの列を除いた全体のパネルはX線画像電荷を蓄積し続けることができる。一度に埋込電極の一つの選択された列の電位を変更するローリング(rolling)読出し技法で、連続動的撮像を取得することができる。

0016

図3図4、および図6を参照すると、本発明の一実施例において、本発明は、a)第1誘電層11、b)第1誘電層11上に蒸着された複数の行読出し電極13、c)第1誘電層11上に蒸着された第2誘電層12a、d)第2誘電層12a上に蒸着された複数の列埋込電極14、e)第2誘電層12aと埋込電極上に蒸着された第3誘電層12b、およびf)行読出し電極13まで誘電層を通過する複数のビア10を含む放射線撮像検出器を提供する。

0017

本発明の追加の実施例において、放射線撮像検出器は、u)複数の列画素ライン8をさらに含むことができ、列画素ライン8は本発明の必要要素である(図4参照)。

0018

本発明の追加の実施例において、放射線撮像検出器は、l)放射線画像を形成するように読出し電極13の各行に接続された複数の電荷増幅器9をさらに含むことができる(図5図6参照)。

0019

本発明の放射線撮像検出器の一部の実施例において、誘電層12a、12bは二酸化シリコン(SiO2)を含むことができる。

0020

また、本発明は、放射線を検出するために、本明細書で説明するような本発明の放射線撮像検出器の用途も提供する。

0021

また、本発明は、a)本発明の放射線撮像検出器を提供する段階、b)読出し画像信号を生成する段階、およびc)前記読出し画像信号を検出する段階を含む、放射線を検出する方法を提供する。

0022

本発明の方法の一実施例において、b)段階は、i)第1バイアス電位を最上部バイアス電極19に印加して放射線生成電荷を最上部電極19から遠ざかるように誘導する段階、およびii)第2バイアス電位を埋込電極14に印加して電荷を読出しビア10から遠ざかるように誘導し、電荷を誘電層15と放射線電荷変換層6間の界面に誘導する段階を含むことができる(図6参照)。図7はこのような電荷蓄積方法での電界ライン20の形状を図示する。

0023

放射線吸収のための十分な厚さを有するアモルファスセレンのような放射線電荷変換層6は、前記第3誘電層12bとデータビア10上に蒸着され、ここで、後者であるデータビアは読出し電極13に接続される。引き続き、最上部バイアス電極19が放射線電荷変換層6の最上部面上に蒸着される。X線画像取得の間、高電圧バイアスである第1バイアス電位が最上部バイアス電極19に印加され、最上部電極と埋込電極間に電界を生成するとともに、電荷蓄積誘電性領域15を形成する。放射線露出によって、電子−正孔対が放射線電荷変換層6に生成される。高電圧バイアスの極性により、正孔(正に帯電される)または電子(負に帯電される)が検出器の最下部層に向かって誘導されて移動する。この例では、本発明の検出器の原理を説明するために、正の高電圧バイアスが使われる。X線のような放射線によって生成される正孔は、バイアス電界によって検出器の最下部に向かって第3誘電層15の最上部に移動する。負のバイアス電位も、行配列された読出しライン13に接続するデータビア10に隣接した埋込電極14に印加される。データビア10と読出しライン13のそれぞれは、電荷積分増幅器9または電荷増幅器9に接続されるため、読出しラインとビア電位は0Vまたは略0Vにある。適切な電圧によって、最上部高電圧電極19から始まるすべての電界ラインは検出器の最下部に誘導されて、埋込電極14の負電位より高い電荷蓄積誘電性領域15にすべて到達する。一つの画素領域内の放射線によって生成される正孔はこのような画素誘電性界面で蓄積される。X線露出の終了時またはローリング読出し段階の間、埋込電極14の一つの列の電位が負から正に変更される。前記選択されたライン14または列画素ライン8上の電荷蓄積誘電性領域15上の誘電体上の電界の方向は反対となるであろう。このラインの誘電性界面15に蓄積された電荷は、逆電界16に沿って読出しラインに接続された隣接したデータ電極に移動する(図8参照)。誘電体電荷蓄積領域のそれぞれに蓄積された電荷は、前記選択されたライン8または列画素ライン8上の各画素に隣接したデータラインに伝達される。電荷蓄積誘電性領域15に沿った各画素の電荷は、各データライン13または読出しビア10に接続された複数の電荷増幅器9により積分され、その結果、電荷値がデジタル化されてコンピュータメモリに保存される。一つのラインの電荷が積分されて保存された後、画素埋込電極14の電位は負に復帰し、次の画素選択ラインの電位は正の値に変更されて、このような次のラインの電荷蓄積誘電性領域上の電界を反転させる。引き続き、この領域に以前に蓄積された画素電荷は画素に隣接する直交データラインに伝達される。このような動作は全体パネルの画像電荷が読み出されるまで繰り返される。

0024

従来技術での従来の薄膜トランジスター(TFT)パネルは、直交するゲートラインとデータラインによってアドレッシングされる画素の直交アレイで構成される。ゲートラインとデータライン間の絶縁物質の厚さは、通常薄膜トランジスター(TFT)製造プロセスによって制限される200nm〜400nmである。薄膜トランジスター(TFT)構造内のこれらのゲートラインとデータラインの交差部からの寄生キャパシタンスによって、相当なデータラインキャパシタンスが発生する。電荷増幅器が画像情報の読出しのために使われる場合、熱ノイズは電荷増幅器のデータラインキャパシタンスとフィードバックキャパシタ比率によって大きく増幅される。通常、12V以上であるゲート電圧のスイッチングも読出し画像のスイッチングノイズに寄与する。しかし、本発明では、従来の薄膜トランジスター(TFT)製造プロセスは使われない。直交する埋込電極ラインとデータラインに対するデータラインの交差部での絶縁間隔が大きく増加され得る。したがって、データラインの寄生キャパシタンスが大きく減少されるため、電荷積分増幅器でノイズの増幅がはるかに少なくなる。

0025

<例>
この例では、200μm以上のセレンに対して1KVの正の電圧を使って、セレン層バルクの殆どにかけてマイクロメートル当たり5Vの電界を発生させた。埋込電極14に−50Vの電位を印加した。図7に図示された通り、出力データ電極13を電荷増幅器9に接続することによって、データ電極の電位が0V範囲に近くなった。−50Vの負の電圧を埋込電極14に印加した。このような電位分布によって、最上部の高電圧バイアス電極から始まるすべての電界ライン20が画素埋込電極14上の第3誘電性物質15の上面に到達した。X線放射の露出時に、吸収された放射線の強度に比例してセレン層に電子−正孔対が生成された。電界によって電子を最上部高電圧電極19に移動させる一方、電界20により正孔を検出器の最下部に移動させた。電位分布を有するすべての電界ライン20が画素選択電極14上の誘電性領域15到達したので、X線放射により生成されたすべての正孔が、図7に図示された通り、電界20により移動したことにより、セレン層6と画素埋込電極14を分離する誘電性界面15上に蓄積された。X線露出の終了時、X線画像は、各画素電極14上の誘電性領域15上の検出器上に蓄積された電荷量によって表されることになった。パネルの読出しが準備された時、画素埋込電極の一つの列の電位を、読出し電極の電位より+100V高い電位のように、負の電圧から正の電圧に変更した。このような変更によって、画素選択電極上の電界が反転したことにより、電界ライン16は誘電性界面から始まって依然として約0Vである出力データビア10に到達することになった(図8参照)。そして、X線露出の間、画素誘電性界面の列上に蓄積された正に帯電された正孔を図8に図示したように、このような新しい電界分布16により移動させた。電荷は誘電性界面15から隣接した出力データビア10に移動し、図5に図示した通り、各ラインに接続された電荷増幅器によって積分された。したがって、一つの列の画像情報が取得された。一つの列のデータ取得の終了時、前記列の電位は負の値に復帰し、次の画素列8は負から正に変更されて、このような次の列8の画像電荷をデータライン13の行にプッシュした。このような動作は、撮像パネルのすべての電荷が読み出されるまで繰り返された。大面積画素の場合、要素間の間隔が電荷プッシュ—プル伝達動作に必要な制限された電位に対して小さく維持され得るように、多数の小さな画素要素をビニング(binning)することによって大きな画素が構成され得る。図9図10は、それぞれ電荷蓄積モードおよび読出しモードの間、画素近くの電界の3Dプロットを図示する。また、図10はまた、読出し電極の外部リングでの電界が正電荷が急激な増加(impact multiplication)を経験するのに充分であることを図示する。このような条件下で、衝突電荷はさらに多くの電子−正孔対を生成するので、電荷利得が取得される。高電界は読出し電極の外部リングにのみ集中され、また乗算のために利用可能な誘電性界面からの電荷が制限されるので、制御されない(またはランナウェイアバランシェモードプロセスを避けることができ、電荷利得が比例モードで達成される。

0026

前述した例は、前述したような放射線を検出する方法だけでなく、放射線画像検出器が、例えば背景ノイズが高い従来技術の放射線検出器に関連した問題点を避けつつ、放射線を検出するのに特に有用であることを示す。

0027

本発明の特定例を参照して本発明を詳細に説明したが、通常の技術者には、本発明の思想と範囲を逸脱することなく多様に変更および修正できることが明白であろう。

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